JP2011509658A - 免疫システムモデリング・デバイスおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2008年1月20日に出願された米国仮特許出願第61/020,310号の利益を主張する。米国仮特許出願第61/020,310号は参考により本明細書中に援用される。
この明細書に挙げられる刊行物、特許、および特許出願はすべて、あたかも個々の刊行物、特許、または特許出願がそれぞれ参照により組み込まれることが具体的かつ個別に示されるのと同程度に、参照により本明細書に組み込まれる。
図1は、本明細書に開示される免疫モデリング・システムの一様態の説明図である。図示されるように、免疫モデリング・システム100は、コンポーネント間マイクロフルイディックス106を手段として免疫コンポーネント104と流体連絡された、障壁コンポーネント102を含むことができる。1つの障壁コンポーネント102、および1つの免疫コンポーネント104が示されているに過ぎないが、複数の各コンポーネントを流体連絡して配置することができると考えられる。同様に、3つの区画間マイクロフルイディックス106が示されているが、流体連絡を提供するために、単一か、または複数の区画間マイクロフルイディックスを採用することができると考えられる。かくして、流体連通された障壁コンポーネント102および免疫コンポーネント104からなる、並列または大規模並列配置が可能と考えられる(図示されていない)。
免疫モデリング・デバイスのマイクロアレイは、チップ上のアドレス可能な位置に様々なモジュール・コンポーネントを有する、様々な実施形態をもつことができる。例えば、障壁コンポーネントまたは免疫コンポーネントのような、本明細書に記載されるデバイスの個別コンポーネントは、アレイのユニットを構成することができ、すなわち完成した免疫モジュールは、マイクロアレイ上に提示される多くのうちの単一ユニットを代表することができる。1つまたはそれ以上の観察コンポーネントを通じて免疫コンポーネントと流体連絡された障壁コンポーネントは、アレイのユニットを構成することができる。1つまたはそれ以上の観察コンポーネントを通じて複数の免疫コンポーネントと流体連絡された複数の生物学的障壁コンポーネントも、アレイのユニットを構成することができる。多くの生物学的障壁コンポーネントを、1つまたは少数の免疫コンポーネントとマイクロチャンネル連結して構成することができ、或いは1つまたは少数の生物学的障壁を、多くの免疫コンポーネントとマイクロチャンネル連結して構成することもできる。一実施形態において、アレイは、個別の生物学的障壁に対して別々に、または個々に適用され、単一の免疫コンポーネントに供される、複数の試験作用物質の複合的な反応を測定するためにモニターされる。このように、多数の物質の複合的な効果について試験することができるが、なお各個別の試験作用物質のいくつかの効果についても分離することもできる。
ここに記載される実施形態の1つの目的は、生育できる表皮モデルとして人工皮膚を提供することである。かかる人工皮膚を実現するために、ケラチノサイト培養について当技術分野で知られる標準的な技術を用いることができる。一例において、初代ケラチノサイトはヒト包皮サンプルから得ることができ、沈降した培養物を気液界面に上昇させて層状培養物を発達させることができる。別の例では、再建皮膚モデルを代用してもよい。例えば、SkinEthic Laboratoriesによって記載されたREALSKIN FTまたはEpiSkinを用いることができる(http://www.skinethic.com/_int/_en/index.aspxを参照;ウェブサイトの最終アクセス 1‐4‐09)。ケラチノサイトの成長および発達をモニター/追跡するために、増殖および分化用マーカー(例えば、Ki67、involucrinなど)を用いることができる。
本発明の別の目的は、免疫系成分と障壁層との相互作用モデルとして、樹状細胞および/またはT細胞成分を提供することである。一実施形態において、樹状細胞を培養し、かつそれらの遊走を、例えば、DIC対物レンズ、落射蛍光照明、およびCCDカメラを装備した倒立顕微鏡を用いて微速度撮影顕微鏡法により視覚化するために、区画、セル、チャンバまたはチャンネルが提供される。本明細書に記載されるデバイスを用いて、遊走する活性化樹状細胞を観察できると考えられる。例えば、培養された人工皮膚の障壁層から樹状細胞が遊走するときにそれらを顕微鏡で観察できるであろう。観察は、障壁コンポーネント、コンポーネント間マイクロ流体接続部および免疫コンポーネントのいずれか、またはすべてで生じうるであろう。
