一种基于肥大细胞-巨噬细胞共培养微流控芯片的构建及其应用_2

文档序号:9780570阅读:来源:国知局
噬细胞单独培养体系或者肥大细胞单独培养体系中,注射入不同浓度的过敏原溶液处理细胞,处理时间为12h_24h,采用了交流阻抗-时间关系(Impedance-Time)程序对不同细胞不同时间内阻抗信号的变化进行监测。
[0020]在本发明的一种实施方式中,所述采用交流阻抗-时间关系进行检测,是在频率为25kHz、正弦交流电压幅值为50mV下进行,每个信号点采集时间间隔2s。
[0021 ]在本发明的一种实施方式中,所述过敏原为DNP-BSA,是用10—3ng/mL、10—Vg/mL、10ng/mL DNP-BSA处理巨噬细胞和肥大细胞共培养体系、巨噬细胞单独培养体系及肥大细胞单独培养体系,并且使用lyg/mL的脂多糖(LPS)阳性对照;分别收集不同培养方式下细胞芯片中相应培养体系,并测定其中的白细胞介素6(IL-6)、免疫干扰素(INF-γ)、肿瘤坏死因子a(TNF-a)的分泌。
[0022]本发明有如下的有益效果:
[0023](I)建立了微流控细胞共培养芯片,对ANA-1巨噬细胞和RBL-2H3肥大细胞进行独立培养或者共培养。
[0024](2)采用特殊流道设计,采用“张力阀道”实现了对两种细胞的非直接接触共培养,从而能够精确控制两种细胞共培养过程以及有效的研究细胞旁分泌机制。通过芯片中两条主流道之间利用“毛细管道”进行连接,利用了液面张力作用原理,可以自由控制巨噬细胞与肥大细胞之间的接触或者隔离,达到自由共培养的目的。
[0025](3)创造性地将电化学技术与微流控芯片技术相结合,在PDMS基底表面电镀金电极在微流控芯片中集成了电化学三电极系统,并采用电化学阻抗信号对芯片中细胞的生长状态以及过敏原对细胞共培养体系的影响进行实时监测。
[0026](4)在建立ANA-1巨噬细胞和RBL-2H3肥大细胞的共培养体系后,通过ELISA法检测巨噬细胞和肥大细胞单独培养或两种细胞共培养中炎症因子IL-6、TNF-a、MCP-l的分泌量,观察过敏原模型物质DNP-BSA对细胞共培养体系产生炎症因子TNF-a、IL-6、INF- γ的影响。
[0027](5)采用流道内的电化学三电极系统对共培养体系中巨噬细胞、肥大细胞单独培养和共培养过程进行了实时监测,以细胞数来反应细胞阻抗值的变化趋势,同时该结果与ELSIA法检测共培养体系炎症因子的分泌结果相吻合,证明了该电化学检测系统的成功构建,为该共培养芯片检测食品过敏原做好的基础铺垫。
【附图说明】
[0028]图1:微流控芯片PDMS层尺寸图(单位μπι);
[0029]图2:微流控芯片镀金层尺寸图(单位μπι);
[0030]图3:微流控芯片装配示意图(单位μπι);
[0031]图4:微流控注射栗软件操作程序工作界面;
[0032]图5= DNP-BSA对微流控芯片细胞共培养体系影响。
【具体实施方式】
[0033]实施例1微流控芯片实物图
[0034]微流控芯片实物图如图1所示,具体操作如下:
[0035](I)第一部分是芯片的主要结构一PDMS流道层,全长44670.83μπι,宽31200μπι,厚4mm;在芯片上设计两个宽ΙΟΟΟμπι,长31673.16μπι的长直流道,两端分别配置有直径为2500μm的进出孔。
[0036](2)在两个流道之间连接了一条长I Omm、宽I ΟΟμπι的毛细管道。
[0037](3)在毛细管道的两端设置直径2_的开孔,便于微型参比电极的插入。
[0038](4)在细胞芯片底表面电镀集成4组金电极,配合插入式的参比电极构成三电极系统。
[0039](5)所有芯片通道的高度皆为ΙΟΟμπι。
[0040]实施例2微流控芯片镀金层尺寸图[0041 ]如图2所示,具体操作如下:
[0042](I)在其表面电镀四组金电极,每个工作电极的直径为ΙΟΟΟμπι。
[0043](2)直径为500μπι引导线将工作电极和芯片边缘宽为4000μπι的金手指(供电极夹固定)相连接,在工作电极的前方是半圈宽为ΙΟΟΟμπι的电镀金层(对电极),其也由宽500μπι的电镀导线连接到芯片边缘的金手指上。
