用于肿瘤微环境研究的微流控细胞芯片构建

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1、学校代码：10270分类号：O61学号：152200727硕士学位论文用于肿瘤微环境研究的微流控细胞芯片构建学院：生命与环境科学学院专业：无机化学研究方向：微流控芯片研究生姓名：王帅超校内导师：杨仕平联培单位：中国科学院上海微系统与信息技中国科学院上术研究所联培导师：金庆辉、葛玉卿完成日期：2018年3月上海师范大学硕士学位论文摘要论文题目：用于肿瘤微环境研究的微流控细胞芯片构建学科专业：无机化学学位申请人：王帅超校内导师：杨仕平教授校外导师：金庆辉研究员；葛玉卿副研究员摘要肿瘤及其转移涉及一系列复杂的病理过程，与其所处微环境密切相关。肿瘤微环境是一个非常复杂

2、的综合系统，是由肿瘤细胞、非肿瘤细胞以及细胞间质共同组成。常规体外细胞实验和动物实验往往与实际的体内环境有偏差，还有难以解决的伦理问题，不能满足肿瘤相关研究的需求。微流控芯片技术可以设计二维或三维通道网络结构，微通道的直径一般在10～100μm，与细胞尺寸相当，具有样品消耗少、分析速度快、自动化程度高、易于集成、可微型化等优点。微流控细胞芯片可以将细胞的培养、观测和分析在芯片平台上完成。它为细胞的研究，如细胞间相互作用、组织工程、药物筛选、生物传感器、器官芯片等方面提供新的研究平台。本论文以微流控技术为平台，采用人肺腺癌细胞（A549）、小细胞肺癌（H446）

3、、人胚肺成纤维细胞（HLF-1）和人血管内皮细胞（HUVECs）构建肺癌微环境芯片。采用“软光刻”工艺，设计并制作了两种通过不同物理结构对芯片内部细胞进行操控的微流控细胞芯片，实现了多细胞共同培养。观察了内皮细胞在不同细胞和生长因子条件影响下的生存状态和迁移情况，研究了肿瘤微环境中相关细胞因子对内皮细胞的生物学效应。本论文主要分为三个部分：1.总结肿瘤微环境研究所面临的挑战和微流控芯片的研究现状及在细胞生物学领域应用方面的优势，提出了微流控细胞芯片构建的研究思路，并用于肿瘤微环境的模拟研究。2.三种细胞共培养微流控芯片的设计与制备：设计了一种具有“微坝”和“微

4、缝”结构的微流控芯片，能够物理隔离不同细胞，而培养基中小分子营养物质可以自由流通。采用SU-8负性光刻胶以软光刻工艺制作硅基模具，分别对旋涂光刻胶转速控制，曝光时间，以及显影时间等工艺参数进行研究；建立了细胞微流控芯片制备工艺流程，并进行了芯片上多细胞共同培养研究。结果表明三种细胞生长状态良好，能够初步模拟内皮血管管壁功能。I摘要上海师范大学硕士学位论文3.设计了一种新型微流控细胞共培养芯片用于模拟肿瘤微环境，评价了芯片的生物相容性；研究了HUVECs与A549、HLF-1共培养条件下定向迁移情况以及在不同肺癌细胞A549、H446影响下HUVECs的迁移差异

5、。结果表明相比于成纤维细胞，HUVECs更趋向于向癌细胞迁移；相对于侵袭能力较弱的A549，HUVECs更趋向侵袭能力较强的H446迁移；并探讨这一过程可能存在的机制。关键词：微流控，细胞芯片，内皮细胞，肺癌细胞，成纤维细胞，增殖/迁移IIShanghaiNormalUniversityMasterofScienceAbstractAbstractTumoranditsmetastasisinvolveaseriesofcomplicatedpathologicalprocessesandarecloselyrelatedtoitsmicroenvironme

6、nt.Averycomplexandcomprehensivesystemoftumormicroenvironmentiscomposedoftumorcells,non-tumorcells,andintercellularsubstances.Conventionalinvitrocellexperimentsandanimalexperimentsoftendeviatefromtheactualinvivoenvironment,andthereareethicalissuesthataredifficulttosolve.Anditcannotme

7、ettheneedsoftumor-relatedresearch.Microfluidicchiptechnologycandesigntwo-dimensionalorthree-dimensionalchannelnetworkstructure,thediameterofthemicrochannelisgenerally10~100μm,andthesizeofthecellisequivalent,withlesssampleconsumption,fastanalysisspeed,highdegreeofautomation,easyinteg

8、ration,canbeminiatu