جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای خدابخش سامانی)
موضوع: تدوین تكنولوژی ساخت چيپ ميكروفلوئيدیک به منظور ارزیابي روند مهاجرت سلولهای مهاجم سرطاني سينه و بهبود عملكرد آن
ارائه دهنده: علی خدابخش سامانی
استادان راهنما: دکتر علیرضافدایی تهرانی و دکتر امین اله محمدی
استادان مشاور: دکتر مینا میریان
استادان داور: دکتر مهدی کاروان و دکتر مهدی کاظمی
چیکده:
یکی از روش‌های آزمایشگاهی رایج در بررسی اثربخشی یک داروی پیشنهادی در درمان سرطان، مواجهه داروی مورد نظر با سلولهای کشت داده شده در شرایط آزمایشگاهی است. کشت سلول به طور سنتی به صورت تک لایه‌های دوبعدی در محیط‌های بی‌حرکت مانند پتری‌دیش یا فلاسک انجام می‌شود. اما با توجه به آنکه سلول در فلاسک در دو‌بعد کشت می‌شود، دسته ای از ارتباطات بین سلولی، که در حالت طبیعی در بدن انسان در سه‌بعد می‌باشد را از دست می‌دهد. به دلیل این تفاوت‌ها در برهمکنش سلولی در کشت‌های دوبعدی (برهمکنش سلول با سلول و سلول با محیط اطراف)، همچنین تفاوت در دسترسی به اکسیژن، مواد غذایی و غیره و نیز تفاوت در قطبیت و ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی سلولها و تاثیر این موارد بر بسیاری از فرایندهای حیاتی سلول (از قبیل رشد، تمایز، پاسخ به محرک و غیره) نسبت به شرایط طبیعی، کشت‌های دوبعدی نمی‌توانند مدل‌های مناسبی برای تعمیم نتایج بررسی‌های دارویی باشند. برای رفع این مشکل کشت سلول به شیوه سه‌بعدی پیشنهاد می‌شود.
در مطالعه حاضر یک طرح اولیه سیستم میکروفلوئیدیک برای مطالعه کمی مهاجرت و تهاجم سلولی با امکان بررسی و ارزيابي روند مهاجرت سلول‌هاي مهاجم سرطاني سينه و بهبود عملکرد آن را در نظر گرفته شده است. هدف کلی این مطالعه ساخت یک چیپ اولیه مناسب برای مانیتورینگ حرکت سلولی بود. در این سیستم میکروفلوئیدیک، نیم دایره های متحدالمرکز با فاصله‌ی یک میلیمتر وجود دارد که یکسری کانال های عمود بر کانال‌های اصلی با ابعاد میکرونی وجود خواهد داشت که در واقع شبیه‌سازی (شبیه‌سازی لایه‌بندی بافت بدن) مویرگ‌ها و رگ‌های لنفی هستند. برای این کار ابتدا مطابق با پژوهش های گذشته یک چیپ اولیه طراحی گردید. چیپ طراحی شده وارد نرم افزار کامسول شده و کارایی ان مورد شبیه‌سازی قرار گرفت. نحوه پرشدن کانال های میانی که حاوی سلول است با استفاده از جریان دوفازی و بررسی سرعت و فشار در کانال جانبی برای تغذیه سلول ها با استفاده از جریان آرام انجام گردید. نتایج شبیه‌سازی نشان داد در چیپ نهایی سرعت و فشار بیشینه به ترتیب برابر 3.77 میلی متر بر ثانیه و 1.26 کیلو پاسکال بود. در ادامه با توجه نتایج شبیه‌سازی چیپ اولیه مورد بهینه سازی قرار گرفت و اصلاح گردید. با توجه به شبیه‌سازی انجام شده و امکانات ساخت، ارتفاع کانال از ۲۰۰ میکرون به ۱۵۰ میکرون کاهش یافت. فواصل نیم دایره‌های متحدالمرکز از ۴۲۰ میکرون به ۴۶۰ میکرون افزایش یافت. کلیه زوایای کانال‌ها در چیپ الگو ۴۵ درجه بودند که به ترتیب از بیرونی ترین کانال از ۴۵ درجه به ۳۵ درجه و کانال دوم بدون تغییر وکانال سوم از ۴۵ به ۵۵ درجه تغییر یافتند. همچنین الگو ذوزنقه‌ها در چیپ نیز تغییر یافت. برای اطمینان از عملکرد چیپ بهینه مجدد بر روی آن شبیه‌سازی صورت گرفت. پر شدن چیپ بهینه مشابه چیپ اولیه بوده و سرعت بیشینه آن 0.36 درصد کاهش یافته که برای طول عمر آن مفید است. قالب نهایی با استفاده از روش لیتوگرافی ساخته شد. در انتها چیپ مورد نظر در آزمایشگاه برای تست سلول مورد استفاده قرار گرفت، در کانال و نحوه پر شدن کانال های میانی و حرکت سیال در کانال جانبی مورد ارزیابی قرار گرفت.
سلولهای MDA-MB-231 با تعداد 106×20 سلول در هر میلی لیتر شمارش شده و با محلول کلاژن نوع یک با غلظت 2 میلی گرم در میلی لیتر مخلوط گردید. 2 میکرولیتر مخلوط سلول-هیدروژل از قسمت ورودی چیپ میکروفلوئیدیک شماره 1به داخل کانال مرکزی (مربوط به سلول های تومور) بارگذاری شد. سپس میکروچیپ به منظور پلیمریزاسیون ژل به مدت 20 دقیقه در دمای 37 درجه داخل انکوباتور CO2 قرار داده شد تا ساختار سه بعدی در این شرایط ایجاد شود. سپس کانال دوم با کلاژن تنها، به عنوان استروما پر شد و میکروچیپ به منظور پلیمریزاسیون ژل کلاژن به مدت 20 دقیقه در دمای 37 درجه داخل انکوباتور CO2 قرار داده شد. کانال های بعدی از محیط کشت پر شد. روز اول، سوم و ششم عکسبرداری انجام شد. نتایج به دست آمده نشان دهنده زنده مانی سلولها و مهاجرت تدریجی آنها از کانال اصلی به کانال استروما بود. البته محدودیتهایی نظیر ایجاد حباب، تبخیر سطحی محیط کشت و نشت مایع در چیپ های اولیه وجود داشت که با اصلاحات انجام شده بهبود پیدا کرد.
به طور کلی، چیپ حاضر می‌تواند به عنوان یک سیستم میکروفلوییدیک بهینه برای مطالعه مهاجرت سلولی مهاجم سرطان در پژوهش آینده مورد استفاده قرار گیرد.