[0044]实施例3微流控芯片装配示意图
[0045]制作整个微流控芯片采用了软光刻方法,以聚二甲基硅氧烷为主要材料进行制作,该材料具有良好生物相容性和透气性的特点(如图3)。具体操作如下:
[0046](I)采用标准光刻工艺在清洗过的硅片上制作SU-8负胶(SU82075)母板,母板经过前烘、掩膜覆盖、紫外曝光、后烘和显影等工序后完成基本制作。
[0047](2)其次,采用浇筑法制做出含有微通道的TOMS基片,模具在65°C坚膜5min后,将抽真空除气泡后的PDMS预聚物和交联剂(质量比为10:1)均匀混合后倒入模具内并放入80°C烘箱内烘干2小时。
[0048](3)聚合完成后,把PDMS从模具里剥离下来,在PDMS层上相应位置打钻出进样孔、出样孔、电极插孔等孔道。
[0049](4)用等离子体活化PDMS基片表面并将之不可逆地封接到载玻片上,制得完整的PDMS细胞培养芯片,并将其放入60°C烘箱里放置2小时以增强键合效果。
[0050]实施例4微流控注射栗软件操作程序工作界面
[0051 ]对于肥大细胞和巨噬细胞共培养的具体操作,说明如下:
[0052]首先RBL-2H3肥大细胞采用85%的DMEM培养基(添加NaHC031.5g/L,丙酮酸钠0.1lg/L)加15%优质热灭活胎牛血清进行培养,并添加100U/mL的青霉素和链霉素。培养环境为细胞培养箱,95 %的空气,5 %的二氧化碳,37°C。其次ANA-1巨噬细胞使用90 %的RPM1-1640(添加NaHCO31.5g/L,葡萄糖2.5g/L,丙酮酸钠0.1 lg/L)加10%胎牛血清进行培养,并添加100U/mL的青霉素和链霉素。培养环境为细胞培养箱,95 %的空气,5 %的二氧化碳,37loRBLIHS肥大细胞和ANA-1巨噬细胞先在培养皿中培养2-3天,然后再用于芯片上培养,所有的实验都在细胞处于对数生长期进行。
[0053](I)分别取用2支5mL的一次性医用注射器,从制备好的肥大细胞悬液和巨噬细胞悬液中吸取3mL,轻轻混合均匀后手动排气泡。
[0054](2)将2支注射器分别安装在XSP01流动注射栗上后,利用笔记本上的控制程序(如图4)对2个注射栗进行定速控制(速度一般控制在200yL/h?0.1mL/h),使两个注射栗以相同流速向芯片中同时注入细胞悬液,利用张力阀道两端压力相同,主流道内流体不会向摩擦力大的空间流动的原理,保证上下两流道内的细胞悬液在注射过程中不会彼此接触。
[0055](3)当芯片两条通道内注满两种细胞悬液后,同时停止两台注射栗的运作,将芯片放入CO2培养箱中孵育6小时。
[0056](4)分别更换内含3mL DMEM (肥大细胞)和RPM1-1640 (巨噬细胞)培养液的注射器,再同时启动两台注射栗持续栗入,不封闭,以相同流速继续培养细胞。当要研究巨噬细胞-肥大细胞的相互作用时,前三步操作步骤同上(1)(2)(3),但区别在第四步,即只启动两台栗中的一台(另一端封闭),研究巨噬细胞对肥大细胞影响时只启动巨噬细胞一端的栗,反之则只启动肥大细胞一端的栗,从而使一条流道内的细胞代谢物随着液体通过张力阀流入另一条细胞流道内,达到共培养的目的。
[0057]实施例5 DNP-BSA对细胞共培养体系炎症因子IL-6、INF_y、TNF_a生成及表达的影响
[0058](A)共培养细胞的培养与处理
[0059](I)采用高糖DMEM培养液(含各种氨基酸和葡萄糖的培养基)稀释DNP_BSA(过敏原标准品)贮存液(100ng/L),按不同实验目的稀释为10—3ng/L —10ng/L梯度,使用不同浓度的过敏原标准品来处理共培养体系中无牛血清饥饿培养的细胞12小时、24小时、48小时。
[0060](2)在细胞芯片中单独培养的巨噬细胞及肥大细胞中也加入含有相应剂量的DNP-BSA培养液作为对照。[0061 ] (B)共培养体系细胞上清液中IL-6、TNF_a、I
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