一种肝器官芯片模型及其用途制造技术

本发明专利技术涉及生物医学工程及微流控技术领域，特别是涉及一种肝器官芯片模型及其用途，所述肝器官芯片模型包括顶层芯片、中间层芯片和底层芯片，所述中间层芯片设于顶层芯片和底层芯片之间，所述肝器官芯片模型上设有加样孔、收集孔和细胞培养小室，所述细胞培养小室设于中间层芯片上，所述加样孔、收集孔均与细胞培养小室连通。所述肝器官芯片模型可以用于药物研发、毒理学、营养学等研究。所述肝器官芯片模型增加了胆汁液流功能，真实再现肝小叶的生理架构，进而再现肝脏器官系统性功能，更加真实地模拟药物或其他物质与肝脏的相互作用；可实现肝窦内皮细胞、胆管内皮细胞、纤维细胞和其他免疫细胞等肝脏非实质细胞的共培养。和其他免疫细胞等肝脏非实质细胞的共培养。

【技术实现步骤摘要】
一种肝器官芯片模型及其用途


[0001]本专利技术涉及生物医学工程及微流控
，特别是涉及一种肝器官芯片模型及其用途。

技术介绍

[0002]肝脏是体内药物和各种外源物质的氧化代谢解毒的重要场所，而肝小叶被认为是肝脏最小的功能单位，其形似多边形。多边形肝小叶的中心是一条中央静脉，外围包含肝门静脉、肝动脉和胆管。每个肝小叶实质是由中央静脉放射的肝细胞组成，并由血管内皮细胞分隔，而邻近肝细胞的根尖表面可形成胆管的通道。肝细胞中由胆固醇产生的胆汁酸被分泌到胆管中，胆汁从肝小叶的胆总管流出，进入肝管，然后经胆囊管进入胆囊，最后经胆总管进入肠道。
[0003]肝器官芯片则是一种基于3D培养同时搭配微流控系统的特殊芯片技术，是通过利用微流控技术控制流体的流动，结合细胞与细胞间相互作用、基质特性以及生物化学和生物力学特性，在芯片上构建三维的人体肝脏器官生理微系统。研究发现，肝器官芯片的微流控系统可以体外模拟体液流动环境和细胞外环境的浓度变化，通过产生剪应力引发肝细胞极性发展，更有利于提高肝细胞CYP活性和白蛋白分泌等功能，使之越来越接近体内的生理环境。
[0004]尽管目前在药物研究过程中，通常用哺乳动物实验研究药物对肝脏功能的影响，但是研究数据证明有些动物实验结果有待商榷。因为哺乳动物和人之间背景差异难以消除，造成动物实验不能准确反应药物在人体的真实情况。所以，体外建立更加准确可信的肝脏模型，以便于更真实地研究肝脏的生理和病理发生发展过程以及药物对肝脏的作用就变得紧迫和必要。近年来，针对肝器官芯片的基础研究越来越热，在药物毒性筛选和药理学研究中的应用也越来越被重视。肝器官芯片技术可以更准确和快速地检测药物对人类潜在的毒性和有效性，减少动物实验的时间和经济成本，未来将成为药物筛选的重要手段之一。
[0005]但是，目前的肝器官芯片研究偏向于“肝细胞
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肝窦”横切面的模拟，而忽视了胆管液流的作用和肝小叶系统性生理功能。虽然有少量研究提及器官芯片中胆管的设计，但也只是局限于简单的某一小块肝板再造，无法研究肝板间的信号联系。

技术实现思路

[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种肝器官芯片模型及其用途，用于解决现有技术中的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种肝器官芯片模型，所述肝器官芯片模型包括顶层芯片、中间层芯片和底层芯片，所述中间层芯片设于顶层芯片和底层芯片之间，所述肝器官芯片模型上设有加样孔、收集孔和细胞培养小室，所述细胞培养小室设于中间层芯片上，所述加样孔、收集孔均与细胞培养小室连通。
[0008]所述中间层芯片上设有培养液外围通道、培养液灌流通道、胆汁液灌流通道。所述
培养液外围通道与各培养液灌流通道连通。所述培养液灌流通道和胆汁液灌流通道均设有多条，所述培养液外围通道与培养液灌流通道连通，所述胆汁液灌流通道与细胞培养小室连通。
[0009]所述加样孔自所述顶层芯片延伸至中间层芯片。
[0010]所述加样孔包括细胞注入孔、培养液注入孔、胆汁液注入孔中的任一种或多种，所述细胞注入孔与细胞培养小室直接连通，所述培养液注入孔依次经培养液外围通道、培养液灌流通道与细胞培养小室连通，所述胆汁液注入孔经胆汁液灌流通道与细胞培养小室连通。
[0011]所述收集孔包括培养液收集孔、胆汁液收集孔，所述培养液收集孔自所述顶层芯片延伸至中间层芯片，所述培养液收集孔经各培养液灌流通道、培养液外围通道与培养液注入孔连通；所述胆汁液收集孔自所述顶层芯片延伸至底层芯片，所述胆汁液收集孔与胆汁液注入孔连通。
[0012]各细胞培养小室两两相邻，各细胞培养小室两侧分别通过培养液灌流通道和胆汁液灌流通道与相邻细胞培养小室分隔，所述培养液灌流通道和所述胆汁液灌流通道均为渗透膜结构。
[0013]所述胆汁液灌流通道末端设有胆汁液引流孔，所述胆汁液引流孔自中间层芯片延伸至底层芯片。
[0014]所述底层芯片上设有胆汁液收集通道，所述胆汁液收集通道一端与胆汁液收集孔连通，另一端与各胆汁液引流孔连通。
[0015]本专利技术还提供所述肝器官芯片模型在药物研发、毒理学、营养学等研究中的用途。
[0016]如上所述，本专利技术的肝器官芯片模型及其用途，具有以下有益效果：
[0017]1)增加了培养液灌流模拟肝窦液流和胆汁液流系统，真实再现肝小叶的生理架构；能再现肝脏器官系统性功能，更加真实地模拟药物或其他物质与肝脏的相互作用；
[0018]2)可实现肝窦内皮细胞、胆管内皮细胞、纤维细胞和其他免疫细胞等肝脏非实质细胞的共培养，更接近肝小叶的真实生理环境；
[0019]3)连通氧气监测设备可实现肝小叶的氧分压的分区培养；
[0020]4)可以提供多个细胞培养小室和液流通道，多细胞共培养的同时还保证培养液和胆汁液的液流环境互不影响，并且实现细胞培养液和胆汁液的回收检测。
附图说明
[0021]图1为本专利技术肝器官芯片模型的爆炸视图；
[0022]图2为本专利技术肝器官芯片模型顶层芯片的俯视图；
[0023]图3为本专利技术肝器官芯片模型中间层芯片的俯视图；
[0024]图4为本专利技术肝器官芯片模型中间层芯片的仰视图；
[0025]图5为本专利技术肝器官芯片模型底层芯片的俯视图；
[0026]图6为本专利技术肝器官芯片模型中间层芯片的培养液灌流通道立体图；
[0027]图7为本专利技术肝器官芯片模型中间层芯片胆汁液灌流通道立体图；
[0028]图8为本专利技术肝器官芯片模型的胆汁液的液流途径示意图，箭头所指方向即为胆汁液的液流方向；
[0029]图9为本专利技术肝器官芯片模型的培养液的液流途径示意图，箭头所指方向即为培养液的液流方向。
[0030]元件标号说明
[0031]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
顶层芯片
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中间层芯片
[0033]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
底层芯片
[0034]11
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加样孔
[0035]111
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细胞注入孔
[0036]112
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培养液注入孔
[0037]113
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胆汁液注入孔
[0038]12
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收集孔
[0039]121
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培养液收集孔
[0040]122
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胆汁液收集孔
[0041]21
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种肝器官芯片模型，其特征在于，所述肝器官芯片模型包括顶层芯片(1)、中间层芯片(2)和底层芯片(3)，所述中间层芯片(2)设于顶层芯片(1)和底层芯片(3)之间，所述肝器官芯片模型上设有加样孔(11)、收集孔(12)和细胞培养小室(21)，所述细胞培养小室(21)设于中间层芯片(2)上，所述加样孔(11)、收集孔(12)均与细胞培养小室(21)连通。2.根据权利要求1所述的肝器官芯片模型，其特征在于，所述中间层芯片(2)上设有培养液外围通道(22)、培养液灌流通道(23)、胆汁液灌流通道(24)，所述培养液灌流通道(23)和胆汁液灌流通道(24)均设有多条，所述培养液外围通道(22)与培养液灌流通道(23)连通，所述胆汁液灌流通道(24)与细胞培养小室(21)连通。3.根据权利要求1所述的肝器官芯片模型，其特征在于，所述加样孔(11)自所述顶层芯片(1)延伸至中间层芯片(2)。4.根据权利要求2所述的肝器官芯片模型，其特征在于，所述加样孔(11)包括细胞注入孔(111)、培养液注入孔(112)、胆汁液注入孔(113)中的任一种或多种，所述细胞注入孔(111)与细胞培养小室(21)直接连通，所述培养液注入孔(112)依次经培养液外围通道(22)、培养液灌流通道(23)与细胞培养小室(21)连通，所述胆汁液注入孔(113)经胆汁液灌流通道(24)与细胞培养小室(21)连通。5.根据权利要求4所述的肝器官芯片模型，其特征在于，所述细胞注入孔(111)具有如下特征中的一项或多项：1)所述细胞注入孔(111)的个数与细胞培养小室(21)相等；2)所述细胞注入孔(111)的排列方式与细胞培养小室(21)相匹配；3)所述细胞注入孔(111)的位置对应于细胞培养小室(21)外围。6.根据权利要求4所述的肝器官芯片模型，其特征在于，所述培养液注入孔(112)设有多个；优选的，所述培养液注入孔(112)设有两个；更优选的，每个所述培养液注入孔(112)与多条培养液灌流通道(22)连通。7.根据权利要求4所述的肝器官芯片模型，其特征在于，所述胆汁液注入孔(113)的个数与细胞培养小室(21)的个数相匹配；优选的，每相邻的两个细胞培养小室(21)设置一个胆汁液注入孔(113)。8.根据权利要求2所述的肝器官芯片模型，其特征在于，所述收集孔(12)包括培养液收集孔(121)、胆汁液收集孔(122)，所述培养液收集孔(121)自所述顶层芯片(1)延伸至中间层芯片(2)，所述培养液收集孔(121)经培养液灌流通道(23)、培养液外围通道(22)与培养液注入孔(112)连通；所述胆汁液收集孔(122)自所述顶层芯片(1)延伸至底层芯片(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏军，徐祎春，韩峻松，公一，邱京晶，
申请(专利权)人：上海生物芯片有限公司，
类型：发明
国别省市：