JP7082118B2 - マイクロ流体エアロゾル評価装置 - Google Patents
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Description
本出願は2016年10月19日に出願された米国特許出願番号第15/297,836号の優先権を主張し、その内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は一般に、生体機能チップマイクロ流体デバイス(organ-on-chip microfluidic device)を含む人工器官、および関連する使用方法に関する。
以下、様々な実施形態について説明する。特定の実施形態は、網羅的な説明として、または本明細書で論じられるより広い態様に対する限定として、意図されないことに留意されたい。特定の実施形態に関連して説明される1つの態様は、必ずしもその実施形態に限定されず、任意の他の実施形態で実施することができる。
人工器官は、任意選択で、肺組織または細胞を有する生体機能チップマイクロ流体デバイスを含む。生体機能チップ技術は細胞集団をシリコンウェハ上に集積し、インビボ曝露システムに見られるより現実的な生活環境および曝露環境を複製するように方向付けすることを可能にする。生体機能チップマイクロ流体デバイスは当該技術分野において、例えば、PCT公開番号において知られている。WO/2013/086486、WO/2013/086502、およびWO/2010/009307は、それぞれ、その全体が参照により組み込まれる。しかし、これらの装置は、蒸気/エアロゾル動力学現象の現実的なシミュレーションを可能にする構成を提供しない。例えば、デバイスは、気道に入るエアロゾル、またはその後のエアロゾルのエージング、分散、または発生を考慮しない。マイクロ流体デバイスを「分類する」ための多くの方法が存在するが、本開示の状況における便利な方法は、流体を移動させるために使用される「力」に集中する。特に、「受動」マイクロ流体デバイスは、液体を移動させるために表面または毛管力に依存する。これらのデバイスは、次に、デバイスに用いられた、液体と表面の性質、ならびに、液体/表面の相互作用(例えば、粘性、接触角、面構造、密度、表面形状など)の性質に、依存している。「能動」マイクロ流体デバイスは、流体を移動させるために(しばしば毛管力に加えて)外力に依存する。外力の例は、機械的作用(例えば、微小電気機械システム(MEMS)ポンプ、または場合によっては「応答性ポリマー」材料)、熱勾配、および電界である。さらに、様々なタイプのマイクロバルブを使用して、マイクロチャネル内の液体の流れ(方向、体積、流量)を活性化/非活性化および制御することもできる。例えば、特定の実施形態では、マイクロ流体デバイスは能動デバイスである。他の実施形態では、マイクロ流体デバイスは受動デバイスである。
Claims (31)
- 1つ以上の気道であって、弾性材料で構築される1つ以上の気道と、蒸気、エアロゾル、または他の浮遊物質エアロゾルを1つ以上の気道に導入するように構成された、1つ以上の気道と連通する第1の開口部と、肺組織または細胞を有する生体機能チップマイクロ流体デバイスと、生体機能チップマイクロ流体デバイスを受容するように構成された、1つ以上の気道内の1つ以上の装着位置と、を含む人工器官であって、1つ以上の装着位置は、生体機能チップマイクロ流体デバイスを受容するように構成される、人工器官。
- 1つ以上の気道と、蒸気、エアロゾル、または他の浮遊物質エアロゾルを1つ以上の気道に導入するように構成された、1つ以上の気道と連通する第1の開口部と、肺組織または細胞を有する生体機能チップマイクロ流体デバイスと、生体機能チップマイクロ流体デバイスを受容するように構成された、1つ以上の気道内の1つ以上の装着位置と、を含む人工器官であって、1つ以上の装着位置は、生体機能チップマイクロ流体デバイスを受容するように構成され、
