【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容大体上涉及用于培养细胞的基材和结合了此类基材的固定床生物反应器，以及用于培养细胞的系统和方法。具体来说，本公开内容涉及具有均匀流体流动特性的细胞培养基材和具有此类基材的生物反应器。
技术介绍
1、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产品对于临床成功是至关重要的。
2、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。
3、已经建议有替代方法来增加培养细胞的体积密度。这些包括在搅拌罐中进行的微载体培养。在这种方案中，附着到微载体表面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。
4、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
5、现有技术公开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质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。
6、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”。(rationalplasmid design and bioprocess optimization to enhance recombinant adeno-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，290-297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 vectorproduction 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)。
7、此外，由于纤维在基材条中的无规排布以及给定填装床反应器系统的一个填装床与另一个之间的条填装中的变化，用户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，许多现有生物反应器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。
8、现有的固定床或填装床生物反应器系统围绕疏松填装床概念进行设计，这暗示了改进的流体流动。这种疏松填装导致低占据床区域(即，由于反应器没有被基材填充至最大占据，更不要说基材被压缩成紧密填装床，在反应器体积中留下了开放空间)。
9、虽然利用现有平台可以制造用于早期临床试验的病毒载体，但是需要能够以更大数量生产高质量产品的平台，以达到后期商业制造规模。
10、存在对于能够以高密度形式、均匀细胞分布和便于获得且增加收获产率的方式对细胞进行培养的细胞培养基材和/或基质、生物反应器、系统和方法的需求。具体来说，需要具有改进的流体流动特性的用于固定床生物反应器的细胞培养基材。
技术实现思路
1、根据本公开内容的实施方式，提供了用于细胞培养的生物反应器系统。生物反应器系统包括细胞培养容器，具有至少一个内部储器、流体连接到储器的入口以及流体连接到储器的出口。系统还包括布置在储器中的细胞培养基质，所述细胞培养基质具有粘附细胞的基材。细胞培养基质排布成维持通过细胞培养基质的液体介质的均匀流动，从而使得均匀流动满足如下表达式：δθ＝θ2–θ1；以及δθ≤n，式中，p大于或等于以下至少一个：0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9和0.95，并且式中，n小于或等于以下至少一个：0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9和1.0。在实施方式中，基材布置在储器中作为填装床或者固定床。在实施方式中，n小于或本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于培养细胞的生物反应器系统，该系统包括：
