Bioengineering / Biyomühendislik
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11147/4529
Browse
32 results
Search Results
Article Citation - Scopus: 11Μdacs Platform: a Hybrid Microfluidic Platform Using Magnetic Levitation Technique and Integrating Magnetic, Gravitational, and Drag Forces for Density-Based Rare Cancer Cell Sorting(Elsevier, 2023) Keçili, Seren; Yılmaz, Esra; Özçelik, Özge Solmaz; Anıl İnevi, Müge; Günyüz, Zehra Elif; Yalçın Özuysal, Özden; Özçivici, Engin; Tekin, Hüseyin CumhurCirculating tumor cells (CTCs) are crucial indicators of cancer metastasis. However, their rarity in the bloodstream and the heterogeneity of their surface biomarkers present challenges for their isolation. Here, we developed a hybrid microfluidic platform (microfluidic-based density-associated cell sorting (µDACS) platform) that utilizes density as a biophysical marker to sort cancer cells from the population of white blood cells (WBCs). The platform utilizes the magnetic levitation technique on a microfluidic chip to sort cells based on their specific density ranges, operating under a continuous flow condition. By harnessing magnetic, gravitational, and drag forces, the platform efficiently separates cells. This approach involves a microfluidic chip equipped with a microseparator, which directs cells into top and bottom outlets depending on their levitation heights, which are inversely proportional to their densities. Hence, low-density cancer cells are collected from the top outlet, while high-density WBCs are collected from the bottom outlet. We optimized the sorting efficiency by varying the flow rates, and concentrations of the sorting medium's paramagnetic properties using standard densities of polymeric microspheres. To demonstrate the platform's applicability, we performed hybrid microfluidic sorting on MDA-MB-231 human breast cancer cells and U-937 human monocytes. The results showed efficient sorting of rare cancer cells (≥100 cells/mL) from serum samples, achieving a sorting efficiency of ∼70% at a fast-processing speed of 1 mL h−1. This label-free approach holds promise for rapid and cost-effective CTC sorting, facilitating in-vitro diagnosis and prognosis of cancer. © 2023 The Author(s)Research Project Erişkin kök hücrelerinde doku yönelimi ve dış mekanik etkilere bağlı gelişen altyapısal değişikliklerin karakterizasyonu(TÜBİTAK - Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu, 2015) Özçivici, Engin; Yalçın Özuysal, Özden; Meşe Özçivici, GülistanMekanik titreşim uygulanması hem kemik hücrelerinde mineralizasyonu arttırdığı hem de kemik iliğindeki kök hücrelerini kemik yönelimine soktuğu için kemik kütlesini arttırıcı bir etkiye sahiptir. Mekanik sinyaller ayrıca yağ dokusu oluşumunu kemik iliği ve diğer yağ depolarında engeller özelliklere sahiptir. Kemik ve yağ hücrelerinin ortak bir hücre tipinden geldikleri düşünülürse, mekanik titreşim sinyalleri kullanılarak kemik oluşumu arttırılırken eşzamanlı olarak yağ oluşumu azaltılabilir. Halihazırda kemik iliği kök hücrelerinin bu tip mekanik titreşim sinyallerine duyarlı olup olmadığı ve eğer duyarlıysa bu sinyallere nasıl adapte olduğu henüz net olarak bilinmemektedir. Burada fare kemik iliğinden alınan mezenkimal D1-ORL-UVA kök hücreleri atıl durumda, kemik yöneliminde ya da yağ yönelimindeyken günlük mekanik titreşimlere (0.15g, 90 Hz, 15dk/gün) 7 gün boyunca maruz bırakıldı ve bu titreşimlerin hücrelerde yarattığı hücresel, morfolojik ve moleküler değişimler araştırıldı. Atıl durumdaki kök hücrelerde mekanik sinyaller hücre üremesini, hücrelerin toplam aktin miktarını ve kalınlığını arttırdığı gözlendi. Kemik yönelimi sırasında da mekanik sinyaller toplam aktin miktarı, aktin kalınlığı ve hücrelerin membran pürüzlülüklerini arttırdılar. Yağ yönelimi sırasında ise uygulanan mekanik kuvvetlerin hücrelerin yağ biriktirmesinden kaynaklanan morfolojik ve altyapısal etkileri geri çevirdiği gözlendi. Mekanik titreşimlerin ayrıca tüm yönelimler için hücrelerarası iletişimi arttırdıkları gözlendi. Sonuçlar yüksek frekanslı ve düşük genlikli mekanik titreşimlerin mezenkimal kök hücrelerin yönelimlerini belirleyen faktörlere önemli etkilerde bulunduklarını düşündürmektedir. Klinik aşamaya ulaşabilirse bu sonuçlar ilaçtan bağımsız bir etkinin