[发明专利]一种分层带状共培养4种肝细胞的微流控芯片及其应用

说明书

本发明属于微流控技术领域，一种分层带状共培养4种肝细胞的微流控芯片及其应用，其中微流控芯片，包括基板和基片，基板底部开设有三条沟槽并与基片之间紧贴，形成第一、二灌流通道和中间培养腔室。基板上分别设置有第一、二灌流通道进液口、出液口及中间培养腔室三个进液口和一个出液口，中间培养腔室靠近三个进液口的地方设置有立柱结构，用于辅助细胞的接种，第一、第二灌流通道及中间培养腔室的交界处分别设置有栅栏形状结构，用于第一、第二灌流通道及中间培养腔室三者之间的物质交换。本发明将4种肝细胞平行接种在芯片内，实现4种肝细胞的分层带状共培养，为基于体外肝脏模型的药物代谢、保肝药物活性筛选提供可靠平台。

技术领域

本发明涉及一种分层带状共培养4种肝细胞的微流控芯片及其应用，属于微流控技术领域。

背景技术

微流控技术是通过微通道、微泵、微阀等结构和技术手段，实现在微、纳尺度上对流体的精准操控，以达到在微小尺度上对生物、化学、医学等实际样品的制备、反应、分离、分析的新兴技术。

器官芯片是微流控技术的一个重要分支，其将细胞接种在微通道内，利用微通道的流体特性和网络特性，给各种功能细胞创造一个拟体内生理的微环境，帮助其充分生长和发挥功能，从而模拟真实器官的功能。美国FDA的负责人曾对器官微流控芯片给予了高度的评价(http://www.nih.gov/news/health/sep2011/od-16.htm)，同时被2016达沃斯论坛列为“十大新兴技术”之一。

肝脏是脊椎动物特有的大型的内脏器官，在维持内环境的稳态中发挥重要的作用。肝脏主要由肝实质细胞和三种非实质细胞组成(肝血窦内皮细胞、肝星状细胞和枯否细胞)。肝脏解剖学上，肝血窦由两个肝板之间的血管及周边的细胞组成，其具有特殊的空间结构。其中，肝实质细胞整齐排成一列(肝板)，平行的方向，单层肝血窦内皮细胞整齐排成一列，这两列细胞之间的间隙称之为窦间隙，星状细胞位于此，枯否细胞位于肝血窦内皮细胞的外侧，血管腔内。这种各细胞独立分层的带状结构极大的增大了血液与肝组织间的物质交换，同时能够使得各细胞各司其职，实现肝脏功能。

多种肝细胞的共培养和流动培养是提高体外肝脏模型的仿生性进而提高肝脏功能的主要方法。多细胞的球状共培养是体外构建肝脏芯片的主要方法，例如，Zuchowska等人(Studies of anticancer drug cytotoxicity based on long-term HepG2 spheroidculture in a microfluidic system.Electrophoresis.2017)以HepG2细胞作为基础构建了一种高通量的仿生肝芯片，用于抗癌药物的肝毒性研究，又如，Lee等人(A 3D alcoholicliver disease model on a chip.Integrative biology.2016)利用大鼠原代肝实质细胞和星状细胞球状共培养，研究酒精肝修复过程中肝星状细胞的作用，然而，这种无序的球状共培养机械地将各细胞混合在一起，忽视了生理上各细胞的空间排布，Mosig等人(Amicrofluidically perfused three dimensional human livermodel.Biomaterials.2015)利用多孔膜将肝血窦内皮细胞、肝星状细胞、枯否细胞和肝实质细胞分开，实现了多种细胞的有序共培养，然而，解剖学的肝脏中并没用类似多孔膜这种结构的存在，而且，多孔膜本身是否对肝细胞的共培养后的表型和功能产生影响尚不清楚。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种分层带状共培养4种肝细胞的微流控芯片及其应用。该微流控芯片利用层流原理，同时将多种包含肝细胞的三维胶接种至芯片中，形成分层带状结构，模拟体内肝脏各细胞的空间排布，该芯片为后续的药物筛选，疾病研究提供了可靠的平台。