CN116179353A - 一种多器官芯片串联系统及多器官芯片构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多器官芯片串联系统及多器官芯片构建方法，该系统包括微流道培养板及多个培养杯，微流道培养板包括板主体、流道、多个插拔孔、培养基灌流入口及培养基灌流出口，多个培养杯分别装设于多个插拔孔中，培养杯的顶部及底部均开口，且培养杯的底部开口通过半透膜封闭，培养杯用于接种细胞并培养得到能够模拟器官功能的单元以构建器官芯片，至少两个器官芯片通过流道串联培养。本发明的多器官芯片构建方法既可以将多个相同种类的器官芯片串联在一起进行重复试验，得到更精确的数据，还可以根据需要快速地将不同种类的器官芯片串联，得到多器官联动的器官芯片系统，此外，单流道培养板可快速拼接起来，组装成多流道培养板，增加实验通量。

Description

一种多器官芯片串联系统及多器官芯片构建方法
技术领域
本发明属于微流控和生物制药技术领域，涉及一种多器官芯片串联系统及多器官芯片构建方法。
背景技术
器官芯片技术是在体外构建人体器官的核心组织结构，模拟包括器官周围细胞、分子、剪切力在内的微环境，实现器官的关键生理功能的一项新兴技术。与传统二维细胞的培养不同，器官芯片是在微流控芯片中进行人体细胞的三维培养，达到与人体内器官或组织结构的高度相似性，同时尽可能的模拟体内的微环境，从而在体外再现人体器官的各项功能。
目前，研发较为成熟的是单个器官芯片，如肝、肾、小肠、胃、血脑屏障、肺、肿瘤器官芯片等，只能进行单器官的模拟。要想模拟人体整个系统，需要将不同的单个器官芯片串联起来，现有的器官芯片以单个芯片为主，进行多器官芯片串联培养时，每个器官芯片仍需独立组装，操作繁琐，且组装后占用空间大，不利于高通量测试。另外，多个单独的器官芯片串联在一起时会有很多管路，且连接复杂，易于出现连接错误或是漏液现象。
因此，如何提供一种新的多器官芯片系统，以改善上述问题，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多器官芯片串联系统及多器官芯片构建方法，用于解决现有技术中难以进行多器官芯片串联培养的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多器官芯片串联系统，包括：
微流道培养板，包括板主体、流道、多个插拔孔、培养基灌流入口及培养基灌流出口，所述流道埋设于所述板主体内，所述插拔孔、所述培养基灌流入口及所述培养基灌流出口均自所述板主体的表面开口，并均与所述流道连通，且所述插拔孔分布于所述培养基灌流入口与所述培养基灌流出口之间；
多个培养杯，分别装设于多个所述插拔孔中，所述培养杯的顶部及底部均开口，且所述培养杯的底部开口通过半透膜封闭，所述培养杯用于接种细胞并在所述培养杯内培养得到能够模拟器官功能的单元以构建器官芯片，其中，至少两个所述器官芯片通过所述流道串联培养。
可选地，所述多器官芯片系统还包括培养基灌流组件，所述培养基灌流组件连接于所述培养基灌流入口与所述培养基灌流出口之间，用于将培养基注入所述培养基灌流入口使培养基在所述流道内流动，并回收由所述培养基灌流出口流出的培养基。
可选地，所述培养基灌流组件包括输入管道、输出管道、培养基池及泵体，所述输入管道的两端分别与所述培养基灌流入口及所述培养基池连接，所述输出管道的两端分别与所述培养基灌流出口及所述培养基池连接，所述泵体位于所述输出管道上。
可选地，所述微流道培养板中设有一条或多条所述流道，一条所述流道上方开设多个所述插拔孔。
可选地，所述微流道培养板中设有多条所述流道，一条所述流道上方开设一个所述插拔孔，多条所述流道通过连接管路串联。
可选地，所述多器官芯片串联系统包括多个所述微流道培养板，所述微流道培养板的相对两侧面分别设有卡扣和卡槽，一所述微流道培养板的卡扣可插入另一所述微流道培养板的卡槽中，多个所述微流道培养板通过所述卡扣及所述卡槽拼接在一起。
