CN115029240A - 一种肝纤维化芯片及其在开发治疗肝纤维化药物中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种肝纤维化芯片,至少包括紧贴设置的上层基板和下层基板,下层基板上设置有细胞培养区,且其被分隔为至少三个培养区域;所述至少三个培养区域之间相互连通,并分别用于培养不同种类的肝细胞,所述肝细胞包括枯否细胞、肝血窦内皮细胞、肝星状细胞和肝实质细胞,且所述肝细胞为原代细胞、干细胞转化而成的细胞或者细胞系;上层基板上对应每个培养区域均设有微通道,用于向对应的培养区域供给营养物或刺激物。本发明的肝纤维化芯片,集成了多种肝细胞,而且允许对每种肝细胞按照肝纤维化的进程,在不同时间施加不同的刺激因子或药物,从而准确评估候选药物对肝纤维化的治疗效果,有助于开发治疗肝纤维化的药物。
Description
技术领域
本发明涉及器官芯片技术领域,尤其涉及一种肝纤维化芯片及其在开发治疗肝纤维化药物中的应用。
背景技术
肝纤维化是病毒性肝炎、酒精肝等多种肝病的一种中后期症状,如果不加以干预,在纤维化的基础上就会发展为肝硬化,而肝硬化被认为是一个不可逆过程,只能通过肝移植进行治疗,因此肝纤维化是肝病可以通过药物发生逆转的最后阶段。开发治疗肝纤维化的药物一直是新药开发领域的一个热点,多家国际制药巨头均成立专门的研究部门研发治疗肝纤维化的药物,也有许多药企委托专门的CRO公司对自身开发的治疗肝纤维化药物进行药理活性评价。
肝纤维化是一个由多种因素、多种细胞参与的肝病,一般由酒精、病毒等外界因素所诱导,然后涉及了肝内多种细胞的级联反应,譬如一个典型的级联反应为:酒精刺激肝实质细胞,被肝实质细胞代谢为乙醛,乙醛反过来会刺激肝实质细胞、血管内皮细胞和枯否细胞等分泌包括TNF-α在内的多种炎症因子,这些炎症因子随即刺激肝星状细胞、肝实质细胞、肝血窦内皮细胞等向肌成纤维细胞转化,肌成纤维细胞大量分泌胶原蛋白,形成纤维性的结缔组织,损伤肝脏功能。但同时肝脏又具有自我修复能力,巨噬细胞等免疫细胞又能够分泌基质金属蛋白酶降解形成的纤维。在肝病初期,降解纤维的速度会大于形成纤维的速度,因此没有明显的纤维化症状;但是在中后期,随着肝病的严重,肝功能的降低,形成纤维的速度会大于降解纤维的速度,因此造成纤维的大量沉积,形成显微镜下肉眼可见的纤维聚集形成的“痂(scar)”。正是因为肝纤维化的复杂性,业内普遍认为联合用药可能是治疗肝纤维化的有效手段。
肝纤维化的进程是非常复杂的,因此临床前评价抗肝纤维化药物活性主要还是依赖于化学试剂诱导下的动物模型,譬如四氯化碳、酒精、二甲基硝胺、硫代乙酰胺等。在上述动物建模方法中,普遍存在着以下缺陷:所需时间长,通常为数月;个体差异大,部分动物不会产生纤维化效应;纤维化机理的不同,导致药物的假阳性或假阴性。总体而言,基于动物的肝纤维化建模实验周期长、耗费高。
由于动物建模的这些缺陷,人们也尝试利用一些肝体外模型进行建模,譬如单星状细胞模型、肝器官芯片、生物3D打印肝以及类肝器官等。基本方法是利用四氯化碳等诱导剂诱导,通过检测肝纤维化疾病标记物,确定是否建模成功。这类体外肝纤维化模型有一些自身的优势,譬如相对快速,但因为机理与体内肝纤维化不同,较难准确评估药物对不同阶段肝纤维化的疗效,和作用机制不同的药物联合使用后的协同作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种肝纤维化芯片,该肝纤维化芯片解决了上述技术问题,实现了仿生的合理肝纤维化模型的建立,从而助力抗肝纤维化药物的开发。
