一种类器官培养芯片和类器官培养方法技术

本发明专利技术公开了一种类器官培养芯片和培养方法，所述类器官培养芯片包括：细胞培养板；类器官培养装置，设于所述细胞培养板内；所述类器官培养装置与所述细胞培养板之间形成培养基储液池；所述类器官培养装置包括：类器官培养装置本体、设于所述类器官培养装置本体内的类器官培养腔室和设于所述类器官培养装置本体两侧侧壁上的侧孔，所述类器官培养腔室与所述两侧侧壁上的侧孔相连通形成灌流通道，所述类器官培养腔室包括设于顶部的加样孔和设于底部的微孔，所述加样孔与微孔均与所述细胞培养板底部相连通。本发明专利技术可实现高通量、一步法动态灌流培养形态均一的类器官，并可原位动态观察类器官生长、发育全过程。发育全过程。发育全过程。

【技术实现步骤摘要】
一种类器官培养芯片和类器官培养方法


[0001]本专利技术涉及组织工程和器官芯片
，特别涉及一种类器官培养芯片和类器官培 养方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着细胞生物学和组织工程学的发展，三维细胞模型正逐渐取代传统二维细 胞模型。类器官作为一种新型的三维体外研究模型，是由干细胞在体外自组装，并生长发 育成为与人体组织或器官结构和功能相似的三维聚集体，例如：大脑类器官、血管类器官、 肝脏类器官、肾脏类器官和肿瘤类器官等。在全球范围内，类器官已经显现出其强大的发 展潜力，国际上已经形成一定的竞争格局，但我国仍处于萌芽阶段。此外，我国药品审评 中心颁发的《基因修饰细胞治疗产品非临床研究与评价技术指导原则》(试行)中提到：“当 缺少相关动物模型时，可采用基于细胞和组织的模型(如2D和3D组织模型、类器官和微 流体模型)”，这些模拟人体内环境的类器官可为有效性和安全性的评价提供有价值的补充 信息。在器官水平上为疾病模型的建立、药物研发及精准医疗等方面具有重要的应用潜力。
[0003]目前，类器官的培养过程主要包括两个步骤：细胞自组装成球和转移或原位分化培养。 例如：大脑皮层类器官的培养过程主要包括四个阶段：拟胚体形成、神经外胚层诱导、神 经上皮分化和大脑类器官成熟。在大脑类器官培养过程中，需要将经过神经诱导后的拟胚 体进行包被Matrigel，随后转入至低粘附的培养板或生物反应器中进行动态培养。然而，在 类器官的转移过程中，类器官外层细胞容易受到机械性损伤，并且增加了污染的机率。此 外，在悬浮培养的过程中，类器官之间易发生相互融合的现象，并且难以定位观察。上述 局限性导致了类器官的培养过程复杂、差异性大、通量低且不易于实时监测等局限。
[0004]因此，为了克服上述传统类器官培养手段通量低且复杂等技术问题，有必要开发一种 高通量原位培养类器官培养芯片，以用于类器官的应用研究中。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是提供一种类器官培养芯片和类器官培养方法，可以高通量原位培养类器 官，且培养方法的步骤简单。在类器官培养芯片的培养腔室中接种多能干细胞，通过类器 官培养和流体刺激等因素，模拟体内组织生长的微环境，可提供干细胞培养、三维球体自 组装、原位分化和类器官成熟等过程中的营养物质和氧气交换条件，还实现了干细胞向类 器官分化的一步法培养，从而简化培养流程、提高类器官通量和降低污染风险。此外，该 装置具有低成本、易操作、可原位成像和实时监测等优势，为模拟人类器官发育、机制研 究、毒理测试和药物筛选等方面提供了一个创新性平台。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]在本专利技术的第一方面，提供了一种类器官培养芯片，包括：
[0008]细胞培养板；
[0009]类器官培养装置，设于所述细胞培养板内；所述类器官培养装置的外周与所述细胞培 养板之间形成培养基储液池；所述类器官培养装置包括：类器官培养装置本体、设于所述 类器官培养装置本体内的类器官培养腔室和设于所述类器官培养装置本体两侧侧壁上的侧 孔，所述类器官培养腔室与所述两侧侧壁上的相连通形成灌流通道，所述类器官培养腔室 包括设于顶部的加样孔和设于底部的微孔，所述加样孔与所述微孔均与所述细胞培养板底 部相连通。
[0010]进一步地，所述类器官培养腔室为多个，所述类器官培养装置本体两侧侧壁上设有多 对所述侧孔，多个所述类器官培养腔室与多对所述侧孔一一对应相连通形成多个所述灌流 通道。
[0011]进一步地，所述类器官培养芯片包括用于构建大脑类器官、血管化的类器官、肝脏类 器官、小肠类器官、胰腺类器官、肾脏类器官和肿瘤类器官中的一种的培养芯片；
[0012]所述类器官培养芯片为构建血管化的类器官培养芯片时，所述类器官培养芯片还包括： 贴膜，设于所述侧孔上。
[0013]进一步地，所述贴膜包括多孔薄膜或滤网，所述多孔薄膜或滤网的孔径为20μm～200 μm。其目的在于能使得附着不同类型的细胞形成屏障结构。
[0014]进一步地，所述侧孔包括第一侧孔和第二侧孔，所述类器官培养装置本体设有相对设 置的第一侧壁和第二侧壁、相对设置的第三侧壁和第四侧壁；1个或多个所述第一侧孔设于 所述类器官培养装置本体的第一侧壁上，1个或多个所述第二侧孔设于所述类器官培养装置 本体的第二侧壁上，所述第一侧孔和所述第二侧孔分别与所述类器官培养腔室一一对应设 置。
[0015]进一步地，所述类器官培养装置本体的所述第一侧壁与所述细胞培养板形成第一培养 基储液池，所述第一培养基储液池通过所述第一侧孔与所述类器官培养腔室相连通；
[0016]所述类器官培养装置本体的所述第二侧壁与所述细胞培养板形成第二培养基储液池， 所述第二培养基储液池通过所述第二侧孔与所述类器官培养腔室相连通。
[0017]所述第一培养基储液池通过所述第一侧孔与所述类器官培养腔室相连通；所述第二培 养基储液池通过所述第二侧孔与所述类器官培养腔室相连通，其目的在于使得两边的储液 池可在灌流培养过程中营养物质和氧气的充分交换和坏死细胞的清除。
[0018]进一步地，所述第三侧壁和所述第四侧壁分别与所述细胞培养板的内侧形状相适配， 所述第三侧壁和所述第四侧壁分别与所述细胞培养板相抵接。其目的在于将细胞培养板隔 离成两个独立的储液池。
[0019]进一步地，所述类器官培养装置的材料选自石英、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基 丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和树脂中的一种 或多种；所述类器官培养腔室的底部材料特性为疏水性或经疏水性处理。其目的在于类器 官培养腔室中的细胞能在疏水材料表面自组装成细胞小球。
[0020]进一步地，所述类器官培养腔室的形状矩形、圆形、梯形、三角形和半球形中的一种； 若所述类器官培养腔室为矩形，则长度为0.10mm～6.00mm，宽度为0.10mm～6.00mm； 若所述类器官培养腔室为圆形，直径为0.10mm～6.00mm；
[0021]所述侧孔的形状矩形、圆形、梯形、三角形和半球形中的一种；若所述侧孔为矩形， 其长度为0.10mm～6.00mm，宽度为0.10mm～6.00mm；若所述侧孔为圆形，其直径为 0.10mm
～6.00mm。
[0022]进一步地，所述类器官培养装置的高度为5.00mm～15.00mm；
[0023]多个所述类器官培养腔室之间的间隔长度为0.10mm～10.00mm；
[0024]所述类器官培养装置本体侧壁的厚度为0.10mm～6.00mm；
[0025]所述类器官培养腔室底部的所述微孔的面积为0.785mm2～100mm2；
[0026]所述侧孔面积为1mm2～50mm2。
[0027]对于血管化类器官培养芯片，所述侧孔面积为1mm2～50mm2。对于其他类器官培养 芯片，所述侧孔面积为1mm2～12mm2。
[0028]在本专利技术的第二方面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种类器官培养芯片，其特征在于，包括：细胞培养板；类器官培养装置，设于所述细胞培养板内；所述类器官培养装置的外周与所述细胞培养板之间形成培养基储液池；所述类器官培养装置包括：类器官培养装置本体、设于所述类器官培养装置本体内的类器官培养腔室和设于所述类器官培养装置本体两侧侧壁上的侧孔，所述类器官培养腔室与所述两侧侧壁上的侧孔相连通形成灌流通道，所述类器官培养腔室包括设于顶部的加样孔和设于底部的微孔，所述加样孔与所述微孔均与所述细胞培养板底部相连通。2.根据权利要求1所述的一种类器官培养芯片，其特征在于，所述类器官培养腔室为多个，所述类器官培养装置本体两侧侧壁上设有多对所述侧孔，多个所述类器官培养腔室与多对所述侧孔一一对应相连通形成多个所述灌流通道。3.根据权利要求1或2所述的一种类器官培养芯片，其特征在于，所述类器官培养芯片包括用于构建大脑类器官、血管化的类器官、肝脏类器官、小肠类器官、胰腺类器官、肾脏类器官和肿瘤类器官中的一种的培养芯片；所述类器官培养芯片为构建血管化的类器官培养芯片时，所述类器官培养芯片还包括：贴膜，设于所述侧孔上。4.根据权利要求3所述的一种类器官培养芯片，其特征在于，所述贴膜包括多孔薄膜或滤网，所述多孔薄膜或滤网的孔径为20μm～200μm。5.根据权利要求1所述的一种类器官培养芯片，其特征在于，所述侧孔包括第一侧孔和第二侧孔，所述类器官培养装置本体设有相对设置的第一侧壁和第二侧壁、相对设置的第三侧壁和第四侧壁；1个或多个所述第一侧孔设于所述类器官培养装置本体第一侧壁上，1个或多个所述第二侧孔设于所述类器官培养装置本体第二侧壁上，所述第一侧孔和所述第二侧孔分别与所述类器官培养腔室一一对应设置。6.根据权利要求5所述的一种类器官培养芯片，其特征在于，所述类器官培养装置本体的所述第一侧壁与所述细胞培养板形成第一培养基储液池，所述第一培养基储液池通过所述第一侧孔与所述类器官培养腔室相连通；所述类器官培养装置本体的所述第二侧壁与所述细胞培养板形成第二培养基储液池，所述第二培养基...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈璞，赵稳，陈涛，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：