Un nuevo biosensor permite a los investigadores rastrear los niveles de oxígeno en tiempo real en sistemas de "órgano en un chip", haciendo posible asegurar que tales sistemas imiten más de cerca la función de órganos reales. Esto es esencial si los órganos en un chip esperan alcanzar su potencial en aplicaciones tales como pruebas de toxicidad y drogas.

El concepto de órgano en un chip ha atraído una atención significativa por parte de los investigadores durante aproximadamente una década. La idea es crear a pequeña escala, estructuras biológicas que imitan la función de un órgano específico, como transferir oxígeno del aire al torrente sanguíneo de la misma manera que lo hace un pulmón. El objetivo es utilizar estos órganos en un chip, también llamados modelos microfisiológicos, para acelerar las pruebas de alto rendimiento para evaluar la toxicidad o evaluar la eficacia de nuevos medicamentos.

Pero si bien la investigación de órganos en un chip ha logrado avances significativos en los últimos años, Un obstáculo para el uso de estas estructuras es la falta de herramientas diseñadas para recuperar datos del sistema.

"En la mayor parte, las únicas formas existentes de recopilar datos sobre lo que está sucediendo en un órgano en un chip son realizar un bioensayo, histología, o utilizar alguna otra técnica que implique destruir el tejido, "dice Michael Daniele, autor correspondiente de un artículo sobre el nuevo biosensor. Daniele es profesor asistente de ingeniería eléctrica en la Universidad Estatal de Carolina del Norte y en el Departamento Conjunto de Ingeniería Biomédica de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad de Carolina del Norte. Chapel Hill.

"Lo que realmente necesitamos son herramientas que proporcionen un medio para recopilar datos en tiempo real sin afectar el funcionamiento del sistema, ", Dice Daniele." Eso nos permitiría recopilar y analizar datos de forma continua, y ofrecer información más valiosa sobre lo que está sucediendo. Nuestro nuevo biosensor hace exactamente eso, al menos para los niveles de oxígeno ".

Los niveles de oxígeno varían ampliamente en todo el cuerpo. Por ejemplo, en un adulto sano, el tejido pulmonar tiene una concentración de oxígeno de aproximadamente el 15 por ciento, mientras que el revestimiento interno del intestino es de alrededor del 0 por ciento. Esto es importante porque el oxígeno afecta directamente la función de los tejidos. Si quieres saber cómo se va a comportar normalmente un órgano, necesita mantener niveles de oxígeno "normales" en su órgano en un chip cuando realiza experimentos.

"Lo que esto significa en términos prácticos es que necesitamos una forma de controlar los niveles de oxígeno no solo en el entorno inmediato del órgano en un chip, pero en el propio tejido del órgano en un chip, "Dice Daniele." Y necesitamos poder hacerlo en tiempo real. Ahora tenemos una forma de hacerlo ".

La clave del biosensor es un gel fosforescente que emite luz infrarroja después de ser expuesto a la luz infrarroja. Piense en ello como un destello resonante. Pero el tiempo de retraso entre el momento en que el gel se expone a la luz y el momento en que emite el destello de eco varía, dependiendo de la cantidad de oxígeno en su entorno. Cuanto más oxígeno hay, cuanto menor sea el tiempo de demora. Estos tiempos de retraso duran solo microsegundos, pero al monitorear esos tiempos, los investigadores pueden medir la concentración de oxígeno hasta décimas de porcentaje.

Para que el biosensor funcione, los investigadores deben incorporar una capa delgada del gel en un órgano en un chip durante su fabricación. Debido a que la luz infrarroja puede atravesar el tejido, los investigadores pueden usar un "lector, que emite luz infrarroja y mide el destello que hace eco del gel fosforescente, para monitorear los niveles de oxígeno en el tejido repetidamente, con tiempos de retraso medidos en microsegundos.

El equipo de investigación que desarrolló el biosensor lo ha probado con éxito en andamios tridimensionales utilizando células epiteliales mamarias humanas para modelar tanto el tejido sano como el canceroso.

"Uno de nuestros próximos pasos es incorporar el biosensor en un sistema que hace ajustes automáticamente para mantener la concentración de oxígeno deseada en el órgano en un chip, "Dice Daniele." También esperamos trabajar con otros investigadores y la industria de ingeniería de tejidos. Creemos que nuestro biosensor podría ser un instrumento valioso para ayudar a avanzar en el desarrollo de órganos en un chip como herramientas de investigación viables ".

El papel, "Biosensor fotónico integrado basado en fosforescencia (iPOB) para monitorear los niveles de oxígeno en sistemas de cultivo celular 3D, "se publica en la revista Biosensores y bioelectrónica .