Glioma-on-a-chip for investigating gliomagenesis and temozolomide treatment under static and continuous flow conditions
Statik ve sürekli akış koşulları altında gliomagenezi ve temozolomid tedavisini incelemek için geliştirilen“glioma-on-a-chip”sistemi
- Tez No: 1004745
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SAVAŞ TAŞOĞLU, DOÇ. DR. SEVDE ALTUNTAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Makine Mühendisliği, Bioengineering, Biotechnology, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Gliomalar, merkezi sinir sistemindeki en yaygın birincil kanser sınıfını oluşturan ve beynin destekleyici glial soyundan kaynaklanan bir kanser çeşididir. Tedaviler, tümörün son derece invaziv fenotipi ve heterojen mikroçevresi nedeniyle yetersiz kalmaktadır. Bu tümörler arasında glioblastoma (GBM), mevcut klinik tedavilere rağmen kötü prognoz ve yüksek mortalite ile ilişkilidir. Etkili tedavi stratejilerinin geliştirilebilmesi için kompleks GBM patobiyolojisinin daha iyi anlaşılmasına ihtiyaç vardır. Geleneksel iki boyutlu (2B) statik kültür sistemleri, tümör mikroçevresinin karmaşıklığını yansıtmakta başarısız kalmaktadır. Bu sistemler, in vivo ortamda bulunan biyokimyasal ve biyofiziksel dinamikleri taklit edemediğinden, fizyolojik olarak daha anlamlı platformlara ihtiyaç duyulmaktadır. Ayrıca, geleneksel sistemlerin yetersizliği, hastaya özel tedavilerin geliştirilmesine yönelik çalışmaları teşvik etmekte ve glioma biyolojisini modellemek amacıyla çeşitli üç boyutlu (3B) mikroakışkan sistemlerin ortaya çıkmasını tetiklemektedir. Sürekli perfüzyona imkan tanıyan mikroakışkan“organ-on-a-chip”teknolojileri, in vivo benzeri metabolik aktiviteyi ve mikroçevresel koşulları taklit etme kapasitesi sunmaktadır. Tümör mikroçevresinin temel özelliklerini yeniden üretebilen bu mikroakışkan platformlar, fizyolojik olarak anlamlı in vitro glioma modelleri oluşturma ve tedavi yanıtlarının sistematik bir şekilde analiz edilmesi açısından büyük potansiyel taşımaktadır. Bu tür platformlar, in vivo hayvan çalışmalarına olan bağımlılığı azaltabilir ve ilaç tedavilerinin değerlendirilmesini kolaylaştırabilir. Bu tez kapsamında, GBM hücreleri, mühendislik ürünü bir hidrojel ve özel olarak tasarlanmış bir mikroakışkan çipe entegre edilerek biyolojik olarak gerçekçi bir glioma modeli geliştirilmiştir. Ayrıca, bu çalışmada geliştirilen çip sistemi, tasarımının basit olması sayesinde kullanım kolaylığı sunmakta ve hücre yüklü biyomalzemenin enjektör iğneleri kullanılarak çipe enjekte edilmesine imkân tanımaktadır. Hyaluronik asit (HA), GBM ekstraselüler matriksinin önemli bir bileşeni olduğu ve tümör progresyonunda kilit rol oynadığı için, doğal GBM mikroçevresindeki sinyalleri taklit etmek amacıyla jelatin metakrilat (GelMA) ile birlikte hidrojel sistemi olarak seçilmiştir. GBM hücreleri daha sonra PDMS tabanlı mikroakışkan platform içinde kültüre edilmiş ve hücre canlılığı ile gen ekspresyon profilleri açısından değerlendirilmiştir. Gliomagenez moleküler biyobelirteçleri (EGFR vb.), statik ve sürekli akış koşullarında kültüre edilen insan GBM hücre hatları (U87-MG vb.) için incelenmiştir. Dinamik kültür sistemi içinde ilaç yanıtını değerlendirmek amacıyla Temozolomid tedavi çalışmaları yürütülmüştür. Bu tez ile geleneksel 2B kültürün sınırlamalarını aşmayı hedefleyerek, hidrojeli çip tabanlı bir mimari ile entegre eden, GBM tümör fizyolojisini daha doğru bir şekilde yansıtan 3B, dinamik olarak perfüze edilen bir“glioma-on-a-chip”sistemi oluşturulmuştur. Bu sistem, glioma biyolojisinin araştırılması ve terapötik stratejilerin değerlendirilmesi için sağlam bir çerçeve sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Gliomas constitute the most prevalent class of primary cancers in the central nervous system and arise from the brain's supportive glial lineage. Therapeutic outcomes remain suboptimal, mainly owing to the tumor's highly invasive phenotype and its heterogeneous microenvironment. Among them, glioblastoma (GBM) is associated with dismal prognosis and high mortality despite current multimodal clinical management. Advancing effective treatment strategies requires a deeper understanding of GBM pathobiology. Conventional two-dimensional (2D) static culture systems fail to capture the complexity of the tumor microenvironment. They cannot emulate the dynamic biochemical and biophysical cues present in vivo, underscoring