一种动物细胞中空纤维培养系统及其细胞培养方法技术方案

本发明专利技术公开了一种动物细胞中空纤维培养系统及其细胞培养方法，该系统包括中空纤维筒，储液系统、循环系统(内循环系统与外循环系统)和检测控制系统；中空纤维筒通过内循环系统进行培养基循环；外循环系统用于细胞接种与细胞消化，通过外循环系统中蠕动泵的循环实现细胞在中空纤维间的均一分布，提高细胞接种均匀性。建立类似于体内生长的条件，培养效果较好。采用“交替式正压循环系统(方式)”保障了中孔纤维内外系统营养成分的交替置换，同样避免了中空纤维的堵塞和营养液死体积无法置换的问题。同时该系统为封闭式设计，生物安全性较好，可以在培养过程中的有效控制pH、溶氧和温度，适用于疫苗及抗体生产的动物细胞培养。

【技术实现步骤摘要】
一种动物细胞中空纤维培养系统及其细胞培养方法
本专利技术涉及动物细胞培养
，具体涉及一种适用于疫苗及抗体生产的动物细胞中空纤维培养系统及其细胞培养方法。
技术介绍
常用的细胞培养方式分为贴壁培养和悬浮培养，对于悬浮细胞培养，利用生物反应器的规模放大可实现悬浮细胞的放大培养，但当无合适的悬浮细胞系时，贴壁细胞培养也是疫苗生产和抗体生产的主要方式。常使用的工业化细胞贴壁培养方式有转瓶培养和固定床反应器培养，转瓶培养由于其操作复杂、批次间差异大、容易染菌等风险，目前已经不再批准用于生物医药的生产，而用于贴壁细胞培养的固定床生物反应器需要装填不同形式的片状载体进行培养，存在占用空间大，细胞密度低，细胞分布均一性较差等问题难以实现放大培养。
技术实现思路
本专利技术针对细胞贴壁培养时由于细胞密度低，细胞分布均一性较差等问题导致的难以实现放大培养的问题，设计了一种中空纤维培养系统，用于动物细胞贴壁培养。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：一种动物细胞中空纤维培养系统，包括中空纤维筒，储液系统和循环系统，循环系统包括中空纤维筒纤维管内循环系统和中空纤维筒纤维管外循环系统；内循环系统用于培养基循环；外循环系统用于细胞接种与细胞消化，可通过三通鲁尔接头连接针管，将种子细胞接种至外循环系统，通过外循环系统中蠕动泵的循环实现细胞在中空纤维间的均一分布，提高细胞接种均匀性。中空纤维筒包括中空纤维管及其筒盖和外筒；中空纤维管设置在外筒内，筒盖设置在外筒的两端；中空纤维筒包括纤维管内空间和纤维管外空间，纤维管内空间内为培养基，纤维管外空间接种所培养的细胞；纤维管内空间包括中空纤维筒和与其连通的筒盖，纤维管外空间包括中空纤维管与外筒之间的空间；外筒的材质可以为(但不限于)PP或PE等食品医药级材质的塑料。储液系统包括储液瓶，新鲜培养基瓶和收获瓶；新鲜培养基瓶通过硅胶管和蠕动泵与储液瓶连通，储液瓶通过硅胶管与收获瓶连接；循环系统包括中空纤维筒纤维管内循环系统和中空纤维筒纤维管外循环系统；其中内循环系统具体为纤维管内空间的筒盖通过硅胶管和蠕动泵与储液瓶的连通，储液瓶内的培养基通过内循环系统在纤维管内空间内循环；其中外循环系统为中空纤维筒纤维管外空间第一接口和中空纤维筒纤维管外空间第二接口通过硅胶管和蠕动泵连接。进一步的，储液瓶上设有用于流加碱液的碱液进口，用于培养过程中取样分析的预留接口，进气口、排气口、纤维管内循环接口，溶氧电极接口，pH电极接口和新鲜培养基瓶连接接口，其中进气口与气泵相连；优选的，预留接口的可以设置为3个。进一步的，还包括有检测控制系统，所述检测控制系统用于检测并调节储液瓶内的pH、溶氧值和温度，以使培养基处于设定的pH、溶氧和温度。进一步的，检测控制系统包括pH、温度控制模块，所述pH、温度控制模块由pH电极、pH执行器模块和温度执行模块组成，pH电极包括pH检测探头和温度检测探头，pH执行器模块由二氧化碳控制模块和碳酸氢钠控制模块组成，pH电极设置于pH电极接口处，当pH电极的pH检测探头检测到pH高于设定值时，二氧化碳控制模块加大二氧化碳通气量，pH低于设定值时，连接有碳酸氢钠的碳酸氢钠控制模块启动，加入适量的碱液，当pH电极的温度检测探头检测到温度低于设定温度时，温度执行模块启动，将储液瓶升温至设定温度。进一步的，检测控制系统包括溶氧控制模块，所述溶氧控制模块由溶氧电极和溶氧执行器模块组成，溶氧电极安装于溶氧电极接口处，溶氧执行器模块通过控制空气的流量来实现溶氧控制。进一步的，检测镜头通过观察镜头座安装在外筒上，外筒的对应位置上设置有透明视窗，检测镜头可以设置多个，例如3个，即可在三个位置实现对细胞的在线观察。镜头座可以为固定于中空纤维筒外部的环状条带。进一步的，外循环系统的硅胶管上设置有三通鲁尔接头，三通鲁尔接头可与注射器相连进行细胞接种，通过蠕动泵的循环实现细胞在中空纤维间(外空间)的均一分布，提高细胞接种均匀性。进一步的，所述的温度执行模块为储液瓶外包设的加热毯，通过加热毯的启动或关闭可以调控储液瓶中液体温度。进一步的，储液瓶中培养基循环一定时间后，控制系统可控制蠕动泵将部分储液瓶中的培养基抽至收获瓶中，之后再将部分新鲜培养基瓶中的新鲜培养基加入储液瓶中。进一步的，中空纤维筒1倾斜设置于支架上，控制系统可设定支架进行间歇式上下运动的方式和频率。优选的，支架设置为2个支架，其中一个支架可伸缩，该本支架可以通过偏心轮结构实现伸缩，偏心轮一端连接有电机，用于控制转动，另一端连接至支架，通过间歇式的电机转动，带动偏心轮转动从而实现支架的上下伸缩。伸缩结构控制中空纤维整体间歇式上下运动主要在细胞注入外循环系统后通过自动或手动控制开启及频率设定。从而通过支架的间歇式上下运动，实现中空纤维柱的整体摆动，进一步促进细胞贴壁的均一性。进一步的，所述中空纤维筒可通过多个中空纤维管进行串联，从而可以进行多级放大。本专利技术的动物细胞中空纤维培养系统的细胞培养方法，具体如下：先检测控制系统启动内循环系统，储液瓶内的培养基通过内循环系统在纤维管内空间内循环；内循环系统工作一段时间后，关闭内循环系统；将含有种子细胞的注射器与三通鲁尔接头相连进行细胞接种，接种后，启动外循环系统，在外循环系统的作用下，细胞在中空纤维管外均一贴壁生长，中空纤维外部细胞消耗后的培养基、代谢废物以及生产的抗体或病毒透过中空纤维进入内循环系统；待细胞贴附后启动内循环系统，储液瓶内的培养基通过内循环系统在纤维管内空间内循环，促使营养液与中空纤维外细胞消耗后的废液进行交换；内循环系统工作若干时间后，内循环系统停止工作，再次外循环系统启动，如此进行多个交替循环；在整个进程中，检测控制系统检测并调节储液瓶内的pH、溶氧值和温度，以使培养基处于设定的pH、溶氧和温度，通过检测镜头实现对细胞生长状态的在线观察；检测控制系统可通过控制系统使支架使中空纤维筒支架上下摆动，促进细胞贴壁的均一性，储液瓶中培养基循环一定时间后，检测控制系统控制蠕动泵将部分储液瓶中的培养基抽至收获瓶中，之后再将部分新鲜培养基瓶中的新鲜培养基加入储液瓶中。在本专利技术中，中空纤维筒包括纤维管内空间和纤维管外空间，纤维管内空间内为培养基，纤维管外空间接种所培养的细胞，可通过检测镜头实现在线对细胞生长状况进行控制和观察；外循环系统可使纤维管外空间液体循环，有利于将细胞接种均匀；内循环系统系统用于培养基循环，营养物质穿过中空纤维管到达管外空间，细胞所产生的代谢废物和产物穿过纤维管进入纤维管内空间；储液瓶中培养基通过循环系统在储液瓶和纤维管内空间循环，循环一定时间后，储液瓶中培养基通过循环系统流入收获瓶中，新鲜培养基瓶中的新鲜培养基通过循环系统加入储液瓶中。该系统实现了中空纤维中细胞分布的均一性并结合了生物反应器系统的参数可控的优点：通过双循环系统实现了培养基物料和细胞的双系统循环，解决了生物反应器无法确保接种均一性，物料难以在线流加和产品连续收获本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动物细胞中空纤维培养系统，包括中空纤维筒，储液系统和循环系统，循环系统包括中空纤维筒纤维管内循环系统和中空纤维筒纤维管外循环系统，其特征在于：/n中空纤维筒包括中空纤维管及其筒盖和外筒；中空纤维管设置在外筒内，筒盖设置在外筒的两端；中空纤维筒包括纤维管内空间和纤维管外空间，纤维管内空间内进行培养基循环，纤维管外空间接种所培养的细胞；纤维管内空间包括中空纤维管内空间和与其连通的筒盖，纤维管外空间包括中空纤维管与外筒之间的空间；/n储液系统包括储液瓶，新鲜培养基瓶和收获瓶；新鲜培养基瓶通过硅胶管和蠕动泵与储液瓶连通，储液瓶通过硅胶管和蠕动泵与收获瓶连接；/n循环系统包括中空纤维筒纤维管内循环系统和中空纤维筒纤维管外循环系统；其中内循环系统具体为纤维管内空间的筒盖通过硅胶管和蠕动泵与储液瓶的连通，储液瓶内的培养基通过内循环系统在纤维管内空间内循环；外循环系统为中空纤维筒纤维管外空间第一接口和中空纤维筒纤维管外空间第二接口通过硅胶管和蠕动泵连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种动物细胞中空纤维培养系统，包括中空纤维筒，储液系统和循环系统，循环系统包括中空纤维筒纤维管内循环系统和中空纤维筒纤维管外循环系统，其特征在于：
中空纤维筒包括中空纤维管及其筒盖和外筒；中空纤维管设置在外筒内，筒盖设置在外筒的两端；中空纤维筒包括纤维管内空间和纤维管外空间，纤维管内空间内进行培养基循环，纤维管外空间接种所培养的细胞；纤维管内空间包括中空纤维管内空间和与其连通的筒盖，纤维管外空间包括中空纤维管与外筒之间的空间；
储液系统包括储液瓶，新鲜培养基瓶和收获瓶；新鲜培养基瓶通过硅胶管和蠕动泵与储液瓶连通，储液瓶通过硅胶管和蠕动泵与收获瓶连接；
循环系统包括中空纤维筒纤维管内循环系统和中空纤维筒纤维管外循环系统；其中内循环系统具体为纤维管内空间的筒盖通过硅胶管和蠕动泵与储液瓶的连通，储液瓶内的培养基通过内循环系统在纤维管内空间内循环；外循环系统为中空纤维筒纤维管外空间第一接口和中空纤维筒纤维管外空间第二接口通过硅胶管和蠕动泵连接。


