Organ-on-a-chip

Come funziona la tecnologia organ-on-a-chip

La tecnologia organ-on-a-chip consiste tipicamente in un materiale polimerico che viene plasmato in una forma che imita alcuni aspetti della morfologia dell’organo di interesse. Le cellule vengono quindi seminate sul chip e lasciate crescere e formare strutture 3D funzionali che assomigliano alla composizione cellulare e alla struttura dei tessuti. In alcuni casi, il chip può essere progettato per includere canali microfluidici che riproducono la microvascolarizzazione di un organo per fornire alle cellule il flusso sanguigno o altre condizioni fisiologiche, tra cui sostanze nutritive e ossigeno.

Per ottenere una rappresentazione più realistica dell’organo di interesse, si possono combinare vari tipi di cellule per formare una struttura 3D, utilizzando diversi strati di cellule o utilizzando matrici a base di idrogel per imitare la matrice extracellulare dell’organo. Si possono applicare varie tecniche per imitare il microambiente meccanico, elettrico e chimico dell’organo. Ad esempio, il chip può essere perfuso con fluidi per fornire un flusso sanguigno, oppure può essere stimolato meccanicamente per simulare le contrazioni cardiache. Inoltre, nel chip possono essere integrati sensori per misurare elementi quali ossigeno, pH e temperatura, al fine di monitorare la salute e il funzionamento delle cellule.

Il chip viene collocato in un incubatore dove la crescita cellulare può essere monitorata con varie tecniche, come la microscopia, l’imaging o i saggi biochimici. Una volta che il chip sarà completamente funzionante, gli scienziati potranno utilizzarlo per studiare le malattie, lo sviluppo farmacologico e la tossicologia in modo controllato e altamente riproducibile. Questo perché il chip può essere utilizzato per simulare le medesime condizioni, allo stesso modo, ogni volta che si esegue un esperimento, consentendo agli scienziati di confrontare i dati in modo coerente tra diversi esperimenti e trattamenti.

Automazione del saggio organ-on-a-chip per uno screening ad alto rendimento

Figura 1. La disposizione dei singoli strumenti nella cella di lavoro è illustrata in (A). Gli strumenti sono controllati da un software integrato (Green Button Go) che consente di impostare i processi. Un esempio del processo di monitoraggio delle cellule in coltura è mostrato in (B). Qui le piastre vengono spostate dall’incubatore all’ImageXpress Confocal HT.ai per l’imaging in campo chiaro e poi di nuovo all’incubatore. Il processo può anche essere programmato e le piastre da sottoporre a imaging possono essere inserite in un elenco per facilitare l’elaborazione in lotti. È possibile implementare anche routine più complesse che includono il gestore di liquidi per lo scambio di terreni di coltura (alimentazione).

Applicazioni e saggi organ-on-a-Chip

La combinazione di questa complessa biologia con tecniche avanzate di imaging ad alto contenuto e capacità di analisi 3D con intelligenza artificiale/apprendimento automatico introduce un livello completamente nuovo di saggi. Qui condividiamo i nostri metodi per l’automazione della coltura cellulare, dei saggi e delle analisi, che possono fornire gli strumenti necessari per facilitare e scalare l’uso dei sistemi organ-on-a-chip.