Εκτύπωση καρκινικών κυττάρων και οργανοειδών με τη χρήση της τεχνικής “Laser Induced Forward Transfer” με σκοπό την εναπόθεσή τους σε Organ-on-Chip πλατφόρμες.

Ελέζογλου, Σταυρούλα; Elezoglou, Stavroula

dc.contributor.author	Ελέζογλου, Σταυρούλα	el
dc.contributor.author	Elezoglou, Stavroula	en
dc.date.accessioned	2023-01-17T11:10:02Z
dc.date.available	2023-01-17T11:10:02Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56738
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24436
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.subject	Λέιζερ	el
dc.subject	Βίο-εκτύπωση	el
dc.subject	Βίο-κατασκευή	el
dc.subject	Μικροροϊκές πλατφόρμες	el
dc.subject	Βίο-μηχανική	en
dc.subject	Laser	en
dc.subject	Organ-on-chip; 3d bioprinting	en
dc.subject	Biofabrication	en
dc.subject	Cell patterning	en
dc.subject	Microfluidics	en
dc.title	Εκτύπωση καρκινικών κυττάρων και οργανοειδών με τη χρήση της τεχνικής “Laser Induced Forward Transfer” με σκοπό την εναπόθεσή τους σε Organ-on-Chip πλατφόρμες.	el
dc.title	3D Bioprinting of cancer cells and tumor organoids via "Laser Induced Forward Transfer Technique" for application on Organ-on-Chip platforms	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Φυσική, Μηχανική, Βιοκατασκευή	el
heal.classification	Physics, Engineering, Biofabrication	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-10-14
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια, έχει προκύψει η ανάγκη αλληλεπίδρασης και συνεργασίας των επιστημονικών κλάδων, ώστε τα αποτελέσματα της έρευνας να είναι υλοποιήσιμα και να προσφέρουν αντίκτυπο στην κοινωνία. Η φυσική και η μηχανική, σε συνδυασμό με την βιολογία και την ιατρική, πρόσφατα, δημιούργησαν έναν κλάδο με πολλές εφαρμογές στον ανθρωπιστικό τομέα. Όπως θα αναφερθεί εκτενώς στην παρούσα διπλωματική εργασία, είναι επιτακτική η ανάγκη ενός καινοτόμου τρόπου για την διεξαγωγή της έρευνας όσον αφορά την θεραπεία των ασθενειών καθώς και την ηθική της ίδιας της έρευνας. Για αυτό τον λόγο, παρατηρείται μεγάλη άνοδος στην τεχνολογία των μικροροϊκών πλατφόρμων τύπου Organ-on-a-chip. Αυτή η τεχνολογία, ανοίγει έναν καινούριο δρόμο για την προσωποποιημένη ιατρική, για την έρευνα φαρμάκων και θεραπειών καθώς και για την παύση των πειραμάτων σε ζώα. Η τεχνολογία των OoC είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με τα βίο-υλικά και τις τεχνικές βίο-εκτύπωσης. Ειδικά τα τελευταία χρόνια, έχει φανεί έντονα η ανάγκη ενός διαφορετικού τρόπου εναπόθεσης των κυττάρων σε αυτές τις πλατφόρμες. Έτσι στην παρούσα διπλωματική εργασία, τονίζεται η σημαντικότητα της χρήσης της βίο-εκτύπωσης με την τεχνική Laser Induced Forward Transfer, LIFT, για την εναπόθεση των εκάστοτε βίο-υλικών στο εσωτερικό των Organ-on-a-chip πλατφόρμων. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, γίνεται εκτενής μελέτη της βίο-εκτύπωσης με τη χρήση της τεχνικής Laser Induced Forward Transfer, με σκοπό την εκτύπωση κυττάρων και οργανοειδών στο εσωτερικό μικροροϊκών πλατφόρμων τύπου Organ-on-a-chip. Στο 1ο κεφάλαιο, γίνεται αναφορά στις τεχνικές βίο-εκτύπωσης. Συγκεκριμένα, περιγράφεται η πρόσφατη βιβλιογραφική αναφορά της τεχνικής LIFT μόνο για βιολογικά υλικά, έπειτα αναλύονται όλες οι τεχνικές βίο-εκτύπωσης και τέλος δίνεται έμφαση στην τεχνική LIFT και στον τρόπο που εξελίσσεται το φαινόμενο. Στο 2ο κεφάλαιο, παρατίθεται θεωρητική μελέτη για την ρεολογική συμπεριφορά των βίο-μελανιών. Η ρευστομηχανική είναι απολύτως συνδεδεμένη με τα βίο-υλικά αφού, για την χρήση τους είναι απαραίτητη