מה הם אורגניזמים על-ידי-א-צ'יפ טכנולוגיות?

מכשירים של Organ-on-a-chip הם מערכות מיקרו-מנועיות שמשחזרות תכונות פיזיולוגיות מפתח של איברים אנושיים בתוך קטן, לעתים קרובות שקוף, פלטפורמה.מכשירים אלה משלבים תאים חיים, בדרך כלל נשלטים על ידי בני אדם, עם ערוצים מיקרו-השפעה המאפשרים היתוך מבוקר של חומרים מזינים, חמצן ותרכובות בדיקה.על ידי חיקוי דינמי של רקמות - כולל כוחות מכניים כגון Shear מתגובה של מתח ודימום מאורגניזמים נשימה מתוחה או מזיהומים פונקציונליים אלה.

הטכנולוגיה התפתחה מהתכנסות של מיקרו-השפעהידים, הנדסת רקמות וביולוגיה תאים.טיפוסים מוקדמים התמקדו בתפקודי איבר יחיד, כגון ה-Val-a-chip שפותחה על ידי הקבוצה של דונלד אינבר במכון וויס, ששכפלה את איברי אלבואר-מלאריי מסורתיים.מאחר כך, שבבים המייצגים כבד, כבד, לב וכלי דם נוצרו באופן ספציפי לתאים פנימיים של תאים פנימיים, הנמצאים, הנמצאים בתוך תאים פנימיים, הנמצאים בתוך תאים פנימיים, כלומר, הנמצאים בתוך תאים פנימיים, כלומר, הנמצאים בתוך תאים פנימיים, כלומר, כלומר, הנמצאים בתוך תאים פנימיים, כלומר, הנמצאים בתוך תאים פנימיים, כלומר, הנמצאים בתוך תאים פנימיים, הנמצאים בתוך תאים פנימיים, הנמצאים בתוך תאים פנימיים, הנמצאים בתוך תאים פנימיים, הנמצאים בתוך תאים פנימיים, בתוך תאים פנימיים, כלומר, בתוך תאים פנימיים, כלומר, הנמצאים בתוך תאים פנימיים, הנמצאים בתאים פנימיים, הנמצאים בתוך תאים פנימיים, הנמצאים בתוך תאים פנימיים, הנמצאים בתוך תאים פנימיים של תאים פנימיים, הנמצאים בתאים פנימיים, הנמצאים בתוך תאים פנימיים, הנמצאים בתוך תאים פנימיים, הנמצאים בתוך תאים פנימיים של תאים פנימיים, הנמצאים בתאים פנימיים, הנמצאים בתאים פנימיים, הנמצאים

הצ'יפס בדרך כלל מוטבע באמצעות לימוזינה רכות עם פולידי מתילסקסולינה (PDMS), אלסטומר שקוף, ביו-אי לא עקבי יותר, גרסאות מתקדמות יותר משלבות חיישנים עבור pH, חמצן או התנגדות חשמלית, המאפשר ניטור רציף של יושרה מחסום או פעילות מטבולית.חלק מהמערכות כוללות גם מלמברנס מתוחה כדי לחקות את האופי האימפולסיבי של זרימת הדם.

יישום לימודי קרמיקה וחילונית

רקמות וחילוניות - קריונות, ורידים, כוויות - הן מרכזיות כמעט לכל תהליך פיזיולוגי, ממשלוח חמצן למעקב חיסוני. Dysfunction ברקמות אלה תחת מחלות גדולות כולל טרשת עורקים, סיבוכים מיקרו-וסקולריים הקשורים לסוכרת, שבץ, וגידול angiogenesis. אורגן-on-a-chip מציעים חלון ייחודי לתהליכים אלה על ידי מתן מודל חי, שלושה ממדים יכול להיות מכוד, או להיות מכוד, עם סמים פצועים, בזמן להיות מעצורים, או להיות מעצורים, בעת רזולוציה תאית, או להיות מעצורים, בעת רזולוציה.

מודל Atherosclerosis ו Thrombosis

טרשת עורקים, הצטברות של פלאטים בתוך העורקים, כרוכה באינטראקציות מורכבות בין תאים endothelial, מקרופילים דלקתיים, לימפואידים, ותאים שרירים חלקיים הנדסת צ'יפס עם תאים נוסטליים אנושיים וחשפו אותם לתאים ספציפיים של תאים חשמליים כגון: Crostological preicatestotication, כגון: CUSCretotic-totic-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to

עבור thrombosis, שבבים ניתן למצופה עם תת-סטריטים thrombogenic (למשל, קולגן או רקמות גורם) ומפוחד עם דם שלם כדי ללמוד היווצרות קרישה תחת זרימה. גישה זו שימשה כדי להעריך טיפולים אנטי-פלנט ואנטיקוגרנט, לחקור הפרעות דימום, ו קרישה פתולוגית לראות בתנאים כגון COVID-19-קשורהתאים שונים של טיפול תרופתית.

