[发明专利]一种肝脏类器官的培养芯片、肝脏类器官模型及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种肝脏类器官的培养芯片、肝脏类器官模型及其制备方法与应用，所述芯片的制备方法包括：获得具有多个穿孔的薄膜；将细胞低黏附的材料包被在细胞培养板底部，后将所述薄膜覆盖于所述细胞培养板底部，获得图案化基底；向所述图案化基底中加入细胞特异性黏附的材料进行包被即获得芯片；于所述的肝脏类器官的培养芯片内接种前肠胚细胞，待细胞贴壁后，将所述具有多个穿孔的薄膜移走，吸除所述的肝脏类器官的培养芯片内的培养基，洗涤后加入第一培养基维持培养3～5天；后依次采用第二培养基和第三培养基分别维持培养，获得肝脏类器官模型。均一性高且可原位成像，适用于共聚焦显微镜等光学成像仪器。

技术领域

本发明涉及组织工程和器官芯片技术领域，特别涉及一种肝脏类器官的培养芯片、肝脏类器官模型及其制备方法与应用。

背景技术

肝脏是人体重要器官，具有多种重要生理功能，包括解毒、消化和代谢等。然而，相关肝脏疾病如病毒性肝炎、非酒精性脂肪肝、肝癌等疾病造成了沉重的社会负担，严重威胁人类的生命健康。因此，为了揭示肝脏疾病发生发展的机制，开发肝脏疾病的治疗方法，建立与人体高度相关的肝脏研究模型具有重要意义。肝脏类器官是一种新兴的肝脏研究模型，具有人类肝脏的关键特征，如细胞构成和白蛋白合成、糖原合成、脂质积累等功能特征，在基础研究、药物研发等领域具有广泛的应用。与传统的动物模型相比，类器官模型不存在种属差异，具有和人体高度相关的表观代谢能力；与二维培养模型相比，具有与体内相似的细胞微环境、具有肝组织特异性细胞种群、能够模拟实质细胞和非实质细胞间的相互作用等优势。目前肝脏类器官克服了癌细胞系和PDX模型的局限性，能够培养来自同一患者的病变和健康组织，提供与患者相匹配的个性化药物测试平台，同时为疾病机制研究提供了理想模型。由此可见，体外肝脏类器官的构建为研究肝脏发病机制和治疗方法开发提供了一个有效的模型系统。

目前，肝脏类器官的培养主要以Matrigel胶滴培养法为主。胶滴法的制作过程是将干细胞随机包裹在胶滴中，这使得胶滴内和胶滴间存在异质性，具体表现在形态、尺寸、成熟度、细胞种群，难以进行原位的光学成像，难以实现类器官生产的一致性和再现性。已有的方法虽能进行原位三维成球，但无法高通量的进行原位成像，其原因是类器官Z轴高度超过了目前光学显微镜(如共聚焦显微镜、倒置荧光显微镜)的成像极限，因此需要将类器官取出进行切片再成像，过程繁琐，无法解释三维的原位结构，而这些问题严重影响了肝脏类器官在生物医学领域的商业化应用。

因此，为了克服上述培养方法存在的问题，急需开发一种高均一性、可原位成像的肝脏类器官的培养芯片、新型肝脏类器官模型，适用于共聚焦显微镜等光学成像仪器，尤其是药物开发行业中的高通量筛选的金标准——高内涵荧光成像和细胞分析系统，从而为肝脏基础研究和药物研发提供一个创新性研究工具。

发明内容

本发明目的是提供一种肝脏类器官的培养芯片、肝脏类器官模型及其制备方法与应用，均一性高且可原位成像，适用于共聚焦显微镜等光学成像仪器。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

在本发明的第一方面，提供了一种肝脏类器官的培养芯片的制备方法，所述方法包括：

获得具有多个穿孔的薄膜；

将细胞低黏附的材料包被在细胞培养板底部，后将所述薄膜覆盖于所述细胞培养板底部，获得图案化基底；

向所述图案化基底中加入细胞特异性黏附的材料进行包被，获得肝脏类器官的培养芯片。

进一步地，每个所述穿孔的孔形状包括圆形、椭圆形、半圆形、扇形、三角形、四边形、五边形、六边形和任意多边形中的一种；每个所述穿孔的外接圆直径为100μm～1000μm，所述薄膜的相邻两个所述穿孔的间距为0.5mm～3mm。

进一步地，所述薄膜的材料包括聚二甲基硅氧烷；所述细胞低黏附的材料包括聚乙二醇；所述细胞特异性黏附的材料包括Matrigel和Collagen中的至少一种。