本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域的細(xì)胞培養(yǎng)體系建立領(lǐng)域，特別涉及一種模擬人體內(nèi)部管狀結(jié)構(gòu)曲面微圖形芯片領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在生理、病理和藥物篩選等研究過程中，動物乃至人體實驗是十分關(guān)鍵的步驟，但動物實驗價格昂貴、耗時間，并且需要以犧牲動物為代價，尤為重要的是，很多動物實驗的結(jié)果不能在人體得到驗證。而人體實驗條件苛刻，只有在特殊條件下才能開展。因此，在體外模擬體內(nèi)獨特的微環(huán)境，從而開展相關(guān)實驗研究具有重要意義，尤其是為藥物開發(fā)提供很好的平臺。

人體內(nèi)具有大量的管狀結(jié)構(gòu)，如氣道、血管和各種腺管等。直徑在微米級別的小氣道和小血管是典型的具有不同曲率的管狀結(jié)構(gòu)，上皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞生長在上述不同曲率的基質(zhì)表面上，這種獨特的曲率微環(huán)境可能會顯著調(diào)控氣道和血管壁內(nèi)上皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能。

平滑肌細(xì)胞在氣道和血管壁上呈現(xiàn)獨特的規(guī)律排布(如氣道平滑肌細(xì)胞在氣道內(nèi)的分布表現(xiàn)為和氣道軸向呈現(xiàn)一定的角度)，這些排布方式可能與其生長在一定曲率的3D基質(zhì)表面具有一定的關(guān)系。而且平滑肌細(xì)胞的收縮和舒張在調(diào)控氣道阻力以及血壓方面均具有重要意義。目前對平滑肌細(xì)胞的生理、病理和藥物篩選研究主要在體外二維平面的細(xì)胞培養(yǎng)容器中開展。但在體內(nèi)，平滑肌多是生長在具有一定曲率的3D基質(zhì)壁上。細(xì)胞在3D層面和2D層面的細(xì)胞特性及其功能可能會顯著不同。因此，開發(fā)具有一定曲率的3D細(xì)胞培養(yǎng)體系對氣道和血管細(xì)胞功能研究乃至藥物開發(fā)均具有重要意義。

目前在體外構(gòu)建直徑在微米級別的小氣道和小血管的大曲率3D生長環(huán)境的方法主要包括光刻法和靜電紡絲等方法，但這些方法均需要昂貴的大型設(shè)備。如何采用常見設(shè)備構(gòu)建出人體小氣道的和血管等管狀結(jié)構(gòu)的大曲率3D生長環(huán)境成為在體外模擬體內(nèi)管狀結(jié)構(gòu)3D微環(huán)境的關(guān)鍵技術(shù)問題。

本發(fā)明利用常規(guī)拉絲型3D打印機(jī)在的拉絲過程中形成不同曲率的絲狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致打印物體表面形成的條狀微突起的特性制備不同曲率的模板，并采用PDMS膠制備具有不同硬度和不同曲率的曲面微圖形芯片。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種制備模擬人體內(nèi)部管狀結(jié)構(gòu)二維曲面微圖形芯片的新方法，為在體外研究氣道、血管和腺管等結(jié)構(gòu)的生理、病理和藥物開發(fā)研究提供良好的平臺，并為復(fù)雜的氣道樹微圖形芯片乃至肺芯片建立奠定基礎(chǔ)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

1)采用桌面級擠出成型3D打印機(jī)將聚乳酸塑料打印出一個豎立平板，通過控制打印精度調(diào)解表面曲率；在平板表面制備聚二甲基硅氧烷(PDMS)凝膠，從而獲得具有不同二維曲面的凹面微圖形芯片；

2)隨后在PDMS膠表面再次制備一層PDMS凝膠，從而獲得具有不同二維曲面的凸面微圖形芯片；

3)在曲面微圖形芯片上接種氣道平滑肌細(xì)胞和氣道上皮細(xì)胞；

4)在凸面微圖形芯片表面，氣道平滑肌細(xì)胞和上皮細(xì)胞呈現(xiàn)與體內(nèi)類似的排布和功能。

本發(fā)明的有益效果是采用簡單的常見擠出成型桌面3D打印機(jī)在打印物件的表面形成不均一性表面的特性制備可以模擬體內(nèi)管狀結(jié)構(gòu)曲面微圖形芯片，隨后接種上皮細(xì)胞和氣道平滑肌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)在凸面微圖形芯片的表面細(xì)胞排布、功能具有和體內(nèi)類似的特性，提示此曲面微圖形芯片可以用于模擬體內(nèi)管狀結(jié)構(gòu)細(xì)胞3D培養(yǎng)體系。

附圖說明

圖1為含有曲面微圖形芯片

圖2為氣道平滑肌細(xì)胞在凸面3D微圖形芯片表現(xiàn)出體內(nèi)相似的排布

具體實施方式

(1)采用桌面擠出成型3D打印機(jī)(Maker Bot Replicator 2)利用聚乳酸(Poly Plus ^TM PLA,Polymaker公司)制備直徑為2cm×2cm×1cm的平板(采用0.1mm、0.2mm和0.3mm不同的打印精度)。

(2)采用PDMS和正硅酸四乙酯按照10：1比例混合后圖布在平板表面。

(3)60℃條件下靜置1h后取下成型PDMS凝膠，得到曲率分別為1/100、1/200和1/300的凹面微圖形芯片。

(4)采用PDMS和正硅酸四乙酯按照10：1比例混合后圖布在PDMS凝膠平板表面，得到曲率分別為1/100、1/200和1/300的凸面微圖形芯片。

(5)在兩種曲面表面接種人體來源氣道平滑肌細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞，結(jié)果顯示細(xì)胞排布和收縮功能與體內(nèi)具有一致性。