kemik erimesi ve obezite için kullanılabileceğini düşündürmektedir.Review Citation - WoS: 23Citation - Scopus: 24Microfluidic-Based Technologies for Diagnosis, Prevention, and Treatment of Covid-19: Recent Advances and Future Directions(Springer, 2023) Tarım, Ergün Alperay; Anıl İnevi, Müge; Özkan, İlayda; Keçili, Seren; Bilgi, Eyüp; Başlar, Muhammet Semih; Özçivici, Engin; Öksel Karakuş, Ceyda; Tekin, Hüseyin CumhurThe COVID-19 pandemic has posed significant challenges to existing healthcare systems around the world. The urgent need for the development of diagnostic and therapeutic strategies for COVID-19 has boomed the demand for new technologies that can improve current healthcare approaches, moving towards more advanced, digitalized, personalized, and patient-oriented systems. Microfluidic-based technologies involve the miniaturization of large-scale devices and laboratory-based procedures, enabling complex chemical and biological operations that are conventionally performed at the macro-scale to be carried out on the microscale or less. The advantages microfluidic systems offer such as rapid, low-cost, accurate, and on-site solutions make these tools extremely useful and effective in the fight against COVID-19. In particular, microfluidic-assisted systems are of great interest in different COVID-19-related domains, varying from direct and indirect detection of COVID-19 infections to drug and vaccine discovery and their targeted delivery. Here, we review recent advances in the use of microfluidic platforms to diagnose, treat or prevent COVID-19. We start by summarizing recent microfluidic-based diagnostic solutions applicable to COVID-19. We then highlight the key roles microfluidics play in developing COVID-19 vaccines and testing how vaccine candidates perform, with a focus on RNA-delivery technologies and nano-carriers. Next, microfluidic-based efforts devoted to assessing the efficacy of potential COVID-19 drugs, either repurposed or new, and their targeted delivery to infected sites are summarized. We conclude by providing future perspectives and research directions that are critical to effectively prevent or respond to future pandemics.Research Project Manyetik levitasyon yöntemiyle kemik hücrelerinin ağırlıksız ortamda kültürlenmesi(2019) Tekin, Hüseyin Cumhur; Arslan Yıldız, Ahu; Özçivici, EnginMekanik kuvvetler canlılarda özellikle kas ve kemik dokularının sağlıklı formlarda bulunmasında ve fonksiyonlarını yerine getirmesinde önemli rol oynarlar. Mekanik kuvvetlerin kısmen ya da tamamen ortadan kalktığı felç, yatalaklık, yaşlılık ve yerçekimsiz ortam koşulları kas ve kemik dokusunda ciddi miktarda kayıplar meydana getirmektedir. Kemik doku kayıplarına ek olarak mekanik yüklenmenin ortadan kalkması kemik iliğinde bulunan ve kemik hücre havuzunu oluşturan mezenkimal kök hücrelerin yağ yönelimine girmelerine ve kemik iliğinin aşırı miktarda yağlanmasına sebep olur. Bu durum kemiklerde kırılma riskini arttırır. Ayrıca yağ yönelimine bir kez giren kök hücreler kronik olarak tekrar kemik oluşturmaya, dolayısıyla rejenerasyona kolayca yönelemezler. Yaşam koşulları ya da ilerleyen yaş sebebiyle bir insanın kemik kütlesini kaybedip yağ kütlesi kazanmasının birey ve toplum için ciddi bir sosyo-ekonomik maliyeti vardır. Modern toplumda yaş ortalaması artıp hareket ihtiyacı azalırken, kemik erimesi (osteoporoz) ve şişmanlık (obezite) oranlarında da bir artış görülmekte ve bu hastalıkların tedavisi için gereken maddi kaynaklar toplum refahını kısıtlamaktadır. Bu durumla mücadele edebilmek için tedaviye yönelik biyomedikal yaklaşımların geliştirilmesi gerekmektedir. Mekanik kuvvet yoksunluğu ile kemik erimesinin arasındaki ilişkinin incelenmesi için günümüzde gönüllü yatalaklık, fiziksel sınırlama ve kasılmayı önleyici ajanların kullanılması gibi yöntemler tercih edilmektedir. Ancak bu teknikler uygulama zorluğu ve barındırdığı etik problemler dolayısı ile verimli olarak kullanılamamaktadır. Bunun yanı sıra da hücre bazındaki mekanik kuvvet yoksunluğu veya ağırlıksız ortam çalışmaları pahalı uzay uçuşları veya biyoreaktör sistemlerine olan gereksinimden dolayı detaylı olarak gerçekleştirilememektedir. Son yıllarda temel amacı hücre ayrıştırma olarak geliştirilen manyetik levitasyon tekniği kemik hücrelerinin ağırlıksız ortamda incelenebilmesi için oldukça önemli bir fırsat yaratmıştır. Bu projenin amacı manyetik levitasyon prensibini kullanarak kemik ve kemik iliği hücrelerini ağırlıksız ortamda kültürleyerek, oluşan moleküler ve hücresel değişimleri kısa ve uzun vadeli olarak incelemektir. Bu amaca ulaşmak için hücre kültürü sırasında besiyeri ortamı Gadolinyum iyonları kullanılarak paramanyetik hale getirilmiş ve hücreler iki adet neodymium mıknatısın yaratacağı manyetik ortamda ağırlık vektörleri sıfırlanmış şekilde asılı kalmıştır. Projenin sonuçlanması ile manyetik levitasyon tekniği ile ağırlıksız ortamda kemik hücre kültürü teknolojisi geliştirilmiş olacak, ayrıca kemik hücrelerinin ağırlıksız ortamda verdikleri hücresel ve moleküler yanıtların kolay ve ucuz bir şekilde incelenmesi sağlanmıştır.Research Project Halkalı Neodmiyum Mıknatısla Hücresel Manyetik Levitasyon Tekniği Geliştirilmesi ve Uygulaması(2020) Özçivici, EnginManyetik levitasyon hücresel ve doku düzeyinde biyomühendislik uygulamalarında hücrelerin uzaktan manipülasyonu için önemli bir teknolojidir. Mevcut diamanyetik levitasyon tasarımlarının çogu, sistemin çalısma hacmini ve uygulanabilirligini sınırlayan aynı kutupları birbirine dönük iki blok mıknatıs arasında bir levitasyon haznesi içermektedir. Bu projede, biyofabrikasyon uygulamalarında kullanılmak üzere bu fiziksel sınırlamaları ortadan kaldırmak için halkalı mıknatıs tabanlı bir manyetik levitasyon sistemi olusturulmustur. Projede tanımlanan bu konfigürasyon, levitasyon sırasında besi ortamı veya hücrelerin sisteme transfer edilebilmesini ve sistemden uzaklastırılabilmesini, yüksekliginden bagımsız olarak kültür haznesi kullanılabilmesini ve böylelikle büyük boyutlu canlı yapıların üretilebilmesini ve kültürün sürdürülebilmesini mümkün kılmıstır. Biyofabrikasyon çalısmalarından önce, sistemin canlı hücrelerin levitasyonu için özkütleleri açısından uygunlugu polimerik parçacıklar ile gösterilmistir. Sistemin manyetik odaklama fonksiyonu ve hücrelerin kendi kendine bir araya gelme özelliginden yararlanarak düzenekte milimetre boyutunda 3 boyutlu canlı yapılar olusturulmus ve kültürleri cihaz içerisinde sürdürülmüstür. Burada uygulamaya sunulan manyetik levitasyon cihazı, açık bir operasyon alanı saglaması sebebiyle kültüre levitasyon esnasında ve kolay müdahale olanagı sunmustur. Proje kapsamında besi ortamındaki paramanyetik iyon konsantrasyonunu degistirerek farklı özkütlelere sahip hücre tiplerinin (kök hücre, adiposit ve kanser hücresi) levitasyonu ve 3 boyutlu yapı olusumu için manyetik levitasyon protokolleri olusturulmustur. Hücrelerin levitasyonu için gereken paramanyetik iyon konsantrasyonunun ise besi ortamın özkütlesinin arttırılması ile azaltılabilecegi gösterilmistir. Hücre saglıgı açısından zararsız oldugu proje çalısmasında gösterilmis olan bu teknik, ayrı ayrı olusturulmus 3 boyutlu canlı birimlerinin daha karmasık yapılar üretmek üzere birlesmesine de olanak saglamıstır. Ayrıca proje çıktılarında, halkalı mıknatıs tabanlı levitasyon sisteminin hücrelerden çalısılabilir mRNA izolasyonu saglayabildigi ve gen ifadesi düzeyinde çalısmalar için uygun oldugu gösterilmistir. Sonuç olarak, projede olusturulan manyetik levitasyon sistemi doku mühendisligi, ilaç testi ve kanser arastırmaları gibi çok çesitli uygulamalarda kullanım alanı bulabilecektir.Article Citation - WoS: 7Citation - Scopus: 7Connexin 32 Overexpression Increases Proliferation, Reduces Gap Junctional Intercellular Communication, Motility and Epithelial-To Transition in Hs578t Breast Cancer Cells(Springer, 2022) Uğur, Deniz; Güngül, Taha Buğra; Yücel, Simge; Özçivici, Engin; Yalçın Özuysal, Özden; Meşe Özçivici, GülistanConnexins (Cx) are primary components of gap junctions that selectively allow molecules to be exchanged between adjacent cells, regulating multiple cellular functions. Along with their channel forming functions, connexins play a variety of roles in different stages of tumorigenesis and their roles in tumor initiation and progression is isoform- and tissue-specific. While Cx26 and Cx43 were downregulated during breast tumorigenesis, Cx32 was accumulated in the cytoplasm of the cells in lymph node metastasis of breast cancers and Cx32 was further upregulated in metastasis. Cx32's