A 3D bioprinted hydrogel gut-on-chip model with integrated TEER sensing capabilities
En la darrera dècada, els 'organ-on-chips' s'han convertit en una alternativa prometedora als models in vitro convencionals i als in vivo basats en animals. Mitjançant la integració de la microfluídica en els cultius cel·lulars, aquests sistemes poden recrear forces mecàniques a què l...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2023 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:293600 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/293600 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Hidrogel Hydrogel Bioimpresió 3D 3D bioprinting Bioimpresión 3D Microfluidics Microfluídica Tecnologies 621.3 |
| Sumario: | En la darrera dècada, els 'organ-on-chips' s'han convertit en una alternativa prometedora als models in vitro convencionals i als in vivo basats en animals. Mitjançant la integració de la microfluídica en els cultius cel·lulars, aquests sistemes poden recrear forces mecàniques a què les cèl·lules epitelials i endotelials estan exposades en el seu microentorn cel·lular dinàmic. Entre els diferents models de teixit desenvolupats en aquest camp, els 'gut-on-chips' han estat àmpliament estudiats a causa del rol clau de l'intestí prim en l'absorció de nutrients i fàrmacs. Tot i això, molts dels dispositius de 'gut-on-chips' actualment proposats només representen l'epiteli intestinal, obviant altres elements importants de la mucosa intestinal. Com que estan basats en membranes semi poroses rígides i planes, aquests models són incapaços de reproduir l'estructura compartimentalitzada de la barrera. La mucosa intestinal s'organitza amb una arquitectura multicel·lular i tridimensional (3D), conformada per protrusions en forma de dits anomenades vellositats, i invaginacions anomenades criptes, en la qual les cèl·lules estromals embegudes dins de la matriu extracel·lular (ECM) interactuen amb l'epiteli per a mantenir la seva integritat i funció. Per tal de reproduir condicions similars a l'in vivo, els hidrogels han estat proposats com a substrats cel·lulars idonis, ja que poden donar suport tant a la formació d'una barrera com a la incorporació d'altres cèl·lules. Aquests materials estan estructurats com a matrius poroses de cadenes polimèriques capaces d'absorbir grans quantitats de fluids. Tenen propietats mecàniques i químiques adaptables que poden ser ajustades perquè corresponguin a les dels teixits tous, igual que permeten la difusió d'oxigen i nutrients per a cultius cel·lulars. A més, l'adopció recent de tècniques de microfabricació ha permès generar substrats que repliquen aspectes topogràfics 3D claus del teixit intestinal. Tenint en compte tots aquests beneficis, la combinació dels hidrogels 3D amb la tecnologia microfluídica podria portar la rellevància fisiològica dels 'gut-on-chips' encara més lluny. En aquest treball, presento un nou 'gut-on-chip' basat en un canal d'hidrogel biomimètic que recapitula els compartiments epitelials i estromals. L'hidrogel va ser fabricat mitjançant una tècnica de bioimpressió 3D amb llum visible per generar estructures amb forma de vellositats que reproduïssin elements espacials clau de l'epiteli intestinal. La composició de l'hidrogel va ser una barreja de polietilenglicol diacrilat (PEGDA), un polímer sintètic que proveeix estabilitat mecànica al substrat, i anhídrid metacrílic de gelatina (GelMA), un hidrogel natural biocompatible que permet l'encapsulació de cèl·lules. Els paràmetres d'impressió van ser inicialment optimitzats per obtenir estructures amb pilars laterals que repliquessin les dimensions fisiològiques de les vellositats intestinals. Darrere d'això, el canal d'hidrogel va ser col·locat dins d'un xip microfluídic per a perfusió contínua. Utilitzant aquesta configuració, es va poder comprovar que el sistema permet cultivar cèl·lules estromals embegudes dins de l'hidrogel durant diversos dies sota flux. També es va demostrar que el 'gut-on-chip' permet el co-cultiu de cèl·lules epitelials i la formació d'una barrera durant 2 setmanes, imitant l'arquitectura 3D compartimentalitzada de la mucosa intestinal sota condicions dinàmiques similars a l'in vivo. Fent un pas més enllà, vaig aconseguir integrar elèctrodes dins el 'gut-on-chip' 3D bioimprès per a la quantificació de la resistència elèctrica transepitelial (TEER) en temps real. Utilitzant espectroscòpia d'impedància electroquímica (EIS), la formació d'una barrera epitelial va poder ser monitoritzada periòdicament durant l'experiment, demostrant les capacitats del nostre 'gut-on-chip' basat en un hidrogel 3D bioimprès com a potencial eina per avaluar canvis precisos de permeabilitat en models de teixits en condicions sanes i patofisiològiques, igual que estudis d'avaluació de fàrmacs. |
|---|