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器官芯片系统

器官芯片 (OOC) 技术提供了一个新的体外平台，可以重现体内组织的生理功能，比传统的基于细胞的模型系统更准确。

该技术为下一代模拟人体器官功能、微生理学和形态学的体外实验提供了巨大的机会，取代了传统的基于动物的模型系统。

 

通过在芯片上实现不同的器官功能，器官芯片技术可用于构建复杂疾病的模型。该技术也可用于新药研发时的药效学模型研究。 

 

PreciGeome 提供可定制的片上器官系统，它是 能够重建动态体内条件，用于模拟细胞天然环境的生化和生物物理特征。结合PG-MFC流量控制器和微流控膜芯片，该系统提供多通道灌注or reagent再循环能力，确保细胞培养数周。

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带压力控制器的器官芯片系统

System w. Flow Controller

系统总览：

带有 PG-MFC 控制器的 PreciGenome 器官芯片系统提供真空和压力，使其非常适合器官芯片应用。

 

我们的 系统提供培养基再循环和多通道 能力，以确保细胞在几天内得到培养。

 

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系统优势：​

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  • 受控的介质流速和剪切应力

  • 长时间实验

  • 自动化

  • 3D细胞培养

  • 准备好与孵化器连接

  • 温度控制模块也可集成到系统中

  • 可提供 OEM 和定制设计

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OOC 系统选项 #1：

         - Multi-Channel_cc781905- 5cde-3194-bb3b-136bad5cf58d_Culture System        _cc781905-5cde-3194-bb3b -136bad5cf58d_       

 系统内容：​

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Part #:  PG-OOC-8-MRD     (Touch screen controller)

             PG-OOC-LT2- MRD（轻型控制器）

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系统设置示例 #1

- 肺芯片

在这个肺芯片案例中，使用了两个压力源和一个真空源，它们通过我们的 PG-MFC 控制器连接到芯片的不同入口。 PG-MFC 控制器有多个真空源和压力源。它满足器官芯片应用的大多数要求。 

 

两条压力线推动不同的培养基输送到芯片中，以模拟血液流入肺部并通过细胞通道双层交换化学物质。真空管路连接到侧室，模拟a lung中 呼吸过程。

organ on a chip, lung on a chip, organ on chips

图自https://web.stanford.edu/group/microsystems/microwiki_upload/1/1b/Microsystem_for_biomimetic.pdf

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注意：不包括芯片。

lung-on-a-chip, vacuum line, sine_output
正弦输出 on vacuum 线示例，用于驱动顶部和底部腔室之间的膜。 
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同时，airflow rate也被实时监控，以指示流中的泄漏。
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 系统内容：​

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  • PG-MFC控制器，1个pc 

  • 旋转阀，1 个

  • Reservoir kits (15mL, 50ml or 1.5ml), 2套

  • OOC membrane芯片，1pc（可选）

  • 三通阀, 2 pcs (仅for PG-OOC-LT2-REC）

  • 液体流量传感器（可选）

  • 管路和接头，1 套

 

部件号：PG-OOC-8-REC     （触摸屏控制器）

          _cc781905-5cde-3194 -bb3b-136bad5cf58d_ PG-OOC-LT2-REC（轻型控制器）

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OOC 系统选项 #2：

         - Culture Media_cc781905-5cde -3194-bb3b-136bad5cf58d_         _cc781905-5cde-3194-bb3b- 136bad5cf58d_         Recirculation System

系统设置示例 #2

- 肝心芯片

在此示例中，细胞系用于在具有培养基再循环的微流控芯片上模拟心脏和肝脏。

 

PG-MFC 控制器用于提供压力，以将试剂从储存器 1 通过片上肝脏心脏泵送到储存器 2 通过 a 2 位置/6 端口阀. 该系统将 PG-MFC 压力控制器与一个 2 位/6 通阀和两个三通阀相结合，允许缓冲液在两个独立的储液器中来回流动，但仍保持微流控芯片中的单向流动。

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器官芯片应用的微流体再循环系统设置示例。 
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单向试剂流能够在数天内流过芯片。

如上图所示，在位置 1，试剂从储液器 1 流出，通过 2 位/6 通阀，从其左侧进入微流控芯片，并流入储液器 2。在此位置，三通左侧的阀门将压力源连接到储罐 1，另一个三通阀连接到大气。

 

在位置 2，试剂从储液器 2 流出，从其左侧进入微流控芯片，然后流入储液器 1。在此位置，右侧的三通阀将压力源连接到储液器 2，另一个 3-单向阀与大气相连。在此应用中，只需要一个压力源。