本发明还提供一种多器官芯片构建方法，包括以下步骤：
提供微流道培养板及多个培养杯，所述微流道培养板包括板主体、流道、多个插拔孔、培养基灌流入口及培养基灌流出口，所述流道埋设于所述板主体内，所述培养基灌流入口、培养基灌流出口及所述插拔孔均自所述板主体的表面开口，并均与所述流道连通，且所述插拔孔分布于所述培养基灌流入口与所述培养基灌流出口之间，所述培养杯的顶部及底部均开口，且所述培养杯的底部开口通过半透膜封闭；
基于多个所述培养杯分别接种细胞，并将多个所述培养杯分别装设于所述微流道培养板的多个所述插拔孔中；
往所述流道内加入培养基，在多个所述培养杯内分别培养得到能够模拟器官功能的单元以构建多个器官芯片，其中，至少两个所述器官芯片通过所述流道串联培养。
可选地，通过培养基灌流组件将培养基注入所述培养基灌流入口使培养基在所述流道内流动，并回收由所述培养基灌流出口流出的培养基。
可选地，至少有两个串联的所述培养杯接种的是相同类型或相同组合的细胞以构建至少两个串联在一起的相同种类的器官芯片。
可选地，至少有两个串联的所述培养杯接种的是不同类型或不同组合的细胞以构建至少两个串联在一起的不同种类的器官芯片。
如上所述，本发明的多器官芯片串联系统中，每个培养杯是独立的，可以接种同种细胞以构建相同的器官芯片，也可以接种不同种细胞以构建不同的器官芯片；培养杯设计成可插拔式，可以快速组装到多孔可插拔式的微流道培养板上，不同或相同的器官芯片可通过所述流道串联起来；不同微流道培养板相互独立，可以方便拼接在一起，组装成多流道培养板。本发明的多器官芯片构建方法既可以将多个相同种类的器官芯片串联在一起，进行重复试验，得到更精确的数据，还可以根据需要快速地将不同种类的器官芯片串联，得到多器官联动的器官芯片系统，此外，单流道培养板可以快速拼接起来，组装成多流道培养板，增加实验通量。
附图说明
图1显示为本发明的多器官芯片串联系统的一种剖面结构示意图。
图2显示为包含培养基灌流组件的多器官芯片串联系统的一种剖面结构示意图。
图3显示为一微流道培养板中仅设置一条流道的示意图。
图4显示为将培养杯组装到微流道培养板上的示意图。
图5显示为肠芯片A、肝芯片B及肾芯片C三器官芯片串联培养、微流道培养板设计成三孔的示意图。
图6显示为骨芯片D、肝芯片B及肾芯片C三器官芯片串联培养、微流道培养板设计成三孔的示意图。
图7显示为肿瘤芯片E与肝芯片B两器官芯片串联培养、微流道培养板设计成两孔的示意图。
图8显示为将两个微流道培养板进行拼接的示意图。
图9显示为双流道拼接培养板的结构示意图。
图10显示为三流道拼接培养板的结构示意图。
图11显示为四流道拼接培养板的结构示意图。
图12显示为双流道培养板的结构示意图。
图13显示为三流道培养板的结构示意图。
图14显示为四流道培养板的结构示意图。
图15显示为将多条流道通过连接管路串联在一起的示意图。
元件标号说明
100 微流道培养板
101 板主体
102 流道
103 插拔孔
104 培养基灌流入口
105 培养基灌流出口
106 卡扣
107 卡槽
200 培养杯
201 半透膜
300 培养基灌流组件
301 输入管道
302 输出管道
303 培养基池
304 泵体
400 连接管路
A 肠芯片
B 肝芯片
C 肾芯片
D 骨芯片
E 肿瘤芯片
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图15。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
