Polmone su chip

lung-chip

Il polmone su chip è il frutto della combinazione delle più moderne tecniche di microfluidica ed ingegneria tissutale e costituisce un sistema in vitro in grado di mimare la biologia (sia in termini biochimici che meccanici) del polmone umano in vivo.

Si tratta di un dispositivo di microfluidica realizzato su una micro-lastra di vetro trasparente e costituito da tre micro-canali paralleli. Quello centrale è separato in due metà, inferiore e superiore, da una membrana porosa, sui due lati della quale si trovano due strati di cellule umane, rispettivamente cellule endoteliali dei capillari e cellule di rivestimento degli alveoli polmonari. Metà canale dunque funziona da via aerea e metà da vaso sanguigno e le due vie sono in stretta adesione tra loro, proprio come accade nei polmoni veri. I due canali laterali hanno invece una funzione meccanica e servono a simulare i movimenti respiratori quando nel dispositivo viene creato il vuoto.

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Il sistema è stato testato provando a riprodurre gli effetti che si verificano in vivo (sull’uomo) dopo somministrazione di IL-2, utilizzata come chemioterapico nel trattamento di alcuni tumori e che può provocare edema polmonare come importante effetto avverso. Quando nel “vaso sanguigno” del chip è stata introdotta IL-2 in quantità paragonabili a quelle usate in ambito clinico,  è stata osservata, come atteso,  la comparsa di fluido e coaguli nella via aerea, similmente a quanto avviene in vivo. Inoltre, è stato osservato che questo effetto diventa ancora più marcato quando il dispositivo mima i movimenti respiratori. Ciò ha permesso anche di comprendere i meccanismi patogenetici alla base del problema ed all’identificazione di potenziali terapie (Huh et al. 2012). Il modello è stato recentemente utilizzato con successo per modellare anche altre patologie e condizioni (Punde et al. 2015, Stucki et al. 2015)).

Video: https://www.youtube.com/watch?t=105&v=52IL9gemyDw

Riferimenti bibliografici

  1. Huh, D. C. Leslie, B. D. Matthews, J. P. Fraser, S. Jurek, G. A. Hamilton, K. S. Thorneloe, M. A. McAlexander, D. E. Ingber, A Human Disease Model of Drug Toxicity–Induced Pulmonary Edema in a Lung-on-a-Chip Microdevice. Sci. Transl. Med. 4, 159ra147 (2012).
  2. Punde TH  Wu WH, Lien PC, Chang YL, Kuo PH, Chang MD, Lee KY, Huang CD, Kuo HP, Chan YF, Shih PC, Liu CH.  A biologically inspired lung-on-a-chip device for the study of protein-induced lung inflammation. Integr Biol (Camb). 2015 Feb;7(2):162-9.
  3. Stucki AO, Stucki JD, Hall SR, Felder M, Mermoud Y, Schmid RA, Geiser T, Guenat OT. A lung-on-a-chip array with an integrated bio-inspired respiration mechanism. Lab Chip. 2015 Mar 7
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