İlaç araştırmaları için 3-boyutlu mikroakışkan damar modelinin geliştirilmesi

Vasküler hastalıkların araştırılması, yeni ilaç adayı moleküllerin taranması, tespiti ve vasküler toksisitelerinin araştırılmasında kullanılabilecek in vivo damar fizyolojisi, anatomisi ve kan akışı kaynaklı oluşan sıvı gerilim kuvvetinin taklit edilebildiği 3-boyutlu (3B) damar modeline ihtiyaç duyulmaktadır. Son yıllarda insan doku ve/veya organların fizyolojik tepkilerini taklit etmek amacıyla modellenen mikroakışkan organ çipleri 3B doku/organların in vitro modellemesinde ilgi odağı olmuştur. Bu tez çalışmasında fizyolojik koşulları ve in vivo damar yapısını (tunika eksterna, tunika media ve tunika intima tabakaları) taklit eden perfüze edilebilir 3B damar çip modelinin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla 3B yazıcı ile 35 mm çapında PDMS tabanına Pluronic F-127 kopolimeri ile 1,8 mm çap, 20 mm uzunluk ve 1,1 cm2 lateral alana sahip kanal oluşturulmuştur. Kanal önce dopamin hidroklorid (poliDOPA, 2 mg/mL), sonra kollajen veya fibronektin ile kaplanmıştır. Daha sonra sığır aort damarından izole edilip karakterize edilen vasküler düz kas hücreleri (vSMC), vasküler endotel hücreleri (vEC) ile insan (hFB) veya fare (L-929) kaynaklı fibroblast hücreleri PDMS kanallar içinde statik veya dinamik koşullarda (60 μL/dak.) koşullarda kültür edilmiştir. 3B damar yapısını oluşturmak için kültür süresi, substrat, hücre sayısı (50.000 hücre/çip veya 25.000 hücre/çip) test edilerek hücre davranışları araştırılmıştır. Daha sonra farklı i CellTracker® ile işaretlenmiş fibroblast hücreleri ve vSMC dinamik koşullarda PDMS kanalda ko-kültür edilerek perfüze edilmiş ve hücre varlığı, hücre lokalizasyon paterni ve hücre tabakalarının oluşumu incelenmiştir. Son olarak poliDOPA veya poliDOPA+kollajen ile kaplı PDMS kanallarda sırasıyla hFB, vSMC ve vEC (1:1:1) hücreleri kültüre edilerek üçlü direkt ko-kültür yapılarak dinamik koşullarda 3B damar modeli geliştirilmiş ve hücre tabakası ile endotel ve düz kas hücre spesifik proteinlerinin ifadesi açısından karakterize edilmiştir. Temas açısı ve FTIR sonuçları PDMS yüzeyin polidopamin ile kaplandığını ve hidrofilik bir yüzeyin elde edilebildiğini göstermiştir. Mikroskobik analiz, statik koşullarda test edilen farklı hücre sayısı, substrat tipi ve kültür süresinde vSMC'lerin benzer davranışlar göstererek yüzeye tutunabildiklerini, dinamik koşullarda ise test edilen tüm substrat ve hücre sayısında yüksek hücre canlılığına sahip mikro doku oluşturduklarını göstermiştir. Dinamik koşullarda, vEC ve fibroblast hücrelerinin statik koşullarda oluşturdukları hücre tabakası yapısını korudukları, sıvı gerilim kuvvetine maruz kalma süresine bağlı olarak vEC'lerin tabaka yapısını kaybetme, fibroblast hücrelerinin ise daha yoğun bir tabaka oluşturma eğilimi gösterdikleri tespit edilmiştir. vSMC-fibroblast ko-kültür çalışmaları fibroblast-vSMC direkt ko-kültürünün başarılı bir biçimde gerçekleştirildiğini, hücrelerin kültürde varlıklarını koruduklarını göstermektedir. Konfokal ve immünofloresan analizleri poliDOPA+kollajen ile kaplanmış PDMS kanallarda dinamik koşullarda üçlü ko-kültürün başarılı bir biçimde yapılarak fibroblast, düz kas ve endotel tabakalarını içeren 3B damar modelinin oluştuğunu göstermiştir.