一种用于细胞规模化培养的生物反应器制造技术

本发明专利技术涉及生物技术领域，尤其是涉及一种用于细胞规模化培养的生物反应器，包括用于细胞培养的容器及用于培养过程中工艺参数控制的控制系统；容器为具有顶部、侧部和底部的器皿结构，容器在顶部、侧部和底部之中的至少一个区域设置有气体交换结构；容器的内部设置有至少一个搅拌桨，搅拌桨连接有驱动装置。控制系统通过容器上的工艺接口及电路信号接口与容器连接。本发明专利技术是针对细胞与基因治疗领域的细胞培养设计的反应器，利用特殊设计的搅拌桨和容器形状，提供低剪切力及均一湍动能耗散率的流场，利用底部和/或侧部的透气膜增加气体交换效率，从而制造一个可调节的且适合动物细胞在体外生长的环境。胞在体外生长的环境。胞在体外生长的环境。

【技术实现步骤摘要】
一种用于细胞规模化培养的生物反应器


[0001]本专利技术涉及生物
，尤其是涉及一种用于细胞规模化培养的生物反应器。

技术介绍

[0002]随着生物技术的发展，细胞与基因疗法逐渐成为一种攻克多种类型严重疾病的治疗方式。其中相对成熟的是利用自体细胞培养相应治疗性细胞，治愈相关疾病。然而该疗法无法规模化生产，导致其高昂的费用让人望而却步。得益于生物技术的进步，目前已经攻克同源异体细胞治疗技术的瓶颈，使治疗性细胞的规模化及商业化生产成为可能。因此，开发可用于该领域细胞规模化培养的装置将大幅降低药物的生产成本，为这个行业带来一场革命性巨变。
[0003]当前市面上用于细胞规模化培养的生物反应器，主要为搅拌式反应器，通常可以将培养体积放大至2000L及以上。该类生物反应器均使用底部通气鼓泡的方式，通过搅拌桨配合，实现混合，传质的目的，该模式在单抗，疫苗，重组蛋白等领域广泛使用。
[0004]根据研究表明，细胞与基因治疗领域常用的治疗性细胞，如干细胞，免疫细胞等，相比于单抗，疫苗领域中常用的细胞，都对培养的微环境，剪切力异常敏感。目前成熟的方案都是采用静态培养的方式进行培养，细胞的体外培养往往采用摇瓶及T型方瓶。尽管摇瓶及T型方瓶可为细胞提供温和的流场环境及适宜的气体交换，但其难以实现工艺放大，培养规模往往在几十毫升到几百毫升，无法满足市场商业化的规模要求。
[0005]当前市面上的搅拌式反应器，其剪切力偏大，无法满足该领域细胞培养对剪切力的要求。同时，该类搅拌式反应器为了满足细胞培养过程中对氧气的需求，均采用底部通气鼓泡的形式传氧。然而气泡在破碎时会产生较大的剪切力，对细胞有损伤。因此该类反应器无法满足细胞与基因治疗领域所使用的细胞培养。
[0006]此外，在细胞与基因治疗领域，除了需要考虑细胞的扩增以外，细胞的定向分化也是需要考虑的重要因素之一。细胞分化的一致性将直接影响产物质量。根据研究，湍动能的耗散率对细胞分化结果有显著影响。当流场的湍动能耗散率均一时，细胞的分化结果容易保持一致性。同时，湍动能耗散率一致也是此类细胞工艺放大过程中考虑的重要因素之一。
[0007]市面上常用的波浪式反应器，尽管没有鼓泡，但其反复摇摆的工作特点，使其流场难以实现工艺放大。同时湍动能耗散率无法做到一致，因此不适合本领域内细胞培养的需求。
[0008]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的总体
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种用于细胞规模化培养的生物反应器，以解决现有技术中存在的技术问题。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
本专利技术提供一种用于细胞规模化培养的生物反应器，其包括：用于细胞培养的容器；所述容器为具有顶部、侧部和底部的器皿结构，所述容器在顶部、侧部和底部之中的至少一个区域设置有气体交换结构；所述容器壁上具有细胞培养所需的工艺接口；所述容器的内部设置有至少一个搅拌桨，所述搅拌桨连接有驱动装置，所述驱动装置设置于容器的外部。
[0011]优选的，所述气体交换结构包括开设于容器顶部的透气膜或进排气管路。
[0012]优选的，所述气体交换结构包括开设于容器壁部的隔水透气膜或带单向阀的气体过滤器。
[0013]优选的，所述搅拌桨的桨叶直径d与容器直径D的比值介于0.6
‑
0.99之间。
[0014]优选的，所述容器的直径D与高度H的比值介于0.5
‑
2之间。
[0015]优选的，容器有满足工艺需求的工艺接口，包括不限于（进气接口，排气接口，进液接口，出液接口，取样接口，收获接口及用于过程监控的各类传感器接口）。
[0016]优选的，生物反应器还包括：容器保持装置；所述容器保持装置的底部具有可透气托盘，所述容器设置于可透气托盘，所述容器保持装置上配置有驱动装置。
[0017]优选的，所述搅拌桨桨叶底部距离容器底部高度h与容器直径D的比值介于0.05
‑
0.25之间。
[0018]优选的，所述搅拌桨的桨叶为螺旋线形状，桨叶的布置呈连续设置或者间断设置，所述桨叶上开设置有开孔或者扰流板。
[0019]优选的，生物反应器还包括：控制系统，所述控制系统与容器上配置的传感检测元件通讯连接。
[0020]具体的，容器可与控制器连接，通过容器上配置的传感器采集容器内各工艺参数值，通过控制程序，同时配合泵，流量计等装置，实现容器中物理参数的自动化控制，包括不限于温度，转速，PH，DO，气体流量等。
[0021]采用上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：目前细胞与基因治疗领域的细胞培养，如免疫细胞，干细胞等，均是采用的体外静态培养，其培养体积较小，无法实现大规模的培养。本专利技术通过设计特定搅拌方式及特定气体交换模式，实现用3D动态培养代替现行静态培养模式，效率更高，可以满足CGT领域产品研发，中试，商业化生产的要求，以此降低细胞治疗药物的总体研发及生产成本，填补国内行业空白。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术实施例提供的生物反应器的立体图；图2为本专利技术实施例提供的生物反应器的正视图；图3为本专利技术实施例提供的生物反应器的剖视图；图4为本专利技术实施例提供的搅拌桨的结构示意图；
图5为本专利技术实施例提供的容器的剖视图；图6为本专利技术实施例提供的在1000ml流场模拟下的湍动能耗散率分布和剪切率分布的示意图；图7为本专利技术实施例提供的在100ml流场模拟下的湍动能耗散率分布和剪切率分布的示意图。
[0024]图标：1
‑
容器；2
‑
容器保持装置；3
‑
驱动装置；4
‑
上盖；5
‑
透气孔；6
‑
网状托盘；7
‑
搅拌桨。
实施方式
[0025]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0027]本实施例提供一种用于细胞规模化培养的生物反应器，其包括：用于细胞培养的容器1。容器1为具有顶部、侧部和底部的器皿结构。容器1的直径与高度的比值（径高比）介于0.5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于细胞规模化培养的生物反应器，其特征在于，包括：用于细胞培养的容器；所述容器为具有顶部、侧部和底部的器皿结构，所述容器在顶部、侧部和底部之中的至少一个区域设置有气体交换结构；所述容器壁上具有细胞培养所需的工艺接口；所述容器的内部设置有至少一个搅拌桨，所述搅拌桨连接有驱动装置，所述驱动装置设置于容器的外部。2.根据权利要求1所述的用于细胞规模化培养的生物反应器，其特征在于，所述气体交换结构包括开设于容器顶部的透气膜或进排气管路。3.根据权利要求1所述的用于细胞规模化培养的生物反应器，其特征在于，所述气体交换结构包括开设于容器壁部的隔水透气膜或带单向阀的气体过滤器。4.根据权利要求1所述的用于细胞规模化培养的生物反应器，其特征在于，所述搅拌桨的桨叶直径d与容器直径D的比值介于0.6
‑
0.99之间。5.根据权利要求1所述的用于细胞规模化培养...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪松茶，
申请(专利权)人：昆仑智子杭州生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：