Scaling and systems biology for integrating multiple organs-on-a-chip

Lab on a Chip

Volumn 13, Issue 18, 2013, Pages 3496-3511

  Wikswo, John P ^a,b,c   Curtis, Erica L ^a,b   Eagleton, Zachary E ^a,b   Evans, Brian C ^a,b   Kole, Ayeeshik ^a,b   Hofmeister, Lucas H ^a,b   Matloff, William J ^a,b  

^a VANDERBILT UNIVERSITY   (United States)

^b VANDERBILT UNIVERSITY   (United States)

^c VANDERBILT UNIVERSITY SCHOOL OF MEDICINE   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ADRENAL GLAND; ALLOMETRY; ARTICLE; BIOENGINEERING; BRAIN; CELL HETEROGENEITY; CELL TYPE; CIRCULATION TIME; HEART; HEART RATE; HUMAN; HYPOPHYSIS; KIDNEY; LAB ON A CHIP; LIVER; LUNG; ORGAN SIZE; PANCREAS; PRIORITY JOURNAL; SPLEEN; SYSTEMS BIOLOGY; THYROID GLAND; TISSUE SECTION;

ANIMALIA;

CARDIOVASCULAR SYSTEM; CELL CULTURE TECHNIQUES; HUMANS; MICROFLUIDIC ANALYTICAL TECHNIQUES; MODELS, BIOLOGICAL; PHARMACEUTICAL PREPARATIONS; SYSTEMS BIOLOGY; TISSUE SCAFFOLDS;

EID: 84882245384     PISSN: 14730197     EISSN: 14730189     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c3lc50243k     Document Type: Article

References (151)

1. J. P. Wikswo F. E. Block III D. E. Cliffel C. R. Goodwin C. C. Marasco D. A. Markov D. L. McLean J. A. McLean J. R. McKenzie R. S. Reiserer P. C. Samson D. K. Schaffer K. T. Seale S. D. Sherrod IEEE Trans. Biomed. Eng. 2013 60 682
2. M. B. Esch T. L. King M. L. Shuler Annu. Rev. Biomed. Eng. 2011 13 55
3. M. Shuler Ann. Biomed. Eng. 2012 40 1399
4. K. Schmidt-Nielsen J. Exp. Zool. 1975 194 287
5. M. Kleiber Hilgardia 1932 6 315
6. M. Kleiber Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine. Society for Experimental Biology and Medicine (New York, N.Y.) 1941 48 419
7. K. Schmidt-Nielsen, in Scaling: Why is animal size so important?, Cambridge University Press, New York, 1984, ch. 8, pp. 90-98
8. P. S. Dodds D. H. Rothman J. S. Weitz J. Theor. Biol. 2001 209 9
9. G. B. West J. H. Brown B. J. Enquist Science 1997 276 122
10. J. H. Brown V. K. Gupta B. L. Li B. T. Milne C. Restrepo G. B. West Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. B 2002 357 619
11. S. L. Lindstedt W. A. Calder Quart. Rev. Biol. 1981 56 1
12. W. R. Stahl Science 1965 150 1039
13. T. N. Johnson A. Rostami-Hodjegan G. T. Tucker Clin. Pharmacokinet. 2006 45 931
14. M. Danhof J. de Jongh E. C. M. De Lange O. Della Pasqua B. A. Ploeger R. A. Voskuyl Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 2007 47 357
15. H. W. Leung, in General, Applied and Systems Toxicology, John Wiley & Sons, Ltd, 2009
16. M. Hadi I. M. Westra V. Starokozhko S. Dragovic M. T. Merema G. M. M. Groothuis Chem. Res. Toxicol. 2013 26 710
17. D. Huh D. C. Leslie B. D. Matthews J. P. Fraser S. Jurek G. A. Hamilton K. S. Thorneloe M. A. Mcalexander D. E. Ingber Sci. Transl. Med. 2012 4 159ra147
18. D. Huh B. D. Matthews A. Mammoto M. Montoya-Zavala H. Y. Hsin D. E. Ingber Science 2010 328 1662
19. A. Grosberg P. W. Alford M. L. McCain K. K. Parker Lab Chip 2011 11 4165
20. P. W. Alford A. W. Feinberg S. P. Sheehy K. K. Parker Biomaterials 2010 31 3613
21. H. J. Kim D. Huh G. Hamilton D. E. Ingber Lab Chip 2012 12 2165
22. P. R. LeDuc W. C. Messner J. P. Wikswo Annu. Rev. Biomed. Eng. 2011 13 369
23. C. L. Hansen M. O. A. Sommer S. R. Quake Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2004 101 14431
24. C. L. Hansen Caltech 2004
25. R. Yang, M. Zhang and T. J. Tarn, in Life science automation fundamentals and applications, ed., M. Zhang, B. Nelson, and, R. Felder, Artech House, Norwood, MA, 2007, ch. 6, pp. 153-196
26. L. Cucullo N. Marchi M. Hossain D. Janigro J. Cereb. Blood Flow Metab. 2011 31 767
27. R. Booth H. Kim Lab Chip 2012 12 1784
28. A. K. H. Achyuta A. J. Conway R. B. Crouse E. C. Bannister R. N. Lee C. P. Katnik A. A. Behensky J. Cuevas S. S. Sundaram Lab Chip 2013 13 542
29. L. M. Griep F. Wolbers B. de Wagenaar P. M. ter Braak B. B. Weksler I. A. Romero P. O. Couraud I. Vermes A. D. van der Meer A. van den Berg Biomed. Microdevices 2013 15 145
30. B. Prabhakarpandian M. C. Shen J. B. Nichols I. R. Mills M. Sidoryk-Wegrzynowicz M. Aschner K. Pant Lab Chip 2013 13 1093
31. Y. Gao D. Majumdar B. Jovanovic C. Shaifer P. Lin A. Zijlstra D. Webb D. Li Biomed. Microdevices 2011 13 539
32. D. Majumdar Y. Gao D. Li D. J. Webb J. Neurosci. Methods 2011 196 38
33. J. Park H. Koito J. Li A. Han Lab Chip 2012 12 3296
34. M. Shi D. Majumdar Y. Gao B. M. Brewer C. R. Goodwin J. A. McLean D. Li D. J. Webb Lab Chip 2013 10.1039/C3LC50249J
35. S. Herculano-Houzel P. Ribeiro L. Campos A. V. da Silva L. B. Torres K. C. Catania J. H. Kaas Brain Behav. Evol. 2011 78 302
36. K. Chung J. Wallace S. Y. Kim S. Kalyanasundaram A. S. Andalman T. J. Davidson J. J. Mirzabekov K. A. Zalocusky J. Mattis A. K. Denisin S. Pak H. Bernstein C. Ramakrishnan L. Grosenick V. Gradinaru K. Deisseroth Nature 2013 497 332
37. S. Herculano-Houzel Front. Hum. Neurosci. 2009 3
38. B. Davies T. Morris Pharm. Res. 1993 10 1093
39. S. Herculano-Houzel PLoS One 2011 6
40. J. Karbowski BMC Biol. 2007 5
41. L. Lyck I. D. Santamaria B. Pakkenberg J. Chemnitz H. D. Schroder B. Finsen H. J. G. Gundersen J. Neurosci. Methods 2009 182 143
42. P. Kreczmanski H. Heinsen V. Mantua F. Woltersdorf T. Masson N. Ulfig R. Schmidt-Kastner H. Korr H. W. M. Steinbusch P. R. Hof C. Schmitz Acta Neuropathol. 2009 117 409
43. A. Armulik G. Genove C. Betsholtz Dev. Cell 2011 21 193
44. T. M. Mathiisen K. P. Lehre N. C. Danbolt O. P. Ottersen Glia 2010 58 1094
45. D. E. Sims Tissue Cell 1986 18 153
46. H. Ito I. Kanno C. Kato T. Sasaki K. Ishii Y. Ouchi A. Iida H. Okazawa K. Hayashida N. Tsuyuguchi K. Ishii Y. Kuwabara M. Senda Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging 2004 31 635
47. L. C. Mchenry N. Engl. J. Med. 1966 274 82
48. L. C. Mchenry N. Engl. J. Med. 1965 273 562
49. P. Lebrungrandie J. C. Baron F. Soussaline C. Lochh J. Sastre M. G. Bousser Arch. Neurol. 1983 40 230
50. L. Cucullo M. Hossain V. Puvenna N. Marchi D. Janigro BMC Neurosci. 2011 12 40
51. A. G. Koutsiaris S. V. Tachmitzi N. Batis M. G. Kotoula C. H. Karabatsas E. Tsironi D. Z. Chatzoulis Biorheology 2007 44 375
52. J. M. Tarbell Cardiovasc. Res. 2010 87 320
53. Y. Tanaka K. Morishima T. Shimizu A. Kikuchi M. Yamato T. Okano T. Kitamori Lab Chip 2006 6 362
54. J. Park I. C. Kim J. Baek M. Cha J. Kim S. Park J. Lee B. Kim Lab Chip 2007 7 1367
55. J. C. Nawroth H. Lee A. W. Feinberg C. M. Ripplinger M. L. McCain A. Grosberg J. O. Dabiri K. K. Parker Nat. Biotechnol. 2012 30 792
56. E. J. Lee D. E. Kim E. U. Azeloglu K. D. Costa Tissue Eng. A 2008 14 215
57. G. A. Giridharan M. D. Nguyen R. Estrada V. Parichehreh T. Hamid M. A. Ismahil S. D. Prabhu P. Sethu Anal. Chem. 2010 82 7581
58. I. Banerjee J. W. Fuseler R. L. Price T. K. Borg T. A. Baudino Am. J. Physiol. Heart 2007 293 H1883
59. D. L. Brutsaert Physiol. Rev. 2003 83 59
60. M. Horackova J. A. Armour Cardiovasc. Res. 1995 30 326
61. M. Horackova Z. Byczko Exp. Cell Res. 1997 237 158
62. M. Horackova M. H. Huang J. A. Armour D. A. Hopkins C. Mapplebeck Cardiovasc. Res. 1993 27 1101
63. K. Lemmens V. F. M. Segers M. Demolder G. W. De Keulenaer J. Biol. Chem. 2006 281 19469
64. T. M. Leucker M. Bienengraeber M. Muravyeva I. Baotic D. Weihrauch A. K. Brzezinska D. C. Warltier J. R. Kersten P. F. Pratt J. Mol. Cell. Cardiol. 2011 51 803
65. Y. H. Hsu M. L. Moya P. Abiri C. C. W. Hughes S. C. George A. P. Lee Lab Chip 2013 13 81
66. M. L. Moya Y.-H. Hsu A. P. Lee C. C. W. Hughes S. C. George Tissue Eng. Pt. C 2013 10.1089/ten.tec.2012.0430
67. T. G. Papaioannou E. N. Karatzis M. Vavuranakis J. P. Lekakis C. Stefanadis Int. J. Cardiol. 2006 113 12
68. W. H. Fissell J. Kimball S. M. Mackay A. Funke H. D. Humes Ann. N. Y. Acad. Sci. 2001 944 284
69. H. D. Humes S. M. Mackay A. J. Funke D. A. Buffington Kidney Int. 1999 55 2502
70. E. M. Wright Am. J. Physiol. Renal 2001 280 F10
71. S. Abrahams L. Greenwald D. L. Stetson Am. J. Physiol. 1991 261 R719
72. C. A. Beuchat J. Theor. Biol. 1990 143 113
73. R. Greger Physiol. Rev. 1985 65 760
