Bu eser grant altında finansal destekle Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) No oluşturuldu PO413/12-1 ve LA 1028/7-1.

<ol>
	<li>Marx, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human-on-a-chip+developments:+a+translational+cutting-edge+alternative+to+systemic+safety+assessment+and+efficiency+evaluation+of+substances+in+laboratory+animals+and+man?.">Human-on-a-chip developments: a translational cutting-edge alternative to systemic safety assessment and efficiency evaluation of substances in laboratory animals and man?.</a> ATLA. 40 (5), 235-257 (2012).</li><li>Maschmeyer, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chip-based+human+liver-intestine+and+liver-skin+co-cultures+-+A+first+step+toward+systemic+repeated+dose+substance+testing+in+vitro.">Chip-based human liver-intestine and liver-skin co-cultures - A first step toward systemic repeated dose substance testing in vitro.</a> Eur J Pharm Biopharm. 95, 77-87 (2015).</li><li>Prunieras, M., Regnier, M., Woodley, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+for+Cultivation+of+Keratinocytes+with+an+Air-Liquid+Interface.">Methods for Cultivation of Keratinocytes with an Air-Liquid Interface.</a> J Invest Dermatol. 81 (1), 28-33 (1983).</li><li>Cannon, C. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+epidermal+model+for+dermal+irritancy+testing.">New epidermal model for dermal irritancy testing.</a> Toxicol In Vitro. 8 (4), 889-891 (1994).</li><li>Ackermann, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Phenion+Full-Thickness+Skin+Model+for+Percutaneous+Absorption+Testing.">The Phenion Full-Thickness Skin Model for Percutaneous Absorption Testing.</a> Skin Pharmacol Physiol. 23 (2), 105-112 (2010).</li><li>Netzlaff, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Permeability+of+the+reconstructed+human+epidermis+model+Episkin+in+comparison+to+various+human+skin+preparations.">Permeability of the reconstructed human epidermis model Episkin in comparison to various human skin preparations.</a> Eur J Pharm Biopharm. 66 (1), 127-134 (2007).</li><li>Bran, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+New+Discriminative+Criterion+for+the+Development+of+Franz+Diffusion+Tests+for+Transdermal+Pharmaceuticals.">A New Discriminative Criterion for the Development of Franz Diffusion Tests for Transdermal Pharmaceuticals.</a> J Pharm Sci. 13 (2), 218-230 (2010).</li><li>Pineau, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+study+of+percutaneous+absorption+of+aluminum+from+antiperspirants+through+human+skin+in+the+Franz+diffusion+cell.">In vitro study of percutaneous absorption of aluminum from antiperspirants through human skin in the Franz diffusion cell.</a> J Inorg Biochem. 110, 21-26 (2012).</li><li>Filon, F. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+percutaneous+absorption+of+cobalt.">In vitro percutaneous absorption of cobalt.</a> Int Arch Occup Environ Health. 77 (2), 85-89 (2004).</li><li>Ng, S. -. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Validation+of+a+Static+Franz+Diffusion+Cell+System+for+In+Vitro+Permeation+Studies.">Validation of a Static Franz Diffusion Cell System for In Vitro Permeation Studies.</a> AAPS PharmSciTech. 11 (3), 1432-1441 (2010).</li><li>Bonferoni, M. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Modified+Franz+Diffusion+Cell+for+Simultaneous+Assessment+of+Drug+Release+and+Washability+of+Mucoadhesive+Gels.">A Modified Franz Diffusion Cell for Simultaneous Assessment of Drug Release and Washability of Mucoadhesive Gels.</a> Pharm Dev Tecnol. 4 (1), 45-53 (1999).</li><li>Seiffer, S., Oppermann, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systematic+evaluation+of+FRAP+experiments+performed+in+a+confocal+laser+scanning+microscope.">Systematic evaluation of FRAP experiments performed in a confocal laser scanning microscope.</a> J Microsc. 220 (1), 20-30 (2005).</li><li>Pluen, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+of+Macromolecules+in+Agarose+Gels:+Comparison+of+Linear+and+Globular+Configurations.">Diffusion of Macromolecules in Agarose Gels: Comparison of Linear and Globular Configurations.</a> Biophys J. 77, 542-552 (1999).</li><li>Cornelissen, L. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+measurements+in+epidermal+tissues+with+fluorescent+recovery+after+photobleaching.">Diffusion measurements in epidermal tissues with fluorescent recovery after photobleaching.</a> Skin Res Technol. 14 (4), 462-467 (2008).</li><li>Pirot, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+the+permeability+barrier+of+human+skin+in+vivo.">Characterization of the permeability barrier of human skin in vivo.</a> PNAS. 94 (4), 1562-1567 (1997).</li><li>Tetteh, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Local+examination+of+skin+diffusion+using+FTIR+spectroscopic+imaging+and+multivariate+target+factor+analysis.">Local examination of skin diffusion using FTIR spectroscopic imaging and multivariate target factor analysis.</a> Anal Chim Acta. 642 (1-2), 246-256 (2009).</li><li>Guldbrand, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-photon+fluorescence+correlation+spectroscopy+as+a+tool+for+measuring+molecular+diffusion+within+human+skin.">Two-photon fluorescence correlation spectroscopy as a tool for measuring molecular diffusion within human skin.</a> Eur J Pharm Biopharm. 84 (2), 430-436 (2013).</li><li>Kehe, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+engineering+with+HaCaT+cells+and+a+fibroblast+cell+line.">Tissue engineering with HaCaT cells and a fibroblast cell line.</a> Arch Dermatol Rech. 291 (11), 600-605 (1999).</li><li>Veronike, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epidermal+Organization+and+Differentiation+of+HaCaT+Keratinocytes+in+Organotypic+Coculture+with+Human+Dermal+Fibroblasts.">Epidermal Organization and Differentiation of HaCaT Keratinocytes in Organotypic Coculture with Human Dermal Fibroblasts.</a> J Invest Dermatol. 112 (3), 343-353 (1999).</li><li>Moraes, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organs-on-a-chip:+a+focus+on+compartmentalized+microdevices.">Organs-on-a-chip: a focus on compartmentalized microdevices.</a> Ann Biomed Eng. 40 (6), 1211-1227 (2012).</li><li>Huh, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+Three-Dimensional+Cell+Culture+to+Organs-on-Chips.">From Three-Dimensional Cell Culture to Organs-on-Chips.</a> Trends Cell Biol. 21 (12), 745-754 (2011).</li><li>Schimek, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrating+biological+vasculature+into+a+multi-organ-chip+microsystem.">Integrating biological vasculature into a multi-organ-chip microsystem.</a> Lab Chip. 13 (18), 3588 (2013).</li><li>Materne, E. -. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Multi-organ+Chip+-+A+Microfluidic+Platform+for+Long-term+Multi-tissue+Coculture.">The Multi-organ Chip - A Microfluidic Platform for Long-term Multi-tissue Coculture.</a> J Vis Exp. (98), (2015).</li><li>Materne, E. -. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+multi-organ+chip+co-culture+of+neurospheres+and+liver+equivalents+for+long-term+substance+testing.">A multi-organ chip co-culture of neurospheres and liver equivalents for long-term substance testing.</a> J Biotechnology. 205, 36-46 (2015).</li><li>Materne, E. -. M., Tonevitsky, A. G., Marx, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chip-based+liver+equivalents+for+toxicity+testing+-+organotypicalness+versus+cost-efficient+high+throughput.">Chip-based liver equivalents for toxicity testing - organotypicalness versus cost-efficient high throughput.</a> Lab Chip. 13 (18), 3481 (2013).</li><li>Jayakrishna, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+of+High+Molecular+Weight+Compounds+through+Sclera.">Diffusion of High Molecular Weight Compounds through Sclera.</a> IOVS. 41 (5), 1181-1185 (2000).</li><li>Peck, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hindered+Diffusion+of+Polar+Molecules+Through+and+Effective+Pore+Radii+Estimate+of+Intact+and+Ethanol.">Hindered Diffusion of Polar Molecules Through and Effective Pore Radii Estimate of Intact and Ethanol.</a> Pharm Res. 11 (9), 1309-1314 (1994).</li><li>Ogiso, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+of+the+Enhancement+Effect+of+n-Octyl-&#946;-D-thioglucoside+on+the+Transdermal+Penetration+of+Fluorescein+Isothiocyanate-Labeled+Dextrans+and+the+Molecular+Weight+Dependence+of+Water-Soluble+Penetrants+through+Stripped+Skin.">Mechanism of the Enhancement Effect of n-Octyl-&#946;-D-thioglucoside on the Transdermal Penetration of Fluorescein Isothiocyanate-Labeled Dextrans and the Molecular Weight Dependence of Water-Soluble Penetrants through Stripped Skin.</a> J Pharm Sci. 83 (12), 1676-1681 (1994).</li><li>Hadgraft, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skin,+the+final+frontier.">Skin, the final frontier.</a> Int J Pharm. 224 (1-2), 1-18 (2001).</li><li>Asselineau, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+Epidermis+Reconstructed+by+Culture:+Is+It+"Normal"?.">Human Epidermis Reconstructed by Culture: Is It "Normal"?.</a> J Invest Dermatol. 86 (2), 181-186 (1986).</li><li>Casasco, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+proliferation+and+differentiation+in+a+model+of+human+skin+equivalent.">Cell proliferation and differentiation in a model of human skin equivalent.</a> Anat Rec. 264 (3), 261-272 (2001).</li><li>Kehe, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+engineering+with+HaCaT+cells+and+a+fibroblast+cell+line.">Tissue engineering with HaCaT cells and a fibroblast cell line.</a> Arch Dermatol Res. 291 (11), 600-605 (1999).</li><li>Laurent, T. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+of+Dextran+in+Concentrated+Solutions.">Diffusion of Dextran in Concentrated Solutions.</a> Eur J Biochem. 68, 95-102 (1976).</li><li>Metzler, R., Klafter, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+random+walk's+guide+to+anomalous+diffusion:+A+fractional+dynamics+approach.">The random walk's guide to anomalous diffusion: A fractional dynamics approach.</a> Phys Rep. 339 (1), 1-77 (2000).</li></ol>

