Biologia Humana Engenharia com Órgãos-on-Chips


“Órgãos-on-Chips”, entraram em maio passado para a coleção do Museu de Arte Moderna de Nova Iorque e vencedor do Prêmio 2015 design do London Design Museum, têm mantido a sua concepção “clássica” ao longo dos anos, mas este cresceu em complexidade, graças a recentes avanços.
A família de chips, que são dispositivos microfluídicos contendo canais ocos alinhados vivendo com células humanas, agora inclui tudo, desde um a-chip de pulmão, um intestin,  sangue, cérebro, tudo sobre uma lasca.
Cada dispositivo que reconstitui essencialmente uma interface funcional entre dois tecidos humanos vivos, com uma ser revestida por células de vasos sanguíneos contendo líquidos fluindo com nutrientes que sustentam a vida, enquanto todo o dispositivo imita o ambiente físico (propostas no pulmão respiração, peristaltismo do intestino) vivo de órgãos dentro do corpo humano.

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Esta foto mostra órgãos-on-chips, cristalinos , polímeros flexíveis sobre o tamanho de um cartão de memória de computador que contêm canais ocos fabricados usando técnicas de fabricação de computador microchip. Estes canais são revestidos por células e tecidos que imitam a fisiologia de nível órgão vivo. (Crédito: Instituto Wyss na Universidade de Harvard)
Enquanto alguns sugerem que os dispositivos simplificam a biologia humana, pela estrutura de engenharia reversa órgão, os chips foram capazes de reconstituir funções de nível de um órgão complexo, o que levou a novos insights sobre o que é, e o que não é necessário para a vida de funcionar. Em um comentário, publicado em março de 10 em celular – parte de uma edição especial sobre a biologia da comunicação – Donald Ingber, diretor do Instituto Wyss para Engenharia Biologicamente Inspirada na Universidade de Harvard, descreve como órgãos-on-chips oferecem uma nova e poderosa maneira de analisar a função do órgão e fisiopatologia humana, além de proporcionar uma maneira potencial para substituir os testes em animais e avançar medicina personalizada.

“Nós não estamos tentando reconstruir um órgão humano”, diz Ingber. “Estamos tentando desenvolver ambientes de cultura para viver células humanas com as características mínimas de design que vai levá-lo a reconstituir estruturas de nível de órgãos e funções para imitar a fisiologia que vemos no corpo humano.”

Ingber vê modelar um órgão humano como um desafio a nível dos sistemas. Embora os avanços recentes na Organoides proporcionar novas oportunidades para observar e manipular o desenvolvimento do tecido humano in vitro, os pesquisadores podem usar órgãos-on-chips de estudar como vários tipos diferentes de células e tecidos – incluindo o epitélio, endotélio vascular, células do sistema imunológico, e ambos  micróbios patogênicos – comunicam para regular fisiopatologia em organismos inteiros. “Comunicação em biologia é a transferência de informações”, diz ele. “Se isso é no molecular, celular, tecido, órgão ou o nível de todo o corpo, o que torna a vida é que essa informação está integrada em várias escalas de tamanho e em vários níveis de complexidade.”

Por exemplo, o pulmão-on-a-chip, desenvolvido pela Ingber em 2010 com o engenheiro biomédico Dongeun (Dan) Huh, começou com o mínimo de dois tecidos estreitamente justos e postos em  uma uma camada de células saco de ar do pulmão e outro de sangue – células dos vasos em um dispositivo de dois canais, em que as células do pulmão são cobertas por ar, e meio fluido que contém os glóbulos brancos humanos é continuamente fluiu ao longo das células dos vasos muito parecido com o sangue flui através dos vasos do nosso corpo. O chip também expõe os tecidos para cíclico de alongamento e relaxamento movimentos que imitam movimentos respiratórios. Com os chips, os pesquisadores podem medir como infecções ou partículas no ar bacteriana induzem lesão e inflamação, bem como a forma como certas drogas induzem mudanças de fluido para o espaço de ar que causam edemas pulmonares. Mais recentemente, pulmão  pequenas laminas vias aéreas criadas com células pulmonares retiradas de pacientes com doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) foram mostrados para imitar as exacerbações da inflamação pulmonar induzida por infectocontagioso viral ou bacteriana aos observados em pacientes com DPOC.

Apesar de ser uma abstração do pulmão, da biologia visto no chip reproduz consistentemente respostas observadas em animais bem como em humanos. Chips de diferentes órgãos também têm sido associados por meio de fluidos para modelar como múltiplos órgãos interagem. Algumas das descobertas mais surpreendentes destas experiências se relacionam com o quão pouco você precisa replicar o que é muitas vezes considerada complexo na biologia.

“Com órgãos-on-chips, podemos ter uma combinação de dois ou três tipos de tecido, em seguida, adicionar, células do sistema imunológico ou micróbios”, diz Ingber. “Podemos, então, modificar seletivamente cada parâmetro de controle e ver o que ele faz – como cada um contribui por si só, como é que eles contribuem em conjunto, ou em combinações diferentes – Eu não sei de qualquer outro sistema onde podemos fazer isso com células humanas no tecido ao nível do órgão “.

A combinação de órgãos-on-chips com tecnologia de células-tronco também oferece possibilidades de reforçar a medicina personalizada. Por exemplo, Ingber sugere que induzida pela geração de tecido humano derivadas de células estaminais pluripotentes de pacientes, pode ser possível para o rastreio de drogas em chips criados com as suas células, e, em seguida, se tiver êxito, testar a droga potencial nos mesmos pacientes. Este tipo de programa de desenvolvimento de drogas personalizado iria economizar dinheiro em ensaios clínicos falharam e acelerar a capacidade de novas drogas para atingir pacientes que se beneficiariam imediatamente.

“Órgãos-on-chips permitem que possamos fazer a pesquisa que está imediatamente muito mais relevante para os seres humanos do que trabalhar com células animais ou até mesmo células humanas em pratos rígidos”, diz Ingber. “Eu acho que a ideia da medicina personalizada, combinando fichas com células-tronco pluripotentes induzidas, poderia ser transformadora.”

Fonte: mdtmag

 



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