處理細(xì)胞和相關(guān)結(jié)構(gòu)的設(shè)備及方法
【專利摘要】處理生命有機顆粒，包括選自細(xì)胞、細(xì)胞球體、組織、真核生物、微生物、器官或胚胎的顆粒的設(shè)備，包括一個中空的容積（10）：（a）容積（10）內(nèi)部被至少兩個在容積內(nèi)部形成的相位導(dǎo)引件（12，13）分成至少第一（14）、第二（16）和第三（17）子容積，（b）當(dāng)參照容積（10）內(nèi)彎液面或散裝液體的運動進(jìn)行判斷時，容積（10）包括相對上游的部分和相對下游的部分。設(shè)備包括至少第一、第二和第三流體導(dǎo)管（19，21，22），流體導(dǎo)管（19，21，22）被連接以允許容積（10）和相應(yīng)的子容積（14，16，17）的上游外部之間流體連通；至少另一個導(dǎo)管（24），導(dǎo)管（24）被連接以允許容積（10）和子容積的下游外部之間流體連通。第一子容積（14）包含一種或多種由凝膠或凝膠狀物質(zhì)支撐的生命顆粒；第二子容積（16）和第一子容積連通以便允許第一和第二子容積（14，16）之間的物質(zhì)輸送，第二子容積（16）包含至少一種凝膠或凝膠狀物質(zhì)。
【專利說明】處理細(xì)胞和相關(guān)結(jié)構(gòu)的設(shè)備及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及處理細(xì)胞、細(xì)胞球體、組織、真核生物、微生物、器官、有機酶、基因序列/鏈、蛋白質(zhì)或胚胎(為方便起見，本文中統(tǒng)稱為“生命有機顆?！?的設(shè)備及方法。術(shù)語“生命有機顆?！笨砂ǔ陨狭谐龅钠渌Y(jié)構(gòu)。因此，本文中所用的“生命有機顆?！钡亩x不限制本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍。
【背景技術(shù)】
[0002]人們對于在實驗室環(huán)境下培養(yǎng)生命有機顆粒具有很大的科學(xué)與商業(yè)興趣，該實驗室環(huán)境嚴(yán)格模擬這種顆粒在復(fù)雜的生命有機體(例如但不限于哺乳動物)中會遇到的環(huán)境。
[0003]這種興趣的原因是眾所周知的。多年以來一直希望盡可能地避免在活體內(nèi)研究例如細(xì)胞、組織和器官。除了往往非常昂貴以及可以理解地伴有繁重的監(jiān)管要求，生物體中的研究結(jié)果對于不同候選對象可能表現(xiàn)出很大的變化性；并且有時會給被進(jìn)行研究的候選對象帶來風(fēng)險。
[0004]此外，構(gòu)成研究課題的化合物、試劑和其他物質(zhì)可能難以準(zhǔn)確地施用至人或動物體內(nèi)的位置；并且使用活體研究樣本時，可能需要很大量的這種物質(zhì)才能獲得有效劑量。
[0005]因此，數(shù)十年來，科學(xué)界的各個領(lǐng)域試圖創(chuàng)建實驗室環(huán)境，在這種實驗室環(huán)境下細(xì)胞、組織、器官、微器官(miciO-organ)、胚胎和某些情況下的真核生物可遠(yuǎn)離動物身體進(jìn)行研究。
[0006]因此，已經(jīng)創(chuàng)建出 多種設(shè)計的培養(yǎng)室、組織支架和相關(guān)設(shè)備。然而，在沒有準(zhǔn)確復(fù)制體內(nèi)環(huán)境的條件下尋求培養(yǎng)例如組織或器官，可能導(dǎo)致在實驗和觀測活動中出現(xiàn)各種嚴(yán)重的缺陷。
[0007]其中一個此類培養(yǎng)的例子涉及培養(yǎng)室的平整表面對細(xì)胞的影響，細(xì)胞在自然條件下并不接觸這樣的表面。另一個始終存在的問題涉及需要給活細(xì)胞不斷補充供應(yīng)營養(yǎng)、氧氣、酶等，以及需要將廢物、代謝產(chǎn)物、呼吸產(chǎn)物和類似物質(zhì)從細(xì)胞的附近排出。在自然環(huán)境下，例如，血液供應(yīng)系統(tǒng)或淋巴系統(tǒng)可提供這些功能，但是它們很難在用于細(xì)胞培養(yǎng)的實驗室設(shè)備中準(zhǔn)確復(fù)制。
[0008]本領(lǐng)域技術(shù)人員會得知和認(rèn)識到許多其他實驗性缺陷的例子。
[0009]因此，當(dāng)對上述各種生命有機顆粒進(jìn)行研究時，需要準(zhǔn)確模擬體內(nèi)條件的設(shè)備。
[0010]此外，對于大規(guī)模進(jìn)行測試、分析、反應(yīng)、實驗和相關(guān)活動的需求日益增加(例如涉及同時完成或依照受控順序完成的幾百個樣品)。許多現(xiàn)有的實驗室設(shè)備無法提供這些優(yōu)勢。
