[发明专利]内部压力可变的细胞生物培养器

说明书

本发明涉及一种系统，用于培养一个或多个细胞和/或器官型培养物以进行生物学研究，特别是进行毒理学评估，其包括生物培养器(200)和与所述生物培养器(200)流体连接的压力系统(100)。所述压力系统(100)是循环气体压力系统，其配置为在所述生物培养器(200)中在与大气压力相比的负压和正压之间循环地改变气体压力，以便重现哺乳动物的肺部中的压力条件。所述系统的特别之处在于，所述循环气体压力系统(100)包括与管道(226)的馈通部，该管道配置为使空气流偏离所述一个或多个细胞和/或器官型培养物。

技术领域

本发明涉及一种系统，用于培养一个或多个细胞和/或器官型培养物，以从哺乳动物的呼吸行为的观点出发进行生物学研究，特别是进行毒理学评估。

背景技术

如今，与空气中污染物相关的健康风险日益受到关注，在开发新药和/或抗过敏、哮喘或任何其他呼吸系统疾病的新疗法时，应考虑到这一风险。空气中污染物主要由以下产生：大规模的工业化、汽车污染、诸如火山喷发等自然现象、火灾、在许多情况下使用气溶胶和/或喷雾，和/或由于使用易碎材料而导致日常产生粉尘和/或(纳米)颗粒。

为了评估与哺乳动物的呼吸暴露于空气中的污染物相关的风险，科学家通常使用体内模型。之所以使用体内模型代替呼吸道毒理学的体外模型，是因为目前尚无经过验证的呼吸道毒理学的体外模型。直到几年前，还没有开发气液界面系统(对开发用于毒理学应用的相关体外系统是必不可少的)的必要技术。这样的模型已经在最近的10年中开发出来，但至今仍未获得监管机构的正式批准。在此之前，它们不能用于监管应用。

而且，现实模型的开发相当复杂。

存在所涉及的许多细胞类型，并且组织以3D方式被组织，从而使模型的设计更加复杂。另一个方面是模型的暴露。将细胞暴露于可再现且良好表征的气溶胶的技术只是最近才出现的。

此外，对于许多应用，使用体内模型比体外系统更容易。

为了满足3R(Replacement，Reduction和Refinement)欧洲指令(2010年9月22日欧洲议会和理事会关于保护用于科学目的的动物的指令2010/63/EU)，需要验证体外模型。这样的体外模型应该理想地能够以与体内模型相同的敏感性和准确性来预测体内毒性。

暴露系统已成功用于将体外肺部模型暴露于气体、液体或粉末。暴露系统也已用于暴露化学物质(单独或复杂混合物)、纳米颗粒和纤维。它允许将在气液界面处培养的肺细胞暴露于不同异物的气溶胶，例如燃烧废气、化妆品、家用化学品、室内/室外空气分析、工业化学品、农药、药物和/或烟草烟雾。

为了研究肺细胞的行为，模仿哺乳动物的生理条件，特别是模仿其呼吸系统，仍需探索异物的过度暴露。此外，还需要考虑对已经受到异物影响的肺细胞的呼吸期间的行为的研究，以便在呼吸暴露研究中提供越来越相似的生理条件。

使用现实的体外模型来研究吸入物质的影响是绝对重要的。如今，存在几种体外模型，它们的复杂性不断提高，即，从在淹没条件下生长的肺上皮细胞的单一培养物到在气液界面生长的高级3D多细胞模型。但是，这些模型都没有考虑与肺组织在体内经历的压力变化相关的实际条件。由于循环压力变化有可能强烈调节肺细胞的反应，因此将现实的压力条件纳入体外研究是绝对重要的，以便获得更好的预测模型。

这是必要的，因为胸部的压缩和扩大会大大改变肺部的内部压力，从而导致呼吸作用。在平静呼吸中，相对于大气压力，肺泡内压力从大约-1-3mbar变为大约+1-3mbar。这些变化，即使是平静呼吸，也足以被肺细胞注意到。图1显示了呼吸期间发生的力的指示。肺活量(VC)的图，即最深吸气后呼出的空气量，显示为是压力的函数。负压对应于吸气模式，而正压对应于呼气模式。