Tato bakalářská práce se zabývá využitím 3D buněčných modelů pro studium nádorových onemocnění zejména buněčnými liniemi MCF-7 a U87. Teoretická část poskytuje přehled o vzniku rakoviny, technikách biopsie a použití různých metod, jako například Hanging Drop, Spinner culture a tvorbou rakovinných sféroidů za pomoci agarových razítek. V neposlední řadě se věnuje mikrofluidním systémům pro tvorbu a kultivaci sféroidů.
Praktická část se zaměřuje na přípravu designu systému a jeho vyrobení z ostemeru a porovnává jej s klasickou metodou výroby sféroidů pomocí agarových mikroforem. U vytvořených sféroidů byla analyzována jejich velikost, počet buněk a v případě mikrofluidního systému i velikost vygenerovaných kapek. Ke studiu morfologie sféroidů byla rovněž použita rastrovací elektronová mikroskopie, konfokální mikroskopie a fluorescenční mikroskopie.
Z experimentálních výsledků vyplývá, že sféroidy z námi vytvořeného mikrofluidního systému jsou identické se sféroidy tvořenými konvenční metodou. Zároveň dokáže náš systém vytvořit sféroidy z buněčné linie MCF-7, která bez růstových faktorů není tohoto výsledku schopna dosáhnout. Sféroidy dokáže vytvořit za 4-6h, což u konvenční metody s agarovými razítky, kde tvorba sféroidů trvá 24h. Další výhodou systému je vytvoření většího množství sféroidů než jinými metodami a to až 4x více oproti zmiňované konvenční metodě.
Anotace v angličtině
This bachelor thesis deals with the use of 3D cell models for the study of cancer, in particular with the MCF-7 and U87 cell lines. The theoretical part provides an overview of cancer formation, biopsy techniques and the use of various methods such as Hanging Drop, Spinner culture and the creation of cancer spheroids using agar stamps. Finally, microfluidic systems for spheroid formation and culture are discussed.
In the practical part, it focuses on the preparation of the design and fabrication of the system using an ostemer and compares it with the classical method of spheroid production using agar microspheres. The generated spheroids were analyzed for their size, number of cells and, in the case of the microfluidic system, the size of the generated droplets. Scanning electron microscopy, confocal microscopy and fluorescence microscopy were also used to study the morphology of the spheroids.
The experimental results show that spheroids from the microfluidic system are identical to spheroids formed by the conventional method, and at the same time, the microfluidic system is able to generate spheroids from a line that is unable to achieve this result without growth factors. At the same time, it can create them in 4-6h, which is not possible with the conventional method with agar stamps. Another advantage of the system is the creation of more spheroids than with other methods.
Klíčová slova
Sféroidy, droplet systémy, 3D kultury, metody produkce sféroidů, rakovinné buňky, mikrofluidní systémy
Klíčová slova v angličtině
Spheroids, droplet systems, 3D cultures, spheroid production methods, cancer cells, microfluidic systems
Rozsah průvodní práce
67 s.
Jazyk
CZ
Anotace
Tato bakalářská práce se zabývá využitím 3D buněčných modelů pro studium nádorových onemocnění zejména buněčnými liniemi MCF-7 a U87. Teoretická část poskytuje přehled o vzniku rakoviny, technikách biopsie a použití různých metod, jako například Hanging Drop, Spinner culture a tvorbou rakovinných sféroidů za pomoci agarových razítek. V neposlední řadě se věnuje mikrofluidním systémům pro tvorbu a kultivaci sféroidů.
Praktická část se zaměřuje na přípravu designu systému a jeho vyrobení z ostemeru a porovnává jej s klasickou metodou výroby sféroidů pomocí agarových mikroforem. U vytvořených sféroidů byla analyzována jejich velikost, počet buněk a v případě mikrofluidního systému i velikost vygenerovaných kapek. Ke studiu morfologie sféroidů byla rovněž použita rastrovací elektronová mikroskopie, konfokální mikroskopie a fluorescenční mikroskopie.
Z experimentálních výsledků vyplývá, že sféroidy z námi vytvořeného mikrofluidního systému jsou identické se sféroidy tvořenými konvenční metodou. Zároveň dokáže náš systém vytvořit sféroidy z buněčné linie MCF-7, která bez růstových faktorů není tohoto výsledku schopna dosáhnout. Sféroidy dokáže vytvořit za 4-6h, což u konvenční metody s agarovými razítky, kde tvorba sféroidů trvá 24h. Další výhodou systému je vytvoření většího množství sféroidů než jinými metodami a to až 4x více oproti zmiňované konvenční metodě.
