Development of a micro-well-based microfluidic 3D cell culture for cytotoxicity assays
Sitotoksisite testı için mikro kuyu tabanlı mikro akışkan 3 buyutlu hücre kültürünün geliştirilmesi
- Tez No: 797348
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ENDER YILDIRIM, DR. ÖĞR. ÜYESİ ALTUĞ ÖZÇELİKKALE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Electrical and Electronics Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 100
Özet
Bu tez, 3D hücre kültürü için mikro-kuyu tabanlı bir mikroakışkan platformun tasarımı, optimizasyonu, simülasyonu ve imalatını sunar. Bu çalışma, izole edilmiş odalarda sitotoksisite analizlerinin izlenmesi için uygun bir sistem oluşturmayı amaçlamaktadır. Bu bağlamda, mikroakışkan sistemler ilaçlara hücre yanıtını taramak için umut vericidir. Burada, sitotoksisite deneyi için PMMA tabanlı ve pipetle çalışan bir mikroakışkan cihaz sunulmaktadır. Platform bir kanala dahil edilmiştir ve kanalın yan duvarına bağlı mikro-ocak. Amaç, iki tip MCF-7 hücre yüklü 3D kollajen matrisini, yani kırmızı floresan protein (RFP) -MCF-7 hücreleri ve vahşi tip MCF-7 hücrelerini, her oyuk içinde izleyebilen bir 3D hücre kültürü oluşturmak için kapsüllemektir. Kültürün farklı ilaç uyaranlarına yanıtı. Bu tasarım, iki çok fazlı akışın seviye ayarlı kılcal akışına dayanmaktadır ve amaç, bir odadaki sıvıyı izole etmektir. Sonlu eleman analizi (FEA) simülasyonlarından elde edilen sonuçlara dayanarak, 2 mm çapında, dikdörtgen şekilli kanalın genişliğinin kesişimine yerleştirilmiş daire şeklindeki bir bölme, odadaki en yüksek hacim oranını gösterir. İmalat işleminde, yapıyı PMMA substratı üzerindeki değirmeni yapmak için bir mikro değirmencilik cihazı kullanılır. İşlenen PMMA, boş bir PMMA tabakasının yüzey tedavi destekli termo-baskıcı bağı ile kapatılır. Fabrikasyon cihaz daha sonra (RFP) -MCF-7 hücreli 3D kollajen matrisi ve vahşi tip MCF-7 hücre yüklü 3D kollajen matrisi ile test edilir. Hücre sspention ilk önce kanalın girişinden pipetlenir. Karışım kanaldan akarken, odayı doldurur. Kanalın vakumlanması, odada hücre yüklü kollajen sınırlarını ve oda izolasyonunu sağlar. Mikro-kuyularda kültürlenen RFP-MCF-7 hücre yüklü 3D kollajen matrisinin gözlemine göre, 48 saatlik bir izleme sırasında, sonuçlar xeperiment'in ilk 24 saatinde kuyularda hücre büyümesinin başarılı olduğunu göstermektedir. Denemenin sonraki 24 saati, hücreler üzerinde 1µm ve 10 um konsantrasyonlara sahip doksorubisin antikanser ilacının etkisi ile ilişkili olduğundan, deney sırasında hücrelerin canlılığını gözlemlemek için boya bazlı bir canlı ölü test kullanıldı. Böylece, canlı ve ölü hücrelerin gözlemlenmesi için süspansiyona Hoechst 33342 (mavi floresan) ve propidyum iyodür (kırmızı floresan) ilave edildi. Düzeltilmiş toplam hücre floresanı (CTCF) alanı, tüm kontrol, 1µm tedavi ve 10 uM tedavi grupları için hesaplandı. Tedavinin etkisine ilişkin hem floresan hem de parlak alan (BF) görüntülerinin analiz edilmesi, mavi floresan seviyesinde azalma ve 24 saat sonra kırmızı tekli olarak ölü hücrelerin yoğunluğunda artış olduğunu gösterdi. Burada teorik kavramlar, sonlu element analizi (FEA) simülasyonları ve testlerin sonuçları ayrı ayrı tartışılmaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis presents a micro-well-based microfluidic platform's design, optimization, simulation, and fabrication for 3D cell culture. This work aims to create a system suitable for monitoring cytotoxicity assays on isolated chambers. In this context, microfluidic systems are promising for screening cell response to drugs. Here, a PMMA-based and pipette-operated microfluidic device for cytotoxicity assay is presented. The platform is incorporated into a channel and micro-chamber attached to the sidewall of the channel. The goal is to encapsulate two types of MCF-7 cellladen 