CN102015997B - 细胞容器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及改进培养细胞和/或将细胞从一个位置运输到另一位置的过程的装置和方法。它们具有降低污染风险、调节细胞周围的培养基中的压力并在整个运输过程中保持细胞均匀分布的能力。与现有方法相比这导致过程控制水平的改进。

Description

细胞容器
相关申请
在本文中引用的每份专利申请和专利，以及在每份专利申请和专利中引用的文件或者参考文献(包括每份公告的专利申请过程中的；“申请引用的文件”)，以及与这些申请和专利相对应的或要求其优先权的每份PCT和外国专利申请或专利和/或要求的任何一个的优先权的申请或专利，以及在每份申请引用的文件中引用或者参考的每份文献，在此都明确地通过引用结合入本文。更通常地，在本文中引用的文件或者参考文献和这些文件或者参考文献的每一份(本文引用的参考文献)，以及在本文引用的参考文献中引用的每份文件或者参考文献(包括任何制造商的说明书、用法说明等)，在此都明确地通过引用结合入本文。还参考待审的美国专利申请号10/961,814(Wilson等人，‘814)，待审的美国专利申请号11/952,848(Wilson‘848)，以及待审的美国专利申请号11/952,856(Wilson等人，‘856)，它们都通过引用结合入本文。
政府利益
本发明在美国国立卫生研究院小企业创新研究拨款DK0659865“胰岛(Islet)培养、运输和融合装置”的支持下部分由美国政府完成。美国政府可在本发明中具有一定权利。
技术领域
本发明的技术领域涉及改进除去容器中的气体并控制压力的方法和装置，其核心在于提供比生物技术工业中使用的现有方法更好的优点。所公开的装置和方法改善了培养和/或运输细胞的过程。其特征在于：降低污染风险、对驱动培养基体积变化的温度发生响应以便使不必要的压力效应最小化，在整个转移过程中使细胞保持均匀分布，在整个运输过程中减小细胞的表面密度，并在整个培养和运输过程中将细胞暴露于周围的氧气中。相对于现有装置和方法，其提供了改善的过程控制水平。
相关技术中描述的常规技术的限制讨论
细胞治疗的进展增加了将细胞从一个位置运输到另一个位置的需要。例如，当未进行胰岛研究或者胰岛移植时，通常从胰腺回收胰岛并在一个位置培养，然后运输到不同位置用于研究或者临床使用。现有的在运输过程中使用的容纳细胞的方法和装置本身不能进行良好的过程控制。典型地，细胞被置于锥形管或者烧瓶中，包装在含有冰或者冰袋的StyrofoamTM容器中，并运输到另一位置。这可损伤细胞，因为几乎对各种可能影响细胞的质量的变量不进行控制。
一般说来，在运输过程中细胞经历的条件可明显偏离培养过程中存在的控制条件。例如，以胰岛为例，它们从培养它们的许多烧瓶中合并到更少的烧瓶或者锥形管中以便运输。这极大地增加了胰岛的表面密度，常常超过培养阶段表面密度的许多倍。正常地，它们以不超过200胰岛细胞/cm2的表面密度培养。高密度时，对于养分和氧气的竞争加剧，胰岛的健康可能降低。此外，胰岛可在高密度时聚集。当运输细胞时，典型地，烧瓶或者锥形管完全充满培养基以便排出所有气体，否则将损伤细胞。因此，在将盖子盖住之前容器就被培养基填充到非常接近它们的入口的顶部。这导致污染风险增加。除去气体极大地限制了细胞可利用的氧气的量。为了补偿这一点，细胞通常在冰袋存在下运输以便减缓细胞的代谢活性并使氧气需要降到最低。当培养基在细胞存在的密封容器中试图收缩体积时，压力被施加到容器壁上，将容器壁置于压力之下。这可引起容器破裂或者渗漏，特别是当使用烧瓶时更是如此。这同样使培养基脱气。因此，现有装置存在着各种各样的的缺陷。
本发明的目的在于公开了用于运输细胞的改进装置和方法，其可将污染的风险最小化，建立更严格近似于培养环境的环境，允许细胞以均匀分布的模式存在，减轻装置的壁上的压力，使培养基脱气(de-gassing)最少，并允许存在降低的细胞表面密度。
最近出现的依赖透气膜进行气体交换，消除气液界面需要的设备，已经引起增加的控制气体存在于这种设备什么位置的需求。近来的专利申请试图通过加入要求装置笨拙地操作的特征件(feature)来纠正这个问题。本发明的还一目的在于提供高级的气体除去特征件，其不要求笨拙地操纵以实现功能。
发明内容
根据本发明，本文中公开的一些实施方式允许将气体从细胞容器中置换出来而不需要使用培养基完全填满容器。该细胞容器包括液体置换构件，溢流储存器和允许液体从细胞室流动到溢流储存器的液体流出路径。
在本发明的一个方面，细胞容器包括用于使液体置换构件移动到细胞室中的结构。实现该目的的实施方式包括打开和关闭系统。
在用于置换不需要的气体的优选打开系统的实施方式中，液体置换构件与盖连接。装置的主体包括溢流储存器。盖和主体被设计成螺旋连接在一起，提供将液体置换构件移动到具有高度溶液的细胞室中的结构。通过将液体置换构件移动到细胞室中，可以置换残余气体并使得细胞室完全被培养基填满。溢流储存器可被构造成当除去盖时保留任何已经从细胞室中置换的培养基。这种实施方式可与锥形管或者烧瓶一起使用，并优选构造成允许细胞均匀安放并存在于平坦表面上的结构。
在用于置换气体的封闭系统的实施方式中，培养基可通过隔膜输送到细胞室中。细胞容器包括将液体置换构件驱动到细胞室中并将不需要的气体置换到溢流储存器中的结构。在典型实施方式中，细胞容器在其主体中包括指状形式的所述结构，其以柄脚(tang)连锁以改变细胞容器的高度。
在用于置换气体的封闭系统的实施方式中，公开了一种方法，其向细胞室中提供加压培养基以便在不需要结构的帮助下驱动细胞室中的气体以完全地移动液体置换构件。溢流储存器的形状形成液体置换构件。加压培养基被打入到细胞室中，迫使气体经过液体排出路径进入溢流储存器。
在本发明的另一方面，细胞室中的压力通过使用细胞室容积调节特征件来调控。细胞室容积调节特征件包括允许其运动以响应作用在其上的力的结构。示出了允许细胞室容积调节特征件运动的各种各样的结构，包括柔性密封中空体、弹性细胞室壁以及与弹簧连接的实心体。这些类型的结构允许细胞室容积调节特征件自动起作用，增加或者减少细胞室的容积以便减轻由外部事件诸如温度变化或者环境压力变化引起的压力变化。对于最佳性能而言，细胞室容积调节特征件应当设置为势能的初始预确定状态。根据一方面，细胞容器包括作用以改变细胞容器的整体几何形状的结构，以便将细胞室调节特征件设置为势能所需的初始状态。能够将细胞室容积调节特征件置于初始势能所需状态的许多细胞容器结构与可用于将液体置换构件驱动到细胞室中的那些相同。根据另一方面，公开了一种用于将细胞室调节特征件置于势能的所需最初状态但缺少改变细胞容器的整体几何形状的结构的方法。在这一方面，加压培养基执行该任务。相对于可在传统装置中达到的那些而言，细胞室调节特征件的优点是在细胞室中更多的控制环境。
在另一方面，液体置换构件被构造成细胞室容积调节特征件。
在另一方面，溢流储存器被构造成细胞液体置换构件。
在另一方面，溢流储存器被构造成细胞室容积调节特征件。
另一种实施方式公开了挡板来防止细胞以不需要的非均匀分布的表面密度聚集在装置的下壁上。
任何实施方式可允许细胞在允许气体与周围气体交换的透气壁附近以均匀分布保留。
