Engineering beta-cell organoids for the treatment of type 1 diabetes
Tip 1 diyabet tedavisi için beta hücrelerinden oluşan organoitlerin geliştirilmesi
- Tez No: 594633
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SEDA KIZILEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Tip 1 diyabet (T1D), insülin salgılayan pankreas β hücrelerinin hastanın kendi bağışıklık sistemi tarafından tahrip edildiği kronik bir metabolik hastalıktır. Pankreas β hücrelerinin kaybı insülin eksikliğine neden olur, bu nedenle T1D hastaları hiperglisemiden muzdariptir. Günümüzde, eksojen insülinin hastalara intravenöz yoldan uygulandığı insulin tedavisi T1D için birincil tedavidir. Fakat, bu tedavi hastalar için çok yorucudur ve kesin bir çözüm değil, sadece bir rahatlama terapisidir. Adacık nakli T1D tedavisi için umut verici bir strateji olarak ortaya çıkmıştır. Fakat, bu tekniğin bağışıklık sistemi baskılayıcı ilaçların yaşam boyu kullanımı, pankreas adacıklarının izolasyonunda zorluklar ve donör yetersizliği gibi bazı kısıtlamaları vardır. Adacık nakli sonrası bağışıklık sistemini baskılayıcı ilaçların sürekli kullanımı hastalar ve implante edilmiş adacıklar için ciddi yan etkilere sahiptir. Bu nedenle, adacık mühendisliği alanında, adacık implantasyon bölgesi çevresinde bağışıklık bariyeri oluşturmak ve adacık işlevselliğini geliştirmek için büyük çaba gösterilmiştir. Adacıkların immünizolasyonu, nakil yapılan doku bölgesinde toleransı sağlamak ve bağışıklık sistemini baskılayıcı ilaçların kullanımını ortadan kaldırmak için yaygın olarak araştırılan bir yöntemdir. İmmünizolasyona ek olarak, implante edilmiş adacıkların işlevselliğini korumak başarılı bir tedavi için çok önemlidir. Bu tezin temel amacı, insülin salgılayan β hücrelerden oluşan yalancı adacıkların nakli için etkili stratejiler geliştirmektir. Spesifik olarak, adacık nakli yapılan doku çevresinde immünolojik olarak güvenli mikro-ortam oluşturmak ve gelişmiş fonksiyonelliğe sahip organoitler elde etmek amacıyla çeşitli mühendislik yaklaşımları geliştirmeye odaklandık. Bu amaçla öncelikle çok hücreli adacık organoitlerini fare insülinoma-6 (MIN6) hücrelerinden ve mesenkimal kök hücrelerinden (MSC) oluşturmak için bu hücrelerin aynı ortamda kültür edilmesi tekniğini kullandık. MIN6 ve MSC'leri, organoid yapısı içinde birbirleriyle yakın temas halinde kültür ederek, MSC'ler tarafından salgılanan tropik faktörlerin organoitin işlevselliğini ve canlılığını arttırmasını sağladık. MSC'lerin, organiti, TGFβ-1 gibi çözülebilir faktörlerin salgılanması yoluyla sitokin kaynaklı hücre ölümünden koruduğunu gösterdik. Başka bir yaklaşımda, daha iyi işlevsellik için β-TC-6 hücrelerini genetik olarak manipüle etmek için glukagon benzeri peptid-1 aracılı (GLP-1) hücre terapisi kullandık. GLP-1, insülinotropik özelliklere sahip küçük bir peptittir. Tasarladığımız GLP-1 plasmidinde, gen ifadesi için promotor olarak insülin sinyal dizisini kullandık. Ayrıca, aktif protein ekspresyonu için GLP-1(7-37) geninin üst kısmına furin kesim bölgesi yerleştirildi. Aktif GLP-1 proteininin gen aktarımı yapılmış β-TC-6 hücrelerinden salgılandığını doğruladık ve bu hücrelerin stimülasyon indeksinde artış olduğunu gösterdik. Son olarak, implante edilmiş adacık reddini önlemek için bağışıklık sistemini düzenleme stratejilere odaklandık. Düzenleyici T hücreleri (Treg), diğer bağışıklık sistemi hücrelerini baskılayarak kendi kendine tolerans yaratmadaki ana aktörlerdir. Düzenleyici T hücreleri (Treg'ler), diğer bağışıklık sistemi hücrelerini baskılayarak bağışıklık toleransı yaratmadaki ana aktörlerdir. C-C motif kemokin ligand 22 (CCL22) gibi bazı kemokinlerin, hücre yüzeyine CCR4 reseptörünü bağlayarak Treg'leri çektiği bilinmektedir. Burada, ek immünomodülatör özelliklere sahip karaciğer stellat hücreleri (HSC) tarafından CCL22 kemokinin ekspresyonu yoluyla adacıkların nakledildiği bölge çevresinde immünolojik olarak ayrıcalıklı bir ortam oluşmasını sağladık. MIN6 hücrelerinden ve CCL22 salgılayan HSC'lerden asılı damla metodu (hanging drop) ile organoit hazırladık. Bu organoitlerin diyabetik hayvan modeline implantasyonu, nakil yapılan bölgede Treg'lerin artmasına neden oldu. Bulgularımız immünolojik olarak tolere edilebilir organoitlerin MSC ve HSC gibi yardımcı hücrelerle β hücrelerinin birlikte kültür edilmesiyle üretilebileceğini göstermektedir. Bu tez ile, hücre tedavisi teknikleriyle lokal olarak bağışıklık sistemi toleransı ve gelişmiş işlevsellik elde edilebileceğini gösterdik. Bu tez çalışması, immünomodülatör fonksiyonlara sahip insülin salgılayan adacık organoitlerinin tasarımı ile diyabet tedavisinin araştırma alanına katkıda bulunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Type 1 diabetes (T1D) is a chronic metabolic disorder where insulin-secreting pancreatic β cells are destroyed by patient's own immune system. Loss of pancreatic β cells causes insulin deficiency, hence people with T1D suffer from hyperglycemia. Currently, insulin therapy is the primary treatment for T1D where exogenous insulin is intravenously administered to the patients. However, this treatment is exhausting for patients and not a definite solution