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 (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
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
- Investigation of the antifungal activity of different essential oils and their nanofibers
Farklı esansiyel yağlarının ve nanoliflerinin antifungal etkisinin araştırılması
DİLARA DEVECİOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HATİCE FUNDA KARBANCIOĞLU GÜLER
- AML12 hepatosit hücre soyunda klopidogrelin lizozomal aktiviteye olan etkisinin araştırılması
Investigation of the effects of clopidogrel in AML12 hepatocyte cell line over lysosomal activity
ECE ÇARPAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
BiyolojiMarmara ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BELGİN SÜSLEYİCİ
- Hücre dışı adenozin trifosfat uygulamasının izole kardiyak miyositlerdeki etkilerinin tüm-hücre Patch Clamp yöntemi ile incelenmesi
Investigation of the extracellular adenosine triphosphate effects on isolated cardiac myocytes using whole-cell Patch Clamp technique
MEHMET UĞUR
- Quorum quenchıng membran biyoreaktörlerde kullanılan immobilizasyon medyalarında malzeme tercihinin etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of material preference on immobilization media used in Quorum quenching membrane bioreactors
SEMANUR SOYLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BÖRTE KÖSE MUTLU
- Perflorooktan sülfonat (PFOS)'ın embriyonel orjinli hücre serilerindeki etkisinin in-vitro araştırılması
An in vitro investigation of the effect of perfluorooctane sulphonate on cell lines of embryonic origin
SEVİM KARAKAŞ ÇELİK
Doktora
Türkçe
2010
Tıbbi BiyolojiMersin ÜniversitesiTıbbi Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NURCAN ARAS ATEŞ