具有端口的平行板流動(dòng)室及其使用方法
【專利說明】
[0001] 對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引證
[0002] 本公開的主題要求于2013年3月15日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/791，770 號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過引證結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開的主題主要設(shè)及平行板流動(dòng)室和使用該平行板流動(dòng)室來檢查不同的流體 流動(dòng)對(duì)細(xì)胞及其生物活性的影響的方法。特別地，本公開的主題設(shè)及運(yùn)樣的設(shè)備，可在該設(shè) 備上響應(yīng)于不同的流體流動(dòng)環(huán)境而培養(yǎng)和檢驗(yàn)細(xì)胞和/或組織。
【背景技術(shù)】
[0004] 體外細(xì)胞培養(yǎng)通常作為多種生物研究和研發(fā)項(xiàng)目的一部分來執(zhí)行。在其最普通的 形式中，在靜態(tài)條件下（即，對(duì)細(xì)胞不施加外力的那些條件），在培養(yǎng)皿或燒瓶中執(zhí)行基于 細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)。對(duì)靜態(tài)生長(zhǎng)的細(xì)胞進(jìn)行的工作已經(jīng)在諸如細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)、免疫學(xué)和癌 癥研究的領(lǐng)域中取得許多突破。然而，靜態(tài)培養(yǎng)無法精確地模擬細(xì)胞在動(dòng)態(tài)組織環(huán)境中的 行為，運(yùn)對(duì)此技術(shù)的有效性造成了限制。從體外檢驗(yàn)向體內(nèi)檢驗(yàn)轉(zhuǎn)移失敗的候選藥物的數(shù) 量表明了運(yùn)一點(diǎn)。眾所周知，環(huán)境力（例如來自血流和其他細(xì)胞間液的那些環(huán)境力）在判斷 健康和疾病狀態(tài)W及判斷對(duì)生化藥劑的反應(yīng)時(shí)會(huì)影響細(xì)胞和組織的行為度uchanan等人， 1999 ;化bich等人，2001 ;Wasse;rman和To卵er，2004 ;化eildi等人，2005;Qiatzizisis等 人，2007 ;化iu等人，2007 ;Tsai等人，2007)。類似地，運(yùn)些力還會(huì)調(diào)節(jié)對(duì)藥物的細(xì)胞反應(yīng)， 并影響其最終功效曲線。由于靜態(tài)培養(yǎng)無法將變量（例如流體流動(dòng)）引入實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，所W 可替換的細(xì)胞培養(yǎng)方式是必要的，W調(diào)查生理力在天然環(huán)境中和響應(yīng)于生化藥劑和藥物時(shí) 對(duì)細(xì)胞行為的影響。
[0005] 在容易發(fā)展成動(dòng)脈疾?。ㄍ汀⑴K?。┑膭?dòng)脈細(xì)胞的環(huán)境中，首先觀察到血流對(duì)細(xì) 胞生理機(jī)能的影響，但是，其他生理現(xiàn)象（例如免疫細(xì)胞復(fù)原、傷口愈合、干細(xì)胞分化和組 織再生）已知也是與力相關(guān)的巧inker等人，2001 ;De化er等人，2002 ;Bu;rns和De化ola， 2005 ;LaMack等人，2005 ;Yamamoto等人，2005 ;McKinn巧等人,2006)。由于西方社會(huì)中屯、 臟病很普遍，所W流體流動(dòng)的效果已經(jīng)變成那些理解其病理學(xué)并發(fā)展新型治療的人的主要 研究主題。由于取決于屯、臟病對(duì)動(dòng)脈血流的特征的發(fā)展和進(jìn)展，所W大多數(shù)研究致力于理 解各種流體力如何影響細(xì)胞生理機(jī)能。運(yùn)種工作無法在靜態(tài)條件下執(zhí)行，而是要求使用動(dòng) 態(tài)培養(yǎng)系統(tǒng)。