Uwe Marx'ın yönetim kurulu başkanı ve bir hissedar ve Gerd Lindner hissedarlarından biri TissUse GmbH, imalat ve MOC teknoloji Ticarileştirme şirketi. Diğer yazarlar bu kağıt yayınlanması ile ilgili hiçbir çatışması beyan ederim.

Bu çalışmada bir membran üzerinde mühendislik bir doku yapısı sayesinde nüfuz ölçmek için geliştirilmiş bir yöntem belgeleri. Moleküler boyutları özel jel arasında değişen maddelerin nüfuz önce sınamak ve doğrulamak belgili tanımlık yöntem ve ilgili simülasyon için incelenmiştir. İyi küçük moleküller daha hızlı bir matris mesh (dışında jel filtrasyon geçirgenlik Kromatografi tarafından yürürlükte) üzerinden nüfuz bilinmektedir. Benzer gözlemler sklera26, insan epidermal membran27, insan derisi17ve sıçan cilt28aracılığıyla maddelerin boyutu-dışlama deneyler yapılmıştır. Geçirgenlik katsayıları ve karşılık gelen Stokes RADIUS (aynı Difüzyon oranı olarak açıklanan, genellikle etkili RADIUS molekülün daha küçük moleküller ile hareket eden sert kürenin yarıçapı) arasında ters bir ilişki gösterilmiştir 26 , 28ve benzer bir ilişki deneylerde farklı moleküler boyutta maddeler ile gözlenen. Geçirgenlik katsayıları 1/Stokes RADIUS komplo tarafından en küçük moleküler boyutta dört gruba üzerinden doğrusal bir ilişki bulundu (R2 0.93 =) (şekil 6). Bu önerilen yöntemi ile simüle geçirgenlik katsayıları gerçekçi bir aralıkta olduğunu gösterir.
Deneylerde %46.15 Franz Difüzyon hücre sistem10ile permeabilite deneyleri için rapor daha biraz daha büyük bir hatadır. Tek mantıklı açıklama floresein-isothiocyanate-hangi daha sonra ele dextran, boyut dağılımı olabilir.
Açıklanan yöntemi önemli avantajları Franz Difüzyon hücre sistemini kullanarak yöntemlere göre vardır. İlk olarak, kurulum daha küçüktür; deneyler ticari iyi plaka (∼ 13 cm x 8,5 cm) ölçeğe sahip doğrudan bir membran Ekle sistemi içinde yürütülür. Ayrı bir Franz Difüzyon hücresine her örnek için gereklidir, ancak bu aynı zamanda, çalıştırılacak birden çok örnekleri sağlar. İkinci olarak, bir deri model geçirgenliği nerede ekimi gerçekleşir membran INSERT doğrudan ölçülebilir. Franz Difüzyon hücreleri kullanarak, örnekleri çıkarıldı ve küçük örnekler için daha ağır olduğunu ve aynı zamanda daha uzun sürmesine sisteminde, monte gerekir.
Kollajen hücre matrisler ile nüfuz deneyler bu yöntem başarıyla cep numaralı seribaşı sistemlere uygulanması gösterdi. Burada sunulan model deri modelleri için doğrulandı; Ancak, yöntem organik hücre kültürleri, örneğin, böbrek veya karaciğer, diğer türleri için uygulanabilir.
Bu çalışmada, HaCaT hücreleri tamamen modeli yüzeyi kaplı bir kollajen-hücre modeli kullanılmıştır (bkz şekil 5). Permeabilite katsayısı, permeabilite katsayısı bir kollajen-hücre modeli olan ve olmayan HaCaT tabakası arasında ayırt etmek için hassas yöntemdir gösteren bir azalma olmuştur. İdeal olarak, bir deri model bir gerçek deri29epidermis yaklaşımları, bir bariyer kadar inşa etmeli ve bu nedenle gerçek kullanmadan önce cilt modeli kalitesini (örneğin, DermIS, epidermis bina) doğrulamak önemlidir. Bir deri model geliştirme teknikleri boyama ile görüntülenir ve cilt protein ve kollajen30,31,32algılama sayılabilir. Permeabilite katsayısı cilt modeli geliştirilmesi değerlendirmek için önemli bir faktör de kullanabilirsiniz, ancak daha fazla deneyler bundan emin olmak için gerekli. Daha önce belirtildiği gibi bu yöntem, paralel olarak birden çok örnekleri çalışan sağlar. Örnekleri geçirgenliği ölçmek ve böylece bu parametre cilt modelinin geliştirilmesi gözlemlemek için işleme sırasında almak mümkündür.
Geçirgenliği bir jel/kollajen-cep-model ve bir membran ile aynı anda ölçülen belirtmek gerekir. Algılanan permeabilite katsayısı sistem sayede farklı cilt modelleri sonuçlarını yalnızca aynı membran Ekle kullanırken karşılaştırılabilir, özeldir. Ayrıca, test madde yalnızca modeli aracılığıyla nüfuz ve değil yanındaki, hangi hataları ölçülen geçirgenliği ikna etmek sağlamak için tüm yetiştirme alanı kapsayacak şekilde cilt modeline ihtiyacı var. Gelecekte deneyler düşünülmesi gereken başka bir cilt çevreleyen doğal çevrenin yönüdür. Normalde, deri yüzey sıcaklığını Permeasyon koşulları etkileyebilecek iç bölge ile karşılaştırıldığında düşüktür.
Laboratuvar deneyleri bilgisayar simülasyonları ile hizalamak üzere uygulanan simülasyon için parametre optimizasyon sağlayan bir yöntem sunuldu. Simülasyonlar küçük moleküler boyutu olan maddeler için deneysel verilerle de aynı tarihte bulundu. Ancak, simülasyon ve deneysel veriler arasındaki sapmalar daha büyük moleküler boyutu olan maddeler için tespit edildi. Büyük polisakkarit moleküller sürtünme artırmak ve ağır bir jel Difüzyon sürecinde ol. Bu etkisi deneysel arasındaki olası bir neden olan anormal difüzyon, neden olur ve simülasyon değerlere33,34. Başka bir açıklama daha küçük veya daha büyük partiküller floresein-isothiocyanate-dextran varlığı olabilir. Üretici maddenin molekül ağırlığı ortalama boyutu ile bulunması daha küçük ve daha büyük partiküller sağlar belirli bir Aralık olarak belirtir. Daha küçük partiküller daha hızlı jel ve sıvı kanal nüfuz olarak da ne kadar dağınık bu maddelerin çoğu, belli değil. Bu Difüzyon ve sürtünme etkileri göz önünde bulundurulacak simülasyon uzatmak mümkündür.
Geçirgenlik deneyi ve simülasyon 2 kille olarak kullanılmak üzere geliştirilmiştir. Simülasyon yardımıyla, bu deneysel yöntem doğrudan daha sofistike deneysel kurulumları için transfer edilebilir. Örneğin, membran ekleme sistemi simülasyon geometri 2 OC veya benzer set-up diğer sistemlerle kolayca aktarılabilir. Simülasyon oransal bu seçeneği gelecekteki deneyler tasarımını desteklemek için kullanılabilir. Buna ek olarak, yan etkileri buharlaşma, anormal Difüzyon ve membran efektler gibi böylece doğruluğu artırma simülasyon, geliştirmek için entegre edilebilir. Simülasyon programı değiştirmek veya simülasyon denklem cilt modeli geliştirme diğer yönleri araştırmak için fiziksel diğer modüller entegre olarak geliştirmek için fırsat verir. Bir örnek glikoz tüketimi ve laktat üretimi bir kollajen hücre modeli simülasyonudur.
Tıbbi maddeler test özellikle ilginç bir yönü maddeler bir organ-on-a-chip sisteminde nasıl dağıtıldığını var. Cevap için yardımıma sorular ne kadar hızlı gibi bir madde içine belgili tanımlık sistem nüfuz simülasyon ve geçirgenliği parametre yanı sıra hangi konsantrasyon diğer dokularda bir multi-organ-çip için geçerli olacak. Bu yöntem destek ve geliştirme ve sınama gibi organ-on-chip sistemleri geliştirmek.

