Paediatric Surgery (Ukraine). 2025. 4(89): 109-122. doi: 10.15574/PS.2025.4(89).109122
Солейко Д. С.
Вінницький національний медичний університет імені М.І. Пирогова, Україна

Для цитування: Солейко ДС. (2025). Використання моделей ex vivo, in vitro, мікрофлюїдних пристроїв, технологій тканинної інженерії, визначення їхньої етико-деонтологічної складової в експериментальних дослідженнях хвороби Крона та інших запальних захворювань кишечника. Хірургія дитячого віку (Україна). 4(89): 109-122. doi: 10.15574/PS.2025.4(89).109122.
Стаття надійшла до редакції 05.09.2025 р., прийнята до друку 12.12.2025 р.

Експериментальні дослідження актуальних питань хвороби Крона (ХК) та інших запальних захворювань кишечника (ЗЗК) обумовлені підвищенням рівня захворюваності, наявністю нез’ясованих етіологічних факторів, багатьох ланок патогенезу, відсутністю ефективного комплексного лікування, профілактичних заходів виникнення захворювань і попередження їхніх хірургічних ускладнень.
Мета – визначити технологічну ефективність, відповідність етико-деонтологічним вимогам, практичне значення, специфічність, результативність і перспективність використання моделей ex vivo, in vitro, мікрофлюїдних пристроїв, технологій тканинної інженерії в експериментальних дослідженнях актуальних питань ХК та інших ЗЗК.
Різноманітні дослідження in vivo мають певні фізіологічні, етичні і трансляційні обмеження, що змушує науковців до здійснення нових методів експериментального пошуку, спираючись на розвиток сучасних технологій. За результатами наукового пошуку охарактеризовано моделі ex vivo, in vitro, висвітлено використання мікрофлюїдних пристроїв, технологій тканинної інженерії, наведено основні положення та проблемні питання етико-деонтологічної складової експериментальних досліджень хвороби Крона та інших ЗЗК. Наведені переваги, недоліки та практичне значення експериментальних систем.
Висновки. Використання моделей in vitro та ex vivo дає змогу відтворювати і досліджувати фізіологічні, патологічні процеси з високим рівнем специфічності. Застосування технологій тканинної інженерії та мікрофлюїдики дає можливість зменшити кількість піддослідних тварин. Використання людських біологічних зразків потребує суворого дотримання етико-деонтологічних та юридично-правових норм. Впровадження мікрофлюїдних пристроїв і роботизованих платформ забезпечує високу результативність у розробленні методів таргетної терапії, визначенні й прогнозуванні лікувального ефекту медичних препаратів, дослідженні фізіологічних і патологічних процесів при ХК та інших ЗЗК. Інтеграція мікрофлюїдних систем зі штучним інтелектом і роботизованими платформами, використання біологічних гідрогелів і технології 3D-біодруку сприятимуть створенню мультиорганних мереж для відносно тривалих експериментальних досліджень ЗЗК, реєстрації та аналізу їхніх результатів без порушення цілісності експериментальної системи.
Автор заявляє про відсутність конфлікту інтересів.
Ключові слова: хвороба Крона, запальні захворювання кишечника, експериментальні дослідження, мікрофлюїдика, моделі ex vivo, моделі in vitro, тканинна інженерія, деонтологія, етика.

ЛІТЕРАТУРА

1. Afshar L, Aghayan HR, Sadighi J, Arjmand B, Hashemi SM, Basiri M et al. (2020). Ethics of research on stem cells and regenerative medicine: ethical guidelines in the Islamic Republic of Iran. Stem Cell Res Ther. 11(1): 396. https://doi.org/10.1186/s13287-020-01916-z; PMid:32928295 PMCid:PMC7489032

2. Alvites RD, Branquinho MV, Sousa AC, Lopes B, Sousa P, Mendonça C et al. (2021). Small Ruminants and Its Use in Regenerative Medicine: Recent Works and Future Perspectives. Biology (Basel). 10(3): 249. https://doi.org/10.3390/biology10030249; PMid:33810087 PMCid:PMC8004958

3. Baptiste DL, Caviness-Ashe N, Josiah N, Commodore-Mensah Y, Arscott J et al. (2022). Henrietta Lacks and America's dark history of research involving African Americans. Nurs Open. 9(5): 2236-2238. https://doi.org/10.1002/nop2.1257; PMid:35700235 PMCid:PMC9374392

4. Botti G, Di Bonito M, Cantile M. (2021). Organoid biobanks as a new tool for pre-clinical validation of candidate drug efficacy and safety. Int J Physiol Pathophysiol Pharmacol. 13(1): 17-21. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33815668/.

