Development of tendon derived natural extracellular matrix hydrogels for 3D bioprinting applications
3B biyoyazım işlemlerinde kullanılmak üzere tendondan elde edilmiş ekstraselüler matrix hidrojellerin geliştirilmesi
- Tez No: 461046
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BAHATTİN KOÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Chemical Engineering, Bioengineering, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bugünkü doku mühendisliğinin en temel amaçlarından birisi, üç boyutlu (3B) biyobasım proseslerinde kullanılabilecek uygun biyomalzemelerin geliştirilmesidir. Bunun en önemli sebebi, 3B biyobasım yöntemi ile üretilen gerçek doku yada organa benzer canlı yapıların uzun dönemli dayanıklılıkları ve işlevselliklerinin büyük oranda beraber basıldıkları ve inkübe edildikleri biyomalzemelerin mekanik ve biyokimyasal özelliklerine bağlı olmasıdır. Hidrojel malzemeler 3B biyobasım işlemlerinde en sık kullanılan malzemelerdir. Bu malzemeler iki farklı şekilde kullanılabilmektedir. Birincisi, basılan hücresel agregaları istenilen şekilde tutmak amacıyla destek yapıları olarak kullanılmalarıdır. İkincisi ise, basılacak olan hücrelerle karıştırılarak biyobasım işleminde kullanılmalarıdır. İkinci durumda amaçlanan, hücrelere doğal ekstraselüler matriks (ECM) yapısının biomekanik ve biyokimyasal özelliklerini sağlamaktır. Sentetik ve endüstriyel doğal hidrojellerin mekanik özellikleri 3B biyobasım işlemleri için kolaylıkla ayarlanabilmektedir. Fakat, bu tip hidrojeller çoğu durumda ECM'in doğal biyokimyasal çeşitliliğini sağlayamamaktadırlar. Öte yandan, sunduğu biyokimyasal zenginliğe rağmen hayvan veya insandan elde edilen ECM hidrojel malzemeler yavaş jelleşme mekanizmaları ve zayıf mekanik özellikleri sebebiyle 3B biyobasım işlemleri için en iyi aday olamamaktadırlar. Bu problemin çözümüne yönelik, bu tez çalışmasında sığır aşil tendonundan elde edilen ECM hidrojel yapıların üretim aşamaları açıklanmıştır. Bu amaçla doğal tendon dukusunun hücresizleştirilmesi ve hücresizleştirilen tendonun enzimatik degredasyonu için protokoller optimize edilmiştir. Tendon dokusundan elde edilen ECM hidrojelin immunojenik potensiyelini engellemek amacı doğrultusunda, uygulanan hücresizleştirme protokolü sığıra ait hücresel yapıların etkin yıkanması için ayarlanmıştır. Buna ek olarak, elde edilen ECM yapı iskeletleri üzerinde uygulanan yapısal ve morfolojik analizler ECM'in doğal yapısının uygulanan hücresizleştirme işleminden etkilenmediğini göstermektedir. Reolojik analizler, tendon ECM solüsyonunun fizyolojik şartlar sağlandıktan sonra ortalama üç dakika içerisinde jel yapısını oluşturduğunu göstermektedir. Geliştirilen ECM hidrojel yapılarının biyouyumluluğu NIH 3T3 fare fibroblast hücreleri kullanılarak dokuzuncu inkübasyon gününe kadar gösterilmiştir. Son olarak, hücre yüklü tendon ECM hidrojel yapılar 3B yazıcı ile yazılmış ve oluşturulan yapılardaki yüksek hücre canlılığı gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Biomaterials development for 3D bioprinting processes has become one of the major objectives of tissue engineering in recent years, as biomaterials play pivotal role in determining the long term durability and the functionality of printed biological constructs. Hydrogel materials are frequently used in 3D bioprinting either as support structures for providing shape fidelity to printed cell aggregates or cell-encapsulating agents for mimicking the biochemical and biomechanical aspects of extracellular matrix (ECM). Mechanical properties of synthetic and commercially available natural hydrogels can be tuned easily for 3D bioprinting purposes; however, in most cases they fail to represent the natural environment of ECM. In spite of the biochemical wealth of the ECM hydrogels derived from animal or human tissues, they are not the best candidates to be used in 3D bioprinting processes due to the very slow gelation kinetics. This thesis work addresses this problem by describing the production of bovine tendon derived ECM solution by presenting the optimized decellularization and enzymatic digestion procedures. Decellularization conditions were used for the efficient removal of cellular content in order to suppress the immunogenic potential of the native tissue. Furthermore, morphological and structural studies showed that the natural architecture of the ECM was also preserved. Based on the rheological studies, the prepared ECM solution was observed to form stable hydrogel in about three minutes under physiological conditions. Besides, biocompatibility of developed ECM hydrogels was verified on encapsulated NIH 3T3 fibroblast cells. Normal fibroblast morphology was observed in ECM hydrogels indicating their high biomimicry. Additionally, 3D printing of ECM hydrogels by using a custom built 3D printer proved their high printability. The results showed that the developed naturally derived ECM hydrogel possesses fast gelation kinetics which makes it a promising candidate for 3D bioprinting practices, and as an alternative injectable hydrogel for augmented treatment of tendon injuries. Moreover, this is the first report on 3D bioprinting of naturally derived ECM hydrogels by employing a piston driven extrusion based deposition system, without using any additional crosslinking agents or support polymer structures.
Benzer Tezler
- Development of iron cobalt bimetallic fischer-tropsch catalysts for production of light olefins
Hafif olefinlerin üretimi için demir kobalt bimetalik fıscher-tropsch katalizörlerinin geliştirilmesi
DENİZ UYKUN MANGALOĞLU
Doktora
İngilizce
2025
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSNÜ ATAKÜL
- Kömür damarı gaz içeriği belirleme yöntemlerinin değerlendirilmesi ve yapay sinir ağları ile tahmin modellerinin geliştirilmesi
Assesment of coal seam gas content determination methods and development of prediction models using artificial neural networks
SAMED BOZDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULLAH FİŞNE
- The effect of preparation methods on the morphological and rheological properties of PHBH/CNC nanocomposites
Hazırlama yöntemlerinin PHBH/CNC nanokompozitlerinin morfolojik ve reolojik özellikleri üzerindeki etkisi
ONUR KÜÇÜKSUBAŞI
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MOHAMMADREZA NOFAR
- Investigating hydraulic geometry of unregulated rivers in western Turkey for sustainable river management
Sürdürülebilir akarsu yönetimi için regüle edilmemiş batı Türkiye akarsularının hidrolik geometrisinin incelenmesi
GÖKÇE DUMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ERDEM GÖRGÜN
DOÇ. DR. ORAL YAĞCI
- High flow, low flow and drought characteristics of Küçük Menderes river basin
Küçük Menderes havzasının yüksek akım, düşük akım ve kuraklık özellikleri
GÖKHAN SARIGİL
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAFZÜLLAH AKSOY