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微流控芯片组织阵列用于高效抗肿瘤药物的筛选

微流控芯片是细胞生物学研究的有力工具,除了具有高通量、低试剂消耗和功能集成等特点,微流控细胞分析芯片的另一优势是可在微尺度条件下重建细胞微环境。已经报道的微流控细胞培养系统大多数采用灌流培养的方式,这种结构有利于构建高密度细胞培养阵列并实现及时的物质交换。然而,灌流培养芯片也面临着一些挑战,包括:(1) 难以精确控制细胞培养环境;(2) 连续灌流导致试剂消耗增加;(3) 应对复杂操作灵活性的限制。


针对该问题,广州市第一人民医院暨华南理工大学附属第二医院检验医学研究室的研究人员发展了一种开放式微流控芯片组织阵列系统,并将其用于抗肿瘤药物正交组合测试。该研究成果发表在美国化学会旗下的Analytical Chemistry,文章第一作者是林冬果林锦琼,通讯作者为刘大渔研究员。

图1.微流控系统与微流控芯片结构(上)以及微流控芯片上的肿瘤微环境构建(下)。


研究发展的开放式微流控芯片包含三层结构:底层为微通道贯穿的细胞培养池阵列,顶层是开放式的培养池,两者之间为一层纳米孔薄膜。纳米孔薄膜具有“透气阻水”的特性,一方面可以起到止流阀的作用,实现液体的自动分配,另一方面允许跨膜扩散模拟血管内皮层的扩散屏障作用。这种微流控芯片的优势在于:(1)借助自动液体分布构建高密度细胞培养阵列;(2)结合3D细胞培养和仿真血管内皮层,允许在仿真微环境下进行细胞实验;(3)通过与移液工作站结合,提供了液体操控的灵活性,并保证微环境的稳定性。这种微流控芯片系统结合了封闭式和开放式微流控芯片的优点,一方面能够通过液体流动和分布构建高密度细胞阵列,另一方面结合微量移液实现液体操控的灵活性和微环境稳定性。


研究以乳腺癌细胞为模型,在芯片上构建了肿瘤组织微阵列,并评价了其生物仿真性能。利用所发展的开放式微流控组织阵列芯片,作者进行了3因素3水平的抗肿瘤药物正交组合测试。研究结果显示,这种开放式微流控组织阵列芯片允许在仿真微环境条件下进行包含复杂操作步骤的实验操作,是实现高效细胞分析的有利工具。

图2. 微流控组织阵列芯片上药物组合筛选流程的示意图。A. 芯片上的细胞培养微阵列形成:(I) 引入细胞悬液;(II) 细胞悬液顺序充满培养池;(III) 细胞悬液填充所有培养池;(IV) 多余液体排出;B. 细胞培养和药物测试:(I) 液池加入CaCl2溶液,下方培养室内形成海藻酸钙水凝胶;(II) 加入细胞培养基(含或不含抗癌药物);(III) 染料加入顶层储液池;(IV) 细胞活力检测。


图3. (A) 微流控芯片上细胞悬液的自动分布;(B) 连续细胞培养后仿真肿瘤组织的形成以及(C) 基于组织阵列的抗肿瘤药物正交组合测试。


该论文作者为:Dongguo Lin, Peiwen Li, Jinqiong Lin, Bowen Shu, Weixin Wang, Qiong Zhang, Na Yang, Dayu Liu and Banglao Xu

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Orthogonal Screening of Anticancer Drugs Using an Open-Access Microfluidic Tissue Array System

Anal. Chem., 2017, 89, 11976, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b02021


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