Brain-on-a-chipEdit

urządzenia Brain-on-A-chip tworzą interfejs między neuronauką a mikroprzepływami poprzez: 1) poprawę żywotności Kultury; 2) wspieranie badań przesiewowych o wysokiej przepustowości; 3) modelowanie fizjologii na poziomie narządów i choroby in vitro/ex vivo oraz 4) dodanie wysokiej precyzji i dostrajalności urządzeń mikroprzepływowych. Urządzenia Brain-on-A-chip obejmują wiele poziomów złożoności pod względem metodologii hodowli komórkowej. Urządzenia zostały wykonane przy użyciu platform, które wahają się od tradycyjnej kultury komórkowej 2D do tkanek 3D w postaci organotypowych plastrów mózgu.

przegląd organotypowych plasterków mózgowychedytuj

Organotypowe plasterki mózgowe są modelem in vitro, który replikuje fizjologię In vivo z dodatkową przepustowością i korzyściami optycznymi, dzięki czemu dobrze łączy się z urządzeniami mikroprzepływowymi. Plastry mózgu mają przewagę nad pierwotną hodowlą komórkową w tym, że architektura tkanek jest zachowana i mogą nadal występować interakcje wielokomórkowe. Istnieje elastyczność w ich stosowaniu, ponieważ plastry mogą być używane Ostro (mniej niż 6 godzin po zbiorze plastrów) lub hodowane do późniejszego eksperymentalnego zastosowania. Ponieważ organotypowe plasterki mózgu mogą utrzymać żywotność przez kilka tygodni, pozwalają na długoterminowe efekty do badania. Systemy oparte na Slice zapewniają również dostęp eksperymentalny z precyzyjną kontrolą środowisk pozakomórkowych, dzięki czemu są odpowiednią platformą korelacji choroby z wynikami neuropatologicznymi. Ponieważ z jednego mózgu można wyodrębnić około 10 do 20 plastrów, użycie zwierząt jest znacznie zmniejszone w porównaniu z badaniami in vivo. Organotypowe plastry mózgu mogą być ekstrahowane i hodowane z wielu gatunków zwierząt (np. szczurów), ale także od ludzi.

Zastosowaniaedit

urządzenia mikroprzepływowe zostały sparowane z plasterkami organotypowymi w celu poprawy żywotności hodowli. Standardowa procedura hodowli organotypowych plasterków mózgu (około 300 mikronów grubości) wykorzystuje półporowate membrany do tworzenia interfejsu powietrze-medium, ale ta technika powoduje ograniczenia dyfuzji składników odżywczych i rozpuszczonych gazów. Ponieważ systemy mikroprzepływowe wprowadzają przepływ laminarny tych niezbędnych składników odżywczych i gazów, transport jest ulepszony i można osiągnąć wyższą żywotność tkanek. Oprócz utrzymania żywotności standardowych plastrów, platformy brain-on-A-chip umożliwiły udaną hodowlę grubszych plastrów mózgu (około 700 mikronów), pomimo znacznej bariery transportowej ze względu na grubość. Ponieważ grubsze plastry zachowują bardziej natywną architekturę tkanek, pozwala to urządzeniom typu brain-on-A-chip na osiągnięcie bardziej” podobnych do in vivo ” cech bez poświęcania żywotności komórek. Urządzenia mikroprzepływowe wspierają wysokowydajne badania przesiewowe i oceny toksykologiczne zarówno w kulturach 2D, jak i slice, co prowadzi do opracowania nowych leków skierowanych do mózgu. Jedno urządzenie było w stanie prześwietlić leki kombinatorycznie pitawastatyna i irynotekan w glejaku wielopostaciowym (najczęstsza postać ludzkiego raka mózgu). Te podejścia przesiewowe zostały połączone z modelowaniem bariery krew-mózg( BBB), znaczącej przeszkody dla leków do przezwyciężenia podczas leczenia mózgu, umożliwiając badanie skuteczności leku przez tę barierę in vitro. Sondy mikroprzepływowe zostały wykorzystane do dostarczania barwników z wysoką precyzją regionalną, umożliwiając zlokalizowaną mikroperfuzję w zastosowaniach leków. Ponieważ urządzenia mikroprzepływowe mogą być projektowane z dostępnością optyczną, pozwala to również na wizualizację morfologii i procesów w określonych regionach lub pojedynczych komórkach. Systemy Brain-on-A-chip mogą dokładniej modelować fizjologię na poziomie narządów w chorobach neurologicznych, takich jak choroba Alzheimera, Choroba Parkinsona i stwardnienie rozsiane niż w przypadku tradycyjnych technik hodowli komórkowej 2D i 3D. Zdolność do modelowania tych chorób w sposób wskazujący na warunki in vivo jest niezbędna do tłumaczenia terapii i terapii. Ponadto, urządzenia brain-on-A-chip zostały wykorzystane do diagnostyki medycznej, na przykład w wykrywaniu biomarkerów raka w plastrach tkanki mózgowej.

