BIOINTERFACIAL CELL/PROTEIN–POLYMER INTERACTIONS INVESTIGATED BY QUARTZ CRYSTAL MICROBALANCE WITH DISSIPATION
Hücre/protein–polimer biyoarayüzündeki etkileşimlerin disipasyon izlemeli kuvars kristal mikroterazi ile incelenmesi
- Tez No: 840528
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULHALİM KILIÇ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 138
Özet
Hücre-yüzey etkileşimlerinin anlaşılması, yeni ve fonksiyonel biyomalzemelerin geliştirilmesi için temel bir gerekliliktir. Biyomalzemelerin biyouyumluluğu ve in vivo performansı büyük ölçüde, materyal yüzeyine protein adsorpsiyonu ve bunu takip eden hücre adezyon süreçlerine bağlıdır. Bu süreçlerin değerlendirilmesi için genellikle klasik hücre kültürü teknikleri kullanılır, ancak bu teknikler hücre fiksasyonu, hücrelerin işaretlenmesi veya yüzeyden hücre toplama işlemlerini içerdiklerinden çoğunlukla hücrelerin fizyolojisini etkileyerek belirli bilgilerin kaybına neden olabilmektedir. Ayrıca, hücre-yüzey arayüzünde nanometre ölçeğindeki etkileşimleri bu tür yöntemlerle ayırt etmek de mümkün değildir. Biyomalzemelerin performansını etkileyen bir diğer faktör ise malzeme yüzeyinin fiziko-kimyasal özellikleridir. Hücre/protein-materyal arayüzündeki etkileşimler oldukça karmaşık olup belirli uygulama gereksinimlerini karşılamak için iyi anlaşılmaları ve tasarlanmaları gerekmektedir. Bu noktada, alternatif ve tamamlayıcı bir yöntem olarak Disipasyon İzlemeli Kuvars Kristal Mikro Terazi (QCM-D), nano-ölçekte hücre-yüzey etkileşimlerinin invaziv olmayan, gerçek-zamanlı ve moleküler işaretlemeye ihtiyaç duymadan izlenebilmesini sağlayan güçlü bir tekniktir. Bu teknik, hücre-malzeme ara yüzündeki spesifik etkileşimler için karakteristik veriler sağlayarak, elde edilen bilgiler hücre adezyonu ve protein adsorpsiyonu davranışlarının anlaşılması için yeni bakış açıları sunmaktadır. Bu tezin amacı, hücre-polimer etkileşimlerini gerçek zamanlı olarak QCM-D sistemi aracılığıyla takip etmek ve polimer yüzeylerindeki hücre tutunma süreçlerini incelemektir. Bu amaçla, biyomalzeme alanında yaygın olarak kullanılan iki polimer olan Polikaprolakton (PCL) ve Kitosan (CH) ve yanı sıra bunların karışımları (75:25 ve 25:75) hücre tutunma davranışını incelemek için kullanılmıştır. Yüzey topografyası, kimyasal bileşim ve ıslatılabilirlik gibi faktörler, hücre adezyon süreçlerini önemli bir şekilde etkileyebildiğinden, iyi karakterize edilmiş yüzeyler üzerinde hücre tutunması çalışmaları oldukça kritik bir öneme sahiptir. Bu çalışma kapsamında, gerçek-zamanlı hücre etkileşimlerini izlemek üzere iki farklı hücre hattı (hFOB ve 3T3) kullanılmıştır. Elde edilen bulguları teyit etmek amacıyla QCM-D'nin sonuçlarına ek olarak, tamamlayıcı hücre kültürü deneyleri de gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında, silika plaka ve silika sensör yüzeylerine ince filmler hazırlanmıştır. Homojen bir film yapısı elde etmek amacıyla polimer yüzdesinin, çözücü tipinin, substrat yüzey özelliklerinin (oksijen plazması ile aktive edilmiş veya hidrofobik olarak işlenmiş) ve polimer oranının çeşitli etkileri analiz edilmiştir. Film homojenliği Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) ile değerlendirilmiştir. Belirli bir kitosan miktarı ile hazırlanan karışımlar, silika substrat üzerine homojen bir şekilde kaplanmıştır. Oluşturulan yüzeyin kimyasal bileşimi ayrıca ATR-FTIR yöntemiyle karakterize edilmiştir. Elde edilen spektrum, polikaprolakton (PCL) için 1725 cm-1 ve kitosan için 1645 ve 1584 cm-1 olmak üzere karakteristik tepe noktalarına sahiptir. Böylelikle, her iki polimerin de yüzeye başarılı bir şekilde kaplandığı gösterilmiştir. 