وقد تم تمويل هذا العمل من قبل الوزارة الاتحادية الألمانية للتعليم والبحث العلمي، GO-بيو منحة رقم 0315569.

<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>

أوفي ماركس هو الرئيس التنفيذي لشركة TissUse محدودة التي تنتج وتسوق منصة متعدد الجهاز رقاقة تستخدم في هذه المادة. وقد تم تمويل هذه النشرة من قبل على جائزة تمنحها شركة كورنينج

منصة وزارة التجارة وصفها هنا تمثل أداة مستقرة وقوية لزراعة الأنسجة من أصول مختلفة في ظروف تدفق المتوسطة ديناميكية على مدى فترات الثقافة لفترات طويلة 10،16. في هذا المثال، تم استخدام منصة لزراعة الخلايا الأولية (HDMEC)، المعادل الأنسجة الناتجة عن خط الخلية (المجاميع الكبد)، وcoculture ما سبق مع خزعة الأنسجة. كانت قادرة على الحفاظ على coculture ثلاثة الأنسجة لمدة تصل إلى 28 يوما في دائرة المتوسطة مجتمعة وزارة التجارة. لأفضل لمعرفة المؤلفين، هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تنفيذ عملية coculture متعددة الأنسجة، بما في ذلك الخزعات، الخلايا الأولية وخطوط الخلايا أكثر من أربعة أسابيع. واحدة من العوائق الرئيسية لنظم ميكروفلويديك هو تقارب من جزيئات صغيرة على التمسك المواد السطحية من الدائرة الموائعية. كما السطح إلى نسبة حجم مرتفع خاصة في النظم ميكروفلويديك، يصبح هذا التأثير أكثر وضوحا 17 </sتصل&gt;. التغطية HDMEC مستقرة من القنوات، قدم هنا، قد يكون بمثابة حاجز البيولوجي منع التصاق جزيئات إلى وزارة التجارة. وعلاوة على ذلك، فإنه قد يكون بمثابة سفينة hemocompatible للدورة الدموية كله، ومنع تجلط الدم. ومع ذلك، فإن استخدام الدم الكامل كبديل المتوسط ​​ليس ممكنا كما لم يتم التوصل إلى الأوعية الدموية الكامل للمكافئات الجهاز بعد. العمل على الأوعية الدموية للأنسجة -generated في المختبر القائم واعدة ويوجه الطريق لمزيد من الدراسات 18،19. ومن المعروف أن خلايا الكبد تميل الى فقدان وظائف الكبد محددة على مر الزمن تحت ساكنة ثنائية الأبعاد في المختبر ظروف التربية 20. تأييض الإنزيمات، مثل P450 السيتوكروم، هي من أهمية خاصة إذا كان التمثيل الغذائي للدواء معين ليتم دراستها. السيتوكروم P450 3A4، انزيم المتعلقة أحيائي من xenobiotics كثيرة، والسيتوكروم P450 7A، ثويشارك hich في تركيب الحامض المراري، وأعرب عن في الكبد مجاميع المثقف في وزارة التجارة أكثر من 14 يوما. وهذا يدل على الحفاظ على النمط الظاهري نشط عملية الأيض، مما يسمح للدراسات التمثيل الغذائي المخدرات. زيادة الزلال معدل إنتاج الركام في وزارة التجارة مقارنة الثقافات ثابتة هو مؤشر إضافي لشروط الثقافة الكافية. وكانت معدلات إنتاج الألبومين التي لوحظت خلال هذه الدراسة للمقارنة أو حتى أعلى من القيم ذكرت سابقا التي حصلت عليها رقائق ميكروفلويديك بما في ذلك الخلايا HepG2 21-23، ومع ذلك، القيم لم تصل تلك الثقافات الأولية الكبدية الإنسان 24. وعلاوة على ذلك، فإن نظام وزارة التجارة، في تخطيطه مؤقت، لا يسمح لفصل منفصل الصفراء. خلايا في الصفراء الهياكل الشبيهة نفيق الاستقطاب وشكلت الإجمالية، كما يتضح من MRP-2 تلطيخ. ومع ذلك، لم تكن مرتبطة تلك نفيق إلى قناة الفنية جمع الصفراء. هذا المزيج غير الفسيولوجيةجي من الصفراوية مع مقصورة الدم لابد من معالجتها في إعادة تصميم المستقبلي للنظام. تعديل خصائص التدفقات غير ذات أهمية عالية 25، وخاصة فيما يتعلق الأنسجة الحساسة للإجهاد القص، مثل الكبد. كمية من إجهاد القص ينظر إليها من قبل الأنسجة يمكن تعديل بطريقتين: أولا، ضغط الهواء تستخدم لدفع أسفل الأغشية المضخة يمكن تخفيضها، وخفض قيم إجهاد القص الذروة في النظام. ثانيا، الأنسجة يمكن أن تكون جزءا لا يتجزأ في مصفوفة طبقات الخلية أو مثقف في إدراج الثقافة transwell. هذا الأخير حماية الأنسجة من الكامنة الحالية مع غشاء مسامي. وتحتاج هذه التعديلات التي يتعين القيام بها على أساس فردي لكل ما يعادل الجهاز قبل بدء التجربة وزارة التجارة. في عملية نابض من 2.4 هرتز، على سبيل المثال، والتي تتطابق مع، نشاط القلب عالية، ولكن لا يزال الفسيولوجية من 144 نبضة / دقيقة في البشر، وإجهاد القص قياس فيقنوات الدائرة الاوعية الدموية الدقيقة تصل حوالي 25 داين / سم 2. هذا يتوافق مع إجهاد القص الفسيولوجية في نهاية أعلى من النطاق في الأوعية الدموية الدقيقة وغير، وبالتالي، تنطبق جيدا للتجارب بما في ذلك تبطنن من القنوات. لكن، وكما تخطيط ميكروفلويديك الحالي للنظام وزارة التجارة قدمت يتكون من واحد فقط الدائرة الإعلامية ربط اثنين من المقصورات الجهاز، والتي سيتم اختيارها واحدة سرعة الضخ والقص معدل الإجهاد للنظام بأكمله. ولذلك، تعديلا الدقيق لخصائص التدفقات لاحتياجات كل جهاز واحد ليس ممكنا دائما. وعلاوة على ذلك، لابد من توخي الحذر في ضبط الخلايا إلى متوسطة المشترك. تزرع الخلايا في وزارة التجارة في دائرة الإعلام مجتمعة، وبالتالي، لا الفردية وسائل الإعلام ثقافة الخلية يمكن أن تستخدم في كل نموذج الأنسجة، كما هو المعيار لفي المختبر ثقافة الخلية. وتحتاج الحد الأدنى من صياغة وسائل الإعلام مجتمعة إلى تعريف مسبقا ورتحتاج انه الخلايا ليتم تعديل تدريجي لهذا الإعلام الجديد. إجراء تعديل 80٪ / 20٪ القديم إلى وسائل الإعلام الجديدة لمدة يومين، ثم 50٪ / 50٪ تليها 20٪ / 80٪، والتبادل الكامل أدت دائما إلى بقاء الخلية معقولة وظائف الثقافات في أيدينا. تخطيط ميكروفلويديك الحالي للنظام وزارة التجارة يسمح للcoculture تصل إلى ثلاثة الأنسجة. وهناك حاجة إلى coculture ما لا يقل عن عشرة أهم أجهزة الجسم البشري للوصول إلى التوازن. ولذلك، فإن نظام عرض قادر على التنبؤ التفاعلات الأنسجة الأنسجة محددة، ولكن ليس استجابة النظامية الحقيقية لمادة. ومن المزمع إجراء مزيد من التطوير وزارة التجارة لتشمل المزيد من تجاويف الجهاز. وعلاوة على ذلك، من صحة هذا النظام هو ليتم عرضها باستخدام مجموعة من المركبات المرجعية. ويفضل، والمركبات التي فشلت خلال التجارب السريرية (مثل Troglitazone) هي لفحصها لأدائها في وزارة التجارة. في حين، والتحقق من صحة الحقيقي لمثل هذه النظم المعقدة لا تزال تعرقل بذ وعدم وجود توحيد المتعلقة المؤشرات الحيوية والنهاية للتقييم وظيفي، وجمع المزيد من البيانات حول أداء السمية لهذا وما شابهه من النظم توسيع موثوقيتها ومجال التطبيق.

