Perspektivy využití mikrofluidních systému pro testy cytotoxicity na 3D buněčných kulturách.

Bc. František VONDRÁČEK

Master's thesis

Perspectives on the use of microfluidic systems for cytotoxicity assays in 3D cell cultures.

Abstract:

Cílém této práce bylo prozkoumat možnosti využití mikrofluidních zařízení pro testování vlivu toxických látek na 3D buněčných kulturách, sféroidech a optimalizace architektury výchozího mikrofluidního čipu s cílem dosažení rovnoměrného průtoku kapaliny. Rovněž byly zkoumány perspektivy využití mikrofluidních zařízení ve spojitosti s testy cytotoxicity za využití sféroidů. Pro testování vlivu cytotoxicity byla vybrána látka doxorubicin a paclitaxel. Sféroidy byly tvořeny metodou agarózových mikrodestiček. Bylo zjištěno, že látka doxorubicin není kompatibilní s metodou testování viability CCK-8. Dále bylo prokázáno, že pro dlouhodobou kultivaci sféroidů v mikrofluidním zařízení je nutné modifikovat povrch zařízení roztokem silan-PEG-hydroxy / aceton. Byly provedeny experimenty vizualizace viability sféroidů v mikrofluidním čipu s buněčnými barvivy Acridine Orange a Propidium iodide, tato barviva se ukázala jako nevhodná, proto bylo vybráno barvivo CellTox Green, jehož aplikace byla úspěšná. Rovněž byl proveden experiment, kdy byly sféroidy v mikrofluidním zařízení vystaveny látce paclitaxel a došlo k vizualizaci jejich viability pomocí barviva CellTox Green. Prostřednictvím počítačového modelování CFD a analýzy v programech Matlab a ParaView bylo dosaženo architektury s rovno- měrným tokem.

Abstract:

The aim of this work was to investigate the possibility of using microfluidic devices to test the effect of toxic substances on 3D cell cultures, spheroids and to optimize the architecture of the initial microfluidic chip in order to achieve uniform fluid flow. Prospects for the use of microfluidic devices in conjunction with cytotoxicity assays using spheroids were also investigated. Doxorubicin and Paclitaxel were selected to test the effect of cytotoxicity. Spheroids were formed by the agarose microparticle method. Doxorubicin was found to be incompatible with the CCK-8 viability testing method. It was also shown that for long-term cultivation of spheroids in the microfluidic device it is necessary to modify the surface of the device with silane-PEG-hydroxy$/$ acetone solution. Experiments were performed to visualize the viability of spheroids in the microfluidic chip with the cell dyes Acridine Orange and Propidium iodide, these dyes proved to be unsuitable, therefore CellTox Green was selected and successfully applied. An experiment was also performed where spheroids were exposed to paclitaxel in a microfluidic device and their viability was visualized by using CellTox Green dye. Through CFD computer modeling and analysis in Matlab and ParaView, a steady-state flow architecture was achieved.

Keywords

Mirkofluidní zařízení, rovnoměrný tok, sféroidy, paclitaxel, doxorubicin, CCK-8

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 5. 2024

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Jaromír Havlica, Ph.D.

JAN EVANGELISTA PURKYNĚ UNIVERSITY IN ÚSTÍ NAD LABEM

Faculty of Science

Master programme / field:
Analytical Environmental Chemistry and Toxicology / Analytical Environmental Chemistry and Toxicology