一种AML类器官模型及其构造方法与流程

本发明涉及微流控芯片，具体的说，是一种aml类器官模型及其构造方法。

背景技术：

1、急性髓系白血病（acute myeloid leukemia，aml）系源自造血干细胞的克隆性血液系统恶性肿瘤。aml是成人中最常见的白血病形式，约占全球所有白血病的三分之一。aml的发病率一般报道为每年每10万人中3-5人, 中国每年有8.5万新发aml病例，5年生存率低于20%。随着中国预期寿命的延长和人口老龄化，aml的发病率可能会显著上升。aml患者的生存率是所有白血病中最低的。只有1 / 4的aml成人患者在诊断后存活超过5年。而且过去20年，aml的治疗进展缓慢，生存率无明显提升。

2、当前，针对aml患者的传统治疗方案主要采用“3+7”化疗方案，该方案结合了蒽环类药物如去甲氧柔红霉素（idarubicin，ida）、柔红霉素（daunorubicin，dnr）、米托蒽醌（mitoxantrone，mit）与标准剂量的ara-c。此外，cag方案（阿糖胞苷+阿克拉霉素+粒细胞集落刺激因子）和hag方案（高三尖杉酯碱+阿糖胞苷+粒细胞集落刺激因子）亦作为低强度化疗方案被广泛应用。然而，根据既往的多项研究，传统治疗方案在aml患者中的整体疗效并不理想，显示出较低的缓解率和较短的中位总生存期（os）。

3、此现象主要归因于aml患者的高度异质性，其预后较差，且部分患者无法耐受强化治疗，以及疾病复发难治的特性。其根本原因在于aml细胞本身具有极强的肿瘤异质性，多种基因突变的存在使得肿瘤细胞经历克隆进化，形成不同的亚克隆。同时，肿瘤微环境的异质性，如血管和氧供应的差异、免疫细胞差异等，亦对患者产生耐药性具有重要影响。这些不同的突变、表观遗传变异或下游异常可能导致患者呈现相似的临床表现，但却引发了不同的治疗反应，最终导致了治疗效果的不佳。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种aml类器官模型及其构造方法，以实现针对aml这种高度异质性血液肿瘤，利用微流控与3d生物打印技术，构建基于aml类器官的高通量药敏检测平台的目的。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

3、一种aml类器官模型，采用3d生物打印成型，从上至下依次构造有营养循环机构、肿瘤细胞生长机构、细胞外部刺激机构以及内皮细胞生长机构；

4、所述营养循环机构内构造有第一流道，所述第一流道内安装有第一测试电极；

5、所述肿瘤细胞生长机构内构造有第二流道，所述第二流道中填充有通道墨水，所述第二流道中安装有第二测试电极；

6、所述细胞外部刺激机构内部构造有相互连通的空腔以及送气通道，所述送气通道与所述空腔连通；

7、所述内皮细胞生长机构内构造有第三流道，所述第三流道的内壁填充有外层墨水。

8、作为优选的，所述营养循环机构、肿瘤细胞生长机构、细胞外部刺激机构以及内皮细胞生长机构均采用核/壳型gelma-tgf-β1/明胶墨水体系作为型材成型；

9、所述型材通过同轴喷头进行成型，包括用于外喷头的载组织细胞墨水和用于内喷头的载内皮细胞牺牲墨水。

10、进一步的，所述通道墨水采用以下方式进行制备：

11、a1.将猪皮来源的明胶按15%的浓度添加进pbs溶液中，在50℃水浴锅中搅拌溶解30min，直至完全溶解；

12、a2.将丙烯酸甲酯（ma）缓慢加入明胶溶液中，温度保持37℃，直到明胶溶液中ma浓度到达6%，反应两小时后取出，得到gelma；

13、a3.将gelma在去离子水中透析一周，冷冻干燥后取出5g tgf-β1单体用pbs溶解于15%的gelma中，充分搅拌5分钟，制得gelma-tgf-β1；

14、a4.将gelma-tgf-β1与kg-1a细胞进行混合，得到所述通道墨水。

15、更进一步的，所述外层墨水采用以下方式进行制备：

16、b1.从4周龄大鼠身上提取脂肪来源的间充质干细胞；

17、b2.用间充质干细胞完全培养基进行培养，每两天换一次液，细胞汇合达80%-90%的时候进行传代，传代两次后的细胞用于类器官培养；

18、b3.每105间充质干细胞（mscs）与1ml的5%海藻酸钠进行等比例混合，即制成所述通道墨水。

19、更进一步的，所述营养循环机构、肿瘤细胞生长机构、细胞外部刺激机构以及内皮细胞生长机构从上之下依次叠加，且相邻两层之间构造有单向滤膜。

20、更进一步的，所述营养循环机构上构造有竖直贯穿的电极安装孔，所述电极安装孔穿过所述第一流道且伸入所述第二流道，所述电极安装孔中装配有测量电极，所述测量电极位于所述第一流道内的部分作为所述第一测试电极，所述测量电极位于所述第二流道内的部分作为所述第二测试电极。

21、更进一步的，所述测量电极沿着所述第一流道内液体流动方向依次包括参比电极、酶传感器以及对电极。

22、更进一步的，所述第一流道的进液端和出液端分别构造于所述营养循环机构的相对两侧壁，所述第三流道的进墨端和出墨端分别构造于所述内皮细胞生长机构的相对两侧壁，所述第一流道对于所述内皮细胞生长机构上的正投影与所述第三流道重合。

