Un nuevo biosensor permite a los investigadores rastrear los niveles de oxígeno en tiempo real en los sistemas "organ-on-a-chip", lo que permite garantizar que dichos sistemas imiten más estrechamente la función de los órganos reales. Esto es esencial si los órganos están-un chip espera alcanzar su potencial en aplicaciones como pruebas de drogas y toxicidad.
El concepto de órgano en un chip ha atraído una atención considerable de los investigadores durante aproximadamente una década. La idea es crear estructuras biológicas a pequeña escala que imiten una función específica del órgano, como la transferencia de oxígeno del aire al torrente sanguíneode la misma manera que lo hace un pulmón. El objetivo es utilizar estos órganos en un chip, también llamados modelos microfisiológicos, para acelerar las pruebas de alto rendimiento para evaluar la toxicidad o evaluar la efectividad de los nuevos medicamentos.
Pero si bien la investigación de organ-on-a-chip ha logrado avances significativos en los últimos años, un obstáculo para el uso de estas estructuras es la falta de herramientas diseñadas para recuperar datos del sistema.
"En su mayor parte, las únicas formas existentes de recopilar datos sobre lo que sucede en un órgano en un chip son realizar un bioensayo, histología o utilizar alguna otra técnica que implique la destrucción del tejido", dice Michael Daniele, autor correspondiente de un artículo sobre el nuevo biosensor. Daniele es profesora asistente de ingeniería eléctrica en la Universidad Estatal de Carolina del Norte y en el Departamento Conjunto de Ingeniería Biomédica de NC State y la Universidad de Carolina del Norte, Chapel Hill.
"Lo que realmente necesitamos son herramientas que proporcionen un medio para recopilar datos en tiempo real sin afectar el funcionamiento del sistema", dice Daniele. "Eso nos permitiría recopilar y analizar datos continuamente, y ofrecer información más completa sobre lo que está sucediendo".Nuestro nuevo biosensor hace exactamente eso, al menos para los niveles de oxígeno ".
Los niveles de oxígeno varían ampliamente en todo el cuerpo. Por ejemplo, en un adulto sano, el tejido pulmonar tiene una concentración de oxígeno de aproximadamente el 15 por ciento, mientras que el revestimiento interno del intestino es de alrededor del 0 por ciento. Esto es importante porque el oxígeno afecta directamente la función del tejido.Si desea saber cómo se comportará normalmente un órgano, debe mantener niveles de oxígeno "normales" en su órgano en un chip cuando realice experimentos.
"Lo que esto significa en términos prácticos es que necesitamos una forma de monitorear los niveles de oxígeno no solo en el entorno inmediato del órgano en un chip, sino también en el tejido del órgano en un chip", dice Daniele."Y tenemos que poder hacerlo en tiempo real. Ahora tenemos una forma de hacerlo".
La clave del biosensor es un gel fosforescente que emite luz infrarroja después de ser expuesto a la luz infrarroja. Piense en ello como un flash de eco. Pero el tiempo de retraso entre el momento en que el gel está expuesto a la luz y cuando emite el flash de eco varía, dependiendo de la cantidad de oxígeno en su entorno. Cuanto más oxígeno haya, menor será el tiempo de retraso. Estos tiempos de retraso duran solo unos microsegundos, pero al monitorear esos tiempos, los investigadores pueden medir la concentración de oxígeno a décimas de porcentaje.
Para que el biosensor funcione, los investigadores deben incorporar una capa delgada del gel en un órgano en un chip durante su fabricación. Debido a que la luz infrarroja puede atravesar el tejido, los investigadores pueden usar un "lector" - queemite luz infrarroja y mide el eco del flash fosforescente para controlar los niveles de oxígeno en el tejido repetidamente, con tiempos de retraso medidos en microsegundos.
El equipo de investigación que desarrolló el biosensor lo ha probado con éxito en andamios tridimensionales utilizando células epiteliales de seno humano para modelar tejido sano y canceroso.
"Uno de nuestros próximos pasos es incorporar el biosensor en un sistema que realice ajustes automáticamente para mantener la concentración de oxígeno deseada en el órgano en un chip", dice Daniele. "También esperamos trabajar con otrosinvestigadores e industria de la ingeniería de tejidos. Creemos que nuestro biosensor podría ser un instrumento valioso para ayudar a avanzar en el desarrollo de órganos en un chip como herramientas de investigación viables ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :