暴露系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于研宄模型材料和气溶胶的受控制的相互作用的方法和系统。
【背景技术】
[0002] 存在强大的驱动力研发新的可靠的体外试验以减少在环境研宄领域以及在药物 行业二者中的动物试验的数目。存在许多研发来用于使用培养细胞系统模拟毒剂或治疗 剂暴露的体外系统。一些系统被研发用于模拟皮肤，而其他的系统被研发以模拟胃肠管道 和呼吸道。呼吸道或许是模拟起来最复杂的，因为培养气道上皮细胞应当通过仅覆盖细 胞表面的一薄层流体直接地暴露于空气中；所谓的空气吸升状况。这是特别的问题，如果 细胞应当暴露于空气传播的粒子中。用于反复性的暴露一个假定是以较小体积产生的解 聚集的粒子气溶胶（aerosol)，其是通过根据由Inhalation Sciences Sweden AB(ISAB) 研发的美国专利6, 003, 512的技术所提供的。ISAB还已经研发了一种喷雾干燥技术（WO 2004/041900)，其可将较小部分的物质快速地重新配制成高产量的细粉末，以用于喷粉枪 机械中，喷粉枪气溶胶发生器已经被证明与啮齿类动物的分离的、换气的和灌注的肺（IPL) 结合是有用的，如在P. Gerde et al. Inhalation Toxicology，2004,16,45-52 中所公开的， 其中研宄了柴油机烟灰的肺部沉积。在吸入暴露于候选药物期间，研宄的物质在肺的目标 区域中的沉积是一希望过程，其通过在供应设备中和在呼吸道的非目标区域中的沉积伴随 有研宄材料的不想要的损失。在用于吸入供应的药物的研发过程早期，物质损失是经由吸 入的防止经常的决定性的早期试验的关键因素。两个较大的机构导致当气溶胶正流过管道 (duct)时的粒子的壁沉积：空气动力损失和静电损失。空气动力损失是由粒子的扩散、沉 积、嵌塞和阻截贡献的并且主要受到研宄的气溶胶的质量中值空气动力学直径（MMD)和 所研宄的管道系统的流体动力学的影响。空气动力损失可通过理论模型很好地合理预测。 静电损失附加在空气动力损失上并且强烈地依赖于所研宄的粉末和管道系统的壁的材料 性质。静电损失更不稳定且难以预测，并且可以是研宄的气溶胶的主要的沉积机理。粉末气 雾胶的该不可预测的行为导致不仅对呼吸道的气溶胶发生器设备的、暴露系统（exposure) 和非目标区域的血管壁而且在需要获得研宄对象中的目标暴露量的暴露参数的调节期间 的物质损失。本发明的目的是要致力于该问题。静电方法也已经被设计以改善细胞培养 中的气溶胶沉积。然而，这些方法更适合于纳米尺寸的粒子和经常空气污染源的非常稀的 气溶胶，并不适合于临床有关的稠密的医药制品气溶胶。存在若干可用的方法，用于研宄 培养的气道细胞的是例如专门的培养小室（well)，其发育以使肺细胞在可渗透薄膜的上面 生长以及灌注液的储室（reservoir)在该薄膜之下以在气道上皮和周围空气之间产生紧 密接触，类似于体内的情况。Corning已经研发了 "Transwell系统"，其中融合性的以及甚 至纤毛的上皮细胞可被培养并用于试验中。存在可从Becton，Dickinson and Company; Falcon?获得的相似系统。Epithelix公司提供了即可使用的、完全地区分的上皮细胞，其 具有在Transwell小室即MucilAir中培养的纤毛功能，但是它们没有一种方法，用于实施 这样的细胞的受控制的暴露到可呼吸的气溶胶。Vitrocell公司提供了栽培-和暴露系统， 其包括基于Transwell系统的细胞培养模块和专卖气溶胶暴露单元。该系统通过充满气 溶胶流垂直嵌塞在研宄表面上而实现粒子沉积在一表面上。然而，今天可用的该方法的主 要缺点是：缺少合适的方法来产生具有足够浓度的同质的气溶胶并修正要被测试的化合物 (compound)的粒子尺寸分配；最终不够的剂量控制。当然在该领域内存在对基于体外的方 法的改善的需要。这样的改善是这样实现的：通过提供一种很好的受控制的方法，其适合于 筛分因受到各种空气中悬浮粒子的影响的细胞培养；例如毒性测试，药物、诊断、新陈代谢 研宄，其中对发育-或区分或基因调节的影响可被研宄（基因调节研宄）等。
