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Publicação
Automated Microfluidic Platform for Quantitative Analysis of Molecular Trans- port across Biomimetic Interfaces
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 15.26 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
A comprehensive understanding of human physiology and disease is crucial for ad-
vancing drug discovery and developing effective therapies. This requires physiologically
relevant in vitro models supported by standardized, robust, and reproducible methods.
Traditional 2D cell cultures and animal models often fail to mimic the dynamic microenvi-
ronments and selective transport functions of human tissue barriers. While microfluidic
barrier models offer better biomimicry, many are limited by technical complexity, lack
of standardization, and insufficient real-time analysis capabilities, especially under non-
equilibrium conditions. Non-equilibrium molecular transport is a critical feature of many
biological barriers, including the renal tubule, blood–brain barrier, intestinal epithelium,
and placental interface. These systems rely on active transport mechanisms, directional
fluid flow, and dynamic concentration gradients that cannot be accurately modeled us-
ing static or oversimplified systems. This work presents a fully automated microfluidic
platform with programmable control and closed-loop feedback for standardized analysis
of molecular transport across biomimetic tissue barriers. It enables dynamic regulation,
precise fluid handling, and high-resolution monitoring, with continuous compensation
for solvent drag and hydrostatic pressure. Proof-of-concept validation demonstrates the
system’s potential to minimize user intervention, improve reproducibility, and support
inter-laboratory standardization. The platform offers scalable, high-fidelity modeling
of barrier function under dynamic conditions, with broad applications in translational
research and preclinical drug development.
Uma compreensão abrangente da fisiologia humana e dos mecanismos das doenças é fundamental para o avanço da descoberta de fármacos e o desenvolvimento de terapias eficazes. Tal requer modelos in vitro fisiologicamente relevantes, sustentados por metodologias padronizadas, robustas e reprodutíveis. Culturas celulares 2D e modelos animais, por norma, falham ao replicar os microambientes dinâmicos e as funções de transporte seletivo das barreiras tecidulares humanas. Embora os modelos de barreira microfluídicos ofereçam um biomimetismo melhorado, muitos permanecem limitados pela complexidade técnica, falta de padronização e capacidades insuficientes para análise quantitativa em tempo real, especialmente em condições de não-equilíbrio. O transporte molecular em condições de não-equilíbrio é uma característica crítica de várias barreiras biológicas, incluindo o túbulo renal, a barreira hematoencefálica, o epitélio intestinal e a interface placentária. Estes sistemas dependem de mecanismos de transporte ativo, fluxo de fluido direcional e gradientes de concentração dinâmicos, que não podem ser modela- dos com precisão usando sistemas estáticos ou simplificados. Este trabalho apresenta uma plataforma microfluídica totalmente automatizada, com controlo programável e feedback em circuito fechado, para análise padrão do transporte molecular através de barreiras tecidulares biomiméticas. A plataforma permite a regulação dinâmica das condições experimentais, controlo preciso de fluidos e monitorização de alta resolução, com compensação contínua de forças como o deslocamento de solvente e a pressão hidrostática. A validação da prova de conceito demonstra o potencial do sistema para minimizar a intervenção do utilizador, melhorar a reprodutibilidade e apoiar a padronização interlaboratorial. A plataforma oferece um modelo escalável e de elevada fidelidade da função de barreira em condições dinâmicas, com ampla aplicabilidade na investigação translacional e no desenvolvimento pré-clínico de fármacos.
Uma compreensão abrangente da fisiologia humana e dos mecanismos das doenças é fundamental para o avanço da descoberta de fármacos e o desenvolvimento de terapias eficazes. Tal requer modelos in vitro fisiologicamente relevantes, sustentados por metodologias padronizadas, robustas e reprodutíveis. Culturas celulares 2D e modelos animais, por norma, falham ao replicar os microambientes dinâmicos e as funções de transporte seletivo das barreiras tecidulares humanas. Embora os modelos de barreira microfluídicos ofereçam um biomimetismo melhorado, muitos permanecem limitados pela complexidade técnica, falta de padronização e capacidades insuficientes para análise quantitativa em tempo real, especialmente em condições de não-equilíbrio. O transporte molecular em condições de não-equilíbrio é uma característica crítica de várias barreiras biológicas, incluindo o túbulo renal, a barreira hematoencefálica, o epitélio intestinal e a interface placentária. Estes sistemas dependem de mecanismos de transporte ativo, fluxo de fluido direcional e gradientes de concentração dinâmicos, que não podem ser modela- dos com precisão usando sistemas estáticos ou simplificados. Este trabalho apresenta uma plataforma microfluídica totalmente automatizada, com controlo programável e feedback em circuito fechado, para análise padrão do transporte molecular através de barreiras tecidulares biomiméticas. A plataforma permite a regulação dinâmica das condições experimentais, controlo preciso de fluidos e monitorização de alta resolução, com compensação contínua de forças como o deslocamento de solvente e a pressão hidrostática. A validação da prova de conceito demonstra o potencial do sistema para minimizar a intervenção do utilizador, melhorar a reprodutibilidade e apoiar a padronização interlaboratorial. A plataforma oferece um modelo escalável e de elevada fidelidade da função de barreira em condições dinâmicas, com ampla aplicabilidade na investigação translacional e no desenvolvimento pré-clínico de fármacos.
Descrição
Palavras-chave
Microfluidics Fully Automation Non-Equilibrium Molecular Transport Organ- on-a-chip Biological Barriers