Nöronal farklılaşmayı modelllemek için beyin-mimetik hidrojel geliştirilmesi

Biyomekanik ve biyokimyasal olarak ayarlanabilir beyin dokusu modelleri, doku mühendisliği uygulamaları ve nörobilim çalışmaları için özellikle önemlidir. Doğal dokuların hücresizleştirilmesi yoluyla hidrojellerin türetilmesi, in vitro insan modelleri kullanımında doğal beyin hücre dışı matrisini yeniden oluşturmak için umut verici bir stratejidir. Beyin dokusunun farklı özellikleri ve hücresel davranış üzerindeki etkileri nedeniyle, hücresizleştirilmiş dokulardan yapılan hidrojellerin biyokimyasal ve biyomekanik özelliklerini karakterize etmek ve modüle etmek özellikle önemlidir. Bu çalışmada, sığır beyin dokusunun nörobilim çalışmaları için bir biyomateryal taşıyıcı olarak kullanımını araştırdık, ve kolay erişilebilirlik, tekrarlanabilirlik ve mikro-çevresel benzerlik ile insan beyninin yerine avantajlı bir tercih olup olamayacağını değerlendirdik. Sığır beyin dokusunun hücresizleştirilmesi ve hidrojellerin üretimi için farklı yöntemler belirledik ve inceledik. Hücresizleştirilmiş dokularda, hem hücresel materyalin ortadan kaldırıldığını hem de hücre dışı matris bileşenlerinin korunduğunu doğrulamak için histolojik değerlendirmeler ve biyokimyasal deneyler yapıldı. Daha sonra hücresizleştirilmiş dokular, enzimatik sindirim ile çözündürüldü ve termal çapraz bağlanma kabiliyetine sahip hidrojelleri oluşturmak için fizyolojik koşullar altında yeniden yapılandırıldı. Sertliklerini ve viskoelastik özelliklerini değerlendirmek için hidrojellerin mekanik karakterizasyonu yapıldı. Hidrojeller daha sonra üç boyutlu hücre kapsülleme etkinlikleri ve kültürde nöroblastoma hücre dizisi (SH-SY5Y) ile hücre uyumluluğu açısından test edildi. Toplu olarak, her hücresizleştirme tekniğinin farklı biyokimyasal ve biyomekanik özelliklerle sonuçlandığı ve bu faktörlerin hücre büyümesini ve nörit oluşum derecesi gibi davranışları etkilediği gösterilmiştir. Mekanik mikroçevrenin kanser ve nörodejeneratif hastalıklarda önemli bir parametre olarak değişim gösterdiği göz önüne alındığında, bu çalışmanın sonuçları önemli bilgiler vermektedir. Çalışmanın ikinci bölümünde, kültür boyutluluğunun ve doğal beyin matris ligandlarının varlığının hücresel etkisini değerlendirmek için nöroblastoma hücrelerinin nöronal farklılaşması, 2B ve 3B hücre kültürü koşulları altında araştırıldı. Bu amaçla, nöroblastoma hücreleri ya hücre kültürü plakası üzerinde büyütüldü ya da hücresizleştirilmiş beyin kaynaklı hidrojeller içinde kapsüllendi. Bir nöronal farklılaşma rejiminin ardından hücreler, nörit oluşumunu belirlemek için ışık mikroskobu yoluyla morfolojik olarak değerlendirildi. Daha sonra, nöronal belirteçlerin ekspresyonu hem protein seviyesinde immün boyamalarla hem de gen seviyesinde qRT-PCR ile değerlendirildi. Sonuç olarak, hem 2B hem de 3B kültürlerde uzun nörit oluşumu ile farklılaşmış hücreler tarafından sinaptogenezin iyileştirildiği gösterilmiştir. Çoğalma hızı azalmakta ve TUBB3 ve CHAT dahil olmak üzere nöronal belirteçlerin gen ekspresyon seviyeleri artmaktadır. Gözlemlenen ortak eğilimlerin yanı sıra, 2B ve 3B kültürlü farklılaşmış hücrelerde de önemli farklılıklar gözlenirken, 3B kültürde glial hücre belirteci olan GFAP'de bir artış tespit edildi.