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Tissue Barrier-on-Chip: A Technology for Reproducible Practice in Drug Testing

Tissue Barrier-on-Chip: A Technology for Reproducible Practice in Drug Testing

Bild
Tissue Barrier-on-Chip, mit dem unteren Teil auf der linken Seite und dem oberen Teil auf der rechten Seite. Beide Teile weisen einen mikrofluidischen Kanal und ineinandergreifende Elektroden aus Gold und transparentem ITO auf (Zoomansicht in der rechten unteren Ecke). Auf der oberen Hälfte befinden sich die dünne Dichtung und eine poröse Polymermembran aus PET. Während der Kultivierung wächst eine Zellschicht aus bspw. Endothelzellen auf der Membran, dabei werden die Zellen stetig mit einem kontinuierlichen Fluss des Kulturmediums über die Kanäle versorgt und die Integrität der Barriere über eine Widerstandsmessung zwischen den Elektroden gemessen. Bild: Eugen Koch

Um die Wirkung von Medikamenten vorherzusagen kommen bisher In-vitro-Verfahren und Tierversuche zum Einsatz. Neuartige Organ-on-a-chip-Modelle bieten eine genauere und ethisch vertretbare Alternative. Eine wichtige Anwendung von Organ-on-Chip-Systemen ist die Untersuchung des Transports und der Absorption von Medikamenten durch native Zellbarrieren wie die Blut-Hirn-Schranke. In dieser Arbeit wurde eine Chip-Plattform mit wichtigen Innovationen für den praktischen Einsatz bei der Testung der Arzneimittelpermeation entwickelt. Zunächst ermöglicht das Design den Transfer von barrierebildendem Gewebe in das mikrofluidische System, nachdem die Zellen auf nanoporösen Membranen ausgesät wurden. Dadurch können hochgradig reproduzierbare Modelle und Kultivierungsprotokolle angewendet werden, die für statische Medikamententests etabliert sind. Das System besteht aus einem mikroskopierbaren Glas-Chip mit zwei Flüssigkeitskompartimenten mit transparenten eingebetteten Elektroden, die durch die Membran getrennt sind. Im Prinzip kann der Chip viele Male für verschiedene Experimente sowie für andere Arten von Gewebebarrieren verwendet werden. Der nicht dauerhafte Verschluss ermöglicht eine freie Wahl der Membranmaterialien. Das Barrieregewebe kann durch Messungen mit integrierten transparenten Mikroelektroden kontinuierlich überwacht werden. Ergänzt durch eine automatisierte Flüssigkeitssteuerung stellt das Chip-System eine vielversprechende Plattform dar, um etablierte in-vitro-Modelle von Gewebebarrieren unter reproduzierbaren mikrofluidischen Perfusionsbedingungen zu untersuchen. Auf diese Weise können unter gut kontrollierten Bedingungen Wirkstoffkandidaten in präklinischen Studien bewertet werden, um so Tierversuche zu reduzieren.

Original Article:

Koch, E. V., Ledwig, V., Bendas, S., Reichl, S. & Dietzel, A. Tissue Barrier-on-Chip: A Technology for Reproducible Practice in Drug Testing. Pharmaceutics 14; 10.3390/pharmaceutics14071451 (2022). www.mdpi.com/1999-4923/14/7/1451

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