用于声介导的胞内递送的方法和装置制造方法及图纸

胞内递送装置(1)，其包含：压电基底(3)，其具有工作表面(8)；至少一个叉指换能器(5)，其位于所述工作表面(8)上并与之接触；以及容器(11)，其位于所述工作表面上以用于在其中容纳待靶向用于胞内递送的细胞，其中施加至所述叉指换能器的交流信号产生通过所述压电基底的声波能，所述声波能可被转移到所容纳的细胞。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于声介导的胞内递送的方法和装置
本专利技术涉及出于研究和治疗目的的胞内递送的方法和装置。
技术介绍
将治疗剂和成像剂，例如核酸、肽、蛋白质、纳米/分子探针和纳米粒等插入细胞内在目前正在开发的用于诊断和治疗多种疾病的许多下一代策略(基因/细胞治疗、基因编辑、干细胞重编程或多种治疗诊断方法，作为一些实例)中代表一个关键步骤。然而，这些外源物质的内化受到构成细胞膜的脂双层的疏水性和非极性性质所施加的屏障的严重限制。因此，已投入非常大的努力来研究物理的(膜破坏介导的)或生物化学的(载体介导的)方法的使用以促进更容易地通过脂双层进行胞内运输。物理膜破坏介导的方法的一些实例包括电穿孔、声穿孔和显微注射，其中利用物理力，特别地通过形成孔来破坏细胞膜的结构。虽然这允许将广泛范围的亚微颗粒物质递送到细胞内，但这些方法中大部分具有的缺点在于穿孔过程期间对细胞造成的损伤。例如，需要在穿过细胞膜时施加高电位的电穿孔通常导致对细胞膜的不可逆损伤，从而导致细胞内稳态的丧失，并最终导致凋亡。在另一方面中，声穿孔主要利用由细胞膜附近的声波诱导的微泡的空穴化(cavitation)来增强其透化作用。鉴于已发现由单独的单一振荡微泡引起的机械应力足以对细胞壁造成深远的膜损伤，因此，很可能发生相当的细胞死亡，由于作为空穴化事件期间产生的强烈冲击波和伴随的微射流(microjet)的结果，使细胞经受了巨大应激。另外，显示细胞遭受了空穴化后DNA损伤，这是由于活性氧类(reactiveoxygenspecies，ROS)的产生，其产生是在空穴化期间自由基形成的结果。已记载在暴露于超声辐射之后，细胞的再接种生存力和集落形成能力很差。在另一方面中，涉及使用病毒载体或非病毒载体(例如肽、囊泡或纳米粒)通过多种内吞途径增强细胞摄取的生物化学载体介导的方法没有对细胞加予这样的有害负担。然而，其通常导致内体区室内的高局部浓度的纳米粒货物，所述内体区室最终与溶酶体融合。除非其具有逃脱该内体再循环途径的罕见(＜1％)能力，以使得其能够进入其中存在胞内途径以将纳米粒运输至细胞核的胞质中，否则大多数治疗性货物在溶酶体中终结，溶酶体的高度酸性和富含酶的环境导致货物降解。因此，通常需要这样的策略：允许内体和溶酶体逃逸，或者更好地通过进入到胞质溶胶内的直接途径而规避这些细胞器以增强治疗性货物的核摄取，引起转染效率提高。当使用声穿孔时，哺乳动物细胞的最佳转染已在1至3MHz内通过超声(其被称为“体声波”(bulkacousticwave，BAW))实现。然而，如上所示，使用微泡的声空穴化来改变细胞质膜的通透性可损伤细胞，导致细胞死亡。使用超过150MHz的甚高频(veryhighfrequency，VHF)的BAW的一种替代方法提出可在不使用微泡的情况下将基因和蛋白质递送到胞质内。参见‘SangpilYoonetal，‘Directandsustainedintracellulardeliveryofexogenousmoleculesusingacoustic-transfectionwithhighfrequencyultrasound’，ScientificReports6，文章编号：20477(2016)doi二10.1038/srep20477’，和‘SangpilYoonetal，‘Acoustic-transfectionforgenomicmanipulationofsingle-cellsusinghighfrequencyultrasound’，ScientificReports7，文章编号：5275(2017)doi二10.1038/s41598-017-05722-1’。该方法要求使用超声换能器探头将VHFBAW聚焦到直径为10μm或更小的单一细胞上。虽然该技术可潜在地导致细胞生存力提高，但其确实具有许多实际的缺点。因为使用了超过150MHz的高得多的频率，所以需要使探头更靠近单独细胞。这是因为随着频率的提高，声波在流体中随距离衰减更快；衰减长度随频率提高呈指数降低。因此，这要求熟练的操作员使用显微镜来原位定位靶细胞并移动探头靠近该细胞，精度为数十微米。需要控制距细胞的距离以确保细胞受到来自探头的声辐射的影响，同时不能太靠近以防止细胞损伤。此外，我们注意到，由于高频引起的声波衰减的急剧梯度通常产生可不利影响细胞的局部化增温效应(heatingeffect)，其中一些细胞对热休克易感。另外，由于声束的限制，细胞需要被逐个地靶向，使得对于大细胞数目而言非常耗时，并且因此在商业规模上使用是不切实际的。以上对
技术介绍
的讨论被包括在内以解释本专利技术的上下文。在说明书的权利要求书中任一项的优先权日，不应认为
技术介绍
是已知的或是公知常识的一部分。专利技术概述因此，提供这样的简单的方法和装置将是有利的：其允许一次地将治疗性分子和纳米粒有效地胞内递送至大数目的细胞，同时维持高水平的细胞生存力。出于这种考虑，根据本专利技术的一个方面，提供了胞内递送装置，其包含：压电基底(piezoelectricsubstrate)，其具有工作表面；至少一个叉指换能器(interdigitatedtransducer)，其位于工作表面上并与之接触；以及容器(receptacle)，其位于工作表面上以用于在其中容纳待靶向用于胞内递送的细胞，其中施加到叉指换能器的交流信号产生通过压电基底的声波能，该声波能可转移到所容纳的细胞。在另一个方面中，本专利技术提供了胞内递送装置，其包含：压电基底，其具有工作表面；至少一个叉指换能器，其位于工作表面上并与之接触；以及容器，其位于工作表面上以用于容纳细胞培养基；所述细胞培养基包含多个细胞，所述多个细胞待靶向用于胞内递送；以及治疗性分子或纳米粒，其待通过胞内递送转移到细胞内；其中施加到叉指换能器的交流信号产生通过压电基底的声波能，该声波能可转移到多个细胞。声波能优选地作为表面声波(surfaceacousticwave，SAW)沿工作表面传播。声波能还优选地作为表面反射体波(surfacereflectedbulkwave，SRBW)在压电基底内传播，并且在压电基底的工作表面与邻近表面之间进行内反射。当工作表面上的SAW在压电基底的工作表面与邻近表面之间内反射时，可产生SRBW。因此，将以与SAW相同的频率产生SRBW。因此，当存在于基底内时，在本申请中对SAW施加的提及也可涵盖SRBW的施加。关于SRBW的另一些信息可见于国际公布No.WO2016/179664(RMIT大学)。至少一个叉指换能器可适于传播频率大于10MHz，并且优选地频率为约30MHz的表面声波。容器可具有声耦合至工作表面的基壁(basewall)。可在工作表面与容器基壁之间提供耦合介质，以促进其间的声耦合。耦合介质可以是硅油层。还设想了在其中容器不具有基壁，并且细胞培养基直接接触工作表面的情况下，工作表面直接耦合至细胞培养基。优选地，容器包含多个孔以用于在其中容纳细胞培养基。压电基底优选地由铌酸锂(LiNbO3)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.胞内递送装置，其包含：压电基底，其具有工作表面；至少一个叉指换能器，其位于所述工作表面上并之接触；以及容器，其位于所述工作表面上以用于容纳细胞培养基；/n所述细胞培养基包含多个细胞，所述多个细胞待靶向用于胞内递送；以及/n治疗性分子或纳米粒，其待通过胞内递送转移到所述细胞内；/n其中施加到所述叉指换能器的交流信号产生通过所述压电基底的声波能，所述声波能能够被转移到所述多个细胞。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171026 AU 20179043331.胞内递送装置，其包含：压电基底，其具有工作表面；至少一个叉指换能器，其位于所述工作表面上并之接触；以及容器，其位于所述工作表面上以用于容纳细胞培养基；
所述细胞培养基包含多个细胞，所述多个细胞待靶向用于胞内递送；以及
治疗性分子或纳米粒，其待通过胞内递送转移到所述细胞内；
其中施加到所述叉指换能器的交流信号产生通过所述压电基底的声波能，所述声波能能够被转移到所述多个细胞。


