组织工程化支架、仪器化生物反应器及其使用方法技术

本发明专利技术提供了包括壳体的系统和方法，该壳体被构造成在壳体的流体室内接收并接合中空组织结构。壳体的第一对流动通道和第二对流动通道流体结合到流体室。壳体流体结合第一对流动通道并且经由第二流动路径流体结合第二对流动通道，使得第一流动路径中的第一流体与第二流动路径中的第二流体之间的流体压力差的变化使中空组织结构的至少一部分偏转，从而引起通过第一对流动通道的第一流体的流动变化或通过第二对流动通道的第二流体的流动变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】组织工程化支架、仪器化生物反应器及其使用方法相关申请的交叉引用本申请要求于2018年2月8日提交的题为“组织工程化支架、仪器化生物反应器及其使用方法”的美国临时专利申请No.62/627,799的优先权和利益，其全部内容通过引用并入本文中。政府支持本专利技术是在由国防威胁降低局(DTRA)授予的合同DE-AC52-06NA25396的政府支持下完成的。政府拥有本专利技术的某些权利。
本公开的实施方式涉及一种壳体(housing)，其被构造和定尺寸为辅助心室流动(例如，测试、制备/制造)。
技术介绍
心脏的实验室模型被用于获得对健康和疾病中的心脏功能的机制理解，并测试潜在疗法的安全性和有效性。体外对心脏进行了多种规模的研究，从细胞测定到切除或工程化的组织以及“芯片上器官(organ-on-chip)”微生理系统(Benam,K.H.等,AnnuRevPathol10,195-262,2015)，其概括了特定病理状况的综合方面。使用工程化心脏组织获得的功能读数包括收缩力和电生理测量值(Tzatzalos,E.等,AdvDrugDelRev96,234-244,2016)，但与自然心室压力和体积动力学的直接比较需要三维(3D)收缩性心室。为了获得这些测量结果，使用临床前和临床测量模式例如导管插入术(Pacher,P.,等NatProtoc3,1422-1434,doi:10.1038/nprot.2008.138(2008))、超声波心动描记术(Ram,R.等,美国生理学杂志(Americanjournalofphysiology).心脏与循环生理学(Heartandcirculatoryphysiology)301,H1765-1780,2011)和磁共振成像(Bakermans,A.J.等.核磁共振光谱学进展(ProgressinNuclearMagneticresonancespectroscopy)88-89,1-47,2015)来评估动物模型和离体心脏制剂。使用这些方法获得的数据可以直接与患者数据进行比较，但是遗传、生理学和疾病病因学的差异限制了动物模型在开发治疗干预措施中的效用(Chandrasekera,P.C.&Pippin,J.J.AmJTranslRes7,1636-1647,2015)。与动物模型相关的这些和其他局限性，例如高维护成本和低实验通量，促进了基于人类细胞的替代性体外心脏病学平台的发展。人类诱导的多能干细胞衍生的心肌细胞(hiPSC-CM)已成为体外心脏病学的有前途的工具，具有通过患者特异性衍生来消除种间和个体间变异的潜力(Karakikes,I.,等,CircRes117,80-88,2015)。这些细胞被组装成功能工程化的心脏组织(Tzatzalos,E.等,AdvDrugDelivRev96,234-244,2016；Feric,N.T.&Radisic,M.AdvDrugDelivRev96,110-134,2016；和Eder,A.等,AdvDrugDeliverRev96,214-224,2016)，包括肌肉薄膜(Wang,G.等NatMed20,616-623,2014；和Lind,J.U.等NatMater,2016)或3D肌肉条带(Boudou,T.等,组织工程(Tissueengineering).PartA18,910-919,2012；Nunes,S.S.等NatMethods10,2013；Thavandiran,N.等PNAS,USA110,E4698-4707,2013；Mannhardt,I.等StemCellReports7,29-42,2016；Huebsch,N.等SciRep6,24726,2016；Mathur,A.等SciRep5,8883,2015；Turnbull,I.C.等FASEBJ28,644-654,2014；和Sidorov,V.Y.等ActaBiomater48,68-78,2017)，以模拟收缩性病理生理学(Wang,G.