100 µm2'lik bir alanda tarama yapılan AFM görüntüleri, saf polimerlerin morfolojik olarak homojen filmler ürettiğini, karışımlara ait film yüzeylerinde ise belirgin bölgelerin (domainlerin) mevcut olduğunu göstermektedir. Bu belirgin bölgelerin boyutları, 75:25 PCL/CH karışımı için mikrometre ölçeğindedir. Saf polimerlerle hazırlanan ince filmler, karışımlara kıyasla daha pürüzsüz yüzeyler (dolayısıyla daha düşük Rq değerleri) göstermiştir. Saf kitosan filmler en düşük Rq değerine sahipken (1 nm'den az), saf PCL filmleri için Rq değeri 3,3 ± 0,9 nm olarak gözlenmiştir. 75:25 ve 25:75 oranlarında hazırlanan karışımlarda ise pürüzlülük değerleri sırasıyla 20,2 ± 1,8 nm ve 3,6 ± 0,6 nm bulunmuştur. Saf PCL filmleri için en yüksek negatif zeta potansiyel (-88 mV) değeri ölçülürken, saf kitosan filmleri için en düşük negatif (-15 mV) değer ölçülmüştür. Karışımlar için zeta potansiyeli değerleri bu iki değerin arasında yer almaktadır. Karışımların zeta potansiyeli ölçümleri, pH 7.4'te 75:25 ve 25:75 PCL/CH karışımları için sırasıyla -32 mV ve -38 mV olarak ölçülmüştür ve karışım oranları bu değerler arasında anlamlı bir fark göstermemiştir. Oluşturulan filmlerin kalınlığı, spektroskopik elipsometri yöntemi ile ölçülmüştür. En düşük film kalınlığı saf kitosan filmleri için ölçülmüş olup (yaklaşık 10 nm), en yüksek film kalınlığı ise 75:25 PCL/CH karışım filmi için ölçülmüştür (yaklaşık 55 nm). Saf PCL filmi ve 25:75 karışım filmi için kalınlıklar sırasıyla ortalama olarak 38 nm ve 14 nm civarında ölçülmüştür. Ayrıca, tampon çözeltiler içerisinde şişmiş polimer kalınlıkları belirlenmiştir. Bu amaçla, pH 4.5 sitrat tamponu ve pH 6,0 ve 7,4 fosfat tamponu olmak üzere farklı tampon koşullarında çalışılmış ve kalınlıklar in situ spektroskopik elipsometri ile belirlenmiştir. Hidrofobik bir polimer olan PCL'in sulu çözeltilerde fazla miktarda şişme göstermediği gözlemlenmiştir. En yüksek şişme oranı kitosan ince polimer filmlerinde elde edilmiştir. Şişmiş polimer kalınlığı, kuru polimer kalınlığına göre yaklaşık üç kat daha fazla çıkmıştır. Karışım filmler ise, saf polimer filmlerinin şişme oranları arasında gözlemlenmiş iken, daha yüksek PCL miktarı (75:25) beklendiği gibi daha az şişme ile sonuçlanmıştır. Çalışılan farklı pH değerleri arasında en yüksek şişmiş polimer kalınlıkları pH 7,4'te ölçülmüştür. Hücre adezyon çalışmalarının öncesinde, hazırlanan filmler üzerinde protein adsorpsiyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Bu bağlamda, Sığır Serum albümini (BSA) ve Fibrinojen (FIB) gibi model proteinler kullanılmıştır. BSA adsorpsiyonu, oda sıcaklığında farklı pH değerlerinde hem QCM-D hem de spektroskopik elipsometri yöntemleriyle gerçek zamanlı olarak izlenmiştir. Saf PCL filmi üzerine gerçekleştirilen BSA adsorpsiyonu deneylerinde, PCL'in pH a bağlı yüklü grupları olmaması nedeniyle QCM-D deneylerinde benzer frekans değişimi ölçülmüştür. Bu durumda, PCL'nin hidrofobik yapısı nedeniyle protein adsorpsiyonunun hidrofobik etkileşimlerle baskın olması beklenir. Ancak, saf PCL film üzerinde pH 4,5 koşullarında hesaplanan değerler, hem QCM-D hem de spektroskopik elipsometri yöntemleri ile diğer pH değerlerine göre daha olarak belirlenmiştir. Bu durum, ortamda bulunan iyonlardan ve ayrıca bu pH koşullarında BSA'nın yapısından kaynaklanabilir. Bununla birlikte, karışım ve saf kitosan filmleri üzerindeki BSA adsorpsiyonu, pH değerine bağlı bir davranış sergilemiştir. pH 4,5 koşullarında hem BSA hem de kitosan pozitif yüklüdür ve adsorpsiyon elektrostatik olarak itici koşullar altında gerçekleşir. pH 6,0'da kitosan pozitif yüklü iken BSA negatif yüklüdür. Polimer zincirleri ve BSA arasındaki elektrostatik çekim, kitosan içeren filmlerde daha fazla adsorpsiyonla sonuçlanmıştır. pH 7,4'te, pH 4.5 ve 6,0'a kıyasla daha düşük frekans düşüşü (kütle artışı) gözlenmiştir. Bu durum, kitosanın pH 7,4'te amino grubunun deprotone olması ve yüksüz hale gelmesi ile ilişkilidir. Bu durum, karışımların bileşimi ile ortamdaki pH ve iyonların protein adsorpsiyonu üzerinde önemli etkiye sahip olduğunu göstermektedir. QCM-D ve elipsometri metotlarının kullanımıyla elde edilen adsorbe edilen protein miktarlarının karşılaştırılması için farklı modeller kullanılmıştır. QCM-D verilerinin analizinde Sauerbrey modeli tercih edilmiştir. Söz konusu model, sadece pH 4,5 ve 7,4'teki adsorpsiyon değerlerinin hesaplanmasında kullanılmıştır. Çünkü bu pH değerlerinde gerçekleşen adsorpsiyon, Sauerbrey modelinin rijitlik kriterini karşılamaktadır. Bununla birlikte, pH 6.0'da yüzeye tutunan proteinin viskoelastik davranış sergilediği gözlemlenmiştir. Bu durumda Sauerbrey denkleminin rijitlik kriteri sağlanamamaktadır. Bu nedenle, saf kitosan ve kitosan içeren karışım filmleri için pH 6,0'daki adsorpsiyon miktarını hesaplamak amacıyla Voigt modeli uygulanmıştır. Elipsometrik verilerin analizinde modifiye edilmiş de Feijter denklemi kullanılmıştır. İki metot arasında karşılaştırma yapıldığında, QCM-D verileriyle hesaplanan protein miktarının elipsometri ile hesaplanan miktardan her zaman daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Bu farkın temel nedeni, QCM-D ölçümlerinde frekans ve disipasyon değişimlerine suyun katkısının eklenmesidir, ancak elipsometrik değerlendirmede bu etken dikkate alınmaz. Elipsometrik verilerden hesaplanan protein miktarı, çeşitli pH değerleri için hem karışım filmler hem de saf kitosan filmleri üzerinde benzer sonuçlar vermektedir. Ancak, QCM-D yöntemi, bağlı suyun da hesaplamaya dâhil edilmesi nedeniyle daha yüksek değerler elde etmiştir. Bunun yanı sıra, hesaplanan protein miktarının film bileşimine bağlı olarak değiştiği gözlenmiştir. Örneğin, pH 7,4'deki protein adsorpsiyonu incelendiğinde, en yüksek adsorpsiyon miktarının saf PCL filmlerinde gözlendiği saptanmıştır. Ayrıca karışım filmlerindeki kitosan içeriğinin artmasıyla adsorbe edilen fibrinojen miktarının azaldığı gözlemlenmiştir. Buna göre, saf kitosan filmlerinde belirgin bir protein adsorpsiyonu gerçekleşmemiştir. Dolayısıyla, kitosan yüzdesinin artmasıyla birlikte adsorbe edilen fibrinojen miktarı miktarının azaldığı ve yüzey hidrofilikliği arasında ters bir korelasyon olduğu görülmüştür. Yüzey karakterizasyonu ve protein adsorpsiyon deneylerinin ardından, insan fetal osteoblastik (hFOB) ve fare fibroblast (NIH/3T3) hücre hatlarının hücre tutunma davranışı incelenmiştir. Bu amaçla, QCM-D kullanılarak polikaprolakton (PCL) ve kitosan (CH) homopolimer filmleri ile bunların karışım filmlerinde (75:25 ve 25:75 PCL/CH) hücre tutunma çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Bu deneylerde, polimer kaplı sensörün serumsuz besiyeri ile dengeye gelmesi ardından hücrelerin QCM-D haznesine 1 saat boyunca akıtılması sağlanmıştır. Daha sonra frekanstaki ve disipasyondaki değişimler 18 saat boyunca izlenmiştir. İlk saat içindeki davranışlar, her iki