Development of a Multi-Organ-on-a-Chip of skeletal muscle tissue and pancreatic islets for diabetic disease studies

Abstract

Insulin secretion and insulin action are critical for normal glucose homeostasis. Defects in both processes lead to type 2 diabetes (T2D). Understanding the mechanisms that lead to T2D is critical in the search for new molecular drugs to prevent and control this disease. Organ-on-a-Chip devices offer new approaches for T2D disease modeling and drug discovery by providing biologically relevant in vitro tissue and organ models integrated with biosensors. The aim of this work is to fabricate a multi-organ biomimetic device integrated on a chip, composed of skeletal muscle and pancreatic islets, for study the crosstalk between tissues and for drug screening applications. This work focuses on the design, simulation, fabrication and validation of the Multi-Organ-on-a-Chip platform as well as the optimization of a platform for the generation and maturation of 3D muscle tissue and its further characterization. Finally, the Multi-Organ-on-a-Chip is tuned with muscle tissue and pancreatic tissue to carry out the final experiment of the DAMOC project (Diabetes approach by Multi-Organ-on-a-Chip).

La secreció d'insulina i l'acció de la insulina són crítiques per a l'homeòstasi normal de la glucosa. Els defectes en tots dos processos condueixen a la diabetis de tipus 2 (T2D). Comprendre els mecanismes que condueixen a la T2D és fonamental en la cerca de nous fàrmacs moleculars per a prevenir i controlar aquesta malaltia. Els dispositius Organ-on-a-Chip ofereixen nous enfocaments per a la modelització de la malaltia de T2D i el descobriment de fàrmacs, proporcionant models biològicament rellevants de teixits i òrgans in vitro integrats amb biosensors. L'objectiu d'aquest treball és la fabricació d'un dispositiu biomimètic multiorgànic integrat en un xip, compost de múscul esquelètic i illots pancreàtics, per a l'estudi de la interacció metabòlica entre els teixits i per a aplicacions de cribatge de fàrmacs. Aquest treball se centra en el disseny, simulació, fabricació i validació de la plataforma Multi-Organ-on-a-chip, així com l'optimització d'una plataforma per a la generació i maduració del teixit muscular 3D i la seva posterior caracterització. Finalment, es posa a punt el Multi-Organ-on-a-Chip amb el teixit muscular i el teixit pancreàtic per a poder dur a terme l'experiment final del projecte DAMOC (Diabetes approach by Multi-Organ-on-a-Chip).

La secreción de insulina y la acción de la insulina son críticas para la homeostasis normal de la glucosa. Los defectos en ambos procesos conducen a la diabetes de tipo 2 (T2D). Comprender los mecanismos que conducen a la T2D es fundamental en la búsqueda de nuevos fármacos moleculares para prevenir y controlar esta enfermedad. Los dispositivos Organ-on-a-Chip ofrecen nuevos enfoques para la modelización de la enfermedad de T2D y el descubrimiento de fármacos, proporcionando modelos biológicamente relevantes de tejidos y órganos in vitro integrados con biosensores. El objetivo de este trabajo es la fabricación de un dispositivo biomimético multiorgánico integrado en un chip, compuesto de músculo esquelético e islotes pancreáticos, para el estudio de la interacción metabólica entre los tejidos y para aplicaciones de cribado de fármacos. Este trabajo se centra en el diseño, simulación, fabricación y validación de la plataforma Multi-Organ-on-a-Chip, así como la optimización de una plataforma para la generación y maduración del tejido muscular 3D y su posterior caracterización. Finalmente, se pone a punto el Multi-Organ-on-a-Chip con el tejido muscular y el tejido pancreático para poder llevar a cabo el experimento final del proyecto DAMOC (Diabetes approach by Multi-Organ-on-a-Chip).