为了解决现有技术中存在的问题,本发明提供了如下的技术方案:
第一方面,本发明提供了一种肝纤维化芯片,至少包括紧贴设置的上层基板和下层基板,所述下层基板上设置有细胞培养区,且所述细胞培养区被分隔为至少三个培养区域;所述至少三个培养区域之间相互连通,并分别用于培养不同种类的肝细胞;所述上层基板上对应每个培养区域均设有微通道,所述微通道用于向对应的培养区域供给营养物或刺激物。
进一步地,所述上层基板和下层基板的材质为硬质塑料、弹性塑料、玻璃、石英、硅、陶瓷或金属。
进一步地,硬质塑料包括但不限于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)等材料。弹性塑料包括但不限于聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚氯乙烯(PVC)等材料。
本发明中,上层基板与下层基板可采用专利ZL202011557056.9中记载的技术进行封接。具体的,基板具有功能化表面,这种功能化表面的特性是具有低粘附性低表面能和疏水或超疏水性。构造这种功能化表面的材料可以为聚六氟丙烯、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚三氟乙烯、聚偏二氟乙烯、超疏水涂料、硅烷、金属、金属氧化物、金属无机盐、陶瓷、蜡、油或具有表面微纳米结构的材料。
在一种实施方式中,上层基板和下层基板之间设置有多孔膜,该多孔膜与上下层基板上的功能化表面紧密接触。该多孔膜表面具有多个微孔,可以允许营养物质、刺激物通过,从而进入下层基板上的培养区域中。所述微孔的孔径优选为10μm以下。
进一步地,所述多孔膜的材质包括聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯膜、PES(聚醚砜)、纤维素及其衍生物、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯PVDF、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交链的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物、聚四氟乙烯(PTFE)多孔薄膜、多孔聚氨酯薄膜、中空纤维超滤膜、quantifoil铜网多孔膜,quantifoil二氧化硅支持膜,quantifoil碳膜、多孔氧化铝膜或无机陶瓷膜。
在一种实施方式中,各培养区域之间通过微栅栏或其他材料隔开,该微栅栏允许肝细胞通过。因此,各培养区域中培养的细胞间可以通过微栅栏自由通讯。
进一步地,各培养区域中培养的肝细胞包括枯否细胞、肝血窦内皮细胞、肝星状细胞和肝实质细胞。其中,所述肝细胞可以为原代细胞、干细胞或祖细胞诱导分化的功能细胞、或者上述细胞的细胞系。
进一步地,所述肝细胞为三维培养,且用于三维培养的生物材料包含水凝胶或者脱细胞基质。
进一步地,所述营养物可以为细胞培养液,所述刺激物可以为诱发肝纤维化的各种刺激因子或治疗肝纤维化的各类药物。
本发明中,所述培养区域的个数优选为四个,分别用于培养枯否细胞、肝血窦内皮细胞、肝星状细胞和肝实质细胞。培养区域的形状及排布方式不限,只需要确保相邻的培养区域连通以允许培养的细胞相互通讯即可。
