способ и устройство для подачи пониженного давления к клеточной культуре

Формула изобретения

1. Способ культивирования клеток, включающий

использование, по существу, воздухонепроницаемой камеры, размещение клеточной матрицы внутри указанной камеры, подачу пониженного давления в указанную камеру и подачу культуральной среды в указанную камеру.

2. Способ по п.1, в котором указанная клеточная матрица имеет верхнюю и нижнюю поверхности, при этом пониженное давление подают к верхней поверхности, а культуральную среду подают к нижней поверхности.

3. Способ по п.1, в котором пониженное давление подают через первую трубку, присоединенную к источнику низкого давления и проточно сообщающуюся с указанной камерой.

4. Способ по п.3, в котором источник низкого давления является вакуум-насосом.

5. Способ по п.1, в котором культуральную среду подают через вторую трубку, присоединенную к системе подачи культуральной среды и проточно сообщающуюся с указанной камерой.

6. Уплотнительное устройство для устройства подачи отрицательного давления к клеточной матрице, содержащее:

контейнер для клеточных культур, содержащий корпус с наружной стенкой и внутренним объемом, ограниченным у одного торца проницаемой мембраной, и открытый торец, расположенный напротив указанной мембраны, причем культуральная среда проходит через проницаемую мембрану к клеточной матрице, расположенной внутри указанного контейнера,

пористую повязку, помещенную на клеточную матрицу так, что культуральная среда проходит через клеточную матрицу к указанной повязке,

салфетку, помещенную поперек указанного открытого торца контейнера для клеточных культур и образующую уплотнение вдоль внутренней стенки указанного контейнера и повязки,

первую трубку, проходящую через указанную салфетку в повязку и проточно сообщающуюся с компонентами на обеих сторонах салфетки так, что клеточная матрица подвергается воздействию отрицательного давления через указанную трубку.

7. Уплотнительное устройство по п.6, дополнительно содержащее насос, присоединенный к указанной первой трубке для обеспечения отрицательного давления, приложенного к указанным салфетке и клеточной матрице.

8. Уплотнительное устройство по п.6, дополнительно содержащее вторую трубку, через которую культуральная среда перемещается к указанным контейнеру для клеточных культур и клеточной матрице.

9. Уплотнительное устройство по п.8, дополнительно содержащее систему подачи культуральной среды, которая содержит насос и присоединена к указанной второй трубке для подачи культуральной среды к клеточной матрице.

10. Уплотнительное устройство по п.6, в котором салфетка выполнена из полиуретана.

11. Уплотнительное устройство по п.6, в котором пористая повязка является вспененным материалом с открытыми порами.

12. Уплотнительное устройство по п.6, в котором пористая повязка является марлей.

13. Уплотнительное устройство для устройства подачи отрицательного давления к клеточной матрице, содержащее:

контейнер для клеточных культур, содержащий корпус с наружной стенкой и внутренним объемом, ограниченным у одного торца проницаемой мембраной, через которую культуральная среда проходит к клеточной матрице, расположенной внутри указанного контейнера,

пористую повязку, помещенную на клеточную матрицу так, что культуральная среда проходит через клеточную матрицу к указанной повязке,

салфетку, образующую уплотнение вдоль внутренней стенки указанного контейнера и повязки,

первую трубку, проходящую через указанную салфетку в повязку и проточно сообщающуюся с компонентами на обеих сторонах салфетки так, что клеточная матрица подвергается воздействию отрицательного давления через указанную трубку,

уплотнительный элемент, содержащий, по существу, цилиндрический корпус и предназначенный для соединения с внутренней стенкой плоской чашки и внешней стенкой контейнера для клеточных культур так, что указанный уплотнительный элемент образует первое уплотнение с плоской чашкой и образует второе уплотнение с контейнером для клеточных культур.

14. Уплотнительное устройство по п.13, дополнительно содержащее насос, присоединенный к указанной первой трубке для обеспечения отрицательного давления, приложенного к указанным салфетке и клеточной матрице.

15. Уплотнительное устройство по п.13, дополнительно содержащее вторую трубку, проточно сообщающуюся с компонентами на обеих сторонах указанного уплотнительного элемента и обеспечивающую подачу культуральной среды к клеточной матрице.

16. Уплотнительное устройство по п.15, дополнительно содержащее систему подачи культуральной среды, которая содержит насос и присоединена к указанной второй трубке для подачи культуральной среды к клеточной матрице.

17. Уплотнительное устройство по п.13, дополнительно содержащее вторую трубку, проходящую через уплотнительный элемент с обеспечением подачи культуральной среды к клеточной матрице.

18. Уплотнительное устройство по п.13, в котором указанное первое уплотнение выполнено с помощью уплотнительного кольца.

19. Уплотнительное устройство по п.13, в котором указанное второе уплотнение выполнено с помощью уплотнительного кольца.

20. Уплотнительное устройство по п.13, в котором салфетка выполнена из полиуретана.

21. Уплотнительное устройство по п.13, в котором пористая повязка является вспененным материалом с открытыми порами.

22. Уплотнительное устройство по п.13, в котором пористая повязка является марлей.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Данное изобретение в целом относится к способам и устройству для подачи пониженного давления к клеточным культурам. Более конкретно, данное изобретение относится к способам и устройству, которые используются для подачи пониженного давления к клеточным культурам по существу в воздухонепроницаемую камеру при контролируемом потоке культуральной среды.

