העבודה כבר במימון המשרד הפדרלי הגרמני לחינוך ומחקר, GO-יו גרנט מס &#39;0,315,569.

<ol>
	<li>Kelm, J. M., Fussenegger, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscale+tissue+engineering+using+gravity-enforced+cell+assembly.">Microscale tissue engineering using gravity-enforced cell assembly.</a> Trends in biotechnology. 22 (4), 195-202 (2004).</li><li>Marx, U., Walles, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human-on-a-chip+Developments:+A+Translational+Cutting-edge+Alternative+to+Systemic+Safety+Assessment+and+Efficiency+Evaluation+of+Substances+in+Laboratory+Animals+and+Man.">Human-on-a-chip Developments: A Translational Cutting-edge Alternative to Systemic Safety Assessment and Efficiency Evaluation of Substances in Laboratory Animals and Man.</a> ATLA. 40 (5), 235-257 (2012).</li><li>Baudoin, R., Griscom, L., Prot, J. M., Legallais, C., Leclerc, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Behavior+of+HepG2/C3A+cell+cultures+in+a+microfluidic+bioreactor.">Behavior of HepG2/C3A cell cultures in a microfluidic bioreactor.</a> Biochemical Engineering Journal. 53 (2), 172-181 (2011).</li><li>Dash, A., Inman, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liver+tissue+engineering+in+the+evaluation+of+drug+safety.">Liver tissue engineering in the evaluation of drug safety.</a> Expert opinion on drug metabolism &amp; toxicology. 5 (10), 1159-1174 (2009).</li><li>Materne, E. -. M., Tonevitsky, A. G., Marx, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chip-based+liver+equivalents+for+toxicity+testing--organotypicalness+versus+cost-efficient+high+throughput.">Chip-based liver equivalents for toxicity testing--organotypicalness versus cost-efficient high throughput.</a> Lab on a chip. 13 (18), 3481-3495 (2013).</li><li>Huh, D., Torisawa, Y., Hamilton, G. a., Kim, H. J., Ingber, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microengineered+physiological+biomimicry:+organs-on-chips.">Microengineered physiological biomimicry: organs-on-chips.</a> Lab on a chip. 12 (12), 2156-2164 (2012).</li><li>Sin, A., Chin, K. C., Jamil, M. F., Kostov, Y., Rao, G., Shuler, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+design+and+fabrication+of+three-chamber+microscale+cell+culture+analog+devices+with+integrated+dissolved+oxygen+sensors.">The design and fabrication of three-chamber microscale cell culture analog devices with integrated dissolved oxygen sensors.</a> Biotechnology progress. 20 (1), 338-345 (2004).</li><li>Tatosian, D. a., Shuler, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+system+for+evaluation+of+drug+mixtures+for+potential+efficacy+in+treating+multidrug+resistant+cancers.">A novel system for evaluation of drug mixtures for potential efficacy in treating multidrug resistant cancers.</a> Biotechnology and bioengineering. 103 (1), 187-198 (2009).</li><li>Schimek, K., Busek, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrating+biological+vasculature+into+a+multi-organ-chip+microsystem.">Integrating biological vasculature into a multi-organ-chip microsystem.</a> Lab on a chip. 13 (18), 3588-3598 (2013).</li><li>Wagner, I., Materne, E. -. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+dynamic+multi-organ-chip+for+long-term+cultivation+and+substance+testing+proven+by+3D+human+liver+and+skin+tissue+co-culture.">A dynamic multi-organ-chip for long-term cultivation and substance testing proven by 3D human liver and skin tissue co-culture.</a> Lab on a chip. 13 (18), 3538-3547 (2013).</li><li>Vieira, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HepaRG+human+hepatic+cell+line+utility+as+a+surrogate+for+primary+human+hepatocytes+in+drug+metabolism+assessment+in+vitro.">HepaRG human hepatic cell line utility as a surrogate for primary human hepatocytes in drug metabolism assessment in vitro.</a> Journal of pharmacological and toxicological methods. 63 (1), 59-68 (2010).</li><li>Abu-Absi, S. F., Hansen, L. K., Hu, W. -. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+co-culture+of+hepatocytes+and+stellate+cells.">Three-dimensional co-culture of hepatocytes and stellate cells.</a> Cytotechnology. 45 (3), 125-140 (2004).</li><li>Leite, S. B., Wilk-Zasadna, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+HepaRG+model+as+an+attractive+tool+for+toxicity+testing.">Three-dimensional HepaRG model as an attractive tool for toxicity testing.</a> Toxicological sciences. 130 (1), 106-116 (2012).</li><li>Chiquet-Ehrismann, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tenascins.">Tenascins.</a> The international journal of biochemistry &amp; cell biology. 36 (6), 986-990 (2004).</li><li>Sidgwick, G. P., Bayat, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extracellular+matrix+molecules+implicated+in+hypertrophic+and+keloid+scarring.">Extracellular matrix molecules implicated in hypertrophic and keloid scarring.</a> Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology JEADV. 26 (2), 141-152 (2012).</li><li>Ata&#231;, B., Wagner, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skin+and+hair+on-a-chip:+in+vitro+skin+models+versus+ex+vivo+tissue+maintenance+with+dynamic+perfusion.">Skin and hair on-a-chip: in vitro skin models versus ex vivo tissue maintenance with dynamic perfusion.</a> Lab on a chip. 13 (18), 3555-3561 (2013).</li><li>Wu, M. -. H., Huang, S., Lee, G. -. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+cell+culture+systems+for+drug+research.">Microfluidic cell culture systems for drug research.</a> Lab on a chip. 10 (8), 939-956 (2010).</li><li>Schanz, J., Pusch, J., Hansmann, J., Walles, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vascularised+human+tissue+models+A+new+approach+for+the+refinement+of+biomedical+research.">Vascularised human tissue models A new approach for the refinement of biomedical research.</a> Journal of Biotechnology. 148 (1), 56-63 (2010).</li><li>Holnthoner, W., Hohenegger, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adipose-derived+stem+cells+induce+vascular+tube+formation+of+outgrowth+endothelial+cells+in+a+fibrin+matrix.">Adipose-derived stem cells induce vascular tube formation of outgrowth endothelial cells in a fibrin matrix.</a> J Tissue Eng Regen Med. , (2012).</li><li>Dunn, J. C. Y., Yarmush, M. L., Koebe, H. G., Tompkins, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hepatocyte+function+and+extracellular+matrix+geometry:+long-term+culture+in+a+sandwich+configuration.">Hepatocyte function and extracellular matrix geometry: long-term culture in a sandwich configuration.</a> FASEB Journal. 3, 174-177 (1989).</li><li>Leclerc, E., Sakai, Y., Fujii, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+PDMS+(polydimethylsiloxane)+bioreactor+for+large-scale+culture+of+hepatocytes.">Microfluidic PDMS (polydimethylsiloxane) bioreactor for large-scale culture of hepatocytes.</a> Biotechnology progress. 20 (3), 750-755 (2004).</li><li>Kim, M. S., Yeon, J. H., Park, J. -. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+microfluidic+platform+for+3-dimensional+cell+culture+and+cell-based+assays.">A microfluidic platform for 3-dimensional cell culture and cell-based assays.</a> Biomedical microdevices. 9 (1), 25-34 (2007).</li><li>Prot, J. -. M., Aninat, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improvement+of+HepG2/C3A+Cell+Functions+in+a+Microfluidic+Biochip.">Improvement of HepG2/C3A Cell Functions in a Microfluidic Biochip.</a> Biotechnology and bioengineering. 108 (7), 1704-1715 (2011).</li><li>Riccalton-Banks, L., Liew, C., Bhandari, R., Fry, J., Shakesheff, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+culture+of+functional+liver+tissue:+three-dimensional+coculture+of+primary+hepatocytes+and+stellate+cells.">Long-term culture of functional liver tissue: three-dimensional coculture of primary hepatocytes and stellate cells.</a> Tissue engineering. 9 (3), 401-410 (2003).</li><li>Powers, M. J., Domansky, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Microfabricated+Array+Bioreactor+for+Perfused+3D+Liver+Culture.">A Microfabricated Array Bioreactor for Perfused 3D Liver Culture.</a> Biotechnology and Bioengineering. 78 (3), 257-269 (2002).</li></ol>

Uwe מרקס הוא מנכ&quot;ל TissUse GmbH המייצר ומשווקת פלטפורמת השבבים Multi-איברים המשמשת במאמר. פרסום זה מומן על ידי הפרס הוענק על ידי קורנינג Inc.

פלטפורמת MOC המתוארת כאן מייצגת כלי יציב וחזק לטיפוח רקמות של מקורות שונים בתנאי זרימה בינוניים דינמיים על פני תקופות ממושכות תרבות 10,16. בדוגמא זו, הפלטפורמה שימשה לטפח תאים ראשוניים (HDMEC), שווה רקמה שנוצרו משורת תאים (מצרפי כבד), וcoculture של האמור עם ביופסית רקמה. MOC היה מסוגל לקיים את coculture שלוש-הרקמה עד 28 ימים במעגל בינוני משולב. למיטב ידיעתם ​​של המחברים, זו הפעם הראשונה coculture רב-רקמה כולל ביופסיות, תאים ראשוניים ושורות תאים שבוצעה במשך ארבעה שבועות. אחד החסרונות העיקריים של מערכות מייקרו-נוזליות הוא הזיקה של מולקולות קטנות לדבוק בחומר של המעגלים נוזליים על פני השטח. כמו פני השטח יחס נפח גבוה במיוחד במערכות microfluidic, אפקט זה הופך להיות אפילו יותר בולט 17 </sעד&gt;. הכיסוי היציב HDMEC של הערוצים, הציג כאן, עלול לפעול כמחסום ביולוגי מניעת ההדבקה של מולקולות לMOC. יתר על כן, זה יכול לשמש ככלי hemocompatible לזרימת דם שלם, מניעת קרישת דם. עם זאת, השימוש בכל הדם כחילוף בינוני הוא לא ריאלי ככלי דם מלאים שווה האיבר טרם הושגו. עבודה קיימת בכלי הדם במבחנה של רקמות -generated הוא מבטיח ומנחה את הדרך למחקרים נוספים 18,19. זה ידוע שhepatocytes נוטה לאבד תפקודים הכבד הספציפית שלהם לאורך זמן בתנאי תרבות דו-ממדי סטטי במבחנה 20. אנזימי חילוף חומרים, כגון משפחת ציטוכרום P450, הם בעלי חשיבות מיוחדת אם חילוף החומרים של תרופה מסוימת הוא להיחקר. ציטוכרום P450 3A4, אנזים הקשורים לbiotransformation של xenobiotics רב, ו7A ציטוכרום P450, which מעורב בסינתזה של חומצות מרה, באו לידי ביטוי בכבד אגרגטים בתרבית MOC מעל 14 ימים. זה מצביע על השימור של פנוטיפ מטבולית פעיל, המאפשר ללימודי חילוף חומרים סמים. העלייה בשיעור אלבומין הייצור של אגרגטים בMOC בהשוואה לתרבויות סטטי הוא אינדיקציה נוספת לתנאי תרבות נאותים. שיעורי ייצור אלבומין נצפו במהלך מחקר זה היו דומים או אף גבוהים יותר מערכים שדווחו בעבר שהושגו על ידי שבבי microfluidic כוללים תאי HepG2 21 - 23, לעומת זאת, ערכים לא הגיעו אלה של תרבויות hepatocyte אנושיות ראשוניות 24. יתר על כן, מערכת MOC, בפריסה הזמנית שלה, אינה מאפשרת הפרדה נפרדת של מרה. תאים במבנים כמו canaliculi מצטברים מקוטבים ויצרו מרה, כפי שמוצג על ידי MRP-2 מכתים. עם זאת, אפיקים, נקבות אלה לא היו מחוברים לערוץ טכני איסוף המרה. תערובת שאינה פיזיולוגית זהing של המרה עם תא הדם יש לטפל בתכנון מחדש עתידי של המערכת. ההתאמה של מאפייני זרימה היא בעל חשיבות גבוהה 25, במיוחד בכל הנוגע לרקמות רגישות למאמץ גזירה, כגון הכבד. הסכום של מאמץ גזירה נתפס על ידי הרקמה יכול להיות שונה בשתי דרכים: ראשית, ניתן להוריד את לחץ האוויר בשימוש כדי לדחוף את הקרומים של המשאבה, ירידת ערכי לחץ גזירת שיא במערכת. שנית, יכולות להיות מוטבעות ברקמות שכבות מטריצה ​​תאית או מתורבת בתרבות מוסיף transwell. האחרונים להגן על הרקמות מנוכחיות הבסיסי עם קרום נקבובי. התאמות אלו צריכים להתבצע על בסיס אישי לכל איבר מקביל לפני תחילת ניסוי MOC. במבצע pulsatile של 2.4 הרץ, למשל, אשר תואם את פעילות של 144 פעימות גבוהה, אבל עדיין פיזיולוגית, לב / min בבני אדם, מאמץ הגזירה נמדד בערוצים של מעגל כלי הדם מגיעים לכ 25 DYN / 2 סנטימטר. זה מתאים למאמץ גזירה פיסיולוגי בקצה הגבוה של הסקאלה בנימי דם, והוא, לכן, גם ישים עבור ניסויים כוללים endothelialization של הערוצים. עם זאת, כפי שפריסת microfluidic הנוכחית של מערכת MOC הציגה מורכבת רק אחד במעגל תקשורת מחבר בין שני תאי האיבר, שיעור לחץ מהירות שאיבה וגזירה אחד לא להיבחר למערכת כולה. לכן, התאמה של מאפייני זרימה לצרכיו של כל איבר יחיד מדויקת היא לא תמיד אפשרית. יתר על כן, טיפול שיש לנקוט בהתאמת התאים למדיום הנפוץ. תאים מעובדים בMOC במעגל תקשורת משולב, ולכן, אין תקשורת ותרבות תא בודדת יכולה לשמש לכל דגם רקמה, כהיא סטנדרטי עבור תרבות תאים במבחנה. ניסוח מדיה משולב מינימאלי צריך להיות מוגדר מראש ולאהוא תאים צריכים להיות מותאמים בשלבים לתקשורת חדשה זה. תהליך ניכוי של 80% / 20% ישנים למדיה החדשים במשך יומיים, ולאחר מכן 50% / 50% ואחריו 20% / 80%, ותמורה מלאה תמיד הובילו לכדאיות סבירה תא ופונקציונליות של תרבויות בידיים שלנו. פריסת microfluidic הנוכחית של מערכת MOC מאפשרת coculture של עד שלוש רקמות. יש צורך coculture של לפחות עשרה איברים החשובים ביותר בגוף האדם כדי להגיע להומאוסטזיס. לכן, המערכת שהוצגה היא מסוגלת לחזות אינטראקציות ספציפיות רקמות-רקמה, אך לא התגובה המערכתית האמיתית לחומר. פיתוח נוסף של משרד התקשורת לכוללים יותר חללי איבר שחזה. יתר על כן, את תוקפו של המערכת הוא להיות מוצג באמצעות סדרה של תרכובות התייחסות. רצוי, תרכובות שנכשלו בניסויים קליניים (כגון Troglitazone) הן להיבדק לביצועים שלהם במשרד התקשורת. ואילו, אימות נכונה של מערכות מורכבות כגון עדיין פגעה בy חוסר סטנדרטיזציה לגבי סמנים ביולוגיים ונקודתי קצה להערכה תפקודית, איסוף נתונים נוספים על הביצועים טוקסיקולוגית של מערכות זה ודומה ירחיב האמינות והאזור של יישום שלהם.