Organo-tipik 3D kültürler için güçlü araçlar ilaç geliştirme ve1test madde haline gelmiştir. Bu bağlamda, insan derisi modellerdir bu kozmetik sektöründe gibi düzenleyici şartları nedeniyle özel ilgi. Onlar daha sonra kullanılmak üzere ya olarak kendi tek organ kültürleri çok iyi plakaları veya multi-organ-cips ek organ modelleri, örneğin, karaciğer2ile birlikte çok sayıda 3B cilt modelleri geliştirilmesi açmıştır.
Cilt eşdeğer tarımı ile ilgili olarak, hava-sıvı arayüzey (ALI) uygun epidermal farklılaşma3için gerekli bir öğedir. Hücre kültür ekler altındaki sıvı geçirgen bir zar ile bir gemi oluşan genellikle bir ALI kurmak için kullanılır. Alış 12-iyi (12.2 mm çapında) tabak kadar piyasada bulunan deri modelleri EpiDerm4, Phenion5ve Episkin6, Cilt modelleri 96-iyi (çapı 4,26 mm) arası bedenleri ile kültür gibi yaygın olarak kullanılmaktadır. Burada açıklanan yöntemi maddelerin nüfuz bir membran Ekle sisteminde belirler.
Permeabilite katsayısı doğal cilt5' e göre kültürlü herhangi bir cilt model kalitesini değerlendirmek için önemli bir parametredir ve nasıl hızlı bir şekilde değerlendirmek için kullanılan aktif maddeler deri yoluyla geçiş. Bu parametre özellikle cilde uygulanan ilaçlar ya da kozmetik ürünler ihtiyacınız varsa, tam olarak etkin aracılar üzerinden geçirdiğinizde anlamak önemlidir. Bir simülasyon daha fazla sistem davranışını tahmin etmek ve daha sonra gerekli zaman alıcı deneysel çaba azaltmak için yardımcı olabilir, özellikle büyük bir set ne zaman maddeler yer almaktadır.
Franz Difüzyon hücre Permeasyon cilt ile deneyler ve cilt5,6,7,8,9modelleri state-of--art belirtilir. Bu aygıt sabit örnek (Difüzyon bariyer) ile iki bölmeleri arasında oluşur. Test edilecek madde örnek (donör bölme) tepesine doğrudan uygulanır ve ilk bileşik toplama ters (alıcısı) yuvası üzerinde tespit edilebilir. Alıcısı tarafında sabit sıcaklık ve homojen madde konsantrasyonu sıcaklık odası ve bir manyetik karıştırıcı sağlanır. Örnekler bir örnekleme kol Franz hücre alıcısı tarafında alınabilir. 19 cm ve 179 cm arasında bir yükseklik aralığı ile bu nispeten büyük10,11sistemidir. Difüzyon katsayıları jel benzeri maddeler ve dokuların tespiti için başka bir yöntem sıkı BAĞLAMAK 's. Bu teknik ağartma prensibi fluorescently jel ve ağartılmış çevrenin kurtarma süresini belirleme parçacıklar etiketli Difüzyon katsayısı12,13,14hesaplamak için kullanır.
Ayrıca, Fourier dönüşümü kızılötesi (FTIR) spektroskopisi ile kızılötesi ışık Absorbans parçacık hareketi algılamak için cilt15,16maddelerin nüfuz işlemi belirlemek için kullanılabilir. Her nasıl, bunlar veya diğer görüntüleme yöntemleri (örneğin, İki fotonlu Floresans korelasyon spektroskopi17) yoğun aletleri fiyat.
Bu makalede, bir yöntem bir membran ekleme sistemi içinde bir bariyer geçirgenliği nerede deri manken ekili olabilir doğrudan ölçmek için sunulur. Bu yöntem, çok sayıda küçük örnekleri (4,26 mm de boyutu kadar) ile kompakt bir sistemde çalışmasına permeabilite deneyleri sağlar. Burada ayrı bir aygıt üstünde belgili tanımlık aygıt takılacak olan her sonda için gereklidir ve küçük örnekleri (4,26 mm boyut) için fark etmek zordur Franz Difüzyon hücre aksine bu. Yöntem büyük araçları (örneğin, confocal veya multiphoton mikroskop) gerektirmez, Ayrıca, zaman ve maliyet bir azalma elde edilir.
Tüm deneyler gözenekli membran içinde gerçekleştirilen özel jel veya membran üzerinde kurulan bir kollajen hücre modeli içeren sistemleri ile bir örnek (bariyer) yerleştirin. Moleküler boyutları değişen floresan maddeler (donör) örnek tepesine uygulandı ve nüfuz madde konsantrasyonu Floresans plaka okuyucu kullanarak altta (alıcısı) tespit edildi (bkz. şekil 1). Yöntem doğrulamak ve bu simülasyon doğruluğunu sınamak için özel jelleri üretilen ve bir engel olarak kullanılır. Hydrogels Genel Biyoloji Bilimleri13gözenekli ortamda Difüzyon ve Permeasyon işlemlerinde incelenmesi için kullanılır. Yöntem sonra bir basitleştirilmiş cilt modeli18,19 olan kollajen matrisi birincil fibroblastlar ve insan yetişkin düşük kalsiyum yüksek sıcaklık keratinositler (HaCaT) hücreleri (hücre-matris model), oluşan hücre numaralı seribaşı bir sistem test edildi .
Ayrıca, nüfuz işlemi aracılığıyla akış simülasyonlar Hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile simüle. Bu parametre optimizasyon yoluyla, deneysel verilerden Difüzyon katsayısı hesaplanması, bulundu. Genel olarak, bu simülasyon farklı uygulamalar sunar; Örneğin, üzerinde kısa deney temelinde bir nüfuz işlem tahmin etmek mümkündür ve simülasyon deneyler sayısını önemli ölçüde azaltabilirsiniz.
Deneysel yöntem ve simülasyon bir organ-on-a-chip sistem1,20,21uygulama için tasarlanmış, özellikle 2-organ-çip (2-OC) ticari olarak1,22geliştirilen, 23,24,25. Prensip olarak, membran Ekle sistemlere dayalı herhangi bir organ modeli Permeasyon süreci bu şekilde tanımlanabilir.

