通过改进的物质传输控制来规模化组织生产制造技术

一种形成组织的方法。所述方法包括提供包含内皮细胞的前组织组合物的来源。所述方法还包括使用多个初级通道和多个次级通道将培养基灌注到前组织组合物中以形成组织，其中内皮细胞被配置为通过血管生成形成次级通道。细胞被配置为通过血管生成形成次级通道。细胞被配置为通过血管生成形成次级通道。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过改进的物质传输控制来规模化组织生产
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于2020年2月18日提交的名称为“通过改进的物质传输控制来规模化组织生产”的美国临时申请序列号62/978,279，要求其优先权并通过引用将其整体并入本文。
[0003]关于联邦资助研究的声明
[0004]本专利技术是在政府支持下由能源部给予的资助DE
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AR0001233完成的。政府对本专利技术有一定的权利。
技术背景
[0005]产生大尺寸组织的主要挑战是营养物质和O2扩散到体外产生的构建体内部的细胞受到限制。据估计，营养物质和氧气的有效扩散距离只有100
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200微米，因此位于大的构建体内部的细胞在没有适当的营养物质/氧气内部输送系统来维持它们的情况下无法保持存活。因此，真实再现天然组织体系的体外组织重建通常仅限于微米和毫米级的构建体。然而，许多应用非常期望更大的构建体。
[0006]一种用于生产能存活的大尺寸组织的先前策略纳入了允许培养基流入组织内部的通道。这已在骨骼肌组织工程中进行，其中用中空纤维(多孔管)灌注10x10x1.9mm的组织。在另一个示例中，添加生物打印通道支持在1cm厚的组织中的成纤维细胞和成骨间充质干细胞。然而，这些纳入的通道的大尺寸严重减少了组织产量。对于中空纤维(HF)系统，紧密的HF间隔和大的HF直径(480μm)导致按体积仅为肌肉21％的肌肉构建体。其他改进这一缺点的尝试集中在使用更小的血管化通道来灌注脂肪组织，理论上它可能只占培养组织的1
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1.5％(假设通道之间的间隔为1mm)。不幸地，尽管有这种改进，但这样的系统相当复杂，需要估计2500个通道来灌注5x5cm横截面的3D组织。
[0007]用于灌注大尺寸组织的另一种潜在技术是与内皮细胞进行共培养。在3D培养中，内皮细胞能够形成类似于体内微脉管系统的可灌注的毛细血管样血管。已将这种现象用来改善植入后各种工程化肌肉和脂肪组织的性能和存活，并且已有研究报告了宿主和工程化组织脉管系统之间的成功吻合。虽然内皮并入成功地使工程化组织血管化，但这些研究仅限于小的构建体(毫米级)，可能是因为当构建体体积较大时，血管网络形成并输送营养物质到内部细胞需要太多时间。此外，用毛细管大小的小血管灌注大的构建体也可能导致物质传输(mass transport)并发症，其中通过构建体的介质量不足以维持其所有细胞。
[0008]因此，需要的是能够灌注大的组织工程化构建体同时保持高组织产量，且还降低由于使用大量通道而导致的系统复杂性的新系统和方法。
[0009]专利技术概述
[0010]本公开通过提供使用独特灌注布置来形成和灌注大的组织工程化构建体的新系统和方法来解决上述缺点，所述独特灌注布置采用两种不同通道类型。
[0011]一方面，本公开提供了形成组织的方法。所述方法可包括提供包含内皮细胞的前组织(pre
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tissue)组合物的来源。所述方法还可包括使用多个初级通道和多个次级通道将培养基灌注到前组织组合物中以形成组织，其中所述内皮细胞被配置为通过血管生成形成
次级通道。
[0012]另一方面，本公开提供了灌注组织的方法。所述方法可包括使用多个初级通道和多个次级通道将培养基灌注到组织中，其中所述组织包含被配置为通过血管生成形成次级通道的内皮细胞。
[0013]一方面，本公开提供了灌注组织的方法。所述方法可包括使用多个布置的初级通道和多个次级通道将培养基灌注到组织中，其中培养基通过初级通道提供给组织，并且其中一个或多个次级通道在空间上从初级通道分支。
[0014]另一方面，本公开提供了形成组织的系统。所述系统可包括包含内皮细胞的前组织组合物的来源，所述内皮细胞被配置为通过血管生成形成次级通道。所述系统还可包括灌注系统，所述灌注系统被配置为使用多个初级通道向前组织组合物提供培养基以形成组织。
[0015]又一方面，本公开提供了灌注组织的系统。所述系统可包括灌注系统，其被配置为使用多个初级通道向组织提供培养基，其中所述组织包含被配置为通过血管生成形成多个次级通道的内皮细胞。
[0016]当结合附图时，本专利技术的这些和其他优点和特征将从以下对本专利技术的优选方面的详细描述中更加显而易见。
[0017]附图简述
[0018]本文描述的附图仅用于说明所选实施方案而非所有可能的实施方式的目的，并且不旨在限制各种实施方案中的任何一个的范围。应当理解，附图不是按比例绘制。
[0019]图1示出根据本公开一个方面的形成组织的方法的过程流程图。
[0020]图2示出根据本公开另一个方面的灌注组织的方法的过程流程图。
[0021]图3示出根据本公开一个方面的灌注组织的方法的过程流程图。
[0022]图4A示出使用本文所述方法和系统形成的组织的一部分的透视图的描绘。图4B示出使用本文所述方法和系统形成的组织的一部分的横截面图的描绘。
[0023]图5示出根据本公开多个方面的用于形成或灌注组织的系统的描绘。
[0024]图6示出使用本文所述方法和系统形成的组织的一部分的示意性横截面图。
[0025]图7A描绘在实施例1的实验中使用共培养培养基配方2获得的明场成像结果。图7B描绘在实施例1的实验中使用共培养培养基配方1获得的明场成像结果。图7C描绘在实施例1的实验中使用包含10nM地塞米松和30ng/ml IGF
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1的共培养培养基配方1获得的明场成像结果。
[0026]图8A描绘在实施例1的实验中使用包含10nM地塞米松和30ng/ml IGF
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1的共培养培养基配方1获得的BODIPY脂质染色结果。图8B示出描绘在实施例1的实验中使用包含10nM地塞米松和30ng/ml IGF
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1的共培养培养基配方2获得的BODIPY脂质染色结果。图8C示出量化实施例1的实验中BODIPY脂质染色结果的图。
[0027]图9A描绘在实施例1的实验中使用具有地塞米松和IGF
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1的共培养培养基配方1获得的GFP
