[发明专利]一种三维肾小球模型的制备方法

说明书

本发明涉及一种三维肾小球模型的制备方法，属于生物技术领域。尤其涉及一种具有仿生肾小球三维结构的微流控的体外肾小球模型的制备和仿生肾小球功能模拟。本发明制备的三维肾小球模型，能够模拟多种仿肾小球的三维结构微环境，如肾小球球状结构、血管状通道和可模拟卷曲微血管表面结构的微凸起结构等。本发明制备方法中涉及了基于微流控的有纺锤型结节的中空凝胶纤维制备方法、凝胶表面微凸起结构的制备方法和稳定可控的凝胶材料流通装置搭建方法，并结合细胞共培养技术，成功构建了具有一定的仿生肾小球屏障功能的三维肾小球模型。本发明制备的三维肾小球模型可作为构建高通量的肾脏药物筛选/疾病模型的研究平台。

技术领域

本发明涉及一种三维肾小球模型的制备方法，属于生物技术领域。

背景技术

慢性肾病近年来已逐渐成为全球致死率增长最快的疾病之一。根据世界卫生组织2012年的数据统计，全球每100000人中有12.2人因慢性肾病死亡。慢性肾病给社会带来了沉重的负担，并逐渐成为了现阶段的重大生命健康挑战难题之一。

组成肾脏并实现肾脏过滤功能的基本单位被称为肾单位，包括肾小球、肾小囊和肾小管。血浆通过肾小球滤过膜过滤生成原尿。正常功能的肾小球滤过膜能够保证分子量大于60kDa的分子大都保留在血浆内。早期肾脏损伤的主要表现为蛋白尿、血尿和肾小球滤过率下降等，这都与肾小球滤过膜结构的损伤和屏障功能的破坏密切相关。因而研究肾小球屏障功能的作用机制及其损伤机制对于慢性肾病的研究至关重要。

传统肾脏功能及疾病研究主要通过动物实验和细胞培养进行研究。但是动物实验不仅成本昂贵，还涉及人道主义问题，另外，利用动物实验进行研究难以调节和监控特定影响因子造成的影响。而普通细胞培养方法缺乏体内生理环境的刺激及细胞间相互作用。仿真组织和器官的关键生理环境的不足，可能导致细胞生理功能的丢失。除此之外，普通细胞培养仅能提供细胞层面的信息，这对于了解肾小球过滤功能的变化非常有限。因此，在体外建立更加有效的肾小球模型是慢性肾病研究的重要基础。

为模拟更接近体内真实环境的仿生组织，微流控芯片技术逐渐发展起来。微流控芯片技术是在微米量级空间对流体进行精确操控的一种科学与技术。利用微流控芯片技术，引入生物材料，可实现精确仿真关键的组织、器官生理特征，构建模拟接近体内真实环境的仿生组织，从而为生物体的研究提供了一种相对简单而有效的途径。

仿生肾小球芯片的研发近几年也成为了国内外研究的热点。但是已报道的肾小球芯片大多基于肾小球滤过膜二维单层膜结构的实现和模拟，迄今为止尚未见成功模拟出肾小球三维拓扑结构的器官模型的研究。

发明内容

本发明的目的是提出一种三维肾小球模型的制备方法，具体涉及一种具有仿生肾小球三维结构且可长期灌流的体外肾小球模型的制备，以开发反映肾小球结构和功能的器官模型，并实现其芯片化，用于对肾脏疾病的研究和新药筛选。

本发明提出的三维肾小球模型的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备含碳酸钙的有纺锤型结节的中空凝胶纤维，过程如下：

(1-1)搭建一个凝胶纤维制备系统，该制备系统包括一个共轴微流控装置(1)、一个旋转装置(2)和一个水池(3)，所述的水池(3)中盛有摩尔浓度为0.1-0.2摩尔/升的氯化钙溶液(5)，所述的共轴微流控装置(1)垂直固定在氯化钙溶液(5)的上方，共轴微流控装置(1)的底端与氯化钙溶液面的距离约为0.5-2毫米，旋转装置(2)位于氯化钙溶液(5)的上方、盛放氯化钙溶液(5)的水池(3)的一侧，旋转装置(2)的旋转面垂直于氯化钙溶液面，共轴微流控装置(1)下方、水池3底部的侧面设置一个旋转轴(6)；

(1-2)制备碳酸钙颗粒与海藻酸钠溶液的混合液，混合液中，碳酸钙颗粒的质量体积浓度为0.1-0.2克/毫升，海藻酸钠溶液的质量体积浓度为1％-3％；