【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于模拟人系统生物学和关于药剂对心脏的肌力作用进行筛选的生物反应器筛选平台相关申请的交叉引用本申请要求2017年11月29日提交的临时美国专利申请第62/592,083号和2018年1月12日提交的临时美国专利申请第62/616,812号的优先权，各案通过引用并入本文中。
本公开大体上涉及医疗健康和心脏生理学领域，更具体地说，涉及医疗装置领域，该医疗装置提供了监测人体组织工程化类器官的功能的通用生物反应器平台，以及涉及医学治疗领域，该医学治疗提供了生物活性化合物，例如对心脏具有肌力作用的化合物或药剂的方法和筛选。
技术介绍
用于心脏病的新药和治疗剂的传统发现和开发一直是一个低效且昂贵的过程。由于缺乏合适的人体模型，心脏毒性成为了导致停药的常见主要原因，甚至是对于非心血管(例如癌症)药物来说也是如此。尽管可以使用啮齿动物、狗和猪之类传统动物模型，但在解剖学和功能上都存在较多的物种差异。已经提出了人多能干细胞(hPSC)来填补这一空白，但是常规的二维培养和用单细胞或无序簇进行的实验不能充分地重现人心脏的表型。因此，以前基于hPSC的药物筛选模型关注的是单细胞活力和电生理作用等模式，使其成为用于心脏毒性筛选的有用工具。较新的二维模型也主要是关注电生理学和致心律失常作用，以此评估心脏毒性。迄今为止，仅开发出几种基于hPSC的药物筛选系统来研究药物对心脏收缩性的影响，但是已经开发出收缩性的替代指标，用于在单细胞水平上量化收缩力。这些基于hPSC的药物筛选系统包括包埋有应变计的2D肌肉薄膜、心脏微组织、心...
【技术保护点】
1.一种针对肌收缩力变化筛选化合物的系统，其包含：/n(a)第一级筛选设备，其包含：/n(i)包含多个心肌细胞的生物相容性凝胶；/n(ii)用于悬浮所述生物相容性凝胶的生物相容性支撑设备，其中所述生物相容性凝胶和所述生物相容性支撑设备形成心脏组织条；/n(iii)用于检测所述生物相容性凝胶的运动的检测装置；以及/n(iv)用于对所述生物相容性凝胶施加电起搏刺激的电源；和/n(b)第二级筛选设备，其包含：/n(v)至少一个类器官模块，其包含至少一个类器官盒，其中所述类器官盒包含培养基入口、培养基出口以及至少一个与外部检测装置相容的壁，其中每个类器官盒包含生物材料，所述生物材料包含至少一种人体细胞，所述人体细胞是人胚胎干细胞、人成体干细胞、人诱导性多能干细胞、源自人体组织的细胞或人体组织的祖细胞，并且其中至少一个类器官盒包含心脏生物材料；/n(vi)用于同时监测每个类器官盒中所述生物材料的任何生物发育的镜布置；以及/n(vii)用于观察每个类器官盒中所监测的所述生物材料的生物发育的检测装置。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171129 US 62/592,083;20180112 US 62/616,8121.一种针对肌收缩力变化筛选化合物的系统，其包含：
(a)第一级筛选设备，其包含：
(i)包含多个心肌细胞的生物相容性凝胶；
(ii)用于悬浮所述生物相容性凝胶的生物相容性支撑设备，其中所述生物相容性凝胶和所述生物相容性支撑设备形成心脏组织条；
(iii)用于检测所述生物相容性凝胶的运动的检测装置；以及
(iv)用于对所述生物相容性凝胶施加电起搏刺激的电源；和
(b)第二级筛选设备，其包含：
(v)至少一个类器官模块，其包含至少一个类器官盒，其中所述类器官盒包含培养基入口、培养基出口以及至少一个与外部检测装置相容的壁，其中每个类器官盒包含生物材料，所述生物材料包含至少一种人体细胞，所述人体细胞是人胚胎干细胞、人成体干细胞、人诱导性多能干细胞、源自人体组织的细胞或人体组织的祖细胞，并且其中至少一个类器官盒包含心脏生物材料；
(vi)用于同时监测每个类器官盒中所述生物材料的任何生物发育的镜布置；以及
(vii)用于观察每个类器官盒中所监测的所述生物材料的生物发育的检测装置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述心肌细胞是人心肌细胞。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述人心肌细胞是人心室心肌细胞。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述人心肌细胞来源于至少一种人多能干细胞。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述心肌细胞以至少106个细胞/毫升的浓度存在。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述生物相容性凝胶包含基质胶。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述基质胶以至少0.5mg/ml的浓度存在。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述生物相容性凝胶还包含胶原蛋白。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述胶原蛋白是I型人胶原蛋白。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述胶原蛋白以至少1mg/ml的浓度存在。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述支撑设备是至少两个竖直支撑构件。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述竖直支撑构件由聚二甲基硅氧烷制成。