3D collagen matrix namely as Red Fluorescent Protein (RFP)-MCF-7 cells and Wild-Type MCF-7 cells inside each well to form a 3D cell culture that can monitor the culture's response to different drug stimuli. This design is based on a level-set capillary flow of two multiphase flows, and the goal is to isolate the liquid inside a chamber. Based on the results obtained from Finite Element Analysis (FEA) simulations, a circle-shaped chamber, with a 2 mm diameter, placed at the intersection of the width of the rectangle-shaped channel, demonstrates the highest volume ratio of liquid confinement in the chamber. In the fabrication process, a micro-milling device is utilized to mill the structure on the PMMA substrate. The processed PMMA is sealed by surface-treatment-assisted thermo-compressive bonding of a blank PMMA sheet. The fabricated device is then tested by (RFP)-MCF-7 cell-laden 3D collagen matrix and Wild-Type MCF-7 cell-laden 3D collagen matrix. The cell suspension is at first pipetted through the inlet of the channel. As the mixture flows through the channel, it fills the chamber. Vacuuming the channel enables cell-laden collagen confinement in the chamber as well as chamber isolation. According to the observation of RFP-MCF-7 cell-laden 3D collagen matrix cultured in micro-wells, during a total of 48 hours of monitoring, the results show the success of cell growth in the wells in the first 24 hours of the experiment. The next 24 hours of the experiment were associated with the effect the of doxorubicin anticancer drug with 1µM and 10 µM concentrations on the cells, a dye-based live-dead assay was used to observe the viability of the cells during the experiment. Thus, Hoechst 33342 (blue fluorescence) and Propidium iodide (red fluorescence) were added to the suspension for the observation of live and dead cells, respectively. The corrected total cell fluorescence (CTCF) area was calculated for all control, 1µM treatment, and 10 µM treatment groups. Analyzing both fluorescent and Bright Field (BF) images of quantitative data regarding the effect of the treatment showed a decrease in the level of blue fluorescence and an increase in the intensity of dead cells as a red signal after 24 hours. Here, theoretical concepts, simulations of Finite Element Analysis (FEA), and the results of tests are discussed separately.
Benzer Tezler
- 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
2017
BiyomühendislikUniversity of WaterlooMühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAROLYN L. REN
- Plazmonik ve opto-akışkan platformların teorik, hesaplamalı ve deneysel yöntemlerle incelenmesi
Theoretical, computational and experimental studies on plasmonic and optofluidic platforms
YAĞIZ MOROVA
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELÇUK AKTÜRK
- Implementation of strong light-matter interaction for fabrication and light management of thin crystal silicon solar cells
İnce kristal silisyum güneş hücrelerinde üretim ve ışık yönetimi için yoğun ışık-madde etkileşimi uygulaması
MONA ZOLFAGHARI BORRA
Doktora
İngilizce
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPAN BEK
- 3 boyutlu yazıcı ile basılmış, odak ayarlı kolajen katkılı zarlı mikro akışkan mercek
A 3D-printed tunable fluidic lens with collagen-enriched membrane
ESAT CAN ŞENEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ONUR FERHANOĞLU
- Development of an aprotinin-based novel nano-bioconjugate utilizing microfluidics via 3D cancer spheroid models
3D kanser sferoid modelleri aracılığıyla mikroakışkanlar kullanılarak aprotinin tabanlı yeni bir nano-biyokonjugatın geliştirilmesi
FAIQA NAZIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Biyomühendislikİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. GÜRKAN YEŞİLÖZ
DOÇ. DR. AMIRHOUSHANG BAHRAMI