具有受控环境区的细胞培养和组织工程系统技术方案

一种包括限定且分离的环境区的自动化细胞培养和组织工程系统提供了对所述系统的内部环境的增加的控制和维护，使得围绕生物反应器模块的温度、气流和气体形成一个区，所述区与围绕试剂流体储器形成的第二区分开维持。所述系统进一步包括用于消除和/或管理所述系统的所述第二区内的冷凝的装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有受控环境区的细胞培养和组织工程系统
本专利技术涉及用于自动化细胞培养和组织工程的组织工程系统和方法，所述组织工程系统包含统一的操作环境区以提供更一致的生物过程。此类系统和方法可用于各种临床环境和实验室环境。
技术介绍
细胞培养自动化是为大规模生产提供可扩展性、降低培养变异性、降低培养污染风险以及与产生用于临床疗法的基于细胞或组织的植入物和用于诊断评估的基于细胞的测定系统相关的许多经济成本和时间范围益处的期望趋势。然而，用于更复杂生物过程(例如，自体患者治疗)的自动化细胞培养方案可能更复杂，需要更精确的操作控制。对于自体患者治疗，成功的生物培养至关重要，并且因此每个操作方面都必须严格遵守特定方案。例如，虽然可以对初始培养基进行编程以在合适的温度(如37℃)下将其递送到细胞培养物中，但在可能长达数天的整个细胞培养过程中维持严格遵守此温度证明更加困难。许多目前使用的提供细胞温育能力的自动化系统都经历了热挑战，如：试图实现并维持整体热均匀性；由于外部操作员访问而导致的气温变化；维持冷藏试剂储存；以及外壳内冷凝的发展可能导致潜在的微生物污染。期望冷藏储存试剂以避免其变质，然而，冷藏试剂储存可能对细胞生物反应器的热性能和稳定性产生消极影响，从而更难以维持细胞培养所需的期望高温。此外，将工艺试剂的储存环境温度降低到冷藏温度不可避免地会产生冷凝。当空气在露点以下冷却时会形成冷凝，导致空气中的水蒸气冷凝成液体形式，尤其是在相对于周围环境较冷的表面上。当打开系统以装载试剂时，温暖、潮湿的空气可能会与储存环境的更冷表面接触。如果冷凝物的体积导致储存环境内的处理问题或污染问题，则这种冷凝可能是有问题的。当如CO2等气体用于调节活性培养物的pH时，气体浓度也可能显著影响生物性能。如果培养系统经历对递送的CO2的缓冲作用的受限访问，则在整个培养区的pH控制可能不均匀。因此，在细胞培养和组织工程系统中也需要气体浓度均匀性。因此，仍然需要不断改进自动化细胞培养和组织工程系统的各个方面，如在系统内提供更高保真度的环境控制。包含本文中的背景讨论以解释本文所描述的专利技术的上下文。这并不被视为承认所提及的任何材料在任何权利要求的优先权日之前已公开、已知或是公知常识的一部分。
技术实现思路
本文中描述的是细胞培养和组织工程系统和方法，所述细胞培养和组织工程系统包含统一的操作环境以在生物过程期间提供更一致的控制。与气流、温度、气体控制和冷凝控制有关的统一操作环境整合在本文所描述的系统和方法内。如本文所描述的自动化细胞培养和组织工程系统被配置成产生、调整和维持分离的受控环境区以恰当操作细胞培养盒以及因此正在进行的生物过程。温度、湿度水平和气体浓度是受控的。温度波动和湿度变化被最小化。令人惊讶的是，在安装和操作细胞培养盒的系统的盒收纳区域中创建并维持了两个不同的温度区。在系统运行期间，所述盒的生物反应器模块组件保持在暖区中，而试剂流体储器组件保持在冷区中。暖区包括围绕生物反应器模块的再循环暖高气流路径，所述再循环暖高气流路径由相邻的单独加热组合件产生。暖循环空气还通过通风槽渗透到盒的培养物方面。这在概念上类似于储器中的槽。冷区包括循环冷导管气流路径，所述循环冷导管气流路径共同围绕并部分穿透(流过)试剂流体储器的一部分。冷气流路径由相邻的冷热组合件产生。冷区还含有用于控制和去除冷区内的冷凝的冷凝控制装置。暖区和冷区两者都进一步包括分离的独立受控的气体环境。在暖区中，这有助于提供特定气体浓度，所述特定气体浓度通过流体表面气体交换影响细胞培养基中存在的溶解气体，如氧气和二氧化碳。溶解气体的调整和/或维持在生物学性能方面(包含如氧气递送和细胞培养物目标pH的维持等方面)有影响。培养基内的溶解气体的控制是通过使培养基跨气体交换膜(如硅胶管)再循环来实现的，由此培养液内的溶解气体的浓度响应于流体与周围气体环境之间的浓度梯度。通过调整环境，同时调整了培养液内的溶解气体的水平。