Brain-on-a-chipEdit

Brain-on-a-chipedit

Brain-on-a-chipedit luovat rajapinnan neurotieteen ja mikrofluidiikan välille: 1) parantamalla kulttuurin elinkelpoisuutta; 2) tukemalla suuritehoista seulontaa; 3) mallintamalla elintason fysiologiaa ja sairauksia in vitro / ex vivo; ja 4) lisäämällä mikrofluidisten laitteiden suurta tarkkuutta ja viritettävyyttä. Aivot sirulla-laitteet kattavat useita monimutkaisuuden tasoja soluviljelmämenetelmien osalta. Laitteet on tehty käyttäen alustoja, jotka vaihtelevat perinteisestä 2D-soluviljelmästä 3D-kudoksiin organotyyppisten aivoviipaleiden muodossa.

yleiskatsaus organotyyppisistä aivosiivuista

Organotyyppiset aivosiivut ovat in vitro-malli, joka jäljittelee in vivo-fysiologiaa lisäteholla ja optisilla eduilla, joten ne sopivat hyvin yhteen mikrofluidisten laitteiden kanssa. Aivosiivuilla on etuja primaarisoluviljelyyn verrattuna siinä, että kudosarkkitehtuuri säilyy ja monisoluisia vuorovaikutuksia voi edelleen esiintyä. Niiden käyttö on joustavaa, sillä viipaleita voidaan käyttää akuutisti (alle 6 tuntia viipaleiden korjuun jälkeen) tai viljellä myöhempää koekäyttöä varten. Koska organotyyppiset aivosiivut voivat ylläpitää elinkelpoisuutta viikkoja, niiden avulla voidaan tutkia pitkäaikaisia vaikutuksia. Slice-pohjaiset järjestelmät tarjoavat myös kokeellisen pääsyn ja tarkan kontrollin solunulkoisiin ympäristöihin, mikä tekee siitä sopivan alustan sairauksien korreloimiseen neuropatologisten tulosten kanssa. Koska yhdestä aivosta voidaan irrottaa noin 10-20 viipaletta, eläinten käyttö vähenee merkittävästi verrattuna in vivo-tutkimuksiin. Organotyyppisiä aivoviipaleita voidaan erottaa ja viljellä useista eläinlajeista (esimerkiksi rotista), mutta myös ihmisistä.

ApplicationsEdit

Microfluidic devices on yhdistetty organotyyppisiin viipaleisiin viljelmien elinkelpoisuuden parantamiseksi. Organotyyppisten aivoviipaleiden (paksuudeltaan noin 300 mikronia) viljelyssä käytetään puolihuokoisia kalvoja, jotka luovat ilman ja väliaineen välisen rajapinnan, mutta tämä tekniikka johtaa ravinteiden ja liuenneiden kaasujen diffuusiorajoituksiin. Koska mikrofluidijärjestelmät mahdollistavat näiden välttämättömien ravinteiden ja kaasujen laminaarisen virtauksen, kuljetus paranee ja kudosten elinkelpoisuus paranee. Sen lisäksi, että normaalit viipaleet pidetään elinkelpoisina, aivosirualustat ovat mahdollistaneet paksumpien aivosiivujen (noin 700 mikronia) onnistuneen viljelyn huolimatta paksuuden aiheuttamasta merkittävästä kuljetusesteestä. Koska paksummat viipaleet säilyttävät enemmän alkuperäistä kudosarkkitehtuuria, aivosiruja käyttävät laitteet voivat saavuttaa enemmän ”In vivo-kaltaisia” ominaisuuksia solujen elinkelpoisuutta vaarantamatta. Mikrofluidilaitteet tukevat suuritehoisia seulontoja ja toksikologisia arviointeja sekä 2D-että slice-viljelmissä, mikä johtaa aivoille suunnattujen uusien hoitomuotojen kehittämiseen. Yksi laite pystyi seulomaan lääkkeet pitavastatiini ja irinotekaani combinatorisesti glioblastoma multiformissa (yleisin ihmisen aivosyöpä). Nämä seulontamenetelmät on yhdistetty veri-aivoesteen (BBB) mallintamiseen, mikä on merkittävä este lääkkeille, jotka on voitettava aivoja hoidettaessa, jolloin lääkkeen tehoa tämän esteen yli voidaan tutkia in vitro. Mikrofluidisia koettimia on käytetty väriaineiden toimittamiseen suurella alueellisella tarkkuudella, mikä tekee tilaa paikallisille mikroperfuusioille lääkesovelluksissa. Koska mikrofluidiset laitteet voidaan suunnitella optisesti, tämä mahdollistaa myös morfologian ja prosessien visualisoinnin tietyillä alueilla tai yksittäisissä soluissa. Aivosirujärjestelmä voi mallintaa elintason fysiologiaa neurologisissa sairauksissa, kuten Alzheimerin taudissa, Parkinsonin taudissa ja MS-taudissa tarkemmin kuin perinteisillä 2D-ja 3D-soluviljelytekniikoilla. Kyky mallintaa näitä sairauksia in vivo-tilaan viittaavalla tavalla on välttämätön hoitomuotojen ja hoitojen kääntämiseksi. Lisäksi brain-on-a-chip-laitteita on käytetty lääketieteelliseen diagnostiikkaan, kuten aivokudosviipaleiden syövän biomarkkeritunnistukseen.

