Vaskuler dokular çalışmalarında organ üzerinde çip teknolojilerinin kullanımı

Organ-on-a-Chip Teknolojileri Nedir?

Organ-on-a-çip cihazları, küçük, genellikle şeffaf, platformdaki insan organlarının anahtar fizyolojik özelliklerini yeniden yaratan mikromühendislik kanallarıdır. Bu cihazlar, genellikle insan-derivetif olarak canlı hücrelerden kaynaklanan stres ve döngüsel olarak, canlı organizmalarda gözlemlenen mikrofluidik kanallarla birlikte çalışır.

Teknoloji, mikrofluidics, doku mühendisliği ve hücre biyolojisinin yakınlığından ortaya çıktı. Erken prototipler, akciğer-on-a-çizgi tarafından geliştirilen akciğer-ak-kücre-çiz-kole-küphesizler Enstitüsü'nde, bu da alveolar-kapillary arayüzünü tekrarladı. O zamandan beri, karaciğeri, böbrekleri, bağırsakları ve kan damarlarını temsil eden çipler, özellikle de, endothelyumu - iç astarı - mikros içinde - araştırmacıların gerçek zamanlı etkileşimleri gözlemlemesine izin veriyor, normal bir şekilde kas geçirmez hücreleri ve bağışıklık koşulları altında,

Kapsüller genellikle yumuşak lithografiyi polidimetilsiloxane (PDMS), şeffaf, biyo uyumlu elastomerler ile birlikte imal edilir. FDA gibi daha gelişmiş versiyonlar organ torbalarını ilaç testi ve toksisite taraması için sürekli izleme imkanı sağlar) Bu modellerin preklinik araştırmalarında sinyalizasyonunu içerir.

Vascular Tound Studies

Vascular – arterler, vens, capillaries – neredeyse her fizyolojik süreç için merkezidir, oksijen kullanımı bağışıklık gözetimine yönelik olarak, aorlaroz, diyabetle ilgili mikrovasküler komplikasyonlar, in vitro ve tümör angiogenez platformları, canlı, üç boyutlu bir tekne modeli sağlayarak bu süreçlere eşsiz bir pencere sunar.

Atherosclerosis ve Thrombosis

Atherosclerosis, plakların inşa edilmesi ve onları osilasyon veya rahatsız edici akış kalıplarının oluşturulmasını içerir.Bu çipler, atherogenezlerin erken aşamalarını yeniden yapılandırabilir ve kanserli permeability, monosit distesion ve köpüklü formlar gibi bir şekilde ortaya çıkabilir.

tromboz için, çipler trombosit ve antikoagulant tedavileri değerlendirmek için kullanılabilir ve akciğer tıkanıklığı gibi koşullarda görülen patolojik pıhtılaşmalar ve tüm kanla birlikte kana dönüşür.Bu yaklaşım, anti-profeksiyon ve antikoagulant tedavileri değerlendirmek için kullanılmıştır, kanama hastalıkları araştırmak ve akciğersel pıhtılaşmalar, ve akciğer hastalıklarının klinik olarak görülen patolojik pıhtılaşma riskinin artırılmasına olanak sağlar.

Angiogenesis ve Vascular Yeniden Modelleme Çalışması

Angiogenez - mevcut olanlardan yeni kan gemilerin büyümesi - gelişimde kritik, yara iyileşmesi ve kanser. Vascular cips, ekoterik hücreler ve perivasküler hücreler için, bir matrisli taşıyıcı tarafından ayrılmış, gemi yönünde bir rol ekleyerek, statik kültürlerde yakalamak zor bir rol bulmakta.

Ek olarak, çipler, kanser hücreleri ile birlikte endotel hücreleri tarafından konültüring endotelyal hücreleri nasıl tedavi edilen tümörler ko-opt kan damarlarını bevacizumab ile nasıl bir araya getirirler (örneğin, damar kanallarını test etmek için bir platform sunar.) Son zamanlarda yapılan bir bilim makalesi, metastatik kalibreli cascade) ile yeniden canlandıran bir platformdur.

