KR20080056163A - Novel enhanced processes for drug testing and screening using human tissue - Google Patents

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KR20080056163A
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박성수
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헤파호프 인코포레이티드
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    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • C12M21/00Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/08Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing artificial tissue or for ex-vivo cultivation of tissue

Abstract

A novel method for testing human tissue in a testing system is more effective than conventional cell culture systems and functions by treating the human tissue slice system's samples with at least one compound and observing the effect on the human tissue slices resident therein, or cells, tissue samples or other derivatives from the testing process.

Description

신규의 향상된 인체 조직을 사용한 약물 시험 및 선별 방법{NOVEL ENHANCED PROCESSES FOR DRUG TESTING AND SCREENING USING HUMAN TISSUE}NOVEL ENHANCED PROCESSES FOR DRUG TESTING AND SCREENING USING HUMAN TISSUE

본 발명은 제대혈, 모든 방식의 신생물, 구체적으로는 인체 조직을 포함하는, 모든 주요 기관, 기관 시스템, 체세포 전이를 이용하여 클론된 조직, 또는 모든 줄기 세포 기초 요법으로부터 유래되는 것들을 포함하는, 생물학적 조직 박편을 이용하는 시험 시스템에 관한 것이다. 본 시험기는 개인별 의학 치료를 제공하는 방법으로, 약물 후보, 약물, 약물 대사산물을 평가, 검출, 및 시험하는데 사용될 수 있다. 궁극적으로, 이러한 시험기는 표현형 분석법, 또는 나노-시스템 생물학적 접근법을 포함하는 기타 모든 단백질체학적, 게놈학적, 또는 물질대사학적 분석법을 기초로 선별된 조직 내의 발암 등의 질병 연구에 사용될 수도 있다.The present invention is directed to biological, including umbilical cord blood, all forms of neoplasm, specifically those derived from all major organs, organ systems, tissues cloned using somatic metastasis, or all stem cell based therapies, including human tissue. A test system using tissue flakes. The present tester can be used to evaluate, detect, and test drug candidates, drugs, drug metabolites, as a method of providing personalized medical treatment. Ultimately, such testers may be used to study diseases such as carcinogenesis in selected tissues based on phenotypic assays or any other proteomic, genomic or metabolic assays, including nano-system biological approaches.

현재의 요법은 판매-전 및 판매-후 시험에 관하여 두 가지 주요한 결함이 있다는 사실이 확인되었다. 일 예로서, 바이옥스(VIOXX®)의 완패는 후보 집단의 일부가 부작용에 대한 잠재성이 있는 경우, 특이적 질병 상태 치료용 후보 물질을 선별하기 위한 노력이 필요하다는 것을 분명히 보여주었다. 현재 사용가능한 게놈학적 및 단백질체학적 분석법을 사용하면, 고위험 환자 및 환자군은 이러한 잠재적으로 위해하고, 병리학적으로 독성인 화합물을 투여하기 전에 조직을 선별할 수 있 다.Current therapies have identified two major deficiencies with regard to pre-sale and post-sale trials. As an example, the complete defeat of VIOXX® has clearly shown that if some of the candidate populations have potential for side effects, efforts are needed to select candidate substances for treating specific disease states. Using currently available genomic and proteomic assays, high-risk patients and patient populations can select tissue before administering these potentially hazardous, pathologically toxic compounds.

이와 마찬가지로, 증가하는 비용이 이러한 계산법에 영향을 주었으며, 본 명세서에 지적한 필요성을 강조하고 부각시켰다. 이는 여기서 확인된 기록적인 숫자의 연구에 의하여 너무나도 분명하게 되었다.Likewise, increasing costs have influenced this calculation, highlighting and highlighting the need pointed out herein. This was made too clear by the record number studies identified here.

신약 개발 연구를 위한 터프츠 센터의 연구에 따르면, 2001에 신약 개발에 든 평균 비용이 8억 달러를 초과했다. 이에 의하면, 임상 전 연구를 위하여 각 제약사별로 약 1600만 달러가 사용되었다. 따라서 신약 개발 내의 시험 시간 및 비용의 감소가 대부분의 제약사의 생존을 위한 결정적 요인이 된다. 이와 함께, 일반적으로 동일한 신약 전장에서는 하나 이상의 경쟁사가 있기 때문에, 모든 경쟁적 이점을 필요로 한다. 신약 개발의 비용의 대부분은 FDA 인증 절차에서 발생한다. 그러나, 이러한 비용의 대부분은 임상 전 비용과 동일한 방법으로는 충당하기 어렵다. 치솟는 임상 전 비용을 처리하기 위하여, 효과적이고, 비용적으로 적절하며, 시기 적절한 잠재적 신약 후보 물질의 생체 내 및 생체 외 시험 및 선택법이 당해 업계의 중대한 관심 분야가 되었다.According to a study by the Tufts Center for Drug Development Research, the average cost of drug development in 2001 exceeded $ 800 million. According to the study, about $ 16 million was spent for each pharmaceutical company for preclinical studies. Therefore, the reduction of test time and cost in drug development is a decisive factor for the survival of most pharmaceutical companies. In addition, there is usually more than one competitor on the same New Testament battlefield, requiring all competitive advantages. Most of the cost of drug development comes from the FDA certification process. However, most of these costs are difficult to cover in the same way as preclinical costs. In order to address soaring preclinical costs, in vivo and ex vivo testing and selection of effective, costly and timely potential new drug candidates has become a significant area of concern in the art.

신약 개발 과정에서, 독성은 항상 중요한 고려사항이었다. 간이 대부분의 약물을 대사하기 때문에, 간 손상이 큰 관심사이다. 이와 마찬가지로, 다른 기관과 기관 시스템, 및 이들이 외래성 물질에 어떻게 반응하는지 여부가 중요하다. 작은 동물 및 세포 배양 기법을 사용하는 종래의 생체 내 및 생체 외 시험법은, 따라서 신약 개발시 간 기능을 평가하는데 사용된다. 그러나, 이러한 종래의 시험법은 개인별 편차, 대형 동물 사용시의 고비용, 및 간 자체의 본래 특성의 상실 등의 특정의 단점을 갖는다. 다른 기관도 마찬가지이다. 이러한 다른 기관 및 포유류가 다양한 전구약물, 약물, 화합물 및 시스템에 반응하는 방법에 대하여 인식하는 우리의 지식이 늘어남에 따라, 본 발명의 상대적 중요성은 더 부각되고 중요해졌다. In the development of new drugs, toxicity has always been an important consideration. Since the liver metabolizes most drugs, liver damage is of great concern. Similarly, it is important whether other organs and organ systems and how they react to adventitious materials. Conventional in vivo and ex vivo assays using small animal and cell culture techniques are therefore used to evaluate drug function development time. However, these conventional test methods have certain disadvantages such as individual variation, high cost when using large animals, and loss of the original characteristics of the liver itself. The same is true for other institutions. As our knowledge of how these different organs and mammals respond to various prodrugs, drugs, compounds and systems has increased, the relative importance of the present invention has become more and more important.

이러한 단점을 극복하기 위하여, 세포 배양 시스템이 사용되었다. 그러나, 이러한 세포 대 세포 연결 상호작용은 소망하는 길이의 시간 동안 유지될 수 없다. 일단 세포 대 세포 연결도(connectivity)를 잃게 되면, 기관, 기관 시스템, 또는 유기체 수준의 반응을 더 이상 조절할 수 없기 때문에 시험이 곧 실패하게 된다.To overcome this disadvantage, cell culture systems were used. However, such cell to cell linkage interactions cannot be maintained for a desired length of time. Once cell-to-cell connectivity is lost, the test will soon fail because it can no longer control organ, organ system, or organism-level responses.

인공생체 기관 장치는 현재 개발 중이다. 생체 기관의 기능은 생물학적 기질 즉, 예를 들어, 이종 또는 인간에서 유래한 간 조직의 유효성을 필요로 하는 간 박편 또는 간 시료 전체로만 대체될 수 있다고 알려져 있다. 최근 혼성 간 지원 장치 내에서 기계적 지원 시스템과 생물학적 지원 시스템을 결합하려는 노력이 있다. 이러한 혼성 장치의 기계적 성분은 독소를 제거하고, 환자의 혈청과 간 지원 장치의 생물학적 성분 간의 차단막을 형성하는데 사용된다. 이러한 혼성 간 지원 장치의 생물학적 성분은 간 박편, 과립화된 간, 또는 양성 종양 세포에서 유래한 간 세포 또는 돼지의 간세포로 구성될 수 있다. 이러한 생물학적 성분은 생물반응기로 종종 언급되는 격실 내에 격납된다. 그러나 이러한 장치에 사용된 개개의 세포주의 기능성을 유지하는 것에 관한 문제가 남아 있다. 대부분의 장치는 무한증식 세포주를 사용한다. 시간이 지남에 따라 이러한 세포는 특정 기능을 잃게 된다는 것을 알게 되었다.Artificial organ devices are currently under development. It is known that the function of a living organ can only be replaced by a liver lamella or an entire liver sample that requires the effectiveness of a biological substrate, eg, a heterologous or human-derived liver tissue. Recently, efforts have been made to combine mechanical and biological support systems within a hybrid liver support device. The mechanical components of such hybrid devices are used to remove toxins and form a barrier between the serum of the patient and the biological components of the liver support device. The biological components of such hybrid liver support devices may consist of liver cells derived from liver flakes, granulated liver, or benign tumor cells or liver cells of porcine pigs. Such biological components are contained within compartments often referred to as bioreactors. However, there remains a problem regarding maintaining the functionality of the individual cell lines used in such devices. Most devices use an infinite cell line. Over time, they found that these cells lost certain functions.

몇 종의 군의 개발중인 인공생체 간 장치, 예를 들어, 키르케 바이오메디컬(Circe Biomedical®, Lexington, MA), 비타젠(Vitagen®, La Jolla, CA), 엑스코프 메디컬(Excorp Medical, Oakdale, MN), 및 알제닉스(Algenix, Shoreview, MN)가 있다. 키르케 바이오메디컬 장치는 생체적합성 멤브레인을 지닌 생활성(viability) 간 세포를 체외, 인공생체 간 보조 시스템에 통합하였다. 비타젠 ELAD® (체외 간 보조 장치) 인공 간은 배양된 인간 간 세포주(C3A)를 함유하는 두 격실을 지닌 중공사(hollow-fiber) 카트리지이다. 이 카트리지는 특정 분자량을 차단하는 반투과성 멤브레인을 함유한다. 이 멤브레인은 배양된 인간 세포주와 환자의 초여과물의 물리적 격리를 가능하게 한다. 알제닉스는 외부 간 지원 시스템이 돼지 간 세포를 사용하는 시스템을 제공한다. 개개의 돼지 간 세포는 인간 혈액 세포를 처리하기 위하여 멤브레인을 통과한다. 엑스코프 메디컬의 장치는 의도적으로 사육된, 무병원체 돼지에서 채집한 약 100 g의 1차 돼지 간 세포로부터 환자의 혈액을 분리하는 중공사 멤브레인(10OkDa 컷오프) 생물반응기를 포함한다. 혈액은 중공 고분자 섬유 및 수억 개의 돼지 간 세포를 함유한 현탁액으로 채워진 실린더를 통과한다. 섬유는 돼지 세포의 단백질 및 세포 부산물이 환자의 혈액에 직접 접촉하는 것을 차단하면서, 세포들 간의 필수적인 접촉을 허용하여 혈액 내의 독소가 제거될 수 있도록 하는 차단막으로서 작용한다.Several types of intercellular devices under development, such as Circe Biomedical®, Lexington, Mass., Vitagen®, La Jolla, Calif., Excorp Medical, Oakdale, MN), and Algenix (Algenix, Shoreview, MN). The Kirke Biomedical Device integrates viability liver cells with biocompatible membranes into in vitro and artificial liver support systems. Vitagen ELAD® (In Vitro Liver Assist Device) Artificial liver is a hollow-fiber cartridge with two compartments containing cultured human liver cell lines (C3A). This cartridge contains a semipermeable membrane that blocks certain molecular weights. This membrane allows for physical isolation of cultured human cell lines and patients' ultrafiltrations. Algenix provides a system in which the external liver support system uses porcine liver cells. Individual porcine liver cells pass through the membrane to process human blood cells. Exco Medical's device includes a hollow fiber membrane (10 kDa cutoff) bioreactor that separates the patient's blood from about 100 g of primary pig liver cells collected from intentionally bred, pathogen-free pigs. Blood passes through a cylinder filled with a suspension containing hollow polymer fibers and hundreds of millions of pig liver cells. The fiber acts as a barrier to allow the toxins in the blood to be removed by allowing essential contact between the cells while blocking the protein and cell by-products of the pig cells from directly contacting the blood of the patient.

이러한 장치의 다양한 특징은 기존 기술의 진보를 보여주고 있으나, 이들은 여전히 특정 단점을 가진다. 개개의 간 세포를 사용하는 이러한 모든 장치의 유효성은 간의 생체 내 조건을 특징짓는 세포 대 세포 상호작용의 부재에 기인하여 제 한된다. 따라서, 인공생체 기관, 예를 들어, 신약 개발에 사용시 향상된 효능, 생 활성, 및 기능성을 지닌 간이 유리하다. 이러한 오랜 숙원은 인공생체 조직 박편으로 약물 시험을 하는 본 발명에 의하여 해결되었다.Various features of these devices show advances in existing technology, but they still have certain drawbacks. The effectiveness of all these devices using individual liver cells is limited due to the lack of cell-to-cell interactions that characterize liver conditions in vivo. Thus, livers having improved efficacy, bioactivity, and functionality when used in developing artificial organs, such as new drugs, are advantageous. This long aspiration has been solved by the present invention in which drug testing is performed on artificial tissue flakes.

인공생체 기관 시스템 기술이 발전함에 따라, 화합물 선별법도 더불어 발전하였다. 본 출원에서는 인공생체 기관 시스템에 최근 진보를 활용하는 방법, 및 특히 인체 조직의 진보된 절차에 적용되는 방법을 개시하였다.As the technology of artificial organ systems has evolved, so has compound compounds. The present application discloses a method of utilizing recent advances in an artificial organ system, and particularly a method applied to advanced procedures of human tissue.

발명의 개요Summary of the Invention

적어도 하나의 화합물로 인공생체 기관 시스템 또는 세포 배양액을 처리하는 단계, 및 인공생체 기관 시스템 또는 세포 배양액에 대한 효과를 관찰하는 단계에 의하여 인공생체 기관 시스템, 세포 배양액, 및 인체 조직 자체 내에서 인체 조직을 시험하는 신규의 방법을 개시한다. 이와 함께, 당해 기술 분야의 숙련자라면 첨단 게놈학, 단백질체학, 및 물질대사학적 분석을 보충하여, 기구 및 방법을 사용하는 환자에 대한 조직 및 기관 특이적 선별을 제공하는 본 발명의 상업적 방법이 추가로 개시된다는 사실을 쉽게 이해할 수 있다.Treating the artificial organ system or cell culture with at least one compound, and observing the effect on the artificial organ system or cell culture, and the human tissue within the artificial organ system, cell culture, and human tissue itself. A new method of testing is disclosed. In addition, those of ordinary skill in the art will be able to supplement commercial genomics, proteomics, and metabolic assays to provide commercial methods of the present invention that provide tissue and organ specific selection for patients using instruments and methods. It can be easily understood that it is disclosed as.

본 명세서는 생체 외에서 생체 내 조직 기능을 실질적으로 복제하는 생물반응기를 제공하는 단계, 생물반응기에 조직 시료의 적어도 하나의 분취물(aliquot)을 고정하는 단계, 및 적어도 하나의 분취물로 활용 가능한 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 모사된 생체 내 조건을 제공하는 방법을 제공한다.This specification provides a bioreactor that substantially replicates tissue functions in vivo in vitro, immobilizing at least one aliquot of a tissue sample in the bioreactor, and data available as at least one aliquot. It provides a method for providing simulated in vivo conditions comprising the step of generating.

이와 마찬가지로, 생체 외에서 생체 내 조직 기능을 실질적으로 복제하는 생물반응기를 확보하는 단계, 조직 시료를 확보하는 단계, 및 조직 시료의 적어도 하 나의 분취물을 사용하여 활용 가능한 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 생체 내 조건을 실질적으로 모사하는 방법이 개시된다.Likewise, obtaining a bioreactor that substantially replicates tissue function in vivo in vitro, obtaining a tissue sample, and generating usable data using at least one aliquot of the tissue sample A method of substantially simulating in vivo conditions is disclosed.

또한, 인체 조직 시료를 제공하는 단계, 인공생체 조직 시스템의 일부로 조직 박편을 포함시키는 단계, 조직 시료를 조직 박편으로 분할하는 단계, 및 인공 조직 시스템을 사용하여 적어도 하나의 약물 요법으로 조직 박편을 처리함으로써 활용 가능한 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 생체 내 조건을 실질적으로 모사하는 방법을 개시한다.In addition, treating the tissue flakes with at least one drug regimen using a step of providing a human tissue sample, including the tissue flakes as part of the artificial tissue system, dividing the tissue sample into the tissue flakes, and using the artificial tissue system. A method of substantially simulating in vivo conditions is then disclosed that includes generating usable data.

본 명세서는 인체 조직 박편을 함유한 인공생체 조직 시스템을 확보하는 단계, 인공 조직 시스템을 사용하여 적어도 하나의 약물 요법으로 조직 박편을 처리함으로써 활용 가능한 데이터를 생성하는 단계 및, 유사분열 활성, 화합물의 독성, 또는 조직병리학을 결정하기 위하여 데이터와 비교하는 단계, 상기 데이터 비교를 기초로 약물 요법을 선택하는 단계를 포함하는 유사한 방법을 개시한다.The present disclosure provides a method for obtaining an artificial biological tissue system containing human tissue flakes, generating data available by treating the tissue flakes with at least one drug therapy using the artificial tissue system, and mitotic activity, A similar method is disclosed that includes comparing data to determine toxicity, or histopathology, and selecting drug therapy based on the comparison of the data.

마지막으로, 인체 조직 박편을 격납하기 위한 생물반응기-기초 시스템을 제공하는 단계, 생물-반응 기초 시스템에 인체 조직을 정착시키는 단계, 인체 조직상에 요법을 시험하는 단계, 및 결과를 수집하는 단계를 포함하는 인체 조직을 시험하기 위한 상업적 방법을 개시한다. Finally, providing a bioreactor-based system for storing human tissue flakes, anchoring human tissue to the bio-reaction based system, testing the therapy on human tissue, and collecting the results Disclosed is a commercial method for testing human tissue comprising.

본 발명의 전술한 특징 및 목적은 첨부된 도면과 함께 제시된 다음의 상세한 설명을 참고하면 더 자명해질 것이며, 여기서 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 나타내며, 여기서:BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above-mentioned features and objects of the present invention will become more apparent with reference to the following detailed description given in conjunction with the accompanying drawings, wherein like reference numerals denote like elements, wherein:

도 1은 인공생체 기관 시스템의 실시 상태의 시스템의 개략도이다;1 is a schematic diagram of a system in an embodiment of an artificial living organ system;

도 2는 본 발명에 따른 인체 조직 및 인공생체 기관 시스템의 실시 상태의 투시도이다; 2 is a perspective view of an embodiment of a human tissue and artificial organ system in accordance with the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 인체 조직 및 인공생체 기관 시스템 내에 설치된 생물반응기의 실시 상태의 투시도이다;3 is a perspective view of an embodiment of a bioreactor installed in human tissue and artificial organ system according to the present invention;

도 4는 도 1 내지 도 3의 시스템의 실시 상태의 투시도이다;4 is a perspective view of an embodiment of the system of FIGS. 1-3;

도 5는 인체 조직 박편 장치의 위치를 보여주는 본 시스템의 실시 상태의 투시도이다;5 is a perspective view of an embodiment of the present system showing the location of a human tissue lamella device;

도 6은 인체 조직 박편을 함유한 조직 박편 장치의 실시 상태의 분해도이다;6 is an exploded view of an embodiment of a tissue flake device containing human tissue flakes;

도 7A는 인체 조직 및 인공생체 기관 시스템의 실시 상태에서의 조직 박편 정렬 상태의 측면 단면도이다; FIG. 7A is a side cross-sectional view of a tissue flake alignment state in an embodiment of human tissue and artificial organ system;

도 7B는 도 7A의 인체 조직 박편 정렬 상태의 투시도이다;FIG. 7B is a perspective view of the human tissue lamella alignment state of FIG. 7A; FIG.

도 8은 인공생체 기관 시스템을 사용한 계속적 및 간헐적 관류에 의한 생체 외 리도카인 제거의 그래프이다;8 is a graph of in vitro lidocaine removal by continuous and intermittent perfusion using an artificial living organ system;

도 9는 인공생체 기관 시스템을 사용한 6 시간 및 24 시간 구동에 따른 생체 외 리도카인 제거의 그래프이다;FIG. 9 is a graph of in vitro lidocaine removal according to 6 and 24 hour drive using an artificial organ system;

도 10은 인공생체 기관 시스템을 사용한 6 시간 및 24 시간 구동에 따른 생체 외 DMX 농도의 그래프이다;FIG. 10 is a graph of in vitro DMX concentrations at 6 and 24 hour drive using an artificial organ system;

도 11은 인공생체 기관 시스템을 사용한 6 시간 및 24 시간 구동에 따른 생체 외 암모니아 제거의 그래프이다;FIG. 11 is a graph of ex vivo ammonia removal over 6 and 24 hour runs using an artificial living organ system; FIG.

도 12는 본 발명의 인체 조직 박편 장치에 의하여 수행되는 방법의 개략도이다;12 is a schematic diagram of a method performed by a human tissue lamella device of the present invention;

도 13은 본 발명의 실시 상태에 따라서, 유용한 결과를 얻기 위하여 인체 조직 및 인공생체 기관 시스템을 사용하는 방법을 보여주는 실시 상태의 순서도이다.13 is a flowchart of an embodiment showing how to use human tissue and an artificial organ system to obtain useful results, in accordance with an embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, "요법"이라는 용어는 하나 이상의 약물, 화합물, 치료제, 핵산, 펩타이드, 대사산물, 바이러스, 박테리아, 또는 그 밖에 세포 또는 조직에 적용할 수 있는 제제를 의미하는 것으로 이해하여야 한다.As used herein, the term "therapy" is understood to mean one or more drugs, compounds, therapeutic agents, nucleic acids, peptides, metabolites, viruses, bacteria, or other agents that can be applied to cells or tissues. shall.

본 발명은 특히, 인체 조직 시험용 시스템을 형성하기 위하여 동물 기관의 박편 주변에 혈장을 순환시키기 위한 진보된 모듈 시스템을 개시한다.The present invention discloses, in particular, an advanced modular system for circulating plasma around slices of animal organs to form a system for testing human tissue.

본 발명의 또 다른 목적은 환자를 생존시키는 화합물의 실제 투여 전에 화합물 효능을 시험하기 위한 플렛폼을 사용하는 효과적인 방법을 제공하는 것이다. 화합물의 독성 및 약학적 효과는 생체 내 및 생체 외 동물 시험을 통하여 실현된다. 그러나, 본 발명은 배양되어야 하는 인간 및 동물 둘 모두의 조직을 사용하도록 하며, 그 조직에 대하여 화합물을 시험한다. 신약 화합물에 대하여, FDA는 신약 신청자에게 최소한: (1) 약물의 약학적 특성을 전개할 것; (2) 적어도 2 종의 동물에서의 약물의 급성 독성을 측정할 것; 및 (3) 제안된 임상 연구에서 제안하는 그 물질의 지속 시간 및 용도에 따라서 2주 내지 3달의 범위에서 단기 독성 연구를 수행할 것을 요구한다. 이 절차는 수백 종의, 때로는 수천 종의 화합물을 시험해야 하기 때문에 복잡하고, 비용이 많이 든다.It is another object of the present invention to provide an effective method of using a platform for testing compound efficacy prior to the actual administration of the compound to survive the patient. Toxicity and pharmaceutical effects of the compounds are realized through in vivo and ex vivo animal testing. However, the present invention allows the use of tissues of both humans and animals to be cultured, and the compounds are tested for that tissue. For new drug compounds, FDA will, to the applicant of the new drug, at least: (1) develop the pharmaceutical properties of the drug; (2) measure acute toxicity of the drug in at least two animals; And (3) to conduct short-term toxicity studies in the range of two weeks to three months, depending on the duration and use of the substance proposed in the proposed clinical study. This procedure is complex and expensive because of the need to test hundreds and sometimes thousands of compounds.

본 발명의 또 다른 목적은 약물 요법, 예를 들어, 화학치료 요법이 개개의 사용자마다 개인화될 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 일반적으로, 화학치료 요법에서, 모든 요법이 모든 환자에 동일한 방식으로 작용하는 것은 아니다. 한 환자에 효과가 있는 약물 칵테일 요법은 다른 환자에게 효과가 없게 된다. 본 발명은 환자에 투여 전에 약물 요법의 효능을 시험하여, 각 환자에게 가장 효과적인 요법만을 투여하는 방법을 제공한다. Another object of the present invention is to provide a method by which drug therapy, for example chemotherapy, can be personalized for each individual user. In general, in chemotherapy, not all therapies work the same way on all patients. Drug cocktail therapy that works for one patient will not work for another. The present invention provides a method of testing the efficacy of drug therapy prior to administration to a patient so that only the most effective therapy is administered to each patient.

본 발명의 추가적인 목적은 특히, 인체 조직을 사용하여 질병 및 화합물이 조직에 영향을 미치는 경로의 연구를 위한 연구 플랫폼 및 방법을 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a research platform and method for the study of the pathways in which diseases and compounds affect tissues, in particular using human tissues.

본 발명의 목적을 위하여, 조직 시료, 조직 박편, 또는 조직 분취물이라는 용어는 인공생체 기관 시스템 또는 인공생체 기관 시스템의 일부가 아닌 조직 세포의 세포 배양액, 및 특히 인체 조직을 말한다.For the purposes of the present invention, the term tissue sample, tissue slice, or tissue aliquot refers to a cell culture of tissue cells that are not part of an artificial organ system or an artificial organ system, and in particular human tissue.

본 발명의 실시 상태에 따르면, 약물 후보 물질, 약물 및 참고 자료로서 포함된 약물 대사산물의 평가, 검출 및 시험을 위하여 인공생체 기관 시스템을 사용하는 인체 조직 시험 방법이 제공된다. 이 시스템은 인체 조직 박편 배양 기기를 포함한다. 인체 조직 및 인공생체 기관의 시험을 가능하게 하는 다른 유사한 시스템이 특히 고려된다. 이와 함께, 다른 실시 상태에서, 본 발명의 방법은 종래의 조직 시료를 사용할 수도 있다. 그러나, 인체 조직이 실시간 결과 및 실제적인 결과물을 얻는데 가장 효과적이다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a method for testing human tissue using an artificial organism organ system for evaluation, detection, and testing of drug candidates, drugs, and drug metabolites included as reference materials is provided. The system includes a human tissue flake culture device. Other similar systems are particularly contemplated that allow for testing of human tissues and artificial organs. In addition, in another embodiment, the method of the present invention may use a conventional tissue sample. However, human tissue is most effective in obtaining real time and practical results.

본 발명은 개개의 환자별로 화학치료 요법을 개인화하고 정상 조직 내에서 화합물의 독성을 예측하고, 질병을 연구하기 위한 방법을 제공하는 인체 조직 시험 방법을 제공한다. 본 발명의 실시 상태에 따르면, 수술, 예컨대 생검 시, 조직 시료를 채취한다. 이 시료를 다수의 조직 박편으로 자른다. 다양한 화학치료 요법을 각 조직 박편에 적용한다. 이 요법이 완료된 후, 결과를 각 요법의 효능을 결정하기 위하여 비교한다. 다양한 요법을 비교함으로써, 시험 결과를 기초로 개인화된 화학치료 요법을 설계할 수 있다. 약제민감성 시험기를 위한 다른 용도는 독성의 연구 및 평가, 및 조직병리학의 연구 및 평가를 위한 것이다. The present invention provides a human tissue testing method that provides a method for personalizing chemotherapy regimens for individual patients, predicting the toxicity of the compound in normal tissues, and studying the disease. According to an embodiment of the present invention, a tissue sample is taken during surgery, such as a biopsy. This sample is cut into a number of tissue slices. Various chemotherapy regimens are applied to each tissue slice. After this therapy is completed, the results are compared to determine the efficacy of each therapy. By comparing the various therapies, one can design a personalized chemotherapy regimen based on the test results. Other uses for pharmacosensitivity testers are for the study and evaluation of toxicity, and for the study and evaluation of histopathology.

도 1은 본 발명에 따른 약물 시험 시스템(10)의 개략도이다. 저장용기(12)로부터 배양 배지(13)가 생물반응기(15) 내로 도입된다. 생물반응기(15) 내에는 적어도 하나의 조직 박편 장치(20)가 존재하며, 이들은 두 개의 와이어 망구조물(21)(도 7A 및 7B 참조) 사이에 배치되고, 생물반응기(15) 내에서 수직으로 평행하게 위치한 적어도 하나의 조직 박편(23)을 포함한다. 배양 배지가 생물반응기에 도입됨에 따라, 배양 배지 수준이 조직 박편과 접촉하게 될 때까지 상승하며, 이로써 조직 박편(23)이 배양 배지를 통하여 공급되는 무수한 화합물들과 접촉하게 된다.1 is a schematic diagram of a drug test system 10 according to the present invention. Culture medium 13 is introduced into the bioreactor 15 from the reservoir 12. Within the bioreactor 15 there is at least one tissue flake device 20, which is disposed between two wire meshes 21 (see FIGS. 7A and 7B) and is vertically in the bioreactor 15. At least one tissue lamella 23 positioned in parallel. As the culture medium is introduced into the bioreactor, the culture medium level rises until it comes in contact with the tissue flakes, thereby bringing the tissue flakes 23 into contact with the myriad compounds supplied through the culture medium.

함산소 기체가 격실 상부의 기체 밸브(151)에 의하여 도입된다. 기체 밸브는 격실 상부에 도시되어 있으나, 본 발명에서 기체 밸브는 격실의 측면 또는 하부에 존재하도록 고안될 수 있으며, 액체 배지의 누수를 차단할 적절한 밀봉 수단이 함께 제공된다. 기체는 부피부로 95% O2 및 5% CO2의 혼합물이 바람직하며, 압력 조절기(미 도시)에 의하여 압력을 조절하여 1 내지 10 ATM의 압력 범위에서 기체 밸브를 통하여 격실로 공급되고, 그로부터 배출된다. 솔레노이드 밸브(미 도시)가 압력 조절기와 결합하여 미리 설정된 기체 압력을 유지한다. 미생물을 여과해내기 위하여 기체 살균 장치(18), 예를 들어, 공극 크기가 약 0.22 ㎛인 주사 여과기를 기체 밸브(151) 내에 설치하여, 격실 공급 기체를 살균하는 것이 바람직하다. 기체 살균 장치(18)를 구비한 기체 체크 밸브(11)가 배지 저장용기 상에 위치되어, 저장용기와 대기 간의 압력을 균등하게 하는데 사용된다.Oxygen gas is introduced by the gas valve 151 above the compartment. The gas valve is shown above the compartment, but in the present invention the gas valve can be designed to be present on the side or bottom of the compartment and is provided with suitable sealing means to block leakage of the liquid medium. The gas is preferably a mixture of 95% O 2 and 5% CO 2 by volume, supplied to the compartment via a gas valve in a pressure range of 1 to 10 ATM by adjusting the pressure by a pressure regulator (not shown), from Discharged. A solenoid valve (not shown) is combined with the pressure regulator to maintain a preset gas pressure. In order to filter out the microorganisms, it is preferable to install a gas sterilization apparatus 18, for example, an injection filter having a pore size of about 0.22 m in the gas valve 151 to sterilize the compartment feed gas. A gas check valve 11 with a gas sterilization device 18 is placed on the medium reservoir and used to equalize the pressure between the reservoir and the atmosphere.

인체 조직을 포함한 조직 박편의 안정화가 본 발명의 중요한 특징이다. 조직 박편은 배양 배지 및 함산소 기체의 공급하에서 배양된다. 액체 배양 배지, 또는 혈장은 저장용기를 통하여 격실 내로 공급되며, 함산소 기체는 격실의 상부를 통하여 공급된다. 각각은 규칙적인 간격을 두고 공급되어 각각의 인체 조직 박편이 교대로 약 1 : 1 내지 약 1 : 4의 범위의 노출-시간 비율로 배지 및 기체에 노출된다. 이러한 변수들의 변화는 분명히 당해 기술 분야의 일반적인 범위 내에 있으나, 약 1 : 2.5 내지 약 1 : 3.5의 비율이 효과적이며, 약 1 : 1 또는 1 : 3의 비율이 효과적이라는 것을 알아내었다. 펌프(19)는 배양 배지의 유동을 조절한다. 조직 박편이 교대로 기체 및 배양 배지에 노출되는 속도는 대략 대사 속도에 상응한다.Stabilization of tissue flakes, including human tissue, is an important feature of the present invention. Tissue flakes are cultured under a supply of culture medium and oxygenate gas. Liquid culture medium, or plasma, is supplied into the compartment through the reservoir and oxygenated gas is supplied through the top of the compartment. Each is supplied at regular intervals so that each human tissue slice is alternately exposed to the medium and gas at an exposure-time ratio ranging from about 1: 1 to about 1: 4. Changes in these variables are clearly within the general scope of the art, but it has been found that ratios of about 1: 2.5 to about 1: 3.5 are effective, and ratios of about 1: 1 or 1: 3 are effective. The pump 19 regulates the flow of the culture medium. The rate at which tissue slices are alternately exposed to gas and culture medium corresponds approximately to the rate of metabolism.

본 발명에서는 웨이머스(Waymouth) MB 752/1 배양 배지가 혈장보다 선호된다. 배양 배지 또는 혈장의 유형의 특정 선택은 당해 기술 분야의 숙련자에게 알려져 있으며, 세포 유형별로 다양할 수 있다. 중심 괴사를 예방하기 위하여, 전술한 기체 혼합물은 95% O2 및 5% CO2이다. 이 혼합물은 자유 산소 라디칼을 생성할 수 있기 때문에, 종종 조직 배양 세포에 독성이다. 예를 들어, 간 시료에는 고농도의 글루타티온 및 비타민 E를 산소 자유 라디칼 스케빈저 및 항산화제로서 첨가하고, 10% 불활성 소 태아 혈청 및 L-글루타민을 보충한다.Waymouth MB 752/1 culture medium is preferred over plasma in the present invention. The particular choice of type of culture medium or plasma is known to those skilled in the art and may vary by cell type. To prevent central necrosis, the gas mixtures described above are 95% O 2 and 5% CO 2 . Because this mixture can produce free oxygen radicals, it is often toxic to tissue culture cells. For example, liver samples are added with high concentrations of glutathione and vitamin E as oxygen free radical scavengers and antioxidants and supplemented with 10% inactive fetal bovine serum and L-glutamine.

도 2를 살펴보면, 인체 조직 및 인공생체 기관 시스템(10)의 실시 상태를 도시하였다. 인공생체 기관 시스템(10)은 격실 내의 온도 및 습도를 조절하는 배양기(32) 내에 배치된 하나 이상의 생물반응기(15)를 포함한다. 배양기(32)에 의해 사용자는 인공생체 기관이 시간 경과에 따라 생활성에 최적의 상태에 노출되도록 인공생체 기관의 조건을 조절할 수 있게 한다. 조직 배양을 위한 적합한 배양기 시스템의 선택은 당해 기술 분야에 잘 알려져 있으며, 추가 설명이 불필요하다.Referring to Figure 2, it shows an embodiment of the human tissue and artificial organ system 10. The artificial organism organ system 10 includes one or more bioreactors 15 disposed within an incubator 32 that regulates temperature and humidity in the compartment. The incubator 32 allows the user to adjust the conditions of the artificial living organs such that the biological living organs are exposed to optimal conditions for bioactivity over time. The selection of a suitable incubator system for tissue culture is well known in the art and no further explanation is necessary.

배양 격실 내에 하나 이상의 생물반응기(15)가 배치된다. 각각의 생물반응기(15)는 하나 이상의 인체 조직 박편 또는 시료를 고정한다. 회전자(30)는 각각 습윤기 및 건조기로 생물반응기(15)를 회전시킨다. 습윤기는 조직 박편이 실질적으로 배양 배지에 노출된 시간에 상응한다. 이와 마찬가지로, 건조기는 조직 박편이 실질적으로 기체에 노출된 시간에 상응한다. 조절 모듈(34)은 인공생체 기관 시스템(10) 작동의 변수들을 조절하기 위한 인터페이스를 제공한다. 예를 들어, 조절 모듈을 사용하여 인체 조직 박편이 기체 및 배양 배지에 노출되는 시간을 조절할 수 있으며, 이는 대체로 대사 속도에 상응한다. 이와 유사하게, 기체 대 배양 배지의 비율도 조절 모듈(34)을 사용하여 조절할 수 있으며, 그 밖의 필요한 조작 변수들도 조절이 가능하다. 배양기(32) 내에, 기체 및 배양 배지 공급은 당해 기술 분야의 숙련자가 이해할 수 있는 방법으로 제공된다.One or more bioreactors 15 are disposed in the culture compartment. Each bioreactor 15 holds one or more human tissue slices or samples. The rotor 30 rotates the bioreactor 15 with a wetting machine and a dryer, respectively. The wetting period corresponds to the time at which the tissue slices have been exposed to the culture medium. Likewise, the dryer corresponds to the time when the tissue flakes were substantially exposed to the gas. The regulation module 34 provides an interface for adjusting the parameters of the ABI system 10 operation. For example, a control module can be used to control the time that human tissue flakes are exposed to gas and culture medium, which generally corresponds to the rate of metabolism. Similarly, the ratio of gas to culture medium can also be adjusted using the control module 34, and other necessary operating parameters can also be adjusted. In the incubator 32, gas and culture medium supply are provided in a manner that would be understood by one skilled in the art.

도 3으로 돌아가서 살펴보면, 배양기(32)에 설치된 생물반응기(15)의 확대도를 나타내었다. 공급과 배출을 원활히 하기 위하여, 생물반응기(15) 및 회전자(30)은 배양기(32)의 내, 외로 활주되는 플랫폼에 고정될 수 있다. 배양기(32) 내에 설치된 경우, 각각의 생물반응기(15)는 기체 및 배양 배지 공급기(36 및 38)에 각각 연결된다. 도 3의 실시 상태에 나타낸 바와 같이, 기체 밸브(151)(각각의 조직 박편 장치 격실(155)에 하나씩)는 기체 공급기(36)에 연결된다. 도 3에 나타난 바와 같이, 집배 시스템(17)은 기체 밸브(151)와 기체 공급기(36) 사이에 배치된다. 전술한 바와 같이, 기체 여과기(18)는 기체 공급기(36)와 기체 밸브(151) 사이에 설치된다. 이와 유사하게, 배양 배지 밸브(153)는 배양 배지 공급기(38)에 연결된다. 전술한 바와 같이 배양 배지 여과기(18)는 배양 배지 공급기(38)와 배양 배지 밸브(153) 사이에 배치된다.3, an enlarged view of the bioreactor 15 installed in the incubator 32 is shown. In order to facilitate supply and discharge, the bioreactor 15 and the rotor 30 may be fixed to a platform that slides in and out of the incubator 32. When installed in incubator 32, each bioreactor 15 is connected to a gas and culture medium feeders 36 and 38, respectively. As shown in the embodiment of FIG. 3, a gas valve 151 (one for each tissue lamella device compartment 155) is connected to a gas supply 36. As shown in FIG. 3, a delivery system 17 is disposed between the gas valve 151 and the gas supplier 36. As described above, the gas filter 18 is installed between the gas supply 36 and the gas valve 151. Similarly, culture medium valve 153 is connected to culture medium supply 38. As described above, the culture medium filter 18 is disposed between the culture medium supply 38 and the culture medium valve 153.

도 4로 돌아가 살펴보면, 생물반응기(15)의 실시 상태를 도시하였다. 많은 배치구조가 가능하나, 이는 당해 기술 분야의 숙련자가 이해할 수 있으며, 도 4에 나타낸 실시 상태는 다수의 인체 조직 박편 장치 격실(155)(도 5 참조)을 포함한다. 각각의 조직 박편 장치 격실(155)은 생물반응기 본체(157) 및 생물반응기 덮개(158)가 서로 연결되는 경우 밀봉된 공동구에 의하여 형성된다. 기체 밸브(151)는 일반적으로 기체 공급기(36)에 연결되며, 조직 박편 장치 격실(155)에 함유된 조직 박편에 소망하는 기체 혼합물을 공급할 목적으로 조직 박편 장치 격실(155)의 기체 교환을 하게 된다. 배양 배지 밸브(153)는 조직 박편 장치 격실(155)의 유체 연통되어 있으며, 기체 밸브(151)가 기체에 대해 하는 것과 마찬가지로 배양 배지에 동일한 작용을 한다. 실시 상태를 살펴보면, 생물반응기 덮개 밀봉부(159)는 생물반응기 덮개(158)과 생물반응기 본체(157)를 밀봉한다. 생물반응기 본체(157)과 생물반응기 덮개(158)가 서로 결합하는 구조인 경우, 생물반응기 덮개 밀봉부(159)는 O-링 또는 유체 누출을 차단하는 그 밖의 유사한 장치가 될 수 있으며, 대체되는 경우, 생물반응기 덮개 밀봉부(159)로 작용할 장치의 실제 선택은 당해 기술 분야의 숙련자가 이해할 수 있으며, 자명하다.4, the embodiment of the bioreactor 15 is illustrated. While many arrangements are possible, it will be appreciated by those skilled in the art, and the embodiment shown in FIG. 4 includes a number of human tissue lamella device compartments 155 (see FIG. 5). Each tissue lamella device compartment 155 is formed by a sealed cavity when the bioreactor body 157 and the bioreactor cover 158 are connected to each other. Gas valve 151 is generally connected to gas supply 36 and allows gas exchange of tissue lamella device compartment 155 for the purpose of supplying a desired gaseous mixture to tissue flakes contained in tissue lamella device compartment 155. do. The culture medium valve 153 is in fluid communication with the tissue lamella device compartment 155 and acts the same on the culture medium as the gas valve 151 does for gas. Looking at the embodiment, the bioreactor cover seal 159 seals the bioreactor cover 158 and the bioreactor body 157. If the bioreactor body 157 and the bioreactor cover 158 are structured to engage each other, the bioreactor cover seal 159 may be an O-ring or other similar device that blocks fluid leakage and may be replaced. In this case, the actual selection of the device to act as the bioreactor lid seal 159 is understood and apparent to those skilled in the art.

도 5에 나타난 본 발명의 실시 상태에 따르면, 각각의 인체 조직 박편 장치 격실(155)은 적어도 하나의 조직 박편 장치(20)를 수용한다. 서로 연결되지 않는 경우, 조직 박편 장치(20)는 생물반응기 본체(157) 내의 조직 박편 장치 격실(155)의 일부를 형성하는 공동구 내에 삽입된다. 예시적인 실시 상태에 따르면, 하나의 인체 조직 박편 장치(20)가 각각의 공동구 내로 삽입된다; 다수의 인체 조직 박편 장치(20)는 그러나, 생물반응기(15) 내에 다수의 조직 박편 장치 격실(155)을 제공함으로써 하나의 생물반응기(15)에서 사용된다. 그럼에도, 본 발명은 인체 조직 박편 장치 격실(155) 당 다수의 인체 조직 박편 장치 격실(155), 및 다수의 조직 박편 장치(20)를 포함하는 생물반응기(15)의 구조를 고려한다. 각각의 조직 박편 장치(20)가 인체 조직 박편 장치 격실(155)에 삽입된 후, 생물반응기 덮개(158)는 생물반응기 본체(157)와 상호 결합한다. 일단 상호 결합 되면, 생물반응기(15)는 생물반응기 덮개 밀봉부(159)와 밀봉된다. 생물반응기(15)는 배양기(52)에 위치되고, 기체 공급기(36) 및 배양 배지 공급기(38)와 연결되어, 실험이 수행된다.According to the embodiment of the invention shown in FIG. 5, each human tissue lamella device compartment 155 houses at least one tissue lamella device 20. When not connected to one another, the tissue lamella device 20 is inserted into a cavity that forms part of a tissue lamella device compartment 155 within the bioreactor body 157. According to an exemplary embodiment, one human tissue lamella device 20 is inserted into each cavity; Multiple human tissue lamella devices 20 are, however, used in one bioreactor 15 by providing multiple tissue lamella device compartments 155 within the bioreactor 15. Nevertheless, the present invention contemplates the structure of the bioreactor 15 including a plurality of human tissue lamella device compartments 155 per human tissue lamella device compartment 155, and a plurality of tissue lamella device 20. After each tissue lamella device 20 is inserted into the human tissue lamella device compartment 155, the bioreactor cover 158 is mutually coupled with the bioreactor body 157. Once interconnected, the bioreactor 15 is sealed with the bioreactor lid seal 159. The bioreactor 15 is located in the incubator 52 and connected to the gas supply 36 and the culture medium supply 38, and the experiment is performed.

도 6의 실시 상태에서 나타내고, 전술한 바와 같이, 인체 조직 박편 장치(20)는 다수의 망구조물(21)을 포함할 수 있다. 망구조물(21)은 전술한 바와 같이 스테인리스 스틸 또는 당해 기술 분야의 숙련자에게 알려진 다른 물질로 제조된다. 하나 이상의 조직 박편(23)은 인접한 망구조물(21) 사이에 위치하며, 망구조물(21)은 조직 박편 장치 클립(24)에 의하여 서로 조여진다. 인체 조직 박편의 크기 및 두께는 각각의 절차에 따라 최적화될 수 있으며, 이는 각 실험별로, 각 조직별로 달라질 수 있다는 사실은 기술 숙련자라면 이해할 수 있다. As shown in the embodiment of FIG. 6 and described above, the human tissue lamella device 20 may include a plurality of network structures 21. The network structure 21 is made of stainless steel or other materials known to those skilled in the art as described above. One or more tissue flakes 23 are positioned between adjacent network structures 21, which are fastened to each other by tissue flake device clips 24. It will be appreciated by those skilled in the art that the size and thickness of human tissue flakes can be optimized for each procedure, which can vary from experiment to experiment and from tissue to tissue.

도 6에 나타낸 실험적 실시 상태에 따르면, 두 개의 망구조물(21)이 인체 조직 박편 장치(23)를 형성한다. 실험적 실시 상태에 따르면 조직 박편(23)은 인체 조직 박편 장치(20)의 40% 이하로 배치된다. 조직 박편 장치(20) 내의 조직 박편(23)의 배치는 조직 박편이 건조 및 습윤 주기 모두에 완전히 노출될 수 있도록 한다.According to the experimental embodiment shown in FIG. 6, two network structures 21 form a human tissue lamella device 23. According to an experimental embodiment, the tissue flakes 23 are disposed at 40% or less of the human tissue flake device 20. Placement of tissue flakes 23 in tissue flake device 20 allows tissue flakes to be fully exposed to both drying and wetting cycles.

도 7A 및 7B는 인체 조직 박편 장치(20)의 유사한 실시 상태를 보여준다. 두 개의 스테인리스 스틸 망구조물(21)의 크기는 격실 크기를 기초로 선택된다. 이러한 두 망 구조물은 평행하게 배열하는 것이 바람직하다. 일 실시 상태에서, 이 망 구조물은 약 0.26 mm의 공극 크기를 가진다. 또한, 일 실시 상태에서, 망구조물은 일정한 평면성을 확보하기 위하여 압착된다. 다수의 조직 박편(23), 예컨대 규칙적으로 배열된 간 박편이 망구조물(21) 사이에 위치한다. 두 망구조물은 인체 조직 박편의 각 측면에 인체 조직 박편이 압착되지 않을 정도의 공간을 두고, 그러나 충분히 이들을 고정할 정도로 위치하여, 배양 배지에 의하여 탈거되지 않도록 한다. 도 7A 및 7B가 망구조물 사이에 위치한, 상대적으로 소수의 조직 박편만을 보여주고 있으나, 기기의 효능은 조직 박편의 수 및 사용된 조직 박편의 크기에 따라 달라질 수 있다는 사실을 이해할 수 있다. 추가적으로, 두 개의 망구조물(21)을 도시하였으나, 다수의 망구조물(21)이 사용될 수 있다는 것을 고려하여야 한다. 단일 망구조물(21)이 사용되는 경우, 적어도 부분적으로, 인체 조직 박편(23)을 둘러싸도록 형성되어, 공간을 형성하고 그 공간에 이들을 보유하게 된다. 예를 들어, 이 망구조물은 적합한 형태인 U-자형으로 형성될 수 있다.7A and 7B show a similar embodiment of the human tissue lamella device 20. The size of the two stainless steel mesh structures 21 is selected based on the compartment size. These two network structures are preferably arranged in parallel. In one embodiment, this network structure has a pore size of about 0.26 mm. Also, in one embodiment, the network structure is crimped to ensure constant planarity. A plurality of tissue flakes 23, such as regularly arranged liver flakes, are located between the network structures 21. The two network structures have spaces on each side of the human tissue flakes such that the human tissue flakes are not compressed, but are sufficiently positioned to secure them so that they are not removed by the culture medium. While FIGS. 7A and 7B show only a relatively few tissue slices, located between the network structures, it can be appreciated that the efficacy of the instrument may vary depending on the number of tissue slices and the size of tissue slices used. Additionally, although two network structures 21 are shown, it should be considered that multiple network structures 21 may be used. If a single network structure 21 is used, it is formed, at least in part, to surround the human tissue flakes 23 to form a space and retain them there. For example, this network structure may be formed into a U-shape which is a suitable form.

본 발명에 사용된 인체 조직 박편(23)은 적합한 공급원으로부터 획득하며, 이는 기기 사용의 의도에 따라 달라진다. 분명히 인체 조직을 고려하였으나, 동물 조직과 교환하여 사용할 수도 있다. 그러나, 당해 기술 분야의 숙련자라면 인체 조직의 고유의 이점을 인식할 것이다. 조직 박편(23)은 생활성 및 이들의 필수적 기능을 유지하기 위한 적합한 모든 크기와 모양이 될 수 있다. 본 발명에 있어서, 효과를 나타내는 조직 박편(23)의 두께는 약 10 ㎛ 내지 약 2,000 ㎛의 범위이다. 특정 실험에서는 약 100 ㎛ 내지 약 500 ㎛의 두께 범위가 효과적이라고 측정되었다.Human tissue flakes 23 used in the present invention are obtained from a suitable source, which depends on the intended use of the device. Obviously human tissue is considered, but can be used interchangeably with animal tissue. However, one skilled in the art will recognize the inherent benefits of human tissue. Tissue flakes 23 may be of any size and shape suitable for maintaining bioactivity and their essential functions. In the present invention, the thickness of the tissue flakes 23 which is effective is in the range of about 10 μm to about 2,000 μm. In certain experiments it was determined that a thickness range of about 100 μm to about 500 μm was effective.

본 발명은 약물의 독성 및 효능을 시험하는 방법에 이상적으로 적합하다. 이 시험은 조직 박편을 약물 또는 약물 후보 물질에 노출하는 단계, 및 조직, 예컨대 간이 화합물을 대사하는 능력을 관찰하는 단계에 의하여 수행되며, 여기서 화합물 또는 이들의 대사산물은 검출될 수 있다. 예를 들어, 암모니아 및 리도카인은 건강한 간이 대사할 수 있는 일반 화합물이다. 다음의 실시예는 간-박편에 적용된 실험을 보여준다. 당해 기술 분야의 숙련자라면 본 발명의 유용성은 다른 기관에도 적용될 수 있다고 인식할 수 있다.The present invention is ideally suited for methods of testing the toxicity and efficacy of drugs. This test is performed by exposing tissue flakes to a drug or drug candidate and observing the ability of the tissue, such as the liver, to metabolize the compound, where the compound or its metabolites can be detected. For example, ammonia and lidocaine are common compounds that can be metabolized by healthy livers. The following examples show the experiments applied to the liver-flakes. Those skilled in the art will appreciate that the utility of the present invention may be applied to other organizations.

조직 박편 또는 분취물에 화학치료 요법을 시험하기 위하여, 적어도 하나의 화합물을 인공생체 기관 시스템 내의 적어도 하나의 조직 분취물에 적용한다. 소정의 시간이 경과 한 후, 데이터를 수집하였다. 각각의 실험에서, 조건은 복제되었다.To test chemotherapy regimens on tissue slices or aliquots, at least one compound is applied to at least one tissue aliquot in an artificial organ system. After a predetermined time elapsed, data was collected. In each experiment, the conditions were replicated.

각각의 조직 박편 또는 분취물에 대한 시험이 완결되면, 데이터를 비교한다. 데이터의 비교는, 예를 들어, 유사분열 활성의 검출, 세포-독성 변수들, 및 조직병리학을 포함하는 본 발명의 다양한 유용성을 제공해 준다. 데이터로부터 유도된 경우, 주어진 화합물 또는 화합물들의 독성의 일반적인 예측, 또는 발암 연구를 위하여, 예를 들어, 이러한 결과는 환자에게 가장 효과적인 화학치료 요법의 공식화에 유용하다. 자연스럽게, 다른 결론이 데이터로부터 유도될 수 있으며, 조직 박편 또는 분취물을 사용한 실험 설계를 변경하면 유도된 정보가 변경된다.Upon completion of the test for each tissue slice or aliquot, the data is compared. Comparison of the data provides various usefulities of the present invention, including, for example, detection of mitotic activity, cell-toxic variables, and histopathology. Derived from the data, for general prediction of the toxicity of a given compound or compounds, or for carcinogenicity studies, for example, these results are useful in formulating the most effective chemotherapy regimens for patients. Naturally, other conclusions can be derived from the data, and changing the experimental design using tissue slices or aliquots changes the derived information.

도 8-11은 조직 시료로서 간 박편을 사용한 본 발명의 원리 및 기기의 유용성을 나타내었다. 도 8 및 9에 나타낸 데이터는 시간 경과에 다른 인공생체 기관 시스템의 리도카인 제거능을 나타낸다. 이와 유사하게, 도 10은 시간 경과에 다른 농도의 증가를 나타내는데, 이는 실질적으로 생체 내 시료의 생리학 반응을 모사한다. 마지막으로, 도 11은 본 발명의 암모니아 제독능을 나타낸다. 도 8-11에 나타낸 데이터는 실제 결과를 제한하거나 또는 입증하기 위하여 의도된 것은 아니다. 본 발명의 내용은 본 발명의 내용의 달성된 유용성을 입증함으로써만 달성될 것이다. 다양한 배치구조는 본 명세서에서 나타난 데이터가 완전히 중복되지 않는 각 배치 구조별로 유사한 결과를 달성하기 위하여 의도되었다.8-11 illustrate the utility of the present principles and devices using liver flakes as tissue samples. The data shown in FIGS. 8 and 9 show the lidocaine removal capacity of other proliferative organ systems over time. Similarly, FIG. 10 shows an increase in other concentrations over time, which substantially mimics the physiological response of the sample in vivo. Finally, Figure 11 shows the ammonia detoxifying ability of the present invention. The data shown in FIGS. 8-11 are not intended to limit or verify actual results. The subject matter of the present invention will be achieved only by demonstrating the achieved utility of the subject matter of the present invention. Various batch structures are intended to achieve similar results for each batch structure where the data presented herein is not fully redundant.

