Wyss研究所的器官芯片智能和去电

Organs-on-Chips(器官芯片)正在成为强大的工具,让研究人员研究人类的生理器官和组织的方式不可能。通过模拟正常的血液流动,机械微环境,以及不同组织生活的物理接口与另一器官,它们提供了一个更加系统的测试方法比其他药物在体外最终可以替代动物实验的方法。

它可以周增长人类细胞分化成完整和功能组织器官内芯片,比如那些模拟肺和肠,和研究人员试图了解药物、毒素或其他扰动改变组织结构和功能,研究团队领导的生物工程研究所也因格贝尔一直在寻找办法无创性监测细胞的健康和成熟培养这些微流控设备在较长时期内。尤其难衡量的变化电功能器官内细胞生长的芯片通常电活动,如神经细胞在大脑或心脏细胞,在其分化和对药物的反应。

现在,因格贝尔的团队已经与Wyss核心教员工具包帕克和他的团队将解决这些问题通过合适的器官芯片嵌入电极,使准确和连续监测transepithelial电阻(te),广泛用于测量组织的健康和分化,以及实时评估活细胞的电活动,作为核心芯片中演示模型。

因格贝尔,医学博士博士是Wyss协会的创始董事和Judah Folkman的哈佛医学院和血管生物学教授在波士顿儿童医院血管生物学程序,以及哈佛大学的生物工程教授约翰·a·保尔森工程和应用科学学院(海洋)。帕克也塔尔家族海洋生物工程和应用物理学教授。

“这些电活动器官芯片帮助开启了一扇窗,让人类细胞和组织如何作用在一个器官上下文,而不必进入人体,甚至把细胞从我们的芯片,“因格贝尔说。“我们现在可以开始研究不同组织壁垒是如何实时受伤感染,辐射,药物暴露甚至营养不良,以及他们如何应对新再生疗法治愈。”

三通测量是用来量化离子电极之间的流动和跨tissue-tissue接口瀑特异的上皮和内皮的核心组件的许多研究所的人体器官芯片。上皮细胞形成组织层,覆盖我们的皮肤和我们大部分的内部器官的内表面,而邻blood-transporting血管和毛细血管内皮细胞线,支持他们的功能。这两种细胞层作为一个屏障保护器官的小分子和离子,使专业功能,如吸收在小肠或尿液分泌肾。相反,药物毒性、感染、炎症和其他有害刺激可以破坏这些障碍。三通测量基于离子通道限制或电阻,因此可以用来评估这两个细胞层和基线的功能完整性损害反应所引发的药物或其他有毒代理人。“用一种新的分层技术制造过程中,我们创建了一个微流控环境TEER-measuring电极定位芯片架构的组成部分,尽可能组织运行的两个平行生长在一个或两个频道,”奥利维尔·亨利说,博士,Wyss研究所员工工程师新器官芯片设计背后的驱动力。”与过去的电极设计,该固定几何形状允许精确测量完全类似的内部和之间的实验,并告诉我们如何组织这样的肺或肠道内的成熟渠道,保持形状和分解药物的影响下或其他操作。”

Wyss团队TEER-measuring器官的芯片设计发表在芯片上的实验室。其他作者除了因格贝尔和亨利·雷米Villenave,博士,博士后工作因格贝尔的研究中,威廉和Wyss研究者迈克尔·Cronce Leineweber和马克西米利安奔驰。

在第二项研究也报道了在芯片上的实验室,Ingber-Henry团队与装备帕克心脏生物学有很强的研究兴趣。共同努力,这个Wyss跨学科团队进一步加强三通芯片的功能通过整合Multi-Electrode-Arrays(量)芯片,可以测量电活性细胞的行为像跳动的心脏肌肉细胞。

使用TEER-MEA芯片,研究人员建立了一个跳动的心脏血管芯片中人类心肌细胞培养在一个微流体通道由一层半透膜分离从第二,平行endothelium-lined血管通道。测试芯片的新功能,团队治疗心脏血管芯片与一个已知的炎症刺激,专门破坏内皮屏障或直接作用于心肌细胞心脏兴奋剂。

“这种新芯片使我们现场表演电生理测量评估内皮屏障的完整性在使用三通测量,同时量化的跳动频率使用意味着心脏细胞。这使我们能够揭示药物如何影响心脏功能在一个场景,两个细胞群是紧密耦合的,”Ben象征说博士co-first作者在第二项研究中,他也是一个技术开发Wyss研究所研究员和帕克的组的成员。分享了象征与亨利和安娜Herland第一作者,博士,从事博士后工作因格贝尔的团队,现在皇家理工学院的助理教授,在斯德哥尔摩卡罗林斯卡研究所,瑞典。此外,这项研究是由威廉·Leineweber三个额外的帕克的组的成员,莫兰Yadid,博士,约翰•道尔和城镇Kujala,博士,Wyss罗伯特·曼尼克斯博士研究助理。爱德华•菲茨杰拉德,前研究生因格贝尔的团队。

“Organs-on-Chips的未来:检测芯片的实验者在数据收集的循环。连续数据采集器官的模仿是我们需要测量在长时间的实验药物的临床疗效和安全性。这些技术为我们提供粒度之前我们没有,”Kit帕克说。

Wyss研究所资助的研究和国防高级研究计划局(w911nf - 12 - 2 - 0036)。

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引用:

亨利,o . Y。Villenave, R。Cronce, m . J。Leineweber, w . D。、奔驰m。&因格贝尔,d . e . (2017)。与集成电极Organs-on-chips trans-epithelial电阻(te)人类上皮屏障功能的测量。芯片实验室。doi: 10.1039 / c7lc00155j

象征,b . M。Herland,。,亨利,o . Y。Leineweber, w . D。Yadid, M。柯南道尔,J。,。因格贝尔,d . e . (2017)。Organs-on-Chips结合多极阵列和transepithelial电阻测量功能。芯片实验室。doi: 10.1039 / c7lc00412e