Capturing dynamic scaffold properties of hybrid GelMA basedmicrogels toward tissue engineering and organ-on-chips
Doku mühendisligi ve çip-üstü-organ uygulamalari için hibrit GelMA tabanli mikrojellerin dinamik ortamlardaki iskelet özelliklerinin incelenmesi
- Tez No: 898135
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ BÜLEND ORTAÇ, DOÇ. DR. GÜRKAN YEŞİLÖZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoloji, Biyomühendislik, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Biology, Bioengineering, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 88
Özet
Mikrojeller, geçtiğimiz yıllarda çip-üstü-organ platformları, doku mühendisliği, ve ilaç salınımı uygulamarında kullanışlıklıkları, özelleştirilebilir olamaları ve küçük boyutları ile önemlerini ispat etmişlerdir. Enjekte edilebilir malzemeler ve dinamik doku mühendisliği iskeletleri gibi farklı uygulamalara adapte olabilmeleri ile oldukça çeşitli biyomedikal aplikasyonlar için ümit vadedici platformlar olmuşlardır. Ancak, fiziksel ve mekanik karakterizasyonları için büyük ölçekli hidrojellerde kullanılan geleneksel metodların kullanılması, mikrojellere özel davranışların boyut ve yüzey alanına hacim oranının göz ardı edilerek yakalanamamasına neden olmaktadır. Bu çalışmada, damlacık mikroakışkan çipler kullanılarak üretilen Jelatin Metakriloil (GelMA) tabanlı Kolajen ve Hyaluronik Asit Metakrilat (HAMA) hibrit mikrojelleri üretilerek, fiziksel özelliklerini araştrımak amacıyla mikro boyutlarına uygun olarak geliştirilen yeni nesil deneysel yaklaşımlar geliştirilmiştir. Şişme ve degrede olma özellikleri, bu amaca özel geliştirilmiş platformlar kullanılarak gerçek zamanlı bir şekilde takip edilmiş, iç yapıları taramalı electron microskopu kullanılarak aydınlatılmış, böylece daha önce raporlanmamış sonuçlar elde edilmiştir. Böylece, GelMA ve Kolajen kullanıldığında iç-içe geçen bir ağ yapısı gözlemlenirken, GelMA ve HAMA kullanıldığında kopolimer bir ağ yapısı gözlemlenmiştir. Kolajenaz ve Hyaluronidaz etkisi altında, bu mikrojeller ağ yapılarına, ağ yapılarının yoğunluğuna ve substrat-enzim etkileşimine, enzim doygunluğuna ve polimerlerin ağa bireysel katkılarına bağlı olduğu anlaşılan farklı degredasyon mekanizmaları göstermiştir. Çalışma, daha ziyade GelMA ve HAMA hibrit mikrojellerinin vücut içerinde maruz kalacakları ortam taklit edilecek şekilde, enzimatik degredasyon altındaki davranışlarına odaklanarak genişletilmiş, hacimlerinin, mekanik ve yüzey özelliklerinin nasıl değiştiği incelenerek ilerletilmiştir. Çalışmalarımız sonucunda bulduk ki, mikrojellerin geçirdiği değişimi anlamlandırabilmek için, bahsedilen deneylerin ayrı ayrı değerlendirilmesi yerine, bir bütün olarak değerlendirilmeleri sağlıklı çıkarımlar yapabilmek için daha faydalı olacaktır. Böyle bir yaklaşım benimsenerek, GelMA ve HAMA nın değişen oranlarının ağ yoğunluğunu, formasyonunu ve en nihayetinde degradasyon davranışlarını nasıl etkilediği aydınlatılmıştır. Çalışmamızda, damlacık mikroakışkan çiplerle üretilen mikrojellerde ilk kez gözlemlenen bir bulgu olarak, artan HAMA konsantrasyonlarında mikrojellerin merkezlerinden dışına doğru azalan bir ağ yoğunluğu bulunmuştur. Ayrıca, farklı enjeksiyon volümlerini taklit etmek amacıyla aynı enzim konsantrasyonunda farklı mikrojel sayıları degrede edilmiş, ve farklı enjeksiyon dokularını taklit etmek amacıyla, mikrojel sayıları sabit tutularak farklı enzim konsantrasyonları denenmiştir. Bu deneyler, mikrojellerin degredasyon profillerinin enzim doygunluğuna ve rekabetine karşı ne kadar hassas olduğunu göstermiştir. Bunlarla birlikte, mikrojellerin degredasyon sırasında sertliklerindeki ve yüzey özelliklerindeki değişim takip edilmiş, ağ homojenitesinin stabil bir sertlik değişimi profili çizmeleri için ne kadar önemli olduğu bulunmuştur. Son olarak, tüm bu bulguların mikrojellerin bir uygulaması olan ilaç salınımında nasıl bir etkisi olduğu edinilmiş bilgiler çerçevesinde değerlendirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Microgels have emerged as versatile materials in tissue engineering, drug delivery, and organ-on-chip (OoC) platforms due to their small scale, uniformity, and customizable properties. Their adaptability as injectable materials and dynamic scaffolds makes them promising candidates for a wide range of biomedical applications. However, traditional methods for characterizing their physical and mechanical behaviors, designed for bulk hydrogels, do not