Ograniczeniaedit

urządzenia typu Brain-on-A-chip mogą powodować stres ścinający na komórkach lub tkankach z powodu przepływu przez małe kanały, co może prowadzić do uszkodzenia komórek. Te małe kanały również wprowadzają podatność na wychwytywanie pęcherzyków powietrza, które mogą zakłócić przepływ i potencjalnie spowodować uszkodzenie komórek. Powszechne stosowanie PDMS (polidimetylosiloksanu) w urządzeniach typu brain-on-A-chip ma pewne wady. Chociaż PDMS jest tani, plastyczny i przezroczysty, białka i małe cząsteczki mogą być wchłaniane przez niego, a później pijawki w niekontrolowanym tempie.

Lung-on-a-chipedytuj

Lung-on-a-chips są projektowane w celu poprawy fizjologicznego znaczenia istniejących modeli interfejsów pęcherzykowo-kapilarnych in vitro. Taki Wielofunkcyjny mikrourządzenie może odtworzyć kluczowe właściwości strukturalne, funkcjonalne i mechaniczne interfejsu pęcherzykowo-kapilarnego człowieka (tj. podstawową jednostkę funkcjonalną żywego płuca).

Dongeun Huh z Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering na Harvardzie opisuje ich wykonanie systemu zawierającego dwa ściśle przylegające mikrokanały oddzielone cienką (10 µm) porowatą elastyczną membraną wykonaną z PDMS. Urządzenie w dużej mierze składa się z trzech kanałów mikroprzepływowych, a tylko środkowy posiada porowatą membranę. Komórki hodowlane hodowano po obu stronach błony: ludzkie pęcherzykowe komórki nabłonkowe po jednej stronie i ludzkie płucne mikronaczyniowe komórki śródbłonkowe po drugiej stronie.

podział kanałów ułatwia nie tylko przepływ powietrza jako płynu dostarczającego komórki i składniki odżywcze do wierzchołkowej powierzchni nabłonka, ale także pozwala na istnienie różnic ciśnienia między kanałem środkowym i bocznym. Podczas normalnego wdechu w cyklu oddechowym człowieka, ciśnienie doopleuralne zmniejsza się, powodując rozszerzenie pęcherzyków płucnych. Gdy powietrze jest wciągane do płuc, nabłonek pęcherzykowy i sprzężony śródbłonek w naczyniach włosowatych są rozciągnięte. Ponieważ próżnia jest podłączona do kanałów bocznych, spadek ciśnienia spowoduje rozszerzenie kanału środkowego, rozciągając w ten sposób membranę porowatą, a następnie cały interfejs pęcherzykowo-kapilarny. Dynamiczny ruch napędzany ciśnieniem za rozciąganiem membrany, opisany również jako cykliczne odkształcenie mechaniczne (wyceniane na około 10%), znacznie zwiększa szybkość translokacji nanocząstek przez porowatą membranę, w porównaniu do statycznej wersji tego urządzenia i do systemu hodowli Transwell.

aby w pełni potwierdzić biologiczną dokładność urządzenia, należy ocenić jego odpowiedź na całe narządy. W tym przypadku naukowcy zadali obrażenia komórkom:

• zapalenie płuc

odpowiedzi zapalne płuc pociągają za sobą wieloetapową strategię, ale wraz ze zwiększoną produkcją komórek nabłonkowych i wczesnym uwalnianiem cytokin, interfejs powinien podlegać zwiększonej liczbie cząsteczek adhezji leukocytów. W eksperymencie Huh, zapalenie płuc było symulowane przez wprowadzenie pożywki zawierającej silny mediator prozapalny. Zaledwie kilka godzin po urazie komórki w urządzeniu mikroprzepływowym poddane cyklicznemu szczepowi zareagowały zgodnie ze wspomnianą wcześniej odpowiedzią biologiczną.

