[发明专利]三维的预血管化的工程化的组织建造物、制造以及使用组织建造物的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年3月6日提交的具有序列号61/607,397的题为“PREVASCULARIZED 3D CO-CULTURED MODEL FOR BREAST CANCER DRUG DEVELOPMENT”的美国临时申请的优先权，其通过引用整体并入本文。

背景

当前的药物开发平台比如二维的(2D)体外细胞培养系统和体内动物实验不精确预测候选疗法的人体内效果。由于仅一种细胞类型被采用，这些细胞培养系统具有与原代的人细胞和组织有限的相似性，并且由于不同的物种在新陈代谢、生理机能以及行为方面具有差别，动物实验对重现人的药物响应具有一般有限的能力。由于当前筛选技术比如体外实验室组织分析和动物研究的无能，很多实验性药物在临床研究中未能精确预测药物将如何在人中表现。

因此，药物发现和开发领域需要体外平台来测试候选疗法用于人的响应的更好的预测。当前的体外系统(例如旋转生物反应器、球状体的悬浮液以及多孔支架上的生长)在尺寸上是有限的(1-2mm)并且倾向于是二维的。在3D组织建造物方面的尝试只有有限的成就并且一直十分小或者具有短的寿命。这些组织模型的失败至少部分是由于允许氧气和营养素扩散进入组织以支撑更大量、更自然、更持久的组织生长的模型血管系统的不存在。

概要

本公开内容的实施方案提供三维的(3D)预血管化的工程化的组织建造物、用于癌症的3D预血管化的工程化的组织模型、包括组织建造物的灌注式生物反应器、制造组织建造物的方法、使用组织建造物的方法、使用组织建造物的药物发现的方法、等等。

本公开内容的三维的(3D)工程化的血管化的组织建造物的实施方案包括3D生物相容的支架材料；支架材料内的活细胞的3D网络；多个微通道，所述多个微通道延伸贯穿建造物，使得通道的实质部分具有在建造物的一个表面处的入口以及在建造物的相对的表面处的出口，并且在建造物中，通道形成内腔以允许液体通过建造物；以及至少部分地在内腔形成内衬的多个内皮细胞。

本公开内容还提供用于支撑包括3D生物相容的支架材料的体外的3D组织培养物的3D血管化的生物相容的支架的实施方案，所述3D生物相容的支架材料包括固体的多孔材料、凝胶基质材料或者这些材料的组合。固体的多孔材料选自包括以下的材料的组：气凝胶、网状玻璃碳、颗粒稳定的泡沫以及这些材料的组合；并且凝胶基质材料选自包括以下的凝胶基质材料的组：合成的水凝胶、自然衍生的水凝胶以及这些材料的组合。3D血管化的生物相容的支架还包括多个通道，所述多个通道延伸贯穿支架，使得通道的实质部分具有在支架的一个表面处的入口以及在支架的相对的表面处的出口，并且在支架中，通道形成内腔以允许液体通过支架。在3D血管化的生物相容的支架的实施方案中，凝胶基质材料包括一种或者更多种水凝胶，所述一种或者更多种水凝胶选自包括以下的合成的以及自然衍生的水凝胶的组：胶原、纤维蛋白、Matrigel^TM、细菌纤维素、HuBiogel^TM、藻酸盐、聚合物基水凝胶、共聚物基水凝胶、聚乙二醇(PEG)基水凝胶、弹性蛋白以及角蛋白。另外，在实施方案中，本公开内容的3D血管化的生物相容的支架包括多孔材料，所述多孔材料选自包括以下的组：气凝胶、颗粒稳定的生物相容的泡沫、网状玻璃碳(RVC)、天然静电纺聚合物(natural electrospun polymers)、合成的静电纺聚合物(synthetic electrospun polymers)以及这些材料的组合。在本公开内容的3D血管化的组织建造物和支架的实施方案中，微通道具有约200微米至约450微米的直径。在某些实施方案中，微通道具有约250微米或者更小的直径。

本公开内容的实施方案还包括三维的(3D)体外血管化的癌症模型，所述三维的(3D)体外血管化的癌症模型包括本公开内容的3D组织建造物。在实施方案中，癌症模型的3D组织建造物包括生物相容的支架材料；在支架材料内的活细胞的3D网络，其中细胞的网络包括癌细胞或者癌细胞和非癌细胞的组合；多个通道，所述多个通道延伸贯穿建造物，使得通道的实质部分具有在建造物的一个表面处的入口以及在建造物的相对的表面处的出口，在建造物中，通道形成内腔以允许流体介质通过建造物；以及至少部分地在内腔形成内衬的多个内皮细胞。在本公开内容的3D血管化的癌症模型的实施方案中，模型是人乳腺癌模型并且活细胞的网络包括人乳腺癌肿瘤细胞和非癌的人乳房成纤维细胞。