effect on cell proliferation, gap junctional communication, hemichannel activity, cellular motility and epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) were investigated by overexpressing Cx32 in Hs578T and MCF7 breast cancer cells. Additionally, the expression and localization of Cx26 and Cx43 upon Cx32 overexpression were examined by Western blot and immunostaining experiments, respectively. We observed that MCF7 cells had endogenous Cx32 while Hs578T cells did not and when Cx32 was overexpressed in these cells, it caused a significant increase in the percentages of Hs578T cells at the S phase in addition to increasing their proliferation. Further, while Cx32 overexpression did not induce hemichannel activity in either cell, it decreased gap junctional communication between Hs578T cells. Additionally, Cx32 was mainly observed in the cytoplasm in both cells, where it did not form gap junction plaques but Cx32 overexpression reduced Cx43 levels without affecting Cx26. Moreover, migration and invasion potentials of Hs578T and migration in MCF7 were reduced upon Cx32 overexpression. Finally, the protein level of mesenchymal marker N-cadherin decreased while epithelial marker ZO-1 and E-cadherin increased in Hs578T cells. We observed that Cx32 overexpression altered cell proliferation, communication, migration and EMT in Hs578T, suggesting a tumor suppressor role in these cells while it had minor effects on MCF7 cells.Article Citation - WoS: 3Citation - Scopus: 4Frequency-Specific Sensitivity of 3t3-L1 Preadipocytes To Low-Intensity Vibratory Stimulus During Adipogenesis(Springer, 2022) Baskan, Öznur; Sarıgil, Öykü; Meşe Özçivici, Gülistan; Özçivici, EnginAdipocyte accumulation in the bone marrow is a severe complication leading to bone defects and reduced regenerative capacity. Application of external mechanical signals to bone marrow cellular niche is a non-invasive and non-pharmaceutical methodology to improve osteogenesis and suppress adipogenesis. However, in the literature, the specific parameters related to the nature of low-intensity vibratory (LIV) signals appear to be arbitrarily selected for amplitude, bouts, and applied frequency. In this study, we performed a LIV frequency sweep ranging from 30 to 120 Hz with increments of 15 Hz applied onto preadipocytes during adipogenesis for 10 d. We addressed the effect of LIV with different frequencies on single-cell density, adipogenic gene expression, lipid morphology, and triglycerides content. Results showed that LIV signals with 75-Hz frequency had the most significant suppressive effect during adipogenesis. Our results support the premise that mechanical-based interventions for suppressing adipogenesis may benefit from optimizing input parameters.Article Citation - WoS: 12Citation - Scopus: 12Sema6d Differentially Regulates Proliferation, Migration, and Invasion of Breast Cell Lines(American Chemical Society, 2022) Günyüz, Zehra Elif; Sahi İlhan, Ece; Küçükköse, Cansu; İpekgil, Doğaç; Tok, Güneş; Meşe, Gülistan; Özçivici, Engin; Yalçın Özuysal, ÖzdenSemaphorin 6D (SEMA6D), a member of the class 6 semaphorin family, is a membrane-associated protein that plays a key role in the development of cardiac and neural tissues. A growing body of evidence suggests that SEMA6D is also involved in tumorigenesis. In breast cancer, high SEMA6D levels are correlated with better survival rates. However, very little is known about the functional significance of SEMA6D in breast tumorigenesis. In the present study, we aimed to investigate the effects of SEMA6D expression on the normal breast cell line MCF10A and the breast cancer cell lines MCF7 and MDA MB 231. We demonstrated that SEMA6D expression increases the proliferation of MCF10A cells, whereas the opposite effect was observed in MCF7 cells. SEMA6D expression induced anchorage-independent growth in both cancer cell lines. Furthermore, migration of MCF10A and MCF7 cells and invasion of MDA MB 231 cells were elevated in response to SEMA6D overexpression. Accordingly, the genes related to epithelial-mesenchymal transition (EMT) were altered by SEMA6D expression in MCF10A and MCF7 cell lines. Finally, we provided evidence that SEMA6D levels were associated with the expression of the cell cycle, EMT, and