Anotace v angličtině
This bachelor thesis deals with the use of 3D cell models for the study of cancer, in particular with the MCF-7 and U87 cell lines. The theoretical part provides an overview of cancer formation, biopsy techniques and the use of various methods such as Hanging Drop, Spinner culture and the creation of cancer spheroids using agar stamps. Finally, microfluidic systems for spheroid formation and culture are discussed.
In the practical part, it focuses on the preparation of the design and fabrication of the system using an ostemer and compares it with the classical method of spheroid production using agar microspheres. The generated spheroids were analyzed for their size, number of cells and, in the case of the microfluidic system, the size of the generated droplets. Scanning electron microscopy, confocal microscopy and fluorescence microscopy were also used to study the morphology of the spheroids.
The experimental results show that spheroids from the microfluidic system are identical to spheroids formed by the conventional method, and at the same time, the microfluidic system is able to generate spheroids from a line that is unable to achieve this result without growth factors. At the same time, it can create them in 4-6h, which is not possible with the conventional method with agar stamps. Another advantage of the system is the creation of more spheroids than with other methods.
Klíčová slova
Sféroidy, droplet systémy, 3D kultury, metody produkce sféroidů, rakovinné buňky, mikrofluidní systémy
Klíčová slova v angličtině
Spheroids, droplet systems, 3D cultures, spheroid production methods, cancer cells, microfluidic systems
Zásady pro vypracování
Student stanoví reálné konkrétní cíle bakalářské práce a vymezí plán úkolů. Při vypracování bakalářské práce bude student postupovat takto:
Vytvoří literární rešerši o využití sféroidů tvořených lidskými rakovinnými buňkami a jejich produkcí klasickými laboratorními postupy a s využitím mikrosystémů.
Na základě literární rešerše navrhne, vytvoří a otestuje vhodný mikrosystém pro produkci a kultivaci sféroidů.
Pomocí vytvořených mikrosystémů vyprodukuje a bude kultivovat sféroidy.
Porovná sféroidy vyprodukované mikrosystémy a klasickými laboratorními metodami za pomocí optické, fluorescenční a konfokální mikroskopie.
Vyhodnotí dosažené výsledky, případně provede srovnání dosažených výsledků s dosud publikovanými výsledky v odborné literatuře. V závěru práce zhodnotí dosažení stanovených cílů a stanovených úkolů.
Rozsah a členění bakalářské práce bude odpovídat platným normám, které jsou stanoveny vnitřními předpisy PřF UJEP.
Zásady pro vypracování
Student stanoví reálné konkrétní cíle bakalářské práce a vymezí plán úkolů. Při vypracování bakalářské práce bude student postupovat takto:
Vytvoří literární rešerši o využití sféroidů tvořených lidskými rakovinnými buňkami a jejich produkcí klasickými laboratorními postupy a s využitím mikrosystémů.
Na základě literární rešerše navrhne, vytvoří a otestuje vhodný mikrosystém pro produkci a kultivaci sféroidů.
Pomocí vytvořených mikrosystémů vyprodukuje a bude kultivovat sféroidy.
Porovná sféroidy vyprodukované mikrosystémy a klasickými laboratorními metodami za pomocí optické, fluorescenční a konfokální mikroskopie.
Vyhodnotí dosažené výsledky, případně provede srovnání dosažených výsledků s dosud publikovanými výsledky v odborné literatuře. V závěru práce zhodnotí dosažení stanovených cílů a stanovených úkolů.
Rozsah a členění bakalářské práce bude odpovídat platným normám, které jsou stanoveny vnitřními předpisy PřF UJEP.
Seznam doporučené literatury
Decarli, M. C. et al. Cell spheroids as a versatile research platform: formation mechanisms, high throughput production, characterization and applications. Biofabrication (2021) doi:10.1088/1758-5090/abe6f2.
Liu, D., Chen, S. & Win Naing, M. A review of manufacturing capabilities of cell spheroid generation technologies and future development. Biotechnology and Bioengineering 118, 542–554 (2021).
Sant, S. & Johnston, P. A. The production of 3D tumor spheroids for cancer drug discovery. Drug Discovery Today: Technologies 23, 27–36 (2017).
Zanoni, M. et al. 3D tumor spheroid models for in vitro therapeutic screening: a systematic approach to enhance the biological relevance of data obtained. Sci Rep 6, 19103 (2016).
Collins, T. et al. Spheroid-on-chip microfluidic technology for the evaluation of the impact of continuous flow on metastatic potential in cancer models in vitro. Biomicrofluidics 15, 044103 (2021).
Kwak, B., Lee, Y., Lee, J., Lee, S. & Lim, J. Mass fabrication of uniform sized 3D tumor spheroid using high-throughput microfluidic system. Journal of Controlled Release 275, 201–207 (2018).
Lee, J. M. et al. Generation of tumor spheroids using a droplet-based microfluidic device for photothermal therapy. Microsyst Nanoeng 6, 1–10 (2020).
Mashaghi, S., Abbaspourrad, A., Weitz, D. A. & van Oijen, A. M. Droplet microfluidics: A tool for biology, chemistry and nanotechnology. TrAC Trends in Analytical Chemistry 82, 118–125 (2016).
Sohrabi, S., Kassir, N. & Moraveji, M. K. Droplet microfluidics: fundamentals and its advanced applications. RSC Adv. 10, 27560–27574 (2020).
TABELING, P. Introduction to microfluidics. Oxford, U.K..; New York: Oxford University Press, 2005. ISBN 978-0-19-856864-3.
WEI-CHENG TIAN a ERIN FINEHOUT. Microfluidics for Biological Applications. Boston, MA: Springer US, 2009. ISBN 978-0-387-09479-3.
NGUYEN, Nam-Trung a Steven T. WERELEY. Fundamentals and applications of microfluidics. 2nd ed. Boston: Artech House, 2006. Artech House integrated microsystems series. ISBN 978-1-58053-972-2.
Seznam doporučené literatury
Decarli, M. C. et al. Cell spheroids as a versatile research platform: formation mechanisms, high throughput production, characterization and applications. Biofabrication (2021) doi:10.1088/1758-5090/abe6f2.
Liu, D., Chen, S. & Win Naing, M. A review of manufacturing capabilities of cell spheroid generation technologies and future development. Biotechnology and Bioengineering 118, 542–554 (2021).
Sant, S. & Johnston, P. A. The production of 3D tumor spheroids for cancer drug discovery. Drug Discovery Today: Technologies 23, 27–36 (2017).
Zanoni, M. et al. 3D tumor spheroid models for in vitro therapeutic screening: a systematic approach to enhance the biological relevance of data obtained. Sci Rep 6, 19103 (2016).
Collins, T. et al. Spheroid-on-chip microfluidic technology for the evaluation of the impact of continuous flow on metastatic potential in cancer models in vitro. Biomicrofluidics 15, 044103 (2021).
Kwak, B., Lee, Y., Lee, J., Lee, S. & Lim, J. Mass fabrication of uniform sized 3D tumor spheroid using high-throughput microfluidic system. Journal of Controlled Release 275, 201–207 (2018).
Lee, J. M. et al. Generation of tumor spheroids using a droplet-based microfluidic device for photothermal therapy. Microsyst Nanoeng 6, 1–10 (2020).
Mashaghi, S., Abbaspourrad, A., Weitz, D. A. & van Oijen, A. M. Droplet microfluidics: A tool for biology, chemistry and nanotechnology. TrAC Trends in Analytical Chemistry 82, 118–125 (2016).
Sohrabi, S., Kassir, N. & Moraveji, M. K. Droplet microfluidics: fundamentals and its advanced applications. RSC Adv. 10, 27560–27574 (2020).
TABELING, P. Introduction to microfluidics. Oxford, U.K..; New York: Oxford University Press, 2005. ISBN 978-0-19-856864-3.
WEI-CHENG TIAN a ERIN FINEHOUT. Microfluidics for Biological Applications. Boston, MA: Springer US, 2009. ISBN 978-0-387-09479-3.
NGUYEN, Nam-Trung a Steven T. WERELEY. Fundamentals and applications of microfluidics. 2nd ed. Boston: Artech House, 2006. Artech House integrated microsystems series. ISBN 978-1-58053-972-2.