灌流式、多參數(shù)、實時代謝監(jiān)測

細胞、組織、類器官代謝分析儀—IMOLA-IVD

      德國cellasys提供的灌流式、多參數(shù)、實時代謝監(jiān)測的細胞、組織、類器官代謝分析儀—IMOLA-IVD，是一種基于生物芯片的微生理參數(shù)測量系統(tǒng)，對活細胞、組織、類器官的代謝和形態(tài)進行無標記實時監(jiān)測，搭配自動化灌流系統(tǒng)進行換液或者加藥，可以實現(xiàn)幾天或幾周的連續(xù)測量，研究藥物對活細胞、組織、類器官的影響以及移除藥物后的恢復(fù)和再生效應(yīng)。 我們的細胞、組織、類器官代謝分析儀通過生物芯片技術(shù)，可以在體外直接研究活細胞或組織、器官在培養(yǎng)過程種的多個參數(shù)的變化，包括細胞外酸化（pH）、細胞呼吸（pO2、pCO2）和形態(tài)學（電阻）。整個測量過程無需標記、多通道平行進行、連續(xù)檢測、實時記錄。

      細胞代謝主要是指細胞從環(huán)境中攝取營養(yǎng)物質(zhì)，消化吸收后排放出降解物或雜質(zhì)。大多數(shù)碳水化合物，例如葡萄糖，都是細胞的營養(yǎng)物質(zhì)。在有氧條件下，葡萄糖被細胞攝取后在胞漿內(nèi)轉(zhuǎn)變成丙酮酸，然后進入三羧酸循環(huán)代謝，變成二氧化碳并產(chǎn)生能量；在缺氧條件下，葡萄糖在細胞內(nèi)代謝為乳酸以提供能量。總體而言，細胞代謝增強時，葡萄糖的消耗增加，酸性的代謝產(chǎn)物也相應(yīng)增加，反之亦然。此外，外界環(huán)境因素對貼壁細胞的作用經(jīng)常影響到細胞的粘附和融合度，而細胞的粘附狀態(tài)是與細胞骨架的組織性和膜的完整性相關(guān)的，如果受到環(huán)境因素干擾，細胞則會改變其粘附方式，可能變圓或完全脫離基底。因此，監(jiān)測這些參數(shù)就能很好的了解細胞、組織、類器官生長過程中的細胞生理狀態(tài)和代謝行為。

      德國cellasys公司推出的細胞、組織、類器官代謝分析儀—IMOLA-IVD非常適合與于監(jiān)測細胞、組織、類器官的代謝過程的各種生理學指標，包括產(chǎn)酸，產(chǎn)氧，貼壁電阻，溫度。可以單獨控制每一個樣品的溶液,分別有6個獨立的灌流泵來控制每個通道的灌流系統(tǒng)，保證每個通道的獨立性，可以連續(xù)長時間監(jiān)測6種細胞、組織、類器官的生理活動和代謝情況。

     
      德國cellasys的細胞、組織、類器官代謝分析儀—IMOLA-IVD，采用的是芯片技術(shù)，而不是通用的光學檢測技術(shù)，其檢測靈敏度更高，檢測時間更長，而且這兩個產(chǎn)品都有密閉的灌流系統(tǒng)，可以適時更換溶液，適合長時間檢測細胞、組織、類器官的生理行為變化，以及觀察外界條件（加藥等）處理后的細胞/組織/類器官的再生等效應(yīng)。
?    多個傳感器芯片并聯(lián)平行工作；
?    非侵入式、實時無標記監(jiān)測；
?    pH值、O2消耗率、細胞外酸度、貼壁電阻四參數(shù)同時測量；
?    獨特的灌流系統(tǒng)可實現(xiàn)隨時換液；

        德國cellasys的細胞、組織、類器官代謝分析儀—IMOLA-IVD最 Duo 可配備6通道，6通道每個孔都有獨立灌流和換液的功能，非常適合做長時間的胞、組織、類器官代謝的觀測、再生醫(yī)學，組織工程學、類器官藥理學評價、類器官藥物安全性評估以及干細胞研究等。

應(yīng)用案例

1. 毒理動力學（細胞/組織/類器官）

      監(jiān)測培養(yǎng)的活細胞/組織/類器官代謝分析的活力是闡明化學物質(zhì)的毒理動力學效應(yīng)的關(guān)鍵。汞的毒性作用是通過纖維母細胞胞外酸化率來檢測的，毒素被去除后，細胞恢復(fù)了。細胞類型：3T3成纖維細胞，貼壁細胞。