• zakażenie płuc

żywe bakterie E-coli zostały użyte do wykazania, w jaki sposób system może nawet naśladować wrodzoną odpowiedź komórkową na bakteryjne zakażenie płuc. Bakterie zostały wprowadzone na powierzchnię wierzchołkową nabłonka pęcherzykowego. W ciągu kilku godzin neutrofile zostały wykryte w komorze pęcherzykowej, co oznacza, że zostały przeniesione z mikrochannelu naczyniowego, w którym błona porowata fagocytowała bakterie.

ponadto naukowcy uważają, że potencjalna wartość tego układu płuc na chipie pomoże w zastosowaniach toksykologicznych. Badając odpowiedź płuc na nanocząstki, naukowcy mają nadzieję dowiedzieć się więcej o zagrożeniach dla zdrowia w niektórych środowiskach i skorygować wcześniej uproszczone modele in vitro. Ponieważ mikroprzepływowe płuco na czipie może dokładniej odtworzyć właściwości mechaniczne żywego ludzkiego płuca, jego fizjologiczne reakcje będą szybsze i dokładniejsze niż system hodowli Transwell. Niemniej jednak opublikowane badania przyznają, że odpowiedzi układu płuco-on-a-chip nie odtwarzają jeszcze w pełni odpowiedzi natywnych komórek nabłonka pęcherzykowego.

Heart-on-a-chipEdit

wcześniejsze wysiłki w celu replikacji środowisk tkanek sercowych in vivo okazały się trudne ze względu na trudności podczas naśladowania kurczliwości i odpowiedzi elektrofizjologicznych. Takie cechy znacznie zwiększyłyby dokładność eksperymentów in vitro.

Mikrofluidyki przyczyniły się już do eksperymentów in vitro na kardiomiocytach, które generują impulsy elektryczne, które kontrolują tętno. Na przykład naukowcy zbudowali szereg mikrochamber PDMS, połączonych z czujnikami i elektrodami stymulującymi jako narzędzie, które będzie elektrochemicznie i optycznie monitorować metabolizm kardiomiocytów. Inny lab-on-a-chip podobnie połączył sieć mikroprzepływową w PDMS z planarnymi mikroelektrodami, tym razem do pomiaru potencjałów zewnątrzkomórkowych z pojedynczych dorosłych mysich kardiomiocytów.

a reported design of a heart-on-a-chip claims to have built „a efficient means of measurement structure-function relationships in constructs that replicate the hierarchical tissue architectures of laminar cardiac muscle.”Chip ten określa, że wyrównanie miocytów w aparacie kurczliwym wykonanym z tkanki serca i profil ekspresji genu (na który wpływa kształt i deformacja struktury komórkowej) przyczynia się do siły wytwarzanej w kurczliwości serca. To serce na chipie jest biohybrydową konstrukcją: zaprojektowane anizotropowe mięśnia sercowego jest elastomerową cienką warstwą.

proces projektowania i produkcji tego konkretnego urządzenia mikroprzepływowego obejmuje najpierw pokrycie krawędzi szklanej powierzchni taśmą (lub jakąkolwiek folią ochronną), aby obrysować pożądany kształt podłoża. Następnie nakłada się warstwę spin coat PNIPA. Po jego rozpuszczeniu folia ochronna jest odklejana, w wyniku czego powstaje samodzielne ciało PNIPA. Ostatnie kroki obejmują powłokę spin powierzchni ochronnej PDMS na poślizgu pokrywy i utwardzania. Muscular thin films (MTF) umożliwiają tworzenie monowarstw mięśnia sercowego na cienkim elastycznym podłożu PDMS. Aby prawidłowo zasiewać hodowlę komórek 2D, zastosowano technikę drukowania mikrokontaktowego do ułożenia wzoru „ceglanej ściany” fibronektyny na powierzchni PDMS. Gdy miocyty komorowe zostały zaszczepione na funkcjonalizowanym podłożu, wzór fibronektyny skierował je do wytworzenia anizotropowej monowarstwy.

po przecięciu cienkich warstw na dwa rzędy z prostokątnymi zębami, a następnie umieszczeniu całego urządzenia w kąpieli, elektrody stymulują skurcz miocytów poprzez stymulację pola-tym samym zakrzywiając paski/zęby w MTF. Naukowcy opracowali korelację między stresem tkankowym a promieniem krzywizny pasków MTF podczas cyklu kurczliwego, potwierdzając, że zademonstrowany chip jest ” platformą do kwantyfikacji stresu, elektrofizjologii i architektury komórkowej.”

Kidney-on-a-chipEdit

komórki nerkowe i nefrony zostały już symulowane przez urządzenia mikroprzepływowe. „Takie Kultury komórkowe mogą prowadzić do nowych wglądów w funkcje komórek i narządów i być wykorzystywane do badań przesiewowych leków”. Urządzenie kidney-on-a-chip może przyspieszyć badania obejmujące sztuczne zastępowanie utraconej funkcji nerek. Obecnie dializa wymaga, aby pacjenci chodzili do kliniki do trzech razy w tygodniu. Bardziej przenośna i dostępna forma leczenia nie tylko zwiększyłaby ogólny stan zdrowia pacjenta (poprzez zwiększenie częstotliwości leczenia), ale cały proces stałby się bardziej wydajny i tolerowany. Badania nad sztucznymi nerkami dążą do zapewnienia przenośności, noszenia i być może możliwości implantacji urządzeń poprzez innowacyjne dyscypliny: mikrofluidyka, miniaturyzacja i nanotechnologia.

Nefron-on-a-chipEdit

nefron jest jednostką czynnościową nerki i składa się z kłębuszka i części kanalikowej. Naukowcy z MIT twierdzą, że zaprojektowali urządzenie bioartificial, które replikuje funkcję kłębuszków nerkowych, proksymalnego zwiniętego kanalika i pętli Henle ’ a.

każda część urządzenia ma swoją unikalną konstrukcję, zazwyczaj składającą się z dwóch warstw mikrofabrykowanych oddzielonych membraną. Jedyny wlot do urządzenia mikroprzepływowego jest przeznaczony do wprowadzania próbki krwi. W części kłębuszkowej nefronu błona przepuszcza przez ścianę komórek kapilarnych pewne cząsteczki krwi, złożone z śródbłonka, błony podstawnej i podocytów nabłonkowych. Płyn, który jest filtrowany z krwi kapilarnej do przestrzeni Bowmana, nazywa się filtratem lub moczem pierwotnym.

w kanalikach, niektóre substancje są dodawane do filtratu w ramach tworzenia moczu, a niektóre substancje są ponownie wchłaniane z filtratu i z powrotem do krwi. Pierwszy segment tych kanalików jest proksymalnym kanalikiem zwiniętym. To tutaj odbywa się prawie całkowite wchłanianie substancji ważnych pod względem odżywczym. W urządzeniu ten odcinek jest tylko prostym kanałem, ale cząsteczki krwi przechodzące do filtratu muszą przekroczyć wspomnianą wcześniej błonę i warstwę komórek kanalików proksymalnych nerki. Drugim segmentem kanalików jest pętla Henle ’ a, w której zachodzi reabsorpcja wody i jonów z moczu. Kanały pętli urządzenia starają się symulować mechanizm przeciwprądowy pętli Henle ’ a. Podobnie, pętla Henle ’ a wymaga wielu różnych typów komórek, ponieważ każdy typ komórki ma różne właściwości i cechy transportowe. Należą do nich zstępujące komórki kończyn, cienkie komórki kończyn wstępujących, grube komórki kończyn wstępujących, komórki kanałowe zbierające korę i komórki kanałowe zbierające rdzeń.

