Geri Dön

İlaç araştırmaları için 3-boyutlu mikroakışkan damar modelinin geliştirilmesi

Development of 3-dimensional microfluidic vessel model for drug testing

  1. Tez No: 695607
  2. Yazar: BURAK İPEK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. KEZBAN ULUBAYRAM
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 125

Özet

Vasküler hastalıkların araştırılması, yeni ilaç adayı moleküllerin taranması, tespiti ve vasküler toksisitelerinin araştırılmasında kullanılabilecek in vivo damar fizyolojisi, anatomisi ve kan akışı kaynaklı oluşan sıvı gerilim kuvvetinin taklit edilebildiği 3-boyutlu (3B) damar modeline ihtiyaç duyulmaktadır. Son yıllarda insan doku ve/veya organların fizyolojik tepkilerini taklit etmek amacıyla modellenen mikroakışkan organ çipleri 3B doku/organların in vitro modellemesinde ilgi odağı olmuştur. Bu tez çalışmasında fizyolojik koşulları ve in vivo damar yapısını (tunika eksterna, tunika media ve tunika intima tabakaları) taklit eden perfüze edilebilir 3B damar çip modelinin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla 3B yazıcı ile 35 mm çapında PDMS tabanına Pluronic F-127 kopolimeri ile 1,8 mm çap, 20 mm uzunluk ve 1,1 cm2 lateral alana sahip kanal oluşturulmuştur. Kanal önce dopamin hidroklorid (poliDOPA, 2 mg/mL), sonra kollajen veya fibronektin ile kaplanmıştır. Daha sonra sığır aort damarından izole edilip karakterize edilen vasküler düz kas hücreleri (vSMC), vasküler endotel hücreleri (vEC) ile insan (hFB) veya fare (L-929) kaynaklı fibroblast hücreleri PDMS kanallar içinde statik veya dinamik koşullarda (60 μL/dak.) koşullarda kültür edilmiştir. 3B damar yapısını oluşturmak için kültür süresi, substrat, hücre sayısı (50.000 hücre/çip veya 25.000 hücre/çip) test edilerek hücre davranışları araştırılmıştır. Daha sonra farklı i CellTracker® ile işaretlenmiş fibroblast hücreleri ve vSMC dinamik koşullarda PDMS kanalda ko-kültür edilerek perfüze edilmiş ve hücre varlığı, hücre lokalizasyon paterni ve hücre tabakalarının oluşumu incelenmiştir. Son olarak poliDOPA veya poliDOPA+kollajen ile kaplı PDMS kanallarda sırasıyla hFB, vSMC ve vEC (1:1:1) hücreleri kültüre edilerek üçlü direkt ko-kültür yapılarak dinamik koşullarda 3B damar modeli geliştirilmiş ve hücre tabakası ile endotel ve düz kas hücre spesifik proteinlerinin ifadesi açısından karakterize edilmiştir. Temas açısı ve FTIR sonuçları PDMS yüzeyin polidopamin ile kaplandığını ve hidrofilik bir yüzeyin elde edilebildiğini göstermiştir. Mikroskobik analiz, statik koşullarda test edilen farklı hücre sayısı, substrat tipi ve kültür süresinde vSMC'lerin benzer davranışlar göstererek yüzeye tutunabildiklerini, dinamik koşullarda ise test edilen tüm substrat ve hücre sayısında yüksek hücre canlılığına sahip mikro doku oluşturduklarını göstermiştir. Dinamik koşullarda, vEC ve fibroblast hücrelerinin statik koşullarda oluşturdukları hücre tabakası yapısını korudukları, sıvı gerilim kuvvetine maruz kalma süresine bağlı olarak vEC'lerin tabaka yapısını kaybetme, fibroblast hücrelerinin ise daha yoğun bir tabaka oluşturma eğilimi gösterdikleri tespit edilmiştir. vSMC-fibroblast ko-kültür çalışmaları fibroblast-vSMC direkt ko-kültürünün başarılı bir biçimde gerçekleştirildiğini, hücrelerin kültürde varlıklarını koruduklarını göstermektedir. Konfokal ve immünofloresan analizleri poliDOPA+kollajen ile kaplanmış PDMS kanallarda dinamik koşullarda üçlü ko-kültürün başarılı bir biçimde yapılarak fibroblast, düz kas ve endotel tabakalarını içeren 3B damar modelinin oluştuğunu göstermiştir.

