The investigation of surface modifications on polyester based fibrous matrices for cell expansion in packed bed bioreactors
Dolgulu yatak biyoreaktörlerde hücre üretimi için poliester temelli fibröz matrislerde yüzey modifikasyonlarının araştırılması
- Tez No: 649309
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ IŞIL GERÇEK BEŞKARDEŞ, PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Polietilen tereftalat, Yüzey Modifikasyonları, Kollajen, Vitronektin, Dolgu yataklı Biyoreaktör, Mezenkimal Kök Hücre Üretimi, Polyethylene terephthalate, Surface Modification, Collagen, Vitronectin, Packed-bed Bioreactor, Mesenchymal Stem Cell Production
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 147
Özet
Bu çalışma 'Dolgulu Yatak Biyoreaktörlerde Mezenkimal Kök Hücre Üretimi İçin Fiber Temelli Poliester Matrislerde Yüzey Modifikasyonlarının Etkilerinin Araştırılması' başlık tez projesi kapsamında (proje no: FYL-2018-17359) Hacettepe Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından desteklenmiştir. Tez çalışmanın amacı, dolgu yataklı biyoreaktörde mezenkimal kök hücre (MSC) üretimi için poliester fiber matrisler üzerindeki yüzey modifikasyonlarının etkisinin incelenmesidir. Öncelikle PET disklerin hidrofilik özelliğini artırmak amacıyla farklı parametreler kullanılarak sülfürik asit veya sodyum hidroksit muamelesi gerçekleştirildi. Yüzey modifikasyonu işlemi yapılmış olan PET disk gruplarının; su temas açısı ölçümü, zayıflatılmış toplam yansıma- Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (ATR-FTIR), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS) analizi gerçekleştirildi. Karakterizasyon çalışmalarından sonra, 3 M H2SO4 veya 0.05 M NaOH ile muamele edilmiş PET diskler ile in vitro hücre kültürü çalışmaları gerçekleştirildi ve çalışma sonucunda sodyum hidroksit ile muamele edilmiş olan PET disklerdeki MC3T3-E1 hücrelerinin mitokondriyal aktivitesinin daha yüksek olduğu belirlendi. Tez çalışmasının ikinci aşamasında, kolajen tip-1 (30 µg/disk) ve vitronektin (0.15 ve 0.60 µg/disk), fiziksel veya kimyasal immobilizasyon yöntemleriyle PET disk yüzeyine kaplandı. Hidroksiprolin ve SEM analizi gibi karakterizasyon çalışmalarının sonucunda fiziksel daldırma yöntemiyle kolajen tip-1'in PET disklerin yüzeyine daha verimli ve eşit dağılımlı bir şekilde kaplandığı gözlemlendi. Ayrıca, SEM ve ATR-FTIR analizleri kolajen tip-1 ve vitronektin ile kimyasal yöntem kullanılarak kaplanan PET disklerin kontrol grubuna benzer olduğu görüldü. rAdMSC hücreleri kullanılarak yürütülen statik hücre kültürü çalışmaları sonucunda, sodyum hidroksit ile muamele edilmiş olan kontrol PET disk grubu ile kolajen tip-1 ve vitronektin kaplanmış PET disk grupları arasında istatiksel olarak önemli bir fark olmadığı sonucuna ulaşılmıştır. Bu sebeple, dinamik hücre kültürü çalışmalarında sodyum hidroksit ile muamele edilmiş olan PET disk grubu kullanılmıştır. Tez çalışmasının son basamağında sodyum hidroksitle muamele edilmiş olan PET diskler ile 2 farklı hücre ekim yoğunluğu kullanılarak (30 x 106 hücre/1 g disk and 10 x 106 hücre/0.5 g disk) dolgu yataklı biyoreaktörde rAdMSC üretimi araştırıldı. Ekim yoğunluğu yüksek olan deneyde rAdMSC hücrelerinin özgül büyüme hızı ve ikilenme süresi sırasıyla, 0.06 sa-1 ve 65 sa olarak hesaplandı ve kültür ortamındaki glikoz miktarının hücre üremesi için yetersiz olduğu belirlendi. Biyoreaktörde üretilen rAdMSC hücrelerinin ise özgül üreme hızı 0.2516 sa-1 ve ikilenme süresi ise 42 sa olarak bulundu ve bu değerlerin literatürde verilen değerler ile benzer olduğu bulundu. Biyoreaktörde üretilen rAdMSC hücrelerinin; osteojenik farklılaşma çalışmaları ALP ve Von Kossa boyamaları ile, adipojenik farklılaşma çalışmaları ise Oil red o boyaması ile gerçekleştirildi. Ayrıca dinamik olarak üretilen hücrelerin kontrol grubuna benzer SOX2, Nanog and OCT 4 gen ifadesine sahip olduğu belirlendi. Bununla birlikte, gerçekleştirilen çalışmalarda biyoreaktördeki hücre üreme hızının, hücre ekim yoğunluğundan bağımsız bir eğilim gösterdiği bulunmuştur ve bu konunun daha kapsamlı bir hücre üretim çalışmasında araştırılmasının gerektiği yorumu yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
