Dispositivos y métodos para modelar el sistema inmune.

Un dispositivo de modelado de hipersensibilidad que comprende:

un primer compartimento de cultivo que contiene una barrera biológica cultivada seleccionada de piel, córneas, revestimiento de los pulmones, revestimiento del tracto gastrointestinal, el revestimiento del tracto genitourinario y piel artificial, y que también comprende células dendríticas;

un segundo compartimento de cultivo que contiene linfocitos T;

una o más conexiones de microfluidos inter-compartimento entre dichos primero y segundo compartimentos configuradas para permitir la migración de células dendríticas desde dicho primer compartimento hasta dicho segundo compartimento; y

un componente de observación óptica configurado para ver la migración de células dendríticas desde dicho primer compartimento hacia dicho segundo compartimento.

Dispositivos y métodos para modelar el sistema inmune Esta solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud Provisional de los Estados Unidos Nº: 61/020.310, presentada el 20 de enero de 2008.

Antecedentes de la invención En un aspecto, el sistema inmune de un organismo sirve para protegerlo de infecciones, generalmente mediante un sistema inmune innato y un sistema inmune adaptativo. A un nivel sencillo, el organismo se basa en barreras físicas para evitar que los patógenos, tales como bacterias y virus, entren en ellos. En caso de que un patógeno traspase estas barreras, el sistema inmune innato está preparado para proporcionar una respuesta inmediata, pero inespecífica. A un nivel más complejo, cuando los patógenos eluden la respuesta innata, algunos animales están equipados con un tercer elemento, el sistema inmune adaptativo.

Varios tipos de barrera protegen a los organismos de las infecciones, incluyendo barreras mecánicas, químicas y biológicas. La piel de un animal es un ejemplo de una barrera biológica en la primera línea de exposición a agentes ambientales que se puede encontrar un organismo. Se ha usado el reemplazo de piel compuesta usando queratinocitos autólogos cultivados en dermis alogénica acelular como sustituto de la piel de manera prometedora para pacientes víctimas de quemaduras (Robert L. Sheridan et al., Burns 2000. 27: 421-424) .

La fagocitosis es una característica importante de la inmunidad celular innata. Las células clasificadas como fagocitos son capaces de tragarse, o consumir, agentes, patógenos o partículas. Los fagocitos patrullan de manera rutinaria el cuerpo del animal, por ejemplo, en la piel, en búsqueda de patógenos.

Las células dendríticas (CD) son fagocitos que se encuentran asociados con los tejidos de un animal expuesto al ambiente. Las células dendríticas pueden encontrarse, por ejemplo, en la piel, córneas, nariz, pulmones, tracto gastrointestinal y tracto genitourinario. Las células dendríticas se conocen como potentes células de presentación de antígenos implicadas en la inducción de respuestas inmunitarias mediadas por linfocitos T. Un tipo de célula dendrítica importante son las células de Langerhans. En los últimos años se han desarrollado sistemas de cultivo cerrados sin suero para establecer y mantener células dendríticas (Christina M. Celluzzi y Craig Welbon, 2003. Journal of Hematotherapy & Stem Cell Research., 12 (5) : 575-585) .

La hipersensibilidad es un tipo de respuesta inmune que causa daño a los tejidos propios del animal. (Ghaffar, Abdul (2006) . Immunology -Capítulo diecisiete: Hypersensitivity Reactions. Microbiology and Immunology OnLine Textbook. USC School of Medicine; disponible en http://pathmicro.med.sc.edu/ghaffar/hyper00.htm; Visitado por última vez el 1-10-08) . Las reacciones de hipersensibilidad se dividen en cuatro clases citadas como de Tipo I -IV, (anteriormente citado) . La hipersensibilidad de Tipo I implica una reacción inmediata o anafiláctica, normalmente asociada con alergias y está mediada por IgE liberadas de mastocitos y basófilos, (anteriormente citado) . La hipersensibilidad de Tipo II o hipersensibilidad dependiente de anticuerpos (o citotóxica) está mediada por anticuerpos de tipo IgG e IgM, (anteriormente citado) . Las reacciones de hipersensibilidad de Tipo III pueden activarse mediante complejos inmunes (incluyendo agregaciones de antígenos, proteínas de complemento, y anticuerpos de tipo IgG e IgM) depositados en varios tejidos, (anteriormente citado) . La hipersensibilidad de Tipo IV se cita como hipersensibilidad mediada por células o de tipo retardado y está implicada en muchas enfermedades autoinmunes e infecciosas, pero también puede implicar dermatitis de contacto (por ejemplo, hiedra venenosa) , (anteriormente citado) . Las reacciones de hipersensibilidad están mediadas, por ejemplo, por linfocitos T, monocitos, y fagocitos (incluyendo células dendríticas y macrófagos) .

