Офис в Москве: 8-800-63-60305 | E-Mail: info@radiotechnika.ru

Что такое орган-на-чипе?

Что такое орган-на-чипе?

Устройства «орган-на-чипе» (ООС) сочетают в себе передовые клеточные культуры с микроинженерией для создания передовой биотехнологии, обещающей произвести революцию в различных областях — от разработки лекарств до оценки химических рисков.
Устройство «орган-на-чипе» (ООС) представляет собой микромасштабную биомиметическую систему, которая воспроизводит сложные структуры и ключевые функции живых органов. Они делают это, контролируя движение жидкостей через миниатюрные каналы, мембраны и камеры, выстланные живыми человеческими клетками.

Их конструкция различается в зависимости от рассматриваемого органа, но в целом их можно разделить на одноканальные, двойные и многоканальные чипы. Наиболее распространенной является двухканальная конструкция, которая используется для исследования таких органов, как легкие, кишечник и гематоэнцефалический барьер. Другие конструктивные особенности, такие как форма камеры, диаметр канала и свойства мембраны, также зависят от органа и выбираются соответствующим образом.

Скорость потока жидкости в каналах является еще одним параметром, специфичным для органа, который необходимо точно и точно контролировать, чтобы установить желаемые напряжения сдвига жидкости, градиенты концентрации питательных веществ и кислорода, полярность и различные другие критические параметры в системе.


Это часто достигается за счет регулируемого по давлению потока с помощью шприцевых насосов, но также используются другие подходы, такие как перистальтические, электроосмотические или капиллярные насосы. Сложные многоканальные устройства также потребовали использования микроклапанов для контроля движения жидкости. Они могут быть пассивными по своей природе, такими как сифонные или гидрофобные клапаны, или активными, такими как пневматические или электростатические клапаны.

Устройства похожи по размеру на карту памяти USB с их микромасштабными функциями, которые обычно создаются с помощью таких методов изготовления, как мягкая литография, горячее тиснение и даже 3D-печать. Материалы для изготовления этих устройств должны быть оптически прозрачными (чтобы исследователи могли видеть систему), биосовместимыми (чтобы не оказывать ненадлежащего воздействия на систему) и экономически эффективными.

Таким образом, эластомер полидиметилсилоксан на основе кремния (PDMS) обычно используется для устройств, где требуется гибкость, а стекло - для устройств, где это не так. В последнее время термопласты также привлекли внимание из-за их химической стабильности и пригодности для эффективных методов производства, таких как литье под давлением и лазерная резка.

История
Истоки исследований in vitro восходят к началу двадцатого века, когда простые методы полуконтролируемого двухмерного культивирования дали базовое представление о росте и дифференцировке клеток. С тех пор были разработаны методы для получения физиологических и механических условий в организме ( условия in vivo ) с возрастающей точностью.

Это привело к созданию 3D-моделей культуры, таких как сфероид, органоид и биопечатная ткань, которые могут приспосабливаться к естественным изменениям формы и межклеточным соединениям, ранее запрещенным жестким 2D-культуральным субстратом.

Устройства OOC представляют собой следующий этап развития 3D-моделей культуры, предлагая улучшенную динамическую функциональность по сравнению с традиционными 3D-культурами благодаря использованию в них микромасштабного потока жидкости, называемого микрофлюидикой. Несмотря на то, что исследования проводились более 20 лет, устройства остаются в зачаточном состоянии: первый успешный чип был создан только в 2010 году Гарвардским институтом Висса.

С тех пор технология быстро развивалась, и теперь устройства могут успешно имитировать широкий спектр органов с невероятной точностью.

Приложения
Одним из основных применений устройств OOC является оценка безопасности лекарств до начала клинических испытаний. Современные методы доклинических испытаний in vitro основаны на двухмерных и упрощенных трехмерных культуральных моделях, которые часто дают вводящие в заблуждение результаты из-за неточности воспроизведения физиологических условий in vivo .

Похожие истории
Дополнительный автобус Kandou Bus от EPFL получил награду Academic Enterprise Award за последовательные соединения между чипами
Включение в один чип устройств из нескольких материалов
FSAL в четыре раза увеличивает пропускную способность с определенной скоростью передачи данных OIF для электрического интерфейса «чип-чип»
Ту же неточность можно сказать и об испытаниях на животных. Это приводит к печально известному медленному и дорогому процессу открытия и разработки лекарств: уровень одобрения лекарств для клинических испытаний составляет примерно 12%, при этом для вывода на рынок каждого соединения требуется до 10 лет и 3 миллиарда долларов (Wouters et al., 2020).

Устройства OOC уже демонстрируют свои преимущества для этой цели открытия и разработки. Например, Kostrzewski et al. (2019) разработали устройство «печень на чипе», которое позволило непредвиденно понять механизм, лежащий в основе наиболее распространенного хронического заболевания печени в развитых странах, неалкогольной жировой болезни печени (НАЖБП). Эти выводы было невозможно сделать с использованием традиционных и статических по своей сути трехмерных моделей культуры, и, по прогнозам, они приведут к первым успешным фармакологическим терапевтическим вариантам распространенного заболевания.

ООС, орган-на-чипе, орган-на-чипе, устройства ООС, органы, 3d культура, модели культур

Изображение предоставлено: luchschenF/Shutterstock.com

Другие области применения OOC включают в себя устройства для поддержки легких у недоношенных детей при дыхательной недостаточности, разработку высоко персонализированной медицины и моделирование инфекционных заболеваний, включая COVID-19.

