CN103261395B - 具有便于进入培养腔的盖子的生物反应器 - Google Patents

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Abstract

提供一种生物反应器，其设置有便于进入培养腔的盖子（13）。具体地说，培养腔的端壁由该盖子（13）构成，这样，该盖子的移除使得能够完全进入培养腔。

Description

具有便于进入培养腔的盖子的生物反应器
技术领域
本发明涉及一种生物反应器，其设置有便于容易且快速地进入培养腔的盖子。具体而言，培养腔的端壁由该盖子构成，以便该盖子的移除使得能完全进入该培养腔。
背景技术
在基本上平的培养皿中进行“传统的”细胞培养的过程中，初生细胞通常趋向于去分化并且活检组织尤其趋向于去分化。可以看到，当细胞从一块组织迁移出到培养皿的平的支撑表面上时，活检组织呈现“融化冰淇淋效应”。这些“迁移”细胞中的基因表达被改变，这些细胞在生物化学上开始表现为如同分离细胞，而不是像分化组织的细胞组分那样。与完整有机体中的相应细胞的正常表达相比，去分化细胞表达出了不同的生物化学路径。另外，与完整有机体中的相应的会死亡的细胞相比，不死细胞通常已经失去了一些或许多专门功能。
与“传统的”细胞培养条件不同，“微重力”条件在培养中保留了许多类型细胞的分化状态。微重力生物反应器通过典型的圆筒形或管状培养腔或隔室的持续旋转维持了微重力环境。这种持续旋转有助于防止细胞附着到培养腔的壁上，从而利用最小的剪切力使细胞悬浮在流体环境中。这诱使它们相互作用并聚集成集落。这些集落已经被赋予了各种名字，包括球状体、细胞集块(conglomerates)、细胞集合体(aggregates)和ProtoTissueTM(在此所有这些均被认为是等同的)。对于微重力培养，细胞在最初通常被播散出到小(大约100μm直径)珠子上(这加快了微组织结构的形成)，但这不是必要的，在文献中公开了几种其他可供选择的方案，例如，使用架(scaffolds)[Lee KW、Wang S、Dadsetan M、Yaszemski MJ、Lu L，通过具有受控孔结构的三维纳米复合架来增强细胞的内生长和增殖(Enhanced cellingrowth and proliferation through three dimensional nano composite scaffoldswith controlled pore structures),Biomacromolecules,11:682-9,2010]，或者使用交联水凝胶[Villanueva I、Klement BJ、Von Deutsch D、Bryant SJ，交联密度改变封装在聚(乙二醇)水凝胶中并且在旋转壁器皿中培养的软骨细胞中的早期新陈代谢活动(Cross-linking density alters early metabolic activities in chondrocytesencapsulated in poly(ethylene glycol)hydrogels and cultured in the rotatingwall vessel),Biotechnol Bioeng.，102:1242-50,2009]。随着通过细胞围绕这些珠子生长而形成球状体，这些珠子通常变成被细胞完全覆盖。这种方式形成的球状体变得高度分化到类似成熟组织的程度[Navran S.,低剪切模型微重力在三维细胞生物学和组织工程中的应用(The application of low shear modelled microgravity to 3-D cell biologyand tissue engineering),Biotechnol Ann Rev.,14:275-296,2008][Freed LE、Vunjak-Novakovic G和Langer R.,细胞-聚合物软骨植入体在生物反应器中的培养(Cultivationof Cell-Polymer Cartilage Implants in Bioreactors),J Cell Biochem.,51:257-64,1993][Brown LA、Arterburn LM、Miller AP、Cowger NL、Hartley SM、Andrews A、SilberPM、Li AP,在旋转壁器皿中作为球状体培养的大鼠肝细胞中肝功能的保持(Maintenanceof Liver Functions in Rat Hepatocytes Cultured as Spheroids in a RotatingWall Vessel),In Vitro Cell Dev Biol Anim.；39:13-20,2003]。
