用于血管化细胞聚集体的装置和方法与流程

本公开广义上涉及一种用于血管化细胞聚集体的装置和方法。

背景技术：

1、迄今为止，已经提出了各种用于培养细胞聚集体和/或类器官的系统(包括微流体系统)。然而，已经认识到这些系统缺乏控制聚集体位置的可能性和缺乏形成围绕整个细胞聚集体的受控和一致的血管系统的可能性。

2、鉴于上述情况，需要解决或至少改善上述问题。特别地，需要提供一种用于血管化细胞聚集体的装置和方法，以解决或至少改善上述问题。

技术实现思路

1、在一个方面，提供一种用于血管化细胞聚集体的装置，所述装置包括：基质区域，其被配置为含有凝胶样基质，并且所述基质区域具有至少一个开口以基于期望的三维空间位置将所述细胞聚集体放置在其中；和一个或多个流体区域，其被配置为含有能够支持所述细胞聚集体的血管化的支持流体，所述一个或多个流体区域与所述基质区域流体连通，其中所述一个或多个流体区域到安置在所述基质区域中的凝胶样基质的流动通道被配置为允许在所述细胞聚集体周围进行三维血管化和对形成的血管系统进行灌注。

2、在一个实施例中，所述至少一个或多个流体区域包括至少两个流体区域。

3、在一个实施例中，一个流体区域被安置在所述基质区域一侧的侧面，并且另一个流体区域被安置在所述基质区域相对侧的侧面。

4、在一个实施例中，所述流动通道基本上没有在所述一个或多个流体区域和所述基质区域之间安置中间结构障碍。

5、在一个实施例中，所述至少一个开口基本上位于所述基质区域的中心。

6、在一个实施例中，每个流体区域包括至少两个开口以便于在所述流体区域中的每一个中引入所述支持流体。

7、在一个实施例中，所述基质区域沿其纵向长度方向在形状上基本对称。

8、在一个实施例中，所述至少两个流体区域关于所述基质区域对称地安置。

9、在一个实施例中，所述装置还包括安置在所述基质区域内的凝胶样基质。

10、在一个实施例中，构成所述基质区域和所述一个或多个流体区域的壁的至少一部分包括弹性体。

11、在一个实施例中，所述装置包括安置在基板上的弹性体，其中所述弹性体包括在所述弹性体的开放表面上形成的图案，所述图案对应于所述基质区域和所述一个或多个流体区域的布局，并且其中所述基板基本上流体密封所述弹性体的开放表面上的图案，以形成所述装置的基质区域和一个或多个流体区域。

12、在一个实施例中，所述至少两个流体区域被所述基质区域彼此分开。

13、在一个方面，提供一种芯片，其包括多个本文公开的装置。

14、在一个方面，提供一种用于血管化细胞聚集体的方法，所述方法包括：提供一个装置，所述装置包括基质区域，所述基质区域被配置为含有凝胶样基质，并且所述基质区域具有至少一个开口以基于期望的三维空间位置将所述细胞聚集体放置在其中；和一个或多个流体区域，所述一个或多个流体区域被配置为含有能够支持所述细胞聚集体的血管化的支持流体，所述一个或多个流体区域与所述基质区域流体连通，其中所述一个或多个流体区域到安置在所述基质区域中的凝胶样基质的流动通道被配置为允许在所述细胞聚集体周围进行三维血管化和对形成的血管系统进行灌注；将所述凝胶样基质引入所述基质区域中；经由所述至少一个开口将细胞聚集体放置在所述凝胶样基质中；和将所述支持流体引入所述一个或多个流体区域中。

15、在一个实施例中，所述凝胶样基质通过表面张力基本上维持在所述基质区域中。

16、在一个实施例中，所述细胞聚集体被放置在所述凝胶样基质中，使得所述凝胶样基质完全围绕所述细胞聚集体。

17、在一个实施例中，所述方法还包括将能够支持所述细胞聚集体血管化的细胞引入所述一个或多个流体区域中。

18、在一个实施例中，所述方法还包括将一种或多种细胞类型引入所述凝胶样基质中，所述一种或多种细胞类型能够支持所述细胞聚集体血管化并与所述细胞聚集体相互作用。

19、在一个实施例中，所述方法还包括血管化所述细胞聚集体，以在所述细胞聚集体周围获得三维血管化。

20、在一个实施例中，所述方法还包括将一种或多种测试试剂引入所述一个或多个流体区域和/或所述基质区域中；和分析所述一种或多种测试试剂对所述细胞聚集体的影响。

21、定义

22、如本文使用的术语“细胞聚集体”广义上应解释为指例如以三维(3d)方式聚集在一起的任何细胞簇，并且可以包括(但不限于)具有相同细胞类型诸如肿瘤球状体或具有不同细胞类型诸如类器官、活检等的细胞聚集体。