jeden krok w kierunku potwierdzenia symulacji urządzenia mikroprzepływowego pełnego zachowania filtracji i reabsorpcji fizjologicznego nefronu obejmowałby wykazanie, że właściwości transportowe między krwią a filtratem są identyczne w odniesieniu do miejsca ich występowania i tego, co jest wpuszczane przez membranę. Na przykład, znaczna większość biernego transportu wody występuje w kanaliku proksymalnym i kończynie zstępującej cienkiej, lub aktywny transport NaCl w dużej mierze występuje w kanaliku proksymalnym i kończynie grubej wstępującej. Wymagania projektowe urządzenia wymagałyby, aby frakcja filtracyjna w kłębuszku wahała się między 15-20%, lub reabsorpcja filtracji w proksymalnym kanaliku zwiniętym wahała się między 65-70%, a wreszcie stężenie mocznika w moczu (zebrane w jednym z dwóch wylotów urządzenia) wahało się między 200-400 mM.

jeden z ostatnich raportów ilustruje biomimiczny nefron na hydrożelowych urządzeniach mikroprzepływowych z ustaleniem funkcji dyfuzji biernej. Kompleksowa fizjologiczna funkcja nefronu jest osiągana na podstawie interakcji między naczyniami i kanalikami (oba są kanalikami wydrążonymi). Jednak konwencjonalne techniki laboratoryjne zwykle koncentrują się na strukturach 2D, takich jak szalka Petriego, która nie ma zdolności do podsumowania prawdziwej fizjologii, która występuje w 3D. dlatego autorzy opracowali nową metodę wytwarzania funkcjonalnych, podszewkowych komórek i perfusable microchannels wewnątrz hydrożelu 3D. Komórki nabłonka śródbłonka naczynia i nabłonka nerki hodowane są wewnątrz hydrożelowego mikrokanału i tworzą pokrycie komórkowe, naśladując odpowiednio naczynia i kanaliki. Wykorzystali mikroskop konfokalny do badania pasywnej dyfuzji jednej małej cząsteczki organicznej (Zwykle leków) między naczyniami i kanalikami w hydrożelu. Badanie pokazuje korzystny potencjał naśladowania fizjologii nerek w medycynie regeneracyjnej i badaniach przesiewowych leków.

Vessel-on-a-chipEdit

choroby układu krążenia są często spowodowane zmianami struktury i funkcji małych naczyń krwionośnych. Na przykład, samo-zgłaszane wskaźniki nadciśnienia sugerują, że wskaźnik ten rośnie, mówi raport z 2003 roku z Narodowego Badania Zdrowia i Żywienia Examination Survey. Platforma mikroprzepływowa symulująca biologiczną reakcję tętnicy może nie tylko umożliwić częstsze występowanie ekranów narządowych w trakcie badania nad rozwojem leku, ale także zapewnić kompleksowe zrozumienie mechanizmów leżących u podstaw zmian patologicznych w małych tętnicach i opracować lepsze strategie leczenia. Axel Gunther z University of Toronto twierdzi, że takie urządzenia oparte na MEMS mogą potencjalnie pomóc w ocenie stanu mikronaczyniowego pacjenta w warunkach klinicznych (medycyna spersonalizowana).

konwencjonalne metody stosowane do badania wewnętrznych właściwości izolowanych naczyń oporowych (arterioli i małych tętnic o średnicach od 30 µm do 300 µm) obejmują technikę miografii ciśnieniowej. Jednak takie metody wymagają obecnie ręcznie wykwalifikowanego personelu i nie są skalowalne. Tętnica na chipie może przezwyciężyć kilka z tych ograniczeń, umieszczając tętnicę na platformie, która byłaby skalowalna, niedroga i prawdopodobnie zautomatyzowana w produkcji.

opracowano narządową platformę mikroprzepływową, na której można zamocować kruche naczynie krwionośne, co pozwala na badanie determinantów nieprawidłowego funkcjonowania tętnic oporowych.

