The development of the 3D micropatterned ECM (extracellular matrix) models of glioma-astrocyte co-culture: Investigating glioma migration and astrocyte reactivity
Glioma-astrosit ko-kültürünün 3B mikrodesenli ECM (ekstraselülar matriks) modellerinin geliştirilmesi: Glioma migrasyonu ve astrosit reaktivitesinin incelenmesi
- Tez No: 851100
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞADİYE EMEL SOKULLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 70
Özet
Glioblastoma multiforme (GBM) beyin dokusuna agresif infiltrasyon ile karakterize, primer malign beyin tümörlerinin en ölümcül tipidir. GBM migrasyonu, glioblastoma ile tümör mikroçevresi (TMÇ) arasında karşılıklı iletişimi de içeren birçok faktörden etkilenen kompleks bir süreçtir. GBM TMÇ'nin stromal komponenti olan yıldız şekilli astrositler, beyin hücrelerinin yarısını oluşturur, ancak GBM invazyonundaki kesin rolü tam olarak anlaşılamamıştır. İskele-tabanlı 3 boyutlu (3B) hücre kültürü platformlarının kullanılması GBM TMÇ'nin kompleksliğini taklit etmek için umut verici bir strateji olarak ortaya çıkmıştır. Fotoçaprazlanabilir bir semi-sentetik hidrojel olan gelatin methacrylate (GelMA) hücre duyarlılığı ve biyolojik parçalanabilirlik avantajları sunarken, aynı zamanda matris sertliği ve porozite dahil olmak üzere mekanik özellikleri üzerinde iyi düzeyde kontrol sağlar. Bu tezde, GBM TMÇ'nin in vitro 3B ko-kültür modelinin oluşturulması amaçlanmıştır. Bu hedefe ulaşmak için, yüksek sertlikteki GelMA mikrosferleri içinde kapsüllenmiş U87 GBM hücrelerini, sağlıklı beyin parankimini taklit eden daha düşük sertlikteki GelMA matrisleri ile çevrelemek için fotomasklı iki aşamalı fotolitografi tekniği kullanılmıştır. Bu teknik, iki farklı astrosit-glioma ko-kültür konfigürasyonunun oluşturulmasını kolaylaştırdı ve önerilen mikrofabrikasyon tekniğinin çeşitli hücre tiplerini tam olarak lokalize etmedeki çok yönlülüğünü ortaya koydu. Time-lapse konfokal mikroskop görüntülerinin kantitatif analizi, ölümsüzleştirilmiş normal insan astrosit (I-NHA) ko-kültür konfigürasyonunun GBM migrasyonu üzerindeki farklı etkisini ortaya çıkardı. I-NHA hücrelerinin U87 GBM hücrelerinin yakınında kapsüllenmesi, çevredeki GelMA matrisinin geniş çapta istilasına neden oldu. Buna karşılık U87 GBM mikrosferlerinin astrosit dağılmış bir matris ile çevrelenmesi, tümör hücrelerinin göçünü engelleyen bir astrocytik ağın oluşmasına neden oldu. Platformun fizyolojik uygunluğunu daha da doğrulamak için, GBM migrasyonu ve astrosit reaktivitesi ile ilgili genlerin ve proteinlerin immünofloresan ve qPCR analizini gerçekleştirdik. İmmünositokimyasal boyama, U87 hücrelerinin varlığında birbirine bağlı astrositik ağlar tarafından GFAP ekspresyonunun upregülasyonunu doğrulamakta, astrositlerin reaktif transformasyonunu ve U87 GBM mikrosferleri çevresinde glial skar oluşumunu düşündürmektedir. Ek olarak, U87 hücrelerinin 3D GelMA mikrosfer ortamında kültürlenmesi, MMP ailesi proteazları (MMP-2, MMP-9, MMP-14), hipoksi ile ilişkili faktörler (VEGF, HIF-1α) ve epitel mezenkimal transition (EMT) belirteçleri (CD44, FN1, TGF-β) dahil olmak üzere GBM invazivliği ile bağlantılı genlerin upregülasyonuyla sonuçlandı. Sonuç olarak bu tez, GBM TMÇ'nin 3 boyutlu mikropaternli ko-kültür modelini, GBM TMÇ içindeki karmaşık dinamikleri ve GBM migrasyonunu anlamamızı geliştirmek için yeni bir biyomimetik in vitro araç sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Glioblastoma multiforme (GBM) is the most fatal type of primary malignant brain tumors, characterized by aggressive infiltration into brain tissue. GBM migration is a complex process affected by several factors, including the bilateral communication between the GBM tumor and its microenvironment (TME). Astrocytes, the star-shaped stromal components of the GBM TME, account for half of the brain cells; however, their exact role within GBM invasiveness remains not fully understood. The utilization of scaffold-based 3D cell culture platforms has emerged as a promising strategy to mimic the complexity of the GBM TME. Among them, hydrogels with tunable biochemical and mechanical properties are ideal for