细胞培养系统和方法技术方案

细胞培养系统(100)包括对接站(104，105)、操纵单元(102)、培养模块(101)和致动层。培养模块具有培养孔以及将培养孔分成顶端培养室和基础培养室的培养膜。操纵单元具有用于可拆卸地容纳培养模块和致动层的座以及具有致动内孔的底部，其中，当培养模块布置在座中时，致动内孔与培养孔相关联并且底部通过致动层与培养模块分开。对接站具有用于将操纵单元可拆卸地保持在预定位置的联接结构和致动进给通道，其中，当操纵单元由联接结构保持在预定位置时，致动进给通道的第一端连接到致动内孔，并且致动进给通道的第二端连接到连接器。

Cell culture system and method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】细胞培养系统和方法
本专利技术涉及用于在培养膜上培养细胞的细胞培养系统。这种系统可以用于机械刺激、灌注和/或互连体内样组织。该系统可以用作模拟单个器官的组织阵列或将不同组织彼此连接的多器官系统或其组合。
技术介绍
再现在体内发现的动态环境和/或不同组织之间的相互影响的人体组织的先进体外模型通常是复杂的系统，其使得它们的构造和处理复杂并且与广泛用于制药行业的自动移液机器人不相容。在过去十年中已经提出了几种旨在提供灌注细胞培养系统的方法，其中大多数方法依赖于集成的蠕动泵或基于加压细胞培养基储器的系统。例如，WO2014/018770A1描述了一种用于培养细胞的模块化装置，其包括可逆地联接到控制板的细胞培养器皿阵列，所述控制板集成了致动器以在细胞培养器皿之间输送流体流。此外，在WO2014/048637A1中，类似的方法用于多器官芯片器件，其包括独立的循环系统，由集成在微流体芯片中的蠕动微型泵驱动。更进一步地，WO2013/082612A1描述了一种系统，其通过使用加压系统并行地灌注细胞培养物来避免泵阵列的集成。具有生物反应器阵列的多孔板配备有紧密调节的盖玻片，以对位于下方的储器加压。该系统的主要缺点是由于紧密附着在孔板上的盖玻片而不能在灌注期间接近细胞。此外，由于与多个流体管连接的盖玻片，系统不易操纵。然而，即使所提到的系统是模块化的并且可以用于自动或半自动过程中，它们也不允许模拟其中细胞或载持细胞的基质例如由于压缩和张力等机械力而受压的真实状况。因此，需要一种系统和方法，其允许模块化自动细胞培养应用并且能够尽可能接近体内状况模拟培养细胞的状况。
技术实现思路
根据本专利技术，这种需要通过如由独立权利要求1的特征定义的细胞培养系统来解决。优选实施例是从属权利要求的主题。特别地，提出了一种细胞培养系统，其包括对接站、操纵单元、培养模块和致动层。优选地，该系统设置有至少两个结构相同的培养模块。该培养模块具有培养孔。操纵单元具有用于容纳培养模块和致动层的座以及具有与培养孔相关联的致动内孔的底部，并且底部通过致动层与培养模块分离。对接站具有用于将操纵单元可拆卸地保持在预定位置的联接结构和致动进给通道，其中，当操纵单元由联接结构保持在预定位置时，致动进给通道的第一端连接到致动内孔并且致动进给通道的第二端连接到连接器。优选地，操纵单元根据微孔板标准确定尺寸。这些标准尤其可以是针对微量滴定板建立的标准，例如具有96个孔、384个孔或1536个孔的标准微量滴定板。普遍的这种标准由生物分子筛选协会(SBS)开发并由美国国家标准学会(ANSI)批准。这些标准定义了长度为127.76mm、宽度为85.48mm且高度为14.35mm的微量滴定板，包括96、384或1536个孔[见生物分子筛选协会ANSI/SBS1-2004：微孔板-足迹尺寸，ANSI/SBS2-2004：微孔板-高度尺寸，ANSI/SBS3-2004：微孔板-底部外侧法兰尺寸和ANSI/SBS4-2004：微孔板-孔位。http://www.sbsonline.org：生物分子筛选学会，2004]。使用这种标准化模块允许使用常用工具(例如移液机器人等)来应用该系统。特别是它可以与标准设备兼容，例如通常用于细胞生物学实验室中的多管移液器和自动移液机器人。培养模块可以与操纵单元成一体或固定地容纳在操纵单元的座上。然而，优选地，操纵单元的座布置成用于可拆卸地容纳培养模块和致动层，致动内孔与培养孔相关联，并且当培养模块布置在座中时，底部通过致动层与培养模块分离。与操纵单元的座和对接站的联接结构相关的术语“可拆卸地”涉及可释放的保持或联接。由此，操纵单元可以根据需要联接到对接站和从其中释放。类似地，培养模块可以根据需要被保持在操纵单元的座中和从其中释放。在一个实施例中，致动层可以用于培养或生长细胞。这可以允许减少系统中的部件数量并提供相对简单的结构。然而，培养模块优选具有将培养孔分成顶端培养室和基础培养室的培养膜。当应用细胞培养系统时，可以在培养模块的培养孔中的培养膜或致动层的一侧或两侧接种和生长细胞。像这样，细胞可以在培养孔的顶端以及基底外侧或基底腔室中生长。为了模拟它们在体内发生时的条件，可以通过向对接站的致动进给通道的连接器提供过压或欠压/负压来改变例如基底外侧腔室中的压力。经由致动进给通道和致动内孔，压力变化引起致动膜的正偏转或负偏转，例如被推离致动内孔或被拉入致动内孔中，致动膜将致动内孔与培养模块的培养孔分开。这样一来，培养孔内部例如其基底外侧腔室中的压力相应地改变，这引起培养膜的相应正偏转或负偏转。这样一来，可以模拟现实生活或体内条件，这使得细胞暴露的条件更加真实。例如，膜可以像在肺中那样移动或受压。附加地或替代地，所提及的压力可以引起培养孔内的介质流量的变化。因此，施加至致动层的压力可用于控制介质的流动。在一个特别有效的实施例中，培养模块具有多个培养孔。例如，它可以具有一行或多行或系列的培养孔。它也可以配备多个入口孔和出口孔，如下面更详细描述的。因此，多个入口孔和出口孔可以平行于所述一行或多行的一系列培养孔延伸。特别地，所述一行或多行的一系列培养孔可以布置在入口孔与出口孔之间。该细胞培养系统可以设计为可以暴露于各种机械应力的类似组织的阵列，例如呼吸的循环应力、由灌注诱发的剪切应力或诸如压缩或张力的其它机械力或其组合。操纵单元底部处的可加压内孔的位置允许细胞培养模块和操纵单元完全没有管子。因此，它可以很容易地设计成与自动移液机器人或标准显微镜系统兼容。由于该系统允许复杂地偏转或加压培养膜和粘附于其上的细胞，所以它允许模拟来自特定组织微环境的生物物理因子的效应，以预测化合物或组分在人或动物体内的体内响应。它还允许研究化合物或组分在特定组织或组织群组上的药物代谢动力学行为。该系统还可用于评估化合物或组分的全身响应。该系统的另一个应用是测试患者自身的细胞以定制和优化每名患者的治疗处理。通过在系统中设置对接站和操纵单元，可以实现相对高的模块性和灵活性。此外，效率可以相对高，因为系统允许简单的实时操纵和/或交换单个部件，例如培养模块等。特别地，根据本专利技术的细胞培养系统的操纵单元允许一方面与培养模块或多个培养模块相互作用以及另一方面还与对接站相互作用。除了其它之外，操纵单元可以被建立为培养模块与对接站之间的功能界面。由此，可以使对接站的致动进给通道和培养模块的培养孔经由操纵单元的致动内孔在功能上彼此连接而不需要任何管子等。这样一来，可以经由对接站和操纵单元有效地将压力施加到致动层。任选地，培养模块和对接站的其它结构也经由设置在操纵单元中的通道等连接。例如，可以提供额外的微通道以便输送细胞培养基等。在任何情况下，仅当操纵单元与培养模块一起对接或放置在对接站中时，操纵单元才可以形成微流体通道布置。因此，操纵单元允许无管地连接培养模块和对接站的通道和孔，这可以使系统的操纵相当容易。更具体地，通过为操纵单元的底部配备致动内孔并相应地为对接站配备与致动内孔配合的致动进给通道，该构造可以相对简单和坚固。特别地，可以避免的是管子必须附接到培养模块或操纵单元上。相反，该系统允许固定地安装对接站并将其连接到适合的管子或管，并且根据需要布置和重新布置操纵单元和培养模块而无需任何麻烦的安装步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种细胞培养系统(100；200；300；400；600；700；800；900；1300；1400；1600)，包括对接站(104，105；204，205；704，705)、操纵单元(102；202；302；402；702；802；902)、培养模块(101；201；301；401；701；801；901)和致动层(120；220；320；420；720；820；920)，其中所述培养模块(101；201；301；401；701；801；901)具有培养孔；所述操纵单元(102；202；302；402；702；802；902)具有用于容纳所述培养模块(101；201；301；401；701；801；901)和所述致动层(120；220；320；420；720；820；920)的座(147)，以及具有与所述培养孔相关联的致动内孔的底部，其中所述底部通过所述致动层(120；220；320；420；720；820；920)与所述培养模块(101；201；301；401；701；801；901)分开；并且所述对接站(104，105；204，205；704，705)具有用于将所述操纵单元(102；202；302；402；702；802；902)可拆卸地保持在预定位置的联接结构(146)和致动进给通道，其中，当所述操纵单元(102；202；302；402；702；802；902)由所述联接结构(146)保持在所述预定位置时，所述致动进给通道的第一端连接到所述致动内孔并且所述致动进给通道的第二端连接到连接器(149；734；834)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.24 EP 16200451.91.