他の実施形態において、本明細書に記載されるデバイスは、1つまたはそれ以上の生物学的障壁に対する物質の影響を示すのに役立つバイオマーカーを特定するために、他の方法を利用することができる。障壁コンポーネント外へ遊走する樹状細胞は、当技術分野で知られる分析方法によって特徴づけることができる。有用な分析方法は、RNAの発現レベル、遺伝物質の内容、糖タンパク質の組成、および細胞が作り出す生体物質を分析するために一般に用いられる方法を含む。分析方法の非限定の例は、ポリメラーゼ連鎖反応、DNA配列決定、サザンブロット法、ノーザンブロット法、ウエスタンブロット法、マイクロアレイ、2D電気泳動、およびイムノアッセイを含む。
一実施形態において、本免疫モジュールは、生物学的障壁細胞、および随意的に樹状細胞も培養する第1の培養区画;免疫またはリンパ管細胞、例えばT細胞のみ、をリンパ球として培養する第2の区画;および区画間流体連絡部、並びに細胞の遊走を可能にするために第1および第2の区画を接続する1つまたはそれ以上のマイクロ流体チャネルからなる、比較的単純化されたコンストラクトとすることができる。免疫モジュールの構築と単一のリンパ管細胞タイプのみの包含とは、多くの試験作用物質をインビボで使用する可能性に関するインビトロのスクリーニング能力を極めて迅速に提供する有効な分析デバイスに貢献する。多くのシステムによる複雑さを伴わない、単一のリンパ管細胞タイプを免疫モジュールに用いることによって、効率的な機能、および試験作用物質の迅速なスクリーニングが提供される。代わりの実施形態において、本免疫モジュールは、少数のリンパ管細胞タイプのみを備える。
堆積ステップでは、よく制御された厚さをもつ明確な物質層が、ウェーハ全体にわたって堆積される。マイクロ流体層の堆積に最も一般的に用いられる材料は、ガラスとしても知られるシリカ(SiO2)である。他の材料、例えばシリコン、ガラス、エポキシ、ニオブ酸リチウム、リン化インジウムおよびSiON(酸窒化シリコン)およびそれらの誘導体も使用される。
堆積に続いて、エッチング・ステップの前に、エッチング除去すべきでない領域をマスクすることにより、免疫モデリング・デバイスの望ましい2次元構造が堆積ウェーハに転写される。マスキングは、ウェーハを感光性物質で覆うこと;リソグラフィー・マスクを通してそれを露光すること、および;マスクを所定の位置に残したまま露光された物質を除去することを含む、いくつかのステップで行われる。
エッチング・ステップにおいて、マスクされていない領域の物質が、基板の最上部コア1023層から除去される。エッチング速度は、既知のパラメータであり、従ってエッチング深さを時間で制御することができる。最も一般的な2つのエッチング技術は、ウェット・エッチングおよび反応性イオン・エッチング(RIO:Reactive‐Ion‐Etching)である。
一様態において、本明細書に記載されるデバイスまたはシステムは、ユーザによる操作または制御が可能である。図8に示されるように、ユーザは、コンピュータを用いてデバイスまたはシステムと通信することができる。コンピュータのユーザ・インタフェースは、キーボード、マウス、およびモニターを含むことができる。コンピュータは、Ethernet(登録商標)、Fire Wire、USBまたは他の接続などのハードライン接続を通じて、デバイスと通信することができ、或いは、例えばワイヤレス・ネットワークまたはブルートゥースを通じて、デバイスと無線通信することができる。コンピュータは、デバイスまたはシステムからの情報を記憶するためのハードディスクを備えることができ、フラッシュ・メモリ・ドライブ、CD‐ROM、またはDVDのような記憶装置にデータを書き込む方法を備えることができる。
