Organ-on-Chips Organ Chips están surgiendo como herramientas poderosas que permiten a los investigadores estudiar la fisiología de los órganos y tejidos humanos de una manera que antes no era posible. Al imitar el flujo sanguíneo normal, el microambiente mecánico y la interacción física de los diferentes tejidosentre sí en órganos vivos, ofrecen un enfoque más sistemático para probar drogas que otros métodos in vitro que en última instancia podrían ayudar a reemplazar las pruebas en animales.
Como puede llevar semanas cultivar células humanas en tejidos intactos diferenciados y funcionales dentro de los chips de órganos, como los que imitan el pulmón y el intestino, y los investigadores buscan comprender cómo los medicamentos, las toxinas u otras perturbaciones alteran la estructura y función de los tejidos,El equipo del Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada dirigido por Donald Ingber ha estado buscando formas de monitorear de manera no invasiva la salud y la madurez de las células cultivadas dentro de estos dispositivos microfluídicos durante períodos prolongados. Ha sido particularmente difícil medir los cambios en las funciones eléctricas deCélulas que crecen dentro de Organ Chips que normalmente son eléctricamente activas, como las células neuronales en el cerebro o las células del corazón, tanto durante su diferenciación como en respuesta a las drogas.
Ahora, el equipo de Ingber ha colaborado con el miembro de la facultad de Wyss Core, Kit Parker, y su grupo para aportar soluciones a estos problemas al adaptar los chips de órganos con electrodos incrustados que permiten un monitoreo preciso y continuo de la resistencia eléctrica transepitelial TEER, un método ampliamente utilizadomedida de la salud y diferenciación de los tejidos, y evaluación en tiempo real de la actividad eléctrica de las células vivas, como se demostró en un modelo Heart Chip.
Ingber, MD, Ph.D., es el Director Fundador del Instituto Wyss y también el Profesor Judah Folkman de Biología Vascular en HMS y el Programa de Biología Vascular en el Boston Children's Hospital, así como Profesor de Bioingeniería en Harvard John A.Paulson School of Engineering and Applied Sciences SEAS. Y Parker también es profesor de la familia Tarr de bioingeniería y física aplicada en SEAS.
"Estos chips para órganos eléctricamente activos ayudan a abrir una ventana sobre cómo funcionan las células y los tejidos humanos vivos dentro del contexto de un órgano, sin tener que ingresar al cuerpo humano o incluso eliminar las células de nuestros chips", dijo Ingber. "Ahora podemoscomience a estudiar cómo las diferentes barreras de tejido se hieren en tiempo real por infección, radiación, exposición a medicamentos o incluso desnutrición, y cómo y cuándo sanan en respuesta a nuevas terapias regenerativas ".
La medición TEER se usa para cuantificar el flujo de iones entre electrodos y a través de la interfaz tejido-tejido hecha de un epitelio y endotelio específico de órgano que es un componente central de muchos de los chips de órganos humanos del Instituto. Las células epiteliales forman capas de tejidoque cubren nuestra piel y las superficies internas de la mayoría de nuestros órganos internos, mientras que las células endoteliales recubren los vasos y capilares adyacentes que transportan la sangre que apoyan sus funciones. Ambas capas celulares actúan como una barrera para las pequeñas moléculas e iones que protegen los órganosy permite funciones especializadas, como la absorción en el intestino o la secreción de orina en el riñón. Por el contrario, la toxicidad de los medicamentos, las infecciones, la inflamación y otros estímulos perjudiciales pueden romper estas barreras. Las mediciones de TEER, que se basan en la restricción del paso de iones o la resistencia eléctrica,por lo tanto, se puede utilizar para evaluar tanto la integridad funcional de referencia de estas capas celulares como las respuestas al daño que son activadas por dalfombras u otros agentes tóxicos."Utilizando un nuevo proceso de fabricación capa por capa, creamos un entorno microfluídico en el que los electrodos de medición TEER son componentes integrales de la arquitectura del chip y se colocan lo más cerca posible de los tejidos crecidos en uno o ambos canales paralelos.", dijo Olivier Henry, Ph.D., ingeniero del personal del Instituto Wyss que fue la fuerza impulsora detrás de los nuevos diseños de Organ Chip."A diferencia de los diseños de electrodos anteriores, esta geometría fija permite mediciones precisas que son completamente comparables dentro y entre experimentos, y que nos dicen exactamente cómo tejidos como el pulmón o el intestino maduran dentro de un canal, se mantienen en forma y se descomponen bajo la influenciade drogas u otras manipulaciones "
El diseño del Chip Organ de medición TEER del equipo Wyss se publica en Laboratorio en un chip . Otros autores además de Ingber y Henry fueron Remi Villenave, Ph.D., un becario postdoctoral que trabajaba con Ingber en el momento del estudio, y los investigadores de Wyss Michael Cronce, William Leineweber y Maximilian Benz.
En un segundo estudio también informó en Laboratorio en un chip , el equipo de Ingber-Henry colaboró con Kit Parker, que tiene un gran interés en la investigación de la biología cardíaca. Trabajando juntos, este equipo interdisciplinario de Wyss mejoró aún más la funcionalidad de los chips TEER al integrar Multi-Electrode-Arrays MEA en los chips quepuede medir el comportamiento de las células eléctricamente activas como latir las células del músculo cardíaco.
Usando el chip TEER-MEA, los investigadores construyeron un Heart Chip vascularizado que late en el cual los cardiomiocitos humanos se cultivan en un canal microfluídico que está separado por una delgada membrana semipermeable de un segundo canal vascular paralelo endotelio paralelo.Con las nuevas capacidades del chip, el equipo trató el Heart Chip vascularizado con un estimulante inflamatorio conocido que altera específicamente las barreras endoteliales o un estimulante cardíaco que actúa directamente sobre los cardiomiocitos.
"Este nuevo chip nos permite realizar mediciones electrofisiológicas en vivo para evaluar la integridad de la barrera endotelial en el corazón usando mediciones TEER, mientras cuantificamos simultáneamente la frecuencia de latido de las células del corazón usando MEA. Esto nos permite revelar cómo los medicamentos afectan el corazónfunciona en un escenario en el que las dos poblaciones celulares están estrechamente acopladas ", dijo Ben Maoz, Ph.D., coautor del segundo estudio, quien también es investigador de desarrollo tecnológico en el Instituto Wyss y miembro del grupo de Parker.Maoz compartió la primera autoría con Henry y Anna Herland, Ph.D., quienes trabajaron como becario postdoctoral en el equipo de Ingber, y ahora es profesor asistente en el Royal Institute of Technology y el Karolinska Institute en Estocolmo, Suecia., el estudio fue escrito por William Leineweber, tres miembros adicionales del grupo de Parker, Moran Yadid, Ph.D., John Doyle y Ville Kujala, Ph.D., y el investigador asociado de Wyss Robert Mannix Ph.D, y EdwardFItzgerald, un ex estudiante de posgrado en el equipo de Ingber.
"El futuro de Organs-on-Chips son chips instrumentados: la idea de que el experimentador se saca del circuito durante la recopilación de datos. La recopilación continua de datos de los imitadores de órganos es lo que necesitamos para medir la eficacia y la seguridad de los medicamentos durante mucho tiempoexperimentos de duración. Este tipo de tecnologías nos ofrecen una granularidad que no hemos tenido antes ", dijo Kit Parker.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en Harvard . Original escrito por Benjamin Boettner. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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