オルガノイド・オン・チップシステムのためのバイオインピーダンスに基づくデジタルツイン

本論文では、オルガノイド・オン・チップシステムに対するバイオインピーダンスに基づくデジタルツイン手法を提案する。オルガノイド・オン・チップのプラットフォームは、マイクロ流体制御、特定の細胞集団、細胞外マトリクス、機械刺激、組織間相互作用を統合し、制御された条件下で選択した生理機能を再現する。バイオインピーダンス計測により、細胞および組織の挙動を非破壊かつ反復可能にモニタリングできる。しかし、オルガノイド・オン・チップシステムから計測される電気信号は、生物学的状態のみに依存するわけではない。電気信号はデバイスの形状、電極構成、電極—電解質界面、培養条件、計測の安定性にも影響される。したがって、計測システム全体を考慮しない限り、電気信号を生物学的状態として直接みなすことはできない。そこで、オルガノイド・オン・チップ技術の次の発展は、連続モニタリングからバイオインピーダンスに基づくデジタルツインへ移行すべきだと提案する。物理的なオルガノイド・オン・チップシステム、統合センシングシステム、計測モデル、機構モデル、データ駆動モデルを接続し、常に更新される「実験—計算」ループを形成できる。このようなシステムでは、センサ信号をモニタすることだけでなく、現在の生物学的状態を推定し、この推定に伴う不確実性を定量化し、実験的な擾乱に対するシステムの将来応答を予測することが目的となる。本アプローチは、オルガノイド・オン・チップシステムの記述的な計測から、予測的かつ適応的な微小生理実験への移行を可能にしうる。

https://doi.org/10.20944/preprints202609.0135.v1