Предпосылки изобретения

Было обнаружено, что приложение местного отрицательного давления (МОД) оказывает положительное влияние при лечении ран, способствуя грануляции ткани, удалению внутритканевой жидкости, содействуя закрытию ран и стимулируя образование микродеформаций у поверхности раны. В типичном случае приложений МОД некоторые параметры могут изменяться, например перепад давлений или скорость потока жидкости. Однако не всегда имеется возможность корректировать изменения конкретного параметра в ответ на реакцию при проведении терапии раны во время использования на живом организме из-за отсутствия регулируемых внешних условий. Поэтому имеется необходимость в способе и устройстве, которые обеспечивают подачу пониженного давления к клеточным культурам и измерение влияний различных параметров на приложения МОД в контролируемых искусственных условиях.

Кроме того, имеется необходимость в создании способа и устройства для использования МОД, которые предусматривают контролируемые скорости потока культуральной среды и уменьшают вероятность втягивания воздуха в клеточную культуру. Подобный впуск воздуха может привести к высыханию матрицы, приводящему, таким образом, к препятствованию получения значащих данных.

Сущность изобретения

В некоторых вариантах выполнения устройство для клеточных культур содержит по существу воздухонепроницаемую камеру, предназначенную для культивирования клеток, первую трубку, проточно сообщающуюся с указанной воздухонепроницаемой камерой и предназначенную для подачи в нее пониженного давления, и вторую трубку, проточно сообщающуюся с указанной воздухонепроницаемой камерой и предназначенную для подачи в нее культуральной среды. В других вариантах выполнения внутри указанной камеры расположена клеточная матрица, к первой поверхности которой при использовании подается пониженное давление, а ко второй поверхности подается культуральная среда. Другие варианты выполнения содержат проницаемую поверхность и/или повязку, расположенную внутри указанной камеры. Иные варианты выполнения содержат проницаемую поверхность, клеточную матрицу и повязку (или другой собирающий материал), расположенные внутри указанной камеры, причем культуральная среда проходит из второй трубки через проницаемую поверхность, клеточную матрицу и повязку в первую трубку. В некоторых вариантах выполнения проницаемая поверхность поддерживает клеточную матрицу, которая может быть расположена между указанной проницаемой поверхностью и повязкой.

Другие варианты выполнения содержат уплотнительное устройство для устройства для клеточных культур, содержащее периферический уплотнительный элемент, предназначенный для соединения с плоской чашкой и с вкладышем для клеточных культур с образованием первого уплотнения между указанным уплотнительным элементом и плоской чашкой, и второго уплотнения - между указанным элементом и вкладышем для клеточных культур. С вкладышем для клеточных культур также может быть соединен уплотнительный узел с образованием между ними третьего уплотнения. В некоторых вариантах выполнения периферический уплотнительный элемент может быть предназначен для соединения с внутренней стенкой плоской чашки и внешней стенкой вкладыша для клеточных культур, а уплотнительный узел вкладыша может быть предназначен для соединения с внутренней стенкой вкладыша. В некоторых вариантах выполнения через периферический уплотнительный элемент может проходить первая трубка, к которой может быть присоединена система подачи культуральной среды. В других вариантах выполнения через периферический уплотнительный элемент может проходить вторая трубка, а через уплотнительный узел вкладыша может проходить третья трубка. В некоторых вариантах выполнения к третьей трубке может быть присоединен источник низкого давления, а через уплотнительный узел вкладыша может проходить четвертая трубка. В некоторых вариантах выполнения каждое уплотнение, первое и второе, может быть образовано путем посадки с натягом, а периферический уплотнительный элемент может быть выполнен литьем под давлением. В некоторых вариантах выполнения уплотнительный узел вкладыша может содержать уплотнительный элемент, уплотнительное кольцо, боковой уплотнительный элемент и коллектор. В некоторых вариантах выполнения указанный уплотнительный элемент и/или коллектор могут быть вжаты во вкладыш. В других вариантах выполнения коллектор завинчен в уплотнительный элемент вкладыша. В некоторых вариантах выполнения уплотнительное кольцо может быть сжато между уплотнительным элементом и коллектором, а уплотнительный элемент может быть выполнен литьем под давлением. В некоторых вариантах выполнения периферический уплотнительный элемент вжат в плоскую чашку.

Другие варианты выполнения охватывают способ культивирования клеток, включающий использование по существу воздухонепроницаемой камеры, размещение клеточной матрицы внутри указанной камеры, подачу пониженного давления к указанной камере и подачу культуральной среды в указанную камеру. В некоторых вариантах выполнения по существу воздухонепроницаемая камера содержит первую поверхность и вторую поверхность, при этом пониженное давление подают к первой поверхности, а культуральную среду подают ко второй поверхности. В некоторых вариантах выполнения пониженное давление подают через первую трубку, присоединенную к источнику низкого давления, при этом первая трубка проточно сообщается с указанной камерой. В некоторых вариантах выполнения источник низкого давления является вакуум-насосом. В некоторых вариантах выполнения культуральную среду могут подавать через вторую трубку, присоединенную к системе подачи культуральной среды, при этом вторая трубка проточно сообщается с указанной камерой.

