Intestine-on-a-chip
ইনটেস্টিন-অন-এ-চিপ (গট-অন-এ-চিপ, মিনি-ইনটেস্টিন) হল প্রকৃত অঙ্গের মাইক্রোফ্লুইডিক বায়ো-ইঞ্জিনিয়ারড থ্রিডি-মডেল, যা প্রচলিত থ্রিডি ইনটেস্টিনাল অর্গানয়েড কালচারের তুলনায় শারীরবৃত্তীয় বৈশিষ্ট্যগুলিকে আরও ভালভাবে অনুকরণ করে। বিভিন্ন অন্ত্র-অন-এ-চিপ মডেল সিস্টেম তৈরি এবং পরিমার্জিত করা হয়েছে, যার সবগুলিই তাদের ব্যক্তিগত শক্তি এবং দুর্বলতা ধরে রেখেছে এবং সম্মিলিতভাবে এই সিস্টেমগুলিকে ড্রাগ টেস্টিং এবং ব্যক্তিগতকৃত ওষুধের জন্য নির্ভরযোগ্য উচ্চ-থ্রুপুট প্ল্যাটফর্ম হিসাবে প্রতিষ্ঠার চূড়ান্ত লক্ষ্যে দুর্দান্ত প্রতিশ্রুতি ধারণ করেছে। অন্ত্র একটি অত্যন্ত জটিল অঙ্গ ব্যবস্থা যা পুষ্টি পরিপাক এবং শোষণ, হরমোন নিঃসরণ এবং ইমিউনোলজিকাল প্রক্রিয়া থেকে শুরু করে স্নায়বিক ক্রিয়াকলাপ পর্যন্ত বিভিন্ন গুরুত্বপূর্ণ কাজ সম্পাদন করে, যা ইন ভিট্রো মডেলকে বিশেষভাবে চ্যালেঞ্জিং করে তোলে। প্রচলিত অন্ত্রের মডেল প্রচলিত অন্ত্রের মডেল, যেমন অমর কোষের লাইনের ঐতিহ্যবাহী 2ডি কোষ সংস্কৃতি (যেমন। অন্ত্রের আরও ভাল (প্যাথো-) শারীরবৃত্তীয় প্রক্রিয়াগুলি বোঝার জন্য ক্যাকো2 বা এইচটি29), ট্রান্সওয়েল কালচার, ইউসিং চেম্বার এবং এভারেটেড অন্ত্রের থলিগুলি ব্যাপকভাবে ব্যবহার করা হয়েছে। যাইহোক, এই ধরনের সরল মডেল ব্যবহার করে অনেক অন্ত্রের ক্রিয়াকলাপ পুনর্বিবেচনা করা এবং অধ্যয়ন করা কঠিন। সুতরাং, এই ব্যবস্থাগুলির অনুবাদমূলক এবং পরীক্ষামূলক মান সীমিত। 2009 সালে, অন্ত্রের অর্গানয়েডের বিকাশ অন্ত্রের টিস্যুর ইন ভিট্রো মডেলিংয়ে একটি মাইলফলক চিহ্নিত করে। অন্ত্রের অর্গানয়েডগুলি ইন ভিভো স্টেম সেল কুলুঙ্গি অনুকরণ করে কারণ অন্ত্রের স্টেম কোষগুলি স্বতঃস্ফূর্তভাবে অন্ত্রের এপিথেলিয়ামের বৈশিষ্ট্যযুক্ত ক্রিপ্ট-ভিলাস স্থাপত্যের প্রতিনিধিত্বকারী বাহ্যিক-মুখী কুঁড়ি সহ একটি বদ্ধ, সিস্টিক মিনি-টিস্যু তৈরি করে। অন্ত্রের অর্গানয়েডে অন্ত্রের এপিথেলিয়ামের বিভিন্ন ধরনের কোষ থাকতে পারে, যেমন। এন্টারোসাইট, গবল্ট কোষ, প্যানথ কোষ এবং এন্টেরোএন্ডোক্রাইন কোষ। টিস্যু স্থাপত্য এবং কোষ-ধরনের গঠনের সঠিক উপস্থাপনের সাথে, অর্গানয়েডগুলি স্থানীয় টিস্যুর সাথে মূল কার্যকরী মিলও প্রদর্শন করতে দেখা