CN105754856B - 一种抽屉式三维类血管化组织培养器官芯片及其构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抽屉式三维类血管化组织培养器官芯片及其构建方法，抽屉式三维类血管化组织培养器官芯片包括抽屉匣、抽屉式固定支架和类血管化三维组织，抽屉式固定支架包括密封板和手臂式组织固定架，密封板的外侧设有培养液进口、固定液进口和出口，手臂式组织固定架上设有多个凝胶贯通孔，手臂式组织固定架的四周还安装有柱形固定桩。本发明可拆卸、易组装、能密封、能够实时在线监测，适应于回转体系和空间微重力条件下的三维培养体系的应用，可以实现类血管三维组织的稳定固着培养，抽屉式开闭体系可以方便，快捷的实现三维组织和芯片体系的组装和密封，柔性透明透气的芯片材质有利于三维类组织的生长并可以实时在线的检测。

Description

一种抽屉式三维类血管化组织培养器官芯片及其构建方法
技术领域
本发明涉及一种组织培养器官芯片，具体是一种抽屉式三维类血管化组织培养器官芯 片及其构建方法。
背景技术
目前在细胞生物学领域和生命科学领域中广泛应用的细胞培养装置多采用单层贴壁 培养，与生物体内细胞三维生长的组织微环境相差甚远；诸多微型芯片采用制备细胞聚集 体和凝胶基质进行细胞的三维培养，一定程度促进了三维组织培养，但是尺寸变大后依然 存在营养和氧气供给不足和代谢废物无法排出的局限。因此构建具有类血管结构三维凝胶 组织是目前的研究热点，目前精细的三维组织构建基础是3D生物打印技术，但是也面临 仪器设备昂贵，打印材料的生物相容性和易成型及稳定性也存在很大的难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种易组装、能密封的抽屉式三维类血管化组织培养器官芯片 及其构建方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种抽屉式三维类血管化组织培养器官芯片，包括抽屉匣、抽屉式固定支架和类血管 化三维组织，所述抽屉匣的内部设有两个阻流栅栏，所述抽屉式固定支架包括密封板和手 臂式组织固定架，所述密封板的内侧中间部位设有阻流栅栏，密封板的外侧设有培养液进 口、固定液进口和出口，所述培养液进口和固定液进口位于密封板的左侧，培养液进口位 于固定液进口的上方，所述出口位于密封板的右侧，所述手臂式组织固定架通过伸展臂安 装在密封板的内部，所述手臂式组织固定架上设有多个凝胶贯通孔，所述手臂式组织固定 架的四周还安装有柱形固定桩，所述类血管化三维组织由通过负载活细胞的类血管中空纤 维支架构建并固定于柱形固定桩的内部，并通过凝胶化牢固结合在凝胶贯通孔的上下。
作为本发明再进一步的方案：所述类血管中空纤维支架的制备方法，步骤如下：通过 微量注射泵控制同轴针头的内外相流体，内相流体使用水或2-10％的聚乙烯醇溶液，外相 流体使用负载有活细胞的质量体积分数为1％-5％的海藻酸钠溶液，通过控制内外相流体的 流速和比例，制备出类血管中空纤维支架。
所述抽屉式三维类血管化组织培养器官芯片的构建方法，步骤如下：将微量注射泵控 制同轴针头内外相流速和比例制备的类血管中空纤维支架有序缠绕在手臂式组织固定架 上，再将固定排列的类血管中空纤维支架浸入负载活细胞的海藻酸钠溶液中，待海藻酸钠 溶液灌注满凝胶贯通孔以后，快速浸入氯化钙溶液中使其凝胶化，并用培养液清洗三维组 织块；将抽屉匣与固定有类血管化三维组织的抽屉式固定支架进行抽屉式组装和密封；芯 片组装好后，置于培养箱内，并通过培养液进口、固定液进口和出口进行流加式三维培养 和实验操作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明可以实现类血管三维组织的稳定固着培养，其中海藻酸钠凝胶中空纤维可以 有效无损负载活体细胞，具有类似细胞外基质的三维立体支架结构，并可有效提供营养和 氧气，有效模拟了类血管组织的三维生长微环境。
