CN114456936A - 芯片、类器官模型及其构建方法和构建装置以及应用 - Google Patents

芯片、类器官模型及其构建方法和构建装置以及应用 Download PDF

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Abstract

本申请涉及芯片、类器官模型及其构建方法和构建装置以及该类器官模型的应用，其中，该芯片用于类器官培养并包括芯片本体和开设于该芯片本体的上表面以作为培养腔的多个盲孔，所述培养腔在所述芯片本体上以矩阵状排布，其中，每个培养腔均具有相同的几何参数。

Description

芯片、类器官模型及其构建方法和构建装置以及应用
技术领域
本申请涉及生物工程领域，更具体地说，涉及一种芯片、类器官模型及其构建方法和构建装置以及该类器官模型的应用。
背景技术
类器官（Organoid）是指一种体外细胞培养模型，与体内来源组织或器官高度相似，与体内器官拥有高度相似的组织学特征，能够重现其生理功能并具有稳定的表型和遗传学特征，因而在培养个性化器官或组织、肿瘤个性化研究、药物筛选等方面有广阔的应用。
传统的类器官模型培养方式中，由于存在胶滴形态不可控、不同培养孔腔间类器官分布不均匀、胶滴没有支撑，容易散胶等、三维生长空间及生长速度不一致等问题，从而导致单孔或者复孔培养出的类器官模型的均一性较低，且批次间的标准程度低。因此，在大规模利用类器官模型进行应用时，例如在高通量药物筛选时，由于类器官模型的均一性或一致性不高，从而无法确保药物筛选结果的稳定性和真实性。
因此，开发可实现标准化或均一性相对较高的类器官模型构建的方案，成为本领域需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种芯片，该芯片用于类器官培养并包括芯片本体和开设于该芯片本体的上表面以作为培养腔的多个盲孔，所述培养腔在所述芯片本体上以矩阵状排布，每个培养腔均具有相同的几何参数。
本申请还提供了一种类器官模型的构建方法，该构建方法包括：解离基质胶包埋的类器官，收集类器官后进行消化处理，制得单细胞悬液或细胞簇悬液，对单细胞悬液或细胞簇悬液进行活细胞计数；或者解离基质胶包埋的类器官，收集类器官后进行消化处理，制得单细胞悬液或细胞簇悬液，对单细胞悬液或细胞簇悬液进行活细胞计数，将所述单细胞悬液或细胞簇悬液与基质胶进行混合，制得混合悬液；将单细胞悬液或细胞簇悬液，或者将混合悬液分别以相同的液量注入到上述芯片的各个培养腔中，再分别将相同类型和相同液量的培养基注入到各个培养腔中，在各个培养腔中以相同的培养条件并行地进行类器官培养，以在各个培养腔中制得类器官模型。
另外，本申请还提供了一种类器官模型，该类器官模型通过本申请的构建方法而构建。
本申请还提供了一种类器官模型的构建装置，该构建装置为实施本申请所提供的上述构建方法的自动化装置或半自动化装置。
本申请还提供了一种类器官模型的应用，该应用为所述类器官模型在对外部刺激的响应测试中的应用，该类器官模型为本申请所提供的上述类器官模型，所述外部刺激包括病毒、细菌、化学药物、细胞药物、电刺激、磁刺激、各种辐射和基因编辑处理中的至少一种。
根据本申请的技术方案，由于用于类器官培养的芯片中的每个培养腔均具有相同的几何参数，因此至少在物理结构上能确保类器官的培养均在相同的几何空间内进行，从而实现标准化或均一性相对较高的类器官模型的构建。
本申请的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请。在附图中：
图1为根据本申请一种实施方式的芯片的俯视图；
图2为图1中培养腔的立体剖视图；
图3中的a-d为针对图2所示的培养腔进行注液和移液的示意图；
图4A为根据本申请实施例的人源结肠癌类器官的形态学图像；
图4B为根据本申请对比例2-1的人源结肠癌类器官（位于培养腔底部的类器官）的形态学图像；
