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O custo do desenvolvimento de medicamentos e as limitações do estudo de processos fisiológicos em laboratório são duas questões científicas distintas que podem compartilhar a mesma solução.
Os sistemas microfísicos (MPSs) são plataformas in vitro compostas por células em um microambiente que imita de perto o encontrado no corpo, permitindo que os cientistas recriem as condições dos tecidos encontrados dentro do corpo para elucidação adicional de condições e sistemas biológicos e para aplicações como como testar drogas em um modelo mais preciso do que os testes em animais permitem. No entanto, os avanços que os MPSs poderiam fornecer foram limitados até este ponto pela incapacidade de registrar com precisão o que está acontecendo no nível celular. Agora, uma equipe de cientistas desenvolveu uma plataforma de detecção eletroquímica que pode resolver esse problema.
Os resultados foram publicados em Biossensores e Bioeletrônica em 29 de outubro de 2022.
“Técnicas recentes de bioengenharia perceberam a construção de um modelo de tecido integrado a uma rede vascular perfusável”, disse o autor correspondente Yuji Nashimoto, formalmente do Instituto de Pesquisa da Fronteira para Ciências Interdisciplinares da Universidade de Tohoku, agora na Universidade de Medicina e Odontologia de Tóquio. “No entanto, para utilizar os modelos como ferramentas de triagem de drogas, precisamos de biossensores para monitorar suas funções em tempo real, que até agora faltavam. Este estudo desenvolveu uma nova plataforma de detecção eletroquímica para monitorar o modelo de tecido vascularizado.”
A equipe identificou os sensores eletroquímicos como ideais para leituras de funcionalidade celular devido à sua baixa invasividade, detecção em tempo real e alta sensibilidade para plataformas de cultura in vitro. A integração de sensores eletroquímicos em MPSs, no entanto, tem sido difícil devido à sua incompatibilidade com dispositivos microfluídicos, de acordo com os pesquisadores.
Os pesquisadores foram capazes de integrar sua plataforma de detecção de células cultivadas em 3D com uma rede vascular perfusável – um sistema vascular projetado que inclui a passagem de fluidos através dele – para medir o metabolismo do oxigênio em tecidos 3D com fluxo vascular que imita o do humano. corpo em tempo real.
Essa integração bem-sucedida foi alcançada em parte projetando o sistema para ter uma camada superior aberta e uma camada inferior com cinco canais para cultivar a rede vascular e uma camada superior que foi usada para cultivar células cultivadas em 3D e para análise do metabolismo do oxigênio. As duas camadas foram separadas por uma membrana fina.
Os pesquisadores testaram a plataforma com esferóides de fibroblastos pulmonares humanos. Eles então o aplicaram a um organoide de câncer e avaliaram as mudanças no metabolismo do oxigênio durante a administração do medicamento através da rede vascular. Os resultados mostraram que seus sensores foram integrados com sucesso ao sistema para fornecer as medições precisas desejadas.
“Descobrimos que a plataforma poderia integrar uma rede vascular perfusável com células cultivadas em 3D, e o sensor eletroquímico poderia detectar a mudança no metabolismo do oxigênio de maneira quantitativa, não invasiva e em tempo real”, disse o autor correspondente Hitoshi Shiku, do Graduate School of Engineering e da Graduate School of Environmental Studies, ambas da Universidade de Tohoku. “Os biossensores são ferramentas muito importantes para realizar mais triagem fisiológica de drogas. Nosso grupo de pesquisa desenvolveu vários sensores para esse fim. Continuamos a expandir as moléculas detectáveis e a desenvolver sensores mais robustos e de alto rendimento”.
Segundo os pesquisadores, estudos futuros devem incluir formas de abordar as alterações do esferoide e organoide durante a cultura do dispositivo, bem como o desenvolvimento de uma rede vascular perfusável em um ambiente ainda mais controlado do que o possível atualmente. Enquanto os pesquisadores identificaram os próximos passos para estudos futuros, os resultados deste estudo prometem monitorar redes vasculares perfusáveis para fins de teste de drogas de uma maneira que não foi alcançada anteriormente.
“Este estudo desenvolveu a análise do metabolismo do oxigênio para o modelo de tecido vascularizado”, disse Shiku. “No futuro, as moléculas detectáveis devem ser expandidas e a relação sinal-ruído deve ser melhorada.”
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade de Tohoku. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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