微重力生物反应器已经被用于各种环境。早期的研究表明，微重力生物反应器系统通过减少作用在细胞上的剪切应力，帮助细胞形成三维结构[剪切应力减小：哺乳动物组织在模拟微重力中形成三维装配的能力中的主要部分(Reduced shear stress:a majorcomponent in the ability of mammalian tissues to form three-dimensionalassemblies in simulated microgravity),Goodwin TJ、Prewett TL、Wolf DA、SpauldingGF.,J Cell Biochem.,1993年3月；51(3):301-11]。
目前大量文献表明在微重力生物反应器系统中生长的细胞分化加大。为回顾，可参见：[Navran S.，低剪切模型微重力在三维细胞生物学和组织工程中的应用(Theapplication of low shear modelled microgravity to 3-D cell biology and tissueengineering)，Biotechnol Ann Rev.，14:275-296,2008]和[微重力中的组织生长(Growing tissues in microgravity)，Unsworth BR、Lelkes PI，Nat Med.，1998年8月；4(8):901-7]。例如，微重力培养诱导神经前体细胞形成细胞群集或“神经球”。这些神经球的特征在于天然的、但有组织的构造，其具有未成熟增殖细胞(巢蛋白-和增殖细胞核抗原-阳性)的表面层，该细胞包围更加分化的细胞(β-微管蛋白III-和胶质纤维酸性蛋白-阳性)的层。这些“神经球”有希望发育成可移植的神经组织。参见例如[神经前体细胞在旋转壁器皿生物反应器中形成未成熟的类组织结构(Neural precursor cells form rudimentarytissue-like structures in a rotating-wall vessel bioreactor)，Low HP、SavareseTM、Schwartz WJ,In vitro Cell Dev Biol Anim.,2001年3月；37(3):141-7]以及参见[旋转壁生物反应器中生长的Sertoli-NT2细胞组织结构中的NT2细胞的快速分化(Rapiddifferentiation of NT2cells in Sertoli-NT2cell tissue constructs grown in therotating wall bioreactor)，Saporta S、Willing AE、Shamekh R、Bickford P、ParedesD、Cameron DF，Brain Res Bull.，2004年12月150；64(4):347-56]。
或者作为另外一个例子，多能人类视网膜细胞株的微重力培养导致体内接近显型的表达，这在细胞在其他条件下生长的情况下是不能实现的[NASA生物反应器中由人类视网膜细胞株生成3D视网膜样结构(Generation of 3D retina-like structures from ahuman retinal cell line in a NASA bioreactor)，Dutt K、Harris-Hooker S、EllersonD、Layne D、Kumar R、Hunt R，Cell Transplant，2003；12(7):717-31]。在其它组织中也已证实了改善的分化[Freed LE、Vunjak-Novakovic G和Langer R，细胞-聚合物软骨植入体在生物反应器中的培养(Cultivation of Cell-Polymer Cartilage Implants inBioreactors)，J Cell Biochem.