מחקר Angiogenesis ו-Vircular Reמודלing

אנגוגנזה - הצמיחה של כלי דם חדשים מן הקיימים - היא קריטית בפיתוח, ריפוי הפצע, וסרטן. שבבי ווסקולרי עוצבו עם תאים סמוכים עבור לראות תאים נוסטליים תאים perivascular, מופרד על ידי מאטריקס אפילנדר. על ידי הוספת גורמים אנטי-אנגיגנטיים (למשל, VEGF) ב ⁇ , החוקרים יכולים לצפות בתבניות סטריסטיות, כגון פיתוח, כלומר, תכונות מכניות, הן תכונות מכניות, הן תכונות מכניות, הן קריטיות, כמו קבוצות זמןיות, הן צורות מכניות, הן צורות של , הן צורות של 2, הן צורות של משחקות, הן צורות , הן , הן חיקוי, הן , הן , כמו קבוצות מכניות, הן מכניות, כלומר, הן , הן צורות , כלומר, הן חיקוי, כלומר, הן , כלומר, כלומר, הן קבוצות זמןיות, הן קבוצות מכניות, הן קבוצות פיתחו, הן קבוצות זמןיות, הן קבוצות VED, הן קריטיות, הן קידודיות, הן קבוצות זמןיות, הן ⁇ , הן ⁇ , הן קבוצות ⁇ , הן ⁇ , כמו צורות מכניות, הן קבוצות זמןיות, הן ⁇ , כמו קבוצות

בנוסף, צ'יפס יכול לדמות את המיקרו-סביבה של הגידול על ידי תאים אנדואולימיים עם תאים סרטניים.מודלים כאלה מסייעים ללמוד כיצד גידולים משותפים כלי דם עבור אספקת מזון וכיצד טיפולים אנטי-אנגיוגניים (למשל, bevacizumab) משפיעים על נורמליזציה כלי הדם של כלי הדם של כלי הדם המשותפים ל-FLT:0A לאחרונה תיארה נייר רב-ערוצי ש לשחזר את תאי ה-התקבתים של סרטן, כולל סגסוגת של תרופות פולשים, כולל פולשים לפלטפורמת סרטן , כולל:

Hypertension ו-Vircular Permeability

לחץ דם אלבדן משנה את הפונקציה endothelial, הגדלת vascular Permeability וקידום דלקת.מודלים של Organ-on-a-chip ניתן להיחשף ללחץ הידרוסטטי מבוקר ורמות זרימה כדי לחקות תנאים היפרגנטיים. החוקרים מדדו שינויים בתפקוד המחסום באמצעות עמידות חשמלית טרנזיטאלית (TEER) וצפו בדליפה מוגברת של עקבות פלואורנטיום.

יתרונות של מחקר וקטורן-על-ע-ע-צ'יפ במחקר וחילוני

The shift from traditional cell culture and animal models to organ chips brings several concrete benefits for vascular studies:

רלוונטיות פיזיולוגית

מנות תרבות סטטיות חסרות זרימה, אשר חיוני עבור יישור תאים קצה, ביטוי גנים ותפקוד. שבבי איברים לשלב מתח Shear, מתח מחזורי, הסרת פסולת, אשר כולם קריטיים לשמירה על אנדוריום נבדל, פונקציונלי.זה מוביל לתגובות סמים מדויקות יותר פרופילים רעילות. לדוגמה, תרופות שגורמות נזקי vascular חמורים בבני אדם - כגון כמה cheaptics עשוי להיות מפספסת בזרימה - אבל צ'יפס מבוסס סטטי.

ניכוי השימוש בבעלי חיים

בעוד מודלים בבעלי חיים היו יקרי ערך, הם לעתים קרובות נכשלים לחזות תגובות אנושיות עקב הבדלים במטבוליזם של סמים, תפקוד חיסוני, וביולוגיה רבת-גופית. שבבי איברים יכולים להחליף או להפחית את מספר החיות המשמשות בבדיקות בשלבים מוקדמים, היישר עם 3Rs (החלפת, ניכוי, ניכוי, סירוב) כמה חברות ומעבדות אקדמיות כבר משתמשים ב- API כדי לעבור לתרכובות, ובכך עלויות מוסריות.

