Cesko.wiki Body-on-chip
Author
Albert FloresBody-on-chip (BOC) je nový přístup ke zkoumání fyziologie a patologie lidského těla. Jedná se o technologii, která spojuje různé typy buněčných kultur a tkáňových modelů do jednoho integrovaného mikročipu. BOC má potenciál nahradit tradiční metody in vitro a in vivo testování léků a toxických látek. Hlavním cílem BOC je vytvořit realistický model lidského těla, který dokáže simulovat různé orgány a tkáně a zkoumat jejich funkci a interakce. Tento model umožňuje lépe porozumět lidské fyziologii a patologii a umožňuje také testování léků na lidských tkáních před jejich použitím na pacientech. BOC se skládá z mikročipu, na kterém jsou umístěny buňky a tkáně, a také z mikrofluidického systému, který zajišťuje zásobování buněk živinami a odstraňování odpadních látek. Tento systém umožňuje simulovat podmínky v těle a také umožňuje studovat různé aspekty fyziologie, jako je transport látek a interakce mezi buňkami. BOC má mnoho potenciálních aplikací v medicíně a farmakologii. Může být použit k testování účinnosti léků a toxicitu látek, což může urychlit proces vývoje nových léků a snížit potřebu testování na zvířatech. BOC také může sloužit k personalizované medicíně, kdy je možné testovat účinnost léků na pacientových buňkách nebo tkáních a vybrat tak nejlepší terapii. BOC je relativně novou technologií a stále se vyvíjí. Je však již jasné, že tato technologie má velký potenciál přinést revoluci v medicíně a zlepšit naše porozumění lidskému tělu.
Body-on-chip (alternativně human-on-a-chip) je mikro-fyziologický systém (MPS) navržený pro emulaci fyziologických reakcí lidského organismu na léčiva a chemické látky. Pro tento účel je potřeba emulovat jak jednotlivé orgány (organ-on-a-chip), tak jejich vzájemné provázání. Takto navržený MPS má potenciál zachytit nejen efektivitu léčiva, ale i případnou toxicitu v ostatních orgánech a celkový vliv na metabolismus. Současné využití se nachází převážně v oblasti vývoje a testování léčiv, avšak emulace lidského metabolismu má potencionálně velké využití také v chemickém, potravinářském či kosmetickém průmyslu.
Organ-on-a-chip
Základem body-on-chip systému, je emulace konkrétních orgánů tzv. organ-on-a-chip (OOC). +more Od jejich prvotního vývoje na počátku tisíciletí bylo vyvinuto nespočet různorodých OOC zařízení. Některé z těchto zařízení vykázaly značný úspěch v replikaci funkcí tkáně in vivo do míry, jíž nebylo možno dosáhnout pomocí tradičního modelu buněčných kultur.
OOC pracuje na bázi propojení buněčných kultur a mikro-tekutinového systému (z angl. microfluidics), poskytujícího přesnou kontrolu a manipulaci s tekutinami, které jsou geometricky koncipovány do velmi malého prostoru. +more V rámci čipu je integrována i tzv. lab-on-a-chip (LOC), do češtiny volně přeloženo jako laboratoř na čipu. LOC je zařízení, jenž integruje několik laboratorních funkcí do jednoho integrovaného obvodu. Je do velké míry zautomatizované a poskytuje High Throughput Screening.
OOC umožňuje simulovat jak aktivitu daného orgánu, tak i jeho fyziologické odpovědi v rámci celého metabolismu. Konkrétními příklady jsou systémy brain-on-a-chip (emulace mozku), lung-on-a-chip (emulace plic), heart-on-a-chip (emulace srdce) a další.
Nejnovější vývoj
BOC systémy se dělí dle způsobu kolování tekutiny v rámci čipu. Setkáváme se s platformami:
* statickými, bez cirkulace tekutin * s omezenou cirkulací tekutin (single-pass), * s plnou cirkulací zajištěnou mikropumpou * s plnou cirkulací bez pomocné pumpy (např. využívající gravitačních sil).
I přes značné množství parenchymatických a bariérových tkání, začleněných do různých orgánových systémů, buňky s výskytem v krevním oběhu (např. cirkulující nádorové buňky tzv. +more CTC) se zřídka kdy objeví v mikro-tekutinovém modelu orgánů. Prozatím bylo začlenění demonstrováno pouze na single-pass perfuzních systémech. Při zakomponování CTC do mikro-tekutinového systému se v konkrétních případech podařilo modelovat metastazování do jednotlivých orgánech.
Časté uplatnění BOC se nachází při testování nadměrného množství léčiv. Je tedy klíčové, aby se docílilo co nejmenší adsorpce i absorpce léčiv a jejich metabolitů do materiálů, ze kterých je sestavena platforma čipu. +more V raném vývoji zařízení OOC bylo využíváno především elastomerových materiálů, jenž se i přes nízké náklady mnohdy potýkaly s nevýhodou, signifikantní absorpcí a adsorpcí hydrofobních léčiv. U nových a komplexních systémů je tento efekt minimalizován využitím biokompatibilních termoplastů, jako je např. polykarbonát, polystyrén nebo polymethylmethakrylát.
V současnosti však body-on-a-chip systémy nejsou schopny v dostatečném množství reprodukovat data s fyziologickou relevancí na lidský organismus a nedokáží plně substituovat in vivo modely testování.
Literatura
# SUNG, Jong Hwan, Ying I. WANG, Narasimhan NARASIMHAN SRIRAM, Max JACKSON, Christopher LONG, James J. +more HICKMAN a Michael L. SHULER. Recent Advances in Body-on-a-Chip Systems. Analytical Chemistry [url=://pubs. acs. org/doi/10. 1021/acs. analchem. 8b05293 # SKARDAL, Aleksander, Thomas SHUPE a Anthony ATALA. Organoid-on-a-chip and body-on-a-chip systems for drug screening and disease modeling. Drug Discovery Today [online]url=://linkinghub. elsevier. com/retrieve/pii/S1359644616302537 # ISHIDA, Seiichi. Organs-on-a-chip: Current applications and consideration points for in vitro ADME-Tox studies. Drug Metabolism and Pharmacokinetics [online]url=://linkinghub. elsevier. com/retrieve/pii/S1347436718300120.
[[Kategorie:Biotechnologie]online]. 2018, 91(1), 330-351 [cit. +more 2020-01-29]. DOI: 10. 1021/acs. analchem. 8b05293. . Dostupné z:[/url]. 2016, 21(9), 1399-1411 [cit. 2020-01-30]. DOI: 10. 1016/j. drudis. 2016. 07. 003. . Dostupné z:[/url]. 2018, 33(1), 49-54 [cit. 2020-01-30]. DOI: 10. 1016/j. dmpk. 2018. 01. 003. . Dostupné z:[/url]].