バイオセンサーは、Organs-On-A-Chipのリアルタイム酸素モニタリングを可能にします

Organ-on-a-chipの概念は、肺と同じように空気から血流に酸素を移動させるなど、特定の臓器機能を模倣する小規模な生物学的構造を作成します。目標は、これらのOrgan-on-a-chip（微小生理学的モデルとも呼ばれる）を使用して、毒性を評価したり、新薬の有効性を評価したりするためのハイスループットテストを促進することです。

しかし、Organ-on-a-chip研究は近年大きな進歩を遂げましたが、これらの構造を使用する上での1つの障害は、システムから実際にデータを取得するように設計されたツールがないことです。データを収集する既存の方法は、バイオアッセイ、組織学を実施するか、組織を破壊することを含む他の技術を使用することです。必要なのは、システムの動作に影響を与えることなくリアルタイムでデータを収集する手段を提供するツールです。

酸素レベルは体全体で大きく異なります。たとえば、健康な成人では、肺組織の酸素濃度は約15％ですが、腸の内層は約0％です。酸素は組織の機能に直接影響するため、これは重要です。臓器が正常に動作する方法を知るには、実験を行うときに「正常な」酸素レベルをOrgan-on-a-chipで維持する必要があります。これは、Organ-on-a-chipの直接の環境だけでなく、その組織の酸素レベルも監視することを意味します。

これらの課題に対処するために、研究者がOrgan-on-a-chipシステムの酸素レベルをリアルタイムで追跡できるバイオセンサーが開発され、そのようなシステムが実際の臓器の機能をより厳密に模倣できるようになりました。これは、Organs-on-a-chipが薬物や毒性試験などのアプリケーションでその可能性を実現したい場合に不可欠です。

バイオセンサーの鍵は、赤外光にさらされた後に赤外光を放出する燐光ゲルです。しかし、ゲルが光にさらされてからエコーするフラッシュを放出するまでの遅延時間は、その環境内の酸素の量によって異なります。酸素が多いほど、ラグタイムは短くなります。これらの遅延時間はマイクロ秒の間だけ続きますが、それらの時間を監視することにより、研究者は10分の1パーセントまで酸素濃度を測定できます。

バイオセンサーが機能するためには、ゲルの薄層をその製造中にOrgan-on-a-chipに組み込む必要があります。赤外光は組織を通過できるため、赤外光を放出し、蛍光ゲルからのエコーフラッシュを測定する「リーダー」を使用して、組織内の酸素レベルを繰り返し監視します。遅延時間はマイクロ秒単位で測定されます。

バイオセンサーは、健康な組織と癌性組織の両方をモデル化するために、ヒト乳房上皮細胞を使用して3次元足場で正常にテストされています。次のステップは、希望の酸素濃度を維持するために自動的に調整を行うシステムに組み込むことです。

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