いくつかの実施形態において、状態、例えばアレルギー、自己免疫および/または炎症状態が、作用物質、化合物、製剤または組成物にさらされた生物学的障壁の試験サンプル(例えば、皮膚サンプル)で検出される。さらなる実施形態において、作用物質、化合物、製剤または組成物の試験サンプルに対する影響を解析した測定結果を用いて、患者の状態または病状を診断することができる。さらに別の実施形態において、本発明の検出方法は、状態または病状を診断する方法をさらに含むことができる。関連する実施形態において、病気を診断する方法は、状態または病状の検出に関するデータをレビューまたは解析すること;および状態または病気の診断に係わるデータのレビューまたは解析に基づく結論を、患者、医療従事者、または医療マネージャーに提供することを含むことができる。かかるデータのレビューまたは解析は、本明細書に記載されるように、コンピュータ、または他のデジタル・デバイスおよびネットワークを用いて促進することができる。かかるデータに関する情報は、ネットワークを通じて送信できると考えられる。
本明細書に記載される方法を実施するのに役立つ試薬を含んだキットも提供される。
Claims (21)
- 生物学的障壁を備える細胞を培養するように構成された第1の培養区画;
免疫細胞を培養するように構成された第2の培養区画;
該第1および第2の区画間の1つまたはそれ以上の区画間マイクロ流体接続部;および
デバイス内の細胞を見るように構成された光学観察コンポーネント
を備える過敏性モデリング・デバイス。 - 前記1つまたはそれ以上の流体接続部は、前記第1の区画から前記第2の区画への細胞の遊走を可能にする、請求項1に記載のデバイス。
- 前記第1の区画に細胞をさらに含み、該細胞は、皮膚、角膜、肺の内層、消化管の内層、尿生殖路の内層および人工皮膚から選択される、請求項1に記載のデバイス。
- 前記第1の区画に樹状細胞をさらに含む、請求項3に記載のデバイス。
- 前記第2の区画に免疫細胞をさらに含む、請求項3に記載のデバイス。
- T細胞が前記第2の区画における唯一の細胞である、請求項5に記載のデバイス。
- 前記第1の培養区画は、細胞増殖を支持するように構成されたマトリックスをさらに備える、請求項1に記載のデバイス。
- 培地を供給するマイクロ流体チャンネルにより相互接続された、第1および第2の培養コンポーネントの複数ユニットをさらに備える、請求項1に記載のデバイス。
- 試験作用物質に対する過敏性反応を検出する方法であって、
生物学的障壁を備える細胞を含む第1の培養区画;
免疫細胞を含む第2の培養区画;および
流体連絡を可能にする、前記第1および第2の区画間の1つまたはそれ以上の区画間マイクロ流体接続部;
を備える、過敏性モデリング・デバイスを提供すること;
該区画間に流れる培養培地を用いて、該細胞を該デバイス内で培養すること;
該生物学的障壁に試験作用物質を適用すること;
過敏性反応を検出するために、該デバイスにおいて該細胞をモニターすること
を含む方法。 - 生物学的障壁を備える細胞が、皮膚、角膜、肺の内層、消化管の内層、尿生殖路の内層および人工皮膚から選択される細胞である、請求項7に記載の方法。
- 生物学的障壁が、培養ケラチノサイトを含む人工皮膚を含む、請求項7に記載の方法。
- 生物学的障壁が、真皮層をさらに含む、請求項7に記載の方法。
- 検出される過敏性反応が、遅延型接触過敏性である、請求項7に記載の方法。
- 試験作用物質が、薬物、化粧品、栄養補助食品、合成化学物質、香料、潤滑剤、石鹸、シャンプー、ヘア製品、日焼け止め、ローションまたはオイルを含む、請求項7に記載の方法。
- 免疫細胞はT細胞を含み、前記第1の区画中に樹状細胞をさらに含む、請求項7に記載の方法。
- モニタリングは、樹状細胞の遊走を観察または測定することを含む、請求項15に記載の方法。
- モニタリングは、T細胞の増殖を決定することを含む、請求項15に記載の方法。
- モニタリングは、細胞の遊走、およびT細胞の増殖の両方を評価することを含む、請求項15に記載の方法。
- モニタリングは、遊走する細胞の遊走速度、およびT細胞の増殖速度を測定することを含む、請求項15に記載の方法。
- 生物学的障壁は、消化管の内層からの細胞を含む、請求項7に記載の方法。
- 前記樹状細胞の前記遊走は、第1または第2の区画、或いは1つまたはそれ以上の流体接続部に位置する光学観察コンポーネントを通じてモニターされる、請求項16に記載の方法。
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