تم إنشاء هذا العمل بدعم مالي من الأوقيانوغرافية الألمانية (DFG) في إطار المنحة لا PO413/12-1 و "لوس أنجليس" 1028/7-1.

<ol><li>Marx, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human-on-a-chip+developments%3A+a+translational+cutting-edge+alternative+to+systemic+safety+assessment+and+efficiency+evaluation+of+substances+in+laboratory+animals+and+man%3F%5BTitle%5D)+AND+%22ATLA%22%5BJournal%5D)">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>Maschmeyer, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chip-based+human+liver-intestine+and+liver-skin+co-cultures+-+A+first+step+toward+systemic+repeated+dose+substance+testing+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Pharm+Biopharm%22%5BJournal%5D)">Chip-based human liver-intestine and liver-skin co-cultures - A first step toward systemic repeated dose substance testing in vitro.</a> Eur J Pharm Biopharm. 95, 77-87 (2015).</li>
<li>Prunieras, M., Regnier, M., Woodley, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methods+for+Cultivation+of+Keratinocytes+with+an+Air-Liquid+Interface%5BTitle%5D)+AND+%22J+Invest+Dermatol%22%5BJournal%5D)">Methods for Cultivation of Keratinocytes with an Air-Liquid Interface.</a> J Invest Dermatol. 81 (1), 28-33 (1983).</li>
<li>Cannon, C. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+epidermal+model+for+dermal+irritancy+testing%5BTitle%5D)+AND+%22Toxicol+In+Vitro%22%5BJournal%5D)">New epidermal model for dermal irritancy testing.</a> Toxicol In Vitro. 8 (4), 889-891 (1994).</li>
<li>Ackermann, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Phenion+Full-Thickness+Skin+Model+for+Percutaneous+Absorption+Testing%5BTitle%5D)+AND+%22Skin+Pharmacol+Physiol%22%5BJournal%5D)">The Phenion Full-Thickness Skin Model for Percutaneous Absorption Testing.</a> Skin Pharmacol Physiol. 23 (2), 105-112 (2010).</li>
<li>Netzlaff, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Permeability+of+the+reconstructed+human+epidermis+model+Episkin+in+comparison+to+various+human+skin+preparations%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Pharm+Biopharm%22%5BJournal%5D)">Permeability of the reconstructed human epidermis model Episkin in comparison to various human skin preparations.</a> Eur J Pharm Biopharm. 66 (1), 127-134 (2007).</li>
<li>Bran, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+New+Discriminative+Criterion+for+the+Development+of+Franz+Diffusion+Tests+for+Transdermal+Pharmaceuticals%5BTitle%5D)+AND+%22J+Pharm+Sci%22%5BJournal%5D)">A New Discriminative Criterion for the Development of Franz Diffusion Tests for Transdermal Pharmaceuticals.</a> J Pharm Sci. 13 (2), 218-230 (2010).</li>
<li>Pineau, A., et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22459170">In vitro study of percutaneous absorption of aluminum from antiperspirants through human skin in the Franz diffusion cell.</a> J Inorg Biochem. 110, 21-26 (2012).</li>
<li>Filon, F. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+percutaneous+absorption+of+cobalt%5BTitle%5D)+AND+%22Int+Arch+Occup+Environ+Health%22%5BJournal%5D)">In vitro percutaneous absorption of cobalt.</a> Int Arch Occup Environ Health. 77 (2), 85-89 (2004).</li>
<li>Ng, S. -F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Validation+of+a+Static+Franz+Diffusion+Cell+System+for+In+Vitro+Permeation+Studies%5BTitle%5D)+AND+%22AAPS+PharmSciTech%22%5BJournal%5D)">Validation of a Static Franz Diffusion Cell System for In Vitro Permeation Studies.</a> AAPS PharmSciTech. 11 (3), 1432-1441 (2010).</li>
<li>Bonferoni, M. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Modified+Franz+Diffusion+Cell+for+Simultaneous+Assessment+of+Drug+Release+and+Washability+of+Mucoadhesive+Gels%5BTitle%5D)+AND+%22Pharm+Dev+Tecnol%22%5BJournal%5D)">A Modified Franz Diffusion Cell for Simultaneous Assessment of Drug Release and Washability of Mucoadhesive Gels.</a> Pharm Dev Tecnol. 4 (1), 45-53 (1999).</li>
<li>Seiffer, S., Oppermann, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Systematic+evaluation+of+FRAP+experiments+performed+in+a+confocal+laser+scanning+microscope%5BTitle%5D)+AND+%22J+Microsc%22%5BJournal%5D)">Systematic evaluation of FRAP experiments performed in a confocal laser scanning microscope.</a> J Microsc. 220 (1), 20-30 (2005).</li>
<li>Pluen, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+of+Macromolecules+in+Agarose+Gels%3A+Comparison+of+Linear+and+Globular+Configurations%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys+J%22%5BJournal%5D)">Diffusion of Macromolecules in Agarose Gels: Comparison of Linear and Globular Configurations.</a> Biophys J. 77, 542-552 (1999).</li>
<li>Cornelissen, L. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+measurements+in+epidermal+tissues+with+fluorescent+recovery+after+photobleaching%5BTitle%5D)+AND+%22Skin+Res+Technol%22%5BJournal%5D)">Diffusion measurements in epidermal tissues with fluorescent recovery after photobleaching.</a> Skin Res Technol. 14 (4), 462-467 (2008).</li>
<li>Pirot, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+the+permeability+barrier+of+human+skin+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">Characterization of the permeability barrier of human skin in vivo.</a> PNAS. 94 (4), 1562-1567 (1997).</li>
<li>Tetteh, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Local+examination+of+skin+diffusion+using+FTIR+spectroscopic+imaging+and+multivariate+target+factor+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chim+Acta%22%5BJournal%5D)">Local examination of skin diffusion using FTIR spectroscopic imaging and multivariate target factor analysis.</a> Anal Chim Acta. 642 (1-2), 246-256 (2009).</li>
<li>Guldbrand, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-photon+fluorescence+correlation+spectroscopy+as+a+tool+for+measuring+molecular+diffusion+within+human+skin%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Pharm+Biopharm%22%5BJournal%5D)">Two-photon fluorescence correlation spectroscopy as a tool for measuring molecular diffusion within human skin.</a> Eur J Pharm Biopharm. 84 (2), 430-436 (2013).</li>
<li>Kehe, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tissue+engineering+with+HaCaT+cells+and+a+fibroblast+cell+line%5BTitle%5D)+AND+%22Arch+Dermatol+Rech%22%5BJournal%5D)">Tissue engineering with HaCaT cells and a fibroblast cell line.</a> Arch Dermatol Rech. 291 (11), 600-605 (1999).</li>
<li>Veronike, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epidermal+Organization+and+Differentiation+of+HaCaT+Keratinocytes+in+Organotypic+Coculture+with+Human+Dermal+Fibroblasts%5BTitle%5D)+AND+%22J+Invest+Dermatol%22%5BJournal%5D)">Epidermal Organization and Differentiation of HaCaT Keratinocytes in Organotypic Coculture with Human Dermal Fibroblasts.</a> J Invest Dermatol. 112 (3), 343-353 (1999).</li>
<li>Moraes, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organs-on-a-chip%3A+a+focus+on+compartmentalized+microdevices%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Organs-on-a-chip: a focus on compartmentalized microdevices.</a> Ann Biomed Eng. 40 (6), 1211-1227 (2012).</li>
<li>Huh, D., et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4386065/">From Three-Dimensional Cell Culture to Organs-on-Chips.</a> Trends Cell Biol. 21 (12), 745-754 (2011).</li>
<li>Schimek, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrating+biological+vasculature+into+a+multi-organ-chip+microsystem%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Integrating biological vasculature into a multi-organ-chip microsystem.</a> Lab Chip. 13 (18), 3588(2013).</li>
<li>Materne, E. -M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Multi-organ+Chip+-+A+Microfluidic+Platform+for+Long-term+Multi-tissue+Coculture%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">The Multi-organ Chip - A Microfluidic Platform for Long-term Multi-tissue Coculture.</a> J Vis Exp. (98), (2015).</li>
<li>Materne, E. -M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+multi-organ+chip+co-culture+of+neurospheres+and+liver+equivalents+for+long-term+substance+testing%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">A multi-organ chip co-culture of neurospheres and liver equivalents for long-term substance testing.</a> J Biotechnology. 205, 36-46 (2015).</li>
<li>Materne, E. -M., Tonevitsky, A. G., Marx, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chip-based+liver+equivalents+for+toxicity+testing+-+organotypicalness+versus+cost-efficient+high+throughput%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Chip-based liver equivalents for toxicity testing - organotypicalness versus cost-efficient high throughput.</a> Lab Chip. 13 (18), 3481(2013).</li>
<li>Jayakrishna, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+of+High+Molecular+Weight+Compounds+through+Sclera%5BTitle%5D)+AND+%22IOVS%22%5BJournal%5D)">Diffusion of High Molecular Weight Compounds through Sclera.</a> IOVS. 41 (5), 1181-1185 (2000).</li>
<li>Peck, K., et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7816761">Hindered Diffusion of Polar Molecules Through and Effective Pore Radii Estimate of Intact and Ethanol.</a> Pharm Res. 11 (9), 1309-1314 (1994).</li>
<li>Ogiso, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanism+of+the+Enhancement+Effect+of+n-Octyl-%CE%B2-D-thioglucoside+on+the+Transdermal+Penetration+of+Fluorescein+Isothiocyanate-Labeled+Dextrans+and+the+Molecular+Weight+Dependence+of+Water-Soluble+Penetrants+through+Stripped+Skin%5BTitle%5D)+AND+%22J+Pharm+Sci%22%5BJournal%5D)">Mechanism of the Enhancement Effect of n-Octyl-β-D-thioglucoside on the Transdermal Penetration of Fluorescein Isothiocyanate-Labeled Dextrans and the Molecular Weight Dependence of Water-Soluble Penetrants through Stripped Skin.</a> J Pharm Sci. 83 (12), 1676-1681 (1994).</li>
<li>Hadgraft, J. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11512545">Skin, the final frontier.</a> Int J Pharm. 224 (1-2), 1-18 (2001).</li>
<li>Asselineau, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022202X86908560">Human Epidermis Reconstructed by Culture: Is It "Normal"?</a> J Invest Dermatol. 86 (2), 181-186 (1986).</li>
<li>Casasco, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell+proliferation+and+differentiation+in+a+model+of+human+skin+equivalent%5BTitle%5D)+AND+%22Anat+Rec%22%5BJournal%5D)">Cell proliferation and differentiation in a model of human skin equivalent.</a> Anat Rec. 264 (3), 261-272 (2001).</li>
<li>Kehe, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tissue+engineering+with+HaCaT+cells+and+a+fibroblast+cell+line%5BTitle%5D)+AND+%22Arch+Dermatol+Res%22%5BJournal%5D)">Tissue engineering with HaCaT cells and a fibroblast cell line.</a> Arch Dermatol Res. 291 (11), 600-605 (1999).</li>
<li>Laurent, T. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+of+Dextran+in+Concentrated+Solutions%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Biochem%22%5BJournal%5D)">Diffusion of Dextran in Concentrated Solutions.</a> Eur J Biochem. 68, 95-102 (1976).</li>
<li>Metzler, R., Klafter, J. <a target="_blank" href="http://www.tau.ac.il/~klafter1/258.pdf">The random walk's guide to anomalous diffusion: A fractional dynamics approach.</a> Phys Rep. 339 (1), 1-77 (2000).</li>
</ol>

أوفه ماركس هو الرئيس التنفيذي وحملة أسهم وليندنر غيرد مساهم تسوس GmbH، وهي شركة تصنيع وتسويق التكنولوجيا وزارة الثقافة. ويعلن الكتاب الآخرين لا تضارب في المصالح فيما يتعلق بنشر هذا الكتاب.

ويوثق هذه الدراسة أسلوب نمواً كمياً تخلل من خلال بنية أنسجة إجراء هندسة عكسية على غشاء. تخلل للمواد مع اختلاف الأحجام الجزيئية عن طريق [اغروس] هلام أول دراسة لاختبار والتحقق من صحة الأسلوب ومحاكاة المقابلة. فمن المعروف جيدا أن تتخلل جزيئات أصغر أسرع من خلال شبكة مصفوفة (باستثناء التأثير في هلام الترشيح اللوني النفاذية). وأبديت ملاحظات مماثلة مع تجارب الاستبعاد حجم المواد الصلبة26وغشاء البشرة البشرية27، وجلد الإنسان17والفئران الجلد28. علاقة عكسية بين معاملات النفاذية وشعاع ستوكس المقابلة (نصف قطر المجال الصعب الذي يتحرك بنفس معدل انتشار الجزيئات الموصوفة، وعادة ما تكون أقل من نصف القطر الفعال للجزيء) وقد تبين 26 , ولوحظ في تجارب بمواد مختلفة الأحجام الجزيئية 28، وعلاقة مماثلة. برسم معاملات النفاذية عبر دائرة نصف قطرها 1/ستوكس، تم العثور على ارتباط خطي على المجموعات الأربع مع أصغر حجم الجزيئي (ص2 = 0.93) (الشكل 6). وهذا يشير إلى أن معاملات النفاذية المحاكاة باستخدام الأسلوب المقترح في مجموعة واقعية.
الخطأ % 46.15 في هذه التجارب أكبر قليلاً من الإبلاغ عنها لتجارب النفاذية مع نظام الخلية نشر فرانز10. أحد التفسيرات المحتملة يمكن أن يكون توزيع حجم فلوريسسين-إيسوثيوسياناتي-ديكستران، التي يتم مناقشتها في وقت لاحق.
يحتوي الأسلوب على وصف الهامة مزايا مقارنة بأساليب استخدام نظام الخلية نشر فرانز. أولاً، أن الإعداد أكثر أحكاما؛ التجارب التي تنفذ مباشرة في نظام إدراج غشاء، التي لديها حجم لوحة جيدا التجارية (∼ 13 سم × 8.5 سم). وهذا يتيح عينات متعددة ليتم تشغيلها في وقت واحد، بينما هناك حاجة خلية نشر فرانز منفصلة لكل عينة. وثانيا، يمكن قياس نفاذية نموذج الجلد مباشرة في إدراج الغشاء، حيث تجري الزراعة. باستخدام خلايا نشر فرانز، العينات يجب أن يؤخذ بها والتي شنت على هذا النظام، الذي هو أكثر تعقيداً لعينات صغيرة، وهو أيضا أكثر استهلاكاً للوقت.
تخلل التجارب مع المصفوفات خلية الكولاجين أظهرت أن هذه الطريقة يمكن تطبيقها بنجاح على أنظمة خلايا المصنف. تم التحقق من أن النموذج المعروض هنا لنماذج الجلد؛ ومع ذلك، يمكن تطبيق الأسلوب على أنواع أخرى من الثقافات الخلية العضوية، مثلاًأو الكلي أو الكبد.
في هذه الدراسة، تم استخدام نموذج خلايا الكولاجين التي تغطي الخلايا هاكات تماما سطح النموذج (انظر الشكل 5). وهذا أدى إلى انخفاض معامل النفاذية، مما يدل على أن الأسلوب حساسة بما يكفي التمييز بين معامل النفاذية بين نموذج خلايا الكولاجين مع أو بدون طبقة من هاكات. ومن الناحية المثالية، ينبغي بناء نموذج جلد حاجزاً، التي تقترب البشرة الجلد الحقيقي29، ولذلك من المهم للتحقق من النوعية (مثلاً، بناء من باطن الجلد، البشرة) من طراز الجلد قبل الاستخدام الفعلي. ويمكن تصور مع تلطيخ تقنيات تطوير نموذج الجلد وكمياً من الكشف عن الجلد البروتين والكولاجين30،،من3132. معامل النفاذية قد يكون أيضا عاملاً هاما لتقييم وضع النموذج الجلد، ولكن كذلك التجارب مطلوبة لتأكيد ذلك. كما ذكر سابقا، يتيح هذا الأسلوب تشغيل عينات متعددة في نفس الوقت. من الممكن أيضا أخذ عينات من خلال زراعة لقياس النفاذية ومراقبة وبالتالي تطوير هذه المعلمة من طراز الجلد.
تجدر الإشارة إلى أن النفاذية ويقاس من خلال جل/الكولاجين-خلية-نموذج وغشاء في نفس الوقت. معامل النفاذية تم الكشف عنها هو نظام محدد، موجبة لنماذج مختلفة من الجلد يمكن فقط مقارنة النتائج عند استخدام إدراج الغشاء نفسه. وعلاوة على ذلك، يحتاج النموذج الجلد لتغطية منطقة زراعة كاملة لضمان أن سوف تتخلل مضمون الاختبار إلا من خلال النموذج ولا المتاخمة لها، مما من شأنه أن يحفز أخطاء في قياس النفاذية. الجانب الآخر الذي ينبغي النظر في المستقبل في التجارب هو البيئة الطبيعية المحيطة بالجلد. عادة، درجة حرارة سطح الجلد أقل بالمقارنة مع منطقة الداخلية، التي يمكن أن تؤثر الظروف تخلل.
وقدم من أجل التوفيق بين مختبر تجارب المحاكاة الحاسوبية، أسلوب الذي يتيح للمعلمة الأمثل لمحاكاة التطبيقية. وتبين المحاكاة وتتفق تماما مع البيانات التجريبية للمواد مع أحجام الجزيئات الصغيرة. ومع ذلك، لوحظت الانحرافات بين المحاكاة والبيانات التجريبية للمواد مع أحجام جزيئية أكبر. جزيئات السكاريد كبير يمكن زيادة الاحتكاك وتبطئ عملية الانتشار في جل. هذا التأثير يسبب انتشار غير طبيعي، هو سبب المحتمل لهذا الانحراف بين التجريبية ومحاكاة القيم33،34. وهناك تفسير آخر قد يكون وجود جسيمات أصغر أو أكبر في فلوريسسين-إيسوثيوسياناتي-ديكستران. تحدد الشركة المصنعة الوزن الجزيئي للمادة كحجم متوسط مع طائفة معينة، مما يسمح للجزيئات الأصغر والأكبر ليكون حاضرا. غير الواضح أيضا كيف فرقت هذه المواد، كجزيئات صغيرة تتخلل أسرع عن طريق الجل وقناة السائل. فمن الممكن تمديد المحاكاة للنظر في نشر هذه وآثار الاحتكاك.
ووضعت تجربة النفاذية ومحاكاة للاستخدام في 2-قائد. مع مساعدة المحاكاة، يمكن نقل هذا الأسلوب التجريبي مباشرة إلى الأجهزة التجريبية أكثر تطورا. على سبيل المثال، يمكن بسهولة نقل الغشاء إدراج نظام المحاكاة لهندسة 2--قائد أو الأنظمة الأخرى مع مجموعة عمليات مماثلة. يمكن استخدام هذا الخيار لتحوير المحاكاة لدعم تصميم التجارب المقبلة. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون متكاملة آثار جانبية مثل التبخر ونشرها غير طبيعية، وآثار غشاء لتعزيز عملية المحاكاة، وبالتالي تحسين الدقة. برنامج محاكاة يعطي فرصة لتغيير أو تعزيز المعادلة المحاكاة، كذلك فيما يتعلق بدمج الوحدات النمطية الأخرى المادية من أجل التحقيق في الجوانب الأخرى من الجلد نموذج التنمية. مثال واحد هو محاكاة للإنتاج الاستهلاك ولاكتات الجلوكوز في نموذج خلية الكولاجين.
أحد جوانب المثيرة لاهتمام لا سيما في اختبار المواد الطبية كيفية توزيع هذه المواد في نظام الجهاز على رقاقة. المعلمة النفاذية ومحاكاة مساعدتي للإجابة على أسئلة مثل كيف سريعة تتخلل مادة في النظام فضلا عن تركيز التي ستكون متاحة للأنسجة الأخرى في متعدد organ رقاقة. هذا الأسلوب يمكن دعم وتعزيز تطوير واختبار نظم الجهاز على شريحة من هذا القبيل.

وقد أصبحت الثقافات 3D Organo نموذجية أدوات قوية لتطوير العقاقير ومضمون الاختبار1. وفي هذا الصدد، نماذج جلد الإنسان أهمية خاصة نظراً للمتطلبات التنظيمية، مثل تلك الموجودة في صناعة مستحضرات التجميل. وفي وقت لاحق أدت إلى تطوير العديد من النماذج ثلاثية الأبعاد الجلد، لاستخدامها أما كجهاز واحد ثقافاتهم في لوحات متعددة جيدا، أو متعدد organ الرقائق في تركيبة مع نماذج إضافية الجهاز، مثلاً، الكبد2.
فيما يتعلق بزراعة بما يوازي الجلد، واجهة الهواء السائل (على) عنصرا أساسيا لتمايز البشرة الصحيح3. إدراج ثقافة الخلية تتألف من سفينة مع غشاء سائل-منفذ أسفل تستخدم عادة لإنشاء على. وتستخدم على نطاق واسع ALIs في نماذج الجلد المتاحة تجارياً مثل ابيديرم4وفينيون5ابيسكين6، لثقافة نماذج الجلد مع أحجام من 96-جيدا (4.26 ملم في القطر) حتى لوحات 12-جيدا (12.2 مم في القطر). يحدد الأسلوب الموصوفة هنا تخلل للمواد في نظام إدراج غشاء.
معامل نفاذية معلمة هامة لتقييم نوعية أي مثقف الجلد النموذجي بالمقارنة مع الجلد الأصلي5، وهو يستخدم لتقييم مدى سرعة ترحيل المواد الفعالة من خلال الجلد. خاصة إذا كانت منتجات الأدوية أو مستحضرات التجميل بحاجة إلى أن تطبق على الجلد، هذه المعلمة ضروري لفهم عند التحديد عوامل نشطة المرور عبره. كذلك يمكن أن تساعد محاكاة للتنبؤ بسلوك النظام وبعد ذلك خفض الجهد التجريبي مضيعة للوقت اللازم، ولا سيما عند مجموعة كبيرة من المواد وتشارك.
الخلية نشر فرانز الدولة للفنون تخلل التجارب مع الجلد والجلد نماذج5،،من67،،من89. هذا الجهاز يتكون من مقصورات اثنين مع عينة ثابتة (نشر الجدار) بين بين. يتم تطبيق مضمون لفحصها مباشرة إلى الجزء العلوي من النموذج (حجرة المانحة) ويمكن الكشف عن تركيز المجمع تتخلل في حجرة (acceptor) المعاكس. على الجانب يقبلون، تكفل درجة حرارة ثابتة وتركيز مادة متجانسة من خلال دائرة درجة حرارة ومحرض مغناطيسية. ويمكن أخذ عينات من ذراع أخذ عينات على الجانب يقبلون خلية فرانز. مع نطاق ارتفاع بين 19 سم و 179 سم، وهذا النظام هو كبيرة نسبيا10،11. أسلوب آخر لتحديد معاملات نشر في جل مثل المواد والأنسجة وهو فراب. ويستخدم هذا الأسلوب مبدأ تبيض المسمى فلوريسسينتلي الجسيمات في الجل وثم تحديد وقت الاسترداد من منطقة المبيضة لحساب معامل نشر12،،من1314.
وعلاوة على ذلك، يمكن استخدام التحليل الطيفي فورييه-التحويل-الأشعة تحت الحمراء (FTIR) للكشف عن حركة الجسيمات بامتصاص الضوء الأشعة تحت الحمراء بغية تحديد عملية تخلل المواد في الجلد15،16. ومع ذلك، هذه أو غيرها من أساليب التصوير (مثلاً، الأسفار اثنين-فوتون ارتباط مطيافية17) تحتاج إلى تكلفة الصكوك مكثفة.
في هذه المقالة، يرد أسلوب لقياس مباشرة نفاذية حاجز داخل نظام إدراج غشاء، حيث يمكن أن تكون نموذجا جلد المزروعة. يتيح هذا الأسلوب نفاذية تجارب لتشغيل مع عدد كبير من عينات صغيرة (حجم جيدا تصل إلى 4.26 مم) في نظام التعاقد. هذا على النقيض من الخلية نشر فرانز، حيث جهاز منفصل مطلوب لكل التحقيقات، التي يجب أن تكون مثبتة على الجهاز ومن الصعب أن ندرك لعينات صغيرة (حجم 4.26 مم). وعلاوة على ذلك، نظراً للأسلوب لا تتطلب الأجهزة الرئيسية (مثلاً، مجهر [كنفوكل] أو مولتيفوتون)، هو تحقيق خفض في كل من الوقت والتكلفة.
جميع التجارب التي أجريت في غشاء microporous إدراج نظم بعينه (الحاجز) تتكون من [اغروس] هلام أو نموذج خلية الكولاجين المنشأة على الغشاء. وطبقت المواد الفلورية (المانحين) مع اختلاف الأحجام الجزيئية على الجزء العلوي من النموذج، وتم الكشف عن تركيز مادة تعم في الجزء السفلي (acceptor) باستخدام قارئ لوحة فلورية (انظر الشكل 1). وبغية التحقق من صحة الأسلوب واختبار دقة هذه المحاكاة، أنتجت المواد الهلامية [اغروس] وتستخدم كحاجز. الهلاميات المائية تستخدم عموما لتحقيق عمليات نشر وتخلل في المتوسط المسامية في العلوم البيولوجية13. ثم تم اختبار الأسلوب في نظام الخلية المصنف يتكون من الكولاجين مصفوفة الخلايا الليفية الأولية والكبار انخفاض الكالسيوم عالية درجة الحرارة الكيراتينيه (هاكات) الخلايا البشرية (نموذج خلية المصفوفة)، الذي هو جلد مبسطة نموذج18،19 .
بالإضافة إلى ذلك، تمت محاكاة عملية تخلل عن طريق تدفق المحاكاة مع ديناميات الموائع الحسابية. ووجد أنه عن طريق التحسين المعلمة، ويمكن أن يحسب معامل نشر من البيانات التجريبية. وبوجه عام، يوفر هذا المحاكاة تطبيقات مختلفة؛ على سبيل المثال، فمن الممكن التنبؤ بعملية تخلل استناداً إلى تجارب قصيرة والمحاكاة ويمكن خفض كبير في العدد التجارب.
الأسلوب التجريبي ومحاكاة كانت مصممة للتطبيق نظام الجهاز على رقاقة1،20،21، وعلى وجه التحديد 2-الجهاز--الرقاقة (2-OC) نمواً تجارياً،1،22 23،،من2425. من حيث المبدأ، يمكن وصف عملية تخلل أي نموذج الجهاز استناداً إلى نظم إدراج الغشاء بهذه الطريقة.

<table><tbody><tr><td>Agarose</td><td>Carl Roth</td><td>K297.2</td><td>High Resolution Powder</td></tr><tr><td>Collagen</td><td>Serva</td><td>47256.01</td><td>Collagen R solution 0.4 %</td></tr><tr><td>DMEM</td><td>Lonza (Biozym Scientific GmbH)</td><td>880010-12</td><td>High Glucose with L-Glutamine</td></tr><tr><td>FCS</td><td>Biochrom GmbH</td><td>S0615 0114F</td><td>Fetal Calf Serum</td></tr><tr><td>Fluorescein Sodium Salt</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>46960-25G-F</td><td></td></tr><tr><td>Fluorescein Isothiocyanate-dextran</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>46944-500MG</td><td>4000 g/mol</td></tr><tr><td>Fluorescein Isothiocyanate-dextran</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>FD10S-250MG</td><td>10 000 g/mol</td></tr><tr><td>Fluorescein Isothiocyanate-dextran</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>FD20S-250MG</td><td>20 000 g/mol</td></tr><tr><td>Fluorescein Isothiocyanate-dextran</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>FD40S-250MG</td><td>40 000 g/mol</td></tr><tr><td>HBSS</td><td>ThermoFisher Scientific</td><td>14170120</td><td>no calcium, no magnesium , with phenol red</td></tr><tr><td>NaOH</td><td>Merck</td><td>1.06467.9010</td><td>granulated</td></tr><tr><td>PBS</td><td>Gibco</td><td>18912-014</td><td>tablets</td></tr><tr><td>Transwell Cell Culture Inserts</td><td>Corning</td><td>3391</td><td>96 well, 0.4 &amp;micro;m pore size</td></tr><tr><td>Transwell Cell Culture Inserts</td><td>Corning (VWR)</td><td>734-1563</td><td>12 well, 0.4 &amp;micro;m pore size</td></tr><tr><td>Trypsin</td><td>Biochrom GmbH</td><td>L2143</td><td>with EDTA</td></tr></tbody></table>

a method for determination and simulation of permeability and diffusion in a 3d tissue model in a membrane insert system for multi-well plates

نماذج في المختبر يزرع الجلد قد تصبح ذات أهمية متزايدة للتطبيقات الصيدلانية ومستحضرات التجميل، وتستخدم أيضا في تطوير الأدوية، فضلا عن اختبار مادة. هذه النماذج تزرع معظمها في غشاء-إدراج نظم، على نفاذية تجاه مواد مختلفة يجري عاملاً أساسيا. عادة، تتطلب الأساليب المتبعة لتحديد هذه المعلمات عادة ما تكون العينات كبيرة الحجم (مثلاً، خلية نشر فرانز) أو معدات شاقة (مثلاً، الأسفار الانتعاش بعد فوتوبليتشينج (فراب)). وتقدم هذه الدراسة أسلوب لتحديد معاملات النفاذية مباشرة في أنظمة غشاء-إدراج مع أحجام قطرها من 4.26 و 12.2 مم (المساحة المزروعة). تم التحقق من صحة الأسلوب مع [اغروس] والمواد الهلامية الكولاجين، فضلا عن نموذج خلية الكولاجين تمثل نماذج الجلد. تخلل عمليات المواد مع مختلف الأحجام الجزيئية وتخلل من خلال نماذج مختلفة من الخلية (تتكون من جل الكولاجين وتنتجها الخلايا الليفية هاكات) وصفت بدقة.
وعلاوة على ذلك، أنشئت لدعم الأسلوب التجريبي أعلاه، محاكاة. المحاكاة يناسب البيانات التجريبية جيدا للمواد مع صغر الحجم الجزيئي، وتصل إلى 14 × 10-10 م شعاع ستوكس (4,000 ميغاواط)، بالتالي أداة واعدة لوصف النظام. وعلاوة على ذلك، المحاكاة يمكن أن تقلل إلى حد كبير الجهود التجريبية وهي قوية بما يكفي تمديدها أو تكييفها للأجهزة أكثر تعقيداً.

تجارب النفاذية في غشاء 96-جيدا إدراج النظام مع 2% [اغروس] هلام كحاجز أجريت بغية تقييم دقة المحاكاة. واستخدمت للتحقق من أثر حجم الجزيئي للمادة نشرها من 5 × 10-10 م يصل إلى 45 x 10-10 m ستوكس radius (376.27-40,000 mol wt) fluorescein ملح الصوديوم (نفل) و fluorescein isothiocyanate-ديكسترانيس (FD). واستخدمت التحسين المعلمة الأصلية المحاكاة لتناسب المحاكاة إلى البيانات التجريبية.
تحقيقا لهذه الغاية، قورنت المنحدرات فقط الأجزاء الخطية من نفاذية محاكاة لنتائج تجريبية. لأحجام الجزيئات الصغيرة، كانت البيانات التجريبية والمحاكاة في اتفاق جيد مع 99.2 في المائة لنفل و 80.2 في المائة فد 4,000 (انظر الشكل 4a و الشكل 4b). الحجم الجزيئي أكبر ولدت انحرافات أعلى عرض الارتباطات 50.5% "فد 10000" و 79.7 في المائة 20,000 فد 53.6 في المائة ل 40,000 فد. وأظهرت منحنى التدرج في عمليات المحاكاة تأخير في البداية وارتفاع أقوى في دورة أخرى من الرسوم البيانية (انظر الشكل 4 ج–4e).
ترد في معاملات النفاذية ومعاملات نشر المحاكاة الجدول 4- معامل تخلل يتناقص مع زيادة الحجم الجزيئي. الانحراف المعياري بين 0.08 × 10-8 م/ث و 0.47 × 10-8 م/ث (N = 7)، التي تقابل خطأ مطلقة من بين 4.18% 46.15%. وأظهرت التجارب مع جزيئات أكبر خطأ مطلق أكبر. معاملات نشر محاكاة تصرف مشابه جداً لمعاملات النفاذية التجريبية. المواد مع أكبر من إنصاف أقطار ستوكس أظهرت انخفاض انتشار معاملات والخطأ المطلق وتراوحت بين 9.09 في المائة و 18.46 في المائة (N = 3).
في تجارب تخلل إضافية، استخدمت أربعة أنواع نموذج الخلية الكولاجين مختلفة كحواجز في غشاء 12-جيدا إدراج النظام. وتشمل هذه النماذج نموذج الخلية الحرة ونموذج خلية مع مجموعات مختلفة من الخلايا الليفية الأولية في جل الكولاجين وهاكات على السطح. واستخدمت المجموعات التالية: الكولاجين (العقيد) كنموذج الخلية الحرة، الكولاجين + الليفية (العقيد + واو)، الكولاجين، والكولاجين + الليفية + هاكات (العقيد + H.), هاكات (العقيد + واو + ح.). ملح الصوديوم فلوريسسين مع دميم + 10 ٪ السفح كمضمون المانحين. واستخدمت تحليل نموذج الخلية الكولاجين، وتلطيخ والهيماتوكسيلين ويوزين (أنه) للصورة. هذا تلطيخ تم القيام به باستخدام البروتوكول الخاص بالشركة المصنعة. ويرد في الشكل 5، وصمة عار مع نموذج كولونيل + واو + H. ممثل. أنه قليلاً بقع بنية الأنسجة المصفوفة الكولاجين. الليفية الموجودة في المصفوفة، ونواة تنتجها الخلايا الليفية والخلايا هاكات ملطخة بالبنفسجي الداكن. أعلى مصفوفة الكولاجين، هناك طبقة تحتوي على العديد من النوى، التي ينبغي أن تكون نواة هاكاتس، بناء طبقة مضمنة على رأس النموذج.
وترد في الجدول 5، معاملات تخلل التجريبية ومعاملات نشر المحاكاة. يمكن رؤية اتجاها لمعظم النماذج مع هاكات، التي لها معاملات تخلل/نشر أقل بالمقارنة مع النماذج دون هاكات. الخطأ المطلق لمعاملات تخلل هو 10.9-24.4 في المائة، و لنشر معاملات 5.2%-12.9%.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56412/56412fig1.jpg"> رقم 1: منظر جانبي لتجربة نفاذية غشاء إدراج النظام. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56412/56412fig1large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56412/56412fig2.jpg"> رقم 2: الرسم البياني المثالية لتجربة النفاذية. يتم رسم تركيز يقبلون مرور الوقت. خطوط متقطعة اثنين قوس الجزء الخطي ما يقرب من الرسم البياني. يتم استخدام منحدر الجزء الخطي لتحديد معامل النفاذية. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56412/56412fig2large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56412/56412fig3.jpg"> الشكل 3: هندسة ومش الغشاء إدراج النظام في المحاكاة. () هندسة الغشاء 96-جيدا نظام إدراج. (ب) الهندسة الغشاء 12-جيدا إدراج النظام. (ج) شبكة الغشاء 96-جيدا إدراج النظام. (د) شبكة الغشاء 12-جيدا إدراج النظام. (ﻫ) المقطع العرضي والمعلمات للغشاء إدراج النظام. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56412/56412fig3large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56412/56412fig4.jpg"> الشكل 4: مقارنة البيانات التجريبية من تجربة تخلل إلى محاكاة الأمثل. ملح الصوديوم فلوريسسين ()، (ب) fluorescein isothiocyanate-ديكستران 4,000 mol الوزن والوزن مول (ج) 10,000، (د) 20,000 مول بالوزن والوزن mol (ﻫ) 40,000 <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56412/56412fig4large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56412/56412fig5.jpg"> الرقم 5: الممثل أنه تلطيخ نموذج الخلية الكولاجين (هاكات + الكولاجين + الليفية). <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56412/56412fig5large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56412/56412fig6.jpg"> رقم 6: معامل النفاذية كوظيفة من وظائف دائرة نصف قطرها 1/ستوكس استخدام ملح الصوديوم fluorescein و fluorescein isothiocyanate-ديكستران في غشاء 96-جيدا إدراج النظام. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56412/56412fig6large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>الاسم</td>
			<td>اكسبيريسيون للنظام جيدا 96 مم</td>
			<td>اكسبيرشن للنظام 12-جيدا في مم</td>
			<td>الوصف</td>
		</tr>
<tr>
<td>d_tran</td>
			<td>5.65 [مم]</td>
			<td>14.7 [مم]</td>
			<td>قطر البئر</td>
		</tr>
<tr>
<td>d_a</td>
			<td>4.26 [مم]</td>
			<td>12.1 [مم]</td>
			<td>قطر الغشاء</td>
		</tr>
<tr>
<td>d_w</td>
			<td>8.79 [مم]</td>
			<td>21.97 [مم]</td>
			<td>قطر يقبلون</td>
		</tr>
<tr>
<td>h_b</td>
			<td>2 [مم]</td>
			<td>2 [مم]</td>
			<td>العالية الجدار</td>
		</tr>
<tr>
<td>h_sp</td>
			<td>1 [مم]</td>
			<td>1 [مم]</td>
			<td>المسافة بين جيد والسفلي</td>
		</tr>
<tr>
<td>h_a</td>
			<td>4.73 [م]</td>
			<td>5.24 [مم]</td>
			<td>عالية من يقبلون</td>
		</tr>
<tr>
<td>ب</td>
			<td>h_b/2</td>
			<td>-</td>
			<td>عمق الغمر</td>
		</tr>
<tr>
<td>r</td>
			<td>((d_a)^2+4*b^2)/(8*b)</td>
			<td>-</td>
			<td>نصف قطر الكرة الغمر+
</td>
		</tr>
<tr>
<td>r_z</td>
			<td>r + h_b</td>
			<td>-</td>
			<td>ض-موقف الكرة الغمر+
</td>
		</tr>
</tbody></table>الجدول 1: معلمات الهندسة لمحاكاة "نقل الأنواع الكيميائية"- + فقط ليتم استخدامها للمحاكاة [اغروس] هلام في غشاء جيدا 96 إدراج نظام.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>الاسم</td>
			<td>التعبير</td>
			<td>القيمة</td>
			<td>الوصف</td>
		</tr>
<tr>
<td>C_fl</td>
			<td>0.1 [mg/ml]/376.28 [غ/مول]</td>
			<td>0.26576 mol/م2
</td>
			<td>تركيز Fl.So.</td>
		</tr>
<tr>
<td>C_4</td>
			<td>2 [مغ/مل]/4000 [غ/مول]</td>
			<td>0.5 mol/m2</td>
			<td>تركيز فد 4.000</td>
		</tr>
<tr>
<td>C_10</td>
			<td>2 [مغ/مل]/[غ/مول] 10000</td>
			<td>0.2 mol/m2</td>
			<td>تركيز فد 10.000</td>
		</tr>
<tr>
<td>C_20</td>
			<td>2 [مغ/مل]/20000 [غ/مول]</td>
			<td>0.1 mol/m2</td>
			<td>تركيز فد 20.000</td>
		</tr>
<tr>
<td>C_40</td>
			<td>2 [مغ/مل]/40000 [غ/مول]</td>
			<td>0.05 mol/m2</td>
			<td>تركيز فد 40.000</td>
		</tr>
<tr>
<td>Dif_w</td>
			<td>1e-9 [م ^ 2/s]</td>
			<td>1E-9 م2/ق</td>
			<td>معامل نشر خلط المياه</td>
		</tr>
</tbody></table>الجدول 2: البارامترات الفيزيائية لمحاكاة "نقل الأنواع الكيميائية".
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>الاسم</td>
			<td>التعبير</td>
			<td>الوصف</td>
		</tr>
<tr>
<td>ج</td>
			<td>Acceptor(c)</td>
			<td>تعريف التركز يقبلون</td>
		</tr>
<tr>
<td>د</td>
			<td>D_search * 1e-10</td>
			<td>تغيير عامل لمد</td>
		</tr>
</tbody></table>الجدول 3: معلمات لمحاكاة "الأمثل".
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>تتخلل</td>
			<td>معامل النفاذية (m/s) × 10-8</td>
			<td>معامل نشر (m/s2) × 10-10</td>
			<td>شعاع ستوكس من بيرميتي (م) × 10-10</td>
		</tr>
<tr>
<td>Fl.So.</td>
			<td>4.79 ± 0.20</td>
			<td>1.94 ± 0.34</td>
			<td>5</td>
		</tr>
<tr>
<td>فد 4,000</td>
			<td>2.37 ± 0.31</td>
			<td>0.65 ± 0.12</td>
			<td>14</td>
		</tr>
<tr>
<td>FD10، 000</td>
			<td>1.67 ± 0.47</td>
			<td>0.22 ± 0.02</td>
			<td>23</td>
		</tr>
<tr>
<td>فد 20,000</td>
			<td>0.65 ± 0.30</td>
			<td>0.29 ± 0.04</td>
			<td>33</td>
		</tr>
<tr>
<td>فد 40,000</td>
			<td>0.27 ± 0.08</td>
			<td>0.14 ± 0.02</td>
			<td>45</td>
		</tr>
</tbody></table>الجدول 4: إدراج معامل النفاذية ونشر المواد مع شعاع ستوكس مختلفة خلال 2% [اغروس] هلام + غشاء في غشاء 96-جيدا للنظام- (ملح الصوديوم فلوريسسين = حتى سائلة، ديكستران فيتك = FD).
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>نموذج</td>
			<td>معامل النفاذية (m/s) × 10-8</td>
			<td>معامل نشر (m/s2) × 10-10</td>
		</tr>
<tr>
<td>العقيد</td>
			<td>2.18 ± 0.29</td>
			<td>1.22 ± 0.06</td>
		</tr>
<tr>
<td>العقيد + F.</td>
			<td>1.77 ± 0.38</td>
			<td>0.93 ± 0.12</td>
		</tr>
<tr>
<td>العقيد + H.</td>
			<td>1.64 ± 0.40</td>
			<td>0.96 ± 0.05</td>
		</tr>
<tr>
<td>العقيد + واو + H.</td>
			<td>1.65 ± 0.18</td>
			<td>0.88 ± 0.11</td>
		</tr>
</tbody></table>الجدول 5: معامل النفاذية ونشرها من ملح الصوديوم فلوريسسين من خلال نموذج خلية الكولاجين في 12-الغشاء جيدا إدراج نظام (العقيد = الكولاجين، واو = تنتجها الخلايا الليفية، حاء = هاكات).

Watch this Scientific Journal Video about A Method for Determination and Simulation of Permeability and Diffusion in a 3D Tissue Model in a Membrane Insert System for Multi-well Plates at JoVE.com

A Method for Determination and Simulation of Permeability and Diffusion in a 3D Tissue Model in a Membrane Insert System for Multi-well Plates

أسلوب لتحديد نفاذية في غشاء إدراج نظام لوحات متعددة جيدا، وعرضت في السيليكون التحسين المعلمة لحساب معاملات نشر استخدام المحاكاة.

أسلوب لتصميم ومحاكاة النفاذية ونشرها في نموذج ثلاثي الأبعاد من أنسجة في غشاء إدراج نظام لوحات متعددة جيدا

In vitro cultivated skin models have become increasingly relevant for pharmaceutical and cosmetic applications, and are also used in drug development as ...

a-method-for-determination-simulation-permeability-diffusion-3d

Research

JoVE Journal

Bioengineering

25.2K Views.  Hamburg University of Technology. أسلوب لتحديد نفاذية في غشاء إدراج نظام لوحات متعددة جيدا، وعرضت في السيليكون التحسين المعلمة لحساب معاملات نشر استخدام المحاكاة.

Video: A Method for Determination and Simulation of Permeability and Diffusion in a 3D Tissue Model in a Membrane Insert System for Multi-well Plates

A Mimic of the Tumor Microenvironment: A Simple Method for Generating Enriched Cell Populations and Investigating Intercellular Communication

Understanding the early heterotypic interactions between cancer cells and the surrounding non-cancerous stroma is important in elucidating the events leading to stromal activation and establishment of the tumor microenvironment (TME). Several in vitro and in vivo models of the TME have been developed; however, in general these models do not readily permit isolation of individual cell populations, under non-perturbing conditions, for further study. To circumvent this difficulty, we have employed an in vitro TME model using a cell growth substrate consisting of a permeable microporous membrane insert that permits simple generation of highly enriched cell populations grown intimately, yet separately, on either side of the insert&#39;s membrane for extended co-culture times. Through use of this model, we are capable of generating greatly enriched cancer-associated fibroblast (CAF) populations from normal diploid human fibroblasts following co-culture (120 hr) with highly metastatic human breast carcinoma cells, without the use of fluorescent tagging and/or cell sorting. Additionally, by modulating the pore-size of the insert, we can control for the mode of intercellular communication (e.g., gap-junction communication, secreted factors) between the two heterotypic cell populations, which permits investigation of the mechanisms underlying the development of the TME, including the role of gap-junction permeability. This model serves as a valuable tool in enhancing our understanding of the initial events leading to cancer-stroma initiation, the early evolution of the TME, and the modulating effect of the stroma on the responses of cancer cells to therapeutic agents.

We adapted a permeable microporous membrane insert to mimic the tumor microenvironment (TME). The model consists of a mixed cell culture, allows simplified generation of highly enriched individual cell populations without using fluorescent tagging or cell sorting, and permits studying intercellular communication within the TME under normal or stress conditions.

وتقليد من المكروية ورم: طريقة بسيطة لتوليد بالسكان خلية المخصب والتحقيق بين الخلايا الاتصالات

Understanding the early heterotypic interactions between cancer cells and the surrounding non-cancerous stroma is important in elucidating the events ...

Cancer Research

Three-dimensional Cell Culture Model for Measuring the Effects of Interstitial Fluid Flow on Tumor Cell Invasion

The growth and progression of most solid tumors depend on the initial transformation of the cancer cells and their response to stroma-associated signaling in the tumor microenvironment 1. Previously, research on the tumor microenvironment has focused primarily on tumor-stromal interactions 1-2. However, the tumor microenvironment also includes a variety of biophysical forces, whose effects remain poorly understood. These forces are biomechanical consequences of tumor growth that lead to changes in gene expression, cell division, differentiation and invasion3. Matrix density 4, stiffness 5-6, and structure 6-7, interstitial fluid pressure 8, and interstitial fluid flow 8 are all altered during cancer progression.
Interstitial fluid flow in particular is higher in tumors compared to normal tissues 8-10. The estimated interstitial fluid flow velocities were measured and found to be in the range of 0.1-3 &mu;m s-1, depending on tumor size and differentiation 9, 11. This is due to elevated interstitial fluid pressure caused by tumor-induced angiogenesis and increased vascular permeability 12. Interstitial fluid flow has been shown to increase invasion of cancer cells 13-14, vascular fibroblasts and smooth muscle cells 15. This invasion may be due to autologous chemotactic gradients created around cells in 3-D 16 or increased matrix metalloproteinase (MMP) expression 15, chemokine secretion and cell adhesion molecule expression 17. However, the mechanism by which cells sense fluid flow is not well understood. In addition to altering tumor cell behavior, interstitial fluid flow modulates the activity of other cells in the tumor microenvironment. It is associated with (a) driving differentiation of fibroblasts into tumor-promoting myofibroblasts 18, (b) transporting of antigens and other soluble factors to lymph nodes 19, and (c) modulating lymphatic endothelial cell morphogenesis 20.
The technique presented here imposes interstitial fluid flow on cells in vitro and quantifies its effects on invasion (Figure 1). This method has been published in multiple studies to measure the effects of fluid flow on stromal and cancer cell invasion 13-15, 17. By changing the matrix composition, cell type, and cell concentration, this method can be applied to other diseases and physiological systems to study the effects of interstitial flow on cellular processes such as invasion, differentiation, proliferation, and gene expression.

Interstitial fluid flow is elevated in solid tumors and can modulate tumor cell invasion. Here we describe a technique to apply interstitial fluid flow to cells embedded in a matrix and then measure its effects on cell invasion. This technique can be easily adapted to study other systems.

نموذج ثلاثي الأبعاد للخلية ثقافة قياس آثار تدفق السائل الخلالي على غزو الخلايا السرطانية

The growth and progression of most solid tumors depend on the initial transformation of the cancer cells and their response to stroma-associated signaling ...

Models and Methods to Evaluate Transport of Drug Delivery Systems Across Cellular Barriers

Sub-micrometer carriers (nanocarriers; NCs) enhance efficacy of drugs by improving solubility, stability, circulation time, targeting, and release. Additionally, traversing cellular barriers in the body is crucial for both oral delivery of therapeutic NCs into the circulation and transport from the blood into tissues, where intervention is needed. NC transport across cellular barriers is achieved by: (i) the paracellular route, via transient disruption of the junctions that interlock adjacent cells, or (ii) the transcellular route, where materials are internalized by endocytosis, transported across the cell body, and secreted at the opposite cell surface (transyctosis). Delivery across cellular barriers can be facilitated by coupling therapeutics or their carriers with targeting agents that bind specifically to cell-surface markers involved in transport. Here, we provide methods to measure the extent and mechanism of NC transport across a model cell barrier, which consists of a monolayer of gastrointestinal (GI) epithelial cells grown on a porous membrane located in a transwell insert. Formation of a permeability barrier is confirmed by measuring transepithelial electrical resistance (TEER), transepithelial transport of a control substance, and immunostaining of tight junctions. As an example, ~200&#160;nm polymer NCs are used, which carry a therapeutic cargo and are coated with an antibody that targets a cell-surface determinant. The antibody or therapeutic cargo is labeled with 125I for radioisotope tracing and labeled NCs are added to the upper chamber over the cell monolayer for varying periods of time. NCs associated to the cells and/or transported to the underlying chamber can be detected. Measurement of free 125I allows subtraction of the degraded fraction. The paracellular route is assessed by determining potential changes caused by NC transport to the barrier parameters described above. Transcellular transport is determined by addressing the effect of modulating endocytosis and transcytosis pathways.

Many therapeutic applications require safe and efficient transport of drug carriers and their cargoes across cellular barriers in the body. This article describes an adaptation of established methods to evaluate the rate and mechanism of transport of drug nanocarriers (NCs) across cellular barriers, such as the gastrointestinal (GI) epithelium.

نماذج وأساليب لتقييم نقل المخدرات نظم التسليم عبر الحواجز الخلوية

Sub-micrometer carriers (nanocarriers; NCs) enhance efficacy of drugs by improving solubility, stability, circulation time, targeting, and release. ...

Improved Method for the Preparation of a Human Cell-based, Contact Model of the Blood-Brain Barrier

The blood-brain barrier (BBB) comprises impermeable but adaptable brain capillaries which tightly control the brain environment. Failure of the BBB has been implied in the etiology of many brain pathologies, creating a need for development of human in vitro BBB models to assist in clinically-relevant research. Among the numerous BBB models thus far described, a static (without flow), contact BBB model, where astrocytes and brain endothelial cells (BECs) are cocultured on the opposite sides of a porous membrane, emerged as a simplified yet authentic system to simulate the BBB with high throughput screening capacity. Nevertheless the generation of such model presents few technical challenges. Here, we describe a protocol for preparation of a contact human BBB model utilizing a novel combination of primary human BECs and immortalized human astrocytes. Specifically, we detail an innovative method for cell-seeding on inverted inserts as well as specify insert staining techniques and exemplify how we use our model for BBB-related research.

Establishment of human models of the blood-brain barrier (BBB) can benefit research into brain conditions associated with BBB failure. We describe here an improved technique for preparation of a contact BBB model, which permits coculturing of human astrocytes and brain endothelial cells on the opposite sides of a porous membrane.

تحسين طريقة لإعداد القائم على الخليوي، الاتصال نموذج الإنسان من حاجز الدم في الدماغ

The blood-brain barrier (BBB) comprises impermeable but adaptable brain capillaries which tightly control the brain environment. Failure of the BBB has ...

Implementation of a Permeable Membrane Insert-based Infection System to Study the Effects of Secreted Bacterial Toxins on Mammalian Host Cells

Many bacterial pathogens secrete potent toxins to aid in the destruction of host tissue, to initiate signaling changes in host cells or to manipulate immune system responses during the course of infection. Though methods have been developed to successfully purify and produce many of these important virulence factors, there are still many bacterial toxins whose unique structure or extensive post-translational modifications make them difficult to purify and study in in vitro systems. Furthermore, even when pure toxin can be obtained, there are many challenges associated with studying the specific effects of a toxin under relevant physiological conditions. Most in vitro cell culture models designed to assess the effects of secreted bacterial toxins on host cells involve incubating host cells with a one-time dose of toxin. Such methods poorly approximate what host cells actually experience during an infection, where toxin is continually produced by bacterial cells and allowed to accumulate gradually during the course of infection. This protocol describes the design of a permeable membrane insert-based bacterial infection system to study the effects of Streptolysin S, a potent toxin produced by Group A Streptococcus, on human epithelial keratinocytes. This system more closely mimics the natural physiological environment during an infection than methods where pure toxin or bacterial supernatants are directly applied to host cells. Importantly, this method also eliminates the bias of host responses that are due to direct contact between the bacteria and host cells. This system has been utilized to effectively assess the effects of Streptolysin S (SLS) on host membrane integrity, cellular viability, and cellular signaling responses. This technique can be readily applied to the study of other secreted virulence factors on a variety of mammalian host cell types to investigate the specific role of a secreted bacterial factor during the course of infection.

Here, a method using a permeable membrane insert-based infection system to study the effects of Streptolysin S, a secreted toxin produced by Group A Streptococcus, on keratinocytes is described. This system can be readily applied to the study of other secreted bacterial proteins on various host cell types during infection.

تنفيذ نظام العدوى أساس إدراج-نافذ غشاء لدراسة آثار يفرز البكتيرية السموم على خلايا المضيف الثدييات

Many bacterial pathogens secrete potent toxins to aid in the destruction of host tissue, to initiate signaling changes in host cells or to manipulate ...

Immunology and Infection

Analyzing the Permeability of the Blood-Brain Barrier by Microbial Traversal through Microvascular Endothelial Cells

The human blood-brain barrier (BBB) is characterized by a very low permeability for biomolecules in order to protect and regulate the metabolism of the brain. The BBB is mainly formed out of endothelial cells embedded in collagen IV and fibronectin-rich basement membranes. Several pathologies result from dysfunction of the BBB followed by microbial traversal, causing diseases such as meningitis. In order to test the effect of multiple parameters, including different drugs and anesthetics, on the permeability of the BBB we established a novel human cell culture model mimicking the BBB with human brain microvascular endothelial cells. The endothelial cells are grown on collagen IV and fibronectin-coated filter units until confluence and can then be treated with different compounds of interest. In order to demonstrate a microbial traversal, the upper chamber with the apical surface of the endothelial cells is inoculated with bacteria. After an incubation period, samples of the lower chamber are plated on agar plates and the obtained colonies are counted, whereby the number of colonies correlate with the permeability of the BBB. Endogenous cellular factors can be analyzed in this experimental set-up in order to elucidate basic cellular mechanisms of the endothelial cells contributing to the BBB. In addition, this platform allows performing a screen for compounds that might affect the permeability of the endothelial cells. Finally, bacterial traversal can be studied and linked to different pathologies, such as meningitis. It might be possible to extend the model and analyze the pathways of the bacteria through the BBB. In this article, we provide a detailed protocol of the described method to investigate the permeability of the BBB.

The human blood-brain barrier selectively prevents penetration of hydrophilic molecules and pathogens into the brain. Several pathologies, including meningitis and postoperative delirium, are associated with an increased permeability of the blood-brain barrier. Here, we describe an endothelial cell culture model to test the barrier permeability by microbial traversal.

تحليل نفاذية حاجز الدم في الدماغ من قبل اجتياز الميكروبات من خلال الخلايا البوائية الدقيقة

The human blood-brain barrier (BBB) is characterized by a very low permeability for biomolecules in order to protect and regulate the metabolism of the ...

تحليل نماذج الحاجز الدموي الدماغي عن طريق تلطيخ التألق المناعي

Use of the MicroSiM (&#181;SiM) Barrier Tissue Platform for Modeling the Blood-Brain Barrier

The microSiM (&#181;SiM) is a membrane-based culture platform for modeling the blood-brain barrier (BBB). Unlike conventional membrane-based platforms, the&#160;&#181;SiM provides experimentalists with new capabilities, including live cell imaging, unhindered paracrine signaling between &#39;blood&#39; and &#39;brain&#39; chambers, and the ability to directly image immunofluorescence without the need for the extraction/remounting of membranes. Here we demonstrate the basic use of the platform to establish monoculture (endothelial cells) and co-culture (endothelial cells and pericytes) models of the BBB using ultrathin nanoporous silicon-nitride membranes. We demonstrate compatibility with both primary cell cultures and human induced pluripotent stem cell (hiPSC) cultures. We provide methods for qualitative analysis of BBB models via immunofluorescence staining and demonstrate the use of the &#181;SiM for the quantitative assessment of barrier function in a small molecule permeability assay. The methods provided should enable users to establish their barrier models on the platform, advancing the use of tissue chip technology for studying human tissues.

تسليط الضوء على المؤلف: تطوير استخدام تكنولوجيا رقائق الأنسجة لدراسة الأنسجة البشرية 

This report provides protocols for assembly, cell culture, and assays on the &#181;SiM platform for the construction of blood-brain barrier models.

استخدام منصة الأنسجة الحاجزة MicroSiM (μSiM) لنمذجة الحاجز الدموي الدماغي

The microSiM (&#181;SiM) is a membrane-based culture platform for modeling the blood-brain barrier (BBB). Unlike conventional membrane-based platforms, ...

منصة أنسجة حاجزة قابلة لإعادة التكوين مع أوضاع مفتوحة وميكروفلويديك

Transforming Static Barrier Tissue Models into Dynamic Microphysiological Systems

Microphysiological systems are miniaturized cell culture platforms used to mimic the structure and function of human tissues in a laboratory setting. However, these platforms have not gained widespread adoption in bioscience laboratories where open-well, membrane-based approaches serve as the gold standard for mimicking tissue barriers, despite lacking fluid flow capabilities. This issue can be primarily attributed to the incompatibility of existing microphysiological systems with standard protocols and tools developed for open-well systems.
Here, we present a protocol for creating a reconfigurable membrane-based platform with an open-well structure, flow enhancement capability, and compatibility with conventional protocols. This system utilizes a magnetic assembly approach that enables reversible switching between open-well and microfluidic modes. With this approach, users have the flexibility to begin an experiment in the open-well format using standard protocols and add or remove flow capabilities as needed. To demonstrate the practical usage of this system and its compatibility with standard techniques, an endothelial cell monolayer was established in an open-well format. The system was reconfigured to introduce fluid flow and then switched to the open-well format to conduct immunostaining and RNA extraction. Due to its compatibility with conventional open-well protocols and flow enhancement capability, this reconfigurable design is expected to be adopted by both engineering and bioscience laboratories.

تسليط الضوء على المؤلف: تطوير نظام فسيولوجي دقيق معياري فريد لتقليد أنسجة الحاجز البشري

This protocol describes a reconfigurable membrane-based cell culture platform that integrates the open-well format with fluid flow capabilities. This platform is compatible with standard protocols and allows for reversible transitions between open-well and microfluidic culture modes, accommodating the needs of both engineering and bioscience laboratories.

تحويل نماذج أنسجة الحاجز الثابت إلى أنظمة فسيولوجية دقيقة ديناميكية

Microphysiological systems are miniaturized cell culture platforms used to mimic the structure and function of human tissues in a laboratory setting. ...

أسلوب لتصميم ومحاكاة النفاذية ونشرها في نموذج ثلاثي الأبعاد من أنسجة في غشاء إدراج نظام لوحات متعددة جيدا

Summary

Explore More Videos

PLAYLIST