The increasing prevalence of diabetes, its heterogeneity, and the limited number of treatment options drive the need for physiologically relevant assay platforms with human genetic background that have the potential to improve mechanistic understanding and e\xpedite diabetes-related research and treatment. In this study, we developed an endocrine pancreas-on-a-chip model based on a tailored microfluidic platform, which enables self-guided trapping of single human pseudo-islets. Continuous, low-shear perfusion provides a physiologically relevant microenvironment especially important for modeling and monitoring of the endocrine function as well as sufficient supply with nutrients and oxygen. Human pseudo-islets, generated from the conditionally immortalized EndoC-βH3 cell line, were successfully injected by hydrostatic pressure-driven flow without altered viability. To track insulin secretion kinetics in response to glucose stimulation in a time-resolved manner, dynamic sampling of the supernatant as well as non-invasive real-time monitoring using Raman microspectroscopy was established on-chip. Dynamic sampling indicated a biphasic glucose-stimulated insulin response. Raman microspectroscopy allowed to trace glucose responsiveness in situ and to visualize different molecular structures such as lipids, mitochondria and nuclei. In-depth spectral analyses demonstrated a glucose stimulation-dependent, increased mitochondrial activity, and a switch in lipid composition of insulin secreting vesicles, supporting the high performance of our pancreas-on-a-chip model.

中文翻译：

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微创人胰腺芯片模型的非侵入性独立于标记物的高含量分析。

糖尿病的日益流行，其异质性和有限的治疗选择，推动了对具有人类遗传背景的生理学相关检测平台的需求，这些平台有可能改善对糖尿病的研究和治疗的机械性理解。在这项研究中，我们开发了基于量身定制的微流控平台的内分泌胰腺芯片模型，该模型可实现单个人假胰岛的自导捕获。连续的低剪切灌注提供了与生理相关的微环境，这对于建模和监测内分泌功能以及提供足够的营养和氧气尤为重要。从条件永生的EndoC-βH3细胞系产生的人假胰岛，通过静水压力驱动的流动成功注入，而没有改变生存力。为了以时间分辨的方式跟踪响应葡萄糖刺激的胰岛素分泌动力学，在芯片上建立了上清液的动态采样以及使用拉曼显微术的无创实时监测。动态采样表明双相葡萄糖刺激的胰岛素反应。拉曼光谱法可以原位追踪葡萄糖的反应性，并可视化不同的分子结构，例如脂质，线粒体和细胞核。深入的光谱分析表明，葡萄糖刺激依赖性的线粒体活性增加，并且胰岛素分泌囊泡的脂质组成发生了变化，从而支持了我们的“单芯片胰腺模型”的高性能。为了以时间分辨的方式跟踪响应葡萄糖刺激的胰岛素分泌动力学，在芯片上建立了上清液的动态采样以及使用拉曼显微术的无创实时监测。动态采样表明双相葡萄糖刺激的胰岛素反应。拉曼光谱法可以原位追踪葡萄糖的反应性，并可视化不同的分子结构，例如脂质，线粒体和细胞核。深入的光谱分析表明，葡萄糖刺激依赖性的线粒体活性增加，并且胰岛素分泌囊泡的脂质组成发生了变化，从而支持了我们的“单芯片胰腺模型”的高性能。为了以时间分辨的方式跟踪响应葡萄糖刺激的胰岛素分泌动力学，在芯片上建立了上清液的动态采样以及使用拉曼显微术的无创实时监测。动态采样表明双相葡萄糖刺激的胰岛素反应。拉曼光谱法可以原位追踪葡萄糖的反应性，并可视化不同的分子结构，例如脂质，线粒体和细胞核。深入的光谱分析表明，葡萄糖刺激依赖性的线粒体活性增加，并且胰岛素分泌囊泡的脂质组成发生了变化，从而支持了我们的“单芯片胰腺模型”的高性能。在芯片上建立了上清液的动态采样以及使用拉曼显微术的无创实时监测。动态采样表明双相葡萄糖刺激的胰岛素反应。拉曼光谱法可以原位追踪葡萄糖的反应性，并可视化不同的分子结构，例如脂质，线粒体和细胞核。深入的光谱分析表明，葡萄糖刺激依赖性的线粒体活性增加，并且胰岛素分泌囊泡的脂质组成发生了变化，从而支持了我们的“单芯片胰腺模型”的高性能。在芯片上建立了上清液的动态采样以及使用拉曼显微术的无创实时监测。动态采样表明双相葡萄糖刺激的胰岛素反应。拉曼光谱法可以原位追踪葡萄糖的反应性，并可视化不同的分子结构，例如脂质，线粒体和细胞核。深入的光谱分析表明，葡萄糖刺激依赖性的线粒体活性增加，胰岛素分泌囊泡的脂质组成发生变化，这支持了我们的“单芯片胰腺模型”的高性能。线粒体和细胞核。深入的光谱分析表明，葡萄糖刺激依赖性的线粒体活性增加，并且胰岛素分泌囊泡的脂质组成发生了变化，从而支持了我们的“单芯片胰腺模型”的高性能。线粒体和细胞核。深入的光谱分析表明，葡萄糖刺激依赖性的线粒体活性增加，并且胰岛素分泌囊泡的脂质组成发生了变化，从而支持了我们的“单芯片胰腺模型”的高性能。