'อวัยวะบนชิป’ สามารถเร่งค้นหาการรักษาโรคได้

นักวิจัยได้พัฒนาสามมิติ “ออร์แกนออนอะชิป,” ซึ่งช่วยให้สามารถตรวจสอบเซลล์ได้อย่างต่อเนื่องตามเวลาจริง, และสามารถนำมาใช้เพื่อพัฒนาการรักษาโรคใหม่ๆ ควบคู่ไปกับการลดจำนวนสัตว์ที่ใช้ในการวิจัย.

อุปกรณ์, ซึ่งรวมเซลล์ภายในทรานซิสเตอร์สามมิติที่ทำจากวัสดุคล้ายฟองน้ำนุ่ม ๆ ซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากโครงสร้างเนื้อเยื่อดั้งเดิม, ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาเซลล์และเนื้อเยื่อในรูปแบบใหม่ได้. ด้วยการทำให้เซลล์เติบโตในสามมิติ, อุปกรณ์เลียนแบบวิธีที่เซลล์เติบโตในร่างกายได้แม่นยำยิ่งขึ้น.

รูปถ่าย: มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์

นักวิจัย, นำโดยมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์, บอกว่าอุปกรณ์ของพวกเขาสามารถปรับเปลี่ยนเพื่อสร้างอวัยวะได้หลายประเภท - ตับบนชิปหรือหัวใจบนชิป, ตัวอย่างเช่น - ในที่สุดนำไปสู่ร่างกายบนชิปซึ่งจะจำลองว่าการรักษาต่างๆส่งผลต่อร่างกายโดยรวมอย่างไร.

ของพวกเขา แต่ละหลักสูตร/ส่วนในหลักสูตรขนาดใหญ่ที่มาภายหลังการจดบันทึกควรเห็นในกรอบนี้ มีการรายงานในวารสาร ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์.

ตามเนื้อผ้า, การศึกษาทางชีววิทยาคือ (และยังคงเป็น) ทำในจานเพาะเชื้อ, ที่เซลล์บางชนิดเติบโตบนพื้นผิวเรียบ. ในขณะที่ความก้าวหน้าทางการแพทย์หลายอย่างเกิดขึ้นตั้งแต่ปี 1950, รวมทั้งวัคซีนโปลิโอ, มีต้นกำเนิดมาจากจานเพาะเชื้อ, สภาพแวดล้อมสองมิติเหล่านี้ไม่ได้แสดงถึงสภาพแวดล้อมสามมิติดั้งเดิมของเซลล์มนุษย์อย่างถูกต้อง, และสามารถนำไปสู่ข้อมูลที่ทำให้เข้าใจผิดและความล้มเหลวของยาในการทดลองทางคลินิก.

“แบบจำลองเซลล์สองมิติได้ให้บริการแก่ชุมชนวิทยาศาสตร์เป็นอย่างดี, แต่ตอนนี้เราต้องเปลี่ยนไปใช้แบบจำลองเซลล์สามมิติเพื่อพัฒนาการบำบัดรุ่นต่อไป,โรอิซิน โอเวนส์ . กล่าว, จากภาควิชาวิศวกรรมเคมีและเทคโนโลยีชีวภาพของเคมบริดจ์, และผู้เขียนอาวุโสของการศึกษา.

“การเพาะเลี้ยงเซลล์สามมิติสามารถช่วยให้เราระบุการรักษาใหม่ๆ และรู้ว่าควรหลีกเลี่ยงวิธีใดหากเราสามารถติดตามการรักษาได้อย่างถูกต้อง”,จาลาลัมโปส พิศสาลิดิษฐ์ กล่าว, นักวิจัยหลังปริญญาเอกภาควิชาวิศวกรรมเคมี & เทคโนโลยีชีวภาพ, และผู้เขียนคนแรกของการศึกษา.