23、术语“和/或”，例如“x和/或y”应理解为表示“x和y”或“x或y”,并且应该被认为可用来为两种含义或任一含义提供明确的支持。

24、此外，在本文的描述中，词语“基本上”无论何时使用都应理解为包括(但不限于)“完整地”或“完全地”等。另外，诸如“包括”“包含”等的术语无论何时使用都旨在是非限制性的描述性语言，除了没有明确陈述的其他组件之外，其广义上包括在这些术语之后陈述的元件/组件。例如，当使用“包括”时，对“一个”特征的引用也是对“至少一个”该特征的引用。诸如“组成”等的术语在适当的上下文中可以被认为是诸如“包括”等的术语的子集。因此，在本文公开的使用诸如“包括”等的术语的实施例中，应理解，这些实施例为使用诸如“组成”等的术语的相应实施例提供了教示。此外，诸如“约”、“大约”等的术语无论何时使用通常都意味着合理的变化，例如所公开值的+/-5％的变化，或所公开值的4％的变化，或所公开值的3％的变化，所公开值的2％的变化或所公开值的1％的变化。

25、此外，在本文的描述中，某些值可以以范围的形式公开。显示范围端点的值旨在说明优选的范围。无论何时描述一个范围，都意味着该范围覆盖并教示了所有可能的子范围以及该范围内的单个数值。也就是说，范围的端点不应被解释为不可变更的限制。例如，范围1％至5％的描述旨在具有具体公开的子范围，例如，1％至2％、1％至3％、1％至4％、2％至3％等，以及在该范围内的单个值，诸如1％、2％、3％、4％和5％。应理解，该范围内的单个数值也包括整数、分数和小数。此外，无论何时描述一个范围，都还意味着该范围覆盖并教示了具有从所示数值端点开始最多2个额外的小数位或有效数字(如果合适)的值。例如，范围1％至5％的描述旨在具体公开范围1.00％至5.00％以及1.0％至5.0％以及跨越这些范围的它们的所有中间值(诸如1.01％、1.02％……4.98％、4.99％、5.00％和1.1％、1.2％……4.8％、4.9％、5.0％等)。上述具体公开的意图适用于任何深度/宽度范围。

26、另外，当描述一些实施例时，本公开可能已经以特定顺序的步骤公开了一种方法和/或工艺。然而，除非另外要求，否则应理解，该方法或工艺不应限于所公开的特定顺序的步骤。其他顺序的步骤可以是可能的。本文公开的特定次序的步骤不应被解释为不适当的限制。除非另外要求，否则本文公开的方法和/或工艺不应限于以书写的次序执行的步骤。步骤的顺序可以改变，并且仍然保持在本公开的范围内。除非另外说明或要求，否则在某些实施例中也可以省略或去除一个或多个步骤，并且这些实施例应理解为仍在本公开的范围内。

27、此外，应理解，虽然本公开提供了具有本文讨论的一个或多个特征/特点的实施例，但是在其他替代实施例中也可以放弃这些特征/特点中的一个或多个，并且本公开为此类放弃部分特征/特点的实施例和这些相关替代实施例提供了支持。

28、实施方案的描述

29、下文公开了用于血管化细胞聚集体的装置和方法的示例性、非限制性实施例。

30、提供了一种装置(例如，微流体装置)，该装置包括：被配置为用于含有凝胶样基质的基质区域(例如，主要区域或中心通道)；和与基质区域流体连通的一个或多个流体区域(例如，支持区域或侧面通道)，该一个或多个流体区域被配置为用于含有支持流体。在各种实施例中，可以将细胞接种在一个或多个流体区域和基质区域中，并且这些区域中的每一个可以被配置为接种通道。在各种实施例中，基质区域和流体区域之间的差异在于，基质区域具有含或不含细胞的凝胶样基质，并且一个或多个流体区域具有含或不含细胞的流体。有利地，本文公开的装置的各种实施例，除了具有微流体技术的益处之外，还可以：更好地控制接种到装置中的细胞聚集体的血管化；由于将细胞聚集体基本上一致地放置在装置内，所以在实验重复操作中能获得结果的一致性；加速成像(例如，通过标准或高容量筛选共聚焦显微镜)；更容易提取含有细胞聚集体的凝胶样基质(例如，3d水凝胶)的一部分以用于处理后分析(例如，组织学)；并且由于将细胞聚集体基本上一致地放置在装置内而开发了一种自动化工艺来放大该系统以实现高通量。