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HUVEC的CD31染色。图9B描绘在实施例1的实验中使用具有地塞米松、IGF
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1和100ug/ml Intralipid的共培养培养基配方1获得的GFP
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HUVEC的CD31染色。图9C示出量化实施例1的实验中CD31染色结果的图。
[0028]图10A描绘在实施例1的实验中获得的脂肪
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内皮3D共培养的明场成像结果。图10B
描绘在实施例1的实验中获得的脂肪
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内皮3D共培养的CD31染色结果。
[0029]图11A描绘在实施例2的实验中使用常规的基于马血清的分化培养基获得的C2C12小鼠成肌细胞的肌球蛋白重链(MHC)染色结果。图11B描绘在实施例2的实验中使用开发的肌肉
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种形成组织的方法，所述方法包括：提供包含内皮细胞的前组织组合物的来源；和使用多个初级通道和多个次级通道将培养基灌注到所述前组织组合物中以形成组织，其中所述内皮细胞被配置为通过血管生成形成所述次级通道。2.如权利要求1所述的方法，其中所述初级通道具有小于400μm的平均外径。3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述初级通道具有小于150μm的平均外径。4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述初级通道被布置成以基本上平行的构造延伸通过所述前组织组合物。5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中一个或多个所述次级通道从一个或多个所述初级通道延伸到所述前组织组合物的通道间空间中。6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中一个或多个所述次级通道以流体方式连接一个或多个所述初级通道。7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中平均横截面通道密度小于每平方厘米20个初级通道。8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中平均横截面通道密度小于每平方厘米10个初级通道。9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述初级通道是多孔的。10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述次级通道具有10μm至50μm的平均外径。11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述灌注培养基的方法步骤最初在所述次级通道形成之前仅通过所述初级通道进行。12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中将培养基连续灌注到所述前组织组合物。13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述组织主要是肌肉组织。14.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多个初级通道的体积占产物组织的总体积的小于5％。15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多个初级通道的体积占产物组织的总体积的小于1％。16.一种灌注组织的方法，所述方法包括：使用多个初级通道和多个次级通道将培养基灌注到组织中，其中所述组织包含被配置为通过血管生成形成所述次级通道的内皮细胞。17.如权利要求16所述的方法，其中所述初级通道具有小于400μm的平均外径。18.如权利要求17所述的方法，其中所述初级通道具有小于150μm的平均外径。19.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述初级通道被布置成以基本上平行的构造延伸通过所述组织。20.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中一个或多个所述次级通道从一个或多个所述初级通道延伸到所述组织的通道间空间中。21.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中一个或多个所述次级通道以流体方式连接一个或多个所述初级通道。
22.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中平均横截面通道密度小于每平方厘米20个初级通道。23.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中平均横截面通道密度小于每平方厘米10个初级通道。24.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述初级通道是多孔的。25.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述次级通道具有10μm至50μm的平均外径。26.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述培养基具有与所述组织的遗传来源的典型动脉血大致相同的初始氧浓度。27.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中将培养基连续灌注到所述组织。28.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述组织主要是肌肉组织。29.一种灌注组织的方法，所述方法包括：使用多个布置的初级通道和多个次级通道将培养基灌注到组织中，其中培养基通过所述初级通道提供给所述组织，并且其中一个或多个所述次级通道在空间上从所述初级通道分支。30.如权利要求29所述的方法，其中所述次级通道具有小于所述初级通道的平均直径。31.如权利要求30所述的方法，其中所述初级通道具有100μm至400μm的平均外径。32.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述次级通道具有10μm至50μm的平均...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：塔夫茨大学理事会，
类型：发明
国别省市：