在一具体的实施方式中,所述肝纤维化芯片至少包括紧贴设置的上层基板和下层基板,其特征在于,所述下层基板上设置有细胞培养区,所述细胞培养区围绕其中部位置被划分为多个周向分布的肝血窦单元,相邻两肝血窦单元通过微栅栏隔开;每一肝血窦单元均由呈放射状的第一培养腔室、第二培养腔室、第三培养腔室和第四培养腔室组成,且相邻两培养腔室通过微栅栏隔开;所述第一培养腔室、第二培养腔室、第三培养腔室和第四培养腔室分别用于培养枯否细胞、肝血窦内皮细胞、肝星状细胞和肝实质细胞;
所述上层基板上对应每个培养腔室均设有第一微通道、第二微通道、第三微通道和第四微通道;所述第一微通道、第二微通道、第三微通道和第四微通道用于为下层的第一培养腔室、第二培养腔室、第三培养腔室和第四培养腔室提供营养物或刺激物。
在另一具体的实施方式中,所述肝纤维化芯片至少包括紧贴设置的上层基板和下层基板,其特征在于,所述下层基板上设置有细胞培养区,所述细胞培养区为多个平行分布的肝血窦单元,相邻两肝血窦单元通过微栅栏隔开;每一肝血窦单元均由平行的第一培养腔室、第二培养腔室、第三培养腔室和第四培养腔室组成,且相邻两培养腔室通过微栅栏隔开;所述第一培养腔室、第二培养腔室、第三培养腔室和第四培养腔室分别用于培养枯否细胞、肝血窦内皮细胞、肝星状细胞和肝实质细胞;其中,所述细胞为原代细胞、干细胞转化而成的细胞或者细胞系;
所述上层基板上对应每个培养腔室均设有第一微通道、第二微通道、第三微通道和第四微通道;所述第一微通道、第二微通道、第三微通道和第四微通道用于为下层的第一培养腔室、第二培养腔室、第三培养腔室和第四培养腔室提供营养物或刺激物。
在一种实施方式中,所述上层基板与下层基板之间设置有多孔膜,所述多孔膜至少覆盖所述第一微通道、第二微通道、第三微通道和第四微通道;施加到所述微通道中的营养物或刺激物穿过所述多孔膜并进入对应的培养腔室。
在一种实施方式中,所述下层基板上对应每一培养腔室均设置有与其连通的储液池,所述上层基板上对应每个微通道也设有与其连通的储液池。在该实施方式中,营养液/刺激物及细胞混合物可加至储液池中,再通过外部施加的驱动力流动至微通道或培养腔室中。
在一种实施方式中,所述肝细胞芯片上还设有贯通上层基板、多孔膜和下层基板的中心孔,所述中心孔与各微通道、各培养区域均相连通。当向下层基板上的储液池施加细胞混合物或/和向上层基板上的储液池添加营养物/刺激物时,通过所述中心孔抽真空,在压力的驱动下,储液池中的细胞混合物能够迁移到对应的培养腔室中,营养物/刺激物能够迁移到对应的微通道中。
第二方面,本发明提供了一种使用所述的肝纤维化芯片构建肝纤维化模型的方法,包括以下步骤:
在下层基板上的第一培养腔室、第二培养腔室、第三培养腔室和第四培养腔室中分别培养枯否细胞、肝血窦内皮细胞、肝实质细胞和肝星状细胞;
在上层基板上的第一微通道内加入诱发枯否细胞炎症的第一刺激物,在第二微通道内加入诱发肝血窦内皮细胞损伤的第二刺激物,在第三微通道中加入诱发肝实质细胞炎症的第三刺激物,在第四微通道中加入激活肝星状细胞的第四刺激物;以及
各刺激物通过微通道进入到对应的培养腔室中,从而实现了肝纤维化模型的建立。
进一步地,所述第一刺激物包括IL-6、IL-1β、TNF-α、IFN-γ、LPS;所述第二刺激物包括乙醛、LPS、酒精;所述第三刺激物包括LPS、TNF-α,IL-6、IL-1β、IFN-γ;所述第四刺激物包括TGF-β、PDGF、CTGF、IGF-1。
与传统通过诱导剂的方法建肝纤维化模型不同,本发明直接采用级联反应来刺激肝构建肝纤维化模型,而且还是加速的级联反应。本发明在肝血窦内皮细胞培养腔室上方的通道内加入乙醛,在枯否细胞培养腔室上方的通道内加入IL-6,在肝实质细胞培养腔室上方的通道内加入TNF-α,在肝星状细胞培养腔室上方的通道内加入TGF-β,复制并加速了肝内的纤维化级联反应。
