为片上电子器官铺平道路

这听起来像是科幻小说，但是“芯片上的器官”系统-能够模仿特定器官（例如肺或肝）中细胞相互作用的设备-在过去的几年中已开始用于测试药物的有效性年份。我们使用这些系统来量化细胞的物理特性，从而提供有关药物治疗前后细胞健康的信息。在确定疗法的有效性时，这是至关重要的一步。

通常用于该目的的方法要求细胞被暴露于另一种特定颜色的光时会发光的分子修饰。细胞在治疗前后所发出光的差异提供了与细胞健康水平相关的读数。但是，光度测量很难在实验之间重现。此外，用于使细胞发光的分子会改变其内部，从而产生某种可量化但“不自然”的测量结果。

光谱的另一端是电子测量，这与基于发光的细胞测量相反，不需要用非天然分子改变细胞来确定细胞的健康状况。这些类型的测量利用细胞的某些物理特性来区分由于暴露于治疗而导致的行为变化。电子设备可以感知细胞从一个位置到另一个位置的运动，这可以提供有关转移性癌细胞的迁移率，心脏细胞跳动的变化以及由于毒素影响附着和其他内部过程而导致的细胞形状变化的信息。保持细胞存活。

在美国国家标准技术研究院（NIST），我开发了一项技术并申请了专利，该技术可测量细胞的物理特性，例如细胞的形状，移动能力以及细胞内部和外部之间的电气变化。这项技术被称为双介电泳膜，用于监测细胞迁移，或称为D 2M 2CM，可以帮助确定药物和其他治疗方法对细胞的影响。此外，使用D 2M 2CM技术，可以将细胞放置或捕获在测量设备内的特定区域中。此特定功能允许在同一区域内放置更多数量的单元格，进而可以在更短的时间内分析更多数量的单元格。

尽管电测量在许多方面（例如，无标签，实时，连续）优于光学测量，但当今的生物医学和细胞生物学基础研究界在使用电子测量方面的经验有限，因此吸引力不大。因此，我设计了一种电子测量系统，该系统可以在芯片上器官型实验中快速设置细胞，并可以将细胞专门放置在传感器上以测量细胞迁移行为。该装置不仅具有通过用电场捕获细胞（即，介电泳）来处理细胞的能力，而且还具有通过测量细胞层的电阻来表征其物理性质的能力。

这与其他有助于细胞粘附到表面的已开发组件相结合，提供了一个独特的平台，可以通过测量细胞从多孔膜表面的离开以及随后到达细胞相反侧的距离来评估细胞迁移。穿过毛孔后的膜。这可以用作确定侵袭性癌细胞（即转移性与非转移性癌细胞）如何的参数。所有这些测量都可以实时，连续地进行，而无需用发光的非天然分子标记细胞。

设计一种可以提供用户友好格式的电子测量结果的系统，是在例如癌症和再生医学的药物测试中使用该技术的第一步。我的专利是从NIST已发布专利或专利申请组合中选择的两个参加FedTech 2020年春季启动工作室的专利之一。我的参与使我对客户在这些类型的设备中需要什么以及他们可以从该技术中获得的特定好处有了更好的了解。事实证明，我对D 2M 2CM可以提供的功能非常感兴趣。但客户指出，与同时检测多个参数有关的其他领域仍需要开展工作，这些材料被用作设备的一部分，以提供细胞和其他生物成分的生物相容性表面（例如，用于细胞培养皿的材料，例如聚苯乙烯）和聚碳酸酯），以及用户和仪器之间的界面，以实现实时且易于读取的格式。

我们正在继续研究，以进一步发展我们的技术并将其转化为相对简单的方法，从而可以实时连续地跟踪细胞，从而为最终用户提供一个能够获得有关细胞行为和细胞状态的定量信息的系统健康。

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