Magnetic manipulation of gravitational force during cell culture

Abstract

With the development of space technologies, one of the most important problems that astronauts will encounter in the planned manned space travels to the Moon and Mars in the near future is the reduced (<1g) gravitational force. Knowledge of the biological effects of partial gravitational force on long-duration space missions is limited. Therefore, it is important to investigate effects of partial gravitational force on physiological adaptation mechanisms. However, methodology to induce partial gravity is expensive and subjected to ethical constraints, therefore there is a need for new ground-based simulation platforms that are able to mimic the partial gravitational force. In this master's thesis, a new partial gravity platform was developed that manipulates gravitational force during cell culture using magnetic fields. First, the platform system was designed and fabricated, and then detailed protocols were described for its use in cell culture. In addition, the effect of simulated partial gravity on cell viability and morphology at the cellular level was examined. The results show that the simulated partial gravity of Mars and the Moon affects the viability and morphology of cells. This new low-cost and easy-to-use partial gravity platform can be used as a ground-based simulation system for gravitational space biology research at the cellular and molecular levels.

Uzay teknolojilerinin gelişmesiyle birlikte yakın gelecekte Ay ve Mars'a planlanan insanlı uzay yolculuklarında astronotların karşılaşacakları en önemli sorunlardan biri azalan (<1g) yerçekimi kuvvetidir. Kısmi yerçekimi kuvvetinin uzun süreli uzay görevlerinde biyolojik etkileri hakkındaki bilgiler sınırlıdır. Bu nedenle, kısmi yerçekimi kuvvetinin fizyolojik adaptasyon mekanizmaları üzerindeki etkilerinin araştırılması önemlidir. Bununla birlikte, kısmi yerçekimini üretebilen metotlar pahalıdır ve etik kısıtlamalara tabidir, bu nedenle kısmi yerçekimi kuvvetini taklit edebilen yeni yer tabanlı simülasyon platformlarına gereksinim duyulmaktadır. Bu yüksek lisans tezinde, manyetik alan kullanılarak hücre kültürü sırasında yerçekimi kuvvetini manipüle edebilen yeni bir kısmi yerçekimi platformu geliştirilmiştir. Öncelikle platform sistemi tasarlandı ve üretildi daha sonra hücre kültüründe kullanımı için ayrıntılı protokoller tanımlanmıştır. Ayrıca, simüle edilmiş kısmi yerçekiminin hücre canlılığı ve morfolojisi üzerindeki etkisi hücresel düzeyde incelenmiştir. Sonuçlar, simüle edilen Mars ve Ay'ın yerçekimi kuvvetinin hücrelerin canlılığını ve morfolojisini etkilediğini göstermektedir. Bu yeni düşük maliyetli ve kullanımı kolay kısmi yerçekimi platformu, hücresel ve moleküler seviyelerde yerçekimi uzay biyolojisi araştırmaları için yer tabanlı bir simülasyon sistemi olarak kullanılabilme potansiyeli taşımaktadır.