Design and sensorization of a modular on-a-chip platform suitable for brain cells in vitro culturing

The increased demand for advanced in vitro models to predict human responses has led to the emergence of a new technology: Organ-on-a-Chip (OoC). They aim to mimic the complex environment and cell interactions within one or multiple organs, enabling continuous monitoring of the microenvironment. Among them, Brain-on-a-Chip (BoC) systems are a promising tool applicable to numerous contexts, including the study of Alzheimer’s disease (AD). This thesis focused on improving the design and usability of a millifluidic modular platform, based on an available prototype from the Technobiology Labs at Politecnico di Milano. The final platform was equipped with non-invasive oxygen optical sensors, which supported computational fluid-dynamic simulations (CFD) to estimate specific kinetics parameters. Lastly, viability assays confirmed the device’s suitability for brain-relevant cell lines.

La crescente domanda di modelli in vitro avanzati per prevedere le risposte umane ha portato alla nascita di una nuova tecnologia: l’Organ-on-a-Chip (OoC). Questi sistemi mirano a riprodurre l’ambiente complesso e le interazioni cellulari all’interno di uno o più organi, consentendo il monitoraggio continuo del microambiente. Tra questi, i sistemi Brain-on-a-Chip (BoC) rappresentano uno strumento promettente applicabile a numerosi contesti, tra cui lo studio del morbo di Alzheimer (AD). La presente tesi si è concentrata sul miglioramento della progettazione e dell’usabilità di una piattaforma modulare millifluidica, basata su un prototipo messo a disposizione dai Laboratori di Tecnobiologia del Politecnico di Milano. La piattaforma finale è stata dotata di sensori ottici non invasivi per l'ossigeno, che hanno supportato simulazioni di fluidodinamica computazionale (CFD) per stimare specifici parametri cinetici. Infine, i test di vitalità hanno confermato l’idoneità del dispositivo per le linee cellulari rilevanti per il cervello.