濾過装置及び濾過システム
本発明は濾過装置に関し、前記装置は：ミクロ壁とミクロ接触を含む１組のミクロ構造を持つ底部壁（１１１）を含む第１のチャンバ（１１０）を形成するキャビティを持つ第１のブロック（１０１）、前記１組のミクロ構造は前記培養チャンバの前記底部壁（１１１）上にミクロチャンネルとミクロチャンバを定め；第２のチャンバ（１２０）を持つ第２のブロック（１０２）；及び濾過膜（１３０）を含み、前記第１のブロック（１０１）、前記膜（１３０）及び前記第２のブロック（１０２）が、前記膜（１３０）が前記第１のチャンバ（１１０）と第２のチャンバ（１２０）との間で、前記第１及び第２のチャンバと隣接して配置され；さらに前記膜（１３０）により前記第１のチャンバ（１１０）から分離される前記第２のチャンバ（１２０）内を第１の流体が通ることを可能とする、第１開口部及び第２開口部を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濾過現象のインビトロでの再現に関連する。より具体的には、２つのチャンバを分離する膜を含むバイオリアクターのための濾過装置、及び前記濾過装置で１以上の実施例を実行する濾過システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、移植は肝臓疾患及び腎臓不全の治療にとって現在でも最も効果的な解決方法である。しかし、ドナー不足により、臓器提供を待つ患者は、最もしばしば合併症の原因となる主要な規則的治療を受けることを強いられている。従って組織工学の最も大きな挑戦の１つは、不全性又は欠失性器官と交換することのできる人工器官を開発することである。このような人工器官により患者の生命状態は改善され、前記治療の費用が削減されると思われる。この目的で、人及び動物の体内の器官のインビトロ現象、特に濾過現象を再現するための多くの研究がなされてきた。
【０００３】
このために、利用可能なバイオリアクターが、細胞の発達と組織化に適合する環境を再現できることが必要であり、一方膜が、人又は動物の組織又は器官に類似して、例えば腎臓での糸球体濾過などの濾過現象を再現することができることが必要である。
【０００４】
文献、米国特許第６１９７５７５号明細書には、インビトロで人工組織又は器官を得るための細胞培養のための装置を開示する。この装置は、濾過膜を含む容器を含み前記膜は前記容器を２つに分離し、前記膜上には細胞培養物を受け入れるためのチャンネルが設けられている。従って、濾過の役割を行う前記膜はまた、培養チャンバ内で細胞培養のための支持体として使用され、前記容器の他の部分は放出チャンバを形成する。これは前記膜がある程度の剛性を持つことを意味する。培養及び放出のための種々の流体の流入／流出の組み合わせが考慮され（米国特許第６１９７５７５号明細書の図１〜２ｃを参照）、それぞれの組み合わせは前記装置の特定の使用に対応する。
【０００５】
文献「Ａ ＭＥＭＳ−Ｂａｓｅｄ Ｒｅｎａｌ Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ」（２００４年６月発行）には、連続血液透析での応用のための血液処理用ユニットが記載されている。前記ユニットは二重層装置スタックを含み、それぞれが血液循環及び放出チャンバのためのチャンネルのネットワークを持ち、共にお互いに、限外濾過膜で分離されている（本文件図２参照）。この文献の著者は、人の血管での血液循環を再現するネットワークの形態（モロホロジー）を定めるためのアルゴリズムを用いた。
【０００６】
前記開示されたユニットは、血管での血液輸送状態を効果的に模倣する可能性を与える。実際、前記血液は非常に狭い区分を持つチャンネル内に閉じ込められ、これにより前記それぞれの装置による処理される血液流速が制限され、前記チャンネルが目詰まりすることを低減し得る。前記著者は、血液透析を実施するためには、１００を超える二重層装置を想定している。
【０００７】
米国特許番号第７０４８８５６号明細書には、バイオリアクターに使用され得るコンパクトな限外濾過装置が開示されている。前記装置はチャンバを含み、これには限外濾過膜が設けられ、前記膜は前記チャンバを濾過部と放出部に分離し、同様に流体入口、流体出口及び流体放出出口に分離する。前記膜は前記流体を前記入口で受け入れて意図された濾過を実行するように構成される。例えば、前記膜はポアを有し、前記サイズは血液中の尿素を濾過するように選択される。さらに、この文献で示される１つの具体的な実施態様によると、前記装置は分析チャンバを含み、そこで前記濾過流体が分析される。前記膜はまた細胞培養液を受け入れることができる。前記流体入口及び出口は、前記流体を制御するためのポンプ又はバルブが設けられてよく、場合により圧力センサと接続されていてよい。
【０００８】
文献国際公開第２００４／０２０５９０号には、生細胞を培養するためのバイオリアクターが記載され、その中で人の身体条件が人工的に再現されている。身体機構の特定の不全をよりよく理解するために、インビトロで異常組織のミクロ環境を模倣することのできるバイオリアクターを開発することが必要である。前記文献で提案される応用は、２つのサブチャンバに分けられたチャンバを開示しており、これらは第１の型の細胞及び第２の型の細胞をそれぞれ含む。両方のサブチャンバとも、多孔性バリアで分離され、このバリアは細胞を完全に透過させないか、特定の細胞のみ透過させるものである。前記バイオリアクターはまた、入口／出口アクセスを含み、前記サチャンバ内の細胞、流体又は化学物質の循環を可能とする。前記バイオリアクター内に適切な方法で設けられる種々の基板を追加することで、電気化学的及び光学的測定を実行することを可能とする。
【０００９】
このようにインビトロ濾過装置についての多くの種類がこれまでなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６１９７５７５号明細書
【特許文献２】国際公開第２００４／０２０５９０号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ａ ＭＥＭＳ−Ｂａｓｅｄ Ｒｅｎａｌ Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ（２００４年６月発行）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、従来の濾過装置に比較して多くの利点を有する新規な濾過装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的で、本発明は第１の側面による濾過装置を提供するものであり、前記装置は：
−ミクロ壁とミクロバンプを含む１組のミクロ構造を持つ底部壁を含む第１のチャンネルを形成するキャビティを持つ第１のブロックであり、前記１組のミクロ構造が前記培養チャンバの前記底部壁上に、ミクロチャンバ及びミクロチャンネルを定める、第１のブロックと、
−第２のチャンバを形成するキャビティを持つ第２のブロックと、
−濾過膜を含み、
前記第１のブロック、前記膜及び前記第２のブロックが、前記膜が前記第１及び第２のチャンバとの間に、前記第１及び第２のチャンバに隣接して配置されるように設けられ、かつ
−前記膜により前記第１のチャンバから分離される前記第２のチャンバ内に流体を通すための第１の開口部と第２の開口部を含む。
【００１４】
本発明の前記第１の側面による濾過装置は、次の構成を単独で又は全ての技術的に可能な組み合わせにより有利に達成される：
−前記ミクロチャンネルの少なくとも一部に接続される前記第１のチャンバ内の流体入口と、前記ミクロチャンネルの少なくとも一部に接続される前記第１のチャンバ内の流体出口が含まれ、
前記ミクロチャンネルが、前記流体入口をそれぞれのミクロチャンバに接続され、かつそれぞれのミクロチャンバが前記流体出口に接続され、前記第１のミクロチャンバ内で流体循環を可能となるように、ネットワークを形成し、
−前記ミクロチャンバが、前記流体の循環方向に関して長さ寸法及び幅寸法を有し、それぞれが５００μｍと５５０μｍとの間である、
−前記ミクロチャンネルが前記流体の循環方向に関して長さ寸法を持ち、７００μｍと７５０μｍとの間であり、かつ前記流体の循環方向に関して幅寸法を持ち、２００μｍと２５０μｍとの間である、
−前記ミクロチャンバが入口領域と出口領域を含み、前記ミクロ壁が、少なくとも１つのチャンバの前記入口領域及び前記出口領域のいずれかの側に傾斜領域を含み、前記傾斜領域が前記流体の循環方向に関して幅寸法を有し、１００μｍと１２０μｍとの間であり、前記チャンバの前記入口領域のいずれかの側に部分的保護領域を定める、
−前記第１のチャンバが、前記底部壁の全表面積とある比で培養表面積を持ち、９０％と１１０％との間である、
−前記第１のチャンバが、前記第１のチャンバの全利用可能な容積とある比で培養表面積を持ち、４／ｍｍと６／ｍｍとの間である、
−前記第２のチャンバが、前記第１のチャンバの前記底部壁と同じ１組のミクロ構造を持つ上部壁を持つ、
−前記膜がフレキシブル材料である、
−前記膜が疎水性材料である、
−前記膜が親水性材料である、
−前記膜がバリア性材料である、
−前記膜が、前記膜上で細胞の成長を可能とする適切な材料である、及び
−保持手段を含み、前記保持手段が、
一方で前記第１のブロックと前記膜とを共に確実に保持し、他方で前記膜と前記第２のブロックとを共に確実に保持するロック構成と、
前記１のブロックと前記膜をお互いに分離可能とし及び／又は前記膜と前記第２のブロックはお互いに分離可能とされ得るアンロック機構を含み、
前記保持手段が前記ロック構成から前記アンロック構成へ、又はその逆へ切り替え可能とする、保持手段が含まれる。
【００１５】
本発明はまた、第２の側面による濾過システムを提供し、前記システムは：
−本発明の前記第１の側面による濾過装置と、
−循環手段が設けられ及び前記第２のチャンバの前記第１及び第２の開口部に接続される循環パイプを含む流体回路とを含む。
【００１６】
本発明の前記第２の側面による前記濾過システムは、有利には次の構成を単独で、又はそれらの技術的に可能な組み合わせによる：
−前記ミクロチャンネルの少なくとも一部に接続される前記第１のチャンバ内の流体入口と、前記ミクロチャンネルの少なくとも一部に接続される前記第１のチャンバ内の流体出口が含まれ、
前記ミクロチャンネルが、前記流体入口をそれぞれのミクロチャンバに接続され、かつそれぞれのミクロチャンバが前記流体出口に接続され、前記第１のミクロチャンバ内で流体循環を可能となるように、ネットワークを形成し、
前記装置はさらに循環手段が設けられた循環パイプを含み、かつ前記第１のチャンバ内の前記流体入口及び出口に接続され、
−前記第１の回路は、前記第１のチャンバ内の流体圧力を制御するための制御手段を含み、及び
−前記第２の回路が前記第２のチャンバ内の流体圧力を制御するための制御手段を含む。
【００１７】
本発明の他の構成、課題及び効果については、純粋に説明の目的であって一切制限する目的ではない、以下の説明を添付図面を参照することで明確となる。図中、類似の要素等には類似の符号が付される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の前記第１の側面の１つの可能な実施態様による濾過装置の模式的正面断面図を示す。
【図２】図２は、本発明の前記第１の側面の１つの可能な実施態様による濾過装置の模式的側面断面図を示す。
【図３】図３は、本発明の前記第１の側面の１つの可能な実施態様によるミクロ構造の３次元斜視図を示す。
【図４】図４は、本発明の前記第２の側面の１つの可能な実施態様による濾過システムの模式的側面断面図を示す。
【図５】図５は、本発明の前記第１の側面の１つの可能な実施態様による濾過装置であり、前記第１のチャンバに流体入口及び出口が設けられているものの側面断面図を示す。
【図６】図６は、本発明の前記第１の側面の１つの可能な実施態様による濾過装置であり、前記第１のチャンバに流体入口ネットワーク及び出口ネットワークが設けられるものを、模式的に示す。
【図７】図７は、前記第１のチャンバの底部壁のミクロ構造の模式的上面図を示し、同様に本発明の第１の側面によるこれらのミクロ構造の寸法を示す。
【図８ａ】図８aは、本発明の前記第１の側面の１つの可能な実施態様による、異なる多孔度の膜の電子顕微鏡画像を示す。
【図８ｂ】図８bは、本発明の前記第１の側面の１つの可能な実施態様による、異なる多孔度の膜の電子顕微鏡画像を示す。
【図９】図９は、本発明の前記第２の側面による実施態様による濾過システムの模式的側面断面図を示す。
【図１０】図１０は、本発明の前記第２の側面による実施態様による濾過システムの模式的側面断面図を示す。
【図１１】図１１は、本発明の前記第２の側面の１つの可能な実施態様によるシステムを用いる実験の際の、前記第２のチャンバ内の、濃度−対−初期濃度比の時間依存変化を示すグラフである。
【図１２】図１２は、本発明の前記第２の側面の１つの可能な実施態様によるシステムを用いる実験の際の、前記第２のチャンバ内の、濃度−対−初期濃度比の時間依存変化を示すグラフである。
【図１３】図１３は、本発明の前記第２の側面の可能な実施態様による濾過システムの模式的側面断面図を示す。
【図１４】図１４は、本発明の前記第２の側面の１つの可能な実施態様によるシステムを適用する膜の水勾配を特徴付けるための実験を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
一般的説明
図１及び２を参照して、本発明の前記第１の側面による濾過装置１００は、第１のチャンバ１１０を形成するキャビティを持つ第１のブロック１０１、また第２のチャンバ１２０を形成するキャビティを持つ第２のブロック１０２を含み、同様に前記第１のチャンバ１１０及び第２のチャンバ１２０との間に位置しかつ前記第１及び第２のチャンバ１１０，１２０のそれぞれに隣接する濾過膜１３０を含む。
【００２０】
これらのチャンバの両方共、濾過される流体又は操作流体を受け入れることができる。これは以下説明されるように、前記膜１３０は、物質を、１つの流体から前記他の流体へ、前記第１のチャンバ及び第２のチャンバ間での濃度差又は圧力差に基づき、又は当業者に知られるその他の全ての濾過原因に基づき移動させることを可能にする。
【００２１】
１つの非限定的例示として、前記第１及び第２のブロック１０１，１０２は、ガラス、シリカ又は有利にはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）やポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）又はそれらの混合物などのポリマーからなる。ＰＤＭＳは酸素に対して多孔性であることから有利である。両方のブロックが同じ材料又は異なる材料からなるものであってよい。
【００２２】
前記第２のチャンバ１２０は、循環流体を受け入れることが意図される。この目的で前記装置１００は、第１の開口部１２２及び第２の開口部１２３を流体を通過させるために含む。これはさらに上部壁１２１を含む。
【００２３】
ここで「膜」とは２つの媒体を分離する壁を意味する。膜はそのポアのサイズに依存して多孔度（ｐｏｒｏｃｉｔｙ）を持つ。
この意味で、本発明の前記第１の側面によると、前記膜は前記第１のチャンバ１１０及び第２のチャンバ１２０を分離し、これらのチャンバ１１０、１２０のそれぞれお互いに相補する単一の閉鎖空間を定める。特に、チャンバ１１０、１２０間に圧力差がない場合、前記膜は前記第１のチャンバ１１０の底部壁１１１にも前記第２のチャンバ１２０の前記上部壁１２１にも接触する点を持たない。
【００２４】
以下詳細に記載されるように、チャンバ１２０に設けられる前記流体の方向に依存して、前記第１の開口部１２２（前記第２の開口部もそれぞれ同様）は前記第２のチャンバ１２０の流体入口（前記第２のチャンバ１２０の流体出口もそれぞれ同様）又は前記第２のチャンバ１２０の流体出口（前記第２のチャンバ１２０の流体入口もそれぞれ同様）であり得る。
【００２５】
前記第１のチャンバ１１０は底部壁１１１を持ち、好ましくは長さと幅が定められる実質的に長方形状である。
【００２６】
非限定的例示として、前記底部壁の長さ及び幅は、それぞれ１３．２５ｍｍ及び１１．２３ｍｍである。
【００２７】
以下、水平とは、前記底部壁１１１に平行であることを意味し、垂直とは前記壁１１１に直行し、前記壁１１１から前記膜１３０へ向かうことを意味する。従って、前記底部壁１１１は膜１３０に平行であり膜１３０の下に位置され、膜自体は前記上部壁１２１の下に位置される、ということができる。さらに、前記底部壁１１１の長手方向はｄ１で示される。
【００２８】
これらの定義は、本明細書記載の内容を明確にするためだけのものであり、いかなる座標システムにおいても本発明の前記第１の側面による装置の使用の位置について制限するものと解釈されるべきではない。
【００２９】
細胞を培養するためのミクロ構造
前記第１のチャンバ１１０は細胞培養液を受け入れるように意図される。この目的で、前記底部壁１１１は図３で３次元で示される１組のミクロ構造を持つ。これらのミクロ構造は出願人により開発されたものであり、論文「Ｄeｖｅｌｏｐｐｅｍｅｎｔ ｅｔ ｃａｒａｃｔeｒｉｓａｔｉｏｎ ｄ’ｕｎｅ ｐｕｃｅ ａ ｃｅｌｌｕｌｅｓ ｐｏｕｒ ｌｅ ｃｒｉｂｌａｇｅ ｄ’ａｇｅｎｔｓ ｔｏｘｉｑｕｅｓ（Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｅｌｌ ｃｈｉｐ ｆｏｒ ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ｔｏｘｉｃ ａｇｅｎｔｓ）」の対象となっているものである。
【００３０】
さらに、前記出願人は２００９年６月２３日に仏国特許出願番号０９５４２８８を行い、ここで特に肝臓細胞培養への応用に照らしてこれらのミクロ構造の有利な寸法を請求するものである。
【００３１】
１組のミクロ構造は：
−以下で「ミクロバンプ」とされるミクロ寸法を持つバンプ１１１．４と、
−以下で「ミクロ壁」とされるミクロ寸法を持つ壁１１１．３を含む。
【００３２】
前記底部壁１１１の「全表面積」とは、前記底部壁１１１が、前記ミクロ構造が垂直方向に前記壁１１１上に投影された場合に有するであろう表面積を意味する。
【００３３】
前記ミクロ壁１１１．３は矢印形状部分と直線部分を持ち、前記底部壁１１１の全長上に伸びている。
【００３４】
図２に示されるように、ミクロ壁１１１．３は、他のミクロ壁１１１．３と共に相補的にその矢印形状でミクロチャンバ１１１．０を定め、かつミクロバンプ１１１．４と相補的にその直線部でミクロチャンネル１１１．２を定める。
【００３５】
それぞれのミクロバンプ１１１．４は前記ミクロバンプのいずれかの側に位置するミクロ壁と相補的にそれぞれ２つのミクロチャンネルを定める。
【００３６】
前記第１のチャンバ１１０の前記底部壁１１１は従って、その長手方向ｄ１にその幅全体にわたり周期的ラインを含む。それぞれのラインはミクロ壁１１１．３で交互に分離された、ミクロチャンバ１１１．０とミクロチャンネル１１１．２を含む。
【００３７】
非制限的例示として、それぞれのラインは、９個のミクロチャンバ１１１．０及び８個のバンプ１１１．４−それぞれが２つのミクロチャンバ１１１．２に対応する−を交互に含み、前記底部壁１１１は合計１５のラインを含む。
【００３８】
かかる装置は、特にペトリ皿などの平面培養装置に比較して前記底部壁１１１上に細胞発達に好適な形状を持つ。このミクロ構造は、前記細胞の発達のために必要な要素、例えば酸素やグルコースを含む栄養流体を供給される場合には細胞が３次元に組織化することを可能とする。
【００３９】
滞留性流体中での細胞培養
この目的で、本発明の前記第１の側面による装置は、前記第１のチャンバ内で必要な栄養物を循環することなく前記細胞への栄養供給を可能とする。実際に、前記細胞が培養される前記第１のチャンバ内に滞留性流体を配置し、前記第２のチャンバ内で栄養流体を循環させることで、前記膜１３０が適切に選択される場合には、前記細胞の発達のために必要な要素（特にグルコース）が前記滞留性流体内に透過する。特に、グルコースが通過するために適切な多孔度の膜を選択することが可能である。
【００４０】
従って、本発明の前記第１の側面による装置１００は、前記細胞の培養に第１の応用を見出す。実際、循環する栄養流体は細胞を運び去り、その構造を破壊して、細胞の発達を阻害し、細胞の活動を制限する障害となる可能性がある。前記装置１００は、前記細胞と直接接触している流体を循環することなく、栄養供給液を提案することが可能であることから、前記困難を解消することができる。
【００４１】
しかし前記第２のチャンバ内の前記流体循環の圧力が前記膜１３０の変形を起こしその後前記底部壁１１１により近づく。前記膜１３０はその後前記細胞の発達の機械的脅威となる；というのは前記細胞の構造を破壊し前記壁１１１から剥がす恐れがあるからである。
【００４２】
この際、前記ミクロ構造はこの有害な効果から細胞を保護する。実際、たとえ、前記膜１３０が前記底部壁１１１と接触するような場合でも、それは前記ミクロ構造１１１．３及びミクロバンプ１１１．４及びミクロチャンネル１１１．２と接触するであろうし、前記細胞は常に前記ミクロチャンバ１１１．０及びミクロチャンネル１１１．２内で成長し得る。従って、前記ミクロチャンバ及びミクロチャンネルは、前記細胞の発達に好ましい構造を形成するだけでなくまた、前記膜１３０が前記底部壁１１１にまで変形する場合に保護する。
【００４３】
それにより開示された装置１００は、これが図４に示されるように本発明の前記第２の側面による濾過システムで使用され得る。前記システムはさらに、装置１００，循環手段３２０を備えた循環パイプ３１０を含む流体循環回路３００を含む。ここで「パイプ」とは１組の１以上のパイプを意味する。これらのパイプはフレキシブルであっても剛性であってもよく、当業者に知られた全ての適切な材料であり得る。前記流体回路３００は、前記第２ブロック１０２内のそれぞれの通路１５１及び１５２を通って前記第２のチャンバ１２０内の前記第１及び第２の開口部１２２、１２３に接続される。
【００４４】
循環手段３２０は好ましくは栄養媒体の供給３４０へ接続され、液体ポンプ、ぺリスタポンプ、１組のバルブ、例えばセレノイドバルブ、又はその他の当業者に知られた全ての適切な手段を含む。
【００４５】
さらに、前記回路３００は、好ましくは、前記第２のチャンバ１２０内へ通過した後前記栄養流体のための放出管３５０を含む。
【００４６】
本発明の前記第２の側面によるかかるシステムは、前記回路３００が開かれたこの図の態様に限定されるものではなく、かつ特に、前記回路３００が閉じられ、場合により栄養流体を再現する手段を含む全てのシステムに拡張されるものである。
【００４７】
前記第１のチャンバの流体循環
さらに、本発明の前記第１の側面による装置１００は前記記載に限定されるものではない。さらに前記第１のチャンバ１１０内の循環もまた可能である。
【００４８】
この目的で、本発明の前記第１の側面による前記装置１００はさらに、図５に示されるように流体入口１１２及び流体出口１１３を含む。
【００４９】
前記流体入口１１２は、入り口ネットワーク１１４を介して前記ミクロチャンネル１１１．２の少なくとも一部に接続される。前記入口ネットワーク１１４は、前記流体入口１１２からの前記第１のチャンバの底部壁１１１のそれぞれの前記ラインを供給するための一連の枝管を含む。
【００５０】
前記流体は前記ミクロチャンネル１１１．２及びミクロチャンバ１１１．０で、かつ前記第１のチャンバ１１０のミクロ構造の上で、例えば発達細胞に供給するために循環するように意図される。
【００５１】
前記流体出口１１３は出口ネットワーク１１５を介して前記ミクロチャンネルの少なくとも一部に接続される。前記出口ネットワーク１１５は、前記流体出口１１３へ前記チャンバ１１０の底部壁１１１のラインのそれぞれに接続されるための連続する合流点を含む。前記底部壁の入口１１４及び出口１１５ネットワークは本発明の有利な変法として図６に記載される。
【００５２】
従って、前記ミクロチャンネル１１１．２は前記入口２１をそれぞれのミクロチャンバ１１１．０に−前記入口ネットワーク１１４を介して−及びそれぞれのミクロチャンバを前記流体出口１１３−前記出口ネットワーク１１５を介して接続される。
【００５３】
本発明には、本発明の前記第１の側面のこの有利な変法による装置の多くの応用が含まれる。
【００５４】
例えば、前記細胞で試験されるべき分子を含む流体を前記チャンバ１１０内で循環するために用いられる。この応用は特に、人の毒性物質のスクリーニングにおいて興味が持たれる。即ち人細胞組織を培養し、チャンバ１２０内を循環する栄養流体を前記膜を通じて供給し、かつ前記チャンバ１１０内の分子を試験するために直接曝露させる。
【００５５】
さらに、細胞分泌物を連続的に除去するために放出流体を前記チャンバ１１０内で循環させることも可能である。
【００５６】
その他の可能な応用は、前記細胞の機械的刺激である。内皮細胞などのある細胞は、自然に血液などの流体の条件にある。これらの細胞は自然に摩擦により活性化され、前記第１のチャンバ１１０内の前記流体の循環により再現され得る。
【００５７】
前記ミクロ構造の寸法
前記ミクロ構造の有利な寸法は、図７を参照して本発明の前記第１の側面の１つの可能な実施態様により説明される。
【００５８】
この有利な変法で、前記ミクロチャンネル１１１．０は前記方向ｄ１に関して長さ寸法及び幅寸法を有し、それぞれは約５００μｍ及び５５０μｍの間、好ましくは５２０μｍを有する。従って、前記濾過装置１００の前記ミクロチャンバ１１１．０の寸法は有利には５２０μｍｘ５２０μｍｘ１００μｍである。
【００５９】
これらの寸法は、前記ミクロチャンバ１１１．０内の肝細胞発達のために特に好ましい。
【００６０】
なお有利には、前記ミクロチャンネル１１１．２は方向ｄ１に関して、長さ寸法が７００μｍと７５０μｍの間、好ましくは７２０μｍであり、幅寸法は２００μｍと２５０μｍの間、好ましくは２２０μｍである。従って前記装置１００のミクロチャンネル１１１．２の寸法は、有利には７２０μｍｘ２２０μｍｘ１００μｍである。
【００６１】
それにより前記寸法のミクロチャンネル１１１．２は肝細胞の発達を促進し、特に肝臓器官の一部がミクロチャンネルのネットワークを通じて移動することを可能とする。
【００６２】
さらに、図５には、本発明の第１の側面の濾過装置１００の１つの可能な実施態様についての、ミクロ壁１１１．３、ミクロバンプ１１１．４及びミクロチャンネル１１１．２のいくつかの他の特徴的寸法が記載されている。
【００６３】
１つの有利な変法により、前記ミクロ壁１１１．３は、図４及び６に示されるように、少なくとも１つのチャンバ１１１．０の前記入口領域１１１．５及び出口領域１１１．６のいずれかの側で傾斜領域１１１．７を含む。
【００６４】
これらの傾斜領域１１１．７は前記方向ｄ１に関して幅寸法、１００μｍと１２０μｍの間、好ましくは１１０μｍを含む。特に前記流体循環方向ｄ１を横切る端部を持つ。前記傾斜領域１１１．７は、前記方向ｄ１に関して、前記チャンバ１１０の入口領域１１１．５のいずれかの側に部分的に保護領域、即ち前記流体の流速が循環が急激に低下する領域を定める。
【００６５】
従って、かかる部分的に保護された領域での発達中の細胞が、前記ミクロチャンバ１１１．０内の流体循環により運び出されることはほとんどない。
【００６６】
通常前記細胞が前記流体により運び出されることが保護される領域の程度は循環条件により、特に流速及び剪断特性に依存する。
【００６７】
それにもかかわらず、本発明の前記第１の側面のこの有利な変法による部分的保護領域は、少なくとも１００μｍの幅を持つ前記方向ｄ１を横切る端部を持つ。
【００６８】
