[发明专利]微流控通道、微流控芯片及制备囊泡的方法

说明书

本发明涉及一种微流控通道、微流控芯片及制备纳米级囊泡的方法。所提供的微流控通道包括入口；通过第一衔接区域与入口相连的破碎区，破碎区包括至少一个挤压通道和至少一个破碎通道，一个挤压通道分别和至少一个破碎通道相连，挤压通道设定为第一预定宽度，破碎通道设定为第二预定宽度，第一预定宽度大于第二预定宽度；和通过第二衔接区域与破碎区相连的出口。所提供的微流控芯片包括：基板和上述微流控通道，微流控通道形成在基板上。应用所提供的微流控通道或者微流控芯片可以制备纳米级囊泡，所制备的纳米级囊泡与天然外泌体性能无差异，产量远高于天然外泌体。

技术领域

本发明属于生物医学工程领域，具体涉及一种微流控通道、微流控芯片与制备囊泡的方法。

背景技术

细胞外囊泡，根据其尺寸大小，可以分为30-150nm的外泌体，200-1000nm的微囊泡，以及800-5000nm的凋亡小体。根据其来源，外泌体是由细胞膜内陷，形成内体，然后形成多泡体(MVBs)，多泡体与细胞质膜融合后释放到细胞外的一种囊泡。微囊泡是细胞出芽与细胞膜融合后直接脱落形成的囊泡。凋亡小体是胞膜皱缩内陷，分割包裹胞质，内含DNA物质及细胞器，形成泡状小体。其中，外泌体是细胞外囊泡的重要组成部分，大多数细胞在生理及病理状态下，均可分泌外泌体。外泌体具有磷脂双分子层膜，其中富含核酸(microRNA、mRNA等)、蛋白、胆固醇等。外泌体的表面marker主要有CD63、CD81、CD9、TSG101、HSP27等。

近年来，外泌体治疗逐渐成为了现代临床医学的重要发展方向，成为新一代的纳米药物治疗方式。相对于细胞治疗，外泌体治疗有如下优势：1.具有良好的生物相容性，更低的免疫原性。2.由于外泌体的纳米级尺寸优势，在血液循环中有较长的停留时间，在进入人体肺循环时，不会堵塞于肺泡的毛细血管网，且能够穿过致密的细胞外基质，以及穿越人体厚实的组织屏障，如血脑屏障等。3.没有细胞活性，避免成瘤风险。4.比细胞更稳定，易储存。

外泌体可以作为组织再生药剂，2018年4月，美国食品和药物管理局(FDA)批准了Aegle公司的首个细胞外囊泡新药(IND)申请，用于皮肤受伤修复治疗。外泌体可以作为药物递送载体，Capricor，从心脏球源细胞(CDC)中分离纯化得到外泌体，该外泌体具有治疗炎症和纤维化疾病、Duchenne肌营养不良症的潜力。外泌体可以作为肿瘤诊断的标志物，2016年1月21日，全球首个基于外泌体的癌症诊断产品于美国上市，ExosomeDiagnostics公司基于外泌体内含物RNA，推出癌症液体活检产品。

但是，外泌体治疗也存在一个重要的问题。外泌体的分离需要大量的细胞培养液上清，而且这些细胞的细胞来源往往受到极大的限制。目前，从小规模培养细胞提取外泌体正向大规模培养细胞提取外泌体转变。可是其操作复杂，耗费大量人力与物力，成本较大，不利于临床应用。此外，收集大量培养液上清后，通过离心法或密度梯度离心法等方法，提取外泌体，最终得到的外泌体的蛋白总量极低，无法满足未来临床应用的需求。因此如何高效、可控地制备出与外泌体类似的纳米级囊泡，对于推进外泌体治疗领域的发展至关重要。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供了一种微流控通道、微流控芯片及制备囊泡的方法。

目前，囊泡的分离提纯制备面临着诸多问题，限制了囊泡的应用和相关研究。一方面，从上清中分离所获得的天然细胞外囊泡的产量非常小，从而很大程度地影响了囊泡功能的行使；另一方面，现有的体外囊泡的制备工艺十分繁琐，使得只能小规模的制备囊泡，还耗费了大量人力与物力。如何自动化地可控地体外制备大量的性能优异的囊泡，是发明人研究的重点。本发明的发明人通过设计微流控通道以及微流控芯片，可以实现对细胞进行挤压破碎，使细胞膜重组成纳米级囊泡。所设计的微流控通道通过破碎区，通过破碎区的挤压通道使得使细胞挤压变形，然后进入空间更为狭窄的破碎通道，使得细胞破碎，细胞膜重组成纳米级囊泡。通过所设计的微流控通道或者微流控芯片，可以高效地制备出尺寸均一、与天然外泌体相似的纳米级囊泡。

具体而言，本发明提供了如下技术方案：