BR112021011567A2 - Estrutura perfurada - Google Patents

Abstract

estrutura perfurada. a presente invenção refere-se a uma estrutura perfurada para uso em um trato respiratório simulado, a estrutura compreendendo um envelope perfurado que aloja um ou mais canais ramificados, em que cada perfuração é um terminal aberto de um ramo. também é descrita uma bomba para deslocar um volume de gás que inclui um ou mais canais ramificados, como a estrutura perfurada aqui descrita. o uso da bomba em um sistema para determinar a interação entre uma atmosfera de teste e um trato respiratório simulado também é descrito, juntamente com métodos e usos de tal sistema.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ESTRU- TURA PERFURADA".

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se inter alia a aparelhos, siste- mas, métodos e usos relacionados à simulação da estrutura e/ou fun- ção de um trato respiratório e seu comportamento respiratório. A pre- sente divulgação é útil para investigar as interações entre os agentes de teste (por exemplo, agentes inaláveis em atmosferas de teste) e o trato respiratório, bem como a dinâmica e evolução do aerossol. Em particular, a presente divulgação se preocupa com a simulação do tra- to respiratório humano.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] O sistema respiratório passa do nariz e das vias aéreas su- periores para a superfície alveolar dos pulmões, onde ocorre a troca de gás. Os aerossóis inalados movem-se da boca através das vias aé- reas superiores e alcançam eventualmente os alvéolos. À medida que O aerossol penetra mais profundamente no trato respiratório, mais ga- ses solúveis são adsorvidos, enquanto certas partículas do aerossol| podem ser depositadas profundamente nas vias aéreas e nos alvéo- los. Um aerossol particular de interesse no contexto da presente divul- gação é a fumaça - como a fumaça do tabaco - uma vez que o impacto da fumaça no ou através de um trato respiratório simulado pode ser estudado.

[0003] Os sistemas de exposição a aerossóis existentes geralmen- te dependem de um fluxo contínuo e unidirecional de aerossóis ou de sedimentação passiva. Os fluxos contínuos de aerossol são gerados por pressão positiva ou negativa e os aerossóis são direcionados per- pendicularmente ao sistema de teste biológico ou transmitidos em uma direção paralela ao plano do sistema de teste biológico. A eficiência da administração da dose neste modo de exposição é principalmente uma função da geometria da câmara de exposição e da velocidade de fluxo do aerossol de teste. A boca, o tempo de retenção de fôlego e os pa- drões de fluxo dinâmico que ocorrem durante a respiração humana (ou seja, inalação e expiração) não podem ser simulados pelos atuais sis- temas de exposição ao aerossol, no entanto. Um representante de administração de dose para a situação in vivo, especialmente a admi- nistração relativa de constituintes de aerossol particulado e gasoso é, portanto, improvável de ser alcançado. Além disso, a ação de filtragem das vias aéreas de condução não pode ser simulada de forma repre- sentativa. Assim, com os atuais sistemas de exposição ao aerossol, o mesmo aerossol de distribuição de tamanho de partícula aerossol é usado, por exemplo, com culturas de células brônquicas e culturas na- sais. Em organismos vivos, no entanto, as partículas maiores de ae- rossol interagem principalmente e são removidas do aerossol no trato respiratório superior, enquanto regiões mais profundas do trato respi- ratório, são expostas principalmente aos tamanhos de partículas me- nores de aerossol e aos constituintes gasosos. Além disso, em siste- mas de exposição ao fluxo contínuo, a diluição do aerossol é alcança- da adicionando continuamente o ar de diluição ao aerossol a montan- te, próximo às câmaras de exposição. No entanto, se o comportamen- to de fumar deve ser simulado como em um organismo biológico, este modo de diluição não é representativo do organismo, visto que o mesmo não leva em conta um período de retenção na boca durante o qual o aerossol altamente denso pode envelhecer por até vários se- gundos seguido por ser puxado para o trato respiratório, juntamente com um grande volume de ar de diluição.

[0004] Na sedimentação passiva de aerossol, um aerossol de tes- te é injetado em uma câmara na parte inferior da qual os sistemas de teste biológicos estão localizados. Uma vez que o aerossol é injetado, o aerossol pode sedimentar no sistema de teste, geralmente pela gra-

vitação. A atração eletrostática das partículas de aerossol para o sis- tema de teste pode ser usada para aumentar a deposição de partícu- las de aerossol. As partículas de aerossol nanométricas, em particular, podem exigir a atração eletrostática devido à sua baixa eficiência de sedimentação. Exposições a partículas de aerossol contendo aeros- sóis complexos de vários tamanhos e densidades, bem como consti- tuintes gasosos, não podem ser conduzidas em sistemas de sedimen- tação passiva de aerossol, visto que a administração relativa diferenci- al de partículas grandes de aerossol, partículas pequenas de aerossol e constituintes gasosos de aerossol não são representativos dos pro- cessos que ocorrem em um organismo vivo.

[0005] Há uma necessidade contínua na técnica de sistemas simu- lados aprimorados para estudar o trato respiratório, especialmente sis- temas simulados para estudar o trato respiratório que compreendem um modelo complexo de vias aéreas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0006] É divulgada aqui uma estrutura que simula os efeitos da árvore condutora das vias aéreas de, por exemplo, um ser humano ou animal, em direção aos aerossóis inalados. Isso permite um aumento na quantidade de geração de ramificações das vias aéreas para um nível fisiologicamente mais relevante sem criar simultaneamente um número não gerenciável de conexões. Diferentes versões do modelo de vias aéreas podem ser usadas sem afetar a funcionalidade geral do sistema e sem a necessidade de quaisquer modificações em outras partes de um sistema de trato respiratório simulado. Pode ser utilizado em conjunto com um sistema que simula o trato respiratório para per- mitir a análise ou teste de, por exemplo, aerossóis de qualquer tipo quanto aos seus efeitos sobre os sistemas biológicos in vitro (por exemplo, aplicação em sistemas de exposição a aerossol in vitro); in- vestigar como os aerossóis de qualquer tipo são alterados em suas propriedades básicas em uma árvore das vias aéreas (por exemplo, distribuição de tamanho de partícula, concentração de partícula ou composição química ou uma combinação de dois ou mais deles); ou para investigar como os aerossóis se depositam em superfícies que representam os epitélios do trato respiratório humano no contexto da dosimetria de aerossóis.

[0007] Em um primeiro aspecto, é fornecida uma estrutura perfu- rada para uso em um trato respiratório simulado, a estrutura compre- endendo um envelope perfurado que aloja um ou mais canais ramifi- cados, em que cada perfuração é um terminal aberto de uma ramiífica- ção.

[0008] Em um aspecto adicional, é fornecida uma estrutura perfu- rada para uso em um trato respiratório simulado, a estrutura compre- endendo um envelope perfurado que aloja um ou mais canais ramifi- cados, em que cada perfuração é um terminal aberto de um ou mais canais ramíificados.

[0009] Apropriadamente, a ramificação de cada canal é dicotômi- ca.

[0010] Apropriadamente, o diâmetro de cada canal presente após n+1 pontos de ramificação consecutivos é menor ou igual ao diâmetro do canal presente após n pontos de ramificação.

[0011] Apropriadamente, a área da seção transversal total de to- dos os canais presentes após n+1 pontos de ramificação consecutivos é maior ou igual à área da seção transversal total de todos os canais após n pontos de ramificação.

[0012] Apropriadamente, a estrutura é assimétrica ou tem uma si- metria radial.

[0013] Apropriadamente, a estrutura é modular.

[0014] Apropriadamente, toda ou parte da estrutura é formada de um ou mais materiais selecionados do grupo que consiste em: materi-

ais não porosos, incluindo metais e materiais sintéticos não porosos; materiais porosos, incluindo silicone poroso; materiais gelatinosos, in- cluindo termogéis; materiais hidrofóbicos; materiais hidrofílicos; mate- riais anfifílicos ou uma combinação de dois ou mais deles.

[0015] Apropriadamente, um mais dos canais ramificados compre- ende ainda um ou mais revestimentos em parte ou toda a superfície interna dos canais ramificados, tal como um revestimento ou revesti- mentos para fornecer água e nutrientes às células cultivadas em todo ou parte de um ou mais dos canais ramificados.

[0016] Apropriadamente, parte ou a totalidade de um ou mais dos canais ramificados é revestida com uma matriz compreendendo um meio de cultura de células ou inclui pelo menos um microssensor para monitorar as condições na estrutura ou uma sonda para amostragem de gás ou para caracterização de gás.

[0017] Apropriadamente, um ou mais dos canais ramificados com- preendem ainda uma ou mais aberturas capazes de receber um ou mais módulos para conter uma matriz que compreende um meio de cultura de células e/ou pelo menos um microssensor para monitorar as condições na estrutura ou para amostragem de gás ou para caracteri- zação do gás.

[0018] Apropriadamente, o meio de cultura de células contém um ou mais hidrogéis - como gelatina metacriloil (GelMa).

[0019] Em um aspecto adicional, é fornecida uma bomba para deslocar um volume de gás compreendendo um ou mais canais ramifi- cados internos à bomba, em que o(s) canal(is) ramificado(s) está(ão) conectado(s) a uma porta para receber e enviar o gás.

[0020] Em um aspecto adicional, é fornecida uma bomba para deslocar um volume de gás que compreende uma porta e um ou mais canais ramificados internos à bomba, em que um ou mais canais rami- ficados são conectados a uma porta para receber e enviar o gás.

[0021] Em um aspecto adicional, é fornecida uma bomba para deslocar um volume de gás que compreende uma parte externa e uma parte interna, uma porta e um ou mais canais ramíificados internos à bomba, em que um ou mais canais ramificados são conectados à por- ta para receber e enviar o gás.

[0022] Apropriadamente, a estrutura ramificada está contida na estrutura perfurada de acordo com a presente divulgação.

[0023] Apropriadamente, um ou mais canais ramificados estão contidos na estrutura perfurada de acordo com a presente divulgação.

[0024] Apropriadamente, a estrutura ramificada replica um modelo de vias aéreas.

[0025] Apropriadamente, a bomba compreende uma câmara con- figurada para conter o volume de gás e que compreende uma base e uma ou mais aberturas capazes de receber um ou mais módulos para conter uma matriz que compreende um meio de cultura de células e/ou pelo menos um microssensor para monitorar as condições em a câma- ra ou uma sonda para amostragem de gás ou para caracterização de gás.

[0026] Adequadamente, a bomba compreende ainda um motor para controlar a operação da bomba. Apropriadamente, a bomba é uma bomba de pistão.

[0027] Apropriadamente, os módulos estão localizados na base da câmara.

[0028] Apropriadamente, os módulos são rosqueados ou não ros- queados.

[0029] Apropriadamente, os módulos são adaptados para conter uma matriz compreendendo um meio de cultura de células ou configu- rados para armazenar uma matriz compreendendo um meio de cultura de células ou adaptados para monitorar as condições na câmara ou adaptados para monitorar as condições na câmara ou adaptados para amostra de gás ou adaptados para caracterizar gás. Alternativamente ou além disso, os módulos são adaptados para conter pelo menos um microssensor ou sonda ou são configurados para armazenar pelo me- nos um microssensor ou sonda adaptado para monitorar as condições na câmara ou adaptado para monitorar as condições na câmara ou adaptado para amostra de gás ou adaptado para caracterizar o gás.

[0030] Apropriadamente, um ou mais módulos contêm uma matriz que compreende um meio de cultura de células. Apropriadamente, o meio de cultura de células contém um ou mais hidrogéis, como gelati- na metacriloil (GelMa). Alternativamente ou além disso, um ou mais módulos contêm pelo menos um microssensor.

[0031] Apropriadamente, a matriz que compreende um meio de cultura de células compreende ou está em contato com uma cultura de células, Apropriadamente, uma cultura de células bidimensional ou tri- dimensional.

[0032] Apropriadamente, os módulos adaptados para conter ou armazenar um meio de cultura de células e/ou pelo menos um micros- sensor compreendem ainda um canal microfluídico e, opcionalmente, uma bomba microfluídica conectada ao mesmo.

[0033] Apropriadamente, os módulos contêm ou são adaptados para conter um ou mais microssensores.

[0034] Apropriadamente, o módulo compreende microbalanças de cristal de quartzo.

[0035] Apropriadamente, uma estrutura de conexão é unida à por- ta.

[0036] Apropriadamente, a estrutura de conexão é oca.

[0037] Adequadamente, a bomba compreende ainda um motor para controlar a operação da bomba.

[0038] Apropriadamente, a pressão de bombeamento corresponde à pressão atmosférica ou acima ou abaixo da pressão atmosférica.

[0039] Apropriadamente, o volume de deslocamento da bomba é entre cerca de O e 1000 ml ou entre cerca de 1 e 100 ml.

[0040] Apropriadamente, a bomba compreende aço inoxidável.

[0041] Apropriadamente, a câmara é um cilindro.

[0042] Apropriadamente, a câmara compreende vidro.

[0043] Apropriadamente, o volume da câmara representa o volume do lúmen pulmonar ou uma parte deste.

[0044] Em um aspecto adicional, é fornecido um sistema para de- terminar a interação entre uma atmosfera de teste e um trato respirató- rio simulado, o referido sistema compreendendo: (a) uma primeira bomba compreendendo: (i) uma câmara configurada para conter um primeiro volume de gás compreendendo uma atmosfera de teste; (ii) uma primeira porta adaptada para receber e enviar gás e que compre- ende uma válvula para regular o fluxo de gás através da primeira por- ta, a referida válvula sendo móvel entre as posições aberta e fechada, em que na posição aberta a referida válvula pode ser aberta em dire- ção a uma atmosfera de teste ou ar circundante; (iii) uma segunda por- ta adaptada para enviar e receber gás e que compreende uma válvula para regular o fluxo de gás através da segunda porta, a referida válvu- la sendo móvel entre as posições aberta e fechada; (iv) uma placa de pistão na câmara, a referida placa de pistão compreendendo uma ou mais aberturas para a captação ou entrada de gás na câmara em que uma ou mais, ou cada uma das aberturas incluem uma válvula que é móvel entre as posições aberta e fechada e é capaz de regular a cap- tação ou entrada de gás; e (v) um motor para controlar a operação da primeira bomba; (b) uma segunda bomba conforme descrito neste do- cumento; (c) uma estrutura de conexão operável para transmitir o gás da primeira bomba para a segunda bomba; e (d) uma ou mais abertu- ras na primeira bomba ou na segunda bomba ou nas paredes da es- trutura de conexão ou uma combinação de duas ou mais das mesmas,

sendo as referidas aberturas capazes de receber um módulo para con- ter uma matriz que compreende meio de cultura celular e/ou pelo me- nos um microssensor ou configurado para armazenar uma matriz compreendendo um meio de cultura de células e/ou pelo menos um microssensor para monitorar as condições na câmara ou adaptado pa- ra monitorar as condições na câmara ou uma sonda para amostragem de gás ou adaptada para amostra de gás ou para caracterização de gás ou adaptada para caracterizar gás.

[0045] Apropriadamente, as bombas são bombas de pistão que compreendem uma placa de pistão e uma base.

[0046] Apropriadamente, a estrutura de conexão é oca.

[0047] Apropriadamente, a estrutura de conexão é ramificada.

[0048] Apropriadamente, uma ramificação terminal da estrutura de conexão é unida à segunda bomba e uma ou mais ramificações termi- nais são unidas a uma bomba separada, em que cada bomba separa- da compreende: (i) uma câmara para conter um volume de gás, em que o volume de gás é o mesmo volume que o segundo volume de gás na segunda bomba; (ii) uma porta para receber e emitir gás e para se unir à estrutura de conexão; e (ili) um motor para controlar a opera- ção da bomba.

[0049] Apropriadamente, cada bomba separada é a mesma que a segunda bomba.

[0050] Apropriadamente, o sistema é contido em um invólucro, Apropriadamente um invólucro de temperatura controlada.

[0051] Apropriadamente, a temperatura do invólucro é controlada por um termostato.

[0052] Apropriadamente, a temperatura no invólucro é de cerca de 37 ºC.

[0053] Apropriadamente, os diferentes volumes da primeira e se- gunda bombas representam o volume interno de diferentes comparti-

mentos do trato respiratório, apropriadamente, o trato respiratório hu- mano.

[0054] Apropriadamente, o volume das bombas separadas repre- senta o volume interno de diferentes compartimentos do trato respira- tório, Apropriadamente, o trato respiratório humano.

[0055] Apropriadamente, o volume de deslocamento da primeira e segunda bombas é pelo menos tão grande quanto a absorção de vo- lume mais alcançável possível no compartimento correspondente do trato respiratório.

[0056] Apropriadamente, o volume de deslocamento das bombas separadas é pelo menos tão grande quanto a absorção de volume mais alcançável possível no compartimento correspondente do trato respiratório.

[0057] Apropriadamente, a pressão de bombeamento do motor ou bomba pode corresponder à pressão atmosférica ou acima ou abaixo da pressão atmosférica.

[0058] Apropriadamente, o volume de deslocamento da primeira bomba é entre cerca de O e 100 ml ou entre cerca de 1 e 100 ml.

[0059] Apropriadamente, o volume de deslocamento da segunda bomba é entre cerca de O e 4000 ml ou entre cerca de 1 e 4000 ml.

[0060] Apropriadamente, as bombas compreendem aço inoxidável.

[0061] Apropriadamente, a câmara é um cilindro.

[0062] Apropriadamente, a câmara compreende vidro.

[0063] Apropriadamente, a câmara da primeira bomba tem um vo- lume menor do que a câmara da segunda bomba.

[0064] Apropriadamente, o volume da câmara da primeira bomba representa o volume da cavidade oral e orofaríngea.

[0065] Apropriadamente, o volume da câmara da segunda bomba representa o volume do lúmen pulmonar ou uma parte deste.

[0066] Apropriadamente, o volume da estrutura de conexão repre-

senta o volume das vias aéreas de condução do pulmão, apropriada- mente o pulmão humano.

[0067] Apropriadamente, o sistema compreende adicionalmente um controlador de computador capaz de sincronizar a operação do sistema.

[0068] Apropriadamente, uma ou mais dentre a primeira bomba ou a segunda bomba ou a estrutura de conexão compreendem um ou mais módulos contendo microbalanças de cristal de quartzo.

[0069] Apropriadamente, as aberturas na primeira bomba ou na segunda bomba ou nas paredes da estrutura de conexão são rosque- adas ou não rosqueadas.

[0070] Apropriadamente, uma ou mais das aberturas contêm um módulo.

[0071] Apropriadamente, um ou mais módulos são adaptados para conter uma matriz compreendendo um meio de cultura de células ou configurados para armazenar uma matriz compreendendo um meio de cultura de células ou adaptados para monitorar as condições na câma- ra ou adaptados para amostra de gás ou adaptados para caracterizar gás. Apropriadamente, o meio de cultura de células contém um ou mais hidrogéis, como gelatina metacriloil (GelMa). Alternativamente ou além disso, um ou mais módulos são adaptados para conter pelo me- nos um microssensor ou são configurados para armazenar pelo menos um microssensor para monitorar as condições na câmara ou adapta- dos para monitorar as condições na câmara ou adaptados para amos- tra de gás ou adaptados para caracterizar gás.

[0072] Apropriadamente, os módulos estão localizados na base da placa de pistão da primeira e/ou segunda bomba e/ou nas paredes da estrutura de conexão.

[0073] Apropriadamente, um ou mais módulos contêm uma matriz que compreende um meio de cultura de células. Apropriadamente, o meio de cultura de células contém um ou mais hidrogéis, como gelati- na metacriloil (GelMa). Alternativamente ou além disso, um ou mais módulos contêm pelo menos um microssensor.

[0074] Apropriadamente, a matriz que compreende um meio de cultura de células compreende ou está em contato com uma cultura de células, Apropriadamente, uma cultura de células bidimensional ou tri- dimensional.

