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Trotz dieser Vorteile gibt es jedoch auch deutliche Nachteile, die mit dem Übergang von In-vivo-Systemen (Tiersystemen) zu In-vitro-Systemen einhergehen, von denen die bemerkenswerteste der Verlust der Komplexität in zellulären Umgebungen ist. Die biomechanischen Hinweise, die die zelluläre Entwicklung und die Funktion auf Organebene definieren, sind sehr facettenreich und schwer vollständig auf relativ vereinfachten, zweidimensionalen Zellkulturen zu rekapitulieren (Huh et al., 2011). Darüber hinaus begrenzt allein die Tatsache, Zellen in zwei Dimensionen zu untersuchen, die Ähnlichkeit mit in vivo menschlichen Zellen. Diese Faktoren haben die Entwicklung von 3D-Zellkulturen vorangetrieben, so dass die gleichzeitige Kultivierung mehrerer Zelltypen in einer Vielzahl von Materialien ermöglicht wurde, die die extrazelluläre In-vivo-Matrix (ECM) simulieren sollen (Kim und Rajagopalan, 2010). Mit den jüngsten Fortschritten bei mikrofluidischen Techniken und Geräten kann die 3D-Zellkultivierungsmethodik um eine Reihe vielseitiger Techniken erweitert werden, um die Rekapitulation von Funktionen auf Organebene in vitro noch weiter zu rekapitulieren. Dazu gehört die Möglichkeit der kontinuierlichen Durchblutung von Medien und die Auferlegung kontrollierter Flüssigkeits- und Feststoff-Mechanische Spannungen auf kultivierte Zellen, um die biochemischen und biomechanischen Mikroumgebungen in vivo nachzubilden. Die aus der Verschmelzung geborenen Geräte wurden als Organe auf Chip bezeichnet und bieten ein großes Potenzial, die Art und Weise, wie menschliche Pathologien untersucht werden, zu revolutionieren. Für eine umfassendere Ansicht auf Organ-on-Chip im Allgemeinen klicken Sie hier. Die mikrofluidischen Fähigkeiten, die mit Mikrofluidik mitgebracht werden, sind besonders interessant für die Rekapitulation der Lunge, die eine hochmechanische Umgebung aufweist, nicht zuletzt wegen der Kräfte, die Zellen mit der Gewebedehnung auferlegt werden, die sich aus der Atmung ergibt. In diesem kurzen Überblick diskutieren wir die Ursprünge und die Entwicklung von Lungen-auf-einem-Chip-Plattformen aus einer mikrofluidischen Design- und Implementierungsperspektive. Einen Blick auf ein vergleichsweise hochmodernes LOC werfen sie hier ein. Abbildung 1: Mechanisch aktives Lungen-auf-Chip-Gerät. Das dreischichtige PDMS-Gerät besteht aus zwei zentralen Kammern, die durch eine dünne poröse Membran getrennt sind, die mit alveolaren Epithelzellen auf der einen Seite und vaskulären Endothelzellen auf der anderen Seite gesät ist.

Eine Luftflüssigkeitsschnittstelle wird durch strömungsluftim oberen, alveolarkanaligen Kanal hergestellt. Wie dargestellt, kann Vakuum auf die Seitenkammern aufgebracht werden, um die elastischen PDMS-Wände und damit die Membran zu verformen. Dies dient zur unidirektionalen Dehnung der Zellen und simuliert die Dehnung, die während der Expansion und Kontraktion der Alveolen im menschlichen Körper durchgemacht wird. Entnommen aus Huh, D., Matthews, B.D., Mammoto, A., Montoya-Zavala, M., Hsin, H.Y., Ingber, D.E., 2010. Rekonstituierende Organ-Level-Lungenfunktionen auf einem Chip. Wissenschaft 328, 1662–1668. doi.org/10.1126/science.1188302 Hassell, B.A., Goyal, G., Lee, E., Sontheimer-Phelps, A., Levy, O., Chen, C.S., Ingber, D.E., 2017.