声学灌注装置制造方法及图纸

公开了用于将流体培养基中的生物细胞与其它材料分离的声学灌注装置。该装置包括连接到声学腔室的入口端口、出口端口和收集端口。超声换能器在声学腔室中产生声驻波，允许通过收集端口回收连续流体流，同时保持声学腔室内的生物细胞回流到生物反应器，流体培养基自该生物反应器抽取出来。

【技术实现步骤摘要】
声学灌注装置本申请是申请号为2015800765773、申请日为2015年12月18日、专利技术名称为“声学灌注装置”的专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求2015年11月18日提交的美国临时专利申请No.62/256,952的优先权、2015年10月19日提交的美国临时专利申请No.62/243,211的优先权、2015年8月28日提交的美国临时专利申请No.62/211,057的优先权以及2014年12月18日提交的美国临时专利申请No.62/093,491的优先权。这些申请的全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
生物
在过去20年中有极大增长。这种增长是由于许多因素造成的，其中一些因素包括可用于生物反应器的设备的改进，对生物系统的了解程度的增加以及关于材料(如单克隆抗体和重组蛋白)与人体各系统的相互作用的知识的增加。设备的改进允许如重组蛋白等生物衍生材料的更大量和更低成本的生产。这在药物领域尤其普遍，其中许多类型的新药治疗的成功直接归因于通过基于蛋白质的制造方法大量生产这些材料的能力。在新的基于生物学的药物的制造过程中使用的关键组件之一是生物反应器和与之相关联的辅助工艺。生物反应器领域的增长领域一直伴随灌注过程。灌注过程与补料分批(fed-batch)过程的区别在于其较低的资本成本和连续(而不是分批)操作。在补料分批过程中，将培养物在生物反应器中接种。在生长周期中逐渐添加另外量的选定营养物质用于提高产量和生长。在收获培养物后回收产物。不连续的补料分批生物反应器工艺由于其简单性以及还由于接续已知的发酵工艺而具有吸引力。然而，补料分批生物反应器具有高的启动成本，并且通常具有大的体积以便在生长周期结束时获得的产物的量具有成本效益。批次完成后，必须对生物反应器清洁和消毒，导致非生产性停工时间。灌注生物反应器对供应到生物反应器中的连续供应的新鲜培养基进行处理，同时不断地除去生长抑制副产物。灌注生物反应器工艺可以减少或消除非生产性停工时间。在灌注培养物(3000万到1亿个细胞/mL)中获得的细胞密度通常高于补料分批模式(500万到2500万个细胞/mL)下的细胞密度。这些改进导致收获物的污染较少，产量较高，而成本却没有显著增加。然而，灌注生物反应器需要细胞保留装置以防止在副产物被除去时培养物逸出。这些细胞保留系统为灌注过程增加了一定程度的复杂性，需要管理、控制和维护以实现成功的操作。之前，诸如细胞保留设备的失灵或故障等操作问题一直是灌注生物反应器的问题，这在过去限制了它们的吸引力。
技术实现思路
在各种实施例中，本公开涉及用于灌注生物制造的声学装置。更具体地，该装置联接到相关联的生物反应器。在生物反应器内生产生物分子，如重组蛋白或单克隆抗体。然后，使用声学装置连续地将这些期望产物与细胞分离，并且将细胞连续返回到生物反应器。通常，含有细胞和期望产品的流体培养基通过或流过声学装置并且借助多维驻波(一个或多个)来分离。流体培养基可以连续地流入装置，其中期望的产品被连续地移除。声学灌注装置将健康的能活的细胞返回生物反应器，同时收获期望产物并使期望产物向下游流动以进行进一步处理，例如额外的过滤、层析等。另外，生物反应器中的细胞培养基被澄清，因为细胞碎片也被允许进入收获物流，从而流出待循环至生物反应器的流体培养基。这导致细胞培养基的总体使用量降低，相当于大型生物反应器每天可预期节省高达20,000美元的成本。在各种实施例中公开的是一种声学灌注装置，包括：声学腔室；入口端口，入口流路从所述入口端口通往所述声学腔室；出口端口，其用于将流过装置的流体再循环回其源头(例如生物反应器)；至少一个收集端口，其用于收集离开所述声学腔室的流体的产物流；以及在所述至少一个收获端口下方的所述声学腔室中的至少一个超声换能器，所述至少一个超声换能器包括压电材料，压电材料由电压信号驱动以横跨从所述声学腔室通往至少一个收集或收获端口的收集或收获流路产生声驻波。声驻波可以是平面的或多维的，或者这些波的组合可以存在于声学腔室中(通常来自多个换能器)。声驻波可以被认为是如下“力场”：其阻止全部的细胞但允许例如期望的生物分子(例如重组蛋白和/或单克隆抗体)和细胞碎片等较小的材料通过并从返回到生物反应器的流体中移除。出口端口通常在入口端口下方，并且通常位于装置的底端。如上所述，装置可以在装置的顶部具有一个或多个收集或收获端口。在一些更具体的实施例中，装置可以具有在装置的顶端上彼此间隔开的总共两个收获端口。在特定实施例中，入口端口在装置的第一端处位于第一高度处，所述至少一个超声换能器处于高于第一高度的第二高度，并且底壁从入口端口延伸到出口端口。出口端口可以位于装置的与第一端相反的第二端处。相对于入口端口和出口端口之间的连线，底壁可以是凹形的。该装置可以包括在入口流路上方的上壁。入口端口、出口端口和至少一个收获端口有时都位于装置的前壁上。前壁本身可以是平面的(即平坦的)。该装置还可以包括位于所述声学腔室中的与所述至少一个超声换能器相对的反射器。可替代地，装置可以具有位于收获流路的相反两侧的、处于相同高度且相互面对的总共两个超声换能器，或者附加的超声换能器可以位于收集/收获流路的多侧。反射器可以位于两个超声换能器之间。还可以存在适当地定位以形成平面的、多维的或这种声驻波(一个或多个)的组合的多个换能器/反射器对。在特定实施例中，声驻波产生具有相同数量级的轴向力分量和横向力分量的声辐射力。在本文公开的装置的其他实施例中，入口流路从入口端口向下通向装置的底端并且经过出口端口，然后向上通往声学腔室。有时，入口端口和至少一个收获端口都位于装置的顶壁上，并且出口端口位于装置的前壁上。至少一个超声换能器可以安装在装置的后壁或前壁中。该声学腔室的底壁可以是倾斜的平坦表面。反射器可以由透明材料制成。入口流路可以被成形为在由声驻波产生的声场下方产生切向流路。在这里看到的另外的版本中，入口流路进入装置第一侧的声学腔室，并且出口端口位于(i)装置的第一侧，或者(ii)相反的第二侧。入口端口可以位于装置的前侧，并且至少一个收获端口可以位于装置的顶壁上。至少一个换能器可以位于装置的前侧或后侧。在更具体的实施例中，可以有两个换能器，一个在前侧，一个在后侧。在另外其它的具体实施例中，在前侧或后侧设有超声换能器以及与换能器相对的、位于相应的后侧或前侧的反射器。该装置可以附接到具有用于附接的孔的安装件。还公开了用于从含有细胞的流体培养基中分离细胞的方法。流体培养基流过上述结构的具有至少一个超声换能器的声学灌注装置。驱动至少一个超声换能器以产生声驻波。可以从出口端口收集富含细胞的流体，并且可以从至少一个收获端口收集耗尽细胞的澄清流体。在特定实施例中，通过收集/收获流路的流量比通过入口流路的流量小至少一个数量级。在具体的实施例中，通过入口端口进入装置的流体培养基的流量为约1升/分钟，并且通过至少一个收集/收获端口离开装置的耗尽细胞的流体的流量为约10毫升/分钟。可替代地，通过入口端口进入的流量与通过至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种声学细胞保留装置，包括：/n腔室；/n至少一个超声换能器，其联接到所述腔室；/n至少一个反射器，其与跨越所述腔室的所述至少一个超声换能器相对；/n所述至少一个超声换能器构造为被激发以利用所述至少一个反射器产生多维声驻波，其中所述多维声驻波构造为保留细胞并且使携带细胞的流体流过。/n

