阅读说明：本技术 一种用于新型冠状病毒对结肠细胞影响机制研究的微流控结肠细胞研究模型及方法 (Microfluidic colon cell research model and method for researching influence mechanism of novel coronavirus on colon cells ) 是由 张莹 关茗洋 陈凤格 赵川 范尉尉 马辉 于 2021-05-21 设计创作，主要内容包括：本发明属体外模拟分析技术领域,具体涉及一种用于新型冠状病毒对结肠细胞影响机制研究的微流控结肠细胞研究模型,包括多于一个培养机构,选取其中一个所述培养机构作为对照组,其他所述培养机构作为实验组；所述培养机构包括培养池、多于一个收集池；所述收集池入口与所述培养池出口通过液体通道阀相连。有益效果在于：模拟装置结构简单,成本低；分别设置了A549细胞层以及人结肠杯状细胞HT29-CL.16E或HUVEC细胞层,有效模拟了结肠毛细血管的结构；利用真空泵的节律性的拉伸来模拟人体呼吸引起的结肠收缩和舒张；模拟装置操作简单；交换腔采用流线纺锤形,考虑到流体力学的因素,防止流体流动不均匀。(The invention belongs to the technical field of in-vitro simulation analysis, and particularly relates to a microfluidic colon cell research model for researching the influence mechanism of a novel coronavirus on colon cells, which comprises more than one culture mechanism, wherein one culture mechanism is selected as a control group, and other culture mechanisms are selected as experimental groups; the culture mechanism comprises a culture pond and more than one collecting pond; and the inlet of the collecting tank is connected with the outlet of the culture tank through a liquid channel valve. Has the advantages that: the simulation device has simple structure and low cost; an A549 cell layer and a human colon goblet cell HT29-CL.16E or HUVEC cell layer are respectively arranged, so that the structure of colon capillaries is effectively simulated; the rhythmic stretching of the vacuum pump is utilized to simulate the contraction and relaxation of the colon caused by the respiration of the human body; the simulation device is simple to operate; the exchange cavity adopts a streamline spindle shape, and the fluid flow is prevented from being uneven by considering the factor of fluid mechanics.)

一种用于新型冠状病毒对结肠细胞影响机制研究的微流控结 肠细胞研究模型及方法

技术领域

本发明属体外模拟分析

技术领域

，具体涉及一种用于新型冠状病毒对结肠 细胞影响机制研究的微流控结肠细胞研究模型及方法。

背景技术

2019年度爆发的新冠病毒引起了国际社会的普遍关注，2020年1月30日 世界卫生组织已经宣布这一疫情已经构成“国际关注的突发公共卫生事件”。 对于人类来说，疾病始终如影随形，传染病更是人类的大敌，仅在20世纪， 天花就夺取了3亿人的性命，1918年4月-1919年5月爆发的西班牙病毒导致 了2500万-4000万人死亡，2009年在墨西哥和美国加利福尼亚州爆发的甲型 H1N1流感持续了一年多，在全球造成了28.45万人死亡，2014年埃博拉病毒 在短短几个月蔓延到了多个国家，死亡人数达到了7000余人。

在结肠细胞中有相对多量的ACE-2表达，因此新型冠状病毒可与其识别， 因此导致感染有新型冠状病毒的患者会有腹泻的症状。并且会引起产生大量的 炎症因子等。目前对于该种病毒如何作用结肠细胞，所知甚少，因此构建该研 究模型非常有意义。

新冠病毒能够与肺部细胞表面的ACE-2进行识别，进而进入细胞进行增 殖。为了研究新冠病毒对于人体肺部细胞的影响，需要进行长期的模拟研究。

动物模型虽然从整体考虑空气污染物对机体的影响，但成本高、耗时长， 且不易在体内进行定量研究；加之由于物种间差异，动物模型在某种程度上不 能代表人类的生理、病理特征，造成了动物模型应用的局限性。

体外细胞模型利用培养的人肺部细胞系进行定量、高通量的分析，但由于 无法实现体内的细胞环境，缺乏多种细胞间的信息交互、机械力作用等，使其 结果难以模拟体内的实际情况。

基于此，亟需一种用于新型冠状病毒对结肠细胞影响机制研究的微流控结 肠细胞研究模型及方法，能够成功模拟气血屏障的同时并通过真空泵节律性的 拉伸来模拟人体呼吸引起的结肠收缩和舒张，能够在体外构建了会呼吸的肺模 型，并且生产成本低、对生产条件要求低、操作方便的检测方法及检测装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于新型冠状病毒对结肠 细胞影响机制研究的微流控结肠细胞研究模型及方法，已解决现有技术中的问 题。

本发明公开了一种用于新型冠状病毒对结肠细胞影响机制研究的微流控 结肠细胞研究模型，包括多于一个培养机构，选取其中一个所述培养机构作为 对照组，其他所述培养机构作为实验组；所述培养机构包括培养池、多于一个 收集池；所述收集池入口与所述培养池出口通过液体通道阀相连；

所述培养池包括模拟外腔、屏障层、模拟内腔、循环通路；所述屏障层设 置在所述模拟外腔与所述模拟内腔之间；所述模拟外腔与所述模拟内腔上分别 设置所述循环通路；所述屏障层包括骨架层、第一模拟层、第二模拟层；所述 第一模拟层为增殖在所述骨架层第一表面的HUVEC细胞层；所述第二模拟层 为增殖在所述骨架层第二表面的A549细胞层；所述第一模拟层与所述模拟外 腔相连，所述第二模拟层与所述模拟内腔相连。

进一步地，所述培养池入口采用蛇形通路。这样可以减小细胞剪切力。

进一步地，所述骨架层设置有孔洞，所述模拟层覆盖在所述骨架层表面同 时添堵所述孔洞；或所述骨架层采用半透膜，所述屏障层两侧的物质可以透过 所述骨架层与所述模拟层进行物质交换。

优选地，所述骨架层采用聚碳酸酯材质。

优选地，所述第二模拟层采用的A549细胞密度为1×10⁶个/mL；所述第 一模拟层采用的人结肠杯状细胞HT29-CL.16E或HUVEC细胞密度为1×10⁷个/mL。

进一步地，所述模拟外腔及所述模拟外腔外形采用规则或不规则的多边 形、纺锤形、圆形、椭圆形中至少一种。

优选地，所述模拟外腔及所述模拟外腔外形为纺锤形。

优选地，所述循环通路在与所述模拟外腔以及所述模拟内腔的连接处，所 述交换通路的方向与屏障层表面相平行。可以降低流体流动对于细胞的影响。

本发明还公开了一种新型冠状病毒对肺部细胞影响机制研究的微泡研究 方法，包括采用所述用于新型冠状病毒对结肠细胞影响机制研究的微流控结肠 细胞研究模型。

进一步地，所述新型冠状病毒对肺部细胞影响机制研究的微泡研究方法， 包括如下步骤：

1)取所述结肠细胞研究模型，通过所述循环通路向所述模拟外腔内循环 通入血液模拟培养液，并通过与其相连的所述交换孔使血液培养液进行循环流 动；

2)通过所述循环通路向所述模拟外腔内循环通入含有新型冠状病毒的空 气，并通过与其相连的所述交换孔使空气进行循环流动；

3)步骤1)与步骤2)持续一段时间后，打开液体通道阀，在不同的收集 池中分别收集不同的细胞分泌产物和细胞，拆除所述结肠细胞研究模型，取出 所述屏障层；进行分析研究。

本发明的有益效果在于：

1、模拟装置结构简单，成本低；

2、分别设置了A549细胞层以及人结肠杯状细胞HT29-CL.16E或HUVEC 细胞层，有效模拟了结肠毛细血管的结构；

3、模拟装置操作简单；

4、交换腔采用流线纺锤形，考虑到流体力学的因素，防止流体流动不均 匀。

附图说明

图1本发明培养机构结构示意图；

图2本发明示意图；

图3本发明培养池剖面结构示意图；

图4本发明屏障层剖面图；

图5本发明培养池第二种结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用 于更加清楚地说明本发明的技术实施例，而不能以此来限制本发明的保护范 围。

实施例1

如附图1-5所示，本发明公开了本发明公开了一种用于新型冠状病毒对结 肠细胞影响机制研究的微流控结肠细胞研究模型，包括多于一个培养机构1， 选取其中一个所述培养机构1作为对照组，其他所述培养机构1作为实验组； 所述培养机构1包括培养池11、多于一个收集池12；所述收集池12入口与所 述培养池11出口通过液体通道阀相连；

所述培养池11包括模拟外腔111、屏障层112、模拟内腔113、循环通路 114；所述屏障层112设置在所述模拟外腔111与所述模拟内腔113之间；所 述模拟外腔111与所述模拟内腔113上分别设置所述循环通路114；所述屏障 层112包括骨架层1121、第一模拟层1122、第二模拟层1123；所述第一模拟 层1122为增殖在所述骨架层1121第一表面的HUVEC细胞层；所述第二模拟 层1123为增殖在所述骨架层1121第二表面的A549细胞层；所述第一模拟层 1122与所述模拟外腔111相连，所述第二模拟层1123与所述模拟内腔113相 连。

本实施例所述的，所述培养池11入口采用蛇形通路。这样可以减小细胞 剪切力。

本实施例所述的，所述骨架层1121设置有孔洞，所述模拟层覆盖在所述 骨架层1121表面同时添堵所述孔洞；或所述骨架层1121采用半透膜，所述屏 障层112两侧的物质可以透过所述骨架层1121与所述模拟层进行物质交换。

优选地，所述骨架层1121采用聚碳酸酯材质。

优选地，所述第二模拟层1123采用的A549细胞密度为1×10⁶个/mL；所 述第一模拟层1122采用的人结肠杯状细胞HT29-CL.16E或HUVEC细胞密度 为1×10⁷个/mL。

本实施例所述的，所述模拟外腔111及所述模拟外腔111外形采用规则或 不规则的多边形、纺锤形、圆形、椭圆形中至少一种。

优选地，所述模拟外腔111及所述模拟外腔111外形为纺锤形。

优选地，所述循环通路114在与所述模拟外腔111以及所述模拟内腔113 的连接处，所述交换通路的方向与屏障层112表面相平行。可以降低流体流动 对于细胞的影响。

本发明还公开了一种新型冠状病毒对肺部细胞影响机制研究的微泡研究 方法，包括采用所述用于新型冠状病毒对结肠细胞影响机制研究的微流控结肠 细胞研究模型。

本实施例所述的，所述新型冠状病毒对肺部细胞影响机制研究的微泡研究 方法，包括如下步骤：

1)取所述结肠细胞研究模型，通过所述循环通路114向所述模拟外腔111 内循环通入血液模拟培养液，并通过与其相连的所述交换孔使血液培养液进行 循环流动；

2)通过所述循环通路114向所述模拟外腔111内循环通入含有新型冠状 病毒的空气，并通过与其相连的所述交换孔使空气进行循环流动；

3)步骤1)与步骤2)持续一段时间后，打开液体通道阀，在不同的收集 池12中分别收集不同的细胞分泌产物和细胞，拆除所述结肠细胞研究模型， 取出所述屏障层112；进行分析研究。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其 限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术 人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者 对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相 应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。