OOC Microfluidic Chips

微流控芯片 for Organ-on-a-Chip

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这些芯片包含两个空腔，每个空腔都包含一个用作细胞培养区的集成膜。在膜上培养的细胞可通过向上定向（上灌注）和向下定向（下灌注）通道从顶端或基底侧独立灌注。芯片在膜上方和下方有两个入口和出口。

 

该芯片由聚苯乙烯 (PS) 或 Topas 通过注塑成型制成。 12 μm厚的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜（TRAKETCH），孔径为8 μm或0.2 um ，孔密度为1X10e5个孔/cm²的上部和下部集成通过与散装材料热封芯片。这允许进行器官芯片实验，例如小分子转移测量、芯片透析或细胞培养实验。

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订购芯片 

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OOC 膜芯片的图像
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芯片的多孔PET膜层图像
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芯片和通道结构使用低温键合方法用键合箔密封在顶部和底部。

 

可以对整个芯片表面进行氧等离子体亲水化处理，以支持细胞粘附并减少芯片中气泡的形成（参考文献 [1]）。

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培养模式及应用

模式 #1：单面 Culture   

细胞单层培养在芯片膜的一侧。
organ-on-a-chip_single-sided-mode.JPG.jp

应用实例 单面Culture   

  • 片上皮肤模型
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具有气液界面的皮肤模型非常适合这种培养模式。片上皮肤 (SoC) 用于外用药物和化妆品的测试，研究皮肤病和炎症的病理学。它还用于测试可能表明病原体存在的抗原或抗体的存在。
 
图中的模型显示了一个极化的皮肤细胞单层培养在膜的一侧，细胞在上室暴露在空气中。培养基流经下室。
example_skin on a chip, organ on a chip, organ on chips, cell model, drug delivery, organs on a chip, organ on chips, human on a chip, organ chips
  • 顶端-基底细胞极性测定模型
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在膜的一侧培养细胞单层。在另一侧，3D 凝胶矩阵填充腔室。在一些应用中，细胞嵌入 3D 凝胶基质中。 3D 凝胶基质内的化学因素导致 3D 凝胶基质另一侧的细胞单层极化。
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Single-side Culture Mode

模式#2：双面Culture   

在芯片中同时培养两个细胞单层，一层在膜的顶部，另一层在膜的下方。分子可通过膜上的孔进行转移。因此，这种培养模式适用于细胞研究，如信号转导、共培养和运输研究。
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organ-on-a-chip_double-sided-mode.JPG.jp

双面C应用实例ulture   

  • 肺芯片模型
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肺芯片是一个复杂的三维模型，在微芯片上模拟活体、呼吸的人肺。该装置是使用人肺和血管细胞制成的，它可以预测空气中纳米粒子的吸收并模拟微生物病原体引发的炎症反应。正在设计芯片肺，以努力提高现有体外肺泡毛细血管界面模型的生理相关性。这种多功能微型设备可以再现人体肺泡毛细血管界面的关键结构、功能和机械特性。
 
在本例中（参考文献 [2]），肺芯片模型建立了人体体外肺泡模型系统，由血管和上皮细胞结构与共培养的巨噬细胞组成。上皮细胞的感染引起了扩散到内皮细胞的高度炎症反应。该系统显示出与屏障功能丧失相关的显着内皮细胞损伤。它可以用作反映病原体与宿主之间复杂串扰的免疫反应模型。这是一个强大的系统，可用于宿主-病原体相互作用的机制研究以及肺炎新型治疗策略的分子和细胞靶标的鉴定。
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example_lung on a chip, organ on a chip, organ on chips, cell model, drug delivery, organs on a chip, organ on chips, human on a chip, organ chips
芯片肺模型示例，肺泡上皮细胞在上室的气相中，内皮细胞与下室的灌注培养基共培养。图来自参考文献[2]。
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  • 其他预期应用

  • 芯片上的大脑

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  • 心脏芯片

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  • 肾脏芯片

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  • 肾单位芯片

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  • 芯片上的容器

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  • ​肠片上

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参考

  1. Raasch, M.；伦纳特，K.；扬，T。彼得斯，S。汉高，T。胡贝尔，O。舒尔茨，我。贝克尔，H。洛科夫斯基，S.； Funke, H. 微流控支持的生物芯片设计，用于在改善灌注条件下培养内皮细胞层。生物制造 2015

  2. Deinhardt-Emmer S、Rennert K、Schicke E、Cseresnyes Z、Windolph M、Nietzsche S、Heller R、Swiczak F、 Haupt KF、Carlstedt S、Schacke M、Figge MT、Ehrhardt C、Löffler B, 莫西格 AS;原发性流感病毒感染后与金黄色葡萄球菌的共同感染导致人肺泡芯片模型中的内皮细胞损伤。, Biofabrication, 2020

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