13:48 2023-03-28
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Skin-on-a-chip: modelarea unui strat inervat asemănător epidermicului pe un cip microfluidic
_ Skin-on-a-chip: Modelarea unui strat inervat asemănător epidermic pe un cip microfluidic
Bioinginerii și inginerii de țesuturi intenționează să reconstruiască echivalentele pielii cu arhitecturi celulare și matrice relevante din punct de vedere fiziologic pentru cercetare de bază și aplicații industriale. Fiziopatologia pielii depinde de diafonia piele-nerv și, prin urmare, cercetătorii trebuie să dezvolte modele fiabile de piele în laborator pentru a evalua comunicările selective dintre cheratinocitele epidermice și neuronii senzoriali.
Într-un nou raport acum. publicat în Nature Communications, Jinchul Ahn și o echipă de cercetare în inginerie mecanică, inginerie de bio-convergență și terapie și biotehnologie din Coreea de Sud au prezentat un strat de keratinocite epidermice tridimensionale, inervate pe un cip microfluidic pentru a crea un co-keratinocite neuron-epidermic senzorial. -modelul cultural. Modelul biologic a menținut o stratificare bazal-suprabazală bine organizată și o funcție de barieră îmbunătățită pentru reprezentarea anatomică relevantă din punct de vedere fiziologic pentru a arăta fezabilitatea imagistică în laborator, alături de analize funcționale pentru a îmbunătăți modelele de co-cultură existente. Platforma este potrivită pentru cercetarea biomedicală și farmaceutică.
Pielea este compusă dintr-o rețea complexă de fibre nervoase senzoriale pentru a forma un organ extrem de sensibil cu mecanoreceptori, termoreceptori și nociceptori. Aceste subtipuri neuronale rezidă în ganglionii rădăcinii dorsale și sunt dens și distinct inervate în straturile cutanate. Fibrele nervoase senzoriale din piele exprimă și eliberează, de asemenea, mediatori nervoși, inclusiv neuropeptide, pentru a semnala pielea. Semnificația biologică a nervilor pentru senzații și alte funcții biologice ale pielii au format corelații fizice și patologice cu mai multe boli ale pielii, făcând aceste instrumente apte modele in vivo pentru a emula interacțiunile piele-nerv.
Pentru a recapitula arhitecturile microfiziologice, Ahn și colegii săi au folosit un model microfluidic pentru a co-cultiva și a analiza interacțiunile 3D ale keratinocitelor și neuronilor senzoriali în laborator. Ei au aplicat o interfață lichid pantă-aer pentru a asigura contactul cu aerul pentru a diferenția cu succes celulele epidermice pentru dezvoltarea keratinocitelor și au folosit un sistem de hidrogel multicanal pentru a imita aranjamentele celulare/subcelulare și interacțiunile celulă-celulă-matrice pentru a forma suprafețe epidermice relevante din punct de vedere fiziologic. Cercetătorii au modelat diafonia neuronului senzorial al keratinocitelor epidermice pe cip microfluidic și au indus condiții de hiperglicemie pentru a imita diabetul acut pentru a investiga mecanismele care stau la baza stărilor patologice din pielea umană.
Ahn și echipa au imitat anatomia epidermică prin proiectarea și fabricarea unui cip microfluidic încorporat în hidrogel. Construcția a conținut patru compartimente de cultură celulară și unități de analiză pentru neuroni și un canal epidermic pentru keratinocite. Ei au facilitat interacțiuni microfiziologic precise axon-keratinocite prin încărcarea keratinocitelor în canalul epidermic care a crescut pe hidrogelul matricei extracelulare pentru a facilita interacțiunile numai cu axonii, prevenind în același timp interacțiunile cu soma neuronală. Compartimentarea celulară le-a permis să crească două celule independente pe un singur dispozitiv pentru a menține identitatea și funcționarea celulară. Echipa a umplut fiecare microcanal de ghidare a axonilor cu hidrogel de matrice extracelulară relevant din punct de vedere fiziologic, fără fibroblaste, pentru a facilita o varietate de teste funcționale imagistice și biochimice în microcip.
