Yüksek Lisanslama Rejenerasyon Koşulları için Mikrofluidic Chips Uygulaması

Yaralanma veya osteoartritten zararlar dünya çapında milyonlarca etkiler, ancak etkili bir yenileme, en düşük mekanik özelliklerle birlikte tedavi edilebilir klinik zorluklara sahiptir. Yetişkin kartilage kapasitesi ve mevcut tedaviler - mikroküresel veya otologküllü kromatositler gibi - tam olarak kontrol edilen sıvılar, biyokimyasal gradyanlar ve mekanik uyaranlar, mikro ölçekli mikrobiyasyonelleri kullanarak bu tür mikrobiyolojik özellikleri kullanarak, mikrobiyönemlileri ve mikrobiyönlendirme olanaklarını araştırmak için bu tür mikrobiyönlendirme olanaklarını kullanarak, mikrobiyolojik olarak araştırır.

Mikrofluidic Chips'i Anlayın: Tasarım ve Kumaşlama

Mikrofluidic cips, aynı zamanda laboratuvar-on-a-çip cihazları olarak da bilinir, on ila yüzlerce mikrometreden gelen kanallardan oluşur. Bu kanallar genellikle polidimetilsiloxane (PDMS), cam veya termoplastikler yumuşak lithografi, sıcak emboslar veya enjeksiyon kalıplama ile karakterize edilir. Küçük ölçekli ölçek, üşük akış, hızlı ısı ve kütle transferi ve kütle transferi için izin verir ve stabil konsantrasyonun yaratılması - geleneksel iyi plakalar veya Petri yemekleri elde etmek imkansızdır.

Tipik bir kartilage mikrofluidic çip, hücreleri nereye koyarsa birçok paralel kanal veya oda içerir - yerli kartilasyonda meydana gelen geçici akışları taklit eder (MSC), veya değiştirilebilir pluripotent kök hücreleri (iPSCs) - uzun vadeli bir kültür ve sequential dosing deneyler.

Malzemeler ve Biocompatability

PDMS optik şeffaflığı nedeniyle en yaygın malzeme kalır, gaz geçirgenliği ve prototy olefin copolimer (COC) veya poli(til methacrylate) (PMMA)) ile yüzey kaplamalarını uygulama yoluyla ele alır. Araştırmacılar, fibronect veya korelasyonal siparlama gibi alternatif malzemeleri kullanarak bu konuya destek vermelidirler.

Cartilage Research için Microfluidic Chips'in temel avantajları

Mikrofluidic teknolojisinin yeniden yenilenmesi için çevirisi, geleneksel kültür yöntemleri üzerinde birkaç farklı fayda sunar:

Yüksek-Throughput Paralel Ekran

Konvansiyonel deneyler 96-da plakada iyi bir durumda, büyük miktarda hücre ve reaktif maddeler gerektiren bir durumdur. Mikrofluidic cips, tek bir cihazda onlarca veya hatta yüzlerce oda birleştirir, her bir faktör kombinasyonuna maruz kalır. Örneğin, bir gradient jeneratörü, sürekli bir büyüme faktörü konsantrasyonunu oluşturabilir, araştırmacıların tek bir deneyde en iyi doz tespit etmesine izin verebilir.

Minimiz Reagent Tüketim

Mikrofluidic kanalları alt-mikro litre hacimleri tutar, pahalı büyüme faktörlerinin miktarını azaltır, cytokines veya farmasötik bileşiklere ihtiyaç vardır. Bu özellikle de kemik morfogenetik proteinler (BMPs) gibi faktörler ve büyüme faktörü-beta (TGF-hidrojeni) dönüştürmek için önemlidir.

Precise Spatiotemporal Control

Mikro ölçekli çevre, kimyasal ve fiziksel cues üzerinde mükemmel kontrol sağlar. Araştırmacılar oksijen gradyanları, sanatik kartilage'ın hipoksal koşullarını modellemek veya entegre eylemciler aracılığıyla stres uygular ve büyüme faktörlerini statik iyi plakalarda sağlar ve yerel kartilagen mikroenvü tekrarlamak için kritiktir.

3D Kültür ve Doku Organizasyonu

Kartilage hücreleri, üç boyutta monokatli olduğu için daha fizyolojik davranır. Mikrofluidic cips, hidrojekteler (örneğin, agarose, alginate, kolajen) veya decellularit ekstra hücre matrisleri (ECM) bu metrikalarda gömülü hücreler, orta bölgeye ve su geçirmez bir bölge ile birlikte, yüzeysel ECM bileşenleri ve regret-sprecan ve kolajen tip II. Bazı gelişmiş cipsler, mikropiller veya göz ardı edilir.

Gerçek Zaman İzleme ve Entegrasyon

Optik şeffaflık, hücre morfolojiyi, promorfasyonunu ve göçü takip etme zamanı azaltımı sağlar.Bu sürekli veri akışı, dinamik ayarlamalar veya moleküler arıtlamalar ile birleştirildiğinde, çipler gerçek zamanlı olarak gen ekspresyonu veya protein salgılamaları hakkında rapor verebilir. Entegre elektrotlar, elektriksel olarak empresyon veya ekstrakser olmayan pH'ı ölçebilir.

