Investigation of the permeability of the cell membrane for different cryoprotectant agents in a continuous thermo-fluidic micro-channel system

Hücre zarı geçirgenliğinin farklı solüsyonlar içinde modellenmesi, ilaç taşınımı, floresan görüntüleme, donmada koruma gibi biyoteknoloji uygulamalarında önderişim işlemi sırasında hücre tepkisini kontrol etmek açısından kritik bir ihtiyaçtır. Güncel çok aşamalı yöntemlerde, uzun süreli dondurarak saklama öncesi hücrelere yüksek derişimde donmada koruyucu maddelerin yüklenmesi uzayan maruz kalma süreleri nedeniyle hücrelerin canlılığını etkilemektedir. Bu çalışmanın hedefleri farklı hücrelerin tepkilerinin donmada korucu maddelere maruz kalma süresini düşüren sürekli mikroakışkan sistemde gözlemlenmesi ve bu şartlar altında hücre zarından donmada koruyucu madde taşınımının modellenmesidir. Bu çalışmada, daha hızlı ve hücrelerin donmada koruyucu madde ile sürekli önderiştirilmesi için tasarlanan mikro termo-akışkan cihaz, hücre zarı geçirgenliğini incelemek için kullanılmıştır. Hücreler, düşük donmada koruyucu madde derişimine sahip eş boyutlu sulu damlacıklara hapsedilmiştir. Donmada koruyucu madde derişimi sıcaklığın ve buna bağlı olarak soğa yağı içinde su çözünürlüğünün kontrol edilmesi ile mikrokanal boyunca artırılmıştır. Suyun damlacıktan dışarı seçimli difüzyonu, damlacığın küçülmesine ve içeride kalan donmada koruyucu madde derişiminin artmasını sağlamıştır. Hücre dışı derişimin değişimine hücrenin verdiği tepki incelenmiş ve analiz dilmiştir. Dinamik hücre dışı donmada koruyucu madde derişimi verileri bir geçirgenlik modeline entegre edilerek hücre zarının spesifik bir donmada koruyucu maddeyi dinamik geçirgenliği hesaplanmıştır. Damlacık oluşumu için iki fazlı akış koşulları optimize edilerek istenen damlacık boyutu için kullanılması gereken akış hızları belirlenmiştir. Akış hızı ve damlacık boyutu arasında, microakışkan cihaz boyutu ve geometrisinden bağımsız olarak doğrusal bir ilişki bulunmuştur. Akış hızına bağlı olarak damlacık içinde hücre enkapsülasyon performansı incelenmiştir. Birden fazla hücrenin tek damlacık içinde enkapsülasyonu ve microkanal içinde hücrelerin çökelmesi gibi istenmeyen durumların düşük akış hızı kullanımı ile ilişkili olduğu gösterilmiştir. Sürekli bir iki fazla mikroakışkan sistemin kullanılması hücrenin artan donmada koruyucu madde derişimine verdiği tepkileri gözlemlemede değerli olduğunu göstermiştir. Damlacık içinde enkapsüle edilen hücrelerde, damlacık küçüldükçe daha yüksek donmada koruyucu madde derişimlerine ulaşılmıştır. Hücre zarı geçirgenlik modelleri için mevcut olan konvansiyonel bir model dinamik hücre dışı derişimin kullanımı ile modifiye edilmiştir. Hücre zarı geçirgenlik parametreleri, derişimin 1 M'dan 2.05 M'a çıkarıldığı sulu damlacıklarda ve 40°Cye ısıtılan mikroakışkan kanal içerisinde, donmada koruyucu madde olarak gliserol kullanılarak MDA-MB231 hücreleri için elde edilmiştir.