      10%十二烷基硫酸鈉溶液(7次稀釋)對成纖維細胞的毒性作用可以通過細胞阻抗(Z)來解釋。細胞類型：L929成纖維細胞，貼壁細胞。

      有了自動灌流系統(tǒng)，在活體類似的情況下，可以映射到體外實驗。細胞外酸化率用于評估1%十二烷基硫酸鈉溶液對HepG2肝球蛋白的毒性。細胞類型：Hep-G2肝癌球體細胞。

      表皮(RhE)是在保持臨界氣液界面的形成的，實時測量跨表皮細胞層電阻（TEER）。細胞類型：人類表皮細胞（RhE）， transwell細胞小室。

2. 藥物開發(fā)（細胞/組織/類器官）

      可以研究新藥對細胞/組織/類器官代謝和生理形態(tài)的影響。測定了抗腫瘤藥物牛蒡根素對PANC-1細胞系的影響，記錄了實時生物電阻的變化。細胞類型：PANC-1人胰 xian 癌，貼壁細胞。

3. 環(huán)境監(jiān)測（細胞/組織/類器官）

      以藻類的代謝活性為指標來進行水質(zhì)監(jiān)測。本例顯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復(fù)。細胞類型：chlorella kesslerialgae小球藻，懸浮細胞。

4. 再生醫(yī)學研究（細胞/組織/類器官）

      胰島，特別是產(chǎn)生胰島素的beta細胞，可以在不同的營養(yǎng)供應(yīng)條件下表現(xiàn)出不同的代謝活性。在再生醫(yī)學研究中，beta細胞或胰島的代謝測量可以反映其活力和功能能力。在該實驗中，當暴露于相當于生理上低血糖和高血糖水平的葡萄糖濃度時，可檢測到beta細胞系INS-1E的代謝活動出現(xiàn)明顯區(qū)別變化，反應(yīng)了不同條件下的胰島素分泌。細胞類型:INS-1E，beta細胞系，貼壁細胞。

      為了研究藻類生產(chǎn)生物燃料的潛力，可以在不同的環(huán)境條件下監(jiān)測藻類的代謝活性。藻類在光照環(huán)境下，進行光合作用，產(chǎn)生氧氣；當在黑暗的條件下，消耗更多的氧氣。細胞類型：本地藻類，懸浮細胞。

5. 個體化Yi療（細胞/組織/類器官）

      為了在Zhi療前評估藥物的有效性，可以測試藥物對病人的細胞/組織/類器官的代謝學影響。

6.食品藥品安全評估（細胞/組織/類器官）

      為了研究食品、藥品及添加劑的作用，可以監(jiān)測細胞/組織/類器官與添加劑之間的相互作用，以及食品、藥品及添加劑對細胞/組織/類器官的毒理作用和生理學行為的學影響。

工作原理

      微生理測量法監(jiān)測活細胞、組織、類器官的代謝活動。除了監(jiān)測細胞呼吸和細胞外酸化，細胞粘附和形態(tài)參數(shù)同樣提供了很多關(guān)于生命活動的有價值的信息。我們的生物芯片集成了微型傳感器來評估這些參數(shù)，確保了高靈敏度和穩(wěn)定性，并且該方法是無需標記，并實時連續(xù)提供多個參數(shù)的數(shù)據(jù)。使用DALiA客戶端3.1應(yīng)用程序，可以對測量過程進行編程并記錄數(shù)據(jù)。

      IMOLA-IVD技術(shù)可以分析由自動化灌流系統(tǒng)之中的生物芯片所獲取的代謝數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于用新鮮的細胞培養(yǎng)基或培養(yǎng)基的成分。

細胞類型:

      針對所有類型的培養(yǎng)物提供不同的合適的配件；

         對于特殊實驗還可以通過對生物芯片的涂層來優(yōu)化培養(yǎng)效果；

      懸浮細胞、貼壁細胞、球體、Transwell細胞培養(yǎng)小室；

         細胞、組織、類器官；

發(fā)表的文獻：

FOURIER ANALYSIS IN MICROPHYSIOMETRY

28. January 2019/by webadmin

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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.

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4. December 2018/by webadmin

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

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

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

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

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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

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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 Zytotoxizit?tsassay ohne f?tales K?lberserum.

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.