Engineering pseudoislets for type 1 diabetes: GLP-1 gene modulation, gelma nanogel immunoisolation, and endothelial support
Tip 1 diyabet için yalancı adacıkların mühendisliği: GLP-1 gen modülasyonu, gelma nanojel ile immünoizolasyon ve endotelyal destek
- Tez No: 983164
- Danışmanlar: PROF. DR. SEDA KIZILEL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Biyomühendislik, Genetik, Engineering Sciences, Bioengineering, Genetics
- Anahtar Kelimeler: Biyopolimerler, Diabetes mellitus-tip 1, Fonksiyonel polimerler, Fotopolimerleşme, Biopolymers, Diabetes mellitus-type 1, Functional polymers, Photopolymerization
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Tip 1 diyabet, pankreas 𝛽 hücrelerinin otoimmün yıkımıyla ortaya çıkar; bu süreç mutlak insülin eksikliğine ve kalıcı hiperglisemiye yol açar. Eksojen insülin, mevcut standart tedavi olmakla birlikte, endojen 𝛽 hücrelerin dinamik fizyolojisini taklit edememektedir. Adacık nakli bir alternatif sunar. Fakat donör kıtlığı ve beraberinde riskler taşıyan ömür boyu sistemik immünsüpresyon gereksinimi, yaygın uygulamayı sınırlar. Bu sınırlılıklar, hücre temelli stratejilerin kararlılıkla sürdürülmesini teşvik etmektedir. Bu tezde kullanılması hedeflenen enjekte edilebilir yalancı adacık, insülin üreten hücrelerden oluşan, iskele gerektirmeyen bir mimari sunan, üç boyutlu ve sallanan damlacık yöntemiyle kendiliğinden örgütlenen bir sferoiddir. Transplante edilen sferoitler immünredde maruz kaldığından, kütle taşınımını zedelemeden immün hücre saldırılarından korunmaları gerekir. Makroenkapsülasyon çoğu kez difüzyonla kısıtlanır; aljinat mikroenkapsülasyon ise ek malzeme yükü getirir. Buna karşılık, ultra ince ve konformal bir nanogel kaplama immünoizolasyon sağlayabilirken glukoz, oksijen ve insülinin hızlı difüzyonunu korur. Bu nanobariyer ayrıca konak damar ağıyla doğrudan temas ve bütünleşmeyi kolaylaştırarak yerleşme (engraftment) başarısını artırır ve yabancı cisim tepkilerini azaltabilir. Bu tez kapsamında, sığır jelatini metakrilatlandırılarak gelatin metakriloyl (GelMA) elde edilmiştir. GelMA, jelatinin RGD adezyon motiflerini ve MMP ile parçalanabilir bölgelerini koruyan; hücre tutunması ile yeniden şekillenmesini destekleyen, iyi tanımlanmış bir biyomalzemedir. Yüksek derecede hücre uyumludur, metakrilat grupları üzerinden kolayca işlevselleştirilebilir ve mekanik sertliği ayarlanabilir. Makro/bulk enkapsülasyondan farklı olarak, GelMA nanojelleri elektrostatik etkileşimler ve RGD aracılı adezyonlar yoluyla her bir sferoitin etrafında ultra ince, konformal bir bariyer oluşturabilir; böylece glukoz ve oksijen için difüzyon engellerini en aza indirirken sferoiti immün saldırılara karşı koruyan bir kalkan sunar. Sferoit canlılığını ve işlevsel performansını özellikle insülin salımı açısından artırmak için 𝛽TC-6 hücrelerinde glukagon-benzeri peptit-1 (GLP-1) temelli bir genetik strateji uyguladık. Özellikle, lentiviral transdüksiyonla 𝛽TC-6 hücrelerini GLP-1 eksprese edecek şekilde gen düzenlenmesinden geçirerek, glukozla uyarılmış insülin sekresyonunu (GSIS) güçlendirdiği bilinen bir inkretinin sürdürülebilir ve lokal (oto/parakrin) salımını mümkün kıldık. Genel tasarım amaçlarımız, (i) 𝛽TC-6 hücrelerinin GLP-1 gen mühendisliği ile insülin salgılanmasını iyileştirmesi, (ii) endotel hücreleriyle birlikte ko-kültürlenmesinin implante edilen bölgede revaskülarizasyon sağlaması ve (iii) sferoidin GelMA nanojellerle kaplanmasının immünizolasyonu desteklemesidir. Sonuç olarak, bu üç temel özellik ile işlevsel iyileştirme ve immün koruma, greftlemeye hazır tek bir sferoidde bir araya getirilmiştir. Bu çalışma, 𝛽-hücre mühendisliği ve insülin sekresyonunun artırılmasını, nanojel kaplamayla sağlanan immünoizolasyon ile entegre ederek, endotel destekli adacık sferoitleri temelinde Tip 1 diyabet tedavisi araştırmalarına katkı sunar.