mikrośrodowisko tętnicy charakteryzuje się temperaturą otoczenia, ciśnieniem przezskórnym i stężeniem luminalu& stężenia leku abluminalnego. Wielokrotne wejścia z mikrośrodowiska powodują szeroki zakres bodźców mechanicznych lub chemicznych na komórkach mięśni gładkich (SMC) i komórkach śródbłonka (ECs), które wyrównują zewnętrzne i luminalne ściany naczynia, odpowiednio. Komórki śródbłonka są odpowiedzialne za uwalnianie czynników zwężających naczynia krwionośne i rozszerzających naczynia, a tym samym modyfikujących ton. Napięcie naczyniowe definiuje się jako stopień zwężenia wewnątrz naczynia krwionośnego w stosunku do jego maksymalnej średnicy. Patogenne koncepcje obecnie uważają, że subtelne zmiany w tym mikrośrodowisku mają wyraźny wpływ na napięcie tętnicze i mogą poważnie zmienić obwodowy opór naczyniowy. Inżynierowie stojący za tym projektem uważają, że specyficzna siła tkwi w jego zdolności do kontrolowania i symulacji heterogenicznych oddziaływań przestrzennych występujących w mikrośrodowisku, podczas gdy protokoły miograficzne z racji swojej konstrukcji ustanowiły tylko jednorodne mikrośrodowiska. Udowodnili, że dostarczając fenylefrynę tylko przez jeden z dwóch kanałów zapewniających superfuzję do zewnętrznych ścian, strona przeciwna lekowi zwężała się znacznie bardziej niż strona przeciwna lekowi.

arteria-on-a-chip jest przeznaczona do odwracalnej implantacji próbki. Urządzenie zawiera sieć mikrokanałową, obszar ładowania tętnic i oddzielny obszar kontroli tętnic. Istnieje mikrochannel używany do ładowania segmentu tętnicy, a gdy dobrze ładująca jest uszczelniona, jest również stosowany jako kanał perfuzyjny, aby odtworzyć proces odżywczego dostarczania krwi tętniczej do łoża kapilarnego w tkance biologicznej. Kolejna para mikrokanałów służy do mocowania dwóch końców odcinka tętniczego. Wreszcie, ostatnia para mikrokanałów jest używana do zapewnienia szybkości przepływu superfuzji, w celu utrzymania fizjologicznej i metabolicznej aktywności narządu poprzez dostarczanie stałego pożywki podtrzymującej nad ścianą abluminalną. Grzałka termoelektryczna i termorezystor są podłączone do chipa i utrzymują fizjologiczne temperatury w obszarze kontroli tętnicy.

protokół załadunku i zabezpieczenia próbki tkanki do strefy kontroli pomaga zrozumieć, w jaki sposób takie podejście uznaje funkcje całego narządu. Po zanurzeniu segmentu tkanki w studni załadunkowej proces ładowania jest napędzany przez strzykawkę pobierającą stały przepływ roztworu buforowego na drugim końcu kanału załadunkowego. Powoduje to transport tętnicy w kierunku jej dedykowanej pozycji. Odbywa się to za pomocą zamkniętych linii mocujących i superfuzji w/wylotowych. Po zatrzymaniu pompy przez jeden z kanałów mocujących wywierane jest podciśnienie atmosferyczne. Następnie po uszczelnieniu odwiertu ładunkowego drugi kanał mocujący poddawany jest działaniu ciśnienia pod ciśnieniem atmosferycznym. Teraz tętnica jest symetrycznie ustalona w obszarze kontroli, a ciśnienie transmuralne jest odczuwane przez segment. Pozostałe kanały są otwierane, a stała perfuzja i superfuzja są regulowane za pomocą oddzielnych pomp strzykawkowych.

naczynia-na-chipy zostały zastosowane do badania wielu procesów chorobowych. Na przykład Alireza Mashaghi i jego współpracownicy opracowali model do badania wirusowego zespołu krwotocznego, który obejmuje wywołaną wirusem utratę integralności naczyniowej. Model był używany do badania choroby wirusa Ebola i do badania leków przeciw Ebola.