[0075] Apropriadamente, os módulos adaptados para conter ou armazenar uma matriz compreendendo um meio de cultura de células e/ou pelo menos um microssensor compreendem ainda um canal mi- crofluídico e, opcionalmente, uma bomba microfluídica conectada ao mesmo.

[0076] Apropriadamente, os módulos são posicionados em um plano horizontal em uma ou mais dentre a primeira bomba ou a se- gunda bomba ou as paredes da estrutura de conexão.

[0077] Apropriadamente, a estrutura de conexão compreende aço inoxidável.

[0078] Apropriadamente, a câmara da primeira bomba tem um vo- lume de cerca de 100 ml.

[0079] Apropriadamente, a câmara da segunda bomba tem um volume de cerca de 1 litro a cerca de 4 litros.

[0080] Também é descrita uma bomba para deslocar um volume de gás que compreende: (i) uma câmara configurada para conter um volume de gás e que compreende uma base e uma ou mais aberturas capazes de receber um ou mais módulos para conter ou armazenar uma matriz que compreende um meio de cultura celular e/ou pelo me- nos um microssensor para monitorar as condições na câmara ou uma sonda para amostragem de gás ou para caracterização de gás; (ii) uma primeira porta para receber e enviar o gás, quando contido na câmara, e que compreende uma primeira válvula para regular o fluxo de gás através da primeira porta, a referida primeira válvula sendo móvel entre as posições aberta e fechada, em que na posicionar a re- ferida válvula pode ser aberta em direção a uma atmosfera de teste ou ar circundante; e (ili) uma segunda porta para saída e recepção de gás, quando contida na câmara, e compreendendo uma segunda vál- vula para regular o fluxo de gás através da segunda porta, sendo a referida válvula móvel entre as posições aberta e fechada; e (iv) uma placa de pistão na câmara, a referida placa de pistão compreendendo uma ou mais aberturas para a captação ou entrada de gás na câmara em que uma ou mais, ou cada uma das aberturas incluem uma válvula que é móvel entre as posições aberta e fechada e é capaz de regular a absorção ou entrada de gás.

[0081] Apropriadamente, a bomba é uma bomba de pistão.

[0082] Apropriadamente, a uma ou mais aberturas na câmara são rosqueadas ou não rosqueadas.

[0083] Apropriadamente, a uma ou mais aberturas compreendem um módulo.

[0084] Apropriadamente, o módulo é rosqueado ou não rosquea- do.

[0085] Apropriadamente, um ou mais módulos são adaptados para conter uma matriz compreendendo um meio de cultura de células e/ou pelo menos um microssensor ou são configurados para armazenar uma matriz compreendendo um meio de cultura de células e/ou pelo menos um microssensor ou monitor de condições na câmara ou são adaptados para monitorar as condições na câmara ou são adaptados para amostrar o gás ou para caracterizar o gás.

[0086] Apropriadamente, os módulos estão localizados na base da bomba.

[0087] Apropriadamente, um ou os módulos contêm uma matriz que compreende um meio de cultura de células. Apropriadamente, o meio de cultura de células contém um ou mais hidrogéis, como gelati- na metacriloil (GelMa). Alternativamente ou além disso, um ou mais módulos contêm pelo menos um microssensor.

[0088] Apropriadamente, a matriz que compreende um meio de cultura de células compreende ou está em contato com uma cultura de células, Apropriadamente, uma cultura de células 2 ou tridimensional.

[0089] Apropriadamente, os módulos adaptados para conter ou armazenar uma matriz compreendendo um meio de cultura de células e/ou pelo menos um microssensor compreendem ainda um canal mi- crofluídico e, opcionalmente, uma bomba microfluídica conectada ao mesmo.

[0090] Apropriadamente, os módulos são posicionados em um plano horizontal na uma ou mais dentre a primeira bomba ou a segun- da bomba ou as paredes da estrutura de conexão.

[0091] Apropriadamente, o módulo compreende microbalanças de cristal de quartzo.

[0092] Apropriadamente, a bomba compreende adicionalmente um motor.

[0093] Apropriadamente, a pressão de bombeamento corresponde à pressão atmosférica ou acima ou abaixo da pressão atmosférica.

[0094] Apropriadamente, o volume de deslocamento da bomba é entre cerca de O e 100 ml ou entre cerca de 1 e 100 ml.

[0095] Apropriadamente, a bomba compreende aço inoxidável.

[0096] Apropriadamente, a câmara é um cilindro.

[0097] Apropriadamente, a câmara compreende vidro.

[0098] Apropriadamente, a câmara da bomba tem um volume de cerca de 100 ml.

[0099] Também é descrita uma bomba de pistão para deslocar um volume de gás que compreende: (i) uma câmara configurada para con- ter um volume de gás e contendo uma placa de pistão que compreen-

de uma ou mais aberturas para a captação ou entrada de gás na câ- mara, em que um ou mais, ou cada uma das aberturas incluem uma válvula que é móvel entre as posições aberta e fechada e é capaz de regular a absorção ou entrada de gás; (ii) uma primeira porta para re- ceber o gás e que compreende uma primeira válvula para regular o fluxo de gás através da primeira porta, a referida primeira válvula sen- do móvel entre as posições aberta e fechada; e (iii) uma segunda porta para saída de gás, quando contida na câmara, e compreendendo uma segunda válvula para regular o fluxo de gás através da segunda porta, a referida válvula sendo móvel entre as posições aberta e fechada. Apropriadamente, a câmara inclui uma base e compreende mais uma abertura.

[00100] —Apropriadamente, as aberturas são rosqueadas ou não rosqueadas.

[00101] —Apropriadamente, as aberturas compreendem um módulo em uma ou mais das aberturas.

[00102] — Apropriadamente, o módulo é rosqueado ou não rosquea- do.

[00103] —Apropriadamente, o módulo é adaptado para conter ou ar- mazenar uma matriz compreendendo meio de cultura de células e/ou pelo menos um microssensor para monitorar as condições na câmara ou uma sonda para amostragem de gás ou para caracterização de gás

[00104] —Apropriadamente, um ou módulos contêm uma matriz que compreende um meio de cultura de células. Apropriadamente, o meio de cultura de células contém um ou mais hidrogéis, como gelatina me- tacriloil (GelMa). Alternativamente ou além disso, um ou mais módulos contêm pelo menos um microssensor.

[00105] —Apropriadamente, a matriz que compreende um meio de cultura de células compreende uma cultura de células, Apropriada- mente, uma cultura de células bidimensional ou tridimensional.

[00106] —Apropriadamente, os módulos adaptados para conter ou armazenar uma matriz compreendendo um meio de cultura de células e/ou pelo menos um microssensor compreendem ainda um canal mi- crofluídico e, opcionalmente, uma bomba microfluídica conectada ao mesmo.

[00107] —Apropriadamente, o módulo compreende microbalanças de cristal de quartzo.

[00108] —Apropriadamente, uma estrutura de conexão é unida à se- gunda porta.

[00109] —Apropriadamente, a estrutura de conexão é oca.

[00110] —Apropriadamente, a bomba compreende adicionalmente um motor.

[00111] — Apropriadamente, a pressão de bombeamento da bomba corresponde à pressão atmosférica ou acima ou abaixo da pressão atmosférica.

[00112] —Apropriadamente, o volume de deslocamento da bomba é entre cerca de O e 100 ml ou entre cerca de 1 e 100 ml.

[00113] —Apropriadamente, a bomba compreende aço inoxidável.

[00114] —Apropriadamente, a câmara é um cilindro.

[00115] —Apropriadamente, a câmara compreende vidro.

[00116] —Apropriadamente, a câmara da bomba tem um volume de cerca de 100 ml.

[00117] Em um aspecto adicional, é fornecido um método para si- mular a interação entre uma atmosfera de teste e um trato respiratório simulado compreendendo o uso da bomba ou sistema aqui descrito.

[00118] Também é divulgado o uso da bomba ou sistema conforme descrito neste documento para simular a interação entre uma atmosfe- ra de teste e um trato respiratório simulado.

[00119] Também é divulgado um método para determinar o efeito de uma atmosfera de teste em uma cultura de células contidas em uma matriz ou pelo menos um microssensor em um trato respiratório simulado compreendendo o uso da bomba ou sistema aqui descrito.

[00120] Também é divulgado o uso da bomba ou sistema conforme descrito neste documento para determinar o efeito de uma atmosfera de teste em uma cultura de células contidas em uma matriz ou pelo menos um microssensor em um trato respiratório simulado.

[00121] Em um aspecto adicional, é divulgado um método para de- terminar o efeito de uma atmosfera de teste em uma cultura de células em uma matriz ou pelo menos um microssensor contido em um trato respiratório simulado compreendendo: (a) fornecer a bomba ou siste- ma como aqui descrito, em que a bomba ou sistema contém uma ma- triz que compreende uma cultura de células ou pelo menos um mi- crossensor em um ou mais dos módulos; e (b) comparar a matriz que compreende uma cultura de células ou pelo menos um microssensor antes e/ou após a exposição à atmosfera de teste, em que uma dife- rença entre a matriz que compreende uma cultura de células e/ou pelo menos um microssensor antes e/ou após a exposição das células ou microssensor(es) à atmosfera de teste é indicativo que a atmosfera de teste afeta a cultura de células ou pelo menos um microssensor.

[00122] Um aspecto adicional refere-se a um método para simular a interação entre uma atmosfera de teste e um trato respiratório simula- do no sistema descrito neste documento compreendendo: (a) com a primeira válvula da primeira bomba aberta e a segunda válvula da pri- meira bomba fechada, fornecer um gás compreendendo uma atmosfe- ra de teste para a primeira bomba através da primeira porta; (b) fechar a primeira válvula e abrir a segunda válvula da primeira bomba e fe- char as válvulas na placa de pistão da primeira bomba; (c) operar a segunda bomba para atrair a atmosfera de teste para a estrutura de conexão e preencher a câmara da primeira bomba e a estrutura de conexão com o ar circundante; (d) abrir a primeira válvula da primeira bomba em direção ao ar circundante e formar uma conexão vedada entre a primeira porta e a segunda porta da primeira bomba; e (e) após um período de tempo, usando a segunda bomba para deslocar a at- mosfera de teste através da estrutura de conexão e através da primei- ra válvula da primeira bomba.

[00123] É ainda divulgado um método para determinar o efeito de uma atmosfera de teste em um trato respiratório simulado no sistema aqui descrito, compreendendo: (a) com a primeira válvula da primeira bomba aberta e a segunda válvula da primeira bomba fechada, pro- porcionando um gás compreendendo uma atmosfera de teste para a primeira bomba através da primeira porta; (b) fechar a primeira válvula e abrir a segunda válvula da primeira bomba e fechar as válvulas na placa de pistão da primeira bomba; (c) operar a segunda bomba para extrair a atmosfera de teste através da estrutura de conexão e lavar a câmara da primeira bomba e a estrutura de conexão com o ar circun- dante; (d) abrir a primeira válvula da primeira bomba em direção ao ar circundante e formar uma conexão vedada entre a primeira porta e a segunda porta da primeira bomba; e (e) após um período de tempo usando a segunda bomba para deslocar a atmosfera de teste através da estrutura de conexão e através da primeira válvula da primeira bomba; em que a atmosfera de teste contata uma matriz que compre- ende uma cultura de células ou pelo menos um microssensor localiza- do em um ou mais módulos localizados na primeira bomba ou na es- trutura de conexão ou na segunda bomba ou uma combinação de du- as ou mais das mesmas e o referido método compreende a etapa adi- cional de determinar o efeito da atmosfera de teste na cultura de célu- las e/ou microssensor, em que uma diferença na cultura de células e/ou microssensor antes e/ou após a exposição à atmosfera de teste é indicativo de que a atmosfera de teste afeta a cultura de células e/ou o microssensor.

[00124] —Apropriadamente, os módulos são adaptados para monito- rar as condições do sistema e/ou para amostragem de gás e/ou para caracterização de gás e o referido método compreende tirar uma ou mais medições dos módulos.

[00125] Também é divulgado um método para simular a interação entre uma atmosfera de teste e um intervalo respiratório simulado que compreende: (a) fornecer uma atmosfera de teste a uma câmara de uma primeira bomba; (b) retirar a atmosfera de teste da primeira bom- ba para uma estrutura de conexão que une a primeira bomba a uma segunda bomba; (c) preencher a primeira bomba e pelo menos de uma parte da estrutura de conexão com o ar circundante; (d) reter a atmosfera de teste na segunda bomba e na estrutura de conexão por um período definido de tempo; (e) deslocar a atmosfera de teste para a estrutura de conexão e a primeira bomba usando a segunda bomba; e (f) realizar um ou mais ciclos de bombeamento do ar circundante na segunda bomba; em que a atmosfera de teste entra em contato com uma cultura de células localizada na primeira bomba ou na estrutura de conexão ou na segunda bomba ou uma combinação de dois ou mais.

[00126] Apropriadamente, a etapa (d) compreende conservar a at- mosfera de teste na segunda bomba e a porção da estrutura de cone- xão ainda contendo a atmosfera de teste por um período de tempo de- finido.

[00127] — Apropriadamente, as bombas são bombas de pistão que compreendem uma placa de pistão e uma base.

[00128] —Apropriadamente, a primeira bomba é definida nas modali- dades da presente divulgação.

[00129] —Apropriadamente, a segunda bomba é definida nas modali- dades da presente divulgação.

[00130] Apropriadamente, a estrutura de conexão é definida nas modalidades da presente divulgação.

[00131] —Apropriadamente, o método é realizado em um alojamento, Apropriadamente um alojamento com temperatura controlada.

[00132] — Apropriadamente, a temperatura do invólucro é controlada por um termostato.

[00133] —Apropriadamente, a temperatura no invólucro é de cerca de 37 ºC.

[00134] —Apropriadamente, os diferentes volumes da primeira e se- gunda bombas representam o volume interno de diferentes comparti- mentos do trato respiratório, apropriadamente, o trato respiratório hu- mano.

[00135] —Apropriadamente, o volume de deslocamento da primeira e segunda bombas é pelo menos tão grande quanto a absorção de vo- lume mais alcançável possível no compartimento correspondente do trato respiratório.

[00136] —Apropriadamente, a pressão de bombeamento corresponde à pressão atmosférica ou acima ou abaixo da pressão atmosférica.

[00137] —Apropriadamente, o volume de deslocamento da primeira bomba é entre cerca de O e 100 ml ou entre cerca de 1 e cerca de 100 ml.

[00138] —Apropriadamente, o volume de deslocamento da segunda bomba é entre cerca de O e 4000 ml ou entre cerca de 1 e 4000 ml.

[00139] —Apropriadamente, a câmara da primeira bomba tem um vo- lume menor do que a câmara da segunda bomba.

[00140] —Apropriadamente, o volume da câmara da primeira bomba representa o volume da cavidade oral e orofaríngea, apropriadamente a cavidade oral e orofaríngea humana.

[00141] —Apropriadamente, o volume da câmara da segunda bomba representa o volume do lúmen pulmonar ou uma parte deste, apropri- adamente o lúmen pulmonar humano ou uma parte deste.

[00142] —Apropriadamente, a estrutura de conexão representa o vo- lume das vias aéreas de condução do pulmão, apropriadamente o pulmão humano.

[00143] —Apropriadamente, a matriz que compreende uma cultura de células e/ou pelo menos um microssensor está localizada na base da placa de pistão da primeira e/ou segunda bomba e/ou nas paredes da estrutura de conexão.

[00144] —Apropriadamente, a cultura de células é uma cultura bidi- mensional ou tridimensional.

[00145] —Apropriadamente, o referido método compreende adicio- nalmente monitorar as condições e/ou para amostragem de gás e/ou para caracterização de gás e em uma ou mais dentre a primeira bom- ba ou a segunda bomba ou a estrutura de conexão usando um ou mais módulos contidos na mesma.

[00146] —Apropriadamente, a câmara que compreende a matriz que compreende uma cultura de células e/ou pelo menos um microssensor compreende ainda um canal microfluídico e, opcionalmente, uma bomba microfluídica conectada ao mesmo.

[00147] —Apropriadamente, a estrutura de conexão compreende aço inoxidável.

[00148] —Apropriadamente, a câmara da primeira bomba tem um vo- lume de cerca de 100 ml.

[00149] —Apropriadamente, a câmara da segunda bomba tem um volume de cerca de 1 litro a cerca de 4 litros.

[00150] Em um aspecto adicional, é descrito um método para de- terminar o efeito de uma atmosfera de teste em um trato respiratório simulado, que compreende: (a) fornecer uma atmosfera de teste a uma câmara de uma primeira bomba; (b) retirar a atmosfera de teste da primeira bomba para uma estrutura de conexão que une a primeira bomba a uma segunda bomba, em que a segunda bomba é a bomba conforme descrito neste documento; (c) lavar a primeira bomba e pelo menos uma porção da estrutura de conexão com o ar circundante; (d) manter a atmosfera de teste na segunda bomba e a estrutura de cone- xão por um período de tempo definido; (e) deslocar a atmosfera de teste através da estrutura de conexão e a primeira bomba usando a segunda bomba; e (f) realizar um ou mais ciclos de bombeamento do ar circundante na segunda bomba; em que a atmosfera de teste conta- ta uma matriz que compreende uma cultura de células e/ou pelo me- nos um microssensor localizado em um ou mais módulos localizados na primeira bomba ou na estrutura de conexão ou na segunda bomba ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos e o referido método compreende a etapa adicional de determinação do efeito da atmosfera de teste na cultura de células e/ou microssensor(es), em que uma dife- rença na cultura de células e/ou microssensor(es) antes e/ou após a exposição à atmosfera de teste é indicativo de que a atmosfera de tes- te afeta a cultura de células e/ou os microssensor(es).

[00151] — Apropriadamente, os módulos são adaptados para monito- rar as condições do sistema e/ou para amostragem de gás e/ou para caracterização de gás e o referido método compreende tirar uma ou mais medições dos módulos.

[00152] Também é descrita uma estrutura de conexão adaptada para unir pelo menos duas bombas para transmitir um gás entre elas, a referida estrutura de conexão compreendendo um canal oco e ou mais aberturas roscadas ou não nas paredes da estrutura de conexão.

[00153] —Apropriadamente, as aberturas rosqueadas contêm um módulo rosqueado em uma ou mais das aberturas, em que o referido módulo é adaptado para conter um meio de cultura de células ou con- figurado para armazenar um meio de cultura de células ou adaptado para monitorar as condições na câmara ou adaptado para provar o gás ou adaptado para caracterizar o gás.

[00154] — Apropriadamente, um ou mais módulos contêm uma matriz que compreende um meio de cultura de células e/ou um ou mais mi- crossensores. Apropriadamente, o meio de cultura de células contém um ou mais hidrogéis - como gelatina metacriloil (GelMa). Alternativa- mente ou além disso, um ou mais módulos contêm pelo menos um mi- Ccrossensor.

[00155] —Apropriadamente, o meio de cultura de células compreende ou está em contato com uma cultura de células, apropriadamente, uma cultura de células bidimensional ou tridimensional.

[00156] —Apropriadamente, os módulos adaptados para conter ou armazenar um meio de cultura de células compreendem adicionalmen- te um canal microfluídico e, opcionalmente, uma bomba microfluídica conectada ao mesmo.

[00157] —Apropriadamente, a estrutura de conexão é oca.

[00158] —Apropriadamente, a estrutura de conexão é ramificada.

[00159] —Apropriadamente, cada ramificação terminal da estrutura de conexão é capaz de ser unida a uma bomba separada.

[00160] —Apropriadamente, a estrutura de conexão representa o vo- lume das vias aéreas de condução do pulmão, apropriadamente o pulmão humano.