類似地，對(duì)上述其他與力相關(guān)的生理過程的研究，具有相關(guān)的培養(yǎng)系統(tǒng)要求。 不幸地，不存在具有足夠柔性W支持多種正進(jìn)行的基于流體力的細(xì)胞培養(yǎng)研發(fā)的商業(yè)上可 購(gòu)買到的裝置。相反，大多數(shù)學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室和商業(yè)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)制造了其自己的系統(tǒng)，同時(shí)，愿 意進(jìn)行運(yùn)種實(shí)驗(yàn)的大量其他實(shí)體并沒有制造自己的系統(tǒng)，運(yùn)是因?yàn)樗麄冋J(rèn)為制造和裝配所 需設(shè)備的需求在實(shí)踐時(shí)是重大障礙。
[0006] 除了流動(dòng)系統(tǒng)中目前研究的研發(fā)領(lǐng)域W外，需要將運(yùn)種方法擴(kuò)展到藥物發(fā)現(xiàn)管 道。設(shè)及到屯、臟病中的相同的血管細(xì)胞用作進(jìn)入血流的藥物的守衛(wèi)，并參與判斷其功效 (McNeish，2004 ;LaMack等人，2005)。腎小管上皮細(xì)胞和肝竇上皮細(xì)胞設(shè)及到藥物新陳代 謝和排泄，其受到流體流動(dòng)，并且，已經(jīng)報(bào)道了其流動(dòng)靈敏性值uan等人；2010 ;Essig和 化iedlander，2003 ;化址等人，1997)。通過用暴露于與體內(nèi)存在的條件類似的條件的細(xì)胞 培養(yǎng)進(jìn)行初期篩選實(shí)驗(yàn)和后期毒性/治療研究，結(jié)果將更接近于組織中的實(shí)際行為，并改 進(jìn)該方法的經(jīng)濟(jì)效益。我們相信，運(yùn)僅可通過使用例如在本申請(qǐng)中提出的裝置（諸如，室裝 置）來實(shí)現(xiàn)。運(yùn)些成果將允許制藥公司更早地識(shí)別高價(jià)值候選物，更全面地理解其特性，并 將其資源僅集中于那些滿足更現(xiàn)實(shí)的生理標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的分子。
[0007] 存在在動(dòng)態(tài)流體環(huán)境中支持細(xì)胞和組織實(shí)驗(yàn)的兩種普通類型的裝置。運(yùn)兩種中的 第一種是平行板流動(dòng)室。平行板流動(dòng)室包括兩個(gè)平行板，運(yùn)兩個(gè)平行板由形成流道的間隙 隔開。運(yùn)個(gè)間隙通常由墊圈或墊片產(chǎn)生，該墊圈或墊片用來同時(shí)密封流道并隔開平行板。 流體從室的一端引入并在相對(duì)端上離開。平行板裝置通常用于將細(xì)胞暴露于限定等級(jí)的剪 切應(yīng)力、施加特定的流動(dòng)特性、并研究細(xì)胞對(duì)細(xì)胞或者細(xì)胞對(duì)基質(zhì)的連接特性化Tangos等 人，1985 ;I?inke;r等人，2001 ;Mckinn巧等人，2006 ;化巧herd等人，2009 ;化巧herd等人， 2011)。其他類型的裝置包括錐板粘度計(jì)，已對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)W支持細(xì)胞培養(yǎng)。在運(yùn)些系統(tǒng)中， 可將細(xì)胞暴露于各種等級(jí)的流體剪切應(yīng)力和由錐狀物的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的流動(dòng)波形值ai等人， 2004)。運(yùn)些系統(tǒng)目前在商業(yè)上都無法用于大規(guī)模培養(yǎng)活動(dòng)。在市場(chǎng)上有一些公司（例如， Ibidi、Fluxion、Cellix、Cellasics、IntegratedBiodiagnostics和Glycotech)銷售一些 基于平行板設(shè)計(jì)的流動(dòng)室；然而，其大多數(shù)基于小微流體流道，且不提供多種流道條件或讀 出方式。另外，一些室具有產(chǎn)生均勻流動(dòng)（且由此產(chǎn)生均勻剪切應(yīng)力）分布的問題（Nauman 等人，1999 ;B;rown和Larson, 2001;McCann等人，2005;Anderson等人，2006)。