<table width="883">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="width:236px;height:20px;">Agarose</td>
			<td style="width:248px;">Carl Roth</td>
			<td style="width:112px;">K297.2</td>
			<td style="width:287px;">High Resolution Powder</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Collagen&#160;</td>
			<td>Serva</td>
			<td>47256.01</td>
			<td>Collagen R solution 0.4 %</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">DMEM</td>
			<td>Lonza (Biozym Scientific GmbH)</td>
			<td>880010-12</td>
			<td>High Glucose with L-Glutamine</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">FCS</td>
			<td>Biochrom GmbH</td>
			<td>S0615 0114F</td>
			<td>Fetal Calf Serum</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Fluorescein Sodium Salt</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>46960-25G-F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Fluorescein Isothiocyanate-dextran</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>46944-500MG</td>
			<td>4000 g/mol</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Fluorescein Isothiocyanate-dextran</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>FD10S-250MG</td>
			<td>10 000 g/mol</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Fluorescein Isothiocyanate-dextran</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>FD20S-250MG</td>
			<td>20 000 g/mol</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Fluorescein Isothiocyanate-dextran</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>FD40S-250MG</td>
			<td>40 000 g/mol</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">HBSS</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>14170120</td>
			<td>no calcium, no magnesium , with phenol red</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">NaOH</td>
			<td>Merck</td>
			<td>1.06467.9010</td>
			<td>granulated</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">PBS&#160;</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>18912-014</td>
			<td>tablets</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Transwell Cell Culture Inserts</td>
			<td>Corning</td>
			<td>3391</td>
			<td>96 well, 0.4 &#181;m pore size</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Transwell Cell Culture Inserts</td>
			<td>Corning (VWR)</td>
			<td>734-1563</td>
			<td>12 well, 0.4 &#181;m pore size</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Trypsin</td>
			<td>Biochrom GmbH</td>
			<td>L2143</td>
			<td>with EDTA</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a method for determination and simulation of permeability and diffusion in a 3d tissue model in a membrane insert system for multi-well plates

Vitro ekili cilt modelleri eczacılık ve kozmetik uygulamaları için giderek ilgili olmuştur ve aynı zamanda ilaç geliştirme yanı sıra madde test kullanılır. Bu modeller çoğunlukla membran ekleme sistemleri, onların geçirgenliği farklı maddelerin önemli bir faktör olan doğru ekili. Genellikle, bu parametrelerin belirlenmesi için uygulanan yöntemler genellikle büyük örneklerin boyutu (örneğin, Franz Difüzyon hücre) veya zahmetli donanımları (örneğin, photobleaching (sıkı BAĞLAMAK) sonra Floresans kurtarma) gerektirir. Bu çalışmada geçirgenlik katsayıları doğrudan membran-INSERT sistemlerinde 4,26 mm ve 12.2 mm (yetiştirme alanı) çapı boyutları ile belirlemek için bir yöntem sunar. Yöntem özel ve kollajen jelleri gibi cilt modelleri temsil eden bir kollajen hücre modeli ile doğrulandı. Farklı moleküler boyutta ve Permeasyon (kollajen jel, fibroblast ve HaCaT oluşan) farklı hücre modelleri aracılığıyla maddelerin nüfuz işlemler doğru bir şekilde açıklanmıştır.
Ayrıca, yukarıda deneysel yöntem desteklemek için bir simülasyon kurulmuştur. Simülasyon küçük moleküler boyutta maddeler için iyi deneysel veriler kadar 14 x 10-10 m Stokes RADIUS ile uyar (4.000 MW), ve bu nedenle sistem açıklamak için bir gelecek vaat eden bir araçtır. Ayrıca, simülasyon deneysel çalışmaları önemli ölçüde azaltabilir ve genişletilemez veya daha karmaşık kurulumları için uyarlanmış için sağlamdır.

