JP7171696B2 - 相互接続されたウェルを有するマイクロプレートを備えた流体デバイス - Google Patents

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Description

本明細書は、広く、その中で増殖される3D細胞を成熟させ、分化させるための細胞培養物の灌流に関し、より詳しくは、ウェル間の流体の流動を促進させるために相互接続されたウェルを有するマイクロプレートを備えた流体デバイスに関する。
様々な臓器、筋肉、皮膚などを含む人体の多くの組織は、機械力に必然的に曝され、このことは、そのような組織の完全な成長にとって重要である。したがって、細胞培養物に特定の機械力、すなわち、剪断応力を印加すると、マイクロプレートの環境中でそのような組織を成長させようとするときに、その中に含まれる幹細胞に所望の生理学的反応が与えられる。剪断応力は、これらの組織の完全に機能的な体現へのオルガノイドの分化および熟成を引き起こし、それによって、科学研究の目的に適した組織のシミュレーションを与えることができる。
一般に、微小流体細胞培養プレートは、作動させるのに特殊な器具を必要とするマイクロメートルサイズの流体流路を有する。これらのデバイスは、できるだけ小さい規模でヒトの臓器の活動をシミュレーションしようとする小型構造物を備え、それによって、適切な作動を確保するために、定期的な手作業の介在が必要である。幹細胞を剪断応力に曝すことによって与えられるプラス効果を最小にすることに加え、流体流路の非常に小さい寸法も、特殊な灌流装置を必要とせずに、そのような細胞培養プレートを使用する能力を妨げる。
したがって、マイクロプレート内で成熟したオルガノイドを成長するための比較的大きい流体流路が組み込まれたマイクロプレート装置が依然として必要とされている。それに加え、流体流路に向上したプロファイルを与えると、適切な灌流装置で、そのマイクロプレートの自動化可能な工程管理がより一層可能になる。
1つの実施の形態によれば、細胞を培養するための流体デバイスは、多数のウェルおよび多数の通路を含むマイクロプレートを備え、その通路がウェルを相互接続するようにその通路がウェル間に延在する。この流体デバイスは、マイクロプレートに解放可能に係合し、それによって、ウェルと通路を囲むプレート蓋をさらに備える。そのウェルは、培養表面を、その中に受け入れられた細胞培養培地がその培養表面上に堆積されるように備える。ウェルの隣接するものの間に延在する少なくとも1つの通路は、その隣接するウェルの培養表面から間隔が空けられて、その少なくとも1つの通路と、その隣接するウェルの培養表面との間に、細胞培養培地を収集するための間隙を画成する。
別の実施の形態によれば、細胞を培養するための流体装置は、多数のウェルおよび多数の通路を含むマイクロプレートを備え、その通路がウェルを相互接続するようにその通路がウェル間に延在し、そのウェルは、その中の細胞を育てる培養表面を備える。この流体装置は、マイクロプレートに解放可能に係合し、それによって、ウェルと通路を囲むプレート蓋をさらに備え、そのプレート蓋は、マイクロプレートに係合するプレート蓋に反応して、ウェルと揃うポートを備える。この流体装置は、そのポートに結合された外部流体源を、その外部流体源が細胞培養培地をそのポートに通じてマイクロプレートのウェルに移送するようにさらに備える。ウェルの隣接するものの間に延在する少なくとも1つの通路は、その隣接するウェルの培養表面から間隔が空けられて、その少なくとも1つの通路と、その隣接するウェルの培養表面との間に、細胞培養培地を収集するための間隙を画成する。
別の実施の形態によれば、流体デバイスを使用して細胞を培養する方法は、マイクロプレートの多数のウェルに細胞培養培地に提供する工程であって、そのウェルは培養表面を含み、そのマイクロプレートが、ウェルの隣接するものの間に延在する多数の通路を含み、ウェルの隣接するものの間に延在する少なくとも1つの通路は、その隣接するウェルの培養表面から間隔が空けられて、その少なくとも1つの通路と、その隣接するウェルの培養表面との間に、細胞培養培地を収集するための間隙を画成する、工程;およびそのウェルに流体を導入し、それによって、通路を通ってウェルの間に流体が流れる工程を有してなる。
ここに記載されたマイクロプレート装置および流体デバイスの追加の特徴と利点が、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者に容易に明白となるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載された実施の形態を実施することによって認識されるであろう。
先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、様々な実施の形態を記載しており、請求項の主題の性質と特徴を理解するための概要または骨子を提供する目的であることが理解されよう。添付図面は、様々な実施の形態のさらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、ここに記載された様々な実施の形態を示しており、説明と共に、請求項の主題の原理および作動を説明する働きをする。
ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、多数のウェルおよび多数の通路を中に有するマイクロプレートの斜視図 多数の通路が多数のウェルの列に沿って延在し、それによって、多数のウェルの列を相互接続する、図1のマイクロプレートの上面図 多数の通路が多数のウェルの行に沿って延在し、それによって、多数のウェルの行を相互接続する、マイクロプレートの別の実施の形態の上面図 ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、多数のウェルが、ウェルの底壁に沿ってマイクロキャビティ基体を含む、多数のウェルと多数の通路の側面図 ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、外部表面に沿って延在する多数のポートを有するプレート蓋の斜視図 ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、エラストマー裏地が間に配置された、図5のプレート蓋および図1のマイクロプレートの、図5の線A-Aに沿ってとられた断面図 ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、多数のウェルが多数のウェル上に揃えられた、マイクロプレート上に組み立てられたプレート蓋の上面図 ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、マイクロプレートとプレート蓋の組立体と流体連通した流体装置の斜視図 ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、プレート蓋およびマイクロプレートをそのプレート蓋にしっかりと係合させる締結機構の斜視図 ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、多数のウェル内に収容された挿入物を含むマイクロプレートの部分斜視図 ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、マイクロキャビティ形状を有する挿入物がその中に収容された、マイクロプレートのウェルの部分斜視図 ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、挿入物がその中に収容された、マイクロプレートの、マイクロキャビティ形状を有するウェルの部分斜視図 流体流路が直線行でエラストマー裏地に亘り横に延在する、内部エラストマー裏地および中に形成された多数の流体流路を有するプレート蓋の別の実施の形態の上面図 平面に沿って互いから別々に隔離された多数のウェルを有するマイクロプレートの別の実施の形態の斜視図 プレート蓋の流体流路がマイクロプレートの多数のウェルを相互接続している、図13のマイクロプレート上に組み立てられた図12のプレート蓋の上面図 図13のマイクロプレート上に組み立てられた図12のプレート蓋の、図14の線15-15に沿ってとられた断面図 プレート蓋が、内部エラストマー裏地およびその中に形成された多数の流体流路を有し、その流体流路が直線列でエラストマー裏地に亘り縦方向に延在する、図13のマイクロプレート上に組み立てられた代わりのプレート蓋の上面図 図13のマイクロプレート上に組み立てられた図16のプレート蓋の、図16の線17-17に沿ってとられた断面図 ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、図14のマイクロプレートとプレート蓋の組立体と流体連通した流体装置の斜視図 ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、図16のマイクロプレートとプレート蓋の組立体と流体連通した流体装置の斜視図
ここで、その例が添付図面に示されている、様々な安定化装置が中に配置された、細胞培養容器の様々な実施の形態を詳しく参照する。できるときはいつでも、図面に亘り、同じまたは同様の部分を称するために、同じ参照番号が使用される。ここに用いられているような方向を示す用語-例えば、上、下、右、左、前、後ろ、上部、底部、遠位、および近位-は、描かれた図面に関してのみ用いられ、絶対的な向きを暗示する意図はない。