hücre hattında da benzer şekilde gözlenmiş ve artan kitosan miktarıyla ölçülen frekans değişimi arasında ters orantı olduğu tespit edilmiştir. QCM-D ile elde edilen verilerinin karşılaştırılabilmesi için tamamlayıcı hücre kültürü deneyleri yürütülmüştür. Bu kapsamda, farklı zaman aralıklarında floresan görüntülerin yanı sıra canlı hücre görüntüleri de alınmıştır. Yapılan tüm bu deneyler, QCM-D sinyallerinin farklı arayüz özelliklerinin etkisiyle hücrenin bu yüzeyler üzerindeki davranışlarının farklılıklarını yansıttığını göstermiştir. Elde edilen sinyaller, incelenen hücre hatlarına özgüdür. Örneğin, hFOB hücrelerinin floresan mikroskobu ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri incelendiğinde, hücrelerin saf PCL film üzerine yayıldıkları gözlemlenmiştir. QCM-D verileri, en yüksek frekans düşüşünü ve en yüksek disipasyon değişimini bu durumda göstermiştir. Karışım filmlerinde de hFOB hücrelerinin yüzeye yayıldığı gözlemlenmiş ancak elde edilen disipasyon değerlerinin saf PCL filmlerine kıyasla daha düşük olduğu görülmüştür. Bu durum, hFOB hücrelerinin hücre dışı matris (ECM) proteinlerinin salımını takiben sonraki yayılma aşamalarına geçemediğini ve bu nedenle hücre-karışım film arayüzünün daha rijit olduğuna işaret edebilir. Karışım filmlerinde elde edilen QCM-D verilerindeki farklılıklar, filmlerin yüzey özelliklerinin farklılıklara bağlanabilir. Saf kitosan filmleri incelendiğinde, ihmal edilebilir düzeydeki frekans düşüşü ve düşük disipasyon değişimi gözlemlenmiştir. Mikroskop görüntüleme çalışmalarıyla da desteklenen bu sonuçlar, sınırlı sayıda hFOB hücresinin saf kitosan yüzeyine tutunduğu göstermektedir. Benzer şekilde, 3T3 hücreleriyle gerçekleştirilen hücre tutunma çalışmalarında da hücrenin yüzeyle ilk etkileşiminin artan kitosan miktarıyla ters orantılı olduğu gözlenmiştir. Ancak hücre tutunması sürecinin ilerleyen evrelerinde, hFOB ve 3T3 hücre hatlarının farklı sinyal değişimi sergiledikleri gözlenmiştir. Her iki hücre hattıyla da gerçekleştirilen deneylerde, saf kitosan yüzeylere hücre tutunmasının gerçekleşmediği gözlenmiştir. 3T3 hücre hattıyla gerçekleştirilen çalışmalarda, en yüksek frekans değişiminin referans silika yüzeyinde gözlendiği ve disipasyon değerinin kademeli olarak azaldığı gözlemlenmiştir. Bu davranış, hücrelerin ortalama olarak ECM yeniden modelleme aşamasında kaldığı şeklinde yorumlanmıştır. ΔD sinyalinin şekli, 75:25 PCL/CH karışım filmi için de benzer şekilde gözlemlenmiştir, ancak 10 saat sonra gözlemlenen frekanstaki düşüş, bu yüzeye daha güçlü hücre tutunmasını işaret ederken, hücrelerin sonraki yayılma aşamalarına geçemediğini de gösteriyor olabilir. 3T3 hücreleri, 25:75 PCL/CH karışım filmi üzerinde 10 saat sonunda frekans değerinde belirgin bir düşüş göstermiş ve bu düşüşe hızlı bir disipasyon artışı eşlik etmiştir. Bu davranış, hücre tutunmasının sonraki aşamalarını yansıtmaktadır, bu da hücrelerin muhtemelen aktin yapılarını yeniden organize ettiğini ve yüzeyin tamamına yayıldığını düşündürmüştür. Sonuç olarak, hFOB ve 3T3 hücre hatlarının yüzeye tutunma davranışlarındaki farklılıkların QCM-D sinyal modellerinde yansıması, hücre tipine ve yüzey kimyasal özelliklerine bağlıdır. QCM-D ile elde edilen gerçek-zamanlı ve moleküler-işaretleme olmaksızın elde edilen veriler, bu ince filmler üzerindeki hücrelerin dinamik tutunma davranışlarını daha iyi anlamamızı sağlamıştır. Bu bilgi, farklı biyomalzeme uygulamaları için yeni tasarımların oluşturulmasında önemli bilgiler sağlayacaktır.
