本發(fā)明屬于人類仿生器官芯片，尤其涉及一種具有細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和濾過功能的微流控腎小球芯片。

背景技術(shù)：

1、腎小球主要由3種細(xì)胞組成：系膜細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和足細(xì)胞。在腎臟發(fā)育過程中，足細(xì)胞產(chǎn)生血管內(nèi)皮生長因子a，招募內(nèi)皮細(xì)胞遷移至足細(xì)胞處，被招募的內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)血小板衍生生長因子bb，趨化系膜細(xì)胞。系膜細(xì)胞作為“骨架”結(jié)構(gòu)，將原始的毛細(xì)血管囊分離生成毛細(xì)血管袢，形成腎小球結(jié)構(gòu)。

2、在腎小球形成后，細(xì)胞間依然存在著復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。內(nèi)皮細(xì)胞和足細(xì)胞都位于毛細(xì)血管基底膜上，因此兩細(xì)胞可通過細(xì)胞因子的梯度雙向擴(kuò)散進(jìn)行信號傳導(dǎo)。內(nèi)皮細(xì)胞與系膜細(xì)胞直接接觸，兩者可以通過旁分泌和縫隙連接進(jìn)行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。細(xì)胞間任何一種信號通路表達(dá)異常，均會引起腎小球疾病。因此干預(yù)細(xì)胞間異常的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)將可能作為治療腎小球疾病的新靶點(diǎn)，也在腎小球疾病的藥物篩選中有廣闊的應(yīng)用前景。

3、常見的動物實(shí)驗(yàn)和2d細(xì)胞培養(yǎng)無法研究細(xì)胞間的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)情況，目前以微流控腎小球芯片為代表的3d培養(yǎng)體系，通常只能培養(yǎng)2種細(xì)胞來模擬腎小球屏障的功能，并不符合人體血液流動的真實(shí)細(xì)胞方向。因此，亟需一種具有細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和濾過功能的微流控腎小球芯片來解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種具有細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和濾過功能的微流控腎小球芯片，以解決上述問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種具有細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和濾過功能的微流控腎小球芯片，包括：模型組件，所述模型組件包括由上至下依次設(shè)置的閥門控制層、內(nèi)皮細(xì)胞-系膜細(xì)胞培養(yǎng)層、足細(xì)胞培養(yǎng)層和支撐層；

4、所述內(nèi)皮細(xì)胞-系膜細(xì)胞培養(yǎng)層包括第二基板、開設(shè)在所述第二基板上的內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)組合腔和系膜細(xì)胞培養(yǎng)組合腔，所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)組合腔和所述系膜細(xì)胞培養(yǎng)組合腔之間通過通道連通；

5、所述閥門控制層用于控制所述通道的通斷；

6、所述足細(xì)胞培養(yǎng)層包括第三基板、開設(shè)在所述第三基板上的足細(xì)胞培養(yǎng)-原尿試驗(yàn)組合腔，所述足細(xì)胞培養(yǎng)-原尿試驗(yàn)組合腔的進(jìn)液端通過多孔膜與所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)組合腔連通；

7、所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)組合腔的進(jìn)液端、所述系膜細(xì)胞培養(yǎng)組合腔的出液端和所述足細(xì)胞培養(yǎng)-原尿試驗(yàn)組合腔的出液端延伸穿過所述閥門控制層。

8、優(yōu)選的，所述模型組件設(shè)有多個。

9、優(yōu)選的，所述閥門控制層包括第一基板，所述第一基板底面中部開設(shè)有充氣腔室，所述充氣腔室內(nèi)固定有薄膜，所述第一基板頂面開設(shè)有與所述充氣腔室連通的充氣孔；

10、所述充氣腔室內(nèi)充氣使所述薄膜膨脹擠壓至所述通道內(nèi)來控制所述通道的通斷；

11、所述第一基板上開設(shè)有用于與所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)組合腔進(jìn)液端連通的培養(yǎng)基入口通道、用于與所述系膜細(xì)胞培養(yǎng)組合腔出液端連通的系膜細(xì)胞培養(yǎng)基出口和用于與所述足細(xì)胞培養(yǎng)-原尿試驗(yàn)組合腔出液端連通的足細(xì)胞培養(yǎng)基出口。

12、優(yōu)選的，所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)組合腔包括內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)腔，所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)腔貫通設(shè)置在所述第二基板上，所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)腔的一側(cè)與所述通道的一端連通，所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)腔的另一側(cè)連通有第一流道的一端，所述第一流道的另一端與所述培養(yǎng)基入口通道連通；

13、所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)腔的底部通過所述多孔膜與所述足細(xì)胞培養(yǎng)-原尿試驗(yàn)組合腔連通。

14、優(yōu)選的，所述系膜細(xì)胞培養(yǎng)組合腔包括系膜細(xì)胞培養(yǎng)腔，所述系膜細(xì)胞培養(yǎng)腔開設(shè)在所述第二基板上，所述系膜細(xì)胞培養(yǎng)腔的一側(cè)與所述通道的另一端連通，所述系膜細(xì)胞培養(yǎng)腔的另一側(cè)連通有第二流道的一端，所述第二流道的另一端與所述系膜細(xì)胞培養(yǎng)基出口連通。

15、優(yōu)選的，所述足細(xì)胞培養(yǎng)-原尿試驗(yàn)組合腔包括足細(xì)胞培養(yǎng)腔，所述足細(xì)胞培養(yǎng)腔開設(shè)在所述第三基板上，所述足細(xì)胞培養(yǎng)腔形狀與所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)腔相匹配，所述足細(xì)胞培養(yǎng)腔位于所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)腔的正下方，所述足細(xì)胞培養(yǎng)腔頂部與所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)腔底部通過所述多孔膜連通；

16、所述足細(xì)胞培養(yǎng)腔一側(cè)連通有第三流道的一端，所述第三流道的另一端連通有原尿腔的一端，所述原尿腔的另一端連通有第四流道的一端，所述第四流道的另一端連通有液體流道連接出口，所述液體流道連接出口與所述足細(xì)胞培養(yǎng)基出口連通。

17、優(yōu)選的，所述支撐層包括第四基板，所述第四基板固接在所述第三基板的底部。

18、優(yōu)選的，所述薄膜為pdms薄膜。

19、優(yōu)選的，所述通道為微通道陣列，所述微通道陣列設(shè)置在所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)腔與所述系膜細(xì)胞培養(yǎng)腔之間的弧線形隔板上，所述微通道陣列包括若干微流道，所述微流道的一端與所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)腔連通，所述微流道的另一端與所述系膜細(xì)胞培養(yǎng)腔連通，相鄰兩個所述微流道之間間距相等。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：

21、本發(fā)明設(shè)置有內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)組合腔、系膜細(xì)胞培養(yǎng)組合腔和足細(xì)胞培養(yǎng)-原尿試驗(yàn)組合腔三個細(xì)胞培養(yǎng)室，其中內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)組合腔和足細(xì)胞培養(yǎng)-原尿試驗(yàn)組合腔之間通過多孔膜隔開，讓內(nèi)皮細(xì)胞和足細(xì)胞分別貼在多孔膜上下生長，達(dá)到模擬腎小球的屏障功能的目的，內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)組合腔通過通道與系膜細(xì)胞培養(yǎng)組合腔連通，通過閥門控制層可以控制通道的通斷，血液替代培養(yǎng)基通過內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)組合腔和通道進(jìn)入至系膜細(xì)胞培養(yǎng)組合腔，通過控制通道的通斷，用于控制血液替代培養(yǎng)基和細(xì)胞研究過程中的細(xì)胞處理液的進(jìn)出，在足細(xì)胞培養(yǎng)-原尿試驗(yàn)組合腔內(nèi)設(shè)置有原尿試驗(yàn)腔，經(jīng)過腎小球屏障過濾的血液替代培養(yǎng)基流入該腔室內(nèi)。本發(fā)明可以將腎小球的內(nèi)皮細(xì)胞，腎小球系膜細(xì)胞和足細(xì)胞根據(jù)腎小球的結(jié)構(gòu)，分別在不同的培養(yǎng)腔內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，細(xì)胞之間通過可以信息交流的多孔膜或通道相連，可以進(jìn)行細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究，血液替代培養(yǎng)基通過內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)組合腔通過多孔膜進(jìn)入足細(xì)胞培養(yǎng)-原尿試驗(yàn)組合腔，也可以通過通道進(jìn)入系膜細(xì)胞培養(yǎng)組合腔，比以往的雙通道微流控類器官芯片更適合腎小球的真實(shí)結(jié)構(gòu)；腎小球內(nèi)皮細(xì)胞和足細(xì)胞在多孔膜的兩側(cè)貼膜生長，形成腎小球屏障；內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)組合腔和系膜細(xì)胞培養(yǎng)組合腔通過通道相連，通過控制通道通斷控制血液培養(yǎng)基和細(xì)胞處理液的進(jìn)出，方便進(jìn)行腎小球相關(guān)疾病的研究和藥物篩選。

