Name: a method for determination and simulation of permeability and diffusion in a 3d tissue model in a membrane insert system for multi-well plates
Uploaded: 2018-02-23T13:00:00
Duration: 10 min 33 s
Description: 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

Questo lavoro è stato creato con il sostegno finanziario dalla Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) sotto grant No. PO413/12-1 e LA 1028/7-1.

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	<li>Marx, 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=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>Maschmeyer, 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=Chip-based+human+liver-intestine+and+liver-skin+co-cultures+-+A+first+step+toward+systemic+repeated+dose+substance+testing+in+vitro.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+for+Cultivation+of+Keratinocytes+with+an+Air-Liquid+Interface.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+epidermal+model+for+dermal+irritancy+testing.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Phenion+Full-Thickness+Skin+Model+for+Percutaneous+Absorption+Testing.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Permeability+of+the+reconstructed+human+epidermis+model+Episkin+in+comparison+to+various+human+skin+preparations.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+New+Discriminative+Criterion+for+the+Development+of+Franz+Diffusion+Tests+for+Transdermal+Pharmaceuticals.">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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+study+of+percutaneous+absorption+of+aluminum+from+antiperspirants+through+human+skin+in+the+Franz+diffusion+cell.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+percutaneous+absorption+of+cobalt.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Validation+of+a+Static+Franz+Diffusion+Cell+System+for+In+Vitro+Permeation+Studies.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Modified+Franz+Diffusion+Cell+for+Simultaneous+Assessment+of+Drug+Release+and+Washability+of+Mucoadhesive+Gels.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systematic+evaluation+of+FRAP+experiments+performed+in+a+confocal+laser+scanning+microscope.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+of+Macromolecules+in+Agarose+Gels:+Comparison+of+Linear+and+Globular+Configurations.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+measurements+in+epidermal+tissues+with+fluorescent+recovery+after+photobleaching.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+the+permeability+barrier+of+human+skin+in+vivo.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Local+examination+of+skin+diffusion+using+FTIR+spectroscopic+imaging+and+multivariate+target+factor+analysis.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-photon+fluorescence+correlation+spectroscopy+as+a+tool+for+measuring+molecular+diffusion+within+human+skin.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+engineering+with+HaCaT+cells+and+a+fibroblast+cell+line.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epidermal+Organization+and+Differentiation+of+HaCaT+Keratinocytes+in+Organotypic+Coculture+with+Human+Dermal+Fibroblasts.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organs-on-a-chip:+a+focus+on+compartmentalized+microdevices.">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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+Three-Dimensional+Cell+Culture+to+Organs-on-Chips.">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/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 Chip. 13 (18), 3588 (2013).</li><li>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=The+Multi-organ+Chip+-+A+Microfluidic+Platform+for+Long-term+Multi-tissue+Coculture.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+multi-organ+chip+co-culture+of+neurospheres+and+liver+equivalents+for+long-term+substance+testing.">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/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 Chip. 13 (18), 3481 (2013).</li><li>Jayakrishna, A., 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=Diffusion+of+High+Molecular+Weight+Compounds+through+Sclera.">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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hindered+Diffusion+of+Polar+Molecules+Through+and+Effective+Pore+Radii+Estimate+of+Intact+and+Ethanol.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+of+the+Enhancement+Effect+of+n-Octyl-&#946;-D-thioglucoside+on+the+Transdermal+Penetration+of+Fluorescein+Isothiocyanate-Labeled+Dextrans+and+the+Molecular+Weight+Dependence+of+Water-Soluble+Penetrants+through+Stripped+Skin.">Mechanism of the Enhancement Effect of n-Octyl-&#946;-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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skin,+the+final+frontier.">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.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+Epidermis+Reconstructed+by+Culture:+Is+It+"Normal"?.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+proliferation+and+differentiation+in+a+model+of+human+skin+equivalent.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+engineering+with+HaCaT+cells+and+a+fibroblast+cell+line.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+of+Dextran+in+Concentrated+Solutions.">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.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+random+walk's+guide+to+anomalous+diffusion:+A+fractional+dynamics+approach.">The random walk's guide to anomalous diffusion: A fractional dynamics approach.</a> Phys Rep. 339 (1), 1-77 (2000).</li></ol>

Uwe Marx è l'amministratore delegato e azionista e Gerd Lindner è un azionista di TissUse GmbH, società di produzione e commercializzazione della tecnologia MOC. Altri autori non dichiarano alcun conflitto di interessi per quanto riguarda la pubblicazione di questo libro.

Questo studio documenta un metodo sviluppato per quantificare la permeazione attraverso un tessuto-costrutto ingegnerizzato su una membrana. Permeazione di sostanze con diverse dimensioni molecolari attraverso gel dell'agarosi in primo luogo è stato esaminato per testare e convalidare il metodo e la simulazione corrispondente. È noto che più piccole molecole permeano più velocemente attraverso una maglia di matrice (fatta eccezione per l'effetto in gel filtrazione mediante cromatografia di permeabilità). Osservazioni simili sono state fatte con gli esperimenti di esclusione dimensionale delle sostanze attraverso la sclera26, membrana epidermica umana27, pelle umana17e ratto pelle28. Una correlazione inversa tra coefficienti di permeabilità e il corrispondente raggio di Stokes (il raggio di una sfera duro che si muove con lo stesso tasso di diffusione come le molecole descritte, solitamente più piccole rispetto al raggio efficace della molecola) ha dimostrato 26 , 28e una relazione simile è stato osservato negli esperimenti con sostanze di diverse dimensioni molecolari. Tracciando i coefficienti di permeabilità nel raggio di 1/Stokes, è stata trovata una correlazione lineare sopra i quattro gruppi con la più piccola dimensione molecolare (R2 = 0.93) (Figura 6). Ciò indica che i coefficienti di permeabilità simulato con il metodo suggerito sono in un intervallo realistico.
L'errore di 46.15% negli esperimenti è leggermente più grande rispetto a quanto indicato per gli esperimenti di permeabilità con Franz diffusione cellulare sistema10. Una possibile spiegazione potrebbe essere la distribuzione di dimensione di fluorescina-isotiocianato-destrano, che è discussa più avanti.
Il metodo descritto presenta importanti vantaggi rispetto ai metodi che utilizzano il sistema di celle di diffusione di Franz. In primo luogo, l'installazione è più compatto; gli esperimenti vengono eseguiti direttamente in un sistema di ﬁssaggio della membrana, che ha la scala di una piastra commerciale ben (∼ 13 cm x 8,5 cm). In questo modo più campioni essere eseguiti contemporaneamente, considerando che una cella di diffusione di Franz separata è necessaria per ogni campione. In secondo luogo, la permeabilità di un modello di pelle può essere misurata direttamente nell'inserto della membrana, dove avviene la coltivazione. Utilizzando celle di diffusione di Franz, i campioni devono essere portati fuori e montati sul sistema, che è più ingombrante per i piccoli campioni ed è anche più che richiede tempo.
Esperimenti di permeazione con matrici di collagene delle cellule ha mostrato che questo metodo può essere applicato con successo ai sistemi delle cellule-seminato. Il modello qui presentato è stato verificato per i modelli di pelle; Tuttavia, il metodo può essere applicato ad altri tipi di colture di cellule organiche, per esempio, malattie renali o epatiche.
In questo studio, è stato utilizzato un modello di collagene-cellula in cui le cellule HaCaT coperto completamente la superficie del modello (vedere Figura 5). Ciò ha condotto ad una riduzione del coefficiente di permeabilità, dimostrando che il metodo è abbastanza sensibile per distinguere il coefficiente di permeabilità tra un modello di collagene-cellulare con e senza uno strato di HaCaT. Idealmente, un modello della pelle dovrebbe costituire una barriera, che si avvicina l'epidermide di una vera e propria pelle29, ed è quindi importante verificare la qualità (ad es., edificio del derma, epidermide) del modello della pelle prima dell'uso effettivo. Lo sviluppo di un modello di pelle possa essere visualizzato con tecniche di colorazione e quantificato dal rilevamento di pelle collagene e proteine30,31,32. Il coefficiente di permeabilità può anche essere un fattore importante per valutare lo sviluppo del modello della pelle, ma sono necessari ulteriori esperimenti per confermare questo. Come accennato in precedenza, questo metodo consente l'esecuzione di campioni multipli in parallelo. È anche possibile prelevare campioni durante la coltivazione per misurare la permeabilità e quindi osservare lo sviluppo di questo parametro del modello della pelle.
Si deve osservare che la permeabilità è misurata attraverso un gel/collagene-cella-modello e una membrana contemporaneamente. Il coefficiente di permeabilità rilevati è specifico del sistema, per cui i risultati dei modelli differenti della pelle possono essere paragonati soltanto quando si utilizza l'inserto della membrana stessa. Inoltre, il modello di pelle ha bisogno coprire l'area intera coltivazione al fine di garantire che la sostanza in esame permei solo attraverso il modello e non adiacente ad esso, che potrebbero indurre errori nella permeabilità misurata. Un altro aspetto che dovrebbe essere considerato in futuro esperimenti è l'ambiente naturale che circonda la pelle. Normalmente, la temperatura della superficie della pelle è inferiore rispetto la regione interna, che può influenzare le condizioni di permeazione.
Al fine di allineare gli esperimenti di laboratorio con simulazioni al computer, è stato presentato un metodo che consente l'ottimizzazione dei parametri per la simulazione applicata. Simulazioni sono state trovate in concomitanza anche con i dati sperimentali per sostanze con piccole dimensioni molecolari. Tuttavia, sono stati osservati scostamenti tra dati sperimentali e simulazione per sostanze con dimensioni molecolari. Polisaccaride grandi molecole possono aumentare l'attrito e rallentare il processo di diffusione in un gel. Questo effetto provoca diffusione anomala, che è un motivo possibile per la deviazione fra sperimentale e simulazione valori33,34. Un'altra spiegazione potrebbe essere la presenza di particelle più piccole o più grandi in fluorescina-isotiocianato-destrano. Il produttore specifica il peso molecolare della sostanza come la dimensione media con un determinato intervallo, che permette grandi e piccole particelle di essere presenti. È anche poco chiaro come disperse queste sostanze sono, come le più piccole particelle permeano più velocemente attraverso il gel e il canale di fluido. È possibile estendere la simulazione per considerare questi diffusione e gli effetti di attrito.
L'esperimento di permeabilità e la simulazione sono stati sviluppati per l'uso in un 2-oC. Con l'aiuto della simulazione, questo metodo sperimentale possa essere trasferito direttamente ai più sofisticate messe a punto sperimentali. Ad esempio, la simulazione di sistema inserto di membrana possa essere facilmente trasferita alla geometria di un 2-OC o ad altri sistemi con configurazioni simili. Questa opzione di modulare la simulazione può essere utilizzata per supportare la progettazione di futuri esperimenti. Inoltre, gli effetti collaterali come evaporazione, anormale diffusione e gli effetti della membrana può essere integrati per migliorare la simulazione, migliorando così la precisione. Il programma di simulazione dà l'opportunità di modificare o migliorare l'equazione di simulazione, nonché a integrare altri moduli fisici al fine di indagare altri aspetti dello sviluppo del modello di pelle. Un esempio è la simulazione della produzione di lattato e consumo di glucosio in un modello cellulare di collagene.
Un aspetto particolarmente interessante nella sperimentazione delle sostanze mediche è come le sostanze sono distribuite in un sistema di organo-on-a-chip. Il parametro di simulazione e permeabilità mio aiuto per rispondere a domande quali quanto velocemente una sostanza permea nel sistema e che la concentrazione sarà disponibile per altri tessuti in un chip multi-organ. Questo metodo può sostenere e promuovere lo sviluppo e la sperimentazione di tali sistemi organo-on-chip.

Organo-tipiche culture 3D sono diventati potenti strumenti per lo sviluppo di farmaci e sostanza test1. A questo proposito, modelli di pelle umana sono di particolare interesse a causa di requisiti normativi, come quelli nel settore della cosmetica. Successivamente hanno portato allo sviluppo di numerosi modelli 3D della pelle, per uso sia su loro come culture di singolo-organo in piastre multi-pozzetto o in multi-organ-friggere, in combinazione con organo ulteriori modelli, ad esempio, il fegato2.
Per quanto riguarda la coltivazione di un equivalente di pelle, l'interfaccia aria-liquido (ALI) è un elemento essenziale per differenziazione epidermica corretta3. Inserti di cultura cellulare composti da un vaso con una membrana permeabile liquido nella parte inferiore vengono in genere utilizzate per stabilire un ALI. ALIs sono ampiamente utilizzati nei modelli di pelle disponibile nel commercio come EpiDerm4, Phenion5ed Episkin6, per la cultura di modelli di pelle con dimensioni da 96 pozzetti (4,26 mm di diametro) fino a 12-pozzetti (12,2 mm di diametro). Il metodo qui descritto determina la permeazione delle sostanze in un sistema di inserimento della membrana.
Il coefficiente di permeabilità è un parametro significativo per valutare la qualità di qualsiasi modello di pelle coltivata rispetto alla pelle nativo5e viene utilizzato per valutare quanto rapidamente la migrazione di sostanze attive attraverso la pelle. Soprattutto se farmaci o cosmetici prodotti devono essere applicati alla pelle, questo parametro è essenziale per capire quando precisamente gli agenti attivi passano attraverso di essa. Una simulazione può aiutare ulteriormente per prevedere il comportamento del sistema e successivamente ridurre il necessario sforzo sperimentale che richiede tempo, soprattutto quando un grande insieme di sostanze è coinvolto.
La cella di diffusione di Franz è stato-of-the-art per permeazione esperimenti con la pelle e pelle modelli5,6,7,8,9. Questo dispositivo è costituito da due vani con un campione fisso (barriera di diffusione) in mezzo. La sostanza da saggiare viene applicata direttamente alla parte superiore del campione (compartimento donatore) e la concentrazione del composto che permea può essere rilevata sul vano opposto (accettore). Sul versante acceptor, temperatura costante e la concentrazione di sostanza omogenea sono garantiti attraverso una camera a temperatura e un agitatore magnetico. Campioni possono essere prelevati da un braccio di campionamento sul lato accettore della cella Franz. Con una gamma di altezza tra 19 e 179 cm, questo sistema è relativamente grande10,11. Un altro metodo per la determinazione dei coefficienti di diffusione nei tessuti e sostanze in gel è FRAP. Questa tecnica utilizza il principio di sbiancamento fluorescente etichettati particelle in gel e quindi determinare il tempo di recupero della zona sbiancato per calcolare il coefficiente di diffusione12,13,14.
Inoltre, Fourier transform-spettroscopia all'infrarosso (FTIR) può essere utilizzata per rilevare il movimento delle particelle con assorbanza della luce a raggi infrarossi al fine di determinare il processo di permeazione delle sostanze in pelle15,16. Tuttavia, questi o altri metodi di imaging (ad es., spettroscopia di fluorescenza del due-fotone correlazione17) deve necessariamente costare strumenti intensivi.
In questo articolo, un metodo è presentato direttamente misurare la permeabilità di una barriera all'interno di un sistema di inserimento della membrana, dove un modello di pelle può essere coltivato. Questo metodo consente esperimenti di permeabilità deve essere eseguito con un gran numero di piccoli campioni (ben dimensioni fino a mm 4,26) in un sistema compatto. Questo è in contrasto con la cella di diffusione di Franz, dove un dispositivo separato è necessaria per ogni sonda, che deve essere montato sul dispositivo ed è difficile da realizzare per i piccoli campioni (dimensioni mm 4,26). Inoltre, poiché il metodo non richiede strumentazione principali (ad es., un microscopio confocale o multifotonica), si ottiene una riduzione di tempo e costo.
