[发明专利]模拟结肠癌肿瘤微环境及其对抗肿瘤药物反应的器官芯片

说明书

本发明提出了模拟结肠癌肿瘤微环境及其对抗肿瘤药物反应的器官芯片，以解决了现有器官芯片功能有所欠缺，不能单独改变或精确整合局部细胞、分子、化学和生物物理参数，辅助分析参数更改后的细胞行为的问题；包括上层板和下层板，下层板上开设有下培养槽，下层板左右两侧分别开设有与下培养槽连通的下层细胞通道，上层板上开设有上培养槽，上培养槽前后两侧分别开设有培养基通道，每个培养基通道均与上培养槽之间分别开设有加药通道，培养基通道与加药通道之间及加药通道与上培养槽之间分别预留有渗透间隙，上层板左右两侧分别设有与上培养槽连通的上层细胞通道，上培养槽和下培养槽之间设有PC半透膜，上层板和下层板之间粘合。

技术领域

本发明涉及肿瘤细胞培养微流控芯片设备技术领域，特别是一种模拟结肠癌肿瘤微环境及其对抗肿瘤药物反应的器官芯片。

背景技术

为了模拟包括肿瘤细胞、肿瘤基质、肿瘤血管和肿瘤上皮在内的复杂微环境，体外细胞系共培养操作虽然简便，但无法重现体内真实复杂的微环境。有研究通过采用临床组织样本分离得到的细胞并加入胶原基质，利用原发性肿瘤上皮与内源性免疫细胞整体器官化培养，取得了优于普通细胞系且更接近于体内真实环境的TME模型。但该方法采用的是transwell嵌套小室，这种双层嵌套的方法仍是静态培养，无法模拟体内生理状态下压力、流体剪切力等物理条件，且无法实时精确的控制培养条件，需要每隔几天更换新鲜的培养基，这样替换原有培养基的操作也可能会导致营养条件的骤然改变，对肿瘤微环境产生影响。建立小鼠模型能够模拟体内环境观察全身免疫反应，但是对实验动物要求较高，并且体内系统无法将肿瘤免疫反应中外围免疫细胞如外周血单核细胞或巨噬细胞和肿瘤微环境中固有免疫细胞如肿瘤中浸润的巨噬细胞的不同贡献加以区分，无法精确识别肿瘤微环境中的局部事件。

专利号为：CN201510221851.3的发明专利，公开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，其采用PDMS和带有网孔的渗透膜材料，设计和制作一种高通量微流控芯片实验室。该实验室包括三层基片，相邻两层基片之间设有一层多孔PDMS膜，基片上设置有空气通道、液体入口、液体出口、真空通道，以及细胞培养室，模拟各级支气管、肺泡在内的肺实质和肺间质以及模拟肺的主要生理功能，用于监控肿瘤细胞的转移过程。

专利号为：CN201811414068.9的发明专利，公开了一种基于器官芯片的肿瘤免疫微环境模拟及毒性评估方法，其采用上下两层PDMS粘合封接而成的器官芯片，培养免疫细胞及肿瘤细胞，构建肿瘤的免疫微环境，实现在免疫细胞共培养条件下的肿瘤细胞行为监测。

上述专利中的微流控细胞培养技术，能够在具有良好生物相容性的微纳米芯片上进行类器官培养，也称为片上器官或器官芯片(organs-on-chips or organ chips)，但其器官芯片功能有所欠缺，不能实现通过可控的方式单独改变或通过精确整合局部细胞、分子、化学和生物物理参数，同时分析这些参数改变如何促进癌症形成、进展以及药物治疗反应，使细胞行为研究能够处于严格控制的高时空灵敏度的微环境中。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供一种模拟结肠癌肿瘤微环境及其对抗肿瘤药物反应的器官芯片，以解决现有器官芯片不能单独改变或精确整合局部细胞、分子、化学和生物物理参数，无法辅助分析参数更改后的细胞行为的问题。

其解决的技术方案是，本发明包括上层板和下层板，所述的下层板上开设有下培养槽，下层板左右两侧分别开设有与下培养槽连通的下层细胞通道，所述的上层板上开设有上培养槽，上培养槽前后两侧分别开设有培养基通道，每个培养基通道均与上培养槽之间分别开设有加药通道，培养基通道与加药通道之间及加药通道与上培养槽之间分别预留有渗透间隙，上层板左右两侧分别设有与上培养槽连通的上层细胞通道，上培养槽和下培养槽之间设有PC半透膜，上层板和下层板之间粘合。

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：