Hệ thống tưới mô ly thể đóng một vai trò không thể thay thế trong nghiên cứu y sinh như một kỹ thuật thí nghiệm quan trọng. Hệ thống này có khả năng mô phỏng môi trường bên trong cơ thể trong ống nghiệm và duy trì chức năng sinh lý của các cơ quan mô, cung cấp một nền tảng lý tưởng để nghiên cứu sự trao đổi chất mô, cơ chế hoạt động của thuốc và tác dụng độc hại, trong số những người khác. Khi nghiên cứu y sinh đi sâu hơn và các yêu cầu đối với hệ thống tưới mô ly thể ngày càng cao, tối ưu hóa thiết kế và đánh giá hiệu suất của hệ thống có vẻ đặc biệt quan trọng.
Công nghệ tưới mô ly thể có nguồn gốc từ đầu thế kỷ 20 và sau hơn một thế kỷ phát triển, nó đã phát triển từ một tưới đơn giản đến một hệ thống tưới kết hợp đa cơ quan phức tạp. Hiện nay, hệ thống đã được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu nhiều cơ quan như gan, tim, thận, cung cấp các công cụ quan trọng để phát triển các loại thuốc mới, nghiên cứu cơ chế bệnh và tối ưu hóa các lựa chọn điều trị lâm sàng.
I. Nguyên tắc thiết kế
Mục tiêu thiết kế cốt lõi của hệ thống tưới mô ly thể là mô phỏng môi trường bên trong càng nhiều càng tốt và duy trì chức năng sinh lý bình thường của mô. Hệ thống chủ yếu bao gồm thiết bị tuần hoàn chất lỏng tưới, thiết bị oxy hóa, hệ thống kiểm soát nhiệt độ, thiết bị giám sát, v.v. Thiết bị tuần hoàn thủy lợi thường bao gồm bình chứa, bơm nhu động, hệ thống đường ống và thiết bị thu gom để đảm bảo rằng chất lỏng thủy lợi có thể chảy liên tục và ổn định qua các mô.
Lựa chọn và phối chế dịch tưới là khâu then chốt trong thiết kế hệ thống. Các chất lỏng tưới thường được sử dụng bao gồm bộ đệm Krebs-Henseleit, chất lỏng của Tyrode, v.v., thành phần của chúng cần được điều chỉnh theo loại mô cụ thể. Một chất lỏng lý tưởng nên chứa chất điện giải, chất dinh dưỡng và oxy thích hợp, duy trì độ pH từ 7,35 đến 7,45 và áp suất thẩm thấu khoảng 290-310mOsm/L. Ngoài ra, cần bổ sung các chất nền năng lượng cần thiết như glucose và axit béo.
Kiểm soát nhiệt độ và pH là rất quan trọng để duy trì hoạt động của mô. Hệ thống thường sử dụng chu trình tắm nước hoặc sưởi ấm bằng điện để duy trì nhiệt độ không đổi 37 ℃, giá trị pH được kiểm soát bằng cách điều chỉnh nồng độ bicarbonate trong chất lỏng hoặc thông qua tỷ lệ thích hợp của khí hỗn hợp CO2/O2. Hệ thống tiên tiến còn trang bị thiết bị giám sát thời gian thực, có thể liên tục ghi lại nhiệt độ, pH、 Các tham số như áp suất ô - xy, v. v.
B5-03=giá trị thông số Ki, (cài 3)
Sự ổn định của tốc độ dòng chảy của chất lỏng tưới là chỉ số đầu tiên để đánh giá hiệu suất của hệ thống. Một hệ thống tưới lý tưởng phải cung cấp một dòng chảy ổn định, nhỏ xung với tốc độ dòng chảy dao động không quá ± 5% giá trị cài đặt. Phương pháp đánh giá bao gồm đo trực tiếp thể tích chất lỏng trong một đơn vị thời gian hoặc theo dõi liên tục thông qua cảm biến lưu lượng.
Khả năng duy trì hoạt động của tổ chức là một chỉ số trung tâm về hiệu suất của hệ thống. Nó có thể được đánh giá bằng cách xác định hàm lượng ATP mô, giải phóng lactate dehydrogenase, tỷ lệ tiêu thụ oxy và các chỉ số sinh hóa khác. Kiểm tra hình thái học như quang gương và quan sát gương điện cũng có thể phản ánh trực quan tính toàn vẹn của cấu trúc tổ chức. Ngoài ra, các chỉ số chức năng mô cụ thể như khả năng tổng hợp urê của gan, sức co bóp của tim, v.v. có thể phản ánh trực tiếp hiệu suất kém của hệ thống.
Hiệu quả trao đổi chất phản ánh khả năng của hệ thống để mô phỏng môi trường bên trong cơ thể. Nó có thể được tính bằng cách xác định mức tiêu thụ chất dinh dưỡng và sản xuất các sản phẩm trao đổi chất tại nhập khẩu và xuất khẩu chất lỏng tưới. Ví dụ, tỷ lệ hấp thụ glucose, tỷ lệ sản xuất lactate, tiết urê, v.v., là các chỉ số đánh giá thường được sử dụng. Các hệ thống tiên tiến cũng tích hợp các kỹ thuật phân tích như phổ khối hoặc sắc ký lỏng hiệu quả cao để cho phép giám sát thời gian thực nhiều chất chuyển hóa.
B5-03=giá trị thông số Ki, (cài 3)
Hiện nay, hệ thống đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu. Trong nghiên cứu và phát triển thuốc, hệ thống này có thể được sử dụng để đánh giá chuyển hóa thuốc, độc tính và phân phối mô cụ thể; Trong các nghiên cứu về bệnh, phản ứng mô trong điều kiện bệnh lý có thể được mô phỏng; Trong y học cấy ghép, nó có thể được sử dụng để đánh giá chất lượng bảo quản nội tạng. Hệ thống tưới máu gan cũng được sử dụng trong liệu pháp chuyển tiếp lâm sàng để điều trị suy gan cấp tính.
Xu hướng phát triển trong tương lai chủ yếu được phản ánh trong ba khía cạnh: một là thu nhỏ và tự động hóa, thông qua công nghệ điều khiển dòng chảy vi mô và hệ thống điều khiển thông minh để đạt được kiểm soát môi trường chính xác hơn; Thứ hai, tích hợp đa cơ quan, thiết lập một mô hình tương tác giữa các cơ quan gần gũi hơn với môi trường trong cơ thể; Ba là, kết hợp với công nghệ hình ảnh, công nghệ tổ học, thực hiện thu thập và phân tích dữ liệu đa chiều. Những phát triển này sẽ mở rộng đáng kể phạm vi ứng dụng và giá trị nghiên cứu khoa học của hệ thống tưới mô ly thể.