도 12로 돌아가 살펴보면, 본 명세서에서 개시한 기기의 사용 방법의 실시 상태를 나타내었다. 본 발명의 실시 상태에 따르면, 생물반응기(15)는 인체 조직 박편(23)을 탑재하고, 밀봉된다. 생물반응기(15)는 본 명세서에서 기재한 실시 상태와 동일하거나 또는 유사한 기능을 지닌 기기일 수 있다. 생물반응기는 배양 배지의 공급원을 함유하는 적어도 하나의 배양 배지 저장용기(12)와 연결되어있다. 실시 상태를 살펴보면 생물반응기는 다수의 조직 박편 장치 격실(155)를 포함하며, 추구하는 실험의 특이적 결과에 따라 다른 배양 배지 저장용기가 배양 배지 공급을 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시 상태에 따르면, 생물반응기(15)는 6개의 조직 박편 장치 격실(155)(예컨대, 도 5 참조)을 포함한다. 제1 격실은 대조구로 사용되며, 이 배양 배지에는 첨가제를 공급하지 않았다. 나머지 5개의 격실에 조직 박편(23)에 시험할 화합물 예컨대, 다양한 농도의 리도카인 또는 암모니아를 함유한 배양 배지를 공급한다. 이와 유사하게, 전부 또는 일부의 조직 박편 장치 격실(155)에는 완전히 동일한 화합물을 공급하는데, 이는 다수의 결과 세트를 얻고자 함이거나, 결과의 재생을 차단하여 특정 조직 박편 장치 격실(155)의 오염을 차단하기 위함이다. 정확한 실험적 설계 및 절차는 그러나, 당해 기술 분야의 숙련자에게 알려져 있거나, 이해할 수 있는 다양한 변경 형태로 구성이 가능하다. 실시 상태를 살펴보면, 여과기(18)는 배양 배지 저장용기(12) 및 생물반응기(15) 사이에 배치될 수 있다.12, an embodiment of a method of using a device disclosed herein is shown. According to the exemplary embodiment of the present invention, the bioreactor 15 carries a human tissue flake 23 and is sealed. Bioreactor 15 may be a device having the same or similar function as the embodiment described herein. The bioreactor is connected with at least one culture medium reservoir 12 containing a source of culture medium. Looking at the embodiment, the bioreactor includes a plurality of tissue flake device compartments 155, and other culture medium storage containers may be used for the culture medium supply depending on the specific results of the experiments to be sought. For example, in accordance with an embodiment of the present invention, bioreactor 15 includes six tissue lamella device compartments 155 (eg, see FIG. 5). The first compartment was used as a control and no additive was supplied to this culture medium. The remaining five compartments are fed to the tissue slices 23 with culture medium containing the compounds to be tested, such as lidocaine or ammonia at various concentrations. Similarly, all or part of the tissue lamella device compartment 155 is supplied with exactly the same compound, either to obtain multiple result sets or to block the regeneration of results to contaminate the specific tissue lamella device compartment 155. This is to block. Accurate experimental designs and procedures, however, can be constructed in a variety of variations known or understood by those skilled in the art. Looking at the embodiment, the filter 18 may be disposed between the culture medium reservoir 12 and the bioreactor 15.

생물반응기(15)는 기체 공급기(40)에도 연결된다. 기체 공급기는 실험적 설계 및 절차에 따라 다양한 조합 및 농도로 기체를 공급할 수 있다. 일반적으로, 단일 기체 공급기(40)은 모든 조직 박편 장치 격실(155)에 연결된다. 그럼에도, 다수의 기체 공급기(40)은 소망하거나, 실험적 설계 또는 절차에 의하여 요구된다면 사용할 수 있다. 실시 상태를 살펴보면, 여과기(18)는 기체 공급기(40) 및 생물반응기(15) 사이에 배치될 수 있다.Bioreactor 15 is also connected to gas supplier 40. The gas supply can supply gas in various combinations and concentrations according to experimental design and procedures. In general, a single gas supplier 40 is connected to all tissue lamella device compartments 155. Nevertheless, multiple gas supplies 40 may be used if desired or required by experimental design or procedures. Looking at the embodiment, the filter 18 may be disposed between the gas supply 40 and the bioreactor 15.

배양 배지 및 기체가 각각의 조직 박편 장치 격실(155)과 생물반응기(15)에 공급된 후에 주어진 시간 동안 배양된다. 배양되는 동안, 조직 박편은 교대로 배양 배지 및 기체에 노출된다. 이는 다양한 방법에 의하여 수행된다. 예를 들어, 배양 배지 및 기체는 교대로 주입되고 회수되어, 기체 또는 배양 배지가 조직 박편 장치 격실(155) 내에 주어진 시간 동안 존재하게 된다. 다른 방법으로는, 생물반응기(15)가 회전하여 조직 시료가 교대로 조직 박편 장치 격실(155) 내에 고정된 배양 배지 및 기체에 노출되게 할 수도 있다. 이는 조직 시료(23)가 조직 박편 장치 격실(155)의 일정 부피만을 차지하게 함으로써, 일 배치 구조 하에서 배양 배지 내에 완전히 잠기도록 하며, 회전시 기체에 충분히 노출되게 하여 달성될 수 있다. 도 6은 이러한 아이디어를 반영한 실시 상태를 나타내는데, 여기서, 조직 시료(23)는 조직 박편 장치(20)의 40%를 차지한다. 이 아이디어의 다른 변형물도 당해 기술 분야의 숙련자가 이해할 수 있다.Culture medium and gas are supplied to each tissue lamella device compartment 155 and bioreactor 15 and then incubated for a given time. During incubation, tissue slices are alternately exposed to culture medium and gas. This is done by various methods. For example, the culture medium and gas are alternately injected and recovered such that the gas or culture medium is present within tissue lamella device compartment 155 for a given time. Alternatively, the bioreactor 15 may be rotated to alternately expose the tissue samples to culture medium and gas immobilized within the tissue lamella device compartment 155. This can be accomplished by allowing the tissue sample 23 to occupy only a certain volume of the tissue lamella device compartment 155, thereby allowing it to be completely submerged in the culture medium under one batch structure and to be sufficiently exposed to gas upon rotation. 6 shows an embodiment incorporating this idea, wherein the tissue sample 23 accounts for 40% of the tissue lamella device 20. Other variations of this idea may be understood by those skilled in the art.

실험중 여러 시점에서 시험을 위하여 배양 배지의 시료를 제거할 수 있다. 도 12에 나타낸 실시 상태에 따르면, 배수 펌프(60)는 배양 배지의 일부를 제거할 수 있다. 일단 제거된 경우, 배양 배지는 동시에 거품 제거기(70)에 포획된 모든 추출 기체를 보유할 수 있다. 그 다음, 이 배양 배지의 일부는 처리된 배양 배지 저장용기(50) 내에 고정되어 시험 된다. 시험 된 경우, 이들은 생물반응기(15)로 되돌아 가거나 또는 폐기된다. 이 시스템 내에 배치된 여과기(18)는 살균도를 유지시킨다. Samples of the culture medium may be removed for testing at various time points during the experiment. According to the embodiment shown in FIG. 12, the drain pump 60 can remove a part of the culture medium. Once removed, the culture medium may simultaneously hold all extract gas trapped in the defoamer 70. A portion of this culture medium is then fixed and tested in the treated culture medium reservoir 50. If tested, they are returned to the bioreactor 15 or discarded. The filter 18 placed in this system maintains sterilization.

도 13에 나타난 실시 상태는 다양한 화합물 및 물질을 이용한 인체 조직 시험 방법을 보여준다. 예시적인 방법에서, 조직 시료는 시술 중 추출된다. 조직은 인간인 것이 선호된다. 예를 들어, 개인화된 화학치료 요법을 고안하기 위하여, 요법이 필요한 환자로부터 조직을 제거한다. 예를 들어, 암성 조직을 제거하고, 다양한 항암 약물 칵테일에 노출시켜 시험한 특정 암에 최적의 칵테일 요법을 결정한다. 이와 유사하게, 독성 시험 응용시, 적합한 인간 또는 동물 숙주 내의 조직이 사용될 수 있다. 실시 상태를 살펴보면, 동물 조직이 우선 사용될 수 있다. 화합물이 동물 시험에 안전하다고 간주 된 후에, 인체 조직 시료는 화합물 또는 물질의 독성 시험에 추가로 사용될 수 있다.The embodiment shown in FIG. 13 shows a human tissue test method using various compounds and materials. In an exemplary method, the tissue sample is extracted during the procedure. The organization is preferably human. For example, to devise a personalized chemotherapy regimen, tissue is removed from the patient in need of the therapy. For example, cancerous tissue is removed and exposed to various anticancer drug cocktails to determine the optimal cocktail regimen for the particular cancer tested. Similarly, in toxicity test applications, tissues in suitable human or animal hosts may be used. Looking at the embodiment, animal tissue may be used first. After the compound is considered safe for animal testing, the human tissue sample can be further used for toxicity testing of the compound or substance.

조직 박편은 다른 시술 중에 부수적으로 획득하거나 또는 특히 조직 시료를 획득하기 위하여 설계된 절차, 예를 들어 생검을 통하여 획득할 수 있다. 개인화된 화학치료 요법을 위하여, 조직은 무관한 수술 중 또는 특히 조직 시료를 획득하기 위하여 설계된 시술 중에 환자로부터 조직 시료를 직접 추출할 필요가 있는 환자로부터 획득하여야 한다. 다른 약제민감성 용도에서는 특정 절차에 의존하는 다른 조직 시료 공급원을 사용할 수 있다.Tissue flakes may be obtained incidentally during other procedures, or in particular through procedures designed to obtain tissue samples, such as biopsies. For personalized chemotherapeutic therapies, tissue should be obtained from patients who need to extract tissue samples directly from the patient during irrelevant surgery or especially procedures designed to obtain tissue samples. Other drug-sensitive applications may use other tissue sample sources that depend on specific procedures.

실시 상태를 살펴보면, 적합한 크기의 조직 시료가 사용되어 다양한 화합물이 사용되는 경우의 결과를 얻었다. 개인화된 치료제와 유관된 문제를 포함하는 이러한 결과는 당해 기술 분야의 숙련자의 범위 내에 있으며, 이와 마찬가지로 이들은 적어도 하나의 미국 특허 문헌 제6,678,669호; 제6,905,816호; 제6,983,227호 및 제6,999,607호에서 찾을 수 있으며, 각각의 문헌은 본 명세서에 충분히 설명된 바와 같이 본 명세서에 참고 자료로서 분명히 포함되어 있다.Looking at the embodiment, tissue samples of suitable size were used to obtain results when various compounds were used. Such results, including problems associated with personalized therapeutic agents, are within the scope of those skilled in the art, and likewise these include at least one US patent document 6,678,669; 6,905,816; 6,905,816; 6,983,227 and 6,999,607, each of which is expressly incorporated herein by reference as fully described herein.

