基于细胞3D打印技术的肿瘤药物筛选细胞芯片研究

【摘要】多学科间的交叉融合是当今科技发展的显著特点。生物制造是生命科学、信息科学、材料科学与制造学科交叉产生的一门新兴学科，其最前沿领域是细胞3D打印技术。基于快速成型技术和组织工程理论的细胞3D打印技术，以及基于微电子机械系统（MEMS）技术和传感器检测技术的细胞芯片技术，为组织工程学、细胞生物学、药物筛选、环境监测等研究领域扩展了新的理论和技术空间。本文将细胞3D打印技术及细胞芯片技术相结合，将其应用于抗肿瘤药物的筛选中，探讨细胞3D打印和细胞芯片用于构建体外三维药物筛选模型的理论可能和技术方案。首先，论文介绍了细胞3D打印技术、细胞芯片技术和药物筛选技术的国内外研究现状，系统分析了细胞3D打印技术和细胞芯片技术应用于抗肿瘤药物筛选的技术可能。基于细胞3D打印的成型特点和细胞传感器的测量原理，选取了细胞电阻抗传感器中的叉指电极作为芯片表面传感器。面向细胞3D打印技术，设计制作了一款适合细胞电生理检测的细胞芯片，并对芯片性能进行测试。然后，分析了细胞3D打印机的原理和系统组成。面向芯片表面支架打印及细胞电生理检测，选取合适的混合基质材料。研究了材料相容性、配比浓度、成型和固化特性及其对细胞电生理检测的影响。其次，根据细胞3D打印成型特点和细胞芯片的结构特点，设计了芯片表面支架结构。着重讨论了成型参数对基质材料连续性、支架内部微观孔隙结构及支架外部轮廓的影响。借助扫频光学相干层析成像(SSOCT)获取支架内部孔隙结构，并通过免疫荧光染色观察支架内细胞生长状况。最后，通过对比DMEM培养液、PBS溶液和铁氰化钾溶液三种电解液的检测结果差异，选择了合适的测试频段和电解液。我们将肿瘤细胞在芯片表面组装成型，对其进行细胞阻抗测试，结果显示细胞芯片能准确检测到支架内细胞增殖引起的阻抗变化，与标准生化检测法AlamarBlue检测结果一致。进而，我们在两组叉指电极构建的循环系统里分别组装了肝细胞和肿瘤细胞，检测顺铂和环磷酰胺的抗肿瘤作用和肝毒性。结果显示，细胞芯片能同步检测到药物对肿瘤细胞的杀伤作用和对肝细胞的肝毒性，并能检测到需要肝细胞二次代谢才能产生抗肿瘤特性的药物。研究证明，细胞3D打印技术与细胞芯片技术相结合，构建的多组织系统细胞芯片在药物筛选领域有着巨大的应用价值。
【作者】赵占盈；
【导师】徐铭恩；徐莹；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，测试计量技术及仪器，2014，硕士
【关键词】细胞3D打印；细胞芯片；药物筛选；支架；IDEs；

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