5. Clua-Ferré L, Suau R, Vañó-Segarra I, Ginés I, Serena C, Manyé J. (2024). Therapeutic potential of mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles: A focus on inflammatory bowel disease. Clin Transl Med. 14(11): e70075. https://doi.org/10.1002/ctm2.70075; PMid:39488745 PMCid:PMC11531661

6. Cruz Rivera S, Aiyegbusi OL, Ives J, Draper H, Mercieca-Bebber R, Ells C et al. (2022). Ethical Considerations for the Inclusion of Patient-Reported Outcomes in Clinical Research: The PRO Ethics Guidelines. Jama. 327(19): 1910-1919. https://doi.org/10.1001/jama.2022.6421; PMid:35579638 PMCid:PMC10026781

7. De Gregorio V, Sgambato C, Urciuolo F, Vecchione R, Netti PA, Imparato G. (2022). Immunoresponsive microbiota-gut-on-chip reproduces barrier dysfunction, stromal reshaping and probiotics translocation under inflammation. Biomaterials. 286: 121573. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.121573; PMid:35617781

8. De Kanter AJ, Jongsma KR, Verhaar MC, Bredenoord AL. (2023). The Ethical Implications of Tissue Engineering for Regenerative Purposes: A Systematic Review. Tissue Eng Part B Rev. 29(2): 167-187. https://doi.org/10.1089/ten.teb.2022.0033; PMid:36112697 PMCid:PMC10122262

9. Dubinina VO, Ksonz IV, Bilash SM, Abyzova LV, Bilanov OS, Ksonz VI. (2023). Axiological dimensions of medical deontology in pediatric surgery. Paediatric Surgery (Ukraine). 4(81): 108-113; https://doi.org/10.15574/PS.2023.81.108

10. Eder MM. (2023). Aligning clinical research ethics with community-engaged and participatory research in the United States. Front Public Health. 11: 1122479. https://doi.org/10.3389/fpubh.2023.1122479; PMid:37213625 PMCid:PMC10192870

11. Garreta E, Kamm RD, Chuva de Sousa Lopes SM, Lancaster MA, Weiss R, Trepat X et al. (2021). Rethinking organoid technology through bioengineering. Nat Mater. 20(2): 145-155. https://doi.org/10.1038/s41563-020-00804-4; PMid:33199860

12. Gazzaniga FS, Camacho DM, Wu M, Silva Palazzo MF, Dinis ALM, Grafton FN et al. (2021). Harnessing Colon Chip Technology to Identify Commensal Bacteria That Promote Host Tolerance to Infection. Front Cell Infect Microbiol. 11: 638014. https://doi.org/10.3389/fcimb.2021.638014; PMid:33777849 PMCid:PMC7996096

13. Gijzen L, Marescotti D, Raineri E, Nicolas A, Lanz HL, Guerrera D et al. (2020). An Intestine-on-a-Chip Model of Plug-and-Play Modularity to Study Inflammatory Processes. SLAS Technol. 25(6): 585-597. https://doi.org/10.1177/2472630320924999; PMid:32576063 PMCid:PMC7684793

14. Grand View Research. (2025). Microfluidics Market Size, Share & Trends Analysis Report By Technology, By Product (Microfluidic-based Devices, Microfluidic Components), By Material (Silicon, Glass), By Application (Medical, Non-Medical), By Region, And Segment Forecasts, 2025-2030. URL: https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/microfluidics-market 119.

15. Grupp TM, Rusch S, Massin P, Blom A, Garcia-Rey E, Cristofolini L et al. (2023). 1st EFORT European Consensus "Medical & Scientific Research Requirements for the Clinical Introduction of Artificial Joint Arthroplasty Devices": Background, Delphi Methodology & Consensus process. EFORT Open Rev. 8(7): 499-508. https://doi.org/10.1530/EOR-23-0054; PMid:37395678 PMCid:PMC10321049

16. Guo Y, Chen X, Gong P, Li G, Yao W, Yang W. (2023). The Gut-Organ-Axis Concept: Advances the Application of Gut-on-Chip Technology. Int J Mol Sci. 24(4): 4089. https://doi.org/10.3390/ijms24044089; PMid:36835499 PMCid:PMC9962350

17. Jacques E, Suuronen EJ. (2020). The Progression of Regenerative Medicine and its Impact on Therapy Translation. Clin Transl Sci. 13(3): 440-450. https://doi.org/10.1111/cts.12736; PMid:31981408 PMCid:PMC7214652

18. Jongsma KR, Bredenoord AL. (2020). Ethics parallel research: an approach for (early) ethical guidance of biomedical innovation. BMC Med Ethics. 21(1): 81. https://doi.org/10.1186/s12910-020-00524-z; PMid:32867753 PMCid:PMC7461257