El conocimiento de la interacción de agentes ambientales, el sistema inmune y la hipersensibilidad de un organismo es relevante tanto médica como comercialmente.

Matsubara et al., "Application of on-chip cell cultures for the detection of allergic response", Biosensors and Bioelectronics (2004) vol. 19, páginas 741-747 divulgan la descripción de una placa de celdillas de microfluidos para controlar respuestas alérgicas. Las celdillas se fabricaron mediante métodos convencionales de moldeo sobre una microplaca de poli (dimetilsiloxano) (PDMS) , cuya superficie se modificó mediante varios métodos. Las celdillas comprendían una sola cámara de cultivos celulares y canales de microfluidos.

El documento WO 2007/021343 divulga sistemas y métodos para farmacocinética a escala microscópica. Los sistemas divulgados tienen compartimentos a escala microscópica que pueden interconectarse mediante canales a escala microscópica. Las células o los materiales celulares asociados con los órganos pueden cultivarse en dichos compartimentos para permitir interacciones con fármacos en uno o más flujos de fluidos.

Resumen Se divulga un dispositivo de modelado inmune que comprende: un componente de barrera configurado para cultivar una barrera biológica; un componente inmune configurado para cultivar células inmunes; y una o más conexiones de microfluidos inter-componente entre el componente de barrera y el componente inmune. El componente de barrera del dispositivo de modelado inmune puede comprender además una matriz configurada para soportar el crecimiento celular.

En una realización, el dispositivo de modelado inmune comprende además un componente de observación óptica configurado para visualizar las células dentro del dispositivo. La observación de las células puede incluir el movimiento celular o la proliferación de linfocitos T o una combinación de ambas. El movimiento celular puede ser el movimiento de células inmunes, tales como células dendríticas, de un compartimento a otro compartimento. El componente de observación óptica puede estar localizado en ambos compartimentos o en las conexiones de microfluidos inter-componente.

En una realización, el dispositivo comprende múltiples módulos inmunes multicanal junto con canales de microfluidos de interconexión para una exploración de alto rendimiento.

Otro aspecto de la divulgación incluye un método para detectar una reacción inmune a un antígeno de prueba que comprende: proporcionar un sistema de modelado inmune que comprende un componente de barrera configurado para cultivar una barrera biológica, un componente inmune configurado para cultivar células inmunes, y una o más conexiones de microfluidos inter-componente entre el componente de barrera y el componente inmune; cultivar una barrera biológica en el componente de barrera del sistema; cultivar células inmunes en el componente inmune del sistema; aplicar el agente de ensayo a la barrera biológica; y controlar a las células inmunes para detectar una reacción inmune al agente de ensayo.

Una barrera biológica para su uso en el dispositivo y método puede seleccionarse del grupo que consiste en piel, córneas, revestimiento de los pulmones, revestimiento del tracto gastrointestinal, revestimiento del tracto genitourinario y piel artificial. En una realización, una barrera biológica es piel artificial que comprende queratinocitos cultivados. Una barrera biológica también puede contener además una capa dérmica. En una realización, una reacción inmune detectada es hipersensibilidad de contacto de tipo retardado.

Las células inmunes pueden ser cualquier célula inmune, tales como linfocitos T y células dendríticas o células inmunes de los nódulos linfáticos. En una realización, las células inmunes comprenden linfocitos T y la barrera biológica comprende piel artificial y además comprende células dendríticas. En otra realización, las únicas células incluidas en el componente inmune comprenden linfocitos T y durante la evaluación las células dendríticas pueden migrar al componente inmune como indicación de hipersensibilidad en respuesta al agente de ensayo.

El dispositivo puede utilizarse para evaluar la capacidad de los agentes de ensayo para causar una reacción inmune o de hipersensibilidad. Algunos de los agentes de ensayo que se pueden ensayar incluyen un fármaco, un cosmético, un nutracéutico, un químico sintético, una fragancia, lubricante, jabón, champú, producto para el cabello, loción o aceite de protección solar.

El control de las células inmunes puede comprender controlar la proliferación de los linfocitos T. En otra realización, el control de las células inmunes comprende controlar la migración de las células dendríticas. Pueden utilizarse una o más ventanas... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de modelado de hipersensibilidad que comprende:

un primer compartimento de cultivo que contiene una barrera biológica cultivada seleccionada de piel, córneas, revestimiento de los pulmones, revestimiento del tracto gastrointestinal, el revestimiento del tracto genitourinario y piel artificial, y que también comprende células dendríticas; un segundo compartimento de cultivo que contiene linfocitos T; una o más conexiones de microfluidos inter-compartimento entre dichos primero y segundo compartimentos configuradas para permitir la migración de células dendríticas desde dicho primer compartimento hasta dicho segundo compartimento; y un componente de observación óptica configurado para ver la migración de células dendríticas desde dicho primer compartimento hacia dicho segundo compartimento.

2. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que el primer compartimento de cultivo comprende además una matriz configurada para soportar el crecimiento celular.

3. El dispositivo de la reivindicación 1, que además comprende múltiples unidades del primer y del segundo componentes de cultivo interconectados con canales de microfluidos que proporcionan medio. 20

4. Un método para detectar una reacción de hipersensibilidad a un agente de ensayo, que comprende:

proporcionar un dispositivo de modelado de hipersensibilidad que comprende un primer compartimento de cultivo que contiene una barrera biológica cultivada seleccionada de piel, córneas, revestimiento de los pulmones, revestimiento del tracto gastrointestinal, el revestimiento del tracto genitourinario y piel artificial, y que también comprende células dendríticas; un segundo compartimento de cultivo que contiene linfocitos T; y una o más conexiones de microfluidos inter-compartimento entre dichos primero y segundo compartimentos configuradas para permitir la migración de células dendríticas desde dicho primer compartimento hasta dicho segundo compartimento;

cultivar dichas barrera biológica, células dendríticas y linfocitos T dentro de dicho dispositivo con medio de cultivo fluyendo entre dichos compartimentos; aplicar un agente de ensayo a dicha barrera biológica; y controlar dichas células dendríticas y/o linfocitos T en dicho dispositivo para detectar una reacción de hipersensibilidad, en donde dicho control comprende:

(i) determinar la velocidad y/o la proliferación de linfocitos T;

(ii) determinar la velocidad y/o la cantidad migración de células dendríticas; o (iii) determinar la velocidad y/o la cantidad de proliferación de linfocitos T y determinar la velocidad y/o la cantidad de migración de células dendríticas.

5. El método de la reivindicación 4, en el que dicha reacción de hipersensibilidad detectada es hipersensibilidad de contacto de tipo retardado.

6. El método de la reivindicación 4, en el que dicho agente de ensayo comprende un fármaco, un cosmético, un nutracéutico, un producto químico sintético, una fragancia, un lubricante, un jabón, un champú, un producto para el 45 cabello, una producto de protección solar, una loción o un aceite.

7. El método de la reivindicación 4, en el que dicho control comprende observar o medir la migración de células dendríticas, en donde, opcionalmente, dicha migración se controla mediante un componente de observación óptica localizado en dicho primer o segundo compartimentos o en una o más de dichas conexiones de fluidos.

8. El método de la reivindicación 4, en el que dicha barrera biológica es el revestimiento del tracto gastrointestinal cultivado.

9. El método de la reivindicación 4, en el que dicha barrera biológica es piel cultivada. 55

10. El método de la reivindicación 4, en el que dicha barrera biológica es córnea cultivada.

11. El método de la reivindicación 4, en el que dicha barrera biológica es revestimiento pulmonar cultivado.

12. El método de la reivindicación 4, en el que dicha barrera biológica es el revestimiento del tracto genitourinario cultivado.

13. El método de la reivindicación 4, en el que dicha barrera biológica es piel artificial.