CN113462571B - 制备肿瘤类器官的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制备肿瘤类器官的装置，包括：液滴激发装置，其包括第一调温模块、设置在第一调温模块上的压电基底、光刻在所述压电基底上的环形沟道、设置在环形沟道中的电极以及与电极电连接的声波信号发生装置；细胞捕获装置，其包括对应设置在所述环形沟道上方的细胞捕获板以及设置在细胞捕获板上的第二调温装置；将样品细胞基质放于环形沟道中，开启第一调温模块和第二调温模块，启动声波信号发生装置，声波信号发生装置通过电极产生声波信号进而激发液滴向上喷射于细胞捕获板上，细胞在细胞捕获板上团聚，对细胞进行培养产生肿瘤类器官。本发明制备肿瘤类器官的方法简单，该装置样本需求量少，所制备的类器官大小均一，高效可靠。

Description

制备肿瘤类器官的装置
技术领域
本发明属于微全分析系统的技术领域，具体涉及一种制备肿瘤类器官的装置。
背景技术
肿瘤的异质性是导致癌症治疗难以对症下药的重要原因，不同患者之间，同一患者不同肿瘤间，甚至是同一肿瘤内部也存在肿瘤异质性，这些都是由于肿瘤基因和表观遗传等原因造成的。这些因素促使个体精准化治疗的发展，迫切需要构建可以准确模拟肿瘤异质性的研究模型。
目前已有多种人源化癌症模型，包括二维体外培养，该方法可以快速简单的表征肿瘤相关问题但是不能表征复杂的肿瘤微环境，还有人源化肿瘤异种移植体内模型，可以准确的表征肿瘤异质性，动态监测反应，进行体外试药，但是体内模型不适合大规模进行药物筛选，耗费高且准备时间长。类器官是一种三维体外培养的新技术，类器官由病人原始组织直接构建，可以在基因组学以及组织学上模拟原始病人肿瘤模型。
目前制备培养类器官的方法较多，但形成时间长，类器官大小不均一，构建效率不高，但实际临床上病人样本少，病人个性化医疗和个性化定制的药物筛选需要快速制备有效的模型实现高通量筛选。因此有必要开发一种快速，样本需求量少，高效的类器官制备方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种制备肿瘤类器官的装置，该装置制备肿瘤类器官的方法简单，该装置样本需求量少，所制备的类器官大小均一，一天内可取得结果，高效可靠。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种制备肿瘤类器官的装置，其特征在于，包括：
液滴激发装置，其包括第一调温模块、设置在第一调温模块上的压电基底、光刻在所述压电基底上的环形沟道、设置在环形沟道中的电极以及与电极电连接的声波信号发生装置；
细胞捕获装置，其包括对应设置在所述环形沟道上方的细胞捕获板以及设置在细胞捕获板上的第二调温装置；
将样品细胞基质放于环形沟道中，开启第一调温模块和第二调温模块，启动声波信号发生装置，声波信号发生装置通过电极产生声波信号进而激发液滴向上喷射于细胞捕获板上，细胞在细胞捕获板上团聚，对细胞进行培养产生肿瘤类器官。
进一步地，第一调温模块设置在移动平台上，移动平台可带动第一调温模块和其上的压电基底水平移动。
进一步地，电极包括关于环形沟道直径对称设置的至少两组叉指电极，每组叉指电极包括呈V形设置的第一叉指电极和第二叉指电极、沿第一叉指电极长度方向等间隔设置在第一叉指电极上的多个第一弧形电极以及沿第二叉指电极长度方向等间隔设置在第二叉指电极上的第二弧形电极，其中，第一弧形电极和第二弧形电极一一交错地设置在V形区域中。
进一步地，第一叉指电极与第二叉指电极之间的弧度角为30-50°。
进一步地，在第一调温模块和第二调温模块上均设置有容置凹槽，在试验时，根据需要在容置凹槽中放置不同温度的物质以达到实验所要求的温度。
进一步地，细胞捕获板包括玻璃垫板以及固定在玻璃垫板上的仿生结构的PDMS疏水薄膜，其中，PDMS疏水薄膜设置在玻璃垫板朝向环形沟道的表面上。
进一步地，PDMS疏水薄膜上朝向环形沟道的表面上具有多个凸起。
进一步地，细胞捕获板和其上的第二调温模块通过支架固定在环形沟道上方。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)本发明采用声表面波技术制备肿瘤类器官，在培养的15小时内便可得到大小均一的肿瘤类器官，仅需0.5X105个肿瘤细胞便可得到不少于100个的类器官，该装置操作简单，速度快捷，样本需求量少，效率高，较其他制备肿瘤类器官的方法，本发明使用的声表面波对细胞损伤小，降低了各种机械应力对细胞的伤害，其声波器件还可以反复使用，降低了器件制备成本；
