基于空气柱辅助微流控的单细胞间相互作用研究平台构建及其在胶质瘤细胞耐药性研究中的应用

Different types of intercellular interactions play vital roles in various life actions. Studying intercellular interaction at single-cell level cannot only reduce the influence of complex environment, but also obtain many phenomena and mechanisms which are normally ignored. In consideration of the precisely handling of microscale liquids and particles in microfluidics, it has been applied to the study of intercellular interaction at single-cell level. However, there were not any methods which could satisfy the needs of adjustable interaction type and microenvironments, high-throughput analysis, and cell arraying. Therefore, we propose to design and prepare a novel air plugs assisted microfluidic chip for single-cell pairing array construction and tumor cell chemoresistance study. Utilizing the hydrophobicity and gas-permeability of polydimethylsiloxane (PDMS), controllable air plugs could be generated and eliminated to construct the contact/contactless single-cell pairing array. Also, the microenvironments of single-cell pairs could be packaged with air and regulated with reintroduced flow. Finally, this microfluidic chip would be applied to exploring the influence of different glioma-astrocyte interactions to glioma cell chemoresistance at single-cell level. Based on this study, a powerful platform would be provided for intercellular interactions study at single-cell level. Furthermore, it would also be promising for developing new target and strategy of glioblastoma multiforme clinic chemotherapy.

不同类型的细胞间相互作用在各种生命活动之中发挥着极其重要的作用。在单细胞水平对其进行研究，不仅减少了复杂环境的影响，而且可获得易被忽略的现象和机理。微流控技术因其可在微米尺度操纵液体和粒子的特性而被应用于单细胞水平细胞间相互作用研究，但目前还无法同时满足细胞间相互作用方式可控、微环境可控、高通量分析以及阵列化排列的要求。因此，本项目拟设计并制备一种新型的空气柱辅助微流控芯片，用于单细胞间相互作用研究平台的构建及肿瘤细胞耐药性研究。该芯片利用聚二甲基硅氧烷（PDMS）的疏水性和透气性，在可控空气柱辅助下构建直接/间接接触的单细胞配对阵列，并通过空气封装和液流再灌注实现对微环境的调控。最后，该芯片被用于在单细胞水平研究胶质瘤-星形细胞间不同类型细胞间相互作用对胶质瘤细胞耐药性的影响。籍此，不仅可为单细胞水平细胞间相互作用研究提供强有力的研究平台，而且有望为胶质瘤临床化疗提供新的治疗靶点和策略。

不同类型的细胞间相互作用在肿瘤细胞耐药性获得中发挥着及其重要的作用，在单细胞水平对其进行研究，不仅减少了复杂环境的影响，而且可获得易被忽略的现象和机理。在此过程中，需要完成异种单细胞配对阵列的构建，肿瘤细胞的操纵、检测和治疗，肿瘤细胞无标记检测和识别以及抗肿瘤药物的快速定量检测等研究内容。本项目将微流控，3D打印和拉曼光谱这三种技术相结合，围绕耐药性肿瘤的诊断和治疗开展了深入研究。首先利用聚二甲基硅氧烷（PDMS）的疏水性和透气性，在可控空气柱辅助下完成了异种单细胞配对阵列构建，实现了单细胞水平细胞间相互作用研究的方法建立。进一步探索了3D打印微流控芯片制备及其在肿瘤细胞操纵、检测及治疗中的应用，以提升本项目相关研究成果产业转化的潜力。同时完成了基于拉曼光谱的肿瘤细胞及胞外囊泡的无标记识别，拓展了拉曼光谱与微流控联用技术的应用范围，实现了肿瘤细胞的无标记检测和识别。最后针对肿瘤耐药性评估，将以上多种技术相结合，建立了毛细力驱动的纸基纳米材料印刷新方法，并将其应用于3D打印试纸盒开发，实现了体液中抗肿瘤药物的快速定量检测，为耐药性肿瘤的诊断治疗提供新的辅助手段。

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