Özet (Çeviri)
Understanding cell-surface interactions is required for the development of novel and functional biomaterials. The biocompatibility and in vivo performance of these biomaterials heavily depend on processes such as protein adsorption and subsequent cell adhesion on the material surface. Common experimental approaches used to assess these processes typically involve end-point assays. However, these assays often require cell fixation or disruption and pre-or post-labeling of the cells, potentially affecting cell physiology and leading to the loss of valuable information. Furthermore, these methods cannot distinguish interfacial interactions occurring at nanometer scales between cells and the surface. The physicochemical properties of the material surface also significantly impact the performance of potential biomaterials. The interactions taking place at the interface between cells/proteins and materials are intricate and must be comprehensively understood and carefully designed to meet specific application requirements. In this context, Quartz Crystal Microbalance with Dissipation (QCM-D) emerges as an alternative and complementary method. QCM-D serves as a powerful, noninvasive technique that enables real-time and label-free monitoring of cell-surface interactions at the nanoscale. QCM-D provides distinct data regarding specific interactions at the cell - material interface, thereby offering new insights into the cell adhesion / protein adsorption behaviors. The aim of the thesis is to investigate cell-polymer interactions and to monitor the entire process in real-time using QCM-D system. For this purpose, two commonly employed polymers in the biomaterials field, Polycaprolactone (PCL) and Chitosan (CH), as well as their blends (75:25 and 25:75), were employed to investigate real-time cell adhesion behavior. As surface topography, chemical composition and wettability have significantly influence on cell adhesion process, it is important to analyze cell adhesion on well-characterized surfaces. Two types of cell lines (hFOB and 3T3) were employed to monitor cell interactions. Complementary cell culture assays were also conducted to validate the outcomes obtained from QCM-D. In the first part of the thesis, the preparation and characterization of thin films on silicon substrates and silica sensor surfaces were completed. In order to achieve homogeneous films, various parameters were investigated, i.e., polymer ratio, solvent type, substrate surface characteristics (activated with oxygen plasma or hydrophobic treatment), polymer molecular weight, and polymer ratio. The homogeneity of the films was assessed using Atomic Force Microscopy (AFM). It was founded that blends prepared with a constant amount of chitosan yielded homogeneous coatings on the silicon substrate. The chemical composition of the constructed surface was further analyzed using Attenuated Total Reflection Fourier Transform Infrared Spectroscopy (ATR-FTIR). The spectra exhibited distinct peaks at 1725 cm-1 for PCL and 1645 cm-1 and 1584 cm-1 for chitosan, confirming the successful coating of both polymers onto the surface. Analysis of AFM images over a scanned area of 100 µm2 revealed that pure polymers produced morphologically homogeneous films, whereas the blend surfaces displayed visible domains. Particularly, 75:25 PCL/CH blend exhibited micrometer-scale domains. Comparatively, thin films prepared with pure polymers displayed smoother surfaces compared to the blends. In contrast, the blends prepared with a ratio of 75:25 exhibited the highest roughness value. In terms of zeta potential, pure PCL films exhibited the highest negative value (-88 mV), whereas pure chitosan films displayed the lowest negative value (-15 mV) at pH 7.4. Blend film zeta potential values were between these two extremes. Film thickness analysis revealed that pure chitosan films had the smallest thickness (ca. 10 nm), whereas 75:25 PCL/CH blend film had the greatest thickness (ca. 55 nm). The pure PCL film and the 25:75 blend film had thicknesses of approximately 38 nm and 14 nm, respectively. In addition, in situ spectroscopic ellipsometry was employed to determine swollen polymer thicknesses. It was observed that PCL, being a hydrophobic polymer, did not swell much in aqueous solutions. Chitosan thin films exhibited the highest degree of swelling. The blend films exhibited swelling degrees between those of the pure polymer films, while higher PCL amount (75:25) resulted in reduced swelling, as expected. Before the cell adhesion studies, protein adsorption studies onto the constructed films was conducted. Bovine Serum Albumin (BSA) adsorption was monitored in real-time using both QCM-D and spectroscopic ellipsometry at various pH values at room temperature. In the case of pure PCL film, BSA adsorption onto pure PCL film showed a consistent frequency change upon adsorption with QCM-D for all pH values investigated. However, for the other investigated films, the presence of chitosan led to pH dependent adsorption behavior. At pH 4.5, both BSA and CH were positively charged, resulting in adsorption under repulsive conditions. At