BRPI0510648B1 - biorreator descartável. - Google Patents

Abstract

sistemas e métodos para biorreator descartável. a presente invenção refere-se, conseqüentemente, a um sistema biorreator que inclui um recipiente descartável para abrigar biomateriais para processamento, o recipiente biodescartável incluindo pelo menos uma abertura de admissão, pelo menos uma abertura de descarga, pelo menos uma abertura de coleta, e a integridade do ambiente estéril é protegida com filtros estéreis presos a todas as aberturas externas abertas, uma estrutura para suportar o recipiente descartável, ou um ou mais sensores para sensoriar um ou mais parâmetros dos biomateriais no recipiente, um aquecedor para aquecer o conteúdo do recipiente, o aquecedor tendo um termostato e sistema de mistura arranjados com o sistema, de tal modo que os biomateriais contidos no recipiente descartável sejam misturados.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "BIORREA-TOR DESCARTÁVEL”.

Reivindicação de prioridade e pedidos relacionados Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente Provisório U.S. NQ. 60/577.143, depositado em 4 de junho de 2004, (4 de junho de 2005 sendo um sábado), intitulado "DISPOSABLE BIOREACTOR” e Pedido de Patente Provisório U.S. Ne.60/669.252, depositado em 7 de abril de 2005, intitulado "MIXING SYSTEM PATENT APPLICATION", ambas descritas em sua totalidade sendo aqui com isto incorporadas por referência. O corrente Pedido também é relacionado ao Pedido de Patente de Utilidade U.S. co-pendente Ns. 11/050133, depositado em 3 de fevereiro de 2005, cuja descrição total é aqui com isto incorporada por referência.

Campo da invenção Modalidades da presente invenção são direcionadas a métodos e sistemas para processar materiais biológicos e, mais particu lar mente, para componentes /sistemas descartáveis para processamento de materiais biológicos.

Antecedente Biorreatores tradicionais são projetados como vasos pressurizados estacionários que podem ter misturas por meio de diversos dispositivos alternativos, enquanto biorreatores descartáveis correntes são dispositivos que utilizam saco plástico estéril. Cada um é utilizado para processar materiais biológicos (por exemplo, para desenvolver plantas, células animais) que incluem, por exemplo, células de mamíferos, plantas ou insetos, e culturas mícrobianas. Tais dispositivos também podem ser utilizados para aplicações de mistura estéril, bem como mistura não-estéril.

Mistura tem sido efetuada nos vasos pressurizados usando dispositivos impulsores, enquanto que em sistemas descartáveis, ela tem sido efetuada pelo balanço do recipiente do biorreator para trás e para frente. Por exemplo, como mostrado na Patente U.S. Ne. 6.544.788, a Singh, é descrito um biorreator descartável o qual realiza mistura por meio de um processo de movimento para trás e para frente. Este processo é limitado, e não pode ser utilizado em uma maneira rápida e eficiente. Especificamente, o movimento de balanço é limitado a um pequeno número de movimentos para trás e para frente de modo a não tensionar o saco e o sistema.

Além disto, biorreatores descartáveis correntes não incluem um sistema totalmente descartável — sondas, sensores, e outros componentes, em gerai são utilizados novamente e requererem esterilização antes de utilização repetida. Assim, os sistemas biorreatores descartáveis do estado corrente da técnica não são eficientes, especialmente quantoi à mistura, e têm um tempo morto entre utilizações, de modo que sondas, sensores e/outros componentes possam ser esterilizados antes de uma outra utilização. O que é necessário é um sistema biorreator descartável efetivo em custo, no qual diversos componentes são descartáveis e um deles limita o tempo de parada entre utilizações e/ou um deles inclui um sistema de mistura melhorado.

Sumário da invenção Consequentemente, modalidades da presente invenção se orientam para as desvantagens e imperfeições dos sistemas biorreatores da técnica precedente e apresentam um sistema biorreator descartável melhorado. Em particular, modalidades da presente invenção fornecem mistura, aeração e/ou controle de processamento, para os quais1 um número substancial (por exemplo, a maior parte) das utilidades típicas requeridas para operar um biorreator foram eliminadas.

Para esta finalidade, algumas modalidades da presente invenção incluem um sistema biorreator baseado em saco para bioprocessamento descartável, no qual o envoltório estéril definido pelo interior do saco biorrea-tor descartável inclui componentes descartáveis de um sistema de mistura, os quais não requerem a necessidade por balançar o envoltório ou a utilização de uma bomba peristáltica na tubulação externa áo saco. Além disto, algumas modalidades da presente invenção fornecem uma solução totalmente descartável - todas as superfícies de contato, qáe incluem sondas e sensores podem ser descartadas.

Estas e outras modalidades da invenção incluem a vantagem de diminuir desgaste e rasgamento do envoltório estéril fornecido pelo biorrea-tor descartável, reduzindo assim a possibilidade de uma ruptura no envoltório estéril devido à tensão mecânica. As modalidades da invenção que não requerem a mistura com movimento de balanço também incluem vantagens em aplicações não-estéreis, nas quais a integridade do recipiente plástico descartável é importante.

Conseqüentemente, em uma modalidade da invenção, é apre- i sentado um sistema biorreator e inclui um recipiente descartável para abrigar biomateriais para processamento, o recipiente descartável incluindo, pelo menos, uma abertura de admissão, pelo menos uma abertura de descarga, i pelo menos ou uma abertura de coleta, uma estrutura para suportar o recipiente descartável, um ou mais sensores para sensoriar um ou mais parâmetros dos biomateriais no recipiente, um aquecedor para aquecer o conteúdo do recipiente, o aquecedor tendo um termostato e sistema de mistura arran- i jados com o sistema de tal modo que biomateriais contidos no recipiente descartável são misturados.

Em uma outra modalidade da invenção é fornecido um sistema biorreator, e pode incluir, pelo menos um, e preferivelmente todos, de uma estrutura suporte e um saco plástico flexível posicionado dentro da estrutura suporte. O recipiente descartável pode incluir uma placa impelidora fixada a uma porção inferior do saco plástico flexível, onde a placa impelidora pode incluir um poste. O recipiente descartável também pode1 incluir um cubo de impeiidor montado no poste, o cubo de impelidor tendò, pelo menos, uma lâmina de impelidor arranjada sobre o poste e tendo pelo menos um ímã. O sistema biorreator pode ainda incluir um motor que tem eixo, o motor sendo fornecido adjacente à, ou dentro da, estrutura suporte è um cubo de motor montado sobre o eixo do motor. O cubo de motor pode incluir, pelo menos, um ímã, onde, quando da montagem do saco plástico flexível dentro da estrutura suporte, o cubo de motor se alinha com a placa impelidora de tal mo- i · do que o ímã do cubo do motor pode alinhar com o ímã do cubo do impelidor para acionar o cubo do impelidor quando o eixo do motor gira.

Em ainda uma outra modalidade, a invenção inclui um sistema biorreator que pode incluir uma estrutura suporte e um saco, plástico flexível posicionado dentro da estrutura suporte. O recipiente descartável pode incluir uma placa ímpelidora fixada a uma porção inferior do saco plástico flexível, um primeiro eixo que tem uma primeira extremidade posicionada dentro do interior do saco plástico flexível e que tem uma segunda extremidade posicionada em um exterior do saco plástico flexível, uma vedação circundando I : o eixo e um cubo de impelidor montado sobre a primeira extremidade do eixo, o cubo do impelidor tendo, pelo menos, uma lâmina de impelidor arranjada sobre o eixo. O sistema biorreator pode também incluir um motor arranjado adjacente à, dentro da, estrutura suporte quando da montagem do saco plástico flexível dentro da estrutura suporte, a segunda extremidade do eixo é acionada pelo motor.

Estes e outros objetivos, vantagens e aspectos da invenção se tomarão ainda mais evidentes com referência à descriçãó detalhada a seguir, e desenhos anexos, uma breve descrição dos quais é fornecida abaixo. A figura 1A é um diagrama de blocos de uma vista gerai de um sistema biorreator de acordo com uma modalidade da presente invenção. A figura 1B é um diagrama esquemático de um sistema biorreator de acordo com uma modalidade da presente invenção, i A figura 2 é um diagrama esquemático de um saco biorreator descartável de acordo com uma modalidade da presente invenção. A figura 3 é um esquema de um sistema de mistura para um sistema biorreator descartável de acordo com uma modalidade da presente invenção. i A figura 4 é um esquema de um sistema de mistura para um sistema biorreator descartável de acordo com uma modalidade da presente invenção. A figura 5A é uma vista lateral de um cubo dé impelidor que ilus- j tra uma posição de uma lâmina deformável de impelidor quando o cubo do impelidor está em repouso, de acordo com uma modalidade da presente invenção. A figura 5B é uma vista lateral do cubo de impelidor de acordo ο com a modalidade ilustrada na figura 5A, que ilustra uma posição da lâmina deformável de impelidor quando o cubo do impelidor é girado a uma velocidade particular. A figura 6 é uma vista lateral de um cubo de impelidor que tem lâmina(s) de impelidor fixa(s), pivotante(s), de acordo com uma modalidade da presente invenção. A figura 7 é um diagrama que ilustra três conceitos de um misturador de coluna de bolha/levantamento por meio de ar, como aplicado a um biorreator descartável de acordo com uma modalidade da presente invenção. A figura 8A é uma ilustração em perspectiva de uma estrutura suporte/tanque que tem uma ou mais chicanas/defletores, o saco biorreator descartável colocado em tal tanque se conforma às chicanas. A figura 8B é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade da presente invenção que inclui um sistema de mistura de bolha/levantamento por meio de ar (Figura 7) e chicanas interiores na estrutura suporte (Figura 8A).

Descrição detalhada da invenção Um recipiente para bioprocessamento forma a superfície de contato do produto para o biorreator. O recipiente é preferivelmente um saco flexível que pode ser colocado em um estrutura rígida, tal como uma casca de tanque para suporte. A estrutura suporte também pode incluir/envolver um carrinho móvel, de modo que o sistema biorreator pode ser movido para diferentes localizações antes, durante e depois de processamento de material.

Acessórios são adicionados ao saco para possibilitar a funcionalidade requerida em um biorreator, tal como introduções e filtros para permitir transferência de fluido e gás, uma interface de mistura, sensores e uma superfície de aspersão para controlar dimensão de bolha. Para a aplicação como um biorreator, o vaso (o saco núcleo para bioprocessamento mais todos os acessórios, introduções, sensores, etc.) pode ser esterilizado antes da utilização (por exemplo, irradiação gama). Depois de esterilização, o inte- rior do saco, tubulação e componentes, podem ser considerados estéreis, fornecendo um "envoltório estéril" que protege o conteúdo do vaso quanto a contaminantes trazidos pelo ar do exterior. Dimensão e distribuição de bolha podem ser controladas passando a corrente de gás de admissão através de uma superfície porosa antes da adição ao interior do biorréator descartável.

