灌流式、多参数、实时代谢监测

细胞、组织、类器官代谢分析仪—IMOLA-IVD

 

      德国cellasys提供的灌流式、多参数、实时代谢监测的细胞、组织、类器官代谢分析仪—IMOLA-IVD，是一种基于生物芯片的微生理参数测量系统，对活细胞、组织、类器官的代谢和形态进行无标记实时监测，搭配自动化灌流系统进行换液或者加药，可以实现几天或几周的连续测量，研究药物对活细胞、组织、类器官的影响以及移除药物后的恢复和再生效应。 我们的细胞、组织、类器官代谢分析仪通过生物芯片技术，可以在体外直接研究活细胞或组织、器官在培养过程种的多个参数的变化，包括细胞外酸化（pH）、细胞呼吸（pO2、pCO2）和形态学（电阻）。整个测量过程无需标记、多通道平行进行、连续检测、实时记录。

 

 

      细胞代谢主要是指细胞从环境中摄取营养物质，消化吸收后排放出降解物或杂质。大多数碳水化合物，例如葡萄糖，都是细胞的营养物质。在有氧条件下，葡萄糖被细胞摄取后在胞浆内转变成丙酮酸，然后进入三羧酸循环代谢，最终变成二氧化碳并产生能量；在缺氧条件下，葡萄糖在细胞内代谢为乳酸以提供能量。总体而言，细胞代谢增强时，葡萄糖的消耗增加，酸性的代谢产物也相应增加，反之亦然。此外，外界环境因素对贴壁细胞的作用经常影响到细胞的粘附和融合度，而细胞的粘附状态是与细胞骨架的组织性和膜的完整性相关的，如果受到环境因素干扰，细胞则会改变其粘附方式，可能变圆或完全脱离基底。因此，监测这些参数就能很好的了解细胞、组织、类器官生长过程中的细胞生理状态和代谢行为。

      德国cellasys公司推出的细胞、组织、类器官代谢分析仪—IMOLA-IVD非常适合与于监测细胞、组织、类器官的代谢过程的各种生理学指标，包括产酸，产氧，贴壁电阻，温度。可以单独控制每一个样品的溶液,分别有6个独立的灌流泵来控制每个通道的灌流系统，保证每个通道的独立性，可以连续长时间监测6种细胞、组织、类器官的生理活动和代谢情况。

 

     
      德国cellasys的细胞、组织、类器官代谢分析仪—IMOLA-IVD，采用的是芯片技术，而不是通用的光学检测技术，其检测灵敏度更高，检测时间更长，而且这两个产品都有密闭的灌流系统，可以适时更换溶液，适合长时间检测细胞、组织、类器官的生理行为变化，以及观察外界条件（加药等）处理后的细胞/组织/类器官的再生等效应。
    多个传感器芯片并联平行工作；
    非侵入式、实时无标记监测；
    pH值、O2消耗率、细胞外酸度、贴壁电阻四参数同时测量；
    独特的灌流系统可实现随时换液；

        德国cellasys的细胞、组织、类器官代谢分析仪—IMOLA-IVD最大可配备6通道，6通道每个孔都有独立灌流和换液的功能，非常适合做长时间的胞、组织、类器官代谢的观测、再生医学，组织工程学、类器官药理学评价、类器官药物安全性评估以及干细胞研究等。

 

应用案例

1. 毒理动力学（细胞/组织/类器官）

      监测培养的活细胞/组织/类器官代谢分析的活力是阐明化学物质的毒理动力学效应的关键。汞的毒性作用是通过纤维母细胞胞外酸化率来检测的，毒素被去除后，细胞恢复了。细胞类型：3T3成纤维细胞，贴壁细胞。

 

      10%十二烷基硫酸钠溶液(7次稀释)对成纤维细胞的毒性作用可以通过细胞阻抗(Z)来解释。细胞类型：L929成纤维细胞，贴壁细胞。

      有了自动灌流系统，在活体类似的情况下，可以映射到体外实验。细胞外酸化率用于评估1%十二烷基硫酸钠溶液对HepG2肝球蛋白的毒性。细胞类型：Hep-G2肝癌球体细胞。

 

 

      表皮(RhE)是在保持临界气液界面的形成的，实时测量跨表皮细胞层电阻（TEER）。细胞类型：人类表皮细胞（RhE）， transwell细胞小室。

 

2. 药物开发（细胞/组织/类器官）

      可以研究新药对细胞/组织/类器官代谢和生理形态的影响。测定了抗肿瘤药物牛蒡根素对PANC-1细胞系的影响，记录了实时生物电阻的变化。细胞类型：PANC-1人胰腺癌，贴壁细胞。

 

3. 环境监测（细胞/组织/类器官）

      以藻类的代谢活性为指标来进行水质监测。本例显示了克氏小球藻在被苯嗪草酮污染后光合活性的降低，去除毒素后光合活性的恢复。细胞类型：chlorella kesslerialgae小球藻，悬浮细胞。

 

4. 再生医学研究（细胞/组织/类器官）

      胰岛，特别是产生胰岛素的beta细胞，可以在不同的营养供应条件下表现出不同的代谢活性。在再生医学研究中，beta细胞或胰岛的代谢测量可以反映其活力和功能能力。在该实验中，当暴露于相当于生理上低血糖和高血糖水平的葡萄糖浓度时，可检测到beta细胞系INS-1E的代谢活动出现明显区别变化，反应了不同条件下的胰岛素分泌。细胞类型:INS-1E，beta细胞系，贴壁细胞。