，51:257-64,1993][Brown LA、Arterburn LM、Miller AP、Cowger NL、Hartley SM、Andrews A、Silber PM、Li AP，在旋转壁器皿中作为球状体培养的大鼠肝细胞中肝功能的保持(Maintenance of Liver Functions in Rat HepatocytesCultured as Spheroids in a Rotating Wall Vessel).In Vitro Cell Dev BiolAnim.；39:13-20,2003]。已报道微重力生物反应器存在一些技术问题。例如，当使用平的培养器或微重力生物反应器生产颞下颌关节(TMJ)盘组织时，在总母体含量和压缩硬度上没有明显差别，尽管在整体外形、组织结构以及I型胶原质和II型胶原质(生物反应器盘具有更多的II型胶原质)的分布上差别显著。作者给出结论，微重力生物反应器培养系统必须进行改进[Detamore MS、Athanasiou KA，使用旋转生物反应器用于组织工程化生产颞下颌关节盘(Use of a rotating bioreactor toward tissue engineering thetemporomandibular joint disc)，Tissue Eng.，2005年7月-8月；11(7-8):1188-97]。DNA修复系统似乎也受到不利的影响[Kumari R、Singh KP、Dumond JW Jr，模拟微重力降低了DNA修复能力并诱导人类淋巴细胞中的DNA损坏(Simulated microgravity decreases DNArepair capacity and induces DNA damage in human lymphocytes)，J.Cell Biochem，107:723-31,2009]。虽然众所周知并且应用广泛，但是，目前可获得的微重力生物反应器具有很大的局限性：
现有技术中的微重力生物反应器的另一个明显的局限性是水分损失，水分损失影响细胞生长。培养期间的脱水(即使仅脱水5-10％)能导致pH及其他与浓度有关的参数(例如盐分、营养物质等的浓度)的变化。许多类型的细胞对细胞的环境非常敏感。对于这样的细胞，即使这种环境条件有很小的改变，也会影响细胞生长和基因表达。这个问题在小容积生物反应器中尤其明显，在小容积生物反应器中，容积上的小变化就可引起与浓度有关的参数发生较大变化。没有对该脱水问题的某种解决方案，小容积生物反应器就会遭受水分快速损失，尽管在使用该生物反应器的培养箱中维持了湿润环境(100％相对湿度)。小容积生物反应器中快速脱水的这种趋势，即，相对容积的快速变化的这种趋势，大大增加了人工监视和操作(例如补充或更换培养介质)这种耗时工作的需要。这种趋势实际上使得在小容积生物反应器中长期维持培养是不切实际或不可能的。因此，提供一种在细胞培养隔室中具有非常高的相对保水性的微重力生物反应器是非常有利的。
现有技术中的微重力生物反应器的又一个局限性是，用来添加或移除细胞和生长介质的进入口通常依赖于传统的“路厄锁(luer lock)”关闭件。这些关闭件及类似的关闭件具有一定的“死”容积，该“死”容积随着生物反应器体积的减少而成比例地变大。该缺点可利用基本上没有死容积的口来规避。
路厄锁关闭件还可导致在培养隔室中出现气泡。生物反应器优选使培养隔室中保持没有气泡，否则会带来不利影响，导致球状体破裂。该气泡问题在小容积生物反应器中尤其严重，在小容积生物反应器中，单个气泡可代表相对很大的容积。现有技术中已知一些针对该气泡问题的解决方案。例如，WO95/07344提供了一种捕集气泡使其远离培养隔室的贮存腔。然而，这些解决方案因为引入了容积而统统不适合于小容积生物反应器。因而，更佳的解决方案是提供一种用于进入开口的关闭机构，其排除了将气泡引入培养隔室的任何可能性。
传统的“路厄锁”和类似的关闭件因为没有光滑的内表面，所以还增大了流体湍流度，这可能导致剪切力增大，而剪切力增大将对球状体带来不利影响。微重力生物反应器需要培养隔室持续旋转，从而为已经分化或正在分化的细胞及其他组织维持微重力条件。如果培养隔室内表面没有适当地改变，则可能会引起湍流。这种湍流可能导致撕裂或“剪切”球状体。因此，提供具有能够避免湍流的入口关闭机构的微重力生物反应器是非常有利的。WO95/07344、US5153131、US5437998、US5665594、US5989913和US6,642,019均公开了微重力生物反应器的改进。US2005/0084965公开了使用传统的市售微重力生物反应器来培养肝细胞球状体。但是，这些专利或公开申请中没有一个解决了脱水问题或者公开了具有小的培养隔室容积或者具有零容积入口关闭件的微重力生物反应器。