LimitationsEdit

Brain-on-a-chip-laitteet voivat aiheuttaa soluille tai kudoksille leikkausjännitystä, joka voi johtaa soluvaurioihin. Nämä pienet kanavat tuovat myös alttiutta ilmakuplien ansoittamiselle, jotka voivat häiritä virtausta ja mahdollisesti vahingoittaa soluja. PDMS: n (polydimetyylisiloksaani) laajamittaisella käytöllä aivosirulaitteissa on joitakin haittoja. Vaikka PDMS on halpaa, muokattavaa ja läpinäkyvää, se voi absorboida proteiineja ja pieniä molekyylejä ja myöhemmin imettää niitä hallitsemattomalla nopeudella.

Lung-on-a-chipEdit

Lung-on-a-chipedit on suunniteltu parantamaan olemassa olevien alveolaari-kapillaari-rajapintamallien fysiologista merkitystä in vitro. Tällainen monitoiminen mikrolaite voi toistaa ihmisen alveolaarisen ja kapillaarisen rajapinnan keskeisiä rakenteellisia, toiminnallisia ja mekaanisia ominaisuuksia (eli elävän keuhkojen perusyksikön).

Dongeun Huh Wyss Institute for biologisesti Inspired Engineering-instituutista Harvardista kertoo, että he valmistivat järjestelmän, jossa on kaksi tiiviisti kytkettyä mikrokanavaa, jotka erottaa ohut (10 µm) huokoinen joustava kalvo, joka on valmistettu PDMS: stä. Laite koostuu suurelta osin kolmesta mikrofluidikanavasta, ja vain keskimmäinen pitää huokoista kalvoa. Soluviljelmiä kasvatettiin kalvon molemmin puolin: toisella puolella ihmisen alveolaarisia epiteelisoluja ja toisella puolella ihmisen keuhkojen mikrovaskulaarisia endoteelisoluja.

kanavien lokeroituminen helpottaa paitsi ilman virtausta nesteenä, joka toimittaa soluja ja ravinteita epiteelin apikaaliselle pinnalle, myös mahdollistaa paine-erot Keski-ja sivukanavien välillä. Normaalin inspiraation aikana ihmisen hengitysjaksossa keuhkopaine laskee, mikä laukaisee keuhkorakkuloiden laajenemisen. Kun ilmaa vedetään keuhkoihin, alveolaarinen epiteeli ja hiussuonissa oleva endoteeli venyvät. Koska sivukanaviin on liitetty tyhjiö, paineen aleneminen saa keskikanavan laajenemaan, mikä venyttää huokoista kalvoa ja sen jälkeen koko alveolaari-kapillaari-rajapintaa. Kalvon venymisen takana oleva painevetoinen dynaaminen liike, jota kuvataan myös sykliseksi mekaaniseksi rasitukseksi (arvoltaan noin 10%), lisää merkittävästi nanohiukkasten translokaation nopeutta huokoisessa kalvossa verrattuna tämän laitteen staattiseen versioon ja Transwelliviljelyjärjestelmään.

jotta laitteen biologinen tarkkuus voidaan täysin validoida, sen koko elinvasteet on arvioitava. Tässä tapauksessa tutkijat aiheuttivat soluille vammoja:

• keuhkotulehdus

Keuhkotulehdusvasteet edellyttävät monivaiheista strategiaa, mutta lisääntyvän epiteelisolujen tuotannon ja sytokiinien varhaisen vasteen vapautumisen rinnalla rajapinnassa tulee tapahtua lisääntynyt määrä leukosyyttien adheesiomolekyylejä. Häh: n kokeessa keuhkotulehdusta simuloitiin tuomalla väliainetta, joka sisältää voimakasta proinflammatorista välittäjää. Vain tunteja vamman syntymisen jälkeen syklisen kannan kohteeksi joutuneen mikrofluidilaitteen solut reagoivat edellä mainitun biologisen vasteen mukaisesti.

• keuhkoinfektio

eläviä E-coli-bakteereita käytettiin osoittamaan, miten järjestelmä voi jopa matkia synnynnäistä soluvastetta bakteerin aiheuttamaan keuhkoinfektioon. Bakteerit kulkeutuivat alveolaarisen epiteelin apikaaliselle pinnalle. Muutamassa tunnissa neutrofiilit havaittiin alveolaarisessa osastossa, eli ne olivat siirtyneet verisuonten mikrokanavasta, jossa huokoinen kalvo oli fagokyyttisoinut bakteerit.

lisäksi tutkijat uskovat tämän keuhko-siru-järjestelmän mahdollisen arvon auttavan toksikologisissa sovelluksissa. Tutkimalla keuhkojen vastetta nanohiukkasille tutkijat toivovat oppivansa lisää terveysriskeistä tietyissä ympäristöissä ja korjaavansa aiemmin liian yksinkertaistettuja in vitro-malleja. Koska mikrofluidinen keuhko-siru voi täsmällisemmin toistaa elävän ihmisen keuhkojen mekaaniset ominaisuudet, sen fysiologiset reaktiot ovat nopeampia ja tarkempia kuin Transwelliviljelyjärjestelmä. Julkaistut tutkimukset kuitenkin myöntävät, että keuhko-on-a-siru-vasteet eivät vielä täysin toista alkuperäisten alveolaaristen epiteelisolujen vasteita.

Heart-on-a-chipEdit

aiemmat pyrkimykset replikoida in vivo sydänkudosympäristöjä ovat osoittautuneet haastaviksi, koska on vaikeaa matkia supistumiskykyä ja elektrofysiologisia vasteita. Tällaiset ominaisuudet lisäisivät huomattavasti in vitro-kokeiden tarkkuutta.

Mikrofluidiikka on jo osallistunut in vitro-kokeisiin kardiomyosyyteillä, jotka tuottavat sykettä sääteleviä sähköimpulsseja. Tutkijat ovat esimerkiksi rakentaneet joukon PDMS-mikrokammioita, jotka on sovitettu antureihin ja stimuloiviin elektrodeihin työkaluksi, joka seuraa kardiomyosyyttien aineenvaihduntaa sähkökemiallisesti ja optisesti. Toinen Lab-on-a-chip yhdisti samalla tavalla mikrofluidiverkon PDMS: ssä planaarisiin mikroelektrodeihin, tällä kertaa mittaamaan solunulkoisia potentiaaleja yksittäisistä aikuisen hiiren kardiomyosyyteistä.

sydämen sirun raportoitu rakenne väittää rakentaneensa ”tehokkaan tavan mitata rakenne-toiminto-suhteita rakenteissa, jotka jäljittelevät laminaarisen sydänlihaksen hierarkkisia kudosarkkitehtuureja.”Tämä siru määrittää, että myosyyttien kohdistus supistumiskykyisessä laitteessa, joka on tehty sydänkudoksesta ja geenin ekspressioprofiilista (johon vaikuttaa muodon ja solurakenteen muodonmuutos), edistää sydämen supistumiskyvyn tuottamaa voimaa. Tämä sydämen siru on biohybridi konstruktio: suunniteltu anisotrooppinen kammion sydänlihas on elastomeerinen ohut kalvo.

tämän mikrofluidilaitteen suunnittelu-ja valmistusprosessissa lasipinnan reunat päällystetään ensin teipillä (tai millä tahansa suojakalvolla), joka varjostaa substraatin halutun muodon. Tämän jälkeen levitetään pnipa: n spin-päällystekerros. Sen liukenemisen jälkeen suojakalvo kuoritaan pois, jolloin muodostuu itsestään seisova PNIPA-kappale. Viimeisissä vaiheissa mukana spin pinnoite suojaavan pinnan PDMS yli kansi liukua ja kovettumisen. Muscular thin films (MTF) mahdollistaa sydänlihaksen yksikerroksisen rakenteen ohuen joustavan alustan PDMS: n avulla. Jotta 2D-soluviljelmä voitiin kunnolla siementää, käytettiin mikrokontaktipainotekniikkaa fibronektiinin ”tiiliseinä” – kuvion asettamiseksi PDMS-pinnalle. Kun kammion myosyytit oli kylvetty funktionalisoituneeseen substraattiin, fibronektiinikuvio suuntasi ne tuottamaan anisotrooppisen yksikerroksen.

kun ohutkalvot on leikattu kahteen riviin suorakaiteen muotoisilla hampailla ja sen jälkeen koko laite on asetettu kylpyyn, elektrodit stimuloivat myosyyttien supistumista kenttästimulaatiolla, jolloin nauhat / hampaat kaartuvat MTF: ssä. Tutkijat ovat kehittäneet korrelaation kudoksen stressiä ja kaarevuussäde MTF nauhat aikana supistumiskykyinen sykli, validointi osoitettu siru ”Alustan kvantifiointi stressiä, elektrofysiologia ja soluarkkitehtuuri.”

munuais-on-a-chipEdit

munuaissoluja ja nefroneja on jo simuloitu mikrofluidilaitteilla. ”Tällaiset soluviljelmät voivat johtaa uusiin oivalluksiin solujen ja elinten toiminnasta ja niitä voidaan käyttää huumeseulonnassa”. Munuainen-siru laite on mahdollista nopeuttaa tutkimusta, joka kattaa keinotekoinen korvaaminen menetetty munuaistoiminta. Nykyään dialyysi edellyttää, että potilas käy vastaanotolla jopa kolme kertaa viikossa. Siirrettävämpi ja helpommin lähestyttävä hoitomuoto ei ainoastaan parantaisi potilaan kokonaisterveyttä (hoitotiheyttä lisäämällä), vaan koko prosessista tulisi tehokkaampi ja siedettävämpi. Keinomunuaistutkimus pyrkii tuomaan laitteisiin kuljetettavuutta, kulutettavuutta ja ehkä istutuskykyä innovatiivisten tieteenalojen kautta: mikrofluidiikka, miniatyrisointi ja nanoteknologia.

Nefron-on-a-chipEdit

nefroni on munuaisen toiminnallinen yksikkö ja koostuu glomeruluksesta ja tubuluskomponentista. Mit: n tutkijat väittävät suunnitelleensa bioiteisen laitteen, joka jäljittelee nefronin glomeruluksen, proksimaalisen mutkittelevan tubuluksen ja Henlen silmukan toimintaa.

laitteen jokaisella osalla on ainutlaatuinen rakenteensa, joka koostuu yleensä kahdesta kalvolla erotetusta mikrokerroksesta. Mikrofluidilaitteen ainoa sisääntulo on suunniteltu verinäytteen syöttämistä varten. Nefronin glomerulus-osassa kalvo päästää tietyt verihiukkaset endoteelin, kellarikalvon ja epiteelin podosyyttien muodostaman kapillaarisoluseinänsä läpi. Kapillaariverestä Bowmanin tilaan suodattuvaa nestettä kutsutaan suodokseksi eli primäärivirtsaksi.

tubuluksissa osa aineista lisätään suodokseen osana virtsan muodostumista, ja osa aineista imeytyy suodoksesta takaisin vereen. Näiden tubulusten ensimmäinen segmentti on proksimaalinen mutkitteleva tubulus. Tällöin tapahtuu ravitsemuksellisesti tärkeiden aineiden lähes täydellinen imeytyminen. Laitteessa tämä osio on vain suora kanava, mutta suodokseen menevien verihiukkasten on ylitettävä aiemmin mainittu kalvo ja munuaisten proksimaalisten tubulussolujen kerros. Tubulusten toinen segmentti on Henlen silmukka, jossa veden ja ionien takaisinimeytyminen virtsasta tapahtuu. Laitteen silmukkakanavat pyrkivät simuloimaan Henlen silmukan vastavirtamekanismia. Samoin Henlen silmukka vaatii useita eri solutyyppejä, koska jokaisella solutyypillä on erilliset kuljetusominaisuudet ja-ominaisuudet. Näitä ovat laskeutuvat raajasolut, ohuet nousevat raajasolut, paksut nousevat raajasolut, aivokuoren keräävät kanavasolut ja medullaariset keräävät kanavasolut.

yksi askel kohti mikrofluidilaitteen fysiologisen nefronin täydellisen suodatus-ja takaisinimeytymiskäyttäytymisen simuloinnin validointia olisi osoittaa, että veren ja suodoksen väliset kuljetusominaisuudet ovat samat sen suhteen, missä niitä esiintyy ja mitä kalvo päästää sisään. Esimerkiksi suurin osa passiivisesta veden kuljetuksesta tapahtuu proksimaalisessa tubuluksessa ja laskevassa ohuessa raajassa, tai NaCl: n aktiivinen kuljetus tapahtuu suurelta osin proksimaalisessa tubuluksessa ja paksussa nousevassa raajassa. Laitteen suunnitteluvaatimukset edellyttäisivät, että suodatusfraktio glomeruluksessa vaihtelee 15-20%: n välillä tai suodatus reabsorptio proksimaalisessa mutkikkaassa tubuluksessa vaihtelee 65-70%: n välillä ja lopuksi ureapitoisuus virtsassa (kerätty jommastakummasta laitteen kahdesta ulostulosta) vaihtelee 200-400 mM: n välillä.

eräässä tuoreessa raportissa esitetään biomiminen nefroni hydrogeelimikrofluidisissa laitteissa ja määritetään passiivisen diffuusion toiminta. Nefronin monimutkainen fysiologinen toiminta saavutetaan alusten ja tubulusten välisten vuorovaikutusten perusteella (molemmat ovat onttoja kanavia). Perinteiset laboratoriotekniikat keskittyvät kuitenkin yleensä 2D-rakenteisiin, kuten petrimaljaan, jolla ei ole kykyä kerrata 3D: ssä esiintyvää todellista fysiologiaa. siksi kirjoittajat kehittivät uuden menetelmän 3D-hydrogeelin sisällä olevien toiminnallisten, soluvuorattujen ja täydellistettävien mikrokanavien valmistamiseksi. Verisuonen endoteelisolut ja munuaisten epiteelisolut viljellään hydrogeelikanavan sisällä ja muodostavat solupeiton, joka jäljittelee aluksia ja tubuluksia. He käyttivät konfokaalimikroskooppia tutkiakseen yhden pienen orgaanisen molekyylin (yleensä lääkkeiden) passiivista diffuusiota hydrogeelin astioiden ja tubulusten välillä. Tutkimus osoittaa, että munuaisfysiologiasta on hyötyä regeneratiivisessa lääketieteessä ja lääkeseulonnassa.

Vessel-on-a-chipEdit

sydän-ja verisuonitaudit johtuvat usein pienten verisuonten rakenteen ja toiminnan muutoksista. Esimerkiksi itse ilmoitetut verenpaineluvut viittaavat siihen, että määrä on kasvussa, kertoo kansallisen terveys-ja ravitsemustutkimustutkimuksen raportti vuodelta 2003. Mikrofluidinen alusta simuloi biologista vastetta Valtimo voisi paitsi mahdollistaa elin-pohjainen näytöt esiintyä useammin koko lääkekehityskoe, mutta myös tuottaa kattavan käsityksen taustalla olevat mekanismit patologisten muutosten pienissä valtimoissa ja kehittää parempia hoitostrategioita. Axel Gunther Toronton yliopistosta väittää, että tällaiset MEMS-pohjaiset laitteet voisivat mahdollisesti auttaa potilaan mikrovaskulaarisen tilan arvioinnissa kliinisessä ympäristössä (henkilökohtainen lääke).

tavanomaisiin menetelmiin, joita käytetään eristettyjen vastussuonien (arteriolit ja pienet valtimot, joiden läpimitta vaihtelee 30 µm: n ja 300 µm: n välillä) sisäisten ominaisuuksien tutkimiseen, kuuluu painemyografiatekniikka. Tällaiset menetelmät vaativat kuitenkin nykyisin käsin osaavaa henkilökuntaa, eivätkä ne ole skaalautuvia. Valtimo-on-a-chip voisi voittaa useita näistä rajoituksista sovittamalla Valtimo alustalle, joka olisi skaalautuva, edullinen ja mahdollisesti automatisoitu sen valmistuksessa.

laboratoriosiruksi on kehitetty elinpohjainen mikrofluidialusta, johon hauras verisuoni voidaan kiinnittää ja jonka avulla voidaan tutkia resistenssivaltimoiden toimintahäiriöitä määrittäviä tekijöitä.

valtimon mikroympäristölle on ominaista ympäröivä lämpötila, transmuraalinen paine ja luminaali & abluminaaliset lääkeainepitoisuudet. Mikroympäristön moninaiset tulot aiheuttavat monenlaisia mekaanisia tai kemiallisia ärsykkeitä sileälihassoluille (SMCs) ja endoteelisoluille (ECs), jotka reunustavat aluksen ulkoseiniä ja luminaaliseiniä. Endoteelisolut ovat vastuussa vasokonstriktion ja vasodilataattoritekijöiden vapauttamisesta, mikä muuttaa sävyä. Verisuonten sävy määritellään supistumisasteeksi verisuonen sisällä suhteessa sen maksimihalkaisijaan. Patogeeniset käsitteet uskovat tällä hetkellä, että tämän mikroympäristön hienovaraisilla muutoksilla on voimakkaita vaikutuksia valtimoiden sävyyn ja ne voivat vakavasti muuttaa perifeeristen verisuonten resistenssiä. Tämän suunnittelun takana olevat insinöörit uskovat, että erityinen vahvuus on sen kyvyssä hallita ja simuloida mikroympäristössä esiintyviä heterogeenisiä spatiotemporaalisia vaikutuksia, kun taas myografiset protokollat ovat rakenteensa ansiosta luoneet vain homogeeniset mikroympäristöt. He todistivat, että kun fenyyliefriiniä annettiin vain toisen niistä kahdesta kanavasta kautta, jotka aiheuttivat superfuusion ulkoseiniin, huumeiden vastainen puoli supistui paljon enemmän kuin huumeiden vastainen puoli.