מבחני תרבות התא הנוכחיים monolayer או השעיה לפיתוח תרופות לא מצליחין לחקות את microenvironment הסלולרי האנושי, ולכן, להוביל לdedifferentiation ואובדן התפקוד בתרביות תאים אנושיים ראשוניות מהירים. דגמי רקמה עם הרלוונטיות פיסיולוגיות גבוהות יותר יש צורך לחזות את היעילות ובטיחות של תרכובות לפני שהודית להם בניסויים קליניים. לאחרונה, סטנדרטי בטכניקות תרבית תאים במבחנה התפתח מתרבויות monolayer דו-ממדיות לדגמים רב-תאיים תלת-ממדיים, במטרה לחקות את in vivo מייקרו-סביבת הרקמות. מערכות אלה כבר הראו שיפורים משמעותיים לקראת חיזוי מדויק יותר של אופן פעולה של תרכובות 1,2. יתר על כן, התאמה במבחנה תנאי התרבות לצרכי מיוחדים מאוד של תאים היא עניין מיוחד. תחת תקן בתנאי מבחנה, מגוון רחב של רחוב ללא מוצא חשובפרמטרים ture, כגון אספקת חומרי מזון וחמצן, הסרת מוצרי צבירה, וכוח מכאני הפועלים על התאים לעתים קרובות לא ניתן לשלוט באופן יסודי ברוב המקרים. איברים רבים ברשות הדרגתיים ריכוז רלוונטי מבחינה פיזיולוגית של חומרים וחמצן מומס. עם זאת, תנאי פיקוח הדוקים והמותאמים אלה נמצאים באופוזיציה ברורה להדרגתיות דיפוזיה בלתי נשלטת סביב רקמות בתנאים במבחנה, שמוביל לסביבה מאוד לא יציבה והגבלת פיתוח סלולארי 3. לפיכך, יציב יותר ויותר במיוחד לכימות בתנאי מבחנה נדרשות לשמור תאי קיימא ומובחן על פני תקופות זמן ארוכות. מערכות perfused, שבו רכיבים בינוניים יוסרו באופן קבוע והוחלפו, הן לעתים קרובות טוב יותר מאופיינות לשליטה מאשר תרבויות סטטי הנוגעות ישיר המקיף את רקמות. בתנאים סטטיים, מילויים דיפוזיה של הפרשות תא וחומרים מזינים מדיום התרבותאולי מקיף את התאים בתרבית 3. מאופיינות היטב ספיקות בינוניות היכרות סביב הרקמות מאפשרות להפרשות התא לערבב עם המדיום העשיר דרך זלוף. זה מאפשר את הדור של microenvironments הסלולרית המוגדרת, הבטחת פנוטיפ סלולארי יציב וחילוף חומרי ביטוי אנזים לאורך כל משך assay 4. ההתפתחויות האחרונות ברב-איבר שבב (MOC) מבוסס מערכות לשלב את היתרונות של זרימה בינונית מבוקרת סביב מהונדסים רקמות עם הדרישות בינוניות ומסת תאים הקטנות של bioreactors microscale, שהובילו לכמות מופחתת של חומר הנדרש במהלך בדיקה. מספר מערכות microfluidic לתרבית רקמה תוארו עד כה 5,6. יחסי רקמה לנוזל בתוך מערכות אלה לשחק תפקיד מכריע במיוחד בהדמיית crosstalk הסלולרי רלוונטי מבחינה פיזיולוגית. עם זאת, בשל מגבלות טכניות, כגון השימוש במשאבות חיצוניות ומאגרי מדיה, הדואר הכוללים במחזור מדיה נפח ברוב המערכות גדול מדי בהשוואה להיקפי הרקמות. קבוצת שולר ואח &#39;. היתה הראשונה לפתח מערכת הבטחה פעמים מגורים נאותות של חומרים בתוך תאי תרבית תאים וברקמות 7,8 רלוונטי vivo לנוזל יחסים. זו הושגה על ידי מדרוג המאגר החיצוני עד לצלחת 96-היטב, מייצג גם את התא &quot;רקמות אחרות&quot;. על מנת למזער את במחזור מדיה הנפח בתוך פלטפורמת MOC שלנו, אנו משולבים micropump על שבב peristaltic, ומבטל את הצורך במעגלי תקשורת חיצוניים. micropump זה מסוגל להפעיל את המערכת במספר לבחירה של מהירויות זרימת מדיה ושיעורי מאמץ גזירה 9. מערכת ערוץ microfluidic של 500 מיקרומטר ורוחב 100 מיקרומטר גובה חיבורי שני חללי תרבית רקמה סטנדרטיים, כל אחד מהם בגודל של באר אחד של צלחת 96-היטב. דבקות בגדלים של צלחת גם תקן התעשייהs מאפשרת האינטגרציה של מודלים רקמה קיימים כבר מיוצרים בפורמט transwell. יתר על כן, המיקום האנכי של transwell מוסיף תרבית תאים הוא מתכוונן, המאפשר הטיפוח של דגמי רקמה שאינם רק נחשפו ישירות לזרימת הנוזל, אבל יכול להיות גם הרים ומוגן מפני נוכחי הבסיסית. באופן דומה, תרבויות ממשק אוויר נוזלי הן אפשריים באמצעות מערכת זו. פלטפורמת MOC היא מפוברקת משכבה polydimethylsiloxane (PDMS) 2 מ&quot;מ גבוהה ושקופיות מיקרוסקופ זכוכית עם טביעת רגל של 75 x 25 מ&quot;מ 2, שמודבקים באופן קבוע על ידי חמצון פלזמה בלחץ נמוך כדי ליצור מעגל microfluidic הנוזל חזק. שכבת PDMS המכילה את הערוצים המתאימים ותאי תרבית תאים מופקת על ידי יתוגרפיה הרכה סטנדרטית והעתק דפוס 9. עיצוב microfluidic של MOC שימוש במהלך מחקר זה מורכב משני מעגלים נפרדים לכל שבב microfluidic, כל אחד מחזיק שני התא גתאי ulture מחוברים על ידי מערכת ערוץ 100 מיקרומטר גבוהה. זה אפשר את הביצועים של שני cocultures שתי רקמות בודדות באמצעות שבב רב-איבר אחד. תדרי שאיבה הותאמו ללהניב שיעורי זרימה בינוניים של 40 μl / min. עיצוב MOC שתי רקמה זו סיפק את יכולת coculture אליפטית כבד וביופסית עור במקומות תרבות נפרדות, אם כי במעגל תקשורת משולבת תחת תנאי זרימה פיסיולוגיים. תאים המובחנים HepaRG קובצו יחד עם תאים אנושיים כבד stellate (HHSteC) ביחס של 24: 1 ליצירת spheroids הומוגנית. יחס זה נמצא כאופטימלי, כפי שנצפה בניסויים קודמים 10, למרות ש, כמעט פי שתיים את מספר hepatocytes שימש בהשוואה למצב בvivo. העור היה מעובד בממשק אוויר נוזלי בתוך להכניס את תרבות תא transwell, ובכך לאפשר חשיפת חומר אקטואלית. דגמי רקמה אלה cocultivated לד 28ays בMOC כדי להדגים את שלמותה של מערכת זו. יתר על כן, במעגל ערוץ microfluidic של השבבים היה מכוסה באופן מלא עם תאי כלי דם עורי אנושיים האנדותל (HDMEC) כדי לדמות את מערכת כלי הדם באופן הדוק יותר.

