管式填装床细胞培养容器、系统和相关方法技术方案

提供的细胞培养系统包括：生物反应器容器，其具有限定了细胞培养空间的内部空穴，流体连接到细胞培养空间的第一端部的入口，以及流体连接到细胞培养空间的第二端部的出口；以及布置在细胞培养空间中的至少一个细胞生长元件。细胞生长元件包括围绕支撑元件的细胞培养基材，以从细胞培养空间的第一端部到第二端部的方向延伸。部的方向延伸。部的方向延伸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】管式填装床细胞培养容器、系统和相关方法
[0001]本申请根据35U.S.C.
§
119，要求2020年6月30日提交的美国临时申请系列第63/046,080号的优先权权益，本文以其内容作为基础并将其全文通过引用结合于此。


[0002]本公开内容大体上涉及用于培养细胞的容器和系统以及细胞培养方法。具体来说，本公开内容涉及细胞培养容器和结合于其中的基材，以及采用此类容器和基材的细胞培养方法。

技术介绍

[0003]在生物加工行业，出于生产激素、酶、抗体、疫苗和细胞疗法的目的进行大规模细胞培养。细胞和基因治疗市场正在快速增长，有希望的治疗进入临床试验并迅速走向商业化。然而，一次细胞治疗剂量可能需要数十亿个细胞或数万亿个病毒。由此，能够在短时间内提供大量细胞生产对于临床成功是至关重要的。
[0004]生物加工中使用的大部分细胞都依赖于锚点，这意味着细胞需要表面来粘附从而进行生长和发挥功能。传统上，粘附细胞的培养是在二维(2D)细胞粘附表面上进行的，所述细胞粘附表面整合在多种容器形式中的一种，例如：T型瓶、培养皿、细胞工厂、细胞堆叠容器、辊瓶以及康宁容器。这些方案会具有明显缺陷，包括难以实现高到足以使得可用于治疗或细胞的大规模生产的细胞密度。
[0005]已经建议有替代方法来增加培养细胞的体积密度。这些包括搅拌罐中进行的微载体培养。在这种方案中，附着到微载体的壁的细胞经受恒定剪切应力，导致对增殖和培养性能的明显影响。高密度细胞培养系统的另一个例子是空心纤维生物反应器，其中，当他们在纤维空间之间的空间中增殖时，细胞可以形成大的三维聚集体。然而，由于缺乏营养物，细胞生长和性能受到明显抑制。为了缓解这个问题，将这些生物反应器制造成小的并且不适合大规模生产。
[0006]用于锚定依赖细胞的高密度培养系统的另一个例子是填装床生物反应器系统。在这种类型的生物反应器中，使用细胞基材来提供粘附细胞的附着表面。介质沿表面或通过半多孔基材灌注，以提供细胞生长所需的营养物和氧气。例如，先前的美国专利第4,833,083号、第5,501,971号以及第5,510,262号已经公开了含有支撑或基材系统的填装床来俘获细胞的填装床生物反应器系统。填装床基质通常是采用多孔颗粒作为基材或者聚合物的非织造微纤维来制造得到的。此类生物反应器起到了再循环流通式生物反应器的功能。明显问题之一在于，此类生物反应器在填装床内的细胞分布不是均匀的。基本上来说，这些填装床起到了深度过滤器的功能，细胞主要俘获在入口区域处，导致接种步骤期间的细胞分布的梯度。此外，由于无规纤维填装，填装床的横截面的流动阻力以及细胞俘获效率不是均匀的。例如，介质快速流动通过具有低的细胞填装密度的区域，而缓慢流动通过由于较高数量的俘获细胞导致较高阻力的区域。这产生了通道效应，其中，营养物和氧气被更有效地传递到具有较低体积细胞密度的区域，而具有较高细胞密度的区域则维持在非最优培养条件
下。
[0007]现有的填装床系统的另一个明显缺陷在于，无法在培养过程结束时高效地收获完整的活细胞。如果最终产品是细胞或者如果生物反应器被用作“接种序列”的一部分(其中，细胞群体在一个容器中生长，然后转移到另一个容器以使得群体进一步生长)的话，那么细胞的收获是至关重要的。美国专利第9,273,278号公开了改善细胞收获步骤期间从填装床回收细胞的效率得到改善的生物反应器设计。其基于疏松填装床基材以及填装床颗粒的振动或搅拌来实现多孔基质碰撞并由此分离细胞。然而，这种方案是费力的，并且可能导致明显细胞破坏，从而降低了整体细胞存活率。
[0008]目前市场上的填装床生物反应器的例子是Pall有限公司生产的iCellis使用由以非织造布置的无规取向纤维构成的细胞基材材料的小条。将这些条填装到容器中以产生填装床。然而，如同市场上类似的解决方案那样，这种类型的填装床基材存在缺陷。具体来说，基材条的非均匀填装产生了填装床内视觉可见的通道，导致优先和非均匀的介质流动以及填装床的营养物分布。对的研究已经注意到“细胞的系统性非均质分布，它们的数量从固定床的顶部到底部发生增加”以及“营养物梯度
……
导致限制了细胞生长和生产”，这全都导致“可能影响转染效率的细胞的不均分布”。(Rational plasmid design and bioprocess optimization to enhance recombinant adeno
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associated virus(AAV)productivity in mammalian cells(合理的质粒设计和生物过程优化，以提高哺乳动物细胞中重组腺相关病毒(AAV)的生产力)，生物技术期刊，2016年11月，290
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297页)。研究注意到填装床的振动可以改善分布，但是会具有其他缺陷(即，“在接种和转染过程中为了更好地分散而进行的必要搅拌会诱发剪切应力的增加，这进而导致细胞活力降低”，同上)。的另一项研究注意到：细胞的不均匀分布使得使用生物量传感器监测细胞群体是困难的(
“……
如果细胞分布不均匀，则顶部载体上细胞的生物量信号可能无法显示整个生物反应器的全貌”。Process Development of Adenoviral Vector Production in Fixed Bed Bioreactor:From Bench to Commercial Scale(固定床生物反应器中腺病毒载体生产的工艺开发：从实验室到商业规模)，人类基因治疗，第26卷，第8期，2015年)。
[0009]此外，由于纤维在基材条中的无规排布以及的一个填装床与另一个之间的条填装中的变化，消费者可能难以预测细胞培养性能，因为培养之间的基材是不同的。此外，的填装基材非常难以或不可能高效地收获细胞，因为相信细胞被填装床所俘获。
[0010]辊瓶具有数项优势，例如：易于搬运以及能够对附着表面上的细胞进行监测。然而，从生产角度而言，主要缺点在于，虽然辊瓶构造占据了大面积的制造底板空间，但是表面积
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体积比是低的。使用各种方案来增加辊瓶形式中可用于粘附细胞的表面积。商业产品中已经采纳了一些解决方案，但是仍然存在甚至进一步增加辊瓶生产力的改善空间。传统上来说，通过吹塑工艺生产作为个体结构的辊瓶。此类制造简单性使得辊瓶在生物加工工业中具有经济可行性。一些辊瓶可以实现经过改进以增加可用于细胞培养的表面积而没有改变制造工艺；然而，仅获得了改进辊瓶表面积的边际增加。辊瓶设计的其他改进明显增加了制造工艺复杂度，使得其在生物加工行业中不具有经济可行性。因此，希望提供具有增加的表面积和生物加工生产力的辊瓶，同时对其制造使用相同的吹塑工艺。
[0011]利用现有技术将小型生物反应器规模化到更大规格(例如，中试生产线开发或生产水平)也被证明是困难或低效的。因此，会希望提供能够以各种规格以可预测且一致结果实现细胞培养的系统或平台。
[0012]虽然利用现有平台可以制造用于早期临床试本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种细胞培养系统，其包括：生物反应器容器，其包含限定了细胞培养空间的内部空穴，与细胞培养空间的第一端部流体连接的入口，以及与细胞培养空间的第二端部流体连接的出口；以及布置在细胞培养空间中的至少一个细胞生长元件，所述细胞生长元件包括围绕支撑元件的细胞培养基材，以从细胞培养空间的第一端部到第二端部的方向延伸。2.如权利要求1所述的细胞培养系统，其中，细胞培养基材包括细胞培养基材材料的片材，其缠绕或卷绕支撑元件。3.如权利要求1或2所述的细胞培养系统，其中，细胞培养基材包括织造基材材料，其包含多根交织纤维，表面构造成使得细胞与其粘附。4.如权利要求1
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3中任一项所述的细胞培养系统，其还包括布置在细胞培养空间中并且以从细胞培养空间的第一端部到第二端部的方向对齐的多个细胞生长元件。5.如权利要求4所述的细胞培养系统，其中，所述多个细胞生长元件以可去除的方式附连到细胞培养空间，使得细胞培养系统在细胞培养过程中可以容纳各种数量的细胞生长元件。6.如权利要求1
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5中任一项所述的细胞培养系统，其中，中心支撑体是管式的，具有围绕空心芯体的周壁，所述周壁包含将中心支撑体的内部流体连接到中心支撑体的外部的多个穿孔。7.如权利要求6所述的细胞培养系统，其中，中心支撑体的空心芯体流体连接到入口，以及细胞培养系统包括流体流动路径，其包括从入口开始流动，然后通过空心芯体，然后经由所述多个穿孔从中心支撑体径向向外流动，然后穿过细胞培养基材，以及然后流出出口。8.如权利要求1
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7中任一项所述的细胞培养系统，其还包括入口增压室，所述入口增压室流体连接到且布置在入口与细胞培养空间之间。9.如权利要求8所述的细胞培养系统，其还包括布置在入口增压室与细胞培养空间之间的打孔入口板，所述打孔入口板包括多个穿孔，其将入口增压室直接流体连接到中心支撑体的第一端部处的空心芯体。10.如权利要求1
‑
9中任一项所述的细胞培养系统，其还包括出口增压室，所述出口增压室流体连接到且布置在细胞培养空间与出口之间。11.如权利要求10所述的细胞培养系统，其还包括布置在细胞培养空间与出口增压室之间的打孔出口板，所述打孔出口板包括多个穿孔，其将细胞培养空间包含中心支撑体的外部的一部分流体连接到出口增压室。12.如权利要求11所述的细胞培养系统，其中，中心支撑体附连到中心支撑体的第二端部。13.如权利要求12所述的细胞培养系统，其中，空心芯体在中心支撑体的第二端部不是开放的，从而空心芯体没有经由中心支撑体的第二端部直接流体连接到出口增压室。14.如权利要求8
‑
13中任一项所述的细胞培养系统，其还包括布置在入口增压室中的入口歧管，所述入口歧管流体连接到入口并且构造成使得流体在整个入口增压室是均匀分布的或者均匀分布到打孔入口板。15.如权利要求10
‑
14中任一项所述的细胞培养系统，其还包括布置在出口增压室中的出口歧管，所述出口歧管流体连接到出口并且构造成引导流体离开细胞培养空间达到出
口。16.如权利要求1
‑
15中任一项所述的细胞培养系统，其中，所述至少一个细胞培养元件具有圆柱体形状。17.如权利要求1
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16中任一项所述的细胞培养系统，其中，所述至少一个细胞培养元件包括用于将细胞培养基材附连到中心支撑体的附连机制。18.如权利要求1
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17中任一项所述的细胞培养系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：