Օրգան-չիպի ​​վրա և հյուսվածքների ինժեներական տեխնոլոգիա

Հիմնական տեխնոլոգիաները օրգան-չիպի ​​(OoC) զարգացման մեջ

Organ-on-Chip (OoC) տեխնոլոգիան հիմնված է մի քանի առաջադեմ առաջընթացների վրա, որոնք հնարավորություն են տալիս ստեղծել մարդու օրգանների մանրանկարչություն, ֆունկցիոնալ պատկերներ: 

Այս տեխնոլոգիաները միավորում են տարբեր առարկաների սկզբունքները, ներառյալ միկրոճարտարագիտությունը, բջջային կենսաբանությունը և նյութերի գիտությունը, որպեսզի կրկնօրինակեն մարդու հյուսվածքների և օրգանների ֆիզիոլոգիական գործառույթները: Ստորև ներկայացված են առաջնային տեխնոլոգիաները, որոնք հիմք են հանդիսանում OoC սարքերի մշակման և ֆունկցիոնալության հիմքում.

1. Միկրոհեղուկներ

• ԴերMicrofluidics-ը OoC տեխնոլոգիայի հիմնաքարն է: Այն ներառում է հեղուկների մանիպուլյացիա միկրո մասշտաբով, ինչը հնարավորություն է տալիս ճշգրիտ վերահսկել բջջային միջավայրը չիպի ներսում:

  Microfluidic ալիքները նմանակում են արյան հոսքը, ինչը թույլ է տալիս սննդանյութերը, դեղերը և թափոնները տեղափոխել մարդու օրգանների մեջ նման ձևով:

• ԾրագրերMicrofluidic համակարգերը օգտագործվում են տարբեր օրգան համակարգերի մոդելավորման համար, ինչպիսիք են թոքերը, լյարդը և սիրտը:

  Այս համակարգերը կարող են վերստեղծել բարդ ֆիզիոլոգիական պայմանները, ներառյալ կտրվածքային սթրեսը և ճնշումը, որոնք էական նշանակություն ունեն բջիջների ֆունկցիայի և կառուցվածքի պահպանման համար:

2. 3D բջջային մշակույթ

• ԴերԱվանդական երկչափ (2D) բջջային կուլտուրաները ճշգրիտ չեն կրկնում մարդկային հյուսվածքների եռաչափ կառուցվածքն ու գործառույթը:

  Ի հակադրություն, 3D բջիջների կուլտուրայի տեխնոլոգիան թույլ է տալիս բջիջներին աճել ավելի բնական միջավայրում՝ ձևավորելով հյուսվածքային կառուցվածքներ, որոնք կարևոր են օրգանների ֆունկցիոնալության համար:

• ԾրագրերԲջջային 3D մշակույթները շատ կարևոր են օրգաններին հատուկ մոդելներ ստեղծելու համար, ինչպիսիք են լյարդը չիպի վրա կամ սիրտը չիպի վրա:

  Այս մոդելները թույլ են տալիս ավելի ճշգրիտ ուսումնասիրություններ կատարել դեղերի թունավորության, հիվանդության առաջընթացի և բջջային փոխազդեցությունների վերաբերյալ այնպիսի համատեքստում, որը սերտորեն ընդօրինակում է մարդու ֆիզիոլոգիան:

3. Կենսատպագրություն

• ԴերBioprinting տեխնոլոգիան հնարավորություն է տալիս ստեղծել բարդ հյուսվածքային կառուցվածքներ՝ բջիջներն ու կենսանյութերը շերտ առ շերտ ճշգրիտ դնելով:

  Այս տեխնոլոգիան էական նշանակություն ունի OoC սարքերում հյուսվածքների ճարտարապետությունը կառուցելու համար՝ ապահովելով, որ բջիջների տարածական կազմակերպումը հայելի է, որը հայտնաբերված է իրական մարդու օրգաններում:

• ԾրագրերBioprinting-ը օգտագործվում է չիպերի վրա հյուսվածքներ, ինչպիսիք են մաշկը, լյարդը և սրտի մկանները արտադրելու համար:

  Այս տեխնոլոգիան հատկապես արժեքավոր է վերականգնողական բժշկության մեջ, որտեղ այն օգնում է հյուսվածքների վերականգնման և փոխարինման մոդելների ստեղծմանը:

4. Բիոսենսորներ և իրական ժամանակի մոնիտորինգ

• ԴերOoC հարթակներում ինտեգրված բիոսենսորները թույլ են տալիս շարունակական մոնիտորինգ իրականացնել տարբեր ֆիզիոլոգիական պարամետրերի, ինչպիսիք են pH-ը, թթվածնի մակարդակը և նյութափոխանակության ակտիվությունը:

  Այս սենսորները իրական ժամանակի տվյալներ են տրամադրում չիպի ներսում գտնվող հյուսվածքների առողջության և ֆունկցիայի վերաբերյալ՝ առաջարկելով պատկերացումներ դեղերի կամ շրջակա միջավայրի փոփոխությունների նկատմամբ բջջային արձագանքների մասին:

• ԾրագրերԿենսասենսորների միջոցով իրական ժամանակում մոնիտորինգը կարևոր է թմրամիջոցների փորձարկման համար, որտեղ ժամանակի ընթացքում հյուսվածքների արձագանքը բուժմանը կարող է տեղեկացնել դեղաչափի ճշգրտումների և թերապևտիկ ռազմավարությունների մասին:

5. Microfabrication Techniques

• ԴերMicrofabrication-ը ներառում է այնպիսի մեթոդների կիրառում, ինչպիսիք են փափուկ լիտոգրաֆիան, ֆոտոլիտոգրաֆիան և փորագրությունը՝ OoC սարքերում միկրոմասշտաբային կառուցվածքներ ստեղծելու համար:

  Այս տեխնիկան հնարավորություն է տալիս ճշգրիտ նախագծել միկրոալիքների և խցիկների, որոնք տեղավորում են բջիջներն ու հյուսվածքները OoC հարթակներում:

• ԾրագրերMicrofabrication-ը օգտագործվում է չիպերի ներսում բարդ ցանցեր ստեղծելու համար, որոնք նմանակում են արյան անոթները, շնչուղիները և օրգաններին հատուկ կառուցվածքները:

  Ճշգրտության այս մակարդակն անհրաժեշտ է մարդու օրգանների բարդ միջավայրերը կրկնելու համար:

6. Առաջացած բազում հզոր ցողունային բջիջներ (iPSC)

• ԴերiPSC-ները չափահաս բջիջներ են, որոնք գենետիկորեն վերածրագրավորվել են սաղմնային ցողունային բջիջների նման վիճակի:

  Այս բջիջները կարող են տարբերվել ցանկացած տեսակի բջիջների՝ դարձնելով դրանք իդեալական՝ չիպերի վրա հիվանդի համար հատուկ օրգանների մոդելներ ստեղծելու համար: Այս տեխնոլոգիան չափազանց կարևոր է OoC հարթակներում անհատականացված բժշկության կիրառությունների համար:

• ԾրագրերiPSC-ներն օգտագործվում են օրգանների մոդելներ ստեղծելու համար, որոնք արտացոլում են առանձին հիվանդների գենետիկական կառուցվածքը, ինչը թույլ է տալիս ուսումնասիրել հիվանդության մեխանիզմները և դեղերի արձագանքները՝ հարմարեցված հատուկ գենետիկական պրոֆիլներին:

7. Ընդլայնված նյութեր

• ԴերOoC սարքերի զարգացումը նույնպես մեծապես հիմնված է առաջադեմ նյութերի օգտագործման վրա, ինչպիսիք են կենսահամատեղելի պոլիմերները և հիդրոգելները: Այս նյութերը ապահովում են չիպերի կառուցվածքային շրջանակը և նպաստում կենդանի բջիջների աճին և պահպանմանը:
• ԾրագրերՊոլիդիմեթիլսիլոքսան (PDMS) նման նյութերը սովորաբար օգտագործվում են OoC սարքերում՝ շնորհիվ իրենց ճկունության, օպտիկական թափանցիկության և միկրո-պատրաստման տեխնիկայի հետ համատեղելիության:

  Հիդրոգելները հաճախ օգտագործվում են արտաբջջային մատրիցը ընդօրինակելու համար՝ ապահովելով աջակցող միջավայր բջիջների աճի համար: