[发明专利]用于建立三类细胞体外共培养模型的三通道微流控芯片

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种应用于化学型糖氧剥夺损伤后神经血管单元三细胞共培养 模型的三通道微流控芯片，属于生物医学工程技术领域。

背景技术

神经血管单元(neurovascularunit,NVU)维持着神经系统的正常生理功能，其 基本组成单位由神经元-胶质细胞-血管构成，包括神经元、血管内皮细胞、星形胶质细胞、 小胶质细胞、周细胞等功能细胞类型和细胞外基质^[1]。NVU各组分间的细胞-细胞间信号、神 经血管偶联等机制是保证神经元功能和正常脑血流的结构基础，其间尚有多种神经递质、 蛋白分子、离子和介质等共同参与。其中星形胶质细胞通过细胞突起与神经元发生联系，同 时星形胶质细胞突起末端终足包绕着血管，充当神经元与血管之间的纽带与桥梁作用^[2-4]。

构建一种由“神经血管单元”主要结构和功能细胞组成的体外共培养模型，用于脑 神经血管疾病的病理生理研究或者药物血脑屏障通透性的筛选，在基础研究领域应用比较 广泛。目前，脑缺血缺氧损伤的研究多采用动物模型，但对卒中缺血缺氧病理生理机制的研 究或者体外药物的筛选，不同动物之间存在个体差异以及动物本身对缺血缺氧的敏感性不 同，手术操作时间等也存在差异，同时不能排除机体内环境及其他因素的影响，从而使得研 究结果很不稳定，不利于基础实验的研究^[5]。而体外的糖氧剥夺模型能有效地模拟体内缺 血缺氧环境，稳定性好，操作简单，有着广阔的应用前景。现今国内外对于氧剥夺的方式主 要有三大类，物理缺氧、化学缺氧以及合并应用物理和化学性缺氧的混合方法。其中化学缺 氧主要是采用连二亚硫酸钠（Na₂S₂O₄）、氯化钴或氰化物，后二者均不能很好反应机体缺血 缺氧的病理状态^[6]。Na₂S₂O₄能够迅速清除融入培养基中的O₂，同时不会损伤细胞膜；应用连 二亚硫酸钠所致的细胞缺氧可更真实反应体内缺血的N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体的激 活作用，能较好的建立体外神经胶质细胞的糖氧剥夺模型^[6]，对大鼠皮质神经元亦可造成 缺血缺氧损伤^[7]。这种简单方便的体外实验的化学性氧剥夺方法，备受众多缺血缺氧相关 研究者的青睐。

目前体外建立卒中神经血管单元细胞模型多使用以transwell培养小室为媒介。 但是由于transwell小室结构构造的限制，以上三种细胞只能实现其中立体空间上的两种 直接接触联系。目前芯片内检测O₂浓度以及氧分压存在一定的困难。

因此，通过借助微流控芯片，由神经元、星形胶质细胞和脑微血管内皮细胞在体外 构建NVU模型，然后应用化学缺氧构建Na₂S₂O₄清除培养基中的O₂，模拟化学型糖氧剥夺损 伤，建立体外卒中模型的研究目前尚处于空白状态。

[1]GuoS,LoEH.Dysfunctionalcell-cellsignalinginthe neurovascularunitasaparadigmforcentralnervoussystemdisease[J]. Stroke;ajournalofcerebralcirculation,2009,40(3Suppl):S4-7。

[2]HowarthC.Thecontributionofastrocytestotheregulationof cerebralbloodflow[J].Frontiersinneuroscience,2014,8(103)。

[3]KoehlerRC,RomanRJ,HarderDR.Astrocytesandtheregulationof cerebralbloodflow[J].Trendsinneurosciences,2009,32(3):160-9。

[4]AllanS.Theneurovascularunitandthekeyroleofastrocytesin theregulationofcerebralbloodflow[J].Cerebrovasculardiseases,2006,21 (1-2):137-8。