2.本发明的组合方式采用抽屉式开闭体系，它可以方便快捷的实现三维组织和芯片体 系的组装和密封；通过三个阻流栅栏形成封闭的单向流体路径，有利于细胞培养液或实验 试剂的扩散和定向流动；通过微泵驱动培养基、药物、固定剂或裂解液等溶液进入芯片， 在轨实现细胞换液、药物处理、固定和裂解等操作。
3.本发明芯片采用柔性透明透气的PDMS芯片材质有利于三维类组织的固定，组装和 连续培养，适时观察细胞样本形貌的变化，并可在线取样进行细胞功能和药物活性评价， 使细胞和组织培养过程可视化。
4.本发明流加式空间器官芯片，其结构设计对于维持类组织细胞的活性、进行细胞的 在轨处理和待测样品的收集，满足微重力应用需求，且可拆卸，易组装，能密封，并实时 在线监测。为短期开展微重力回转器加速和抛物线飞行等微重力条件下的实验提供了有效 手段。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中抽屉式固定支架的结构示意图。
图3为本发明中抽屉匣内阻流栅栏的位置示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1-3，一种抽屉式三维类血管化组织培养器官芯片，包括抽屉匣1、抽屉式固 定支架2和类血管化三维组织，所述抽屉匣1的内部设有两个阻流栅栏3，所述抽屉式固定支架2包括密封板4和手臂式组织固定架5，所述密封板4的内侧中间部位设有阻流栅 栏3，密封板4的外侧设有培养液进口6、固定液进口7和出口8，所述培养液进口6和固 定液进口7位于密封板4的左侧，培养液进口6位于固定液进口7的上方，所述出口8位 于密封板4的右侧，所述手臂式组织固定架5通过伸展臂9安装在密封板4的内部，所述 手臂式组织固定架5上设有多个凝胶贯通孔10，所述手臂式组织固定架5的四周还安装有 柱形固定桩11，所述类血管化三维组织由通过负载活细胞的类血管中空纤维支架构建并固 定于柱形固定桩11的内部，并通过凝胶化牢固结合在凝胶贯通孔10的上下。
所述类血管中空纤维支架的制备方法，步骤如下：通过微量注射泵控制同轴针头的内 外相流体，内相流体使用水或2-10％的聚乙烯醇溶液，外相流体使用负载有活细胞的质量 体积分数为1％-5％的海藻酸钠溶液，通过控制内外相流体的流速和比例，制备出内外径可 调的类血管中空纤维支架。
所述抽屉式三维类血管化组织培养器官芯片的构建方法，步骤如下：将微量注射泵控 制同轴针头内外相流速和比例制备的类血管中空纤维支架有序缠绕在手臂式组织固定架5 上，再将固定排列的类血管中空纤维支架浸入负载活细胞的海藻酸钠溶液中，待海藻酸钠 溶液灌注满凝胶贯通孔11以后，快速浸入氯化钙溶液中使其凝胶化，并用培养液清洗三 维组织块；将抽屉匣1与固定有类血管化三维组织的抽屉式固定支架2进行抽屉式组装和 密封；芯片组装好后，置于培养箱内，并通过培养液进口6、固定液进口7和出口8进行流加式三维培养和实验操作。
所述手臂式组织固定架5可以实现类血管三维组织的稳定固着培养，抽屉式开闭体系 可以方便快捷的实现三维组织和芯片体系的组装和密封，柔性透明透气的芯片材质有利于 三维类组织的生长并可以实时在线的检测。所述抽屉式三维类血管化组织培养器官芯片是 一种具备三维组织培养能力的器官芯片，特别是以微流体芯片的形式构建和维持了器官或 类器官组织的生长微环境，并集成了三维血管化类组织固定与培养，细胞功能和药物活性 评价，连续更新、在线取样的多功能器官芯片。适用于回转体系和面向空间应用的三维组 织和细胞培养芯片，并能推广到多种原代细胞和干细胞的三维培养，应用于药物筛选和毒 性评价。
