BR112021006773A2

BR112021006773A2 - microbiorreator de fluxo contínuo

Info

Publication number: BR112021006773A2
Application number: BR112021006773-6A
Authority: BR
Inventors: Juan Francisco LLAMAZARES
Original assignee: Stamm Vegh Corporation
Priority date: 2018-10-10
Filing date: 2019-10-08
Publication date: 2021-07-13
Also published as: AR116719A1; CN113166697A; WO2020076852A1; MX2021004099A; KR20210074339A; EP3864128A4; US20210348096A1; JP2022504770A; TW202022107A; UY38406A; CA3115769A1; EP3864128A1; JP7430717B2; AU2019357997A1

Abstract

MICROBIORREATOR DE FLUXO CONTÍNUO. A presente revelação contempla os componentes, sistemas e métodos para biorreatores que podem ser empregados para produzir e manter células, otimizar o crescimento de célula e produção de produtos de tais células, e para produzir e isolar as células e produtos feitos por tais células. Os sistemas, componentes e métodos no presente documento abordam a escala, custo, eficiência e consistência e são adequados para produção customizada de célula e bioproduto.

Description

“MICROBIORREATOR DE FLUXO CONTÍNUO” REFERÊNCIA CRUZADA

[0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente Provisório nº US 62/743.974 depositado em 10 de outubro de 2018, que é integralmente incorporado ao presente documento a título de referência.

ANTECEDENTES

[0002] A produção de produtos biológicos incluindo células, proteínas e moléculas químicas pequenas e grandes tornou-se um foco crescente no fornecimento de produtos médicos, alimentícios, industriais e outros tipos de produtos. A consistência do produto e a capacidade de escalar a produção, bem como a flexibilidade para adaptar a fabricação a diferentes locais e às condições ambientais, são fatores importantes para a produção.

[0003] Os biorreatores fornecem um ambiente para produção em grande escala de células e para produzir proteínas e outras moléculas a partir de tais células. Muitos biorreatores requerem um grande investimento de capital, bem como requerem um grande espaço físico. Além disso, o ambiente de grandes biorreatores pode diferir em ambiente de câmaras de crescimento em menor escala e, através disso, resultar em condições de crescimento e produção abaixo do ideal. A escala maior de biorreatores também pode dificultar a investigação das condições de crescimento em um nível de célula individual. Isso pode resultar na heterogeneidade da população de células, bem como afetar a qualidade, pureza e rendimento dos bioprodutos produzidos pelas células.

SUMÁRIO

[0004] São fornecidos no presente documento sistemas, componentes e métodos para produzir e manter células e para produzir e isolar células e produtos feitos por tais células. Os sistemas, componentes e métodos no presente documento abordam escala, custo, eficiência e consistência.

[0005] Em um aspecto, a presente revelação fornece um biorreator, que compreende: uma entrada configurada para receber uma pluralidade de células; uma pluralidade de minimódulos em comunicação de fluido com a entrada, em que um minimódulo da pluralidade de minimódulos compreende uma estrutura de giroide dupla ou uma estrutura de giroide dupla modificada, em que a pluralidade de minimódulos é fluidamente interconectada para fornecer pelo menos um microcanal configurado para fluir a pluralidade de células; e uma saída em comunicação de fluido com a pluralidade de minimódulos, cuja saída é configurada para direcionar a pluralidade de células ou derivados das mesmas para fora de pelo menos um microcanal.

[0006] Em algumas modalidades, os minimódulos são interconectados de uma maneira que forneça pelo menos dois microcanais não sobrepostos, cada um tendo uma curvatura média constante. Em algumas modalidades, um primeiro microcanal dos pelo menos dois microcanais não sobrepostos é configurado para fluir um meio líquido, e em que um segundo microcanal dos pelo menos dois microcanais não sobrepostos é configurado para fluir uma composição gasosa. Em algumas modalidades, os pelo menos dois microcanais não sobrepostos fornecem líquido. Em algumas modalidades, os pelo menos dois microcanais não sobrepostos são separados por uma membrana porosa.

Em algumas modalidades, uma área do primeiro microcanal é equivalente a uma área do segundo microcanal, e em que a área da membrana porosa é a soma das áreas dos primeiro e segundo microcanais.

Em algumas modalidades, a pluralidade de minimódulos é montada formando uma macroestrutura.

Em algumas modalidades, a macroestrutura é selecionada a partir do grupo que consiste em uma pirâmide, uma pirâmide oca, uma pirâmide de lamela, uma lamela, uma disposição de xadrez e um tronco.

Em algumas modalidades, a pluralidade de minimódulos é disposta em camadas no interior da macroestrutura, e em que as camadas são configuradas de modo que uma velocidade de meio líquido em cada camada seja substancialmente a mesma.

Em algumas modalidades, a pluralidade de minimódulos é disposta em camadas no interior da macroestrutura, e em que as camadas são configuradas de modo que uma velocidade de meio líquido varie através das camadas.

Em algumas modalidades, um meio líquido que flui através de pelo menos um microcanal tem uma velocidade maior que uma velocidade de queda livre de uma célula que flui através de pelo menos um microcanal.

Em algumas modalidades, o biorreator compreende adicionalmente uma entrada de gás na base da macroestrutura e uma saída de gás no topo da macroestrutura.

Em algumas modalidades, o biorreator compreende adicionalmente uma entrada de célula no topo da macroestrutura configurada para fornecer a pluralidade de células e um dispositivo de coleta de célula na base da macroestrutura configurada para colher a pluralidade de células.

Em algumas modalidades, o biorreator compreende adicionalmente um dispositivo de entrada de meio líquido configurado para fluir um meio líquido em cada camada da pluralidade de minimódulos. Em algumas modalidades, um volume de meio líquido fornecido pelo dispositivo de meio líquido para cada camada mantém uma densidade celular substancialmente constante em cada uma das camadas. Em algumas modalidades, a velocidade de meios líquidos através de cada minimódulo é determinada pela taxa de divisão celular de modo que o tempo para as células percorrerem um único minimódulo ou uma camada de minimódulos seja substancialmente igual ao da taxa de divisão celular ou proporcional à taxa de divisão celular. Em algumas modalidades, o biorreator é interconectado com um módulo de área restrita. Em algumas modalidades, o biorreator é interconectado com um módulo de chip de célula.

[0007] Em outro aspecto, a presente revelação fornece sistemas para produção de célula, que compreende: um primeiro módulo que compreende um chip de célula configurado para conter uma pluralidade de células; um segundo módulo em comunicação de fluido com o primeiro módulo, em que o segundo módulo compreende um biorreator de área restrita configurada para (i) fazer interface com o chip de célula, (ii) direcionar um subconjunto de células da pluralidade de células para diferentes segmentos, em que as condições de crescimento de célula nos diferentes segmentos são individualmente configuráveis, e (iii) gerar iterativamente um conjunto de condições de crescimento para a pluralidade de células; e um terceiro módulo em comunicação de fluido com o primeiro módulo e o segundo módulo, em que o terceiro módulo compreende um biorreator configurado para (i) fazer interface com o segundo módulo,

(ii) receber o subconjunto de células, e (iii) gerar cópias do subconjunto de células sob o conjunto de condições de crescimento.

[0008] Em algumas modalidades, o primeiro, segundo e terceiro módulos são fluidamente interconectados. Em algumas modalidades, o sistema compreende adicionalmente uma bomba que corresponde a cada módulo, em que a bomba é configurada para fornecer meio líquido em uma taxa de fluxo ou pressão para um módulo correspondente. Em algumas modalidades, a bomba é uma bomba de seringa, uma bomba peristáltica, ou uma bomba de pressão. Em algumas modalidades, o sistema compreende adicionalmente um componente selecionado a partir do grupo que consiste em um formulador de meios de cultura, um eletroporador, um reservatório, uma bomba, um sensor de bolha, um coletor de bolha e combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, o sistema compreende adicionalmente pelo menos um sensor. Em algumas modalidades, o pelo menos um sensor é um sensor em linha. Em algumas modalidades, o pelo menos um sensor mede um parâmetro biológico, um parâmetro físico ou um parâmetro químico. Em algumas modalidades, o parâmetro biológico é selecionado a partir do grupo que consiste em taxa de divisão celular, taxa de crescimento de célula, uma resposta de estresse de célula, teor de proteína da célula, teor de carboidrato da célula, teor de lipídeo da célula e teor de ácido nucleico da célula. Em algumas modalidades, o parâmetro físico é selecionado a partir do grupo que consiste em tamanho de célula, densidade celular, taxa de fluxo de célula, taxa de fluxo de meios líquidos, taxa de mistura, turvação, temperatura e pressão. Em algumas modalidades, o parâmetro químico é selecionado a partir do grupo que consiste em pH, composição de meios líquidos, concentração de componente de meios líquidos individuais, composição gasosa e concentração de gás, e concentração de gás dissolvido. Em algumas modalidades, o sistema compreende adicionalmente um dispositivo de câmera. Em algumas modalidades, o dispositivo de câmera é configurado para fazer a contagem das células de uma saída do biorreator de área restrita ou do biorreator. Em algumas modalidades, o dispositivo de câmera é configurado para capturar pelo menos um parâmetro adicional associado a células individuais a partir da saída de pelo menos um módulo de biorreator, e em que o parâmetro adicional é um recurso biológico, químico ou físico de uma célula.

[0009] Em outro aspecto, a presente revelação fornece um módulo de chip de célula, que compreende: uma estrutura em camadas que compreende pelo menos um circuito de fluido; uma área de retenção de célula em comunicação de fluido com o pelo menos um circuito de fluido, em que a área de retenção de célula compreende pelo menos um primeiro coletor configurado para reter uma pluralidade de células; uma porta de entrada em comunicação de fluido com a estrutura em camadas e configurada para inserir um meio líquido na área de retenção de célula; e uma porta de saída em comunicação de fluido com a estrutura em camadas e configurado para coletar meio e células gastos e excessivos.

[0010] Em algumas modalidades, o pelo menos um circuito de fluido é configurado para fluir um gás para a área de retenção de célula. Em algumas modalidades, o pelo menos um circuito de fluido é configurado para fluir um meio líquido para a área de retenção de célula. Em algumas modalidades, o pelo menos um coletor compreende um coletor de sucção. Em algumas modalidades, o pelo menos um coletor compreende um coletor de acesso. Em algumas modalidades, a área de retenção de célula compreende adicionalmente um segundo coletor. Em algumas modalidades, o segundo coletor é um coletor de sobrefluxo. Em algumas modalidades, o pelo menos um coletor e o segundo coletor estão em série entre si. Em algumas modalidades, a área de retenção de célula compreende pelo menos um coletor de acesso e dois ou mais coletores de sobrefluxo. Em algumas modalidades, o módulo de chip de célula compreende adicionalmente uma ou mais células no modo de armazenamento. Em algumas modalidades, o modo de armazenamento é selecionado a partir de células que são secas, liofilizadas, congeladas ou suspensas em líquido. Em algumas modalidades, o módulo de chip de célula compreende adicionalmente uma ou mais barreiras físicas para distribuir células que fluem através do módulo de chip de célula.

[0011] Em outro aspecto, a presente revelação fornece um módulo de biorreator de área restrita que compreende uma série de segmentos, em que um segmento da série de segmentos compreende pelo menos dois microcanais configurados para transportar pelo menos uma célula a partir de uma extremidade de um microcanal dos pelo menos dois microcanais para outra extremidade do microcanal dos pelo menos dois microcanais, em que uma extremidade do microcanal é configurada para inserir um meio líquido e o pelo menos uma célula, em que a outra extremidade do microcanal é configurada para emitir os meios líquidos e a pelo menos uma célula, e em que as condições de crescimento na série de segmentos são individualmente configuráveis.

[0012] Em algumas modalidades, um primeiro segmento e um segundo segmento da série de segmentos são dispostos em série de modo que uma célula transite do microcanal do primeiro segmento para o microcanal do segundo segmento. Em algumas modalidades, o microcanal do primeiro segmento bifurca em uma extremidade de saída em pelo menos dois microcanais a partir do segundo segmento, em que os pelo menos dois microcanais são dispostos em uma configuração paralela de modo que a célula emitida a partir do primeiro segmento entre em um dos pelo menos dois microcanais e outra célula emitida a partir do primeiro segmento entre em outro dos pelo menos dois microcanais. Em algumas modalidades, o biorreator de área restrita compreende adicionalmente uma primeira entrada configurada para fornecer meio líquido para a série de segmentos. Em algumas modalidades, um comprimento do microcanal é determinado pela taxa de divisão de célula de modo que uma célula se divida zero, uma vez, duas vezes, três vezes, quatro vezes, cinco vezes ou mais de cinco vezes durante o trânsito de uma extremidade do microcanal para outra extremidade do microcanal. Em algumas modalidades, um diâmetro do microcanal é determinado pelo tamanho de célula, taxa de mistura do líquido em trânsito ou uma combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, o biorreator de área restrita compreende adicionalmente pelo menos um sensor para medir um parâmetro do biorreator com ambiente de célula de biorreator de área restrita. Em algumas modalidades, o biorreator de área restrita compreende adicionalmente um controlador configurado para alterar uma entrada para o biorreator de área restrita em resposta à medição do pelo menos um sensor. Em algumas modalidades, o parâmetro é selecionado a partir do grupo que consiste em um parâmetro biológico, um parâmetro físico e um parâmetro químico. Em algumas modalidades, o parâmetro é selecionado a partir do grupo que consiste em teor de gás, concentração de gás, pH, densidade óptica e temperatura. Em algumas modalidades, o parâmetro é selecionado a partir do grupo que consiste em taxa de divisão celular, densidade celular, uma resposta de estresse de célula ou um metabólito de célula. Em algumas modalidades, o biorreator de área restrita compreende adicionalmente uma câmara de coleta de amostra na saída do microcanal de um segmento final na série de segmentos. Em algumas modalidades, o biorreator de área restrita é interconectado com um módulo de chip de célula.

[0013] Em outro aspecto, a presente revelação fornece um método de crescimento e armazenamento de células, que compreende: inocular um módulo de chip de célula com pelo menos uma célula, em que o módulo de chip de célula compreende uma estrutura em camadas com pelo menos um circuito fluídico, uma área de retenção de célula em comunicação de fluido com o pelo menos um circuito de fluido, uma porta de entrada em comunicação de fluido com a estrutura em camadas, e uma porta de saída em comunicação de fluido com a estrutura em camadas; fornecer um meio líquido para a entrada de modo que a pelo menos uma célula permaneça em um primeiro coletor da área de retenção de célula; incubar o chip de célula por um período de tempo sob condições suficientes para permitir a divisão de célula de modo que as células divididas permaneçam no primeiro coletor; após o período de tempo de divisão de célula, colocar as células em um modo de armazenamento.

[0014] Em algumas modalidades, o modo de armazenamento é selecionado a partir do grupo que consiste em secagem, liofilização, congelamento ou suspensão em líquido. Em algumas modalidades, o método compreende adicionalmente fornecer um novo meio líquido para a entrada e incubar o chip de célula por um período de tempo sob condições que permitem que a divisão de célula reative a divisão de célula. Em algumas modalidades, o período de divisão de célula produz células suficientes de modo que um número substancial de células saia do primeiro coletor e entre em um segundo coletor no módulo de chip de célula. Em algumas modalidades, as células são adicionalmente incubadas por um segundo período de tempo para divisão de célula, e em que o segundo período de tempo produz um número suficiente de células de modo que um número substancial de células saia do segundo coletor e flua para a saída do módulo de chip de célula para coleta. Em algumas modalidades, as células da saída do módulo de chip de célula são fornecidas para um módulo de biorreator ou área restrita interconectada. Em algumas modalidades, o segundo coletor é um coletor de sucção ou um coletor de sobrefluxo. Em algumas modalidades, o primeiro coletor é um coletor de acesso ou um coletor de sucção.

[0015] Em outro aspecto, a presente revelação fornece métodos para selecionar as condições de crescimento de célula, que compreende: introduzir o primeiro grupo de células em um biorreator de área restrita que compreende uma série de segmentos, em que um segmento da série de segmentos é individualmente configurável; incubar o primeiro grupo de células sob um primeiro conjunto de condições de crescimento em um primeiro segmento da série de segmentos; monitorar um primeiro parâmetro do primeiro grupo de células no primeiro segmento; e alterar o conjunto de condições de crescimento para criar um segundo conjunto de condições de crescimento em um segundo segmento da série de segmentos em resposta ao monitoramento do primeiro parâmetro no primeiro segmento.

[0016] Em algumas modalidades, o primeiro grupo de células se move para o segundo segmento, e em que um segundo grupo de células é introduzido no primeiro segmento. Em algumas modalidades, o primeiro grupo de células é introduzido no biorreator de área restrita a partir de um módulo de chip de célula. Em algumas modalidades, o reator de área restrita é interconectado com um módulo de biorreator. Em algumas modalidades, o segundo conjunto de condições de crescimento é aplicado ao biorreator. Em algumas modalidades, uma taxa de fluxo de células de uma extremidade de cada segmento para outra extremidade é determinada pela taxa de divisão celular. Em algumas modalidades, as células dividem um tempo no período de tempo que as células transitam de uma extremidade do segmento para outra extremidade do segmento. Em algumas modalidades, um fluxo de meio líquido através de cada segmento da série de segmentos é fluxo laminar.

[0017] Em outro aspecto, a presente revelação fornece métodos para escalonamento de produção de células, que compreende: introduzir uma pluralidade de células em uma entrada de um biorreator, em que o biorreator compreende uma coleta de minimódulos de estrutura de giroide dupla ou estrutura de giroide dupla modificada, em que os minimódulos são dispostos em camadas no interior de uma macroestrutura que compreende uma entrada e uma saída; fluir um meio líquido no biorreator; suprir uma composição gasosa no biorreator; e coletar a pluralidade de células da saída; em que a pluralidade de células transita entre os minimódulos, e em que a pluralidade de células transita da extremidade de entrada da macroestrutura para a extremidade de saída da macroestrutura.

[0018] Em algumas modalidades, a pluralidade de células se divide em média uma vez durante o trânsito de uma camada de minimódulos para a próxima camada de minimódulos. Em algumas modalidades, uma quantidade de meio líquido que flui para cada camada de minimódulos mantém substancialmente a mesma densidade de células em cada camada. Em algumas modalidades, uma velocidade de meios líquidos que fluem através do biorreator excede uma velocidade de queda livre das células. Em algumas modalidades, a pluralidade de células é introduzida no biorreator a partir de um chip de célula ou um módulo de área restrita. Em algumas modalidades, uma porção da pluralidade de células é coletada a partir da extremidade de saída da macroestrutura. Em algumas modalidades, a pluralidade de células produz pelo menos um bioproduto, e em que o bioproduto é coletado a partir da extremidade de saída da macroestrutura. Em algumas modalidades, o bioproduto é selecionado a partir do grupo que consiste em uma molécula pequena, uma proteína, um anticorpo, uma grande macromolécula e um metabólito.

[0019] Em outro aspecto, a presente revelação fornece métodos para produção de célula customizada, que compreende: introduzir um tipo selecionado de célula em um módulo de chip de célula; crescer as células no módulo de chip de célula; transitar as células a partir do módulo de chip de célula para um biorreator de área restrita; e selecionar pelo menos uma condição de crescimento a partir de um primeiro conjunto de condições de crescimento no biorreator de área restrita para gerar um segundo conjunto de condições de crescimento.

[0020] Em outro aspecto, a presente revelação fornece métodos para cultivar células, que compreende: fornecer uma pluralidade de células para um biorreator aderente que compreende pelo menos um canal e uma membrana microporosa; permitir que pelo menos uma porção da pluralidade de células adira a uma superfície do pelo menos um canal de modo que pelo menos a porção da pluralidade de células replique na superfície do pelo menos um canal para gerar células fixadas; fluir um meio líquido a partir do pelo menos um canal através da membrana microporosa para (i) lavar as células fixadas, (ii) separar as células fixadas para gerar células suspensas, (iii) lavar as células suspensas; e opcionalmente, coletar as células suspensas.

[0021] Em algumas modalidades, o pelo menos um canal compreende um material adequado para adesão de pelo menos uma porção da pluralidade de células. Em algumas modalidades, o método compreende adicionalmente fluir um meio líquido adicional através do pelo menos um canal para (i) fornecer um meio de cultura para permitir o crescimento e/ou replicação pelo menos da porção da pluralidade de células, (ii) separar ar células fixadas de pelo menos um canal, ou (iii) fluir as células suspensas a partir de pelo menos um canal para uma área de coleta. Em algumas modalidades, o biorreator aderente está em comunicação de fluido com um módulo de chip de célula, e em que o módulo de chip de célula fornece a pluralidade de células para o biorreator aderente. Em algumas modalidades, o biorreator aderente está em comunicação de fluido com um biorreator, e em que o biorreator aderente fornece as células suspensas para o biorreator. Em algumas modalidades, a pluralidade de células é selecionada a partir do grupo que consiste em células bacterianas, células fúngicas, células de levedura, células eucarióticas, células de planta e células de algas. Em algumas modalidades, a pluralidade de células consiste em células recombinantes.

[0022] Em algumas modalidades, o método compreende adicionalmente crescer uma amostra do tipo selecionado de célula em um biorreator com o segundo conjunto de condições de crescimento. Em algumas modalidades, o tipo selecionado de célula ou uma porção da mesma é coletado a partir do biorreator. Em algumas modalidades, o tipo selecionado de célula é uma célula T de receptor de antígeno quimérico (CAR-T), uma célula-tronco ou uma célula diferenciada. Em algumas modalidades, o tipo selecionado de célula produz pelo menos um bioproduto, e em que o bioproduto é coletado a partir do biorreator.

[0023] Em outro aspecto, a presente revelação fornece um sistema que compreende uma pluralidade de trajetórias de fluxo de fluido que têm uma seção cruzada substancialmente constante, em que uma primeira trajetória de fluxo de fluido da pluralidade de trajetórias de fluxo de fluido está em comunicação de fluido com uma segunda trajetória de fluxo de fluido da pluralidade de trajetórias de fluxo de fluido para permitir o fluxo gasoso da primeira trajetória de fluxo de fluido para a segunda trajetória de fluxo de fluido em uma taxa substancialmente constante ao longo da primeira trajetória de fluxo de fluido, e em que a primeira trajetória de fluxo de fluido é configurada para permitir a cultura de célula.

[0024] Em algumas modalidades, a pluralidade de trajetórias de fluxo de fluido compreende uma estrutura de giroide, uma estrutura de giroide dupla, uma estrutura de giroide dupla modificada, uma superfície mínima periódica triploide ou combinações das mesmas.

