【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物组织工程和生物医药，尤其涉及一种血管化组织培养芯片及其构建方法与应用。
技术介绍
1、药物引起的肝毒性和肝损伤是急性肝衰竭的主要原因，已成为一个重大的健康问题，药物肝毒性也是导致药物临床试验失败的主要原因之一。目前，药物的肝毒性通常在动物模型中进行评估，而动物模型由于与人类存在种间差异常常无法准确预测临床反应。因此，开发一个准确、有效的模型来评估药物的肝毒性具有十分重要的意义。
2、药物导致的皮肤不良反应在世界范围内普遍存在，常由口服或静脉注射的药物进入体循环后引起。在住院患者中，皮肤药物不良反应影响了高达10%的患者，其中2%-6.7%的皮肤不良反应可发展为严重且可能危及生命的严重皮肤不良反应，其发病率因人群和触发药物而异。基于以上现状，前瞻性筛选药物并预测系统用药导致的皮肤不良反应具有重要的意义。
3、随着科技进步，特别是微流控、微加工技术和组织工程的融合，推动了器官芯片技术的兴起，器官芯片逐渐成为大规模药物筛选的理想工具之一。
4、器官芯片能够在体外高度模拟人体器官功能，并提供了一个高度仿生的、可控的微环境，显著提升了对药物反应的预测准确性。但是目前的器官芯片药物测试模型仍存在局限性。
5、为了在器官芯片上实现全身给药和局部透皮给药下的药物肝毒性评估，需要在一个芯片上同时构建高仿生肝组织和皮肤组织来提高药物测试的系统性和准确性。目前的肝毒性器官芯片药物测试模型仍然存在局限性：其一，很少有研究在用于药物测试的器官芯片中包含皮肤系统，难以同时评估全身给药和局部透
6、包含肝脏的皮肤芯片为药物导致的皮肤不良反应研究提供了新的研究手段，但其仍然存在以下局限性：其一，由于系统用药的药物进入体循环介导的皮肤不良反应的潜在机制比接触性皮肤不良反应要复杂得多，而现有体外皮肤药物不良反应研究模型难以重现体内肝脏和免疫影响下的皮肤不良反应，需要能包含上游细胞过程（例如，肝代谢）的器官芯片模型；其二，在现有的多器官芯片中，由于系统设计相比于单种器官的系统更复杂，在复杂芯片上重构组织难度更大，导致芯片上的肝脏组织和皮肤组织仿生性受到了极大地限制；其三，皮肤和肝脏微环境体外精确控制是需要解决的重要挑战，对药物测试的准确性有重大的影响，需要在芯片上复现皮肤组织的动态气-液界面培养和肝脏组织复杂的血液动力学条件。
7、申请号为202210937506.x的专利技术专利申请公开了用于多组织共培养的器官芯片与对多组织功能调节作用的检测方法，该芯片用于多组织功能调节作用的检测的过程中，操作难度大，且存在一定的局限性，即不能模拟口服给药的药物在经过肝脏消化吸收后对第一培养室中的细胞、组织或类器官的影响。
8、因此，为了在器官芯片平台上全面评估不同给药途径下的药物肝毒性或全身给药的皮肤不良反应，有必要构建一个同时包含高仿生肝脏和皮肤组织的芯片，以增强药物测试的系统性和预测准确性。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提供了一种同时包含血管化皮肤和血管化肝脏的模型，具有精确可控的流体微环境的血管化组织培养芯片及其构建方法与应用。
2、所述的血管化组织培养芯片，包括由上至下依次叠置的第一层子芯片1和第五层子芯片5；
3、所述第一层子芯片1设置有入液口101，出液口103，入液口101和出液口103之间设有两个培养腔102；
4、第一层子芯片1和第五层子芯片5之间还设有多孔膜3，多孔膜3覆盖各培养腔102下端；
5、所述第五层子芯片5上表面设置有衔接槽道501，入液口101和出液口103之间通过衔接槽道501连通构成u型通道；衔接槽道501内设有阵列排列的顶柱502，顶柱502上端设有过流槽503，顶柱502上端抵靠多孔膜3下端。
6、所述的多孔膜3上下两侧分别设有第一密封垫2和第二密封垫4，上层板1和第一密封垫2合拢并夹紧，第一密封垫2和第二密封垫4以夹紧多孔膜3，第一密封垫2上设有与各培养腔102对齐第二贯通孔202，第二密封垫4上设有贯通腰槽401，第一密封垫2和第二密封垫4上还设有第一贯通孔201和第三贯通孔203，第一贯通孔201和第三贯通孔203分别与入液口101和出液口103对齐。
7、优选的，所述的多孔膜3的孔径为0.4~1 μm，孔隙率为5%~20%。
