Project

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Microscopy Equipment for Organ-on-Chips and Perfused Microfluidic Systems with High Speed Camera

English title Microscopy Equipment for Organ-on-Chips and Perfused Microfluidic Systems with High Speed Camera
Applicant Guenat Olivier
Number 157748
Funding scheme R'EQUIP
Research institution ARTORG Center Medizinische Fakultät Universität Bern
Institution of higher education University of Berne - BE
Main discipline Biomedical Engineering
Start/End 01.12.2014 - 30.11.2016
Approved amount 182'130.00
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Keywords (8)

Organs-on-Chip; Red blood cell deformation; High Speed Camera; Microfluidic; Pumping system; Shear stress; Live Cell Imaging; Perfusion

Lay Summary (French)

Lead
Les modèles in-vitro standard consistent en une boîte en plastique transparent, rigide (boîte de Petri), dans laquelle les cellules cultivées sont submergées de milieu physiologique. Cet environnement statique ressemble très peu à l’environnement que les cellules perçoivent in-vivo. Les cellules endothéliales, par exemple, qui forment nos veines et nos artères sont soumises à une force de cisaillement continue dû au flux sanguin et les cellules pulmonaires épithéliales sont étirées de manière cyclique par les mouvements respiratoires. Ces effets mécaniques, ceux créés par le transport continu d’une multitude de molécules et d’autres contribuent de manière importante à l’homéostasie des organes. Poussés par l’industrie pharmaceutique qui a un besoin urgent de modèles in-vitro précis pour prédire l’efficacité et potentiellement aussi la toxicité des médicaments en développement, de nouveaux systèmes in-vitro appelés « organes-sur-chip » sont en train de voir le jour.
Lay summary

Beaucoup d’espoirs sont placés dans ces systèmes qui permettent de reproduire l’environnement cellulaire in-vivo de manière inégalée. A terme, ces organes seront connectés les uns aux autres, de manière à reproduire les interactions entre eux. Ces petits « humain-sur-chip » (« human-on-chip ») permettront alors non seulement de mieux prédire les effets systémiques de médicaments en développement mais aussi de remplacer les tests animaux. 

Ce nouvel instrument de microscopie permettra aux groupes de recherche qui travaillent dans ce nouveau domaine de recherche que sont les « organes-sur-chip » de tester leurs cellules dans un environnement dynamique, proche de celui in-vivo. Ce système est composé de trois composants majeurs : un  microscope inversé fluorescent équipé d’un incubateur qui permettra de visualiser les cellules pendant des temps allant jusqu’à une semaine, voire plus, un système de perfusion précis avec plusieurs canaux de manière à pouvoir alimenter plusieurs organes-sur-chip en parallèle et une caméra haute vitesse. Cette dernière permettra de visualiser les effets biologiques ultra-rapides.

Direct link to Lay Summary Last update: 06.12.2014

Responsible applicant and co-applicants

Publications

Publication
Red blood cell phase separation in symmetric and asymmetric microchannel networks: effect of capillary dilation and inflow velocity
Clavica F. Homsy A. Jeandupeux L. Obrist D. (2016), Red blood cell phase separation in symmetric and asymmetric microchannel networks: effect of capillary dilation and inflow velocity, in Scientific Reports, 1.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Tissue Engineering for Drug Discovery TEDD Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
MIC Symposium 2016. Cells in Motion. Talk given at a conference Potential and Challenges of Organs-on-Chip Technologies 02.12.2016 Bern, Switzerland Guenat Olivier;


Knowledge transfer events

Active participation

Title Type of contribution Date Place Persons involved
Introduction to the new Nikon Spinnning Disk Microscope Workshop 02.05.2016 Bern, Switzerland Guenat Olivier;


Associated projects

Number Title Start Funding scheme
141102 Paracrine soluble factors released by induced pluripotent stem cells in lung regeneration and repair 01.11.2012 Project funding (Div. I-III)
146249 Pulmonary immune responses to bio-mimetic antigen carriers for novel therapeutic approaches to treating allergic asthma 01.08.2013 Project funding (Div. I-III)
141127 Alveolar-capillary microfluidic model for the analysis of lung injury, regeneration and repair 01.05.2012 Project funding (Div. I-III)
141875 Dysregulation of the Lung Microbiota in Chronic Obstructive Pulmonary Disease 01.11.2012 Sinergia
131266 Biomedical nanoparticles as immune-modulators 01.05.2011 NRP 64 Opportunities and Risks of Nanomaterials
139098 Time-resolved structural study of calcium-dependent membrane fusion 01.07.2012 SNSF Professorships
185365 Bioartificial Microvascularized Lung Alveoli Array 01.04.2019 Project funding (Div. I-III)
143331 The Evolving Concept of Neuro-immune Interactions in the Development of Lung Function Impariment Following Allergen Exposure 01.01.2013 Project funding (Div. I-III)

Abstract

In order to enable the visualisation of cells in organ-on-chips and perfused microfluidic systems, that are believed to revolutionize the drug discovery and toxicology research field, a specific set up and microscopy equipment is needed. A number of research groups at the University of Bern are already involved in those research fields and crucially need such an equipment.The requested set-up and microscopy equipment is an arrangement of several pieces of equipment that combined makes this equipment unique and innovative. The system will be equipped with a sophisticated perfusion system (Elvesys) allowing for the accurate delivery of cell culture medium, drugs or blood via eight parallel channels. Second, an inverted microscope (Zeiss, AxioObserver) for long-term cell culture (with CO2 incubator) and equipped with a motorized stage, a 3D imaging module (Apotome 2), 6 different objectives for live fluorescence imaging, including 3 long focal objectives and 5 different filters is the central piece of the system. The microscope will be equipped with a custom-made incubator and a set-up integrating an array of eight fluidic connectors, as well as free space for optional pneumatic, electric and optical connectors. Finally, in addition to a high resolution camera with a complete workstation with acquisition software, a high speed camera will be integrated on the microscope to image ultra-fast biological processes (Camera, Phantom Miro M120).
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