Utilization of 3D Cell Culture Methodologies To Model Alzheimer's Disease

Abstract

Bu tez, Manyetik Levitasyon (MagLev) teknolojisini kullanarak Alzaymır hastalığının üç boyutlu (3B) bir in-vitro platformda modellenmesini tanıtmaktadır. Alzaymır hastalığı, bilişsel gerileme ve nöronal dejenerasyona yol açan amiloid beta (Aβ) birikimi ile karakterize edilir. Alzaymır hastalığı, geleneksel iki boyutlu (2B) hücre kültürleri ve hayvan modelleri kullanılarak modellenmiştir. Deneysel modeller değerli bilgiler sağlamış olsa da bu modeller insan beyninin fizyolojisini yansıtmakta başarısız olmaktadır. Bu nedenle, daha gerçekçi deneysel platformlara ihtiyaç vardır. Bu çalışmada, iki farklı hücre hattı kullanılarak 3B Alzaymır hastalığı modelleri oluşturulmuştur. SH-SY5Y ve PC-12 hücreleri, MagLev teknolojisi kullanılarak 3B hücresel yapılar oluşturacak şekilde kültürlenmiştir. Daha sonra, Alzaymır hastalığının patolojisinde nörotoksisiteyi artıran ve hastalığın ilerlemesine neden olan Aβ1-42 agregatları modele eklenerek 3B Alzaymır hastalık modelleri oluşturulmuştur. Bu çalışmanın bir diğer yönü, Aβ agregatlarını disosiye ettiği bilinen Kurkumin'in nöroprotektif potansiyelini değerlendirerek 3B hastalık modelini bir ilaç tarama platformu olarak kullanmaktır. Elde edilen bulgular, optimal konsantrasyonlarda Kurkumin'in, Aβ kaynaklı nörotoksisiteyi önemli ölçüde azalttığını göstererek terapötik bir ajan olarak potansiyelini vurgulamaktadır. Bu çalışma, Aβ ile indüklenen 3B Alzaymır hastalığı modellerinin MagLev tekniği kullanılarak başarıyla geliştirildiğini ve bir ilaç tarama platformu olarak uygulandığını göstermektedir. Bu model, nörodejeneratif hastalık araştırmalarında geleneksel yaklaşımlara değerli bir alternatif sunmaktadır. Ayrıca, Alzaymır hastalığının altında yatan mekanizmaların anlaşılmasına katkıda bulunarak yeni terapötik stratejilerin keşfini kolaylaştırabilir.

This thesis introduces modeling Alzheimer's disease within a three-dimensional (3D) in-vitro platform by employing Magnetic Levitation (MagLev) technology. Alzheimer's disease is characterized by amyloid beta (Aβ) accumulation, leading to cognitive decline and neuronal degeneration. Alzheimer's disease has been modeled using conventional two-dimensional (2D) cell cultures and animal models. Despite experimental models having provided valuable insights, these models fail to recapitulate the human brain's physiology. Therefore, there is a need for more realistic experimental platforms. This study involved the fabrication of 3D Alzheimer's disease models from two different cell lines. SH-SY5Y and PC-12 cells were cultured to form 3D cellular structures using MagLev technology. Then, 3D Alzheimer's disease models were established by the incorporation of Aβ1-42 aggregates, which are known to drive neurotoxicity and disease progression in Alzheimer's pathology. Another aspect of this study is utilizing the 3D disease model as a drug screening platform by evaluating the neuroprotective potential of Curcumin, which is known for the disassociation of Aβ aggregates. The findings revealed that Curcumin, at optimal concentrations, significantly reduced Aβ-induced neurotoxicity, underscoring its potential as a therapeutic agent. This study demonstrated that Aβ-induced three-dimensional models of Alzheimer's disease were successfully developed through the MagLev technique and applied as a drug screening platform. This model represents a valuable alternative to traditional approaches in neurodegenerative disease research. This model can provide an understanding of the underlying mechanisms of Alzheimer's disease and facilitate the exploration of novel therapeutic strategies.