本发明提供一种多器官芯片串联系统，请参阅图1，显示为所述多器官芯片串联系统的一种剖面结构示意图，包括微流道培养板100和多个培养杯200，其中，所述微流道培养板100包括板主体101、流道102、多个插拔孔103、培养基灌流入口104及培养基灌流出口105，所述流道102埋设于所述板主体101内，所述插拔孔103、所述培养基灌流入口104及所述培养基灌流出口105均自所述板主体101的表面开口，并均与所述流道102连通，且所述插拔孔103分布于所述培养基灌流入口104与所述培养基灌流出口105之间；多个所述培养杯200分别装设于多个所述插拔孔103中，所述培养杯200的顶部及底部均开口，且所述培养杯200的底部开口通过半透膜201封闭，所述培养杯200用于接种细胞并在所述培养杯200内培养得到能够模拟器官功能的单元以构建器官芯片，其中，至少两个所述器官芯片通过所述流道102串联培养。
作为示例，请参阅图2，所述多器官芯片系统还包括培养基灌流组件300，所述培养基灌流组件300连接于所述培养基灌流入口104与所述培养基灌流出口105之间，用于将培养基注入所述培养基灌流入口104使培养基在所述流道102内流动，并回收由所述培养基灌流出口105流出的培养基。本实施例中，所述培养基灌流组件300包括输入管道301、输出管道302、培养基池303及泵体304，所述输入管道301的两端分别与所述培养基灌流入口104及所述培养基池303连接，所述输出管道302的两端分别与所述培养基灌流出口105及所述培养基池303连接，所述泵体304位于所述输出管道302上以驱动培养基流动，从而形成完整的灌流系统。
请参阅图3，一所述微流道培养板100中可仅设置一条所述流道102，且一条所述流道102上方开设多个所述插拔孔103，多个所述插拔孔103通过所述流道102串联。需要指出的是，一条流道上开设的插拔孔数量可以根据需要进行调整，例如可以为2孔、3孔、4孔、5孔、6孔等。
具体的，本发明中，所述培养杯200设计成可插拔式，从而可以快速组装到多孔可插拔式的所述微流道培养板100上，请参阅图4，显示为将所述培养杯200组装到所述微流道培养板100上的示意图。其中，所述培养杯200底部的所述半透膜201中具有许多孔隙，可以容许液体穿过，但不允许细胞通过。所述半透膜201的材质可以是PET(聚酯)或其它合适的材质。所述培养杯200的外侧壁可设有密封圈，以密封所述培养杯200的外侧壁与所述插拔孔103的内侧壁之间的间隙。
作为示例，可通过在不同的培养杯中接种不同类型或不同组合的细胞以构建不同种类的器官芯片，如肝芯片、肾芯片、小肠芯片、血脑屏障芯片、肺芯片、骨芯片、皮肤芯片、肿瘤芯片等。本发明中，可根据需要快速地将不同种类的器官芯片串联，得到多器官联动的器官芯片系统。请参阅5至图7，其中，图5显示为肠芯片A、肝芯片B及肾芯片C三器官芯片串联培养、微流道培养板设计成三孔的示意图，图6显示为骨芯片D、肝芯片B及肾芯片C三器官芯片串联培养、微流道培养板设计成三孔的示意图，图7显示为肿瘤芯片E与肝芯片B两器官芯片串联培养、微流道培养板设计成两孔的示意图。在其它实施例中，还可以根据需要改变器官芯片的组合，得到其它组合的器官芯片串联系统。
作为示例，也可以在不同的培养杯中接种相同类型或相同组合的细胞以构建相同种类的器官芯片，多个相同种类的器官芯片通过共用的流道串联在一起进行重复试验，有利于得到更精确的数据。
作为示例，所述微流道培养板100为拼接式，从而可以将多个单流道培养板拼接成多个流道组合以增加实验的通量。其中，不同培养板的流道是独立的，可以用于测试不同的试验条件。
作为示例，请参阅图8，显示为将两个微流道培养板进行拼接的示意图，其中，所述微流道培养板100的相对两侧面分别设有卡扣106和卡槽107，一所述微流道培养板的卡扣106可插入另一所述微流道培养板的卡槽107中，多个所述微流道培养板100通过所述卡扣106及所述卡槽107拼接在一起。
作为示例，请参阅图9至图11，其中，图9显示为双流道拼接培养板的结构示意图，图10显示为三流道拼接培养板的结构示意图，图11显示为四流道拼接培养板的结构示意图。在其它实施例中，所述多器官芯片串联系统包含的拼接流道板数目可以根据所需实验通量进行调整。