8、细胞无法穿过多孔膜，多孔膜可以物理支撑组织培养，另外多孔膜的多孔特性可以保证培养液的营养物质传输到组织支撑长期培养，组织的代谢废物也可通过多孔膜扩散到培养液中。
9、优选的，所述的多孔膜为聚碳酸酯（pc）多孔膜、聚四氟乙烯（ptfe）多孔膜或聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）多孔膜。
10、优选的，所述的贯通腰槽401处设有沉槽402，多孔膜3放置在沉槽402内。
11、贯通腰槽401面积略小于多孔膜3，沉槽402起到定位多孔膜3的作用，避免多孔膜3安装错位，同时可压住多孔膜3的外缘，避免水平窜动。
12、优选的，衔接槽道501中央设有呈直线排列的多个可转动的调节柱6，调节柱6设有条形挡片601，调节柱6一端设有转动轴602，转动轴602与第五层子芯片5转动连接并穿过第五层子芯片5，转动轴602端部设有环槽603，还设有多个碟簧片7，碟簧片7设有u型卡槽702，u型卡槽702底端设有卡接部701，卡接部701与环槽603卡接，碟簧片7外缘抵靠在第五层子芯片5底端。
13、所述的顶柱502表面圆滑，无棱角。顶柱设计不含菱角，避免流体运行时滞留气泡。
14、所述的第一层芯片1和第五层芯片5的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）、聚二甲基硅氧烷（pdms）、聚四氟乙烯（ptfe）或聚乳酸（pla）。选用无毒、无刺激性的材料制作器官芯片，减少对细胞生长的不利影响。
15、所述第一层子芯片和第五层子芯片的加工方法包括3d打印方法、激光刻蚀方法、数控铣刻方法或热压法方法。
16、所述的血管化组织培养芯片为子芯片通过超声焊接方法、等离子体封接方法、夹具组装方法、螺纹组装方法或胶连接组装方法进行组装而成。
17、所述的血管化组织培养芯片的构建方法，包括以下步骤：
18、s1、将血管化组织培养芯片的各层子芯片和配件组装后灭菌，得到血管化组织培养芯片；
19、s2、血管组织构建：将脐静脉内皮细胞悬液接种到步骤s1中的血管化组织培养芯片的第一培养腔和第二培养腔中，置于培养箱中静置一段时间使脐静脉内皮细胞悬液凝固，并形成初步的血管组织结构；
20、s3、皮肤组织构建：将成纤维细胞悬液接种到步骤s2中的血管化组织培养芯片的第一培养腔，覆盖在已本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种血管化组织培养芯片，其特征在于，包括由上至下依次叠置的第一层子芯片（1）和第五层子芯片（5）；
2.根据权利要求1所述的血管化组织培养芯片，其特征在于，所述的多孔膜（3）上下两侧分别设有第一密封垫（2）和第二密封垫（4），上层板（1）和第一密封垫（2）合拢并夹紧，第一密封垫（2）和第二密封垫（4）以夹紧多孔膜（3），第一密封垫（2）上设有与各培养腔（102）对齐第二贯通孔（202），第二密封垫（4）上设有贯通腰槽（401），第一密封垫（2）和第二密封垫（4）上还设有第一贯通孔（201）和第三贯通孔（203），第一贯通孔（201）和第三贯通孔（203）分别与入液口（101）和出液口（103）对齐。
3.根据权利要求1所述的血管化组织培养芯片，其特征在于，所述的多孔膜（3）的孔径为0.4~1 μm，孔隙率为5%~20%。
4.根据权利要求1所述的血管化组织培养芯片，其特征在于，所述的贯通腰槽（401）处设有沉槽（402），多孔膜（3）放置在沉槽（402）内。
5.根据权利要求1所述的血管化组织培养芯片，其特征在于，衔接槽道（50
6.根据权利要求1~5任一所述的血管化组织培养芯片的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的血管化组织培养芯片的构建方法，其特征在于，在所述的血管化组织培养芯片的构建方法中，全程采用无菌技术。
8.根据权利要求6所述的血管化组织培养芯片的构建方法，其特征在于，步骤S1中，在组装前，除多孔膜，其他子芯片和密封垫用清水清洗干净后放置在75%酒精中浸泡一定时间，取出所述子芯片放在超净台中，自然晾干，再将所有的子芯片、密封垫和多孔膜均置于生物安全柜中进行紫外照射灭菌；所用的配件采用高压蒸汽灭菌法于120 ℃条件下进行灭菌；
9.根据权利要求6所述的血管化组织培养芯片的构建方法，其特征在于，步骤S2中，所述的脐静脉内皮细胞悬液的浓度为1×106~5×106个/mL；
10.根据权利要求6所述的血管化组织培养芯片的构建方法，其特征在于，所述的培养液Ⅰ以高糖DMEM培养液为基液，添加0.1%抗生素、30~50 ng/ml内皮生长因子EGF和10%胎牛血清；
11.根据权利要求6所述的血管化组织培养芯片的构建方法，其特征在于，所述的动态培养为放在摇臂上或连接蠕动泵系统进行动态培养；
12.根据权利要求6所述的血管化组织培养芯片的构建方法，其特征在于，步骤S4和步骤S5中，所述的血管化组织培养芯片静止水平放置时，U型通道中的培养液的液面高度不高于皮肤组织上表面水平线高度，第二培养腔中的液面高度不高于皮肤组织上表面水平线高度。
13.根据权利要求6~12任一所述的血管化组织培养芯片的构建方法，其特征在于，包括完成构建的所述的血管化组织培养芯片在测试药物或化妆品对皮肤不良反应和/或肝毒性的测试中的应用。
14.根据权利要求13所述的血管化组织培养芯片的构建方法，其特征在于，所述的药物的给药方式包括口服给药方式、注射给药方式或透皮给药方式。
15.根据权利要求13~14任一所述的血管化组织培养芯片的构建方法，其特征在于，所述的应用，具体包括以下步骤：对于注射给药的药物，由流体入口通孔进入完成构建的血管化组织培养器官芯片中的U型通道中，动态培养一定时间后对皮肤组织和肝脏组织进行检测；
16.根据权利要求13所述的血管化组织培养芯片的构建方法，其特征在于，所述的应用，具体包括以下步骤：将化妆品从皮肤组织培养的培养腔室上方加入，随后渗入血液循环系统到达肝脏，动态培养一定时间后对皮肤组织和肝脏组织进行检测。
...【技术特征摘要】
1.一种血管化组织培养芯片，其特征在于，包括由上至下依次叠置的第一层子芯片（1）和第五层子芯片（5）；
2.根据权利要求1所述的血管化组织培养芯片，其特征在于，所述的多孔膜（3）上下两侧分别设有第一密封垫（2）和第二密封垫（4），上层板（1）和第一密封垫（2）合拢并夹紧，第一密封垫（2）和第二密封垫（4）以夹紧多孔膜（3），第一密封垫（2）上设有与各培养腔（102）对齐第二贯通孔（202），第二密封垫（4）上设有贯通腰槽（401），第一密封垫（2）和第二密封垫（4）上还设有第一贯通孔（201）和第三贯通孔（203），第一贯通孔（201）和第三贯通孔（203）分别与入液口（101）和出液口（103）对齐。
3.根据权利要求1所述的血管化组织培养芯片，其特征在于，所述的多孔膜（3）的孔径为0.4~1 μm，孔隙率为5%~20%。
4.根据权利要求1所述的血管化组织培养芯片，其特征在于，所述的贯通腰槽（401）处设有沉槽（402），多孔膜（3）放置在沉槽（402）内。
5.根据权利要求1所述的血管化组织培养芯片，其特征在于，衔接槽道（501）中央设有呈直线排列的多个可转动的调节柱（6），调节柱（6）设有条形挡片（601），调节柱（6）一端设有转动轴（602），转动轴（602）与第五层子芯片（5）转动连接并穿过第五层子芯片（5），转动轴（602）端部设有环槽（603），还设有多个碟簧片（7），碟簧片（7）设有u型卡槽（702），u型卡槽（702）底端设有卡接部（701），卡接部（701）与环槽（603）卡接，碟簧片（7）外缘抵靠在第五层子芯片（5）底端。
6.根据权利要求1~5任一所述的血管化组织培养芯片的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的血管化组织培养芯片的构建方法，其特征在于，在所述的血管化组织培养芯片的构建方法中，全程采用无菌技术。
8.根据权利要求6所述的血管化组织培养芯片的构建方法，其特征在于，步骤s1中，在组装前，除多孔膜，其他子芯片和密封垫用清水...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜坤，陈柳青，杨宁，金剑，王贝，
申请(专利权)人：武汉市中西医结合医院武汉市第一医院，
类型：发明
国别省市：
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