微流控芯片——體外藥物篩選的可靠平臺(tái)
微流控，是一種控制和操控微尺度流體，特指亞微米結(jié)構(gòu)的技術(shù)。微流控分析芯片最初在美國(guó)被稱為“芯片實(shí)驗(yàn)室"(lab-on-a-chip)，在歐洲被稱為“微整合分析芯片"(micrototal analytical systems)，它是微流控技術(shù)(Microfluidics)實(shí)現(xiàn)的主要平臺(tái)，可以把生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)分析過程的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動(dòng)完成分析全過程。有著體積輕巧、使用樣品及試劑量少，且反應(yīng)速度快、可大量平行處理及可即用即棄等優(yōu)點(diǎn)的微流控芯片，在生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有潛力，近年來已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、流體、電子、材料、機(jī)械等學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域。
目前藥物篩選的體外模型主要依靠2D或者簡(jiǎn)單的3D細(xì)胞靜態(tài)培養(yǎng)體系，簡(jiǎn)單快速高通量是它的優(yōu)勢(shì)，用于早期化合物的篩選。但是這種通過培養(yǎng)皿和多孔板甚至3D支架構(gòu)建出的簡(jiǎn)單細(xì)胞模型生理功能不完整，不能夠準(zhǔn)確反映細(xì)胞在體內(nèi)生理狀態(tài)下的機(jī)理，對(duì)化合物的選擇構(gòu)成誤導(dǎo)。因此，行業(yè)迫切需要與生理功能更相關(guān)，精準(zhǔn)性更高的藥物篩選平臺(tái)。在一個(gè)微流控芯片上，流動(dòng)的液體為細(xì)胞持續(xù)不斷地提供充足的氧氣和營(yíng)養(yǎng)，類似于血液在人體中維持細(xì)胞生存的方式。正是這種持續(xù)流動(dòng)性使得這些設(shè)備變得特別。相比于沒有流動(dòng)的扁平培養(yǎng)皿中培養(yǎng)的細(xì)胞，微流控芯片上生長(zhǎng)的細(xì)胞更接近人類中的正常生理?xiàng)l件下的細(xì)胞。
微流控芯片\器官芯片類型：
BE-FLOW BE-GRADIENT BE-TRANSFLOW
BE-FLOW 灌流芯片：
BE-FLOW對(duì)涉及流動(dòng)和剪切應(yīng)力的生理環(huán)境進(jìn)行了體外模擬，在流動(dòng)條件下在兩個(gè)獨(dú)立通道中進(jìn)行長(zhǎng)期2D或3D實(shí)驗(yàn)。
應(yīng)用實(shí)例：與細(xì)胞粘附至血管內(nèi)皮有關(guān)的過程(感染，細(xì)胞治療，轉(zhuǎn)移等)。
結(jié)構(gòu)及原理：BE-FLOW包含兩個(gè)獨(dú)立的通道，每個(gè)通道都有一個(gè)入口和出口，可以與流動(dòng)系統(tǒng)連接，模仿血管結(jié)構(gòu)。將細(xì)胞接種在ECM涂層表面，可以滿足細(xì)胞生長(zhǎng)和粘附需求，從而可以在不同的生理和病理學(xué)流速下重建動(dòng)態(tài)環(huán)境。
BE-GRADIENT 梯度芯片：
BE-GRADIENT允許在化學(xué)濃度梯度下進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)。
應(yīng)用實(shí)例：細(xì)胞/球體的侵襲和遷移，血管生成，轉(zhuǎn)移，趨化性，局部缺血，細(xì)胞分化或氧化應(yīng)激。
結(jié)構(gòu)及原理：BE-GRADIENT包括側(cè)面微通道和中央腔室，可以在中央腔室接種細(xì)胞，側(cè)面通道注入含有O2、生長(zhǎng)因子等的培養(yǎng)基，從而形成濃度梯度來創(chuàng)建一個(gè)三維仿生微環(huán)境。
BE-TRANSFLOW 動(dòng)態(tài)共培養(yǎng)芯片：
BE-TRANSFLOW允許細(xì)胞/組織進(jìn)行2D-3D結(jié)合共培養(yǎng)，通過灌流培養(yǎng)模擬液體流動(dòng)環(huán)境，是我們仿生的微型設(shè)備，可以在體外模擬不同的組織結(jié)構(gòu)。利用芯片可以進(jìn)行體內(nèi)微環(huán)境模擬，對(duì)藥物化合物進(jìn)行有預(yù)測(cè)性的體外研究，從而使結(jié)果快速、有針對(duì)性地轉(zhuǎn)化至臨床，加速臨床藥物、疫苗研發(fā)的進(jìn)程。
應(yīng)用實(shí)例：體外免疫系統(tǒng)模型，血管粥樣斑塊形成，上皮粘連，氣血屏障等屏障類模型。
結(jié)構(gòu)及原理：BE-TRANSFLOW包括2個(gè)獨(dú)立的孔，中間為多孔膜，該膜與下部通道連接，可以進(jìn)行單培養(yǎng)或共培養(yǎng)。用不同的細(xì)胞類型在膜的上方和/或下方接種單層細(xì)胞，也可以在上層添加水凝膠細(xì)胞培養(yǎng)物。