Além disto, a superfície de aspersão pode ser utilizada como um dispositivo i de separação de célula alternando pressurização e despressurização (ou aplicação de vácuo) na superfície exterior da superfície porosa por exemplo, ou por meio de um efeito Bemoulli criado por escoamento rápido ao longo de | uma porção da superfície porosa provocando despressurização ao longo de outras partes da superfície (por exempto, ar que escoa rápido no centro de um tubo saindo em uma extremidade do tubo, criando um vácuo ao longo do comprimento do tubo}.

Como mostrado nas figuras 1A e 1B, um sistema biorréator 100 pode incluir um ou mais do que segue: um biorréator descartável 102, um controlador de temperatura 106 e um ou mais sensores de/ou sondas 108. Para eliminar utilidades requeridas para controle de temperatura através de um trocador de calor, aquecimento pode ser fornecido por meio de uma camisa de água em malha fechada aquecida e/ou resfriada por meto de sistema de controle montado no biorréator, ou por meio de um cobertor(es) de aquecimento elétrico 104 ou aquecedores) Peltier. O cobertor térmico pode incluir termopar(es) 104a para sensoriar uma temperatura do conteúdo do biorréator 102, trabalhando em conjunto com o controlador de temperatura para controlar uma temperatura de ajuste do conteúdo dó biorréator 102. Um material condutor de temperatura pode ser embutido na superfície do saco para superar o efeito isolante do plástico, se necessário.

Em algumas modalidades da invenção o biorréator descartável pode compreender um saco plástico flexível, porém também pode compreender um material rígido (por exemplo, plástico, metal, vidro). Os sensores e/ou sondas tipicamente são conectados à eletrônica de sensor 132, cuja saída é enviada para cada um, ou ambos, de placa terminal e relé. Um sistema de mistura 110, que geralmente inclui um motor 112 para acionar um impelidor posicionado no biorreator, um condicionador de energia 114 e controlador de motor 116, também podem ser fornecidos.

Resfriamento também pode ser fornecido por uma camisa de água de circuito fechado, aquecida e/ou resfriada por meio de sistema de controle montado no biorreator, ou por meio de troca de calor padrão através de uma cobertura/camisa no tanque (o cobertor térmico pode ser incluído em í um dispositivo para ambos, aquecimento/resfriamento, porém também pode ser separado de uma camisa de resfriamento). Resfriamento também pode ser fornecido por meio de resfriadores Peltier. Por exemplo, um resfriador Peltier pode ser aplicado a uma linha de descarga (por exemplo, a uma câmara similar a um pequeno saco, com grande volume para desacelerar ar e uma grande área superficial) para condensar gás no gás de descarga para ajudar a impedir que um filtro de descarga afogue.

Ar, oxigênio e/ou gás CO2 (comprimido ou bombeado) 118 pode ser incluído de modo a fornecer aspersão ao conteúdo do biorreator. Um filtro 120, um medidor de escoamento 121 e/ou válvula 122 (por exemplo, pneumática) podem ser fornecidos em linha, esta última pode ser controlada por meio de um sistema controlador 115 o qual, como ilustrado, pode ser um PC. Tal sistema controlador pode incluir uma combinação de sistemas eletrônicos e mecânicos ou pneumáticos para controlar ar, líquido e calor para o sistema biorreator descartável. Como mostrado na figura 1, a válvula 122 pode ser um atuador pneumático (que utiliza, por exerriplo, ar comprimido, C02) 124 que pode ser controlado por uma válvula solenóide 126. A válvula solenóide por sua vez pode ser controlada por um relé 1Í28 conectado a uma placa terminal 130, que é conectada ao PC. A placa terminal pode compreender uma placa terminal PCI, ou uma conexão de placa terminal USB/paralela ou fireport (IEEE 394).

Como mostrado na figura 1B, o biorreator descartável preferivelmente é suportado por uma estrutura suporte 101, que é mostrada como um tanque (por exemplo, aço inoxidável) montado erh cima de uma base 103 que tem uma pluralidade de pernas 105. O tanque pode ser projetado para incluir uma altura e diâmetro similares a biorreatores padrão de aço inoxidável. O projeto também pode ser reduzido em escala para volumes pequenos de biorreator de bancada e aumentado acima de 1.000 I de volumes de trabalho, por exemplo. Chicanas 800 (ver figuras 8A e 8B podem ser construídas para o interior da casca rígida 802 do tanque para melhorar mis-tura, fazendo com que o saco se conforme a uma forma que ise salienta para o interior do saco biorreator, a qual preferivelmente quebra escoamento circular e/ou impede a formação de vórtices (por exemplo).

Sob pelo menos uma das pernas (preferivelmente todas as pernas) pode haver uma célula de carga 107 que pode ser utilizada para estimar o peso do conteúdo do biorreator e/ou do tanque e componentes correspondentes do tanque. O tanque pode incluir uma janela de observação 101a que permite a alguém observar um nível de fluido dentro do biorreator descartável. A janela de observação também pode ser dimensionada para permitir a alguém observar uma grande área do biorreator. O tanque também pode incluir aberturas para sensor/sonda 101b, uma saída 101c para a qual tubulação de descarga 101 d pode ser conectada. Em uma porção supe-rior do tanque, uma ou mais conexões (por exemplo, tubos, válvulas, aberturas) 101e para fluidos, gases, e similares a serem adicionados ou retirados (por exemplo, admissões/descargas) a partir do biorreator, cada uma das quais pode incluir um sensor de escoamento 101f e/ou filtro 101g. Uma torre de utilidades 101h pode ser fornecida no, ou adjacente ao, tanque, a qual pode ser utilizada para abrigar uma ou mais bombas, controladores, e eletrônica (por exemplo, eletrônica de sensor, interfaces de eletrônica, controlador de gás pressurizado, etc.).

Sensores/sondas e controladores para monitorar e controlar importantes parâmetros de processo incluem qualquer um, ou mais, e combinações de: temperatura, pressão, pH, oxigênio dissolvido (DO), dióxido de carbono dissolvido (pC02), velocidade de mistura e vazão de gás (por e- i xemplo). Preferivelmente controle de processo pode ser conseguido em maneiras que não comprometem a barreira estéril estabelecida pelo biorreator. | Em particular, escoamento de gás pode ser monitorado .e/ou controlado por meio de um rotâmetro ou um medidor de escoamento dè massa a montante de um filtro de admissão de ar.

Sondas óticas descartáveis podem ser projetadas para usar "remendos" de material que contém um corante indicador, que podem ser montados na superfície interna do saco biorreator descartável e lidos através da parede do saco através de uma janela no tanque. Por exemplo, oxigênio dissolvido (DO) e/ou pH, e ou C02, cada um pode ser monitorado e controlado por um retalho ótico e sensor montado sobre um polímero biocompatí-vel irradiávet por radiação gama, que por sua vez é vedado à, embutido na, ou preso de outra maneira à, superfície do saco.

Pressão pode ser monitorada e controlada por meio de transdu-tores de pressão padrão a montante de um filtro de admissão de ar, e a jusante de um filtro de descarga de ar. Altemativamente, sensores de pressão descartáveis podem ser utilizados dentro do envoltório estéril do biorreator I descartável, seja tomando dispositivos de prateleira (por exemplo, Utah Medicai ou Honeywell), ou criando um T em uma linha de admissão de ar e/ou descarga de ar. A superfície do "T" também pode ser coberta com uma membrana para manter a barreira estéril, porém fabricadá de modo a não j interferir em leituras de pressão. Um transdutor de pressãp padrão pode então ser ajustado ao T" para medir e controlar pressão dentro da barreira estéril. A figura 2 ilustra um exemplo do biorreator descartável 200 de acordo com algumas modalidades da invenção. Como mostrado, o biorreator inclui uma ou mais aberturas 202 que podem ser utilizadas para adicionar ou retirar gases e/ou fluidos do biorreator. Uma abertura de còleta ou drenagem 204 é fornecida geralmente no fundo do saco, de modo que a gravidade possam ser utilizada para direcionar o conteúdo para fora do biorreator. As sondas e/ou sensores 206 podem ser integrados com umá lateral do biorreator, de tal modo que os sensores e/ou sondas podem sei também descartáveis. Em uma modalidade da invenção, os sensores/sondas podem ser sondas óticas que apresentam uma saída em uma maneire visual. Assim, as aberturas para sensor/sonda 101b podem ser utilizadas para monitorar visualmente o estado do sensor/sonda.

Integrada com o biorreator pode haver uma porção do sistema de mistura. Especificamente como mostrado na figura 2, a porção do sistema de mistura incluída com o biorreator pode incluir uma porção 208 do sistema de mistura, uma placa impelidora e cubo de impelidor. A placa impeli-dora conecta ao sistema de acionamento do motor para energizar o impelidor e também fornece uma vedação entre o motor e o interior do biorreator.

Algumas modalidades da invenção fornecem um ou mais sistemas de mistura excepcionais que proporcionam ao sistema iim método econômico para fornecer agitação ao conteúdo do biorreator. Tais sistemas de mistura podem utilizar materiais tais como HDPE (polietileno de alta densidade) e/ou outros plásticos biocompatíveis que podem ser irradiados por radiação gama. Um ou mais componentes do sistema de mistura pode(m) ser fabricado(s) usinando blocos de material, porém também pode(m) ser moldado(s) e/ou fundido(s).

Uma tal modalidade de misturar está ilustrada nã figura 3. O sistema de mistura de acordo com esta modalidade apresenta um impelidor acionado magneticamente, assim, o motor não está diretamente conectado ao impelidor. Ao invés disto, ímãs contidos em um cubo de motor através de atração magnética acionam ímãs contidos em um cubo de impelidor. É digno de observar que pelo menos a porção motor (e outros componentes associados do motor) podem ser montados sobre a estrutura supqrte/tanque/ carrinho.

Como mostrado, o sistema inclui geralmente uma placa impelidora 300 fixada a uma lateral da parede do biorreator 302, preferivelmente em uma sua porção inferior, um cubo de impelidor 304, um motor 306, um eixo de motor 308 e um cubo de motor 310. A placa impelidora pode ser fixada à parede do biorreator por soldagem térmica juntamente com duas metades de uma placa impelidora em duas peças, intercalando a parede do biorreator entre elas ou sobre a parede. Altemativamente uma abertura na parede do biorreator permite que uma porção central da placa impelidora se estenda a partir de um exterior do biorreator até o interior (ou vice-versa). Então, um anel de vedação (não mostrado) podería ser colado ou soldado I I termicamente ao biorreator diretamente a uma circunferência externa da placa impelidora, para vedar a parede do biorreator entre elas. Ainda uma outra alternativa pode ser uma abertura subdimenstonada na parede do biorreator a qual forma uma vedação com uma aresta circunferencial da placa impelidora que é ligeiramente maior do que a abertura. 1 Um aspecto importante de acordo com uma modalidade da in-venção é direcionado para a inclusão de um ou mais elementos porosos, microporosos ou de ultrafiltração 301 na placa impelidora. O elemento pode ser utilizado para permitir uma aspersão gasosa ou de fluidos para o interior e para fora do biorreator. Tal aspersão e/ou adição ou remoção de fluido pode ser utilizada em conjunto com o sistema de mistura (isto é, a rotação do cubo impelidor). Aspersão é a utilização de uma força de mistura (tipicamente ar) junto ao fundo do reator. As bolhas de gás ascendentes e a densidade mais baixa de líquido saturado com gás sobem deslocando líquido pobre em gás que cai, fornecendo uma circulação de topo para o funçlo. O trajeto de líquido ascendente pode ser guiado por meio de divisórias dentro da câmara do saco ou através de chicanas (ver acima). Por exemplo, um tal saco pode incluir uma folha de plástico dividindo verticalmente ao meio a câmara do saco com espaço no topo e no fundo. Gás pode ser adicionado de um lado apenas desta divisória, fazendo com que o gás e líquido rico em gás subam de um lado, atravessem o topo da barreira e desçam do outro lado passando sob a divisória, para retomar para o ponto de adição de gás. , Em algumas modalidades da invenção, uma zona de cisalha-mento elevado abaixo do impelidor giratório permite aspectos de desempenho aumentado do sistema. Utilizado em combinação com òs materiais porosos (com dimensão de poro macro, micro, submicro ou nano) descritos acima, a zona de cisalhamento pode ser utilizada para realizar uma varieda- | de de finalidades, aspersão de gás; retirada de fluido do vqso, separações sólido/ líquido ou de cultura de células (por exemplo, qualquer separação de particulado, na qual sólidos são retidos no biorreator e fluidoifiltrado é removido) - exemplos incluem cultura com perfusão contínua ou semicontínua, separações de células, separações de resina, etc.; e concentração de produ- 1Ζ to ou sofuto, ou troca acumulada na aplicação em que o elemento poroso está na faixa de ultrafiltração.

Na modalidade ilustrada na figura 3, o lado intérior da placa im- i pelidora pode incluir um poste 312 o qual uma abertura central no cubo do impelidor 304 acomoda. O cubo de impelidor é preferivelmente mantido a ! uma ligeira distância acima da superfície da placa impelidpra para impedir atrito entre eles. Materiais de baixo atrito podem ser utilizados na fabricação do cubo do impelidor para minimizar atrito entre o cubo do impelidor e o pos- I te; altemativamente, um mancai 311 pode ser incluído para reduzir atrito. O cubo de impelidor também inclui preferivelmente pelo menos um ímã 314, e preferivelmente mais do que um, os quais são preferivelmente posicionados em uma periferia do cubo e preferivelmente correspondendo a uma posição de um ímã em 316 fornecido no cubo do motor 310. O cubo do impelidor também inclui um ou mais, e preferivelmente uma pluralidade, de lâminas de impelidor 318. Também é digno de observar que os ímãs embutidos no impelidor podem remover partículas ferrosas ou magnéticas de soluções, pastas fluidas ou pós. O cubo do motor 310 é geralmente montado de maneira centralizada sobre um eixo 308 do motor 306. Em adição aos ímãs 316, o cubo do motor também pode incluir um mancai de placa giratória (de placa giratória) 322 de modo a impedir atrito entre o cubo do motor e a placa impelidora embora altemativamente (ou em adição a ela), materiais de baixo atrito também podem ser utilizados para reduzir atrito (por exemplo, plásticos de baixo atrito). O mancai de placa giratória também contribui para minimização do espaço entre o cubo do motor e a placa impelidora. Embora a espessura da placa impelidora mais fina seja desejada, algumas veze;s isto não pode ser conseguido. Quando a escala do tanque aumenta, a pressão hidrostática no interior do tanque e placa impelidora aumentam, o que pode resultar em deflexão para baixo/deformação da placa impelidora e poste central. Se a deformação não for impedida, o cubo do impelidor poderá assentar sobre a placa impelidora é criar arraste, reduzindo assim forças de acoplamento e ΙΟ provocando atrito. Isto por sua vez pode resultar na remoção de partículas para o conteúdo do biorreator. Assim, o mancai de placa giratória montado ! no centro do cubo do motor pode suportar o lado inferior da placa impelidora para ajudar a prevenção de deflexão da placa impelidora com pressão hi-drostática. Conseqüentemente, este aspecto assegura operação adequada do impelidor em aplicações de grande escala, e permite a utilização de uma placa impelidora muito fina, ao mesmo tempo que maximiza a transmissão de torque.

Os requerentes da presente invenção descobriram que a resistência da transmissão de torque a partir do cubo do motor para o cubo do impelidor através do acoplamento magnético pode ser determinada por um ou mais do que segue: a largura do espaço entre os dois cubos, compreende coletivamente a espessura da placa impelidora e a largura combinada dos dois espaços entre o cubo do impelidor e a placa, e o cqbo do motor e a placa; a anulação ou eliminação de qualquer interferência de substâncias terrosas ou magnéticas no cubo do motor, placa impelidora ou cubo do impelidor (isto é conseguido em algumas modalidades da presente invenção fabricando um ou mais, ou todos os componentes do sistema de mistura com plástico, por exemplo); o número de ímãs; a força magnética dos ímãs; o número de anéis concêntricos de ímãs; e a distância dé ímãs do centro dos cubos.