2.如权利要求1所述的生物反应器系统，其中，N小于或等于0.5，以及P大于或等于0.7。
3.如权利要求1或2所述的生物反应器系统，其中，当θ小于或等于0.8、0.75、0.7、0.6或0.5时，E(θ)小于或等于0.2或者小于或等于0.1。
4.如权利要求1-3中任一项所述的生物反应器系统，其中，当θ大于或等于1.2、1.25、1.3、1.4或1.5时，E(θ)小于或等于0.2或者小于或等于0.1。
5.如权利要求1-4中任一项所述的生物反应器系统，其中，当θ的值是0.6与1.4之间、0.7与1.3之间、0.8与1.2之间以及0.9与1.1之间时，E’(θ)＝0。
6.如权利要求1-5中任一项所述的生物反应器系统，其中，细胞培养基质构造成维持通过细胞培养基质的液体介质的均匀流动，具有小于或等于约1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.15或0.1的标准差。
7.如权利要求1-6中任一项所述的生物反应器系统，其中，细胞培养
8.如权利要求7所述的生物反应器系统，其中，维持通过固定床的床高度的均匀流动，所述床高度大于或等于10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm或100cm。
9.如权利要求1-8中任一项所述的生物反应器系统，其中，E(θ)曲线在所有θ值上具有单峰。
10.如权利要求9所述的生物反应器系统，其中，单峰是在如下θ值：0.8与1.2之间、0.85与1.15之间、0.9与1.1之间以及0.95与1.05之间。
11.如权利要求1-10中任一项所述的生物反应器系统，其中，细胞培养基质构造成使得液体介质流动通过细胞培养基质从而内部储器的整个液体体积的至少90％被流动通过内部储器的1.2个生物反应器体积的液体介质所替换。
12.如权利要求1-11中任一项所述的生物反应器系统，其中，细胞培养基质构造成使得液体介质流动通过细胞培养基质从而使得在沿着内部储器的宽度的任意点的液体介质的流速与沿着宽度的任意其他点的流速相差在15％、10％、5％或者2％之内，所述流速是在平行于从入口到出口方向的方向上进行测量。
13.如权利要求1-12中任一项所述的生物反应器系统，其中，细胞培养基质构造成使得液体介质流动通过细胞培养基质从而使得在细胞培养基质内的任意点的液体介质的流速与沿着细胞培养基质内的任意其他点的流速相差在15％、10％、5％或者2％之内，所述流速是在平行于从入口到出口方向的方向上进行测量。
14.如权利要求1-13中任一项所述的生物反应器系统，其中，细胞培养基质包括多层基材，其中，多层基材中的每层包括基本规则且均匀的物理结构和孔隙度。
15.如权利要求1-14中任一项所述的生物反应器系统，其中，细胞培养基质包括基本均匀的孔隙度。
16.如权利要求1-16中任一项所述的生物反应器系统，其中，均匀流动包括层状流。
17.如权利要求1-16中任一项所述的生物反应器系统，其中，储器由长度和宽度限定，所述长度从储器与入口相邻的第一端延伸到储器与出口相邻的第二端，细胞培养基质具有基本在储器的宽度上延伸的宽度。
18.如权利要求14-17中任一项所述的生物反应器系统，其中，多层基材包括堆叠在储器中的多个基材碟。
19.如权利要求18所述的生物反应器系统，其中，所述多个基材碟的堆叠构造成在所述多个基材碟的每一个的宽度上展现出基本均匀流体流动。
20.如权利要求18所述的生物反应器系统，其中，多层基材包括限定了孔隙度的多个开口，所述多个开口在所述多个基材碟的每个碟中排布成规则或者均匀式样。
21.如权利要求1-20中任一项所述的生物反应器系统，其中，多层基材包括以下至少一种：模制聚合物栅格、3D打印聚合物栅格以及织造基材。
22.如权利要求21所述的生物反应器系统，其中，多层基材包括织造基材，其具有多根交织纤维，表面构造成使得细胞与其粘附，所述多根交织纤维限定了多个开口。
23.如权利要求22所述的生物反应器系统，其中，细胞培养基质包括多个织造基材，每个织造基材具有第一侧和第二侧，所述第二侧与第一侧相对且与第一侧相隔为织造基材厚度。
24.如权利要求23所述的生物反应器系统，其中，所述多个织造基材排布成堆叠，从而基材的第一和第二侧中的一个面朝相邻基材的第一或第二侧。
25.如权利要求23或24...
