Self-healing hydrogels for cardiac tissue engineering
Kendini iyileştiren hidrojellerin kardiyak doku mühendisliğinde kullanımı
- Tez No: 940401
- Danışmanlar: PROF. DR. DİLEK KESKİN, DOÇ. DR. ESİN AKARSU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 157
Özet
Bu araştırma, düşük glikoz ortamında kondisyonlanmış hAMSClerden izole edilen ekzozomlar, hiyalüronik asit (HA) bazlı hidrojeller ve grafen oksit (GO) entegre edilerek enjekte edilebilir, kendini iyileştiren ve iletken bir kompozit hidrojel (HAGOE) geliştirmiştir. Üç HA varyantı (40, 80 ve 100 kDa), EDC bağlantısı yoluyla fenilboronik asit (PBA) veya fruktozamin ile fonksiyonlandırılmış ve başarılı konjugasyon NMR ve FTIR ile doğrulanmıştır. Tüm hidrojeller (%10 w/v PBS, 1:1 oran) fizyolojik pH da hızlı jelasyon gösterirken enjekte edilebilirliğini korumuştur. Yirmi bir günlük bozunma çalışmaları, HA40 ta %26 kütle kaybı gösterirken, HA80 ve HA100 de bu oran %14 olarak belirlenmiş ve sertlikteki azalmaya rağmen çekme dayanımı korunmuştur. Biyolojik değerlendirmeler, kardiyomiyojenik ve anjiyojenik farklılaşmayı artırdığını göstermiş ve bozunma-porozite dengesi en uygun olan HA80 in seçilmesine yol açmıştır. GO, grafitten sentezlenmiş ve FTIR, Raman, XRD ve XPS ile karakterize edilerek tek tabakalı yapı (ortalama 270 nm boyut) ve iletkenlik için kritik önem taşıyan sp²-melezlenmiş domain artışı doğrulanmıştır. Doza bağlı testler (0.5-2.5 mg/mL), mekanik özellikleri veya canlılığı değiştirmeden iletkenliği artırdığını göstermiştir. GO-5 ve GO-15 (5 ve 15 μg/cm²) hem kardiyomiyojenik hem de anjiyojenik farklılaşmayı artırmıştır. Düşük veya yüksek glikozlu ortamlarda kondisyonlanmış hAMSClerden izole edilen ekzozomlar sitotoksik olmayıp benzer şekilde kardiyomiyojenezi desteklemiştir. Bununla birlikte, düşük glikoz ekzozomları anjiyogenezi önemli ölçüde artırmış ve HAGOEye dahil edilmelerini haklı çıkarmıştır. Sprague-Dawley sıçan MI modelinde, HAGOE (HA80 + GO-5 + düşük glikoz ekzozomları) enjeksiyonu, salin ile karşılaştırıldığında fibrozisi azaltmış ve onarıcı kardiyak remodelingi iyileştirmiştir. Bu sonuçlar, HAGOEnin enfarkt rejenerasyonu için çok fonksiyonlu bir terapötik platform potansiyelini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
This research developed an injectable, self-healing, and conductive composite hydrogel (HAGOE) for cardiac repair by integrating hyaluronic acid (HA)-based hydrogels, graphene oxide (GO), and exosomes isolated from hAMSCs conditioned in low-glucose environment. Three HA variants (40, 80, and 100 kDa) were functionalized with phenylboronic acid (PBA) or fructosamine via EDC coupling, with successful conjugation confirmed by NMR and FTIR. All hydrogels (10% w/v in PBS, 1:1 ratio) exhibited rapid gelation at physiological pH and maintained injectability. Degradation studies over 21 days revealed mass losses of 26% for HA40 versus 14% for HA80 and HA100, with preserved tensile strength despite reduced stiffness. Biological evaluation demonstrated enhanced cardiomyogenic and angiogenic differentiation, leading to the selection of HA80 for its optimal degradation-porosity balance. GO was synthesized from graphite and characterized by FTIR, Raman, XRD, and XPS, confirming single-layer structure (270 nm average size) and increased sp²-hybridized domains critical for conductivity. Dose-dependent testing (0.5–2.5 mg/mL) showed improved conductivity without altering mechanical properties or viability. While GO-5 and GO-15 (5 and 15 μg/cm²) enhanced both cardiomyogenic and angiogenic differentiation. Exosomes isolated from hAMSCs conditioned in low- or high-glucose media were non-cytotoxic and equally promoted cardiomyogenesis. However, low-glucose exosomes significantly augmented angiogenesis, justifying their inclusion in HAGOE. In a Sprague-Dawley rat MI model, HAGOE (HA80 + GO-5 + low-glucose exosomes) injection reduced fibrosis and reparative cardiac remodeling compared to saline. These results highlight HAGOEs multifunctional potential as a therapeutic platform for infarct regeneration.
Benzer Tezler
- Süperkapasitör için esnek ve kendi kendini iyileştirebilen hidrojel elektrolit sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of flexible and self-healable hydrogel electrolyte for supercapacitor
AYŞE OYMAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE YAĞMUR
- Self-healing cellulose-enhanced pectin-based hydrogels for wound dressing applications
Yara örtüsü uygulamaları için kendini yenileyen selüloz katkılı pektin temelli hidrojeller
NERGİSHAN İYİSAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER
- Katanyonik surfaktan çözeltilerinde sentezlenen kendini onarabilen hidrojeller
Self-healing hydrogels formed in catanionic surfactant solutions
GİZEM AKAY
- Synthesis and mechanical properties of self-healing smart hydrogels
Kendi kendini onarabilen akıllı hidrojellerin sentezi ve mekanik özellikleri
ÜMİT GÜLYÜZ
- Semi-crystalline hydrogels with shape-memory and self- healing functions
Şekil-hafızalı ve kendi-kendini onarabilen semi-kristalin hidrojeller
ÇİĞDEM BİLİCİ