自动化细胞培养和组织工程系统配置有可移动的热屏障组合件，在安装细胞培养盒期间，所述可移动的热屏障组合件用于将所述盒锁定在系统操作接口内，并且在这样做时形成暖区和冷区，并且保持这两个区热分离并且在物理上分离。设置绝缘机构以确保暖区和冷区彼此绝缘，并且不会影响细胞培养或所储存的试剂的性质。可移动的热屏障组合件产生并且限定了暖区和冷区中的每一个的边界的一部分。系统加热和冷却组合件以及操作机器人被包含/定位成与系统的盒收纳区域的加热和冷却组合件以及操作机器人分离，这有利于不干扰暖气流路径或冷气流路径及其功能。进一步地，分离加热组合件以与冷却组合件分离并绝缘。系统加热组合件被配置成根据需要产生和调节连续暖高气流路径的温度持续若干天，并且进一步可以对在打开并检查系统期间由于更冷的室温空气进入而可能发生的任何温度下降进行快速调整。系统的配置和形状有助于设置暖气流路径，所述暖气流路径仅针对生物反应器模块并在所述生物反应器模块周围持续循环并且循环穿过其。冷热组合件被配置成随着冷区中的气流被持续地抽吸穿过冷热组合件并且空气温度降低而持续地去除热量。冷区被配置成具有引导的气流，也就是说，冷气流路径符合包含气流通道、气流挡板和气流通气孔的结构特征，以帮助携带较冷空气穿过围绕并部分穿过试剂流体储器的冷区并且进一步穿过试剂流体储器外部的任选的相邻冷储器。这些结构特征有助于防止和最小化(通过填充的流体袋)朝着冷热组合件行进的回流空气的任何阻塞。提供单独的暖区和单独的冷区使在系统内可能形成的冷凝的量和定位最小化，因为系统仅在冷区中经受冷凝，所述冷区具有有效防止、控制和去除冷凝的机构。本专利技术在一些方面包括自动化细胞培养和组织工程系统，所述自动化细胞培养和组织工程系统包括用于以下中的一项或多项的封闭式自动化细胞培养盒：细胞源分离、细胞增殖/扩增、细胞分化、细胞分离、细胞标记、细胞纯化、细胞洗涤和细胞接种到支架上以供组织形成(产物形成)。在一些方面，所述细胞是哺乳动物。在另外的方面，所述细胞是人细胞。细胞或组织的类型不是限制性的。在一个非限制性实例中，可以培养和扩增多能干细胞(如胚胎干细胞)和诱导性多能干(iPS)细胞以用于细胞置换疗法。在一些方面，自动化细胞培养盒是封闭的、单次使用的一次性盒，所述盒包括一个或多个流体地连接到试剂流体储器的无菌生物反应器模块。所述无菌生物反应器装载有期望的细胞和/或组织，并且连接到试剂流体储器，所述试剂流体储器被预装载以容纳所需的流体试剂。自始至终维持所述盒的无菌性。在自动化细胞培养和组织工程系统内操作性地采用所述自动化细胞培养盒以及专用软件程序，以递送和跟踪期望的一个或多个过程。合适的非限制性自动化细胞培养和组织工程系统描述于美国8,492,140；美国9,701,932；美国9,534,195；美国9,499,780；以及美国9,783,768中(这些美国专利中的每一个的内容以全文引用的方式并入)。细胞培养盒内的嵌入式传感器提供实时生物反馈并且使得能够自动调整生物处理以适应细胞来源行为中的自然变化。整个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种细胞培养和组织工程系统，其用于收纳和在操作上支撑用于生物过程的自动化细胞培养盒，所述细胞培养盒包括生物反应器模块和试剂流体储器，所述系统包括：/n暖区，所述暖区被配置成使围绕所述生物反应器模块的暖气流路径循环；/n冷区，所述冷区被配置成使围绕所述试剂流体储器的冷气流路径循环；以及/n可移动的热屏障组合件，所述可移动的热屏障组合件用于在安装所述细胞培养盒时将所述暖区与所述冷区热隔离，并且用于将所述生物反应器模块固定在所述暖区内并将所述试剂流体储器固定在所述冷区内。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181228 US 62/785,9981.一种细胞培养和组织工程系统，其用于收纳和在操作上支撑用于生物过程的自动化细胞培养盒，所述细胞培养盒包括生物反应器模块和试剂流体储器，所述系统包括：
暖区，所述暖区被配置成使围绕所述生物反应器模块的暖气流路径循环；
冷区，所述冷区被配置成使围绕所述试剂流体储器的冷气流路径循环；以及
可移动的热屏障组合件，所述可移动的热屏障组合件用于在安装所述细胞培养盒时将所述暖区与所述冷区热隔离，并且用于将所述生物反应器模块固定在所述暖区内并将所述试剂流体储器固定在所述冷区内。


2.根据权利要求1所述的细胞培养和组织工程系统，其中所述冷区进一步包括用于最小化和消除其中不期望的水分积聚的冷凝控制。


3.根据权利要求1或2所述的细胞培养和/或组织工程系统，其中所述暖区和所述冷区各自包括基本上分离的气体环境。


4.根据权利要求1、2或3所述的细胞培养和组织工程系统，所述系统具有外壳，所述外壳包括外部壳盖和内部壳体，其中所述外部壳盖在所述系统关闭时以包封的方式围封所述内部壳体的前开口。


5.根据权利要求1到4中任一项所述的细胞培养和组织工程系统，其中所述可移动的热屏障组合件在操作上被限制抵靠定位在所述内部壳体的所述前开口内的操作机器人接口。


6.根据权利要求5所述的细胞培养和组织工程系统，其中所述操作机器人接口连接到相关联的内部机器人并且包括阀致动器、蠕动泵和相关控制系统以与所述细胞培养盒上的对应连接配合。


7.根据权利要求1到6中任一项所述的细胞培养和组织工程系统，其中所述可移动的热屏障组合件包括：
-在内部连接在所述操作机器人接口的两侧处的一对间隔开的杠杆臂，所述一对间隔开的杠杆臂用相关联的上部扶手支撑中央热平台。


8.根据权利要求7所述的细胞培养和组织工程系统，其中当处于锁定位置时，所述热平台包括所述暖区的下表面边界的一部分和所述冷区的上表面边界的一部分。


9.根据权利要求4到8中任一项所述的细胞培养和组织工程系统，其中所述内部壳体包括支撑托盘的底板，所述托盘具有支撑所述细胞培养盒的底表面的一部分的前向悬臂式搁架。


10.根据权利要求4到9中任一项所述的细胞培养和组织工程系统，其中加热组合件设置在所述内部壳体的上部区段中，产生在所述生物反应器模块处引导的热空气。


11.根据权利要求10所述的细胞培养和组织工程系统，其中所述加热组合件包括大容量长叶片风扇，所述大容量长叶片风扇可操作地连接到加热气流引导器以产生并引导高速暖气流路径。

【专利技术属性】
技术研发人员：G·奥拉姆，T·普兰特，I·格兰特，T·史密斯，
申请(专利权)人：奥克泰生物科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA