UK developed 3D organ on a chip could lead to new disease treatments / L'organo 3D sviluppato nel Regno Unito su un chip potrebbe portare a nuovi trattamenti per la malattia
A group led by researchers from the University of Cambridge has developed a three-dimensional ‘organ on a chip’ that could be used to develop new treatments for disease.
he device, which incorporates cells inside a 3D transistor made from a soft sponge-like material inspired by native tissue structure, gives scientists the ability to study cells and tissues in new ways.
By enabling cells to grow in three dimensions, the device mimics the way that cells grow in the body far more accurately than the two-dimensional petri dish approach that has traditionally been used.
“Three-dimensional cell cultures can help us identify new treatments and know which ones to avoid, if we can accurately monitor them,” said Dr Charalampos Pitsalidis, a postdoctoral researcher in the Department of Chemical Engineering & Biotechnology, and the study’s first author.
Now, 3D cell and tissue cultures are an emerging field of biomedical research, enabling scientists to study the physiology of human organs and tissues in ways that have not been possible before. However, while these 3D cultures can be generated, technology that accurately assesses their functionality in real time has not been well-developed.
“The majority of the cells in our body communicate with each other by electrical signals, so in order to monitor cell cultures in the lab, we need to attach electrodes to them,” said Dr Róisín Owens from Cambridge’s Department of Chemical Engineering and Biotechnology. “However, electrodes are pretty clunky and difficult to attach to cell cultures, so we decided to turn the whole thing on its head and put the cells inside the electrode.”
The device which Dr Owens and her colleagues developed is based on a ‘scaffold’ of a conducting polymer sponge, configured into an electrochemical transistor. The cells are grown within the scaffold and the entire device is then placed inside a plastic tube through which the necessary nutrients for the cells can flow. The use of the soft, sponge electrode instead of a traditional rigid metal electrode provides a more natural environment for cells, and is key to the success of organ on chip technology in predicting the response of an organ to different stimuli.
Other organ on a chip devices need to be completely taken apart in order to monitor the function of the cells, but since the Cambridge-led design allows for real-time continuous monitoring, it is possible to carry out longer-term experiments on the effects of various diseases and potential treatments.
“With this system, we can monitor the growth of the tissue, and its health in response to external drugs or toxins,” said Pitsalidis. “Apart from toxicology testing, we can also induce a particular disease in the tissue, and study the key mechanisms involved in that disease or discover the right treatments.”
The researchers plan to use their device to develop a ‘gut on a chip’ and attach it to a ‘brain on a chip’ in order to study the relationship between the gut microbiome and brain function as part of the IMBIBE project, funded by the European Research Council. The group claims that the device – which is described in the journal Science Advances – could ultimately lead to a body on a chip system which would simulate how various treatments affect the body as whole.
ITALIANO
Un gruppo guidato da ricercatori dell'Università di Cambridge ha sviluppato un "organo su un chip" tridimensionale che potrebbe essere utilizzato per sviluppare nuovi trattamenti per la malattia.
Il dispositivo, che incorpora le cellule all'interno di un transistor 3D costituito da un materiale morbido simile a una spugna ispirato alla struttura del tessuto nativo, offre agli scienziati la possibilità di studiare cellule e tessuti in modi nuovi.
Consentendo alle cellule di crescere in tre dimensioni, il dispositivo imita il modo in cui le cellule crescono nel corpo in modo molto più accurato rispetto all'approccio bidimensionale a piastra di Petri che è stato tradizionalmente utilizzato.
"Le colture cellulari tridimensionali possono aiutarci a identificare nuovi trattamenti e sapere quali evitare, se possiamo monitorarli accuratamente", ha affermato il dott. Charalampos Pitsalidis, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di ingegneria chimica e biotecnologie e primo autore dello studio.
Ora, le colture cellulari in 3D sono un settore emergente della ricerca biomedica, che consente agli scienziati di studiare la fisiologia degli organi e dei tessuti umani in modi che non erano stati possibili prima. Tuttavia, mentre queste culture 3D possono essere generate, la tecnologia che valuta in modo accurato la loro funzionalità in tempo reale non è stata ben sviluppata.
"La maggior parte delle cellule del nostro corpo comunicano tra loro tramite segnali elettrici, quindi per monitorare le colture cellulari in laboratorio, abbiamo bisogno di collegare loro con gli elettrodi", ha detto il dottor Róisín Owens del Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biotecnologie di Cambridge. "Tuttavia, gli elettrodi sono piuttosto goffi e difficili da attaccare alle colture cellulari, così abbiamo deciso di trasformare l'intero sistema mettendo le cellule all'interno dell'elettrodo."
Il dispositivo sviluppato dalla dottoressa Owens e dai suoi colleghi si basa su una "impalcatura" di una spugna polimerica conduttiva, configurata in un transistor elettrochimico. Le cellule vengono coltivate all'interno dell'impalcatura e l'intero dispositivo viene quindi inserito all'interno di un tubo di plastica attraverso il quale possono scorrere i nutrienti necessari per le cellule. L'uso dell'elettrodo morbido in spugna invece di un tradizionale elettrodo metallico rigido fornisce un ambiente più naturale per le cellule ed è la chiave del successo della tecnologia organo su chip nel predire la risposta di un organo a stimoli diversi.
Altro organo su un dispositivo a chip deve essere completamente smontato per monitorare la funzione delle cellule, ma dal momento che il progettoguidato da Cambridge consente il monitoraggio continuo in tempo reale, è possibile effettuare esperimenti a lungo termine sugli effetti di varie malattie e potenziali trattamenti.
"Con questo sistema, possiamo monitorare la crescita del tessuto e la sua salute in risposta a farmaci o tossine esterne", ha detto Pitsalidis. "Oltre ai test tossicologici, possiamo anche indurre una particolare malattia nel tessuto e studiare i meccanismi chiave coinvolti in quella malattia o scoprire i giusti trattamenti".
I ricercatori prevedono di utilizzare il loro dispositivo per sviluppare un "budello su un chip" e collegarlo a un "cervello su un chip" per studiare la relazione tra il microbioma intestinale e la funzione cerebrale come parte del progetto IMBIBE, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca. Il gruppo afferma che il dispositivo, descritto nella rivista Science Advances, potrebbe infine portare a un corpo su un sistema di chip che simulerebbe il modo in cui i vari trattamenti influenzano il corpo nel suo complesso.
Da:
https://www.theengineer.co.uk/uk-3d-organ-chip-treatments/?cmpid=tenews_6521341&utm_medium=email&utm_source=newsletter&utm_campaign=tenews&adg=B69ABBDE-DA23-4BA2-B8C3-86E1E1A9FA79
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