JP2009511083A - マイクロ流体細胞培養デバイスおよびその使用方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、米国国立衛生研究所によって与えられた契約番号第F012482号;契約番号第F008090号;契約番号第N006624号;助成金番号第HD049607-01号;U.S. Army Research Officeおよび U.S. Army Research Officeによって与えられた契約/助成金番号第DAAD19-03-1-0168号;National Science Foundationによって与えられたBES-0238625;NASA BioScience and Engineering Instituteによって与えられたNNC04AA21A;およびUnited State Department of Agricultureによって与えられたUSDA 2005-35203-16148の少なくとも1つにおいて政府の支援を受けてなされた。米国政府は本発明に対して一定の権利を保有する。
本発明はマイクロ流体細胞培養デバイスおよびその使用方法に関する。
マイクロ流体デバイスによって、ユーザーは、ナノリットルからマイクロリットル容積の流体で作業することが可能となり、これは試薬の消費量を低減させるために、インビボで流体対細胞容積によりよくマッチする生理的細胞培養環境を作製するために、および多層流による細胞の細胞下処置のような低いレイノルド数の現象を利用する実験を行うために有用である。多くのマイクロ流体システムは、その都合のよい力学的特性、光学的透明度、および生物学的適合性のために、ポリジメチルシロキサン(PDMS)で作製されている。
本発明の態様は、マイクロ流体細胞培養デバイスの形をとってもよい。デバイスには、基盤、ならびにそれぞれが上部と下部とを有する、基盤において形成される第一および第二の空間的に離れたリザーバーが含まれる。リザーバーの下部は生物学的流体を含み、リザーバーの上部は、生物学的流体の浸透圧における望ましくない変化を防止するために生物学的流体上にカバー液を含む。デバイスにはまた、基盤において形成された上部および下部の空間的に離れた通路が含まれる。下部通路は、リザーバーの下部間で生物学的流体を流体連絡し、上部通路は、リザーバーの上部間でカバー液を流体連絡している。上部および下部通路は、基盤におけるリザーバー間の連続的な流体路を少なくとも部分的に提供する。
図1は、マイクロ流体細胞培養システムまたはデバイス10の拡大透視図である。デバイス10には、以下に詳細に記述するように細胞塊、たとえば胚を受けるように構成される基盤12、非硬性メンブレン14、配置ブロック16、およびピン作動デバイス18が含まれる。
本発明の多くの改変は当業者に明らかとなり、本明細書に開示の対象物質の一部である。たとえば、クランプ機構を、指板と離れているが連動することができる、またはブライユ型ディスプレイモジュールを含むデバイス全体の高さに及びうる簡単なクランプが含まれる他のクランプ機構に置換してもよく、またはそれによって増強してもよい。
胚は、その底に近いウェルに流体を供給するマイクロチャネルデバイスに連絡しているウェルの底部での生育によって、効率的に良好な生存率で生育する可能性があることが、意外にも発見された。底部の開口部は、胚がチャネルに入ることができないような大きさを有する。
本発明のマイクロ流体デバイスは、圧縮可能または変形可能な弾性材料で形成された、その流動特質が能動的に変化するマイクロチャネルを含む。このように、実質的に全体のマイクロ流体デバイスを、本明細書において以降記述するように、オルガノポリシロキサンエラストマー(「PDMS」)のような柔軟な弾性材料で構築することが好ましい。しかし、デバイスの基盤はまた、能動制御が望ましくない場所では、硬い、すなわち実質的に軟質材料で構築されてもよいが、そのような構築物は一般的にさらなる構築の複雑さおよび出費を伴う。一般的に平面のデバイスは、適切な支持体を提供するためにデバイスの一面に好ましくはガラス、シリカ、硬質プラスチック、金属等を含むが、いくつかのデバイスにおいて、双方の主要な表面からの作動は、これらの支持体が存在しないこと、または弾性デバイスそのものとは離れて存在することを必要とするである場合がある。
