[ca] En la darrera dècada, els 'organ-on-chips' s'han convertit en una alternativa prometedora als models in vitro convencionals i als in vivo basats en animals. Mitjançant la integració de la microfluídica en els cultius cel·lulars, aquests sistemes poden recrear forces mecàniques a què les cèl·lules epitelials i endotelials estan exposades en el seu microentorn cel·lular dinàmic. Entre els diferents models de teixit desenvolupats en aquest camp, els 'gut-on-chips' han estat àmpliament estudiats a causa del rol clau de l'intestí prim en l'absorció de nutrients i fàrmacs. Tot i això, molts dels dispositius de 'gut-on-chips' actualment proposats només representen l'epiteli intestinal, obviant altres elements importants de la mucosa intestinal. Com que estan basats en membranes semi poroses rígides i planes, aquests models són incapaços de reproduir l'estructura compartimentalitzada de la barrera. La mucosa intestinal s'organitza amb una arquitectura multicel·lular i tridimensional (3D), conformada per protrusions en forma de dits anomenades vellositats, i invaginacions anomenades criptes, en la qual les cèl·lules estromals embegudes dins de la matriu extracel·lular (ECM) interactuen amb l'epiteli per a mantenir la seva integritat i funció. Per tal de reproduir condicions similars a l'in vivo, els hidrogels han estat proposats com a substrats cel·lulars idonis, ja que poden donar suport tant a la formació d'una barrera com a la incorporació d'altres cèl·lules. Aquests materials estan estructurats com a matrius poroses de cadenes polimèriques capaces d'absorbir grans quantitats de fluids. Tenen propietats mecàniques i químiques adaptables que poden ser ajustades perquè corresponguin a les dels teixits tous, igual que permeten la difusió d'oxigen i nutrients per a cultius cel·lulars. A més, l'adopció recent de tècniques de microfabricació ha permès generar substrats que repliquen aspectes topogràfics 3D claus del teixit intestinal. Tenint en compte tots aquests beneficis, la combinació dels hidrogels 3D amb la tecnologia microfluídica podria portar la rellevància fisiològica dels 'gut-on-chips' encara més lluny. En aquest treball, presento un nou 'gut-on-chip' basat en un canal d'hidrogel biomimètic que recapitula els compartiments epitelials i estromals. L'hidrogel va ser fabricat mitjançant una tècnica de bioimpressió 3D amb llum visible per generar estructures amb forma de vellositats que reproduïssin elements espacials clau de l'epiteli intestinal. La composició de l'hidrogel va ser una barreja de polietilenglicol diacrilat (PEGDA), un polímer sintètic que proveeix estabilitat mecànica al substrat, i anhídrid metacrílic de gelatina (GelMA), un hidrogel natural biocompatible que permet l'encapsulació de cèl·lules. Els paràmetres d'impressió van ser inicialment optimitzats per obtenir estructures amb pilars laterals que repliquessin les dimensions fisiològiques de les vellositats intestinals. Darrere d'això, el canal d'hidrogel va ser col·locat dins d'un xip microfluídic per a perfusió contínua. Utilitzant aquesta configuració, es va poder comprovar que el sistema permet cultivar cèl·lules estromals embegudes dins de l'hidrogel durant diversos dies sota flux. També es va demostrar que el 'gut-on-chip' permet el co-cultiu de cèl·lules epitelials i la formació d'una barrera durant 2 setmanes, imitant l'arquitectura 3D compartimentalitzada de la mucosa intestinal sota condicions dinàmiques similars a l'in vivo. Fent un pas més enllà, vaig aconseguir integrar elèctrodes dins el 'gut-on-chip' 3D bioimprès per a la quantificació de la resistència elèctrica transepitelial (TEER) en temps real. Utilitzant espectroscòpia d'impedància electroquímica (EIS), la formació d'una barrera epitelial va poder ser monitoritzada periòdicament durant l'experiment, demostrant les capacitats del nostre 'gut-on-chip' basat en un hidrogel 3D bioimprès com a potencial eina per avaluar canvis precisos de permeabilitat en models de teixits en condicions sanes i patofisiològiques, igual que estudis d'avaluació de fàrmacs.

