[发明专利]基于器官芯片的低氧模拟人早期胎盘发育微环境的方法

说明书

本发明公开了一种基于器官芯片的低氧模拟人早期胎盘发育微环境的方法，该方法主要包括以下步骤：孔板修饰与人多能干细胞(hPSC)接种培养、细胞消化并接种于三维基质中、不同氧气浓度下早期胎盘发育模型的建立、细胞形态及功能表征等步骤，本发明利用hPSC的自组装性质在三维基质材料中形成了具有近生理的三维空腔结构，同时考察了在不同氧气浓度下建立的早期胎盘发育模型中细胞形态及功能的差异，证实了低氧条件下胎盘发生中滋养层细胞侵袭能力明显增强。该发明可为探索人类胎盘发生中HIF信号通路及分子机制研究提供一个新思路与技术平台。

技术领域

本发明涉及胎盘发育学、表观遗传学、医学以及细胞生物学领域，具体涉及一种基于器官芯片的低氧模拟人早期胎盘发育微环境的方法。

背景技术

全球妊娠异常发生率呈逐年攀升趋势，且由多方面因素造成，其中胎盘发育异常是主要因素。美国纽约州立基础医学研究院高级终身研究员钟南教授表示：“越来越多的研究表明，人类儿童期甚至成年期的疾病，都和胎盘的生长发育有关。”继美国启动人类胎盘计划后，中国的产科专家也愈发关注胎盘的研究，研究内容主要涉及胎盘结构、感染与炎症、基因组学与胎盘、胎盘功能、环境因素与胎盘等相关领域。正是因为胎盘存在的时间节点是最为短暂的，现代医学对其研究的深入程度，远不如其他脏器来得深刻，这也引起了科研工作者的极大关注。

胎盘的发育，开始于胚泡的植入，通过为发育中的胎儿提供有效的营养和氧气，对胎儿的生长至关重要。早期人类胎盘发育包括蛀牙周围的滋养层前驱的分化、成熟到合胞体滋养层和侵袭型滋养层等亚型的出现，其中氧气的供应并不是一个恒定值，也就是说在胎盘发育的过程中氧气的含量在不同的阶段是不一样的。妊娠在0-13周之间，受精胚泡嵌入子宫壁，胎儿和胎盘开始发育，此时，胎盘就处在一个相对低氧的环境。然而，对胎盘发育的研究由于受到实验障碍的困扰，人们对它的理解仍然很差。

人体多能干细胞(hPSCs)，在自我更新的基态与胚胎细胞相似，但hPSCs在模拟早期胎盘发育方面的适用性仍未确定。虽然人妊娠过程中胎盘所处的氧气浓度在不同阶段是不同的，但目前研究氧气对早期胎盘发育中细胞形态及功能影响研究很少，包括对滋养层细胞的分化，融合型滋养层细胞及侵袭型滋养层细胞等亚型的出现，特别是在低氧条件下的研究，其中也涉及HIF相关的信号通路的研究及分子机制的探究。这些有助于我们更深入了解胎盘的发生，为探索人类胎盘发育和胚胎发育在细胞水平、基因测序和分子机制方面提供技术支撑。也可以帮助医学界更好地认识生命的本质，进一步开展对相关生命功能的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于器官芯片的低氧模拟人早期胎盘发育微环境的方法，该模型是在3D基质中模拟人早期胎盘的发育形成具有近生理的三维结构，并考察了氧气浓度对人早期胎盘发育的影响，其中包括氧气对细胞形态及功能的影响。该模型可为探索人类早期胎盘发育中细胞形态学研究、表观遗传学研究、分子机制及信号通路研究提供技术平台。

本发明一种基于器官芯片的低氧模拟人早期胎盘发育微环境的方法，采用三维基质材料人工基底膜(Matrigel)，按照以下步骤进行：

(1)孔板修饰与人多能干细胞(hPSC)接种培养

6孔板先用人工基底膜(Matrigel)修饰并放于4°冰箱，之后放入37°培养箱20-50min，用细胞消化液室温消化，用细胞刮板刮下细胞团，离心600r 1-3min，细胞用含Y27632的mTeSR1培养基重悬使细胞为小团块后接种于已修饰好的6孔板，37°培养1-4h后将培养液更换为不含Y27632的mTeSR1培养基培养。

所述人工基底膜修饰6孔板具体为：将人工基底膜稀释500-1000倍，每孔1.5ml稀释液，放于4°冰箱4小时-7天；

所述含Y27632的mTeSR1培养基中，Y27632的浓度范围为1-100mM。

(2)细胞消化并接种于三维基质中