微流体细胞培养系统技术方案

正如对于许多人类生理系统来说，中枢神经系统中的问题可能会对个人出现，导致各种神经病症，包括但不限于进行性神经性腓骨肌萎缩症、老年痴呆症、帕金森氏病、多发性硬化、重症肌无力、脱髓鞘和轴突变性。然而，培养装置目前为研究人员提供了他们研究的局限性。本发明专利技术的实施例旨在解决这些各种限制，并且允许不采用现有技术培养装置来进行的研究、方法及筛选。这些包括降低制造的复杂性、所需的药物和细胞的体积，允许用于神经生物学之外的领域，改善在装置的所需微通道区域内的粘合，并且增加在培养物中的细胞存活。因此，提出的微流体装置支撑以至单个神经元的培养和评估。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2013年7月29日提交的题为“微流体室”的美国临时专利序列号61/859318和2014年6月18日提交的题为“微流体室”的美国临时专利申请序列号62/013746的优先权权益。
本专利技术涉及一种细胞培养系统，更具体地，涉及一种用于神经研究的微制造的微流体培养系统。
技术介绍
生物系统从非常简单变化到极其复杂。在动物与人类的许多神经系统中，神经系统是协调其自愿和非自愿行动的部分，并且在其身体的不同部分之间传送信号。它包括两个主要部分，中枢神经系统(CNS)和外周神经系统(PNS)。CNS包含脑和脊髓，而PNS主要包括神经，它们围成长纤维或轴突束，其将CNS连接到身体的每个其它部分。PNS包括：运动神经元，调解自愿运动；自主神经系统，包括交感神经系统和副交感神经系统，从而调节非自愿功能，和肠神经系统，其用于控制胃肠系统。在细胞水平，神经系统由存在的神经元(也被称为“神经细胞”)限定。神经元具有特殊结构，使它们能够将信号以沿细纤维(称为轴突)行进的电化学波的形式迅速和精确地发送到其它细胞，这些细纤维引起化学品(称为神经递质)在结点、突触释放。是神经元之间的连接形成神经回路，以及是神经网络产生世界的生物体感知并确定其行为。人类的CNS估计包括大约850亿个神经元，在大脑皮层和小脑之间分裂约20％和80％。正如对于许多人类生理系统来说，CNS中的问题可能会对个人出现，导致各种神经r>病症，包括但不限于进行性神经性腓骨肌萎缩症、老年痴呆症、帕金森氏病、多发性硬化、重症肌无力、脱髓鞘和轴突变性。在许多情况下，这些神经系统问题出现在老年人中，我们在过去两百年间增加的寿命已经使这种问题更加明显，并且越来越普遍。即使在1950年至2010年期间，欧洲和北美的预期寿命从65岁提高到了将近80岁。在亚洲已经从40岁提高到了将近70岁。据估计，到2050年，在全球范围内每85个人中将有一个人会患上阿尔茨海默氏症，或者采用联合国对2050年的世界人口估计将会约有1.1亿人患上该病。相比之下，估计在每300个人中将有一个人患上帕金森病，到2050年又将增加近3000万患者。因此，神经学研究极其重要，以便为患者建立医疗和/或药物治疗方案，来减轻/延缓其影响，从而对国家健康预算减少财政负担，和/或寻求减少、延迟或移除其对个人的出现和影响的生活方式、环境、和/或药物因素或调整。解离细胞的培养使得研究人员能够更具体地描述所研究的神经系统及因此目前许多实验室进行神经元培养。传统上，这些神经元培养物在培养皿或培养阱内进行，并且已经允许在神经变性疾病比如阿尔茨海默氏病、亨廷顿氏病、亚急性海绵状脑病等的研究而且在用于理解神经元分化的分子和细胞机理的发育生物学取得显著研究成果。然而，在这些系统中，神经元连接被随机制成，并且不可能在其中重建类似于在体内发现的那些的架构。因此，虽然细胞培养方法是一种常用的研究方法来提供生长条件细胞的系统控制操作，在许多情况下具有神经元、突触和轴突，将整个细胞暴露于相同条件的主要现有技术方法并不总是有益的。一些细胞可以是不对称的，并且具有专门的区域。例如，神经元被极化，并且具有在相对长的距离(例如轴突)上延伸的许多过程。因此，在细胞水平上向研究人员、医生等提供微环境将会是有益的。通过使用微制造过程，在微米级(适于细胞生物学)控制流体和表面特性的能力还提供了用于调查基本生物过程的新机会。例如，研究人员可能有选择地隔离和治疗细胞的专业部分或领域。研究人员可以通过图案化技术比如微接触印刷指示神经元附着的位点和神经突增生的定向和长度。其次，通过将流体隔离域保持在培养区域内，研究人员可以将一系列正负刺激输送到胞体、轴突或树突。由于神经元代表优异的细胞类型来说明这些概念并且将作为许多这种实验的基础，所以本专利技术人因此用它们作为其微制造的微流体细胞培养概念的实验验证的基础。然而，本领域普通技术人员要认识到的是，根据本专利技术实施例的方法和系统将适用于其它类型的细胞或生物类型的应用。因此，本专利技术的实施例有利地涉及一种微制造的微流体细胞系统，其结合了用于低成本、高容量、占地面积小的系统的微制造技术连同低体积微流体和表面微图案化技术来创建多室神经元培养设备。微流体正逐渐成为细胞生物学特别是用于神经科学的选择工具。在Jeon等人的WO/2004/034016“用于神经研究的微流体多隔室装置(MicrofluidicMulti-CompartmentDeviceforNeuroscienceResearch)”和题为“在装置中的相互连接的隔室之间实现流体隔绝的微流体装置以及方法(AMicrofluidicDeviceforEnablingFluidicIsolationamongInterconnectedCompartmentswithintheApparatusandMethodsrelatingtothesame)”的美国专利7419822中；微流体回路结构使得能够将神经元的胞体与它们的轴突隔离。这些结构由Campenot在“神经生长因子对轴突发展的局部控制(LocalControlofNeuriteDevelopmentbyNerveGrowthFactor)”(Proc.Natl.Acad.Sci.,Vol.74(10),pp.4516-4519])中从更早的研究得出。虽然适于体外的中枢神经系统(CNS)的神经元的研究，但该方法依赖于的事实是微通道中的扩散时间很长，这使得能够分开处理远端和体细胞室。为了在现有技术内解决此，通过施加很容易实现的压力差来提供补偿。例如，将较大量的液体放入室之一的储存器中以便在不同的室之间产生流体静压力差仅足以。这种现有技术的实例包括在Jeon等人的题为“(用于实现细胞控制生长的微流体装置)AMicro-FluidicDeviceforEnablingtheControlledGrowthofCells”的WO/2006/037033中和题为“(用于实现细胞控制生长的微流体装置以及相关方法)MicrofluidicDeviceforEnablingtheControlledGrowthofCellsandMethodsRelatingtosame”的US2008/0257735中。Viovy等人的题为“(用于细胞培养的装置)DeviceforCellCulture”的US2011/0306041寻求将这些概念扩展到神经网络和更复杂的结构。根据美国专利7419822的装置目前在商业上由以聚二甲基硅氧烷(PM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流体装置，包括由微通道连接的第一和第二隔室，每个隔室包括连接到第一和第二辅助室的主室。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.29 US 61/859,318;2014.06.18 US 62/013,7461.一种微流体装置，包括由微通道连接的第一和第二隔室，每个隔室包括连接到第一
和第二辅助室的主室。
2.根据权利要求1所述的微流体装置，其中，所述主室在沿着主室侧壁的最接近微通道
阵列的端壁的每个端部包括角，其中，所述主室在所述端壁的其他角具有所述第一和第二
辅助室，并且在所述角具有相对于具有微通道的主室的侧壁的高角度。
3.根据权利要求2所述的微流体装置，其中，所述高角度是70度与110度之间、80度与
100度之间、85度与95度之间中的至少一个，以及是90度。
4.根据权利要求2所述的微流体装置，其中以下中的至少一个：
所述端壁基本上垂直于从所述主室至在该端的辅助室的流动的方向；以及
仅一个端壁具有这样的角度。
5.根据权利要求1所述的微流体装置，其中，所述端壁减少被添加到所述微流体装置的
细胞从所述第一辅助室流动至流出所述主室的第二辅助室的机会。
6.根据权利要求1所述的微流体装置，其中，所述主室具有基本上相对于具有沿其布置
的微通道的侧壁的第二侧壁，其中，所述第二侧壁具有的轮廓被设计成引导流体从所述第
一辅助室流动至所述第二辅助室朝向具有所述微通道的另一侧壁。
7.根据权利要求1所述的微流体装置，还包括平面基底，其中，所述微流体装置组装有
所述平面基底，使得形成所述主室的一部分的微通道被包围。
8.根据权利要求1所述的微流体装置，还包括沿所述主室的至少一个侧壁设置的微通
道和在所述主室的至少一个内的至少一个区域，且每个微通道包括旨在促进将细胞保留在
从所述第一辅助室流动至所述第二辅助室的流体内的涂层。
9.根据权利要求7所述的微流体装置，还包括沿所述主室的至少一个侧壁设置的微通
道和在所述主室的至少一个内的至少一个区域，每个微通道在所述微流体装置内，且所述
平面基底包括旨在促进将细胞保留在从所述第一辅助室流动至所述第二辅助室的流体内
的涂层。
10.根据权利要求1所述的微流体装置，其中，所述主室具有基本上相对于具有沿其布
置的微通道的侧壁的第二侧壁，其中，所述第二侧壁具有的轮廓选自包括椭圆、抛物线、双
曲线、圆、以及预定数学函数中的至少一个的预定部分的组。
11.根据权利要求1所述的微流体装置，其中，所述主室具有基本上相对于具有沿其布
置的微通道的侧壁的第二侧壁，其中，所述第二侧壁具有的轮廓选自包括椭圆、抛物线、双
曲线、圆、以及预定数学函数中的至少一个的预定部分的组，并且所述轮廓沿所述微流体装
置从其中间至所述第一辅助室不同于从所述中间至所述第二辅助室。
12.根据权利要求1所述的微流体装置，其中，所述第一和第二辅助室的深度基本上高
于所述主室和微通道中的至少一个。
13.根据权利要求1所述的微流体装置，沿着所述主室的侧壁还包括多个微通道，所述
微通道是矩形、方形、三角形、U形以及V形中的至少一个。
14.根据权利要求1所述的微流体装置，其中，所述微通道的深度与所述第一和...

【专利技术属性】
技术研发人员：MH马格德沙恩，P索斯特鲁普，
申请(专利权)人：九四九三六六二加拿大股份有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA