(57)【要約】  【課題】細胞媒体（１２）の培養装置（１０）を提供する。【解決手段】  細胞媒体（１２）の培養装置（１０）は、閉環境を画定する生物媒体成長チャンバ（１４））、及び前記細胞機能をサポートする物質の供給源と連通する電子制御式噴射装置（１６、１６’）を含む。当該噴射装置（１６、１６’）は、前記生物媒体成長チャンバ（１４）内に物質を放出する。【選択図】  図３
2004147657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞媒体（１２）の培養装置（１０）であって、
閉環境を画定し、有限数の細胞を含むように構成された生物媒体成長チャンバ（１４）、
細胞機能をサポートする物質の供給源、及び
前記細胞機能をサポートする物質の供給源と連通し、前記生物媒体成長チャンバ（１４）内に物質を放出する電子制御式噴射装置（１６、１６’）を含む培養装置（１０）。
【請求項２】
前記電子制御式噴射装置（１６、１６’）と連通した貯蔵リザーバ（１８、１８’）をさらに含み、前記電子制御式噴射装置（１６、１６’）が、前記生物媒体成長チャンバ（１４）と連通する出口オリフィス（２０、２０’）を有する請求項１に記載の培養装置（１０）。
【請求項３】
前記生物媒体成長チャンバ（１４）が、生物媒体支持面（２２）を含み、前記生物媒体支持面は、前記細胞物質（１２）の観察と分析を容易にする位置で、前記噴射装置（１６、１６’）に関連付けられて配置される請求項１または２に記載の培養装置（１０）。
【請求項４】
前記生物媒体成長チャンバ（１４）と関連付けられた廃液除去機構（２８、３０）をさらに含む請求項１、２または３に記載の培養装置（１０）。
【請求項５】
前記生物媒体成長チャンバ（１４）内の温度を制御することができる温度調整機構をさらに有する請求項１、２、３または４に記載の培養装置（１０）。
【請求項６】
前記生物媒体成長チャンバ（１４）と関連付けられたセンサ（３４）をさらに備え、前記センサが、前記閉環境において生じる温度、細胞呼吸およびｐＨのうちの少なくとも１つを監視することができる請求項１、２、３、４または５に記載の培養装置。
【請求項７】
スロット（５２）が中に画定された基体（５０）をさらに有し、前記電子制御式噴射装置（１６、１６’）が、前記スロット（５２）と関連付けられており、そして
前記基体（５０）と重なる関係にあり、前記生物媒体成長チャンバ（１４）を画定するハウジング（５４）を含む請求項１、２、３、４、５または６に記載の培養装置（１０）。
【請求項８】
前記ハウジング（５４）が、前記基体（５０）内に画定された前記スロット（５２）に対して本質的に垂直に向けられた少なくとも１つの仕切り（５８）を含み、前記仕切りが、前記生物媒体成長チャンバ（１４）内にサブチャンバを画定する請求項７に記載の培養装置（１０）。
【請求項９】
前記生物媒体成長チャンバ（１４）内への物質の放出を調整するために、前記噴射装置（１６、１６’）上で電子的に動作可能なコントローラ（３６）をさらに具備する請求項１、２、３、４、５、６、７または８に記載の培養装置（１０）。
【請求項１０】
少なくとも１つのリザーバ（１８、１８’）が、殺生物剤を含有する請求項２に記載の培養装置（１０）。
【請求項１１】
生物学的性質、化学的性質または電子化学的性質のうちの少なくとも１つを含むプロセスを実行することができる生体物質をさらに含み、前記生体物質が、前記生物媒体成長チャンバ内に収容され、前記生体物質が、均質な個別細胞、混合された個別細胞、オルガネラ、および細胞以下の物質のうちの少なくとも１つを含み、前記細胞以下の物質が、ウィルス、レトロウィルスおよびプリオン、ならびにミトコンドリア、ゴルジ体、小胞体および葉緑体のうちの少なくとも１つを含むオルガネラのうちの少なくとも１つを含む請求項１、２、３、４、５、６、７、８、または９に記載の培養装置（１０）
【請求項１２】
携帯型カートリッジ（１１）として構成される請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、または１１に記載の装置（１０）。
【請求項１３】
前記装置の外部の環境における生物学的病原体または汚染物質を検出する装置として構成された請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、または１１に記載の装置（１０）。
【請求項１４】
生物学的に得られる合成物を生成する方法であって、
生物媒体成長チャンバ（１４）と電子制御式噴射装置（１６、１６’）を備えるミクロ培養装置（１０）と関連付けられた成長チャンバ内に細胞物質（１２）を維持すること（２１０）、
