[发明专利]可在高倍物镜下直接观测的动脉血管模拟微流控装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物医药技术领域，尤其涉及一种可在高倍物镜下直接观测的动脉血管模拟微流控装置。

背景技术

异常血流动力学因素是导致心脑血管疾病的关键危险因子之一，但其作用机理尚不清楚，而传统研究方法的局限性阻碍了相关研究进展。近年来，血管体外研究模型的建立和应用大大促进了相关研究的进展。

血管的血流动力学体外研究模型可以根据它们模拟血液流经血管时产生力学刺激的种类分为三类，即流体剪切力模型、牵张应力模型、流体剪切力和牵张应力共同作用模型。流体剪切力模型主要是采用层流板，液体通过开口于两侧的液体进口和出口对种植在基底的细胞施加流体剪切应力；而牵张应力模型则通过弹性膜或板的形变对粘附在上面的细胞施加机械拉伸刺激。前两种模型可以探讨细胞在单一力学刺激情况下的行为变化，然而，细胞所处的生物体内是一个有着多种力学刺激的复杂环境，一个更接近体内环境的心血管系统体外研究模型必须考虑多种力学刺激对细胞的作用。

近年来，随着微流控技术的发展，人们设计和制作了各种模拟体内模型的微流控装置：

Zhang等人（Zhang Q,Liu T,Qin J.(2012)A microfluidic-based device for study of transendothelial invasion of tumor aggregates in realtime.Lab Chip.Aug21;12(16):2837-42）通过微流控技术体外重构了生物血管的一些重要组分，包括血管腔、内皮层、含有趋化因子的血管周围基质，用来研究癌细胞聚集体的粘附和穿透内皮层入侵过程，但是该装置没有很好地模拟体内的动力学环境。

Srigunapalan等人（Srigunapalan S,Lam C,Wheeler AR,Simmons CA.(2011)A microfluidic membrane device to mimic critical components of the vascular microenvironment.Biomicrofluidics.5(1):13409.）制作了一个由两个PDMS通道和中间一个多孔的PET膜组成的装置，该装置能够体外重构血管微环境的关键组分，包括血液动力学的剪切应力、循环细胞因子、胞外基质蛋白和多种细胞之间的相互作用，可以用来在模拟自然的和组织工程血管的环境中研究多种细胞基质以及细胞-细胞之间的相互作用。

Chen等人（Chen MB,Srigunapalan S,Wheeler AR,Simmons CA.(2013)A3D microfluidic platform incorporating methacrylated gelatin hydrogels to study physiological cardiovascular cell-cell interactions.Lab Chip.Jul7;13(13):2591-8.）构建的装置可以用于血管动力学、瓣膜生物学研究以及血管疾病的药物筛选等研究，该装置的关键特征包括多种细胞生理相关的空间排列、内皮单细胞层上的流体作用、在保持细胞划分的基础上允许不同细胞之间的相互作用、gel-MA水凝胶作为生理相关的内皮下3D基质维持细胞的长期培养。但是这两个装置在研究过程中只能提供血液动力学的剪切应力，无法模拟体内血管的机械拉伸力。

Moore等人（Moore,J.E.,Burki,E.,Suciu,A.,Zhao,S.M.,Burnier,M.,Brunner,H.R.and Meister,J.J.(1994)A Device for Subjecting Vascular Endothelial-Cells to Both Fluid Shear-Stress and Circumferential Cyclic Stretch.Ann Biomed Eng.22,416-422）设计的装置可以对细胞同时施加流体剪切力和拉伸力刺激。方法是将细胞种植在硅胶管内表面，在硅胶管的进口输入液体，液流流过细胞表面，对细胞产生流体剪切力，同时，液流产生的压力可以将硅胶管撑开，对细胞产生机械拉伸力。该装置的特点是可以模拟血管的搏动的动态过程，但是该装置无法对该过程中的细胞进行实时观测和干预。