[发明专利]一种微流控芯片及其在构建三维仿生神经血管单元模型中的应用

说明书

本发明公开了一种微流控芯片及其在构建三维仿生神经血管单元模型中的应用。本发明提供的芯片包括上层芯片和下层芯片两层，上层芯片设有通孔a、通孔b、通孔c、通孔d和通孔状的开放式培养区；下层芯片设有基质室，基质室设置于开放式培养区下方，基质室与开放式培养区之间设有多孔薄膜，基质室两侧各设有一个培养室，基质室侧面设有基质入口a和基质入口b。本发明利用微流控技术，以具有良好生物相容性，透光性的PDMS为芯片材料，设计的可直接记录和观察神经血管单元细胞形态和功能的芯片。功能完备，操作简单，并且在芯片上可以独立完成各项信号检测，如细胞蛋白表达，细胞因子分泌，细胞增殖，凋亡检测等。

技术领域

本发明属于基于微流控芯片技术的脑生理模型构建技术领域，具体涉及一种微流控芯片及其在构建三维仿生神经血管单元模型中的应用。

背景技术

神经血管单元(neurovascular unit,NVU)，由神经元-胶质细胞-血管构成，包括神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞、血管内皮细胞、血管周细胞、基底膜以及细胞外基质。神经血管单元的完整性对于维持脑组织功能至关重要。体外构建神经血管单元模型是开展脑生理/病理相关机制研究的前提和基础。然而，目前的研究手段主要依赖于孔板和商品化的transwell小室，以静态二维细胞培养为基础。但这种方式与体内细胞所处的三维微环境完全不同，也难以反映体内神经血管单元所包含的多细胞空间排列、血液流动等复杂的三维组织结构与生物力学微环境。

微流控芯片技术作为一门迅速发展起来的科学技术，已经在生物医学领域展现了其独特的优势，更因其具有与细胞大小相匹配的微米尺寸构件，可在芯片微通道内进行多种细胞培养和流体刺激，构建与生理环境接近并具有时空分辨特点的三维微环境，已成为组织器官构建的重要创新技术。特别是微流控技术在多种微通道集成、流体界面形成及复杂细胞微环境模拟方面的功能特点，尤其适合于构建包含血管界面、细胞、基质和流体等多因素共同构成的神经血管单元，是建立体外神经血管单元研究体系的理想平台。该方面研究国外虽由涉及，但功能较为简单。目前，尚无既包含血脑屏障，又包含神经元和小胶质细胞，且可实现多细胞三维分区共培养的工作报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种微流控芯片及其在构建三维仿生神经血管单元模型中的应用，特别针对模拟构建神经血管单元的主要细胞组成和基质的三维排布，该方法具有接近体内神经血管单元细胞和基质组成的特点，同时能够实现对神经血管单元细胞和基质成分的动态变化进行实时动态观察。

本发明提供了一种基于微流控芯片技术的屏障功能监测方法，监测的对象为多种细胞和基质成分共同构成的仿生神经血管单元模型。

本发明的第一方面提供了一种微流控芯片，所述微流控芯片包括上层芯片和下层芯片两层，所述上层芯片设置于所述下层芯片上方，所述上层芯片设有通孔a、通孔b、通孔c、通孔d和通孔状的开放式培养区；所述下层芯片设有基质室，所述基质室设置于开放式培养区下方，所述基质室与开放式培养区之间设有多孔薄膜，所述基质室两侧各设有一个培养室，所述基质室另外两侧均分别设有基质入口a和基质入口b，所述基质入口a的位置与通孔a的位置在竖直方向上相对应设置，所述基质入口b的位置与通孔b的位置在竖直方向上相对应设置；所述培养室为条状，所述培养室两端分别设有培养室入口和培养室出口，所述培养室入口位置与通孔c的位置在竖直方向上相对应设置，所述培养室出口位置与通孔d的位置在竖直方向上相对应设置。

进一步地，所述基质室设有一条条状通道a，所述通道a两侧各设置一条与通道a平行的条状通道b，所述通道b与所述培养室平行，所述通道b上设有数个与通道b垂直的通道c，所述通道c使所述通道a、所述通道b、所述培养室三者连通，数个所述通道c与所述通道b组合形成栅栏结构；所述通道a两端各设有一个基质入口a，所述通道b两端各设有一个基质入口b。

进一步地，每条所述通道b上的所述通道c的数量为7-10个。

进一步地，所述培养室为类n状，两个培养室组成类x状，每个培养室两端分别设有培养室入口和培养室出口。