[發明專利]一種仿生腸道器官芯片及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201880092368.1
• 申請日: 2018-05-21
• 公開（公告）號: CN111971383B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 魏文博;陳娟娟;肖亮
• 申請（專利權）人: 深圳華大生命科學研究院
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12N5/22;C12M1/00;C12M1/16
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 廖金暉;彭家恩

本申請公開了一種仿生腸道器官芯片及其制備方法和應用，仿生腸道器官芯片具有流體通道，在流體通道內設有多孔膜，多孔膜將流體通道分隔成上層流體通道和下層流體通道，多孔膜上分布有若干個用于模擬腸絨毛結構的凸起和若干個用于模擬腸道吸收功能的通孔。上層流體通道用于培養腸細胞，下層用于收集代謝產物，多孔膜上的凸起用于模擬腸絨毛結構，通孔用于模擬腸道的吸收功能。由于該芯片內的多孔膜上分布有若干個凸起的三維支架結構，可極大減小不同批次芯片之間產生的腸道組織結構的差異，具有良好的重現性。本仿生腸道器官芯片可利用灌流對腸細胞進行動態培養，以模擬腸道內動態微環境，適用于腸道疾病、藥物篩選、食品安全等研究。

技術領域

本申請涉及器官仿生技術領域，具體涉及一種仿生腸道器官芯片及其制備方法和應用。

背景技術

微流控芯片技術(Microfluidics)作為21世紀重要前沿科學技術之一，為體外模擬人體代謝模型提供了一種重要平臺。它主要以微納加工技術為基礎，由微米級通道形成網絡，以可控流體貫穿整個系統，可實現生物學與化學實驗室的常規功能。因其具有與細胞大小相匹配的微米尺寸構件，可在芯片微通道內進行多種細胞培養與流體刺激，構建與生理環境接近并具有時空分辨特點的三維微環境，已成為組織器官構建、藥物篩選、毒理學以及生物醫學研究的重要技術。現階段微流控技術已成功應用于三維細胞共培養、細胞遷移、細胞分選、組織微環境與類器官構建等。其中，人體器官芯片(Organs-on-a-chip)是近幾年發展起來的一種新興前沿交叉學科技術，是一種利用微加工技術，在微流控芯片上制造出能夠模擬人類器官的主要功能的仿生系統。與傳統二維靜態細胞培養技術相比，芯片內培養的細胞具有三維結構以及多種細胞的空間分布結構，更重要的是器官芯片可以為細胞提供動態的微環境，這是傳統手段無法比擬的。此外，芯片內的細胞大部分都是基于人源的細胞，可以極大的降低動物模型所產生的種間差異。器官芯片的發展將有助于藥物研發、疾病研究等。

目前，腸道芯片的設計與制備主要集中在哈佛大學的Ingber教授，如圖1所示。該芯片通過多培養在多孔膜上的caco-2細胞進行機械拉伸，使其分化并自發形成絨毛結構。

具體的，現有的腸道芯片由三層PDMS(聚二甲基硅氧烷)結構封接而成，如圖1所示，其中，中間層為多孔多孔膜101，用于接種腸細胞；上下兩層為流體通道02，用于模擬腸道流體微環境；通道左右兩側為真空腔103，用于對多孔膜進行拉伸的機械運動。

但現有技術的腸道芯片的缺點在于細胞自發形成絨毛結構的均一性不能得到保證，使芯片在不同批次間產生較大的差異，不便于實驗數據統計和結果對比。

發明內容

本申請提供一種可減少不同批次芯片之間產生的腸道組織結構的差異，具有良好的重現性的仿生腸道器官芯片及其制備方法和應用。

根據第一方面，一種實施例中提供一種仿生腸道器官芯片，具有流體通道，在流體通道內設有多孔膜，多孔膜將流體通道分隔成上層流體通道和下層流體通道，多孔膜上分布有若干個用于模擬腸絨毛結構的凸起和若干個用于模擬腸道吸收功能的通孔。

根據第二方面，一種實施例中提供一種仿生腸道器官芯片的制備方法，包括如下步驟：

制備上層芯片和下層芯片；

制備多孔膜模板；

制備多孔膜及封接組裝：通過多孔膜模板制備多孔膜，再將多孔膜封接在上層芯片和下層芯片之間，形成仿生腸道器官芯片；

其中，多孔膜上分布有若干個用于模擬腸絨毛結構的凸起和若干個用于模擬腸道吸收功能的通孔。

根據第三方面，一種實施例中提供了一種制備仿生腸道器官的方法，利用上述的仿生腸道器官芯片進行。