CN107325964A - 一种即用型高通量三维药物筛选模型及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种即用型高通量三维药物筛选模型及制备方法，结构由微流道结构和平台结构组成，微流道结构模拟自然器官血管结构，由生物水凝胶包裹细胞制成，平台结构只由生物水凝胶制成，两部分结构通过交联构成三维药物筛选模型；制备方法为先重构器官微观结构血管结构的三维计算机模型，利用3D打印技术制备出与自然器官血管结构相近的树脂模具，通过硅橡胶负型将树脂模具的微流道结构负型到水凝胶中，水凝胶的制作采用无血清快速细胞冻存液和血清按比例配制后溶解生物材料，经交联处理得到，即用型三维药物筛选模型最大程度模拟体内组织生理生化环境与过程，保持药物筛选模型的一致性，提高药物筛选的准确性。

Description

一种即用型高通量三维药物筛选模型及制备方法
技术领域
本发明涉及药物筛选模型技术领域，具体涉及一种即用型高通量三维药物筛选模型及制备方法。
背景技术
药物研发是一个广泛的研究领域，在很大程度上依赖于单层细胞培养和动物模型作为临床前药物筛选和测试平台，但是大部分临床实验的失败是由于前期单层细胞实验或动物实验缺乏效率或者精确性而引起的。三维药物筛选模型可以提供一个更准确的代表体内组织的三维结构，减少动物实验以及临床实验失败的风险，以及现有体外高通量药物筛选的不稳定性和不确定性。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种即用型高通量三维药物筛选模型及制备方法，即用型三维药物筛选模型最大程度模拟体内组织生理生化环境与过程，保持药物筛选模型的一致性，提高药物筛选的准确性。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种即用型高通量三维药物筛选模型，由微流道结构和平台结构组成，微流道结构模拟自然器官血管结构，由生物水凝胶包裹细胞制成，平台结构只由生物水凝胶制成，两部分结构通过交联构成三维药物筛选模型。
所述的水凝胶由无血清快速细胞冻存液和血清混合溶解生物材料制成，生物材料为海藻酸钠、明胶、胶原或纤维蛋白，无血清快速细胞冻存液和血清的混合比例为9:1～4:1。
所述的交联方法为钙离子交联法、酶交联法或超声交联法。
所述的细胞为肝细胞、骨细胞、干细胞、永生化细胞、肿瘤细胞或原代肝细胞。
所述的细胞密度为1×105～2×106Cells/ml。
所述的一种即用型高通量三维药物筛选模型的制备方法，包括下列步骤：
1)根据医学CT、核磁共振技术重构器官微观血管结构的三维计算机模型，将三维计算机模型以IGES格式导入计算机辅助设计软件进行实体化仿生设计，构建出具有微观流道结构的仿生模型，将仿生模型以STL格式导出，利用3D打印技术制备出仿生树脂模型，其中，微流道直径在0.5～1.5mm之间；
2)向步骤1)制备的仿生树脂模型上灌注液体硅橡胶，经固化得到仿生硅橡胶模具；
3)配制生物材料溶液，利用无血清快速细胞冻存液和血清混合溶解生物材料，无血清快速细胞冻存液和血清的混合比例为9:1～4:1，并加入密度为1×105～2×106Cells/ml的细胞，生物材料细胞溶液灌注到步骤2)制备的仿生硅橡胶模具中的微流道结构，经冷冻处理形成固态生物材料细胞溶液；同时利用无血清快速细胞冻存液配制另一份没有细胞的生物材料溶液，灌注到步骤2)制备的仿生硅橡胶模具的平台结构，同样冷冻处理形成固态生物材料溶液，之后将仿生硅橡胶模具、固态生物材料细胞溶液和固态生物材料溶液置于-80℃条件储藏；
4)将步骤3)制备的仿生硅橡胶模具、固态生物材料细胞溶液和固态生物材料溶液浸入细胞培养液中，在37℃条件下对生物材料进行完全交联处理，形成初级三维药物筛选模型，然后进行脱离仿生硅橡胶模具处理；
5)将步骤4)制备的初级三维药物筛选模型泡入37℃细胞培养液中培养，得到即用型高通量三维药物筛选模型，将即用型高通量三维药物筛选模型放入药物检测装置，进行后期药物检测。
即用型高通量三维药物筛选模型长期存放于-80℃环境中，即用即解冻复苏细胞，实现快速无差别药物筛选。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.即用型高通量三维药物筛选模型具有仿生微流道结构，实现与自然器官微观血管结构的相似性，有利于营养、氧气和药物代谢物的传输；
2.采用生物材料、无血清快速细胞冻存液、血清和细胞配制细胞/生物材料溶液，经交联形成的即用型高通量三维药物筛选模型，既能保持仿生流道结构，又能保证长期储存，即用即解冻复苏。
附图说明
图1是本发明的即用型高通量三维药物筛选模型的结构示意图。
图2是即用型高通量三维药物筛选模型的制备方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明加以详述，以构建即用型高通量三维肝癌药物筛选模型为例。
参照图1，一种即用型高通量三维药物筛选模型，由微流道结构Ⅰ和平台结构Ⅱ组成，微流道结构Ⅰ模拟肝脏器官血管结构，由水凝胶包裹肝癌细胞制成，细胞密度为1×105Cells/ml；平台结构Ⅱ同样由水凝胶制成，所述的水凝胶均由无血清快速细胞冻存液和血清按9:1混合再溶解海藻酸钠，通过依次将微流道结构Ⅰ和平台结构Ⅱ置于-80℃冰箱中冷却成固态进行组合，并用含CaCl2的细胞培养液在37℃完全交联构成三维肝癌药物筛选模型。
参照图2，所述的一种即用型高通量三维药物筛选模型的制备方法，包括下列步骤：
1)根据医学CT、核磁共振技术重构肝脏微观血管结构的三维计算机模型，将三维计算机模型以IGES格式导入计算机辅助设计软件(如PROE、UG等)进行实体化仿生设计，建出具有微流道结构的仿生肝模型，仿生肝模型由微流道结构Ⅰ和平台结构Ⅱ构成，将仿生肝模型以STL格式导出，利用3D打印技术制备出仿生肝树脂模型1，微流道直径为500um，如图2(a)所示；
2)向步骤1)制备的仿生肝树脂模型1上灌注液体硅橡胶，经固化得到仿生肝硅橡胶模具2，如图2(b)所示；
3)配制生物材料溶液，利用无血清快速细胞冻存液和血清混合溶解海藻酸钠，无血清快速细胞冻存液和血清的混合比例为9:1，并加入密度为1×105Cells/ml的肝癌细胞，经均匀混合的海藻酸钠细胞溶液3灌注到步骤2)制备的仿生肝硅橡胶模具2中的微流道结构中，如图2(c)所示，经冷冻处理形成固态海藻酸钠细胞溶液4，如图2(d)所示，同时利用无血清快速细胞冻存液配制另一份没有肝癌细胞的海藻酸钠溶液5，灌注到步骤2)制备的仿生肝硅橡胶模具2的平台结构，如图2(e)所示，同样冷冻处理形成固态海藻酸钠溶液6，如图2(f)所示，之后将仿生肝硅橡胶模具2、固态生物材料细胞溶液4和固态生物材料溶液6置于-80℃条件储藏；
4)将步骤3)制备的仿生肝硅橡胶模具2、固态生物材料细胞溶液4和固态生物材料溶液6浸入含CaCl2的细胞培养液中，在37℃条件下使海藻酸钠溶液完全交联形成初级三维肝癌药物筛选模型7，如图2(g)所示，然后进行脱离仿生肝硅橡胶模具2处理，如图2(h)所示；
5)将步骤4)制备的初级三维肝癌药物筛选模型7浸入37℃细胞培养液中培养，得到即用型高通量三维肝癌药物筛选模型8，将即用型高通量三维肝癌药物筛选模型8放入药物检测装置，进行后期药物检测，如图2(i)所示。

