Damlacık temelli bir mikroakışkan sistemde akış koşullarının hücre enkapsülasyonu için optimizasyonu ve hücre dağılımının stokastik analizi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Mühendisliği A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: ELİF GÖKÇEN DİLCİ
Danışman: Selis Önel Kayran
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:İlaç ve tedavi yöntemlerinin değerlendirilmesinde hücre tepkilerinin detaylı incelenmesi büyük önem taşımaktadır. İki-fazlı mikroakışkan sistemlerle üretilen damlacıklar üç-boyutlu (3B) kültüre imkan veren eşboyutlu minyatür biyoreaktörler olarak düşünülebilir. Bir damlacığın içinde kaç hücre olacağının tahmin edilmesi 3B kültür çalışmalarında sferoid büyüklüğünün belirlenmesi için kritiktir. Bu çalışmada farklı hücre tiplerinin ve başlangıç hücre yoğunluklarının damlacık boyutuna ve damlacık içindeki hücre sayısına etkisini incelemek amacıyla akış optimizasyonu yapılmış ve damlacık boyutunun sıcaklık ve akış hızına bağlı olarak değişimi modellenmiştir. Çalışmada en fazla 100 m çapa sahip damlacık üretimi için 100 m kavşak genişliğine sahip akış odaklı bir sistem ve sürekli faz olarak biyo-uyumlu soya fasulyesi yağı kullanılmıştır. Akış ve damlacık oluşum süreçlerinin kıyaslamalı analizi için dağınık faz olarak su, DMEM, MC3T3-E1 hücre hattına uygun MEM+%10FBS besi sıvısı ve L929 hücre hattına uygun RPMI+%10FBS besi sıvısı ile çalışılmıştır. Bu sistemler için iki-fazlı akış rejimi aralıkları, sürekli ve dağınık faz akış hızları, Qc ve Qd, ve kılcal sayı Ca'ya bağlı olarak belirlenmiştir. Damlacıklı akış rejimi, su için 0,05≤Qd/Qc≤0,25 ve 0,09≤Ca≤0,002 ve diğer biyolojik sıvılar için 0,05≤Qd/Qc≤0,5 ve 0,1≤Ca≤0,001 aralığında bulunmuştur. Tasarım Qd/Qc oranı 0,05 ile tüm sıvılar için hedeflenen damlacık boyutları elde edilebilmiştir. Besi sıvıları için, damlacıklar-arası en uzun mesafe Qd=0,4 l/dk ve Qc=8 l/dk ile elde edilmiştir ve frekans 15 damlacık/s olarak hesaplanmıştır. Damlacık boyutunun sıcaklık ve akış hızına bağlı değişimi, sıvıların viskozitesi ve fazlar arası yüzey gerilimi hesaplanarak modellenmiştir. Hücre enkapsülasyon çalışmalarında 15-20 m boyutunda L929 fibroblast ve 20-30 m boyutunda MC3T3-E1 osteoblast hücre hattı 1, 5, 7 ve 10 milyon hücre/ml derişiminde kullanılmıştır. Başlangıç hücre derişimi ve damlacık çapının artması, damlacık içine giren ortalama hücre sayısını arttırmıştır; ancak büyük hücreler için damlacık içindeki ortalama hücre sayısı daha düşük bulunmuştur. Optimum akış koşullarında, damlacık başına yakalanma olasılığı en yüksek hücre sayısının, her iki hücre hattı için üç olduğu tespit edilmiştir. 5 milyon L929/mL kullanıldığında yakalanan hücre sayısı 0 ve 19 arasında değişmiştir ve üç hücre yakalama olasılığı %22,4 bulunmuştur. 7 milyon MC3T3-E1/mL ile yakalanan hücre sayısı 0 ve 13 arasında değişmiştir ve üç hücre yakalanma olasılığı %19,5 bulunmuştur.