Damlacık Tabanlı, Entegre, Yüksek Çıktılı, Çip-üstü, Çoklu İlaç Tarama Sistemlerinin Geliştirilmesi, Gerçekleştirilmesi ve Test Edilmesi

Abstract

Bu projede, aynı tip tekil hücreler üzerinde birden fazla ilacın etkisinin gözlenebileceği bir entegre çip üstü laboratuvar (lab-on-a-chip: LOC) sisteminin geliştirilmesi üzerine çalışılmıştır. İlaç-hücre etkileşimi geleneksel olarak ilacın hücre kültürü üzerine uygulanması yoluyla gözlenmektedir. Bu durumda hücre popülasyonunun ilaca tepkisi gözlenebilirken hücrelerin her birinin ayrı ayrı verdiği tepkinin gözlenmesi mümkün olamamaktadır. Hücrelerin her birinin davranışını inceleyebilmek için tekil hücre analizi yapılması gerekmektedir. Bunun için, yüksek çıktı sağlaması nedeniyle damlacık tabanlı mikro akışkan sistemler tercih edilmektedir. Bu yöntemde, pikolitre hacimli ilaç damlacıkları içerisinde hapsedilen hücrelerin zaman içerisinde ilaca verdiği tepki gözlenebilir. Diğer yandan, özellikle kanser gibi kombinatoryal kemoterapi ile tedavinin gerekli olduğu durumlarda, birden fazla ilacın etkisinin tek bir sistem üzerinde gözlenebilmesi önemlidir. Bu projede geliştirilen entegre LOC sistemi ile tekil kanser hücreleri üzerinde iki farklı ilacın etkisinin gözlenebilmesini sağlamak amaçlanmıştır. Projede öncelikle, hedeflenen LOC sisteminin her bir bileşeni analiz edilerek eniyilenmiştir. Bu kapsamda, homojen bir ilaç-hücre karışımı elde edebilmek için bir mikro karıştırıcı geliştirilmiş ve deneysel olarak karakterize edilmiştir. Deneyler sırasında, mikro karıştırıcının, %70’in üzerinde karıştırma verimine ulaşabildiği belirlenmiştir. Ayrıca, tekil hücrelerin içerisinde hapsedildiği damlacıkların oluşturulması için bir akış odaklayıcı geliştirilmiş ve test edilmiştir. Akış odaklayıcının, deneysel olarak 100 Hz civarındaki hızlarda yaklaşık 200 μm çaplı damlacık oluşturabildiği belirlenmiştir. Diğer yandan, mikro karıştırıcı tasarımının tekil hücre hapsetme başarımını iyileştirdiği ve oluşan damlacıkların %42’sinde tekil hücre hapsedildiği gözlenmiştir. LOC üzerinde farklı ilaçların akış odaklayıcıya yönlendirilerek farklı damlacıklar oluşturulabilmesini sağlamak amacıyla, önceden tasarlanmış olan elektrostatik mikrovalfler, optik geçirgenliği sağlayacak şekilde iyileştirilmiş ve buna uygun olarak bir MEMS üretim yöntemi geliştirilmiştir. İyileştirilen mikrovalflerin, -10 kPa basınç altında 150 V uygulanarak çalıştırılabildiği gözlenmiştir. Sonrasında, tüm bu bileşenler entegre edilerek, LOC sistemi üretilmiştir. Uygulama için seçilen kronik miyeloid lösemi hücreleri (K562) üzerinde iki farklı ilaç doxorubicin ve imatinibin etkin olduğu konsantrasyonlar tespit edilmiş ve bu ilaçlar belirlenen konsantrasyonlarda uygulanarak damlacık içerisinde hücrelere olan etkileri gözlenmiştir.

Bu projede, aynı tip tekil hücreler üzerinde birden fazla ilacın etkisinin gözlenebileceği bir entegre çip üstü laboratuvar (lab-on-a-chip: LOC) sisteminin geliştirilmesi üzerine çalışılmıştır. İlaç-hücre etkileşimi geleneksel olarak ilacın hücre kültürü üzerine uygulanması yoluyla gözlenmektedir. Bu durumda hücre popülasyonunun ilaca tepkisi gözlenebilirken hücrelerin her birinin ayrı ayrı verdiği tepkinin gözlenmesi mümkün olamamaktadır. Hücrelerin her birinin davranışını inceleyebilmek için tekil hücre analizi yapılması gerekmektedir. Bunun için, yüksek çıktı sağlaması nedeniyle damlacık tabanlı mikro akışkan sistemler tercih edilmektedir. Bu yöntemde, pikolitre hacimli ilaç damlacıkları içerisinde hapsedilen hücrelerin zaman içerisinde ilaca verdiği tepki gözlenebilir. Diğer yandan, özellikle kanser gibi kombinatoryal kemoterapi ile tedavinin gerekli olduğu durumlarda, birden fazla ilacın etkisinin tek bir sistem üzerinde gözlenebilmesi önemlidir. Bu projede geliştirilen entegre LOC sistemi ile tekil kanser hücreleri üzerinde iki farklı ilacın etkisinin gözlenebilmesini sağlamak amaçlanmıştır. Projede öncelikle, hedeflenen LOC sisteminin her bir bileşeni analiz edilerek eniyilenmiştir. Bu kapsamda, homojen bir ilaç-hücre karışımı elde edebilmek için bir mikro karıştırıcı geliştirilmiş ve deneysel olarak karakterize edilmiştir. Deneyler sırasında, mikro karıştırıcının, %70’in üzerinde karıştırma verimine ulaşabildiği belirlenmiştir. Ayrıca, tekil hücrelerin içerisinde hapsedildiği damlacıkların oluşturulması için bir akış odaklayıcı geliştirilmiş ve test edilmiştir. Akış odaklayıcının, deneysel olarak 100 Hz civarındaki hızlarda yaklaşık 200 μm çaplı damlacık oluşturabildiği belirlenmiştir. Diğer yandan, mikro karıştırıcı tasarımının tekil hücre hapsetme başarımını iyileştirdiği ve oluşan damlacıkların %42’sinde tekil hücre hapsedildiği gözlenmiştir. LOC üzerinde farklı ilaçların akış odaklayıcıya yönlendirilerek farklı damlacıklar oluşturulabilmesini sağlamak amacıyla, önceden tasarlanmış olan elektrostatik mikrovalfler, optik geçirgenliği sağlayacak şekilde iyileştirilmiş ve buna uygun olarak bir MEMS üretim yöntemi geliştirilmiştir. İyileştirilen mikrovalflerin, -10 kPa basınç altında 150 V uygulanarak çalıştırılabildiği gözlenmiştir. Sonrasında, tüm bu bileşenler entegre edilerek, LOC sistemi üretilmiştir. Uygulama için seçilen kronik miyeloid lösemi hücreleri (K562) üzerinde iki farklı ilaç doxorubicin ve imatinibin etkin olduğu konsantrasyonlar tespit edilmiş ve bu ilaçlar belirlenen konsantrasyonlarda uygulanarak damlacık içerisinde hücrelere olan etkileri gözlenmiştir.