微流控芯片组织阵列用于高效抗肿瘤药物筛选

微流控芯片是细胞生物学研究的有力工具，除了微流控芯片所共有的特点如高通量、低试剂消耗和功能集成，微流控细胞分析芯片的另一优势是可在微尺度条件下重建细胞微环境。已经报道的微流控细胞培养系统大多数采用灌流培养方式，这种结构有利于构建高密度细胞培养阵列和实现及时的物质交换。然而，灌流培养芯片也面临着一些挑战，包括：

(1)  难以精确控制细胞培养环境；

(2)  连续灌流导致的试剂消耗增加；

(3)   应对复杂操作的灵活性限制。

 针对该问题，广州市第一人民医院暨华南理工大学附属第二医院检验医学研究室的研究人员发展了一种开放式微流控芯片组织阵列系统，并将之用于抗肿瘤药物正交组合测试。该研究成果发表近日在美国化学会《Analytical Chemistry》杂志，文章第一作者是林冬果和林锦琼，通讯作者为刘大渔研究员。

图1图示说明微流控系统与微流控芯片结构（上），以及微流控芯片上的肿瘤微环境构建（下）。

研究发展的开放式微流控芯片包含三层结构：底层为微通道贯穿的细胞培养池阵列，顶层是开放式培养池，二者之间为一层纳米孔薄膜。纳米孔薄膜具有“透气阻水”的特性，一方面可以起到止流阀作用实现液体自动分配，另一方面允许跨膜扩散模拟血管内皮层扩散屏障作用。

这种微流控芯片的优势在于：

（1）借助于自动液体分布构建高密度细胞培养阵列；

（2）结合了3D细胞培养和仿真血管内皮层，允许在仿真微环境下进行细胞实验；

（3）通过与移液工作站结合，提供了液体操控的灵活性并保证微环境稳定性。

这种微流控芯片系统结合了封闭式和开放式微流控芯片的优点，一方面能够通过液体流动和分布构建高密度细胞阵列，另一方面结合微量移液实现液体操控的灵活性和微环境稳定性。

研究以乳腺癌细胞为模型，在芯片上构建了肿瘤组织微阵列并评价了其生物仿真性能。利用所发展的开放式微流控组织阵列芯片，研究进行了3因素3水平的抗肿瘤药物正交组合测试。研究结果显示，这种开放式微流控组织阵列芯片允许在仿真微环境条件下进行包含复杂操作步骤的实验操作，是实现高效细胞分析的有利工具。

图2微流控组织阵列芯片上药物组合筛选流程示意图。A. 芯片上的细胞培养微阵列形成：(I) 引入细胞悬液; (II) 细胞悬液顺序充满培养池; (III) 细胞悬液填充所有培养池; (IV) 多余液体排出。B. 细胞培养和药物测试：(I) 液池加入CaCl₂溶液，下方培养室内形成海藻酸钙水凝胶; (II) 加入细胞培养基（含或不含抗癌药物）; (III)染料加入顶层储液池；(IV)细胞活力检测。

图3 微流控芯片上的细胞悬液自动分布(A)，连续细胞培养后仿真肿瘤组织形成（B）以及基于组织阵列的抗肿瘤药物正交组合测试（C）。

原文出处：OrthogonalScreening of Anticancer Drugs Using an Open-Access Microfluidic Tissue ArraySystem，Dongguo Lin, Peiwen Li, Jinqiong Lin, Bowen Shu, WeixinWang, Qiong Zhang, Na Yang, Dayu Liu, and Banglao Xu，Anal. Chem.,2017, 89(22), pp 11976–11984, DOI:10.1021/acs.analchem.7b02021