一种细胞培养系统(100；200；300；400；600；700；800；900；1300；1400；1600)，包括对接站(104，105；204，205；704，705)、操纵单元(102；202；302；402；702；802；902)、培养模块(101；201；301；401；701；801；901)和致动层(120；220；320；420；720；820；920)，其中所述培养模块(101；201；301；401；701；801；901)具有培养孔；所述操纵单元(102；202；302；402；702；802；902)具有用于容纳所述培养模块(101；201；301；401；701；801；901)和所述致动层(120；220；320；420；720；820；920)的座(147)，以及具有与所述培养孔相关联的致动内孔的底部，其中所述底部通过所述致动层(120；220；320；420；720；820；920)与所述培养模块(101；201；301；401；701；801；901)分开；并且所述对接站(104，105；204，205；704，705)具有用于将所述操纵单元(102；202；302；402；702；802；902)可拆卸地保持在预定位置的联接结构(146)和致动进给通道，其中，当所述操纵单元(102；202；302；402；702；802；902)由所述联接结构(146)保持在所述预定位置时，所述致动进给通道的第一端连接到所述致动内孔并且所述致动进给通道的第二端连接到连接器(149；734；834)。2.根据权利要求1所述的细胞培养系统(100；200；300；400；600；700；800；900；1300；1400；1600)，其中所述培养模块(101；201；301；401；701；801；901)具有将培养孔分成顶端培养室(122；222；322；422；722；822；922)和基础培养室(123；223；323；423；723；823；923)的培养膜(112；212；312；412；712；812；912)。3.根据权利要求1或2所述的细胞培养系统(100；200；300；400；600；700；800；900；1300；1400；1600)，其中所述操纵单元(102；202；302；402；702；802；902)的座(147)布置成可拆卸地容纳所述培养模块(101；201；301；401；701；801；901)和所述致动层(120；220；320；420；720；820；920)；并且所述致动内孔与所述培养孔相关联，并且当所述培养模块(101；201；301；401；701；801；901)布置在所述座(147)中时，所述底部通过所述致动层(120；220；320；420；720；820；920)与所述培养模块(101；201；301；401；701；801；901)分开。4.根据前述权利要求中任一项所述的细胞培养系统(100；200；300；400；600；700；800；900；1300；1400；1600)，其中所述培养模块(101；201；301；401；701；801；901)具有入口孔(125；225；325；425；725；925)和出口孔；所述操纵单元(102；202；302；402；702；802；902)的底部具有入口内孔和出口内孔，其中，当所述培养模块(101；201；301；401；701；801；901)布置在所述座(147)中时，所述入口内孔与所述入口孔(125；225；325；425；725；925)相关联并且所述出口内孔与所述出口孔相关联；并且所述对接站(104，105；204，205；704，705)具有入口进给通道和出口进给通道，其中，当所述操纵单元(102；202；302；402；702；802；902)由所述联接结构(146)保持在所述预定位置时，所述入口进给通道的第一端连接到所述入口内孔，所述出口进给通道的第一端连接到所述出口内孔，并且所述入口进给通道和出口进给通道各自的第二端连接到连接器。5.根据前述权利要求中任一项所述的细胞培养系统(100；200；300；400；600；700；800；900；1300；1400；1600)，包括压力控制单元(106，107；206，207)，所述压力控制单元具有泵装置、连接到所述泵装置的至少一个端口和用于控制所述泵装置的处理器，使得在所述至少一个端口中的每个端口处可单独调节压力。6.根据权利要求4或5所述的细胞培养系统(100；200；300；400；600；700；800；900；1300；1400；1600)，其中，所述细胞培养模块(101；201；301；401；701；801；901)具有布置在所述培养模块(101；201；301；401；701；801；901)的顶部处的罩帽(931)，所述罩帽(931)包括经由所述培养模块(101；201；301；401；701；801；901)和所述操纵单元(102；202；302；402；702；802；902)连接到所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·T·盖纳特，J·D·斯塔基，M·艾斯克利曼，C·莱绍，
申请(专利权)人：阿尔维欧里克斯股份公司，伯尔尼大学，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH