[發明專利]與仿生細胞化腎單位有關的系統、方法和裝置

有效

• 申請號: 201280037209.4
• 申請日: 2012-06-15
• 公開（公告）號: CN103764190B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 約瑟夫·L·查萊斯特;埃爾斯·弗羅利希;杰弗里·T·伯恩斯坦
• 申請（專利權）人: 查爾斯斯塔克布料實驗室公司
• 主分類號: A61M1/14
• 分類號: A61M1/14;C12M3/00
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 郭廣迅

本文公開了用于在細胞化的腎單位的仿生環境中培養細胞的系統和裝置，以及用于制造和使用細胞化的腎單位的方法。

相關專利和申請

本申請要求于2011年6月15日提交的第61/497,376號美國臨時申請和于2011年6月16日提交的第61/497,854號美國臨時申請的權益，將其全部內容引入本文作為參考。

領域

一般地，本公開涉及用于在細胞化的腎單位的仿生環境中培養細胞的系統和裝置，以及用于制造和使用細胞化的腎單位的方法。

背景

在控制的體外條件下生長的腎細胞在腎功能性研究、醫療裝置制備和藥物測試中具有廣泛的潛在應用。腎細胞培養允許生物學家研究與腎相關的細胞的功能并觀察細胞對各種條件的響應。高度受控制的腎環境可以用于執行腎的一些功能以幫助腎病患者，并且可以被組織工程使用以生成用于移植到腎病患者體內的特異性腎組織。此外，腎細胞培養可以在用于腎治療和用于測試藥物的腎毒性的藥物開發中使用。控制的體外環境也可以用于其它類型的細胞。

這些應用中的每一種得益于引起體外細胞在體內準確復制細胞的條件。盡管存在用于培養腎細胞的裝置和方法，但傳統的體外腎細胞環境是靜態的，未能解釋腎單位中經歷的剪切應力。此外，以前的腎細胞培養的體外環境沒有提供仿生信號(cue)，如由胞外基質(ECM)提供的那些，因此在以前的環境中生長的細胞不具有它們在體內所具有的表型和形態，例如細胞形狀或排列。腎單位中腎細胞的適當排列，尤其是細胞之間的細胞間連接的形成對于腎細胞執行其過濾和吸收功能是必要的。因此，在先前的裝置中生長的腎細胞未能模擬腎單位的條件。

概述

因此，需要可以用于生長更好地復制腎單位的體內條件的腎細胞培養物的仿生裝置。特別地，控制流動通道中細胞的幾何形狀和排列的裝置可以用于建立比先前的裝置更加接近地模擬體內條件的體外環境。微制造和微成型技術可以用于制備人工細胞基底，所述人工細胞基底具有模擬細胞外基質(ECM)對腎細胞的作用的微-、亞微-和納米-拓撲圖案(topographical pattern)。拓撲表面的設計允許緊密控制在基底上面生長的細胞。這種表面圖案(surface patterning)連同附加的流動通道參數如通道高度、通道橫截面積和流速一起可以用于建立緊密模擬特異性細胞類型的體內環境的高度受控制的體外條件。

因此，在一些方面中，本文公開了用于構建和利用人造器官(如生物人工腎)的裝置和方法。在一些實施方案中，本技術的生物人工腎包括：包括至少一個拓撲表面的微流體流動通道；與所述流動通道流體連通用于允許流體流入所述流動通道的入口；和接種在所述拓撲表面上的腎細胞，其中選擇所述流動通道的表面的拓撲圖，以使腎細胞形成置于所述表面以上的細胞層，以實現通過至少一個表面的拓撲圖至少部分地確定的排列、行為或形態。另外地或供選擇地，在一些實施方案中，選擇所述表面的拓撲圖以促進細胞層中的細胞與至少一個表面的粘附增加。另外地或供選擇地，在一些實施方案中，所述表面拓撲圖使得細胞層的排列、行為或形態復制腎中的細胞的排列、行為或形態。

在一些實施方案中，所述流動通道在生物人工腎中形成。在一些實施方案中，所述流動通道形成為一種或多種結構的部分，所述結構選自亨利袢(Loop of Henle)、集合小管和遠端小管。