23、更进一步的，所述第二流道的进墨端和出墨端分别构造于所述肿瘤细胞生长机构的相对两侧，所述第二流道包括主流道以及单独与每个所述第二测试电极连通的测量流道，所述测量流道上相对于所述第二测试电极的上游侧设置有干膜阻断层，所述主流道的两端作为所述进墨端和出墨端，所述主流道上还连通有测试道，所述测试道从所述肿瘤细胞生长机构的侧壁伸出连通有纳米喷头。

24、同时，一种前述的aml类器官模型构造方法，包括以下步骤：

25、s1.配置通道墨水和外层墨水；

26、s2.利用3d打印成型所述内皮细胞生长机构，并向所述第三流道内通入所述外层墨水，利用紫外光固化；

27、s3.利用3d打印在所述内皮细胞生长机构的上方成型所述细胞外部刺激机构，利用紫外光固化；

28、s4.利用3d打印在所述细胞外部刺激机构的上方成型所述肿瘤细胞生长机构，并向所述第二流道内通入所述通道墨水，利用紫外光固化；

29、s5.利用3d打印在所述肿瘤细胞生长机构上方成型所述营养循环机构；

30、s6.插入电极，构成所述第一测试电极和所述第二测试电极。

31、本发明在使用的过程中，具有以下有益效果：

32、利用微流控和3d生物打印技术相结合的手段，制备aml类器官模型，模拟肿瘤异质型，通过构造可准确复现肿瘤微环境来模拟更贴近真实情况的环境，来预测个体患者对疗法的反应，为药物筛选和个性化治疗提供研究和诊断基础。

33、并且利用特定的生物墨水来对模型进行搭建，确保了模拟环境的准确性和可靠性。

34、能够准确的复现肿瘤细胞所处的微环境条件，包括氧气浓度、营养物质的供应以及酸碱度等关键因素，有效地模拟肿瘤细胞与周边微环境中各类细胞间的复杂交互作用。

技术特征：

1.一种aml类器官模型，其特征在于，采用3d生物打印成型，从上至下依次构造有营养循环机构（1）、肿瘤细胞生长机构（2）、细胞外部刺激机构（3）以及内皮细胞生长机构（4）；

2.根据权利要求1所述的一种aml类器官模型，其特征在于，所述营养循环机构（1）、肿瘤细胞生长机构（2）、细胞外部刺激机构（3）以及内皮细胞生长机构（4）均采用核/壳型gelma-tgf-β1/明胶墨水体系作为型材成型；

3.根据权利要求1所述的一种aml类器官模型，其特征在于，所述通道墨水采用以下方式进行制备：

4.根据权利要求1所述的一种aml类器官模型，其特征在于，所述外层墨水采用以下方式进行制备：

5.根据权利要求1所述的一种aml类器官模型，其特征在于，所述营养循环机构（1）、肿瘤细胞生长机构（2）、细胞外部刺激机构（3）以及内皮细胞生长机构（4）从上之下依次叠加，且相邻两层之间构造有单向滤膜。

6.根据权利要求1所述的一种aml类器官模型，其特征在于，所述营养循环机构（1）上构造有竖直贯穿的电极安装孔（10），所述电极安装孔（10）穿过所述第一流道（5）且伸入所述第二流道（6），所述电极安装孔（10）中装配有测量电极，所述测量电极位于所述第一流道（5）内的部分作为所述第一测试电极，所述测量电极位于所述第二流道（6）内的部分作为所述第二测试电极。

7.根据权利要求6所述的一种aml类器官模型，其特征在于，所述测量电极沿着所述第一流道（5）内液体流动方向依次包括参比电极、酶传感器以及对电极。

8.根据权利要求1所述的一种aml类器官模型，其特征在于，所述第一流道（5）的进液端和出液端分别构造于所述营养循环机构（1）的相对两侧壁，所述第三流道（9）的进墨端和出墨端分别构造于所述内皮细胞生长机构（4）的相对两侧壁，所述第一流道（5）对于所述内皮细胞生长机构（4）上的正投影与所述第三流道（9）重合。

9.根据权利要求1所述的一种aml类器官模型，其特征在于，所述第二流道（6）的进墨端和出墨端分别构造于所述肿瘤细胞生长机构（2）的相对两侧，所述第二流道（6）包括主流道（11）以及单独与每个所述第二测试电极连通的测量流道（12），所述测量流道（12）上相对于所述第二测试电极的上游侧设置有干膜阻断层（13），所述主流道（11）的两端作为所述进墨端和出墨端，所述主流道（11）上还连通有测试道（14），所述测试道（14）从所述肿瘤细胞生长机构（2）的侧壁伸出连通有纳米喷头（15）。

10.一种权利要求1至9任意一项所述的aml类器官模型构造方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种AML类器官模型及其构造方法，涉及微流控芯片技术领域。本发明包括一种AML类器官模型，采用3D生物打印成型，从上至下依次构造有营养循环机构、肿瘤细胞生长机构、细胞外部刺激机构以及内皮细胞生长机构；营养循环机构内构造有第一流道，第一流道内安装有第一测试电极；肿瘤细胞生长机构内构造有第二流道，第二流道中填充有通道墨水，第二流道中安装有第二测试电极；细胞外部刺激机构内部构造有相互连通的空腔以及送气通道，送气通道与空腔连通；内皮细胞生长机构内构造有第三流道，第三流道的内壁填充有外层墨水；以实现针对AML这种高度异质性血液肿瘤，利用微流控与3D生物打印技术，构建基于AML类器官的高通量药敏检测平台的目的。

技术研发人员：苏志伟,曹宗宝,柯小林,李松,蒲静
受保护的技术使用者：四川华曙图灵增材制造技术有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5