valtimosiru on suunniteltu palautuvaa näytteen implantaatiota varten. Laitteessa on mikrokanavaverkko, valtimon kuormausalue ja erillinen valtimon tarkastusalue. On mikrokanava, jota käytetään valtimon segmentin lataamiseen, ja kun lastauskaivo on suljettu, sitä käytetään myös perfuusiokanavana, joka jäljittelee valtimoveren ravitsemuksellista toimitusta kapillaarikerrokseen biologisessa kudoksessa. Toinen pari mikrokanavia palvelee korjata kaksi päätä valtimon segmentin. Lopuksi viimeistä mikrokanavaparia käytetään tuottamaan superfuusiovirtausnopeuksia, jotta elimen fysiologinen ja metabolinen aktiivisuus voidaan säilyttää antamalla jatkuva ylläpitävä väliaine abluminaalisen seinämän yli. Lämpösähköinen lämmitin ja termoresistori on kytketty siruun ja ylläpitää fysiologisia lämpötiloja valtimon tarkastusalueella.

kudosnäytteen kuormaamista ja kiinnittämistä tarkastusvyöhykkeelle koskeva protokolla auttaa ymmärtämään, miten tämä lähestymistapa tunnustaa koko elimen toiminnan. Kun kudossegmentti on upotettu lastauskaivoon, lastausprosessia ohjaa ruisku, joka vetää tasaisen puskuriliuoksen virtausnopeuden kuormauskanavan kaukopäässä. Tämä aiheuttaa valtimon kuljetuksen kohti sille omistettua paikkaa. Tämä tapahtuu suljetulla kiinnityksellä ja superfuusiolla/ulostulolinjoissa. Kun pumppu on pysäytetty, alailmanpaine kohdistetaan yhden kiinnityskanavan kautta. Sen jälkeen kun lastauskaivo on suljettu, toinen kiinnityskanava altistetaan alailmanpaineelle. Nyt valtimo on symmetrisesti perustettu tarkastusalueella, ja transmuraalinen paine tuntuu segmentissä. Loput kanavat avataan ja jatkuva perfuusio ja superfuusio säädetään erillisillä ruiskupumpuilla.

sipsejä on käytetty monien tautiprosessien tutkimiseen. Esimerkiksi Alireza Mashaghi ja hänen työtoverinsa kehittivät mallin tutkia viruksen verenvuotosyndroomaa, johon liittyy viruksen aiheuttama verisuonten eheyden menetys. Mallia käytettiin Ebolavirustaudin tutkimiseen ja Ebolalääkkeiden tutkimiseen.

Skin-on-a-chipEdit

ihmisen iho on ensimmäinen puolustuslinja monia taudinaiheuttajia vastaan ja voi itse altistua monenlaisille sairauksille ja asioille, kuten syöville ja tulehduksille. Skin-on-a-chip (SoC) – sovelluksia ovat ajankohtaisten lääkkeiden ja kosmetiikan testaus, ihosairauksien ja tulehduksen patologian tutkiminen ja ”noninvasiivisten automatisoitujen solumääritysten luominen” sellaisten antigeenien tai vasta-aineiden testaamiseksi, jotka voisivat merkitä taudinaiheuttajan esiintymistä. Vaikka mahdollisia sovelluksia on monenlaisia, iho-on-a-siru on kehitetty suhteellisen vähän tutkimusta verrattuna moniin muihin elin-on-a-siru, kuten keuhkoihin ja munuaisiin. Kysymyksiä, kuten irtoaminen kollageenin telineeseen mikrokanavat, epätäydellinen solujen erilaistuminen, ja vallitseva käyttö poly (dimetysiloksaani) (PDMS) laitteen valmistukseen, jonka on osoitettu huuhtoa kemikaaleja biologisiin näytteisiin ja ei voi olla massatuotettu stymie standardointi Alustan. Yksi lisävaikeus on ihon sirutuslaitteissa käytettävän soluviljelmätelineen eli soluviljelyn perusaineen vaihtelu. Ihmiskehossa tätä ainetta kutsutaan solunulkoiseksi matriisiksi.