Tutti gli esperimenti sono stati effettuati in membrana microporosa inserire sistemi con un campione (barriera) costituiti da gel di agarosio o un modello di cellulare di collagene stabilito sulla membrana. Sostanze fluorescenti (donatore) con diverse dimensioni molecolari sono state applicate alla parte superiore del campione, e la concentrazione della sostanza permeata è stata rilevata sul fondo (accettore) utilizzando un lettore di fluorescenza (Vedi Figura 1). Al fine di validare il metodo e verificare l'esattezza di questa simulazione, gel dell'agarosi erano prodotto e utilizzati come una barriera. Idrogeli sono generalmente utilizzati per lo studio dei processi di diffusione e permeazione in mezzo poroso a scienze biologiche13. Il metodo è stato poi testato in un sistema cellulare-seminato costituito da una matrice di collagene dei fibroblasti primari e cellule adulte umane basse calcio alte temperatura cheratinociti (HaCaT) (modello di cellula-matrice), che è una pelle semplificata modello18,19 .
Inoltre, il processo di permeazione è stato simulato mediante simulazioni di flusso con fluidodinamica computazionale. Si è constatato che, per mezzo di ottimizzazione dei parametri, il coefficente di diffusione potrebbe essere calcolato dai dati sperimentali. In generale, questa simulazione offre diverse applicazioni; per esempio, è possibile prevedere un processo di permeazione basato su esperimenti di brevi e la simulazione può ridurre significativamente il numero di esperimenti.
Metodo sperimentale e simulazione sono state progettate per l'applicazione a un organo-on-a-chip sistema1,20,21, specificamente il 2-organo-chip (2-OC) sviluppato commercialmente1,22, 23,24,25. In linea di principio, il processo di permeazione di qualsiasi modello di organo basato su sistemi di membrana inserti può essere descritto in questo modo.

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	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="width:236px;height:20px;">Agarose</td>
			<td style="width:248px;">Carl Roth</td>
			<td style="width:112px;">K297.2</td>
			<td style="width:287px;">High Resolution Powder</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Collagen&#160;</td>
			<td>Serva</td>
			<td>47256.01</td>
			<td>Collagen R solution 0.4 %</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">DMEM</td>
			<td>Lonza (Biozym Scientific GmbH)</td>
			<td>880010-12</td>
			<td>High Glucose with L-Glutamine</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">FCS</td>
			<td>Biochrom GmbH</td>
			<td>S0615 0114F</td>
			<td>Fetal Calf Serum</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Fluorescein Sodium Salt</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>46960-25G-F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Fluorescein Isothiocyanate-dextran</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>46944-500MG</td>
			<td>4000 g/mol</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Fluorescein Isothiocyanate-dextran</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>FD10S-250MG</td>
			<td>10 000 g/mol</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Fluorescein Isothiocyanate-dextran</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>FD20S-250MG</td>
			<td>20 000 g/mol</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Fluorescein Isothiocyanate-dextran</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>FD40S-250MG</td>
			<td>40 000 g/mol</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">HBSS</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>14170120</td>
			<td>no calcium, no magnesium , with phenol red</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">NaOH</td>
			<td>Merck</td>
			<td>1.06467.9010</td>
			<td>granulated</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">PBS&#160;</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>18912-014</td>
			<td>tablets</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Transwell Cell Culture Inserts</td>
			<td>Corning</td>
			<td>3391</td>
			<td>96 well, 0.4 &#181;m pore size</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Transwell Cell Culture Inserts</td>
			<td>Corning (VWR)</td>
			<td>734-1563</td>
			<td>12 well, 0.4 &#181;m pore size</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">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

In vitro coltivati della pelle modelli sono diventati sempre più rilevanti per le applicazioni farmaceutiche e cosmetiche e sono utilizzati anche nello sviluppo di farmaci, nonché la sostanza test. Questi modelli sono per lo più coltivati in sistemi di membrana-inserti, loro permeabilità verso sostanze differenti, essendo un fattore essenziale. Metodi applicati per la determinazione di questi parametri in genere, di solito richiedono campioni di grandi dimensioni (ad es., Franz diffusione cell) o laboriosa attrezzature (ad es., recupero di fluorescenza dopo photobleaching (FRAP)). Questo studio presenta un metodo per determinare i coefficienti di permeabilità direttamente in sistemi di membrana-inserti con diametri di 4,26 e 12,2 mm (zona di coltura). Il metodo è stato convalidato con agarosio e gel del collagene come pure un modello cellulare di collagene che rappresentano modelli di pelle. I processi di permeazione di sostanze con diverse dimensioni molecolari e permeazione attraverso modelli differenti delle cellule (costituiti da gel di collagene, fibroblasti e HaCaT) sono stati accuratamente descritti.