أحادي الطبقة أو تعليق الحالية فحوصات زراعة الخلايا لتطوير الأدوية تفشل في محاكاة المكروية الخلوية الإنسان، وبالتالي يؤدي إلى فقد التمايز السريع وفقدان وظائف في مزارع الخلايا البشرية الأولية. وهناك حاجة إلى نماذج الأنسجة مع ارتفاع أهمية الفسيولوجية للتنبؤ فعالية وسلامة المركبات قبل قبولهم في التجارب السريرية. في الآونة الأخيرة، ومعيار في تقنيات زراعة الخلايا في المختبر تطورت من الثقافات أحادي الطبقة ثنائية الأبعاد إلى نماذج متعددة الخلايا ثلاثية الأبعاد، وتهدف لمحاكاة في الجسم الحي الأنسجة المكروية. هذه النظم قد أظهرت بالفعل تحسينات رئيسية نحو التنبؤ أكثر دقة من طريقة عمل مركبات 1،2. وعلاوة على ذلك، والتكيف في المختبر ظروف التربية لاحتياجات متخصصة للغاية من خلايا غير ذات أهمية خاصة. تحت مستوى في ظروف المختبر، ومجموعة متنوعة من طريق مسدود المهمالمعلمات تلح، مثل المغذيات والأكسجين العرض، وإزالة تراكم المنتجات، وقوة ميكانيكية تعمل على خلايا في كثير من الأحيان لا يمكن التحكم بدقة في معظم الحالات. تمتلك العديد من الأجهزة التدرجات تركيز ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية للمواد والأكسجين الذائب. ومع ذلك، هذه الشروط درجة عالية من التنظيم والأمثل هي في تناقض واضح مع التدرجات نشر لا يمكن السيطرة عليها في جميع أنحاء الأنسجة تحت ظروف في المختبر، مما يؤدي إلى بيئة غير مستقرة للغاية والحد من تطوير الخلوية 3. وهكذا، مطلوبة أكثر ثباتا وأكثر قابلة للقياس الكمي وخاصة في ظروف المختبر للحفاظ على الخلايا قابلة للحياة ومتباينة على مدى فترات طويلة من الزمن. أنظمة perfused ل، حيث يتم إزالة بانتظام المكونات المتوسطة واستبدال، وغالبا ما تكون أفضل السمات التي تميزت والسيطرة عليها من ثقافات ثابتة بشأن المحيطة مباشرة من الأنسجة. في ظل ظروف ثابتة، التدرجات نشر إفرازات الخلايا والعناصر الغذائية مستنبتقد تحيط الخلايا المستزرعة 3. إدخال جيدا اتسم معدلات تدفق المتوسطة في جميع أنحاء الأنسجة تسمح للإفرازات الخلية إلى المزيج مع المتوسط ​​الغني من خلال نضح. وهذا يتيح توليد microenvironments الخلوية المحددة، وضمان النمط الظاهري الخلوية مستقر ويتفاعل التعبير انزيم طوال فترة الفحص كلها 4. المستندة إلى التطورات الأخيرة في الأعضاء المتعددة رقاقة (وزارة التجارة) نظم تجمع بين فوائد تدفق المتوسط ​​تسيطر حول هندسة الأنسجة مع متطلبات المتوسطة وكتلة الخلايا صغيرة من المفاعلات الحيوية الميكروسكيل، مما يؤدي إلى نقص كمية مادة اللازمة أثناء الاختبار. وقد وصفت العديد من أنظمة ميكروفلويديك لزراعة الأنسجة حتى الآن 5،6. الأنسجة إلى السائل النسب داخل هذه الأنظمة تلعب دورا حاسما وخصوصا في محاكاة الحديث المتبادل الخلوي ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية. ومع ذلك، بسبب القيود التقنية، مثل استخدام المضخات الخارجية والخزانات وسائل الاعلام، الالبريد المنتشرة عموما حجم وسائل الإعلام في معظم النظم كبير جدا بالمقارنة مع حجم الأنسجة. وكانت مجموعة من شولر وآخرون أول من وضع نظام يكفل الأوقات الإقامة المناسبة للمواد داخل مقصورات زراعة الخلايا في الجسم الحي والنسب ذات الصلة 7،8 الأنسجة إلى السائل. وقد تحقق ذلك عن طريق التوسع الخزان الخارجي وصولا الى لوحة 96-جيدا، وتمثل أيضا &quot;الأنسجة الأخرى&quot; المقصورة. من أجل تقليل حجم وسائل الإعلام المنتشرة ضمن منصة وزارة التجارة لدينا، نحن متكاملة لتحوي micropump على الرقاقة، مما يلغي الحاجة للدوائر وسائل الإعلام الخارجية. هذا micropump قادر على تشغيل النظام في اختيار عدد من سرعات تدفق وسائل الاعلام ومعدلات إجهاد القص 9. نظام قناة ميكروفلويديك من 500 عرض ميكرون و 100 ميكرون ارتفاع سيربط اثنين موحدة مساحات زراعة الأنسجة، ولكل منها حجم بئر واحد من لوحة 96-جيدا. التمسك أحجام معيار الصناعة لوحة جيداالصورة يسمح دمج نماذج الأنسجة الموجودة بالفعل إنتاجها في شكل transwell. وعلاوة على ذلك، الوضع الرأسي للtranswell إدراج ثقافة الخلية هو قابل للتعديل، مما يتيح زراعة نماذج الأنسجة التي لم يتم كشفها مباشرة فقط لتدفق السوائل، ولكن يمكن أيضا أن رفعت ومحمية من التيار الأساسي. وبالمثل، الثقافات واجهة الهواء السائل قابلة للتنفيذ باستخدام هذا النظام. ملفقة منصة وزارة التجارة من ثنائي ميثيل بولي سيلوكسان (PDMS) طبقة 2 مم عالية والمجهر شريحة زجاجية مع بصمة من 75 × 25 مم 2، والتي المستعبدين بشكل دائم عن طريق انخفاض ضغط الأكسدة البلازما لتشكيل دائرة السائل ضيق ميكروفلويديك. ويتم إنتاج طبقة PDMS تحتوي على قنوات كل منها والمقصورات ثقافة الخلية عن طريق الطباعة الحجرية الناعمة القياسية وصب متماثلة 9. تصميم ميكروفلويديك من وزارة التجارة التي استخدمت خلال هذه الدراسة يتكون من اثنين من الدوائر ميكروفلويديك منفصلة لكل شريحة، كل تحتجز اثنين من خلية جمقصورات ulture مترابطة من خلال نظام القناة 100 ميكرون عالية. هذا ما سمح للأداء الفردي اثنين cocultures الأنسجة اثنين باستخدام رقاقة واحدة الأعضاء المتعددة. تم تعديل ترددات ضخ أن تسفر معدلات تدفق المتوسطة من 40 ميكرولتر / دقيقة. هذا التصميم MOC الأنسجة اثنين توفير القدرة على coculture كروي الكبد وخزعة الجلد لكمة في الأماكن ثقافة منفصلة، ​​وإن كان ذلك في دائرة الإعلام جنبا إلى جنب في ظل ظروف تدفق الفسيولوجية. تم تجميع خلايا متباينة HepaRG جنبا إلى جنب مع الخلايا البشرية الكبدية النجمية (HHSteC) بنسبة 24: 1 لتشكيل الأجسام الشبه الكروية متجانسة. تم العثور على هذه النسبة لتكون الأمثل، كما لوحظ في التجارب السابقة 10، على الرغم من، ما يقرب من ضعف عدد خلايا الكبد واستخدمت مقارنة مع الوضع في الجسم الحي. كان يزرع الجلد في واجهة الهواء السائل داخل ثقافة إدراج خلية transwell، وبالتالي تمكين التعرض مادة موضعي. تم cocultivated هذه النماذج الأنسجة لمدة 28 دآيس في وزارة التجارة للتدليل على شمولية هذا النظام. وعلاوة على ذلك، على حلبة قناة ميكروفلويديك من رقائق كانت مغطاة تماما مع الخلايا البطانية الاوعية الدموية الدقيقة الجلدية الإنسان (HDMEC) لمحاكاة أكثر عن كثب الأوعية الدموية.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="756">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:163px;">Company</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td style="width:215px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">HepaRG cells</td>