[es] En la última década, los 'organ-on-chips' se han convertido en una alternativa prometedora a los modelos in vitro convencionales y a los in vivo basados en animales. Mediante la integración de la microfluídica en los cultivos celulares, estos sistemas pueden recrear fuerzas mecánicas a las que las células epiteliales y endoteliales están expuestas en su microentorno celular dinámico. Entre los diferentes modelos de tejido desarrollados en este campo, los 'gut-on-chips' han sido ampliamente estudiados debido al rol clave del intestino delgado en la absorción de nutrientes y fármacos. Sin embargo, muchos de los dispositivos de 'gut-on-chips' actualmente propuestos solo representan el epitelio intestinal, obviando otros elementos importantes de la mucosa intestinal. Al estar basados en membranas semi porosas rígidas y planas, estos modelos son incapaces de reproducir la estructura compartimentalizada de la barrera. La mucosa intestinal se organiza con un arquitectura multicelular y tridimensional (3D), conformada por protrusiones en forma de dedos llamadas vellosidades, e invaginaciones denominadas criptas, en la cual las células estromales embebidas dentro de la matriz extracelular (ECM) interactúan con el epitelio para mantener su integridad y función. Con el fin de reproducir condiciones similares al in vivo, los hidrogeles han sido propuestos como sustratos celulares idóneos, ya que pueden dar soporte tanto a la formación de una barrera como a la incorporación de otras células. Estos materiales están estructurados como matrices porosas de cadenas poliméricas capaces de absorber grandes cantidades de fluidos. Poseen propiedades mecánicas y químicas adaptables que pueden ser ajustadas para que correspondan a las de los tejidos blandos, al igual que permiten la difusión de oxígeno y nutrientes para cultivos celulares. Además, la adopción reciente de técnicas de microfabricación ha permitido la generación de sustratos que replican aspectos topográficos 3D claves del tejido intestinal. Teniendo en cuenta todos estos beneficios, la combinación de los hidrogeles 3D con la tecnología microfluídica podría llevar la relevancia fisiológica de los 'gut-on-chips' aún más lejos. En este trabajo, presento un nuevo 'gut-on-chip' basado en un canal de hidrogel biomimético que recapitula los compartimentos epiteliales y estromales. El hidrogel fue fabricado mediante una técnica de bioimpresión 3D con luz visible para generar estructuras con forma de vellosidades que reprodujesen elementos espaciales clave del epitelio intestinal. La composición del hidrogel fue una mezcla de polietilenglicol diacrilado (PEGDA), un polímero sintético que provee estabilidad mecánica al sustrato, y anhídrido metacrílico de gelatina (GelMA), un hidrogel natural biocompatible que permite la encapsulación de células. Los parámetros de impresión fueron inicialmente optimizados para obtener estructuras con pilares laterales que replicasen las dimensiones fisiológicas de las vellosidades intestinales. Tras esto, el canal de hidrogel fue colocado dentro de un chip microfluídico para perfusión continua. Utilizando esta configuración, se pudo comprobar que el sistema permite cultivar células estromales embebidas dentro del hidrogel durante varios días bajo flujo. También se demostró que el 'gut-on-chip' permite el co-cultivo de células epiteliales y la formación de una barrera durante 2 semanas, imitando la arquitectura 3D compartimentalizada de la mucosa intestinal bajo condiciones dinámicas similares al in vivo. Dando un paso más allá, logré integrar electrodos dentro del 'gut-on-chip' 3D bioimprimido para la cuantificación de la resistencia eléctrica trans-epitelial (TEER) en tiempo real. Utilizando espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS), la formación de una barrera epitelial pudo ser monitorizada periódicamente durante el experimento, demostrando las capacidades de nuestro 'gut-on-chip' basado en un hidrogel 3D bioimprimido como potencial herramienta para evaluar cambios precisos de permeabilidad en modelos de tejidos en condiciones sanas y patofisiológicas al igual que estudios de evaluación de fármacos.