Conseqüentemente, o espaço entre os dois cubos é preferivelmente ajustável entre cerca de 0,025 mm até 19,05 mm (0,001 polegada até 0,750 polegada) e mais preferivelmente entre cerca de 3,172 mm até 12,7 mm (0,125 polegada e cerca de 0,500 polegada). O número de ímãs utilizado pode ser 1 porém é preferivelmente entre cerca de 2 a 50, e mais preferivelmente entre cerca de 3 e 10 ímãs, com tais ímãs tendo força magnética de entre cerca de 1 - 100 milhões Gauss Oersted (MGOe), e mais preferi- I velmente entre cerca de 20 - 50 milhões MGOe. Em uma modalidade, o tipo de ímãs que é utilizado é um grau de um ímã de neodímio. Preferivelmente o grau de neodímio é N38, o qual inclui um produto de energia máxima de 38 MGOe. O número de anéis concêntricos de ímãs pode se situar desde 1-4, com a distância a partir do cubo dos anéis de ímãs estando entre cerca de 6,35 mm até 406,4 mm {0,250 polegada até cerca de 16 polegadas) e mais preferivelmente entre cerca de 12,7 ou 304,8 mm (0,500 polegadas e 12 polegadas). A figura 4 ilustra uma modalidade alternativa do sistema de mistura relacionada a um impelidor acionado mecanicamente. Como mostrado, esta modalidade inclui, geralmente, uma placa impelidora 400, um cubo de impelidor 404 com um eixo 405, um motor externo 406 com um eixo 408. A conexão de eixos entre o eixo do cubo de impelidor e o eixo do motor pode ser realizada em uma maneira familiar a alguém versado na técnica, (por exemplo, caixa de engrenagem, acionamento hexagonal e similares). A placa impelidora é preferivelmente fixada a uma lateral da parede do biorreator 402 em uma sua porção mais baixa. A placa impelidora pode ser fixada à parede do biorreator por meio de qualquer dos métodos descritos para a modalidade da figura 3. Os elementos porosos, mtcroporo-sos ou de ultrafiltração 401, também podem estar incluídos ná presente modalidade para permitir aspersão gasosa ou de fluidos para o interior e para fora do biorreator.

Na modalidade ilustrada na figura 4, o eixo do cubo do impelidor pode ser acomodado em uma vedação 412 (que também pode incluir um mancai) localizado de maneira centralizada na placa impelidora. A vedação assegura que o conteúdo do biorreator não seja contaminado. O cubo de impelidor é preferivelmente mantido a uma ligeira distância acima da superfície da placa impelidora para impedir atrito entre elas. O cubo de impelidor também inclui um ou mais, e preferivelmente uma pluralidade, de lâminas de impelidor 418.

Em ainda uma outra modalidade, (ver figuras 7 e 8B), uma coluna de bolha ou sistema de levantamento com ar (que utiliza bolhas de ar/gás 701) é utilizada com o saco biorreator descartável, que fornece uma força de mistura por meio da adição de gás (por exemplo, ar) juntò ao fundo do reator. Tais modalidades podem incluir uma coluna de bolhas 700, um fermen-tador de levantamento com ar 702 com um tubo de tiragem interno 703 e um fermentador de levantamento com ar 704 com tubo de tiragem externo 705 (a direção das bolhas pode corresponder à direção das setas).

Conseqüentemente, a bolha de gás ascendente e a densidade inferior de líquido saturado com gás sobem deslocando líquido pobre em gás que cai, fornecendo circulação do topo para o fundo. O trajeto do líquido ascendente pode ser guiado por meio de divisórias dentro da câmara do saco. Por exemplo, utilizando uma folha de plástico que divide ao meio o interior do saco do biorreator preferivelmente verticalmente, com um espaço no topo e no fundo. Gás pode ser adicionado em um lado da divisória, fazendo com que o gás e líquido rico em gás subam do outro lado, atravessando o topo da folha barreira e descendo do outro lado, passando sob a divisória para retomar para o ponto de adição de gás. É digno de observar que o sistema e método de mistura de coluna de bolha/levantamento por ar possa ser combinado com qualquer sistema de mistura baseado em impelidor descrito a-cima.

Em quaisquer dos sistemas de mistura de tipo impelidor, outras modalidades podem ser direcionada para lâminas impelidoras de passo variável. Como mostrado nas figuras 5-6, a lâmina de passo variável pode compreender lâminas deformáveis ou lâminas impelidoras com giratório, as quais giram. Especificamente com o mostrado na figura 5A, um cubo de impelidor 500 pode incluir uma lâmina deformável de passo variável 502, a qual está em uma posição substancialmente reclinada quando o cubo do impelidor está estacionário (ou em um pequeno ângulo 503 com a superfície de topo e/ou de fundo do cubo do impelidor), e que está inclinado em um ângulo 504 com a superfície de topo e/ou fundo do cubo do impelidor quando o cubo do impelidor é girado. O ângulo que a lâmina forma com o cubo do impelidor pode depender da velocidade de rotação do cubo do impelidor; assim, quanto mais rápido gira o cubo do impelidor, mais inclinada a lâmina está com a superfície de topo e/ou de fundo do cubo do impelidor. Um material utilizado na fabricação das lâminas do impelidor que tem propriedades flexíveis pode ser utilizado (de acordo com uma modalidade) para fornecer a funcionalidade anotada acima. Tais materiais flexíveis (por exemplo plástN 16 cos, plásticos de engenharia) são familiares àqueles versados na técnica.

Em uma modalidade alternativa mostrada na figura 6, o passo da lâmina do impelidor 602 em relação à superfície de topo e/ou de fundo do cubo do impelidor 600 pode ser obtido girando manualmente a lâmina em relação ao cubo do impelidor. Isto pode ser realizado fabricando o cubo do impelidor com aberturas respectivas para acomodar o eixo pivotante de cada lâmina. O eixo pode ser ligeiramente superdimensionado em relação à dimensão da respectiva abertura no cubo do impelidor. Altemativamente, cubos de impelidor que têm um passo de lâmina ajustado predeterminado, podem ser fabricados e incluídos a um biorreator. Assim, sacos biorreatores que têm lâminas de impelidor de passo particular ajustado podem ser fabricados separadamente e disponíveis para uma aplicação particular.

Os sistemas de mistura descritos acima permitem ao sistema misturar fluidos ou sólidos de qualquer tipo. Em particular, fluidos dentro do biorreator podem ser misturados para fornecer distribuição de nutrientes e gases dissolvidos para aplicações de desenvolvimento de célula. O mesmo vaso descartável pode ser utilizado para misturar acumuladores e meios ou outras soluções nas quais uma superfície de contato produto descartável é desejável. Isso também pode incluir aplicações nas quais ao vaso não é requerido ser estéril ou manter esterilidade. Além disto, o presente sistema possibilita ao tanque sustentar os fluidos/misturas/gases a serem removidos e descartados, de tal modo que o tanque não esteja sujo pelos fluidos que são misturados no saco biorreator. Assim o tanque não precisa ser limpo ou esterilizado depois de cada utilização.

Exemplo.

Uma mistura foi testada com a água com expressão de células CHO (mamíferos) em uma proteína de fusão de anticorpo na escala 150L utilizando um impelidor HDPE acionado magneticamente com placa e eixo de HDPE para mistura e tubulação de HDPE poroso para aspersão. Um retalho ótico para DO forneceu monitoramento de oxigênio dissolvido e controle de realimentação de escoamento da gás. A temperatura foi controlada por um termopar contra a superfície externa do saco e aquecimento liga/desliga foi fornecido por um cobertor elétrico. Nesta operação de teste, células de mamíferos foram desenvolvidas até alta densidade e mantidas em alta viabilidade, demostrando redução com sucesso para tomar prático este projeto para cultura de célula.

Exemplo 2 - Lista de inventário para sistema biorreator descartável O que segue é uma lista de componentes para um sistema biorreator tomado como exemplo, que tem um saco biorreator descartável de acordo com uma modalidade da presente invenção (ver também figura 1B).

Descrição/opções de componentes de subconjunto de quantidade Tendo descrito agora algumas modalidades da invenção, deveria ser evidente àqueles versados na técnica que o que precede é meramente ilustrativo e não limitativo, tendo sido apresentado apenas à guisa de exemplo. I-númeras modificações e outras modalidades estão dentro do escopo do versado na técnica, e são consideradas como caindo dentro do escopo da invenção como definida pelas reivindicações anexas e equivalentes a elas.

Claims (33)

1. Biorreator (102; 200) compreendendo: - um recipiente descartável para abrigar biomateriais para processamento, o recipiente descartável incluindo, pelo menos, uma abertura de admissão (202), e pelo menos uma abertura de descarga (202); - pelo menos uma abertura de coleta (204); - uma estrutura (101; 802) para dar suporte ao recipiente descartável; - um ou mais sensores (108; 206) para leitura de um ou mais parâmetros dos biomateriais no recipiente; - um aquecedor (104) para aquecer o conteúdo do recipiente, o aquecedor (104) tendo um termostato; e - meios de mistura arranjado com o biorreator (102; 200), de tal modo que biomateriais contidos no recipiente sejam misturados, caracterizado pelo fato de que o biorreator (102; 200) compreende ainda um acessório compreendendo uma superfície porosa associada com a abertura de admissão e configurada para permitir a passagem de uma corrente de gás de admissão e controlar dimensão e distribuição de bolha antes da adição da corrente de gás ao interior do biorreator (102; 200) descartável, em que a dimensão do poro da superfície porosa é escolhida dentre macro, micro, submicro, nano, e combinações dos mesmos; e o sistema de mistura compreendendo um impelidor (208) em uma parece (302) de uma porção inferior do recipiente, o impelidor (208) sendo magneticamente acionado por um motor (110, 112; 306) posicionado externamente ao recipiente e não diretamente conectado ao impelidor (208), e em que que o recipiente posicionado dentro da estrutura de suporte inclui: uma placa impelidora (300) formando uma porção inferior do recipiente, a placa impelidora compreendendo pelo menos um elemento (301) poroso disposto para permitir uma ou mais comunicações de gás ou fluido de duas vias entre um interior do recipiente e um exterior do recipiente; um cubo impelidor (304) montado na placa impelidora (300), o cubo impelidor tendo pelo menos uma lâmina impelidora (318) e tendo pelo menos um ímã (314), em que a lâmina impelidora é posicionada acima do pelo menos um elemento poroso e se estende através da largura de pelo menos um elemento poroso; um motor (306) que tem um eixo (308), o motor sendo provido adjacente a ou dentro da estrutura de suporte (101; 802); e um cubo de motor (310); montado no eixo de motor (308), o cubo de motor incluindo pelo menos um ímã (314), no qual na montagem do recipiente dentro da estrutura de suporte (101; 802) o cubo de motor se alinha com a placa impelidora (300); de tal modo que o ímã do cubo de motor possa alinhar com o ímã do cubo impelidor para acionar o cubo impelidor quando o eixo do motor gira.

2. Biorreator (102; 200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: um ou mais defletores (800) associados com o recipiente e/ou estrutura de suporte.

3. Biorreator (102; 200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: uma bolsa flexível adaptada para conter um volume de líquido, a bolsa flexível compreendendo um material termicamente condutivo embutido em pelo menos uma porção de uma parede da bolsa flexível, em que o material termicamente condutivo é adaptado para conduzir calor para fora do interior da bolsa flexível para um ambiente do lado de fora da bolsa flexível ou para conduzir calor para dentro da bolsa flexível a partir do lado de fora de um ambiente da bolsa flexível.

4. Biorreator (102; 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o recipiente é formado de plástico.

5. Biorreator (102; 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o sistema de mistura compreende, adicionalmente, uma coluna de bolha (700) em conjunto com uma divisória posicionada no interior do recipiente.

6. Biorreator (102; 200) de acordo com qualquer uma das reivin dicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma placa impelidora formando uma porção inferior do recipiente.

7. Biorreator (102; 200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aquecedor (104) compreende uma área de material posicionada no exterior da estrutura para suportar o recipiente.

8. Biorreator (102; 200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aquecedor (104) é posicionado dentro ou sobre o exterior do recipiente.

9. Biorreator (102; 200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o um ou mais sensores (108; 206) detectam pelo menos um dentre oxigênio dissolvido, dióxido de carbono dissolvido, velocidade de mistura, vazão de gás, temperatura, pH e pressão.

10. Biorreator (102; 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um computador (115) para controlar o sistema (100).

11. Biorreator (102; 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos um de um suprimento de ar, um suprimento de dióxido de carbono, e um suprimento de oxigênio.

12. Biorreator (102; 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que compreende ainda dispositivo de transporte para mover a estrutura a suporte.

13. Biorreator (102; 200) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de transporte compreende um carrinho.

14. Biorreator (102; 200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cubo do motor ainda inclui um mancai de placa giratória no qual o mancai é posicionado dentro do cubo de tal modo que uma porção do mancai contata um lado da placa impelidora.

15. Biorreator (102; 200) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a placa impelidora ainda inclui pelo menos um elemento poroso (401) disposto para permitir comunicação a gás ou de fluido em um ou em dois sentidos entre um interior de um recipiente e um exterior do recipiente.

16. Biorreator (102; 200) de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a comunicação a gás ou de fluido compreende introduzir uma aspersão de gás para o interior do recipiente ou remover fluidos do interior do recipiente.

17. Biorreator (102; 200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma lâmina impelidora compreende uma lâmina impelidora de passo variável (502).

18. Biorreator (102; 200) de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o passo da lâmina impelidora muda dependendo da velocidade de rotação do cubo impelidor (500).

19. Biorreator (102; 200) de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o passo da lâmina impelidora (602) é ajustado manualmente.

20. Biorreator (102; 200) de acordo com a reivindicação 1 ou 15, caracterizado pelo fato de que o impelidor compreende uma lâmina impelidora que é posicionada acima do pelo menos um elemento poroso e se estende através da largura do pelo menos um elemento poroso.

21. Biorreator (102; 200) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um material condutor de temperatura embutido em uma superfície do recipiente.

22. Biorreator (102; 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 21, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um sensor e/ou uma sonda óptica embutida em uma superfície do recipiente.

23. Biorreator (102; 200) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a estrutura para suportar o recipiente compreende rodas.

24. Biorreator (102; 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 23, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um sistema de levantamento a ar.

25. Biorreator (102; 200) de acordo com a reivindicação 1 ou 15, caracterizado pelo fato de que o elemento poroso é adaptado para uso como um dispositivo de separação de célula.

26. Biorreator (102; 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende uma bolsa flexível na qual defletores (800) emergem para o interior da bolsa flexível e em que a bolsa flexível se conforma ao formato dos defletores (800).

27. Biorreator (102; 200) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o computador (115) é adaptado para controlar um ou mais sensores (108; 206) e fluxo de gás a partir de um aspersor associado com o Biorreator (102; 200).

28. Biorreator (102; 200) de acordo com a reivindicação 1 ou 15, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um elemento poroso é um elemento de ultrafiltração.

29. Biorreator (102; 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 28, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um mancai associado a um impelidor.

30. Biorreator (102; 200) de acordo com a reivindicação 1 ou 6, caracterizado pelo fato de que a placa impelidora inclui um mancai.

31. Biorreator (102; 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 30, caracterizado pelo fato de que compreende um recipiente rígido.

32. Biorreator (102; 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 31, caracterizado pelo fato de que compreende uma bolsa flexível.

33. Biorreator (102; 200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: um cubo de motor montado em um eixo, o cubo de motor sendo configurado para acoplar magneticamente com e girar o impelidor magnético durante a operação, o cubo de motor compreendendo um mancai posicionado na parte superior do cubo de motor de modo que a porção superior do cubo de motor contate e suporte a placa impelidora durante rotação.