[0025] Em outro aspecto, a presente revelação fornece métodos para processar uma pluralidade de células, que compreende: (a) fornecer um biorreator que compreende (i) uma entrada, (ii) uma pluralidade de minimódulos em comunicação de fluido com a entrada, em que um minimódulo da pluralidade de minimódulos compreende uma estrutura de giroide dupla ou uma estrutura de giroide dupla modificada, em que a pluralidade de minimódulos é fluidamente interconectada para fornecer pelo menos um microcanal; e (iii) uma saída em comunicação de fluido com a pluralidade de minimódulos; e (b) direcionar uma pluralidade de células para a entrada, cuja pluralidade de células ou derivados das mesmas é direcionada a partir da entrada através de pelo menos um microcanal para a saída.

[0026] Em algumas modalidades, o biorreator compreende pelo menos dois microcanais. Em algumas modalidades, um primeiro microcanal dos pelo menos dois microcanais flui um meio líquido. Em algumas modalidades, um segundo microcanal dos pelo menos dois microcanais flui uma composição gasosa. Em algumas modalidades, os pelo menos dois microcanais são separados por uma membrana porosa. Em algumas modalidades, a pluralidade de minimódulos é montada formando uma macroestrutura.

[0027] Em outro aspecto, a presente revelação fornece métodos que compreende gerar um biorreator que compreende: uma entrada configurada para receber uma pluralidade de células; uma pluralidade de minimódulos em comunicação de fluido com a entrada, em que um minimódulo da pluralidade de minimódulos compreende uma estrutura de giroide dupla ou uma estrutura de giroide dupla modificada, em que a pluralidade de minimódulos é fluidamente interconectada para fornecer pelo menos um microcanal configurado para fluir a pluralidade de células; e uma saída em comunicação de fluido com a pluralidade de minimódulos, cuja saída é configurada para direcionar a pluralidade de células ou derivados das mesmas para fora de pelo menos um microcanal.

[0028] Em algumas modalidades, o biorreator é gerado usando a impressão tridimensional (3-D) da pluralidade de minimódulos.

[0029] Em algumas modalidades fornecido é um sistema para produção de célula que compreende um primeiro módulo que compreende um chip de célula configurado para conter uma pluralidade de células; um segundo módulo que compreende um biorreator de área restrita configurada para (i) fazer interface com o chip de célula, (ii) direcionar células da pluralidade de células para diferentes segmentos, em que as condições de crescimento de célula nos diferentes segmentos são individualmente configuráveis, e (iii) gerar iterativamente um conjunto de condições de crescimento para a pluralidade de células; e um terceiro módulo que compreende um biorreator de produção configurado para (i) fazer interface com o segundo módulo, (ii) receber as células e (iii) gerar cópias das células sob o conjunto de condições de crescimento.

[0030] Em algumas modalidades, o primeiro, o segundo e o terceiro módulos do sistema são funcionalmente interconectados. Em algumas modalidades, o sistema compreende adicionalmente uma bomba que corresponde a cada módulo, em que a bomba fornece meios líquidos em uma taxa de fluxo ou pressão para o módulo correspondente. Em algumas modalidades, a bomba é uma bomba de seringa, uma bomba peristáltica, ou uma bomba de pressão.

[0031] Também são fornecidos no presente documento tais sistemas que compreendem adicionalmente um componente selecionado a partir do grupo que consiste em um formulador de meios de cultura, um eletroporador, um reservatório, uma bomba, um sensor de bolha, um coletor de bolha e combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, o sistema também inclui pelo menos um sensor, como um sensor em linha. Em algumas modalidades, pelo menos um sensor mede um parâmetro biológico, um parâmetro físico ou um parâmetro químico, que pode incluir, por exemplo, um parâmetro biológico selecionado a partir do grupo que consiste em taxa de divisão celular, taxa de crescimento de célula, uma resposta de estresse de célula, teor de proteína da célula, teor de carboidrato da célula, teor de lipídeo da célula e teor de ácido nucleico da célula; Um parâmetro físico selecionado a partir do grupo que consiste em tamanho de célula, densidade celular, taxa de fluxo de célula, taxa de fluxo de meios líquidos, taxa de mistura, turvação, temperatura e pressão; um parâmetro químico selecionado a partir do grupo que consiste em pH, composição de meios líquidos, concentração de componente de meios líquidos individuais, composição gasosa e concentração de gás e concentração de gás dissolvido; e combinações dos mesmos.

[0032] São fornecidos no presente documento tais sistemas que adicionalmente compreendem um dispositivo de câmera. Em algumas modalidades, o dispositivo de câmera faz a contagem das células de uma saída do biorreator de área restrita ou do biorreator de produção. Em algumas modalidades, o dispositivo de câmera captura pelo menos um parâmetro adicional associado a células individuais a partir da saída de pelo menos um módulo de biorreator, em que o parâmetro adicional é um recurso biológico, químico ou físico de uma célula.

[0033] Em algumas modalidades, também é fornecido no presente documento um módulo de chip de célula que compreende uma área de retenção de célula que compreende pelo menos um primeiro coletor para reter as células e opcionalmente pelo menos um segundo coletor para reter células; uma porta de entrada configurada para inserir um meio líquido na área de retenção de célula; e uma porta de saída configurada para coletar meio e células gastos e excessivos. Em algumas modalidades, o primeiro coletor pode ser um coletor de sucção, um coletor de acesso, um coletor de sobrefluxo ou uma combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, o primeiro coletor e o segundo coletor estão em série entre si. Em algumas modalidades, o módulo de chip de célula inclui pelo menos um coletor de acesso e dois ou mais coletores de sobrefluxo. Em algumas modalidades, o módulo de chip de célula pode incluir uma ou mais barreiras físicas para distribuir as células que fluem através do módulo.

[0034] Em algumas modalidades, o módulo de chip de célula compreende adicionalmente uma ou mais células no modo de armazenamento, que podem ser, por exemplo, células que são secas, liofilizadas, congeladas ou suspensas em líquido.

[0035] Em algumas modalidades, é fornecido no presente documento um módulo de biorreator de área restrita que compreende uma série de segmentos, em que um segmento da série de segmentos compreende pelo menos um microcanal configurado para transportar uma célula de uma extremidade do microcanal para a outra extremidade do microcanal, e em que uma extremidade do microcanal é configurada para inserir um meio líquido e pelo menos uma célula, e em que a outra extremidade do microcanal é configurada para emitir os meios líquidos e pelo menos uma célula.

[0036] Em algumas modalidades, o biorreator de área restrita, um primeiro segmento e um segundo segmento são dispostos em série de modo que uma célula transite de um dos microcanais do primeiro segmento para um dos microcanais do segundo segmento. Em algumas modalidades, o microcanal de um primeiro segmento bifurca em uma extremidade de saída em pelo menos dois microcanais do segundo segmento, em que os dois microcanais são dispostos em uma configuração paralela de modo que a célula emitida a partir do primeiro segmento entre em um dos pelo menos dois microcanais e outra célula emitida a partir do primeiro segmento entre em outro dos pelo menos dois microcanais.

[0037] Em algumas modalidades, o biorreator de área restrita inclui adicionalmente uma primeira entrada adequada para fornecer meios líquidos para os segmentos. Em algumas modalidades, o comprimento de cada microcanal do biorreator de área restrita é determinado pela taxa de divisão de célula de modo que a célula se divida zero, uma vez, duas vezes, três vezes, quatro vezes, cinco vezes ou mais que cinco vezes durante seu trânsito de uma extremidade do microcanal para a outra extremidade do microcanal. Em algumas modalidades, o diâmetro de cada microcanal é determinado pelo tamanho de célula, taxa de mistura do líquido em trânsito ou uma combinação dos mesmos.

[0038] Em algumas modalidades, o biorreator de área restrita inclui pelo menos um sensor para medir um parâmetro do ambiente de célula de biorreator e, opcionalmente, um controlador para alterar uma entrada para o biorreator em resposta à medição de pelo menos um sensor. Em algumas modalidades, o sensor mede um parâmetro, como um parâmetro biológico, um parâmetro físico e/ou um parâmetro químico, como teor de gás, concentração de gás, pH, densidade óptica, temperatura, taxa de divisão celular, densidade celular, uma resposta de estresse de célula, um metabólito de célula ou combinações dos mesmos.

[0039] Em algumas modalidades, o biorreator de área restrita inclui uma câmara de coleta de amostra na saída dos microcanais do segmento final na série de segmentos. Em algumas modalidades, o biorreator de área restrita é interconectado com um módulo de chip de célula, como qualquer um dos módulos de chip de célula descritos no presente documento.

[0040] Em algumas modalidades, é fornecido no presente documento um biorreator de produção, que compreende uma pluralidade de minimódulos, em que cada um dentre a pluralidade de minimódulos compreende uma estrutura ou formato giroide duplo, e em que a pluralidade de minimódulos é interconectada para fornecer microcanais. Em algumas modalidades, a interconexão dos minimódulos cria dois canais não sobrepostos, cada um tendo uma curvatura média constante. Em algumas modalidades, um microcanal do biorreator de produção fornece meios líquidos e em que o segundo microcanal fornece uma composição gasosa. Em algumas modalidades, ambos os microcanais fornecem líquido. Em algumas modalidades, os microcanais são separados por uma membrana porosa. Em algumas modalidades, a área do primeiro microcanal é equivalente à área do segundo microcanal, e em que a área da membrana é a soma das áreas dos primeiro e segundo microcanais.

[0041] Em algumas modalidades, o biorreator de produção pode incluir minimódulos que são montados formando uma macroestrutura, que pode ser, por exemplo, uma pirâmide, uma pirâmide oca, uma pirâmide de lamela, uma lamela, uma disposição de xadrez ou um tronco. Em algumas modalidades,

os minimódulos são dispostos em níveis no interior da macroestrutura e em que a velocidade de meios líquidos em cada nível é substancialmente a mesma. Em algumas modalidades, a velocidade de meio líquido varia através dos níveis. Em algumas modalidades, os meios líquidos que fluem através de um microcanal tem uma velocidade maior que a velocidade de queda livre de uma célula que flui através do microcanal.

[0042] Em algumas modalidades, o biorreator de produção inclui uma entrada de gás na base da macroestrutura e uma saída de gás no topo da macroestrutura. Em algumas modalidades, há uma entrada de célula no topo da macroestrutura e um dispositivo de coleta de célula na base da macroestrutura.

[0043] Em algumas modalidades, o biorreator de produção inclui um dispositivo de entrada de meio líquido, em que meios líquidos fluem para cada nível de minimódulos. Em algumas modalidades, o volume de meios líquidos fornecidos pelo dispositivo de meios líquidos para cada nível mantém uma densidade celular substancialmente constante em cada um dos níveis. Em algumas modalidades, a velocidade de meios líquidos através de cada minimódulo é determinada pela taxa de divisão celular de modo que o tempo para as células percorrerem um único minimódulo ou um nível de minimódulos seja substancialmente igual ao da taxa de divisão celular ou proporcional à taxa de divisão celular.

[0044] Em algumas modalidades, o biorreator de produção é interconectado com um módulo de área restrita, um módulo de chip de célula ou interconectado a um sistema que inclui tanto um módulo de chip de célula quanto um módulo de área restrita. Em algumas modalidades, é fornecido no presente documento um sistema que compreende uma pluralidade de trajetórias de fluxo de fluido que têm uma seção cruzada substancialmente constante, em que uma primeira trajetória de fluxo de fluido da pluralidade de trajetórias de fluxo de fluido está em comunicação de fluido com uma segunda trajetória de fluxo de fluido da pluralidade de trajetórias de fluxo de fluido para permitir o fluxo gasoso da primeira trajetória de fluxo de fluido para a segunda trajetória de fluxo de fluido em uma taxa substancialmente constante ao longo da primeira trajetória de fluxo de fluido. Em algumas modalidades, a pluralidade de trajetórias de fluxo de fluido compreende um formato ou estrutura de giroide, um formato ou estrutura de giroide modificada, uma superfície mínima periódica triploide ou combinações dos mesmos.

[0045] Também são fornecidos no presente documento métodos de crescimento e armazenamento de células que compreendem inocular um módulo de chip de célula com pelo menos uma célula; fornecimento de um meio líquido para uma entrada de líquido do chip de célula de modo que a pelo menos uma célula permanece em um primeiro coletor; incubação do chip de célula por um período sob condições que permitem a divisão de célula de modo que as células divididas permaneçam no primeiro coletor; e após o período de divisão de célula, colocação das células em um modo de armazenamento. Em algumas modalidades, o modo de armazenamento é selecionado a partir do grupo que consiste em secagem, liofilização, congelamento ou suspensão em líquido. Em algumas modalidades, o método inclui adicionalmente fornecer novos meios líquidos para a entrada de líquido do chip de célula e incubar o chip de célula por um período de tempo sob condições que permitem divisão de célula para reativar a divisão de célula. Em algumas modalidades, o período de divisão de célula produz células suficientes de modo que um número substancial de células saia do primeiro coletor e entre em um segundo coletor no módulo de chip de célula. Em algumas modalidades, as células são adicionalmente incubadas por um segundo período de tempo de divisão de célula e em que o segundo período de divisão de célula produz células suficientes de modo que um número substancial de células saia do segundo coletor e flui para uma saída do chip de célula para coleta. Em algumas modalidades, as células da saída do chip de célula são fornecidas para um módulo de biorreator de produção ou área restrita interconectada. Em algumas modalidades do método, o segundo coletor é um coletor de sucção ou um coletor de sobrefluxo. Em algumas modalidades, o primeiro coletor é um coletor de acesso ou um coletor de sucção.

[0046] São fornecidos no presente documento métodos de otimizar ambiente de célula que compreende introduzir primeiro grupo de células em um biorreator de área restrita que compreende uma série de segmentos; incubar o primeiro grupo sob um primeiro ambiente em um primeiro segmento; monitorar um primeiro parâmetro das células no primeiro segmento; e alterar o primeiro ambiente para criar um segundo ambiente em resposta ao monitoramento do primeiro parâmetro. Em algumas modalidades dos métodos, o primeiro grupo de células se move para um segundo segmento e em que um segundo grupo de células é introduzido no primeiro segmento. Em algumas modalidades, as células são introduzidas no biorreator de área restrita a partir de um módulo de chip de célula. Em algumas modalidades, o reator de área restrita é interconectado com um módulo de biorreator de produção. Em algumas modalidades dos métodos, o segundo ambiente é aplicado ao biorreator de produção.

[0047] Em algumas modalidades dos métodos, a taxa de fluxo de células de uma extremidade de cada segmento para a outra extremidade é determinada pela taxa de divisão celular. Em algumas modalidades, as células dividem um tempo no período de tempo que as células transitam de uma extremidade do segmento para a outra extremidade do segmento. Em algumas modalidades, o fluxo de meios líquidos através de cada segmento é fluxo laminar.

[0048] Também são fornecidos no presente documento métodos para escalonamento de produção de células, que compreende introduzir células em um biorreator de produção, em que o biorreator de produção compreende uma coleta de minimódulos de estrutura ou formato giroide duplo, em que os minimódulos são dispostos em níveis no interior de uma macroestrutura; fluir meios líquidos no biorreator de produção; e suprir uma composição gasosa no biorreator de produção; em que as células transitam entre os minimódulos; e em que as células transitam de uma extremidade de entrada da macroestrutura para uma extremidade de saída da macroestrutura. Em algumas modalidades dos métodos, as células se dividem em média uma vez durante o trânsito de um nível de minimódulos para o próximo nível de minimódulos. Em algumas modalidades, a quantidade de meios líquidos que fluem para cada nível de minimódulos mantém substancialmente a mesma densidade de células em cada nível. Em algumas modalidades, a velocidade de meios líquidos que fluem através do reator de produção excede a velocidade de queda livre das células.

[0049] Em algumas modalidades dos métodos no presente documento, as células são introduzidas no biorreator a partir de um chip de célula ou um módulo de área restrita. Em algumas modalidades, uma porção das células é coletada a partir da extremidade de saída da macroestrutura. Em algumas modalidades, as células produzem pelo menos um bioproduto e em que o bioproduto é coletado a partir da extremidade de saída da macroestrutura, como, por exemplo, uma molécula pequena, uma proteína, um anticorpo, uma grande macromolécula, um metabólito ou combinações dos mesmos produzidas pelas células.

[0050] São fornecidos no presente documento métodos para produção de célula customizada que compreende introduzir um tipo selecionado de célula em um chip de célula; crescer as células no chip de célula; transitar as células a partir do módulo de chip de célula para um biorreator de área restrita; e otimizar pelo menos um parâmetro de um primeiro ambiente de célula no biorreator de área restrita para criar um segundo ambiente de célula. Em algumas modalidades, o método inclui adicionalmente crescer uma amostra do tipo selecionado de célula em um biorreator de produção com o segundo ambiente de célula. Em algumas modalidades, as células ou uma porção das mesmas são colhidas do biorreator de produção. Em algumas modalidades, as células usadas nos métodos são uma célula CAR-T, uma célula-tronco ou uma célula diferenciada ou combinações das mesmas. Em algumas modalidades, as células produzem pelo menos um bioproduto e em que o bioproduto é coletado a partir do biorreator de produção.

[0051] São fornecidos no presente documento métodos de crescimento de células que compreendem crescer células em um módulo de chip de célula como descrito no presente documento. Em algumas modalidades, o método adicionalmente inclui colocar as células no modo de armazenamento. São fornecidos no presente documento métodos de otimização de condições de ambiente de célula, que compreende crescer células no biorreator de área restrita como descrito no presente documento, e otimizar pelo menos um parâmetro do ambiente de célula. Também são fornecidos no presente documento métodos de crescimento de células que compreendem crescer células em um biorreator de produção como descrito no presente documento. Em algumas modalidades, o método é um método de produção de célula de alta escala. Em algumas modalidades dos métodos para crescimento e produção de células, as células são selecionadas a partir do grupo que consiste em uma célula bacteriana, uma célula fúngica, uma célula de planta, uma célula de animal, uma célula aviária, uma célula de mamífero, uma célula humana e uma célula geneticamente modificada. Em algumas modalidades, os sistemas, dispositivos e métodos descritos no presente documento podem ser usados em gravidade zero ou sob condições de microgravidade de modo que as células sejam cultivadas em uma gravidade zero ou condição de microgravidade.

[0052] Aspectos e vantagens adicionais da presente revelação se tornarão prontamente evidentes àquele técnico no assunto a partir da seguinte descrição detalhada, em que apenas as modalidades ilustrativas da presente revelação são mostradas e descritas. Como será realizado, a presente revelação é capaz de outras e diferentes modalidades, e seus vários detalhes são capazes de modificações em vários aspectos óbvios, todos sem se afastar da revelação. Consequentemente, os desenhos e descrições devem ser considerados como ilustrativos por natureza, e não como restritivos.

INCORPORAÇÃO POR REFERÊNCIA

[0053] Todas as publicações, patentes e pedidos de patente mencionados neste relatório descritivo são incorporados ao presente documento a título de referência na mesma proporção como se cada publicação, patente ou pedido de patente individual fosse específica e individualmente indicado como incorporado a título de referência. Na medida em que as publicações e patentes ou pedidos de patente incorporados a título de referência contradizem a revelação contida no relatório descritivo, o relatório descritivo se destina a substituir e/ou ter precedência sobre qualquer material contraditório.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0054] Recursos inovadores da invenção são apresentados particularmente com as reivindicações anexas. Um melhor entendimento dos recursos e vantagens da presente invenção será obtido a título de referência para a seguinte descrição detalhada que apresenta modalidades ilustrativas, em que os princípios da invenção são utilizados, e os desenhos anexos (também “figura” e “FIG.” no presente documento), dos quais:

[0055] A FIG. 1 mostra uma modalidade exemplificativa de um sistema com três módulos;

[0056] A FIG. 2A mostra uma modalidade exemplificativa de um módulo de chip de célula 201; A FIG. 2B mostra uma modalidade exemplificativa de um ambiente de célula 205, circuito de meios de chip de célula 230 e circuito de gás de chip de célula 250 como “camadas” individuais de um chip de célula; A FIG. 2C mostra o perfil lateral das camadas do chip de célula;

[0057] As FIGs. 3A-3F fornecem modalidades exemplificativas de coletores de célula para uso com um módulo de chip de célula; As FIGs. 3A-3B mostram modalidades exemplificativas de um coletor de acesso; As FIGs. 3C-3D mostram modalidades exemplificativas de um coletor de sobrefluxo; e as FIGs. 3E-3F mostram modalidades exemplificativas de um coletor de sucção;

[0058] As FIGs. 4A-4E fornecem modalidades exemplificativas de um biorreator de área restrita;

[0059] A FIG. 5 fornece uma modalidade exemplificativa de um biorreator de produção;

[0060] As FIGs. 6A-6C fornecem modalidades exemplificativas para macroestruturas para um biorreator de produção;

[0061] A FIG. 7A mostra uma modalidade exemplificativa de uma montagem e estrutura ou formato giroide duplo modificado em canais sobrepostos, como para uso em um biorreator de produção como descrito no presente documento; A FIG. 7B fornece um exemplo de estruturas ou formatos de giroides duplos modificados montados em duas redes sobrepostas de canais; A FIG. 7C fornece um exemplo da curvatura criada pela montagem de giroides duplos modificados em um canal;

[0062] A FIG. 8 mostra o esquema, por exemplo, de métodos de crescimento de célula, armazenamento, optimização de ambiente e produção de aumento de escala;

[0063] As FIGs. 9A-9F mostram um esquema exemplificativo para uma montagem de minimódulos em macroestruturas; A FIG. 9A mostra um exemplo de um minimódulo; A FIG. 9B mostra um exemplo de montagem de minimódulo em uma matriz tridimensional exemplificativa; A FIG. 9C mostra uma matriz tridimensional exemplificativa; A FIG. 9D mostra uma camada exemplificativa de uma matriz tridimensional; As FIGs. 9E- 9F mostram montagens exemplificativas que compreendem múltiplas camadas tridimensionais;

[0064] As FIGs. 10A-10F mostram exemplos de montagens de camada de vários formatos, por exemplo, formatos de montagem do tipo quadrado e similar a quadrado;

[0065] As FIGs. 11A-11F mostram exemplos de camadas de módulo conectadas a circuitos de alimentação exemplificativos;

[0066] A FIG. 12 mostra uma camada exemplificativa para um formato de pirâmide oca;

[0067] As FIGs. 13A e 13B fornecem um exemplo de crescimento para um formato de pirâmide oca;

[0068] A FIG. 14 mostra um exemplo de um circuito de alimentação externa para um formato de pirâmide oca;

[0069] A FIG. 15 mostra um exemplo de uma macroestrutura de lamela;

[0070] A FIG. 16 mostra um exemplo de macroestruturas de lamela com circuitos de alimentação;

[0071] A FIG. 17 mostra uma macroestrutura exemplificativa;

[0072] A FIG. 18 mostra uma disposição de coleta e alimentação exemplificativa;

[0073] As FIGs. 19A-19E mostram um sistema de conexão exemplificativo; A FIG. 19A mostra uma visão geral de um sistema de conexão exemplificativo que compreende um conector entre um módulo de chip de célula e fonte de fluido; A FIG. 19B mostra um sistema de conexão exemplificativo com agulhas de entrada e saída; A FIG. 19C mostra conexões exemplificativas feitas por um sistema de conector exemplificativo; A FIG. 19D mostra uma modalidade exemplificativa de um sistema de conexão com agulhas que penetram uma câmara em um módulo de chip de célula exemplificativo; A FIG. 19E mostra um sistema de conexão exemplificativo com agulhas que penetram uma segunda câmara;

[0074] A FIG. 20 mostra um módulo de multicamada exemplificativo para células aderentes;

[0075] A FIG. 21A mostra uma modalidade de uma camada módulo para células aderentes; A FIG. 21B mostra um exemplo de células fixadas a uma estrutura em camadas; A FIG. 21C mostra um exemplo de um lavagem de tripsina para separação celular; A FIG. 21D mostra um exemplo de separação celular; A FIG. 21E mostra um exemplo de fluxo de célula separada;

[0076] A FIG. 22A mostra uma vista em recorte de um minimódulo exemplificativo; A FIG. 22B mostra um recorte de um minimódulo exemplificativo com mistura aumentada;

[0077] A FIG. 23A mostra uma montagem exemplificativa de dez minimódulos; A FIG. 23B mostra uma montagem exemplificativa de dez minimódulos com mistura aumentada;

[0078] A FIG. 24 mostra um projeto de biorreator exemplificativo com uma macroestrutura;

[0079] A FIG. 25A mostra uma vista isométrica de uma macroestrutura exemplificativa; A FIG. 25B mostra uma macroestrutura impressa exemplificativa; A FIG. 25C mostra uma macroestrutura impressa exemplificativa feita de uma resina comercial;

[0080] A FIG. 26A mostra um circuito de biorreator exemplificativo saturado com corante; A FIG. 26B mostra uma estrutura de giroide dupla exemplificativa saturada com corante;

[0081] A FIG. 27 mostra um projeto exemplificativo para uma cepa exemplificativa em um chip;

[0082] A FIG. 28 mostra um exemplo de fluxo de partícula em uma câmara;

[0083] A FIG. 29 mostra um exemplo de fluxo de partícula ao longo de um curso de tempo;

[0084] A FIG. 30A mostra uma unidade de área restrita exemplificativa com um módulo de mistura; As FIGs. 30B-30D mostram unidades de área restrita exemplificativas formadas a partir de polidimetilsiloxano;

[0085] A FIG. 31 mostra um circuito de gás e circuito de cultura para um biorreator exemplificativo de área restrita;

[0086] A FIG. 32 mostra uma camada de cultura impressa exemplificativa de uma área restrita;

[0087] A FIG. 33 mostra camadas montadas de uma área restrita exemplificativa; e

[0088] A FIG. 34 mostra um sistema de computador que é programado ou, de outro modo, configurado para implementar métodos fornecidos no presente documento.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0089] Embora várias modalidades da invenção tenham sido mostradas e descritas no presente documento, será óbvio para aqueles técnicos no assunto que tais modalidades são fornecidas apenas a título de exemplo. Várias variações, mudanças e substituições podem ocorrer para aqueles técnicos no assunto sem se afastar da invenção. Deve ser entendido que várias alternativas às modalidades da invenção descritas no presente documento podem ser empregadas.

[0090] São fornecidos no presente documento sistemas, componentes e métodos para produzir e manter células e para produzir e isolar células e produtos feitos pelas células. Os sistemas, componentes e métodos no presente documento fornecem flexibilidade para adaptar a produção para diferentes tipos de células, tipos de ambientes celulares e tipos de moléculas produzidas. Os sistemas, componentes e métodos também fornecem flexibilidade de escala. Por exemplo, os sistemas, componentes e métodos descritos no presente documento podem fornecer o aumento de escala de produção sem alterar ou alterar significativamente as condições de crescimento em escala de bancada.

[0091] Incluídos no presente documento no sistema e componentes estão um ou mais biorreatores para células em crescimento. Os biorreatores estão em uma escala de microbiorreator, de modo que o sistema possa ser construído como um biorreator de bancada com capacidade para crescer e produzir células e/ou produtos celulares em pequenas e grandes quantidades. Esse sistema e métodos de uso são vantajosos em sua escalabilidade, flexibilidade e conservação de recursos.

[0092] O termo “chip de célula” ou “módulo de chip de célula” como usado no presente documento, geralmente se refere a um dispositivo adequado para crescer, cultivar e/ou armazenar células que podem incluir um ou mais canais ou outras aberturas para entrada de células, para fornecer meios líquidos e outros fatores de ambiente de célula e, opcionalmente, uma ou mais estruturas para coleta, contenção ou direção do fluxo de células no interior do ambiente de crescimento/cultura do chip de célula ou subseções do mesmo.

[0093] O termo “biorreator de área restrita”, como usado no presente documento, geralmente se refere a um dispositivo para crescimento de células e permite a testagem em um modelo iterativo do impacto de uma ou mais condições de ambiente de célula em um ou mais tipos de células. Os reatores de área restrita podem incluir projetos de modo que o ambiente de célula nos mesmos e os impactos dos mesmos nas células sejam correlativos ao ambiente de célula e aos impactos para aumento de escala e produção de células e bioprodutos. Um reator de área restrita pode incluir um único ambiente de testagem ou pode ser composto de múltiplos segmentos no interior dos quais uma ou mais condições de ambiente podem ser testadas.

[0094] O termo “biorreator de produção” ou “biorreator” como usado no presente documento, geralmente se refere a um dispositivo de biorreator adequado para escalonamento de produção de células e/ou produtos produzidos por células. Um biorreator de produção pode incluir um ou mais canais ou outras aberturas para entrada de células, para fornecer meios líquidos, composição gasosa e outros fatores de ambiente de célula e um ou mais canais para colheita de células e/ou produtos produzidos pelas células.

[0095] O termo “formulador de meios de cultura” como usado no presente documento, geralmente se refere a um componente ou dispositivo para misturar ingredientes para uso como meios de cultura para crescimento de células.

[0096] O termo “coletor”, como usado no presente documento, geralmente se refere a uma estrutura para coleta, contenção e/ou direcionamento do fluxo de células no interior de uma área física. Os coletores podem incluir, porém sem limitação, coletores de porta, coletores de sobrefluxo, coletores de sucção e coletores de membrana porosa, como, porém sem limitação, aqueles descritos no presente documento. Em algumas modalidades, o tamanho de coletor é determinado pelo tamanho, volume e/ou diâmetro de célula de modo que o coletor retarde, impeça ou previna o movimento de uma célula de um espaço físico para um outro espaço físico. Em algumas modalidades, a capacidade de um coletor retardar, impedir ou prevenir o movimento de células pode ser diminuída ou superada quando a densidade ou o número de célula aumenta ou quando a velocidade de célula ou o fluxo de meios líquidos é aumentado.

[0097] O termo “minimódulo”, como usado no presente documento, geralmente se refere a um segmento de um biorreator de produção que pode ser interconectado e montado formando uma estrutura maior (por exemplo, macroestrutura ou macroformato) para constituir pelo menos uma porção ou uma totalidade do biorreator de produção.

[0098] O termo “giroide”, como usado no presente documento, geralmente se refere a uma superfície mínima periódica conectada que não contém nenhuma linha reta. Tal superfície pode ter um número de conexões matematicamente infinito. Em alguns exemplos, um giroide é um membro embutido não trivial exclusivo da família associada das superfícies Schwarz P e D com ângulo de associação aproximadamente de 38,01°. Um giroide pode ser configurado como um único giroide ou um giroide duplo. Um giroide duplo pode ser orientado e configurado para uma aplicação particular em um dispositivo microfluídico. O giroide duplo pode ser configurado ao equilibrar aspectos geométricos relacionados a desempenhos de dinâmica de fluido observados em minimódulos e macroestruturas (por exemplo, macroformatos), como a estrutura cristalográfica de giroides duplos e grupo de espaço. O giroide ou giroide duplo pode ser implementado em uma variedade de estruturas cristalográficas.

[0099] Sempre que o termo “pelo menos”, “maior que”, ou “maior que ou igual a” precede o primeiro valor numérico em uma série de dois ou mais valores numéricos, o termo “pelo menos”, “maior que” ou “maior que ou igual a” se aplica a cada um dos valores numéricos nessa série de valores numéricos. Por exemplo, maior que ou igual a 1, 2 ou 3 é equivalente a maior que ou igual a 1, maior que ou igual a 2 ou maior que ou igual a 3.

[0100] Sempre que o termo “no mais de”, “menos de” ou “menos de ou igual a” precede o primeiro valor numérico em uma série de dois ou mais valores numéricos, o termo “no mais de”, “menos de”, ou “menos de ou igual a” se aplica a cada um dos valores numéricos nessa série de valores numéricos. Por exemplo, menos de ou igual a 3, 2 ou 1 é equivalente a menos de ou igual a 3, menos de ou igual a 2 ou menos de ou igual a 1. Módulos de biorreator

[0101] Em um aspecto, a presente revelação fornece sistemas e métodos de componentes de biorreator modulares e interconectados para a produção de células. As células podem ser células bacterianas, células fúngicas, células de levedura, células eucarióticas, células de planta ou células de algas. As células podem ser células recombinantes. Um sistema modular pode compreender um primeiro módulo, um segundo módulo e um terceiro módulo. O primeiro módulo pode ser um chip de célula que é configurado para conter uma pluralidade de células. O segundo módulo pode estar em comunicação de fluido com o primeiro módulo e pode ser um reator de área restrita. O reator de área restrita pode ser configurado para (i) fazer interface com o chip de célula, (ii) direcionar um subconjunto de células da pluralidade de células para diferentes segmentos da área restrita, e (iii) gerar iterativamente um conjunto de condições de crescimento para a pluralidade de células. Os diferentes segmentos podem ser individualmente configuráveis. O terceiro módulo pode estar em comunicação de fluido com os primeiro e segundo módulos. O terceiro módulo pode compreender um biorreator configurado para (i) fazer interface com o segundo módulo, (ii) receber o subconjunto de células, e (iii) gerar cópias do subconjunto de células no conjunto de condições de crescimento. Em algumas modalidades, o terceiro módulo pode compreender um biorreator e pode estar em comunicação de fluido com um módulo de chip de célula.

[0102] Os sistemas, componentes e métodos no presente documento são modulares e interconectáveis. Em algumas modalidades no presente documento, o sistema é composto de um ou mais módulos com cada módulo incluindo pelo menos um biorreator. Em algumas modalidades, o sistema contém pelo menos um, dois, três ou mais módulos. Em algumas modalidades, o sistema inclui mais de três módulos. Cada módulo é configurado para fluxo laminar de líquido (incluindo meios e/ou solventes) e adicionalmente, em algumas modalidades, fluxo unidirecional de células. Em algumas modalidades, um ou mais módulos são configurados para fluxo de transição ou fluxo turbulento de líquido (por exemplo, meios e/ou solventes).

[0103] Em algumas modalidades, o sistema inclui pelo menos 1, 2, 3 ou mais módulos interconectados. Em algumas modalidades, os módulos compreendem um ou mais dentre um módulo de chip de célula, um módulo de biorreator de área restrita e um módulo de biorreator de produção. Em algumas modalidades, um módulo de chip de célula é interconectado (por exemplo, fluidamente conectado) a um módulo de biorreator de área restrita de modo que o chip de célula supra células para semerar inicialmente o reator de área restrita. Em algumas modalidades, um módulo de chip de célula é interconectado (por exemplo, fluidamente conectado) a um biorreator de produção de modo que o chip de célula supra células para semear inicialmente o biorreator de produção. Em algumas modalidades, um biorreator de área restrita é interconectado (por exemplo,

fluidamente conectado) a um biorreator de produção e células do biorreator de área restrita fluem para o interior do biorreator de produção para aumento de escala. Em algumas modalidades, o sistema conecta um chip de célula a um biorreator de área restrita e a um biorreator de produção em uma configuração em série. Alternativamente, ou além disso, o sistema conecta um chip de célula a um biorreator de área restrita e a um biorreator de produção em uma configuração paralela. As células podem ser crescidas inicialmente no chip de célula, testadas em relação às condições ambientais ideais no biorreator de área restrita e aumentadas em escala no biorreator de produção.

[0104] Em algumas modalidades, o sistema inclui um módulo que é um chip de retenção e armazenamento de célula (também chamado de um chip de célula no presente documento) no qual uma ou mais células são inseridas e multiplicadas através de crescimento e divisão celular. O chip de célula pode ser um item consumível (por exemplo, é usado uma vez ou poucas vezes e descartado). O chip de célula pode ser fornecido com uma ou mais cepas celulares. O chip de célula pode incluir um canal de entrada para fluir em meios líquidos e canais de saída para fluir meios gastos e, opcionalmente, células para sair do chip de célula. O chip de célula pode ter pelo menos 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 ou mais canais de entrada. O chip de célula pode ter pelo menos cerca de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 ou mais canais de saída. O chip de célula pode ter um número igual de canais de entrada e saída ou pode ter um número diferente de canais de entrada e saída. Cada canal de entrada pode fluir um único componente (por exemplo, meios líquidos únicos) ou cada canal de entrada pode fluir um componente diferente (por exemplo, diferentes tipos de meios líquidos). Os canais de saída podem fluir meios e células tanto gastos quanto excessivos. Alternativamente, ou além disso, as células podem ser separadas da corrente de meios e emitidos a partir do chip de célula por um ou mais canais de saída. O chip de célula pode incluir pelo menos um mecanismo para coletar células no interior do módulo.

[0105] Em algumas modalidades, o mecanismo para aprisionar células é um coletor de acesso que coleta células no interior do coletor à medida que células fluem para o interior do coletor com o fluxo laminar de meios líquidos no interior do chip de célula. Os coletores de porta podem impedir que células fluam livremente no interior do chip, confinando as mesmas a um ambiente protegido, desacoplado das forças de inércia do fluxo, enquanto possibilita acesso apropriado a nutrientes e gases. O coletor de acesso pode ter uma porta de inoculação para possibilitar a semeadura de células no interior do espaço interno do coletor de acesso. O coletor de acesso pode ter um ou mais protetores de fluxo conformados para desacoplar a célula no interior de forças de inércia do fluxo. Formatos ou estruturas exemplificativos que podem ser usados como os um ou mais protetores de fluxo incluem um triângulo, um quadrado, um pentágono, um hexágono, um círculo e combinações dos mesmos. Os protetores de fluxo podem ser interrompidos com aberturas para permitir acesso de gases e nutrientes, e possibilitar um escape de células controlado para fora do coletor de acesso. Em algumas modalidades, os tamanhos de abertura são maiores que o diâmetro das células no interior dos protetores de fluxo. Em alguns casos, o tamanho de aberturas é duas vezes o da célula no interior do protetor de fluxo. Em alguns casos, as aberturas podem ser pelo menos 2, 3, 4, 5, 7 ou 10 vezes maior que o diâmetro de célula no interior dos protetores de fluxo. Em algumas modalidades, as aberturas são distribuídas uniformemente ao longo do formato ou estrutura do formato de protetores de fluxo. Em algumas modalidades, as aberturas são dispostas de acordo com a direção e velocidade de fluxo esperadas. Em algumas modalidades, as aberturas podem ser mais abundantes na segunda metade lateral do formato de protetor de fluxo contando na direção geral de fluxo. Em algumas modalidades, o diâmetro do coletor de acesso é cerca de 20 mícrons a cerca de 1000 mícrons. Em algumas modalidades, o diâmetro do coletor de acesso é aproximadamente maior que ou igual a 30 mícrons, 40 mícrons, 50 mícrons, 60 mícrons, 70 mícrons, 80 mícrons, 90 mícrons, 100 mícrons ou mais. Em algumas modalidades, o diâmetro do coletor de acesso é cerca de 100 mícrons, 200 mícrons 300 mícrons, 400 mícrons, 500 mícrons, 600 mícrons, 700 mícrons, 800 mícrons, 900 mícrons, 1000 mícrons ou mais. Em algumas modalidades, o diâmetro do coletor de acesso é menor que ou igual a 1000 mícrons, 900 mícrons, 800 mícrons, 700 mícrons, 600 mícrons, 500 mícrons, 400 mícrons, 300 mícrons, 200 mícrons, 100 mícrons, 90 mícrons, 80 mícrons, 70 mícrons, 60 mícrons, 50 mícrons, 40 mícrons, 30 mícrons ou menos.

[0106] Em algumas modalidades, o mecanismo para aprisionar células é um coletor do tipo sobrefluxo. Os coletores ou coletor do tipo sobrefluxo podem impedir que células fluam livremente no interior do chip, confinando as mesmas a um ambiente protegido, ao impedir fisicamente que as mesmas escapem e impulsionando forças de inércia a imporem seu confinamento, enquanto possibilitam acesso a nutrientes e gases.

Em algumas modalidades, os protetores de fluxo de coletor de sobrefluxo incluem uma ou mais paredes de caixa canalizadas dispostas a fim de confinar fisicamente a célula no interior do coletor.

Em algumas modalidades as paredes de caixa canalizadas têm aberturas entre as mesmas.

Em alguma modalidade, a abertura é menor que o diâmetro de células contidas.

Em algumas modalidades, as paredes de caixa canalizadas não têm quaisquer aberturas entre as mesmas.

Em algumas modalidades, há uma abertura entre o teto do chip e a altura das paredes de caixa canalizadas.

Em algumas modalidades, a abertura entre a altura da parede de caixa canalizada e o teto é menor que o diâmetro de célula no interior do coletor.

Quando o volume de células excede a capacidade do volume do coletor de acesso, células fluem para fora do coletor.

Em algumas modalidades, o diâmetro do coletor de sobrefluxo é cerca de 50 mícrons a cerca de 2000 mícrons.

Em algumas modalidades, o diâmetro do coletor de sobrefluxo é maior que ou igual a 180 mícrons ou 210 mícrons.

Em algumas modalidades, o diâmetro do coletor de sobrefluxo é menor que ou igual a cerca de 210 mícrons ou 180 mícrons.

Em algumas modalidades, o diâmetro do coletor de sobrefluxo é maior que ou igual a cerca de 50 mícrons, 100 mícrons, 150 mícrons, 200 mícrons, 250 mícrons, 300 mícrons, 350 mícrons, 400 mícrons, 450 mícrons, 500 mícrons, 600 mícrons, 800 mícrons, 1000 mícrons, 1200 mícrons, 1500 mícrons, 2000 mícrons ou mais. Em algumas modalidades, o diâmetro do coletor de sobrefluxo é menor que ou igual a cerca de 2000 mícrons, 1500 mícrons, 1200 mícrons, 1000 mícrons, 800 mícrons, 600 mícrons, 500 mícrons, 450 mícrons, 400 mícrons, 350 mícrons, 300 mícrons, 250 mícrons, 200 mícrons, 150 mícrons, 100 mícrons, 50 mícrons ou menos.

[0107] Em algumas modalidades, o coletor de célula inclui um coletor de sucção. O coletor de sucção pode ser projetado ao separar verticalmente uma área de meio líquido de uma área de crescimento de célula com uma membrana porosa. O coletor de sucção pode ser projetado para ter um ou mais braços em que as células são inseridas e em que as células crescem e se dividem. Os meios líquidos se deslocam através do chip e podem atravessar a membrana porosa para a área inferior, enquanto as células permanecem na área superior devido ao tamanho de poro que é menor que o tamanho de célula. O movimento dos meios líquidos a partir do nível superior para o nível inferior cria uma sucção que retém as células no interior dos um ou mais braços. Quando as células se dividem em um certo número ou densidade, a sucção não mantém mais todas as células no interior dos braços, e células podem fluir no nível superior para fora dos braços e em direção à porta de saída do chip de célula. Um coletor de sucção pode ter pelo menos 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou mais braços. Em algumas modalidades, a membrana porosa usada pode variar de acordo com o tipo de célula. Em algumas modalidades, a membrana porosa pode ter um tamanho de poro menor que o diâmetro de célula. Em algumas modalidades, o tamanho de poro da membrana porosa pode ser maior que ou igual a 0.22 mícrons, 1 mícron, 3 mícrons, 5 mícrons, 7 mícrons ou mais. Em algumas modalidades, os tamanhos de poro são menores que ou iguais a cerca de 7 mícrons, 5 mícrons, 3 mícrons, 1 mícron, 0,22 mícrons ou menos. Em algumas modalidades, a membrana porosa usada tem orifícios distintos do tamanho de poro específico escolhido; isso pode ser alcançado pela implementação de técnicas de bombardeamento e gravação. Em algumas modalidades, os poros da membrana porosa são distribuídos aleatoriamente. Alternativamente, ou além dos dois, os poros podem ser dispostos ou padronizados. Em algumas modalidades, o material usado para as membranas porosas são películas de policarbonato de alta qualidade. Em algumas modalidades, o material usado para as membranas porosas é polissulfona, polietileno, politetrafluoroetileno, polipropileno, nitrocelulose, nanocelulose, náilon, espumas de cerâmica ou nanotubos de carbono.

[0108] Em algumas modalidades, o mecanismo para aprisionar células no chip de célula inclui uma combinação de tipos de coletor, incluindo coletores de porta, coletores de sucção e coletores de sobrefluxo. Em algumas modalidades, os tipos de coletores são em série, de modo que as células sejam liberadas de um tipo de coletor, as mesmas fluem para o interior e ficam aprisionadas em outro tipo de coletor. Alternativamente, ou além disso, os coletores podem ser dispostos em uma configuração paralela. Em algumas modalidades, os coletores são dispostos em uma configuração tanto em série quanto paralela. O número e a disposição de coletores podem ser adaptados para os tipos de células bem como o tamanho e o volume de chip de célula e taxa de fluxo líquido no chip de célula. Em algumas modalidades, o chip de célula contém mais de ou igual a 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 50, 100 ou mais coletores de porta em separado ou em combinação com um ou mais coletores de sobrefluxo ou em combinação com um ou mais coletores de sucção. Em algumas modalidades, o chip de célula contém mais de ou igual a cerca de 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 50, 100, 250, 300, 400, 500, 1000 ou mais coletores de sobrefluxo em separado ou em combinação com um ou mais coletores de porta ou um ou mais coletores de sucção.

[0109] Em algumas modalidades, o mecanismo para aprisionar células é um coletor de membrana porosa. Esse tipo de coletor tem fluxo de meios líquidos no lado superior de uma membrana porosa e células são inseridas e crescidas em uma câmara abaixo da membrana porosa. À medida que os meios se perfundem no interior da câmara de célula e à medida que a densidade de células aumenta e células crescem próximas à membrana, células são puxadas através dos poros da membrana no interior da faixa de meios superior, em que as células podem, então, se mover com o fluxo de meios líquidos, saindo, desse modo, do coletor. O tamanho de poro da membrana no coletor pode ser adaptado para o tipo e tamanho de células. Em algumas modalidades, o tamanho de poro é cerca de 0,22 mícron a cerca de 5 mícrons. Em algumas modalidades, o tamanho de poro é maior que ou igual a cerca de 0,22 mícrons, 1 mícron, 3 mícrons, 5 mícrons, 7 mícrons ou mais. Em algumas modalidades, o tamanho de poro é menor que ou igual a cerca de 7 mícrons, 5 mícrons, 3 mícrons, 1 mícron, 0,22 mícrons ou menos. O tamanho e volume das câmaras abaixo da membrana podem ser adaptados para o tipo e tamanho de células. O número de câmaras de célula pode ser adaptado para qualquer rendimento. Em algumas modalidades, o número de câmaras de célula é maior que ou igual a 1, 2, 3, 4, 5, 10, 25, 50, 100, 250, 500, 1000 ou mais.

[0110] Em algumas modalidades, após as células serem crescidas no chip de célula, o chip de célula armazena as células aprisionadas no mesmo para uso posterior. As células podem ser armazenadas por uma variedade de abordagens, incluindo, por exemplo, congelar, secar, liofilizar ou armazenar em meios líquidos ou em um meio líquido modificado para possibilitar armazenamento de célula em temperatura ambiente ou em outras temperaturas.

[0111] Em algumas modalidades, o sistema inclui um biorreator de área restrita. O reator de área restrita pode ser um item consumível (por exemplo, é usado uma vez ou poucas vezes e descartado). Alternativamente, ou além disso, o reator de área restrita pode não ser um item consumível. O módulo de biorreator de área restrita é constituído de uma série de segmentos em que cada segmento tem pelo menos um microcanal adequado para transitar de uma célula a partir de uma extremidade do microcanal para a outra extremidade do microcanal. Em algumas modalidades, um segmento tem dois ou mais microcanais que funcionam em paralelo a outro, de modo que uma célula em um microcanal não possa transitar para outro microcanal no interior do mesmo segmento. Em algumas modalidades, um segmento tem mais de ou igual a 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 ou 2n microcanais em paralelo. O comprimento e diâmetro de um microcanal podem ser adaptados para o tipo de célula, tamanho de célula e taxas rates de trânsito da célula e meios líquidos no microcanal. Em alguma modalidade, o canal pode ter um diâmetro maior que ou igual a cerca de 20 mícrons, 50 mícrons, 70 mícrons, 120 mícrons, 200 mícrons, 600 mícrons, 1500 mícrons, 2000 mícron e um comprimento de ou cerca de 1 milímetro, 2 milímetros, 4 milímetros, 10 milímetros, 22 milímetros, 40 milímetros, 120 milímetros, 200 milímetros ou mais. Em algumas modalidades, o comprimento de um microcanal é adaptado para a taxa de divisão celular de uma célula que transita através do microcanal de modo que a célula se divida uma vez durante o tempo de trânsito entre a entrada e a saída do microcanal. O diâmetro de cada microcanal pode ser adaptado para o tamanho de célula, taxa de mistura do líquido em trânsito, taxa de troca de gás ou uma combinação dos mesmos.

[0112] Em algumas modalidades, um segmento do biorreator de área restrita compreende duas ou mais seções. Uma seção pode compreender um módulo de mistura e outra seção pode compreender uma câmara de crescimento. O módulo de mistura e a câmara de crescimento podem estar em configuração em série ou paralela. Em um exemplo, o módulo de mistura e a câmara de crescimento estão em uma configuração em série. O módulo de mistura pode ser fluidamente conectado a mais de ou igual a 1, 2, 4, 6, 8, 10 ou mais canais de entrada. Os canais de entrada podem incluir um canal que flui meios, gás e/ou células. Em um exemplo, o módulo de mistura é fluidamente conectado a dois canais de entrada de modo que um canal forneça meios e outro canal forneça células para o módulo de mistura. Os meios e células podem se misturar no módulo de mistura. O módulo de mistura pode compreender um canal reto ou pode compreender um canal com uma serpentina ou geometria tortuosa. O diâmetro do canal de o módulo de mistura pode ser maior que ou igual a cerca de 20, 50, 70, 120, 200, 600, 1500, ou 2000 mícrons e um comprimento de ou cerca de 1, 2, 4, 10, 22, 40, 120, 200 milímetros. O módulo de mistura pode fornecer as células e meios misturados para a câmara de crescimento. A câmara de crescimento pode incluir uma zona de expansão que aumenta o diâmetro do segmento. A câmara de crescimento pode ter um diâmetro que é maior que ou igual a 20, 50, 70, 120, 200, 600, 1500 ou 2000 mícrons e um comprimento de ou cerca de 1, 2, 4, 10, 22, 40, 120 ou 200 milímetros.

[0113] Em algumas modalidades, o biorreator de área restrita tem dois ou mais segmentos colocados em série entre si de modo que uma célula de um microcanal de um segmento flua para o interior de um microcanal do próximo segmento. Em algumas modalidades, um microcanal de um primeiro segmento é interconectado a dois microcanais no interior de um segundo segmento colocado em série com o primeiro segmento. O comprimento do microcanal do primeiro segmento é adaptado de modo que a célula se divida no máximo uma vez durante o tempo de trânsito entre a entrada e a saída do primeiro microcanal, e de modo que as duas células produzidas a partir de tal divisão sejam separadas e fluam separadamente para o interior dos dois microcanais do segundo segmento. Os dois microcanal do segundo segmento podem ser dispostos em uma configuração paralela. Em algumas modalidades, os microcanais de segundo segmento são interconectados de uma maneira similar com microcanais de um próximo segmento em série. Em algumas modalidades, as células não se dividem durante seu trânsito através de cada microcanal. Em outras modalidades, as células podem se dividir mais que ou igual a 1, 2, 3, 4, 5 ou mais vezes durante o período no qual as mesmas transitam no comprimento do microcanal. Segmentos podem ser colocados em série maiores que ou iguais a 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou mais segmentos, cada segmento contendo um ou mais microcanais. Onde os microcanais se interconectam de um segmento para o próximo segmento e dividem por partição células à medida que as mesmas transitam a partir de microcanais de um segmento para o próximo, o número de microcanais pode aumentar por fatores de 2n, em que n = 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou maior que 6.

[0114] O biorreator de área restrita pode permitir testar e medir o impacto de condições ambientais variadas em uma célula. Condições ambientais variadas podem incluir variações em componentes de meios, pH, temperatura, composição gasosa, troca de gás, densidade celular, fluxo celular e/ou taxa de fluxo para meios líquidos. Em algumas modalidades, o biorreator de área restrita tem uma entrada para o primeiro segmento através do qual meios líquidos são fornecidos e fluem através do primeiro segmento para o interior dos segmentos a jusante conectados em série e/ou paralelos. A composição e/ou taxa de fluxo dos meios pode ser alterada ao longo do tempo ou pode permanecer constante.

[0115] O biorreator de área restrita pode incluir um ou mais sensores e/ou um ou mais dispositivos de coleta de amostra. Os sensores e/ou dispositivos de coleta de amostra podem ser usados para monitorar respostas celulares a alterações no ambiente. Em algumas modalidades, um ou mais sensores são sensores em linha. Em algumas modalidades, os sensores estão off-line e recebem uma amostragem de células, meios ou uma combinação dos mesmos. O sensor pode medir parâmetro biológico, físico e/ou químico. Parâmetros exemplificativos incluem pH, taxa de divisão celular, taxa de crescimento de célula, densidade celular, temperatura, densidade óptica, composição gasosa e/ou taxa de troca de gás. Parâmetros exemplificativos também incluem definição de perfil, identificação de espécies únicas e quantificação de um ou mais dentre um metabólito celular, proteína, ácido nucleico, lipídeo, molécula pequena ou moléculas biológicos ou combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, um sensor mede uma resposta de estresse de célula e um metabólito de célula como uma resposta a uma alteração no ambiente.

[0116] O reator de área restrita pode compreender adicionalmente um ou mais controladores. Os controladores podem controlar o ambiente de célula em um ou mais segmentos do biorreator de área restrita. Em algumas modalidades, o controlador está em comunicação com e/ou recebe informações de um ou mais sensores relacionados às células, ao ambiente de célula ou a uma combinação dos mesmos no interior dos um ou mais segmentos do biorreator de área restrita. O controlador pode fazer alterações no ambiente de célula em resposta às informações dos um ou mais sensores. Alterações exemplificativas incluem taxa de fluxo de meios líquidos, concentrações de componente de meios líquidos, pH, temperatura, concentração de gás, teor de gás e densidade celular.

[0117] Em algumas modalidades, o sistema inclui um módulo de biorreator de produção. O biorreator de produção fornece um ambiente para crescimento e produção de células com escala aumentada e/ou bioproduto de células. O biorreator de produção fornece uma estrutura 3-D compreendida de múltiplos minimódulos. O biorreator de produção pode incluir mais de ou igual a 1, 2, 4, 6, 8, 10 ou mais minimódulos. Os minimódulos criam uma série de canais e câmaras para o crescimento e movimento de células e para o fluxo de meios líquidos, gases e bioproduto. Os minimódulos do biorreator de produção podem incluir formatos como giroide duplo, giroide duplo modificado ou qualquer outro formato que pode ser descrito como uma superfície mínima periódica triploide (TPMS). Esse tipo de superfície forma um sistema de treliça que pode crescer periodicamente em todos os três eixos geométricos (X, Y, Z). TPMS pode ser livre de autointerseções e divide um determinado volume em dois (ou mais) subvolumes independentes. Uma autointerseção pode compreender uma superfície com um único vetor normal por ponto que define a superfície. Se a superfície divide o volume no qual é circunscrita em dois subvolumes independentes e congruentes, essa superfície é denominada uma superfície de equilíbrio. TPMS são descritas em termos de um adesivo fundamental ou unidade assimétrica a partir da qual toda a superfície pode ser construída por seus elementos de simetria. Os minimódulos podem ser fluidamente conectados (por exemplo, interconectada) entre si de modo que gases, meios e/ou subproduto possam fluir a partir de um minimódulo para outro minimódulo.

[0118] Em algumas modalidades, os minimódulos do biorreator de produção podem incluir um formato giroide duplo ou formato giroide duplo modificado. Um giroide duplo (DG) pode compreender dois giroides, e pode incluir dois domínios não sobrepostos intercrescidos. Um giroide duplo (DG) modificado pode incluir dois domínios não sobrepostos intercrescidos, que podem ser delimitados por duas superfícies de curvatura média constante (CMC) separadas por uma fase de matriz. Uma estrutura de giroide dupla modificada pode compreender modificações menores nas conexões de um giroide duplo não modificado a fim de adaptar a estrutura a uma determinada macroestrutura ou função. Modificações podem incluir bloqueio de uma porção das conexões ou interseções (por exemplo, “bocais”), modificação do diâmetro de um ou ambos os canais de fase da estrutura, ou eliminação completa ou parcial de qualquer um dos canais de fase presentes em uma estrutura DG. Um DG ou DG modificado pode incluir uma primeira estrutura de giroide entrelaçada com uma segunda estrutura de giroide. Os dois canais podem ser separados por uma membrana porosa (fase de matriz). A fase de matriz pode difundir moléculas de gás de uma maneira que pode ter como base pelo menos em parte uma pressão específica e composição gasosa. Quando o raio de microcanal de componentes tanto líquidos quanto gasosos é igual, a superfície de fase de matriz pode ser igual à soma dos mesmos. As duas superfícies de CMC criam dois canais contínuos quando múltiplos DG’s são interconectados (por exemplo, encaixados em conjunto). Esses dois canais criam dois canais não sobrepostos para o fluxo de meios líquidos e/ou gasosos. A membrana porosa pode fornecer uma superfície sobre a qual tipos de célula podem aderir e crescer. Em algumas modalidades, um canal fornece meios líquidos ao longo do biorreator de produção. Em algumas modalidades, ambos os canais fornecem líquido. Em algumas modalidades, um canal fornece meios líquidos e o outro canal fornece gás para o biorreator de produção. Em algumas modalidades, o diâmetro do microcanal dos minimódulos pode variar como exigido para tipos de célula específicos, requisitos de produção e similares. Em algumas modalidades, os minimódulos podem ter uma estrutura de envoltório cúbico regular que tem um comprimento “L” de sua borda. L pode estar relacionado ao diâmetro de varredura. Em algumas modalidades, L é igual a dois terços do diâmetro de varredura de um microcanal, vezes a raiz quadrada de dois, vezes a raiz quadrada de três. A superfície e o volume totais dos microcanais que correspondem ao componente líquido podem ser iguais às dimensões correspondentes de componente gasosa se o raio de ambos os componentes é o mesmo no interior de um minimódulo. Em algumas modalidades, o raio dos componentes pode ser diferente. Em algumas modalidades, quando ambos os raios são iguais, o raio de microcanal não pode ser maior que 0,7 vezes o raio de varredura. A distância mais curta entre dois minimódulos de duas faces diferentes é igual ao raio de varredura vezes a raiz quadrada de dois, menos a adição de cada raio de canal de componente.

[0119] Em algumas modalidades, a área de o primeiro canal com um DG é equivalente à área do segundo canal no interior de um DG, e em que a área da fase de matriz é a soma da área do primeiro canal e da área do segundo canal.

[0120] A distância entre a fase de matriz que separa os canais e o centro de cada canal é uma constante. A taxa na qual meios e fluxo de gás através do módulo de produção pode ser determinada pelo tipo de célula e densidade celular selecionados, bem como condições de estresse a serem geradas nas células. A taxa de difusão gasosa através da matriz nos meios líquidos é determinada pela composição gasosa e pela pressão de gás no canal de gás formado pelas estruturas bem como a espessura de membrana e o material selecionado para fabricar os canais e as áreas circundantes. A taxa de fluxo de gás e pressão de trabalho podem ser relacionadas à densidade celular de cultura. Em algumas modalidades, o fluxo de gás pode ser igual ao volume de componente gasoso por minuto. Em algumas modalidades, o fluxo de gás é maior que ou igual a cerca de 2, 3, 5, ou 10 vezes o volume de componente gasoso por minuto. Em algumas modalidades, a pressão de trabalho pode variar de cerca de 1 atmosfera (atm) a 5 atm. Em algumas modalidades, a pressão de trabalho é maior que ou igual a 1 atm, 2 atm, 3 atm, 4 atm, 5 atm ou mais.

[0121] Uma vantagem do DG é a mitigação de forças gravitacionais que pode, em outras estruturas, fornecer uma exposição não uniforme a meios e troca de gás. O formato cria forças laminares tridimensionais (3-D) de modo que a variação em distância de qualquer célula a uma parede estrutural seja calculada para fornecer uma exposição mais constante e uniforme entre a população celular. Adicionalmente, o formato de DG evita áreas estagnadas de líquido ou gás, em que o fluxo pode não ocorrer ou pode ser interrompido. Isso permite o uso de rendimento maior através do biorreator com velocidades inferiores e resulta em estresse de cisalhamento inferior nas células. Em algumas modalidades, a velocidade média pode ser maior que ou igual a cerca de 1 mícron/segundo, 3 mícrons/segundo, 5 mícrons/segundo, 10 mícrons/segundo, 15 mícrons/segundo, 20 mícrons/segundo, 50 mícrons/segundo, 100 mícrons/segundo, 200 mícrons/segundo ou mais. As estruturas DG fornecem melhor difusão de meios e gases quando em comparação a outros sistemas de biorreator. Em algumas modalidades, a velocidade dos meios líquidos que fluem através do canal no interior de um DG é maior que a velocidade de queda livre de célula que flui através do mesmo canal.

[0122] As estruturas de DG fornecem área de superfície aumentada em muitas opções de formato, e essa área de superfície aumentada fornece área de superfície para crescimento de célula bem como aprimoramentos em fluxo de meios líquidos, mistura e troca de gás. Quando L se iguala a L1, a superfície de cada componente pode ser descrita como Y = 3258.6.XE(-1), em que Y é milímetros quadrados/microlitro e X se iguala ao raio definido por L1.

[0123] As estruturas DG de minimódulo são encaixadas em conjunto em uma macroestrutura ou macroformato que constitui o biorreator de produção. Em algumas modalidades, a macroestrutura é uma pirâmide. Em algumas modalidades, a macroestrutura é pirâmide oca, uma pirâmide de lamela, uma disposição de xadrez ou um tronco. A macroestrutura e o número de minimódulos no interior do biorreator de produção podem ser adaptados para a taxa de divisão celular das células a serem crescidas, bem como para regular as velocidades de meios líquidos, troca de gás e movimento de célula através do biorreator. Cada macroestrutura pode fornecer diferentes possibilidades de interagir com células, e a mesma pode ser escolhida de acordo com o processo específico que se pretende que o biorreator de produção estimule. A macroestrutura de pirâmide e pirâmide oca possibilita um ambiente adequado para crescimento enquanto mantém velocidades e densidade celular constantes. Cepas mais sensíveis podem exigir mais intervenções ao longo do tempo, caso no qual pirâmide ocas podem fornecer essa capacidade. Pirâmides de lamela possibilitam um ambiente adequado para crescimento e desenvolvimento, ao manter tanto a velocidade quanto a densidade constantes enquanto fornecem acesso completo a cada célula em cada momento no tempo, possibilitando intervenção direta e tratamento. As disposições de xadrez e tronco também podem fornecer acesso completo a cada célula em cada ponto do processo enquanto permite controle sobre velocidade e densidade homogêneas. Em algumas modalidades, células são inseridas no topo da macroestrutura e em um dispositivo de coleta de célula na base da macroestrutura.

[0124] A disposição dos minimódulos de DG em uma macroestrutura fornece um mecanismo para determinar e otimizar meios líquidos e fluxo de gás no interior do biorreator. Em algumas modalidades, a macroestrutura é compreendida de camadas ou níveis dos minimódulos. Em algumas modalidades, os minimódulos são dispostos em níveis ou camadas e a velocidade de meios líquidos em cada nível seja substancialmente a mesma. Alternativamente, ou além disso, a velocidade dos meios líquidos em cada nível ou camada pode variar.

Por exemplo, a velocidade dos meios líquidos pode aumentar ou diminuir entre níveis ou camadas.

A velocidade dos meios líquidos pode variar do minimódulo para o minimódulo ou pode ser substancialmente a mesma entre minimódulos.

Em algumas modalidades, o biorreator de produção compreende adicionalmente um dispositivo de entrada de meio líquido.

O dispositivo de meios líquidos pode ser estruturado para fornecer meios líquidos para cada nível de minimódulos no interior da macroestrutura.

Em algumas modalidades, o volume de meios líquidos fornecido para cada nível mantém uma densidade celular substancialmente constante em cada um dos níveis.

O raio de microcanal pode ser ligado ao raio das células, densidade celular ou a outros parâmetros (por exemplo, disposições filamentosas, disposição em cadeia, etc.). Em algumas modalidades, a densidade celular pode variar de 1 x 106 células/ml a 1 x 1012 células/ml.

Em algumas modalidades, a velocidade dos meios líquidos através de cada minimódulo é determinada pela taxa de divisão celular de modo que o tempo para uma célula atravessar um único minimódulo ou nível de minimódulos seja substancialmente a mesma que a taxa de divisão celular ou é proporcional à taxa de divisão celular de modo que a célula se divide mais que ou igual a 1, 2, 3, 4, 5, ou mais que 5 vezes durante o trânsito.

Em algumas modalidades, um primeiro nível tem volume x de meios líquidos de modo que com um determinado número de células, a densidade em X, e um segundo nível com um volume 2x de meios líquidos, e, na duração, as células transitam a partir do primeiro nível ao segundo nível, o número de células dobra (por exemplo, cada célula se divide em média uma vez) de modo que a densidade no segundo nível permaneça X (isto é, uma densidade celular constante entre os níveis).

[0125] A optimização adicional pode ser alcançada ao determinar o número esperado de células na base da macroestrutura, a extremidade terminal da macroestrutura em que as células e/ou bioproduto chegam antes de sair da estrutura através da saída para um recipiente de coleta. O número de célula esperado também pode ser determinado para os diferentes níveis da macroestrutura. Com base no número de célula esperado na base e em diferentes níveis, o fluxo de gás e meios líquidos podem ser ajustados para cada nível para compensar os requisitos de gás e meios líquidos aumentados à medida que o número de células aumenta através de divisão celular, movimento de célula e acúmulo de célula à medida que o mesmo progride através do biorreator em direção à base da estrutura. Suprimento de Meios Líquidos

[0126] Em algumas modalidades, o sistema inclui um ou mais componentes para suprir meios líquidos para o um ou mais módulos. Os componentes podem incluir um ou mais dentre um formulador de meios de cultura, um eletroporador ou outro dispositivo de esterilização, um reservatório, uma bomba, um sensor de bolha e um coletor de bolha. O formulador de meios de cultura gera os meios líquidos para um ou mais módulos pela mistura dos componentes dos meios, e água como apropriado para as células a serem cultivadas nos módulos. Um eletroporador pode ser interconectado ao gerador de meios para limpar os meios e fornece um meio de partida estéril para suprimento a um ou módulos para crescer células. Um sensor de bolha e coletor de bolha podem ser incluídos para detectar e remover quaisquer bolhas gasosas nos meios líquidos introduzidos na limpeza e geração de meios.

[0127] O sistema também pode incluir um ou mais reservatórios para reter meios de reserva antes do suprimento a um módulo. Em algumas modalidades, o sistema inclui pelo menos 2, 3, 4, 6, 8, 10 ou mais reservatórios. Os reservatórios podem ser preenchidos de forma assíncrona, de modo que um reservatório se preencha enquanto o outro, já completamente preenchido, seja usado para suprir o um ou mais módulos com meios líquidos. A separação de reservatórios desse modo é adicionalmente vantajosa para isolar os módulos de crescimento de célula do sistema de qualquer conexão à corrente elétrica. O reservatório que é preenchido tem qualquer exposição à corrente elétrica que pode fluir a partir dos componentes a montante como o eletroporador. O reservatório preenchido é isolado do fluxo de corrente elétrica de modo que não possa transmitir corrente para componentes e módulos a jusante. Em algumas modalidades, o volume do reservatório pode ser ligado ao rendimento do biorreator de produção ao longo do tempo de divisão de célula escolhida para o processo. Em algumas modalidades, múltiplos reservatórios podem ser instalados em paralelo e não acoplados entre si. Em algumas modalidades, múltiplos reservatórios podem ser instalados em série.

[0128] Os componentes de suprimento de meios líquidos também podem incluir um ou mais sensores. Os sensores podem medir parâmetros incluindo pH e temperatura dos meios. Um sensor pode ser um sensor em linha ou pode ser conectado a um dispositivo de amostragem que faz a amostragem de meios intermitentemente de componentes de minério do suprimento de meios líquidos. O sistema de suprimento pode fornecer meios líquidos em uma faixa de taxas dependentes no uso, escala e operação do sistema. Em algumas modalidades, o suprimento de meios líquidos pode fornecer de cerca de 100 microlitros a cerca de 1000 litros por hora a um ou mais dos módulos a jusante. Em algumas modalidades, o suprimento de meios líquidos fornece de cerca de 0,5 litro a 1000 litros por hora a um ou mais dos módulos a jusante. Em algumas modalidades, o suprimento de meios líquidos fornece de cerca de 0,5 litro a 5 litros por hora a um ou mais dos módulos a jusante. Em algumas modalidades, o suprimento de meios líquidos fornece de cerca de 10 litros a 80 litros por hora a um ou mais dos módulos a jusante. Em algumas modalidades, o suprimento de meios líquidos fornece de cerca de 100 litros a 1000 litros por hora a um ou mais dos módulos a jusante.

[0129] Os componentes de suprimento de meios líquidos podem incluir uma ou mais bombas para fluir meios de um reservatório ou formulador de meios para um componente a jusante como um chip de célula, biorreator de área restrita ou biorreator de produção. O sistema pode incluir mais de ou igual a 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10 ou mais bombas. As bombas podem ser do mesmo tipo de bomba ou podem ser se tipos diferentes de bombas. As bombas exemplificativas incluem uma bomba de seringa, uma bomba peristáltica e uma bomba de pressão. O sistema de suprimento de meios líquidos é configurado para fornecer fluxo unidirecional através do componente a jusante. Em algumas modalidades, a bomba é uma bomba de seringa que é usada para suprir meios para o chip de célula. Em algumas modalidades, a bomba é uma bomba de seringa que é usada para suprir meios para o biorreator de área restrita. Em algumas modalidades, a bomba é uma bomba peristáltica usada para suprir meios para o biorreator de produção. Em algumas modalidades, o sistema inclui três bombas, dois bombas de seringa, suprir o chip de célula e o reator de área restrita e uma bomba peristáltica que supre o biorreator de produção. As bombas podem funcionar em sincronia ou individualmente. Em algumas modalidades, todas as três bombas funcionam em sincronia. O um ou mais meios de suprimento de bombas com um alto grau de volume e precisão de taxa aos módulos a jusante. Em algumas modalidades, a precisão está em 1, 2, 3, 4 ou 5 nanolitros. Composição e suprimento de gás

[0130] O sistema no presente documento é compatível para uso com células que exigem uma composição gasosa específica, como células que precisam de oxigênio para crescer e sobreviver. Os materiais para uso na construção dos módulos de biorreator podem incluir vidro, acrílico, colágeno, polidimetilsiloxano (PDMS), poli(etileno glicol) (PEGDA), Poli(D,L-Lactídeo), e outros polímeros biocompatíveis que permitem a oxigenação dos meios. Em algumas modalidades, o sistema inclui um controlador que controla a difusão de oxigênio e outras soluções gasosas em um ou mais módulos. Uma solução gasosa é formulada fora dos gases de componente puro, como de tanques de armazenamento de gás ou outros mecanismos de suprimento, para estabelecer uma mistura ou solução gasosa pura em várias concentrações e taxas de fluxo. Alternativa ou adicionalmente, a mistura gasosa pode ser fornecida por uma mistura de ar purificado. A solução gasosa pode ser usada para fornecer um ambiente de aeração e controlar pH, bem como para fornecer carbono, nitrogênio, fósforo e enxofre para a fase líquida. Em algumas modalidades, o sistema tem mais de um mecanismo ou controlador de gás de modo que diferentes soluções gasosas possam ser fornecidas a diferentes módulos no interior do sistema. Sensores e monitoramento de ambiente

[0131] Em algumas modalidades, o um ou mais módulos de biorreator são interconectados com um ou mais sensores que monitoram um ou mais recursos do ambiente. Os sensores podem ser colocados em pontos específicos no interior do módulo ou sistema. As medições são tomadas em intervalos de tempo específicos e em pontos de tempo específicos de modo que o sensor monitore um grupo específico de células. Em algumas modalidades, um ou mais sensores encontram um recurso para um grupo específico de células visto que se movem através do módulo de biorreator. O sensor pode desencadear um tratamento específico em resposta à medição para condições de optimização para o grupo específico de células. A medição e otimização exemplificativas de recursos incluem pH, oxigênio diluído, composição gasosa total, diluição de outros gases, temperatura, densidade celular, perfil de açúcar, transcriptômica e monitoramento de transcrição direcionada, metabolômica e proteômica. Em algumas modalidades, o recurso é medido pelo menos 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10 ou mais pontos no tempo. Em algumas modalidades, o recurso é medido para um grupo específico de células e pode ser temporizado para monitorar o grupo visto que se move através do módulo do biorreator e de módulo para módulo.

[0132] Em algumas modalidades, pelo menos um sensor mede um parâmetro como um parâmetro biológico, parâmetro físico ou parâmetro químico de células dentro, que se desloca através de, que entra e/ou que sai de um módulo de biorreator. Em algumas modalidades, pelo menos um sensor mede um parâmetro como um parâmetro biológico, parâmetro físico ou parâmetro químico do ambiente de célula no interior de um módulo de biorreator. Os parâmetros biológicos exemplificativos incluem a taxa de divisão celular, taxa de crescimento de célula, uma resposta de estresse celular, teor de proteína da célula, teor de carboidrato da célula, teor de lipídeo da célula e teor de ácido nucleico da célula. Os parâmetros físicos exemplificativos incluem tamanho de célula, densidade celular, taxa de fluxo de célula, taxa de fluxo de meios líquidos, taxa de mistura, turvação, temperatura e pressão. Os parâmetros químicos exemplificativos incluem pH, composição de meios líquidos, concentração de componentes de meios líquidos individuais, composição gasosa, concentração de gás e composição gasosa dissolvida.

[0133] Em algumas modalidades, o sistema ou módulo está em comunicação com um dispositivo de câmera. A câmera monitora a saída de pelo menos um módulo de biorreator. A câmera pode capturar um recurso bioquímico, físico ou químico da saída de biorreator. Em algumas modalidades, o dispositivo de câmera captura as informações como contagem de célula, velocidade de célula e densidade celular. Em algumas modalidades, a câmera é uma câmera espectral inversa que captura informações através de uma faixa de comprimentos de onda. Em algumas modalidades, o dispositivo de câmera captura informações a partir da saída de dois ou mais módulos de biorreator. Métodos de Uso

[0134] Em algumas modalidades no presente documento, um ou mais módulos são utilizados para produzir células. A FIG. 8 mostra um método exemplificativo para utilizar um ou mais módulos para produzir células. As células podem ser coletadas através do canal de saída de um módulo. Em algumas modalidades, as células são coletadas no interior do módulo e armazenadas no módulo, como armazenamento de células no interior de um módulo de chip de célula. Em algumas modalidades, um ou mais módulos são utilizados para produzir um bioproduto a partir das células, como uma molécula pequena, proteína, anticorpo, metabólito ou outro produto produzido pelas células crescidas no módulo. O bioproduto pode ser coletado através do canal de saída de um módulo e separado das células em crescimento, como por difusão através de uma membrana porosa ou por filtração. Em algumas modalidades, o bioproduto é interno para a célula. Para colher o bioproduto, as células são coletadas, lisadas e o bioproduto pode, então, ser purificado. Em algumas modalidades, o bioproduto é secretado das células e pode ser coletado sem colher ou lisar as células.

[0135] Os módulos de biorreator e sistemas no presente documento podem ser utilizados para produzir tipos de célula específicos e têm a flexibilidade a ser utilizada para crescer uma variedade de tipos de célula. Em algumas modalidades, um módulo de chip de célula é utilizado para fornecer um tipo particular de células para um biorreator de área restrita, para um biorreator de produção ou para um módulo de área restrita em série com um módulo de produção. O módulo de chip de célula permite a produção de célula customizada e optimização de ambiente.

[0136] O chip de célula pode acomodar a produção de células-tronco e outros tipos de terapias de célula incluindo produções autólogas e alogênicas. O chip de célula pode acomodar a produção de células-tronco e outros tipos de terapias de célula incluindo produções autólogas e alogênicas. Em algumas modalidades, pode ser realizada a expansão, entrega de genes ou ativação de células t para tratamentos customizados de células T de receptor de antígeno quimérico (CAR-T). Em algumas modalidades, as células-tronco podem ser não diferenciadas, crescidas e/ou diferenciadas.

[0137] Em algumas modalidades, as células a serem crescidas no sistema são células procarióticas, como células bacterianas. Em algumas modalidades, as células crescidas são células eucarióticas, como uma célula de levedura, célula fúngica, célula de algas, célula de planta, célula aviária ou célula de mamífero. As células podem flutuar livremente em cultura ou podem ser células aderentes, que se aderem a uma ou mais superfícies no interior do biorreator. As células podem ser transformadas ou, de outro modo, manipuladas para produzir um bioproduto como uma proteína heteróloga, molécula pequena ou metabólito.

[0138] Em algumas modalidades, os sistemas, dispositivos e métodos descritos no presente documento podem ser usados em gravidade zero ou sob condições de microgravidade de modo que as células sejam cultivadas em uma gravidade zero ou condição de microgravidade. Métodos para construir módulos de biorreator

[0139] Os sistemas, componentes e módulos no presente documento podem ser fabricados a partir de uma variedade de materiais e tais materiais podem ser adaptados dependendo das células crescidas e ambientes de célula empregados. Em algumas modalidades, componentes e módulos ou partes dos mesmos são fabricados por impressão em 3-D. A impressão pode empregar resinas comercialmente disponíveis e polímeros biocompatíveis curáveis ultravioleta (UV). Em algumas modalidades, cada formato de minimódulo é discretamente projetado em um ambiente virtual. Em algumas modalidades, componentes e módulos são fornecidos por componentes comercialmente disponíveis que são combinados e dispostos em conjunto como descrito no presente documento. Em algumas modalidades, o biomaterial usado pode incluir uma combinação de três subcomponentes, um polímero biocompatível, um fotoiniciador e absorvedor de UV.

[0140] Os dispositivos e sistemas da presente revelação podem ser formados por impressão em 3-D, como, por exemplo, estereolitografia. Em alguns exemplos, um modelo de fabricação auxiliada por computador (CAM) ou projeto auxiliado por computador (CAD) de um dispositivo da presente revelação é fornecido a um sistema de impressão em 3-D que emprega a estereolitografia, que compreende fornecer um recipiente que tem uma resina que compreende um fotoiniciador e um ou mais precursores de polímero. Um laser ultravioleta (UV) pode ser usado para extrair uma estrutura ou projeto pré-programado na superfície do recipiente que tem a resina. A resina pode ser um fotopolímero que se solidifica fotoquimicamente para formar uma camada única mediante o contato com o laser UV. A resina adicional pode ser adicionada e solidificada em um processo de fabricação de camada por camada. A estereolitografia pode ser usada para construir módulos em uma abordagem de fabricação de topo-baixo ou inferior- superior de aditivo.

[0141] As abordagens alternativas para construir módulos de reator podem incluir automontagem de polímeros, por exemplo, copolímeros de bloco, para formar métodos de fabricação subtrativos ou estruturas giroides em 3-D. Os métodos de fabricação subtrativos podem incluir remoção química ou mecânica de materiais de sacrifício. Por exemplo, materiais de sacrifício podem ser formados usando fabricação de adesivo com um laser de sinterização. O material de sacrifício pode ser imerso, imergido ou, de outro modo, revestido em polímeros biocompatíveis. O material de sacrifício pode, então, ser dissolvido ou mecanicamente removido para formar estruturas giroides em 3-D dos polímeros biocompatíveis. Sistema e biorreatores customizados

[0142] Os sistemas e módulos de biorreator no presente documento podem ser projetados e adaptados para tipos de célula específicos e saída de bioproduto específica. Em particular, o biorreator de produção pode ser projetado para um uso específico e individualizado. Os volumes dos minimódulos, os canais no interior de cada minimódulo, o número de níveis de minimódulo e a macroestrutura podem ser selecionados para fornecer o ambiente de célula (por exemplo, condições de crescimento) para alcançar uma determinada densidade celular, taxa de divisão celular, força de cisalhamento de líquido e para acomodar as escolhas de meios líquidos, líquido para colher bioprodutos (como solventes para abrir e/ou fracionar os componentes de célula), taxa de fluxo líquido, composição gasosa e taxa de fluxo gasoso.

[0143] Em algumas modalidades, o sistema inclui um mecanismo para otimizar o módulo de biorreator e o ambiente de célula em conjunto com uma ou mais células. O mecanismo de otimização pode incluir um ciclo de dados que recebe informações sobre o ambiente de célula (E) e comportamento de célula (B) a partir de um ou mais sensores e câmeras no interior do sistema. Além disso, para as células que entram no sistema, informações genéticas (G) para os tipos de célula podem ser inseridas no mecanismo de otimização, para fornecer uma relação como G*E = B.

[0144] Em algumas modalidades, o ambiente de célula é variado em um ou mais parâmetros (como pH, componentes de meios líquidos, composição gasosa, taxas de fluxo) e informações no ambiente de célula são coletadas para cada variação (E1-En) e o comportamento de célula resultante sob cada variação de ambiente (B1-Bn). Em algumas modalidades, as células inseridas são variadas (como diferentes genéticas, por exemplo, células que variam na taxa de divisão, consumo de nutriente, morfologia, tolerância ao estresse) e informações em cada um são coletadas para cada variação de célula (G1-Gn) e o comportamento de célula resultante sob o ambiente no biorreator (B1-Bn). Em algumas modalidades, as variações são usadas em ambiente de célula e genética de célula, e comportamento medido, de modo que mais cada célula variação (G1-Gn), o mecanismo de otimização mede um comportamento (B1-Bn) em mais de um ambiente de célula (E1-En). o mecanismo de otimização classifica, indica ou, de outro modo, compara as relações G*E = B através da genética celular e ambientes celulares para fornecer informações sobre compatibilidade, otimização e classificação de genética celular diferente em uma variedade de ambientes celulares testados. O mecanismo de otimização pode, através disso, otimizar a produção com base na genética celular, ambiente de célula ou ambos. O mecanismo de otimização pode, através disso, fornecer parâmetros para otimizar um biorreator de produção, incluindo o projeto de um biorreator customizado e condições de ambiente de célula customizada para o tipo de célula e saídas para produção.

[0145] Em algumas modalidades, o mecanismo de otimização é um dispositivo controlado por computador. Em algumas modalidades, o mecanismo de otimização inclui um algoritmo de aprendizagem de máquina que emprega os dados a partir de uma variação ou um conjunto de variações para criar a próxima variação ou conjunto de variações para teste. Em algumas modalidades, os sistemas, dispositivos e métodos descritos no presente documento podem ser usados em gravidade zero ou sob condições de microgravidade de modo que as células sejam cultivadas em uma gravidade zero ou condição de microgravidade. Sistema e Módulo de Biorreator Exemplificativos

[0146] Os módulos de biorreator fornecidos no presente documento podem ser usados separadamente ou em combinação para construir um sistema para produzir, otimizar e, em alguns casos, armazenar células. Em algumas modalidades, os sistemas, dispositivos e métodos descritos no presente documento podem ser usados em gravidade zero ou sob condições de microgravidade de modo que as células sejam cultivadas em uma gravidade zero ou condição de microgravidade. Uma modalidade exemplificativa de um sistema de 3 módulos é mostrada na FIG. 1. Nessa modalidade exemplificativa, três biorreatores são interconectados ao sistema: Chip de célula 200, biorreator de área restrita 400 e biorreator de produção 800. Os meios líquidos são misturados no formulador de meio de cultura 101 e movidos para limpeza de um eletroporador 20. O eletroporador pode incluir um resfriador 21, para trazer a temperatura dos meios líquidos para a temperatura operacional para o sistema. A bomba 40 move os meios líquidos a partir do formulador 101 para o eletroporador 20. A bomba 50, flui os meios através de um coletor de bolha 60, para remover as bolhas criadas pelo tratamento de eletroporação e sensor de bolha 70 monitora os meios que fluem através do estado sem bolha apropriado. Os meios alcançam, então, o reservatório

30. Em algumas modalidades, o reservatório 30 é constituído de dois ou mais reservatórios de modo que quando completo, o primeiro reservatório 31 fornece meios líquidos para os módulos de biorreator enquanto o segundo reservatório 32 é preenchido. Cada um dos módulos de biorreator, 200, 400 e 800, recebe meios líquidos do reservatório ao usar bombas 100, 110 e 120, respectivamente. O gás é suprido aos biorreatores usando suprimento de gás 500, que pode compreender um ou mais dispositivos de armazenamento de gás para cada componente gasoso. O suprimento de gás pode incluir um dispositivo de controle para misturar e regular a composição gasosa e fluxo gasoso para os biorreatores, incluindo diferentes misturas e diferentes taxas de fluxo separadamente para cada módulo de biorreator.

[0147] O sistema e os biorreatores também podem incluir certos dispositivos e receptáculos de saída. Cada biorreator que inclui entrada de meios líquidos e fluxo atravessante também pode incluir um dispositivo de disposição de fluido. Uma disposição de fluido comum 600 pode ser utilizada para coletar meios líquidos gastos a partir de todos os módulos de biorreator. De modo similar, para cada biorreator que inclui entrada de gás e fluxo atravessante, uma disposição de gás pode coletar composição gasosa excretada por célula e gasta. Uma disposição de gás comum 550 pode ser utilizada para coletar gás emitido a partir de todos os módulos de biorreator.

[0148] Um ou mais sensores podem ser incluídos com o uso de um biorreator ou em um sistema de múltiplos biorreatores para monitorar um ou mais parâmetros incluindo parâmetros físicos, biológicos e químicos bem como combinações dos mesmos. Os sensores exemplificativos mostrados na FIG. 1 incluem sensor 80, para monitorar o formulador de meio de cultura, sensor 81 para monitorar o eletroporador e sensor 82 para monitorar o um ou mais reservatórios. O sensor adicional 83 monitora a saída do módulo de chip de célula. Os sensores 84 e 85 monitoram a saída de líquido e gás, respectivamente a partir do módulo de área restrita. De modo similar, os sensores 86 e 87 monitoram saída de líquido e gás, respectivamente a partir do módulo de biorreator de produção.

[0149] O sistema de um ou mais biorreatores pode incluir adicionalmente a interconexão entre os módulos de biorreator. Como mostrado no sistema exemplificativo da FIG. 1, o chip de célula é interconectado pela conexão 280 ao módulo de área restrita e pode ser regulado para permitir a passagem de células a partir da saída do chip de célula para a entrada no módulo de área restrita. O conector 380 permite que as células a partir da saída do módulo de área restrita fluam para a entrada do módulo de biorreator de produção. O conector 480 é uma interconexão entre a saída do biorreator de produção a um coletor de dispositivo ou receptáculo de coleta 700. O coletor 700 pode coletar células, bioproduto ou uma combinação dos mesmos a partir do biorreator de produção 800. Em algumas modalidades, o coletor 700 pode incluir filtros, membranas ou outras unidades e/ou módulos para separação, como separação de células dos meios líquidos, separação de bioproduto das células e separação de ou entre componentes celulares.

[0150] É mostrado na FIG. 2A um ambiente de célula exemplificativo 205 em um módulo de chip 201. Nesse exemplo, o chip de célula inclui coletor de acesso 220, múltiplos coletores de sucção 240 e múltiplos coletores de sobrefluxo 260. Na entrada, a extremidade é uma porta de entrada de meios 202 para fornecer meios para o ambiente de célula. Na extremidade oposta (na direção de fluxo de meios líquidos) é porta de colheita 210, para colher células crescidas no módulo de chip de célula. Os detalhes de um circuito de meios exemplificativo 230 para chip de célula 201 são mostrados na FIG. 2B. O circuito de meios pode incluir porta de meios de entrada 231, porta de meios de saída 233 e canais de alimentação de meios 235. Os detalhes de um circuito de gás exemplificativo 250 para chip de célula 201 são mostrados na FIG. 2B. O circuito de gás pode incluir circuito de gás de entrada 251, circuito de gás de saída 253 e canais de distribuição de gás 255. As FIGs. 2C mostram uma visão lateral de chip de célula 201 com um exemplo da disposição do circuito de meios 230, circuito de gás 250, e ambiente de célula 205.

[0151] As FIGs. 3A - 3F mostram coletores exemplificativos para uso com um módulo de chip de célula. Um coletor de acesso exemplificativo 221 é diagramado nas FIGs. 3A (visão superior) e 3B (visão lateral), mostrado em proximidade à porta de entrada de meios 202. O coletor de acesso é construído a partir de protetores de fluxo 225 que circunda um espaço interno, os protetores 225 têm aberturas 227 entre os mesmos que limitam a célula 203 fluem para fora do espaço interno do coletor. Em algumas modalidades, as aberturas 227 entre protetores 225 são dimensionadas para terem duas vezes o diâmetro das células a serem crescidas no chip de célula. Em algumas modalidades, as aberturas 227 são dimensionadas para serem maiores que o diâmetro das células a serem crescidas no chip de célula. As células podem ser inoculadas no chip e no coletor de acesso 221 usando a porta de inoculação 223.

