一种基于单层纳米纤维基片共培养技术构建生物屏障的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于单层纳米纤维基片共培养技术构建的生物屏障及其方法以及一种微流控芯片，本发明专利技术提供的基于单层纳米纤维基片共培养技术构建的生物屏障的生物相容性好，膜孔径均匀，该模型能够形成稳定性高、重复性高、生理功能接近于体内的生物屏障模型，并可以与微流控装置相匹配。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单层纳米纤维基片共培养技术构建生物屏障的方法
本专利技术属于组织工程生物材料
，具体涉及一种生物屏障及其制备方法以及一种微流控芯片。
技术介绍
生物屏障以精确的调节能力和强有力的防御机能，保持着人体与外环境之间的动态平衡，防止了病菌入侵，减少了机械刺激，促进了营养吸收与废物排泄，使人体得以安康无恙。然而，在药物治疗方面，生物屏障的存在限制了大多数药物在组织系统中的应用，从而导致了许多疾病仍然无法得到有效的控制。因此，在体外构建一种可以有效模拟体内生物屏障的模型用于药物输送过程等的研究是目前研究的热点。人体内的生物屏障通常是多个细胞共同作用的结果。因此，为构建生物屏障模型，开发合适的用于细胞共培养的生物支架是研究的重点。最早的细胞共培养模型是由玻片把两种细胞分开放在同一个培养皿中实现共培养。由玻片把两种细胞分开放在同一个培养皿中实现共培养的培养方式提出了间接共培养的概念，但玻片无法进行细胞分泌物的渗透，故而无法建立两种细胞之间的相互作用，降低了共培养模型的质量。随着材料科学的发展，更多膜采料的选择为共培养模型带来了曙光。Transwell小室是众多共培养模型中应用最广的。Transwell技术最关键的部分就是上下小室间有一张有通透性的膜，由于此膜的而存在，Transwell技术可用于多种生物方面的研究，例如生物屏障的建立、细胞趋化、细胞迁移和细胞侵袭等。Transwell技术目前应用广泛，但仍然存有缺陷，根据不同的实验要求选择合适的膜材料增加了实验的复杂性，而且Transwell装置中采用的多孔膜多为合成高分子材料例如聚碳酸酯膜，这种膜结构生物相容性差，而且多孔膜中孔的分布也不均匀。此外，Transwell装置本身不能为细胞生长提供动态微环境也不能与当前使用广泛的微流控装置相匹配，所以Transwell装置并不能满足当前对生物屏障模型研究的需要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种基于单层纳米纤维基片共培养技术构建的生物屏障及其方法以及一种微流控芯片，本专利技术提供的基于单层纳米纤维基片共培养技术构建的生物屏障的生物相容性好，膜孔径均匀，该模型能够形成稳定性高、重复性高、生理功能接近于体内的生物屏障模型，并可以与微流控装置相匹配。本专利技术提供了一种基于单层纳米纤维基片共培养技术构建的生物屏障模型，包括一个或多个叠加的单层纳米纤维基片以及在所述单层纳米纤维基片两侧分别培养的不同种类的细胞；所述单层纳米纤维基片包括：具有若干个直通孔的基片支架，所述直通孔与所述单层纳米纤维基片的平面垂直；用于固定所述基片支架并环绕于所述基片支架外围的固定环；复合于所述基片支架的单层纳米纤维层，所述单层纳米纤维层由纺丝液通过静电纺丝制备而成，所述纺丝液包括明胶、卵磷脂、壳聚糖、胶原蛋白和海藻酸钠中的一种或多种。优选的，所述基片支架的厚度为20～100μm，所述若干个直通孔为阵列排布，所述直通孔的孔径为200～1000μm，所述直通孔的横截面为三角形、四边形、五边形、六边形或圆形；所述固定环的厚度为50～100μm；所述单层纳米纤维层的孔径为5～30μm，厚度为300～500nm。优选的，其特征在于，所述基片支架以及固定环为PEDGA材料。优选的，所述生物屏障模型选自人体皮肤屏障模型、人体气血屏障模型或血脑屏障模型。优选的，所述单层纳米纤维基片中，所述基片支架与单层纳米纤维层之间还包括一层金。优选的，所述纺丝液中，明胶、卵磷脂、壳聚糖、胶原蛋白和海藻酸钠中的一种或多种的质量浓度为5wt％～20wt％，优选为10wt％。本专利技术还提供了一种上述基于单层纳米纤维基片共培养技术构建的生物屏障模型的构建方法，包括以下步骤：根据人体内生物屏障中细胞的分布，将细胞接种至一个或多个叠加的单层纳米纤维基片上，得到生物屏障模型。优选的，所述生物屏障模型选自人体皮肤屏障模型、人体气血屏障模型或人体血脑屏障模型；所述人体皮肤屏障模型的构建方法为：A)将培养至对数期的成纤维细胞分别接种在两个单层纳米纤维基片的基片支架的一侧后，将所述两个单层纳米纤维基片叠加，进行所述成纤维细胞培养，叠加后的两个单层纳米纤维基片的单层纳米纤维层分别在两侧；B)将表皮细胞接种至第三个单层纳米纤维基片的基片支架的一侧进行培养；C)将步骤B)的单层纳米纤维基片的单层纳米纤维层与步骤A)中叠加后的两个单层纳米纤维基片的任意一侧的单层纳米纤维层贴合后叠加，使所述成纤维细胞与表皮细胞共培养，得到人体皮肤屏障模型；所述人体气血屏障模型的构建方法为：将血管内皮细胞接种至单层纳米纤维基片的基片支架的一侧进行培养后，再在单层纳米纤维基片的单层纳米纤维层的一侧接种肺泡上皮细胞，使所述血管内皮细胞与肺泡上皮细胞共培养，得到人体气血屏障模型；所述人体血脑屏障模型的构建方法为：将血管内皮细胞与胶质细胞分别接种于两个单层纳米纤维基片的基片支架的一侧进行培养，将所述两个单层纳米纤维基片的单层纳米纤维层贴合后叠加，使血管内皮细胞与胶质细胞共培养，得到血脑屏障模型。优选的，所述单层纳米纤维基片的制备方法为：a)利用PDMS模具制备具有若干个直通孔的基片支架；b)利用PDMS模具制备固定环；c)将所述基片支架与固定环粘结；d)通过静电纺丝，在所述基片支架表面形成单层纳米纤维层，得到单层纳米纤维基片。本专利技术还提供了一种微流控芯片，包括上述基于单层纳米纤维基片共培养技术构建的生物屏障模型。与现有技术相比，本专利技术提供了一种基于单层纳米纤维基片共培养技术构建的生物屏障模型，包括一个或多个叠加的单层纳米纤维基片以及在所述单层纳米纤维基片两侧分别培养的不同种类的细胞；所述单层纳米纤维基片包括：具有若干个直通孔的基片支架，所述直通孔与所述单层纳米纤维基片的平面垂直；用于固定所述基片支架并环绕于所述基片支架外围的固定环；复合于所述基片支架的单层纳米纤维层，所述单层纳米纤维层由纺丝液通过静电纺丝制备而成，所述纺丝液包括明胶、卵磷脂、壳聚糖、胶原蛋白和海藻酸钠中的一种或多种。本专利技术采用单层纳米纤维基片培养技术构建生物屏障模型。该纳米纤维基片采用生物相容性好的材料作为原材料，并采用静电纺丝技术制备。本专利技术可实现细胞的离地三维培养，并将细胞与培养液的接触最大化，细胞与外界材料的接触最小化，使细胞在单层纳米纤维基片上具有充分的自由度，从而更好地模拟细胞在体内的微环境。此外，该培养基片由基片支架和固定环组成，为细胞生长分化提供支架，而且可允许细胞排泄物通过，建立细胞间的联系。更重要的是该基片可实现多个基片连扣在一起，使生物屏障模型的构建更加便利。因此，本专利技术为生物屏障的构建带来新的方向，也为药物的筛选提供有效的平台。本专利技术提供的基于单层纳米纤维基片共培养技术构建的生物屏障的生物相容性好，膜孔径均匀，该模型能够形成稳定性高、重复性高、生理功能接近于体内的生物屏障模型，并可以与微流控装置相匹配。附图说明图1为本专利技术制备的单层纳米纤维基片的示意图；图2为不同倍数条件下聚集了纳米纤维的PEDGA基片的扫描电镜图；图3为聚集了纳米纤维的PEDGA基片的纳米纤维层的孔径分布图(c)以及纳米纤维的直径分布图(d)；图4为实施例1制备的单层纳米纤维基片光学照片；图5为实施例1制备的单层纳米纤维基片交联前(a)与交联后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单层纳米纤维基片共培养技术构建的生物屏障模型，其特征在于，包括一个或多个叠加的单层纳米纤维基片以及在所述单层纳米纤维基片两侧分别培养的不同种类的细胞；所述单层纳米纤维基片包括：具有若干个直通孔的基片支架，所述直通孔与所述单层纳米纤维基片的平面垂直；用于固定所述基片支架并环绕于所述基片支架外围的固定环；复合于所述基片支架的单层纳米纤维层，所述单层纳米纤维层由纺丝液通过静电纺丝制备而成，所述纺丝液包括明胶、卵磷脂、壳聚糖、胶原蛋白和海藻酸钠中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种基于单层纳米纤维基片共培养技术构建的生物屏障模型，其特征在于，包括一个或多个叠加的单层纳米纤维基片以及在所述单层纳米纤维基片两侧分别培养的不同种类的细胞；所述单层纳米纤维基片包括：具有若干个直通孔的基片支架，所述直通孔与所述单层纳米纤维基片的平面垂直；用于固定所述基片支架并环绕于所述基片支架外围的固定环；复合于所述基片支架的单层纳米纤维层，所述单层纳米纤维层由纺丝液通过静电纺丝制备而成，所述纺丝液包括明胶、卵磷脂、壳聚糖、胶原蛋白和海藻酸钠中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的生物屏障模型，其特征在于，所述基片支架的厚度为20～100μm，所述若干个直通孔为阵列排布，所述直通孔的孔径为200～1000μm，所述直通孔的横截面为三角形、四边形、五边形、六边形或圆形；所述固定环的厚度为20～200μm；所述单层纳米纤维层的孔径为5～30μm，厚度为300～500nm。3.根据权利要求1所述的生物屏障模型，其特征在于，所述基片支架以及固定环为PEDGA材料。4.根据权利要求1所述的生物屏障模型，其特征在于，所述生物屏障模型选自人体皮肤屏障模型、人体气血屏障模型或血脑屏障模型。5.根据权利要求1所述的生物屏障模型，其特征在于，所述单层纳米纤维基片中，所述基片支架与单层纳米纤维层之间还包括一层金。6.根据权利要求1所述的生物屏障模型，其特征在于，所述纺丝液中，明胶、卵磷脂、壳聚糖、胶原蛋白和海藻酸钠中的一种或多种的质量浓度为5wt％～20wt％。7.一种如权利要求1～6任意一项所述的基于单层纳米纤维基片共培养技术构建的生物屏障模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：根据人体内生物屏障中细胞的分布，将细胞接种至一个或多个叠加的单...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤亚东，周颖，陈勇，蓝兴梓，李冬利，顾为望，张焜，
申请(专利权)人：广东工业大学，五邑大学，江门市大健康国际创新研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44