用于細胞培養的裝置的制作方法

專利名稱：用于細胞培養的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于細胞培養的裝置。
背景技術：
人們早已經知道將細胞培養在為細胞培養而專門設計的容器中。在現有技術中，將待培養的預定量細胞混懸在液體溶液中，隨后將它引入到特定 容器中，在為該目的而準備的特定環境條件下在所述容器中發生了細胞增殖，細胞可能附 著到特定載體上。用于培養的環境條件可能需要給細胞提供氧氣和將細胞加熱到預定溫度。由于該原因，將待培養的細胞引入到容器中，隨后將容器放入環境已被維持在無 菌條件并且具有控制的溫度和氣體組成的溫育器中。可以基本上用兩類方法，即靜態法和動態法進行細胞培養。簡而言之，根據靜態法，將含細胞的溶液放入培養容器中并使其與第二培養溶液 保持在那里直到細胞增殖到預定量，而根據動態法，將待培養的含細胞的溶液引入到培養 容器中，隨后使第二培養溶液在該容器的入口和出口之間循環，容器中適合的支撐結構支 持細胞，同時引起灌注的培養溶液流出。該溶液可以通過特定的管道回路被再循環或者被設計成被排出。當液流需要細胞結合元件時，即形態結構或物理-化學特征促進細胞結合的元件 時，使用支撐結構。當細胞培養在容器的表面上和在那些結合元件上均提供了所需量的細胞時，采用 化學或生物試劑回收細胞，所述試劑隨后通過洗滌和通過機械刮除作用結合洗滌被除去。
上面描述的現有技術具有某些缺點。第一個缺點是在處理期間細胞培養暴露于環境因素導致的污染，因為容器經常是 開放的或者被設計成用塞子封閉，但是沒有用于進行細胞培養時保持無菌的裝置。另一個缺點是在將培養的細胞運輸或施用給患者之前，需要將它們轉移到適合的 容器中，這應盡可能不影響它們的功能直到施用或應用。但是，在這種轉移過程中無菌鏈被破壞，因為運輸細胞的容器被打開數次。又一個缺點是現有技術的容器被交替地構造和設計成或用于靜態或用于動態培 養而不能被用于兩者。另一個缺點是現有技術容器不能與細胞容易地交換氣體特別是氧氣，尤其是當將 這些細胞置于容器中遠離氧氣入口位置的區域。進一步的缺點是當使用細胞結合元件時，必需使它們完全保持浸入到其中混懸有 細胞的溶液中，但是不允許這種溶液的水平過于高過這種元件，因為溶液擔當氧氣(或其 它氣體)到細胞的通道的屏障，容器中的水平越高，與細胞的氣體交換越難。在這方面應注意，在它們的生命周期中，細胞通常吸收氧氣并排出二氧化碳，該二 氧化碳被從容器排除以防止飽和。
動態培養的又一缺點是溶液流的連續通過可能在容器中產生湍流，從而阻礙細胞 增殖。另一缺點是培養的細胞從它們的培養表面的剝離步驟導致破壞了一部分被剝離 的細胞，降低了培養效果。又一缺點是在現有技術裝置中可用的培養空間是有限的。另一缺點是培養裝置的大量內部容積必需保持是空的，用于游離氣體循環。另一缺點是一些培養容器需要對培養表面進行特殊處理以促進待培養的細胞的
纟口口。發明目的本發明的一個目的是改進現有技術。本發明的另一目的是提供從培養循環的開始到結束維持無菌培養區域的細胞培
養裝置。本發明的另一目的是每當待培養的細胞類型需要時，允許整個培養裝置的細胞和 培養基之間均勻的氣體交換，從而在非常短的培養時間內得到大量的可用細胞。本發明的又一目的是允許將培養的細胞施用給患者，而不影響培養區的無菌狀 態，也不需要將細胞在任何輔助容器中進行轉移或運輸。本發明的另一目的是允許在一個容器中細胞的靜態或動態培養，該容器可被用于 兩者。本發明的又一目的是提供可以用已知的培養和施用方案使用的細胞培養裝置，而 不需要任何特別改變或使用特殊構造的裝置。