[00161] —Apropriadamente, os módulos são posicionados em um plano horizontal nas paredes da estrutura de conexão.

[00162] —Apropriadamente, os módulos são adaptados para conter uma matriz compreendendo uma cultura de células, adequadamente, uma cultura de células bidimensional ou tridimensional. Alternativa- mente ou adicionalmente, os módulos são adaptados para conter pelo menos um microssensor.

[00163] —Adequadamente, o módulo é uma câmara para conter uma matriz que compreende uma cultura de células e/ou pelo menos um microssensor, a referida câmara compreendendo um canal microfluídi-

co e, opcionalmente, uma bomba microfluídica conectada ao mesmo.

[00164] —Apropriadamente, os módulos são adaptados para monito- rar as condições na estrutura de conexão e/ou para amostragem de gás e/ou para caracterização de gás.

[00165] —Apropriadamente, a estrutura de conexão compreende aço inoxidável.

[00166] Também é descrito um sistema que compreende as bom- bas descritas neste documento.

[00167] —Apropriadamente, o sistema compreende adicionalmente a estrutura de conexão, conforme descrito neste documento.

[00168] —Apropriadamente, as bombas são unidas pela estrutura de conexão.

[00169] Um aparelho configurado ou adaptado para realizar o(s) método(s) descrito(s) neste documento também é divulgado.

[00170] Também é divulgado um método de fabricação da estrutura perfurada, conforme descrito neste documento.

[00171] —Adequadamente, a estrutura perfurada é fabricada, pelo menos em parte, por impressão tridimensional.

[00172] —Adequadamente, a estrutura perfurada é formada por mo- delagem.

[00173] Adequadamente, a estrutura perfurada é moldada a partir de um gabarito.

[00174] —Adequadamente, a estrutura perfurada i) imita substancial- mente a estrutura de ramificação de uma via aérea brônquica de ma- mífero, ii) é uma estrutura de ramificação idealizada, ou iii) é uma combinação de i) e ii).

[00175] Um outro aspecto se refere a mais de um canais in silico ramificados internos à bomba, em que o(s) canal(is) ramificado(s) es- tá(ão) conectado(s) a uma porta para receber e enviar o gás.

[00176] Apropriadamente, a estrutura ramificada está contida na estrutura perfurada de acordo com a presente divulgação.

[00177] —Apropriadamente, a estrutura ramificada replica um modelo de vias aéreas.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[00178] A Figura 1 é uma ilustração de uma estrutura perfurada 1 para uso em um trato respiratório simulado de acordo com uma moda- lidade da presente divulgação, na qual a Figura 1A é uma representa- ção esquemática de uma placa de base de uma câmara em um trato respiratório simulado e a Figura 1B é uma representação esquemática em seção transversal ao longo da Seção X-X.

[00179] A Figura2 é uma representação esquemática da placa de base da câmara em um trato respiratório simulado da Figura 1 ilus- trando uma construção modular da estrutura perfurada 1 de acordo com uma modalidade da presente divulgação.

[00180] A Figura 3A é uma representação esquemática de uma es- trutura perfurada 1 para uso em um trato respiratório simulado de acordo com uma modalidade da presente divulgação, na qual a Figura 3B é uma ilustração ampliada de um alargamento localizado que serve como uma câmara de exposição na qual os módulos 113, 213 podem ser inseridos de acordo com modalidades da presente divulgação.

[00181] A Figura4 é uma ilustração de um sistema 10 de acordo com uma modalidade da presente divulgação. A primeira bomba 40 de acordo com uma modalidade da presente divulgação também é divulga- da. A segunda bomba 80 de acordo com uma modalidade da presente divulgação também é divulgada. A estrutura de conexão 50 de acordo com uma modalidade da presente divulgação também é divulgada.

[00182] As Figuras 5 e 6 são ilustrações dos módulos 113, 213 de acordo com modalidades da presente divulgação.

ALGUMAS VANTAGENS

[00183] A presente divulgação pode ser usada para a simulação in vitro dos efeitos in vivo nas vias aéreas para propriedades de aerossol relevantes no campo da toxicologia de inalação e terapia de inalação e semelhantes permitem a avaliação de produtos de consumo inaláveis.

[00184] A presente divulgação pode fornecer um modelo experi- mental para determinar a dosimetria in vivo de aerossol para o trato respiratório em condições estáveis, bem caracterizadas, reprodutíveis e eticamente acríticas. A estrutura perfurada da presente divulgação, como um modelo de via aérea, pode permitir um aumento na quanti- dade de geração de ramificação das vias aéreas para um nível fisiolo- gicamente relevante sem criar simultaneamente um número não ge- renciável de conexões - como conexões entre o modelo brônquico e o segundas bombas.

[00185] Diferentes versões do modelo de vias aéreas podem ser usadas sem afetar a funcionalidade geral do sistema e sem a necessi- dade de quaisquer modificações em outras partes de um sistema de trato respiratório simulado. Isso maximiza a flexibilidade para investi- gar como o trato respiratório afeta os aerossóis ou como os aerossóis afetam o trato respiratório. Porque as vias aéreas i) têm um impacto relevante nas propriedades dos aerossóis que chegam aos espaços alveolares, e ii) mostram uma variação interindividual considerável (também referindo-se ao estado doente vs. saudável), flexibilidade e adaptabilidade com esta parte específica do trato respiratório é de grande valor científico.

[00186] Como os processos que afetam as propriedades físico- químicas de uma atmosfera de teste no trato respiratório, bem como o modo de interação entre os dois (por exemplo, a administração da do- se), são simulados pelas propriedades físicas e funcionais do sistema, as informações de dosagem clinicamente relevantes podem ser obti- das de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[00187] Os efeitos de uma ou mais atmosferas de teste em relação a um ou mais compartimentos do trato respiratório podem ser estuda- dos de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[00188] Os efeitos de uma ou mais atmosferas de teste em relação a um ou mais compartimentos do trato respiratório podem ser estuda- dos simultaneamente ou em etapas, conforme necessário, de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[00189] Os módulos que podem ser usados no sistema oferecem flexibilidade em relação ao sistema de teste exposto, aos critérios de avaliação experimental e aos parâmetros de exposição a serem moni- torados de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[00190] Os módulos podem ser reprojetados ou alterados de acordo com requisitos específicos, sem ter que alterar a estrutura geral e a função do sistema de acordo com as modalidades da presente divul- gação.

[00191] Para muitas aplicações, a geração de aerossol é acionada pelo próprio sistema, o que significa que os geradores de aeros- sol/máquinas para fumar não são necessários de acordo com as mo- dalidades da presente divulgação. Isso pode ajudar a simplificar a es- trutura do sistema.

[00192] Em determinadas personificações, o sistema pode ser mo- dular por natureza. Isso significa que os vários componentes — tais como as bombas e a estrutura de conexão, por exemplo, podem ser trocados individual e facilmente, conforme necessário. O reprojeto par- cial, melhoria ou troca de peças do sistema de acordo com requisitos específicos podem ser facilitados.

[00193] A boca, o tempo de retenção de ar e padrões de fluxo di- nâmicos que ocorrem durante a respiração podem ser simulados de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[00194] A presente divulgação pode, de acordo com certas modali- dades, levar em conta um período de retenção na boca durante o qual

O aerossol altamente denso pode envelhecer por até vários segundos antes de ser puxado para o trato respiratório, juntamente com um grande volume de ar de diluição.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00195] A prática da presente divulgação emprega, em certas mo- dalidades, técnicas convencionais de engenharia, microbiologia, biolo- gia celular e bioquímica. As técnicas biológicas são explicadas intei- ramente na literatura, tal como, em Molecular Cloning: A Laboratory Manual, segunda edição (Sambrook et al., 1989) Cold Spring Harbor Press; Oligonucleotide Synthesis (MJ. Gait, ed., 1984); Methods in Mo- lecular Biology, Humana Press; Cell Biology: A Laboratory Notebook (J. E. CelMs, ed., 1998) Academic Press; Animal Cell Culture (R.. Freshney, ed., 1987); Introduction to Cell and Tissue Culture (J. P. Mather e P.E. Roberts, 1998) Plenum Press; Cell and Tissue Culture: Laboratory Procedures (A. Doyle, IB. Griffiths, e D.G. Newell, eds., 1993-8) J. Wiley and Sons; Methods in Enzymology (Academic Press, Inc.); Current Protocols in Molecular Biology (F.M. Ausubel et al., eds., 1987); PCR: The Polymerase Chain Reaction, (Mullis et al., eds., 1994). Os procedimentos que empregam kits e reagentes disponíveis comercialmente serão usados normalmente de acordo com os proto- colos definidos pelo fabricante, a menos que indicados de outra forma.

[00196] Aos termos técnicos e expressões usados neste documento devem-se dar, o mais dos casos, o significado que comumente se lhes aplica na técnica pertinente. Todas as definições de termos usados neste documento aplicam-se ao conteúdo completo deste pedido.

[00197] O termo "compreendendo" não exclui outros elementos ou etapas.

[00198] O artigo indefinido "um" ou "uma" não exclui uma pluralida- de.

[00199] O termo "e/ou" significa, por exemplo, (a) ou (b) ou ambos

(a) e (b).

[00200] Os termos "compreendendo", "compreende" e "compreen- dido", conforme usados neste documento, são sinônimos de "incluin- do", "inclui" ou "contendo", "contém", e são inclusivos ou abertos e não excluem membros, elementos ou etapas de método adicionais não ci- tados. O termo "consistindo em" significa que componentes adicionais são excluídos e tem apenas os elementos recitados e nada mais.

[00201] O termo "cerca", conforme usado neste documento, quando se refere a um valor mensurável, como um parâmetro, uma quantida- de, uma duração temporal e similares, destina-se a abranger variações de e a partir do valor especificado, em variações específicas de +/- 10% ou menos, preferencialmente +/-5% ou menos, mais preferenci- almente +/-1% ou menos, e ainda mais preferencialmente +/-0,1% ou menos de e a partir do valor especificado, na medida em que tais vari- ações são apropriadas para executar a divulgação. Deve ser compre- endido que o valor ao qual o modificador "cerca" se refere é também divulgado, especificamente e preferencialmente.

[00202] Antes de discutir as modalidades em mais detalhes, primei- ro uma visão geral será fornecida. As modalidades fornecem apare- lhos e métodos que podem ser usados em uma variedade de aplica- ções para estudar o trato respiratório. Por exemplo, as modalidades encontram utilidade no estudo da deposição e/ou condensação de um ou mais constituintes presentes em uma atmosfera de teste em super- fícies internas do aparelho, incluindo sua re-evaporação. As modalida- des também fornecem a avaliação das atmosferas de teste que podem ser investigadas durante sua passagem através do aparelho a fim de estudar as alterações na concentração de aerossol e/ou no crescimen- to de partículas de aerossol e/ou encolhimento de partículas de aeros- sol. Os efeitos das atmosferas de teste em relação aos sistemas de teste biológico presentes no interior do aparelho/sistema podem ser estudados nas modalidades da presente divulgação. Modelo de vias aéreas

[00203] Em um aspecto, é descrita uma estrutura perfurada 1 para uso em um sistema de trato respiratório simulado 10, a estrutura com- preendendo um envelope perfurado que aloja um ou mais canais rami- ficados, em que cada perfuração é um terminal aberto de uma ramifi- cação. Em uso, cada perfuração pode ser um terminal aberto de uma ramificação. Conforme ilustrado nas figuras anexas, cada perfuração é uma perfuração vazia.

[00204] A Figura 1 ilustra um sistema de trato respiratório simulado incluindo uma estrutura perfurada 1 de acordo com uma modalida- de da presente divulgação.

[00205] A estrutura perfurada 1 pode ter um corpo substancialmen- te sólido e uma abertura 2 que inclui um encaixe adequado para forne- cer uma conexão estanque e estável no local relevante do equipamen- to de laboratório em que a estrutura é usada. Um sistema adequado é descrito abaixo e ilustrado na Figura 4, no qual a estrutura 1 se encai- xa na porta 83 que recebe e emite gás. Em uso, a abertura 2 está lo- calizada em uma superfície inferior da estrutura e é encaixada cen- tralmente na placa de base 84 por encaixe simples, usando um meca- nismo de fixação ou por travamento por parafuso. A estanqueidade da conexão pode ser estabelecida por vedações. As bombas 80 podem representar os volumes pulmonares para a estrutura oca que repre- senta as vias aéreas intratorácicas mais proximais, ou seja, a traqueia e os brônquios principais (ver Figura 4).

[00206] O corpo da estrutura 1 abriga um ou mais canais ramiífica- dos 4. A superfície externa da estrutura 1 é perfurada e cada perfura- ção 6 é um terminal aberto de uma ramificação 4. No interior da estru- tura 1 perfurada, o canal que se origina na abertura 2 proximal ramifi- ca-se consecutivamente. Os ângulos entre os canais 4 originados de um determinado ponto de ramificação, seus diâmetros e comprimen- tos, bem como o número de pontos de ramificação, são projetados de uma forma que resulta em uma árvore ramíificada que pode se asse- melhar estruturalmente a uma árvore das vias respiratórias - como um humano ou animal árvore das vias aéreas. A última geração de canais 4 - ou seja, as aberturas distais ou perfurações 6 da estrutura que re- presenta as pequenas vias aéreas - são abertos para os arredores. No caso do sistema 10 aqui descrito, o volume interno da(s) segunda(s) bomba(s) 80. A estrutura 1, assim, conecta o modelo das vias aéreas proximais no sistema 10 (por exemplo, traqueia e brônquios principais) com o modelo do lúmen do pulmão e fornece a estrutura ramificada que, por exemplo, no trato respiratório humano, separa as duas regi- ões.

[00207] O padrão de ramificação dos canais 4 dentro da estrutura 1 pode seguir (i) estritamente os padrões de ramificação das vias respi- ratórias completas dos animais; (ii) uma versão idealizada (isto é, au- mentada em simetria e regularidade) de vias aéreas animais comple- tas; ou (iii) uma parte de um ou de ambos, isto é, apenas uma fração das vias respiratórias humanas ou animais é reproduzida. No que diz respeito a como a estrutura 1 afeta as propriedades do aerossol, a idealização pode exigir a equivalência às vias respiratórias humanas ou animais para ser testado computacionalmente ou experimentalmen- te.

[00208] A simetria radial da estrutura 1 pode ser alcançada ideali- zando o padrão de ramificação da via aérea ou arranjando simetrica- mente várias cópias de uma parte da via aérea.

[00209] As estruturas | que seguem estritamente os padrões de ramificação das vias aéreas humanas ou animais podem ser baseadas em moldes das vias aéreas ou em modelos 3D digitais obtidos por meio de tomografia ou tecnologias semelhantes. Os modelos com pa-

drões de ramificação humanos ou animais idealizados podem ser ba- seados na literatura relevante, por exemplo, o modelo de Weibel é um modelo amplamente aceito na estrutura das vias aéreas humanas (ver Fishman's Pulmonary Diseases and Disorders (2015) Ed. MA Grippi, ISBN: 0071807284)), ou podem ser desenvolvidos recentemente por abordagens computacionais ou experimentais.

[00210] Seguindo o modelo de Weibel, os principais parâmetros que podem ser levados em consideração incluem que o diâmetro dos canais presentes após pontos de ramificação consecutivos n+1 é me- nor ou igual ao diâmetro dos canais presentes após n pontos de rami- ficação; a área da seção transversal total de todos os canais presentes após pontos de ramificação consecutivos n+1 é maior ou igual à área da seção transversal total de todos os canais após n pontos de ramifi- cação; e a ramificação é dicotômica.

[00211] O número de gerações de ramificação dependerá do tama- nho da estrutura 1, do material de que é feita e do desempenho das tecnologias disponíveis para fabricação de aditivos. Quanto maior o número de gerações, mais próxima será a simulação dos efeitos das vias aéreas no organismo vivo.

[00212] A estrutura das vias respiratórias 1 pode consistir em um único bloco de material no qual a árvore completa das vias respirató- rias está contida ou nas subpartes 1a, 1b que podem ser montadas com base nos requisitos experimentais (ver Figura 2). As conexões 7 entre as subpartes 1a, 1b devem ser herméticas e podem, por exem- plo, ser realizadas por um mecanismo de tamponamento ou por tra- vamento de rosca.

[00213] A forma geral e o tamanho do módulo de vias aéreas de- pendem de sua aplicação pretendida. No caso de uma estrutura de vias aéreas a ser usada no sistema 10 descrito neste documento abai- xo, a simetria radial é tipicamente necessária para distribuir aerossóis uniformemente para o segundo volume da bomba. A simetria radial é necessária se, por exemplo, a distribuição das culturas de células na câmara de exposição for radialmente simétrica.

[00214] A simetria radial pode ser omitida em certas circunstâncias - como se apenas uma cultura estiver presente ou se a distribuição das culturas seguir outra simetria; equivalência das culturas de células de réplica expostas no mesmo experimento não é necessária; a depo- sição de aerossol em função da simetria é de interesse (por exemplo, no campo da pesquisa de aerossol); ou o sistema completo é assimé- trico.

[00215] — Por exemplo, em um pulmão humano reproduzido em 3D, a assimetria será necessária devido à assimetria biológica inerente do trato respiratório.

[00216] As dimensões espaciais da estrutura 1 dependem i) do tipo de vias aéreas que a estrutura deve representar, visto que estas po- dem diferir drasticamente em tamanho (por exemplo, humano vs. roe- dor), e ii) o sistema de trato respiratório simulado que a estrutura 1 é para ser usado em combinação com, uma vez que a estrutura tem de se ajustar ao local relevante do sistema.

[00217] No caso de uma aplicação no sistema 10 aqui descrito, o tamanho máximo na direção horizontal (o diâmetro do módulo, ver Fi- gura 4) pode ser definido pelas posições dos módulos de cultura de células 113, 213 (descrito aqui abaixo) nas bombas 80 (descrito aqui abaixo), como o diâmetro da estrutura 1 não pode ser maior do que o diâmetro do círculo no qual os módulos de cultura de células 113, 213 estão localizados, porque caso contrário, os módulos 113, 213 seriam cobertos pela estrutura 1. O tamanho máximo do módulo na direção vertical (sua altura, o tamanho na direção do eixo de simetria radial, ver Figura 4) é normalmente definido pelo volume residual mínimo de ar a estar presente nas segundas bombas 80 entre os ciclos de inala-

ção sob um determinado protocolo experimental (ou seja, pela posição mais baixa do pistão durante um ciclo de inalação). Em humanos, por exemplo, o volume residual está na faixa de 1200 mL. O comprimento de curso para atingir o volume adequado de cerca de 600 mL em cada bomba define a altura máxima da estrutura 1.

[00218] A estrutura das vias aéreas 1 pode ser projetada in silico, levando em consideração a literatura relevante sobre morfologia pul- monar humana ou animal ou geometrias 3D digitais disponíveis de ór- gãos respiratórios humanos ou animais ou suas geometrias idealiza- das. Usando a geometria 3D projetada, as estruturas 1 podem então geradas por impressão 3-D para formar um modelo de via aérea. À estrutura das vias respiratórias 1 será tipicamente uma estrutura artifi- cial ou sintética das vias respiratórias para formar um modelo artificial ou sintético das vias respiratórias. Alternativamente, modelos de vias aéreas disponíveis ou modelos 3D de vias aéreas podem ser usados como modelos físicos, incorporando-os em um material adequado para a formação da estrutura 1. O molde para vias aéreas pode ser removi- do dissolvendo-o com solventes adequados, digerindo com enzimas adequadas ou por aquecimento, no caso do molde para vias aéreas consistir em materiais com ponto de fusão inferior ao material escolhi- do para a estrutura 1 de via aérea. Exemplos de metodologias para projetar e criar modelos de vias aéreas são descritos por Robinson et al (The Anatomical Record (2009) 292: 1028-1044), Zopf et al (New England J. Med. (2013), 365(21); 2043-2045) e Zhang et al (Annals of Biomedical Engineering, (2008), 36(12), 2095-2110).

