(57)【要約】  本明細書に、試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の相互作用を判定するためのシステムについて記載し、システムは、（ｉ）試験雰囲気を含むガスの第一の容積を包含するように構成される、チャンバーと、（ｉｉ）ガスを受け入れ排出するように適合し、第一のポートを通るガスの流れを調節するための弁を備える、第一のポートであって、弁は、開閉位置間を動くことが可能であり、開位置で弁は、試験雰囲気または周囲空気の方へ開くことが可能な、第一のポートと、（ｉｉｉ）ガスを受け入れ排出するように適合し、第二のポートを通るガスの流れを調節するための弁を備える、第二のポートであって、弁は、開閉位置間を動くことが可能である、第二のポートと、（ｉｖ）チャンバーの中のピストンプレートであって、ピストンプレートは、チャンバーの中へのガスの取り込みまたは流入のための一つ以上の隙間を備え、隙間のうちの一つ以上または各々は、開閉位置間を動くことが可能で、ガスの取り込みまたは流入を調節することができる、弁を含む、ピストンプレートと、を備える、（ａ）第一のポンプと、（ｉ）ガスの第二の容積を包含するように構成されるチャンバーであって、ガスの第一および第二の容積が異なる、チャンバーと、（ｉｉ）ガスを受け入れ排出するように適合するポートと、（ｉｉｉ）第二のポンプの動作を制御するためのモーターとを備える、（ｂ）第二のポンプと、（ｃ）第一のポンプから第二のポンプの中へ、ガスを伝達するように動作可能な接続構造と、（ｄ）第一のポンプもしくは第二のポンプ、もしくは接続構造の壁、またはそれらの二つ以上の組み合わせの中にある、一つ以上の開口部であって、開口部は、細胞培養液の包含、もしくはチャンバー中の状態の監視、またはガスサンプリングもしくはガスの特徴付けのために、モジュールを受け入れることができる、一つ以上の開口部と、を備える。【選択図】図１
2020527045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の相互作用を判定するためのシステムであって、
（ａ）  第一のポンプであって、
（ｉ）  試験雰囲気を含むガスの第一の容積を包含するように構成される、チャンバーと、
（ｉｉ）  ガスを受け入れ排出するように適合し、第一のポートを通る前記ガスの流れを調節するための弁を備える、前記第一のポートであって、前記弁は、開閉位置間を動くことが可能であり、前記開位置で前記弁は、試験雰囲気または周囲空気の方へ開くことが可能な、第一のポートと、
（ｉｉｉ）  ガスを受け入れ排出するように適合し、第二のポートを通る前記ガスの流れを調節するための弁を備える、前記第二のポートであって、前記弁は、開閉位置間を動くことが可能である、第二のポートと、
（ｉｖ）  前記チャンバーの中のピストンプレートであって、前記ピストンプレートは、前記チャンバーの中へのガスの取り込みまたは流入のための一つ以上の隙間を備え、前記隙間のうちの一つ以上または各々は、開閉位置間を動くことが可能で、前記ガスの取り込みまたは流入を調節することができる、弁を含む、ピストンプレートと、
（ｖ）    前記第一のポンプの動作を制御するためのモーターと、を備える、第一のポンプと、
（ｂ）  第二のポンプであって、
（ｉ）  ガスの第二の容積を包含するように構成されるチャンバーであって、前記ガスの第一および第二の容積が異なる、チャンバーと、
（ｉｉ）  ガスを受け入れ排出するように適合するポートと、
（ｉｉｉ）  前記第二のポンプの動作を制御するためのモーターと、を備える、第二のポンプと、
（ｃ）  前記第一のポンプから前記第二のポンプの中へ、前記ガスを伝達するように動作可能な接続構造と、
（ｄ）  前記第一のポンプもしくは前記第二のポンプ、もしくは前記接続構造の壁、またはそれらの二つ以上の組み合わせの中にある、一つ以上の開口部であって、前記開口部は、細胞培養液の包含、もしくは前記チャンバー中の状態の監視、またはガスサンプリングもしくはガスの特徴付けのために、モジュールを受け入れることができる、一つ以上の開口部と、を備える、システム。
【請求項２】
ガスの容積を移動させるためのポンプであって、
（ｉ）  ガスの容積を包含するように構成され、基部と、細胞培養液を包含するため、もしくは前記チャンバーの中の状態を監視するため、またはガスサンプリングもしくはガスの特徴付けのために、一つ以上のモジュールを受け入れることができる、一つ以上の開口部とを備えるチャンバーと、
（ｉｉ）  前記チャンバーの中に包含されるとき、前記ガスを受け入れ排出するための、第一のポートであって、前記第一のポートを通る前記ガスの流れを調節するための第一の弁を備え、前記第一の弁は、開閉位置間を動くことが可能であり、前記開位置で前記弁は、試験雰囲気または周囲空気の方へ開かれうる、第一のポートと、
（ｉｉｉ）  前記チャンバーの中に包含されるとき、ガスを受け入れ排出するための、第二のポートであって、前記第二のポートを通る前記ガスの流れを調節するための第二の弁を備え、前記弁は、開閉位置間を動くことが可能である、第二のポートと、
（ｉｖ）  前記チャンバーの中のピストンプレートであって、前記ピストンプレートは、前記チャンバーの中へのガスの取り込みまたは流入のための一つ以上の隙間を備え、前記隙間のうちの一つ以上または各々は、開閉位置間を動くことが可能で、前記ガスの取り込みまたは流入を調節することができる、弁を含む、ピストンプレートと、を備える、ポンプ。
【請求項３】
ガスの容積を移動させるためのピストンポンプであって、
（ｉ）  ガスの容積を包含するように、およびチャンバーの中へのガスの取り込みのための一つ以上の隙間を備える、ピストンプレートを包含するように構成される、前記チャンバーであって、前記隙間のうちの一つ以上または各々は、開閉位置間を動くことが可能で、前記ガスの取り込みまたは流入を調節することができる、弁を含む、チャンバーと、
（ｉｉ）  前記ガスを受け入れるための第一のポートであって、前記第一のポートを通る前記ガスの流れを調節するための第一の弁を備え、前記第一の弁は、開閉位置間を動くことが可能である、第一のポートと、
（ｉｉｉ）  前記チャンバーの中に包含されるとき、ガスを排出するための第二のポートであって、前記第二のポートを通る前記ガスの流れを調節するための第二の弁を備え、前記弁は、開閉位置間を動くことが可能である、第二のポートと、を備える、ピストンポンプ。
【請求項４】
ガスの容積を移動させるためのポンプであって、
（ｉ）  ガスの容積を包含するように構成されるチャンバーであって、基部と、細胞培養液を包含するため、もしくは前記チャンバーの中の状態を監視するため、またはガスサンプリングもしくはガスの特徴付けのための、一つ以上のモジュールとを備える、チャンバーと、
（ｉ）  前記ガスを受け入れて排出するために動作可能なポートと、を備える、ポンプ。
【請求項５】
少なくとも二つのポンプの間をガスが伝達するために、それらを接合するように適合する接続構造であって、前記接続構造の前記壁に、中空チャネル、および一つ以上のねじ式開口部または非ねじ式開口部を備える、接続構造。
【請求項６】
請求項２または請求項３に記載の前記ポンプと、請求項４に記載の前記ポンプとを備えるシステム。
【請求項７】
請求項１または請求項６に記載の前記システムの使用を含む、試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の前記相互作用の模擬実験をするための方法。
【請求項８】
試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の前記相互作用の模擬実験をするための、請求項１または請求項６に記載の前記システムの使用。
【請求項９】
請求項１または請求項６に記載の前記システムの前記使用を含む、模擬呼吸気管に包含される細胞の培養物への、試験雰囲気の効果を判定するための方法。
【請求項１０】
模擬呼吸気管に包含される細胞の培養物への、試験雰囲気の前記効果を判定するための、請求項１または請求項６に記載の前記システムの使用。
【請求項１１】
模擬呼吸気管に包含される細胞の培養物への、試験雰囲気の前記効果を判定するための方法であって、
（ａ）  請求項１または請求項６に記載の前記システムを提供することであって、前記システムは、前記モジュールのうちの一つ以上の中に、細胞の培養物を包含する、ことと、
（ｂ）  前記試験雰囲気への曝露の前および／または後に、前記細胞の培養物を比較することであって、前記細胞の前記試験雰囲気への曝露の前および／または後における、前記細胞の培養物の差は、前記試験雰囲気によって前記細胞の培養物をもたらすことを示す、ことと、を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１または請求項６に記載の前記システムの中で、試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の前記相互作用の模擬実験をするための方法であって、
（ａ）  前記第一のポンプの前記第一の弁を開き、前記第一のポンプの前記第二の弁を閉じて、試験雰囲気を含むガスを、前記第一のポートを介して前記第一のポンプへ提供することと、
（ｂ）  前記第一のポンプの前記第一の弁を閉じて、前記第二の弁を開き、前記第一のポンプの前記ピストンプレート上の前記弁を閉じることと、
（ｃ）  前記第二のポンプを操作して、前記試験雰囲気を前記接続構造の中へ引き込み、前記第一のポンプの前記チャンバーおよび前記接続構造を、周囲空気で流すことと、
（ｄ）  前記第一のポンプの前記第一の弁を、前記周囲空気の方へ開き、前記第一のポンプの前記第一のポートと前記第二のポートとの間に密封接続を形成することと、
（ｅ）  ある時間後に、前記第二のポンプを使用して、前記接続構造を通って、前記第一のポンプの前記第一の弁を通って、前記試験雰囲気を移動させることと、を含む方法。
【請求項１３】
請求項１または請求項６に記載の前記システムの中で、模擬呼吸気管への試験雰囲気の前記効果を判定するための方法であって、
（ａ）  前記第一のポンプの前記第一の弁を開き、前記第一のポンプの前記第二の弁を閉じて、試験雰囲気を含むガスを、前記第一のポートを介して前記第一のポンプへ提供することと、
（ｂ）  前記第一のポンプの前記第一の弁を閉じて、前記第二の弁を開き、前記第一のポンプの前記ピストンプレート上の前記弁を閉じることと、
（ｃ）  前記第二のポンプを操作して、前記接続構造を通って前記試験雰囲気を引き込み、前記第一のポンプの前記チャンバーおよび前記接続構造を、周囲空気で流すことと、
（ｄ）  前記第一のポンプの前記第一の弁を、前記周囲空気の方へ開き、前記第一のポンプの前記第一のポートと前記第二のポートとの間に密封接続を形成することと、
（ｅ）  ある時間後に、前記第二のポンプを使用して、前記接続構造を通って、前記第一のポンプの前記第一の弁を通って、前記試験雰囲気を移動させることと、を含み、
前記試験雰囲気が、前記第一のポンプ、もしくは前記接続構造、もしくは前記第二のポンプ、またはそれらの二つ以上の組み合わせの中に位置する、一つ以上のモジュールの中に位置する細胞培養物と接触し、前記方法は、前記細胞培養物への前記試験雰囲気の前記効果を判定する、前記さらなる工程を含み、前記試験雰囲気への曝露の前および／または後の前記細胞培養物の差が、前記試験雰囲気によって前記細胞培養物をもたらすことを示す、方法。
【請求項１４】
試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の前記相互作用の模擬実験をするための方法であって、
（ａ）  試験雰囲気を第一のポンプのチャンバーへ提供することと、
（ｂ）  前記第一のポンプから、前記第一のポンプを第二のポンプへ接合する接続構造の中へと、前記試験雰囲気を取り除くことと、
（ｃ）  前記第一のポンプ、および前記接続構造の少なくとも一部分を、周囲空気で流すことと、
（ｄ）  定義される時間中、前記第二のポンプおよび前記接続構造の中に前記試験雰囲気を保持することと、
（ｅ）  前記第二のポンプを使用して、前記接続構造および前記第一のポンプの中へ、前記試験雰囲気を移動させることと、
（ｆ）  前記第二のポンプの中で、前記周囲空気の一回以上のポンプサイクルを行うことと、を含み、
前記試験雰囲気は、前記第一のポンプ、もしくは前記接続構造、もしくは前記第二のポンプ、またはそれらの二つ以上の組み合わせの中に位置する、細胞培養物に接触する、方法。
【請求項１５】
模擬呼吸気管への試験雰囲気の前記効果を判定するための方法であって、
（ａ）  試験雰囲気を第一のポンプのチャンバーへ提供することと、
（ｂ）  前記第一のポンプから、前記第一のポンプを第二のポンプへ接合する接続構造の中へと、前記試験雰囲気を取り除くことと、
（ｃ）  前記第一のポンプ、および前記接続構造の少なくとも一部分の、周囲空気による流し出しと、
（ｄ）  定義される時間中、前記第二のポンプおよび前記接続構造の中に前記試験雰囲気を保持することと、
（ｅ）  前記第二のポンプを使用して、前記接続構造および前記第一のポンプを通って、前記試験雰囲気を移動させることと、
（ｆ）  前記第二のポンプの中で、前記周囲空気の一回以上のポンプサイクルを行うことと、を含み、
前記試験雰囲気が、前記第一のポンプ、もしくは前記接続構造、もしくは前記第二のポンプ、またはそれらの二つ以上の組み合わせの中に位置する、一つ以上のモジュールの中に位置する細胞培養物と接触し、前記方法は、前記細胞培養物への前記試験雰囲気の感情を判定する、前記さらなる工程を含み、前記試験雰囲気への曝露の前および／または後の前記細胞培養物の差が、前記試験雰囲気によって前記細胞培養物をもたらすことを示す、方法。
【請求項１６】
請求項１４もしくは請求項１５に記載の前記方法を行うように構成される、または適合する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、呼吸気管およびその呼吸行為の構造ならびに／または機能の模擬実験に関する、とりわけ、装置、システム、方法、および使用に関する。本発明は、検査薬（例えば、試験雰囲気中の吸入可能な薬剤）と呼吸気管との間の相互作用を調べるのに有用である。特に、本発明はヒトの呼吸気管の模擬実験に関係している。
【背景技術】
【０００２】
呼吸器系は、鼻および上気道から、ガス交換が行われる肺の肺胞表面へと走っている。吸入エアロゾルは、口から上気道を通って移動し、最終的に肺胞に達する。エアロゾルが呼吸気管の中へより深く移動すると、より可溶性のあるガスが吸収され、エアロゾル粒子が気道および肺胞の中深くに堆積する。本発明の状況で対象となる一つのある特定のエアロゾルは、模擬呼吸気管へのまたは模擬呼吸気管を通る煙の影響を研究しうるような、たばこの煙などの煙である。
【０００３】
既存のエアロゾル曝露システムは、最も一般的には、連続的で一方向性のエアロゾルの流れ、または受動的な沈降のいずれかに依存する。連続的なエアロゾルの流れは、陽圧または陰圧によって発生し、エアロゾルは、生物学的試験システムへ垂直に方向付けられるか、または生物学的試験システムの平面と平行な方向に流出する。この曝露モードでの用量送達効率は、主に、曝露チャンバーの形状、および試験エアロゾルの流速の関数である。しかしながら、口、息止め時間、およびヒトの呼吸（すなわち、吸息および呼息）中に生じる動的流動パターンは、現行のエアロゾル曝露システムでは模擬実験できない。インビボ状況の典型的な用量送達、特に、粒子状およびガス状のエアロゾル成分の相対的な送達は、それゆえ、達成される可能性が低い。加えて、誘導気道の選別作用は、典型的な手段では模擬実験ができない。したがって、現行のエアロゾル曝露システムでは、同じエアロゾル粒子サイズ分布のエアロゾルが、例えば、気管支細胞培養および鼻汁培養で使用される。しかしながら、生体の中では、より大きいエアロゾル粒子は、主に上方呼吸気管でエアロゾルと相互作用し、そこから除去されるが、呼吸気管のより深い領域が、主により小さいエアロゾル粒子サイズおよびガス状成分に曝露する。加えて、連続的な流れの曝露システムでは、エアロゾルの希釈は、曝露チャンバー近傍の上流で、希釈空気を連続的にエアロゾルへ追加することによって達成される。しかしながら、喫煙行為を生物有機体の中のように模擬実験する場合、この希釈モードは、大容量の希釈空気と共に呼吸気管の中へ引っ張られる前に、非常に高密度のエアロゾルが、最大数秒間熟成することが可能になる、口での保持期間に対処しないため、生物体の典型ではない。
【０００４】
受動的なエアロゾル沈降では、試験エアロゾルは、生物学的試験システムの底に位置する、チャンバーの中へ注入される。エアロゾルが注入されると、エアロゾルは、通常重力によって試験システム上に沈降することが可能になる。エアロゾル粒子の試験システムへの静電気引力を使用して、エアロゾル粒子の堆積を増大させてもよい。ナノサイズのエアロゾル粒子は、沈降効率が低いため、特に、静電気引力が必要とされうる。大きいエアロゾル粒子、小さいエアロゾル粒子、およびガス状エアロゾル成分の差分による相対的な送達は、生体の中で生じるプロセスの典型ではないため、ガス状成分だけでなく、様々なサイズおよび密度のエアロゾル粒子を包含する複合エアロゾルへの曝露は、受動的なエアロゾル沈降システムでは実施できない。
【０００５】
当業界では、呼吸気管を研究するために改良された、模擬実験システムへの継続的なニーズがある。
【発明の概要】
【０００６】
第一の態様では、試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の相互作用を判定するためのシステムを提供し、システムは、（ｉ）試験雰囲気を含むガスの第一の容積を包含するように構成される、チャンバーと、（ｉｉ）ガスを受け入れ排出するように適合し、第一のポートを通るガスの流れを調節するための弁を備える、第一のポートであって、弁は、開閉位置間を動くことが可能であり、開位置で弁は、試験雰囲気または周囲空気の方へ開くことが可能な、第一のポートと、（ｉｉｉ）ガスを受け入れ排出するように適合し、第二のポートを通るガスの流れを調節するための弁を備える、第二のポートであって、弁は、開閉位置間を動くことが可能である、第二のポートと、（ｉｖ）チャンバーの中のピストンプレートであって、ピストンプレートは、チャンバーの中へのガスの取り込みまたは流入のための一つ以上の隙間を備え、隙間のうちの一つ以上または各々は、開閉位置間を動くことが可能で、ガスの取り込みまたは流入を調節することができる、弁を含む、ピストンプレートと、（ｖ）第一のポンプの動作を制御するためのモーターとを備える、（ａ）第一のポンプと、（ｉ）ガスの第二の容積を包含するように構成されるチャンバーであって、ガスの第一および第二の容積が異なる、チャンバーと、（ｉｉ）ガスを受け入れ排出するように適合するポートと、（ｉｉｉ）第二のポンプの動作を制御するためのモーターとを備える、（ｂ）第二のポンプと、（ｃ）第一のポンプから第二のポンプの中へ、ガスを伝達するように動作可能な接続構造と、（ｄ）第一のポンプもしくは第二のポンプ、もしくは接続構造の壁、またはそれらの二つ以上の組み合わせの中にある、一つ以上の開口部であって、開口部は、細胞培養液を包含するための、もしくは細胞培養液を保存するように構成されるか、もしくはチャンバー中の状態を監視するための、もしくはチャンバー中の状態を監視するように適合するか、もしくはガスサンプリング用の、もしくはガスをサンプリングするように適合するか、またはガスの特徴付け用の、もしくはガスを特徴付けるように適合するかのモジュールを受け入れることができる、一つ以上の開口部と、を備える。
【０００７】
ポンプは、ピストンプレートおよび基部を備える、ピストンポンプであるのが適切である。
【０００８】
接続構造は中空であるのが適切である。
【０００９】
接続構造は分岐しているのが適切である。
【００１０】
接続構造の一つの終端分岐部は、第二のポンプへ接合され、一つ以上のさらなる終端分岐部は、別個のポンプへ接合されるのが適切であり、各別個のポンプは、（ｉ）ガスの容積を包含するチャンバーであり、ガスの容積は、第二のポンプ中のガスの第二の容積と同じ容積である、チャンバーと、（ｉｉ）ガスを受け入れて排出し、接続構造へ接合するためのポートと、（ｉｉｉ）ポンプの動作を制御するためのモーターとを備える。
【００１１】
各別個のポンプは、第二のポンプと同じであるのが適切である。
【００１２】
システムは、ハウジング、適切には、温度制御ハウジングの中に包含されるのが適切である。
【００１３】
ハウジングの温度は、サーモスタットによって制御されるのが適切である。
【００１４】
ハウジングの中の温度は、約３７℃であるのが適切である。
【００１５】
第一および第二のポンプの異なる容積は、呼吸気管、適切には、ヒトの呼吸気管の異なる区画の内部容積を表すのが適切である。
【００１６】
別個のポンプの容積は、呼吸気管、適切には、ヒトの呼吸気管の異なる区画の内部容積を表すのが適切である。
【００１７】
第一および第二のポンプの移動容積は、呼吸気管の対応する区画の中で、最大限に達成可能な容積取り込みと、少なくとも同じくらい大きいのが適切である。
【００１８】
別個のポンプの移動容積は、呼吸気管の対応する区画の中で、最大限に達成可能な容積取り込みと、少なくとも同じくらい大きいのが適切である。
【００１９】
モーターまたはポンプのポンプ圧は、気圧に、または気圧より上もしくは下に相当しうるのが適切である。
【００２０】
第一のポンプの移動容積は、約０〜１００ｍｌまたは約１〜１００ｍｌであるのが適切である。
【００２１】
第二のポンプの移動容積は、約０〜４０００ｍｌまたは約１〜約４０００ｍｌであるのが適切である。
【００２２】
ポンプはステンレス鋼を含むのが適切である。
【００２３】
チャンバーはシリンダーであるのが適切である。
【００２４】
チャンバーはガラスを含むのが適切である。
【００２５】
第一のポンプのチャンバーは、第二のポンプのチャンバーよりも小さい容積を有するのが適切である。
【００２６】
第一のポンプのチャンバーの容積は、口腔および中咽頭腔の容積を表すのが適切である。
【００２７】
第二のポンプのチャンバーの容積は、肺内腔またはその一部の容積を表すのが適切である。
【００２８】
接続構造の容積は、肺、適切には、ヒトの肺の誘導気道の容積を表すのが適切である。
【００２９】
システムはさらに、システムの動作を同期化できる、コンピュータコントローラを備えるのが適切である。
【００３０】
第一のポンプ、もしくは第二のポンプ、または接続構造のうちの一つ以上は、水晶振動子マイクロバランスを包含する、一つ以上のモジュールを備えるのが適切である。
【００３１】
第一のポンプ、もしくは第二のポンプ、または接続構造の壁の中にある開口部は、ねじ式または非ねじ式であるのが適切である。
【００３２】
開口部のうちの一つ以上は、モジュールを包含するのが適切である。
【００３３】
一つ以上のモジュールは、細胞培養液を包含するように適合し、もしくは細胞培養液を保存するように構成されるか、もしくはチャンバーの中の状態を監視するように適合し、もしくはチャンバーの中の状態を監視するように適合するか、またはガスをサンプリングするように適合し、もしくはガスを特徴付けるように適合するかであるのが適切である。
【００３４】
モジュールは、第一および／もしくは第二のポンプのピストンプレートの基部上、ならびに／または接続構造の壁の中に位置するのが適切である。
【００３５】
一つ以上のモジュールは、細胞培養液を包含するのが適切である。
【００３６】
細胞培養液は、細胞の培養物、適切には、細胞の２次元もしくは３次元培養物を備えるか、またはそれと接触するのが適切である。
【００３７】
細胞培養液を包含または保存するように適合するモジュールはさらに、マイクロ流体チャネル、および随意に、そこへ接続するマイクロ流体ポンプを備えるのが適切である。
【００３８】
モジュールは、第一のポンプ、もしくは第二のポンプ、または接続構造の壁のうちの一つ以上の水平面の中に位置付けられるのが適切である。
【００３９】
接続構造はステンレス鋼を含むのが適切である。
【００４０】
第一のポンプのチャンバーは、約１００ｍｌの容積を有するのが適切である。
【００４１】
第二のポンプのチャンバーは、約１リットルから約４リットルの容積を有するのが適切である。
【００４２】
さらなる態様では、ガスの容積を移動させるためのポンプを提供し、ポンプは、（ｉ）ガスの容積を包含するように構成され、基部と、細胞培養液を包含もしくは保存するため、もしくはチャンバーの中の状態を監視するため、またはガスサンプリングもしくはガスの特徴付けのために、一つ以上のモジュールを受け入れることができる、一つ以上の開口部とを備えるチャンバーと、（ｉｉ）チャンバーの中に包含されるとき、ガスを受け入れ排出するための、第一のポートであって、第一のポートを通るガスの流れを調節するための第一の弁を備え、第一の弁は、開閉位置間を動くことが可能であり、開位置で弁は、試験雰囲気または周囲空気の方へ開かれうる、第一のポートと、（ｉｉｉ）チャンバーの中に包含されるとき、ガスを受け入れ排出するための、第二のポートであって、第二のポートを通るガスの流れを調節するための第二の弁を備え、弁は、開閉位置間を動くことが可能である、第二のポートと、（ｉｖ）チャンバーの中のピストンプレートであって、ピストンプレートは、チャンバーの中へのガスの取り込みまたは流入のための一つ以上の隙間を備え、隙間のうちの一つ以上または各々は、開閉位置間を動くことが可能で、ガスの取り込みまたは流入を調節することができる、弁を含む、ピストンプレートと、を備える。
【００４３】
ポンプは、ピストンポンプであるのが適切である。
【００４４】
チャンバーの中の一つ以上の開口部は、ねじ式または非ねじ式であるのが適切である。
【００４５】
一つ以上の開口部は、モジュールを備えるのが適切である。
【００４６】
モジュールは、ねじ式または非ねじ式であるのが適切である。
【００４７】
一つ以上のモジュールは、細胞培養液を包含するように適合し、もしくは細胞培養液を保存するように構成されるか、もしくはチャンバーの中の状態を監視するように適合し、もしくはチャンバーの中の状態を監視するように適合するか、またはガスをサンプリングするように適合し、もしくはガスを特徴付けるように適合するかであるのが適切である。
【００４８】
モジュールは、ポンプの基部上に位置するのが適切である。
【００４９】
一つまたは複数のモジュールは、細胞培養液を包含するのが適切である。
【００５０】
細胞培養液は、細胞の培養物、適切には、細胞の２次元もしくは３次元培養物を備えるか、またはそれと接触するのが適切である。
【００５１】
細胞培養液を包含または保存するように適合するモジュールはさらに、マイクロ流体チャネル、および随意に、そこへ接続するマイクロ流体ポンプを備えるのが適切である。
【００５２】
モジュールは、第一のポンプ、もしくは第二のポンプ、または接続構造の壁のうちの一つ以上の水平面の中に位置付けられるのが適切である。
【００５３】
モジュールは、水晶振動子マイクロバランスを備えるのが適切である。
【００５４】
ポンプはさらに、モーターを備えるのが適切である。
【００５５】
ポンプ圧は、気圧に、または気圧より上もしくは下に相当するのが適切である。
【００５６】
ポンプの移動容積は、約０〜１００ｍｌまたは約１〜約１００ｍｌであるのが適切である。
【００５７】
ポンプはステンレス鋼を含むのが適切である。
【００５８】
チャンバーはシリンダーであるのが適切である。
【００５９】
チャンバーはガラスを含むのが適切である。
【００６０】
ポンプのチャンバーは、約１００ｍｌの容積を有するのが適切である。
【００６１】
さらなる態様では、ガスの容積を移動させるためのピストンポンプを提供し、ピストンポンプは、（ｉ）ガスの容積を包含するように、およびチャンバーの中へのガスの取り込みまたは流入のための一つ以上の隙間を備える、ピストンプレートを包含するように構成される、チャンバーであって、隙間のうちの一つ以上または各々は、開閉位置間を動くことが可能で、ガスの取り込みまたは流入を調節することができる、弁を含む、チャンバーと、（ｉｉ）ガスを受け入れるための第一のポートであって、第一のポートを通るガスの流れを調節するための第一の弁を備え、第一の弁は、開閉位置間を動くことが可能である、第一のポートと、（ｉｉｉ）チャンバーの中に包含されるとき、ガスを排出するための第二のポートであって、第二のポートを通るガスの流れを調節するための第二の弁を備え、弁は、開閉位置間を動くことが可能である、第二のポートとを備える。チャンバーは基部を含み、もう一つの開口部を備えるのが適切である。
【００６２】
開口部は、ねじ式または非ねじ式であるのが適切である。
【００６３】
開口部は、開口部のうちの一つ以上の中にモジュールを備えるのが適切である。
【００６４】
モジュールは、ねじ式または非ねじ式であるのが適切である。
【００６５】
モジュールは、細胞培養液を包含もしくは保存するように、もしくはチャンバーの中の状態を監視するように、またはガスをサンプリングもしくはガスを特徴付けるように適合するのが適切である一つまたは複数のモジュールは、細胞培養液を包含するのが適切である。
【００６６】
細胞培養液は、細胞の培養物、適切には、細胞の２次元または３次元培養物を含むのが適切である。
【００６７】
細胞培養液を包含または保存するように適合するモジュールはさらに、マイクロ流体チャネル、および随意に、そこへ接続するマイクロ流体ポンプを備えるのが適切である。
【００６８】
モジュールは、水晶振動子マイクロバランスを備えるのが適切である。
【００６９】
接続構造は、第二のポートへ接合するのが適切である。
【００７０】
接続構造は中空であるのが適切である。
【００７１】
ポンプはさらに、モーターを備えるのが適切である。
【００７２】
ポンプのポンプ圧は、気圧に、または気圧より上もしくは下に相当するのが適切である。
【００７３】
ポンプの移動容積は、約０〜１００ｍｌまたは約１〜約１００ｍｌであるのが適切である。
【００７４】
ポンプはステンレス鋼を含むのが適切である。
【００７５】
チャンバーはシリンダーであるのが適切である。
【００７６】
チャンバーはガラスを含むのが適切である。
【００７７】
ポンプのチャンバーは、約１００ｍｌの容積を有するのが適切である。
【００７８】
さらなる態様では、ガスの容積を移動させるためのポンプを提供し、ポンプは、（ｉ）ガスの容積を包含するように構成されるチャンバーであって、基部と、細胞培養液を包含もしくは保存するため、もしくはチャンバーの中の状態を監視するため、またはガスサンプリングもしくはガスの特徴付けのための、一つ以上のモジュールとを備える、チャンバーと、（ｉｉ）ガスを受け入れて排出するために動作可能なポートとを備える。
【００７９】
ポンプは、ピストンポンプであるのが適切である。
【００８０】
モジュールは、チャンバーの基部の中に位置するのが適切である。
【００８１】
モジュールは、ねじ式または非ねじ式であるのが適切である。
【００８２】
モジュールは、細胞培養液を包含するように適合し、もしくは細胞培養液を保存するように構成されるか、もしくはチャンバーの中の状態を監視するように適合し、もしくはチャンバーの中の状態を監視するように適合するか、またはガスをサンプリングするように適合し、もしくはガスを特徴付けるように適合するかであるのが適切である。
【００８３】
一つまたは複数のモジュールは、細胞培養液を包含するのが適切である。
【００８４】
細胞培養液は、細胞の培養物、適切には、細胞の２次元もしくは３次元培養物を備えるか、またはそれと接触するのが適切である。
【００８５】
細胞培養液を包含または保存するように適合するモジュールはさらに、マイクロ流体チャネル、および随意に、そこへ接続するマイクロ流体ポンプを備えるのが適切である。
【００８６】
モジュールは、水晶振動子マイクロバランスを備えるのが適切である。
【００８７】
接続構造は、ポートへ接合するのが適切である。
【００８８】
接続構造は中空であるのが適切である。
【００８９】
ポンプはさらに、モーターを備えるのが適切である。
【００９０】
ポンプ圧は、気圧に、または気圧より上もしくは下に相当するのが適切である。
【００９１】
ポンプの移動容積は、約０〜１０００ｍｌまたは約１〜約１００ｍｌであるのが適切である。
【００９２】
ポンプはステンレス鋼を含むのが適切である。
【００９３】
チャンバーはシリンダーであるのが適切である。
【００９４】
チャンバーはガラスを含むのが適切である。
【００９５】
チャンバーの容積は、肺内腔またはその一部の容積を表すのが適切である。
【００９６】
さらなる態様では、少なくとも二つのポンプの間をガスが伝達するために、それらを接合するように適合する接続構造を提供し、接続構造は、接続構造の壁に、中空チャネル、およびまたはより多くのねじ式もしくは非ねじ式開口部を備える。
【００９７】
ねじ式開口部は、開口部のうちの一つ以上の中にねじ式モジュールを包含し、モジュールは、細胞培養液を包含するように適合し、もしくは細胞培養液を保存するように構成されるか、もしくはチャンバーの中の状態を監視するように適合し、もしくはチャンバーの中の状態を監視するように適合するか、またはガスをサンプリングするように適合し、もしくはガスを特徴付けるように適合するかであるのが適切である。
【００９８】
一つまたは複数のモジュールは、細胞培養液を包含するのが適切である。
【００９９】
細胞培養液は、細胞の培養物、適切には、細胞の２次元もしくは３次元培養物を備えるか、またはそれと接触するのが適切である。
【０１００】
細胞培養液を包含または保存するように適合するモジュールはさらに、マイクロ流体チャネル、および随意に、そこへ接続するマイクロ流体ポンプを備えるのが適切である。
【０１０１】
接続構造は中空であるのが適切である。
【０１０２】
接続構造は分岐しているのが適切である。
【０１０３】
接続構造の各終端分岐部は、別個のポンプへ接合できるのが適切である。
【０１０４】
接続構造は、肺、適切には、ヒトの肺の誘導気道の容積を表すのが適切である。
【０１０５】
モジュールは、接続構造の壁にある水平面の中に位置付けられるのが適切である。
【０１０６】
モジュールは、細胞の培養物、適切には、細胞の２次元または３次元培養物を包含するように適合するのが適切である。
【０１０７】
モジュールは、細胞の培養物を包含するためのチャンバーであり、チャンバーは、マイクロ流体チャネル、および随意に、そこへ接続するマイクロ流体ポンプを備えるのが適切である。
【０１０８】
モジュールは、接続構造中の状態の監視に対して、および／もしくはガスサンプリングに対して、ならびに／またはガスの特徴付けに対して適合するのが適切である。
【０１０９】
接続構造はステンレス鋼を含むのが適切である。
【０１１０】
本明細書に記載するポンプを備える、システムについても記載する。
【０１１１】
システムはさらに、本明細書に記載するような接続構造を備えるのが適切である。
【０１１２】
ポンプは接続構造によって接合するのが適切である。
【０１１３】
さらなる態様では、本明細書に記載するシステムの使用を含む、試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の相互作用の模擬実験をするための方法を提供する。
【０１１４】
試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の相互作用の模擬実験をするための、本明細書に記載するような、システムの使用についても開示する。
【０１１５】
本明細書に記載するシステムの使用を含む、模擬呼吸気管に包含される細胞の培養物への、試験雰囲気の効果を判定するための方法についても開示する。
【０１１６】
模擬呼吸気管に包含される細胞の培養物への、試験雰囲気の効果を判定するための、本明細書に記載するようなシステムの使用についても開示する。
【０１１７】
さらなる態様では、模擬呼吸気管に包含される細胞の培養物への、試験雰囲気の効果を判定するための方法について開示し、方法は、（ａ）本明細書に記載するようなシステムを提供することであって、システムは、モジュールのうちの一つ以上の中に、細胞の培養物を包含することと、（ｂ）試験雰囲気への曝露の前および／または後に、細胞の培養物を比較することであって、細胞の試験雰囲気への曝露の前および／または後における、細胞の培養物の差は、試験雰囲気によって細胞の培養物をもたらすことを示すこととを含む。
【０１１８】
さらなる態様は、本明細書に記載するシステムで、試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の相互作用の模擬実験をするための方法に関し、方法は、（ａ）第一のポンプの第一の弁を開き、第一のポンプの第二の弁を閉じて、試験雰囲気を含むガスを、第一のポートを介して第一のポンプへ提供することと、（ｂ）第一のポンプの第一の弁を閉じて、第二の弁を開き、第一のポンプのピストンプレート上の弁を閉じることと、（ｃ）第二のポンプを操作して、試験雰囲気を接続構造の中へ引き込み、第一のポンプのチャンバーおよび接続構造を、周囲空気で流すことと、（ｄ）第一のポンプの第一の弁を周囲空気の方へ開き、第一のポンプの第一のポートと第二のポートとの間に密封接続を形成することと、（ｅ）ある時間後に、第二のポンプを使用して、接続構造を通って、第一のポンプの第一の弁を通って、試験雰囲気を移動させることとを含む。
【０１１９】
本明細書に記載のシステムの中で、模擬呼吸気管への試験雰囲気の効果を判定するための方法についてさらに開示し、方法は、（ａ）第一のポンプの第一の弁を開き、第一のポンプの第二の弁を閉じて、試験雰囲気を含むガスを、第一のポートを介して第一のポンプへ提供することと、（ｂ）第一のポンプの第一の弁を閉じて、第二の弁を開き、第一のポンプのピストンプレート上の弁を閉じることと、（ｃ）第二のポンプを操作して、接続構造を通って試験雰囲気を引き込み、第一のポンプのチャンバーおよび接続構造を周囲空気で流すことと、（ｄ）第一のポンプの第一の弁を周囲空気の方へ開き、第一のポンプの第一のポートと第二のポートとの間に密封接続を形成することと、（ｅ）ある期間後に、第二のポンプを使用して、接続構造を通って、第一のポンプの第一の弁を通って、試験雰囲気を移動させることとを含み、試験雰囲気が、第一のポンプ、もしくは接続構造、もしくは第二のポンプ、またはそれらの二つ以上の組み合わせの中に位置する、一つ以上のモジュールの中に位置する細胞培養物と接触し、方法は、細胞培養物への試験雰囲気の効果を判定する、さらなる工程を含み、試験雰囲気への曝露の前および／または後の細胞培養物の差が、試験雰囲気によって細胞培養物をもたらすことを示す。
【０１２０】
モジュールは、システム状態を監視するように、および／もしくはガスサンプリングに対して、ならびに／またはガスの特徴付けに対して適合し、方法は、モジュールから一つ以上の測定値を手に入れることを含むのが適切である。
【０１２１】
試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の相互作用の模擬実験をするための方法についても開示し、方法は、（ａ）試験雰囲気を第一のポンプのチャンバーへ提供することと、（ｂ）第一のポンプから、第一のポンプを第二のポンプへ接合する接続構造の中へと、試験雰囲気を取り除くことと、（ｃ）第一のポンプ、および接続構造の少なくとも一部分を、周囲空気で流すことと、（ｄ）定義される時間中、第二のポンプおよび接続構造の中に試験雰囲気を保持することと、（ｅ）第二のポンプを使用して、接続構造および第一のポンプの中へ、試験雰囲気を移動させることと、（ｆ）第二のポンプの中で、周囲空気の一回以上のポンプサイクルを行うこととを含み、試験雰囲気は、第一のポンプ、もしくは接続構造、もしくは第二のポンプ、またはそれらの二つ以上の組み合わせの中に位置する、細胞培養物に接触する。
【０１２２】
工程（ｄ）は、定義される時間中、第二のポンプと、試験雰囲気をいまだに包含する接続構造の一部分との中に、試験雰囲気を保持することを含むのが適切である。
【０１２３】
ポンプは、ピストンプレートおよび基部を備える、ピストンポンプであるのが適切である。
【０１２４】
第一のポンプは、本開示の実施形態に定義される通りであるのが適切である。
【０１２５】
第二のポンプは、本開示の実施形態に定義される通りであるのが適切である。
【０１２６】
接続構造は、本開示の実施形態に定義される通りであるのが適切である。
【０１２７】
方法は、ハウジング、適切には、温度制御ハウジングの中で行うのが適切である。
【０１２８】
ハウジングの温度は、サーモスタットによって制御されるのが適切である。
【０１２９】
ハウジングの中の温度は、約３７℃であるのが適切である。
【０１３０】
第一および第二のポンプの異なる容積は、呼吸気管、適切には、ヒトの呼吸気管の異なる区画の内部容積を表すのが適切である。
【０１３１】
第一および第二のポンプの移動容積は、呼吸気管の対応する区画の中で、最大限に達成可能な容積取り込みと、少なくとも同じくらい大きいのが適切である。
【０１３２】
ポンプ圧は、気圧に、または気圧より上もしくは下に相当するのが適切である。
【０１３３】
第一のポンプの移動容積は、約０〜１００ｍｌまたは約１〜約１００ｍｌであるのが適切である。
【０１３４】
第二のポンプの移動容積は、約０〜４０００ｍｌまたは約１〜約４０００ｍｌであるのが適切である。
【０１３５】
第一のポンプのチャンバーは、第二のポンプのチャンバーよりも小さい容積を有するのが適切である。
【０１３６】
第一のポンプのチャンバーの容積は、口腔および中咽頭腔、適切には、ヒトの口腔および中咽頭腔の容積を表すのが適切である。
【０１３７】
第二のポンプのチャンバーの容積は、肺内腔またはその一部、適切には、ヒトの肺内腔またはその一部の容積を表すのが適切である。
【０１３８】
接続構造は、肺、適切には、ヒトの肺の誘導気道の容積を表すのが適切である。
【０１３９】
細胞の培養物は、第一および／もしくは第二のポンプのピストンプレートの基部上、ならびに／または接続構造の壁の中に位置するのが適切である。
【０１４０】
細胞の培養物は、２次元または３次元培養物であるのが適切である。
【０１４１】
方法はさらに、第一のポンプ、もしくは第二のポンプ、または接続構造のうちの一つ以上の中で、その中に包含される一つ以上のモジュールを使用して、状態の、および／もしくはガスサンプリングのための、ならびに／またはガスの特徴付けのための監視を含むのが適切である。
【０１４２】
細胞の培養物を備えるチャンバーはさらに、マイクロ流体チャネル、および随意に、そこへ接続するマイクロ流体ポンプを備えるのが適切である。
【０１４３】
接続構造はステンレス鋼を含むのが適切である。
【０１４４】
第一のポンプのチャンバーは、約１００ｍｌの容積を有するのが適切である。
【０１４５】
第二のポンプのチャンバーは、約１リットルから約４リットルの容積を有するのが適切である。
【０１４６】
さらなる態様では、模擬呼吸気管への試験雰囲気の効果を判定するための方法について記載し、方法は、（ａ）試験雰囲気を第一のポンプのチャンバーへ提供することと、（ｂ）第一のポンプから、第一のポンプを第二のポンプへ接合する接続構造の中へと、試験雰囲気を取り除くことと、（ｃ）第一のポンプ、および接続構造の少なくとも一部分を、周囲空気で流すことと、（ｄ）定義される時間中、第二のポンプおよび接続構造の中に試験雰囲気を保持することと、（ｅ）第二のポンプを使用して、接続構造および第一のポンプを通って、試験雰囲気を移動させることと、（ｆ）第二のポンプの中で、周囲空気の一回以上のポンプサイクルを行うこととを含み、試験雰囲気が、第一のポンプ、もしくは接続構造、もしくは第二のポンプ、またはそれらの二つ以上の組み合わせの中に位置する、一つ以上のモジュールの中に位置する細胞培養物と接触し、方法は、細胞培養物への試験雰囲気の効果を判定する、さらなる工程を含み、試験雰囲気への曝露の前および／または後の細胞培養物の差が、試験雰囲気によって細胞培養物をもたらすことを示す。
【０１４７】
モジュールは、システム状態を監視するように、および／もしくはガスサンプリングに対して、ならびに／またはガスの特徴付けに対して適合し、方法は、モジュールから一つ以上の測定値を手に入れることを含むのが適切である。
【０１４８】
本明細書に記載する方法を行うように構成または適合する装置もまた、開示する。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】図１は、本開示の実施形態によるシステム１０を示したものである。本開示の実施形態による第一のポンプ４０についてもまた、開示する。本開示の実施形態による第二のポンプ８０についてもまた、開示する。本開示の実施形態による接続構造５０についてもまた、開示する。
【図２】図２および３は、本開示の実施形態によるモジュール１１３、２１３を示したものである。
【図３】同上。
【０１５０】
発明の効果
二つの間の相互作用のモード（例えば、用量送達）だけでなく、呼吸気管中の試験雰囲気の物理化学的特性をもたらすプロセスの模擬実験を、システムの物理的および機能的特性によって行うとき、臨床的に関連する投薬情報が、本開示の実施形態により取得されてもよい。
【０１５１】
呼吸気管の一つ以上の区画への一つ以上の試験雰囲気の効果は、本開示の実施形態により研究できる。
【０１５２】
呼吸気管の一つ以上の区画への一つ以上の試験雰囲気の効果は、本開示の実施形態により必要に応じて、同時にまたは段階的に研究できる。
【０１５３】
システムで使用できるモジュールは、本開示の実施形態により監視される、曝露される試験システム、実験エンドポイント、および曝露パラメータに関連して柔軟性を提供する。
【０１５４】
モジュールは、本開示の実施形態によりシステムの全体的な構造および機能を変更する必要なく、特定の要件に従って再設計または変更できる。
【０１５５】
多くの用途において、エアロゾル発生は、システム自体によって駆動され、本開示の実施形態により、エアロゾル発生器／喫煙機械が必要とされないことを意味する。これは、システムの構造を簡略化するのに役立ちうる。
【０１５６】
ある実施形態では、システムは本来、モジュール式でありうる。これは、ポンプおよび接続構造などの様々な構成要素が、例えば、必要に応じて個々にかつ容易に交換できることを意味する。特定の要件によるシステムの部分的な再設計、改良、または交換を促進しうる。
【０１５７】
呼吸中に生じる口、息止め時間、および動的流動のパターンは、本開示の実施形態により模擬実験できる。
【０１５８】
ある実施形態により、本開示は、高密度のエアロゾルを、大量の希釈空気と共に呼吸気管の中へ引っ張る前に、最大数秒間熟成することが可能になる、口での保持期間に対処できる。
【発明を実施するための形態】
【０１５９】
本開示の実践には、ある実施形態では、工学、微生物学、細胞生物学、および生化学の従来の技法を用いる。生物学的技法については、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｌｏｎｉｎｇ：Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ、第二版（Ｓａｍｂｒｏｏｋら、１９８９年）Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｐｒｅｓｓ；Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ（ＭＪ．Ｇａｉｔ編、１９８４年）；Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ、Ｈｕｍａｎａ  Ｐｒｅｓｓ；Ｃｅｌｌ  Ｂｉｏｌｏｇｙ：Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｎｏｔｅｂｏｏｋ（Ｊ．Ｅ．ＣｅＩＭｓ編、１９９８年）Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ；Ａｎｉｍａｌ  Ｃｅｌｌ  Ｃｕｌｔｕｒｅ（Ｒ．Ｉ．Ｆｒｅｓｈｎｅｙ編、１９８７年）；Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｃｅｌｌ  ａｎｄ  Ｔｉｓｓｕｅ  Ｃｕｌｔｕｒｅ（Ｊ．Ｐ．ＭａｔｈｅｒおよびＰ．Ｅ．Ｒｏｂｅｒｔｓ、１９９８年）Ｐｌｅｎｕｍ  Ｐｒｅｓｓ；Ｃｅｌｌ  ａｎｄ  Ｔｉｓｓｕｅ  Ｃｕｌｔｕｒｅ：Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ（Ａ．Ｄｏｙｌｅ、ＩＢ．Ｇｒｉｆｆｉｔｈｓ、およびＤ．Ｇ．Ｎｅｗｅｌｌ編、１９９３〜１９９８年）Ｊ．Ｗｉｌｅｙ  ａｎｄ  Ｓｏｎｓ；Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎｃ．）；Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ  ｉｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ（Ｆ．Ｍ．Ａｕｓｕｂｅｌら編、１９８７年）、ＰＣＲ：Ｔｈｅ  Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ（Ｍｕｌｌｉｓら編、１９９４年）などの文献で完全に説明されている。通常、市販のキットおよび試薬を用いる手順は、別段の示唆がない限りメーカーが定めたプロトコールに従い使用される。
【０１６０】
本明細書で使用する技術的な用語および表現には、概して関連分野でそれらに共通して適用される意味が与えられる。本明細書で使用する用語の定義はどれも、本出願の全内容に適用される。
【０１６１】
「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、他の要素または工程を除外しない。
【０１６２】
不定冠詞の「ａ」または「ａｎ」は、複数を除外しない。
【０１６３】
「および／または」という用語は、例えば、（ａ）もしくは（ｂ）、または（ａ）および（ｂ）を意味する。
【０１６４】
本明細書で使用する「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ、ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「で構成される（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ  ｏｆ）」という用語は、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」または「包含する、含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ、ｃｏｎｔａｉｎｓ）」と同義であり、包括的または開放式であり、列挙していない追加の部材、要素、または方法の工程を除外しない。「から成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」という用語は、追加の構成要素が除外され、列挙された要素のみを有し、それ以上の要素を持たないことを意味する。
【０１６５】
パラメータ、量、時間の長さ、およびこれらに類するものなどの測定可能な値を参照するときに、本明細書で使用する「約」という用語は、変動が本開示で実施するのに適切である限り、特定の値のおよび特定の値からの変動、具体的には、特定の値のおよび特定の値からの＋／−１０％以下、好ましくは＋／−５％以下、より好ましくは＋／−１％以下、さらにより好ましくは＋／−０．１％以下を網羅することを意味する。「約」という修飾語句が言及する値もまた、それ自体で具体的かつ好ましく開示されることは理解されるものとする。
【０１６６】
実施形態についてより詳細に論じる前に、まず概要を提供する。実施形態によって、呼吸気管を研究するために様々な用途で使用できる、装置および方法を提供する。例えば、再蒸発を含む、装置の内部表面上での、試験雰囲気中に存在する一つ以上の成分の堆積および／または凝縮について研究する際に、実施形態によって有用性を見つける。また実施形態によって、エアロゾル濃度、および／もしくはエアロゾル粒子の成長、ならびに／またはエアロゾル粒子の収縮の変化を研究するために、装置を通過中に調べることができる試験雰囲気の評価も提供する。装置／システム内部に存在する、試験雰囲気の生物学的試験システムへの効果は、本開示の実施形態で研究できる。
【０１６７】
システム
一態様では、試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の相互作用を判定するためのシステム１０について記載し、システムは、（ｉ）試験雰囲気を含むガスの第一の容積を包含するように構成される、チャンバーと、（ｉｉ）ガスを受け入れ排出するように適合し、第一のポートを通るガスの流れを調節するための弁を備える、第一のポートであって、弁は、開閉位置間を動くことが可能であり、開位置で弁は、試験雰囲気または周囲空気の方へ開くことが可能な、第一のポートと、（ｉｉｉ）ガスを受け入れ排出するように適合し、第二のポートを通るガスの流れを調節するための弁を備える、第二のポートであって、弁は、開閉位置間を動くことが可能である、第二のポートと、（ｉｖ）第一のポンプの動作を制御するためのモーターとを備える、（ａ）第一のポンプと、（ｉ）ガスの第二の容積を包含するように構成されるチャンバーであって、ガスの第一および第二の容積が異なる、チャンバーと、（ｉｉ）ガスを受け入れ排出するように適合するポートと、（ｉｉｉ）チャンバーの中のピストンプレートであって、ピストンプレートは、チャンバーの中へのガスの取り込みまたは流入のための一つ以上の隙間を備え、隙間のうちの一つ以上または各々は、開閉位置間を動くことが可能で、ガスの取り込みまたは流入を調節することができる、弁を含む、ピストンプレートと、（ｉｖ）第二のポンプの動作を制御するためのモーターとを備える、第二のポンプと、（ｃ）第一のポンプから第二のポンプの中へ、ガスを伝達するように動作可能な接続構造と、（ｄ）第一のポンプもしくは第二のポンプ、もしくは接続構造の壁、またはそれらの二つ以上の組み合わせの中にある、一つ以上の開口部であって、開口部は、細胞培養液の包含もしくは保存、もしくはチャンバー中の状態の監視、またはガスサンプリングもしくはガスの特徴付けのために、モジュールを受け入れることができる、一つ以上の開口部と、を備える。
【０１６８】
ガスは、試験雰囲気でありうるか、または試験雰囲気を含みうる。
【０１６９】
図１は、本開示の実施形態によるシステム１０を示す。システム１０は、少なくとも二つのポンプ４０、８０を含む。二つ以上のポンプ４０、８０は相互に接続する。ある実施形態では、二つ以上のポンプ４０、８０は、分枝中空構造５０によって相互に接続する。各ポンプ４０、８０は、ポンプ自体の個々のモーター４１、８１によって動作できるか、または二つ以上のポンプは、必要に応じて、同じモーター４１、８１によって動作できる。完全なシステム１０は、ハウジング１１中の温度を制御するように、サーモスタット１２を装備する気候に影響されるハウジング１１の中に位置できる。ポンプ４０、８０のチャンバーは、ヒトまたは動物の呼吸気管など、呼吸気管の異なる区画の内部容積を表すように構成できる。チャンバーは、呼吸気管のそれぞれの区画で最大限に達成可能な取り込み容積と、少なくとも同じくらい大きい移動容積を提供するように構成できる。特に、一つの（第一の）ポンプ４０は、ヒトまたは動物の口腔および中咽頭腔など、口腔および中咽頭腔の容積を表すことができる。別の第二のポンプ８０は、特に、ヒトもしくは動物の肺内腔またはその一部である、個々の肺葉またはより小さいサブユニットの内腔など、肺内腔またはその一部の容積を表すことができる。分枝中空接続構造５０は、呼吸細気管支へ至るまでの鼻咽頭腔、下咽頭、喉頭、気管、気管支、および細気管支構造のうちの一つ以上などの誘導気道、特に、ヒトまたは動物の誘導気道の寸法を表すことができる。分枝中空接続構造５０は、呼吸細気管支へ至るまでの鼻咽頭腔、下咽頭、喉頭、気管、気管支、および細気管支構造を含む、誘導気道の寸法を表すことができる。接続構造５０の異なる副部品の分枝パターンだけでなく、例えば、直径および長さといった寸法も、誘導気道の樹形状に似ることができる。
【０１７０】
図１に示すように、分枝中空構造５０は、各ポンプ４０、８０のチャンバー４２、８２の基部４４、８４中の中央開口部４３、８３へ接続できる。ある実施形態では、複数の開口部、穴、またはソケット５１は、チャンバー４２、８２の基部４４、８４上に存在でき、中央開口部４３、８３の周りに対称に配設されうる。ポンプ４０と接続構造５０との間の接続に直接、弁４４ａを使用して、すべての他のシステム部品からポンプ４０を密封するのを可能にできる。
【０１７１】
口腔を表すポンプ４０は、試験雰囲気および希釈空気が、分枝中空構造５０に向かってポンプ４０を去りうるときに通る、一つ以上の開口部４３を有することができる。試験雰囲気９０の出入り点は、通常、ポンプ４０の、適切にはその中心のピストンプレート４５上に位置する。試験雰囲気９０は、中空ピストン軸４６を通り抜けることができ、中空ピストン軸４６の上部に、三方弁などの弁４４ａが存在しうる。実施形態では、弁４４ａは、試験雰囲気源もしくは周囲空気に向かって閉じるか、または開くことができる。周囲空気が通ってシステムに進入できる一つ以上（例えば、複数）の隙間４７の配列は、随意に放射状配設で、ピストンプレート４５上に配設される。隙間の一つ以上またはすべての上にある、一つ以上の弁４８（例えば、複数）を使用して、これらの隙間４７のうちの一つ以上の開口または閉口を可能にできる。ある実施形態では、各隙間４７は弁４８によって制御される。ある実施形態では、周囲空気が通ってシステムに進入できる一つ以上（例えば、複数）の隙間の配列は、随意に放射状配設で、第二のポンプのピストンプレート８４上に配設できる。一つ以上の弁（例えば、複数）を使用して、これらの隙間のうちの一つ以上の開口または閉口を可能にできる。ある実施形態では、各隙間は弁によって制御される。ある実施形態では、周囲空気が通ってシステムに進入できる一つ以上（例えば、複数）の隙間の配列は、随意に放射状配設で、第一および第二のポンプのピストンプレート上に配設できる。分枝中空構造５０はポンプ４０、８０から切り離すことができるのが、有利である。分枝中空構造５０はその主要部品へ分解できるのが有利である。これにより、試験システムを配置もしくは除去するため、および／または洗浄のために容易なアクセスが可能になりうる。
【０１７２】
ポンプ４０、８０の基部４４、８４は、試験システムを配置／除去するため、および洗浄のために取り外すことができる。
【０１７３】
接続構造５０の異なる部品だけでなく、各ポンプ４０、８０の基部４４、８４の中にも、ねじ式もしくは非ねじ式開口部、ねじ式もしくは非ねじ式穴、またはねじ式もしくは非ねじ式ソケット１１３、２１３などの、開口部、穴、またはソケット５１は位置できる。開口部、穴、またはソケット５１は、ポンプ４０、８０のうちの一つ以上の基部４４、８４上など、様々な位置に置くことができ、または中央開口部４３、８３の周り、もしくは分岐中空構造５０の中の様々な最適な場所、適切には、分枝中空構造５０の下側上、またはそれらのいかなる組み合わせでも配設できる。
【０１７４】
開口部、穴、またはソケット５１は、システム１０の動作を監視する、および／もしくは実験を実施する、ならびに／またはサンプルおよびこれに類するものを収集するために使用できる、様々なモジュール１１２、２１２、またはそれらの中もしくは上へのデバイスの取り付けを可能するように使用できる。こうしたモジュール１１２、２１２またはデバイスの例を、図２および図３に示し、本明細書に記載する。
【０１７５】
したがって、システム１０で使用されるポンプ４０、８０は、試験雰囲気を輸送するように機能できるだけでなく、曝露チャンバーとして機能できることも有利である。
【０１７６】
図２および図３は、開口部、穴、またはソケット５１が、ねじ式開口部、穴、またはソケット１１２、２１２の任意の形態である、開示の実施形態を示す。一つ以上の開口部、穴、またはソケット５１は、一つ以上のモジュール１１２、２１２を包含できる。ねじ山の使用により、モジュール１１２、２１２の単純な挿入および置換が促進される。開口部、穴、またはソケット５１でのねじ山の使用は、モジュールを構成できるように任意であり、そのため、モジュールは、開口部、穴、もしくはソケット５１の中へと差し込むか、または押し込んで密封係合することができる。モジュールは押し込み型でありうる。締め付けは、Ｏリングおよびこれに類するものを使用して達成できる。
【０１７７】
使用するモジュール１１２、２１２は、構成されるシステムの要件に応じて、様々な目的に対して適合できる。例えば、モジュール１１２、２１２は、細胞培養液を包含もしくは保存するように、もしくはチャンバー４２、８２の中の状態を監視するように、またはガスもしくは液体をサンプリングするように、もしくはガスを特徴付けるように、およびこれに類するものに対して適合できる。モジュール１１２、２１２は、第一ポンプ４０および／もしくは第二ポンプ８０の基部４４、８４上、ならびに／または接続構造５０の壁の中に位置できる。ある特定の実施形態では、一つ以上のモジュール１１２、２１２は、細胞培養液を包含または保存するように構成できる。この実施形態によると、一つ以上のモジュール１１２、２１２は、液体または溶液を保持できる容器でありうる。細胞培養液は、細胞の２次元もしくは３次元培養物など、細胞の培養物を備えることができるか、またはそれと接触できる。ある実施形態では、細胞培養液を包含または保存するように適合するモジュール１１３、２１３はさらに、マイクロ流体チャネル、および随意に、そこへ接続するマイクロ流体ポンプを備える。モジュール１１３、２１３は、概して、第一のポンプ４０、もしくは第二のポンプ８０、または接続構造５０の壁のうちの一つ以上の水平面の中に位置付けられるであろう。
【０１７８】
図２および３で分かる通り、開口部、穴、またはソケット５１は、ねじ式穴またはソケット１１２、２１２を包含するように随意に構成できる。ねじ式穴またはソケット１１３、２１３は、一つ以上のデバイス１１６、２１６の一つ以上のプローブ１１４、２１４を備えることができる。こうしたデバイス１１６、２１６は、内部システム状態の監視のため、もしくは試験雰囲気の特徴付けのため、またはサンプリングおよびこれに類するもののために使用できる。デバイス１１６、２１６の動作は、コンピュータ１１７、２１７によって制御できる。ねじ式穴もしくはソケット１１３、２１３、ならびに／またはモジュール１１２、２１２は、中で生物学的試験システム（例えば、本明細書に記載するような、ヒトの呼吸気管上皮の器官型細胞培養物）は、試験雰囲気への曝露のために配置できる、培養チャンバー１１５、２１５として使用するように適合できる。ねじ式開口部、穴、またはソケット１１３、２１３は、分析のために試験雰囲気をサンプリングできる、捕捉剤を包含するように適合できる。試験雰囲気への曝露中の細胞培養液または捕捉剤のサンプリングは、マイクロ流体ポンプシステム２１１の使用によることを含む、様々な手段によって達成できる。水晶振動子マイクロバランス（ＱＣＭ、２１９）を保持するモジュール１１２、２１２を使用できる。プローブ２１４、チャンバー２１５、またはＱＣＭ２１９を取り付けることができるモジュール１１２、２１２は、システムのどのチャンバー４２、８２の中にも、または分枝中空構造５０の内部の中へ挿入できる。ＱＣＭ２１９の動作は、コンピュータ２２０によって制御できる。システム１０は、必要に応じてコンピュータ１３によって完全にまたは一部制御できる。システム１０は、一部または完全に自動化できる。
【０１７９】
システム１０は、一つ以上の（例えば、複数の）第一のポンプを備えることができる。システム１０は、一つ以上の（例えば、複数の）第二のポンプを備えることができる。システム１０は、一つ以上の（例えば、複数の）第一のポンプおよび一つ以上の第二のポンプを備えることができる。
【０１８０】
第一のポンプ
一態様では、ガスの容積を移動させるためのポンプ、適切には、ピストンポンプについて開示し、ポンプは、（ｉ）ガスの容積を包含するように構成され、基部と、細胞培養液を包含もしくは保存するため、もしくはチャンバーの中の状態を監視するため、またはガスサンプリングもしくはガスの特徴付けのために、モジュールを受け入れることができる、一つ以上の開口部とを備えるチャンバーと、（ｉｉ）チャンバーの中に包含されるとき、ガスを受け入れ排出するための、第一のポートであって、第一のポートを通るガスの流れを調節するための第一の弁を備え、第一の弁は、開閉位置間を動くことが可能であり、開位置で弁は、試験雰囲気または周囲空気の方へ開かれうる、第一のポートと、（ｉｉｉ）チャンバーの中に包含されるとき、ガスを受け入れ排出するための、第二のポートであって、第二のポートを通るガスの流れを調節するための第二の弁を備え、弁は、開閉位置間を動くことが可能である、第二のポートと、（ｉｖ）チャンバーの中のピストンプレートであって、ピストンプレートは、チャンバーの中へのガスの取り込みまたは流入のための一つ以上の隙間を備え、隙間のうちの一つ以上または各々は、開閉位置間を動くことが可能で、ガスの取り込みまたは流入を調節することができる、弁を含む、ピストンプレートと、を備える。
【０１８１】
ガスの容積を移動させるためのピストンポンプについても開示し、ピストンポンプは、（ｉ）ガスの容積を包含するように、およびチャンバーの中へのガスの取り込みまたは流入のための一つ以上の隙間を備える、ピストンプレートを包含するように構成される、チャンバーであって、隙間のうちの一つ以上または各々は、開閉位置間を動くことが可能で、ガスの取り込みまたは流入を調節することができる、弁を含む、チャンバーと、（ｉｉ）ガスを受け入れるための第一のポートであって、第一のポートを通るガスの流れを調節するための第一の弁を備え、第一の弁は、開閉位置間を動くことが可能である、第一のポートと、（ｉｉｉ）チャンバーの中に包含されるとき、ガスを排出するための第二のポートであって、第二のポートを通るガスの流れを調節するための第二の弁を備え、弁は、開閉位置間を動くことが可能である、第二のポートとを備える。
【０１８２】
図１に示すように、システム１０は、ガスの容積を移動させるための第一のポンプ４０を包含できる。第一のポンプ４０は、本開示の別個の態様として本明細書に開示され、その使用は、本明細書に記載するシステム１０での使用に限定されない。
【０１８３】
第一のポンプは一次ポンプであることができ、そのように呼ばれるのは、ガス用の進入点としてのシステム中の場所による。第一のポンプは、ガスの容積を包含するために構成される、チャンバー４２（例えば、シリンダー）を備え、図２および３に示すように、および本明細書に記載するように、基部４４と、穴またはソケット１１２、２１２中のねじ式または非ねじ式モジュール１１３、２１３などの、モジュールを受け入れることができる一つ以上の開口部４３とを備える。第一のポンプはまた、チャンバー４２の中に包含されるとき、ガスを受け入れ排出するための第一のポート９０も包含し、第一のポート９０を通るガスの流れを調節するための三方弁など、第一の弁４４ａを備え、第一の弁４４ａは、開閉位置間を動くことが可能であり、開位置で弁４４ａは、試験雰囲気または周囲空気の方へ開かれうる。第一のポンプはまた、チャンバー４２の中に包含されるとき、ガスを受け入れ排出するための第二のポート４３も包含する。第二のポート４３は、開口部として構成されるのが適切である。第一のポンプ４０と接続構造５０との間の接続で、第二のポート４３の場所にある第二の弁４９によって、他のシステム部品からポンプ４０を密封することが可能になる。第二の弁４９は、第二のポート４３を通るガスの流れを調節するために使用でき、第二の弁４９は、開閉位置間を動くことが可能である。図１で分かる通り、ポンプ４０は、ピストンプレート４５を備えるピストンポンプでありうる。チャンバー４２中の開口部、穴、またはソケット５１のうちの一つ以上は、ねじ式１１２、２１２または非ねじ式でありうる。チャンバー４２中の開口部、穴、またはソケット５１のうちの一つ以上は、本明細書で論じるように、ねじ式または非ねじ式モジュール１１３、２１３など、モジュール１１３、２１３を備えることができる。ポンプ４０はさらに、ポンプの動作を制御するようにモーター４１を備える。モーター４１のポンプ圧は、気圧に相当でき、または必要に応じて、気圧より上もしくは下でありうる。ある実施形態では、モーター４１のポンプ圧は、試験雰囲気を移動させるように、気圧より上または下でありうる。ポンプ４０の移動容積は、約０〜１００ｍｌまたは約１〜約１００ｍｌでありうる。ポンプ４０のチャンバー４２は、最大約１００ｍｌまでの容積を有しうる。ポンプ４０は、ステンレス鋼など、当業界で知られる様々な材料から製造できる。チャンバー４２はシリンダーであるのが適切である。チャンバー４２は、ガラスから作られうるのが適切である。ポンプ４０のピストンプレート４５は、ガスの取り込みまたは流入のために、一つ以上の隙間４７を備える。隙間４７のうちの一つ以上は、開閉位置間で移動可能であり、ガスの取り込みまたは流入を調節できる、弁４８を含みうる。
【０１８４】
図１にもまた示すように、ポンプ４０は、ガスの容積を移動させるためのピストンポンプでありうる。ピストンポンプは、ガスの容積を包含するように、およびチャンバー４２の中へのガスの取り込みまたは流入のための一つ以上の隙間４７を備える、ピストンプレート４５を包含するように構成される、チャンバー４２（例えば、ガラスシリンダーなどのシリンダー）を備える。隙間４７のうちの一つ以上、または隙間４７の各々は、隙間４７を通るガスの取り込みまたは流入を調節するための、弁４８を備える。
【０１８５】
ポンプ４０は、ガスを受け入れるための第一のポート９０と、三方弁など、第一のポート９０を通るガスの流れを調節するための第一の弁４４ａとを含むことができる。第一の弁４４ａは開閉位置間を動くことが可能である。ポンプ４０はまた、チャンバー４２の中に包含されるとき、ガスを排出するための第二のポート４３も含み、第二のポート４３は随意に、第二のポート４３を通るガスの流れを調節するための第二の弁を備え、弁は、開閉位置間を動くことが可能である。チャンバー４２は、基部４４ａ、およびもう一つの開口部４３を含むことができる。基部は、加えて、ねじ式１１９もしくは非ねじ式でありうる、一つ以上の開口部、穴、またはソケット５１を含むことができ、および／または開口部、穴、またはソケット５１は、本明細書で論じるように、モジュール１１３、２１３を備えてもよい。中空接続構造などの接続構造５０は、第二のポート４３へ接合できる。ポンプ４０はさらに、ポンプ圧が気圧に、または気圧より上もしくは下に相当する、モーター４１を備えることができる。ポンプ４０の移動容積は、約０〜１００ｍｌまたは約１〜約１００ｍｌでありうる。ポンプ４０のチャンバー４２は、約１００ｍｌの容積を有しうる。
【０１８６】
二つ以上の第一のポンプを備えるシステムを意図している。試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の相互作用を判定するためのシステムでの、二つ以上の第一のポンプの使用もまた意図している。
【０１８７】
第一のポンプの中で細胞を培養するための方法もまた、意図している。細胞を培養するための第一のポンプの使用についても開示する。
【０１８８】
第二のポンプ
さらなる態様では、ガスの容積を移動させるためのポンプを開示し、ポンプは、（ｉ）ガスの容積を包含するように構成されるチャンバーであって、基部と、細胞培養液を包含もしくは保存するため、もしくはチャンバーの中の状態を監視するため、またはガスサンプリングもしくはガスの特徴付けのための、一つ以上のモジュールとを備える、チャンバーと、（ｉｉ）ガスを受け入れて排出するために動作可能なポートとを備える。図１に示すように、システムは、ガスの容積を包含するために構成される、シリンダーなどのチャンバー８２を備える、ガスの容積を移動させるための第二のポンプ８０を包含でき、チャンバー８２は、基部８４と、細胞培養液を包含もしくは保存するため、もしくはチャンバー８２の中の状態を監視するため、またはガスサンプリングもしくはガスの特徴付けおよびこれに類するもののための、一つ以上のモジュール１１３、２１３とを備える。第二のポンプは二次ポンプでありうる。
【０１８９】
第二のポンプ８０は、本開示の別個の態様として本明細書に開示され、その使用は、本明細書に記載するシステム１０での使用に限定されない。
【０１９０】
第二のポンプ８０はさらに、ガスを受け入れて排出するために動作可能なポート８３を含む。図１に示すように、第二のポンプ８０は、ピストンプレート８３を備えるピストンポンプでありうる。ピストンプレート８３には、いかなる隙間または開口部もない可能性がある。本明細書で論じるような、ねじ式または非ねじ式モジュール１１３、２１３など、モジュール１１３、２１３はチャンバー８２の基部８４の中に位置できる。中空接続構造など、接続構造５０はポート８３へ接合できる。第二のポンプ８０はさらに、モーター８１を備える。第二のポンプ８０のポンプ圧は、概して、気圧に、または気圧より上もしくは下に相当する。ポンプの移動容積は約０〜約１０００ｍｌ、もしくは約０〜約４０００ｍｌ、もしくは約１〜約１０００ｍｌ、または約１〜約４０００ｍｌでありうる。チャンバー８２の容積は、肺内腔またはその一部の容積を表すことができる。ある実施形態では、周囲空気が通ってシステムに進入できる一つ以上の（例えば、複数の）隙間の配列は、随意に放射状配設で、ピストンプレート８４上に配設できる。一つ以上の弁（例えば、複数）を使用して、これらの隙間のうちの一つ以上の開口または閉口を可能にできる。ある実施形態では、各隙間は弁によって制御される。
【０１９１】
二つ以上の第二のポンプを備えるシステムを意図している。試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の相互作用を判定するためのシステムでの、二つ以上の第二のポンプの使用もまた意図している。
【０１９２】
第二のポンプの中で細胞を培養するための方法もまた、意図している。細胞を培養するための第二のポンプの使用についても開示する。
【０１９３】
接続構造
二つ以上のポンプ間でガスを伝達するか、または運ぶように動作可能な接続構造についてもまた開示する。接続構造は、ガスを通して誘導できるか、または伝えることができる、管、もしくはパイプ、もしくは導管、またはこれに類するものでありうる。接続構造は、間でガスを伝達するか、または伝えるために、少なくとも二つのポンプを接続するように適合できる。接続構造によって、第一のポンプの第二のポートで第一のポンプと、本明細書に記載する第二のポンプのポートとを接合できる。接続構造は、接続構造の壁の中に、中空チャネルと、ねじ式または非ねじ式開口部など、一つ以上の開口部とを備えることができる。接続構造は、本明細書に記載するシステムおよび方法で使用できる。システムは、少なくとも二つのポンプ間を通ってガスを伝達するために、それらを接合するように適合する接続構造を備えることができる。
【０１９４】
接続構造５０の実施形態を図１に示す。接続構造は概して、中空チャネルを備えるであろう。接続構造は概して、分枝状であろう。実施形態では、接続構造の各終端分岐部は、システムの中に包含されるとき、別個のポンプ４０、８０へ接合できる。接続構造５０は、接続構造の壁の中に、一つ以上の開口部、特に、ねじ式または非ねじ式開口部を備えることができる。ねじ式または非ねじ式開口部は、モジュール１１２、２１２を包含できる。モジュール１１２、２１２は、本明細書で論じるように、培養液の包含、および／もしくはシステム状態の監視、および／もしくはガスサンプリング、ならびに／またはガスの特徴付けに対して適合できる。接続構造は、ある実施形態では、二つ以上の分岐を伴う分枝状でありうる。接続構造の各終端分岐部は、別個のポンプへ接合できる。接続構造は、肺の誘導気道の容積を表すことができる。接続構造５０は、様々な材料から作ることができる。ある実施形態では、ステンレス鋼の使用が好ましい。
【０１９５】
接続構造を含む、細胞を培養するための方法もまた、意図している。細胞を培養するための接続構造の使用もまた開示する。
【０１９６】
システム動作および機能
システムは、必要に応じてコンピュータによって完全にまたは一部制御できる。これによって、ポンプおよび弁のいくつかまたはすべての動作の同期化を可能にできる。これによって、システムの要素のいくつかまたはすべての動作の同期化を可能にできる。コンピュータは、ポンプのうちの一つ以上のストローク長さ、および／またはポンプのうちの一つ以上のストローク速度を設定するように使用できる。コンピュータを使用して、システムの温度を制御できる。
【０１９７】
ここで、図１に描写するような、システム１０の実施形態の動作について記載する。静止状態では、第一のポンプ４０のピストンはダウンストローク位置にあり、第二のポンプ８０の位置は、定義されたガスの容積をチャンバー８２の中に保つための位置にあり、弁４８、４９は閉じている。試験雰囲気は、口腔を表しうるポンプ４０の中へ吸収される。この流入はポンプ４０によって駆動でき、中空ピストン軸４６を介してチャンバー４２に進入できる。中空ピストン軸４６は、試験雰囲気源へ直接接続できる。ポンプ４０がアップストロークを完了すると、中空ピストン軸４６の上部の中央開口部にある、三方弁でありうる弁４４ａが閉まり、弁４８が、ピストンプレート４５中の隙間４７を通る周囲空気の流入を調節し、接続構造５０への入口にある弁４９が開く。
【０１９８】
試験雰囲気を、誘導気道を表しうる接続構造５０を通って、口腔を表しうるチャンバー４２から取り除く。これは、肺内腔またはその一部を表しうる、第二のポンプ８０のアップストロークによって駆動できる。第二のポンプ８０の総移動容積が、ポンプ４０の容積の倍数でありうるため、接続構造５０の少なくとも一部だけでなく、ポンプ４０のチャンバー４２も周囲空気で流すことができ、周囲空気は、ピストンプレート４５の隙間４７を通って、第一のポンプ４０に進入できる。
【０１９９】
第一のポンプ４０では、ピストン軸４６の上部にある弁４４ａが、周囲の方へ開くことができる。ピストンプレート４５上の弁４８は閉じることができ、ポンプ４０はダウンストロークを行う。ダウンストローク位置では、このポンプ４０は、中空ピストン軸４６と基部４４の中の開口部４３との間に密封接続を形成できる。密封接続は、ガスケット５３によって達成できる。ガスケット５３は、基部４４またはピストンプレート４５のいずれかの上に位置できる。定義された「呼吸保持時間」の後、第二のポンプ８０はそれから、ダウンストロークを行うことができ、それによって、接続構造５０を通って、第一のポンプ４０のピストン軸４６を通って、直接周囲へ試験雰囲気を移動させる。ポンプ４０がダウンストローク位置のままで、弁４４ａを周囲の方へ開いたままにして、弁４４ａが、試験雰囲気源の方へ向かって再度開いて、次の試験雰囲気の吸息サイクルが始まる前に、第二のポンプ８０は、周囲空気を呼吸するサイクルを一回以上（例えば、数回）行うことができる。
【０２００】
さらなる態様では、（ａ）チャンバーを備える、本明細書に記載する第一のポンプなどのポンプを提供することと、（ｂ）ポンプから、本明細書に記載する第二のポンプなどのさらなるポンプへポンプを接合する接続構造の中へ、試験雰囲気などのガスを取り除くことと、（ｃ）工程（ａ）で提供されるポンプ、および接続構造の少なくとも一部分を、周囲空気で流すことと、（ｄ）定義される時間中、さらなるポンプおよび接続構造の中に、ガスを保持することと、（ｅ）さらなるポンプを使用して、接続構造および工程（ａ）で提供されるポンプの中へ、ガスを移動させることと、（ｆ）さらなるポンプの中で、周囲空気の一回以上のポンプサイクルを行うこととを含む方法を提供する。
【０２０１】
さらなる態様では、（ａ）試験雰囲気などのガスを、本明細書に記載する第一のポンプなどのポンプのチャンバーへ提供することと、（ｂ）工程（ａ）に記載するポンプから、本明細書に記載する第二のポンプなどのさらなるポンプへポンプを接合する接続構造の中へ、ガスを取り除くことと、（ｃ）工程（ａ）のポンプおよび接続構造の少なくとも一部分を、周囲空気で流すことと、（ｄ）定義される時間中、さらなるポンプおよび接続構造の中に、ガスを保持することと、（ｅ）さらなるポンプを使用して、接続構造および工程（ａ）のポンプを通ってガスを移動させることと、（ｆ）さらなるポンプの中で、周囲空気の一回以上のポンプサイクルを行うこととを含む方法を提供する。
【０２０２】
試験雰囲気の発生
開示するシステム１０および方法を使用して研究されるべき、エアロゾルなどの試験雰囲気は、様々な手段によって発生できる。多くの用途に対して、例えば、たばこ製品、または共通の医療用吸入器およびこれに類するものを試験するために、試験雰囲気の発生は、システム自体によって駆動でき、すなわち、一次ポンプまたは二次ポンプ自体が、試験エアロゾルの発生および抽出に必要な陰圧を発生させ、これは有利なことに、エアロゾル発生器／喫煙機械の使用が必要ないことを意味する。
【０２０３】
試験雰囲気は、例えば、工業用地に極めて近接する室内の空気品質、職業曝露、もしくは環境汚染を監視するための、ガスまたはエアロゾルの環境試料でありうる。このようなある特定の場合には、試験雰囲気は発生せず、システムの作用によってサンプリングされる。
【０２０４】
試験雰囲気は、煙などのエアロゾルでありうるか、または煙に由来しうる。本明細書で使用されるとき、「煙」という用語は、紙巻たばこなどの喫煙物品によって、またはエアロゾル形成材料を燃焼することによって生成される種類のエアロゾルを描写するために使用される。煙は様々な薬剤を含み、それらはもし必要であれば研究用の個々の化合物として提供できる。かかる薬剤の例としては、ニコチンフリー乾燥粒子状物質、一酸化炭素、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、アクロレイン、プロピオンアルデヒド、クロトンアルデヒド、メチルエチルケトン（ｍｅｔｈｙｌ−ｅｔｈｌｙ  ｋｅｔｏｎｅ）、ブチルアルデヒド、ベンゾ［ａ］ピレン、フェノール、ｍ−クレゾール、ｏ−クレゾール、ｐ−クレゾール、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン、１，３−ブタジエン、イソプレン、アクリロニトリル、ベンゼン、トルエン、ピリジン、キノリン、スチレン、Ｎ’−ニトロソノルニコチン（ＮＮＮ）、Ｎ’−ニトロソアナタビン（ＮＡＴ）、Ｎ’−ニトロソアナバシン（ＮＡＢ）、４−（メチルニトロソアミノ）−１−（３−ピリジル）−１−ブタノン（ＮＮＫ）、１−アミノナフタレン、２−アミノナフタレン、３−アミノビフェニル、４−アミノビフェニル、一酸化窒素（ＮＯ）、亜酸化窒素（ＮＯｘ）、シアン化水素酸、アンモニア、ヒ素、カドミウム、クロム、鉛、ニッケル、セレンおよび水銀が挙げられる。
【０２０５】
エアロゾルが煙の場合、システム１０は随意に喫煙機械へ接続できる喫煙機械によって、システムにより提供されているポンプまたは本開示のポンプで、たばこを保持し火をつけるのが適切である。たばこ一個当たり、規定数の一息（パフ）、および曝露１分当たり、規定数の一息（パフ）を使用してもよく、たばこの数を変えて、曝露時間を調整してもよい。基準たばこ、例えば、基準たばこの３Ｒ４Ｆを煙の源として使用してもよく、およびＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎの喫煙レジメン（ＩＳＯ  ２０００）に基本的に準拠して、喫煙機械上で発煙させてもよい。
【０２０６】
試験雰囲気を包含しない雰囲気など、対照雰囲気の使用もまた意図している。対照雰囲気の使用は、対照雰囲気との比較における、試験雰囲気の効果を判定するのに役立ちうる。
【０２０７】
システム１０は、システム１０への煙に流路を提供する適切な導管によって、喫煙機械へ接続できる。煙は、空気などのキャリアガスと共に、またはキャリアガスなしで、導管を通って伝達されてもよい。キャリアガスを使用する場合、導管は、煙の流れと混ざるように、導管の中へのキャリアガスの導入用の入口を備えるのが好ましい。導管は、較正の目的で、ニコチンなど、システム１０）中への標準的な基準の導入または注入用に、少なくとも一つの入口を備えることができる。煙流動は概して、本開示のシステムまたはポンプによって制御されるであろう。
【０２０８】
喫煙機械は、線形または回転喫煙機械であってもよい。喫煙機械は、複数の喫煙物品からの累積煙を収集および分析できるように、複数の喫煙物品を同時に吸うように動作するのが適切である。本開示に使用するための適切な喫煙機械は、当業者に周知である。
【０２０９】
本明細書に記載するシステム１０および方法は、喫煙試験中に喫煙物品により発生する、主流煙の分析を行うように使用できる。「主流煙」は、喫煙物品を通って引き込まれ、使用中に消費者によって吸入されるであろう煙を指す。
【０２１０】
試験雰囲気は、エアロゾルを発生させるように、エアロゾル形成基体と相互作用するデバイスである、「エアロゾル発生デバイス」からであってもよい。エアロゾルの例は煙である。エアロゾル形成基体は、エアロゾル発生物品の一部であってもよい。エアロゾル発生デバイスは、エアロゾル発生基体からエアロゾルを発生させるのに適切な、一つ以上の構成要素を備えうる。エアロゾル発生デバイスは、エアロゾル発生物品のエアロゾル形成基体を加熱してエアロゾルを発生させるために、電力によって動作するヒーターを備えたエアロゾル発生デバイスである、電気加熱式のエアロゾル発生デバイスでありうる。エアロゾル発生デバイスは、ガス加熱式のエアロゾル発生デバイス、炭素質熱源によって加熱されるデバイス、他の発熱化学反応、またはヒートシンクであってもよい。エアロゾルを発生させる他の適切な手段は、当業界で周知である。エアロゾル発生デバイスは、エアロゾル発生物品のエアロゾル形成基体と相互作用して、ユーザーの口を通ってユーザーの肺の中に直接吸入可能なエアロゾルを発生させるデバイスであってもよい。
【０２１１】
「エアロゾル発生デバイス」の別の例は、医学的活性化合物など、活性成分を含有するエアロゾルを送達するように概して使用される、吸息デバイス（吸入器）である。こうした吸息デバイスは、概して、エアロゾル化薬剤の呼吸気管への送達に使用される。吸息デバイスは、呼吸器および他の疾患の治療に使用できる。こうした吸入器は、技術分野で周知であり、概して、加圧式定量タイプ、ドライパウダータイプ、または噴霧器タイプである。概して薬剤は、液化性噴霧剤に懸濁する一つ以上の医薬化合物の微粒子を含有する加圧製剤、または噴霧剤／共溶媒系に溶解する一つ以上の化合物の溶液の形態である。こうした製剤は、当業界で周知である。
【０２１２】
「エアロゾル形成基体」という用語は本明細書で使用される時、エアロゾルを形成することができる揮発性化合物を放出する能力を有する基体に関連する。こうした揮発性化合物は、エアロゾル形成基体の加熱によって放出させることができる。エアロゾル形成基体は、担体または支持体の上に吸着、被覆、含浸、または他の方法で装填されていてもよい。エアロゾル形成基体は、好都合なことにエアロゾル発生物品または喫煙物品の一部であってもよい。ある用途では、エアロゾル形成基体は、例えば、エアロゾル発生物品または加熱式紙巻たばこなどのロッド状のエアロゾル発生物品といった、エアロゾル発生物品の中に包含される。エアロゾル発生物品は、エアロゾル形成基体をヒーターと接触させるために、エアロゾル発生デバイスと係合するのに適切なサイズおよび形状である。
【０２１３】
エアロゾル形成基体は、医学的活性化合物、または呼吸気管を介して患者へ送達できる、抗生物質もしくは抗炎症薬などの薬剤を含んでもよい。多数の医療用吸息デバイス（吸入器）が、様々な呼吸気管関連および非呼吸気管関連疾患の治療用として知られ、日常的に処方されている。
【０２１４】
エアロゾル形成基体はニコチンを含む場合がある。エアロゾル形成基体はたばこを含み得る。エアロゾル形成基体は、加熱に伴いエアロゾル形成基体から放出される揮発性のたばこ風味化合物を含有する、たばこ含有材料を含んでもよい。ある実施形態では、エアロゾル形成基体は、均質化したたばこ材料、例えば、キャストリーフたばこを含んでもよい。「均質化したたばこ材料」は、本明細書で使用する場合、粒子状たばこを凝集することによって形成される材料を指す。均質化したたばこは、シートの形態であってもよい。均質化したたばこ材料は、エアロゾル形成体含有量が乾燥質量基準で５％より多くてもよい。別の方法では、均質化したたばこ材料は、エアロゾル形成体含有量が乾燥質量基準で、５〜３０重量パーセントの間であってもよい。均質化したたばこ材料のシートは、たばこ葉ラミナおよびたばこ葉茎のうちの一方または両方を、粉砕または他の方法で粉末化することによって得られる粒子状たばこを、凝集することによって形成されてもよい。別の方法として、または追加的に、均質化したたばこ材料のシートは、例えば、たばこの処理、取り扱い、および輸送中に形成されるたばこダスト、たばこの微粉、ならびに他の粒子状たばこ副産物のうちの一つ以上を含んでもよい。均質化したたばこ材料のシートは、粒子状たばこの凝集を助けるために、一つ以上の本来備わっている結合剤（すなわち、たばこ内在性結合剤）、一つ以上の外来的な結合剤（すなわち、たばこ外来性結合剤）、またはそれらの組み合わせを含みうるが、別の方法として、または追加的に、均質化したたばこ材料のシートは、たばこおよび非たばこ繊維、エアロゾル形成剤、湿潤剤、可塑剤、風味剤、フィラー、水性および非水系の溶剤、ならびにそれらの組み合わせを含むが限定されない他の添加物を含んでもよい。
【０２１５】
細胞培養物
本開示で使用するための細胞培養物には、２次元および３次元細胞培養物を含む。本明細書に記載するように、細胞培養物は、概して、一つ以上のポンプの一つ以上のモジュール、および／もしくは接続構造の中で包含または培養されるであろう。細胞培養物は、細胞培養物への試験雰囲気の効果を判定できるように、試験雰囲気へ曝露できる。二つ以上の細胞培養物は、呼吸気管を模倣する、これらの異なる場所での細胞培養物への試験雰囲気の効果が判定できるように、一つ以上のポンプ、および／もしくは接続構造、ならびに／またはシステムの周りの異なる位置にあろうことが適切である。２次元細胞培養物は、細胞生理、および試験雰囲気などの刺激への応答のいくつかの態様の研究が可能になる、プラスチック表面上の平坦な層における細胞の成長を伴うが、器官の現実の構造および構築を反映していない。２次元単層では、分化、増殖、および細胞機能にとって必須である、細胞外マトリクス、細胞間相互作用、ならびに細胞−マトリクス相互作用が失われている。３次元培養システムは、インビボで観察される特性と類似する特性を伴う、機能的組織を形成できる。２次元培養システムと比較して、３次元細胞培養によって、細胞が三方向すべての周囲と相互作用するのが可能になり、より生理的な関連性が高くなる。こうした細胞は、生存能力、増殖、分化、形態、刺激応答、薬剤代謝、遺伝子発現、およびタンパク質合成、ならびにこれらに類するもので改良を示しうる。３次元細胞培養によって、従来の２次元細胞単層よりも生理的に関連性が高くなるように、特定の組織様構造を生み出し、現実の組織の機能および反応を模倣できる。ヒトの器官を模倣した３次元組織がいくつか市販されている。本開示の文脈で特定の対象となる肺の３次元器官組織は、細胞が分化し機能的組織を形成する、気相液相界面（ＡＬＩ：ａｉｒ−ｌｉｑｕｉｄ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）で成長した初代ヒト細胞を使用して調製できる。これら３次元組織は、ヒトの気管支組織に近い形態類似性および代謝特性を持つ。これらは、多列構造に配置された基底細胞、ゴブレット細胞、および線毛細胞から構成されている。肺に似て、活発に波打つ線毛が存在しており、それによりその機能と活性に関する研究が可能となる。ヒトの肺と比較して、これら３次元ＡＬＩ培養において、生体異物酵素をコードするｍＲＮＡは同等レベルであることが判明している。加えて、これら組織は長期間インビトロで維持できる。肺組織のこの３次元モデルは、本開示にしたがって、試験雰囲気およびこれに類するものの効果を探求するのに適切なモデルである。
【０２１６】
「３次元細胞培養」という用語は、マトリクスもしくはスキャホールドの使用を伴う、または伴わない、３次元での細胞の培養を提供するいかなる方法も含む。スフェロイド培養および器官型培養をはじめとする、多くの様々な３次元細胞培養方法が開発されている。
【０２１７】
スフェロイド
「スフェロイド」という用語は、スフェロイド内での３次元細胞成長をサポートするためのマトリクスもしくはスキャホールドの使用を伴う、または伴わない、３次元の細胞の球へと分裂する単一細胞、または３次元の多細胞塊のいずれかである、当分野で通常理解される意味とみなされる。３次元スフェロイドは、付着性スフェロイドまたは懸濁液中で成長したスフェロイドであってもよい。本開示での使用向けにスフェロイドを培養するために、数種の異なるシステムが利用可能であり、例えば、ナノ培養プレート上で、懸濁培養液中で、ゲル上で、ポリ−ＨＥＭＡでコートされたプラスチック上で、細胞カプセル化によって、または懸滴システムによって、凝集体として成長したスフェロイドが挙げられる。他の方法としては、スピナーフラスコ、回転システム、凹面法、および液体オーバーレイの使用が挙げられる。バイオリアクターを３次元スフェロイド細胞培養における使用に適合させてもよい。一実施形態では、使用される方法は、懸滴システム、例えば、ＧｒａｖｉｔｙＰＬＵＳ  Ｈａｎｇｉｎｇ  Ｄｒｏｐ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＩｎＳｐｈｅｒｏ社）である。この方法は、スフェロイドの作製用に設計された、非付着性コート済みマイクロタイタープレートであるＧｒａｖｉｔｙＴＲＡＰ  ＵＬＡ  Ｐｌａｔｅの使用を含む。スフェロイドの成熟は通常、細胞の種類および培養条件に応じて、播種から２〜５日以内に生じる。スフェロイドは１００μｌ以上、もしくは２００μｌ以上、または３００μｌ以上の容積中で培養されるのが適切である。スフェロイドは、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）スフェロイドマイクロプレート中で培養されるのが適切である。
【０２１８】
３次元細胞培養マトリクスまたはスキャホールドを、スフェロイド培養に使用することができる。これらは多くの場合、３次元細胞の成長および分化をサポートできる多孔性基質である。様々な材料が開発され、外観、多孔性、透過性、機械的特性、およびナノスケールの表面形態に差異がある、３次元スキャホールドが生み出されている。こうした材料の例には、コラーゲンゲル、スポンジ、またはバイオゲル；フィブリン；フィブロネクチン；ラミニン；アルギン酸塩、ヒドロゲル；架橋グリコサミノグリカ；ポリマー系スキャホールド、合成スキャホールド；ペプチドスキャホールド；およびキトサン複合スキャホールドが挙げられる  
３次元スフェロイドは、その細胞情報伝達および細胞外マトリクスの発達という点で、インビボ組織により類似している。これらマトリクスは、生きた組織中で細胞が移動する方法に類似させて、スフェロイド内での細胞の移動を補助する。したがって、スフェロイドは、分化、生存、細胞移動、細胞極性化、遺伝子発現、および成長に関し、大きく改善されたモデルである。
【０２１９】
スフェロイドは、プレートリーダーを用いて計測される比色分析、蛍光、および発光アッセイをはじめとする、当業界で周知の様々な方法を使用して採取および研究でき、または顕微鏡で容易に観察できる。追加の技法としては、ウェスタンブロット、ノーザンブロット、またはサザンブロット、組織学的技法（例えば、免疫組織化学法、ｉｎ  ｓｉｔｕハイブリダイゼーション、免疫蛍光法）、およびこれに類するものが挙げられる。倒立明視野顕微鏡、蛍光顕微鏡、単光子放出コンピュータ断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）、陽電子放出断層撮影法（ＰＥＴ）、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、およびチェレンコフ光発光イメージング（ＣＬＩ）技法など、光学撮影法の使用も考慮される。
【０２２０】
３次元スフェロイドの使用の用途には、インビボと分かる細胞および組織により厳密に近似する環境における、インビトロの細胞および組織の増殖の研究、化合物および試験雰囲気、毒性アッセイ、および臨床試験のスクリーニング、ならびにこれに類するものを含む。
【０２２１】
概して、３次元細胞培養でのスフェロイドの使用は、Ｅｘｐｅｒｔ  Ｏｐｉｎ．Ｄｒｕｇ  Ｄｉｓｃｏｖ．（２０１５年）１０、５１９〜５４０に概説されている。インビトロで、肺スフェロイド細胞は大量に増やすことができ、肺胞様構造を形成し、成熟した肺上皮表現型を獲得できる。
【０２２２】
細胞源
本開示における使用のための肺細胞および細胞株は、当業界で周知の方法を使用して組織または液体から単離できる。肺細胞および細胞株は、胚性幹細胞または人工多能性幹細胞などの幹細胞から分化でき、または体細胞から直接分化できる。細胞および細胞株は、ヒトもしくは動物対象、またはヒト細胞もしくは動物細胞からであってもよく、またはそれらに由来してもよく、多くの哺乳類種のいずれか、適切にはヒトが挙げられるが、ラット、マウス、ブタ、ウサギ、および非ヒト霊長類、ならびにこれらに類するものも含む。細胞および細胞株は、商業的供給源から取得することもできる。ある実施形態では、ヒト細胞の使用が望ましい。
【０２２３】
肺上皮細胞を含む肺細胞は、対象の細胞タイプである。気管支および／または気道の上皮細胞は、本開示で特に有用である。ヒト気管支上皮細胞は、気管支鏡検査手順の間にドナーの肺をブラッシングすることにより採取することができる。一実施形態では、肺細胞は、正常なヒト気管支上皮（ＮＨＢＥ：Ｎｏｒｍａｌ  Ｈｕｍａｎ  Ｂｒｏｎｃｈｉａｌ  Ｅｐｉｔｈｅｌｉａｌ）細胞である。肺上皮細胞は、単層の未分化細胞として培養されることができ、または気相液相界面で器官型肺上皮様組織へとさらに発展させることもできる。細胞は、以下の方法論を使用して気相液相界面で確立できる。簡潔に述べると、上皮細胞をフラスコ内で培養して、細胞数を増加できる。インキュベーション期間後、細胞をフラスコからはがし、計数して、インサート上に播種する。これらインサート上で、先端側および底側で、培地とともに細胞をインキュベートする。この段階によって、確実に細胞が分裂しインサートを完全に覆って、上皮を形成する。その後、先端部の培地を取り除き、底側の培地を保持して、より完全な培地と交換する。さらにしばらくの間、このように培養物をインキュベートする。その間に、細胞は３種の細胞：基底細胞、ゴブレット細胞および線毛細胞へと分化する。成熟が終わると、培養物を使用することができる。ヒト鼻上皮細胞を培養するための気相液相界面の使用は、Ｊ  Ｖｉｓ  Ｅｘｐ．２０１３年；（８０）：５０６４６に記載されている。
【０２２４】
肺上皮細胞は、喫煙者または非喫煙者と分類される対象をはじめとする、異なる病態のヒト対象または動物対象から取得することができる。
【０２２５】
アッセイ
本開示は、模擬呼吸気管への試験雰囲気の影響を研究するための、様々な用途に使用できる。例えば、本開示は、インビトロ吸入毒性の研究、呼吸気管におけるエアロゾルの動態（例えば、ガスの細胞培養物の中へのエアロゾル粒子の堆積および吸収）の調査、または呼吸気管の上皮にわたる試験雰囲気（例えば、エアロゾル分子）の代謝活性もしくは輸送の調査で使用できる。本開示は、エアロゾル、煙、もしくはたばこ製品の効果、または医療用吸入器などの吸入器の効果を試験するために使用できる。本開示は、エアロゾル、煙、もしくはたばこ製品の効果、または呼吸気管のうちの一つ以上の一部の細胞への医療用吸入器の効果を試験するために使用できる。
【０２２６】
一態様は、模擬呼吸気管に包含される、細胞の一つ以上の培養物など、細胞の培養物への試験雰囲気の効果を判定するための方法に関し、方法は、（ａ）本明細書に記載するシステムを提供することであって、システムは、モジュールのうちの一つ以上の中に、細胞の培養物を包含することと、（ｂ）試験雰囲気への曝露の前および／または後に、細胞の培養物を比較することであって、細胞の試験雰囲気への曝露の前および／または後における、細胞の培養物の差は、試験雰囲気によって細胞の培養物をもたらすことを示すこととを含む。
【０２２７】
細胞の培養物の差を、細胞の試験雰囲気への曝露後に判定する実施形態では、試験雰囲気へ曝露された細胞の培養物は、試験雰囲気へ曝露されていない細胞の培養物、または試験雰囲気を包含しない雰囲気など、対照雰囲気へ曝露される細胞の培養物と比較できる。この実施形態によると、試験雰囲気へ曝露された細胞の培養物と、試験雰囲気へ曝露されていない細胞の培養物との差、または試験雰囲気へ曝露された細胞の培養物と、試験雰囲気を包含しない雰囲気など、対照雰囲気へ曝露された細胞の培養物との差は、試験雰囲気によって細胞の培養物をもたらすことを示す。
【０２２８】
別の態様は、本明細書に記載するシステムで、試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の相互作用の模擬実験をするための方法に関し、方法は、（ａ）第一のポンプの第一の弁を開き、第一のポンプの第二の弁を閉じて、試験雰囲気を含むガスを、第一のポートを介して第一のポンプへ提供することと、（ｂ）第一のポンプの第一の弁を閉じて、第二の弁を開き、第一のポンプのピストンプレート上の弁を閉じることと、（ｃ）第二のポンプを操作して、試験雰囲気を接続構造の中へ引き込み、第一のポンプのチャンバーおよび接続構造を、周囲空気で流すことと、（ｄ）第一のポンプの第一の弁を、周囲空気の方へ開き、第一のポンプの第一のポートと第二のポートとの間に密封接続を形成することと、（ｅ）ある時間後に、第二のポンプを使用して、接続構造を通って、第一のポンプの第一の弁を通って、試験雰囲気を移動させることとを含む。
【０２２９】
別の態様は、本明細書に記載のシステムの中で、模擬呼吸気管への試験雰囲気の効果を判定するための方法に関し、方法は、（ａ）第一のポンプの第一の弁を開き、第一のポンプの第二の弁を閉じて、試験雰囲気を含むガスを、第一のポートを介して第一のポンプへ提供することと、（ｂ）第一のポンプの第一の弁を閉じて、第二の弁を開き、第一のポンプのピストンプレート上の弁を閉じることと、（ｃ）第二のポンプを操作して、接続構造を通って試験雰囲気を引き込み、第一のポンプのチャンバーおよび接続構造を、周囲空気で流すことと、（ｄ）第一のポンプの第一の弁を、周囲空気の方へ開き、第一のポンプの第一のポートと第二のポートとの間に密封接続を形成することと、（ｅ）ある期間後に、第二のポンプを使用して、接続構造を通って、第一のポンプの第一の弁を通って、試験雰囲気を移動させることとを含み、試験雰囲気が、第一のポンプ、もしくは接続構造、もしくは第二のポンプ、またはそれらの二つ以上の組み合わせの中に位置する、一つ以上のモジュールの中に位置する細胞培養物と接触し、方法は、細胞培養物への試験雰囲気の効果を判定する、さらなる工程を含み、試験雰囲気への曝露の前および／または後の細胞培養物の差が、試験雰囲気によって細胞培養物をもたらすことを示す。
【０２３０】
細胞の培養物の差を、細胞の試験雰囲気への曝露後に判定する実施形態では、試験雰囲気へ曝露された細胞の培養物は、試験雰囲気へ曝露されていない細胞の培養物、または試験雰囲気を包含しない雰囲気など、対照雰囲気へ曝露される細胞の培養物と比較できる。この実施形態によると、試験雰囲気へ曝露された細胞の培養物と、試験雰囲気へ曝露されていない細胞の培養物との差、または試験雰囲気へ曝露された細胞の培養物と、試験雰囲気を包含しない雰囲気など、対照雰囲気へ曝露された細胞の培養物との差は、試験雰囲気によって細胞の培養物をもたらすことを示す。
【０２３１】
さらなる態様は、試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の相互作用の模擬実験をするための方法に関し、方法は、（ａ）試験雰囲気を第一のポンプのチャンバーへ提供することと、（ｂ）第一のポンプから、第一のポンプを第二のポンプへ接合する接続構造の中へと、試験雰囲気を取り除くことと、（ｃ）第一のポンプ、および接続構造の少なくとも一部分を、周囲空気で流すことと、（ｄ）定義される時間中、第二のポンプおよび接続構造の中に試験雰囲気を保持することと、（ｅ）第二のポンプを使用して、接続構造および第一のポンプの中へ、試験雰囲気を移動させることと、（ｆ）第二のポンプの中で、周囲空気の一回以上のポンプサイクルを行うこととを含み、試験雰囲気は、第一のポンプ、もしくは接続構造、もしくは第二のポンプ、またはそれらの二つ以上の組み合わせの中に位置する、細胞培養物に接触する。
【０２３２】
さらなる態様は、模擬呼吸気管への試験雰囲気の効果を判定するための方法に関し、方法は、（ａ）試験雰囲気を第一のポンプのチャンバーへ提供することと、（ｂ）第一のポンプから、第一のポンプを第二のポンプへ接合する接続構造の中へと、試験雰囲気を取り除くことと、（ｃ）第一のポンプ、および接続構造の少なくとも一部分を、周囲空気で流すことと、（ｄ）定義される時間中、第二のポンプおよび接続構造の中に試験雰囲気を保持することと、（ｅ）第二のポンプを使用して、接続構造および第一のポンプを通って、試験雰囲気を移動させることと、（ｆ）第二のポンプの中で、周囲空気の一回以上のポンプサイクルを行うこととを含み、試験雰囲気が、第一のポンプ、もしくは接続構造、もしくは第二のポンプ、またはそれらの二つ以上の組み合わせの中に位置する、一つ以上のモジュールの中に位置する細胞培養物と接触し、方法は、細胞培養物への試験雰囲気の効果を判定する、さらなる工程を含み、試験雰囲気への曝露の前および／または後の細胞培養物の差が、試験雰囲気によって細胞培養物をもたらすことを示す。細胞の培養物の差を、細胞の試験雰囲気への曝露後に判定する実施形態では、試験雰囲気へ曝露された細胞の培養物は、試験雰囲気へ曝露されていない細胞の培養物、または試験雰囲気を包含しない雰囲気など、対照雰囲気へ曝露される細胞の培養物と比較できる。この実施形態によると、試験雰囲気へ曝露された細胞の培養物と、試験雰囲気へ曝露されていない細胞の培養物との差、または試験雰囲気へ曝露された細胞の培養物と、試験雰囲気を包含しない雰囲気など、対照雰囲気へ曝露された細胞の培養物との差は、試験雰囲気によって細胞の培養物をもたらすことを示す。
【０２３３】
試験雰囲気の効果は、一つ以上の薬剤が存在する中で研究されうる。薬剤には、薬物、毒素、病原体、タンパク質、核酸、抗原、抗体、および化学化合物などが含まれうるが、これらに限定されない。測定されうる効果の例には、酸素消費、二酸化炭素の産生、細胞の生存能力、タンパク質の発現、酵素活性、浸透、透過障壁機能、サーファクタント産生、サイトカインへの反応、トランスポーター機能、チトクロームＰ４５０発現、アルブミン分泌、毒性、およびこれらに類するものを含む。
【０２３４】
異なる濃度の試験雰囲気および／または薬剤を用いて、複数のアッセイを並行して行い、様々な濃度に対する異なる反応を取得してもよい。
【０２３５】
薬剤は、対象のいかなる被験化合物であってもよく、低分子有機化合物、ポリペプチド、ペプチド、高分子量炭水化物、ポリヌクレオチド、脂肪酸および脂質、エアロゾルまたはエアロゾルの一つ以上の構成要素、ならびにこれに類するものを含む。被験化合物は、個々に、または化合物のセットもしくはコンビナトリアルライブラリーでスクリーニングされてもよい。被験化合物は、合成化合物または天然化合物のライブラリーをはじめとする、広範で様々な源から取得できる。細菌、真菌、植物、および動物の抽出物の形態である、天然化合物ライブラリーを使用できる。天然または合成で生み出されるライブラリー、および従来の化学的手段、物理的手段、および生化学的手段を介して改変された化合物を使用して、コンビナトリアルライブラリーを作製してもよい。公知の薬理活性のある薬剤に、例えば、アシル化、アルキル化、エステル化、酸性化などの化学的改変を直接または無作為に行い、スクリーニング用の構造的アナログを生み出してもよい。
【０２３６】
測定されうる一つ以上の変数は、細胞、細胞内物質、細胞内構成要素、または細胞産物の要素を含む。一例として、試験雰囲気の毒性を測定できる。呼吸気管中のエアロゾル動態（例えば、細胞培養物中へのガスのエアロゾル粒子の堆積および吸収）を測定できる。さらなる例として、呼吸気管の上皮にわたる分子の代謝活性および／または輸送について研究できる。
【０２３７】
コンピュータ
また、コンピュータ／プロセッサによって実行されるとき、本明細書に記載する方法のうちの一つ以上を行うよう、コンピュータを制御するように動作可能なコンピュータプログラムについても開示する。
【０２３８】
当業者は、上に記載した様々な方法の工程が、プログラムされたコンピュータにより行うことができることを容易に認識するであろう。本明細書では、一部の実施形態はまた、プログラム記憶デバイス、例えば、機械またはコンピュータで読み取り可能なデジタルデータ記憶媒体を対象とし、命令の機械実行可能プログラムまたはコンピュータ実行可能プログラムをコードするように意図され、命令は、上に記載した方法の工程の一部またはすべてを行う。プログラム記憶デバイスは、例えば、デジタルメモリ、磁気ディスクおよび磁気テープなどの磁気記憶媒体、ハードドライブ、または光学的可読デジタルデータ記憶媒体であってもよい。実施形態はまた、上に記載した方法の工程の一部またはすべてを行うように、プログラムされたコンピュータを対象とすることも意図される。
【０２３９】
プロセッサまたは論理を含む様々な要素の機能は、適切なソフトウェアと関連してソフトウェアを実行できるハードウェアだけでなく、専用ハードウェアの使用によって提供されてもよい。プロセッサにより提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、または一部が共有されうる複数の個々のプロセッサによって提供されてもよい。さらに、「プロセッサ」、もしくは「コントローラ」、または「論理」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行できるハードウェアを排他的に指すと解釈されるべきではなく、限定されないが、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェアを記憶するための読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、および不揮発性記憶装置を黙示的に含みうる。他のハードウェア、従来および／または特注のものもまた含まれうる。同様に、図に示すいかなるスイッチも概念上のみである。それらの機能は、プログラム論理の動作によって、専用論理によって、プログラム制御と専用論理との相互作用によって、または手動でさえも遂行されてもよく、ある特定の技法は、文脈からより具体的に理解されるように、実装者によって選択可能である。
【０２４０】
開示のさらなる態様を、以下の番号付きの段落に記載する。
１．試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の相互作用を判定するためのシステムであって、システムは、（ｉ）試験雰囲気を含むガスの第一の容積を包含するように構成される、チャンバーと、（ｉｉ）ガスを受け入れ排出するように適合し、第一のポートを通るガスの流れを調節するための弁を備える、第一のポートであって、弁は、開閉位置間を動くことが可能であり、開位置で弁は、試験雰囲気または周囲空気の方へ開くことが可能な、第一のポートと、（ｉｉｉ）ガスを受け入れ排出するように適合し、第二のポートを通るガスの流れを調節するための弁を備える、第二のポートであって、弁は、開閉位置間を動くことが可能である、第二のポートと、（ｉｖ）中に複数の開口部を包含する、ピストンプレートであって、開口部のうちの一つ以上は、開口部を通るガスの流れを調節するように適合する弁を備える、ピストンプレートと、（ｖ）第一のポンプの動作を制御するためのモーターとを備える、（ａ）第一のポンプと、（ｉ）ガスの第二の容積を包含するように構成されるチャンバーであって、ガスの第一および第二の容積が異なる、チャンバーと、（ｉｉ）ガスを受け入れ排出するように適合するポートと、（ｉｉｉ）第二のポンプの動作を制御するためのモーターと、を備える、（ｂ）第二のポンプと、（ｃ）第一のポンプから第二のポンプの中へ、ガスを伝達するように動作可能な接続構造と、（ｄ）第一のポンプもしくは第二のポンプ、もしくは接続構造の壁、またはそれらの二つ以上の組み合わせの中にある、一つ以上の開口部であって、開口部は、細胞培養液を包含するための、もしくは細胞培養液を保存するように構成されるか、もしくはチャンバー中の状態を監視するための、もしくはチャンバー中の状態を監視するように適合するか、もしくはガスサンプリング用の、もしくはガスをサンプリングするように適合するか、またはガスの特徴付け用の、もしくはガスを特徴付けるように適合するかのモジュールを受け入れることができる、一つ以上の開口部と、を備える。
２．ポンプは、ピストンプレートおよび基部を備える、ピストンポンプである、段落１に記載のシステム。
３．接続構造は中空である、段落１または段落１に記載のシステム。
４．接続構造は分岐している、段落１〜３のいずれかに記載のシステム。
５．接続構造の一つの終端分岐部は、第二のポンプへ接合され、一つ以上のさらなる終端分岐部は、別個のポンプへ接合され、各別個のポンプは、（ｉ）ガスの容積を包含するチャンバーであり、ガスの容積は、第二のポンプ中のガスの第二の容積と同じ容積である、チャンバーと、（ｉｉ）ガスを受け入れて排出し、接続構造へ接合するためのポートと、（ｉｉｉ）ポンプの動作を制御するためのモーターとを備える、段落４に記載のシステム。
６．各別個のポンプは、第二のポンプと同じである、段落５に記載のシステム。
７．システムは、ハウジング、適切には、温度制御ハウジングの中に包含される、段落１〜６のいずれかに記載のシステム。
８．ハウジングの温度は、サーモスタットによって制御される、段落７に記載のシステム。
９．ハウジングの中の温度は約３７℃である、段落８に記載のシステム。
１０．第一および第二のポンプの異なる容積は、呼吸気管、適切には、ヒトの呼吸気管の異なる区画の内部容積を表す、段落１〜９のいずれかに記載のシステム。
１１．別個のポンプの容積は、呼吸気管、適切には、ヒトの呼吸気管の異なる区画の内部容積を表す段落６から１０のいずれかに記載のシステム。
１２．第一および第二のポンプの移動容積は、呼吸気管の対応する区画の中で、最大限に達成可能な容積取り込みと、少なくとも同じくらい大きい、段落１〜１１のいずれかに記載のシステム。
１３．別個のポンプの移動容積は、呼吸気管の対応する区画の中で、最大限に達成可能な容積取り込みと、少なくとも同じくらい大きい、段落５から１２のいずれかに記載のシステム。
１４．モーターまたはポンプのポンプ圧は、気圧に、または気圧より上もしくは下に相当しうる、段落１〜１３のいずれかに記載のシステム。
１５．第一のポンプの移動容積は、約０〜１００ｍｌまたは約１〜１００ｍｌである、段落１〜１４のいずれかに記載のシステム。
１６．第二のポンプの移動容積は、約０〜４０００ｍｌまたは約１〜約４０００ｍｌである、段落１〜１５のいずれかに記載のシステム。
１７．ポンプは、ステンレス鋼を含むか、またはそれから成る、段落１〜１６のいずれかに記載のシステム。
１８．チャンバーはシリンダーである、段落１〜１７のいずれかに記載のシステム。
１９．チャンバーはガラスを含む、段落１〜１８のいずれかに記載のシステム。
２０．第一のポンプのチャンバーは、第二のポンプのチャンバーよりも小さい容積を有する、段落１〜１９のいずれかに記載のシステム。
２１．第一のポンプのチャンバーの容積は、口腔および中咽頭腔の容積を表す、段落１〜２０のいずれかに記載のシステム。
２２．第二のポンプのチャンバーの容積は、肺内腔またはその一部の容積を表す、段落１〜２１のいずれかに記載のシステム。
２３．接続構造の容積は、肺、適切には、ヒトの肺の誘導気道の容積を表す、段落１〜２２のいずれかに記載のシステム。
２４．第一のポンプのピストンプレートは、ガスの取り込みまたは流入のために、一つ以上の隙間を備える、段落１〜２３のいずれかに記載のシステム。
２５．一つ以上の隙間は各々、開閉位置間で移動可能であり、ガスの取り込みまたは流入を調節できる、弁を含む、段落１〜２４のいずれかに記載のシステム。
２６．システムはさらに、システムの動作を同期化できる、コンピュータコントローラを備える、段落１〜２５のいずれかに記載のシステム。
２７．第一のポンプ、もしくは第二のポンプ、または接続構造のうちの一つ以上は、水晶振動子マイクロバランスを包含する、一つ以上のモジュールを備える、段落１〜２６のいずれかに記載のシステム。
２８．第一のポンプ、もしくは第二のポンプ、または接続構造の壁の中にある開口部は、ねじ式または非ねじ式である、段落１〜２７のいずれかに記載のシステム。
２９．開口部のうちの一つ以上は、モジュールを備える、段落１〜２８のいずれかに記載のシステム。
３０．一つ以上のモジュールは、細胞培養液を包含するように適合し、もしくは細胞培養液を保存するように構成されるか、もしくはチャンバーの中の状態を監視するように適合し、もしくはチャンバーの中の状態を監視するように適合するか、またはガスをサンプリングするように適合し、もしくはガスを特徴付けるように適合するかである、段落２９に記載のシステム。
３１．モジュールは、第一および／もしくは第二のポンプのピストンプレートの基部上、ならびに／または接続構造の壁の中に位置する、段落２９または３０に記載のシステム。
３２．一つ以上のモジュールは、細胞培養液を包含する、段落２９から３１のいずれかに記載のシステム。
３３．細胞培養液は、細胞の培養物、適切には、細胞の２次元もしくは３次元培養物を備えるか、またはそれと接触する、段落１〜３２のいずれかに記載のシステム。
３４．細胞培養液を包含または保存するように適合するモジュールはさらに、マイクロ流体チャネル、および随意に、そこへ接続するマイクロ流体ポンプを備える、段落２９から３２のいずれかに記載のシステム。
３５．モジュールは、第一のポンプ、もしくは第二のポンプ、または接続構造の壁のうちの一つ以上の水平面の中に位置付けられる、段落２９から３４のいずれかに記載のシステム。
３６．接続構造はステンレス鋼を含む、段落１〜３５のいずれかに記載のシステム。
３７．第一のポンプのチャンバーは、約１００ｍｌの容積を有する、段落１〜３６のいずれかに記載のシステム。
３８．第二のポンプのチャンバーは、約１リットルから約４リットルの容積を有する、段落１〜３７のいずれかに記載のシステム。
３９．（ｉ）ガスの容積を包含するように構成され、基部と、細胞培養液を包含もしくは保存するため、もしくはチャンバーの中の状態を監視するため、またはガスサンプリングもしくはガスの特徴付けのために、一つ以上のモジュールを受け入れることができる、一つ以上の開口部とを備えるチャンバーと、（ｉｉ）チャンバーの中に包含されるとき、ガスを受け入れ排出するための、第一のポートであって、第一のポートを通るガスの流れを調節するための第一の弁を備え、第一の弁は、開閉位置間を動くことが可能であり、開位置で弁は、試験雰囲気または周囲空気の方へ開かれうる、第一のポートと、（ｉｉｉ）チャンバーの中に包含されるとき、ガスを受け入れ排出するための、第二のポートであって、第二のポートを通るガスの流れを調節するための第二の弁を備え、弁は、開閉位置間を動くことが可能である、第二のポートと、（ｉｖ）中に複数の開口部を包含する、ピストンプレートであって、開口部のうちの一つ以上は、開口部を通るガスの流れを調節するように適合する弁を備える、ピストンプレートとを備える、ガスの容積を移動させるためのポンプ。
４０．ポンプは、ピストンプレートを備えるピストンポンプである、段落３９に記載のポンプ。
４１．チャンバーの中の一つ以上の開口部は、ねじ式または非ねじ式である、段落３９または４０に記載のポンプ。
４２．一つ以上の開口部はモジュールを備える、段落３９から４１のいずれかに記載のポンプ。
４３．モジュールは、ねじ式または非ねじ式である、段落４２に記載のポンプ。
４４．一つ以上のモジュールは、細胞培養液を包含するように適合し、もしくは細胞培養液を保存するように構成されるか、もしくはチャンバーの中の状態を監視するように適合し、もしくはチャンバーの中の状態を監視するように適合するか、またはガスをサンプリングするように適合し、もしくはガスを特徴付けるように適合するかである、段落４２または４３に記載のポンプ。
４５．モジュールは、ポンプの基部上に位置する、段落４２から４４のいずれかに記載のポンプ。
４６．一つまたは複数のモジュールは、細胞培養液を包含する、段落４２から４５のいずれかに記載のポンプ。
４７．細胞培養液は、細胞の培養物、適切には、細胞の２次元もしくは３次元培養物を備えるか、またはそれと接触する、段落４６に記載のポンプ。
４８．細胞培養液を包含または保存するように適合するモジュールはさらに、マイクロ流体チャネル、および随意に、そこへ接続するマイクロ流体ポンプを備える、段落４４から４７のいずれかに記載のポンプ。
４９．モジュールは、第一のポンプ、もしくは第二のポンプ、または接続構造の壁のうちの一つ以上の水平面の中に位置付けられる、段落４２から４８のいずれかに記載のポンプ。
５０．モジュールは、水晶振動子マイクロバランスを備える、段落４３から４９のいずれかに記載のポンプ。
５１．ポンプはさらにモーターを備える、段落３９から５０のいずれかに記載のポンプ。
５２．ポンプ圧は、気圧に、または気圧より上もしくは下に相当する、段落３９から５１のいずれかに記載のポンプ。
５３．ポンプの移動容積は、約０〜１００ｍｌまたは約１〜約１００ｍｌである、段落３９から５２のいずれかに記載のポンプ。
５４．ポンプはステンレス鋼を含む、段落３９から５３のいずれかに記載のポンプ。
５５．チャンバーはシリンダーである、段落３９から５４のいずれかに記載のポンプ。
５６．チャンバーはガラスを含む、段落３９から５５のいずれかに記載のポンプ。
５７．ポンプのチャンバーは、約１００ｍｌの容積を有する、段落３９から５６のいずれかに記載のポンプ。
５８．ポンプのピストンプレートは、ガスの取り込みまたは流入のために、一つ以上の隙間を備える、段落３９から５７のいずれかに記載のポンプ。
５９．隙間のうちの一つ以上は、開閉位置間で移動可能であり、ガスの取り込みまたは流入を調節できる、弁を含む、段落５８に記載のポンプ。
６０．（ｉ）ガスの容積を包含するように、およびチャンバーの中へのガスの取り込みまたは流入のための一つ以上の隙間を備える、ピストンプレートを包含するように構成される、チャンバーであって、隙間のうちの一つ以上または各々は、開閉位置間を動くことが可能で、ガスの取り込みまたは流入を調節することができる、弁を含む、チャンバーと、（ｉｉ）ガスを受け入れるための第一のポートであって、第一のポートを通るガスの流れを調節するための第一の弁を備え、第一の弁は、開閉位置間を動くことが可能である、第一のポートと、（ｉｉｉ）チャンバーの中に包含されるとき、ガスを排出するための第二のポートであって、第二のポートを通るガスの流れを調節するための第二の弁を備え、弁は、開閉位置間を動くことが可能である、第二のポートと、を備える、ガスの容積を移動させるためのピストンポンプ。
６１．チャンバーは基部を含み、もう一つの開口部を備える、段落６０に記載のポンプ。
６２．開口部は、ねじ式または非ねじ式である、段落６１に記載のポンプ。
６３．開口部は、開口部のうちの一つ以上の中にモジュールを備える、段落６０または６１に記載のポンプ。
６４．モジュールは、ねじ式または非ねじ式である、段落６３に記載のポンプ。
６５．モジュールは、細胞培養液を包含もしくは保存するように、もしくはチャンバーの中の状態を監視するように、またはガスをサンプリングもしくはガスを特徴付けるように適合する、段落６３または６４に記載のポンプ。
６６．一つまたは複数のモジュールは、細胞培養液を包含する、段落６３から６５のいずれかに記載のポンプ。
