Brain-on-a-chipEdit

I dispositivi Brain-on-a-chip creano un’interfaccia tra neuroscienze e microfluidica: 1) migliorare la vitalità della cultura; 2) supportare lo screening ad alto rendimento; 3) modellare la fisiologia e la malattia a livello di organo in vitro/ex vivo e 4) aggiungere alta precisione e sintonizzabilità dei dispositivi microfluidici. I dispositivi Brain-on-a-chip coprono più livelli di complessità in termini di metodologia della coltura cellulare. I dispositivi sono stati realizzati utilizzando piattaforme che vanno dalla tradizionale coltura cellulare 2D ai tessuti 3D sotto forma di fette cerebrali organotipiche.

Panoramica delle fette cerebrali organotipichemodifica

Le fette cerebrali organotipiche sono un modello in vitro che replica la fisiologia in vivo con ulteriori prestazioni e benefici ottici, abbinandosi così bene con dispositivi microfluidici. Le fette di cervello hanno vantaggi rispetto alla coltura cellulare primaria in quanto l’architettura tissutale è preservata e le interazioni multicellulari possono ancora verificarsi. C’è flessibilità nel loro uso, poichè le fette possono essere usate acutamente (meno di 6 ore dopo la raccolta della fetta) o coltivate per uso sperimentale successivo. Poiché le fette di cervello organotipiche possono mantenere la vitalità per settimane, consentono di studiare gli effetti a lungo termine. I sistemi basati su Slice forniscono anche un accesso sperimentale con un controllo preciso degli ambienti extracellulari, rendendolo una piattaforma adatta per correlare la malattia con i risultati neuropatologici. Poiché circa 10 a 20 fette possono essere estratte da un singolo cervello, l’uso animale è significativamente ridotto rispetto agli studi in vivo. Le fette organotipiche del cervello possono essere estratte e coltivate da specie animali multiple (per esempio ratti), ma anche dagli esseri umani.

ApplicationsEdit

I dispositivi microfluidici sono stati abbinati a fette organotipiche per migliorare la vitalità della coltura. La procedura standard per la coltura di fette di cervello organotipico (circa 300 micron di spessore) utilizza membrane semi-porose per creare un’interfaccia aria-mezzo, ma questa tecnica si traduce in limitazioni di diffusione di nutrienti e gas disciolti. Poiché i sistemi microfluidici introducono il flusso laminare di questi nutrienti e gas necessari, il trasporto è migliorato e si può ottenere una maggiore vitalità dei tessuti. Oltre a mantenere vitali le fette standard, le piattaforme brain-on-a-chip hanno permesso il successo della coltura di fette cerebrali più spesse (circa 700 micron), nonostante una significativa barriera di trasporto dovuta allo spessore. Poiché le fette più spesse mantengono un’architettura tissutale più nativa, ciò consente ai dispositivi brain-on-a-chip di ottenere più caratteristiche “in vivo” senza sacrificare la vitalità cellulare. I dispositivi microfluidici supportano lo screening ad alto rendimento e le valutazioni tossicologiche sia in colture 2D che slice, portando allo sviluppo di nuove terapie mirate al cervello. Un dispositivo è stato in grado di schermare i farmaci pitavastatina e irinotecan combinatoricamente nel glioblastoma multiforme (la forma più comune di cancro al cervello umano). Questi approcci di screening sono stati combinati con la modellazione della barriera emato-encefalica (BBB), un ostacolo significativo per i farmaci da superare quando si tratta il cervello, consentendo l’efficacia del farmaco attraverso questa barriera da studiare in vitro. Le sonde microfluidiche sono state utilizzate per fornire coloranti con alta precisione regionale, lasciando il posto alla microperfusione localizzata nelle applicazioni farmacologiche. Poiché i dispositivi microfluidici possono essere progettati con accessibilità ottica, ciò consente anche la visualizzazione della morfologia e dei processi in regioni specifiche o singole cellule. I sistemi Brain-on-a-chip possono modellare la fisiologia a livello di organo nelle malattie neurologiche, come il morbo di Alzheimer, il morbo di Parkinson e la sclerosi multipla in modo più accurato rispetto alle tradizionali tecniche di coltura cellulare 2D e 3D. La capacità di modellare queste malattie in un modo che è indicativo di condizioni in vivo è essenziale per la traduzione di terapie e trattamenti. Inoltre, i dispositivi brain-on-a-chip sono stati utilizzati per la diagnostica medica, come nel rilevamento di biomarcatori per il cancro nelle fette di tessuto cerebrale.