[0152] As FIGs. 3C e 3D mostram uma disposição de coletor de sobrefluxo exemplificativo 240 da visão superior

(FIG. 3C) e visão lateral (FIG. 3D). Os coletores são construídos a partir de disposições de paredes de caixa canalizada 245 dispostas para circundar um espaço interno em três lados e em uma formação para criar aberturas 247 entre as seções de parede 246. O tamanho de aberturas 247 pode ser adaptado para as células a serem crescidas no chip. Em algumas modalidades, as aberturas 247 têm diâmetro menor que uma célula viva, mas maior que o diâmetro de uma célula morta, de modo que as células vivas 203 permaneçam aprisionadas no espaço interno de paredes de caixa canalizada 245 até que alcancem o número suficiente para fluir de modo excessivo a disposição de caixa, enquanto que as células mortas passam através de aberturas 247 e não são retidas no interior do espaço interno de paredes de caixa canalizada 245.

[0153] Um coletor de sucção exemplificativo 260 é mostrado em visão superior e visão lateral nas FIGs. 3E e 3F. O coletor tem campos porosos 262 e paredes de ambiente

264. O campo poroso é projetado de modo que o tamanho das células exceda o tamanho dos poros.

[0154] As FIGs. 4A-4E exibem módulos de área restrita exemplificativos e componentes dos mesmos. A FIG. 4A exibe um segmento de área restrita exemplificativo 405. O segmento exemplificativo inclui canal 445 em que as células e fluxo de ambiente de célula associado no módulo de mistura 420 em que os meios líquidos do canal 443 se mistura com as células e, subsequentemente, a mistura flui na câmara de célula 410 para crescimento de célula e, opcionalmente, medição por um ou mais sensores ou câmeras. A FIG. 4B exibe um módulo de ambiente de célula de biorreator de área restrita exemplificativo 401 que inclui múltiplos segmentos unidos em série e em paralelo, uma entrada de célula 440 e saída de célula 460 do módulo de área restrita. Cada segmento exemplificativo inclui um módulo de mistura (por exemplo, 421, 422, 423) e câmaras de célula (por exemplo, 411, 412, 413). A FIG. 4C mostra um exemplo de um circuito de gás 470 (topo), por exemplo, ambiente de célula de biorreator de área restrita 401 (fundo). A FIG. 4D mostra um exemplo de um circuito de meio líquido 480 (topo) com entrada de meios e um exemplo de canais de entrada de célula 490 (fundo). A FIG. 4E mostra um exemplo da sobreposição de circuito de meios líquidos 480, circuito de gás 470, e canais de entrada de célula 490 em um ambiente de célula de biorreator de área restrita exemplificativo 401 para construir o módulo de área restrita exemplificativo 400, mostrado a partir de uma visão de topo e visão lateral.

[0155] A FIG. 5 exibe um biorreator de produção exemplificativo 800 que inclui a porta de inoculação 802 para as células entrarem no biorreator, e estrutura de distribuição de célula 804, em que as células fluem para o interior do biorreator e são misturadas com meios líquidos e outros componentes de ambiente de célula. A entrada de meios líquidos 820 permite a introdução de meios líquidos no biorreator de produção que é, então, distribuída através do sistema de alimentação de meios 822 usando conexões de meios (por exemplo, 824), e meios não usados são coletados

826. O gás entra na entrada de gás 810 e se distribui por todo o biorreator por meio dos canais de fase gasosa 814, e é enviado através da saída de gás 818. As células e/ou produtos produzidos pelas células podem ser colhidos através da porta 870.

[0156] As FIGs. 6A-6C exibem exemplos de macroestruturas para uso com os biorreatores de produção descritos no presente documento. A FIG. 6A mostra uma macroestrutura de pirâmide exemplificativa 881 e uma macroestrutura de pirâmide sopreposta com o sistema de distribuição de meios

883. A FIG. 6B mostra macroestruturas de pirâmide oca exemplificativas 885 e 887. A FIG. 6A mostra uma macroestrutura de tronco exemplificativa 889.

[0157] Em algumas modalidades, as macroestruturas para biorreatores de produção são constituídas de minimódulos, cada um dos quais pode ter um determinado formato, como um giroide duplo ou giroide duplo modificado. A FIG. 7A mostra uma modalidade exemplificativa de um formato de giroide duplo modificado 841 para uso na construção de um ou mais minimódulos para um biorreator de produção. Como mostrado no fundo da figura, o minimódulo de giroide duplo é esquematicamente representado como caixa 841A, como mostrado nas macroestruturas das FIGs. 6A-6C. O formato de giroide duplo modificado 841 pode incluir fases 842 e 844, que quando montadas, como exibidas na FIG. 7B, pode ser montado formando canais sobrepostos 843 e 845. Adicionalmente, entre as fases 842 e 844 está o espaço de intermembrana 846. A FIG. 7C mostra uma varredura exemplificativa de um canal de porção de exemplo 842 que exibe um diâmetro constante através do canal. Montagem de minimódulos nas macroestruturas

[0158] Os minimódulos descritos no presente documento podem ser montados formando macroestruturas que fornecem para controle alvejado de distribuição e fluxo gasoso e de meios. Em algumas modalidades, o minimódulo é um giroide duplo modificado (DG) que é montado formando uma macroestrutura para criar o biorreator de produção. As FIGs. 9A-9F ilustram a montagem começando com um primeiro minimódulo (por exemplo, DG) e montando minimódulos adicionais de modo que a geometria seja repetida para formar uma matriz tridimensional (3-D) cujo crescimento é limitado a dois das três dimensões possíveis. Os pontos conectados de um minimódulo a outro minimódulo é chamado de um “bocal”. Essa primeira montagem de minimódulos interconectados que são orientados identicamente é referida como uma “camada”. A camada pode ser disposta, por exemplo, em um formato romboide de modo que, em algumas modalidades, se o mesmo número de módulos for conectado nas direções selecionadas, o crescimento resultante não é proporcional e como tal o crescimento das camadas é irregular uma em relação à outra. Em algumas modalidades, a camada é disposta em um formato quadrado ou de modo que o crescimento resultante seja proporcional. As FIGs. 9D-9F ilustram uma modalidade exemplificativa de montagem e crescimento de camada.

[0159] Nas bordas de cada camada, os bocais não conectados dos minimódulos podem ser usados para conectar a camada com outras funcionalidades, como a entrada para fluxo de meios ou para gás e a saída de meios gastos, gás gasto e saída de células ou bioproduto produzido por células.

[0160] Em algumas modalidades, uma montagem de camadas de minimódulos (“primeira matriz”) pode ser colocalizada com uma segunda montagem de camada de minimódulos (“segunda matriz”), através do que a segunda matriz ocupa os espaços livres deixados pela primeira matriz e através do que as matrizes que ocupam o mesmo volume não têm ponto de contato, e mantêm uma distância mínima constante. Um exemplo de montagem de duas matrizes é mostrado nas FIGs. 10A-10F. A FIG. 10A mostra um exemplo de uma porção de um giroide duplo inscrito em um cubo. A FIG. 10B mostra uma vista ortogonal e recortada da estrutura da FIG. 10A. As FIGs. 10C e 10D mostram um exemplo da direção de crescimento de uma segunda camada com em relação à primeira camada. A FIG. 10E mostra um exemplo do volume subtraído de uma pirâmide e crescimento no sentido anti-horário. A FIG. 10F mostra um exemplo de direção no sentido horário de crescimento de uma macroestrutura ao longo de um eixo geométrico vertical de uma pirâmide oca.

[0161] Em algumas modalidades, os minimódulos são montados formando uma macroestrutura de pirâmide oca. Uma pirâmide oca tem um volume de centro oco e de seção transversal crescente. Com o uso da macroestrutura de pirâmide oca, o circuito de alimentação pode servir tanto para o perímetro externo quanto interno. Para a construção de uma pirâmide oca, a matriz tem uma camada inicial que é ligada a um distribuidor e uma camada que, por sua vez, se conecta ao coletor. O número de bocais superiores da camada inicial, como o dos inferiores da camada que se conectam ao coletor, pode pertencer ao conjunto M = 2n. Desse modo, assegura-se que os canais conectores, ou árvores, possam se ramificar em pares de uma maneira equilibrada. Uma árvore pode ser uma estrutura (entrada) e coleta (saída)

distribuída de um biorreator livre de bolha. Tanto na entrada quanto na saída, um canal pode transitar ou ramal de um único canal a 2n canais. O aumento em volume entre camadas (esse é o número de minimódulos que são adicionados entre uma camada e o próximo na direção de fluxo) é determinado pelo biorreator e é ordenado por (i) um sentido alternado de crescimento entre sujas bordas do perímetro externo; e (ii) um aumento de seu perímetro interno (isto é, o perímetro do centro oco interno). Por exemplo, se N for o número de módulos em uma das bordas do perímetro externo da pirâmide oca, e n for o número de minimódulos que constituem uma das bordas do perímetro interno da pirâmide oca, então, se em uma camada N= (8;8), então, n=(4;4) (consulte FIG. 12). Essa lógica é repetida alternadamente entre as bordas externas da pirâmide em cada camada e em um sentido horário (considerando a direção do fluxo). O resultado é uma pirâmide escalonada onde seus degraus formam um espiral facetado. O perímetro interno também tem um crescimento em espiral, mas com uma frequência menor que o perímetro externo, e a direção de crescimento para o perímetro interno é oposta àquela do perímetro externo (Consulte FIGs. 13A e 13B). A interação entre os espirais interno-externo e a direção do resultado de fluxo em um movimento do tipo vórtice de meios de fluxo no interior da estrutura de pirâmide oca.

[0162] Em algumas modalidades, o sistema de alimentação é conectado ao biorreator através de um ou mais subcanais. Um subcanal do circuito de alimentação pode circundar o perímetro de uma ou mais camadas em um biorreator em uma distância equivalente em cada face de uma determinada camada. Os subcanais podem se conectar em um ou mais bocais de minimódulos como as bordas de uma camada. Um exemplo de conjunto de conexões é mostrado nas FIGs. 11A – 11F.

[0163] Em algumas modalidades, o circuito de alimentação se conecta em 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou mais que 8 pontos ao biorreator. Em uma modalidade, o circuito de alimentação serve como uma biorreator de macroestrutura de pirâmide oca e o circuito de alimentação tem uma divisão de 5 subcanais. Um desses subcanais se estende para o interior do canal interno da pirâmide e o resto alimenta os subcanais paralelos às bordas de cada camada (canais externos). O equilíbrio de pressão e fluxo do circuito de alimentação é mantido através da proporcionalidade dos canais externo e interno do sistema de alimentação. Um exemplo de circuito de alimentação para um formato de pirâmide oca é mostrado na FIG. 14.

[0164] Em algumas modalidades, a macroestrutura do biorreator é uma lamela. Em algumas modalidades, o sistema de alimentação é conectado ao biorreator através de um ou mais subcanais. Um subcanal do circuito de alimentação pode circundar o perímetro de uma ou mais camadas em um biorreator em uma distância equivalente em cada face de uma determinada camada. Os subcanais podem se conectar em um ou mais bocais de minimódulos como as bordas de uma camada. Um exemplo de conjunto de conexões é mostrado nas FIGs. 11A- 11F.

[0165] Em algumas modalidades, o biorreator emprega uma macroestrutura de lamela composta de minimódulos como DGs. Uma macroestrutura de lamela tem uma lâmina de espessura constante e de seção transversal crescente compreendida de minimódulos. A espessura constante da lâmina permite ainda o acesso de substâncias do circuito de alimentação. O aumento em volume entre as camadas (esse é o número de módulos que são adicionados entre uma camada e a próxima na direção de fluxo) é determinado pelo biorreator, e é ordenado por um sentido alternado de crescimento entre as bordas mais curtas das lâminas (Consulte, por exemplo, FIG. 15). Na macroestrutura de lamela, pode haver uma ou mais que uma lâmina, por exemplo 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou mais que 8 lâminas dispostas em paralelo. O espaço entre cada lâmina pode ser utilizado para colocar o circuito de alimentação ou uma porção do mesmo que alimenta os módulos na lâmina (Consulte, por exemplo, FIG. 16).

[0166] Em algumas modalidades, os minimódulos são montados formando uma macroestrutura de árvore-xadrez, que tem pelo menos uma coluna oca de seção transversal constante que cruza longitudinalmente as camadas de minimódulos. Em algumas modalidades, uma macroestrutura de árvore-xadrez tem 1, 2, 3, 4 ou mais que 4 de tais colunas. As colunas podem ser usadas para fornecer uma área para transportar meios líquidos e outras substâncias através de canais que seguem a coluna longitudinal. A coleta de meios gastos, gás, células e bioprodutos pode ser feita em uma ou mais ou todas as faces externas da estrutura, acionada pela diferença de pressão entre o centro da coluna e as faces. Um exemplo de macroestrutura de árvore-xadrez é mostrado na FIG. 17 e a disposição de coleta e alimentação exemplificativa é mostrada na FIG. 18. Sistemas de conexão de biorreator

[0167] Os módulos podem ser conectados, acoplados ou estar em comunicação de fluido por um ou mais sistemas de conexão. As FIGs. 19A e 19B mostra um sistema de conexão exemplificativo que inclui um conector entre módulo de chip de célula e uma fonte de fluido ou módulo de coleta de fluido. O conector inclui um suporte e um conjunto de agulhas ocas que permite ingresso e egresso de fluido e/ou células contendo fluido. Em algumas modalidades, o conector através das agulhas se conecta a um primeiro módulo como um módulo de chip de célula. As agulhas podem ser dispostas como conjuntos de modo que cada conjunto de agulhas possa incluir uma agulha para entrada de fluido e outro para saída de fluido do módulo de chip de célula. Uma extremidade da agulha é para entrada em uma câmara ou canal no módulo de chip de célula e a outra extremidade da agulha pode ser conectada a uma fonte de fluido, a um dispositivo de coleta ou a outro módulo.

[0168] Em algumas modalidades, o conjunto de agulhas inclui pelo menos uma agulha de entrada e uma agulha de saída. Em algumas modalidades, há uma pluralidade de conjuntos de agulhas. Cada conjunto de agulhas pode ser direcionado a uma câmara separada e/ou a um canal separado ao qual o fluido é direcionado para entrada ou removido para a saída.

[0169] Em algumas modalidades, o conector pode conectar o módulo de chip de célula a uma ou mais fontes de fluido como meio de cultura, suplementos de nutriente, entradas químicas, tripsina, soluções de lavagem/tampão que podem ser usados para suprir o módulo de chip de célula com fluido e, opcionalmente, remover fluido gasto. Em algumas modalidades, o conector pode conectar o módulo de chip de célula a um segundo módulo como um biorreator de área restrita ou um biorreator de produção, como para transferir células de um módulo para o outro.

[0170] Em uma modalidade, o sistema de conexão inclui uma câmara de limpeza de modo que as agulhas sejam limpas e/ou esterilizadas antes de entrar em um módulo como um módulo de chip de célula. Em uma modalidade, a câmara de limpeza é uma ou mais câmaras separadas em uma extremidade do módulo de chip de célula. A câmara (ou câmaras) de limpeza são delimitadas em uma primeira extremidade por um septo que contém a câmara de limpeza do ambiente e através do qual as agulhas podem perfurar de uma extremidade para o interior da câmara de limpeza. A câmara de limpeza pode ser delimitada em uma segunda extremidade por uma película de segurança ou outro limite, que pode conter fluido (ou gás) de limpeza ou esterilização no interior da câmara de limpeza. O conector em tais modalidades é conectado na outra extremidade das agulhas a uma fonte de fluido como com agente de limpeza ou sanitização, e solução (ou soluções) de lavagem.

[0171] O outro lado da película de segurança ou limite é um canal. Uma vez limpas e esterilizadas, as agulhas podem ser colocadas através da película de segurança ou limite no canal. O canal pode ser um canal de meio de cultura que flui meio de cultura a partir de uma agulha para outras localizações no chip de célula. O canal pode ser um canal de colheita de célula, a partir do qual células presentes no chip (como crescimento e multiplicação de células no chip) pode ser, então, direcionado ao canal e, então, através de uma agulha a um módulo ou componente de colheita separado. O canal pode ser um canal de resíduo através do qual meios gastos podem ser direcionados e removidos do chip.

[0172] A FIG. 19C mostra uma modalidade exemplificativa de conexões feitas pelo sistema de conector a componentes contendo meios de cultura, agente de sanitização, bem como à coleta de resíduo e a um módulo de área restrita. Tubos ou canais de conexão se conectam a partir do sistema de conector e utiliza válvulas para direcionar fluidos do conector para a fonte, coletor ou módulo apropriado.

[0173] A FIG. 19D mostra uma modalidade exemplificativa do sistema de conexão com as agulhas que penetram uma primeira câmara em um módulo de chip de célula, como para limpeza e esterilização, ilustrando uma modalidade exemplificativa do sistema de conexão durante o processo de limpeza, que tem fluxo de fluido de um componente contendo fluido de sanitização para as câmaras de sanitização no chip de célula e tem um de cada conjunto de agulhas para remover fluido de sanitização gasto.

[0174] A FIG. 19E mostra uma modalidade exemplificativa do sistema de conexão com as agulhas que penetram uma segunda câmara após limpeza e esterilização. O primeiro conjunto de agulhas (à esquerda) é posicionado de modo que a agulha de entrada entre em um canal/câmara de meios de cultura e permite novos meios de cultura para fluir para o interior do módulo de chip de célula. O conjunto de agulhas intermediário é posicionado de modo que uma agulha seja posicionada para saída de meios gastos e resíduo de cultura de um canal no módulo de chip de célula. O terceiro conjunto de agulhas (à direita) é posicionado de modo que apenas a agulha de saída entre em uma câmara/canal e seja posicionada para saída de meios e células do módulo de chip de célula. Módulo para cultura de célula aderente

[0175] Em outro aspecto, a presente revelação fornece métodos para cultivar células. O método pode incluir fornecer uma pluralidade de células para um biorreator aderente. O biorreator aderente pode compreender pelo menos um canal e uma membrana microporosa. O biorreator aderente pode ser uma parte de um módulo de chip de célula ou um biorreator de área restrita. Pode-se permitir que pelo menos uma porção das células adira a uma superfície do pelo menos um canal de modo que a pelo menos a porção da pluralidade de células cresça e/ou replique na superfície do canal para gerar células fixadas. Um meio líquido pode ser fluido a partir do pelo menos um canal através da membrana microporosa. Fluir o meio líquido a partir do canal para através da membrana microporosa pode lavar as células aderentes (como com meios frescos ou tampão de lavagem estéril), ou pode ser empregado para separar as células da superfície do canal ou pode lavar células separadas. As células separadas (por exemplo, células suspensas) podem ser coletadas por fluxo de outro meio líquido com as células através do canal. O biorreator aderente pode ser fluidamente acoplado a um módulo de chip de célula, um biorreator de área restrita, um biorreator (por exemplo, biorreator de produção) ou qualquer combinação dos mesmos. O módulo de chip de célula pode fornecer células para o biorreator aderente. O biorreator aderente pode fornecer células para um biorreator (por exemplo, biorreator de produção.

[0176] As células podem ser cultivadas ou crescidas sob condições controladas em uma superfície ou substrato artificial. Por exemplo, as células podem ser cultivadas em uma monocamada ou outra configuração de crescimento de superfície. A FIG. 20 mostra um módulo em camada exemplificativa para cultura de célula aderente. A FIG. 21A mostra uma modalidade de um módulo adequado para cultura de célula aderente. As células podem aderir a um material adequado para adesão celular, como PDMS. Em um ponto de tempo selecionado ou densidade celular selecionada, as células aderentes podem ser removidas do material aderente e liberadas nos meios de cultura circundantes, como com a adição de enzimas como tripsina no líquido que flui após as células aderentes (por exemplo, ligadas) de modo que as células ou uma porção das mesmas possam ser colhidas do módulo.

[0177] Em algumas modalidades, o material aderente é delimitado por um ou mais canais abertos por meio dos quais meios de cultura flui pelas células aderidas. O módulo também pode conter um limite como uma membrana microperfurada que permite que meios de cultura ou outros fluidos passem, mas através dos quais células não podem passar devido ao tamanho das microperfurações.

[0178] Em algumas modalidades, o módulo para células aderentes pode ter uma ou mais câmaras. Uma modalidade exemplificativa é mostrada na FIG. 20 que tem uma câmara inocular para inserir células no módulo, uma câmara de filtro e câmaras de ligação. As câmaras de ligação podem ter material aderente de modo que células adiram à sua superfície.

[0179] As células podem ser removidas das posições aderentes, como ao incluir tripsina nos meios de cultura ou em outro fluido que flui ou incubar com as células aderentes. Uma vez que as células são deslocadas (como a partir do material de PDMS), tripsina pode ser removida ao lavar com meios de cultura ou outro fluido, e, então, tais meios ou fluido passaram pela membrana microperfurada, deixando as células para trás. Tais células podem, então, ser ressuspensas em meios frescos ou em outro líquido, e, as células ou uma porção das mesmas podem ser movidas usando o fluxo de líquido através do canal para uma câmara de colheita ou outro canal de saída para coleta.

[0180] As FIGs. 21B-21E mostram uma série de ligação de célula, tripsinização para separação de célula, e lavagem e colheita exemplificativa. Em algumas modalidades, o módulo de célula aderente é um módulo de chip de célula ou uma porção do mesmo. Em algumas modalidades, o módulo de célula aderente é um módulo de área restrita ou uma porção do mesmo. Em algumas modalidades, o módulo de célula aderente é uma parte de um módulo de área restrita ou uma porção do mesmo, como um ou mais minimódulos. Sistemas computacionais

[0181] A presente revelação fornece sistemas computacionais que são programados para implementar métodos da revelação. A FIG. 34 mostra um sistema computacional 3401 que é programado ou, de outro modo, configurado para controlar todos os processos internos dos sistemas como programados, como formulação e esterilização de meios, controle de fluxo, taxa de fluxo de gás, pressão e formulação, aquisição de dados através de sensores embutidos (por exemplo, dados físicos, químicos e biológicos), fusão de dados de sensor e circuitos de controle de comando, processamento de imagem e criação de conjunto de dados associado a cada processo.

