[發(fā)明專利]一種用于藥物篩選的2D和3D一體化腫瘤器官培養(yǎng)芯片的制備方法

有效

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• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111718853B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設計）人: 劉杰;李威霖;陳友
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/34;C12Q1/02
• 代理公司: 廣州市深研專利事務所(普通合伙) 44229
• 代理人: 姜若天

本發(fā)明提供了一種用于藥物篩選的2D和3D一體化腫瘤器官培養(yǎng)芯片的制備方法及應用，步驟如下：微流體芯片共兩層，上層為聚二甲基硅氧烷，下層為PDMS或有機玻璃，一條截面為長方形的流道，深度為0.6?1mm；微流體芯片中心流道寬度為?2mm，入口及出口流道寬度為0.4?1mm；連接中心主腔體與出入口的為蛇形結(jié)構(gòu)流體通道，寬度為0.6?1.5mm，流道間隔0.6?1.5mm；在芯片中心流道兩側(cè)各均勻分布5?10個親水性和疏水性細胞培養(yǎng)腔體，尺寸0.6?1.5mm；疏水側(cè)腔體培養(yǎng)3D腫瘤球體，親水側(cè)腔體培養(yǎng)2D細胞；將抗腫瘤藥物進行動態(tài)循環(huán)灌注，在特定時間點觀察藥物與細胞在芯片中的相互作用，評價藥物療效。該腫瘤器官芯片具有操作簡單、成本低、穩(wěn)定性高和集成度高的特點，可用于高通量抗腫瘤藥物篩選。

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于藥物篩選的2D和3D一體化腫瘤器官培養(yǎng)芯片的制備方法。

背景技術

作為嚴重危害人類健康的一種疾病，癌癥現(xiàn)在依舊是世界上許多國家的主要死亡原因之一。部分原因在于腫瘤的復雜環(huán)境、開發(fā)新的抗癌藥物需要高昂的成本以及體外腫瘤模型的欠缺。目前在癌癥生物學和抗癌藥物篩選方面的研究主要依賴于二維（2D）細胞培養(yǎng)和動物實驗模型。二維細胞培養(yǎng)操作簡單，成本低廉，可重復性高，但無法良好地重現(xiàn)腫瘤結(jié)構(gòu)和整體微環(huán)境的特征。動物實驗模型雖然可以提供體內(nèi)腫瘤生長及藥物反應的基本信息，但無法完全替代人類體內(nèi)腫瘤組織的發(fā)生情況，無法對一些游離藥物及納米靶向藥物顆粒的生物分布，功效和毒性影響進行動態(tài)評估，與人體具有較大種屬差異，藥物效果評價偏差較大，且存在倫理問題。體外三維（3D）培養(yǎng)系統(tǒng)可以營造出與體內(nèi)腫瘤生長環(huán)境更相近的組織結(jié)構(gòu)，包括腫瘤-基質(zhì)、細胞-細胞相互作用。其中單細胞或多細胞腫瘤球體模型逐漸成為常見的體外3D腫瘤模型。

但是體外多細胞球體培養(yǎng)難以模擬體內(nèi)的流體環(huán)境，不易仿體內(nèi)梯度的理化性質(zhì)。微流控芯片技術作為近年來飛速發(fā)展的一門新興技術，依靠其尺度精確微小、材料制作工藝多樣、設計靈活多變和可控性高等特點，可用于概括人體器官的結(jié)構(gòu)和功能的復雜性，如肝臟，心臟，肺，腸，腎，腦和骨的微工程模型。因此，可以創(chuàng)建具有臨床意義的體外微環(huán)境，引入動態(tài)變化的生物力學效應以在生理和病理上重現(xiàn)人體組織，在具有更受控的環(huán)境中進行癌癥相關研究。如何在芯片上同時構(gòu)建2D腫瘤細胞培養(yǎng)作為對照以及構(gòu)建仿人體梯度的流體性質(zhì)用于抗腫瘤藥物篩選，仍然存在挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于藥物篩選的2D和3D一體化腫瘤器官培養(yǎng)芯片的制備方法，該制備方法的工藝簡單、制備成本低；該制備方法步驟清晰，支持重復制備。制備的2D和3D一體化腫瘤器官培養(yǎng)芯片可重現(xiàn)腫瘤微環(huán)境的特點，能夠更好地應用于腫瘤組織血管腔模擬、腫瘤細胞轉(zhuǎn)移和藥物篩選等方面的研究。

本發(fā)明實現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術方案是，

一種用于藥物篩選的2D和3D一體化腫瘤器官培養(yǎng)芯片的制備方法，包括以下步驟：

（A）微流體芯片流道設計：微流體芯片共有兩層，上層為聚二甲基硅氧烷（PDMS），下層為PDMS或有機玻璃，芯片設有一條截面為長方形的流體通道，深度為0.6-1mm；微流體芯片中心為寬度為1-2mm的流體通道，入口及出口的流體通道寬度為0.4-1mm；

（B）微流體芯片蛇形流道設計：連接主腔體與出入口的為蛇形結(jié)構(gòu)流體通道，寬度為0.6-1.5mm，流道間隔0.6-1.5mm；

（C）微流體芯片細胞培養(yǎng)腔體設計：在芯片中心流體通道兩側(cè)各均勻分布5-10個細胞培養(yǎng)腔體，尺寸為0.6-1.5mm；

（D）微流體芯片培養(yǎng)腔體表面處理：向微流體芯片一側(cè)細胞培養(yǎng)腔體中灌注濃度為1-4%（w/v）疏水性溶液，孵育2-12h后吸出，自然風干，隨后向另一側(cè)細胞培養(yǎng)腔體灌注1-4%（w/v）親水性溶液，孵育2-12h后吸出，自然風干；