专利名称：一种微流控芯片及其研究肿瘤细胞团外渗的方法
技术领域：
本发明涉及将微流控芯片技术应用于生物医学研究领域，特别提供了一种微流控芯片及其研究肿瘤细胞团外渗的方法。
背景技术：
肿瘤血行转移的几个关键环节是细胞游离出原发部位、穿过组织屏障、进入血管、在循环中存活下来、黏附并逸出靶器官的血管、在靶器官存活并生长起来等步骤。肿瘤细胞黏附并逸出靶器官血管这一过程称为外渗，是肿瘤转移过程中的限速步骤。目前研究该过程多采用建立动物模型的方法，但是动物实验需要消耗大量的时间、人力、资金，还涉及动物伦理等问题。因此，以体外模型模拟微血管将为研究肿瘤血行转移提供一个重要平
台。近几年微流控芯片技术迅速向生物医学领域渗透，显示了广阔的应用前景，越来越多的迹象表明微流控芯片技术将成为生物医学研究的一个极重要的平台。本发明可以在芯片上模拟构建包括管腔、血管内皮细胞及管周基质的微血管，研究肿瘤细胞团穿过血管内皮细胞进入管周基质的外渗过程，为研究肿瘤转移提供一个有效的工具。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微流控芯片及其研究肿瘤细胞团外渗的方法，以实现在体外构建一个更接近体内血管组织结构的微环境，从而来研究肿瘤转移。本发明提供了一种微流控芯片，其特征在于该微流控芯片由广3个结构相同的血管单位组成，血管单位依次首尾连接构成微血管系统，并且微血管系统的两端分别与培养液进样口 I和废液池2相连；每个血管单位包含I个主通道3和5个相互平行的侧通道4，侧通道4位于主通道3的一侧并与主通道3垂直相连；每个血管单位的侧通道4与独立的基质进样口 5相连；其中，所述侧通道4位于主通道3的一侧，其高度低于主通道3。本发明提供的微流控芯片中，每个血管单位包含主通道和侧通道；侧通道集中位于主通道的一侧，侧通道高度低于主通道，因此在主通道和侧通道之间形成流体阻断连接，防止基质进样过程中流体状态的基质进入主通道内。其中，所述微流控芯片的上层材料优选为PDMS聚合物，下层为玻璃，等离子体处理后PDMS与玻璃材料不可逆封接，并使PDMS表面由疏水状态转化为亲水状态。本发明还提供了一种基于微流控芯片研究肿瘤细胞团外渗的方法，其具体过程如下
——将流体状态的细胞外基质替代物加入基质进样口内，在毛细管力的作用下该基质流入侧通道内，所述的替代物为基底膜样物质；
——待侧通道内的细胞外基质替代物形成凝胶后，在培养液进样口内加入细胞培养液，在毛细管力的作用下培养液充满主通道；
——将血管内皮细胞通过培养液进样口加入主通道内，将芯片竖起,基质进样口朝下，静置20至30分钟，使血管内皮细胞贴附于细胞外基质替代物的表面，然后将芯片平放；—将肿瘤细胞的细胞团通过培养液进样口加入主通道内，即可；
其中，所述细胞外基质替代物室温静置15至30分钟可以由液态转变成胶态。本发明提供的微流控芯片及其研究肿瘤细胞团外渗的方法，可在一块几平方厘米的芯片上模拟微血管，在体外构建一个更接近体内血管组织结构的微环境，模拟肿瘤细胞转移过程中的外渗环节，具有重要的生物医学研究价值和经济价值。
图I本发明微流控芯片示意图，其中(I)培养液进样口、(2)废液池、(3)主通道、
(4)侧通道、(5)基质进样口 ；
图2显示I个血管单位的放大示意图，其中(3)主通道、(4)侧通道；
图3微流控芯片实物照片，芯片内充满染料；
图4主通道和侧通道交接处的显微镜下所见，其中(3)主通道，其作用类似血管腔、
(6)血管内皮细胞HUVEC、(7)芯片材料PDMS，起支撑作用、(8)细胞外基质替代物，其作用类似血管周基质；
图5显示不同时间肿瘤细胞ACC-M的细胞团与细胞外基质替代物相互作用的状况，其中(I) 30分钟、(2) 24小时、(3) 48小时、(4) 72小时；
图6显示不同时间ACC-M细胞团在趋化因子CXCL12作用下与细胞外基质替代物相互作用的状况，其中(I) 30分钟、(2) 24小时、(3) 48小时、(4) 72小时；
图7显示不同时间肿瘤细胞ACC-M的细胞团与血管内皮细胞HUVEC和细胞外基质替代物相互作用的状况，其中(I) 30分钟、(2) 24小时、(3) 48小时、(4) 72小时、(5) HUVEC细胞、(6) ACC-M细胞团。
具体实施例方式下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。实施例I
