集成微流控技术细胞3D水平抗肿瘤药物评价新体系

An appropriate drug evaluation model in vitro which could reflect physiological and pathological condition in human body plays the key role for developing anti-tumor drugs. In this project, we purpose to establish a new chip based anti-tumor drugs evaluation system by combining the emerging microfluidic technology with three-dimensional (3D) cell culture technology. With precisely controlling the flow and cell manipulation at microscale, the integrated microfluidic chip system could provide various functions including, culturing tumor cell in 3D spheroids manner, applying flows with various drug concentrations, and exchanging nutrients. Besides, it also have many great features like dynamic condition, high integration, high-throughput analysis. Compared with existing 3D cell evaluation methods, our chip based platform could not only better mimic micro-organization conditions, but also evaluate anti-tumor drug with high throughput analysis, which provides a new pathway for cell level anti-tumor drug screening.

在体外建立能够真实反映体内生理病理状况的药物评价模型是抗肿瘤药物研发的关键问题。本项目结合新兴的微流控技术与细胞三维微组织培养技术，创新性地建立和发展集成化动态多条件的抗肿瘤药效评价新体系，通过对微尺度流体的精确操控和细胞操作，构建多种人肿瘤细胞三维培养模型，实现多个稳定药物浓度，营养物质与药物添加等基本功能。方法具有动态，多条件，高集成，高通量分析的特点。将解决现有细胞3D药物评价在仿生体内微组织条件构建、集成流体操控和高通量分析等方面面临的问题，为抗肿瘤药物筛选提供重要的技术平台，为多种细胞系抗肿瘤药物筛选提供新思路。

构建合适的3D细胞培养体系及其抗肿瘤药物评价系统对研究肿瘤的发生发展机制研究和开发抗肿瘤药物具有重要意义。本项目建立和发展基于集成化微流控技术细胞3D水平的抗肿瘤药物评价新体系，通过微流控技术实现肿瘤细胞三维微球培养、流体精确操控、浓度梯度等功能，对多种人肿瘤细胞微球进行药物处理，构建基于细胞微球水平的抗肿瘤药物的初步筛选。明确抗肿瘤药物的药效，为简单，高效的，成本低的抗肿瘤药物筛选提供有力平台，为多种细胞系抗肿瘤药物筛选提供有力的理论依据。.利用集成微流控芯片，接种了HepG2细胞与U87细胞，形成三维细胞微球，考察细胞增殖与活性，研究抗肿瘤药物5-FU抗肿瘤效果。结果表明随着5-FU药物浓度的升高，U87细胞微球的活性降低，当5-Fu的浓度达到第5个等级时，U87细胞微球的活性低于50%，构建基于细胞3D水平的多条件抗肿瘤药物评价。.主要研究成果如下：.1. 研究集成微流控技术细胞3D水平单种抗肿瘤药物评价新体系。利用集成微流控芯片，构建基于细胞3D水平的多条件抗肿瘤药物评价，明确抗肿瘤药物的药效，为抗肿瘤药物筛选提供重要的技术平台，为多种细胞系抗肿瘤药物筛选提供新思路。.2. 建立了一种可以同时产生4个不同大小流体剪切力的微流控芯片，用以研究低流速流体剪切力对于软骨细胞表型的影响，为软骨组织工程和骨性关节炎等多个研究领域开展生物力学研究提供了有力的研究平台，对于骨关节疾病治疗和防治具有重要意义。.3.构建了一种整合的肝-肾模型，可以评估药物代谢相关的肾毒性，成功地创建了能够模拟体内代谢环境的药物测试平台，特别适合测试药物代谢相关的药物肾毒性，可以用于药物代谢研究和毒性评价。在加速有效新药的筛选的研发过程中有重大的应用前景。.项目已发表论文8篇，申请发明专利2项，授权专利2项。