limitazionimodifica

I dispositivi Brain-on-a-chip possono causare stress da taglio su cellule o tessuti a causa del flusso attraverso piccoli canali, che può causare danni cellulari. Questi piccoli canali introducono anche suscettibilità alla cattura di bolle d’aria che possono interrompere il flusso e potenzialmente causare danni alle cellule. L’uso diffuso di PDMS (polidimetilsilossano) nei dispositivi brain-on-a-chip presenta alcuni inconvenienti. Sebbene il PDMS sia economico, malleabile e trasparente, le proteine e le piccole molecole possono essere assorbite da esso e successivamente sanguisuga a velocità incontrollate.

Lung-on-a-chipEdit

I lung-on-a-chip sono stati progettati nel tentativo di migliorare la rilevanza fisiologica dei modelli di interfaccia alveolare-capillare esistenti in vitro. Tale microdispositivo multifunzionale può riprodurre le principali proprietà strutturali, funzionali e meccaniche dell’interfaccia alveolo-capillare umana (cioè l’unità funzionale fondamentale del polmone vivente).

Dongeun Huh del Wyss Institute for Biologicamente Inspired Engineering di Harvard descrive la loro fabbricazione di un sistema contenente due microcanali strettamente apposti separati da una sottile membrana flessibile porosa (10 µm) fatta di PDMS. Il dispositivo comprende in gran parte tre canali microfluidici e solo quello centrale contiene la membrana porosa. Le cellule di coltura sono state coltivate su entrambi i lati della membrana: cellule epiteliali alveolari umane su un lato e cellule endoteliali microvascolari polmonari umane sull’altro.

La compartimentazione dei canali facilita non solo il flusso d’aria come fluido che trasporta cellule e sostanze nutritive alla superficie apicale dell’epitelio, ma consente anche l’esistenza di differenze di pressione tra i canali medi e laterali. Durante la normale inspirazione nel ciclo respiratorio di un essere umano, la pressione intrapleurica diminuisce, innescando un’espansione degli alveoli. Quando l’aria viene tirata nei polmoni, l’epitelio alveolare e l’endotelio accoppiato nei capillari sono allungati. Poiché un vuoto è collegato ai canali laterali, una diminuzione della pressione causerà l’espansione del canale centrale, allungando così la membrana porosa e successivamente l’intera interfaccia alveolare-capillare. Il movimento dinamico guidato dalla pressione dietro l’allungamento della membrana, descritto anche come un ceppo meccanico ciclico (valutato a circa il 10%), aumenta significativamente il tasso di traslocazione delle nanoparticelle attraverso la membrana porosa, rispetto a una versione statica di questo dispositivo e ad un sistema di coltura Transwell.

Al fine di convalidare completamente l’accuratezza biologica di un dispositivo, è necessario valutare le risposte dell’intero organo. In questo caso, i ricercatori hanno inflitto lesioni alle cellule:

• Infiammazione polmonare

Le risposte infiammatorie polmonari comportano una strategia multistep, ma accanto a una maggiore produzione di cellule epiteliali e un rilascio precoce di citochine, l’interfaccia dovrebbe subire un numero maggiore di molecole di adesione dei leucociti. Nell’esperimento di Huh, l’infiammazione polmonare è stata simulata introducendo un mezzo contenente un potente mediatore proinfiammatorio. Solo poche ore dopo che la lesione è stata causata, le cellule del dispositivo microfluidico sottoposte a un ceppo ciclico hanno reagito in accordo con la risposta biologica precedentemente menzionata.