一种微流控芯片，具体结构见图I和图3，该微流控芯片由3个血管单位组成，并且依次首尾相连构成微血管系统，并且微血管系统的两端与进样口 I和废液池2相连；血管单位具体见图2，每个血管单位包含I个主通道3和5个相互平行的侧通道4，侧通道4位于主通道3的一侧并与主通道3垂直相连，其高度低于主通道3的高度；每个血管单位的侧通道4分别与独立的基质进样口 5相连，因此在主通道3和侧通道4之间形成流体阻断连接，防止在细胞外基质替代物进样过程中流体状态的基质从侧通道流入主通道，所述的芯片上层材料为PDMS聚合物，通过不可逆封接技术封接于下层玻璃表面。实施例2
使用实施例I中的微流控芯片研究肿瘤细胞团外渗，通过基质进样口在冰上向侧通道内加入细胞外基质替代物(Basement Membrane Extract , BME),将芯片室温放置20分钟，待BME形成凝胶后，通过培养液进样口加入细胞培养液，然后通过培养液进样口加入肿瘤细胞ACC-M的细胞团，将芯片置于37°C的CO2培养箱内培养，分别于30分钟、24小时、48小时、72小时拍照确定细胞相对位置(见图5)。ACC-M细胞团的位置基本无变化。实施例3如实施例2所述，所用微流控芯片为实施例I中设计的，通过基质进样口在冰上向侧通道内加入基质BME，将芯片室温放置20分钟，待BME形成凝胶后，通过培养液进样口加入细胞培养液，然后通过培养液进样口加入肿瘤细胞ACC-M的细胞团，细胞静置后在基质进样口加入趋化因子CXCL12(100 ng/ml)，置于37°C的CO2培养箱内培养，分别于30分钟、24小时、48小时、72小时拍照确定细胞相对位置(见图6)。结果显示，在CXCL12的作用下，ACC-M细胞团逐渐侵袭进入BME基质中。实施例4
如实施例2所述，所用微流控芯片为实施例I中设计的，通过基质进样口在冰上向侧通道内加入BME，将芯片室温放置20分钟，待BME形成凝胶后，通过培养液进样口加入细胞培养液，然后将血管内皮细胞HUVEC通过培养液进样口加入主通道内，将芯片竖起，基质进样 口朝下，静置30分钟，使HUVEC贴附于BME基质表面，然后将芯片平放，之后通过培养液进样口加入肿瘤细胞ACC-M的细胞团，将芯片置于37°C的CO2培养箱内培养，分别于30分钟、24小时、48小时、72小时拍照确定细胞相对位置(见图7)。ACC-M细胞团的位置基本无变化。
权利要求
1.一种微流控芯片，其特征在于该微流控芯片由广3个结构相同的血管单位组成，血管单位依次首尾连接构成微血管系统，并且微血管系统的两端分别与培养液进样口(I)和废液池(2)相连；每个血管单位包含I个主通道(3)和5个相互平行的侧通道(4)，侧通道(4)位于主通道(3)的一侧并与主通道(3)垂直相连；每个血管单位的侧通道(4)与独立的基质进样口(5)相连。
2.按照权利要求I所述的微流控芯片，其特征在于所述侧通道(4)位于主通道(3)的一侧，其高度低于主通道(3)。
3.按照权利要求I所述的微流控芯片，其特征在于所述微流控芯片的上层材料为PDMS聚合物，下层为玻璃。
4.一种基于权利要求I所述微流控芯片研究肿瘤细胞团外渗的方法，其具体过程如下 ——将流体状态的细胞外基质替代物通过基质进样口加入侧通道内，其中，所述的替代物为基底膜样物质； ——待侧通道内的细胞外基质替代物形成凝胶后，在培养液进样口内加入细胞培养液； ——将血管内皮细胞通过培养液进样口加入主通道内，将芯片竖起,基质进样口朝下，静置20至30分钟后放平； ——待血管内皮细胞贴附于细胞外基质替代物后，将肿瘤细胞的细胞团通过培养液进样口加入主通道内，即可。
5.按照权利要求4所述的基于微流控芯片研究肿瘤细胞团外渗的方法，其特征在于所述细胞外基质替代物在室温静置15至30分钟由液态转变为胶态。
全文摘要
一种微流控芯片及其研究肿瘤细胞团外渗的方法，该微流控芯片由1~3个血管单位组成，依次首尾相接构成微血管系统，且微血管系统两端与培养液进样口和废液池相连；每个血管单位包含一个主通道和5个侧通道，侧通道位于主通道的一侧并相互平行，侧通道与主通道垂直相连，侧通道的高度低于主通道；每个血管单位的侧通道分别与独立的基质进样口相连；该微流控芯片用于研究肿瘤转移过程中的外渗环节。
文档编号C12Q1/02GK102816682SQ20111015186
公开日2012年12月12日 申请日期2011年6月8日 优先权日2011年6月8日
发明者刘婷姣, 张茜, 秦建华, 林炳承 申请人:大连医科大学