High- Throughput Screening and Automation

פלטפורמות שבב איברים מודרניים נועדו עבור פורמטים רב-וול - 96 או אפילו 384 צ'יפס לכל צלחת - תואם עם מטפלות נוזליות ומערכות הדמיה אוטומטיות.זה מאפשר לחוקרים לבחון מאות תנאים בו-זמנית, בדיקת יעילות, רעילות ותופעות לוואי על רקמות פולשניות.

רפואה אישית

באמצעות תאי גזע בעלי ערך לחולה (iPSCs) או תאים ראשוניים של אנדופיליים מתורמים ספציפיים, שבבים פולשניים יכולים מודל וריאציות בודדות בתגובה לסמים או רגישות המחלה.לדוגמה, צ'יפס מקובע עם תאים מחול עם מוטציה גנטית בגן ה-tCH3 (שקשורה עם CADASIL) יכול לשחזר תכונות כגון פגום vasoreactivity.

מעקב בזמן אמת וחקירה

האופי השקוף של רוב חומרי השבבים מאפשר הדמיה חיה מתמשכת של סמנים פלואורצנטריים, מעקב אחר ריצוף חלבון, איתות סידן או הגירה תאים. חיישנים משולבים מספקים קריאה של צריכת חמצן, שינויים ב- pH או טיפות לחץ על פני הכלי. העושר הזה של נתונים זמניים מאפשר הבנה דינמית של ביולוגיה פולשנית כי נקודות קצה לא יכול לספק.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות התקדמות מהירה, טכנולוגיית איברים-על-עצ'יפ למחקרים פולשניים ניצבת בפני כמה מכשולים שיש להתגבר עליהם על אימוץ נרחב בהגדרות התעשייה וה קליניות.

מורכבות והתאמה

מארגן שבבים עם ג'ממות מדויקות, ציפוי אותם עם חלבונים ממטריקס סלולרי, ורואים אותם עם תאים קיימא דורש מומחיות טכנית. Batch-to-batch variability בייצור שבב או מיקור תאים יכול להשפיע על תוצאות ניסיוניות. מאמצי סטנדרטיזציה, כגון אלה בראשות המכון הלאומי של התקנים וטכנולוגיה (NIST) והארגון הבינלאומי לתקינה (ISO), הם להגדיר את רמות בקרת איכות, אך עדיין להסתמך על עיצובים קשים.

סקלאלה ועלויות

בעוד שחלק מהחברות יש שבבים של איברים מסחריים (למשל, צ'יפ-S1, צמיגים של TissUse של פלטפורמות מרובות-אורגניות), העלות של ענישה נותר גבוה יחסית בהשוואה לסוללה 96-well. Scaling עבור מסכי תרופות גדולים או אבחון קליני ידרוש חומרים זולים יותר (למשל, תרמופלסטים במקום PD) ורכבות אוטומטיות יותר.

שילוב של מערכות איברים מרובות

הגבול הבא הוא פיתוח של פלטפורמות "גוף-על-a-chip" אשר משלבות כמה שבבי איברים לאינטראקציות מערכתיות מודל.לדוגמה, שבב כבד יכול לטבול תרופה, ואת המטבולטים וכתוצאה מכך ניתן להעביר שבב פולשני כדי להעריך את הרעלים הסופיים שבבים שבבים של שבב כבד-חסן, אבל מערכות מרובות-אורגניות כאלה דורשות התאמה זהירה של שערי זרימה, מדיה, ומדורגת איברים מקושרים עבודה לאחרונה הוכיחה את יכולת העבודה של שבבים, כיפת לב, כמעט כמו שבבים, אך ורק שבב חיוני, כמעט שבבים של שבבים, אך ורק שבבים של שבבים של שבבים של שבבים, כמעט, אך ורק שבבים של שבבים של שבבים.

המונחים: 3D Tissues

רוב שבבי האיבר מודל כלי דם כמו 2D ערוצים, אבל ב vivo capillaries טופס מורכב 3D רשתות. Efforts כדי ליצור רקמות תלת-ממדיות בתוך השבבים - על ידי הטמעת תאים אנדוטיאליים ב הידרוגלים ומאפשר ארגון עצמי - הם מתקדמים באופן פעיל, עם זאת, השגת רשתות מיקרו-וסקולריות יציבה, אשר מחקה את ההיררכיה vivo נשאר אתגר הנדסי מרכזי כמו תבנית מעגלית (ש) או מתמוססת (שרטואלית) מאוחר יותר.

קבלה ואימות

עבור שבבי איברים להיות כלי סטנדרטי בפיתוח סמים, יש לאמת אותם נגד נתונים קיימים.ה- FDA, כחלק מהמודרניזציה של יישום תרופות חדש מחוספס (2012), עודד את השימוש בשיטות חלופיות.ב-2021, הסוכנות יזמה תוכנית פיילוט כדי להעריך את השימוש שבבי איברים עבור יעילות ובדיקות רעילות.

