技術領域

本發明涉及用于研究模型材料和氣溶膠的受控制的相互作用的方法和系統。

背景技術

存在強大的驅動力研發新的可靠的體外試驗以減少在環境研究領域以及在藥物行業二者中的動物試驗的數目。存在許多研發來用于使用培養細胞系統模擬毒劑或治療劑暴露的體外系統。一些系統被研發用于模擬皮膚，而其他的系統被研發以模擬胃腸管道和呼吸道。呼吸道或許是模擬起來最復雜的，因為培養氣道上皮細胞應當通過僅覆蓋細胞表面的一薄層流體直接地暴露于空氣中；所謂的空氣吸升狀況。這是特別的問題，如果細胞應當暴露于空氣傳播的粒子中。用于反復性的暴露一個假定是以較小體積產生的解聚集的粒子氣溶膠(aerosol)，其是通過根據由Inhalation?Sciences?Sweden?AB(ISAB)研發的美國專利6,003,512的技術所提供的。ISAB還已經研發了一種噴霧干燥技術(WO?2004/041900)，其可將較小部分的物質快速地重新配制成高產量的細粉末，以用于噴粉槍機械中，噴粉槍氣溶膠發生器已經被證明與嚙齒類動物的分離的、換氣的和灌注的肺(IPL)結合是有用的，如在P.Gerde?et?al.Inhalation?Toxicology，2004，16，45-52中所公開的，其中研究了柴油機煙灰的肺部沉積。在吸入暴露于候選藥物期間，研究的物質在肺的目標區域中的沉積是一希望過程，其通過在供應設備中和在呼吸道的非目標區域中的沉積伴隨有研究材料的不想要的損失。在用于吸入供應的藥物的研發過程早期，物質損失是經由吸入的防止經常的決定性的早期試驗的關鍵因素。兩個較大的機構導致當氣溶膠正流過管道(duct)時的粒子的壁沉積：空氣動力損失和靜電損失?？諝鈩恿p失是由粒子的擴散、沉積、嵌塞和阻截貢獻的并且主要受到研究的氣溶膠的質量中值空氣動力學直徑(MMAD)和所研究的管道系統的流體動力學的影響?？諝鈩恿p失可通過理論模型很好地合理預測。靜電損失附加在空氣動力損失上并且強烈地依賴于所研究的粉末和管道系統的壁的材料性質。靜電損失更不穩定且難以預測，并且可以是研究的氣溶膠的主要的沉積機理。粉末氣霧膠的該不可預測的行為導致不僅對呼吸道的氣溶膠發生器設備的、暴露系統(exposure)和非目標區域的血管壁而且在需要獲得研究對象中的目標暴露量的暴露參數的調節期間的物質損失。本發明的目的是要致力于該問題。靜電方法也已經被設計以改善細胞培養中的氣溶膠沉積。然而，這些方法更適合于納米尺寸的粒子和經常空氣污染源的非常稀的氣溶膠，并不適合于臨床有關的稠密的醫藥制品氣溶膠。存在若干可用的方法，用于研究培養的氣道細胞的是例如專門的培養小室(well)，其發育以使肺細胞在可滲透薄膜的上面生長以及灌注液的儲室(reservoir)在該薄膜之下以在氣道上皮和周圍空氣之間產生緊密接觸，類似于體內的情況。Corning已經研發了“Transwell系統”，其中融合性的以及甚至纖毛的上皮細胞可被培養并用于試驗中。存在可從Becton，Dickinson?and?Company；Falcon^TM獲得的相似系統。Epithelix公司提供了即可使用的、完全地區分的上皮細胞，其具有在Transwell小室即MucilAir中培養的纖毛功能，但是它們沒有一種方法，用于實施這樣的細胞的受控制的暴露到可呼吸的氣溶膠。Vitrocell公司提供了栽培-和暴露系統，其包括基于Transwell系統的細胞培養模塊和專賣氣溶膠暴露單元。該系統通過充滿氣溶膠流垂直嵌塞在研究表面上而實現粒子沉積在一表面上。然而，今天可用的該方法的主要缺點是：缺少合適的方法來產生具有足夠濃度的同質的氣溶膠并修正要被測試的化合物(compound)的粒子尺寸分配；最終不夠的劑量控制。當然在該領域內存在對基于體外的方法的改善的需要。這樣的改善是這樣實現的：通過提供一種很好的受控制的方法，其適合于篩分因受到各種空氣中懸浮粒子的影響的細胞培養；例如毒性測試，藥物、診斷、新陳代謝研究，其中對發育-或區分或基因調節的影響可被研究(基因調節研究)等。

如在以下部分中描述的本發明消除了在該技術中的缺點中的至少一些并且提供了篩分(screening)模型，其使得可以更好地在體外研究氣溶膠在類似呼吸道中的空氣-血-阻擋層的模型材料上的受控制的暴露。

發明內容

本發明大體上提供一種用于受控的氣溶膠暴露的改善的模型系統，其可基于類似于氣道的自然空氣-血-屏障(barrier)的模型材料以便支持用于后來的藥物研發的候選物質如何遵循對呼吸道的服用(administration)進行沉積，吸收和代謝的預計。