			<td style="width:163px;">Biopredic International</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td>undifferentiated cells</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">HHSteC</td>
			<td style="width:163px;">ScienCell Research Laboratories</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td style="width:215px;">cells and all culture supplements</td>
		</tr>
		<tr height="171">
			<td height="171" style="height:171px;width:216px;">HepaRG Medium</td>
			<td style="width:163px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td style="width:215px;">William&#39;s Medium E&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; 10% FCS&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; 100 U/ml penicillin&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; 100 &#181;g/ml streptomycin&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; 5 &#181;g/ml human insulin&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; 2 mM L-glutamine&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; 5 x 10-5 M hydrocortisone hemisuccinate</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">HDMEC Medium</td>
			<td style="width:163px;">PromoCell</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td style="width:215px;">Endothelial Cell Growth Medium MV2 with Supplement-Pack MV2 and&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; 1% penicillin-streptomycin</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Dimethyl sulfoxide</td>
			<td style="width:163px;">Carl Roth</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td>add 2% to HepaRG media</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Trypsin/EDTA</td>
			<td style="width:163px;">Biowest</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Trypsininhibitor</td>
			<td style="width:163px;">Carl Roth</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">MAXYMum Recovery Tips</td>
			<td style="width:163px;">Corning</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td>1000 &#181;l Pipet Tips Wide Bore</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">384-Well Hanging Drop Plate</td>
			<td style="width:163px;">3D Biomatrix</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td style="width:215px;">Perfecta 3D 384-Well Hanging Drop Plate</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:216px;">Tissue culture flasks</td>
			<td style="width:163px;">Corning</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td>75 cm2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ultra-low attachment plate</td>
			<td style="width:163px;">Corning</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td>24-well</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Transwell cell culture inserts</td>
			<td style="width:163px;">Corning</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td style="width:215px;">96-well unit,&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; 0.4 &#181;m pore size</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Deep well plates</td>
			<td style="width:163px;">Corning</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td style="width:215px;">96-well, 1 ml</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Biopsy punch</td>
			<td style="width:163px;">Stusche</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td>4.5 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Glass microscope slide</td>
			<td style="width:163px;">Menzel</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td>footprint of 75 x 25mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Polydimethylsiloxane</td>
			<td style="width:163px;">Dow Corning</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td>Sylgard 184</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Silicon rubber additive</td>
			<td style="width:163px;">Wacker Chemie</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td>Wacker Primer G790</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Tubes for air pressure</td>
			<td style="width:163px;">SMC Pneumatik GmbH</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td>Polyurethan-Schlauch, metrisch</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Alumin ELISA</td>
			<td style="width:163px;">Bethyl Laboratories</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td style="width:215px;">Human Albumin ELISA Quantitation Set</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Lactate dehydrogenase assay</td>
			<td style="width:163px;">Stanbio Laboratory</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td>LDH Liqui-UV kit</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:216px;">Alexa Fluor 594 acetylated LDL</td>
			<td style="width:163px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:163px;"></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.