טכנולוגיות נהיגה התקדמות

כמה חידושים טכנולוגיים מאיצים את התועלת של שבבי איברים פולשניים:

  • (FLT:0) ,Induced pluripotent תאי גזע (iPSCs): FLT:1 לספק מקור בלתי מוגבל של תאים נוסטלימיים ספציפיים לחולה, ומאפשרת מודלים מותאמים אישית של מחלה.
  • (FLT:0)CRISPR-Cas9 העריכה:03FLT:1 מאפשר מבוא או תיקון של מוטציות גנטיות בקווי iPSC כדי ללמוד הפרעות מונוגניות.
  • (FLT:0) שילוב חיישן מתקדם: 1FLT:1 אופטי, אלקטרוכימי וחיישנים מכניים משובצים שבבים לספק נתונים בזמן אמת על תפקוד מחסום, בריאות תאים ואפקטים סמים.
  • ניתוח למידה של Machine Learning analysis: FLT:1 נתונים הדמיה תוכן גבוה מניסויים שבב יכול להיות לנתח על ידי אלגוריתמי למידה עמוקה לזהות שינויים מורפולוגיים עדינים החיזוי יעילות סמים או רעילות.
  • (FLT:0) בקרים מיקרו-השפעהיים: אנדרופט (איור 1) מכשירים המסדירים במדויק את זרימת הדם, לחץ וטמפרטורה על פני שבבים מרובים בו זמנית הופכים זמינים מסחרית, צמצום יכולת תלותית של משתמשים.

דוגמאות לפלטפורמת ההרחבה של Organ-on-a-Chip למחקרים וחילוניים

כיום משתמשים במספר פלטפורמות מסחריות ואקדמיה:

עקבו אחרי VivoChip

מערכת VivoChip (Em, Inc.) משתמשת בעיצוב קנייני של איבר שבב עם שני ערוצים מקבילים מופרדים על ידי membrane ⁇ , המאפשר coתרבות של תאים נוסטליים עם סוגים אחרים של תאים (למשל, אפיליום ריאות או מחסום מעיים). החוקרים יכולים ליישם מתח מחזורי כדי לדמות נשימה או peristalsis.הפלטפורמה שימשה כדי ללמוד vasage in acular vasage in vasage in vastsissivesivesivesives.

Mimetas OrganoPlate

Mimetas (Netherlands) מציעה צלחת רב-וול, מיקרו-השפעה המשתמשת ממטריקס ג'ל תלת-ממדי כדי לתמוך היווצרות כלי שיט. תאים אנדואלי להתארגן לתוך צינורות בלתי ניתנים להשגה בתוך הג'ל, יצירת רשת 3D capillary פיזיולוגית יותר. פלטפורמה זו תואמת הדמיה גבוהה תוכן ומשמשת עבור בדיקת angiesis ו metavastravasation assays.

החידושים הביולוגיים של PhysioMimix

מערכת ה-PhysioMimix Multi-organ של CN מתחברת עד שמונה שבבי רקמה בלולאה נוזלית מרתיעה.זה כבר הועסק כדי ללמוד חילוף החומרים של תרופות ולהסיע מעבר לציר גירוי הלבבי, ולוכד אפקטים מערכתיים המשפיעים על קצה ההפוגה.

Outlook

טכנולוגיות של סגסוגת איברים-על---עצ'יפ למחקרי רקמות פולשניות עברו מהוכחה-of-תפיסה לחבילה הולכת וגוברת של כלים מתואמתים.היכולת שלהם לבודד את זרימת הדם, כוחות מכניים, ואינטראקציות רב-תאיות הופכות אותם הכרחיות להבנת ביולוגיה פולשנית ומועמדים טיפוליים.כפי שטכניקות ייצור משופרות, עלויות, וקבלה רגולטורית, השבבים הללו הופכים למרכיב סטנדרטי של מערכות מחקר פרה-אורגניבות-מין, אשר דורשות-מין, אשר מאפשרות להרחיב את המודלים של מערכות הכוח הטכניקות נוספות.

בעשור הקרוב, אנו יכולים לצפות לראות שבבים פולשניים המשמשים באבחון קליני - למשל, כדי לקבוע את הסיכון של המטופל הבודד של רעילות פולשנית המושרה לסמים לפני שקודם לכן, ההתכנסות של שבבי איברים עם תאים גזע מותאמים אישית, עריכת גנים ואינטליגנציה מלאכותית תיצור פרדיגמה חדשה למחקר פולשני, אחד הוא יותר צפוי, אנושי, יותר, ובאופן ישיר יותר לבריאות האנושית.