[0011]在構(gòu)建用于容納和控制液體和液基物質(zhì)的設(shè)備中使用所謂的相位導(dǎo)引件(phaseguide)是已知的。
[0012]相位導(dǎo)引件可被定義為在充滿或排空液體的容積(vo Iume )中的結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)限制液體的彎液面(meniscus)在容積中前進(jìn)或后退的能力，由此界定出在液體和另一種物質(zhì)(即另一種液體或氣體)之間的具有預(yù)定形狀的界面。[0013]相位導(dǎo)引件可用多種方式構(gòu)建。一種技術(shù)涉及構(gòu)建一個尖銳的邊緣。在這種尖銳的邊緣上前進(jìn)需要改變流體-流體彎液面的主曲率半徑，導(dǎo)致彎液面上的更高的壓力下降，從而出現(xiàn)一個壓力屏障。這個概念也被稱為“彎液面釘止(meniscus pinning)”。
[0014]因此，一種典型的相位導(dǎo)引件是一個沿彎液面的整個長度伸入液體的三維結(jié)構(gòu)。彎液面在所產(chǎn)生的細(xì)長伸出部上的釘止需要額外的能量使液體彎液面越過，以便液體被限制，除非額外的能量被施加在液體上。
[0015]另一種典型的相位導(dǎo)引件是伸入大容積材料(bulk material)的脊。在這種情況下，釘止發(fā)生在相位導(dǎo)引件前。
[0016]此外，相位導(dǎo)引件可包括通?？桃庾龀龅谋∪跷恢茫谠撐恢迷竭^相位導(dǎo)引件所需的能量較低。如果相位導(dǎo)引件設(shè)計合理，在這樣一個位置液體可越過相位導(dǎo)引件。這個刻意的薄弱位置也限定了相位導(dǎo)引件的“穩(wěn)定性”，在彎液面前進(jìn)或后退過程中，當(dāng)大量液體同時面臨多個相位導(dǎo)引件時，相位導(dǎo)引件的“穩(wěn)定性”決定了相位導(dǎo)引件溢出的順序或優(yōu)先級。
[0017]當(dāng)面向相位導(dǎo)引件的基材比相位導(dǎo)引件本身更親水時，創(chuàng)建出了一種特別通用的相位導(dǎo)引件。這樣實施會導(dǎo)致彎液面的拉伸，并且增加角度和它們的半徑對相位導(dǎo)引件的“穩(wěn)定性”的影響。
[0018]因此，根據(jù)它們的精確設(shè)計，相位導(dǎo)引件可完全限制液體或只在優(yōu)選的位置允許液體前進(jìn)或后退，使得液體沿著選擇的路徑流動，填充或排空容積中的特定空間，或采用特定的形狀。
[0019]除了被構(gòu)造成伸出的屏障外，相位導(dǎo)引件可被限定為容積的內(nèi)表面上的區(qū)域，該區(qū)域具有不同程度的潤濕性。同樣，這些區(qū)域可能需要能量輸入，以便推進(jìn)液體彎液面向前越過這些區(qū)域。
[0020]相位導(dǎo)引件結(jié)構(gòu)的許多設(shè)計在W02010/085279 A2中公開。從說明本發(fā)明的立場出發(fā)，理解該公布是期望的，所以W02010/085279A2的全部內(nèi)容被并入本文作為參考。
[0021]雖然如此，用于限制液體的相位導(dǎo)引件可被布置，以允許由相位導(dǎo)引件代表的屏障被液體受控制地越過，和/或允許被限制在一個相位導(dǎo)引件或相位導(dǎo)引件組合(界定出居間的屏障結(jié)構(gòu))的相對兩側(cè)的兩種液體混合，其中一個相位導(dǎo)引件或相位導(dǎo)引件組合。實現(xiàn)這些效果的布置在W02010/085279A2中被描述，其中本發(fā)明實施例中描述的具有特殊效用的“限制性相位導(dǎo)引件”的概念被詳細(xì)說明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]本發(fā)明第一個方面是提供用于處理包括但不限于細(xì)胞、細(xì)胞球體、組織、真核生物、微生物、器官或胚胎的生命有機顆粒的設(shè)備。該設(shè)備包括一個中空的容積:(a)容積內(nèi)部被至少兩個在容積內(nèi)部形成的相位導(dǎo)引件分成至少第一、第二和第三子容積，(b)當(dāng)參照容積內(nèi)彎液面或大量液體的運動進(jìn)行判斷時，容積包括相對上游的部分和相對下游的部分。所述設(shè)備包括至少第一、第二和第三流體導(dǎo)管，流體導(dǎo)管被連接以實現(xiàn)容積的上游外部與相應(yīng)子容積之間的流體連通；所述設(shè)備包括至少另一個導(dǎo)管，該另一個導(dǎo)管被連接以實現(xiàn)容積的下游外部與一個所述子容積之間的流體連通，第一子容積包含由凝膠或凝膠狀物質(zhì)支撐的或支撐在凝膠或凝膠狀物質(zhì)中的一個或多個生命顆粒；第二子容積和第一子容積連通以便允許第一和第二子容積之間的物質(zhì)輸送，第二子容積包含至少一種凝膠或凝膠狀物質(zhì)。