それらは従って、前記方向ｄ１に関して入口領域１１１．５から下流で、前記ミクロチャンバ１１１．０のいずれかの側で横切るコーナー１１１．８で細胞が集塊することを可能とする。特に肝細胞は、好ましい細胞活性のための形状である、１００μｍの程度の大きな直径を有する球状として集塊することを可能とする。
【００６９】
一般に、ミクロチャンネルのネットワークは細胞が発達し発達領域で３次元の構造を持って集塊することを可能とする。即ち：
−前記ミクロチャンバ１１１．０で前記底部壁１１１の位置、
−前記ミクロチャンネル１１１．２で前記底グヘキャリア１１１の位置、
−前記ミクロ壁１１１．３の側壁及び
−前記ミクロバンプ１１１．４の側壁である。
【００７０】
これらの全発達領域は培養表面積により定められる。有利には、前記底部壁領域１１１の全表面積と発達表面積との比は９０％と１１０％との間にある。好ましくは１％の精度で１００％に等しい。
【００７１】
非限定的数値範囲として、前記培養表面積は次のように区分され得る（全底部壁表面積は１４９ｍｍ２）：
−前記ミクロチャンバ１１１．０と前記ミクロチャンバ１１１．２での前記底部壁の表面積：９６．５ｍｍ２、
−前記ミクロバンプ１１１．４の側壁表面積：３６．５ｍｍ２、
−前記ミクロバンプ１１１．４の側壁表面積：１８ｍｍ２。
【００７２】
前記培養表面積は従って１５１ｍｍ２となる。
【００７３】
前記培養表面の前記底部壁全表面積との比は従ってこの例では１０１％となる。
【００７４】
従って、前記底部壁１１１上のミクロ構造は、前記底部壁１１１の全表面積に比較して利用可能な表面積をほとんど変更するものではなく、さらに３次元発達を可能とするものである。
【００７５】
さらに、細胞は前記ミクロ壁１１１．３及びミクロバンプ１１１．４上の上部表面上で発達し得る。ただしかかる領域は３次元発達に特に好ましいというわけではない。
【００７６】
前記ミクロ壁１１１．３及び前記ミクロバンプ１１１．４の上部表面積を加えた前記培養表面は従って「全培養表面積」とする。
【００７７】
前記の数値例で、これらの上部表面積は５２．２ｍｍ２であり、全培養表面積は２０３．５ｍｍ２となり、全培養表面積と前記全底部壁表面積との比は１３７％となる。
【００７８】
なお有利には、前記培養チャンバ１０は１つの容積を持ち、前記全培養表面積と前記培養チャンバ１０の容積との比は、４ｍｍ−１と６ｍｍ−１の間の値を持つ。
【００７９】
前記容量が前記全培養表面積に比較して小さすぎると（Ｒ２＞６ｍｍ−１）、細胞が閉じ込められ前記流体による十分な栄養が供給されず、細胞発達を害する恐れがある。
【００８０】
さらに、前記容量が前記全培養表面積に比較して大きすぎると（Ｒ２＜４ｍｍ−１）もはや興味の対象とはならず、これは実際には小型装置を持つことが好ましい。
【００８１】
前記第１のチャンバ１１０の容積とは、前記流体の通過のための利用可能な容積を意味し、前記ミクロ壁１１１．３とミクロバンプ１１１．４により占められる容積は従って除かれる。
【００８２】
前記数値例での値を取り、チャンバ高さが０．２ｍｍとすると、前記培養チャンバ１１０の容積は次のように決定される：１４９ｘ０．２−５２．２ｘ０．１＝２４．５５ｍｍ３。
【００８３】
全培養表面積と前記第１のチャンバ１１０の容積との比は従って、２０３．５ｍｍ２／２４．５５ｍｍ３＝８．２９ｍｍ−１となる。
【００８４】
有利には、前記第２のチャンバ１２０の上部表面１２１もまたミクロ構造を有する。これらのミクロ構造は、前記第１のチャンバ１１０の底部壁１１１に関してこれまで詳細に説明されたミクロ構造との全ての有利な変形をも含み得る。前記ミクロ構造は前記下部壁１１１及び上部壁１２１の理想的寸法であり得る。この利点は特に、両方のチャンバで細胞を培養する観点から興味ある応用の１つである。
【００８５】
本発明の範囲に含まれる膜
本発明の範囲に含まれる膜１２０の異なる特徴について以下詳細に説明する。
【００８６】
膜１３０は好ましくはフレキシブル材料であり、従って前記チャンバ１１０、１２０のそれぞれに与えられる圧力に依存してやや変形可能である。前記のように、前記ミクロ構造は膜１３０が前記壁に接着されることを防止し、培養細胞が膜に接触することから保護する。
【００８７】
膜１３０は疎水性又は親水性であり、目標とする応用（透析、細胞培養など）に依存する。
【００８８】
膜は、その末端基が水素結合により水と相互作用する場合に親水性といわれる。セルロース膜などの疎水性膜は優れた拡散性を有し、タンパク質の吸着が少なく、優れた対流性を示す。しかし一方では生物適合性については低い。
【００８９】
この膜は水及び非常に小さい溶質を通過させるための透析に使用される。
【００９０】
人工膜などの疎水性膜は、低い拡散性を示すが、その高い多孔度による高い限外濾過係数を持ち、タンパク質吸着の好ましくない効果を相殺するものである。このタンパク質吸着性は、より優れた生物適合性の原因となる。この膜はしばしば血液濾過に使用される。この膜の生物適合性により、これらの膜が細胞培養に数多く応用されている。
【００９１】
前記膜は、前記ミクロポアタイプ（図８Ａ及び８Ｂ）のミクロ構造によりミクロ構造化され得るだけではなく、また、ミクロチャンネル又はミクロキャピラリ又は例えば図７に示される形状のミクロ形状であるミクロポアのミクロ構造によりミクロ構造化され得る。
【００９２】
有利には、前記膜１３０は疎水性であってよく、これによりバクテリアやタンパク質の吸着を制限し、前記膜１３０のポア内の流体の通過抵抗を低減する。
【００９３】
又は膜１３０は親水性であってよく、これによりバクテリアの吸着を制限し、タンパク質の吸着を促し、前記ポア内に流体の抵抗を増加させる。
【００９４】
異なる多孔度は、濾過されるべき要素のサイズに依存して膜１３０に使用され得る。
１つの有利な変法によると、膜１３０は好ましくはバリア膜であり、即ち小分子又は気体のみ通過させ、流体の１つのチャンバ１１０、１２０から他のチャンバ１２０、１１０への通過を防止する。図８Ａ及び８Ｂには、多孔度がそれぞれ４００００Ｄａ及び５０００００Ｄａであるポリエーテルスルホンの２つの例示的膜１３０ａ、１３０ｂの電子顕微鏡により取得された画像を示す。
【００９５】
本発明の１つの可能な実施態様により、膜１３０は、膜１３０上で細胞を培養することができるように選択される。
特に、ＭＤＣＫやＣａｃｏ−２細胞などの前記膜上の生物的バリア（例えば腸バリア又は脳関門）のモデル細胞を培養するために有利である。
【００９６】
好ましくは、しかし限定されるものではないが、膜１３０は表面積が１ｃｍ２の程度である。
【００９７】
前記ブロック及び膜の分離
有利には、本発明の前記第１の側面による前記濾過装置１００は、保持手段１６０を含み、前記第１のブロック１０１、前記膜１３０及び前記第２のブロック１０２をこの順で保持する。
【００９８】
前記手段１６０は、一方で、前記第１のブロック１０１及び膜１３０が共に確実に保持されるように、他方で、前記膜１３０及び前記第２のブロックが共に確実に保持されるようにロック構成を持ち、かつ前記ブロック１０１と膜１３０がお互いに分離され及び／又は前記膜１３０と前記第２のブロック１０２がお互いに分離されるようにアンロック構成を持つ。
【００９９】
さらに、前記保持手段１６０は、例えばユーザ操作により、前記ロック構成からアンロック構成へ、又はその逆に切替可能とされる。
【０１００】
前記手段１６０は、図１に示されるように、前記第１のブロック１０１、膜１３０及び第２のブロック１０２を全体の高さにわたり通じるネジを含む。
前記手段１６０はまた、ストップ、バイス又は当業者に知られるその他の適切な手段を含み得る。
【０１０１】
かかる保持手段１６０はいくつかの利点を有する。これは前記装置１００をその構成部品に分離することを可能とし、かつ再組立する可能性を有する。
従って、前記装置１００を使用不能にすることなく、チャンバ１１０及び１２０に、膜１３０と同様にアクセスすることを可能とする。
【０１０２】
このことは特に、表面上に吸着された濾過されるべき分子を前記チャンバから洗浄しかつ例えばオートクレーブで殺菌するため、又はその他の当業者に知られた適切な洗浄方法で洗浄するために有用である。
【０１０３】
さらに、前記膜１３０は、膜間電気抵抗測定、前記細胞に蛍光標識するための膜の回収、インピーダンス測定、又は当業者に知られるその他の有用な分析などの供するために回収され得る。細胞培養を受け入れる膜の場合において、前記手段１６０はまた、この培養物を前記装置１００から流体と共に放出されること（これは前記培養構造を破壊するおそれがある）を防止しつつ直接に前記細胞にアクセスする可能性を提供する。
【０１０４】
さらに、前記膜は、洗浄を必要とすることなく繰り返し実験のために新しい膜と交換し得る。従って、膜１３０を交換して実験を繰り返すことが可能となり、その間前記チャンバ１１０、１２０の細胞内容はそのまま維持される。
【０１０５】
逆にまた、同じ膜１３０は１つの装置１００から他の装置に移されて、異なるミクロ構造の形状を持つチャンバ１１０、１２０で実験の対象とすることができる。このことは、前記濾過又は前記膜１３０上の細胞培養におけるミクロ構造の効果を特徴付けるために有用である。
【０１０６】
２つの流体回路を持つ濾過システム
本発明の前記第２の側面のいくつかの可能な実施態様による濾過システムについて、図９から１１を参照して記載される。
【０１０７】
以下記載される変法において、前記濾過システム内に組み込まれた前記装置１００は、前記第１のチャンバ１１０内に流体入口１１２及び流体出口１１３を含む。
【０１０８】
前記システムは、前記第１のチャンバ１１０に接続される流体回路２００を含み、これは前記第２のチャンバ１２０へ接続された前記回路３００と類似するものである。前記流体回路２００は、循環手段２２０を設けられた循環パイプ２１０を含み、前記第１のチャンバ１１０内の前記入口１１２及び出口１１３に接続されている。前記流体回路２００は、前記第１のチャンバ１１０に、前記第１のブロック１０１のそれぞれの通路１４１と１４２を介して前記流体入口１１２と出口１１３に接続されている。
【０１０９】
前記循環手段３２０は、好ましくは、流体供給２４０に接続され、かつ流体ポンプ、ペリスタポンプ、１組のバルブ、例えばセレノイドバルブ、又は当業者に知られた全ての他の手段を含み得る。
【０１１０】
さらに、前記回路２００は好ましくは、前記第１のチャンバ１１０内に通過した後の前記流体について放出導管２５０を含む。
【０１１１】
本発明の前記第２の側面によるシステムは、ここで図示された前記回路２００が開いている実施態様に限定されるものではなく、特に前記回路２００が閉じられ場合により前記流体を再生するための手段を含む、全てのシステムに拡張され得る。
【０１１２】
さらに、前記回路２００及び／又は３００内で循環する流体は有利には温度制御される。例えば、前記供給２４０及び／又は３４０は、温度調節浴（図示されていない）内に設けられ得る。これに代えて、又はこれに加えて、前記回路２００及び／又は３００の温度を制御するための当業者に知られるその他の手段が含まれる。
【０１１３】
図９に示される他の実施態様では、前記下部チャンバ１１０と上部チャンバ１２０に含まれる流体が順流として循環する。この構成によると、前記第１の開口部１２２は前記第２のチャンバ１２０の流体出口であり、前記第２の開口部１２３は前記第２のチャンバ１２０の流体入口である。
【０１１４】
さらに、図１０で示されるように、１つの他の実施態様は、前記下部チャンバ１１０と上部チャンバ１２０に含まれる流体が向流として循環する。この構成によると、前記第１の開口部１２０は前記第２のチャンバ１２０内の流体入口であり、前記第２の開口部１２３は前記第２のチャンバ１２０の流体出口である。
【０１１５】
図９及び１０に示されるシステムは、特に血液透析の分野での応用を持つ。処理されるべき血液は前記第２のチャンバ１２０内を循環し、通常なら機能的腎臓により除かれる特定の成分を前記膜１３０を通すことで濾過することで清浄化される。前記第１のチャンバ１１０に含まれる透析流体は、その後濾過された成分を放出し患者のグルコース提供を確実にする。
【０１１６】
かかるシステムはまた、濾過膜１３０を特徴付けるために使用され得る。例えば、所与の膜１３０について１つの分子の拡散係数を、物理的モデル及び前記第１のチャンバ１１０及び／又は第２のチャンバ１２０での前記分子の濃度と時間の測定とから、評価することが可能である。前記順流システムは、前記モデルを較正し、拡散係数を評価するために使用され得る。さらに前記向流システムは前記拡散係数をチュックするために使用され得る。又はこれらの逆もまた可能である。
【０１１７】
特に以下の式により、濾過されるべき流体が前記第２のチャンバ内で循環する場合において、前記第１のチャンバ１１０内の濃度の時間依存変化がモデル化される。
−順流体の場合（図９に示される）：
【０１１８】
【数１】
−向流体の場合（図１０に示される）：
【０１１９】
【数２】
ここで、
【０１２０】
【数３】
であり、かつ
Ｃ１（ｔ）は、時間の関数として前記第１のチャンバ１１０での濃度を表し、
Ｌは、第１及び第２のチャンバ１１０、１２０の（共通する）長さを表し、
ｂは、第１及び第２のチャンバ１１０、１２０の（共通する）幅さを表し、
Ｑｆは、前記濾過流速を表し、
Ｖ１は前記第１のチャンバ１１０の容積を表し、
Ｖ２は前記第２のチャンバ１２０の容積を表し、
Ｃ１０は、前記第１のチャンバ１１０の初期濃度を表し。
Ｃ１∞は、前記第１のチャンバ１１０の平衡濃度を表し、
Ｄｍは、膜１３０で濾過される分子の拡散係数を表し、
δは膜の厚さを表す。
【０１２１】
これらのモデル化の手段により、所与の膜１３０についての試験されるべき分子の拡散係数Ｄｍ値が決定され得る。このために、例えば、順流モードで操作し、前記第２のチャンバ内の前記分子の消失（従って前記第１のチャンバ１０への発現）を測定することが可能である。
【０１２２】
図１１及び１２では、前記第２のチャンバ１２０での濃度−対−初期濃度比の変化が所与の実験条件について時間に対して示されており、尿素（図１１）及びビタミンＢ１２（図１２）のそれぞれが、いくつかのタイプの膜を用いて実験されている。さらに、アルブミンについてもこの比を決定した（グラフに示されていない）。
【０１２３】
実験結果が次の表に示されている。高多孔度膜（８Ｆタイプ）を用いた実験は記号□、△で、低多孔度膜（１ＦＰＨタイプ）を用いた実験は記号＊及び○で表されている。次に分析モデルの回帰を例えば最小二乗法により行い実験的に拡散係数（ｍ２／ｓ）を得ることが可能である。
【０１２４】
【表１】
従って、分子が大きいほど拡散係数は小さくなる。さらに膜多孔度が大きくなるほど拡散係数は大きくなる。
【０１２５】
拡散係数がその後向流モードで実証された。
【０１２６】
従って、１ｃｍ２程度の膜表面積を必要とするミクロシステムを持つ膜を特徴付けることが可能となる。必要な場合、前記水滴された特徴はより大きなサイズの膜について外挿され得る。
【０１２７】
チャンバ内での圧力制御
図１３を参照して、前記循環回路２００は有利には、前記第１のチャンバ１１０内に流体圧力制御手段２３０を含むか、又は前記循環回路３００は有利には前記第２のチャンバ１２０内に流体圧力制御手段３３０を含むか、又は両方の回路２００、３００がそれぞれ、関連するチャンバ１１０、１２０内に圧力制御手段２３０，３３０を含む。
【０１２８】
好ましくは、限定されるものではないが、前記制御装置２３０（それぞれ３３０）は圧力センサ２３１、２３２（それぞれ３３１、３３２）を含み、前記第１のブロック１０１（前記第２のブロック１０２ではそれぞれ１５１、１５２）内の前記通路１４１、１４２、又は前記流体入口及び出口１１２、１１３（前記第１及び第２の開口部それぞれ１２２、１２３）での流体の圧力を検出する。前記手段２３０（それぞれ３３０）はさらに、アクチュエータ２３３、２３４（それぞれ３３３、３３４）を含み、これらは前記パイプ２１０（それぞれ３１０）上に配置され、前記第１のチャンバ１１０（それぞれ前記第２のチャンバ１２０）内の前記流体の入口及び出口での圧力を変更する。これらのアクチュエータは、例えば圧力センサからのデータを処理するためのユニット（図示されていない）又は当業者に知られる全ての他の手段により制御されるセレノイドバルブであり得る。
【０１２９】
前記圧力制御はそれぞれの制御手段２３０、３３０のユニットにより実施され、固定又は可変設定値回りの圧力を安定化させる。安定化は例えば、比例制御装置、比例積分制御装置、オープンループ（圧力センサが使用されない場合）又はその他のシステム制御の分野の当業者に知られる適切な制御ループなどを適用することで行われる。
【０１３０】
前記回路２００、３００の制御手段２３０、３３０は、本発明の前記第２の側面による濾過システムのために意図される用途により、類似するか又は相違する。
【０１３１】
これらは、放出率又は拡散係数などの濾過の際の特定のパラメータを監視するために非常に有用であることを証明するものである。
【０１３２】
この圧力差は、前記膜が前記壁上に接着しないように規定の値で維持され得る。
【０１３３】
さらに、前記手段２３０、３３０は前記チャンバ１１０、１２０内の流体と濾過中の膜間流体との速度条件を制御することを可能とする。これにより、所与の溶質について放出率、即ち前記膜により維持される溶解物質のパーセント及び前記膜１３０を通る前記溶質の拡散係数などの濾過パラメータの制御を可能とする。
【０１３４】
従って、手段２３０、３３０は、流速と膜間流体の同じ条件で繰り返し実験を行うことを可能とする。
【０１３５】
この有利な効果の特に興味ある応用は、同様の実験条件下で異なる膜を試験することである。このことは例えば図１４に示される実験を介して前記膜の性質、例えば水勾配−即ち純粋の前記膜の浸透圧−の特徴付け可能とする。
【０１３６】
この実験で、前記第２のチャンバ１２０内の循環流体は水である。前記第１のチャンバ１１０には細胞培養物は含まれておらず、前記第１の回路２００を短く循環するための手段２５０により、前記第１のチャンバはさらに供給２４０及び循環手段２２０から分離されている。又はこの例では、前記第１の回路２００は供給２４０を含まず、循環手段２２０も含まない。この場合には前記短い循環手段２５０は必要ない。このことを示すために、供給２４０及び前記手段２２０は、図１４で点線の長方形で囲まれている。
【０１３７】
さらに、前記第２の回路３００の放出管３５０は水についてブロックされている（例えば閉鎖タップ）。従って、前記第２の開口部１５２を通る前記第２のチャンバ内を循環する水は、前記第１のブロック１０１の通路１４０を通ってのみ前記装置１００から流出され、前記通路１４２は前記パイプ２１０を通って前記第１の回路２００の放出管２５０に接続される。
【０１３８】
さらに、本発明の前記第２の側面のこの変法による前記システムは、水の量を測定するための装置４００に関連し、前記放出管２５０に接続される容器４１０、スケール４２０及び前記スケールと相互作用する処理ユニット４３０を含み、前記容器４１０内に含まれる水の量を時間に対して決定することが意図される。さらに前記処理ユニットは手段２３０、３３０から、両方の回路２００、３００内の圧力を制御するために情報を受け取る。
【０１３９】
従って、前記装置４００は、前記膜１３０を通る水の量対時間及び膜間圧力を評価することが可能となり、前記膜１３０の水勾配の決定を可能とする。
【０１４０】
この実験は、図８Ａ及び８Ｂのそれぞれに示される膜１３０ａ及び１３０ｂ上で行われた。前記決定された水勾配はそれぞれ、８ｍＬ／（分．バール．ｃｍ３）及び８０ｍＬ（分．バール．ｃｍ３）である。
【０１４１】
他の応用は、前記第１のチャンバ１１０（及び、細胞培養物を受け入れる場合に、前記第２のチャンバ１２０）での圧力低下を測定することであり、圧力低下は、前記チャンバ内の数種類の培養細胞上に指示を与える。
【０１４２】
直列接続された装置
最後に、いくつかの濾過装置１００を直列に配置することも本発明に含まれ、それにより腎臓の操作ステップを完全に再現でき、それぞれの装置が特定の機能を再現し得る。さらに一般的に、いくつかの装置１００が直列に使用され、前記身体内の流体及び種々の細胞組織間の相互作用を再現するために使用され得る。
【０１４３】
結論
本発明は多くの効果を持つ。本発明の前記第２の側面によるシステムはよりより大きなシステムに匹敵する濾過を可能とする。前記流体の回路は乱流を起こさず、本発明の前記第１の側面による前記装置のチャンバ内同様にパイプ内でも非常にわずかな端部効果を持つのみである。圧力と前記膜を制御するための手段を用いて、均一なパラメータ（流体の圧力、温度、成分及び濃度）を維持して、前記観察された結果が類似のパラメータを持つシステムに容易に外挿され得る。従って、本発明は、人又は動物体の現象のインビトロ再現への大きなステップであり、同様に人工器官作成への大きなステップである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濾過現象のインビトロでの再現に関連する。より具体的には、２つのチャンバを分離する膜を含むバイオリアクターのための濾過装置、及び前記濾過装置で１以上の実施例を実行する濾過システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、移植は肝臓疾患及び腎臓不全の治療にとって現在でも最も効果的な解決方法である。しかし、ドナー不足により、臓器提供を待つ患者は、最もしばしば合併症の原因となる主要な規則的治療を受けることを強いられている。従って組織工学の最も大きな挑戦の１つは、不全性又は欠失性器官と交換することのできる人工器官を開発することである。このような人工器官により患者の生命状態は改善され、前記治療の費用が削減されると思われる。この目的で、人及び動物の体内の器官のインビトロ現象、特に濾過現象を再現するための多くの研究がなされてきた。
【０００３】
このために、利用可能なバイオリアクターが、細胞の発達と組織化に適合する環境を再現できることが必要であり、一方膜が、人又は動物の組織又は器官に類似して、例えば腎臓での糸球体濾過などの濾過現象を再現することができることが必要である。
【０００４】
文献、米国特許第６１９７５７５号明細書には、インビトロで人工組織又は器官を得るための細胞培養のための装置を開示する。この装置は、濾過膜を含む容器を含み前記膜は前記容器を２つに分離し、前記膜上には細胞培養物を受け入れるためのチャンネルが設けられている。従って、濾過の役割を行う前記膜はまた、培養チャンバ内で細胞培養のための支持体として使用され、前記容器の他の部分は放出チャンバを形成する。これは前記膜がある程度の剛性を持つことを意味する。培養及び放出のための種々の流体の流入／流出の組み合わせが考慮され（米国特許第６１９７５７５号明細書の図１〜２ｃを参照）、それぞれの組み合わせは前記装置の特定の使用に対応する。
【０００５】
文献「Ａ ＭＥＭＳ−Ｂａｓｅｄ Ｒｅｎａｌ Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ」（２００４年６月発行）には、連続血液透析での応用のための血液処理用ユニットが記載されている。前記ユニットは二重層装置スタックを含み、それぞれが血液循環及び放出チャンバのためのチャンネルのネットワークを持ち、共にお互いに、限外濾過膜で分離されている（本文件図２参照）。この文献の著者は、人の血管での血液循環を再現するネットワークの形態（モロホロジー）を定めるためのアルゴリズムを用いた。
【０００６】
前記開示されたユニットは、血管での血液輸送状態を効果的に模倣する可能性を与える。実際、前記血液は非常に狭い区分を持つチャンネル内に閉じ込められ、これにより前記それぞれの装置による処理される血液流速が制限され、前記チャンネルが目詰まりすることを低減し得る。前記著者は、血液透析を実施するためには、１００を超える二重層装置を想定している。
【０００７】
米国特許番号第７０４８８５６号明細書には、バイオリアクターに使用され得るコンパクトな限外濾過装置が開示されている。前記装置はチャンバを含み、これには限外濾過膜が設けられ、前記膜は前記チャンバを濾過部と放出部に分離し、同様に流体入口、流体出口及び流体放出出口に分離する。前記膜は前記流体を前記入口で受け入れて意図された濾過を実行するように構成される。例えば、前記膜はポアを有し、前記サイズは血液中の尿素を濾過するように選択される。さらに、この文献で示される１つの具体的な実施態様によると、前記装置は分析チャンバを含み、そこで前記濾過流体が分析される。前記膜はまた細胞培養液を受け入れることができる。前記流体入口及び出口は、前記流体を制御するためのポンプ又はバルブが設けられてよく、場合により圧力センサと接続されていてよい。
【０００８】
文献国際公開第２００４／０２０５９０号には、生細胞を培養するためのバイオリアクターが記載され、その中で人の身体条件が人工的に再現されている。身体機構の特定の不全をよりよく理解するために、インビトロで異常組織のミクロ環境を模倣することのできるバイオリアクターを開発することが必要である。前記文献で提案される応用は、２つのサブチャンバに分けられたチャンバを開示しており、これらは第１の型の細胞及び第２の型の細胞をそれぞれ含む。両方のサブチャンバとも、多孔性バリアで分離され、このバリアは細胞を完全に透過させないか、特定の細胞のみ透過させるものである。前記バイオリアクターはまた、入口／出口アクセスを含み、前記サチャンバ内の細胞、流体又は化学物質の循環を可能とする。前記バイオリアクター内に適切な方法で設けられる種々の基板を追加することで、電気化学的及び光学的測定を実行することを可能とする。
【０００９】
このようにインビトロ濾過装置についての多くの種類がこれまでなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６１９７５７５号明細書
【特許文献２】国際公開第２００４／０２０５９０号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ａ ＭＥＭＳ−Ｂａｓｅｄ Ｒｅｎａｌ Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ（２００４年６月発行）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、従来の濾過装置に比較して多くの利点を有する新規な濾過装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的で、本発明は第１の側面による濾過装置を提供するものであり、前記装置は：
−ミクロ壁とミクロバンプを含む１組のミクロ構造を持つ底部壁を含む第１のチャンネルを形成するキャビティを持つ第１のブロックであり、前記１組のミクロ構造が前記培養チャンバの前記底部壁上に、ミクロチャンバ及びミクロチャンネルを定める、第１のブロックと、
−第２のチャンバを形成するキャビティを持つ第２のブロックと、
−濾過膜を含み、
前記第１のブロック、前記膜及び前記第２のブロックが、前記膜が前記第１及び第２のチャンバとの間に、前記第１及び第２のチャンバに隣接して配置されるように設けられ、かつ
−前記膜により前記第１のチャンバから分離される前記第２のチャンバ内に流体を通すための第１の開口部と第２の開口部を含む。
【００１４】
本発明の前記第１の側面による濾過装置は、次の構成を単独で又は全ての技術的に可能な組み合わせにより有利に達成される：
−前記ミクロチャンネルの少なくとも一部に接続される前記第１のチャンバ内の流体入口と、前記ミクロチャンネルの少なくとも一部に接続される前記第１のチャンバ内の流体出口が含まれ、
前記ミクロチャンネルが、前記流体入口をそれぞれのミクロチャンバに接続され、かつそれぞれのミクロチャンバが前記流体出口に接続され、前記第１のミクロチャンバ内で流体循環を可能となるように、ネットワークを形成し、