Bir simülasyon doğruluğunu değerlendirmek için bir engel yürütülen gibi bir 96-şey zar geçirgenliği deneyler % 2 özel jel sistemiyle yerleştirin. Fluoresein sodyum tuzu (binek) ve floresein isothiocyanate-dextranes (FD) 45 x 10-10 m Stokes RADIUS (376.27-40,000 mol wt) ile 5 x 10-10 m akışkanın maddenin moleküler boyutu etkisini doğrulamak için kullanılmıştır. Simülasyon'ın yerel parametre optimizasyonu simülasyon deneysel verilere uyacak şekilde kullanıldı.
Bu amaçla, sadece doğrusal parçaları simüle geçirgenliği yamaçları deneysel sonuçlar karşılaştırıldı. Küçük moleküler boyutları için simülasyon ve deneysel veriler (bkz. şekil 4a ve 4b rakam) iyi sözleşmede %99,2 için binek ve %80.2 FD 4.000 için... Daha büyük moleküler boyutu yüksek sapmalar korelasyon %50,5 FD 10.000, %79.7 FD 20.000 için ve %53.6 FD 40.000 için gösterilen oluşturulan. Simülasyonlar ilerlemesinde eğri bir gecikme başlangıç ve grafikler (bkz. şekil 4 c-4e) daha fazla seyri daha güçlü bir artış gösterdi.
Geçirgenlik katsayıları ve simüle Difüzyon katsayıları are göstermek içinde Tablo 4. Permeasyon katsayısı ile artan moleküler boyutu azalır. Standart sapma olduğunu 0,47 x 10-8 m/s arasındaki 0.08 x 10-8 m/s (N = 7), hangi denk %4,18 % 46.15 arası mutlak bir hata için. Büyük moleküllerin ile deneyler büyük mutlak hata gösterdi. Simüle Difüzyon katsayıları çok benzer şekilde deneysel geçirgenlik katsayıları için davrandım. Daha büyük Stokes yarıçapı maddelerle gösterdi azalan Difüzyon katsayıları ve mutlak hata %9,09 ve %18.46 arasında değişmektedir (N = 3).
Engelleri bir 12-şey zar içinde sistem eklerken ek Permeasyon deneylerde, dört farklı kollajen hücre modeli türleri kullanılmıştır. Bu modeller bir boş hücre modeli ve kollajen jel ve HaCaT birincil fibroblastlar yüzeyi farklı kombinasyonları ile bir hücre modeli oluştururlar. Aşağıdaki kombinasyonları kullanılmıştır: kollajen (Albay) olarak bir boş hücre modeli, kollajen + fibroblastlar (Albay + F.), kollajen HaCaT (Albay + H.) ve kollajen fibroblastlar +++ HaCaT (Albay + F. + H.). Fluoresein sodyum tuzu DMEM + % 10 FCS ile verici madde olarak kullanılmıştır. Görüntü için analiz Hematoksilen ve Eozin (o) ile boyama kollajen hücre modeli kullanılmıştır. Bu boyama yapıldı üreticinin iletişim kuralını kullanarak. Şekil 5' te, leke temsilcisi Albay + F. + H. modeli ile gösterilir. O biraz kollajen matris doku yapısını leke bırakır. Fibroblastlar matris içinde bulunan ve fibroblast ve HaCaT hücrelerinin çekirdekleri içinde koyu mor lekeli. Kollajen matris üstüne kapsayan bir katman modelinin üst kısmında bina HaCaTs, çekirdekleri olmalıdır birçok çekirdek içeren bir katman vardır.
Tablo 5' te, deneysel Permeasyon katsayıları ve simüle Difüzyon katsayıları listelenmektedir. Bir eğilim HaCaT olmayan modeller ile karşılaştırıldığında daha düşük Permeasyon/Difüzyon katsayıları var HaCaT, modelleriyle çoğu için görülebilir. 10,9 %24,4, nüfuz katsayıları mutlak hatadır ve için Difüzyon katsayıları %5.2-% 12.9.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56412/56412fig1.jpg"> Resim 1: bir membran geçirgenliği deneyde yan görünüm ekleme sistemi. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56412/56412fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56412/56412fig2.jpg"> Resim 2: bir geçirgenlik deneyi örnek grafiğin. Alıcısı konsantrasyon zaman içinde çizilir. İki kesik çizgiler grafik yaklaşık doğrusal parçası braketi. Doğrusal bölümü eğimi permeabilite katsayısı belirlemek için kullanılır. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56412/56412fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56412/56412fig3.jpg"> Şekil 3: geometri ve membran mesh simülasyon sistemi takın. (bir) 96-şey zar geometrisini ekle sistem. (b) 12-şey zar geometrisini ekle sistem. (c) 96-şey zar Mesh ekle sistem. (d) 12-şey zar Mesh ekle sistem. (e) kesit ve membran parametreleri ekleme sistemi. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56412/56412fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56412/56412fig4.jpg"> Şekil 4: Permeasyon deneme deneysel veriler için en iyi duruma getirilmiş simülasyon karşılaştırılması. (bir) fluoresein sodyum tuzu, (b) floresein isothiocyanate-dextran 4.000 mol WT, (c) 10.000 mol WT, (d) 20.000 mol WT ve (e) 40.000 mol WT <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56412/56412fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56412/56412fig5.jpg"> Şekil 5: temsilcisi HE kollajen hücre modeli (kollajen + fibroblastlar + HaCaT) boyama. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56412/56412fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56412/56412fig6.jpg"> Şekil 6: permeabilite katsayısı 1/Stokes RADIUS fluoresein sodyum tuzu ve floresein isothiocyanate-dextran bir 96-şey zar kullanma bir fonksiyonu olarak ekleme sistemi. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56412/56412fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Adı</td>
			<td>Experession için iyi sisteminde 96 mm</td>
			<td>12-şey sistemi mm için Experssion</td>
			<td>Açıklama</td>
		</tr>
<tr>
<td>d_tran</td>
			<td>5.65 [mm]</td>
			<td>14,7 [mm]</td>
			<td>Kuyu çapı</td>
		</tr>
<tr>
<td>d_a</td>
			<td>4.26 [mm]</td>
			<td>12,1 [mm]</td>
			<td>Membran çapı</td>
		</tr>
<tr>
<td>d_w</td>
			<td>8.79 [mm]</td>
			<td>21,97 [mm]</td>
			<td>Alıcısı çapı</td>
		</tr>
<tr>
<td>h_b</td>
			<td>2 [mm]</td>
			<td>2 [mm]</td>
			<td>Yükseklik bariyer</td>
		</tr>
<tr>
<td>h_sp</td>
			<td>1 [mm]</td>
			<td>1 [mm]</td>
			<td>Mesafe arasında iyi ve alt</td>
		</tr>
<tr>
<td>h_a</td>
			<td>4,73 [mm]</td>
			<td>5.24 [mm]</td>
			<td>Alıcısı, yüksek</td>
		</tr>
<tr>
<td>b</td>
			<td>h_b/2</td>
			<td>-</td>
			<td>Daldırma derinlik</td>
		</tr>
<tr>
<td>r</td>
			<td>((d_a)^2+4*b^2)/(8*b)</td>
			<td>-</td>
			<td>RADIUS daldırma Ball+
</td>
		</tr>
<tr>
<td>r_z</td>
			<td>r + h_b</td>
			<td>-</td>
			<td>z-pozisyon daldırma topun+
</td>
		</tr>
</tbody></table>Tablo 1: geometri parametreleri "Kimyasal türler taşıma" simülasyon için. + 96 şey zar jel sadece özel simülasyon için kullanılmak üzere sistem yerleştirin.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Adı</td>
			<td>İfade</td>
			<td>Değer</td>
			<td>Açıklama</td>
		</tr>
<tr>
<td>C_fl</td>
			<td>0,1 [mg/ml]/376.28 [g/mol]</td>
			<td>0.26576 mol/m2
</td>
			<td>Fl.So konsantrasyon.</td>
		</tr>
<tr>
<td>C_4</td>
			<td>2 [mg/ml] / 4000 [g/mol]</td>
			<td>0,5 mol/m2</td>
			<td>FD 4.000 konsantrasyonu</td>
		</tr>
<tr>
<td>C_10</td>
			<td>2 [mg/ml] / 10000 [g/mol]</td>
			<td>0.2 mol/m2</td>
			<td>FD 10.000 konsantrasyonu</td>
		</tr>
<tr>
<td>C_20</td>
			<td>2 [mg/ml] / 20000 [g/mol]</td>
			<td>0,1 mol/m2</td>
			<td>FD 20.000 konsantrasyonu</td>
		</tr>
<tr>
<td>C_40</td>
			<td>2 [mg/ml] / 40000 [g/mol]</td>
			<td>0.05 mol/m2</td>
			<td>FD 40.000 konsantrasyonu</td>
		</tr>
<tr>
<td>Dif_w</td>
			<td>1e-9 [m ^ 2/s]</td>
			<td>1e - 9m2/s</td>
			<td>Su karıştırma Difüzyon katsayısı</td>
		</tr>
</tbody></table>Tablo 2: "Kimyasal türler taşıma" simülasyon fiziksel parametreleri.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Adı</td>
			<td>İfade</td>
			<td>Açıklama</td>
		</tr>
<tr>
<td>C</td>
			<td>Acceptor(c)</td>
			<td>Alıcısı konsantrasyon tanımı</td>
		</tr>
<tr>
<td>D</td>
			<td>D_search * 1e-10</td>
			<td>D faktör değişikliği</td>
		</tr>
</tbody></table>Tablo 3: Parametreler için "En iyi duruma getirme" simülasyon.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Nüfuz</td>
			<td>Permeabilite katsayısı (m/s) x 10-8</td>
			<td>Difüzyon katsayısı (m/s2) x 10-10</td>
			<td>Stokes yarıçap permeate (m) x 10-10</td>
		</tr>
<tr>
<td>Fl.So.</td>
			<td>4.79 ± 0,20</td>
			<td>1,94 ± 0.34</td>
			<td>5</td>
		</tr>
<tr>
<td>FD 4.000</td>
			<td>2.37 ± 0.31</td>
			<td>0.65 ± 0,12</td>
			<td>14</td>
		</tr>
<tr>
<td>FD10, 000</td>
			<td>1,67 ± 0,47</td>
			<td>0.22 ± 0,02</td>
			<td>23</td>
		</tr>
<tr>
<td>FD 20.000</td>
			<td>0.65 ± 0,30</td>
			<td>0.29 ± 0,04</td>
			<td>33</td>
		</tr>
<tr>
<td>FD 40.000</td>
			<td>0,27 ± 0,08</td>
			<td>0.14 ± 0,02</td>
			<td>45</td>
		</tr>
</tbody></table>Tablo 4: geçirgenliği ve Difüzyon katsayısı % 2 özel jel + bir 96-şey zar membran aracılığıyla farklı Stokes RADIUS içeren maddelerin ekleme sistemi. (fluoresein sodyum tuzu Fl. yani, FITC dextran = FD =).
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Modeli</td>
			<td>Permeabilite katsayısı (m/s) x 10-8</td>
			<td>Difüzyon katsayısı (m/s2) x 10-10</td>
		</tr>
<tr>
<td>Albay</td>
			<td>2,18 ± 0,29</td>
			<td>1.22 ± 0,06</td>
		</tr>
<tr>
<td>Albay + F.</td>
			<td>1.77 ± 0,38</td>
			<td>0,93 ± 0,12</td>
		</tr>
<tr>
<td>Albay + H.</td>
			<td>1,64 ± 0,40</td>
			<td>0,96 ± 0,05</td>
		</tr>
<tr>
<td>Albay + F. + H.</td>
			<td>1.65 ± 0.18</td>
			<td>0,88 ± 0,11</td>
		</tr>
</tbody></table>Tablo 5: fluoresein sodyum tuzu kollajen hücre modeli bir 12 üzerinden geçirgenliği ve Difüzyon katsayısı-şey zar sistemi Ekle (Albay = kollajen, Fibroblast, H. F. = HaCaT =).

