The Need for Physiological Micro-Nanofluidic Systems of the Brain.

Araştırma özeti

Kaynak özetin Türkçe makine çevirisi. Klinik kullanım öncesinde özgün yayınla karşılaştırılmalı; hekim incelemesi değildir. cc by

Bu makalede, beyin-on-a-chip modellerini ve ilişkili teknolojileri gözden geçiriyoruz. Beynin mikro-nanofluidik sistemleri organoid teknolojisinin tüm spektrumunu kullanabilir. Özellikle, beyni taklit edebilen fizyolojik olarak ilgili bir mikroakışkan platform için acil bir klinik ihtiyaç vardır. Beyin hastalıkları dünya çapında milyonlarca insanı etkiler ve yaşlı nüfusun büyüklüğü arttıkça bu sayı artacaktır, böylece beyin hastalığı ciddi bir halk sağlığı sorunu haline gelecektir. Beyin hastalığı modellemesi tipik olarak zaman alıcı, kaynak yoğun ve tartışmalı bir şekilde etik olmayan in vivo kemirgen modellerinin kullanımını içerir, çünkü birçok hayvan tek bir çalışma için gereklidir. Dahası, kemirgen modelleri insan hastalıklarını doğru bir şekilde tahmin etmeyebilir, hatalı sonuçlara yol açabilir, böylece hayvan modellerinin tedaviye karşı insan tepkilerinin zayıf tahminlerini yapar. Çeşitli klinik araştırmacılar, hayvan modellerinin ilk fizyolojik açıklamalarının, modelin hastalarda gözlemlenenleri ne kadar yakından yakaladığı da dahil olmak üzere, nadiren istenen tüm insan özelliklerini kapsadığını gösteren bu konuyu vurgulamıştır. Sonuç olarak, bu tür hayvan modelleri sadece belirli hastalık yönlerini taklit eder ve genellikle belirli bir molekülün bir hastalığın çeşitli yönlerini nasıl etkilediğini incelemek için yetersizdirler. Bu nedenle, bir insan beyin modelinin, organ düzeyinde bir model oluşturmak için hücre çizgilerini bir araya getirerek tasarlanabileceği bir çip üzerinde beyin teknolojisinin geliştirilmesine büyük ihtiyaç vardır. Böyle bir beyin-on-a-chip cihazı üretmek için, uygun hücre çizgilerinin seçimi kritik öneme sahiptir, çünkü beyin dokusu birçok farklı nöronal alt tiplerinden oluşur, buna destek glial hücre tipleri de dahildir. Ek olarak, hücresel ağ biyo-mimarisi, farklı beyin bölgeleri boyunca önemli ölçüde değişir, karmaşık yapılar ve devreler oluşturur; bunun çip tasarım sürecinde hesaba katılması gerekir. Bölünmüş mikro çevreler, belirli bir uygulamanın ileri gereksinimlerini karşılamak için mikrofizyolojik hücre kültürü sistemi içinde de tasarlanabilir. On-chip entegrasyon yöntemleri, Parkinson hastalığı, Alzheimer hastalığı ve epilepsi modellemesinde burada tartışılan ilerlemeleri zaten sağlamıştır. Sonuç olarak, beyin modelinin işlevsel olması için, mühendislik mikrosistemlerini kök hücre (hipsc) teknolojisi ile birleştirmek özellikle yararlıdır, çünkü hiPSC'ler doku mimarisinin farklılaşma düzeylerine ve dolayısıyla biyolojinin kendisine göre karmaşıklığına katkıda bulunabilir.

Özgün kaynak özetini okuyun

In this article, we review brain-on-a-chip models and associated underlying technologies. Micro-nanofluidic systems of the brain can utilize the entire spectrum of organoid technology. Notably, there is an urgent clinical need for a physiologically relevant microfluidic platform that can mimic the brain. Brain diseases affect millions of people worldwide, and this number will grow as the size of elderly population increases, thus making brain disease a serious public health problem. Brain disease modeling typically involves the use of in vivo rodent models, which is time consuming, resource intensive, and arguably unethical because many animals are required for a single study. Moreover, rodent models may not accurately predict human diseases, leading to erroneous results, thus rendering animal models poor predictors of human responses to treatment. Various clinical researchers have highlighted this issue, showing that initial physiological descriptions of animal models rarely encompass all the desired human features, including how closely the model captures what is observed in patients. Consequently, such animal models only mimic certain disease aspects, and they are often inadequate for studying how a certain molecule affects various aspects of a disease. Thus, there is a great need for the development of the brain-on-a-chip technology based on which a human brain model can be engineered by assembling cell lines to generate an organ-level model. To produce such a brain-on-a-chip device, selection of appropriate cells lines is critical because brain tissue consists of many different neuronal subtypes, including a plethora of supporting glial cell types. Additionally, cellular network bio-architecture significantly varies throughout different brain regions, forming complex structures and circuitries; this needs to be accounted for in the chip design process. Compartmentalized microenvironments can also be designed within the microphysiological cell culture system to fulfill advanced requirements of a given application. On-chip integration methods have already enabled advances in Parkinson's disease, Alzheimer's disease, and epilepsy modeling, which are discussed herein. In conclusion, for the brain model to be functional, combining engineered microsystems with stem cell (hiPSC) technology is specifically beneficial because hiPSCs can contribute to the complexity of tissue architecture based on their level of differentiation and thereby, biology itself.

Bilimsel değerlendirme

Araştırma sorusu

Sorunun kapsamı orijinal çalışma üzerinden değerlendirilir.

Yöntem ve örneklem

Çalışma tasarımı ve örneklem için kaynak makaleyi kontrol edin.

Temel bulgular

Bu kayıt için editoryal olarak onaylanmış bulgu özeti henüz yayımlanmadı.

Sınırlılıklar

Sonuçların genellenebilirliği, yanlılık ve klinik anlamı ayrıca incelenmelidir.

Bibliyografik veriden yöntem, örneklem veya klinik sonuç çıkarımı yapılmaz.