这里公开的一些装置和方法允许细胞在培养和/或运输过程中存在于至少一个支架上以使装置的占用的空间(footprint)降至最低同时提供从装置中清除气体的能力，使气体在装置的不必要的区域聚集的可能性最小，降低对装置壁的压力，并允许细胞表面密度降低。
这里公开的一些方法通过使用平衡环(gimbal)，在整个运输过程中允许细胞以均匀分布的方式保留，使不需要的高密度聚集的可能最小化。
附图说明
图1A示出了细胞容器的实施方式的剖视图，其降低了污染的风险，同时允许在不使用培养基完全填满细胞室的情况下将气体从细胞室中置换出来。盖可包括液体置换构件并与细胞容器主体连接，所述细胞容器包括细胞室和溢流储存器。
图1B示出了从主体上除去的盖，并且培养基和细胞作为混合悬液存在于细胞室中。气体存在于细胞室中。
图1C示出了盖与细胞容器主体连接并且细胞以均匀分布存在于细胞室的下壁上。
图1D示出了盖被降低到细胞容器的主体上，并且液体置换构件与气体和培养基接触并对它们进行置换。气体从细胞室中经液体排出路径移动。
图1E示出了盖与细胞容器的主体完全连接。气体已经从细胞室中置换出来并且溢流储存器已经开始存在少量培养基。
图2示出了一种实施方式的剖视图，其中细胞容器包括由透气材料构成的下壁和下壁支架，以便允许细胞以均匀分布保持在透气面上。
图3A示出了细胞容器的实施方式的剖视图，其包括中空细胞室容积调节特征件。在该实施方式中，细胞室容积调节特征件起到置换气体并调控压力的作用。包括细胞室调节特征件和气体置换构件的盖与细胞容器的主体连接。主体包括细胞室和溢流储存器。
图3B示出了从主体除去的盖，并且培养基和细胞以混合悬液的形式存在于细胞室中。气体存在于细胞室中。
图3C示出了盖与细胞容器主体连接并且细胞以均匀分布存在于细胞室的下壁上。
图3D示出了盖被降低到细胞容器的主体上，并且液体置换构件与气体和培养基接触并对它们进行置换。气体从细胞室中经液体排出路径移动。
图3E示出了盖与细胞容器的主体完全连接。气体已经从细胞室中置换出来并且溢流储存器已经开始存在少量培养基。细胞室容积调节特征零件已经被设置成当其内部容积响应于培养基作用在其上的力而被压缩时势能的所需状态。
图4A示出了细胞容器的剖视图，其包括细胞室容积调节特征件的另一种实施方式。在该实施方式中，细胞室容积调节特征件包括实心体和起到置换气体并调控压力作用的弹簧。细胞室容积调节特征件使用弹簧与盖连接。盖与细胞容器的主体连接，所述细胞室容器包括细胞室和溢流储存器。
图4B示出了从主体除去的盖，并且培养基和细胞以混合悬液的形式存在于细胞室中。气体存在于细胞室中。
图4C示出了盖与细胞容器主体连接并且细胞以均匀分布存在于细胞室的下壁上。
图4D示出了盖被降低到细胞容器的主体上，并且液体置换构件与气体和培养基接触并对它们进行置换。气体从细胞室中经液体排出路径移动。细胞室容积调节特征件的弹簧已经开始由于由培养基施加的力而压缩。
图4E示出了盖与细胞容器的主体完全连接。气体已经从细胞室中置换出来并且溢流储存器已经开始存在少量培养基。细胞室容积调节特征件已经被设置成当弹簧响应于培养基作用在其上的力而被压缩时势能的所需状态。
图5A示出了细胞容器的另一种实施方式的剖视图，其被构造成具有细胞室容积调节特征件。盖包括液体置换构件。主体包括溢流储存器，作为细胞室容积调节特征件起作用的柔性壁和下壁支架。盖被降低到主体上。气体、培养基和细胞存在于细胞室中。
图5B示出了盖移动到最终位置。液体置换构件已经将细胞室中的气体和少量培养基置换到溢流储存器中，并且由液体置换构件施加到培养基上的力将容积调节特征件驱动到势能的初始状态。
图5C示出了在已经响应于培养基的冷却减小其势能之后容积调节特征件的改变的形状。
图6A示出了细胞容器的封闭系统实施方式的剖视图，该细胞容器包括细胞室容积调节特征件。通风的细胞容器包括指状锁定件和作为改变其整体形状的结构的柄脚。培养基和细胞通过用针穿刺隔膜引入到细胞室中。气体经无菌通风孔被置换。
图6B示出了完全填满培养基的细胞室。细胞室容积调节特征件具有定义为V1的内部容积。
图6C示出了已经被减小为柄脚上的指状碰锁的细胞室。细胞室容积调节特征件收缩至定义为V2的内部容积，从而假定了势能的理想状态。
图7A示出了细胞容器的封闭系统实施方式的剖视图，其包括液体置换构件、溢流储存器、将细胞室与溢流储存器连接在一起的液体排出路径。
图7B示出了用于穿刺隔膜以输送培养基的针。气体经过液体排出路径移动到溢流储存器中。培养基存在于细胞室中。
图7C示出了溢流储存器存在气体和少量培养基，并且培养基填满了细胞室。
图7D示出了定向到新位置的细胞容器，并且剩余气体被捕获在溢流储存器中。
图8A示出了一细胞容器的剖视图，其中挡板存在于细胞室中。
图8B示出了图8A的A-A截面图。
图9A示出了一细胞容器的剖视图，其包括一个存在于另一个上面的多个支架。与主体分离的盖T包括液体置换构件。主体包括溢流储存器并被构造成部分为弹性壁。
图9B示出了盖与主体连接。液体置换构件已经从细胞室中驱动气体。溢流储存器存在少量培养基。在这种弹性壁的情况下，由液体置换构件施加到培养基上的力将细胞室容积调节零件驱动到势能的理想状态。
图10A示出了一细胞容器的剖视图，其包括两个透气细胞室，一个存在于由气体间隔分离的另一个之上。多支管(manifold)与细胞室连接。与主体分离的盖包括具有液体置换构件的细胞室容积调节特征件。悬液形式的培养基和细胞存在于细胞培养室内。入口包括溢流储存器。
图10B示出了盖与主体连接。气体已经从细胞室中被置换并且培养基完全将其充满。溢流储存器存在少量培养基。细胞均匀分布在细胞室的下壁上。液体置换构件已经被压缩以假定势能的理想状态。
图11示出了用于证明以将气体和少量培养基置换到溢流储存器中的方式使液体置换构件移动到细胞室中的功能的试验夹具。细胞容器包括盖、主体、液体置换构件、溢流储存器、液体排出路径和细胞室。
图12示出了图11的试验夹具如何适应随着培养基的温度变化自动调节细胞室的容积。液体置换构件被构造成柔性密封中空主体。
具体实施方式
图1A、图1B、图1C、图1D和图1E示出了细胞容器110的剖视图，其被构造成仅仅通过连接盖125就将气体从细胞室141中置换出来。细胞容器110的剖面如图1A所示。盖125固定在主体130上。液体置换构件132、侧壁143和下壁145与细胞室141结合并限定了细胞室141的容积。溢流储存器135围绕液体置换构件132的周长存在。在图1B中，盖125与主体130分离以暴露出细胞室141。在该图示中以良好混合的悬液显示的培养基115和细胞116已经通过入口140置于细胞室141中。与依赖于烧瓶或者锥形管的常规方法不同，该装置不需要总是将培养基保持在入口顶部以便从细胞室中置换出气体。相反，培养基115可很好地保持在入口140之下，从而降低污染的风险。下壁145可以是任何形状。例如，其可以是锥形管的圆锥形状。这里，下壁与细胞室的底部同义。因此，不需要与侧壁143不同的壁，仅仅需要培养基可保留于其上的细胞室141的下壁。例如，侧壁143可以是锥形，壁交接于形成下壁的点。在该图示中，下壁145显示为一个平面。平面是优选的，因为它允许细胞由于它们的重力作用而分布到下壁上，使高表面密度的潜在有害作用降到最低。如图1C所示，盖125与主体130接触。细胞116受重力作用均匀分布到细胞室141的下壁145上。气体120存在于培养基115上。气体120也占据了溢流储存器135和液体排出路径134。液体排出路径134是液体置换构件132与溢流储存器135之间的间隙。液体置换构件132与盖125连接并以与细胞室141的下表面(在这种情况下，是平面的下壁145)的第一距离存在于第一位置。细胞容器110被定位成通过缩小液体置换构件132与下壁145之间的距离的行为来置换不需要的气体。图1D示出了液体置换构件132与下壁145之间的距离由于盖125向下移动到主体130上而被缩小。优选地，当盖和主体被包括在细胞容器中时，盖与主体之间的结构关系允许盖以控制液体置换构件移动到细胞室中的距离的方式降低到主体上。当盖与主体螺旋连接时，其允许极佳的结构方式控制液体置换构件位于细胞室上之上或之中的距离。液体置换构件132被显示为与培养基115接触，置换培养基115。培养基115的上表面沿着液体排出路径134的方向上升，并且部分气体120经液体排出路径134运动到细胞室141之外。液体排出路径134是由液体置换构件132置换的液体穿过其中的间隙。有许多方式来处理从细胞室141中置换出的气体。优选地，为了除去所有气体，至少液体置换构件132的一部分应当比液体排出路径134低，于是当其被置换时气体将升高到液体排出路径134。气体可通过构造的盖125被置换到环境大气中，于是当盖125向下移动到主体130之上时，允许气体在盖与主体130之间排出(vent)。可替代地，可存在通风孔126以允许气体经过上壁176被置换。优选地，如果通风孔126存在，其将能够打开和关闭，更优选由无菌过滤器覆盖，诸如0.2微米的微孔过滤器。通风孔126被显示仅仅示出能够存在于其中的一个可能位置。在不存在能够使气体移动到环境中的通风孔的情况下，溢流储存器135的容积可被制成容纳被置换气体120的适当尺寸。图1E示出了当盖125在主体130上处于其最终静置位置时气体120和少量培养基115被置换到溢流储存器135中。这是当其进入细胞室141并移动到更接近细胞室141的下部时，具有置换气体和可能的相对少量的培养基的形状的液体置换构件132的结果。当液体置换构件132进入培养基115中时，培养基115的水平面升高并驱动气体120经过液体排出路径134并进入溢流储存器135，在这里其可被排出到大气中或者被收集到溢流储存器135内。一般说来，液体置换构件132的周长优选符合细胞室141的周长，并且液体置换构件132包括将液体导向细胞室141的边缘的锥形壁。锥形壁可包括一部分，其比另一部分壁低。换言之，将与培养基接触的液体置换构件132的壁不是完全水平的。当细胞室141为圆柱形时，液体置换构件130的形状优选圆锥形，因为其逐渐变细的形状允许围绕其周长的液体均匀置换。优选地，溢流储存器135围绕细胞室141，确保由液体置换构件132置换的任何培养基存在于溢流储存器135中。如果培养基被置换到主体130之外，其可能被污染。即便细胞容器110的内含物没有污染，这也可能将那些处理装置暴露于污染物、病毒等等。因此，溢流储存器135不是必须的，然而是优选的。虽然在该典型实施方式中图示如此，但细胞室侧壁143不需要比溢流储存器表面136更高。只要细胞容器主体130外壁的高度超过溢流储存器表面136的最下部表面，当液体置换构件132进入培养基115时，培养基不必溢出细胞容器之外，最好如图1E所示。主体130外壁与下部溢流储存器表面136之间的最佳高度差随着预期从细胞室141中被置换的培养基115的体积的增加而增加。当存在确保将所有气体120从细胞室141中置换出来的需要时，优选液体置换构件132在细胞室141中占据的空间略大于由需要从细胞室141中置换出来的气体120所占据的空间。因此，优选的设计允许少量培养基115被置换到溢流储存器135中，以便确保除去所有气体120。如果液体置换构件132与细胞室侧壁143之间的距离足够小，无论在运输过程中细胞容器110被定位到其中的位置如何，实际上都消除了气体重新进入细胞室141的能力。小于大约0.05英寸的距离是优选的，更优选0.02英寸或者更小，因为较窄的距离事实上抑制了气体重新进入细胞室的能力。作为液体置换构件132与细胞室侧壁143之间的限制距离的替代，液体置换构件132与细胞室141之间可设置密封，诸如在该图示中以O形环示出的细胞室密封件138。优选地，防止污染物与任何可能存在于溢流储存器135中的培养基接触，尤其是在没有细胞室密封件138的情况下。在该图示中，存在以O形环示出的溢流储存器密封件137，并且当盖125处于关闭位置时将主体130与盖125密封。为了防止污染，通风孔126可以是关闭的、无菌过滤的、曲折路径的或者不存在。
当将盖从细胞容器上除去时，需要防止已经从细胞室中置换出来的培养基重新进入细胞室。通过将细胞室侧壁143的高度构造为超过最低溢流储存器表面136围绕细胞室141的周长的高度，当盖125被除去时可防止起初从细胞室141中置换出来的培养基115返回到细胞室141中。细胞室侧壁143的最佳高度取决于预期置换到溢流储存器中的培养基的体积。细胞室侧壁143的顶部应当超过预期培养基存在于最低溢流储存器表面136上方的高度。
细胞容器110可被构造成允许细胞116与外部环境之间通过任何透气性壁的气体交换。为了将细胞置于氧气进入的最佳位置，优选细胞室141的下壁145是平坦的，并由透气性材料构成。用于允许气体转移进入并离开装置的透气性材料可包括任何膜、薄膜、材料或者使用材料的组合，或者前面描述的用于在透气性细胞培养装置中使用的那些，诸如硅树脂、氟乙烯聚丙烯、聚烯烃、聚苯乙烯膜、乙烯醋酸乙烯酯共聚物和那些含氟材料。了解关于透气性材料以及它们在细胞培养中的用途的许多资料可用作指引，包括但不限于美国专利号5,693,537，美国专利号6,455,310，美国专利号6,297,046，国际申请公开号WO 01/92462，以及Wilson等人的‘814。硅树脂是其中细胞具有适中的高氧需求的应用的材料的特别好的选择。例如，如Wilson等人在‘814中描述的那样，我们发现当培养细胞时使用具有小于或等于大约0.033英寸(优选0.045英寸)厚的厚度的二甲基硅树脂是很好的选择，因此对于在良好充氧状态下运输细胞是有用的。将培养基的高度增加到超过整合透气性膜的装置相关的常规高度1.0cm以及与整合下部和上部透气性膜的透气性装置相关的2.0cm的优点也在Wilson等人的‘814中描述。因此，当细胞室侧壁143的高度大于1.0cm并且下壁145由透气性材料构成时，与传统透气性装置相比允许支持更多的细胞。在优选实施方式中，下壁为透气性的，并且细胞室侧壁高度超过1.0cm。同样，优选细胞室侧壁通常垂直于透气性下壁，从而在来自良好混合的细胞悬液的重力(作用)过程中使细胞均匀置于下壁上。由透气性材料构成的下壁的最佳表面积取决于材料的透氧率和细胞的氧气需求。在培养和/或运输中显示高需氧量的细胞或者组织诸如胰岛的情况中，表面积应当被最大化，使每个细胞或者胰岛可存在于透气性材料上。
图2示出了具有下壁支架250的透气性细胞培养容器210的实施例。基于包括下壁245的材料的硬度，需要使用下壁支架250以将下壁245保持为基本水平的位置。例如，当下壁245是透气的并由薄的弹性材料构成时，下壁支架250优选被构造成使透气性下壁245保持在水平位置，并允许周围气体与透气性材料接触。因此，接触点的数目、接触点之间的距离和直接与下壁支架250接触的透气性材料的表面积的数量应当被考虑。优选地，气体入口252允许气体经过下壁支架250移动。脚251应当将下壁支架250抬高，使周围气体可自由移动进入或者离开气体入口252。细胞培养装置设计领域的技术人员将会认识到，满足这些目的的下壁支架的设计可以各种各样的方式实现，其中一部分在Wilson等人的‘814、Wilson等人的美国专利号5,693,537，Wilson等人的美国专利号5,714,384中描述，或者可从市场上购买的CELLine产品。对于显示高需氧量的细胞来说，Wilson‘848提供了另外的用于合适的结构的指引。虽然其可以永久附着在主体230上，但下壁支架250不需要如此。例如，当细胞容器210是一次性的时，其可将成本最小化，使下壁支架250可拆卸并重新使用。作为存在下壁支架250的替代，“突起”可从下壁245上伸出，见Wilson‘848中的描述。
运输过程中培养基温度的降低可降低运输过程中细胞新陈代谢的需要。目前，当运输细胞或者组织时这是典型方案。例如，人胰岛的运输情况，在培养过程中通常培养基温度典型地从37℃降低到22℃以减少氧气需求。但是，在该例子中在冷却过程中培养基体积缩小大约5％。如果装置是刚性封闭的主体，培养基经历压力降低，因为其试图缩小至更小的体积。这可使培养基脱气。另外，其将压力加到装置壁上。当通过使用柔性材料将细胞容器的下壁构造成用于气体交换时，例如可以是当其由薄的二甲基硅树脂构成的情况下，冷却过程中培养基体积收缩的动作可向上拉下壁。这是不需要的位置，因为细胞可在重力的作用下到达下壁的圆周上，在这里它们可以不受控制的高密度聚集，可能终止适当的养分运输。在培养和运输过程中培养基的温度常常上升和下降。因此，构造具有移动以适应变化的培养基体积的细胞室容积调节特征件的装置可帮助调控压力并防止柔性下壁被拉到细胞室中。细胞室容积调节特征件也可减轻飞行过程中可能具有的压力下降的任何影响。例如，如果压力的降低起到向外吸引细胞容器的壁的作用，细胞室容积调节特征件可移动以降低细胞容器壁上的压力。
图3A、图3B、图3C、图3D以及图3E示出了构造了具有细胞室容积调节特征件的细胞培养容器的实施方式，所述细胞室容积调节特征件响应于细胞室内的培养基的压力和/或温度变化自动改变其位置。在该典型实施方式中，液体置换构件被构造成还作为细胞室容积调节特征件起作用。在图3A的剖视图中，细胞容器310包括存在于主体330上的盖325。细胞室341占据了部分由侧壁343和下壁345结合而成的细胞容器310内的空间的体积。细胞室容积调节特征件333存在于细胞室341的上方。在图3B中，盖325与主体330分离以暴露出细胞室341。在该图示中以良好混合的悬液示出的培养基315和细胞316已经通过入口340置于细胞室341中。培养基315最初保持在低于入口340的高度、更优选低于细胞室侧壁343的高度的细胞室341内的高度，从而降低污染的风险。如图3C所示，盖325与主体330接触。细胞316在重力的作用下均匀分布到细胞室341的下壁345上。气体320存在于培养基315上面。气体320还占据了溢流储存器335和液体出口路径334。液体出口路径334是液体置换构件332与溢流储存器335之间的间隙。液体置换构件332与盖325连接。图3D示出了液体置换构件与培养基315接触，置换培养基315。培养基315的上表面沿着液体出口路径334的方向升高，并且一部分气体320经液体出口路径334移动到细胞室341之外。在这种情况下，虽然不需要，但盖325与主体330密封接触。前面描述的用于处理置换气体的任何选择都可被使用。在该图示中，盖325包括通风孔326，其由无菌过滤器327覆盖。无菌过滤器327优选为0.2微米的多孔材料。其可以通过本领域已知的任何方法与盖325连接，优选通过超声焊接。从细胞室341中置换出来的气体320从细胞容器310经通风孔326排出。在图3E中，细胞室密封件338与细胞室341的侧壁343接触，封闭液体导管334并防止气体和/或培养基315移动到溢流储存器335中。溢流储存器密封件337确保溢流储存器335保持不受污染。当盖325的向下运动逆着没有压缩的培养基对其进行驱动时，没有压缩的培养基315将力施加到液体置换构件332上。
细胞室容积调节特征件333的目的在于响应于细胞室341中液体的势能的变化而自动移动，如同可以是当培养基温度改变或者细胞室的壁341由于飞行过程中压力减小而向外移动时的情况那样。因此，细胞室容积调节特征件要求允许其响应于细胞室中的液体施加于其上的力的而变化移动的结构。在该过程中其势能发生改变。本领域技术人员将会认识到，有许多结构可用于使液体置换构件来实现其目的。
如图3E所示，至少一部分液体置换构件332形成细胞室341的边界。由细胞室341中的液体(在这种情况下为培养基)施加到液体置换构件332上的力使液体置换构件332成为如细胞室容积调节特征件333那样的结构的良好的备选。通过将液体置换构件332构造成密封的中空主体，并且壁由类似气囊的柔性材料构成，使其成为细胞室体积调节特征件333。硅树脂由于其生物相容性和优越的延展性以及其压缩特性而提供了很好的材料。使用这种结构，当细胞室341中的培养基315收缩时，细胞室容积调节特征件333膨胀。同样地，当细胞室341中的培养基315膨胀时，细胞室容积调节特征件333收缩。
细胞室容积调节特征件333的势能的初始状态将支配其施加到培养基上的力以及培养基的压力。因此，对于最佳性能而言，需要控制势能的初始状态的结构或者方法。在该典型实施方式中，盖325可螺旋连接到主体330上以提供将细胞室容积调节特征件333设置成初始势能的理想状态的结构部件。当盖325向下行进时，由培养基315施加到液体置换构件332上的力引起其体积压缩，从而增加了其内部压力以及其储存的势能。本领域技术人员将会认识到，形成势能的初始理想状态的精确性可通过改变各种特征件的几何形状来改进。例如，在该典型实施方式中，当螺旋变得更精细时得到更好的解决，细胞室容积调节特征件的内部气体容积变得更大，或者细胞室容积调节特征件的壁变得不那么硬。在该图示中，图3C中示出的细胞室容积调节特征件333的内部容积(标记为V1)在图3E中减小(标记为V2)，由此升高其势能。
如果细胞室341被加压，前面描述的下壁支架对于防止下壁343向外弯曲来说是有用的，如同当细胞室容积调节特征件333处于升高的势能状态的情况那样。如果存在的话，下壁支架应当具有足够的硬度，以便在该过程中使细胞室341的底部保持平坦。优选地，该设计确保当细胞室容积调节特征件333被驱动到培养基315中压力增加时，其不使下壁345偏转到细胞堆积在偏转区域内的程度。结构棱或者其他使下壁支架加强部件可防止这种事件。
在这种状态下，细胞容器被构造成用于暴露以改变温度和/或环境压力，并可自动限制细胞室内的压力变化。另外，在培养基冷却条件下，防止出现前面描述的柔性透气性下壁的不需要的位置变化。例如，当在冷却过程中培养基收缩时，细胞室容积调节特征件试图降低其势能。细胞室容积调节特征件中升高的内部压力将驱动其柔性壁收缩培养基，由此防止柔性下壁从其水平位置被拉出。在该方式中，当下壁由薄的柔性透气性材料构成时，只要细胞容器存在于水平位置上，细胞就可以以均匀分布的方式保持在下壁上。在培养基温度增加的情况下，在初始位置之后，细胞室容积调节特征件应当能够压缩体积。
液体置换构件不需要能够改变形状、但是可改变位置，并且其壁不需要是柔性的。例如，如图4A的剖视图所显示的那样，细胞容器410包括液体置换构件432，其安装在弹簧431上以形成细胞室容积调节特征件433。弹簧431与盖425连接。盖425存在于主体430上。细胞室441占据了部分由侧壁443和下壁445结合的细胞容器410内的空间的容积。细胞室容积调节特征件433存在于下壁445之上。在图4B中，盖425与主体430分离以暴露出细胞室441。在该图示中以混合很好的悬液形式显示的培养基415和细胞416已经通过入口440被置于细胞室441中。培养基415最初存在于细胞室441内壁低于入口440高度的高度，并且更优选存在于比细胞室侧壁443的高度更低的高度，从而降低污染的风险。在图4C中，盖425与主体430接触。细胞416在重力的作用下均匀分布到细胞室441的下壁445上。气体420在培养基415之上。气体420还占据了溢流储存器435和液体出口路径434。液体出口路径434是液体置换构件432与溢流储存器435之间的空隙。优选地，为了允许所有气体都被除去，至少一部分液体置换构件432存在于液体出口路径434之下。在图4D中，当已经将气体驱动离开细胞室441的液体置换构件432通过不可压缩的培养基415防止进一步向下行进时，盖425由主体430防止进一步向下运动，弹簧431压缩。细胞室容积调节特征件433已经被置于储存势能的第一位置。细胞室密封件438，在该图示中示出为O形环，确保培养基被保持在细胞室441中，并且溢流储存器435内的气体420不能重新进入细胞室441中。作为使用细胞室密封件438的替代，液体置换构件432与细胞室441之间的严谨间隙公差(tight tolerance clearance)如前所述，可被用于实现此目的。在图4D的第一位置中，细胞室容积调节特征件433被制备成像细胞室内的活塞一样起作用。例如，在温度降低过程中当培养基收缩时，作用于细胞室容积调节特征件433上的力变小，并且其由于弹簧拉长而向着收缩培养基的方向驱动，此时其保持在减小势能的第二状态，如图4E所示。优选地，在该第二位置中，细胞室容积调节特征件433具有一些势能剩余，从而将力被施加到培养基上，当其由柔性材料构成时保证下壁445保持平坦，如同当其为透气性材料时的情况那样。同样地，如果培养基温度升高，作用在细胞室容积调节特征件433上的力随着培养基势能的增加而增加，并且细胞室容积调节特征件433向上移动，允许培养基膨胀，由此减轻压力的增大。
图5A、图5B和图5C示出了被构造成对培养基体积变化和/或环境压力变化产生响应的细胞容器的又一种实施方式。在细胞容器510的这种典型图示中，细胞室的壁包括细胞室容积调节特征件。如图5A所示，培养基515和细胞516已经通过入口540引入到细胞室541中。主体530集成了细胞室容积调节特征件533，在该典型实施方式中其为薄的弹性材料，通过本领域任何公知的方法以液体密封的方式连接到主体530的周长上。主体530存在开口，使培养基515与细胞室容积调节特征件533直接接触。细胞室容积调节特征件533在势能的第一阶段处于第一位置。下壁545由薄的弹性透气性材料构成。下壁支架550将下壁545保持在平坦位置。在图5B中，盖525向下移动并且液体置换构件532已经将细胞室541中的气体520和少量培养基515置换到溢流储存器535中。虽然密封间距(tight clearance)是可选地，在该图示中细胞室密封件538阻止气体回到细胞室541中。在气体520已经被置换并且盖525试图进一步向下移动之后，不可压缩的培养基515驱动细胞室容积调节特征件533从其第一位置膨胀到第二位置，以便容纳培养基515。在该图示中细胞室容积调节特征件533由生物相容性弹性材料构成，诸如能够拉伸至第二位置的膨胀状态的硅树脂，其可增加势能，并具有运动回到其第一位置的能力。在图5C中，相对于其在图5B中的温度，培养基515已经被冷却。当培养基515体积收缩时，细胞室容积调节特征件533向着其第一形状移动，因为试图减小势能。这种移动帮助调控压力，并且当下壁由柔性透气性材料构成时，其阻止了透气性下壁545向上拉动。如前面的描述那样，细胞室容积调节特征件的形状变化优选与培养基的预期体积变化相关联，并且当液体细胞室容积调节特征件的目的是保持柔性下壁平坦时，其优选在整个培养和/或运输过程中将力施加到培养基上。换言之，其保持势能以进一步减小细胞室容积。
虽然已经示出了具有可拆卸盖的实施方式，本领域技术人员将会认识到，该装置可被构造成用于密封系统。例如，培养基和细胞可通过隔膜加载，并且气体可通过通风孔置换。在从装置中置换出气体之后，装置的容器可物理改变以将细胞室容积调节特征件设置成所需的初始势能状态，此时其取决于预期的温度变化，或者飞行过程中经历的压力降期间壁的运动，试图自动减小或者膨胀细胞室容积。在该方法中，装置可包括用于改变体积的结构部件，更具体地说，其用于改变细胞室的体积。作为包括用于改变体积的结构部件的替代，在压力下迫使培养基进入细胞室中的方法以将细胞室容积调节特征件驱动至所需势能位置也可被采用。
图6A、图6B和图6C示出了构造成用于密封系统的细胞容器的实施例，其中存在细胞室容积调节特征件和用于改变初始细胞室体积的结构部件。结构部件将细胞室容积调节特征件置于势能的所需状态，通过该状态可自动对培养基体积温度和/或环境压力变化产生响应以减轻不需要的压力作用。在该图示的实施方式中，图6A示出了通过针671穿刺隔膜672将培养基615和细胞616输送到细胞室641中。当培养基615运动占据细胞室641的整个容积时，通过打开的通风孔673将气体620从细胞室641中置换出来。通风孔673应当被构造成使污染物不能进入细胞室641，并且能够打开和关闭。虽然通风孔673可以任何实现此目的的方式构造，例如弯路(tortuous path)，优选其被构造成包括灭菌过滤器675，更优选包括具有0.2微米孔隙度的疏水滤膜过滤器。细胞室容积调节特征件633为包括柔性壁的中空主体。细胞室容积调节特征件633的中空部分由符号V1表示，其代表密封在细胞室容积调节特征件633之内的其初始内部气体容积。图6B示出了填充了培养基615的细胞室641。细胞616置于下壁645上。通风孔673完全关闭。图6C示出细胞室容积调节特征件633的势能增加之后的细胞容器610。在该实施例中为了做到这一点，该装置整合结构部件以允许高度的物理减小。上壁676和下壁645彼此相向驱动，并且指状锁定件678已经与柄脚679结合，将细胞容器610连接在其减小了体积的新位置。细胞室容积调节特征件633被压缩，使其由符号V2表示的内部容积小于图6A所示的V1。任何所需内部容积可被形成，因为柄脚679可允许上壁676与下壁645之间可选择的任何不连续距离。本领域技术人员将会认识到，改变上壁676与下壁645之间的距离的各种各样的方法都可被采用。例如，可移动诸如通过使它们以活塞方式或者类似方式进行风箱式(bellow)移动的主体壁的使用都是可接受的。本领域技术人员将会认识到，细胞室的容积改变不需要改变上下壁之间的距离。例如，侧壁也可移动，迫使细胞室调节特征件成为所需的初始势能状态。图示的方法解释了这种构思，但不限制本发明的范围。在上壁676与下壁645之间的距离确定之后，细胞室容积调节特征件633中的压缩气体势能增加。在该条件下，培养基体积的任何减小都将引起细胞室容积调节特征件633的壁沿着培养基的方向运动。当培养或者运输环境可引起培养基容积增加或减少时，细胞室容积调节特征件中存储的势能应当被设计成使其储存的势能允许其对任一条件产生响应。例如，在这样的环境中，如果培养基温度增加，图6C的细胞室容积调节特征件可接受内部容积进一步增加到V2。