19. Joshi A, SoniA, Acharya S. (2022). In vitro models and ex vivo systems used in inflammatory bowel disease. In vitro Model. 1(3): 213-227. https://doi.org/10.1007/s44164-022-00017-w; PMid:37519330 PMCid:PMC9036838

20. Justus CR, Marie MA, Sanderlin EJ, Yang LV. (2023). Transwell In vitro Cell Migration and Invasion Assays. Methods Mol Biol. 2644: 349-359. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-3052-5_22; PMid:37142933 PMCid:PMC10335869

21. Kenney RM, Loeser A, Whitman NA, Lockett MR. (2018). Paper-based Transwell assays: an inexpensive alternative to study cellular invasion. Analyst. 144(1): 206-211. https://doi.org/10.1039/C8AN01157E; PMid:30328422 PMCid:PMC6296866

22. Kim HJ, Lee J, Choi JH, Bahinski A, Ingber DE. (2016). Co-culture of Living Microbiome with Microengineered Human Intestinal Villi in a Gut-on-a-Chip Microfluidic Device. J Vis Exp. (114): 54344. https://doi.org/10.3791/54344

23. Klein L, Hutmacher DW. (2024). Straddling the Line Between In vitro and Ex vivo Investigations. Tissue Eng Part C Methods. 30(10): 443-451. https://doi.org/10.1089/ten.tec.2024.0246; PMid:39422880

24. Kriaa A, Mariaule V, De Rudder C, Jablaoui A, Sokol H, Wilmes P et al. (2024). From animal models to gut-on-chip: the challenging journey to capture inter-individual variability in chronic digestive disorders. Gut Microbes. 16(1): 2333434. https://doi.org/10.1080/19490976.2024.2333434; PMid:38536705 PMCid:PMC10978023

25. Li XG, Chen MX, Zhao SQ, Wang XQ. (2022). Intestinal Models for Personalized Medicine: from Conventional Models to Microfluidic Primary Intestine-on-a-chip. Stem Cell Rev Rep. 18(6): 2137-2151. https://doi.org/10.1007/s12015-021-10205-y; PMid:34181185 PMCid:PMC8237043

26. Macedo MH, Dias Neto M, Pastrana L, Gonçalves C, Xavier M. (2023). Recent Advances in Cell-Based In vitro Models to Recreate Human Intestinal Inflammation. Adv Sci (Weinh). 10(31): e2301391. https://doi.org/10.1002/advs.202301391; PMid:37736674 PMCid:PMC10625086

27. Malaguarnera G, Graute M, Homs Corbera A. (2021). The translational roadmap of the gut models, focusing on gut-on-chip. Open Res Eur. 1: 62. https://doi.org/10.12688/openreseurope.13709.2; PMid:37645178 PMCid:PMC10445823

28. Mangione F, Salmon B, EzEldeen M, Jacobs R, Chaussain C, Vital S. (2022). Characteristics of Large Animal Models for Current Cell-Based Oral Tissue Regeneration. Tissue Eng Part B Rev. 28(3): 489-505. https://doi.org/10.1089/ten.teb.2020.0384; PMid:33882717

29. Morelli M, Cabezuelo Rodríguez M, Queiroz K. (2024). A high-throughput gut-on-chip platform to study the epithelial responses to enterotoxins. Sci Rep. 14(1): 5797. https://doi.org/10.1038/s41598-024-56520-5; PMid:38461178 PMCid:PMC10925042

30. Morelli M, Kurek D, Ng CP, Queiroz K. (2023). Gut-on-a-Chip Models: Current and Future Perspectives for Host-Microbial Interactions Research. Biomedicines. 11(2): 619. https://doi.org/10.3390/biomedicines11020619; PMid:36831155 PMCid:PMC9953162

31. Novak R, Ingram M, Marquez S, Das D, Delahanty A, Herland A et al. (2020). Robotic fluidic coupling and interrogation of multiple vascularized organ chips. Nat Biomed Eng. 4(4): 407-420. https://doi.org/10.1038/s41551-019-0497-x; PMid:31988458 PMCid:PMC8057865

32. Oerlemans AJ, van Hoek ME, van Leeuwen E, Dekkers WJ. (2014). Hype and expectations in tissue engineering. Regen Med. 9(1): 113-122. https://doi.org/10.2217/rme.13.89; PMid:24351011

