一種高效的微流控細(xì)胞芯片，通過快速篩選允許細(xì)胞實(shí)現(xiàn)病毒的分離和培養(yǎng)

病毒性傳染病對人們的生命健康造成嚴(yán)重威脅。作為病毒診斷和鑒定的先決條件，需要篩選出適宜病毒復(fù)制的宿主細(xì)胞系，傳統(tǒng)的基于孔板的方法培養(yǎng)周期長、樣本和試劑消耗大、操作繁瑣，不利于實(shí)現(xiàn)快速的病毒培養(yǎng)和鑒定。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，為了解決以上問題，中科院武漢病毒所李峰研究員、浙江大學(xué)賀永教授和中科院深圳合成所張先恩研究員團(tuán)隊(duì)合作設(shè)計(jì)了一種高效的微流控細(xì)胞芯片，通過快速篩選允許細(xì)胞實(shí)現(xiàn)病毒的分離和培養(yǎng)。相關(guān)工作以“A microfluidic cell chip for virus isolation via rapid screening for permissive cells”為題發(fā)表在Virologica Sinica上，武漢病毒所博士生蘇煒德與鄭州大學(xué)力學(xué)與安全工程學(xué)院邱京江博士為該論文的共同第一作者。

如圖1，研究人員設(shè)計(jì)了由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）上蓋、聚乳酸（PLA）框架、聚二甲基硅氧烷（PDMS）芯片和聚甲基丙烯酸甲酯下蓋自上而下組裝而成的微流控芯片，在PDMS芯片內(nèi)置有細(xì)胞培養(yǎng)腔室。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，微流控細(xì)胞芯片可以支持5種不同細(xì)胞系的共培養(yǎng)，維持良好的細(xì)胞活力，在極低MOI（感染復(fù)數(shù)）條件下實(shí)現(xiàn)了流感病毒H1N1和腸病毒EV71允許細(xì)胞系的模擬篩選。

圖1 微流控細(xì)胞芯片的設(shè)計(jì)和工作原理示意圖

如圖2，研究人員通過使用3D打印技術(shù)制備了微流控芯片模具，并通過拋光模具、澆筑并固化PDMS在短時(shí)間內(nèi)定制了的芯片內(nèi)的微流道結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)證明微流控芯片內(nèi)的細(xì)胞培養(yǎng)腔表面易于預(yù)處理和實(shí)現(xiàn)不同細(xì)胞系在單個(gè)芯片上的接種，可以允許將各種PDMS芯片與不同的細(xì)胞整合來重建微流控芯片。

圖2 微流控芯片的制造原理示意圖

如圖3，研究人員選擇A549、Vero、RD、MDCK和BHK-21細(xì)胞作為候選病毒允許細(xì)胞系用于構(gòu)建微流控芯片。為了在微流控芯片內(nèi)共培養(yǎng)這些不同的細(xì)胞系，使用含1%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)基以使細(xì)胞逐漸適應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，5種細(xì)胞系在接種后均能在芯片進(jìn)行貼壁生長并表現(xiàn)出正常的形態(tài)和活力。

圖3 在微流控芯片上共培養(yǎng)多種不同細(xì)胞系

如圖4，EV71病毒允許細(xì)胞篩選結(jié)果表明，在MOI為0.389感染30h后，RD細(xì)胞表現(xiàn)出典型的細(xì)胞病變效應(yīng)（CPE）。當(dāng)用熒光定量PCR（RT-qPCR）檢測不同細(xì)胞系中EV71病毒RNA拷貝數(shù)時(shí)，RD細(xì)胞內(nèi)EV71的RNA拷貝數(shù)顯著高于其他細(xì)胞系，尤其是在極低MOI條件下。

圖4 微流控芯片篩選EV71允許細(xì)胞的可行性

如圖5，H1N1病毒允許細(xì)胞篩選結(jié)果表明，在MOI為0.012時(shí)，孔板和芯片內(nèi)的MDCK細(xì)胞均觀察到典型的CPE。然而，在MOI為0.00012的情況下，僅在微流控芯片內(nèi)的MDCK細(xì)胞中檢測到低水平的病毒復(fù)制。

圖5 微流控芯片篩選H1N1允許細(xì)胞的可行性

綜上所述，研究人員利用微流控細(xì)胞芯片重現(xiàn)了病毒感染引起的CPE，表明基于該微流控細(xì)胞芯片的病毒培養(yǎng)方法可以替代傳統(tǒng)的孔板培養(yǎng)方法，并允許篩選多個(gè)潛在的宿主細(xì)胞系。該通量化細(xì)胞培養(yǎng)芯片可用于病毒的高效分離培養(yǎng)和抗病毒藥物篩選。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.virs.2022.04.011

審核編輯 ：李倩