範囲は、「約」1つの特定の値から、および/または「約」別の特定の値まで、としてここに表現することができる。そのような範囲が表現されている場合、別の実施の形態は、その1つの特定の値から、および/または他方の特定の値までを含む。同様に、値が、「約」という先行詞によって近似として表現されている場合、その特定値は別の実施の形態を形成すると理解されよう。範囲の各々の端点は、他方の端点に関してと、他方の端点に関係なくの両方で有意であることがさらに理解されよう。
特に明記のない限り、ここに述べられたどの方法も、その工程が特定の順序で行われることを必要とする、または任意の装置について、特定の向きが要求されると解釈されることは決して意図されていない。したがって、方法の請求項が、その工程が従うべき順序を実際に列挙していない場合、または装置の請求項が、個々の構成要素に関する順序または向きを実際に列挙していない場合、もしくは請求項または記載に、工程が特定の順序に限定されること、または装置の構成要素に対する特定の順序または向きが列挙されていない場合、どの点に関しても、順序または向きが暗示されることは決して意図されていない。このことは、工程の配列、操作の流れ、構成要素の順序、または構成要素の向き;文法構成または句読法に由来する明白な意味;および明細書に記載された実施の形態の数またはタイプに関する論理事項を含む、解釈に関するどの可能性のある非表現基準にも適用される。
ここに用いられているように、名詞は、内容が明白に他に示していない限り、複数の対象を含む。それゆえ、例えば、成分に対する言及は、内容が明白に他に示していない限り、そのような成分を2つ以上有する態様を含む。
ここで図1を参照すると、マイクロプレート100の1つの実施の形態は、中に形成された複数のウェル104および複数の流体流路106を含む本体102を備える。詳しくは、複数の流体流路106の各流体流路106は、複数のウェル104が複数の流体流路106を介して互いに相互接続されるように、2つの直接隣接したウェル104の間に位置付けられている。各ウェル104が流体流路106によって隣接するウェル104から隔てられているので、流体流路106は、マイクロプレート100上で隣接するウェル104間に間隙を効果的に形成する。下記により詳しく記載されるように、複数のウェル104は、その複数のウェル104を共に相互接続する複数の流体流路106を介して互いに流体連通されている。これも下記にさらに記載されるように、複数の流体流路106は、あるウェル104から隣接するウェル104への流体流の動きを促進して、複数のウェル104内で増殖されるオルガノイドの熟成および分化を促進させるようなサイズと形状である。
この例において、本体102は、ウェル104および流体流路106がプラスチック材料から同様に成形されるように、そのプラスチック材料から形成される;しかしながら、本体102、ウェル104、および流体流路106は、細胞を培養するための様々な他の適切な材料から形成されてもよいことを理解すべきである。
図2から最もよく分かるように、複数の流体流路106は、流体流路106がウェル104の列を互いに相互接続するように、本体102に沿って横に延在する。この例において、マイクロプレート100は、間に配置された流体流路106を介して互いに流体連通されている様々な列のウェル104を含む。あるいは、流体流路106は、流体流路106が、この例に示されたもの以外の様々な配列のウェル104を相互接続するように作られるようにウェル104に対して様々な他の向きで本体102内に配置されてもよい。例えば、図3から分かるように、流体流路106は、複数の流体流路106がウェル104の行を相互接続するように、本体102に沿って縦に延在する。この例において、マイクロプレート100は、間に配置された流体流路106を介して互いに流体連通されている様々な行のウェル104を含む。図示されていないが、流体流路106およびウェル104の他の様々な配列がマイクロプレート100に含まれてもよいことを理解すべきである。
図4は、一連の流体流路106により相互接続された一行のウェル104を示す。この例において、複数のウェル104は、各ウェル104のウェル床110に沿って複数のマイクロキャビティ108を備える。マイクロキャビティ(108)は、各々が互いに関して規定の空間を画成する、平面に沿って、この例では、ウェル104のウェル床110に沿って、形成された小型キャビティである。マイクロキャビティ108は、培養のために各マイクロキャビティ108内に複数の細胞を収容するようなサイズと形状である。この例において、ウェル104のウェル床110は、三次元(3D)細胞集合体(すなわち、スフェロイド)の形成を可能にするように作られた細胞培養基体を構成する。したがって、ウェル104のウェル床110に沿って配置された複数のマイクロキャビティ108は、同様に、その中に収容された細胞(例えば、幹細胞)からスフェロイドを増殖させ、成長するのを促進させる機能を持つ細胞培養基体を構成する。ある場合には、マイクロキャビティ108およびウェル床110の細胞培養基体は、ウェル104内の3D細胞集合体の形成をさらに促進するために、ガス透過性材料から作られることがある。マイクロキャビティ108およびウェル床110は、スフェロイドの増殖および成長に適した他の材料から作られてもよいことを理解すべきである。
マイクロプレート100の複数の流体流路106は、ウェル104のウェル床110に対して高くされて、流体流路106とウェル床110との間に間隙115を提供する通路床112を有する。複数の流体流路106は、通路床112に対して上方に延在する一対の側壁114をさらに備え、それによって、流体流路106内に体積を形成する。したがって、間隙115は、流体流路106の隣接接続にかかわらず、ウェル104内のマイクロキャビティ108内に最初に収容された複数の細胞を部分的に貯蔵および/または維持するように作られている。側壁114はさらに、側壁114の間であって、複数のウェル104から流体流路106中に移送される任意の液体培地または細胞を部分的に貯蔵および/または維持するように作られている。ある場合には、流体流路106は、オルガノイドを培養し、成長させるためにその中に複数の細胞を収容するように同様に作られることがある。複数の流体流路106は、流体流路106の通路床112が複数のウェル104と共に、3D細胞集合体の形成を可能にするように作られるように、ウェル104のウェル床110と同様に、通路床112に沿って細胞培養基体を構成してもよいことを理解すべきである。
図3に戻ると、流体流路106は、流体流路106がウェル104より狭いプロファイルを含む寸法であるように、ウェル104の幅より小さい幅を有するようなサイズである。単に説明のための一例として、流体流路106は、ウェル104の幅の約50%の幅を含むことがある。下記により詳しく記載されるように、流体流路106の幅は、流体流路106を通る物質の移動を促進して、それぞれ、流体流路106が連結された複数のウェル104内で増殖されるスフェロイドの成長を促進する働きをする。流体流路106により移動される物質は、液体培養培地、流体(例えば、水を含む)、可溶性因子、細胞、または培養される細胞の増殖に貢献する他の様々な物質であってよい。ウェル104に対する流体流路106の相対的サイズにより、マイクロプレート100を、3D細胞培養物を灌流するための流体デバイスなどの、マイクロプレート100内で細胞を培養するための様々な適切な器具に使用することができる。
図5は、マイクロプレート100と係合するようなサイズと形状のプレート蓋120を示す。プレート蓋120は、プレート蓋120の上面に沿った外部表面122を備える。プレート蓋120は、外部表面122から反対の表面123までプレート蓋120を通って延在する、外部表面122に沿った複数のポート124をさらに備える。この例において、複数のポート124は、外部表面122からプレート蓋120の内部表面へのアクセスを提供するように作られている。以下により詳しく記載されるように、複数のポート124は、プレート蓋120の内部表面と、例えば、図7に示された、流体装置130との間の流体連通を確立するために中に管を収容するサイズと形状である。この例において、プレート蓋120は、プレート蓋120の反対の表面123、ウェル104および流体流路106が外部表面122から目に見えるように透明プラスチック材料から形成されている。他の態様において、プレート蓋120は、他の適切な材料から形成されてもよいことを理解すべきである。
ある場合には、プレート蓋120の内部表面は、図5Aから分かるように、反対の表面123で複数のポート124を覆うようなサイズと形状のエラストマー裏地125をその上に備えることがある。この場合、エラストマー裏地125は、プレート蓋120がマイクロプレート100上に組み立てられたときに、プレート蓋120をマイクロプレート100に封止し、それによって、プレート蓋120をマイクロプレート100にしっかりと留めるように作られている。単に説明のための一例として、エラストマー裏地125は、シリコーン接着剤または他の様々なシーラント高分子であってもよい。それに加え、エラストマー裏地125は、プレート蓋120の下に位置付けられたマイクロプレート100が見えるように透明または半透明であることがある。エラストマー裏地125は、プレート蓋120の内部表面と接触しないように、複数のウェル104および複数の流体流路106を隔てる保護裏地としての機能も果たすことができる。この場合、エラストマー裏地125は、ウェル104および流体流路106を封止して、ウェル104および流体流路106の内容物を汚染させる虞を最小にする。
それに加え、またはそれに代えて、エラストマー裏地125はさらに、マイクロプレート100とプレート蓋120、特に、複数のポート124との間に隔膜を形成するように作られることがある。この場合、プレート蓋120上にマイクロプレート100が組み立てられているにもかかわらず、複数のポート124は、プレート蓋120の反対の表面123に沿ったエラストマー裏地125の存在のために、マイクロプレート100の複数のウェル104および/または流体流路106と連通していないことがある。したがって、プレート蓋120をマイクロプレート100上に組み立てた後に、複数のウェル104および流体流路106へのアクセスを確立するために、エラストマー裏地125により作られた隔膜を、穿孔器具で貫通させることがある。ほんの一例として、カニューレ、針、または他の適切な穿刺器具を外部表面122に沿って複数のポート124に挿入して、エラストマー裏地125を貫通させることができる。
図6は、マイクロプレート100がプレート蓋120の内部表面に沿って収容されるようにマイクロプレート100上に組み立てられたプレート蓋120を示している。この場合、マイクロプレート100はプレート蓋120内に位置付けられており、複数のウェル104および流体流路106は、プレート蓋120中に上向きに、プレート蓋120の内部表面に向いて面している。プレート蓋120がマイクロプレート100上に組み立てられたときに、複数のポート124は、プレート蓋120の外部表面122に沿って形成されて、マイクロプレート100のウェル104の位置と揃っている。言い換えると、プレート蓋120は、プレート蓋120がその上に組み立てられることを目的とした特定のマイクロプレート100と対応して、複数のポート124がそれにしたがってマイクロプレート100内のウェル104の位置と揃うように位置付けられるように作られている。この例において、マイクロプレート100は、本体102に亘って垂直に延在し、それによって、ウェル104の列を接続する複数の流体流路106を備えている。したがって、プレート蓋120の複数のポート124は、相互接続されたウェル104の各列が、プレート蓋120の少なくとも2つのポート124と連通するように、ウェル104の位置に対応するように、外部表面122の縦の長さに沿って位置付けられている。以下により詳しく記載されるように、相互接続されたウェル104の各列と連通した2つのポート124の一方のポート124は、ウェル104の列中への「流入」アクセス地点として機能し(以後、流入ポート126と称される)、ウェル104の列に連結された2つのポート124の他方のポートは、「流出」アクセス地点を提供する(以後、流出ポート128と称される)。
マイクロプレート100が、先に記載されたように、図3から分かるように、複数の流体流路106によって互いに相互接続されたウェル104の行を備える他の場合には、プレート蓋120の複数のポート124は、外部表面122の幅に沿って位置付けられ、それによって、相互接続されたウェル104の各行が、プレート蓋120の2つのポート124と連通するように、ウェル104の位置に対応することを理解すべきである。プレート蓋120の複数のポート124のさらに他の配列および位置が、マイクロプレート100の複数のウェル104および複数の流体流路106の配列を考慮して、当業者に明白であろう。
使用に際して、ウェル104の複数のマイクロキャビティ108に、細胞が播種され、その後、プレート蓋120がマイクロプレート100上に組み立てられて、その中に細胞を閉じ込める。この場合、マイクロプレート100とプレート蓋120の組立体は、ロッカー・テーブルを備えたインキュベータ内に配置されることがある。このインキュベータは、始動され、それによって、マイクロプレート100がその上に配置されたロッカー・テーブルの運動を与え、それにより、その中の複数のウェル104および/または流体流路106内でスフェロイドおよび/またはオルガノイドが形成される。その後、マイクロプレート100とプレート蓋120の組立体がインキュベータから取り出され、プレート蓋120がマイクロプレート100から取り外される。この例において、複数のウェル104および流体流路106は、その中で成長したスフェロイドおよび/またはオルガノイドが液体培養培地に浸されるように、液体培養培地で溢れることがある。
プレート蓋120は、その後、マイクロプレート100上に再び組み立てられ、プレート蓋120とマイクロプレート100の組立体は、図7に示されるように、流体装置130に接続される。この例において、複数のウェル104および流体流路106へのアクセスは、プレート蓋120の複数のポート124を通じてしか与えられていない。マイクロプレート100とプレート蓋120の組立体は流体装置130に結合されているので、流体装置130は、プレート蓋120の複数のポート124を通じて、複数のウェル104および流体流路106との流体連通を確立する。一般に、流体装置130は、複数のウェル104および流体流路106に液体を灌流させ、それによって、その中に含まれるスフェロイドおよび/またはオルガノイドを剪断力に曝すように作られている。
流体装置130は、外部流体源132、流体分配装置134、および外部流体槽140を備える。外部流体源132は流体分配装置134に、それらの間に配置された導管136を通じて連結され、それによって、外部流体源132と流体分配装置134との間の流体連通を確立している。この例において、外部流体源132は、その中に流体を収容する加圧培地用袋である。さらに、流体分配装置134は、それぞれ、マイクロプレート100内に含まれるウェル104の各々の相互接続された列のための流量制御弁を備えたマニホールドである。したがって、流体分配装置134(すなわち、マニホールド)の各流量制御弁は、相互接続されたウェル104のそれぞれの列に揃えられた複数のポート124の流入ポート126に結合されている。この流量制御弁は、外部流体源132から流入ポート126への流体の量と速度を選択的に管理する(すなわち、制御可能に放出する)ように作られている。流体分配装置134は、流体分配装置134の流量制御弁と複数の流入ポート126との間に延在する一連の管138を通じて、プレート蓋120とマイクロプレート100の組立体に結合されている。
流体分配装置134の流量制御弁は、外部流体源132から、流体分配装置134を通じて、一連の管138を介してプレート蓋120の流入ポート126に向けて流体の移動を開始するように始動される。その流体は、流入ポート126に到達した際に、ウェル104の相互接続された列の最初のウェル104に入る。ウェル床110の細胞培養基体は、マイクロキャビティ108内に貯蔵された細胞と液体培地が灌流されるように、流体流に曝される。その流体は、最初のウェル104を残りの複数のウェル104に接続する複数の流体流路106を介して、最初のウェル104に相互接続された他の複数のウェル104を通じて移送される。その流体が複数の流体流路106を介して複数のウェル104を通過するにつれて、その流体は、ウェル104および流体流路106を通って剪断力を生じる。したがって、複数の流体流路106により与えられる接続性を通じて複数のウェル104を灌流すると、ウェル104および流体流路106の内容物(すなわち、マイクロキャビティ108およびウェル床110の培養基体に沿って収容された細胞および液体培地)を、ウェル104の細胞培養基体を効果的に差別化し、ウェル104および/または流体流路106内のオルガノイドの細胞分化および成熟に役立つ剪断力/応力に曝す。
言い換えると、複数の流体流路106によるウェル104の接続性のために、複数のウェル104内に形成されたスフェロイドに沿って一定の流体流を引き起こすことによって、ウェル床110に沿って増殖した3D細胞集合体は、分化機能を備えて成熟する。複数のウェル104の各ウェル104内で異なるオルガノイドが増殖される場合、ひいては、相互接続されたウェル104の列に流体を灌流させることによって、分化機能をさらに促進させる可溶性因子が循環し、これは、ヒトの臓器の機能的体現を密接にシミュレーションするオルガノイドの形成に役立つ。マイクロプレート100内で誘発される剪断力/応力は、流体分配装置134から移送される流体の流れにある程度起因し、流体流路106のサイズと形状にある程度起因する。詳しくは、先に詳しく記載されたように、流体流路106は、複数の流体流路106が、各ウェル104内で増殖されるオルガノイドの細胞分化および成熟を与えるために各ウェル104内の十分な流体の運動を生じるように作られるように、流体が中を移動するための向上した導管を提供するようなサイズである。
