[发明专利]用于不同三维细胞团配对的装置及共培养方法

说明书

本发明属于微流控技术和细胞三维培养技术领域，具体地涉及一种能够以简单的微井阵列微流控芯片为基础快速制备不同三维细胞团块并使异种细胞团块之间1:1配对及其共培养的装置及方法。所述装置能够用于制备不同三维细胞团块，并能够实现异种细胞团块之间1:1配对及共培养；所述装置包括带有微井阵列的微流控芯片及围堰，每个微流控芯片的周边配有一个围堰，二者紧密封接在一起；将所述带有微井阵列的微流控芯片及围堰均设置在细胞培养器具上。能够方便地实现对多种细胞的三维培养以及使异种团块之间1:1配对，共培养，并能够对细胞进行显微成像分析和药物筛选，得到定量化的结果。

技术领域

本发明主要属于微流控芯片技术和细胞3D培养技术领域，具体涉及一种基于微流控芯片技术的快速制备不同三维细胞团块并使异种细胞团块之间1:1配对及其共培养的装置和方法。

背景技术

细胞培养是指从生物体中分离组织或细胞，并在模拟体内生理环境的体外条件下使之生存并生长的一种细胞生物学研究方法，也是分子生物学、遗传学、生理学、药物学等诸多学科研究中常用的一项技术。无论是一种或多种细胞的二维单层细胞培养模式均十分方便，细胞也具有良好的生存能力。但体内组织和器官是三维结构，由血液循环系统进行源源不断的灌注。因此，如何在体外条件下更好地模拟体内生理环境，对于细胞培养尤为重要。

三维细胞培养技术是指将具有三维结构不同材料的载体与各种不同种类的细胞在体外共同培养，利用各种方法及材料，使细胞在载体的三维立体空间结构中迁移、生长，构成三维的细胞—载体复合物。更接近于体内生长模式，形成类似体内组织的结构，发挥其功能。

三维培养体系与单层培养时细胞的均一性相比，更能模拟人类完整肿瘤状态，在细胞基因表达、基质分泌及细胞功能活动方面也与体内细胞更为相似。目前，三维细胞培养技术已成为研究肿瘤发生发展机制、肿瘤微环境、肿瘤的耐药性、肿瘤生物学行为，肿瘤血管生成[Heiss M, et al. The FASEB Journal, 2015, 29, 3076-3084.]等的重要平台。三维细胞培养技术在抗癌药物的筛选[Maria Chatzinikolaidou, Drug DiscoveryToday, 2016, 21, 1553-1560.]、组织形成、血管发育等发育生物学的分支领域得到了广泛的应用。

近年来，三维细胞培养作为一项新兴的细胞培养技术，其与二维细胞培养中细胞的平面生长相比，最大的优势在于提供了一个三维的立体微环境，细胞在这个微环境中完成增殖、分化、运动、凋亡等等一系列过程，很大程度模拟了人体微环境中的细胞状态，因而具有极大的可开发性。尤其是在抗肿瘤研究领域，模拟肿瘤微环境，关注肿瘤细胞外基质在肿瘤发生发展过程中的作用成为了一个热点话题。

三维细胞培养技术，恰恰为肿瘤细胞的生长提供了与人体相一致的微环境，因而在为抗肿瘤治疗寻找新靶点等方面具有不可替代的价值，值得进一步的开发和利用。比如，刘文明等利用集成型微流控芯片装置当中的气动微阀来进行3D细胞团块的培养和释放[CN104164360B]；Takayama等利用高通量悬滴阵列系统高效获得具有均匀尺寸的类球体，并与各种可商购获得的高通量筛选（HTS）系统相容，非常适合于商业化以便被更广泛地使用[CN 102947710B]。另外，秦建华等利用集成型微流控芯片配合凹形的底面实现对细胞三维培养和指定管道中释放[CN 105733943A]。但是这些技术主要集中在如何实现细胞的3D培养和如何形成一定细胞密度的团块，对于异种团块的研究仅停留在两种细胞悬液混合后形成团块[Fennema, E., et al., Trends in Biotechnology, 31, 108-115.]，或者同种细胞团块形成后1:1配对[Susienka, M. J., et al. Biofabrication, 2016, 8,045003.]，但是该方法每次仅能成功配对少量团块，效率不高。而且没有涉及到异种细胞团块形成后1:1配对再共培养并观测融合的动力学过程，从而不能够进一步对配对之后的不同细胞之间的相互作用，细胞行为和细胞分子生物学调控进行研究。