Watch this Scientific Journal Video about A Method for Determination and Simulation of Permeability and Diffusion in a 3D Tissue Model in a Membrane Insert System for Multi-well Plates at JoVE.com

A Method for Determination and Simulation of Permeability and Diffusion in a 3D Tissue Model in a Membrane Insert System for Multi-well Plates

Bir membran geçirgenliği belirlenmesi için bir yöntem eklemek çok iyi plakaları için sistem ve silico parametre optimizasyonu simülasyon kullanarak Difüzyon katsayıları hesaplanması için sunulmaktadır.

Bir yöntem belirleme geçirgenliği ve Difüzyon bir zarda bir 3D doku modelindeki simülasyonu için ekleme sistemi çok iyi kaplamalar için

In vitro cultivated skin models have become increasingly relevant for pharmaceutical and cosmetic applications, and are also used in drug development as ...

a-method-for-determination-simulation-permeability-diffusion-3d

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

25.0K Görüntüleme.  Hamburg University of Technology. Bir membran geçirgenliği belirlenmesi için bir yöntem eklemek çok iyi plakaları için sistem ve silico parametre optimizasyonu simülasyon kullanarak Difüzyon katsayıları hesaplanması için sunulmaktadır.

Video: A Method for Determination and Simulation of Permeability and Diffusion in a 3D Tissue Model in a Membrane Insert System for Multi-well Plates

A Method for Ovarian Follicle Encapsulation and Culture in a Proteolytically Degradable 3 Dimensional System

The ovarian follicle is the functional unit of the ovary that secretes sex hormones and supports oocyte maturation. In vitro follicle techniques provide a tool to model follicle development in order to investigate basic biology, and are further being developed as a technique to preserve fertility in the clinic1-4. Our in vitro culture system employs hydrogels in order to mimic the native ovarian environment by maintaining the 3D follicular architecture, cell-cell interactions and paracrine signaling that direct follicle development 5. Previously, follicles were successfully cultured in alginate, an inert algae-derived polysaccharide that undergoes gelation with calcium ions6-8. Alginate hydrogels formed at a concentration of 0.25% w/v were the most permissive for follicle culture, and retained the highest developmental competence 9. Alginate hydrogels are not degradable, thus an increase in the follicle diameter results in a compressive force on the follicle that can impact follicle growth10. We subsequently developed a culture system based on a fibrin-alginate interpenetrating network (FA-IPN), in which a mixture of fibrin and alginate are gelled simultaneously. This combination provides a dynamic mechanical environment because both components contribute to matrix rigidity initially; however, proteases secreted by the growing follicle degrade fibrin in the matrix leaving only alginate to provide support. With the IPN, the alginate content can be reduced below 0.25%, which is not possible with alginate alone 5. Thus, as the follicle expands, it will experience a reduced compressive force due to the reduced solids content. Herein, we describe an encapsulation method and an in vitro culture system for ovarian follicles within a FA-IPN. The dynamic mechanical environment mimics the natural ovarian environment in which small follicles reside in a rigid cortex and move to a more permissive medulla as they increase in size11. The degradable component may be particularly critical for clinical translation in order to support the greater than 106-fold increase in volume that human follicles normally undergo in vivo .

A new method for ovarian follicle encapsulation in a 3D fibrin-alginate interpenetrating network is described. This system combines structural support with proteolytic degradation to support the development of immature follicles to produce mature oocytes. This method may be applied to culture cell aggregates to maintain cell-cell contacts without limiting expansion.

Proteolitik Degradable 3 Boyutlu Sistem Yumurtalık Folikül Encapsulation ve Kültür Bir Yöntem

The ovarian follicle is the functional unit of the ovary that secretes sex hormones and supports oocyte maturation. In vitro  follicle techniques provide ...

Biyomühendislik

Creating Two-Dimensional Patterned Substrates for Protein and Cell Confinement

Microcontact printing provides a rapid, highly reproducible method for the creation of well-defined patterned substrates.1 While microcontact printing can be employed to directly print a large number of molecules, including proteins,2 DNA,3 and silanes,4 the formation of self-assembled monolayers (SAMs) from long chain alkane thiols on gold provides a simple way to confine proteins and cells to specific patterns containing adhesive and resistant regions. This confinement can be used to control cell morphology and is useful for examining a variety of questions in protein and cell biology. Here, we describe a general method for the creation of well-defined protein patterns for cellular studies.5 This process involves three steps: the production of a patterned master using photolithography, the creation of a PDMS stamp, and microcontact printing of a gold-coated substrate. Once patterned, these cell culture substrates are capable of confining proteins and/or cells (primary cells or cell lines) to the pattern.
The use of self-assembled monolayer chemistry allows for precise control over the patterned protein/cell adhesive regions and non-adhesive regions; this cannot be achieved using direct protein stamping. Hexadecanethiol, the long chain alkane thiol used in the microcontact printing step, produces a hydrophobic surface that readily adsorbs protein from solution. The glycol-terminated thiol, used for backfilling the non-printed regions of the substrate, creates a monolayer that is resistant to protein adsorption and therefore cell growth.6 These thiol monomers produce highly structured monolayers that precisely define regions of the substrate that can support protein adsorption and cell growth. As a result, these substrates are useful for a wide variety of applications from the study of intercellular behavior7 to the creation of microelectronics.8
While other types of monolayer chemistry have been used for cell culture studies, including work from our group using trichlorosilanes to create patterns directly on glass substrates,9 patterned monolayers formed from alkane thiols on gold are straight-forward to prepare. Moreover, the monomers used for monolayer preparation are commercially available, stable, and do not require storage or handling under inert atmosphere. Patterned substrates prepared from alkane thiols can also be recycled and reused several times, maintaining cell confinement.10

Self-assembled monolayers (SAMs) formed from long chain alkane thiols on gold provide well-defined substrates for the formation of protein patterns and cell confinement. Microcontact printing of hexadecanethiol using a polydimethylsiloxane (PDMS) stamp followed by backfilling with a glycol-terminated alkane thiol monomer produces a pattern where protein and cells adsorb only to the stamped hexadecanethiol region.

Protein ve hücre Etrafının İki Boyutlu Desenli Yüzeyler Oluşturma

Microcontact printing provides a rapid, highly reproducible method for the creation of well-defined patterned substrates.1  While microcontact printing ...

Cellular Lipid Extraction for Targeted Stable Isotope Dilution Liquid Chromatography-Mass Spectrometry Analysis

The metabolism of fatty acids, such as arachidonic acid (AA) and linoleic acid (LA), results in the formation of oxidized bioactive lipids, including numerous stereoisomers1,2. These metabolites can be formed from free or esterified fatty acids. Many of these oxidized metabolites have biological activity and have been implicated in various diseases including cardiovascular and neurodegenerative diseases, asthma, and cancer3-7. Oxidized bioactive lipids can be formed enzymatically or by reactive oxygen species (ROS). Enzymes that metabolize fatty acids include cyclooxygenase (COX), lipoxygenase (LO), and cytochromes P450 (CYPs)1,8. Enzymatic metabolism results in enantioselective formation whereas ROS oxidation results in the racemic formation of products.
While this protocol focuses primarily on the analysis of AA- and some LA-derived bioactive metabolites; it could be easily applied to metabolites of other fatty acids. Bioactive lipids are extracted from cell lysate or media using liquid-liquid (l-l) extraction. At the beginning of the l-l extraction process, stable isotope internal standards are added to account for errors during sample preparation. Stable isotope dilution (SID) also accounts for any differences, such as ion suppression, that metabolites may experience during the mass spectrometry (MS) analysis9. After the extraction, derivatization with an electron capture (EC) reagent, pentafluorylbenzyl bromide (PFB) is employed to increase detection sensitivity10,11. Multiple reaction monitoring (MRM) is used to increase the selectivity of the MS analysis. Before MS analysis, lipids are separated using chiral normal phase high performance liquid chromatography (HPLC). The HPLC conditions are optimized to separate the enantiomers and various stereoisomers of the monitored lipids12. This specific LC-MS method monitors prostaglandins (PGs), isoprostanes (isoPs), hydroxyeicosatetraenoic acids (HETEs), hydroxyoctadecadienoic acids (HODEs), oxoeicosatetraenoic acids (oxoETEs) and oxooctadecadienoic acids (oxoODEs); however, the HPLC and MS parameters can be optimized to include any fatty acid metabolites13.
Most of the currently available bioanalytical methods do not take into account the separate quantification of enantiomers. This is extremely important when trying to deduce whether or not the metabolites were formed enzymatically or by ROS. Additionally, the ratios of the enantiomers may provide evidence for a specific enzymatic pathway of formation. The use of SID allows for accurate quantification of metabolites and accounts for any sample loss during preparation as well as the differences experienced during ionization. Using the PFB electron capture reagent increases the sensitivity of detection by two orders of magnitude over conventional APCI methods. Overall, this method, SID-LC-EC-atmospheric pressure chemical ionization APCI-MRM/MS, is one of the most sensitive, selective, and accurate methods of quantification for bioactive lipids.

