三維液滴鏈陣列用于細(xì)胞遷移和多組織共培養(yǎng)研究.pdf

1、構(gòu)建體外細(xì)胞遷移和共培養(yǎng)模型將有利于藥物篩選、早期疾病診斷和基礎(chǔ)生物學(xué)的研究。微流控系統(tǒng)在芯片結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、細(xì)胞培養(yǎng)的材料、流體控制的方法上都具備多種選擇，可以用于細(xì)胞微環(huán)境的控制和模擬，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞三維培養(yǎng)和共培養(yǎng)，進(jìn)而用于研究細(xì)胞行為、探究病理生理現(xiàn)象、開發(fā)和篩選新的藥物。然而大多用于細(xì)胞遷移行為和共培養(yǎng)研究的微流控裝置受芯片復(fù)雜性和流體控制裝置的限制，難以適用于多種細(xì)胞生物學(xué)研究。本工作的目的是建立一個(gè)簡(jiǎn)單的多模式液滴微流控方法，利用基

2、于多孔膜的液滴鏈裝置完成多種細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，用于低消耗、高通量的細(xì)胞生物學(xué)研究，包括多模式細(xì)胞遷移的研究和多細(xì)胞共培養(yǎng)模型的建立。
　　第一章我們綜述了應(yīng)用于細(xì)胞遷移、細(xì)胞三維培養(yǎng)、細(xì)胞共培養(yǎng)的微流控芯片技術(shù)的研究進(jìn)展。物質(zhì)濃度梯度的形成對(duì)于細(xì)胞遷移的研究至關(guān)重要，我們主要分類介紹了基于多相層流、微通道、凝膠、多孔膜體系等構(gòu)建的濃度梯度生成系統(tǒng)及其在細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。在本章中，我們還介紹了微流控三維細(xì)胞培養(yǎng)的主要方法，包括利用懸滴和

3、凝膠等方法實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的三維生長(zhǎng);細(xì)胞共培養(yǎng)的方法則主要介紹了圖案化的細(xì)胞共培養(yǎng)方法和基于膜的與基于通道的細(xì)胞共培養(yǎng)方法;以及利用細(xì)胞三維培養(yǎng)、共培養(yǎng)技術(shù)構(gòu)建生理相關(guān)的多器官組織模型的進(jìn)展。
　　在第二章中，我們建立了一種基于多孔膜的三維液滴鏈陣列系統(tǒng)用于多模式細(xì)胞遷移的研究。三維液滴鏈通過多孔膜上的微孔進(jìn)行物質(zhì)交流，通過PDMS通孔陣列片控制膜上下液滴的相對(duì)位置，改變液滴的體積、位置、內(nèi)容物可以控制物質(zhì)擴(kuò)散速度，生成不同的濃度梯度，

4、進(jìn)行多種模式的細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)。液滴鏈中液滴的體積在500-800 nL之間，一個(gè)芯片上可完成高達(dá)81個(gè)細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)。我們將這一細(xì)胞遷移系統(tǒng)應(yīng)用于多種模式的細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)中，包括精準(zhǔn)的細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)、競(jìng)爭(zhēng)性細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)、仿生趨化性細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)。
　　在第三章中，基于第二章的方法，我們?cè)O(shè)計(jì)了集成度更高的花型液滴鏈和珠串型液滴鏈芯片。在花型液滴鏈中，將懸滴三維培養(yǎng)、多細(xì)胞共培養(yǎng)的方法用于多種細(xì)胞相互作用的研究中，構(gòu)建了集成肝、肺、腎、腸、心等