图5为根据本申请实施例的不同密度的人源结肠癌类器官14天的生长数据；
图6为根据本申请实施例的人源结肠癌类器官绝对直径的变异系数（CV）的统计数据；
图7A为根据本申请实施例的其他癌种类器官在多个培养腔之间ATP检测数值的变异系数（CV）的统计数据；
图7B为表示利用不同的培养平台所培养的人源结肠癌类器官在多个培养腔之间ATP检测数值的变异系数（CV）的统计数据；
图8A为根据本申请实施例的鼠源结肠类器官的形态学图像；
图8B为根据本申请对比例3-1的鼠源结肠类器官模型（位于培养腔底部的类器官）的形态学图像；
图9为根据本申请实施例的鼠源结肠类器官14天的生长数据；
图10为根据本申请实施例的鼠源结肠类器官绝对直径的变异系数（CV）的统计数据。
具体实施方式
下面参考附图对本申请的技术方案进行详细地描述。
首先，结合图1和图2对本申请所提供的用于类器官培养的芯片进行详细描述。
一、芯片
如图1和图2所示，本申请提供了一种芯片，该芯片用于类器官培养并包括芯片本体10和开设于该芯片本体的上表面以作为培养腔11的多个盲孔，所述培养腔11在所述芯片本体10上以矩阵状排布，其中，每个培养腔11均具有相同的几何参数。
在传统的类器官方案中，大都是没有标准化的培养模式，因此一般类器官培养的均一性和批次间的标准化程度低，因为是科研应用所以不需要具有矩阵排列的培养腔的芯片方案。即便是在大中小规模的类器官培养场景中，虽然已经提出具有矩阵排列的培养腔的芯片方案，但现有技术中并未注意到培养腔几何参数的一致性对于利用该芯片所构建的类器官模型的均一性和标准化的重要影响。例如，在圆柱形培养腔和圆锥形培养腔内分别培养相同类型的类器官模型时，由于内部几何空间的不同，而导致类器官模型在三维结构上也会有明显的不同；即便是均为圆柱形培养腔，由于径向尺寸的不同，也会导致类器官模型在三维结构以及生长状态上具有明显的不同。
在传统的规模类器官模型方案中，对培养腔的几何参数的一致性并没有限制或提出具体要求，甚至在同一个芯片中设计不同几何参数的培养腔也是较为常见的。
然而，在类器官模型后续应用（如高通量药物筛选）的推动下，忽视培养腔几何参数一致性的类器官培养的传统平台已经不能满足产业的要求。因此，在本申请中提出了着重考虑培养腔几何参数一致性的类器官培养的芯片方案。通过将芯片的各个培养腔设计为具有相同的几何参数，从而至少在培养空间结构上实现所培养的类器官的一致性和批次间的标准化。
所述几何参数可以是培养腔的多种几何参数，如横截面的形状、横向尺寸（如直径）、纵向中心截面的形状和纵向尺寸（如深度）等。优选情况下，每个培养腔的容积为相同的，从而为所培养的类器官模型提供容积相同的空间。
优选情况下，每个培养腔由平行于所述芯片本体上表面的一个横截面所截取的横截面形状均为相同的且横截面积均为相同的。例如，所述培养腔11的横截面形状为圆形或包括正多边形在内的多边形，如正三角形、正方形、正五边形等。在优选情况下，每个培养腔的纵向中心截面的形状均为相同的，且具有相同的纵截面面积。通过对培养腔空间几何结构的一致性的限定，能够给所培养的类器官模型提供容积相同且立体几何形状也相同的培养空间，实现培养空间的一致性。
培养腔的空间几何形状可有多种结构形式。例如，在优选情况下，如图2所示，所述培养腔11包括：培养孔112，该培养孔112位于所述培养腔11的下部；和储液孔111，该储液孔111位于所述培养腔11的上部且与所述培养孔112相通，其中：所述储液孔111的径向尺寸大于所述培养孔112的径向尺寸，并且在所述储液孔111与所述培养孔112之间在所述储液孔111的底部形成有台阶面113。虽然培养孔112和储液孔111图示为圆形横截面形状，但本申请并不限于此，也可以设计为具有如正方形的横截面形状。
另外，需要指出的是，本申请说明书附图中所图示的培养腔的空间结构形状仅为示例性的，并未对本申请保护范围构成限制。在其他的实施方式中，类器官的空间结构可以具有其他形式，例如单一径向尺寸的圆柱体空间形状。也可以设计有其他结构特征，如在储液孔111内设计环形的凸缘，从而将储液孔111的空间又区分为与培养孔112相通的内环空间以及与培养孔112隔开的外环空间。