现有技术的生物反应器，无论容积大小，都还遭受另一个主要问题，即尺寸超过例如皮下注射器或镊子的仪器进入培养室/腔很困难。因而，没有损坏风险地从生物反应器移除单个或少量球状体(例如在使用注射器时通过剪切力)是很难的。
US5576211和US5153131描述了可绕中心轴线旋转的圆筒形生物反应器，该生物反应器包括细胞培养室和由膜分开的供给室。US5153131没有公开可移除的盖子，而是公开了凸缘，其不但构成了培养器的端部，而且构成了培养器的侧壁。此外，该凸缘更容易移除，在移除时其从膜分离。US5576211公开的不是微重力生物反应器(60ml培养容积)，而只是公开了一种滚瓶系统，因此，当移除螺纹环时，难以进入整个培养室。此外，即使在螺纹环已被移除时，仍然存在硅膜需要处理。因此，US5576211的生物反应器系统没有提供便于进入培养腔的入口。在US5576211的图9中，看起来不存在任何东西将膜支撑格栅82固定在介质容器55中。同样，也没有任何东西使透析膜64抵靠着膜支撑格栅82固定。所以，使用者在可以通入细胞培养室(部件72中的气体交换膜与透析膜64之间)之前必须清空或排空部件55。否则，透析膜可能脱落而使介质溢出。
因为微重力用于诱导细胞呈现分化显型，所以停止旋转导致球状体通常沉降到培养室的底部。这会诱导球状体粘结在一起或者粘附到培养室的壁上，并开始失去所期望的显型。因而，如果必须从培养室移除球状体，必须可以相当快速地(例如几分钟内)打开培养室、移除一块或多块球状体并关闭培养室。
因此，有利的是，提供一种改进的微重力生物反应器，其能够解决这些问题。
发明内容
本发明涉及一种生物反应器10，其设置有便于进入培养腔的盖子13。具体地说，培养腔的端壁由该盖子13构成，这样，该盖子的移除使得能够完全进入培养腔。
在本发明的第一个方面中，该目标以及几个其他目标是通过提供适合于旋转的生物反应器而实现的，该反应器包括：
-培养腔15，该培养腔连同位于壁的第一端中的半透膜11和形成壁的第二端的可密封的盖子13和基本上圆筒形的壁一起提供了基本上封闭的界限，所述半透膜11对高达预定分子量或分子尺寸的分子是可透的，从而允许培养腔中的气体交换以及将细胞和细胞集合体保留在培养腔中，
-贮存室，所述贮存室提供用于使半透膜11附近维持极高湿度水平的一定体积的水(或其他稀的水溶液)，
-平衡室，其提供从半透膜11到贮存室的管道以及连接到生物反应器周围的外界空气的狭窄连接部19，
其中，所述盖子13可移除地附着于壁的第二端，以便提供通向整个培养腔的入口。
可选地，盖子13可以在不同位置具有一个或多个开口。
在第二个方面中，本发明的实施例提供了一种适合于旋转的生物反应器，该生物反应器包括：
-培养腔，该培养腔连同基本上圆筒形的壁、位于壁的第一端中的半透膜11和位于壁的第二端中的可密封的盖子13一起提供了基本上密闭的界限，其中，所述盖子13可移除地附着于壁的第二端，以便提供进入整个培养腔的入口，
-贮存室18，其包括含水液体，该贮存室包括由适当材料制成的增湿器，以增强蒸发，和
-平衡室16，其提供从半透膜到增湿器的管道以及连接到生物反应器周围的外界空气的狭窄连接部19，
其中，半透膜基本上不透水，但基本上可透氧气和和二氧化碳，以促进：
a)培养腔通过该半透膜的通气，和
b)基本上使水保留在培养腔内。
在一优选实施例中，贮存室具有开口21，可以通过该开口补充贮存室的内容物。通常将会使用水或水溶液，但是该溶液可包含用于特定目的的添加剂(例如，用于保护培养腔和管道免受传染的抗菌素和抗真菌剂)。
在本发明的一优选实施例中，盖子13通过能容易拆卸的机构附接于壁的第二端。在该方面，培养腔能够借助于可逆弹簧锁机构锁定。这样，可以在少于10分钟的时间内完成打开培养腔、取出一部分正在培养的球状体并关闭培养腔。
对于本发明第一和第二方面的实施例，优选满足下列特征中的一个或多个：
·培养腔和壁具有基本上圆筒形的形状；
·生物反应器适于通过相联的旋转装置绕水平的旋转轴线旋转，所述旋转轴线与穿过培养腔的中心轴线基本上重合；
·盖子13具有至少一个能使管进入的密封口，所述管用于将生物材料引到培养腔中/从培养腔移出；
·从培养腔移出一部分球状体，不会不利地影响留在培养腔中的球状体的生长或生理功能；
·可以使细胞在培养腔中培养大约一周时间，更优选几周时间，或者最优选比一个月时间还长(其中，生长介质被适当改变)；
·半透膜对小分子是可透的，但能够防止细菌、支原体或其他活有机体通过；和
·培养腔的内部流体容积选自由下列容积构成的组：约25μl到约1000ml，约50μl到约500ml，约100μl到约200ml，和约200μl到约100ml。
附图说明
附图示出了本发明的一些实施例，其中
图1是依照本发明第一个方面的生物反应器的示意性截面图。
图2是图1的分解图，其中三个主要部件分开。
具体实施方式
定义
在此所使用的下列术语具有下面的含义：
术语“半透膜”指的是可以被某些但不是所有化学物质或生物物质穿透的膜。
术语“培养腔”指的是生物反应器中生长、分化、培养或以其他方式培育细胞培养物、活检组织、细胞群集、球状体、类组织结构、“球状体”或类似样本的部分。术语“培养腔”可与“培养室”和“培养隔室”互换使用。
术语“基本上不透水的”用来描述本发明膜的特性，指的是对气相和/或液相中的水以及类水分子呈现高排斥度的膜。
术语“几乎完全不透水的”用来描述本发明膜的特性，指的是在1bar压力下通过膜的水流量不大于0.1mL/min/cm2的膜。
术语“基本上可透氧和二氧化碳的”用来描述本发明膜的特性，指的是空气能容易地通过的膜。
术语“相对保留量”用来描述对在培养腔中具有水溶液或悬浮物的本发明生物反应器进行操作所产生的情况，指的是最初存在的物质的剩余物的相对量。例如，培养腔(具有柔性膜)中的水的相对保留量可以计算为操作生物反应器之后的腔体容积除以开始操作生物反应器时的腔体容积。
术语“有毒”具有本领域已知的通常含义。“有毒”物质是如上定义的化学成分中存在的量能够削弱细胞、组织或有机体的功能或导致它们的结构损坏的物质。
术语“预定毒性”涉及有毒和无毒两种物质。正如Paracelsus在16世纪所说的，“所有物质都是有毒的，没有无毒的物质，只是剂量使得某些物质无毒”。物质的毒性类型例如可以根据美国食品药物管理局(FDA)的毒性分类方案确定。根据该方案，物质的预定毒性可属于毒性类型A、毒性类型B等等，或者可以是无毒的。
术语“细胞培养”指的是由本领域已知的任何方法获得或初始培养的任何类型的细胞、活检组织、细胞群集、类组织结构、“球状体”或类似样本。
术语“细胞”指的是来自任何类型的活有机体(无论是太古生物、原核生物还是真核生物)的原代细胞、不死细胞或干细胞，以及还包括需要活细胞来进行复制的病毒或其他实体。
术语“微重力生物反应器”指的是适合于旋转的生物反应器。
术语“在微重力条件下培养”指的是：在使所述生物反应器以能使一个或多个细胞培养物在液体培养介质中悬浮的速率绕基本上水平的中心轴线旋转的同时，使细胞培养物在适合于旋转的生物反应器中生长，并且使这种旋转持续一段允许所述一个或多个细胞培养物生长的时间周期。
术语“水的相对保留装置”用来描述生物反应器的特征，其指的是除了灌注装置以外的任何装置，其与基本上封闭培养室的膜组合使用，以实现水在培养室中的相对保留，或者，作为替代，指的是大体上封闭培养室的任何单个膜，在1bar压力下通过该膜的水流量不大于0.1mL/min/cm2。
优选实施例
在优选实施例中，本发明中使用的半透膜允许高达某一分子量或分子尺寸的分子通过。具有明确孔尺寸的半透膜对本领域技术人员来说是众所周知的，并且是在商业上可获得的。在本发明的优选实施例中，半透膜可以是对高达预定分子量的分子可透的，该预定分子量例如为50kDa、100kDa、150kDa、200kDa或250kDa。作为选择，半透膜的渗透率可以由其中的孔尺寸确定。半透膜的孔尺寸可以小于或等于0.5μm，例如小于或等于0.3μm，优选小于或等于0.2μm，更优选小于或等于0.1μm，最优选小于或等于0.05μm。孔尺寸为0.22μm的膜通常被认为足以防止细菌和支原体穿过膜。可以使用各种各样的膜。这些膜可以由选自(但不限于)下列材料构成的组中的材料制作：聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、硅橡胶、泡沫塑料，经辐射处理的塑料和类似材料。在一个优选实施例中，可以使用来自Whatman公司的TE 35过滤器或来自Pall Life Sciences公司的Zefluor过滤器(产品目录号66142)。
在本发明的优选实施例中，在1bar压力下穿过“基本上不透水的”但“基本上可透氧和二氧化碳的”膜的水流量不大于50ml/min/cm2，优选不大于40ml/min/cm2，更优选不大于30ml/min/cm2，更更优选不大于20ml/min/cm2，最优选不大于10ml/min/cm2。对本领域技术人员来说应当容易理解，透水率可以用其他单位表达，这些单位都可以转变为ml/min/cm2。
