Akciğerlerdeki hava-sıvı arayüzeyinin incelenmesine yönelik çip-üstü-epitelyal bariyer platformu geliştirilmesi

Abstract

Günümüzde, mevcut hücre kültürü modelleri, insanlardaki karmaşık, organdüzeyindeki hastalık süreçlerini, hastalıkların patofizyolojisini, hedef dışı ilaçtoksisitesini yansıtmakta başarısız olduğundan, pre-klinik ilaç geliştirmeçalışmaları, hayvan modelleri üzerinde yapılan deneylere dayanmaktadır. Ancak,ilaç geliştirme süreçlerinde kullanılan in vitro ve in vivo modellerin, insanmetabolizmasını taklit etmede yetersiz kaldığı giderek daha açık hale gelmektedir.Bunlara alternatif olarak çip üstü organ platformları, dokuların fizyolojikfonksiyonlarını taklit etmek için tasarlanmış, mikro mimarileri, mikro ortamları vedoku-doku arayüzlerini daha iyi oluşturan mikroakışkan platformlardır. Bu tezçalışması kapsamında, daha önce hücre kültürü sistemlerinde kullanılmamış olanPHI20 jel membranları ile oluşturulmuş olan bir çip üstü alveol platformugeliştirilmiş ve bu platformda, nefes alıp verme mekanizması nedeniyle hava-sıvıarayüzeyinde bulunan akciğer epitel hücrelerinin maruz kaldığı mekanik stresintaklit edilebilmesini sağlamak amacıyla Arduino ve servo motor tabanlı bir sistemgeliştirilmiştir. Çevresel kirleticilerin epitelyal bariyer disfonksiyonu üzerindekietkisinin çipte oluşturulabilmesi için, Calu-3 hücreleri, PM2.5 temsilen 800 µg/mLkonsantrasyonda silika partiküllerine maruz bırakılmıştır. Elde edilen sonuçlaragöre, dinamik+mekanik stres (DMS) koşullarının hücre canlılığını arttırdığı, silikapartiküllerinin DMS koşullarında hücrelere daha fazla etki ederek sitotoksik etkigösterdiği ve proinflamatuar yanıtta DMS koşullarının TNF-α regülasyonuüzerinde olumlu etkileri olduğu görülmüştür.Anahtar sözcükler: mekanostres; akciğer; epitel bariyeri; çip üstü organ;silika partikülleri

Currently, pre-clinical drug development studies are based on experiments onanimal models, as current cell culture models fail to reflect complex, organ-leveldisease processes in humans, the pathophysiology of diseases, and off-target drugtoxicity. However, it is becoming increasingly clear that the in vitro and in vivomodels used in drug development are insufficient to mimic human metabolism.Alternatively, organ-on-a-chip platforms are microfluidic platforms designed tomimic the physiological functions of tissues, better forming microarchitectures,microenvironments and tissue-tissue interfaces. Within the scope of this thesis, analveolus-on-a-chip platform built with PHI20 gel membranes, which has not beenused in cell culture systems before. Arduino and servo motor based system has beendeveloped for this platform to simulate the mechanical stress that lung epithelialcells 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 barrierdysfunction on the chip, Calu-3 cells were exposed to silica particles at aconcentration of 800 µg/mL representing PM2.5. According to the results obtained,it was observed that dynamic + mechanical stress (DMS) conditions increased cellviability, silica particles had a cytotoxic effect by acting more on cells under DMSconditions, and DMS conditions had positive effects on TNF-α regulation inproinflammatory response.Keywords: mechanostress; lung; epithelial barrier; organ-on-chip; silicaparticles