Nanostraw- and Nanopore-Based Transfection of Pancreatic Islet-Like β-Cell Spheroids In Vitro
(2026) PHYM01 20261Solid State Physics
Department of Physics
- Abstract
- Diabetes, characterized by high blood glucose due to β-cell dysfunction, remains one of the most common chronic diseases in the world. A promising method for diabetes research is nanoelectroporation using nanostraws and nanopores, which enables controlled delivery of molecular cargo into β-cells for genetic and epigenetic manipulation. However, most studies rely on 2D β-cell cultures, which limits physiological relevance. This thesis focuses on producing β-cell spheroids using the hanging droplet method and evaluating whether nanostraw- and nanopore-based electroporation can deliver small molecules (PI) and nucleic acids (pMax-GFP plasmid) into these spheroids. Additional experiments assessed spheroid handling during Ki-67 staining and... (More)
- Diabetes, characterized by high blood glucose due to β-cell dysfunction, remains one of the most common chronic diseases in the world. A promising method for diabetes research is nanoelectroporation using nanostraws and nanopores, which enables controlled delivery of molecular cargo into β-cells for genetic and epigenetic manipulation. However, most studies rely on 2D β-cell cultures, which limits physiological relevance. This thesis focuses on producing β-cell spheroids using the hanging droplet method and evaluating whether nanostraw- and nanopore-based electroporation can deliver small molecules (PI) and nucleic acids (pMax-GFP plasmid) into these spheroids. Additional experiments assessed spheroid handling during Ki-67 staining and explored fluorescent bead incorporation to examine particle distribution and potential release over time.
Physiologically relevant homotypic β-cell spheroids were successfully generated in vitro using the hanging droplet method, with the mean diameter comparable to human pancreatic islets. Results showed that nanoelectroporation can successfully deliver small cargos, such as propidium iodide, into the spheroids. Transfection of the larger pMax-GFP plasmids was much less successful, as only a few spheroids were transfected using nanostraws. Additional parameter optimization may improve the transfection efficiency. Furthermore, a β-cell spheroid fixation and staining method was developed using the adherent properties of the β-cells to prevent spheroid loss. Lastly, 2.1 µm fluorescent beads were randomly distributed within the spheroids, but incorporation was inconsistent and experiments to assess whether the spheroids could release the incorporated beads were not carried out. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- Tänk att kunna bota diabetes, en sjukdom där β-celler inte fungerar som de ska och drabbar miljontals människor världen över. Med sfäroider (små tredimensionella cellklumpar) är det möjligt att efterlikna de Langerhanska öarna i bukspottkörteln, som styr blodsockret via insulin och är centrala vid typ 2-diabetes. Väldigt små strukturer, såsom nanostrån och nanoporer kan utnyttjas för att föra in genetiska instruktioner till insulinproducerande β-cell-sfäroider och bidra till ökad förståelse av diabetes och möjliga vägar mot behandling eller botemedel. Syftet med detta projekt är att undersöka om nanoelektroporering kan användas för att föra in genetiskt material och små molekyler i sfäroider.
I detta projekt framställdes sfäroider som... (More) - Tänk att kunna bota diabetes, en sjukdom där β-celler inte fungerar som de ska och drabbar miljontals människor världen över. Med sfäroider (små tredimensionella cellklumpar) är det möjligt att efterlikna de Langerhanska öarna i bukspottkörteln, som styr blodsockret via insulin och är centrala vid typ 2-diabetes. Väldigt små strukturer, såsom nanostrån och nanoporer kan utnyttjas för att föra in genetiska instruktioner till insulinproducerande β-cell-sfäroider och bidra till ökad förståelse av diabetes och möjliga vägar mot behandling eller botemedel. Syftet med detta projekt är att undersöka om nanoelektroporering kan användas för att föra in genetiskt material och små molekyler i sfäroider.
