一种微流控芯片和基于该芯片的肿瘤转移模型及模型构建方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种微流控芯片和基于该芯片的肿瘤转移模型及模型构建方法和应用，所述微流控芯片包括三层芯片层、两层多孔膜和两层固定板；每层芯片层均设有1个0.1‑10mm直径的细胞培养室和宽0.1‑10mm、高10‑500μm的微流体通道；所述多孔膜的孔径均为0.1‑20μm，可用于细胞贴壁和相互交流。肿瘤转移模型的建立方法：采用上述微流控芯片，1)将胶原蛋白灌注入芯片内，包被多孔膜；2)血管内皮细胞灌注入芯片第二层，构建血管腔模型；3)肿瘤细胞灌注入芯片第一层，该模型可用于不同肿瘤细胞转移、抗肿瘤药物筛选的研究，具有稳定、可靠和集成度高的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种微流控芯片和基于该芯片的肿瘤转移模型及模型构建方法和应用
本专利技术属细胞生物学和组织工程的方法，特别涉及一种微流控芯片和基于该芯片的肿瘤转移模型及模型构建方法和应用。
技术介绍
肿瘤是对人类健康危害极大的疾病之一，据统计肿瘤致死病人中有90％都与肿瘤转移有关。但是人和动物复杂的生理环境，使人们对肿瘤细胞的转移机制仍知之甚少。开发有效的肿瘤转移实时监测平台对充分了解肿瘤细胞转移过程、机制和开发有效的抗肿瘤转移方法显得尤为重要。传统的动物模型，由于与人存在根本的种属差异，使得抗肿瘤药物的研发周期长、花费高。而现有传统的体外模型结构简单，缺乏生理相关性，结果往往不可靠。开发新的有效的肿瘤转移研究平台成为研究热点。在过去几年里，微流控芯片技术作为近年来飞速发展的一门新兴技术，依靠其尺度微小、材料和制作工艺多样、设计灵活多变等特点，被广泛应用到了生物医学领域、转化医学领域等多种临床医学和基础研究的相关领域。尽管许多科研工作者已经借助微流控芯片技术进行肿瘤细胞迁移、侵袭等研究，但是却鲜有对肿瘤转移全过程的模拟和抗肿瘤药物筛选的研究。我们开发出一种新的三维肿瘤-血管微流控体外模型，不仅可以观察肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭过程，同时可以用于抗肿瘤药物的筛选。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种微流控芯片和基于该芯片的肿瘤转移模型及模型构建方法和应用。本专利技术具有操作简单、集成度高的特点，同时在细胞水平上模拟肿瘤血管内环境，具备接近体内生理环境的肿瘤转移模型。为达到上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种微流控芯片，所述微流控芯片包括三层芯片层和两层多孔膜；其中，第一层多孔膜6夹在第一层芯片层2和第二层芯片层3之间，第二层多孔膜7夹在第二层芯片层3和第三层芯片层4之间；三层芯片层中的每一层芯片均设置流体入口8、微流体通道9、细胞培养室10和流体出口11，其中，微流体通道9的两端分别为流体入口8和流体出口11，细胞培养室10设置在微流体通道9上；不同层中的细胞培养室通过多孔膜进行交流。进一步地，所述微流控芯片还包括两层固定板，三层芯片层和两层多孔膜固定在两层固定板之间。优选地，所述第一层芯片层2的厚度为0.5-10mm；第二层芯片层3和第三层芯片层4的厚度为0.2-5mm，多孔膜的厚度为0.1-30μm，多孔膜的孔径为0.1-20μm。优选地，所述微流体通道9的高度为10-500μm，宽度为0.1-10mm；流体入口8和流体出口11的直径均为0.1-5mm。优选地，两层固定板的厚度均为0.5-10mm；第一固定板1设有若干个输液管道插入孔13，输液管道插入孔的直径均为0.1-5mm。优选地，芯片层的材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，多孔膜的材料为聚碳酸酯，固定板的材料为PMMA。本专利技术还提供了一种基于微流控芯片的肿瘤转移模型，微流控芯片中的多孔膜采用胶原包被形成三维微环境；第二层芯片层的微流体通道采用血管内皮细胞灌注形成体外致密血管腔；肿瘤细胞以连续灌流的方式注入第一层芯片层的微流体通道中。本专利技术同时提供了上述肿瘤转移模型的构建方法，所述构建方法包括以下步骤：步骤1：芯片内胶原的灌注配置终浓度为0.1-10mg/ml的胶原，以连续灌注流的方式将胶原从每层芯片层的流体入口灌入微流体通道内，培养孵育胶原包被多孔膜形成三维微环境；步骤2：芯片上血管腔构建将培养好的血管内皮细胞消化为单细胞悬液，将0.1×106-10×106个/ml单细胞悬液以连续灌流的方式注入第二层芯片层微流体通道内，灌满单细胞悬液后培养，在第二层芯片层的细胞培养室的下表面形成致密细胞层；之后将芯片倒置，二次灌注单细胞悬液使第二层芯片层细胞培养室的上表面形成致密细胞层，驱动单细胞悬液继续培养血管内皮细胞，形成体外致密血管腔；步骤3：建立肿瘤转移模型将培养好的肿瘤细胞消化为单细胞悬液，将0.1×106-10×106个/ml单细胞悬液以连续灌流的方式注入第一层芯片层微流体通道内，灌满肿瘤细胞悬液后，继续培养，形成肿瘤转移模型。本专利技术更进一步提供了上述的微流控芯片或肿瘤转移模型在肿瘤细胞转移研究和抗肿瘤药物筛选中的应用。优选地，肿瘤细胞转移研究和抗肿瘤药物筛选所涉及的肿瘤细胞为乳腺癌细胞或肝癌细胞。本专利技术提供了一种微流控芯片，该芯片每层聚二甲基硅氧烷芯片有独立的微流体通道，有独立的液体入口和出口，有独立的细胞培养室可通过聚碳酸酯多孔膜进行交流。本专利技术的两层固定板、三层芯片层和两层多孔膜组合在一起构成一组芯片系统。本专利技术中，第一固定板上的管道输液插入孔与芯片层的流体入口和流体出口分别一一对应，用于将液体输入微流体通道。需要说明的是，当第一固定板上的管道输液插入孔需要与第二层芯片层的流体入口和流体出口连通时，需要在第一层芯片层的对应位置打孔；同理，当第一固定板上的管道输液插入孔需要与第三层芯片层的流体入口和流体出口连通时，需要在第一层芯片层和第二层芯片层的对应位置打孔。本专利技术提供了胶原包被的多孔膜，胶原使用浓度为0.1-10mg/ml，形成细胞培养室的面积为0.0314-314mm2。优选地，本专利技术上层固定板有12个输液管道插入孔；两层固定板四角均有用于螺丝固定的固定孔14、15，直径均为0.3-8mm。具体地，一种基于微流控芯片的肿瘤转移模型的建立方法，采用上述微流控芯片，按照以下步骤进行：步骤1：芯片内胶原的灌注配置终浓度为0.1-10mg/ml的胶原，用注射泵以连续灌注流的方式将胶原从每层芯片通道入口灌入三维通道通道内，将芯片置于37℃培养环境中2小时，孵育凝胶包被聚碳酸酯多孔膜形成三维微环境；步骤2：芯片上血管腔构建将培养好的血管内皮细胞(EAhy926)消化为单细胞悬液，用注射泵将单细胞悬液(0.1-10*106个/ml)以连续灌流的方式注入第二层芯片层的微流体通道内，灌满细胞悬液后，将芯片置于37℃培养箱中2小时，第二层芯片层的细胞培养室下表面形成致密细胞层；之后将芯片倒置，二次灌注细胞悬液使上表面形成致密细胞层，随后用注射泵驱动液体继续培养血管内皮细胞3天，形成体外致密血管腔；步骤3：建立肿瘤转移模型将培养好的肿瘤细胞消化为单细胞悬液，用注射泵将单细胞悬液(0.1-10*106个/ml)以连续灌流的方式注入第一层芯片层的微流体通道内，灌满细胞悬液后，在培养箱中继续培养，形成肿瘤转移模型。基于微流控芯片的肿瘤转移模型的应用，可用于不同肿瘤细胞转移特征的研究，具体为：显微镜下观察贴附于血管腔上表面的肿瘤细胞增殖能力、迁移能力、侵入和侵出血管腔的能力，每24小时采集数据，统计肿瘤细胞的细胞数量和移动距离。不同肿瘤细胞转移特征的研究，所研究的肿瘤细胞有乳腺癌细胞(MDA-MB-231)、肝癌细胞(HepG-2)。抗肿瘤药物的筛选，具体为：将不同浓度的药物加入血管腔流动液中，可以观察药物通过血管传递对肿瘤细胞增殖、迁移和侵袭能力的抑制效果。附图说明图1为本专利技术微流控芯片的结构示意图；图2为本专利技术每层芯片层的结构示意图；图3为本专利技术多孔膜的平面示意图；图4为本专利技术固定板的结构示意图；图5为本专利技术一种基于微流控芯片的肿瘤转移模型的结构原理图；图6为本专利技术一种基于微流控芯片的肿瘤转移模型的肿瘤细胞MDA-MB-231增殖、迁移、侵袭全过程图；图7为本专利技术一种基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括三层芯片层和两层多孔膜；其中，第一层多孔膜(6)夹在第一层芯片层(2)和第二层芯片层(3)之间，第二层多孔膜(7)夹在第二层芯片层(3)和第三层芯片层(4)之间；三层芯片层中的每一层芯片均设置流体入口(8)、微流体通道(9)、细胞培养室(10)和流体出口(11)，其中，微流体通道(9)的两端分别为流体入口(8)和流体出口(11)，细胞培养室(10)设置在微流体通道(9)上；不同层中的细胞培养室通过多孔膜进行交流。

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括三层芯片层和两层多孔膜；其中，第一层多孔膜(6)夹在第一层芯片层(2)和第二层芯片层(3)之间，第二层多孔膜(7)夹在第二层芯片层(3)和第三层芯片层(4)之间；三层芯片层中的每一层芯片均设置流体入口(8)、微流体通道(9)、细胞培养室(10)和流体出口(11)，其中，微流体通道(9)的两端分别为流体入口(8)和流体出口(11)，细胞培养室(10)设置在微流体通道(9)上；不同层中的细胞培养室通过多孔膜进行交流。2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片还包括两层固定板，三层芯片层和两层多孔膜固定在两层固定板之间。3.根据权利要求1或2所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一层芯片层(2)的厚度为0.5-10mm；第二层芯片层(3)和第三层芯片层(4)的厚度为0.2-5mm，多孔膜的厚度为0.1-30μm，多孔膜的孔径为0.1-20μm。4.根据权利要求1-3任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流体通道(9)的高度为10-500μm，宽度为0.1-10mm；流体入口(8)和流体出口(11)的直径均为0.1-5mm。5.根据权利要求1-4任一项所述的微流控芯片，其特征在于，两层固定板的厚度均为0.5-10mm；第一固定板(1)设有若干个输液管道插入孔(13)，输液管道插入孔的直径均为0.1-5mm。6.根据权利要求1-5任一项所述的微流控芯片，其特征在于，芯片层的材料为聚二甲基硅氧烷，多孔膜的材料为聚碳酸酯，固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜昱光，荆柏林，李建军，王倬，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11