<table><tbody><tr><td>HepaRG cells</td><td>Biopredic International</td><td></td><td>undifferentiated cells</td></tr><tr><td>HHSteC</td><td>ScienCell Research Laboratories</td><td></td><td>cells and all culture supplements</td></tr><tr><td>HepaRG Medium</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>William&#039;s Medium E&lt;br /&gt;10% FCS&lt;br /&gt;100 U/ml penicillin&lt;br /&gt;100 &amp;micro;g/ml streptomycin&lt;br /&gt;5 &amp;micro;g/ml human insulin&lt;br /&gt;2 mM L-glutamine&lt;br /&gt;5 x 10&lt;sup&gt;-5&lt;/sup&gt; M hydrocortisone hemisuccinate</td></tr><tr><td>HDMEC Medium</td><td>PromoCell</td><td></td><td>Endothelial Cell Growth Medium MV2 with Supplement-Pack MV2 and 1% penicillin-streptomycin</td></tr><tr><td>Dimethyl sulfoxide</td><td>Carl Roth</td><td></td><td>add 2% to HepaRG media</td></tr><tr><td>Trypsin/EDTA</td><td>Biowest</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Trypsininhibitor</td><td>Carl Roth</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MAXYMum Recovery Tips</td><td>Corning</td><td></td><td>1,000 &amp;micro;l Pipet Tips Wide Bore</td></tr><tr><td>384-Well Hanging Drop Plate</td><td>3D Biomatrix</td><td></td><td>Perfecta 3D 384-Well Hanging Drop Plate</td></tr><tr><td>Tissue culture flasks</td><td>Corning</td><td></td><td>75 cm&lt;sup&gt;2&lt;/sup&gt;</td></tr><tr><td>Ultra-low attachment plate</td><td>Corning</td><td></td><td>24-well</td></tr><tr><td>Transwell cell culture inserts</td><td>Corning</td><td></td><td>96-well unit, 0.4 &amp;micro;m pore size</td></tr><tr><td>Deep well plates</td><td>Corning</td><td></td><td>96-well, 1 ml</td></tr><tr><td>Biopsy punch</td><td>Stusche</td><td></td><td>4.5 mm</td></tr><tr><td>Glass microscope slide</td><td>Menzel</td><td></td><td>footprint of 75 x 25&amp;nbsp;mm</td></tr><tr><td>Polydimethylsiloxane</td><td>Dow Corning</td><td></td><td>Sylgard 184</td></tr><tr><td>Silicon rubber additive</td><td>Wacker Chemie</td><td></td><td>Wacker Primer G790</td></tr><tr><td>Tubes for air pressure</td><td>SMC Pneumatik GmbH</td><td></td><td>Polyurethan-Schlauch, metrisch</td></tr><tr><td>Alumin ELISA</td><td>Bethyl Laboratories</td><td></td><td>Human Albumin ELISA Quantitation Set</td></tr><tr><td>Lactate dehydrogenase assay</td><td>Stanbio Laboratory</td><td></td><td>LDH Liqui-UV kit</td></tr><tr><td>Alexa Fluor 594 acetylated LDL</td><td>Invitrogen</td><td></td><td>1 mg/ml</td></tr></tbody></table>

the multi-organ chip - a microfluidic platform for long-term multi-tissue coculture

The ever growing amount of new substances released onto the market and the limited predictability of current in vitro test systems has led to a high need for new solutions for substance testing. Many drugs that have been removed from the market due to drug-induced liver injury released their toxic potential only after several doses of chronic testing in humans. However, a controlled microenvironment is pivotal for long-term multiple dosing experiments,&#160;as even minor alterations in extracellular conditions may greatly influence the cell physiology. We focused within our research program on the generation of a microengineered bioreactor, which can be dynamically perfused by an on-chip pump and combines at least two culture spaces for multi-organ applications. This circulatory system mimics the in vivo conditions of primary cell cultures better and assures a steadier,&#160;more quantifiable extracellular relay of signals to the cells. 
For demonstration purposes, human liver equivalents, generated by aggregating differentiated HepaRG cells with human hepatic stellate cells in hanging drop plates, were cocultured with human skin punch biopsies for up to 28 days inside the microbioreactor. The use of cell culture inserts enables the skin to be cultured at an air-liquid interface, allowing topical substance exposure. The microbioreactor system is capable of supporting these cocultures at near physiologic fluid flow and volume-to-liquid ratios, ensuring stable and organotypic culture conditions. The possibility of long-term cultures enables the repeated exposure to substances. Furthermore, a vascularization of the microfluidic channel circuit using human dermal microvascular endothelial cells yields a physiologically more relevant vascular model.

