双循环微生理系统技术方案

提供了微流体细胞培养系统。系统包括双循环布置，用于为细胞培养物提供培养基(和任选的用于研究的选择的化合物)。双循环布置允许容易地为细胞培养物的不同阶段改变培养条件。尤其，第一循环路径可用于使相对大体积的培养基循环，从而允许低的细胞数与培养基体积比，并且第二循环路径可用于使相对低体积的培养基循环，从而允许高的细胞数与培养基体积比。在添加测试化合物之前，为预培养时间段优化第一循环，并且为测试阶段优化第二循环，在测试时间段期间保持功能的同时，提供高的细胞数与培养基比。培养基比。培养基比。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双循环微生理系统


[0001]本专利技术涉及用于细胞培养物的微生理系统，主要用于提供研究药物代谢的手段的目的。微生理系统也可称为微流体细胞培养系统或器官芯片(organ
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chip)。系统包括双循环布置，用于为细胞培养物提供培养基(以及任选的用于研究的选择的化合物)。双循环布置允许容易地为细胞培养物的不同阶段改变培养条件。本专利技术的方面进一步涉及细胞培养和研究药物代谢的方法。

技术介绍

[0002]药物代谢是将母体化合物转化为代谢物，代谢物通常接着从身体中排出。药物代谢的主要器官是肝脏。体外药物代谢的测量是药物开发过程的必不可少的部分。为了实现精确的测量，两个基本要求是：i)具有代谢测试化合物/药物的功能能力的体外系统，ii)足够高的细胞数与培养基体积比，以确保可精确地测量母体和/或代谢物的浓度。该测量通常使用液相色谱法进行。
[0003]目前用于药物代谢的技术包括微粒体、悬浮肝细胞和铺板肝细胞。所有这些技术具有显著的缺点，即系统中的微粒体/细胞的功能性能随着时间的推移而下降，在一些情况下非常迅速下降。这使得它们不适合测量代谢缓慢的化合物，因为化合物必须与测量系统保持延长时间段的接触。在该延长时间段期间，细胞停止运作和/或死亡。例如，在悬浮培养中，肝细胞可能无法维持超过6小时。Di等人提出了该问题的解决方案(Di L，Trapa P，Obach RS，Atkinson K，Bi YA，Wolford AC，Tan B，McDonald TS，Lai Y，Tremaine LM.，A novel relay method for determining low
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clearance values，Drug Metab Dispos.2012年9月；40(9)：1860
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5)，其中化合物与悬浮细胞一起孵育很短时间，并且然后转移至新鲜培养物中，称为中继法。虽然成功，但是该过程耗时并且需要大量的细胞。在可选的解决方案中，Chan等人(Chan TS，Yu H，Moore A，Khetani SR，Tweedie D.Meeting the challenge of predicting hepatic clearance of compounds slowly metabolized by cytochrome P450 using a novel hepatocyte model,HepatoPac.Drug Metab Dispos.2013年12月；41(12)：2024
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32)将化合物与肝细胞和小鼠成纤维细胞(Hepatopac)共同孵育7天的时间段，以允许足够的时间用于母体化合物的可测量的消失或代谢物的产生。同样，这会导致长期的并且劳动密集的检验。
[0004]微生理系统(或器官芯片)是功能强大的体外细胞培养系统，其适用于药物代谢实验。通常将细胞放置在系统中并且预培养数天，以允许在药物的实验开始(即测试阶段)之前形成功能性微组织。用于该预培养时间段的培养条件要求低的细胞数与培养基体积比，以消除对于频繁培养基更换的需要。该低的细胞数与培养基体积比使得精确地确定缓慢代谢的化合物的代谢和稀有代谢物的检测具有挑战性。
[0005]用于肝细胞培养的示例性微生理系统包括美国专利6,197,575和US 2005/0260745中描述的那些。这些出版物公开了包括单一培养基循环的用于肝细胞培养的系统。PCT/US2017/016721(公开为WO 2017/176357)公开了细胞培养平台，其中离散微生理系统
通过溢流道特征与其他器官相连。EP 2322913描述了用于分析布置在多孔板的多个孔中的培养基中的细胞的装置，包括用于插入多孔板的孔中的阻挡件。US 2008/145922描述了用于检测培养物中细胞的代谢活性的装置，该装置包括可移动的分离元件，以限定反应空间。
[0006]本专利技术的实施方式的目标之一是提供可选的微生理细胞培养系统。在优选实施方式中，系统旨在允许更容易地进行药物代谢实验；特别是，利用本专利技术可以进行缓慢代谢化合物或稀有代谢物的实验。从描述中其他目标和优点将是显而易见的。