流体が複数のウェル104を流通するにつれて、各流体流路106の下の間隙115は、それぞれのウェル104内のウェル床110のマイクロキャビティ108に沿って成長したスフェロイドおよび/またはオルガノイドを部分的に維持する。一対の側壁114は、流体が十分な速度で複数の通路106を同時に流通し、それによって、各ウェル104の3D細胞集合体に沿った必要な剪断応力の形成を促進して、その中に位置付けられたオルガノイドを成熟させるようなサイズと形状である。したがって、複数の流体流路106のサイズと形状は、流体がマイクロプレート100を通って灌流されるときに、多数の目的を果たす。流体がウェル104の直線列内の最後のウェル104に一旦到達したら、その流体は、ウェル104の各相互接続された列の最後のウェル104に揃えられたそれぞれの流出ポート128を介してマイクロプレート100から出るように移送される。この例において、各流出ポート128は、一端で外部表面122のプレート蓋120に、反対の端部で外部流体槽140に結合された管138に結合されている。外部流体槽140は、貯蔵およびその後の廃棄のために、マイクロプレート100からの循環流体を収集する。
図示されていないが、いくつかの態様において、流体装置130は、外部流体槽140を含まなくてもよく、そうではなく、循環流体は別の経路を切り換え、それによって、灌流サイクルが終わるまで、複数のウェル104および流体流路106を繰り返し流通することを理解すべきである。この例において、流出ポート128は、流体が所定の数のサイクルについて、ウェル104および流体流路106の同じ直線列を通って移送されるように、流体が最後のウェル104から最初のウェル104に再循環されるように一連の管138を介して流入ポート126に結合することができる。
それに加え、またはそれに代えて、ある場合には、マイクロプレート100は、マイクロプレート100の温度を上昇させるように作られた加熱装置内に位置付けられることがある。この例において、マイクロプレート100とプレート蓋120の組立体が加熱装置内に収容されると、複数のウェル104および流体流路106内に貯蔵された内容物(すなわち、3D細胞集合体、液体培地、流体など)の内部温度が、所定の温度まで制御可能に上昇させられ、それによって、以下に限られないが、細胞の生存および細胞代謝の維持を含む様々な利点を提供する。したがって、流体が、ウェル104および流体流路106の直線列を通って移送されて、その中に貯蔵されたオルガノイドの成長を促進させるために必要な剪断応力を生じるときに、加熱装置は、細胞を同時に加熱して、その生存を維持する。
他の態様において、流体装置130の流体分配装置134は、管138を介してマイクロプレート100とプレート蓋120の組立体に結合されたポンプを備える。図示されていないが、流体装置130を使用する方法は、ここに明白に述べられた違いを除いて、先に詳しく説明されたのと実質的に似ていることを理解すべきである。この例において、流体分配装置134(すなわち、ポンプ)は、マニホールドの制御弁の操作について先に記載したように流体を単に放出するのではなく、それによって流体に十分な速度を生じる対応する機械的移動を設定することによって必要な剪断応力が生じるように所定の流量で、流体を出力するように作られている。単に説明に役立つ例として、流体分配装置134は、蠕動ポンプであってよいが、流体装置130の一部として、他の適切なポンプを使用してもよいことを理解すべきである。
図8は、締結機構250を備えたプレート蓋220の別の実施の形態を示している。下記に特に記載されない限り、プレート蓋220は、上述したプレート蓋120と同様に作られ、機能する。締結機構250は、マイクロプレート100がプレート蓋220内に収容されたときに、プレート蓋220をマイクロプレート100にしっかりと係合するように作られている。この例において、締結機構250は、プレート蓋220の外側端222に沿ってプレート蓋220に固定された一対のクランプアーム252を含む。詳しくは、クランプアーム252は、プレート蓋220に対して可動性であり、それによってマイクロプレート100をしっかりと把持し、それによって、マイクロプレート100をプレート蓋220の内部表面に封止する。図示されていないが、締結機構250は、様々な他の形態の締結装置を含んでもよいことを理解すべきである。単に説明に役立つ例として、締結機構250は、マイクロプレート100に沿って関連特徴構造に係合するように作られたスナップ特徴構造を含むことがある。あるいは、単にさらに別の例として、締結機構250は、プレート蓋220をマイクロプレート100にしっかりと封止するように機能する接着剤を含むことがある。
図9、図10、および図11は、その中に収容された挿入物を含むマイクロプレート200の別の実施の形態を示している。下記に別に記載されない限り、マイクロプレート200は、上述したマイクロプレート100と同様に作られ、機能する。したがって、マイクロプレート200の同様の構成部材を特定するために、同様の参照番号が使用される。挿入物260は、マイクロプレート200の複数のウェル204内に嵌まるようなサイズと形状の複数のウェル挿入物264を備える。この例において、挿入物260は、ウェル挿入物264がウェル204内に収容されたときに、ウェル挿入物264がウェル204と流体連通するように作られるように、多孔質材料から形成されている。下記により詳しく記載されるように、挿入物260は、多孔質材料から形成されることによって、挿入物260のウェル挿入物264が各ウェル204のウェル床210の上に収容されたときに、マイクロプレート200内に位置付けられた細胞の共培養を可能にするように機能する。
図示されていないが、挿入物260は、マイクロプレート200の複数の流体流路206内に嵌まるようなサイズと形状の複数の通路挿入物をさらに備えてもよいことを理解すべきである。さらに、挿入物260の複数のウェル挿入物264および/または複数の通路挿入物は、互いに一体に固定されてもよいことを理解すべきである。この例において、マイクロプレート200の各ウェル204および/または流体流路206は、挿入物260がその中に位置付けられたときに、挿入物260の多孔質膜により覆われる。あるいは、他の態様において、挿入物260の複数のウェル挿入物264および/または複数の通路挿入物は、ユーザが、要望通りに、ウェル挿入物264および/または通路挿入物を、それぞれのウェル204および/または流体流路206に選択的に挿入できるように、互いから個々に隔てられることがある。この例において、マイクロプレート200の全てのウェル204および/または流体流路206が、挿入物260により覆われている訳ではない。
いくつかの態様において、上述したマイクロプレート100の複数のウェル104とは異なり、マイクロプレート200の複数のウェル204は、図10から分かるように、ウェル床210がその中に形成される複数のマイクロキャビティを含まないように、ウェル床210に沿って平面を有する。それどころか、挿入物260のウェル挿入物264は、ウェル挿入物264のウェル挿入物床270に沿って複数のマイクロキャビティ268を備える。この例において、ウェル床210はまだ、その中にマイクロキャビティがないにもかかわらず、その上に細胞を収容するように作られている。さらに、ウェル挿入物床270は、マイクロキャビティ268内に細胞を収容し、それによって、その中にスフェロイド/オルガノイドを形成するように作られている。したがって、ウェル204のウェル床210に沿って堆積された細胞は、挿入物260は多孔質膜から形成されているので、灌流中に、ウェル挿入物264のマイクロキャビティ268内に形成されたスフェロイド/オルガノイドと連通している。
あるいは、図11から分かるような他の態様において、マイクロプレート200の複数のウェル204は、マイクロプレート100のウェル104と同様に、ウェル床210に沿って複数のマイクロキャビティ208を備える。この例において、ウェル挿入物264のウェル挿入物床270は、ウェル挿入物床270がその中に形成されたマイクロキャビティを持たないように平面を含む。したがって、ウェル床210のマイクロキャビティ208内に形成されたスフェロイド/オルガノイドは、多孔質材料からなる挿入物260のために、ウェル挿入物264のウェル挿入物床270に沿って任意の細胞および/または流体と連通したままである。図示されていないが、ウェル床210およびウェル挿入物床270の両方とも、形状表面の他の組合せを含んでよいことを理解すべきである。単に説明に役立つ例として、マイクロプレート200のウェル床210および挿入物260のウェル挿入物床270の両方とも、それによってウェル床210のマイクロキャビティがその中にウェル挿入物床270のマイクロキャビティを収容できるように同様なサイズと形状のマイクロキャビティを含んでもよい。
使用に際して、複数のウェル204に、ウェル床210がマイクロキャビティ208を備えているか否かにかかわらず、上述したように細胞が播種される。ウェル204がその中に細胞を含んだ状態で、複数のウェル挿入物264および/または通路挿入物が、それぞれ、ウェル204および/または流体流路206内に収容されるように、挿入物260がマイクロプレート200内に位置付けられる。この例において、播種された細胞は、ウェル床210と、複数のウェル挿入物264のウェル挿入物床270との間にしっかりと収容されている。挿入物260がマイクロプレート200によりしっかりと収容されると、挿入物260が中に囲まれた状態でプレート蓋120をマイクロプレート200上に組み立てる前に、複数のウェル挿入物264に細胞が播種される。
