[发明专利]微流体细胞培养系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年7月29日提交的题为“微流体室”的美国临时专利序列号61/ 859318和2014年6月18日提交的题为“微流体室”的美国临时专利申请序列号62/013746的 优先权权益。

技术领域

本发明涉及一种细胞培养系统，更具体地，涉及一种用于神经研究的微制造的微 流体培养系统。

背景技术

生物系统从非常简单变化到极其复杂。在动物与人类的许多神经系统中，神经系 统是协调其自愿和非自愿行动的部分，并且在其身体的不同部分之间传送信号。它包括两 个主要部分，中枢神经系统(CNS)和外周神经系统(PNS)。CNS包含脑和脊髓，而PNS主要包括 神经，它们围成长纤维或轴突束，其将CNS连接到身体的每个其它部分。PNS包括：运动神经 元，调解自愿运动；自主神经系统，包括交感神经系统和副交感神经系统，从而调节非自愿 功能，和肠神经系统，其用于控制胃肠系统。

在细胞水平，神经系统由存在的神经元(也被称为“神经细胞”)限定。神经元具有 特殊结构，使它们能够将信号以沿细纤维(称为轴突)行进的电化学波的形式迅速和精确地 发送到其它细胞，这些细纤维引起化学品(称为神经递质)在结点、突触释放。是神经元之间 的连接形成神经回路，以及是神经网络产生世界的生物体感知并确定其行为。人类的CNS估 计包括大约850亿个神经元，在大脑皮层和小脑之间分裂约20％和80％。

正如对于许多人类生理系统来说，CNS中的问题可能会对个人出现，导致各种神经 病症，包括但不限于进行性神经性腓骨肌萎缩症、老年痴呆症、帕金森氏病、多发性硬化、重 症肌无力、脱髓鞘和轴突变性。在许多情况下，这些神经系统问题出现在老年人中，我们在 过去两百年间增加的寿命已经使这种问题更加明显，并且越来越普遍。即使在1950年至 2010年期间，欧洲和北美的预期寿命从65岁提高到了将近80岁。在亚洲已经从40岁提高到 了将近70岁。据估计，到2050年，在全球范围内每85个人中将有一个人会患上阿尔茨海默氏 症，或者采用联合国对2050年的世界人口估计将会约有1.1亿人患上该病。相比之下，估计 在每300个人中将有一个人患上帕金森病，到2050年又将增加近3000万患者。

因此，神经学研究极其重要，以便为患者建立医疗和/或药物治疗方案，来减轻/延 缓其影响，从而对国家健康预算减少财政负担，和/或寻求减少、延迟或移除其对个人的出 现和影响的生活方式、环境、和/或药物因素或调整。解离细胞的培养使得研究人员能够更 具体地描述所研究的神经系统及因此目前许多实验室进行神经元培养。传统上，这些神经 元培养物在培养皿或培养阱内进行，并且已经允许在神经变性疾病比如阿尔茨海默氏病、 亨廷顿氏病、亚急性海绵状脑病等的研究而且在用于理解神经元分化的分子和细胞机理的 发育生物学取得显著研究成果。

然而，在这些系统中，神经元连接被随机制成，并且不可能在其中重建类似于在体 内发现的那些的架构。因此，虽然细胞培养方法是一种常用的研究方法来提供生长条件细 胞的系统控制操作，在许多情况下具有神经元、突触和轴突，将整个细胞暴露于相同条件的 主要现有技术方法并不总是有益的。一些细胞可以是不对称的，并且具有专门的区域。例 如，神经元被极化，并且具有在相对长的距离(例如轴突)上延伸的许多过程。因此，在细胞 水平上向研究人员、医生等提供微环境将会是有益的。

通过使用微制造过程，在微米级(适于细胞生物学)控制流体和表面特性的能力还 提供了用于调查基本生物过程的新机会。例如，研究人员可能有选择地隔离和治疗细胞的 专业部分或领域。研究人员可以通过图案化技术比如微接触印刷指示神经元附着的位点和 神经突增生的定向和长度。其次，通过将流体隔离域保持在培养区域内，研究人员可以将一 系列正负刺激输送到胞体、轴突或树突。由于神经元代表优异的细胞类型来说明这些概念 并且将作为许多这种实验的基础，所以本发明人因此用它们作为其微制造的微流体细胞培 养概念的实验验证的基础。然而，本领域普通技术人员要认识到的是，根据本发明实施例的 方法和系统将适用于其它类型的细胞或生物类型的应用。