13.根据权利要求11所述的系统，其中存在两个竖直支撑构件。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述两个竖直支撑构件的横截面是近似圆形的，直径为约0.5mm。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述心脏组织条是约26.5mm长度×约16mm宽度×约6mm高度。
16.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测装置是高速照相机。
17.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二级筛选设备的镜布置包含至少一个角锥镜。
18.根据权利要求1所述的系统，其中所述生物材料是至少一种组织或至少一种类器官。
19.根据权利要求18所述的系统，其还包含另一种类器官，所述另一种类器官是心脏、脑、神经、肝脏、肾脏、肾上腺、胃、胰腺、胆囊、肺、小肠、结肠、膀胱、前列腺、子宫、肿瘤、眼睛、皮肤、血液或血管类器官。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述另一种类器官是心脏类器官。
21.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二级筛选设备还包含与至少一个类器官盒中的组织或类器官具有可调关系的电极。
22.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二级筛选设备还包含温度控制元件、光源、模块接入端口或其任何组合。
23.根据权利要求1所述的系统，其还包含与所述检测装置、温度控制元件、光源、模块接入端口或其任何组合电子通信的数据处理器。
24.根据权利要求23所述的系统，其中所述检测装置是数字照相机、至少一个压力传感器或数字照相机和至少一个压力传感器的组合。
25.根据权利要求1所述的系统，其还包含具有至少一种人体细胞的组织。
26.根据权利要求1所述的系统，其还包含监测器。
27.根据权利要求1所述的系统，其包含多个类器官模块。
28.根据权利要求1所述的系统，其还包含互连的流体交换网络，其中所述网络包含多个流体管线、多个阀、至少一个泵和至少一个流体箱。
29.根据权利要求28所述的系统，其还包含用于引入化合物的端口。
30.根据权利要求28所述的系统，其中所述互连的流体交换网络包含至少两个类器官盒之间的流体连通。
31.根据权利要求28所述的系统，其中所述流体是培养基。
32.根据权利要求28所述的系统，其中所述流体交换网络提供自动化培养基交换。
33.根据权利要求1所述的系统，其还包含气压控制器。
34.根据权利要求33所述的系统，其中所述气压控制器控制至少一个模块中或一个或多个类器官盒中的02和C02中的至少一种的浓度。
35.根据权利要求1所述的系统，其还包含用于将化合物递送至所述细胞、组织或类器官的药物灌注设备。
36.一种制造心脏组织条的方法，其包含：
(a)提供约26.5mm长度×约16mm宽度×约6mm高度的生物相容性模具；
(b)形成与所述模具相符合的生物相容性凝胶，其中所述生物相容性凝胶包含基质胶、胶原蛋白和多个心肌细胞；以及
(c)将至少两个竖直支撑构件固定到所述生物相容性凝胶，从而形成心脏组织条。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述竖直支撑构件是通过在凝胶化之前，将所述竖直支撑构件包埋于所述生物相容性凝胶制剂中而固定到所述生物相容性凝胶。
38.根据权利要求36所述的方法，其中所述竖直支撑构件是通过粘附或通过机械附接而固定到所述生物相容性凝胶。
39.一种筛选具有肌力作用的化合物的方法，其包含：
(a)在存在或不存在候选肌力化合物的情况下，用电刺激以0.5Hz、1.0Hz、1.5Hz或2.0Hz的起搏频率对根据权利要求1所述的心脏组织条进行起搏；
(b)检测在存在或不存在所述候选肌力化合物的情况下，起搏的心脏组织条的任何运动；
(c)将在存在所述候选肌力化合物的情况下起搏的心脏组织条的运动与在不存在所述候选肌力化合物的情况下起搏的心脏组织条的运动相比较；
(d)当在存在所述化合物的情况下起搏的心脏组织条的运动与在不存在所述化合物的情况下起搏的心脏组织条的运动不同时，确定所述候选肌力化合物是潜在的肌力化合物；以及
(e)将所述潜在的肌力化合物施用于根据权利要求1所述的第二级筛选设备中的组织或类器官，并监测所述组织或类器官对所述化合物的反应...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·D·特兰，K·D·科斯塔，李登伟，
申请(专利权)人：再心生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81
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