ตอนนี้, 3-การเพาะเลี้ยงเซลล์ D และเนื้อเยื่อเป็นสาขาใหม่ของการวิจัยทางชีวการแพทย์, ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาสรีรวิทยาของอวัยวะและเนื้อเยื่อของมนุษย์ในแบบที่ไม่เคยมีมาก่อน. อย่างไรก็ตาม, ในขณะที่วัฒนธรรมสามมิติเหล่านี้สามารถสร้างขึ้นได้, เทคโนโลยีที่ประเมินการทำงานได้อย่างแม่นยำในแบบเรียลไทม์ยังไม่ได้รับการพัฒนาอย่างดี.

“เซลล์ส่วนใหญ่ในร่างกายของเราสื่อสารกันด้วยสัญญาณไฟฟ้า, ดังนั้นเพื่อติดตามการเพาะเลี้ยงเซลล์ในห้องปฏิบัติการ, เราจำเป็นต้องติดอิเล็กโทรดเข้ากับพวกมัน,” โอเวนส์กล่าว. "อย่างไรก็ตาม, อิเล็กโทรดค่อนข้างเทอะทะและติดยากต่อการเพาะเลี้ยงเซลล์, ดังนั้นเราจึงตัดสินใจพลิกทุกอย่างบนหัวของมันแล้วใส่เซลล์เข้าไปในอิเล็กโทรด”

อุปกรณ์, ซึ่ง Owens และเพื่อนร่วมงานของเธอ, พัฒนาขึ้นอยู่กับ a “นั่งร้าน” ของฟองน้ำโพลีเมอร์ตัวนำไฟฟ้า, กำหนดค่าเป็นทรานซิสเตอร์ไฟฟ้าเคมี. เซลล์จะเติบโตภายในโครงนั่งร้าน จากนั้นวางอุปกรณ์ทั้งหมดไว้ในหลอดพลาสติกซึ่งสารอาหารที่จำเป็นสำหรับเซลล์สามารถไหลได้. การใช้ความนุ่มนวล, อิเล็กโทรดแบบฟองน้ำแทนอิเล็กโทรดโลหะแข็งแบบดั้งเดิมให้สภาพแวดล้อมที่เป็นธรรมชาติมากขึ้นสำหรับเซลล์และเป็นกุญแจสู่ความสำเร็จของเทคโนโลยีออร์แกนบนชิปในการทำนายการตอบสนองของอวัยวะต่อสิ่งเร้าต่างๆ.

อวัยวะอื่น ๆ บนอุปกรณ์ชิปจะต้องแยกออกจากกันเพื่อติดตามการทำงานของเซลล์, แต่เนื่องจากการออกแบบที่นำโดยเคมบริดจ์ทำให้สามารถตรวจสอบได้อย่างต่อเนื่องแบบเรียลไทม์, เป็นไปได้ที่จะทำการทดลองระยะยาวเกี่ยวกับผลกระทบของโรคต่างๆ และการรักษาที่เป็นไปได้.

“ด้วยระบบนี้, เราสามารถตรวจสอบการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อได้, และสุขภาพที่ตอบสนองต่อยาภายนอกหรือสารพิษ,” พิทศลิดิส . กล่าว. “นอกจากการทดสอบทางพิษวิทยา, เรายังสามารถทำให้เกิดโรคเฉพาะในเนื้อเยื่อได้, และศึกษากลไกสำคัญที่เกี่ยวข้องกับโรคนั้นหรือค้นหาวิธีการรักษาที่เหมาะสม”

นักวิจัยวางแผนที่จะใช้อุปกรณ์ของพวกเขาเพื่อพัฒนา a “ไส้บนชิป” และแนบไปกับ “สมองบนชิป” เพื่อศึกษาความสัมพันธ์ระหว่าง microbiome ในลำไส้และการทำงานของสมองซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ IMBIBE.

แหล่งที่มา: www.laboratoryequipment.com, โดยมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์