仿生腎小球芯片以及由其組成的芯片組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種細(xì)胞培養(yǎng)領(lǐng)域用芯片，特別是一種仿生腎小球芯片以及由其組成的芯片組。
【背景技術(shù)】
[0002]為了研究腎臟細(xì)胞、特別是腎小球細(xì)胞的有關(guān)研究時，傳統(tǒng)上一般會取小鼠的不同種類的腎小球細(xì)胞，如腎小球內(nèi)皮細(xì)胞(MGEC細(xì)胞)，足細(xì)胞(MPC-5細(xì)胞)等，并將其分別在培養(yǎng)皿中進(jìn)行培養(yǎng)，而這種傳統(tǒng)的方法存在操作繁瑣、培養(yǎng)效率低等問題。尤其在針對血流動力學(xué)變化影響腎小球濾過功能的研究方面，現(xiàn)有的研究均是采用單一力學(xué)因素分別作用于腎小球內(nèi)皮細(xì)胞或足細(xì)胞，不僅割裂了腎小球濾過屏障(glomerular filtratingbarrier，GFB)的完整性，也忽視了細(xì)胞-細(xì)胞之間存在著的廣泛交互作用。同時現(xiàn)有的研究方式難以真實的反應(yīng)體內(nèi)病理變化。主要表現(xiàn)在:①由于技術(shù)平臺的局限性，上述研究把內(nèi)皮細(xì)胞和足細(xì)胞分割開來獨(dú)立研究，未能將足細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞置于同一體系下再現(xiàn)研究。②采用二維細(xì)胞貼壁靜態(tài)培養(yǎng)模式，和體內(nèi)腎小球內(nèi)皮細(xì)胞接觸微流動的血液及濾過液;足細(xì)胞接觸微流動的濾過液相差甚遠(yuǎn)。③為細(xì)胞靜態(tài)供應(yīng)營養(yǎng)物質(zhì):靜態(tài)間斷供應(yīng)營養(yǎng)液不能保證細(xì)胞持續(xù)與新鮮體液接觸，和體內(nèi)不相符合。④多采用定軌震蕩搖床或來單獨(dú)研究足細(xì)胞或內(nèi)皮細(xì)胞的牽伸力;應(yīng)用平板流動小室來研究剪切力，流體剪切力范圍窄不易精確控制。⑤重要的是，把剪切力和牽伸力分割開來獨(dú)立研究，而體內(nèi)足細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞所受的的流體力學(xué)是綜合力學(xué)的總和，綜合力學(xué)對細(xì)胞學(xué)行為的影響和單一力學(xué)影響也有很大差別。而體內(nèi)試驗要采用動物模型或臨床標(biāo)本，無法實時控制和監(jiān)測小球內(nèi)血液流速、腎小球內(nèi)壓力，由于神經(jīng)內(nèi)分泌的調(diào)控，無法研究血液動力學(xué)單一因素對GFB的影響。同時體內(nèi)實驗耗時長，臨床標(biāo)本的倫理問題使得患者的入選及干預(yù)都面臨很多局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述不足，提出一種利用模擬腎小球體內(nèi)微環(huán)境的方式構(gòu)建的高通量、流體可控的芯片，以及由該芯片所組成的芯片組平臺。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種仿生腎小球芯片，其特征在于:所述的芯片包括多孔聚碳酸酯膜層1，在多孔聚碳酸酯膜層1的兩面分別固定有芯片上層2和芯片下層3，所述的芯片上層2和芯片下層3均由聚二甲基硅氧烷制成，在芯片上層2上通透地開設(shè)有上入口池4、矩形的上細(xì)胞培養(yǎng)室5和上出口池6，在上入口池4與上細(xì)胞培養(yǎng)室5之間連通有第一通道7，上出口池6與上細(xì)胞培養(yǎng)室5之間連通有第二通道8，且第一通道7與上細(xì)胞培養(yǎng)室5的寬度均為H，第二通道8的寬度為h，H:h=10:3，在芯片下層3上通透地開設(shè)有下入口池9、矩形的下細(xì)胞培養(yǎng)室10和下出口池11，在下入口池9與下細(xì)胞培養(yǎng)室10之間連通有第三通道12，下出口池11與下細(xì)胞培養(yǎng)室10之間連通有第四通道13，且下細(xì)胞培養(yǎng)室10、第三通道12和第四通道13的寬度均為H。
[0005]所述的Η的取值范圍是800-1200μπι，所述的h的取值范圍是200-400μπι，所述的第一通道7、上細(xì)胞培養(yǎng)室5、第二通道8、第三通道12、下細(xì)胞培養(yǎng)室10和第四通道13的高度均為D，D的取值范圍是80-120μπι。
[0006]所述的上入口池4、第一通道7、上細(xì)胞培養(yǎng)室5、第二通道8與上出口池6共同形成輪廓a，所述的下入口池9、第三通道12、下細(xì)胞培養(yǎng)室10、第四通道13與下出口池11共同形成輪廓b，輪廓a與輪廓b共同在多孔聚碳酸酯膜層1上的投影形成圖案c，圖案c由兩個上下顛倒的丫字型結(jié)構(gòu)組成，并且這兩個丫字型結(jié)構(gòu)的豎直部分d相互重合。
[0007]—種由如上所述的仿生腎小球芯片組成的芯片組，其特征在于:所述的芯片組14由四個處于同一平面的仿生腎小球芯片相互拼接而成，且相鄰的仿生腎小球芯片上的圖案c中，有兩個頂點(diǎn)e相互重合。
[0008]本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
本種結(jié)構(gòu)形式的仿生腎小球芯片，以及由該種仿生腎小球芯片組成的芯片組，能夠較好地模擬腎小球的體內(nèi)微環(huán)境，以在此平臺上考察GFB上內(nèi)皮細(xì)胞和足細(xì)胞的生物學(xué)特性，再現(xiàn)腎小球的結(jié)構(gòu)與功能。它可以進(jìn)行小鼠腎小球內(nèi)皮細(xì)胞系(MGEC細(xì)胞)與小鼠足細(xì)胞(MPC-5細(xì)胞)共培養(yǎng)。在靜態(tài)培養(yǎng)條件下，與傳統(tǒng)培養(yǎng)皿中細(xì)胞培養(yǎng)相比，MGEC細(xì)胞與MPC-5細(xì)胞生長狀態(tài)良好，形態(tài)未見明顯改變，未見明顯細(xì)胞凋亡，CD-31和synaptopodin蛋白表達(dá)無明顯差異;芯片上重現(xiàn)了體內(nèi)GFB的基本組成和結(jié)構(gòu)，完整GFB的功能明顯優(yōu)于MGEC細(xì)胞或MPC-5細(xì)胞單一培養(yǎng)時(P〈0.05)。本種芯片具有高通量、多參數(shù)、流體可控等多種優(yōu)點(diǎn)，模擬構(gòu)建了具備腎小球基本結(jié)構(gòu)和功能的體外模型，為深入揭析病理條件下血流動力學(xué)因素對腎小球濾過功能的影響及相關(guān)分子機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明實施例的斷面層狀結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0010]圖2為本發(fā)明實施例芯片上層的俯視圖。
[0011 ]圖3為本發(fā)明實施例多孔聚碳酸酯膜層的俯視圖。
[0012]圖4為本發(fā)明實施例芯片下層的俯視圖。
[0013]圖5為本發(fā)明實施例中輪廓a與輪廓b共同在多孔聚碳酸酯膜層上投影所形成的圖案c的示意圖。
[0014]圖6為本發(fā)明實施例的芯片組的俯視圖。
【具體實施方式】
[0015]下面將結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的【具體實施方式】。如圖1至圖6所示:一種仿生腎小球芯片，它包括多孔聚碳酸酯膜層1，在多孔聚碳酸酯膜層1的兩面分別固定有芯片上層2和芯片下層3，即所述的多孔聚碳酸酯膜層1夾設(shè)在芯片上層2和芯片下層3之間，并且所述的芯片上層2和芯片下層3均由聚二甲基硅氧烷制成；
在所述的芯片上層2上，通透地開設(shè)有上入口池4和上出口池6，在二者之間則開設(shè)有矩形的上細(xì)胞培養(yǎng)室5，并且在上入口池4與上細(xì)胞培養(yǎng)室5之間連通有第一通道7，在上出口池6與上細(xì)胞培養(yǎng)室5之間連通有第二通道8，且第一通道7與上細(xì)胞培養(yǎng)室5的寬度均為H，第二通道8的寬度為h，且H:h=10:3;同樣地，在芯片下層3上通透地開設(shè)有下入口池9和下出口池11