前記電子制御式噴射装置（１６、１６’）によって、前記細胞物質（１２）の機能に影響を及ぼす可能性のある合成物を、前記細胞物質と接触させて導入すること（２２０）、及び
生物学的に得られる合成物を含む、前記細胞物質（１２）の代謝機能の副生成物を除去すること（２３０）を含む方法。
【請求項１５】
外部環境における汚染物質を検出する方法であって、
閉環境を画定する生物媒体成長チャンバ（１４）と、前記生物媒体成長チャンバに収容された細胞物質（１２）と、細胞機能をサポートする物質の供給源と連通した電子制御式噴射装置（１６、１６’）とを備える培養装置（１０）を、露出プロトコルに従って前記外部環境に曝すこと（１１０）、
環境物質を前記生物媒体成長チャンバ（１４）内に入れること（１２０）、及び
環境物質に曝されたときに前記細胞物質（１２）によって示される応答を測定すること（１３０）を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞培養装置ならびに生物学的細胞センサを利用することができるマイクロ装置を対象とする。本発明は、また、特に小さなポータブル・マイクロ流体パッケージ内で様々な細胞系を生存可能に維持する方法を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
細胞および細胞系の培養を管理するための様々な装置および方法が提案されてきた。そのような装置は、支持的物質、毒素、他の攻撃物質などの送出の管理を容易にすることができる。しかしながら、これらの装置はそれぞれ、改良及び強化に対しての課題となる特性を有する。典型的な培養装置は、最低でも数千の細胞の培養とメンテナンスを必要とする。数千以上の細胞を有する環境が、個別細胞または細胞以下のレベルでの反応および機能の研究または観察を困難にすることがあることが理解されている。したがって、１〜約１０，０００の細胞集団を維持できる細胞培養装置を提供することについての要求はほとんど満たされていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、細胞培養装置ならびに生物学的細胞センサを利用することができるマイクロ装置であって、特に小さなポータブル・マイクロ流体パッケージ内で様々な細胞系を生存可能に維持する方法を提供すること、且つ１〜約１０，０００の細胞集団を維持できる細胞培養装置の提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、貯蔵チャンバと、貯蔵チャンバと連通する噴射装置と、噴射装置と接する生物媒体成長チャンバとを含み、生物媒体成長チャンバが、閉じられた成長環境を画定（又は定義）する培養装置を対象とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明により、細胞培養装置ならびに生物学的細胞センサを利用することができるマイクロ装置であって、特に小さなポータブル・マイクロ流体パッケージ内で様々な細胞系を生存可能に維持する方法が提供され、且つ１〜約１０，０００の細胞集団を維持できる細胞培養装置が提供される。これにより、従来の培養装置における、最低でも数千の細胞の培養とメンテナンスを必要とすることに起因し、数千以上の細胞を有する環境が、個別細胞または細胞以下のレベルでの反応および機能の研究または観察を困難にしているとの問題を解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本明細書では、細胞媒体用の培養装置１０を開示する。培養装置１０は、細胞機能の維持に必要な大量の様々な物質を保持するように構成されたカートリッジ装置１１との組み合わせで図１に示されている。細胞培養装置１０は、関連付けられたカートリッジ１１に永久的または取り外し可能に取り付け得るように企図されている。培養装置１０は、また、分析や観察などをさらに容易にするように、カートリッジ１１などの適切なカートリッジに、取り外し可能に取り付け得るように企図されている。
【０００７】
図２と図３に示したように、細胞媒体(cellular media)用の培養装置１０は生物媒体(biomedia)成長チャンバ１４を含み、生物媒体成長チャンバ１４は細胞媒体を成長させ、培養し及び／又は研究することができる閉環境を画定する。培養装置１０は、また、生体機能をサポートする物質の供給源と連通した装置１６，１６’のような電子制御式噴射装置を含む。電子制御式噴射装置１６は、生物媒体成長チャンバ１４内に物質を放出する。図示した培養装置１０では、２つの電子制御式噴射装置１６、１６’が示されているが、細胞培養装置１０は、要望または必要に応じて、生物媒体成長チャンバに様々な物質を送出するのに必要な任意の数の電子制御式噴射装置を備え得ることが企図される。
【０００８】
本明細書で使用されるとき、「生物媒体」という用語は、個体細胞(individual cell)、同種の細胞コロニー、細胞以下のオルガネラ（細胞小器官）だけでなく細胞系が混合された細胞コロニー、ならびに、ウィルスやレトロウィルスなどのより原始的な微視的物質を意味するものと解釈される。そのような細胞以下のオルガネラの例には、限定するものではないが、ミトコンドリア、細胞核や核小体から得られるか又はそれらを含む物質などが含まれる。適切な生物媒体は、生物媒体成長チャンバ１４内に支持されることができ、かつ限られた期間、関心のある少なくとも１つの生体機能を、生物媒体成長チャンバ１４内で維持することができる物質である。
【０００９】
「細胞媒体」という用語は、限られた期間、生物媒体成長チャンバ１４の領域内で少なくとも１つの生体機能を果たすことのできる細胞以下のオルガネラ、並びに個別の無傷細胞を含むように解釈される。必要に応じて、細胞の為に成長または支持媒体と関連して働く血清などの物質を含むこともできる。実施される生体機能は、関連のある任意の化学的、生化学的、電気化学的または物理学的な機能を含むことができる。その例には、限定するものではないが、エネルギー輸送、ミトコンドリアＲＮＡ複製、ＡＴＰ／ＡＤＰ媒介エネルギー輸送、光合成、タンパク質合成などが含まれる。また、「細胞媒体」は、ウィルス、レトロウィルスなどの、より原始的な生体物質（生物学的な物質）を含み得るように企図されている。そのような生体物質は、限定するものではないが、複雑な多細胞生物体、単細胞生物体、異種または同種の細胞系、様々なクローン系、および細胞以下の物質を含む、任意の適切な供給源から得ることができる。
【００１０】
培養装置１０に使用されている電子制御式噴射装置１６、１６’は、適切な制御コマンドを受け取ったときに、生体機能に影響を与え及び／又は生体機能をサポートすることができる大量の関連物質を、生物媒体成長チャンバ１４内に放出できるものである。電子制御式噴射装置１６，１６’から導入される関連物質は、任意の適切な供給源から導入することができる。本発明の培養装置に使用するのに適した噴射装置技術の例には、インクジェット装置が備えている噴射装置および構造（アーキテクチャー）がある。そのような噴射装置には、限定するものではないが、サーマル・インクジェット装置、ピエゾ電気インクジェット装置などが含まれる。
【００１１】
電子制御式噴射装置１６、１６’によって送られる物質は、生体機能をサポートし及び／又は影響を与えるものである。「生体機能のサポート」は、この用語が本明細書で使用されるとき、その物質が、生物媒体成長チャンバ１４に含まれる細胞媒体１２を成長または維持するのに必要または望ましいものであることを意味するように解釈される。広義に解釈すると、生体機能をサポートし及び／又は影響を与える物質には、限定するものではないが、タンパク質やエネルギー源などの様々な栄養素、ならびに電解質、微量金属などが含まれる。生物媒体成長チャンバ１４に導入される栄養特性を変更また変化させるために、様々な栄養物質を様々な電子制御式噴射装置１６、１６’と関連付けることができる。電子制御式噴射装置１６、１６’は、また、生物媒体成長チャンバ内に、関与する又は調査中の他の物質を送るように構成することもできる。そのような物質には、接種原、潜在的毒素、および細胞物質の機能に影響を与える可能性のある他の物質があるが、これらに限定されない。
【００１２】
図面、特に図１〜図３に示したように、本発明の培養装置１０は、関連した電子制御式噴射装置１８、１８’と連通した貯蔵リザーバ１８、１８’を含む。貯蔵リザーバ１８、１８’は、生体機能のサポートに必要な物質を収容するのに十分な容積であるように企図される。図１に示したように、リザーバは、生物媒体成長チャンバ１４内に導入される物質を収容するのに適した数の個別の貯蔵チャンバとして、カートリッジ１１に含まれるように企図されている。一方、貯蔵リザーバ１８、１８’は、生物媒体成長チャンバ１４に収容される細胞媒体１２の性質および細胞培養装置１０が用いられる用途によっては、さらに著しく小さい容積を有するように構成し得るようにも企図されている。したがって、貯蔵リザーバ１８、１８’は、任意の適切な貯蔵基体上に配置されてもよく、また装置１０の有効寿命にわたって細胞活動をサポートするのに望ましい又は必要とされる任意のサイズのものでよいことが企図されている。
【００１３】
電子制御式噴射装置１６、１６’は、貯蔵リザーバ１８、１８’に収容された物質を個別の量で放出できるように、生物媒体成長チャンバ１４と連通した放出オリフィス２０、２０’内に構成される。生物媒体成長チャンバ１４は、噴射装置１６、１６’内に画定された放出オリフィス２０、２０’の上に重なるように位置決めされる。培養装置１０は、多数の電子制御式噴射装置１６、１６’に関連して、多数の放出オリフィス２０、２０’を含むように企図されている。生物媒体成長チャンバ１４は、多数の放出口と重なってもよい。
【００１４】
生物媒体成長チャンバ１４は、特定位置の細胞媒体の成長を維持及び促進するように構成された適切な生物媒体支持面２２を含むことができる。生物媒体支持面２２は、生体機能をサポートする物質の管理を容易にし且つ細胞媒体の所定の生体機能の観察と分析を容易にするように、噴射装置１６、１６’に対して位置決めされる。図３に示したように、生物媒体支持面２２は、チャンバ・ハウジング５４の一部分をなす。しかしながら、生物媒体支持面２２は、細胞媒体１２を培養及びサポートすることのできる個別の構造または従属する構造でもよい。
【００１５】
培養装置１０は、また、生物媒体成長チャンバ１４内への、管理された外部からのアクセスを可能する適切な機構（又は構造）を含むことができる。そのようなアクセスは、生物媒体成長チャンバ１４又はその局所領域内に攻撃物質を導入するような機能を達成するために必要とされることがある。攻撃媒体（攻撃物質）の例には、限定するものではないが、細胞媒体１２の生体機能を変更したり又は影響を与える可能性がある様々な接種複合物または合成物を含むことができる。接種複合物は、毒素、病原体、発育因子、特徴付けられたタンパク質（変性タンパク質など）、特徴付けられていないタンパク質、環境因子、または関連のある他の物質でよい。そのような機構（又は構造）の１つは、生物媒体成長チャンバ１４と生物媒体成長チャンバ１４の外部の環境との間の封止可能なアクセスを提供するためにチャンバ・ハウジング５４内に画定され且つ位置決めされた接種隔壁２４である。接種隔壁２４は、所望の接種媒体の導入を可能にする方法で、適切な接種注入器２７を生物媒体成長チャンバ内に取り外し可能に挿入できるように構成される。また、細胞媒体の生体機能または細胞媒体を取り囲む環境の状態を監視するために使用されることがあるプローブや他のセンサ装置などの他の機械装置を取り外し可能にして出すために、接種隔壁などの進入機構を使用することができる。
【００１６】
また、生物媒体成長チャンバ１４内に個別の量の適切な接種媒体を導入できるようにするために、適切な電子制御式噴射装置１６’と連通した貯蔵リザーバ１８’などの適切な接種貯蔵リザーバから接種複合物を導入することができる。この開示の目的に関して、「接種媒体」の用語は、細胞媒体１２内の反応を促すことができる任意の複合物または合成物として定義される。そのような物質には、限定するものではないが、疑わしいか又は確認された病原体、突然変異誘発剤、組換え生体物質ならびに前述の環境（因子）およびタンパク質物質が含まれる。
【００１７】
培養装置１０は、また、生物媒体成長チャンバ１４と関連付けられた適切な廃液除去機構（又は、廃液除去構造）を含むことができる。かかる廃液除去機構は、生物媒体成長チャンバ１４内の環境を、細胞媒体１２の生体機能を維持し促進するのに適したバランス（調和状態）に維持するために、生体機能の副生成物を除去することができる。廃液除去機構は、図３に示したチャンバ２６のような適切に構成された貯蔵チャンバと連通する、適切なマイクロ流体ポンプでよい。マイクロ流体ポンプは、廃棄物質を除去するために、適切なオリフィス３０と連通する噴射装置２８のような、適切に構成された電子制御式噴射装置でよい。
【００１８】
生物媒体成長チャンバ内の適切な平衡を確保できるように、栄養素や他の媒体などの物質の導入と廃液の除去のバランスをとることが企図されている。成長チャンバ内で適切または所望の流体レベルを維持する為に、廃液除去機構を構成するマイクロ流体ポンプ及び／又は他の装置の動作を、生物媒体成長チャンバ内に物質を導入する装置と同期させることができる。
【００１９】
培養装置１０は、また、閉じられた生物媒体成長環境内の温度を調整することができる少なくとも１つの加熱機構（又は加熱構造）を含むことができる。図３に示したように、温度調整は、関連した電子制御式噴射装置の一部である様々な抵抗器３２の動作によって達成することができる。抵抗器３２は、環境（取り囲んでいる事物等を含む）を直接加熱するか、あるいは様々な電子制御式噴射装置１６、１６’から導入された物質の温度を高めることによって環境を間接的に加熱することもできる。
【００２０】
図３に示した細胞媒体１２は、複数の細胞として示されているが、この装置は、化学的又は生物学的性質の機能を維持または達成でき且つ生物媒体成長チャンバ１４内に含まれている任意の適切な細胞物質を含むことができることを理解すべきである。そのような物質は、装置を組み立てる際に生物媒体成長チャンバ１４に導入することができ、或いは組み立て後に任意の適切な手段または機構（構造）によって導入することができるように企図されている。細胞物質は、不活性状態に維持され、そして適切な栄養物質を受け取ったときに活性化され得るように企図されている。あるいは、細胞物質は、培養装置１０の意図された機能および目的によっては、不活性でない状態に維持されてもよい。本発明の装置に組み込むことができる細胞物質には、限定するものではないが、まとまりのある均質な細胞系の個別細胞、多数の分化され又は分化されていない細胞系の個別細胞、ウィルスやレトロウィルスを含むがこれらに限定されない個別の同定可能な細胞より小さい構造、およびオルガネラや他の物質のうちの少なくとも１つを含む。細胞のオルガネラ及び物質には、限定するものではないが、ミトコンドリア、ゴルジ体、様々な葉緑体、小胞体、核小体（仁）などの細胞核物質などが含まれる。
【００２１】
図３に示し図４に図式的に表したように、開示した培養装置１０は、生物媒体成長チャンバ１４と関連付けられた少なくとも１つの適切な監視およびセンサ装置３４を含むこともできる。センサ装置は、作用又は直接的または推測で個別細胞上または細胞内で行われる作用を監視することができる。センサ装置３４は、また、生物媒体成長チャンバ１４の環境に関係する少なくとも１つの重要な因子を監視することもできる。そのような因子の例には、限定するものではないが、温度、環境のｐＨ、空気の品質または組成などが含まれる。生物媒体成長チャンバ１４の環境を含む因子の観察と分析により、生物媒体成長チャンバの全般的な健康状態および作用に関する情報を得ることができる。また、そのような情報を使って、生物媒体成長チャンバ内の細胞物質の健康状態及び／又は作用に関する情報を推測できることを理解すべきである。センサ装置３４は、生物媒体成長チャンバ内のコンディションを調整し及び／又は記録するために、データを取得し、そのデータを図４に示した適切なコントローラ３６に送る適切な機能を有する。
【００２２】
電子制御式噴射装置１６、１６’の動作は、適切に構成された制御電子機器のような適切な制御機構によって管理することができ、当該制御装置は、細胞培養装置１０と関連付けられ、且つ様々な噴射装置１６、１６’と電子通信するように配置される。本明細書に開示したように、電子制御式噴射装置１６、１６’の動作は、制御電子機器３６によって管理される。制御電子機器３６は、任意の適切な場所の中又は上に保持することができる。図２に示した態様では、制御電子回路３６は、細胞培養装置１０の基体５０と組み合わされて（即ち一体化されて）示されている。制御電子回路３６は、図４にも図式的に示されている。開示した細胞培養装置１０内またはそれと共に使用される制御電子機器３６は、電子制御式噴射装置１６、１６’及び／又は廃液除去機構２８で実行可能な少なくとも１つのコマンドを生成することができる。
【００２３】
開示した細胞培養装置１０において、制御電子機器３６は、また、外部入力を受け取り及び／又は装置の外部にデータまたは信号を提供する機能を有することができる。これは、インタフェース３８として図式的に示されている。開示したように、インタフェース３８は、調査装置（又は研究装置：investigational device）４０のような適切な調査又は監視装置と電子通信することができる。
【００２４】
図２と図３に最もよく示したように、培養装置１０は、スロット５２が中に画定された基体５０を含むことができる。スロット５２は、調整されていないアクセスが望ましいか又は必要とされるような状況において、収容されている物質への連続的なアクセスを可能にするために、チャンバと連通し得ることが企図されている。図５からもよく分かるように、基体５０内または基体５０と関連して複数の電子制御式噴射装置１６、１６’を画定することができる。それぞれの電子制御式噴射装置は、適切な貯蔵リザーバと連通して、生物媒体成長チャンバ１４内に物質を送り、またはそこから成分を除去する。スロット５２は、投与量が重要でない、栄養素などの物質を連続的に加えることができるように企図されている。１６、１６’および２８などの電子制御式噴射装置を使用して、生物媒体成長チャンバ１４内に別個の量の物質を定量供給し及び／又は除去することができる。
【００２５】
図３から最も十分よく分かるように、ハウジング５４は基体５０に重なる関係であり、生物媒体成長チャンバ１４を画定する。ハウジング５４は、培養チャンバに収容された細胞物質の観察を容易にする、少なくとも１つの領域を含むことができる。ハウジング５４は、透明でもよく、あるいは透明領域を含み得ることが考えられる。この透明領域は、限定するものではないが、顕微鏡や走査電子顕微鏡などの視覚を増強させる装置を含む様々な調査装置４０による観察を可能にする。また、調査装置４０は、赤外線走査装置や電子蛍光検出装置などの多くの装置に基づき得ることが企図されている。さらにまた、ハウジング５４のいくつかの領域は、実行可能で適切になときに、例えば細胞温度などの変化のようなデータを送るように構成し得ることが企図されている。他の観察および分析方法は、本発明の範囲内であると考えられる。したがって、そのような観察を容易にするハウジング材料は、本発明の範囲内であると考えられる。
【００２６】
ハウジング５４は、また、アクセス入口などを含むことができる。そのようなアクセス入口には、図３に示した注入器２７と関連付けられたアクセス隔壁、ならびに装置１０の最終的な使用目的に適した方法で外部環境と通信するアクセス入口がある。細胞培養装置を使用する試験プロトコルが周囲環境との相互作用を必要とする場合には、そのような相互作用を可能にし及び／又は調整するために、ハウジング５４に他の入口やオリフィスなどを配置することができる。そのような非限定的な１つの例は、周囲環境に存在する物質パネルの所定の有毒物質に対する作業者の暴露に関する監視または試験である。そのような状況において、細胞培養装置１０のハウジング５４は、物質が周囲環境から生物媒体成長チャンバ１４に入ることを可能にする適切なアクセスオリフィスで構成し得るように企図される。
【００２７】
培養装置１０は、電子制御式噴射装置１６と関連したスロット５２とオリフィス２０、２０’が、研究中の細胞媒体の進入を防ぐように構成され且つサイズが決められるように、構成し且つ寸法を決めることができる。したがって、生物媒体支持領域２２は、１〜１０，０００個の細胞の生物学的および／または化学的機能を維持するようにサイズが決められることが企図されている。また、スロット５２ならびにオリフィス２０、２０’は、生物媒体成長チャンバ１４から物質の進入を防ぐのに十分に小さなサイズになるように意図されている。
【００２８】
また、電子制御式噴射装置と関連したスロット５２や開口部などの領域への生物媒体の進入は、適切な機械的または化学機械的装置によって遅らせることができる。そのような例には、限定するものではないが、放出された液滴を通すが生物媒体物質の進入を防ぐノズルおよびスロット形状ならびにノズル口上の水不溶性薄膜部材の介在物などが含まれる。
【００２９】
生物媒体成長チャンバ１４は、複数のサブチャンバを含むように構成することができる。それぞれのサブチャンバは、所定のサブチャンバ内で望ましいか又は必要とされる栄養素、接種剤および様々な他の物質を提供するように、適切な電子制御式噴射装置及びスロットから供給されることが企図されている。開示したような細胞培養装置１０は、適切な電子噴射装置およびスロットによって供給される様々なサブチャンバを含む複数のサブチャンバを備え得るように企図されている。複数のサブチャンバは、スロットに対して垂直方向に向けられて一つの装置を生じさせ、それにより単一の培養装置内で、異なる試験条件または変化を実施することができる。
【００３０】
ハウジング５４は、生物媒体成長チャンバ１４を、複数の個別且つ隔離されたサブチャンバに分割するように構成することができる。各サブチャンバは、特定数の細胞または一定量の生体物質を含むように構成することができる。個々のサブチャンバは、細胞物質の性質または行われる研究に応じて、互いの相互作用に基づいて（相互作用のないように）隔離されてもよく、あるいは相互作用を限定及び／又は制御できるように構成されてもよい。仕切り５８は、サブチャンバを画定するために、生物媒体成長チャンバ１４内に配置し得るように企図されている。図２に示したように、仕切り５８は、ハウジング５４の内側面に接触状態で継ぎ合わせることができ、また所望のサブチャンバを画定するようにスロット５２に対して垂直に延びることができる。したがって、各サブチャンバは、必要に応じて、関連した貯蔵リザーバ１８、１８’と連通する噴射装置１６、１６’と関連付けられた一連のノズル部材、ならびに廃液除去装置によって供給される。このようにして、栄養素、接種剤、および様々な物質を各サブチャンバに導入し且つ各サブチャンバから除去することができる。様々なサブチャンバ内で様々な異なる細胞系を培養して様々な投与応答を研究し決定する為に、サブチャンバの構成を使用し得ることが企図されている。また、様々なサブチャンバは、反応の違いを決定するために、様々な露出（又は暴露）処方計画（exposure regimens）において様々な接種剤を導入する同一または類似の細胞系を保持し得ることが企図されている。
【００３１】
要求または要望される場合、周囲環境からの適切な分離をもたらす何らかの適切な機構（又は構造）によって、ハウジング５４を基体５０に取り付けることができる。図３に示した態様では、基体５０とハウジング５４の間に適切な封止部材５６が配置される。さらに、ハウジング５４と基体５０は、ハウジング５４を基体５０にしっかり取り付け且つ位置決めするために、ロケーター（位置決め手段）６０や位置決め溝（図示せず）のような適切な位置決め手段を含むことができる。
【００３２】
開示した培養装置１０は、２つの貯蔵リザーバ１８、１８’と廃液貯蔵リザーバ２６を含んでいるが、任意の数の物質供給源とそれに関連したリザーバを使用し得ることが企図されている。したがって、本発明の培養装置１０は、様々な栄養素や添加剤などを導入するための専用の噴射装置を含むことができる。また、様々な割合の物質を培養装置１０に導入するようにして、栄養素および／または接種剤を様々な貯蔵リザーバに貯蔵し得ることが企図されている。
【００３３】
図１に示したように、開示した培養装置１０は、適切なカートリッジ１１に組み込まれてもよい。要望に応じて、カートリッジ１１はハウジング４６で構成され、ハウジング４６は、その中に画定されたリザーバ内に生体機能の維持に使用される様々な物質を収容するように構成される。培養装置１０は、また、適切な電気および／または電子インタフェース４８を含むことができ、当該インタフェース４８は、培養装置１０およびその内容物に関する詳細のみならず、カートリッジ４４に収容された物質に関する情報を受領及び／又は情報を伝達するために外部装置と通信する。
【００３４】
また、本発明の培養装置には、細胞ベースの感知システムまたは細胞センサとして細胞媒体を組み込み得ることが企図されている。本明細書で使用されるとき、「細胞センサ」という用語は、生物学的／電子的インタフェースを有するシステムとして定義される。生物学的な構成要素は、刺激に対して生物学的な応答を生成することができる。電子的な構成要素は、その応答を検出し、その応答に基づく信号を送ることができる。検出される刺激は、複合物または合成物への露出等、かなり多数の事柄でよい。生物学的応答は、限定するものではないが、細胞膜特性の変更、タンパク質合成の変化、様々な代謝機能の変化などを含む多くの応答機構のいずれかであってよい。
【００３５】
細胞ベースの生体センサまたは細胞センサには、限定するものではないが、電子嗅覚装置などの嗅覚検出装置、疾患出現状態の監視、毒素形成の防護のような、様々な用途に使用される装置が含まれる。そのようなシステムは、センサ要素として様々な的確な細胞系を利用することができる。使用される細胞のタイプは、生物学的因子の非特異的な検出によく適合したものでよい。細胞センサ・システムに使用されるのに望ましい細胞系のタイプの一例は、様々な因子の非共形生物学的毒性検出要素として働くことができる細胞系である。そのような細胞系の１つの非限定的な例は、ベタスプレンデン（ｂｅｔｔａ  Ｓｐｌｅｎｄｅｎ）などの色素胞タイプの細胞である。そのような細胞は、典型的に、末梢神経からの、及び様々な循環ホルモンを経由した信号の結果として生じる細胞応答を示す。この信号は、細胞表面の特定のレセプタによって媒介され、顔料粒子の微小管関連の動きを伴う。本発明の培養装置に細胞系を組み込むことにより、長期間の細胞の健康と働きを維持することができる。様々な細胞系からの一次組織の隔離集団の生存と働きは、長い生存能力を示すことができる。
【００３６】
色素胞などの細胞系を、本明細書に開示した細胞培養装置１０の生物媒体成長チャンバ１４内の細胞センサ構成に組み込んで、限定するものではないが、神経伝達物質、アドレナリン拮抗体、セロトニン拮抗体、ホルモン、細胞骨格抑制物質、信号形質導入モジュレータ、膜電圧モジュレータ、神経毒、タンパク質キナーゼモジュレータ、多環式および芳香族炭化水素、心因性剤、植物性剤、病原性バクテリア、非特性化藻毒素、純化細菌タンパク質毒素、病原菌、細菌性隔離集団、抗菌剤、菌類、抗真菌および抗原虫性剤、有機燐酸エステル神経物質を含む幅広い様々な物質を検出したり研究したりすることができる。
【００３７】
次に、図６を参照すると、外部環境における汚染物質または病原体を検出する方法が開示され、ここで、培養装置１０は、参照数字１１０のような適切な露出プロトコルによって外部環境に曝される。参照数字１２０のように、適切な量の環境サンプルを入れることによって露出を達成することができる。参照数字１３０において、環境物質に曝されたときの細胞物質による応答が測定される。検出方法を実施する際に、細胞培養装置１０に適切な細胞センサを使用することができる。監視する環境が、適切に監視することができる気体または液体で構成され得るように意図されているが、この方法および装置を、気体媒体中の様々な生物毒素への暴露を検出し監視するために有利に使用できることが予想される。さらにこの検出方法の実施に関しては、適切な監視及び決定の為に、汚染物質媒体の進入のタイミングを合わせたりその進入を制御できることが意図されている。制御は、進入を許可または開始する封止部材の除去を含むことができる。また、制御は、細胞センサの露出を制御する為に任意の進入開口部のサイズを調整して、適切な操作プロトコルおよび処方計画に従う適切な機能および操作の為の検出範囲内に留まるようにすることができる。
【００３８】
この方法は、本明細書で開示した細胞培養装置１０を適切に構成された検出装置内で使用することによって実施することができる。生物病原体を検出するために、細胞センサと細胞センサ応答機構を広義に含むような適切な検出装置を使用することができる。細胞センサは、電子制御式噴射装置が連通している成長チャンバ内に保持される。噴射装置は、大量の複合物を成長チャンバ内に送る。センサ装置は、環境物質を細胞センサ内に送ることができる細胞センサ成長チャンバと連通する入口を含むことができる。適切な細胞センサは、神経物質、病原菌、タンパク質毒素、神経毒、細菌性毒素および菌性樹脂のうちの少なくとも１つに感度を示す生物学的隔離集団である。
【００３９】
また、図７において開示且つ説明しているのは、生物学的に得られた合成物を生成する方法であり、そこにおいて、生体機能物質は、細胞培養装置１０などのミクロ培養装置と関連付けられた成長チャンバ内に維持される（符号２１０参照）。参照符号２３０において、生体機能物質の少なくとも１つの副生成物代謝機能が、成長チャンバから除去される。参照符号２４０において、要望または必要に応じて、除去された代謝機能の副生成物は、収集し処理することができる生物学的に得られた（又は派生した）合成物を含む。参照数字２２０で示したように、開示した方法は、また、生体機能物質の機能に影響を及ぼし得る追加の合成物を、生体機能物質に接触させて導入する段階を意図している。生体機能に影響を与える可能性のある適切な物質は、限定するものではないが、所望の生体物質の生成を刺激する遺伝的な変質物質(genetic alteration material)の攻撃細菌抗原などを含む。適切な生体物質には、限定するものではないが、様々なタンパク質、ホルモン、免疫学的物質などが含まれる。
【００４０】
本発明を、現在最も実用的で好ましい実施形態と考えられるものに関連付けて説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されず、それどころか、併記の特許請求の範囲の趣旨および範囲内に含まれる様々な修正および均等な構成を対象として含むように意図されており、特許請求の範囲は、法律の下で許可されたそのようなすべての修正および均等な構成を含むように最も広い解釈が与えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】関連するカートリッジと連通する細胞培養装置の斜視図である。
【図２】図１の培養装置の斜視図である。
【図３】図２の細胞培養装置の断面図である。
【図４】図３の培養装置の概略図である。
【図５】図２の培養装置の基体部分の平面図である。
【図６】図２の培養装置を使用する監視および検出方法のプロセス図である。
【図７】図２の培養装置を利用する合成法のプロセス図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  培養装置
１２  細胞媒体
１４  生物媒体成長チャンバ
１６、１６’  電子制御式噴射装置
１８、１８’  貯蔵リザーバ
２０、２０’  オリフィス
２２  生物媒体支持面
２８、３０  廃液除去機構
３６  コントローラ
５０  基体
５２  スロット
５８  仕切り
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図３】
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