微流控芯片是細(xì)胞生物學(xué)研究的有力工具，除了微流控芯片所共有的特點(diǎn)如高通量、低試劑消耗和功能集成，微流控細(xì)胞分析芯片的另一優(yōu)勢(shì)是可在微尺度條件下重建細(xì)胞微環(huán)境。已經(jīng)報(bào)道的微流控細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)大多數(shù)采用灌流培養(yǎng)方式，這種結(jié)構(gòu)有利于構(gòu)建高密度細(xì)胞培養(yǎng)陣列和實(shí)現(xiàn)及時(shí)的物質(zhì)交換。然而，灌流培養(yǎng)芯片也面臨著一些挑戰(zhàn)，包括：

(1)  難以精確控制細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境；

(2)  連續(xù)灌流導(dǎo)致的試劑消耗增加；

(3)   應(yīng)對(duì)復(fù)雜操作的靈活性限制。

 針對(duì)該問(wèn)題，廣州市第一人民醫(yī)院暨華南理工大學(xué)附屬第二醫(yī)院檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)研究室的研究人員發(fā)展了一種開(kāi)放式微流控芯片組織陣列系統(tǒng)，并將之用于抗腫瘤藥物正交組合測(cè)試。該研究成果發(fā)表近日在美國(guó)化學(xué)會(huì)《Analytical Chemistry》雜志，文章第一作者是林冬果和林錦瓊，通訊作者為劉大漁研究員。

圖1圖示說(shuō)明微流控系統(tǒng)與微流控芯片結(jié)構(gòu)（上），以及微流控芯片上的腫瘤微環(huán)境構(gòu)建（下）。

研究發(fā)展的開(kāi)放式微流控芯片包含三層結(jié)構(gòu)：底層為微通道貫穿的細(xì)胞培養(yǎng)池陣列，頂層是開(kāi)放式培養(yǎng)池，二者之間為一層納米孔薄膜。納米孔薄膜具有“透氣阻水”的特性，一方面可以起到止流閥作用實(shí)現(xiàn)液體自動(dòng)分配，另一方面允許跨膜擴(kuò)散模擬血管內(nèi)皮層擴(kuò)散屏障作用。

這種微流控芯片的優(yōu)勢(shì)在于：

（1）借助于自動(dòng)液體分布構(gòu)建高密度細(xì)胞培養(yǎng)陣列；

（2）結(jié)合了3D細(xì)胞培養(yǎng)和仿真血管內(nèi)皮層，允許在仿真微環(huán)境下進(jìn)行細(xì)胞實(shí)驗(yàn)；

（3）通過(guò)與移液工作站結(jié)合，提供了液體操控的靈活性并保證微環(huán)境穩(wěn)定性。

這種微流控芯片系統(tǒng)結(jié)合了封閉式和開(kāi)放式微流控芯片的優(yōu)點(diǎn)，一方面能夠通過(guò)液體流動(dòng)和分布構(gòu)建高密度細(xì)胞陣列，另一方面結(jié)合微量移液實(shí)現(xiàn)液體操控的靈活性和微環(huán)境穩(wěn)定性。

研究以乳腺癌細(xì)胞為模型，在芯片上構(gòu)建了腫瘤組織微陣列并評(píng)價(jià)了其生物仿真性能。利用所發(fā)展的開(kāi)放式微流控組織陣列芯片，研究進(jìn)行了3因素3水平的抗腫瘤藥物正交組合測(cè)試。研究結(jié)果顯示，這種開(kāi)放式微流控組織陣列芯片允許在仿真微環(huán)境條件下進(jìn)行包含復(fù)雜操作步驟的實(shí)驗(yàn)操作，是實(shí)現(xiàn)高效細(xì)胞分析的有利工具。

圖2微流控組織陣列芯片上藥物組合篩選流程示意圖。A. 芯片上的細(xì)胞培養(yǎng)微陣列形成：(I) 引入細(xì)胞懸液; (II) 細(xì)胞懸液順序充滿培養(yǎng)池; (III) 細(xì)胞懸液填充所有培養(yǎng)池; (IV) 多余液體排出。B. 細(xì)胞培養(yǎng)和藥物測(cè)試：(I) 液池加入CaCl₂溶液，下方培養(yǎng)室內(nèi)形成海藻酸鈣水凝膠; (II) 加入細(xì)胞培養(yǎng)基（含或不含抗癌藥物）; (III)染料加入頂層儲(chǔ)液池；(IV)細(xì)胞活力檢測(cè)。

圖3 微流控芯片上的細(xì)胞懸液自動(dòng)分布(A)，連續(xù)細(xì)胞培養(yǎng)后仿真腫瘤組織形成（B）以及基于組織陣列的抗腫瘤藥物正交組合測(cè)試（C）。

原文出處：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