סטנדרטי במבחנה תרביות רקמה מבוצעות בתנאים סטטיים, המגבילות את הדיפוזיה של החמצן וחומרים מזינים לרקמות האספקה. מערכות fluidic, מראים מאפייני היצע השתפרו, לעתים קרובות הקשו על ידי הדרישות בינוניות הגדולות שלהם, שיש שאינו מבחינה פיזיולוגית גבוהות בינוני ליחסי רקמה. לפיכך, המטבוליטים מדוללים ותאים אינם מסוגלים להתנות את סביבתם. MOC הוצג במחקר זה מחבר את שני תאים בתרבית רקמה נפרדים, כל אחת בגודל של באר אחד של צלחת 96-היטב סטנדרטית, על ידי מערכת ערוץ microfluidic. בקנה מידה הקטנה של המערכת והאינטגרציה של המשאבה על השבב מאפשר למערכת לפעול בהיקפי תקשורת של רק 200 ל -800 μl. זה מתאים למדיום מערכתי כולל ליחס רקמה של 8: 1 עד 31: 1, בהתאמה, לcocultures רקמת כבד ועור (יש בסך הכל נפח רקמה של כ 26 μl). חוץ-תאי הכוללת כמות הנוזלים באדם במשקל 73 קילוגרם הוא 14.6 L, על מה נפח נוזל intercapillary הוא 5.1 L, שמוביל לנוזל החוץ תאי פיסיולוגי ליחס רקמה של 1: 4. לפיכך, הסכום של תקשורת בכל מערכת הדם בMOC עדיין גדול יותר בהשוואה למצב הפיזיולוגי; ובכל זאת, הוא מייצג את התקשורת הקטנה ביותר ליחס רקמה דיווחה עד כה למערכות רב-איבר 5. כפורמטי תרבית רקמת תקן תעשייה נשמרים, חוקרים יכולים לשלב מודלים רקמת סטטי קיימים וכבר תוקף בתוך זרימת נוזל נפוצה. איור 1 מציג את סכמטי של ניסוי הגדרה של cocultures רקמה אחת MOC או רב-רקמה האפשרית. ביופסיות רקמות ראשוניות ובמבחנת -generated יכול להיות מתורבתות שווה רקמה משורות תאים או תאים ראשוניים או באמצעות תרבות מוסיף תא 96-היטב או על ידי הצבת אותם ישירות לתוך התאים בתרבית הרקמה. כמערכת הערוץ המקשרת תאי תרבית תאים היא רק 100 μמ &#39;, שווה רקמה עולה על ממדים אלה יישמרו בתוך תאי התרבות. Endothelialization של מעגל MOC עם HDMECs העיקרי מאפשר צעד נוסף קדימה לכיוון תנאי תרבות פיסיולוגיים יותר על ידי מתן מבנה כלי דם ביולוגי. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/52526/52526fig1highres.jpg" width="700" /> איור 1:. ייצוג סכמטי של תרבויות MOC שווי רקמות מוכנות תחת במבחנה תנאים סטנדרטיים, מחוסן לתוך MOC וטיפח כתרבויות או cocultures יחידים בתנאים דינמיים. דגימות תקשורת יומית וניתוחי נקודת סיום מבוצעים. לחץ האוויר לנהוג המשאבה מיושם באמצעות שלושה הצינורות הכחולים מחוברים לMOC מלמעלה. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52526/52526fig1highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> </a&gt; בעקבות פרוטוקול endothelialization, כיסוי HDMEC מחוברות של מעגל ערוץ microfluidic מתקבל בתוך ארבעה ימים של תרבות הדינמית, כפי שמוצג באיור 2. תאים בקלות לדבוק בקירות של ערוץ MOC, ליצור monolayer ומחוברות, ולהאריך לאורך הגזירה מתח (איור 2). יתר על כן, תאים לכסות את כל ההיקף של הערוצים, כפי שדווחו בעבר 9. לא חל שינוי נוסף במורפולוגיה אנדותל נצפה לאחר ארבעה ימים של טיפוח עד סוף התרבות. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/52526/52526fig2.jpg" /> איור 2:. ערוצי MOC Endothelialized תאי כלי דם עורי אדם אנדותל (HDMEC) יצרו monolayer ומחוברות במעגל microfluidic. תאים הוכתמו LDL acetylated לאחר 23 ימים של תרבות MOC. כל מ &#39;()מעגל icrovascular היה מכוסה בתאים ותאים (B) מוארכים לאורך מאמץ הגזירה. ברים בקנה מידה: (א) 1,000 מיקרומטר ו( B) 100 מיקרומטר. בניסוי נוסף, spheroids תא העקבי בצורת דיסק כבד נוצרים מHepaRG וHHSteC במהלך שני ימים של תרבות ירידה תלויה, כמערכת מודל זה דווחה בעבר כמתאים לחילוף חומרי סמים לומד 11-13. למטרות הדגמה, תא תרבית רקמה אחת של כל מעגל MOC נזרע עם 20 spheroids בתרבות מוסיף תא 96-היטב ורקמות עובדו מעל 14 ימים בתנאים דינמיים באמצעות MOCs-endothelialized שאינו. כל מספר של אגרגטים או כמות החומר עיקרי יכול להיות משולב באופן ישיר לתאים או באמצעות מוסיף תרבית תאים. מכתים Immunofluorescent של spheroids לאחר שליפה מMOC תערוכות ביטוי חזק, אחיד לlicytokeratin ver-הטיפוסי 8/18 ושלב אני חילוף חומרים אנזימי ציטוכרום P450 3A4 ו7A1 (איור 3 א ו3B). מכתים חלבון התנגדות רב-סמים טרנספורטר canalicular 2 של (MRP-2) חשף הפנוטיפ מקוטב ואת קיומה של רשתות כמו canaliculi-מרה בסיסית (איור 3 ג). <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/52526/52526fig3.jpg" /> איור 3 :. טיפוח של מיקרו-רקמות כבד מלאכותי אנושיות במצרפי MOC. הכבד טיפחו במשך 14 ימים בMOC היו מוכתם עבור cytokeratin () 8/18 (אדום) ו- (B) 3A4 ציטוכרום P450 (אדום) ו7A1 (ירוק). ביטוי (C) של canalicular טרנספורטר MRP-2 (ירוק), מכתים גרעיני כחול. ברים בקנה מידה: 100 מיקרומטר. כייצור של אלבומין הוא תנאי הכרחי אחד מתרביות רקמת כבד, יש לה דבורהn נבחר כדי לעקוב אחר פעילות כבד-טיפוסית במשרד התקשורת. ניתוח דגימות תקשורת יומיות לייצור אלבומין מצביע על עלייה משמעותית בקצב ייצור בתרבויות MOC בהשוואה לתרבויות סטטי (איור 4) ולערכים שדווחו בספרות 11. העלייה בשיעור סינתזת אלבומין אפשר אולי לייחס את אספקת החמצן וחומרים מזין גדלה בתרבויות MOC. לפיכך, MOC הוא מסוגל לקיים מצרפי כבד על פני תקופה של 14 יום תרבות במדינת מטבולית פעילה, שיפור כבד-טיפוסי התנהגות, כגון ייצור אלבומין. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/52526/52526fig4.jpg" /> איור 4: ביצועי אליפטית כבד ארבע עשרה יום בMOC ייצור אלבומין של תרביות רקמה יחידה בכבד ובמשרד התקשורת בתרבות סטטי.. הנתונים הם ממוצעי ± SEM (n = 4). לבדיקת רעילות במינון חוזרת ונשנית של Subsystemic cheMICALS וקוסמטיקה בבעלי חיים דורש 21 עד 28 ימים מיום החשיפה, כהגדרתו בהנחית OECD לא. 410 &quot;חוזרים ונשנים מנה Dermal רעילות: מחקר 21/28 יום.&quot; Cocultures עור הכבד לטווח הארוך הם שהודגם כאן לתקופה של עד 28 ימים להתמודדות עם דרישות רגולטוריות. ממשק אוויר נוזלי מסופק לחשיפת חומר עורי מאוחר יותר על ידי טיפוח ביופסיות עור בתרבות מוסיף תא 96-היטב. ניסוי coculture מתבצע exemplarily בMOCs endothelialized להוכיח אם coculture שלוש-רקמה במעגל תקשורת משולבת יכולה להיות כל הזמן קיימא ומטבולית פעיל מעל 28 ימים. ניתוח של פעילות LDH בsupernatants תקשורת חשף רמה בהתמדה פוחתת והולכת במהלך שמונת הימים הראשונים של תרבות, שנשארו קבוע בכ -80 U / l לאחר מכן (איור 5). זה מצביע על תחלופת רקמה מלאכותית אך יציבה במערכת בנקודות זמן מאוחר יותר. השוואת coculture שלוש-הרקמה ליחיד כבדניסויי coculture -tissue וכבד-אנדותל, ניתן היו למצוא ברמת LDH באופן משמעותי ירד, בעיקר בימים הראשונים בתרבויות לא כוללים העור. מוות של תאים בתוך תקופה הראשונה זו של פעילות LDH הגבוהה התרחש בעיקר בתא תרבות עור, כמו תרבויות MOC רקמה אחת עור נחשפו (מידע לא מוצג). זה יכול להיות בגלל האזור הפצוע המקיף את הביופסיה כתוצאה מהחבטות של העור. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/52526/52526fig5.jpg" /> איור 5: ביצועי רקמה חמש עשרה יום בפעילות LDH MOC בsupernatants התקשורת של תרביות רקמת הכבד בודדת (MOC Li), תרבויות כבד בMOCs endothelialized (MOC Li-Va) וcocultures העור כבד בMOC endothelialized (MOC לי. -Va-Sk). הנתונים הם ממוצעי ± SEM (n = 4). במהלך תקופת תרבות 28 היום, spheroids הכבד דבק בתחתית MOCתאי nd צמחו מתוך, ויצר קשר רב-שכבתי בין spheroids הסמוך. זה לא יפגע בתפקוד רקמות. Endpoint ניתוח על ידי immunofluorescence הראה כי spheroids הכבד היה עדיין מטבולית פעיל לאחר 28 ימים של coculture MOC, כפי שמוצגים על ידי ציטוכרום P450 3A4 צביעה (איור 6 א). HHSteC חולקו לאורך כל המקבילה הכבד, כפי שמוצג על ידי צביעת vimentin (איור 6). עלייה בעוצמת כתמי vimentin יכולה להיבחן באזורים שבם תאים שצמחו מתוך spheroids. מכתים לגורם פון Willebrand (vWF) הראה כי תאי האנדותל לא חדר עמוק לתוך הרקמה, אבל היו במגע תאי תאים ישיר עם hepatocytes החיצוני (איור 6 ג). צביעת אימונוהיסטוכימיה של ביופסיות העור הראתה ביטוי של C tenascin וקולגן IV בקרום הבסיסי (איור 6 ד), תוך הכתמה של שליטת סטטי הראתה elevatרמות ed של C tenascin (איור 6-ה). Tenascin C הוכח להיות שהוגבר בריפוי פצעים, תהליכים דלקתיים וסיסטיק, המצביע על תהליכים הנגרם fibrotic בסטטי, אבל לא בתרבויות דינמיות 14,15. כדאיות תא יציבים ופונקציונליות של רקמות לאחר coculture 28 יום בMOC להוכיח כי המערכת אינו מסוגלת לשמור על שילוב של עד שלוש רקמות במעגל תקשורת נפוצה. תאים ראשוניים, כמו גם מודלים וביופסיות רקמות, יכולים להיות מעובד בו זמנית במערכת MOC. <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/52526/52526fig6highres.jpg" width="700" /> איור 6:. ביצועים של תרבויות רבת-רקמה מעל 28 ימים שווי כבד וביופסיות עור עובדו בפונקציונליות MOC ותא endothelialized הוצג על ידי immunostaining של שלב (א) אני אנזימי ציטוכרום P4503A4 (אדום), vimentin (אדום) (ב), cytokeratin (C) 8/18 (אדום) וvWF (ירוק) ברקמת כבד. ביופסיות עור cocultivated במשך 28 ימים (ד &#39;) במשרד התקשורת או (E) בתנאים סטטיים היו מוכתמות עבור ג tenascin (אדום) וקולגן IV (ירוק), מכתים גרעיני כחול. מכתים (F) H &amp; E של העור לאחר 28 ימים של תרבות MOC. ברים בקנה מידה: 100 מיקרומטר.