• Infezione polmonare

I batteri viventi di E-coli sono stati utilizzati per dimostrare come il sistema possa persino imitare la risposta cellulare innata a un’infezione polmonare batterica. I batteri sono stati introdotti sulla superficie apicale dell’epitelio alveolare. In poche ore, i neutrofili sono stati rilevati nel compartimento alveolare, il che significa che erano trasmigrati dal microcanale vascolare dove la membrana porosa aveva fagocitato i batteri.

Inoltre, i ricercatori ritengono che il valore potenziale di questo sistema lung-on-a-chip sarà di aiuto nelle applicazioni tossicologiche. Studiando la risposta polmonare alle nanoparticelle, i ricercatori sperano di saperne di più sui rischi per la salute in determinati ambienti e correggere modelli in vitro precedentemente semplificati. Poiché un polmone microfluidico-on-a-chip può riprodurre più esattamente le proprietà meccaniche di un polmone umano vivente, le sue risposte fisiologiche saranno più veloci e più accurate di un sistema di coltura Transwell. Tuttavia, gli studi pubblicati ammettono che le risposte di un polmone su un chip non riproducono ancora completamente le risposte delle cellule epiteliali alveolari native.

Heart-on-a-chipEdit

Gli sforzi passati per replicare in vivo gli ambienti del tessuto cardiaco si sono dimostrati impegnativi a causa delle difficoltà nel imitare la contrattilità e le risposte elettrofisiologiche. Tali caratteristiche aumenterebbero notevolmente l’accuratezza degli esperimenti in vitro.

La microfluidica ha già contribuito a esperimenti in vitro sui cardiomiociti, che generano gli impulsi elettrici che controllano la frequenza cardiaca. Ad esempio, i ricercatori hanno costruito una serie di microcamere PDMS, allineate con sensori e elettrodi stimolanti come strumento che monitorerà elettrochimicamente e otticamente il metabolismo dei cardiomiociti. Un altro lab-on-a-chip ha similmente combinato una rete microfluidica in PDMS con microelettrodi planari, questa volta per misurare i potenziali extracellulari da singoli cardiomiociti murini adulti.

Un progetto riportato di un cuore-on-a-chip afferma di aver costruito “un mezzo efficiente per misurare le relazioni struttura-funzione in costrutti che replicano le architetture tissutali gerarchiche del muscolo cardiaco laminare.”Questo chip determina che l’allineamento dei miociti nell’apparato contrattile fatto di tessuto cardiaco e il profilo di espressione genica (influenzato dalla forma e dalla deformazione della struttura cellulare) contribuisce alla forza prodotta nella contrattilità cardiaca. Questo cuore-on-a-chip è un costrutto biohybrid: un miocardio ventricolare anisotropico ingegnerizzato è un film sottile elastomerico.

Il processo di progettazione e fabbricazione di questo particolare dispositivo microfluidico comporta innanzitutto la copertura dei bordi di una superficie di vetro con nastro (o qualsiasi pellicola protettiva) tale da contornare la forma desiderata del substrato. Viene quindi applicato uno strato di spin coat di PNIPA. Dopo la sua dissoluzione, il film protettivo viene rimosso, risultando in un corpo autoportante di PNIPA. Le fasi finali coinvolgono il rivestimento di spin della superficie protettiva di PDMS sopra lo slittamento della copertura e la polimerizzazione. I film sottili muscolari (MTF) permettono ai monostrati del muscolo cardiaco di essere costruiti su un substrato flessibile sottile di PDMS. Per seminare correttamente la coltura cellulare 2D, è stata utilizzata una tecnica di stampa a microcontatto per stendere un motivo a “muro di mattoni” di fibronectina sulla superficie del PDMS. Una volta che i miociti ventricolari sono stati seminati sul substrato funzionalizzato, il pattern di fibronectina li ha orientati per generare un monostrato anisotropico.

Dopo il taglio dei film sottili in due file con denti rettangolari e il successivo posizionamento dell’intero dispositivo in un bagno, gli elettrodi stimolano la contrazione dei miociti tramite una stimolazione del campo-curvando così le strisce / denti nel MTF. I ricercatori hanno sviluppato una correlazione tra lo stress tissutale e il raggio di curvatura delle strisce MTF durante il ciclo contrattile, convalidando il chip dimostrato come una ” piattaforma per la quantificazione dello stress, elettrofisiologia e architettura cellulare.”

Rene-on-a-chipEdit

Cellule renali e nefroni sono già stati simulati da dispositivi microfluidici. “Tali colture cellulari possono portare a nuove intuizioni sulla funzione cellulare e organica ed essere utilizzate per lo screening dei farmaci”. Un dispositivo rene-on-a-chip ha il potenziale per accelerare la ricerca che comprende la sostituzione artificiale per la funzione renale persa. Al giorno d’oggi, la dialisi richiede ai pazienti di andare in una clinica fino a tre volte a settimana. Una forma di trattamento più trasportabile e accessibile non solo aumenterebbe la salute generale del paziente (aumentando la frequenza del trattamento), ma l’intero processo diventerebbe più efficiente e tollerabile. La ricerca sul rene artificiale si sta sforzando di portare trasportabilità, vestibilità e forse capacità di impianto ai dispositivi attraverso discipline innovative: microfluidica, miniaturizzazione e nanotecnologia.

Nephron-on-a-chipEdit

Il nefrone è l’unità funzionale del rene ed è composto da un glomerulo e un componente tubolare. I ricercatori del MIT sostengono di aver progettato un dispositivo bioartificiale che replica la funzione del glomerulo del nefrone, tubulo contorto prossimale e ansa di Henle.

Ogni parte del dispositivo ha il suo design unico, generalmente costituito da due strati microfabbricati separati da una membrana. L’unico ingresso al dispositivo microfluidico è progettato per il campione di sangue in ingresso. Nella sezione del glomerulo del nefrone, la membrana consente determinate particelle di sangue attraverso la sua parete di cellule capillari, composta dall’endotelio, dalla membrana basale e dai podociti epiteliali. Il fluido che viene filtrato dal sangue capillare nello spazio di Bowman è chiamato filtrato o urina primaria.

Nei tubuli, alcune sostanze vengono aggiunte al filtrato come parte della formazione di urina e alcune sostanze vengono riassorbite dal filtrato e di nuovo nel sangue. Il primo segmento di questi tubuli è il tubulo contorto prossimale. È qui che avviene l’assorbimento quasi completo di sostanze nutrizionalmente importanti. Nel dispositivo, questa sezione è semplicemente un canale dritto, ma le particelle di sangue che vanno al filtrato devono attraversare la membrana precedentemente menzionata e uno strato di cellule tubulari prossimali renali. Il secondo segmento dei tubuli è il ciclo di Henle dove avviene il riassorbimento di acqua e ioni dall’urina. I canali di loop del dispositivo si sforzano di simulare il meccanismo controcorrente del loop di Henle. Allo stesso modo, il ciclo di Henle richiede un numero di tipi di celle diversi perché ogni tipo di cella ha proprietà e caratteristiche di trasporto distinte. Questi includono le cellule degli arti discendenti, le cellule degli arti ascendenti sottili, le cellule degli arti ascendenti spesse, le cellule del condotto di raccolta corticale e le cellule del condotto di raccolta midollare.

