高通量微流控芯片、其制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种高通量微流控芯片、其制备方法及应用。所述微流控芯片包括：位于中央的神经细胞小室和位于所述神经细胞小室周围的癌细胞小室，所述神经细胞小室和癌细胞小室中间通过微通道连接。本发明专利技术中的微流控芯片可以实现对神经突生长的精确控制，不同小室的设计可以实现对神经与癌细胞的共培养。此外，这种微流控芯片具有高通量的特点，本发明专利技术采用的独特图像分析算法，可以对癌细胞迁移过程中与神经突间相互识别的形态进行评价。

High-throughput microfluidic chip, its preparation method and Application

The invention provides a high flux microfluidic chip, a preparation method and application thereof. The microfluidic chip comprises a central nerve cell chamber and a cancer cell chamber located around the nerve cell chamber, which are connected through a microchannel between the nerve cell chamber and the cancer cell chamber. The microfluidic chip in the invention can realize the precise control of neurite growth, and the design of different chambers can realize the co-culture of nerve and cancer cells. In addition, the microfluidic chip has the characteristics of high throughput. The unique image analysis algorithm adopted by the present invention can evaluate the morphology of mutual recognition between cancer cells and neurites during migration.

【技术实现步骤摘要】
高通量微流控芯片、其制备方法及应用
本专利技术属于药物化学领域，具体涉及一种高通量微流控芯片，及其制备方法和应用。
技术介绍
高通量的药物筛选是指在分子或细胞水平上，利用微板等作为筛选工具，以快速灵敏的自动化检测手段对大量的样品进行检测，因此对于新药的发现与评估具有重要意义。目前高通量的药物筛选主要借助微孔板实现，尽管其解决了传统药物筛选方法的耗时长、成本高等弊端，但仍然存在一些亟待解决的问题：基于微孔板的药物筛选由于细胞培养平台过于简单，不能模拟动物乃至人体内的细胞-细胞、细胞-微环境之间的相互作用。与微孔板相比，微流控芯片操作所需的细胞量少，因其具有微米尺度空间以及相对独立、封闭环境等优点，在药物筛选等领域应用广泛。目前，微流控芯片细胞水平的药物筛选主要通过以下几种方式：(1)基于灌流模式的高通量筛选。(2)基于微液滴的高通量筛选。(3)微阵列模式的高通量筛选。虽然以上技术手段能够提高药物筛选的通量，但是对于研究细胞-细胞，细胞-微环境的相互作用方面来说，这些微流控芯片的设计仍然不能实现对细胞微环境进行精确控制和操纵。另外，对于细胞间识别成像分析来说，现有的基于微流控芯片的药物筛选主要通过荧光强弱等信号读出，且图像分析参数单一，速度低。因此，目前的基于微流控细胞水平的药物筛选平台在细胞-微环境的相互识别及图像分析方面仍然存在很大的局限性。先前的文献报道了一种可以进行用于神经元及胶质细胞共培养的微流控芯片，用于研究胶质细胞对神经细胞转染效率的影响。尽管这种微流控芯片能够实现不同细胞的共培养，但是不能够满足药物筛选的高通量需求。此外，传统的基于微流控芯片的药物筛选，在表征药物代谢及细胞毒性的过程中，通常使用荧光信号进行表征，或者将芯片与ESI-Q-TOF质谱分析仪联用。虽然这种微流控芯片与质谱联用的筛选平台能够实现药物筛选的目的，但是采用质谱进行药物代谢的评价具有很大的局限性，一方面，质谱分析手段繁琐，尤其对于蛋白质的分析，质谱分析过程繁琐，适用范围窄。另一方面，现有方法图像分析参数单一，速度低且难以定量。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种高通量微流控芯片，及其制备方法和应用。在阐述本
技术实现思路
之前，定义本文中所使用的术语如下：术语“PDMS”是指：聚二甲基硅氧烷。为实现上述目的，本专利技术的第一方面提供了一种高通量微流控芯片，所述微流控芯片包括：位于中央的神经细胞小室和位于所述神经细胞小室周围的癌细胞小室，所述神经细胞小室和癌细胞小室中间通过微通道连接；优选地，所述微流控芯片包括2～6个癌细胞小室，最优选为4个。根据本专利技术第一方面的微流控芯片，其中，所述神经细胞小室的长度为1～10mm，优选为2～6mm，最优选为4mm；所述神经细胞小室的宽度为1～10mm，优选为2～6mm，最优选为4mm；和/或所述神经细胞小室的厚度为10～200μm，优选为50～150μm，最优选为100μm。根据本专利技术第一方面的微流控芯片，其中，所述癌细胞小室的长度为1～10mm，优选为2～6mm，最优选为4mm；所述癌细胞小室的宽度为1～10mm，优选为1～3mm，最优选为2mm；和/或所述癌细胞小室的厚度为10～200μm，优选为50～150μm，最优选为100μm。根据本专利技术第一方面的微流控芯片，其中，所述微通道的长度为100～500μm，优选为100～300μm，最优选为200μm；所述微通道的宽度为5～50μm，优选为5～20μm，最优选为10μm；和/或所述微通道的厚度为5～50μm，优选为5～20μm，最优选为10μm。本专利技术的第二方面提供了第一方面所述的微流控芯片的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)设计微流控芯片，打印掩膜版；(2)利用光刻技术制备模板；(3)在模板上浇筑PDMS预聚物，加热，从掩膜版上剥下所述PDMS得到所述微流控芯片。根据本专利技术第二方面的制备方法，其中，所述步骤(3)中，所述PDMS预聚物中，PDMS与交联剂的质量比为5～20:1，优选为5～15:1，最优选为10:1。根据本专利技术第二方面的制备方法，其中，所述步骤(3)中，所述加热温度为50～150℃，优选为50～100℃，最优选为80℃。本专利技术的第三方面提供了一种高通量药物筛选平台，所述平台包括：第一方面所述的微流控芯片；和高内涵成像系统。本专利技术的第四方面提供了第一方面所述的第一方面所述的微流控芯片或第三方面所述的高通量药物筛选平台在制备药物筛选产品尤其是高通量药物筛选产品中的应用。根据本专利技术第四方面的应用，其中，所述药物为神经-肿瘤微环境相关药物。本专利技术的目的是基于一种具有高通量特性的微流控芯片，作为细胞-细胞、细胞-微环境识别的平台，利用高内涵成像系统及一种特殊的计算机图像分析算法对癌细胞与神经突之间的相互作用进行批量分析统计，以期成功筛选出与神经-肿瘤微环境相关的抗癌药物。根据文献报道，许多癌细胞分泌神经生长因子(如NGF等)及神经营养因子(如BDNF，GAL，NT-3等)，这些细胞因子的表达与神经——肿瘤微环境的形成密切相关。本专利技术基于一种具有微通道的微流控芯片，作为癌细胞——神经突相互识别的平台，并结合高内涵成像分析系统以及独特的图像分析算法，对不同的siRNA进行高通量筛选。本专利技术中的微流控芯片不仅具有可以提供神经突定向生长的微通道，可以实现不同细胞的共培养。而且这种芯片具有五个小室，在中心小室培养神经元，四周小室进行不同药物筛选，并且结合12孔板，可以一次性实现48种不同的药物，具有高通量的特点。本专利技术中的微流控芯片可以实现对神经突生长的精确控制，不同小室的设计可以实现对神经与癌细胞的共培养。此外，这种微流控芯片具有高通量的特点，与InVitroScientific公司的12孔板相匹配，可以一次性筛选48种不同的药物。此外，本专利技术采用的独特图像分析算法，可以对癌细胞迁移过程中与神经突间相互识别的形态进行评价。本专利技术中的微流控芯片作为一个细胞共培养的高通量分析平台，结合高内涵细胞，建立了体外高通量药物筛选平台，对于细胞进行自动的实时成像观察，实现了操作的便捷性；此外，本专利技术采用独特的图像分析算法，可满足药物研发的所有需求。本专利技术的高通量微流控芯片可以具有但不限于以下有益效果：本专利技术涉及采用微流控芯片联合高内涵成像系统进行高通量药物筛选的领域，可以用于筛选与神经-肿瘤微环境相关的抗肿瘤药物(包括小分子抗癌药物、siRNA、CRISPR/Cas9体系等)，并且可以对同一药物在不同类别癌细胞体系中的抗肿瘤效果进行评价，这种基于高通量的微流控芯片的细胞间识别成像的筛选体系使得药物筛选的速度大大提高，节约了时间和成本。本专利技术在高通量药物筛选领域有广阔的应用前景。此外，本专利技术中所应用的图像分析算法对于研究肿瘤微环境中细胞间相互作用的机理具有重要意义。附图说明以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施方案，其中：图1示出了本专利技术高通量的微流控芯片示意图。图2示出了试验例1中本专利技术高通量的微流控芯片不同小室对神经与癌细胞的共培养，其中图2a示出了本专利技术中高通量的微流控芯片实物图，图2b示出了海马神经元与胶质瘤细胞的共培养。图3示出了不同药物处理下的胶质瘤与海马神经元共培养，不同时间点下胶质瘤细胞的迁移轨迹的追踪，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高通量微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括：位于中央的神经细胞小室和位于所述神经细胞小室周围的癌细胞小室，所述神经细胞小室和癌细胞小室中间通过微通道连接；优选地，所述微流控芯片包括2～6个癌细胞小室，最优选为4个。

【技术特征摘要】
1.一种高通量微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括：位于中央的神经细胞小室和位于所述神经细胞小室周围的癌细胞小室，所述神经细胞小室和癌细胞小室中间通过微通道连接；优选地，所述微流控芯片包括2～6个癌细胞小室，最优选为4个。2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述神经细胞小室的长度为1～10mm，优选为2～6mm，最优选为4mm；所述神经细胞小室的宽度为1～10mm，优选为2～6mm，最优选为4mm；和/或所述神经细胞小室的厚度为10～200μm，优选为50～150μm，最优选为100μm。3.根据权利要求1或2所述的微流控芯片，其特征在于，所述癌细胞小室的长度为1～10mm，优选为2～6mm，最优选为4mm；所述癌细胞小室的宽度为1～10mm，优选为1～3mm，最优选为2mm；和/或所述癌细胞小室的厚度为10～200μm，优选为50～150μm，最优选为100μm。4.根据权利要求1至3中任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述微通道的长度为100～500μm，优选为100～300μm，最优选为200μm；所述微通道的宽度为5～50μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋兴宇，刘晓艳，郑文富，杨戈，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11