一种基于微流控技术的血管化胎盘类器官-外周血管交互模型芯片的制作方法

本技术属于生物微流控和类器官，更具体地，涉及一种基于微流控技术的血管化类器官-外周血管交互模型芯片。

背景技术：

1、血管损伤是重大妊娠疾病子痫前期的主要全身性病理生理表现。子痫前期是一种以妊娠20周后新发高血压、蛋白尿为主要特征的妊娠特有疾病，表现为孕产妇多脏器和系统损害，严重影响母儿健康。子痫前期发病率约4％～8％，每年至少造成42,000名孕产妇死亡，是仅次于产后出血的孕产妇第二大死亡原因；此外，子痫前期孕妇及子代远期罹患心血管疾病及代谢性疾病的风险明显增高，已成为涉及“两代人”健康的重要公共卫生问题。国内二胎政策的全面开放使子痫前期的发生率从5.0％升高到6.4％，进一步加剧目前国内医疗面临的供需矛盾。

2、子痫前期发病经历“两阶段”过程：第一阶段为临床前期，环境与遗传因素导致滋养细胞侵袭不足、胎盘浅着床，导致胎盘缺血、缺氧，为晚孕期子痫前期发病提供了解剖病理基础。第二阶段为胎盘源性异常因子释放进入母体血液循环，激活系统性炎症反应，造成以血管损伤为主要特征的全身靶器官损害，最终引起子痫前期。探索子痫前期发病“两阶段”过程的分子机制是制定该病诊疗策略的重要前提。然而，至今尚无理想模型模拟子痫前期病理生理过程。主要原因有，①由于受到伦理学的限制，无法在体研究人类子痫前期胎盘与外周血管的交互；②子痫前期是人类妊娠特有疾病，人类胎盘结构、形成机制及妊娠调节机制与模式动物存在极大差异，难以构建恰当的动物模型；③子痫前期胎盘与外周血管交互复杂，简单的二维细胞培养或三维细胞类型的组织团难以模拟。所以，构建以人源细胞为基础的胎盘类器官与外周血管交互模型是研究子痫前期发病机制的迫切需求。

3、胎盘类器官是类器官技术在胎盘领域的应用。目前已有在体外成功构建人胎盘类器官方案。其主要方法步骤包括：获得胎盘组织生物样本→消化洗涤收集提取获得细胞→培养细胞获得胎盘类器官→类器官的培养与维持。但目前构建的类器官到胎盘疾病研究应用仍具有较大差距，主要在于其无血管网络且无法与外周器官组织形成交互。妊娠相关疾病具有复杂的病理生理机制，主要是胎盘与母体外周器官相互作用的结果，单一胎盘类器官的培养在妊娠期相关疾病机制研究及药物筛选中的应用价值非常有限。

4、微生理系统(microphysiologysystems)是通过基于微流控技术整合多个类器官所形成的多器官芯片(multiorgan-on-a-chip)。多器官芯片能够在体外模拟多个器官之间的交互作用，这种系统性的跨器官交互是研究子痫前期病理生理机制的关键。国内外构建基于微流控技术的多类器官微生理系统主要方式为：①单个独立类器官芯片通过管道连接整合；②将多个类器官模型集成到单个芯片上。目前已有的基于微流控技术的多类器官微生理系统，例如肝脏-胰岛微生理系统、肝脏-肠道-肾脏微生理系统等。但目前尚无胎盘-靶器官交互的芯片系统报道和应用。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种基于微流控技术的血管化胎盘类器官-外周血管交互模型芯片：

2、1.构建更加符合子痫前期病理生理机制的模型。既能体现人类子痫前期早孕期胎盘功能障碍的病理解剖基础，又能体现中晚孕期母体外周血管内皮功能等失衡的病理生理过程。通过构建体外微生理系统，模拟子痫前期中胎盘-外周血管交互。有利于从系统的角度研究胎源性疾病胎盘与外周血管的相互作用。

3、2.提高实验动物福利水平。本技术取材于作为医疗废弃物的人工流产绒毛组织，不涉及复杂的伦理要求，其应用对减少实验动物使用数量有重要意义。

4、3.本实用新型基于微流控技术构建血管化胎盘类器官与外周血管类器官的交互模型，更加贴近子痫前期外周血管损伤的机制，有利于疾病研究。

5、本实用新型提供的技术方案：

6、一种基于微流控技术的血管化类器官-外周血管交互模型芯片，其包括：微流控芯片底座10，所述微流控芯片底座设置第一培养区i和第二培养区ii；所述第一培养区i的中心设置中空微流体通道3，在所述的微流体通道3的中部设置用于胎盘类器官培养的第一培养区室16，所述微流体通道3的一端为第一微流体入口4，另一端为第一微流体出口5；在所述第一培养区室16及微流体通道3的两侧壁设置微孔11，所述微孔11连通第一血管内皮细胞迁移过渡区1、第二血管内皮细胞迁移过渡区2及第一培养区室16；所述第一血管内皮细胞迁移过渡区1经过第一微管道12和第二微管道13连接第二微流体入口6和第二微流体出口7，所述第二血管内皮细胞迁移过渡区2经过第三微管道14和第四微管道15分别连接第三微流体入口8和第三微流体出口9；使用时，血管内皮细胞迁移经过所述微孔11与所述第一培养区室16中的类器官交互形成血管化类器官。

7、所述第二培养区ii中心设置用于血管类器官培养的第二培养区室20，在所述第二培养区室20的两侧分别设置第四微流体入口18和第四微流体出口19，所述第四微流体入口18通过外置微管道17与第一微流体出口5连通，所述外置微管道17连通第一培养区i与第二培养区ii，形成血管化胎盘类器官与外周血管类器官的交互。

8、进一步，所述微孔11为类椎体状。

9、进一步，所述微孔11为密集微孔。

10、进一步，可通过所述第二微流体入口6和第三微流体入口8种植血管内皮细胞、注入血管内皮细胞培养基；可通过所述第一微流体入口4注入类器官培养基、水凝胶及胎盘滋养干细胞。

11、进一步，可通过所述第四微流体入口18注入血管内皮细胞培养基、水凝胶、人诱导多能干细胞(hipsc)，在所述第二培养区室20形成外周血管类器官。

12、根据本实用新型所述的基于微流控技术的血管化类器官-外周血管交互模型芯片，所述外置微管道17为可拆卸结构。

13、根据本实用新型所述的基于微流控技术的血管化类器官-外周血管交互模型芯片，在单独培养各类器官即无需第一培养区i和第二培养区ii交互时，拆卸外置微管道17，将所述第一微流体入口4、所述第一微流体出口5、所述第二微流体入口6、所述第二微流体出口7、所述第三微流体入口8、所述第三微流体出口9均通过外接管道与微流泵相连，以培养血管化胎盘类器官；将所述第四微流体入口18及第四微流体出口19通过外接管道与微流泵相连，以培养血管类器官。

14、根据本实用新型所述的基于微流控技术的血管化类器官-外周血管交互模型芯片，在需要胎盘类器官和血管类器官交互时，安装外置微管道17，将所述第一微流体入口4、第二微流体入口6、第二微流体出口7、第三微流体入口8、第三微流体出口9及第四微流体出口19通过外接管道与微流泵相连，以形成血管化胎盘类器官与外周血管的交互。

15、根据本实用新型所述的基于微流控技术的血管化类器官-外周血管交互模型芯片，所述微流控芯片为聚二甲基硅氧烷(pdms)材料，用于活细胞成像。

16、本实用新型所述一种基于微流控技术的血管化类器官-外周血管交互模型芯片由聚二甲基硅氧烷(pdms)材料制成的一体型芯片。

17、本实用新型提供的一种基于微流控技术的血管化类器官-外周血管交互模型芯片，用于实现胎盘类器官与外周血管交互。其中，包括胎盘类器官、血管类器官、微流控芯片，微流控芯片上设有微流控芯片底座10，所述微流控芯片底座设置第一培养区i和第二培养区ii；所述第一培养区i的中心设置中空微流体通道3，在所述的微流体通道3的中部设置用于胎盘类器官培养的第一培养区室16，所述微流体通道3的一端为第一微流体入口4，另一端为第一微流体出口5；在所述第一培养区室16及微流体通道3的两侧壁设置微孔11，所述微孔11连通第一血管内皮细胞迁移过渡区1、第二血管内皮细胞迁移过渡区2及第一培养区室16；所述第一血管内皮细胞迁移过渡区1经过第一微管道12和第二微管道13连接第二微流体入口6和第二微流体出口7，所述第二血管内皮细胞迁移过渡区2经过第三微管道14和第四微管道15分别连接第三微流体入口8和第三微流体出口9；使用时，血管内皮细胞迁移经过所述微孔11与所述第一培养区室16中的类器官交互形成血管化类器官；所述第二培养区ii中心设置用于血管类器官培养的第二培养区室20，在所述第二培养区室20的两侧分别设置第四微流体入口18和第四微流体出口19，所述第四微流体入口18通过外置微管道17与第一微流体出口5连通，所述外置微管道17连通第一培养区i与第二培养区ii，形成血管化胎盘类器官与外周血管类器官的交互。

18、本实用新型能够在建立血管化胎盘类器官基础上，进一步实现血管化胎盘类器官与外周靶器官相结合，用于评价基于子痫前期“二阶段假说”发病机制中外周血管的变化。

19、本实用新型解决了单类器官(胎盘类器官)不能反映子痫前期发病机制中胎盘分泌因子导致母体外周血管损伤的技术问题。

20、本实用新型组合血管化胎盘类器官和外周血管类器官形成一个微生理系统，实现了子痫前期胎盘-外周血管交互的体外建模，可用于研究子痫前期外周血管损伤机制。

21、本实用新型有益技术效果：

22、本实用新型将胎盘类器官与血管类器官组合形成一个微生理系统，实现了子痫前期经典的血管损伤体外建模，是基于子痫前期经典“两阶段”学说构建的简单可靠的体外交互模型。

23、本实用新型既能用来研究人类早孕期子痫前期胎盘功能障碍的分子机制，又能体现晚孕期母体血管内皮损伤的病理生理过程。

24、本实用新型较动物模型更能体现人子痫前期的发病过程，有助于减少动物模型的使用，提高实验动物福利。

25、本实用新型通过设计外置微管道17，调节流体方向，可实现胎盘和血管类器官单独培养或直接交互。