利用高通量集成微流控技术实时观测活细胞在微环境精密时空调控下的信号转导过程

本申请项目利用微流控学领域内近年来经过不断筛选而考验过的可靠技术，及申请人实验室在微流控芯片加工及控制方面的特点和经验，面向具体的与心血管疾病和癌症直接相关的多条信号转导问题，提出制备特定的几类高通量微环境精细控制芯片。除了精确的细胞操纵外，这些芯片将为实现高时空分辨的细胞受激响应来洞察细胞内部生物化学活动提供一个灵活的细胞分析平台。基于微流控技术基础上的高通量、实时、原位、低消耗的细胞信号转导研究，结合化学小分子探针和药物的刺激，可控地进行动态实验将大大方便针对细胞信号转导这一复杂过程，将许多传统方法学中的重复性劳动利用计算机控制的芯片操作来完成，同时可以利用多种手段进行实时的高通量观察，并提供新型的方法学支持。

动脉粥样硬化是造成心血管疾病的重要诱因，主要发生在血管分叉和弯曲的位点。近年来多个实验室设计研发了多款装置用于模拟人体血管内剪切力对内皮细胞的刺激过程，从而研究动脉粥样硬化发生的相关过程。微流控芯片在近年来经过不断发展和筛选已经成为用于研究细胞生物学的重要方法，而本研究课题正是在前人的经验基础上，以微流控芯片为研究平台，利用多层软刻蚀技术制备大规模高通量集成微流控细胞培养芯片，实现芯片上的细胞培养和封闭管道内对细胞持续进行的力学刺激，以模拟人体内的血液流动对细胞的刺激，从而研究剪切力对内皮细胞的作用机理。微流控芯片以其高通量、低消耗为特色，实现了对芯片上实验实时高通量的观察和检测，结合实时定量PCR、高通量测序等现代生物学技术，发现了多个剪切力相关的基因、可变剪切位点及非编码长链DNA，探索了动脉粥样硬化的相关信号通路，在此基础上，结合了化学小分子探针及药物等的刺激，对细胞信号转到过程进行动态可空地研究和观察。基于微流控芯片的研究方法降低了珍贵细胞及试剂的消耗量，提高了反应检测的通量，为心血管疾病的研究提供了新的方法学模型。目前这部分工作正在整理当中，亟待投递发表。在进行本科研项目的同时，我们发展优化了多款芯片用于研究生物学、化学、光学等领域的科研问题，并已将相关的研究成果发表在了多个高水平的国际刊物上。