Integrating biological vasculature into a multi-organ-chip microsystem

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作者
Katharina Schimek,Mathias Busek,Sven Brincker,Benjamin Groth,Silke Hoffmann,Roland Lauster,G Lindner,Alexandra Lorenz,Ulrike Menzel,Frank Sonntag,Heike Walles,Uwe Marx,Reyk Horland
出处
期刊:Lab on a Chip [Royal Society of Chemistry]
卷期号:13 (18): 3588-3588 被引量:177
标识
DOI:10.1039/c3lc50217a
摘要

A chip-based system mimicking the transport function of the human cardiovascular system has been established at minute but standardized microsystem scale. A peristaltic on-chip micropump generates pulsatile shear stress in a widely adjustable physiological range within a microchannel circuit entirely covered on all fluid contact surfaces with human dermal microvascular endothelial cells. This microvascular transport system can be reproducibly established within four days, independently of the individual endothelial cell donor background. It interconnects two standard tissue culture compartments, each of 5 mm diameter, through microfluidic channels of 500 μm width. Further vessel branching and vessel diameter reduction down to a microvessel scale of approximately 40 μm width was realised by a two-photon laser ablation technique applied to inserts, designed for the convenient establishment of individual organ equivalents in the tissue culture compartments at a later time. The chip layout ensures physiological fluid-to-tissue ratios. Moreover, an in-depth microscopic analysis revealed the fine-tuned adjustment of endothelial cell behaviour to local shear stresses along the microvasculature of the system. Time-lapse and 3D imaging two-photon microscopy were used to visualise details of spatiotemporal adherence of the endothelial cells to the channel system and to each other. The first indicative long-term experiments revealed stable performance over two and four weeks. The potential application of this system for the future establishment of human-on-a-chip systems and basic human endothelial cell research is discussed.
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