Bioengineering / Biyomühendislik
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11147/4529
Browse
11 results
Search Results
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.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.Conference Object Deep Convolutional Neural Networks for Viability Analysis Directly From Cell Holograms Captured Using Lensless Holographic Microscopy(The Chemical and Biological Microsystems Society (CBMS), 2019) Delikoyun, Kerem; Çine, Ersin; Anıl İnevi, Müge; Özçivici, Engin; Özuysal, Mustafa; Tekin, Hüseyin CumhurCell viability analysis is one of the most widely used protocols in the fields of biomedical sciences. Traditional methods are prone to human error and require high-cost and bulky instrumentations. Lensless digital inline holographic microscopy (LDIHM) offers low-cost and high resolution imaging. However, recorded holograms should be digitally reconstructed to obtain real images, which requires intense computational work. We introduce a deep transfer learning-based cell viability classification method that directly processes the hologram without reconstruction. This new model is only trained once and viability of each cell can be predicted from its hologram. © 2019 CBMS-0001.Conference Object Genetic Determinants of Musculoskeletal Adaptations To Unloading and Reloading(Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2019) Özçivici, Engin; Judex, StefanLack of weight bearing is one of the most critical limitations for long term health of bone tissue in space missions. In this study, we performed a series of Quantitative Trait Locus (QTL) analysis of musculoskeletal traits to define genomic modulators adaptations to mechanical unloading and subsequent reloading using a genetically heterogeneous (F2 BALBxC3H) female mouse population. The identified regions on genome contain genes that regulate musculoskeletal adaptations to weightlessness and further studies may help to categorize individuals that are at risk for greater tissue loss during weightlessness and/or low tissue recovery during reambulation.Conference Object Citation - WoS: 5Citation - Scopus: 8Lensless Digital In-Line Holographic Microscopy for Space Biotechnology Applications(Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2019) Delikoyun, Kerem; Çine, Ersin; Anıl İnevi, Müge; Özuysal, Mustafa; Özçivici, Engin; Tekin, Hüseyin CumhurBiomechanical changes at cellular level can dramatically affect living organisms in both aviation and space applications. Weightlessness induces morphological alteration of cells, which leads to tissue loss. Therefore, scientists have been studying the effect of weightlessness using cell culture based biological experiments using conventional microscopes. However, strict requirements regarding cost, weight and functionality limit the use of conventional microscopes in space environment. Lensless digital in-line holographic microscopy enables to use low-weight, low-cost and robust elements, such as a light emitting diode (LED), an aperture and an imaging sensor, instead of bulky, expensive and fragile optical elements, such as lenses, mirrors and filters. This technology offers a high field of view compared to conventional microscopes without affecting the resolution and it is also suitable for remote sensing applications with automated imaging capabilities. Here, we present a portable digital in-line holographic microscopy platform that allows to visualize cells and to analyze their viability in a microfluidic chip. The platform offers microscopic imaging with 1.55 mu m spatial resolution, 21.7 mm(2) field of view and image coloring capability. This platform could potentially play an important role in space biotechnology applications by enabling low-cost, high-resolution and portable monitoring of cells.Conference Object Citation - WoS: 7Citation - Scopus: 7Cell Separation With Hybrid Magnetic Levitation-Based Lensless Holographic Microscopy Platform(Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2019) Delikoyun, Kerem; Yaman, Sena; Anıl İnevi, Müge; Özçivici, Engin; Tekin, Hüseyin CumhurSeparation of target cells in a heterogeneous solution is of great importance for clinical studies especially for immunology and oncology. Separated cells can be used for diagnostic applications ranging from whole blood counting to isolation of circulating tumor cells (CTC) for personalized medicine. Recent separation technologies rely on labelling and identifying target cells with variety of labelling principle such as fluorescence or magnetic tags. However, they require labor-intensive processes, long analysis time, and expensive chemical reagents and instrumentation. Hence, their usage is limited to well-equipped centralized laboratories. There is a need for a rapid, sensitive, low-cost and automated cell separation technology to disseminate usage of this technology even in rural areas. Magnetic levitation is a