基于细胞3D打印技术的肿瘤药物筛选细胞芯片研究

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1、33卷2期中国生物医学工程学报Vo1.33No.2April20142014年4月ChineseJournalofBiomedicalEngineering基于细胞3D打印技术的肿瘤药物筛选细胞芯片研究赵占盈徐铭恩石然郭淼严明徐莹王玲(杭州电子科技大学生命信息与仪器工程学院,杭州310018)摘要:现有的药物筛选评价技术中,动物筛选模型存在种属差异和周期长等缺点,高通量筛选和细胞筛选模型则与体内环境差异大,药物筛选准确率低。细胞3D打印技术为在体外构建仿真的组织器官模型提供了可能,当其与细胞芯片技术结合则为体外构建高效准确的药物筛选模型提供了新

2、的技术空间。本研究构建了含有多个叉指电极(IDEs)阵列的细胞芯片,用细胞3D打印技术在芯片上组装了卵巢癌细胞HO一8910和人肝间充质干细胞HMSC—H组织模型,并通过对组织模型内细胞阻抗变化的检测,反映细胞生长、贴附、增殖、凋亡的过程及药物对细胞活性的影响等,最终基于该模型检测了抗癌药物顺铂和环磷酰胺对肿瘤细胞的杀伤和肝毒性。结果显示:支架微丝直径和孔径约为200~300m,肿瘤细胞和肝细胞在三维结构里生长良好;DMEM作为电解液,芯片在1OHz可准确检测到三维结构中细胞增殖引起的阻抗变化,20h后阻抗升高69.6%;基于该筛选模型,能同步

3、检测到药物的抗肿瘤作用和肝毒性,并筛选出需要肝的二次代谢产物才能产生抗肿瘤性的药物环磷酰胺。关键词:细胞3D打印;细胞芯片;药物筛选;叉指电极;支架中图分类号R318文献标志码A文章编号0258—8021(2014)02-0161-09ResearchofAnti-TumorDrugScreeningCellChipBasedon3DCellPrintingTechniqueZHAOZhan-YingXUMing·EnSHIRanGUOMiaoYANMingXUYingWANGLing(CollegeofLifelinformationScie

4、nce&InstrumentEngineering,HangZhouDianZiUniversity,Hangzhou310018,China)Abstract:Therearesomecrucialproblemsinconventionaldrugscreeningsystems.Forexample,animalmodelshaveshortcomingsofspeciesdifferencesandlongtestperiods;inaddition,poormimicsofinvivomicroenvironmentresultsin

5、thelowaccuracyofcell—basedhigh·throughputdrugscreeningassays.The3Dcellprintingtechnologymayprovidesolutionsofestablishingbiomimetictissuemodelsinvitro.Moreover,thecombinationof3Dcellprintingandcellchipprovidesahighlyvaluabletoolfortheefficientandaccuratedrugscreeninginvitro.

6、Inthisstudy,acellchipintegratingseveralgroupsofIDEs,wasdesignedandmanufactured.Then,theHMSC-HandHO一8910celllineswereassembledwithinthegelatin/alginatemixtureonthemanufacturedchipusing3Dcellprinting.TheIDEswasusedtodetectchangesinthecellimpedancewhichreflectsthecellgrowth,adh

7、esion,proliferation,apoptosisandeffectsofdrugsontheviability.Basedonthiscells-loadedchip,theantitumoreffectorhepatoxicityofbothCTXandDDPweremeasuredrespectively.Ourresultsshowedthatthe3DstructurecouldsuppotthegrowthofHMSC—HorHO·8910cells.Thescaffoldpossessedporeswithdiameter

8、of200—300Ixm.Thechangeofimpedancecausedbythecellproliferationwaspreciselyde

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