but only a relief therapy. Islet transplantation has emerged as a promising strategy for treatment of T1D. However, this technique still has some limitations such as life-long use of immunosuppressive drugs, difficulties in isolation of pancreatic islets and donor shortage. Constant use of immunosuppressive drugs after islet transplantation have serious side effects for patients and implanted islets. Therefore, considerable effort has been made in islet engineering field to create immune barrier around the islet graft and improve islet functionality. Immunoisolation of islets is a commonly investigated method to provide graft tolerance and eliminate the use of immunosuppressive drugs. In addition to immunoisolation, retaining the functionality of implanted islets is essential for a successful treatment. The main objective of this thesis is to develop effective strategies for replacement therapy of insulin-secreting β cell pseudoislets. Specifically, we focused on engineering of organoids to create immunologically safe microenvironment around the islet graft and to obtain organoids with improved functionality. For this purpose, we firstly utilized co-culture technique to fabricate multicellular islet organoids from mouse insulinoma-6 (MIN6) cells and mesenchymal stem cells (MSCs). We brought MIN6 and MSCs in close contact with each other within the organoid structure where MSC-secreted trophic factors contribute to improve the functionality and viability of organoid. We showed that, MSCs protect the organoid from cytokine-induced cell death in vitro by secreting soluble factors such as transforming growth factor-β-1 (TGFβ-1). In another approach, we utilized glucagon-like peptide-1-mediated (GLP-1) cell therapy to genetically manipulate β-TC-6 cells for better functionality. GLP-1 is a small peptide with insulinotropic properties. We designed GLP-1 plasmid where the expression is driven by insulin signaling sequence as promoter. Also, furin cleavage site was inserted to the upstream of GLP-1(7-37) gene for active protein expression. We confirmed the secretion of active GLP-1 protein from transduced β-TC-6 cells and showed increase in stimulation index. Lastly, we focused on immunotherapeutic strategies to prevent graft rejection. Regulatory T cells (Tregs) are the main actors for creating immune tolerance by suppressing other immune system cells. Some chemokines such as C-C motif chemokine ligand 22 (CCL22) are known to attract Tregs by binding CCR4 receptor on the cell surface. Here, we designed immunologically privileged environment around islet graft through expression of CCL22 chemokine by hepatic stellate cells (HSCs) with additional immunomodulatory properties. We prepared organoids by hanging drop method from MIN6 cells and CCL22-secreting HSCs. Implantation of these organoids to diabetic animal model resulted in increased Treg recruitment to the graft site. Our findings suggest that, immunologically tolerable organoids can be fabricated from co-culture of β cells with accessory cells such as MSCs and HSCs. With this thesis, we showed local immune tolerance and improved functionality can be achieved by cell therapy techniques. This thesis study contributes to the research field of diabetes treatment by design of insulin-secreting islet organoids with immunomodulatory functions.
Benzer Tezler
- Effects of bioreactor operation parameters on intracellular reaction rate distribution in beta-lactamase production by Bacillus species
Bacillus türleri ile beta-laktamaz üretiminde biyoreaktör işletim parametrelerinin hücre içi tepkime hız dağılımlarına etkileri
MÜGE ARİFOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PINAR ÇALIK
PROF. DR. GÜZİDE ÇALIK
- Effects of pH and feeding strategy on metabolite profiling of beta-lactamase producing Bacillus licheniformis
pH ve besleme stratejisinin beta-laktamaz üreten Bacillus licheniformis mikroorganizmasının metabolit profilleri üzerindeki etkileri
NAZAR İLERİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2005
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PINAR ÇALIK
PROF. DR. ALİ ŞENGÜL
- Development and characterization of composite proton exchange membranes for fuel cell applications
Yakıt pili uygulamaları için kompozit proton değişim membranları geliştirilmesi ve karakterizasyonu
R. GÜLTEKİN AKAY
Doktora
İngilizce
2008
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURCAN BAÇ
- Olfaktör mukozal mezenkimal kök hücrelerin nöral farklılaşmasında peptit jellerin etkisinin ın vitro incelenmesi
Investigation of the effect of peptide gels on neural differentiation of olfactory mucosal mesenchymal stem cells
YONCA ERDAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
BiyomühendislikEge ÜniversitesiKök Hücre Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYLİN ŞENDEMİR
- Kalvaryal defektlerin onarımında jelatin/hidroksiapatit esaslı kriyojel doku iskelelerinin etkisi
Effect of gelatin/hydroxyapatite based cryogel scaffolds for calvarial defect repair
İLYAS İNCİ
Doktora
Türkçe
2012
BiyomühendislikHacettepe ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İBRAHİM VARGEL
PROF. DR. ERHAN BİŞKİN