replicating the low-stiffness and well-hydrated extracellular matrix (ECM) of the brain. The photocrosslinkable, semi-synthetic hydrogel, gelatin methacrylate (GelMA) offers advantages of cell-responsiveness and biodegradability, simultaneously providing a fine level of control over its mechanical properties, including matrix stiffness and porosity. In this thesis, it was aimed to establish an in vitro 3D co-culture model of the GBM TME. To accomplish this goal, a two-step photolithography technique with photomasks was employed to surround high-stiffness U87 GBM cells encapsulated in GelMA microspheres, resembling glioma tumors, by lower-stiffness GelMA matrices, mimicking the healthy brain parenchyma. This technique facilitated the establishment of two distinct astrocyte-glioma co-culture configurations, demonstrating the versatility of the proposed microfabrication technique in precisely localizing various cell types. The quantitative analysis of time-lapse confocal microscopy images revealed the differential impact of the immortalized normal human astrocyte (I-NHA) co-culture configuration on GBM migration. Encapsulating I-NHA cells in vicinity to U87 GBM cells resulted in extensive invasion of the surrounding GelMA matrix by GBM cells. In contrast, surrounding U87 GBM microspheres with an astrocyte-dispersed matrix led to the establishment of the astrocytic network, which inhibited the tumor cell migration. To further validate the physiological relevance of the microfabricated platform, we performed the immunofluorescent staining and qPCR analysis of proteins and genes related to GBM migration and malignancy as well as astrocyte reactivity. The immunocytochemical staining confirmed the upregulation of GFAP expression by interconnected astrocytic networks around U87 microspheres, suggesting the reactive transformation of astrocytes and the formation of the glial scar in the presence of GBM cells. Additionally, culturing U87 cells in the 3D environment of GelMA microspheres resulted in the upregulation of genes linked to GBM invasiveness, including MMP family proteases (MMP-2, MMP-9, MMP-14), hypoxia-related factors (VEGF, HIF-1α), and epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) markers (CD44, FN1, TGF-β). In conclusion, this thesis presents a 3D micropatterned co-culture model of the GBM TME, offering a novel biomimetic in vitro tool for advancing our understanding of GBM migration and the intricate dynamics within the GBM TME.
Benzer Tezler
- Multiplexed and micropatterned 3 Dimensional (3D) GelMA Platform as an in vitro model for Oligodendrogenesis
Oligodendrojenez modellemesi için 3 Boyutlu (3B) çoklu ve mikropaternli GelMA Platformu
ECEM METİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
BiyomühendislikKoç ÜniversitesiHücresel ve Moleküler Tıp Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞADİYE EMEL SOKULLU
- Biodegradable poly(ester-urethane) scaffolds for bone tissue engineering
Kemik doku mühendisliği için biyobozunur poli(ester-üretan) destek yapılar
AYSEL KIZILTAY
Doktora
İngilizce
2011
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Bölümü
PROF. DR. JULİO SAN ROMAN
PROF. DR. NESRİN HASIRCI
- 3D animasyonun gelişimi: Dijital pazarlama sektörü üzerindeki rolü
The development of 3D animation: Its role on the digital marketing industry
ELİF BAŞTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
İletişim Bilimleriİstanbul Medipol ÜniversitesiPazarlama İletişimi ve Reklamcılık Bilim Dalı
DOÇ. DR. İHSAN EKEN
- Üç boyutlu sanal gerçeklik ortamında mimari mekan temsilinin geliştirilmesi: Temel anlam ve yan anlam yaratma
Improving spatial representation in 3d virtual environments: Building basic and connotative meanings
ERDAL DEVRİM AYDIN
Doktora
Türkçe
2012
Bilim ve TeknolojiYıldız Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. TOGAN TONG
- Development of online aviation course based on 3d visualization model
Görselleştirme modeli bazında çevrimiçi havacılık kursu geliştirilmesi
AHMED WALAA JAWDAT AL-JAF
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAtılım ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MELTEM ERYILMAZ