74. S. Kurbel K. Dodig R. Radic Adv. Physiol. Educ. 2002 26 278
75. C. A. Beuchat Am. J. Physiol-Reg. I. 1996 271 R157
76. J. W. Prothero Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Physiology 1982 71 567
77. Y. Nahmias F. Berthiaume M. L. Yarmush Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. 2007 103 309
78. A. K. Sohlenius-Sternbeck Toxicol. in Vitro 2006 20 1582
79. B. D. Foy A. Rotem M. Toner R. G. Tompkins M. L. Yarmush Cell. Transplant. 1994 3 515
80. U. J. Balis K. Behnia B. Dwarakanath S. N. Bhatia S. J. Sullivan M. L. Yarmush M. Toner Metab. Eng. 1999 1 49
81. S. C. Balmert D. McKeel F. Triolo B. Gridelli K. Zeilinger R. Bornemann J. C. Gerlach Int. J. Artif. Organs 2011 34 410
82. K. Zeilinger T. Schreiter M. Darnell T. Soderdahl M. Lubberstedt B. Dillner D. Knobeloch A. K. Nussler J. C. Gerlach T. B. Andersson Tissue Eng., Part C 2011 17 549
83. J. M. Piret C. L. Cooney Biotechnol. Bioeng. 1991 37 80
84. W. G. Whitford J. J. S. Cadwell BioProcess Int. 2009 7 54
85. I. Mahmood J. Pharm. Sci. 2005 94 883
86. T. Lave S. Dupin C. Schmitt R. C. Chou D. Jaeck P. Coassolo J. Pharm. Sci. 1997 86 584
87. Y. Naritomi S. Terashita A. Kagayama Y. Sugiyama Drug Metab. Dispos. 2003 31 580
88. Y. Naritomi S. Terashita S. Kimura A. Suzuki A. Kagayama Y. Sugiyama Drug Metab. Dispos. 2001 29 1316
89. H. Boxenbaum J. Pharmacokinet. Biopharm. 1980 8 165
90. D. J. Carlile K. Zomorodi J. B. Houston Drug Metab. Dispos. 1997 25 903
91. G. Ghibellini L. S. Vasist E. M. Leslie W. D. Heizer R. J. Kowalsky B. F. Calvo K. L. R. Brouwer Clin. Pharmacol. Ther. 2007 81 406
92. R. J. Riley D. F. McGinnity R. P. Austin Drug Metab. Dispos. 2005 33 1304
93. J. S. Miller K. R. Stevens M. T. Yang B. M. Baker D. H. Nguyen D. M. Cohen E. Toro A. A. Chen P. A. Galie X. Yu R. Chaturvedi S. N. Bhatia C. S. Chen Nat. Mater. 2012 11 768
94. E. R. Weibel Annu. Rev. Physiol. 1987 49 147
95. C. Hou M. Mayo Phys. Rev. E 2011 84 061915
96. J. D. Crapo B. E. Barry P. Gehr M. Bachofen E. R. Weibel Am. Rev. Respir. Dis. 1982 126 332
97. W. A. H. Wallace M. Gillooly D. Lamb Thorax 1992 47 437
98. A. O. S. Fels Z. A. Cohn J. Appl. Physiol. 1986 60 353
99. W. R. Stahl J. Appl. Physiol. 1967 22 453
100. M. Kjeld O. Olafsson Can. J. Zool. 2008 86 890
101. M. F. Brown T. P. Gratton J. A. Stuart Am. J. Physiol-Reg. I. 2007 292 R2115
102. G. Chen A. F. Palmer Biotechnol. Prog. 2009 25 1317
103. D. R. Spahn Crit. Care 1999 3 R93
104. M. Yamazaki R. Aeba R. Yozu K. Kobayashi Circulation 2006 114 I220
105. V. Jager J. Lehmann P. Friedl Cytotechnology 1988 1 319
106. C. Zhang Z. Q. Zhao N. A. A. Rahim D. van Noort H. Yu Lab Chip 2009 9 3185
107. J. van der Valk D. Brunner K. De Smet A. F. Svenningsen P. Honegger L. E. Knudsen T. Lindl J. Noraberg A. Price M. L. Scarino G. Gstraunthaler Toxicol. in Vitro 2010 24 1053
108. D. Pinkel Cancer Res. 1958 18 853
109. C. Hall E. Lueshen A. Mosat A. A. Linninger J. Pharm. Sci. 2012 101 1221
110. V. Sharma J. H. McNeill Br. J. Pharmacol. 2009 157 907
111. A. H. Diercks A. Ozinsky C. L. Hansen J. M. Spotts D. J. Rodriguez A. Aderem Anal. Biochem. 2009 386 30
112. L. Jost Oikos 2006 113 363
113. C. J. Keylock Oikos 2005 109 203
114. D. E. Malarkey K. Johnson L. Ryan G. Boorman R. R. Maronpot Toxicol. Pathol. 2005 33 27
115. L. Sherwood, in Human physiology: from cells to systems, Cengage-Brooks/Cole, Belmont, CA, 7th edn, 2010
116. B. Prabhakarpandian Y. Wang A. Rea-Ramsey S. Sundaram M. F. Kiani K. Pant Microcirculation 2011 18 380