この例において、先に同様に記載したように、マイクロプレート200とプレート蓋120の組立体は、インキュベータ内に置かれ、それによって、複数のウェル204および/または複数のウェル挿入物264内のスフェロイドおよび/またはオルガノイドの形成のためのマイクロプレート200の運動を提供する。それに続き、マイクロプレート200とプレート蓋120の組立体はインキュベータから取り出され、プレート蓋120は、マイクロプレート200および挿入物260が液体培養培地で溢れるように、マイクロプレート200から取り外される。この例において、ウェル204および/またはウェル挿入物264内で成長したスフェロイドおよび/またはオルガノイドは、液体培養培地に効果的に浸されている。
その後、プレート蓋120をマイクロプレート200に再び組み立て、プレート蓋120とマイクロプレート200の組立体は、上述し、図7に示された流体装置130と同様の流体デバイスに接続される。したがって、流体装置130によりマイクロプレート200を通って移送されるどの流体も、挿入物260の複数のウェル挿入物264およびマイクロプレート200の複数のウェル204の両方に沿って成長したオルガノイドを灌流する。詳しくは、挿入物260は多孔質材料から形成されているので、挿入物260に沿った流体の移動により生じる剪断応力はまだ、挿入物260の多孔質特性のために、挿入物260の下に配置された細胞により経験される。言い換えると、それぞれ、複数のウェル204および/または流体流路206を覆う複数のウェル挿入物264および/または通路挿入物にかかわらず、ウェル204および/または通路206内に堆積された細胞はまだ、流体装置130によりマイクロプレート200を通って灌流される流体の剪断力に曝される。マイクロプレート200およびその中に収容されるオルガノイドを培養し、灌流する他の工程および方法が、流体装置130およびマイクロプレート100について先に記載された教示に鑑み、当業者に明白であろう。
図12は、プレート蓋320の内部表面323に沿って形成されたエラストマー裏地325を含むプレート蓋320の別の実施の形態を示している。下記に別に記載されない限り、プレート蓋320は、上述したプレート蓋120と同様に作られ、機能する。したがって、プレート蓋320の同様の構成要素を特定するために、同様の参照番号が使用される。プレート蓋320は、上述したポート124と同様に、プレート蓋320の内部表面323と、反対の外部表面322との間に延在する複数のポート324を備える。下記により詳しく記載されるように、エラストマー裏地325は、内部表面323に沿って複数のポート324を覆うようなサイズと形状である。プレート蓋320は、エラストマー裏地325内に形成された複数の流体流路326をさらに備える。言い換えると、エラストマー裏地325は、そのエラストマー裏地が流体流路326の位置で窪んだ表面を有するように、複数の流体流路326のところでその上に延在する複数の直線キャビティを含む。図12から分かるように、複数の流体流路326は、内部表面323に亘り横に延在し、それによって、プレート蓋320上に4行の流体流路326を形成する。下記により詳しく記載されるように、プレート蓋320のエラストマー裏地325に沿って、他の様々な数量、配列、および向きの流体流路326が含まれてもよいことを理解すべきである。
図13は、その中に形成された複数のウェル304を含むマイクロプレート300の別の実施の形態を示している。ここに明白に述べられた違いを除いて、マイクロプレート300は、上述したマイクロプレート100と同様に作られ、機能することを理解すべきである。マイクロプレート100とは異なり、マイクロプレート300は、複数のウェル304を相互接続するためのその上に形成された複数の流体流路を備えていない。それどころか、複数のウェル304は、マイクロプレート300の平らな平面305によって互いから隔てられている。したがって、マイクロプレート300の複数のウェル304は、複数のウェル304が互いに流体連通していないように、平らな平面305によって互いから個々に隔てられている。マイクロプレート300は、複数のポート324および複数の流体流路326が、プレート蓋320のマイクロプレート300への係合に反応して、マイクロプレート300の複数のウェル304との流体連通を確立するように機能するように、プレート蓋320と結合するように作られている。エラストマー裏地325は、プレート蓋320がマイクロプレート300上に組み立てられたときに、プレート蓋320をマイクロプレート300に封止し、それによって、プレート蓋320をマイクロプレート300にしっかりと固定するように作られている。
図14から分かるように、プレート蓋320がマイクロプレート300の上に組み立てられており、複数の流体流路326の各流体流路326は、流体流路326が複数のウェル304間の流体連通のための経路を提供するように、複数のウェル304の内の一対のウェル304の間に効果的に延在している。複数の流体流路326がプレート蓋320の内部表面323に亘り横に延在しているので、複数の流体流路326は、マイクロプレート300上にウェル304の行に亘る流体連通を提供するように作られている。下記により詳しく記載されるように、内部表面323に沿った流体流路326の異なる向きが、マイクロプレート300の複数のウェル304の中での連通の異なる配列を与えてもよい。
図15は、プレート蓋320がマイクロプレート300にしっかりと結合されたときに、複数のウェル304との複数の流体流路326の整合を示している。複数のウェル304は、上述したマイクロプレート100のウェル104と同様に、ウェル床310に沿って複数のマイクロキャビティ308を備えている。エラストマー裏地325が、プレート蓋320とマイクロプレート300との間に密封を与え、プレート蓋320がその上に組み立てられたときに複数のウェル304の内容物がその中に維持されることを確実にする機能を果たす。プレート蓋320の複数の流体流路326は、複数のウェル304の対の間に揃えられ、それによって、ウェル304の行の間に流体連通を与える。エラストマー裏地325は、プレート蓋320がマイクロプレート300上に組み立てられたときに、複数のウェル304の対の間にマイクロプレート300の平らな平面305で流体流路326を形成するように窪んでいる、および/または凹んでいる。言い換えると、エラストマー裏地325は、複数のウェル304の内の一対のウェル304の間に延在する平らな平面305でマイクロプレート300と接触せず、それによって、複数のウェル304の縁を封止しない。あるいは、下記により詳しく記載されるように、エラストマー裏地325は、流体流路326の他のプロファイルを含み、それによって、ウェル304の縁および一対のウェル304の間に延在するマイクロプレート300部分に沿って密封を作り出せることを理解すべきである。
先に手短に記載したように、図15から最もよく分かるように、エラストマー裏地325は、エラストマー裏地325が、複数のウェル304にアクセスするために穿孔または貫通されなければならないように、内部表面323に沿って複数のポート324を覆っている。言い換えると、エラストマー裏地325はさらに、マイクロプレート300と、プレート蓋320、特に、複数のポート324との間に隔膜を形成するように作られることがある。この例において、マイクロプレート300がプレート蓋320上に組み立てられているにもかかわらず、複数のポート324は、プレート蓋320の内部表面323に沿ったエラストマー裏地325の存在のために、マイクロプレート300の複数のウェル304と連通していないであろう。したがって、プレート蓋320をマイクロプレート300上に組み立てた後、複数のウェル304へのアクセスを確立するために、エラストマー裏地325により作られた隔膜は、穿孔器具で貫通されることがある。ほんの一例として、カニューレ、針、または他の適切な穿刺器具を外部表面322に沿った複数のポート324に挿入して、エラストマー裏地325を貫通させることができる。
単に説明に役立つ例として、エラストマー裏地325は、シリコーン接着剤または他の様々なシーラント高分子であることがある。それに加え、エラストマー裏地325は、プレート蓋320の下に位置付けられたマイクロプレート300が見えるように透明または半透明であることがある。エラストマー裏地325は、プレート蓋320の内部表面323と接触しないように、複数のウェル304を隔てる保護裏地としての機能も果たすことができる。この場合、エラストマー裏地325は、ウェル304を封止して、ウェル304の内容物を汚染させる虞を最小にする。
図16は、複数の流体流路426がエラストマー裏地425に沿って形成されて、プレート蓋320の流体流路326に関して先に記載されたように、横ではなく、内部表面423に対して縦に延在することを除いて、プレート蓋320と実質的に似た別のプレート蓋420を示している。言い換えると、プレート蓋420が、プレート蓋320により与えられるように一連の行ではなく、ウェル304の一連の相互接続された列に沿って、マイクロプレート300に結合されているときに、プレート蓋420の複数の流体流路426は、エラストマー裏地425に対して垂直に延在し、それによって、複数のウェル304の間に流体連通を与える。さらに、図17から分かるように、プレート蓋420のエラストマー裏地425は、プレート蓋420がマイクロプレート300に結合されているときに、エラストマー裏地425が複数のウェル304の縁に沿ってシールを提供するように、複数のウェル304の間に延在するマイクロプレート300の平らな平面305に当接するように作られている。したがって、エラストマー裏地425は、複数のウェル304の各ウェル304に沿って360度のシールを提供する。これは、マイクロプレート300の平面にエラストマー裏地425を最初に成形し、その後、プレート蓋420の内部表面423にエラストマー裏地425を封止することによって与えられる。複数の流体流路426は、複数のウェル304の間に延在するマイクロプレート300の平らな平面305からずれており、それによって、上述したプレート蓋320の流体流路326のプロファイルに対して大きいプロファイルを構成する。この例において、エラストマー裏地425は、間に延在する流体流路426を介して、複数のウェル304の列の間に流体連通を提供しつつ、マイクロプレート300の複数のウェル304の各々の間に流体シールを維持する。
それぞれ、マイクロプレート100、200に関して上述したようにマイクロプレート300上ではなく、プレート蓋320、420上に流体流路326、426が形成されるので、マイクロプレート300と共に使用されるプレート蓋320、420のタイプを単に変えることによって、様々な配列の流体流路326、426を用いることができる。このことは、複数のウェル304が曝されるであろう培養条件の利用可能な組合せのために、細胞をマイクロプレート300内で増殖させるべき方法の選択に、より大きい融通性を与える。例えば、マイクロプレート300にプレート蓋320を結合させることによって、マイクロプレート300の異なる行内に異なる組織モデルを最初に増殖させられる。その後、プレート蓋320をマイクロプレート300から取り外し、様々な配置(例えば、一連の列に縦に延在する)の、プレート蓋320と異なる流体流路426を有する代わりのプレート蓋420をマイクロプレート300に結合させて、マイクロプレート300の隣接するウェル304内に収容された異なる組織モデルの間での培地の相互作用を差別化することができる。
プレート蓋320、420およびマイクロプレート300は、ここに明白に述べられた違いを除いて、上述したプレート蓋120、220およびマイクロプレート100、200と実質的に同様の様式で、流体デバイスと使用可能であることを理解すべきである。詳しくは、ウェル304の複数のマイクロキャビティ308内に収容された細胞の播種およびインキュベーション後、複数のウェル304は、その中で成長したスフェロイドおよび/またはオルガノイドが液体培養培地で浸されるように、液体培養培地で溢れる。その後、プレート蓋320をマイクロプレート300上に再び組み立て、プレート蓋320とマイクロプレート300の組立体を、図18から分かるように、流体装置330に接続する。この例において、複数のウェル304へのアクセスは、プレート蓋320の複数のポート324を通じて与えられる。マイクロプレート300とプレート蓋320の組立体が流体装置330に結合されているので、流体装置330は、プレート蓋320の複数のポート324を通じて複数のウェル304との流体連通を確立する。一般に、流体装置330は、マイクロプレート300の複数のウェル304およびプレート蓋320の複数の流体流路326に液体を灌流し、それによって、その中に含まれるスフェロイドおよび/またはオルガノイドを剪断力にさらすように作られている。
詳しくは、流体装置330は、一連の外部流体源332、流体分配装置334、および外部流体槽340を備える。外部流体源332は、互いに異なる培地配合物であり、それぞれの外部流体源332が結合されている特定の行のウェル304にとっての組織/臓器モデルの要求に特定の配合物を含む。言い換えると、マイクロプレート300上の複数のウェル304の各行は、ウェル304のその特定の行に結合されたそれぞれの外部流体源332から異なる培地配合物を受け入れるようになっている。このことは、プレート蓋320をマイクロプレート300に結合することによって与えられ、このプレート蓋320は、4つのそれぞれの行に横に延在する複数の流体流路326を備えている。各外部流体源332は流体分配装置334に、それらの間に配置された導管336を介して結合され、それによって外部流体源332と流体分配装置334との間に流体連通を確立する。この例において、外部流体源332は、中に特定の培地配合物流体を収容する加圧培地用袋であり、流体分配装置334は、そこに結合された各外部流体源332の流量制御弁を含むマニホールドである。あるいは、流体分配装置334は、外部流体源332から培地配合物流体を出力するように作られたポンプを含むことがある。
流体分配装置334は、マイクロプレート300上の相互接続されたウェル304のそれぞれの行と揃えられた複数のポート324の流入ポート327に結合されている。流体分配装置334は、各外部流体源332から流入ポート327への流体の量および速度を選択的に管理する(すなわち、制御可能に放出する)ように作られている。流体分配装置334は、流体分配装置334と複数の流入ポート327との間に延在する一連の管338を通じてプレート蓋320とマイクロプレート300の組立体に結合されている。各管338は、管338が流体連通しているウェル304の行に送達されるのを目的とした特定の培地配合物流体を含む外部流体源332に対応する特定の導管336に結合されている。その流体が流入ポート327に到達した際に、その流体は、ウェル304の相互接続された行の最初のウェル304に入り、それによって、マイクロキャビティ308内に貯蔵された細胞および液体培地が、その中を通って移動する特定の培地配合物により灌流されるように、ウェルの細胞培養基体を流体流に曝す。その流体は、最初のウェル304を残りの複数のウェル304に接続する複数の流体流路326を介して、最初のウェル304に相互接続された他の複数のウェル304を通って移動される。流体が複数のウェル304を通って移動するにつれて、その流体が、ウェル304の細胞培養基体を効果的に差別化する剪断力を生じる。
その流体が直線行のウェル304の最後のウェル304に一旦到達したら、流体は、ウェル304の各相互接続された行の最後のウェル304に揃えられたそれぞれの流出ポート328を介してマイクロプレート300から出るように移動される。この例において、各流出ポート328は、一端で外部表面322のプレート蓋320に、反対の端部で外部流体槽340に結合された管338に結合されている。外部流体槽340は、貯蔵およびその後の廃棄のために、マイクロプレート300からの循環流体を収集する。その後、マイクロプレート300とプレート蓋320の組立体は、流体装置330から外され、それによって、プレート蓋320をマイクロプレート300から分解することができる。この例において、プレート蓋420などの異なるプレート蓋をマイクロプレート300に結合することができる。したがって、マイクロプレート300の複数のウェル304は、直線行に沿って隣接するウェル304とはもはや流体連通しておらず、むしろプレート蓋420の複数の流体流路426の向きのために、マイクロプレート300の複数のウェル304は、今では、垂直に隣接するウェル304と縦に連通している。
したがって、マイクロプレート300とプレート蓋420の組立体は、マイクロプレート300のウェル304の各列が、それぞれの外部流体源332内に収容されている特定の培地配合物流体と流体連通するように、流体装置330に結合されている。複数のウェル304の列に、外部流体源332内に収容される流体を灌流することは、各それぞれのウェル304中に移動される培地配合物の様々な組合せのために、オルガノイドの細胞分化および成熟に役立つ。ウェル304のそれぞれの列に結合された特定の培地配合物流体は、それぞれのウェル304内に適用する目的の特定の検定条件に依存する。複数のウェル304内に形成されるスフェロイドに沿って多様な流体流を誘発させることによって、複数のウェル304内で増殖する3D細胞集合体は、分化機能を生じる。各ウェル304内のオルガノイドを流体の異なる組合せに曝すことによって、そのオルガノイドは、分化成熟を促進し得る様々な可溶性因子に曝され、このことは、ヒトの臓器の機能的体現を密接にシミュレーションするオルガノイドの形成に役立つ。マイクロプレート300上に組み立てられる特定のプレート蓋320、420の調節機能により、複数のウェル304に移動される流体の組合せにバリエーションを持たせられる。
上述した流体デバイス、特に、マイクロプレートは、隣接するウェルのそれぞれの対の間に位置付けられた多数の流体流路によって、互いに相互接続された多数のウェルを備える。マイクロキャビティ基体を含むその多数のウェルの各々は、オルガノイドの成長のためにその中に細胞を収容するサイズと形状である。多数の通路は、流体が多数のウェルを流通でき、それによって、各ウェルのマイクロキャビティ基体に沿って剪断力を生じるようなサイズと形状である。先に基づいて、ここに記載された流体装置は、マイクロプレートおよびプレート蓋に結合され、それによって、マイクロプレート内に剪断力を生じ、その中に収容されるオルガノイド/スフェロイドの成長、熟成、および分化を与えることを理解すべきである。
請求項の主題の精神および範囲から逸脱せずに、ここに記載された実施の形態に、様々な改変および変更を行えることが、当業者に明白であろう。それゆえ、本明細書は、ここに記載された様々な実施の形態の改変および変更を、そのような改変および変更が、付随に特許請求の範囲およびその等価物の範囲内に入るという前提で、包含することが意図されている。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態1
