Development of brain-mimetic hydrogels for modelling neuronal differentiation
Nöronal farklılaşmayı modelllemek için beyin-mimetik hidrojel geliştirilmesi
- Tez No: 779717
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ECE ÖZTÜRK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Genetik, Bioengineering, Genetics
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Sağlık Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Hücresel ve Moleküler Tıp Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 63
Özet
Biyomekanik ve biyokimyasal olarak ayarlanabilir beyin dokusu modelleri, doku mühendisliği uygulamaları ve nörobilim çalışmaları için özellikle önemlidir. Doğal dokuların hücresizleştirilmesi yoluyla hidrojellerin türetilmesi, in vitro insan modelleri kullanımında doğal beyin hücre dışı matrisini yeniden oluşturmak için umut verici bir stratejidir. Beyin dokusunun farklı özellikleri ve hücresel davranış üzerindeki etkileri nedeniyle, hücresizleştirilmiş dokulardan yapılan hidrojellerin biyokimyasal ve biyomekanik özelliklerini karakterize etmek ve modüle etmek özellikle önemlidir. Bu çalışmada, sığır beyin dokusunun nörobilim çalışmaları için bir biyomateryal taşıyıcı olarak kullanımını araştırdık, ve kolay erişilebilirlik, tekrarlanabilirlik ve mikro-çevresel benzerlik ile insan beyninin yerine avantajlı bir tercih olup olamayacağını değerlendirdik. Sığır beyin dokusunun hücresizleştirilmesi ve hidrojellerin üretimi için farklı yöntemler belirledik ve inceledik. Hücresizleştirilmiş dokularda, hem hücresel materyalin ortadan kaldırıldığını hem de hücre dışı matris bileşenlerinin korunduğunu doğrulamak için histolojik değerlendirmeler ve biyokimyasal deneyler yapıldı. Daha sonra hücresizleştirilmiş dokular, enzimatik sindirim ile çözündürüldü ve termal çapraz bağlanma kabiliyetine sahip hidrojelleri oluşturmak için fizyolojik koşullar altında yeniden yapılandırıldı. Sertliklerini ve viskoelastik özelliklerini değerlendirmek için hidrojellerin mekanik karakterizasyonu yapıldı. Hidrojeller daha sonra üç boyutlu hücre kapsülleme etkinlikleri ve kültürde nöroblastoma hücre dizisi (SH-SY5Y) ile hücre uyumluluğu açısından test edildi. Toplu olarak, her hücresizleştirme tekniğinin farklı biyokimyasal ve biyomekanik özelliklerle sonuçlandığı ve bu faktörlerin hücre büyümesini ve nörit oluşum derecesi gibi davranışları etkilediği gösterilmiştir. Mekanik mikroçevrenin kanser ve nörodejeneratif hastalıklarda önemli bir parametre olarak değişim gösterdiği göz önüne alındığında, bu çalışmanın sonuçları önemli bilgiler vermektedir. Çalışmanın ikinci bölümünde, kültür boyutluluğunun ve doğal beyin matris ligandlarının varlığının hücresel etkisini değerlendirmek için nöroblastoma hücrelerinin nöronal farklılaşması, 2B ve 3B hücre kültürü koşulları altında araştırıldı. Bu amaçla, nöroblastoma hücreleri ya hücre kültürü plakası üzerinde büyütüldü ya da hücresizleştirilmiş beyin kaynaklı hidrojeller içinde kapsüllendi. Bir nöronal farklılaşma rejiminin ardından hücreler, nörit oluşumunu belirlemek için ışık mikroskobu yoluyla morfolojik olarak değerlendirildi. Daha sonra, nöronal belirteçlerin ekspresyonu hem protein seviyesinde immün boyamalarla hem de gen seviyesinde qRT-PCR ile değerlendirildi. Sonuç olarak, hem 2B hem de 3B kültürlerde uzun nörit oluşumu ile farklılaşmış hücreler tarafından sinaptogenezin iyileştirildiği gösterilmiştir. Çoğalma hızı azalmakta ve TUBB3 ve CHAT dahil olmak üzere nöronal belirteçlerin gen ekspresyon seviyeleri artmaktadır. Gözlemlenen ortak eğilimlerin yanı sıra, 2B ve 3B kültürlü farklılaşmış hücrelerde de önemli farklılıklar gözlenirken, 3B kültürde glial hücre belirteci olan GFAP'de bir artış tespit edildi.