Un passo verso la convalida della simulazione del dispositivo microfluidico del comportamento completo di filtrazione e riassorbimento di un nefrone fisiologico includerebbe la dimostrazione che le proprietà di trasporto tra sangue e filtrato sono identiche per quanto riguarda il luogo in cui si verificano e ciò che viene lasciato entrare dalla membrana. Ad esempio, la grande maggioranza del trasporto passivo di acqua si verifica nel tubulo prossimale e nell’arto sottile discendente, o il trasporto attivo di NaCl si verifica in gran parte nel tubulo prossimale e nell’arto ascendente spesso. Il dispositivo requisiti di progettazione richiederebbe la frazione di filtrazione nel glomerulo al variare tra 15 e 20%, o la filtrazione riassorbimento prossimale tubulo contorto di variare tra il 65-70%, e, infine, la concentrazione di urea nelle urine (raccolti presso uno dei due punti vendita del dispositivo) al variare tra 200-400 mM.

Un recente report illustra un biomimic nefrone su idrogel di dispositivi microfluidici che istituisce la funzione di diffusione passiva. La complessa funzione fisiologica del nefrone si ottiene sulla base delle interazioni tra vasi e tubuli (entrambi sono canali cavi). Tuttavia, le tecniche di laboratorio convenzionali di solito si concentrano su strutture 2D, come petri-dish che manca di capacità di ricapitolare la fisiologia reale che si verifica in 3D. Pertanto, gli autori hanno sviluppato un nuovo metodo per fabbricare microcanali funzionali, di rivestimento cellulare e perfusibili all’interno dell’idrogel 3D. Le cellule epiteliali endoteliali e renali del vaso sono coltivate all’interno del microcanale dell’idrogel e formano la copertura cellulare per imitare i vasi e i tubuli, rispettivamente. Hanno impiegato microscopio confocale per esaminare la diffusione passiva di una piccola molecola organica (di solito farmaci) tra i vasi e tubuli in idrogel. Lo studio dimostra il potenziale benefico di imitare la fisiologia renale per la medicina rigenerativa e lo screening dei farmaci.

Vessel-on-a-chipEdit

Le malattie cardiovascolari sono spesso causate da cambiamenti nella struttura e nella funzione dei piccoli vasi sanguigni. Ad esempio, i tassi di ipertensione auto-segnalati suggeriscono che il tasso è in aumento, afferma un rapporto del 2003 del National Health and Nutrition Examination Survey. Una piattaforma microfluidica che simula la risposta biologica di un’arteria potrebbe non solo consentire agli schermi basati su organi di verificarsi più frequentemente durante uno studio di sviluppo del farmaco, ma anche fornire una comprensione completa dei meccanismi alla base dei cambiamenti patologici nelle piccole arterie e sviluppare strategie di trattamento migliori. Axel Gunther dell’Università di Toronto sostiene che tali dispositivi basati su MEMS potrebbero potenzialmente aiutare nella valutazione dello stato microvascolare di un paziente in un ambiente clinico (medicina personalizzata).

I metodi convenzionali utilizzati per esaminare le proprietà intrinseche dei vasi di resistenza isolati (arteriole e piccole arterie con diametri variabili tra 30 µm e 300 µm) includono la tecnica della miografia a pressione. Tuttavia, tali metodi attualmente richiedono personale qualificato manualmente e non sono scalabili. Un’arteria-on-a-chip potrebbe superare molte di queste limitazioni ospitando un’arteria su una piattaforma che sarebbe scalabile, economica e possibilmente automatizzata nella sua produzione.

Una piattaforma microfluidica basata su organi è stata sviluppata come un lab-on-a-chip su cui è possibile fissare un vaso sanguigno fragile, consentendo di studiare i determinanti dei malfunzionamenti delle arterie di resistenza.