[0023]這種布置的一個優(yōu)點是，它有可能在實驗室環(huán)境下創(chuàng)造出真正真實的培養(yǎng)環(huán)境，同時也有可能進(jìn)行如上所述的非常大規(guī)模的分析和試驗。因此，本發(fā)明的設(shè)備解決了本文闡述的弊端和需求。
[0024]本發(fā)明的可選的方面在從屬權(quán)利要求中限定。
[0025]本發(fā)明還涉及一種處理細(xì)胞、細(xì)胞球體、組織、真核生物、微生物、器官或胚胎的方法，包括以下步驟:
a.給本發(fā)明權(quán)利要求所述的設(shè)備的第一容積填充一定量的包含或支撐一種或多種細(xì)胞、細(xì)胞球體、組織、真核生物、微生物、器官或胚胎的凝膠或凝膠狀物質(zhì)；
b.允許或使凝膠或凝膠狀物質(zhì)凝膠化；
c.給至少第二子容積填充凝膠或凝膠狀物質(zhì)；
d.促使或允許第一和第二子容積之間流體連通。
[0026]本發(fā)明的另一種方法包括以下步驟:
a.給權(quán)利要求15所述的設(shè)備的第一容積填充一定量的包含或支撐一種或多種細(xì)胞、細(xì)胞球體、組織、真核生物、微生物、器官或胚胎的凝膠或凝膠狀物質(zhì)；
b.給至少第二子容積填充凝膠或凝膠狀物質(zhì)；
c.促使或允許第一和第二子容積之間流體連通。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]接下來是通過非限制性的例子對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的描述，該描述參考附圖進(jìn)行，其中:
圖1是本發(fā)明的設(shè)備的一種形式的水平剖面示意圖；
圖2是本發(fā)明的另一個實施例的設(shè)備與圖1相似的視圖；
圖3a和圖3b不出了本發(fā)明的另一個實施例的設(shè)備的兩種填充狀態(tài)；
圖4a_4c示意性顯示了本發(fā)明的更加復(fù)雜的設(shè)備的三種填充狀態(tài)；
圖5a_5c是與圖4a_4c相似的視圖，示出了在一系列復(fù)雜的培養(yǎng)室中適用于所謂的“一次灌注”生命有機顆粒的本發(fā)明的設(shè)備的 構(gòu)造和使用。
【具體實施方式】
[0028]參照圖1，一種中空立方容積10在所示實施例中在內(nèi)部被第一、第二和第三相位導(dǎo)引件11，12，13分成四個條紋狀的子容積14，16，17，18，該容積10以相位導(dǎo)引件腔室技術(shù)(phaseguide chamber technology)領(lǐng)域的多種已知方式的任何一種構(gòu)建，例如以W02010/085279 A2中所述的方式構(gòu)建。
[0029]在本發(fā)明所示的實施例中，所示子容積14，16，17，18從容積10內(nèi)部的一端延伸至相互平行的另一端。子容積在平面圖中是矩形的，并且在垂直于圖1中可見部件的方向具有垂直的延伸。
[0030]容積10和子容積14，16，17，18根據(jù)需要可采用其他形狀或形式。相位導(dǎo)引件11，12，13無需按照所示的直線樣式，可以是例如彎曲的或部分多邊形的。多種相位導(dǎo)引件、容積和子容積形狀、方向、大小和布置在本發(fā)明的范圍之內(nèi)都是可行的，圖1的布置僅僅是作為一個說明性的例子。
[0031]子容積的內(nèi)部優(yōu)選用一些基于實驗的方式，特別是光學(xué)方式進(jìn)行觀察。為此，子容積可包括如本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知的透明或半透明的壁或窗口。在一些實施例中，子容積中的一個或多個可在例如使用中的上側(cè)打開，但在大多數(shù)實際的實施例中，容積10基本上是關(guān)閉的，以便將實驗環(huán)境與可能會引起蒸發(fā)、溫度變化或污染的環(huán)境條件隔離。
[0032]分別延伸至容積10的端至端中心線(由相位導(dǎo)引件12占據(jù)的)的任一側(cè)的兩個子容積14，16在本文中被指定為第一和第二子容積。位于第一和第二子容積14，16的水平方向外側(cè)的子容積17，18分別被指定為第三和第四子容積。
[0033]每一個子容積14，16，17，18包括一個各自的流體導(dǎo)管19，21，22，23，當(dāng)考慮給子容積填充流體時，與之相連的一端IOa被指定為上游端。導(dǎo)管的設(shè)計在本發(fā)明的范圍內(nèi)可能發(fā)生顯著變化，但它們的主要功能是允許位于子容積14，16，17，18的外部的的流體源(未示出)與子容積的內(nèi)部之間的流體連通。
[0034]在容積10的另一端10b，本文為下游端(當(dāng)參照子容積14，16，17，18的填充進(jìn)行判斷時)，第三和第四子容積16，17的每一個被連接至另一個相應(yīng)的導(dǎo)管24，26。