33. Rahman S, Ghiboub M, Donkers JM, van de Steeg E, van Tol EAF et al. (2021). The Progress of Intestinal Epithelial Models from Cell Lines to Gut-On-Chip. Int J Mol Sci. 22(24): 13472. https://doi.org/10.3390/ijms222413472; PMid:34948271 PMCid:PMC8709104

34. Schenke-Layland K, Nerem RM. (2011). In vitro human tissue models–moving towards personalized regenerative medicine. Adv Drug Deliv Rev. 63(4-5): 195-196. https://doi.org/10.1016/j.addr.2011.05.001; PMid:21600252

35. Shevchenko YeV, Hladkykh FV, Matvieienko MS. (2024) Cryomedical biotechnologies as a key to effective decellularization in the creation of scaffolds for vascular transplantation. The Journal of V.N. Karazin Kharkiv National University. Series Medicine. 32; 3(50): 366-386. https://doi.org/10.26565/2313-6693-2024-50-08

36. Shevchenko YV, Liadova TI, Hladkykh FV, Matvieienko MS, Chyzh MO, Komorovsky RR. (2024). Decellularized Matrix Scaffolds for Vascular Transplantation: Addressing Immunogenicity, Sterilization, and Current Strategies for Long-Term Storage. Ukrainian Journal of Cardiovascular Surgery. 32(4): 78-90. https://doi.org/10.30702/ujcvs/24.32(04)/ShL061-7890

37. Shi Q, Carrillo JC, Penman MG, Manton J, Fioravanzo E, Powrie RH et al. (2022). Assessment of the Intestinal Absorption of Higher Olefins by the Everted Gut Sac Model in Combination with In Silico New Approach Methodologies. Chem Res Toxicol. 35(8): 1383-1392. https://doi.org/10.1021/acs.chemrestox.2c00089; PMid:35830964 PMCid:PMC9382673

38. Shin YC, Shin W, Koh D, Wu A, Ambrosini YM, Min S et al. (2020). Three-Dimensional Regeneration of Patient-Derived Intestinal Organoid Epithelium in a Physiodynamic Mucosal Interface-on-a-Chip. Micromachines (Basel). 11(7): 663. https://doi.org/10.3390/mi11070663; PMid:32645991 PMCid:PMC7408321

39. Солейко ДС, Притула ВП. (2025). Експериментальні моделі in vivo в наукових дослідженнях актуальних питань хвороби Крона та інших запальних захворювань кишечника. Хірургія дитячого віку (Україна). 3(88): 135-148. https://doi.org/10.15574/PS.2025.3(88).135148

40. Stoyeva TV, Dzhahiashvili OV, Melnychenko MH, Hudz VA. (2019). Using mathematical modeling in the differential diagnosis of acute abdominal syndrome in children. Paediatric surgery. Ukraine. 1(62): 47-52. https://doi.org/10.15574/PS.2019.62.47

41. Taylor WJ, Willink R, O'Connor DA, Patel V, Bourne A, Harris IA et al. (2023). Which clinical research questions are the most important? Development and preliminary validation of the Australia & New Zealand Musculoskeletal (ANZMUSC) Clinical Trials Network Research Question Importance Tool (ANZMUSC-RQIT). PLoS One. 18(3): e0281308. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0281308; PMid:36930668 PMCid:PMC10022765

42. Thomas DP, Zhang J, Nguyen NT, Ta HT. (2023). Microfluidic Gut-on-a-Chip: Fundamentals and Challenges. Biosensors (Basel). 13(1): 136. https://doi.org/10.3390/bios13010136; PMid:36671971 PMCid:PMC9856111

43. Ungaro F, Garlatti V, Massimino L, Spinelli A, Carvello M, Sacchi M et al. (2019). mTOR-Dependent Stimulation of IL20RA Orchestrates Immune Cell Trafficking through Lymphatic Endothelium in Patients with Crohn's Disease. Cells. 8(8): 924. https://doi.org/10.3390/cells8080924; PMid:31426584 PMCid:PMC6721646

44. Vera D, García-Díaz M, Torras N, Castillo Ó, Illa X, Villa R et al. (2024). A 3D bioprinted hydrogel gut-on-chip with integrated electrodes for transepithelial electrical resistance (TEER) measurements. Biofabrication. 16(3). https://doi.org/10.1088/1758-5090/ad3aa4; PMid:38574551

45. World Health Organization (WHO). (2020). Global health estimates 2019: estimated deaths by age, sex, and cause. Geneva, Switzerland.

46. Xiang Y, Wen H, Yu Y, Li M, Fu X, Huang S. (2020). Gut-on-chip: Recreating human intestine in vitro. J Tissue Eng. 11: 2041731420965318. https://doi.org/10.1177/2041731420965318; PMid:33282173 PMCid:PMC7682210