গেছে। উপরন্তু, সংস্কৃতিতে তাদের দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতা, স্বাস্থ্যকর এবং রোগাক্রান্ত উৎস থেকে উদ্ভূত এবং জেনেটিক ম্যানিপুলেশন সম্ভাবনাগুলি কার্যকরী অধ্যয়ন এবং রোগের মডেলিংয়ের জন্য একটি প্ল্যাটফর্ম হিসাবে বড় বিস্তার ব্যবহারের জন্য অন্ত্রের অর্গানয়েডগুলিকে একটি দরকারী যদিও সরল মডেল করে তোলে। তবুও, বেশ কয়েকটি সীমাবদ্ধতা অন্ত্রের মডেল হিসাবে তাদের কার্যকারিতা সীমাবদ্ধ করে। প্রথম এবং সর্বাগ্রে, অর্গানয়েডগুলির বদ্ধ সিস্টিক কাঠামো তাদের অভ্যন্তরীণ (অ্যাপিকাল) পৃষ্ঠকে অ্যাক্সেসযোগ্য করে তোলে এবং অ্যাপিকাল এবং বেসোলেটরাল দিকগুলির পৃথক চিকিত্সা করে-এবং এইভাবে পরিবহন অধ্যয়ন-অত্যন্ত জটিল। উপরন্তু, এই বদ্ধ সিস্টিক কাঠামো বোঝায় যে অন্ত্রের অর্গানয়েডগুলি তাদের লুমেনে মৃত কোষ জমা করে অর্গানয়েডের উপর স্থানিক চাপ সৃষ্টি করে, এইভাবে যান্ত্রিক ব্যাঘাত এবং উত্তরণের দ্বারা ব্যাঘাত ছাড়াই দীর্ঘ সময়ের জন্য নিরবচ্ছিন্ন অর্গানয়েড কালচারকে বাধা দেয়। উপরন্তু, অন্ত্রের অর্গানয়েড কালচারগুলি তাদের থ্রিডি কালচার পরিবেশে একক অর্গানয়েডের মধ্যে দৃঢ়ভাবে পরিবর্তনশীল আকার, আকৃতি, অঙ্গসংস্থান এবং স্থানীয়করণে ভুগছে। ইনটেস্টাইন-অন-এ-চিপ মডেল যদিও অর্গানয়েডগুলিকে সাধারণত ক্ষুদ্র অঙ্গ হিসাবে উল্লেখ করা হয়, তবে অঙ্গ-স্তরের জটিলতা অনুকরণ করার জন্য তাদের গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্যগুলির অভাব রয়েছে। এই কারণে, বায়োফ্যাব্রিকেটেড যন্ত্র তৈরি করা হয়েছে, যা অর্গানয়েড সীমাবদ্ধতা অতিক্রম করে। বিশেষত মাইক্রোফ্লুইডিক যন্ত্রগুলি অঙ্গগুলির ইন ভিট্রো মডেলগুলির জন্য প্ল্যাটফর্ম হিসাবে প্রচুর সম্ভাবনা ধারণ করে, কারণ তারা টিস্যুতে রক্ত সঞ্চালনের কার্যকারিতা অনুকরণ করে পারফিউশন সক্ষম করে। তরল প্রবাহ ছাড়াও, অন্যান্য কালচার পরামিতিগুলি অন্ত্র-অন-এ-চিপ যন্ত্রগুলিতে অন্তর্ভুক্ত করা হয়, যার মধ্যে রয়েছে স্থাপত্য সংকেত, যান্ত্রিক উদ্দীপনা, অক্সিজেন গ্রেডিয়েন্ট এবং অন্যান্য কোষের জনসংখ্যা এবং মাইক্রোবায়োটার সাথে সহ-কালচার, যাতে প্রকৃত অঙ্গের শারীরবৃত্তীয় আচরণ আরও সঠিকভাবে প্রদর্শিত হয়। মাইক্রোফ্লুইডিক্স ঐতিহ্যবাহী স্থির কোষ সংস্কৃতির বিপরীতে, মাইক্রোফ্লুইডিক যন্ত্রগুলিতে, তরল প্রবাহ তৈরি করা যেতে পারে, যা শারীরবৃত্তীয় তরল প্রবাহের নিদর্শনগুলিকে ঘনিষ্ঠভাবে অনুকরণ করে। তরল প্রবাহ কোষের পৃষ্ঠে শারীরবৃত্তীয় শিয়ার স্ট্রেস প্রবর্তন করে, পুষ্টি এবং বৃদ্ধির কারণগুলির অ্যাপিকাল ডেলিভারি প্রবর্তন করে এবং এর রাসায়নিক গ্রেডিয়েন্ট স্থাপন করতে সক্ষম করে, যেমন। বৃদ্ধির কারণগুলি, যা সঠিক অঙ্গ বিকাশের জন্য অত্যাবশ্যক। সামগ্রিকভাবে, মাইক্রোফ্লুইডিক যন্ত্রগুলি অঙ্গ-নির্দিষ্ট মাইক্রোএনভায়রনমেন্টের উপর নিয়ন্ত্রণ বাড়ায়, যা আরও সুনির্দিষ্ট মডেলের জন্য অনুমতি দেয়। পেরিস্টাল্টিক পাম্প, সিরিঞ্জ পাম্প, প্রেসার জেনারেটর এবং হাইড্রোস্ট্যাটিক চাপ এবং মাধ্যাকর্ষণ দ্বারা চালিত পাম্পলেস সিস্টেম সহ অন্ত্র-অন-এ-চিপ যন্ত্রগুলিতে মাইক্রোফ্লুইডিক প্রবাহ প্রবর্তনের জন্য বিভিন্ন প্রযুক্তি ব্যবহার করা হয়েছে। মাধ্যাকর্ষণ-চালিত মাইক্রোফ্লুইডিক অন্ত্র-অন-এ-চিপ যন্ত্রের একটি উদাহরণ হল মিমেটাসের অর্গানোপ্লেট প্ল্যাটফর্ম, যা বিউরিভেজ এট আল দ্বারা প্রদাহজনক অন্ত্রের রোগের জন্য একটি রোগের মডেল হিসাবে ব্যবহৃত হয়েছে। যান্ত্রিক উদ্দীপনা ভ্রূণের বিকাশের প্রাথমিক পর্যায় থেকে শুরু করে প্রসবোত্তর জীবন পর্যন্ত, অন্ত্র ক্রমাগত বিভিন্ন যান্ত্রিক শক্তির সংস্পর্শে থাকে। পেরিস্টালসিস, অন্ত্রের উপাদানগুলির অনিচ্ছাকৃত এবং চক্রীয় প্রণোদন, পরিপাক প্রক্রিয়ার একটি অপরিহার্য অংশ। এটি খাদ্য পরিপাক, পুষ্টি শোষণ এবং বৃহদায়তন স্কেলে অন্ত্র খালি করতে সহায়তা করে এবং ক্ষুদ্র স্কেলে অন্ত্রের এপিথেলিয়ামে শিয়ার স্ট্রেস এবং রেডিয়াল চাপ প্রয়োগ করে। বিশেষত, যান্ত্রিক কারণগুলি অন্ত্রের বিকাশ এবং হোমিওস্ট্যাসিসকে প্রভাবিত করতে দেখা গেছে, যেমন অন্ত্রের লুপিং, ভিলি গঠন এবং ক্রিপ্ট স্থানীয়করণ। উপরন্তু, মানুষের অন্ত্রে যান্ত্রিক উদ্দীপনার দীর্ঘস্থায়ী অনুপস্থিতি অন্ত্রের অসুস্থতার সাথে যুক্ত হয়েছে। একটি বিশিষ্ট উদাহরণ যেখানে পেরিস্টালসিস এবং মাইক্রোফ্লুইডিক প্রবাহ আকারে যান্ত্রিক উদ্দীপনা উভয়ই সংমিশ্রণে ব্যবহৃত হয় তা হল এমুলেট ইন্টেস্টাইন-অন-এ-চিপ সিস্টেম। সিস্টেমটি একটি দ্বিমুখী কেন্দ্রীয় কোষ কালচার মাইক্রো চ্যানেল নিয়ে গঠিত, যা একটি ছিদ্রযুক্ত, এক্সট্রাসেলুলার