31、在各种实施例中，基质区域包括至少一个开口，该至少一个开口被配置为允许将细胞聚集体接种/引入基质区域中。在各种实施例中，该至少一个开口基本上位于基质区域的中心，例如基本上位于基质区域沿其纵向长度的中间，和/或基本上位于基质区域沿其宽度方向的中间，和/或基本上位于基质区域沿其深度方向的中间，和/或基质区域的xy平面，和/或基质区域的xz平面，和/或基质区域的yz平面。在一些实施例中，本文公开的开口可以理解为是三维特征(例如，空间或间隙的体积)，并且在一些其他实施例中，本文公开的开口可以理解为是二维特征(例如，表面或平面特征/入口)。有利地，在各种实施例中，该至少一个开口允许将细胞聚集体固定和/或放置在基质区域内的接种位置(或受控位置)。例如，该至少一个开口允许基于期望的三维空间位置将细胞聚集体放置在基质区域中。

32、在各种实施例中，该至少一个开口位于装置的顶部。有利地，这允许将细胞聚集体直接接种/引入/插入到装置的通道(例如，微通道)中，而不需要将细胞聚集体暴露于细胞流过流体通道时可能会发生的物理机械变化。

33、在一些实施例中，可以存在超过一个开口。这些其他开口可以通向基质区域的不同部分，并且可以有利地便于进入基质区域的这些不同部分以将细胞聚集体放置在这些区域中。因此，如果需要，可以将多个细胞聚集体放置在基质区域的不同部分中。这可以有利地最大化基质区域用于研究的用途。

34、在各种实施例中，基质区域含有凝胶样基质(例如，将凝胶样基质安置在基质区域内)。凝胶样基质可以包含水凝胶，例如细胞外基质(ecm)样水凝胶、胶原凝胶、纤维蛋白凝胶、或其他定制的水凝胶，诸如胶原凝胶和纤维蛋白凝胶的混合物。在各种实施例中，当经由该至少一个开口接种细胞聚集体时，细胞聚集体的接种位置被控制在凝胶样基质内。换言之，细胞聚集体的接种位置可以在凝胶样基质的xy平面、xz平面和/或yz平面中的位置处被控制(例如，被控制为在一个或多个平面中基本上居中或偏离中心的位置)。例如，可以将细胞聚集体接种在‘底部基质区域’的基本中心位置处，这便于血管化/成像。在各种实施例中，将细胞聚集体完全包埋在凝胶样基质中(即，细胞聚集体完全被凝胶样基质围绕)。有利地，在各种实施例中，细胞聚集体在凝胶样基质中的包埋放置允许血管系统完全围绕细胞聚集体，因为血管系统可以到达细胞聚集体的所有外表面。在各种实施例中，可以通过“手动操作”或“机器操作”将细胞聚集体的接种位置控制在一定量的凝胶样基质(例如，水凝胶)中的期望xyz位置。

35、在各种实施例中，该至少一个开口(或多个开口中的每一个)的形状基本上对称。例如，开口的形状可以是基本上椭圆形或基本上圆形。也可以使用包括平行四边形，诸如正方形、矩形、菱形等的其他形状。在其他实施例中，开口的形状可以是不规则的。应理解，可以使用任何类型/形状/构造的开口，只要它能够便于将凝胶样基质引入基质区域中和将细胞聚集体接种在凝胶样基质内。在一些实施例中，开口可以具有渐细轮廓(例如，渐细侧轮廓)，即从顶部向基质区域逐渐变细的开口通道形式。

36、在各种实施例中，一个或多个流体区域至少部分围绕基质区域。在各种实施例中，当(仅有)一个流体区域时，该流体区域可以被配置为部分或全部围绕(或环绕)基质区域。在各种实施例中，当有多个流体区域时，这些流体区域中的每一个可以至少部分围绕基质区域。在各种实施例中，至少一个流体区域(或流体区域中的每一个)的长度基本上跨越基质区域的长度。有利地，这允许基质区域的大部分长度由至少一个流体区域提供供给(例如，基质区域中凝胶样基质的基本上整个长度可以用来自至少一个或多个流体区域的支持流体灌注)。

37、例如，在各种实施例中，可以有至少两个流体区域，其中一个流体区域被安置在基质区域一侧的侧面，并且另一个流体区域被安置在基质区域相对侧的侧面(即，流体区域侧接基质区域的侧面)。在各种实施例中，所述至少两个流体区域还可以关于基质区域对称地安置，并且流体区域可以被基质区域彼此分开。在一些实施例中，可以有偶数个流体区域(即，2的倍数)。因此，相等数量的流体区域可以被安置在基质区域的两个相对的侧面(即，被基质区域分开)，和/或流体区域可以关于基质区域对称地安置。有利地，流体区域关于基质区域的对称安置可以更好地允许用来自不同侧的支持流体更均匀地灌注基质区域。这又可以引起细胞聚集体周围更均匀或完全的三维血管化。在各种实施例中，可以有通过压力梯度进行的被动液体运动通过血管系统，或通过使用例如泵进行的主动液体运动(灌注)通过血管系统(即，该装置可以与“主动”泵送系统兼容)。