solunulkoinen matriisi (ECM) koostuu pääasiassa kollageenista, ja erilaisia kollageenipohjaisia rakennustelineitä on testattu SoC-malleissa. Kollageenilla on taipumus irrota mikrofluidisesta selkärangasta viljelyn aikana fibroblastien supistumisen vuoksi. Eräässä tutkimuksessa tähän ongelmaan pyrittiin puuttumaan vertaamalla kollageenitelineiden ominaisuuksia kolmesta eri eläinlähteestä: siannahasta, rotan hännästä ja Sorsan jaloista. Toisissa tutkimuksissa havaittiin myös supistumisesta johtuvia irtoamisongelmia, mikä voi olla ongelmallista ottaen huomioon, että täydellinen ihon erilaistuminen voi kestää jopa useita viikkoja. Supistumisongelmilta on vältytty korvaamalla kollageenitelineet fibriinipohjaisella ihomatriisilla, joka ei supistunut. Myös mikrofluidiviljelmässä raportoitiin suuremmasta erilaistumisesta ja solukerrosten muodostumisesta verrattuna perinteiseen staattiseen viljelmään, mikä oli samaa mieltä aiempien havaintojen kanssa dynaamisesta perfuusiosta johtuvista solujen ja solujen ja matriisien välisistä vuorovaikutuksista tai jatkuvasta väliaineen virtauksesta johtuvasta paineesta johtuvasta lisääntyneestä läpäisevyydestä interstitiaalitilojen kautta. Tämän parantuneen erilaistumisen ja kasvun uskotaan olevan osittain tulosta leikkausjännityksestä, jonka painegradientti aiheuttaa mikrokanavaa pitkin nestevirtauksen vuoksi, mikä voi myös parantaa ravinteiden saantia soluihin, jotka eivät ole suoraan väliaineen vieressä. Staattisissa viljelmissä, joita käytetään perinteisissä ihovastikkeissa, solut saavat ravinteita väliaineessa vain diffuusion kautta, kun taas dynaaminen perfuusio voi parantaa ravinteiden virtausta interstitiaalitilojen eli solujen välisten aukkojen läpi. Tämän perfuusion on myös osoitettu parantavan marraskeden tiivistä liitosmuodostusta, orvaskeden sitkeää ulompaa kerrosta, joka on tärkein este ihon pintakerroksen tunkeutumiselle.

dynaaminen perfuusio voi myös parantaa solujen elinkykyä, mikä on osoitettu asettamalla kaupallinen ihon ekvivalentti mikrofluidialustaan, joka pidensi odotettua elinikää useilla viikoilla. Tämä varhainen tutkimus osoitti myös karvatuppien merkityksen ihoa vastaavissa malleissa. Karvatupet ovat ensisijainen reitti ihonalaisen kerroksen ajankohtainen voiteet ja muut aineet levitetään ihon pinnalle, ominaisuus, että uudemmissa tutkimuksissa ei useinkaan ole otettu huomioon.

eräässä tutkimuksessa kehitettiin SoC, joka koostui kolmesta kerroksesta, orvaskeden, verinahan ja endoteelikerroksesta, joita erottivat huokoiset kalvot, ja jossa tutkittiin turvotusta, solunulkoisesta nesteen kertymisestä johtuvaa turvotusta, yleistä vastetta infektiolle tai vammalle ja olennaista vaihetta solujen korjautumisessa. Osoitettiin, että Dex: n, tulehduskipulääkkeillä varustetun steroideihin kuuluvan voiteen esikäsittely vähensi tätä SoC: n turvotusta.