Un órgano en un chip ( OOC ) es un cultivo celular microfluídico tridimensional multicanal , un circuito integrado (chip) que simula las actividades, la mecánica y la respuesta fisiológica de un órgano completo o un sistema de órganos , un tipo de artificial órgano _ [1] Constituye objeto de importantes investigaciones en ingeniería biomédica , más precisamente en bio-MEMS . La convergencia de los laboratorios en chips (LOC) y la biología celular ha permitido el estudio de la fisiología humana.en un contexto específico de órganos, introduciendo un nuevo modelo de organismos humanos multicelulares in vitro . Un día, tal vez eliminen la necesidad de animales en el desarrollo de fármacos y pruebas de toxinas.
Aunque varias publicaciones afirman haber traducido las funciones de los órganos a esta interfaz, el movimiento hacia esta aplicación microfluídica aún está en pañales. Los órganos en chips variarán en diseño y enfoque entre diferentes investigadores. Como tal, la validación y optimización de estos sistemas probablemente será un proceso largo. Los órganos que han sido simulados por dispositivos de microfluidos incluyen cerebro , pulmón , corazón , riñón , hígado , próstata , vaso ( arteria ), piel , hueso , cartílago y más.
Sin embargo, construir órganos artificiales válidos requiere no solo una manipulación celular precisa, sino también una comprensión detallada de la intrincada respuesta fundamental del cuerpo humano a cualquier evento. Una preocupación común con los órganos en chips radica en el aislamiento de los órganos durante las pruebas. El cuerpo es una red compleja de procesos fisiológicos, lo que dificulta simular un solo órgano. [1] La microfabricación , la microelectrónica y la microfluídica ofrecen la posibilidad de modelar respuestas fisiológicas in vitro sofisticadas en condiciones simuladas con precisión. [2]
El desarrollo de chips de órganos ha permitido el estudio de la compleja fisiopatología de las infecciones virales humanas . Un ejemplo es la plataforma de chips de hígado que ha permitido realizar estudios de hepatitis viral . [3]
Un lab-on-a-chip es un dispositivo que integra una o varias funciones de laboratorio en un solo chip que se ocupa del manejo de partículas en canales microfluídicos huecos. Se ha desarrollado durante más de una década. Las ventajas en el manejo de partículas a una escala tan pequeña incluyen la reducción del consumo de volumen de fluido (menores costos de reactivos, menos desperdicio), el aumento de la portabilidad de los dispositivos, el aumento del control del proceso (debido a reacciones termoquímicas más rápidas) y la disminución de los costos de fabricación. Además, el flujo de microfluidos es completamente laminar (es decir, sin turbulencias ).). En consecuencia, virtualmente no hay mezcla entre arroyos vecinos en un canal hueco. En la convergencia de la biología celular, esta rara propiedad en los fluidos se ha aprovechado para estudiar mejor los comportamientos celulares complejos, como la motilidad celular en respuesta a estímulos quimiotácticos , la diferenciación de células madre , la guía de axones , la propagación subcelular de señalización bioquímica y el desarrollo embrionario . [4]
Los modelos de cultivo celular en 3D superan los sistemas de cultivo en 2D al promover niveles más altos de diferenciación celular y organización de tejidos . Los sistemas de cultivo 3D tienen más éxito porque la flexibilidad de los geles de ECM se adapta a los cambios de forma y las conexiones célula-célula, antes prohibidas por los sustratos rígidos de cultivo 2D. Sin embargo, incluso los mejores modelos de cultivo 3D no logran imitar las propiedades celulares de un órgano en muchos aspectos, [4] incluidas las interfaces de tejido a tejido (p. ej., epitelio y endotelio vascular), los gradientes espaciotemporales de sustancias químicas y los microambientes mecánicamente activos (p. ej., vasoconstrictor y vasodilatador de las arteriasrespuestas a los diferenciales de temperatura). La aplicación de microfluidos en órganos en chips permite el transporte y la distribución eficientes de nutrientes y otras señales solubles en las construcciones de tejido 3D viables. Los órganos en chips se conocen como la próxima ola de modelos de cultivo celular en 3D que imitan las actividades biológicas, las propiedades mecánicas dinámicas y las funcionalidades bioquímicas de órganos vivos completos. [1]