Grafen tabanlı malzemelerin insan mezenkimal kök hücreleri nöronlara farklılaştırma potansiyeli

Abstract

Grafen; mekanik özellikleri, elektrik iletkenliği, yüzey alanı, kimyasal kararlılığı gibi olağanüstü birçok özelliğinin keşfi ile son zamanlarda bilim camiasında büyük ilgi gören bir malzeme olmuştur. Elektronikten biyomedikale, rejeneratif tıptan biyosensörlere çalışma alanı çok geniş olan grafenin henüz anlaşılamayan biyolojik özellikleri mevcut olduğu için araştırılmaya devam edilmesi gerekmektedir. Rejeneratif özelliği çok kısıtlı olan nörodejeneratif hastalıkların tedavisinde grafen tabanlı malzemelerin tasarımı büyük umut vaat etmektedir. Canlı sistemlerde güvenle kullanılabilmesi için materyalin sitotoksik özelliğe sahip olmaması ve biyouyumluluğu araştırmalarda önemli kriterler arasındadır. Bu tez çalışmasında insan adipoz kökenli mezenkimal kök hücrelerin (hASC) farklı derişimlerdeki grafen türevi olan grafen nanoşeritler (GNR) ve grafen oksit (GO) ile muamelesi sonucunda nöral hücrelere farklılaşma potansiyeli incelenmiştir. İn vitro koşullarda iki boyutlu (2D) kültür ortamında yetiştirilen hASC için 3 farklı besiyeri kullanılmıştır. Sonuç olarak, seçilen grafen tabanlı malzemelerin (GNR-PEO ve sGO) farklı derişim ve besiyerlerinde kültüre edilmesi hASC'nin nöral hücrelere farklılaşması üzerinde etkisi olmuştur. Hücrelerde zaman çizelgesinin belirli noktalarında nöral hücrelerin erken evrelerindeki belirteçleri ifade olmuştur. Elde edilen analizler sonucu iki malzeme arasından sGO daha başarılı olmuştur. Yapılan bu tez çalışması, in vivo çalışmalar ve sinir hasarlarının tedavisinde yeni yaklaşımlar geliştirebilmek açısından büyük önem taşımaktadır.

Graphene has been attracted great interest due to its outstanding properties such as mechanical strength, electrical conductivity, surface area, and chemical stability. Although it has been used in wide range of applications like electronics, biomedical, regenerative medicine, and biosensors, the biological properties of graphene remains still unknown. The design of graphene-based materials is highly promising in the treatment of neurodegenerative diseases whose regenerative properties are limited. The biocompatibility and non-cytotoxicity of the material are the most important criteria which are needed for safely usage in living systems.The present study investigates the potential of differentiation on neural cells with a treatment of human adipose-derived mesenchymal stem cells (hASC) using graphene nanoribbons (GNR) and graphene oxide (GO), which derived from different concentrations of graphene. Three different media were used in vitro for hASC which were grown in two-dimensional (2D) culture media. The culturing of different concentrations of graphene-based materials (GNR-PEO and sGO) in a different media shows differentiation of hASC into neural cells. At a certain points of the timeline in the cells expressed markers in the early stages of the neural cells. As a result of the analysis, sGO was more successful among the two materials. With this, the thesis underlines the importance of in vivo studies to develop new approaches for the treatment of nerve damages.