Другие варианты выполнения содержат устройство для культивирования клеток, содержащее плоскую чашку, вкладыш для клеточных культур, периферический уплотнительный элемент, соединенный с плоской чашкой и с вкладышем для клеточных культур с обеспечением создания указанным элементом с плоской чашкой первого уплотнения, а с вкладышем для клеточных культур - второго уплотнения, и уплотнительный узел вкладыша, соединенный с вкладышем для клеточных культур с обеспечением создания уплотнительным узлом вкладыша с вкладышем третьего уплотнения. Некоторые варианты выполнения содержат первую трубку, проходящую через периферический уплотнительный элемент, и источник низкого давления, присоединенный к первой трубке. В некоторых вариантах выполнения через уплотнительный узел вкладыша может проходить вторая трубка, к которой может быть присоединена система подачи культуральной среды. Некоторые варианты выполнения также содержат клеточную матрицу, расположенную во вкладыше для клеточных культур, и повязку, расположенную между матрицей и уплотнительным узлом вкладыша.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 иллюстрирует разрез первого варианта выполнения устройства для клеточных культур;

Фиг.2 иллюстрирует вид в аксонометрии вкладыша для клеточных культур;

Фиг.3 иллюстрирует вид в аксонометрии одного варианта выполнения периферического уплотнительного элемента;

Фиг.4 иллюстрирует схематический вид одного варианта выполнения устройства для клеточных культур;

Фиг.5 иллюстрирует подробный вид одного варианта выполнения трубки;

Фиг.6 иллюстрирует вид в аксонометрии одного варианта выполнения устройства для клеточных культур, содержащего вариант выполнения, показанный на фиг.1;

Фиг.7 иллюстрирует покомпонентный вид одного варианта выполнения устройства для клеточных культур;

Фиг.8 иллюстрирует разрез варианта выполнения, показанного на фиг.7;

Фиг.9 иллюстрирует фрагмент разреза варианта выполнения, показанного на фиг.7;

Фиг.10 иллюстрирует вид сверху в аксонометрии варианта выполнения, показанного на фиг.7;

Фиг.11 иллюстрирует вид сверху в аксонометрии одного варианта выполнения периферического уплотнительного элемента;

Фиг.12 иллюстрирует вид снизу в аксонометрии варианта выполнения, показанного на фиг.11;

Фиг.13 иллюстрирует разрез варианта выполнения, показанного на фиг.11;

Фиг.14 иллюстрирует вид сверху в аксонометрии одного варианта выполнения уплотнительного элемента;

Фиг.15 иллюстрирует вид снизу в аксонометрии варианта выполнения, показанного на фиг.14;

Фиг.16 иллюстрирует разрез варианта выполнения, показанного на фиг.14;

Фиг.17 иллюстрирует вид сверху одного варианта выполнения уплотнительного кольца;

Фиг.18 иллюстрирует разрез варианта выполнения, показанного на фиг.17;

Фиг.19 иллюстрирует вид сверху одного варианта выполнения коллектора;

Фиг.20 иллюстрирует вид снизу в аксонометрии варианта выполнения, показанного на фиг.19;

Фиг.21 иллюстрирует разрез варианта выполнения, показанного на фиг.20;

Фиг.22 иллюстрирует покомпонентный вид одного варианта выполнения уплотнительного узла вкладыша;

Фиг.23 иллюстрирует вид сверху в аксонометрии одного варианта выполнения устройства для клеточных культур и

Фиг.24 иллюстрирует разрез варианта выполнения, показанного на фиг.23.

Предпочтительный вариант выполнения изобретения

Обратимся, прежде всего, к фиг.1-4, на которых устройство 100 для клеточных культур содержит плоскую чашку 10, контейнер 20 для выращивания клеточных культур и периферический уплотнительный элемент 30, расположенный между плоской чашкой 10 и контейнером 20. В этом варианте выполнения плоская чашка 10 содержит периферическую внутреннюю стенку 11 между основанием 12 и открытым концом 13. В показанном варианте выполнения контейнер 20 содержит корпус 21 в форме усеченного конуса с наружной стенкой 19 и внутренним объемом 28, ограниченным у одного торца проницаемой мембраной 22, открытый торец 23, расположенный напротив проницаемой мембраны 22, и внутренний периметр 29. В этом варианте выполнения открытый торец 23 содержит фланец 24 с парой выемок 25 и пару выступов 26, проходящих от корпуса 21 и совпадающих в осевом направлении с выемками 25. При эксплуатации между проницаемой мембраной 22 и повязкой 45 в данном варианте выполнения также содержится клеточная матрица 40. В некоторых вариантах выполнения клеточная матрица 40 инкапсулирует множество слоев клеток. Кроме того, при эксплуатации для закрытия контейнера 20 в плоской чашке 10 может быть использована крышка 55, имеющая отверстия 53 и 54. В некоторых вариантах выполнения контейнер 20 может быть 6-луночным вкладышем BD Falcon , плоская чашка 10 может быть 6-луночный чашкой для культур BD Falcon , а повязка 45 может быть вспененным материалом с открытыми порами или марлей.

В варианте выполнения, показанном на фиг.3, периферический уплотнительный элемент 30 содержит по существу цилиндрический корпус 31 с внутренней поверхностью 32, наружной поверхностью 33, торец 34 с выемками и желобчатый торец 35. В этом варианте выполнения торец 34 имеет пару выемок 36, выполненных с обеспечением совмещения с выступами 26 контейнера 20. В данном варианте выполнения через желобчатый торец 35 от наружной поверхности 33 к внутренней поверхности 32 проходит желоб 37. Как показано, наружная поверхность 33 имеет фасонный профиль 39, а внутренняя поверхность содержит фасонный профиль 38. В этом варианте выполнения фасонный профиль 38 выполнен для размещения упругого уплотнительного элемента 58, а фасонный профиль 39 выполнен для размещения упругого уплотнительного элемента 59. В некоторых вариантах выполнения упругие уплотнительные элементы 58 и 59 могут быть кольцевыми уплотнениями. В других вариантах выполнения упругие уплотнительные элементы могут быть прокладками, кольцевыми уплотнениями V-образного сечения или другими подходящими приспособлениями. В этом варианте выполнения периферический уплотнительный элемент 30 также содержит полость 56, которая проходит через корпус 31 от торца 34 к фасонному профилю 39, и полость 57, которая проходит от фасонного профиля 39 к желобу 37.