Özet (Çeviri)
Type 1 diabetes arises from autoimmune destruction of pancreatic 𝛽-cells. This leads to absolute insulin deficiency and persistent hyperglycaemia. Exogenous insulin remains the standard of care, non-curative, and cannot replicate the dynamic physiology of endogenous 𝛽 cells. Islet transplantation offers an alternative. However, its broader adoption is constrained by scarce high quality donors and the need for lifelong systemic immunosuppression with associated risks. These constraints motivate continued pursuit of cell replacement strategies. In this thesis, an injectable pseudoislet is a three dimensional, self-assembled spheroid of insulin producing cells by using hanging drop, providing a scaffold free architecture. As the transplanted spheroids face immune rejection, they must be shielded from immune cell attack without compromising mass transport. Macroencapsulation commonly suffers from diffusion limits, and alginate microencapsulation adds bulk. In contrast, an ultrathin conformal nanogel coating could confer immunoisolation without compromising glucose, oxygen, or insulin diffusion. This nanobarrier also facilitates direct contact and integration to the host vasculature, which can enhance engraftment and reduce foreign-body responses. In this thesis, bovine gelatin was methacrylated to obtain gelatin methacryloyl (GelMA). GelMA is a well established biomaterial that preserves gelatin's RGD adhesion motifs and MMP-degradable sites, supporting cell attachment and remodeling. It is highly cytocompatible, readily functionalized via methacrylate groups, and tunable in stiffness. Unlike bulk or macroencapsulation, GelMA nanogels can assemble via electrostatic interactions and RGD mediated adhesions as an ultrathin, conformal barrier around individual spheroids. This configuration minimizes diffusion barriers for glucose and oxygen while providing an immunoisolating shield that helps protect the spheroid from immune attack. To improve spheroid viability and functional performance with emphasis on insulin secretion we implemented a glucagon-like peptide-1 (GLP-1) based genetic strategy in 𝛽TC-6 cells. Specifically, we engineered 𝛽TC-6 cells to express glucagon-like peptide-1 (GLP-1) via lentiviral transduction. This enables sustained, local (auto/paracrine) delivery of an incretin that potentiates glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) while supporting 𝛽-cell survival. We co-cultured GLP-1 transduced 𝛽TC-6 cells and endothelial cells to make self-assembled spheroids using the hanging-drop method. We need to preserve endothelial–𝛽-cell crosstalk, which stabilizes the 𝛽-cell phenotype and primes constructs for vascular integration after implantation. The total active GLP-1 protein from transduced 𝛽-TC-6 cells was confirmed and showed increase in stimulation index. The overall design aim was that (i) engineering 𝛽-TC-6 cells with GLP-1 would improve insulin secretion, (ii) co-culture with endothelial cells would provide revascularization, and (iii) coating the spheroid with GelMA nanogels would support immunoisolation. As a result, functional enhancement and immunoprotection are brought together in one graft-ready spheroid.This thesis study contributes to the research field of type-1 diabetes treatment by engineering and improving insulin secreting co-cultured pseudoislets with immunoisolation functions.
Benzer Tezler
- Engineering beta-cell organoids for the treatment of type 1 diabetes
Tip 1 diyabet tedavisi için beta hücrelerinden oluşan organoitlerin geliştirilmesi
YASEMİN İNCEOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
BiyomühendislikKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA KIZILEL
- Design of local immune-privileged microenvironment to prevent islet graft rejection
Nakil edilen adacıkların vücuttan reddedilmesini önlemek amacıyla bağışıklık sisteminden ayrı tutulabilen bir bölgesel mikroortam dizayn edilmesi
DİLEM CEREN ORAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
BiyomühendislikKoç ÜniversitesiBiyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA KIZILEL
- Development of biomimetic approaches for immunoisolation of functional islets
Fonksiyonel adacıkların bağışıklık atağından korunması için biyomimetik yaklaşımların geliştirilmesi
MÜKRİME BİRGÜL AKOLPOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
BiyoteknolojiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA KIZILEL
- Engineering geological investication of the Hakkari dam and reservoir sites (Hakkari-Turkey)
Başlık çevirisi yok
HASAN HÜSEYİN ÇOĞALAN
- Engineering geoarakaya Damects and consolidation grouting of downstream left Bank of The
Başlık çevirisi yok
UBEYD SEZER
Yüksek Lisans
İngilizce
1993
Jeoloji MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECDET TÜRK