O sistema computacional 3401 pode regular vários aspectos das condições testemunhadas pelas células no interior dos sistemas da presente revelação, como, para exemplo, taxa de fluxo de meios e concentrações de subcomponentes, tempo de mistura, preenchimento de reservatório; número de pulsos, tensões de pulsos, ciclo de trabalho aplicado pelo eletroporador aos meios, fluxo de gás e pressão, formulação de solução gasosa, fluxo de gás diferencial para alguns ou todos os componentes, meios de fluxo diferenciais para alguns ou outros componentes; valores de pH diferenciais para alguns ou todos os componentes; gases dissolvidos diferenciais para alguns ou todos os componentes, perfil de açúcar diferencial para alguns ou todos os componentes, temperatura diferencial para alguns ou todos os componentes, tempo de amostragem para alguns ou todos os componentes, análise de parâmetros físicos, químicos, biológicos para alguns ou todos os componentes como temperatura, pH, quantidade e tipo de gases dissolvidos, fluxo, densidade celular, perfil de açúcar e análise bioquímica como proteômica, metabolômica, transcriptômica e similares.

O sistema computacional 3401 pode ser um dispositivo eletrônico de um usuário ou um sistema computacional que está localizado remotamente em relação ao dispositivo eletrônico.

O dispositivo eletrônico pode ser um dispositivo eletrônico móvel.

[0182] O sistema computacional 3401 inclui uma unidade de processamento central (CPU, também “processador” e “processador computacional” no presente documento) 3405, que pode ser um processador de núcleo único ou múltiplos núcleos, ou uma pluralidade de processadores para processamento paralelo.

O sistema computacional 3401 também inclui memória ou localização de memória 3410 (por exemplo, memória de acesso aleatório, memória somente de leitura, memória flash), unidade de armazenamento eletrônico 3415 (por exemplo, disco rígido), interface de comunicação 3420 (por exemplo, adaptador de rede) para se comunicar com um ou mais outros sistemas, e dispositivos periféricos 3425, como cachê, outra memória, armazenamento de dados e/ou adaptadores de visor eletrônico.

A memória 3410, a unidade de armazenamento 3415, interface 3420 e dispositivos periféricos 3425 estão em comunicação com a CPU 3405 através de um barramento de comunicação (linhas contínuas), como uma placa-mãe.

A unidade de armazenamento 3415 pode ser uma unidade de armazenamento de dados (ou repositório de dados) para armazenar dados.

O sistema computacional 3401 pode ser operativamente acoplado a uma rede de computador (“rede”) 3430 com o auxílio da interface de comunicação 3420. A rede 3430 pode ser a Internet, uma internet e/ou extranet, ou uma intranet e/ou extranet que está em comunicação com a Internet.

A rede 3430 em alguns casos é uma rede de telecomunicação e/ou dados.

A rede 3430 pode incluir um ou mais servidores de computador, que possibilitam computação distribuída, como computação em nuvem.

A rede 3430 em alguns casos com o auxílio do sistema computacional 3401 pode implementar uma rede de ponto a ponto, que pode possibilitar que dispositivos acoplados ao sistema computacional 3401 se comportem como um cliente ou um servidor.

[0183] A CPU 3405 pode executar sequência de instruções legíveis por máquina, que pode ser embutido em um programa ou software. As instruções podem ser armazenadas em uma localização de memória, como a memória 3410. As instruções podem ser direcionadas à CPU 3405, que podem programar subsequentemente ou, de outro modo, configurar a CPU 3405 para implementar métodos da presente revelação. Exemplos de operações realizadas pela CPU 3405 podem incluir busca, decodificar, executar e reescrever.

[0184] A CPU 3405 pode ser parte de um circuito, como um circuito integrado. Um ou mais outros componentes do sistema 3401 podem ser incluídos no circuito. Em alguns casos, o circuito é um circuito integrado de aplicação específica (ASIC).

[0185] A unidade de armazenamento 3415 pode armazenar arquivos, como drivers, bibliotecas e programas salvos. A unidade de armazenamento 3415 pode armazenar dados de usuário, por exemplo, preferências de usuário e programas de usuário. O sistema computacional 3401 em alguns casos pode incluir uma ou mais unidades de armazenamento adicionais que são externas em relação ao sistema computacional 3401, como localizadas em um servidor remoto que está em comunicação com o sistema computacional 3401 através de uma intranet ou da Internet.

[0186] O sistema computacional 3401 pode se comunicar com um ou mais sistemas computacionais remotos através da rede 3430. Por exemplo, o sistema computacional 3401 pode se comunicar com um sistema computacional remoto de um usuário (por exemplo, Redes Privadas Virtuais, Computador hospedado em serviços como Amazon Web Services (AWS), comunicação por satélite). Exemplos de sistemas computacionais remotos incluem computadores pessoais (por exemplo, PC portátil), PCs do tipo slate ou tablet (por exemplo, Apple® iPad, Samsung® Galaxy Tab), telefones, Smart phones (por exemplo, Apple® iPhone, dispositivo habilitado para Android, Blackberry®), ou assistentes digitais pessoais. O usuário pode acessar o sistema computacional 3401 através da rede 3430.

[0187] Métodos como descrito no presente documento podem ser implementados por meio de código executável por máquina (por exemplo, processador computacional) em uma localização de armazenamento eletrônico do sistema computacional 3401, como, por exemplo, na memória 3410 ou unidade de armazenamento eletrônico 3415. O código executável por máquina ou legível por máquina pode ser fornecido na forma de software. Durante o uso, o código pode ser executado pelo processador 3405. Em alguns casos, o código pode ser recuperado a partir da unidade de armazenamento 3415 e armazenado na memória 3410 para pronto acesso pelo processador 3405. Em algumas situações, a unidade de armazenamento eletrônico 3415 pode ser excluída, e instruções executáveis por máquina são armazenadas na memória 3410.

[0188] O código pode ser pré-compilado e configurado para usar com uma máquina que tem um processador adaptado para executar o código, ou pode ser compilado durante o tempo de execução. O código pode ser suprido em uma linguagem de programação que pode ser selecionado para possibilitar que o código execute de um modo pré-compilado ou como compilado.

[0189] Aspectos dos sistemas e métodos fornecidos no presente documento, como o sistema computacional 3401, podem ser incorporados na programação. Vários aspectos da tecnologia podem ser considerados como “produtos” ou “artigos de fabricação” na forma de código executável por máquina (ou processador) e/ou dados associados que são carregados ou incorporados em um tipo de meio legível por máquina. O código executável por máquina pode ser armazenado em uma unidade de armazenamento eletrônico, como memória (por exemplo, memória somente de leitura, memória de acesso aleatório, memória flash) ou um disco rígido. Meios do tipo “armazenamento” podem incluir qualquer uma ou todas as memórias tangíveis dos computadores, processadores ou similares, ou módulos associados dos mesmos, como várias memórias semicondutoras, unidade de fita, unidades de disco e similares, que podem fornecer armazenamento não transitório em qualquer momento para a programação de software. Todo ou porções do software pode ser comunicado às vezes através da Internet ou várias outras redes de telecomunicação. Tais comunicações, por exemplo, pode possibilitar carregamento do software a partir de um computador ou processador em outro, por exemplo, a partir de um servidor de gerenciamento ou computador hospedeiro na plataforma de computador de um servidor de aplicação. Assim, outro tipo de meios que podem carregar os elementos de software inclui ondas ópticas, elétricas e eletromagnéticas, como usado ao longo de interfaces físicas entre dispositivos locais, através de redes fixas com fio e ópticas e em vários enlaces aéreos. Os elementos físicos que carregam tais ondas, como enlaces com fio e sem fio, enlaces ópticos ou similares, também podem ser considerados como meios que carregam o software. Como usado no presente documento, salvo se restrito a meios de “armazenamento” tangíveis não transitórios, termos como computador ou “meio legível” por máquina se referem a qualquer meio que participa no fornecimento de instruções para um processador para execução.

[0190] Por conseguinte, um meio legível por máquina, como código executável por computador, pode assumir muitas formas, incluindo, porém sem limitação, um meio de armazenamento tangível, um meio de onda portadora ou meio de transmissão física. Os meios de armazenamento não voláteis incluem, por exemplo, discos ópticos ou magnéticos, como qualquer um dos dispositivos de armazenamento em qualquer computador (ou computadores) ou similares, como podem ser usados para implementar os bancos de dados, etc. mostrados nos desenhos. Os meios de armazenamento volátil incluem memória dinâmica, como a memória principal de tal plataforma de computador. Os meios de transmissão tangíveis incluem cabos coaxiais; fio de cobre e fibra óptica, incluindo os fios que compreendem um barramento dentro de um sistema de computador. Os meios de transmissão de onda portadora podem assumir a forma de sinais elétricos ou eletromagnéticos, ou ondas acústicas ou de luz, como aquelas geradas durante as comunicações de dados de radiofrequência (RF) e infravermelho (IR). As formas comuns de meios legíveis por computador, portanto,

incluem, por exemplo: um disquete, um disco flexível, disco rígido, fita magnética, qualquer outro meio magnético, um CD-ROM, DVD ou DVD-ROM, qualquer outro meio óptico, fita de papel para cartões perfurados, qualquer outro meio de armazenamento físico com padrões de orifícios, uma RAM, uma ROM, uma PROM e EPROM, uma FLASH-EPROM, qualquer outro chip de memória ou cartucho, instruções ou dados de transporte de onda portadora, cabos ou enlaces que transportam tal onda portador ou qualquer outro meio a partir do qual um computador pode ler dados e/ou código de programação. Muitas dessas formas de meios legíveis por computador podem estar envolvidas no transporte de uma ou mais sequências de uma ou mais instruções para um processador para execução.

[0191] O sistema de computador 3401 pode incluir ou estar em comunicação com um visor eletrônico 3435 que compreende uma interface de usuário (UI) 3440 para fornecer, por exemplo, configurações, relatório de bioprocesso listando variáveis medidas em tempo real de cada estágio do sistema, capacidades de exportar e importar arquivos (por exemplo, arquivos de configuração, atualizações), calibração, alarmes, (por exemplo, erros, manutenção, substituição de consumíveis). Os exemplos de UI’s incluem, sem limitação, uma interface gráfica de usuário (GUI) e interface de usuário baseada em web.

[0192] Métodos e sistemas da presente revelação podem ser implementados por meio de um ou mais algoritmos. Um algoritmo pode ser implementado por meio de software em execução pela unidade central 3405. O algoritmo pode, por exemplo, ajustar variáveis dos sistemas se controle usando ciclos de retroalimentação, detectar problemas no processo por reconhecimento de imagem e análise de padrão, lógica difusa e com implementações de limite rígido e suave, correlacionar dados não específicos e específicos através de aprendizado de máquina (por exemplo, Supervisionado, Não supervisionado e/ou Reforço) para otimizar condições de processo no interior do sistema, os resultados de processo, comportamento de modelagem e simulação.

EXEMPLOS Exemplo 1: Simulação de fluxo de fluido e mistura em camadas de minimódulos

[0193] Considerando que o fluxo é laminar, a simulação pode ser resolvida em dois casos; o campo de velocidade por um lado e o transporte advectivo-difusivo dos microrganismos a ser analisado pelo outro. Nesse caso, foi decidido usar duas espécies (S1 e S2) que entram com uma certa concentração para cada ramal de entrada do módulo ou das entradas dos diferentes módulos acoplados. Os valores de difusão foram estabelecidos de acordo com o coeficiente de difusão de fluoresceína em água para S1, e um coeficiente de difusão com 2 ordens de magnitude a menos para S2.

[0194] O processo de progresso e mistura entre as correntes foi simulado com uma taxa média de entrada considerada em uma constante de 5 micrômetro por segundo (µm/s), e a concentração das espécies foi rastreada a partir da saída através da seção inteira. Uma concentração de 50 % do valor de entrada pode ser esperada a partir da boa mistura, devido ao fato de que os fluxos para ambos os ramais de entrada são iguais.

[0195] Na FIG. 22A, uma vista em recorte de um único minimódulo está mostrando uma situação de mistura baixa ou deficiente provocada por um baixo coeficiente de difusão das espécies, enquanto na FIG. 22B o coeficiente de difusão é mais alto e a mistura bem-sucedida pode ser observada. As FIGs. 23A-23B mostram o resultado de uma montagem de dez minimódulos que foram submetidos ao processo de simulação. A distribuição escalar (representando as células) e a concentração de meio de cultura (cor) são mostradas. Pode ser observado, por um lado, que nessa distribuição particular de minimódulos, com as células entrando a partir do topo e o meio de cultura entrando através das laterais, as células não saem de fato pelas saídas inferiores e o meio de cultura não é uniformemente distribuído (devido à trajetória de fluxo curta na simulação). As FIGs. 25A-25C mostra que outra disposição de simulação de minimódulos foi executada com 6 níveis de módulos. Nessa disposição, o primeiro nível começa com um número maior de módulos, de modo que a porcentagem de crescimento de módulos em cada nível é menor (coluna de 1 módulo é adicionada por fileira/camada) e um arranjo de meio de cultura entrada diferente com menos bocais foi usado. Nessa disposição, tanto a distribuição de células quanto a distribuição de cultivo de meio são adequadamente uniformes. Exemplo 2: Construção de uma macroestrutura de minimódulos

[0196] Um biorreator foi projetado com o uso de uma macroestrutura mostrada na FIG. 24, composta de camadas de minimódulos de DG e que tem um circuito de alimentação como mostrado. Uma Impressora 3-D SLA (Peopoly Moai) com resina comercial foi empregada para impressão 3-D incluindo todos os sistemas e as conexões. O biorreator impresso, como uma vista recortada, é mostrado nas FIGs. 23A e 23B.

[0197] Biorreatores adicionais foram impressos com uma impressora SLA e resina fotocurável. O projeto incluiu duas fases na "forma positiva" (os volumes de ambas as fases intercalado sem intermembrana). A FIG. 25A mostra uma vista isométrica do arquivo de teste usado, incluindo poucas camadas de giroide duplo (diâmetro: 600 micrômetros (µm)) e uma base sólida para melhor manipulação. Observa-se que os sistemas de alimentação de cada fase não foram colocados. A FIG. 25B mostra um arquivo de teste impresso com sucesso em resina fotocurável de PEGDA e a FIG. 25C um arquivo de teste impresso com sucesso com uma resina comercial. Exemplo 3: Demonstração de fluxo de fluido através de minimódulos

[0198] Uma impressora 3-D do tipo Projeção de Luz Direta com resina comercial foi usada para imprimir uma matriz composta de 4 camadas e fileiras de 4x2 módulos com conexão de entrada/saída, onde o diâmetro de giroide foi 500 µm). O biorreator impresso foi injetado em uma conexão de entrada com corante vermelho. A FIG. 26A mostra o circuito saturado com corante vermelho. Uma segunda impressão foi realizada composta de uma primeira e uma segunda matrizes para formar o giroide duplo, ambos os giroides com diâmetro de 500 µm. Foi injetado corante vermelho em uma matriz em uma conexão de entrada e na outra matriz foi injetado corante azul. As FIG. 26B mostra as 2 matrizes diferenciadas por cor. Exemplo 4: Cepa em um Chip

[0199] Uma cepa exemplificativa em uma modalidade de chip foi construída com o uso do projeto mostrado na FIG.

27. A FIG. 28 mostra uma progressão de imagens através de tempo obtida em um ensaio. Para simular os microrganismos, as partículas de vidro com um diâmetro médio aproximado de 50 mícrons foram introduzidas na estrutura da seguinte forma.

[0200] Com a porta 2 fechada, um fluxo de água destilada foi aplicado da porta 3 a 1. Em um estágio inicial, os circuitos foram saturados com água liofilizada para a simulação; para inoculação de microrganismo, os circuitos podem ser primeiramente saturados com meio de cultura. A saída de colheita (2) foi fechada e o chip foi “inoculado” com as partículas de vidro simulando microrganismos. O comportamento do fluxo transporta as partículas para a câmara e uma vez que a porta 2 é aberta, o efeito de sucção através da membrana porosa é mantido na maior parte das partículas no local.

[0201] O circuito tem portas de entrada 3-4 e uma saída de meio de cultura (1). Com essa configuração, o circuito principal é inoculado através da porta 3, junto com a introdução de meio líquido (aqui água) na porta 4. O equilíbrio de forças de pressão força o meio de cultura a ocupar o circuito secundário e deixar o circuito pela porta de saída 1. A membrana porosa funcionou como um filtro, deixando microrganismos simulados aprisionado na câmara de circuito principal.

[0202] Uma vez que a câmara foi saturada, a porta de inoculação foi fechada e a saída de colheita emitida foi permitida. Devido à dinâmica do fluxo através da câmara, as velocidades e a influência nas partículas na câmara diminuem drasticamente na medida em que se movem na direção oposta ao eixo geométrico central (consulte FIG. 28. Isso,

com a adição do efeito de sucção do circuito secundário, mantém uma população de microrganismos sedimentados no ambiente se multiplicando (quando se usa organismos vivos no lugar da simulação usada nesse exemplo). Conforme seu número aumenta, alguns microrganismos são deslocados para um certo ponto próximo ao eixo geométrico central do fluxo proveniente da porta 4 e são arrastados para a porta 2 (consulte FIG. 28). A FIG. 29 mostra o movimento de partícula ao longo de um curso de tempo. Exemplo 5: Unidade de Biorreator de Área Restrita Exemplificativa

[0203] A FIG. 30A mostra o projeto de um exemplo de unidade de área restrita com um módulo de mistura, câmara de crescimento único e porta de colheita. As FIGs. 30B – 30D mostram uma unidade construída fabricada a partir de PDMS. Na FIG. 30B, a água (sem cor) foi inoculada no canal central em uma taxa de fluxo de 985 microlitros (µl) por hora, e água com corante azul foi inoculada em cada um dos canais laterais em uma taxa de fluxo de 985 µl por hora. Na FIG. 30C, a água (sem cor) foi inoculada no canal central em uma taxa de fluxo de 984 µl por hora, e água com corante azul foi inoculada em cada um dos canais laterais em uma taxa de fluxo de 3335 µl por hora. A FIG. 30C mostra o módulo inoculado com um fluxo desequilibrado entre os canais laterais. Exemplo 6: Construção de um Biorreator de Área Restrita com múltiplas unidades interconectadas

[0204] A FIG. 31 mostra o projeto do circuito de cultura e do circuito de gás para um exemplo de módulo de biorreator de área restrita. As três camadas do módulo compartilham uma série de orifícios vazados onde parafusos, arruelas e porcas são ajustados para impedir vazamento.

[0205] A camada de distribuição de Meios de Cultura nesse módulo é um sistema de distribuição de composto formado com mangueiras. As mangueiras podem ter diâmetros entre 50 e 500 micrômetros e podem ser formadas de materiais biocompatíveis. O comprimento da mangueira foi ajustado pelo cálculo da perda de carga do meio de cultura e da comparação do mesmo com a pressão em cada módulo de mistura. Uma camada de PDMS separa a camada de gás e a camada de cultura. A FIG. 32 mostra a camada de cultura impressa da área restrita. A FIG. 33 mostra as camadas montadas. A água com corante azul foi usada para inocular a área restrita da porta de entrada para mostrar o fluxo através do módulo de área restrita.

[0206] Embora modalidades preferenciais da presente invenção tenham sido mostradas e descritas no presente documento, será óbvio para os técnicos no assunto que tais modalidades são fornecidas apenas por meio de exemplo. Não é pretendido que a invenção seja limitada pelos exemplos específicos fornecidos no relatório descritivo. Embora a invenção tenha sido descrita em referência ao relatório descritivo supracitado, as descrições e ilustrações das modalidades no presente documento não devem ser interpretadas em um sentido limitante. Diversas variações, alterações e substituições ocorrerão agora aos técnicos no assunto sem que se afaste da invenção. Adicionalmente, deve ser entendido que todos os aspectos da invenção não são limitados a representações, configurações ou proporções relativas específicas apresentadas no presente documento que dependem de uma variedade de condições e variáveis.

Deve ser entendido que várias alternativas às modalidades da invenção descritas no presente documento podem ser empregadas na prática da invenção.

Portanto, contempla-se que a invenção também deva abranger quaisquer de tais alternativas, modificações, variações ou equivalentes.

Pretende-se que as reivindicações a seguir definam o escopo da invenção e que métodos e estruturas incluídos no escopo dessas reivindicações e seus equivalentes sejam abrangidos por meio das mesmas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Biorreator caracterizado por compreender: uma entrada configurada para receber uma pluralidade de células; uma pluralidade de minimódulos em comunicação de fluido com a entrada, em que um minimódulo da pluralidade de minimódulos compreende uma estrutura de giroide dupla ou uma estrutura de giroide dupla modificada, em que a pluralidade de minimódulos é fluidamente interconectada para fornecer pelo menos um microcanal configurado para fluir a pluralidade de células; e uma saída em comunicação de fluido com a pluralidade de minimódulos, cuja saída é configurada para direcionar a pluralidade de células ou derivados das mesmas para fora do pelo menos um microcanal.

2. Biorreator, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os minimódulos são interconectados de uma maneira que fornece pelo menos dois microcanais não sobrepostos cada um tendo uma curvatura média constante.

3. Biorreator, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que um primeiro microcanal dos pelo menos dois microcanais não sobrepostos é configurado para fluir um meio líquido, e em que um segundo microcanal dos pelo menos dois microcanais não sobrepostos é configurado para fluir uma composição gasosa.

4. Biorreator, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato que os pelo menos dois microcanais não sobrepostos fornecem líquido.

5. Biorreator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2-4, caracterizado pelo fato de que os pelo menos dois microcanais não sobrepostos são separados por uma membrana porosa.

6. Biorreator, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que uma área do primeiro microcanal é equivalente a uma área do segundo microcanal, e em que a área da membrana porosa é a soma das áreas dos primeiro e segundo microcanais.

7. Biorreator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-6, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de minimódulos é montada formando uma macroestrutura.

8. Biorreator, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a macroestrutura é selecionada a partir do grupo que consiste em uma pirâmide, uma pirâmide oca, uma pirâmide de lamela, uma lamela, uma disposição de xadrez e um tronco.

9. Biorreator, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de minimódulos é disposta em camadas no interior da macroestrutura, e em que as camadas são configuradas de modo que uma velocidade de meio líquido em cada camada seja substancialmente a mesma.

10. Biorreator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-9, caracterizado pelo fato de que um meio líquido que flui através do pelo menos um microcanal tem uma velocidade maior que uma velocidade de queda livre de uma célula que flui através do pelo menos um microcanal.

11. Biorreator, de acordo com a reivindicação 7,

caracterizado por compreender adicionalmente uma entrada de gás na base da macroestrutura e uma saída de gás no topo da macroestrutura.

12. Biorreator, de acordo com a reivindicação 7 ou 11, caracterizado por compreender adicionalmente uma entrada de célula no topo da macroestrutura configurada para fornecer a pluralidade de células e um dispositivo de coleta de célula na base da macroestrutura configurada para colher a pluralidade de células.