2.根据权利要求1所述的胞内递送装置，其中所述声波能作为表面声波沿所述工作表面传播。


3.根据权利要求2所述的胞内递送装置，其中所述声波能还作为表面反射体波在所述压电基底内传播，并且在所述压电基底的所述工作表面与邻近表面之间进行内反射。


4.根据前述权利要求中任一项所述的胞内递送装置，其中所述至少一个叉指换能器适于传播频率大于10MHz的表面声波。


5.根据权利要求4所述的胞内递送装置，其中所述至少一个叉指换能器适于传播频率为约30MHz的表面声波。


6.根据前述权利要求中任一项所述的胞内递送装置，其中所述容器具有声耦合至所述工作表面的基壁。


7.根据权利要求6所述的胞内递送装置，其还包含在所述工作表面与所述容器基壁之间的耦合介质以促进所述工作表面与所述容器基壁之间的声耦合。


8.根据权利要求7所述的胞内递送装置，其中所述耦合介质是声流体、凝胶或磁带耦合剂。


9.根据权利要求8所述的胞内递送装置，其中所述耦合介质是薄硅油层。


10.根据前述权利要求中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙瓦蒂·拉梅尚，阿姆贾德·雷兹克，莱斯利·约，
申请(专利权)人：皇家墨尔本理工大学，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU