Resistencia Eléctrica Transepithelial (TEER) para Plataformas de Órganos en Chip
Las mediciones de Resistencia Eléctrica Transepithelial (TEER) juegan un papel vital en la evaluación de la función de barrera, la integridad tisular y las interacciones célula-célula en plataformas Organ-on-Chip (OoC). Medir TEER aplicando una pequeña corriente AC a través de una monocapa de células y midiendo la resistencia a esa corriente proporciona información valiosa sobre la relevancia fisiológica y la funcionalidad de los modelos in vitro, permitiendo a los investigadores estudiar respuestas específicas de órganos, mecanismos de enfermedades y efectos de fármacos mientras las células crecen en un microambiente controlado. Este artículo explorará las aplicaciones de TEER en configuraciones OoC, aspectos críticos de las mediciones TEER en sistemas microfisiológicos, y los desafíos y limitaciones que deben superarse para aprovechar plenamente el potencial de esta tecnología en plataformas OoC.
Por Adrienne L. Watson, PhD, Directora Científica de WPI
Aplicaciones de TEER en Plataformas OoC
Control de Calidad en Manufactura
Las mediciones TEER se utilizan frecuentemente para establecer los parámetros base de un sistema OoC antes de un experimento. Al monitorear regularmente los valores TEER en varias etapas de producción, los fabricantes pueden evaluar la consistencia y reproducibilidad de las propiedades de la barrera celular en múltiples dispositivos OoC. TEER puede medir la porosidad de una membrana dentro de una configuración OoC y también puede determinar cuándo las células sembradas han formado una barrera madura y están listas para las pruebas. A medida que las aplicaciones OoC se escalan y estandarizan, la importancia de implementar control de calidad en el proceso de manufactura se vuelve aún más crítica, y TEER es una forma sencilla y rentable de asegurar que los sistemas OoC se fabriquen correctamente y cumplan con las especificaciones.
Evaluación de la Función de Barrera
La medición TEER se usa ampliamente para evaluar las propiedades de barrera de capas celulares epiteliales y endoteliales en modelos OoC. Al monitorear los cambios en los valores TEER a lo largo del tiempo, los investigadores pueden evaluar la hermeticidad de las uniones celulares, la permeabilidad de las barreras y la integridad de las estructuras tisulares. Las mediciones TEER son esenciales para estudiar el transporte de fármacos, respuestas inmunitarias y la progresión de enfermedades en plataformas OoC específicas de órganos.
Estudios de Permeabilidad de Fármacos
La medición TEER es fundamental para estudiar la permeabilidad de fármacos a través de barreras epiteliales y endoteliales, como la barrera hematoencefálica, el epitelio intestinal y el epitelio alveolar pulmonar. Los cambios en los valores TEER pueden indicar alteraciones en la función de barrera, mecanismos de transporte de fármacos y respuestas celulares a agentes farmacológicos. Las mediciones TEER proporcionan datos cuantitativos sobre la absorción, distribución, metabolismo y excreción de fármacos en modelos OoC, facilitando el cribado de fármacos y pruebas de toxicidad.
Modelado de Enfermedades y Fisiopatología
La medición TEER permite a los investigadores monitorear cambios en tejidos de barrera asociados con condiciones patológicas, cambios patológicos y respuestas inflamatorias en modelos OoC. Al monitorear los valores TEER en tiempo real, los investigadores pueden simular condiciones específicas de enfermedades, como inflamación, infección y daño tisular, para estudiar mecanismos de enfermedad e intervenciones terapéuticas. Las mediciones TEER ofrecen información sobre la progresión de la enfermedad, remodelación tisular y eficacia de fármacos en plataformas OoC específicas de órganos.
Aspectos Críticos de las Mediciones TEER en Plataformas OoC
Configuración de Electrodos
Las mediciones TEER en plataformas OoC se realizan típicamente usando configuraciones de electrodos tipo pinza que aplican una pequeña corriente eléctrica a través de la capa celular y miden la resistencia resultante. Estos electrodos tipo pinza son dispositivos manuales que se insertan en el OoC para medir TEER en cualquier momento. Estas configuraciones de medición TEER funcionan bien para sistemas donde los puntos de tiempo están espaciados ampliamente (días-semanas) y pueden permitir lecturas de mayor rendimiento, aunque manuales. Aunque cada OoC está diseñado de manera diferente, solo unos pocos parámetros necesitan optimizarse para que los electrodos tipo pinza funcionen para la medición TEER. Estos son la distancia entre electrodos y la profundidad a la que los electrodos deben introducirse en el chip. Una vez determinados esos parámetros, se pueden fabricar pinzas personalizadas para medir TEER en muchos sistemas OoC. Debido a que estos electrodos son reutilizables, el costo de esta solución es mucho menor.
Monitoreo en Tiempo Real
Las mediciones TEER pueden realizarse en tiempo real usando espectroscopía de impedancia y técnicas de medición que dependen de electrodos integrados dentro del sistema OoC. El monitoreo en tiempo real de los valores TEER permite a los investigadores evaluar cambios dinámicos en la función de barrera, respuestas celulares y efectos de fármacos en plataformas OoC. Las mediciones continuas de TEER proporcionan datos temporales valiosos sobre el comportamiento celular, la integridad tisular y las interacciones con fármacos en modelos específicos de órganos. En sistemas donde TEER se mide de forma continua y en tiempo real, los sistemas de electrodos integrados deben ser altamente personalizados según la geometría del sistema OoC, la ubicación de las capas microfluídicas y la disposición de las cámaras celulares. Los materiales para estos electrodos integrados suelen ser oro o platino y permiten lecturas continuas y a largo plazo en chips. Parámetros como el material del electrodo, tamaño y geometría del electrodo, y técnicas para depositar electrodos metálicos sobre vidrio deben optimizarse para cada OoC.
Desafíos y Limitaciones de la Tecnología TEER en Plataformas OoC
Personalización
Cada sistema OoC está diseñado de forma única, haciendo que el tipo de TEER (pinza versus integrado) sea único para cada sistema, y el diseño de los electrodos también debe personalizarse para proporcionar las mejores mediciones TEER en cada sistema. Aunque muchos de los parámetros clave han sido establecidos, cada OoC debe ser probado y validado para asegurar que las mediciones TEER sean reproducibles y confiables.
Variabilidad y Sensibilidad
Las mediciones TEER en plataformas OoC pueden mostrar variabilidad y sensibilidad a las condiciones experimentales, tipos celulares y ambientes de cultivo. Factores como fluctuaciones de temperatura, composición del medio y posicionamiento de electrodos pueden afectar los valores TEER e introducir errores de medición en estudios OoC. La estandarización de los protocolos de medición TEER y las medidas de control de calidad son esenciales para minimizar la variabilidad y asegurar la reproducibilidad en plataformas OoC.
Análisis de Célula Única
Las mediciones TEER en modelos OoC proporcionan valores de resistencia global a través de capas celulares, limitando la capacidad de realizar análisis de célula única y evaluar la heterogeneidad dentro de poblaciones celulares. Obtener mediciones TEER espacialmente resueltas y caracterizar respuestas celulares individuales en plataformas OoC puede mejorar la comprensión de las interacciones celulares, propiedades de barrera y respuestas a fármacos en modelos tisulares complejos.
Estabilidad a Largo Plazo
Las mediciones TEER en plataformas OoC pueden mostrar cambios en los valores de resistencia durante períodos prolongados de cultivo, afectando la confiabilidad y consistencia de los datos obtenidos en estudios a largo plazo. Mantener la viabilidad celular, la función de barrera y la integridad tisular en modelos OoC es crítico para asegurar la estabilidad a largo plazo de las mediciones TEER y la relevancia de los resultados experimentales en plataformas específicas de órganos.
En conclusión, la medición TEER sirve como una herramienta valiosa para evaluar la función de barrera, la permeabilidad de fármacos y la integridad tisular en plataformas OoC. Al monitorear los valores TEER en tiempo real, los investigadores pueden estudiar respuestas específicas de órganos, mecanismos de enfermedades y efectos de fármacos en un microambiente controlado. A pesar de sus aplicaciones y beneficios, la tecnología TEER en plataformas OoC enfrenta limitaciones relacionadas con la variabilidad, sensibilidad, análisis de célula única y estabilidad a largo plazo, todas las cuales están siendo activamente abordadas. Superar estos desafíos y avanzar en las técnicas de medición TEER en la investigación OoC puede mejorar la confiabilidad, reproducibilidad y valor predictivo de los modelos in vitro para el desarrollo de fármacos, modelado de enfermedades y aplicaciones de medicina personalizada.
Referencias
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