Watch this Scientific Journal Video about The Multi-organ Chip - A Microfluidic Platform for Long-term Multi-tissue Coculture at JoVE.com

השבב הרב-איברים - פלטפורמה מיקרופלואידית לתרבות משותפת מרובת רקמות לטווח ארוך | ביו-הנדסה | וִידֵאוֹ

The Multi-organ Chip - A Microfluidic Platform for Long-term Multi-tissue Coculture

Here, we present a protocol to coculture primary cells, tissue models and punch biopsies in a microfluidic multi-organ chip for up to 28 days. Human dermal microvascular endothelial cells, liver aggregates and skin biopsies were successfully combined in a common media circulation.

צ&#39;יפ Multi-האיבר - פלטפורמת Microfluidic לCoculture Multi-רקמה לטווח ארוך

The ever growing amount of new substances released onto the market and the limited predictability of current in vitro test systems has led to a high need ...

the-multi-organ-chip-microfluidic-platform-for-long-term-multi-tissue

Universidad de Cartagena UDEC

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Biology

Bioengineering

Genetics

Biotechnology

SCIENTISTS IN ACTION

28.6K Views.  Technische Universität Berlin. Here, we present a protocol to coculture primary cells, tissue models and punch biopsies in a microfluidic multi-organ chip for up to 28 days. Human dermal microvascular endothelial cells, liver aggregates and skin biopsies were successfully combined in a common media circulation.

Video: The Multi-organ Chip - A Microfluidic Platform for Long-term Multi-tissue Coculture

Chip-based Three-dimensional Cell Culture in Perfused Micro-bioreactors

We have developed a chip-based cell culture system for the three-dimensional cultivation of cells. The chip is typically manufactured from non-biodegradable polymers, e.g., polycarbonate or polymethyl methacrylate by micro injection molding, micro hot embossing or micro thermoforming. But, it can also be manufactured from bio-degradable polymers. Its overall dimensions are 0.7 1 x 20 x 20 x 0.7 1 mm (h x w x l). The main features of the chips used are either a grid of up to 1156 cubic micro-containers (cf-chip) each the size of 120-300 x 300 x 300 &mu; (h x w x l) or round recesses with diameters of 300 &mu; and a depth of 300 &mu; (r-chip). The scaffold can house 10 Mio. cells in a three-dimensional configuration. For an optimal nutrient and gas supply, the chip is inserted in a bioreactor housing. The bioreactor is part of a closed steril circulation loop that, in the simplest configuration, is additionaly comprised of a roller pump and a medium reservoir with a gas supply. The bioreactor can be run in perfusion, superfusion, or even a mixed operation mode. We have successfully cultivated cell lines as well as primary cells over periods of several weeks. For rat primary liver cells we could show a preservation of organotypic functions for more than 2 weeks. For hepatocellular carcinoma cell lines we could show the induction of liver specific genes not or only slightly expressed in standard monolayer culture. The system might also be useful as a stem cell cultivation system since first differentiation experiments with stem cell lines were promising.

