用于培养细胞的生物反应器制造技术

本申请描述了一种用于培养细胞的生物反应器(1)，其带有：至少一个容器(2)，该容器被设置成，在由容器(2)的壁(6)至少部分相对于周围环境封闭的容器内部空间(3)中容纳待培养细胞和至少一种培养基；以及运动器件(4)，该运动器件可以与驱动单元(5)连接并且该运动器件使所述待培养细胞至少时不时地运动或以力加载所述待培养细胞。所描述的解决方案的特征在于，在所述容器内部空间(3)中布置有弹性元件(7)，该弹性元件被实施成，使得至少在所述弹性元件的一个区域中可容纳所述培养基的至少一部分，并且所述待培养细胞至少时不时地至少局部粘附在所述弹性元件之中和/或之上，并且所述运动器件(4)被设置成，使所述弹性元件(7)至少时不时地变形。不时地变形。不时地变形。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于培养细胞的生物反应器


[0001]本专利技术涉及用于培养细胞的生物反应器。所述生物反应器具有至少一个容器和一个运动器件，在该容器中布置有待培养细胞和至少一种培养基，该运动器件能够与驱动单元连接并且该运动器件至少时不时地使待培养细胞运动或者以力加载待培养细胞。

技术介绍

[0002]细胞培养是指，在生物体外的培养基中培养动物或植物细胞。这种细胞培养可以是指不受限制地繁殖一种组织类型的细胞，其中，永生化的、即不死的细胞系以及原代细胞都可培养。在培养原核生物或真核生物来源的细胞时，建立适合于各自细胞类型的生理参数(其必须至少很大程度上对应于各自的正常的生命过程)是至关重要的。为了实现最佳的生长特性，即例如形成细胞复合物或所期望的细胞形状、实现高的生长速度或实现所选择的成分的制造，确定合适的生理参数是重要的。例如在生产抗生素时，经常使用生物膜，即粘附到培养容器表面上的细胞复合物(Zellverband)，以便调节细胞的代谢途径并激励抗生素生产。
[0003]此外，在培养细胞、尤其哺乳动物细胞时，已知的是，对于特定的细胞类型需要电或机械刺激或针对细胞类型特定的结构，以便诱导期望的生长。例如需要电或物理刺激来形成心肌细胞或肌肉细胞，其随后形成梭形细胞，这些细胞聚集成肌纤维。
[0004]对于原核生物或真核生物来源的细胞培养，迄今使用了不同的培养容器，也称为生物反应器，在其中可在需氧或厌氧条件下培养细胞。已知的生物反应器系统是摇动培养或发酵罐，其中在营养液中充气和搅拌或摇动的同时向细胞供应氧和营养物。细胞的培养通常在悬浮液中进行。
[0005]通过加入载体材料，可以使用成形为膜的大表面积。
[0006]另外的经常使用的细胞培养形式使用固定床反应器，其中，细胞悬浮液流动通过固体床或填料。该过程主要在工业上用于例如在表面基质上增殖细胞并刺激这些细胞以析出代谢产物。
[0007]WO 03/012027 Al公开了一种用于培养微生物、细胞或无细胞的表达系统的生物反应器。在所述的生物反应器中进行生物或生物化学反应，所述反应在生物技术、食品技术和环境保护领域中使用。在该文献中描述的生物反应器具有多个开口，所述开口主要用于供应气体或液体，用于样品提取和用于供应微生物或细胞，其中，相应的开口能够借助于合适的封闭件封闭。此外，所述生物反应器具有可折叠的或可充气的插入件，该插入件应使反应液体的有效的和涡流的混合成为可能。在此设置特殊的隔板(Schikanen)，以便在插入件的圆周运动和由此引起的反应液体的运动期间确保有效的通气。

