Yeni biyosensör türü: "Organ çipindeki" oksijen içeriğini gerçek zamanlı olarak izleyebilir!
Kılavuz
Son zamanlarda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki North Carolina Eyalet Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, "organ çipi" sistemindeki oksijen içeriğini gerçek zamanlı olarak izlemek için yeni bir biyosensör türü benimsedi, böylece sistem gerçek organların işlevlerini daha yakından taklit edebilir.
arka fon
"Çipteki organlar" olarak da bilinen yonga üzerinde organlar (yonga üzerinde organlar), son yıllarda geliştirilen bir disiplinler arasıdır ve aynı zamanda günümüzde biyolojik araştırmalarda en popüler son teknolojilerden biridir. Hayatın her kesiminden geniş ilgi gördü ve 2016 Davos Dünya Ekonomik Forumu tarafından "En İyi On Gelişen Teknoloji" arasında yer aldı.
Organ çipi (Resim kaynağı: Wyss Enstitüsü, Harvard Üniversitesi)
Peki organ çipi tam olarak nedir? Aslında, canlı hücreler, doku arayüzleri, biyolojik sıvılar ve mekanik kuvvetler gibi organ mikro ortamının anahtar unsurlarını içeren, bir cam slayt büyüklüğündeki bir çip üzerine inşa edilmiş bir organ fizyolojik mikrosistemidir. Bir insan organının veya tüm organ sisteminin in vitro aktivitelerini, mekaniklerini ve fizyolojik tepkilerini simüle edebilir ve ayrıca yapay bir organ olduğu da söylenebilir. Organ çipleri, yaşam bilimleri ve tıbbi araştırmalar, yeni ilaç geliştirme, kişiselleştirilmiş tıp, toksisite tahmini ve biyolojik savunmada geniş uygulama olanaklarına sahiptir.
Daha sonra, organ çiplerinin rolünü kısaca açıklamak için ilaç geliştirmeyi örnek olarak alıyoruz. İlaç geliştirme, çok zaman alan, yoğun emek gerektiren ve pahalı bir süreçtir. Genel olarak, araştırmacılar insan deneylerini taklit etmek için hayvan (beyaz fare) deneylerini kullanacaklar. Bununla birlikte, hayvanlar ve insanlar arasında çok büyük bir fark vardır, bu nedenle insanların ilaçlara verdiği tepkiyi tam olarak yansıtamazlar. Belirli bir ilaç hayvan deneyini geçse bile, insan deneyini geçemeyebilir, bu da pazarlama başarısızlığına ve ciddi maliyet israfına neden olabilir. Çip üstü organ, hayvan deneylerinin yerini almak için kullanılabilecek daha hızlı ve etkili bir yöntemdir. Sadece insani durumu daha doğru yansıtmakla kalmaz, aynı zamanda ilaç geliştirme maliyetinden tasarruf sağlar, test süresini kısaltır ve riski azaltır.
Günümüzde bilim adamları çeşitli organ çipleri yarattılar, örneğin:
"Akciğer Çipi" (Resim kaynağı: Wikipedia)
"Heart Chip" (Resim kaynağı: Wikipedia)
"Nephron Chip" (Resim kaynağı: Wikipedia)
"Arteriyel Çip" (Resim kaynağı: Wikipedia)
Aynı anda farklı organların "insan vücudu çiplerini" taklit ediyor. (Resim kaynağı: Wikipedia)
Yenilikçilik
Bugün, çip organlarındaki en son araştırmaya bakmaya devam edelim. Son zamanlarda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki North Carolina Eyalet Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, "organ çipi" sistemindeki oksijen içeriğini gerçek zamanlı olarak izlemek için yeni bir biyosensör türü benimsedi, böylece sistem gerçek organların işlevlerini daha yakından taklit edebilir. Çip organları, ilaç ve toksisite deneylerinde potansiyellerini gerçekleştirmeyi umarlarsa, bu araştırma vazgeçilmez olacaktır.
(Resim kaynağı: Michael Daniele)
teknoloji
Son on yılda çip organları kavramı araştırmacılardan büyük ilgi gördü. Çipli organlar, aslında akciğerler gibi havadan oksijeni kan dolaşımına aktarmak gibi belirli organ işlevlerini taklit eden küçük biyolojik yapılar oluşturur. Amaç, mikrofizyolojik modeller olarak da bilinen bu organ çiplerini, yeni ilaçların toksisitesini veya etkinliğini değerlendirmek için yüksek verimli testleri ilerletmek için kullanmaktır.
Son yıllarda, organ çiplerinin araştırılmasında önemli ilerlemeler kaydedilmiş olmasına rağmen, bu yapıları kullanmanın önündeki bir engel, sistemden gerçekten veri almak için araçların olmamasıdır.
Yeni biyosensörle ilgili makalenin ilgili yazarı Michael Daniele şunları söyledi: "Çoğunlukla, organ çipindeki koşulları toplamanın tek yolu biyoanalizler, histolojik çalışmalar yapmak veya dokulara zarar verebilecek diğer teknikleri kullanmaktır. Daniele, North Carolina Eyalet Üniversitesi Elektrik Mühendisliği Bölümü'nde yardımcı doçenttir.Ayrıca, North Carolina Eyalet Üniversitesi'nin Ortak Biyomedikal Mühendisliği Bölümü'nde ve Chapel Hill'deki North Carolina Üniversitesi'nde çalışmaktadır.
Herkesin vücudundaki oksijen miktarı büyük ölçüde değişir. Örneğin sağlıklı bir yetişkin vücutta akciğer dokusundaki oksijen konsantrasyonu yaklaşık% 15 iken bağırsaktaki oksijen konsantrasyonu sıfırdır. Bu önemlidir çünkü oksijen doğrudan doku fonksiyonunu etkiler. Bir organın normal olarak nasıl çalıştığını bilmek istiyorsanız, deney sırasında organ çipinizdeki "normal" oksijen içeriğini tutmanız gerekir.
Daniele şunları söyledi: "Aslında bu, oksijen konsantrasyonunu yalnızca organ çipinin yakın çevresinde değil, aynı zamanda organ çip dokusunun kendisinde de izlemek için bir yola sahip olmamız gerektiği anlamına geliyor. Ve bunu gerçek zamanlı olarak izleyebilmemiz gerekiyor. Şimdi Zaten böyle bir yöntemimiz var. "
Bu biyosensörün anahtarı, kızılötesi radyasyon altında kızılötesi ışık yayabilen fosforlu jeldir. Bu bir yankı flaşı olarak görülebilir. Ancak jeli ışınlayan ışık ile jelin yankı parlaması arasındaki zaman gecikmesi, çevresindeki oksijen içeriğine göre değişir. Oksijen ne kadar fazlaysa gecikme o kadar kısa olur. Bu gecikmeler yalnızca birkaç mikrosaniye sürer, ancak bu gecikmeleri izleyerek araştırmacılar, yüzde bir kaç onda bir kadar düşük oksijen seviyelerini ölçebilirler.
Biyosensörün düzgün çalışması için, araştırmacıların üretim sırasında organ çipine ince bir jel tabakası eklemesi gerekiyor. Kızılötesi ışık dokudan geçebildiği için, araştırmacılar kızılötesi ışık yayan ve fosforesan jelden yankı flaşını ölçen bir "okuyucu" kullandılar Ölçülen mikrosaniye gecikmesi dokudaki oksijen içeriğini tekrar tekrar izlemek için kullanılır. Tutar.
Bu biyosensörü geliştiren araştırma ekibi, sağlıklı ve kanserli dokuları modellemek için insan göğüs epitel hücrelerini kullandı ve üç boyutlu bir iskelede başarıyla test etti.
değer
Daniele şunları söyledi: "Gerçekten ihtiyacımız olan şey, sistemin işleyişini etkilemeden gerçek zamanlı veri toplamayı sağlayabilen bir araçtır. Bu, sürekli olarak veri toplamamızı ve analiz etmemizi ve daha zengin bir durumu gözlemlememizi sağlayacaktır. Yeni biyosensörümüz Bu, en azından oksijen içeriği açısından yapılır. "
Daniele şunları söyledi: "Sonraki gelişmelerimizden biri, bu sensörleri organ çipinde istenen oksijen konsantrasyonunu korumak için otomatik olarak ayarlanabilen bir sisteme eklemek. Ayrıca diğer doku mühendisliği araştırmacıları ve endüstriyel ortaklarla işbirliği yapmayı umuyoruz. Sensörümüzün, önemli bir araştırma aracı olarak çip organlarının gelişimini ilerletmeye yardımcı olacak değerli bir araç olacağına inanıyoruz. "
Anahtar kelime
Tıbbi, organ çipi, sensör
Referans
[1] https://news.ncsu.edu/2018/08/oxygen-biosensor-for-organs-on-a-chip/
2 Kristina R. Rivera, Vladimir A. Pozdin, Ashlyn T. Young, Patrick D. Erb, Natalie A. Wisniewski, Scott T. Magness, Michael Daniele. 3D hücre kültürü sistemlerinde oksijen seviyelerini izlemek için entegre fosforesans tabanlı fotonik biyosensör (iPOB) Biyosensörler ve Biyoelektronik, 2018; DOI: 10.1016 / j.bios.2018.07.035