[0008] 本文描述的是具有不同幾何形狀、障礙物、間隙寬度、壁高等的流動(dòng)室，該流動(dòng)室 被設(shè)計(jì)為提供可微調(diào)的流動(dòng)條件；W及制造并使用該流動(dòng)室來檢驗(yàn)經(jīng)歷不同流動(dòng)條件的細(xì) 胞和/或組織的各種生物特性的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本
【發(fā)明內(nèi)容】
列出了本公開主題的幾個(gè)實(shí)施例，并且在許多情況下列出了運(yùn)些實(shí)施 例的變化和變換。本
【發(fā)明內(nèi)容】
僅是許多不同實(shí)施例的典型實(shí)例。提到的設(shè)定實(shí)施例的一個(gè) 或多個(gè)示例性特征也同樣是典型的。運(yùn)種實(shí)施例通?？删哂谢驔]有所提及的特征（多個(gè)特 征）；同樣地，那些特征可應(yīng)用于本
【發(fā)明內(nèi)容】
中列出或沒列出的本公開的主題的其他實(shí)施 例。為了避免過度重復(fù)，本
【發(fā)明內(nèi)容】
并未列出或建議運(yùn)種特征的所有可能的組合。
[0010] 本公開主題在一些實(shí)施例中提供一種流動(dòng)室。在一些實(shí)施例中，該流動(dòng)室包括（a) 內(nèi)板，該內(nèi)板中形成有至少一個(gè)流道，其中，該至少一個(gè)流道的每端上具有入口/出口，并 且進(jìn)一步地，其中，該入口 /出口適于能釋放地容納隔膜；化）一個(gè)或多個(gè)端口，適于與該至 少一個(gè)流道至少液體連通，W允許對(duì)該至少一個(gè)流道增加液體和/或試劑，該一個(gè)或多個(gè) 端口適于能釋放地容納塞子，并且能選擇地，其中，該一個(gè)或多個(gè)端口適于對(duì)該至少一個(gè)流 道提供液密的密封，并且進(jìn)一步能選擇地，其中，該一個(gè)或多個(gè)端口適于能重復(fù)密封；W及 (C)外框架，限定該至少一個(gè)流道的外部并限定流動(dòng)室的周界。在一些實(shí)施例中，入口 /出 口包括適于容納隔膜的凹槽。在一些實(shí)施例中，外框架包括一表面，細(xì)胞在培養(yǎng)中可在該表 面上生長(zhǎng)。在一些實(shí)施例中，本公開的流動(dòng)室包括兩個(gè)或更多個(gè)流道，能選擇地是=個(gè)、四 個(gè)、五個(gè)、六個(gè)、屯個(gè)、八個(gè)、九個(gè)、十個(gè)、^^一個(gè)、十二個(gè)或更多個(gè)流道。
[0011] 在一些實(shí)施例中，流動(dòng)室具有標(biāo)準(zhǔn)的6孔、12孔、24孔、48孔、96孔、384孔或1024 孔的多孔板的總尺寸，并且該至少一個(gè)流道位于與標(biāo)準(zhǔn)的6孔、12孔、24孔、48孔、96孔、 384孔或1024孔的多孔板的列位置對(duì)應(yīng)的位置。在一些實(shí)施例中，流動(dòng)室具有標(biāo)準(zhǔn)多孔板 的總尺寸，例如標(biāo)準(zhǔn)的96孔或384孔的多孔板，并且，一系列虛擬孔中的每個(gè)虛擬孔位于與 標(biāo)準(zhǔn)多孔板的孔位置對(duì)準(zhǔn)的位置，例如標(biāo)準(zhǔn)的96孔或384孔的多孔板。在一些實(shí)施例中， 本公開的流動(dòng)室包括2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)、6個(gè)、7個(gè)、8個(gè)或高達(dá)12個(gè)流道，每個(gè)流道分別 位于與標(biāo)準(zhǔn)的96孔的板的不同列位置對(duì)應(yīng)的列位置。在一些實(shí)施例中，流動(dòng)室的總尺寸與 ANSI/SBS多孔板標(biāo)準(zhǔn)一致，例如ANSI/SBS96或384孔的多孔板標(biāo)準(zhǔn)。
[0012] 在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)流道的尺寸為大約5mm到80mm之間的長(zhǎng)度乘W大約 1mm到20mm之間的寬度乘W大約0. 025mm到2. 5mm之間的高度。在一些實(shí)施例中，該至少 一個(gè)流道的特征在于一個(gè)或多個(gè)間隙、障礙物、和/或設(shè)計(jì)為在該至少一個(gè)流道內(nèi)產(chǎn)生一 個(gè)或多個(gè)可變流體動(dòng)力學(xué)條件的其他改進(jìn)。在一些實(shí)施例中，該至少一個(gè)流道沿著該至少 一個(gè)流道的長(zhǎng)度的至少一部分具有增大的流道高度。在一些實(shí)施例中，流道高度W多個(gè)階 梯增大。
[0013] 在一些實(shí)施例中，該至少一個(gè)流道的至少內(nèi)表面被化學(xué)地和/或物理地處理，和/ 或通過反應(yīng)基和/或通過高分子而功能化。
[0014] 在一些實(shí)施例中，本公開的流動(dòng)室包括適于放在一個(gè)入口 /出口中的隔膜。在一 些實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝蝗肟?/出口、第二入口 /出口、或第一入口 /出口和第二入口 /出口兩 者與該至少一個(gè)流道流體連通時(shí)，該隔膜適于是液密的。在一些實(shí)施例中，每個(gè)入口、每個(gè) 出口、或所有入口 /出口中均放置有隔膜。
[0015] 在一些實(shí)施例中，該一個(gè)或多個(gè)端口中的至少一個(gè)端口中裝配有聚合物塞，能選 擇地是透氣塞。在一些實(shí)施例中，該一個(gè)或多個(gè)端口包括一個(gè)或多個(gè)疏水聚合物塞，能選擇 地是一個(gè)或多個(gè)疏水多孔或無孔聚合物塞。在一些實(shí)施例中，該一個(gè)或多個(gè)疏水聚合物塞 是自密封的，能選擇地是在端口內(nèi)自密封的。在一些實(shí)施例中，該一個(gè)或多個(gè)端口包括一個(gè) 或多個(gè)塞子，該一個(gè)或多個(gè)塞子適于接納標(biāo)準(zhǔn)移液器軸、標(biāo)準(zhǔn)微移液器軸、自動(dòng)液體處理器 頭部或尖端、或其任意組合。在一些實(shí)施例中，該一個(gè)或多個(gè)端口包括中空的一個(gè)或多個(gè)塞 子。在一些實(shí)施例中，該一個(gè)或多個(gè)塞子適于與一個(gè)或多個(gè)氣體過濾器連接，能選擇地，其 中，該一個(gè)或多個(gè)氣體過濾器具有最多0. 2ym的孔隙度。
[0016] 在一些實(shí)施例中，內(nèi)板、外框架，或內(nèi)板和外框架兩者包括一個(gè)或多個(gè)觀察窗，可 通過該觀察窗能觀察到該至少一個(gè)流道或生長(zhǎng)于至少一個(gè)流道上的細(xì)胞。在一些實(shí)施例 中，本公開的流動(dòng)室還包括一個(gè)或多個(gè)觀察窗，該一個(gè)或多個(gè)觀察窗定位在由裙部限定的 周界內(nèi)并且定位在焊接肋部之間。在一些實(shí)施例中，該一個(gè)或多個(gè)觀察窗位于流道的上方 或下方，能選擇地，位于流道全長(zhǎng)的上方或下方。在一些實(shí)施例中，該一個(gè)或多個(gè)觀察窗的 特征在于，與外框架或內(nèi)板中的在除了流道正上方或正下方W外的位置處的壁相比，外框 架或內(nèi)板中的壁更薄。在一些實(shí)施例中，內(nèi)板、外框架、一個(gè)或多個(gè)觀察窗、或其任意組合由 一種或多種塑料制成，該塑料是非雙折射的、或非自動(dòng)發(fā)巧光的、或非雙折射且非自動(dòng)發(fā)巧 光的。在一些實(shí)施例中，外框架包括由玻璃制成的底部觀察窗。
[0017] 在一些實(shí)施例中，外框架包括限定邊界的裙部W及沿著流動(dòng)室的底部定位的焊接 肋部。在一些實(shí)施例中，外框架（i)適于將隔膜密封在隔膜對(duì)應(yīng)的入口 /出口中；和/或 (ii)包括使隔膜接近流體連接的一個(gè)或多個(gè)孔。
[0018] 在一些實(shí)施例中，流動(dòng)室適于通過內(nèi)板和外框架的超聲焊接來密封。
[0019] 在一些實(shí)施例中，通過注射成型來制造內(nèi)板和外框架。
[0020] 在一些實(shí)施例中，本公開主題的流動(dòng)室提供為預(yù)裝配的、預(yù)消毒的、液密的且準(zhǔn)備 好進(jìn)行組織培養(yǎng)的裝置。
[0021]