ম্যাট্রিক্স-লেপা, পিডিএমএস ঝিল্লি দ্বারা পৃথক করা হয় যা উপরের এবং নীচের মাইক্রো চ্যানেলে দুটি ভিন্ন কোষ জনসংখ্যার পৃথক কালচারের অনুমতি দেয়। কেন্দ্রীয় কক্ষটি সমান্তরালভাবে চলমান দুটি ভ্যাকুয়াম চেম্বার দ্বারা বেষ্টিত। ভ্যাকুয়ামের প্রয়োগ ছিদ্রযুক্ত ঝিল্লির চক্রাকার একমুখী সম্প্রসারণকে অনুমতি দেয় যা চ্যানেলগুলিকে পৃথক করে পেরিস্টাল্টিক গতির স্থাপত্যগত ইঙ্গিতগুলি অনুকরণ করে ঐতিহ্যবাহী অর্গানয়েড কালচারের মতো, একটি তৃতীয় কালচার মাত্রা প্রবর্তন একটি টিস্যুর মাইক্রোঅ্যানেটমির আরও ভাল উপস্থাপনের জন্য গুরুত্বপূর্ণ। যেহেতু থ্রিডি কোষ সংস্কৃতিগুলি আরও শারীরবৃত্তীয়ভাবে প্রাসঙ্গিক জৈব রাসায়নিক এবং যান্ত্রিক সংকেত প্রয়োগ করে, তাই থ্রিডি সংস্কৃতিগুলি সাধারণত আরও ভাল কোষের কার্যকারিতা এবং আরও শারীরবৃত্তীয় প্রতিলিপি এবং প্রোটিওম অর্জন করে। উপরন্তু, টিস্যু হোমিওস্ট্যাসিস প্রক্রিয়াগুলি যেমন বিস্তার, পৃথকীকরণ এবং কোষের মৃত্যুর মতো আরও শারীরবৃত্তীয় পদ্ধতিতে প্রতিনিধিত্ব করা হয়। কোষ সংস্কৃতির 3ডি সমর্থন সাধারণত হাইড্রোজেলগুলির উপর ভিত্তি করে তৈরি হয়, যা নেটিভ এক্সট্রাসেলুলার ম্যাট্রিক্সের অনুকরণ করে। কোষগুলি হাইড্রোজেলগুলিতে এম্বেড করা যেতে পারে বা পূর্বনির্ধারিত মাইক্রো-ইঞ্জিনিয়ারড হাইড্রোজেল পৃষ্ঠে উত্থিত হতে পারে। 3ডি অন্ত্র ব্যবস্থার জন্য সর্বাধিক ব্যবহৃত হাইড্রোজেল হল ম্যাট্রিজেল, যা মাউস সারকোমা থেকে দ্রবণীয় বেসমেন্ট ঝিল্লি নিষ্কাশন। যাইহোক, ম্যাট্রিগেলের উল্লেখযোগ্য অসুবিধাগুলি রয়েছে যেমন একটি জিনোজেনিক উত্স, বাথ-টু-ব্যাচ পরিবর্তনশীলতা, উচ্চ খরচ এবং একটি দুর্বল সংজ্ঞায়িত গঠন। যেহেতু এই কারণগুলি ক্লিনিকাল অনুবাদকে বাধা দেয়, তাই ফাইব্রিন, কোলাজেন, হায়ালুরোনিক অ্যাসিড এবং পি. ই. জি-ভিত্তিক সিন্থেটিক হাইড্রোজেল সহ 3ডি অন্ত্রের মডেলগুলিতে অন্যান্য হাইড্রোজেলগুলি ক্রমবর্ধমানভাবে ব্যবহৃত হয়। টিস্যু ইঞ্জিনিয়ারিং-এ, মাইক্রোফ্যাব্রিকেশন কৌশলগুলি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, বিশেষত টিস্যু মাইক্রোএনভায়রনমেন্টের মডেলিং-এ। মাইক্রোফ্লুইডিক যন্ত্রের নকশা এবং নির্মাণ ছাড়াও, মাইক্রোফ্যাব্রিকেশন কৌশলগুলি থ্রিডি মাইক্রোস্ট্রাকচার