[发明专利]一种细胞芯片在基因毒理和动物毒理上的应用

说明书

技术领域

本发明涉及了一种细胞芯片在基因毒理和动物毒理上的应用。

背景技术

目前国际上仅有美国少数的生物仪器公司和大学研究部门在开展细胞芯片技术的研究，这些公司在细胞组织培养芯片仪器领域已经有一定的原型产品，但是目前这些产品大多不是以人的细胞作为对象，而是以猪等非人类细胞为研究材料的，而且目前产品的价格和效率无法满足实际需要，所以迫切需要开发新一代的产品。肝脏的组织工程研究在美国和日本的实验室已经开展多年，国内目前也有少数实验室从事这方面的研究，但是从事人类肝脏细胞研究的则还没有。将二者结合实现在细胞芯片上的三维肝脏组织长期培养尚未有报道。

另外我国目前300万慢性乙型肝炎病人，其中有30万肝硬化患者，此外每年约有2％～3％的患者发展至肝硬化。肝硬化患者中每年肝癌的发生率约为3％～10％。对于肝硬化和肝癌，肝脏移植手术是一种有效的治疗手段。但是肝脏移植有许多条件的限制，并非所有的病患皆有等待换肝的机会；再者，肝脏的供体缺乏，体外培养的肝脏组织可以作为的桥梁来帮助末期肝病的病人，让病人延长生命以等待适当的肝脏捐增者，因此，开发一个成功的人工肝脏支持系统将在临床上有重要意义。

发明内容

本发明针对解决的上述问题，本发明提供了一种一种细胞芯片在基因毒理和动物毒理上的应用，它利用三维细胞培养技术可以使体外培养的肝脏细胞具有与体内肝脏组织具有类似的结构和恒温，稳定pH值等条件，同时结合细胞芯片技术达到活性肝脏组织在体外长期存活，这对建立人工肝脏支持系统将致关重要。

本发明采用了以下技术方案：细胞芯片在基因毒理和动物毒理上的应用。所述的芯片中的三维细胞培养形成体内的结构和功能。所述的芯片中的细胞培养芯片为提外细胞培养创造条件控制，从而实现细胞的长期存活。

采用了以上技术方案后，肝脏组织在细胞芯片上形成与体内类似的结构以及相类似的PH值、营养，温度，和CO₂的浓度，这样肝脏组织在细胞芯片上存活时间达到一个月以上，肝细胞功能基因，如Albumin，HNF4，的表达达到与体内相似水平，实现肝细胞芯片的大规模培养，量化人造肝脏在毒理、药理上的反应，还可以比较人造肝脏、动物实验及离体肝脏、肝细胞之体外试验对药物的反应。

附图说明

图1为上皮细胞在三维组织培养中形成类似体内组织的结构

具体实施方式

本发明为一种细胞芯片在基因毒理和动物毒理上的应用，细胞芯片也称人造肝脏，本发明中所述的芯片中的三维细胞培养形成体内的结构和功能。所述的芯片中的细胞培养芯片为提外细胞培养创造条件控制，从而实现细胞的长期存活。

一、器件的设计和制作流程：

1、首先制作一种配备有温控和流控集成部件的微流体器件。它大致由两部分组成，第一部分由高分子聚合材料PDMS做成，PDMS是一种光学透明材料而且可以永久性的沾粘到光滑的硅片表面。微流体通道和表面电极通过光刻蚀方法做在芯片的表面。PDMS芯片中心部分被移除来作为一个个小的细胞培养皿。这些微流体通道为向微型细胞培养皿中输送培养液和其它液体提供了通道。这些金属接触电极将会与外部的温度和流速控制电路相连。第二部分由丙烯酸聚酯做成而且和第一部分相连。铂电极和银电极将被做在第二部分上。蜿蜒的铂电极将用来测量局部的温度。在第一和第二部分合在一起后，所有的电极将被密闭到细胞培养皿内

第一部分

第一部分用光刻蚀的方法做成。首先微型脊梁样板用标准光刻蚀法做在4英尺的硅片上。硅片表面镀上一层防粘分子，然后1到2毫米厚的液体pdms会灌注在硅片上，随后放在平桌上在室温下固化。Pdms的上表面在固化以后会很平滑。一层50到100纳米厚的金属层用金属蒸镀法镀在pdms表面。然后一层2微米厚的正光刻胶旋转到pdms表面，然后用光刻蚀排版。排好版的光刻胶作为下一步的金腐蚀掩膜。腐蚀后金属电极保留在pdms表面而且光刻胶用丙酮溶解。最后pdms从硅片上揭下来切成小芯片，在微流通道两端打孔作为入口和出口。

第二部分

第二部分会用激光切割技术制造。首先超平且透明的丙烯酸聚酯被切成直径为4英尺的薄片，然后用于感温的铂电极和银电极将会用标准的光刻蚀方法，电子束金属蒸镀和溶剂协助抬离法排版在4英尺的丙烯酸聚酯薄片上。接下来用激光切割方法4英尺的丙烯酸聚酯片被切成小芯片并且在小芯片上钻孔。最后第二部分被用热扩散的方法与第一部分结合在一起，所后进一步的用液体的PDMS或胶水粘和。

2、微型流体器件集成和试验装置：