Özet (Çeviri)
Biomechanically and biochemically tunable brain tissue models are notably essential for tissue engineering applications and neuroscience studies. Derivation of hydrogels through decellularization of native tissues is a promising strategy to reconstitute the native brain extracellular matrix for use in in vitro human models. Due to distinct features of the brain tissue and its implications on cellular behavior, it is particularly important to characterize and modulate the biochemical and biomechanical properties of constructed hydrogels from decellularized tissues. In the present study, we investigated the use of bovine brain tissue as a biomaterial carrier for neuroscience studies, assessed whether it could be an advantageous replacement for the human brain with easy accessibility, reproducibility and microenvironmental resemblance. We established and examined different methods for decellularization of bovine brain tissue and fabrication of reconstituted hydrogels. The decellularized tissues were evaluated with histological assessments and biochemical assays to both confirm elimination of cellular material and conservation of extracellular matrix components. Afterwards, decellularized tissues were solubilized with enzymatic digestion and reconstituted under physiological conditions in order to form hydrogels with thermal crosslinking capability. Mechanical characterization of hydrogels was performed to assess their stiffness and viscoelastic properties. Hydrogels were then tested for their three-dimensional cell encapsulation efficiency and their cytocompatibility with neuroblastoma cell line (SH-SY5Y) in culture. Collectively, it was shown that each decellularization technique resulted in different biochemical and biomechanical properties and these factors affected cell growth and behavior such as the degree of neurite formation. Given that mechanical microenvironment acts as an important parameter in cancer and neurodegenerative diseases, the results of this study provide significant insights. In the second part of the study, neuronal differentiation of neuroblastoma cells was investigated under 2D and 3D cell culture conditions to assess the effect of culture dimensionality and the presence of native brain matrix ligands on cellular fate. For this purpose, neuroblastoma cells were either grown on cell culture plate or encapsulated within decellularized brain-derived hydrogels. Following a neuronal differentiation regime, cells were evaluated morphologically through brightfield microscopy to determine neurite formation. Then, the expression of neuronal markers was assessed on both protein level by immunostainings and gene level by qRT-PCR. In conclusion, it was shown that synaptogenesis was improved by differentiated cells with elongated neurite formation in both 2D and 3D cultures. The proliferation rate was reduced and the gene expression levels of neuronal markers, including TUBB3 and CHAT were increased. Besides the common trends, significant differences were also observed between 2D and 3D cultured differentiated cells, whereas in 3D culture an increase in GFAP, glial cell marker, was detected.
Benzer Tezler
- Design of biodegradable hydrogels for the development of in vitro models for glioblastoma multiforme
Biyobozunur hidrojellerin glioblastoma multiform için in vitro modellerin geliştirilmesi için tasarlanması
PELİN ERKOÇ
Doktora
Türkçe
2017
BiyomühendislikKoç ÜniversitesiBiyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA KIZILEL
YRD. DOÇ. TUĞBA BAĞCI ÖNDER
- Development of novel BCL-2 inhibitors for glial tumors by using in vitro and in vivo systems
In vitro ve in vivo sistemler kullanılarak glial tümörler için yeni BCL-2 inhibitörlerinin geliştirilmesi
ŞEYMA ÇALIŞ
Doktora
İngilizce
2022
Biyolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EDA TAHİR TURANLI
DR. ÖĞR. ÜYESİ TİMUÇİN AVŞAR
- Ana tanrıça kültünün sembolik ifadelerle günümüz heykel sanatına yansımaları
Reflections of the cult of mother goddess into today's art of sculpture through symbolic expressions
TENNUR GÜLSÜM BARIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Güzel SanatlarAtatürk ÜniversitesiHeykel Ana Sanat Dalı
DOÇ. DR. NEVİN AYDUSLU
- Identifying epigenetic modifiers of glioblastoma multiforme apoptosis resistance
Glioblastoma multiforme 'de apoptoz direncini regüle eden epigenetik faktörlerin belirlenmesi
EZGİ ÖZYERLİ GÖKNAR
Doktora
İngilizce
2019
Moleküler TıpKoç ÜniversitesiMoleküler Tıp Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUĞBA BAĞCI ÖNDER
- Mimarlıkta 'etki'ye 'mem' kavramı üzerinden epidemiyolojik bakış
An epidemiological view of 'influence' in architecture through the concept of 'meme'
HİLAL KAYNAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURBİN PAKER KAHVECİOĞLU