[發明專利]腦類器官體外培養芯片

在審

• 申請號: 202011482289.7
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112553076A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 趙祥偉;常寧;顧忠澤
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C12M3/06
• 分類號: C12M3/06;C12M3/00;C12N5/079;C12N5/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 冒艷

本發明公開了腦類器官體外培養芯片，包括上層芯片、下層芯片和蓋片，上層芯片為固體材料基板，其表面依次設有液體入口、培養孔洞陣列和液體出口，培養孔洞底部設置微孔結構，兩者構成培養池；下層芯片為固體材料基板，其表面設有凹槽，凹槽內設有圓形孔，圓形孔沿芯片長邊方向延伸出第一通道，第一通道分支為若干分通道，分通道匯聚成第二通道，圓形孔與液體入口連通，分通道對應上方的孔洞陣列；蓋片為固體材料基板，其表面設有入口和出口。該芯片可調整培養孔洞陣列的直徑或數量，器官在培養孔洞中單獨培養，形成的腦類器官大小形狀均一，可批量產生同等尺寸的腦類器官；避免大尺寸腦類器官產生，減少低氧核的形成，提高存活率。

技術領域

本發明涉及器官培養裝置，特別涉及腦類器官體外培養芯片。

背景技術

類器官是指使用3D培養技術在體外培養出具有相對穩定的表型及遺傳學特征的類似器官樣的組織結構，可作為模型，在生長發育、生理病理、藥物影響等的研究中具有重要意義，其中腦類器官是其中一條重要的分支。傳統中常使用嚙齒類動物用于神經科學研究，但任何嚙齒類動物的腦組織結構和發育與人類相比大有不同，另一方面由于倫理道德等方面原因，使用活體腦組織非常困難，因此誘導多能干細胞分化形成腦類器官極為重要。

腦類器官制備一般包括四個步驟，胚胎體形成，神經外胚層誘導，神經上皮細胞擴張和類腦器官成熟四個步驟。在培養過程中，類器官需要從胚胎體培養板轉到Matrigel包埋封口膜，后轉到培養瓶旋轉培養。該過程十分繁瑣，且轉移過程極容易污染或產生機械傷害，造成胚胎體丟失損傷，進而影響腦類器官的產率。另外，多個類腦器官在同一個培養容器中培養，不同腦類器官形成過程中容易發生相互融合，導致腦類器官的大小形狀不一，對后續的實驗和應用造成極大的影響，而當腦類器官直徑過大時，容易產生低氧核心造成壞死，改變基因表達譜的神經發育，降低類器官產率。

鑒于上述問題，本發明提供一種腦類器官體外培養芯片，可實現類腦器官“一站式”批量培養。

發明內容

發明目的：本發明目的是提供可一次性、批量培養腦類器官的芯片。在芯片中接種多能干細胞，通過流體通道進行洗滌、換液、誘導等操作，可完成多能干細胞培養、多能干細胞誘導分化、腦類器官生成和成熟等一系列操作。受培養孔洞尺寸限制，每個培養孔洞可產生一個特定尺寸的腦類器官。芯片可實現從多能干細胞到腦類器官“一站式”批量培養，從而簡化操作減少污染，提高腦類器官產率。

技術方案：本發明提供一種腦類器官體外培養芯片，包括上層芯片、下層芯片和蓋片，上層芯片為固體材料基板，其表面依次設有液體入口、培養孔洞陣列和液體出口，培養孔洞底部設置微孔結構，兩者構成培養池；下層芯片為固體材料基板，其表面設有凹槽，凹槽內設有圓形孔，圓形孔沿芯片長邊方向延伸出第一通道，第一通道分支為若干分通道，分通道匯聚成第二通道，圓形孔與液體入口連通，分通道對應上方的孔洞陣列；蓋片為固體材料基板，其表面設有入口和出口。

進一步地，所述上層芯片為PDMS、PMMA、石英、樹脂或硅。

進一步地，所述下層芯片為透明的玻璃、石英或高分子材料。

進一步地，所述蓋片為透明的玻璃、石英或高分子材料。

進一步地，所述培養孔洞陣列的孔洞為圓形、六角形或方形。

進一步地，所述上層芯片和下層芯片封合。

芯片的實用過程或原理：

所述的培養池由培養孔洞陣列與其底部的微孔結構組成；液體流道由液體入口、流體通道凹槽和出口組成，培養液或誘導液從液體入口進入，途徑流體通道凹槽，通過微孔結構進入培養孔洞，后再次經過流體通道凹槽到達液體出口。蓋片可隨時封閉芯片，入口與液體入口相連，出口與液體出口相連，形成流體通道。上層芯片與下層芯片可通過鍵合工藝封合或封合膠封合，蓋片與上層芯片可逆封合，方便取下。

以下優選幾種細胞培養的方法：