[0035]導(dǎo)管19，23的功能是供應(yīng)營養(yǎng)、氧氣、培養(yǎng)基、血漿和/或其他一些流體至下文所述子容積14，16中的生命有機顆粒；另一個導(dǎo)管24，26用于將已消耗的培養(yǎng)基、已消耗的緩沖液、已消耗的血漿、廢物、呼吸產(chǎn)物、代謝產(chǎn)物等輸離這些顆粒。
[0036]為此，第一子容積14包含支撐圖1中示意性示出的一種或多種生命顆粒27的凝膠或凝膠狀物質(zhì)29。凝膠29可被選擇來為顆粒27提供一個物理支撐，也為研究期間顆粒的培養(yǎng)和/或生存能力提供一個正確的生化環(huán)境。
[0037]適用于本發(fā)明的子容積的凝膠或凝膠狀物質(zhì)的實例包括但不限于基底膜提取物、人或動物組織、細(xì)胞培養(yǎng)衍生的細(xì)胞外基質(zhì)、動物組織衍生的細(xì)胞外基質(zhì)、合成的細(xì)胞外基質(zhì)、水凝膠、膠原蛋白、軟瓊脂、蛋清和市售產(chǎn)品，比如基質(zhì)膠(RTM)。
[0038]第二子容積16包含第二凝膠或凝膠狀物質(zhì)或非凝膠液體31，它可能與物質(zhì)29類似或有所不同，這取決于實驗的要求。物質(zhì)31可包含化學(xué)物質(zhì)、營養(yǎng)物質(zhì)或藥品(需要研究這些物質(zhì)對顆粒27的影響)，或物質(zhì)31還包含例如圖1中示意性表示的另一生命顆粒28。各種材料選擇在本發(fā)明的范圍之內(nèi)是可行的。
[0039]通常本發(fā)明中將子容積14和16彼此分離的相位導(dǎo)引件12為一種如W02010/085279A2中所述的限制性相位導(dǎo)引件。這種相位導(dǎo)引件的一個特點是，它們可被設(shè)計成允許相鄰子容積14，16中的物質(zhì)受控制地混合、擴(kuò)散或灌注。
[0040]因此，僅僅作為圖1中設(shè)備的使用的一個例子，第二子容積16中的凝膠等31可包含與第一子容積14中的例如細(xì)胞27相互作用的細(xì)胞28。因此，第一子容積14中的細(xì)胞27和子容積16中的細(xì)胞28的組合以準(zhǔn)確復(fù)制體內(nèi)環(huán)境的方式進(jìn)行。
[0041]作為圖1中設(shè)備的使用的另一個例子，第二子容積16中的凝膠等31可包含一種化合物，這種化合物在研究中會影響第一子容積14中的例如細(xì)胞27。因此，第一子容積14的細(xì)胞27能夠以準(zhǔn)確復(fù)制體內(nèi)環(huán)境的方式被支撐在凝膠或凝膠狀物質(zhì)中的細(xì)胞給藥(dose),凝膠或凝膠狀物質(zhì)的密度、粘度、成分模擬細(xì)胞能夠自然生存時的介質(zhì)。
[0042]另一種選擇是，基于存在包括但不限于化學(xué)濃度、化學(xué)成分、溫度、壓力、電場、光、營養(yǎng)、氧氣、凝膠密度、凝膠組合物中的梯度，而讓生命顆粒從第一子容積輸送到第二子容積。
[0043]因此，本發(fā)明的布置明顯解決了一些現(xiàn)有技術(shù)長期存在的缺點。
[0044]在實驗情況下維持細(xì)胞的生存能力通常是困難的。子容積17和18的目的是通過導(dǎo)管19和24 (在子容積18的情況下)和23和26 (在子容積17的情況下)以連續(xù)流動方式將營養(yǎng)、氧氣、二氧化碳、生長因子、其他蛋白、信號分子、化合物、還有細(xì)胞及類似物輸送至子容積14，16的附近；以及運走廢物、代謝產(chǎn)物及類似物。這一活動是由圖1中的箭頭表示。本發(fā)明的布置比起現(xiàn)有技術(shù)的布置，在細(xì)胞等的生存能力上提供了相當(dāng)大的改進(jìn)。
[0045]為此，導(dǎo)管19，24，23，26可被接入例如液體泵送/供應(yīng)電路，其性質(zhì)和操作將會為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。
[0046]子容積17，18無需包含相同的物質(zhì)；在許多情況下，在兩個子容積17，18輸送的物質(zhì)將彼此不同。
[0047]鑒于上述情況，相位導(dǎo)引件11，13被分別布置以允許或促進(jìn)液體或其它物質(zhì)從子容積18，17輸入至子容積14，16或從子容積14，16輸出至子容積18，17。因此，這些相位導(dǎo)引件也可以為W02010/085279A2中所述的那種限制性相位導(dǎo)引件。
[0048]本發(fā)明的設(shè)備的另一種使用模式可能涉及相互接近的細(xì)胞的培養(yǎng)等(對生命基顆粒從一個子容積到另一個的運輸無要求)。很明顯，圖1的設(shè)備可以很容易地采用這種方式，細(xì)胞等27，28在實驗期間各自被保持在第一子容積14和第二子容積16中。
[0049]可通過本文所述的方式，使用本發(fā)明的設(shè)備進(jìn)行共同培養(yǎng)的細(xì)胞類型的例子包括例如腫瘤細(xì)胞與腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(CAF);肝細(xì)胞與任何其他細(xì)胞或組織；軟骨與成骨細(xì)胞；結(jié)腸中各種類型的細(xì)胞與腸細(xì)胞；血管內(nèi)皮細(xì)胞與任何其他細(xì)胞類型的組合，包括來自大腦的作為體外血-腦屏障的這種細(xì)胞組合；皮膚細(xì)胞；涉及肺組織的細(xì)胞；以及分泌激素或其他信號因子的細(xì)胞組合與靶組織。
[0050]共同培養(yǎng)可包含一定梯度的分化細(xì)胞，例如分化的腸上皮細(xì)胞；以及胚胎干細(xì)胞，比如內(nèi)胚層、中胚層和外胚層干細(xì)胞。然而，為避免對這項專利申請在不支持對從人體胚胎中獲得的人體胚胎干細(xì)胞授予專利權(quán)的司法管轄區(qū)內(nèi)產(chǎn)生權(quán)利有所疑問，人體胚胎的使用和治療從權(quán)利要求的保護(hù)范圍中排除。
[0051]激素、營養(yǎng)生長因子、氣體或任何細(xì)胞-細(xì)胞、組織-組織或器官-器官信號因子的濃度梯度可通過使用本發(fā)明在培養(yǎng)細(xì)胞中被建立，從而根據(jù)它們在建立的梯度中的位置將細(xì)胞暴露于所述信號因子、激素、營養(yǎng)或氣體。
[0052] 在本發(fā)明的另一種布置中，子容積17，18可包含化學(xué)藥品，其中化學(xué)藥品的流速和濃度使得從第一子容積14的一側(cè)至另一側(cè)(如圖1所示)建立濃度梯度，或者通過子容積17,18中流體流速的審慎布置，使得從第一子容積14的一端至另一端建立濃度梯度。
[0053]特別地，關(guān)于這點，在子容積17，18中的低流速下，有可能使整個子容積14以及，如果存在的話(見下文)，子容積17維持濃度梯度，該濃度梯度通常從子容積14，16的一端至另一端基本恒定。在更高的流速下，整個子容積14、16的濃度梯度可被布置成從子容積的一端到另一端有所不同。作為這樣一個例子，可安排較高的濃度梯度存在于鄰近導(dǎo)管21，22的位置，而較低的濃度梯度存在于子容積14，16的另一端。
[0054]另一種可能是安排液體分別在子容積17，18中向相反的方向流動，使得圖1中的其中一個箭頭將會反向。因此，特定的梯度輪廓(gradient profiles)可能在子容積中出現(xiàn)。
[0055]另一種可能是在子容積17，18中安排液體不沿著第一和第二子容積區(qū)域旁邊流動，而是穿過子容積區(qū)域。
[0056]另一種選擇是安排子容積17和子容積18中的液體在實驗期間為靜態(tài)的。因此，濃度梯度可在子容積14，16中建立，濃度梯度隨著時間而改變直到達(dá)到平衡。 [0057]如果在替代方案中只有一個子容積17，18中包含靜態(tài)的液體，另一個子容積17，18中化合物的濃度將會隨著時間改變，因為其內(nèi)容物由于物料輸送穿過所述相位導(dǎo)引件而變得越來越稀。
[0058]子容積17，18在本發(fā)明范圍內(nèi)的一些實施例中可包含氣體或不能混合的液體組。
[0059]如果需要的話，更多數(shù)量的子容積可在容積10內(nèi)界定。此外，各種子容積的內(nèi)部本身能夠再分，例如通過一個或更多的如W02010/085279A2中所述的能夠確保形成流體的特定容積填充模式的“輪廓(contour)”型相位導(dǎo)引件。因此，可能的一種特定選擇是將一個或多個子容積的內(nèi)部的物質(zhì)分層。
[0060]子容積17及相關(guān)導(dǎo)管23，26可從本發(fā)明的一些實施方式中省略。
[0061]因此，上述布置呈現(xiàn)了目前為發(fā)明人所知的本發(fā)明的最基本的形式。
[0062]圖1中設(shè)備的使用通常將包括；首先通過導(dǎo)管21供應(yīng)包含實驗感興趣的生命顆粒的凝膠或凝膠狀物質(zhì)至子容積14。然后，在對子容積16進(jìn)行類似的動作前，等待凝膠的凝膠化將是必要的，否則子容積14中的凝膠體可能不夠穩(wěn)定以允許實驗開始。
[0063]一旦穩(wěn)定的條件在子容積14，16中成立，流體通過導(dǎo)管19，24，23，26的流動可以根據(jù)實驗協(xié)議展開。
[0064]現(xiàn)在參照圖2，圖2示出了與圖1設(shè)備類似的設(shè)備，但該設(shè)備被配置為促進(jìn)生命顆粒(特別是細(xì)胞27)從第一子容積14輸送至第二子容積16。這種運輸在圖2中用箭頭指
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[0065]在圖2的實施例中，所示的第二子容積16中沒有生命基顆粒，但并不必然是這樣。
[0066]這樣安排的一個變化形式是一個額外的子容積可能在容積10內(nèi)部被界定，并允許子容積14中的細(xì)胞27生長或轉(zhuǎn)移至兩個相鄰子容積中的一個或兩個，或者從子容積外部轉(zhuǎn)向子容積內(nèi)部。這種轉(zhuǎn)移可能是因為包括但不限于化學(xué)濃度、化學(xué)成分、溫度、壓力、電場、光、營養(yǎng)、氧氣、凝膠密度和凝膠成分中的梯度。這可能會導(dǎo)致例如劃痕檢測、入侵檢測、遷移試驗或傷口愈合實驗的產(chǎn)生(production)。
[0067]圖2設(shè)備的使用類似于圖1，包括將凝膠狀物質(zhì)按順序注入子容積14，16，在各凝膠注射之間需要存在凝膠化的延遲。
[0068]上述設(shè)備在使用中，要求在可以給設(shè)備添加更多的這種物質(zhì)之前，對凝膠或凝膠狀物質(zhì)凝膠化，在某些情況下可能不方便。這一困難的一個解決方案由圖3a和3b的布置提供，其中一個額外的相位導(dǎo)引件32平行于相位導(dǎo)引件12從容積10的內(nèi)部一端延伸至另一端。
[0069]這種相位導(dǎo)引件可被布置來限制子容積14中的凝膠或凝膠狀物質(zhì)29，當(dāng)凝膠或凝膠狀物質(zhì)31被填充到子容積16時，不干擾容積中分布有凝膠或凝膠狀物質(zhì)的輪廓。這就不需要在上述填充步驟之間有任何延遲。[0070]圖3a示出了第二子容積16用這種方式填充期間的設(shè)備的狀態(tài)。因此，在圖3a中凝膠或凝膠狀物質(zhì)31尚未占據(jù)子容積的全部；并且在導(dǎo)管22中可見示例性細(xì)胞28’正在進(jìn)入子容積16的途中。
[0071]在圖3b中，子容積16是充滿的，所有的細(xì)胞28都在里面。[0072]相位導(dǎo)引件32可選擇地包括一個所謂的“工程化溢出(engineered overflow)”點33，為方便起見在相位導(dǎo)引件32的一端示出，但在實際中可以在沿其長度方向的任何選定位置(如圖所示，包括在一個末端)。這樣一個特性33可被用于引起或促進(jìn)子容積14，16中物質(zhì)的受控制的混合(或者如本文所述，引起或促進(jìn)顆粒從一個子容積輸送至另一個)。
[0073]本文所公開的任何相位導(dǎo)引件能夠任選地包括一個或多個這種工程化溢出特征33。
[0074]圖4示出了本發(fā)明的第三種基本形式，其中容積10的陣列36通過流體輸送導(dǎo)管37相互連接，每一個容積10在所示的實施例中包括子容積14，16，17，18中的三個(雖然在所需情況下也可存在更多的子容積)。
[0075]陣列的每個容積10的中央子容積14包含例如支撐生命顆粒的凝膠。該凝膠與子容積16中的灌注流(perfusion flow)相鄰。灌注流從用箭頭37a示意性指示的同一源頭開始處理多個平行的容積，。然后，也可以使用“一次灌注”技術(shù)灌注多個子容積14，在該技術(shù)中，單一源頭同時灌注多個子容積。
[0076]灌注網(wǎng)絡(luò)中的導(dǎo)管37被布置使得灌注流的一部分永遠(yuǎn)不會沿序列中的兩個容積流動。這是重要的，以避免一個容積10或子容積14污染有關(guān)的另一個這種容積或子容積。
[0077]灌注網(wǎng)絡(luò)的第二個優(yōu)選方面是所有的流路具有相同的長度。這是重要的，以便保證所有腔室中的灌注速度相同。
[0078]填充這種均衡的流動網(wǎng)絡(luò)所面臨的挑戰(zhàn)在通常如W02010/085279A2中所述的相位導(dǎo)引件的幫助下得到解決。每個容積的下游的導(dǎo)管37的一段中具有確保填充所有容積的相位導(dǎo)引件38。以便完全填充容積10下游的下游導(dǎo)管37c。
[0079]共用的下游導(dǎo)管37c的下游端最遠(yuǎn)端的相位導(dǎo)引件相比沿共用的下游管道37c的其他相位導(dǎo)引件具有較低的穩(wěn)定性。因此，這種弱(即穩(wěn)定性較差)相位導(dǎo)引件的溢出最先發(fā)生，并且下游導(dǎo)管在其遠(yuǎn)端部分開始填充。這種填充順序由圖4a - 4c示出，用深色陰影表示用灌注液逐步填充導(dǎo)管網(wǎng)37的不同部分。為避免疑問，本發(fā)明參照導(dǎo)管37中的流體的前進(jìn)方向(用箭頭37a指示)分別定義本文中的上游和下游方向。
[0080]可選擇地，共用的下游導(dǎo)管37c可被省略，并且每個容積有其自己的灌注流出單兀(perfusion outflow unit)。
[0081]還可以選擇的是，在弱凝膠的情況下，初期填充期間凝膠上的壓力可以通過引入一個與圖3中相位導(dǎo)引件37類似的輪廓相位導(dǎo)引件得到緩解。