在本发明的优选实施例中，在3mbar压力下穿过“基本上不透水的”但“基本上可透氧和二氧化碳的”膜的空气流量至少为5ml/min/cm2，优选至少为10ml/min/cm2，更优选至少为15ml/min/cm2，更更优选至少为20ml/min/cm2，最优选至少为25ml/min/cm2。对本领域技术人员来说应当容易理解，空气流可以用其他单位表达，这些单位都可以转变为ml/min/cm2。
可以使用由各种材料构成的膜，它们都是“基本上不透水的”但“基本上可透氧和二氧化碳的”，包括但不限于本领域众所周知的由聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、硅橡胶、泡沫塑料、辐射处理过的塑料或类似材料构成的膜。合适的膜的一个例子是Whatman市售的商标为的具有下列特性(引自该制造商)的具有聚酯支撑的PTFE膜：孔尺寸0.2μM，厚度190μM，0.9bar压力下用乙醇测量时水流量为20ml/min/cm2，3mbar压力下的空气流量为15ml/min/cm2，并且起泡点为1.4bar。合适的膜的另一个例子是Millipore市售的商标为的具有下列特性(引自该制造商)的PVDF膜：孔尺寸0.22μM，厚度100-150μM，水穿透压力45mbar，在10psi压力下的空气流量>1slpm/cm2。在有些实施例中，膜可以是Millipore的0.22μm的“Durapel”膜或者是Whatman的TE35和TE36膜。
在本发明的优选实施例中，在1bar压力下穿过“几乎完全不透水的”同时“基本上可透氧和二氧化碳的”膜的水流量不大于0.1ml/min/cm2，优选不大于0.05ml/min/cm2，更优选不大于0.04ml/min/cm2，更更优选不大于0.03ml/min/cm2，又更优选不大于0.02ml/min/cm2，最优选不大于0.01ml/min/cm2。对本领域技术人员来说应当容易理解，透水率可以用其他单位表达，这些单位都可以转变为ml/min/cm2。
在本发明的优选实施例中，在3mbar压力下穿过“几乎完全不透水的”同时“基本上可透氧和二氧化碳的”膜的空气流量至少为5ml/min/cm2，优选至少为10ml/min/cm2，更优选至少为15ml/min/cm2，更更优选至少为20ml/min/cm2，最优选至少为25ml/min/cm2。
可以使用由各种材料构成的膜，它们都是“几乎完全不透水的”同时“基本上可透氧和二氧化碳的”，包括但不限于最初为超滤目的而制备的膜，由于其具有低孔隙度和高疏水性，这些膜例如在大气压力下具有极低的透水率。这样的膜包括由Amicon市售的商标为和由Pall公司市售的商标为的超滤膜。其他合适的膜包括通过半晶状材料的热诱导相转化工艺制备的热塑性超滤膜，所述半晶状材料例如是聚醚醚酮(PEEK)和聚苯硫醚(PPS)，正如[“源自聚醚醚酮(PEEK)的微超滤薄膜”(Micro-andultrafiltration film membranes from poly(ether ether ketone)(PEEK))，Sonnenschein M,Journal of Applied Polymer Science 1999 74:1146]中所述的。也可以使用固定不动的被稳定支撑的液膜(SLM)，该液膜包括在一固态多微孔疏水性支撑内固定不动的合适的低聚物液膜或聚合物液膜材料，例如US5507949中所述的系统。
在本发明的一优选实施例中，可以应用于本发明范围的细胞选自由下列物质构成的组：肝细胞、脂肪细胞、肾细胞、肌细胞或类似细胞、肝组织、脂肪组织(棕色或白色)、肝活检组织、肾活检组织、肌肉活检组织、卵泡、胰岛以及从这些物质获得的所有癌细胞。
在本发明的一尤其优选的实施例中，可以应用于本发明范围的细胞为肝细胞，尤其是人类肝细胞。