Il microambiente dell’arteria è caratterizzato dalla temperatura circostante, dalla pressione transmurale e dalle concentrazioni di farmaci abluminali&. Gli input multipli da un microambiente causano una vasta gamma di stimoli meccanici o chimici sulle cellule muscolari lisce (SMC) e sulle cellule endoteliali (ECs) che rivestono rispettivamente le pareti esterne e luminali del vaso. Le cellule endoteliali sono responsabili del rilascio di fattori di vasocostrizione e vasodilatatori, modificando così il tono. Il tono vascolare è definito come il grado di costrizione all’interno di un vaso sanguigno rispetto al suo diametro massimo. I concetti patogeni attualmente credono che i cambiamenti sottili a questo microambiente abbiano effetti pronunciati sul tono arterioso e possano alterare gravemente la resistenza vascolare periferica. Gli ingegneri alla base di questo progetto ritengono che un punto di forza specifico risieda nella sua capacità di controllare e simulare influenze spaziotemporali eterogenee presenti all’interno del microambiente, mentre i protocolli di miografia hanno, in virtù del loro design, stabilito solo microambiente omogeneo. Hanno dimostrato che consegnando la fenilefrina attraverso solo uno dei due canali che forniscono superfusione alle pareti esterne, il lato rivolto al farmaco si restringeva molto più del lato opposto al farmaco.

L’arteria-on-a-chip è progettato per l’impianto reversibile del campione. Il dispositivo contiene una rete di microcanali, un’area di carico dell’arteria e un’area di ispezione dell’arteria separata. C’è un microcanale usato per caricare il segmento dell’arteria e quando il pozzo di carico è sigillato, inoltre è usato come canale di perfusione, per replicare il processo di consegna nutritiva di sangue arterioso ad un letto capillare nel tessuto biologico. Un altro paio di microcanali serve a fissare le due estremità del segmento arterioso. Infine, l’ultima coppia di microcanali viene utilizzata per fornire portate di superfusione, al fine di mantenere l’attività fisiologica e metabolica dell’organo erogando un mezzo di sostegno costante sulla parete abluminale. Un riscaldatore termoelettrico e una termoresistenza sono collegati al chip e mantengono temperature fisiologiche nell’area di ispezione dell’arteria.

Il protocollo di carico e fissaggio del campione di tessuto nella zona di ispezione aiuta a capire come questo approccio riconosca le funzioni dell’intero organo. Dopo aver immerso il segmento di tessuto nel pozzo di carico, il processo di carico è guidato da una siringa che preleva una portata costante di soluzione tampone all’estremità del canale di carico. Ciò causa il trasporto dell’arteria verso la sua posizione dedicata. Questo viene fatto con fissazione chiusa e superfusione in / linee di uscita. Dopo aver fermato la pompa, la pressione sotto-atmosferica viene applicata attraverso uno dei canali di fissazione. Quindi, dopo aver sigillato il pozzo di carico, il secondo canale di fissazione viene sottoposto a una pressione sub-atmosferica. Ora l’arteria è stabilita simmetricamente nell’area di ispezione e una pressione transmurale viene avvertita dal segmento. I canali rimanenti vengono aperti e la perfusione e la superfusione costanti vengono regolate utilizzando pompe a siringa separate.

Vessel-on-chips sono stati applicati per studiare molti processi patologici. Ad esempio, Alireza Mashaghi ei suoi collaboratori hanno sviluppato un modello per studiare la sindrome emorragica virale, che comporta la perdita di integrità vascolare indotta da virus. Il modello è stato utilizzato per studiare la malattia da virus Ebola e per studiare i farmaci anti-Ebola.