This study was financially supported by Hacettepe University Scientific Research Projects Coordination Unit (BAP) with the project entitled“The Investigation of The Effects of Surface Modifications on Fiber Based Polyester Matrices for Mesenchymal Stem Cell Production in Packed Bed Bioreactors”(project no: FYL-2018-17359). This study aims to investigate the effects of surface modifications on polyester matrices for mesenchymal stem cell (MSC) production in a packed bed bioreactor. Firstly, sulfuric acid and sodium hydroxide treatments were applied on PET with different parameters in order to increase hydrophilicity and all surface-treated groups of PET disks were examined through water contact angle measurements, Attenuated Total Reflectance-Fourier Transform Infrared Spectroscopy (ATR-FTIR), Scanning Electron Microscope (SEM) and Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS) analyses. After characterization studies, 3M H2SO4 and 0.05M NaOH treated PET disks were further studied in vitro with MC3T3-E1 cells and cell activity was found to be higher in sodium hydroxide treated PET disks than sulfuric acid-treated PET disks. Secondly, collagen type-1 (30 µg/disk) and vitronectin (0.15 and 0.60 µg/disk) were coated on the PET surfaces via physical and chemical immobilization methods. In the characterization studies, hydroxyproline analysis and SEM analysis demonstrated that the physical immersive coating technique was more efficient and resulted in evenly distributed collagen type-1 on the PET disk surface. Meanwhile, the results of SEM and ATR-FTIR analyses of collagen type-1 and vitronectin crosslinking on PET disks were similar to that of the control group. Also, the results of static cell culture conducted with rAdMSCs demonstrated no significant differences between collagen type-1 and vitronectin coated PET disks with plain sodium hydroxide treated PET disks. Thus, sodium hydroxide treated PET disks were selected for dynamic cell culture studies. In the last part of the thesis, rAdMSC expansion was investigated in our custom made packed-bed bioreactor using sodium hydroxide treated PET as packing material. In dynamic studies, two different cell seeding densities were used: 30 x 106 cells/ 1 g disks and 10 x 106 cells/0.5 g disks. The specific growth rate and doubling time of rAdMSCs with higher seeding density were calculated as 0.06 h-1 and 65 h and it was determined that glucose concentration in the culture medium was insufficient. And the specific growth rate and doubling time of rAdMSCs harvested from the bioreactor were calculated as 0.2516 h-1 and 42 h, which were comparable to the characteristic values given in the literature. In the differentiation studies of rAdMSCs harvested from the bioreactor, ALP-von Kossa staining was done in the osteogenic differentiation studies, whereas oil red o staining was done for adipogenic differentiation studies. In addition, it was determined that harvested cells had similar SOX2, Nanog and OCT 4 gene expressions in comparison to the control group. However, in the dynamic studies growth rate of cells in the bioreactor exhibited a trend independent of cell seeding density, which should be further investigated in a more comprehensive cell expansion study.
Benzer Tezler
- Poliester kumaşların farklı maddelerle yüzey modifikasyonu sonrası boyanma davranışlarının incelenmesi ve bu modifikasyonların poliester/pamuk karışım kumaşların aynı banyoda tek adımda boyanabilirliğine etkileri
Investigation of the dyeing behaviour of polyester fabrics after surface modification with different materials and the effects of these modifications on the dyeing of polyester/cotton blended fabrics in the same bath
TUBA TOPRAK ÇAVDUR
Doktora
Türkçe
2021
BiyoteknolojiBursa Uludağ ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. PERVİN ANİŞ
- Biomedical application of an enzymatically synthesized biopolyester
Enzimatik olarak sentezlenmiş bir biyopoliesterin biyomedikal uygulaması
ŞENOL BEYAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATOŞ YÜKSEL GÜVENİLİR
- Aerojel katkılı polimer kompozitlerin hazırlanışı,karakterizasyonu ve dielektrik özelliklerinin incelenmesi
Preparation, characterization of aerogel doped polymer composites and investigation of dielectric properties
DENİZ BOZOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DENİZ DEĞER ULUTAŞ
PROF. DR. HÜSEYİN DELİGÖZ
- Functionalized nanofiber based scaffold in nerve tissue engineering
Sinir doku mühendisliğinde işlevselleştirilmiş nanofiberlerin kullanımı
İREM AYŞE KANNECİ ALTINIŞIK
Doktora
İngilizce
2017
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA NEŞE KÖK
PROF. DR. GAMZE KÖSE
- Functional high performance polybenzoxazines and their properties
Yüksek performanslı fonksiyonel polibenzoksazinler ve özellikleri
MUSTAFA ARSLAN