Cartilage Rejenerasyon Araştırmasında Uygulamaları

Mikrofluidic cips geniş bir araçtilaj çalışmaları spektrumu boyunca, temel biyolojiden preklinik ilaç testlerine kadar kullanılmıştır. Aşağıdaki alt bölümler en etkili alanları vurgulamaktadır.

Büyüme Faktörleri ve Cytokines

MSC'lerin korondrositlerine ve korondrositin bakımı, sinyalizasyon moleküllerinin hassas bir dengesine bağlıdır. Mikrofluidic gradient jeneratörleri, TGF-LR3, BMP-2, BMP-7, insülin benzeri bir büyüme faktörü-1 (IGF-1), fibroblast büyüme faktörü-2 (FGF-2), ve Wnt modüller gibi mikrobiler, bir mikrobiyönlü bir ankete göre, bu tür bir mikrobiyginlik cihazda, her zamankinden farklı bir şekilde test eder.

Mekanik Stimuli

Mekanik yükleme, 1 Hz'de dinamik sıkıştırmayı göstermek için gereklidir ve iki stillü sinerjik tipi I (bir fibrokartilage işaretleyicisi) Bu cihazlarla birlikte, TGF-LR baskılarını kullanarak, bu cihazları egzersiz sırasındaki ortak ortamı ortaya çıkarmak için kullandı ve iki uyaran sinerjik sinerjik türü geliştirmekte yardımcı olur.

İlaç ve bileşik Ekran

Mikrofluidic çipler, kornetomik veya korelasyonel metalal proteinler için küçük çaplı taramalar sağlar, örneğin, resveratrol gibi doğal ürünler, resveratrol gibi, mikroflorokarbonatlı platformlar için intrarilişe edilen üç umut verici adayı tespit etti, matrix metalloproteinaz (MMP) aktivitesinin kiptooksisitesi olmadan azaltılabilmesini sağlar.

Biomalzemelerin ve Scaffolds'ların Değerlendirilmesi

Doğru scaffoldu seçmek, kartilage doku mühendisliği için kritiktir. Mikrofluidic cips, farklı polimer formülasyonları içeren veya mikrosferleri (örneğin, jelatin methakloyl, hipnozik asit, polietilen glikol) ve farklı bir çapraz bağlantı ile her biri çipin şarj edilebilirliği ile ceplenme, atomik erime ve mekanik bütünlüğü haftalar arasında bir miktar yüksek çözünürlükte bir kesintiye neden olabilir.

Co-Culture Models and Paracrine Signaling

Kartilage rejenerasyonu genellikle sinovial hücreleri ile birlikte, osteoblastlar veya bağışıklık hücreleri ile ilişkili farklı hücre tiplerini bölmek, mikro fakslar ile bağlantılı olarak farklı devretmelere izin vermek, bu tasarım, immünotülatif tedavilerin nasıl teşvik edildiğini ve bozulmasına neden oldu.

Kişiselleştirilmiş Tıp ve Hasta-Specific Ekran

İndüklenen pluripotent kök hücrelerin (iPSC) ve hasta-derived chondrosits, mikrofluidic cips, kişisel tarama için bir platform sunar. Hastanın kendi hücreleri üzerinde kültürleşmiş olabilir ve hassas tıbbın tespit edilebilirliğini ortaya çıkarabilir.

Tümleştirici teknolojiler Mikrofluidic Cartilage Araştırma Araştırma

Mikrofluidic çiplerin gücü diğer kesim teknikleri ile birleştirildiğinde daha da güçlendirilir.

3D Bioprinting

Biyoprinting karmaşık, hasta bazlı kartilage yapılara sahiptir, daha sonra dinamik kültür için mikrofluidic cipse entegre edilir. Örneğin, zonal hücre dağıtımları içeren biyoprinted scaffold, altkondral kemik arayüzü üzerinden besin sağlayan bir perfüzyon çipine yerleştirilebilir. Bu hibrit yaklaşım, uzun süreli büyük yapıların kültürüne olanak sağlar ve cerrahiksiyon stratejileri test etmek için bir platform sağlar.

Yapay Zeka ve Makine Öğrenme

Yüksek kodlu mikrofluidic deneyler büyük veri kümeleri üretiyor - görüntü, gen ekspres profiller, mekanik ölçümler. Makine öğrenme algoritmaları bu verileri, matrix üretimini tanımlamak ve tahmin etmek için gerçek zamanlı olarak, kapalı-loop optimizasyon sistemi oluşturmak için eğitildi.

Gerçek Zamanlı Görüntüleme ve Biyosensors

Biyosensor entegrasyondaki ilerlemeler sürekli anahtar biyomarkersin okumasına izin verir. Mikrofluidic çipler gömülü elektrokimyasal sensörler lakate, glukoz ve oksijen tüketimi oranları, chondrositsiyonların metabolik profili sağlar. Yüzey-enhanced Raman saçılma (SERS) sensörleri, MMP'leri gerçek zamanlı olarak bir araya getirerek bir araya gelebilir.

