[发明专利]一种自设度梯度药物筛选器官芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种器官芯片及其制备方法，特别涉及一种自设浓度梯度药物筛选器官芯片及其制备方法。属于生物医药技术领域。

背景技术

器官芯片是一个基于多通道流体芯片的三维细胞培养系统，由多个模拟人体组织和器官环境的细胞培养分区集合而成。在各分区通过仿生循环系统进行连接。器官芯片中还包含有集成化的微型传感和成像器件用于实时、在线检测三维细胞聚集体生长的微环境和生长状态、组织和器官间相互作用等。其主要目标是要在芯片上模拟生物体的环境进行细胞、组织和器官的培养，研究并控制细胞在体外培养过程中的生物学行为，从而实现能够模拟生物体环境的器官移植以及药物评价等。

从药物研发的基本过程中，我们可以知道研发安全有效的药物是一个长期、艰难和昂贵的进程。其中，药物研发最具挑战性的一个环节是如何测试药物的有效性和安全性。通常情况下，对正常和疾病的生理过程的分析通常需要使用动物模型，它不但昂贵、耗时，而且存在伦理上的争论，更大的问题是，使用动物模型常常无法准确预测人类的正常生理反应。因此，通过体外培养人体细胞，模拟细胞在正常情况下的分裂分化、生长繁殖和信息交流等，实验者就可以借助特定的检测和分析手段获得需要的测试数据。

器官芯片突破了细胞培养和模式动物实验的局限。它多采用微流控芯片技术，微通道的尺寸可以与细胞尺寸相当，可以精确地控制微环境的成分、温度等因素，尽可能模拟细胞外基质的情况，增强实验的可靠性和可操作性。同时可以设计不同的二维或三维结构和精密加工成微电极等器件实现细胞的培养、定位、有序、图案化以及检测等多种功能。并可以实现集浓度梯度稀释，自动加样，细胞培养，细胞刺激和标记以及细胞形貌和功能检测等单元操作于一体，实现细胞多参数的高内涵筛选。它也符合高通量药物筛选的微型化，自动化和低成本化要求。

目前，人体器官芯片的研究在国际上虽然尚处于起步阶段，但是由于其在药物开发、疾病诊断和治疗方面的应用前景，受到了国际上的广泛重视。欧美日等国家研究机构已在政府资助下开展相关的基础研究并取得了一定的研究成果，开发出不同种类的脑芯片、肺芯片、心脏芯片、肾芯片、肝脏芯片、脾芯片、肠芯片等多种器官的芯片，同时也有多器官集成在同一个微小芯片上，以期用于器官功能模拟和替代动物模型进行药物筛选等研究。但是，能够高通量进行药物筛选的器官芯片并不多见，几乎都是单一器官种类细胞，缺乏平行性实验对比，不能实现多浓度梯度药物的批量化检测。

发明内容

技术问题：

本发明的目的是提供一种自设浓度梯度药物筛选器官芯片及其制备方法，该器官芯片进行多细胞的平行共培养并和药物相互作用，进行多浓度梯度药物的安全性和有效性评估，解决了传统的药物筛选的使用动物模型，昂贵、耗时，且存在伦理争议，解决了现有细胞培养体系用途单一，不易于微型化和集成化等缺点。最后并且提供了这种自设浓度梯度药物筛选器官芯片的制备方法。

技术方案：为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案：

一种自设浓度梯度药物筛选器官芯片，该芯片由多细胞共培养体系，种子细胞培养体系，空白对照体系和药物检测体系四部分组成；其中多细胞共培养体系包括3个细胞培养室和1个培养液储存池，培养液储存池设有进出口；种子细胞培养体系包括8个细胞培养单元，每个细胞培养单元包括3个细胞培养室，溶液出口，弯管和2个培养液储存池，培养液储存池设有进口和出口；空白对照体系包括1个细胞培养单元，弯管，其弯管同时与多细胞共培养体系和种子细胞培养体系连通；药物检测体系包括2个平行自设浓度梯度系统，每个自设浓度梯度系统包括药物储液池和药物进口，药物进口联通4个药物入口通道：1种药物入口通道、2种药物入口通道、3种药物入口通道、4种药物入口通道；药物入口通道另一端通过弯管连接种子细胞培养体系，弯管的宽度依次增加；培养基通道起始于多细胞共培养体系，由芯片中间部分向两侧分支且对称分布，经由种子细胞培养体系，最后到达药物检测体系。

所述器官芯片的片基为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚碳酸酯(PC)、玻璃、硅片、生物膜、聚四氟乙烯膜或硝酸纤维素膜的一种或几种。

所述细胞培养室的培养基质为明胶、壳聚糖、丝素蛋白、纤维蛋白胶、精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)、基质胶(Matrigel)、海藻酸钠、聚乙二醇(PEG)、聚乙二醇丙烯酸酯(PEGDA)或异甲基丙烯酰胺(NIPAM)的一种或几种。