[发明专利]一种用于模拟体内肿瘤细胞及其转移微环境的仿生微流控芯片

说明书

技术领域

本发明属于临床应用领域，涉及一种用于模拟体内肿瘤及其转移微环境的仿生微流控芯片。本发明的微流控芯片可以动态监测肿瘤细胞的转移过程，定义肿瘤细胞的迁移模式，为预防和治疗肿瘤转移提供指导。

背景技术

癌细胞转移是包括肺癌在内的所有癌症死亡的主要原因，属于基础研究者和临床学者的最大挑战之一。癌细胞转移是一个复杂的生理过程，通常包括主位点肿瘤病变增殖、肿瘤细胞脱离、肿瘤细胞迁移、溢出并在第二器官处形成转移性的肿瘤细胞团。具有转移性表型的肿瘤细胞表现出以下性质：细胞移动性增强、降解基底膜组分的能力增强、向周围细胞迁移的能力增强、穿透淋巴管或者血管的能力增强、在第二位点自主增殖的能力增强。然而，肿瘤细胞迁移具有高度器官选择性、该过程涉及肿瘤细胞和宿主器官之间的相互作用。到目前为止，器官特异性的肿瘤转移的精确机制还未完全研究清楚。

肺癌是世界上癌症死亡的最主要因素，癌症细胞转移到远处的器官是肺癌死亡的主要起因。临床结果显示，肺癌经常转移到脑组织、骨组织和肝脏组织中。更好的了解肺癌转移模式对于制定针对肺癌病人的治疗策略是非常关键的。因此，发展一种在体外能够模拟肺癌转移体内微环境的体外细胞培养模型是亟待解决的问题。

了解肺癌细胞转移的病理学需要在整个具有生理活性的肺和远处器官的环境下研究具有生理活性的癌症细胞和组织的功能。然而，目前存在的用于评价正常生理和疾病过程的动物模型是十分昂贵的，并且实验周期很长，同时还存在多种伦理争议。更为重要的是，上述动物模型不能很好的控制转移的肺癌细胞的定位和趋向性，从而导致不能正确的反应人类体内肺癌细胞转移的生理状态。近年来，一种体外3D细胞培养模型得到了越来越广泛的应用。上述体外3D细胞培养模型已经被用于多种肿瘤细胞和间质细胞的共培养。这些模型可以容易控制条件去研究旁分泌信号对不同类型细胞之间的影响。发明人在现有的3D细胞培养模型基础上进行升级和改造，开发了可以用于模拟体内肺癌转移微环境的仿生微流控芯片。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于模拟体内肿瘤细胞及其转移微环境的仿生微流控芯片。该微流控芯片中可以将不同细胞进行共培养，动态监测上游肿瘤细胞向下游靶器官转移的过程，为临床制定肿瘤治疗方案提供基础。

本发明的上述微流控芯片采用了如下设计方案：

所述微流控芯片是由三层PDMS基片和两层多孔PDMS膜相互交错不可逆的封接而成的一个密闭整体；第一层PDMS基片1上设有供空气流通的空气通道11、供液体进出的第一层液体入口12和第一层液体出口13，分别位于所述空气通道11两侧的第一真空通道14、第二真空通道15的上半部分；第二层PDMS基片2上设有供液体流通的液体通道21、供液体进出的第二层液体入口22和第二层液体出口23，分别位于所述液体通道21两侧的第一真空通道14、第二真空通道15的下半部分，所述液体通道21的侧边上设有三条向外延伸的连接通道，分别为第一连接通道211、第二连接通道212、第三连接通道213，所述第一连接通道211、所述第二连接通道212、所述第三连接通道213的末端分别设有第一入口214、第二入口215、第三入口216；第三层PDMS基片3上设有供细胞培养的第一细胞培养室31、第二细胞培养室32、第三细胞培养室33；所述第一细胞培养室31、所述第二细胞培养室32、所述第三细胞培养室33分别位于所述第一连接通道211、所述第二连接通道212、所述第三连接通道213的下方，通过第一多孔PDMS膜5与所述第一连接通道211、所述第二连接通道212、所述第三连接通道213相通；所述第一真空通道14、第二真空通道15的上半部分和所述第一真空通道14、第二真空通道15的下半部分结构相对应形成结构完整的所述第一真空通道14和所述真空通道15；所述第一层液体入口12和所述第一层液体出口13分别设置于所述空气通道11的上下游且同侧；所述第二层液体入口22和所述第二层液体出口23设置于所述液体通道21的上下游且同侧，所述空气通道11位于所述液体通道21的正上方，所述空气通道11的开口与所述液体通道21的开口相对且通过第二多孔PDMS膜4隔开；所述空气通道11覆盖在所述液体通道21的上游端，所述第一连接通道211、所述第二连接通道212、所述第三连接通道213位于所述液体通道21的下游端。

进一步，所述第一多孔PDMS膜5、所述第二多孔PDMS膜4的厚度为10μm、孔径为10μm。