13. Biorreator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7, 11 ou 12, caracterizado por compreender adicionalmente um dispositivo de entrada de meio líquido configurado para fluir um meio líquido em cada camada da pluralidade de minimódulos.

14. Biorreator, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que um volume de meio líquido fornecido pelo dispositivo de meio líquido para cada camada mantém uma densidade celular substancialmente constante em cada uma das camadas.

15. Biorreator, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a velocidade de meios líquidos através de cada minimódulo é determinada pela taxa de divisão celular de modo que o tempo para as células atravessarem um único minimódulo ou uma camada de minimódulos seja substancialmente o mesmo que a taxa de divisão celular.

16. Biorreator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-15, sendo o biorreator caracterizado por ser interconectado a um módulo de área restrita.

17. Biorreator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-16, sendo o biorreator caracterizado por ser interconectado a um módulo de chip de célula.

18. Sistema para produção de célula caracterizado por compreender: um primeiro módulo que compreende um chip de célula configurado para conter uma pluralidade de células; um segundo módulo em comunicação de fluido com o primeiro módulo, em que o segundo módulo compreende um biorreator de área restrita configurada para (i) fazer interface com o chip de célula, (ii) direcionar um subconjunto de células da pluralidade de células para diferentes segmentos, em que as condições de crescimento de célula nos diferentes segmentos são individualmente configuráveis, e (iii) gerar iterativamente um conjunto de condições de crescimento para a pluralidade de células; e um terceiro módulo em comunicação de fluido com o primeiro módulo e o segundo módulo, em que o terceiro módulo compreende um biorreator configurado para (i) fazer interface com o segundo módulo, (ii) receber o subconjunto de células, e (iii) gerar cópias do subconjunto de células sob o conjunto de condições de crescimento.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o primeiro, segundo e terceiro módulos são fluidamente interconectados.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracterizado por compreender adicionalmente uma bomba que corresponde a cada módulo, em que a bomba é configurada para fornecer meio líquido em uma taxa de fluxo ou pressão para um módulo correspondente.

21. Sistema, de acordo com a reivindicação 20,

caracterizado pelo fato de que a bomba é uma bomba de seringa, uma bomba peristáltica ou uma bomba de pressão.

22. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18-21, caracterizado por compreender adicionalmente um componente selecionado a partir do grupo que consiste em um formulador de meios de cultura, um eletroporador, um reservatório, uma bomba, um sensor de bolha, um coletor de bolha e combinações dos mesmos.

23. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18-22, caracterizado por compreender adicionalmente pelo menos um sensor.

24. Sistema, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um sensor é um sensor em linha.

25. Sistema, de acordo com a reivindicação 23 ou 24, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um sensor mede um parâmetro biológico, um parâmetro físico ou um parâmetro químico.

26. Sistema, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o parâmetro biológico é selecionado a partir do grupo que consiste em taxa de divisão celular, taxa de crescimento de célula, uma resposta de estresse de célula, teor de proteína da célula, teor de carboidrato da célula, teor de lipídeo da célula e teor de ácido nucleico da célula.

27. Sistema, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o parâmetro físico é selecionado a partir do grupo que consiste em tamanho de célula, densidade celular, taxa de fluxo de célula, taxa de fluxo de meios líquidos, taxa de mistura, turvação,

temperatura e pressão.

28. Sistema, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o parâmetro químico é selecionado a partir do grupo que consiste em pH, composição de meios líquidos, concentração de componente de meios líquidos individuais, composição gasosa e concentração de gás e concentração de gás dissolvido.

29. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18-28, caracterizado por compreender adicionalmente um dispositivo de câmera.

30. Sistema, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de câmera é configurado para fazer a contagem das células a partir de uma saída do biorreator de área restrita ou do biorreator.

31. Sistema, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de câmera é configurado para capturar pelo menos um parâmetro adicional associado a células individuais a partir da saída de pelo menos um módulo de biorreator, e em que o parâmetro adicional é um recurso biológico, químico ou físico de uma célula.

32. Módulo de chip de célula caracterizado por compreender: uma estrutura em camadas que compreende pelo menos um circuito de fluido; uma área de retenção de célula em comunicação de fluido com o pelo menos um circuito de fluido, em que a área de retenção de célula compreende pelo menos um primeiro coletor configurado para reter uma pluralidade de células;

uma porta de entrada em comunicação de fluido com a estrutura em camadas e configurada para inserir um meio líquido na área de retenção de célula; e uma porta de saída em comunicação de fluido com a estrutura em camadas e configurada para coletar meio e células gastos e excessivos.

33. Módulo de chip de célula, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um circuito de fluido é configurado para fluir um gás para a área de retenção de célula.

34. Módulo de chip de célula, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um circuito de fluido é configurado para fluir de um meio líquido para a área de retenção de célula.

35. Módulo de chip de célula, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um coletor compreende um coletor de sucção.

36. Módulo de chip de célula, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um coletor compreende um coletor de acesso.

37. Módulo de chip de célula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 32-36, caracterizado pelo fato de que a área de retenção de célula compreende adicionalmente um segundo coletor.

38. Módulo de chip de célula, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que o segundo coletor é um coletor de sobrefluxo.

39. Módulo de chip de célula, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um coletor e o segundo coletor estão em série entre si.

40. Módulo de chip de célula, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que a área de retenção de célula compreende pelo menos um coletor de acesso e dois ou mais coletores de sobrefluxo.

41. Módulo de chip de célula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 32-40, sendo o módulo de chip de célula caracterizado por compreender adicionalmente um ou mais células no modo de armazenamento.

42. Módulo de chip de célula, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que o modo de armazenamento é selecionado a partir de células que são secas, liofilizadas, congeladas ou suspensas em líquido.

43. Módulo de chip de célula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 32-42, caracterizado por compreender adicionalmente uma ou mais barreiras físicas para distribuir células que fluem através do módulo de chip de célula.

44. Módulo de biorreator de área restrita caracterizado por compreender uma série de segmentos, em que um segmento da série de segmentos compreende pelo menos dois microcanais configurados para transportar pelo menos uma célula a partir de uma extremidade de um microcanal dos pelo menos dois microcanais para outra extremidade do microcanal dos pelo menos dois microcanais, em que uma extremidade do microcanal é configurada para inserir um meio líquido e a pelo menos uma célula, em que a outra extremidade do microcanal é configurada para emitir meios líquidos e a pelo menos uma célula, e em que condições de crescimento na série de segmentos são individualmente configuráveis.

45. Biorreator de área restrita, de acordo com a reivindicação 44, caracterizado pelo fato de que um primeiro segmento e um segundo segmento da série de segmentos são dispostos em série de modo que uma célula transite do microcanal do primeiro segmento para o microcanal do segundo segmento.

46. Biorreator de área restrita, de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de que o microcanal do primeiro segmento bifurca em uma extremidade de saída em pelo menos dois microcanais a partir do segundo segmento, em que os pelo menos dois microcanais são dispostos em uma configuração paralela de modo que a célula emitida a partir do primeiro segmento entre em um dos pelo menos dois microcanais e outra célula emitida a partir do primeiro segmento entre em um dos pelo menos dois microcanais.

47. Biorreator de área restrita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44-46, caracterizado por compreender adicionalmente uma primeira entrada configurada para fornecer meio líquido para a série de segmentos.

48. Biorreator de área restrita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44-47, caracterizado pelo fato de que um comprimento do microcanal é determinado pela taxa de divisão de célula de modo que uma célula se divida zero, uma vez, duas vezes, três vezes, quatro vezes, cinco vezes ou mais que cinco vezes durante o trânsito de uma extremidade do microcanal para outra extremidade do microcanal.

49. Biorreator de área restrita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44-48, caracterizado pelo fato de que um diâmetro do microcanal é determinado pelo tamanho de célula, taxa de mistura do líquido em trânsito ou uma combinação dos mesmos.

50. Biorreator de área restrita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44-49, caracterizado por compreender adicionalmente pelo menos um sensor para medir um parâmetro do biorreator com ambiente de célula de biorreator de área restrita.

51. Biorreator de área restrita, de acordo com a reivindicação 50, caracterizado por compreender adicionalmente um controlador configurado para alterar uma entrada para o biorreator de área restrita em resposta à medição do pelo menos um sensor.

52. Biorreator de área restrita, de acordo com a reivindicação 50 ou 51, caracterizado pelo fato de que o parâmetro é selecionado a partir do grupo que consiste em um parâmetro biológico, um parâmetro físico e um parâmetro químico.

53. Biorreator de área restrita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 50-52, caracterizado pelo fato de que o parâmetro é selecionado a partir do grupo que consiste em teor de gás, concentração de gás, pH, densidade óptica e temperatura.

54. Biorreator de área restrita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 50-52, caracterizado pelo fato de que o parâmetro é selecionado a partir do grupo que consiste em taxa de divisão celular, densidade celular, uma resposta de estresse de célula ou um metabólito de célula.

55. Biorreator de área restrita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44-54, caracterizado por compreender adicionalmente uma câmara de coleta de amostra na saída do microcanal de um segmento final na série de segmentos.

56. Biorreator de área restrita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44-55, sendo o biorreator de área restrita caracterizado por ser interconectado com um módulo de chip de célula.

57. Método de crescimento e armazenamento de células caracterizado por compreender: inocular um módulo de chip de célula com pelo menos uma célula, em que o módulo de chip de célula compreende uma estrutura em camadas com pelo menos um circuito fluídico, uma área de retenção de célula em comunicação de fluido com o pelo menos um circuito de fluido, uma porta de entrada em comunicação de fluido com a estrutura em camadas, e uma porta de saída em comunicação de fluido com a estrutura em camadas; fornecer um meio líquido para a entrada de modo que a pelo menos uma célula permaneça em um primeiro coletor da área de retenção de célula; incubar o chip de célula por um período de tempo sob condições suficientes para permitir a divisão de célula de modo que as células divididas permaneçam no primeiro coletor; após o período de tempo de divisão de célula, colocar as células em um modo de armazenamento.

58. Método, de acordo com a reivindicação 57, caracterizado pelo fato de que o modo de armazenamento é selecionado a partir do grupo que consiste em secagem,

liofilização, congelamento ou suspensão em líquido.

59. Método, de acordo com a reivindicação 57 ou 58, caracterizado por compreender adicionalmente fornecer um novo meio líquido para a entrada e incubar o chip de célula por um período de tempo sob condições que permitem que a divisão de célula reative a divisão de célula.

60. Método, de acordo com a reivindicação 59, caracterizado pelo fato de que o período de divisão de célula produz células suficientes de modo que um número substancial de células saia do primeiro coletor e entre em um segundo coletor no módulo de chip de célula.

61. Método, de acordo com a reivindicação 60, caracterizado pelo fato de que as células são adicionalmente incubadas por um segundo período de tempo para divisão de célula, e em que o segundo período de tempo produz um número suficiente de células de modo que um número substancial de células saia do segundo coletor e flua para a saída do módulo de chip de célula para coleta.

62. Método, de acordo com a reivindicação 61, caracterizado pelo fato de que as células da saída do módulo de chip de célula são fornecidas para um módulo de biorreator ou área restrita interconectada.

63. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 60-62, caracterizado pelo fato de que o segundo coletor é um coletor de sucção ou um coletor de sobrefluxo.

64. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 57-63, caracterizado pelo fato de que o primeiro coletor é um coletor de acesso ou um coletor de sucção.

65. Método para selecionar as condições de crescimento de célula caracterizado por compreender: introduzir o primeiro grupo de células em um biorreator de área restrita que compreende uma série de segmentos, em que um segmento da série de segmentos é individualmente configurável; incubar o primeiro grupo de células sob um primeiro conjunto de condições de crescimento em um primeiro segmento da série de segmentos; monitorar um primeiro parâmetro do primeiro grupo de células no primeiro segmento; e alterar o conjunto de condições de crescimento para criar um segundo conjunto de condições de crescimento em um segundo segmento da série de segmentos em resposta ao monitoramento do primeiro parâmetro no primeiro segmento.

66. Método, de acordo com a reivindicação 65, caracterizado pelo fato de que o primeiro grupo de células se move para o segundo segmento, e em que um segundo grupo de células é introduzido no primeiro segmento.

67. Método, de acordo com a reivindicação 65 ou 66, caracterizado pelo fato de que o primeiro grupo de células é introduzido no biorreator de área restrita a partir de um módulo de chip de célula.

68. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 65-67, caracterizado pelo fato de que o reator de área restrita é interconectado com um módulo de biorreator.

69. Método, de acordo com a reivindicação 68, caracterizado pelo fato de que o segundo conjunto de condições de crescimento é aplicado ao biorreator.

70. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 65-69, caracterizado pelo fato de que uma taxa de fluxo de células de uma extremidade de cada segmento para outra extremidade é determinada pelo a taxa de divisão celular.

71. Método, de acordo com a reivindicação 70, caracterizado pelo fato de que as células dividem um tempo no período de tempo que as células transitam de uma extremidade do segmento para outra extremidade do segmento.

72. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 65-71, caracterizado pelo fato de que um fluxo de meio líquido através de cada segmento da série de segmentos é fluxo laminar.

73. Método escalonamento de produção de células caracterizado por compreender: introduzir uma pluralidade de células em uma entrada de um biorreator, em que o biorreator compreende uma coleta de minimódulos de estrutura de giroide dupla ou estrutura de giroide dupla modificada, em que os minimódulos são dispostos em camadas no interior de uma macroestrutura que compreende uma entrada e uma saída; fluir um meio líquido no biorreator; e suprir uma composição gasosa no biorreator; coletar a pluralidade de células da saída; em que a pluralidade de células transita entre os minimódulos, e em que a pluralidade de células transita da extremidade de entrada da macroestrutura para a extremidade de saída da macroestrutura.

74. Método, de acordo com a reivindicação 73, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de células se divide em média uma vez durante o trânsito de uma camada de minimódulos para a próxima camada de minimódulos.

75. Método, de acordo com a reivindicação 74, caracterizado pelo fato de que uma quantidade de meio líquido que flui para cada camada de minimódulos mantém substancialmente a mesma densidade de células em cada camada.

76. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 73-75, caracterizado pelo fato de que uma velocidade de meios líquidos que fluem através do biorreator excede uma velocidade de queda livre das células.

77. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 73-76, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de células é introduzida no biorreator a partir de um chip de célula ou um módulo de área restrita.

78. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 73-77, caracterizado pelo fato de que uma porção da pluralidade de células é coletada da extremidade de saída da macroestrutura.

79. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 73-77, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de células produz pelo menos um bioproduto, e em que o bioproduto é coletado da extremidade de saída da macroestrutura.

80. Método, de acordo com a reivindicação 79, caracterizado pelo fato de que o bioproduto é selecionado a partir do grupo que consiste em uma molécula pequena, uma proteína, um anticorpo, uma grande macromolécula e um metabólito.

81. Método para produção de célula customizada caracterizado por compreender: introduzir um tipo selecionado de célula em um módulo de chip de célula; crescer as células no módulo de chip de célula; transitar as células a partir do módulo de chip de célula para um biorreator de área restrita; e selecionar pelo menos uma condição de crescimento a partir de um primeiro conjunto de condições de crescimento no biorreator de área restrita para gerar um segundo conjunto de condições de crescimento.

82. Método, de acordo com a reivindicação 81, caracterizado por compreender adicionalmente crescer uma amostra do tipo selecionado de célula em um biorreator com o segundo conjunto de condições de crescimento.

83. Método, de acordo com a reivindicação 82, caracterizado pelo fato de que o tipo selecionado de célula ou uma porção da mesma é coletado a partir do biorreator.

84. Método, de acordo com a reivindicação 83, caracterizado pelo fato de que o tipo selecionado de célula é uma célula T de receptor de antígeno quimérico (CAR-T), uma célula-tronco ou uma célula diferenciada.

85. Método, de acordo com a reivindicação 82, caracterizado pelo fato de que o tipo selecionado de célula produz pelo menos um bioproduto, e em que o bioproduto é coletado a partir do biorreator.

86. Sistema caracterizado por compreender uma pluralidade de trajetórias de fluxo de fluido que têm uma seção cruzada substancialmente constante, em que uma primeira trajetória de fluxo de fluido da pluralidade de trajetórias de fluxo de fluido está em comunicação de fluido com uma segunda trajetória de fluxo de fluido da pluralidade de trajetórias de fluxo de fluido para permitir o fluxo de gás da primeira trajetória de fluxo de fluido para a segunda trajetória de fluxo de fluido em uma taxa substancialmente constante ao longo da primeira trajetória de fluxo de fluido, e em que a primeira trajetória de fluxo de fluido é configurada para permitir a cultura de célula.

87. Sistema, de acordo com a reivindicação 86, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de trajetórias de fluxo de fluido compreende uma estrutura de giroide, uma estrutura de giroide dupla, uma estrutura de giroide dupla modificada, uma superfície mínima periódica triploide ou combinações das mesmas.

88. Método para processar uma pluralidade de células caracterizado por compreender: (a) fornecer um biorreator que compreende (i) uma entrada, (ii) uma pluralidade de minimódulos em comunicação de fluido com a entrada, em que um minimódulo da pluralidade de minimódulos compreende uma estrutura de giroide dupla ou uma estrutura de giroide dupla modificada, em que a pluralidade de minimódulos é fluidamente interconectada para fornecer pelo menos um microcanal; e (iii) uma saída em comunicação de fluido com a pluralidade de minimódulos; e (b) direcionar uma pluralidade de células para a entrada, cuja pluralidade de células ou derivados das mesmas é direcionada a partir da entrada através de pelo menos um microcanal para a saída.

89. Método, de acordo com a reivindicação 88,

caracterizado pelo fato de que o biorreator compreende pelo menos dois microcanais.

90. Método, de acordo com a reivindicação 89, caracterizado pelo fato de que um primeiro microcanal dos pelo menos dois microcanais flui para um meio líquido.

91. Método, de acordo com a reivindicação 90, caracterizado pelo fato de que um segundo microcanal dos pelo menos dois microcanais flui para uma composição gasosa.

92. Método, de acordo com a reivindicação 89, caracterizado pelo fato de que os pelo menos dois microcanais são separados por uma membrana porosa.

93. Método, de acordo com a reivindicação 88, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de minimódulos é montada formando uma macroestrutura.

94. Método caracterizado por compreender gerar um biorreator que compreende: uma entrada configurada para receber uma pluralidade de células; uma pluralidade de minimódulos em comunicação de fluido com a entrada, em que um minimódulo da pluralidade de minimódulos compreende uma estrutura de giroide dupla ou uma estrutura de giroide dupla modificada, em que a pluralidade de minimódulos é fluidamente interconectada para fornecer pelo menos um microcanal configurado para fluir a pluralidade de células; e uma saída em comunicação de fluido com a pluralidade de minimódulos, cuja saída é configurada para direcionar a pluralidade de células ou derivados das mesmas para fora do pelo menos um microcanal.

95. Método, de acordo com a reivindicação 94, caracterizado pelo fato de que o biorreator é gerado usando impressão tridimensional (3-D) da pluralidade de minimódulos.

96. Biorreator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-17, caracterizado por compreender adicionalmente um conector configurado para fornecer comunicação de fluido entre o biorreator e um segundo módulo.

97. Biorreator, de acordo com a reivindicação 96, caracterizado pelo fato de que o segundo módulo é um módulo de limpeza, um reservatório de meios de cultura, um biorreator de área restrita ou um módulo de chip de célula.

98. Biorreator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 96 ou 97, caracterizado pelo fato de que o conector compreende pelo menos uma agulha ou canal configurado para fluir o líquido ou a pluralidade de células no biorreator e pelo menos uma agulha ou canal configurado para fluir o líquido ou a pluralidade de células para fora do biorreator.

99. Módulo de chip de célula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 32-43, caracterizado por compreender adicionalmente um conector configurado para fornecer comunicação de fluido entre o módulo de chip de célula e um segundo módulo.

100. Módulo de chip de célula, de acordo com a reivindicação 99, caracterizado pelo fato de que o segundo módulo é um módulo de limpeza, um reservatório de meios de cultura, um biorreator de área restrita ou um biorreator.

101. Módulo de chip de célula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 99 ou 100, caracterizado pelo fato de que o conector compreende pelo menos uma agulha ou canal configurado para fluir o líquido ou a pluralidade de células no módulo de chip de célula e pelo menos uma agulha ou canal configurado para fluir o líquido ou a pluralidade de células para fora do módulo de chip de célula.

102. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 57-85, caracterizado pelo fato de que a célula é selecionada a partir do grupo que consiste em uma célula bacteriana, uma célula fúngica, uma célula de levedura, uma célula eucariótica, uma célula de planta e uma célula de algas.

103. Método, de acordo com a reivindicação 102, caracterizado pelo fato de que a célula é uma célula recombinante.

104. Método para cultivar células caracterizado por compreender: fornecer uma pluralidade de células para um biorreator aderente que compreende pelo menos um canal e uma membrana microporosa; permitir que pelo menos uma porção da pluralidade de células adira a uma superfície do pelo menos um canal de modo que pelo menos a porção da pluralidade de células replique na superfície do pelo menos um canal para gerar células fixadas; fluir um meio líquido a partir do pelo menos um canal através da membrana microporosa para (i) lavar as células fixadas, (ii) separar as células fixadas para gerar células suspensas, ou (iii) lavar as células suspensas; e opcionalmente, coletar as células suspensas.

105. Método, de acordo com a reivindicação 104, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um canal compreende um material adequado para adesão de pelo menos uma porção da pluralidade de células.

106. Método, de acordo com a reivindicação 104, caracterizado por compreender adicionalmente fluir um meio líquido adicional através de pelo menos um canal para (i) fornecer um meio de cultura para permitir o crescimento ou replicação de pelo menos a porção da pluralidade de células, (ii) separar as células fixadas de pelo menos um canal, ou (iii) fluir as células suspensas a partir de pelo menos um canal para uma área de coleta.

107. Método, de acordo com a reivindicação 104, caracterizado pelo fato de que o biorreator aderente está em comunicação de fluido com um módulo de chip de célula, e em que o módulo de chip de célula fornece a pluralidade de células para o biorreator aderente.

108. Método, de acordo com a reivindicação 104, caracterizado pelo fato de que o biorreator aderente está em comunicação de fluido com um biorreator, e em que o biorreator aderente fornece as células suspensas para o biorreator.

109. Método, de acordo com a reivindicação 104, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de células é selecionada a partir do grupo que consiste em células bacterianas, células fúngicas, células de levedura, células eucarióticas, células de planta e células de algas.

110. Método, de acordo com a reivindicação 109, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de células consiste em células recombinantes.