[00219] De acordo, um outro aspecto refere-se a um método de fa- bricação da estrutura perfurada que compreende: (i) incorporação de um ou mais canais ramificados, cada um compreendendo uma ex- tremidade terminal aberta em um material adequado para a formação da estrutura perfurada; e (ii) remover o molde de um ou mais canais ramíificados do material. Adequadamente, a estrutura perfurada é fa- bricada, pelo menos em parte, por impressão tridimensional. Adequa- damente, a estrutura perfurada é formada por modelagem. Adequa- damente, a estrutura perfurada é moldada a partir de um gabarito. Adequadamente, a estrutura perfurada i) imita substancialmente a es- trutura de ramificação de uma via aérea brônquica de mamífero, ii) é uma estrutura de ramificação idealizada, ou iii) é uma combinação de i) e ii). Adequadamente, o molde para vias respiratórias é removido dissolvendo-o com solventes adequados, digerindo com enzimas ade- quadas ou por aquecimento, no caso do molde para vias respiratórias consistir em materiais com um ponto de fusão inferior ao material es- colhido para a estrutura das vias respiratórias.

[00220] A estrutura das vias respiratórias 1 pode ser fabricada a partir de qualquer material a partir do qual estruturas complexas po- dem ser formadas por uma das técnicas acima mencionadas - tal co- mo fabricação aditiva ou incorporação de moldes das vias respirató- rias, por exemplo, em metais, cerâmica ou materiais sintéticos. O tipo exato de material depende da aplicação pretendida.

[00221] A título de exemplo, materiais não porosos podem ser usa- dos se os efeitos do modelo das vias aéreas em relação à distribuição de tamanho e concentração de partículas sólidas e/ou a fração não volátil de partículas líquidas em um aerossol de teste forem investiga- dos. Os exemplos incluem metais (por exemplo, aço inoxidável), mate- riais sintéticos não porosos (por exemplo, tereftalato de polietileno (PET), ou poliéter éter cetona (PEEK) ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos). A título de exemplo adicional, materiais porosos podem ser usados se os efeitos do modelo das vias aéreas em relação à distribuição de tamanho e concentração de partículas sólidas e/ou voláteis fração de partículas líquidas, bem como para compostos volá- teis em um aerossol de teste é investigada. Os compostos voláteis ge-

ralmente não se condensam em superfícies não porosas, mas podem entrar nos poros de materiais porosos e aderir a eles devido à grande superfície disponível (forma de ação do carvão ativado). Um exemplo é o silicone poroso (por exemplo, polidimetilsiloxano (PDMS)). A título de exemplo adicional, materiais gelatinosos podem ser usados se os efeitos do modelo das vias aéreas em relação à distribuição de tama- nho e concentração de partículas sólidas e/ou a fração volátil de partí- culas líquidas, bem como em relação a compostos voláteis em um ae- rossol de teste é investigado ou se as células devem ser cultivadas nas superfícies internas do modelo das vias respiratórias.

O material gelatinoso pode, neste caso, ser embebido com meio de cultura de células, ou o meio de cultura de células pode ser incluído como um substrato no processo de fabricação de aditivos.

Os exemplos incluem termogéis - tais como poli(vinil metil éter) (PVME) ou poli(N-vinilca- prolactama) (PNVC) ou uma combinação de dois ou mais dos mes- mos.

A título de exemplo adicional, materiais hidrofóbicos podem ser usados se houver interações entre compostos hidrofóbicos no aerossol e no modelo das vias aéreas devem ser melhorados (exemplo: PDMS). A título de exemplo adicional, os materiais hidrofílicos podem ser usados se as interações entre os compostos hidrofílicos no aeros- sol e no modelo das vias aéreas forem aumentadas.

Os exemplos in- cluem hidrogéis - como PVME ou PNVC ou uma combinação dos mesmos.

A título de exemplo adicional, os materiais anfifílicos podem ser usados se as interações entre os compostos hidrofóbicos e hidro- fóbicos no aerossol e no modelo das vias aéreas forem aumentadas.

À anfifiicidade pode, por exemplo, ser alcançada revestindo as superfí- cies com surfactantes.

Além disso, a hidrofilia, a hidrofobicidade e as propriedades de absorção da estrutura das vias aéreas 1 podem ser moduladas pelo revestimento das superfícies do canal interno com materiais adequados (por exemplo, hidrogéis, ceras ou proteínas ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos). Por exemplo, o reves- timento com meio de cultura de células contendo hidrogéis pode ser usado para fornecer uma superfície na qual as células podem ser cul- tivadas. A possibilidade de expor culturas de células a aerossóis de teste que passam pelo modelo das vias aéreas pode ser fornecida in- cluindo câmaras de exposição 8 dentro da estrutura (ver Figura 3). Tais câmaras de exposição 8 podem, por exemplo, ser formadas por alargamentos localizados dos canais 4 em uma dimensão (perpendicu- lar ao eixo do canal). Os alargamentos correspondem ao tamanho e forma de um ou mais (por exemplo, todos) dos módulos de cultura de células disponíveis 113, 213 que podem ser cultivados em pequenos volumes de hidrogéis fornecedores de nutrientes ou em estruturas mi- crofluídicas. As culturas de células e os hidrogéis podem estar presen- tes na ponta dos 'tampões de exposição' 9, que podem ser plugados na estrutura das vias aéreas 1, trazendo assim as culturas de células para as câmaras de exposição 8, em que a superfície da cultura de células está no plano da superfície interna da câmara de exposição 8.

[00222] “Uma abordagem análoga pode ser seguida se as sondas ou sensores forem inseridos nos canais das vias respiratórias 4, por exemplo: revestindo todos os canais 4 na estrutura completa das vias respiratórias 1 ou partes dela com hidrogéis que fornecem água e nu- trientes suficientes para as células que são cultivadas diretamente nos canais 4 da estrutura 1. Esta abordagem normalmente requer que a estrutura das vias respiratórias 1 consista ou compreenda um material altamente poroso que seja capaz de armazenar grandes volumes de meio de cultura; ou formando a estrutura 1 das vias respiratórias a par- tir de um material gelatinoso que fornece nutrientes e água.

[00223] Assim, em um aspecto adicional, é divulgado um ou mais (por exemplo, uma pluralidade) de canais ramificados que replicam um modelo de via aérea compreendendo um revestimento de meio de cul-

tura de células em pelo menos parte ou todos os canais ramificados para fornecer uma superfície na qual as células podem ser cultivadas. Adequadamente, o revestimento contém células. Em um aspecto adi- cional, é divulgado um ou mais (por exemplo, uma pluralidade) de ca- nais ramificados que replicam um modelo de via aérea compreenden- do um ou mais alargamentos nos canais contendo ou uma ou mais matrizes para células de cultura. Adequadamente, as matrizes contêm células.

Sistema

[00224] Em um aspecto adicional, é descrito um sistema 10 para determinar a interação entre uma atmosfera de teste e um trato respi- ratório simulado, o referido sistema compreendendo: (a) uma primeira bomba compreendendo: (i) uma câmara configurada para conter um primeiro volume de gás compreendendo uma atmosfera de teste; (ii) uma primeira porta adaptada para receber e enviar gás e que compre- ende uma válvula para regular o fluxo de gás através da primeira por- ta, a referida válvula sendo móvel entre as posições aberta e fechada, em que na posição aberta a referida válvula pode ser aberta em dire- ção a uma atmosfera de teste ou ar circundante; (iii) uma segunda por- ta adaptada para enviar e receber gás e que compreende uma válvula para regular o fluxo de gás através da segunda porta, a referida válvu- la sendo móvel entre as posições aberta e fechada; e (iv) um motor para controlar a operação da primeira bomba; (b) uma segunda bom- ba, conforme descrito neste documento, compreendendo: (i) uma câ- mara configurada para conter um segundo volume de gás, em que o primeiro e o segundo volumes de gás são diferentes; (ii) uma porta adaptada para receber e enviar gás; (iii) uma placa de pistão na câma- ra, a referida placa de pistão compreendendo uma ou mais aberturas para a captação ou entrada de gás na câmara em que uma ou mais, ou cada uma das aberturas incluem uma válvula que é móvel entre as posições aberta e fechada e é capaz de regular a captação ou entrada de gás; e (iv) um motor para controlar a operação da segunda bomba; (c) uma estrutura de conexão operável para transmitir o gás da primei- ra bomba para a segunda bomba; e (d) uma ou mais aberturas na pri- meira bomba ou na segunda bomba ou nas paredes da estrutura de conexão ou uma combinação de duas ou mais das mesmas, sendo as referidas aberturas capazes de receber um módulo para conter ou ar- mazenar uma matriz que compreende um meio de cultura de células e/ou pelo menos um microssensor para monitorar as condições na câmara ou para amostragem de gás ou para caracterização de gás.

[00225] O gás pode ser uma atmosfera de teste ou pode incluir uma atmosfera de teste.

[00226] A Figura4 ilustra um sistema 10 de acordo com uma moda- lidade da presente divulgação. O sistema 10 inclui pelo menos duas bombas 40, 80. As duas ou mais bombas 40, 80 estão conectadas umas às outras. Em certas modalidades, as duas ou mais bombas 40, 80 estão conectadas umas às outras por uma estrutura oca ramificada

50. Cada bomba 40, 80 pode ser operada por seu próprio motor indivi- dual 41, 81 ou duas ou mais bombas podem ser operadas pelo mesmo motor 41, 81, conforme necessário. O sistema completo 10 pode estar localizado em um invólucro climático 11 equipado com um termostato 12 para controlar a temperatura no invólucro 11. As câmaras das bombas 40, 80 podem ser configuradas para representar os volumes internos de compartimentos diferentes de um trato respiratório — tal como um trato respiratório humano ou animal. As mesmas podem ser configuradas para fornecer um volume de deslocamento pelo menos tão grande quanto a absorção de volume mais alcançável possível no respectivo compartimento do trato respiratório. Em particular, uma (primeira) bomba 40 pode representar o volume da cavidade oral e orofaríngea — como uma cavidade oral e orofaríngea humana ou ani-

mal. Outra segunda bomba 80 pode representar o volume do lúmen de pulmão ou partes deste — tal como o lúmen de lobos pulmonares indi- viduais ou subunidades menores, especialmente lúmen de pulmão humano ou animal ou partes deste. A estrutura de conexão oca ramifi- cada 50 pode representar as dimensões das vias aéreas de condução — tal como uma ou mais dentre a cavidade nasofaríngea, hipofaringe, laringe, traqueia, brônquio e estruturas brônquicas até os bronquíolos respiratórios, especialmente as vias aéreas de condução humanas ou animais. A estrutura de conexão oca ramificada 50 pode representar as dimensões das vias aéreas de condução — incluindo a cavidade na- sofaríngea, hipofaringe, laringe, traqueia, brônquio e estruturas brôn- quicas até os bronquíolos respiratórios. As dimensões, por exemplo, os diâmetros e comprimentos, bem como o padrão de ramificação das diferentes subpeças da estrutura de conexão 50 podem se assemelhar à árvore das vias aéreas de condução.

[00227] Conforme mostrado na Figura 4, a estrutura oca ramificada 50 pode ser conectada a uma abertura central 43, 83 na base 44, 84 da câmara 42, 82 de cada bomba 40, 80. Em certas modalidades, múl- tiplas aberturas, buracos ou soquetes 51 podem estar presentes na base 44, 84 da(s) câmara(s) 42, 82, que podem estar dispostas sime- tricamente ao redor da abertura central 43, 83. Diretamente na cone- xão entre a bomba 40 e a estrutura de conexão 50, uma válvula 44a pode ser usada para permitir a vedação da bomba 40 de todas as ou- tras peças do sistema.

[00228] A bomba 40 que representa a cavidade oral pode ter uma ou mais aberturas 43, através das quais a(s) atmosfera(s) de teste e diluição do ar podem sair da bomba 40 em direção à estrutura oca ra- mificada 50. O ponto de entrada e saída de uma atmosfera de teste 90 está tipicamente localizado na placa de pistão 45 da bomba 40, ade- quadamente no centro da mesma. O mesmo pode ser executado atra-

vés de um eixo de pistão oco 46, em cima do qual uma válvula 44a — tal como uma válvula de três vias pode estar presente. Nas modalida- des, a válvula 44a pode ser fechada ou aberta em direção a uma fonte de atmosfera de teste ou ar circundante. Uma matriz de uma ou mais (por exemplo, uma pluralidade) aberturas 47 através das quais o ar circundante pode entrar no sistema está disposta na placa de pistão 45, opcionalmente em uma disposição radial. Uma ou mais válvulas 48 (por exemplo, uma pluralidade) em uma ou mais, ou todas, dentre as aberturas podem ser usadas para permitir a abertura ou fechamento de uma ou mais dessas aberturas 47. Em certas modalidades, cada abertura 47 é controlada por uma válvula 48. Em certas modalidades, uma matriz de uma ou mais (por exemplo, uma pluralidade) aberturas através das quais o ar circundante pode entrar no sistema pode estar disposta na placa de pistão 84 da segunda bomba, opcionalmente em uma disposição radial. Uma ou mais válvulas (por exemplo, uma plura- lidade) podem ser usadas para permitir a abertura ou fechamento de uma ou mais dessas aberturas. Em certas modalidades, cada abertura é controlada por uma válvula. Em certas modalidades, uma matriz de uma ou mais (por exemplo, uma pluralidade) aberturas através das quais o ar circundante pode entrar no sistema pode estar disposta na placa de pistão da primeira e segunda bombas, opcionalmente em uma disposição radial. Vantajosamente, a estrutura oca ramificada 50 pode ser desconectada das bombas 40, 80. Vantajosamente, a estru- tura oca ramíificada 50 pode ser desmontada em suas peças primárias. Isso pode permitir o fácil acesso para colocar ou remover sistemas de teste e/ou para limpeza.

[00229] As bases 44, 84 das bombas 40, 80 podem ser removidas para colocar/remover sistemas de teste e para limpeza.

[00230] Na base 44, 84 de cada bomba 40, 80, bem como nas dife- rentes peças da estrutura de conexão 50, as aberturas, furos ou so-

quetes 51 — tais como aberturas rosqueadas ou não rosqueadas, furos rosqueados ou não rosqueados ou soquetes rosqueados ou não ros- queados 113, 213 - podem estar localizados na mesma. As aberturas, furos ou soquetes 51 podem estar localizados em várias posições — tal como nas bases 44, 84 de uma ou mais das bombas 40, 80, ou eles podem estar dispostos ao redor da abertura central 43, 83 ou na estru- tura oca ramificada 50 em várias localizações de escolha, apropriada- mente no lado inferior da estrutura oca ramificada 50 ou qualquer combinação destes.

[00231] As aberturas, furos ou soquetes 51 podem ser usados para permitir a montagem de vários módulos 112, 212 ou dispositivos nos mesmos que podem ser usados para monitorar a operação do sistema e/ou para conduzir experimentos e/ou para coletar amostras e afins. Exemplos de tais módulos 112, 212 ou dispositivos são mostra- dos na Figura 5 e Figura 6 e são descritos neste documento.

[00232] Vantajosamente, as bombas 40, 80 que são usadas no sis- tema 10, portanto, são capazes de funcionar não só para transportar as atmosferas de teste, mas as mesmas também podem funcionar como câmaras de exposição.

[00233] As Figuras 5 e 6 ilustram uma modalidade da divulgação na qual as aberturas, orifícios ou soquetes 51 estão na forma opcional de aberturas roscadas, orifícios ou soquetes 112, 212. A uma ou mais aberturas, furos ou soquetes 51 podem conter um ou mais módulos 112, 212. O uso da rosca facilita a inserção direta e substituição do(s) módulo (s) 112, 212. O uso de uma rosca nas aberturas, furos ou so- quetes 51 é opcional, visto que os módulos podem ser configurados para que possam ser plugados ou empurrados para as aberturas, fu- ros ou soquetes 51 em engate de vedação com os mesmos. Os módu- los podem ser um encaixe por pressão. O aperto pode ser alcançado através do uso de anéis em O e afins.

[00234] Os módulos 112, 212 que são usados podem ser adapta- dos para vários propósitos, dependendo dos requisitos do sistema que está sendo configurado. Por exemplo, os módulos 112, 212 podem ser adaptados para conter ou armazenar um meio de cultura de células ou para monitorar as condições na câmara 42, 82 ou para amostragem de gás ou líquido ou para caracterização de gás e afins. Os módulos 112, 212 podem estar localizados na base 44, 84 da primeira 40 e/ou se- gunda 80 bomba e/ou nas paredes da estrutura de conexão 50. Em uma modalidade particular, um ou mais módulos 112, 212 podem ser configurados para conter ou armazenar uma matriz compreendendo meio de cultura de células. De acordo com esta modalidade, o um ou mais módulos 112, 212 podem ser receptáculos capazes de conservar um líquido ou solução. O meio de cultura de células pode compreen- der ou estar em contato com uma cultura de células — tal como uma cultura de células bidimensional ou tridimensional. Em certas modali- dades, um ou mais módulos 113, 213 podem ser capazes de reter ou localizar pelo menos um microssensor, como uma alternativa ou em adição a uma matriz de meio de cultura celular. Em certas modalida- des, o(s) módulo(s) 113, 213 adaptado(s) para conter ou armazenar uma matriz compreendendo um meio de cultura de células e/ou pelo menos um microssensor compreendem ainda um canal microfluídico e, opcionalmente, uma bomba microfluídica conectada ao mesmo. Os módulos 113, 213 serão geralmente posicionados em um plano hori- zontal em uma ou mais dentre a primeira bomba 40 ou a segunda bomba 80 ou as paredes da estrutura de conexão 50.

[00235] “Como pode ser visto nas Figuras 5 e 6, as aberturas, orifí- cios ou soquetes 51 podem, opcionalmente, ser configurados para conter um orifício roscado ou soquete 112, 212. O furo ou soquete rosqueado 113, 213 pode incluir uma ou mais sondas 114, 214 de um ou mais dispositivos 116, 216. Tais dispositivos 116, 216 podem ser usados para monitorar as condições do sistema interno ou para carac- terização da atmosfera de teste ou para amostragem e semelhantes. À operação do(s) dispositivo(s) 116, 216 pode ser controlada por um computador 117, 217. O furo ou soquete rosqueado 113, 213 e/ou os módulos 112, 212 podem ser adaptados para uso como uma câmara de cultivo 115, 215 na qual os sistemas de teste biológico (por exem- plo, culturas de células organotípicas do epitélio do trato respiratório humano, conforme descrito neste documento), podem ser colocados para exposição à atmosfera de teste. As aberturas, furos ou soquetes rosqueados 113, 213 podem ser adaptados para conter agentes de captura em que a atmosfera de teste pode ser provada para análises. A amostragem do meio de cultura de células ou agente de captura du- rante a exposição à atmosfera de teste pode ser conseguida por vários meios - incluindo através do uso de um sistema de bomba microfluídi- ca 211 e/ou um ou mais microssensores. Os módulos 112, 212 man- tendo as microbalanças de cristal de quartzo (QCM, 219) podem ser usados. Os módulos 112, 212 nos quais as sondas 214, câmaras 215 ou QCMs 219 podem ser montados podem ser inseridos em qualquer câmara 42, 82 ou no interior da estrutura oca ramificada 50 do siste- ma. A operação da(s) QCM(s) 219 pode ser controlada por um compu- tador 220. O sistema 10 pode ser controlado completa ou parcialmente por um computador 13, conforme necessário. O sistema 10 pode ser parcial ou completamente automatizado.