2)本发明通过调节信号输出来调控肿瘤类器官的大小，解决了肿瘤类器官在制备过程中大小不一的问题；
3)本发明提供的肿瘤类器官制备技术不仅可用于制备各种肿瘤类器官，还可以用于制备其他类器官，如胸腺类器官以及淋巴结类器官，用以研究各个器官在免疫治疗中的应用；
4)本发明制备的类器官可用于病人个性化/精准化的药物筛选和免疫治疗研究，在实验室可用于生长迷你肿瘤用于肿瘤研究，在临床上，由于其可快速制备，可为复发和转移的患者提供个性化的制备方案预测。
附图说明
图1是本发明实施例制备肿瘤类器官的装置的结构示意图；
图2是本发明实施例液滴激发装置的侧面示意图；
图3是本发明实施例液滴激发装置的俯视图；
图4是本发明实施例的细胞捕获板的侧面示意图；
图5是本发明实施例的细PDMS疏水薄膜的正面的扫描电镜图片；
图6是本发明实施例的PDMS疏水薄膜的扫描电镜图片；
图7是本发明实施例的PDMS疏水薄膜接触角示意图；
图8是本发明实施例制备肿瘤类器官装置制备的第0天、第3天、第7天的膀胱癌肿瘤类器官。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
如图1、图2和图3所示，本发明公开了一种制备肿瘤类器官的装置，包括液滴激发装置、水平移动平台以及细胞捕获装置。液滴激发装置包括第一调温模块107、设置在第一调温模块107上的压电基底106、光刻在压电基底上的环形沟道105、设置在环形沟道105中的电极104以及与电极104电连接的声波信号发生装置110。第一调温模块包括载玻片底板以及通过环氧树脂粘贴在载玻片底板底面上的矩形侧壁，矩形侧壁与载玻片底板连接形成能容置物质的容置凹槽，在实验时，根据实验条件提前在第一调温模块107的容置凹槽中灌满热水或者冰冻的聚丙烯酸钠来达到实验所要求的温度，以防止基质胶在常温下固化。压电基底106是由铌酸锂制成，压电基底106置于载玻片底板的顶面上，铌酸锂能够使得声波得以更好地传播。之后在压电基底106上光刻环形沟道105，在本实施例中，环形沟道105的高度为2-3mm，这是出于样本承载量的考虑，使其在覆盖电极的同时能够承载更多的液体样本。在环形沟道105内设置电极104，在本实施例中，电极104包括关于环形沟道105直径对称设置的至少两组叉指电极，每组叉指电极包括呈V形设置的第一叉指电极104a和第二叉指电极104b、沿第一叉指电极104a长度方向等间隔设置在第一叉指电极104a上的多个第一弧形电极104c以及沿第二叉指电极104b长度方向等间隔设置在第二叉指电极104b上的第二弧形电极104d，其中，第一弧形电极104c和第二弧形电极104d一一交错设置在V形区域中。本发明人经过多次的试验发现，将第一叉指电极104a和第二叉指电极104b之间的弧度角设置为30-50°最利于稳定地激发液滴。此外，在本实施例中，第一叉指电极104a和第二叉指电极104b的长度均设置为1.2mm,波长设为150μm，经光刻和热蒸镀镀金制得。在第一叉指电极104a和第二叉指电极104b围合的V形区域中设置的多个第一弧形电极和第二弧形电极能形成聚焦型声表面波，从而使激发的声波能更好的在液体表面耦合形成最高的能量突破点，从而更好地激发液滴喷射至细胞捕获装置上。为了增强电极的导电性，在电极的表面进行镀金处理。其中，第一叉指电极104a和第二叉指电极104a延伸至环形沟道105外，并分别作为正负极与声波信号发生装置110连接。
见图4，细胞捕获装置包括对应设置在环形沟道105上方的细胞捕获板103以及设置在细胞捕获板103上的第二调温装置102。细胞捕获板103包括玻璃垫板以及固定在玻璃垫板上的仿生结构的PDMS疏水薄膜，其中，PDMS疏水薄膜设置在玻璃垫板朝向环形沟道105的表面上。见图5和图6，为了提高PDMS疏水薄膜的疏水性，PDMS疏水薄膜朝向环形沟道的表面上具有多个凸起，从图7可以看出，PDMS疏水薄膜与水的接触角较小，说明其疏水性较好。第二调温模块101与第一调温模块107结构相同。该装置还包括支架102，通过支架102将细胞捕获板101固定在环形沟道105上方。为了方便调节细胞捕获板103与液滴激发装置之间的相对位置，将液滴激发装置设置在水平移动平台108，水平移动平台108带动液滴激发装置移动到合适位置处。
