[发明专利]一种仿生肠道器官芯片及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种仿生肠道器官芯片及其制备方法和应用，仿生肠道器官芯片具有流体通道，在流体通道内设有多孔膜，多孔膜将流体通道分隔成上层流体通道和下层流体通道，多孔膜上分布有若干个用于模拟肠绒毛结构的凸起和若干个用于模拟肠道吸收功能的通孔。上层流体通道用于培养肠细胞，下层用于收集代谢产物，多孔膜上的凸起用于模拟肠绒毛结构，通孔用于模拟肠道的吸收功能。由于该芯片内的多孔膜上分布有若干个凸起的三维支架结构，可极大减小不同批次芯片之间产生的肠道组织结构的差异，具有良好的重现性。本仿生肠道器官芯片可利用灌流对肠细胞进行动态培养，以模拟肠道内动态微环境，适用于肠道疾病、药物筛选、食品安全等研究。

技术领域

本申请涉及器官仿生技术领域，具体涉及一种仿生肠道器官芯片及其制备方法和应用。

背景技术

微流控芯片技术(Microfluidics)作为21世纪重要前沿科学技术之一，为体外模拟人体代谢模型提供了一种重要平台。它主要以微纳加工技术为基础，由微米级通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，可实现生物学与化学实验室的常规功能。因其具有与细胞大小相匹配的微米尺寸构件，可在芯片微通道内进行多种细胞培养与流体刺激，构建与生理环境接近并具有时空分辨特点的三维微环境，已成为组织器官构建、药物筛选、毒理学以及生物医学研究的重要技术。现阶段微流控技术已成功应用于三维细胞共培养、细胞迁移、细胞分选、组织微环境与类器官构建等。其中，人体器官芯片(Organs-on-a-chip)是近几年发展起来的一种新兴前沿交叉学科技术，是一种利用微加工技术，在微流控芯片上制造出能够模拟人类器官的主要功能的仿生系统。与传统二维静态细胞培养技术相比，芯片内培养的细胞具有三维结构以及多种细胞的空间分布结构，更重要的是器官芯片可以为细胞提供动态的微环境，这是传统手段无法比拟的。此外，芯片内的细胞大部分都是基于人源的细胞，可以极大的降低动物模型所产生的种间差异。器官芯片的发展将有助于药物研发、疾病研究等。

目前，肠道芯片的设计与制备主要集中在哈佛大学的Ingber教授，如图1所示。该芯片通过多培养在多孔膜上的caco-2细胞进行机械拉伸，使其分化并自发形成绒毛结构。

具体的，现有的肠道芯片由三层PDMS(聚二甲基硅氧烷)结构封接而成，如图1所示，其中，中间层为多孔多孔膜101，用于接种肠细胞；上下两层为流体通道02，用于模拟肠道流体微环境；通道左右两侧为真空腔103，用于对多孔膜进行拉伸的机械运动。

但现有技术的肠道芯片的缺点在于细胞自发形成绒毛结构的均一性不能得到保证，使芯片在不同批次间产生较大的差异，不便于实验数据统计和结果对比。

发明内容

本申请提供一种可减少不同批次芯片之间产生的肠道组织结构的差异，具有良好的重现性的仿生肠道器官芯片及其制备方法和应用。

根据第一方面，一种实施例中提供一种仿生肠道器官芯片，具有流体通道，在流体通道内设有多孔膜，多孔膜将流体通道分隔成上层流体通道和下层流体通道，多孔膜上分布有若干个用于模拟肠绒毛结构的凸起和若干个用于模拟肠道吸收功能的通孔。

根据第二方面，一种实施例中提供一种仿生肠道器官芯片的制备方法，包括如下步骤：

制备上层芯片和下层芯片；

制备多孔膜模板；

制备多孔膜及封接组装：通过多孔膜模板制备多孔膜，再将多孔膜封接在上层芯片和下层芯片之间，形成仿生肠道器官芯片；

其中，多孔膜上分布有若干个用于模拟肠绒毛结构的凸起和若干个用于模拟肠道吸收功能的通孔。

根据第三方面，一种实施例中提供了一种制备仿生肠道器官的方法，利用上述的仿生肠道器官芯片进行。