細胞を培養するための流体デバイスにおいて、
(a)多数のウェルおよび多数の通路を含むマイクロプレートであって、該通路が該ウェルを相互接続するように該通路が該ウェル間に延在する、マイクロプレート、および
(b)前記マイクロプレートに解放可能に係合し、それによって、前記ウェルと前記通路を囲むプレート蓋、
を備え、
前記ウェルは、培養表面を、その中に受け入れられた細胞培養培地が該培養表面上に堆積されるように備え、
前記ウェルの隣接するものの間に延在する少なくとも1つの通路は、該隣接するウェルの培養表面から間隔が空けられて、前記少なくとも1つの通路と、該隣接するウェルの培養表面との間に、前記細胞培養培地を収集するための間隙を画成する、流体デバイス。
実施形態2
前記通路が、前記複数のウェルに亘る前記培地の循環を促進し、それによって、前記培養表面に沿って剪断力を生じるようなサイズである、実施形態1に記載の流体デバイス。
実施形態3
前記通路が、前記ウェルの間に延在する側壁を含み、該側壁が、該通路内に前記細胞培養培地を部分的に保持するようなサイズである、実施形態1に記載の流体デバイス。
実施形態4
前記培養表面が、ガス透過性マイクロキャビティ基体を構成する、実施形態1に記載の流体デバイス。
実施形態5
前記プレート蓋が、その中を通って延在する多数のポートを含み、該ポートが、該プレート蓋が前記マイクロプレートと係合したときに、前記ウェルと揃うようなサイズと形状である、実施形態1に記載の流体デバイス。
実施形態6
前記ポートの第1の部分が、循環のために、流体を外部流体源から前記ウェルに移動させるように作られており、該ポートの第2の部分が、循環した流体を該ウェルから外部槽に移動させるように作られている、実施形態5に記載の流体デバイス。
実施形態7
前記プレート蓋が、該プレート蓋と前記マイクロプレートとの間にシールを形成するエラストマー裏地を底面に沿って備える、実施形態6に記載の流体デバイス。
実施形態8
前記エラストマー裏地が、該エラストマー裏地がその中を穿孔されて、前記マイクロプレートと前記外部流体源との間の流体連通を確立するように前記プレート蓋と該マイクロプレートとの間に隔膜を形成する、実施形態7に記載の流体デバイス。
実施形態9
前記プレート蓋を前記マイクロプレートにしっかりと取り付けるように作られた締結機構をさらに備える、実施形態1に記載の流体デバイス。
実施形態10
前記複数のウェル内に位置付けられた複数のマイクロウェルを有する挿入物をさらに備える、実施形態1に記載の流体デバイス。
実施形態11
前記挿入物の複数のマイクロウェルが、多孔質膜を含む、実施形態10に記載の流体デバイス。
実施形態12
前記ウェルが、平らな底面を形成するような形状であり、前記複数のマイクロウェルが、マイクロキャビティの底面を形成するような形状であり、前記ウェルの平らな底面が、該複数のマイクロウェルのマイクロキャビティの底面を受け入れるように作られている、実施形態10に記載の流体デバイス。
実施形態13
前記ウェルが、マイクロキャビティの底面を形成するような形状であり、前記複数のマイクロウェルが、平らな底面を形成するような形状であり、該ウェルのマイクロキャビティの底面が、該複数のマイクロウェルの平らな底面を受け入れるように作られている、実施形態10に記載の流体デバイス。
実施形態14
前記ウェルおよび前記複数のマイクロウェルが、該複数のマイクロウェルのマイクロキャビティの底面が、該ウェルのマイクロキャビティの底面内に嵌まるようなサイズと形状であるように、マイクロキャビティの底面を形成するように同様の形状である、実施形態10に記載の流体デバイス。
実施形態15
細胞を培養するための流体装置において、
(a)多数のウェルおよび多数の通路を含むマイクロプレートであって、該通路が該ウェルを相互接続するように該通路が該ウェル間に延在し、該ウェルは、その中の細胞を育てる培養表面を備える、マイクロプレート、
(b)前記マイクロプレートに解放可能に係合し、それによって、前記ウェルと前記通路を囲むプレート蓋であって、該マイクロプレートに係合する該プレート蓋に反応して、前記ウェルと揃うポートを備えるプレート蓋、および
(c)外部流体源であって、該外部流体源が細胞培養培地を前記ポートに通じて前記マイクロプレートのウェルに移送するように、該ポートに結合された外部流体源、
を備え、
前記ウェルの隣接するものの間に延在する少なくとも1つの通路は、該隣接するウェルの培養表面から間隔が空けられて、該少なくとも1つの通路と、該隣接するウェルの培養表面との間に、前記細胞培養培地を収集するための間隙を画成する、流体装置。
実施形態16
前記通路が、前記外部流体源から前記ウェルに亘る前記流体の循環を促進させ、それによって、前記培養表面に沿って剪断力を生じるようなサイズである、実施形態15に記載の流体装置。
実施形態17
前記外部流体源が、マニホールドを介して前記ポートと流体連通しており、該マニホールドが、該外部流体源から前記多数のウェルに移動される細胞培養培地の流れを制御するように作られた制御弁を備える、実施形態15に記載の流体装置。
実施形態18
前記外部流体源が、ポンプを介して前記ポートと流体連通しており、該ポンプが、該外部流体源から前記多数のウェルに移動される細胞培養培地の流れを制御するように作られている、実施形態15に記載の流体装置。
実施形態19
複数のマイクロウェルであって、前記ウェルが該複数のマイクロウェルをその中に受け入れるように作られるように、該ウェルにしたがうサイズと形状である複数のマイクロウェルを有する挿入物をさらに備え、該挿入物は、該複数のマイクロウェル内でオルガノイドを育て、該挿入物は、該オルガノイドが前記ウェルの培養表面と流体連通するような多孔質膜を含む、実施形態15に記載の流体装置。
実施形態20
各通路が、一対の側壁であって、該側壁が該通路内に循環した細胞培養培地および細胞を保持するように、各ウェルに沿って延在する一対の側壁を含む、実施形態16に記載の流体装置。
実施形態21
流体デバイスを使用して細胞を培養する方法において、
マイクロプレートの多数のウェルに細胞培養培地に提供する工程であって、該ウェルは培養表面を含み、該マイクロプレートは、該ウェルの隣接するものの間に延在する多数の通路を含み、該ウェルの隣接するものの間に延在する少なくとも1つの通路は、該隣接するウェルの培養表面から間隔が空けられて、該少なくとも1つの通路と、該隣接するウェルの培養表面との間に、前記細胞培養培地を収集するための間隙を画成する、工程、および
前記ウェルに流体を導入し、それによって、前記通路を通って前記ウェルの間に流体が流れる工程、
を有してなる方法。
実施形態22
前記マイクロプレートにプレート蓋を係合させて、前記ウェル内に前記細胞培養培地を囲む工程をさらに含む、実施形態21に記載の方法。
実施形態23
前記マイクロプレートをインキュベーションして、前記ウェルおよび通路内にオルガノイドを形成する工程をさらに含む、実施形態22に記載の方法。
実施形態24
前記プレート蓋を前記マイクロプレートから外して、前記培養表面が前記細胞培養培地に浸るように、前記多数のウェルに該細胞培養培地を提供する工程をさらに含む、実施形態23に記載の方法。
実施形態25
前記ウェルに流体を導入する工程が、前記マイクロプレートに前記プレート蓋を再び係合させ、該ウェル内に位置付けられた細胞培養培地が前記通路を介して該多数のウェルを通って循環するように該ウェルに前記流体を灌流させ、それによって、その中に収容されたオルガノイドを剪断力に曝す工程を含む、実施形態24に記載の方法。
実施形態26
前記マイクロプレートを加熱システムに結合させて、前記多数のウェルおよび前記通路内に貯蔵された細胞培養培地の温度を上昇させる工程をさらに含む、実施形態25に記載の方法。
実施形態27
細胞を培養するための流体デバイスにおいて、
(a)多数のウェルを含むマイクロプレート、および
(b)多数の通路を含むプレート蓋であって、前記マイクロプレートに解放可能に係合して、該通路が揃えられて前記ウェルの間に延在するように該ウェルを囲むプレート蓋、
を備え、
前記ウェルは、培養表面を、その中に受け入れられた細胞培養培地が該培養表面上に堆積されるように備え、
前記ウェルの隣接するものの間に延在する少なくとも1つの通路は、該隣接するウェルの培養表面の間の前記細胞培養培地の連通のために前記ウェルを相互接続する、流体デバイス。
実施形態28
前記プレート蓋が、該プレート蓋と前記マイクロプレートとの間にシールを形成するエラストマー裏地を底面に沿って備える、実施形態27に記載の流体デバイス。
実施形態29
前記エラストマー裏地が、該エラストマー裏地がその中を穿孔されて、前記プレート蓋を通る前記マイクロプレートへの流体連通を確立するように該プレート蓋と該マイクロプレートとの間に隔膜を形成する、実施形態28に記載の流体デバイス。
実施形態30
前記多数の通路が前記エラストマー裏地内に形成され、該多数の通路が、前記底面に亘って横に延在し、それによって、直線行の多数の通路を形成する、実施形態28に記載の流体デバイス。
実施形態31
前記多数の通路が前記エラストマー裏地内に形成され、該多数の通路が、前記底面に亘って縦に延在し、それによって、直線列の多数の通路を形成する、実施形態28に記載の流体デバイス。
実施形態32
前記エラストマー裏地が、前記プレート蓋が前記マイクロプレートに解放可能に契合されているときに、前記多数のウェルの各ウェルの周りに個々のシールを形成するように作られている、実施形態28に記載の流体デバイス。
100、200、300 マイクロプレート
102 本体
104、204、304 ウェル
106、206、326、426 流体流路
108、208、268、308 マイクロキャビティ
110、210、310 ウェル床
112 通路床
114 側壁
115 間隙
120、220、320、420 プレート蓋
122、322 外部表面
123 反対の表面
124、324 ポート
125、325、425 エラストマー裏地
126 流入ポート
128 流出ポート
130、330 流体装置
132、332 外部流体源
134、334 流体分配装置
136、336 導管
138、338 管
140、340 外部流体槽
250 締結機構
252 クランプアーム
260 挿入物
264 ウェル挿入物
270 ウェル挿入物床
305 平らな平面
323、423 内部表面

Claims (26)

  1. 細胞を培養するための流体デバイスにおいて、
    (a)多数のウェルおよび多数の通路を含むマイクロプレートであって、該通路が該ウェルを相互接続するように該通路が該ウェル間に延在する、マイクロプレート、および
    (b)前記マイクロプレートに解放可能に係合し、それによって、前記ウェルと前記通路を囲むプレート蓋、
    を備え、
    前記ウェルは、培養表面を、その中に受け入れられた細胞培養培地が該培養表面上に堆積されるように備え、
    前記ウェルの隣接するものの間に延在する少なくとも1つの通路は、該隣接するウェルの培養表面から間隔が空けられて、前記少なくとも1つの通路と、該隣接するウェルの培養表面との間に、前記細胞培養培地を収集するための間隙を画成し、
    前記間隙が、前記ウェル内に受け入れられた前記細胞培養培地を部分的に貯蔵および/または維持するように構成されている、流体デバイス。
  2. 前記通路が、前記複数のウェルに亘る前記培地の循環を促進し、それによって、前記培養表面に沿って剪断力を生じるサイズである、請求項1記載の流体デバイス。
  3. 前記通路が、前記ウェルの間に延在する側壁を含み、該側壁が、該通路内に前記細胞培養培地を部分的に保持するサイズである、請求項1記載の流体デバイス。
  4. 前記培養表面が、ガス透過性マイクロキャビティ基体を構成する、請求項1記載の流体デバイス。
  5. 前記プレート蓋が、その中を通って延在する多数のポートを含み、該ポートが、該プレート蓋が前記マイクロプレートと係合したときに、前記ウェルと揃うようなサイズと形状である、請求項1記載の流体デバイス。
  6. 前記ポートの第1の部分が、循環のために、流体を外部流体源から前記ウェルに移動させるように作られており、該ポートの第2の部分が、循環した流体を該ウェルから外部槽に移動させるように作られている、請求項5記載の流体デバイス。
  7. 前記プレート蓋が、該プレート蓋と前記マイクロプレートとの間にシールを形成するエラストマー裏地を底面に沿って備える、請求項6記載の流体デバイス。
  8. 前記エラストマー裏地が、該エラストマー裏地がその中を穿孔されて、前記マイクロプレートと前記外部流体源との間の流体連通を確立するように前記プレート蓋と該マイクロプレートとの間に隔膜を形成する、請求項7記載の流体デバイス。
  9. 前記プレート蓋を前記マイクロプレートにしっかりと取り付けるように作られた締結機構をさらに備える、請求項1記載の流体デバイス。
  10. 前記複数のウェル内に位置付けられた複数のマイクロウェルを有する挿入物をさらに備える、請求項1記載の流体デバイス。
  11. 前記挿入物の複数のマイクロウェルが、多孔質膜を含む、請求項10記載の流体デバイス。
  12. 前記ウェルが、平らな底面を形成するような形状であり、前記複数のマイクロウェルが、マイクロキャビティの底面を形成するような形状であり、前記ウェルの平らな底面が、該複数のマイクロウェルのマイクロキャビティの底面を受け入れるように作られている、請求項10記載の流体デバイス。
  13. 前記ウェルが、マイクロキャビティの底面を形成するような形状であり、前記複数のマイクロウェルが、平らな底面を形成するような形状であり、該ウェルのマイクロキャビティの底面が、該複数のマイクロウェルの平らな底面を受け入れるように作られている、請求項10記載の流体デバイス。
  14. 前記ウェルおよび前記複数のマイクロウェルが、該複数のマイクロウェルのマイクロキャビティの底面が、該ウェルのマイクロキャビティの底面内に嵌まるようなサイズと形状であるように、マイクロキャビティの底面を形成するように同様の形状である、請求項10記載の流体デバイス。
  15. 細胞を培養するための流体装置において、
    (a)多数のウェルおよび多数の通路を含むマイクロプレートであって、該通路が該ウェルを相互接続するように該通路が該ウェル間に延在し、該ウェルは、その中の細胞を育てる培養表面を備える、マイクロプレート、
    (b)前記マイクロプレートに解放可能に係合し、それによって、前記ウェルと前記通路を囲むプレート蓋であって、該マイクロプレートに係合する該プレート蓋に反応して、前記ウェルと揃うポートを備えるプレート蓋、および
    (c)外部流体源であって、該外部流体源が細胞培養培地を前記ポートに通じて前記マイクロプレートのウェルに移送するように、該ポートに結合された外部流体源、
    を備え、
    前記ウェルの隣接するものの間に延在する少なくとも1つの通路は、該隣接するウェルの培養表面から間隔が空けられて、該少なくとも1つの通路と、該隣接するウェルの培養表面との間に、前記細胞培養培地を収集するための間隙を画成し、
    前記間隙が、前記ウェル内に受け入れられた前記細胞培養培地を部分的に貯蔵および/または維持するように構成されている、流体装置。
  16. 前記通路が、前記外部流体源から前記ウェルに亘る前記流体の循環を促進させ、それによって、前記培養表面に沿って剪断力を生じるようなサイズである、請求項15記載の流体装置。
  17. 前記外部流体源が、マニホールドを介して前記ポートと流体連通しており、該マニホールドが、該外部流体源から前記多数のウェルに移動される細胞培養培地の流れを制御するように作られた制御弁を備える、請求項15記載の流体装置。
  18. 前記外部流体源が、ポンプを介して前記ポートと流体連通しており、該ポンプが、該外部流体源から前記多数のウェルに移動される細胞培養培地の流れを制御するように作られている、請求項15記載の流体装置。
  19. 複数のマイクロウェルであって、前記ウェルが該複数のマイクロウェルをその中に受け入れるように作られるように、該ウェルにしたがうサイズと形状である複数のマイクロウェルを有する挿入物をさらに備え、該挿入物は、該複数のマイクロウェル内でオルガノイドを育て、該挿入物は、該オルガノイドが前記ウェルの培養表面と流体連通するような多孔質膜を含む、請求項15記載の流体装置。
  20. 各通路が、一対の側壁であって、該側壁が該通路内に循環した細胞培養培地および細胞を保持するように、各ウェルに沿って延在する一対の側壁を含む、請求項16記載の流体装置。
  21. 流体デバイスを使用して細胞を培養する方法において、
    マイクロプレートの多数のウェルに細胞培養培地に提供する工程であって、該ウェルは培養表面を含み、該マイクロプレートは、該ウェルの隣接するものの間に延在する多数の通路を含み、該ウェルの隣接するものの間に延在する少なくとも1つの通路は、該隣接するウェルの培養表面から間隔が空けられて、該少なくとも1つの通路と、該隣接するウェルの培養表面との間に、前記細胞培養培地を収集するための間隙を画成し、前記間隙が、前記ウェル内に受け入れられた前記細胞培養培地を部分的に貯蔵および/または維持するように構成されている、工程、および
    前記ウェルに流体を導入し、それによって、前記通路を通って前記ウェルの間に流体が流れる工程、
    を有してなる方法。
  22. 前記マイクロプレートにプレート蓋を係合させて、前記ウェル内に前記細胞培養培地を閉じ込める工程をさらに含む、請求項21記載の方法。
  23. 前記マイクロプレートをインキュベーションして、前記ウェルおよび通路内にオルガノイドを形成する工程をさらに含む、請求項22記載の方法。
  24. 前記プレート蓋を前記マイクロプレートから外して、前記培養表面が前記細胞培養培地に浸るように、前記多数のウェルに該細胞培養培地を提供する工程をさらに含む、請求項23記載の方法。
  25. 前記ウェルに流体を導入する工程が、前記マイクロプレートに前記プレート蓋を再び係合させ、該ウェル内に位置付けられた細胞培養培地が前記通路を介して該多数のウェルを通って循環するように該ウェルに前記流体を灌流させ、それによって、その中に収容されたオルガノイドを剪断力に曝す工程を含む、請求項24記載の方法。
  26. 前記マイクロプレートを加熱システムに結合させて、前記多数のウェルおよび前記通路内に貯蔵された細胞培養培地の温度を上昇させる工程をさらに含む、請求項25記載の方法。
JP2020502670A 2018-07-13 2018-07-13 相互接続されたウェルを有するマイクロプレートを備えた流体デバイス Active JP7171696B2 (ja)

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