用于测量内皮屏障完整性的丝网印刷电极
寺崎生物医学创新研究所 (TIBI) 开发了一种新型芯片器官装置，用于测量跨内皮屏障的电阻。该芯片将碳基丝网印刷电极整合到多层微流控芯片中，通过简单且经济高效的方法制造。
内皮细胞排列在身体的血管和淋巴管上，并形成屏障层，控制液体和物质进出血管和周围组织的流动。对内皮屏障在健康和疾病状态中发挥的关键作用(尤其是血脑屏障)的研究提示需要体外模型来进行研究和治疗药物开发。
用于此类研究的典型传感器测量跨内皮电阻 (TEER)，这是内皮屏障强度和完整性的主要指标。将 TEER 传感器整合到芯片器官中，可以在模拟体内内皮屏障的体外模型中实时测量 TEER。
然而，这些模型缺乏标准化。众所周知，TEER 测量很难准确获得，并且可能会受到温度和设备设计以及电极形状和位置变化的影响。
电极制造也存在固有的缺点。常用的一种方法是将铂丝插入芯片中。这种手动组装导致吞吐量和一致性有限。另一种使用金属材料物理气相沉积到基材上的方法可以避免这些问题，但需要微加工设施和特殊培训。除了制造之外，还应考虑电极材料的成本和可用性，因为这些可能差异很大。
考虑到这些因素，TIBI 团队选择使用市售的廉价印刷组件将电极丝网印刷到芯片上。这些组件类似于用于 T 恤丝网印刷的组件，包括丝网印刷框架、碳墨和刮刀。制备了更经济的薄纸模板来代替丝网印刷模板。打印后，压印被热固化，形成牢固粘附的碳基电极，该电极既导电又具有生物相容性。
在设计他们的设备时，该团队选择了一种不太常用的塑料，称为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，因为它的特性有利于快速和可扩展的制造方法，而且它的亲水(“亲水”)性质可以避免不必要的损失。将某些疏水(“防水”)分子吸附到其表面上。
该芯片包括一个用于生长细胞屏障的多孔膜，夹在两个 PMMA 层之间，而 PMMA 层又夹在两个包含 PMMA 层的丝网印刷电极之间。该团队采用混合方法粘合 PMMA 层，该方法具有牢固的密封性并防止泄漏，同时避免芯片微流体层的变形和堵塞。
为了测试该芯片，将脑内皮细胞层培养到多孔膜上，并通过实验测量了体外屏障的 TEER 值四天。将这些数据与此类内皮屏障的其他 TEER 值进行比较，并且存在良好的相关性，随着更多细胞生长和强化屏障，测量的 TEER 值增加。此外，引入破坏屏障的炎症蛋白导致 TEER 值降低，进一步验证了新芯片获得的测量结果。
TIBI 科学家的这项概念验证工作可以很好地实现自动化和标准化，例如，有可能使芯片适应板格式以及利用喷墨打印进行电极制造。虽然可能需要额外的特定于应用的优化，但它具有多功能性，可用于不同用途的各种细胞类型和几何设计。
TIBI 董事兼首席执行官 Ali Khademhosseini 博士表示：“我们克服了为片上器官设备创建 TEER 传感器所面临的挑战，迈出了重要的一步。” “这可能会导致各种研究应用和治疗药物开发的更大技术扩展。”
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