[0082]圖5a_5c示出了一種更加復(fù)雜的“一次灌注”流動網(wǎng)，其中圖4的導(dǎo)管幾何形狀被嵌入更高層次結(jié)構(gòu)的導(dǎo)管網(wǎng)39，41。在這種情況下，還需要額外的相位導(dǎo)引件來填充更高層次結(jié)構(gòu)的共用的下游導(dǎo)管。這通過類似于圖4中所示的相似相位導(dǎo)引件配置來類似地實現(xiàn)，只是穩(wěn)定性較低的相位導(dǎo)引件需要具有比較低層次結(jié)構(gòu)中的共用的下游導(dǎo)管的穩(wěn)定性較低的相位導(dǎo)引件更高的穩(wěn)定性。
[0083]換句話說，相應(yīng)的導(dǎo)管/容積布置的層次結(jié)構(gòu)決定了其中所需的相位導(dǎo)引件的穩(wěn)定性，以便確保一個正確的填充順序，即使在如圖5所示的一個復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu)的情況下也是這樣。
[0084]在實際情況中，圖4和圖5的陣列可以顯著多于為了便于表達(dá)而簡化的示意圖。相位導(dǎo)引件穩(wěn)定性的仔細(xì)選擇使得甚至包含數(shù)十或數(shù)百容積10的非常廣泛的網(wǎng)絡(luò)能夠成功運作。
[0085]本文所述的任何容積10可能具有一個或多個多余流量容積(excess flowvolumes)。這些多余流量容積通過相應(yīng)的分支導(dǎo)管連接至本文所述的導(dǎo)管。
[0086]多余流量容積的目的是確保用正確的流體量填充容積10，即使當(dāng)可能有更大的量由于存在于負(fù)責(zé)填充容積的相關(guān)導(dǎo)管而進(jìn)入容積10時。
[0087]任何這種多余流動容積將包括位于或接近其入口的相位導(dǎo)引件，其中相位導(dǎo)引件的穩(wěn)定性被選擇，以便確保容積10的填充在任何多余的流量進(jìn)入多余流量容積之前能夠完成O
[0088]多余流量容積在申請?zhí)枮镚B103917.9的專利中描述的更詳細(xì)，并且通常將包括一個或多個通風(fēng)口，其中該通風(fēng)口在所述的用多余液體填充期間，用于將多余流量容積中的氣體排出。
[0089]在一個如上所示的復(fù)雜的陣列中，每個容積10具有其自己的多余流量容積是沒有必要的。與此相反，例如每個體現(xiàn)陣列中層次結(jié)構(gòu)級別的導(dǎo)管可具有一個多余流量容積，該多余流量容積通過一個分支導(dǎo)管連接至導(dǎo)管(在許多情況下，在網(wǎng)絡(luò)中存在足夠的過流能力)。如上所述，通常位于多余流量容積入口的相位導(dǎo)引件的穩(wěn)定性的選擇決定了在存在過流的情況下，在適當(dāng)填充容積10之后，它們填充的優(yōu)選順序。
[0090]總的來說，本發(fā)明的 設(shè)備和方法在所謂的微流體技術(shù)主題(例如細(xì)胞培養(yǎng)和實驗)的實際應(yīng)用中具有非常顯著的進(jìn)步。
[0091]很顯然，這篇說明書中列出或討論的之前公布的文件不應(yīng)當(dāng)被視為是承認(rèn)該文件是現(xiàn)有技術(shù)文件或常識。
【權(quán)利要求】
1.處理包括選自細(xì)胞、細(xì)胞球體、組織、真核生物、微生物、器官或胚胎的生命有機顆粒的設(shè)備，所述設(shè)備包括一個中空的容積:(a)該容積在內(nèi)部被至少兩個在容積內(nèi)部形成的相位導(dǎo)引件分成至少第一、第二和第三子容積，(b)當(dāng)參照容積內(nèi)彎液面或大量液體的運動進(jìn)行判斷時，所述容積包括相對上游的部分和相對下游的部分，所述設(shè)備包括至少第一、第二和第三流體導(dǎo)管，所述流體導(dǎo)管被連接以允許所述容積的上游外部與相應(yīng)的子容積之間流體連通；所述設(shè)備還包括至少一個另外的導(dǎo)管，所述至少一個另外的導(dǎo)管被連接以允許所述容積的下游外部與一個所述子容積之間流體連通，所述第一子容積包含一種或多種由凝膠或凝膠狀物質(zhì)支撐的或被支撐在凝膠或凝膠狀物質(zhì)中的生命顆粒；所述第二子容積和所述第一子容積連通以便允許第一和第二子容積之間的物質(zhì)輸送，所述第二子容積包含至少一種凝膠或凝膠狀物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第三子容積和至少所述第一子容積連通以便允許第一和第三子容積之間的物質(zhì)輸送，并且其中所述第三子容積包含灌注液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述灌注液在所述第三子容積內(nèi)是流動的。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項所述的設(shè)備，其中所述第二子容積包含由凝膠或凝膠狀物質(zhì)支撐的或被支撐在凝膠或凝膠狀物質(zhì)中的一種或多種細(xì)胞、細(xì)胞球體、組織、真核生物、微生物、器官或胚胎。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述第二子容積內(nèi)的一種或多種細(xì)胞、細(xì)胞球體、組織、真核生物、微生物、器官或胚胎與所述第一子容積內(nèi)的一種或多種細(xì)胞、細(xì)胞球體、組織、真核生物、微生物、器官或胚胎不同。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括在容積內(nèi)界定出第四子容積的第三相位導(dǎo)引件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述第四子容積和至少第一子容積連通以便允許第一和第四子容積之間的 物質(zhì)輸送，所述第四子容積包含灌注液。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述灌注液在第三子容積內(nèi)是流動的。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8任一項所述的設(shè)備，其中所述第四子容積包含一種流體物質(zhì)，該流體物質(zhì)對一種或多種細(xì)胞、細(xì)胞球體、組織、真核生物、微生物、器官或胚胎的影響需要進(jìn)行研究。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9任一項所述的設(shè)備，其中第三和第四子容積包含在至少第一子容積中產(chǎn)生濃度梯度的流體物質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的設(shè)備，其中所述流體物質(zhì)為或包括液體或液基物質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求6至10任一項所述的設(shè)備，其中所述第四子容積包含氣體。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項所述的設(shè)備，其中至少第一子容積包括一個或多個將其中的凝膠或凝膠狀物質(zhì)分層的相位導(dǎo)引件。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括連接至至少第一流體導(dǎo)管的另一個容積，其中第一流體導(dǎo)管連接至第一子容積；并且所述設(shè)備包括一個或多個相位導(dǎo)引件，用于控制液體或液基物質(zhì)輸送至所述另一個容積，以便在用預(yù)定量的凝膠或凝膠狀物質(zhì)填充第一容積時，任何超過預(yù)定量的凝膠或凝膠狀物質(zhì)則進(jìn)入所述另一個容積。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括至少一個在容積中位于第一和第二子容積之間的輪廓相位導(dǎo)引件，輪廓相位導(dǎo)引件被布置以維持至少第一子容積中凝膠或凝膠狀物質(zhì)的邊界的預(yù)定形狀。
16.一種處理細(xì)胞、細(xì)胞球體、組織、真核生物、微生物、器官或胚胎的方法，包括以下步驟: a.給上述權(quán)利要求任一項所述的設(shè)備的第一容積填充一定量的包含或支撐一種或多種細(xì)胞、細(xì)胞球體、組織、真核生物、微生物、器官或胚胎的凝膠或凝膠狀物質(zhì)； b.允許或促使凝膠或凝膠狀物質(zhì)凝膠化； c.給至少第二子容積填充凝膠或凝膠狀物質(zhì)； d.促使或允許第一和第二子容積之間流體連通。
17.—種處理細(xì)胞、細(xì)胞球體、組織、真核生物、微生物、器官或胚胎的方法，包括以下步驟: a.給權(quán)利要求15所述的設(shè)備的第一容積填充一定量的包含或支撐一種或多種細(xì)胞、細(xì)胞球體、組織、真核生物、微生物、器官或胚胎的凝膠或凝膠狀物質(zhì)； b.給至少第二子容積填充凝膠或凝膠狀物質(zhì)； c.促使或允許第一和第 二子容積之間流體連通。
【文檔編號】C12M3/00GK103476920SQ201280012000
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月8日
【發(fā)明者】保羅·烏爾托, 塞巴斯蒂安·約翰內(nèi)斯·特里奇, ?？啤ず啞し丁さ隆ち值? 阿德里亞努斯·西奧多勒斯·若爾, 托馬斯·漢克梅爾 申請人:萊頓大學(xué)