マイクロ流体デバイスの態様は、生きている生物の流体中での培養にとって適している可能性がある。マイクロ流体デバイスは、生きている生物に提供される流体の流れおよび組成を制御する可能性がある。マイクロ流体デバイスは、層流、擬似多層層流、または非層流を提供してもよい。マイクロ流体デバイスは、生きている生物において物理的操作を行ってもよい。マイクロ流体デバイスは、たとえば細胞の洗浄および剥離、細胞の播種および培養を含む全般的細胞培養のために用いてもよい。マイクロ流体デバイスは、マイクロリアクター、組織培養デバイス、細胞培養デバイス、細胞ソーティングデバイス、細胞粉砕デバイス、マイクロフローサイトメーター、運動性精子ソーター、マイクロキャブレター、マイクロ分光光度計、またはマイクロスケール組織工学デバイスとして用いてもよい。マイクロ流体デバイスには、マイクロ流体デバイスの素子の状態もしくは流れの特質またはチャネルにおける粒子の通過を決定するためのセンサーが含まれてもよい。センサーは、たとえば光学、電気、または電気機械センサーであってもよい。
Claims (22)
- 基盤;
それぞれが上部と下部とを有し、下部が生物学的流体を含み、上部が生物学的流体の浸透圧における望ましくない変化を防止するために生物学的流体の上にカバー液を含む、基盤において形成された第一と第二の空間的に離れたリザーバー;ならびに
下部通路がリザーバーの下部間で生物学的流体を流体連絡し、上部通路がリザーバーの上部間でカバー液を流体連絡し、上部および下部通路が少なくとも部分的に基盤におけるリザーバーのあいだの連続的な流体路を提供する、基盤において形成された上部および下部の空間的に離れた通路を含む、
マイクロ流体細胞培養デバイス。 - カバー液が不混和性の流体を含む、請求項1記載のデバイス。
- カバー液が、生物学的流体の密度と等しいまたはそれ未満の密度を有する、請求項1記載のデバイス。
- カバー液が生物学的流体の蒸発を低減させる、請求項1記載のデバイス。
- カバー液が生物学的流体の内部および外部への酸素ならびに二酸化炭素の少なくとも1つの流れを低減させる、請求項1記載のデバイス。
- 生物学的流体が水ベースであり、
上部通路が生物学的流体をはじくように基盤の疎水性表面によって少なくとも部分的に規定される、
請求項1記載のデバイス。 - 基盤が光学的に透明である、請求項1記載のデバイス。
- 基盤が生物学的適合性である、請求項1記載のデバイス。
- 上部通路の少なくとも一部が基盤の環境に露出している、請求項1記載のデバイス。
- カバー液が水ベースではなく、
基盤に、カバー液をはじくように上部通路に隣接して親水性表面が含まれる、
請求項9記載のデバイス。 - 下部通路が上部通路より大きい流体流に対する抵抗性を有する、請求項1記載のデバイス。
- 基盤、それぞれが上部と下部とを有する、基盤において形成された第一と第二の空間的に離れたリザーバー、および下部通路がリザーバーの下部に接続し、上部通路がリザーバーの上部に接続して、上部通路と下部通路が基盤におけるリザーバー間の連続的な流体路を少なくとも部分的に提供する、基盤において形成された上部および下部の空間的に離れた通路が含まれるマイクロ流体細胞培養デバイスを、提供する段階;
第一および第二のリザーバーに生物学的流体を添加する段階;
第一のリザーバーにおける生物学的流体に細胞塊を添加する段階;
生物学的流体の浸透圧における望ましくない変化を防止するために、および連続的な流体路において連続的な流体ループを形成するために、生物学的流体にカバー液を添加する段階;
第一および第二のリザーバーにおける生物学的流体の所望の高さの差を確立するために流体路における流体の運動を制御する段階;ならびに
所望の高さの差を所望の時間実質的に維持する段階を含む、
細胞を培養するための方法。 - カバー液が不混和性の流体を含む、請求項12記載の方法。
- カバー液が、生物学的流体の密度と等しいまたはそれ未満の密度を有する、請求項12記載の方法。
- カバー液が生物学的流体の蒸発を低減させる、請求項12記載の方法。
- 生物学的流体が水ベースであり、
上部通路が生物学的流体をはじくように基盤の疎水性表面によって少なくとも部分的に規定される、
請求項12載の方法。 - 基盤が光学的に透明である、請求項12記載の方法。
- 基盤が生物学的適合性である、請求項12記載の方法。
- 上部通路の少なくとも一部が基盤の環境に露出している、請求項12記載の方法。
- カバー液が水ベースではなく、
基盤に、カバー液をはじくように上部通路に隣接して親水性表面が含まれる、請求項19記載の方法。 - 下部通路が上部通路より大きい流体流に対する抵抗性を有する、請求項12記載の方法。
- カバー液が生物学的流体の内部および外部への酸素ならびに二酸化炭素の少なくとも1つの流れを低減させる、請求項12記載の方法。
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