本发明可以实现类血管三维组织的稳定固着培养，其中海藻酸钠凝胶中空纤维可以有 效无损负载活体细胞，具有类似细胞外基质的三维立体支架结构，并可有效提供营养和氧 气，有效模拟了类血管组织的三维生长微环境；本发明的组合方式采用抽屉式开闭体系， 它可以方便快捷的实现三维组织和芯片体系的组装和密封；通过三个阻流栅栏形成封闭的 单向流体路径，有利于细胞培养液或实验试剂的扩散和定向流动；通过微泵驱动培养基、 药物、固定剂或裂解液等溶液进入芯片，在轨实现细胞换液、药物处理、固定和裂解等操 作；本发明芯片采用柔性透明透气的PDMS芯片材质有利于三维类组织的固定，组装和连续培养，适时观察细胞样本形貌的变化，并可在线取样进行细胞功能和药物活性评价，使细胞和组织培养过程可视化；本发明流加式空间器官芯片，其结构设计对于维持类组织细胞的活性、进行细胞的在轨处理和待测样品的收集，满足微重力应用需求，且可拆卸，易 组装，能密封，并实时在线监测。为短期开展微重力回转器加速和抛物线飞行等微重力条 件下的实验提供了有效手段。
本发明可拆卸、易组装、能密封、能够实时在线监测，适应于回转体系和空间微重力 条件下的三维培养体系的应用，可以实现类血管三维组织的稳定固着培养，抽屉式开闭体 系可以方便，快捷的实现三维组织和芯片体系的组装和密封，柔性透明透气的芯片材质有 利于三维类组织的生长并可以实时在线的检测。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在 本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各 种变化。

Claims (3)

1.一种抽屉式三维类血管化组织培养器官芯片，其特征在于，包括抽屉匣(1)、抽屉式固定支架(2)和类血管化三维组织，所述抽屉匣(1)的内部设有两个阻流栅栏(3)，所述抽屉式固定支架(2)包括密封板(4)和手臂式组织固定架(5)，所述密封板(4)的内侧中间部位设有阻流栅栏(3)，密封板(4)的外侧设有培养液进口(6)、固定液进口(7)和出口(8)，所述培养液进口(6)和固定液进口(7)位于密封板(4)的左侧，培养液进口(6)位于固定液进口(7)的上方，所述出口(8)位于密封板(4)的右侧，所述手臂式组织固定架(5)通过伸展臂(9)安装在密封板(4)的内部，所述手臂式组织固定架(5)上设有多个凝胶贯通孔(10)，所述手臂式组织固定架(5)的四周还安装有柱形固定桩(11)，所述类血管化三维组织由通过负载活细胞的类血管中空纤维支架构建并固定于柱形固定桩(11)的内部，并通过凝胶化牢固结合在凝胶贯通孔(10)的上下。
2.根据权利要求1所述的抽屉式三维类血管化组织培养器官芯片，其特征在于，所述类血管中空纤维支架的制备方法，步骤如下：通过微量注射泵控制同轴针头的内外相流体，内相流体使用水或2-10％的聚乙烯醇溶液，外相流体使用负载有活细胞的质量体积分数为1％-5％的海藻酸钠溶液，通过控制内外相流体的流速和比例，制备出类血管中空纤维支架。
3.一种如权利要求1所述的抽屉式三维类血管化组织培养器官芯片的构建方法，其特征在于，步骤如下：将微量注射泵控制同轴针头内外相流速和比例制备的类血管中空纤维支架有序缠绕在手臂式组织固定架(5)上，再将固定排列的类血管中空纤维支架浸入负载活细胞的海藻酸钠溶液中，待海藻酸钠溶液灌注满凝胶贯通孔(11)以后，快速浸入氯化钙溶液中使其凝胶化，并用培养液清洗三维组织块；将抽屉匣(1)与固定有类血管化三维组织的抽屉式固定支架(2)进行抽屉式组装和密封；芯片组装好后，置于培养箱内，并通过培养液进口(6)、固定液进口(7)和出口(8)进行流加式三维培养和实验操作。
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