三維微流平臺和其使用方法

2023-12-06 12:03:51

三維微流平臺和其使用方法
【專利摘要】提供的是用於三維生物系統的形成和研究的方法和設備，包括原核和真核細胞遷移、增殖和分化。
【專利說明】三維微流平臺和其使用方法
[0001]相關的申請
[0002]本申請要求2008年4月8日提交的美國臨時專利申請系列號61/123，344的優先權的權益。
[0003]政府支持
[0004]本發明是在國家衛生研究所生物醫學成像和生物工程國家學會授予的撥款N0.1-R01-EB-003805-01A1的政府支持下作出的。在本發明中政府具有某些權利。
[0005]背景
[0006]細胞遷移對於多種生理學和病理學過程，例如，血管生成、癌症轉移、傷口癒合和炎症是關鍵的。在血管系統中，重要的工作集中於毛細血管形態發生的環境中的細胞遷移。通過這些研究，各種機械和生物化學因素已經被鑑定為在調節內皮細胞遷移和管道形成方面是關鍵的，例如，單個或多個生長因子\組織間隙液流動2』3和基質硬度4』5的趨化性或化學增活作用。儘管有對單獨成分的詳述了解，這些因素如何整合來產生特定的細胞應答還有待闡明，產生了通用的體外系統的需求，在所述系統中可以以控制的方式研究這些環境因素。實現這將促成一些研究，其產生對生理學和疾病生理學過程中生物化學的和機械的因素如何一起作用的更好的理解，最終有助於改善組織工程化和治療策略。
[0007]了解毛細血管形態發生中的細胞遷移由於其與人類疾病和發育現象的關係6是治療上重要的。典型的細胞遷移分析不能整合複雜的環境因素，特別是促成在三維環境內從預先形成毛細血管或細胞單層形成新的管道樣結構的那些因素。當前的毛細血管形態發生分析在ECM樣基底上產生平面的管形網絡7_9。然而，用這種技術形成的毛細血管樣結構，外側的介質和內側的支架材料具有相反的細胞極性7。其他方法包括將一個細胞單層夾在兩層支架材料之間8，以及通過引入化學梯度來誘導毛細血管侵入9。這些實驗可以提供了解毛細血管形態發生的基礎，但是受到不能在平面上對細胞侵入成像的限制，而這將產生對影響這種生物過程的因素的更詳細的表徵。
[0008]歷史上，許多分析被用於研究細胞遷移1(1，例如，傷口分析n』12，TEFLON⑧柵欄分析13和Boyden室14』15。傷口分析和TEFLON ?柵欄分析都限於在2D中研究細胞遷移。Boyden室最接近地模擬生理學的3D環境，但是對於實時定量細胞遷移沒有幫助。使用內皮細胞包被的珠子或包埋在膠原蛋白凝膠中的球狀體的另一種分析能夠在三維環境中產生管道樣結構。所述分析容許產生穩定的管道樣結構和與其他細胞類型的共培養16_18，但是初始的內皮細胞接種表面是剛性的珠子，不容許內皮細胞在體內經歷的生理學因素，例如，流體-基質界面和流體流動。此外，使用當前的分析，難以區分化學增活性和趨化性作用。在細胞遷移的環境中，趨化性代表細胞遷移朝向化學吸引劑，而化學增活性代表在存在特定生物化學因子的情況下提高的運動性。由於在維持受控的梯度方面的技術難度，不容易辨別這兩種作用。對現有技術的挑戰是:(i)擁有對生理學相關條件中機械和生物化學因素的精確控制，(ii)擁有實時的極好的光學解析度，和(iii)最小化樣品變異性和增強定量的敏感性。
[0009]微構造和微流技術通過容許多種環境因素的精確控制，具有克服研究細胞遷移中的這些挑戰的潛力。然而，在這個領域當前的努力是繼續研究分離的因素。例如，微構造的圖案允許在提高的硬度的方向上優先的遷移的展示19』2°。微流技術還允許生物化學梯度的精確控制和產生的細胞遷移的定量21。
[0010]概述
[0011]提供的是用於包括原核和真核細胞遷移、增殖和分化的三維生物學反應的形成和研究，以及用於能夠複製關鍵生物學功能的體外系統的開發的設備和方法。
[0012]根據以下的詳細說明和權利要求，本發明的進一步的目的和優點將更為顯而易見。
[0013]附圖的簡要描述
[0014]附圖1是具有兩個流體流動路徑的微流設備的不意圖。
[0015]附圖2是具有兩個流體流動路徑的微流設備的照片。在所述兩個流動路徑的任一或兩個中引入感興趣的細胞(或「接種」)或懸浮在凝膠支架中。
[0016]附圖3是具有三個流體流動路徑的微流設備的照片。以三個流動路徑的一個或更多個的任意組合引入感興趣的一種或更多種細胞類型(或「接種」)，或懸浮在凝膠支架中。
[0017]附圖4A是具有三個流體流動路徑的微流設備的示意圖。附圖4B是具有三個流體流動路徑的微流設備的照片。真核細胞被引入內部流動路徑，趨化性地遷移到外部流動路徑。
[0018]附圖5是具有三個流體流動路徑和兩個橫向路徑的微流設備的示意圖，任選地提供了進口(例如，用於加壓的或非加壓的空氣)和閥門來控制一個或更多個流動路徑中的流體流動。
[0019]附圖6是顯示在細菌的趨化性分析中具有三個流體流動路徑的微流設備的運用的柱形圖。將細菌導入(或「接種」)到內部流動路徑中，相對於朝向置入另一個外部流動路徑中的對照物的細菌遷移，測量細菌朝向置入一個外部流動路徑中的刺激(或「條件」)的趨化性遷移。
[0020]附圖7A是顯示微流設備在血管生成分析中的運用的圖形。附圖7B和7C是如何計算管道形成和與簡單細胞遷移區分的描述。
[0021]附圖8是具有三個流體流動路徑的微流設備在細胞共培養分析中的運用的示意圖。U87MG細胞被導入內部流動路徑中，人類表皮生長因子(「hEGF」)被導入外部流動路徑，初級皮層神經元導入另一個外部流動路徑。
[0022]附圖9A是具有兩個流體流動路徑的微流設備在細胞共培養分析中的運用的示意圖。在這種設備中，支架包括膠原蛋白，光學透明材料是顯微鏡蓋玻片，基底(聚-二甲基矽氧烷或「PDMS」)和蓋玻片包被有各種材料，例如膠原蛋白或聚-D-賴氨酸(「TOL」)。肝細胞被導入第一流體流動路徑，在一定條件下生長，從而它們在膠原蛋白支架的表面形成至少一個細胞層。人類微血管內皮細胞(「MVEC」)被導入第二流動路徑，在有流體流動通過所述流動路徑或沒有流體流動(「靜態」條件)的條件下生長。檢測到朝向肝細胞方向的支架中的內皮細胞遷移，以及向小管的內皮細胞分化。附圖9B是MVEC-肝細胞共培養實驗的時間進程的示意圖。細胞類型的不同組合導入到本發明的各種實施方式的設備中。
[0023]附圖10是本發明的實施方式的照片，其中微流設備置於多孔組織培養平板的鄰近反應孔中；提供進一步的修改以允許該設備的高通量使用。[0024]附圖11A是展現跨支架的梯度的形成的線形圖。附圖11B是顯示了在微流設備的一部分中細胞位置的示意圖。導入到流體流動路徑的細胞可以附著於支架的表面或可以侵入支架材料。做為選擇，細胞可以附著於與流體流動路徑接觸的光學透明材料(在此為玻璃蓋玻片)。附圖11C是展現本發明的一個實施方式的示意圖，其中流體(來自培養基貯器)通過毛細管作用或通過在流體出口應用真空(來自泵源)被導入設備中。
[0025]附圖12A是微流設備的一部分的示意性的截面圖，展現了如何控制設備中的溫度和溼度。附圖12B是微流設備和用於維持微流設備環境中的生理條件的相關系統的照片。
[0026]附圖13是附圖12B中組裝顯示的微流設備和相關系統的照片。
[0027]附圖14A是微流設備的一部分的示意圖，展現了其中形成了支架的交錯的微基柱陣列。附圖14B是顯示了微流設備的支架的形成和裝配的示意圖。附圖14C是微流設備和相關系統的照片。附圖14D是微流設備的一部分的照片，顯示了含有用考馬斯亮藍染色的膠原蛋白的支架。在照片的頂部和底部顯示了流體流動路徑。
[0028]附圖15是微流設備的一系列照片，其中共培養了內皮細胞和MTLn3大鼠乳腺腺癌細胞、U87MG人類成膠質細胞瘤細胞或平滑肌細胞(SMCs)。
[0029]附圖16A-L是在微流設備的支架中形成小管的內皮細胞的時間推移系列照片。
[0030]附圖17A-K是在微流設備的支架中形成小管的內皮細胞的時間推移系列照片。
[0031]附圖18A-C是在微流設備的支架中形成小管的內皮細胞的一系列照片。
[0032]附圖19A是微流設備的一部分的示意性橫截面圖，展現了多個(例如，三個)流體流動路徑和支架。附圖19B是微流設備的支架的照片。附圖19C-D是顯示了隨著時間的過去溶質擴散通過支架的線形圖。
[0033]附圖20A-C是顯示了微流設備的一部分的一系列照片，展現了多個流體流動路徑和支架。附圖20D-G是一系列線形圖，顯示了響應於例如VEGF的刺激隨著時間的過去的通過支架的定向的細胞遷移。
[0034]附圖21A-D是一系列照片，顯示了內皮細胞遷移通過0.2%膠原蛋白支架，分化成
帶有腔的小管。
[0035]附圖22A描繪了跨越凝膠「籠子」的梯度的示範。螢光葡聚糖(40kDa)被用於展現產生μ FD的梯度的能力。顯示的是螢光強度的時間進程和跨越凝膠「籠子」的葡聚糖濃度(用於模擬該尺寸範圍內的非反應性溶質)。曲線顯示了超過40小時繪製的代表性的實驗曲線。附圖22Β描繪了細胞培養分析的示意圖。(頂部)EC出芽分析。細胞在具有生理學上的相關的極性的3維凝膠上培養。(中間)3D包封分析。細胞懸浮在凝膠中，相互間初步分離。(底部)2D遷移分析。細胞主要在包被有ECM材料(纖連蛋白)的玻璃基底(非順應的)上形成單層。附圖22C描繪了各種培養流動結構。(1)對於靜態培養，培養基的液滴置於進口和出口。設備保持在孵化器中的局部高溼度(有水的陪氏培養皿)二級容器中。(2)用於施加跨越凝膠籠子的壓力梯度的設置，在液體儲池的高度上不同。(3)微流平臺。用於產生微通道中生理學水平的剪切應力的平臺的示意圖。附圖22D描繪了代表凝膠區域中固定位置的標準化的強度值的曲線，實線是理論預測，形狀標記(圓形(中空的，實心-near sink channe l)和正方形用於示範性設備。附圖22E描繪了產生通過DFD中的三維支架的間隙流的標準化的壓力差(dP/dPmax)的演變的實驗結果，按照Pa的值表示初始壓力差。[0036]附圖23描繪了微流分析開發的實驗方案。附圖23a顯示了由軟平版印刷和表面處理製成的製備的PDMS設備。附圖23b描繪了處在通道之間的支架通道中填充的凝膠支架(陰影的)。附圖23c描繪了填滿兩個通道的培養基(左側、右側和中間)。附圖23d描繪了在中間細胞通道的細胞接種(球形)。附圖23e描繪了施加在條件通道中的化學因素(右側)。附圖23f描繪了在填滿培養基和化學因素之後的微流設備。液滴置於所有的進入口來避免培養基從通道蒸發。培養基可以通過簡單地吸出現有的液滴並添加新的所產生的毛細管力來替換。附圖23g描繪了微流細胞遷移分析的示意圖，允許條件和對照側之間細胞遷移行為的直接比較。
[0037]附圖24描繪了(a)在pH 7.4下聚合的0.2% (2.0mg/mL)膠原蛋白凝膠支架中遷移的細胞的標準化的相對周長的圖形。「無VEGF」充當沒有VEGF梯度的陰性對照。「在第η天的VEGF」意思是在細胞接種後η天首先施加的VEGF，並繼續到實驗的結束。(b)在膠原蛋白凝膠支架中遷移的細胞的標準化的相對面積的圖形。(c和d)在膠原蛋白膠凝支架中遷移的細胞的標準化的相對周長和面積的圖形。每個點代表每種條件的η 1/4 8 (8個支架；4個設備)的平均值。誤差線代表標準偏差。
[0038]附圖25描繪了 HMVEC細胞響應於與VEGF梯度組合的來自其他細胞類型(U87MG、MTLn3、10T 1/2)的信號的遷移。使用在條件通道中不同的細胞類型(U87MG細胞、不同接種密度的MTLn3細胞和10T 1/2細胞)、沒有細胞的僅對照培養基(對照培養基)以及具有20ng/mL VEGF的對照培養基(VEGF，20ng/mL)，在細胞通道中培養的HMVEC的相對標準化的面積的改變。含有VEGF的培養基和以高密度接種的MTLn3細胞強烈地吸引HMVEC，而低密度MTLn3細胞和U87MG細胞不會。對於條件通道中的10T 1/2細胞，HMVEC傾向於遷移到對照側。每個點代表每種條件的η 1/4 8 (8個支架；4個設備)的平均值。誤差線代表標準偏差。
[0039]附圖26描繪了用於組織工程化的結構的血管形成的微流共培養平臺。Α)由PDMS製成的微流設備的示意 圖和尺寸。在微圖案的PDMS設備和蓋玻片之間形成的兩個平行的微流通道。凝膠支架(例如，I型膠原蛋白)位於具有PDMS柱的機械支持物的微流通道之間。Β)在靜態(左側)和流動(右側)條件下培養的微流設備的圖片。培養基的液滴置於靜態培養的微流通道的每個出口。貯器連接到微流通道用於流動培養物。
[0040]附圖27描繪了通過兩個微流通道之間的5-_ Η20壓力差產生的跨越凝膠支架的間隙流。通過測量貯器中培養基水平的替換測量肝細胞的膠原蛋白凝膠滲透性，根據凝膠滲透性和分析性溶液計算速率。速率隨著時間的過去降低，但是通過改變培養基而恢復。
[0041]附圖28描繪了間隙流方向對肝細胞的3D組織樣結構的形成的影響。Α)在正向流動(箭頭，第0天)和隨後反向流動(箭頭，〉第1天)中培養的肝細胞的相應的相差圖像。注意到肝細胞逐漸地組織成3D組織樣結構。Β)在反向流動中培養的肝細胞的相應的相差圖像。在第2天(箭頭，第2天)細胞開始擴散到微流通道。隨著細胞遷移到微流通道上，細胞結構變薄。
[0042]附圖29描繪了 C)在第3天肝細胞形態發生的定量。測量擴散到微流通道的肝細胞的面積並通過微流通道的面積來標準化。誤差線=SEM(η = 10, Ν = 3)。*對比正向然後反向的Ρ< 0.05。D)肌動蛋白微絲進行染色，通過共焦雷射掃描顯微鏡在底部的ζ平面(接近蓋玻片)、10 μ m和40 μ m高度採集z_堆疊圖像。箭頭表明肝細胞組織樣結構的邊緣。與在單獨的反向流動中相比，細胞在正向流動和隨後反向流動中形成更厚的結構。
[0043]附圖30描繪了在微流平臺中產生的3D血管生成模型。A)在靜態條件下培養的hMVECs的相應的相差圖像。細胞穿透入膠原蛋白凝膠支架並形成血管的出芽(箭頭，第1天)。出芽延伸並形成毛細血管樣結構(箭頭，第2和3天)。B)相應的相差和螢光圖像。hMVECs在第5天固定，對肌動蛋白微絲和核染色。橫截面圖像顯示了，hMVECs形成具有腔的毛細血管樣結構(i，ii)，而尖端細胞不形成腔(iii)。C)在靜態條件下培養的rMVECs的相應的相差圖像。細胞作為層樣結構遷移到凝膠支架中(箭頭)。D)相應的相差和螢光圖像。rMVECs在第7天固定，對肌動蛋白微絲染色。橫截面圖像顯示了細胞形成層樣結構
(1-1ii)ο
[0044]附圖31描繪了在微流平臺中的肝細胞-rMVEC共培養物。A)共培養的實驗方案。B)相應的相差圖像。肝細胞接種到膠原蛋白凝膠支架的側壁，施加間隙流(箭頭，第0天)。流動方向在第1天反向(箭頭，第1天)。在第2天停止間隙流,rMVECs添加到凝膠支架的另一側(第2-0天)。肝細胞形成3D組織樣結構(第3-1天)。某些rMVECs在第4_2天開始形成血管出芽(箭頭，第4-2天)。血管出芽延伸跨越凝膠支架，接近肝細胞組織樣結構(箭頭)。某些肝細胞也遷移朝向rMVECs的毛細血管樣結構(箭頭，第7-5和8_6天)。[0045]附圖32描繪了 rMVEC形態發生的定量。圖形顯示了在第η天遷移的rMVECs的標準化的面積提高k~n和周長提高P\之間的關係。在共培養中，數據代表與對照培養物相比更大P\的和更小的A\。每條曲線代表每天的值。「第3-1天」代表肝細胞的第3天和rMVECs的第1天。誤差線=SEM(對於肝細胞-rMVEC共培養物n = 16，N = 4 ;對於rMVEC培養物n = 15，N = 3)。圖片顯示了肝細胞組織樣結構的相應的相差和螢光圖像。左側畫面:在共培養的第13-11天在肝細胞中分泌到BC(箭頭)中的FD的代謝物。右側畫面:在共培養的第10-8天肝細胞的ER0D活性。
[0046]附圖33描繪了在肝細胞-rMVEC共培養中rMVECs的管道形成過程。A)共培養中rMVECs的相差圖像。B)用羅丹明-鬼筆環肽染色的毛細血管樣結構的ζ-投影圖象。細胞在靜態條件下培養，在共培養的第12-10天固定。圖像視野相應於A中的打點的框。C)沿著結構的方向上毛細管樣結構的截面圖像。注意到，rMVECs形成腔結構，而在尖端區域沒有發現腔。D)在B中的毛細血管樣結構的垂直的截面圖像。數字相應於B中的點線。比例條=50ym(B) ；20ym(C).[0047]附圖34描繪了凝膠支架中的擴散分析。A)在0、5和30分鐘在微流平臺中跨越凝膠支架的40-kDa螢光葡聚糖的分布。B)在穩態的實驗結果(左側)和相應的數值模擬(右側)。強度被標準化為最大值來與模擬比較實驗結果。對標準化的濃度顯示圖像。
[0048]詳細說明
[0049]除非在此另外定義，所有技術和科學術語具有本發明所屬【技術領域】的普通技術人員通常所理解的相同含義。當以單數提供術語時，發明人還期待該術語的複數。
[0050]本發明的一個方面涉及設備或系統，特別是多路徑微流設備。如在此使用的，「微流設備」是指一種設備、裝置或系統，其包括具有低於10或5毫米(mm)的尺寸(例如，高度、長度或深度)的至少一個流體流動路徑。一般地，所述流體流動路徑將具有小於1mm的寬度。如在此使用的，「流體流動路徑」、「流體路徑」或「流動路徑」是指任何通道、管道、區域、空間或途徑或其部分，流體，包括液體或氣體可以穿過其中。「流體流動通路(passageway) 」包括流體流動路徑的一部分。
[0051]在一個實施方式中，所述微流設備包括基底，在所述基底之上或之中安置有至少兩個流體流動路徑。所述設備還包括與基底聯結的光學透明材料。所述設備進一步包括一般在設備的限定區域內接觸基底和光學透明材料(例如，通過填滿之間的空間)的支架。這種支架一般具有至少約1 μ m的最小直角高度、長度和深度尺寸。如在此使用的，用語「在三維空間中」是指性質是三維的，如這些維度存在於三維歐幾裡得幾何中那樣。然而，非歐空間和形狀也包括在本發明中。任選地，所述設備的每個流體流動路徑具有到流體路徑的進口，和出自流體路徑的出口。
[0052]所述基底一般是固體材料，例如，聚-二甲基矽氧烷(PDMS)，其由軟平版印刷過程形成，其中所述流體流動路徑是在基底內的通道。當兩個流體流動路徑存在於同一個基底中時，這些流體流動路徑沿著它們的長度的至少部分基本上平行。每個流體流動路徑可以包含流體進口和流體出口。流體進口是用於流體例如細胞培養基從設備外面導入流體流動路徑的孔洞、通道或其他裝置。流體出口也是孔洞、通道或其他裝置，用於流體例如條件細胞培養基或廢棄細胞培養基導離所述設備。技術人員將認識到，在微組裝或微流領域使用的其他材料在生產本發明的基底中也是有用的。例如，基底可以從矽、玻璃、石英或塑料形成，或含有它們(例如，具有作為基底起作用的必需結構特徵的任何合成或半合成聚合物)。有用的塑料是本領域技術人員已知的。
[0053]流體流動路徑可以在任何維度上不同(例如，長度、寬度或深度)，以產生期望的流動阻力。例如，通過流動路徑的流動速度可以作為跨越進口和出口的靜液壓梯度的函數來調節。一個或更多個流體流動路徑可以作為阻力通道起作用，意味著所述流體流動路徑具有對流體流動的提高的阻力，在性質上連續的或不連續的(脈動的)。阻力通道可以含有，例如，曲折 的彎曲或提高流體阻力的其他幾何形狀。
[0054]在某些實施方式中，本發明提供了含有壓力調節器的微流設備。如在此使用的，壓力調節器包括任何機械的、化學的或其他系統，其容許調節流動的流體的一個或更多個特徵(例如，壓力或體積)。壓力調節器可以包括一個或更多個閥門，其產生兩個或更多個流體流動路徑之間的壓力差。
[0055]在所述設備內含有的支架分隔所述流體流動路徑，並提供多功能的支持物，在其上細胞可以遷移、增殖或分化，取決於在設備中提供的生理條件。包括細菌的原核細胞被包括在內，真核細胞也一樣。同時地或接連地，超過一種細胞類型可以被導入所述支架。一般地，所述支架含有固體或半固體的生物學的或生物相容性材料(或生物材料)，其通常是聚合物的形式。有益的聚合物是膠原蛋白，其可以以富含單體的溶液存在，或在原位聚合來形成支架。含有膠原蛋白或其他聚合物、以及任選的其他成分的支架，容許生物學實體的擴散以及細菌和動物細胞的定向的遷移。例如，生物學實體是細胞或亞細胞成分，例如，生長因子、細胞因子、激素、抗體或酶。生長因子或其他生物學實體可以在支架中均勻地或以受控的梯度分布，或可以拴繫到支架上。支架容許可能與流體流動路徑內含有的細胞相互作用的藥物和其他小分子。除了測量細胞單層、或藥物和其他化合物的支架滲透性之外，此處描述的設備對於計算測試化合物的擴散係數是有用的。
[0056]在某些實施方式中，支架可以用於評估支架材料與多種細胞的相互作用。可以使用各種支架材料。測試各種生物學實體與各種支架材料的結合親和力。[0057]在某些實施方式中，所述支架含有Matrigel?(BD Biosciences, San Jose,CA)。在某些實施方式中，所述支架含有或由可光固化的聚合物，例如，二甲基丙烯酸酯形成。參見Gerecht, et al.,Biomaterials 28(32):4826-4835 (2007)。在某些實施方式中，所述支架含有或由肽形成。在某些實施方式中，所述支架含有或由合成聚合物，例如，PEG形成。
[0058]因而，所述微流設備可以以包括支架之前的形式來提供。例如，所述流體流動路徑通過平版印刷在基質內產生，其還提供橫向路徑，其中放置、注射、填充或另外插入了支架的成分。當設備包括三個或更多個流體流動路徑，因而兩個或可能更多個插入支架時，在所述設備中任選地提供一個、兩個或更多個橫向路徑。橫向路徑可以包括流體進口、從第一流體流動路徑延伸到第二流體流動路徑的橫向通路、和流體出口。可以產生橫向路徑來控制流動路徑中的流動。例如，橫向路徑可以作為整合的閥門或泵起作用。
[0059]基底的內表面可以在在其上或其中形成支架之前被修飾。例如，聚-D-賴氨酸(PDL)的包被提高了支架和基底之間的鍵的強度。對基底的內表面的其他修飾改變(即，提高或降低)基底的疏水性、親水性、支架粘附性或細胞親和力。在某些實施方式中，基底的內表面暴露於等離子體，從而提高基底的內表面的表面親水性。在某些實施方式中，基底的內表面暴露於聚-D-賴氨酸。
[0060]其中將形成支架的所述設備內的空間還可以含有一個或更多個「微基柱」，其是在平版印刷過程中形成的、改善支架的機械穩定性的結構。例如，所述微基柱提高用於形成支架的材料的表面張力；因而，支架材料向流體流動路徑的流動被降低。多個微基柱按照視覺圖案存在表明，所述支架處於「 凝膠籠子」形式。參見附圖1。微基柱的形狀可以被修改來提供更好的支架穩定性。例如，六角形的形狀可以提供具有更強表面張力的支架材料。
[0061]本發明還涉及在細胞行為的分析中有用的方法。在一個實施方式中，提供了一種方法，用於在微流設備中細胞的定向的遷移的測量。一般地，細胞被導入第一流體流動路徑，可以附著在流動路徑中的至少一個表面上。細胞還可以附著於所述支架。在同時或不同的時間，細胞被導入第一流體流動路徑，生物學實體被導入第二流體流動路徑。這種生物學實體可以是細胞或亞細胞成分，包括生長因子、細胞因子、激素、抗體和酶，以及藥物和其他小分子。在給定的時點，測量細胞，例如，進入支架或任選地進入第二流體流動路徑的遷移的程度。在某些實施方式中，內皮細胞或內皮細胞前體被導入第一流體流動路徑，不測量細胞遷移，而測量新血管的形成。本發明的方法包括涉及改變的免疫反應的疾病的診斷和表徵，以及潛在的治療化合物的鑑定。例如，嗜中性粒細胞被導入第一流體流動路徑，與所述嗜中性粒細胞的導入同時地或接連地，內皮細胞的單層被導入第二流體流動路徑或支架。例如，從患有或具有風險發生免疫疾病或病症的哺乳動物受試者(即，測試受試者)，或從不患有或不存在風險發生免疫疾病或病症的哺乳動物受試者(即，對照受試者)獲得嗜中性粒細胞。在測試受試者和對照受試者的設備中測量嗜中性粒細胞遷移動力學的度量，可以測試潛在的治療化合物的效力。在另一個實施方式中，從糖尿病和非糖尿病受試者分離細胞。並且，在一定條件下，細胞可以獲自患有轉移性或非轉移性癌症的哺乳動物受試者，從而給定受試者的癌症的轉移潛力可以利用本發明的設備來測定。分離自不患有癌症的受試者的細胞作為對照細胞。
[0062]在某些實施方式中，內皮細胞可以被導入第一流體流動路徑中。然後腫瘤細胞可以被導入第一流體流動路徑、第二流體流動路徑或支架。腫瘤細胞和內皮細胞可以獲自同一受試者或不同的受試者。這些實施方式允許測試化合物或生物分子降低腫瘤細胞穿過內皮進入循環(侵入)或退出循環(外滲)能力或這兩者的能力。
[0063]本發明的設備還在生產多種細胞類型生物材料中是有用的，在體外和體內系統，例如組織工程化中是有用的。此處描述的設備被用於製造含有兩種或更多種類型的真核細胞的生物學或生物相容性材料。含有一種或更多種細胞類型(例如，兩種、三種、四種或更多種細胞類型)的這些設備能夠被移植，或另外導入活動物中用於診斷或治療目的。進一步的，此處描述的體外系統複製了組織或器官系統的生理功能，因而在例如藥物測試或測試化合物的毒性篩選中是有用的。
[0064]示範性的設備
[0065]在某些實施方式中，本發明涉及微流設備，包括:
[0066]光學透明材料；
[0067]與所述光學透明材料聯結的基底；和[0068]在三維空間中具有至少I μ m的尺寸的支架；
[0069]其中
[0070]所述基底包含柱；
[0071]所述支架接觸所述基底、所述柱和所述光學透明材料；
[0072]所述基底包括第一流體流動路徑和第二流體流動路徑；
[0073]所述第一流體流動路徑不與所述第二流體流動路徑交叉；和
[0074]所述支架置於所述第一流體流動路徑和所述第二流體流動路徑之間。
[0075]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述第一流體流動路徑和所述第二流體流動路徑是所述基底內的通道。
[0076]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述第一流體流動路徑和所述第二流體流動路徑是基本上平行的。
[0077]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述基底包含塑料。在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述基底包含PDMS。
[0078]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述基底被暫時地或永久地修飾。在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述修飾的基底是所述基底暴露於聚-D-賴氨酸、所述基底暴露於等離子體、或所述基底的表面圖案化的結果。在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述基底被暫時地修飾。在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述基底被永久地地修飾。在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述基底的內表面被暫時地或永久地修飾。
[0079]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述支架包含固體或半固體的生物學或生物相容的聚合物。
[0080]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述支架包含膠原蛋白、瓊脂糖、明膠、纖連蛋白、血纖蛋白、層粘連蛋白或肽。
[0081]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述支架包含光可固化聚合物。
[0082]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述支架包含第一生物學實體。[0083]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述支架基本上附著於所述基底。
[0084]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，進一步包括壓力調節器。在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述壓力調節器是閥門，當流體被導入流體流動路徑時其在所述第一流體流動路徑和所述第二流體流動路徑之間產生壓力差。在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述壓力調節器是閥門，當流體被導入流體流動路徑時其在所述第一流體流動路徑和所述第二流體流動路徑之間產生流動速度的差異。
[0085]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述第一流體流動路徑或所述第二流體流動路徑包括阻力通道。
[0086]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述第一流體流動路徑具有與所述第二流體流動路徑不同的尺寸。
[0087]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，進一步包括可操作地連接到所述第一流體流動路徑的第一流體進口。
[0088]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，進一步包括可操作地連接到所述第一流體流動路徑的第一流體出口。
[0089]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，進一步包括可操作地連接到所述第二流體流 動路徑的第二流體進口。
[0090]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，進一步包括可操作地連接到所述第二流體流動路徑的第二流體出口。
[0091]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，進一步包括可操作地連接到所述第一流體流動路徑的第一貯器。
[0092]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，進一步包括可操作地連接到所述第二流體流動路徑的第二貯器。
[0093]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述支架包括固體或半固體的生物相容的聚合物；所述固體或半固體的生物相容的聚合物容許第二生物學實體的通過。在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述支架包含膠原蛋白、瓊脂糖、明膠、纖連蛋白、血纖蛋白、層粘連蛋白或肽；所述第二生物學實體包含真核細胞。在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述支架包含膠原蛋白；所述第二生物學實體選自由生長因子、細胞因子、激素、抗體和酶構成的組。
[0094]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，進一步包括在所述基底內的區室，從而提供第三生物學實體的放置的區域。在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，進一步包括在所述基底內的區室，從而提供組織或活檢標本的放置的區域。
[0095]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述光學透明材料包含玻璃。
[0096]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，進一步包括第三流體流動路徑、第三流體進口和第三流體出口 ；其中所述第三流體進口和所述第三流體出口各自可操作地連接到所述第三流體流動路徑。在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述支架基本上佔據所有的所述第三流體流動路徑。[0097]在某些實施方式中，本發明涉及微流設備，包括:
[0098]光學透明材料；
[0099]與所述光學透明材料聯結的基底；和
[0100]在三維空間中具有至少I μ m尺寸的支架； [0101]其中
[0102]所述基底包含柱；
[0103]所述支架接觸所述基底或所述光學透明材料或兩者；所述支架接觸所述柱；所述基底包含第一流體流動路徑、第二流體流動路徑和第三流體流動路徑；
[0104]所述支架包含放置在所述第一流體流動路徑和所述第二流體流動路徑之間的第一固體或半固體的生物相容的聚合物，和放置在所述第二流體流動路徑和所述第三流體流動路徑之間的第二固體或半固體的生物相容的聚合物；和
[0105]所述固體或半固體的生物相容的聚合物容許一種或更多種生物學實體的通過。
[0106]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述支架具有在三維空間中至少2 μ m、至少3 μ m、至少4 μ m、至少5 μ m或至少10 μ m的尺寸。
[0107]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述基底包含複數個柱。在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述基底包含以規則的方式布置的複數個柱。在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述基底包含以隨機方式布置的複數個柱。
[0108]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述柱是六角形的、圓形的、正方形的、矩形的或不規則的。
[0109]在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述柱的尺寸從約Ο.ΟΙμπι2到約1_2。在某些實施方式中，本發明涉及前述設備的任一種，其中所述柱的尺寸是約 0.01 μ m2，約 0.05 μ m2、約 0.1 μ m2、約 0.5 μ m2、約 1.0 μ m2、約 5.0 μ m2、約 10.0 μ m2、約 25.Ομπι2、約 50.0 μ m2、約 100 μ m2、約 250 μ m2、約 500 μ m2、約 1000 μ m2、約 2500 μ m2、約5，000 μ m2、約 10，000 μ m2、約 20，000 μ m2、約 22，500 μ m2、約 25，000 μ m2、約 50，000 μ m2、約62，500 μ m2、約 75，000 μ m2、約 0.1mm2、約 0.5mm2 到約 1mm2。
[0110]在某些實施方式中，本發明涉及用於高通量分析的系統，包括複數個前述設備的任一種。
[0111]在某些實施方式中，本發明涉及測量細胞的定向的遷移的方法，包括步驟:
[0112]a)提供設備，其包含:
[0113]i)與基底聯結的光學透明材料，所述基底包含第一流體流動路徑和第二流體流動路徑；和
[0114]ii)具有在三維空間中至少Iym尺寸的支架，其接觸所述基底和所述光學透明材料；
[0115]b)將細胞導入所述第一流體流動路徑；
[0116]c)將生物學實體導入所述第二流體流動路徑；和
[0117]d)測量所述細胞向所述支架中的定向的遷移。
[0118]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述生物學實體選自由原核細胞、真核細胞、生長因子、細胞因子、激素、抗體、藥物和酶構成的組。[0119]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述細胞是嗜中性粒細胞，所述生物學實體是內皮細胞。
[0120]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述細胞獲自患有糖尿病的人類受試者，所述生物學實體獲自不患有糖尿病的人類受試者。
[0121]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述細胞獲自不患有糖尿病的人類受試者，所述生物學實體獲自患有糖尿病的人類受試者。
[0122]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述細胞獲自患有癌症的人類受試者，所述生物學實體獲自不患有癌症的人類受試者。
[0123]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述細胞獲自不患有癌症的人類受試者，所述生物學實體獲自患有癌症的人類受試者。
[0124]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述細胞是內皮細胞；所述生物學實體是第二細胞；所述第二細胞是腫瘤細胞。在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述細胞和所述第二細胞獲自同一受試者。
[0125]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中獲自患有癌症的人類受試者的生物學實體是單個細胞、球狀體、或腫瘤組織。
[0126]在某些實施方式中，本發明涉及測量血管形成的方法，包括步驟:
[0127]a)提供設備，其包含:
[0128]i)與基底聯結的光學透明材料，所述基底包含第一流體流動路徑和第二流體流動路徑；和
[0129]ii)具有在三維空間中至少1μ m的尺寸的支架，其接觸所述基底和所述光學透明材料，其中所述支架置於所述第一流體流動路徑和所述第二流體流動路徑之間；
[0130]b)將內皮細胞或內皮細胞前體導入所述第一流體流動路徑；
[0131]c)將生物學實體導入所述第二流體流動路徑；和
[0132]d)測量所述支架中血管的形成。
[0133]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述生物學實體選自由原核細胞、真核細胞、生長因子、細胞因子、激素、抗體、藥物和酶構成的組。
[0134]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述設備進一步包含
[0135]第三流體流動路徑；和
[0136]具有在三維空間中至少1um尺寸的第二支架，其接觸所述基底和所述光學透明材料，
[0137]其中所述第二支架放置在所述第一流體流動路徑和所述第三流體流動路徑之間。
[0138]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，進一步包括將第二生物學實體導入所述第一流體流動路徑的步驟。
[0139]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述內皮細胞或內皮細胞前體作為共培養中的異質混合物導入。
[0140]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，進一步包括將血管片段導入所述第一流體流動路徑的步驟。
[0141]在某些實施方式中，本發明涉及測量滲透性的方法，包括步驟:
[0142]a)提供設備，其包含:[0143]i)與基底聯結的光學透明材料，所述基底包含第一流體流動路徑和第二流體流動路徑；和
[0144]ii)具有在三維空間中至少I μ m尺寸的支架，其接觸所述基底和所述光學透明材料；
[0145]b)將第一物質導入所述第一流體流動路徑；和
[0146]c)測量所述第一物質向所述支架中的滲透性。
[0147]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述第一物質是流體或小分子。
[0148]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述支架包含細胞單層。
[0149]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述第一物質包含細胞。在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述細胞是內皮細胞。
[0150]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述支架包含第二細胞。在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述第二細胞是腫瘤細胞。
[0151]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述第一物質包含細胞；所述細胞是內皮細胞；所述支架包含第二細胞；所述第二細胞是腫瘤細胞；以及所述內皮細胞和所述腫瘤細胞獲自同一受試者。 [0152]在某些實施方式中，本發明涉及測量滲透性的方法，包括步驟:
[0153]a)提供設備，其包含:
[0154]i)與基底聯結的光學透明材料，所述基底包含第一流體流動路徑和第二流體流動路徑；和
[0155]ii)具有在三維空間中至少Iym尺寸的支架，其接觸所述基底和所述光學透明材料；
[0156]b)將第一物質導入所述第一流體流動路徑；
[0157]c)將第二物質導入所述第一流體流動路徑；和
[0158]c)測量所述第二物質向所述支架中的滲透性。
[0159]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述第一物質是第一細胞。在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述第一細胞是內皮細胞。
[0160]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述第二物質是第二細胞。在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述第二細胞是腫瘤細胞。
[0161]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述第一細胞和所述第二細胞獲自同一受試者。
[0162]在某些實施方式中，本發明涉及評估細胞跟蹤試劑的方法，包括步驟:
[0163]a)提供設備，其包含:
[0164]i)與基底聯結的光學透明材料，所述基底包含第一流體流動路徑和第二流體流動路徑；和
[0165]ii)具有在三維空間中至少Iym尺寸的支架，其接觸所述基底和所述光學透明材料；
[0166]b)將細胞跟蹤試劑導入所述第一流體流動路徑；和
[0167]c)測量所述細胞跟蹤試劑向所述支架中的擴散。[0168]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，進一步包括監測參數的步驟。在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，進一步包括監測至少兩個參數的步驟。在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述參數是實時的表面剪切應力、通過所述支架的間隙流、非反應性溶質中的梯度、細胞培養支架的性質，或細胞的性質。
[0169]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述設備是前述設備的任一種。
[0170]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述支架具有在三維空間中至少2 μ m、至少3 μ m、至少4 μ m、至少5 μ m或至少10 μ m的尺寸。
[0171]在某些實施方式中，本發明涉及製造設備的方法，包括步驟:
[0172]a)使液體支架材料與基底接觸，所述基底包含第一流體流動路徑、第二流體流動路徑和柱；以及
[0173]b)使光學透明材料與所述基底可操作地連接。
[0174]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述設備是前述設備的任一種。
[0175]在某些實施方 式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述液體支架材料包含單體的膠原蛋白。
[0176]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，進一步包括在使所述基底與所述液體支架材料接觸之前修飾所述基底的步驟，從而改變所述基底的疏水性、親水性、細胞親和力或支架粘附性質。在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述修飾基底的步驟包括使所述基底暴露於聚-D-賴氨酸、使所述基底暴露於等離子體、或圖案化所述基底。在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中在使所述基底與所述液體支架材料接觸之前暫時地或永久地修飾所述基底，從而暫時地或永久地改變所述基底的疏水性、親水性、細胞親和力或支架粘附性質。在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中在使所述基底與所述液體支架材料接觸之前暫時地修飾所述基底，從而暫時地改變所述基底的疏水性、親水性、細胞親和力或支架粘附性質。在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中在使所述基底與所述液體支架材料接觸之前永久地修飾所述基底，從而永久地改變所述基底的疏水性、親水性、細胞親和力或支架粘附性質。在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述基底的內表面被修飾。
[0177]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中使所述液體支架材料與所述基底接觸的步驟包括在壓力下將所述液體支架材料注射到所述基底的限定區域中，所述限定區域與所述第一和第二流體流動路徑是基本上非鄰接的。
[0178]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中使所述液體支架材料與所述基底接觸的步驟包括顯微注射所述液體支架材料。
[0179]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中使所述液體支架材料與所述基底接觸的步驟包括將所述液體支架材料導入所述第一流體流動路徑或所述第二流體流動路徑中。
[0180]在某些實施方式中，本發明涉及前述方法的任一種，其中所述支架具有在三維空間中至少I μ m、至少2 μ m、至少3 μ m、至少4 μ m、至少5 μ m或至少10 μ m的尺寸。實施例
[0181]已經一般地描述的本發明，通過參考以下實施例可以更容易理解，以下實施例僅僅被包括用於例舉本發明的某些方面和實施方式的目的，無論如何不意圖限制本發明。所有的標題是為了讀者方便，不應被用於限制該標題後的文本的含義，除非這樣指明了。
[0182]實施例1:微流設備構造和表面修飾
[0183]使用表1中提供的微流流體流動路徑(或「通道」)的尺寸、凝膠「籠子」和微基柱，在AutoCAD ?軟體(Autodesk, San Rafael, CA)中產生微流網絡的設計。
[0184]
【權利要求】
1.一種微流設備，包括:光學透明材料；與所述光學透明材料聯結的基底；和在三維空間中具有至少1 μ m的尺寸的支架；其中所述基底包含柱；所述支架接觸所述基底、所述柱和所述光學透明材料；所述基底包含第一流體流動路徑和第二流體流動路徑；所述第一流體流動路徑不與所述第二流體流動路徑交叉；和所述支架置於所述第一流體流動路徑和所述第二流體流動路徑之間。
2.權利要求1的設備，其中所述第一流體流動路徑和所述第二流體流動路徑是所述基底內的通道。
3.權利要求1或2的設備，其中所述基底包含塑料。
4.權利要求1或 2的設備，其中所述基底包含PDMS。
5.權利要求1-4的任一項的設備，其中所述基底被修飾。
6.權利要求5的設備，其中所述修飾的基底是所述基底對聚-D-賴氨酸的暴露、或所述基底對等離子體的暴露的結果。
7.權利要求1-6的任一項的設備，其中所述支架包含固體或半固體的生物學或生物相容的聚合物。
8.權利要求1-6的任一項的設備，其中所述支架包含膠原蛋白、瓊脂糖、明膠、纖連蛋白、血纖蛋白、層粘連蛋白或肽。
9.權利要求1-6的任一項的設備，其中所述支架包含光可固化聚合物。
10.權利要求1-9的任一項的設備，其中所述支架包含第一生物學實體。
11.權利要求ι-?ο的任一項的設備，其中所述支架基本上附著於所述基底。
12.權利要求1-11的任一項的設備，進一步包含壓力調節器。
13.權利要求12的設備，其中所述壓力調節器是閥門，當流體被導入所述流體流動路徑時其在所述第一流體流動路徑和所述第二液體流動路徑之間產生壓力差。
14.權利要求12的設備，其中所述壓力調節器是閥門，當流體被導入所述流體流動路徑時其在所述第一流體流動路徑和所述第二流體流動路徑之間產生流動速度的差異。
15.權利要求1-14的任一項的設備，其中所述第一流體流動路徑或所述第二流體流動路徑包括阻力通道。
16.權利要求1-15的任一項的設備，其中所述第一流體流動路徑具有與所述第二流體流動路徑不同的尺寸。
17.權利要求1-16的任一項的設備，進一步包含可操作地連接到所述第一流體流動路徑的第一流體進口。
18.權利要求1-17的任一項的設備，進一步包含可操作地連接到所述第一流體流動路徑的第一流體出口。
19.權利要求1-18的任一項的設備，進一步包含可操作地連接到所述第二流體流動路徑的第二流體進口。
20.權利要求1-19的任一項的設備，進一步包含可操作地連接到所述第二流體流動路徑的第二流體出口。
21.權利要求1-20的任一項的設備，進一步包含可操作地連接到所述第一流體流動路徑的第一貯器。
22.權利要求1-21的任一項的設 備，進一步包含可操作地連接到所述第二流體流動路徑的第二貯器。
23.權利要求1-6的任一項的設備，其中所述支架包含固體或半固體的生物相容的聚合物；所述固體或半固體的生物相容的聚合物容許第二生物學實體的通過。
24.權利要求23的設備，其中所述支架包含膠原蛋白、瓊脂糖、明膠、纖連蛋白、血纖蛋白、層粘連蛋白或肽；所述第二生物學實體包含真核細胞。
25.權利要求23的設備，其中所述支架包含膠原蛋白；所述第二生物學實體選自由生長因子、細胞因子、激素、抗體和酶構成的組。
26.權利要求1-25的任一項的設備,其中所述光學透明材料包含玻璃。
27.權利要求1-26的任一項的設備，進一步包括第三流體流動路徑、第三流體進口和第三流體出口 ；其中所述第三流體進口和所述第三流體出口各自可操作地連接到所述第三流體流動路徑。
28.權利要求27的設備，其中所述支架佔據了基本上所有的所述第三流體流動路徑。
29.—種微流設備，包括:光學透明材料；與所述光學透明材料聯結的基底；和在三維空間中具有至少1 μ m的尺寸的支架；其中所述支架接觸所述基底或所述光學透明材料或兩者；所述基底包含第一流體流動路徑、第二流體流動路徑和第三流體流動路徑；所述支架包含放置在所述第一流體流動路徑和所述第二流體流動路徑之間的第一固體或半固體的生物相容的聚合物，和放置在所述第二流體流動路徑和所述第三流體流動路徑之間的第二固體或半固體的生物相容的聚合物；和所述固體或半固體的生物相容的聚合物容許一種或更多種生物學實體的通過。
30.一種用於高通量分析的系統，包括複數個權利要求1-29的任一項的設備。
31.一種測量細胞的定向的遷移的方法，包括步驟:a)提供設備，其包含:i)與基底聯結的光學透明材料，所述基底包含第一流體流動路徑和第二流體流動路徑；和?)具有在三維空間中至少lym尺寸的支架，其接觸所述基底和所述光學透明材料；b)將細胞導入所述第一流體流動路徑；c)將生物學實體導入所述第二流體流動路徑；和d)測量所述細胞向所述支架中的定向的遷移。
32.權利要求31的方法，其中所述生物學實體選自由原核細胞、真核細胞、生長因子、細胞因子、激素、抗體、藥物和酶構成的組。
33.權利要求31的方法，其中所述細胞是嗜中性粒細胞，所述生物學實體是內皮細胞。
34.權利要求31的方法，其中所述細胞獲自患有糖尿病的人類受試者，所述生物學實體獲自不患有糖尿病的人類受試者。
35.權利要求31的方法，其中所述細胞獲自不患有糖尿病的人類受試者，所述生物學實體獲自患有糖尿病的人類受試者。
36.權利要求31的方法，其中所述細胞獲自患有癌症的人類受試者，所述生物學實體獲自不患有癌症的人類受試者。
37.權利要求31的方法，其中所述細胞獲自不患有癌症的人類受試者，所述生物學實體獲自患有癌症的人類受試者。
38.權利要求31的方法，其中所述細胞是內皮細胞；所述生物學實體是第二細胞；所述第二細胞是腫瘤細胞。
39.權利要求38的方法，其中所述細胞和所述第二細胞獲自同一受試者。
40.一種測量血管形成的方法，包括步驟:a)提供設備，其包含:i)與基底聯結的光學透明材料，所述基底包含第一流體流動路徑和第二流體流動路徑；和?)具有在三維空間中 至少1 μ m尺寸的支架，其接觸所述基底和所述光學透明材料，其中所述支架置於所述第一流體流動路徑和所述第二流體流動路徑之間；b)將內皮細胞或內皮細胞前體導入所述第一流體流動路徑；c)將生物學實體導入所述第二流體流動路徑；和d)測量所述支架中血管的形成。
41.權利要求40的方法，其中所述生物學實體選自由原核細胞、真核細胞、生長因子、細胞因子、激素、抗體、藥物和酶構成的組。
42.權利要求40或41的方法，其中所述設備進一步包含:第二流體流動路徑；和具有在三維空間中至少1 μ m尺寸的第二支架，其接觸所述基底和所述光學透明材料，其中所述第二支架放置在所述第一流體流動路徑和所述第三流體流動路徑之間。
43.一種製造設備的方法，包括步驟:a)使液體支架材料與基底接觸，所述基底包含第一流體流動路徑、第二流體流動路徑和柱；以及b)使光學透明材料與所述基底可操作地連接。
44.權利要求43的方法，其中所述液體支架材料包含單體的膠原蛋白。
45.權利要求43或44的方法，進一步包括在使所述基底與所述液體支架材料接觸之前修飾所述基底的步驟，從而改變所述基底的疏水性、親水性、細胞親和力或支架粘附性質。
46.權利要求45的方法，其中所述修飾基底的步驟包括使所述基底暴露於聚-D-賴氨酸，或使所述基底暴露於等離子體。
47.權利要求43-46的任一項的方法，其中使所述液體支架材料與所述基底接觸的步驟包括在壓力下將所述液體支架材料注射到所述基底的限定區域中的，所述限定區域與所述第一和第二流體流動路徑是基本上非鄰接的。
48.一種測量滲透性的方法，包括步驟a)提供設備，其包含:i)與基底聯結的光學透明材料，所述基底包含第一流體流動路徑和第二流體流動路徑；和?)具有在三維空間中至少lym尺寸的支架，其接觸所述基底和所述光學透明材料；b)將第一物質導入所述第一流體流動路徑；和c)測量所述第一物質向所述支架中的滲透性。
49.權 利要求48的方法，其中所述第一物質是流體或小分子。
50.權利要求48或49的方法，其中所述支架包含細胞單層。
51.權利要求48的方法，其中所述第一物質包含細胞。
52.權利要求51的方法，其中所述細胞是內皮細胞。
53.權利要求48、51或52的任一項的方法，其中所述支架包含第二細胞。
54.權利要求53的方法，其中所述第二細胞是腫瘤細胞。
55.權利要求48的方法，其中所述第一物質包含細胞；所述細胞是內皮細胞；所述支架包含第二細胞；所述第二細胞是腫瘤細胞；以及所述內皮細胞和所述腫瘤細胞獲自同一受試者。
56.一種評估細胞跟蹤試劑的方法，包括步驟:a)提供設備，其包含:i)與基底聯結的光學透明材料，所述基底包含第一流體流動路徑和第二流體流動路徑；和?)具有在三維空間中至少lym尺寸的支架，其接觸所述基底和所述光學透明材料；b)將細胞跟蹤試劑導入所述第一流體流動路徑中；和c)測量所述細胞跟蹤試劑向所述支架中的擴散。
【文檔編號】G01N33/48GK103635587SQ200980121356
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2009年4月3日 優先權日:2008年4月8日
【發明者】R·D·坎姆, S·鍾, V·V·維克曼-凱利 申請人:麻省理工學院