Biosensor permite el monitoreo de oxígeno en tiempo real para Organs-On-A-Chip

El concepto de órgano en un chip crea estructuras biológicas a pequeña escala que imitan la función de un órgano específico, como la transferencia de 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. Las formas existentes de recopilar datos son realizar un bioensayo, histología o usar alguna otra técnica que implique la destrucción del tejido. Lo que se necesita son herramientas que proporcionen un medio para recopilar datos en tiempo real sin afectar el funcionamiento del sistema.

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 alrededor del 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. Para saber cómo se va a comportar normalmente un órgano, se deben mantener niveles de oxígeno "normales" en el órgano en un chip cuando se realizan experimentos. Esto significa controlar los niveles de oxígeno no solo en el entorno inmediato del órgano en un chip, sino también en su tejido.

Para enfrentar estos desafíos, se desarrolló un biosensor que permite a los investigadores rastrear los niveles de oxígeno en tiempo real en los sistemas de órganos en un chip, lo que permite garantizar que dichos sistemas imiten más de cerca la función de los órganos reales. Esto es esencial si los órganos en un chip esperan alcanzar su potencial en aplicaciones tales como pruebas de toxicidad y drogas.

La clave del biosensor es un gel fosforescente que emite luz infrarroja después de haber sido expuesto a la luz infrarroja. 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, más corto es el tiempo de retraso. Estos tiempos de retraso duran solo microsegundos, pero al monitorear esos tiempos, los investigadores pueden medir la concentración de oxígeno hasta décimas de un porcentaje.

Para que el biosensor funcione, se debe incorporar una capa delgada del gel en un órgano en un chip durante su fabricación. Debido a que la luz infrarroja puede pasar a través del tejido, se usa un "lector", que emite luz infrarroja y mide el eco del gel fosforescente, para monitorear los niveles de oxígeno en el tejido repetidamente, con tiempos de retraso medidos en microsegundos.

El biosensor ha sido probado con éxito en andamios tridimensionales utilizando células epiteliales de mama humana para modelar tanto tejido sano como canceroso. El siguiente paso es incorporarlo a un sistema que automáticamente hace ajustes para mantener la concentración de oxígeno deseada.