Akciğerlerdeki hava-sıvı arayüzeyinin incelenmesine yönelik çip-üstü-epitelyal bariyer platformu geliştirilmesi
Development of an epithelial barrier-on-a-chip platform for investigation of air-liquid interface in lungs
Yazar: BİLGESU KAYA
Danışman: PROF. DR. ÖZLEM YEŞİL ÇELİKTAŞ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Günümüzde, mevcut hücre kültürü modelleri, insanlardaki karmaşık, organ
düzeyindeki hastalık süreçlerini, hastalıkların patofizyolojisini, hedef dışı ilaç
toksisitesini yansıtmakta başarısız olduğundan, pre-klinik ilaç geliştirme
çalışmaları, hayvan modelleri üzerinde yapılan deneylere dayanmaktadır. Ancak,
ilaç geliştirme süreçlerinde kullanılan in vitro ve in vivo modellerin, insan
metabolizmasını taklit etmede yetersiz kaldığı giderek daha açık hale gelmektedir.
Bunlara alternatif olarak çip üstü organ platformları, dokuların fizyolojik
fonksiyonlarını taklit etmek için tasarlanmış, mikro mimarileri, mikro ortamları ve
doku-doku arayüzlerini daha iyi oluşturan mikroakışkan platformlardır. Bu tez
çalışması kapsamında, daha önce hücre kültürü sistemlerinde kullanılmamış olan
PHI20 jel membranları ile oluşturulmuş olan bir çip üstü alveol platformu
geliştirilmiş ve bu platformda, nefes alıp verme mekanizması nedeniyle hava-sıvı
arayüzeyinde bulunan akciğer epitel hücrelerinin maruz kaldığı mekanik stresin
taklit edilebilmesini sağlamak amacıyla Arduino ve servo motor tabanlı bir sistem
geliştirilmiştir. Çevresel kirleticilerin epitelyal bariyer disfonksiyonu üzerindeki
etkisinin çipte oluşturulabilmesi için, Calu-3 hücreleri, PM2.5 temsilen 800 µg/mL
konsantrasyonda silika partiküllerine maruz bırakılmıştır. Elde edilen sonuçlara
göre, dinamik+mekanik stres (DMS) koşullarının hücre canlılığını arttırdığı, silika
partiküllerinin DMS koşullarında hücrelere daha fazla etki ederek sitotoksik etki
gösterdiği ve proinflamatuar yanıtta DMS koşullarının TNF-α regülasyonu
üzerinde olumlu etkileri olduğu görülmüştür.
Anahtar sözcükler: mekanostres; akciğer; epitel bariyeri; çip üstü organ;
silika partikülleri

Abstract:
Currently, pre-clinical drug development studies are based on experiments on
animal models, as current cell culture models fail to reflect complex, organ-level
disease processes in humans, the pathophysiology of diseases, and off-target drug
toxicity. However, it is becoming increasingly clear that the in vitro and in vivo
models used in drug development are insufficient to mimic human metabolism.
Alternatively, organ-on-a-chip platforms are microfluidic platforms designed to
mimic the physiological functions of tissues, better forming microarchitectures,
microenvironments and tissue-tissue interfaces. Within the scope of this thesis, an
alveolus-on-a-chip platform built with PHI20 gel membranes, which has not been
used in cell culture systems before. Arduino and servo motor based system has been
developed for this platform to simulate the mechanical stress that lung epithelial
cells in the air-liquid interface are exposed to due to the breathing mechanism. and.
In order to establish the effect of environmental pollutants on epithelial barrier
dysfunction on the chip, Calu-3 cells were exposed to silica particles at a
concentration of 800 µg/mL representing PM2.5. According to the results obtained,
it was observed that dynamic + mechanical stress (DMS) conditions increased cell
viability, silica particles had a cytotoxic effect by acting more on cells under DMS
conditions, and DMS conditions had positive effects on TNF-α regulation in
proinflammatory response.
Keywords: mechanostress; lung; epithelial barrier; organ-on-chip; silica
particles