This protocol will demonstrate the extraction and analysis of free and esterified bioactive fatty acids from cells. Fatty acids are accurately quantified using stable isotope dilution, chiral liquid chromatography, electron capture atmospheric chemical ionization multiple reaction monitoring mass spectrometry (SID-LC-ECAPCI-MRM/MS).

Hücresel Lipid Ekstraksiyon Hedefli Kararlı İzotop Seyreltme Sıvı Kromatografi-Kütle Spektrometresi Analizi

The metabolism of fatty acids, such as arachidonic acid (AA) and linoleic acid (LA), results in the formation of oxidized bioactive lipids, including ...

Tissue Engineering of a Human 3D in vitro Tumor Test System

Cancer is one of the leading causes of death worldwide. Current therapeutic strategies are predominantly developed in 2D culture systems, which inadequately reflect physiological conditions in vivo. Biological 3D matrices provide cells an environment in which cells can self-organize, allowing the study of tissue organization and cell differentiation. Such scaffolds can be seeded with a mixture of different cell types to study direct 3D cell-cell-interactions. To mimic the 3D complexity of cancer tumors, our group has developed a 3D in vitro tumor test system.	
	Our 3D tissue test system models the in vivo situation of malignant peripheral nerve sheath tumors (MPNSTs), which we established with our decellularized porcine jejunal segment derived biological vascularized scaffold (BioVaSc). In our model, we reseeded a modified BioVaSc matrix with primary fibroblasts, microvascular endothelial cells (mvECs) and the S462 tumor cell line. For static culture, the vascular structure of the BioVaSc is removed and the remaining scaffold is cut open on one side (Small Intestinal Submucosa SIS-Muc). The resulting matrix is then fixed between two metal rings (cell crowns).	
	Another option is to culture the cell-seeded SIS-Muc in a flow bioreactor system that exposes the cells to shear stress. Here, the bioreactor is connected to a peristaltic pump in a self-constructed incubator. A computer regulates the arterial oxygen and nutrient supply via parameters such as blood pressure, temperature, and flow rate. This setup allows for a dynamic culture with either pressure-regulated pulsatile or constant flow.	
	In this study, we could successfully establish both a static and dynamic 3D culture system for MPNSTs. The ability to model cancer tumors in a more natural 3D environment will enable the discovery, testing, and validation of future pharmaceuticals in a human-like model.

Tissue Engineering of a Human 3D in vitro Tumor Test System

Methods to create human 3D tumor tissues as test systems are described. These technologies are based on a decellularized Biological Vascularized Scaffold (BioVaSc), primary human cells and a tumor cell line, which can be cultured under static as well as under dynamic conditions in a flow bioreactor.

İnsan 3D Doku Mühendisliği<em&gt; In vitro</em&gt; Tümör Test Sistemi

Cancer is one of the leading causes of death worldwide.  Current therapeutic strategies are predominantly developed in 2D culture  systems, which ...

Systematic Analysis of In Vitro Cell Rolling Using a Multi-well Plate Microfluidic System

A major challenge for cell-based therapy is the inability to systemically target a large quantity of viable cells with high efficiency to tissues of interest following intravenous or intraarterial infusion. Consequently, increasing cell homing is currently studied as a strategy to improve cell therapy. Cell rolling on the vascular endothelium is an important step in the process of cell homing and can be probed in-vitro using a parallel plate flow chamber (PPFC). However, this is an extremely tedious, low throughput assay, with poorly controlled flow conditions. Instead, we used a multi-well plate microfluidic system that enables study of cellular rolling properties in a higher throughput under precisely controlled, physiologically relevant shear flow1,2. In this paper, we show how the rolling properties of HL-60 (human promyelocytic leukemia) cells on P- and E-selectin-coated surfaces as well as on cell monolayer-coated surfaces can be readily examined. To better simulate inflammatory conditions, the microfluidic channel surface was coated with endothelial cells (ECs), which were then activated with tumor necrosis factor-&#945; (TNF-&#945;), significantly increasing interactions with HL-60 cells under dynamic conditions. The enhanced throughput and integrated multi-parameter software analysis platform, that permits rapid analysis of parameters such as rolling velocities and rolling path, are important advantages for assessing cell rolling properties in-vitro. Allowing rapid and accurate analysis of engineering approaches designed to impact cell rolling and homing, this platform may help advance exogenous cell-based therapy.

Systematic Analysis of In Vitro Cell Rolling Using a Multi-well Plate Microfluidic System

This study used a multi-well plate microfluidic system, significantly increasing throughput of cell rolling studies under physiologically relevant shear flow. Given the importance of cell rolling in the multi-step cell homing cascade and the importance of cell homing following systemic delivery of exogenous populations of cells in patients, this system offers potential as a screening platform to improve cell-based therapy.

Sistematik Analizi<em&gt; In Vitro</emÇok-çukurlu plaka mikroakışkan Sistemi ile&gt; Hücre Rolling

A major challenge for cell-based therapy is the inability to systemically target a large quantity of viable cells with high efficiency to tissues of ...

Generation of a Three-dimensional Full Thickness Skin Equivalent and Automated Wounding

In vitro models are a cost effective and ethical alternative to study cutaneous wound healing processes. Moreover, by using human cells, these models reflect the human wound situation better than animal models. Although two-dimensional models are widely used to investigate processes such as cellular migration and proliferation, models that are more complex are required to gain a deeper knowledge about wound healing. Besides a suitable model system, the generation of precise and reproducible wounds is crucial to ensure comparable results between different test runs. In this study, the generation of a three-dimensional full thickness skin equivalent to study wound healing is shown. The dermal part of the models is comprised of human dermal fibroblast embedded in a rat-tail collagen type I hydrogel. Following the inoculation with human epidermal keratinocytes and consequent culture at the air-liquid interface, a multilayered epidermis is formed on top of the models. To study the wound healing process, we additionally developed an automated wounding device, which generates standardized wounds in a sterile atmosphere.

The goal of this protocol is to build up a three-dimensional full thickness skin equivalent, which resembles natural skin. With a specifically constructed automated wounding device, precise and reproducible wounds can be generated under maintenance of sterility.

Üç-boyutlu Tam Kalınlığı Deri Üretimi Eşdeğer ve Otomatik Yaralama

In vitro models are a cost effective and ethical alternative to study cutaneous wound healing processes. Moreover, by using human cells, these models ...

