Biophysical investigations of single cells with optically actuated microtools

Preview	PDF (thesis) Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives. Download (8MB) | Preview
Preview	PDF (booklet) Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives. Download (1MB) | Preview
Preview	PDF (booklet) Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives. Download (1MB) | Preview

Abstract in Hungarian

Dolgozatomban azt mutatom be, hogy optikai csipeszen alapuló technikák hogyan használhatóak élő sejtek fizikai, illetve biokémiai tulajdonságaik vizsgálatára. Az általunk használt módszer segítségével élő endothél sejtek Young modulusa és sejtekhez felületéhez történő adhézió erőssége is meghatározható. Ezekhez a kísérletekhez precízen mozgatott kétfotonos polimerizációval készült feladatorientáltan tervezett SU-8 mikromanipulátorokat használtam. Munkám során megmértem glutationnal kezelt felületek adhéziós erejét agyi endothél sejteken, az általunk bemutatott optikai csipeszen alapuló mérési technikánkat adaptálva a tapadási erő mérésére. A kísérletek során használt SU-8 mikromanipulátorok, képesek minimalizálni a csapdázó lézer sejtet károsító hatásait, továbbá a lézeres mikrofabrikáció lehetővé teszi, hogy a kísérleti elrendezéshez a legmegfelelőbb geometriájú szondát készítsünk. Mindkét kísérlet sorozatban olyan elrendezést használtunk, melyben a sejtek egy maszk-litográfiával készült falakra voltak növesztve, mely lehetővé tette, hogy az optikai tengelyre merőlegesen tudjuk mérni az elaszticitásukat vagy az adhéziós erőt, a csapdázott mikromanipulátorokat laterálisan mozgatva. Az általunk bemutatott módszer kiterjeszthető lesz, hogy megkülönböztethetőek legyenek egyes és dupla tapadási események, mellyel információt kaphatunk a vér-agy gátat targetáló ligandumok adhéziós erejéről élő sejteken. Valamint a funkcionalizációs protokollban szereplő PEG-linker módosításával könnyűszerrel több tucatnyi célmolekula immobilizálható a mikrostruktúra felületére.

Abstract in foreign language

I demonstrated that optical tweezer-based techniques are capable to explore living cells physical and biochemical properties. For example the measurement of Young’s modulus of endothelial cells or determination of adhesion force of preliminary functionalized microtools. These experiments could be carried out with precisely manipulated two-photon polymerized, purpose designed microstructures. In my thesis I investigated the glutathione's adhesion forces to brain endothelial cells using our novel holographic optical tweezer-based binding force measurement technique. In this series of experiments the used micromanipulators could prevent the cells from photodamage, furthermore the laser microfabrication made it possible to easily change the geometry of the micromanipulator’s probe as the experimental methodology required. In both type of measurement arrangements, we used a cell culturing method where the cells were grown on mask-lithography made walls, which were parallel to the optical axis what enabled us to measure the adhesion force and the stiffness in a direction perpendicular to the cell membrane by approximation of the cell via lateral movement of the trapped microstructure. Our method could be extended in the future to differentiate between multiple and single binding events, to characterize other BBB targeting ligands with the adhesion force on living cells or even to select novel targeting molecules. The functionalization protocol could be easily adapted to immobilize those molecules with covalent bonds, thanks to the variety of PEG-linkers.

View Item