Система для определения взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей (варианты) и ее применение (варианты), способ моделирования такого взаимодействия (варианты), насос (варианты), соединительная конструкция, устройство генерирования аэрозоля и способ определения воздействия атмосферы испытания (варианты)

Группа изобретений относится к системе для определения взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей, насосу для смешения объема газа, поршневому насосу для смешения объема газа, соединительной конструкции, способу моделирования взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей, применению указанных систем, способу определения взаимодействия атмосферы испытания на модель дыхательных путей и устройству генерирования аэрозоля. Система содержит: (a) первый насос, содержащий: (i) камеру, выполненную с возможностью содержания первого объема газа, содержащего атмосферу испытания; (ii) первый канал, выполненный с возможностью приема и выпуска газа и содержащий клапан для регулировки потока газа, проходящего по первому каналу, причем указанный клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями, причем в открытом положении указанный клапан способен открываться в направлении атмосферы испытания или окружающего воздуха; (iii) второй канал, выполненный с возможностью приема и выпуска газа и содержащий клапан для регулировки потока газа, проходящего по второму каналу, причем указанный клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями; (iv) пластину поршня в камере, причем указанная пластина поршня содержит один или более просветов для поступления или притока газа в камеру, при этом один, или более, или каждый из просветов включают в себя клапан, выполненный с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями и способный регулировать поступление или приток газа; (b) второй насос, содержащий: (i) камеру, выполненную с возможностью содержания второго объема газа, при этом первый и второй объемы газа отличаются друг от друга; (ii) канал, выполненный с возможностью приема и выпуска газа; и (iii) двигатель для управления работой второго насоса; (c) соединительную конструкцию, используемую для передачи газа из первого насоса во второй насос; и (d) одно или более отверстий в первом насосе, или втором насосе, или стенках соединительной конструкции, или в сочетании двух или более указанных вариантов, причем указанные отверстия способны вмещать в себя модуль для содержания среды для культивирования клеток, или для слежения за условиями в камере, или для отбора проб газа, или для определения характеристик газа. 16 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится, среди прочего, к устройствам, системам, способам и применениям, относящимся к моделированию структуры и/или функций дыхательных путей и их дыхательных характеристик. Настоящее изобретение применимо для исследования взаимодействий между испытательными веществами (например, вдыхаемыми веществами в атмосферах испытания) и дыхательными путями. В частности, настоящее изобретение связано с моделированием дыхательных путей человека.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Дыхательная система проходит от носа и верхних дыхательных путей к альвеолярной поверхности легких, где происходит газообмен. Вдыхаемые аэрозоли движутся ото рта через верхние дыхательные пути и со временем попадают в альвеолы. По мере того, как аэрозоль проходит глубже в дыхательные пути, адсорбируется больше растворимых газов и аэрозольные частицы оседают глубоко в воздухоносных путях и альвеолах. В частности, одним интересующим нас аэрозолем в контексте настоящего изобретения является дым - такой как табачный дым - поскольку можно изучать воздействие дыма на модель или посредством модели дыхательных путей.

Существующие системы воздействия аэрозолем (см., например, публикацию WO 2016118935 А1) наиболее часто полагаются на непрерывный, однонаправленный поток аэрозоля или на пассивное осаждение. Непрерывные потоки аэрозоля создаются положительным или отрицательным давлением, и аэрозоли направлены перпендикулярно к системе для биологических испытаний или проходят параллельно плоскости системы биологических испытаний. Эффективность доставки дозы в таком режиме воздействия в основном зависит от геометрической формы камеры для воздействия и скорости потока аэрозоля для испытания. Тем не менее, рот, время задержки дыхания и динамические модели потока, встречающиеся во время дыхания человека (то есть, вдоха и выдоха) нельзя смоделировать с помощью современных систем воздействия аэрозолем. Следовательно, мало шансов достичь доставки дозы, характерной для ситуации in vivo, особенно относительной доставки составляющих аэрозоля в форме частиц и газа. Кроме этого, фильтрующее действие проводящих воздухоносных путей не может быть смоделировано характерным образом. Таким образом, при использовании современных систем воздействия аэрозолем, применяют аэрозоль с одинаковым распределением размеров аэрозольных частиц, например, с культурами бронхиальных клеток и носовых культур. Тем не менее, в живых организмах, более крупные аэрозольные частицы в основном взаимодействуют и удаляются из аэрозоля в верхних дыхательных путях, в то время как более глубокие области дыхательных путей, в основном подвергаются воздействию менее крупных аэрозольных частиц и газообразных составляющих. Кроме этого, в системах воздействия с непрерывным потоком, разбавление аэрозоля достигается путем непрерывного добавления разбавляющего воздуха к аэрозолю выше по потоку вблизи от камер для воздействия. Тем не менее, если необходимо моделировать характеристики курения, как в биологическом организме, этот режим разбавления не является характерным для организма, поскольку он не учитывает период задержки во рту, во время которого аэрозолю с высокой плотностью позволяют задержаться на несколько секунд перед втягиванием в дыхательные пути вместе с большим объемом разбавляющего воздуха.

При пассивном осаждении аэрозоля аэрозоль для испытания впрыскивают в камеру, на дне которой находятся системы для биологических испытаний. После впрыска аэрозоля, аэрозолю позволяют осесть на систему для испытаний, обычно посредством силы тяжести. Электростатическое притяжение аэрозольных частиц к системе для испытаний может использоваться для увеличения осаждения аэрозольных частиц. Наноразмерные аэрозольные частицы, в частности, могут требовать электростатического притяжения из-за своей низкой эффективности осаждения. Воздействия сложных аэрозолей, содержащих аэрозольные частицы с разными размерами и плотностями, а также газообразные составляющие, нельзя осуществить в системах с пассивным осаждением аэрозоля, поскольку дифференциальная относительная доставка больших аэрозольных частиц, маленьких аэрозольных частиц и газообразных составляющих аэрозоля не является характерной для процессов, происходящих в живом организме.

В данной области техники по-прежнему существует потребность в усовершенствованных моделирующих системах для изучения дыхательных путей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В первом аспекте предоставлена система для определения взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей, причем указанная система содержит: (a) первый насос, содержащий: (i) камеру, выполненную с возможностью содержания первого объема газа, содержащего атмосферу испытания; (ii) первый канал, выполненный с возможностью приема и выпуска газа и содержащий клапан для регулировки потока газа, проходящего по первому каналу, причем указанный клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями, при этом в открытом положении указанный клапан способен открываться в направлении атмосферы испытания или окружающего воздуха; (iii) второй канал, выполненный с возможностью приема и выпуска газа и содержащий клапан для регулировки потока газа, проходящего по второму каналу, причем указанный клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями; (iv) пластину поршня в камере, причем указанная пластина поршня содержит один или более просветов для поступления или притока газа в камеру, при этом один или более, или каждый, из просветов включают в себя клапан, выполненный с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями и способный регулировать поступление или приток газа; и (v) двигатель для управления работой первого насоса; (b) второй насос, содержащий: (i) камеру, выполненную с возможностью содержания второго объема газа, при этом первый и второй объемы газа отличаются друг от друга; (ii) канал, выполненный с возможностью приема и выпуска газа; и (iii) двигатель для управления работой второго насоса; (c) соединительную конструкцию, используемую для передачи газа из первого насоса во второй насос; и (d) одно или более отверстий в первом насосе или втором насосе или стенках соединительной конструкции или в сочетании двух или более указанных вариантов, причем указанные отверстия способны вмещать в себя модуль для содержания среды для культивирования клеток или выполненный с возможностью хранения среды для культивирования клеток, или модуль для слежения за условиями в камере или выполненный с возможностью слежения за условиями в камере, или модуль для отбора проб газа или выполненный с возможностью отбора проб газа, или модуль для определения характеристик газа или выполненный с возможностью определения характеристик газа.

Подходящим образом, насосы представляют собой поршневые насосы, содержащие пластину поршня и основу.

Подходящим образом, соединительная конструкция является полой.

Подходящим образом, соединительная конструкция является разветвленной.

Подходящим образом, одна конечная ветвь соединительной конструкции соединена со вторым насосом и одна или более других конечных ветвей присоединены к отдельному насосу, причем каждый отдельный насос содержит: (i) камеру для содержания объема газа, причем этот объем газа идентичен второму объему газа во втором насосе; (ii) канал для приема и выпуска газа и для присоединения к соединительной конструкции; и (iii) двигатель для управления работой насоса.

Подходящим образом, каждый отдельный насос идентичен второму насосу.

Подходящим образом, система содержится в кожухе, подходящим образом - в кожухе с регулируемой температурой.

Подходящим образом, температуру кожуха регулируют с помощью термостата.

Подходящим образом, температура в кожухе составляет приблизительно 37 °C.

Подходящим образом, разные объемы первого и второго насосов представляют внутренний объем разных отделов дыхательных путей, подходящим образом дыхательных путей человека.

Подходящим образом, объемы отдельных насосов представляют внутренний объем разных отделов дыхательных путей, подходящим образом дыхательных путей человека.

Подходящим образом, рабочий объем первого и второго насосов по меньшей мере равен максимальному достижимому впускаемому объему в соответствующем отделе дыхательных путей.

Подходящим образом, рабочий объем отдельных насосов по меньшей мере равен максимальному достижимому впускаемому объему в соответствующем отделе дыхательных путей.

Подходящим образом, давление нагнетания двигателя или насоса может соответствовать атмосферному давлению или быть выше или ниже атмосферного давления.

Подходящим образом, рабочий объем первого насоса составляет от приблизительно 0 до 100 мл или от приблизительно 1 до 100 мл.

Подходящим образом, рабочий объем второго насоса составляет от приблизительно 0 до 4000 мл или от приблизительно 1 до приблизительно 4000 мл.

Подходящим образом, насосы содержат нержавеющую сталь.

Подходящим образом, камера представляет собой цилиндр.

Подходящим образом, камера содержит стекло.

Подходящим образом, объем камеры первого насоса меньше объема камеры второго насоса.

Подходящим образом, объем камеры первого насоса представляет объем полости рта и ротоглотки.

Подходящим образом, объем камеры второго насоса представляет объем полости легкого или его части.

Подходящим образом, объем соединительной конструкции представляет объем проводящих воздухоносных путей легкого, подходящим образом человеческого легкого.

Подходящим образом, система дополнительно содержит компьютерный контроллер, способный синхронизировать работу системы.

Подходящим образом, один или более из первого насоса или второго насоса или соединительной конструкции содержат один или более модулей, содержащих микровесы на кристалле кварца.

Подходящим образом, отверстия в первом насосе или втором насосе или стенках соединительной конструкции являются резьбовыми или безрезьбовыми.

Подходящим образом, одно или более отверстий содержат модуль.

Подходящим образом, один или более модулей приспособлены для содержания среды для культивирования клеток или выполнены с возможностью хранения среды для культивирования клеток, или приспособлены для слежения за условиями в камере, или приспособлены для слежения за условиями в камере, или приспособлены для отбора проб газа, или приспособлены для определения характеристик газа.

Подходящим образом, модули расположены на основе пластины поршня первого и/или второго насоса и/или в стенках соединительной конструкции.

Подходящим образом, один или более модулей содержат среду для культивирования клеток.

Подходящим образом, среда для культивирования клеток содержит культуру клеток или контактирует с ней, подходящим образом 2- или 3-мерную культуру клеток.

Подходящим образом, модули, приспособленные для содержания или хранения среды для культивирования клеток, дополнительно содержат микрофлюидный канал и необязательно микрофлюидный насос, соединенный с ним.

Подходящим образом, модули расположены в горизонтальной плоскости в одном или более из перечисленного: первый насос или второй насос, или стенки соединительной конструкции.

Подходящим образом, соединительная конструкция содержит нержавеющую сталь.

Подходящим образом, камера первого насоса имеет объем, составляющий приблизительно 100 мл.

Подходящим образом, камера второго насоса имеет объем, составляющий от приблизительно 1 литра до приблизительно 4 литров.

В дополнительном аспекте, предоставлен насос для смещения объема газа, содержащий: (i) камеру, выполненную с возможностью содержания объема газа и содержащую основу и одно или более отверстий, способных вмещать один или более модулей для содержания или хранения среды для культивирования клеток, или для слежения за условиями в камере, или для отбора проб газа, или для определения характеристик газа; (ii) первый канал для приема и выпуска газа, когда он содержится в камере, и содержащий первый клапан для регулировки потока газа, проходящего по первому каналу, причем указанный первый клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями, причем в открытом положении указанный клапан может открываться в направлении атмосферы испытания или окружающего воздуха; и (iii) второй канал для приема и выпуска газа, когда он содержится в камере, и содержащий второй клапан для регулировки потока газа, проходящего по второму каналу, причем указанный клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями; и (iv) пластину поршня в камере, причем указанная пластина поршня содержит один или более просветов для поступления или притока газа в камеру при этом один или более, или каждый, из просветов включают в себя клапан, выполненный с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями и способный регулировать поступление или приток газа.

Подходящим образом, насос представляет собой поршневой насос.

Подходящим образом, одно или более отверстий в камере являются резьбовыми или безрезьбовыми.

Подходящим образом, одно или более отверстий содержат модуль.

Подходящим образом, модуль является резьбовым или безрезьбовым.

Подходящим образом, один или более модулей приспособлены для содержания среды для культивирования клеток или выполнены с возможностью хранения среды для культивирования клеток, или приспособлены для слежения за условиями в камере, или приспособлены для слежения за условиями в камере, или приспособлены для отбора проб газа, или приспособлены для определения характеристик газа.

Подходящим образом, модули расположены на основе насоса.

Подходящим образом, один или более модулей содержат среду для культивирования клеток.

Подходящим образом, среда для культивирования клеток содержит культуру клеток или контактирует с ней, подходящим образом 2- или 3-мерную культуру клеток.

Подходящим образом, модули, приспособленные для содержания или хранения среды для культивирования клеток, дополнительно содержат микрофлюидный канал и необязательно микрофлюидный насос, соединенный с ним.

Подходящим образом, модули расположены в горизонтальной плоскости в одном или более из перечисленного: первый насос, или второй насос, или стенки соединительной конструкции.

Подходящим образом, модуль содержит микровесы на кристалле кварца.

Подходящим образом, насос дополнительно содержит двигатель.

Подходящим образом, давление нагнетания соответствует атмосферному давлению или давлению выше или ниже атмосферного давления.

Подходящим образом, рабочий объем насоса составляет от приблизительно 0 до 100 мл или от приблизительно 1 до приблизительно 100 мл.

Подходящим образом, насос содержит нержавеющую сталь.

Подходящим образом, камера представляет собой цилиндр.

Подходящим образом, камера содержит стекло.

Подходящим образом, камера насоса имеет объем, составляющий приблизительно 100 мл.

В дополнительном аспекте предоставлен поршневой насос для смещения объема газа, содержащий: (i) камеру, выполненную с возможностью содержания объема газа и содержащую пластину поршня, содержащую один или более просветов для поступления или притока газа в камеру, при этом один или более, или каждый, из просветов включают в себя клапан, выполненный с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями и способный регулировать поступление или приток газа; (ii) первый канал для приема газа, и содержащий первый клапан для регулировки потока газа, проходящего по первому каналу, причем указанный первый клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями; и (iii) второй канал для выпуска газа, когда он содержится в камере, и содержащий второй клапан для регулировки потока газа, проходящего по второму каналу, причем указанный клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями. Подходящим образом, камера включает в себя основу и содержит одно или более отверстий.

Подходящим образом, отверстия являются резьбовыми или безрезьбовыми.

Подходящим образом, отверстия содержат модуль в одном или более отверстиях.

Подходящим образом, модуль является резьбовым или безрезьбовым.

Подходящим образом, модуль приспособлен для содержания или хранения среды для культивирования клеток или для слежения за условиями в камере, или для отбора проб газа, или для определения характеристик газа.

Подходящим образом, один или несколько модулей содержат среду для культивирования клеток.

Подходящим образом, среда для культивирования клеток содержит культуру клеток, подходящим образом 2- или 3-мерную культуру клеток.

Подходящим образом, модули, приспособленные для содержания или хранения среды для культивирования клеток, дополнительно содержат микрофлюидный канал и необязательно микрофлюидный насос, соединенный с ним.

Подходящим образом, модуль содержит микровесы на кристалле кварца.

Подходящим образом, соединительная конструкция соединена со вторым каналом.

Подходящим образом, соединительная конструкция является полой.

Подходящим образом, насос дополнительно содержит двигатель.

Подходящим образом, давление нагнетания насоса соответствует атмосферному давлению или давлению выше или ниже атмосферного давления.

Подходящим образом, рабочий объем насоса составляет от приблизительно 0 до 100 мл или от приблизительно 1 до приблизительно 100 мл.

Подходящим образом, насос содержит нержавеющую сталь.

Подходящим образом, камера представляет собой цилиндр.

Подходящим образом, камера содержит стекло.

Подходящим образом, камера насоса имеет объем, составляющий приблизительно 100 мл.

В дополнительном аспекте предоставлен насос для смещения объема газа, содержащий: (i) камеру, выполненную с возможностью содержания объема газа, причем указанная камера содержит основу и один или более модулей для содержания или хранения среды для культивирования клеток, или для слежения за условиями в камере, или для отбора проб газа, или для определения характеристик газа; и (ii) канал, используемый для приема и выпуска газа.

Подходящим образом, насос представляет собой поршневой насос.

Подходящим образом, модули расположены в основе камеры.

Подходящим образом, модули являются резьбовыми или безрезьбовыми.

Подходящим образом, модули приспособлены для содержания среды для культивирования клеток, или выполнены с возможностью хранения среды для культивирования клеток, или приспособлены для слежения за условиями в камере, или приспособлены для слежения за условиями в камере, или приспособлены для отбора проб газа, или приспособлены для определения характеристик газа.

Подходящим образом, один или более модулей содержат среду для культивирования клеток.

Подходящим образом, среда для культивирования клеток содержит культуру клеток или контактирует с ней, подходящим образом 2- или 3-мерную культуру клеток.

Подходящим образом, модули, приспособленные для содержания или хранения среды для культивирования клеток, дополнительно содержат микрофлюидный канал и необязательно микрофлюидный насос, соединенный с ним.

Подходящим образом, модуль содержит микровесы на кристалле кварца.

Подходящим образом, соединительная конструкция соединена с каналом.

Подходящим образом, соединительная конструкция является полой.

Подходящим образом, насос дополнительно содержит двигатель.

Подходящим образом, давление нагнетания соответствует атмосферному давлению или давлению выше или ниже атмосферного давления.

Подходящим образом, рабочий объем насоса составляет от приблизительно 0 до 1000 мл или от приблизительно 1 до приблизительно 100 мл.

Подходящим образом, насос содержит нержавеющую сталь.

Подходящим образом, камера представляет собой цилиндр.

Подходящим образом, камера содержит стекло.

Подходящим образом, объем камеры представляет объем полости легкого или его части.

В дополнительном аспекте, предоставлена соединительная конструкция, приспособленная для соединения по меньшей мере двух насосов для передачи газа между ними, причем указанная соединительная конструкция содержит полый канал и одно или более резьбовых или безрезьбовых отверстий в стенках соединительной конструкции.

Подходящим образом, резьбовые отверстия содержат резьбовой модуль в одном или более отверстиях, причем указанный модуль приспособлен для содержания среды для культивирования клеток или выполнен с возможностью хранения среды для культивирования клеток, или приспособлен для слежения за условиями в камере, или приспособлен для слежения за условиями в камере, или приспособлен для отбора проб газа, или приспособлен для определения характеристик газа.

Подходящим образом, один или более модулей содержат среду для культивирования клеток.

Подходящим образом, среда для культивирования клеток содержит культуру клеток или контактирует с ней, подходящим образом 2- или 3-мерную культуру клеток.

Подходящим образом, модули, приспособленные для содержания или хранения среды для культивирования клеток, дополнительно содержат микрофлюидный канал и необязательно микрофлюидный насос, соединенный с ним.

Подходящим образом, соединительная конструкция является полой.

Подходящим образом, соединительная конструкция является разветвленной.

Подходящим образом, каждая конечная ветвь соединительной конструкции может быть соединена с отдельным насосом.

Подходящим образом, соединительная конструкция представляет объем проводящих воздухоносных путей легкого, подходящим образом человеческого легкого.

Подходящим образом, модули расположены в горизонтальной плоскости в стенках соединительной конструкции.

Подходящим образом, модули приспособлены для того, чтобы содержать культуру клеток, подходящим образом 2- или 3-мерную культуру клеток.

Подходящим образом, модуль представляет собой камеру для содержания культуры клеток, причем указанная камера содержит микрофлюидный канал и необязательно микрофлюидный насос, соединенный с ним.

Подходящим образом, модули приспособлены для слежения за условиями в соединительной конструкции и/или для отбора проб газа, и/или для определения характеристик газа.

Подходящим образом, соединительная конструкция содержит нержавеющую сталь.

Также описана система, содержащая насосы, описанные в настоящем документе.

Подходящим образом, система дополнительно содержит соединительную конструкцию, как описано в настоящем документе.

Подходящим образом, насосы соединены с помощью соединительной конструкции.

В дополнительном аспекте предоставлен способ моделирования взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей, включающий применение системы, описанной в настоящем документе.

Также описано применение системы, описанной в настоящем документе, для моделирования взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей.

Также описан способ определения воздействия атмосферы испытания на культуру клеток, содержащуюся в модели дыхательных путей, включающий применение системы, описанной в настоящем документе.

Также описано использование системы, описанной в настоящем документе, для определения воздействия атмосферы испытания на культуру клеток, содержащуюся в модели дыхательных путей.

В дополнительном аспекте раскрыт способ определения воздействия атмосферы испытания на культуру клеток, содержащуюся в модели дыхательных путей, включающий следующие этапы: (a) обеспечение системы, описанной в настоящем документе, причем система содержит культуру клеток в одном или более модулях; и (b) сравнение культуры клеток до и/или после воздействия атмосферы испытания, при этом разница между культурой клеток до и/или после воздействия на клетки атмосферы испытания является показателем того, что атмосфера испытания влияет на культуру клеток.

Дополнительный аспект относится к способу моделирования взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей в системе, описанной в настоящем документе, включающему следующие этапы: (a) при открытом первом клапане первого насоса и закрытом втором клапане первого насоса обеспечение газа, содержащего атмосферу испытания, в первом насосе через первый канал; (b) закрывание первого клапана и открывание второго клапана первого насоса и закрывание клапанов на пластине поршня первого насоса; (c) приведение в действие второго насоса для втягивания атмосферы испытания в соединительную конструкцию и продувание камеры первого насоса и соединительной конструкции окружающим воздухом; (d) открывание первого клапана первого насоса в направлении к окружающему воздуху и создание герметичного соединения между первым каналом и вторым каналом первого насоса; и (e) через определенный период времени использование второго насоса для смещения атмосферы испытания через соединительную конструкцию и через первый клапан первого насоса.

Дополнительно описан способ определения воздействия атмосферы испытания на модель дыхательных путей в системе, описанной в настоящем документе, включающий следующие этапы: (a) при открытом первом клапане первого насоса и закрытом втором клапане первого насоса обеспечение газа, содержащего атмосферу испытания, в первом насосе через первый канал; (b) закрывание первого клапана и открывание второго клапана первого насоса и закрывание клапанов на пластине поршня первого насоса; (c) приведение в действие второго насоса для втягивания атмосферы испытания через соединительную конструкцию и продувание камеры первого насоса и соединительной конструкции окружающим воздухом; (d) открывание первого клапана первого насоса в направлении к окружающему воздуху и создание герметичного соединения между первым каналом и вторым каналом первого насоса; и (e) через определенный период времени использование второго насоса для смещения атмосферы испытания через соединительную конструкцию и через первый клапан первого насоса; при этом атмосфера испытания вступает в контакт с культурой клеток, расположенной в одном или более модулях, расположенных в первом насосе или соединительной конструкции, или втором насосе, или в сочетании двух или более указанных вариантов, и указанный способ включает дополнительный этап определения влияния атмосферы испытания на культуру клеток, при этом отличие культуры клеток до и/или после воздействия атмосферы испытания является показателем того, что атмосфера испытания влияет на культуру клеток.

Подходящим образом, модули приспособлены для слежения за условиями системы и/или для отбора проб газа, и/или для определения характеристик газа и указанный способ содержит получение одного или более измерений из модулей.

Также раскрыт способ моделирования взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей, включающий следующие этапы: (a) обеспечение атмосферы испытания в камере первого насоса; (b) отведение атмосферы испытания из первого насоса в соединительную конструкцию, соединяющую первый насос со вторым насосом; (c) продувание первого насоса и по меньшей мере части соединительной конструкции окружающим воздухом; (d) удерживание атмосферы испытания во втором насосе и соединительной конструкции в течение определенного периода времени; (e) смещение атмосферы испытания в соединительную конструкцию и первый насос с помощью второго насоса; и (f) выполнение одного или более циклов накачивания окружающего воздуха во второй насос; при этом атмосфера испытания вступает в контакт с культурой клеток, расположенной в первом насосе или соединительной конструкции, или втором насосе, или в сочетании двух или более указанных вариантов.

Подходящим образом, этап (d) включает удержание атмосферы испытания во втором насосе и части соединительной конструкции, которая все еще содержит атмосферу испытания, в течение определенного периода времени.

Подходящим образом, насосы представляют собой поршневые насосы, содержащие пластину поршня и основу.

Подходящим образом, первый насос является таким, как определено в вариантах осуществления настоящего изобретения.

Подходящим образом, второй насос является таким, как определено в вариантах осуществления настоящего изобретения.

Подходящим образом, соединительная конструкция является такой, как определено в вариантах осуществления настоящего изобретения.

Подходящим образом, способ осуществляют в кожухе, подходящим образом в кожухе с регулируемой температурой.

Подходящим образом, температуру кожуха регулируют с помощью термостата.

Подходящим образом, температура в кожухе составляет приблизительно 37 °C.

Подходящим образом, разные объемы первого и второго насосов представляют внутренний объем разных отделов дыхательных путей, подходящим образом дыхательных путей человека.

Подходящим образом, рабочий объем первого и второго насосов по меньшей мере равен максимальному достижимому впускаемому объему в соответствующем отделе дыхательных путей.

Подходящим образом, давление нагнетания соответствует атмосферному давлению или давлению выше или ниже атмосферного давления.

Подходящим образом, рабочий объем первого насоса составляет от приблизительно 0 до 100 мл или от приблизительно 1 до приблизительно 100 мл.

Подходящим образом, рабочий объем второго насоса составляет от приблизительно 0 до 4000 мл или от приблизительно 1 до приблизительно 4000 мл.

Подходящим образом, объем камеры первого насоса меньше объема камеры второго насоса.

Подходящим образом, объем камеры первого насоса представляет объем полости рта и ротоглотки, подходящим образом полости рта и ротоглотки человека.

Подходящим образом, объем камеры второго насоса представляет объем полости легкого или его части, подходящим образом полости человеческого легкого или его части.

Подходящим образом, соединительная конструкция представляет объем проводящих воздухоносных путей легкого, подходящим образом человеческого легкого.

Подходящим образом, культура клеток расположена на основе пластины поршня первого и/или второго насоса, и/или в стенках соединительной конструкции.

Подходящим образом, культура клеток представляет собой 2- или 3-мерную культуру.

Подходящим образом, указанный способ дополнительно содержит отслеживание условий и/или отбор проб газа, и/или определение характеристик газа в одном или более из первого насоса или второго насоса или соединительной конструкции, используя один или более модулей, содержащихся в них.

Подходящим образом, камера, содержащая культуру клеток дополнительно содержит микрофлюидный канал и необязательно микрофлюидный насос, соединенный с ним.

Подходящим образом, соединительная конструкция содержит нержавеющую сталь.

Подходящим образом, камера первого насоса имеет объем, составляющий приблизительно 100 мл.

Подходящим образом, камера второго насоса имеет объем, составляющий от приблизительно 1 литра до приблизительно 4 литров.

В дополнительном аспекте описан способ определения воздействия атмосферы испытания на модель дыхательных путей, включающий следующие этапы: (a) обеспечение атмосферы испытания в камере первого насоса; (b) отведение атмосферы испытания из первого насоса в соединительную конструкцию, соединяющую первый насос со вторым насосом; (c) продувание первого насоса и по меньшей мере части соединительной конструкции окружающим воздухом; (d) удерживание атмосферы испытания во втором насосе и соединительной конструкции в течение определенного периода времени; (e) смещение атмосферы испытания через соединительную конструкцию и первый насос с помощью второго насоса; и (f) выполнение одного или более циклов накачивания окружающего воздуха во второй насос; при этом атмосфера испытания вступает в контакт с культурой клеток, расположенной в одном или более модулях, расположенных в первом насосе или соединительной конструкции, или втором насосе, или в сочетании двух или более указанных вариантов, и указанный способ включает дополнительный этап определения влияния атмосферы испытания на культуру клеток, при этом отличие культуры клеток до и/или после воздействия атмосферы испытания является показателем того, что атмосфера испытания влияет на культуру клеток.

Подходящим образом, модули приспособлены для слежения за условиями системы и/или для отбора проб газа, и/или для определения характеристик газа и указанный способ содержит получение одного или более измерений из модулей.

Также описано устройство, выполненное с возможностью или приспособленное для осуществления способа (способов), описанных в настоящем документе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 изображена система 10 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, при этом также изображены: первый насос 40 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения; второй насос 80 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения; и соединительная конструкция 50 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 2 и 3 изображены модули 113, 213 согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Поскольку процессы, влияющие на физико-химические свойства атмосферы испытания в дыхательных путях, а также режим их взаимодействия (например, доставка дозы) моделируют с помощью физических и функциональных свойств системы, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения может быть получена информация о дозировке, имеющая клиническое значение.

Влияние одной или более атмосфер испытания на один или более отделов дыхательных путей может быть изучено согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

Влияние одной или более атмосфер испытания на один или более отделов дыхательных путей может быть изучено одновременно или поэтапно, при необходимости, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

Модули, которые могут использоваться в системе, предлагают гибкость применительно к открытой системе для испытаний, ожидаемым результатам экспериментов и параметров воздействия, которые необходимо отслеживать согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

Модули можно заново спроектировать или изменить согласно конкретным требованиям, без необходимости в изменении общей конструкции и функции системы согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

Для многих применений, генерирование аэрозоля приводится в действие самой системой, что означает, что генераторы аэрозоля/курительные машины не требуются согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Это может упростить конструкцию системы.

В некоторых вариантах осуществления система может быть модульной по своей природе. Это означает, что различные компоненты, такие как насосы и соединительная конструкция, например, при необходимости можно легко заменять по отдельности. Это может облегчить частичный редизайн, усовершенствование или замену деталей системы согласно конкретным требованиям.

Рот, время задержки дыхания и динамические модели потока, встречающиеся во время дыхания, могут быть смоделированы согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

Настоящее изобретение, согласно некоторым вариантам осуществления, может учитывать период задержки во рту, во время которого аэрозолю с высокой плотностью позволяют задержаться на несколько секунд перед втягиванием в дыхательные пути вместе с большим объемом разбавляющего воздуха.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

При осуществлении на практике настоящего изобретения используют, в определенных вариантах осуществления, традиционные методики инженерии, микробиологии, клеточной биологии и биохимии. Биологические методики полностью объяснены в литературе, такой как Molecular Cloning: A Laboratory Manual, второе издание (Sambrook et al., 1989) Cold Spring Harbor Press; Oligonucleotide Synthesis (MJ. Gait, ed., 1984); Methods in Molecular Biology, Humana Press; Cell Biology: A Laboratory Notebook (J. E. CeIMs, ed., 1998) Academic Press; Animal Cell Culture (R.I. Freshney, ed., 1987); Introduction to Cell and Tissue Culture (J. P. Mather and P.E. Roberts, 1998) Plenum Press; Cell and Tissue Culture: Laboratory Procedures (A. Doyle, IB. Griffiths, and D.G. Newell, eds., 1993-8) J. Wiley and Sons; Methods in Enzymology (Academic Press, Inc.); Current Protocols in Molecular Biology (F.M. Ausubel et al., eds., 1987); PCR: The Polymerase Chain Reaction, (Mullis et al., eds., 1994). Процедуры, в которых используются коммерчески доступные наборы и реагенты, обычно будут применяться в соответствии с протоколами, определенными производителем, если не указано иное.