第三方面,本发明提供了所述的肝纤维化芯片在开发治疗肝纤维化药物中的应用。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
1.本发明的肝纤维化芯片,集成了多种肝细胞,而且允许对每种肝细胞按照肝纤维化的进程,在不同时间施加不同的刺激因子或药物,可以准确评估候选药物对肝纤维化的治疗效果,从而助力治疗肝纤维化药物的开发。
2.本发明构建肝纤维化模型的方法,由于按纤维化级联反应来刺激诱导肝纤维化,可以加速肝纤维化的进程,缩短建模的时间;同时,采用的刺激物都是自身分泌或人体可通过食用摄入的物质,非采用四氯化碳等临床少见的急毒物质,来实现肝纤维化的诱导,所以构建出的肝纤维化模型与真实肝纤维化更接近,提高了模型的仿生性。
3.本发明构建的肝纤维化模型,可以将一种或多种候选药物在不同级联反应的阶段引入该模型中,评价其对肝纤维化的药效,因此有助于对联合用药的效果进行评价。
附图说明
图1为实施例1中肝纤维化芯片的设计图;
图2为实施例1中肝纤维化芯片的组装示意图;
图3为实施例2中肝纤维化芯片的组装示意图;
图4为实施例4中肝纤维化芯片的仿生性表征;
图5为实施例4中肝纤维化疾病标记物(TIMP-1和PICP-1)和肝功能(白蛋白和尿素)检测结果;
图6为实施例4中肝纤维免疫荧光结果以及治疗肝纤维化药物评价结果:(A)对照组;(B)无药物组;(C)有药物组;
图7为实施例5中肝纤维化芯片仿生性表征;
图8为实施例5中肝纤维化疾病标记物(TIMP-1和PICP-1)和肝功能(白蛋白和尿素)检测结果;
图9为实施例5中肝纤维免疫荧光结果以及治疗肝纤维化药物评价结果:(A)对照组;(B)无药物组;(C)有药物组;
图中标号说明:A、上层PMMA基板;B、多孔膜;C、下层PMMA基板;1、第一培养腔室;2、第二培养腔室;3、第三培养腔室;4、第四培养腔室;1'、第一微通道;2'、第二微通道;3'、第三微通道;4'、第四微通道;a~h,a'~h':储液池。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
本实施例提供了一种肝纤维化芯片,其设计图如图1-2所示。该肝纤维芯片由上层PMMA基板A、多孔膜B和下层PMMA基板C组成,通过ZL202011557056.9中记载的技术进行封接。
下层PMMA基板C用于模拟肝小叶的结构,其上设置有细胞培养区,该细胞培养区围绕其中部位置被划分为6个轴向分布的肝血窦单元(每一个粗线条围成的区域为一个肝血窦单元),相邻两肝血窦单元通过微栅栏隔开。每一肝血窦单元均由呈放射状的第一培养腔室1、第二培养腔室2、第三培养腔室3和第四培养腔室4组成,且相邻两培养腔室通过微栅栏(虚线表示)隔开。第一培养腔室1、第二培养腔室2、第三培养腔室3和第四培养腔室4分别用于培养原代枯否细胞、肝血窦内皮细胞、肝星状细胞和肝实质细胞。这四种肝细胞可以通过微栅栏相互交流。下层PMMA基板C上还设置有储液池a~d,分别与第一培养腔室1、第二培养腔室2、第三培养腔室3和第四培养腔室4连通。
根据第一培养腔室1、第二培养腔室2、第三培养腔室3和第四培养腔室4的位置,在上层PMMA基板A上对应地设置有第一微通道1'、第二微通道2'、第三微通道3'和第四微通道4',用于向下层细胞提供营养物或刺激剂。同样的,上层PMMA基板A上也设置有储液池a'~d',分别与第一微通道1'、第二微通道2'、第三微通道3'和第四微通道4'连通。