pH 6.0, the electrostatic attraction between the polymer chains and BSA led to higher adsorption on films containing chitosan. The lowest frequency decrease, i.e., mass load, was observed at pH 7.4 compared to pH 4.5 and 6.0. These findings indicate that blend composition, pH and ion presence in the environment have a substantial influence on protein adsorption. To compare the adsorbed protein amounts determined by QCM-D and ellipsometry methods, diverse models were applied. When two methods are assessed, the protein quantity derived from QCM-D data was consistently higher than that obtained by ellipsometry. The amount of protein calculated from ellipsometric data was similar for the blend films and pure chitosan films for all pH values investigated. However, higher values were evident in QCM-D method due to the inclusion of coupled water in the calculations. In addition, fibrinogen adsorption presented composition dependent behavior on thin films. The highest adsorbed fibrinogen amount was monitored on pure PCL films. In contrast, no significant protein adsorption was monitored on pure chitosan films. Consequently, the adsorbed amount of fibrinogen decreased with an increasing percentage of chitosan in the films, which predominantly showed an inverse correlation with the surface hydrophilicity. Following the comprehensive characterization of the films and conduction of the protein adsorption experiments, the cell adhesion behavior of two cell lines, human fetal osteoblastic (hFOB) and mouse fibroblast (NIH/3T3), was monitored on constructed films using QCM-D. For this purpose, the cells were introduced into the QCM-D chamber and allowed to flow for 1 hour. Initial cell sedimentation after 1 h resulted in reduced cell deposition as the chitosan ratio increased in the film. This trend was consistent for the both cell lines in the first hour. Subsequently, changes in frequency and dissipation were monitored over an 18-hour period. Complementary cell culture assays were performed to validate the observations of QCM-D. For this purpose, fluorescence images and live cell images at various time intervals were captured. Distinct QCM-D signal patterns were found for the investigated cell lines, indicating the influence of the varying interfacial properties on cell adhesion, which is also dependent on the specific cell type. In the case of hFOB cells, fully spreading was observed on pure PCL films, with elongated morphologies as confirmed by fluorescence microscopy and scanning electron microscopy (SEM). Corresponding QCM-D signals showed the highest frequency drop and the highest dissipation. Blend films supported hFOB cell adhesion, but with lower dissipation values compared to the PCL film. This might be attributed to higher rigidity at the hFOB cell−blend interface, because these cells did not progress to the further stages of spreading after secretion of their extracellular matrix (ECM) proteins. Variations in the QCM-D data obtained from the blend films could be attributed to differences in the morphology of the films. Pure chitosan films showed limited hFOB cell adhesion, accompanied by low frequency drop and low dissipation. The initial sedimentation of 3T3 cells onto the constructed surfaces similarly showed dependence on the surface composition. Unlike the behavior of hFOB cells, 3T3 cell lines did not adhere to pure chitosan surfaces, evident from consistent positive frequency signals. The highest frequency change was observed on reference silica surface, with dissipation gradually decreasing. This behavior indicated an average number of cells remaining in ECM remodeling stage. The ΔD signal shape was similar for 75:25 PCL/CH blend to the reference silica surface, however a slight decrease in the frequency was observed after 10 h. This suggests the stronger attachment to the surface while cells lacked further spreading stages on 75:25 PCL/CH blend. 3T3 cells on 25:75 PCL/CH blend showed substantial frequency drop after 10 h, which accompanied by an increase in dissipation. This behavior corresponded to the later stages of cell adhesion, implying that cells probably underwent actin remodeling and fully spreading on the surface. In conclusion, distinct QCM-D signal patterns were evident in the adhesion of hFOB and 3T3 cell lines. These distinctive patterns were attributed to the variations in the strength of cell adhesion, which are influenced by both cell type and surface chemical properties. The real-time and label-free data collected through QCM-D gave us a more profound comprehension of the dynamic adhesion behavior of the cells on constructed thin films. This knowledge and understanding holds the potential to provide valuable insights for the design of novel biomaterials tailored to diverse applications.
Benzer Tezler
- Novel biocompatible quantum dots and nanoengineered assemblies for optoelectronic neural interfaces
Optoelektronik nöral arayüzleri için yeni biyouyumlu kuantum noktaları ve nanoteknolojik birleşimler
HOUMAN BAHMANI JALALI
Doktora
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiBiyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDAT NİZAMOĞLU