【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系统，该系统包括：
2.如权利要求1所述的生物反应器系统，其中，n小于或等于0.5，以及p大于或等于0.7。
3.如权利要求1或2所述的生物反应器系统，其中，当θ小于或等于0.8、0.75、0.7、0.6或0.5时，e(θ)小于或等于0.2或者小于或等于0.1。
4.如权利要求1-3中任一项所述的生物反应器系统，其中，当θ大于或等于1.2、1.25、1.3、1.4或1.5时，e(θ)小于或等于0.2或者小于或等于0.1。
5.如权利要求1-4中任一项所述的生物反应器系统，其中，当θ的值是0.6与1.4之间、0.7与1.3之间、0.8与1.2之间以及0.9与1.1之间时，e’(θ)＝0。
6.如权利要求1-5中任一项所述的生物反应器系统，其中，细胞培养基质构造成维持通过细胞培养基质的液体介质的均匀流动，具有小于或等于约1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.15或0.1的标准差。
7.如权利要求1-6中任一项所述的生物反应器系统，其中，细胞培养基质以固定床构造排布在内部储器中。
8.如权利要求7所述的生物反应器系统，其中，维持通过固定床的床高度的均匀流动，所述床高度大于或等于10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm或100cm。
9.如权利要求1-8中任一项所述的生物反应器系统，其中，e(θ)曲线在所有θ值上具有单峰。
10.如权利要求9所述的生物反应器系统，其中，单峰是在如下θ值：0.8与1.2之间、0.85与1.15之间、0.9与1.1之间以及0.95与1.05之间。
11.如权利要求1-10中任一项所述的生物反应器系统，其中，细胞培养基质构造成使得液体介质流动通过细胞培养基质从而内部储器的整个液体体积的至少90％被流动通过内部储器的1.2个生物反应器体积的液体介质所替换。
12.如权利要求1-11中任一项所述的生物反应器系统，其中，细胞培养基质构造成使得液体介质流动通过细胞培养基质从而使得在沿着内部储器的宽度的任意点的液体介质的流速与沿着宽度的任意其他点的流速相差在15％、10％、5％或者2％之内，所述流速是在平行于从入口到出口方向的方向上进行测量。
13.如权利要求1-12中任一项所述的生物反应器系统，其中，细胞培养基质构造成使得液体介质流动通过细胞培养基质从而使得在细胞培养基质内的任意点的液体介质的流速与沿着细胞培养基质内的任意其他点的流速相差在15％、10％、5％或者2％之内，所述流速是在平行于从入口到出口方向的方向上进行测量。
14.如权利要求1-13中任一项所述的生物反应器系统，其中，细胞培养基质包括多层基材，其中，多层基材中的每层包括基本规则且均匀的物理结构和孔隙度。
15.如权利要求1-14中任一项所述的生物反应器系统，其中，细胞培养基质包括基本均匀的孔隙度。
16.如权利要求1-16中任一项所述的生物反应器系统，其中，均匀流动包括层状流。
17.如权利要求1-16中任一项所述的生物反应器系统，其中，储器由长度和宽度限定，所述长度从储器与入口相邻的第一端延伸到储器与出口相邻的第二端，细胞培养基质具有基本在储器的宽度上延伸的宽度。
18.如权利要求14-17中任一项所述的生物反应器系统，其中，多层基材包括堆叠在储器中的多个基材碟。
19.如权利要求18所述的生物反应器系统，其中，所述多个基材碟的堆叠构造成在所述多个基材碟的每一个的宽度上展现出基本均匀流体流动。
20.如权利要求18所述的生物反应器系统，其中，多层基材包括限定了孔隙度的多个开口，所述多个开口在所述多个基材碟的每个碟中排布成规则或者均匀式样。
21.如权利要求1-20中任一项所述的生物反应器系统，其中，多层基材包括以下至少一种：模制聚合物栅格、3d打印聚合物栅格以及织造基材。
22.如权利要求21所述的生物反应器系统，其中，多层基材包括织造基材，其具有多根交织纤维，表面构造成使得细胞与其粘附，所述多根交织纤维限定了多个开口。
23.如权利要求22所述的生物反应器系统，其中，细胞培养基质包括多个织造基材，每个织造基材具有第一侧和第二侧，所述第二侧与第一侧相对且与第一侧相隔为织造基材厚度。
24.如权利要求23所述的生物反应器系统，其中，所述多个织造基材排布成堆叠，从而基材的第一和第二侧中的一个面朝相邻基材的第一或第二侧。
25.如权利要求23或24所述的生物反应器系统，其中，至少一部分的所述多个基材没有被间隔物材料或阻隔物分隔开，或者彼此是物理接触的。
26.如权利要求22所述的生物反应器系统，其中，细胞培...
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