তৈরি করতেও ব্যবহৃত হয় যা কোষের কালচার পৃষ্ঠের প্যাটার্নকে স্থানীয় টিস্যু টোগোগ্রাফির সাথে সাদৃশ্যপূর্ণ করে তোলে, অর্থাৎ। ক্রিপ্ট-ভিলাস-অক্ষ। স্থাপত্যের ইঙ্গিতের উপর নির্ভরশীল অন্ত্র-অন-এ-চিপ ব্যবস্থার একটি বিশিষ্ট উদাহরণ হল নিকোলায়েভ ও অন্যান্যদের হোমিওস্ট্যাটিক মিনি-অন্ত্র। তারা হাইড্রোজেল চেম্বার সহ মাইক্রোফ্যাব্রিকেটেড অন্ত্র-অন-এ-চিপ ডিভাইস ব্যবহার করে। কোলাজেন-ম্যাট্রিজেল-মিক্স হাইড্রোজেল লেজার-অ্যাবলেট করা হয় যাতে ক্রিপ্ট কাঠামো সহ একটি টিউবুলার অন্ত্রের লুমেনের জন্য একটি মাইক্রো চ্যানেল তৈরি করা যায়। এই যন্ত্রে অন্ত্রের স্টেম কোষের সংস্কৃতির ফলে ক্রিপ্ট-ভিলাস ডোমেনের শারীরবৃত্তীয় স্থানিক বিন্যাসের সাথে একটি কার্যকরী এপিথেলিয়ামে তাদের স্ব-সংগঠন ঘটে। এই ক্ষুদ্র-অন্ত্রগুলি একটি বর্ধিত দীর্ঘমেয়াদী সংস্কৃতির অনুমতি দেয় এবং বিরল অন্ত্রের কোষের প্রকারের জন্ম দেয় যা সাধারণত অন্যান্য থ্রিডি মডেলে পাওয়া যায় না। অন্ত্র-অন-এ-চিপ মডেলগুলির স্থাপত্যগতভাবে চালিত মরফোজেনেসিসের আরেকটি উদাহরণ হল জোরেভস্কি এবং অন্যান্যদের দ্বারা প্রকাশিত পৃষ্ঠের প্যাটার্ন কৌশল, তারা অন্ত্রের অর্গানয়েড জ্যামিতি, আকার এবং কোষ বিতরণকে পুনরুত্পাদনযোগ্যভাবে সরাসরি করার জন্য হাইড্রোজেল পৃষ্ঠগুলিকে প্যাটার্ন করার জন্য মাইক্রোফ্যাব্রিকেটেড ডিভাইস তৈরি করেছে। এই উদাহরণগুলি দেখায় যে, বাহ্যিকভাবে নির্দেশিত মরফোজেনেসিস সহ অন্ত্র-অন-এ-চিপ সিস্টেমগুলি সিগন্যালিং গ্রেডিয়েন্টগুলির স্থানিক এবং অস্থায়ী নিয়ন্ত্রণকে সক্ষম করে এবং অন্ত্রের মরফোজেনেসিস, স্টেম সেল রক্ষণাবেক্ষণ, ক্রিপ্ট গতিবিদ্যা এবং এপিথেলিয়াল পুনর্জন্ম ব্যাপকভাবে অধ্যয়নের জন্য একটি প্ল্যাটফর্ম সরবরাহ করতে পারে। সহ-চাষ সুস্থ অন্ত্রের বিভিন্ন ধরনের কার্যকারিতা রয়েছে, যা পূরণ করার জন্য বিভিন্ন ধরনের কোষের একটি বিশাল সেট প্রয়োজন। প্রাথমিক অন্ত্রের ক্রিয়া, পুষ্টির শোষণের জন্য অন্ত্রের এপিথেলিয়াম এবং রক্ত এবং লিম্ফ এন্ডোথেলিয়াল কোষের মধ্যে ঘনিষ্ঠ যোগাযোগের প্রয়োজন হয়। উপরন্তু, অন্ত্রের মাইক্রোবায়োটা খাদ্য পরিপাকে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে, যা একটি নির্ভরযোগ্য ইমিউন ডিফেন্সকে অপরিহার্য করে