Özet (Çeviri)

There is a need for a 3-dimensional (3D) vessel model that can be used to simulate in vivo vessel physiology, anatomy, and blood flow-induced fluid tension force that can be used in the investigation of vascular diseases, screening, and detection of new drug candidate molecules and investigating their vascular toxicities. In recent years, microfluidic organ chips modeled to mimic the physiological responses of human tissues and/or organs have been the focus of attention in in vitro modeling of 3D tissues/organs. This thesis aims to develop a perfusable 3D vessel chip model that mimics physiological conditions and in vivo vascular structure (tunica externa, tunica media, and tunica intima layers). For this purpose, channel with 1.8 mm diameter, 20 mm length and 1.1 cm2 lateral area was created with Pluronic F-127 copolymer on a 35 mm diameter PDMS base with a 3D printer. The channel was coated first with dopamine hydrochloride (polyDOPA, 2 mg/mL), then with collagen or fibronectin. After that, isolated and characterized vascular smooth muscle cells (vSMC), vascular endothelial cells (vEC), and human (hFB) or mouse (L-929) fibroblast cells were cultured in PDMS channel under static or dynamic condition (60 μL/min.). Cell behavior was investigated by testing the culture time, substrate, cell number (50,000 cells/chip or 25,000 cells/chip) to create the 3D vessel structure. Subsequently, different CellTracker® labeled fibroblast cells, and vSMC were iii co-cultured and perfused in PDMS channels under dynamic conditions; cell presence, cell localization pattern, and formation of cell layers were examined. Finally, hFB, vSMC and vEC (1:1:1) cells were co-cultured in polyDOPA or polyDOPA+collagen coated PDMS channel, respectively, and a 3D vessel model was developed under dynamic conditions. This model was characterized for the expression of endothelial and smooth muscle cell- specific proteins. The contact angle and FTIR results showed that the PDMS surface was coated with polydopamine and obtained a hydrophilic surface. Microscopic analysis showed that vSMCs could adhere to the surface by showing similar behavior in different cell number, substrate type and culture time tested under static conditions, and formed micro tissue with high cell viability in all substrates and cell numbers tested under dynamic conditions. In dynamic conditions, it was determined that vEC and fibroblast cells preserve the cell layer structure they formed under static conditions, vECs tend to lose their layer structure, and fibroblast cells tend to develop a denser layer depending on the exposure time to shear stress. vSMC-fibroblast co-culture studies showed that fibroblast-vSMC direct co-culture was successfully performed, and the cells were preserved in culture. Confocal and immunofluorescence analyzes showed that the 3D vessel model, including fibroblast, smooth muscle, and endothelial layers was formed by successful triple co-culture in PDMS channel coated with polyDOPA+collagen under dynamic conditions.

Benzer Tezler

  1. Development of Microwave/Droplet-Microfluidics Integrated Heating and Sensing Platforms for Biomedical and Pharmaceutical Lab-on-a-Chip Applications

    Development of Microwave/Droplet-Microfluidics Integrated Heating and Sensing Platforms for Biomedical and Pharmaceutical Lab-on-a-Chip Applications

    GÜRKAN YEŞİLÖZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    BiyomühendislikUniversity of Waterloo

    Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CAROLYN L. REN

  2. Biyoteknolojik ilaç araştırmaları için prostat kanseri 3-boyutlu hücre kültürü ve ko-kültür modellerinin oluşturulması

    Establishment of 3D-cell culture and co-culture models of prostate cancer for biotechnological drug development

    FERSU GÜL ASYA ÇALIŞIR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    BiyoteknolojiEge Üniversitesi

    Farmasötik Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BİLGE DEBELEÇ BÜTÜNER

  3. Calculation of interaction energies with different levels of computational chemistry methods

    Farklı hesaplamalı kimya yöntemleri ile etkileşim enerjilerinin hesaplanması

    NESRİN IŞIL YAŞAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Hesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FETHİYE AYLİN SUNGUR

  4. Development of 3D tumor models for investigating drug efficacy of sapogenol derivatives

    Sapogenol türevlerinin ilaç etkinliklerinin araştırılması için 3B tümör modellerinin geliştirilmesi

    NECMETTİN ARDA PİŞİRİCİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Biyomühendislikİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AHU ARSLAN YILDIZ

  5. Antitrombosit ilaç hedefleri için bazı fitokimyasalların in silico taraması

    In silico screening of some phytochemicals for antiplatelet drug targets

    SHABNAM POURHANAFI AHGANEH

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    KimyaHacettepe Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. VİLDAN GÜRSOY