此外，所谓的培养腔并未仅指单个空腔结构，其含义具有更宽广的范围，而不限于图2所示的单腔结构。例如，某些类器官共培养或联合培养的场景中，培养腔可以按照组合单元的形式出现，如一个培养腔组合单元可以包括两个或更多个培养空腔，每个培养空腔可以分别独立的培养各自的类器官。因此，在一个芯片上可以设计有多个培养腔组合单元，每个培养腔组合单元之间具有相同的几何参数，这种形式也是落入本申请的保护范围之内的。
如图2所示，培养腔底部为封闭的，从而形成盲孔。在芯片的厚度方向上，芯片可以具有多种形成的方式。例如，可以一体注塑制成；激光蚀刻；化学蚀刻；或者可以由多层材料叠加贴合制成。例如，设计在培养腔底部的层板（未标记）可以采用玻璃或者聚甲基丙烯酸甲酯或者聚苯乙烯等材料制成，以满足观察培养孔112内类器官生长情况的需求；培养孔112和储液孔111可以分别设计在不同的层板结构中。
以上对芯片结构进行了详细地描述。如上所述，上述结构为类器官的培养提供了一致的物理空间结构。
为了实现一致性或均匀性相对较高的类器官模型的构建，优选情况下，在使用该芯片进行类器官的培养过程中，在不同培养腔11内所培养的类器官为相同或者不同类型（在共培养或联合培养的情形中，可以在一个培养腔或培养腔组合单元中培养不同类型的类器官）的类器官，在不同的培养腔11内针对类型相同的类器官的培养方法均是相同的，以在每个培养腔内以相同的培养条件并行地进行类器官的培养。
因此，无论是培养腔（或培养腔组合单元）中培养相同类型的类器官，还是培养有不同类型的类器官，针对不同的培养腔（或培养腔组合单元）之间相同类型的类器官的培养方法都是相同的。例如，该培养方法的步骤是相同的，步骤的参数是相同的，培养的环境是相同的，所采用的各种耗材如培养液、基质材料等也是相同的，等等。而且，更为重要的是，在每个培养腔内在相同的时间区间内以相同的培养条件并行地进行类器官的培养。
利用相同结构的培养腔、相同的培养方法、在相同的时间区间内并行地进行类器官的培养，能够实现一致性或均匀性相对较高的类器官模型的构建。
二、类器官模型的构建方法
本申请的技术方案中，类器官可以包括由人源或如鼠源的其他动物源的正常组织细胞和/或肿瘤细胞培养而成的类器官。所述类器官包括：结肠癌类器官、肺癌类器官、胃癌类器官、乳腺癌类器官、肝癌类器官、卵巢癌类器官、宫颈癌类器官、脑癌类器官、皮肤癌类器官、前列腺癌类器官、肾癌类器官、膀胱癌类器官、头颈部癌类器官、黑色素瘤类器官、食管癌类器官、甲状腺癌类器官、胰腺癌类器官等。
首先，制备单细胞悬液或细胞簇悬液。为了制备单细胞悬液或细胞簇悬液，可以解离此前已经制得的类器官-基质胶混合物（如解离基质胶包埋的类器官或类器官-基质圆顶（Dome）），收集类器官后使用消化液（如0.25vt%的胰酶）进行消化处理，经过离心处理后获得单细胞和/或细胞簇沉淀，再利用清洗液重悬沉淀，离心处理后使用完全培养基重悬，以制得所述单细胞悬液或细胞簇悬液。根据另一种实施方式，也可以利用新鲜的组织标本，用清洗液冲洗，经过机械剪碎、消化处理，离心重悬后制得单细胞悬液或细胞簇悬液。
因此，在本申请的技术方案中，可以根据所要培养的类器官模型的类型来选择合适的传统方法制备单细胞悬液或细胞簇悬液。
在制得单细胞悬液或细胞簇悬液后，对单细胞悬液或细胞簇悬液进行活细胞计数，其中，密度为（0.2-5.0）×106cell/ml，优选为5.0×105 cell/ml。
在一种实施方式中，可以将单细胞悬液（或细胞簇悬液）分别以相同的液量注入到上述芯片的各个培养腔中。
作为另一种实施方式，可以将（如解冻后的）基质胶按照预定的比例（如体积比为（2-3）/（2-6），例如体积比可以为3/2或2.4/5.6）与单细胞悬液或细胞簇悬液进行混合，制得混合悬液（单细胞悬液和基质胶的混合悬液，或者细胞簇悬液和基质胶的混合悬液），其中，基质胶的终使用浓度为3-6mg/ml，优选为5mg/ml。然后，再将相同液量（如5μL）的上述混合悬液分别注入本申请所提供的芯片的各个培养腔11中，如图3中的a所示。
对在各个培养腔中的所述单细胞悬液或细胞簇悬液或者混合悬液进行活细胞计数。在本申请的技术方案中，由于所提供的芯片的各个培养腔11的几何参数相同，而且注入各个培养腔11内的单细胞悬液或细胞簇悬液或者混合悬液的液量也都是相同的，也有助于实现类器官模型的一致性。在所述芯片的每个培养腔中：所述单细胞悬液或细胞簇悬液中，或者所述混合悬液中的细胞数量为100-5000个，优选为200-3000个；或者在小肠类器官模型的构建场景下，所述细胞簇悬液或者混合悬液（细胞簇悬液与基质胶的混合悬液）中细胞簇的个数为10-50个，优选为20-50个。培养腔内细胞密度不宜过小，如果过小则由于细胞间缺乏互作而发生细胞失巢性凋亡；也不宜过高，如果过高则由于营养、空间不足或者细胞排出废物太多不利于细胞随后的生长培养。另外细胞量过高会导致成本增加。
完成接种后，将芯片置于合适温度条件下培养以获得固胶的类器官芯片，如图3中的b所示。所述合适的温度条件是指36摄氏度至37.5摄氏度，优选为36.5摄氏度至37摄氏度，最优选为37摄氏度。在该移液接种的过程中，由于接种到芯片的各个培养腔中的单细胞悬液或细胞簇悬液或者混合悬液的液量都是相同的，从而确保该过程的均一性。
在完成固胶后，需要将培养基注入到培养腔中，以进行类器官的培养。本申请的发明人发现：在该过程中，培养基位于固胶的类器官模型上方，培养基营养物质通过扩散到达类器官，如果类器官模型在培养腔内的位置过低，则尤其是位于底部的类器官的细胞容易出现难以获取培养基营养的情况，进而影响类器官细胞的生长。为了克服该缺陷，在本申请的优选实施方式中，实施类器官模型的构建方法包括：在将所述单细胞悬液或细胞簇悬液，或者混合悬液注入所述芯片的各个培养腔之前，对所述芯片的各个培养腔内的培养深度进行调节。所谓培养深度是指固胶后类器官-基质胶圆顶所处的位置。通过对培养深度的调节，能够避免类器官模型在培养腔内的位置过低而影响类器官细胞的生长的情况发生，从而提高类器官模型培养的成功率和生长活性。
具体来说，所述对培养腔内的培养深度进行调节包括：将纯培养基与基质胶的混合物分别等量地加入到所述芯片的各个培养腔的底部（铺设底胶）。例如，使用完全培养基调节基质胶浓度为5mg/ml，在每个培养腔内注入5μl体积的该混合物，加入培养腔（培养孔112的）底部时铺匀底部（液体状态），然后孵育如10分钟后移至操作台内室温静置（所述混合物固胶）。在铺设底胶的芯片的培养腔中，所述培养腔内的培养深度是指位于培养腔底部的所述混合物的上表面与所述培养腔顶面之间的距离。因此，在铺设底胶的培养腔内再注入混合悬液（或所述单细胞悬液或细胞簇悬液）后，混合悬液（或所述单细胞悬液或细胞簇悬液）内类器官的培养将在底胶的上方进行，从而实现培养深度的调节。根据不同的工况，所述培养深度可以有不同的选择。优选情况下，所述培养深度与所述培养腔的整体深度之比为40%-70%，优选为50%。在该铺设底胶的过程中，由于将培养基与基质胶的混合物分别等量地加入到芯片的各个培养腔的底部，因此在各个培养腔底部所铺设的底胶厚度也是均匀一致的，从而确保培养深度在各个培养腔内尤其是在培养腔的培养孔112内是均匀一致的。
如图3的c所示，在完成固胶后，再分别将相同类型和相同液量的培养基注入到各个培养腔中，在各个培养腔中以相同的培养条件并行地进行类器官培养，以在各个培养腔中制得类器官模型。由于注入到各个培养腔内的完全培养基类型相同且液量相同，因此在各个培养腔内的培养条件（如温度条件）也是相同的，从而在各个培养腔内并行地同时进行类器官的培养，以在各个培养腔内制得均一性较高的类器官模型。
在所述芯片的各个培养腔中以相同的培养条件并行地进行类器官培养的过程中，还包括对各个培养腔中的培养基进行换液，如图3中d所示，例如每隔2-3天需要将培养基移除，更换新的培养基。由于培养腔内正在进行类器官的培养生长，因此培养基的换液操作需要按照要求，否则容易对类器官造成明显不利的影响，而且也会导致类器官培养的一致性或均匀性受到影响。
在本申请所提供的方法特征以及上述芯片的结构特征，有助于避免在换液过程中的上述负面影响。
具体来说，所述换液包括利用至少一个换液管同时或依次等量地抽吸所述各个培养腔内的培养基以及随后将新的培养基分别等量地加入各个培养腔中。因此，对各个培养腔来说，从其中抽吸走的培养基的液量是彼此相等的；并且随后加入的培养基的液量也是彼此相等的。这就从方法步骤上确保培养过程中各个培养腔的培养环境的一致性和均匀性。
此外，作为重要的结构特征，由于培养孔112和储液孔111之间设置有台阶面113，如图2所示。因此，在抽吸所述培养腔内的培养基时，所述换液管的端部可以抵触于所述台阶面113上，如图3的d所示。因此，不管在抽吸之前培养腔内的培养基的液量如何（按照本申请的技术方案该液量在各个培养腔之间也是较为均匀一致的），由于培养腔的几何结构参数的一致性，因此抽吸之后所保留在培养腔内的液面是一致的，即为台阶面113所在的平面，以确保移液操作在各个培养腔之间的一致性。
进一步优选的，在抽吸所述培养腔内的培养基时，所述换液管的端部抵触于所述台阶面113上与所述储液孔111的交界处，以远离所述培养孔112。由于换液管的端部远离培养孔112，从而能尽量避免在抽吸液体时对类器官的不利影响。
基于上述台阶面113的设计，在移液操作时，既能够实现各个培养腔的移液操作的一致性，同时也提供了操作的方便性，因为只要将换液器的端部抵触于台阶面113（优选情况下，与所述储液孔111的交界处）即可，不需要对换液器的静态工作位置进行复杂的控制。
以上对本申请所提供的类器官模型的构建方法进行了描述，尤其是对于本申请的方法相对于传统构建方法的改进之处进行了详细地说明。可以理解的是，在不违背本申请发明目的和所要实现的技术效果的前提下，在本申请的构建方法中，可以将传统的构建方法中的各种耗材、方法、步骤和参数均纳入进来，结合使用。这些变形形式均在本申请的保护范围之内。
三、其他主题
根据本申请的另一方面，还提出了一种类器官模型，该类器官模型通过本申请所提供的上述构建方法而构建。通过以上对用于类器官培养的芯片以及类器官模型构建的方法的描述可知，几乎芯片的结构特征和构建方法的每个过程步骤均考虑到所培养的类器官模型在各个培养腔之间的一致性和均匀性，与传统方式所构建的类器官模型相比，具有更好的一致性和均匀性。
根据本申请的再一方面，还提出了一种类器官模型的构建装置，该构建装置为实施上述构建方法的自动化装置或半自动化装置。任何能够实施本申请所要求保护的构建方法的工具、装置和系统，都落入本申请的保护范围之中。
根据本申请的又一方面，还提出了一种类器官模型的应用，该应用为所述类器官模型在对外部刺激的响应测试中的应用，该类器官模型为本申请所提供的类器官模型，所述外部刺激包括病毒、细菌、化学药物、细胞药物、电刺激、磁刺激、各种辐射和基因编辑处理中的至少一种。利用该应用，可以通过类器官模型来模拟测试人体器官或组织在面对上述外部刺激会做出何种响应，以用于医疗、科学研究等领域。
四、实施例和对比例
下面通过多个实施例和对比例来对本申请的技术方案进行示例性说明。
实施例1（用于类器官培养的芯片）
如图1和图2所示，用于类器官培养的芯片上阵列布置有54个培养腔11，每个培养腔中，储液孔111为圆柱孔，孔径为6mm，深度为6mm；培养孔112为圆柱孔，孔径为2.5mm，深度为1.5mm。底部层板（未标记）厚度为0 .17mm。严格控制每个培养腔之间的尺寸公差，例如径向尺寸的尺寸公差为±0.01mm，优选情况下为±0.001mm，纵向尺寸的尺寸公差为±0.01mm，优选情况下为±0.001mm。
对比例1
用于培养类器官的平台为传统的普通96孔板，如康宁96孔板。
实施例2（基于实施例1芯片的人源结肠癌类器官模型）