38、在各种实施例中，一个或多个流体区域含有支持流体(或流体介质或灌注介质)。在各种实施例中，支持流体能够支持细胞聚集体的血管化。支持流体可以包含细胞培养/生长培养基、生长因子(例如，包括血管生成刺激因子等)、细胞(例如，内皮细胞)、细胞因子、用于药物递送的纳米颗粒、抗体、活性剂等。在各种实施例中，可以例如通过压力梯度和通过扩散引导支持流体穿过基质区域中的凝胶样基质。也可以由外部来源(例如，由泵)驱动支持流体通过基质区域中的凝胶样基质，以产生动态流体流动。

39、在各种实施例中，基质区域被配置为基本上将凝胶样基质维持在基质区域中。例如，当将凝胶样基质注射到基质区域(例如，专用区域)中时，凝胶样基质将例如由于表面张力而基本停留/保留在基质区域中(即，不流入流体区域中)。有利地，在各种实施例中，可以避免在流体区域中填充有凝胶样基质。另一方面，在各种实施例中，当将支持流体(例如，培养基)添加到流体区域中时，该支持流体可以流过多孔的凝胶样基质。凝胶样基质也可以通过压力梯度灌注。换言之，支持流体可以进入基质区域。在各种实施例中，当例如流体区域没有被配置为围绕(或环绕)基质区域时，来自一个流体区域的支持流体基本上不能在不通过基质区域的情况下流到另一个流体区域。

40、在各种实施例中，装置被配置为用于培养和血管化包含各种细胞类型的细胞聚集体。例如，细胞聚集体可以至少包含肿瘤细胞，包括(但不限于)癌细胞。作为另一个实例，类器官形式的细胞聚集体可以由分化成各种器官细胞的诱导多能干细胞制成(或可以包含这些诱导多能干细胞)。作为另一个实例，该装置也可以培养和血管化非肿瘤类器官。在各种实施方案中，细胞聚集体以及凝胶样基质可以包括/包含肿瘤细胞、癌细胞、内皮细胞、基质细胞(例如，成纤维细胞)、器官特异性细胞、免疫细胞(例如，t细胞、nk细胞、单核细胞、巨噬细胞、树突细胞等)和/或一种或多种能够与细胞聚集体相互作用的细胞类型和/或能够支持细胞聚集体的血管化(包括血管系统形成)的细胞类型。在各种实施例中，支持流体和/或一个或多个流体区域可以至少包含内皮细胞(和/或能够支持细胞聚集体的血管化的其他细胞类型)、免疫细胞和/或癌细胞，或者可以仅包含无细胞的细胞培养基。

41、在各种实施例中，基质区域和一个或多个流体区域被配置为至少允许内皮细胞从一个或多个流体区域出芽/生长/增殖到基质区域。当引入/流入一个或多个流体区域的支持流体至少包含内皮细胞时，这可能发生。有利地，在各种实施例中，该装置因此被配置为允许通过血管生成形成血管系统，其中接种在一个或多个流体区域中的内皮细胞迁移到基质区域的凝胶样基质中，并到达放置在凝胶样基质中的细胞聚集体，以血管化细胞聚集体。

42、在各种实施例中，该装置还被配置为有利地允许通过血管形成来形成血管系统。当将内皮细胞和其他支持细胞(例如，基质细胞，诸如成纤维细胞)直接接种在凝胶样基质中时，这可能发生，其中细胞在可灌注的血管系统网络中自组织。

43、在各种实施例中，一个或多个流体区域到基质区域的流动通道基本上没有安置在一个或多个流体区域和基质区域之间的中间结构障碍，诸如柱。即，本文公开的装置的各种实施例基本上没有阻碍/阻止/减缓支持流体从一个或多个流体区域向基质区域流动的柱或结构(例如，该装置基本上不含围绕基质区域的此类柱和结构)，以及破坏细胞聚集体周围的三维血管化的柱或结构。因此，在各种实施例中，一个或多个流体区域到基质区域中的凝胶样基质的流动通道被配置为允许在细胞聚集体周围进行三维血管化和形成后的血管系统的灌注。这种流动通道在用支持流体(例如，用于到达细胞聚集体的含有营养物、生长因子和细胞/药物/纳米颗粒的介质)灌注所形成的血管系统中可能是重要的。有利地，这种‘无杆’系统可以增加模型的生理相关性(通过更好地模拟用于血管化的生理流动环境)。相反地，在流动通道中(例如，在流体区域和基质区域之间)具有中间柱或杆可能不允许聚集的细胞周围的三维血管化正确发生，从而破坏了模型的生理相关性。

44、在各种实施例中，流动通道(例如，一个或多个流体区域和基质区域之间的流动通道)的截面基本上跨越基质区域的纵向截面。有利地，这允许基质区域的大部分/大多数截面由至少一个流体区域提供供给(例如，对于基质区域的凝胶样基质，用来自至少一个或多个流体区域的支持流体灌注)。在各种实施例中，至少一个流体区域和基质区域被安置在装置中大致/基本上相同的深度，使得至少一个流体区域(或多个流体区域)的纵向截面与基质区域的纵向截面基本上排齐。在各种实施例中，至少一个流体区域和基质区域被安置在装置的底部。

45、在各种实施例中，基质区域和/或一个或多个流体区域中的至少一个的形状基本上对称。此外，一个或多个流体区域中的每一个的形状可以基本上对称。在各种实施例中，可以改变对称性(例如，以不再对称)来有效地改变穿过凝胶样基质(例如，水凝胶)的流动。

46、在各种实施例中，装置的对称线和基质区域的对称线基本上重合。

47、在各种实施例中，细胞聚集体可以通过显微注射和/或移液和/或重力沉入或进入基质区域(即，接种)。在各种实施例中，如果凝胶样基质(例如，水凝胶)的粘度低，则可以使用重力。否则(即，凝胶样基质不具有低粘度)，可以用例如标准实验室移液管将细胞聚集体包埋在凝胶样基质(例如，水凝胶)中。

48、在各种实施例中，任选地，基本上位于基质区域沿其纵向长度方向的中间的至少一个开口(例如，至少一个中心开口)可以被配置为允许插入凝胶样基质。在各种实施例中，基质区域还可以包括其他入口/出口开口(例如，与至少一个中心开口分开)，其被配置为允许插入和/或移除凝胶样基质。这些其他入口/出口开口可以有效地允许凝胶样基质从基质区域的这些其他入口/出口开口以及从基质区域中的至少一个中心开口插入。

49、在各种实施例中，流体区域中的每一个可以包括至少一个或多个开口(或进入孔)以便于将支持流体引入每一个流体区域中。在各种实施例中，每个流体区域包括至少两个开口。提供的开口可以作为流体区域主要部分的附件。因此，在各种实施例中，附件与流体区域的主要部分流体连通。例如，这些开口可以以孔的形式附接到流体区域的主要部分(例如，紧邻基质区域的部分)。这些孔可以具有变细/渐细的形状/轮廓(例如，渐细侧面轮廓)，他们从顶部较大/较宽的开口到较小/较窄的底部逐渐变细。

50、在各种实施例中，基质区域被配置为允许使类器官培养和生长达到尺寸约几毫米。在各种实施例中，类器官的尺寸可以高达约2mm或更大。应理解，也可以获得其他尺寸的类器官。例如，如果需要更大的类器官，则可以提供/制造具有更大通道(例如，关于基质区域和流体区域)和开口以容纳更大的聚集体的装置。

51、在各种实施例中，可以通过软光刻工艺，并且特别是通过复制模制，用弹性体(例如，聚二甲基硅氧烷(pdms))制造该装置。在通过此类方法制造的装置中，形成基质区域和至少一个流体区域(或多个流体区域)的壁(或表面)的至少一部分因此可以包含弹性体。有利地，弹性体的弹性特性增加了装置的生理相关性，因为它在细胞生长和/或血管化期间更好地代表了体内生物环境中的微环境或周围软组织。使用pdms作为弹性体还可以有利地允许容易地(例如，在相对短的时间内并且以相对简单的方式)制造该装置，并且由于pdms的透明性，还允许对该装置进行成像。

52、用于制造装置(例如，装置顶部)的弹性体可以是天然橡胶、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、聚异戊二烯、聚丁二烯、乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、硅弹性体、含氟弹性体、聚氨酯弹性体、丁腈橡胶等或其组合。在各种实施例中，弹性体含有含硅弹性体，且因此含有硅元素。在各种实施例中，可以修改制造程序，例如，通过改变材料(例如，从pdms改为聚合(塑料)材料，诸如热塑性材料，包括(但不限于)环烯烃共聚物(coc)、聚丙烯(pp)和聚甲基丙烯酸甲酯(pmma))，并相应地改变制造程序。

53、在各种实施例中，该装置包括安置在/耦合到基板上的弹性体，其中该弹性体包括在弹性体的开放表面上形成的图案，这些图案对应于基质区域和一个或多个流体区域的布局，并且其中该基板流体密封(例如，基本上气密密封)弹性体的开放表面上的图案，以形成装置的基质区域和一个或多个流体区域。在各种实施例中，弹性体与基板的耦合形成了从至少一个流体区域到基质区域的封闭流动通道。弹性体与基板的耦合可以通过增加弹性体和基板彼此的粘合性来进行，并且这可以通过例如等离子体活化来活化弹性体和基板的接触表面来实现。也可以在将弹性体和基板接触在一起之前在它们的接触表面上施加粘合剂。

