[發明專利]一種分層帶狀共培養4種肝細胞的微流控芯片及其應用

在審

• 申請號: 201811405872.0
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109456890A
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 羅勇;鄧九;蔡樂;高志剛;趙偉杰;林炳承
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 王樹本;徐雪蓮

本發明屬于微流控技術領域，一種分層帶狀共培養4種肝細胞的微流控芯片及其應用，其中微流控芯片，包括基板和基片，基板底部開設有三條溝槽并與基片之間緊貼，形成第一、二灌流通道和中間培養腔室。基板上分別設置有第一、二灌流通道進液口、出液口及中間培養腔室三個進液口和一個出液口，中間培養腔室靠近三個進液口的地方設置有立柱結構，用于輔助細胞的接種，第一、第二灌流通道及中間培養腔室的交界處分別設置有柵欄形狀結構，用于第一、第二灌流通道及中間培養腔室三者之間的物質交換。本發明將4種肝細胞平行接種在芯片內，實現4種肝細胞的分層帶狀共培養，為基于體外肝臟模型的藥物代謝、保肝藥物活性篩選提供可靠平臺。

技術領域

本發明涉及一種分層帶狀共培養4種肝細胞的微流控芯片及其應用，屬于微流控技術領域。

背景技術

微流控技術是通過微通道、微泵、微閥等結構和技術手段，實現在微、納尺度上對流體的精準操控，以達到在微小尺度上對生物、化學、醫學等實際樣品的制備、反應、分離、分析的新興技術。

器官芯片是微流控技術的一個重要分支，其將細胞接種在微通道內，利用微通道的流體特性和網絡特性，給各種功能細胞創造一個擬體內生理的微環境，幫助其充分生長和發揮功能，從而模擬真實器官的功能。美國FDA的負責人曾對器官微流控芯片給予了高度的評價(http://www.nih.gov/news/health/sep2011/od-16.htm)，同時被2016達沃斯論壇列為“十大新興技術”之一。

肝臟是脊椎動物特有的大型的內臟器官，在維持內環境的穩態中發揮重要的作用。肝臟主要由肝實質細胞和三種非實質細胞組成(肝血竇內皮細胞、肝星狀細胞和枯否細胞)。肝臟解剖學上，肝血竇由兩個肝板之間的血管及周邊的細胞組成，其具有特殊的空間結構。其中，肝實質細胞整齊排成一列(肝板)，平行的方向，單層肝血竇內皮細胞整齊排成一列，這兩列細胞之間的間隙稱之為竇間隙，星狀細胞位于此，枯否細胞位于肝血竇內皮細胞的外側，血管腔內。這種各細胞獨立分層的帶狀結構極大的增大了血液與肝組織間的物質交換，同時能夠使得各細胞各司其職，實現肝臟功能。

多種肝細胞的共培養和流動培養是提高體外肝臟模型的仿生性進而提高肝臟功能的主要方法。多細胞的球狀共培養是體外構建肝臟芯片的主要方法，例如，Zuchowska等人(Studies of anticancer drug cytotoxicity based on long-term HepG2 spheroidculture in a microfluidic system.Electrophoresis.2017)以HepG2細胞作為基礎構建了一種高通量的仿生肝芯片，用于抗癌藥物的肝毒性研究，又如，Lee等人(A 3D alcoholicliver disease model on a chip.Integrative biology.2016)利用大鼠原代肝實質細胞和星狀細胞球狀共培養，研究酒精肝修復過程中肝星狀細胞的作用，然而，這種無序的球狀共培養機械地將各細胞混合在一起，忽視了生理上各細胞的空間排布，Mosig等人(Amicrofluidically perfused three dimensional human livermodel.Biomaterials.2015)利用多孔膜將肝血竇內皮細胞、肝星狀細胞、枯否細胞和肝實質細胞分開，實現了多種細胞的有序共培養，然而，解剖學的肝臟中并沒用類似多孔膜這種結構的存在，而且，多孔膜本身是否對肝細胞的共培養后的表型和功能產生影響尚不清楚。

發明內容

為了克服現有技術中存在的不足，本發明目的是提供一種分層帶狀共培養4種肝細胞的微流控芯片及其應用。該微流控芯片利用層流原理，同時將多種包含肝細胞的三維膠接種至芯片中，形成分層帶狀結構，模擬體內肝臟各細胞的空間排布，該芯片為后續的藥物篩選，疾病研究提供了可靠的平臺。