52 Hafta Bilim / 24. Hafta — Bilene Soruyoruz | Kevin Jahnke
Merhaba! 52 Hafta Bilim’in 24. bolumunde, gorusmeyi gerceklestirdigimiz tarih itibariyle Almanya’da doktora egitimini tamamlamak uzere olan Kevin Jahnke ile konustuk. Bu yaziyi 52 Hafta Bilim web sitesi uzerinden de okuyabilirsiniz.
Çalışmalarınızın detaylarına girmeden önce bize biraz kendinizden bahsedebilir misiniz?
Merhaba! Bana burada olma şansını verdiğiniz için teşekkür ederim. Ben Kevin ve Max Planck Tıbbi Araştırmalar Enstitüsü’nde (Max Planck Institute for Medical Research) Kerstin Göpfrich’in laboratuvarında çalışan bir PhD öğrencisiyim. Heidelberg Üniversitesi’nde fizik bölümünde okudum ve bu sırada araştırmalarıma bir süre boyunca Cambridge Üniversitesi’nde devam ettim. Şu anda biyofizik alanında çalışıyorum; daha detaylı bir şekilde söylemem gerekirse sentetik hücrelerin yukarıdan-aşağı (bottom-up) tekniğiyle üretilmesi konusu diyebilirim.
Before going into details with your research, can you please tell us about yourself?
Hello! Thank you for giving me the chance to be here. My name is Kevin and I am a PhD student in the Lab of Kerstin Göpfrich at the Max Planck Institute for Medical Research in Heidelberg. I studied physics at Heidelberg University with a research stay at Cambridge University and currently work in the field of in the field of biophysics, or more specifically on bottom-up synthetic cell assembly. To put it short: I try to build artificial cells from natural and synthetic components.
Çalışmalarınız COVID-19 sebebiyle yaşadığımız karantina sürecinden nasıl etkilendi? Evden çalışmak farklı bir deneyim olsa gerek; bu süreçte yoldan çıkmamak için bazı önerileriniz var mı?
Pandemi enstitüdeki gündelik hayatımızı oldukça fazla etkiledi. Yalnızca en önemli deneylerimizi yapabilmemize izin verilmeden önce enstitü haftalarca kapalı kaldı. Şu anda da mümkün olduğunca evden çalışıyoruz fakat en azından yavaş yavaş eski çalışma düzenimize geçiş yapıyoruz. Kapanma süreci boyunca online platformlar aracılığıyla günlük kahve buluşmalarını rutin hale getirdik. Bu çok faydalı oldu çünkü bir şekilde normal hayat izlenimi veriyor insana ve iş arkadaşlarınla iletişim halinde kalabiliyorsun. Buna ilave olarak ben kişisel olarak da bir rutin içerisinde kalmaya özen gösterdim (ne kadar mümkün olursa 🙂 ); pek çok online konferans ve konuşma takip ederek yoldan çıkmamaya çalıştım. Bu aslında oldukça zordu!
How your studies had affected from the quarantine period due to COVID-19 pandemic? Working from home surely should be a different experience; do you have any tips & tricks to stay in the road during this time?
The pandemic strongly affected our everyday life at the institute. At first, the institute was shut down for weeks before we were allowed to conduct only the most important experiments. Right now, we do homeoffice whenever possible but at least we returned to a more or less regular working routine. During the shutdown, we implemented daily coffee meetings via an online platform. This was great because it gave you a sense of normality and allowed you to stay in touch with your colleagues. Apart from that, I tried to follow a routine (as much as possible), to follow many online conferences or talks as well as tried not to lose track and stay focused. The latter was actually the hardest!
Yapay hücreler ile ilgili çalışıyorsun ve biz doku mühendisliği çalışmalarında genellikle canlı hücreler ile ilgileniyoruz. Benim kendi fikrime göre, şu an ilgilenilen ana konulardan birisi olmasa bile, bu iki konu gelecekte birbiriyle iç içe geçecek ve yapay hücrelerin doku mühendisliğindeki kullanımı oldukça önemli bir etkiye sahip olacak. Bu konuda sizin düşünceleriniz neler?
