МИКРОФЛЮИДНОЕ УСТРОЙСТВО "ОРГАН-НА-ЧИПЕ" С ПОРИСТОЙ МЕМБРАНОЙ ДЛЯ ДЛИТЕЛЬНОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ КЛЕТОК

Автор: Л. А. Алтынбаев, П. С. Плешаков, Н. А. Филатов, А. С. Букатин

Журнал: Научное приборостроение @nauchnoe-priborostroenie

Рубрика: Приборостроение физико-химической биологии

Статья в выпуске: 3, 2025 года.

Бесплатный доступ

В настоящее время микрофлюидные устройства "орган-на-чипе" рассматриваются в качестве альтернативы для тестирования лекарственных препаратов в ходе проведения доклинических исследований. В них можно моделировать строение и функции отдельных органов и систем органов человека, таких как легкие, печень, почки, кишечник и др., и тестировать на них разнообразные вещества. Одним из ключевых элементов устройств "орган-на-чипе" является гибкая пористая мембрана, использование которой для роста клеток позволяет изучать отклик клеток на механические и химические сигналы. В настоящей работе был разработан метод изготовления микрофлюидных устройств "орган-на-чипе" с гибкой подвешенной пористой мембраной из полидиметилсилоксана с добавлением многостенных углеродных нанотрубок, повышающих механическую прочность мембраны и не влияющих на ее оптические свойства. Использование углеродных нанотрубок позволило увеличить площадь изготавливаемых мембран и снизить вероятность их разрыва в процессе изготовления. Для роста клеток в изготовленных устройствах "орган-на-чипе" использовалась пассивная смена питательной среды, основанная на периодическом изменении угла наклона устройства, расположенного на качающейся платформе. Такой подход позволил культивировать клетки модельных клеточных линий в течение более 7 дней с жизнеспособностью более 95%. Полученные результаты свидетельствуют о хорошей биосовместимости используемого композита и его применимости для изготовления гибких пористых мембран в устройствах "орган-на-чипе".

Еще

Микрофлюидика, микрофлюидное устройство, микрофлюидный чип, орган-на-чипе, тканевая инженерия, тестирование лекарств, полидиметилсилоксан, пористая мембрана

Короткий адрес: https://sciup.org/142245621

IDR: 142245621

Список литературы МИКРОФЛЮИДНОЕ УСТРОЙСТВО "ОРГАН-НА-ЧИПЕ" С ПОРИСТОЙ МЕМБРАНОЙ ДЛЯ ДЛИТЕЛЬНОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ КЛЕТОК