Skin-on-a-chipEdit

ludzka skóra jest pierwszą linią obrony przed wieloma patogenami i może być narażona na różne choroby i problemy, takie jak nowotwory i stany zapalne. Jako takie, aplikacje skin-on-a-chip (SoC) obejmują testowanie miejscowych farmaceutyków i kosmetyków, badanie patologii chorób skóry i stanów zapalnych oraz „tworzenie nieinwazyjnych automatycznych testów komórkowych” w celu sprawdzenia obecności antygenów lub przeciwciał, które mogłyby oznaczać obecność patogenu. Pomimo szerokiej gamy potencjalnych zastosowań, stosunkowo niewiele badań przeprowadzono w rozwoju skóry na chipie w porównaniu do wielu innych narządów na chipach, takich jak płuca i nerki. Kwestie takie jak odłączenie rusztowania kolagenowego od mikrokanałów, niepełne różnicowanie komórkowe i dominujące zastosowanie Poli(dimetysiloksanu) (PDMS) do produkcji urządzeń, które wykazano, że ługują chemikalia do próbek biologicznych i nie mogą być masowo produkowane stymie standaryzacja platformy. Dodatkową trudnością jest zmienność rusztowania hodowli komórkowej lub substancji podstawowej, w której do hodowli komórek, która jest używana w urządzeniach skin-on-chip. W ludzkim ciele substancja ta jest znana jako macierz pozakomórkowa.

macierz zewnątrzkomórkowa (ECM) składa się głównie z kolagenu, a różne rusztowania oparte na kolagenie zostały przetestowane w modelach SoC. Kolagen ma tendencję do odłączania się od szkieletu mikroprzepływowego podczas hodowli z powodu skurczu fibroblastów. Jedno z badań próbowało rozwiązać ten problem, porównując właściwości rusztowania Kolagenowego z trzech różnych źródeł zwierzęcych: skóry świni, ogona szczura i stóp kaczki. Inne badania również borykały się z problemami z odwarstwieniem z powodu skurczu, co może być problematyczne, biorąc pod uwagę, że proces pełnego różnicowania skóry może trwać nawet kilka tygodni. Uniknięto problemów ze skurczami, zastępując rusztowanie kolagenowe matrycą skórną opartą na fibrynach, która się nie kurczyła. Większe różnicowanie i tworzenie warstw komórek odnotowano również w hodowli mikroprzepływowej w porównaniu z tradycyjną hodowlą statyczną, zgadzając się z wcześniejszymi odkryciami ulepszonych interakcji komórka-komórka i komórka-matryca z powodu dynamicznej perfuzji lub zwiększonej przenikalności przez przestrzenie śródmiąższowe z powodu ciśnienia ciągłego przepływu mediów. Uważa się, że to ulepszone różnicowanie i wzrost są częściowo produktem stresu ścinającego utworzonego przez gradient ciśnienia wzdłuż mikrokanału z powodu przepływu płynu, który może również poprawić dostarczanie składników odżywczych do komórek nie sąsiadujących bezpośrednio z pożywką. W kulturach statycznych, stosowanych w tradycyjnych odpowiednikach skóry, komórki otrzymują składniki odżywcze w pożywce tylko poprzez dyfuzję, podczas gdy dynamiczna perfuzja może poprawić przepływ składników odżywczych przez przestrzenie śródmiąższowe lub szczeliny między komórkami. Wykazano również, że perfuzja ta poprawia tworzenie szczelnych połączeń warstwy rogowej, twardej zewnętrznej warstwy naskórka, która jest główną barierą dla penetracji warstwy powierzchniowej skóry.

dynamiczna perfuzja może również poprawić żywotność komórek, co wykazano poprzez umieszczenie komercyjnego odpowiednika skóry w platformie mikroprzepływowej, która przedłużyła oczekiwaną długość życia o kilka tygodni. To wczesne badanie wykazało również znaczenie mieszków włosowych w modelach równoważnych ze skórą. Mieszki włosowe są główną drogą do warstwy podskórnej dla kremów do stosowania miejscowego i innych substancji stosowanych na powierzchnię skóry, cecha, że nowsze badania często nie stanowiły.

w jednym z badań opracowano SoC składający się z trzech warstw, naskórka, skóry właściwej i warstwy śródbłonka, oddzielonych błonami porowatymi, w celu zbadania obrzęku, obrzęku spowodowanego gromadzeniem się płynu pozakomórkowego, wspólnej odpowiedzi na infekcję lub obrażenia i niezbędnego etapu naprawy komórkowej. Wykazano, że wstępne zastosowanie Dex, steroidowego kremu o właściwościach przeciwzapalnych, zmniejszyło ten obrzęk w SoC.