Streszczenie

ROZPRAWA DOKTORSKA
Mgr inż. ELŻBIETY JĘDRYCH
„Mikrosystemy Lab-on-a-chip do oceny skuteczności
terapii przeciwnowotworowych”.
Promotor: prof. dr hab. inż. Zbigniew Brzózka
Streszczenie
W rozprawie doktorskiej Mikrosystemy Lab-on-a-chip do oceny skuteczności terapii
przeciwnowotworowych opisano zaprojektowane i wytworzone mikroukłady, w których
możliwe było prowadzenie hodowli różnych typów komórek adherentnych, zarówno
nowotworowych (A549, HT-29) jak i prawidłowych (MRC5, Balb/3T3). W opracowanych
mikrosystemach przeprowadzono następnie analizę procedur stosowanych w wybranych
terapiach przeciwnowotworowych. Wytworzone mikroukłady posłużyły do przeprowadzenia
testów cytotoksyczności związków, analizy skuteczności procedur terapii fotodynamicznej
oraz badania migracji i interakcji komórek prawidłowych i nowotworowych.
W części literaturowej pracy zaprezentowano zagadnienia dotyczące chorób
nowotworowych oraz metody wykorzystywane do ich leczenia. Opisano ideę miniaturyzacji
badań biologicznych i zalety prowadzenia ich w mikrosystemach. Przedstawiono ponadto
materiały i technologie wykorzystane do wytwarzania układów typu Lab-on-a-chip.
Zaprezentowano przykładowe rozwiązania i zastosowania mikrosystemów dedykowanych
analizie komórek. W podsumowaniu części literaturowej wskazano konieczność prowadzenia
badań związanych z opracowywaniem mikrosystemów wykorzystywanych w ocenie
skuteczności terapii przeciwnowotworowych.
W części doświadczalnej pracy opisano technologie wykonywania mikrosystemów, ich
geometrie oraz testy potwierdzające ich przydatność do oceny skuteczności wybranych terapii
przeciwnowotworowych. W rozdziale drugim części eksperymentalnej przedstawiono
materiały i metody wykorzystywane do wytwarzania mikroukładów do zastosowań
w inżynierii komórkowej. Wszystkie systemy Lab-on-a-chip przedstawione w niniejszej
pracy wytworzono za pomocą technologii hybrydowej PDMS/szkło. W następnym rozdziale
zaprezentowano
geometrię
wykonanego
mikrosystemu
przeznaczonego
do
testów
cytotoksyczności. W ramach badań opracowano szczegółowe, uniwersalne procedury
przygotowania miniaturowych systemów pod kątem ich zastosowania do prowadzenia badań
z materiałem biologicznym. W wykonanym mikroukładzie z powodzeniem przeprowadzono
hodowlę komórek nowotworowych (A549, HT-29) oraz prawidłowych (Balb/3T3). Ponadto
opracowano procedurę pasażowania komórek A549. Procedura ta stała się podstawą
publikacji naukowej i jest to jedno z pierwszych doniesień na ten temat. W rozdziale
czwartym przedstawiono wyniki cytotoksyczności 5-fluorouracylu i celekoksybu wykonane
na komórkach A549, HT-29 oraz Balb/3T3, hodowanych w opracowanym mikroukładzie.
Dowiedziono, że wykonany mikrosystem może być wykorzystywany również do badań
związanych z terapią wielolekową. Wyniki cytotoksyczności w mikroukładzie (dla każdego
badanego związku oraz linii komórkowej) porównano z wynikami otrzymanymi w skali
makro. Uzyskano niewielkie rozbieżności, co m.in. świadczy o możliwości stosowania
wykonanego mikrosystemu jako alternatywnego narzędzia do badań cytotoksyczności
nowosyntezowanych związków. Opracowano również, dotychczas niepublikowaną, metodę
oznaczania poziomu absorpcji badanych związków w PDMS z wykorzystaniem
chromatografii gazowej. W rozdziale piątym zaprezentowano wytworzony mikroukład
przeznaczony do oceny skuteczności terapii fotodynamicznej (PDT). Przeprowadzono analizę
PDT z wykorzystaniem komórek nowotworowych (A549) i prawidłowych (Balb/3T3)
hodowanych w oddzielnych mikrostrukturach oraz w hodowli mieszanej. Zaobserwowano, że
liczba martwych komórek po przeprowadzeniu procedur PDT zależy od rodzaju hodowli
komórkowej. W przypadku hodowli mieszanej zauważono wpływ komórek nowotworowych
na żywotność komórek prawidłowych. Badania związane z analizą PDT w mikroskali miały
innowacyjny charakter i nie były dotychczas opisywane w literaturze naukowej. W ostatnim
rozdziale części eksperymentalnej zaprezentowano mikroukłady dedykowane analizie
migracji i interakcji komórek prawidłowych (MRC5) i nowotworowych (A549).
Do wytworzonych mikrosystemów wprowadzono dwa rodzaje linii komórkowych w ten
sposób, aby nie uległy one wymieszaniu. Następnie obserwowano ich wzrost oraz migrację
w specjalnie do tego zaprojektowanych mikrokanałach. Wytworzone mikrosystemy
z powodzeniem posłużyły do oceny przemieszczania się różnych typów komórek względem
siebie. Ostatnią część pracy stanowi podsumowanie. Opisane w niniejszej pracy badania
potwierdziły możliwość wykorzystywania opracowanych mikrosystemów do hodowli
i analizy komórek adherentnych.