Проблемы
Перед широким распространением ООС-устройств существует множество критических барьеров, особенно в отношении их стандартизации и проверки. Это связано с тем, что устройства не только включают в себя сложные и междисциплинарные новые технологии, что в настоящее время делает стандартизацию чрезвычайно сложной и, возможно, контрпродуктивной, но также и то, что ни модели животных, ни клинические эффекты человека не могут рассматриваться как однозначные стандарты для измерения достоверности устройств. Это делает применимость процесса валидации сомнительной, при этом некоторые предпочитают более целенаправленные этапы процесса квалификации.

Широкий спектр технических проблем создает дополнительные препятствия для принятия устройств. Это включает неселективное поглощение гидрофобных препаратов, особенно для устройств OOC на основе PDMS. Это ограничение является результатом склонности материала смешиваться с маслянистой фазой (называемой его липофильностью), что ограничивает возможные методы доставки лекарств для устройства и может существенно затруднить интерпретацию его аналитических результатов (Tajeddin and Mustafaoglu, 2021).

Другие технические проблемы включают в себя интеграцию датчиков для обеспечения мониторинга и автоматизации системы в режиме реального времени, ограниченную масштабируемость технологий производства устройств, эффективную изоляцию качественных первичных клеток для использования в качестве источников тканей внутри устройств, а также пагубные последствия доминирующей поверхности. Эффекты микромасштабного потока жидкости.

Будущие разработки
Основная тенденция этой технологии и, возможно, ее конечная цель — интегрировать все больше и больше органов на одном чипе, чтобы, наконец, создать полноценное «тело на чипе». Такое устройство будет состоять из нескольких соответствующим образом масштабируемых и функционально связанных органов, чтобы обеспечить среду тестирования беспрецедентной полноты и точности.

В свою очередь, эта тенденция к «мультиплексированию», несомненно, поставит новые и сложные задачи, требующие множества дальнейших исследований и разработок. Одним из таких новых достижений является включение стволовых клеток в качестве источника ткани для устройств.

Эти «самообновляющиеся» клетки, которые могут дифференцироваться в один или несколько специализированных типов клеток, являются более физиологически репрезентативными, чем другие клеточные линии, и, по прогнозам, они станут основным источником тканей для будущих устройств OOC (Wu et al., 2020). Другие примеры включают использование функциональных гидрогелей, разработку васкуляризированных устройств OOC и внедрение автоматизированной системы управления с обратной связью 

Поделиться:

Видео о Заводе Радиотехника:


Вопросы, отзывы, комментарии (0)

Нет комментариев

Добавить комментарий

Пожалуйста, оцените!

Читайте также:

Каковы цифровые тренды на 2022 год?

Когда закончится глобальная нехватка чипов?

Wifi 6E ускоряет работу в Интернете

Как отличить поддельные электронные компоненты

Как мы удовлетворяем спрос и предложение на будущие хранилища энергии?

Есть ли способ найти устойчивый источник лития?

Батарейный бум

Какова цена добычи лития?

Дефицит полупроводниковых микросхем продолжает наносить ущерб мировой экономике

10 главных технологических тенденций в электронной промышленности

Двойные фотодиоды — два лучше, чем один

Что такое правила подготовки сетевых сегментов?

Создание рабочей силы для квантовых вычислений с нуля

Квантовое программирование в 2022 году: языки, SDK и алгоритмы

Квантовые вычисления для чайников

Графеновые татуировки постоянно измеряют артериальное давление

Amazon демонстрирует впечатляющие новые складские роботы

150 000 кубитов, напечатанных на чипе

Оценка экономического эффекта станций зарядки электромобилей

Графеновые батареи в электромобилях

Исследователи нашли новый способ преодолеть снижение производительности катодов батарей

Как ароматические полиимиды используются в электронике?

Исследователи используют химию для стимуляции осязания

Полупроводники: мозг современной электроники

Что мы знаем о проводящих полимерах?

Циркулярная экономика и электроника

Решение проблемы нехватки микросхем с помощью полупроводниковой экономики замкнутого цикла

3 решения, которые сделают ваше сельское хозяйство эффективнее

Термоэлектрические охладители помогают сотням приложений оставаться прохладными

Автономная работа по-прежнему остается целью для электромобилей?

Дизайнеры, попробуйте эти роботизированные компоненты для решений автоматизации

Создание более безопасных дорог для автономных транспортных средств

Могут ли квантовые вычисления действительно решить что-нибудь полезное?

Зачем контролировать уровень CO2 в классах?

Технологии умного строительства продолжают развиваться

Можно ли бороться с Covid-19 с помощью ультрафиолета?

Сенсорная плата расширения делает науку ближе к повседневной жизни

Автомобильный класс

LiDAR используется не только для определения расстояний

3D-машинное зрение меняет робототехнику

Взгляд в будущее систем визуализации

Более быстрая зарядка электромобилей с SiC

Военно-аэрокосмические решения для дизайнеров

Как умные светодиоды озаряют яркую революцию

Станут ли квантовые вычисления коммодитизированными?

3 решения для камер от известных мировых лидеров

Решения для подключения улучшают впечатления от вождения

Выбор наиболее подходящего датчика для профилактического обслуживания

Где встречаются нанотехнологии и машинное обучение

Беспроводные сенсорные узлы с автономным питанием и сбором энергии

Контактная информация - Завод РАДИОТЕХНИКА.

      ООО "РАДИОТЕХНИКА" 2003-2021 - Проиводство и продажа электротехники и комплектующих. Веб-сайт не является основанием для предъявления претензий и рекламаций, информация является ознакомительной. Технические характеристики товаров могут отличаться от указанных на сайте. Производитель и(или) продавец оставляет за собой право в любой момент, без обязательного извещения, вносить изменения в комплектацию, дизайн и характеристики, не ухудшающие качество товара. Все данные, в том числе цвет, форма, функции товара приведены для справки. Фактические характеристики продукта могут отличаться и будут указаны в счете на оплату.