图1是依照本发明第一个方面的生物反应器10的示意性截面图。如图1中所见，生物反应器10具有围绕水平轴线的很高程度的旋转对称度。反应器包括用于培养细胞、组织等物的培养腔15。该培养腔连同基本上圆筒形的壁、位于壁的第一端中的半透膜11和位于壁的第二端中的可密封的盖子13一起提供了基本上封闭的界限(可选地使用O形环)。该培养腔15连同半透膜(也被称为无菌过滤器)11一起提供了用于培养细胞等物的基本上封闭的界限。为了提供营养物和/或新鲜的流体培养介质，半透膜11对高达预定分子量的分子是可透的，所述预定分子量例如为50kDa、100kDa、150kDa、200kDa或250kDa。标准透析膜可以满足这些需要。作为选择，半透膜11的渗透率由其中的孔尺寸决定。半透膜11的孔尺寸可以小于或等于0.5μm，例如小于或等于0.3μm，优选小于或等于0.2μm，更优选小于或等于0.1μm，最优选小于或等于0.05μm。由于需要防止传染物(例如细菌、支原体或酵母)穿过膜进入，因此孔尺寸优选小于或等于0.2μm。在该优选实施例中，半透膜的主要目的是允许营养物和废产物的交换，同时防止细胞和细菌进入(或离开)培养腔。因此各种各样的膜都可以用于半透膜11。这些膜可以由聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、硅橡胶、泡沫塑料、辐射处理过的塑料或类似材料制造。从而使营养物和流体培养介质流入到培养腔内，同时使细胞和细胞集合体得到了保留并且使它们在培养腔15内免受外界感染。培养腔15的内部流体容积为约25μl到约1000ml。优选地，培养腔15的流体容积为约50μl到约500ml，更优选约0.1ml到约200ml。小尺寸显著降低了使用成本和成功操作所必需的材料(有机材料和无机材料两者)量。小尺寸将有助于对细胞的靠近监视(例如通过远程摄像头或显微镜)以及自动处理。
更大的尺寸将允许制备可用于再生医学的具有统一特性的更大量的球状体、制备大量代谢物(例如来自药物或其他化合物)或者允许细分成等分试样以便进一步实验。
一透明部分14位于生物反应器10的前面，这样，从生物反应器10的外面能够人工地或者利用例如照相机自动地从视觉上监视和评估细胞等物的培养。透明部分14可以由透明并且相对于细胞培养过程具有生物学和化学上的惰性的玻璃、塑料或任何其他合适的材料制造。优选的材料包括(但不限于)各种类型的玻璃、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的适当变形是在商业上可获得的，包括商标/商品名为 和的产品。生物反应器的任何实施例都可以全部或部分由这样的透明材料制造。
培养腔15优选具有基本上圆筒形的形状，但是其他形状也是可以的，例如椭圆形，球形等等。优选地，生物反应器10适合于通过相联的旋转装置(未显示)绕水平的旋转轴线旋转，以促进培养腔15中细胞的生长。可以调节转速以使细胞或球状体保持悬浮，该转速必须随球状体尺寸的增大而变化。本领域技术人员知道如何调节该转速以便使细胞或球状体保持悬浮。
图2是图1的分解图，其中三个主要部件分开。

Claims (5)

1.一种适合于旋转的微重力生物反应器，该微重力生物反应器包括：
-培养腔，所述培养腔具有壁部分、第一端和第二端，该培养腔设置有构成培养腔的第一端的半透膜(11)和构成培养腔的第二端的可密封的盖子(13)，从而提供了基本上封闭的界限，所述半透膜(11)对高达预定分子量或分子尺寸的分子是可透的，从而允许气体交换进出培养腔并且允许将含水介质、细胞和细胞集合体保留在培养腔中，所述培养腔具有25μl到1000ml的内部流体容积；
-贮存室，所述贮存室提供用于使半透膜附近维持极高湿度水平的一定体积的水或稀的水溶液；
-平衡室(16)，所述平衡室为氧和二氧化碳气体的交换提供容积，所述气体用于驻留在培养腔中的一个或多个细胞培养物、活检组织或细胞群集，并且所述平衡室提供从半透膜到贮存室的管道以及连接到生物反应器周围的外界空气的狭窄连接部,
其中，所述盖子(13)可移除地附着于壁部分，以便通过仅移除盖子提供完全进入整个培养腔的入口，并且其中，生物反应器适于通过相连的旋转装置绕水平的旋转轴线旋转，所述旋转轴线与穿过培养腔的中心轴线基本上重合，盖子的壁包括透明部分，所述透明部分定位成使得细胞的培养能够从视觉上监视和评估。
2.如权利要求1所述的微重力生物反应器，其中，盖子(13)以可锁定的方式附着于壁部分。
3.如权利要求1所述的微重力生物反应器，其中，培养腔和壁部分具有大体上圆筒形的形状。
4.如权利要求1-3中任一所述的微重力生物反应器，其中，盖子(13)具有能使管进入的密封口，所述管用于将生物材料引到培养腔中或从培养腔移出。
5.如权利要求1所述的微重力生物反应器，其中，半透膜对小分子是可透的，但能够防止细菌、支原体或其他活有机体通过。
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