生物反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种使用固定化活生物材料的生物反应器的制备方法，和涉及生物反应器本身。具体来说，本发明专利技术涉及一种制备硅质层的方法，所述硅质层能够固定生物质且能够选择性阻断分子量大于所选阈值的大分子。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生物反应器。本专利技术具体涉及一种使用固定化活生物材料的生物反应器。本专利技术更具体涉及一种包括硅质层的生物反应器，所述硅质层在存在或未存在支架材料和基质的情况下能固定上述活生物材料。已知可通过在基质表面上沉积的硅质层固定或截留生物材料，其中基质容纳有下文称为“生物质”的诸如酶，细菌，酵母，植物或动物细胞的上述生物材料。上述硅质层应具有以下特征a)固定上述生物质以防止生物质从基质释放进入生物反应器的液体培养基中。b)保持生物质的活性，使得在固定相与培养基之间进行可控和确定的输送，和c)是生物相容的，这样活体动物的体器官或体液就可与固定化生物质接触。已知可通过溶胶-凝胶法固定生物质，该方法在溶液中进行，从液相中的金属或烷氧化硅开始。然而，该方法具有多个缺点，例如a)在许多生物系统中产生有毒的醇，b)所需pH也许不适合于活细胞或可加快某些生物活性酶变性，c)所需搅拌操作对于对流体-机械应力敏感的细胞系可能是有害的，d)某些实验步骤与所需的无菌环境不相容，和e)该方法不适用于那些需确定的结构组织以避免功能丧失的生物质。为克服上述缺点，人们建议通过使用载有烷氧化硅气体介质的方法将截留的生物质固定在基质内。具体来说，US 5 998 162描述了通过与气态烷氧化硅反应将植物细胞固定在在细胞表面上获得的硅质层内。上述固定化细胞在六个月后没有从溶液中逃逸且保持其存活率，并产生了次生代谢物。可将上述固定化细胞用于制药应用。WO 97/45537描述了通过与气态烷氧化硅反应由直接沉积在细胞表面上的硅质层将动物细胞截留。该方法无毒且存活细胞未经介质淋洗，同时不会由于介质侵入而繁殖。可将截留细胞用于生物人造器官及所需产品。然而，在某些情况下，人们已观察到将硅质层直接沉积在细胞表面上降低了效果和功能并污染活体动物的体器官和/或体液以及使活生物质的活力消失。因此，本专利技术的专利技术人研究了上述现象并发现在某些情况下发挥效果和功能需要凝胶基质中的生物质成分之间自由接触，同时上述污染是由于源自生物质的病原物质，而生物质活力的消失是由于宿主生物体的体液的抗体所致。确实，生物体的抗体能识别生物质的异种动物细胞表面上的表位，从而将其破坏。因此，本专利技术要解决的主要问题是提供一种能防止上述不便的生物质固定系统。通过如本专利技术所附的权利要求书中列举的生物反应器及其制备方法解决了上述问题。本专利技术的专利技术人通过进一步研究指出，一方面，抗体和病原物质具有大于150,000Da的分子量，同时另一方面，现有技术的硅质层所具有的孔隙不能够完全保留或排除上述分子。因此本专利技术的首要目的在于提供一种能够固定生物质并选择性阻断分子量大于所选阈值的大分子的硅质层的制备方法，该方法包括以下步骤a) 提供被选自(1)Si(OR)4，(2)SiH(OR)3，(3)R′Si(0R)3和(4)R′SiH(OR)2的烷氧化硅混合物饱和的载气气流，其中R和R′相同或不同，分别为烷基和/或芳基，其中所述气流通过使载气在20至180℃的温度下鼓泡通过混合比为(1)40-85/(2)0-60/(3)0-60/(4)0-60(％v/v)，优选混合比为(1)40-85/(2)0-50/(3)0-50/(4)0-50(％v/v)，更优选混合比为(1)50-80/(2)0-20/(3)5-30/(4)5-30(％v/v)的上述烷氧化物的液体混合物制备，和b)将含生物质的支持体在步骤a)的气流中暴露预定时间，其中，选择所述分子量阈值在10000道尔顿和150000道尔顿之间，在步骤a)中选择(1)，(2)，(3)和(4)硅衍生物的混合比作为待阻断大分子分子量的函数。考虑到生物反应器的预定特殊应用，可根据不同情况选择待阻断大分子的分子量。例如，阻断分子量大于150,000道尔顿的大分子使得可排除源自宿主生物体体液的抗体和源自生物质的病原体通过硅孔。这样就防止体液与生物质的相互伤害。70,000道尔顿的阻断阈值也阻止了诸如C1s(90kD)，C1qINH(80kD)，C3bINA(80kD)，C9(80kD)和C3PA(80kD)的补体系统成分通过硅膜，从而防止发生补体的非抗体触发活性。另一方面，70kD的阻断阈值足够大，使得大分子量物质从生物质扩散至体液。上述物质可以是诸如胶原蛋白，粘多糖或纤连蛋白的胞外基质分子，它们对于移植应用中的生物相容性是必不可少的。相反，90kD的阻断阈值在阻止补体系统成分方面选择性小，但允许更大量的物质进行交换。通常，可将具有130kD至150kD阻断阈值的硅质膜用于工业规模的生物反应器，其中必须最大限度的提高由生物质产生的高分子量分子分泌并扩散到培养基中。相反，当生物质产生低分子量分子并将低分子量分子从培养基中分离时也可以在工业型生物反应器中再次使用10kD阻断阈值。本专利技术的硅质层阻断具有所选分子量阈值的大分子的能力取决于下述步骤a)中硅衍生物的混合物组分，将描述如下。作为一般指导，硅衍生物中烷氧基的存在有助于交联的形成，从而使所形成的硅膜中孔的尺寸减少。在混合物中引入相对于每个硅原子具有较少烷氧基的相对少量的硅衍生物(例如R′Si(OR)3或R′SiH(OR)2)会增大膜孔。具体来说，Si(OR)4和R′SiH(OR)2混合比为75∶25至80∶20的二元混合物(A)会形成具有约90kD阻断值的硅膜。通过向上述混合物中加入最高为约10％v/v的R′Si(OR)3替换相同量的Si(OR)4于是可得到Si(OR)4/R′SiH(OR)2)/R′Si(OR)3为65-78％/20-25％/1-10％的混合物(B)，将得到阻断值最高为150kD的硅膜。当向上述硅衍生物的混合物中进一步加入最高含量为约20％v/v的R′Si(OR)3并替换相同量的Si(OR)4时，膜的阻断阈值逐渐降低至10kD。该结构对应于Si(OR)4/R′SiH(OR)2)/R′Si(OR)3的混合比为53-70％/20-25％/10-22％的混合物(C)。不受任何理论的限制，上述效果可能是由于疏水性增加和由于更大量的烷基(R′基团)所产生的阻碍，从而阻塞孔隙。由上述讨论清楚可知，通过例如上述具有合适组成的三元混合物(B)或三元混合物(C)(R′Si(OR)3含量不超过10％v/v)反应可得到介于90kD和150kD之间的相同阻断阈值。另外，通过二元混合物(A)也可以得到约90kD的阻断值，而通过诸如R′Si(OR)3组分含量超过10％v/v的混合物(C)反应可得到介于10kD和90kD之间的阻断阈值。优选R为乙基或甲基，R′为甲基。通常，步骤a)的载气是空气。优选对应于每平方厘米暴露表面为1至100mL的总气体，步骤a)的总气体流量在暴露期间为0.05至10升/分钟。优选步骤a)的饱和温度为20至100℃。通常，步骤b)的支持体为粘附于支架材料的基质。在本专利技术的另一实施方案中，步骤b)的支持体为粘附于支架材料的微球形基质。优选微球的直径为0.1至1.0mm。在本专利技术的另一实施方案中，步骤b)的支持体为无支架材料的，优选直径为0.1至1mm的微球形基质。在本专利技术的另一实施方案中，步骤a)是在承载于支架材料而无基质的生物质上进行的。基质的典型实例为胶原蛋白凝胶，琼脂，右旋糖苷，胨，海本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够固定生物质且能够选择性阻断分子量大于所选阈值的大分子的硅质层的制备方法，该方法包括以下步骤：ａ）提供被选自（１）Ｓｉ（ＯＲ）↓［４］、（２）ＳｉＨ（ＯＲ）↓［３］、（３）Ｒ′Ｓｉ（ＯＲ）↓［３］和（４）Ｒ′ＳｉＨ（ＯＲ）↓［ ２］的烷氧化硅混合物饱和的载气气流，其中Ｒ和Ｒ′相同或不同，分别为烷基和／或芳基，其中所述气流通过将载气在２０至１８０℃的温度下，优选在２０至１００℃的温度下鼓入混合比为（１）４０－８５／（２）０－６０／（３）０－６０／（４）０－６０（％ｖ／ｖ）的上述烷氧化物的液体混合物制备，和ｂ）将包含生物质的支持体暴露于步骤ａ）的气流下，其中上述所选分子量阈值选自１０，０００道尔顿到１５０，０００道尔顿的范围内，且选择步骤ａ）中硅衍生物（１）、（２）、（３）和（４）的比值 作为待阻断大分子的分子量的函数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：詹尼卡尔图兰，罗伯托达尔托索，伦佐达尔蒙特，
申请(专利权)人：希尔生物技术迪埃股份有限公司，
类型：发明
国别省市：LU[卢森堡]