При эксплуатации вариант, показанный на фиг.1-4, также содержит боковой уплотнительный элемент или салфетку 50 (с упрочняющим элементом 51), которая проходит через внутренний периметр 29. В этом варианте выполнения во время процедуры через отверстие 53, упрочняющий элемент 51, салфетку 50 и в повязку 45 проходит всасывающая трубка 60. Таким образом, всасывающая трубка 60 проточно сообщается с компонентами на обеих сторонах салфетки 50.

Кроме того, при эксплуатации этого варианта выполнения культуральную среду к матрице 40 подает трубка 70 для культуральной среды. В показанном варианте трубка 70 проходит через отверстие 54, выемку 25, полость 56, фасонный профиль 39 и упругий уплотнительный элемент 59 в полость 57. Таким образом, трубка 70 проточно сообщается с компонентами на обеих сторонах периферического уплотнительного элемента 30. Как показано схематически на фиг.4, всасывающая трубка 60 может быть присоединена к источнику 65 низкого давления, а подающая культуральную среду трубка 70 может быть присоединена к системе 66 подачи среды, содержащей насос 67. В некоторых вариантах выполнения насос 67 может содержать перистальтический насос, а источник 65 низкого давления может содержать вакуум-насос. В варианте выполнения, показанном на фиг.4, вещество (например, воздух и текучая среда), втягиваемое через всасывающую трубку 60, может сохраняться в накопительном контейнере 68.

При эксплуатации устройство 100 для клеточных культур подает местное отрицательное давление (МОД), а также культуральную среду 71 к матрице 40. В одном варианте выполнения периферический уплотнительный элемент 30 (с упругими уплотнительными элементами 58 и 59) помещен в плоскую чашку 10, так что упругий уплотнительный элемент 59 соединяется с плоской чашкой 10. В этом варианте выполнения контейнер 20 для клеточных культур (содержащий клеточную матрицу 40) помещен в периферический уплотнительный элемент 30, так что упругий уплотнительный элемент 58 соединяется с контейнером 20, при этом выступы 26 совмещены с выемками 36. В некоторых вариантах выполнения повязка 45 помещена на клеточную матрицу 40, а салфетка 50 помещена поперек открытого торца 23 контейнера 20. Как показано на фиг.6 и более полно рассмотрено ниже, крышка 55 может быть смонтирована вместе с всасывающей трубкой 60 и упрочняющим элементом 51 для создания узла 75 крышки. Узел 75 крышки может быть расположен так, что он закрывает салфетку 50, плоскую чашку 10 и открытый торец 23 контейнера 20. В некоторых вариантах выполнения, когда узел 75 крышки опущен на установочное место, всасывающая трубка 60 проходит сквозь салфетку 50, при этом упрочняющий элемент 51 надавливает на салфетку 50. В некоторых вариантах выполнения салфетка 50 представляет собой полотно из полиуретана, толщиной приблизительно в 0,002-0,004 дюйма (0,05-0,01 см) с клейким веществом на проксимальной стороне повязки 45. При сборке всасывающая трубка 60 проходит в повязку 45. Подающая культуральную среду трубка 70 может быть вставлена через отверстие 54, выемку 25, полость 56, фасонный профиль 38 и упругий уплотнительный элемент 58 в полость 57 или желоб 37 (который проточно сообщается с полостью 56).

Как показано на фиг.1, устройство 100 для клеточных культур выполнено с обеспечением подачи местного отрицательного давления (МОД) и культуральной среды 71 к клеточной матрице 40. В показанном варианте выполнения при эксплуатации система 66 подачи среды может подавать культуральную среду 71 к трубке 70. Культуральная среда 71 может поступать в трубку 70 и перемещаться через желоб 37 к контейнеру 20. В этом варианте выполнения культуральная среда 71 затем перемещается через зазор 72 между проницаемой мембраной 22 и основанием 12. Как показано, культуральная среда 71 затем проходит через проницаемую мембрану 22 к матрице 40, обеспечивая, таким образом, подачу питательных веществ к матрице 40 для культивирования клеток во время эксплуатации.

Кроме того, устройство 100 для клеточных культур также может обеспечивать подачу местного отрицательного давления (МОД) к матрице 40. Во время эксплуатации источник 65 низкого давления 65 может создавать отрицательное или всасывающее давление через всасывающую трубку 60 и к повязке 45. Поскольку повязка 45 является пористым материалом (например, вспененным материалом с открытыми порами или марлей), клеточная матрица 40 также подвергается воздействию всасывающего давления. Следовательно, матрица 40 подвергается воздействию перепада давлений, содействующего согласованию верхнего участка клеточной матрицы 40 с нижней поверхностью повязки 45, которая может иметь неравномерную поверхность, содержащую углубленные и поднятые участки. Подобный процесс деформации клеточной матрицы 40 за счет контакта с неплоской поверхностью (известный как микродеформация) может стимулировать активность клеток в клеточной матрице путем воздействия механической деформации (известной как механическая трансдукция). Кроме того, воздействие перепада давлений на клеточную матрицу 40 также способствует миграции культуральной среды 71 в матрицу 40, дополнительно способствуя росту в ней клеток. Помимо этого, воздействие перепада давлений на салфетку 50 может вызывать ее деформацию в направлении контейнера 20 и повязки 45.

Как показано на фиг.1, устройство 100 содержит элементы, обеспечивающие эффективное приложение МОД к матрице 40. Например, упругие уплотнительные элементы 58 и 59 ограничивают объем воздуха, который может быть втянут между контейнером 20 и плоской чашкой 10 и во всасывающую трубку 60. Кроме того, салфетка 50 образует уплотнение вдоль внутренней стенки контейнера 20 для культур и повязки 45, дополнительно ограничивая прохождение воздуха во всасывающую трубку 60. Помимо этого, скорость потока культуральной среды 71 можно контролировать регулированием перепада давления, создаваемого на проницаемой мембране 22, клеточной матрице 40 и повязке 45. За счет регулирования параметров, таких как объем воздуха, проходящего через всасывающую трубку, и перепад давления на клеточной матрице 40, снижается вероятность того, что клетки из матрицы 40 будут поступать во всасывающую трубку 60 и будут удалены из контейнера 20. Таким образом, устройство 100 обеспечивает эффективный способ подачи МОД к матрице 40 со сведением к минимуму опасности потери клеток.

В варианте выполнения, показанном на фиг.1-4, всасывающая трубка 60 содержит иглу 25-GA для подкожных вливаий с отклоненным кончиком 61 без сердечника, как показано на фиг.5. Кончик 61 может снизить вероятность его засорения по мере прокалывания поверхности, например, упругого уплотнительного элемента 58 или упрочняющего элемента 51. В некоторых вариантах выполнения подающая культуральную среду трубка 70 может также содержать иглу 25-GA для подкожных вливаний с отклоненным кончиком 61 без сердечника. В предложенных вариантах выполнения упрочняющий элемент 51 содержит куполообразное устройство из резины с клейкой плоской стороной. В некоторых вариантах выполнения упрочняющий элемент 51 является изделием, продаваемым под товарным знаком Bumpon . Рассмотренные варианты выполнения также содержат упругие уплотнительные элементы 58 и 59, имеющие твердость по дюрометру около 70. Другие варианты выполнения могут содержать отдельные детали, отличающиеся по техническим условиям от рассмотренных выше, которые приведены только для примера.

В некоторых вариантах выполнения устройство 100 может быть частью более крупного блока. Как показано на фиг.6, блок 150 для клеточных культур содержит шестилуночный планшет 160 с шестью отдельными плоскими чашками 10. Каждое устройство 100 содержит подающую культуральную среду трубку 70 около периметра плоской чашки 10 и всасывающую трубку 60 около центра плоской чашки 10. Для ясности на фиг.6 обозначена только одна система 100 для клеточных культур. В показанном варианте выполнения каждая трубка 70 присоединена к распределителю 85 посредством гибкой трубки 86. Распределитель 85 затем может быть присоединен к множеству систем 66 подачи среды (показаны на фиг.4). В этом варианте выполнения контрольные параметры, такие как скорость потока или тип среды, могут регулироваться отдельно для каждого устройства клеточных культур.

Кроме того, каждая всасывающая трубка 60 присоединена через гибкую трубку 87 к общему соединителю 88, который затем может быть присоединен к источнику низкого давления, например, к вакуум-насосу (показан на фиг.4). В других вариантах выполнения каждая всасывающая трубка 60 может быть отдельно присоединена к индивидуальным источникам низкого давления, так что в каждом устройстве 100 можно регулировать давление по отдельности. Кроме того, как видно из варианта выполнения, показанного на фиг.6, имеются крепежные элементы 89, используемые для прикрепления узла 75 крышки к шестилуночному планшету 160. В некоторых вариантах компоненты блока 150 (таких как узел 75 крышки и луночный планшет 160) выполнены из материала, обеспечивающего прохождение через них света. В подобных вариантах выполнения можно видеть клеточную матрицу 40 во время процесса культивирования клеток с целью проведения оценки (включая, например, возникновение флюоресценции в ответ на возбуждающее воздействие).

В некоторых вариантах выполнения клеточная матрица 40 является достаточно пористой, чтобы через нее могла проходить культуральная среда 71, и достаточно прочной, чтобы противостоять МОД без пролиферации клеток. Один пример подобной клеточной матрицы содержит свиную цельную кровь в дигидрате цитрата натрия, центрифугированную для отделения клеток от плазмы. В этом варианте выполнения плазма может быть исследована на фибриноген, и по 2 мл из 9,8 мг/мл помещено в каждый контейнер 20. Затем данные клетки могут быть высеяны в плазму, приблизительно 20000 клеток на контейнер 20, и 0,5 мл тромбина (1083 единиц на 1 мл в культуральной среде 71) может быть добавлено капельным путем на плазму/смесь клеток. После установки клеточной матрицы 140 культуральная среда 71 может быть добавлена к нижней части контейнера 20 и верхней части клеточной матрицы 140. В этом варианте выполнения можно допустить пролиферацию клеток приблизительно в течение двух недель перед дальнейшим экспериментированием. В некоторых вариантах выполнения непосредственно перед экспериментированием 1 мл агара (например, триптиказосоевый агар при концентрации 40 г/л) может быть добавлен к верхней части клеточной матрицы 140. Тонкий слой агара может быть использован для стабилизации клеточной матрицы 140 во время МОД при все еще достаточной пористости, чтобы допустить прохождение жидкости.

Другой вариант устройства 200 для клеточных культур показан на фиг.7-22. В покомпонентном виде на фиг.7 устройство 200 содержит плоскую чашку 10 в шестилуночном планшете 160. В показанном варианте выполнения в плоскую чашку 10 вставлены периферический уплотнительный элемент 230, контейнер 20 для клеточных культур, повязка 245, уплотнительный элемент 254 вкладыша, уплотнительное кольцо 252 вкладыша, боковой уплотнительный элемент или салфетка 250 и коллектор 260 вкладыша. В соответствии с разрезом в собранном виде, показанном на фиг.8, в этом варианте выполнения периферический уплотнительный элемент 230 ориентирован радиально и запрессован в плоскую чашку 10, а контейнер 20 ориентирован радиально и запрессован в периферический уплотнительный элемент 230. При эксплуатации клеточную матрицу 240 помещают на верхнюю часть проницаемой мембраны 22. Затем повязка 245 может быть помещена на верхнюю часть матрицы 240, а уплотнительный элемент 254 может быть ориентирован радиально и прижат к контейнеру 20. В показанном варианте выполнения салфетка 250 затем может быть помещена на уплотнительное кольцо 252, которое затем может быть помещено на кромку 253 уплотнительного элемента 254. Коллектор 260 может быть завинчен в уплотнительный элемент 254.

В соответствии с детальным видом в разрезе, показанным на фиг.9, корпус 231 периферического уплотнительного элемента 230 соединен с внутренней стенкой 11 плоской чашки 10 с созданием по существу воздухонепроницаемого уплотнения (посредством посадки с натягом) между плоской чашкой 10 и периферическим уплотнительным элементом 230. В то время как в этом варианте выполнения периферический уплотнительный элемент 230 входит в непосредственный контакт с плоской чашкой 10, другие варианты выполнения могут содержать дополнительные компоненты, расположенные между периферическим уплотнительным элементом 230 и плоской чашкой 10. В этом варианте выполнения множественные уплотнения выполнены посредством посадок с натягом, в других вариантах выполнения по существу воздухонепроницаемые уплотнения могут быть выполнены с помощью других механизмов, таких как уплотнительные кольца, прокладки, герметики и т.д. В области 232 соединения периферического уплотнительного элемента 230 с контейнером 20 и в области 233 контакта контейнера 20 с уплотнительным элементом 254 дополнительно выполнены по существу воздухонепроницаемые уплотнения. В показанном варианте выполнения салфетка 250 помещена на уплотнительное кольцо 252, которое помещено на кромку 253 уплотнительного элемента 254. В этом варианте кольцо 252 имеет одно или более отверстий 255, а салфетка 250 может быть проколота для создания отверстий (не показаны), совмещающихся с отверстиями 255, так чтобы область, расположенная непосредственно над отверстиями 255, могла проточно сообщаться с областью, расположенной под отверстиями 255. Коллектор 260 затем может по резьбе заведен в уплотнительный элемент 254, закрепляя салфетку 250 напротив уплотнительного кольца 252, а уплотнительное кольцо 252 - кромки 253.

Как показано на фиг.8 и 9, трубка 270 проходит через периферический уплотнительный элемент 230, обеспечивая проход для культуральной среды 271 к матрице 240 через проницаемую мембрану 22 (аналогично способу, описанному в предыдущем варианте выполнения). Кроме того, в этом варианте выполнения показано, что коллектор 260 содержит трубку 262, проточно сообщающуюся с отверстиями 255 уплотнительного кольца 253 и некоторыми отверстиями, выполненными в салфетке 250. Таким образом, источник низкого давления (например, вакуум-насос 65, показанный на фиг.4) может быть присоединен к трубке 262 для обеспечения низкого давления или всасывания, приложенного к повязке 245, для создания микродеформации и механической трансдукции клеточной матрицы 240 способом, аналогичным способу, описанному в предыдущем варианте выполнения.

На фиг.10 показан вид сверху устройства 200 для клеточных культур в сборке. В показанном варианте выполнения проходящий от плоской чашки 10 периферический уплотнительный элемент 230 содержит ушки 232 и 234, контейнер 20 содержит фланцы 24, а уплотнительный элемент 254 содержит ушки 256. В этом варианте ушки 232, 234 и 256 содержат указатели, способствующие выравниванию данных компонентов, а также указатели для указания, открыт ли канал (более подробно рассмотренный в дальнейшем).

На фиг.11-13 более подробно показаны детали периферического уплотнительного элемента 230. В этом варианте выполнения периферический уплотнительный элемент 230 содержит по существу цилиндрический корпус 231 с парой прорезей 236, ушки 232 и 234, трубку 270 и уплотненную трубку 273. Прорези 236 выполнены с возможностью совмещения с выступами 26, проходящими от контейнера 20 (показанного на фиг.2). Трубка 273 содержит перегородку, которую можно проколоть, если необходимо открыть эту трубку, так что она может быть использована в качестве вторичного прохода для культуральной среды 271 или в качестве канала измерения давления. Выпуклость 235 на ушке 232 указывает на то, что трубка 270, проходящая от ушка 232, является открытой, а не уплотненной, а указатели 229 показывают направление совмещения во время сборки. На конце корпуса 231, противоположном ушкам 232 и 234, расположен конический участок 239, проходящий к кольцевому выступу 238 с каналами 237. Аналогично каналам 37 вышеописанного варианта выполнения каналы 237 обеспечивают проход для поступления культуральной среды 271 от трубки 270 к мембране 22 и матрице 240 с подачей, таким образом, питательных веществ в матрицу 240.

Обратимся теперь к фиг.14-16, на которых более подробно показаны детали уплотнительного элемента 254. В этом варианте выполнения уплотнительный элемент 254 содержит по существу цилиндрический корпус 251 и имеет внутренний резьбовой участок 259. В этом варианте выполнения ушки 256 проходят наружу от одного торца корпуса 251, тогда как кромка 253 проходит внутрь от противоположного торца корпуса 251. Ушки 256 также содержат указатели 258 совмещения и пару фасонных профилей 257, обеспечивающих зазор поверх острого края 300 (фиг.2) контейнера 20.

Обратимся теперь к фиг.17-18, на которых более подробно показаны элементы уплотнительного кольца 252. В этом варианте выполнения уплотнительное кольцо 252 имеет отверстия 255. Кроме того, этот вариант выполнения уплотнительного кольца 252 имеет гребень 242, так что, как показано на фиг.18, поперечное сечение имеет почти V-образную форму.

Обратимся теперь к фиг.19-21, на которых более подробно показаны элементы коллектора 260. В этом варианте выполнения коллектор 260 имеет по существу цилиндрический корпус 261 с наружным резьбовым участком 269. Этот вариант выполнения также содержит уплотненную трубку 264 с перегородкой 268, которую можно проколоть, если необходимо открыть трубку 264. Трубку 264, когда она открыта, можно использовать как дополнительную трубку для подачи низкого давления или в качестве канала измерения давления. В этом варианте выполнения коллектор 260 содержит выпуклость 263, которая указывает на то, что трубка 262 является открытой, а не закрытой. На фиг.20 и 21 показаны канал 267 (который проточно сообщается с трубкой 262 и трубкой 264, если она открыта) и закругленные края 265 и 266. Как показано на фиг.9, закругленные края 265 и 266 могут соединяться с уплотнительным кольцом 252, так что канал 267 проточно сообщается с отверстиями 255 уплотнительного кольца 252.

Обратимся теперь к фиг.22, на которой показаны в разобранном виде коллектор 260, салфетка 250, уплотнительное кольцо 252 и уплотнительный элемент 254 в качестве одного варианта выполнения внутреннего узла 275. Следует понимать, что в других вариантах выполнения некоторые отдельные компоненты внутреннего узла 275 могут быть объединены. Например, уплотнительное кольцо 252 может быть выполнено за одно целое с уплотнительным элементом 254 или с коллектором 260. При эксплуатации внутренний узел 275 обеспечивает уплотнение по внутреннему периметру 29 контейнера 20 для клеточных культур. Во время сборки варианта выполнения, показанного на фиг.22, салфетку 250 помещают поверх уплотнительного кольца 252, а избыток материала салфетки 250 обрезают по периметру 29 контейнера 20. Затем в салфетке 250 могут быть созданы отверстия, которые совмещены с отверстиями 255 уплотнительного кольца 252. В показанном варианте выполнения коллектор 260 затем может быть завинчен в уплотнительный элемент 254, так что закругленные края 275 и 266 соединяются с салфеткой 250 и прижимают ее напротив уплотнительного кольца 252 с образованием по существу воздухонепроницаемого уплотнения с кромкой 253 уплотнительного элемента 254, как показано на фиг.9. Кроме того, корпус 251 уплотнительного элемента 254 соединяется с внутренним периметром 29 контейнера 20, создавая, таким образом, по существу воздухонепроницаемое уплотнение по внутреннему периметру 29. Как показано в варианте выполнения на фиг.9, внутренний узел 275 может быть объединен с периферическим уплотнительным элементом 230 для создания уплотнительной системы, которая обеспечивает по существу воздухонепроницаемое уплотнение с внутренним периметром 29 и наружной стенкой 19 контейнера 20. В показанном варианте выполнения конический участок 239 периферического уплотнительного элемента 230 соединяется с наружной стенкой 19 посадкой с натягом, а корпус 251 (около границы раздела с кромкой 253) соединяется с внутренним периметром 29 контейнера 20. Таким образом, контейнер 20 эффективно уплотнен как снаружи, так и изнутри, что обусловливает возможность результативного приложения МОД к матрице, расположенной внутри контейнера 20. Кроме того, устройство 200 для клеточных культур может быть объединено с дополнительными устройствами для клеточных культур способом, аналогичным способу, примененным к устройству 100, показанному на фиг.6.

В других вариантах выполнения контейнер для клеточных культур может быть любым устройством, подходящим для культивирования клеток, и может быть устройством, отличающимся от вкладыша для клеточных культур. Обратимся теперь к фиг.23 и 24, на которых показан другой вариант выполнения устройства 400 для клеточных культур, содержащий контейнер 410 для клеточных культур с периферическими стенками 419 и днищем 420. В этом варианте выполнения контейнер 410 содержит клеточную матрицу 440 для клеточных культур между проницаемой опорой 422 и повязкой 445. В показанном варианте выполнения крышка 450 закрывает повязку 445, а всасывающая трубка 460 (присоединенная к источнику низкого давления, не показан) может подавать отрицательное давление к повязке 445 и матрице 440. В этом варианте выполнения подающая культуральную среду трубка 470 присоединена к контейнеру 410, при этом она подает культуральную среду 471, которая может перемещаться через проницаемую опору 422 к матрице 440.

При эксплуатации этот вариант выполнения действует по способу, равнозначному описанным применительно к вышеописанным вариантам выполнения, при этом всасывающая трубка 460 подает отрицательное давление к первой поверхности 441 (показана в данном случае как верхняя поверхность) клеточной матрицы 440. Кроме того, трубка 470 подает культуральную среду 471 ко второй поверхности 442 (показана в данном случае как нижняя поверхность) клеточной матрицы 440. Как показано, периферические стенки 419, днище 420 и крышка 450 обеспечивают по существу воздухонепроницаемую камеру 421, которая эффективно герметизирует клеточную матрицу 440 (за исключением трубок 460 и 470). В этом варианте выполнения всасывающая трубка 460 проходит через крышку 450 (когда она присоединена к источнику низкого давления) и может быть использована для регулирования величины отрицательного давления, которое приложено к матрице 440. Аналогично, трубка 470 проходит через периферическую стенку 410 и может быть использована для регулирования объема культуральной среды 471, доставляемой к матрице 440.