Notch signaling pathway-related genes in breast cancer patients' data. We showed for the first time that SEMA6D overexpression has cell-specific effects on the proliferation, migration, and invasion of normal and cancer breast cell lines, which agrees with the gene expression data of clinical samples. This study lays the groundwork for future research into understanding the functional importance of SEMA6D in breast cancerArticle Citation - WoS: 37Citation - Scopus: 48Microfluidic-Based Virus Detection Methods for Respiratory Diseases(Springernature, 2021) Tarım, Ergün Alperay; Karakuzu, Betül; Öksüz, Cemre; Sarıgil, Öykü; Kızılkaya, Melike; Al-Ruweidi, Mahmoud Khatib A. A.; Yalçın, Hüseyin Çağatay; Özçivici, Engin; Tekin, Hüseyin CumhurWith the recent SARS-CoV-2 outbreak, the importance of rapid and direct detection of respiratory disease viruses has been well recognized. The detection of these viruses with novel technologies is vital in timely prevention and treatment strategies for epidemics and pandemics. Respiratory viruses can be detected from saliva, swab samples, nasal fluid, and blood, and collected samples can be analyzed by various techniques. Conventional methods for virus detection are based on techniques relying on cell culture, antigen-antibody interactions, and nucleic acids. However, these methods require trained personnel as well as expensive equipment. Microfluidic technologies, on the other hand, are one of the most accurate and specific methods to directly detect respiratory tract viruses. During viral infections, the production of detectable amounts of relevant antibodies takes a few days to weeks, hampering the aim of prevention. Alternatively, nucleic acid-based methods can directly detect the virus-specific RNA or DNA region, even before the immune response. There are numerous methods to detect respiratory viruses, but direct detection techniques have higher specificity and sensitivity than other techniques. This review aims to summarize the methods and technologies developed for microfluidic-based direct detection of viruses that cause respiratory infection using different detection techniques. Microfluidics enables the use of minimal sample volumes and thereby leading to a time, cost, and labor effective operation. Microfluidic-based detection technologies provide affordable, portable, rapid, and sensitive analysis of intact virus or virus genetic material, which is very important in pandemic and epidemic events to control outbreaks with an effective diagnosis.Article Citation - WoS: 14Lamin A/C Is Dispensable To Mechanical Repression of Adipogenesis(MDPI, 2021) Goelzer, Matthew; Dudakovic, Amel; Olçum, Melis; Sen, Buer; Özçivici, Engin; Rubin, Janet; van Wijnen, Andre J.Mesenchymal stem cells (MSCs) maintain the musculoskeletal system by differentiating into multiple lineages, including osteoblasts and adipocytes. Mechanical signals, including strain and low-intensity vibration (LIV), are important regulators of MSC differentiation via control exerted through the cell structure. Lamin A/C is a protein vital to the nuclear architecture that supports chromatin organization and differentiation and contributes to the mechanical integrity of the nucleus. We investigated whether lamin A/C and mechanoresponsiveness are functionally coupled during adipogenesis in MSCs. siRNA depletion of lamin A/C increased the nuclear area, height, and volume and decreased the circularity and stiffness. Lamin A/C depletion significantly decreased markers of adipogenesis (adiponectin, cellular lipid content) as did LIV treatment despite depletion of lamin A/C. Phosphorylation of focal adhesions in response to mechanical challenge was also preserved during loss of lamin A/C. RNA-seq showed no major adipogenic transcriptome changes resulting from LIV treatment, suggesting that LIV regulation of adipogenesis may not occur at the transcriptional level. We observed that during both lamin A/C depletion and LIV, interferon signaling was downregulated, suggesting potentially shared regulatory mechanism elements that could regulate protein translation. We conclude that the mechanoregulation of adipogenesis and the mechanical activation of focal adhesions function independently from those of lamin A/C.