Biossensor Avançado Permite Monitoramento de Oxigênio em Tempo Real em Órgãos-em-Chip

Biossensor Avançado Permite Monitoramento de Oxigênio em Tempo Real em Órgãos-em-Chip

O conceito de órgão-em-chip cria estruturas biológicas em pequena escala que imitam uma função específica de órgão, como transferir oxigênio do ar para a corrente sanguínea da mesma forma que um pulmão faz. O objetivo é usar esses órgãos-em-chip — também chamados de modelos microfisiológicos — para agilizar testes de alta taxa para avaliar toxicidade ou avaliar a eficácia de novos medicamentos.

Mas, embora a pesquisa de órgão-em-chip tenha feito avanços significativos nos últimos anos, um obstáculo para o uso dessas estruturas é a falta de ferramentas projetadas para realmente recuperar dados do sistema. Formas existentes de coletar dados são realizar um bioensaio, histologia ou usar alguma outra técnica que envolve destruir o tecido. O que é necessário são ferramentas que forneçam um meio de coletar dados em tempo real sem afetar a operação do sistema.

Os níveis de oxigênio variam amplamente pelo corpo; por exemplo, em um adulto saudável, o tecido pulmonar tem uma concentração de oxigênio de cerca de 15%, enquanto o revestimento interno do intestino é em torno de 0%. Isso é importante porque o oxigênio afeta diretamente a função do tecido. Para saber como um órgão vai se comportar normalmente, níveis "normais" de oxigênio devem ser mantidos no órgão-em-chip ao conduzir experimentos. Isso significa monitorar níveis de oxigênio não apenas no ambiente imediato do órgão-em-chip, mas também em seu tecido.

Para enfrentar esses desafios, um biossensor foi desenvolvido que permite aos pesquisadores rastrear níveis de oxigênio em tempo real em sistemas de órgão-em-chip, tornando possível garantir que tais sistemas imitem mais de perto a função de órgãos reais. Isso é essencial se órgãos-em-chip esperam atingir seu potencial em aplicações como testes de medicamentos e toxicidade.

A chave para o biossensor é um gel fosforescente que emite luz infravermelha após ser exposto à luz infravermelha. Mas o tempo de atraso entre quando o gel é exposto à luz e quando emite o flash de eco varia, dependendo da quantidade de oxigênio em seu ambiente. Quanto mais oxigênio há, menor o tempo de atraso. Esses tempos de atraso duram apenas microssegundos, mas monitorando esses tempos, os pesquisadores podem medir a concentração de oxigênio até décimos de porcento.

Para que o biossensor funcione, uma camada fina do gel deve ser incorporada em um órgão-em-chip durante sua fabricação. Como a luz infravermelha pode passar através do tecido, um "leitor" — que emite luz infravermelha e mede o flash de eco do gel fosforescente — é usado para monitorar níveis de oxigênio no tecido repetidamente, com tempos de atraso medidos em microssegundos.

O biossensor foi testado com sucesso em andaimes tridimensionais usando células epiteliais de mama humanas para modelar tecido saudável e canceroso. O próximo passo é incorporá-lo em um sistema que faça ajustes automaticamente para manter a concentração de oxigênio desejada.