Используемым в данном документе техническим терминам и выражениям следует придавать значение, которое обычно применяется к ним в данной области. Все определения терминов, используемые в данном тексте, применяются ко всему содержанию настоящей заявки.

Термин «содержащий» не исключает другие элементы или этапы.

Форма единственного числа не исключает множественное число.

Термин «и/или» означает, например, (a) или (b) или и (а), и (b).

Термины «содержащий», «содержит» и «в состав входят», используемые в данном документе, являются синонимами «включающий», «включает» или «содержащий в себе», «содержит в себе» и являются включающими или неограничивающими и не исключают дополнительных, не перечисленных представителей, элементов или стадий способа. Термин «состоящий из» означает, что дополнительные компоненты исключены и имеются только упомянутые элементы и ничего больше.

Предусматривается, что термин «приблизительно», используемый в данном документе в отношении измеряемого значения, такого как параметр, количество, временной срок и т. п., охватывает изменчивость указанного значения и отклонения от него, в частности отклонения на ±10% или менее, предпочтительно на ±5% или менее, более предпочтительно на ±1% или менее и еще более предпочтительно на ±0,1% или менее от указанного значения, если такие изменения являются допустимыми при осуществлении настоящего изобретения. Следует понимать, что значение, к которому относится модификатор «приблизительно», также конкретно и предпочтительно раскрыто само по себе.

Перед более подробным обсуждением вариантов осуществления будет предоставлен первый обзор. Варианты осуществления предоставляют устройства и способы, которые могут иметь различные варианты применения для изучения дыхательных путей. Например, варианты осуществления находят применение в изучении осаждения и/или конденсации одного или более составляющих, присутствующих в атмосфере испытания, на внутренних поверхностях устройства, включая их повторное испарение. Варианты осуществления также обеспечивают оценку атмосфер испытания, которые могут быть исследованы во время их прохождения через устройство с целью изучения изменений концентрации аэрозоля и/или роста аэрозольных частиц и/или уменьшения аэрозольных частиц. Влияние атмосфер испытания на системы для биологических испытаний, присутствующих внутри устройства/системы, может быть изучено в вариантах осуществления настоящего изобретения.

Система

В одном аспекте описана система 10 для определения взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей, причем указанная система содержит: (a) первый насос, содержащий: (i) камеру, выполненную с возможностью содержания первого объема газа, содержащего атмосферу испытания; (ii) первый канал, выполненный с возможностью приема и выпуска газа и содержащий клапан для регулировки потока газа, проходящего по первому каналу, причем указанный клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями, причем в открытом положении указанный клапан способен открываться в направлении атмосферы испытания или окружающего воздуха; (iii) второй канал, выполненный с возможностью приема и выпуска газа и содержащий клапан для регулировки потока газа, проходящего по второму каналу, причем указанный клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями; и (iv) двигатель для управления работой первого насоса; второй насос, содержащий: (i) камеру, выполненную с возможностью содержания второго объема газа, при этом первый и второй объемы газа отличаются друг от друга; (ii) канал, выполненный с возможностью приема и выпуска газа; (iii) пластину поршня в камере, причем указанная пластина поршня содержит один или более просветов для поступления или притока газа в камеру при этом один или более, или каждый, из просветов включают в себя клапан, выполненный с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями и способный регулировать поступление или приток газа; и (iv) двигатель для управления работой второго насоса; (c) соединительную конструкцию, используемую для передачи газа из первого насоса во второй насос; и (d) одно или более отверстий в первом насосе или втором насосе или стенках соединительной конструкции или в сочетании двух или более указанных вариантов, причем указанные отверстия способны вмещать в себя модуль для содержания или хранения среды для культивирования клеток, или для слежения за условиями в камере, или для отбора проб газа, или для определения характеристик газа.

Газ может представлять собой атмосферу испытания или он может содержать атмосферу испытания.

На фиг. 1 изображена система 10 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Система 10 включает в себя по меньшей мере два насоса 40, 80. Два или более насосов 40, 80 соединены друг с другом. В некоторых вариантах осуществления два или более насосов 40, 80 соединены друг с другом посредством разветвленной полой конструкции 50. Каждый насос 40, 80 может приводиться в действие собственным отдельным двигателем 41, 81 или два или более насосов могут приводиться в действие одним и тем же двигателем 41, 81, при необходимости. Вся система 10 может быть расположена в климатическом кожухе 11, оснащенном термостатом 12 для регулировки температуры в кожухе 11. Камеры насосов 40, 80 могут быть выполнены таким образом, чтобы представлять внутренние объемы разных отделов дыхательных путей - таких как дыхательные пути человека или животного. Эти могут быть выполнены с возможностью обеспечения рабочего объема, который по меньшей мере равен максимальному достижимому впускаемому объему в соответствующем отделе дыхательных путей. В частности, один (первый) насос 40 может представлять объем полости рта и ротоглотки, такой как полость рта и ротоглотки человека или животного. Другой второй насос 80 может представлять объем полости легкого или его частей, такой как полость отдельных долей легкого или меньших элементов, в частности, полости легкого человека или животного или его частей. Разветвленная полая соединительная конструкция 50 может представлять размеры проводящих воздухоносных путей, таких как одно или более из перечисленного: полость носоглотки, гортанная часть глотки, гортань, трахея, бронхи и бронхиолярные структуры до дыхательных бронхиол, в частности, проводящих воздухоносных путей человека или животного. Разветвленная полая соединительная конструкция 50 может представлять размеры проводящих воздухоносных путей, включая полость носоглотки, гортанную часть глотки, гортань, трахею, бронхи и бронхиолярные структуры до дыхательных бронхиол. Размеры, например, величины диаметра и длины, а также схема разветвления разных вспомогательных частей соединительной конструкции 50 может напоминать древовидную структуру проводящих воздухоносных путей.

Как изображено на фиг. 1, разветвленная полая конструкция 50 может быть соединена с центральным отверстием 43, 83 в основе 44, 84 камеры 42, 82 каждого насоса 40, 80. В некоторых вариантах осуществления несколько отверстий, выемок или гнезд 51 могут присутствовать на основе 44, 84 камеры (камер) 42, 82, которые могут быть расположены симметрично вокруг центрального отверстия 43, 83. Расположенный непосредственно в месте соединения между насосом 40 и соединительной конструкцией 50, клапан 44a может использоваться для обеспечения герметизации насоса 40 от всех других частей системы.

Насос 40, представляющий полость рта, может иметь одно или более отверстий 43, через которые атмосфера (атмосферы) испытания и разбавляющий воздух могут выходить из насоса 40 к разветвленной полой конструкции 50. Точка входа и выхода атмосферы 90 испытания обычно расположена на пластине 45 поршня насоса 40, подходящим образом в ее центре. Она может проходить сквозь полую ось 46 поршня, поверх которой может находиться клапан 44a, такой как трехходовой клапан. В вариантах осуществления клапан 44a можно закрывать или открывать по направлению к источнику атмосферы испытания или окружающему воздуху. Группа из одного или более (например, множества) просветов 47, через которые окружающий воздух может поступать в систему, расположена на пластине 45 поршня и необязательно имеет радиальное расположение. Один или более клапанов 48 (например, множество) на одном или более, или всех, просветах могут использоваться для обеспечения открывания или закрывания одного или более из этих просветов 47. В некоторых вариантах осуществления каждый просвет 47 регулируется клапаном 48. В некоторых вариантах осуществления группа из одного или более (например, множества) просветов, через которые окружающий воздух может поступать в систему, может расположена на пластине поршня 84 второго насоса, необязательно в радиальном расположении. Один или более клапанов (например, множество) могут использоваться для обеспечения открывания или закрывания одного или более из этих просветов. В некоторых вариантах осуществления каждый просвет регулируется клапаном. В некоторых вариантах осуществления группа из одного или более (например, множества) просветов, через которые окружающий воздух может поступать в систему, может быть расположена на пластине поршня первого и второго насоса, необязательно в радиальном расположении. Преимущественным образом, разветвленную полую конструкцию 50 можно отсоединить от насосов 40, 80. Преимущественным образом, разветвленную полую конструкцию 50 можно разобрать на составные части. Это может обеспечить легкий доступ для размещения или извлечения испытательных систем и/или для очистки.

Основания 44, 84 насосов 40, 80 можно извлечь для размещения/извлечения испытательных систем и для очистки.

В основе 44, 84 каждого насоса 40, 80, а также в разных частях соединительной конструкции 50, могут быть расположены отверстия, выемки или гнезда 51, такие как резьбовые или безрезьбовые отверстия, резьбовые или безрезьбовые выемки или резьбовые или безрезьбовые гнезда 113, 213. Отверстия, выемки или гнезда 51 могут иметь различные местоположения, например, на основах 44, 84 одного или более насосов 40, 80, или они могут быть расположены вокруг центрального отверстия 43, 83 или в разветвленной полой конструкции 50 в различных выбранных местоположениях, подходящим образом на нижней стороне разветвленной полой конструкции 50 или в любом сочетании перечисленного.

Отверстия, выемки или гнезда 51 могут использоваться для обеспечения монтажа разных модулей 112, 212 или приспособлений в них или на них, которые могут использоваться для слежения за работой системы 10 и/или для проведения экспериментов и/или для сбора образцов и т. п. Примеры таких модулей 112, 212 или приспособлений показаны на фиг. 2 и фиг. 3 и описаны в настоящем документе.

Преимущественным образом, насосы 40, 80, используемые в системе 10, таким образом могут функционировать не только для транспортировки атмосфер испытания, но они также могут функционировать как камеры для воздействия.

На фиг. 2 и 3 изображен вариант осуществления настоящего изобретения, в котором отверстия, выемки или гнезда 51 имеют необязательную форму резьбовых отверстий, выемок или гнезд 112, 212. Одно или более отверстий, выемок или гнезд 51 может содержать один или более модулей 112, 212. Использование резьбы облегчает простую установку и замену модуля (модулей) 112, 212. Использование резьбы в отверстиях, выемках или гнездах 51 является необязательным, поскольку модули могут быть выполнены таким образом, чтобы их можно быть вставлять или вдвигать в отверстия, выемки или гнезда 51 образуя герметичное взаимодействие между ними. Модули могут иметь плотную посадку. Уплотнение может быть обеспечено путем использования кольцевых прокладок и т. п.

Используемые модули 112, 212 могут быть приспособлены для различных целей в зависимости от требований конфигурируемой системы. Например, модули 112, 212 могут быть приспособлены для содержания или хранения среды для культивирования клеток или для слежения за условиями в камере 42, 82 или для отбора образцов газа или жидкости или для определения характеристик газа и т. п. Модули 112, 212 могут быть расположены на основе 44, 84 первого 40 и/или второго 80 насоса, и/или в стенках соединительной конструкции 50. В одном конкретном варианте осуществления один или более модулей 112, 212 могут быть выполнены с возможностью содержания или хранения среды для культивирования клеток. Согласно этому варианту осуществления, один или более модулей 112, 212 могут представлять собой емкости, способные удерживать жидкость или раствор. Среда для культивирования клеток может содержать культуру клеток, такую как 2- или 3-мерная культура клеток, или может контактировать с ней. В некоторых вариантах осуществления модуль (модули) 113, 213, приспособленные для содержания или хранения среды для культивирования клеток, дополнительно содержат микрофлюидный канал и необязательно микрофлюидный насос, соединенный с ним. Модули 113, 213 в общем будут расположены в горизонтальной плоскости в одном или более из перечисленного: первый насос 40, или второй насос 80, или стенки соединительной конструкции 50.

Как видно на фиг. 2 и 3, отверстия, выемки или гнезда 51 необязательно могут быть выполнены с возможностью содержания резьбовой выемки или гнезда 112, 212. Резьбовая выемка или гнездо 113, 213 может содержать один или более датчиков 114, 214 одного или более приспособлений 116, 216. Такое приспособление 116, 216 может использоваться для отслеживания внутренних условий системы или для определения характеристик атмосферы испытания или для отбора образцов и т. п. Работой приспособления (приспособлений) 116, 216 может управлять компьютер 117, 217. Резьбовая выемка или гнездо 113, 213 и/или модули 112, 212 могут быть приспособлены для использования в качестве культивационной камеры 115, 215, в которую можно поместить системы для биологических испытаний (например, органотипические культуры клеток эпителия дыхательных путей человека, как описано в настоящем документе), для воздействия атмосферой испытания. Резьбовые отверстия, выемки или гнезда 113, 213 могут быть приспособлены для содержания улавливающих средств, в которых может происходить отбор образцов атмосферы испытания для анализов. Отбор образцов среды для культивирования клеток или улавливающего средства во время воздействия атмосферой испытания, можно получить разными способами, в том числе путем использования системы 211 микрофлюидного насоса. Могут использоваться модули 112, 212, содержащие микровесы на кристалле кварца (QCM, 219). Модули 112, 212, на которых могут быть установлены датчики 214, камеры 215 или QCM 219, можно вставить в любую камеру 42, 82 или внутреннюю часть разветвленной полой конструкции 50 системы. Работой одного или нескольких QCM 219 может управлять компьютер 220. Система 10 может полностью или частично управляться компьютером 13, при необходимости. Система 10 может быть частично или полностью автоматизированной.

Система 10 может содержать один или более (например, множество) первых насосов. Система 10 может содержать один или более (например, множество) вторых насосов. Система 10 может содержать один или более (например, множество) первых насосов и один или более вторых насосов.

Первый насос

В одном аспекте описан насос, подходящим образом поршневой насос, для смещения объема газа, содержащий: (i) камеру, выполненную с возможностью содержания объема газа и содержащую основу и одно или более отверстий, способных вмещать модуль для содержания или хранения среды для культивирования клеток, или для слежения за условиями в камере, или для отбора проб газа, или для определения характеристик газа; (ii) первый канал для приема и выпуска газа, когда он содержится в камере, и содержащий первый клапан для регулировки потока газа, проходящего по первому каналу, причем указанный первый клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями, причем в открытом положении указанный клапан может открываться в направлении атмосферы испытания или окружающего воздуха; (iii) второй канал для приема и выпуска газа, когда он содержится в камере, и содержащий второй клапан для регулировки потока газа, проходящего по второму каналу, причем указанный клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями; и (iv) пластину поршня в камере, причем указанная пластина поршня содержит один или более просветов для поступления или притока газа в камеру при этом один или более, или каждый, из просветов включают в себя клапан, выполненный с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями и способный регулировать поступление или приток газа.

Также описан поршневой насос для смещения объема газа, содержащий: (i) камеру, выполненную с возможностью содержания объема газа и содержащую пластину поршня, содержащую один или более просветов для поступления или притока газа в камеру, при этом один или более, или каждый, из просветов включают в себя клапан, выполненный с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями и способный регулировать поступление или приток газа; (ii) первый канал для приема газа, содержащий первый клапан для регулировки потока газа, проходящего по первому каналу, причем указанный первый клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями; и (iii) второй канал для выпуска газа, когда он содержится в камере, и содержащий второй клапан для регулировки потока газа, проходящего по второму каналу, причем указанный клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями.

Как изображено на фиг. 1, система 10 может содержать первый насос 40 для смещения объема газа. Первый насос 40 описан в данном тексте как отдельный аспект настоящего изобретения и его использование не ограничено использованием в системе 10, описанной в настоящем документе.

