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基于微流控芯片构建三维基质支架中的肿瘤细胞侵袭模型

作　者: 宋振
导　师: 蔡绍皙
学　校: 重庆大学
专　业: 细胞生物学
关键词: 微流控芯片三维微环境侵袭多细胞球体
分类号: R730.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

肿瘤细胞侵袭是恶性肿瘤进行侵袭的关键步骤，在三维条件下，模拟肿瘤细胞的侵袭过程能够更好地研究肿瘤细胞侵袭机制，能够为以后的研制抗癌药物提供信息。而肿瘤多细胞球体不仅能够检测抗癌药物的效果，而且还能够反映肿瘤细胞在三维条件下的侵袭能力。而传统的实验技术，如Boyden小室，Transwell小室法和旋转琼脂培养法大多只能在二维尺度下（2D）研究肿瘤细胞侵袭行为，不能反映体内肿瘤细胞生长运动的微环境，以及监测侵袭或者肿瘤多细胞球体形成的过程，并且旋转琼脂培养法需要借助外力的作用形成多细胞球体。随着微流控技术的发展，能够设计和构建微流控平台研究肿瘤细胞在三维条件下细胞生物学行为，比如肿瘤细胞的侵袭和肿瘤多细胞球体的形成。目的为得到更为真实可信的侵袭结果和三维条件下多细胞球体的形成过程，在微流控技术基础上自行设计和构建肿瘤细胞生物学模型。该模型不仅能够模拟肿瘤细胞侵袭和肿瘤多细胞的3D微环境环境，而且能够监测肿瘤细胞与三维（3D）微环境的相互作用和生化因子对侵袭过程和形成多细胞球体的动态影响，以及在三维环境下监测肿瘤细胞侵袭或者多细胞球体在形成过程中肿瘤细胞的形态变化和彼此之间相互作用。方法为评价该芯片用于肿瘤细胞侵袭机制研究的可行性和优越性，首先用FITC-葡聚糖表征微流控芯片的浓度梯度，用以验证在基质胶模拟的三维环境能够形成稳定的浓度梯度。该芯片用基质胶模拟乳腺肿瘤细胞的3D微环境，用PI和钙黄绿素对三维培养的MDA-MB-231细胞进行双染实验，以检测MDA-MB-231在三维环境生长的状况。并全程监测在肿瘤坏死因子（TNF-α）浓度梯度诱导下，乳腺肿瘤细胞（MDA-MB-231）侵袭的全过程。筛选合适的细胞量，在三维环境下，TNF-α　和血清刺激下形成多细胞球体的全过程。结果在用基质胶模拟的三维环境，能够形成稳定的浓度梯度，并且稳定的浓度梯度将会保持10h以上。对生长三天的MDA-MB-231进行双染，结果表明能够在微流控芯片中进行肿瘤细胞三维培养，TNF-α能够诱导乳腺肿瘤细胞在3D基质胶中定向侵袭。发现侵袭到基质胶中的乳腺肿瘤细胞会形成具有侵袭突起的顶细胞，并且顶细胞和柄细胞首尾相连形成线状。血清诱导肿瘤细胞能够形成不规则椭圆形多细胞球体，并且多细胞球体之间有相互靠近的趋势，多细胞球体的数量随着培养天数的增加而减少。TNF-α能够诱导MDA-MB-231形成椭圆形的多细胞形体，细胞数目和直径大小随着培养天数的增加而呈增加趋势，但是所形成的多细胞球体直径很难达到100μm且多细胞球体之间没有相互靠近的趋势。结论该微流控芯片有望为研究肿瘤细胞在三维条件下的生物学行为提供一个良好的研究平台，并且有望为以后开发抑制肿瘤细胞侵袭药物和多细胞球体提供一个新的研究平台。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-21
  1.1 问题的提出及研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-19
    1.2.1 微流控技术研究现状  10-13
    1.2.2 微流控技术应用于肿瘤侵袭研究现状  13-16
    1.2.3 微流控技术应用于多细胞球体研究现状  16-19
  1.3 研究目的  19
  1.4 主要研究内容  19
  1.5 技术路线  19-21
2 微流控芯片的设计与构建  21-27
  2.1 微流控芯片设计与构建的仪器、材料及方法  21-23
    2.1.1 仪器  21
    2.1.2 材料  21
    2.1.3 微流控芯片的设计  21-22
    2.1.4 微流控芯片制作过程  22-23
  2.2 微流控芯片的浓度梯度所需的仪器材料、方法和结果  23-27
    2.2.1 仪器材料  23
    2.2.2 基质胶灌注方法  23-24
    2.2.3 实验结果  24-27
3 TNF-α诱导 MDA-MB-231 分泌 MMP 和微流控芯片中细胞活性  27-33
  引言  27
  3.1 微流控芯片中培养细胞的仪器、材料和方法  27-29
    3.1.1 实验仪器与设备  27
    3.1.2 实验材料  27-28
    3.1.3 主要试剂的配制  28
    3.1.4 细胞灌注方法  28-29
    3.1.5 微流控芯片中细胞活性检测方法  29
    3.1.6 数据分析方法  29
  3.2 TNF-α诱导 MDA-MB-231 分泌 MMP 的仪器、材料和方法  29-31
    3.2.1 实验仪器与设备  29
    3.2.2 实验材料  29-30
    3.2.3 主要试剂配制方法  30
    3.2.4 实验方法  30
    3.2.5 结果分析  30-31
  3.3 实验结果及分析  31-33
    3.3.1 显微镜下观察微流控芯片细胞的生长状况  31-32
    3.3.2 TNF-α诱导 MDA-MB-231 分泌 MMP  32-33
4 微流控芯片中细胞的侵袭实验  33-38
  引言  33-34
  4.1 仪器、材料和方法  34-35
    4.1.1 实验仪器与设备  34
    4.1.2 实验材料  34
    4.1.3 主要试剂的配制  34
    4.1.4 侵袭试验方法  34-35
    4.1.5 数据分析方法  35
  4.2 实验结果及分析  35-36
    4.2.1 TNF-α诱导 MDA-MB-231 侵袭  35-36
  4.3 讨论  36-38
5 微流控芯片中多细胞球体模型  38-45
  引言  38-39
  5.1 多细胞球体培养所需的仪器、材料  39-40
    5.1.1 实验仪器与设备  39
    5.1.2 实验材料  39
    5.1.3 主要试剂的配制  39-40
    5.1.4 多细胞球体实验方法  40
    5.1.5 数据分析方法  40
  5.2 实验结果及分析  40-43
    5.2.1 全血清诱导肿瘤细胞形成多细胞球体结果及分析  40-42
    5.2.2 细胞坏死因子诱导肿瘤细胞形成多细胞球体结果及分析  42-43
  5.3 讨论  43-45
6 结论与展望  45-46
  6.1 主要结论  45
  6.2 后续工作展望  45-46
致谢  46-47
参考文献  47-54
附录  54
  作者在攻读硕士学位期间发表论文的目录  54

基于微流控芯片构建三维基质支架中的肿瘤细胞侵袭模型

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