实施例二
本实施例与实施例一采用基本相同的技术方案，不同之处在于，实施例一中，一所述微流道培养板100中仅设置一条所述流道102，而本实施例中，一所述微流道培养板100中设置多条所述流道102，且每条所述流道上均开设多个所述插拔孔103。
作为示例，请参阅图12至图14，其中，图12显示为双流道培养板的结构示意图，图13显示为三流道培养板的结构示意图，图14显示为四流道培养板的结构示意图。在其它实施例中，所述微流道培养板中的流道数目也可以根据需要进行调整。
实施例三
本实施例与实施例二采用基本相同的技术方案，不同之处在于，实施例二中，一所述微流道培养板100中设置多条所述流道102，且每条所述流道上均开设多个所述插拔孔103，而本实施例中，一所述微流道培养板100中设置多条所述流道102，且每条所述流道上只开设一个所述插拔孔103。
具体的，请参阅图15，由于每条所述流道上只开设一个所述插拔孔103，为了实现多个器官的串联培养，本实施例中，将多条所述流道102通过连接管路400串联在一起。
实施例四
本实施例中提供一种多器官芯片构建方法，包括以下步骤：
S1：提供微流道培养板及多个培养杯，所述微流道培养板包括板主体、流道、多个插拔孔、培养基灌流入口及培养基灌流出口，所述流道埋设于所述板主体内，所述培养基灌流入口、培养基灌流出口及所述插拔孔均自所述板主体的表面开口，并均与所述流道连通，且所述插拔孔分布于所述培养基灌流入口与所述培养基灌流出口之间，所述培养杯的顶部及底部均开口，且所述培养杯的底部开口通过半透膜封闭；
S2：基于多个所述培养杯分别接种细胞，并将多个所述培养杯分别装设于所述微流道培养板的多个所述插拔孔中；
S3：往所述流道内加入培养基，在多个所述培养杯内分别培养得到能够模拟器官功能的单元以构建多个器官芯片，其中，至少两个所述器官芯片通过所述流道串联培养。
作为示例，通过培养基灌流组件将培养基注入所述培养基灌流入口使培养基在所述流道内流动，并回收由所述培养基灌流出口流出的培养基。所述培养基灌流组件可包括输入管道、输出管道、培养基池及泵体，所述输入管道的两端分别与所述培养基灌流入口及所述培养基池连接，所述输出管道的两端分别与所述培养基灌流出口及所述培养基池连接，所述泵体位于所述输出管道上以驱动培养基流动，从而形成完整的灌流系统。
作为示例，所述微流道培养板中设有一条或多条所述流道，一条所述流道上方开设多个所述插拔孔，从而每条流道上开设的多个插拔孔通过共用的流道串联。
作为示例，所述微流道培养板中设有多条所述流道，一条所述流道上方开设一个所述插拔孔，多条所述流道通过连接管路串联，从而实现不同流道上多个插拔孔的串联。
作为示例，至少有两个串联的所述培养杯接种的是相同类型或相同组合的细胞以构建至少两个串联在一起的相同种类的器官芯片，从而可以进行重复试验，有利于得到更精确的数据。
作为示例，至少有两个串联的所述培养杯接种的是不同类型或不同组合的细胞以构建至少两个串联在一起的不同种类的器官芯片，从而得到多器官联动的器官芯片系统。
作为示例，所述器官芯片包括肝芯片、肾芯片、小肠芯片、血脑屏障芯片、肺芯片、骨芯片、皮肤芯片及肿瘤芯片中的至少一种。
作为示例，所述微流道培养板的相对两侧面分别设有卡扣和卡槽，一所述微流道培养板的卡扣可插入另一所述微流道培养板的卡槽中，所述多器官芯片构建方法还包括将多个所述微流道培养板通过所述卡扣及所述卡槽拼接在一起，从而增加实验的通量。其中，不同培养板的流道是独立的，可以用于测试不同的试验条件。