【技术特征摘要】
20141218 US 62/093,491;20150828 US 62/211,057;20151.一种声学细胞保留装置，包括：
腔室；
至少一个超声换能器，其联接到所述腔室；
至少一个反射器，其与跨越所述腔室的所述至少一个超声换能器相对；
所述至少一个超声换能器构造为被激发以利用所述至少一个反射器产生多维声驻波，其中所述多维声驻波构造为保留细胞并且使携带细胞的流体流过。


2.根据权利要求1所述的装置，还包括与所述腔室通信的再循环路径。


3.根据权利要求1所述的装置，其中所述多维声驻波还构造为在所述多维声驻波的界面区域处产生细胞上的压力上升和声辐射力。


4.根据权利要求3所述的装置，还包括邻近所述界面区域且细胞浓度增加的区域。


5.根据权利要求1所述的装置，还包括所述多维声驻波中的细胞浓度增加的区域。


6.根据权利要求1所述的装置，其中所述多维声驻波还构造为产生具有相同数量级的轴向力分量和横向力分量的声辐射力。


7.根据权利要求1所述的装置，还包括联接到所述至少一个超声换能器的控制系统，以获得对所述至少一个超声换能器的控制的反馈。


8.根据权利要求7所述的装置，还包括联接到所述控制系统的流量监控器，以获得对流量的控制的反馈。


9.根据权利要求1所述的装置，还包括与所述腔室通信的入口，所述入口用于向所述腔室提供培养基以允许保留的细胞进行培养基交换或者清洗。


10.根据权利要求9所述的装置，还包括与所述腔室通信的出口，所述出口用于提取出所述保留的细胞。


11.根据权利要求1所述的装置，还包括排出端口，所述排出端口用于提取浓缩流体/细胞混合物。


12.一种用于保留流体混合物中的生物材料的方法，包括：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴特·利普肯斯，埃里克·米勒，本杰明·罗斯约翰斯路德，沃尔特·M·小普雷斯，凯达尔·奇塔莱，托马斯·J·肯尼迪三世，
申请(专利权)人：弗洛设计声能学公司，
类型：发明
国别省市：美国;US