η γνώση πολλών ρεολογικών παραμέτρων. Στο 3ο κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα συστήματα Organ-on-a-chip και η σημασία τους για την εξέλιξη της έρευνας. Έπειτα, στο 4ο κεφάλαιο, γίνεται εκτενής αναφορά στις πειραματικές διατάξεις και στα πρωτόκολλα που δημιουργήθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή την εργασία. Στο τελευταίο κεφάλαιο, διατυπώνεται η ερευνητική μελέτη που πραγματοποιήθηκε κατά την διάρκεια της μεταπτυχιακής μου εργασίας. Αρχικά, έγινε μελέτη για την βελτιστοποίηση πολλών παραμέτρων για την διαδικασία βίο-εκτύπωσης με τη χρήση της τεχνικής LIFT. Μελετήθηκαν, το είδος του υποστρώματος αποδέκτη, η βέλτιστη απόσταση μεταξύ των δύο υποστρωμάτων, δότη και αποδέκτη αλλά και η ενέργεια ανά επιφάνεια του laser που χρειάζεται για είναι επιτυχημένη η εκτύπωση κυττάρων και οργανοειδών. Συγκεκριμένα, επειδή οι μικροροϊκές πλατφόρμες έχουν συνήθως θαλάμους αρκετά βαθύς (πάνω από 5 mm) για την εναπόθεση των κυττάρων, αυτό δημιούργησε πρόβλημα στην εκτύπωση με την χρήση laser. Οι συνηθέστερες αποστάσεις εκτύπωσης είναι μικρότερες από 1 mm, με αποτέλεσμα να χρειάζεται η διερεύνηση της βίο-εκτύπωσης με laser και σε μεγαλύτερες αποστάσεις. Επιπλέον, μελετήθηκε ο αριθμός κυττάρων που εναποτίθενται ανάλογα την ενέργεια του laser. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν πειράματα με την χρήση υψηλής κάμερας ανάλυση για την παρατήρηση του φαινομένου βίο-εκτύπωσης πριν και μετά την είσοδο των κυττάρων στην εκάστοτε Εξωκυτταρική Μήτρα ECM. Μελετήθηκαν εκτενέστερα οι αποστάσεις εκτύπωσης, καθώς και βρέθηκαν τα σημεία ακινητοποίησης των κυττάρων στο εσωτερικό των ECM αναλόγως την ενέργεια του laser. Τέλος, πραγματοποιήθηκε η ανάπτυξη οργανοειδών από εκτυπωμένα κύτταρα μέσα σε ECM, η εκτύπωση διαφορετικών ειδών κυττάρων σε μεμβράνη για την πιθανή μελέτη αλληλεπίδρασής τους, γεγονός που ανέδειξε την χρησιμότητα της βίο-εκτύπωσης με τη χρήση της τεχνικής LIFT για τη δημιουργία διαφορετικών σχηματισμών και εναπόθεσης κυττάρων. Ένας από τους τελικούς στόχους αυτής της εργασίας ήταν η εκτύπωση καρκινικών οργανοειδών, κάτι το οποίο εξ’αρχής ήταν αρκετά δύσκολο να πραγματοποιηθεί κυρίως λόγω του μεγάλου μεγέθους τους και της μη παροχής της δυνατότητας συμπύκνωσής τους σε μικρό όγκο. Παρόλα αυτά, πραγματοποιήθηκε η εκτύπωσή του με επιτυχία. Τέλος, η εργασία αυτή ολοκληρώνεται με την επιτυχημένη εναπόθεση κυττάρων στο εσωτερικό των θαλάμων σε πλατφόρμα Organ-on-a-chip.	el
heal.abstract	The last few years, the need for interaction and collaboration of scientific fields is bigger than ever, so that the results of the research can be implementable and can have an impact to society. Physics and engineering, combined with biology and medicine, have recently created a field with many applications in the humanitarian sector. As it will be mentioned on this thesis, the need for an innovative way to conduct research for the treatment of diseases as well as the ethics of the research itself is imperative. For this reason, there is a great rise in the technology of Organ-on-a-chip microfluidic platforms. This technology opens a new way for personalized medicine, for the research of drugs and treatments as well as for the cessation of animal testing experiments. OoC technology is inextricably linked to biomaterials and bioprinting techniques. Especially, nowadays, the need for a different way of depositing cells on these platforms has been strongly demonstrated. Thus, in this thesis, it is highlighted