[0003] 如在以下部分中描述的本发明消除了在该技术中的缺点中的至少一些并且提 供了筛分（screening)模型，其使得可以更好地在体外研宄气溶胶在类似呼吸道中的空 气-血-阻挡层的模型材料上的受控制的暴露。
【发明内容】
[0004] 本发明大体上提供一种用于受控的气溶胶暴露的改善的模型系统，其可基于类似 于气道的自然空气-血-屏障（barrier)的模型材料以便支持用于后来的药物研发的候选 物质如何遵循对呼吸道的服用（administration)进行沉积，吸收和代谢的预计。
[0005] 改善的系统支持雾化的试验物质的淀积剂量和质量平衡的可靠的确定，同时最小 化在暴露对象（模型材料）外部的设备中的雾化的药物的分配的剂量的损失并且允许在暴 露系列之后设备沉积材料的恢复。还重要的是，雾化药物暴露到表面模型材料可被允许以 类似于在药物的吸气的剂量之后肺中的过程。
[0006] 为了该目的，本发明的系统包括来自气溶胶发生器和暴露单元的气溶胶输送配 置。暴露单元包括暴露帽，包含模型材料的容器以及灌注托盘。这些部分和它们的改善将 在下面的部分中进行描述。
[0007] 在本发明的上下文中，"空气-血-屏障"表示空气和呼吸道的组织之间的分界面。 典型地，传送气道的粘膜组织和肺的肺泡组织是空气-血-屏障的例子。
[0008] 术语"气溶胶"常常称为液滴的雾；然而如在本发明的上下文中使用的术语指的 是在空气流中的固体粒子的悬浮体。因此术语"气溶胶"还可以表示描述具有形成物的悬 浮粒子的一定体积空气的气溶胶团。术语"气溶胶"，"粒子"，"气溶胶粒子"，"雾化形成物" 和相似的在本发明的上下文中可互换地使用并且指的是由药学上活性的药物和被形成为 用于气溶胶输送的载体组成的形成物的粒子。优选地，所述粒子可具有在0. 005到10微米 的范围内的直径。
[0009] 术语接收材料被理解为广泛地限定为与气溶胶相互作用的模型材料，气溶胶的粒 子沉积在模型材料上或其中，即一部分的完全服用的气溶胶剂量与所述接收材料相互作 用。例如，所述细胞可以是单独培养的或共同培养的，单层的或若干层的，悬浮的或如类似 于一件组织壁。
[0010] 模型材料例如，细胞，可培养在可渗透载体例如薄膜优选地聚碳酸酯薄膜的一侧 上或两侧上。
[0011] 术语"暴露目标"也用在本发明的上下文中并且应当看作具有和"接收材料"相似 的一般意义，所述"接收材料"即用于通过本发明的系统和方法进行气溶胶输送的目标。
[0012] 术语模型材料是类似于呼吸道中的空气-血-屏障的模型。
[0013] 术语模型材料可包括类似于呼吸道优选地肺道的空气-血-屏障的任何类型的材 料。
[0014] 接收模型材料例如细胞被理解为广泛地限定为与气溶胶相互作用的细胞，气溶胶 的粒子淀积在细胞上或其中，即一部分的全部服用的气溶胶剂量与沉积细胞相互作用。
[0015] 在本发明的上下文中，接收材料可以是一种包括分离的细胞的模型材料，单独培 养的或共同培养的，单层的或若干层的，或在可渗透载体的两侧上的，悬浮的以及还如雷雨 一块组织壁的。
[0016] 在一个总的方面，本发明涉及一种获得模型材料到气溶胶的受控的暴露的方法。 该方法包括以下步骤：提供包括模型材料的容器，将所述暴露帽插入到所述容器中以便在 暴露期间获得基本上密封的环境，将受控的气溶胶流引入到暴露帽的上部部分并且通过围 绕暴露帽的中心轴的旋转流动将气溶胶朝向模型材料的表面输送。模型材料因此被允许与 气溶胶接触，同时模型材料容器受到保护使之免于与气溶胶接触。在暴露过程期间没有由 模型材料保持