Inoltre, per supportare il metodo sperimentale di cui sopra, è stata stabilita una simulazione. La simulazione si inserisce i dati sperimentali bene per sostanze con piccole dimensioni molecolari, fino a 14 x 10-10 m raggio di Stokes (4.000 MW), ed è quindi uno strumento promettente per descrivere il sistema. Inoltre, la simulazione può ridurre considerevolmente gli sforzi sperimentali ed è abbastanza robusta per essere esteso o adattato alle configurazioni più complesse.

Esperimenti di permeabilità in una membrana di 96 pozzetti inserire sistema con gel di agarosio al 2% come una barriera sono stati condotti al fine di valutare l'accuratezza di una simulazione. Sale sodico della fluorescina (NaFl) e della fluorescina isotiocianato-destrani (FD) sono stati utilizzati per verificare l'impatto della dimensione molecolare della sostanza diffondente da 5 x 10-10 m fino a 45 x 10-10 m raggio di Stokes (376.27-40.000 mol wt). Ottimizzazione dei parametri nativo della simulazione è stato utilizzato per la simulazione di dati sperimentali in forma.
A tal fine, alle pendici del solo le parti lineari della permeabilità simulate sono state confrontate con i risultati sperimentali. Per piccole dimensioni molecolari, simulazione e dati sperimentali erano in buon accordo con 99,2% per NaFl e 80,2% per FD 4.000 (Vedi Figura 4a e Figura 4b). Dimensione molecolare maggiore generato deviazioni più alte risultati correlazioni di 50,5% per 10.000 FD, 79,7% per 20.000 FD e 53,6% per FD 40.000. Progressione della curva nelle simulazioni hanno mostrato un ritardo all'inizio e un aumento più forte nel corso dei grafici (Vedi Figura 4 c–4e).
Coefficienti di permeabilità e i coefficenti di diffusione simulato sono mostrati in tabella 4. Il coefficiente di permeazione diminuisce con l'aumento di dimensioni molecolari. Deviazione standard era tra 0,08 x 10-8 m/s e 0,47 x 10-8 m/s (N = 7), che ha corrisposto ad un errore assoluto di tra 4,18% e 46.15%. Esperimenti con le più grandi molecole hanno mostrato un maggiore errore assoluto. I coefficenti di diffusione simulato si comportavano molto similmente ai coefficienti di permeabilità sperimentale. Sostanze con raggi più grandi di Stokes ha mostrato i coefficenti di diffusione decrescente e l'errore assoluto ha variato fra 9,09% e 18,46% (N = 3).
Negli esperimenti ulteriori permeazione, quattro tipi di modello delle cellule di collagene differenti sono stati utilizzati come barriere in una membrana 12-pozzetti inserire sistema. Questi modelli comprendono un modello senza cellula e un modello di cellulare con diverse combinazioni di fibroblasti primari nel gel di collagene e HaCaT sulla superficie. Sono state utilizzate le seguenti combinazioni: collagene (col.) come un modello senza cellula, collagene + fibroblasti (col. + F.), HaCaT (col. + H.), + fibroblasti e collagene, collagene + HaCaT (col. + F. + H.). Sale di sodio di fluoresceina con DMEM + 10% FCS è stato utilizzato come sostanza donatrice. Per immagine analisi del modello di cella del collagene, colorazione con ematossilina ed eosina (lui) è stato usato. Questa colorazione è stato fatto utilizzando il protocollo del produttore. In Figura 5, è indicata tale una macchia con un modello rappresentativo di col. + F. + h... L'HE macchie leggermente la struttura del tessuto della matrice del collagene. I fibroblasti si trovano nella matrice e i nuclei dei fibroblasti e cellule HaCaT sono colorati in viola scuro. Sulla parte superiore della matrice di collagene, c'è un livello contenente molti nuclei, che dovrebbero essere i nuclei di HaCaTs, creazione di un livello di inclusione nella parte superiore del modello.
In tabella 5, coefficienti di permeazione sperimentale e i coefficenti di diffusione simulato sono elencati. Una tendenza può essere visto per la maggior parte dei modelli con HaCaT, che hanno coefficienti di permeazione/diffusione inferiori rispetto ai modelli senza HaCaT. L'errore assoluto dei coefficienti di permeazione è 10,9-24,4% e per la diffusione coefficienti 5,2% - 12,9%.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56412/56412fig1.jpg"> Figura 1: Vista laterale dell'esperimento in una membrana permeabilità inserire sistema. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56412/56412fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56412/56412fig2.jpg"> Figura 2: grafico esemplare di un esperimento di permeabilità. La concentrazione di acceptor viene tracciata nel corso del tempo. Due linee tratteggiate staffa parte quasi lineare del grafico. La pendenza della parte lineare viene utilizzata per determinare il coefficiente di permeabilità. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56412/56412fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56412/56412fig3.jpg"> Figura 3: geometria e mesh della membrana inserire il sistema nella simulazione. (un) geometria della membrana 96 pozzetti sistema di inserimento. sistema di ﬁssaggio (b) geometria della membrana 12-pozzetti. sistema di ﬁssaggio (c), maglia della membrana 96 pozzetti. sistema di ﬁssaggio (d), maglia della membrana 12-pozzetti. (e) sistema di inserti di sezione trasversale e parametri della membrana. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56412/56412fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56412/56412fig4.jpg"> Figura 4: confronto tra i dati sperimentali da un esperimento di permeazione per la simulazione ottimizzata. sale di sodio (un) della fluorescina, (b) della fluorescina isotiocianato-destrano 4.000 mol WT, (c), 10.000 mol WT, (d), 20.000 mol WT e (e) 40.000 mol WT <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56412/56412fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56412/56412fig5.jpg"> Figura 5: rappresentante HE colorazione di un modello di cella di collagene (collagene, fibroblasti + HaCaT). <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56412/56412fig5large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56412/56412fig6.jpg"> Figura 6: coefficiente di permeabilità in funzione del raggio 1/Stokes utilizzando sale sodico della fluorescina e della fluorescina isotiocianato-destrano in una membrana di 96 pozzetti inserire sistema. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56412/56412fig6large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Nome</td>
			<td>Experession per sistema ben 96 mm</td>
			<td>Experssion per sistema 12-pozzetti in mm</td>
			<td>Descrizione</td>
		</tr>
<tr>
<td>d_tran</td>
			<td>5,65 [mm]</td>
			<td>14,7 [mm]</td>
			<td>Diametro del pozzo</td>
		</tr>
<tr>
<td>d_a</td>
			<td>4,26 [mm]</td>
			<td>12.1 [mm]</td>
			<td>Diametro della membrana</td>
		</tr>
<tr>
<td>d_w</td>
			<td>8.79 [mm]</td>
			<td>21,97 [mm]</td>
			<td>Diametro di Acceptor</td>
		</tr>
<tr>
<td>h_b</td>
			<td>2 [mm]</td>
			<td>2 [mm]</td>
			<td>Heigh della barriera</td>
		</tr>
<tr>
<td>h_sp</td>
			<td>1 [mm]</td>
			<td>1 [mm]</td>
			<td>Distanza tra bene e inferiore</td>
		</tr>
<tr>
<td>olly</td>
			<td>4.73 [mm]</td>
			<td>5,24 [mm]</td>
			<td>Alta: l'accettore</td>
		</tr>
<tr>
<td>b</td>
			<td>h_b/2</td>
			<td>-</td>
			<td>Profondità di immersione</td>
		</tr>
<tr>
