3b Biyoyazıcı kullanılarak oluşturulan dokularda mezenkimal kök hücre den ekspresyonlarının karşılaştırılması

Abstract

Hücrelerin in vitro ortamdaki analizlerinde klasik olarak iki boyutlu (2B) kültür sistemleri kullanılmaktadır. Ancak bu sistemler, hücrelerin vücut içinde bulundukları 3 boyutlu (3B) ortamını tam olarak yansıtmamaktadır. Vücut ortamını taklit etmek amacıyla, hücrelerin in vivo ortamda da olduğu gibi her yöne doğru gelişip birbiriyle etkileşebildiği çeşitli 3B kültür sistemleri geliştirilmiştir. Araştırmalar 3B kültürde gerçekleştirilen deneylerin, 2B kültüre göre daha doğru sonuçlar verdiğini ve kültür çalışmalarının 3 boyutta yapılması gerektiğini işaret etmektedir. 3B yöntemlerinden en ileri teknolojisi 3B biyoyazıcı (bioprinter) kullanılarak yapay dokular üretilmesidir. Vücutta pek çok yerde bulunan ve hücresel düzeyde homeostazı sağlamakla görevli multipotent bir hücre tipi olan Mezenkimal Kök Hücreler (MKH’ler), doku mühendisliğinde en çok tercih edilen hücrelerdendir. MKH’lerin biyoyazıcılar ile basıldığında içinde yaşadıkları 3B ortamın etkisiyle gen ifadelerinde ne gibi değişiklikler olduğu halen tam olarak bilinmemektedir. Çalışmamızda da 3B biyoyazıcı kullanılarak oluşturduğumuz 3B kültürlerde MKH gen ifadelerindeki değişimlerini inceledik. Aljinat/jelatin bazlı hidrojeller içerisinde 3B biyoyazıcıda basılan hücreler 14 gün süre ile kültüre edilerek spontan farklılaşmaya bırakıldı. Aynı sürede konvansiyonel 2B yöntemle kültüre edilen hücrelerden 1, 7, ve 14. günlerde RNA izolasyonu yapılarak çeşitli genlerin ekspresyon düzeyleri incelendi. Yaptığımız gen ekspresyon analizleri bize 3B biyobaskının çeşitli kök hücre gen ifadelerinde düşüşe ve farklılaşma genlerinde artışa neden olduğunu, farklılaşmanın en çok kondrojenik yönde olduğunu bunu osteojenik ve nörojenik farklılaşmanın takip ettiğini, diğer yandan adipojenik farklılaşmanın 3B ortamda daha az olduğunu gösterdi. Bulgularımız 3B biyobaskı yönteminin özellikle kıkırdak ve kemik doku mühendisliğinde kullanılabileceğini gen düzeyinde ortaya koymaktadır.

Conventional two-dimensional (2D) culture systems are widely used for in vitro analysis of cells. However, these systems do not fully reflect the 3-dimensional (3D) environment of the cells within the body. In order to mimic the natural environment, various 3D culture systems have been developed in which cells can grow and interact in all directions. Studies indicate that experiments performed in 3D culture give more accurate results than 2D therefore in vitro analyses should be done in 3D. The most advanced 3D method to produce artificial tissues is 3D bioprinting. Today, tissues such as cartilage, bone, liver can be produced with 3D bioprinters in small scales. Mesenchymal Stem Cells (MSCs), are a multipotent cell type, found in many parts of the body and responsible for maintaining homeostasis at the cellular level. MSCs are among the most preferred cells in tissue engineering. However, it is still not clear the changes in gene expressions when MSCs are printed with bioprinters. In our study, we examined the changes in MSC gene expressions after 3D bioprinting. MSCs were bioprinted in alginate/gelatin-based hydrogels and cultured for 14 days. Along with 2D cultured cells they allowed to differentiate spontaneously. The expression levels of various genes on the 1st, 7th and 14th days were examined by real-time PCR method. Our gene expression analyses showed us that 3D bioprinting causes a decrease in various stem cell gene expressions and increases differentiation genes. The differentiation was mostly in the chondrogenic direction, followed by osteogenic and neurogenic differentiation. On the other hand, adipogenic differentiation was less in the 3D environment. Our findings reveal at the gene level, the 3D bioprinting method can be used especially for cartilage and bone tissue engineering.