生物反应器消耗单元制造技术

一种生物反应器消耗单元(50；500)包括：生物反应器部(60)；流体供给容器部(80)，与生物反应器部一体地连接，并包括与生物反应器(60)流体连通的至少一个流体供给容器(82)；以及整体式泵送元件(100、110；160、206)，被构造为使流体能够从至少一个流体供给容器(82)流动到生物反应器(60)。生物反应器部(60)包括生物反应器室(62)和用于在该室中搅拌细胞培养物(66)的搅拌器(64)。该泵送元件包括注射泵(110)和关联的三通阀(102)的组合件。生物反应器消耗单元(50；500)可被插入细胞培养模块(10)的接纳站(20)用以处理和控制生物反应器室(62)中的生物反应。将流体供给容器(82)和泵送元件(100、110；160、206)设置为生物反应器消耗单元(50；500)的整体式部分有助于该处理过程的实施，因为这些组件之间的各种流体连接已被建立。注射泵(110)提供流体至生物反应器室(62)的精确分配。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及用于细胞培养物的生物反应器处理系统的领域。更具体地，本专利技术涉及生物反应器消耗单元，以改进生物反应器的操作和设置及其相关的流体供给。在整个文件中，术语“细胞培养物”应被理解为不仅包括哺乳动物的细胞培养物，而且还包括昆虫、藻类、植物和微生物的细胞培养物(发酵)和任何其它类型的细胞，以及其它生化过程或细胞过程，例如但不限于生物转化、转染、瞬时蛋白表达、无细胞的生物系统。然而，本发明也可用于其它的非生物的过程。
技术介绍
通过对多种参数的细致控制，在生物反应器内产生细胞培养物，这些细胞培养物是由悬浮生长于溶液中的生长培养基中或悬浮颗粒的表面上的细胞组成的。这些生物反应器可以处理大量的细胞培养溶液。例如，大规模的生物反应器可能具有1-20000升、甚至高达50000升的容量。在生物反应器中，细致地控制细胞所暴露在的环境很重要。环境的细微改变可以对细胞的生物机能和由每个细胞产生的目标产物(例如重组蛋白)的量(产物滴度)产生重大的影响。这反过来又对生产过程的经济性产生重大的影响。必须控制的参数包括细胞可使用的氧和二氧化碳(溶解的氧和CO2)的浓度、pH值、温度和特定的营养素水平(例如葡萄糖浓度)。另外，物理环境也很关键，特别是包括气体分布的形式(例如气泡大小和整体气体流动)的重要组分。最后，液体与细胞的混合也很关键，其会影响反应器中的同质性并进而影响生物反应器中的细胞所暴露的局部环境变化。这些问题在非常大的生物反应器中变得重大。在生物反应器系统中制备产品的公司所面临的主要挑战是为了生产特定产品而对生物反应器内的条件(状况)的优化。用于生产特定产品的特定细胞系(cellline，细胞株)的优化条件能够容易地对产品的产量产生数量级水平的影响，这反过来对生产的经济性有巨大的影响。解决这个问题并不简单；需要控制很多参数，并且最佳的方法可能涉及这些条件随时间的改变。然而，由于缺少可用设备以及操作的巨大成本，探寻改变一系列参数的影响是不现实的。运行一次2l生物反应器的实际成本可能超过$2000。对于更大的规模，迅速增加的成本将变得负担不起。这些问题阻碍了基于用以解决多参数变化的影响的实验方法(通常称为DOE(实验设计))的现代统计学的应用，这类方法通常需要数十个生物反应器实验才能有价值。这种工作产生价值的机会在近些年来有增加，因为监管机构采取了如下措施：如果控制参数中的这类变化的影响已预先被探知，那么一个生产运行中的改变并不必然意味着一个批次自动发生故障(IF)。在没有生物反应器的小规模的高度平行的模型的情况下，这是不可能的，但是这又是生产商保持竞争力所必需的。所面临的另一问题是难以在研发早期选择出在搅拌式生物反应器环境中鲁棒(robust)且多产的细胞系。显然，当需要筛选多达数十乃至数百个细胞系时，已有的生物反应器系统是不实用的。人们已试过了多种小规模方法的生物反应器(例如，摇动的多孔板和瓶)，但是这些生物反应器缺少真实再现具有培养参数的闭环控制的搅拌式通气系统中所存在的条件的能力。迄今为止，小规模的实验运行通常在1至10升容量的个体生物反应器(其容纳包含在溶液中的细胞培养物)中实施。这些实验在细致的监控控制下进行约两周的时间。在这段时期，上文所讨论的输入参数在各个生物反应器之间可以是不同的，且相应的生物反应器的内容物被监测，从而确定哪组参数能实现所希望的最佳结果。然后，可以使用这组参数来将过程的规模升级到满负荷生产规模；目的是使细胞生产或细胞活力最大化，以提高生产效率和/或增加产物滴度产量。培养参数的控制需要考虑以下三方面：i)在给定时间内将参数保持在控制限度内所限定的设定点；ii)随时间推移该参数以受控、计划的方式改变；以及最后iii)该参数在各个生物反应器之间和在各次运行之间的一致性和可再现性。一旦实现这样的控制，则可以改变参数并确定这样的改变对生产能力的影响。可以搅拌生物反应器内的细胞培养溶液以确保同质性。搅拌速率通过细胞的物理环境(例如剪切)对细胞的活力和生产寿命的影响而能够对培养物的生产能力产生重大影响。此外，搅拌速率会直接影响混合并因此影响从气泡输入流进入可供细胞使用的液相的气体的质量传递的效率。对于一特定培养物，必须建立搅拌速率和其潜在负面效果与良好的混合和气体转移的益处之间的平衡。在生产规模下，对反应器的能量输入也成为了重要的经济性考虑因素。在很多已有的小规模系统中，并不搅拌生物反应器器皿的内容物，而是通过摇动来进行搅动。然而尽管这样简化了系统，使得器皿不需要单独的搅拌器，但这并不能产生生产规模条件(内容物被搅拌)下的准确模拟；摇动并不能再现通过搅拌器皿内容物所形成的剪切力。此外，摇动的器皿中的气体转移主要是通过表面通气，而不是将气泡提供到系统的基部，这样就改变了气体转移的动力性和物理环境。如在来自相同申请人的共同待审的欧洲专利申请公开第2270129号(其描述了用于真实地再现较大规模的生物反应器内参数的微小规模的生物反应器系统)中所描述，生物反应器内的细胞培养溶液被搅拌以确保同质性。搅拌速率可通过细胞的物理环境(例如剪切)对细胞的活力和生产寿命的影响而对培养物的生产能力产生重要影响。此外，搅拌速率直接影响混合并因此影响从气泡输入流进入可供细胞使用的液相的气体的质量传递的效率。对于一特定培养物，必须建立搅拌速率和其潜在负面效果与良好的混合和气体转移的益处之间的平衡。在生产规模下，对反应器的能量输入也成为了重要的经济性考虑因素。生物反应器内的气体控制有两个关键方面：即CO2的控制和O2的控制。生物反应器中的溶解氧水平必须保持在一设定水平，以确保对于细胞的一致的可用性，使得新陈代谢不受限制。通常的保持水平在通过气体饱和所实现的最大溶解氧水平的15％至50％之间变化。不同的使用者之间实现这种变化的方法有所不同，有些使用者更愿使用较低的输入浓度和较高的流速，另一些使用者更愿使用较高的输入浓度和较低的流速。对输入流速的控制是关键的，因为这影响其它气体(例如CO2)从培养基脱离。细胞周围的CO2的浓度会对新陈代谢产生重要影响。CO2的控制还另外用于结合培养基中碳酸氢盐基缓冲系统来控制pH值。气泡也是对细胞造成损伤的一个关键源头，且因此控制总气体流入速率是保持细胞活力的一个重要因素。生物反应器中的pH值水平应当保持在预定范围内，该范围可以随着细胞培养物的生长而变化。这一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物反应器消耗单元，包括：生物反应器，其包括室；至少一个流体供给容器，其与所述生物反应器一体地连接，并与所述生物反应器的室流体连通；以及，整体式泵送元件，其构造为使流体能够从所述至少一个流体供给容器流动到所述生物反应器的室，其中，所述泵送元件或每个泵送元件包括注射器和阀。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.01 GB 1311775.91.一种生物反应器消耗单元，包括：
生物反应器，其包括室；
至少一个流体供给容器，其与所述生物反应器一体地连接，并与所述
生物反应器的室流体连通；以及，
整体式泵送元件，其构造为使流体能够从所述至少一个流体供给容器
流动到所述生物反应器的室，
其中，所述泵送元件或每个泵送元件包括注射器和阀。
2.根据权利要求1所述的生物反应器消耗单元，其中，所述阀是主动
阀。
3.根据权利要求1或2所述的生物反应器消耗单元，其中，所述阀包
括三通阀，所述三通阀具有：第一口，直接地联接到所述流体供给容器的
底部处的出口；第二口，直接地联接到所述注射器；以及第三口，经由导
管联接到所述生物反应器。
4.根据权利要求1、2或3所述的生物反应器消耗单元，其中，所述阀
包括用于使转子旋转的装置，所述装置用于使所述转子至少在第一操作位
置与第二操作位置之间旋转：所述第一位置将所述流体供给容器与所述注
射器置为流体连通；而所述第二位置将所述注射器与所述生物反应器安置
为流体连通。
5.根据权利要求4所述的生物反应器消耗单元，其中，用于旋转的所
述装置包括所述转子内的槽。
6.根据前述任一权利要求所述的生物反应器消耗单元，其中，所述至
少一个流体供给容器刚性地附接到所述生物反应器。
7.根据前述任一权利要求所述的生物反应器消耗单元，其中，所述生
物反应器包括用于搅拌所述室中的细胞培养物的装置。
8.根据权利要求7所述的生物反应器消耗单元，其中，用于搅拌的所
述装置包括搅拌器。
9.根据前述任一项权利要求所述的生物反应器消耗单元，包括多个所
述液体供给容器和多个相关联的泵送元件。
10.根据前述任一项权利要求所述的生物反应器消耗单元，其中，所
述至少一个流体供给容器与所述生物反应器室之间的流体连通是无菌的。
11.根据权利要求10所述的生物反应器消耗单元，还包括在所述泵送
元件与所述生物反应器之间的流体流动路径中的无菌过滤器。
12.根据权利要求9或10所述的生物反应器消耗单元，其中，所述阀
包括多于一个的密封构件，所述密封构件将所述流体流动路径与周围环境
分开。
13.根据权利要求10到12中的任一项所述的生物反应器消耗单元，其
中，所述注射器包括多于一个的密封构件，所述密封构件将所述流体流动
路径与周围环境分开。
14.根据前述任一权利要求所述的生物反应器消耗单元，其中，所述
生物反应器还包括流体口，所述流体口用于以下功能的一种或多种：连接
到气体输入供给；气体输出；以及室内容物样本移除。
15.一种生物反应器系统，包括至少一个细胞培养模块，所述细胞培
养模块或每个细胞培养模块包括：
接纳站，用于能移除地接纳生物反应器容器消耗单元；以及
根据前述任一权利要求的生物反应器消耗单元，被接纳在所述接纳站
中。
16.根据权利要求15所述的生物反应器系统，其中，所述细胞培养物
模块或每个细胞培养物模块包括用于致动相关联的生物反应器消耗单元的
所述泵元件的装置，所述装置包括致动器，当生物反应器消耗单元被接纳
在所述接纳站中时，所述致动器连接到所述注射器的柱塞以将所述柱塞移
入到所述注射器中或者将所述柱塞移出所述注射器。
17.根据权利要求16所述的生物反应器系统，其中，所述致动器和所
述柱塞被构造为在所述生物反应器消耗单元插入到所述接纳站时自动连
接。
18.根据权利要求17所述的生物反应器系统，其中，所述致动器和所
述柱塞包括配接扣合部件。
19.根据权利要求15到18中的任一项所述的生物反应器系统，还包括
阀致动器，用以使所述阀至少在第一操作位置与第二操作位置之间切换。
20....

【专利技术属性】
技术研发人员：A·N·巴奇，A·J·史黛丝，S·K·沙利文，
申请(专利权)人：泰普生物系统PHC有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB