[发明专利]一种基于分子和细胞水平研究药物代谢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微流控芯片和药物代谢研究平台技术，特别提供了一种使 用专门的微流控芯片用于基于分子和细胞水平研究药物代谢的方法。

背景技术

药物代谢是指药物在体内经药物代谢酶的生物转化。药物经代谢后， 理化性质发生了变化，从而引起了其药理和毒理活性的改变。因此，研究 药物代谢和明确其代谢途径，对制定合理的临床用药方案、剂型设计及新 药开发工作都具有重要的指导意义，也是临床药理学、毒理学、高通量药 物筛选等领域的研究热点。当前，国内外对药物代谢的研究主要集中在代 谢产物的生成和确定代谢途径。在分子生物学技术的推动下，药物代谢酶 领域的研究因其对临床药物间相互作用的研究有着积极的意义，已得到广 泛的重视。体外代谢研究可以排除体内因素的干扰，直接观察酶对底物的 选择代谢性，为整体试验提供了可靠的理论依据；体内代谢转化率低，对 于毒性大及缺乏灵敏检测手段的药物来说，体外代谢研究成为了良好的研 究手段。肝脏是药物代谢的重要器官，是机体进行生物转化的主要场所，富 含参与药物代谢的一个庞大的依赖细胞色素P450的混合功能氧化酶系统， 大多数药物的I相及II相反应都依赖于肝脏酶系统而发生。药物代谢研究 策略一般是药物离线或在线经代谢酶生物转化为药物代谢物，一方面药物 代谢物可分离检测，获取其分子结构信息，进而研究其代谢途径；另一方 面药物代谢物与细胞(如肝细胞)孵化，考察药物经代谢后的毒副作用或 者药物的相互作用。目前常用的方法如HPLC-MS和微孔板均无法实现同时 获取药物代谢物的分子结构信息和其细胞毒作用信息。如果在同一个平台 上能同时满足这两个要求，这对高通量药物代谢筛选的发展势必具有重要 的意义。

微流控芯片实验室又称芯片实验室(Lab-on-A-Chip)或微流控芯片 (Microfluidic)，指的是把化学和生物等领域中所涉及的样品制备、反应、 分离、检测、细胞培养、分选、裂解等基本操作单元集成或基本集成到一 块几平方厘米(甚至更小)的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿 整个系统，用以取代常规化学或生物实验室的各种功能的一种技术。微流 控芯片实验室的基本特征和最大优势是多种单元技术在整体可控的微小平 台上灵活组合、规模集成。

将芯片实验室技术应用到药物代谢研究中，充分利用其灵活组合和规 模集成的特点，将药物代谢酶反应器、细胞培养、细胞孵化、药物代谢物 分离检测等单元操作集成在一块微流控芯片上，势必能实现低效耗，高通 量、高内涵的药物代谢筛选研究。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种使用专门的微流控芯片用于基于分子和 细胞水平研究药物代谢的方法。

本发明提供了一种使用专门的微流控芯片同时从分子和细胞水平对药 物代谢进行研究的方法；

所述的微流控芯片由上层、下层和夹心层三部分封接而成，芯片的上 层和下层含有微流体通道，夹心层为刻蚀有微通孔阵列的基片，微通孔中 固定有药物代谢酶；

方法过程为：

将细胞充入芯片下层进行培养，药物从上层进入，经夹心层固定化药 物代谢酶的作用产生代谢物，代谢物有两条通路：一条为直接从上层进入 分离检测通道，得到代谢物的分子结构信息；另一条为进入下层与细胞孵 化，评价其细胞毒效应：每三个微孔为一组，分别为药物代谢酶空白、药 物空白和药物代谢物与细胞作用，三组数据对比准确地获取药物代谢物细 胞毒作用。

本发明提供了一种专门用于基于分子和细胞水平研究药物代谢的微流 控芯片，所述的微流控芯片由上层、下层和夹心层三部分封接而成，芯片 的上层和下层含有微流体通道，夹心层为刻蚀有微通孔阵列的基片，微通 孔中固定有药物代谢酶。

本发明提供了所述的微流控芯片的上层和下层的芯片材料为弹性硅橡 胶PDMS；夹心层材料为弹性硅橡胶、玻璃、石英、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA 或其它芯片材料。

本发明提供了微通孔阵列的微孔数目为3～90个。

本发明提供了微流控芯片的制作方法：

在预先制作好的上、下层模板上分别浇注PDMS，在烘箱中聚合20～ 60分钟后，将固化后的PDMS层从模板剥离，按所需尺寸切割成上、下层， 在上层打出供流体出入的小孔；

通过光学蚀刻或机械钻孔的方法制备夹心层的微通孔阵列，利用硅溶 胶-凝胶或水凝胶方法将药物代谢酶固定于此微孔中；