如果装置不包括将细胞室容积调节特征件置于所需势能状态的结构部件，那么可采用实现这一目的的方法。例如，参照图6B，当将培养基引入到细胞室641中使气体被置换时，通风孔673被封闭。随后，在足够的压力下可继续加入培养基，以克服细胞室容积调节特征件633的势能，引起其压缩内部容积，例如在图6C中显示的那样。
图7A、图7B、图7C和图7D示出了可从细胞室中置换气体而不需要通风孔的封闭系统实施方式的实施例。此外，溢流储存器也可作为细胞室容积调节特征件起作用。图7A示出了使用前细胞容器710的剖视图。溢流储存器735存在于细胞室741上方，并具有将液体导向到液体出口路径734的形状。在这种情况下，液体置换构件732是溢流储存器735的锥形壁，当培养基通过隔膜772进入细胞室741中时其起到将气体导向到液体出口路径734的作用。在液体置换构件的一部分上的液体出口路径734允许液体从细胞室741中进入溢流储存器735中。图7B示出了培养基715在针已经穿刺隔膜772之后通过针771加入到细胞室741中。随着培养基715高度的上升，气体体积被压缩并通过液体出口路径734被迫进入溢流储存器735中。当气体被压缩时，施加到被输送到细胞室741中的培养基上的压力必须大于细胞室741和溢流储存器735中的压力。图7C示出了培养基715已经占据全部细胞室。溢流储存器735存在气体720和少量培养基715。针已经从隔膜772中退出。溢流储存器中的压力与其气体体积与存在于细胞室和溢流储存器中的气体原始体积之比成正比。因此，当其进入细胞室中时培养基的反压力通过改变细胞室和/或溢流储存器的体积来改变。细胞室中的压力与溢流储存器中的压力接近。图7D示出了定向在非水平位置的细胞容器710，诸如可以是运输或者处理过程中的位置。可以看出，相对于气体和培养基存在于其中的常规容器诸如锥形管，气体720能接触存在于培养基715中的细胞的容易性已经极大地降低。通过使一部分溢流储存器735是柔性的，诸如使用弹性材料如硅树脂，其可对培养基体积变化产生响应。例如，在填充过程中施加到培养基上的压力可使溢流储存器的柔性部分移动到储存势能的位置。然后，如果培养基温度降低并且体积收缩，溢流储存器的柔性部分将向着使培养基收缩的方向移动。作为替代，培养基可升高温度并且将力施加到溢流储存器的柔性部分，允许培养基体积增加。在该方式中，溢流储存器变成了细胞室容积调节特征件。
本质上讲，本发明的任何实施方式的细胞室容积调节特征件包括能够从其中储存了第一势能量并限定了细胞室的第一容积的第一位置运动到其中储存了第二势能量并限定了细胞室的第二容积的第二位置的结构部件。在用于形成合适的结构部件的许多选择中，中空主体和柔性壁、弹簧以及弹性材料已经被示出。在静止状态下，由周围液体施加到细胞室容积调节特征件上的力等于其施加到周围液体上的力。在本说明书的通篇中，附图标记指的是流体施加到培养基上的力。但是，流体可以是气体或液体。因此，术语培养基的使用是非限制性的。在其中液体温度和体积增加的情况下，细胞室容积调节特征件移动，允许细胞室容积增加。在其中培养基温度下降体积缩小的情况下，细胞室容积调节特征件移动，允许细胞室的容积减小。优选地，细胞室容积调节特征件的设计主要基于培养基和/或液体的体积以及预期的温度变化。例如，在细胞室完全填满培养基时，并且细胞在37℃培养在22℃下运输的情况下，随着温度降低培养基的体积减少大约5％。因此，在加入培养基之后已经被驱动到增加的势能状态的细胞室容积调节零件应当被构造成当培养基收缩时具有移动以将细胞室容积减少5％的能力。随着细胞室容积调节特征件从其中存在细胞室的第一容积的第一位置的升高的势能状态移动到其中存在细胞室的第二容积的第二位置的降低的势能状态时，由收缩的培养基体积给出的细胞室空间的容积应当由细胞室容积调节特征件占据，优选在细胞室内产生的压力变化最小。继续该例子，如果培养基体积在37℃下为100mL，并且需要的运输温度为22℃，在温度降低过程中细胞室容积调节特征件应当能够从其第一位置运动到第二位置，使其从细胞室中置换大约5mL的体积以便容纳与温度降低有关的5％的培养基体积损失。当下壁包括柔性透气性材料时，优选在整个培养和/或运输过程中细胞室容积调节特征件应当保持一部分势能，使其将一些力施加到培养基上，由此保证透气性下壁由施加在培养基上的力保持平坦。细胞室容积调节特征件还可以相反的方式运动。例如，当培养基温度增加时，其势能的增加克服了细胞室容积调节特征件的增加，引起细胞室容积调节特征件从其中存在细胞室的第一容积的第一位置运动到其中存在细胞室的第二容积的第二位置。在该方式中，在培养基体积温度增加过程中在细胞室中建立的潜在压力被减小。优选地，细胞室容积调节特征件允许细胞室体积重复增加和/或减小，从而在使用过程中适应环境温度和/或压力变化的波动。
将细胞室调节特征件置于势能的所需和预定的第一状态可通过包括装置中能够将细胞室容积调节特征件置于所需的势能状态的物理结构来实现。在开放的系统中，存在将细胞室容积调节特征件置于这种状态的许多选择。螺旋连接的盖和主体可彼此相对移动并提供改变细胞室容积调节特征件的势能的极佳解决方案。在封闭系统中，指状锁定件、活塞型主体或者风箱式主体(bellowed body)是用于操作装置以便将细胞室容积调节特征件置于所需势能状态的许多结构选择中的一些选择。在缺少将细胞室容积调节特征件置于所需势能状态的物理结构时，运输加压培养基的非限制性方法已经被描述。
虽然在细胞室完全充满液体培养基的情况下初步描述了细胞室容积调节特征件，本领域技术人员将会认识到，其可在液体和/或气体存在下使用。例如，存在不利于通过将气体从细胞室中完全除去的应用，诸如各种培养应用。如果允许细胞培养和运输的话，细胞容器是最坚固的。这可通过去除将细胞从培养装置转移到运输装置中的要求来将污染风险最小化。培养基的最佳体积可在培养状态和运输状态之间可以是不同的。例如，在运输过程中如果需要置换气体的话，少量培养基可存在于与运输状态相对的培养状态。这是一种可影响细胞室调节特征件的设计的考虑因素。当基于不可压缩的液体(即细胞室充满了培养基)运动时相对于可压缩液体(即细胞室含有气体)移动时，势能的初始状态在两种不同构造的细胞室调节特征件之间可以是不同的。构造用于最佳培养和运输的细胞容器的一种方式使包括两个细胞室调节特征件，一个专用于细胞培养条件，另一个专用于运输条件。
