Intestine-on-a-Chip Microfluidic Model for Efficient in Vitro Screening of Oral Chemotherapeutic Uptake

生物利用度 前药 微流控 微流控芯片 体外 生物物理学 化学 纳米技术 药物输送 体内 材料科学 药理学 生物化学 生物 生物技术
作者
Kyall J. Pocock,Ludivine Delon,Vaskor Bala,Shasha Rao,Craig Priest,Clive A. Prestidge,Benjamin Thierry
出处
期刊:ACS Biomaterials Science & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:3 (6): 951-959 被引量:87
标识
DOI:10.1021/acsbiomaterials.7b00023
摘要

Many highly effective chemotherapeutic agents can only be administered intravenously as their oral delivery is compromised by low gastro-intestinal solubility and permeability. SN-38 (7-ethyl-10-hydroxycamptothecin) is one such drug; however, recently synthesized lipophilic prodrugs offer a potential solution to the low oral bioavailability issue. Here we introduce a microfluidic-based intestine-on-a-chip (IOAC) model, which has the potential to provide new insight into the structure–permeability relationship for lipophilic prodrugs. More specifically, the IOAC model utilizes external mechanical cues that induce specific differentiation of an epithelial cell monolayer to provide a barrier function that exhibits an undulating morphology with microvilli expression on the cell surface; this is more biologically relevant than conventional Caco-2 Transwell models. IOAC permeability data for SN38 modified with fatty acid esters of different chain lengths and at different molecular positions correlate excellently with water–lipid partitioning data and have the potential to significantly advance their preclinical development. In addition to advancing mechanistic insight into the permeability of many challenging drug candidates, we envisage the IOAC model to also be applicable to nanoparticle and biological entities.
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