具有有益特征电极的可定制的器官芯片设备

　　Terasaki生物医学创新研究所(TIBI)开发了一种新型的器官芯片设备，用于测量跨越内皮屏障的电阻。这个芯片有碳基的、丝网印刷的电极…

　　

Terasaki生物医学创新研究所(TIBI)开发了一种新型的器官芯片设备，用于测量跨越内皮屏障的电阻。该芯片将碳基、丝网印刷电极整合到多层微流控芯片中，这种芯片是通过一种简单而经济的方法制造的。

内皮细胞排列在身体的血液和淋巴管上，形成一个屏障层，控制液体和物质进出血管和周围组织的流动。内皮细胞屏障在健康和疾病状态中所起的关键作用的研究——尤其是血脑屏障——促使了对体外模型的研究和治疗药物开发的需求。

这些类型研究的典型传感器测量跨内皮电阻(TEER)，这是内皮屏障强度和完整性的主要指标。将TEER传感器整合到器官芯片中，可以在体外模型中实时测量TEER，该模型可以再现体内内皮屏障。

然而，这些模型缺乏标准化。TEER测量是出了名的难以获得的准确性，他们可以受到温度和设备设计的变化，以及电极形状和位置。

在电极制造中也存在固有的缺陷。一种常用的方法是在芯片中插入铂金线。这种手工组装导致了有限的吞吐量和一致性。另一种使用金属材料在基板上物理气相沉积的方法可以避免这些问题，但需要微加工设备和特殊培训。除了制造，电极材料的成本和可用性应该考虑，因为这些可以有很大的不同。

考虑到这些因素，TIBI团队选择将电极丝网印刷到芯片上，使用市售的廉价印刷组件。这些用于T恤丝网印刷的部件包括丝网印刷框架、碳墨水和橡胶刮板。用更经济的薄纸模板代替丝网模板。打印后，印记被热固化，从而产生一个牢固粘附的碳基电极，既导电又具有生物相容性。

在设计他们的设备时，该团队选择了一种不太常用的塑料，称为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，因为它的特性有利于快速和可扩展的制造方法，而且它的亲水性，避免了某些疏水分子在其表面上不必要的吸附。

该芯片包括一个用于生长细胞屏障的多孔膜，夹在两个PMMA层之间，而PMMA层又夹在两个含有PMMA层的丝网印刷电极之间。该团队利用混合方法粘合PMMA层，这种方法具有很强的密封性，可以防止泄漏，同时避免芯片微流体层的变形和堵塞。

为了测试芯片，我们在多孔膜上培养了几层脑内皮细胞，并实验测量了体外屏障的TEER值，持续4天。将这些数据与该类型内皮屏障的其他TEER值进行比较，发现存在良好的相关性，随着更多细胞的生长和屏障的增强，测量的TEER值也随之增加。

此外，引入屏障破坏炎症蛋白导致TEER值降低，进一步验证了新芯片获得的测量结果。

TIBI科学家的这项概念验证工作可以很好地实现自动化和标准化，例如，有可能将芯片调整为平板格式，并利用喷墨打印进行电极制造。虽然可能需要额外的特定于应用程序的优化，但它具有多功能性，可用于各种细胞类型和不同用途的几何设计。

TIBI董事兼首席执行官Ali Khademhosseini博士表示:“我们已经迈出了重要的一步，克服了为芯片上器官设备制造TEER传感器所面临的挑战。这可能会为各种研究应用和治疗药物开发带来更大的技术扩展。”

这项研究发表在《Biomedical Microdevices》杂志上。