一种脑缺血再灌注损伤芯片及其在开发新药中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种脑缺血再灌注损伤芯片，自下而上依次包括层叠设置的芯片基板、下层芯片、透气薄膜和上层芯片，其中，下层芯片上设置有多个相互连通的耗氧腔室，上层芯片上对应耗氧腔室的位置设置有细胞培养腔室，用于培养神经细胞；透气薄膜位于上层芯片与下层芯片之间，且为透气但不透液的薄膜；上层芯片和下层芯片上还设有对应的注射孔，注射孔与耗氧腔室连通，用于向耗氧腔室内注入耗氧试剂以模拟脑缺氧。本发明专利技术还公开了所述脑缺血再灌注损伤芯片的应用。本发明专利技术的脑缺血再灌注损伤芯片，实现了不依赖缺氧小室、三气培养箱等复杂设备就可以实现缺血再灌注损伤模型的构建，且可以进行原位的实时氧浓度监测和脑中风药物的研发。行原位的实时氧浓度监测和脑中风药物的研发。行原位的实时氧浓度监测和脑中风药物的研发。

【技术实现步骤摘要】
一种脑缺血再灌注损伤芯片及其在开发新药中的应用


[0001]本专利技术涉及器官芯片技术和药物药效评价
，具体涉及一种脑缺血再灌注损伤芯片及其在开发新药中的应用。

技术介绍

[0002]脑卒中，又名脑中风或脑血管意外，是一组以脑部缺血或出血性损伤症状为主要临床表现的疾病。中国卒中协会发布《中国卒中流行报告》，我国每12秒就有一人发生卒中，每21秒就有一人死于卒中，每年新发脑血管病患者约270万，且逐年呈上升趋势。据统计，全球25岁之后发生卒中的风险约为25％，不同地域和国家存在差异，中国风险最高，为39.3％，其次为中欧31.7％和东欧31.6％。脑卒中又分为缺血性脑卒中和出血性脑卒中两种类型，缺血性脑卒中占所有卒中的85％，具有高发病率、高病死率、高致残率和高复发率的特点。
[0003]目前，及时恢复缺血区域的血液灌流是临床上减小脑缺血梗死体积、减少病死率和致残率的最有效策略之一。然而，临床和实验研究均发现缺血区恢复血液灌流后缺血损伤进一步加重，这种血流再通后引起的继发性损伤称为脑缺血再灌注损伤。脑缺血再灌注损伤是缺血性脑卒中发病的重要病理生理环节，其急性期(<24h)主要的变化是神经细胞、胶质细胞及内皮细胞呈明显缺血改变，由中心坏死区和周围缺血半暗带组成。而在亚急性期(1
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7天)脑组织明显水肿并伴随大量神经细胞消失，其特点是中心坏死区逐渐扩大，半暗带则逐渐减小。迄今为止，在治疗学上尚无理想的治疗脑缺血再灌注损伤的药物。所以脑缺血再灌注损伤的研究具有重要意义。
[0004]体外脑缺血再灌注损伤模型在研究再灌注损伤机制、缺血相关疾病和药物筛选及评价中发挥着重要作用。体外模拟是通过氧糖剥夺/复氧复糖(OGD/R)进行。目前，OGD/R体外模型必须借助三气培养箱、缺氧小室等仪器设备才能实现，且这些设备构建的缺氧是环境中缺氧，并不能反应培养基中氧水平的情况。
[0005]微流控芯片被认为是当代极为重要的新兴科学技术平台。是一种以在微米尺度空间对流体进行操控为主要特征的科学技术。主流形式的微流控芯片指的是把化学和生物等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测，细胞培养、裂解等基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米(甚至更小)的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以实现常规化学，生物，材料，光学等不同实验室的各种功能的一种技术。基于芯片设计灵活、消耗试剂少等特点，本研究应用微加工技术，构建脑缺血再灌注损伤芯片，并利用该芯片进行天然产物的药效学研究。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供一种脑缺血再灌注损伤芯片，基于芯片结构的灵活多变，利用PDMS薄膜透气不透水，在薄膜下腔室中加入耗氧试剂，再用PVDC膜将芯片缠绕以隔绝外界空气的影响，实现了芯片细胞腔室氧糖剥夺的技术，克服了依赖缺氧小室或者
三气培养箱等设备的缺陷。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种脑缺血再灌注损伤芯片，自下而上依次包括层叠设置的芯片基板、下层芯片、透气薄膜和上层芯片，其中，所述下层芯片上设置有多个相互连通的耗氧腔室，所述上层芯片上对应所述耗氧腔室的位置设置有细胞培养腔室，用于培养神经细胞；所述透气薄膜位于上层芯片与下层芯片之间，所述透气薄膜为透气但不透液的薄膜；所述上层芯片和下层芯片上还设有对应的注射孔，所述注射孔与所述耗氧腔室连通，用于向所述耗氧腔室内注入耗氧试剂以模拟脑缺氧。
[0008]进一步地，所述芯片基板的材质可为玻璃、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等透明材料，所述上层芯片、下层芯片的材质均为PDMS等透气的生物相容性材料；所述透气薄膜优选为厚度为100μm的PDMS薄膜。
[0009]进一步地，所述芯片基板的表面进行了常压等离子体处理，再依次与下层芯片、透气薄膜和上层芯片通过不可逆封接组装在一起。
[0010]本专利技术中，可根据实验需要灵活调整芯片尺寸和细胞培养腔室大小和数量。所述耗氧腔室的数量可为1～96个，例如可1个、2个、3个、4个、8个、12个、24个、36个、48个、96个等。所述芯片的边框尺寸可为(10～100)
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(10～100)mm，例如10
×
10mm、20
×
20mm、30
×
30mm、50
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50mm等；所述耗氧腔室的形状不限，优选为圆形，其直径可为2～20mm，例如2mm、4mm、5mm、8mm、10mm、20mm等。
[0011]所述耗氧腔室为多个，且相互连通。在一种实施方式中，耗氧腔室呈胡芦串结构。相邻两耗氧腔室的互通尺寸(即连接处的尺寸)可为(0.1～1.5)
×
(0.2～2.0)mm，优选为1.2
×
0.5mm。
[0012]注入孔的数量优选为两个，分别设于耗氧腔室的两端。其直径优选为1.5mm。
[0013]进一步地，所述神经细胞选自人原代细胞、动物原代细胞、人源细胞系、动物源细胞系和干细胞诱导分化的人源细胞，但不仅限于上述细胞来源。
[0014]进一步地，所述细胞的培养方式为基质胶中三维培养、球状培养、类器官培养或贴壁的二维培养，但不仅限于上述培养方式。
[0015]为了在芯片上形成缺氧环境，需要在细胞培养腔室、耗氧腔室之间封接上一层PDMS薄膜，PDMS薄膜只允许气体通过而阻止液体通过。当在下层注入耗氧试剂，就可以将上层细胞培养腔室中的氧气迅速消耗从而达到缺氧。PDMS薄膜的制作过程如下：先将光学玻璃进行硅烷化，目的是使其疏水；然后将PDMS倒到玻璃上，根据所需膜的厚度，精确调整好涂膜器的刻度，然后进行涂膜，之后放到90℃热板上固化，制作100μm厚的PDMS薄膜。之后进行等离子体处理后进行封接。
[0016]本专利技术还提供了所述的脑缺血再灌注损伤芯片在脑缺血再灌注损伤模型或氧糖剥夺/复氧复糖模型构建中的应用。
[0017]进一步地，构建脑缺血再灌注损伤模型的方法为：将芯片清洗干净后，进行高温高压灭菌处理；烘干后取出芯片，细胞培养腔室采用Matrix基质胶进行包被，置于培养箱包被过夜后，向胞培养腔室中接种SHSY5Y细胞，培养24h；接着，通过注射孔向耗氧腔室中注入NaSO3溶液；然后用PVDC膜围绕芯片缠绕，进行氧糖剥夺模拟脑缺血，氧糖剥夺的同时插入氧探针实时记录细胞培养腔室中的氧浓度；氧糖剥夺2h后，将PVDC膜去除，吸弃NaSO3溶液，将培养基更换为含葡萄糖的培养基，即构建得到脑缺血再灌注损伤模型。
[0018]本专利技术还提高了所述的脑缺血再灌注损伤芯片在脑中风药物开发中的应用。
[0019]三叶苷(trilobatin，TLB)是多穗石柯主要活性成分之一，目前，关于三叶苷的药理活性的报道不多，主要包括抗炎、抗病毒、抗氧化等。然而，三叶苷是否抗脑缺血再灌注损伤及其可能的作用机制还不是很清楚。因此，可通过本专利技术芯片探究三叶苷对脑缺血再灌注损伤的作用，旨在为三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脑缺血再灌注损伤芯片，其特征在于，自下而上依次包括层叠设置的芯片基板、下层芯片、透气薄膜和上层芯片，其中，所述下层芯片上设置有多个相互连通的耗氧腔室，所述上层芯片上对应所述耗氧腔室的位置设置有细胞培养腔室，用于培养神经细胞；所述透气薄膜位于上层芯片与下层芯片之间，所述透气薄膜为透气但不透液的薄膜；所述上层芯片和下层芯片上还设有对应的注射孔，所述注射孔与所述耗氧腔室连通，用于向所述耗氧腔室内注入耗氧试剂以模拟脑缺氧。2.如权利要求1所述的一种脑缺血再灌注损伤芯片，其特征在于，所述芯片基板的材质为玻璃、PDMS或PMMA，所述上层芯片、下层芯片的材质均为PDMS，所述透气薄膜为PDMS薄膜。3.如权利要求1所述的一种脑缺血再灌注损伤芯片，其特征在于，所述芯片基板的表面进行了等离子体处理，再依次与下层芯片、透气薄膜和上层芯片通过不可逆封接组装在一起。4.如权利要求1所述的一种脑缺血再灌注损伤芯片，其特征在于，所述耗氧腔室的数量为1～96个。5.如权利要求1所述的一种脑缺血再灌注损伤芯片，其特征在于，所述芯片的尺寸为(10～100)
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(10～100)mm；所述耗氧腔室为圆形，其直径为2～20mm；所述耗氧腔室为多个，相邻两耗氧腔室的连接处的尺寸为(0.1～1.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秀莉，刘远贵，曲玥阳，单宝帅，白荟钰，罗勇，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：