[发明专利]具有微通道的器官模仿装置及其使用和制造方法

说明书

本发明公开一种系统和方法，所述装置包括具有被一个或多个多孔膜分隔的中央微通道的主体。所述膜被设置成将所述中央微通道分隔成两个以上的平行的中央微通道，其中一种或多种第一流体经由第一中央微通道供应，一种或多种第二流体经由第二或多个中央微通道供应。每个多孔膜的表面可以用细胞粘附分子涂布，以支持细胞在所述膜的上下表面上的附着并促进它们的组织化。孔的大小足以仅允许交换气体和小的化学物质，或大小足以允许大蛋白和整个活细胞的移动和经过通道传递。流体压力、流动特性和通道几何形状也可以变化，以向一个或两个组织层施加所需的机械力。

相关申请的交叉参考

本申请要求2008年7月16日提交的美国临时申请号No.61/081,080的优先权，在此引入它的全部内容作为参考。

本申请是中国专利申请第201410465085.0号(下文称“子案”)的分案申请，该子案其申请日是2009年7月16日，发明名称是“具有微通道的器官模仿装置及其使用和制造方法”。

本申请是在国家知识产权局认为上述子案不符合单一性要求的情况下提出的，具体涉及上述子案的第二次审查意见通知书，其发文日为2016 年7月13日，发文序号为2016070801381820。

上述子案是中国专利申请第200980132001.9号(下文称“母案”)的分案申请，该母案其申请日是2009年7月16日，发明名称是“具有微通道的器官模仿装置及其使用和制造方法”。

政府支持

本发明受到美国国家卫生研究院资助号No.NIH R01 ES016665-01A1的政府支持。美国政府对其具有一定的权利。

技术领域

本发明总体上涉及一种具有微通道的器官模仿装置及其使用和制造方法。

背景技术

机械力-推力、拉力、张力、压力-是细胞发育和行为的重要调节因素。张拉整体结构提供了决定这些物理力在细胞或组织内如何分布以及它们在哪里如何施加各自影响的结构。

在人体内，大部分细胞不断受到机械力，如张力或压力。对培养基中的细胞施加机械应变模拟体内环境，从而在细胞内造成巨大的形态变化和生物力学反应。既存在当细胞被机械地加到培养基中时发生的长期变化，也存在短期变化，例如在DNA或RNA合成或降解、蛋白表达和分泌、细胞分裂和排列的速率和量方面的变化、能量代谢方面的变化、大分子合成或降解的速率方面的变化以及在生物化学和生物能学方面的其他变化。

每个细胞具有内部支架或细胞骨架，即由分子“柱和线”形成的格子。“线”是一种被称作微纤丝的细线的纵横交错的网络，它从细胞膜延伸到细胞核，施加向内拉力。对抗拉力的是微管、细胞骨架的较厚承压“支柱”、将细胞锚定到细胞外基质的细胞外膜上的特事实上受体分子以及将细胞群保持在一起的纤维物质。这种力平衡是张拉整体结构的特点。

组织从细胞群构建而成，组织象位于细胞外基质的“蛋盒”上的蛋。用于将细胞锚定到基质的受体分子(称为整合素)使细胞连接到更广阔的世界。首先通过这些锚固点上的整合素感受到组织上的机械力，然后由细胞骨架运输到每个细胞内部的深区域。在细胞内部，机械力可能会使蛋白分子的形状振动或改变，从而引发生化反应，或者拖曳细胞核中的染色体，从而活化基因。

细胞也可被认为具有“紧张度”，就象肌肉一样，这是因为对细胞骨架的纤丝不断施加拉力。就象被拉伸的琴弦在沿其长度上的不同点施加力时会产生不同的声音，细胞取决于它如何被扭曲而产生不同的化学信号。

生长因子取决于细胞如何被拉伸而具有不同的效果。被拉伸和扁平化的细胞，如在伤口表面上的细胞，倾向于生长和繁殖，而由过度拥挤条件紧缩的圆化细胞开启“自杀”程序并死亡。相比而言，既未拉伸也未回缩的细胞继续发挥它们预定的功能。