Development of in vitro three dimensional blood-brain barrier model
In vitro üç boyutlu kan-beyin bariyeri modelinin geliştirilmesi
- Tez No: 989428
- Danışmanlar: DOÇ. DR. DENİZ YÜCEL, PROF. DR. VASIF NEJAT HASIRCI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Bioengineering, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Bazal membran, Kan beyin bariyeri, Üç boyutlu baskı, Basement membrane, Blood brain barrier, 3D printing
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Acıbadem Mehmet Ali Aydınlar Üniversitesi
- Enstitü: Sağlık Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Medikal Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Nörovasküler ünite (NVU), kan ile beyin dokusu arasındaki etkileşimi düzenler ve kan-beyin bariyerinin (KBB) bütünlüğünün korunmasında kritik bir rol oynar. Ancak NVU'nun çok hücreli organizasyonu ile doğal bazal membranın karmaşık iç morfolojisinin in vitro ortamda yeniden üretilebilmesi, mevcut KBB modellerinin önemli bir sınırlamasıdır. Bu çalışmada, kan tarafı için fibröz bir membran ve beyin tarafı için nöral mikroçevreyi taklit eden bir hidrojel kullanılarak, histolojik olarak daha gerçekçi bir KBB–NVU platformu geliştirilmiştir. İlk olarak, düz fibröz membran kullanılan Transwell benzeri modelde endotel hücrelerin monokültürü ile bu membranların altına entegre edilen MeHA–kolajen hidrojel aracılığıyla diğer hücrelerin entegre edilmesi ile elde edilen çok hücreli birlikte kültür karşılaştırılmıştır. Birlikte kültür koşulları, monokültüre kıyasla CD31 ekspresyonu ve TEER değerlerinde artış göstererek endotelyal bütünlüğün iyileştiğini ortaya koymuştur. Doğal kılcal damarların yapısal özelliklerini daha yakın taklit etmek amacıyla iki farklı mikroakışkan NVU-on-a-chip sistemi geliştirilmiştir: iki dallı tübüler fibröz membran içeren temel model ve eğrilik ile etkin yüzey alanı artırılmış daha ileri dallanmış kompleks model. Her iki tübüler yapı da MeHA–kolajen hidrojel içinde 14 gün boyunca sürekli perfüzyon altında kültüre edilmiştir. İmmünositokimyasal analizler, endotel hücreleri, astrositler, perisit-benzeri hücrelerin ve nöronların tüm modellerde immunofenotiplerini ve organizasyonlarını koruduğunu göstermiştir. Bariyer değerlendirmeleri, 0.4 kDa fluorescein geçirgenliğinin Transwell modelinden temel çip modeline ve en düşük değerlere ulaşılan kompleks çip modeline göre daha az olduğunu ortaya koymuştur. Bu bulgu, daha karmaşık geometrinin daha güçlü bir bariyer oluşturduğunu doğrulamaktadır. Elde edilen bulgular, dallanmış tübüler fibröz membranların perfüzyon temelli mikroakışkan sistemlerle entegrasyonunun, KBB fizyolojisi ve ilaç moleküllerinin geçiş dinamiklerinin in vitro incelenmesi için etkili bir biyomimetik NVU platformu sunduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The neurovascular unit (NVU) plays a central role in maintaining blood–brain barrier (BBB) integrity; however, reproducing its multicellular organization and the complex intrinsic morphology of the native basement membrane remains a major limitation in current in vitro BBB models. This study aimed to develop a histologically relevant BBB–NVU platform by reconstructing the blood-side compartment using a fibrous membrane and the brain-side compartment using a hydrogel that recreates the neural microenvironment. First, a Transwell-like model using a flat fibrous membrane was established to evaluate endothelial monoculture and a multicellular co-culture obtained by integrating other cell types with a MeHA–collagen hydrogel beneath the membrane. The co-culture condition increased CD31 expression and resulted in higher TEER values compared to monoculture, demonstrating improved endothelial integrity. To better mimic the intrinsic morphology of the native capillaries, two microfluidic NVU-on-a-chip systems were developed: a basic chip model incorporating a two-branched tubular fibrous membrane, and a complex chip model featuring a further-branched tubular structure with increased curvature and effective surface area. Both tubular scaffolds were embedded in MeHA–collagen hydrogel and cultured for 14 days under continuous perfusion. Immunocytochemical analysis confirmed that endothelial cells, astrocytes, pericyte-like cells, and neurons preserved their immunophenotype and spatial organization in all systems. Barrier assessment demonstrated progressively reduced permeability to 0.4 kDa fluorescein from the Transwell model to the basic branched chip, reaching the lowest permeability in the complex branched NVU-on-chip, indicating improved barrier tightness with increasing architectural complexity. These findings highlight the potential of branched tubular fibrous membrane integrated with perfusion-based microfluidics as biomimetic NVU platforms for studying BBB physiology and drug transport in vitro.
Benzer Tezler
- Üç boyutlu in vitro dinamik kan beyin bariyeri modeli geliştirilmesi ve modelin geçirgenliğinin incelenmesi
Üç boyutlu in vitro dinamik kan beyin bariyeri modeli geliştirilmesi ve modelin geçirgenliğinin incelenmesi
ECE BAYIR
Doktora
Türkçe
2018
BiyomühendislikEge ÜniversitesiBiyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYLİN ŞENDEMİR ÜRKMEZ
- Nörodejeneratif hastalıklarda eksozom temelli tedavi yaklaşımlarının geliştirilmesi
Development of exosome-based therapy approaches for neurodegenerative diseases
BURÇAK YAVUZ
Doktora
Türkçe
2022
BiyoteknolojiYıldız Teknik ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRAH ŞEFİK ABAMOR
- Glioblastom tedavisinde kullanılmak üzere doksorubisin yüklü PLGA nanopartiküllerin geliştirilmesi ve in vitro değerlendirilmesi
Development and in vitro evaluation of doxorubicin loaded nanoparticles for treatment of glioblastoma
EDA ERKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
BiyoteknolojiHacettepe ÜniversitesiNanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİBEL PEHLİVAN
- Lipit esaslı liyotropik sıvı kristallerin beyne ilaçhedeflendirmede nanotaşıyıcı olarak kullanımı ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of lipid based lyotropic liquid crystals as nanocarrier in brain targeted drug delivery
RÜYA ATLIBATUR
Doktora
Türkçe
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YEŞİM GÜRSEL
DOÇ. DR. FATEMEH BAHADORI
- Mikrocerrahi teknik ile serebral arter anastomozu simülasyonu için yeni eğitim modeli
A novel training model for cerebral artery anastomosis simulation by microsurgery technique
BEYZA ALKIŞ AKDAĞ
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2022
NöroşirürjiDokuz Eylül ÜniversitesiBeyin ve Sinir Cerrahisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERCAN ÖZER