Hipertansiyon ve Vascular Permeability

Elevated kan basıncı değişiklikleri endoteltal fonksiyonu, artan vaskülatif permeability ve floresan izlerin sızıntısını kontrol etmek için yumuşak kas hücreleri ve vasodilatörlerin nitrik oksit bağışçıları gibi etkilerini ölçmek için maruz kalabilirler.Bu yaklaşım, mikrovaskülerin zararlarının (TEER) ve artan bir şekilde azaltılması ve fluorsan izileyici bileşiklerin daha iyileştirici bileşikler için bir görüntülenmesini sağlar.

Organ-on-a-Chip'in Vascular Araştırmasında Avantajları

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

Fizikik Relevance

Statik kültür yemekleri akışı eksikliği, endotelal hücre hizası, gen ifadesi ve fonksiyonu için önemlidir. Organ cipsi hear stresi, döngüsel olarak genişletir ve atık kaldırılması, tüm bunlar farklı bir şekilde tespit edilebilir, fonksiyonel endothelium. Bu, insanlara ciddi bir damar yaralanmasına neden olan ilaçlara yol açar - bazı sinapötikler gibi - akış tabanlı çiplerde tespit edilebilir.

Hayvan Kullanımının Azaltılması

Hayvan modelleri paha biçilmez olsa da, genellikle ilaç metabolizması, bağışıklık fonksiyonu ve damar biyolojisi ile ilgili tür farklılıkları tahmin edemiyorlar. Organ cipsi erken aşama testlerinde kullanılan hayvanların sayısını değiştirebilir veya azaltılabilir, 3Rs (Rement, Reinement, Reinement) prensibi ile uyum sağlar. Bazı şirketler ve akademisyenlerin organ çiplerini in vivo çalışmalara gitmeden önce ekran bileşiklere kullanarak zaten organ cipsleri kullanmasına izin verebilirler.

Yüksek performanslı ve Otomasyon

Modern organ çip platformları multi-well formatları için tasarlanmıştır - plaka başına 96 veya hatta 384 çip - otomatik sıvı eller ve görüntüleme sistemleri ile uyumludur. Bu, araştırmacıların aynı anda yüzlerce koşulu test etmesine, prespektif dokular için taramasına olanak sağlar.Bu tür bağlantı geleneksel hayvan modelleri veya karmaşık organotypic kültürlerle ulaşılamaz.

Kişiselleştirilmiş Tıp

Hastaya bağlı olarak, pluripotent kök hücreler (iPSC) veya birincil endotel hücreleri belirli bağışçılardan kullanarak, vasküler cips, ilaç yanıtlarında bireysel varyasyonları veya hastalık algılayıcılığı tahmin edebilir. Örneğin, kromozomlar, sıfırlar, sıfırlar, sıfır olmayan bir genetik mutasyonla birlikte CADASIL ile karıştırılabilir) hastalık özellikleri yeniden üretebilir.

Gerçek Zaman İzleme ve Sorgulama

Çoğu çip malzemesinin şeffaf doğası sürekli canlı-telif floresan işaretlerinin görüntülemesine, protein yerelleştirmeyi takip etmesine veya hücre göçünü sağlayarak tümleşik sensörler oksijen tüketiminin okumalarını sağlar, pH değişiklikleri veya basınç azalır. Bu zaman verilerin zenginliği, son noktanın sunamayacağı damar biyolojisinin dinamik bir anlayışını sağlar.

Meydanlar ve Gelecek Yollar

Hızlı ilerlemeye rağmen, damar çalışmaları için organ-on-a-çip teknolojisi endüstri ve klinik ortamlarda yaygın olarak kabul edilmek için gereken birkaç engelle karşı karşıyadır.

Kompleksi ve Reproducability

Basit geometrilerle doluplar, onları ekstra hücreli matrix proteinlerle kaplamak ve onları uygun hücrelerle tohumlamak teknik uzmanlık gerektirir. Batch-to-batch variability in production or cell resource can affect experimental results. Standardization çabaları, such as those by the National Institute of Standards and Technology (NIST) and International Organization for Standardization (ISO), kalite kontrol ölçümlerini tanımlamak için altındadır.

