Het maag epitheel is een voorbeeld van barrière weefsel, dat de doorgang van moleculen tussen de verschillende compartimenten van het lichaam regelt. Het epitheel bestaat uit langgerekte cilindrische cellen met elkaar verbonden door complexen van eiwitten die een fysieke barrière 1 tegen pathogenen en toxines te bieden, terwijl de doorgang van water en voedingsstoffen die nodig zijn om het lichaam te ondersteunen. Deze selectiviteit is door de polarisatie van de epitheliale cellen, die twee verschillende domeinen membraan veroorzakend de apicale zijde van de cellen blootgesteld aan het lumen en de basale zijde van de cellen verankerd op de onderliggende weefsels 2,3. Tight junctions (TJ) complexen van eiwitten aanwezig op het apicale deel van epitheliale cellen en maken deel uit van een groter complex bekend als de apicale knooppunt 4. Ionenstroom over de barrière weefsel kan ofwel gaan via de transcellulaire (door de cel) of via een paracellulaire (tussen twee aangrenzende cellen) route. De som vanhet transport door beide routes is bekend als de transepithele weerstand. De apicale knooppunt is verantwoordelijk voor de regulering van ionen en moleculen passeren over de barrière 5,6 via een specifiek openen en sluiten functie. Een disfunctie of verstoring van deze eiwitcomplexen is vaak gerelateerd aan de ziekte van 7-11. Bovendien zijn veel darmpathogenen / toxinen bekend specifiek te richten complex, waardoor het lichaam binnenkomen en leidt tot diarree, waarschijnlijk als gevolg van enorme ontregeling van ion / waterstroming over de barrière 12-14. Barrier weefsel kan ook worden gemodificeerd door verandering van de extracellulaire micro-omgeving. Cadherine is een essentieel eiwit voor cel-celadhesie, en is betrokken bij de vorming van de apicale kruising. Calcium is nodig voor de correcte structurele conformatie van cadherine, en een afname van extracellulair calcium is te leiden tot de vernietiging van de cel-cel en een daaropvolgende splitsing van de openingparacellulaire pad tussen de cellen 15. In deze studie, EGTA (ethyleenglycol-bis (beta-aminoethylether)-N, N, N ', N'-tetra azijnzuur), een specifiek calcium chelator, werd gebruikt om een breuk in barrière weefsel induceren, omdat het aangetoond dat een snelle en drastische invloed op paracellulaire ionenstroom 16,17 hebben. Deze calcium chelator werd gebruikt op een confluente en gedifferentieerde monolaag van de Caco-2 cellijn. Gekweekt in celkweek inserts, wordt deze cellijn waarover de kenmerken van het maag-darmkanaal en wordt veel gebruikt in de farmaceutische industrie om de absorptie van geneesmiddelen 18,19 testen.
Methoden om barrière weefsel integriteit bewaken zijn er in overvloed. Deze methoden zijn vaak optisch beroep op immunofluorescentie kleuring van specifieke eiwitten bekend dat ze de apicale knooppunt 20, of nodig de kwantificering van een fluorescerende tracer molecuul dat normaliter ondoorlaatbaar weefsel barrière21,22. Echter, labelvrije methoden (dwz zonder een fluorofoor / chromofoor) de voorkeur het gebruik van een label kan oplopen artefacten en vaak verhoogt de kosten en de testtijd. Elektrische, label-free monitoring van barrière weefsel is onlangs naar voren gekomen als een dynamische monitoring methode 23. Bijvoorbeeld recente technologische vooruitgang in elektrische impedantie spectroscopie hebben toegelaten dat de ontwikkeling van een commercieel verkrijgbaar aftastinrichting 24,25 dat transepithele weerstand (TER), een meting van de ionen geleidbaarheid in de cellaag kan meten.
Organische elektronica heeft een unieke kans om de wereld van de elektronica en biologie 26,27 28,29 communiceren met behulp van geleidende polymeren die zowel elektronische en ionische dragers kan uitvoeren gecreëerd. Een nieuwe techniek om schendingen op te sporen op het vlak van weefsel met behulp van de OECT 30-32 werd onlangs geïntroduceerd. Dit apparaat werd gevalideerd tegen de bestaande technieken onsed barrière weefsel integriteit, waaronder immunofluorescentie, permeabiliteit assays met behulp Lucifer geel en impedantie spectroscopie met de Cellzscope beoordelen. Bij alle toxische geteste verbindingen werd de OECT gevonden om met gelijke of betere gevoeligheid en met verhoogde temporele resolutie, vergeleken met de bovenstaande technieken. In deze inrichting, PEDOT: PSS, een geleidend polymeer dat is aangetoond stabiel en biocompatibel 33,34 zijn, wordt gebruikt als het actieve materiaal in het kanaal transistor. De OECT bestaat uit drain en source-elektroden aan weerszijden van een geleidend polymeer kanaal. Dit wordt dan in contact met een elektrolyt, die een integrerend deel van de inrichting vormt. Een gate-elektrode wordt ondergedompeld in het elektrolyt (figuur 1) en bij een positieve gate spanning wordt aangelegd aan de gate, zijn kationen van de elektrolyt gedwongen in het kanaal, waardoor dedoping het geleidende polymeer en resulteert in een wijziging in de source-drain stroom. De device is dus zeer gevoelig voor veranderingen in minuten ionische stroom door amplificatie door de transistor. Een cellaag gekweekt op celkweek inzetstuk werd tussen de poortelektrode en de geleidende polymeer kanaal. De aanwezigheid van een intacte cel laag fungeert als barrière voor de kationen aangaan van het geleidende polymeer, dus in de aanwezigheid van een intacte monolaag, de afvoerstroom afneemt (Figuur 2: overgang van gebied A naar B). In aanwezigheid van een toxische verbinding, zal de barrière weefsel geleidelijk verliest zijn integriteit, waardoor de kationen in de polymeerfilm en het verhogen van de afvoerstroom (Figuur 2: gebied c). Met deze techniek wordt de breuk op het vlak weefsel gezien door de modulatie van de drain stroom overeenkomt met de modulatie van de flux over de monolaag. Dit apparaat kan minute variaties in ionische stroom meten ongekende temporele resolutie en gevoeligheid in real time. Deze technologie zull van belang zijn op het gebied van toxicologie voor drugstests, diagnostica of fundamenteel onderzoek als de barrière model gemakkelijk kan worden aangepast. Deze methode zal ook helpen om dierproeven te verminderen, aangezien het de validatie van in vitro modellen te vervangen in vivo testen.