Bio-MEMS
Rakukultuur
Tavapärane rakukultuuritehnoloogia ei võimalda tõhusalt ravimite, kasvufaktorite, neuropeptiidide, geenide ja retroviiruste kombineeritud testimist rakukultuuris. Kuna rakke tuleb perioodiliselt toita värske söötmega ja passageerida, nõuab isegi mõne tingimuse testimine suurt arvu rakke ja tarvikuid, kalleid ja mahukaid inkubaatoreid, suuri vedeliku koguseid (~0,1–2 ml proovi kohta) ja tüütut inimtööd. Inimtööjõu nõue piirab ka katsete arvu ja pikkust ajahetkede vahel. Mikrofluidilised rakukultuurid on potentsiaalselt suur edasiminek, sest neid saab automatiseerida, samuti annavad nad väiksemaid üldkulusid, suuremat läbilaskevõimet ja kvantitatiivsemaid kirjeldusi üksikute rakkude käitumise varieeruvuse kohta. Kaasates gaasivahetuse ja temperatuuri reguleerimise süsteemid kiibile, võib mikrofluidiline rakukultuuride kasvatamine kaotada vajaduse inkubaatorite ja koekultuurikapuute järele. Sellise pideva mikrofluidilise rakukultuuri toimimisega kaasnevad siiski ka oma ainulaadsed probleemid. Rakkude külvamisel mikrokanalitesse on oluline voolu kontroll, sest pärast rakususpensiooni esialgset süstimist tuleb voolu peatada, et rakud kinnituksid või jääksid kinni mikrokanalitesse, dielektroforeetilistesse, mikromagnetilistesse või hüdrodünaamilistesse püünistesse. Seejärel tuleb voolu jätkata nii, et see ei tekitaks suuri jõude, mis lõikaksid rakud substraadist välja. Vedelike doseerimine käsitsi või robotpipettimisega võib asendada mikropumpade ja mikroventiilidega, kus vedeliku doseerimine on lihtsasti määratav, erinevalt mikrosegistite poolt kasutatavatest pideva voolu süsteemidest. Inimese embrüonaalsete tüvirakkude osteogeense diferentseerumise uurimiseks on välja töötatud täielikult automatiseeritud mikrofluidiline rakukultuurisüsteem. Samuti on välja töötatud käeshoitav mikrofluidiline rakukultuuri inkubaator, mis on võimeline rakukultuurilahuseid kuumutama ja pumpama. Mikrofluidiliste kultuuride mahu vähenemise tõttu on kogutud kontsentratsioonid suuremad, mis võimaldab paremat signaali-müra suhte mõõtmist, kuid kogumine ja avastamine on vastavalt raskem. In situ mikroskoopiamõõtmised mikrofluidiliste rakukultuuridega võivad selles osas aidata, kuid nende läbilaskevõime on väiksem, kuna mikroskoobi sondil on ainult väike vaateväli. Berkeley Lights Beacon platvorm on lahendanud kogumise ja tuvastamise probleemi, teostades mikrofluidilist kultuuri fotojuhi massiivil, mida saab optoelektriliselt aktiveerida, et manipuleerida rakke üle kiibi. Selle platvormi on võtnud kasutusele Amgen ja Novartis biofarmatseutilise tööstuse rakuliinide arendamiseks. Mikromustrilised kooskultuurid on aidanud kaasa ka bio-MEMSi kasutamisele koetehnoloogias, et jäljendada in vivo tingimusi ja looduslikku 3D-struktuuri. Konkreetselt on hepatotsüüdid kujundatud kooskultuuriks konkreetsete rakutiheduste juures koos fibroblastidega, et säilitada maksaspetsiifilised funktsioonid, nagu albumiini sekretsioon, karbamiidi süntees ja p450 detoksikatsioon. Samamoodi on mikrofluidika integreerimine mikromustriliste kooskultuuridega võimaldanud modelleerida elundeid, kus mitmed vaskulariseeritud koed, näiteks vere-aju barjäär ja kopsud, on omavahel seotud. Kopsu funktsioonid on rekonstrueeritud kopsu-on-a-chip seadmetes, kus poorne membraan ja külvatud epiteelirakkude kiht on tsükliliselt venitatud rakendatud vaakumiga kõrvuti asetsevatele mikrokanalitele, et imiteerida sissehingamist.