Production, Characterization and Potential Uses of a 3D Tissue-engineered Human Esophageal Mucosal Model

The incidence of both esophageal adenocarcinoma and its precursor, Barrett&#8217;s Metaplasia, are rising rapidly in the western world. Furthermore esophageal adenocarcinoma generally has a poor prognosis, with little improvement in survival rates in recent years. These are difficult conditions to study and there has been a lack of suitable experimental platforms to investigate disorders of the esophageal mucosa.
A model of the human esophageal mucosa has been developed in the MacNeil laboratory which, unlike conventional 2D cell culture systems, recapitulates the cell-cell and cell-matrix interactions present in vivo and produces a mature, stratified epithelium similar to that of the normal human esophagus. Briefly, the model utilizes non-transformed normal primary human esophageal fibroblasts and epithelial cells grown within a porcine-derived acellular esophageal scaffold. Immunohistochemical characterization of this model by CK4, CK14, Ki67 and involucrin staining demonstrates appropriate recapitulation of the histology of the normal human esophageal mucosa.
This model provides a robust, biologically relevant experimental model of the human esophageal mucosa. It can easily be manipulated to investigate a number of research questions including the effectiveness of pharmacological agents and the impact of exposure to environmental factors such as alcohol, toxins, high temperature or gastro-esophageal refluxate components. The model also facilitates extended culture periods not achievable with conventional 2D cell culture, enabling, inter alia, the study of the impact of repeated exposure of a mature epithelium to the agent of interest for up to 20 days. Furthermore, a variety of cell lines, such as those derived from esophageal tumors or Barrett&#8217;s Metaplasia, can be incorporated into the model to investigate processes such as tumor invasion and drug responsiveness in a more biologically relevant environment.

This manuscript describes the production, characterization and potential uses of a tissue engineered 3D esophageal construct prepared from normal primary human esophageal fibroblast and squamous epithelial cells seeded within a de-cellularized porcine scaffold. The results demonstrate the formation of a mature stratified epithelium similar to the normal human esophagus.

3D Doku mühendisliği İnsan Özofagus Mukozal Modeli Üretimi, Karakterizasyonu ve Potansiyel Kullanımları

The incidence of both esophageal adenocarcinoma and its precursor, Barrett&#8217;s Metaplasia, are rising rapidly in the western world. Furthermore ...

Planar Gradient Diffusion System to Investigate Chemotaxis in a 3D Collagen Matrix

The importance of cell migration can be seen through the development of human life. When cells migrate, they generate forces and transfer these forces to their surrounding area, leading to cell movement and migration. In order to understand the mechanisms that can alter and/or affect cell migration, one can study these forces. In theory, understanding the fundamental mechanisms and forces underlying cell migration holds the promise of effective approaches for treating diseases and promoting cellular transplantation. Unfortunately, modern chemotaxis chambers that have been developed are usually restricted to two dimensions (2D) and have complex diffusion gradients that make the experiment difficult to interpret. To this end, we have developed, and describe in this paper, a direct-viewing chamber for chemotaxis studies, which allows one to overcome modern chemotaxis chamber obstacles able to measure cell forces and specific concentration within the chamber in a 3D environment to study cell 3D migration. More compelling, this approach allows one to successfully model diffusion through 3D collagen matrices and calculate the coefficient of diffusion of a chemoattractant through multiple different concentrations of collagen, while keeping the system simple and user friendly for traction force microscopy (TFM) and digital volume correlation (DVC) analysis.

Cell migration is an important part of human development and life. In order to understand the mechanisms that can alter cell migration, we present a planar gradient diffusion system to investigate chemotaxis in a 3D collagen matrix, which allows one to overcome modern diffusion chamber limitations of existing assays.

Planar Gradient Difüzyon Sistemi 3D Kollajen Matrix Kemotaksis Araştırma

The importance of cell migration can be seen through the development of human life. When cells migrate, they generate forces and transfer these forces to ...

A Combined 3D Tissue Engineered In Vitro/In Silico Lung Tumor Model for Predicting Drug Effectiveness in Specific Mutational Backgrounds

In the present study, we combined an in vitro 3D lung tumor model with an in silico model to optimize predictions of drug response based on a specific mutational background. The model is generated on a decellularized porcine scaffold that reproduces tissue-specific characteristics regarding extracellular matrix composition and architecture including the basement membrane. We standardized a protocol that allows artificial tumor tissue generation within 14 days including three days of drug treatment. Our article provides several detailed descriptions of 3D read-out screening techniques like the determination of the proliferation index Ki67 staining&#39;s, apoptosis from supernatants by M30-ELISA and assessment of epithelial to mesenchymal transition (EMT), which are helpful tools for evaluating the effectiveness of therapeutic compounds. We could show compared to 2D culture a reduction of proliferation in our 3D tumor model that is related to the clinical situation. Despite of this lower proliferation, the model predicted EGFR-targeted drug responses correctly according to the biomarker status as shown by comparison of the lung carcinoma cell lines HCC827 (EGFR -mutated, KRAS wild-type) and A549 (EGFR wild-type, KRAS-mutated) treated with the tyrosine-kinase inhibitor (TKI) gefitinib. To investigate drug responses of more advanced tumor cells, we induced EMT by long-term treatment with TGF-beta-1 as assessed by vimentin/pan-cytokeratin immunofluorescence staining. A flow-bioreactor was employed to adjust culture to physiological conditions, which improved tissue generation. Furthermore, we show the integration of drug responses upon gefitinib treatment or TGF-beta-1 stimulation - apoptosis, proliferation index and EMT - into a Boolean in silico model. Additionally, we explain how drug responses of tumor cells with a specific mutational background and counterstrategies against resistance can be predicted. We are confident that our 3D in vitro approach especially with its in silico expansion provides an additional value for preclinical drug testing in more realistic conditions than in 2D cell culture.

A Combined 3D Tissue Engineered In Vitro/In Silico Lung Tumor Model for Predicting Drug Effectiveness in Specific Mutational Backgrounds

We present a three-dimensional (3D) lung cancer model based on a biological collagen scaffold to study sensitivity towards non-small-cell-lung-cancer-(NSCLC)-targeted therapies. We demonstrate different read-out techniques to determine the proliferation index, apoptosis and epithelial-mesenchymal transition (EMT) status. Collected data are integrated into an in silico model for prediction of drug sensitivity.

Kombine bir 3D doku mühendisliği<em&gt; İn Vitro</em&gt; /<em&gt; Siliko</emSpesifik mutasyonel Arka İlaç Etkinliği tahmin için&gt; Akciğer Tümör Modeli

In the present study, we combined an in vitro 3D lung tumor model with an in silico model to optimize predictions of drug response based on a specific ...

Fabrication of Custom Agarose Wells for Cell Seeding and Tissue Ring Self-assembly Using 3D-Printed Molds

Engineered tissues are being used clinically for tissue repair and replacement, and are being developed as tools for drug screening and human disease modeling. Self-assembled tissues offer advantages over scaffold-based tissue engineering, such as enhanced matrix deposition, strength, and function. However, there are few available methods for fabricating 3D tissues without seeding cells on or within a supporting scaffold. Previously, we developed a system for fabricating self-assembled tissue rings by seeding cells into non-adhesive agarose wells. A polydimethylsiloxane (PDMS) negative was first cast in a machined polycarbonate mold, and then agarose was gelled in the PDMS negative to create ring-shaped cell seeding wells. However, the versatility of this approach was limited by the resolution of the tools available for machining the polycarbonate mold. Here, we demonstrate that 3D-printed plastic can be used as an alternative to machined polycarbonate for fabricating PDMS negatives. The 3D-printed mold and revised mold design is simpler to use, inexpensive to produce, and requires significantly less agarose and PDMS per cell seeding well. We have demonstrated that the resulting agarose wells can be used to create self-assembled tissue rings with customized diameters from a variety of different cell types. Rings can then be used for mechanical, functional, and histological analysis, or for fabricating larger and more complex tubular tissues.

This protocol describes a platform for fabricating self-assembled tissue rings in variable sizes using a customized 3D-printed plastic mold. PDMS negatives are cured in the 3D-printed mold; then agarose is cast in the cured PDMS negatives. Cells are seeded into the resulting agarose wells where they aggregate into tissue rings.

Hücre tohum için özel özel Wells ve kendinden montajlı 3D baskı kalıpları kullanarak doku yüzük imalatı

Engineered tissues are being used clinically for tissue repair and replacement, and are being developed as tools for drug screening and human disease ...