【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开一般涉及用于培养细胞的基材，以及用于容纳其的生物反应器，它们能够实现在细胞培养期间对基材进行采样。具体地，本公开涉及细胞培养基材和包含所述基材的生物反应器，其允许从生物反应器中移除样品，以允许在细胞培养过程期间和/或之后对基材的部分进行无菌取样，以监测培养物的健康以及培养和其他过程的进展。
技术介绍
1、在生物加工产业中，为了激素、酶、抗体、疫苗的生产以及细胞疗法，进行大规模的细胞培养。细胞和基因疗法市场正在快速增长，有前景的治疗进入临床试验并迅速走向商业化。然而，一个细胞疗法剂量可能需要几十亿个细胞或几万亿个病毒。因此，能够在短时间内提供大量细胞产品对于临床成功至关重要。
2、生物加工中使用的大部分细胞是锚着依赖性的，这意味着细胞需要表面来粘附才能生长和发挥功能。传统上，贴壁细胞的培养在粘附细胞的二维(2d)表面上进行，这些表面被包含在多种容器形式的一种中，这些容器形式例如t形瓶、皮氏培养皿、细胞工厂、细胞堆叠容器、滚瓶和容器。这些方式可能具有显著的缺点，包括难以达到足够高的细胞密度以使其适用于大规模生产细胞或疗法。
3、已经提出了替代性方法来增加所培养的细胞的体积密度。这些包括在搅拌罐中进行的微载体培养。在这种方式中，附着于微载体表面的细胞经受恒定的剪切应力，导致对增殖和培养性能有显著影响。高密度细胞培养系统的另一个实例是中空纤维生物反应器，在该生物反应器中，当细胞在纤维间隙空间中增殖时，细胞可以形成大型三维聚集体。然而，细胞生长和性能因为缺乏营养物质而被大大抑制。为了缓解这一问题，将这些生物反
4、用于锚着依赖性细胞的高密度培养系统的另一个实例是填充床生物反应器系统。在这种生物反应器类型中，使用细胞基材来提供用于贴壁细胞附着的表面。培养基沿着表面或通过半多孔基材灌注，以提供细胞生长所需的营养物和氧气。例如，包含用于捕获细胞的支持物或基质系统的填充床的填充床生物反应器系统先前已经公开于第4,833,083号；第5,501,971号和第5,510,262号美国专利中。填充床基质常由用作基材的多孔颗粒或者聚合物的非织造微纤维制成。这种生物反应器起到再循环流通生物反应器的作用。这种生物反应器的重大问题之一是填充床中的细胞分布不均匀。例如，填充床用作深层过滤器，并且细胞主要在入口区域处被捕获，导致在接种步骤期间产生细胞分布梯度。此外，由于纤维随机填充，填充床截面的流动阻力和细胞捕获效率不均匀。例如，培养基快速流过细胞堆积密度低的区域，而缓慢流过因为被捕获的细胞数目较高而导致阻力较高的区域。这产生了通道效应，其中营养物和氧气更有效地输送到细胞体积密度较低的区域，而细胞密度较高的区域则保持在次优培养条件下。
5、现有技术中公开的填充床系统的另一个显著缺点是不能够在培养过程结束时有效地收获完整的活细胞。如果最终产品是细胞，或者如果生物反应器被用作“种子培养”的部分，则细胞收获是重要的，在“种子培养”中，细胞群在一个容器中生长，然后转移到另一个容器用于进一步的细胞群生长。第9,273,278号美国专利公开了用于在细胞收获步骤期间提高从填充床回收细胞的效率的生物反应器设计。其是基于使填充床基质疏松并且搅动或搅拌填充床颗粒，以使多孔基质碰撞并因此使细胞脱粘。然而，该方法是费力的，并且可能造成显著的细胞损伤，因此降低了整体细胞活力。
6、一些现有的生物反应器解决方案使用小的细胞基材材料条带，该材料由以非织造布置的随机取向纤维组成。这些条带被填充到容器中以建立填充床。然而，与市场上的类似解决方案一样，这种类型的填充床基材也存在缺陷。具体地，基材条带的不均匀填充在填充床内产生可见的通道，导致培养基流和营养物优先通过填充床且不均匀分布。这类系统的研究指出，“细胞的系统性不均匀分布，并且细胞数量从固定床的顶部到底部增加”，以及“营养梯度……导致细胞生长和繁殖受限”，所有这些都导致“细胞分布不均，这可能削弱转染效率。”[rational plasmid design and bioprocess optimization to enhancerecombinant adeno-associated virus(aav)productivity in mammalian cells(合理的质粒设计和生物工艺优化以提高哺乳动物细胞中重组腺相关病毒(aav)的生产力)。biotechnol.j.2016,11,290–297]。研究指出，填充床的搅动可以改善分散，但也会有其他缺点(即，“在接种和转染期间为更好的分散所必需的搅动会导致剪切应力增加，进而导致细胞活力降低”。同上)。另一项研究指出，细胞的不均匀分布使得使用生物质传感器监测细胞群变得困难(“……如果细胞分布不均匀，来自顶部载体上的细胞的生物质信号可能无法显示生物反应器总体”。process development of adenoviral vector production infixed bed bioreactor:from bench to commercial scale(固定床生物反应器中腺病毒载体生产的工艺开发：从实验室到商业规模)。human gene therapy(《人类基因疗法》)，第26卷，第8期，2015年)。
7、此外，由于如上所述的基材条带中纤维的随机布置以及生物反应器中的一个填充床和另一个填充床之间的条带填充的变化性，客户可能难以预测细胞培养性能，因为培养物之间的基材不同。另外，随机填充的基材自身具有随机结构，这使得有效收获细胞变得非常困难或不可能，因为据信细胞被填充床截留。
8、虽然利用现有平台生产用于早期临床试验的病毒载体是可能的，但需要能够生产更多高质量产品的平台，以达到后期商业生产规模。
9、此外，期望能够对用于培养细胞或制备aav或建立种子培养的生物反应器进行监测，以促进用于生物化学生产的细胞扩增。当使用贴壁细胞反应器时，生长培养基样品不包含细胞，或者含有的细胞至少不达到可用于监测粘附基材上培养物状态的程度。
10、需要能够以高密度形式培养细胞，并且具有均匀的细胞分布，以及容易获得和收获收率增加的细胞培养基质、系统和方法，同时，该细胞培养基质、系统和方法还能够使用户在细胞培养过程期间和/或之后通过检查基材上的细胞来监测细胞培养过程的状态，包括无菌监测基材。
技术实现思路
1、根据本公开的实施方式，公开了一种细胞培养基材，其允许对所有或一部分的基材进行采样，以监测细胞培养物的状态或健康情况。实施方式包括多层固定床细胞培养基质，其具有专门设计成能够实现该采样的一个或多个层。实施方式还包括具有此类细胞培养基材和/或基质的固定床生物反应器。
2、为了能够估算细胞数目及其在贴壁细胞生物反应器床中的分布和健康情况，一种方法采用在细胞培养或细胞扩增过程中移除一部分的基材。通过在过程期间采样，可利用细胞培养运行的信息来评估过程的品质和性能。细胞计数可从样品来估计，并且通过在不同时间采样，可以监测生长。该本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于培养细胞的固定床生物反应器组件，所述组件包括：
2.如权利要求1所述的固定床生物反应器组件，其中，套筒和多个细胞培养基材层可移除地位于生物反应器容器中。
3.如权利要求2所述的固定床生物反应器组件，其中，套筒和多个细胞培养基材层可一起通过生物反应器容器的顶部或底部中的开口至少部分地滑出生物反应器容器。
4.如权利要求3所述的固定床生物反应器组件，其中，当至少部分滑出生物反应器容器时，所述至少一个样品可及窗脱离生物反应器容器的侧壁，使得可移除细胞培养基材的一个或多个层以用于取样。
5.如前述权利要求中任一项所述的固定床生物反应器组件，其中，套筒周向包裹所述多个细胞培养基材层。
6.如权利要求5所述的固定床生物反应器组件，其中，样品可及窗的开口由一部分的套筒限定，该部分的套筒比另一部分的套筒包裹更少的多个细胞培基材层的周界。
7.如前述权利要求中任一项所述的固定床生物反应器组件，其中，开口的宽度小于要移除的细胞培养基材的一个或多个层的最大宽度。
8.如前述权利要求中任一项所述的固定床生物反
9.如权利要求8所述的固定床生物反应器组件，其中，所述至少一个样品可及窗设置在生物反应器容器的底部区域、生物反应器容器的中间区域和生物反应器容器的顶部区域中的一者或多者中。
10.如前述权利要求中任一项所述的固定床生物反应器组件，其还包括设置在套筒上的一个或多个密封件。
11.如权利要求10所述的固定床生物反应器组件，其中，密封件沿着样品可及窗的开口的边缘设置。
12.如权利要求10或权利要求11所述的固定床生物反应器组件，其中，密封件与生物反应器容器的侧壁形成过盈配合。
13.如前述权利要求中任一项所述的固定床生物反应器组件，其中，多个细胞培养基材层中的每个层包括多个织造纤维。
14.如前述权利要求中任一项所述的固定床生物反应器组件，其中，细胞培养基材包含以堆叠构造布置的多个层。
15.一种从生物反应器容器采样细胞培养基材的方法，所述方法包括：
16.如权利要求15所述的方法，其还包括在移除所述一个或多个层后，将细胞培养基材层的套筒重新插入到生物反应器容器中。
17.如权利要求15或权利要求16所述的方法，其中，移除所述一个或多个层发生在活性细胞培养期间。
18.一种用于培养细胞的固定床生物反应器系统，其包括：
19.如权利要求18所述的固定床生物反应器系统，其中，采样卷轴包括贯通开口，通过该贯通开口，基材样品能够从内部空间传递进入到采样卷轴中。
20.如权利要求18或权利要求19所述的固定床生物反应器系统，其中，采样卷轴通过鞍形壳体固定到生物反应器容器的外部，所述鞍形壳体形成采样卷轴的外壳的至少一部分。
21.如权利要求19或权利要求20所述的固定床生物反应器系统，其中，采样卷轴的贯通开口与所述至少一个端口对准。
22.如权利要求18-21中任一项所述的固定床生物反应器系统，其中，采样卷轴还包括壳体盖，其形成采样卷轴的外壳的至少一部分。
23.如权利要求18-22中任一项所述的固定床生物反应器系统，其中，采样卷轴还包括样品开口。
24.如权得要求23所述的固定床生物反应器系统，其中，样品开口被设置在壳体盖与鞍形壳体之间。
25.如权利要求23或权利要求24所述的固定床生物反应器系统，其中，样品开口被构造成允许通过样品开口从采样卷轴取出基材样品到生物反应器系统的外部。
26.如权利要求18-25中任一项所述的固定床生物反应器系统，其中，采样卷轴还包括绕轴，所述绕轴被构造成抓取一部分的样品基材，所述绕轴是可旋转的，以使得当绕轴旋转时，样品基材绕着绕轴缠绕。
27.如权利要求26所述的固定床生物反应器系统，其中，采样卷轴还包括设置在采样卷轴的绕轴与外壳之间的样品筒。
28.如权利要求27所述的固定床生物反应器系统，其中，采样卷轴还包括一系列静环O形圈，其被固定到鞍形壳体，并且被构造成在鞍形壳体与样品筒之间的空间中建立密封，从而能够实现样品基材的无菌采样。
29.如权利要求27或权利要求28所述的固定床生物反应器系统，其中，样品筒还包括筒开口，其被构造成允许样品基材在样品筒中传递到绕轴。
30.如权利要求18-29中任一项所述的固定床生物反应器系统，其中，采样卷轴被构造成以第一方向旋转以从内部空间取出样品基...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于培养细胞的固定床生物反应器组件，所述组件包括：
2.如权利要求1所述的固定床生物反应器组件，其中，套筒和多个细胞培养基材层可移除地位于生物反应器容器中。
3.如权利要求2所述的固定床生物反应器组件，其中，套筒和多个细胞培养基材层可一起通过生物反应器容器的顶部或底部中的开口至少部分地滑出生物反应器容器。
4.如权利要求3所述的固定床生物反应器组件，其中，当至少部分滑出生物反应器容器时，所述至少一个样品可及窗脱离生物反应器容器的侧壁，使得可移除细胞培养基材的一个或多个层以用于取样。
5.如前述权利要求中任一项所述的固定床生物反应器组件，其中，套筒周向包裹所述多个细胞培养基材层。