В показанном варианте выполнения контейнер 410 не требует отдельного периферического уплотнительного элемента между ним и более крупным блоком (например, луночным планшетом), так как трубка 470 проходит через периферическую стенку 419 контейнера 410 для клеточных культур. Устройство 400 может работать с одним контейнером 410 или с несколькими контейнерами 410. В показанном варианте выполнения проницаемая опора 422 может быть выполнена в различных конфигурациях. Например, она может содержать ячеистый материал, перфорированную перегородку или мембрану. В этом варианте выполнения крышка 450 может быть упругой салфеткой, аналогичной салфетке, используемой в вышеописанных вариантах выполнения, или крышка 450 может быть более жестким элементом, который соединяется с периферическими стенками 419 способом, обеспечивающим уплотнение. Описанный вариант выполнения предлагается только в качестве примера, модификации и изменения которого подпадают под пределы объема правовой охраны изобретения.

По всему описанию ссылка на формулировку «уплотнение между» двумя компонентами не означает, что данные два компонента должны входить в контакт друг другом. Между двумя или более компонентами могут быть расположены дополнительные компоненты с созданием уплотнения между ними. Ссылка в данном описании на «низкое», «пониженное», «отрицательное» или «всасывающее» давление относится к любому давлению, которое меньше атмосферного.

В некоторых вариантах выполнения периферический уплотнительный элемент 230, уплотнительный элемент 254 и коллектор 260 (а также другие компоненты) могут быть выполнены литьем под давлением. Другие варианты выполнения могут иметь литые части, уплотнительные кольца нестандартных размеров или другие материалы. В некоторых вариантах выполнения вкладыш 20 и плоская чашка 10 (а также другие компоненты) могут быть стандартными компонентами, которые являются легко доступными (или имеющимися в продаже) изделиями. Использование подобных стандартных компонентов может свести к минимуму объем необходимой стерилизации, так как подобные компоненты могут быть обработаны как одноразовые или расходные компоненты.

В некоторых вариантах выполнения возможно автоматическое регулирование потока среды с использованием замкнутой системы обратной связи, которая содержит датчики давления, расхода или других параметров, при этом данный поток среды может быть линейно изменен, изменен на обратный, выполняться циклически или возвращен в оборот. В некоторых вариантах выполнения плоские чашки могут быть соединены параллельно или последовательно и может быть добавлено устройство нагнетания газа или регулировки температуры. В некоторых вариантах выполнения к данной системе может быть добавлен источник оптического излучения (от УФ- до ИК-излучения) посредством включения в данную систему светодиодов или другой микроэлектроники, а также оптических датчиков или устройств, формирующих изображение. Возможно создание электромагнитных, электростатических и магнитных полей посредством генераторов этих полей, выполненных в плоских чашках или вокруг них. Некоторые варианты выполнения могут содержать устройства механической деформации, например МЭМС (микроэлектромеханические системы), или микрожидкости, и данная система может быть использована для изучения нематод, паразитов, бактерий или небольших насекомых.

В некоторых вариантах выполнения образцы ткани неправильных форм могут быть прикреплены к указанному вкладышу расплавленным воском или аналогичными средствами. В некоторых вариантах выполнения участки мембраны 22 могут быть перекрыты, а апикальная поверхность культуры может иметь частично перекрытую крышку для регулирования направления и скорости потока через культуру. Например, перекрывая почти весь наружный край мембраны 22 и перекрывая почти все центральное отверстие в апикальной крышке, можно создать радиальный поток.

В некоторых вариантах выполнения клеточная матрица 140 может содержать бычий фибриноген и тромбин вместо плазмы. Варианты выполнения могут содержать другие различные биосовместимые полимеры и/или компоненты внеклеточного матрикса, такие как Puramatrix , хитозан, крахмал или коллаген, придающие матрице 140 способность противостоять МОД без разрушения. В других вариантах выполнения клеточная матрица 140 может содержать рассасывающиеся материалы, вживляемые смеси, образцы ткани, например расщепленные кожные лоскуты или тонкие срезы ткани, такой как дентин или костная ткань.

Несмотря на то, что выше было подробно показано и описано данное изобретение, специалистам должно быть очевидно, что возможно внесение изменений и модификаций без отклонения от объема правовой охраны данного изобретения. По существу изложенное в описании и показанное на сопроводительных чертежах предлагается только в качестве иллюстрации и не рассматривается как ограничение. Предполагается, что фактический объем правовой охраны данного изобретения определен в последующей формуле изобретения, наряду со всем диапазоном эквивалентов, которым подобная формула изобретения дает право.

Кроме того, специалист по мере прочтения и уяснения данного изобретения должен понимать, что изменения описанного в данном документе изобретения могут быть включены в объем правовой охраны данного изобретения. Например, в некоторых вариантах выполнения, периферические уплотнительные элементы 30 и 230 могут быть одним компонентом. В других вариантах выполнения периферические уплотнительные элементы 30 и 230 могут состоять из множества компонентов.

В вышеприведенном подробном описании предлагаемых вариантов выполнения различные детали сгруппированы вместе в нескольких вариантах выполнения для упрощения описания. Данный способ описания не должен трактоваться как отражающий суть того, что данные варианты выполнения изобретения требуют больше деталей, чем процитировано в каждом пункте формулы изобретения. Скорее, как отражают последующие пункты формулы изобретения, предмет изобретения меньше всех деталей одного приведенного варианта выполнения. Таким образом, последующие пункты формулы изобретения включены в подробное описание вариантов выполнения, причем каждый пункт занимает свое собственное место как отдельный вариант выполнения.