−前記ミクロチャンバが、前記流体の循環方向に関して長さ寸法及び幅寸法を有し、それぞれが５００μｍと５５０μｍとの間である、
−前記ミクロチャンネルが前記流体の循環方向に関して長さ寸法を持ち、７００μｍと７５０μｍとの間であり、かつ前記流体の循環方向に関して幅寸法を持ち、２００μｍと２５０μｍとの間である、
−前記ミクロチャンバが入口領域と出口領域を含み、前記ミクロ壁が、少なくとも１つのチャンバの前記入口領域及び前記出口領域のいずれかの側に傾斜領域を含み、前記傾斜領域が前記流体の循環方向に関して幅寸法を有し、１００μｍと１２０μｍとの間であり、前記チャンバの前記入口領域のいずれかの側に部分的保護領域を定める、
−前記第１のチャンバが、前記底部壁の全表面積とある比で培養表面積を持ち、９０％と１１０％との間である、
−前記第１のチャンバが、前記第１のチャンバの全利用可能な容積とある比で培養表面積を持ち、４／ｍｍと６／ｍｍとの間である、
−前記第２のチャンバが、前記第１のチャンバの前記底部壁と同じ１組のミクロ構造を持つ上部壁を持つ、
−前記膜がフレキシブル材料である、
−前記膜が疎水性材料である、
−前記膜が親水性材料である、
−前記膜がバリア性材料である、
−前記膜が、前記膜上で細胞の成長を可能とする適切な材料である、及び
−保持手段を含み、前記保持手段が、
一方で前記第１のブロックと前記膜とを共に確実に保持し、他方で前記膜と前記第２のブロックとを共に確実に保持するロック構成と、
前記１のブロックと前記膜をお互いに分離可能とし及び／又は前記膜と前記第２のブロックはお互いに分離可能とされ得るアンロック機構を含み、
前記保持手段が前記ロック構成から前記アンロック構成へ、又はその逆へ切り替え可能とする、保持手段が含まれる。
【００１５】
本発明はまた、第２の側面による濾過システムを提供し、前記システムは：
−本発明の前記第１の側面による濾過装置と、
−循環手段が設けられ及び前記第２のチャンバの前記第１及び第２の開口部に接続される循環パイプを含む流体回路とを含む。
【００１６】
本発明の前記第２の側面による前記濾過システムは、有利には次の構成を単独で、又はそれらの技術的に可能な組み合わせによる：
−前記ミクロチャンネルの少なくとも一部に接続される前記第１のチャンバ内の流体入口と、前記ミクロチャンネルの少なくとも一部に接続される前記第１のチャンバ内の流体出口が含まれ、
前記ミクロチャンネルが、前記流体入口をそれぞれのミクロチャンバに接続され、かつそれぞれのミクロチャンバが前記流体出口に接続され、前記第１のミクロチャンバ内で流体循環を可能となるように、ネットワークを形成し、
前記装置はさらに循環手段が設けられた循環パイプを含み、かつ前記第１のチャンバ内の前記流体入口及び出口に接続され、
−前記第１の回路は、前記第１のチャンバ内の流体圧力を制御するための制御手段を含み、及び
−前記第２の回路が前記第２のチャンバ内の流体圧力を制御するための制御手段を含む。
【００１７】
本発明の他の構成、課題及び効果については、純粋に説明の目的であって一切制限する目的ではない、以下の説明を添付図面を参照することで明確となる。図中、類似の要素等には類似の符号が付される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の前記第１の側面の１つの可能な実施態様による濾過装置の模式的正面断面図を示す。
【図２】図２は、本発明の前記第１の側面の１つの可能な実施態様による濾過装置の模式的側面断面図を示す。
【図３】図３は、本発明の前記第１の側面の１つの可能な実施態様によるミクロ構造の３次元斜視図を示す。
【図４】図４は、本発明の前記第２の側面の１つの可能な実施態様による濾過システムの模式的側面断面図を示す。
【図５】図５は、本発明の前記第１の側面の１つの可能な実施態様による濾過装置であり、前記第１のチャンバに流体入口及び出口が設けられているものの側面断面図を示す。
【図６】図６は、本発明の前記第１の側面の１つの可能な実施態様による濾過装置であり、前記第１のチャンバに流体入口ネットワーク及び出口ネットワークが設けられるものを、模式的に示す。
【図７】図７は、前記第１のチャンバの底部壁のミクロ構造の模式的上面図を示し、同様に本発明の第１の側面によるこれらのミクロ構造の寸法を示す。
【図８ａ】図８aは、本発明の前記第１の側面の１つの可能な実施態様による、異なる多孔度の膜の電子顕微鏡画像を示す。
【図８ｂ】図８bは、本発明の前記第１の側面の１つの可能な実施態様による、異なる多孔度の膜の電子顕微鏡画像を示す。
【図９】図９は、本発明の前記第２の側面による実施態様による濾過システムの模式的側面断面図を示す。
【図１０】図１０は、本発明の前記第２の側面による実施態様による濾過システムの模式的側面断面図を示す。
【図１１】図１１は、本発明の前記第２の側面の１つの可能な実施態様によるシステムを用いる実験の際の、前記第２のチャンバ内の、濃度−対−初期濃度比の時間依存変化を示すグラフである。
【図１２】図１２は、本発明の前記第２の側面の１つの可能な実施態様によるシステムを用いる実験の際の、前記第２のチャンバ内の、濃度−対−初期濃度比の時間依存変化を示すグラフである。
【図１３】図１３は、本発明の前記第２の側面の可能な実施態様による濾過システムの模式的側面断面図を示す。
【図１４】図１４は、本発明の前記第２の側面の１つの可能な実施態様によるシステムを適用する膜の水勾配を特徴付けるための実験を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
一般的説明
図１及び２を参照して、本発明の前記第１の側面による濾過装置１００は、第１のチャンバ１１０を形成するキャビティを持つ第１のブロック１０１、また第２のチャンバ１２０を形成するキャビティを持つ第２のブロック１０２を含み、同様に前記第１のチャンバ１１０及び第２のチャンバ１２０との間に位置しかつ前記第１及び第２のチャンバ１１０，１２０のそれぞれに隣接する濾過膜１３０を含む。
【００２０】
これらのチャンバの両方共、濾過される流体又は操作流体を受け入れることができる。これは以下説明されるように、前記膜１３０は、物質を、１つの流体から前記他の流体へ、前記第１のチャンバ及び第２のチャンバ間での濃度差又は圧力差に基づき、又は当業者に知られるその他の全ての濾過原因に基づき移動させることを可能にする。
【００２１】
１つの非限定的例示として、前記第１及び第２のブロック１０１，１０２は、ガラス、シリカ又は有利にはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）やポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）又はそれらの混合物などのポリマーからなる。ＰＤＭＳは酸素に対して多孔性であることから有利である。両方のブロックが同じ材料又は異なる材料からなるものであってよい。
【００２２】
前記第２のチャンバ１２０は、循環流体を受け入れることが意図される。この目的で前記装置１００は、第１の開口部１２２及び第２の開口部１２３を流体を通過させるために含む。これはさらに上部壁１２１を含む。
【００２３】
ここで「膜」とは２つの媒体を分離する壁を意味する。膜はそのポアのサイズに依存して多孔度（ｐｏｒｏｃｉｔｙ）を持つ。
この意味で、本発明の前記第１の側面によると、前記膜は前記第１のチャンバ１１０及び第２のチャンバ１２０を分離し、これらのチャンバ１１０、１２０のそれぞれお互いに相補する単一の閉鎖空間を定める。特に、チャンバ１１０、１２０間に圧力差がない場合、前記膜は前記第１のチャンバ１１０の底部壁１１１にも前記第２のチャンバ１２０の前記上部壁１２１にも接触する点を持たない。
【００２４】
以下詳細に記載されるように、チャンバ１２０に設けられる前記流体の方向に依存して、前記第１の開口部１２２（前記第２の開口部もそれぞれ同様）は前記第２のチャンバ１２０の流体入口（前記第２のチャンバ１２０の流体出口もそれぞれ同様）又は前記第２のチャンバ１２０の流体出口（前記第２のチャンバ１２０の流体入口もそれぞれ同様）であり得る。
【００２５】
前記第１のチャンバ１１０は底部壁１１１を持ち、好ましくは長さと幅が定められる実質的に長方形状である。
【００２６】
非限定的例示として、前記底部壁の長さ及び幅は、それぞれ１３．２５ｍｍ及び１１．２３ｍｍである。
【００２７】
以下、水平とは、前記底部壁１１１に平行であることを意味し、垂直とは前記壁１１１に直行し、前記壁１１１から前記膜１３０へ向かうことを意味する。従って、前記底部壁１１１は膜１３０に平行であり膜１３０の下に位置され、膜自体は前記上部壁１２１の下に位置される、ということができる。さらに、前記底部壁１１１の長手方向はｄ１で示される。
【００２８】
これらの定義は、本明細書記載の内容を明確にするためだけのものであり、いかなる座標システムにおいても本発明の前記第１の側面による装置の使用の位置について制限するものと解釈されるべきではない。
【００２９】
細胞を培養するためのミクロ構造
前記第１のチャンバ１１０は細胞培養液を受け入れるように意図される。この目的で、前記底部壁１１１は図３で３次元で示される１組のミクロ構造を持つ。これらのミクロ構造は出願人により開発されたものであり、論文「Ｄeｖｅｌｏｐｐｅｍｅｎｔ ｅｔ ｃａｒａｃｔeｒｉｓａｔｉｏｎ ｄ’ｕｎｅ ｐｕｃｅ ａ ｃｅｌｌｕｌｅｓ ｐｏｕｒ ｌｅ ｃｒｉｂｌａｇｅ ｄ’ａｇｅｎｔｓ ｔｏｘｉｑｕｅｓ（Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｅｌｌ ｃｈｉｐ ｆｏｒ ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ｔｏｘｉｃ ａｇｅｎｔｓ）」の対象となっているものである。
【００３０】
さらに、前記出願人は２００９年６月２３日に仏国特許出願番号０９５４２８８を行い、ここで特に肝臓細胞培養への応用に照らしてこれらのミクロ構造の有利な寸法を請求するものである。
【００３１】
１組のミクロ構造は：
−以下で「ミクロバンプ」とされるミクロ寸法を持つバンプ１１１．４と、
−以下で「ミクロ壁」とされるミクロ寸法を持つ壁１１１．３を含む。
【００３２】
前記底部壁１１１の「全表面積」とは、前記底部壁１１１が、前記ミクロ構造が垂直方向に前記壁１１１上に投影された場合に有するであろう表面積を意味する。
【００３３】
前記ミクロ壁１１１．３は矢印形状部分と直線部分を持ち、前記底部壁１１１の全長上に伸びている。
【００３４】
図２に示されるように、ミクロ壁１１１．３は、他のミクロ壁１１１．３と共に相補的にその矢印形状でミクロチャンバ１１１．０を定め、かつミクロバンプ１１１．４と相補的にその直線部でミクロチャンネル１１１．２を定める。
【００３５】
それぞれのミクロバンプ１１１．４は前記ミクロバンプのいずれかの側に位置するミクロ壁と相補的にそれぞれ２つのミクロチャンネルを定める。
【００３６】
前記第１のチャンバ１１０の前記底部壁１１１は従って、その長手方向ｄ１にその幅全体にわたり周期的ラインを含む。それぞれのラインはミクロ壁１１１．３で交互に分離された、ミクロチャンバ１１１．０とミクロチャンネル１１１．２を含む。
【００３７】
非制限的例示として、それぞれのラインは、９個のミクロチャンバ１１１．０及び８個のバンプ１１１．４−それぞれが２つのミクロチャンバ１１１．２に対応する−を交互に含み、前記底部壁１１１は合計１５のラインを含む。
【００３８】
かかる装置は、特にペトリ皿などの平面培養装置に比較して前記底部壁１１１上に細胞発達に好適な形状を持つ。このミクロ構造は、前記細胞の発達のために必要な要素、例えば酸素やグルコースを含む栄養流体を供給される場合には細胞が３次元に組織化することを可能とする。
【００３９】
滞留性流体中での細胞培養
この目的で、本発明の前記第１の側面による装置は、前記第１のチャンバ内で必要な栄養物を循環することなく前記細胞への栄養供給を可能とする。実際に、前記細胞が培養される前記第１のチャンバ内に滞留性流体を配置し、前記第２のチャンバ内で栄養流体を循環させることで、前記膜１３０が適切に選択される場合には、前記細胞の発達のために必要な要素（特にグルコース）が前記滞留性流体内に透過する。特に、グルコースが通過するために適切な多孔度の膜を選択することが可能である。
【００４０】
従って、本発明の前記第１の側面による装置１００は、前記細胞の培養に第１の応用を見出す。実際、循環する栄養流体は細胞を運び去り、その構造を破壊して、細胞の発達を阻害し、細胞の活動を制限する障害となる可能性がある。前記装置１００は、前記細胞と直接接触している流体を循環することなく、栄養供給液を提案することが可能であることから、前記困難を解消することができる。
【００４１】
しかし前記第２のチャンバ内の前記流体循環の圧力が前記膜１３０の変形を起こしその後前記底部壁１１１により近づく。前記膜１３０はその後前記細胞の発達の機械的脅威となる；というのは前記細胞の構造を破壊し前記壁１１１から剥がす恐れがあるからである。
【００４２】
この際、前記ミクロ構造はこの有害な効果から細胞を保護する。実際、たとえ、前記膜１３０が前記底部壁１１１と接触するような場合でも、それは前記ミクロ構造１１１．３及びミクロバンプ１１１．４及びミクロチャンネル１１１．２と接触するであろうし、前記細胞は常に前記ミクロチャンバ１１１．０及びミクロチャンネル１１１．２内で成長し得る。従って、前記ミクロチャンバ及びミクロチャンネルは、前記細胞の発達に好ましい構造を形成するだけでなくまた、前記膜１３０が前記底部壁１１１にまで変形する場合に保護する。
【００４３】
