جزیره روی تراشه

جزیره روی یک تراشه:

ابزارهای میکروسیال برای تشریح متابولیسم و ​​عملکرد جزایر

جزایر پانکراس بافت‌هایی به اندازه میکرون فعال متابولیکی هستند
که مسئول کنترل گلوکز خون از طریق ترشح انسولین و گلوکاگون هستند. از دست دادن توده جزایر عملکردی منجر به دیابت نوع 1 و 2 می شود. دستگاه‌های جزیره روی یک تراشه ابزارهای میکروسیالی قدرتمندی هستند که برای به دام انداختن و مطالعه جزایر پانکراس در انسان و موش زنده و ارگانوئیدهای جزایر بالقوه مشتق از سلول‌های بنیادی استفاده می‌شوند . دستگاه‌هایی که در بیست سال گذشته ساخته شده‌اند، توانایی درمان جزایر با ریزمحیط‌های کنترل‌شده و پویا را برای تقلید از شرایط in vivo و تسهیل تحقیقات دیابت ارائه می‌دهند.
جزایر پانکراس که به طور مساوی در سراسر پانکراس توزیع شده اند،مسئول کنترل گلوکز خون از طریق ترشح تنظیم شده انسولین و گلوکاگون هستند. جزایر با استفاده از هضم کلاژناز برای تحقیقات دیابت و درمان دیابت از طریق پیوند از پانکراس جدا می شوند .
دستگاه های جزیره روی تراشه به دلیل ارتباط آنها با دیابت نوع 1 و 2 معمولاً بر روی اندازه گیری ترشح انسولین از سلول های β متمرکز هستند.
بیشتر دستگاه‌های جزیره‌ای روی تراشه برای ارزیابی ترشح انسولین طراحی شده‌اند. در محیط‌های آکادمیک، این دستگاه‌ها به دلیل توانایی آن‌ها در تطبیق جزایر منفرد یا چندگانه، هدفشان ارائه یک بستر مقرون‌به‌صرفه و قابل تنظیم برای بررسی تحقیقات فرضیه‌محور است.
از دستگاه‌های جزیره‌ای روی تراشه برای اندازه‌گیری اثرات سیتوکین‌های پیش التهابی، که معمولاً توسط ماکروفاژها در طول پیشرفت T1D و T2D ترشح می‌شوند، بر عملکرد جزایر استفاده می شود. جالب است که این دستگاه‌ها در کاربردهای بالینی نیز نوید قابل توجهی دارند، جایی که این دستگاه‌ها می‌توانند برای ارزیابی جزایر اهداکننده و ارگانوئیدهای جزایر مشتق شده از سلول‌های بنیادی قبل از پیوند برای درمان دیابت نوع 1 (T1D) استفاده شوند. دستگاه های جزیره روی یک تراشه نیز برای طیف وسیعی از کاربردها فراتر از اندازه گیری ترشح انسولین طراحی شده اند. به عنوان مثال، آنها برای اندازه گیری سایر هورمون های ترشح شده از جزایر مانند گلوکاگون طراحی شده اند. آنها همچنین برای افزایش بازده انتقال ویروسی و اندازه گیری نرخ مصرف O 2 (OCR) طراحی شده اند . این کاربردهای گسترده قدرت جزیره روی یک تراشه را هنگام جفت شدن با میکروسکوپ برای تصویربرداری سلول زنده نشان می دهد. تصویربرداری سلول های زنده از پاسخ های جزایر مانند NAD(P)H، Ca2 + -influx و OCR در صورت همراه شدن با ترشح انسولین می تواند بینش دقیق تری را در مورد عملکرد جزایر به پزشکان و محققان ارائه دهد.
یکی از اولین دستگاه‌های جزیره‌ای روی تراشه، پساب جزایر جمع‌آوری‌شده را برای تشخیص انسولین تولید کرد. این دستگاه و بسیاری دیگر که به دنبال آن ساخته شده‌اند، مزایای بسیاری نسبت به معیارهای کلاسیک ترشح انسولین از جمله کاهش هزینه‌های سنجش با استفاده از معرف کم (nL-μL) و شماره جزیره‌ها و همچنین اتوماسیون، موازی‌سازی و قابلیت‌های توان عملیاتی بالا را ارائه می‌دهند. با توجه به این پتانسیل، هیچ روش جزیره ای روی یک تراشه به طور گسترده توسط جامعه تحقیقاتی جزایر گسترده تر استفاده نمی شود. این امر احتمالاً به دلیل پیچیدگی و تخصص مهندسی مورد نیاز برای ساخت، بهره برداری و عیب یابی دستگاه و همچنین توان و هزینه کم برای اتخاذ یک تکنیک جدید است. این ابزارها باید فراتر از اندازه گیری ترشح انسولین از بافت حرکت کنند، اما در عوض باید بینش منحصر به فردی مانند ارتباط متابولیسم جزایر با ترشح انسولین را ارائه دهند. بنابراین، برای پذیرفته شدن توسط جامعه وسیع‌تر، دستگاه‌های آینده باید هم ساده باشند و هم سنجش‌های چندپارامتری عملکرد جزایر را ترکیب کنند.

نتیجه گیری

فناوری جزیره روی یک تراشه در حال حاضر راه های زیادی را برای کشف متابولیسم جزایر و ترشح انسولین به کاربران ارائه می دهد. این دستگاه‌های میکروسیالی برای بی‌حرکت کردن جزایر، امکان کنترل دقیق تبادل رسانه‌ها را فراهم می‌کنند، در حالی که ابزاری برای نظارت بر عملکرد جزایر از طریق سنجش زمانی ترشح انسولین فراهم می‌کنند. قدرت واقعی دستگاه‌های جزیره‌ای روی یک تراشه در سازگاری آنها با میکروسکوپ است. در مرحله اول، این به کاربران اجازه می دهد تا تفاوت های مورفولوژیکی بین جزایر، قبل و بعد از درمان، از جمله اندازه گیری های مربوط به اندازه را بررسی کنند. ثانیا، میکروسکوپ را می توان با انبوهی از رنگ های فلورسنت و حسگرهای رمزگذاری شده ژنتیکی برای کشف پاسخ های متابولیکی و الکتریکی در پشت ترشح جزایر استفاده کرد. در نهایت، میکروسکوپ دسترسی به تکنیک‌های دیگر مانند سنجش ایمنی مبتنی بر الکتروفورز مویرگی، میکروسیال‌های قطره‌ای، FAIA روی تراشه و بازخوانی‌های چندپارامتری را حفظ می‌کند.

اکثریت بزرگی از دستگاه های جزیره روی یک تراشه برای اندازه گیری ترشح از چند جزیره طراحی شده اند. این استراتژی منجر به استفاده از جزایر کمتر در مقایسه با روش‌های پریفیوژن کلاسیک شده است، اما مشخص نیست که آیا این دستگاه‌ها وضوح تشخیص را به طور قابل توجهی بهبود بخشیده و هزینه‌ها را کاهش داده‌اند، زیرا بسیاری هنوز به کیت‌های ELISA خارج از تراشه تکیه می‌کنند. همچنین شواهد فزاینده ای وجود دارد که نشان می دهد ناهمگنی جزایر برای فیزیولوژی و پاتوفیزیولوژی طبیعی دیابت نوع 1 و نوع 2 حیاتی است. 106-112 از دست دادن ترشح فاز اول انسولین نیز یکی از مشخصه های هر دو بیماری است. بنابراین، دستگاه‌های جزیره‌ای روی یک تراشه در آینده باید بر روی اندازه‌گیری ترشح انسولین از جزایر جداگانه با وضوح زمانی بالا متمرکز شوند. در نهایت، این منجر به ابزارهایی می‌شود که بینش منحصربه‌فردی را در مورد ناهمگونی جزایر ارائه می‌کنند، که برای درک ما از اختلال عملکرد جزایر در T2D و با پیشرفت این زمینه به سمت غربالگری جزایر برای درمان T1D حیاتی خواهد بود. در این راستا، توسعه دستگاه‌هایی با توان عملیاتی بالا که قادر به اندازه‌گیری همزمان ترشح انسولین و متابولیسم ( به عنوان مثال ، OCR) جزایر جداگانه هستند، نوید بزرگی برای کاربردهای بالینی دارد.

Reference

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/lc/d3lc00696d