技術(shù)特征：

1.一種具有細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和濾過功能的微流控腎小球芯片，其特征在于，包括：模型組件，所述模型組件包括由上至下依次設(shè)置的閥門控制層、內(nèi)皮細(xì)胞-系膜細(xì)胞培養(yǎng)層、足細(xì)胞培養(yǎng)層和支撐層；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和濾過功能的微流控腎小球芯片，其特征在于：所述模型組件設(shè)有多個。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和濾過功能的微流控腎小球芯片，其特征在于：所述閥門控制層包括第一基板(1)，所述第一基板(1)底面中部開設(shè)有充氣腔室(101)，所述充氣腔室(101)內(nèi)固定有薄膜(8)，所述第一基板(1)頂面開設(shè)有與所述充氣腔室(101)連通的充氣孔(102)；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和濾過功能的微流控腎小球芯片，其特征在于：所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)組合腔(5)包括內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)腔(501)，所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)腔(501)貫通設(shè)置在所述第二基板(2)上，所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)腔(501)的一側(cè)與所述通道(9)的一端連通，所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)腔(501)的另一側(cè)連通有第一流道(502)的一端，所述第一流道(502)的另一端與所述培養(yǎng)基入口通道(103)連通；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和濾過功能的微流控腎小球芯片，其特征在于：所述系膜細(xì)胞培養(yǎng)組合腔(10)包括系膜細(xì)胞培養(yǎng)腔(1001)，所述系膜細(xì)胞培養(yǎng)腔(1001)開設(shè)在所述第二基板(2)上，所述系膜細(xì)胞培養(yǎng)腔(1001)的一側(cè)與所述通道(9)的另一端連通，所述系膜細(xì)胞培養(yǎng)腔(1001)的另一側(cè)連通有第二流道(1002)的一端，所述第二流道(1002)的另一端與所述系膜細(xì)胞培養(yǎng)基出口(104)連通。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和濾過功能的微流控腎小球芯片，其特征在于：所述足細(xì)胞培養(yǎng)-原尿試驗(yàn)組合腔(7)包括足細(xì)胞培養(yǎng)腔(701)，所述足細(xì)胞培養(yǎng)腔(701)開設(shè)在所述第三基板(3)上，所述足細(xì)胞培養(yǎng)腔(701)形狀與所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)腔(501)相匹配，所述足細(xì)胞培養(yǎng)腔(701)位于所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)腔(501)的正下方，所述足細(xì)胞培養(yǎng)腔(701)頂部與所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)腔(501)底部通過所述多孔膜(6)連通；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和濾過功能的微流控腎小球芯片，其特征在于：所述支撐層包括第四基板(4)，所述第四基板(4)固接在所述第三基板(3)的底部。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和濾過功能的微流控腎小球芯片，其特征在于：所述薄膜(8)為pdms薄膜。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和濾過功能的微流控腎小球芯片，其特征在于：所述通道(9)為微通道陣列，所述微通道陣列設(shè)置在所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)腔(501)與所述系膜細(xì)胞培養(yǎng)腔(1001)之間的弧線形隔板上，所述微通道陣列包括若干微流道，所述微流道的一端與所述內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)腔(501)連通，所述微流道的另一端與所述系膜細(xì)胞培養(yǎng)腔(1001)連通，相鄰兩個所述微流道之間間距相等。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于人類仿生器官芯片技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和濾過功能的微流控腎小球芯片，包括：由上至下依次設(shè)置的閥門控制層、內(nèi)皮細(xì)胞?系膜細(xì)胞培養(yǎng)層、足細(xì)胞培養(yǎng)層和支撐層；內(nèi)皮細(xì)胞?系膜細(xì)胞培養(yǎng)層包括開設(shè)在第二基板上的內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)組合腔和系膜細(xì)胞培養(yǎng)組合腔，內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)組合腔和系膜細(xì)胞培養(yǎng)組合腔通過通道連通；閥門控制層用于控制通道的通斷；足細(xì)胞培養(yǎng)層包括開設(shè)在第三基板上的足細(xì)胞培養(yǎng)?原尿試驗(yàn)組合腔，足細(xì)胞培養(yǎng)?原尿試驗(yàn)組合腔的進(jìn)液端通過多孔膜與內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)組合腔連通；內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)組合腔的進(jìn)液端、系膜細(xì)胞培養(yǎng)組合腔的出液端和足細(xì)胞培養(yǎng)?原尿試驗(yàn)組合腔的出液端向上延伸至閥門控制層。

技術(shù)研發(fā)人員：宋關(guān)玲,曹玉哲,李鵬飛,胡云華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：石河子大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14