本发明专利技术提供一种四通道器官芯片，四通道器官芯片包括顶盖和基体，顶盖设有空气通道，基体设有培养层，所述空气通道与培养层流体连通。所述培养层包括多个细胞培养孔、多个血管通道和多个培液通道，所述血管通道、培液通道与细胞培养孔流体连通，且所述空气通道、所述血管通道、所述培液通道内的流体在外力推动下保持流动。本申请的四通道器官芯片通过引入空气通道、血管通道和培液通道，再通过外接驱动泵从而在芯片内实现气体灌流、液体灌流，并实现在同一芯片进行多类型细胞共培养，可以根据实际需要添加循环免疫细胞做共培养，增加器官芯片的细胞复杂度，充分模拟肿瘤在体环境。充分模拟肿瘤在体环境。
【技术实现步骤摘要】
一种四通道器官芯片及其应用和使用方法
[0001]本专利技术涉及3D肿瘤细胞培养芯片
，特别是涉及一种四通道器官芯片及其应用和使用方法。
技术介绍
[0002]肺癌是临床上最常见的呼吸系统恶性肿瘤，多年以来，肺癌的发病率和致死率始终占据各类恶性肿瘤的第一位，根据美国癌症协会2021年的统计数据，肺癌的发病率占到了各类癌症总发病率的11.4％，引起的死亡率更是占到了癌症总死亡率的18％，与之相比，肺癌新药的研发速度则相对比较缓慢，因此开发更为高效的抗肺癌药物是十分有必要的。
[0003]肺癌可分为小细胞肺癌和非小细胞肺癌两大类，其中，非小细胞肺癌约占肺癌总发病量的85％。已有的临床研究表明，肺癌往往起源于支气管上皮细胞层，其中，肺鳞癌和大细胞肺癌一般起源于较大支气管，因此被称为中央型肺癌，而肺腺癌通常起源于较小的支气管，因此也被称为周围型肺癌，恶性增殖的肺癌组织寄生在支气管上皮层，向外突破支气管黏膜下层甚至支气管软骨，与循环系统直接接触，外周血免疫细胞可通过直接接触的形式与肿瘤细胞发生相互作用；肿瘤组织向内生长则可占据支气管腔形成占位，从而引起部分肺叶功能衰退甚至萎缩。
[0004]传统的细胞系2D培养是研究肺癌发病机制和做药物筛选的重要研究手段，但是这种细胞培养模式使得癌细胞丧失了与其他细胞、细胞外基质的相互作用，静态的培养环境也无法为细胞提供流体切应力等物理作用，因此，体外实验得出的结果往往很难在体内实验中被完全重现，这导致了药物研发速度的迟滞和经济、时间的浪费；而动物实验尽管结果更为可靠，但往往投入的时间周期和成本十分惊人，随着近几年伦理审查和动物福利政策的逐步收紧，动物实验也面临着日益严重的限制，因此，开发更为高效的、能够更好地反映细胞在体内对于药物刺激真实反映的体外工作平台是十分有必要的，出于这方面的考量，器官芯片技术应运而生，有望成为新一代高效药物筛选平台，从而加速抗肿瘤药物的研发进程。
[0005]目前已有的基于3D肿瘤微球研发的器官芯片，其搭载的细胞培养体系通常是单一的肿瘤细胞或者肿瘤细胞混合正常上皮细胞共同培养成的比较简单的肿瘤微球，对肿瘤来说，失去了原本的微环境中其他细胞与肿瘤细胞本身的相互作用，而对于肺癌这个癌种来说，这些芯片的设计往往缺乏了气体灌流，因此也不能很真实地反映肺癌在体内的真实状况。
[0006]本申请专利技术人旨在提供一种多通道器官芯片，可以同时提供气体和液体灌流、血管内皮细胞共培养、并且能根据实际需要额外添加循环免疫细胞做共培养，尤其适用于进行肺癌研究。
技术实现思路
[0007]鉴于以上所述现有技术的不足，本专利技术的主要目的在于提供一种四通道器官芯
片，可以搭载3D肿瘤微球体培养体系并在此基础上充分模拟肿瘤在体环境并实现药物的高通量筛选。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术是通过包括如下技术方案实现的。
[0009]本专利技术第一方面提供一种四通道器官芯片，所述四通道器官芯片包括顶盖和基体；所述顶盖设有空气通道；所述基体设有培养层，所述空气通道与所述培养层流体连通；所述培养层包括多个细胞培养孔、多个血管通道和多个培液通道，所述细胞培养孔分别与所述血管通道、所述培液通道流体连通，且所述空气通道和所述血管通道和所述培液通道内的流体在外力推动下保持流动。通过向芯片中引入空气通道、血管通道和培液通道，且血管通道、空气通道和培液通道均可通过外加驱动力形成流动的流体环境，能够实现多组分的肺癌相关细胞共培养，从而充分模拟肿瘤在体环境。例如，血管通道和培液通道用于通入/流出液体及接种血管内皮细胞，空气通道用于供空气流通，因此可在同一芯片内实现气体灌流、液体灌流和内皮细胞共培养，实现多类型细胞共培养，增加器官芯片的细胞复杂度，充分模拟肿瘤在体环境。并且可以根据需要将免疫细胞单独引入器官芯片中，用来筛选经T细胞等免疫细胞途径发挥功能的肿瘤药物。
[0010]在一些优选实施方案中，所述细胞培养孔与所述血管通道的连通处设有多孔间隔膜，所述细胞培养孔与所述培液通道的连通处也设有多孔间隔膜，多孔间隔膜设置目的在于限制细胞透过，而多孔的存在使多孔间隔膜两侧形成一个液体交换平面，可以使液体、小分子或一些生物大分子透过，实现了培液的自由交换。优选的，多孔间隔膜上的孔径为0.4～5μM。
[0011]在一些优选实施方案中，所述细胞培养孔的孔底内表面设置低细胞粘附层；所述低细胞粘附层的材料为仿细胞外基质成分；优选的，所述低细胞粘附层的材料为基质胶。用于降低细胞培养孔板材对细胞的吸附性，便于肿瘤微球的3D培养。
[0012]在一些优选实施方案中，所述多个细胞培养孔呈多排排列；每排所述细胞培养孔的一侧至少设有一个所述血管通道，另一侧至少设有一个所述培液通道；且各所述细胞培养孔不连通，各所述培液通道不连通。即每排细胞培养孔和其对应的血管通道和培液通道均形成一个相对独立的且封闭的培养单元，多个相对封闭的培养单元集成在一起能够实现在同一块芯片上同时检测不同药物抑制肿瘤细胞的能力。优选的，空气通道位于所有培养单元的上方且与各培养单元流体连通，即多个相对封闭的培养单元共用一个空气通道输送的空气。
[0013]在一些优选实施例方案中，所述顶盖设有至少两个空气孔，各所述空气孔与所述空气通道流体连通，且各所述空气孔用于设置或外接通气管路。所述顶盖上设有多个血管通道口，各所述血管通道的两端分别与两个所述血管通道口连通，各所述血管通道口用于通过外接通液管路。所述顶盖上设有多个培液通道口，各所述培液通道的两端分别与两个所述培液通道口连通，各所述培液通道口用于通过外接通液管路。通过各通道口外接驱动泵从而实现自动流体控制。优选的，通过各空气孔、通道口、外接驱动泵管路的连接方式实现闭环的单向流动方式。单向流动方式如何形成本领域技术人员已知，例如沿着某一方向依次设置一个进口和一个出口，进口和出口分别外接驱动泵即可，驱动泵的种类根据实际实验要求进行选择，这里不作限制，例如选用微流控泵、空气泵。
[0014]本专利技术第二方面提供一种四通道器官芯片系统，包括上述四通道器官芯片和驱动
泵。
[0015]本专利技术第三方面提供一种所述的四通道器官芯片或系统在药物研发或营养学研究中的用途。具体的，在研究候选抗肿瘤药物对肺癌细胞的杀伤作用中的用途。
[0016]本专利技术第四方面提供一种所述的四通道器官芯片或系统在研究药物对肺癌细胞的杀伤作用中的使用方法，包括如下步骤：
[0017]1)提供肺肿瘤微球体；优选的，所述肺肿瘤微球体由人肺癌细胞和人呼吸道上皮细胞混合培养获得；
[0018]2)提供内皮细胞培液；优选的，所述内皮细胞培液由人血管内皮细胞制备获得；
[0019]3)将步骤2)的内皮细胞培液注入血管通道，封闭静置培养，血管通道内的细胞贴壁后，弃掉血管通道内的原培液，通入新鲜培液；
[0020]4)将培液通道内灌注新鲜培液，将步骤1)的所述肺肿瘤微球体连同部分培液一起注入细胞培养孔；
[0021]5)封闭四通道器官芯片后，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种四通道器官芯片，其特征在于，所述四通道器官芯片包括顶盖(1)和基体(2)；所述顶盖(1)设有空气通道(11)；所述基体(2)设有培养层(21)，所述空气通道(11)与所述培养层(21)流体连通；所述培养层(21)包括多个细胞培养孔(211)、多个血管通道(212)和多个培液通道(213)；所述血管通道(212)和所述培液通道(213)与所述细胞培养孔(211)流体连通，且所述空气通道(11)和所述培养层(21)内的流体在外力推动下保持流动。2.根据权利要求1所述的四通道器官芯片，其特征在于，所述细胞培养孔(211)与所述血管通道(212)的连通处设有多孔间隔膜(214)；所述细胞培养孔(211)与所述培液通道(213)的连通处设有多孔间隔膜(214)；和/或，所述顶盖(1)设有至少两个空气孔(12)，各所述空气孔(12)与所述空气通道(11)流体连通，且各所述空气孔(12)用于设置或外接通气管；和/或，所述空气通道(11)和/或所述血管通道(212)和/或所述培液通道(213)内的流体在外力推动下保持单向流动。3.根据权利要求2所述的四通道器官芯片，其特征在于，所述多个细胞培养孔(211)呈多排排列；每排所述细胞培养孔(211)的一侧至少设有一个所述血管通道(212)，另一侧至少设有一个所述培液通道(213)；和/或，各所述细胞培养孔(211)不连通；和/或，各所述血管通道(212)不连通；和/或，各所述培液通道(212)不连通；和/或，所述顶盖(1)上设有多个血管通道口(13)，各所述血管通道(212)的两端分别对应两个所述血管通道口(13)，各所述血管通道口(13)用于通过外接通液管路；和/或，所述顶盖(1)上设有多个培液通道口(14)，各所述培液通道(212)的两端分别对应两个所述培液通道口(14)，各所述培液通道口(14)用于通过外接通液管路；和/或，所述细胞培养孔(211)的孔腔为U形腔，所述细胞培养孔(211)的孔深为8～12mm；和/或，所述血管通道(212)和培液通道(213)横截面为正方的圆角矩形，所述血管通道(212)的横截面边长为4～8mm；所述培液通道(213)的横截面边长为4～8mm。4.根据权利要求3所述的四通道器官芯片，其特征在于，所述细胞培养孔(211)的孔底与所述血管通道(212)和所述培液通道(213)的通道底在同一个水平面。5.根据权利要求2所述的四通道器官芯片，其特征在于，所述多孔间隔膜(214)的材料为能形成多孔结构的高分子聚合材料；优选的，所述多孔间隔膜(214)的材料选自聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯或聚对苯二...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱京晶，徐祎春，孟家旭，韩峻松，苏军，丁岩汀，
申请(专利权)人：上海生物芯片有限公司，
类型：发明
国别省市：
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