2.1 人源结肠癌类器官模型的构建
使用纯培养基（IntestiCult™ Organoid Growth Medium (Human)，STEMCELL,Catalog#06010）与基质胶混合（基质胶的浓度为5mg/ml），将5μl的该混合物注入芯片的各个培养腔底部，在37摄氏度中孵育10分钟，完成铺设底胶。
收集人源结肠癌类器官后使用0.25（vt）%胰酶进行消化处理，经过离心处理后获得单细胞和/或细胞簇沉淀，再利用清洗液重悬沉淀，离心处理后使用完全培养基（IntestiCult™ Organoid Growth Medium (Human)，STEMCELL,Catalog#06010）重悬，以制得密度为200 cell/μL的单细胞悬液。将（如解冻后的）基质胶按照体积比3:2与单细胞悬液进行混合，制得混合悬液，其中，基质胶的终使用浓度为5mg/ml。
分别将5 μL的混合悬液注入芯片的各个培养腔11中，在每个培养腔中：所述单细胞悬液中的细胞数量为1000-2000个。完成接种后，将芯片置于37摄氏度下培养，以获得固胶的类器官芯片。
分别将100μL的完全培养基（IntestiCult™ Organoid Growth Medium (Human)，STEMCELL,Catalog#06010）注入到各个培养腔中，3天后完全换液，之后每3天换液一次。最终在各个培养腔内制得一致性和均匀性较高的人源结肠癌类器官模型。
2.2 人源结肠癌类器官的评价
图4A为根据实施例2制得的人源结肠癌类器官的形态学图像。如图4A所示，基于所述芯片成功培养出的人源结肠癌类器官生长兼容性，可以保证癌种的正常生长。
如图5所示为不同密度的人源结肠癌类器官14天的生长数据，图6为人源结肠癌类 器官绝对直径的变异系数（CV）的统计数据，其中，
Figure 722119DEST_PATH_IMAGE001
表示密度为500个类器官/μL的人源结 肠癌类器官的生长情况，
Figure 311363DEST_PATH_IMAGE002
表示密度为125个类器官/μL的人源结肠癌类器官的生长情况。 由图5和图6可知，根据本申请实施例的人源结肠癌类器官具有良好的增殖活性，且结肠癌 类器官绝对直径的变异系数在15%左右，表明基于本申请技术方案构建的结肠癌类器官不 仅具有良好的增殖活性，还具有良好的均一性和一致性。
图7A所示为利用类似的构建方法所构建的其他癌种类器官多个培养腔之间ATP检测数值的变异系数（CV）的统计数据，其中显示变异系数均值在10%以下，表明基于本申请技术方案构建的其他癌种的类器官也具有良好的均一性和一致性。
对比例2-1（基于实施例1芯片的人源结肠癌类器官模型）
2.1.1 人源结肠癌类器官模型的构建
与实施例2中构建方式相同，但不包括铺设底胶的技术处理。
2.1.2 人源结肠癌类器官的评价
如图4B所示为根据本申请对比例2-1的人源结肠癌类器官（具体为位于培养腔底部的类器官）的形态学图像。从图4B可知，由于在该对比例的构建中不包括铺设底胶的技术处理，在类器官长时间生长的过程中，类器官细胞容易发生类器官沉降集中在底部，发生类器官贴壁，继而发生类器官死亡崩解的实验现象，严重影响类器官的生长和多个培养腔之间的均一性。
对比例2-2（基于对比例1中传统96孔板的人源结肠癌类器官模型）
人源结肠癌类器官模型的构建及其评价
在该对比例2-2中，与实施例2中构建方式基本类似，但所采用的平台为对比例1中普通的传统96孔板。图7B为表示利用不同的培养平台所培养的人源结肠癌类器官在多个培养腔之间ATP检测数值的变异系数（CV）的统计数据，其中：
Figure 91100DEST_PATH_IMAGE003
表示将密度为250细胞/μL的混合悬液按照8μL/孔的标准接种在对比例1中96孔 板的培养腔中，所培养的类器官绝对直径的变异系数（CV）的统计数据；
Figure 407681DEST_PATH_IMAGE004
