基于微流体芯片技术建立血脑屏障模型的研究

血脑屏障模型在血脑屏障机理研究以及药物筛选中都有重要作用。体外细胞模型与体内模型和体外组织模型相比，具有操作简便、检测快速、花费低等优点，但由于模型的形态和功能指标与体内实际相差甚远而限制了它的应用。为了解决这个问题，本项目利用微流体技术研究可靠、高效地血脑屏障体外细胞模型的实现方法。研制含有多孔膜的微流体芯片，内皮细胞和星形胶质细胞能够生长在多孔膜两侧，并且内皮细胞一侧有可以调控的液流通过。通过控制结构和流动参数，模拟体内微环境并促进两种细胞协同作用，从而使血脑屏障模型具有与体内类似的结构和功能。在此基础上，本项目研制集成多个培养单元和浓度梯度形成单元的血脑屏障芯片，提高芯片的检测效率。通过本项研究，阐明影响血脑屏障形态和功能的重要因素，研制出一种新颖的具有一定集成度和自动化能力的血脑屏障芯片，模型的形态和功能指标接近或达到体内水平。

建立可靠、高效的血脑屏障模型对促进中枢神经系统疾病研究进程，提高药物筛选效率都有重要意义。体外细胞模型与体内模型和体外组织模型相比，具有操作简便、检测快速、花费低等优点，但由于模型的形态和功能指标与体内实际相差甚远而限制了它的应用。微流体芯片技术通过微小精细结构在几厘米见方的芯片上实现生化分析和细胞培养和检测，近年来为研究热点。在细胞培养方面，利用微流体芯片技术能够提供与体内类似的多细胞共同生长的微环境，设计出便于细胞协同作用的空间结构，方便维持液流对脑微血管内皮细胞的作用，集成微传感器以实时监测细胞，便于进行高通量检测。本项目旨在利用微流体芯片技术研制血脑屏障模型。. 本项目设计和研制了两类结构的血管壁垒芯片：含狭缝的微流体芯片和含多孔膜的微流体芯片。两类芯片均能用于内皮细胞通透性分析。由于含狭缝的微流体芯片中建立的血管壁垒存在空隙，不适合用于建立血脑屏障模型。根据其特点，我们用这种芯片建立了体外肿瘤血管模型，并用于原花青素和伊立替康对血管通透性作用的研究。我们用商业化的多孔膜研制成功适于高通量分析内皮细胞通透性的微流体芯片；同时建立了制作PDMS多孔膜的方法，孔径和膜厚可以根据工艺参数调节，制作出孔径5μm、10μm、15μm，膜厚7~10μm的PDMS多孔膜。在微流体芯片中培养原代细胞是本项目遇到的一个技术挑战。本项目研究了材料表面性质对原代细胞生长的影响，建立了在含PET或PDMS多孔膜的微流体芯片长期共培养大鼠脑微血管内皮细胞（rBMEC）和大鼠脑星形胶质细胞（rBA）的方法，原代细胞能够在芯片中生长3周。rBMEC随液流定向排列，并铺满多孔膜区域。细胞免疫荧光检测表明rBMEC表达紧密连接的标志蛋白Occludin，表明该芯片能够用于建立体外血脑屏障模型。与最近报道的芯片上的血脑屏障模型相比，本项目研制的含多孔膜的芯片完全由PDMS构成，上下腔室间无液体泄漏；建立了微流体芯片中长期（3周）培养原代细胞的方法，可推动微流体芯片上的血脑屏障模型的研究。