微流控纸芯片3D细胞微阵列抗乳腺癌药物测试系统

体外细胞药物反应测试是指导抗肿瘤药物选择的重要手段，但现有测试平台在肿瘤体内微环境模拟、测试通量以及操作自动化等方面均难以满足临床需求。本研究拟发展一种基于微流控原理的微阵列纸芯片用于细胞水平的抗乳腺癌药物测试。利用纸与基质材料表面性质差异形成液滴阵列进行三维细胞培养，模拟肿瘤实质；利用固定细胞外基质成份的纸芯片支持和营养细胞，模拟肿瘤间质。利用芯片材料和结构的特性，构建包括细胞-细胞以及细胞-间质相互作用的微环境。结合微通道主动灌流与纸材料中的被动扩散，模拟体内组织的物质交换形式。上述芯片允许在类似体内的环境中进行细胞-药物相互作用。以乳腺癌和一组抗乳腺癌药物为模型体系，考察芯片系统的基本性能，指导优化并最终实现简便高效的乳腺癌药物反应测试。通过与临床案例对照证明微流控纸芯片抗肿瘤药物测试平台的可行性。本工作有望发展出一种新的抗肿瘤药物测试平台，仿真性强，通量高，成本低，易于自动化。

项目的背景 .对于细胞水平药物测试来说，一个重要发展方向就是通过微环境模拟使体外测试结果真实反映体内情况。微流控芯片技术结合芯片材料、芯片结构以及微流体控制，便于精细仿真体内微环境。对于细胞研究，纸或薄膜材料具有一些特殊的优点。从一些开拓性研究工作来看，通透性薄膜材料不仅有利于改造细胞微环境化学成份，而且可以作为细胞-细胞间联系的支撑以及细胞与外界环境间扩散形式物质交换的媒介。因此，这类材料是细胞微环境模拟的有力工具。借助于纸芯片技术，可以在微流控芯片上细致地模拟组织和器官用于高仿真药物反应测试。利用纸芯片技术有望获取真实的肿瘤细胞-药物反应信息以形成个体化药物治疗方案，因此对于临床肿瘤治疗具有重要意义。.主要研究内容：1. 芯片系统设计加工；2. 芯片单元操作技术发展；3. 芯片上乳腺癌细胞微环境的模拟；4. 芯片乳腺癌组织的基本性能考察；5.芯片乳腺癌组织-药物相互作用研究.重要结果 研究发展了一种微流控肿瘤组织微阵列构建方法。实验加工了一种多层复合微流控芯片，包含64细胞培养微孔阵列，并集成了细胞进样、水凝胶三维支架形成和持续灌流培养。以MCF-7乳腺癌细胞为模型，连续培养中监测细胞存活率、细胞密度、增殖率和细胞内pH，并同时行冰冻切片后免疫组化染色。实验结果显示，乳腺癌细胞在水凝胶微球中增殖形成了类组织结构。E-cadherin及Vinculin在细胞内、细胞间隙均出现较强表达，提示水凝胶微球中细胞建立了细胞-细胞、细胞-间质连接。芯片上连续培养15天内细胞存活率保持在85%以上，细胞增殖率随时间延长而递减。细胞内pH检测显示芯片3D培养细胞内部呈现明显的酸化，其程度随着细胞密度增大而增加。利用上述芯片，进行了抗肿瘤药物测试。有别于2D培养细胞显示出的明显效应-剂量依赖关系，芯片3D培养乳腺癌细胞存活率对于阿霉素溶度升高呈缓慢下降趋势。