Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences)
30 %
Panel
Physics
Department or equivalent
Institute of Biophysics (HUN-REN Biological Research Centre Szeged)
Participants
Búzás, András Dér, András Kelemen, Lóránd Oroszi, László Valkai, Sándor Vizsnyiczai, Gaszton
Starting date
2011-10-01
Closing date
2015-09-30
Funding (in million HUF)
33.113
FTE (full time equivalent)
7.02
state
closed project
Summary in Hungarian
A sejtek viselkedését dinamikusan befolyásolja a 3D környezete. Ez helyfüggő kémiai ingereket, elektromágneses tereket, kémiai attraktánsok gradiensét, haptotaxist takar. Ahhoz, hogy modellezzük a sejtek szerveken belüli természetes környezetét, új koncepciók szükségesek a sejtek viselkedését befolyásoló tényezők előállítása tekintetében. A nemzetközi együttműködési projekt egy bio-mimikai platform fejlesztését tűzi ki célul, amely a sejtek külső stimulusokra adott válaszainak kvantitatív vizsgálatára alkalmas térben és időben. A platform tartalmaz érzékelőket, amelyek érzékelik a sejtek válaszait, alkalmasak ingerek adására, és sejtek mozgásának, irányítására, mechanikai befolyásolására van bennük mód. A platform tartalmaz formázott topo-kémiai gradienseket, mikroelektródákat az elektromos tér modulálására, illetve irányított hatóanyag bevitelre, sejt jelátalakítókat, optikai és elektromos nanoérzékelőket., mindezt mikrofluidikai környezetben. Ezt a komplex és technológiailag kihívó programot multidiszciplináris együttműködésben valósítjuk meg, a következő fő célok mentén: • Az in-vivo környezet modellezése különböző hatások integrálásával • A sejtek viselkedésének monitorozása lokális érzékelők kombinált alkalmazásával • Megállapítjuk az ingerek és válaszok kvantitatív kapcsolatát
Summary
Cell behaviour is influenced by the 3D environment sensed dynamically by the cell. This involves topo-chemical-mechanical stimuli, electromagnetic fields, gradients of chemo-attractants, haptotaxis. In order to mimic the natural environment of the cells in an organ, new concepts are needed to provide the controlled cell-cell contacts that are one of the key factors in cell behaviour.
The international collaboration project plans the development of a bio-mimicking breadboard that for quantitative studies of cell response to external stimuli in time and space. The breadboard is engineered with sensing devices for measuring cell signals and supplying stimuli, as well as actuating devices and structures for directing the motion of the different cell types. The breadboard includes patterned topo-chemical gradients, micro-electrodes to modulate E-field and electronically controlled drug delivery, cell signal transducers based on organic field effect devices, optical and local specific nano-probes, as well as microfluidics for re-programming chemical flows. This complex and technologically challenging problem is addressed with a multidisciplinary partnership that will work in close cooperation to achieve the ambitious objectives: • Mimicking the in-vivo environment by integration of different stimuli; • Monitoring cell behaviour in-situ by a combination of local probes; • Establishing the quantitative correlations between stimuli and cell behaviour.
Final report
Results in Hungarian
Mikroorganizmusok viselkedésének részletes tanulmányozására alkalmas mikrofluidikai eszközök, eljárások kidolgozása, alkalmazása volt a pályázat célja. Létrehoztunk speciális mikrofluidikai rendszereket, amelyekben a környezeti hatások térbeli eloszlását tudtuk szabályozni, és így vizsgálni baktériumok viselkedését. Távlati alkalmazása mikrofluidikai eszközöknek a biológiai szervek modellezése, e tág területhez csatlakozik fejlesztésünk, amelyben endotél rétegek mikrofluidikai modellrendszerét alkottuk meg: e modellrendszeren részleteiben tanulmányozhatók a biológiailag nagyon fontos struktúrák valósághű körülmények között.
Vizsgálatokat folytattunk a mikrofluidikai környezetben végezhető mikrospektroszkópiai eljárások fejlesztésére is. Fém nanorészecskékkel borítottunk be fotopolimerizációval készített mikroeszközöket, ezekkel plazmonikus erősítés révén lokális fluoreszcencia gerjesztést, vagyis nagy térbeli feloldású mikrospektroszkópiát valósítottunk meg.
Results in English
The goal of the project was the development of microfluidic devices, procedures to detailed study of the behavior of microorganisms. We produced special microfluidics systems in which we could control the spatial distruibution of environmental factors thereby enabling the investigation of bacteria. Prospective application of such microfluidics systems is the modelling of biological organs. Our development belongs to this general trend in which we developed the microfluidic model of an endothelial wall: on this system the behavior of the endothelium cal be investigated in great detail and in realistic environment.
We conducted research in the development of spectroscoipic methods in microfluidics environment. We covered with metal nanoparticles microscopic microtools that we have produced by photopolymerization, with these we could achieve local enhancement of light excitation due to plasmonic resonance, this could excite local fluorescence. In effect we realized high spatial resolution local spectroscopy.
K. Nagy, O. Haja, S. Valkai, P. Ormos and P. Galajda: Flow-free Microfluidic Device for Studying Bacterial Chemotaxis, EMBL Conference: Microfluidics 2012, 2012
András Kincses, Fruzsina Walter, Sándor Valkai, Mária A. Deli, Pál Ormos and András Dér: Lab-on-a-chip tool for bioelectronic investigations, 9th European Biophysics Congress, EBSA2013, Lisbon, Portugal, July 13-17, 2013, 2013
András Kincses, Fruszina Walter, Sándor Valkai, András Petneházi, Tamás Czeller, Pál Ormos, Mária A. Deli, András Dér: Lab-on-a-chip tool for modelling biological barriers, XVIth International Symposium on Signal Transduction in the Blood-Brain Barriers, Sümeg, Hungary, September 12-14, 2013, 2013
Krisztina Nagy, Orsolya Haja, Ádám Kerényi, Sándor Valkai, Pál Ormos, Péter Galajda: Flow-free chemical gradient generator microdevice to study cell-cell communication, chemotaxis and evolution of bacteria, Implementation of Microreactor Technology in Biotechnology – IMTB 2013, 2013
1205L Oroszi, A Búzás, P Galajda, L Kelemen, A Mathesz, T Vicsek, G Vizsnyiczay and P Ormos: Dimensionality constraints of light-induced rotation, Applied Physics Letters, in press, 2015
F R. Walter, S Valkai, A Kincses, A Petneházi, T Czeller,S Veszelka, P Ormos, M A. Deli∗, A Dér: A versatile lab-on-a-chip tool for modeling biological barriers, Sensors and Actuators B Vol. 222 1209–1219, 2016
Aekbote, B. L.; Schubert, F.; Ormos, P.; Kelemen L.: Gold nanoparticle-mediated fluorescence enhancement by two-photon polymerized 3D microstructures, OPTICAL MATERIALS Vol: 38 301-309, 2014