技术实现思路

[0007]本专利技术通过提供微生理细胞培养系统解决了现有技术的缺点，该微生理细胞培养系统包括两个分开的培养基循环路径。第一路径可用于循环相对大体积的培养基，从而允许低的细胞数与培养基体积比，并且第二路径可用于循环相对低体积的培养基，从而允许高的细胞数与培养基体积比。第一路径可在生长的预培养阶段中使用，并且然后在进行代谢物检验时切换至第二路径。在添加化合物之前，为预培养时间段优化第一循环，并且为测试阶段优化第二循环，在测试时间段期间保持功能的同时，提供高的细胞与培养基比。微生理系统使细胞能够在培养中保持数周的长时间段，克服了肝细胞在6小时内死亡的悬浮细胞培养物固有的局限性。
[0008]根据本专利技术的第一方面，提供了微生理细胞培养系统，系统包括：
[0009]细胞培养腔室；
[0010]第一流体回路和第二流体回路，各自在腔室出口和腔室入口处连接至所述腔室，其中至少第一回路腔室出口和第二回路腔室出口在分开的位置；
[0011]其中细胞培养腔室限定第一流体填充水平和第二流体填充水平，第一流体填充水平表示比第二流体填充水平更大的流体的体积；
[0012]其中第一流体回路腔室出口位于第一流体填充水平或第一流体填充水平和第二流体填充水平之间，并且第二流体回路腔室出口位于第二流体填充水平或低于第二流体填充水平；从而当腔室充满流体至第一填充水平时，第一流体回路或者第一流体回路和第二流体回路都能够运转，并且当腔室充满流体至第二填充水平时，只有第二流体回路能够运转。
[0013]因此，对于初始预培养时间段，系统可填充培养基至第一填充水平。该第一填充水平允许第一流体回路和第二流体回路运转，从而提供相对大体积的培养基的循环。一旦细胞培养物建立，培养基可用较小体积的培养基更换，至第二填充水平，并且添加测试化合物。
[0014]系统可包括用于在第一流体回路和第二流体回路的运转之间切换的装置。例如，每个回路可包括可分开运转的微型泵或类似装置，可根据需要而打开或关闭。系统可进一步包括用于运转微型泵的控制器。在某些实施方式中，第一流体回路和第二流体回路中的一个或两个可包括允许关闭回路的阀门。同样，系统可包括用于运转阀门的控制器。尽管没有必要包括一个或多个阀门，但是非常优选地至少提供在测试阶段期间关闭第一回路的阀门，以便确保测试期间培养基不进入该回路。在测试阶段期间，进入第一回路的培养基具有降低测试的精度的可能性，因为第二回路中的体积将发生变化，由此将改变浓度变化率。
[0015]细胞培养腔室可限定用于接收细胞的位置，所述位置位于第二流体填充水平或低
于第二流体填充水平。鉴于第二填充水平表示相对小的体积，该位置允许将细胞就放置在第二填充水平下面，以便在测试阶段本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种微生理细胞培养系统，所述系统包括：细胞培养腔室；第一流体回路和第二流体回路，各自在腔室出口和腔室入口处连接至所述腔室，其中至少第一回路腔室出口和第二回路腔室出口在分开的位置处；其中所述细胞培养腔室限定第一流体填充水平和第二流体填充水平，所述第一流体填充水平表示比所述第二流体填充水平更大的流体的体积；并且其中第一流体回路腔室出口位于所述第一流体填充水平或在所述第一流体填充水平和所述第二流体填充水平之间，并且第二流体腔室出口位于所述第二流体填充水平或低于所述第二流体填充水平；从而当腔室填充流体至第一填充水平时，所述第一流体回路或所述第一流体回路和所述第二流体回路都能够运转，并且当腔室填充流体至第二填充水平时，只有所述第二流体回路能够运转。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述细胞培养腔室限定了用于接收细胞的位置，所述位置位于所述第二流体填充水平或低于所述第二流体填充水平。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述第一填充水平和所述第二填充水平由所述细胞培养腔室的第一高度和第二高度的壁限定，所述壁限定了第一腔室出口和第二腔室出口。4.根据权利要求3所述的系统，包括另外的壁，所述另外的壁包围所述细胞培养腔室的第一壁和第二壁。5.根据权利要求3或4所述的系统，其中所述第一腔室出口和所述第二腔室出口中的任一个或两个为从所述第一壁和/或所述第二壁引出并且由所述第一壁和/或所述第二壁限定的溢流道的形式。6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述第一流体回路的体积比所述第二流体回路的体积大至少2、3、5、10、25倍。7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述第一流体回路比所述第二流体回路长至少10、25、50、100倍。8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述第一流体回路包括暴露于环境的至少一部分。9.根据前...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫，
申请(专利权)人：CN生物创新有限公司，
类型：发明
国别省市：