[发明专利]用于体外调节细胞培养物的化学微环境的组合物、装置和方法在审
申请号: | 201780074817.5 | 申请日: | 2017-10-03 |
公开(公告)号: | CN110036106A | 公开(公告)日: | 2019-07-19 |
发明(设计)人: | 斯特凡尼娅·拉皮诺;弗朗切斯科·泽贝托;盖斯顿·卡斯特拉尼;斯蒂法诺·萨尔维奥利;比阿特丽斯·法博尼;伊莎贝拉·兹罗尼;玛丽亚·孔特;克劳迪·弗兰切斯基;丹妮拉·萨尔瓦多;麦拉·白克妮 | 申请(专利权)人: | 博洛尼亚大学 |
主分类号: | C12N5/071 | 分类号: | C12N5/071;C12N5/09;C12N11/02;C12N11/06 |
代理公司: | 北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙) 11201 | 代理人: | 宋融冰 |
地址: | 意大利*** | 国省代码: | 意大利;IT |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 细胞培养物 化学微环境 聚合物基质 细胞微环境 治疗性效果 病理环境 功能性酶 培养环境 体内细胞 体外调节 体外评估 原代细胞 重新创建 水凝胶 凝胶 体内 | ||
本发明涉及组合物,该组合物包含含有能够在培养环境下重新创建体内存在的细胞微环境的功能性酶的聚合物基质或凝胶。本发明还涉及用于包含此类组合物(特别是水凝胶)的细胞培养物的装置,以及其用于调节细胞培养物的化学微环境或模拟体内细胞的生理或病理环境的用途。该组合物和本文所述的装置也可以用于在体外评估化合物对确定的细胞系或原代细胞的治疗性效果。
技术领域
本发明涉及包含基质的组合物,该基质含有能够在培养环境下重新创建体内存在的细胞微环境的功能性酶。本发明还涉及用于包含此类组合物(特别是水凝胶组合物)的细胞培养物的装置,还涉及其用于调节细胞培养物的化学微环境或模拟体内细胞的生理或病理环境的用途。该组合物和本文所述的装置也可以用于在体外评估化合物对确定的细胞系或原代细胞的治疗性效果。
背景技术
氧水平和机械性能是细胞生长的基本参数,这些参数调节属于细胞的所有功能和决策。需要在体外细胞培养物中完美地调节这类性能。通常用20%氧气进行体外细胞培养,该氧气浓度并不是体内组织中存在的氧气浓度,其相当于根据组织和环境的约5%。葡萄糖梯度、氧梯度和pH梯度在细胞培养物和关键解剖区域(如干细胞小生境、实体瘤瘤块、衰老组织)的典型环境之间具有相当大的差异。现有技术中没有公开这种装置,该装置以简单、廉价且可调节的方式重新创建组织和体内细胞环境中存在的主要生理环境(最初的氧梯度、葡萄糖和pH),这些条件在常规的体外培养技术下是无法获得的,除非使用方法复杂且成本高昂的特定仪器(例如低氧性通风橱)。
在生理环境下,氧气的分压相对于所涉及的器官或组织在24和160mmHg之间变化。相反,在病理环境下,特别是在肿瘤环境下,组织内的氧含量急剧下降,或者在最急剧的情况下为零,将这两种情况分别定义为低氧和缺氧,它们与生理学上的同义词-常氧条件区分开。这种强烈下降的两个主要原因是:血管广泛破坏而无法维持将足够的氧气输入组织,和频繁形成对器官有害的血红蛋白中间体(如羧基血红蛋白和高铁血红蛋白);在这种情况下,分压在从细胞内细胞色素周围的0.02mmHg到与毛细血管中氧水平相关的45mmHg的范围。
在生理和病理两种环境下的体外培养环境和体内真实环境之间的差异代表了所有临床前实验、药物发掘过程、疾病研究、再生医学、药物实验和个体化治疗中存在的难题。
专利申请US2015362483描述了用于体外模拟体内病理和生理细胞环境的方法。该方法需要具有机械组件的装置,昂贵且难以管理,该装置显然不能在通常用于细胞生长的培养板水平上重复。对细胞外基质中的代谢物和可溶性分子的浓度和梯度的测微检查达不到再现生理环境的要求。
因此,对于该难题需要提供用于在体外有效地模拟生理性或病理性细胞环境的新的方法、组合物和装置,而它们没有表现出现有技术中所记载技术方案的缺点。
发明内容
本发明基于采用包含基质的组合物,该组合物特别是以水凝胶的形式,该基质含有能够在培养环境下重新创建在体内存在的细胞微环境的功能性酶。
本发明的作者不仅已经表明可以通过本文所述的组合物和水凝胶来调节细胞培养环境,而且还表明成功创造的环境与组织(正常组织和肿瘤组织两者)中存在的那些环境相似。本发明的结果是有利的,因为使用包含组合物和水凝胶的装置允许在体外再现特定的生理环境并进行细胞代谢相关的研究,例如环境对健康细胞和肿瘤细胞两者的代谢、细胞信号传导、基因表达的影响;此外,它允许评估肿瘤生长因子,并且基于此设计更加有效的治疗性策略。根据本发明的装置代表了用于临床前研究的独特系统,如同体内系统一样可靠,并具有体外系统的所有优点。在评估其开发为新的治疗性策略的潜力的新药实验中,本发明装置的应用可以具有在真实肿瘤微生理环境中开展该新药实验的优势。此外,利用计算机方法,可以通过考虑人体组织中天然存在的浓度梯度来开发药物递送的新策略,并在这些仿生系统中测试它们。
首先,本发明涉及用于体外细胞培养物的组合物,其具有以下特征:它们包含基质,特别是聚合物或蛋白质基质,该基质含有一种或多种能够催化氧还原的酶,以调节在所述细胞培养物中的氧梯度。
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