Разработка органического трансмембранного устройства для размещения и мониторинга 3D-культур клеток

Исследователи создали биоэлектронную платформу для многолуночных планшетов под названием e-transmembrane, которая поддерживает и отслеживает сложные 3D-архитектуры клеток. Устройство описано в Science Advances командой из Университета науки и технологий в Абу-Даби (ОАЭ) и Кембриджского университета.

Новая платформа e-transmembrane для скрининга и открытия лекарств

Традиционные 2D-анализы на монослоях клеток не отражают сложную 3D-микроокружение, наблюдаемое in vivo. Чтобы лучше имитировать физиологические архитектуры, исследователи сосредоточились на улучшении in vitro систем, таких как 3D-культуры клеток и органы-на-чипе. Новая платформа e-transmembrane сочетает в себе возможность размещения физиологически релевантных 3D-кокультур и их мониторинга в реальном времени.

Разработка платформы e-transmembrane в лаборатории

Ученые разработали e-transmembrane, сконструировав три ключевых модуля:

  1. Проводящую полимерную скаффолд-мембрану на основе PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene polystyrene sulfonate)).
  2. Электрические соединения для снятия электрохимических показаний.
  3. Пластиковые вставные компоненты.

Система функционирует как двумерное электрохимическое устройство для проведения измерений электрохимической импедансной спектроскопии (EIS). Также исследовали использование скаффолд-мембран в органическом электрохимическом транзисторе для будущей оптимизации. Механические свойства 3D-конструктов и регулировка размера пор и морфологии влияют на взаимодействие клеток с субстратом.

От 3D-культуры клеток до 3D-модели кишечника человека на e-transmembrane

Типичная модель e-transmembrane содержала:

  • Человеческие фибробласты, выращенные в объеме скаффолда.
  • Конфлюэнтный монослой человеческих эпителиальных и эндотелиальных клеток, высеянных сверху.

Используя эти подходы, исследователи создали 3D-модель кишечника человека на устройстве e-transmembrane. Фибробласты и их белки влияли на прикрепление, поляризацию и функциональные свойства эпителия в трехклеточной модели. Ученые в реальном времени отслеживали целостность ткани и барьера, чтобы обнаруживать нарушения кишечного барьера.

Перспективы

Пористая платформа e-transmembrane облегчает создание 3D-культур клеток и позволяет контролировать рост клеток в мультикультурных системах. Устройство функционирует и как электрод, и как транзистор. Эта 3D-платформа способна инкубировать мультикультуры клеток для высокопроизводительных измерений в качестве инструмента для скрининга лекарств и терапевтических исследований. Ученые планируют применять эту концепцию для моделирования интерфейсов тканей, таких как легкое и гемато-энцефалический барьер, для открытия лекарств и моделирования заболеваний.