1. Ingber D.E. Human organs-on-chips for disease modelling, drug development and personalized medicine // Nat Rev Genet. 2022. Vol. 23. P. 467–491. DOI: 10.1038/s41576-022-00466-9
2. Mullard A. Parsing clinical success rates // Nat. Rev. Drug Discov. 2016. Vol. 15. Id. 447. DOI: 10.1038/nrd.2016.136
3. Pippin J.J., Cavanaugh S.E., Pistollato F. Ch. 20. Animal Research for Alzheimer Disease: Failures of Science and Ethics // Animal experimentation: working towards a paradigm change. Series: Human-Animal Studies, Vol. 22, 2019. P. 480–516. URL:
https://www.jstor.org/stable/10.1163/j.ctvjhzq0f.27
4. Seok J., Warren H.S., Cuenca A.G., et al. Genomic responses in mouse models poorly mimic human inflammatory diseases // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2013. Vol. 110, no. 9. P. 3507–3512. DOI: 10.1073/pnas.1222878110
5. Lozupone M., Dibello V., et al. Lessons learned from the failure of solanezumab as a prospective treatment strategy for Alzheimer's disease // Expert. Opin. Drug. Discov. 2024. Vol. 19, iss. 6. P. 639–647. DOI: 10.1080/17460441.2024.2348142
6. Teixeira Carvalho D.J., Moroni L., Giselbrecht S. Clamping strategies for organ-on-a-chip devices // Nat. Rev. Mater. 2023. Vol. 8. P. 147–164. DOI: 10.1038/s41578-022-00523-z
7. Huh D., Matthews B.D., Mammoto A., et al. Reconstituting organ-level lung functions on a chip // Science. 2010. Vol. 328. P. 1662–1668. DOI: 10.1126/science.1188302
8. Yang J., Hirai Y., Iida K., et al. Integrated-gut-liver-on-achip platform as an in vitro human model of non-alcoholic fatty liver disease // Commun. Biol. 2023. Vol. 6. Id. 310. DOI: 10.1038/s42003-023-04710-8
9. Lee J., Kim S. Kidney-on-a-Chip: A New Technology for Predicting Drug Efficacy, Interactions, and Drug-induced Nephrotoxicity // Curr. Drug. Metab. 2018. Vol. 19, iss. 7. P. 577–583. DOI: 10.2174/1389200219666180309101844
10. Nguyen O.T.P., Misun P.M., Hierlemann A, Lohasz C.A. Versatile Intestine-on-Chip System for Deciphering the Immunopathogenesis of Inflammatory Bowel Disease // Adv. Healthc. Mater. 2024. Vol. 13, iss. 7. Id. 2302454. DOI: 10.1002/adhm.202302454
11. Werdich A.A., Lima E.A., Ivanov B., et al. A microfluidic device to confine a single cardiac myocyte in a subnanoliter volume on planar microelectrodes for extracellular potential recordings // Lab Chip. 2004. Vol. 4. P. 357–362. DOI: 10.1039/B315648F
12. Servais B., Mahmoudi N., Gautam V. et al. Engineering Brain-on-a-Chip Platforms // Nature Reviews Bioengineering. 2024. Vol. 2. P. 691–709. DOI: 10.1038/s44222-024-00184-3
13. Leung C. M., de Haan P., Ronaldson-Bouchard K., et al. A guide to the organ-on-a-chip // Nature Reviews Methods Primers. 2022. Vol. 2. Id. 33. DOI: 10.1038/s43586-022-00118-6
14. Abrignani M.G., Gatta L., Gabrielli D., et al. Gastroprotection in patients on antiplatelet and/or anticoagulant therapy: a position paper of National Association of Hospital Cardiologists (ANMCO) and the Italian Association of Hospital Gastroenterologists and Endoscopists (AIGO) // Eur. J. Intern. Med. 2021. Vol. 85. P. 1–13. URL: https://www.ejinme.com/article/S0953-6205(20)30424-6/fulltext
15. Rumsey J.W., Lorance C., Jackson M., et al. Classical Complement Pathway Inhibition in a "Human-On-AChip" Model of Autoimmune Demyelinating Neuropathies // Adv. Ther. (Weinh). 2022. Vol. 5, iss. 6. DOI: 10.1002/adtp.202200030
16. FDA: Roadmap to Reducing Animal Testing in Preclinical Safety Studies. URL: https://www.fda.gov/media/186092/download
17. Zhang B., Korolj A., Lai B.F.L., Radisic M. Advances in organ-on-a-chip engineering // Nat. Rev. Mater., Springer, US. 2018. Vol. 3. P. 257–278. DOI: 10.1038/s41578-018-0034-7
18. Corral-Nájera K., Chauhan G., Serna-Saldívar S.O. et al. Polymeric and biological membranes for organ-on-a-chip devices // Microsyst. Nanoeng. 2023. Vol. 9. Id. 107. DOI: 10.1038/s41378-023-00579-z
19. Huh D., Kim H.J., Fraser J.P., et al. Microfabrication of human organs-on-chips // Nat Protoc. 2013. Vol. 8. P. 2135–2157. DOI: 10.1038/nprot.2013.137
20. Low L.A., Mummery C., Berridge B.R., et al. Organs-onchips: into the next decade // Nat. Rev. Drug. Discov. 2021. Vol. 20. P. 345–361. DOI: 10.1038/s41573-020-0079-3
21. Qin D., Xia Y., Whitesides G.M. Soft lithography for micro- and nanoscale patterning // Nat. Protoc. 2010. Vol. 5. P. 491–502. DOI: 10.1038/nprot.2009.234
22. Bukatin A.S., Malyshev E.I., Kukhtevich I.V., et al. Fabrication of High-Aspect-Ratio Microstructures in Polymer Microfluid Chips for in Vitro Single-Cell Analysis // Tech. Phys. 2016. Vol. 61, iss. 10. P. 1566–1571. DOI: 10.1134/S106378421610008X
23. Giulitti S., Magrofuoco E., Prevedello L., Elvassore N. Optimal periodic perfusion strategy for robust long-term microfluidic cell culture. // Lab Chip. 2013. Vol. 13. P. 4430–4441. DOI: 10.1039/C3LC50643F
24. Kim J., Hwang J.Y., Hwang H. et al. Simple and costeffective method of highly conductive and elastic carbon nanotube/polydimethylsiloxane composite for wearable electronics // Sci. Rep. 2018. Vol. 8. Id. 1375. DOI: 10.1038/s41598-017-18209-w
25. Du J., Wang L., Shi Y., et al. Optimized CNT-PDMS Flexible Composite for Attachable Health-Care Device // Sensors (Basel). 2020. Vol. 20, iss. 16. Id. 4523. DOI: 10.3390/s20164523
26. Chetyrkina M.R., Fedorov F.S., Nasibulin A.G. In Vitro Toxicity of Carbon Nanotubes: A Systematic Review // RSC Adv. 2022. Vol. 12. P. 16235–16256. DOI: 10.1039/D2RA02519A
27. Zhang W., Choi D.S., Nguyen Y.H., Chang J.C., Qin L. Studying Cancer Stem Cell Dynamics on PDMS Surfaces for Microfluidics Device Design // Scientific Reports. 2013. Vol. 3. Id. 2332. DOI: 10.1038/srep02332

Еще

Статья научная