capture the unique properties of microgels, which differ significantly in terms of size and surface-to-volume ratio. This work explores the physical properties of Gelatin Methacryloyl (GelMA)-based Collagen and Hyaluronic Acid Methacrylate (HAMA) hybrid microgels produced via droplet microfluidics, employing novel assays tailored specifically to their micro-scale. Real-time observation of their swelling and degradation properties is carried out using a custom-made platform enabling the tracking of individual microgels, and electron microscopy provides insights into their internal structures, revealing previously unobserved behaviors. We have shown the interpenetrating network formation when GelMA and Collagen are used; and copolymer formation when GelMA and HAMA are used. Under the effect of Collagenase and Hyaluronidase, the individual microgels showed different degradation mechanisms, which have proven to be affected by crosslink densities, enzyme-substrate specificity, enzyme saturation, and properties of the individual network components. The work is extended by focusing more on the temporal profiling of GelMA and HAMA hybrid microgels' behaviors under enzymatic degradation, examining how volume, mechanical properties, and surface features evolve over time, simulating the dynamic conditions encountered in vivo during especially tissue engineering applications. We found that instead of carrying out separate assays to understand the changes, a more holistic approach to evaluating the aforementioned properties gives a more thorough discussion. This approach revealed that changing the ratios of GelMA against HAMA affects the crosslink densities, network formation, and ultimately degrative behaviors. We have observed, for the first time in droplet microfluidics, that a certain combination of GelMA HAMA results in microgels with a network gradient, getting denser towards the center, while the other combinations only increased the crosslink densities without altering the porous homogeneity. Furthermore, the number of microgels exposed to the same concentration of enzyme is altered to emulate different injection volumes into similar tissues, or the enzyme concentration is altered to emulate injection into different tissues. These assays showed the sensitivity of degradation profiles against enzyme saturation and competition. Meanwhile, the stiffness and surface morphology changes of microgels during degradation are examined, revealing the importance of network homogeneity in presenting stable mechanical properties during degradation. Lastly, drug release from these scaffolds is modeled for prospective applications, and their relation to scaffold properties is evaluated. Overall, this thesis is poised to discover the peculiar behaviors of GelMA hybrid microgels produced with droplet microfluidics uncovering the importance of carrying out investigations true to the sample at hand and the conditions that will be imposed upon them during application.
Benzer Tezler
- Towards generation of ß-tcp scaffold based osteogenic niches in microfluidic bioreactors
Mikroakışkan biyoreaktörlerde ß-tcp esaslı doku iskeleleri kullanılarak osteojenik niş geliştirilmesi
İBRAHİM HALİLULLAH ERBAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
BiyomühendislikDokuz Eylül ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SİNAN GÜVEN
- Developing approaches and in vitrosystems for studying and promotingangiogenesis and for regenerativemedicine applications
Başlık çevirisi yok
SERKAN DİKİCİ
- 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
NİLUFAR ISMAYİLZADA
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
BiyomühendislikKoç ÜniversitesiBiyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞADİYE EMEL SOKULLU
- Gerçek-zamanlı çoklu-gnss vadase yaklaşımının düşey yönlü dinamik hareketleri yakalayabilme kabiliyetinin incelenmesi
Investigation of the capability of real-time multi-gnss vadase approach in capturing vertical dynamic movements
UĞUR AVŞAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Jeodezi ve FotogrametriGebze Teknik ÜniversitesiHarita Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEMAL ÖZER YİĞİT
- System identification and machine learning in air vehicle modeling
Makine öğrenmesi ile bir hava aracının sistem tanımlaması
OZAN NESİM ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiAviyonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞEREF NACİ ENGİN