[发明专利]用于促进可植入式传感器中细胞生长的设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年12月28日提交的美国临时申请61/746,691的优先权，其授予本申请的受让人并且通过引用并入本文。

技术领域

本发明的一些应用一般地涉及用于检测体内分析物的可植入式传感器，并且具体涉及用于在可植入式医疗装置中向细胞提供营养物的方法和设备。

背景技术

监控各种医疗状况经常需要测量血液内各种组分的水平。为避免侵入性的重复抽血，已发展了旨在检测体内血液的各种组分的可植入式传感器。更具体地，在内分泌学的领域中，为避免用于抽血以估计糖尿病患者体内血液中葡萄糖水平的重复的“手指刺穿”，已讨论了可植入式葡萄糖传感器。

一种用于感测分析物(诸如葡萄糖)的浓度的方法依靠荧光共振能量转移(FRET)。FRET涉及当供体和受体分子彼此紧密接近时，非光子能量从受激励荧光团(供体)到另一荧光团(受体)的转移。FRET使得能够确定分子的相对接近以便调查例如分析物(诸如葡萄糖)的浓度。

Gross等人的通过引用并入本文的PCT专利申请公布WO2006/006166描述了一种蛋白质，其包括葡萄糖结合部位、青色荧光蛋白质(CFP)和黄色荧光蛋白质(YFP)。该蛋白质配置成使得葡萄糖到葡萄糖结合部位的结合引起CFP和YFP之间距离减小。描述了用于检测受试者内物质浓度的设备，该设备包括适于植入受试者内的壳体。该壳体包括荧光共振能量转移(FRET)测量装置，以及被基因工程化以在原位置产生具有FRET复合物的FRET蛋白质的细胞，该FRET复合物包括荧光蛋白质供体、荧光蛋白质受体和用于物质的结合部位。

发明内容

设计基于细胞的可植入式装置的挑战中的一个是在长期(例如在一年或更长时间)维持相当数量的细胞群体。根据本发明的一些应用，提供用于随时间推移维持期望的细胞群体大小的技术，包括以下两点：

·抑制细胞群体生长，即细胞增殖，以便避免群体过剩，该群体过剩导致远离装置边缘的细胞中缺乏营养物，这将产生最终使整个细胞群体中毒的细胞坏死中心；以及

·允许受限的细胞增殖以替代随时间推移而死亡的细胞，以便防止装置中细胞群体衰落，该衰落将最终使装置功能障碍。

为平衡上述冲突目标并在长时期(例如至少一年)保持大体恒定的细胞群体，提供了三层细胞封装结构，其包括具有细胞附接到的表面的大体上不可降解的三维支架，以及应用到细胞的水凝胶。

支架、细胞和水凝胶布置成使得细胞夹在水凝胶和支架的表面之间的空间中。细胞在单层中布置在支架的表面的总计表面面积的至少50％上。该布置允许细胞在水凝胶和支架的表面之间的空间中的移动和增殖，并防止细胞移动和增殖到水凝胶和支架的表面之间的空间外的位置。水凝胶和支架的表面之间的空间内的死亡的细胞在分解时留下空间。在一侧上由支架的表面提供的结构和在另一侧上的水凝胶维持该空间的开放，直到一个或多个邻近细胞增殖到该空间中。

因此，在任何局部微观环境中，封装结构包括(a)固体支架的表面、(b)细胞和(c)水凝胶的按此顺序的三层叠堆。在任何位置处的细胞因此一般限于单层，允许细胞在支架和水凝胶之间的狭窄空间内的自由移动和增殖，但防止到容积其余部分中的任何增殖和三维细胞结构的产生。

支架提供具有高的总计表面面积和高的表面积与容积比率的三维结构，这使得有效利用室的三维容积。支架的表面尽管经常不平坦但有效地用作用于细胞播种、生长和附接的二维基底。如果水凝胶不提供在单层细胞之上，则细胞通常以三维远离其附接到的表面而生长。此类三维生长一般将导致不期望的群体过剩，如以上描述的。另外，对于许多细胞类型，细胞生存力和包括传感蛋白质表达的蛋白质表达在细胞附接和散布时显著增强。因此，在该配置中的细胞将比悬浮的细胞(例如悬浮在水凝胶支架中的细胞)存活更长时间并更好地起作用。

对于一些应用，支架包括微载体珠、纤维、刚性结构，或具有多个互连内部孔隙的海绵结构。

封装结构可组合至少三个益处：(a)良好的细胞附接，引起更优的细胞生存力和表达，其在较简单的系统(例如将水凝胶用作支架的系统)中是缺少的，(b)因为有限数目的细胞和经由水凝胶的到细胞的开放扩散通道，所以防止经常导致坏死中心的群体过剩，以及(c)使得细胞能够在二维培养物内移动和增殖，由此使得能够实现长期稳态群体。