المعيار في المختبر يتم إجراء مزارع الأنسجة تحت ظروف ثابتة، مما يحد من انتشار الأكسجين والمغذيات العرض إلى الأنسجة. أنظمة الموائعية، والتي تبين تحسين خصائص العرض، وغالبا ما يعوقها متطلبات متوسطة كبيرة، وجود وسط غير من الناحية الفسيولوجية عالية لنسب الأنسجة. وهكذا، والمخفف الأيض والخلايا ليست قادرة على شرط محيطهم. وزارة التجارة التي قدمت في هذه الدراسة تربط اثنين من مقصورات زراعة الأنسجة منفصلة، ​​كل منها في حجم بئر واحد من معيار لوحة 96-جيدا، من خلال نظام قناة ميكروفلويديك. صغر حجم النظام والتكامل من المضخة على رقاقة يسمح النظام للعمل في وحدات التخزين وسائل الإعلام فقط 200-800 ميكرولتر. هذا يتوافق مع المتوسط ​​النظامية الكلي إلى نسبة الأنسجة من 8: 1 إلى 31: 1، على التوالي، لcocultures الكبد والجلد الأنسجة (وجود حجم الأنسجة الإجمالي من حوالي 26 ميكرولتر). إجمالي حجم السائل خارج الخلوي في رجل وزنها 73 كجم هي 14.6 L، ومنها حجم السائل بين الشعيرات هو 5.1 L، مما يؤدي إلى السائل خارج الخلية الفسيولوجية لنسبة الأنسجة من 1: 4. ولذلك، فإن كمية وسائل الإعلام في نظام التداول كله في وزارة التجارة لا تزال أكبر مقارنة بالوضع الفسيولوجية. وبعد، لأنها تمثل أصغر وسائل الإعلام إلى نسبة الأنسجة التي ذكرت حتى الآن لأنظمة الأعضاء المتعددة 5. كما يتم الاحتفاظ صناعة الأشكال زراعة الأنسجة القياسية والباحثين قادرين على الجمع بين نماذج الأنسجة الثابتة القائمة والتحقق من صحتها بالفعل ضمن تدفق السوائل المشترك. الشكل 1 يبين التخطيطي للالتجريبية مجموعة المتابعة من نسيج واحد وزارة التجارة أو متعدد الأنسجة cocultures ممكن. -generated الخزعات النسيجية الأولية في المختبر يمكن زراعة الأنسجة في حكمه من خطوط الخلايا أو الخلايا الأولية إما باستخدام 96-جيدا إدراج ثقافة الخلية أو عن طريق وضعها مباشرة في مقصورات زراعة الأنسجة. ونظرا لأن نظام ربط قناة المقصورات ثقافة الخلية هو فقط 100 μمترا، سيتم الاحتفاظ حكمه الأنسجة تتجاوز هذه الأبعاد داخل مقصورات الثقافة. وتبطنن للدائرة وزارة التجارة مع HDMECs الابتدائي تمكن خطوة أخرى إلى الأمام نحو مزيد من الشروط الثقافة الفسيولوجية من خلال توفير بنية الأوعية الدموية البيولوجي. <img alt="الشكل (1)" src="/files/ftp_upload/52526/52526fig1highres.jpg" width="700" /> يتم إعداد التمثيل التخطيطي للثقافات وزارة التجارة المعادل الأنسجة تحت القياسية في المختبر الشروط، تلقيح في وزارة التجارة وزراعتها، لأن الحضارات واحدة أو cocultures في ظل ظروف دينامية: الشكل 1. يتم تنفيذ عينات سائل الإعلام اليومية والتحليلات نقطة النهاية. يتم تطبيق ضغط الهواء لدفع المضخة عن طريق الأنابيب الزرقاء ثلاثة متصلة وزارة التجارة من فوق. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52526/52526fig1highres.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> </a&gt; بعد بروتوكول تبطنن، يتم الحصول على متكدسة تغطية HDMEC من الدائرة قناة ميكروفلويديك في غضون أربعة أيام من ثقافة ديناميكية، كما هو مبين في الشكل 2. الخلايا تتقيد بسهولة على الجدران للقناة وزارة التجارة، وخلق أحادي الطبقة متموجة، واستطال على طول القص الإجهاد (الشكل 2B). وعلاوة على ذلك، وخلايا تغطي محيط كامل من القنوات، وكما ذكرت سابقا 9. ولم يلاحظ أي تغيير آخر في التشكل البطانية بعد أربعة أيام من زراعة حتى نهاية الثقافة. <img alt="الشكل 2" src="/files/ftp_upload/52526/52526fig2.jpg" /> الشكل 2: Endothelialized قنوات وزارة التجارة الخلايا البطانية الاوعية الدموية الدقيقة الجلدية البشرية (HDMEC) شكلت أحادي الطبقة متموجة في الدائرة ميكروفلويديك. كانت ملطخة الخلايا مع LDL الأسيتيل بعد 23 يوما من الثقافة وزارة التجارة. (A) وم كلهوتمت تغطية الدوائر icrovascular مع الخلايا و (ب) الخلايا ممدود على طول إجهاد القص. الحانات النطاق: (A) 1،000 ميكرون و (ب) 100 ميكرون. في تجربة أخرى، تتشكل متسقة الكبد الكروية خلية على شكل قرص من HepaRG وHHSteC خلال يومين من شنقا ثقافة الإفلات، كما ورد هذا النظام نموذجا سابقا عن كونه مناسبة لعملية التمثيل الغذائي المخدرات يدرس 11-13. لأغراض العرض التوضيحي، وكان المصنف واحدة مقصورة زراعة الأنسجة من كل دائرة وزارة التجارة مع 20 الأجسام الشبه الكروية في 96-جيدا إدراج زراعة الخلايا والأنسجة وتزرع أكثر من 14 يوما في الظروف الديناميكية باستخدام MOCS غير endothelialized. يمكن أن تكون متكاملة أي عدد من المجاميع أو كمية المواد الأولية إما مباشرة في المقصورات أو باستخدام إدراج ثقافة الخلية. تلوين مناعي من الأجسام الشبه الكروية بعد استرجاعها من وزارة التجارة ويظهر والتعبير متجانس قوي للىcytokeratin النسخة نموذجي 18/08 والمرحلة الأولى يتفاعل أنزيمات السيتوكروم P450 3A4 و7A1 (الشكل 3A و 3B). تلطيخ للنقل قنيوي أدوية المتعددة المقاومة البروتين 2 كشف (MRP-2) النمط الظاهري الاستقطاب وجود شبكات تشبه نفيق الصفراء بدائية (الشكل 3C). <img alt="الشكل (3)" src="/files/ftp_upload/52526/52526fig3.jpg" /> الشكل (3) :. كانت ملطخة زراعة الكبد الاصطناعي الأنسجة الدقيقة الإنسان في المجاميع وزارة التجارة. الكبد المزروعة لمدة 14 يوما في وزارة التجارة ل(A) cytokeratin 18/08 (الأحمر) و (B) السيتوكروم P450 3A4 (أحمر) و7A1 (الخضراء). (C) التعبير عن قنيوي نقل MRP-2 (الأخضر)، وتلطيخ النووي الأزرق. الحانات النطاق: 100 ميكرون. وحيث أن إنتاج الألبومين هو واحد شرط أساسي للثقافات أنسجة الكبد، فقد النحلن اختيار لمراقبة نشاط الكبد نموذجي في وزارة التجارة. تحليل عينات سائل الإعلام اليومية لإنتاج الألبومين يدل على زيادة كبيرة في معدل الإنتاج في الثقافات وزارة التجارة مقارنة الثقافات ثابتة (الشكل 4)، وإلى القيم التي أعلن عنها في الأدب (11). يمكن أن تعزى الزيادة في معدل تخليق الألبومين إلى زيادة الأكسجين والمغذيات العرض في الثقافات وزارة التجارة. وبالتالي، فإن وزارة التجارة غير قادرة على الحفاظ على المجاميع الكبد خلال فترة ثقافة 14 يوما في حالة نشطة عملية الأيض، وتعزيز السلوك الكبد نموذجي، مثل إنتاج الألبومين. <img alt="الشكل (4)" src="/files/ftp_upload/52526/52526fig4.jpg" /> الشكل 4: أربعة عشر يوما أداء كروي الكبد في وزارة التجارة إنتاج الزلال من الكبد مزارع الأنسجة واحدة في وزارة التجارة والثقافة ثابتة. البيانات هي وسائل ± SEM (ن = 4). Subsystemic المتكررة اختبار السمية جرعة من تشيmicals ومستحضرات التجميل في الحيوانات يتطلب 21 إلى 28 يوما من التعرض، على النحو المحدد من قبل التوجيهي OECD لا. 410 &quot;وكرر الجرعة الجلدية سمية: دراسة 21/28 يوما&quot;. ومن الأمثلة على المدى الطويل cocultures الجلد الكبد هنا لمدة تصل إلى 28 يوما للتعامل مع المتطلبات التنظيمية. يتم توفير واجهة الهواء السائل لاحق التعرض مادة الجلد من خلال زراعة خزعات الجلد في 96-جيدا إدراج ثقافة الخلية. يتم تنفيذ التجربة coculture exemplarily في MOCS endothelialized لإثبات ما إذا كان coculture ثلاثة الأنسجة في دائرة الإعلام مجتمعة يمكن أن تظل قابلة للحياة ونشطة عملية الأيض أكثر من 28 يوما. تحليل النشاط LDH في supernatants وسائل الإعلام كشفت عن وجود مستوى تناقص مطرد خلال الثمانية أيام الأولى من الثقافة، والتي بقيت ثابتة عند نحو 80 U / لتر بعد ذلك (الشكل 5). وهذا يدل على دوران الأنسجة الاصطناعية ولكن مستقر في النظام في نقاط زمنية لاحقة. مقارنة coculture ثلاثة الأنسجة لاحد الكبدتجارب coculture -tissue والكبد البطانية، بشكل كبير انخفاض مستوى LDH ويمكن الاطلاع، وخصوصا خلال الأيام الأولى في الثقافات ليس بما في ذلك الجلد. موت الخلايا خلال هذه الفترة الأولى من النشاط LDH عالية حدث في المقام الأول في مقصورة الثقافة الجلد، والجلد الأنسجة واحدة الثقافات وزارة التجارة وكشفت (لا تظهر البيانات). قد يكون هذا يرجع إلى المنطقة المحيطة الجرحى خزعة نتيجة لاللكم من الجلد. <img alt="الرقم 5" src="/files/ftp_upload/52526/52526fig5.jpg" /> الشكل 5: أداء الأنسجة خمسة عشر يوما في وزارة التجارة النشاط LDH في supernatants وسائل الإعلام من الثقافات أنسجة الكبد واحدة (MOC لي)، والثقافات الكبد في MOCS endothelialized (وزارة التجارة ليثيوم فرجينيا) وcocultures الكبد والجلد في endothelialized وزارة التجارة (MOC لي. -Va-SK). البيانات هي وسائل ± SEM (ن = 4). خلال الفترة الثقافة 28 يوما، الأجسام الشبه الكروية الكبد التقيد في الجزء السفلي من وزارة التجارة لنمت الخلايا ND خارج، وتشكيل اتصال متعدد الطبقات بين الأجسام الشبه الكروية المجاورة. إلا أن ذلك لم يعرقل وظائف الأنسجة. وأظهر تحليل نقطة النهاية التي كتبها المناعي أن الأجسام الشبه الكروية الكبد لا تزال نشطة عملية الأيض بعد 28 يوما من coculture وزارة التجارة، كما يتضح من السيتوكروم P450 3A4 تلطيخ (الشكل 6A). تم توزيع HHSteC طوال ما يعادل الكبد كله، كما يتضح من تلطيخ فيمنتين (الشكل 6B). ويمكن ملاحظة زيادة في كثافة تلطيخ فيمنتين في المناطق التي الخلايا قد نمت من الأجسام الشبه الكروية. تلطيخ لعامل فون ويلبراند (VWF) أظهرت أن الخلايا البطانية لم توغلت عميقا في الأنسجة، ولكن كان في اتصال مباشر خلية خلية مع خلايا الكبد الخارجية (الشكل 6C). أظهر المناعية تلطيخ من خزعات الجلد تعبير عن tenascin C والكولاجين IV في الغشاء القاعدي (الشكل 6D)، في حين تلطيخ للسيطرة ثابتة وأظهرت elevatمستويات إد من tenascin C (الشكل 6E). وقد تبين Tenascin C إلى أن upregulated أثناء التئام الجروح والعمليات الالتهابية والتليف، مما يوحي بفعل عمليات تليفي في ثابت، ولكن ليس في الثقافات ديناميكية 14،15. بقاء الخلية مستقرة وظائف الأنسجة بعد coculture 28 يوما في وزارة التجارة تثبت أن النظام قادر على الحفاظ على مزيج من ما يصل الى ثلاثة الأنسجة في الدائرة الإعلامية المشتركة. الخلايا الأولية، وكذلك نماذج الأنسجة والخزعات، يمكن زراعتها في وقت واحد في نظام وزارة التجارة. <img alt="الشكل (6)" src="/files/ftp_upload/52526/52526fig6highres.jpg" width="700" /> الشكل (6): تم عرض أداء الثقافات المتعددة الأنسجة أكثر من 28 يوما زرعت في حكمه الكبد وخزعات الجلد في وظائف وزارة التجارة والخلايا المناعية التي كتبها endothelialized من (A) المرحلة الأولى الانزيمات السيتوكروم P4503A4 (الحمراء)، (B) فيمنتين (الحمراء)، (C) cytokeratin 18/08 (أحمر) وVWF (الأخضر) في أنسجة الكبد. كانت ملطخة خزعات الجلد cocultivated لمدة 28 يوما (D) في وزارة التجارة أو (E) في ظل ظروف ثابتة لtenascin ج (أحمر) والكولاجين IV (الأخضر)، وتلطيخ النووي الأزرق. (F) H &amp; E تلطيخ من الجلد بعد 28 يوما من الثقافة وزارة التجارة. الحانات النطاق: 100 ميكرون.

