Effects of ultrasound exposure to cells cultured on nitinol in a PDMS substrate

Abstract

Kardiyovasküler hastalıklar dünyadaki en ciddi sağlık sorunlarından biridir. Özellikle damar tıkanıklığı, aterosklerozun yaygın ve hayati bir hastalık olarak kalp krizinde büyük etkisi vardır. Bu duruma çözüm niteliğinde, restenozu önlemek için vasküler stentler sıklıkla kullanılır. Düz kas hücrelerinin büyümesini engellenmek, pıhtılaşmaya ve stent içi restenoza yol açabilecek herhangi bir trombüs oluşumuna yol açmamak ve stent yüzeyinde endotelizasyon sağlamak çok önemlidir. Bu süreçleri hızlandırmak için implantasyon ameliyatı sırasında ve sonrasında hedef dokuya ultrason gibi yenilikçi, kullanıcı dostu ve non-invaziv tedavi yöntemleri uygulanabilir.Bu tezde, bir ön çalışma olarak, ultrason etkisini değerlendirmek için L929 fare fibroblast hücreleri ve MCF-7 insan meme kanseri hücreleri seçilmiştir. Ultrasonun hem fibroblast hem de meme kanseri hücreleri üzerinde farklı etkileri vardır. Ultrason maruziyeti fibroblast hücrelerinin, hücresel canlılığını gözlemlemek için kullanılırken, hücre proliferasyonunu ve canlılığını kontrol altına almak ve/veya hücre nekrozunu görmek için meme kanseri hücrelerine uygulanmıştır. Ultrason hem endotelizasyon sağladığından hem de damar tıkanıklığına yol açan düz kas hücresi oluşumunu engellediğinden, bu in-vitro deneysel çalışma, ultrasonun hem hücre oluşumu hem de hücre nekrozu üzerindeki etkisi ile ilgili olarak stent içi restenoz için temsili bir çözüm olabilir.Ayrıca, bu hücre hatları, damar yapısındaki NiTi bazlı stenti temsil etmek için PDMS substratlarına yerleştirilen NiTi yüzeyleri üzerinde kültürlenmiştir.Sonuçlarımıza göre, L929 fare fibroblast hücrelerinin en yüksek canlılığı, düşük yoğunluklarda saptandı; 0,2 W/cm2, 1 MHz ve 0,2 W/cm2, 3 MHz. Ayrıca, MCF-7 kanser hücreleri için, ultrasona uygulamasının ardından hücre proliferasyonunda istatistiksel olarak anlamlı bir fark görülmemiştir. Bu nedenle, ultrason tedavisinin kanser hücresi oluşumunu kontrol etmeye yardımcı olabileceği iddia edilebilir.Bu çalışmanın sonucunda, ultrasonun NiTi yüzeylerdeki hücresel aktiviteyi tespit etmek için farklı hücre hatlarına maruz kalması nedeniyle hücre canlılığını ve büyümesini etkileyebileceği gösterildi. Ultrason, fibroblast hücre çoğalmasını uyarabilirken, MCF-7 kanser hücrelerinin çoğalmasını kontrol altına almaya ve/veya önlemeye de yardımcı olabilir. Sonuç olarak, ultrasonun hem endotelizasyon üzerindeki etkisini araştırmak hem de damarda ateroskleroza neden olan herhangi bir tıkanıklığı önlemek için ileriye dönük ve umut verici bir çalışma olabilir.

Cardiovascular diseases are one of the most serious health problems in the world. Especially arterial closure, atherosclerosis, as a common, and vital disease has a great influence on a heart attack. As a remedy, vascular stents are frequently used to prevent restenosis. It is very crucial to prohibit the smooth muscle cells growth not to generate any thrombus formation which can lead to coagulation and in-stent restenosis, and to achieve endothelization on the stent surface. To get faster these processes, some of the innovative, user-friendly, and non-invasive treatment methods such as ultrasound can be applied to the target tissue during and after the implantation surgery.In this thesis, as a preliminary study, L929 mouse fibroblast cells and MCF-7 (Michigan Cancer Foundation-7) human breast cancer cells have been chosen to evaluate the ultrasound effect. Ultrasound has different impacts on both fibroblast and breast cancer cells. While ultrasound exposure has been utilized to observe the cellular viability of fibroblast cells, it has been applied to breast cancer cells to bring cell proliferation and viability under control and/or see cell necrosis. Since ultrasound has provided both the endothelization and preventing the smooth muscle cell generation leading to vessel occlusion, this in-vitro experimental study can be the representative solution for in-stent restenosis regarding the impact of ultrasound for both cells generation and/or cell necrosis.Also, these cell lines have been cultured on NiTi surfaces placed into the PDMS substrates to represent the NiTi-based stent in the vessel structure.Based on our results, the highest viability of L929 mouse fibroblast cells was detected at low intensities; 0.2 W/cm2, 1 MHz, and 0.2 W/cm2, 3 MHz. Moreover, for MCF-7 cancer cells, there has been no statistically significant difference in cell proliferation following ultrasound exposure. Therefore, it can be claimed that ultrasound treatment can aid to control cancer cell generation.As a result of this study, it was demonstrated that ultrasound can influence cell viability and growth since it was exposed to different cell lines to detect the cellular activity on NiTi surfaces. While ultrasound can stimulate fibroblast cell proliferation, it can also assist to regulate and prevent MCF-7 cancer cell proliferation. Consequently, it might be a prospective and promising study to explore the influence of ultrasound on both endothelization and to prohibit any obstruction in the vessel, which causes atherosclerosis.