Üç boyutlu in vitro dinamik kan beyin bariyeri modeli geliştirilmesi ve modelin geçirgenliğinin incelenmesi

Merkezi sinir sistemine ilaç hedefleme ve ilaç geliştirme çalışmalarında sıklıkla kullanılan mevcut in vitro Kan Beyin Bariyeri (KBB) modelleri henüz beyinde bulunan bu özel bariyerin geçirgenlik özelliklerini tam anlamıyla taklit edememektedir. Deney hayvanlarının kullanımına getirilen etik kısıtlamalar ve hayvanlardaki bariyer sisteminin insanlardan farklılıklar göstermesi, KBB'yi etkileyebilecek unsurların araştırılmasında ve beyne ilaç hedefleme çalışmalarında güvenle kullanılabilecek gerçekçi bir KBB modelinin üretilmesini zorunlu kılmaktadır. Bu tez çalışmasında KBB'yi hem hücre organizasyonu bakımından, hem de mekanobiyolojik açıdan gerçekçi bir şekilde taklit eden in vitro bir deneysel model üretilmesi hedeflenmiştir. Bu kapsamda üç boyutlu (3B) KBB modelinde bazal membran yerine hücre dışı matriksi iyi taklit ettiği önceki çalışmalarda gösterilmiş olan bakteriyel selüloz (BS) kullanılmıştır. BS'nin luminal kısmına beyin mikrosvasküler endotel hücreleri (BMEH), abluminal kısmına astrosit (AH) ve beyin mikrovasküler perisit hücreleri (BMPH) ekilmiştir. Bu üç hücre tipinin KBB modellerinde beraber kullanılması, geçirgenliğin azaltılarak modelin gerçekçiliğinin arttırılması açısından önem taşımaktadır. Hücreler hem iki boyutlu (2B) statik olarak hem de kılcal damarlarının fizyolojik olarak maruz kaldığı kan akışını, kayma gerilimini ve kalpten pompalanan kanın basınçla oluşturduğu dairesel germe kuvvetini modelleyebilmek amacıyla 3B bir KBB biyoreaktör sistemi içerisinde kültive edilmiş, sıkı ve adherens bağlantı proteinlerinin ifade miktarları belirlenmiş, hücrelerin morfolojik değişiklikleri, canlılıkları incelenmiş, modelin geçirgenliği hem moleküler olarak hem de transendotelyal elektrik direnci (TEER) ölçülerek belirlenmiştir.
Today there are several BBB models frequently used in drug screening, targeting and development studies, but none of those are able to properly imitate the permeability of this special barrier. Due to ethical limitations to the use of experimental animals and the fact that the barrier system in animals is different than that in humans make the development of a realistic model that can be safely and reliably used in drug targeting studies and investigating factors can affect BBB essential. The aim of this thesis is the construction of a reliable in vitro BBB model mimicking physiological BBB in terms of cellular organization and mechanobiology. With this aim, as a replacement of the basal membrane, bacterial cellulose (BC), which is previously shown to imitate extracellular matrix was used for developing the new three-dimensional (3D) BBB system. Brain microvascular endothelial cells (BMECs) were seeded in luminal section and astrocytes and brain microvascular pericytes (BMPCs) were seeded in abluminal section of the membrane. Co-cultivation of these three cell types is essential in order for the BBB model to be more realistic by reducing permeability. The cells were cultivated both on a two-dimensional (2D) static BBB model and in the 3D BBB reactor system, which is designed and constructed in order to simulate the physiological blood flow, shear stress and circumferential stress caused by the heart beat on brain capillaries; and amount of expression of tight and adherence junction proteins were determined, morphological changes and vitality were examined, and permeability of the model was examined in molecular level and determined by measuring trans-endothelial electrical resistance (TEER).