Claims (7)

1.一种即用型高通量三维药物筛选模型，其特征在于：由微流道结构和平台结构组成，微流道结构模拟自然器官血管结构，由生物水凝胶包裹细胞制成，平台结构只由生物水凝胶制成，两部分结构通过交联构成三维药物筛选模型。
2.根据权利要求1所述的一种即用型高通量三维药物筛选模型，其特征在于：所述的水凝胶由无血清快速细胞冻存液和血清混合生物材料制成，生物材料为海藻酸钠、明胶、胶原或纤维蛋白，无血清快速细胞冻存液和血清的混合比例为9:1～4:1。
3.根据权利要求1所述的一种即用型高通量三维药物筛选模型，其特征在于：所述的交联方法为钙离子交联法、酶交联法或超声交联法。
4.根据权利要求1所述的一种即用型高通量三维药物筛选模型，其特征在于：所述的细胞为肝细胞、骨细胞、干细胞、永生化细胞、肿瘤细胞或原代肝细胞。
5.根据权利要求1所述的一种即用型高通量三维药物筛选模型结构，其特征在于：所述的细胞密度为1×105～2×106Cells/ml。
6.根据权利要求1所述的一种即用型高通量三维药物筛选模型的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：
1)根据医学CT、核磁共振技术重构器官微观血管结构的三维计算机模型，将三维计算机模型以IGES格式导入计算机辅助设计软件进行实体化仿生设计，构建出具有微观流道结构的仿生模型，将仿生模型以STL格式导出，利用3D打印技术制备出仿生树脂模型，其中，微流道直径在0.5～1.5mm之间；
2)向步骤1)制备的仿生树脂模型上灌注液体硅橡胶，经固化得到仿生硅橡胶模具；
3)配制生物材料溶液，利用无血清快速细胞冻存液和血清混合溶解生物材料，无血清快速细胞冻存液和血清的混合比例为9:1～4:1，并加入密度为1×105～2×106Cells/ml的细胞，生物材料细胞溶液灌注到步骤2)制备的仿生硅橡胶模具中的微流道结构，经冷冻处理形成固态生物材料细胞溶液；同时利用无血清快速细胞冻存液配制另一份没有细胞的生物材料溶液，灌注到步骤2)制备的仿生硅橡胶模具的平台结构，同样冷冻处理形成固态生物材料溶液，之后将仿生硅橡胶模具、固态生物材料细胞溶液和固态生物材料溶液置于-80℃条件储藏；
4)将步骤3)制备的仿生硅橡胶模具、固态生物材料细胞溶液和固态生物材料溶液浸入细胞培养液中，在37℃条件下对生物材料进行完全交联处理，形成初级三维药物筛选模型，然后进行脱离仿生硅橡胶模具处理；
5)将步骤4)制备的初级三维药物筛选模型泡入37℃细胞培养液中培养，得到即用型高通量三维药物筛选模型，将即用型高通量三维药物筛选模型放入药物检测装置，进行后期药物检测。
7.根据权利要求1所述的一种即用型高通量三维药物筛选模型，其特征在于：即用型高通量三维药物筛选模型长期存放于-80℃环境中，即用即解冻复苏细胞，实现快速无差别药物筛选。
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