微流控细胞芯片的快速筛选实现病毒分离及培养

病毒性传染病对人们的生命健康造成严重威胁。作为病毒诊断和鉴定的先决条件，需要筛选出适宜病毒复制的宿主细胞系，传统的基于孔板的方法培养周期长、样本和试剂消耗大、操作繁琐，不利于实现快速的病毒培养和鉴定。为此，中科院武汉病毒所李峰研究员、浙江大学贺永教授和中科院深圳合成所张先恩研究员团队合作设计了一种高效的微流控细胞芯片，通过快速筛选允许细胞实现病毒的分离和培养。相关工作“A microfluidic cell chip for virus isolation via rapid screening for permissive cells”发表在Virologica Sinica上，武汉病毒所博士生苏炜德与郑州大学力学与安全工程学院邱京江博士为该论文的共同第一作者。

如图1，研究者设计了由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）上盖、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盖自上而下组装而成的微流控芯片，在PDMS芯片内置有细胞培养腔室。实验结果表明，微流控细胞芯片可以支持5种不同细胞系的共培养，维持良好的细胞活力，在极低MOI（感染复数）条件下实现了流感病毒H1N1和肠病毒EV71允许细胞系的模拟筛选。

图1 微流控细胞芯片的设计和工作原理示意图。

如图2，研究者通过使用3D打印技术制备了微流控芯片模具；通过抛光模具、浇筑并固化PDMS在短时间内定制了的芯片内的微流道结构。实验证明微流控芯片内的细胞培养腔表面易于预处理和实现不同细胞系在单个芯片上的接种，可以允许将各种PDMS芯片与不同的细胞整合来重建微流控芯片。

图2 微流控芯片的制造原理示意图。

如图3，研究者选择A549、Vero、RD、MDCK和BHK-21细胞作为候选病毒允许细胞系用于构建微流控芯片。为了在微流控芯片内共培养这些不同的细胞系，使用含1 %胎牛血清的DMEM培养基以使细胞逐渐适应。实验结果表明，5种细胞系在接种后均能在芯片进行贴壁生长并表现出正常的形态和活力。

图3 在微流控芯片上共培养多种不同细胞系。

如图4，EV71病毒允许细胞筛选结果表明，在MOI为0.389感染30 h后，RD细胞表现出典型的细胞病变效应（CPE）。当用荧光定量PCR（RT-qPCR）检测不同细胞系中EV71病毒RNA拷贝数时，RD细胞内EV71的RNA拷贝数显著高于其他细胞系，尤其是在极低MOI条件下。

图4微流控芯片筛选EV71允许细胞的可行性。

如图5，H1N1病毒允许细胞筛选结果表明，在MOI为0.012时，孔板和芯片内的MDCK细胞均观察到典型的CPE。然而，在MOI为0.00012的情况下，仅在微流控芯片内的MDCK细胞中检测到低水平的病毒复制。

图5微流控芯片筛选H1N1允许细胞的可行性。

利用微流控细胞芯片重现了病毒感染引起的CPE，表明基于该微流控细胞芯片的病毒培养方法可以替代传统的孔板培养方法，并允许筛选多个潜在的宿主细胞系。该通量化细胞培养芯片可用于病毒的高效分离培养和抗病毒药物筛选。

论文链接DOI: https://doi.org/10.1016/j.virs.2022.04.011