本实施例中,肝纤维化芯片的中部设置有中心孔,该中心孔贯通上层PMMA基板A、多孔膜B和下层PMMA基板C,并与培养腔室1~4和微通道1'~4'连通。其作用是通过抽真空的方式驱动整个肝小叶芯片中的流体运动。
本实施例中,培养腔室1、2、3、4的面积分别为~144.6,~72.3,~48.2,~24.1mm2,微通道1'、2'、3'和4'的长度均为~20mm。
肝小叶芯片中细胞加载的过程如下所述。
原代肝实质细胞、肝星状细胞、肝血窦内皮细胞和枯否细胞分别在4℃下与Matrigel混合。然后,将混合物分别填充到储液池a、b、c和d中,将细胞培养基填充到储液池a'、b'、c'和d'中。通过中心孔抽真空,储液池a、b、c、d、a'、b'、c'和d'内储存的细胞或培养液均会往中心孔迁移,导致区域1、2、3和4填充有相应的原代细胞,而微通道1'、2'、3'和4'填充有细胞培养基。此时,将肝小叶芯片置于细胞培养箱中以固化基质胶,然后通过微通道1'、2'、3'和4'流通培养液,滋养下层三维培养的细胞。
实施例2
请参见图3,本实施例的肝纤维化芯片与实施例1的设计基本相同,区别在于:肝血窦单元中的第一培养腔室1、第二培养腔室2、第三培养腔室3和第四培养腔室4为长条形,且平行排布,相邻的培养腔室之间通过微栅栏隔开,培养腔室的两端连接有储液池a~h。上层基板上的微通道1'~4'呈类似的长条形,其两端连接有储液池a'~h'。
实施例3
本实施例的肝纤维化芯片与实施例1的设计基本相同,但是不用多孔膜。此时,肝小叶芯片中细胞加载的过程如下所述。
将原代肝实质细胞、肝星状细胞、肝血窦内皮细胞和枯否细胞分别在4℃下与Matrigel混合,然后将混合溶液填充到培养腔室1、2、3和4中,再将其置于细胞培养箱中以固化基质胶。此时将上层PMMA基板与下层PMMA基板基本对准贴合,然后再通过微通道1'、2'、3'和4'流通培养液,滋养下层三维培养的细胞。
实施例4
1.对实施例1肝小叶芯片中的肝细胞功能进行了评价,结果如图4所示。
图4显示该肝小叶芯片的尿素分泌和白蛋白合成要高于传统的孔板模型,说明它是高度仿生的,可以用以模拟真实的肝脏,从而具备进行肝纤维化造模的生理基础。
2.肝纤维化建模
实验组:在1'、2'、3'和4'中,分别流通TNF-α(100ng/ml)、TGF-β(100ng/ml)、乙醛(425μM)和LPS(20ng/ml)四种刺激物,进行肝纤维化造模。
对照组:肝实质细胞单独刺激乙醛。
图5为肝纤维化疾病标记物(TIMP-1和PICP-1)和肝功能(白蛋白和尿素)检测结果。结果显示,与对照组相比,实验组的肝纤维化标志物显著上升,而肝功显著下降,这初步说明造模成功。
3.对治疗肝纤维化药物单独用药的效果评价
有药物组:在肝星状细胞对应通道3'中以2μl/min的流速灌注传统的治疗纤维化药物吡非尼酮(28.2mg/ml),同时保持灌注TNF-α(100ng/ml)、TGF-β(100ng/ml)、乙醛(425μM)和LPS(20ng/ml),3天之后,再对I型胶原(肝纤维的主要成分)进行免疫荧光染色。
对照组:孔板组。
无药物组:未在通道3'中灌注治疗纤维化药物吡非尼酮。
如图6所示,无药物组中,肝芯片内大量的I型胶原沉积(图6B),这是首次在体外模型上直接观察到肝纤维化的表观症状(其他体外模型仅能观察到间接的疾病标志物的改变),已经接近于组织切片金标准的结果了,证实了该芯片应用于实际的巨大潜力。