[00236] O sistema 10 pode incluir uma ou mais (por exemplo, uma pluralidade de) primeiras bombas. O sistema 10 pode incluir uma ou mais (por exemplo, uma pluralidade de) segundas bombas. O sistema pode incluir uma ou mais (por exemplo, uma pluralidade de) primei- ras bombas e uma ou mais segundas bombas. Bombeamento

[00237] Em um aspecto adicional, é divulgada uma bomba - ade-

quadamente uma bomba de pistão - para deslocar um volume de gás que compreende um ou mais canais ramíificados internos à bomba, em que o(s) canal(is) ramificado(s) está(ão) conectado(s) a uma porta pa- ra receber e enviar o gás. A bomba pode ter uma parte externa e uma parte interna. Um ou mais canais ramificados podem ser internos à bomba. A porta pode ser localizada na bomba. A bomba pode incluir a porta. A porta pode ser localizada interna ou externamente da bomba. Adequadamente, o(s) canal(is) ramificado(s) estão contidos na estrutu- ra perfurada aqui descrita. Adequadamente, o(s) canal(is) ramifica- do(s) replica(m) um modelo de vias aéreas. Adequadamente, a bomba compreende uma câmara configurada para conter um volume de gás e que compreende uma base e uma ou mais aberturas capazes de re- ceber um ou mais módulos para conter uma matriz que compreende um meio de cultura de células e/ou pelo menos um microssensor para monitorar as condições em da câmara ou para amostragem de gás ou para caracterização de gás. Adequadamente, a bomba compreende ain- da um motor para controlar a operação da bomba. Como discutido aci- ma, a estrutura ramificada pode seguir os padrões de ramificação das vias aéreas humanas ou animais e pode ser baseada em moldes das vias aéreas ou em modelos 3D digitais obtidos usando tomografia ou tecnologias semelhantes. A bomba pode corresponder substancial- mente à segunda bomba, conforme descrito neste documento abaixo.

[00238] Um sistema para determinar a interação entre uma atmos- fera de teste e um trato respiratório simulado compreendendo a bomba também é contemplado. O uso da bomba em um sistema para deter- minar a interação entre uma atmosfera de teste e um trato respiratório simulado também é contemplado.

[00239] Um método para cultivar uma célula na bomba também é contemplado. O uso da bomba para a cultura de uma célula também é divulgado.

Primeira bomba

[00240] Em outro aspecto, é divulgada uma bomba - adequadamen- te uma bomba de pistão - para deslocar um volume de gás que com- preende: (i) uma câmara configurada para conter um volume de gás e que compreende uma base e uma ou mais aberturas capazes de re- ceber um módulo para contendo ou armazenando um meio de cultura de células ou para monitorar as condições na câmara ou para amos- tragem de gás ou para caracterização de gás; (ii) uma primeira porta para receber e enviar o gás, quando contido na câmara, e que com- preende uma primeira válvula para regular o fluxo de gás através da primeira porta, a referida primeira válvula sendo móvel entre as posi- ções aberta e fechada, em que na posicionar a referida válvula pode ser aberta em direção a uma atmosfera de teste ou ar circundante; (iii) uma segunda porta para saída e recepção de gás, quando contida na câmara, e compreendendo uma segunda válvula para regular o fluxo de gás através da segunda porta, a referida válvula sendo móvel entre as posições aberta e fechada; e (iv) uma placa de pistão na câmara, a referida placa de pistão compreendendo uma ou mais aberturas para a captação ou entrada de gás na câmara em que uma ou mais, ou cada uma das aberturas incluem uma válvula que é móvel entre as posições aberta e fechada e é capaz de regular a captação ou entrada de gás.

[00241] “Também é divulgada uma bomba para deslocar um volume de gás que compreende: (i) uma câmara configurada para conter um volume de gás e contendo uma placa de pistão compreendendo uma ou mais aberturas para a absorção ou influxo de gás na câmara, em que uma ou mais, ou cada uma, das aberturas inclui uma válvula que é móvel entre as posições aberta e fechada e é capaz de regular a ab- sorção ou influxo de gás; (ii) uma primeira porta para receber e com- preendendo uma primeira válvula para regular o fluxo de gás através da primeira porta, em que a referida primeira válvula é móvel entre as posições aberta e fechada; e (iii) uma segunda porta para emitir gás, quando contido na câmara, e compreendendo uma segunda válvula para regular o fluxo de gás através da segunda porta, em que a referi- da válvula é móvel entre as posições aberta e fechada.

[00242] “Conforme mostrado na Figura 4, o sistema 10 pode conter a primeira bomba 40 para deslocar um volume de gás. A primeira bomba 40 é divulgada neste documento como um aspecto separado da presente divulgação e seu uso não se limita ao uso no sistema 10 descrito neste documento.

[00243] A primeira bomba pode ser uma bomba primária, assim chamada devido à sua localização no sistema como o ponto de entra- da para um gás. Compreende uma câmara 42 (por exemplo, um cilin- dro) configurada para conter um volume de gás e compreende uma base 44 e uma ou mais aberturas 43 capazes de receber um módulo - tal como um módulo roscado ou não roscado 113, 213 em um orifício ou soquete 112, 212 como mostrado nas Figuras 5 e 6 e como aqui descrito. A mesma também contém uma primeira porta 90 para rece- ber e emitir o gás, quando contido na câmara 42, e compreende uma primeira válvula 44a — tal como uma válvula de três vias para regular o fluxo de gás através da primeira porta 90, em que a referida primeira válvula 44a é móvel entre as posições aberta e fechada, em que na posição aberta a válvula 44a pode ser aberta em direção a uma at- mosfera de teste ou ao ar circundante. A mesma também contém uma segunda porta 43 para emitir e receber gás, quando contido na câmara

42. Apropriadamente, a segunda porta 43 é configurada como uma abertura. Na conexão entre a primeira bomba 40 e a estrutura de co- nexão 50, uma segunda válvula 49 na localização da segunda porta 43 permite a vedação da bomba 40 de outras peças do sistema. A se- gunda válvula 49 pode ser usada para regular o fluxo de gás através da segunda porta 43, em que a referida segunda válvula 49 é móvel entre as posições aberta e fechada. Conforme pode ser visto na Figura 4, a bomba 40 pode ser uma bomba de pistão que compreende uma placa de pistão 45. Uma ou mais dentre as aberturas, furos ou soque- tes 51 na câmara 42 podem ser rosqueados 112, 212 ou não rosquea- dos. Uma ou mais dentre as aberturas, furos ou soquetes 51 na câma- ra 42 podem incluir um módulo 113, 213 — tal como um módulo ros- queado ou não rosqueado 113, 213, conforme discutido neste docu- mento. A bomba 40 compreende adicionalmente um motor 41 para controlar a operação da bomba. A pressão de bombeamento do motor 41 pode corresponder à pressão atmosférica ou a mesma pode estar acima ou abaixo da pressão atmosférica conforme exigido. Em certas modalidades, a pressão de bombeamento do motor 41 pode estar acima ou abaixo da pressão atmosférica para deslocar uma atmosfera de teste. O volume de deslocamento da bomba 40 pode ser entre cer- ca de O e 100 ml ou entre cerca de 1 e 100 ml. A câmara 42 da bomba 40 pode ter um volume de até cerca de 100 ml. A bomba 40 pode ser fabricada a partir de vários materiais que são conhecidos na técnica — tal como o aço inoxidável. Apropriadamente, a câmara 42 é um cilin- dro. Apropriadamente, a câmara 42 pode ser feita de vidro. A placa de pistão 45 da bomba 40 compreende uma ou mais aberturas 47 para a absorção ou influxo de gás. A uma ou mais das aberturas 47 incluem uma válvula 48 que é móvel entre as posições aberta e fechada e é capaz de regular a absorção ou influxo de gás.

[00244] “Conforme também mostrado na Figura 4, a bomba 40 pode ser uma bomba de pistão para deslocar um volume de gás. A bomba de pistão compreende uma câmara 42 (por exemplo, um cilindro — tal como um cilindro de vidro) configurada para conter um volume de gás e contendo uma placa de pistão 45 compreendendo uma ou mais aberturas 47 para a absorção ou influxo de gás na câmara 42. Uma ou mais das aberturas 47 ou cada uma das aberturas 47 compreende uma válvula 48 para regular a absorção ou influxo de gás através das aberturas 47.

[00245] — Pode incluir uma primeira porta 90 para receber o gás e uma primeira válvula 44a - como uma válvula de três vias - para regu- lar o fluxo de gás através da primeira porta 90. A primeira válvula 44a é móvel entre posições aberta e fechada. A mesma também inclui uma segunda porta 43 para emitir o gás, quando contido na câmara 42, em que a segunda porta 43 compreende adicionalmente uma segunda válvula para regular o fluxo de gás através da segunda porta 43, em que a referida válvula é móvel entre as posições aberta e fechada. À câmara 42 pode incluir uma base 44a e mais uma abertura 43. A base pode incluir adicionalmente uma ou mais aberturas, furos ou soquetes 51 que podem ser rosqueados 119 ou não rosqueados e/ou podem incluir um módulo 113, 213, conforme discutido neste documento. Uma estrutura de conexão 50 — tal como uma estrutura de conexão oca - pode ser unida à segunda porta 43. A bomba 40 pode incluir adicio- nalmente um motor 41 em que a pressão de bombeamento corres- ponde à pressão atmosférica ou acima ou abaixo da pressão atmosfé- rica. O volume de deslocamento da bomba 40 pode ser entre cerca de O e 100 ml ou entre cerca de 1 e 100 ml. A câmara 42 da bomba 40 pode ter um volume de cerca de 100 ml.

[00246] Um sistema que compreende duas ou mais primeiras bom- bas é contemplado. O uso das duas ou mais primeiras bombas em um sistema para determinar a interação entre uma atmosfera de teste e um trato respiratório simulado também é contemplado.

[00247] Um método para cultivar uma célula na primeira bomba também é contemplado. O uso da primeira bomba para cultivar uma célula também é divulgado. Segunda bomba

[00248] Em outro aspecto, é divulgada uma bomba - adequadamen-

te uma bomba de pistão - que compreende (i) uma câmara configura- da para conter um volume de gás e que compreende uma base e uma ou mais aberturas capazes de receber um ou mais módulos para con- ter uma matriz que compreende um meio de cultura de células e/ou pelo menos um microssensor para monitorar as condições na câmara ou para amostragem de gás ou para caracterização de gás; (ii) uma porta para receber e enviar o gás; e (iii) um ou mais canais ramificados localizados no porto. O(s) canal(is) ramificado(s) podem estar contidos na estrutura perfurada conforme descrito neste documento.

[00249] “Como mostrado na Figura 4, um sistema de trato respirató- rio simulado 10 descrito aqui abaixo pode conter uma bomba 80 para deslocar um volume de gás compreendendo uma câmara 82 - tal co- mo um cilindro - configurada para conter um volume de gás, a referida câmara 82 compreendendo uma base 84 e um ou mais módulos 113, 213 para conter ou armazenar uma matriz compreendendo um meio de cultura de células e/ou pelo menos um microssensor para monitorar as condições na câmara 82 ou para amostragem de gás ou para ca- racterização de gás e semelhantes. A bomba 80 pode ser uma bomba secundária.

[00250] A bomba 80 é divulgada neste documento como um aspec- to separado da presente divulgação e seu uso não está limitado ao uso no sistema 10 descrito neste documento.

[00251] A bomba 80 inclui ainda uma porta 83 operável para rece- ber e enviar o gás para dentro da qual uma estrutura perfurada 1, con- forme descrito neste documento, pode ser encaixada.

[00252] Como mostrado na Figura 4, a bomba 80 pode ser uma bomba de pistão que compreende uma placa de pistão 83. A placa de pistão 83 pode ser livre de quaisquer aberturas ou orifícios. Os módu- los 113, 213 — tais como módulos rosqueados ou não rosqueados 113, 213, conforme discutido neste documento - podem estar localizados na base 84 da câmara 82. Uma estrutura de conexão 50 — tal como uma estrutura de conexão oca - pode ser unida à porta 83. A bomba 80 compreende ainda um motor 81. A pressão de bombeamento da bomba 80 geralmente corresponderá à pressão atmosférica ou acima ou abaixo da pressão atmosférica. O volume de deslocamento da bomba 80 pode estar entre cerca de O e cerca de 1000 ml ou entre cerca de O e cerca de 4000 ml ou entre cerca de 1 e cerca de 1000 ml ou entre cerca de 1 e cerca de 4000 ml. O volume da câmara 82 pode representar o volume do lúmen pulmonar ou uma parte deste. Em cer- tas modalidades, uma matriz de uma ou mais (por exemplo, uma plu- ralidade) aberturas através das quais o ar circundante pode entrar no sistema pode estar disposta na placa de pistão 84, opcionalmente em uma disposição radial. Uma ou mais válvulas (por exemplo, uma plura- lidade) podem ser usadas para permitir a abertura ou fechamento de uma ou mais dessas aberturas. Em certas modalidades, cada abertura é controlada por uma válvula.

[00253] Um sistema compreendendo duas ou mais bombas 80 aqui descritas é contemplado. O uso de duas ou mais bombas 80 em um sistema para determinar a interação entre uma atmosfera de teste e um trato respiratório simulado também é contemplado.

[00254] Um método para cultivar uma célula na bomba 80 aqui des- crita também é contemplado. O uso da bomba 80 para a cultura de uma célula também é divulgado. Estrutura de conexão

[00255] Uma estrutura de conexão operável para transmitir ou transportar um gás entre duas ou mais bombas também é divulgada. À estrutura de conexão pode ser um tubo ou um tubo ou um cano ou afins através do qual um gás pode ser conduzido ou transportado. À estrutura de conexão pode ser adaptada para conectar pelo menos duas bombas para transmitir ou transportar um gás entre as mesmas.

A estrutura de conexão pode se unir a uma primeira bomba na segun- da porta da primeira bomba descrita neste documento e na porta da segunda bomba descrita neste documento. A estrutura de conexão pode incluir um canal oco e uma ou mais aberturas — tais como abertu- ras rosqueadas ou não rosqueadas - nas paredes da estrutura de co- nexão. A estrutura de conexão pode ser usada nos sistemas e méto- dos descritos neste documento. O sistema pode incluir uma estrutura de conexão adaptada para a unir pelo menos duas bombas para transmitir um gás lá entre as mesmas.

[00256] Uma modalidade da estrutura de conexão 50 é mostrada na Figura 4. A estrutura de conexão compreenderá geralmente um canal oco. O mesmo será geralmente ramificado. Nas modalidades, cada ramificação terminal da estrutura de conexão pode ser unida às bom- bas separadas 40, 80 quando está contida em um sistema. A estrutura de conexão 50 uma ou mais aberturas - especialmente aberturas ros- queadas ou não rosqueadas - nas paredes da estrutura de conexão. As aberturas rosqueadas ou não rosqueadas podem conter um módu- lo 112, 212. O módulo 112, 212 pode ser adaptado para conter um meio de cultura e/ou monitorar as condições de sistema e/ou para amostragem de gás e/ou para caracterização de gás, conforme discu- tido neste documento. A estrutura de conexão pode, em determinadas modalidades, ser ramificada com duas ou mais ramificações. Cada ramificação terminal da estrutura de conexão pode ser unida a uma bomba separada. A estrutura de conexão pode representar o volume das vias aéreas de condução do pulmão. A estrutura de conexão 50 pode ser feita de vários materiais. Em certas modalidades, o uso de aço inoxidável é preferencial.

[00257] Um método para cultivar uma célula que compreende a es- trutura de conexão também é contemplado. O uso da estrutura de co- nexão para a cultivar uma célula também é divulgado.

Operação e função do sistema

[00258] O sistema pode ser controlado completa ou parcialmente por um computador, conforme necessário. Isso pode permitir a opera- ção sincronizada de algumas ou todas as bombas e válvulas. Isso po- de permitir a operação sincronizada de alguns ou de todos os elemen- tos do sistema. O computador pode ser usado para definir o compri- mento do curso de uma ou mais das bombas e/ou a velocidade do curso de uma ou mais das bombas. O computador pode ser usado pa- ra controlar a temperatura do sistema.

[00259] A operação de uma modalidade do sistema 10, conforme ilustrado na Figura 4, será agora descrita. Em estado de repouso, o pistão da primeira bomba 40 está em uma posição de curso de desci- da, a posição da segunda bomba 80 está em uma posição para reter um volume definido de gás na câmara 82 e as válvulas 48, 49 estão fechadas. Uma atmosfera de teste é levada à bomba 40, que pode re- presentar a cavidade oral. Este influxo pode ser acionado pela bomba 40 e pode entrar na câmara 42 por meio do eixo de pistão oco 46. O eixo de pistão oco 46 pode ser conectado diretamente à fonte de at- mosfera de teste. Uma vez que a bomba 40 tenha completado o curso de subida, a válvula 44a, que pode ser uma válvula de três vias na abertura central em cima do eixo de pistão oco 46 fecha, e as válvulas 48 que regulam o influxo do ar circundante através das aberturas 47 na placa de pistão 45 e a válvula 49 na entrada para a estrutura de conexão 50 abrem.

[00260] A atmosfera de teste é retirada da câmara 42, que pode representar a cavidade oral através da estrutura de conexão 50, que pode representar as vias aéreas de condução. Isto pode ser conduzido pelo curso de subida da segunda bomba 80 que pode representar o lúmen pulmonar ou partes do mesmo. Como o volume total de deslo- camento da segunda bomba 80 pode ser um múltiplo do volume da bomba 40, a câmara 42 da bomba 40, bem como pelo menos partes da estrutura de conexão 50 podem ser preenchidas com o ar circun- dante, que pode entrar na primeira bomba 40 através das aberturas 47 na placa de pistão 45.

[00261] Na primeira bomba 40, a válvula 44a em cima do eixo de pistão 46 pode abrir em direção aos arredores. As válvulas 48 na placa de pistão 45 pode fechar e a bomba 40 realiza um curso de descida. Em sua posição de curso de descida, esta bomba 40 pode formar uma conexão vedada entre o eixo de pistão oco 46 e a abertura 43 na base

44. A conexão vedada pode ser alcançada por meio de uma gaxeta

53. A gaxeta 53 pode estar localizada na base 44 ou na placa de pis- tão 45. Depois de um "tempo de retenção da respiração" definido, a segunda bomba 80 pode então realizar um curso de descida, deslo- cando assim a atmosfera de teste através da estrutura de conexão 50 e através do eixo de pistão 46 da primeira bomba 40, diretamente aos arredores. Com a bomba 40 permanecendo em sua posição de curso de descida e a válvula 44a permanecendo aberta em direção aos ar- redores, a(s) segunda(s) bomba(s) 80 pode(m) realizar um ou mais (por exemplo, vários) ciclos de respiração de ar circundante antes que a válvula 44a se abra novamente em direção à fonte de atmosfera de teste e o próximo ciclo de inalação da atmosfera de teste comece.

[00262] Em um aspecto adicional, é fornecido um método de com- preender: (a) fornecer uma bomba -— tal como a primeira bomba descri- ta neste documento - compreendendo uma câmara; (b) retirar um gás — tal como uma atmosfera de teste - da bomba em uma estrutura de conexão que une a bomba a uma bomba adicional — tal como a se- gunda bomba descrita neste documento; (c) preencher a bomba forne- cida na etapa (a) e pelo menos de uma porção da estrutura de cone- xão com o ar circundante; (d) manter o gás na bomba adicional e na estrutura de conexão por um período de tempo definido; (e) deslocar o gás na estrutura de conexão e na bomba fornecida na etapa (a) usan- do a bomba adicional; e (f) realizar um ou mais ciclos de bombeamen- to do ar circundante na bomba adicional.