それにより開示された装置１００は、これが図４に示されるように本発明の前記第２の側面による濾過システムで使用され得る。前記システムはさらに、装置１００，循環手段３２０を備えた循環パイプ３１０を含む流体循環回路３００を含む。ここで「パイプ」とは１組の１以上のパイプを意味する。これらのパイプはフレキシブルであっても剛性であってもよく、当業者に知られた全ての適切な材料であり得る。前記流体回路３００は、前記第２ブロック１０２内のそれぞれの通路１５１及び１５２を通って前記第２のチャンバ１２０内の前記第１及び第２の開口部１２２、１２３に接続される。
【００４４】
循環手段３２０は好ましくは栄養媒体の供給３４０へ接続され、液体ポンプ、ぺリスタポンプ、１組のバルブ、例えばセレノイドバルブ、又はその他の当業者に知られた全ての適切な手段を含む。
【００４５】
さらに、前記回路３００は、好ましくは、前記第２のチャンバ１２０内へ通過した後前記栄養流体のための放出管３５０を含む。
【００４６】
本発明の前記第２の側面によるかかるシステムは、前記回路３００が開かれたこの図の態様に限定されるものではなく、かつ特に、前記回路３００が閉じられ、場合により栄養流体を再現する手段を含む全てのシステムに拡張されるものである。
【００４７】
前記第１のチャンバの流体循環
さらに、本発明の前記第１の側面による装置１００は前記記載に限定されるものではない。さらに前記第１のチャンバ１１０内の循環もまた可能である。
【００４８】
この目的で、本発明の前記第１の側面による前記装置１００はさらに、図５に示されるように流体入口１１２及び流体出口１１３を含む。
【００４９】
前記流体入口１１２は、入り口ネットワーク１１４を介して前記ミクロチャンネル１１１．２の少なくとも一部に接続される。前記入口ネットワーク１１４は、前記流体入口１１２からの前記第１のチャンバの底部壁１１１のそれぞれの前記ラインを供給するための一連の枝管を含む。
【００５０】
前記流体は前記ミクロチャンネル１１１．２及びミクロチャンバ１１１．０で、かつ前記第１のチャンバ１１０のミクロ構造の上で、例えば発達細胞に供給するために循環するように意図される。
【００５１】
前記流体出口１１３は出口ネットワーク１１５を介して前記ミクロチャンネルの少なくとも一部に接続される。前記出口ネットワーク１１５は、前記流体出口１１３へ前記チャンバ１１０の底部壁１１１のラインのそれぞれに接続されるための連続する合流点を含む。前記底部壁の入口１１４及び出口１１５ネットワークは本発明の有利な変法として図６に記載される。
【００５２】
従って、前記ミクロチャンネル１１１．２は前記入口２１をそれぞれのミクロチャンバ１１１．０に−前記入口ネットワーク１１４を介して−及びそれぞれのミクロチャンバを前記流体出口１１３−前記出口ネットワーク１１５を介して接続される。
【００５３】
本発明には、本発明の前記第１の側面のこの有利な変法による装置の多くの応用が含まれる。
【００５４】
例えば、前記細胞で試験されるべき分子を含む流体を前記チャンバ１１０内で循環するために用いられる。この応用は特に、人の毒性物質のスクリーニングにおいて興味が持たれる。即ち人細胞組織を培養し、チャンバ１２０内を循環する栄養流体を前記膜を通じて供給し、かつ前記チャンバ１１０内の分子を試験するために直接曝露させる。
【００５５】
さらに、細胞分泌物を連続的に除去するために放出流体を前記チャンバ１１０内で循環させることも可能である。
【００５６】
その他の可能な応用は、前記細胞の機械的刺激である。内皮細胞などのある細胞は、自然に血液などの流体の条件にある。これらの細胞は自然に摩擦により活性化され、前記第１のチャンバ１１０内の前記流体の循環により再現され得る。
【００５７】
前記ミクロ構造の寸法
前記ミクロ構造の有利な寸法は、図７を参照して本発明の前記第１の側面の１つの可能な実施態様により説明される。
【００５８】
この有利な変法で、前記ミクロチャンネル１１１．０は前記方向ｄ１に関して長さ寸法及び幅寸法を有し、それぞれは約５００μｍ及び５５０μｍの間、好ましくは５２０μｍを有する。従って、前記濾過装置１００の前記ミクロチャンバ１１１．０の寸法は有利には５２０μｍｘ５２０μｍｘ１００μｍである。
【００５９】
これらの寸法は、前記ミクロチャンバ１１１．０内の肝細胞発達のために特に好ましい。
【００６０】
なお有利には、前記ミクロチャンネル１１１．２は方向ｄ１に関して、長さ寸法が７００μｍと７５０μｍの間、好ましくは７２０μｍであり、幅寸法は２００μｍと２５０μｍの間、好ましくは２２０μｍである。従って前記装置１００のミクロチャンネル１１１．２の寸法は、有利には７２０μｍｘ２２０μｍｘ１００μｍである。
【００６１】
それにより前記寸法のミクロチャンネル１１１．２は肝細胞の発達を促進し、特に肝臓器官の一部がミクロチャンネルのネットワークを通じて移動することを可能とする。
【００６２】
さらに、図５には、本発明の第１の側面の濾過装置１００の１つの可能な実施態様についての、ミクロ壁１１１．３、ミクロバンプ１１１．４及びミクロチャンネル１１１．２のいくつかの他の特徴的寸法が記載されている。
【００６３】
１つの有利な変法により、前記ミクロ壁１１１．３は、図４及び６に示されるように、少なくとも１つのチャンバ１１１．０の前記入口領域１１１．５及び出口領域１１１．６のいずれかの側で傾斜領域１１１．７を含む。
【００６４】
これらの傾斜領域１１１．７は前記方向ｄ１に関して幅寸法、１００μｍと１２０μｍの間、好ましくは１１０μｍを含む。特に前記流体循環方向ｄ１を横切る端部を持つ。前記傾斜領域１１１．７は、前記方向ｄ１に関して、前記チャンバ１１０の入口領域１１１．５のいずれかの側に部分的に保護領域、即ち前記流体の流速が循環が急激に低下する領域を定める。
【００６５】
従って、かかる部分的に保護された領域での発達中の細胞が、前記ミクロチャンバ１１１．０内の流体循環により運び出されることはほとんどない。
【００６６】
通常前記細胞が前記流体により運び出されることが保護される領域の程度は循環条件により、特に流速及び剪断特性に依存する。
【００６７】
それにもかかわらず、本発明の前記第１の側面のこの有利な変法による部分的保護領域は、少なくとも１００μｍの幅を持つ前記方向ｄ１を横切る端部を持つ。
【００６８】
それらは従って、前記方向ｄ１に関して入口領域１１１．５から下流で、前記ミクロチャンバ１１１．０のいずれかの側で横切るコーナー１１１．８で細胞が集塊することを可能とする。特に肝細胞は、好ましい細胞活性のための形状である、１００μｍの程度の大きな直径を有する球状として集塊することを可能とする。
【００６９】
一般に、ミクロチャンネルのネットワークは細胞が発達し発達領域で３次元の構造を持って集塊することを可能とする。即ち：
−前記ミクロチャンバ１１１．０で前記底部壁１１１の位置、
−前記ミクロチャンネル１１１．２で前記底グヘキャリア１１１の位置、
−前記ミクロ壁１１１．３の側壁及び
−前記ミクロバンプ１１１．４の側壁である。
【００７０】
これらの全発達領域は培養表面積により定められる。有利には、前記底部壁領域１１１の全表面積と発達表面積との比は９０％と１１０％との間にある。好ましくは１％の精度で１００％に等しい。
【００７１】
非限定的数値範囲として、前記培養表面積は次のように区分され得る（全底部壁表面積は１４９ｍｍ２）：
−前記ミクロチャンバ１１１．０と前記ミクロチャンバ１１１．２での前記底部壁の表面積：９６．５ｍｍ２、
−前記ミクロバンプ１１１．４の側壁表面積：３６．５ｍｍ２、
−前記ミクロバンプ１１１．４の側壁表面積：１８ｍｍ２。
【００７２】
前記培養表面積は従って１５１ｍｍ２となる。
【００７３】
前記培養表面の前記底部壁全表面積との比は従ってこの例では１０１％となる。
【００７４】
従って、前記底部壁１１１上のミクロ構造は、前記底部壁１１１の全表面積に比較して利用可能な表面積をほとんど変更するものではなく、さらに３次元発達を可能とするものである。
【００７５】
さらに、細胞は前記ミクロ壁１１１．３及びミクロバンプ１１１．４上の上部表面上で発達し得る。ただしかかる領域は３次元発達に特に好ましいというわけではない。
【００７６】
前記ミクロ壁１１１．３及び前記ミクロバンプ１１１．４の上部表面積を加えた前記培養表面は従って「全培養表面積」とする。
【００７７】
前記の数値例で、これらの上部表面積は５２．２ｍｍ２であり、全培養表面積は２０３．５ｍｍ２となり、全培養表面積と前記全底部壁表面積との比は１３７％となる。
【００７８】
なお有利には、前記培養チャンバ１０は１つの容積を持ち、前記全培養表面積と前記培養チャンバ１０の容積との比は、４ｍｍ−１と６ｍｍ−１の間の値を持つ。
【００７９】
前記容量が前記全培養表面積に比較して小さすぎると（Ｒ２＞６ｍｍ−１）、細胞が閉じ込められ前記流体による十分な栄養が供給されず、細胞発達を害する恐れがある。
【００８０】
さらに、前記容量が前記全培養表面積に比較して大きすぎると（Ｒ２＜４ｍｍ−１）もはや興味の対象とはならず、これは実際には小型装置を持つことが好ましい。
【００８１】
前記第１のチャンバ１１０の容積とは、前記流体の通過のための利用可能な容積を意味し、前記ミクロ壁１１１．３とミクロバンプ１１１．４により占められる容積は従って除かれる。
【００８２】
前記数値例での値を取り、チャンバ高さが０．２ｍｍとすると、前記培養チャンバ１１０の容積は次のように決定される：１４９ｘ０．２−５２．２ｘ０．１＝２４．５５ｍｍ３。
【００８３】
全培養表面積と前記第１のチャンバ１１０の容積との比は従って、２０３．５ｍｍ２／２４．５５ｍｍ３＝８．２９ｍｍ−１となる。
【００８４】
有利には、前記第２のチャンバ１２０の上部表面１２１もまたミクロ構造を有する。これらのミクロ構造は、前記第１のチャンバ１１０の底部壁１１１に関してこれまで詳細に説明されたミクロ構造との全ての有利な変形をも含み得る。前記ミクロ構造は前記下部壁１１１及び上部壁１２１の理想的寸法であり得る。この利点は特に、両方のチャンバで細胞を培養する観点から興味ある応用の１つである。
【００８５】
本発明の範囲に含まれる膜
本発明の範囲に含まれる膜１２０の異なる特徴について以下詳細に説明する。
【００８６】
膜１３０は好ましくはフレキシブル材料であり、従って前記チャンバ１１０、１２０のそれぞれに与えられる圧力に依存してやや変形可能である。前記のように、前記ミクロ構造は膜１３０が前記壁に接着されることを防止し、培養細胞が膜に接触することから保護する。
【００８７】
膜１３０は疎水性又は親水性であり、目標とする応用（透析、細胞培養など）に依存する。
【００８８】
膜は、その末端基が水素結合により水と相互作用する場合に親水性といわれる。セルロース膜などの疎水性膜は優れた拡散性を有し、タンパク質の吸着が少なく、優れた対流性を示す。しかし一方では生物適合性については低い。
【００８９】
この膜は水及び非常に小さい溶質を通過させるための透析に使用される。
【００９０】
人工膜などの疎水性膜は、低い拡散性を示すが、その高い多孔度による高い限外濾過係数を持ち、タンパク質吸着の好ましくない効果を相殺するものである。このタンパク質吸着性は、より優れた生物適合性の原因となる。この膜はしばしば血液濾過に使用される。この膜の生物適合性により、これらの膜が細胞培養に数多く応用されている。
【００９１】
前記膜は、前記ミクロポアタイプ（図８Ａ及び８Ｂ）のミクロ構造によりミクロ構造化され得るだけではなく、また、ミクロチャンネル又はミクロキャピラリ又は例えば図７に示される形状のミクロ形状であるミクロポアのミクロ構造によりミクロ構造化され得る。
【００９２】
有利には、前記膜１３０は疎水性であってよく、これによりバクテリアやタンパク質の吸着を制限し、前記膜１３０のポア内の流体の通過抵抗を低減する。
【００９３】
又は膜１３０は親水性であってよく、これによりバクテリアの吸着を制限し、タンパク質の吸着を促し、前記ポア内に流体の抵抗を増加させる。
【００９４】
異なる多孔度は、濾過されるべき要素のサイズに依存して膜１３０に使用され得る。
１つの有利な変法によると、膜１３０は好ましくはバリア膜であり、即ち小分子又は気体のみ通過させ、流体の１つのチャンバ１１０、１２０から他のチャンバ１２０、１１０への通過を防止する。図８Ａ及び８Ｂには、多孔度がそれぞれ４００００Ｄａ及び５０００００Ｄａであるポリエーテルスルホンの２つの例示的膜１３０ａ、１３０ｂの電子顕微鏡により取得された画像を示す。
【００９５】
本発明の１つの可能な実施態様により、膜１３０は、膜１３０上で細胞を培養することができるように選択される。
特に、ＭＤＣＫやＣａｃｏ−２細胞などの前記膜上の生物的バリア（例えば腸バリア又は脳関門）のモデル細胞を培養するために有利である。
【００９６】
好ましくは、しかし限定されるものではないが、膜１３０は表面積が１ｃｍ２の程度である。
【００９７】
前記ブロック及び膜の分離
有利には、本発明の前記第１の側面による前記濾過装置１００は、保持手段１６０を含み、前記第１のブロック１０１、前記膜１３０及び前記第２のブロック１０２をこの順で保持する。
【００９８】
前記手段１６０は、一方で、前記第１のブロック１０１及び膜１３０が共に確実に保持されるように、他方で、前記膜１３０及び前記第２のブロックが共に確実に保持されるようにロック構成を持ち、かつ前記ブロック１０１と膜１３０がお互いに分離され及び／又は前記膜１３０と前記第２のブロック１０２がお互いに分離されるようにアンロック構成を持つ。
【００９９】
さらに、前記保持手段１６０は、例えばユーザ操作により、前記ロック構成からアンロック構成へ、又はその逆に切替可能とされる。
【０１００】
前記手段１６０は、図１に示されるように、前記第１のブロック１０１、膜１３０及び第２のブロック１０２を全体の高さにわたり通じるネジを含む。
前記手段１６０はまた、ストップ、バイス又は当業者に知られるその他の適切な手段を含み得る。
【０１０１】
かかる保持手段１６０はいくつかの利点を有する。これは前記装置１００をその構成部品に分離することを可能とし、かつ再組立する可能性を有する。
従って、前記装置１００を使用不能にすることなく、チャンバ１１０及び１２０に、膜１３０と同様にアクセスすることを可能とする。
【０１０２】
このことは特に、表面上に吸着された濾過されるべき分子を前記チャンバから洗浄しかつ例えばオートクレーブで殺菌するため、又はその他の当業者に知られた適切な洗浄方法で洗浄するために有用である。
【０１０３】
さらに、前記膜１３０は、膜間電気抵抗測定、前記細胞に蛍光標識するための膜の回収、インピーダンス測定、又は当業者に知られるその他の有用な分析などの供するために回収され得る。細胞培養を受け入れる膜の場合において、前記手段１６０はまた、この培養物を前記装置１００から流体と共に放出されること（これは前記培養構造を破壊するおそれがある）を防止しつつ直接に前記細胞にアクセスする可能性を提供する。
【０１０４】
さらに、前記膜は、洗浄を必要とすることなく繰り返し実験のために新しい膜と交換し得る。従って、膜１３０を交換して実験を繰り返すことが可能となり、その間前記チャンバ１１０、１２０の細胞内容はそのまま維持される。
【０１０５】
逆にまた、同じ膜１３０は１つの装置１００から他の装置に移されて、異なるミクロ構造の形状を持つチャンバ１１０、１２０で実験の対象とすることができる。このことは、前記濾過又は前記膜１３０上の細胞培養におけるミクロ構造の効果を特徴付けるために有用である。
【０１０６】
２つの流体回路を持つ濾過システム
本発明の前記第２の側面のいくつかの可能な実施態様による濾過システムについて、図９から１１を参照して記載される。
【０１０７】
以下記載される変法において、前記濾過システム内に組み込まれた前記装置１００は、前記第１のチャンバ１１０内に流体入口１１２及び流体出口１１３を含む。
【０１０８】
前記システムは、前記第１のチャンバ１１０に接続される流体回路２００を含み、これは前記第２のチャンバ１２０へ接続された前記回路３００と類似するものである。前記流体回路２００は、循環手段２２０を設けられた循環パイプ２１０を含み、前記第１のチャンバ１１０内の前記入口１１２及び出口１１３に接続されている。前記流体回路２００は、前記第１のチャンバ１１０に、前記第１のブロック１０１のそれぞれの通路１４１と１４２を介して前記流体入口１１２と出口１１３に接続されている。
【０１０９】
前記循環手段３２０は、好ましくは、流体供給２４０に接続され、かつ流体ポンプ、ペリスタポンプ、１組のバルブ、例えばセレノイドバルブ、又は当業者に知られた全ての他の手段を含み得る。
【０１１０】
さらに、前記回路２００は好ましくは、前記第１のチャンバ１１０内に通過した後の前記流体について放出導管２５０を含む。
【０１１１】
本発明の前記第２の側面によるシステムは、ここで図示された前記回路２００が開いている実施態様に限定されるものではなく、特に前記回路２００が閉じられ場合により前記流体を再生するための手段を含む、全てのシステムに拡張され得る。
【０１１２】
さらに、前記回路２００及び／又は３００内で循環する流体は有利には温度制御される。例えば、前記供給２４０及び／又は３４０は、温度調節浴（図示されていない）内に設けられ得る。これに代えて、又はこれに加えて、前記回路２００及び／又は３００の温度を制御するための当業者に知られるその他の手段が含まれる。
【０１１３】
図９に示される他の実施態様では、前記下部チャンバ１１０と上部チャンバ１２０に含まれる流体が順流として循環する。この構成によると、前記第１の開口部１２２は前記第２のチャンバ１２０の流体出口であり、前記第２の開口部１２３は前記第２のチャンバ１２０の流体入口である。
【０１１４】
さらに、図１０で示されるように、１つの他の実施態様は、前記下部チャンバ１１０と上部チャンバ１２０に含まれる流体が向流として循環する。この構成によると、前記第１の開口部１２０は前記第２のチャンバ１２０内の流体入口であり、前記第２の開口部１２３は前記第２のチャンバ１２０の流体出口である。
【０１１５】
図９及び１０に示されるシステムは、特に血液透析の分野での応用を持つ。処理されるべき血液は前記第２のチャンバ１２０内を循環し、通常なら機能的腎臓により除かれる特定の成分を前記膜１３０を通すことで濾過することで清浄化される。前記第１のチャンバ１１０に含まれる透析流体は、その後濾過された成分を放出し患者のグルコース提供を確実にする。
【０１１６】
かかるシステムはまた、濾過膜１３０を特徴付けるために使用され得る。例えば、所与の膜１３０について１つの分子の拡散係数を、物理的モデル及び前記第１のチャンバ１１０及び／又は第２のチャンバ１２０での前記分子の濃度と時間の測定とから、評価することが可能である。前記順流システムは、前記モデルを較正し、拡散係数を評価するために使用され得る。さらに前記向流システムは前記拡散係数をチュックするために使用され得る。又はこれらの逆もまた可能である。
【０１１７】
特に以下の式により、濾過されるべき流体が前記第２のチャンバ内で循環する場合において、前記第１のチャンバ１１０内の濃度の時間依存変化がモデル化される。
−順流体の場合（図９に示される）：
【０１１８】
【数１】
−向流体の場合（図１０に示される）：
【０１１９】
【数２】
ここで、
【０１２０】
【数３】
であり、かつ
Ｃ１（ｔ）は、時間の関数として前記第１のチャンバ１１０での濃度を表し、
Ｌは、第１及び第２のチャンバ１１０、１２０の（共通する）長さを表し、
ｂは、第１及び第２のチャンバ１１０、１２０の（共通する）幅さを表し、
Ｑｆは、前記濾過流速を表し、
Ｖ１は前記第１のチャンバ１１０の容積を表し、
Ｖ２は前記第２のチャンバ１２０の容積を表し、
Ｃ１０は、前記第１のチャンバ１１０の初期濃度を表し。
Ｃ１∞は、前記第１のチャンバ１１０の平衡濃度を表し、
Ｄｍは、膜１３０で濾過される分子の拡散係数を表し、
δは膜の厚さを表す。
【０１２１】
これらのモデル化の手段により、所与の膜１３０についての試験されるべき分子の拡散係数Ｄｍ値が決定され得る。このために、例えば、順流モードで操作し、前記第２のチャンバ内の前記分子の消失（従って前記第１のチャンバ１０への発現）を測定することが可能である。
【０１２２】
図１１及び１２では、前記第２のチャンバ１２０での濃度−対−初期濃度比の変化が所与の実験条件について時間に対して示されており、尿素（図１１）及びビタミンＢ１２（図１２）のそれぞれが、いくつかのタイプの膜を用いて実験されている。さらに、アルブミンについてもこの比を決定した（グラフに示されていない）。
【０１２３】
実験結果が次の表に示されている。高多孔度膜（８Ｆタイプ）を用いた実験は記号□、△で、低多孔度膜（１ＦＰＨタイプ）を用いた実験は記号＊及び○で表されている。次に分析モデルの回帰を例えば最小二乗法により行い実験的に拡散係数（ｍ２／ｓ）を得ることが可能である。
【０１２４】
【表１】
従って、分子が大きいほど拡散係数は小さくなる。さらに膜多孔度が大きくなるほど拡散係数は大きくなる。
【０１２５】
拡散係数がその後向流モードで実証された。
【０１２６】
従って、１ｃｍ２程度の膜表面積を必要とするミクロシステムを持つ膜を特徴付けることが可能となる。必要な場合、前記水滴された特徴はより大きなサイズの膜について外挿され得る。
【０１２７】
チャンバ内での圧力制御
図１３を参照して、前記循環回路２００は有利には、前記第１のチャンバ１１０内に流体圧力制御手段２３０を含むか、又は前記循環回路３００は有利には前記第２のチャンバ１２０内に流体圧力制御手段３３０を含むか、又は両方の回路２００、３００がそれぞれ、関連するチャンバ１１０、１２０内に圧力制御手段２３０，３３０を含む。
【０１２８】
好ましくは、限定されるものではないが、前記制御装置２３０（それぞれ３３０）は圧力センサ２３１、２３２（それぞれ３３１、３３２）を含み、前記第１のブロック１０１（前記第２のブロック１０２ではそれぞれ１５１、１５２）内の前記通路１４１、１４２、又は前記流体入口及び出口１１２、１１３（前記第１及び第２の開口部それぞれ１２２、１２３）での流体の圧力を検出する。前記手段２３０（それぞれ３３０）はさらに、アクチュエータ２３３、２３４（それぞれ３３３、３３４）を含み、これらは前記パイプ２１０（それぞれ３１０）上に配置され、前記第１のチャンバ１１０（それぞれ前記第２のチャンバ１２０）内の前記流体の入口及び出口での圧力を変更する。これらのアクチュエータは、例えば圧力センサからのデータを処理するためのユニット（図示されていない）又は当業者に知られる全ての他の手段により制御されるセレノイドバルブであり得る。
【０１２９】
前記圧力制御はそれぞれの制御手段２３０、３３０のユニットにより実施され、固定又は可変設定値回りの圧力を安定化させる。安定化は例えば、比例制御装置、比例積分制御装置、オープンループ（圧力センサが使用されない場合）又はその他のシステム制御の分野の当業者に知られる適切な制御ループなどを適用することで行われる。
【０１３０】
前記回路２００、３００の制御手段２３０、３３０は、本発明の前記第２の側面による濾過システムのために意図される用途により、類似するか又は相違する。
【０１３１】
これらは、放出率又は拡散係数などの濾過の際の特定のパラメータを監視するために非常に有用であることを証明するものである。
【０１３２】
この圧力差は、前記膜が前記壁上に接着しないように規定の値で維持され得る。
【０１３３】
さらに、前記手段２３０、３３０は前記チャンバ１１０、１２０内の流体と濾過中の膜間流体との速度条件を制御することを可能とする。これにより、所与の溶質について放出率、即ち前記膜により維持される溶解物質のパーセント及び前記膜１３０を通る前記溶質の拡散係数などの濾過パラメータの制御を可能とする。
【０１３４】
従って、手段２３０、３３０は、流速と膜間流体の同じ条件で繰り返し実験を行うことを可能とする。
【０１３５】
この有利な効果の特に興味ある応用は、同様の実験条件下で異なる膜を試験することである。このことは例えば図１４に示される実験を介して前記膜の性質、例えば水勾配−即ち純粋の前記膜の浸透圧−の特徴付け可能とする。
【０１３６】
この実験で、前記第２のチャンバ１２０内の循環流体は水である。前記第１のチャンバ１１０には細胞培養物は含まれておらず、前記第１の回路２００を短く循環するための手段２５０により、前記第１のチャンバはさらに供給２４０及び循環手段２２０から分離されている。又はこの例では、前記第１の回路２００は供給２４０を含まず、循環手段２２０も含まない。この場合には前記短い循環手段２５０は必要ない。このことを示すために、供給２４０及び前記手段２２０は、図１４で点線の長方形で囲まれている。
【０１３７】
さらに、前記第２の回路３００の放出管３５０は水についてブロックされている（例えば閉鎖タップ）。従って、前記第２の開口部１５２を通る前記第２のチャンバ内を循環する水は、前記第１のブロック１０１の通路１４０を通ってのみ前記装置１００から流出され、前記通路１４２は前記パイプ２１０を通って前記第１の回路２００の放出管２５０に接続される。
【０１３８】
さらに、本発明の前記第２の側面のこの変法による前記システムは、水の量を測定するための装置４００に関連し、前記放出管２５０に接続される容器４１０、スケール４２０及び前記スケールと相互作用する処理ユニット４３０を含み、前記容器４１０内に含まれる水の量を時間に対して決定することが意図される。さらに前記処理ユニットは手段２３０、３３０から、両方の回路２００、３００内の圧力を制御するために情報を受け取る。
【０１３９】
従って、前記装置４００は、前記膜１３０を通る水の量対時間及び膜間圧力を評価することが可能となり、前記膜１３０の水勾配の決定を可能とする。
【０１４０】
この実験は、図８Ａ及び８Ｂのそれぞれに示される膜１３０ａ及び１３０ｂ上で行われた。前記決定された水勾配はそれぞれ、８ｍＬ／（分．バール．ｃｍ３）及び８０ｍＬ（分．バール．ｃｍ３）である。
【０１４１】
他の応用は、前記第１のチャンバ１１０（及び、細胞培養物を受け入れる場合に、前記第２のチャンバ１２０）での圧力低下を測定することであり、圧力低下は、前記チャンバ内の数種類の培養細胞上に指示を与える。
【０１４２】
直列接続された装置
最後に、いくつかの濾過装置１００を直列に配置することも本発明に含まれ、それにより腎臓の操作ステップを完全に再現でき、それぞれの装置が特定の機能を再現し得る。さらに一般的に、いくつかの装置１００が直列に使用され、前記身体内の流体及び種々の細胞組織間の相互作用を再現するために使用され得る。
【０１４３】
結論
本発明は多くの効果を持つ。本発明の前記第２の側面によるシステムはよりより大きなシステムに匹敵する濾過を可能とする。前記流体の回路は乱流を起こさず、本発明の前記第１の側面による前記装置のチャンバ内同様にパイプ内でも非常にわずかな端部効果を持つのみである。圧力と前記膜を制御するための手段を用いて、均一なパラメータ（流体の圧力、温度、成分及び濃度）を維持して、前記観察された結果が類似のパラメータを持つシステムに容易に外挿され得る。従って、本発明は、人又は動物体の現象のインビトロ再現への大きなステップであり、同様に人工器官作成への大きなステップである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過装置であり、前記装置は：
ミクロ壁とミクロバンプを含む１組のミクロ構造を持つ底部壁を含む第１のチャンネルを形成するキャビティを持つ第１のブロックであり、前記１組のミクロ構造が前記培養チャンバの前記底部壁上に、ミクロチャンバ及びミクロチャンネルを定める、第１のブロックと、
第２のチャンバを形成するキャビティを持つ第２のブロックと、
濾過膜を含み、
前記第１のブロック、前記膜及び前記第２のブロックが、前記膜が前記第１及び第２のチャンバとの間に、前記第１及び第２のチャンバに隣接して配置して設けられ、かつ
前記膜により前記第１のチャンバから分離される前記第２のチャンバ内に流体を通すための第１の開口部と第２の開口部を含む、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であり、さらに：
前記ミクロチャンネルの少なくとも１つに接続された前記第１のチャンバ内に流体入口と、
前記ミクロチャンネルの少なくとも１つに接続された前記第１のチャンバ内に流体出口と、
前記ミクロチャンネルが、前記第１のチャンバの前記ミクロチャンバ内の流体の循環を可能とするように前記流体入口をそれぞれのミクロチャンバに接続するネットワークを形成する、装置。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれか１項に記載の濾過装置であり、前記ミクロチャンバが前記流体の循環方向に関して長さ寸法及び幅寸法を有し、それぞれが５００μｍと５５０μｍとの間である、装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置であり、前記ミクロチャンネルは前記流体の循環方向に関して長さ寸法を有し、前記長さ寸法が７００μｍと７５０μｍとの間であり、かつ前記流体の循環方向に関し幅寸法を有し、前記幅寸法が２００μｍと２５０μｍとの間である、装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置であり、前記ミクロチャンネルが入口領域と出口領域を持ち、前記ミクロ壁が、少なくとも１つのチャンバの前記入口領域及び前記出口領域のいずれかの側に傾斜領域を含み、前記傾斜領域が前記流体の方向に関して幅寸法を有し、前記幅寸法が１００μｍと１２０μｍとの間であり、前記チャンバの前記入口領域のいずれかの側に、部分的に保護領域を定める、装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置であり、前記第１のチャンバが、前記底部壁の全表面積とある比で培養表面積を有し、前記比が９０％と１１０％との間である、装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置であり、前記第１のチャンバが、前記第１のチャンバの流体の利用可能な全容積とある比で培養表面積を有し、前記比が４／ｍｍと６／ｍｍとの間である、装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置であり、前記第２のチャンバが、前記第１のチャンバの前記底部壁と同じ１組のミクロ構造を持つ上部壁を含む、装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置であり、前記膜はフレキシブル材料である、装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置であり、前記膜が親水性材料である、装置。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置であり、前記膜が疎水性材料である、装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の装置であり、前記膜がバリア性である、装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の装置であり、前記膜が、前記膜上に細胞を培養することができる適切な材料である、装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の装置であり、さらに、保持手段を含み、前記保持手段が、一方で前記第１のブロックと前記膜を共に確実に保持し、他方で前記膜と前記第２のブロックが確実に保持されるロック構成と、前記ブロックと前記膜がお互いに分離され及び／又は前記膜と前記第２のブロックがお互いに分離されるアンロック構成を含み、前記保持手段が前記ロック構成からアンロック構成に、及びその逆に切り替え可能である、装置。
【請求項１５】
濾過システムであり、前記システムが：
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の濾過装置、及び
循環手段が設けられる循環パイプを含み、前記第２のチャンバ内で前記第１及び第２の開口部へ接続される流体回路を含む、システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の濾過システムであり、前記濾過装置が：
前記ミクロチャンネルの少なくとも１つに接続された前記第１のチャンバ内に流体入口と、
前記ミクロチャンネルの少なくとも１つに接続された前記第１のチャンバ内に流体出口と、
前記ミクロチャンネルが、前記第１のチャンバの前記ミクロチャンバ内の流体の循環を可能とするように前記流体入口をそれぞれのミクロチャンバに接続するネットワークを形成し、
前記装置がさらに、循環手段が設けられ、前記第１のチャンバ内で前記流体入口及び出口に接続される循環パイプを含む流体回路を含む、濾過システム。
【請求項１７】
請求項１５又は１６のいずれか１項に記載の濾過システムであり、前記第１の回路がさらに、前記第１のチャンバ内で流体圧力を制御するための制御手段を含む、濾過システム。
【請求項１８】
請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の濾過システムであり、前記第２の回路がさらに、前記第２のチャンバ内で流体圧力を制御するための制御手段を含む、濾過システム。
【請求項１９】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の濾過装置をいくつか含み、これらが循環回路に直列に接続される、濾過システム。
【請求項１】
濾過装置であり、前記装置は：
ミクロ壁とミクロバンプを含む１組のミクロ構造を持つ底部壁を含む第１のチャンネルを形成するキャビティを持つ第１のブロックであり、前記１組のミクロ構造が前記培養チャンバの前記底部壁上に、ミクロチャンバ及びミクロチャンネルを定める、第１のブロックと、
第２のチャンバを形成するキャビティを持つ第２のブロックと、
濾過膜を含み、
前記第１のブロック、前記膜及び前記第２のブロックが、前記膜が前記第１及び第２のチャンバとの間に、前記第１及び第２のチャンバに隣接して配置して設けられ、かつ
前記膜により前記第１のチャンバから分離される前記第２のチャンバ内に流体を通すための第１の開口部と第２の開口部を含む、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であり、さらに：
前記ミクロチャンネルの少なくとも１つに接続された前記第１のチャンバ内に流体入口と、
前記ミクロチャンネルの少なくとも１つに接続された前記第１のチャンバ内に流体出口と、
前記ミクロチャンネルが、前記第１のチャンバの前記ミクロチャンバ内の流体の循環を可能とするように前記流体入口をそれぞれのミクロチャンバに接続するネットワークを形成する、装置。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれか１項に記載の濾過装置であり、前記ミクロチャンバが前記流体の循環方向に関して長さ寸法及び幅寸法を有し、それぞれが５００μｍと５５０μｍとの間である、装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置であり、前記ミクロチャンネルは前記流体の循環方向に関して長さ寸法を有し、前記長さ寸法が７００μｍと７５０μｍとの間であり、かつ前記流体の循環方向に関し幅寸法を有し、前記幅寸法が２００μｍと２５０μｍとの間である、装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置であり、前記ミクロチャンネルが入口領域と出口領域を持ち、前記ミクロ壁が、少なくとも１つのチャンバの前記入口領域及び前記出口領域のいずれかの側に傾斜領域を含み、前記傾斜領域が前記流体の方向に関して幅寸法を有し、前記幅寸法が１００μｍと１２０μｍとの間であり、前記チャンバの前記入口領域のいずれかの側に、部分的に保護領域を定める、装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置であり、前記第１のチャンバが、前記底部壁の全表面積とある比で培養表面積を有し、前記比が９０％と１１０％との間である、装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置であり、前記第１のチャンバが、前記第１のチャンバの流体の利用可能な全容積とある比で培養表面積を有し、前記比が４／ｍｍと６／ｍｍとの間である、装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置であり、前記第２のチャンバが、前記第１のチャンバの前記底部壁と同じ１組のミクロ構造を持つ上部壁を含む、装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置であり、前記膜はフレキシブル材料である、装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置であり、前記膜が親水性材料である、装置。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置であり、前記膜が疎水性材料である、装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の装置であり、前記膜がバリア性である、装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の装置であり、前記膜が、前記膜上に細胞を培養することができる適切な材料である、装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の装置であり、さらに、保持手段を含み、前記保持手段が、一方で前記第１のブロックと前記膜を共に確実に保持し、他方で前記膜と前記第２のブロックが確実に保持されるロック構成と、前記ブロックと前記膜がお互いに分離され及び／又は前記膜と前記第２のブロックがお互いに分離されるアンロック構成を含み、前記保持手段が前記ロック構成からアンロック構成に、及びその逆に切り替え可能である、装置。
【請求項１５】
濾過システムであり、前記システムが：
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の濾過装置、及び
循環手段が設けられる循環パイプを含み、前記第２のチャンバ内で前記第１及び第２の開口部へ接続される流体回路を含む、システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の濾過システムであり、前記濾過装置が：
前記ミクロチャンネルの少なくとも１つに接続された前記第１のチャンバ内に流体入口と、
前記ミクロチャンネルの少なくとも１つに接続された前記第１のチャンバ内に流体出口と、
前記ミクロチャンネルが、前記第１のチャンバの前記ミクロチャンバ内の流体の循環を可能とするように前記流体入口をそれぞれのミクロチャンバに接続するネットワークを形成し、
前記装置がさらに、循環手段が設けられ、前記第１のチャンバ内で前記流体入口及び出口に接続される循環パイプを含む流体回路を含む、濾過システム。
【請求項１７】
請求項１５又は１６のいずれか１項に記載の濾過システムであり、前記第１の回路がさらに、前記第１のチャンバ内で流体圧力を制御するための制御手段を含む、濾過システム。
【請求項１８】
請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の濾過システムであり、前記第２の回路がさらに、前記第２のチャンバ内で流体圧力を制御するための制御手段を含む、濾過システム。
【請求項１９】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の濾過装置をいくつか含み、これらが循環回路に直列に接続される、濾過システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公表番号】特表２０１３−５０５０２９（Ｐ２０１３−５０５０２９Ａ）
【公表日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３０２６４（Ｐ２０１２−５３０２６４）
【出願日】平成２２年９月２３日（２０１０．９．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６４０８２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３６２２６
【国際公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（５１２０７４４０１）ユニヴェルシテ テクノロジエ デ コンピエーニュ−ユテセ (2)
【出願人】（５１０３０９０２０）セントレ ナショナル デ ラ リシェルシェ サイエンティフィック（セ・エン・エル・エス） (9)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２３日（２０１０．９．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６４０８２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３６２２６
【国際公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（５１２０７４４０１）ユニヴェルシテ テクノロジエ デ コンピエーニュ−ユテセ (2)
【出願人】（５１０３０９０２０）セントレ ナショナル デ ラ リシェルシェ サイエンティフィック（セ・エン・エル・エス） (9)
【Ｆターム（参考）】
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