Solujen viabiliteetin määrittäminen geelimäisissä ja vaahtomaisissa biomateriaaleissa

Abstract

Biomateriaaleja käytetään kudosteknologiassa solujen kasvu- ja kiinnittymisalustana, jonka tärkeimpiä ominaisuuksia ovat sekä materiaalin elastisuus että huokoisuus. Ominaisuuksiltaan erilaisia materiaaleja voidaan käyttää erityyppisten solujen kasvatukseen. Biomateriaalien ominaisuuksia pyritään kehittämään paitsi soluja ylläpitäviksi, myös kasvua edistäviksi. Vaahtomainen hydrogeeli tarjoaa soluille kolmiulotteisen kasvuympäristön, joka simuloi in vivo -kasvatusta paremmin kuin perinteinen solukasvatus pulloissa tai maljoilla. 3D-solukasvatuksen uskotaankin korvaavan perinteiset menetelmät in vitro -tutkimuksessa.

Opinnäytetyössä tutkittiin solujen viabiliteettia silikapohjaisissa biomateriaaleissa. Materiaalit valmistettiin sooli-geeli -menetelmällä ja niiden tilavuutta lisättiin vaahdottamalla. Tavoitteena oli valmistaa materiaali, jossa solut (WEHI-164) saataisiin säilymään hengissä vähintään kahden viikon ajan sekä kehittää menetelmä solujen viabiliteetin määrittämiseksi materiaalissa. Osasta materiaaleja tutkittiin myös niiden reologisia ominaisuuksia, kuten häviö- ja varastomoduulia sekä häviötekijää.

Työssä valmistettiin kuusi eri materiaalia, joihin istutettujen solujen viabiliteettia seurattiin 14–39 vuorokauden ajan materiaalista riippuen. Viabiliteetin todentamiseen käytettiin kaupallista reagenssia Alamar Blueta. Osana opinnäytetyötä tutkittiin prototyyppivaiheessa olevan akustisen sensorin käyttömahdollisuuksia sekä solukasvun että materiaalin kehittymisen seurannassa.

Solut saatiin säilymään hengissä kolmessa eri materiaalissa, joiden kaikkien lopullinen silikapitoisuus oli sama. Positiivisia tuloksia saatiin pisimmillään 39 vuorokauden ajan. Akustisella sensorilla saatiin havaittavia signaaleja kaikista tutkituista materiaaleista. Akustiset tulokset korreloivat aiemman solujen kasvua ja materiaalien kehittymistä käsittelevän tiedon kanssa.

Biomaterials are used in tissue engineering as a scaffold for cell attachment and proliferation. When aspiring to support cell viability, elasticity and porosity are the most important properties of the material. Different types of cells benefit from different types of materials. Biomaterials are under constant development not only to keep the cells alive but to promote cell proliferation and migration. Foam-like hydrogel offers the cells a three-dimensional growth environment that simulates in vivo conditions better than traditional cell culturing in a bottle or on a dish. 3D cell culture is believed to outdo the traditional methods in in vitro studies.

The objective of the thesis was to study cell viability in silica based biomaterials. The materials were prepared in a sol-gel process and the final volume was increased by foaming. The aim was to prepare a material where the cells (WEHI-164) could be kept alive for at least two weeks. There was also need for a method for determining cell viability in the materials used. In the case of some of the materials, also rheological properties, such as storage and loss modulus and damping factor, were examined.

Six different types of materials were prepared and the viability of the seeded cells was monitored 14 to 39 days depending on the material. In verifying the viability, the commercial reagent Alamar Blue was used.

As part of the thesis, the use of a prototype stage acoustic sensor in monitoring cell viability and material development was surveyed.

In three different materials, all with same final silica content, cells were confirmed to stay alive. The longest time period with positive signals was 39 days. Signals were detected from all examined materials with the acoustic censor. The results correlate with previous knowledge about cell proliferation and maturation of the materials.