Первый насос может быть первичным насосом, названным так из-за своего местоположения в системе в качестве точки входа для газа. Он содержит камеру 42 (например, цилиндр), выполненную с возможностью содержания объема газа, и содержит основу 44 и одно или более отверстий 43, способных вмещать модуль, такой как резьбовой или безрезьбовой модуль 113, 213, в выемке или гнезде 112, 212, как изображено на фиг. 2 и 3 и как описано в настоящем документе. Он также содержит первый канал 90 для приема и выпуска газа, когда он содержится в камере 42, и содержит первый клапан 44a, такой как трехходовой клапан для регулировки потока газа, проходящего по первому каналу 90, причем указанный первый клапан 44a выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями, причем в открытом положении клапан 44a может открываться в направлении атмосферы испытания или окружающего воздуха. Он также содержит второй канал 43 для приема и выпуска газа, когда он содержится в камере 42. Подходящим образом, второй канал 43 выполнен в виде отверстия. В месте соединения между насосом 40 и соединительной конструкцией 50, второй клапан 49, расположенный у второго канала 43, позволяет герметизировать насос 40 от всех других частей системы. Второй клапан 49 может использоваться для регулировки потока газа, проходящего по второму каналу 43, причем указанный второй клапан 49 выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями. Как видно на фиг. 1, насос 40 может представлять собой поршневой насос, содержащий пластину 45 поршня. Одно или более из отверстий, выемок или гнезд 51 в камере 42 могут быть резьбовыми 112, 212 или безрезьбовыми. Одно или более из отверстий, выемок или гнезд 51 в камере 42 могут содержать модуль 113, 213, такой как резьбовой или безрезьбовой модуль 113, 213, как описано в настоящем документе. Насос 40 дополнительно содержит двигатель 41 для управления работой насоса. Давление нагнетания двигателя 41 может соответствовать атмосферному давлению или быть выше или ниже атмосферного давления, при необходимости. В некоторых вариантах осуществления давление нагнетания двигателя 41 может быть выше или ниже атмосферного давления для смещения атмосферы испытания. Рабочий объем насоса 40 может составлять от приблизительно 0 до 100 мл или от приблизительно 1 до приблизительно 100 мл. Камера 42 насоса 40 может иметь объем до приблизительно 100 мл. Насос 40 может быть изготовлен из различных материалов, известных в данной области техники, таких как нержавеющая сталь. Подходящим образом, камера 42 представляет собой цилиндр. Подходящим образом, камера 42 может быть изготовлена из стекла. Пластина 45 поршня насоса 40 содержит один или более просветов 47 для поступления или притока газа. Один или более просветов 47 могут включать в себя клапан 48, выполненный с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями и способный регулировать поступление или приток газа.

Как также изображено на фиг. 1, насос 40 может представлять собой поршневой насос для смещения объема газа. Поршневой насос содержит камеру 42 (например, цилиндр, такой как стеклянный цилиндр), выполненную с возможностью содержания объема газа и содержащую пластину 45 поршня, содержащую один или более просветов 47 для поступления или притока газа в камеру 42. Один или более из просветов 47 или каждый из просветов 47 содержат клапан 48 для регулировки поступления или притока газа сквозь просветы 47.

Он может включать в себя первый канал 90 для приема газа и первый клапан 44a - такой как трехходовой клапан - для регулировки потока газа через первый канал 90. Первый клапан 44a выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями. Он также включает в себя второй канал 43 для выпуска газа, когда он содержится в камере 42, причем второй канал 43 необязательно содержит второй клапан для регулировки потока газа, проходящего по второму каналу 43, причем клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями. Камера 42 может включать в себя основу 44a и одно или более отверстий 43. Основа может дополнительно включать в себя одно или более отверстий, выемок или гнезд 51, которые могут быть резьбовыми 119 или безрезьбовыми и/или они могут содержать модуль 113, 213, как описано в настоящем документе. Соединительная конструкция 50 - такая как полая соединительная конструкция - может быть соединена со вторым каналом 43. Насос 40 может дополнительно содержать двигатель 41, в котором давление нагнетания соответствует атмосферному давлению или давлению выше или ниже атмосферного давления. Рабочий объем насоса 40 может составлять от приблизительно 0 до 100 мл или от приблизительно 1 до приблизительно 100 мл. Камера 42 насоса 40 может иметь объем, составляющий приблизительно 100 мл.

Предусмотрена система, содержащая два или более первых насосов. Также предусмотрено использование двух или более первых насосов в системе для определения взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей.

Также предусмотрен способ культивирования клетки в первом насосе. Также описано использование первого насоса для культивирования клетки.

Второй насос

В дополнительном аспекте описан насос для смещения объема газа, содержащий: (i) камеру, выполненную с возможностью содержания объема газа, причем указанная камера содержит основу и один или более модулей для содержания или хранения среды для культивирования клеток, или для слежения за условиями в камере, или для отбора проб газа, или для определения характеристик газа; и (ii) канал, используемый для приема и выпуска газа. Как изображено на фиг. 1, система может содержать второй насос 80 для смещения объема газа, содержащий камеру 82 - такую как цилиндр - выполненную с возможностью содержания объема газа, причем указанная камера 82 содержит основу 84 и один или более модулей 113, 213 для содержания или хранения среды для культивирования клеток, или для слежения за условиями в камере 82, или для отбора проб газа, или для определения характеристик газа и т. п. Второй насос может представлять собой вторичный насос.

Второй насос 80 описан в данном тексте как отдельный аспект настоящего изобретения и его использование не ограничено использованием в системе 10, описанной в настоящем документе.

Второй насос 80 дополнительно включает в себя канал 83, используемый для приема и выпуска газа. Как изображено на фиг. 1, второй насос 80 может представлять собой поршневой насос, содержащий пластину 83 поршня. Пластина 83 поршня может не содержать каких-либо просветов или отверстий. Модули 113, 213, такие как резьбовые или безрезьбовые модули 113, 213, как описано в настоящем документе, могут быть расположены в основе 84 камеры 82. Соединительная конструкция 50 - такая как полая соединительная конструкция - может быть соединена с каналом 83. Второй насос 80 дополнительно содержит двигатель 81. Давление нагнетания второго насоса 80 будет в общем соответствовать атмосферному давлению или давлению выше или ниже атмосферного давления. Рабочий объем насоса может составлять от приблизительно 0 до приблизительно 1000 мл, или от приблизительно 0 до приблизительно 4000 мл, или от приблизительно 1 до приблизительно 1000 мл, или от приблизительно 1 до приблизительно 4000 мл. Объем камеры 82 может представлять объем полости легкого или его части. В некоторых вариантах осуществления группа из одного или более (например, множества) просветов, через которые окружающий воздух может поступать в систему, может расположена на пластине поршня 84, необязательно в радиальном расположении. Один или более клапанов (например, множество) могут использоваться для обеспечения открывания или закрывания одного или более из этих просветов. В некоторых вариантах осуществления каждый просвет регулируется клапаном.

Предусмотрена система, содержащая два или более вторых насосов. Также предусмотрено использование двух или более вторых насосов в системе для определения взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей.

Также предусмотрен способ культивирования клетки во втором насосе. Также описано использование второго насоса для культивирования клетки.

Соединительная конструкция

Также описана соединительная конструкция, используемая для переноса или транспортировки газа между двумя или более насосами. Соединительная конструкция может представлять собой трубу, или трубку, или трубопровод, или тому подобное, по которому можно проводить или транспортировать газ. Соединительная конструкция может быть приспособлена для соединения по меньшей мере двух насосов с целью переноса или транспортировки газа между ними. Соединительная конструкция может соединять первый насос у второго канала первого насоса, описанного в настоящем документе, и канал второго насоса, описанный в настоящем документе. Соединительная конструкция может содержать полый канал и одно или более отверстий - таких как резьбовые или безрезьбовые отверстия - в стенках соединительной конструкции. Соединительная конструкция может использоваться в системах и способах, описанных в настоящем документе. Система может содержать соединительную конструкцию, приспособленную для соединения по меньшей мере двух насосов для передачи газа между ними.

Один вариант осуществления соединительной конструкции 50 показан на фиг. 1. Соединительная конструкция будет в общем содержать полый канал. Она обычно будет разветвленной. В вариантах осуществления каждая конечная ветвь соединительной конструкции может быть соединена с отдельными насосами 40, 80, когда система ее содержит. Соединительная конструкция 50 может содержать одно или более отверстий - в частности, резьбовых или безрезьбовых отверстий - в стенках соединительной конструкции. Резьбовые или безрезьбовые отверстия могут содержать модуль 112, 212. Модуль 112, 212 может быть приспособлен для содержания среды для культивирования, и/или для слежения за условиями системы, и/или для отбора проб газа, и/или для определения характеристик газа, как описано в настоящем документе. В некоторых вариантах осуществления соединительная конструкция может быть разветвленной с двумя или более ветвями. Каждая конечная ветвь соединительной конструкции может быть соединена с отдельным насосом. Соединительная конструкция может представлять объем проводящих воздухоносных путей легкого. Соединительная конструкция 50 может быть изготовлена из различных материалов. В некоторых вариантах осуществления предпочтительно использовать нержавеющую сталь.

Также предусмотрен способ культивирования клетки, содержащий соединительную конструкцию. Также описано использование соединительной конструкции для культивирования клетки.

Работа и функция системы

Система может полностью или частично управляться компьютером, при необходимости. Это может позволить синхронизировать работу некоторых или всех насосов и клапанов. Это может позволить синхронизировать работу некоторых или всех элементов системы. Компьютер можно использовать для настройки длины хода одного или более насосов и/или скорости хода одного или более насосов. Компьютер можно использовать для регулировки температуры системы.

Далее будет описана работа варианта осуществления системы 10, изображенного на фиг. 1. В состоянии покоя, поршень первого насоса 40 находится в нижнем положении, при этом второй насос 80 находится в положении для удержания определенного объема газа в камере 82, и клапаны 48, 49 закрыты. Атмосфера испытания втягивается в насос 40, который может представлять полость рта. Эта поступающая атмосфера может приводиться в движение насосом 40 и может входить в камеру 42 через полую ось 46 поршня. Полая ось 46 поршня может быть непосредственно соединена с источником атмосферы испытания. Когда насос 40 завершил движение вверх, клапан 44a, который может представлять собой трехходовой клапан, в центральном отверстии на верхней части полой оси 46 поршня закрывается, и клапаны 48, регулирующие поступление окружающего воздуха через просветы 47 в пластине 45 поршня и клапан 49 у впускного отверстия соединительной конструкции 50, открываются.

Атмосферу испытания выкачивают из камеры 42, которая может представлять полость рта, через соединительную конструкцию 50, которая может представлять проводящие воздухоносные пути. Этот процесс может приводиться в действие движением вверх второго насоса 80, который может представлять полость легкого или его части. Поскольку общий рабочий объем второго насоса 80 может быть кратным объему насоса 40, камеры 42 насоса 40, а также по меньшей мере части соединительной конструкции 50 можно продувать окружающим воздухом, который может входить в первый насос 40 через просветы 47 в пластине 45 поршня.

В первом насосе 40, клапан 44a на верхней части оси 46 поршня может открываться в направлении к окружающей среде. Клапаны 48 на пластине 45 поршня могут закрываться и насос 40 выполняет опускание поршня. В нижнем положении поршня, этот насос 40 может образовывать герметичное соединение между полой осью 46 поршня и отверстием 43 в основе 44. Герметичное соединение может быть получено с помощью прокладки 53. Прокладка 53 может быть расположена на основе 44 или на пластине 45 поршня. После определенного «периода задержки дыхания», второй насос 80 может выполнять опускание поршня, тем самым смещая атмосферу испытания через соединительную конструкцию 50 и через ось 46 поршня первого насоса 40, непосредственно в окружающую среду. Когда поршень насоса 40 остается в нижнем положении и клапан 44a остается открытым в направлении к окружающей среде, второй насос (насосы) 80 может осуществлять один или более (например, несколько) циклов дыхания окружающим воздухом перед тем, как клапан 44a снова откроется в направлении к источнику атмосферы испытания и начнется следующий цикл вдыхания атмосферы испытания.

В дополнительном аспекте предоставлен способ, включающий следующие этапы: (a) обеспечение насоса - такого как первый насос, описанный в настоящем документе - содержащего камеру; (b) отведение газа - такого как атмосфера испытания - из насоса в соединительную конструкцию, соединяющую насос с другим насосом - таким как второй насос, описанный в настоящем документе; (c) продувание насоса, предоставленного на этапе (a), и по меньшей мере части соединительной конструкции окружающим воздухом; (d) удерживание газа в другом насосе и соединительной конструкции в течение предопределенного периода времени; (e) смещение газа в соединительную конструкцию и насос, предоставленный на этапе (a), используя другой насос; и (f) выполнение одного или более циклов прокачки окружающего воздуха в другой насос.

В дополнительном аспекте предоставлен способ, включающий следующие этапы: (a) обеспечение газа - такого как атмосфера испытания - в камеру насоса - такого как первый насос, описанный в настоящем документе; (b) отведение газа из насоса, описанного на этапе (a), в соединительную конструкцию, соединяющую насос с другим насосом - таким как второй насос, описанный в настоящем документе; (c) продувание насоса, предоставленного на этапе (a), и по меньшей мере части соединительной конструкции окружающим воздухом; (d) удерживание газа в другом насосе и соединительной конструкции в течение предопределенного периода времени; (e) смещение газа через соединительную конструкцию и насос, предоставленный на этапе (a), используя другой насос; и (f) выполнение одного или более циклов прокачки окружающего воздуха в другой насос.

Генерирование атмосферы испытания

Атмосферы испытания - такие как аэрозоли - которые необходимо изучить с помощью описанной системы 10 и способов, можно генерировать различными способами. Для многих применений, например, для тестирования табачных изделий или обычных медицинских ингаляторов и т. п., генерирование атмосферы испытания может приводиться в действие самой системой, то есть, сами первичные или вторичные насосы создают отрицательное давление, необходимое для генерирования и экстракции испытательного аэрозоля, что означает, что использование генераторов аэрозоля/курительных машин преимущественным образом не требуется.

Атмосфера испытания может представлять собой взятую из окружающей среды пробу газов или аэрозолей, например для слежения за качеством комнатного воздуха, воздействиями, связанными с характером работы, или загрязнением окружающей среды вблизи промышленных участков. В этом конкретном случае, атмосферу испытания не генерируют, а берут в виде образца с помощью системы.

Атмосфера испытания может представлять собой аэрозоль, такой как дым или она может быть получена из дыма. Используемый в данном документе термин «дым» используют для описания типа аэрозоля, получаемого с помощью курительных изделий, таких как сигареты, или при сжигании материала, образующего аэрозоль. Дым содержит различные средства, которые в случае необходимости могут быть предоставлены в виде отдельных соединений для исследования. Примеры таких средств включают сухое дисперсное вещество, не содержащее никотина, монооксид углерода, формальдегид, ацетальдегид, ацетон, акролеин, пропионовый альдегид, кротоновый альдегид, метилэтилкетон, бутиральдегид, бенз[a]пирен, фенол, м-крезол, o-крезол, п-крезол, катехол, резорцин, гидрохинон, 1,3-бутадиен, изопрен, акрилонитрил, бензол, толуол, пиридин, хинолин, стирол, N'-нитрозонорникотин (NNN), N′-нитрозоанатабин (NAT), N′-нитрозоанабазин (NAB), 4-(метилнитрозамино)-1-(3-пиридил)-1-бутанон (NNK), 1-аминонафталин, 2-аминонафталин, 3-аминобифенил, 4-аминобифенил, монооксид азота (NO), оксид азота (NOx), цианистоводородную кислоту, аммиак, мышьяк, кадмий, хром, свинец, никель, селен и ртуть.

Когда аэрозоль представляет собой дым, система 10 необязательно может быть соединена с курительной машиной. Подходящим образом, курительная машина держит и поджигает сигареты, при этом насосы предоставлены системой или представляют собой насосы согласно настоящему изобретению. Можно использовать определенное количество затяжек на сигарету и определенное количество затяжек за минуту воздействия и варьировать количество сигарет для приспособления к времени воздействия. Эталонные сигареты, такие как эталонные сигареты 3R4F, можно применять в качестве источника дыма и курить на курительной машине в базовом соответствии с режимом курения, установленным Международной организацией по стандартизации (ISO 2000).

Также предусмотрено использование контрольной атмосферы, такой как атмосфера, не содержащая атмосферу испытания. Использование контрольной атмосферы может помочь определить влияние атмосферы испытания в сравнении с контрольной атмосферой.

Система 10 может быть соединена с курительной машиной посредством подходящего трубопровода, образующего путь для потока дыма в систему 10. Дым может передаваться по трубопроводу с помощью газа-носителя, такого как воздух, или без него. При использовании газа-носителя, трубопровод предпочтительно содержит впускное отверстие для введения газа-проводника в трубопровод, для его смешивания с потоком дыма. Трубопровод может содержать по меньшей мере одно впускное отверстие для введения или впрыска стандартного эталона в систему 10, такого как никотин, в целях калибровки. Поток дыма обычно будет контролировать система или насосы согласно настоящему изобретению.

Курительная машина может быть линейной или ротационной курительной машиной. Подходящим образом, курительная машина используется для курения множества курительных изделий одновременно, так что совокупный дым от множества курительных изделий можно собрать и проанализировать. Курительные машины, подходящие для использования в настоящем изобретении, хорошо известны специалисту в данной области.

Система 10 и способ, описанные в настоящем документе, могут использоваться для выполнения анализа основного потока дыма, создаваемого курительным изделием во время испытания на курение. «Основной поток дыма» относится к дыму, который втягивается через курительное изделие и который вдыхает потребитель при использовании.

Источником атмосферы испытания может быть «устройство, генерирующее аэрозоль», представляющее собой устройство, которое взаимодействует с субстратом, образующим аэрозоль, для генерирования аэрозоля. Примером аэрозоля является дым. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть частью изделия, генерирующего аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать один или более компонентов, подходящих для генерирования аэрозоля из субстрата, генерирующего аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, может представлять собой электрически нагреваемое устройство, генерирующее аэрозоль, которое представляет собой устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее нагреватель, который за счет подачи электропитания нагревает субстрат, образующий аэрозоль, изделия, генерирующего аэрозоль, для генерирования аэрозоля. Устройство, генерирующее аэрозоль может представлять собой нагреваемое газом устройство, генерирующее аэрозоль, устройство, нагреваемое углеродсодержащим источником тепла, другой экзотермической химической реакцией, или теплопоглощающим устройством. Другие способы, подходящие для генерирования аэрозоля, хорошо известны в данной области техники. Устройство, генерирующее аэрозоль, может представлять собой устройство, которое взаимодействует с субстратом, образующим аэрозоль, изделия, генерирующего аэрозоль, с генерированием аэрозоля, который может непосредственно вдыхаться в легкие пользователя через рот пользователя.

Другим примером «устройства, генерирующего аэрозоль» является приспособление для ингаляций (ингалятор), который обычно используют для доставки аэрозоля, содержащего активный ингредиент, такой как соединение с активным медицинским эффектом. Такое приспособление для ингаляции обычно используют для доставки аэрозольных медикаментов в дыхательные пути. Они могут использоваться для лечения респираторных и других заболеваний. Такие ингаляторы хорошо известны в данной области техники и обычно относятся к типу, распыляющему отмеренные дозы под давлением, к типу, распыляющему сухой порошок, или к небулайзерам. Обычно, медикамент имеет форму находящегося под давлением состава, содержащего мелкие частицы одного или более медицинских соединений, находящихся во взвешенном состоянии в сжиженном распыляющем веществе, или форму раствора одного или более соединений, растворенных в системе из распыляющего вещества и вспомогательного растворителя. Такие составы хорошо известны в данной области техники.

В контексте данного документа термин «субстрат, образующий аэрозоль» относится к субстрату, способному высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Такие летучие соединения могут быть высвобождены путем нагревания субстрата, образующего аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть нанесен на подложку или опору путем адсорбции, нанесения покрытия, пропитки или иным способом. Субстрат, образующий аэрозоль, для удобства может быть частью изделия, генерирующего аэрозоль, или курительного изделия. В некоторых применениях субстрат, образующий аэрозоль, содержится в изделии, генерирующем аэрозоль, например стержневидном изделии, генерирующем аэрозоль, таком как нагреваемое изделие, генерирующее аэрозоль, или нагреваемая сигарета. Изделие, генерирующее аэрозоль, имеет подходящий размер и форму для взаимодействия с устройством, генерирующим аэрозоль, с тем чтобы обеспечить контакт субстрата, образующего аэрозоль, с нагревателем.

Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать соединения с активным медицинским эффектом или медикаменты, такие как антибиотики или противовоспалительные вещества, которые можно доставит пациенту через дыхательные пути. Многочисленные приспособления для ингаляции (ингаляторы) являются известными и их выписывают на постоянной основе для лечения различных заболеваний, связанных или не связанных с дыхательными путями.

Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать, например, табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные ароматические соединения, которые высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагревании. В некоторых вариантах осуществления субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал, например, формованный табачный лист. В контексте данного документа термин «гомогенизированный табачный материал» относится к материалу, образованному в результате агломерирования табака в виде частиц. Гомогенизированный табак может иметь форму листа. Содержание вещества для образования аэрозоля в гомогенизированном табачном материале может составлять более 5% в пересчете на сухой вес. В качестве альтернативы, содержание вещества для образования аэрозоля в гомогенизированном табачном материале может составлять от 5% до 30% в пересчете на сухой вес. Листы гомогенизированного табачного материала могут быть образованы путем агломерирования табака в виде частиц, полученного путем помола или иного измельчения одного из или обоих слоев табачного листа и стеблей табачного листа. В качестве альтернативы или дополнения, листы гомогенизированного табачного материала могут содержать одно или более из следующего: табачная пыль, табачная мелочь и другие табачные отходы в виде частиц, образующиеся, например, при обработке, перемещении и отгрузке табака. Листы гомогенизированного табачного материала могут содержать одно или более собственных связующих, т. е. табачных эндогенных связующих, одно или более внешних связующих, т. е. табачных экзогенных связующих, или их сочетание, что способствует агломерации сыпучего табака; альтернативно или дополнительно листы гомогенизированного табачного материала могут содержать другие добавки, включая, но без ограничения, табачные и нетабачные волокна, вещества для образования аэрозоля, увлажнители, пластификаторы, ароматизаторы, наполнители, водные и неводные растворители и их комбинации.

Культуры клеток

Культуры клеток для использования в настоящем изобретении включают в себя 2-мерные и 3-мерные культуры клеток. Как описано в настоящем документе, культура клеток будет, в общем, содержаться или культивироваться в одном или более модулях одного или более насосов и/или соединительной конструкции. Культуру клеток будут подвергать воздействию атмосферы испытания, так чтобы можно было определить влияние атмосферы испытания на культуру клеток. Подходящим образом, две или более культуры клеток будут находиться в разных местах вокруг одного или более насосов и/или соединительной конструкции и/или системы, так чтобы можно было определить влияние атмосферы испытания на культуры клеток в этих разных местоположениях, которые имитируют дыхательные пути. 2-мерные культуры клеток включают в себя выращивание клеток в плоских слоях на пластиковых поверхностях, что позволяет изучать несколько аспектов клеточной физиологии и ответные реакции на стимулы, такие как атмосфера (атмосферы) испытания, но они не отражают реальной структуры и архитектуры органа. В 2-мерных монослоях внеклеточный матрикс, межклеточные взаимодействия и взаимодействия клеток с матриксом, которые являются существенными для дифференцировки, пролиферации и клеточных функций, утрачиваются. В 3-мерных системах для культивирования может образовываться функциональная ткань с характерными особенностями, сходными с наблюдаемыми in vivo. По сравнению с 2-мерными системами культивирования 3-мерное культивирование клеток обеспечивает взаимодействие клеток с их окружающей средой во всех трех измерениях и является физиологически более значимой. Такие клетки могут демонстрировать улучшенные жизнеспособность, пролиферацию, дифференцировку, морфологические характеристики, реакции на стимулы, метаболизм лекарственных средств, экспрессию генов и синтез белка и т. п. В ходе 3-мерного культивирования клеток могут образовываться специфические тканеподобные структуры и имитироваться функции и реакции реальных тканей физиологически более значимо, чем в традиционных 2-мерных клеточных монослоях. Коммерчески доступными являются несколько 3-мерных тканей, имитирующих органы человека. Например, 3-мерные органотипические ткани легкого, которые представляют особый интерес в контексте настоящего изобретения, можно получать c применением первичных клеток человека, выращиваемых на границе раздела жидкой и воздушной сред (ALI), где эти клетки будут дифференцироваться и образовывать функциональную ткань. Эти 3-мерные ткани по морфологическим и метаболическим характеристикам имеют близкое сходство с бронхиальными тканями человека. Они состоят из базальных, бокаловидных и реснитчатых клеток, расположенных в виде псевдомногослойной структуры. Подобно легкому, присутствуют активно бьющиеся реснички, позволяющие изучать их функцию и активность. В этих 3-мерных ALI-культурах были обнаружены сходные уровни мРНК, кодирующей ферменты, метаболизирующие ксенобиотики, по сравнению с легкими человека. Кроме того, эти ткани можно поддерживать in vitro в течение продолжительного периода времени. Эта 3-мерная модель ткани легкого является подходящей моделью для исследования влияний атмосфер испытания и т. п. согласно настоящему изобретению.

Термин «3-мерная культура клеток» включает в себя любой способ, обеспечивающий культуру клетки в 3 измерениях, с применением или без применения матрицы или подложки. Был разработан ряд разных способов 3-мерного культивирования клеток, в том числе сфероидные культуры и органотипические культуры.

Сфероиды

Термин «сфероид» предполагает значение, обычно понимаемое в данной области техники, которое представлено одиночной клеткой, делящейся с образованием 3-мерной шарообразной структуры, либо 3-мерным агрегатом нескольких клеток с применением или без применения матрицы или подложки для поддержания роста клеток в 3 измерениях в сфероиде. 3-мерный сфероид может представлять собой адгезивный сфероид или сфероид, растущий в суспензии. Для использования в настоящем изобретении доступно несколько разных систем для культивирования сфероидов, в том числе сфероидов, растущих в виде агрегатов, например, на планшетах NanoCulture, в суспензионной культуре, на гелях, на пластмассовом материале, покрытом поли-HEMA, посредством инкапсуляции клеток или в виде агрегатов с помощью системы «висячей капли». Другие способы включают применение флаконов с перемешиванием, ротационных систем, способов с применением планшетов с вогнутыми лунками и культивирования в жидкой среде в неадгезивных условиях. Биореакторы также можно адаптировать для применения в 3-мерной сфероидной культуре клеток. В одном варианте осуществления применяемый способ представляет собой систему «висячей капли», такую как система «висячей капли» GravityPLUS (InSphero). Этот способ предусматривает применение планшета GravityTRAP ULA, который является титрационным микропланшетом с неадгезивным покрытием, предназначенным для получения сфероидов. Созревание сфероида, как правило, происходит в течение 2-5 дней после посева в зависимости от типа клеток и условий культивирования. Сфероиды предпочтительно культивируют в объеме 100 мкл или больше, или 200 мкл или больше, или 300 мкл или больше. Сфероиды предпочтительно культивируют в микропланшетах Corning^® для сфероидов.

Матрицы или подложки для 3-мерного культивирования клеток можно применять для культивирования сфероидов. Они часто представляют собой пористые субстраты, которые могут поддерживать рост и дифференцировку клеток в 3 измерениях. Были разработаны разнообразные материалы для получения 3-мерных подложек, различающиеся по внешнему виду, пористости, проницаемости, механическим характеристикам и наномасштабным морфологическим характеристикам поверхности. Примеры таких материалов включают коллагеновые гели, губчатые материалы или биогели; фибрин; фибронектин; ламинин; альгинаты, гидрогели; сшитый гликозаминогликан; полимерные подложки, синтетические подложки; пептидные подложки и хитозановые композитные подложки.

3-мерные сфероиды более близко напоминают ткань in vivo в том, что касается их клеточной коммуникации и формирования внеклеточных матриксов. Эти матриксы помогают клеткам перемещаться в пределах сфероида подобно тому, как клетки перемещаются в живой ткани. Таким образом, сфероиды представляют собой намного улучшенные модели дифференцировки, выживания, миграции клеток, поляризации клеток, экспрессии генов и роста.

Сфероиды можно собирать и изучать с помощью различных способов, хорошо известных из уровня техники, в том числе колориметрического, флуоресцентного и люминесцентного анализов с измерениями с помощью планшета-ридера, или их можно без труда наблюдать с помощью микроскопии. Дополнительные методики включают вестерн-, нозерн- или Саузерн-блоттинг, гистологические методики (например, иммуногистохимический анализ, гибридизацию in situ, иммунофлуоресценцию) и т. п. Также рассматривается применение способов оптической визуализации, таких как методики инвертированной светлопольной микроскопии, флуоресцентной микроскопии, однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (SPECT), позитронно-эмиссионной томографии (PET), магнитно-резонансной визуализации (MRI) и люминесцентной визуализации по методу Черенкова (CLI).

Пути применения 3-мерных сфероидов включают изучение пролиферации клеток и тканей in vitro в среде, которая наиболее приближена к обнаруживаемой in vivo, скрининг соединений и атмосфер испытания, токсикологические анализы и клинические испытания и т. п.

Применение сфероидов в 3-мерном культивировании клеток в целом рассмотрено в Expert Opin. Drug Discov. (2015) 10, 519-540. In vitro, сфероидные клетки легкого могут распространяться в большом количестве и могут образовывать структуры, подобные альвеолам, и приобретать зрелые фенотипы легочного эпителия.

Источники клеток

Легочные клетки и линии клеток для применения в настоящем изобретении можно выделять из ткани или жидкости с помощью способов, хорошо известных из уровня техники. Их можно получить в результате дифференцировки из стволовых клеток, таких как эмбриональные стволовые клетки или индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, или непосредственно получить в результате дифференцировки из соматических клеток. Клетки и линии клеток могут быть получены от субъектов-людей или субъектов-животных или из клеток человека или животного, в том числе любого из ряда видов млекопитающих, предпочтительно человека, но в том числе крысы, мыши, свиньи, кролика и приматов, отличных от человека, и т. п., или происходить из них. Клетки и линии клеток можно получать из коммерческих источников. В некоторых вариантах осуществления желательно использовать человеческие клетки.

Одним типом клеток, представляющим интерес, являются клетки легкого, в том числе клетки легочного эпителия. Клетки бронхиального эпителия и/или эпителия дыхательных путей являются особенно применимыми в настоящем изобретении. Клетки бронхиального эпителия человека можно собирать посредством браш-биопсии легких донора в ходе процедуры бронхоскопии. В одном варианте осуществления клетки легкого представляют собой нормальные клетки бронхиального эпителия человека (NHBE). Клетки легочного эпителия можно культивировать в виде монослоя недифференцированных клеток, или из них можно дополнительно сформировать органотипическую ткань, подобную легочному эпителию, на границе раздела жидкой и воздушной сред. Можно получать установившиеся линии клеток на границе раздела жидкой и воздушной сред с помощью следующей методики. Вкратце, клетки эпителия можно культивировать во флаконе для увеличения числа клеток. После периода инкубирования клетки отделяют от флакона, подсчитывают и высевают на вкладыши. На этих вкладышах клетки инкубируют со средой на апикальной и базальной сторонах. В этой фазе обеспечивается то, что клетки будут делиться и полностью покроют вкладыш с образованием эпителия. Затем среду с апикальной стороны удаляют, среду с базальной стороны сохраняют и заменяют более полной средой. Культуры инкубируют таким образом в течение дополнительного периода времени. За это время клетки дифференцируются в 3 типа клеток: базальные, бокаловидные и реснитчатые клетки. В конце созревания культуры готовы к применению. Применение границы раздела жидкой и воздушной сред для культивирования клеток эпителия носовой полости человека описано в J Vis Exp. 2013; (80): 50646.

Клетки легочного эпителия можно получать от субъектов-людей или субъектов-животных с разными патологиями, в том числе субъектов, классифицированных как курящие или некурящие.

Исследования

Настоящее изобретение может быть использовано для различных применений с целью изучения влияния атмосферы (атмосфер) испытания на модель дыхательных путей. Например, настоящее изобретение может быть использовано в исследовании in vitro ингаляционной токсикологии, исследовании динамики аэрозоля в дыхательных путях (например, осаждения аэрозольных частиц и абсорбирования газов в культуры клеток) или исследования метаболической активности или транспортировки атмосферы (атмосфер) испытания (например, молекул аэрозоля) через эпителий дыхательных путей. Настоящее изобретение может быть использовано для испытания влияния аэрозоля (аэрозолей), дыма или табачных изделий или влияния ингаляторов, таких как медицинские ингаляторы. Настоящее изобретение может быть использовано для испытания влияния аэрозоля (аэрозолей), дыма или табачных изделий или влияния медицинских ингаляторов на клетки одной или более частей дыхательных путей.

Один аспект относится к способу определения воздействия атмосферы испытания на культуру клеток - такую как одна или более культур клеток - содержащуюся в модели дыхательных путей, включающему следующие этапы: (a) обеспечение системы, описанной в настоящем документе, причем система содержит культуру клеток в одном или более модулях; и (b) сравнение культуры клеток до и/или после воздействия атмосферы испытания, при этом разница между культурой клеток до и/или после воздействия на клетки атмосферы испытания является показателем того, что атмосфера испытания влияет на культуру клеток.

В варианте осуществления, где отличия в культуре клеток определяют после воздействия атмосферы испытания на клетки, культуру клеток, подвергаемую воздействию атмосферы испытания, можно сравнить с культурой клеток, которая не была подвержена воздействию атмосферы испытания, или с культурой клеток, которая подвергается воздействию контрольной атмосферы, такой как атмосфера, не содержащая атмосферу испытания. Согласно этому варианту осуществления, различие между культурой клеток, подвергаемой воздействию атмосферы испытания, и культурой клеток, не подвергаемой воздействию атмосферы испытания, или различие между культурой клеток, подвергаемой воздействию атмосферы испытания, и культурой клеток, подвергаемой воздействию контрольной атмосферы - такой как атмосфера, не содержащая атмосферу испытания - является показателем того, что атмосфера испытания влияет на культуру клеток.

Другой аспект относится к способу моделирования взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей в системе, описанной в настоящем документе, включающему следующие этапы: (a) при открытом первом клапане первого насоса и закрытом втором клапане первого насоса обеспечение газа, содержащего атмосферу испытания, в первом насосе через первый канал; (b) закрывание первого клапана и открывание второго клапана первого насоса и закрывание клапанов на пластине поршня первого насоса; (c) приведение в действие второго насоса для втягивания атмосферы испытания в соединительную конструкцию и продувание камеры первого насоса и соединительной конструкции окружающим воздухом; (d) открывание первого клапана первого насоса в направлении к окружающему воздуху и создание герметичного соединения между первым каналом и вторым каналом первого насоса; и (e) через определенный период времени использование второго насоса для смещения атмосферы испытания через соединительную конструкцию и через первый клапан первого насоса.

Другой аспект относится к способу определения воздействия атмосферы испытания на модель дыхательных путей в системе, описанной в настоящем документе, включающему следующие этапы: (a) при открытом первом клапане первого насоса и закрытом втором клапане первого насоса обеспечение газа, содержащего атмосферу испытания, в первом насосе через первый канал; (b) закрывание первого клапана и открывание второго клапана первого насоса и закрывание клапанов на пластине поршня первого насоса; (c) приведение в действие второго насоса для втягивания атмосферы испытания через соединительную конструкцию и продувание камеры первого насоса и соединительной конструкции окружающим воздухом; (d) открывание первого клапана первого насоса в направлении к окружающему воздуху и создание герметичного соединения между первым каналом и вторым каналом первого насоса; и (e) через определенный период времени использование второго насоса для смещения атмосферы испытания через соединительную конструкцию и через первый клапан первого насоса; при этом атмосфера испытания вступает в контакт с культурой клеток, расположенной в одном или более модулях, расположенных в первом насосе или соединительной конструкции, или втором насосе, или в сочетании двух или более указанных вариантов, и указанный способ включает дополнительный этап определения влияния атмосферы испытания на культуру клеток, при этом отличие культуры клеток до и/или после воздействия атмосферы испытания является показателем того, что атмосфера испытания влияет на культуру клеток.

В варианте осуществления, где отличия в культуре клеток определяют после воздействия атмосферы испытания на клетки, культуру клеток, подвергаемую воздействию атмосферы испытания, можно сравнить с культурой клеток, которая не была подвержена воздействию атмосферы испытания, или с культурой клеток, которая подвергается воздействию контрольной атмосферы, такой как атмосфера, не содержащая атмосферу испытания. Согласно этому варианту осуществления, различие между культурой клеток, подвергаемой воздействию атмосферы испытания, и культурой клеток, не подвергаемой воздействию атмосферы испытания, или различие между культурой клеток, подвергаемой воздействию атмосферы испытания, и культурой клеток, подвергаемой воздействию контрольной атмосферы - такой как атмосфера, не содержащая атмосферу испытания - является показателем того, что атмосфера испытания влияет на культуру клеток.

Дополнительный аспект относится к способу моделирования взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей, включающему следующие этапы: (a) обеспечение атмосферы испытания в камере первого насоса; (b) отведение атмосферы испытания из первого насоса в соединительную конструкцию, соединяющую первый насос со вторым насосом; (c) продувание первого насоса и по меньшей мере части соединительной конструкции окружающим воздухом; (d) удерживание атмосферы испытания во втором насосе и соединительной конструкции в течение определенного периода времени; (e) смещение атмосферы испытания в соединительную конструкцию и первый насос с помощью второго насоса; и (f) выполнение одного или более циклов накачивания окружающего воздуха во второй насос; при этом атмосфера испытания вступает в контакт с культурой клеток, расположенной в первом насосе или соединительной конструкции, или втором насосе, или в сочетании двух или более указанных вариантов.

Дополнительный аспект относится к способу определения воздействия атмосферы испытания на модель дыхательных путей, включающему следующие этапы: (a) обеспечение атмосферы испытания в камере первого насоса; (b) отведение атмосферы испытания из первого насоса в соединительную конструкцию, соединяющую первый насос со вторым насосом; (c) продувание первого насоса и по меньшей мере части соединительной конструкции окружающим воздухом; (d) удерживание атмосферы испытания во втором насосе и соединительной конструкции в течение определенного периода времени; (e) смещение атмосферы испытания через соединительную конструкцию и первый насос с помощью второго насоса; и (f) выполнение одного или более циклов накачивания окружающего воздуха во второй насос; при этом атмосфера испытания вступает в контакт с культурой клеток, расположенной в одном или более модулях, расположенных в первом насосе или соединительной конструкции, или втором насосе, или в сочетании двух или более указанных вариантов, и указанный способ содержит дополнительный этап определения влияния атмосферы испытания на культуру клеток, при этом отличие культуры клеток до и/или после воздействия атмосферы испытания является показателем того, что атмосфера испытания влияет на культуру клеток. В варианте осуществления, где отличия в культуре клеток определяют после воздействия атмосферы испытания на клетки, культуру клеток, подвергаемую воздействию атмосферы испытания, можно сравнить с культурой клеток, которая не была подвержена воздействию атмосферы испытания, или с культурой клеток, которая подвергается воздействию контрольной атмосферы, такой как атмосфера, не содержащая атмосферу испытания. Согласно этому варианту осуществления, различие между культурой клеток, подвергаемой воздействию атмосферы испытания, и культурой клеток, не подвергаемой воздействию атмосферы испытания, или различие между культурой клеток, подвергаемой воздействию атмосферы испытания, и культурой клеток, подвергаемой воздействию контрольной атмосферы - такой как атмосфера, не содержащая атмосферу испытания - является показателем того, что атмосфера испытания влияет на культуру клеток.

Влияние атмосферы (атмосфер) испытания могут быть изучены в присутствии одного или более средств. Средство (средства) может включать без ограничения лекарственное средство, токсин, патоген, белок, нуклеиновую кислоту, антиген, антитело и химическое соединение, и т.д. Примеры эффектов, которые можно измерять, включают поглощение кислорода, выработку диоксида углерода, жизнеспособность клеток, экспрессию белка, активность фермента, проникновение, функцию барьера проницаемости, выработку сурфактанта, реакцию на воздействие цитокинов, функции транспортеров, экспрессию цитохрома P450, секрецию альбумина, токсикологию и т. п.

Параллельно можно проводить несколько анализов с разными концентрациями атмосферы испытания и/или средства с получением дифференциальной реакции на различные концентрации.

Средство может представлять собой любое тестируемое соединение, представляющее интерес, и включает в себя малые органические соединения, полипептиды, пептиды, относительно высокомолекулярные углеводы, полинуклеотиды, жирные кислоты и липиды, аэрозоль или один или несколько компонентов аэрозоля и т. п. Тестируемые соединения можно подвергать скринингу по отдельности или в группах или комбинаторных библиотеках соединений. Тестируемые соединения можно получать из широкого разнообразия источников, в том числе из библиотек синтетических или природных соединений. Можно применять библиотеки природных соединений в виде бактериальных, грибных, растительных и животных экстрактов. Природные или полученные синтетическим путем библиотеки и соединения, модифицированные посредством традиционных химических, физических и биохимических способов, можно применять для получения комбинаторных библиотек. Известные фармакологические средства можно подвергать направленным или случайным химическим модификациям, таким как ацилирование, алкилирование, этерификация, превращение в кислотную форму, с получением структурных аналогов для скрининга.

Одна или несколько переменных величин, которые можно измерять, включают элементы клеток, субклеточный материал, субклеточные компоненты или клеточные продукты. В качестве примера, может быть измерена токсикология атмосферы испытания. Может быть измерена динамика аэрозоля в дыхательных путях (например, осаждение аэрозольных частиц и абсорбция газов в культуры клеток). В качестве дополнительного примера, может быть изучена метаболическая активность и/или перенос молекул через эпителий дыхательных путей.

Компьютер

Также раскрыта компьютерная программа, которая при выполнении компьютером/процессором может применяться для управления компьютером с целью выполнения одного или более способов, описанных в настоящем документе.

Специалисту в данной области будет легко понятно, что этапы разных вышеописанных способов могут быть выполнены запрограммированными компьютерами. В данном контексте, предполагается, что некоторые варианты осуществления также включают в себя приспособление для хранения программ, например, цифровые накопители данных, которые могут быть прочитаны машинами или компьютерами и могут содержать выполняемые машинами или выполняемые компьютерами программные команды, при этом указанные команды выполняют один или все этапы указанных вышеописанных способов. Приспособления для хранения программ могут представлять собой, например, цифровые запоминающие устройства, магнитные накопители, такие как магнитные диски и магнитные пленки, жесткие диски или оптические носители цифровых данных. Также предполагается, что варианты осуществления включают в себя компьютеры, запрограммированные на выполнение некоторых или всех этапов вышеописанных способов.

Функции различных компонентов, включая процессоры или логические схемы, могут быть обеспечены путем использования выделенного аппаратного обеспечения, а также аппаратного обеспечения, способного выполнять программное обеспечение, в сочетании с подходящим программным обеспечением. Когда функции обеспечены процессором, они могут быть обеспечены одним выделенным процессором, одним совместно используемым процессором или множеством отдельных процессоров, некоторая часть которых может использоваться совместно. Более того, явное использование термина «процессор» или «контроллер» или «логическая схема» не должно расцениваться как относящееся исключительно к аппаратному обеспечению, способному выполнять программное обеспечение, и может неявным образом включать в себя, без ограничения, процессор цифровой обработки сигналов (DSP), сетевой процессор, специализированную интегральную схему (ASIC), программируемую пользователем вентильную матрицу (FPGA), постоянное запоминающее устройство (ROM) для хранения программного обеспечения, оперативное запоминающее устройство (RAM), и энергонезависимое устройство для хранения данных. Также может быть включено другое аппаратное обеспечение, традиционное и/или изготовленное по индивидуальному заказу. Подобным образом, все переключатели, изображенные на фигурах, являются лишь концептами. Их функцию можно выполнять путем использования программных логических компонентов, выделенных логических компонентов, путем взаимодействия программного управления и выделенного логического компонента, или даже вручную, причем конкретная методика может быть выбрана ее реализатором, как в частности можно понять из контекста.

Дополнительные аспекты настоящего изобретения изложены в следующих пронумерованных пунктах:

1. Система для определения взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей, причем указанная система содержит: (a) первый насос, содержащий: (i) камеру, выполненную с возможностью содержания первого объема газа, содержащего атмосферу испытания; (ii) первый канал, выполненный с возможностью приема и выпуска газа и содержащий клапан для регулировки потока газа, проходящего по первому каналу, причем указанный клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями, при этом в открытом положении указанный клапан способен открываться в направлении атмосферы испытания или окружающего воздуха; (iii) второй канал, выполненный с возможностью приема и выпуска газа и содержащий клапан для регулировки потока газа, проходящего по второму каналу, причем указанный клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями; (iv) пластину поршня, содержащую множество отверстий, выполненных в ней, причем одно или более из отверстий содержат клапаны, приспособленные для регулировки потока газа, проходящего через отверстия; и (v) двигатель для управления работой первого насоса; (b) второй насос, содержащий: (i) камеру, выполненную с возможностью содержания второго объема газа, при этом первый и второй объемы газа отличаются друг от друга; (ii) канал, выполненный с возможностью приема и выпуска газа; и (iii) двигатель для управления работой второго насоса; (c) соединительную конструкцию, используемую для передачи газа из первого насоса во второй насос; и (d) одно или более отверстий в первом насосе или втором насосе или стенках соединительной конструкции или в сочетании двух или более указанных вариантов, причем указанные отверстия способны вмещать в себя модуль для содержания среды для культивирования клеток или выполненный с возможностью хранения среды для культивирования клеток, или для слежения за условиями в камере или выполненный с возможностью слежения за условиями в камере, или для отбора проб газа или выполненный с возможностью отбора проб газа, или для определения характеристик газа или выполненный с возможностью определения характеристик газа.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что насосы представляют собой поршневые насосы, содержащие пластину поршня и основу.

3. Система по п. 1 или п. 1, отличающаяся тем, что соединительная конструкция является полой.

4. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что соединительная конструкция является разветвленной.

5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что одна конечная ветвь соединительной конструкции соединена со вторым насосом и одна или более других конечных ветвей присоединены к отдельному насосу, причем каждый отдельный насос содержит: (i) камеру для содержания объема газа, причем этот объем газа идентичен второму объему газа во втором насосе; (ii) канал для приема и выпуска газа и для присоединения к соединительной конструкции; и (iii) двигатель для управления работой насоса.

6. Система по п. 5, отличающаяся тем, что каждый отдельный насос идентичен второму насосу.

7. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что система содержится в кожухе, подходящим образом-в кожухе с регулируемой температурой.

8. Система по п. 7, отличающаяся тем, что температуру кожуха регулируют с помощью термостата.

9. Система по п. 8, отличающаяся тем, что температура в кожухе составляет приблизительно 37 °C.

10. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что разные объемы первого и второго насосов представляют внутренний объем разных отделов дыхательных путей, подходящим образом дыхательных путей человека.

11. Система по любому из пп. 6-10, отличающаяся тем, что объемы отдельных насосов представляют внутренний объем разных отделов дыхательных путей, подходящим образом дыхательных путей человека.

12. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что рабочий объем первого и второго насосов по меньшей мере равен максимальному достижимому впускаемому объему в соответствующем отделе дыхательных путей.

13. Система по любому из пп. 5-12, отличающаяся тем, что рабочий объем отдельных насосов по меньшей мере равен максимальному достижимому впускаемому объему в соответствующем отделе дыхательных путей.

14. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что давление нагнетания двигателя или насоса может соответствовать атмосферному давлению или быть выше или ниже атмосферного давления.

15. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что рабочий объем первого насоса составляет от приблизительно 0 до 100 мл или от приблизительно 1 до 100 мл.

16. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что рабочий объем второго насоса составляет от приблизительно 0 до 4000 мл или от приблизительно 1 до приблизительно 4000 мл.

17. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что насосы содержат нержавеющую сталь или состоят из нее.

18. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что камера представляет собой цилиндр.

19. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что камера содержит стекло.

20. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что объем камеры первого насоса меньше объема камеры второго насоса.

21. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что объем камеры первого насоса представляет объем полости рта и ротоглотки.

22. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что объем камеры второго насоса представляет объем полости легкого или его части.

23. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что объем соединительной конструкции представляет объем проводящих воздухоносных путей легкого, подходящим образом человеческого легкого.

24. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что пластина поршня первого насоса содержит один или более просветов для поступления или притока газа.

25. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что каждый из одного или более просветов включает в себя клапан, выполненный с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями и способный регулировать поступление или приток газа.

26. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит компьютерный контроллер, способный синхронизировать работу системы.

27. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что один или более из первого насоса или второго насоса или соединительной конструкции содержат один или более модулей, содержащих микровесы на кристалле кварца.

28. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что отверстия в первом насосе или втором насосе или стенках соединительной конструкции являются резьбовыми или безрезьбовыми.

29. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что одно или более отверстий содержат модуль.

30. Система по п. 29, отличающаяся тем, что один или более модулей приспособлены для содержания среды для культивирования клеток или выполнены с возможностью хранения среды для культивирования клеток, или приспособлены для слежения за условиями в камере или приспособлены для слежения за условиями в камере или приспособлены для отбора проб газа или приспособлены для определения характеристик газа.

31. Система по п. 29 или 30, отличающаяся тем, что модули расположены на основе пластины поршня первого и/или второго насоса и/или в стенках соединительной конструкции.

32. Система по любому из пп. 29-31, отличающаяся тем, что один или более модулей содержат среду для культивирования клеток.

33. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что среда для культивирования клеток содержит культуру клеток или контактирует с ней, подходящим образом 2- или 3-мерную культуру клеток.

34. Система по любому из пп. 29-32, отличающаяся тем, что модули, приспособленные для содержания или хранения среды для культивирования клеток, дополнительно содержат микрофлюидный канал и необязательно-микрофлюидный насос, соединенный с ним.

35. Система по любому из пп. 29-34, отличающаяся тем, что модули расположены в горизонтальной плоскости в одном или более из перечисленного: первый насос или второй насос, или стенки соединительной конструкции.

36. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что соединительная конструкция содержит нержавеющую сталь.

37. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что камера первого насоса имеет объем, составляющий приблизительно 100 мл.

38. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что камера второго насоса имеет объем, составляющий от приблизительно 1 литра до приблизительно 4 литров.

39. Насос для смещения объема газа, содержащий: (i) камеру, выполненную с возможностью содержания объема газа и содержащую основу и одно или более отверстий, способных вмещать один или более модулей для содержания или хранения среды для культивирования клеток, или для слежения за условиями в камере, или для отбора проб газа, или для определения характеристик газа; (ii) первый канал для приема и выпуска газа, когда он содержится в камере, и содержащий первый клапан для регулировки потока газа, проходящего по первому каналу, причем указанный первый клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями, причем в открытом положении указанный клапан может открываться в направлении атмосферы испытания или окружающего воздуха; и (iii) второй канал для приема и выпуска газа, когда он содержится в камере, и содержащий второй клапан для регулировки потока газа, проходящего по второму каналу, причем указанный клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями; и (iv) пластину поршня, содержащую множество отверстий, выполненных в ней, причем одно или более из отверстий содержат клапаны, приспособленные для регулировки потока газа, проходящего через отверстия.

40. Насос по п. 39, отличающийся тем, что насос представляет собой поршневой насос, содержащий пластину поршня.

41. Насос по п. 39 или 40, отличающийся тем, что одно или более отверстий в камере являются резьбовыми или безрезьбовыми.

42. Насос по любому из пп. 39-41, отличающийся тем, что одно или более отверстий содержат модуль.

43. Насос по п. 42, отличающийся тем, что модуль является резьбовым или безрезьбовым.

44. Насос по п. 42 или 43, отличающийся тем, что один или более модулей приспособлены для содержания среды для культивирования клеток или выполнены с возможностью хранения среды для культивирования клеток, или приспособлены для слежения за условиями в камере или приспособлены для слежения за условиями в камере, или приспособлены для отбора проб газа или приспособлены для определения характеристик газа.

45. Насос по любому из пп. 42-44, отличающийся тем, что модули расположены на основе насоса.

46. Насос по любому из пп. 42-45, отличающийся тем, что один или несколько модулей содержат среду для культивирования клеток.

47. Насос по п. 46, отличающийся тем, что среда для культивирования клеток содержит культуру клеток или контактирует с ней, подходящим образом 2- или 3-мерную культуру клеток.

48. Насос по любому из пп. 44-47, отличающийся тем, что модули, приспособленные для содержания или хранения среды для культивирования клеток, дополнительно содержат микрофлюидный канал и необязательно микрофлюидный насос, соединенный с ним.

49. Насос по любому из пп. 42-48, отличающийся тем, что модули расположены в горизонтальной плоскости в одном или более из перечисленного: первый насос или второй насос, или стенки соединительной конструкции.

50. Насос по любому из пп. 43-49, отличающийся тем, что модуль содержит микровесы на кристалле кварца.

51. Насос по любому из пп. 39-50, отличающийся тем, что насос дополнительно содержит двигатель.

52. Насос по любому из пп. 39-51, отличающийся тем, что давление нагнетания соответствует атмосферному давлению или давлению выше или ниже атмосферного давления.

53. Насос по любому из пп. 39-52, отличающийся тем, что рабочий объем насоса составляет от приблизительно 0 до 100 мл или от приблизительно 1 до приблизительно 100 мл.

54. Насос по любому из пп. 39-53, отличающийся тем, что насос содержит нержавеющую сталь.

55. Насос по любому из пп. 39-54, отличающийся тем, что камера представляет собой цилиндр.

56. Насос по любому из пп. 39-55, отличающийся тем, что камера содержит стекло.

57. Насос по любому из пп. 39-56, отличающийся тем, что камера насоса имеет объем, составляющий приблизительно 100 мл.

58. Насос по любому из пп. 39-57, отличающийся тем, что пластина поршня насоса содержит один или более просветов для поступления или притока газа.

59. Насос по п. 58, отличающийся тем, что один или более просветов включают в себя клапан, выполненный с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями и способный регулировать поступление или приток газа.

60. Поршневой насос для смещения объема газа, содержащий: (i) камеру, выполненную с возможностью содержания объема газа и содержащую пластину поршня, содержащую один или более просветов для поступления или притока газа в камеру, при этом один или более, или каждый, из просветов включают в себя клапан, выполненный с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями и способный регулировать поступление или приток газа; (ii) первый канал для приема газа, и содержащий первый клапан для регулировки потока газа, проходящего по первому каналу, причем указанный первый клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями; и (iii) второй канал для выпуска газа, когда он содержится в камере, и содержащий второй клапан для регулировки потока газа, проходящего по второму каналу, причем указанный клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями.

61. Насос по п. 60, отличающийся тем, что камера включает в себя основу и содержит одно или более отверстий.

62. Насос по п. 61, отличающийся тем, что отверстия являются резьбовыми или безрезьбовыми.

63. Насос по п. 60 или 61, отличающийся тем, что отверстия содержат модуль в одном или более отверстиях.

64. Насос по п. 63, отличающийся тем, что модуль является резьбовым или безрезьбовым.

65. Насос по п. 63 или 64, отличающийся тем, что модуль приспособлен для содержания или хранения среды для культивирования клеток, или для слежения за условиями в камере, или для отбора проб газа, или для определения характеристик газа

66. Насос по любому из пп. 63-65, отличающийся тем, что один или несколько модулей содержат среду для культивирования клеток.

67. Насос по п. 66, отличающийся тем, что среда для культивирования клеток содержит культуру клеток, подходящим образом 2- или 3-мерную культуру клеток.

68. Насос по любому из пп. 63-67, отличающийся тем, что модули, приспособленные для содержания или хранения среды для культивирования клеток, дополнительно содержат микрофлюидный канал и необязательно микрофлюидный насос, соединенный с ним.

69. Насос по любому из пп. 63-67, отличающийся тем, что модуль содержит микровесы на кристалле кварца.

70. Насос по любому из пп. 60-69, отличающийся тем, что соединительная конструкция соединена со вторым каналом.

71. Насос по любому из п. 70, отличающийся тем, что соединительная конструкция является полой.

Подходящим образом, насос дополнительно содержит двигатель.

72. Насос по любому из пп. 60-71, отличающийся тем, что давление нагнетания насоса соответствует атмосферному давлению или давлению выше или ниже атмосферного давления.

73. Насос по любому из пп. 60-72, отличающийся тем, что рабочий объем насоса составляет от приблизительно 0 до 100 мл или от приблизительно 1 до приблизительно 100 мл.

74. Насос по любому из пп. 60-73, отличающийся тем, что насос содержит нержавеющую сталь.

75. Насос по любому из пп. 60-74, отличающийся тем, что камера представляет собой цилиндр.

76. Насос по любому из пп. 60-75, отличающийся тем, что камера содержит стекло.

77. Насос по любому из пп. 60-76, отличающийся тем, что камера насоса имеет объем, составляющий приблизительно 100 мл.

78. Насос для смещения объема газа, содержащий: (i) камеру, выполненную с возможностью содержания объема газа, причем указанная камера содержит основу и один или более модулей для содержания или хранения среды для культивирования клеток, или для слежения за условиями в камере, или для отбора проб газа, или для определения характеристик газа; и (ii) канал, используемый для приема и выпуска газа.

79. Насос по п. 78, отличающийся тем, что насос представляет собой поршневой насос, содержащий пластину поршня.

80. Насос по п. 79, отличающийся тем, что, пластина поршня не содержит каких-либо просветов или отверстий.

81. Насос по любому из пп. 78-80, отличающийся тем, что модули расположены в основе камеры.

82. Насос по любому из пп. 78-81, отличающийся тем, что модули являются резьбовыми или безрезьбовыми.

83. Насос по любому из пп. 78-82, отличающийся тем, что модули приспособлены для содержания среды для культивирования клеток или выполнены с возможностью хранения среды для культивирования клеток, или приспособлены для слежения за условиями в камере или приспособлены для слежения за условиями в камере, или приспособлены для отбора проб газа или приспособлены для определения характеристик газа.

84. Насос по любому из пп. 78-83, отличающийся тем, что один или несколько модулей содержат среду для культивирования клеток.

85. Насос по п. 84, отличающийся тем, что среда для культивирования клеток содержит культуру клеток или контактирует с ней, подходящим образом 2- или 3-мерную культуру клеток.

86. Насос по п. 84 или 85, отличающийся тем, что модули, приспособленные для содержания или хранения среды для культивирования клеток, дополнительно содержат микрофлюидный канал и необязательно микрофлюидный насос, соединенный с ним.

87. Насос по любому из пп. 78-82, отличающийся тем, что модуль содержит микровесы на кристалле кварца.

88. Насос по любому из пп. 78-87, отличающийся тем, что соединительная конструкция соединена с каналом.

89. Насос по любому из пп. 78-88, отличающийся тем, что соединительная конструкция является полой.

90. Насос по любому из пп. 78-89, отличающийся тем, что насос дополнительно содержит двигатель.

91. Насос по любому из пп. 78-90, отличающийся тем, что давление нагнетания соответствует атмосферному давлению или давлению выше или ниже атмосферного давления.

92. Насос по любому из пп. 78-91, отличающийся тем, что рабочий объем насоса составляет от приблизительно 0 до 1000 мл или от приблизительно 1 до приблизительно 100 мл.

93. Насос по любому из пп. 78-92, отличающийся тем, что насос содержит нержавеющую сталь.

94. Насос по любому из пп. 78-93, отличающийся тем, что камера представляет собой цилиндр.

95. Насос по любому из пп. 78-94, отличающийся тем, что камера содержит стекло.

96. Насос по любому из пп. 78-95, отличающийся тем, что объем камеры представляет объем полости легкого или его части.

97. Соединительная конструкция, приспособленная для соединения по меньшей мере двух насосов для передачи газа между ними, причем указанная соединительная конструкция содержит полый канал и одно или более резьбовых или безрезьбовых отверстий в стенках соединительной конструкции.

98. Соединительная конструкция по п. 97, отличающаяся тем, что резьбовые отверстия содержат резьбовой модуль в одном или более отверстиях, причем указанный модуль приспособлен для содержания среды для культивирования клеток или выполнен с возможностью хранения среды для культивирования клеток, или приспособлен для слежения за условиями в камере, или приспособлен для слежения за условиями в камере, или приспособлен для отбора проб газа, или приспособлен для определения характеристик газа.

99. Соединительная конструкция по п. 98, отличающаяся тем, что один или несколько модулей содержат среду для культивирования клеток.

100. Соединительная конструкция по п. 99, отличающаяся тем, что среда для культивирования клеток содержит культуру клеток или контактирует с ней, подходящим образом 2- или 3-мерную культуру клеток.

101. Соединительная конструкция по любому из пп. 98-100, отличающаяся тем, что модули, приспособленные для содержания или хранения среды для культивирования клеток дополнительно содержат микрофлюидный

102. Соединительная конструкция по любому из пп. 97-102, отличающаяся тем, что канал и необязательно микрофлюидный насос присоединены к ней.

103. Соединительная конструкция по любому из пп. 97-102, отличающаяся тем, что соединительная конструкция является полой.

104. Соединительная конструкция по любому из пп. 97-103, отличающаяся тем, что соединительная конструкция является разветвленной.

105. Соединительная конструкция по п. 104, отличающаяся тем, что каждая конечная ветвь соединительной конструкции может быть соединена с отдельным насосом.

106. Соединительная конструкция по любому из пп. 97-105, отличающаяся тем, что соединительная конструкция представляет объем проводящих воздухоносных путей легкого, подходящим образом человеческого легкого.

107. Соединительная конструкция по любому из пп. 98-106, отличающаяся тем, что модули расположены в горизонтальной плоскости в стенках соединительной конструкции.

108. Соединительная конструкция по любому из пп. 98-107, отличающаяся тем, что модули приспособлены для того, чтобы содержать культуру клеток, подходящим образом 2- или 3-мерную культуру клеток.

109. Соединительная конструкция по любому из пп. 98-108, отличающаяся тем, что модуль представляет собой камеру для содержания культуры клеток, причем указанная камера содержит микрофлюидный канал и необязательно микрофлюидный насос, соединенный с ним.

110. Соединительная конструкция по любому из пп. 98-103, отличающаяся тем, что модули приспособлены для слежения за условиями в соединительной конструкции и/или для отбора проб газа и/или для определения характеристик газа.

111. Соединительная конструкция по любому из пп. 97-110, отличающаяся тем, что соединительная конструкция содержит нержавеющую сталь.

112. Система, содержащая один или более насосов, определенных в любом из пп. 39-96.

113. Система по п. 112, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит соединительную конструкцию, определенную в любом из пп. 97-111.

114. Система по п. 112 или п. 112, отличающаяся тем, что насосы соединены с помощью соединительной конструкции.

115. Способ моделирования взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей, включающий применение системы по любому из пп. 1-38.

116. Применение системы по любому из пп. 1-38 для моделирования взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей.

117. Способ определения воздействия атмосферы испытания на культуру клеток, содержащуюся в модели дыхательных путей, включающий применение системы по любому из пп. 1-38.

118. Применение системы по любому из пп. 1-38 для определения воздействия атмосферы испытания на культуру клеток, содержащуюся в модели дыхательных путей

119. Способ определения воздействия атмосферы испытания на культуру клеток, содержащуюся в модели дыхательных путей, включающий следующие этапы: (a) обеспечение системы, описанной в настоящем документе, причем система содержит культуру клеток в одном или более модулях; и (b) сравнение культуры клеток до и/или после воздействия атмосферы испытания, при этом разница между культурой клеток до и/или после воздействия на клетки атмосферы испытания является показателем того, что атмосфера испытания влияет на культуру клеток.

120. Способ моделирования взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей в системе, описанной в настоящем документе, включающий следующие этапы: (a) при открытом первом клапане первого насоса и закрытом втором клапане первого насоса обеспечение газа, содержащего атмосферу испытания, в первом насосе через первый канал; (b) закрывание первого клапана и открывание второго клапана первого насоса и закрывание клапанов на пластине поршня первого насоса; (c) приведение в действие второго насоса для втягивания атмосферы испытания в соединительную конструкцию и продувание камеры первого насоса и соединительной конструкции окружающим воздухом; (d) открывание первого клапана первого насоса в направлении к окружающему воздуху и создание герметичного соединения между первым каналом и вторым каналом первого насоса; и (e) через определенный период времени использование второго насоса для смещения атмосферы испытания через соединительную конструкцию и через первый клапан первого насоса.

121. Способ определения воздействия атмосферы испытания на модель дыхательных путей в системе, описанной в настоящем документе, включающий следующие этапы: (a) при открытом первом клапане первого насоса и закрытом втором клапане первого насоса обеспечение газа, содержащего атмосферу испытания, в первом насосе через первый канал; (b) закрывание первого клапана и открывание второго клапана первого насоса и закрывание клапанов на пластине поршня первого насоса; (c) приведение в действие второго насоса для втягивания атмосферы испытания через соединительную конструкцию и продувание камеры первого насоса и соединительной конструкции окружающим воздухом; (d) открывание первого клапана первого насоса в направлении к окружающему воздуху и создание герметичного соединения между первым каналом и вторым каналом первого насоса; и (e) через определенный период времени использование второго насоса для смещения атмосферы испытания через соединительную конструкцию и через первый клапан первого насоса; при этом атмосфера испытания вступает в контакт с культурой клеток, расположенной в одном или более модулях, расположенных в первом насосе или соединительной конструкции, или втором насосе, или в сочетании двух или более указанных вариантов, и указанный способ включает дополнительный этап определения влияния атмосферы испытания на культуру клеток, при этом отличие культуры клеток до и/или после воздействия атмосферы испытания является показателем того, что атмосфера испытания влияет на культуру клеток.

122. Способ по п. 121, отличающийся тем, что модули приспособлены для слежения за условиями системы и/или для отбора проб газа, и/или для определения характеристик газа, и указанный способ содержит получение одного или более измерений из модулей.

123. Способ моделирования взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей, включающий следующие этапы: (a) обеспечение атмосферы испытания в камере первого насоса; (b) отведение атмосферы испытания из первого насоса в соединительную конструкцию, соединяющую первый насос со вторым насосом; (c) продувание первого насоса и по меньшей мере части соединительной конструкции окружающим воздухом; (d) удерживание атмосферы испытания во втором насосе и соединительной конструкции в течение определенного периода времени; (e) смещение атмосферы испытания в соединительной конструкции и первом насосе с помощью второго насоса; и (f) выполнение одного или более циклов накачивания окружающего воздуха во второй насос; при этом атмосфера испытания вступает в контакт с культурой клеток, расположенной в первом насосе или соединительной конструкции, или втором насосе, или в сочетании двух или более указанных вариантов.

124. Способ по п. 123, отличающийся тем, что этап (d) включает удержание атмосферы испытания во втором насосе и части соединительной конструкции, которая все еще содержит атмосферу испытания, в течение определенного периода времени.

125. Способ по п. 123 или 124, отличающийся тем, что насосы представляют собой поршневые насосы, содержащие пластину поршня и основу.

126. Способ по любому из пп. 123-125, отличающийся тем, что первый насос представляет собой насос, описанный в любом из пп. 39-77.

127. Способ по любому из пп. 123-126, отличающийся тем, что второй насос представляет собой насос, описанный в любом из пп. 78-96.

128. Способ по любому из пп. 123-127, отличающийся тем, что соединительная конструкция представляет собой соединительную конструкцию, описанную в любом из пп. 97-111.

129. Способ по любому из пп. 123-128, отличающийся тем, что способ осуществляют в кожухе, подходящим образом в кожухе с регулируемой температурой.

130. Способ по любому из пп. 123-129, отличающийся тем, что температуру кожуха регулируют с помощью термостата.

131. Способ по любому из пп. 123-130, отличающийся тем, что температура в кожухе составляет приблизительно 37 °C.

132. Способ по любому из пп. 123-131, отличающийся тем, что разные объемы первого и второго насосов представляют внутренний объем разных отделов дыхательных путей, подходящим образом дыхательных путей человека.

133. Способ по любому из пп. 123-132, отличающийся тем, что рабочий объем первого и второго насосов по меньшей мере равен максимальному достижимому впускаемому объему в соответствующем отделе дыхательных путей.

134. Способ по любому из пп. 123-133, отличающийся тем, что давление нагнетания соответствует атмосферному давлению или давлению выше или ниже атмосферного давления.

135. Способ по любому из пп. 123-134, отличающийся тем, что рабочий объем первого насоса составляет от приблизительно 0 до 100 мл или от приблизительно 1 до приблизительно 100 мл.

136. Способ по любому из пп. 123-135, отличающийся тем, что рабочий объем второго насоса составляет от приблизительно 0 до 4000 мл или от приблизительно 1 до приблизительно 4000 мл.

137. Способ по любому из пп. 123-136, отличающийся тем, что объем камеры первого насоса меньше объема камеры второго насоса.

138. Способ по любому из пп. 123-137, отличающийся тем, что объем камеры первого насоса представляет объем полости рта и ротоглотки, подходящим образом полости рта и ротоглотки человека.

139. Способ по любому из пп. 123-138, отличающийся тем, что объем камеры второго насоса представляет объем полости легкого или его части, подходящим образом полости человеческого легкого или его части.

140. Способ по любому из пп. 123-139, отличающийся тем, что соединительная конструкция представляет объем проводящих воздухоносных путей легкого, подходящим образом человеческого легкого.

141. Способ по любому из пп. 123-140, отличающийся тем, что пластина поршня содержит один или более просветов для поступления или притока газа в камеру.

142. Способ по любому из пп. 123-141, отличающийся тем, что каждый из одного или более просветов включает в себя клапан, выполненный с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями и способный регулировать поступление или приток газа.

143. Способ по любому из пп. 123-142, отличающийся тем, что культура клеток расположена на основе пластины поршня первого и/или второго насоса и/или в стенках соединительной конструкции.

143. Способ по любому из пп. 122-142, отличающийся тем, что культура клеток представляет собой 2- или 3-мерную культуру.

144. Способ по любому из пп. 122-143, отличающийся тем, что способ дополнительно включает отслеживание условий и/или отбор проб газа, и/или определение характеристик газа в одном или более из первого насоса или второго насоса или соединительной конструкции, используя один или более модулей, содержащихся в них.

145. Способ по любому из пп. 122-144, отличающийся тем, что камера, содержащая культуру клеток, дополнительно содержит микрофлюидный канал и необязательно микрофлюидный насос, соединенный с ним.

145. Способ по любому из пп. 122-145, отличающийся тем, что соединительная конструкция содержит нержавеющую сталь.

146. Способ по любому из пп. 122-145, отличающийся тем, что камера первого насоса имеет объем, составляющий приблизительно 100 мл.

147. Способ по любому из пп. 122-146, отличающийся тем, что камера второго насоса имеет объем, составляющий от приблизительно 1 литра до приблизительно 4 литров.

148. Способ определения воздействия атмосферы испытания на модель дыхательных путей, включающий следующие этапы: (a) обеспечение атмосферы испытания в камере первого насоса; (b) отведение атмосферы испытания из первого насоса в соединительную конструкцию, соединяющую первый насос со вторым насосом; (c) продувание первого насоса и по меньшей мере части соединительной конструкции окружающим воздухом; (d) удерживание атмосферы испытания во втором насосе и соединительной конструкции в течение определенного периода времени; (e) смещение атмосферы испытания через соединительную конструкцию и первый насос с помощью второго насоса; и (f) выполнение одного или более циклов накачивания окружающего воздуха во второй насос; при этом атмосфера испытания вступает в контакт с культурой клеток, расположенной в одном или более модулях, расположенных в первом насосе или соединительной конструкции, или втором насосе, или в сочетании двух или более указанных вариантов, и указанный способ включает дополнительный этап определения влияния атмосферы испытания на культуру клеток, при этом отличие культуры клеток до и/или после воздействия атмосферы испытания является показателем того, что атмосфера испытания влияет на культуру клеток.

149. Способ по п. 148, отличающийся тем, что модули приспособлены для слежения за условиями системы и/или для отбора проб газа, и/или для определения характеристик газа и указанный способ содержит получение одного или более измерений из модулей.

Любая публикация, цитируемая или описанная в данном документе, предоставляет соответствующую информацию, раскрытую до даты подачи настоящей заявки. Заявления, сделанные в данном документе, не должны быть истолкованы как признание того, что авторы настоящего изобретения не имеют оснований для его противопоставления таким раскрытиям как более раннего. Все публикации, упомянутые в вышеприведенном описании, включены в данный документ посредством ссылки. Различные модификации и варианты настоящего изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники без отступления от объема и сущности настоящего изобретения. Несмотря на то, что настоящее изобретение описано применительно к конкретным предпочтительным вариантам осуществления, следует понимать, что заявленное изобретение не должно неправомерно ограничиваться такими конкретными вариантами осуществления. Действительно, различные модификации описанных вариантов осуществления настоящего изобретения, которые очевидны специалистам в соответствующей области техники, должны быть включены в объем представленной ниже формулы изобретения.

1. Система для определения взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей, содержащая:

первый насос, содержащий:

- камеру, выполненную с возможностью содержания первого объема газа, содержащего атмосферу испытания;

- первый канал, выполненный с возможностью приема и выпуска газа и содержащий клапан для регулировки потока газа, проходящего по первому каналу, причем указанный клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями, при этом в открытом положении указанный клапан выполнен с возможностью открывания в направлении атмосферы испытания или окружающего воздуха;

- второй канал, выполненный с возможностью приема и выпуска газа и содержащий клапан для регулировки потока газа, проходящего по второму каналу, причем указанный клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями;

- пластину поршня в камере, содержащую один или более просветов для поступления или притока газа в камеру, при этом один или более, или каждый, из просветов включают в себя клапан, выполненный с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями и регулирования поступления или притока газа; и

- двигатель для управления работой первого насоса;

второй насос, содержащий:

- камеру, выполненную с возможностью содержания второго объема газа, причем первый и второй объемы газа отличаются друг от друга;

- канал, выполненный с возможностью приема и выпуска газа; и

- двигатель для управления работой второго насоса;

соединительную конструкцию, выполненную с возможностью передачи газа из первого насоса во второй насос; и

одно или более отверстий в первом насосе, или втором насосе, или стенках соединительной конструкции, или в комбинации двух или более из них, причем указанные отверстия содержат модуль для содержания среды для культивирования клеток, или для слежения за условиями в камере, или для отбора проб газа, или для определения характеристик газа.

2. Насос для смещения объема газа, содержащий:

камеру, выполненную с возможностью содержания объема газа и содержащую основу и одно или более отверстий, содержащих один или более модулей для содержания среды для культивирования клеток, или для слежения за условиями в камере, или для отбора проб газа, или для определения характеристик газа;

первый канал, выполненный с возможностью приема и выпуска газа, когда он содержится в камере, и содержащий первый клапан для регулировки потока газа, проходящего по первому каналу, причем указанный первый клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями, при этом в открытом положении указанный клапан выполнен с возможностью открывания в направлении атмосферы испытания или окружающего воздуха;

второй канал, выполненный с возможностью приема и выпуска газа, когда он содержится в камере, и содержащий второй клапан для регулировки потока газа, проходящего по второму каналу, причем указанный клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями; и

пластину поршня в камере, содержащую один или более просветов для поступления или притока газа в камеру, при этом один или более, или каждый, из просветов включают в себя клапан, выполненный с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями и регулирования поступления или притока газа.

3. Поршневой насос для смещения объема газа, содержащий:

камеру, выполненную с возможностью содержания объема газа и содержащую пластину поршня, имеющую один или более просветов для поступления газа в камеру, при этом один или более, или каждый, из просветов включают в себя клапан, выполненный с возможностью перемещения между открытым и закрытым положением и регулирования поступления или притока газа и включающий в себя основу, содержащую одно или более резьбовых или безрезьбовых отверстий, содержащих модуль для содержания среды для культивирования клеток, или для слежения за условиями в камере, или для отбора проб газа, или для определения характеристик газа;

первый канал для приема газа, содержащий первый клапан для регулировки потока газа, проходящего по первому каналу, причем указанный первый клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями; и

второй канал, выполненный с возможностью выпуска газа, когда он содержится в камере, и содержащий второй клапан для регулировки потока газа, проходящего по второму каналу, причем указанный клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями.

4. Насос для смещения объема газа, содержащий:

камеру, выполненную с возможностью содержания объема газа, причем указанная камера содержит основу и один или более модулей для содержания среды для культивирования клеток, или для слежения за условиями в камере, или для отбора проб газа, или для определения характеристик газа; и

канал, выполненный с возможностью приема и выпуска газа.

5. Соединительная конструкция, выполненная с возможностью соединения по меньшей мере двух насосов для передачи газа между ними, причем соединительная конструкция содержит полый канал и одно или более резьбовых или безрезьбовых отверстий в стенках соединительной конструкции, при этом отверстия содержат модуль для содержания среды для культивирования клеток, или для слежения за условиями в камере, или для отбора проб газа, или для определения характеристик газа.

6. Система для определения взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей, содержащая насос по п. 2 или 3 и насос по п. 4.

7. Способ моделирования взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей, включающий применение системы по п. 1 или 6.

8. Применение системы по п. 1 или 6 для моделирования взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей.

9. Способ определения воздействия атмосферы испытания на культуру клеток, содержащуюся в модели дыхательных путей, включающий применение системы по п. 1 или 6.

10. Применение системы по п. 1 или 6 для определения воздействия атмосферы испытания на культуру клеток, содержащуюся в модели дыхательных путей.

11. Способ определения воздействия атмосферы испытания на культуру клеток, содержащуюся в модели дыхательных путей, включающий:

обеспечение системы по п. 1 или 6, причем система содержит культуру клеток в одном или более модулях; и

сравнение культуры клеток до и/или после воздействия атмосферы испытания, при этом разница между культурой клеток до и/или после воздействия на клетки атмосферы испытания является показателем того, что атмосфера испытания влияет на культуру клеток.

12. Способ моделирования взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей в системе по п. 1 или 6, включающий:

при открытом первом клапане первого насоса и закрытом втором клапане первого насоса обеспечение газа, содержащего атмосферу испытания, в первом насосе через первый канал;

закрывание первого клапана и открывание второго клапана первого насоса и закрывание клапанов на пластине поршня первого насоса;

приведение в действие второго насоса для втягивания атмосферы испытания в соединительную конструкцию и продувание камеры первого насоса и соединительной конструкции окружающим воздухом;

открывание первого клапана первого насоса в направлении к окружающему воздуху и создание герметичного соединения между первым каналом и вторым каналом первого насоса; и

через определенный период времени использование второго насоса для смещения атмосферы испытания через соединительную конструкцию и через первый клапан первого насоса.

13. Способ определения воздействия атмосферы испытания на модель дыхательных путей в системе по п. 1 или 6, включающий:

при открытом первом клапане первого насоса и закрытом втором клапане первого насоса обеспечение газа, содержащего атмосферу испытания, в первом насосе через первый канал;

закрывание первого клапана и открывание второго клапана первого насоса и закрывание клапанов на пластине поршня первого насоса;

приведение в действие второго насоса для втягивания атмосферы испытания через соединительную конструкцию и продувание камеры первого насоса и соединительной конструкции окружающим воздухом;

открывание первого клапана первого насоса в направлении к окружающему воздуху и создание герметичного соединения между первым каналом и вторым каналом первого насоса; и

через определенный период времени использование второго насоса для смещения атмосферы испытания через соединительную конструкцию и через первый клапан первого насоса;

при этом атмосфера испытания вступает в контакт с культурой клеток, расположенной в одном или более модулях, расположенных в первом насосе, или соединительной конструкции, или втором насосе, или в сочетании двух или более указанных вариантов, и указанный способ включает дополнительный этап определения влияния атмосферы испытания на культуру клеток, при этом отличие культуры клеток до и/или после воздействия атмосферы испытания является показателем того, что атмосфера испытания влияет на культуру клеток.

14. Способ моделирования взаимодействия между атмосферой испытания и моделью дыхательных путей, включающий:

обеспечение атмосферы испытания в камере первого насоса;

отведение атмосферы испытания из первого насоса в соединительную конструкцию, соединяющую первый насос со вторым насосом;

продувание первого насоса и по меньшей мере части соединительной конструкции окружающим воздухом;

удержание атмосферы испытания во втором насосе и соединительной конструкции в течение определенного периода времени;

смещение атмосферы испытания в соединительную конструкцию и первый насос с помощью второго насоса; и

выполнение одного или более циклов накачивания окружающего воздуха во втором насосе;

при этом атмосфера испытания вступает в контакт с культурой клеток, расположенной в первом насосе, или соединительной конструкции, или втором насосе, или в сочетании двух или более указанных вариантов.

15. Способ определения воздействия атмосферы испытания на модель дыхательных путей, включающий:

обеспечение атмосферы испытания в камере первого насоса;

отведение атмосферы испытания из первого насоса в соединительную конструкцию, соединяющую первый насос со вторым насосом;

продувание первого насоса и по меньшей мере части соединительной конструкции окружающим воздухом;

удержание атмосферы испытания во втором насосе и соединительной конструкции в течение определенного периода времени;

смещение атмосферы испытания через соединительную конструкцию и первый насос с помощью второго насоса; и

выполнение одного или более циклов накачивания окружающего воздуха во втором насосе;

при этом атмосфера испытания вступает в контакт с культурой клеток, расположенной в одном или более модулях, расположенных в первом насосе, или соединительной конструкции, или втором насосе, или в сочетании двух или более указанных вариантов, и указанный способ включает дополнительный этап определения влияния атмосферы испытания на культуру клеток, при этом отличие культуры клеток до и/или после воздействия атмосферы испытания является показателем того, что атмосфера испытания влияет на культуру клеток.

16. Устройство генерирования аэрозоля, выполненное с возможностью или приспособленное для осуществления способа по п. 14 или 15.