細(xì)胞水平高通量藥物篩選的微流控芯片研究.pdf

1、高通量篩選是現(xiàn)代藥物發(fā)現(xiàn)過程中鑒定具有特定生理活性化合物的重要技術(shù)之一。基于細(xì)胞模型的高通量篩選，能夠在群體細(xì)胞水平或單細(xì)胞水平，通過單次實驗，監(jiān)測和定量分析多種細(xì)胞事件，為藥物的初步篩選提供可靠信息。
　　傳統(tǒng)高通量篩選利用光學(xué)儀器，在微量滴定板小孔內(nèi)分析群體細(xì)胞的熒光信號。這類方法需要繁瑣的樣品預(yù)處理過程和機械化的溶液交換操作，難以集成環(huán)境控制系統(tǒng)和溶液操作系統(tǒng)?；谖⒓庸ぜ夹g(shù)的微流控芯片具有試劑消耗少、反應(yīng)速度快、分析通量高

2、、生物兼容性好和易于集成等諸多優(yōu)點，能突破傳統(tǒng)方法的限制，為細(xì)胞水平藥物篩選提供新的研究平臺。本文提出三種不同結(jié)構(gòu)和功能的微流控芯片裝置，為解決細(xì)胞水平藥物篩選的難點問題提供新技術(shù)手段。主要研究結(jié)果如下：
　?。?）針對群體細(xì)胞長時給藥刺激，發(fā)展了一種適用于細(xì)胞水平抗腫瘤藥物篩選的微流控芯片，利用低流速混合擴散原理，自動生成8個藥物濃度梯度。選擇穩(wěn)定表達(dá)Caspase-3熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）探針的HeLa-CD3細(xì)胞為研究

3、對象，采集不同時間點細(xì)胞形態(tài)和熒光變化，通過細(xì)胞內(nèi)FRET熒光比率值的變化判斷細(xì)胞凋亡情況，在線監(jiān)測藥物誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡過程，從而評估最佳給藥濃度和藥效。
　?。?）針對單細(xì)胞長時給藥刺激，設(shè)計了一種基于流體動力學(xué)的細(xì)胞捕獲裝置，并行監(jiān)測藥物誘導(dǎo)單細(xì)胞凋亡。該微流控芯片由分流結(jié)構(gòu)陣列組成，具有高效穩(wěn)定的單細(xì)胞捕獲能力。細(xì)胞捕獲無需任何表面修飾或施加外界電場力及機械力，因此細(xì)胞個體能維持正常生理狀態(tài)。利用優(yōu)化的捕獲裝置，能獲得95％單微

4、球捕獲率以及90%單細(xì)胞捕獲率。不同濃度DDP藥物誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡實驗，證明該裝置能用于高通量藥物篩選分析。HeLa細(xì)胞在化學(xué)治療劑作用下發(fā)生明顯凋亡，相較于常規(guī)化療反應(yīng)更為快速。利用該方法能實時獲取多種藥物的IC50值。
　　（3）針對單細(xì)胞瞬時給藥刺激，我們提出了一種基于氣閥阱捕獲細(xì)胞的藥物刺激平臺，實時監(jiān)測細(xì)胞內(nèi)鈣信號響應(yīng)。相較于固定不變的細(xì)胞捕獲裝置，可逆的氣閥阱結(jié)構(gòu)更為靈活，通過氣壓驅(qū)動其開閉，可實現(xiàn)細(xì)胞捕獲、門控化學(xué)刺激和

5、細(xì)胞釋放一體化。利用水力門控系統(tǒng)輸出高時空分辨的ATP毫秒脈沖，模擬精確可控的化學(xué)微環(huán)境，實時監(jiān)測單細(xì)胞對瞬時藥物刺激的響應(yīng)。
　　綜上所述，本文針對細(xì)胞水平藥物篩選研究中的一些難點問題，提出了三種不同功能的微流控芯片：分別在群體細(xì)胞水平和單細(xì)胞水平，實現(xiàn)藥物誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的實時監(jiān)測和定量分析，并通過微閥控制，實現(xiàn)細(xì)胞捕獲、門控化學(xué)刺激和細(xì)胞釋放一體化，為靈活便捷的細(xì)胞水平藥物篩選提供新平臺。我們希望上述三種方法能成為行之有效的工具