Zur Auswahl der Konzentration des zielgerichteten Medikaments wurde ein integriertes mikrofluidisches Gerät mit einem Gradientengenerator für die Konzentration entwickelt und hergestellt. Es wurden die Prinzipien zur Erzeugung eines Konzentrationsgradienten innerhalb des Geräts, die Konzentrationsfelder, die Geschwindigkeitsfelder und die Eigenschaften der Zellkultur untersucht. Zunächst wurde ein Modell eines Mikrokanals entworfen, das in der Lage ist, einen Konzentrationsgradienten von 5:1:0 zu erzeugen, auf der Grundlage des Prinzips des Ersatzschaltbilds, und eine Einheit für die Wirkung der Medikamentenkonzentration auf Zellkulturen wurde in serieller und paralleler Struktur entworfen. Anschließend wurden die Konzentrationsgradienteneinheiten und die Zellkultureinheiten integriert. Danach wurden die Geschwindigkeits- und Konzentrationsfelder mit Hilfe der COMSOL-Finite-Elemente-Simulationssoftware verifiziert. Schließlich wurde das mikrofluidische Gerät mithilfe der Tiefenätztechnologie hergestellt. Die Verteilung der Medikamentenkonzentration wurde mithilfe einer Fluorophorlösung und einer Suspension von Styrolkügelchen mit einem Durchmesser von 1 μm simuliert. Anschließend wurde eine gemeinsame Kultur von Hela- und A549-Zellen im Gerät durchgeführt, und die Wachstumskurven beider Zelltypen sowie die Folsäurerezeptoraffinität wurden analysiert. Die Ergebnisse der Simulation und der Experimente zeigten, dass das entwickelte mikrofluidische Gerät einen definierten Konzentrationsgradienten (Konzentrationsverhältnis 5:1:0) erzeugen kann, und die Konzentrationsunterschiede innerhalb jeder Zellekultureinheit in jedem Zweig des Geräts betragen weniger als 0,1%. Die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung innerhalb der Zellekultureinheit ist gleichmäßig, und die durchschnittliche Fließgeschwindigkeit innerhalb jeder Zellekultureinheit beträgt (7,1±0,3) µm/s. Das Wachstum beider Zelltypen entspricht dem Standard-S-Wachstumsmuster, und das Experiment zur Färbung der Zellmembran zeigte, dass in diesem mikrofluidischen Gerät eine parallele Kultur beider Zelltypen möglich ist. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass dieses mikrofluidische Gerät die Zellflussumgebung im Körper modellieren und eine technologische Plattform für die Auswahl der Konzentration des zielgerichteten Medikaments und die personalisierte Behandlung bieten kann.

microfluidics;cell microenvironment;targeted drugs concentration screening;parallel co-culture