[发明专利]一种基于微流控芯片的新型冠状病毒肠道感染模型构建方法

说明书

本发明提供一种基于微流控器官芯片的新型冠状病毒肠道感染模型构建方法，特别针对模拟构建新型冠状病毒感染后出现的肠屏障完整性破坏，黏液分泌异常，肠道免疫反应激活等一系列肠组织病理生理变化。该微流控芯片主要由两层微通道组成，通道与通道之间由聚二甲基硅氧烷楔形多孔膜隔开，每层通道有入口与出口，可以通过流体形成一个静态或动态环境。通过在芯片上的上下通道内分别接种肠上皮细胞和内皮细胞，并在病毒感染后在下层通道引入循环免疫细胞，构成芯片上微型肠组织。通过在芯片上层通道加入新型冠状病毒颗粒，模拟肠组织新型冠状病毒暴露。本发明为SARS‑CoV‑2感染肠道发病机制研究提供了一个多因素参与的组织水平研究体系。

技术领域

本发明涉及将微流控芯片技术应用到肠道生理/病理研究的技术领域，具体 涉及一种基于微流控芯片技术的新型冠状病毒肠道感染模型构建方法。

背景技术

SARS-CoV-2是一种严重急性呼吸综合征相关冠状病毒，该病毒主要通过密 切接触和咳嗽或打喷嚏产生的飞沫在人与人之间传播，主要通过与受体血管紧 张素转换酶2(ACE2)结合进入人体细胞。SARS-CoV-2主要通过呼吸道传播，引起 流感样症状。然而，患者常表现出腹泻、呕吐和腹痛等胃肠道症状。此外，肠 道上皮细胞中有丰富的SARS-CoV-2受体表达，可能是病毒攻击的靶器官之一。 研究人员已经在肛门拭子中检测到了病毒颗粒的存在，并且证实了SARS-CoV-2 可以很容易地在肠道内皮细胞和肠道类器官中实现病毒的复制等过程，从而在 可以肠道中产生大量的感染性病毒颗粒。

新冠病毒感染目前主要采用动物模型和体外二维细胞模型进行研究。在目 前冠状病毒新病毒暴发急需特效药的背景下，动物实验周期长、耗资大，对其 广泛应用存在诸多限制。而静态二维细胞培养与体内细胞生长环境完全不同， 很难反映体内的动态细胞生物力学环境，且药物试验结果预测人体反应的准确 性较低。总体上看，现有的药物评价研究在方法学和技术手段等方面都存在着 一些不足，在很大程度上制约了新型冠状病毒的感染研究以及药物的研究开发。 为克服简单细胞模型的诸多局限性，开发新的药物评价技术，加快新的冠状病 毒药物的开发进程是当务之急。器官芯片是一项新兴的前沿科技，也是一项多 学科交叉融合的技术，它将仿生生物学和微加工技术结合起来，利用微流控技术控制流体流动，结合细胞与细胞之间的相互作用、基质和生物化学及生物力 学特性，构建出数平方厘米大小的器官生理微系统。芯片通常包含多种通道结 构，包括活细胞、3D培养、组织界面、生物流体和机械力等器官微环境关键元 素，可以反映人体各器官的主要结构功能单位和各器官之间的复杂联系，是预 测人体对药物和外界各种刺激反应的很好的替代品。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微流控芯片技术的新型冠状病毒肠道感染模 型构建方法，特别针对模拟构建肠上皮与内皮的组织屏障界面以及肠组织免疫 微环境的主要细胞组成，该方法可同时研究新型冠状病毒感染对肠细胞功能， 组织屏障，炎症因子释放等多方面影响。

一种基于微流控芯片的新型冠状病毒肠道感染模型构建方法，新型冠状病 毒肠道感染模型构建方法采用微流控芯片技术，模拟构建肠组织屏障界面和肠 组织免疫微环境的细胞组成，感染新型冠状病毒后出现的肠组织病理生理变化。

细胞包括肠道上皮细胞，肠道黏液分泌细胞，内皮细胞及循环免疫细胞。

所述微流控芯片芯片包含肠侧通道和血管侧通道，两层通道间由聚二甲基 硅氧烷楔形多孔膜隔开。

肠侧通道细胞表面暴露于新型冠状病毒颗粒(SARS-CoV-2)。

所述微流控芯片由上层芯片和下层芯片粘合封接而成，上层芯片由S形上 层芯片通道与肠上皮细胞入口池1和肠上皮细胞出口池4组成，下层芯片由S 形上层芯片通道与血管内皮细胞入口池2和血管内皮细胞出口池3组成，上层 芯片通道通过聚二甲基硅氧烷楔形多孔膜与下层芯片通道隔开。