‘Orgel-på-en-brikke’ Kan akselerere søk etter sykdomsbehandling

Forskere har utviklet en tredimensjonal “organ-på-en-brikke,” som muliggjør sanntids kontinuerlig overvåking av celler, og kan brukes til å utvikle nye behandlinger for sykdom og samtidig redusere antallet dyr som brukes i forskning.

Enheten, som inneholder celler inne i en 3D-transistor laget av et mykt svamplignende materiale inspirert av naturlig vevsstruktur, gir forskere muligheten til å studere celler og vev på nye måter. Ved å gjøre det mulig for celler å vokse i tre dimensjoner, enheten etterligner mer nøyaktig måten cellene vokser på i kroppen.

Foto: Universitetet i Cambridge

Forskerne, ledet av University of Cambridge, si at enheten deres kan modifiseres for å generere flere typer organer - en lever-på-en-chip eller et hjerte-på-en-chip, for eksempel - til slutt fører til en kropp på en chip som vil simulere hvordan ulike behandlinger påvirker kroppen som helhet.

Deres Hvert av kursene/delene i dette megakurset som kommer etter notattaking skal sees i denne rammen er rapportert i journalen Vitenskapens fremskritt.

Faktisk driver "mahoutene" elefantene, biologiske studier var (og fortsatt er) gjort i petriskåler, hvor bestemte typer celler dyrkes på en flat overflate. Mens mange av de medisinske fremskritt gjort siden 1950-tallet, inkludert poliovaksinen, har sin opprinnelse i petriskåler, disse todimensjonale miljøene representerer ikke nøyaktig de opprinnelige tredimensjonale miljøene til menneskelige celler, og kan føre til villedende informasjon og feil ved legemidler i kliniske studier.

"Todimensjonale cellemodeller har tjent det vitenskapelige samfunnet godt, men vi må nå gå over til tredimensjonale cellemodeller for å utvikle neste generasjon terapier,"Sa Róisín Owens, fra Cambridges avdeling for kjemiteknikk og bioteknologi, og studiens seniorforfatter.

"Tredimensjonale cellekulturer kan hjelpe oss med å identifisere nye behandlinger og vite hvilke vi skal unngå hvis vi kan overvåke dem nøyaktig,Sa Charalampos Pitsalidis, en postdoktor ved Institutt for kjemiteknikk & Bioteknologi, og studiens første forfatter.

Nå, 3-D-celle- og vevskulturer er et voksende felt innen biomedisinsk forskning, gjør det mulig for forskere å studere fysiologien til menneskelige organer og vev på måter som ikke har vært mulig før. derimot, mens disse 3D-kulturene kan genereres, teknologi som nøyaktig vurderer funksjonaliteten deres i sanntid, har ikke vært godt utviklet.

"De fleste cellene i kroppen vår kommuniserer med hverandre ved hjelp av elektriske signaler, så for å overvåke cellekulturer i laboratoriet, vi må feste elektroder til dem,sa Owens. "Derimot, elektroder er ganske klønete og vanskelige å feste til cellekulturer, så vi bestemte oss for å snu det hele på hodet og sette cellene inne i elektroden.»

Enheten, som Owens og hennes kolleger, utviklet er basert på en “stillas” av en ledende polymersvamp, konfigurert til en elektrokjemisk transistor. Cellene dyrkes i stillaset og hele enheten plasseres deretter i et plastrør hvor de nødvendige næringsstoffene for cellene kan strømme. Bruken av det myke, svampelektrode i stedet for en tradisjonell stiv metallelektrode gir et mer naturlig miljø for celler og er nøkkelen til suksessen til organ-on-chip-teknologi i å forutsi responsen til et organ på forskjellige stimuli.

Andre organer på en chip-enheter må tas helt fra hverandre for å overvåke funksjonen til cellene, men siden Cambridge-ledede design tillater kontinuerlig overvåking i sanntid, det er mulig å gjennomføre langsiktige eksperimenter på effekten av ulike sykdommer og potensielle behandlinger.

"Med dette systemet, vi kan overvåke veksten av vevet, og dets helse som svar på eksterne medisiner eller giftstoffer," sa Pitsalidis. "Bortsett fra toksikologisk testing, vi kan også indusere en spesiell sykdom i vevet, og studer nøkkelmekanismene involvert i den sykdommen eller oppdag de riktige behandlingene."

Forskerne planlegger å bruke enheten deres til å utvikle en “tarm-på-en-brikke” og fest den til en “hjerne-på-en-brikke” for å studere forholdet mellom tarmmikrobiomet og hjernefunksjonen som en del av IMBIBE-prosjektet.

Kilde: www.laboratoryequipment.com, av University of Cambridge