组装式的3D多细胞肿瘤球血管化芯片及应用和使用方法技术

本发明专利技术提供一种组装式的3D多细胞肿瘤球血管化芯片及其应用和使用方法。该芯片包括外部灌注单元和流道层，流道层设于容纳空腔内且与外部灌注单元为抽屉式连接；流道层中第一流道/和第二流道通过至少一个第一培养液通道/和第二培养液通道与主培养通道连接，用于培养血管化的细胞肿瘤球。该使用方法包括如下步骤：1)组装；从各悬液孔注入细胞悬液；2)向第五通孔灌注含有内皮细胞、成纤维细胞和凝血酶的水凝胶；3)灌注培养液并依次流入第一流道/和第二流道、主培养通道实现血管化；4)抽出流道层。该芯片具有肿瘤球一体化成型的优点，避免手动转移肿瘤球出现的风险，便于将血管化后的3D多细胞肿瘤球取出，利于后续实验分析观察。利于后续实验分析观察。利于后续实验分析观察。

【技术实现步骤摘要】
组装式的3D多细胞肿瘤球血管化芯片及应用和使用方法


[0001]本专利技术涉及生物医学工程和微流控
，特别是涉及一种组装式的3D多细胞肿瘤球血管化芯片及应用和使用方法。

技术介绍

[0002]器官芯片是一种通过微加工工艺制造的微流体细胞培养系统，旨在通过构建体外模型重现体内器官的生理和病理特征。在生命科学研究、疾病模拟和新药研发及精准医疗等领域拥有广阔的发展前景。
[0003]肿瘤组织由实质组织和间质组织两部分构成。肿瘤实质组织是肿瘤细胞，是肿瘤的主要成分，具有组织来源特异性。肿瘤的间质组织一般由结缔组织和血管组成，起支持和营养肿瘤实质的作用，不具特异性。肿瘤细胞周期失控，不受正常生长调控系统的控制，能持续的分裂与增殖，对人体健康造成巨大的影响。
[0004]在器官芯片上构建肿瘤组织模型，对癌症生物学、药物筛选和毒性评估的研究具有重要意义。但是如何建立包含肿瘤、血管、基质细胞等关键成分的模型，以细化能够观察到更复杂反应的肿瘤微环境是目前的主要挑战。构建融合肿瘤的血管机制已然成为了癌症治疗领域的前沿方向之一。肿瘤球血管化芯片的出现给研究人员提供了高效的体外肿瘤微环境平台，同时也对肿瘤药物筛选及临床治疗策略的制定具有十分重要的参考价值。
[0005]Y.Nashimoto和T.Hayashi等人在Integrative Biology,2017,9(6):506
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518.上撰文“Integrating perfusable vascular networks with a three
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dimensional tissue in a microfluidic device”中提到，尽管最近的研究证实了组织模型中血管样结构的形成，但由于血管网络中缺乏主动灌注，长期培养仍然具有挑战性，球状体中的成纤维细胞(HLFs)会诱导内皮细胞(HUVES)向球状体生出血管新芽，并最后会达到球状体，形成连续的管腔。通过自组织方法形成的血管网络比通过模板方法形成的血管网络更好地模拟体内生理功能。
[0006]目前，肿瘤球血管化主要包括两种方法，第一种方法是先将外部培养的肿瘤球放入芯片，再放入内皮细胞与组织细胞生成血管网；第二种是先在芯片上生成血管新芽后，再将装置外培养好的肿瘤球通过移液枪将其放置入芯片。但是，手动转移肿瘤球的过程比较繁琐，而且在转移过程中也可能会出现肿瘤球的丢失或者损伤肿瘤球的情况。
[0007]另外，对于特定的实验来说，需要从器官芯片中较完整的提取出所培养的肿瘤细胞或组织进行分析。然而，现有的大多数器官芯片采用了非可逆的键合方式来构建组织腔室，如PDMS键合。在不破坏芯片的情况下很难较为完整的取出芯片内的组织或器官。
[0008]综上所述，针对手动转移肿瘤球所出现的问题以及在不破坏芯片的前提下取出所培养的肿瘤细胞或组织的问题，亟需一种肿瘤球血管化芯片来解决上述问题。

技术实现思路

[0009]为了解决目前肿瘤球血管化芯片中肿瘤球手动转移以及后续不破坏芯片取出所
培养的细胞或组织进行分析的问题，本专利技术的目的在于提供一种组装式的3D多细胞肿瘤球血管化芯片及应用和使用方法，具有肿瘤球一体化成型的优点，避免手动转移肿瘤球出现的风险，便于将血管化后的3D多细胞肿瘤球取出，利于后续实验分析观察。
[0010]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术第一方面提供一种组装式的3D多细胞肿瘤球血管化芯片，包括设有容纳空腔的外部灌注单元和流道层，所述流道层设于所述容纳空腔内且与所述外部灌注单元为抽屉式连接；
[0011]所述流道层设有第一流道、主培养通道和间隔设于所述第一流道和主培养通道之间的两个以上第一微柱，相邻第一微柱之间形成第一培养液通道，所述第一流道通过至少一个所述第一培养液通道与所述主培养通道连接；所述外部灌注单元设有第一通孔、第二通孔、第五通孔、第六通孔和至少一个悬液孔；所述第一通孔和所述第二通孔分别与所述第一流道连通，所述第五通孔、所述第六通孔和各悬液孔分别与所述主培养通道连通；
[0012]或者，所述流道层设有第一流道、第二流道、主培养通道、间隔设于所述第一流道和所述主培养通道之间的两个以上第一微柱和间隔设于所述第二流道和主培养通道之间的两个以上第二微柱，相邻第一微柱之间形成第一培养液通道，相邻第二微柱之间形成第二培养液通道，所述第一流道通过至少一个所述第一培养液通道与所述主培养通道连接，所述第二流道通过至少一个所述第二培养液通道与所述主培养通道连接；所述外部灌注单元设有第一通孔、第二通孔、第三通孔、第四通孔、第五通孔、第六通孔和至少一个悬液孔；所述第一通孔和所述第二通孔分别与所述第一流道连通，所述第三通孔和所述第四通孔分别与所述第二流道连通，所述第五通孔、所述第六通孔和各悬液孔分别与所述主培养通道连通。
[0013]优选地，所述外部灌注单元的容纳空腔内设有至少一个插槽，所述流道层设有至少一个凸棱，各插槽与各凸棱匹配，所述外部灌注单元通过各插槽和各凸棱与所述流道层抽屉式连接，或者，所述外部灌注单元的容纳空腔内设有至少一个凸棱，所述流道层设有至少一个插槽，各凸棱与各插槽匹配，所述外部灌注单元通过各凸棱和各插槽与所述流道层抽屉式连接；
[0014]和/或，所述流道层的自由侧面设有拉手；
[0015]和/或，当所述流道层同时设有所述第一流道和所述第二流道时，所述第一流道和所述第二流道设于所述主培养通道的两侧。
[0016]优选地，所述第一流道的两端设有第一流道口和第二流道口，所述第一流道口与所述第一通孔连通，所述第二流道口与所述第二通孔连通；
[0017]和/或，所述第二流道的两端设有第三流道口和第四流道口，所述第三流道口与所述第三通孔连通，所述第四流道口与所述第四通孔连通；
[0018]和/或，所述主培养通道的两端设有第五流道口和第六流道口，所述第五流道口与所述第五通孔连通，所述第六流道口与所述第六通孔连通。
[0019]优选地，所述第一流道口的直径为1.5～2mm；
[0020]和/或，所述第二流道口的直径为1.5～2mm；
[0021]和/或，所述第三流道口的直径为1.5～2mm；
[0022]和/或，所述第四流道口的直径为1.5～2mm；
[0023]和/或，所述第五流道口的直径为1.5～2mm；
[0024]和/或，所述第六流道口的直径为1.5～2mm。
[0025]优选地，相邻第一微柱之间的间距为20～80μm；
[0026]和/或，相邻第二微柱之间的间距为20～80μm。
[0027]优选地，各悬液孔为圆台形通孔，近流道层的开口直径小于远流道层的开口直径。
[0028]更优选地，所述悬液孔中，近流道层的开口直径依据细胞肿瘤球尺寸设定；
[0029]和/或，所述悬液孔中，近流道层的开口直径为200～300μm，远流道层的开口直径为800～1000μm。
[0030]优选地，所述流道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组装式的3D多细胞肿瘤球血管化芯片，其特征在于，包括设有容纳空腔(11)的外部灌注单元(1)和流道层(2)，所述流道层(2)设于所述容纳空腔(11)内且与所述外部灌注单元(1)为抽屉式连接；所述流道层(2)设有第一流道(21)、主培养通道(23)和间隔设于所述第一流道(21)和主培养通道(23)之间的两个以上第一微柱(24)，相邻第一微柱(24)之间形成第一培养液通道(25)，所述第一流道(21)通过至少一个所述第一培养液通道(25)与所述主培养通道(23)连接；所述外部灌注单元(1)设有第一通孔(12)、第二通孔(13)、第五通孔(16)、第六通孔(17)和至少一个悬液孔(18)；所述第一通孔(12)和所述第二通孔(13)分别与所述第一流道(21)连通，所述第五通孔(16)、所述第六通孔(17)和各悬液孔(18)分别与所述主培养通道(23)连通；或者，所述流道层(2)设有第一流道(21)、第二流道(22)、主培养通道(23)、间隔设于所述第一流道(21)和所述主培养通道(23)之间的两个以上第一微柱(24)和间隔设于所述第二流道(22)和主培养通道(23)之间的两个以上第二微柱(26)，相邻第一微柱(24)之间形成第一培养液通道(25)，相邻第二微柱(26)之间形成第二培养液通道(27)，所述第一流道(21)通过至少一个所述第一培养液通道(25)与所述主培养通道(23)连接，所述第二流道(22)通过至少一个所述第二培养液通道(27)与所述主培养通道(23)连接；所述外部灌注单元(1)设有第一通孔(12)、第二通孔(13)、第三通孔(14)、第四通孔(15)、第五通孔(16)、第六通孔(17)和至少一个悬液孔(18)；所述第一通孔(12)和所述第二通孔(13)分别与所述第一流道(21)连通，所述第三通孔(14)和所述第四通孔(15)分别与所述第二流道(22)连通，所述第五通孔(16)、所述第六通孔(17)和各悬液孔(18)分别与所述主培养通道(23)连通。2.如权利要求1所述的3D多细胞肿瘤球血管化芯片，其特征在于，所述外部灌注单元(1)的容纳空腔(11)内设有至少一个插槽(111)，所述流道层(2)设有至少一个凸棱(28)，各插槽(111)与各凸棱(28)匹配，所述外部灌注单元(1)通过各插槽(111)和各凸棱(28)与所述流道层(2)抽屉式连接，或者，所述外部灌注单元(1)的容纳空腔(11)内设有至少一个凸棱，所述流道层(2)设有至少一个插槽，各凸棱与各插槽匹配，所述外部灌注单元(1)通过各凸棱和各插槽与所述流道层(2)抽屉式连接；和/或，所述流道层(2)的自由侧面设有拉手(29)；和/或，当所述流道层(2)同时设有所述第一流道(21)和所述第二流道(22)时，所述第一流道(21)和所述第二流道(22)设于所述主培养通道(23)的两侧。3.如权利要求1所述的3D多细胞肿瘤球血管化芯片，其特征在于，所述第一流道(21)的两端设有第一流道口(211)和第二流道口(212)，所述第一流道口(211)与所述第一通孔(12)连通，所述第二流道口(212)与所述第二通孔(13)连通；和/或，所述第二流道(22)的两端设有第三流道口(221)和第四流道口(222)，所述第三流道口(221)与所述第三通孔(14)连通，所述第四流道口(222)与所述第四通孔(15)连通；和/或，所述主培养通道(23)的两端设有第五流道口(231)和第六流道口(232)，所述第五流道口(231)与所述第五通孔(16)连通，所述第六流道口(232)与所述第六通孔(17)连通。4.如权利要求1所述的3D多细胞肿瘤球血管化芯片，所述第一流道口(211)的直径为1.5～2mm；
和/或，所述第二流道口(212)的直径为1.5～2mm；和/或，所述第三流道口(221)的直径为1.5～2mm；和/或，所述第四流道口(222)的直径为1.5～2mm；和/或，所述第五流道口(231)的直径为1.5～2mm；和/或，所述第六流道口(232)的直径为1.5～2mm。5.如权利要求1所述的3D多细胞肿瘤球血管化芯片，其特征在于，相邻第一微柱(24)之间的间距为20～80μm；和/或，相邻第二微柱(26)之间的间距为20～80μm。6.如权利要求1所述的3D多细胞肿瘤球血管化芯片，其特征在于，各悬液孔(18)为圆台形通孔，近流道层的开口直径小于远流道层的开口直径。7.如权利要求6所述的3D多细胞肿瘤球血管化芯片，其特征在于，所述悬液孔(18)中，近流道层的...

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