Skin-on-a-chipEdit

La pelle umana è la prima linea di difesa contro molti agenti patogeni e può essere soggetta a una varietà di malattie e problemi, come tumori e infiammazioni. Come tale, le applicazioni skin-on-a-chip (SoC) includono test di prodotti farmaceutici e cosmetici topici, studiando la patologia delle malattie della pelle e dell’infiammazione e “creando saggi cellulari automatizzati non invasivi” per verificare la presenza di antigeni o anticorpi che potrebbero indicare la presenza di un agente patogeno. Nonostante l’ampia varietà di potenziali applicazioni, relativamente poca ricerca è andata nello sviluppo di una pelle-on-a-chip rispetto a molti altri organi-on-a-chip, come polmoni e reni. Problemi come il distacco dell’impalcatura del collagene dai microcanali, la differenziazione cellulare incompleta e l’uso predominante di poli(dimetisilossano) (PDMS) per la fabbricazione di dispositivi, che ha dimostrato di lisciviare le sostanze chimiche in campioni biologici e non può essere prodotto in serie stymie standardizzazione di una piattaforma. Un’ulteriore difficoltà è la variabilità dell’impalcatura della coltura cellulare, o la sostanza di base in cui si coltivano le cellule, che viene utilizzata nei dispositivi skin-on-chip. Nel corpo umano, questa sostanza è conosciuta come la matrice extracellulare.

La matrice extracellulare (ECM) è composta principalmente da collagene e vari ponteggi a base di collagene sono stati testati in modelli SoC. Il collagene tende a staccarsi dalla spina dorsale microfluidica durante la coltura a causa della contrazione dei fibroblasti. Uno studio ha tentato di affrontare questo problema confrontando le qualità dell’armatura di collagene da tre diverse fonti animali: pelle di maiale, coda di ratto e piedi di anatra. Altri studi hanno anche affrontato problemi di distacco dovuti alla contrazione, che possono essere problematici considerando che il processo di differenziazione completa della pelle può richiedere fino a diverse settimane. I problemi di contrazione sono stati evitati sostituendo l’impalcatura del collagene con una matrice dermica a base di fibrina, che non si è contratta. Una maggiore differenziazione e formazione di strati cellulari è stata riportata anche nella coltura microfluidica rispetto alla coltura statica tradizionale, concordando con i precedenti risultati di interazioni cellula-cellula e cellula-matrice migliorate a causa della perfusione dinamica o di una maggiore permeazione attraverso spazi interstiziali a causa della pressione del flusso continuo dei media. Si pensa che questa differenziazione e crescita migliorate siano in parte un prodotto dello stress da taglio creato dal gradiente di pressione lungo un microcanale a causa del flusso del fluido, che può anche migliorare l’apporto di nutrienti alle cellule non direttamente adiacenti al mezzo. Nelle colture statiche, utilizzate negli equivalenti tradizionali della pelle, le cellule ricevono nutrienti nel mezzo solo attraverso la diffusione, mentre la perfusione dinamica può migliorare il flusso di nutrienti attraverso spazi interstiziali o spazi tra le cellule. Questa perfusione inoltre è stata dimostrata per migliorare la formazione stretta della giunzione dello strato corneo, lo strato esterno duro dell’epidermide, che è la barriera principale a penetrazione dello strato superficiale della pelle.

La perfusione dinamica può anche migliorare la vitalità cellulare, dimostrata posizionando un equivalente cutaneo commerciale in una piattaforma microfluidica che ha esteso la durata prevista di diverse settimane. Questo studio iniziale ha anche dimostrato l’importanza dei follicoli piliferi nei modelli equivalenti della pelle. I follicoli piliferi sono la via primaria nello strato sottocutaneo per creme topiche e altre sostanze applicate sulla superficie della pelle, una caratteristica che studi più recenti spesso non hanno rappresentato.

Uno studio ha sviluppato un SoC costituito da tre strati, l’epidermide, il derma e lo strato endoteliale, separati da membrane porose, per studiare edema, gonfiore dovuto all’accumulo di liquidi extracellulari, una risposta comune alle infezioni o lesioni e un passo essenziale per la riparazione cellulare. È stato dimostrato che la pre-applicazione di Dex, una crema steroidea con proprietà antinfiammatorie, ha ridotto questo gonfiore nel SoC.