[00263] Em um aspecto adicional, é fornecido um método compre- endendo: (a) fornecer um gás — tal como uma atmosfera de teste - a uma câmara de uma bomba -— tal como a primeira bomba descrita nes- te documento; (b) retirar o gás da bomba descrita na etapa (a) em uma estrutura de conexão que une a bomba a uma bomba adicional — tal como a segunda bomba descrita neste documento; (c) preenchimento da bomba da etapa (a) e pelo menos de uma porção da estrutura de conexão com o ar circundante; (d) manter o gás na bomba adicional e na estrutura de conexão por um período de tempo definido; (e) deslo- car o gás através da estrutura de conexão e na bomba da etapa (a) usando a bomba adicional; e (f) realizar um ou mais ciclos de bombe- amento do ar circundante na bomba adicional. Geração de atmosfera de teste

[00264] As atmosferas de teste — tais como aerossóis - a serem es- tudadas usando o sistema 10 e métodos divulgados podem ser gera- das através de vários meios. Para muitas aplicações, por exemplo, pa- ra testar produtos de tabaco ou inaladores médicos comuns e afins, a geração de atmosfera de teste pode ser acionada pelo próprio siste- ma, ou seja, as bombas primárias ou secundárias em si geram a pres- são negativa necessária para geração e extração do aerossol de teste, o que significa que o uso de geradores de aerossol/máquinas para fu- mar não é vantajosamente necessário.

[00265] A atmosfera de teste pode ser uma amostra ambiental de gases ou aerossóis, por exemplo, para monitorar a qualidade do ar do cômodo, exposições ocupacionais ou poluição ambiental nas proximi- dades de locais industriais. Neste caso particular, a atmosfera de teste não é gerada, mas provada pela ação do sistema.

[00266] A atmosfera de teste pode ser um aerossol — tal como fu- maça ou pode ser derivado da fumaça. Conforme usado neste documen- to, o termo 'fumar' é usado para descrever um tipo de aerossol que é produzido por artigos para fumar, tais como cigarros, ou pela combustão um material formador de aerossol. A fumaça inclui vários agentes, que podem ser fornecidos como compostos individuais para estudo, se ne- cessário. Exemplos de tais agentes incluem matérias particuladas secas sem nicotina, monóxido de carbono, formaldeído, acetaldeído, acetona, acrolein, propionaldeído, crotonaldeído, metil-etil cetona, butiraldeído, benzo[a]pireno, fenol, m-cresol, o-cresol, p-cresol, catecol, resorcinol, hidroquinona, 1,3-butadieno, isopreno, acrilonitrila, benzeno, tolueno, piridina, quinolina, estireno, N'-nitrosonornicotina (NNN), N'-nitrosoana- tabina (NAT), N'-nitrosoanabasina (NAB), 4-(metilnitrosamino)-1-(3- piridil)-1-butanona (NNK), 1-aminonaftaleno, 2-aminonaftaleno, 3-ami- nobifenil, 4-aminobifenil, monóxido de nitrogênio (NO), óxido nitroso (NOx), ácido cianídrico, amônia, arsênico, cádmio, cromo, chumbo, níquel, selênio e mercúrio.

[00267] “Quando o aerossol é fumaça, o sistema 10 pode, opcional- mente, ser conectado a uma máquina para fumar. Apropriadamente, a máquina para fumar retém e acende cigarros com as bombas forneci- das pelo sistema ou bombas da presente divulgação. Um número defi- nido de tragadas por cigarro e um número definido de tragadas por minuto de exposição podem ser usados e o número de cigarros variou para se ajustar aos tempos de exposição. Os cigarros de referência — tais como os cigarros de referência 3R4F - podem ser usados como fonte da fumaça e fumados na máquina para fumar em conformidade básica com o regime de tabagismo da International Organization for Standardization (ISO 2000).

[00268] O uso de uma atmosfera de controle também é contempla- do - tal como uma atmosfera que não contém a atmosfera de teste. O uso da atmosfera de controle pode ajudar a determinar o efeito da at- mosfera de teste em comparação com a atmosfera de controle.

[00269] O sistema 10 pode ser conectado a uma máquina para fu- mar por meio de um conduíte apropriado, que fornece um trajeto do fluxo para a fumaça ao sistema 10. A fumaça pode ser transferida através do conduíte com ou sem um gás de transporte, tal como o ar. Quando um gás de transporte é usado, o conduíte compreende prefe- rencialmente uma entrada para a introdução do gás de transporte no conduíte, para misturar-se com a corrente de fumaça. O conduíte pode incluir pelo menos uma entrada para a introdução ou injeção de uma referência padrão no sistema 10)- tal como a nicotina - por propósitos de calibração. O fluxo de fumaça geralmente será controlado pelo sis- tema ou bombas da presente divulgação.

[00270] A máquina para fumar pode ser uma máquina para fumar linear ou rotativa. Apropriadamente, a máquina para fumar é operada para fumar uma pluralidade de artigos para fumar simultaneamente, de modo que a fumaça cumulativa da pluralidade de artigos para fumar possa ser coletada e analisada. As máquinas para fumar apropriadas para uso na presente divulgação são bem conhecidas à pessoa versa- da na técnica.

[00271] O sistema 10 e o método descrito neste documento podem ser usados para realizar uma análise da fumaça de corrente principal gerada por um artigo para fumar durante o teste de fumo. A "fumaça de corrente principal" refere-se à fumaça que é puxada através do arti- go para fumar e que seria inalada pelo consumidor durante o uso.

[00272] A atmosfera de teste pode ser de um "dispositivo gerador de aerossol", que é um dispositivo que interage com um substrato for- mador de aerossol para gerar um aerossol. Um exemplo de aerossol é fumaça. O substrato formador de aerossol pode ser parte de um artigo gerador de aerossol. Um dispositivo gerador de aerossol pode incluir um ou mais componentes adequados para gerar um aerossol a partir de um substrato gerador de aerossol. Um dispositivo gerador de ae- rossol pode ser um dispositivo gerador de aerossol aquecido eletrica- mente, que é um dispositivo gerador de aerossol que compreende um aquecedor que é operado por potência elétrica para aquecer um subs- trato formador de aerossol de um artigo gerador de aerossol para ge- rar um aerossol. O dispositivo gerador de aerossol pode ser um dispo- sitivo gerador de aerossol aquecido a gás, um dispositivo aquecido por uma fonte de calor carbonáceo, outra reação química exotérmica ou um dissipador de calor. Outros meios adequados para gerar um ae- rossol são bem conhecidos na técnica. Um dispositivo gerador de ae- rossol pode ser um dispositivo que interage com um substrato forma- dor de aerossol de um artigo gerador de aerossol para gerar um ae- rossol que seja diretamente inalável nos pulmões de um usuário atra- vés da boca do usuário.

[00273] Outro exemplo de um "dispositivo gerador de aerossol" é um dispositivo de inalação (inalador) que geralmente é usado para administrar um aerossol contendo um ingrediente ativo — tal como um composto medicamente ativo. Tais dispositivos de inalação são geral- mente usados para a administração de medicamentos aerossolizados para o trato respiratório. Os mesmos podem ser usados para o trata- mento de doenças respiratórias e outras doenças. Esses inaladores são bem conhecidos na técnica e são geralmente do tipo medido pres- surizado, do tipo de pó seco ou do tipo nebulizador. Geralmente, o medicamento está na forma de uma formulação pressurizada conten- do partículas finas de um ou mais compostos medicinais suspensos em um propulsor liquefeito, ou uma solução de um ou mais compostos dissolvidos em um sistema propulsor/co-solvente. Tais formulações são bem conhecidas na técnica.

[00274] Conforme usado neste documento, o termo 'substrato for-

mador de aerossol' se refere a um substrato capaz de liberar compos- tos voláteis que podem formar um aerossol. Tais compostos voláteis podem ser liberados pelo aquecimento do substrato formador de ae- rossol. Um substrato formador de aerossol pode ser adsorvido, reves- tido, impregnado ou carregado em um transportador ou suporte. O substrato formador de aerossol pode, convenientemente, ser parte de um artigo gerador de aerossol ou de um artigo para fumar. Em deter- minadas aplicações, o substrato formador de aerossol está contido em um artigo gerador de aerossol, por exemplo, um artigo gerador de ae- rossol com forma de coluna, tal como um artigo gerador de aerossol aquecido ou cigarro aquecido. O artigo gerador de aerossol é de ta- manho e formato adequados para engatar com o dispositivo gerador de aerossol, de modo que coloque o substrato formador de aerossol em contato com o aquecedor.

[00275] Um substrato formador de aerossol pode compreender compostos ativos medicamente - tais como agentes antibióticos ou an- ti-inflamatórios que podem ser administrados a um paciente por meio do trato respiratório. Inúmeros dispositivos de inalação médica (inala- dores) são conhecidos e rotineiramente prescritos para tratar várias doenças relacionadas ao trato respiratório e não respiratórios.

[00276] Um substrato formador de aerossol pode compreender ni- cotina. Um substrato formador de aerossol pode compreender tabaco. O substrato formador de aerossol pode compreender, por exemplo, um material contendo tabaco contendo compostos voláteis com sabor de tabaco, que são liberados do substrato formador de aerossol após aquecimento. Em certas modalidades, um substrato formador de ae- rossol pode compreender material de tabaco homogeneizado, por exemplo, tabaco reconstituído. Conforme usado neste documento, o "material de tabaco homogeneizado" se refere ao material formado pelo aglomerado de tabaco em partículas. O tabaco homogeneizado pode estar na forma de uma folha. O material de tabaco homogenei- zado pode ter um teor de formador de aerossol superior a 5% em peso seco. Alternativamente, o material de tabaco homogeneizado pode ter um teor de formador de aerossol entre 5% e 30% em peso com base no peso seco. As folhas de material de tabaco homogeneizado podem ser formadas por um aglomerado de partículas de tabaco obtidas por moagem, ou outra forma de trituração, das lâminas e dos caules da folha de tabaco. Alternativa ou adicionalmente, as folhas do material de tabaco homogeneizado podem conter um ou mais dentre pó de ta- baco, resíduos de tabaco e outros subprodutos de tabaco em partícu- las formadas durante, por exemplo, o tratamento, manuseio e envio do tabaco. Folhas de material de tabaco homogeneizado podem compre- ender um ou mais aglutinantes intrínsecos, ou seja, aglutinantes endó- genos de tabaco, um ou mais aglutinantes extrínsecos, ou seja, agluti- nantes exógenos de tabaco, ou uma combinação deles, a fim de aju- dar a aglomerar as partículas de tabaco; alternativamente ou adicio- nalmente, as folhas de material de tabaco homogeneizado podem con- ter outros aditivos incluindo, mas sem limitação, fibras de tabaco e sem tabaco, formadores de aerossol, umectantes, plastificantes, aro- matizantes, preenchedores, solventes aquosos e não aquosos e com- binações destes.

Culturas de células

[00277] As culturas de células para uso na presente divulgação in- cluem culturas de células bidimensionais e tridimensionais. Conforme descrito neste documento, a cultura de células será, no geral, contida ou cultivada no um ou mais módulos de uma ou mais bombas e/ou es- trutura de conexão. A cultura de células pode ser exposta a uma at- mosfera de teste, de modo que o efeito da atmosfera de teste na cultu- ra de células possa ser determinado. Apropriadamente, duas ou mais culturas de células estarão localizadas em diferentes posições ao re-

dor da uma ou mais bombas e/ou da estrutura de conexão e/ou do sis- tema, de modo que o efeito da atmosfera de teste nas culturas de cé- lulas nessas diferentes localizações — que imitam o trato respiratório — possa ser determinado.

As culturas de células bidimensionais envol- vem o crescimento de células em camadas planas em superfícies plásticas, o que permite o estudo de vários aspectos da fisiologia celu- lar e respostas a estímulos — tal como atmosfera(s) de teste, mas as mesmas não refletem a verdadeira estrutura e arquitetura de um ór- gão.

Em monocamadas bidimensionais, a matriz extracelular, as inte- rações célula-célula e célula-matriz, que são essenciais para a dife- renciação, proliferação e funções celulares, são perdidas.

Os sistemas de cultura tridimensional podem formar um tecido funcional com recur- sos semelhantes àqueles observados in vivo.

Em comparação com os sistemas de cultura em 2 dimensões, a cultura celular em 3 dimensões permite que as células interajam com seus arredores em todas as três dimensões e sejam mais relevantes fisiologicamente.

Tais células po- dem mostrar melhorias na viabilidade, proliferação, diferenciação, mor- fologia, resposta a estímulos, metabolismo de fármacos, expressão gênica e síntese de proteínas e afins.

A cultura celular em 3 dimen- sões pode produzir estruturas específicas tipo tecido e imitar as fun- ções e respostas de tecidos verdadeiros de uma maneira que seja mais relevante fisiologicamente do que as monocamadas de células em 2 dimensões tradicionais.

Vários tecidos em 3 dimensões que imi- tam órgãos humanos estão disponíveis comercialmente.

Os tecidos organotípicos tridimensionais do pulmão, que são de interesse especí- fico no contexto da presente divulgação, podem ser preparados usan- do células humanas primárias cultivadas em uma interface ar-líquido (air-liquid interface - ALI), onde essas células diferenciarão e formarão um tecido funcional.

Esses tecidos em 3 dimensões têm estreita seme- lhança morfológica e características metabólicas com tecidos brônqui-

cos humanos. Os mesmos são compostos por células basais, calici- formes e ciliadas dispostas em uma estrutura pseudoestratificada. Semelhante ao pulmão, os cílios com batimento ativo estão presentes, permitindo o estudo de sua função e atividade. Níveis semelhantes de enzima xenobiótica decodificadora de mMRNA foram encontrados nes- sas culturas de ALI tridimensionais em comparação com os pulmões humanos. Ademais, estes tecidos podem ser mantidos in vitro por um longo período de tempo. Este modelo tridimensional do tecido pulmo- nar é um modelo apropriado para explorar os efeitos das atmosferas de teste e afins, de acordo com a presente divulgação.

[00278] O termo "cultura de células tridimensionais" inclui qualquer método que forneça a cultura de uma célula em três dimensões, com ou sem o uso de uma matriz ou esqueleto. Uma série de diferentes métodos de cultura de células tridimensionais foram desenvolvidos, incluindo culturas esferoides e culturas organotípicas. Esferoides

[00279] O termo "esferoide" assume o significado, conforme nor- malmente entendido na técnica, que é uma única célula que se divide em uma bola de células em 3 dimensões, ou uma agregação de múlti- plas células em 3 dimensões, com ou sem o uso de uma matriz ou es- queleto para suporte no crescimento de células em 3 dimensões den- tro do esferoide. O esferoide tridimensional pode ser um esferoide aderente ou um esferoide cultivado em suspensão. Vários sistemas diferentes para cultivar esferoides para o uso na presente divulgação estão disponíveis, incluindo esferoides cultivados como agregados, por exemplo, em placas de nanocultura, em cultura de suspensão, em géis, em plástico revestido com poli-HEMA, por meio da encapsulação de células ou como agregados por meio de um sistema de gotículas suspensas. Outros métodos incluem o uso de frascos de centrifuga- ção, sistemas de rotação, métodos de placa côncava e sobreposição de líquido. Os biorreatores também podem ser adaptados para uso na cultura de células esferoides tridimensionais. Em uma modalidade, o método usado é o sistema de gotículas suspensas — tal como o Gravi- tyPLUS Hanging Drop System (InSphero). Este método envolve o uso do GravityTRAP ULA Plate que é uma placa de microtitulação revesti- da não adesiva projetada para a produção de esferoides. A maturação de esferoide geralmente ocorre dentro de 2 a 5 dias após a semeadu- ra, dependendo do tipo de célula e das condições de cultura. Apropri- adamente, os esferoides são cultivados em um volume de 100 ul ou mais, ou 200 ul ou mais, ou 300 ul ou mais. Apropriadamente, os esfe- roides são cultivados em microplacas de esferoides Corningº.

[00280] As matrizes ou esqueleto da cultura de células tridimensio- nal podem ser usados para a cultura esferoide. Esses são muitas ve- zes substratos porosos que podem suportar o diferenciação e cresci- mento celular tridimensional. Uma variedade de materiais foi desen- volvida para produzir andaimes tridimensionais com diferenças na apa- rência física, porosidade, permeabilidade, características mecânicas e morfologia de superfície em escala nanométrica. Exemplos de tais ma- teriais incluem: géis, esponjas ou biogéis de colágeno; fibrina; fibro- nectina; laminina; alginatos, hidrogéis; glicosaminoglicana reticulada; esqueletos à base de polímeros, esqueletos sintéticos; andaimes pep- tídicos; e andaimes compostos de quitosana.

[00281] Esferoides em 3 dimensões se assemelham mais ao tecido in vivo em termos de sua comunicação celular e desenvolvimento de matrizes extracelulares. Essas matrizes ajudam as células em mover dentro do esferoide similar à maneira que as células se movem no te- cido vivo. Os esferoides são, portanto, modelos muito melhorados para diferenciação, sobrevivência, migração celular, polarização celular, ex- pressão gênica e crescimento.

[00282] Os esferoides podem ser colhidos e estudados usando vá-

rios métodos bem conhecidos na técnica, incluindo ensaios colorimé- tricos, fluorescência e luminescência medidos com um leitor de placa ou podem ser facilmente observados pela microscopia. Técnicas adicionais incluem blot Western, Northern ou Southern, técnicas histológicas (por exemplo, imunohistoquímica, hibridização in situ, imunoflourescência) e semelhantes. O uso de métodos de imageamento óptico - como micros- copia de campo brilhante inverso, microscopia de fluorescência, tomo- grafia computadorizada de emissão de fóton único (SPECT), topogra- fia de emissão de pósitrons (PET), ressonância magnética (MRI) e técnicas de imageamento por luminescência Cerenkov (CLI) também é contemplado.

[00283] Aplicações do uso de esferoides tridimensional incluem o estudo da proliferação de células e tecidos in vitro em um ambiente que se aproxima ao encontrado in vivo, a triagem de compostos e at- mosferas de teste, ensaios de toxicologia e ensaios clínicos e simila- res.

[00284] O uso de esferoides na cultura de células tridimensional é analisado em linhas gerais em Expert Opin. Drug Discov. (2015) 10, 519—540. In vitro, as células esferoides pulmonares podem ser expan- didas em grande quantidade e podem formar estruturas semelhantes a alvéolos e adquirem fenótipos epiteliais pulmonares maduros. Fontes celulares

[00285] As células pulmonares e linhagens celulares para uso na presente divulgação podem ser isoladas de um tecido ou um fluido usando métodos que são bem conhecidos na técnica. As mesmas po- dem ser diferenciadas de células-tronco - como células-tronco embrio- nárias ou células-tronco pluripotentes induzidas ou diretamente dife- renciadas de células somáticas. Células e linhagens celulares podem ser derivadas de seres humanos ou animais ou de células humanas ou animais, incluindo qualquer uma das várias espécies de mamíferos,

Apropriadamente humanas, mas incluindo rato, camundongo, porco, coelho e primatas não humanos e similares. As células e linhagens celulares podem ser obtidas a partir de fontes comerciais. Em certas modalidades, o uso de células humanas é desejável.