表示将密度为250细胞/μL的混合悬液按照20μL/孔的标准接种在对比例1中96 孔板的培养腔中，所培养的类器官绝对直径的变异系数（CV）的统计数据；
Figure 222053DEST_PATH_IMAGE005
表示将密度为250细胞/μL的混合悬液按照8μL/孔的标准接种在实施例1中芯片 的培养腔中，所培养的类器官绝对直径的变异系数（CV）的统计数据。
如图7B所示，与采用对比例1中普通96孔板的平台相比，采用本申请的芯片的构建方案所构建的结肠癌类器官的绝对直径的变异系数（CV）均在12%以下，明显更低。
实施例3（基于实施例1芯片的鼠源结肠类器官模型）
3.1 鼠源结肠类器官模型的构建
使用纯培养基（IntestiCult™ Organoid Growth Medium (Human)，STEMCELL,Catalog#06010）与基质胶混合（基质胶的浓度为5mg/ml），将5μl的该混合物注入芯片的各个培养腔底部，在37摄氏度中孵育10分钟，完成铺设底胶。
收集鼠源结肠类器官后使用0.25（vt）%胰酶进行消化处理，经过离心处理后获得单细胞和/或细胞簇沉淀，再利用清洗液重悬沉淀，离心处理后使用商品化完全培养基（IntestiCult™ Organoid Growth Medium (Human)，STEMCELL,Catalog#06010）重悬，以制得密度为200 cell/μL的单细胞悬液。将（如解冻后的）基质胶按照体积比2.4:5.6与单细胞悬液进行混合，制得混合悬液，其中，基质胶的终使用浓度为5mg/ml。
分别将5 μL的混合悬液注入芯片的各个培养腔11中，在每个培养腔中：所述单细胞悬液中的细胞数量为1000-2000个。完成接种后，将芯片置于37摄氏度下培养，以获得固胶的类器官芯片。
分别将100μl的完全培养基（IntestiCult™ Organoid Growth Medium (Human)，STEMCELL,Catalog#06010）注入到各个培养腔中，3天后完全换液，之后每3天换液一次。最终在各个培养腔内制得一致性和均匀性较高的鼠源结肠类器官模型。
鼠源结肠类器官的评价
图8A为根据实施例3制得的鼠源结肠类器官的形态学图像。如图8A所示，基于所述芯片成功培养出的鼠源结肠类器官呈外圆中空的典型形态，与实际形态一致，表明鼠源结肠类器官生长兼容性较高。
如图9所示为鼠源结肠类器官的14天的生长数据，图10为鼠源结肠类器官绝对直径的变异系数（CV）的统计数据，其中，其密度为25个类器官/μL。由图9和图10可知，根据本申请实施例的鼠源结肠类器官具有良好的增殖活性，且鼠源结肠类器官绝对直径的变异系数在15%以下，表明基于本申请技术方案构建的鼠源结肠类器官不仅具有良好的增殖活性，还具有良好的均一性和一致性。
对比例3-1（基于实施例1芯片的鼠源结肠类器官模型）
3.1.1 鼠源结肠类器官模型的构建
与实施例3中构建方式相同，但不包括铺设底胶的技术处理。
3.1.2 鼠源结肠类器官的评价
如图8B所示，由于在该对比例的构建中不包括铺设底胶的技术处理，在类器官长时间生长的过程中，类器官细胞容易发生类器官沉降集中在底部，发生类器官贴壁，继而发生类器官死亡崩解的实验现象，严重影响类器官的生长和多个培养腔之间的均一性。
以上详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本申请的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本申请的思想，其同样应当视为本申请所公开的内容。

Claims (15)

1.芯片，该芯片用于类器官培养并包括芯片本体（10）和开设于该芯片本体的上表面以作为培养腔（11）的多个盲孔，所述培养腔（11）在所述芯片本体（10）上以矩阵状排布，其中，每个培养腔（11）均具有相同的几何参数。
2.根据权利要求1所述的芯片，其中，
每个培养腔的容积为相同的；和/或
每个培养腔由平行于所述芯片本体上表面的一个横截面所截取的横截面形状均为相同的且横截面积均为相同的。
3.根据权利要求2所述的芯片，其中， 所述培养腔（11）的横截面形状为圆形或包括正多边形在内的多边形。
4.根据权利要求1所述的芯片，其中，在使用该芯片进行类器官的培养过程中，在不同培养腔（11）内所培养的类器官为相同或者不同类型的类器官，在不同的培养腔（11）内针对类型相同的类器官的培养方法均是相同的，以在每个培养腔内以相同的培养条件并行地进行类器官的培养。
5.根据权利要求1所述的芯片，其中，所述培养腔（11）包括：
培养孔（112），该培养孔（112）位于所述培养腔（11）的下部；和
储液孔（111），该储液孔（111）位于所述培养腔（11）的上部且与所述培养孔（112）相通，
其中：所述储液孔（111）的径向尺寸大于所述培养孔（112）的径向尺寸，并且在所述储液孔（111）与所述培养孔（112）之间在所述储液孔（111）的底部形成有台阶面（113）。
6.类器官模型的构建方法，该构建方法包括：
解离基质胶包埋的类器官，收集类器官后进行消化处理，制得单细胞悬液或细胞簇悬液，对单细胞悬液或细胞簇悬液进行活细胞计数；或者解离基质胶包埋的类器官，收集类器官后进行消化处理，制得单细胞悬液或细胞簇悬液，对单细胞悬液或细胞簇悬液进行活细胞计数，将所述单细胞悬液或细胞簇悬液与基质胶进行混合，制得混合悬液；
将单细胞悬液或细胞簇悬液，或者将混合悬液分别以相同的液量注入到权利要求1-4中任意一项所述的芯片的各个培养腔中，再分别将相同类型和相同液量的培养基注入到各个培养腔中，在各个培养腔中以相同的培养条件并行地进行类器官培养，以在各个培养腔中制得类器官模型。
7.根据权利要求6所述的类器官模型的构建方法，其中，在所述芯片的每个培养腔中：
所述单细胞悬液或细胞簇悬液中，或者所述混合悬液中，细胞数量为100-5000个；或者
在小肠类器官模型的构建场景下，所述细胞簇悬液或混合悬液中细胞簇的个数为10-50个。
8.根据权利要求6所述的类器官模型的构建方法，其中，该构建方法包括：在将所述单细胞悬液或细胞簇悬液，或者混合悬液注入所述芯片的各个培养腔之前，对所述培养腔内的培养深度进行调节。
9.根据权利要求8所述的类器官模型的构建方法，其中，对所述培养腔内的培养深度进行调节包括：将纯培养基与基质胶的混合物分别等量地加入到所述芯片的各个培养腔的底部，
所述培养腔内的培养深度是指位于培养腔底部的所述混合物的上表面与所述培养腔顶面之间的距离。
10.根据权利要求9所述的类器官模型的构建方法，其中，所述培养深度与所述培养腔的整体深度之比为40%-70%。
11.根据权利要求6所述的类器官模型的构建方法，其中，在所述芯片的各个培养腔中以相同的培养条件并行地进行类器官培养的过程中，还包括对各个培养腔中的培养基进行换液，其中，
所述换液包括利用至少一个换液管同时或依次等量地抽吸所述各个培养腔内的培养基以及随后将新的培养基分别等量地加入各个培养腔中，
其中，所述芯片为权利要求5所述的芯片，在抽吸所述培养腔内的培养基时，所述换液管的端部抵触于所述台阶面（113）上。
12.根据权利要求11所述的类器官模型的构建方法，其中，在抽吸所述培养腔内的培养基时，所述换液管的端部抵触于所述台阶面（113）上与所述储液孔（111）的交界处，以远离所述培养孔（112）。
13.类器官模型，该类器官模型通过权利要求6-12中任意一项所述的构建方法而构建。
14.类器官模型的构建装置，该构建装置为实施权利要求6-12中任意一项所述的构建方法的自动化装置或半自动化装置。
15.类器官模型的应用，该应用为所述类器官模型在对外部刺激的响应测试中的应用，该类器官模型为权利要求13所述的类器官模型，所述外部刺激包括病毒、细菌、化学药物、细胞药物、电刺激、磁刺激、各种辐射和基因编辑处理中的至少一种。
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