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

الشريحة متعددة الأعضاء - منصة ميكروفلويديك للزراعة طويلة الأمد للأنسجة المتعددة | الهندسة الحيوية | فيديو

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.

رقاقة متعدد الجهاز - A منصة ميكروفلويديك لفترة طويلة Coculture متعدد الأنسجة

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

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Biology

Bioengineering

Genetics

Biotechnology

SCIENTISTS IN ACTION

28.4K 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

High-throughput Protein Expression Generator Using a Microfluidic Platform

Rapidly increasing fields, such as systems biology, require the development and implementation of new technologies, enabling high-throughput and high-fidelity measurements of large systems. Microfluidics promises to fulfill many of these requirements, such as performing high-throughput screening experiments on-chip, encompassing biochemical, biophysical, and cell-based assays1. Since the early days of microfluidics devices, this field has drastically evolved, leading to the development of microfluidic large-scale integration2,3. This technology allows for the integration of thousands of micromechanical valves on a single device with a postage-sized footprint (Figure 1). We have developed a high-throughput microfluidic platform for generating in vitro expression of protein arrays (Figure 2) named PING (Protein Interaction Network Generator). These arrays can serve as a template for many experiments such as protein-protein 4, protein-RNA5 or protein-DNA6 interactions.
The device consist of thousands of reaction chambers, which are individually programmed using a microarrayer. Aligning of these printed microarrays to microfluidics devices programs each chamber with a single spot eliminating potential contamination or cross-reactivity Moreover, generating microarrays using standard microarray spotting techniques is also very modular, allowing for the arraying of proteins7, DNA8, small molecules, and even colloidal suspensions. The potential impact of microfluidics on biological sciences is significant. A number of microfluidics based assays have already provided novel insights into the structure and function of biological systems, and the field of microfluidics will continue to impact biology.

We present a microfluidic approach for the expression of protein arrays. The device consists of thousands of reaction chambers controlled by micro-mechanical valves. The microfluidic device is mated to a microarray-printed gene library. These genes are then transcribed and translated on-chip, resulting in a protein array ready for experimental use.

عالية الإنتاجية مولد بروتين تعبير باستخدام منصة ميكروفلويديك

Rapidly increasing fields, such as systems biology, require the development and implementation of new technologies, enabling high-throughput and ...

A Microfluidic Chip for the Versatile Chemical Analysis of Single Cells

We present a microfluidic device that enables the quantitative determination of intracellular biomolecules in multiple single cells in parallel. For this purpose, the cells are passively trapped in the middle of a microchamber. Upon activation of the control layer, the cell is isolated from the surrounding volume in a small chamber. The surrounding volume can then be exchanged without affecting the isolated cell. However, upon short opening and closing of the chamber, the solution in the chamber can be replaced within a few hundred milliseconds. Due to the reversibility of the chambers, the cells can be exposed to different solutions sequentially in a highly controllable fashion, e.g. for incubation, washing, and finally, cell lysis. The tightly sealed microchambers enable the retention of the lysate, minimize and control the dilution after cell lysis. Since lysis and analysis occur at the same location, high sensitivity is retained because no further dilution or loss of the analytes occurs during transport. The microchamber design therefore enables the reliable and reproducible analysis of very small copy numbers of intracellular molecules (attomoles, zeptomoles) released from individual cells. Furthermore, many microchambers can be arranged in an array format, allowing the analysis of many cells at once, given that suitable optical instruments are used for monitoring. We have already used the platform for proof-of-concept studies to analyze intracellular proteins, enzymes, cofactors and second messengers in either relative or absolute quantifiable manner.

In this article we present a microfluidic chip for single cell analysis. It allows the quantification of intracellular proteins, enzymes, cofactors, and second messengers by means of fluorescent assays or immunoassays.&#160;

رقاقة ميكروفلويديك للتحليل الكيميائي للخلايا متعددة الاستخدامات واحدة

We present a microfluidic device that enables the quantitative determination of intracellular biomolecules in multiple single cells in parallel. For this ...

