用于体内器官组织的体外模型化的装置制造方法及图纸

一种用于体外模型化体内器官组织的装置(201)，包括：具有至少一个通入室(213)的第一体部(207)、具有至少一个培养室(221)的第二体部(205)和将所述至少一个通入室(213)与所述培养室(221)分隔开的培养膜(206)。该装置还包括具有带有至少一个限制腔的至少一个致动室(220)的第三体部(203)、和将所述至少一个培养室(221)与所述至少一个致动室(220)分隔开的致动膜(204)。利用根据本发明专利技术的装置，可以提供鲁棒的致动系统，其不依赖于致动膜材料的机械性能，也不依赖于压力，并且允许模仿组织、特别是肺泡的三维变形。是肺泡的三维变形。是肺泡的三维变形。

【技术实现步骤摘要】
用于体内器官组织的体外模型化的装置
[0001]本申请是申请日为2014年9月5日、申请号为201480049253.6、名称为“用于体内器官组织的体外模型化的装置”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及根据独立权利要求1的前序部分的装置。这种装置包括具有至少一个通入室的第一体部、具有至少一个培养室的第二体部和将所述至少一个通入室与所述培养室分隔开的培养膜，该装置可以用于对体内器官组织进行体外模型化。

技术介绍

[0003]医药业目前正在致力于反思可以更高效地执行的研究和开发的方式。需要解决的一个重要问题是能够在开始昂贵的临床试验之前预测化合物对人体的毒性和功效的高效和可复制的药物发现模型的缺乏。
[0004]同样，医药公司以及公共和监管当局正在寻找替代的体外动物试验方法。动物试验糟糕地预测人体反应，在伦理上有争议并且昂贵。然而，能够预测化合物对人体的毒性的高效和可复制的体外模型的缺乏是在毒性测试中需要解决的一个障碍。
[0005]对于肺的体外模型尤其如此，其原因在于发生气体交换的下呼吸道中存在复杂的细胞微环境。肺的体内状态如气液界面、呼吸运动、液体在上皮层上和内皮处引发的剪应力等特别复杂，这是迄今为止不存在精确的体外肺泡模型的原因。
[0006]已知的肺体外模型如跨室系统(transwell system)可以复制肺泡与血管内皮之间的组织界面，但既无法复制生理呼吸的机械过程，也无法复制血流引发的剪应力以及可溶产物和细胞排泄的废物的去除。此外，跨室膜厚度典型地在10微米与20微米之间，其大约是体内尺寸的1到3个数量级。这可能会严重妨碍上皮
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内皮信号传递。
[0007]在此背景下，基于微流体技术的研究平台目前已出现并具有提高体外模型精度和实验效率的潜力。例如，仅近三年来报告了微制作的生物人工肺模型。
[0008]WO 2010/009307 A2中记载了利用上皮/内皮细胞的联合培养的呼吸用芯片肺(lung
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on
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a
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chip)。该芯片肺由通过薄的多孔和可拉伸的膜分离的两个叠加微通道构成，所述膜由聚二甲硅氧烷(PDMS)制成。通过改变相邻通道中的压力——这允许薄的多孔膜附着在其上的微通道的壁的变形——来周期性地直线拉伸在其上培养上皮和内皮细胞的该膜。
[0009]然而，WO2010/009307 A2所展示的致动原理存在重大的局限性。事实上，薄膜的应力水平的精度直接依赖于通道内壁的偏转(即挠曲，deflection)幅度，该偏转幅度又是多个参数的函数，特别是壁材料的机械性能和几何结构以及致动压力，这些全都需要被精确地控制。此外，该装置的基于两部分——上部和下部(薄膜被置于其间)——的组件的结构需要精确对准以保证通道壁的机械性能的批次再现性。
[0010]至少这些因素不允许对薄膜的拉伸水平和最终在该膜上培养的细胞的精确控制。因此，该装置的制作过程必须极为精确，这增加了制造成本和/或可能需要根据对各装置施
加的压力对膜中的应力进行昂贵的校准。此外，该装置的多个方面仅近似地复制肺泡的基膜及其变形。事实上，由该装置的相邻通道产生的单向拉伸与人肺内发生的三向拉伸不相对应。在体内，呼吸运动是横隔膜收缩的结果，所述收缩牵动肺腔，从而使空气进入肺内。此外，集成在WO 2010/009307 A2中记载的芯片肺中的膜相比于介于200纳米与500纳米之间的肺泡膜的基部的厚度而言比较厚，即约10微米。
[0011]US 2010/0233799 A1中展示了具有可拉伸的膜的微流体芯片肺的另一示例。其中，一种装置包括在其上培养上皮细胞的PDMS膜。为了调查换气后的肺中通常发生的机械应力，销在膜上施加机械力。
[0012]然而，为了适合这种销施力，膜必须坚固且在US 2010/0233799 A1的装置中厚约100微米。所展示的装置未配备有多孔膜且因此不允许通过复制气血屏障来模仿肺泡膜的复杂性。此外，它不允许在膜的销向其推压以使其变形的侧面培养细胞，因为销与膜的直接接触将挤压细胞并损伤它们。这意味着此系统不允许模仿体外屏障常见的联合培养系统，即使集成有多孔膜。
[0013]同样由于销抵靠膜的直接接触，US 2010/0233799 A1中记载的系统的另一局限性是销与膜之间明显不存在间隙。这阻止了提供用于生理介质的充分空间且因此无法灌注细胞。由于不能从膜的底部向细胞提供生理溶液，因此需要从在该处培养细胞的膜顶部提供生理介质，这意味着无法在此系统中设置气液界面(ALI)条件。
[0014]US 2010/0233799 A1的系统的另一缺点在于由于不透明的销，不可能从芯片的底部观察细胞。而且即使销是透明的，图像也仍将由于销的弯曲而变形且必须例如通过特定软件进行修正以便合适。
[0015]再者，US 2010/0233799 A1的系统仅允许膜沿一个向外的方向拉伸，而在肺内该方向仅适用于内皮细胞。此外，US 2010/0233799 A1的系统的拉伸轮廓非常不均匀。特别地，仅中间的膜将适合销的结构，而周边的膜并非如此。这导致膜中间与周边之间的不同的拉伸轮廓，此外，肺中的肺泡与膨胀的球相似地拉伸。这意味着球的半径恒定地改变，其中在该系统中所述半径由销的形状决定。
[0016]因此，需要一种用于体外模型化器官的组织的装置，该装置允许例如在预定和变化的范围内和/或方向上周期性地拉伸细胞，由此使得可以模仿诸如肺泡的组织的三维变形。

技术实现思路

[0017]根据本专利技术，通过由独立权利要求1的特征定义的装置来解决这一需求。优选实施例是从属权利要求的主题。
[0018]特别地，本专利技术的要点如下。用于体外模型化体内器官组织的装置包括具有至少一个通入室的第一体部、具有至少一个培养室的第二体部和将所述至少一个通入室与培养室分隔开的培养膜。该装置还包括具有至少一个致动室的第三体部和将所述至少一个培养室与所述至少一个致动室分隔开的致动膜，该致动室具有至少一个限制腔。
[0019]本专利技术的上下文中的用语“模型化体内组织”可以涉及对诸如像肺的器官的组织的体内状态进行模型化，并且尤其涉及诸如肺泡与血管内皮之间的组织界面的组织界面。第一、第二和第三体部可以形成为可以安装在一起的不同物理单元，形成为组合的物理单
元，例如第一和第二体部是一个物理单元且第三体部是第二物理单元，或形成为一个物理单元。第一、第二和第三体部例如可以呈板状。在一些实施例中，所述至少一个通入室也可以用于培养以使得它是组合的通入
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培养室。培养膜可以是多孔的，即完全或部分地多孔的，或非多孔的。它还可比较薄和柔韧并且可以在其一面或两面上涂覆有细胞以便形成体外屏障，类似于体内屏障，例如肺内的气血屏障。本文中的用语“比较薄”可以涉及在约10纳米(nm)与约20微米(μm)之间或在约20纳米与约10微米之间或约200纳米与约5微米之间的厚度。培养膜的孔的尺寸可以在约0.4微米与约12微米之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用用于体内器官组织的体外模型化的装置(100；201；901；2010；2011；2012；2013；2014；2015；2016；2017；2018；2019)的方法，所述装置包括具有至少一个通入室(213；2130；2131；2132；2133；2134；2135；2136；2137；2138；2139)的第一体部(207；2070；2071；2072；2073；2074；2075 2076；2077；2078；2079)，具有至少一个培养室(205；2050；2051；2052；2053；2054；2055；2056；2057；2058；2059)的第二体部(221；2210；2211；2212；2213；2214；2215；2216；2217；2218；2219)，和将所述至少一个通入室(213；2130；2131；2132；2133；2134；2135；2136；2137；2138；2139)与所述培养室(221；2210；2211；2212；2213；2214；2215；2216；2217；2218；2219)分隔开的培养膜(206；2060；2061；2062；2063；2064；2065；2066；2067；2068；2069)，所述方法包括以下步骤：通过在培养膜(206；2060；2061；2062；2063；2064；2065；2066；2067；2068；2069)的第一侧面的顶部上提供培养介质来培养细胞；使第一体部(207；2070；2071；2072；2073；2074；2075 2076；2077；2078；2079)和第二体部(205；2050；2051；2052；2053；2054；2055；2056；2057；2058；2059)与培养膜(206；2060；2061；2062；2063；2064；2065；2066；2067；2068；2069)一起翻转约180
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；和通过在培养膜(206；2060；2061；2062；2063；2064；2065；2066；2067；2068；2069)的第二侧面的顶部上提供另一培养介质来培养另外的细胞，其中，所述培养介质包括在培养细胞时附着于所述培养膜的第一侧面的细胞，和/或所述另一培养介质包括在培养另外的细胞时附着于所述培养膜的第二侧面的另外的细胞。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述装置(100；201；901；2010；2011；2012；2013；2014；2015；2016；2017；2018；2019)还包括灌注通道(215；2150；2151；2152；2153；2154；2155；2156；2157；2158；2159)，所述灌注通道具有入口(275；2184；21512；21517；21518；21519)、出口(285；2194；21522；21527；21528；21529)和所述至少一个培养室(221；2210；2211；2212；2213；2214；2215；2216；2217；2218；2219)，其中入口(275；2184；21512；21517；21518；21519)、所述至少一个培养室(221；2210；2211；2212；2213；2214；2215；2216；2217；2218；2219)和出口(285；2194；21522；21527；21528；21529)相连接。3.根据权利要求2所述的方法，其中，在培养膜(206；2060；2061；2062；2063；2064；2065；2066；2067；2068；2069)的第一侧面上培养细胞的步骤包括通过灌注通道(215；2150；2151；2152；2153；2154；2155；2156；2157；2158；2159)的入口(275；2184；21512；21517；21518；21519)将细胞提供至培养室(221；2210；2211；2212；2213；2214；2215；2216；2217；2218；2219)中。4.根据权利要求3所述的方法，其中，将生长因子、化学物质、气体、营养成分、药物、生物异源物质、血液或血清中的至少一者与细胞一起通过灌注通道(215；2150；2151；2152；2153；2154；2155；2156；2157；2158；2159)的入口(275；2184；21512；21517；21518；21519)提供至培养室(221；2210；2211；2212；2213；2214；2215；2216；2217；2218；2219)中。5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，在培养膜(206；2060；2061；2062；2063；2064；2065；2066；2067；2068；2069)的第二侧面上培养另外的细胞的步骤包括将所述另外的细胞提供至通入室(213；2130；2131；2132；2133；2134；2135；2136；2137；2138；2139)
中。6.根据权利要求5所述的方法，其中，将生长因子、化学物质、气体、营养药物、生物异源物质、血液或血清中的至少一种与所述另外的细胞一起提供至通入室(213；2130；2131；2132；2133；2134；2135；2136；2137；2138；2139)中。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述装置(100；201；901；2010；2011；2012；2013；2014；2015；2016；2017；2018；2019)还包括第三体部。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第三体部包括至少一个致动室(220；2200；2201；2202；2203；2204；2205；2206；2207；2208；2209)和致动膜(204；2040；2041；2042；2043；2044；2045；2046；2047；2048；2049)，所述致动膜将所述至少一个培养室(221；2210；2211；2212；2213；2214；2215；2216；2217；2218；2219)与所述至少一个致动室(220；2200；2201；2202；2203；2204；2205；2206；2207；2208；2209)分隔开。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：致动所述致动膜(204；2040；2041；2042；2043；2044；2045；2046；2047；2048；2049)以刺激和/或移动培养膜(206；2060；2061；2062；2063；2064；2065；2066；2067；2068；2069)上的细胞。10.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述至少一个致动室(220；2200；2201；2202；2203；2204；2205；2206；2207；2208；2209)包括至少一个限制腔。11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，包括以下步骤：通过移动致动膜(204；2040；2041；2042；2043；2044；2045；2046；2047；2048；2049)致动所述培养膜(206；2060；2061；2062；2063；2064；2065；2066；2067；2068；2069)。12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，包括以下步骤：在使第一体部(207；2070；2071；2072；2073；2074；2075 2076；2077；2078；2079)和第二体部(205；2050；2051；2052；2053；2054；2055；2056；2057；2058；2059)与培养膜(206；2060；2061；2062；2063；2064；2065；2066；2067；2068；2069)一起翻转约180
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之后，将第三体部与第一体部(207；2070；2071；2072；2073；2074；2075 2076；2077；2078；2079)和第二体部(205；2050；2051；2052；2053；2054；2055；2056；2057；2058；2059)装配在一起。13.根据权利要求7至12中任一项所述的方法，其中，利用保持器将第三体部第一体部(207；2070；2071；2072；2073；2074；2075 2076；2077；2078；2079)和第二体部(205；2050；2051；2052；2053；2054；2055；2056；2057；2058；2059)装配在一起，所述保持器使用机械力、电力、磁力或它们的组合。14.根据权利要求7至14中任一项所述的方法，其中，第三体部限定封闭的培养室(221；2210；2211；2212；2213；2214；2215；2216；2217；2218；2219)，所述培养室由培养膜(206；2060；2061；2062；2063；2064；2065；2066；2067；2068；2069)限制。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，培养膜(206；2060；2061；2062；2063；2064；2065；2066；2067；2068；2069)是多孔的和/或柔性的。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过如下方式培养细胞：在培养膜(206；2060；2061；2062；2063；2064；2065；2066；2067；2068；2069)的第一侧面的顶部提供细胞，直到细胞附着到培养膜(206；2060；2061；2062；2063；2064；2065；2066；2067；2068；2069)；以及通过如下方式培养另外的细胞：在培养膜(206；2060；2061；2062；2063；2064；2065；2066；2067；2068；2069)的第二侧面的顶部提供另外的细胞，直到所述另外的细胞附
着到培养膜(206；2060；2061；2062；2063；2064；2065；2066；2067；2068；2069)。17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，第一体部(207；2070；2071；2072；2073；2074；2075 2076；2077；2078；2079)具有形成第一体部的所述至少一个通入室(213；2130；2131；2132；213...

【专利技术属性】
技术研发人员：O，
申请(专利权)人：伯尔尼大学，
类型：发明
国别省市：