Cercetătorii au modelat fibrele nervoase din canalul soma prin hidrogel în stratul de keratinocite prin optimizarea compoziției și concentrației componentelor matricei extracelulare, care au inclus ganglionii rădăcinii dorsale, neuronii senzoriali și keratinocite. Echipa a folosit trei combinații de condiții de hidrogel pentru a cultiva neuronii senzoriali pe cip, care au inclus variații de colagen de tip I cu sau fără laminină. Echipa a izolat celulele primare de la șobolani și le-a încărcat în canalul soma și le-a cultivat timp de 1 săptămână. Axonii din cipul microfluidic au traversat canalele matricei extracelulare și au ajuns la canalele epidermice pentru a forma straturi de rețea doar pentru axoni. Axonii s-au aliniat prin material pentru a forma un compartiment axon/epidermic — microcanalul 3D rezultat a permis dezvoltarea unor structuri asemănătoare mănunchiului pentru a forma o rețea axonală densă.
Keratinocitele bazale adiacente matricei extracelulare de bază pe instrumentul a format joncțiunea dermo-epidermică, iar matricea extracelulară a mediat semnalele mecanice și chimice către keratinocite prin interacțiunile celulă-matricea extracelulară. Prin integrarea unei interfețe de lichid pantă-aer, echipa a accelerat proliferarea și diferențierea keratinocitelor pentru a construi un strat epidermic de keratinocite. Ei au recapitulat contactul fizic dintre cheratinocite epidermice și neuronii senzoriali prin co-cultivarea celor doi într-un cip microfluidic pentru a înțelege structura și funcționarea lor într-o manieră individuală de tip celular. Apoi au folosit histologia pentru a observa caracteristicile stratului asemănător epidermei și au recapitulat cu succes histologia celulară a epidermei inervate.
Procesul de inervare a neuronilor senzoriali pe cipul microfluidic a influențat dezvoltarea epidermică prin creșterea grosimii epidermei și rata de diferentiere. Echipa a luat în considerare asemănările structurale și funcționale ale modelului, inclusiv interacțiunea funcțională între keratinocite și neuroni din straturile epidermice în curs de dezvoltare. Cercetătorii au examinat transducția nociceptivă (transducția durerii) studiind expresia canalelor ionice mecanosenzoriale, cum ar fi potențialul receptor tranzitoriu vaniloid 1 și 4 (TRPV1 și TRPV4) sub declanșatorii specifici ai capsaicinei aplicate local.
Pentru a înțelege efectul. a neuropatiei diabetice induse de hiperglicemie, ei au explorat etiologia relativ necunoscută a neuropatiei diabetice, unde disfuncțiile fibrelor nervoase intraepidermice sub micromediul cutanat ar putea juca un rol semnificativ în timpul bolii. Echipa a simulat condiții de hiperglicemie pe cip microfluidic pentru a examina mecanismele patofiziologice; unde rezultatele au indicat o funcție de barieră afectată în condiții de glucoză ridicată. Rezultatele au imitat susceptibilitatea pielii pacienților diabetici de a oferi un posibil mecanism pentru hiperglicemia acută sau prediabet.
În acest fel, Jinchul Ahn și colegii săi au studiat comunicări complexe și interacțiuni între diferite celule ale micromediului pielii într-un Sistem de cocultură microfluidic 3D cu straturi inervate asemănătoare epidermei. Parametrii de co-cultură încorporați pe un cip de către cercetători au permis formarea unui strat organizat, inervat de keratinocite pentru a dezvolta instrumentul skin-on-a-cip.
Oamenii de știință au format protocoale microfluidice robuste pentru a recapitula un mediu biomimetic în laborator și hiperglicemie simulată pentru a înțelege modificările patofiziologice din timpul etiologiei neuropatiei diabetice. Ei au în vedere integrarea modelelor de piele cu componente celulare suplimentare în cipul microfluidic pentru screening-ul de mare capacitate a medicamentelor.
© 2023 Science X Network
Comentarii:
Adauga Comentariu