Optimization of sample preparation methods for the mechanical characterization of tissue architectures
Doku yapılarının mekanik incelenmesi için örnek hazırlama yöntemlerinin optimizasyonu
- Tez No: 480033
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. AYŞE BEGÜM TEKİNAY, YRD. DOÇ. AYKUTLU DANA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyofizik, Biophysics
- Anahtar Kelimeler: Atomik kuvvet mikroskobu, Doku fiksasyonu, Young modülü, Atomic force microscope, Tissue fixation, Young modulus
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde hücrelerin davranışlarının genetik ve biyokimyasal mekanizmalar kadar mekanik sinyallerle de kontrol edildiği hakkında detaylı bilimsel kanıt bulunmaktadır ve malzeme analiz yöntemleri biyomedikal alanda hücre-hücre iletişiminin fiziksel yönlerini araştırmak için sıklıkla kullanılmaktadır. Atomik kuvvet mikroskopu (atomic force microscope, AFM) sıvıda ölçüm alabilen bir yüzey karakterizasyon cihazıdır ve son yıllarda proteinler, nükleik asitler, hücreler ve dokular gibi biyomalzemelerin mekanik analizinde önemli bir yöntem olarak ortaya çıkmıştır. Ancak biyolojik malzemelerin doğal olarak heterojen olmaları ve örnek hazırlama yöntemlerinin çeşitliliği nedeniyle, literatürdeki çalışmalar ve araştırma grupları arasında AFM sonuçları büyük farklar göstermektedir. Bu durum ise yapılan çalışmalardan genel sonuçlar çıkarılmasını engellemektedir. Her ne kadar literatürde ölçüm frekansı, AFM uç morfolojisi ve fiksatif kullanım süresi gibi faktörlerin ölçüm kalitesine etkisi detaylandırılmış olsada, önceki bu çalışmalar genellikle bakteri ve ökaryot hücreleri hakkında yapılmış olup, dokuların ölçümü konusu ise incelenmemiş bulunmaktadır. Dolayısıyla, AFM analizi için kullanılan doku hazırlama yöntemlerinin karşılaştırması, literatürde eksik olan bir konudur. Bu çalışma dört fare dokusunun (kalp, karaciğer, dalak ve böbrek) üç sık kullanılan örnek hazırlama yönteminden (parafin blok, dondurarak kesme (cryosectioning) ve agaroz blok) sonraki mekanik özelliklerini araştırmaktadır. Parafin blok yönteminde kullanılan fiksatif kimyasalların, dokudaki hücrelerarası matris yapısını cross-link ederek elastik modül değerlerini kayda değer bir miktarda arttırdığı gözlemlenmiştir. Parafin blok yönteminin aksine, dondurarak kesme ve agaroz blok yöntemleri canlı dokuya daha yakın elastikiyet sonuçları vermekte, ancak AFM ucunun örneğe yapışması sebebiyle yüksek ölçüm uzaklıkları (~10 μm) veya yapışmayan AFM uçlarının kullanılmasını gerektirmektedir. Ayrıca, agaroz blok örneklerinde uzun süre saklanama imkanı bulunmadığı için hızlı ölçüm yapılmalıdır. Dondurarak kesme data kalitesi ve ölçüm kolaylığı açısından ideal bir yöntem olarak görülmektedir, ancak %4 PFA ile perfüzyon bu yöntemde bile doku elastikiyetini artırdığı için AFM için perfüze doku kullanımını tavsiye edilmemektedir.
Özet (Çeviri)
There is now mounting evidence that mechanical signals are as crucial as genetic and biochemical feedback mechanisms for directing and organizing complex cellular behaviors, and material characterization tools are routinely being employed in biomedical research to investigate the physical aspects of cell-to-cell communication. Atomic force microscopy (AFM) is a surface characterization tool that is compatible with aqueous environments and has recently emerged as an important technique for the mechanical analysis of biomaterials such as proteins, nucleic acids, cells and tissues. However, owing to the natural heterogeneity of biological materials and the diversity of sample preparation methods, AFM results in the literature are characterized by large discrepancies between individual studies and research groups, which prevents the drawing of general conclusions from the existing body of research. While the effects of factors such as measurement frequency, AFM probe morphology and fixation length on measurement quality have been described individually in the literature, previous studies typically focus on the analysis of bacterial and eukaryotic cells rather than tissues. Consequently, a detailed comparison of tissue preparation methods for AFM analysis is lacking. The present thesis describes the mechanical characteristics of four murine tissues (heart, liver, spleen and kidney) following sample preparation using three commonly employed methods (paraffin-embedding, cryosectioning and agarose-embedding). Fixatives used in the paraffin-embedding process are observed to greatly increase the elastic modulus of tissues due to the irreversible cross-linking of the tissue extracellular matrix. Cryosectioning and agarose-embedding, in contrast, provide elasticity values that are more consistent with the live condition of the tissue, but suffer from high tip-sample adhesion that must be compensated through the use of high (~10 μm) measurement distances and/or non-adhesive AFM probes. In addition, agarose-embedded sections are subject to stringent measurement conditions due to the lack of long-term storage options. While cryosectioning is found to be an ideal compromise between data quality and ease of measurement, perfusion with 4% PFA is observed to increase tissue elasticity even under cryosectioning, showing that perfusion is not a recommended step in tissue preparation for AFM.
Benzer Tezler
- Fe-mn-si esaslı şekil bellek alaşımların ileri toz metalurjisi yöntemleri ile üretimi
Production of fe-mn-si based shape memory alloys via advanced powder metallurgy techniques
AHMET UMUT SÖYLER
Doktora
Türkçe
2014
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURAK ÖZKAL
- Alüminyum ekstrüzyon kalıpları için kullanılan dağlama çözeltilerine alternatif yüksek performanslı yeni ürün eldesi
Obtaining high performance new product alternative to etching solutions used in aluminum extrusion molds
BARIŞ AKIN
- Akımsız nikel esaslı kompozit kaplamaların korozyon ve mekanik özelliklerinin yüzey yanıt metodu yardımıyla incelenmesi
Investigation of the corrosion and mechanical properties of electroless nickel-based composite coatings using the response surface methodology
İREM DİNÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HASAN ALGÜL
- Lityum-iyon piller için yüksek performanslı anot malzemesi olarak kalay oksit-indirgenmiş grafen oksit kompozitlerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of tin oxide-reduced graphene oxide composite as high performance anode material for lithium-ion batteries
MERT ARDA KAYIŞLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. REHA YAVUZ
- Akıllı telefon ekranı atıklarından nadir toprak elementlerinin geri kazanımı için MOF membranının tasarımı ve uygulaması
Design and application of a MOF membrane for rare earth elements recovery from smartphone screen waste
MURAT CAN GİRGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİHTER ZEYTUNCU GÖKOĞLU
DOÇ. DR. MEHMET ŞEREF SÖNMEZ