the need for more physiologically relevant platforms. Furthermore, the inabilities of conventional systems motivate studies of the development of patient-tailored treatments, prompting the emergence of diverse three-dimensional (3D) microfluidic systems designed to model glioma biology. Microfluidic organ-on-chip technologies, which enable continuous perfusion, offer the capacity to replicate in vivo–like metabolic activity and microenvironmental conditions. Microfluidic platforms that recapitulate key features of the tumor microenvironment hold considerable promise for generating physiologically relevant in vitro glioma models, enabling systematic analyses of treatment responses. Such platforms may reduce the reliance on in vivo animal studies and facilitate the evaluation of drug regimens. In this thesis, a biologically realistic glioma model is developed by integrating GBM cells, an engineered hydrogel, and a custom-designed microfluidic chip. Additionally, the chip system developed in this study offers ease of use due to its simplified design, which allows for the injection of cell-laden biomaterial using syringe needles. Given that hyaluronic acid (HA) is a significant component of the GBM extracellular matrix and plays a key role in tumor progression, HA is selected in combination with gelatin methacrylate (GelMA) as the hydrogel system to recapitulate native GBM microenvironmental cues. GBM cells were subsequently cultured within the PDMS-based microfluidic platform and evaluated in terms of cell viability and gene expression profiles. Molecular biomarkers of gliomagenesis (e.g., EGFR) were investigated for human GBM cell lines (e.g., U87-MG) cultured under static and continuous flow conditions. Temozolomide treatment studies were conducted to evaluate drug responsiveness within the dynamic culture system. This thesis aimed to overcome the limitations of traditional 2D culture by establishing a 3D, dynamically perfused glioma-on-a-chip system, which integrates a hydrogel with a chip-based architecture that more faithfully replicates GBM tumor physiology to assess drug responses. It provides a robust framework for interrogating glioma biology and assessing therapeutic strategies.
Benzer Tezler
- Characterization of alterations in epigenome caused by IDH1 mutations at the earliest stages of gliomagenesis
Gliom oluşumunun erken aşamalarında IDH1 mutasyonlarının epigenomda yol açtığı değişimlerin karakterizasyonu
BURCU EKİNCİ GÖRGÜN
Doktora
İngilizce
2023
GenetikDokuz Eylül ÜniversitesiGenom Bilimleri ve Moleküler Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YAVUZ OKTAY
- Modulation of glioblastoma cell behavior by monocyte-derived macrophages and frequency-dependent attraction on a microfluidic chip
Glioblastoma hücre davranışının monosit kökenlimakrofajlar tarafından düzenlenmesi ve mikroakışkan çipüzerinde frekansa bağımlı çekim
HANİFE KANTARCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
BiyolojiSabancı ÜniversitesiMoleküler Biyoloji, Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MELTEM ELİTAŞ
- Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme yapılan olgularda dil lateralizasyonu ile korpus kallosum bütünlüğünün araştırılması
Relationships between language lateralization and CC dti metrics, tumor grade and tumors distance to language-eloquent-areas in glial neoplasms
GİZEM TİMOÇİN YIĞMAN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2018
Radyoloji ve Nükleer TıpBezm-İ Alem Vakıf ÜniversitesiRadyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE ARALAŞMAK
- Understanding cancer and immune cell heterogeneity using microfluidics, dielectrophoresis, and conventional methods
Mikroakışkan, dielektroforezis ve geleneksel yöntemler kullanarak kanser-immün hücre heterojenliğini anlamak
ESRA ŞENGÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Mühendislik BilimleriSabancı ÜniversitesiMoleküler Biyoloji, Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MELTEM ELİTAŞ
- Kurkumin ve yeni nesil ultrasol kurkuminin glioma hücre hattı (C6) üzerine etkilerinin karşılaştırmalı olarak incelenmesi
Comparative investigation of curcumin and next-generation ultrasol curcumin on a glioblastoma (C6) cell line
HİLAL SAMAST
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
BiyoteknolojiTrakya ÜniversitesiBiyoteknoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET YABAŞ