如果在完全没有填充培养基的细胞室中培养细胞，在日常处理过程中运动装置可允许培养基以将细胞从均匀分布中置换出来的移动类型移动。这将使细胞表面密度(细胞/cm2)增加到不必要和不可控制的水平。当细胞室为圆柱形时这更是问题，因为在液体中更容易发生涡流运动。一种选择是避免使用圆柱形。但是，对于制造来说这将限制选择，并且对于制造来说通常圆柱形形状是最便宜的。例如，具有O形环的标准径向密封件常常依赖于圆柱体的圆形几何形状。此外，锥形形状的液体置换构件和圆柱形形状的细胞室的优点在前面已经描述。另一种选择是将气体完全从细胞室中置换出来，诸如通过使用液体置换构件，从而减轻该状态，因为不存在培养基可形成波的气液界面。但是，当培养基成本很高时，或者当如同传统烧瓶培养那样需要保持培养基体积与细胞数目相同比例时通过使用培养基完全充满装置来解决这一问题可能不是最佳方案。还一种选择是通过使用合适构造的细胞室调节特征件对气体加压，使波形成相对于在通风的细胞室存在的波最小。在该方法中，最佳压力最好通过反复试验来确定。
在图8A和图8B中示出了另一种优选方案，其示出了包括如果装置中存在气体时，限制培养基运动的挡板的细胞容器的一种实施方式，如可以是当用于培养时的情况，从而使细胞从它们的均匀分布的可能位移最小化，并允许范围广泛的培养方案。图8A的剖视图示出了盖825从主体830上除去，并且挡板880存在于培养室841中。横截面A-A在图8B中示出。挡板880突出到培养室841中，在这种情况下从侧壁843突出。在该图示中，培养室841为圆柱形形状。日常处理过程中挡板880可阻碍培养基旋转。因此，培养基不需要置换气体来防止细胞受到培养基旋转的力。挡板可与下壁845接触，或者从下壁845伸出。优选地，在挡板880与下壁845之间存在间隙，以利于容易地将细胞从装置中回收。间隙允许用户通过倾斜装置并从任何位置吸取来回收细胞，因为细胞和培养基可在挡板下自由通过。挡板880的下部与下壁845之间的间隙应当基于预期培养基高度来选择。例如，如果培养基的高度保留为1.0cm，下壁845与挡板880之间的距离应当小于1.0cm。在该方式中，在培养过程中挡板与培养基接触。但是，如果装置是不透气的，挡板应当优选与下壁接触，因为依赖气液界面进行气体交换的培养中培养基的正常高度大约为2mm到3mm。因此，即便是挡板与下壁之间的小间隙也可防止细胞重新分布成高表面密度。在优选实施方式中，挡板为从细胞室壁突出不超过相对细胞室壁之间的距离的50％的距离的垂直壁。
还可能需要运输或者培养和运输对于优选与表面连接或者优选以低表面密度存在的大量细胞。在这种情况下，细胞室可集成许多连接表面以便细胞保留于其上。图9A和图9B示出了集成一个存在于另一个上面的支架的实施方式。Wilson等人的‘814提供了怎样最佳获得该几何形状的指导。虽然支架可以是任何材料，聚苯乙烯是很好的选择，因为其比较便宜并且易于制造。支架可以是或者不是处理的组织培养物，这取决于细胞是悬浮细胞还是贴壁细胞。装置可被构造成具有液体置换膜和/或细胞室容积调节特征件。优选地，当应用包括培养阶段或者在运输过程中需要利用氧气时，装置主体由透气性材料构成。尽管本领域技术人员采用作为细胞室容积调节特征件的任何结构都可被集成，当主体由透气性材料构成时，其可作为细胞室容积调节特征件起作用。在图9A的典型实施方式中，一堆垂直设置的支架905存在于细胞室941中。气体920、培养基915和细胞存在于细胞室941中。被构造成具有液体置换构件932的盖925尚未被连接。为了允许装置的透气性壁响应于温度增加或者降低而移动，最好将它们构造成至少一部分是柔性材料，并且在支架与的边缘和装置壁的柔性部分之间留下一些距离。虽然该距离不是必须的，其增加了在培养基体积收缩时柔性壁向内移动的能力。但是，初始距离可通过将盖置于装置上的简单动作来建立。在图9B中，液体置换构件932已经将气体置换和并将少量培养基915驱动到溢流储存器935中。主体930的柔性并优选透气性的一部分壁已经扩大到增加的势能的位置，但如果培养基温度升高，则保持了进一步扩大并进一步增加的能力。如果培养基温度降低，则壁能够向着支架移动。硅树脂是用于需要移动的壁的部分的很好选择。其为透气性的、柔性并且高度弹性的。如果硅树脂存在于装置中，如果在γ射线或者e-束曝光过程中被处理组织在通过采用在待审的Wilson等人的‘856中描述的方法没有发生变化，则应当小心确保支架905的表面化学性质。
还可能存在培养和/或运输细胞的需要，优选存在于其中透气性表面积与支架表面积之比超过图10A和图10B中的典型实施方式的比例的状态。例如，运输非常大量的胰岛可在将它们存在于其上的具有多层透气性表面的装置中实现。图10A和图10B示出了怎样实现这一点的典型实施方式。参见Wilson‘848提供了进一步的指导。在图10A中，两个细胞室1004，一个通过支架1009连接存在于另一个之上。装置主体1030的壁的任何一个可由透气性材料构成，如同在Wilson‘848中描述的那样。气体空间1007分离细胞室1004。支架支撑件1008起到将支架1007保持在大体平坦的状态。盖1025未连接。细胞容器1010被定向成使细胞1016和培养基1015已经被引入到细胞室1004中。培养基保持在比低于入口1040的入口的水平。与盖1025连接的细胞室容积调节特征件1033包括逐渐变细的壁，形成液体置换构件1032。颈部1011包括溢流储存器1035。在图10B中，细胞容器1010已经被定向成使细胞1016和培养基1015存在于支架1005上方。盖1025被密封在主体1030上，并且气体1020和少量培养基1015由液体置换构件1032置换到溢流储存器1035中。在该图示中，液体置换构件被构造成具有柔性壁的中空主体，以便同样起到细胞室容积调节特征件1033的作用。如前所述，细胞室容积调节特征件1033能够扩大或者收缩以响应培养基体积变化。
液体置换构件的应用对于被设计成当存在或者不存在气体时，或气体被分隔到装置中特定区域时，更好地起作用的一些装置是非常有用的。例如美国专利申请号11/454,964和11/478,823描述了通过操纵装置捕获气体的位置可将气体向细胞培养装置中不需要的区域的迁移最小化的几何特征件。本领域技术人员将会认识到，本发明的液体置换构件对于从用于培养细胞诸如在‘964和‘823中描述的那些以及从市场上购买的由Corning生产的HyperflaskTM中置换气体来说是有用的。因此，防止气体进入其中不被需要的细胞培养装置的区域的优选方法是构建这种具有包括液体置换构件的盖和包括溢流储存器的入口的细胞培养装置。细胞容器(即细胞培养装置)然后可如下使用。将入口朝向其中培养基不能从装置中溅出的位置，将细胞和培养基引入到细胞培养装置中，并将盖连接到装置上使其覆盖入口，从而允许气体由液体置换构件从细胞室中被置换。装置然后可被重新定向位置，使支架水平并设置在适于细胞存活的环境中。在更优选的方法中，细胞容器装置入口被垂直定向，使其允许在培养基加入到装置中的同时装置保持培养位置(即水平)，从而允许更简单地自动或者单手填充。
