[发明专利]体外血管床微流控芯片及其应用

说明书

本发明公开了体外血管床微流控芯片及其应用，该微流控芯片包括：第一流道、第二流道、第三流道和第四流道，第二流道与第一流道之间、第三流道和第一流道之间设有第一限流部；第一限流部被配置为能够将注入第二流道和第三流道的细胞培养基通过血管床培养室流通，同时将内皮细胞凝胶限定于血管床培养室；第四流道和第二流道之间设有第二限流部，第二限流部被配置为能够将所述成纤维细胞限定于第四流道中，同时使成纤维细胞的分泌物扩散到第二流道。形成的血管床内部血管密度高，血管功能性表达因子上调，血管床的中间厚度大血管外围厚度较薄。相较于传统单一血管，利用该芯片进行血管培养时能够更好地模拟血管网络结构，质量较高。

技术领域

本申请涉及组织工程技术领域，尤其是涉及体外血管床微流控芯片及其应用。

背景技术

目前血管化微流控芯片技术发展迅速，各种手段层出不穷，包括流体刺激下的血管化类器官芯片、3D打印血管化微流控芯片、单层3D血管网络微流控芯片和微组织与血管共培养微流控芯片等。其中，流体刺激下的血管化类器官芯片这一技术是利用微流控芯片为诸如来源于人类多能干细胞的类器官提供动态培养的环境，以此产生血管网络。但这种方式形成的血管网络分布不均，随机性较高，难以模拟物质经血管运输至类器官内部的情况。3D打印技术是目前制作血管化微流控芯片的常见策略，采用该方法能够制备厚组织的血管化体外模型，同时能够呈现出一定的血管结构与功能。但其中所用生物墨水的结构和功能并不能满足细胞生长和分化的要求，导致打印出的血管网络只具备部分功能结构，无法有效起到血管内生和促进组织生长发育的功能。同时，受打印材料所限通常需要40多天的培养时间。相比之下，单层3D血管网络微流控芯片虽然能够在一周之内培养出结构功能较好的单层血管网络，但由于其尺寸的限制，这类血管芯片模型只能培养100μm左右尺度下的组织，而无法用于更大型组织的长时间培养。微组织与血管共培养微流控芯片通过将组织细胞与内皮细胞混合培养的方式，利用微流控芯片平台提供动态的流体剪切力，从而构建血管化类器官培养模型。该方法成功构建了血管化体外组织模型，可以有效地实现血管物质运输的功能。但该方案中微组织的尺寸仍然仅有200μm左右，且其生长过程不具有均一性，无法满足更大尺度，更均一的血管化培养。同时，其培养操作复杂，成本较高，不具备普适性。此外，通过上述四种现有技术的实践中发现，上述这些芯片所构建的血管网络结构断断续续、质量较差，模拟的仿生程度有待提高。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种能够构建更复杂血管模型的体外血管床微流控芯片及其应用。利用该种微流控芯片可以培养更大尺度的血管网络并能够以此构建更复杂的血管模型以有效模拟体内血管网络对组织的营养供给。

本申请的第一方面，提供一种微流控芯片，该微流控芯片包括：

第一流道，第一流道具有用于容纳内皮细胞凝胶的血管床培养室；

第二流道和第三流道，第二流道和第三流道分别设于第一流道的两侧，第二流道与第一流道之间、第三流道和第一流道之间设有第一限流部；第一限流部被配置为能够将注入第二流道和第三流道的细胞培养基通过血管床培养室流通，同时将内皮细胞凝胶限定于血管床培养室；

第四流道，第四流道位于第二流道远离第一流道的一侧，第四流道和第二流道之间设有第二限流部，第四流道用于培养成纤维细胞；第二限流部被配置为能够将所述成纤维细胞限定于第四流道中，同时使成纤维细胞的分泌物扩散到第二流道。

根据本申请实施例的微流控芯片，至少具有如下有益效果：

(1)采用该微流控进行培养时，在培养的开始阶段，血管床培养室中的血管网络尚未形成，第二流道的细胞培养基会经内皮细胞凝胶的微小缝隙流向第三流道，形成间隙流，在此过程中产生的机械力会进一步刺激内皮细胞的血管化过程。而在血管网络形成之后，细胞培养基将经过3D的血管腔从一侧流向另一侧，在血管腔内部形成的剪切力不断刺激内皮细胞的分裂增殖，形成更为丰富，更为仿生的血管网络。