Transduktion av plasmid-komplex genom cellmembran med hjälp av akustofluidisk infångning
(2024) BMEM01 20241Department of Biomedical Engineering
- Abstract
- Improving plasmid transfection into cells is crucial in genetic disease research and treatment. The development of comprehensive, safe, effective, and scalable methods for introducing genetic material into cells poses a technically challenging task. Sonoporation, which utilizes pressure from ultrasonic waves to induce perforations in the cell membrane, enabling transfection, is an evolving method that, when combined with microfluidics, has the potential to meet these criteria.
This thesis investigates how acoustic trapping, enabled by the microfluidic platform AcouTrap-device, affects the permeability of the cell membrane in Raji, Hela, and Jurkat cells. This is accomplished by testing, iterating, and reporting different values for cell... (More) - Improving plasmid transfection into cells is crucial in genetic disease research and treatment. The development of comprehensive, safe, effective, and scalable methods for introducing genetic material into cells poses a technically challenging task. Sonoporation, which utilizes pressure from ultrasonic waves to induce perforations in the cell membrane, enabling transfection, is an evolving method that, when combined with microfluidics, has the potential to meet these criteria.
This thesis investigates how acoustic trapping, enabled by the microfluidic platform AcouTrap-device, affects the permeability of the cell membrane in Raji, Hela, and Jurkat cells. This is accomplished by testing, iterating, and reporting different values for cell and plasmid-lipid complex concentration, volume, flow rate, incubation time, and voltage across the ultrasound transducer. Various AcouTrap-based procedures are developed and documented. Viability and transfection rates are measured using green fluorescent proteins, which is transcribed and translated from the transduced plasmid-lipid complexes.
The best transfection rate achieved in our experiments using AcouTrap is 0.7‰ as indicated by manually counted GFP positive cells. In corresponding control tests using standard transfection technology, the estimated transfection rate is 5‰.
The low transfection rates are assumed to result from a combination of difficulties in capturing plasmid-lipid complexes near the cells and insufficient forces against the cells to generate perforations sufficient for the permeabilization of plasmid-lipid complexes. However, results are difficult to interpret as control transfection rates were lower than expected.
Potential future experiments could involve adjustments to channel geometry, frequency, and the incorporation of contrast agents into plasmids. (Less) - Abstract (Swedish)
- Förbättring av plasmidtransfektion till celler är av yttersta vikt vid forskning och behandling av sjukdomar baserat på genetiska tillvägagångssätt. Utvecklingen av omfattande, säkra, effektiva och skalbara metoder att införa genetiskt material i celler utgör en teknisk utmanande uppgift. Sonoporering, där trycket från ultraljudvågor orsakar perforering i cellmembranet, vilket möjliggör transfektion, är en metod under utveckling, vilken tillsammans med mikrofluidik kan uppfylla nämnda kriterier.
Med detta examensarbete undersöks hur akustisk infångning, möjliggjord av den mikrofluidiska plattformen AcouTrap, påverkar permeabilitet av cellmembran i Raji- Hela- och Jurkatceller. Detta görs genom att testa, iterera och redovisa olika värden... (More) - Förbättring av plasmidtransfektion till celler är av yttersta vikt vid forskning och behandling av sjukdomar baserat på genetiska tillvägagångssätt. Utvecklingen av omfattande, säkra, effektiva och skalbara metoder att införa genetiskt material i celler utgör en teknisk utmanande uppgift. Sonoporering, där trycket från ultraljudvågor orsakar perforering i cellmembranet, vilket möjliggör transfektion, är en metod under utveckling, vilken tillsammans med mikrofluidik kan uppfylla nämnda kriterier.
Med detta examensarbete undersöks hur akustisk infångning, möjliggjord av den mikrofluidiska plattformen AcouTrap, påverkar permeabilitet av cellmembran i Raji- Hela- och Jurkatceller. Detta görs genom att testa, iterera och redovisa olika värden på cell- och plasmid-lipidkomplexkoncentration, volym, volymflöde, inkubationstid och spänning över ultraljudsgivaren. Utveckling av olika rutiner kring AcouTrap testas och redovisas. Mätning av viabilitet och transfektionsgrad görs genom grönfluorescerande proteiner som transkriberas och translateras från de transducerade plasmid-lipidkomplexen.
Vid manuell räkning för de tester som genomgår AcouTrap och visar GFP-signal ges som bäst transfektionsgraden 0,7‰. I motsvarande kontrolltester uppskattas transfektionsgraden till 5‰.
De låga transfektionsgraderna antas bero på en kombination av svårigheter att fånga in plasmid-lipidkomplexen i närheten av cellerna och för svaga krafter mot cellerna för att alstra perforeringar tillräckliga för permeabilisering av plasmid-lipidkomplexen. Resultaten är dock svåra att tolka eftersom transfektionsgraderna på kontrolltesten var lägre än förväntat.
Tänkbara vidare experiment skulle kunna inkludera justeringar av kanalgeometri, frekvens och inkorporering av kontrastagenter till plasmiderna. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- Införing av genetisk material genom cellmembran med hjälp av akustofluidisk infångning
Vår uppgift är att, utan att orsaka alltför stor skada på cellen, föra in genetiskt material genom cellmembranet. Vi experimenterar med en innovativ metod där vi använder ljudvågor för att fånga in partiklar till en specifik punkt i ett vätskeflöde. Vi undersöker också om strömningarna i vätskan kan skapa tillräckligt stora hål i cellmembranen för att föra in det genetiska materialet.
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9162786
- author
- Eriksson, John LU
- supervisor
- organization
- alternative title
- Transduction of plasmid complexes through cell membranes using acoustofluidic trapping
- course
- BMEM01 20241
- year
- 2024
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Transfektion, Lipofektion, Akustofluidik, Mikrofluidik, Sonoporering, AcouTrap
- language
- Swedish
- additional info
- 2024-12
- id
- 9162786
- date added to LUP
- 2024-06-18 15:18:46
- date last changed
- 2024-06-18 15:18:48
@misc{9162786,
abstract = {{Improving plasmid transfection into cells is crucial in genetic disease research and treatment. The development of comprehensive, safe, effective, and scalable methods for introducing genetic material into cells poses a technically challenging task. Sonoporation, which utilizes pressure from ultrasonic waves to induce perforations in the cell membrane, enabling transfection, is an evolving method that, when combined with microfluidics, has the potential to meet these criteria.
This thesis investigates how acoustic trapping, enabled by the microfluidic platform AcouTrap-device, affects the permeability of the cell membrane in Raji, Hela, and Jurkat cells. This is accomplished by testing, iterating, and reporting different values for cell and plasmid-lipid complex concentration, volume, flow rate, incubation time, and voltage across the ultrasound transducer. Various AcouTrap-based procedures are developed and documented. Viability and transfection rates are measured using green fluorescent proteins, which is transcribed and translated from the transduced plasmid-lipid complexes.
The best transfection rate achieved in our experiments using AcouTrap is 0.7‰ as indicated by manually counted GFP positive cells. In corresponding control tests using standard transfection technology, the estimated transfection rate is 5‰.
The low transfection rates are assumed to result from a combination of difficulties in capturing plasmid-lipid complexes near the cells and insufficient forces against the cells to generate perforations sufficient for the permeabilization of plasmid-lipid complexes. However, results are difficult to interpret as control transfection rates were lower than expected.
Potential future experiments could involve adjustments to channel geometry, frequency, and the incorporation of contrast agents into plasmids.}},
author = {{Eriksson, John}},
language = {{swe}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Transduktion av plasmid-komplex genom cellmembran med hjälp av akustofluidisk infångning}},
year = {{2024}},
}