عنوان

مطالعه و توسعه ی سلول‌های بنیادی مدل کبدی کپسوله شده در یک بیوراکتور همزده

۴۹۲۳پ

فارسی

مطالعه و توسعه ی سلول‌های بنیادی مدل کبدی کپسوله شده در یک بیوراکتور همزده

[پایان نامه]

شهلا خدابخش اقدم

صنعتی سهند

۱۳۹۹

۱۳۰ص.

مصور، جدول، نمودار

CD

دکتری

مهندسی شیمی

۱۳۹۹/۰۵/۰۱

در گام اول هدف طراحی یک ماتریس مناسب برای رشد و عملکرد سلول‌ها در یک محیط سه بعدی بود. بدین منظور چهار گروه مختلف هیدروژل با پوشش کیتوزان که شامل آلجینات/کیتوزان (AC)، آلجینات- کلاژن/کیتوزان (ACol/C)، آلجینات-کیتوزان‌گالاکتاز‌شده/کیتوزان (AGC/C) و آلجینات- کلاژن- کیتوران‌گالاکتاز‌شده/ کیتوزان (AGCCol/C) برای کشت سلول‌ها مورد استفاده قرار گرفت. خواص فیزیکی هیدروژل‌ها از جمله توزیع حفرات، میزان تورم، تخریب و خصوصیات مکانیکی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که بیشترین میزان تورم مربوط به هیدروژل AC بوده و بیشترین میزان تخریب بعد از 192 ساعت مربوط به هیدروژل AGCCol/C گزارش شد. در بین هیدروژل‌ها /C‌ AColبیشترین میزان مدول یانگ را داشت. کشت سلول‌های HepG2 به مدت 10 روز در داخل این هیدروژل‌ها به شکل میکروکپسول مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایجMTT ، تکثیر و عملکرد سلول‌ها در میکروکپسول AGCCol/C در مقایسه با سایر هیدروژل‌ها بهبود یافت. سنتز اوره برایAGC/C و AGCCol/ Cبه ترتیب 1/9 و mg/dl 4/11 گزارش شد (01/0 > p). مشابه همین نتایج، بیان ژن آلبومین در میکروکپسول AGCCol/C و میکروکپسول AGC/C نسبت به گروه کنترل (میکروکپسول AC) 5 و 9/2 برابر گزارش شد (05/0 > p). در روز دهم، میزان آلبومین در گروه AGCCol/C حدود 5 درصد بیشتر از گروه AGC/C بود که این نشان دهنده فعالیت متابولیکی سلول‌ها پس از ده روز کشت بود (05/0 > p). نتایج نشان داد نوع و ترکیب بیومواد بکار برده در کشت سلول‌ها به طور قابل توجهی بر رشد و عملکرد سلول‌ها تاثیر دارد و میکروکپسول AGCCol/C می‌تواند به عنوان یک گزینه مناسب برای مهندسی بافت کبد مورد حمایت قرار گیرد. در قسمت دوم این مطالعه بیوراکتور همزده مقیاس کوچک با حجم 80 میلی‌لیتر طراحی شد و کشت سلول‌های HepG2 کپسوله شده در میکروکپسولAC در داخل بیوراکتور همزده در سه سرعت متفاوت 30، 60 و rpm 100 مورد بررسی قرار گرفت. در روز دهم، میزان تولید آلبومین در سرعت rpm 30 در مقایسه با کشت استاتیک و rpm 60 به ترتیب 8/1 و 5/1 برابر شده است. نتایج نشان داد که سرعت‌های بالا مناسب کشت سلول‌های هپاتوسیتی نیستند و در سرعت‌های بالا میکروکپسول‌ها نقش حفاظتی ندارند. در بررسی تاثیر کلاژن بر رفتارها سلول‌ها در کشت دینامیک مشخص شد که خصوصیات مکانیکی ماتریس می‌تواند تنش ناشی از کشت دینامیکی را کاهش دهد. بنابراین نتایج بدست آمده از این پایانامه نشان داد که انتخاب یک بستر مناسب همراه با کشت دینامیکی سلول‌ها گزینه مطلوبی برای پزشکی بازساختی سلول‌های کبدی می‌باشد.

In the first step, the main purpose of current study was to design ECM with suitable properties in order to control cellular behavior inside a 3D culture system. For this propose, cells were allocated into four different groups as follows; alginate/chitosan (AC); alginate-galactosylated chitosan/chitosan (AGC/C); alginate-collagen/chitosan (ACol/C); and alginate-galactosylated chitosan-collagen/chitosan (AGCCol/C). The hydrogels’ physical characterizations such as porosity, swelling, degradation rate and stiffness were evaluated. We found a maximum swelling rate in AC microcapsules compared to the other groups by time. AGCCol/C exhibited highest degradation rates after 192 h. Among the hydrogels, ACol had the highest amount of Young's modulus. To this end, human liver cell line HepG2 cells were used for encapsulation for 10 days. Based on MTT analysis, the combination of alginate-galactosylated chitosan-collagen/chitosan promoted HepG2 cells compared to the control-matched groups. Urea synthesis was 11.4 and 9.1 mg/dl in AGCCol/C and AGC/C microcapsules, respectively after 10 days (p < 0.01). Similar to these changes, the expression of albumin expression was increased in cells from AGCCol/C and AGC/C composites and reached a 5- and 2.9-fold compared to AC composites (p < 0.05). On day 10, the amount of albumin in AGCCol/C group was 5% higher than that of AGC/C group which is associated with the active metabolic activity (p<0.05). The results showed that the composition of matrix significantly affected the growth and function of hepatocyte cells during culture in the microcapsules. Enrichment of alginate-based hydrogels with collagen and galactosylated chitosan could be touted as an appropriate candidate for hepatic tissue engineering. In the second part of this study, we have designed a small scale stirred bioreactor with 80 ml volume and investigated the effects of different agitation rates (30, 60 and 100 rpm) on AC- microencapsulated HepG2 cell. It was found that on day10, albumin production rate increased 1.8 and 1.5 folds under stirring rate of 30 rpm compared to the static culture and 60 rpm of agitation, respectively. Besides, it was found that the matrix stiffness could be modulate the magnitude of shear stress in the dynamic culture. Therefore, the results obtained from this thesis showed that choosing a suitable substrate with dynamic cell culture is a good option for liver cell regenerative medicine.

The study and development of encapsulated liver model stem cells in stirred bioreactors

میکروکپسول

کیتوزان‌گالاکتاز‌شده

بیوراکتور همزده مقیاس کوچک

تنش برشی

میکروکپسول، کیتوزان‌گالاکتاز‌شده، کلاژن، بیوراکتور همزده مقیاس کوچک، تنش برشی

Hepatocytes, Microencapsulation, Gacltocylated chitosan, Collagen, Stirred-bioreactor

خدابخش اقدام، شهلا

برادر خوش‌فطرت

جعفریزاده مالمیری

، علی

، هدی

، ۱۳۵۷ -

استاد راهنما

استاد راهنما

صنعتی سهند

ایران

دانشگاه صنعتی سهند

شیمی، ۲۱۱۱۱، ۱۳۹۹

p

TF

92029

a

Y