Scalability and Cost

Bazı şirketler ticarileşmiş organ çipleri (örneğin, Emulate'nin Chip-S1, TisUse'in multi-organ platformlarını) sahipken, per-unit maliyeti önümüzdeki birkaç yıl içinde maliyetlerin düşmesi bekleniyor.

Birden fazla Organ Sistemlerinin Entegrasyonu

Bir sonraki sınır, endotelyal toksisitesini değerlendirmek için bir damar çipinin gelişimidir.In son çalışma, bir karaciğer çipinin bir ilaçı karıştırabilir ve sonuçlanabilmesi için endotelyal toksisitesinin önemli bir zorlukla aktarılabilir.Bu tür multi-organik sistemler, akış oranlarına dikkat etmek, medya kompozisyonuna ve organ ölçeklendirmeye hizmet eder.Son çalışma, karaciğeri gösteren bir optik diskojektifik sistemle bağlantılı bir çalışmadır.

3D Dokunuşu

Çoğu organ çip modeli kan damarlarını 2D kanal olarak taşır, ancak in vivo kapiller karmaşık 3D ağlar oluşturur.In vivo dokular çip içinde 3D damarlı dokular oluşturmak için çabalayın - daha sonra çözünen bir veya biyovasküler yapıların biyovaskülasyona izin vermek aktif olarak araştırılır.

Kabul ve Geçerlilik

Organ çipleri ilaç geliştirmede standart bir araç haline gelmek için, mevcut veri setlerine karşı doğrulanmalıdır. FDA, Abbreviated New Drug Application (2012)'in bir parçası olarak, birden çok ilaç ve hastalıkla ilgili kapsamlı bir uygulama gerektirecektir.

Key Technologies Araba İlerleme

Çeşitli teknolojik yenilikler, damar organ çiplerinin faydasını hızlandırıyor:

Organ-on-a-Chip Platformları Vascular Çalışmaları için Örnekler

Ticari ve akademik platformların bir kısmı şimdi yaygın olarak kullanılıyor:

Emulate PHChip

PSPChip sistemi (Emulate, Inc.), oküler membran tarafından ayrılmış iki paralel kanalla özel bir organ-çiz tasarımı kullanır, diğer hücre tipleriyle birlikte endotel hücreleri (örneğin, akciğer epithelium veya bağırsak bariyeri) uygular. Araştırmacılar nefes almak için döngüsel olarak genişletilebilir.

Mimetas OrganoPlate

Mimetas (Netherlands), daha fizyolojik olarak gerçekçi 3D capillary ağı oluşturmak için 3D jel matrixini kullanan çok yönlü bir plaka sunar.Bu platform yüksek memnun edici tarama ve metastatiksel ekstraksiyon için kullanılmıştır.

CN Bio Innovations PhysioMimix

CN Bio's PhysioMimix multi-organ system bağlantıları recirating sıvıik döngüde sekiz doku çipine kadar bağlantı sağlamaktadır.Gruple-vasküler-liver eksende ilaç metabolizması ve taşımayı çalışmak için kullanılmıştır, endothelium'u etkileyen sistemi etkiler.

Genel Bakış

Organ-on-a-çipli hücreler için teknolojiler, preklinik araştırmalarının standart bir bileşeni haline gelme yeteneğinden dolayı, damar hastalıkları ve tarama tedavi adaylarının incelenmesi için vazgeçilmez hale getirir.Profesyonel olarak, maliyetleri azaltılır ve düzenleyici kabul genişleyen araçlarına göre, bu çipler, multi-organik araştırmaların standart bir bileşeni haline gelir. multi-organik sistemlerin entegrasyonu, güçlerini genişletecektir.

Önümüzdeki on yıl içinde, klinik tanılarda kullanılan damarlı cips görmeyi bekleyebiliriz - örneğin, insan sağlığına daha fazla doğrudan translatable bir ilaç-indüküler toksisitesini belirlemek için.Organizasyonlu organın yakınlaştırılması ve yapay zeka, daha öngörülebilir, daha insancıl bir paradigma yaratacak.