６７．細胞培養液は、細胞の培養物、適切には、細胞の２次元または３次元培養物を含む、段落６６に記載のポンプ。
６８．細胞培養液を包含または保存するために適合するモジュールはさらに、マイクロ流体チャネル、および随意に、そこへ接続するマイクロ流体ポンプを備える、段落６３から６７のいずれかに記載のポンプ。
６９．モジュールは、水晶振動子マイクロバランスを備える、段落６３から６７のいずれかに記載のポンプ。
７０．接続構造は、第二のポートへ接合する、段落６０から６９のいずれかに記載のポンプ。
７１．接続構造は中空である、段落７０のいずれかに記載のポンプ。
ポンプはさらに、モーターを備えるのが適切である。
７２．ポンプのポンプ圧は、気圧に、または気圧より上もしくは下に相当する、段落６０から７１のいずれかに記載のポンプ。
７３．ポンプの移動容積は、約０〜１００ｍｌまたは約１〜約１００ｍｌである、段落６０から７２のいずれかに記載のポンプ。
７４．ポンプはステンレス鋼を含む、段落６０から７３のいずれかに記載のポンプ。
７５．チャンバーはシリンダーである、段落６０から７４のいずれかに記載のポンプ。
７６．チャンバーはガラスを含む、段落６０から７５のいずれかに記載のポンプ。
７７．ポンプのチャンバーは、約１００ｍｌの容積を有する、段落６０から７６のいずれかに記載のポンプ。
７８．（ｉ）ガスの容積を包含するように構成されるチャンバーであって、基部と、細胞培養液を包含もしくは保存するため、もしくはチャンバーの中の状態を監視するため、またはガスサンプリングもしくはガスの特徴付けのための、一つ以上のモジュールとを備える、チャンバーと、（ｉｉ）ガスを受け入れて排出するために動作可能なポートとを備える、ガスの容積を移動させるためのポンプ。
７９．ポンプは、ピストンプレートを備えるピストンポンプである、段落７８に記載のポンプ。
８０．ピストンプレートには、いかなる隙間または開口部もない、段落７９に記載のポンプ。
８１．モジュールは、チャンバーの基部の中に位置する、段落７８から８０のいずれかに記載のポンプ。
８２．モジュールは、ねじ式または非ねじ式である、段落７８から８１のいずれかに記載のポンプ。
８３．モジュールは、細胞培養液を包含するように適合し、もしくは細胞培養液を保存するように構成されるか、もしくはチャンバーの中の状態を監視するように適合し、もしくはチャンバーの中の状態を監視するように適合するか、またはガスをサンプリングするように適合し、もしくはガスを特徴付けるように適合するかである、段落７８から８２のいずれかに記載のポンプ。
８４．一つまたは複数のモジュールは、細胞培養液を包含する、段落７８から８３のいずれかに記載のポンプ。
８５．細胞培養液は、細胞の培養物、適切には、細胞の２次元もしくは３次元培養物を備えるか、またはそれと接触する、段落８４に記載のポンプ。
８６．細胞培養液を包含または保存するように適合するモジュールはさらに、マイクロ流体チャネル、および随意に、そこへ接続するマイクロ流体ポンプを備える、段落８４または８５に記載のポンプ。
８７．モジュールは、水晶振動子マイクロバランスを備える、段落７８から８２のいずれかに記載のポンプ。
８８．接続構造はポートへ接合する、段落７８から８７のいずれかに記載のポンプ。
８９．接続構造は中空である、段落７８から８８のいずれかに記載のポンプ。
９０．ポンプはさらにモーターを備える、段落７８から８９のいずれかに記載のポンプ。
９１．ポンプ圧は、気圧に、または気圧より上もしくは下に相当する、段落７８から９０のいずれかに記載のポンプ。
９２．ポンプの移動容積は、約０〜１０００ｍｌまたは約１〜約１００ｍｌである、段落７８から９１のいずれかに記載のポンプ。
９３．ポンプはステンレス鋼を含む、段落７８から９２のいずれかに記載のポンプ。
９４．チャンバーはシリンダーである、段落７８から９３のいずれかに記載のポンプ。
９５．チャンバーはガラスを含む、段落７８から９４のいずれかに記載のポンプ。
９６．チャンバーの容積は、肺内腔またはその一部の容積を表す、段落７８から９５のいずれかに記載のポンプ。
９７．少なくとも二つのポンプの間をガスが伝達するために、それらを接合するように適合する接続構造であって、接続構造の壁に、中空チャネル、およびまたはより多くのねじ式もしくは非ねじ式開口部を備える、接続構造。
９８．ねじ式開口部は、開口部のうちの一つ以上の中にねじ式モジュールを包含し、モジュールは、細胞培養液を包含するように適合し、もしくは細胞培養液を保存するように構成されるか、もしくはチャンバーの中の状態を監視するように適合し、もしくはチャンバーの中の状態を監視するように適合するか、またはガスをサンプリングするように適合し、もしくはガスを特徴付けるように適合するかである、段落９７に記載の接続構造。
９９．一つまたは複数のモジュールは、細胞培養液を包含する、段落９８に記載の接続構造。
１００．細胞培養液は、細胞の培養物、適切には、細胞の２次元もしくは３次元培養物を備えるか、またはそれと接触する、段落９９に記載の接続構造。
１０１．細胞培養液を包含または保存するように適合するモジュールはさらに、マイクロ流体を備える、段落９８から１００のいずれかに記載の接続構造  
１０２．チャネル、および随意に、マイクロ流体ポンプは接続構造へ接続する、段落９７から１０２のいずれかに記載の接続構造。
１０３．接続構造は中空である、段落９７から１０２のいずれかに記載の接続構造。
１０４．接続構造は分岐している、段落９７から１０３のいずれかに記載の接続構造。
１０５．接続構造の各終端分岐部は、別個のポンプへ接合できる、段落１０４に記載の接続構造。
１０６．接続構造は、肺、適切には、ヒトの肺の誘導気道の容積を表す、段落９７から１０５のいずれかに記載の接続構造。
１０７．モジュールは、接続構造の壁にある水平面の中に位置付けられる、段落９８から１０６のいずれかに記載の接続構造。
１０８．モジュールは、細胞の培養物、適切には、細胞の２次元または３次元培養物を包含するように適合する、段落９８から１０７のいずれかに記載の接続構造。
１０９．モジュールは、細胞の培養物を包含するためのチャンバーであり、チャンバーは、マイクロ流体チャネル、および随意に、そこへ接続するマイクロ流体ポンプを備える、段落９８から１０８のいずれかに記載の接続構造。
１１０．モジュールは、接続構造中の状態の監視に対して、および／もしくはガスサンプリングに対して、ならびに／またはガスの特徴付けに対して適合する、段落９８から１０３のいずれかに記載の接続構造。
１１１．接続構造はステンレス鋼を含む、段落９７から１１０のいずれかに記載の接続構造。
１１２．ポンプを備え、ポンプのうちの一つ以上は、段落３９から９６のいずれかに定義する通りである、システム。
１１３．システムはさらに、段落９７から１１１のいずれかに定義するような接続構造を備える、段落１１２に記載のシステム。
１１４．ポンプは接続構造によって接合する、段落１１２または段落１１２に記載のシステム。
１１５．段落１から３８のいずれかに記載のシステムの使用を含む、試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の相互作用の模擬実験をするための方法。
１１６．試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の相互作用の模擬実験をするための、段落１から３８のいずれかに記載のシステムの使用。
１１７．段落１から３８のいずれかに記載のシステムの使用を含む、模擬呼吸気管に包含される細胞の培養物への、試験雰囲気の効果を判定するための方法。
１１８．模擬呼吸気管に包含される細胞の培養物への、試験雰囲気の効果を判定するための、段落１から３８のいずれかに記載のシステムの使用
１１９．（ａ）本明細書に記載するようなシステムを提供することであって、システムは、モジュールのうちの一つ以上の中に、細胞の培養物を包含することと、（ｂ）試験雰囲気への曝露の前および／または後に、細胞の培養物を比較することであって、細胞の試験雰囲気への曝露の前および／または後における、細胞の培養物の差は、試験雰囲気によって細胞の培養物をもたらすことを示すこととを含む、模擬呼吸気管に包含される細胞の培養物への、試験雰囲気の効果を判定するための方法。
１２０．（ａ）第一のポンプの第一の弁を開き、第一のポンプの第二の弁を閉じて、試験雰囲気を含むガスを、第一のポートを介して第一のポンプへ提供することと、（ｂ）第一のポンプの第一の弁を閉じて、第二の弁を開き、第一のポンプのピストンプレート上の弁を閉じることと、（ｃ）第二のポンプを操作して、試験雰囲気を接続構造の中へ引き込み、第一のポンプのチャンバーおよび接続構造を、周囲空気で流すことと、（ｄ）第一のポンプの第一の弁を、周囲空気の方へ開き、第一のポンプの第一のポートと第二のポートとの間に密封接続を形成することと、（ｅ）ある時間後に、第二のポンプを使用して、接続構造を通って、第一のポンプの第一の弁を通って、試験雰囲気を移動させることと、を含む、本明細書に記載するシステムで、試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の相互作用の模擬実験をするための方法。
１２１．（ａ）第一のポンプの第一の弁を開き、第一のポンプの第二の弁を閉じて、試験雰囲気を含むガスを、第一のポートを介して第一のポンプへ提供することと、（ｂ）第一のポンプの第一の弁を閉じて、第二の弁を開き、第一のポンプのピストンプレート上の弁を閉じることと、（ｃ）第二のポンプを操作して、接続構造を通って試験雰囲気を引き込み、第一のポンプのチャンバーおよび接続構造を、周囲空気で流すことと、（ｄ）第一のポンプの第一の弁を、周囲空気の方へ開き、第一のポンプの第一のポートと第二のポートとの間に密封接続を形成することと、（ｅ）ある期間後に、第二のポンプを使用して、接続構造を通って、第一のポンプの第一の弁を通って、試験雰囲気を移動させることと、を含む、本明細書に記載のシステムの中で、模擬呼吸気管への試験雰囲気の効果を判定するための方法であって、試験雰囲気が、第一のポンプ、もしくは接続構造、もしくは第二のポンプ、またはそれらの二つ以上の組み合わせの中に位置する、一つ以上のモジュールの中に位置する細胞培養物と接触し、方法は、細胞培養物への試験雰囲気の効果を判定する、さらなる工程を含み、試験雰囲気への曝露の前および／または後の細胞培養物の差が、試験雰囲気によって細胞培養物をもたらすことを示す。
１２２．モジュールは、システム状態を監視するように、および／もしくはガスサンプリングに対して、ならびに／またはガスの特徴付けに対して適合し、方法は、モジュールから一つ以上の測定値を手に入れることを含む、段落１２１に記載の方法。
１２３．（ａ）試験雰囲気を第一のポンプのチャンバーへ提供することと、（ｂ）第一のポンプから、第一のポンプを第二のポンプへ接合する接続構造の中へと、試験雰囲気を取り除くことと、（ｃ）第一のポンプ、および接続構造の少なくとも一部分を、周囲空気で流すことと、（ｄ）定義される時間中、第二のポンプおよび接続構造の中に試験雰囲気を保持することと、（ｅ）第二のポンプを使用して、接続構造および第一のポンプの中へ、試験雰囲気を移動させることと、（ｆ）第二のポンプの中で、周囲空気の一回以上のポンプサイクルを行うこととを含む、試験雰囲気と模擬呼吸気管との間の相互作用の模擬実験をするための方法であって、試験雰囲気は、第一のポンプ、もしくは接続構造、もしくは第二のポンプ、またはそれらの二つ以上の組み合わせの中に位置する、細胞培養物に接触する。
１２４．工程（ｄ）は、定義される時間中、第二のポンプと、試験雰囲気をいまだに包含する接続構造の一部分との中に、試験雰囲気を保持することを含む、段落１２３に記載の方法。
１２５．ポンプは、ピストンプレートおよび基部を備える、ピストンポンプである、段落１２３または１２４に記載の方法。
１２６．第一のポンプは、段落３９から７７のいずれかに定義する通りである、段落１２３から１２５のいずれかに記載の方法。
１２７．第二のポンプは、段落７８から９６のいずれかに定義する通りである、段落１２３から１２６のいずれかに記載の方法。
１２８．接続構造は、段落９７から１１１のいずれかに定義する通りである、段落１２３から１２７のいずれかに記載の方法。
１２９．方法は、ハウジング、適切には、温度制御ハウジングの中で行う、段落１２３から１２８のいずれかに記載の方法。
１３０．ハウジングの温度は、サーモスタットによって制御される、段落１２３から１２９のいずれかに記載の方法。
１３１．ハウジングの中の温度は約３７℃である、段落１２３から１３０のいずれかに記載の方法。
１３２．第一および第二のポンプの異なる容積は、呼吸気管、適切には、ヒトの呼吸気管の異なる区画の内部容積を表す、段落１２３から１３１のいずれかに記載の方法。
１３３．第一および第二のポンプの移動容積は、呼吸気管の対応する区画の中で、最大限に達成可能な容積取り込みと、少なくとも同じくらい大きい、段落１２３から１３２のいずれかに記載の方法。
１３４．ポンプ圧は、気圧に、または気圧より上もしくは下に相当する、段落１２３から１３３のいずれかに記載の方法。
１３５．第一のポンプの移動容積は、約０〜１００ｍｌまたは約１〜約１００ｍｌである、段落１２３から１３４のいずれかに記載の方法。
１３６．第二のポンプの移動容積は、約０〜４０００ｍｌまたは約１〜約４０００ｍｌである、段落１２３から１３５のいずれかに記載の方法。
１３７．第一のポンプのチャンバーは、第二のポンプのチャンバーよりも小さい容積を有する、段落１２３から１３６のいずれかに記載の方法。
１３８．第一のポンプのチャンバーの容積は、口腔および中咽頭腔、適切には、ヒトの口腔および中咽頭腔の容積を表す、段落１２３から１３７のいずれかに記載の方法。
１３９．第二のポンプのチャンバーの容積は、肺内腔またはその一部、適切には、ヒトの肺内腔またはその一部の容積を表す、段落１２３から１３８のいずれかに記載の方法。
１４０．接続構造は、肺、適切には、ヒトの肺の誘導気道の容積を表す、段落１２３から１３９のいずれかに記載の方法。
１４１．ピストンプレートは、チャンバーの中へのガスの取り込みまたは流入のための一つ以上の隙間を備える、段落１２３から１４０のいずれかに記載の方法。
１４２．一つ以上の隙間は各々、開閉位置間で移動可能であり、ガスの取り込みまたは流入を調節できる、弁を含む、段落１２３から１４１のいずれかに記載の方法。
１４３．細胞の培養物は、第一および／もしくは第二のポンプのピストンプレートの基部上、ならびに／または接続構造の壁の中に位置する、段落１２３から１４２のいずれかに記載の方法。
１４３．細胞の培養物は、２次元または３次元培養物である、段落１２２から１４２のいずれかに記載の方法。
１４４．方法はさらに、第一のポンプ、もしくは第二のポンプ、または接続構造のうちの一つ以上の中で、その中に包含される一つ以上のモジュールを使用して、状態の、および／もしくはガスサンプリングのための、ならびに／またはガスの特徴付けのための監視を含む、段落１２２から１４３のいずれかに記載の方法。
１４５．細胞の培養物を備えるチャンバーはさらに、マイクロ流体チャネル、および随意に、そこへ接続するマイクロ流体ポンプを備える、段落１２２から１４４のいずれかに記載の方法。
１４５．接続構造はステンレス鋼を含む、段落１２２から１４５のいずれかに記載の方法。
１４６．第一のポンプのチャンバーは、約１００ｍｌの容積を有する、段落１２２から１４５のいずれかに記載の方法。
１４７．第二のポンプのチャンバーは、約１リットルから約４リットルの容積を有する、段落１２２から１４６のいずれかに記載の方法。
１４８．（ａ）試験雰囲気を第一のポンプのチャンバーへ提供することと、（ｂ）第一のポンプから、第一のポンプを第二のポンプへ接合する接続構造の中へと、試験雰囲気を取り除くことと、（ｃ）第一のポンプ、および接続構造の少なくとも一部分を、周囲空気で流すことと、（ｄ）定義される時間中、第二のポンプおよび接続構造の中に試験雰囲気を保持することと、（ｅ）第二のポンプを使用して、接続構造および第一のポンプを通って、試験雰囲気を移動させることと、（ｆ）第二のポンプの中で、周囲空気の一回以上のポンプサイクルを行うことと、を含む、模擬呼吸気管への試験雰囲気の効果を判定するための方法であって、試験雰囲気が、第一のポンプ、もしくは接続構造、もしくは第二のポンプ、またはそれらの二つ以上の組み合わせの中に位置する、一つ以上のモジュールの中に位置する細胞培養物と接触し、方法は、細胞培養物への試験雰囲気の効果を判定する、さらなる工程を含み、試験雰囲気への曝露の前および／または後の細胞培養物の差が、試験雰囲気によって細胞培養物をもたらすことを示す。
１４９．モジュールは、システム状態を監視するように、および／もしくはガスサンプリングに対して、ならびに／またはガスの特徴付けに対して適合し、方法は、モジュールから一つ以上の測定値を手に入れることを含む、段落１４８に記載の方法。
【０２４１】
本明細書に引用または記載するあらゆる刊行物は、本出願の出願日以前に開示された関連情報を提供する。本明細書における記述は、発明者がそのような開示に先だって権利を与えられないことの承認とは、解釈されないものとする。上記の明細書で言及したすべての刊行物は、参照により本明細書に組み込まれる。本発明の様々な修正および変形が、本発明の範囲および精神を逸脱することなく、当業者に明らかになるであろう。特定の好ましい実施形態に関連して本発明を説明してきたが、当然のことながら、特許請求する通りの本発明は、こうした特定の実施形態に不当に限定されるべきではない。実際に、当業者にとって明らかである、本発明を遂行するために記載した様式の種々の改変は、以下の特許請求の範囲内であることを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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