2.如权利要求1所述的动物细胞中空纤维培养系统，其特征在于，储液瓶上设有用于流加碱液的碱液进口，用于培养过程中取样分析的预留接口，进气口、排气口、纤维管内循环接口，溶氧电极接口，pH电极接口和新鲜培养基瓶连接接口，其中进气口与气泵相连。


3.如权利要求2所述的动物细胞中空纤维培养系统，其特征在于，该系统还包括有检测控制系统，所述检测控制系统用于检测并调节储液瓶内的pH、溶氧值和温度，以使培养基处于设定的pH、溶氧和温度。


4.如权利要求3所述的动物细胞中空纤维培养系统，其特征在于，检测控制系统包括pH、温度控制模块，所述pH、温度控制模块由pH电极、pH执行器模块和温度执行模块组成，pH电极包括pH检测探头和温度检测探头，pH执行器模块由二氧化碳控制模块和碳酸氢钠控制模块组成，pH电极安装于pH电极接口处，当pH电极的pH检测探头检测到pH高于设定值时，二氧化碳控制模块加大二氧化碳通气量，pH低于设定值时，连接有碳酸氢钠的碳酸氢钠控制模块启动，加入适量的碱液，当pH电极的温度检测探头检测到温度低于设定温度时，温度执行模块启动，将储液瓶升温至设定温度。


5.如权利要求3所述的动物细胞中空纤维培养系统，其特征在于，检测控制系统包括溶氧控制模块，所述溶氧控制模块由溶氧电极和溶氧执行器模块组成，溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙杨，聂简琪，孔维泽，白仲虎，刘宇鹏，黄玲玲，冯凯，吴文凯，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南;41