[00286] As células pulmonares - incluindo células epiteliais pulmo- nares - são um tipo de célula de interesse. As células epiteliais brôn- quicas e/ou das vias aéreas são de uso particular na presente divulga- ção. As células epiteliais brônquicas humanas podem ser coletadas escovando os pulmões doadores durante um procedimento de bron- coscopia. Em uma modalidade, as células pulmonares são Células Epiteliais Brônquicas Humanas Normais (NHBE). As células epiteliais de pulmão podem ser cultivadas como uma monocamada de células indiferenciadas ou posteriormente desenvolvidas em um tecido seme- lhante ao epitélio organotípico do pulmão em uma interface ar-líquido. As células podem ser estabelecidas em uma interface ar-líquido usan- do a seguinte metodologia. Brevemente, as células epiteliais podem ser cultivadas em um frasco para aumentar o número de células. Após um período de incubação, as células são separadas do frasco, conta- das e semeadas em insertos. Nesses insertos, as pilhas são incuba- das com o meio nos lados apical e basal. Essa fase garantirá que as células se dividam e cubram completamente o inserto para formar um epitélio. Em seguida, o meio apical é removido, o meio basal é retido e substituído por um meio mais completo. As culturas são incubadas deste modo por um período de tempo mais adicional. Enquanto isso, as células se diferenciarão em 3 tipos de células: células basais, célu- las caliciformes e células ciliadas. No final da maturação, as culturas estão prontas para uso. O uso da interface ar líquido para cultura de células epiteliais nasais humanas é descrito em J Vis Exp.2013; (80):

50646.

[00287] As células epiteliais pulmonares podem ser obtidas de se-

res humanos ou animais com diferentes patologias, incluindo indiví- duos classificados como fumantes ou não fumantes. Microssensores

[00288] Uma variedade de microssensores foi desenvolvida e des- crita. Por exemplo, Routkevitch et al (NSTI-nanotech 2005 ISBN 0- 9767954-1-4; Vol. 2) fornecem uma visão geral das plataformas de mi- crossensores de gás nanoestruturados com base em cerâmica de alumina nanoestruturada. Como outro exemplo, Nigam e Shukla (J. Microbiol. Biotechnol. (2015), 25(11), 1773-1781) explorar a detecção, quantificação e degradação ou transformação de poluentes atmosféri- cos orgânicos e inorgânicos usando biossensores microbianos. Bios- sensores incluem microorganismos unicelulares - como bactérias, fun- gos e algas verdes azuis e enzimas e são revisados em Appl. Bio- chem. Biotechnol. (2015) 175, 3093-3119. Vários tipos de biossenso- res estão disponíveis - como biossensores baseados em enzimas, que podem ser baseados em medições de inibição de enzimas ou em me- dições diretas de compostos envolvidos em uma reação enzimática. Outros exemplos de biossensores podem envolver o uso de aptâme- ros, polímeros impressos molecularmente, biochips ou nanotecnologia ou uma combinação dos mesmos.

[00289] —Biossensores que são baseados em polímeros impressos molecularmente podem se ligar especificamente a constituintes direci- onados de aerossol(is) de teste. Os constituintes direcionados podem ser compostos marcadores que estão presentes no(s) aerossol(is) de teste em quantidades conhecidas - como a nicotina na fumaça do ta- baco - e, assim, permitem que a deposição de massa total do aerossol dentro do trato respiratório simulado seja calculada. Alternativamente, compostos toxicologicamente ativos ou bioativos podem ser direciona- dos, por exemplo, durante o monitoramento ambiental. Em particular, os compostos de aerossol tóxicos podem ser direcionados - tais como hidrocarbonetos poliaromáticos ou, ao desenvolver aerossóis terapêu- ticos, constituintes de aerossol farmacologicamente ativos, por exem- plo, corticosteroides - tais como budesonida - como usado na terapia da asma.

[00290] Conforme necessário, os microssensores podem ser colo- cados, por exemplo, na estrutura perfurada ou no trato respiratório si- mulado ou uma combinação - tal como nos canais ramificados da es- trutura perfurada. A título de exemplo, parte ou a totalidade de um ou mais dos canais ramificados inclui pelo menos um microssensor para monitorar as condições na estrutura ou para amostragem de gás ou para caracterização de gás. A título de exemplo adicional, um ou mais canais ramificados podem compreender uma ou mais aberturas capa- zes de receber um ou mais módulos para conter um microssensor pa- ra monitorar as condições na estrutura. A título de exemplo adicional, o(s) microssensor(es) podem ser colocados no local onde as culturas de células estão presentes - tal como em ou em um ou mais dos plu- gues de exposição, ou em ou em uma ou mais das sondas ou em ou em uma ou mais das microbalanças de cristal de quartzo, ou em ou em um ou mais suportes associados às mesmas. Em qualquer caso, será apreciado que as espécies químicas visadas e o microssensor selecionado dependerão do aerossol que está sendo testado. Ensaios

[00291] A presente divulgação pode ser usada para uma variedade de aplicações para estudar o impacto de atmosferas de teste em um trato respiratório simulado. Por exemplo, a presente divulgação pode ser utilizada no estudo de toxicologia de inalação in vitro, a investiga- ção da dinâmica do aerossol no trato respiratório (por exemplo, depo- sição e absorção partículas de aerossol dos gases em culturas de cé- lulas) ou investigação da atividade metabólica ou transporte de atmos- fera(s) de teste (por exemplo, moléculas de aerossol) através do epité-

lio do trato respiratório. A presente divulgação pode ser utilizada para testar o efeito de aerossol(óis), de produtos de fumar ou tabaco ou o efeito de inaladores - como inaladores médicos. A presente divulgação pode ser utilizada para testar o efeito de aerossol(óis), de produtos de fumar ou tabaco ou o efeito de inaladores médicos sobre as células de uma ou mais partes do trato respiratório.

[00292] Um aspecto refere-se a um método para determinar o efeito de uma atmosfera de teste em uma cultura de células - tal como uma ou mais culturas de células - e/ou um ou mais microssensores conti- dos em um trato respiratório simulado compreendendo: (a) fornecer o sistema aqui descrito, em que o sistema contém uma cultura de célu- las e/ou microssensor(es) em um ou mais dos módulos; e (b) compa- rar a cultura de células e/ou microssensor(es) antes e/ou após a expo- sição à atmosfera de teste, em que uma diferença entre a cultura de células e/ou microssensor(es) antes e/ou após a exposição do células para a atmosfera de teste é indicativo de que a atmosfera de teste afe- ta a cultura de células e/ou microssensor(es).

[00293] Na modalidade em que uma diferença entre a cultura de células e/ou microssensor(es) é determinada após a exposição das células e/ou microssensor(es) à atmosfera de teste, a cultura de célu- las e/ou microssensor(es) expostos à atmosfera de teste pode ser comparada a uma cultura de células e/ou microssensor(es) que não foram expostas a uma atmosfera de teste ou a uma cultura de células e/ou microssensor(es) que é exposta a uma atmosfera de controle - como uma atmosfera que não contém a atmosfera de teste. De acordo com esta modalidade, uma diferença entre a cultura de células e/ou microssensor(es) expostas à atmosfera de teste e a cultura de células e/ou microssensor(es) não expostas à atmosfera de teste ou uma dife- rença entre a cultura de células e/ou microssensor(es) expostos à at- mosfera de teste e uma cultura de células e/ou microssensores expos-

tos a uma atmosfera de controle - como uma atmosfera que não con- tém a atmosfera de teste - é indicativo de que a atmosfera de teste afeta a cultura de células e/ou microssensor(es).

[00294] “Outro aspecto refere-se a um método para simular a intera- ção entre uma atmosfera de teste e um trato respiratório simulado no sistema descrito neste documento compreendendo: (a) com a primeira válvula da primeira bomba aberta e a segunda válvula da primeira bomba fechada, fornecer um gás compreendendo uma atmosfera de teste para a primeira bomba através da primeira porta; (b) fechar a primeira válvula e abrir a segunda válvula da primeira bomba e fechar as válvulas na placa de pistão da primeira bomba; (c) operar a segun- da bomba para atrair a atmosfera de teste para a estrutura de conexão e preencher a câmara da primeira bomba e a estrutura de conexão com o ar circundante; (d) abrir a primeira válvula da primeira bomba em direção ao ar circundante e formar uma conexão vedada entre a primeira porta e a segunda porta da primeira bomba; e (e) após um período de tempo, usando a segunda bomba para deslocar a atmosfe- ra de teste através da estrutura de conexão e através da primeira vál- vula da primeira bomba.

[00295] Outro aspecto se refere a um método para determinar o efeito de uma atmosfera de teste em um trato respiratório simulado no sistema aqui descrito, compreendendo: (a) com a primeira válvula da primeira bomba aberta e a segunda válvula da primeira bomba fecha- da, proporcionar um gás compreendendo uma atmosfera de teste para a primeira bomba através da primeira porta; (b) fechar a primeira vál- vula e abrir a segunda válvula da primeira bomba e fechar as válvulas na placa de pistão da primeira bomba; (c) operar a segunda bomba para extrair a atmosfera de teste através da estrutura de conexão e lavar a câmara da primeira bomba e a estrutura de conexão com o ar circundante; (d) abrir a primeira válvula da primeira bomba em direção ao ar circundante e formar uma conexão vedada entre a primeira porta e a segunda porta da primeira bomba; e (e) após um período de tempo usando a segunda bomba para deslocar a atmosfera de teste através da estrutura de conexão e através da primeira válvula da primeira bomba; em que a atmosfera de teste contata uma cultura de células e/ou microssensor(es) localizados em um ou mais módulos localizados na primeira bomba ou na estrutura de conexão ou na segunda bomba ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos e o referido método compreende a etapa adicional de determinar o efeito da atmosfera de teste na cultura de células e/ou microssensor(es), em que uma dife- rença na cultura de células e/ou microssensor(es) antes e/ou após a exposição à atmosfera de teste é indicativo de que a atmosfera de tes- te tem efeito na cultura de células e/ou microssensor(es).

[00296] Na modalidade em que uma diferença entre a cultura de células e/ou microssensor(es) é determinada após a exposição das células à atmosfera de teste, a cultura de células e/ou microssen- sor(es) expostos à atmosfera de teste pode ser comparada com uma cultura de células e/ou microssensor(es) que não foram expostas a uma atmosfera de teste ou a uma cultura de células e/ou microssen- sor(es) que estão expostos a uma atmosfera de controle - como uma atmosfera que não contém o atmosfera de teste. De acordo com esta modalidade, uma diferença entre a cultura de células e/ou microssen- sor(es) expostas à atmosfera de teste e a cultura de células e/ou mi- crossensor(es) não expostas à atmosfera de teste ou uma diferença entre a cultura de células e/ou microssensor(es) expostos à atmosfera de teste e uma cultura de células e/ou microssensores expostos a uma atmosfera de controle - como uma atmosfera que não contém a atmos- fera de teste - é indicativo de que a atmosfera de teste afeta a cultura de células e/ou microssensor(es).

[00297] Um aspecto mais adicional relaciona-se a um método para simular a interação entre uma atmosfera de teste e um trato respirató- rio simulado que compreende: (a) fornecer uma atmosfera de teste a uma câmara de uma primeira bomba; (b) retirar a atmosfera de teste da primeira bomba para uma estrutura de conexão que une a primeira bomba a uma segunda bomba; (c) preencher a primeira bomba e pelo menos de uma parte da estrutura de conexão com o ar circundante; (d) reter a atmosfera de teste na segunda bomba e na estrutura de co- nexão por um período definido de tempo; (e) deslocar a atmosfera de teste para a estrutura de conexão e a primeira bomba usando a se- gunda bomba; e (f) realizar um ou mais ciclos de bombeamento do ar circundante na segunda bomba; em que a atmosfera de teste entra em contato com uma cultura de células localizada na primeira bomba ou na estrutura de conexão ou na segunda bomba ou uma combinação de dois ou mais.

[00298] “Um outro aspecto refere-se a um método para determinar o efeito de uma atmosfera de teste em um trato respiratório simulado, que compreende: (a) fornecer uma atmosfera de teste a uma câmara de uma primeira bomba; (b) retirar a atmosfera de teste da primeira bomba para uma estrutura de conexão que une a primeira bomba a uma segunda bomba; (c) lavar a primeira bomba e pelo menos uma porção da estrutura de conexão com o ar circundante; (d) manter a atmosfera de teste na segunda bomba e a estrutura de conexão por um período de tempo definido; (e) deslocar a atmosfera de teste atra- vés da estrutura de conexão e a primeira bomba usando a segunda bomba; e (f) realizar um ou mais ciclos de bombeamento do ar circun- dante na segunda bomba; em que a atmosfera de teste contata uma cultura de células e/ou microssensor(es) localizados em um ou mais módulos localizados na primeira bomba ou na estrutura de conexão ou na segunda bomba ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos e o referido método compreende a etapa adicional de determinar o efeito da atmosfera de teste na cultura de células e/ou microssen- sor(es), em que uma diferença na cultura de células e/ou microssen- sor(es) antes e/ou após a exposição à atmosfera de teste é indicativo de que a atmosfera de teste tem efeito na cultura de células e/ou mi- crossensor(es). Na modalidade em que uma diferença entre a cultura de células e/ou microssensor(es) é determinada após a exposição das células e/ou microssensor(es) à atmosfera de teste, a cultura de célu- las e/ou microssensor(es) expostos à atmosfera de teste pode ser comparada a uma cultura de células e/ou microssensor(es) que não foram expostas a uma atmosfera de teste ou a uma cultura de células e/ou microssensor(es) que é exposta a uma atmosfera de controle - como uma atmosfera que não contém a atmosfera de teste. De acordo com esta modalidade, uma diferença entre a cultura de células e/ou microssensor(es) expostas à atmosfera de teste e a cultura de células e/ou microssensor(es) não expostas à atmosfera de teste ou uma dife- rença entre a cultura de células e/ou microssensor(es) expostos à at- mosfera de teste e uma cultura de células e/ou microssensores expos- tos a uma atmosfera de controle - como uma atmosfera que não con- tém a atmosfera de teste - é indicativo de que a atmosfera de teste afeta a cultura de células e/ou microssensor(es).

[00299] O efeito da(s) atmosfera(s) de teste pode ser estudado na presença de um ou mais agentes. O agente (s) pode incluir, mas não estão limitados a, uma droga, uma toxina, um patógeno, uma proteína, um ácido nucleico, um antígeno, um anticorpo, e um composto quími- co etc. Exemplos dos efeitos que podem ser medidos incluem consu- mo de oxigênio, produção de dióxido de carbono, viabilidade celular, expressão de uma proteína, atividade enzimática, penetração, função da barreira de permeabilidade, produção de surfactante, resposta a citocinas, função transportadora, expressão do citocromo P450, secre- ção de albumina, toxicologia e similares.

[00300] Uma pluralidade de ensaios pode ser executada em parale- lo com diferentes concentrações da atmosfera de teste e/ou agente para obter uma resposta diferencial às várias concentrações.

[00301] O agente pode ser qualquer composto de teste de interesse e inclui pequenos compostos orgânicos, polipeptídeos, peptídeos, car- boidratos de maior peso molecular, polinucleotídeos, ácidos graxos e lipídios, aerossol ou um ou mais componentes de um aerossol e simi- lares. Os compostos de teste podem ser rastreados individualmente ou em conjuntos ou bibliotecas combinatórias dos compostos. Os com- postos de teste podem ser obtidos a partir de uma grande variedade de fontes incluindo bibliotecas de compostos sintéticos ou naturais. Podem ser usadas bibliotecas de compostos naturais na forma de ex- tratos bacterianos, fúngicos, vegetais e animais. Bibliotecas e compos- tos produzidos natural ou sinteticamente que são modificados através de meios químicos, físicos e bioquímicos convencionais podem ser usados para produzir bibliotecas combinatórias. Os agentes farmaco- lógicos conhecidos podem ser sujeitos a modificações químicas direci- onadas ou aleatórias, como acilação, alquilação, esterificação, acidifi- cação para produzir análogos estruturais para a triagem.

[00302] Uma ou mais variáveis que podem ser medidas incluem elementos de células, material subcelular, componentes subcelulares ou produtos celulares. A título de exemplo, a toxicologia da atmosfera de teste pode ser medida. A dinâmica do aerossol no trato respiratório (por exemplo. deposição de partículas de aerossol e absorção de ga- ses em culturas de células) pode ser medida. Como outro exemplo, a atividade metabólica e/ou o transporte de moléculas através dos epité- lios do trato respiratório podem ser estudados. Computador

[00303] Também é divulgado um programa de computador que, quando executado por um computador/processador, é operável para controlar o computador para executar um ou mais dos métodos descri- tos neste documento.

[00304] Aquele versado na técnica reconhecerá prontamente que as etapas de vários dos métodos descritos acima podem ser realiza- das por computadores programados. Neste documento, algumas mo- dalidades também se destinam a cobrir dispositivos de armazenamen- to de programas, por exemplo, mídia de armazenamento de dados di- gitais, que são legíveis por máquina ou computador e codificam pro- gramas de instruções executáveis por máquina ou executáveis por computador, em que as referidas instruções executam algumas ou to- das as etapas dos referidos métodos descritos acima. Os dispositivos de armazenamento do programa podem ser, por exemplo, memórias digitais, mídia de armazenamento magnético, como discos magnéticos e fitas magnéticas, discos rígidos ou mídia de armazenamento de da- dos digitais opticamente legível. As modalidades também se destinam a cobrir computadores programados para executar algumas ou todas as etapas dos métodos descritos acima.

[00305] As funções dos vários elementos, incluindo os processado- res ou a lógica, podem ser fornecidas através do uso de hardware de- dicado, bem como de um hardware capaz de executar software em associação ao software apropriado. Quando fornecidas por um pro- cessador, as funções podem ser fornecidas por um único processador dedicado, por um único processador compartilhado ou por uma plurali- dade de processadores individuais, alguns dos quais podem ser com- partilhados. Além disso, o uso explícito do termo "processador" ou "controlador" ou "lógica" não deve ser interpretado para se referir ex- clusivamente ao hardware capaz de executar software e pode incluir implicitamente, sem limitação, hardware de processador de sinal digital (DSP), processador de rede, circuito integrado aplicação específica (ASIC), matriz de portas programável em campo (FPGA), memória somente leitura (ROM) para armazenamento de software, memória de acesso aleatório (RAM) e armazenamento não volátil. Outros hardwa- res, convencionais e/ou personalizados, também podem ser incluídos. Da mesma forma, quaisquer interruptores mostrados nas figuras são apenas conceituais. Sua função pode ser realizada através do funcio- namento da lógica do programa, através da lógica dedicada, através da interação do controle de programa e da lógica dedicada, ou mesmo manualmente, a técnica particular que está sendo selecionável pelo implementador como mais especificamente entendido a partir do con- texto.

[00306] Aspectos adicionais da divulgação conforme estabelecido nos seguintes parágrafos numerados:

1. Uma estrutura perfurada para uso em um trato respirató- rio simulado, a estrutura compreendendo um envelope perfurado que aloja um ou mais canais ramificados, em que cada perfuração é um terminal aberto de uma ramificação.

2. A estrutura perfurada de acordo com o parágrafo 1, em que a ramificação de cada canal é dicotômica.

3. A estrutura perfurada de acordo com o parágrafo 1 ou parágrafo 2, em que o diâmetro de cada canal presente após pontos de ramificação consecutivos n+1 é menor ou igual ao diâmetro do ca- nal presente após n pontos de ramificação.

4. A estrutura perfurada, de acordo com qualquer um dos parágrafos 1 a 3, em que a área da seção transversal total de todos os canais presentes após pontos de ramificação consecutivos n+1 é mai- or ou igual à área da seção transversal total de todos os canais após n pontos de ramificação.

5. A estrutura perfurada de acordo com qualquer um dos parágrafos 1 a 4, em que a estrutura é assimétrica.

6. A estrutura perfurada, de acordo com qualquer um dos parágrafos 1 a 4, em que a estrutura tem uma simetria radial.

7. A estrutura perfurada de acordo com qualquer um dos parágrafos 1 a 6, em que a estrutura é modular.

8. A estrutura perfurada de acordo com qualquer um dos parágrafos 1 a 7, em que toda ou parte da estrutura é formada de um ou mais materiais selecionados do grupo que consiste em: materiais não porosos, incluindo metais e materiais sintéticos não porosos; ma- teriais porosos, incluindo silicone poroso; materiais gelatinosos, inclu- indo termogéis; materiais hidrofóbicos; materiais hidrofílicos; materiais anfifílicos ou uma combinação de dois ou mais deles.

9. A estrutura perfurada, de acordo com qualquer um dos parágrafos 1 a 8, em que um mais dos canais ramificados compreende ainda um ou mais revestimentos em parte ou na totalidade de uma su- perfície interna dos canais ramificados.

10. A estrutura perfurada de acordo com o parágrafo 9, em que um ou mais dos revestimentos fornecem água e nutrientes para as células cultivadas em todo ou parte de um ou mais dos canais ramifi- cados.

11. A estrutura perfurada, de acordo com qualquer um dos parágrafos 1 a 10, em que parte ou a totalidade de um ou mais dos canais ramificados é revestida com uma matriz que compreende um meio de cultura de células e/ou pelo menos um microssensor para monitorar as condições na estrutura ou uma sonda para amostragem de gás ou para caracterização de gás.

12. A estrutura perfurada, de acordo com qualquer um dos parágrafos 1 a 11, em que um ou mais dos canais ramificados com- preende ainda uma ou mais aberturas capazes de receber um ou mais módulos para conter uma matriz que compreende um meio de cultura de células ou um microssensor para monitorar as condições em a es- trutura ou uma sonda para amostragem de gás ou para caracterização de gás.

13. A estrutura perfurada de acordo com o parágrafo 11 ou parágrafo 12, em que o meio de cultura de células contém um ou mais hidrogéis - tal como gelatina metacriloil (GelMa).

14. Uma bomba para deslocar um volume de gás compre- endendo um ou mais canais ramificados internos à bomba, em que o(s) canal(is) ramificado(s) está(ão) conectado(s) a uma porta para receber e enviar o gás.

15. A bomba de acordo com o parágrafo 14, em que a es- trutura ramificada está contida na estrutura perfurada de acordo com qualquer um dos parágrafos 1 a 13.

16. A bomba de acordo com o parágrafo 14 ou parágrafo 15, compreendendo uma câmara configurada para conter um volume de gás e compreendendo uma base e uma ou mais aberturas capazes de receber um ou mais módulos para conter uma matriz compreen- dendo um meio de cultura de células e/ou pelo menos um microssen- sor para monitorar as condições na câmara ou uma sonda para amos- tragem de gás ou para caracterização de gás.

17. A bomba, de acordo com qualquer um dos parágrafos 14 a 16, em que a bomba compreende ainda um motor para controlar a operação da bomba.

18. Um sistema para determinar a interação entre uma at- mosfera de teste e um trato respiratório simulado, o referido sistema compreendendo: (a) uma primeira bomba compreendendo: (i) uma câmara configurada para conter um primeiro volume de gás compre- endendo uma atmosfera de teste; (ii) uma primeira porta adaptada pa- ra receber e enviar gás e que compreende uma válvula para regular o fluxo de gás através da primeira porta, a referida válvula sendo móvel entre as posições aberta e fechada, em que na posição aberta a refe- rida válvula pode ser aberta em direção a uma atmosfera de teste ou ar circundante; (iii) uma segunda porta adaptada para enviar e receber gás e que compreende uma válvula para regular o fluxo de gás através da segunda porta, a referida válvula sendo móvel entre as posições aberta e fechada; (iv) uma placa de pistão na câmara, a referida placa de pistão compreendendo uma ou mais aberturas para a captação ou entrada de gás na câmara em que uma ou mais, ou cada uma das aberturas incluem uma válvula que é móvel entre as posições aberta e fechada e é capaz de regular a captação ou entrada de gás; e (v) um motor para controlar a operação da primeira bomba; (b) uma segunda bomba de acordo com qualquer um dos parágrafos 13 a 16; (c) uma estrutura de conexão operável para transmitir o gás da primeira bomba para a segunda bomba; e (d) uma ou mais aberturas na primeira bom- ba ou na segunda bomba ou nas paredes da estrutura de conexão ou uma combinação de duas ou mais das mesmas, sendo as referidas aberturas capazes de receber um módulo para conter uma matriz que compreende um meio de cultura de células e/ou pelo menos um mi- crossensor para monitorar as condições na câmara ou uma sonda pa- ra amostragem de gás ou para caracterização de gás.

19. Um método para simular a interação entre uma atmos- fera de teste e um trato respiratório simulado, caracterizado pelo fato de que compreende o uso da bomba de acordo com qualquer um dos parágrafos 14 a 17 ou o sistema de acordo com o parágrafo 18.

20. Uso de uma bomba de acordo com qualquer um dos parágrafos 14 a 17 ou o sistema de acordo com o parágrafo 18 para simular a interação entre uma atmosfera de teste e um trato respirató- rio simulado.

21. Um método para determinar o efeito de uma atmosfera de teste em uma cultura de células contidas em um trato respiratório simulado, caracterizado pelo fato de que compreende o uso de uma bomba de acordo com qualquer um dos parágrafos 14 a 17 ou o sis-

tema de acordo com o parágrafo 18.

22. Uso de uma bomba de acordo com qualquer um dos parágrafos 14 a 17 ou o sistema de acordo com o parágrafo 18 para determinar o efeito de uma atmosfera de teste em uma cultura de célu- las contidas em um trato respiratório simulado.

23. Método para determinar o efeito de uma atmosfera de teste em uma cultura de células contidas em um trato respiratório si- mulado, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) fornecer a bomba de acordo com qualquer um dos parágrafos 14 a 17 ou o sis- tema de acordo com o parágrafo 18, em que a bomba ou sistema con- tém uma cultura de células e/ou pelo menos um microssensor em um ou mais dos módulos; e (b) comparar a cultura de células e/ou pelo menos um microssensor antes e/ou após a exposição à atmosfera de teste, em que uma diferença entre a cultura de células e/ou pelo me- nos um microssensor antes e/ou após a exposição das células e/ou pelo menos um microssensor para a atmosfera de teste é indicativo de que a atmosfera de teste afeta a cultura de células e/ou pelo menos um microssensor.

24. Um método para simular a interação entre uma atmos- fera de teste e um trato respiratório simulado no sistema, de acordo com o parágrafo 18, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) com a primeira válvula da primeira bomba aberta e a segunda válvula da primeira bomba fechada, fornecendo um gás que compreende uma atmosfera de teste para a primeira bomba através da primeira porta; (b) fechar a primeira válvula e abrir a segunda válvula da primeira bomba e fechar as válvulas na placa de pistão da primeira bomba; (c) operar a segunda bomba para atrair a atmosfera de teste para a estru- tura de conexão e lavar a câmara da primeira bomba e a estrutura de conexão com o ar circundante; (d) abrir a primeira válvula da primeira bomba em direção ao ar circundante e formar uma conexão vedada entre a primeira porta e a segunda porta da primeira bomba; e (e) após um período de tempo usando a segunda bomba para deslocar a at- mosfera de teste através da estrutura de conexão e através da primei- ra válvula da primeira bomba.

25. Um método para determinar o efeito de uma atmosfera de teste em um trato respiratório simulado no sistema, de acordo com o parágrafo 18, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) com a primeira válvula da primeira bomba aberta e a segunda válvula da pri- meira bomba fechada, fornecendo um gás que compreende uma at- mosfera de teste para a primeira bomba através da primeira porta; (b) fechar a primeira válvula e abrir a segunda válvula da primeira bomba e fechar as válvulas na placa de pistão da primeira bomba; (c) operar a segunda bomba para extrair a atmosfera de teste através da estrutura de conexão e lavar a câmara da primeira bomba e a estrutura de co- nexão com o ar circundante; (d) abrir a primeira válvula da primeira bomba em direção ao ar circundante e formar uma conexão vedada entre a primeira porta e a segunda porta da primeira bomba; e (e) após um período de tempo usando a segunda bomba para deslocar a at- mosfera de teste através da estrutura de conexão e através da primei- ra válvula da primeira bomba; em que a atmosfera de teste contata uma matriz que compreende uma cultura de células e/ou pelo menos um microssensor localizado em um ou mais módulos localizados na primeira bomba ou na estrutura de conexão ou na segunda bomba ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos e o referido método compreende a etapa adicional de determinar o efeito da atmosfera de teste na cultura de células e/ou microssensor, em que uma diferença na cultura de células e/ou microssensor antes e/ou após a exposição à atmosfera de teste é indicativa de que a atmosfera de teste afeta a cul- tura de células e/ou microssensor.

26. Um método para simular a interação entre uma atmos-

fera de teste e um trato respiratório simulado, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) fornecer uma atmosfera de teste a uma câma- ra de uma primeira bomba; (b) retirar a atmosfera de teste da primeira bomba para uma estrutura de conexão que une a primeira bomba a uma segunda bomba, em que a segunda bomba é a bomba de acordo com qualquer um dos parágrafos 14 a 17; (c) lavar a primeira bomba e pelo menos uma porção da estrutura de conexão com o ar circundan- te; (d) manter a atmosfera de teste na segunda bomba e a estrutura de conexão por um período de tempo definido; (e) deslocar a atmosfera de teste para a estrutura de conexão e a primeira bomba usando a se- gunda bomba; e (f) realizar um ou mais ciclos de bombeamento do ar circundante na segunda bomba; em que a atmosfera de teste contata uma matriz que compreende uma cultura de células e/ou pelo menos um microssensor localizado na primeira bomba ou na estrutura de co- nexão ou na segunda bomba ou uma combinação de duas ou mais das mesmas.

27. Um método para determinar o efeito de uma atmosfera de teste em um trato respiratório simulado, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) fornecer uma atmosfera de teste a uma câmara de uma primeira bomba; (b) retirar a atmosfera de teste da primeira bomba para uma estrutura de conexão que une a primeira bomba a uma segunda bomba, em que a segunda bomba é a bomba de acordo com qualquer um dos parágrafos 14 a 17; (c) lavar a primeira bomba e pelo menos uma porção da estrutura de conexão com o ar circundan- te; (d) manter a atmosfera de teste na segunda bomba e a estrutura de conexão por um período de tempo definido; (e) deslocar a atmosfera de teste através da estrutura de conexão e a primeira bomba usando a segunda bomba; e (f) realizar um ou mais ciclos de bombeamento do ar circundante na segunda bomba; em que a atmosfera de teste conta- ta uma matriz que compreende uma cultura de células e/ou pelo me-

nos um microssensor localizado em um ou mais módulos localizados na primeira bomba ou na estrutura de conexão ou na segunda bomba ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos e o referido método compreende a etapa adicional de determinar o efeito da atmosfera de teste na cultura de células e/ou microssensor, em que uma diferença na cultura de células antes e/ou após a exposição à atmosfera de teste é indicativa de que a atmosfera de teste afeta a cultura de células e/ou microssensor.

28. Um aparelho configurado ou adaptado para executar o método do parágrafo 26 ou parágrafo 27.

29. Um método de fabricação da estrutura perfurada de qualquer um dos parágrafos 1 a 13, caracterizado pelo fato de que compreende: (i) incorporação de um ou mais canais ramificados, cada um compreendendo uma extremidade terminal aberta em um material adequado para a formação da estrutura perfurada; e (ii) remover um molde de um ou mais canais ramíificados do material.

30. O método do parágrafo 29, em que a estrutura perfura- da é fabricada, pelo menos em parte, por impressão tridimensional.

31. O método do parágrafo 29, em que a estrutura perfura- da é formada por modelagem.

32. O método do parágrafo 29, em que a estrutura perfura- da é fundida a partir de um modelo.

33. O método de acordo com qualquer um dos parágrafos 29 a 32, em que a estrutura perfurada i) imita substancialmente a es- trutura de ramificação de uma via aérea brônquica de mamífero, ii) é uma estrutura de ramificação idealizada ou iii) é uma combinação de i) eii).

[00307] Divulgada aqui é a simulação in vitro dos efeitos das vias respiratórias in vivo para propriedades de aerossol relevantes no cam-

po da toxicologia inalatória, terapia inalatória e para a avaliação de produtos de consumo inaláveis. Além disso, pode servir como um mo- delo experimental para determinar a dosimetria de aerossol in vivo pa- ra o trato respiratório em condições estáveis, bem caracterizadas, re- produtíveis e eticamente acríticas. Um valor para a pesquisa funda- mental pode ser identificado, pois os modelos das vias aéreas confor- me descritos aqui podem servir como um modelo robusto para estudar a dinâmica dos aerossóis no trato respiratório ou em estruturas de complexidade semelhante e podem, portanto, contribuir para a com- preensão dos órgãos respiratórios e da dinâmica de aerossóis em tais estruturas complexas.

[00308] Qualquer publicação citada ou descrita neste documento fornece informações relevantes reveladas antes da data de depósito do presente pedido. Afirmações neste documento não devem ser in- terpretadas como admissão de que os inventores não se encontram no direito de antedatar tais divulgações. Todas as publicações menciona- das no relatório descritivo acima são incorporadas a este documento à guisa de referência. Diversas modificações e variações da invenção se tornarão aparentes a indivíduos versados na técnica sem que se incor- ra em afastamento do escopo e espírito da invenção. Embora a inven- ção tenha sida descrita em conexão com modalidades preferenciais específicas, deve-se compreender que a invenção, tal como reivindi- cada, não deve ser excessivamente limitada a tais modalidades. De fato, várias modificações dos modos descritos para realizar a invenção que são óbvias para os especialistas na técnica relevante pretendem estar dentro do escopo das seguintes reivindicações.

Claims (14)

REIVINDICAÇÕES

1. Estrutura perfurada para uso com um trato respiratório simulado, caracterizada pelo fato de que compreende um envelope perfurado incluindo uma ou mais perfurações e que aloja um ou mais canais ramificados, em que cada perfuração é um terminal aberto de um ou mais canais ramificados, e em que um ou mais dos canais rami- ficados inclui um ou mais revestimentos em parte ou toda uma superfí- cie interna dos canais ramiíficados.

2. Estrutura perfurada, de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizada pelo fato de que a ramificação de cada canal é dicotómica.

3. Estrutura perfurada, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o diâmetro de cada canal presente após pontos de ramificação consecutivos n+1 é menor ou igual ao di- âmetro do canal presente após n pontos de ramificação.

4. Estrutura perfurada, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a área da seção transversal total de todos os canais presentes após pontos de ramificação consecutivos n+1 é maior ou igual à área da seção trans- versal total de todos os canais após n pontos de ramificação; preferen- cialmente, em que a estrutura é assimétrica ou em que a estrutura tem uma simetria radial.

5. Estrutura perfurada, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a estrutura é modular; e/ou em que toda ou parte da estrutura é formada de um ou mais materiais selecionados do grupo que consiste em: materiais não porosos, incluindo metais e materiais sintéticos não porosos; materiais porosos, incluindo silicone poroso; materiais gelatinosos, incluindo termogéis; materiais hidrofóbicos; materiais hidrofílicos; materiais anfi-

fílicos ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos; e/ou em que um ou mais dos revestimentos fornecem água e nu- trientes às células cultivadas em todo ou parte de um ou mais dos ca- nais ramificados; e/ou em que parte ou a totalidade de um ou mais dos canais ra- mificados é revestida com uma matriz incluindo um meio de cultura de células e/ou pelo menos um microssensor para monitorar as condições na estrutura ou para amostragem de gás ou para caracterização de gás; e/ou em que um ou mais dos canais ramificados inclui ainda uma ou mais aberturas capazes de receber um ou mais módulos para conter um meio de cultura celular contendo uma matriz ou um micros- sensor para monitorar as condições na estrutura ou uma sonda para amostragem de gás ou para caracterização de gás.

6. Bomba para deslocar um volume de gás, caracterizada pelo fato de que compreende uma porta e um ou mais canais ramifica- dos dentro da bomba, em que um ou mais canais ramificados são co- nectados a uma porta para receber e enviar o gás.

7. Bomba, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que um ou mais canais ramificados dentro da bomba es- tão contidos na estrutura perfurada como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5; e/ou em que a bomba inclui uma câmara configurada para con- ter o volume de gás e que compreende uma base e uma ou mais aber- turas capazes de receber um ou mais módulos para conter uma matriz que compreende um meio de cultura de células e/ou pelo menos um microssensor para monitorar as condições no câmara ou para amos- tragem de gás ou para caracterização de gás; e/ou em que a bomba inclui ainda um motor para controlar a operação da bomba.

8. Sistema para determinar a interação entre uma atmosfe- ra de teste e um trato respiratório simulado, caracterizado pelo fato de que compreende:

(e) uma primeira bomba que compreende:

(vi) uma câmara configurada para conter um primeiro vo- lume de gás que compreende uma atmosfera de teste;

(vii) uma primeira porta adaptada para receber e emitir gás e compreendendo uma válvula para regular o fluxo de gás através da primeira porta, a referida válvula que é móvel entre as posições aberta e fechada, em que na posição aberta a referida válvula é aberta para uma atmosfera de teste ou ar circundante;

(viii) uma segunda porta adaptada para saída e recepção de gás e compreendendo uma válvula para regular o fluxo de gás através da segunda porta, em que a referida válvula é móvel entre as posições aberta e fechada;

(ix) uma placa de pistão na câmara, a referida placa de pistão compreendendo uma ou mais aberturas para a captação ou en- trada de gás na câmara em que uma ou mais, ou cada uma das aber- turas incluem uma válvula que é móvel entre as posições aberta e fe- chada e é capaz de regular a captação ou entrada de gás; e

(x) um motor para controlar a operação da primeira bom- ba;

(f)' uma segunda bomba, em que a segunda bomba é de- finida nas reivindicações 6 ou 7;

(9) uma estrutura de conexão operável para transmitir o gás da primeira bomba para a segunda bomba; e

(h) uma ou mais aberturas na primeira bomba ou na se- gunda bomba ou nas paredes da estrutura de conexão ou uma combi- nação de duas ou mais das mesmas, sendo as referidas aberturas ca- pazes de receber um módulo para conter uma matriz que inclui um meio de cultura de células e/ou pelo menos um microssensor para monitorar as condições na câmara ou para amostragem de gás ou pa- ra caracterização de gás.

9. Método para simular a interação entre uma atmosfera de teste e um trato respiratório simulado, caracterizado pelo fato de que compreende o uso da bomba, como definida nas reivindicações 6 ou 7, ou o sistema, como definido na reivindicação 8.

10. Uso de uma bomba, como definida na reivindicação 6 ou 7, ou o sistema, como definido na reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende simular a interação entre uma atmosfera de teste e um trato respiratório simulado.

11. Método para determinar o efeito de uma atmosfera de teste em uma cultura de células contidas em um trato respiratório si- mulado, caracterizado pelo fato de que compreende o uso de uma bomba, como definida na reivindicação 6 ou 7, ou o sistema, como de- finido na reivindicação 8.

12. Uso de uma bomba, como definida na reivindicação 6 ou 7, ou o sistema, como definido na reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende determinar o efeito de uma atmosfera de teste em uma cultura de células contidas em um trato respiratório si- mulado.

13. Método para determinar o efeito de uma atmosfera de teste em uma cultura de células contidas em um trato respiratório si- mulado caracterizado pelo fato de que compreende: (c) fornecer a bomba, como definida na reivindicação 6 ou 7, ou o sistema, como definido na reivindicação 8, em que a bomba ou sistema contém uma cultura de células e/ou pelo menos um micros- sensor em um ou mais dos módulos; e (d) comparar a cultura de células e/ou pelo menos um mi- crossensor antes e/ou após a exposição à atmosfera de teste, em que uma diferença entre a cultura de células e/ou pelo menos um micros- sensor antes e/ou após a exposição das células e/ou pelo menos um microssensor para a atmosfera de teste é indicativo de que a atmosfe- ra de teste afeta a cultura de células e/ou pelo menos um microssen- sor.

14. Aparelho, caracterizado pelo fato de que é configurado ou adaptado para executar o método, como definido na reivindicação 11 ou 13.