具有端口的平行板流动室及其使用方法
【专利说明】
[0001] 对相关申请的交叉引证
[0002] 本公开的主题要求于2013年3月15日提交的美国临时专利申请第61/791，770 号的优先权，其全部内容通过引证结合于此。
技术领域
[0003] 本公开的主题主要设及平行板流动室和使用该平行板流动室来检查不同的流体 流动对细胞及其生物活性的影响的方法。特别地，本公开的主题设及运样的设备，可在该设 备上响应于不同的流体流动环境而培养和检验细胞和/或组织。
【背景技术】
[0004] 体外细胞培养通常作为多种生物研究和研发项目的一部分来执行。在其最普通的 形式中，在静态条件下（即，对细胞不施加外力的那些条件），在培养皿或烧瓶中执行基于 细胞的实验。对静态生长的细胞进行的工作已经在诸如细胞生物学、生物化学、免疫学和癌 症研究的领域中取得许多突破。然而，静态培养无法精确地模拟细胞在动态组织环境中的 行为，运对此技术的有效性造成了限制。从体外检验向体内检验转移失败的候选药物的数 量表明了运一点。众所周知，环境力（例如来自血流和其他细胞间液的那些环境力）在判断 健康和疾病状态W及判断对生化药剂的反应时会影响细胞和组织的行为度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)。类似地，运些力还会调节对药物的细胞反应， 并影响其最终功效曲线。由于静态培养无法将变量（例如流体流动）引入实验设计，所W 可替换的细胞培养方式是必要的，W调查生理力在天然环境中和响应于生化药剂和药物时 对细胞行为的影响。
[0005] 在容易发展成动脉疾病（屯、脏病）的动脉细胞的环境中，首先观察到血流对细 胞生理机能的影响，但是，其他生理现象（例如免疫细胞复原、伤口愈合、干细胞分化和组 织再生）已知也是与力相关的巧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)。由于西方社会中屯、 脏病很普遍，所W流体流动的效果已经变成那些理解其病理学并发展新型治疗的人的主要 研究主题。由于取决于屯、脏病对动脉血流的特征的发展和进展，所W大多数研究致力于理 解各种流体力如何影响细胞生理机能。运种工作无法在静态条件下执行，而是要求使用动 态培养系统。类似地，对上述其他与力相关的生理过程的研究，具有相关的培养系统要求。 不幸地，不存在具有足够柔性W支持多种正进行的基于流体力的细胞培养研发的商业上可 购买到的装置。相反，大多数学术实验室和商业实验室已经制造了其自己的系统，同时，愿 意进行运种实验的大量其他实体并没有制造自己的系统，运是因为他们认为制造和装配所 需设备的需求在实践时是重大障碍。
[0006] 除了流动系统中目前研究的研发领域W外，需要将运种方法扩展到药物发现管 道。设及到屯、脏病中的相同的血管细胞用作进入血流的药物的守卫，并参与判断其功效 (McNeish，2004 ;LaMack等人，2005)。肾小管上皮细胞和肝窦上皮细胞设及到药物新陈代 谢和排泄，其受到流体流动，并且，已经报道了其流动灵敏性值uan等人；2010 ;Essig和 化iedlander，2003 ;化址等人，1997)。通过用暴露于与体内存在的条件类似的条件的细胞 培养进行初期筛选实验和后期毒性/治疗研究，结果将更接近于组织中的实际行为，并改 进该方法的经济效益。我们相信，运仅可通过使用例如在本申请中提出的装置（诸如，室装 置）来实现。运些成果将允许制药公司更早地识别高价值候选物，更全面地理解其特性，并 将其资源仅集中于那些满足更现实的生理标准设定的分子。
[0007] 存在在动态流体环境中支持细胞和组织实验的两种普通类型的装置。运两种中的 第一种是平行板流动室。平行板流动室包括两个平行板，运两个平行板由形成流道的间隙 隔开。运个间隙通常由垫圈或垫片产生，该垫圈或垫片用来同时密封流道并隔开平行板。 流体从室的一端引入并在相对端上离开。平行板装置通常用于将细胞暴露于限定等级的剪 切应力、施加特定的流动特性、并研究细胞对细胞或者细胞对基质的连接特性化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)。其他类型的装置包括锥板粘度计，已对其进行改进W支持细胞培养。在运些系统中， 可将细胞暴露于各种等级的流体剪切应力和由锥状物的旋转产生的流动波形值ai等人， 2004)。运些系统目前在商业上都无法用于大规模培养活动。在市场上有一些公司（例如， Ibidi、Fluxion、Cellix、Cellasics、IntegratedBiodiagnostics和Glycotech)销售一些 基于平行板设计的流动室；然而，其大多数基于小微流体流道，且不提供多种流道条件或读 出方式。另外，一些室具有产生均匀流动（且由此产生均匀剪切应力）分布的问题（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几何形状、障碍物、间隙宽度、壁高等的流动室，该流动室 被设计为提供可微调的流动条件；W及制造并使用该流动室来检验经历不同流动条件的细 胞和/或组织的各种生物特性的方法。
【发明内容】
[0009] 本
【发明内容】
列出了本公开主题的几个实施例，并且在许多情况下列出了运些实施 例的变化和变换。本
【发明内容】
仅是许多不同实施例的典型实例。提到的设定实施例的一个 或多个示例性特征也同样是典型的。运种实施例通常可具有或没有所提及的特征（多个特 征）；同样地，那些特征可应用于本
【发明内容】
中列出或没列出的本公开的主题的其他实施 例。为了避免过度重复，本
【发明内容】
并未列出或建议运种特征的所有可能的组合。
[0010] 本公开主题在一些实施例中提供一种流动室。在一些实施例中，该流动室包括（a) 内板，该内板中形成有至少一个流道，其中，该至少一个流道的每端上具有入口/出口，并 且进一步地，其中，该入口 /出口适于能释放地容纳隔膜；化）一个或多个端口，适于与该至 少一个流道至少液体连通，W允许对该至少一个流道增加液体和/或试剂，该一个或多个 端口适于能释放地容纳塞子，并且能选择地，其中，该一个或多个端口适于对该至少一个流 道提供液密的密封，并且进一步能选择地，其中，该一个或多个端口适于能重复密封；W及 (C)外框架，限定该至少一个流道的外部并限定流动室的周界。在一些实施例中，入口 /出 口包括适于容纳隔膜的凹槽。在一些实施例中，外框架包括一表面，细胞在培养中可在该表 面上生长。在一些实施例中，本公开的流动室包括两个或更多个流道，能选择地是=个、四 个、五个、六个、屯个、八个、九个、十个、^^一个、十二个或更多个流道。
[0011] 在一些实施例中，流动室具有标准的6孔、12孔、24孔、48孔、96孔、384孔或1024 孔的多孔板的总尺寸，并且该至少一个流道位于与标准的6孔、12孔、24孔、48孔、96孔、 384孔或1024孔的多孔板的列位置对应的位置。在一些实施例中，流动室具有标准多孔板 的总尺寸，例如标准的96孔或384孔的多孔板，并且，一系列虚拟孔中的每个虚拟孔位于与 标准多孔板的孔位置对准的位置，例如标准的96孔或384孔的多孔板。在一些实施例中， 本公开的流动室包括2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个或高达12个流道，每个流道分别 位于与标准的96孔的板的不同列位置对应的列位置。在一些实施例中，流动室的总尺寸与 ANSI/SBS多孔板标准一致，例如ANSI/SBS96或384孔的多孔板标准。
[0012] 在一些实施例中，至少一个流道的尺寸为大约5mm到80mm之间的长度乘W大约 1mm到20mm之间的宽度乘W大约0. 025mm到2. 5mm之间的高度。在一些实施例中，该至少 一个流道的特征在于一个或多个间隙、障碍物、和/或设计为在该至少一个流道内产生一 个或多个可变流体动力学条件的其他改进。在一些实施例中，该至少一个流道沿着该至少 一个流道的长度的至少一部分具有增大的流道高度。在一些实施例中，流道高度W多个阶 梯增大。
[0013] 在一些实施例中，该至少一个流道的至少内表面被化学地和/或物理地处理，和/ 或通过反应基和/或通过高分子而功能化。
[0014] 在一些实施例中，本公开的流动室包括适于放在一个入口 /出口中的隔膜。在一 些实施例中，当第一入口 /出口、第二入口 /出口、或第一入口 /出口和第二入口 /出口两 者与该至少一个流道流体连通时，该隔膜适于是液密的。在一些实施例中，每个入口、每个 出口、或所有入口 /出口中均放置有隔膜。
[0015] 在一些实施例中，该一个或多个端口中的至少一个端口中装配有聚合物塞，能选 择地是透气塞。在一些实施例中，该一个或多个端口包括一个或多个疏水聚合物塞，能选择 地是一个或多个疏水多孔或无孔聚合物塞。在一些实施例中，该一个或多个疏水聚合物塞 是自密封的，能选择地是在端口内自密封的。在一些实施例中，该一个或多个端口包括一个 或多个塞子，该一个或多个塞子适于接纳标准移液器轴、标准微移液器轴、自动液体处理器 头部或尖端、或其任意组合。在一些实施例中，该一个或多个端口包括中空的一个或多个塞 子。在一些实施例中，该一个或多个塞子适于与一个或多个气体过滤器连接，能选择地，其 中，该一个或多个气体过滤器具有最多0. 2ym的孔隙度。
[0016] 在一些实施例中，内板、外框架，或内板和外框架两者包括一个或多个观察窗，可 通过该观察窗能观察到该至少一个流道或生长于至少一个流道上的细胞。在一些实施例 中，本公开的流动室还包括一个或多个观察窗，该一个或多个观察窗定位在由裙部限定的 周界内并且定位在焊接肋部之间。在一些实施例中，该一个或多个观察窗位于流道的上方 或下方，能选择地，位于流道全长的上方或下方。在一些实施例中，该一个或多个观察窗的 特征在于，与外框架或内板中的在除了流道正上方或正下方W外的位置处的壁相比，外框 架或内板中的壁更薄。在一些实施例中，内板、外框架、一个或多个观察窗、或其任意组合由 一种或多种塑料制成，该塑料是非双折射的、或非自动发巧光的、或非双折射且非自动发巧 光的。在一些实施例中，外框架包括由玻璃制成的底部观察窗。
[0017] 在一些实施例中，外框架包括限定边界的裙部W及沿着流动室的底部定位的焊接 肋部。在一些实施例中，外框架（i)适于将隔膜密封在隔膜对应的入口 /出口中；和/或 (ii)包括使隔膜接近流体连接的一个或多个孔。
[0018] 在一些实施例中，流动室适于通过内板和外框架的超声焊接来密封。
[0019] 在一些实施例中，通过注射成型来制造内板和外框架。
[0020] 在一些实施例中，本公开主题的流动室提供为预装配的、预消毒的、液密的且准备 好进行组织培养的装置。
[0021]