Till innehåll på sidan

Strength in Numbers – Droplet Microfluidics for Multicellular Ensemble Applications

Tid: Ti 2022-12-20 kl 10.00

Plats: Air & Fire, Science for Life Laboratory, Tomtebodavägen 23A, Solna

Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/62767518179

Språk: Engelska

Ämnesområde: Bioteknologi

Respondent: Martin Trossbach , Nanobioteknologi

Opponent: Professor Nicole Pamme, Stockholms Universitet

Handledare: Professor Aman Russom, Nanobioteknologi, Science for Life Laboratory, SciLifeLab; Universitetslektor Håkan Jönsson, Nanobioteknologi, Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Proteinvetenskap

Exportera till kalender

QC 2022-11-21

Abstract

Det arbete som presenteras i den här doktorsavhandlingen utforskar multicellulära, biologiska och biotekniska tillämpningar för mikrofluidiska droppar och utnyttjar ett antal unika egenskaper hos dessa miniatyriserade reaktionskärl.

Droppmikrofluidik använder pico- till nanoliterstora vattendroppar i en oljefas som inte löser vatten, och lånar tekniker från området mikrofluidik, nämligen vätskestyrning, detektionssystem och elektronisk kringutrustning. Många av dessa tekniker har möjliggjorts genom upptäckter och uppfinningar som ursprungligen utvecklades för mikroelektronikproduktion och omfattar tillverkning av strukturer i mikrometerskala. Kanaler med bredd och djup i storleksordningen bråkdelsmillimeter möjliggör den tillförlitliga och exakta hantering av vätskor som krävs för att uppnå hög genomströmning med bibehållen noggrannhet.Många underdiscipliner inom biologisk forskning är beroende av storskaliga analyser, som ger strength in numbers, i den meningen att endast ett tillräckligt stort antal prover ger insikt i en organisms genom, transkriptom eller proteom, i populationers heterogenitet eller i ett framtida läkemedels effektivitet. Precis som vissa andra tekniker för analys av enstaka celler, t.ex. flödescytometri, så möjliggör droppmikrofluidik stora antal analyser. Dessutom kan droppmikrofluidik som teknisk plattform bearbeta och analysera flercelliga ensembler eller undersöka extracellulära egenskaper. Detta är särskilt fördelaktigt för biotekniska eller farmaceutiska forskningstillämpningar.

I artikel 1 undersöker vi hur insulinproducerande celler kan kapslas in i mucingel-droppar. Den gel som används kan skydda cellerna, till exempel efter en transplantation, från ett kraftigt immunsvar, samtidigt som den tillåter passage av näringsämnen och gaser samt spridning av utsöndrat insulinet.

I artikel II presenterar vi ett arbetsflöde för droppassisterad sfäroidbildning för produktion och analys med hög genomströmning. Vi använder deep learning för att träna en modell som stöd för optimering av inkubationsförhållanden i dropparna. De resulterande minisfäroiderna möjliggör storskalig screening med 3D-cellkulturmodeller.

Artikel 3 handlar om utveckling och utvärdering av ett litet och bärbart lågkostnads-instrument med enbart kommersiellt tillgängliga komponenter och visar dess mångsidighet genom att dynamiskt anpassa dropparnas storlek och sammansättning. Slutligen visade vi att instrumentet kan användas för inkapsling av primära mänskliga celler för att bilda sfäroider i ett biosäkerhetsskåp.

I artikel 4 använder vi mikrofluidiska droppar för att förbättra biotekniska screening-kampanjer. Vi undersöker mikrokolonier av jäst i stället för enskilda celler i droppar för att mäta ett genomsnittligt värde för flera celler med samma arvsmassa. Detta medelvärde är mer informativt än en mätning av enskilda celler, eftersom det minskar mätvariationen på grund av minimala variationer celler emellan som annars skulle förhindra utsortering av de bästa cellvarianterna.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-321636