Use of neural stem cells differentiated from human iPS cells and tissue scaffolds obtained by 3D bioprinting of different nanomaterials in neural regeneration
İnsan uPK hücrelerinden farklılaştırılmış nöral kök hücreler ve farklı nanomalzemelerin 3-boyutlu biyobaskılanması ile elde edilen doku iskelelerinin nöral rejenerasyonda kullanımı
- Tez No: 930236
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AÇELYA YILMAZER AKTUNA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoloji, Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Biology, Bioengineering, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Üniversitesi
- Enstitü: Sağlık Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Disiplinlerarası Kök Hücre ve Yenileyici Tıp Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 113
Özet
Omurilik yaralanması (OY), dünya çapında milyonlarca insanı etkileyen ve hayatlarını değiştiren bir durumdur. Omurilik yaralanmasının küresel etkisi, sadece kişisel ve ailevi mücadeleler açısından değil, aynı zamanda sağlık sistemleri ve toplumlar üzerindeki ekonomik yükü nedeniyle de önemlidir. Dünya çapında milyonlarca kişinin etkilendiği omurilik yaralanması, omurilik yaralanması hastalarının sonuçlarını iyileştirmek için yenilikçi tedavilere acil ihtiyaç duyulmasına neden olmuştur. Geleneksel tedaviler belirtileri yönetmeye ve daha fazla hasarı önlemeye odaklanırken, kök hücre tedavileri rejeneratif tıpta umut verici bir sınır olarak ortaya çıkmıştır. Bu doktora tezinde; insan uPK hücrelerinden farklılaştırılmış nöral kök hücrelerin nöral büyüme faktörleri ve farklı nanomalzemeler ile muamele edilerek 2-Boyutlu (2B) kültür ortamında nöral hücrelere farklılaşması sağlanmıştır. Aynı zamanda nöral kök hücre ve nanomalzeme içeren biomürekkep ile 3-Boyutlu (3B) biyoyazıcıdan doku iskeleleri oluşturulmuştur ve nöral büyüme faktörleri ile kültür edilmiştir. Nöral farklılaşma potansiyelini arttırmak için hem 2B hem de 3B kültürlere elektrik akım verilmiştir. Ayrıca omurilik hasarı verilmiş ratlara; nöral kök hücre ve elektrik iletkenliği olan nanomalzemelerden MXene Quantum Dot (MQD) içeren doku iskeleleri yerleştirilmiştir. Elektrik iletkenliği özelliğine sahip MQD'nin bu özelliğinden faydalanarak oluşturulan omurilik hasarının rejenerasyon sürecinin takip edilmiştir. Böylece elektrik iletkenliğini özelliğine sahip MQD'nin nöral farklılaşmaya etkisi araştırılmıştır. Biyobaskılamayla üretilmiş, hücre ve nanomalzeme içeren sinir rejenerasyon çalışmaları literatürde sınırlıdır. Bu tez çalışması ile birlikte ilk kez insan uPK hücrelerinden farklılaştırılmış nöral kök hücrelerin, MQD ve doğal/sentetik polimerlerin eş zamanlı 3B biyobaskılanması yapılmıştır. Yüksek elektrik iletkenliği olduğu bilinen MQD'nin elektrik akımı verilerek nöronlar arasındaki aksiyon potansiyelinin daha kolay aktarılması sağlandığı görülmüştür. Sonuç olarak, bu çalışma nöral kök hücreler, MQD ve elektrik stimülasyonunu birleştiren multidisipliner bir yaklaşımın nöral farklılaşmayı arttırma ve omurilik yaralanması modellerinde fonksiyonel iyileşmeyi teşvik etme potansiyelini vurgulamaktadır. Sonuçlar, elektrik stimülasyonunun temel nöronal belirteçleri yukarı doğru düzenleyerek nöral farklılaşmayı önemli ölçüde artırdığını, MQD'nin ise hücre canlılığına ve nöroproteksiyona katkıda bulunduğunu göstermiştir. Fonksiyonel değerlendirmeler yapılan in vivo çalışmalarda, kombine tedavi grubunda motor ve duyusal iyileşmenin arttığını doğrulayarak bu müdahalelerin sinerjik bir etkisi olduğunu düşündürmüştür. İmmünofloresan ve gen ekspresyonu analizleri, nöral kök hücrelerin olgun nöronlara başarılı bir şekilde farklılaşmaya başladığını doğrulamış ve yaralı omurilik dokusuna bütünleşmesini desteklemiştir. Tez çıktılarının kök hücre çalışmaları, nanomalzeme çalışmaları ve sinir rejenerasyon çalışmalarına destek ve öncü model olması beklenmektedir.
