Elektro-kültür plakanın tasarımı, üretimi ve glioblastoma hücrelerindeki etkilerinin incelenmesi
Design, production of electro-culture plate and investigation of the effects on glioblastoma cells
Yazar: UĞUR DÜZEN
Danışman: PROF. DR. İSMAİL CENGİZ KOÇUM ; DOÇ. DR. FATİH ŞENTÜRK
Başkent Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Biyomedikal Mühendisliği Anabilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyofizik = Biophysics ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Glioblastoma = Glioblastoma

Özet:
Glioblastoma, cerrahi, radyoterapi ve kemoterapi gibi geleneksel tedavi yöntemlerinin sınırlı başarı sağladığı, yüksek mortalite oranına sahip en agresif beyin kanseri türlerinden biridir. Alternatif elektrik alanların (AEA) kullanımı, invaziv olmayan tedavi stratejileri için umut vadeden yeni yaklaşımlar sunmaktadır. Bu tez çalışmasında, hücre kültürü deneylerine uygun olarak, AEA sistemi ile entegre edilmiş bir elektro-kültür plakasının tasarımı ve üretimi amaçlanmıştır. Geliştirilen elektro-kültür plakası, standart bir 12-kuyucuklu hücre kültürü plakasına uyumlu paslanmaz çelik elektrotlar içermektedir ve AEA'ların hücrelere eş zamanlı ve kontrollü bir şekilde uygulanmasına olanak tanımaktadır. Her kuyucukta dört adet paslanmaz çelik elektrot (Kuzey-Güney, K-G; Doğu-Batı, D-B yönlerinde) kullanılmış ve toplamda kırk sekiz elektrot aracılığıyla farklı yönlerde elektrik alanlar uygulanmıştır. Deneylerde, aynı sütun içerisindeki üç kuyucuk ile doğruluk ve tekrarlanabilirlik sağlanmış, validasyon testleri ile istenen elektrik alan şiddetinin üretildiği doğrulanmıştır. Hücre kültürü ön testlerinde, U87 glioblastoma hücrelerine iki farklı yönde (K-G ve D-B) polarize edilebilen alternatif elektrik alanlar (200 kHz, 1,5 Vpk/cm genlikte, 48 saat) uygulanmıştır. Hücre canlılığı test sonuçlarına göre, kontrol grubuna kıyasla, sham grubu %82,8 (p≤0,05), K-G grubu %30,26 (p≤0,001) ve D-B grubu %15,14 (p≤0,0001) yüzde hücre canlılıklarına sahip olup, istatistiksel olarak anlamlı azalmalar tespit edilmiştir. Bu sonuçlar, optik mikroskop görüntüleri ile de doğrulanmıştır. Ayrıca, D-B yönünde uygulanan AEA'nın, K-G yönüne kıyasla hücre canlılığını daha fazla azalttığı tespit edilmiştir (p≤0,05). Bu bulgular, hücre canlılığı üzerinde uygulanan yönelime bağlı farklı etkilerin olduğunu göstermektedir. Sonuç olarak, tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen elektro-kültür plakanın in vitro çalışmalar için etkin bir şekilde kullanılabileceği gösterilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Elektro-kültür plaka, Alternatif elektrik alan, Glioblastoma, U87 hücre hattı

Abstract:
Glioblastoma is one of the most aggressive types of brain cancer, characterized by high mortality rates and limited success with conventional treatment methods such as surgery, radiotherapy, and chemotherapy. The use of alternating electric fields (AEFs) presents promising new approaches for non-invasive treatment strategies. This thesis aims to design and manufacture an electro-culture plate integrated with an AEF system, suitable for cell culture experiments. The developed electro-culture plate features stainless steel electrodes compatible with a standard 12-well cell culture plate, enabling simultaneous and controlled application of AEFs to the cells. Four stainless steel electrodes (aligned in North-South, N-S; and East-West, E-W directions) were used in each well, with a total of forty-eight electrodes allowing for the application of electric fields in different directions. In the experiments, the use of three wells within the same column ensured accuracy and repeatability, and validation tests confirmed the generation of the desired electric field intensity. In preliminary cell culture tests, AEFs that could be polarized in two different directions (N-S and E-W) were applied to U87 glioblastoma cells (200 kHz, 1.5 Vpk/cm amplitude, for 48 hours). According to cell viability test results, statistically significant reductions in cell viability were observed compared to the control group: the sham group had 82.8% viability (p≤0.05), the N-S group had 30.26% viability (p≤0.001), and the E-W group had 15.14% viability (p≤0.0001). These results were also confirmed by optical microscopy images. Furthermore, AEFs applied in the E-W direction were found to reduce cell viability more significantly than those applied in the N-S direction (p≤0.05). These findings indicate differential effects on cell viability depending on the orientation of the applied fields. In conclusion, the designed and manufactured electro-culture plate has been demonstrated to be effectively usable for in vitro studies.

Keywords: Electro-culture plate, Alternating electric field, Glioblastoma, U87 cell line