基于微流控技術(shù)構(gòu)建多細(xì)胞腫瘤球?qū)嶒?yàn)?zāi)Ｐ?/H1>
發(fā)布時(shí)間：2020-03-27 21:42
【摘要】：體內(nèi)幾乎所有的細(xì)胞,都暴露于由各種細(xì)胞和復(fù)雜細(xì)胞外基質(zhì)所組成的三維(three-dimensional,3-D)環(huán)境中。在一定程度上,細(xì)胞的特異性3-D排布,決定了所構(gòu)成組織和器官的功能。在傳統(tǒng)的二維(two-dimensional,2-D)細(xì)胞培養(yǎng)體系中,細(xì)胞僅僅只能附著在平坦硬質(zhì)的培養(yǎng)皿表面,缺乏細(xì)胞與細(xì)胞之間以及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間的相互作用,不能用來(lái)模擬復(fù)雜的3-D腫瘤結(jié)構(gòu)的形成,也不能用來(lái)研究細(xì)胞與細(xì)胞外微環(huán)境間相互作用。因此,構(gòu)建體外3-D實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?更真實(shí)的反映體內(nèi)的組織環(huán)境,對(duì)于抗癌研究有非常重要的意義。3-D細(xì)胞培養(yǎng)模型,可以更真實(shí)地反映體內(nèi)實(shí)體腫瘤的三維空間結(jié)構(gòu)。近些年來(lái),各種各樣的三維細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)被研究者們所使用,但最受歡迎、最有效的模型就是多細(xì)胞腫瘤球。通過(guò)不同的技術(shù)手段可以獲得多細(xì)胞腫瘤球,相比于傳統(tǒng)的2-D細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)以及其它的多細(xì)胞腫瘤球獲取方法,利用微流控芯片技術(shù)獲取多細(xì)胞腫瘤球具有更顯著的優(yōu)勢(shì)。在本論文中,描述了一個(gè)穩(wěn)定可靠的微流控實(shí)驗(yàn)裝置,基于微流控和微加工技術(shù),成功的獲取了具有精確控制尺寸,大小均一以及可實(shí)時(shí)調(diào)整水凝膠基質(zhì)組分的殼核式水凝膠細(xì)胞微球,為操控細(xì)胞及其微環(huán)境提供了更有效的平臺(tái)。為了更好地理解凝膠微球形成的機(jī)制,基于多相流數(shù)值模型,本研究利用COMSOL Multiphysics軟件對(duì)微液滴的生成過(guò)程以及流場(chǎng)的演化過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬。仿真模擬結(jié)果觀察到了尺寸對(duì)流速的依賴(lài)性以及渦流對(duì)殼核式微球結(jié)構(gòu)形成的影響,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很好的一致性。主要工作包括以下三個(gè)方面:(1)微流控芯片的設(shè)計(jì)和制作:利用L-edit軟件設(shè)計(jì)芯片的幾何結(jié)構(gòu),采用軟光刻技術(shù)以及表面等離子體鍵合技術(shù)等,制作了符合實(shí)驗(yàn)要求的PDMS微流控芯片。此外,基于多相流數(shù)值模型,對(duì)所設(shè)計(jì)的微流控芯片中液滴生成的動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值仿真模擬,仿真結(jié)果證明了芯片設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的可行性,為后續(xù)芯片實(shí)驗(yàn)操作提供了重要的參考依據(jù)。(2)水凝膠微球獲取:使用微流控芯片成功的獲取了大小尺寸均一的凝膠微液滴,實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了仿真模擬結(jié)果的正確性。利用實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)值模擬方法,針對(duì)油相流速對(duì)液滴大小的影響進(jìn)行了研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值仿真結(jié)果有很好的一致性。此外,在兩水相流速比變化的情況下,探究了芯片通道內(nèi)熒光強(qiáng)度的分布,證明了微流控芯片可以實(shí)時(shí)調(diào)整凝膠微球的基質(zhì)組分。(3)包裹細(xì)胞的殼核式凝膠微球獲取:搭建了受控的低溫冷卻裝置,結(jié)合微流控芯片技術(shù),成功的將腫瘤細(xì)胞包裹到殼核式的凝膠結(jié)構(gòu)中。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)油相O2的流速對(duì)殼核式結(jié)構(gòu)的形成具有顯著的影響。利用COMSOL Multiphysics軟件,對(duì)液滴生成過(guò)程中變形液滴內(nèi)流場(chǎng)的演變過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)由于增大的油相速度使得水相受到了更大的壓力和剪切力的作用,導(dǎo)致流場(chǎng)產(chǎn)生了不穩(wěn)定的渦流。不穩(wěn)定渦流的出現(xiàn)破壞了異質(zhì)的殼核分層結(jié)構(gòu),數(shù)值仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很好的一致性。異質(zhì)的殼核式微球結(jié)構(gòu),為更好的模擬體內(nèi)細(xì)胞外微環(huán)境,以及觀察細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)間相互作用提供了可能性。此外,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的吖啶橙和碘化丙錠(AO/PI)雙染色法,對(duì)四種不同的水凝膠組分中癌細(xì)胞的增殖和活性進(jìn)行了評(píng)估。
【圖文】：
研究提供了生物基礎(chǔ)[25]。Carey 等（2013）利用多細(xì)胞球共培養(yǎng)模型力強(qiáng)的惡性細(xì)胞會(huì)誘導(dǎo)原本正常上皮細(xì)胞發(fā)生侵襲，，并且這兩種細(xì)過(guò)程中始終表現(xiàn)出不同的領(lǐng)導(dǎo)者和追隨者角色；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明腫瘤種亞群之間存在復(fù)雜的相互作用，并影響臨床結(jié)果[26]。Labernadie 等（結(jié)果表明，成纖維細(xì)胞會(huì)對(duì)癌細(xì)胞施加了一種物理作用力，即機(jī)械粘附，并引導(dǎo)癌細(xì)胞遷移以及促使腫瘤侵襲[27]。細(xì)胞腫瘤球（如圖 1.1），作為經(jīng)典的癌細(xì)胞 3-D 培養(yǎng)模型，可以更內(nèi)實(shí)體腫瘤的 3-D 空間組織結(jié)構(gòu)[11, 28]。通常實(shí)驗(yàn)獲取的多細(xì)胞腫瘤毫米大小，大多存在分層的異質(zhì)性結(jié)構(gòu)。最中心的“核”部分是由營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而形成的壞死的部分；中間層為休眠的細(xì)胞；而最外層細(xì)細(xì)胞，在侵襲時(shí)分化出高侵襲性的癌細(xì)胞。多細(xì)胞腫瘤球所形成的，為研究細(xì)胞亞群間、細(xì)胞與環(huán)境之間相互作用創(chuàng)造了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，現(xiàn)了體內(nèi)腫瘤組織的異質(zhì)性。腫瘤組織的 3-D 異質(zhì)性結(jié)構(gòu)，是無(wú)法 培養(yǎng)系統(tǒng)所能得到的。
流控芯片三種典型的微通道示意圖（a）流動(dòng)聚焦型微通道；（（c）共軸流型微通道。Illustrations of the three main microfluidic geometries used for droplFlow focusing, (b) T-junction and (c) Co-flowing.控芯片進(jìn)行凝膠細(xì)胞微球?qū)嶒?yàn)，主要涉及到兩種生物相料和微流控芯片通道的材料。目前，可供選擇的用于細(xì)可分為兩大類(lèi)：合成材料和天然材料。天然基質(zhì)材料中Sodium alginate）、基質(zhì)膠（Matrigel）、膠原 I（Colla；合成基質(zhì)材料有聚已內(nèi)脂（PCL）、聚乙二醇（PE的制作材料有很多種，大致分為無(wú)機(jī)材料和有機(jī)聚合物、玻璃等無(wú)機(jī)材料；聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧，聚二甲基硅氧烷，即 Poly(dimethyl siloxane)（PDMS流控系統(tǒng)中最常用的材料。PDMS 作為芯片的通道材性、可高溫高壓滅菌以及良好的透氣性等特征，為細(xì)胞
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN492;R73-33
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2 王W毨
本文編號(hào)：2603428
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【圖文】：
研究提供了生物基礎(chǔ)[25]。Carey 等（2013）利用多細(xì)胞球共培養(yǎng)模型力強(qiáng)的惡性細(xì)胞會(huì)誘導(dǎo)原本正常上皮細(xì)胞發(fā)生侵襲，，并且這兩種細(xì)過(guò)程中始終表現(xiàn)出不同的領(lǐng)導(dǎo)者和追隨者角色；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明腫瘤種亞群之間存在復(fù)雜的相互作用，并影響臨床結(jié)果[26]。Labernadie 等（結(jié)果表明，成纖維細(xì)胞會(huì)對(duì)癌細(xì)胞施加了一種物理作用力，即機(jī)械粘附，并引導(dǎo)癌細(xì)胞遷移以及促使腫瘤侵襲[27]。細(xì)胞腫瘤球（如圖 1.1），作為經(jīng)典的癌細(xì)胞 3-D 培養(yǎng)模型，可以更內(nèi)實(shí)體腫瘤的 3-D 空間組織結(jié)構(gòu)[11, 28]。通常實(shí)驗(yàn)獲取的多細(xì)胞腫瘤毫米大小，大多存在分層的異質(zhì)性結(jié)構(gòu)。最中心的“核”部分是由營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而形成的壞死的部分；中間層為休眠的細(xì)胞；而最外層細(xì)細(xì)胞，在侵襲時(shí)分化出高侵襲性的癌細(xì)胞。多細(xì)胞腫瘤球所形成的，為研究細(xì)胞亞群間、細(xì)胞與環(huán)境之間相互作用創(chuàng)造了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，現(xiàn)了體內(nèi)腫瘤組織的異質(zhì)性。腫瘤組織的 3-D 異質(zhì)性結(jié)構(gòu)，是無(wú)法 培養(yǎng)系統(tǒng)所能得到的。
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3 本報(bào)記者 戴小河;博暉創(chuàng)新微流控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];中國(guó)證券報(bào);2016年
4 記者 吳長(zhǎng)鋒;我率先實(shí)現(xiàn)單顆�；蚣�(xì)胞捕獲[N];科技日?qǐng)?bào);2018年
5 ;讓青春的靈感閃耀在世界科技創(chuàng)新前沿[N];科技日?qǐng)?bào);2015年
6 本報(bào)記者 李爭(zhēng)粉;用黑科技的“慧眼”讀懂“水”[N];中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2019年
7 檢科宣;中國(guó)檢科院國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃課題研究取得新成果[N];中國(guó)國(guó)門(mén)時(shí)報(bào);2007年
8 駐蕭山記者 方亮 通訊員 俞邵研;千億規(guī)模智慧健康產(chǎn)業(yè)群指日可待[N];杭州日?qǐng)?bào);2015年
9 本報(bào)記者 操秀英;“科學(xué)基金給了我全方位支持”[N];科技日?qǐng)?bào);2012年
10 記者 施曉義 李回雄 通訊員 游知涯;浙商逐浪高科技[N];浙江日?qǐng)?bào);2012年
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1 張敏;基于微流道結(jié)構(gòu)的光學(xué)變色系統(tǒng)微流控技術(shù)及試驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年
2 王W毨
本文編號(hào)：2603428
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