117. L. A. Hiatt J. R. McKenzie L. F. Deravi R. S. Harry D. W. Wright D. W. Cliffel Biosens. Bioelectron. 2012 33 128
118. J. H. Sung C. Kam M. L. Shuler Lab Chip 2010 10 446
119. K. Viravaidya M. L. Shuler Biotechnol. Prog. 2004 20 590
120. F. D. Sistare J. J. DeGeorge Biomarkers Med. 2011 5 497
121. B. Ma G. Zhang J. Qin B. Lin Lab Chip 2009 9 232
122. J. P. Wikswo A. Prokop F. Baudenbacher D. Cliffel B. Csukas M. Velkovsky IEE Proc.: Nanobiotechnol. 2006 153 81
123. A. Prokop Z. Prokop D. Schaffer E. Kozlov J. P. Wikswo D. Cliffel F. Baudenbacher Biomed. Microdevices 2004 6 325
124. S. Faley K. Seale J. Hughey D. K. Schaffer S. VanCompernolle B. McKinney F. Baudenbacher D. Unutmaz J. P. Wikswo Lab Chip 2008 8 1700
125. S. L. Faley M. Copland D. Wlodkowic W. Kolch K. T. Seale J. P. Wikswo J. M. Cooper Lab Chip 2009 9 2659
126. A. Suzumura S. Bhat P. A. Eccleston R. P. Lisak D. H. Silberberg Brain Res. 1984 324 379
127. S. E. Eklund D. E. Cliffel E. Kozlov A. Prokop J. P. Wikswo Jr F. J. Baudenbacher Anal. Chim. Acta 2003 496 93
128. S. E. Eklund R. M. Snider J. Wikswo F. Baudenbacher A. Prokop D. E. Cliffel J. Electroanal. Chem. 2006 587 333
129. S. E. Eklund R. G. Thompson R. M. Snider C. K. Carney D. W. Wright J. Wikswo D. E. Cliffel Sensors 2009 9 2117
130. I. A. Ges F. Baudenbacher Biosens. Bioelectron. 2010 26 828
131. I. A. Ges F. Baudenbacher Biosens. Bioelectron. 2010 25 1019
132. I. A. Ges I. A. Dzhura F. J. Baudenbacher Biomed. Microdevices 2008 10 347
133. I. A. Ges F. Baudenbacher J. Exp. Nanosci. 2008 3 63
134. D. Grieshaber R. MacKenzie J. Voeroes E. Reimhult Sensors 2008 8 1400
135. M. Ciobanu D. E. Taylor J. P. Wilburn D. E. Cliffel Anal. Chem. 2008 80 2717
136. J. R. McKenzie A. M. Palubinsky J. E. Brown B. McLaughlin D. E. Cliffel ACS Chem. Neurosci. 2012 3 510
137. J. R. Enders C. C. Marasco A. Kole B. Nguyen S. Sundarapandian K. T. Seale J. P. Wikswo J. A. Mclean IET Syst. Biol. 2010 4 416
138. J. R. Enders C. R. Goodwin C. C. Marasco K. T. Seale J. P. Wikswo J. A. Mclean Spectroscopy Supp. Curr. Trends Mass Spectrometry 2011 July 18
139. J. R. Enders C. C. Marasco J. P. Wikswo J. A. Mclean Anal. Chem. 2012 84 8467
140. M. D. Schmidt R. R. Vallabhajosyula J. W. Jenkins J. E. Hood A. S. Soni J. P. Wikswo H. Lipson Phys. Biol. 2011 8 055011
141. L. G. Griffith M. A. Swartz Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2006 7 211
142. D. E. Ingber Semin. Cancer Biol. 2008 18 356
143. R. Kannan A. Przekwas Int. J. Numer. Methods Biomed. Eng. 2011 27 13
144. A. J. Przekwas M. R. Somayaji Z. J. Chen CoBi Tools for model Guided Manufacturing of Biologics from Synthetically Stimulated Biofactories 2011
145. A. Bejan S. Lorente Phys. Life Rev. 2011 8 209
146. S. Lorente W. Wechsatol A. Bejan Int. J. Heat Mass Transfer 2002 45 3299
147. W. Wechsatol S. Lorente A. Bejan Int. J. Heat Mass Transfer 2002 45 4911
148. A. D. van der Meer A. van den Berg Integr. Biol. 2012 4 461
149. J. L. Borges and N. T. tr- Di Giovanni, in A Universal History of Infamy, Penguin, London, 1975
150. L. Carroll, in The complete Sylvie and Bruno, Mercury House, San Francisco, 1991, ch. 11, pp. 262-267
151. S. Huang and J. Wikswo, in Reviews of Physiology, Biochemistry and Pharmacology, ed., S. G. Amara, E. Bamberg, T. Gudermann, S. C. Hebert, R. Jahn, W. J. Lederer, R. Lill, A. Miyajima, and, S. Offermanns, 157 edn, 2007, vol. 157, pp. 81-104