[发明专利]内皮细胞-平滑肌细胞共培养的单流道微芯片模型的构建方法

说明书

本发明属于微流控技术领域，提出了一种内皮细胞‑平滑肌细胞共培养的单流道微芯片模型的构建方法。以动脉血管为原型建模，光刻蚀方法制作不同高度的阳模，在所形成的微通道中依次培养平滑肌细胞和内皮细胞制得内皮细胞‑平滑肌细胞分层培养的单流道微芯片模型。本构建方法改善了传统内皮细胞与平滑肌细胞共培养模式中无法使内皮细胞与平滑肌细胞在同一微流道内直接物理接触的问题以及无法在同一流动刺激下动态监测内皮细胞与平滑肌细胞细胞形态和功能改变。从细胞角度及分子表达层面直接观察流动剪切刺激下内皮细胞与平滑肌细胞相互作用以及分泌物的变化，对研究动脉粥样硬化等心脑血管疾病的发生机制的研究中提供了强有力的工具。

技术领域

本发明属于微流控技术领域，具体涉及一种内皮细胞-平滑肌细胞共培养的单流道微芯片模型的构建方法。

背景技术

心脑血管疾病是一类严重威胁人类健康的非传染性疾病，动脉血管狭窄是引起心脑血管疾病的因素之一，常见于冠状动脉粥样硬化等疾病中。血管内皮细胞与平滑肌细胞是血管壁的重要组成成分，在血管中扮演重要的角色，它们之间通过直接接触以及分泌物互相影响，联系密切。对于冠状动脉粥样硬化及其他心脑血管疾病的研究具有重要意义。

血管瘤、血管狭窄、动脉粥样硬化以及主动脉夹层等疾病的形成和发展与血液动力学参数的异常改变关系密切，如壁面切应力、剪应力梯度、振荡剪切指数。尤其是异常的血流剪切作用对内皮细胞及平滑肌细胞形态、功能以及基因表达的影响。

动脉血管壁从内向外依次为内膜、中膜和外模。内皮细胞是内膜的主要组成成分，其构成通透性屏障控制大分子物资的进出，同时具有一定的内分泌功能，其分泌的舒血管物质与缩血管物质相互制约，保持着动态平衡。血管平滑肌细胞是中膜的组成成分，其收缩与舒张可调节器官与组织的血流量。异常的血液流动引起的力学刺激改变将导致内皮形态改变以及分泌功能障碍。影响其接受信号因子，同样影响平滑肌细胞的级联信号的传导，很有可能诱发人体产生血管栓塞、动脉硬化等疾病。为了更好地研究流动剪切与内皮细胞形态和功能的相关性，在体外构建一个合适的模型至关重要。因此对于血管壁内皮细胞与血管壁平滑肌细胞的联合培养、细胞形态、分泌功能的研究显得尤为重要。

然而传统的培养方法虽然可以培养血管内皮细胞并模拟血管内皮细胞的生存环境但无法真实的模拟体内的生存尺寸，也无法观察判断血流剪切力对血管内皮细胞与平滑肌细胞形态与功能的改变。此外，动物模型虽然能够通过外界干预的手段诱导流动异常改变，进而考察血管内皮细胞形态和功能的改变，但是动物体内实验的流动存在不可操控、个体差异性，同时受到动物伦理等多方面的制约。

微芯片通道技术，可实现流动环境的连续可控、培养单元的相互连通，以及三维细胞培养，利用微芯片通道取代临床前动物实验进行药代动力学的研究已逐渐成为新的研究热点。微芯片通道模型采用光刻或软光刻的技术，将生化实验室中涉及的基本操作单元集中在一块微小的芯片上，微通道芯片技术相对于传统的动物实验相比成本更低，实验的周期短，微通道芯片技术的操作更加简单。结构改变和流动控制相对容易，易于实现不同结构诱导的流动剪切刺激的改变。细胞形态的观测更加直接便捷，通过引入适当的生物抗体，可以实现细胞功能的检测。更为重要的是微尺度下流体独有的效应能够有效地提高微通道分析速率及准确性。此外，微通道芯片实验可以避免动物实验中的动物与人类非同源时带来的研究误差。

但大多实验状态下的基于微通道芯片培养的细胞只能满足单层培养，培养种类单一，无法模拟不同细胞之间的相互作用关系，无法在血流动力学下同时模拟多种细胞形态、功能、分泌物质的变化。无法得出多种细胞在体内的真实物理环境及生理表现。因此构建一种基于血流动力学，同时模拟两种细胞之间形态、功能关系的模型显得格外重要。

专利申请：一种基于背面发散式光刻技术的弧形截面血管网络微通道模板及制作方法，申请号CN201911268757.8。其主要问题存在于：该专利所声明的制作方法虽然可以制作高度不一致的血管模型，但是该模型仅仅从物理外观上模拟了血管网络，无法在生理基础上模拟真实的血管内部环境，无法模拟不同血管细胞之间的相互作用。