Organ-on-chipeissä käytettävien materiaalien bioyhteensopivuus
Pörsti, Anni (2021)
Pörsti, Anni
2021
Bioteknologian ja biolääketieteen tekniikan kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Biotechnology and Biomedical Engineering
Lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunta - Faculty of Medicine and Health Technology
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2021-05-07
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202104273967
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202104273967
Tiivistelmä
Organ-on-chippien tavoite on mallintaa ihmisen eri elimiä. Tulevaisuudessa ne voivat toimia vaihtoehtona eläinkokeille, apuna sairauksien tutkinnassa ja lääkkeiden sopivuuden testaamisessa potilaille. Organ-on-chipeissä yhdistyy mikrofluidistiikka, soluviljely ja mikrosysteemit. Sirulle pyritään rakentamaan ympäristö, joka mahdollisimman tarkasti vastaisi solujen ympäristöä kehossa. Teknisten haasteiden johdosta kaksiulotteiset soluviljelmät ovat yleisempiä kuin kolmiulotteiset viljelmät. Organ-on-chipissä on usein käytetty mikrofluidistiikkaa, jonka avulla solujen kasvatusmediumin jatkuva kierto on mahdollista. Sirulle on mahdollista integroida erilaisia solujen stimulointiin tarkoitettuja elementtejä, kuten elektrodeja sekä erilaisia antureita, jotka mahdollistavat solujen kasvun seuraamisen.
Solujen toimivuuden kannalta on tärkeää, että organ-on-chipin materiaalit eivät aiheuta soluissa sytotoksista reaktiota ja mahdollistavat niiden normaalin biologisen toiminnan, eli ovat bioyhteensopivia. Bioyhteensopivuutta tutkitaan erilaisin solujen elävyyttä mittaavin testin ja mikroskopian avulla. Bioyhteensopivuuden arvioinnille on määritelty ISO-10933 standardi, mutta se on suunniteltu lääkelaitteiden validointia varten. Tässä työssä esitellään neljä organ-on-chipeissä käytettävää materiaalia: polydimetyylisiloksaani (PDMS), SU-8, polyimidi ja grafeeni sekä tutustutaan niiden bioyhteensopivuuteen ja joihinkin sovelluksiin. PDMS on tällä hetkellä yleisin käytetty materiaali organ-on-chipeissä, mutta se absorboi hydrofobisia molekyylejä, joten se ei sovellu lääketestaukseen. SU-8 ja polyimidi ovat paljon käytettyjä mikroelektromekaanisissa systeemeissä ja niitä hyödynnetään sensoreiden materiaalina ja monimutkaisten muotojen valmistuksessa. Grafeeni on yksi hiilen olomuodoista ja sitä käytetään lisänä sovelluksissa, joissa sähkönjohtavuutta halutaan parantaa.
PDMS, polyimidi ja SU-8 eivät pääsääntöisesti aiheuta sytotoksista reaktiota soluissa. Solujen kiinnittyvyys materiaaleille paranee, jos ne päällystetään esimerkiksi kollageenilla tai polydopamiinilla, tai pinta nanokuvioidaan. SU-8 ja polyimidi voivat aiheuttaa sytotoksisen vasteen soluissa, jos niiden paistolämpötila tai paistoaika on ollut riittämätön. Grafeeni ja siihen perustuvien materiaalien sytotoksisuudesta on olemassa ristiriitaisia tutkimustuloksia ja grafeenin vaikutus soluihin riippuu suuresti testattavasta solulinjasta ja grafeenin konsentraatiosta liuoksessa. Etenkin hapetetun grafeenin on havaittu kulkeutuvan solujen sisälle sekä häiritsevän happiradikaalien ja antioksidanttien tasapainoa, johtaen oksitatiiviseen stressiin. Tutkimustulokset grafeenin hapetustason vaikutuksesta bioyhteensopivuuteen ovat myös ristiriitaiset, sillä viitteitä on, että matala hapetustaso sekä lisäisi että vähentäisi materiaalin bioyhteensopivuutta.
Solujen toimivuuden kannalta on tärkeää, että organ-on-chipin materiaalit eivät aiheuta soluissa sytotoksista reaktiota ja mahdollistavat niiden normaalin biologisen toiminnan, eli ovat bioyhteensopivia. Bioyhteensopivuutta tutkitaan erilaisin solujen elävyyttä mittaavin testin ja mikroskopian avulla. Bioyhteensopivuuden arvioinnille on määritelty ISO-10933 standardi, mutta se on suunniteltu lääkelaitteiden validointia varten. Tässä työssä esitellään neljä organ-on-chipeissä käytettävää materiaalia: polydimetyylisiloksaani (PDMS), SU-8, polyimidi ja grafeeni sekä tutustutaan niiden bioyhteensopivuuteen ja joihinkin sovelluksiin. PDMS on tällä hetkellä yleisin käytetty materiaali organ-on-chipeissä, mutta se absorboi hydrofobisia molekyylejä, joten se ei sovellu lääketestaukseen. SU-8 ja polyimidi ovat paljon käytettyjä mikroelektromekaanisissa systeemeissä ja niitä hyödynnetään sensoreiden materiaalina ja monimutkaisten muotojen valmistuksessa. Grafeeni on yksi hiilen olomuodoista ja sitä käytetään lisänä sovelluksissa, joissa sähkönjohtavuutta halutaan parantaa.
PDMS, polyimidi ja SU-8 eivät pääsääntöisesti aiheuta sytotoksista reaktiota soluissa. Solujen kiinnittyvyys materiaaleille paranee, jos ne päällystetään esimerkiksi kollageenilla tai polydopamiinilla, tai pinta nanokuvioidaan. SU-8 ja polyimidi voivat aiheuttaa sytotoksisen vasteen soluissa, jos niiden paistolämpötila tai paistoaika on ollut riittämätön. Grafeeni ja siihen perustuvien materiaalien sytotoksisuudesta on olemassa ristiriitaisia tutkimustuloksia ja grafeenin vaikutus soluihin riippuu suuresti testattavasta solulinjasta ja grafeenin konsentraatiosta liuoksessa. Etenkin hapetetun grafeenin on havaittu kulkeutuvan solujen sisälle sekä häiritsevän happiradikaalien ja antioksidanttien tasapainoa, johtaen oksitatiiviseen stressiin. Tutkimustulokset grafeenin hapetustason vaikutuksesta bioyhteensopivuuteen ovat myös ristiriitaiset, sillä viitteitä on, että matala hapetustaso sekä lisäisi että vähentäisi materiaalin bioyhteensopivuutta.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8798]