等,NatMed20,616-623,2014)，促进hiPSC-CM成熟(Feric,N.T.&Radisic,M.AdvDrugDelivRev96,110-134,2016；Nunes,S.S.等NatMethods10,2013；Thavandiran,N.等PNAS,USA110,E4698-4707,2013；和Godier-Furnemont,A.F.G.等Biomaterials60,82-91,2015)，和产生与人类患者越来越可比的药物反应(Mannhardt,I.等StemCellReports7,29-42,2016；Mathur,A.等SciRep5,8883,2016；和Tiburcy,M.等Circulation,116.024145,2011)。但是，没有能够准确重现心室的结构和功能输出的基于hiPSC-CM的体外模型(Feric,N.T.&Radisic,M.AdvDrugDelivRev96,110-134,2016；Eder,A.,Vollert,I.,Hansen,A.&Eschenhagen,T.AdvDrugDeliverRev96,214-224,2016；和Mathur,A.,Ma,Z.,Loskill,P.,Jeeawoody,S.&Healy,K.E.AdvDrugDelivRev96,203-213,2016)。这是一个重大限制，因为组织性能无法直接与通过测量室压和体积的变化进行评估的动物或人的心脏性能进行比较(Pacher,P.,等NatProtoc3,1422-1434,2008；和Burkhoff,D.,Mirsky,I.&Suga,H.Americanjournalofphysiology.Heartandcirculatoryphysiology289,H501-512,2005)。包括嵌入各向同性水凝胶中的新生大鼠心肌细胞的工程化心脏类器官腔室显示出获得心室内压力测量的巨大希望(Lee,E.J.,Kimdo,E.,Azeloglu,E.U.&Costa,K.D.Tissueengineering.PartA14,215-225,2008)，但是指导细胞组装的支架的缺乏阻碍了概括天然心肌层状结构的有组织的组织形成(Costa,K.D.等,TheAmericanjournalofphysiology276,H595-607,1999；和Arts,T.等,Heartandcirculatoryphysiology280,H2222-2229,2001)。因此，在本领域中需要改进的泵和阀，所述泵和阀是耐用的并且可以模仿人心脏的功能并且不具有与当前装置相关的副作用。
技术实现思路
本专利技术的一些实施方式包括用于帮助心室流动产生的壳体(例如，心脏生物反应器)的组件。在一些实施方式中，所公开的壳体可以用于心室测试/制造，包括但不限于药物测试、装置测试(例如，LVAD、起搏器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，所述系统包括：/n壳体，其限定：/n流体室，/n与所述流体室流体结合的第一对流动通道，和/n与所述流体室流体结合的第二对流动通道，/n所述壳体被构造成在所述流体室内接收并接合中空组织结构，以/n经由穿过所述中空组织结构的内部的第一流动路径流体结合所述第一对流动通道，并通过在所述中空组织结构的外部和至少部分地围绕所述中空组织结构的所述流体室表面之间延伸的第二流动路径流体结合所述第二对流动通道，使得所述第一流动路径中的第一流体和所述第二流动路径中的第二流体之间的流体压力差的变化使所述中空组织结构的至少一部分偏转，从而引起通过所述第一对流动通道的所述第一流体的流动变化或通过所述第二对流动通道的所述第二流体的流动变化。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180208 US 62/627,7991.一种系统，所述系统包括：
壳体，其限定：
流体室，
与所述流体室流体结合的第一对流动通道，和
与所述流体室流体结合的第二对流动通道，
所述壳体被构造成在所述流体室内接收并接合中空组织结构，以
经由穿过所述中空组织结构的内部的第一流动路径流体结合所述第一对流动通道，并通过在所述中空组织结构的外部和至少部分地围绕所述中空组织结构的所述流体室表面之间延伸的第二流动路径流体结合所述第二对流动通道，使得所述第一流动路径中的第一流体和所述第二流动路径中的第二流体之间的流体压力差的变化使所述中空组织结构的至少一部分偏转，从而引起通过所述第一对流动通道的所述第一流体的流动变化或通过所述第二对流动通道的所述第二流体的流动变化。


2.根据权利要求1所述的系统，还包括设置在所述流体室内且将所述第一对流动通道流体结合在一起的所述中空组织结构。


3.根据权利要求2所述的系统，其中所述中空组织结构包含细胞群。


4.根据权利要求3所述的系统，其中所述细胞群形成各向异性的中空组织结构。


5.根据权利要求3所述的系统，其中包含所述细胞群的所述中空组织结构是天然的中空组织结构。


6.根据权利要求3所述的系统，其中包含所述细胞群的所述中空组织结构是工程化组织结构。


7.根据权利要求3至6中的任一项所述的系统，其中所述细胞群选自正常细胞、异常细胞、源自胚胎干细胞或诱导多能干细胞的正常细胞、和源自胚胎干细胞的或诱导多能干细胞的患病细胞、及其组合。


8.根据权利要求3至7中的任一项所述的系统，其中所述细胞群包括以下中的至少一种：血管平滑肌细胞、心肌细胞、骨骼肌细胞、子宫平滑肌细胞、肠平滑肌细胞、成肌纤维细胞、气道平滑肌细胞、成骨细胞、成肌细胞、神经母细胞、成纤维细胞、成神经胶质细胞、生殖细胞、肝细胞、软骨细胞、角质形成细胞、结缔组织细胞、神经胶质细胞、上皮细胞、内皮细胞、血管内皮细胞、激素分泌细胞、神经细胞、和将分化成肌细胞的细胞。


9.根据权利要求5所述的系统，其中所述天然中空组织结构是心室、心脏、胃、肠、子宫或膀胱。


10.根据权利要求6所述的系统，其中所述工程化组织结构是心室、心脏、胃、肠、子宫或膀胱。


11.根据权利要求9所述的系统，其中所述天然中空组织结构是患病组织结构。


12.根据权利要求11所述的系统，其中所述患病组织结构是心律不齐的心脏。


13.根据权利要求10所述的系统，其中所述工程化组织结构是患病组织结构。


14.根据权利要求13所述的系统，其中所述患病组织结构是心律不齐的心室。


15.根据权利要求2至14中的任一项所述的系统，其中所述中空组织结构至少部分地涂覆有密封剂。


16.根据权利要求15所述的系统，其中所述密封剂包括至少一种生物聚合物。


17.根据权利要求16所述的系统，其中所述至少一种生物聚合物是糖胺聚糖、明胶或藻酸盐、或其组合。


18.根据权利要求1至17中的任一项所述的系统，还包括与所述第二对流动通道流体结合并且被构造为对所述第二流动路径中的所述第二流体加压的增压器。


19.根据权利要求2所述的系统，其中所述中空组织结构通过以下制造：
形成微米、亚微米或纳米尺寸的聚合物纤维，所述聚合物纤维被构造为所述中空组织结构的形状；和
将细胞接种到所述聚合物纤维上。


20.根据权利要求19所述的系统，其中所述将所述细胞接种到所述聚合物纤维上发生在所述流体室之外。


21.根据权利要求2所述的系统，其中所述壳体和中空组织结构形成生物反应器。


22.根据权利要求1-21中的任一项所述的系统，还包括与所述第一对流动通道和所述第二对流动通道中的至少一者相关联的至少一个阀，用于控制通过所述第一流动路径和所述第二流动路径中的至少一者的流体流动。


23.根据权利要求1-21中的任一项所述的系统，还包括流体结合到所述第一对流动通道以供应所述第一流体的第一流体源，和流体结合到所述第二对流动通道以供应所述第二流体的第二流体源。


24.根据权利要求23所述的系统，其中所述第一流体不同于所述第二流体。


25.根据权利要求1至24中的任一项所述的系统，还包括至少部分地布置在所述第一流动路径中或与所述第一流动路径流体结合的传感器。


26.根据权利要求25所述的系统，其中所述传感器被构造为测量所述第一流动路径中的流体压力和所述中空组织结构的体积中的至少一者。


27.根据权利要求25所述的系统，其中所述传感器至少部分地接触所述中空组织结构。


28.根据权利要求1-27中的任一项所述的系统，其中所述壳体还包括使得能够对所述流体室的至少一部分进行成像的窗口。


29.根据权利要求28所述的系统，其中所述窗口包括硅氧烷或超声可透过的材料。


30.根据权利要求28所述的系统，其中所述窗口包...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·A·麦奎因，K·K·帕克，J·A·戈斯，C·钱特里，
申请(专利权)人：哈佛学院院长等，
类型：发明
国别省市：美国;US