54、基板可以是弹性的、非弹性的、刚性的或非刚性的。例如，基板也可以包括弹性体(例如，含硅弹性体，诸如pdms等)。在各种实施例中，基板基本上是刚性的和非弹性的，并且包括无机氧化物(例如，二氧化硅)。在各种实施例中，基板是玻璃基板。因此，在各种实施例中，流动通道的通道侧壁由弹性体形成，并且通道床由玻璃基板形成。在各种实施例中，弹性体和基板都含有至少一种共同元素。例如，弹性体和基板都含有元素硅。

55、在各种实施例中，该装置被配置为适用于例如用标准或高容量筛选共聚焦显微镜成像。

56、还提供一种芯片，其包括多个本文提供的装置。该芯片可以包括以a×b阵列形式排列的多个装置，其中a和b是整数，且各自独立地选自1至10。例如，芯片可以包括3×1阵列或5×1阵列。有利地，在各种实施例中，包括多个装置的芯片可以增加通量，即同时培养和/或血管化多个细胞聚集体。

57、还提供一种培养细胞聚集体和/或血管化细胞聚集体的方法，该方法包括：在本文提供的装置的基质区域(例如，主要区域或中心通道)中提供/引入/放置凝胶样基质；和在本文提供的装置中的一个或多个流体区域(例如，支持区域或侧面通道)中提供/引入/放置支持流体。

58、在各种实施例中，该方法还包括经由基质区域的至少一个开口将细胞聚集体接种/引入/放置到基质区域中。在各种实施例中，至少一个开口基本上在基质区域沿其纵向长度方向的中间。有利地，在各种实施例中，该方法允许经由至少一个开口将细胞聚集体固定和/或放置在基质区域内的接种位置(或受控位置)。即，有利地，至少一个开口允许基于期望的三维空间位置将细胞聚集体放置在基质区域中。

59、在各种实施例中，该方法包括将细胞聚集体基本上放置在基质区域的在流动通道的路径中或由至少一个流体区域提供供给的部分中。有利地，这允许细胞聚集体被适当且充分地供应支持流体和/或在细胞聚集体周围形成三维血管化。在各种实施例中，将细胞聚集体放置在基质区域中，使得其与流动通道或至少一个流体区域的截面基本排齐(例如，基本上在流动通道或至少一个流体区域或基质区域的截面的中间)。在各种实施例中，至少一个流体区域和基质区域被安置在装置的底部，并且细胞聚集体被放置得更靠近装置的底部。

60、在各种实施例中，该方法包括将细胞聚集体从本文提供的装置的顶面直接接种/引入/插入到通道(即，微通道)中。有利地，细胞聚集体将不会暴露于细胞流过流体通道时可能会发生的物理机械变化。

61、在各种实施例中，该方法还包括将凝胶样基质引入/插入到基质区域中。凝胶样基质可以是水凝胶，例如细胞外基质(ecm)样水凝胶、胶原凝胶、纤维蛋白凝胶、或其他定制的水凝胶，诸如胶原凝胶和纤维蛋白凝胶的混合物。在各种实施例中，当经由至少一个开口接种/引入/插入细胞聚集体时，并且将细胞聚集体安置在凝胶样基质中时，细胞聚集体的接种位置在凝胶样基质内被控制。换言之，细胞聚集体的接种位置可以在凝胶样基质的xy平面、xz平面和/或yz平面中的位置处(例如，被控制为在一个或多个平面中基本上居中或偏离中心的位置)被控制。在各种实施例中，将细胞聚集体完全包埋在凝胶样基质中(即，细胞聚集体完全被凝胶样基质围绕)。例如，将细胞聚集体安置(或放置)在凝胶样基质中，使得凝胶样基质完全围绕细胞聚集体(例如，凝胶样基质基本上掩埋细胞聚集体)。有利地，在各种实施例中，细胞聚集体在凝胶样基质中的放置允许血管系统完全围绕细胞聚集体，因为血管系统可以到达细胞聚集体的所有外表面。如果存在超过一个通向基质区域的开口，则在需要时，还可以经由这些其他开口将其他细胞聚集体插入/引入基质区域的不同部分中。