1つ以上の気道の壁が弾性であり、それによって、1つ以上の気道内の圧力の増加または減少が、1つ以上の気道を拡張または収縮させる、人工器官。 - 1つ以上の気道と、蒸気、エアロゾル、または他の浮遊物質エアロゾルを1つ以上の気道に導入するように構成された、1つ以上の気道と連通する第1の開口部と、肺組織または細胞を有する複数の生体機能チップマイクロ流体デバイスと、複数の生体機能チップマイクロ流体デバイスを受容するように構成された、1つ以上の気道内の1つ以上の装着位置と、を含む人工器官であって、1つ以上の装着位置は、複数の生体機能チップマイクロ流体デバイスの各々を受容するように構成され、
複数の生体機能チップマイクロ流体デバイスは、1つ以上の気道全体に分散されており、複数の生体機能チップマイクロ流体デバイスの各々が、それが配置される肺の特定の部分に天然の肺組織または細胞の層を含む、人工器官。 - 1つ以上の気道と、蒸気、エアロゾル、または他の浮遊物質エアロゾルを1つ以上の気道に導入するように構成された、1つ以上の気道と連通する第1の開口部と、
肺組織または細胞を有する生体機能チップマイクロ流体デバイスと、生体機能チップマイクロ流体デバイスを受容するように構成された、1つ以上の気道内の1つ以上の装着位置と、を含む人工器官であって、1つ以上の装着位置は、生体機能チップマイクロ流体デバイスを受容するように構成され、
1つ以上の気道が、肺の気道の一部のキャストを含む、人工器官。 - 1つ以上の気道と、蒸気、エアロゾル、または他の浮遊物質エアロゾルを1つ以上の気道に導入するように構成された、1つ以上の気道と連通する第1の開口部と、肺組織または細胞を有する生体機能チップマイクロ流体デバイスと、生体機能チップマイクロ流体デバイスを受容するように構成された、1つ以上の気道内の1つ以上の装着位置と、を含む人工器官であって、1つ以上の装着位置は、生体機能チップマイクロ流体デバイスを受容するように構成され、
1つ以上の気道が、肺の気道の一部の3-D印刷を含む、人工器官。 - 1つ以上の気道と、蒸気、エアロゾル、または他の浮遊物質エアロゾルを1つ以上の気道に導入するように構成された、1つ以上の気道と連通する第1の開口部と、肺組織または細胞を有する生体機能チップマイクロ流体デバイスと、生体機能チップマイクロ流体デバイスを受容するように構成された、1つ以上の気道内の1つ以上の装着位置と、を含む人工器官であって、1つ以上の装着位置は、生体機能チップマイクロ流体デバイスを受容するように構成され、
人工器官は、装置内の蒸気、エアロゾル、または他の浮遊物質の温度、湿度、および/または濃度を制御するように構成された制御装置をさらに備える、人工器官。 - 1つ以上の気道と、蒸気、エアロゾル、または他の浮遊物質エアロゾルを1つ以上の気道に導入するように構成された、1つ以上の気道と連通する第1の開口部と、肺組織または細胞を有する生体機能チップマイクロ流体デバイスと、生体機能チップマイクロ流体デバイスを受容するように構成された、1つ以上の気道内の1つ以上の装着位置と、を含む人工器官であって、1つ以上の装着位置は、生体機能チップマイクロ流体デバイスを受容するように構成され、
人工器官は、人間の喫煙プロファイルをシミュレートする目的で、第1の開口部と連通するプログラム可能なエアロゾルまたは蒸気生成装置をさらに含む、人工器官。 - 1つ以上の気道と、蒸気、エアロゾル、または他の浮遊物質エアロゾルを1つ以上の気道に導入するように構成された、1つ以上の気道と連通する第1の開口部と、肺組織または細胞を有する生体機能チップマイクロ流体デバイスと、生体機能チップマイクロ流体デバイスを受容するように構成された、1つ以上の気道内の1つ以上の装着位置と、を含む人工器官であって、1つ以上の装着位置は、生体機能チップマイクロ流体デバイスを受容するように構成され、
1つ以上の取り付け位置が、気道の周りに1つ以上の円周方向位置における別個の取り付け点を含む、人工器官。 - 1つ以上の気道と、蒸気、エアロゾル、または他の浮遊物質エアロゾルを1つ以上の気道に導入するように構成された、1つ以上の気道と連通する第1の開口部と、肺組織または細胞を有する生体機能チップマイクロ流体デバイスと、生体機能チップマイクロ流体デバイスを受容するように構成された、1つ以上の気道内の1つ以上の装着位置と、を含む人工器官であって、1つ以上の装着位置は、生体機能チップマイクロ流体デバイスを受容するように構成され、
