Optimization of a microfluidic chip design for neuroblastoma cells and their microenvironment studies
Nöroblastom hücreleri ve mikroçevre çalışmaları için mikroakışkan çip tasarımının optimizasyonu
Yazar: KÜBRA GÖKMEN
Danışman: DOÇ. DR. ÖZGÜR KOCATÜRK ; PROF. DR. NUMAN AKDOĞAN
Boğaziçi Üniversitesi / Biyo-Medikal Mühendislik Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Aksonlar = Axons ; Fotolitografi = Photolithography ; Mikro akışkanlar = Microfluidics ; Yalıtım = Insulation ; Çip = Chip

Özet:
Bir nöronun her bir yapısal parçasını araştırmak, sinir sisteminin karmaşık mekanizmasını açıklamak için çok önemlidir. Aksonların hücre gövdelerinden izole edilmesi; sinaps oluşumu, aksonal hasar ve rejenerasyon mekanizmalarının ve nöronlar ile mikroçevreleri arasındaki etkileşimin anlaşılmasında önemli bir rol oynar. Çok bölmeli mikroakışkan çipler, akson izolasyonu için kullanılan en gelişmiş sistemlerden biridir. Bu tezde, fotorezist çeşitleri ve UV maruziyet dozları değiştirilerek mikroakışkan çip üretiminin optimizasyonu sağlanmış ve bu değişkenlerin mikro oluk genişliği üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu amaçla, SU-8 3005, SU-8 3050 SU-8 2005 ve SU8 2050 negatif fotoresistler kullanılarak iki-adımlı fotolitografi işlemleri gerçekleştirilmiştir. Aksonları izole etmek için optimum mikro oluk genişliği (7.3 µm), SU-8 3005 kullanılarak ve 21 mW/cm2 gücünde 3 saniye UV maruziyeti uygulanarak elde edilmiştir. Temizoda koşulları dışında çalışan farklı bir maske hizalama sistemi de kullanılarak benzer mikro oluk genişliği (7.7 µm) elde edilmiş ve mikroakışkan çip üretim maliyetini düşürmesi açısından umut verici olarak değerlendirilmiştir. SH-SY5Y nöroblastom hücreleri, filtrelenmiş mikropipet uçları ve 8 mm genişliğinde rezervuarlar aracılığıyla farklı mikro oluk geometrilerine (4.4×10.2 µm, 4.4×7.3µm ve 4×7.7 µm) sahip mikroakışkan çiplere ekilmiştir. İkinci ekim yöntemi uygulanabilirlik ve
sürdürülebilirlik açısından daha verimli bulunmuştur. Her iki hücre kültürü yönteminde de 4.4×10.2 µm geometrisinin hücre göçüne izin verdiği, diğer iki geometrinin ise akson izolasyonu sağladığı görülmüştür. Sonuç olarak, optimize edilen mikroakışkan çipler ve hücre kültürü yöntemlerinin; nörit uzamasını, SH-SY5Y hücrelerinin farklılaşmasını ve mikro çevreleri ile etkileşimlerini araştırmak için uygun olduğu görülmüştür.

Anahtar Sözcükler:Akson izolasyonu, mikroakışkan nöron çip optimizasyonu, fotolitograf

Abstract:
Investigating each structural part of a neuron is crucial for clarifying the complex working mechanism of the nervous system. Isolation of axons from their cell bodies plays an important role in understanding synapse formation, axonal injury and regeneration mechanisms, and the interaction between the neurons and their microenvironments. Multi-compartment microfluidic chips are one of the most developed systems used for axon isolation. In this thesis, the optimization of microfluidic chip production has been carried out by changing photoresist types and UV exposure doses, and the effects of these variables on the microgroove width have been observed. For this purpose, two-step photolithography processes have been performed using SU-8 3005, SU-8 3050 SU-8 2005, and SU-8 2050 negative photoresists. Optimum microgroove width (7.3 µm) to isolate axons has been obtained by using SU-8 3005 and applying UV exposure for 3 seconds with a power of 21 mW/cm2 . A similar microgroove width (7.7 µm) has also been achieved by using a different mask alignment system operating outside the cleanroom conditions, and it has been evaluated as promising in terms of reducing microfluidic chip manufacturing costs. SH-SY5Y neuroblastoma cells have been seeded into the microfluidic chips with different microgroove geometries (4.4×10.2 µm, 4.4×7.3 µm, and 4×7.7 µm) through filtered micropipette tips and 8 mm wide
reservoirs. The second seeding method has been found more efficient in terms of applicability and sustainability. It has also been observed that 4.4×10.2 µm geometry allowed cell migration in both cell culture methods while the other two geometries provided axon isolation. In conclusion, obtained microfluidic chips and improved cell culture method has been considered suitable to investigate the neurite elongation and differentiation of SH-SY5Y cells, and their interaction with their microenvironment. 

Keywords: Axon isolation, microfluidic neuron chip optimization, photolithography