the importance of bio-printing via Laser Induced Forward Transfer, LIFT technique, for the deposition of each biomaterial inside the Organ-on-a-chip platforms. In this thesis, is carried out an extensive study of bio-printing using the Laser Induced Forward Transfer technique, with the aim of manufacturing cells and organoids inside Organ-on-a-chip-type microfluidic platforms. In the 1st chapter, is reported to the bio-printing technique. Specifically, is being described the recent bibliographic reference of the LIFT technique only for printing biological materials, then all bioprinting techniques are analyzed and finally the emphasis is placed on the LIFT technique and how the printing phenomenon proceeds. In the 2nd chapter, it is being presented a theoretical study on the rheological behavior of bio-inks. Fluid mechanics is absolutely connected with biomaterials, because for their usage it is essential the knowledge of many rheological parameters. In the 3rd chapter, are presented Organ-on-a-chip systems and their importance for the development and the evaluation of research. Then, in chapter 4, extensive reference is made to the experimental setups and protocols created and used in this work. In the last chapter, is formulated the study during my postgraduate research. Initially, a study was made to optimize several parameters for the bioprinting process using the LIFT technique. It is being studied the type of receiver substrate, the optimal distance between the two substrates, donor and receiver, and the energy per surface area of the laser needed for a cell and organoid to be printed. In particular, because microfluidic platforms usually have chambers deep enough (over 5 mm) for cell deposition, this created a problem in laser assisted printing. The most common printing distances are less than 1 mm, so laser bioprinting at longer distances needs to be investigated. In addition, it was also studied the number of cells deposited depending on the laser energy. Then, experiments were performed using a high-resolution camera to visualize the bioprinting phenomenon before and after the entry of cells into the ECM Extracellular Matrix. The printing distances were studied more extensively here, as well as the cell immobilization points inside the ECM depending on the laser energy were found. Finally, it was performed the development of organoids from printed cells within ECM, the printing of different kinds of cells on a membrane for the possible study of their interaction, which also demonstrated the utility of bioprinting using the LIFT technique to create different patterning and assignments of cells. One of the final goals of this work was the printing of tumor organoids, which was initially quite difficult to achieve mainly due to their large size and the inability to condense them into small volumes. Nevertheless, it was successfully printed. Finally, this research of this thesis is completed with the effectively deposition of cells inside the chambers on an Organ-on-a-chip platform.	en
heal.advisorName	Ζεργιώτη, Ιωάννα	el
heal.advisorName	Ioanna, Zergioti	en
heal.committeeMemberName	Ράπτης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Τσιγαρίδας, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Ζεργιώτη, Ιωάννα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Μικροσυστήματα και Νανοδιατάξεις”	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	97 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false