生体機能チップマイクロ流体デバイスが、気道の内周全体を取り囲む単一の連続チップである、人工器官。 - 1つ以上の気道がチューブを含む、請求項1~9のいずれか一項に記載の人工器官。
- 1つ以上の気道が1つ以上の分岐を含む、請求項1~9のいずれか一項に記載の人工器官。
- 1つ以上の気道が、肺通路の少なくとも一部を複製する、請求項1~9のいずれか一項に記載の人工器官。
- 肺通路の一部が哺乳動物を代表する、請求項12に記載の人工器官。
- 1つ以上の気道の壁が弾性であり、それによって、1つ以上の気道内の圧力の増加または減少が、1つ以上の気道を拡張または収縮させる、請求項1に記載の人工器官。
- 1つ以上の気道全体に分散された複数の生体機能チップマイクロ流体デバイスを含み、複数の生体機能チップマイクロ流体デバイスの各々が、それが配置される肺の特定の部分に天然の肺組織または細胞の層を含む、請求項1に記載の人工器官。
- 生体機能チップマイクロ流体デバイスが受動デバイスまたは能動デバイスである、請求項3または15に記載の人工器官。
- 蒸気、エアロゾル、または他の浮遊物質が、ニコチンを含む蒸気またはエアロゾル(例えば、タバコエアロゾル)を含む、請求項3または15に記載の人工器官。
- 1つ以上の気道が、肺の気道の一部のキャストを含む、請求項1に記載の人工器官。
- 1つ以上の気道が、肺の気道の一部の3-D印刷を含む、請求項1に記載の人工器官。
- 生体機能チップマイクロ流体デバイスが、分化した肺組織の1つ以上の層を含む、請求項1~2および4~9のいずれか一項に記載の人工器官。
- 1つ以上の気道が、弾性材料で構築される、請求項20に記載の人工器官。
- 装置内の蒸気、エアロゾル、または他の浮遊物質の温度、湿度、および/または濃度を制御するように構成された制御装置をさらに備える、請求項1~21のいずれか一項に記載の人工器官。
- 人間の喫煙プロファイルをシミュレートする目的で、第1の開口部と連通するプログラム可能なエアロゾルまたは蒸気生成装置をさらに含む、請求項1~22のいずれか一項に記載の人工器官。
- 生体機能チップマイクロ流体デバイス上の開口部を覆うフィルタをさらに含み、それによって、フィルタは、気相の蒸気、エアロゾル、または他の浮遊物質がチップに入ることを可能にする、請求項15に記載の人工器官。
- 1つ以上の取り付け位置が、気道の周りに1つ以上の円周方向位置における別個の取り付け点を含む、請求項1~24のいずれか一項に記載の人工器官。
- 生体機能チップマイクロ流体デバイスが、気道の内周全体を取り囲む単一の連続チップである、請求項1~25のいずれか一項に記載の人工器官。
- 肺組織または細胞が、下からの酸素/栄養溶液によって栄養を与えられる、請求項1~26のいずれか一項に記載の人工器官。
- 蒸気、エアロゾル、または他の浮遊物質生成物を評価する方法であって、
請求項1~27のいずれか一項に記載の人工器官を提供するステップと、
蒸気、エアロゾル、または他の浮遊物質を人工器官の第1の開口部を通して導入するステップと、
を含む方法。 - 蒸気、エアロゾル、または他の浮遊物質に対する1つまたは複数の生体機能チップマイクロ流体デバイスの応答を評価することをさらに含む、請求項28に記載の方法。
- 請求項1~27のいずれか一項に記載の人工器官を提供するステップと、
人工器官にエアロゾルまたは蒸気を導入するステップと、
を含む、蒸気またはエアロゾル生成物のためのインビボ試験システムを模倣する方法。 - エアロゾルまたは蒸気に対する1つまたは複数の生体機能チップマイクロ流体デバイスの応答を評価することをさらに含む、請求項30に記載の方法。
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