Capturing dynamic scaffold properties of hybrid GelMA basedmicrogels toward tissue engineering and organ-on-chips

Mikrojeller, geçtiğimiz yıllarda çip-üstü-organ platformları, doku mühendisliği, ve ilaç salınımı uygulamarında kullanışlıklıkları, özelleştirilebilir olamaları ve küçük boyutları ile önemlerini ispat etmişlerdir. Enjekte edilebilir malzemeler ve dinamik doku mühendisliği iskeletleri gibi farklı uygulamalara adapte olabilmeleri ile oldukça çeşitli biyomedikal aplikasyonlar için ümit vadedici platformlar olmuşlardır. Ancak, fiziksel ve mekanik karakterizasyonları için büyük ölçekli hidrojellerde kullanılan geleneksel metodların kullanılması, mikrojellere özel davranışların boyut ve yüzey alanına hacim oranının göz ardı edilerek yakalanamamasına neden olmaktadır. Bu çalışmada, damlacık mikroakışkan çipler kullanılarak üretilen Jelatin Metakriloil (GelMA) tabanlı Kolajen ve Hyaluronik Asit Metakrilat (HAMA) hibrit mikrojelleri üretilerek, fiziksel özelliklerini araştrımak amacıyla mikro boyutlarına uygun olarak geliştirilen yeni nesil deneysel yaklaşımlar geliştirilmiştir. Şişme ve degrede olma özellikleri, bu amaca özel geliştirilmiş platformlar kullanılarak gerçek zamanlı bir şekilde takip edilmiş, iç yapıları taramalı electron microskopu kullanılarak aydınlatılmış, böylece daha önce raporlanmamış sonuçlar elde edilmiştir. Böylece, GelMA ve Kolajen kullanıldığında iç-içe geçen bir ağ yapısı gözlemlenirken, GelMA ve HAMA kullanıldığında kopolimer bir ağ yapısı gözlemlenmiştir. Kolajenaz ve Hyaluronidaz etkisi altında, bu mikrojeller ağ yapılarına, ağ yapılarının yoğunluğuna ve substrat-enzim etkileşimine, enzim doygunluğuna ve polimerlerin ağa bireysel katkılarına bağlı olduğu anlaşılan farklı degredasyon mekanizmaları göstermiştir. Çalışma, daha ziyade GelMA ve HAMA hibrit mikrojellerinin vücut içerinde maruz kalacakları ortam taklit edilecek şekilde, enzimatik degredasyon altındaki davranışlarına odaklanarak genişletilmiş, hacimlerinin, mekanik ve yüzey özelliklerinin nasıl değiştiği incelenerek ilerletilmiştir. Çalışmalarımız sonucunda bulduk ki, mikrojellerin geçirdiği değişimi anlamlandırabilmek için, bahsedilen deneylerin ayrı ayrı değerlendirilmesi yerine, bir bütün olarak değerlendirilmeleri sağlıklı çıkarımlar yapabilmek için daha faydalı olacaktır. Böyle bir yaklaşım benimsenerek, GelMA ve HAMA nın değişen oranlarının ağ yoğunluğunu, formasyonunu ve en nihayetinde degradasyon davranışlarını nasıl etkilediği aydınlatılmıştır. Çalışmamızda, damlacık mikroakışkan çiplerle üretilen mikrojellerde ilk kez gözlemlenen bir bulgu olarak, artan HAMA konsantrasyonlarında mikrojellerin merkezlerinden dışına doğru azalan bir ağ yoğunluğu bulunmuştur. Ayrıca, farklı enjeksiyon volümlerini taklit etmek amacıyla aynı enzim konsantrasyonunda farklı mikrojel sayıları degrede edilmiş, ve farklı enjeksiyon dokularını taklit etmek amacıyla, mikrojel sayıları sabit tutularak farklı enzim konsantrasyonları denenmiştir. Bu deneyler, mikrojellerin degredasyon profillerinin enzim doygunluğuna ve rekabetine karşı ne kadar hassas olduğunu göstermiştir. Bunlarla birlikte, mikrojellerin degredasyon sırasında sertliklerindeki ve yüzey özelliklerindeki değişim takip edilmiş, ağ homojenitesinin stabil bir sertlik değişimi profili çizmeleri için ne kadar önemli olduğu bulunmuştur. Son olarak, tüm bu bulguların mikrojellerin bir uygulaması olan ilaç salınımında nasıl bir etkisi olduğu edinilmiş bilgiler çerçevesinde değerlendirilmiştir.