而有药物组中,I型胶原的量大幅下降(图6C),对全芯片总体统计后,发现纤维化程度大约降低了25%,证实了吡非尼酮的抗纤维化效果。
实施例5
1.对实施例3的肝小叶芯片中的肝细胞功能进行了评价,结果如图7所示。
图7显示了该肝小叶芯片的尿素分泌和白蛋白合成要高于传统的孔板模型,说明它是高度仿生的,可以用以模拟真实的肝脏,从而具备进行肝纤维化造模的生理基础。
2.肝纤维化建模
实验组:在4'中先流通LPS(20ng/ml)24个小时,保持LPS流通的情况下,再在3'中流通乙醛(425μM)48个小时,保持乙醛和LPS流通的情况下,再在1'中流通TNF-α(100ng/ml)24个小时,保持乙醛、LPS和TNF-α流通的情况下,最后在2'中流通TGF-β(100ng/ml)24个小时,进行肝纤维化造模。
对照组:肝实质细胞单独刺激乙醛。
图8为实验组和对照组的肝纤维化疾病标记物(TIMP-1和PICP-1)和肝功能(白蛋白和尿素)检测结果。从图中可以看出,与对照组相比,实验组的肝纤维化标志物显著上升,而肝功能显著下降,初步说明造模成功。
3.对治疗肝纤维化药物联合用药的效果评价
有药物组:在肝星状细胞对应通道3'中以2μl/min的流速灌注传统的治疗纤维化药物吡非尼酮(14.1mg/ml),在实质细胞对应的通道4'中以2μl/min的流速灌注谷胱甘肽(35mg/ml),同时保持灌注TNF-α(100ng/ml)、TGF-β(100ng/ml)、乙醛(425μM)和LPS(20ng/ml),三天之后,再对I型胶原(肝纤维的主要成分)进行免疫荧光染色。
对照组:孔板组。
无药物组:未在通道3'中灌注治疗纤维化药物吡非尼酮和谷胱甘肽。
如图9所示,无药物组中,肝芯片内有大量的I型胶原沉积(图9B),也同样在体外模型上直接观察到肝纤维化的表观症状(其他体外模型仅能观察到间接的疾病标志物的改变),已经接近于组织切片金标准的结果了,证实了该芯片应用于实际的巨大潜力。
而有药物组中,I型胶原的量大幅下降(图9C),对全芯片总体统计后,发现纤维化降低程度比单独使用28.2mg/mL吡非尼酮的疗效稍好,纤维降解率约30%,这证实了该芯片可以用于多种药物的联合抗纤维化药效评价。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (11)
1.一种肝纤维化芯片,至少包括紧贴设置的上层基板和下层基板,其特征在于,所述下层基板上设置有细胞培养区,且所述细胞培养区被分隔为至少三个培养区域;所述至少三个培养区域之间相互连通,并分别用于培养不同种类的肝细胞,所述肝细胞包括枯否细胞、肝血窦内皮细胞、肝星状细胞和肝实质细胞,且所述肝细胞为原代细胞、干细胞转化而成的细胞或者细胞系;所述上层基板上对应每个培养区域均设有微通道,所述微通道用于向对应的培养区域供给营养物或刺激物。
2.根据权利要求1所述的一种肝纤维化芯片,其特征在于,各培养区域之间通过微栅栏隔开,所述微栅栏允许肝细胞通过。
3.根据权利要求1所述的一种肝纤维化芯片,其特征在于,所述肝细胞为三维培养,且用于三维培养的生物材料包含水凝胶或者脱细胞基质。
4.一种肝纤维化芯片,至少包括紧贴设置的上层基板和下层基板,其特征在于,所述下层基板上设置有细胞培养区,所述细胞培养区围绕其中部位置被划分为多个轴向分布的肝血窦单元,相邻两肝血窦单元通过微栅栏隔开;每一肝血窦单元均由呈放射状的第一培养腔室、第二培养腔室、第三培养腔室和第四培养腔室组成,且相邻两培养腔室通过微栅栏隔开;所述第一培养腔室、第二培养腔室、第三培养腔室和第四培养腔室分别用于培养枯否细胞、肝血窦内皮细胞、肝星状细胞和肝实质细胞;其中,所述细胞为原代细胞、干细胞转化而成的细胞或者细胞系;
所述上层基板上对应每个培养腔室均设有第一微通道、第二微通道、第三微通道和第四微通道;所述第一微通道、第二微通道、第三微通道和第四微通道用于为下层的第一培养腔室、第二培养腔室、第三培养腔室和第四培养腔室提供营养物或刺激物。
5.一种肝纤维化芯片,至少包括紧贴设置的上层基板和下层基板,其特征在于,所述下层基板上设置有细胞培养区,所述细胞培养区为多个平行分布的肝血窦单元,相邻两肝血窦单元通过微栅栏隔开;每一肝血窦单元均由平行的第一培养腔室、第二培养腔室、第三培养腔室和第四培养腔室组成,且相邻两培养腔室通过微栅栏隔开;所述第一培养腔室、第二培养腔室、第三培养腔室和第四培养腔室分别用于培养枯否细胞、肝血窦内皮细胞、肝星状细胞和肝实质细胞;其中,所述细胞为原代细胞、干细胞转化而成的细胞或者细胞系;
所述上层基板上对应每个培养腔室均设有第一微通道、第二微通道、第三微通道和第四微通道;所述第一微通道、第二微通道、第三微通道和第四微通道用于为下层的第一培养腔室、第二培养腔室、第三培养腔室和第四培养腔室提供营养物或刺激物。
6.根据权利要求4或5所述的一种肝纤维化芯片,其特征在于,所述上层基板与下层基板之间设置有多孔膜,所述多孔膜至少覆盖所述第一微通道、第二微通道、第三微通道和第四微通道;施加到所述微通道中的营养物或刺激物穿过所述多孔膜并进入对应的培养腔室。
7.根据权利要求6所述的一种肝纤维化芯片,其特征在于,所述下层基板上对应每一培养腔室均设置有与其连通的储液池,所述上层基板上对应每个微通道也设有与其连通的储液池。
8.根据权利要求4或5所述的一种肝纤维化芯片,其特征在于,所述肝细胞芯片上还设有贯通上层基板、多孔膜和下层基板的中心孔,所述中心孔与各微通道、各培养区域均相连通;
当向下层基板上的储液池施加细胞混合物或/和向上层基板上的储液池添加营养物/刺激物时,通过所述中心孔抽真空,以使储液池中的细胞混合物迁移到对应的培养腔室中,营养物/刺激物迁移到对应的微通道中。
9.一种使用权利要求4-8任一项所述的肝纤维化芯片构建肝纤维化模型的方法,其特征在于,包括以下步骤:
在下层基板上的第一培养腔室、第二培养腔室、第三培养腔室和第四培养腔室中分别培养枯否细胞、肝血窦内皮细胞、肝实质细胞和肝星状细胞;其中,所述细胞为原代细胞、干细胞转化而成的细胞或者细胞系;
在上层基板上的第一微通道内加入诱发枯否细胞炎症的第一刺激物,在第二微通道内加入诱发肝血窦内皮细胞损伤的第二刺激物,在第三微通道中加入诱发肝实质细胞炎症的第三刺激物,在第四微通道中加入激活肝星状细胞的第四刺激物;以及
各刺激物通过微通道进入到下方对应的培养腔室中,从而实现了肝纤维化模型的建立。
10.根据权利要求9所述的构建肝纤维化模型的方法,其特征在于,所述第一刺激物包括IL-6、IL-1β、TNF-α、IFN-γ、LPS;所述第二刺激物包括乙醛、LPS、酒精;所述第三刺激物包括LPS、TNF-α,IL-6、IL-1β、IFN-γ;所述第四刺激物包括TGF-β,PDGF,CTGF,IGF-1。
11.根据权利要求1-10任一项所述的肝纤维化芯片在开发治疗肝纤维化药物中的应用。
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