<td>r</td>
			<td>((d_a)^2+4*b^2)/(8*b)</td>
			<td>-</td>
			<td>Raggio della sfera di immersione+
</td>
		</tr>
<tr>
<td>R_Z</td>
			<td>r + h_b</td>
			<td>-</td>
			<td>z-posizione della palla immersione+
</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabella 1: parametri di geometria per la simulazione di "Trasporto di specie chimiche". + Solo per essere usato per la simulazione di agarose gel nella membrana ben 96 inserire sistema.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Nome</td>
			<td>Espressione</td>
			<td>Valore</td>
			<td>Descrizione</td>
		</tr>
<tr>
<td>C_fl</td>
			<td>0,1 [mg/ml]/376.28 [g/mol]</td>
			<td>0.26576 mol/m2
</td>
			<td>Concentrazione di Fl.So.</td>
		</tr>
<tr>
<td>C_4</td>
			<td>2 [mg/ml] / 4000 [g/mol]</td>
			<td>0,5 mol/m2</td>
			<td>Concentrazione di FD 4.000</td>
		</tr>
<tr>
<td>C_10</td>
			<td>2 [mg/ml] / 10000 [g/mol]</td>
			<td>0,2 mol/m2</td>
			<td>Concentrazione di FD 10.000</td>
		</tr>
<tr>
<td>C_20</td>
			<td>2 [mg/ml] / 20000 [g/mol]</td>
			<td>0,1 mol/m2</td>
			<td>Concentrazione di FD 20.000</td>
		</tr>
<tr>
<td>C_40</td>
			<td>2 [mg/ml] / 40000 [g/mol]</td>
			<td>0,05 mol/m2</td>
			<td>Concentrazione di FD 40.000</td>
		</tr>
<tr>
<td>Dif_w</td>
			<td>1E-9 [m ^ 2/s]</td>
			<td>1E - 9m/s2</td>
			<td>Coefficente di diffusione d'acqua d'impasto</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabella 2: Parametri fisici per la simulazione di "Trasporto di specie chimiche".
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Nome</td>
			<td>Espressione</td>
			<td>Descrizione</td>
		</tr>
<tr>
<td>C</td>
			<td>Acceptor(c)</td>
			<td>Definizione della concentrazione accettore</td>
		</tr>
<tr>
<td>D</td>
			<td>D_search * 1e-10</td>
			<td>Cambiamento di fattore d</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabella 3: Parametri per la simulazione di "Ottimizzazione".
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Permeare</td>
			<td>Coefficiente di permeabilità (m/s) x 10-8</td>
			<td>Coefficente di diffusione (m/s2) x 10-10</td>
			<td>Raggio di Stokes di permeato (m) x 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>FD 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>FD 20.000</td>
			<td>0.65 ± 0,30</td>
			<td>0,29 ± 0,04</td>
			<td>33</td>
		</tr>
<tr>
<td>FD 40.000</td>
			<td>0,27 ± 0,08</td>
			<td>0,14 ± 0.02</td>
			<td>45</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabella 4: coefficiente di permeabilità e la diffusione di sostanze con diverso raggio di Stokes tramite gel di agarosio al 2% + membrana in una membrana di 96 pozzetti inserire sistema. (sale di sodio di fluorescina = FL. So., fitc destrano = FD).
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Modello</td>
			<td>Coefficiente di permeabilità (m/s) x 10-8</td>
			<td>Coefficente di diffusione (m/s2) x 10-10</td>
		</tr>
<tr>
<td>Col.</td>
			<td>2.18 ± 0.29</td>
			<td>1.22 ± 0,06</td>
		</tr>
<tr>
<td>Col. + F.</td>
			<td>1.77 ± 0,38</td>
			<td>0.93 ± 0,12</td>
		</tr>
<tr>
<td>Col. + H.</td>
			<td>1.64 ± 0,40</td>
			<td>0.96 ± 0.05</td>
		</tr>
<tr>
<td>Col. + F. + H.</td>
			<td>1,65 ± 0.18</td>
			<td>0.88 ± 0,11</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabella 5: coefficiente di permeabilità e la diffusione di sale sodico della fluorescina attraverso un modello di cellulare di collagene in un 12-membrana ben inserire sistema (col. = collagene, F. = fibroblasto, H. = HaCaT).

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