powerful cell separation method, which distinguishes cells based on their levitation heights depending on cell density. However, magnetic levitation-based separation technologies require traditional, bulky and expensive microscopes for analysis. Lensless digital inline holographic microscopy (LDIHM) systems are composed of a simple illumination system containing an LED, a pinhole, and an imaging sensor for high-resolution microscopic imaging, which eliminates needs of highly fragile and expensive optics as in traditional microscopy. Here, we introduced a novel hybrid and portable cell separation platform, where magnetic levitation technology is integrated with LDIHM system for automated analysis of cell levitation heights. Using this platform, three different cell lines are successfully separated. Live and dead cells having distinguished levitation heights can be also identified in the platform.Conference Object Citation - WoS: 1Citation - Scopus: 3Microfluidic Platform for Sorting Materials Based on Their Densities Using Magnetic Levitation(Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2019) Yılmaz, Esra; Özçivici, Engin; Tekin, Hüseyin CumhurCirculating Tumor Cells (CTCs) play a vital role in cancer diagnosis, prognosis and personalized medicine. However, CTCs are extremely rare in blood (i.e., down to 1-100 CTC per 1 mL human blood) and hard to isolate because of the heterogeneity of CTCs in biomarker expression. The current CTC separation and identification techniques use numerous differences between cells such as size, electric charges, density and expression of cell surface markers. However, these techniques have many limitations in terms of laborious sample preparation steps, inconsistent results caused by low specificity and efficiency and high cost. Hence, there is no standard method for isolating CTCs yet. With this study, it was aimed to fill the gap in CTC isolation and identification by proposing to develop a new method based on magnetic levitation principle, which has recently been demonstrated as a highly acceptable method for biological characterization of cells and monitoring of their cellular events. In this study, we have developed a new label-free microfluidic sorter to separate microparticles/cells based on their densities using magnetic levitation principle. Two different density microparticles (1.02 g/mL and 1.09 g/ mL) have been sorted and quantified in a continuous flow using a set of permanent magnets located in a 3D printed structure surrounding the microfluidic channel. This device can be used for rapid, low cost and label-free in-vitro diagnosis of cancer by sorting CTCs from whole blood in a high-Throughput manner. The sorted cells might further be used for downstream analysis for personalized and precision medicine. © 2019 IEEE.Conference Object Citation - WoS: 3Citation - Scopus: 3Active Mixing Strategy With Electromechanical Platform for Lab-On Applications(Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2019) Karakuzu, Betül; Özçivici, Engin; Tekin, Hüseyin Cumhur; Tarım, E. AlperayThe main purpose of this study is to present a new active mixing strategy that can be used for lab-on-A-chip applications to shorten analysis time. An electromechanical platform composed of stepper and DC motors is designed and manufactured. This platform allows rapid mixing in microwells of a polydimethylsiloxane chip for analysis. Mixing in microwells is performed with a stirring bar spun automatically using the electromechanical platform. Mixing experiments performed at different spinning speeds and different time intervals on the platform. It was observed that mixing was achieved only in 300 ms inside 100 ?L microwell using 4300 revolutions per minute (rpm) spinning speeds. Hence, the proposed mixing strategy showed 200-fold faster mixing than pure diffusion-based mixing. © 2019 IEEE.Conference Object Citation - WoS: 3Citation - Scopus: 4Biofabrication of Cellular Structures Using Weightlessness as a Biotechnological Tool(IEEE, 2019) Anıl İnevi, Müge; Sarıgil, Öykü; Yaman, Sena; Yalçın Özuysal, Özden; Meşe, Gülistan; Tekin, Hüseyin Cumhur; Özçivici, EnginGravity is an important biomechanical signal effecting the morphology and function of organisms. Reduction of gravitational forces, as experienced during spaceflight, cause alterations in the biological systems. Magnetic levitation technique is one of the most recent ground-based technology to mimic weightlessness environment. In addition to providing a platform to investigate biological effects of the weightlessness, this platform presents a novel opportunity to biofabricate 3-dimensional (3D) structures in a scaffold-and nozzle-free fashion. In this study, various controllable self-assembled 3D living structures were fabricated via magnetic levitation technique. This strategy may offer an easy and cost-effective opportunity for a wide range of space biotechnology researches.