dc.contributor.advisor | Ulubayram, Kezban | |
dc.contributor.author | İpek, Burak | |
dc.date.accessioned | 2021-11-25T07:21:04Z | |
dc.date.issued | 2021 | |
dc.date.submitted | 2021-09-22 | |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11655/25647 | |
dc.description.abstract | There is a need for a 3-dimensional (3D) vessel model that can be used to simulate in vivo
vessel physiology, anatomy, and blood flow-induced fluid tension force that can be used
in the investigation of vascular diseases, screening, and detection of new drug candidate
molecules and investigating their vascular toxicities. In recent years, microfluidic organ
chips modeled to mimic the physiological responses of human tissues and/or organs have
been the focus of attention in in vitro modeling of 3D tissues/organs.
This thesis aims to develop a perfusable 3D vessel chip model that mimics physiological
conditions and in vivo vascular structure (tunica externa, tunica media, and tunica intima
layers). For this purpose, channel with 1.8 mm diameter, 20 mm length and 1.1 cm2 lateral
area was created with Pluronic F-127 copolymer on a 35 mm diameter PDMS base with
a 3D printer. The channel was coated first with dopamine hydrochloride (polyDOPA, 2
mg/mL), then with collagen or fibronectin. After that, isolated and characterized vascular
smooth muscle cells (vSMC), vascular endothelial cells (vEC), and human (hFB) or
mouse (L-929) fibroblast cells were cultured in PDMS channel under static or dynamic
condition (60 μL/min.). Cell behavior was investigated by testing the culture time,
substrate, cell number (50,000 cells/chip or 25,000 cells/chip) to create the 3D vessel
structure. Subsequently, different CellTracker® labeled fibroblast cells, and vSMC were
iv
co-cultured and perfused in PDMS channels under dynamic conditions; cell presence, cell
localization pattern, and formation of cell layers were examined. Finally, hFB, vSMC and
vEC (1:1:1) cells were co-cultured in polyDOPA or polyDOPA+collagen coated PDMS
channel, respectively, and a 3D vessel model was developed under dynamic conditions.
This model was characterized for the expression of endothelial and smooth muscle cellspecific
proteins. The contact angle and FTIR results showed that the PDMS surface was
coated with polydopamine and obtained a hydrophilic surface. Microscopic analysis
showed that vSMCs could adhere to the surface by showing similar behavior in different
cell number, substrate type and culture time tested under static conditions, and formed
micro tissue with high cell viability in all substrates and cell numbers tested under
dynamic conditions. In dynamic conditions, it was determined that vEC and fibroblast
cells preserve the cell layer structure they formed under static conditions, vECs tend to
lose their layer structure, and fibroblast cells tend to develop a denser layer depending on
the exposure time to shear stress. vSMC-fibroblast co-culture studies showed that
fibroblast-vSMC direct co-culture was successfully performed, and the cells were
preserved in culture. Confocal and immunofluorescence analyzes showed that the 3D
vessel model, including fibroblast, smooth muscle, and endothelial layers was formed by
successful triple co-culture in PDMS channel coated with polyDOPA+collagen under
dynamic conditions. | tr_TR |
dc.language.iso | tur | tr_TR |
dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
dc.subject | Damar çipi | tr_TR |
dc.subject | PDMS | tr_TR |
dc.subject | Dopamin kaplama | tr_TR |
dc.subject | 3B yazıcı | tr_TR |
dc.subject.lcsh | A - Genel konular | tr_TR |
dc.title | İlaç Araştırmaları İçin 3-Boyutlu Mikroakışkan Damar Modelinin Geliştirilmesi | tr_TR |
dc.title.alternative | Development Of 3-Dımensıonal Mıcrofluıdıc Vessel Model For Drug Testıng | tr_en |
dc.type | info:eu-repo/semantics/masterThesis | tr_TR |
dc.description.ozet | Vasküler hastalıkların araştırılması, yeni ilaç adayı moleküllerin taranması, tespiti ve
vasküler toksisitelerinin araştırılmasında kullanılabilecek in vivo damar fizyolojisi,
anatomisi ve kan akışı kaynaklı oluşan sıvı gerilim kuvvetinin taklit edilebildiği 3-boyutlu
(3B) damar modeline ihtiyaç duyulmaktadır. Son yıllarda insan doku ve/veya organların
fizyolojik tepkilerini taklit etmek amacıyla modellenen mikroakışkan organ çipleri 3B
doku/organların in vitro modellemesinde ilgi odağı olmuştur.