这里描述的细胞室容积调节特征件的使用对于设计成当防止气体接近细胞或者在培养基内形成时最佳操作的用于细胞培养的一些装置来说是非常有用的。在培养过程中当培养基温度改变时气体可存在于不需要的区域，如当将冷的培养基加入到装置中然后在培养箱中加热时那样，这可降低气体携带能力并引起气泡形成。这里描述的细胞室容积调节特征件可用于对培养基加压以便防止这种类型的事件发生。为了做到这一点，细胞室容积调节特征件应当被构造成当培养基温度增加时，使其达到升高的势能状态并将力施加到培养上，调节培养基的压力使得脱气被防止或者最小化。因此，在细胞培养应用中，应当构造能够调节培养基压力的细胞室容积调节特征件，将其集成到细胞培养装置中，将培养基和细胞置于细胞培养装置中，并对装置进行温育以培养细胞。
在运输过程中，优选将细胞容器保持在水平位置，因为其允许细胞以均匀分布存在。这在防止当允许细胞在重力作用下形成非常高的密度可能发生的任何损伤是有用的，诸如当细胞沉淀到装置的角落时可发生的那样。美国专利号6,490,880和美国专利申请号10/829,752描述了平衡环机构的使用以在运输过程中将装置定向在水平位置。运输细胞容器的优选方法是在整个运输期间将其下壁和/或支架置于水平位置。在该方向时，细胞可保持以所需表面密度均匀分布。因此，使用细胞容器的一种方法是将其构造成具有液体置换构件以置换气体和/或细胞室容积调节特征件以补偿培养基体积的变化，引入培养基和细胞，可选地进行细胞培养，随后将细胞容积置于平衡环机构中，并将细胞容器运输到需要的目的地。
本领域技术人员将会认识到，范围广泛的公布信息对于在用于本发明的各个方面、特征或者元件的材料选择的特定选项中的指导是可利用的。用于细胞培养装置或者用于容纳生物材料的容器的所有材料是可选的。可经γ射线照射的USP VI类材料是优选的。
将进一步参照下面非限制性的实施例对本发明进行描述。
实施例
实施例1
具有液体置换构件的细胞培养容器按照如下构造并根据图11示出。集成了液体置换构件1132的盖1125的尺寸如图所示。主体1130由透明聚碳酸酯线材坯(rod stock)制成。细胞室1141通过在主体1130中机械加工成直径1.40英寸、高度2.46英寸的圆柱形开口部件。下壁1145由二甲基硅树脂制成，其具有70 Shore A硬度计(shore A durometer)，和0.004英寸的厚度，并通过聚碳酸酯下壁支撑件1150压缩与主体1130连接，透气性硅树脂下壁1145形成10cm2的表面积。下壁支撑件1150在下壁1145正下方的厚度为0.13英寸，使用围绕主体1130的周长均匀间隔的8个螺钉与主体1130连接。使用50mL的移液管将40mL的培养基置于细胞室1141中。培养基温度大约为37℃。培养基位于下壁1145之上1.58英寸的高度和细胞室侧壁1143的最高部分之下0.36英寸的高度。盖1125螺钉连接在主体1130上，直到溢流储存器密封件1137阻止其进一步旋转。细胞室密封件1138防止液体移动到细胞室1141中或者从其中流出。在盖1125的进一步行进停止的时刻，液体置换构件1132最接近下壁1145的点为1.2英寸。通过透明细胞室壁1143目测检查显示，所有气体已经通过经液体出口路径1134的移动从细胞室1141中置换出来，并且少量培养基已经移动到溢流储存器1135中。随后，为了展示温度变化的问题，将培养基的温度从其最初的大约37℃降低到大约22℃。当培养基收缩时，透气性下壁1145被观察到从平坦位置向着液体置换特征件1132收缩。该实施例证明气体怎么可从细胞容器被置换出来而不需要使用培养基将其完全充满，培养基中的温度变化可怎样影响由薄的透气性材料构成的下壁的最佳朝向。
实施例2
进行测试以证明细胞室容积调节特征件对由温度变化引起的培养基温度改变具有产生响应的能力。测试装置如图12构造，集成了由柔性硅树脂壁形成的中空液体置换构件的1232的盖1225，其具有70 Shore A硬度计(shoreA durometer)，由此形成细胞室调节特征件1233。液体置换构件1232的轮廓的尺寸如实施例1中所示。中空细胞室调节特征件1233的壁厚是均匀的，并且为0.10英寸。包括细胞室1241、下壁1245、下壁支撑件1250和溢流储存器1235的细胞容器的主体按照实施例1构造。如实施例1中描述的那样，将40mL培养基置于细胞室1241中。装置中的培养基和气体大约为37℃。盖1225螺钉连接在主体1230上，直到溢流储存器密封件1237阻止其进一步旋转。细胞室密封件1238防止液体移动到细胞室1241中或者从其中流出。观察到所有气体和少量培养基被置换到溢流储存器1235中。细胞室容积调节特征件的内部容积被压缩至压力大约为3.0P.S.I.(通过与测试孔1239连接的血压计密封测定)。将细胞容器置于大约22℃的环境大气中。当培养基到达该温度时，细胞室容积调节特征件1233的内部容积中的压力降低到大约2.0P.S.I.，因为细胞室容积调节特征件1233扩大到细胞室1241中，占据了由收缩的培养基给出的空间的体积。与在实施例1中弯曲的形状相反，下壁1245保持平坦。这表明细胞室容积调节特征件的从第一储存势能的位置自动移动到减小的但正向势能的第二位置的能力，以便防止不需要的温度变化的影响，包括将由薄的透气性材料构成的下壁保持为平坦状态的能力。
本领域技术人员将会认识到，在不偏离本发明的精神的情况下可进行许多改变。因此，这并不是要将本发明的范围限制为示出并表述的实施方式。而是本发明的范围由随附的权利要求书及其等同物来解释。

Claims (9)

1.一种细胞容器，包括：
细胞室，所述细胞室由主体结合，该主体至少部分由侧壁和底部组成以及
入口，和
由侧壁围绕的溢流储存器和将所述细胞室与所述溢流储存器连接的液体出口路径，该液体出口路径位于与所述底部一定距离的地方，以及
盖和液体置换构件，以及
细胞室容积调节特征件，
所述盖和主体被设计成螺旋连接在一起，从而当所述盖旋上或旋下所述主体时，所述液体置换构件与所述细胞室之间的距离改变，所述液体置换构件为当所述盖旋上所述主体时将液体从所述细胞室置换到溢流储存器的结构以及所述盖将移动到溢流储存器的液体密封，以防止细胞容器外的污染物，并且所述液体置换构件包括细胞室密封件，该细胞室密封件能够密封距所述底部一定距离的所述侧壁，该距离小于液体出口路径与所述底部的距离，从而将细胞室的内含物与液体出口路径分离，所述细胞容积调节特征件能够响应于所述细胞室内的液体体积的收缩向所述底部移动。
2.根据权利要求1所述的细胞容器，其中，所述侧壁形成所述入口的至少一部分。
3.根据权利要求1所述的细胞容器，包括盖，其中，所述盖包括所述液体置换构件。
4.根据权利要求1所述的细胞容器，其中，所述液体置换构件包括锥形壁。
5.根据权利要求1所述的细胞容器，其中，所述液体置换构件的至少一部分包括圆锥形状的至少一部分。
6.根据权利要求1所述的细胞容器，其中，所述溢流储存器包括较低储存器表面并且所述侧壁的高度超过最低储存器表面的高度。
7.根据权利要求1所述的细胞容器，其至少一部分是透气的。
8.根据权利要求7所述的细胞容器，其中，所述底部至少部分地是由透气的材料组成。
9.根据权利要求1所述的细胞容器，包括通风孔，所述通风孔连接至所述主体。
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