We describe a chip-based platform for the three-dimensional cultivation of cells in micro-bioreactors. One chip can house up to 10 Mio. cells that can be cultivated under precisely defined conditions with regard to fluid flow, oxygen tension etc. in a sterile, closed circulation loop.

שבב מבוסס תלת ממדי נייד תרבות Micro-bioreactors perfused

We have developed a chip-based cell culture system for the three-dimensional cultivation of cells. The chip is typically manufactured from ...

A Microfluidic Platform for High-throughput Single-cell Isolation and Culture

Studying the heterogeneity of single cells is crucial for many biological questions, but is technically difficult. Thus, there is a need for a simple, yet high-throughput, method to perform single-cell culture experiments. Here, we report a microfluidic chip-based strategy for high-efficiency single-cell isolation (~77%) and demonstrate its capability of performing long-term single-cell culture (up to 7 d) and cellular heterogeneity analysis using clonogenic assay. These applications were demonstrated with KT98 mouse neural stem cells, and A549 and MDA-MB-435 human cancer cells. High single-cell isolation efficiency and long-term culture capability are achieved by using different sizes of microwells on the top and bottom of the microfluidic channel. The small microwell array is designed for precisely isolating single-cells, and the large microwell array is used for single-cell clonal culture in the microfluidic chip. This microfluidic platform constitutes an attractive approach for single-cell culture applications, due to its flexibility of adjustable cell culture spaces for different culture strategies, without decreasing isolation efficiency.

Here, we present a protocol for isolating and culturing single cells with a microfluidic platform, which utilizes a new microwell design concept to allow for high-efficiency single cell isolation and long-term clonal culture.

פלטפורמת Microfluidic עבור בידוד תפוקה גבוהה מתא בודד ותרבות

Studying the heterogeneity of single cells is crucial for many biological questions, but is technically difficult. Thus, there is a need for a simple, yet ...

Co-culture of Living Microbiome with Microengineered Human Intestinal Villi in a Gut-on-a-Chip Microfluidic Device

Here, we describe a protocol to perform long-term co-culture of multi-species human gut microbiome with microengineered intestinal villi in a human gut-on-a-chip microphysiological device. We recapitulate the intestinal lumen-capillary tissue interface in a microfluidic device, where physiological mechanical deformations and fluid shear flow are constantly applied to mimic peristalsis. In the lumen microchannel, human intestinal epithelial Caco-2 cells are cultured to form a &#39;germ-free&#39; villus epithelium and regenerate small intestinal villi. Pre-cultured microbial cells are inoculated into the lumen side to establish a host-microbe ecosystem. After microbial cells adhere to the apical surface of the villi, fluid flow and mechanical deformations are resumed to produce a steady-state microenvironment in which fresh culture medium is constantly supplied and unbound bacteria (as well as bacterial wastes) are continuously removed. After extended co-culture from days to weeks, multiple microcolonies are found to be randomly located between the villi, and both microbial and epithelial cells remain viable and functional for at least one week in culture. Our co-culture protocol can be adapted to provide a versatile platform for other host-microbiome ecosystems that can be found in various human organs, which may facilitate in vitro study of the role of human microbiome in orchestrating health and disease.

We describe an in vitro protocol to co-culture gut microbiome and intestinal villi for an extended period using a human gut-on-a-chip microphysiological system.

עמית תרבות Microbiome חי עם Microengineered אדם המעיים villi בתוך גוט-על-שבב מכשיר microfluidic

Here, we describe a protocol to perform long-term co-culture of multi-species human gut microbiome with microengineered intestinal villi in a human ...

Generation of a Human iPSC-Based Blood-Brain Barrier Chip

The blood brain barrier (BBB) is formed by neurovascular units (NVUs) that shield the central nervous system (CNS) from a range of factors found in the blood that can disrupt delicate brain function. As such, the BBB is a major obstacle to the delivery of therapeutics to the CNS. Accumulating evidence suggests that the BBB plays a key role in the onset and progression of neurological diseases. Thus, there is a tremendous need for a BBB model that can predict penetration of CNS-targeted drugs as well as elucidate the BBB&#39;s role in health and disease.
We have recently combined organ-on-chip and induced pluripotent stem cell (iPSC) technologies to generate a BBB chip fully personalized to humans. This novel platform displays cellular, molecular, and physiological properties that are suitable for the prediction of drug and molecule transport across the human BBB. Furthermore, using patient-specific BBB chips, we have generated models of neurological disease and demonstrated the potential for personalized predictive medicine applications. Provided here is a detailed protocol demonstrating how to generate iPSC-derived BBB chips, beginning with differentiation of iPSC-derived brain microvascular endothelial cells (iBMECs) and resulting in mixed neural cultures containing neural progenitors, differentiated neurons, and astrocytes. Also described is a procedure for seeding cells into the organ chip and culturing of the BBB chips under controlled laminar flow. Lastly, detailed descriptions of BBB chip analyses are provided, including paracellular permeability assays for assessing drug and molecule permeability as well as immunocytochemical methods for determining the composition of cell types within the chip.

The blood-brain barrier (BBB) is a multicellular neurovascular unit tightly regulating brain homeostasis. By combining human iPSCs and organ-on-chip technologies, we have generated a personalized BBB chip, suitable for disease modeling and CNS drug penetrability predictions. A detailed protocol is described for the generation and operation of the BBB chip.

הדור של המוח האנושי מבוסס על-ידי שבב דם-מחסום

The blood brain barrier (BBB) is formed by neurovascular units (NVUs) that shield the central nervous system (CNS) from a range of factors found in the ...

Developmental Biology

<meta charset="utf8"></head><body>סרטן הכליה ותרבית משותפת של רקמות בריאות באמצעות מערכות מיקרופיזיולוגיות

Microfluidic Co-culture of Renal Healthy and Tumor Epithelium to Model Kidney Cancer Progression

Microphysiological systems (MPS) have enabled the introduction of more complex and relevant physiological elements into in vitro models, recreating intricate morphological features in three-dimensional environments with dynamic interactions lacking in conventional models. We implemented a renal cell carcinoma (RCC) co-culture model to recreate the cross-talk between healthy and malignant renal tissue. 
This model is based on the referenced multi-organ platform and consists of co-culturing a reconstructed renal proximal tubule with RCC spheroids. Custom-designed 3D-printed chambers were used to culture human renal epithelial proximal tubule cells (RPTEC) and facilitate their self-assembly into a renal tubule contained in a collagen type I matrix. Caki-1 RCC cells were embedded in an agar collagen matrix, subsequently forming cancer spheroids. Both collagen and agar/collagen gels were optimized to maintain their integrity during cyclic perfusion and withstand shear stress during a minimum culture period of 7 days. 
The gels also enable adequate nutrient supply and cell secretions. Moreover, the agar/collagen gels limit the overproliferation of RCC cells, ensuring relatively homogeneous spheroid size. The MPS chip microfluidic circuits comprise two independent culture chambers with the size of a standard 96-microplate well. The renal tubule and RCC gels populate separate chambers and share the same culture media, which is recirculated approximately twice per minute. Under these conditions, we observed upregulation of immune factor expression and secretion in the renal tubules (interleukin-8 and tumor necrosis factor-alpha). The renal tubules also shift their metabolic activity towards glycolysis under the influence of RCC. This novel approach demonstrates that a co-culture-based MPS can amplify the complexity of RCC in vitro and be employed to study the impact of cancer on non-tumor cells.