Vaka Çalışmaları ve Temsilcisi Buluşuyor

Mikrofluidic cipsin etkisini göstermek için, iki temsilci çalışması vurgulanmaktadır.

Örnek 1: Optimal TGF-LR3 ve BMP-2 MSC Chondrogenesis için Orantılılık Analizi

Lider bir biyomedikal mühendisliği laboratuvarında, insan MSC'leri 64 farklı TGF-LR3 kombinasyonlarına maruz bırakan mikrofloroluştu ve BMP-2 (0-100 ng /mL) 3D agarose jelinde tasarlandı. 21 gün perfüzyon kültürüne maruz kalan ng / 25 ay sonra, bu tür bir tilki yöntemin ve Gen ekspresyonunun gen ifadesi, SOX9'un en iyi şekilde değerlendirilmesinde kullanıldı.

Örnek 2: Osteoarthritic Chondrosits üzerinde yüksek performanslı Anti-Inflammatory Drug Ekran

Ayrı bir çalışmada, sekiz-inflamatuar bileşikten (celecoxib, diclofenac, prednis ile birlikte, 48 saat sonra, canlı / lekeli ve MMP-13 ELISA'nın sekiz anti-dose diclofenac (0.1 μM) bir romanda yapılan bir dizi tespit edildi.

Meydanlar ve Sınırlar

Onların sözlerine rağmen, mikrofluidic cips, kartilage araştırmalarında yaygın olarak kabul edilmeden önce birkaç engelle karşı karşıyadır.

Future Perspektifleri

Önümüzdeki on yıl muhtemelen mikrofluidic cipsi araçlatma araştırma ve ilaç geliştirmede standart bir araç haline gelecektir.

[FONT:0) Organ-on-a-çiz sistemlerle ilgili olarak:) Kartilage, kemik ve sinovium, tüm eklemleri modelleyecek.Bu sistemler, insan-relev olmayan bir ortamda yeniden yapılandırılabilir.

[FONT:0)Automation ve ticarileştirme:[Dönetici: Emulate, Mimetas ve TisssUse zaten ticari organ-on-a-çim platformları sunuyor. önceden tanımlanmış gradient jeneratörler ve mekanik eylemciler ticari olarak kullanılabilir hale gelebilir, giriş için bariyeri azaltır.

[FONT:0)Clinical çeviri:[Dönetici][/FONT][/FONT=0) Mikrofluidic çipler, kaliteli kontrol otologal krom implantlar veya ameliyattan önce en iyi scaffold-growth faktör kombinasyonu için ekran hasta hücreleri için kullanılabilir.

[FONT:0)Yönerge kabul:[D)Pekiz:[D)Pekiz:0)Pektör onayı:[FONT=0)PKKAT:0)Politika Yeni Uyuşturucu (IND) testleri için daha fizyolojik olarak ilgili veriler, FDA gibi düzenleyici kurumlar, hayvan testlerini araştırmak için yeni metodolojileri (NAMs) kullanarak yeni metodolojileri (NAMs) kullanırlar.

Dış Kaynaklar ve Daha Fazla Okuma

Daha derin teknik ayrıntılarla ilgilenen okuyucular için aşağıdaki referanslar mükemmel genel bakışlar ve orijinal araştırmalar sağlar.

  1. Bhatia, S. N., & Ingber, D. E. (2014). Microfluidic organlar-on-çiçekler. ) Bioteknoloji) 32 (8), -772.
  2. Visser, J., et al. (2015). Hidrojektif doku mühendisliği için Hidrojeklerin mikrofloresansı tarama. [Döneticileri:0)Biomalzemeler, 74, 2-12.ENFLT:2https://doi.org/10.1016/j.biomateryaller.2015.09.036).
  3. Luo, Z., et al. (2019). Yüksek performanslı bir darbe tarama osteoartrit tedavisi için s.AR:0) bir Chip) üzerindeLab, 19(7), 1219-1228.
  4. Mora-Boza, A., & García, A. J. (2020) Mikrofluidik Doku mühendisliği için platformlar. ) İleri Sağlık Malzemeleri, 9(22), 2001018......
  5. Park, S. E., et al. (2021) Organ-on-a-çizimi osteoartrit için: ortak inflamasyon ve uyuşturucu taraması.ETHFLT:0) İleri Fonksiyonel Malzemeler) 31(45), 2104457......

Sonuç olarak, mikrofluidic cips, en iyi büyüme faktörü kombinasyonlarını hızlandırarak, mekanik uyaranları, bu cihazlar, araçla onarım ve osteoartrit için etkili tedavilerin geliştirilmesini tam olarak kontrol etme ve gerçek zamanlı izleme yöntemlerinin birçok kısıtlamasını sunar.En iyi büyüme faktörü kombinasyonlarını hızlandırarak, mikroflores, ilaçlar ve biyomalzemeler, bu cihazlar hem temel araştırma ve biyotipik olarak etkili tedavi yöntemlerinin geliştirilmesini hızlandırmak için hazır hale gelir.