综上所述，本发明的多器官芯片串联系统中，每个培养杯是独立的，可以接种同种细胞以构建相同的器官芯片，也可以接种不同种细胞以构建不同的器官芯片；培养杯设计成可插拔式，可以快速组装到多孔可插拔式的微流道培养板上，不同或相同的器官芯片可通过所述流道串联起来；不同微流道培养板相互独立，可以方便拼接在一起，组装成多流道培养板。本发明的多器官芯片构建方法既可以将多个相同种类的器官芯片串联在一起，进行重复试验，得到更精确的数据，还可以根据需要快速地将不同种类的器官芯片串联，得到多器官联动的器官芯片系统，此外，单流道培养板可以快速拼接起来，组装成多流道培养板，增加实验通量。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种多器官芯片串联系统，其特征在于，包括：
微流道培养板，包括板主体、流道、多个插拔孔、培养基灌流入口及培养基灌流出口，所述流道埋设于所述板主体内，所述插拔孔、所述培养基灌流入口及所述培养基灌流出口均自所述板主体的表面开口，并均与所述流道连通，且所述插拔孔分布于所述培养基灌流入口与所述培养基灌流出口之间；
多个培养杯，分别装设于多个所述插拔孔中，所述培养杯的顶部及底部均开口，且所述培养杯的底部开口通过半透膜封闭，所述培养杯用于接种细胞并在所述培养杯内培养得到能够模拟器官功能的单元以构建器官芯片，其中，至少两个所述器官芯片通过所述流道串联培养。
2.根据权利要求1所述的多器官芯片串联系统，其特征在于：所述多器官芯片系统还包括培养基灌流组件，所述培养基灌流组件连接于所述培养基灌流入口与所述培养基灌流出口之间，用于将培养基注入所述培养基灌流入口使培养基在所述流道内流动，并回收由所述培养基灌流出口流出的培养基。
3.根据权利要求2所述的多器官芯片串联系统，其特征在于：所述培养基灌流组件包括输入管道、输出管道、培养基池及泵体，所述输入管道的两端分别与所述培养基灌流入口及所述培养基池连接，所述输出管道的两端分别与所述培养基灌流出口及所述培养基池连接，所述泵体位于所述输出管道上。
4.根据权利要求1所述的多器官芯片串联系统，其特征在于：所述微流道培养板中设有一条或多条所述流道，一条所述流道上方开设多个所述插拔孔。
5.根据权利要求1所述的多器官芯片串联系统，其特征在于：所述微流道培养板中设有多条所述流道，一条所述流道上方开设一个所述插拔孔，多条所述流道通过连接管路串联。
6.根据权利要求1任意一项所述的多器官芯片串联系统，其特征在于：所述多器官芯片串联系统包括多个所述微流道培养板，所述微流道培养板的相对两侧面分别设有卡扣和卡槽，一所述微流道培养板的卡扣可插入另一所述微流道培养板的卡槽中，多个所述微流道培养板通过所述卡扣及所述卡槽拼接在一起。
7.一种多器官芯片构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供微流道培养板及多个培养杯，所述微流道培养板包括板主体、流道、多个插拔孔、培养基灌流入口及培养基灌流出口，所述流道埋设于所述板主体内，所述培养基灌流入口、培养基灌流出口及所述插拔孔均自所述板主体的表面开口，并均与所述流道连通，且所述插拔孔分布于所述培养基灌流入口与所述培养基灌流出口之间，所述培养杯的顶部及底部均开口，且所述培养杯的底部开口通过半透膜封闭；
基于多个所述培养杯分别接种细胞，并将多个所述培养杯分别装设于所述微流道培养板的多个所述插拔孔中；
往所述流道内加入培养基，在多个所述培养杯内分别培养得到能够模拟器官功能的单元以构建多个器官芯片，其中，至少两个所述器官芯片通过所述流道串联培养。
8.根据权利要求7所述的多器官芯片构建方法，其特征在于：通过培养基灌流组件将培养基注入所述培养基灌流入口使培养基在所述流道内流动，并回收由所述培养基灌流出口流出的培养基。
9.根据权利要求7任意一项所述的多器官芯片构建方法，其特征在于：至少有两个串联的所述培养杯接种的是相同类型或相同组合的细胞以构建至少两个串联在一起的相同种类的器官芯片。
10.根据权利要求7任意一项所述的多器官芯片构建方法，其特征在于：至少有两个串联的所述培养杯接种的是不同类型或不同组合的细胞以构建至少两个串联在一起的不同种类的器官芯片。
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