<meta charset="utf8"></head><body>תרבית משותפת מיקרופלואידית של אפיתל כליות בריא וגידול למודל התקדמות סרטן הכליה

Here, we present protocols that detail instructions for implementing 3D cell cultures using collagen and collagen-agarose matrixes in a microphysiological system. These protocols support renal proximal tubule and renal cell carcinoma spheroids co-culture, simulating in vivo conditions and enabling advanced investigation of kidney cancer cell interactions.

תרבית משותפת מיקרופלואידית של אפיתל כליות בריא וגידול למודל התקדמות סרטן הכליה

Microphysiological systems (MPS) have enabled the introduction of more complex and relevant physiological elements into in vitro models, recreating ...

Cancer Research

Scalable Fabrication of Stretchable, Dual Channel, Microfluidic Organ Chips

A significant number of lead compounds fail in the pharmaceutical pipeline because animal studies often fail to predict clinical responses in human patients. Human Organ-on-a-Chip (Organ Chip) microfluidic cell culture devices, which provide an experimental in vitro platform to assess efficacy, toxicity, and pharmacokinetic (PK) profiles in humans, may be better predictors of therapeutic efficacy and safety in the clinic compared to animal studies. These devices may be used to model the function of virtually any organ type and can be fluidically linked through common endothelium-lined microchannels to perform in vitro studies on human organ-level and whole body-level physiology without having to conduct experiments on people. These Organ Chips consist of two perfused microfluidic channels separated by a permeable elastomeric membrane with organ-specific parenchymal cells on one side and microvascular endothelium on the other, which can be cyclically stretched to provide organ-specific mechanical cues (e.g., breathing motions in lung). This protocol details the fabrication of flexible, dual channel, Organ Chips through casting of parts using 3D printed molds, enabling combination of multiple casting and post-processing steps. Porous poly (dimethyl siloxane) (PDMS) membranes are cast with micrometer sized through-holes using silicon pillar arrays under compression. Fabrication and assembly of Organ Chips involves equipment and steps that can be implemented outside of a traditional cleanroom. This protocol provides researchers with access to Organ Chip technology for in vitro organ- and body-level studies in drug discovery, safety and efficacy testing, as well as mechanistic studies of fundamental biological processes.

Here, we present a protocol that describes the fabrication of stretchable, dual channel, organ chip microfluidic cell culture devices for recapitulating organ-level functionality in vitro.

ייצור מדרגי של הערוץ מתיחה, כפול, צ'יפס Microfluidic איברים

A significant number of lead compounds fail in the pharmaceutical pipeline because animal studies often fail to predict clinical responses in human ...

Generation of Heterogeneous Drug Gradients Across Cancer Populations on a Microfluidic Evolution Accelerator for Real-Time Observation

Conventional cell culture remains the most frequently used preclinical model, despite its proven limited ability to predict clinical results in cancer. Microfluidic cancer-on-chip models have been proposed to bridge the gap between the oversimplified conventional 2D cultures and more complicated animal models, which have limited ability to produce reliable and reproducible quantitative results. Here, we present a microfluidic cancer-on-chip model that reproduces key components of a complex tumor microenvironment in a comprehensive manner, yet is simple enough to provide robust quantitative descriptions of cancer dynamics. This microfluidic cancer-on-chip model, the &#34;Evolution Accelerator,&#34; breaks down a large population of cancer cells into an interconnected array of tumor microenvironments while generating a heterogeneous chemotherapeutic stress landscape. The progression and the evolutionary dynamics of cancer in response to drug gradient can be monitored for weeks in real time, and numerous downstream experiments can be performed complementary to the time-lapse images taken through the course of the experiments.

We present a microfluidic cancer-on-chip model, the &#34;Evolution Accelerator&#34; technology, which provides a controllable platform for long-term real-time quantitative studies of cancer dynamics within well-defined environmental conditions at the single-cell level. This technology is expected to work as an in vitro model for fundamental research or pre-clinical drug development.

הדור של מעברי מדרגות של סמים הטרוגנית ברחבי אוכלוסיות סרטן על מאיץ האבולוציה Microfluidic להתבוננות בזמן אמת

Conventional cell culture remains the most frequently used preclinical model, despite its proven limited ability to predict clinical results in cancer. ...

Establishing Single-Cell Based Co-Cultures in a Deterministic Manner with a Microfluidic Chip

Cell co-culture assays have been widely used for studying cell-cell interactions between different cell types to better understand the biology of diseases including cancer. However, it is challenging to clarify the complex mechanism of intercellular interactions in highly heterogeneous cell populations using conventional co-culture systems because the heterogeneity of the cell subpopulation is obscured by the average values; the conventional co-culture systems can only be used to describe the population signal, but are incapable of tracking individual cells behavior. Furthermore, conventional single-cell experimental methods have low efficiency in cell manipulation because of the Poisson distribution. Microfabricated devices are an emerging technology for single-cell studies because they can accurately manipulate single cells at high-throughput and can reduce sample and reagent consumption. Here, we describe the concept and application of a microfluidic chip for multiple single-cell co-cultures. The chip can efficiently capture multiple types of single cells in a culture chamber (~46%) and has a sufficient culture space useful to study the cells&#39; behavior (e.g., migration, proliferation, etc.) under cell-cell interaction at the single-cell level. Lymphatic endothelial cells and oral squamous cell carcinoma were used to perform a single-cell co-culture experiment on the microfluidic platform for live multiple single-cell interaction studies.

This report describes a microfluidic chip-based method to set up a single cell culture experiment in which high-efficiency pairing and microscopic analysis of multiple single cells can be achieved.

הקמת תרבויות בודדות מבוססות-משותפות באופן דטרמיניסטי עם שבב מיקרופלואידיסי

Cell co-culture assays have been widely used for studying cell-cell interactions between different cell types to better understand the biology of diseases ...

צ'יפ Multi-האיבר - פלטפורמת Microfluidic לCoculture Multi-רקמה לטווח ארוך

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

שבב מבוסס תלת ממדי נייד תרבות Micro-bioreactors perfused

פלטפורמת Microfluidic עבור בידוד תפוקה גבוהה מתא בודד ותרבות

עמית תרבות Microbiome חי עם Microengineered אדם המעיים villi בתוך גוט-על-שבב מכשיר microfluidic

הדור של המוח האנושי מבוסס על-ידי שבב דם-מחסום

תרבית משותפת מיקרופלואידית של אפיתל כליות בריא וגידול למודל התקדמות סרטן הכליה

תרבית משותפת מיקרופלואידית של אפיתל כליות בריא וגידול למודל התקדמות סרטן הכליה

תרבית משותפת מיקרופלואידית של אפיתל כליות בריא וגידול למודל התקדמות סרטן הכליה

ייצור מדרגי של הערוץ מתיחה, כפול, צ'יפס Microfluidic איברים

הדור של מעברי מדרגות של סמים הטרוגנית ברחבי אוכלוסיות סרטן על מאיץ האבולוציה Microfluidic להתבוננות בזמן אמת

הקמת תרבויות בודדות מבוססות-משותפות באופן דטרמיניסטי עם שבב מיקרופלואידיסי