Nanoindentasyon yöntemini kullanarak nanoparçacıkların hücre elastisitesi üzerindeki değişimlerinin incelenmesi
Investigation of nanoparticles on cell elasticity using the nanoindentation method
Yazar: BURAK ASLANCAN PAK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SEVİL ÖZER
İstanbul Yeni Yüzyıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyofizik = Biophysics ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Altın nanopartiküller = Gold nanoparticle ; Atomik kuvvet mikroskobu = Atomic force microscope ; Melanom = Melanoma ; Nanoindentasyon = Nanoindentation

Özet:
Günümüzde, canlı hücrelerin biyomekaniği, atomik kuvvet mikroskobu (AFM) gibi yüksek çözünürlüklü tekniklerin, canlı hücrelerin özelliklerinin nano boyutlarda ve hassasiyetle incelenebilmesine olanak sağladığından dolayı ilgi odağı olmuştur. Hücre nanomekaniği alanında yapılan çalışmalar, hücredeki veya hücre dışı matrisindeki (ECM) mekanik değişimlerin, patolojik değişikliklerin bir biyobelirtici olarak kullanılabileceğini gösteren veriler sağlamıştır. Bu nedenle, hücre sertliği, hücre kültürlerinin durumunu değerlendiren bir endekstir.  Atomik kuvvet mikroskobu (AKM) ile yapılan nanoindentasyon deneyleriyle hücresellerin elastik özellikleri çıkarılabilmektedir. Nanoindentasyonda hücresel deformasyonu belirleyen nicel parametre Young modülüdür. Son yıllarda yapılan çalışmalarda altın nanoyapıların, hastalıkların tespit-teşhis edilmesi ve/veya terapötik nedenlerle tümör ve inflamatuar hücrelerin hedeflenmesinde etkin rol oynayabileceği görülmüştür. Bu çalışmada öncelikle Sonlu Elemanlar Metoduyla (FEM modelleme) keratinosit ve glioma hücrelerin 2 boyutlu aksiyal biyomekanik modellemeleri yapılarak mekaniksel özellikleri hesaplanmış, altın nanoyapılarının (Au-NP) hücre içine alımı ve dağılımı esnasında, hücrede gerçekleşen deformasyon ve mekanik değişimler bu modelleme yoluyla incelenmiştir. Çalışmada modellenen keratinosit hücreler, keratin yapan epidermal hücreleri, glioama ise beynin destekleyici dokusu olan glial hücrelerde oluşan bir grup tümör hücreleridir. Hertz model kullanılarak hesaplanan Young Modülü değerleri ve literatürde farklı teknikler kullanılarak elde edilen elastisite modülü değerleri, bulunun simülasyon çıktıları ile karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Nowadays, the biomechanics of living cells has been the focus of attention, as high-resolution techniques such as atomic force microscopy (AFM) allow the properties of living cells to be studied with nanoscale and precision. There are a lot of results showing that the mechanical changes in the cell or its extracellular matrix (ECM) are used as a biomarker of pathological changes. Therefore, cell stiffness is an index that evaluates the status of cell cultures. Elastic properties of cells can be deduced by nanoindexation experiments with atomic force microscopy (AFM). The quantitative parameter that determines cellular deformation in nanoindentation experiment is Young's modulus. In recent studies, it has also been shown that gold nanostructures (Au-NP) can play an active role in the detection-diagnosis of diseases and/or targeting tumor and inflammatory cells for therapeutic reasons. In this study, first of all, 2D axial biomechanical models of kerotinocytes and glioma cells were made with the Finite Element Method (FEM modeling) and their mechanical properties were calculated. The deformation and mechanical changes that occur in the cell during the uptake and distribution of gold nanostructures were also investigated through the modeling. Kerotinocyte cells modeled in the study are epidermal cells that make keratin, and Glioma is a group of tumor cells formed in glial cell cells, which are the supporting tissue of the brain. The Young Modulus values calculated using the Hertz model and elasticity values obtained from different techniques in the literature were compared with the simulation outputs.