Özet (Çeviri)
Spinal cord injury (SCI) is a life changing condition that affects millions of people worldwide. The global impact of spinal cord injury is significant, not only in terms of personal and family struggles, but also because of its economic burden on health systems and societies. With millions of people affected worldwide, spinal cord injury has led to an urgent need for innovative treatments to improve outcomes for spinal cord injury patients. While conventional therapies focus on managing symptoms and preventing further damage, stem cell therapies have emerged as a promising frontier in regenerative medicine. In this PhD thesis, neural stem cells differentiated from human iPS cells were treated with neural growth factors and different nanomaterials to differentiate into neural cells in 2-Dimensional (2D) culture medium. At the same time, tissue scaffolds were created from a 3-Dimensional (3D) bioprinter with bioink containing neural stem cells and nanomaterials and cultured with neural growth factors. Both 2D and 3D cultures were subjected to electric current to enhance neural differentiation potential. In addition, tissue scaffolds containing neural stem cells and MXene Quantum Dot (MQD), an electrically conductive nanomaterial, were implanted in rats with spinal cord injury. The regeneration process of the spinal cord damage created by utilizing this feature of MQD with electrical conductivity was followed. Thus, the effect of MQD with electrical conductivity on neural differentiation was investigated. Nerve regeneration studies involving cells and nanomaterials produced by bioprinting are limited in the literature. In this thesis, simultaneous 3D bioprinting of neural stem cells differentiated from human iPS cells, MQD and natural/synthetic polymers was performed for the first time. It was observed that MQD, which is known to have high electrical conductivity, was able to transfer the action potential between neurons more easily by applying electric current. In conclusion, this study highlights the potential of a multidisciplinary approach combining neural stem cells, MQD and electrical stimulation to enhance neural differentiation and promote functional recovery in spinal cord injury models. The results showed that electrical stimulation significantly enhanced neural differentiation by upregulating key neuronal markers, while MQD contributed to cell viability and neuroprotection. In vivo studies with functional assessments confirmed increased motor and sensory recovery in the combined treatment group, suggesting a synergistic effect of these interventions. Immunofluorescence and gene expression analyses confirmed the successful differentiation of neural stem cells into mature neurons and supported their integration into the injured spinal cord tissue. The thesis outputs are expected to support and pioneer stem cell studies, nanomaterial studies and nerve regeneration studies.
Benzer Tezler
- İnsan olfaktör kök hücrelerin izolasyonu kültürünün yapılması karakterizasyonu ve hasar görmüş fasiyal sinirin (ratlarda) rejenerasyonuna etkisinin incelenmesi
Isolation, culture and characterization of human olfactory stem cells and investigation of their effect on regeneration of damaged rat facial nerves
OLGA NEHİR ÖZTEL
Doktora
Türkçe
2014
BiyomühendislikYıldız Teknik ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADIL ALLAHVERDIYEV
- In vitro skeletal muscle model development through co-culture of cells
İn vitro iskelet kas modelinin ortak-kültür aracılığıyla geliştirilmesi
AYŞE BURCU ERTAN
Doktora
İngilizce
2017
Biyolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA NEŞE KÖK
PROF. DR. GAMZE KÖSE
- Fare ovaryumu kök hücrelerinin Real Time-PCR ve immünhistokimyasal yöntemlerle araştırılması
Investigation of stem cells in mouse ovaries by Real Time-PCR and immunohistochemical methods
YASHAR ESMAEİLİAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
BiyoteknolojiAnkara ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ATABENLİ ERDEMLİ
- Bipolar bozukluk tanılı hastaların indüklenmiş pluripotent kök hücrelerinde (IPS) mikroRNA ekspresyon değişimlerinin incelenmesi
Analyzing mirna expression changes in bipolar disorder patientspecific induced pluripotent stem cells (İPSC).
BEGÜM ALURAL
- Sinir hasarında kullanılmak üzere biyoaktif moleküller içeren biyomalzemelerin geliştirilmesi ve etkinliğinin incelenmesi
Development and effectiveness of biomaterials containingbioactive molecules for use in nerve damage
ASLI PINAR ZORBA YILDIZ
Doktora
Türkçe
2022
BiyomühendislikYıldız Teknik ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRAH ŞEFİK ABAMOR