利用透气性材料进行细胞培养的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了利用透气性材料进行细胞培养的方法及装置，其中包括具有较高的培养基高度和特定的透气性表面面积与培养基体积之比的细胞培养装置和方法。所述装置和方法有效地改进了细胞培养并提高了效率。

【技术实现步骤摘要】
利用透气性材料进行细胞培养的方法及装置本申请是分案申请，其原申请的申请号为200480032684.8，PCT申请号为PCT/US2004/033297，申请日为2004年10月8日，专利技术名称为“利用透气性材料进行细胞培养的方法及装置”。相关申请本申请要求2003年10月8日提交的美国临时申请No.60/509,651的优先权，在此将其以参考的方式全部引入本文。
本专利技术的
涉及提高细胞培养效率的方法及装置。所述方法和装置利用用于气体交换的透气性材料，可增加用于细胞培养的培养基的高度，降低透气装置的表面积与培养基体积容量的比例，并且整合了传统的细胞支持支架。所述方法及装置具有多种益处，包括更有效地使用了库存空间、培养箱空间、处置空间和劳力以及降低了污染风险。
技术介绍
细胞的培养是生物技术的关键因素。在研究阶段，细胞培养的量少，但当研究转向有利于人类和动物健康的目的时，培养的量通常会增加。这种数量的增加通常被称为放大。某些用于研究阶段细胞培养的装置和方法已经发展成熟，这是因为它们允许培养多种不同的细胞，因此对于大多数使用者是有用的。这些装置包括多孔组织培养板、组织培养瓶、滚瓶和细胞培养袋。令人遗憾的是，这些装置效率低，并且在放大过程中它们在劳力、污染风险以及费用方面的效率就变得更低了。这就需要开发替代的装置和方法，这类装置和方法用于研究并保持改进的放大研究和放大效率。这个讨论确定了常规技术中的许多缺陷，并且提出解决方法，所述方法随后将进行更详细的描述。对于研究规模的细胞培养来说一个必要的属性是低复杂性。复杂性降到最低的装置不需要辅助设备来混合或灌注用于细胞培养的培养基。它们通常是指静置装置。静置装置可以再分为两大类：1)非透气性且通过气/液界面给细胞提供氧气的装置和2)透气性且通过穿过装置的室以气体交换的方式给细胞提供氧气的装置。传统的陪替氏培养皿、多孔组织培养板、组织培养瓶和多架组织培养瓶属于第一类。细胞培养袋和室化瓶（compartmentalizedflask）属于第二类。由于包括静置装置中培养基驻留高度受限在内的各种原因，所有这些静置装置的效率都很低。由于提供气体交换的方法方面的原因，培养基在陪替氏培养皿、多孔组织培养板、组织培养瓶和多架组织培养瓶中的高度受限。为了满足细胞的需要，氧气必须从气/液界面扩散到装置中驻留有细胞的下表面。为了确保充足的氧气供应，推荐在这些装置中所采用的用于细胞培养的培养基的最高高度为约3mm。培养基的高度受限会导致各种缺陷。这会形成很小的只能支持少量细胞的培养基体积。培养基需要连续地取出和添加以维持培养，由此增加了操作的频度、劳力和污染风险。在装置中培养更多细胞的唯一方式是使装置的占地面积更大，从而可以存在更多的培养基。制造占地面积大的装置从制造观点来看是个挑战，很快超过了在典型培养箱和无菌工作台中可用的空间，使装置更加难以操作。因此，可商购获得的细胞培养装置是小的。因此，放大培养需要多个装置或选择更精密、复杂而昂贵的替代方式。依靠气/液界面来发挥作用的静置装置存在一些固有的问题，组织培养瓶就是一个很好实例。组织培养瓶中允许细胞驻留表面的面积范围典型地为25cm2至225cm2。推荐用于组织培养瓶的培养基高度在2mm和3mm之间。例如，推荐它的T-225cm2瓶工作体积为45ml～67.5ml。因此，1000ml的培养物需要15～22个T-225cm2瓶。这样不仅需要给15～22个装置装料，从而导致劳力和污染风险增加，而且由于培养瓶以容纳约95%气体和仅5%的培养基的方式进行设计，因此空间的利用效率非常之低。例如，典型的T-175瓶的占地面积约为23cm长×11cm宽，高约3.7cm，因此占约936cm3的空间。然而操作时所述培养瓶典型地具有不超过约50ml的培养基。因此，在瓶体(50ml)中存在的培养基相对于瓶体(936cm3)所占的空间显示出培养瓶容量几乎95%只不过是气体。空间的低效利用除了浪费宝贵的培养箱空间外，还增加了运输、灭菌、储存和处置的费用。常用于研究规模的细胞培养的装置的另一个例子是多孔组织培养板。对于传统的组织培养瓶，将气/液界面保持在每一个孔的底部上仅2mm至3mm的高度是标准的操作方法。当在细胞培养实验室中移动板时，为了防止溅出，典型的可商购获得的96孔组织培养板的每个孔约9mm深。对于6孔组织培养板，深度增加至约18mm。在96孔板的情况中，气体约占每个孔的75%，而培养基约占每个孔的25%。在6孔板的情况中，气体约占每个孔的95%，而培养基约占每个孔的5%。这种低效的几何形状增加了装置运输、灭菌、储存和处置的费用。在许多应用中，需要通过取出或替换少量的培养基来经常供给培养物是会有问题的。例如，如果多孔组织培养板的目的是为了进行试验，则操作培养基可能会影响到那些试验的结果。而且，由于培养基的量如此之少，只要少量蒸发就可能会发生溶质浓度的不利变化。允许培养基以较高的高度驻留而不损害细胞培养功能的多孔组织培养板，由于使需要保持培养物存活的操作最小化并且减少因蒸发引起的浓度变化的量，因此优于那些传统的培养板。频繁地更换培养基不仅耗时、昂贵，并且导致污染风险的增加。通过特定的液体操作设备如多道移液枪来缓解所述问题的尝试并没有针对问题的来源，即低培养基高度。最好的解决方法是允许在每一个孔中驻留更多的培养基。遗憾地是，这种方法对于传统培养板是不可能的，这是因为传统培养板需要通过气/液界面的方式进行气体交换。需要有更好的替代传统装置的方式。如果有这样的组织培养装置：不仅仅依靠气/液界面来发挥作用，与使用传统培养瓶和多孔板一样容易，允许在具有同样的占地面积的装置中培养更多的细胞，并且容易地和线性地放大，这些有效的改善将使使用细胞来促进人类和动物健康所需费用的降低。本文将显示如何使用透气性材料和新的构造来达到这个目的。已有不采用气/液界面作为气体交换唯一来源的细胞培养装置的提议，并且已经使所述细胞培养装置进入市场。这种方式依赖于使用下部的透气性膜来将气体交换带到培养基的底部。与仅仅依赖于气/液界面的装置相反的是，这种细胞培养装置允许更多的气体交换。所述提议和可商购获得的装置包括细胞培养袋、室化的透气瓶、透气筒、透气性陪替氏培养皿、透气性多孔板和透气性滚瓶。令人遗憾的是，所述的每一种透气装置都存在其所固有的低效率和放大缺陷。细胞培养袋、透气筒、透气性陪替氏培养皿、透气性多孔板、室化的透气瓶和透气滚瓶的主要缺陷包括培养基高度受限、透气表面的面积与培养基体积的比例过大、和对用于培养贴壁细胞的几何形状欠佳。结果使得为放大而必需采用大量的装置、限制了装置设计的选择方案以及随着放大的发生而增加费用和复杂性。对围绕着透气装置的现有技术所进行的仔细调查证明了传统观念和装置设计是如何限制培养基高度和驻留于装置中的培养基的体积的。1976年，在题目为DiffusioninTissueCulturesonGas-permeableandImpermeableSupports(Jensen等，J.Theor.Biol.56，443-458(1976))的文章中，分析了由透气膜制成的封闭容器的操作理论。Jensen等将扩散描述为培养基中溶质运输的方式，并且该文章本文档来自技高网...

【技术保护点】
静置的细胞培养装置，所述细胞培养装置包括容器，所述容器包括形成细胞培养室的侧壁和基本水平的底壁，所述细胞培养室具有入口，所述底壁由透气性材料构成，所述侧壁的至少一部分构造成具有从所述底壁起超过2.0cm的高度，使得细胞培养基能够驻留在从所述底壁起超过2.0cm的高度。

【技术特征摘要】
2003.10.08 US 60/509,6511.单室静置的细胞培养装置，所述细胞培养装置包括形成细胞培养室的侧壁和基本水平的底，所述细胞培养室具有入口，所述底由透气性材料构成，所述细胞培养装置还包括透气性材料支持物，所述透气性材料支持物与所述透气性材料接触，并且作用是确保下部的透气性材料与周围气体接触，所述装置能够容纳一定体积的培养基，从而使所述体积的培养基与所述透气性材料接触，并且所述体积的最上面是能够容纳培养基的所述单室的至少一部分，其中所述培养基的最上部分位于距离所述培养基的最下部分超过5.09cm的高度。2.如权利要求1所述的装置，在能够容纳培养基的所述单室中，所述培养基的最上部分位于距离所述培养基的最下部分超过10.20cm的高度。3.如权利要求1所述的装置，在能够容纳培养基的所述单室中，所述培养...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·R·威尔逊，道格拉斯·A·佩奇，丹·韦尔奇，艾莉森·罗贝克，
申请(专利权)人：威尔森沃尔夫制造公司，
类型：发明
国别省市：