Dynamic Skin-on-a-Chip Models: A Novel Platform for Investigating the Mechanisms of Skin Tissue Formation

Siden deres første udvikling i 1980'erne har hudmodeller fået stigende opmærksomhed med det formål at erstatte dyremodeller til farmaceutiske og kosmetiske toksicitetsstudier. Fra de første konstruktioner bestående af enkle homogene cellekulturer er nutidige hudmodeller blevet stadig mere komplekse ved at inkorporere flere cellekilder, forskellige stillads samt kemisk og fysisk stimulation. Dog mangler de nuværende modeller stadig den mekaniske stabilitet, som findes i naturlig hud, primært på grund af manglende mekaniske og biofysiske signaler.

I dette arbejde blev der designet en ny skin-on-a-chip-platform, der tillader dynamisk perfusion og mekanisk stimulation under dyrkningen af hudmodellerne, som i fremtiden kunne fungere som et testsystem til farmaceutisk forskning. Platformen er lavet af PDMS og kommercielle PETE-membraner, hvilket gør det til et overkommeligt og enkelt system. Efterfølgende karakterisering af hudmodellerne afslørede ændringer i gen- og proteinudtryk på grund af den dynamiske miljøpåvirkning.

Det blev demonstreret, at hudmodellerne afspejlede morfologien af naturlig hud. Mekanisk kompression resulterede i en tyndere epidermalt tykkelse sammenlignet med Transwell-kulturer og statiske skin-on-a-chip-kulturer. Hudmodellerne blev analyseret ved hjælp af immunohistokemi for at bestemme ændringer i udtrykket af proteiner relateret til differentiering og vævets integritet. Hudmodeller, der blev dyrket med perfusion, viste højere proteinudtryk af Keratin 10 og Keratin 14. Kompressionsstimulering resulterede i en stigning i Desmoplakin 1&2 og Claudin-1, hvilket indikerer øget dannelse af desmosomer og tight junctions og dermed antyder en forbedret integritet af vævet. Ændringer i genudtryk blev påvist ved brug af bulk-RNA-sekventering, og der blev observeret en kompleks samspil i genreguleringen relateret til proliferation og vævshomøostase.

Konklusionen er, at dette arbejde præsenterer en biomimetisk hudækvivalent med en morfologi, der ligner menneskehud. I fremtiden kan systemet fungere som et testsystem til lægemiddel- og perfusionsstudier. Det har potentiale til at blive et redskab til at studere de fysiologiske og patologiske aspekter af huden.