O biossensor permite o monitoramento de oxigênio em tempo real para Organs-On-A-Chip

O conceito de organ-on-a-chip cria estruturas biológicas em pequena escala que imitam a função de um órgão específico, como a transferência de oxigênio do ar para a corrente sanguínea da mesma maneira que um pulmão. O objetivo é usar esses órgãos em um chip – também chamados de modelos microfisiológicos – para agilizar testes de alto rendimento para avaliar a toxicidade ou avaliar a eficácia de novos medicamentos.

Mas, embora a pesquisa de organ-on-a-chip tenha feito avanços significativos nos últimos anos, um obstáculo ao uso dessas estruturas é a falta de ferramentas projetadas para realmente recuperar dados do sistema. As formas existentes de coleta de dados são realizar um bioensaio, histologia ou usar alguma outra técnica que envolva a destruição do 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 em todo o corpo; por exemplo, em um adulto saudável, o tecido pulmonar tem uma concentração de oxigênio de cerca de 15 por cento, enquanto o revestimento interno do intestino é de cerca de 0 por cento. Isso é importante porque o oxigênio afeta diretamente a função do tecido. Para saber como um órgão vai se comportar normalmente, os níveis “normais” de oxigênio devem ser mantidos no órgão em um chip ao realizar experimentos. Isso significa monitorar os níveis de oxigênio não apenas no ambiente imediato do órgão em um chip, mas também em seu tecido.

Para enfrentar esses desafios, foi desenvolvido um biossensor que permite aos pesquisadores rastrear os níveis de oxigênio em tempo real em sistemas organ-on-a-chip, tornando possível garantir que tais sistemas imitem mais de perto a função de órgãos reais. Isso é essencial se os órgãos em um chip esperam atingir seu potencial em aplicações como testes de drogas 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 o momento em que o gel é exposto à luz e o momento em que emite o flash de eco varia, dependendo da quantidade de oxigênio em seu ambiente. Quanto mais oxigênio houver, menor será 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 por cento.

Para que o biossensor funcione, uma fina camada do gel deve ser incorporada em um organ-on-a-chip durante sua fabricação. Como a luz infravermelha pode passar pelo tecido, um “leitor” – que emite luz infravermelha e mede o flash ecoante do gel fosforescente – é usado para monitorar os 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 da mama humana para modelar tecidos saudáveis ​​e cancerosos. O próximo passo é incorporá-lo a um sistema que automaticamente faz ajustes para manter a concentração de oxigênio desejada.