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Optimization and quality assessment of silk fibroin sponges for scaffold-based 3D cell culture model
Ceren Okuducu
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Drug Discovery and Development
Betreuer*in
Verena Pichler
DOI
10.25365/thesis.76272
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-16521.06992.410032-5
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Seiden weisen bemerkenswerte Eigenschaften wie Biokompatibilität, biologische Abbaubarkeit und Ungiftigkeit auf und lösen nur eine minimale immunologische Reaktion aus. Ihre außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften, ihre Kompatibilität mit gängigen Sterilisationstechniken und ihre einfachen Zubereitungsmethoden machen sie zu idealen Biopolymeren für verschiedene Anwendungen, einschließlich Tissue Engineering. Seidenfibroin kann in verschiedenen morphologischen Konfigurationen verwendet werden. Auf Seide basierende Formulierungen können z. B. in Bezug auf Größe, Stabilität, Wirkstoffkapazität und Freisetzungskinetik auf individuelle Bedürfnisse zugeschnitten werden. In Anbetracht der zahlreichen Vorteile hat die Erforschung von Biomaterialien aus Seide an Bedeutung gewonnen. Seidenschwämme haben ein erhebliches Potenzial für die Entwicklung dreidimensionaler (3D) Modelle zur Untersuchung von Krebs. Sie fungieren als flexibles In-vitro-Medium für die Verabreichung von Arzneimitteln und die Förderung des Nachwachsens von Geweben, wobei negative Folgen vermieden und die Notwendigkeit von Tierversuchen reduziert werden. Die Verwendung von Seidenschwämmen in 3D-Krebsmodellen ermöglicht eine präzisere Darstellung der Zellmikroumgebung im Vergleich zu herkömmlichen zweidimensionalen (2D) Kulturen. Dieser erhöhte Realismus ermöglicht die Simulation verbesserter In-vivo-Bedingungen, was zu präziseren Daten über das Tumorverhalten und das Ansprechen auf die Behandlung führt. Seidenschwämme können die Genauigkeit der Vorhersagen in präklinischen Studien erheblich verbessern, indem sie die biomimetische Umgebung von lebendem Gewebe nachbilden. Die Optimierung von Seidenschwämmen steht in dieser Masterarbeit im Vordergrund. Die Verwendung der Seidenschwamm-Module ermöglicht es den Forschern, verschiedene Aspekte von Krebsstudien zu untersuchen, einschließlich der Prüfung der Wirksamkeit von Medikamenten und der Erforschung neuer Behandlungsmethoden. Diese Verbesserung vereinfacht nicht nur das Forschungsverfahren, sondern bietet auch ein flexibles und verlässliches Instrument, um die Feinheiten des Dickdarmkrebses regulierter und reproduzierbarer zu erforschen. Um die Seidenschwämme zu optimieren, müssen mehrere kritische Schritte während des Produktionsprozesses berücksichtigt werden. In dieser Masterarbeit wird die Auswirkung des Verhältnisses zwischen Salzbetthöhe und Seidenlösung, der Methanol-Inkubationszeit und des Methanolgehalts auf die Reproduzierbarkeit der Schwammherstellung untersucht. In der Studie wird eine Reihe von Analysemethoden eingesetzt, um Seidenschwämme umfassend zu untersuchen und zu beschreiben. Dazu gehören visuelle Prüfungen, Infrarotmessungen, Rasterelektronenmikroskopie (REM), Bewertung von Porosität und Dichte, Wasserrückhaltevermögen, Quellungsgrad, Wasseraufnahmekapazität und enzymatischer Verdau von Seidenfibroin mit den Enzymen α-Chymotrypsin und Protease. Gleichzeitig wurden enzymatisch abgebaute Seide und bestrahlte Seidenproteine durch Natriumdodecylsulfat-Polyacrylamid-Gelelektrophorese (SDS-PAGE) und Circulardichroismus (CD)-Spektroskopie untersucht. Die In-vitro-Zytotoxizitätsbewertung mit dem MTT-Assay wurde in einem 96-Well-Plattenformat mit hohem Durchsatz durchgeführt, um eine verlängerte Exposition, Stresstests und das Auslaugen in organischen Lösungsmitteln auf der Grundlage der HT-29-Zelllinie zu simulieren. In Übereinstimmung mit diesen Bewertungen wurde der optimierte Schwamm als der Schwamm bestimmt, der 2 Mal 4,5 ml Seidenlösung, 1,2 cm Salzschichthöhe und 3 ml Methanol ausgesetzt wurde. Als Ergebnis dieser Arbeit wurde der optimierte Schwamm für ein standardisiertes Produktionsverfahren für Scaffolds ausgewählt. Darüber hinaus trägt dieses Projekt dazu bei, die Notwendigkeit von Tierversuchen in präklinischen Studien zu verringern, die Genauigkeit und Konsistenz der Krebsforschung zu verbessern und die Einhaltung ethischer Protokolle zu gewährleisten.
Abstract
(Englisch)
Silks show notable characteristics like biocompatibility, biodegradability, and non-toxicity, and elicit a minimal immunological reaction. Their exceptional mechanical properties, compatibility with common sterilization techniques, and simple preparation methods make them ideal biopolymers for various uses, including tissue engineering. Silk fibroin can be applied in various morphological configurations. Silk-based formulations can be e.g. tailored to meet individual needs in terms of size, stability, drug capacity, and release kinetics. Given the numerous benefits, research on silk biomaterial has become significant. Silk sponges have considerable potential in the development of three-dimensional (3D) models for studying cancer. They function as a flexible in vitro medium for administering pharmaceutical compounds and promoting the regrowth of tissues, all while circumventing negative consequences and reducing the necessity for animal testing. Utilizing silk sponges in 3D cancer models provides a more precise representation of the cell microenvironment compared to traditional two-dimensional (2D) cultures. This enhanced realism allows for the simulation of improved in vivo circumstances, resulting in more precise data on tumor behavior and treatment responses. Silk sponges can greatly improve the accuracy of predictions in preclinical trials by replicating the biomimetic environment of living tissues. The optimization of silk sponges takes the front stage in this master’s thesis. The use of the silk sponge modules enables researchers to study several aspects on cancer studies, including testing the effectiveness of drugs and exploring new treatment interventions. This improvement not only simplifies the research procedure but also offers a flexible and dependable instrument for investigating the intricacies of colon cancer in a more regulated and replicable manner. To optimize the silk sponges, several critical steps must be taken into account during the production process. This master thesis reveals the effect of salt bed height/silk solution ratio, methanol incubation time, and methanol content on the reproducibility of sponge manufacturing. The study employs a range of analytical methods to comprehensively examine and describe silk sponges. These techniques include visual testing, infrared (IR) measurements, scanning electron microscopy (SEM), porosity and density assessments, water retention, swelling ratio, water-uptake capacity, and enzymatic digestion of silk fibroin using α-Chymotrypsin and Protease enzymes. At the same time, enzymatically degraded silk and irradiated silk protein analysis were examined by Sodium dodecyl-sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) and Circular Dichroism (CD) spectroscopy. In vitro cytotoxicity assessment with the MTT assay is used in a high-throughput 96-well plate format to simulate prolonged exposure, stress testing, and leaching in organic solvents based on the HT-29 cell line. In line with these evaluations, the optimized sponge was determined as the sponge exposed to 4.5 ml silk solution, 1.2 cm salt bed height, and 3 ml methanol 2 times. As an outcome of this work, the optimized sponge was selected for a standardized production process for scaffolds. Additionally, this project contributes to reducing the need for animal testing in preclinical studies, improving the accuracy and consistency of cancer research, and compliance with ethical protocols.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Seide Seidenfibroin Seidenschwamm 3D-Gerüst-basierte Methodenentwicklung
Schlagwörter
(Englisch)
Silk Silk fibroin Silk sponge 3D scaffold-based method development
Autor*innen
Ceren Okuducu
Haupttitel (Englisch)
Optimization and quality assessment of silk fibroin sponges for scaffold-based 3D cell culture model
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
62 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Verena Pichler
Klassifikationen
44 Medizin > 44.40 Pharmazie. Pharmazeutika ,
44 Medizin > 44.42 Pharmazeutische Chemie
AC Nummer
AC17243061
Utheses ID
72038
Studienkennzahl
UA | 066 | 606 | |