62、在各种实施例中，该方法还包括提供/引入支持流体(或流体介质或灌注介质)。在各种实施例中，支持流体能够支持细胞聚集体的血管化。支持流体可以包含细胞培养/生长培养基、生长因子(例如，包括血管生成刺激因子等)、细胞(例如，内皮细胞)、细胞因子、用于药物递送的纳米颗粒和抗体等。在各种实施例中，该方法还包括例如通过扩散和/或对流引导支持流体通过基质区域中的凝胶样基质。也可以由外部来源(例如，由泵)驱动支持流体通过基质区域中的凝胶样基质，以产生动态流体流动。

63、在各种实施例中，该方法包括基本上将凝胶样基质维持在基质区域中。在各种实施例中，该方法包括将凝胶样基质注射到基质区域(即，专用区域)中，并且例如通过表面张力将凝胶样基质基本上维持在基质区域中(即，不允许凝胶样基质流入流体区域中)。有利地，在各种实施例中，可以避免在流体区域中填充凝胶样基质。在各种实施例中，该方法还包括将支持流体添加到流体区域中，并使支持流体流过多孔的凝胶样基质。该方法还可以包括通过压力梯度灌注凝胶样基质。换言之，支持流体可以进入基质区域。在各种实施例中，该方法还包括通过穿过基质区域使支持流体从一个流体区域流到另一个流体区域。

64、在各种实施例中，该方法可以包括将各种细胞类型引入/掺入所述装置中。该方法还可以包括培养和血管化此种(类)细胞类型。作为一个实例，该方法可以包括在细胞聚集体中引入/掺入细胞，例如(但不限于)肿瘤/癌细胞。作为另一个实例，该方法可以包括引入类器官形式的细胞聚集体，该细胞聚集体由分化成各种器官细胞的诱导多能干细胞制成(或包含这些诱导多能干细胞)。作为另一个实例，该方法可以包括引入/掺入非肿瘤类器官。在各种实施例中，该方法可以包括掺入/引入(但不限于)肿瘤细胞、内皮细胞、基质细胞(例如，成纤维细胞)、器官特异性细胞和免疫细胞(例如，t细胞、nk细胞、单核细胞、巨噬细胞、树突细胞)(即，能够支持血管化(包括血管系统形成)和/或与细胞聚集体相互作用的一种或多种细胞类型)到凝胶样基质中。在各种实施例中，该方法可以另外包括在支持流体和/或一个或多个流体区域中掺入/引入(但不限于)内皮细胞(和/或能够支持细胞聚集体的血管化的其他细胞)、免疫细胞和/或癌细胞，或者该方法可以不包括在支持流体和/或一个或多个流体区域中掺入/引入细胞(例如，支持流体和/或一个或多个流体区域可以仅包含细胞培养基，而不含有细胞)。

65、在各种实施例中，该方法包括允许内皮细胞从一个或多个流体区域出芽/生长/增殖至基质区域。在各种实施例中，当引入/流入一个或多个流体区域的支持流体至少包含内皮细胞时，这是可能的。在各种实施例中，该方法包括在一个或多个流体区域中接种内皮细胞，从而允许内皮细胞迁移到基质区域的凝胶样基质中，并到达放置在凝胶样基质中的细胞聚集体，以血管化细胞聚集体。因此，在各种实施例中，该方法有利地允许通过血管生成形成血管系统。

66、在各种实施例中，该方法包括将内皮细胞和其他支持细胞(例如，基质细胞，诸如成纤维细胞)直接接种在凝胶样基质中。在各种实施例中，该方法允许细胞在可灌注的血管系统网络中自组织。因此，在各种实施例中，该方法有利地允许通过血管形成来形成血管系统。

67、在各种实施例中，所述方法还包括血管化所述细胞聚集体，以在所述细胞聚集体周围获得三维血管化。

68、在各种实施例中，该方法包括允许细胞聚集体通过显微注射和/或移液和/或重力沉入或进入基质区域(即，接种)。在各种实施例中，如果凝胶样基质(例如，水凝胶)的粘度低，则细胞聚集体可以通过重力进入基质区域。否则(即，凝胶样基质不具有低粘度)，可以用例如标准实验室移液管将细胞聚集体包埋在凝胶样基质(例如，水凝胶)中。

69、在各种实施例中，该方法可以包括经由至少一个开口将凝胶样基质引入/插入基质区域中，该至少一个开口任选地基本上位于基质区域沿其纵向长度方向的中间(即，至少一个中心开口)。该方法还可以包括经由其他入口/出口开口(与至少一个中心开口分开)将凝胶样基质引入/插入基质区域中，这些其他入口/出口开口被配置为允许插入和/或移除凝胶样基质。在各种实施例中，其他入口/出口开口可以有效地允许凝胶样基质从基质区域的这些其他入口/出口开口以及从基质区域中的至少一个中心开口插入。

70、在各种实施例中，该方法允许使类器官培养和生长达到约几毫米。在各种实施例中，该方法包括使类器官生长达到约2mm或更大的尺寸。应理解，在各种实施例中，该方法允许类器官/聚集体顶部和底部区域上的凝胶样基质(例如，水凝胶)在类器官/聚集体周围形成血管系统。

71、在各种实施例中，所述方法还包括将一种或多种测试试剂引入所述一个或多个流体区域和/或所述基质区域中；和分析所述一种或多种测试试剂对所述细胞聚集体的影响。在各种实施例中，测试试剂广义上可以指治疗剂(诸如药物化合物(例如，用于进行药物化合物筛选)，例如索拉非尼(sorafenib))，或细胞(例如，用于测试细胞疗法)，(例如tcr工程改造的t细胞、cd133 car-t细胞等)，抗体(例如，用于测试抗体疗法)，(例如抗pd-1或抗pd-l1等)，mrna(例如，mrna疫苗)，或反义寡核苷酸。

72、在各种实施例中，该方法还包括以不同的时间间隔对细胞聚集体成像，以例如观察血管化和/或测试试剂对细胞聚集体的作用(在一些情况下包括血管化的程度/进程)。

73、出于说明的目的，下面描述了示例性装置。在一个实例中，提供了以下装置：用于培养和血管化细胞聚集体的装置(例如，微流体装置)，其包括3个隔室；其中两个隔室包含液体，并且一个隔室包含细胞外基质(ecm)样水凝胶和位于凝胶区域中间的环形开口以用于精确控制基质内细胞聚集体的位置。

74、在上述实例中，微流体装置没有使用柱来将流体区域(例如，包含液体的两个隔室)与水凝胶区域(例如，包含ecm样水凝胶的隔室)分开。此外，装置允许培养细胞聚集体(例如，以类器官的形式)，其有可能精确控制细胞聚集体在3d基质中的位置(空间位置)，并且能够血管化细胞聚集体(即，存在环绕的微血管系统)。在上述实例中，装置允许基本上受控的血管系统形成，并且能够在细胞聚集体周围产生血管系统网络，因为ecm样水凝胶基本上完全包埋细胞聚集体，和/或血管系统由于装置的布局可以到达细胞聚集体。

75、在以上实例中，细胞聚集体产生内部血管系统，并被3d细胞外基质完全包围。

76、在以上实例中，装置能够用接种在侧面通道中的内皮细胞血管化细胞聚集体。在以上实例中，由于装置的布局，血管系统不仅可以到达球状体的底部，还可以到达球状体周围。在以上实例中，内皮细胞可以围绕整个球状体以进行血管化。

77、在以上实例中，ecm样水凝胶可以包含(但不限于)内皮细胞和基质细胞。基质中内皮细胞和基质细胞的存在以及装置布局可以有利地允许完全围绕细胞聚集体的血管系统生长。

78、在以上实例中，与在侧面通道中具有内皮细胞相比，在无柱的情况下注射水凝胶和在不使内皮细胞从平行通道迁移的情况下生长血管系统网络(例如，替代性地，依靠基质中的内皮细胞和基质细胞进行血管化)可以引起更有效和更快速的血管系统形成。

79、在以上实例中，装置的总尺寸可以允许使类器官培养和生长达到约2mm。

80、在以上实例中，可以通过软光刻工艺，并且特别是通过复制模制，用弹性体(例如，pdms)制造该装置。因此，弹性体可以含有对应于基质区域和一个或多个流体区域的布局的图案。装置的制造程序可以通过例如，改变材料(例如，从pdms改为塑料材料，诸如热塑性材料)并相应地改变制造程序来修改。然后，可以将图案化的弹性体附接/安置在基板(例如，非弹性或刚性基板(例如，玻璃基板))上，以形成整个装置。

81、相应地，还提供了制造/制作装置的方法，该方法包括在弹性体的开放表面上形成对应于基质区域和一个或多个流体区域的布局的图案(例如，通过蚀刻或使用模具)；将基板耦合到弹性体的开放表面以基本上密封(例如，基本上流体密封或气密密封)弹性体开放表面处的图案，从而形成装置的基质区域和一个或多个流体区域。该方法还可以包括活化基板和弹性体表面，随后将基板和弹性体经由它们的活化表面耦合在一起。在各种实施例中，基板和弹性体表面的活化可以包括对基板和弹性体表面进行等离子体处理。如果需要，也可以在基板和弹性体的表面上施加粘合剂，以便于他们耦合在一起。

82、在各种实施例中，可以通过制作此类装置的阵列(例如，形成芯片)来使装置具有高通量。

83、在各种实施例中，装置可以例如通过标准或高容量筛选共聚焦显微镜成像。

84、本公开的各种实施例可以有利地提供用于研究血管系统-组织相互作用的装置和方法。