6.如权利要求5所述的固定床生物反应器组件，其中，样品可及窗的开口由一部分的套筒限定，该部分的套筒比另一部分的套筒包裹更少的多个细胞培基材层的周界。
7.如前述权利要求中任一项所述的固定床生物反应器组件，其中，开口的宽度小于要移除的细胞培养基材的一个或多个层的最大宽度。
8.如前述权利要求中任一项所述的固定床生物反应器组件，其中，所述至少一个样品可及窗沿着生物反应器容器的高度设置在多个预定位置处。
9.如权利要求8所述的固定床生物反应器组件，其中，所述至少一个样品可及窗设置在生物反应器容器的底部区域、生物反应器容器的中间区域和生物反应器容器的顶部区域中的一者或多者中。
10.如前述权利要求中任一项所述的固定床生物反应器组件，其还包括设置在套筒上的一个或多个密封件。
11.如权利要求10所述的固定床生物反应器组件，其中，密封件沿着样品可及窗的开口的边缘设置。
12.如权利要求10或权利要求11所述的固定床生物反应器组件，其中，密封件与生物反应器容器的侧壁形成过盈配合。
13.如前述权利要求中任一项所述的固定床生物反应器组件，其中，多个细胞培养基材层中的每个层包括多个织造纤维。
14.如前述权利要求中任一项所述的固定床生物反应器组件，其中，细胞培养基材包含以堆叠构造布置的多个层。
15.一种从生物反应器容器采样细胞培养基材的方法，所述方法包括：
16.如权利要求15所述的方法，其还包括在移除所述一个或多个层后，将细胞培养基材层的套筒重新插入到生物反应器容器中。
17.如权利要求15或权利要求16所述的方法，其中，移除所述一个或多个层发生在活性细胞培养期间。
18.一种用于培养细胞的固定床生物反应器系统，其包括：
19.如权利要求18所述的固定床生物反应器系统，其中，采样卷轴包括贯通开口，通过该贯通开口，基材样品能够从内部空间传递进入到采样卷轴中。
20.如权利要求18或权利要求19所述的固定床生物反应器系统，其中，采样卷轴通过鞍形壳体固定到生物反应器容器的外部，所述鞍形壳体形成采样卷轴的外壳的至少一部分。
21.如权利要求19或权利要求20所述的固定床生物反应器系统，其中，采样卷轴的贯通开口与所述至少一个端口对准。
22.如权利要求18-21中任一项所述的固定床生物反应器系统，其中，采样卷轴还包括壳体盖，其形成采样卷轴的外壳的至少一部分。
23.如权利要求18-22中任一项所述的固定床生物反应器系统，其中，采样卷轴还包括样品开口。
24.如权得要求23所述的固定床生物反应器系统，其中，样品开口被设置在壳体盖与鞍形壳体之间。
25.如权利要求23或权利要求24所述的固定床生物反应器系统，其中，样品开口被构造成允许通过样品开口从采样卷轴取出基材样品到生物反应器系统的外部。
26.如权利要求18-25中任一项所述的固定床生物反应器系统，其中，采样卷轴还包括绕轴，所述绕轴被构造成抓取一部分的样品基材，所述绕轴是可旋转的，以使得当绕轴旋转时，样品基材绕着绕轴缠绕。
27.如权利要求26所述的固定床生物反应器系统，其中，采样卷轴还包括设置在采样卷轴的绕轴与外壳之间的样品筒。
28.如权利要求27所述的固定床生物反应器系统，其中，采样卷轴还包括一系列静环o形圈，其被固定到鞍形壳体，并且被构造成在鞍形壳体与样品筒之间的空间中建立密封，从而能够实现样品基材的无菌采样。
29.如权利要求27或权利要求28所述的固定床生物反应器系统，其中，样品筒还包括筒开口，其被构造成允许样品基材在样品筒中传递到绕轴。
30.如权利要求18-29中任一项所述的固定床生物反应器系统，其中，采样卷轴被构造成以第一方向旋转以从内部空间...
【专利技术属性】
技术研发人员：T·Y·布朗，M·F·芬尼根，J·D·弗雷克，D·T·曼宁，S·E·迈耶，D·G·萨宾，J·A·舒尔茨，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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