Daha fazla katılamazdım. Bence sentetik biyoloji, isteğe göre programlanabilen ve çalışması kolay olan kompartmanlar aracılığıyla bu tür gelişmiş ve iyi kurgulanmış çalışma alanlarına oldukça önemli katkılar sunabilir. Şu an “canlı” yapay hücre üretmek hala uzak bir geleceğin hedefi, fakat halihazırda pek çok grup bir araya gelmiş vezikül topluluklarının veya damlacık/parçacık kümelerinin davranışları ve hatta sentetik hücrelerin canlı hücreler ile olan etkileşimleri üzerine çalışıyor. Bu, benim öngörüme göre, gelecekte yapılacak doku mühendisliği ile ilgili keşiflerin temelini oluşturacak. Yine de doğal ve sentetik hücreler bir arada bulunduğunda gerçekleşen etkileşimlerin ve mekanizmaların aydınlatılmasının zor olacağını söylemek gerekiyor.
You are studying about artifical cells, and we mostly talk about living cells in tissue engineering applications. In my opinion, even if it is not a main topic for now, these 2 subjects will merge in future, and the use of artifical cells in tissue engineering applications will have a huge impact on the area. What is your opinion about that?
I could not agree more. I think synthetic biology can greatly enrich these well-established fields by providing compartments that are programmable and easy-to-handle. Currently, a “living” synthetic cell is still a distant goal for the future but there are already many groups trying to investigate the behavior of vesicle collectives as well as droplet populations or even the interaction of synthetic with natural cells. This, I foresee, will lay the foundation for future endeavors in tissue engineering applications. However, it will be difficult to elucidate the mechanisms and interactions that are at play when natural and synthetic cells coexist.
Araştırmalarınız yapay hücrelerin yukarıdan-aşağı (bottom-up) mühendisliği çerçevesinde gelişiyor. Bu şekilde üretilmiş parçacıkların, geleneksel bir şekilde aşağıdan-yukarı (top-down) tekniğinin uygulandığı doku mühendisliği araştırmaları çerçevesinde hücre — hücredışı ortam (ECM) etkileşimlerini daha iyi anlamamıza yardımcı olacağını düşünüyor musunuz?
Evet, öyle olacağını düşünüyorum. Sentetik hücreler model sistem anlamında oldukça önemli ürünler. Yukarıdan-aşağı sentetik biyolojide genellikle hücre boyutlu kompartmanların (mesela lipid bilayer damlacıkları) üretimi ile işe başlıyor ve devamında isteğe bağlı olarak bu kompartmanların içine bir şeyler ekleyip modifiye edebiliyoruz. Böylelikle, örnek vermek gerekirse, bir scaffoldu istenen şekilde degradasyona uğratarak canlı hücrelerin çoğalmasına yardımcı olacak bir sentetik hücre tasarlayabilirsiniz. Geleceğin neler getireceğini görmek heyecanlı olacak!
Your studies are shaping on bottom-up engineering of artificial cells. Do you think these engineered mimics can help us to understand the cell — extracellular matrix dynamics within traditional top-down approach for tissue engineering applications?
Yes, I think so. Synthetic cells are very beneficial as model system. In bottom-up synthetic biology, we usually start by creating a cell-sized compartment e.g. enclosed by a lipid bilayer that can then subsequently be loaded or modified to the custom needs. Thus, you could for example build synthetic cell that specifically degrade a certain scaffold, while the natural cells proliferate. It will be exciting to see how the field further develops!
Mikroakışkanlar şu an organ-on-chip uygulamaları için kullanılan en heyecan verici araçlardan birisi. Fakat siz bunu bizim kullandığımızdan biraz daha farklı bir şekilde kullanıyorsunuz. Bu konuda yayınlanmış bir kaç çalışmanız var (1, 2) ve son çalışmalarınızdan bazılarında oldukça ilginç bir yaklaşım gösterdiniz (3, 5). Basitçe canlı hücreleri, genellikle yapay hücre üretmek için kullandığınız kompartmanların içine yerleştirdiniz. Bu süreçte karşılaştığınız bazı sorunlar nelerdi, ve bunların üstesinden nasıl gelmeyi başardınız?
Genel çerçevede konuşmam gerekirse 2 temel problem vardı: birincisi, hücrelerin mikroakışkan kanalları tıkamasını istemiyorsunuz. İkincisi ise bunların ikinci bir akışkan ile etkileşime girmesini istemiyorsunuz; bu benim örneğimde DNA bağlayıcılar ile kapsül oluşumundan öncesinde yaşanabilecek etkileşimlerdi. Mikroakışkanlar minimum ölçekte sıvı harcanması açısından oldukça faydalı fakat bunun getirdiği bazı dezavantajlar da var. Yüksek sayıda hücre yoğunluğunun kullanımının sınırlanması buna bir örnek olarak gösterilebilir mesela. Kullanılan kanallar çok dar olduğu için, genellikle 10–100µm aralığında, yüksek sayıda hücre yoğunluğu kolayca tıkanmalara yol açabiliyor ve genellikle de kanalların alt tarafında birikme eğilimi gösteriyorlar. Bu sebepten ötürü hızlı çalışarak bu kanallara yüksek basınç uygulamak gerekiyor. Ancak bu, T şeklinde bir köşede birleşen ve akış hızını hassas bir şekilde kontrol etmeniz gereken, yalnızca 2 kanala sahip bir sistem için pek de kolay değil. Bu yüzden sıvı akış hızı ile uygulanan basınç arasında doğru bir dengenin kurulabilmesi gerekiyor. Üstüne üstlük, kapsül oluşumu sonrasında hücreler için optimum şartları sunabilecek bir ortamın sağlanabilmesi de kolay değil. Damlacık temelli çalışmalar için mesela, bu ortama gerekli besinlerin sürekli akışının sağlanması karşılaşılan sorunlardan birisi.
Microfluidics is one of the most exciting tools for organ-on-chip applications right now. Although, you are using these in a different way than we use. You have a couple of published work (1, 2), and you used an interesting approach in one of your recent studies (3, 5). You simply encapsulated living cells into a chamber which you generally use to produce aritificial cells. What type of problems were the ones you encountered mainly, and how have you solved these issues?
Generally speaking, I would say there are two main challenges: On the one hand, you don’t want the cells to clog the microfluidic channels or tubings and on the other you don’t want them to interact with a second fluid, which in my case contained DNA linkers, before the encapsulation. Microfluidics is great at dealing with the minimal amount of solutions but it also comes at a cost, if you for example want to encapsulate a high cell density. Because the channels are very narrow — typically ranging from 10–100µm — highly concentrated cells get stuck easily and also settle on the bottom after some time. For this reason, one needs to work fast and at high pressures from the inlets. However, this is difficult with a two-inlet device, where two channels meet before a flow-focusing T-junction, and you neatly need to adjust the fluid flows. Therefore, one needs to find the right balance between fluid velocity and fine-tuning of the applied pressures. Moreover, it is difficult to maintain an environment which is optimal for the cells after the encapsulation. In the droplet-based confinement, for instance, the continuous supply of nutrients can be a challenge.
Disiplinlerarası çalışmalara artan bir ilgi olmasına rağmen bazı kimseler için bazı yerleşmiş konseptleri değiştirmek kolay değil. Siz fizik bölümünden mezun oldunuz ve şu anda çalıştıklarınızı gören bazı kişiler için bu geçmişinizi duymak ilginç olabilir. Çünkü şu ana kadar konuştuğumuz konulara ilave olarak bazı çalışmalarınızda (2, 4), biyoloji / biyokimya konusu sayılabilecek olan DNA nanoteknolojisini de kullanıyorsunuz. Kendinizi hep biyo- ile alakalı konularda çalışırken mi hayal ettiniz, yoksa bu akademideki yolculuğunuzda zamanla gelişen bir ilgi miydi? Biyofizik alanında çalışmaya nasıl karar verdiniz?
Bu ilginç bir soru! Kabul etmem gerekiyor ki biyofizik ve biyo- ile ilgili konulara olan ilgim kesinlikle üniversite yıllarımda gelişti. Üniversite öncesinde kimya, biyoloji ve fizik her zaman ilgimi çekmişti fakat üniversite hayatıma başlar başlamaz teorik fizik çalışmaya karar vermiştim. Aslına bakarsanız bu fikrin ne zaman oluştuğunu ve teorik fizik kararımdan nasıl hızlı bir şekilde vazgeçtiğimi bilmiyorum, fakat pratik uygulanabilirliği olan, daha somut bir şeyler yapmak istiyordum! Bunun neticesinde bazı disiplinlerarası derslere katılarak bir çevre oluşturdum ve farklı alanlarda olan boşlukları birleştirmeye başladım. Buna bir kere tutulduktan sonra biyofizik alanında çalışmaya başladım ve fiziği kendi evim olarak hissediyor olmama rağmen hala daha kendimi biyoloji, kimya ve fiziğin birleştiği bir noktada görüyorum.
Although there is an increasing trend in interdisciplinary topics, it is hard to change some strictly placed concepts for some people. You have graduated from physics department, and your studies might be interesting for some when they hear your bachelor’s degree background. Because in addition to the topics we discussed, you are also using DNA nanotechnology for your studies (2, 4), which might be considered as a topic for biology/biochemistry -originated studies. Have you always seen yourself in bio-related topics, or is that something developed through your academic journey? How did you decide to study in biophysics?
That is an interesting question! I actually have to admit that my affection for biophysics and bio-related studies definitely arose during my studies at the university. I was always drawn to chemistry, biology and physics when I was still in school but the moment I started at the university I actually wanted to become a theoretical physicist. I honestly don’t know, where this idea came from and I also changed my mind rather quickly. I wanted to do something hands-on, something that is more tangible! Thus, I attended many interdisciplinary lectures making bridges and closing gaps in between the different fields. After that I was hooked, and followed the path of biophysics and still find myself at the interface of biology, chemistry and physics even though physics is where my home is.
Peki son olarak, sizin alanınızda çalışmak isteyenlere verebileceğiniz tavsiyeler var mı?
Tutku, motivasyon ve açık görüşlülük bence anahtar elemanlar! Sentetik hücre oluşumu oldukça disiplinlerarası bir alan ve bu da zaten bu konuyu bu kadar ilgi çekici yapan özellik. Farklı alanlara dair geniş bir bilgi sahibi olmak tabi ki avantajlı olacaktır fakat bu bir gereklilik değil. Farklı geçmişlere sahip olmanıza rağmen karşınızdaki kişiyi dinleyip anlayabilmek buna göre çok daha önemli bir özellik. Bu yüzden demek istediğim şey şu: biyofizik alanına ilginiz varsa, istediğiniz konuları çalışan bir grup ile iletişime geçerek bir staj ayarlayın (veya lisans tezinizi orada tamamlayın). Bu sayede bu çevrede çalışmanın nasıl bir şey olduğunu görebilir ve size göre bir şey olup olmadığına karar verebilirsiniz. Bunu yapmayı herkese tavsiye ediyorum!
And lastly, do you have any advice for people who want to study in your area?
I think enthusiasm, motivation and open-mindedness are key! The field of synthetic cell assembly is highly interdisciplinary and this is what makes it so interesting. A broad knowledge across fields is always advantageous but not strictly necessary. The ability to listen and trying to understand the person in front of you even though you have completely different backgrounds is much more important. Therefore, I would say if you are interested in the field of biophysics, just get in touch with a group you like and do an internship or your bachelor thesis there. This way you get to know how it is like working in this environment and if it is something for you. I can only encourage everybody to try it!
Bize ayırdığınız zaman için teşekkür ediyor ve çalışmalarınız için en iyi sonuçları diliyoruz!
Thank you for your time, and I am wishing you the best for your studies!
Giant Unilamellar Veziküller (GUV) — Yapay hücre kompartmanları ile ilgili daha fazlası:
Giant unilamellar veziküller (GUV) hücre boyutlu basit membran model sistemleridir ve lipid bileşiminde, şeklinde, mekanik özellik ve kimyasal bileşiminde farklılıklar içeren daha karmaşık biyolojik membranların çalışılması için oldukça faydalı araçlardır. — Kaynak
More on Giant Unilamellar Vesicles:
Giant unilamellar vesicles (GUVs) are simple model membrane systems of cell-size, which are instrumental to study the function of more complex biological membranes involving heterogeneities in lipid composition, shape, mechanical properties, and chemical properties. — Source
Kaynaklar:
1- An Integrated Microfluidic Platform for Quantifying Drug Permeation across Biomimetic Vesicle Membranes https://doi.org/10.1021/acs.molpharmaceut.9b00086
2- Programmable Functionalization of Surfactant‐Stabilized Microfluidic Droplets via DNA‐Tags https://doi.org/10.1002/adfm.201808647
3- Droplet‐Based Combinatorial Assay for Cell Cytotoxicity and Cytokine Release Evaluation https://doi.org/10.1002/adfm.202003479
4- Engineering Light‐Responsive Contractile Actomyosin Networks with DNA Nanotechnology https://doi.org/10.1002/adbi.202000102
5- Autonomous Directional Motion of Actin-Containing Cell-Sized Droplets https://doi.org/10.1002/aisy.202000190
Kevin Jahnke Google Scholar Profile, ORCID Profile, Group Page
Originally published at http://52haftabilim.wordpress.com on June 19, 2021.