I detta projekt framställdes sfäroider som bestod av β-celler. Dessa tredimensionella β-cell-sfäroider framställdes med en metod som heter ‘hanging droplet’ metoden, och efterliknar riktig vävnad bättre än celler som ligger i ett tunt skickt. I projektet användes sfäroiderna för att undersöka om det är möjligt att föra in nytt genetiskt material i dem genom att använda nanostrån och nanoporer via en metod som kallas för nanoelektroporering.
Små icke-genetiska lysande molekyler kunde föras in i sfäroiderna med hjälp av nanostrån och nanoporer samt nanoelektroporering. För större genetiska molekyler fungerade nanoelektroporeringen också, men i betydligt mindre utsträckning. Det är svårt att undvika förluster av sfäroider under hanteringen, vilket begränsar antalet sfäroider som kan analyseras. Mycket tid ägnades åt att hitta metoder för att minimera risken av förlust av sfäroider under experimenten med nanoelektroporering, vilket ledde till stora framsteg.
Projektet visade att en billig metod för att framställa β-cell-sfäroider för nanoelektroporering är möjlig. Dessutom motsvarade de formade sfäroiderna storleken hos riktiga Langerhanska öar. Genom att inkludera andra typer av celler från de Langerhanska öarna i sfäroiderna kan modellen göras ännu mer verklighetstrogen, och kan därmed bidra till utvecklingen av framtida diabetesbehandlingar.
För att studera vilka celler som kunde föröka sig i sfäroiderna, färgades de med särskilda markörer. Förökningen av cellerna i sfäroiderna skedde antingen i sfäroidernas ytterkant eller var jämnt fördelad genom hela sfäroiden. Som ett ytterligare sidoprojekt introducerades väldigt små självlysande plastkulor för att studera hur sfäroiderna inkorporerar och fördelar dem. Detta gjordes för att undersöka om sfäroiderna skulle kunna användas för att transportera och leverera olika ämnen, såsom medicin. Plastkulorna fördelades ojämnt och utan tydliga mönster i sfäroiderna. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
https://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9241298
- author
- Majdanac, Eldar LU
- supervisor
- organization
- course
- PHYM01 20261
- year
- 2026
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Transfection, Nanoelectroporation, Spheroids, Diabetes, Nanopores, Nanostraws
- language
- English
- id
- 9241298
- date added to LUP
- 2026-06-18 12:10:24
- date last changed
- 2026-06-18 12:10:24
@misc{9241298,
abstract = {{Diabetes, characterized by high blood glucose due to β-cell dysfunction, remains one of the most common chronic diseases in the world. A promising method for diabetes research is nanoelectroporation using nanostraws and nanopores, which enables controlled delivery of molecular cargo into β-cells for genetic and epigenetic manipulation. However, most studies rely on 2D β-cell cultures, which limits physiological relevance. This thesis focuses on producing β-cell spheroids using the hanging droplet method and evaluating whether nanostraw- and nanopore-based electroporation can deliver small molecules (PI) and nucleic acids (pMax-GFP plasmid) into these spheroids. Additional experiments assessed spheroid handling during Ki-67 staining and explored fluorescent bead incorporation to examine particle distribution and potential release over time.
Physiologically relevant homotypic β-cell spheroids were successfully generated in vitro using the hanging droplet method, with the mean diameter comparable to human pancreatic islets. Results showed that nanoelectroporation can successfully deliver small cargos, such as propidium iodide, into the spheroids. Transfection of the larger pMax-GFP plasmids was much less successful, as only a few spheroids were transfected using nanostraws. Additional parameter optimization may improve the transfection efficiency. Furthermore, a β-cell spheroid fixation and staining method was developed using the adherent properties of the β-cells to prevent spheroid loss. Lastly, 2.1 µm fluorescent beads were randomly distributed within the spheroids, but incorporation was inconsistent and experiments to assess whether the spheroids could release the incorporated beads were not carried out.}},
author = {{Majdanac, Eldar}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Nanostraw- and Nanopore-Based Transfection of Pancreatic Islet-Like β-Cell Spheroids In Vitro}},
year = {{2026}},
}