本發明的另一目的是在動態培養的情況中顯著地限制湍流和促進空氣消耗。本發明的又一目的是提供可以對患者容易地和直接地應用的細胞培養裝置。本發明的又一目的是提供能保證出色的培養效率，即相對于被培養裝置覆蓋的表 面尺寸而言大量的細胞，并限制培養裝備的容積需求的細胞培養裝置。本發明的又一目的是提供不需要使用傳統的溫育器設備的細胞培養裝置。根據本發明的一個方面，提供了一種用于細胞培養的裝置，包括容器體，它具有 包含大量待培養的細胞的內部室和置于所述內部室中的用于所述細胞的培養表面；用于將 所述待培養的細胞引入到所述室中的引入口 ；特征在于，所述容器體包括可通過可拆卸 的固定裝備以相互面對關系固定的第一半外殼裝備和第二半外殼裝備，它們一起限定所述 內部室和所述培養表面；至少一個用于所述細胞的輸送和/或培養液的出料口。用于細胞培養例如用于干細胞培養的裝置，允許-在完全無菌條件下進行培養，即避免外部污染；-快速且方便地供應即用細胞，例如用于給患者施用；-在細胞培養期間運輸裝置，而無需使用用于保存和運輸的輔助裝置；-相對于裝置的尺寸而言提供大的培養表面；-所有培養的細胞和在裝置的全部培養面積中基本均勻的氧合；-與已知的培養、轉輸(transfusion)和灌注設備組合使用；-從培養裝置無菌地除去細胞培養支撐物；-在動態培養的情況中防止湍流。
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附圖簡述在閱讀了優選非排他的用于細胞培養的裝置的實施方案的詳細描述后，本發明的 另外特征和優點將更容易地顯而易見，其通過附圖作為非限制性實例被顯示，其中

圖1是本發明用于細胞培養的裝置的第一個實施方案的透視和示意圖；圖2是圖1的裝置沿著兩個偏移平面II-II的縱向剖面圖；圖2A是圖2裝置的外周區域細節的橫剖面圖；圖3是本發明用于細胞培養的裝置的可能的可選擇實施方案的透視和分解圖；圖4是圖4裝置稍微大些比例的示意透視和分解圖；圖5是圖3裝置的縱向剖面圖；圖6A、6B、6C是用于打開圖3裝置的過程的三個步驟以回收要給患者施用的內部 培養成分的透視圖；圖7是具有支撐元件的本發明裝置的第一個實施方案的透視分解圖；圖8是具有支撐元件的本發明裝置的第二個實施方案的透視分解圖；圖9是圖8的用于細胞培養的裝置的間斷式縱向剖面圖；圖10是包括本發明用于細胞培養的裝置的細胞培養系統的示意圖。
具體實施例方式參照圖1和2，數字1指用于細胞培養的裝置的第一個實施方案。根據該實施方案，裝置1包括通過將由相互面對關系的相應片元件形成的兩個半 外殼3和4連接得到的容器體2。這兩個半外殼3和4中的至少一個，例如圖1中用數字4標明的一個，是由氣孔材 料例如膜制成。但是，兩個半外殼3和4均由疏水性材料制成，這使它們是不透液體的。在兩個半外殼3和4之間限定了內部室5，內部室被設計成容納待培養的細胞，細 胞包含在以箭頭“A”和“B”的方向從數字6標明的入口管段到數字7標明的出口管段流經 裝置1的液態轉運溶液中。應注意在該實施方案中，兩個管段6和7，即分別為入口和出口部分(盡管它們可 以交換)被置于容器體2的對側，以完成下文將更詳細描述的功能。如圖1和2中所示的，兩個半外殼3和4通過可剝離的粘合珠8沿著它們各自的 外周邊緣被連接在一起，使得兩個半外殼3和4分離而不被損壞。為了促進這種分離，兩個半外殼中的至少一個，即半外殼3盡管粘合地裝配有突 出部9，但突出部9與對側的半外殼4分離，并且可以被容易地抓握并牽拉以使兩個半外殼 3和4逐漸相互分離。兩個管段6和7可以在它們的外端具有插接件10和11，它們具有標準性質(例如 稱為“鎖緊套口(Iuer)，，的插接件)，用于與醫療系統導管的相應末端連接，例如輸注系統 或注射器。在用于細胞培養的裝置1的該實施方案中，半外殼3限定了形成培養表面的內部 面3A，設計成細胞在培養期間粘附到其上。參照圖3、4、5，顯示了用數字100標明的用于細胞培養的裝置的第二個實施方案。
