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实验目的:
本项目旨在先前的研究成果上制备一类新型的自组装生物系统芯片,并将利用该芯片来监测肌肉细胞的生理功能,最终建立一个高效心肌药物筛选平台。
实验流程及技术方法:
自组装生物系统芯片的制备可以分成两个阶段:一是集成压阻传感器的微结构芯片的制备;二是心肌细胞自组装体系的搭建。芯片加工采用Post-CMOS方法:首先在标准CMOS流程加工出CMOS电路,同时完成压阻掺杂区域的离子注入;压阻形状的定义则结合后续的MEMS结构释放一起进行,工艺上利用类似SCREAM流程。这种Post-CMOS的工艺方法成本低,易与标准CMOS工艺兼容,适于批量生产。心肌细胞自组装体系的搭建可分为几个关键步骤:首先在芯片覆盖一层PNIPAAm温敏聚合物薄膜,作为支撑心肌细胞生长的牺牲结构;继而利用等离子体刻蚀及溅射金属薄膜的方法,规划自组装区域,即可动悬臂梁及固定锚面之间的区域;最终将心肌细胞培养于微结构之上,通过控制培养基温度释放掉牺牲层,从而实现心肌细胞在可动悬臂梁和固定锚面之上的自组装。利用微悬臂梁的被动拉伸作用,我们期望得到高通量的心肌肥厚模型,并尝试用siRNA干扰手段进行心肌肥大关键基因及信号通路的高通量筛选。我们探索siRNA对心肌细胞的功能调控研究,主要优化各种参数,研究siRNA在大鼠心肌细胞的转染效率。
实验结果:
我们设计和开发了新一代的自组装肌肉芯片制备工艺,在4英寸硅片上,制备出至少一千四百个自组装肌肉芯片单元,大大提高了制备成活率。同时我们评价了多种化合物对心肌力学性能的影响研究,这些研究可以用以评价芯片体系作为药物筛选工具的重复性和可靠性。最后利用肥大心肌模型,我们尝试用siRNA进行高通量筛选,结果显示LipofectamineTM2000转染试剂能够将siRNA分子带进心肌细胞内并发挥基因沉默效应,但其毒性对于心肌细胞有较大影响,很难应用于高通量筛选。