Cell Squeezing as a Robust, Microfluidic Intracellular Delivery Platform

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This technology has shown potential in addressing previously challenging applications; including, delivery to primary immune cells, cell reprogramming, carbon nanotube, and quantum dot delivery. This vector-free microfluidic platform relies on mechanical disruption of the cell membrane to facilitate cytosolic delivery of the target material. Herein, we describe the detailed method of use for these microfluidic devices including, device assembly, cell preparation, and system operation. This delivery approach requires a brief optimization of device type and operating conditions for previously unreported applications. The provided instructions are generalizable to most cell types and delivery materials as this system does not require specialized buffers or chemical modification/conjugation steps. This work also provides recommendations on how to improve device performance and trouble-shoot potential issues related to clogging, low delivery efficiencies, and cell viability.

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This protocol provides detailed steps on how to use the system for a broad range of applications.

الضغط خلية باعتبارها قوية، ميكروفلويديك بين الخلايا توصيل منصة

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This ...

Microfluidic Platform for Measuring Neutrophil Chemotaxis from Unprocessed Whole Blood

Neutrophils play an essential role in protection against infections and their numbers in the blood are frequently measured in the clinic. Higher neutrophil counts in the blood are usually an indicator of ongoing infections, while low neutrophil counts are a warning sign for higher risks for infections. To accomplish their functions, neutrophils also have to be able to move effectively from the blood where they spend most of their life, into tissues, where infections occur. Consequently, any defects in the ability of neutrophils to migrate can increase the risks for infections, even when neutrophils are present in appropriate numbers in the blood. However, measuring neutrophil migration ability in the clinic is a challenging task, which is time consuming, requires large volume of blood, and expert knowledge. To address these limitations, we designed a robust microfluidic assays for neutrophil migration, which requires a single droplet of unprocessed blood, circumvents the need for neutrophil separation, and is easy to quantify on a simple microscope. In this assay, neutrophils migrate directly from the blood droplet, through small channels, towards the source of chemoattractant. To prevent the granular flow of red blood cells through the same channels, we implemented mechanical filters with right angle turns that selectively block the advance of red blood cells. We validated the assay by comparing neutrophil migration from blood droplets collected from finger prick and venous blood. We also compared these whole blood (WB) sources with neutrophil migration from samples of purified neutrophils and found consistent speed and directionality between the three sources. This microfluidic platform will enable the study of human neutrophil migration in the clinic and the research setting to help advance our understanding of neutrophil functions in health and disease.

This protocol details an assay designed to measure human neutrophil chemotaxis from one droplet of whole blood with robust reproducibility. This approach circumvents the need for neutrophil separation and requires only a few minutes of assay preparation time. The microfluidic chip enables the repeated measure of neutrophil chemotaxis over time in infants or small mammals, where sample volume is limited.

منصة ميكروفلويديك الانجذاب الكيميائي لقياس العدلات من الدم غير المجهزة الجامعة

Neutrophils play an essential role in protection against infections and their numbers in the blood are frequently measured in the clinic. Higher ...

A Microfluidic Chip for ICPMS Sample Introduction

This protocol discusses the fabrication and usage of a disposable low cost microfluidic chip as sample introduction system for inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS). The chip produces monodisperse aqueous sample droplets in perfluorohexane (PFH). Size and frequency of the aqueous droplets can be varied in the range of 40 to 60 &#181;m and from 90 to 7,000&#160;Hz, respectively. The droplets are ejected from the chip with a second flow of PFH and remain intact during the ejection. A custom-built desolvation system removes the PFH and transports the droplets into the ICPMS. Here, very stable signals with a narrow intensity distribution can be measured, showing the monodispersity of the droplets. We show that the introduction system can be used to quantitatively determine iron in single bovine red blood cells. In the future, the capabilities of the introduction device can easily be extended by the integration of additional microfluidic modules.

We present a discrete droplet sample introduction system for inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS). It is based on a cheap and disposable microfluidic chip that generates highly monodisperse droplets in a size range of 40&#8722;60 &#181;m at frequencies from 90 to 7,000 Hz.

رقاقة ميكروفلويديك لICPMS مقدمة عينة

This protocol discusses the fabrication and usage of a disposable low cost microfluidic chip as sample introduction system for inductively coupled plasma ...

Imaging the Root Hair Morphology of Arabidopsis Seedlings in a Two-layer Microfluidic Platform

Root hairs increase root surface area for better water uptake and nutrient absorption by the plant. Because they are small in size and often obscured by their natural environment, root hair morphology and function are difficult to study and often excluded from plant research. In recent years, microfluidic platforms have offered a way to visualize root systems at high resolution without disturbing the roots during transfer to an imaging system. The microfluidic platform presented here builds on previous plant-on-a-chip research by incorporating a two-layer device to confine the Arabidopsis thaliana main root to the same optical plane as the root hairs. This design enables the quantification of root hairs on a cellular and organelle level and also prevents z-axis drifting during the addition of experimental treatments. We describe how to store the devices in a contained and hydrated environment, without the need for fluidic pumps, while maintaining a gnotobiotic environment for the seedling. After the optical imaging experiment, the device may be disassembled and used as a substrate for atomic force or scanning electron microscopy while keeping fine root structures intact.

Imaging the Root Hair Morphology of Arabidopsis Seedlings in a Two-layer Microfluidic Platform

This article demonstrates how to culture Arabidopsis thaliana seedlings in a two-layer microfluidic platform that confines the main root and root hairs to a single optical plane. This platform can be used for real-time optical imaging of fine root morphology as well as for high-resolution imaging by other means.

التصوير مورفولوجيا الجذر الشعر شتلات نبات في منصة موائع جزيئية طبقتين

Root hairs increase root surface area for better water uptake and nutrient absorption by the plant. Because they are small in size and often obscured by ...