技术实现思路

[0008]基于现有技术中已知的生物反应器，本专利技术的任务是进一步开发这样的培养容器，使得由于适当地引发刺激可以实现细胞培养的高产率。尤其是应该可以以较大的规模
拉紧特殊的细胞复合物(例如需要施加外部刺激的肌纤维)并且以这种方式也能够实现三维的组织复合物的制造。此外，相应的生物反应器应适合于使用肌纤维作为产生人造培养肉的初始材料。此外，待说明的装置、即生物反应器应能够满足对相对简单构造的且在可实现的细胞产量方面可放大或可并行的设备的需求，在所述设备中能够拉紧细胞并且能够根据需求应用所需的物理参数。为此，待说明的生物反应器尤其应该能够在使用相对简单的结构措施的情况下并且在使用已知的结构元件的情况下实现，使得在考虑经济的边界条件的情况下也能够实现对相对大的细胞复合物的培育。
[0009]上述任务通过根据权利要求1的生物反应器来解决。本专利技术的有利的实施方式是从属权利要求的主题并且在下面的说明中在部分参照附图的情况下得到更详细解释。
[0010]根据本专利技术实施的用于培养细胞的生物反应器具有至少一个容器和运动器件，该容器适于容纳待培养细胞和至少一种培养基，该运动器件能够与驱动单元连接并且通过该运动器件至少时不时地使待培养细胞运动或者以力加载待培养细胞。根据本专利技术，该生物反应器的特征在于，在至少部分地由容器的壁相对于周围环境封闭的容器内部空间中布置有弹性元件，该弹性元件被实施成使得其能够至少部分地且至少在一定的时间段内容纳培养基并且将待培养细胞至少局部地在弹性元件中和/或上至少时不时地粘附，并且该运动器件被设置用于至少时不时地使弹性元件变形，尤其是至少局部地压缩弹性元件。
[0011]因此，对于本专利技术重要的是弹性元件，所述弹性元件可以至少时不时地容纳培养基并且借助于至少一个能够针对性地驱动的运动器件变形、尤其是压缩。优选地，所述弹性元件的变形(待培养细胞粘附在该弹性元件上)使得该弹性元件在该元件的伴随体积减小的压缩时将培养基从该元件中排出，而该元件在至少部分松开的状态下吸收、尤其是吸取培养基。粘附在弹性元件上或在弹性元件中的细胞通过培养基的这种交替的吸取和排出可以可靠地且均匀地被供应在培养基中含有的营养物，而不会由此妨碍气体(例如氧气)的供应。
[0012]在弹性元件上或弹性元件中至少局部地布置有待培养细胞，这些细胞由于弹性元件的变形而以合适的方式通过运动刺激来激励，由此促进这些细胞的培养。弹性元件的变形、尤其压缩可以连续地以相继的间隔或在变化的时间间隔内进行。同样可想到，均匀地或以可变的力加载弹性元件，从而弹性元件的变形在至少两个相继的变形过程之间在类型和/或强度上变化。通常根据本专利技术实施的装置适合于培养原核细胞和真核细胞。同样可想到，这种装置用于制备抗生素和/或用于活性物质的药理学测试的领域。此外，本专利技术使用的装置优选适用于实施生物膜发酵。大量不同的使用可行方案和各种生化或分子生物学过程实现因此可以在抽象专利技术思想的使用的基础上实现。
[0013]在本专利技术的特别的实施方式中设置了，所述弹性元件至少部分地具有海绵状材料。根据待培养细胞，在此有利的是，海绵状材料是合成制造的海绵，待培养细胞至少局部地粘附在海绵的表面和/或海绵的孔中。优选地，该海绵状材料具有至少一种泡沫物质，其中，通常可想到，海绵状材料、尤其是泡沫物质的表面至少局部地中得到表面处理，例如被涂覆。
[0014]替选地或补充地，可以想到弹性材料至少部分地具有体外肉、细菌、原核细胞、至少一种聚合物、蛋白质结构(例如丝蛋白结构、葡甘露聚糖、玉米醇溶蛋白、胶原蛋白)、藻酸盐、壳聚糖和/或纤维素。在此，对于本专利技术重要的总是，该弹性元件借助于能够针对性地运
动的运动器件变形、尤其是压缩，从而待培养细胞以合适的方式通过运动刺激被激励并且因此被激发生长和/或确保对待培养细胞进行有效的营养物质供应。
[0015]根据本专利技术的特别的实施方式，运动器件至少局部地相对于周围环境封闭生物反应器的容器内部空间。在此上下文中能够想到，运动器件具有至少一个活塞，该活塞布置为能够局部地沿容器的内壁运动。在这种情况下，优选在能够运动的活塞与壳体内壁之间设置至少一个例如呈环形密封件形式的密封元件。在此上下文中可以想到，运动器件的与弹性元件连接的构件具有密封面，该密封面与壳体壁共同包围密封元件，或者运动器件的专用驱动元件具有相对较小的密封面，例如与活塞连接的活塞杆在其自身与容器壁之间包围密封元件。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于培养细胞的生物反应器(1)，其带有：至少一个容器(2)，所述容器被设置成，在由所述容器(2)的壁(6)至少部分相对于周围环境封闭的容器内部空间(3)中容纳待培养细胞和至少一种培养基；以及运动器件(4)，所述运动器件可以与驱动单元(5)连接并且所述运动器件使所述待培养细胞至少时不时地运动或以力加载所述待培养细胞，其特征在于，在所述容器内部空间(3)中布置有弹性元件(7)，所述弹性元件被实施成，使得至少在所述弹性元件的一个区域中能够容纳所述培养基的至少一部分，并且所述待培养细胞至少时不时地至少局部粘附在所述弹性元件之中和/或之上，并且所述运动器件(4)被设置成，使所述弹性元件(7)至少时不时地变形。2.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于，所述弹性元件(7)具有海绵状材料。3.根据权利要求2所述的生物反应器，其中所述海绵状材料具有泡沫物质。4.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器，其特征在于，所述弹性元件(7)具有体外肉、细菌、至少一种聚合物、蛋白质结构、葡甘露聚糖、玉米醇溶蛋白、胶原蛋白、藻酸盐、壳聚糖和/或纤维素。5.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器，其特征在于，所述运动器件(4)至少局部地将所述容器内部空间(3)相对于周围环境封闭。6.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器，其特征在于，分别设置至少一个可封闭的入口(8)和出口(9)，通过所述入口和出口能够至少时不时地在所述容器内部空间(3)与流体供应部(10)或周围环境之间建立用于空气流和/或气体流的流动通道。7.根据权利要求6所述的生物反应器，其特征在于，在所述入口(8)中布置有进入阀(11)并且在所述出口(9)布置有排出阀(12)并且实施成，使得通过所述容器内部空间(3)中的压力变化来引起所述进入阀(11)和/或所述排出阀(12)的打开和闭合。8.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器，其特征在于，所述容器(2)具有至少一个可封闭的通道(13)，通过所述通道能够至少时不时地建立从所述容器(2)外部到所述容器内部空间(3)的连接。9.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器，其特征在于，所述驱动单元(5)具有至少一个机械地、气动地、液压地、电动地或电气动地驱动的驱动元件(14)，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：