基于微流控芯片的低氧微环境对细胞毒性及代谢的研究

发布时间：2017-09-27 07:31

  本文关键词：基于微流控芯片的低氧微环境对细胞毒性及代谢的研究

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【摘要】：低氧是最常见的肿瘤微环境,能够代表不同癌症的一个独立的预后因素。尽管许多化疗药物在体外筛选研究过程中具有良好的药理作用,但是由于肿瘤组织中氧气浓度的减少,在临床试验中观察到化疗药物的低药效或严重的排斥反应。因此,肿瘤治疗和药物筛选时要考虑氧气浓度的影响。本论文构建了一个单通道氧气浓度梯度微流控芯片,并应用于研究两种不同机理的抗癌药物TPZ和顺铂在氧气梯度下的细胞毒性。氧气梯度是通过侧通道化学吸氧反应实现的,试剂不直接与细胞接触,对细胞无毒性。而且所得到的氧气浓度梯度范围2%-11%。在药物试验中,TPZ在较低的氧气浓度下引起更高的细胞死亡率,而顺铂则在较高的氧气浓度下有较高的细胞毒性。该结果提示我们模拟缺氧微环境进行肿瘤药物筛选时,需要考虑肿瘤细胞体内的缺氧状态。本论文构建了一种三层的八通道氧气梯度阵列微流控芯片,并通过固相萃取芯片与质谱联用。研究细胞在不同氧气环境下的代谢行为。芯片设有八通道的阵列,构造的氧气浓度梯度范围广,可以同时观察细胞在不同氧气环境下的生理行为,可以一次性实现对照实验、多浓度梯度平行刺激以及多区域检测。固相萃取芯片能够实现对乳酸分离富集,经质谱实时检测,低氧环境下乳酸分泌量不同。随着氧气浓度降低,乳酸呈增大趋势。微流控芯片质谱联用平台不仅能用荧光显微镜表征细胞形态,还能通过质谱对细胞代谢物进行检测。
【关键词】：低氧 细胞毒性 氧气梯度 微流控
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R96
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 引言7-31
• 1.1 微流控芯片的发展和制备7-15
• 1.1.1 微流控芯片的发展7-8
• 1.1.2 微流控芯片的材料8-10
• 1.1.3 微流控芯片的制备10-15
• 1.2 微流控技术在细胞分析中的应用15-19
• 1.2.1 细胞培养15-16
• 1.2.2 微流控芯片细胞微环境的控制16-19
• 1.3 微流控芯片与氧气浓度梯度19-28
• 1.3.1 氧气控制的需求和动力19-20
• 1.3.2 微流控氧气浓度发生器20-28
• 1.4 低氧与肿瘤治疗28-30
• 1.4.1 肿瘤低氧微环境28-29
• 1.4.2 HIF和肿瘤抗药性29-30
• 1.5 本论文构思及研究内容30-31
• 第二章 氧气浓度梯度微流控芯片对肿瘤药物的细胞毒性研究31-46
• 2.1 前言31-32
• 2.2 实验32-37
• 2.2.1 试剂和仪器32-33
• 2.2.2 微流控芯片设计与制作33-34
• 2.2.3 芯片上氧气浓度梯度的测定与表征34-35
• 2.2.4 微流控芯片的修饰与细胞培养35-36
• 2.2.5 单一氧气浓度梯度对细胞活性的影响36
• 2.2.6 氧气梯度下肿瘤药物的细胞毒性36
• 2.2.7 96孔板中常氧和低氧下肿瘤药物的细胞毒性36-37
• 2.3 结果与讨论37-45
• 2.3.1 氧气浓度梯度的表征37-39
• 2.3.2 纤连蛋白修饰对细胞贴壁的影响39-40
• 2.3.3 单一氧气浓度下细胞的存活率40-41
• 2.3.4 肿瘤药物在氧气梯度下的细胞毒性41-44
• 2.3.5 芯片外肿瘤药物的细胞毒性44-45
• 2.4 小结45-46
• 第三章 氧气浓度阵列微流控芯片与质谱联用研究肿瘤细胞的代谢46-62
• 3.1 前言46-47
• 3.2 实验47-53
• 3.2.1 仪器和试剂47-48
• 3.2.2 芯片设计和制作48-51
• 3.2.3 缺氧模型的建立51
• 3.2.4 微流控芯片上的细胞培养51-52
• 3.2.5 纤连蛋白浓度的优化52
• 3.2.6 PDMS的刚性的优化52
• 3.2.7 肿瘤药物细胞毒性实验52
• 3.2.8 样品配制与前处理52-53
• 3.2.9 低氧环境下细胞代谢物的检测53
• 3.3 结果与讨论53-61
• 3.3.1 氧气浓度梯度的建立与表征53-55
• 3.3.3 纤连蛋白修饰浓度对细胞贴壁生长的影响55-56
• 3.3.4 PDMS膜刚性对细胞贴壁生长的影响56-57
• 3.3.5 低氧环境下肿瘤细胞的药物敏感性57-59
• 3.3.6 固相萃取芯片的萃取效果59-60
• 3.3.7 微流控芯片与质谱联用测定乳酸60-61
• 3.4 小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-71
• 攻读学位期间研究成果71-72
• 主要符号对照表72-73
• 致谢73-74

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