Impact of 3D scaffolds that can co-deliver oxygen and pH-sensitive biomolecules on the viability of cancer and healthy cells
Oksijen ve pH'a duyarlı biyomolekül eş dağıtımı yapabilen 3B iskelelerin kanser ve sağlıklı hücrelerin canlılığı üzerine etkisi
- Tez No: 991367
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NERMİN SEDA KEHR, PROF. DR. GÜLŞAH ŞANLI MOHAMED
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, iki çok işlevli hidrojel sistemini incelemektedir: Hedefe yönelik antibakteriyel uygulamalar için gentamisin (GEN) yüklü, perflorokarbon ile fonksiyonelize edilmiş periyodik mezopor organosilika nanoparçacıkları (PMOF'lar) içeren alginat hidrojeller ve hedefe yönelik anti-kanser tedavisi için doksorubisin (DOX) yüklü PMOF'ları içeren jelatin metakriloyl (GelMA) hidrojeller. 1. Bölüm'de, GEN yüklü PMOF'ler (GENPMOF) alginat hidrojellere entegre edilerek pH bağımlı GEN salımı, sürekli O₂ taşınımı ve doz bağımlı antibakteriyel aktivite sağlanmıştır. 3D baskılı alginat ağlarına dahil edilmesi, özellikle Alg-GENPMOF için mekanik stabiliteyi artırmış, şişmeyi ve bozunmayı azaltmış ve viskoelastik dayanımı yükseltmiştir. Antibakteriyel testler, Alg-GENPMOF'nin hem S. aureus hem de E. coli'yi etkili şekilde baskıladığını gösterirken, Alg-PMOF sağlıklı fibroblastları destekleyerek kanser hücrelerinin canlılığını azaltan seçici sitotoksisiteyi teşvik etmiştir. 2. Bölüm'de, bu strateji O₂ salan GelMA-F (GA), DOX yüklü PMOF-P (DOXPMOF-P) ve probiyotikleri birleştiren çok işlevli hidrojellere, tamamen entegre BioHybrid yapılar dahil edilerek genişletilmiştir. Reolojik analizler, organosilika/polimer ile kapsüllenmiş probiyotiklerin (SPEP) GA ağ homojenliğini bozarak viskozite ve modülleri düşürdüğünü, buna karşın DOXPMOF-P'nin elektrostatik etkileşimler yoluyla mekanik özellikleri artırdığını ortaya koymuştur. 3D baskılı iskeleler, 7 gün boyunca sürekli, pH yanıtlı DOX salımı, ayarlanabilir şişme ve bozunma profilleri ve yüksek dolgu yoğunluğunda yüksek hücre canlılığı göstermiştir. BioHybrid yapılar, artırılmış O₂ tutulumu, artan butirat üretimi ve geliştirilmiş probiyotik metabolik aktivite sergilemiştir. In vitro çalışmalar, O₂, DOX ve probiyotik metabolitlerin eş zamanlı taşınmasının reaktif oksijen türlerini (ROS) azalttığını, sağlıklı hücre canlılığını desteklediğini ve normoksik ile hipoksik koşullar altında kanser hücrelerine karşı seçici sitotoksisiteyi artırdığını doğrulamıştır. Bu bulgular, modüler ve 3D baskıya uygun hidrojel platformlarının kombinatoryal terapötik stratejiler için potansiyelini vurgulamaktadır; bu platformlar, hipoksik ve enfeksiyona yatkın mikroortamlarda eş zamanlı oksijen sağlama, ilaç taşınımı ve mikrobiyom desteğini mümkün kılmaktadır.
Özet (Çeviri)
This work explores two multifunctional hydrogel systems: alginate hydrogels incorporating gentamicin (GEN) loaded perfluorocarbon functionalized periodic mesoporous organosilica nanoparticles (PMOFs) for targeted antibacterial applications, and gelatin methacryloyl (GelMA) hydrogels incorporating doxorubicin (DOX) loaded PMOFs for targeted anti-cancer therapy. In Chapter 1, GEN-loaded PMOFs (GENPMOF) were integrated into alginate hydrogels, providing pH-dependent GEN release, sustained O₂ delivery, and dose-dependent antibacterial activity. Incorporation into 3D-printed alginate networks enhanced mechanical stability, reduced swelling and degradation, and increased viscoelastic strength, particularly for Alg-GENPMOF. Antibacterial assays showed that Alg-GENPMOF effectively suppressed both S. aureus and E. coli, while Alg-PMOF favored selective cytotoxicity by supporting healthy fibroblasts and reducing cancer cell viability. Chapter 2 extended this strategy to multifunctional hydrogels combining O₂-releasing GelMA-F (GA), DOX-loaded PMOF-P (DOXPMOF-P), and probiotics, including fully integrated BioHybrid structures. Rheological analyses revealed that organanosilica/polymer encapsulated probiotic (SPEP) disrupted GA network homogeneity, reducing viscosity and moduli, whereas DOXPMOF-P enhanced mechanical properties via electrostatic interactions. 3D-printed scaffolds exhibited sustained, pH-responsive DOX release over 7 days, tunable swelling and degradation profiles, and high cell viability at high infill densities. BioHybrid constructs demonstrated enhanced O₂ retention, increased butyrate production, and improved probiotic metabolic activity. In vitro studies confirmed that co-delivery of O₂, DOX, and probiotic metabolites reduced reactive oxygen species (ROS), promoted healthy cell viability, and increased selective cytotoxicity toward cancer cells under normoxic and hypoxic conditions. These findings highlight the potential of modular, 3D-printable hydrogel platforms for combinatorial therapeutic strategies, enabling simultaneous oxygenation, drug delivery, and microbiome support in hypoxic and infection-prone microenvironments.
Benzer Tezler
- Processing of polylactide nanofibrous and film structures: Effects of polymer blending and bio-additives on structure-property relationships
Polilaktit nanolif ve film yapılarının işlenmesi: Polimer karışımı ve biyo-katkıların yapı-özellik ilişkileri üzerine etkisi
HANDAN PALAK
Doktora
İngilizce
2025
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURÇAK KARAGÜZEL KAYAOĞLU
- Design and fabrication of scaffolds for bone with regular and irregular voronoi architectures; characterization of their mechanical performance experimentally and using finite element analysis
Düzenli ve düzensiz voronoi mimarilerine sahip kemik iskelelerinin tasarımı ve üretimi; mekanik özelliklerinin deneysel ve sonlu elemanlarla analizi
ALAA HUSSEIN HAMMAD ALHELAL
- Antitumor effect of RGD peptide on cancer microtissues
RGD peptidin kanser mikrodokuları üzerinde antitümör etkisi
VELİ KAAN AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Biyoteknolojiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiBiyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OZAN KARAMAN
- Mechano-biology based optimal design and fabrication of multi-functional bone scaffolds
Mekanobiyoloji tabanlı optimal tasarım ve çok fonksiyonlu kemik iskelelerinin üretimi
MERVENAZ ŞAHİN
Doktora
İngilizce
2025
BiyomühendislikSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLLÜ KIZILTAŞ ŞENDUR
- Silk fibroin cryogel-based shape memory organohydrogels
İpek fibroin kriyojel bazlı şekil hafızalı organohidrojeller
YAHYA BAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ OKAY