Vascularization in organ- and body-on-a-chip platforms
Kallio, Sanna (2023)
Kallio, Sanna
2023
Bioteknologian ja biolääketieteen tekniikan kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Biotechnology and Biomedical Engineering
Lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunta - Faculty of Medicine and Health Technology
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-03-20
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202302242631
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202302242631
Tiivistelmä
In tissue culture, soluble molecules such as gases, nutrients and waste are transported by diffusion. This limits the size of the tissue: if the dimensions of the tissue construct exceed the diffusion range, the inner parts of the tissue are deprived of nutrients. In the human body, long distance transport is covered by blood circulation. Vascularization of cultured tissue can help achieve adequate mass transport throughout tissue engineered constructs.
Organ- and body-on-a-chip platforms are cell culture devices based on microfluidics, i.e., manipulation of small volumes of fluids. In comparison to traditional cell and tissue culture, the on-chip devices allow precise control of environmental parameters, such as perfusion of medium, and require only small amounts of reagents. The development of vascular networks is largely dependent on blood flow. Therefore, organ-on-a-chip platforms with controlled flow conditions are especially suitable in studies involving vascularization.
This bachelor’s thesis discusses methods to build vasculature in organ-on-a-chip platforms. One of the two main approaches is guided self-organization of endothelial cells into vascular networks, mimicking the angiogenic processes in vivo. In the other approach, a pre-patterned blood vessel scaffold is fabricated first and then seeded with cells. In addition to research on blood vessel development and function, vascularized organ-on-a-chip devices can be applied in improving in vitro organ models and connecting multiple models together as body-on-a-chip platforms. Because nearly every human tissue type includes vasculature, it can be considered an essential component in all future in vitro models of human biology. Kudosviljelyssä liukoiset molekyylit, kuten ravinteet, kaasut ja metaboliajäte, kulkeutuvat diffuusion avulla. Tämä rajoittaa kudosviljelmän kokoa: diffuusio ei ulotu liian suuren kudoskappaleen sisäosiin, jolloin ne eivät saa tarvitsemiaan ravinteita. Elimistössä molekyylit kulkeutuvat pitkiä matkoja verenkierron välityksellä. Vaskularisaatio eli verisuonituksen lisääminen kudosviljelmään edesauttaa tehokasta ravinteiden ja kaasujen kuljetusta.
Kudos- ja monikudosmallinnuksella (engl. organ- ja body-on-a-chip) tarkoitetaan mikrofluidistiikkaan perustuvia solukasvatuslaitteistoja. Verrattuna perinteiseen soluviljelyyn niiden etuja ovat kasvatusolosuhteiden, kuten nestevirtauksen, tarkka säätely sekä pieni reagenssien kulutus. Veren virtaus ja sen aiheuttamat voimat säätelevät verisuoniston kehitystä, minkä vuoksi organ-on-a-chip-laitteistot soveltuvat hyvin verisuonitettujen kudosmallien kasvattamiseen.
Kandidaatintyö selvittää ja kuvaa keinoja, joilla verisuonitusta voidaan rakentaa organ-on-a-chip-malleihin. Pääasiallisia lähestymistapoja on kaksi: endoteelisoluja voidaan ohjata järjestäytymään itse verkostoksi mukaillen luonnollista angiogeneesiä, tai solut voidaan istuttaa valmiiksi muotoiltuun verisuonistoa muistuttavaan tukirakenteeseen. Verisuoniston kehityksen ja toiminnan tutkimisen lisäksi verisuonitettuja organ-on-a-chip-laitteistoja voidaan hyödyntää kudosmallien elinkelpoisuuden ja toiminnallisuuden parantamiseen sekä useiden elinmallien yhdistämiseen. Koska lähes jokaisessa ihmisen kudostyypissä on verisuonitusta, vaskularisaatiota olisi hyvä hyödyntää yhä useammissa in vitro -kudosmalleissa.
Organ- and body-on-a-chip platforms are cell culture devices based on microfluidics, i.e., manipulation of small volumes of fluids. In comparison to traditional cell and tissue culture, the on-chip devices allow precise control of environmental parameters, such as perfusion of medium, and require only small amounts of reagents. The development of vascular networks is largely dependent on blood flow. Therefore, organ-on-a-chip platforms with controlled flow conditions are especially suitable in studies involving vascularization.
This bachelor’s thesis discusses methods to build vasculature in organ-on-a-chip platforms. One of the two main approaches is guided self-organization of endothelial cells into vascular networks, mimicking the angiogenic processes in vivo. In the other approach, a pre-patterned blood vessel scaffold is fabricated first and then seeded with cells. In addition to research on blood vessel development and function, vascularized organ-on-a-chip devices can be applied in improving in vitro organ models and connecting multiple models together as body-on-a-chip platforms. Because nearly every human tissue type includes vasculature, it can be considered an essential component in all future in vitro models of human biology.
Kudos- ja monikudosmallinnuksella (engl. organ- ja body-on-a-chip) tarkoitetaan mikrofluidistiikkaan perustuvia solukasvatuslaitteistoja. Verrattuna perinteiseen soluviljelyyn niiden etuja ovat kasvatusolosuhteiden, kuten nestevirtauksen, tarkka säätely sekä pieni reagenssien kulutus. Veren virtaus ja sen aiheuttamat voimat säätelevät verisuoniston kehitystä, minkä vuoksi organ-on-a-chip-laitteistot soveltuvat hyvin verisuonitettujen kudosmallien kasvattamiseen.
Kandidaatintyö selvittää ja kuvaa keinoja, joilla verisuonitusta voidaan rakentaa organ-on-a-chip-malleihin. Pääasiallisia lähestymistapoja on kaksi: endoteelisoluja voidaan ohjata järjestäytymään itse verkostoksi mukaillen luonnollista angiogeneesiä, tai solut voidaan istuttaa valmiiksi muotoiltuun verisuonistoa muistuttavaan tukirakenteeseen. Verisuoniston kehityksen ja toiminnan tutkimisen lisäksi verisuonitettuja organ-on-a-chip-laitteistoja voidaan hyödyntää kudosmallien elinkelpoisuuden ja toiminnallisuuden parantamiseen sekä useiden elinmallien yhdistämiseen. Koska lähes jokaisessa ihmisen kudostyypissä on verisuonitusta, vaskularisaatiota olisi hyvä hyödyntää yhä useammissa in vitro -kudosmalleissa.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8709]