Dry Film Photoresist-based Electrochemical Microfluidic Biosensor Platform: Device Fabrication, On-chip Assay Preparation, and System Operation

In recent years, biomarker diagnostics became an indispensable tool for the diagnosis of human disease, especially for the point-of-care diagnostics. An easy-to-use and low-cost sensor platform is highly desired to measure various types of analytes (e.g., biomarkers, hormones, and drugs) quantitatively and specifically. For this reason, dry film photoresist technology - enabling cheap, facile, and high-throughput fabrication - was used to manufacture the microfluidic biosensor presented here. Depending on the bioassay used afterwards, the versatile platform is capable of detecting various types of biomolecules. For the fabrication of the device, platinum electrodes are structured on a flexible polyimide (PI) foil in the only clean-room process step. The PI foil serves as a substrate for the electrodes, which are insulated with an epoxy-based photoresist. The microfluidic channel is subsequently generated by the development and lamination of dry film photoresist (DFR) foils onto the PI wafer. By using a hydrophobic stopping barrier in the channel, the channel is separated into two specific areas: an immobilization section for the enzyme-linked assay and an electrochemical measurement cell for the amperometric signal readout.
The on-chip bioassay immobilization is performed by the adsorption of the biomolecules to the channel surface. The glucose oxidase enzyme is used as a transducer for electrochemical signal generation. In the presence of the substrate, glucose, hydrogen peroxide is produced, which is detected at the platinum working electrode. The stop-flow technique is applied to obtain signal amplification along with rapid detection. Different biomolecules can quantitatively be measured by means of the introduced microfluidic system, giving an indication of different types of diseases, or, in regard to therapeutic drug monitoring, facilitating a personalized therapy.

A microfluidic biosensor platform was designed and fabricated using low-cost dry film photoresist technology for the rapid and sensitive quantification of various analytes. This single-use system allows for the electrochemical readout of on-chip-immobilized enzyme-linked assays by means of the stop-flow technique.

الفيلم الجافة على أساس مقاوم الضوء Biosensor موائع جزيئية الكهروكيميائية منصة: تصنيع الجهاز وإعداد مقايسة على شريحة، ونظام التشغيل

In recent years, biomarker diagnostics became an indispensable tool for the diagnosis of human disease, especially for the point-of-care diagnostics. An ...

A Microfluidic Platform for Longitudinal Imaging in Caenorhabditis elegans

In the last decade, microfluidic techniques have been applied to study small animals, including the nematode Caenorhabditis elegans, and have proved useful as a convenient live imaging platform providing capabilities for precise control of experimental conditions in real time. In this article, we demonstrate live imaging of individual worms employing WormSpa, a previously-published custom microfluidic device. In the device, multiple worms are individually confined to separate chambers, allowing multiplexed longitudinal surveillance of various biological processes. To illustrate the capability, we performed proof-of-principle experiments in which worms were infected in the device with pathogenic bacteria, and the dynamics of expression of immune response genes and egg laying were monitored continuously in individual animals. The simple design and operation of this device make it suitable for users with no previous experience with microfluidic-based experiments. We propose that this approach will be useful for many researchers interested in longitudinal observations of biological processes under well-defined conditions.

A Microfluidic Platform for Longitudinal Imaging in Caenorhabditis elegans

In this article, we demonstrate live imaging of individual worms employing a custom microfluidic device. In the device, multiple worms are individually confined to separate chambers, allowing multiplexed longitudinal surveillance of various biological processes.

منصة موائع جزيئية "التصوير الطولي" في ايليجانس كاينورهابديتيس

In the last decade, microfluidic techniques have been applied to study small animals, including the nematode Caenorhabditis elegans, and have proved ...

A Multilayer Microfluidic Platform for the Conduction of Prolonged Cell-Free Gene Expression

The limitations of cell-based synthetic biology are becoming increasingly apparent as researchers aim to develop larger and more complex synthetic genetic regulatory circuits. The analysis of synthetic genetic regulatory networks in vivo is time consuming and suffers from a lack of environmental control, with exogenous synthetic components interacting with host processes resulting in undesired behavior. To overcome these issues, cell-free characterization of novel circuitry is becoming more prevalent. In vitro transcription and translation (IVTT) mixtures allow the regulation of the experimental environment and can be optimized for each unique system. The protocols presented here detail the fabrication of a multilayer microfluidic device that can be utilized to sustain IVTT reactions for prolonged durations. In contrast to batch reactions, where resources are depleted over time and (by-) products accumulate, the use of microfluidic devices allows the replenishment of resources as well as the removal of reaction products. In this manner, the cellular environment is emulated by maintaining an out-of-equilibrium environment in which the dynamic behavior of gene circuits can be investigated over extended periods of time. To fully exploit the multilayer microfluidic device, hardware and software have been integrated to automate the IVTT reactions. By combining IVTT reactions with the microfluidic platform presented here, it becomes possible to comprehensively analyze complex network behaviors, furthering our understanding of the mechanisms that regulate cellular processes.

The fabrication process of a PDMS-based, multilayer, microfluidic device that allows in vitro transcription and translation (IVTT) reactions to be performed over prolonged periods is described. Furthermore, a comprehensive overview of the hardware and software required to automate and maintain these reactions for prolonged durations is provided.

منصة ميكروفلويدريك متعددة الطبقات لتوصيل التعبير الجيني الخالي من الخلايا لفترات طويلة

The limitations of cell-based synthetic biology are becoming increasingly apparent as researchers aim to develop larger and more complex synthetic genetic ...

A Microfluidic Platform for Stimulating Chondrocytes with Dynamic Compression

Mechanical stimuli are known to modulate biological functions of cells and tissues. Recent studies have suggested that compressive stress alters growth plate cartilage architecture and results in growth modulation of long bones of children. To determine the role of compressive stress in bone growth, we created a microfluidic device actuated by pneumatic pressure, to dynamically (or statically) compress growth plate chondrocytes embedded in alginate hydrogel cylinders. In this article, we describe detailed methods for fabricating and characterizing this device. The advantages of our protocol are: 1) Five different magnitudes of compressive stress can be generated on five technical replicates in a single platform, 2) It is easy to visualize cell morphology via a conventional light microscope, 3) Cells can be rapidly isolated from the device after compression to facilitate downstream assays, and 4) The platform can be applied to study mechanobiology of any cell type that can grow in hydrogels.

This article provides detailed methods for fabricating and characterizing a pneumatically actuating microfluidic device for chondrocyte compression.

منصة ميكروفلويديك لتحفيز الخلايا الغضروفية مع الضغط الديناميكي

Mechanical stimuli are known to modulate biological functions of cells and tissues. Recent studies have suggested that compressive stress alters growth ...