Bu tez çalışmasında fizyolojik koşulları ve in vivo damar yapısını (tunika eksterna, tunika
media ve tunika intima tabakaları) taklit eden perfüze edilebilir 3B damar çip modelinin
geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla 3B yazıcı ile 35 mm çapında PDMS tabanına
Pluronic F-127 kopolimeri ile 1,8 mm çap, 20 mm uzunluk ve 1,1 cm2 lateral alana sahip
kanal oluşturulmuştur. Kanal önce dopamin hidroklorid (poliDOPA, 2 mg/mL), sonra
kollajen veya fibronektin ile kaplanmıştır. Daha sonra sığır aort damarından izole edilip
karakterize edilen vasküler düz kas hücreleri (vSMC), vasküler endotel hücreleri (vEC)
ile insan (hFB) veya fare (L-929) kaynaklı fibroblast hücreleri PDMS kanallar içinde
statik veya dinamik koşullarda (60 μL/dak.) koşullarda kültür edilmiştir. 3B damar
yapısını oluşturmak için kültür süresi, substrat, hücre sayısı (50.000 hücre/çip veya
25.000 hücre/çip) test edilerek hücre davranışları araştırılmıştır. Daha sonra farklı
ii
CellTracker® ile işaretlenmiş fibroblast hücreleri ve vSMC dinamik koşullarda PDMS
kanalda ko-kültür edilerek perfüze edilmiş ve hücre varlığı, hücre lokalizasyon paterni ve
hücre tabakalarının oluşumu incelenmiştir. Son olarak poliDOPA veya
poliDOPA+kollajen ile kaplı PDMS kanallarda sırasıyla hFB, vSMC ve vEC (1:1:1)
hücreleri kültüre edilerek üçlü direkt ko-kültür yapılarak dinamik koşullarda 3B damar
modeli geliştirilmiş ve hücre tabakası ile endotel ve düz kas hücre spesifik proteinlerinin
ifadesi açısından karakterize edilmiştir. Temas açısı ve FTIR sonuçları PDMS yüzeyin
polidopamin ile kaplandığını ve hidrofilik bir yüzeyin elde edilebildiğini göstermiştir.
Mikroskobik analiz, statik koşullarda test edilen farklı hücre sayısı, substrat tipi ve kültür
süresinde vSMC’lerin benzer davranışlar göstererek yüzeye tutunabildiklerini, dinamik
koşullarda ise test edilen tüm substrat ve hücre sayısında yüksek hücre canlılığına sahip
mikro doku oluşturduklarını göstermiştir. Dinamik koşullarda, vEC ve fibroblast
hücrelerinin statik koşullarda oluşturdukları hücre tabakası yapısını korudukları, sıvı
gerilim kuvvetine maruz kalma süresine bağlı olarak vEC’lerin tabaka yapısını kaybetme,
fibroblast hücrelerinin ise daha yoğun bir tabaka oluşturma eğilimi gösterdikleri tespit
edilmiştir. vSMC-fibroblast ko-kültür çalışmaları fibroblast-vSMC direkt ko-kültürünün
başarılı bir biçimde gerçekleştirildiğini, hücrelerin kültürde varlıklarını koruduklarını
göstermektedir. Konfokal ve immünofloresan analizleri poliDOPA+kollajen ile
kaplanmış PDMS kanallarda dinamik koşullarda üçlü ko-kültürün başarılı bir biçimde
yapılarak fibroblast, düz kas ve endotel tabakalarını içeren 3B damar modelinin
oluştuğunu göstermiştir. | tr_TR |
dc.contributor.department | Biyomühendislik | tr_TR |
dc.embargo.terms | 6 ay | tr_TR |
dc.embargo.lift | 2022-05-30T07:21:04Z | |
dc.funding | Bilimsel Araştırma Projeleri KB | tr_TR |