      为了研究藻类生产生物燃料的潜力，可以在不同的环境条件下监测藻类的代谢活性。藻类在光照环境下，进行光合作用，产生氧气；当在黑暗的条件下，消耗更多的氧气。细胞类型：本地藻类，悬浮细胞。

 

5. 个体医疗（细胞/组织/类器官）

      为了在治疗前评估药物的有效性，可以测试药物对病人的细胞/组织/类器官的代谢学影响。

 

6.食品药品安全评估（细胞/组织/类器官）

      为了研究食品、药品及添加剂的作用，可以监测细胞/组织/类器官与添加剂之间的相互作用，以及食品、药品及添加剂对细胞/组织/类器官的毒理作用和生理学行为的学影响。

 

工作原理

      微生理测量法监测活细胞、组织、类器官的代谢活动。除了监测细胞呼吸和细胞外酸化，细胞粘附和形态参数同样提供了很多关于生命活动的有价值的信息。我们的生物芯片集成了微型传感器来评估这些参数，确保了高灵敏度和稳定性，并且该方法是无需标记，并实时连续提供多个参数的数据。使用DALiA客户端3.1应用程序，可以对测量过程进行编程并记录数据。

      IMOLA-IVD技术可以分析由自动化灌流系统之中的生物芯片所获取的代谢数据，数据来源于用新鲜的细胞培养基或培养基的成分。

 

细胞类型:

      针对所有类型的培养物提供不同的合适的配件；

         对于特殊实验还可以通过对生物芯片的涂层来优化培养效果；

      悬浮细胞、贴壁细胞、球体、Transwell细胞培养小室；

         细胞、组织、类器官；

 

 

发表的文献：

FOURIER ANALYSIS IN MICROPHYSIOMETRY

28. January 2019/by webadmin

Wiest, J In Advances in Medicine and Biology 136, Nova Science Publisher, Inc., 2019, ISBN: 978-1-53613-722-3

 

FETAL BOVINE SERUM (FBS): PAST – PRESENT – FUTURE

20. January 2018/by webadmin

van der Valk, J., Bieback, K., Buta, C., Cochrane, B., Dirks, W., Fu, J., Hickman, J., Hohensee, C., Kolar, R., Liebsch (2018)

 

Proliferation characteristics of cells cultured under periodic versus static conditions.

Cytotechnology, 2018, doi:10.1007/s10616-018-0263-z

4. December 2018/by webadmin

Gilbert, D.F., Mofrad, S.A., Friedrich, O., Wiest, J.:

 

Skin-on-a-Chip: Transepithelial Electrical Resistance and Extracellular Acidification Measurements through an Automated Air-Liquid Interface.

21. February 2018/0 Comments/in Publications /by webadmin

Genes, 9(2), 114; doi:10.3390/genes9020114

Alexander F.A., Eggert S., Wiest J. (2018)

 

Microphysiometry

6. February 2018/0 Comments/in Publications /by webadmin

Brischwein M., Wiest J. (2018). In: Bioanalytical Reviews. Springer, Berlin, Heidelberg, https://doi.org/10.1007/11663_2018_2

 

A novel lab-on-a-chip platform for spheroid metabolism monitoring.

17. October 2017/0 Comments/in Publications /by webadmin

Alexander F.A., Eggert S., Wiest J. (2018)   Cytotechnology, 70/1, 375-386, https://doi.org/10.1007/s10616-017-0152-x

 

Biology-inspired microphysiological system approaches to solve the prediction dilemma of substance testing

31. May 2017/0 Comments/in Publications /by webadmin

2017 ALTEX award winner

(The members of the ALTEX Board, Editorial Board and Editorial Office elect the winner of the annual award out of all main articles published in the previous year)

Marx, U. et al.:, ALTEX, 2016, 33/3, 272-321 DOI: 10.14573/altex.1603161

 

Data processing in cellular microphysiometry

30. November 2016/0 Comments/in Publications /by webadmin

Wiest, J. et al.: IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2016, 63/11, 2368-2375, DOL 10.1109/TBME.20162533868

 

Cellular Assays with Multiparametric Bioelectronic Sensor Chips

30. November 2016/0 Comments/in Publications /by webadmin

Wiest, J. et al.: Chimia, 2005, 59/5, 243-246

 

Cellular signaling: aspects for tumor diagnosis and therapy

29. November 2016/0 Comments/in Publications /by webadmin

Wolf, B. et al.: Biomedizinische Technik, 2007, 52, 164-168, DOI 10.1515/BMT.2007.030

 

Intelligent Mobile Lab for Metabolics in Environmental Monitoring

29. November 2016/0 Comments/in Publications /by webadmin

Wiest, J. et al.: Analytical Letters, 2006, 39, 8, 1759-1771

 

Label-free monitoring of whole cell vitality

29. November 2016/0 Comments/in Publications /by webadmin

Weiss, D. et al.: 35th Annual International Conference of the IEEE EMBS, Osaka, Japan, 3 – 7 July, 2013, 1607-1610

 

Chemisch definiert – ein zellbasierter Zytotoxizitätsassay ohne fötales Kälberserum.

4. February 2015/0 Comments/in Publications /by webadmin

Wiest, J.: Biospektrum (2017) 23: 61. doi:10.1007/s12268-017-0768-6

Tests for cytotoxicity – respectively biocompatibility – are performed e.g. for biological evaluation of medical devices or during the development of microphysiometric systems. Here, often cell culture methods which involve the use of fetal bovine serum (FBS) are employed. However, using FBS raises scientific and ethical concerns. In the presented work a protocol for a chemically defined test for cytotoxicity is described.