환자로부터 제거된 경우, 이 조직 시료는 박편 되거나 또는 다른 방법으로 조직의 적어도 하나의 분취물로 분할된다. 일 실시 상태에서, 그 다음 각각의 박편 또는 분취물은 예컨대 도 12의 실시 상태를 이용한 전술한 조직 박편 장치 격실(155) 및 생물반응기(15)에서 각각 배양된다. 연구자들 및 임상의들은 다수의 복제된 조직 박편을 사용하여 작용하는 유일한 변수가 투여된 요법인 조건으로 동일한 조직 박편을 인체 기관 수준으로 화합물에 노출시킨다.When removed from the patient, the tissue sample is sliced or otherwise divided into at least one aliquot of tissue. In one embodiment, each flake or aliquot is then incubated in the tissue lamella device compartment 155 and bioreactor 15, respectively, for example using the embodiment of FIG. Researchers and clinicians use the same number of replicated tissue slices to expose the same tissue slices to the compound at the level of human organs under conditions in which the only variable that works is the administered therapy.

그 다음, 결과를 분석한다. 유일한 변수가 투여된 요법이기 때문에, 본 발명은 다른 사용가능한 요법에 비하여 각각의 주어진 요법의 효능을 평가하는 강력한 수단을 제공하게 된다. 이와 함께, 이는 본 발명의 시스템 및 방법은 하기할 실시예에서 설명할 기관, 시스템, 및 어떤 경우에는, 유기체 수준에서의 시험이 가능하도록 설계되었기 때문이다. 따라서, 본 발명의 방법 및 기기를 사용시, 연구자 및 임상의는 유사분열 활성, 세포-독성 변수들, 조직병리학, 및 기관, 시스템, 및 유기체 수준에서 많은 다른 유관 응용을 평가하는 강력한 수단을 보유하게 된다.Then analyze the results. Since the only variable is the administered regimen, the present invention provides a powerful means of assessing the efficacy of each given therapy over other available therapies. In addition, this is because the systems and methods of the present invention are designed to enable testing at the organ, system, and, in some cases, at the organism level, which will be described in the Examples to be described below. Thus, when using the methods and devices of the present invention, researchers and clinicians have a powerful means of assessing mitotic activity, cell-toxic parameters, histopathology, and many other related applications at the organ, system, and organism levels. do.

본 발명의 실시 상태에 따르면, 시스템 또는 유기체는 본 기법을 사용하여 생체 외에서 재생성될 수 있으며, 시스템 내의 조직 및 이와 유사하게 연결된 다양한 조직으로부터 채취한 조직을 사용한 생체 내 과정을 나타내는 결과를 제공한다. 연결은 일 조직 유형으로부터 다른 조직으로의 배양 배지의 전이를 통하여 발생하며, 이는 연구자들이 다양한 기관 시료에 대한 요법의 단계적 효과를 관찰하도록 한다.According to an embodiment of the present invention, a system or organism can be regenerated in vitro using the present techniques and provides results in vivo showing the use of tissues from the tissues in the system and similarly connected various tissues. Linkage occurs through the transfer of culture medium from one tissue type to another, allowing researchers to observe the step effect of therapy on various organ samples.

유사한 실시 상태에 따르면, 조직 박편 또는 조직 박편에서 채취한 다른 조직 유형은 다양한 순열 내의 단일 조직 박편 장치(20)에 조합될 수 있다. 이러한 유형의 실험에 의하여 연구자들이 연구 및 치료적 용도를 위하여 생체 외 환경 내의 생체 내 시스템 내의 조직 유형을 조절할 수 있게 된다. 당해 기술 분야의 숙련자라면 요법의 효과 및 효능을 관찰하는 본 발명의 기기 및 방법을 사용하는 많은 변형을 이해할 수 있을 것이다. 이와 유사하게, 생체 내 시스템 내의 변수를 조절하는 다양한 방법은 당해 기술 분야 종사자에게 인간 또는 동물 실험이 아니고서는 거의 불가능한 결과를 얻는 강력한 수단으로 작용하게 될 것이다.According to a similar embodiment, tissue flakes or other tissue types taken from tissue flakes may be combined into a single tissue flake device 20 in various permutations. This type of experiment allows researchers to control tissue types in in vivo systems in in vitro environments for research and therapeutic uses. Those skilled in the art will understand many variations using the devices and methods of the present invention to observe the efficacy and efficacy of the therapy. Similarly, various methods of regulating variables in in vivo systems will serve as a powerful means for those skilled in the art to achieve results that would be nearly impossible without human or animal experimentation.

예를 들어, 본 발명의 실시 상태에 따르면, 다수의 인간 간 박편은 생물반응기(15) 내에 안정적으로 위치하여 배양 배지에 노출되는 간 박편의 표면적을 최대화한다. 배양 배지를 조직 박편 장치 격실에 선별적으로 제공 및 제거하여, 격실 내의 배양 배지가 조직 박편과 접촉하도록 수위를 높이는 수단이 있다. 배양 배지는 격실 내에 차올라서 간 박편이 완전히 잠기도록 한다. 동일한 과정이 역으로 진행되어 조직 박편과 접촉된 배양 배지가 제거되도록 사용될 수 있다. 격실 상부로 기체를 공급하여 조직 박편이 교대로 기체 및 배양 배지에 노출되도록 하는 수단이 있다. 이는 전술한 바 있다. 이에 추가하여, 저장용기는 격실에 출입하는 배양 배지를 함유하기 위하여 제공된다. 이 격실은 온도조절이 되는 것이 바람직하다. 인체 조직 박편을 위하여, 온도는 약 36.5 ℃로 유지되는 것이 바람직하다. 설치류 조직 박편을 위하여는, 약 36 내지 38℃ 사이로 유지시킨다. 그러나, 돼지 조직 박편은 온도 변화에 매우 민감하므로, 돼지의 정상 체온인 38℃로 유지하여야한다. For example, according to an embodiment of the present invention, a plurality of human liver flakes are stably located in the bioreactor 15 to maximize the surface area of the liver flakes exposed to the culture medium. Means are provided for selectively providing and removing the culture medium into the tissue lamella device compartment to raise the level so that the culture medium in the compartment contacts the tissue lamella. The culture medium is loaded into the compartment so that the liver flakes are completely submerged. The same procedure can be used to reverse the culture medium in contact with the tissue flakes. There is a means of supplying gas over the compartment to alternately expose the tissue slices to gas and culture medium. This has been described above. In addition, the reservoir is provided to contain culture medium entering and exiting the compartment. This compartment is preferably temperature controlled. For human tissue flakes, the temperature is preferably maintained at about 36.5 ° C. For rodent tissue flakes, it is maintained between about 36 and 38 ° C. However, since pig tissue slices are very sensitive to temperature changes, they should be maintained at 38 ° C, the normal body temperature of pigs.

실시예 1Example 1

일 실시 상태에서, 임상의는 암환자를 위하여 화학요법 약물 칵테일의 최적 농도를 측정하기 위하여 본 발명의 내용을 사용할 수 있다. 임상의는 환자로부터 암성 조직의 생검을 취하여 조직 시료를 분취물로 나눈다. 임상의는 그 분취물을 두 군으로 나눈다. 임상의는 제1 군을 문제의 환자에게 가장 효과적인 약물 칵테일을 결정하기 위하여 사용한다. 임상의는 그 뒤, 제2 군의 분취물을 약물 칵테일의 최적의 농도를 결정하기 위하여 사용한다.In one embodiment, the clinician can use the subject matter of the present invention to determine the optimal concentration of chemotherapeutic drug cocktail for cancer patients. The clinician takes a biopsy of the cancerous tissue from the patient and divides the tissue sample into aliquots. The clinician divides the aliquot into two groups. The clinician uses the first group to determine the most effective drug cocktail for the patient in question. The clinician then uses a second group of aliquots to determine the optimal concentration of drug cocktail.

제1 군의 분취물을, 임상의는 가장 효과적인 약물 칵테일을 결정하기 위하여 사용한다. 조직 분취물은 전술한 바와 같이 배양된다. 다양한 약물 칵테일은 조직 분취물에 투여된다. 그 분취물 내의 암성 조직의 세포 자멸 백분율은 당해 기술 분야의 숙련자에게 일반적으로 알려진 방법에 의하여 측정된다. 임상의는 그 뒤, 건강한 조직에 비하여 암성 조직의 세포 자멸률이 최고인 것을 포함하는 약물 칵테일을 선택한다.Aliquots of the first group are used by clinicians to determine the most effective drug cocktail. Tissue aliquots are cultured as described above. Various drug cocktails are administered to tissue aliquots. The percentage of apoptosis of cancerous tissue in the aliquots is determined by methods generally known to those skilled in the art. The clinician then selects a drug cocktail that includes the highest apoptosis rate of cancerous tissue as compared to healthy tissue.

임상의는 그 뒤, 암성 조직에 사용한 약물 칵테일의 최적 농도를 결정하기 위하여 제2 군의 조직 분취물을 사용한다. 조직 분취물은 제1 군의 조직 분취물과 같은 방식으로 배양된다. 임상의는 다양한 농도의 약물 칵테일을 각각의 조직 분취물에 적용하고, 건강한 조직에 비하여 암성 조직의 세포 자멸률이 최고인 것을 나타내는 약물 칵테일의 농도를 선택한다.The clinician then uses a second group of tissue aliquots to determine the optimal concentration of drug cocktail used for the cancerous tissue. Tissue aliquots are cultured in the same manner as the tissue aliquots of the first group. The clinician applies varying concentrations of the drug cocktail to each tissue aliquot and selects the concentration of drug cocktail that indicates the highest apoptosis rate of cancerous tissue as compared to healthy tissue.

환자가 암치료를 위하여 받게 될 화학치료 요법의 최적화 결과에 따라, 환자는 불필요한 부작용을 최소화하면서, 최대의 이익을 주는 치료를 받게 된다. 임상의가 원한다면, 다양한 농도의 다수의 약물 칵테일을 다수의 조직 분취물에 적용하는 단일 실험에서 동일한 결과를 얻게 될 것이다 Depending on the results of the optimization of the chemotherapy regimen that the patient will receive for cancer treatment, the patient will receive the treatment with the greatest benefit while minimizing unnecessary side effects. If the clinician desires, the same result will be obtained in a single experiment applying multiple drug cocktails of various concentrations to multiple tissue aliquots.

실시예 2Example 2

본 발명의 다른 실시 상태에서, 본 발명의 내용은 건강한 조직에 대한 화합물의 독성을 예측하는데 사용될 수 있다. 이러한 결과는 신약 신청 또는 약식 신약 신청의 인가를 위하여 생성하여, FDA에 제출한 데이터에 유용하다. 동물 또는 인체 조직 시료는 생검을 하거나 또는 수술의 일부로서 획득한다. 일반적으로 두 종의 동물, 설치류 하나와 비-설치류 하나가 사용되는데, 약물이 다른 종에 작용하는 것과 다르게 한 종에 작용할 수 있기 때문이다. 다른 기관도 이와 마찬가지로 주요 데이터를 제공하며, 본 발명의 범위 내에서 이는 유용하다. 본 발명의 다른 실시 상태에서, 조직은 사망한 장기 기증자, 클론, 재생성 또는 제대혈에서 체세포 전이에 의한 줄기 세포에 이르는 당해 기술 분야의 숙련자에게 알려진 기법에 의하여 제공되는 그 밖의 다른 것들로부터 그 일부를 취할 수 있다.In other embodiments of the invention, the subject matter of the present invention may be used to predict the toxicity of a compound to healthy tissue. These results are useful for data generated and submitted to FDA for approval of a new drug application or short drug application. Animal or human tissue samples are taken biopsies or obtained as part of surgery. In general, two species of animals, one rodent and one non-rodent, are used because drugs can act on one species differently than on other species. Other agencies likewise provide key data, which are useful within the scope of the present invention. In another embodiment of the invention, the tissue may take part from other organs that are provided by techniques known to those of skill in the art, ranging from deceased organ donors, clones, regenerative or umbilical cord blood to stem cells by somatic metastasis. Can be.

조직 분취물은 조직 시료에서 유도되며, 전술한 바와 같이 배양된다. 조직이 배양되는 경우, 화합물을 각각의 조직 분취물에 적용하여 전술한 바와 같이 소망하는 결과를 달성하는 화합물의 효능을 결정한다. 데이터를 수집하고, 조직 내 화합물의 효능의 측정에 관하여 FDA에서 규정한 바에 따라서 또는 당해 기술 분야의 숙련자에 의해 설정된 변수에 따라 해석한다.Tissue aliquots are derived from tissue samples and cultured as described above. When the tissue is cultured, the compound is applied to each tissue aliquot to determine the efficacy of the compound to achieve the desired result as described above. Data is collected and interpreted according to the FDA's regulations regarding the determination of the efficacy of compounds in tissues or according to variables set by those skilled in the art.

실시예 3Example 3

이와 유사하게, 질병 연구는 질병의 연구에 사용하는 다양한 화합물을 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 조직 내 화합물의 억제제 및 자극제는 조직 내 화학 경로 상의 효과를 연구하는데 사용될 수 있다. 이와 함께, 화합물을 조직에 적용하여 세포 수준 또는 유기체 수준과 비교하여 조직 수준에서의 이들의 효과를 관찰할 수도 있다. 본 발명은 인공생체 기관 시스템의 사용 방법을 제공한다; 실험적 변수들은 과도한 실험을 필요로 하지 않고도 당해 기술 분야의 숙련자에게 명백한 것이다.Similarly, disease research can be performed using various compounds used to study disease. For example, inhibitors and stimulants of compounds in tissues can be used to study the effects on chemical pathways in tissues. In addition, compounds may be applied to tissues to observe their effect at the tissue level compared to the cellular or organismal level. The present invention provides a method of using an artificial living organ system; Experimental variables are apparent to those skilled in the art without requiring undue experimentation.

시험은 모든 편견의 외견을 배제하고자 독립적인 제3자에 의하여 수행되었다. 가능한 한 적은 수의 동물만을 조직 시료의 공급원으로 사용하고, 이들을 인도적으로 취급하기위하여 모든 노력을 다하였다. 또한, 본 발명은 인체 조직에 사용되도록 고안된바, 이러한 시료는 장기 기증자로부터 획득하였다. 대부분의 약물은 간에서 대사되므로, 자연스럽게 독성 연구는 간에 대한 효과에 초점이 맞추어져 있다. Testing was conducted by an independent third party to exclude the appearance of any prejudice. Only as few animals as possible were used as a source of tissue samples and every effort was made to treat them humanely. In addition, the present invention is designed for use in human tissue, such a sample obtained from an organ donor. Since most drugs are metabolized in the liver, toxicological studies are naturally focused on their effects on the liver.

실시예 4Example 4

본 발명은 또한, 기관 시스템 간의 상호작용을 관찰하는 신규의 방법을 제공한다. 조직 박편은 다양한 기관으로부터 획득한다. 이들은 그 다음 다수의 생물반응기 조직 박편 장치 격실 내로 평행하게 위치된다. 배양 배지는 제1 격실에 제공되어, 일정 시간 동안 조직 박편과 접촉을 허용하게 된다. 초기 시간이 경과 한 뒤에, 배양 배지는 제1 조직 박편 장치 격실로부터 제거되고, 다른 실험적 조건, 예컨대 증가한 물질대사, 다른 1차 세포 유형, 또는 다른 대상 세포의 농도하의 다른 기관 또는 동일한 기관의 시료를 포함하는 제2 조직 박편 장치 격실로 이동한다. 배양 배지가 제2 조직 박편 장치 격실로 이동하기 전 또는 이동과 동시에, 배양 배지의 시료는 실시 상태에서 중간 시험에서 얻는다. 제2 조직 박편 장치 격실 내로 이동된 배양 배지는 그 뒤, 일정 시간 동안 반응한다. 실험이 끝날 때까지 각각의 조직 박편 장치 격실에서 이 절차를 반복한다. The invention also provides a novel method of observing interactions between organ systems. Tissue flakes are obtained from various organs. They are then placed in parallel into the plurality of bioreactor tissue flake device compartments. The culture medium is provided in the first compartment to allow contact with the tissue flakes for a period of time. After the initial time has elapsed, the culture medium is removed from the first tissue lamella device compartment and subjected to other organs or samples of the same organ under different experimental conditions, such as increased metabolism, different primary cell types, or concentrations of other target cells. Move to a second tissue lamella device compartment that contains. Samples of the culture medium are obtained in an intermediate test in a running state before or simultaneously with the culture medium moving to the second tissue lamella device compartment. The culture medium transferred into the second tissue lamella device compartment then reacts for a period of time. Repeat this procedure in each tissue lamella compartment until the end of the experiment.

예를 들어, 연구자들의 관심사는 단백질 소화과정이다. 따라서 조직의 시료는 구강, 식도, 위, 십이지장(duodenum), 공장(jejunum), 및 회장(ileum)에 상응하는 소장 부분, 및 대장 내에서 채취한다. 단백질 시료를 함유한 배양 배지의 시료는 따라서, 각각의 이종 조직 유형과 반응하여, 시스템 수준 상에서 소화되는 단백질의 특정 기관의 효과를 측정한다.For example, researchers are interested in protein digestion. Thus, tissue samples are taken from the oral cavity, esophagus, stomach, duodenum, jejunum, and the small intestine portion corresponding to the ileum, and the large intestine. Samples of culture medium containing protein samples thus react with each heterologous tissue type to determine the effect of specific organs of the protein digested on system level.

이러한 기기 및 방법은 현재 고려되는 가장 실용적이며, 선호되는 실시 상태의 관점에서 기술하였으나, 본 발명은 개시된 실시 상태에 제한될 필요는 없다는 것을 이해하여야 한다. 이는 본 발명의 사상 및 범위에 포함된 다양한 변형 및 유사한 배치를 포함하는 것을 의도한 것이며, 이러한 범위는 가장 넓은 해석 범위와 일치하여, 이러한 모든 변형 및 유사한 구조를 포괄한다. 본 발명은 다음의 청구 범위의 실시 상태를 모두 포함한다.While such devices and methods have been described in terms of the most practical and preferred embodiments currently contemplated, it should be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. It is intended to cover various modifications and similar arrangements included within the spirit and scope of the present invention, which is to be accorded the widest interpretation and encompasses all such modifications and similar structures. The invention includes all embodiments of the following claims.

Claims (12)

생체 외에서 생체 내 조직 기능을 실질적으로 모사하는 생물반응기를 제공하는 단계;Providing a bioreactor that mimics in vivo tissue function in vitro; 생물반응기에 조직 시료의 적어도 하나의 분취물을 고정하는 단계; 및 Securing at least one aliquot of the tissue sample to the bioreactor; And 적어도 하나의 분취물로 활용 가능한 데이터를 생성하는 단계Generating data usable with at least one aliquot 를 포함하는 약물 시험 및 선별을 위한 인체 조직의 생체 외 사용 방법.In vitro use of human tissue for drug testing and screening comprising a. 제1항에 있어서, 생체 내 조건은 조직 내에서 세포 대 세포 상호 작용을 유지하는 것에 의하여 달성하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the in vivo condition is achieved by maintaining cell to cell interaction in the tissue. 제1항에 있어서, 인체 조직 기초 데이터는 조직 시료와 생물반응기의 조합을 사용하여 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the human tissue based data is generated using a combination of tissue sample and bioreactor. 제1항에 있어서, 생물반응기는 최적의 화학치료 요법을 결정하거나, 요법의 독성을 예측하거나, 또는 질병을 연구하는 것 중 적어도 하나의 용도로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the bioreactor is used for at least one of determining the optimal chemotherapy regimen, predicting the toxicity of the regimen, or studying the disease. 제1항에 있어서, 데이터는 유사분열 활성, 독성 연구, 및 조직병리학의 군 중의 적어도 하나를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the data represents at least one of a group of mitotic activity, toxicity studies, and histopathology. 제1항에 있어서, 생물반응기는 유기체 수준에서 조직 기능을 실질적으로 복제하는 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 1, wherein the bioreactor substantially replicates tissue function at the organism level. 제6항에 있어서, 생물반응기는 시스템 수준에서 조직 기능을 실질적으로 복제하는 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 6, wherein the bioreactor substantially replicates tissue function at the system level. 제7항에 있어서, 생물반응기는 기관 수준에서 조직 기능을 실질적으로 복제하는 것을 특징으로 하는 방법.8. The method of claim 7, wherein the bioreactor substantially replicates tissue function at the organ level. 제1항에 있어서, 활용가능한 데이터는 적어도 하나의 요법의 적용에 의하여 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the available data is generated by applying at least one therapy. 인체 조직 박편을 함유한 인공생체 조직 시스템을 확보하는 단계;Securing an artificial biological tissue system containing human tissue flakes; 활용 가능한 데이터를 생성하기 위하여 조직 박편을 적어도 하나의 요법으로 처리함으로써 인공생체 조직 시스템을 사용하는 단계; Using an artificial tissue system by treating the tissue slice with at least one therapy to produce usable data; 유사분열 활성, 화합물의 독성, 또는 조직병리학을 결정하기 위하여 데이터를 비교하는 단계; 및Comparing the data to determine mitotic activity, toxicity of the compound, or histopathology; And 데이터 비교를 기초로 요법을 선택하는 단계Selecting therapies based on the data comparison 를 포함하는 외식된 인체 조직의 시험 방법.Test method of explanted human tissue comprising a. 인체 조직 박편을 격납하기 위한 생물반응기-기초 시스템을 제공하는 단계;Providing a bioreactor-based system for containing human tissue flakes; 생물-반응 기초 시스템에 인체 조직을 정착시키는 단계;Anchoring human tissue to the bio-reaction based system; 조직상에 요법을 시험하는 단계; 및Testing the therapy on tissue; And 결과를 수집하는 단계Steps to Collect Results 를 포함하는 추출, 채취 및 외식된 인체 조직 중 적어도 하나를 시험하는 상업적 방법.Commercial method of testing at least one of the extracted, harvested and explanted human tissue comprising a. 제11항에 있어서, 유사분열 활성, 독성, 또는 조직병리학 중 적어도 하나에 대한 결정을 하기 위하여 상기 결과를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 상업적 방법.12. The method of claim 11, further comprising using the result to determine at least one of mitotic activity, toxicity, or histopathology.
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