[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于微流控芯片細(xì)胞無(wú)支架自組裝的方法及其應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611057490.4
• 申請(qǐng)日: 2016-11-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108117986A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦建華;石楊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C12M3/00
• 分類(lèi)號(hào): C12M3/00
• 代理公司: 沈陽(yáng)晨創(chuàng)科技專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 21001
• 代理人: 鄭虹

一種基于微流控芯片細(xì)胞無(wú)支架自組裝的方法及其應(yīng)用，該方法的步驟為利用熱熔后的SU?8模板制作PDMS微結(jié)構(gòu)芯片模板；制作凹陷小孔陣列，將芯片置于動(dòng)態(tài)的可控晃動(dòng)平臺(tái)的載物臺(tái)上；芯片與晃動(dòng)平臺(tái)可放入細(xì)胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，細(xì)胞可自組裝成微組織。微流控芯片為2層芯片，上層為PDMS培養(yǎng)池結(jié)構(gòu)，下層為PDMS凹陷微結(jié)構(gòu)陣列，該方法可以用于可提供均一微組織細(xì)胞球，提供多種尺寸，可高效大量收集細(xì)胞微球組織，減少細(xì)胞和試劑用量，應(yīng)用范圍廣泛。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于聚合物芯片的加工、制作、修飾及其應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種基于微流控芯片細(xì)胞無(wú)支架自組裝的方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

單層細(xì)胞培養(yǎng)是體外細(xì)胞培養(yǎng)的主要方法，它具有培養(yǎng)簡(jiǎn)單、易操作、費(fèi)用低、可大量應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn),被廣泛用作體外藥理毒理研究的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀５Ｒ?guī)的體外單層培養(yǎng)方法不能提供組織正常生長(zhǎng)發(fā)育所需的環(huán)境條件，而生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)細(xì)胞基因表達(dá)及行為有著重要的影響，體內(nèi)每個(gè)細(xì)胞的基因組是相同的,但不同器官組織中其表型和功能結(jié)構(gòu)不同，在單層細(xì)胞培養(yǎng)中，細(xì)胞附在底物平面上生長(zhǎng)，因缺少立體支架，只能向二維發(fā)展,不能生成細(xì)胞外基質(zhì)。由于缺乏體內(nèi)特異性生長(zhǎng)因子及分化因子作用，細(xì)胞不能分化而失去原體內(nèi)時(shí)的立體形態(tài)。因此，單層細(xì)胞培養(yǎng)所反映的生物學(xué)性狀，與體內(nèi)組織細(xì)胞相差甚遠(yuǎn)。因此為細(xì)胞提供與體內(nèi)相似的支架系統(tǒng)，創(chuàng)建與原體內(nèi)類(lèi)似的生長(zhǎng)環(huán)境，促使細(xì)胞增殖、分化及呈現(xiàn)出類(lèi)似體內(nèi)組織結(jié)構(gòu)和功能性狀是體外細(xì)胞培養(yǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。細(xì)胞三維培養(yǎng)就是基于上述特點(diǎn)，通過(guò)一些特殊的培養(yǎng)技術(shù)所建立的體外立體培養(yǎng)方法。三維培養(yǎng)體系為細(xì)胞提供類(lèi)似體內(nèi)生長(zhǎng)環(huán)境的支架或基質(zhì)，細(xì)胞通過(guò)緊密連接和縫隙連接等連接方式建立細(xì)胞間及細(xì)胞與胞外基質(zhì)間的聯(lián)系，形成一定的三維結(jié)構(gòu)。三維培養(yǎng)細(xì)胞基因表達(dá)、基質(zhì)分泌及細(xì)胞功能活動(dòng)與單層培養(yǎng)細(xì)胞均有明顯差異，而與體內(nèi)細(xì)胞更為相似。因此三維細(xì)胞培養(yǎng)既能保留體內(nèi)細(xì)胞微環(huán)境的物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，又能體現(xiàn)細(xì)胞培養(yǎng)的直觀性及條件可控制性，把體外無(wú)細(xì)胞及單層細(xì)胞培養(yǎng)體系與組織器官及整體研究聯(lián)系起來(lái)。

近年來(lái)利用制作弧形凹陷微結(jié)構(gòu)形成三維細(xì)胞結(jié)構(gòu)來(lái)研究細(xì)胞行為和功能越來(lái)越被人所關(guān)注。現(xiàn)在報(bào)道的微結(jié)構(gòu)形成三維細(xì)胞結(jié)構(gòu)一方面可為體外培養(yǎng)細(xì)胞提供與其組織來(lái)源相似甚至相同的細(xì)胞生長(zhǎng)微環(huán)境和細(xì)胞聯(lián)系,從而既有利于各類(lèi)細(xì)胞的分化定向誘導(dǎo)，又有利于細(xì)胞分化表型的維持和增殖；另一方面可望在體外構(gòu)建與各類(lèi)組織、器官相應(yīng)的細(xì)胞三維生長(zhǎng)類(lèi)似物或等同物。而其應(yīng)用領(lǐng)域也涉及干細(xì)胞分化，胰島細(xì)胞功能再生、腫瘤細(xì)胞的抗藥性，體外器官重建等諸多方面。隨著生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的需求，制作弧形凹陷微結(jié)構(gòu)方法也在飛速發(fā)展，主要的方法有：冰刻蝕，軟刻蝕、電子束刻蝕，原位合成法，氣動(dòng)技術(shù)等(1、Park,J.Y.；Hwang,C.M.；Lee,S.-H.,Ice-lithographic fabrication of concavemicrowells and a microfluidic network.Biomedical Microdevices 2008,11(1),129-133；2、Xu,Y.；Xie,F.；Qiu,T.；Xie,L.；Xing,W.；Cheng,J.,Rapid fabrication of amicrodevice with concave microwells and its application in embryoid bodyformation.Biomicrofluidics 2012,6(1),016504)。本研究組報(bào)道過(guò)的利用對(duì)SU-8聚合物模板進(jìn)行熱熔，使小孔的形狀由直角形變?yōu)榘枷菪偷姆绞揭环N簡(jiǎn)單，快速，可控性強(qiáng)、并且價(jià)格低廉的制作弧形微結(jié)構(gòu)的方式，盡管此方法現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展較為成熟,但如何有效利用細(xì)胞形成三維組織，同時(shí)滿足多細(xì)胞培養(yǎng)的需求，更有效的方法有待進(jìn)一步改進(jìn)。

綜上所述，發(fā)明一種簡(jiǎn)單，高效，快速，無(wú)需專(zhuān)業(yè)的知識(shí)就可以操作的細(xì)胞無(wú)支架自組裝的微流控芯片具有十分重要意義的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于微流控芯片細(xì)胞無(wú)支架自組裝的方法及其應(yīng)用，以解決以往細(xì)胞微組織形成過(guò)程中存在的操作步驟繁瑣復(fù)雜、細(xì)胞利用率低，需專(zhuān)業(yè)的知識(shí)等局限，并有望生產(chǎn)化。