[发明专利]一种基于器官芯片的人胰岛类器官模型构建方法

说明书

本发明公开了一种基于器官芯片的人胰岛类器官模型构建方法，特别是利用人诱导多能干细胞原位生成的拟胚体诱导发育成为含有多细胞成分的胰岛类器官，该器官芯片为从可灌注多层荚膜三维组织培养芯片，通过灌注含有不同小分子诱导剂的分化培养基促进拟胚体向胰岛类组织分化。同时芯片上下层通道内同时灌注诱导分化培养基，灌注速率为100μL h^‑1，基于此多层芯片流体灌注培养体系诱导分化形成的人源胰岛组织含有胰岛β细胞和胰岛α细胞，类胰组织细胞有良好的细胞活力并且可实现体外长期培养至60天，具有良好的胰岛素分泌功能，实现体外构建仿生人胰岛组织的用于胰岛组织发育研究和胰岛病理生理机制的研究，为相关药物评价及筛选提供有利平台。

技术领域

本发明涉及将微流控芯片技术应用到体外构建人源器官模型的技术领域，具体涉及一种基于器官芯片的人胰岛类器官模型构建方法。

背景技术

近年来糖尿病病发率急剧上升，已成为世界第三大慢性病严重威胁社会健康。糖尿病根据其发病机制不同可分为由胰岛素不足引起的1型糖尿病和由胰岛素抵抗引起的2型糖尿病。1型糖尿病是由自身免疫系统破坏机体胰腺组织β细胞，胰岛素分泌不足从而引发机体血糖升高。目前胰腺或胰岛移植是从根本上治疗1型糖尿病的主要方法，但由于供者数量缺乏，移植后免疫排斥反应等问题，限制该方法在临床治疗中的大规模应用。寻找一种功能、数量都与正常β细胞相匹配的替代细胞是亟待解决的问题。诱导型多能干细胞不仅能够体外诱导生成正常的心肌、神经、肝脏等细胞，还能够以患者体细胞为来源体细胞生成特异性的细胞类型。最新研究表明，以IPS细胞为基础发展出来的类器官模型，能够模拟出器官的发育形成过程，可定向向三胚层发育，含有多种细胞成分。这些都为疾病治疗、药物筛选和再生性医学提供新方法。IPS诱导胰岛技术因其细胞来源广，自体移植免疫排斥低等优点，是目前胰岛移植理想细胞来源，成为研究细胞治疗1型糖尿病的新热点。

器官芯片技术飞速发展，因其能够多空间角度结合三维细胞基质，流体剪切力，氧浓度梯度等生物物理化学因素，已经在芯片上构建出功能良好的肺，心肌，肝等微器官模型。虽然，有一些报道应用微流控技术研究IPS诱导胰岛，此方法一定程度上促进胰岛诱导效率，但并未解决胰岛移植的根本问题。如何借助器官芯片技术建立体外功能良好的胰岛模型，大规模，稳定的胰岛细胞用于在糖尿病的治疗和药物测评，基础研究将是本次发明的重点。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种生物相容性和透光性良好的器官芯片以及基于器官芯片的人胰岛类器官模型构建方法，可以大规模，稳定的将人干细胞来源的胰岛细胞用于在糖尿病的治疗和药物测评中。

一种器官芯片，基于微流控芯片技术，该芯片主要由4层结构粘合封接而成，自上而下依次包括PDMS上层1，PDMS贯穿孔层2，聚碳酸酯膜层3，PDMS底层4；其中，所述PDMS上层1与PDMS贯穿孔层2封接相连；PDMS贯穿孔层2与聚碳酸酯膜层3通过PDMS胶体粘合连接，聚碳酸酯膜层3与PDMS底层4封接相连；

所述PDMS上层1包含细胞入口池5，上层培养基灌流室6、废液池7和上层灌流通道14；所述上层培养基灌流室6上端与细胞入口池5相连，下端与废液池7相连；

所述PDMS贯穿孔层2上设有细胞培养室8，PDMS贯穿孔层2上的贯穿孔与聚碳酸酯膜层3形成细胞培养小室13，细胞培养室8底部设有细胞培养室底9；所述细胞培养室8与细胞培养室底9通过PDMS粘合；

所述PDMS底层4包括下层培养基入口池10，下层培养基灌流室11、下层废液池12和下层灌流通道15；所述下层培养基灌流室11上端与下层培养基入口池10相连，下端与下层废液池12相连；

所述PDMS贯穿孔层2和聚碳酸酯膜层3多孔结构，实现上下层营养物和代谢产物的物质交换。

所述细胞培养小室13的个数为100～200个。细胞培养小室13可进行编码，对单个干细胞来源的拟胚体进行原位诱导，并对发育过程，病理生理改变进行原位追踪观察。