在应用本实施例的制备肿瘤类器官的装置时，首先将细胞捕获板103与第二调温装置101固定好，根据实验样本的要求在第二调温模块101的容置凹槽中放置不同温度的物质进去，如果用基质胶就放置冰冻的冰块即可。然后将细胞捕获板103固定在支架102上，进行固定。环形沟道105光刻在压电基底106上，之后在环形沟道105内设置电极104，再用导线将第一叉指电极104a、第二叉指电极104b与声波信号发生装置110连接，肿瘤类器官的大小调制声波信号发生装置110产生所需脉冲信号，并通过电极104产生声波进行液滴的激发。此外，在第一调温模块107的容置凹槽中根据实验样本放置不同温度的物质实现对压电基底106进行温度控制，之后将第一调温模块107和其上的压电基底106固定在水平移动平台108之上。然后通过控制水平移动平台108的水平位置实现在不同位置进行液滴的激发。为了便于及时观察声波激发装置110的变化以及激发的液滴的情况，还设置有显微镜109，显微镜109能够实时观察变化情况。
在试验时，在环形沟道105内放入样品细胞基质，开启声波信号发生装置110，声波信号发生装置110通过电极聚焦声表面波，从而激发的声表面波在细胞基质表面耦合，激发细胞基质向上喷射形成液滴，位于环形沟道105上方的细胞捕获板103捕获液滴，液滴倒挂在PDMS疏水薄膜上，由于细胞的重力作用使得细胞快速团聚，这是产生肿瘤类器官的基础，之后在细胞捕获板101上对细胞培养10小时，再将细胞转入到培养基中培养5小时即可得到肿瘤类器官，对得到的肿瘤类器官进行进一步培养即可得到所需的样品，见图8。本发明采用声表面波技术制备肿瘤类器官，在培养的15小时内便可得到大小均一的肿瘤类器官，且仅需0.5X105肿瘤细胞便可得到不少于100个的类器官，操作简单，速度快捷，样本需求量少，效率高。较其他制备肿瘤类器官的方法，本发明使用的声表面波对细胞损伤小，降低了各种机械应力对细胞的伤害。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种制备肿瘤类器官的装置，其特征在于，包括：
液滴激发装置，其包括第一调温模块、设置在第一调温模块上的压电基底、光刻在所述压电基底上的环形沟道、设置在环形沟道中的电极以及与电极电连接的声波信号发生装置；
细胞捕获装置，其包括对应设置在所述环形沟道上方的细胞捕获板以及设置在细胞捕获板上的第二调温装置；
将样品细胞基质放于环形沟道中，开启第一调温模块和第二调温模块，启动声波信号发生装置，声波信号发生装置通过电极产生声波信号进而激发液滴向上喷射于细胞捕获板上，细胞在细胞捕获板上团聚，对细胞进行培养产生肿瘤类器官。
2.根据权利要求1所述的制备肿瘤类器官的装置，其特征在于，第一调温模块设置在移动平台上，移动平台可带动第一调温模块和其上的压电基底水平移动。
3.根据权利要求1所述的制备肿瘤类器官的装置，其特征在于，电极包括关于环形沟道直径对称设置的至少两组叉指电极，每组叉指电极包括呈V形设置的第一叉指电极和第二叉指电极、沿第一叉指电极长度方向等间隔设置在第一叉指电极上的多个第一弧形电极以及沿第二叉指电极长度方向等间隔设置在第二叉指电极上的第二弧形电极，其中，第一弧形电极和第二弧形电极一一交错地设置在V形区域中。
4.根据权利要求3所述的制备肿瘤类器官的装置，其特征在于，第一叉指电极与第二叉指电极之间的弧度角为30-50°。
5.根据权利要求4所述的制备肿瘤类器官的装置，其特征在于，在第一调温模块和第二调温模块上均设置有容置凹槽，在试验时，根据需要在容置凹槽中放置不同温度的物质以达到实验所要求的温度。
6.根据权利要求1所述的制备肿瘤类器官的装置，其特征在于，细胞捕获板包括玻璃垫板以及固定在玻璃垫板上的仿生结构的PDMS疏水薄膜，其中，PDMS疏水薄膜设置在玻璃垫板朝向环形沟道的表面上。
7.根据权利要求6所述的制备肿瘤类器官的装置，其特征在于，PDMS疏水薄膜上朝向环形沟道的表面上具有多个凸起。
8.根据权利要求1所述的制备肿瘤类器官的装置，其特征在于，细胞捕获板和其上的第二调温模块通过支架固定在环形沟道上方。
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