再一次，裝置100包括容器體102，它是通過粘合連接兩個相互面對關系的硬質或 半硬質半外殼103、104，以在它們之間限定內部室105而得到的。與前面的實施方案一樣，兩個半外殼103和104以不可移動的方式或采用提供于 內部室105外周的可剝離粘合珠108來彼此粘合。內部室105被設計成容納基本上平板形狀的培養元件120，它具有實質上多孔的 或粗糙的培養表面，以促進待培養的細胞的粘附。兩個半外殼103和104具有允許通向內部室105和培養元件120的表面開口 121 和 122。兩個表面開口 121和122可以被片元件123和IM密封，所述片元件通過相應的 可剝離粘合珠108與各自的半外殼103和104粘合。這些片元件123和IM中的至少一個由氣孔材料制成，即能透過氧氣和二氧化碳， 它也是疏水的以防止液流通過。這種疏水性材料的孔指示性地具有0. 005微米至0. 45微米的尺寸。這些片元件的至少一個，例如片元件123具有突出部109，該突出部不與相應半外 殼103粘合，并且被設計成被使用者抓握，以通過從相應半外殼103除去片元件123而打開 內部室105。該實施方案還具有兩個管段106和107，它們分別充當入口和出口(可能可交 換)。管段106被設計成容納待培養的細胞，該細胞被混懸在液體轉運溶液中，而管段 107被設計成一旦待培養的細胞被釋放到培養元件120上就用于液體溶液的流出。應注意培養元件120保持與半外殼103、104均接觸，這促進了通過片元件123、 124(如果都是可透氣的)的孔交換氧氣和除去二氧化碳。參照圖7、8、10，應注意被設計成支撐培養元件120的基本上平的支撐元件125被 插在培養元件120和一個半外殼例如半外殼104之間。在第一個實施方案中，如圖7所示，該支撐元件125包括由垂直線材基體構成的網 格狀體U6。在第二個實施方案中，如圖8所示，該支撐元件125包括具有變成包括兩個經向連 接元件1 和129的同源末端的緯向毛細管段127。這些連接元件1 和1 中的每一個具有分別由130和131標明的入口或出口孔， 它們可以接收被設計成流進兩個連接元件1 和1 并且流進毛細管段127的輔助液體， 例如經加熱的輔助液體。網格狀體1 和緯向毛細管段127以及連接元件1 和1 均可以被置于片元件 123或124的外部，它們在這種情況下不是由多孔材料制成。用于細胞培養的裝置具有以下操作。在第一個實施方案中，使具有混懸于其中的待培養的細胞的液體溶液進入容器體 2的內部室5，一旦管段6已在先前與遞送充滿細胞例如干細胞的這種溶液的源連接，并使 管段7保持打開以排出空裝置中含有的空氣。當細胞在內部室5中時，它們趨于粘附到與半外殼3的內部面相合的培養表面3A。另一半外殼4由多孔材料制成，例如多層聚合材料或可透氣聚烯烴的組合、聚硅氧烷、聚丙烯(PP)或聚甲基戊烯(PMP)，以允許外部和內部室5之間的有效氣體交換，即允 許細胞存活所需的氧氣進入，同時防止液體溶液通過以及由此損失液體溶液，從而保持內 部室5無菌。 同時，在培養周期中由細胞產生的二氧化碳通過半外殼4的孔被排出。不含細胞或不含大部分細胞的液體溶液以預定時間通過管段7被排出，并用細胞 培養液體置換或者通過適合的再循環回路可能被再循環，這對技術人員是已知的，本文將 不進行詳細描述。一旦內部室5中的培養已提供了所需量的細胞，裝置1就可以備用于患者或者用 于收集產生的細胞。當裝置1要被運輸時并且在靜態培養條件下，將塞子裝配到相應的插接件10和11 上，使裝置與外部隔離并方便地將它運輸而不需要任何另外的輔助運輸設備，同時保持其 中含有的細胞培養物無菌。當裝置1到達，例如，患者以用于給需要局部施用細胞的被疾病侵襲的部位施用 細胞時，操作者牽拉突出部9以將半外殼3與半外殼4分離，從而通過將培養表面3A設置 在與疾病侵襲的部位接觸，而使培養表面3A可直接應用于疾病侵襲的部位。在培養裝置100的另一實施方案中，細胞接種在室105中如上所述地進行，但是當 液體溶液從入口管段106流經培養元件120的三維表面至出口管段107時，細胞沉積在培 養元件120的三維表面上。當大部分液體溶液被強制流經培養元件120時，允許細胞粘附于其上，并且維持 溶液基本上層流而沒有產生渦流或湍流。同樣在這種情況中，一旦管段106和107的末端已被特定的塞子封閉，并且在預定 時間后已達到所需量的細胞，裝置100就可給患者施用或者用于收集產生的細胞。再一次，裝置100允許細胞培養并且能被運送到患者，同時保證內部室105以及由 此的細胞培養環境保持無菌，而不使用對細胞可能有毒害的任何另外的運輸部件和任何低 溫或低氧處理。對于應用，使用者只需牽拉突出部109，將整個片元件123從半外殼103剝離并通 過表面開口 121進入內部室105和培養元件120。然后，使用者拿起培養元件120，使它與患病的部位直接接觸。應注意，培養元件120也可以由可降解材料制成，它可以被設計成隨著時間破碎 并自動釋放細胞，而無需使用可能破壞大量細胞的化學和/或機械刮除的分離步驟。此外，對于某些應用，生物可吸收的材料可被用于培養元件120。在某些情況中，裝置100可以具有插在半外殼103或104之一和培養元件120之 間(或置于二者外部)的用于支撐培養元件120的網格狀支撐元件126。此外，當細胞培養環境需要加熱而不使用任何傳統的溫育方法時，支撐元件125 被設計成一組平行鄰接關系的毛細管段127的形式，通過兩個相應的連接元件1 和1 在它們的同源末端處被連接。因此，通過將輔助加熱液體通過入口孔130引入并通過出口孔131排出，可以使它 在毛細管127和兩個連接元件1 和129中循環。參照圖10，可以理解還可以將用于細胞培養的裝置1或100容易地引入用于該目的的常規環路系統中，該環路系統包括罐200、加熱器300、氧合器400和泵500，沿著數字 600標明的溶液輸送管線串聯設置，該環路系統分別于連接用于細胞培養的裝置1或100的 插接件10和11或106和107。
權利要求
1.用于細胞培養的裝置，包括-容器體O)，它具有包含大量待培養的細胞的內部室(5)和用于置于所述內部室(5) 中的所述細胞的培養表面(3A;120)；-用于將所述待培養的細胞引入到所述室(5)中的引入口(6;106)；特征在于所述容器體( 包括-可通過可拆卸的固定裝置(8 ；108,108')相互面對固定的第一半外殼裝備(3 ； 103) 和第二半外殼裝備(4 ；104)，它們一起限定了所述內部室(5)和所述培養表面(3A ； 120)；-至少一個用于所述細胞的輸送和/或培養液的出料口(7 ；107)。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中所述第一半外殼裝備和第二半外殼裝備包括相應 的靈活的層合片(3，4;103，104)，其中至少一個由可透氣的、防水的和微生物不能滲透的 材料制成。
3.根據權利要求1所述的裝置，其中所述培養表面包括所述第一外殼裝備(3；103)和 第二外殼裝備中的至少一個的內部表面(3A)。
4.根據權利要求1所述的裝置，其中所述培養表面包括培養元件(120)的二維或三維 表面，所述培養元件(120)可以被設置在所述內部室(5)中，以使它附著在所述第一外殼裝 備(3 ；103)或第二外殼裝備G ； 104)中的至少一個上。
5.根據權利要求4所述的裝置，其中所述培養元件(120)由生物可吸收的材料制成。
6.根據權利要求4所述的裝置，其中所述培養元件(120)由可根據預定的降解時間降 解的材料制成。
7.根據權利要求1所述的裝置，其中可以將所述培養表面(3A;120)的支撐元件(125) 置于所述第一外殼裝備(3; 10 和第二外殼裝備中的至少一個和所述培養表面 (3A ； 120)之間。
8.根據權利要求7所述的裝置，其中所述支撐元件(125)包括沿著經緯向設置的線的 網狀元件(126) 0
9.根據權利要求8所述的裝置，其中所述經向的線包括彼此平行并相等的毛細管段 (127)，限定了各自相對的同源末端，所述緯向包括至少兩個連接元件(128，129)，每個指定 用于連接所述相對的同源末端的同源末端。
10.根據權利要求9所述的裝置，其中所述連接元件(128，129)各自包括用于指定流經 所述毛細管段(127)和所述連接元件(128，129)的輔助流體的進料裝備(130)和出料裝備 (131)。
11.根據權利要求1所述的裝置，其中所述固定裝備包括可剝離的粘合裝置(8；108, 108')。
12.根據權利要求1所述的裝置，其中所述固定裝備包括-確定所述內部室(5;105)并限定兩個相對面的框架元件(103，104)；-在所述內部室(5 ； 105)的周邊區應用到所述相對面的各個面上的相應可剝離膠粘帶 (108,108')，所述框架元件(103，104)指定以可拆卸的粘合容納所述第一外殼裝備(3 ； 103)和第二外殼裝備G ;104)，每個在所述相對面的相應面上。
13.根據權利要求1或4所述的裝置，其中所述培養表面(3A)和/或所述培養元件 (120)可以給患者直接應用。
14.根據權利要求1或4所述的裝置，其中所述培養表面(8A)和/或培養元件(120) 可以由以預定時間間隔降解的材料制成。
15.根據權利要求1所述的裝置，其中所述培養表面(8A)包括增加所述培養表面的尺 寸的尺寸增加裝置。
16.根據權利要求15所述的裝置，其中所述尺寸增加裝置包括所述培養表面中得到的 一系列彎曲并在所述內部室中呈凹凸狀。
17.用于細胞培養的設備，其特征在于它包括根據前述權利要求中的一個或多個用于 細胞培養的裝置(1 ；100)。
全文摘要
用于細胞培養的裝置，包括容器體(2)，它具有包含大量待培養的細胞的內部室(5)和置于所述內部室(5)中的用于所述細胞的培養表面(3A；120)；用于將所述待培養的細胞引入到所述室(5)中的引入口(6；106)；所述容器體(2)包括可通過可拆卸的固定裝置(8；108，108′)相互面對固定的第一半外殼裝備(3；103)和第二半外殼裝備(4；104)，它們一起形成所述內部室(5)和所述培養表面(3A；120)；至少一個用于所述細胞的輸送和/或培養液的出料口(7；107)。
文檔編號C12M3/06GK102137921SQ200980133750
公開日2011年7月27日 申請日期2009年8月6日 優先權日2008年8月6日
發明者G·貝利尼, M·多米尼奇, M·布羅格利, P·康特 申請人:瑞格納蘭德有限責任公司