Screening of cell-drug interactions using acoustic trapping and MALDI MS

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201801151286
Title: Screening of cell-drug interactions using acoustic trapping and MALDI MS
Author: Teppo, Jaakko
Other contributor: Helsingin yliopisto, Farmasian tiedekunta
University of Helsinki, Faculty of Pharmacy
Helsingfors universitet, Farmaceutiska fakulteten
Publisher: Helsingfors universitet
Date: 2015
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201801151286
http://hdl.handle.net/10138/153095
Thesis level: master's thesis
Discipline: Farmaceutisk kemi
Pharmaceutical Chemistry
Farmaseuttinen kemia
Abstract: The properties of liquid and gas flows in microscale systems differ from those in macroscale; microfluidics is a field of science in which these properties are investigated and utilized for the development of microscale systems. Acoustofluidics is a branch of microfluidics focusing on the movement (acoustophoresis) or localization (acoustic trapping) of particles in microchannels using ultrasound. In this work, the suitability of a new miniaturized method for the screening of cell-drug interactions was investigated. In the method, the cells were acoustically trapped within a glass capillary, enabling liquid movement (generated with a syringe pump) in the capillary while the trapped cell cluster remains stationary. In this manner, the trapping of cells, their incubation with a drug solution, rinsing, and the elution could be done using the same capillary. The sample preparation was done using a miniaturized solid phase extraction technique (integrated selective enrichment target, ISET), and the analysis was done with matrix assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (MALDI MS). The drug compounds investigated were selective serotonin reuptake inhibitors (SSRI). The research was conducted in five phases. In the first phase, a suitable solid phase extraction method for the drug compounds was investigated. In the second phase, the performance of the acoustic trap was investigated by acoustically trapping polystyrene beads and Coulter counting them. In the third phase, the method was modelled by conducting drug binding studies using cation exchange beads instead of cells. In the fourth phase, the drug binding studies were conducted by investigating the binding of drug compounds to human platelets and yeast cells. Platelets were chosen due to the expression of serotonin transporter, the molecular target of SSRI drugs, on their cell membranes. Also a cell membrane preparation containing serotonin transporter was used for the binding studies. In addition, memory effects occurring in the method were investigated. In the fifth phase, comparative drug binding studies without acoustic trapping were conducted. The suitability of the method for the screening of cell-drug interactions could not be thoroughly substantiated, but further research and method development are required. The reason for this was the inadequate sensitivity of the method, because of which large drug concentrations had to be used. This lead to the increased occurrence of memory effects.Neste- ja kaasuvirtausten ominaisuudet mikrokokoisissa laitteistoissa ovat erilaiset kuin makrokokoisissa; mikrofluidiikka on tieteenala, jossa tutkitaan näitä ominaisuuksia ja niitä hyödyntäen kehitetään mikrokokoisia laitteistoja. Mikrofluidiikan yksi osa-alue on akustofluidiikka, jossa mikrokanavissa olevia kappaleita liikutetaan (akustoforeesi) tai vangitaan paikalleen (akustinen loukku) ultraäänellä. Työssä tutkittiin uuden miniatyrisoidun menetelmän soveltuvuutta lääkeaineiden ja solujen välisten vuorovaikutusten selvittämiseen. Menetelmässä solut vangittiin akustisesti lasikapillaariin, mikä mahdollisti ruiskupumpun avulla toteutetun nestevirtauksen kapillaarissa siten, että vangittu solurykelmä pysyy paikallaan. Tällä tavoin solujen vangitseminen, inkubointi lääkeaineliuoksessa, huuhtelu ja eluointi voitiin tehdä samassa kapillaarissa. Näytteet esikäsiteltiin miniatyrisoidulla kiinteäfaasiuuttotekniikalla (ISET) ja analysoitiin massaspektrometrilla matriisiavusteista laserdesorptio/ionisaatiota käyttäen (MALDI MS). Tutkitut lääkeaineet olivat selektiivisiä serotoniinin takaisinoton estäjiä (SSRI). Tutkimus koostui viidestä toisiinsa liittyvästä vaiheesta. Ensimmäisessä vaiheessa selvitettiin sopiva kiinteäfaasiuuttomenetelmä kokeissa käytettäville lääkeaineille. Toisessa vaiheessa tutkittiin akustisen loukun toimivuutta ja kapasiteettia vangitsemalla akustisesti polystyreenikuulia ja laskemalla niiden määriä Coulter-laskennalla. Kolmannessa vaiheessa menetelmää mallinnettiin käyttämällä lääkeaineiden sitoutumiskokeisiin kationinvaihtopartikkeleita solujen asemesta. Neljännessä vaiheessa suoritettiin varsinaiset lääkeaineiden sitoutumiskokeet tutkimalla lääkeaineiden sitoutumista verihiutaleisiin ja hiivasoluihin. Verihiutaleita käytettiin, koska niiden solukalvoilla esiintyy serotoniinitransportteria, SSRI-lääkeaineiden kohdemolekyyliä. Myös serotoniinitransportteria sisältävää solukalvovalmistetta käytettiin lääkeaineiden sitoutumiskokeisiin. Lisäksi tutkittiin menetelmässä esiintyneitä muistiefektejä. Viidennessä vaiheessa suoritettiin vertailevia lääkeaineiden sitoutumiskokeita ilman akustista vangitsemista. Tutkimuksessa ei saatu täysin osoitettua menetelmän soveltuvuutta lääkeaineiden ja solujen välisten vuorovaikutusten selvittämiseen, vaan lisää tutkimusta ja menetelmänkehitystä tarvitaan. Syynä tähän oli menetelmän riittämätön herkkyys, jonka takia jouduttiin käyttämään suuria lääkeainepitoisuuksia. Tämä puolestaan johti muistiefektien korostumiseen.
Subject: ISET
MALDI MS
SSRI
microfluidics
acoustofluidics
acoustic trapping
mikrofluidiikka
akustofluidiikka
akustinen loukku


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Pro gradu Jaakko Teppo.pdf 2.752Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record