Wyss Institute的器官芯片变得聪明并且电动化

片上器官(器官芯片)正在成为强大的工具，使研究人员能够以前所未有的方式研究人体器官和组织的生理学。通过模拟正常血流，机械微环境以及不同组织在活体器官中如何彼此物理连接，它们提供了比其他体外方法更有系统的方法来测试药物，最终可以帮助替代动物测试。

由于可能需要数周时间才能将人体细胞培养成器官芯片内的完整分化和功能组织，例如那些模仿肺部和肠道的组织，研究人员试图了解药物，毒素或其他扰动如何改变组织结构和功能，由Don Ingber领导的Wyss生物启发工程研究所一直在寻找无创监测这些微流体装置中培养的细胞的健康和成熟的方法。特别难以测量在器官芯片内生长的细胞的电功能的变化，所述细胞通常是电活性的，例如脑中的神经元细胞或搏动的心脏细胞，在它们的分化期间和对药物的响应中。

现在，Ingber的团队与Wyss核心学院成员Kit Parker及其团队合作，通过将器官芯片与嵌入式电极相配合，为这些问题提供解决方案，从而能够准确，持续地监测跨上皮电阻(TEER)，这是一种广泛使用的组织健康指标如心脏芯片模型所示，分化和活细胞电活动的实时评估。

Ingber，医学博士，博士，是Wyss研究所的创始主任，也是哈佛医学院血管生物学的Judah Folkman教授和波士顿儿童医院的血管生物学项目，以及哈佛大学生物工程学教授John A.保尔森工程与应用科学学院(SEAS)。Parker还是SEAS生物工程和应用物理的Tarr家庭教授。

“这些电活性器官芯片有助于打开一扇窗户，让人们看到活细胞和组织在器官环境中如何发挥作用，而不必进入人体，甚至从芯片中取出细胞，”Ingber说。“我们现在可以开始研究不同组织屏障如何通过感染，辐射，药物暴露甚至营养不良实时受伤，以及它们如何以及何时愈合以应对新的再生疗法。”

TEER测量用于量化电极之间和组织 - 组织界面之间的离子流量，所述组织 - 组织界面由器官特异性上皮和内皮组成，其是许多研究所人体器官芯片的核心组分。上皮细胞形成覆盖我们皮肤和大部分内部器官内表面的组织层，而内皮细胞排列相邻的血液运输血管和支持其功能的毛细血管。这两种细胞层都可作为小分子和离子的屏障，保护器官并实现特殊功能，如肠道吸收或肾脏尿液分泌。相反，药物毒性，感染，炎症和其他有害刺激可以破坏这些障碍。因此，基于离子通过或电阻限制的TEER测量可用于评估这些细胞层的基线功能完整性和由药物或其他毒性剂引发的损伤反应。“使用新的逐层制造工艺，我们创建了一个微流体环境，其中TEER测量电极是芯片架构的组成部分，并且尽可能靠近在两个平行运行通道中的一个或两个中生长的组织定位“奥利维尔亨利博士说，他是Wyss研究院的一名工程师，他是新型有机芯片设计的推动者。“与过去的电极设计相比，这种固定的几何形状允许在实验中和实验之间完全可比的精确测量，

Wyss团队的TEER测量器官芯片设计发布在芯片实验室。除了Ingber和Henry之外，其他作者还有Remi Villenave，博士，研究期间与Ingber合作的博士后研究员，以及Wyss研究员Michael Cronce，William Leineweber和Maximilian Benz。

在片上实验室报告的第二项研究中，Ingber-Henry团队与Kit Parker合作，他对心脏生物学有着浓厚的研究兴趣。通过合作，这个Wyss跨学科团队通过将多电极阵列(MEA)集成到可以测量心脏肌细胞等电活性细胞行为的芯片中，进一步增强了TEER芯片的功能。

研究人员使用TEER-MEA芯片构建了一个搏动血管化心脏芯片，其中人体心肌细胞在一个微流体通道中培养，该通道由第二个平行内皮衬里血管通道的薄半透膜隔开。为了测试该芯片的新功能，该团队使用已知的炎症刺激剂治疗血管化心脏芯片，该刺激剂特异性地破坏内皮屏障或直接作用于心肌细胞的心脏刺激物。

“这种新芯片使我们能够进行实时电生理测量，使用TEER测量评估心脏内皮屏障的完整性，同时使用MEA量化心脏细胞的搏动频率。这使得我们可以揭示药物如何影响两种细胞群密切耦合的情景中的心脏功能，“Ben Maoz博士说，他是第二项研究的共同第一作者，也是技术发展研究员。 Wyss学院和Parker团队的成员。Maoz与Henry和Anna Herland博士分享了第一作者，他是Ingber团队的博士后研究员，现在是瑞典斯德哥尔摩皇家理工学院和Karolinska研究所的助理教授。此外，该研究由William Leineweber撰写，

“片上器官的未来是仪器化芯片：在数据收集过程中实验者被从环路中取出的想法。器官模拟物的连续数据收集是我们在长期实验中测量药物功效和安全性所需要的。这些技术为我们提供了前所未有的粒度，“Kit Parker说道。

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