Adipojenez için Doku Mühendisliği Uygulamaları

Abstract

olarak anlamlı adipoz doku modellerinin geliştirilmesi, obezite, metabolik hastalıklar ve yumuşak doku rekonstrüksiyonu alanlarında ilerleme sağlanması açısından büyük önem taşımaktadır. Bu tez kapsamında, olgun adipositlerin doğrudan kültürlenmesine dayanan, biyolojik ve fiziksel yaklaşımların entegre edildiği biyoüretim stratejileri kullanılarak stabil ve fonksiyonel üç boyutlu (3B) adipoz doku modelleri oluşturulmuştur. Manyetik levitasyon (MagLev) sistemi, etiketleme veya iskele içermeyen 3B yapı oluşturmak için uygulanmıştır. Ancak, farklılaşmış adipositlerin düşük yoğunluğu ve heterojen lipid içeriği nedeniyle hücreler levitasyon ortamında düzensiz bir şekilde konumlanmış, bu da sıkı ve bütünleşik yapılar oluşturulmasını zorlaştırmıştır. Bu sınırlamayı aşmak için MagLev konfigürasyonu üzerinde modifikasyonlar ve kültür ortamına bazı katkı maddeleri eklenmesi gibi çeşitli düzenlemeler yapılmıştır. Ayrıca, MagLev yöntemi, hanging drop ve liquid overlay teknikleri ile karşılaştırılmış; bu tekniklerin farklı kültür koşulları altında adiposit sferoidlerinin oluşumu, kompaktlığı ve canlılığını destekleme düzeyleri değerlendirilmiştir. Çalışmada, endotel hücreleri ve makrofajlar kullanılarak adipositlerle birlikte çok hücreli modeller geliştirilmiştir. Hücresel kompozisyon ve kullanılan kültür tekniğinin sferoid morfolojisi ve organizasyonu üzerindeki etkileri analiz edilmiş; doku mimarisinin, hem hücre türüne hem de fiziksel platforma duyarlı olduğu gösterilmiştir. Ayrıca, olgun adiposit kültürlerinde hücre dışı matriks birikimini artırmak ve yapısal bütünlüğü güçlendirmek amacıyla makromoleküler kalabalıklaştırıcı ajan olarak karragenan kullanılmıştır. Karragenan, hücre canlılığını veya lipid içeriğini etkilemeden sferoidlerin sıkılaşmasını ve kollajen birikimini desteklemiştir. Bu tez kapsamında elde edilen bulgular, manyetik levitasyon, çok hücreli kültür ve makromoleküler kalabalıklaştırma yaklaşımlarının bir araya getirilmesinin, biyomimetik adipoz doku yapılarının oluşturulması açısından etkili bir strateji sunduğunu göstermektedir. Geliştirilen bu modeller, metabolizma araştırmaları, ilaç taramaları ve rejeneratif tıp uygulamaları için değerli birer platform olma potansiyeli taşımaktadır.

The engineering of physiologically relevant adipose tissue models is essential for advancing research in obesity, metabolic disorders, and soft‑tissue reconstruction. This thesis therefore adopted scaffold‑free biofabrication to build stable, functional 3D adipose constructs from mature adipocytes by integrating biological and physical approaches. Magnetic levitation (MagLev) was utilized as a label- and scaffold-free method for the assembly of adipocytes. However, the low density and lipid heterogeneity of differentiated adipocytes yielded uneven levitation and hindered cohesive tissue formation. To overcome this, various strategies were implemented to improve adipocyte culture, including modifications to the MagLev configuration and the culture environment. Also, hanging drop and liquid overlay methods were benchmarked against MagLev for spheroid assembly, compaction and viability. In the study, multicellular models were developed by incorporating endothelial cells and macrophages into adipogenic 3D constructs. The impact of cellular composition and culture technique on the morphology and organization of spheroids was assessed, revealing that both the choice of cell type and physical platform significantly influence tissue architecture. Also, carrageenan was introduced as a macromolecular crowding agent to enhance extracellular matrix deposition and improve structural integrity in mature adipocyte cultures. Carrageenan promoted spheroid compaction and collagen accumulation without compromising cell viability or lipid content. Collectively, the findings demonstrate that combining magnetic levitation, multicellular culture, and macromolecular crowding represents a promising strategy for generating biomimetic adipose tissue constructs. These models may serve as valuable platforms for metabolic studies, drug testing, and regenerative medicine applications.