Dynamics of single-cell motility on fibrous collagen containing semi-synthetic PEG hydrogels
Lifli kolajen içeren peg hidrojellerdeki hücre hareketinin dinamiği
- Tez No: 397269
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. HALİL BAYRAKTAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 71
Özet
Hücre-alt tabaka etkileşiminin çalışılması için biyomalzeme üzerindeki hücrelerin hareket etmedeki davranışlarının anlaşılması, iskele kompozisyonunun geliştirilmesinde önemli rol oynar. Doğal alt tabakaya eş biyokimyasal işaretler ve mekanik ortam içeren biyomalzemeler, fonksiyonel iskele geliştirmek için gereklidir. Hidrojeller doğal dokuya ve yeterli besin, gaz taşıması ve metabolik atıkları uzaklaştırmasını sağlayan gözenekli yapıya benzerliğinden dolayı, iskele olarak kullanılır. Çok hücreli organizmalarda hücre hareketi, karmaşık, dinamik bir süreçtir; ve hücre tutunmasının gücüne, hücreler arası matrisin fonksiyonel gruplarına, komşu hücrelere, dışarıdan gelen uyaranlara, ortamın esnekliğine ve hücre iskeletine bağlıdır. Hücrelerin hidrojellerdeki canlılığı ve hidrojeller içine gömülmesi konularındaki güncel çalışmalara rağmen, hücre hareketinin yetersiz karakterizasyonu ve hücreler arası matrisin fiziksel özelliklerini taklit etmedeki zorluk, iskelelerin geliştirilmesini sınırlar. Bu tezde, esnek ve uzun kolajen lifleri içeren polietilen glikol (PEG) hidrojeller tarama elektron mikroskobu, floresan mikroskop kullanımı ve lif hareketinin izlenmesi ile karakterize edilmiştir. Hidrojel iskelesi, lifli kolajenin esnek özelliğini korumuştur, bu yüzden hücre dinamiğinin çalışılması için uyumlu bir ortam sağlamıştır. Dahası, hücrelerin yüksek uzay-zaman çözünürlüğünde izledikleri yolu ve hücre sürekliliği, ortalama yer değiştirme, hücre difüzyon sabiti gibi hareketlilik parametrelerini belirlemek için özel görüntü işleme aracı ve tek hücre izleme metodu kullanılmıştır. Sonuç olarak, esnek kolajenlere uygulanan zayıf büzülme kuvvetleri, yumuşak hidrojellerdeki hücre hareketinin yavaşlamasına neden olmuştur. Dahası, açısal yer değiştirme sonuçları kısa zaman ölçeklerinde tek-hücre hareketinin eş yönlü olduğunu gösterir ancak 0° ve 180° açılarındaki süreklilikte hafif bir artış ortaya koyar. Burada açıklanan yörünge analizi, biyomalzeme üzerindeki hücre dinamiğinin çalışılmasına niceliksel tanımlama sağlar ve bu analiz, hidrojellerin çeşitli kimyasal, biyolojik fonksiyonel gruplarının hücre hareketine olan etkisinin çalışılmasında kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
Understanding the migratory behavior of cells on biomaterials plays a key role to advance scaffold composition for studying cell-substrate interactions. Biomaterials that emulate the identical biochemical cues and mechanical niche of naturally occurring substrates are desired to develop functional scaffolds. Hydrogels are directly utilized as scaffolds because of their resemblance to natural tissue and porous structure that as an advantage for sufficient transport of nutrients, gases and removal of metabolic waste. Cell motility is a complex dynamics process in multicellular organisms, and depends on several factors, such as adhesion strength, functional groups of extracellular matrix, neighbor cells, external signals, elasticity of medium, and the organization of cytoskeleton. Despite the recent studies on understanding single-cell viability and encapsulation in hydrogels, inadequate characterization of motility and difficulty to mimic the physical properties of extracellular matrix limit the development of advanced scaffolds. In this thesis, we prepared polyethylene glycol (PEG) hydrogels that contain highly flexible and long collagen fibers that was characterized by scanning electron microscope (SEM), fluorescence microscopy, and tracking fiber movement. Hydrogel scaffold preserved the elastic properties of fibrous collagen, therefore provided a compliant medium for studying cellular dynamics. Moreover, we used custom image processing tool and single-cell tracking method to determine cell trajectories at high spatio-temporal resolution, and compute the motility parameters such as cell persistence, mean square displacement and diffusion constant. As a result, weak contractive forces applied to stretchable collagens on soft hydrogels resulted in slow motility. Moreover, angular displacement results demonstrated that single-cell movement at short time scales was isotropic but appeared to have a slight increase of persistence at angles of 0° to 180° which corresponds to the direction parallel along the axis of fibrous collagens on hydrogels. We envisioned that trajectory analysis explained here provides a quantitative description for studying cell dynamics on biomaterials and can be used to study the effect of various chemical and biological functional groups of hydrogels on cell motility.
Benzer Tezler
- Modeling dynein dynamics and its interactions with microtubules and microtubule-associated proteins using molecular dynamics simulations
Moleküler dinamik simülasyonları kullanarak dinein dinamiğinin ve mikrotübüller ve mikrotübül ilişkili proteinlerle etkileşimlerinin modellenmesi
MERT GÖLCÜK
Doktora
İngilizce
2024
Biyofizikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MERT GÜR
- Modeling the linker movement of the dynein motor protein at atomic resolution
Dinein motor proteinin kuvvet kolu hareketinin atomik çözünürlükte modellenmesi.
MERT GÖLCÜK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Biyofizikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MERT GÜR
- Quantum aspects of molecular correlations in biological catalysis
Biyolojik katalizde moleküler ilintilerin kuantum doğası
ONUR PUSULUK
Doktora
İngilizce
2018
Biyofizikİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEREM CANKOÇAK
PROF. DR. CEMSİNAN DELİDUMAN
- Exploring the intrinsic dynamics of human beta-2 adrenergic G-protein coupled receptor
Beta-2 adrenerjik reseptör proteinin içsel dinamik yapısının araştırılması
ÖZER ÖZCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
BiyolojiBoğaziçi ÜniversitesiHesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. PEMRA DORUKER TURGUT
YRD. DOÇ. DR. DEMET AKTEN AKDOĞAN
- Fitokimyasallar ile bakteriyel biyofilm ve FtsZ inhibisyonu
Bacterial biofilm and FtsZ inhibition by phytochemicals
THAHIYA NAUSHAD
