Mikrofluidiset Organ-on-a-Chip-järjestelmät nykyaikaisessa solututkimuksessa

Abstract

Tässä kirjallisuustutkielmassa perehdytään mikrofluidisten Organ-on-a-Chip-järjestelmien (lyhyemmin OOC-järjestelmien) hyödyntämiseen nykyaikaisessa solututkimuksessa. Niiden toiminta perustuu pitkään kemian laboratoriossa käytössä olleille Lab-on-a-Chip-laitteille (lyhyemmin LOC-laitteille), joista ensimmäiset olivat millifluidisia (kanavien koko yli 200 µm halkaisijaltaan). Mikrofluidinen järjestelmä on tutkimuksen ja teknologian käytännön työkalu, joka hyödyntää erittäin pieniä, 10–100 mikrometrin kanavia, sekä hyvin pieniä tilavuuksia fluidista ainetta aina 10–9 litrasta tilavuuteen 10–18 litraa. Täysin mikrofluidisen järjestelmän aikaansaaminen nykyaikaisilla menetelmillä on edelleen haastavaa. Esimerkiksi useiden 3D-printtereiden tarkkuus rajoittuu millifluidiseen teknologiaan. On kuitenkin atomien, molekyylien ja kokonaisten solujen käyttäytymiseen liittyviä ilmiöitä, joita voidaan havaita vain mikrokoon järjestelmien avulla. Mikrofluidisten järjestelmien pääasiallisten sovelluskohteiden määrittäminen sekä niiden tuominen kaupalliseen käyttöön vaatii edelleen laajaa innovatiivista kehitystyötä.

Organ-on-a-Chip-laitteissa hyödynnetään yleisesti mikrofluidiikkaa. OOC-laite on soluviljelylaite, jonka avulla voidaan tutkia ja mallintaa solujen sekä kudosten käyttäytymistä. Se perustuu samoihin periaatteisiin kuin LOC-laitteet, mutta käytännön sovellukset tähtäävät solututkimuksen laadun parantamiseen. OOC-laitteiden avulla yhä useammat orgaanista ainetta tutkivat koejärjestelmät voidaan tehdä solumallien avulla, jolloin eläinkokeiden ja kliinisten tutkimusten tarve vähenee huomattavasti. Se myös mahdollistaa solututkimuksen käyttöön fysiologisesti tarkemmat, sekä todenmukaisemmat, mikroympäristön olosuhteet perinteiseen petrimaljaviljelyyn verrattuna. OOC-laitteilla on mahdollista tutkia ja mallintaa in vitro soluja, elimiä tai kokonaista elimistöä. Myös kokonaisia eliöitä on voitu tutkia in vivo.