Development of 2D traction force microscopy on actuatable silicone elastomer substrates
Tahrik edilebilir silikon elastomer substratlar üzerinde 2B çekiş kuvveti mikroskopisi geliştirilmesi
- Tez No: 974892
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ALTUĞ ÖZÇELİKKALE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyofizik, Biyomühendislik, Makine Mühendisliği, Biophysics, Bioengineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Biyolojik hücreler, mekanik kuvvetleri algılayarak ve üreterek mikroçevrelerini aktif olarak araştırırlar. Hücresel çekme kuvvetleri (HÇK'ler) olarak bilinen bu kuvvetler, çeşitli biyokimyasal ve biyofiziksel ipuçlarına yanıt olarak uygulanır. Ek olarak, hücreler fizyolojik koşullar altında doku sertliğindeki değişiklikler ve dış deformasyon gibi dinamik mekanik uyarılara maruz kalırlar. Ancak, bu tür aktif mekanik pertürbasyonlar altında HÇK 'lerin nicelendirilmesi, uygun araçların eksikliği nedeniyle sınırlıdır. Bu eksikliği gidermek için, bu tez yumuşak ve tahrik edilebilir yüzeyler üzerinde HÇK ölçümü için tasarlanmış yeni bir Çekiş Kuvveti Mikroskopisi tekniğinin geliştirilmesini sunmaktadır. Bu teknik, Sylgard™ elastomerlerinin karıştırılmasıyla elde edilen, ayarlanabilir ve fizyolojik olarak uygun sertliğe (0.5-18 kPa) sahip, esnek polidimetilsiloksan (PDMS) yüzeyler kullanmaktadır. Ayrıca, bu yüzeylerin referans işaretleyiciler olarak yüksek yoğunluklu (>0.20 partikül/µm2) bir floresan nanopartikül tabakası ile kaplanması için basitleştirilmiş bir yöntem de oluşturulmuştur. HÇK'ler, yüzey yer değiştirmesinin izlenmesi ve Fourier Dönüşümlü Çekme Sitometrisi uygulanarak nicelendirilmiştir. Tahlilin yetenekleri, literatürle tutarlı, sertliğe bağlı belirgin bir kuvvet tepkisi ortaya koyan MCF-7 meme kanseri hücreleri kullanılarak değerlendirilmiştir. Tahlil ayrıca, MDA-MB-231 hücrelerine kontrollü iki eksenli gerinim uygulayan ve 30 dakikalık bir süre boyunca dinamik kuvvet tepkilerini nicelendiren özel bir pnömatik diyafram cihazı ile entegre edilmiştir. Genel olarak, bu çalışmada geliştirilen çok yönlü PDMS tabanlı platform, çeşitli mekanik ipuçları altında HÇK ölçümlerini başarıyla sağlamıştır. Geleneksel hidrojeller yerine elastomerlerin kullanılması, çip üstü laboratuvar ve mikrofizyolojik sistemlerle entegrasyon için önemli bir avantaj sunarak, fizyolojik olarak uygun in vitro koşullar altında, anahtar bir mekanobiyolojik yanıt olarak HÇK'lerin nicelendirilmesinin önünü açmaktadır.
Özet (Çeviri)
Biological cells actively probe their microenvironment by sensing and generating mechanical forces. These forces, known as cellular traction forces (CTFs), are exerted in response to a variety of biochemical and biophysical cues. In addition, cells under physiological conditions experience dynamic mechanical stimulation such as changes in tissue stiffness and external deformation. However, quantification of CTFs under such active mechanical perturbations is limited by the lack of appropriate tools. To address this gap, this thesis presents the development of a novel Traction Force Microscopy technique designed to measure CTFs on soft, actuatable substrates. The technique utilizes compliant polydimethylsiloxane (PDMS) substrates with tunable, physiologically relevant stiffness (0.5-18 kPa), achieved by mixing SYLGARD™ elastomers. A simplified method for coating these substrates with a high-density (>0.20 particles/µm2) layer of fluorescent nanoparticles as fiducial markers is also established. CTFs are quantified by tracking substrate displacement and applying Fourier Transform Traction Cytometry. The assay's capabilities are evaluated using MCF-7 breast cancer cells, revealing a clear stiffness-dependent force response consistent with the literature. The assay is also integrated with a custom pneumatic diaphragm device that applies controlled biaxial strain to MDA-MB-231 cells, quantifying their dynamic force response over a 30-minute period. Overall, the versatile PDMS-based platform developed in this study successfully facilitates CTF measurements under diverse mechanical cues. Its use of elastomers over traditional hydrogels presents a significant advantage for integration with lab-on-a-chip and microphysiological systems, paving the way for quantifying CTFs as a key mechanobiological response under physiologically relevant in vitro conditions.
Benzer Tezler
- Ovulasyon indüksiyonu tedavisinde folliküler gelişimin ultrasonografik takibi
Başlık çevirisi yok
MERİH BAYRAM
- Pulmoner hipertansiyon etyopatogenezinde prostasiklin ve lökotrien C4'ün rolü
Possible role of leukotrien C4 and prostacyclin in the development of pulmonary hypertension
ÜLKÜ AYBERK
- Kurbağa gastrik mukozasında K-H ATPaz enziminin kinetik özellikleri ve oluşturulan ülser modelinde enzim aktivitesi
Başlık çevirisi yok
SEYHAN TÜKEL