তোলে। উপরন্তু, পেশী এবং স্নায়ু কোষগুলি পেরিস্টালসিস এবং তৃপ্তিকে নিয়ন্ত্রণ করে। পরিশেষে, মেসেনকাইমাল কোষগুলি অন্ত্রের স্টেম সেল কুলুঙ্গির অপরিহার্য উপাদান কারণ তারা শারীরিক সহায়তা প্রদান করে এবং বৃদ্ধির কারণগুলি স্রাব করে। সুতরাং, অন্ত্র-অন-এ-চিপ সিস্টেমে বিভিন্ন ধরনের কোষকে অন্তর্ভুক্ত করা অন্ত্রের ক্রিয়াকলাপের বিভিন্ন দিককে পর্যাপ্তভাবে মডেল করার জন্য গুরুত্বপূর্ণ। অন্ত্র-অন-এ-চিপ সিস্টেমে অন্ত্রের এপিথেলিয়াম এবং মাইক্রোবায়োটাকে সহ-চাষ করার জন্য প্রথম পদক্ষেপ নেওয়া হয়েছিল। উদাহরণস্বরূপ, এমুলেট ইন্টেস্টাইন-অন-এ-চিপ সিস্টেম ব্যবহার করে অন্ত্রের সিগেলা ফ্লেক্সনেরি সংক্রমণের জন্য একটি ইন ভিট্রো মডেল স্থাপন বা অ্যারোবিক এবং অ্যানেরোবিক উভয় প্রজাতির সাথে একটি জটিল মল-উদ্ভূত মাইক্রোবায়োটার জনসংখ্যার বিনোদন। একইভাবে, গবেষকরা পেরিফেরাল রক্তের মনোনিউক্লিয়ার কোষ, মনোসাইট, ম্যাক্রোফেজ বা নিউট্রোফিলের সাথে অন্ত্রের এপিথেলিয়ামকে সহ-চাষ করে অন্ত্র-অন-এ-চিপ সিস্টেমে একটি ইমিউনোকম্পেটেন্ট অন্ত্রের এপিথেলিয়াম পুনরায় তৈরি করার চেষ্টা করেছেন। উপরন্তু, এপিথেলিয়াল-এন্ডোথেলিয়াল ইন্টারফেসটি একটি ছিদ্রযুক্ত ঝিল্লির বিপরীত দিকে এন্ডোথেলিয়াল মনোলেয়ার এবং অন্ত্রের এপিথেলিয়ামকে কালচার করে বিভিন্ন পদ্ধতিতে মডেল করা হয়েছে। অন্যান্য ধরনের কোষের সঙ্গে অন্ত্রের কোষের সহ-চাষ ছাড়াও, অন্ত্রের এপিথেলিয়ামের কোষের সংখ্যাও অত্যন্ত প্রাসঙ্গিক। যদিও কিছু বরং সরল পদ্ধতি অন্ত্রের এপিথেলিয়ামের জন্য কোষের উৎস হিসাবে অমর কোষের রেখাগুলি ব্যবহার করে, তবে অর্গানয়েড-উদ্ভূত অন্ত্রের স্টেম কোষগুলির ব্যবহারের দিকে একটি পরিবর্তন রয়েছে, যা আরও শারীরবৃত্তীয় কোষের ধরণের গঠনের সাথে অন্ত্রের এপিথেলিয়ার উদ্ভবের অনুমতি দেয়। তথ্যসূত্র বাইরের লিঙ্কগুলি ভিডিওর সাথে মিমেটাস অর্গানোপ্লেট প্ল্যাটফর্মঃ https://www.mimetas.com/en/perfused-tubules এমুলেট ডুওডেনাম ইনটেস্টাইন-চিপঃ https://emulatebio.com/duodenum-intestine-chip হোমিওস্ট্যাটিক মিনি-ইনটেস্টাইন ভিডিওঃ https://www.youtube.com/watch?v=IHKuri9sFEM&list=PLdV2S7pxgq9ZY1IBzIRJxDlq-lNKClsnW মাইক্রোফ্লুইডিক্স বায়োটেকনোলজি টিস্যু ইঞ্জিনিয়ারিং