Орган-на-чіпі

🔬 Принципи роботи

Мікрожидкісні пристрої

Канали розміром мікро- та нанометрів для контролю потоку, дифузії, механічних стимулів. Технології виготовлення: літографія, 3D друк, мікрофрезерування.

Пористі мембрани

Розділяють різні типи клітин, симулюючи бар'єри органів (легені: альвеолярний бар'єр, кишечник: епітелій). Дозволяють взаємодію через дифузію.

Механічні стимули

Циклічне розтягування (легень, серце), потік рідини (судини), перістальтика (кишечник). Відтворюють фізіологічні умови.

🧪 Типи органів-на-чіпі

Легень-на-чіпі

Альвеолярний бар'єр з епітеліальними та ендотеліальними клітинами, симуляція дихання (вакуумний тиск). Дослідження: токсичність повітря, наночастинки, інфекції.

Печінка-на-чіпі

Гепатоцити у мікроканалах з потіком симульованої крові. Метаболізм ліків, токсичність, дослідження захворювань печінки.

Нирки-на-чіпі

Нефрони з фільтрацією, реабсорбцією. Тестування нефротоксичності, моделювання ниркових хвороб.

Серце-на-чіпі

Кардіоміоцити з механічним стимулюванням (розтягування, електричні імпульси). Кардіотоксичність, дослідження аритмій.

Мозок-на-чіпі

Нейрони, гліальні клітини, гематоенцефалічний бар'єр. Нейротоксичність, дослідження нейродегенеративних хвороб, доставка ліків.

🌐 Тіло-на-чіпі

Концепція

З'єднання кількох органів-на-чіпі у єдину систему для моделювання взаємодій між органами. Симуляція системної фармакокінетики, токсичності.

Архітектура

Мікроканали з'єднують органи, симулюючи кровообіг. Контрольований потік, обмін метаболітами між органами, спільна культивація.

Застосування

Тестування ліків на системну токсичність, метаболізм, фармакокінетику. Може зменшити потребу в тваринних моделях на ранніх стадіях розробки.

💊 Застосування у фармацевтиці

Скринінг ліків

Швидке тестування багатьох сполук на токсичність, ефективність, метаболізм. Зменшує час та вартість досліджень порівняно з тваринними моделями.

Токсикологія

Оцінка токсичності ліків, хімічних речовин, наночастинок на рівні органів. Більш передбачувано за культури клітин, етичніше за тварин.

Фармакокінетика

Моделювання поглинання, розподілу, метаболізму, виведення (ADME) ліків. Органи-на-чіпі дозволяють вивчати взаємодії між органами.

👤 Персоналізована медицина

Клітини пацієнта

Використання iPSCs або первинних клітин пацієнта для створення органів-на-чіпі. Персоналізоване тестування ліків, відбір терапії.

Генетичні варіанти

Моделювання рідкісних хвороб, генетичних варіантів метаболізму ліків. Дозволяє передбачити ефективність та токсичність для конкретного пацієнта.

🔬 Технології виготовлення

М'яка літографія

PDMS (полідіметилсілоксан) — найпоширеніший матеріал. Прозорий, біосумісний, легко формується. Обмеження: поглинання гідрофобних молекул.

3D друк

Прямий друк мікроканалів з біосумісних матеріалів. Швидше прототипування, складніші геометрії.

Інтеграція датчиків

Датчики pH, кисню, глюкози, механічні сенсори для моніторингу в реальному часі. Автоматизація збору даних.

🧮 Практичні приклади

Спроектуйте легень-на-чіпі для тестування токсичності повітряних забруднювачів з симуляцією дихальних рухів.

Розробіть тіло-на-чіпі з печінкою, нирками та серцем для вивчення системної кардіотоксичності ліків.

Проаналізуйте переваги та недоліки органів-на-чіпі порівняно з культурами клітин та тваринними моделями.

Оцініть можливості персоналізації органів-на-чіпі з використанням iPSCs пацієнтів.

Дослідіть стратегії інтеграції різних органів у тіло-на-чіпі з правильними співвідношеннями потоків та метаболітів.

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Protein Folding Visualiser і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.