[发明专利]一种基于微流控芯片的新冠肺炎模型构建方法

说明书

本发明提供一种基于微流控芯片的新冠肺炎模型构建方法，特别针对模拟构建新冠病毒感染后出现的肺细胞损伤，屏障功能障碍，免疫细胞粘附，炎症因子大量释放等一系列肺组织病理生理变化。该微流控芯片主要由两层微通道组成，通道与通道之间由聚二甲基硅氧烷楔形多孔膜隔开，每层通道有入口与出口，可以通过流体形成一个静态或动态环境。通过在芯片上的上下通道内分别接种不同的肺细胞和循环免疫细胞，构成芯片上微型肺组织。通过在芯片上层通道加入新冠病毒颗粒，模拟肺组织新冠病毒暴露。本发明为SARS‑CoV‑2感染重症肺炎发病机制研究提供了一个多因素参与的组织水平研究体系。

技术领域

本发明涉及将微流控芯片技术应用到肺部生理/病理研究的技术领域，具体 涉及一种基于微流控芯片技术的新冠肺炎模型构建方法。

背景技术

现阶段，针对新型冠状病毒(SARS-CoV-2)感染的防治，科学家已取得诸多 重要进展。多个新冠病毒疫苗正处于第三阶段临床试验，然而对于新冠肺炎重 症患者的治疗仍缺少特效药。瑞德西韦、法匹拉韦、克力芝、羟氯喹等，陆续 有多种药物曾被寄予厚望，但最终证明有效的药物极少。目前，在新型冠状病 毒(SARS-CoV-2)感染的实际治疗中仍然以支持治疗为主。随着确诊病例的爆发 式快速增长，寻找新的有效治疗手段成为当前阶段的重要任务。

目前，传统的药物研发主要采用动物模型和体外二维细胞模型。动物实验 周期长，耗费高，在当前新冠疫情爆发急需特效药的大背景下，其广泛应用存 在诸多限制。目前报道的多数抗新型冠状病毒药物评价研究多采用二维细胞孔 板实验。体外细胞模型主要采用静态二维平面细胞培养方式为主，这种方式与 体内细胞所处细胞环境完全不同，也难以反映体内动态细胞生物力学环境，在 药物临床应用的可靠性和有效性方面尚存在诸多疑问，药物测试结果预测人体 反应的准确性并不高。例如：在之前的体外细胞试验中，人们发现氯喹与羟氯 喹可以抑制新冠病毒对非洲绿猴肾细胞(Vero细胞)的感染。然而，在临床试 验中，目前还没有确定性的证据能证明这两款抗疟疾药物对新冠肺炎的疗效。 整体而言，现有药物评价研究在方法学与技术手段等方面存在一定的缺陷，在 很大程度上制约了新冠药物研发的进程。开发新型药物评价技术，克服简单细 胞模型的诸多局限，加快新冠药物开发进程成为当务之急。

为加快疫苗和抗病毒药物的研制进程，一种被称为“改变未来的颠覆性技 术”的新方法——器官芯片(organ-on-a-chip)，开始应用于新冠病毒感染机制 研究，并用以缩短药物的临床试验周期。器官芯片是一种新兴的前沿科学技术， 也是一种多学科交叉汇聚技术。具体来说，器官芯片是一种将仿生生物学和微 加工技术相结合，利用微流控技术控制流体流动，结合细胞与细胞相互作用、 基质特性以及生物化学和生物力学特性，在数平方厘米大小的芯片上构建的人 体器官生理微系统。芯片往往含有多个通道结构，包含活细胞、3D培养、组织 界面、生物流体和机械力等器官微环境关键要素，并可反映人体器官的主要结 构功能单元特征和复杂的器官间联系。利用器官芯片技术能够将微组织器官的 直径控制在毫米甚至微米级别，微通道流体及多孔膜结构可增强细胞间营养交 换，更有利于维持组织微环境的稳态。由此可见，器官芯片既不用完全按照完 整的器官进行重建，又具有人体原来器官组织的生理活性和结构功能特征，能 够成为预测人体对药物反应和外界各类刺激反应的良好替代品。该方面研究国 内外尚无报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微流控芯片技术的新冠肺炎模型构建方法， 特别针对模拟构建肺气血屏障和肺组织免疫微环境的主要细胞组成，该方法可 同时研究新冠病毒感染对肺细胞功能，组织屏障，炎症因子释放等多方面影响。

一种基于微流控芯片的新冠肺炎模型构建方法，该新冠肺炎模型构建方法 基于微流控芯片，模拟构建肺气血屏障和肺组织免疫微环境的细胞组成，感染 新冠病毒后出现的肺组织病理生理变化情况。

所述细胞包括肺泡上皮细胞，肺微血管内皮细胞及循环免疫细胞。

所述微流控芯片包含肺侧通道和血管侧通道，肺侧通道位置在上，血管侧 通道位置在下，两层通道间由聚二甲基硅氧烷楔形多孔膜隔开。