Investigation of the permeability of the cell membrane for different cryoprotectant agents in a continuous thermo-fluidic micro-channel system
Hücre zarı geçirgenliğinin sürekli bir termo-akışkan mikrokanallı sistemde farklı donmada koruyucu maddeler ile incelenmesi
- Tez No: 695850
- Danışmanlar: PROF. DR. HALUK KÜLAH, DOÇ. DR. SELİS ÖNEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Makine Mühendisliği, Bioengineering, Biotechnology, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 144
Özet
Hücre zarı geçirgenliğinin farklı solüsyonlar içinde modellenmesi, ilaç taşınımı, floresan görüntüleme, donmada koruma gibi biyoteknoloji uygulamalarında önderişim işlemi sırasında hücre tepkisini kontrol etmek açısından kritik bir ihtiyaçtır. Güncel çok aşamalı yöntemlerde, uzun süreli dondurarak saklama öncesi hücrelere yüksek derişimde donmada koruyucu maddelerin yüklenmesi uzayan maruz kalma süreleri nedeniyle hücrelerin canlılığını etkilemektedir. Bu çalışmanın hedefleri farklı hücrelerin tepkilerinin donmada korucu maddelere maruz kalma süresini düşüren sürekli mikroakışkan sistemde gözlemlenmesi ve bu şartlar altında hücre zarından donmada koruyucu madde taşınımının modellenmesidir. Bu çalışmada, daha hızlı ve hücrelerin donmada koruyucu madde ile sürekli önderiştirilmesi için tasarlanan mikro termo-akışkan cihaz, hücre zarı geçirgenliğini incelemek için kullanılmıştır. Hücreler, düşük donmada koruyucu madde derişimine sahip eş boyutlu sulu damlacıklara hapsedilmiştir. Donmada koruyucu madde derişimi sıcaklığın ve buna bağlı olarak soğa yağı içinde su çözünürlüğünün kontrol edilmesi ile mikrokanal boyunca artırılmıştır. Suyun damlacıktan dışarı seçimli difüzyonu, damlacığın küçülmesine ve içeride kalan donmada koruyucu madde derişiminin artmasını sağlamıştır. Hücre dışı derişimin değişimine hücrenin verdiği tepki incelenmiş ve analiz dilmiştir. Dinamik hücre dışı donmada koruyucu madde derişimi verileri bir geçirgenlik modeline entegre edilerek hücre zarının spesifik bir donmada koruyucu maddeyi dinamik geçirgenliği hesaplanmıştır. Damlacık oluşumu için iki fazlı akış koşulları optimize edilerek istenen damlacık boyutu için kullanılması gereken akış hızları belirlenmiştir. Akış hızı ve damlacık boyutu arasında, microakışkan cihaz boyutu ve geometrisinden bağımsız olarak doğrusal bir ilişki bulunmuştur. Akış hızına bağlı olarak damlacık içinde hücre enkapsülasyon performansı incelenmiştir. Birden fazla hücrenin tek damlacık içinde enkapsülasyonu ve microkanal içinde hücrelerin çökelmesi gibi istenmeyen durumların düşük akış hızı kullanımı ile ilişkili olduğu gösterilmiştir. Sürekli bir iki fazla mikroakışkan sistemin kullanılması hücrenin artan donmada koruyucu madde derişimine verdiği tepkileri gözlemlemede değerli olduğunu göstermiştir. Damlacık içinde enkapsüle edilen hücrelerde, damlacık küçüldükçe daha yüksek donmada koruyucu madde derişimlerine ulaşılmıştır. Hücre zarı geçirgenlik modelleri için mevcut olan konvansiyonel bir model dinamik hücre dışı derişimin kullanımı ile modifiye edilmiştir. Hücre zarı geçirgenlik parametreleri, derişimin 1 M'dan 2.05 M'a çıkarıldığı sulu damlacıklarda ve 40°Cye ısıtılan mikroakışkan kanal içerisinde, donmada koruyucu madde olarak gliserol kullanılarak MDA-MB231 hücreleri için elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Modeling cell membrane permeability in different solutions is a critical requirement in controlling the response of cells during preconcentration processes in biotechnological applications, such as drug delivery, fluorescence imaging, and cryopreservation . Current multi-step methods employed in loading cells with high concentrations of cryoprotectant agents (CPAs) prior to cryopreservation for long term storage affect cell viability as a result of extended exposure times associated with these methods. One of the objectives of this research to observe the response of different types of cells in a continous microfluidic system allowing for reduced exposure times to the CPAs and to model the transport of CPA through the cell membrane. In this study, a micro thermo-fluidic device designed for faster and continuous preconcentration of cells with CPAs is used to study cell membrane permeability. Cells are encapsulated in uniform aqueous droplets with a low CPA concentration, The concentration of the CPA in the droplet is increased along the microchannel by controlling the temperature, and thus the water solubility of the oil phase. Selective diffusion of water out of the droplet causes the droplet to shrink and get concentrated vi in CPAs. The response of the cell to the changes in the extracellular concentration is observed and analysed. The dynamic extracellular CPA concentration data is integrated in a permeability model to calculate the dynamic permeability of the cell membrane to a specific CPA. Two-phase flow conditions for droplet generation are optimized to determine the flow rate to achieve the desired droplet size. A linear relationship is found between flow rates and the size of the droplets, regardless of the size and geometry of the microfluidic device. The performance of encapsulation of cells in the droplets based on the flow rate is assessed. The undesired phenomena, such as the encapsulation of cells in multiples and the sedimentation inside the microchannels, are found to be associated with the low flow rates. Employing a continuous two-phase microfluidic system has proved valuable in observing the response of the cell to increasing CPA concentrations. Encapsulation in smaller droplets has yielded a higher increase in the intracellular CPA concentration. A conventional mathematical model for the permeability of the cell membrane is modified by using the dynamic extracellular concentrations obtained from the microfluidic system. Membrane permeability parameters are determined for MDA-MB231 cells using glycerol as the CPA, where concentration is increased from 1 M to 2.05 M in the aqueous droplets with heating to 40°C in the microfluidic channels.
Benzer Tezler
- Hemodiyaliz amaçlı poliakrilonitril membranlar hazırlanması
Preparation of polyacrylonitrile membranes for hemodialysis application
GAMZE BEHMENYAR
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİRGÜL TANTEKİN (ERSOLMAZ)
- Metalik kalayın asidik çözeltiler içerisinde anodik davranışının incelenmesi
Investigation of anodic behavior of metallic tin in acidic solutions
CAN AKYIL
Doktora
Türkçe
2019
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ÜRGEN
- Ultrasona duyarlı hidrojellerin sentezi ve ilaç salım davranışlarının incelenmesi
Synthesis of ultrasensitive hydrogels and investigation of drug release behavior
ŞULE BALCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
BiyomühendislikSakarya ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CUMA BİNDAL
- Pervaporasyon ile ipa/su ve MTBE/metil alkol azeotropik karışımlarının ayrılması
Başlık çevirisi yok
NİLÜFER DURMAZ (HİLMİOĞLU)
Doktora
Türkçe
1998
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTemel İşlemler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMA TÜLBENTÇİ
- Hidrojen sülfit'in bor toksisitesinde yetişen biber bitkisinin fizyolojik gelişimine etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of hydrogen sulfide on the physiological development of pepper plants under boron toxi̇ci̇ty
FERHAT UĞURLAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
ZiraatHarran ÜniversitesiToprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ KAYA