CN103946365A - 生物反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于为中空器官（1）或者中空器官支架的外侧和内腔施加液体的生物反应器，其具有在形成液面的情况下接纳液体的壳体（2）和布置在壳体（2）内部的支承中空器官（1）的旋转设备（3），所述旋转设备用于使该中空器官（1）围绕其在液面区域内的纵向轴线（4）旋转。在已知的这种生物反应器中，必须用特殊的设备冲洗中空器官的内腔，由此在此处也进行液体交换。本发明所要解决的技术问题在于提供一种为中空器官的内腔和外侧施加液体从而确保尽可能简单而成本低廉地冲洗中空器官的内腔的生物反应器，所述技术问题如此解决，即旋转设备（3）具有至少部分地相对于纵向轴线沿切向延伸的盛取腔（5），所述盛取腔经由流动通道（6）与中空器官（1）的内腔相连。

Description

生物反应器
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的生物反应器。
由现有技术、例如由M.A.Asnaghi等人撰写的出自Biomaterials30,2009,5260-9,1-10的专业文章“A double-chamber rotation bioreactor forthe development of tissue-engineered hollow organs:From concept toclinical trial”已知用于为中空器官的外侧和内腔施加液体的生物反应器。特别是在移植医学和再生医学的领域内（其中为具有不可治愈的病态器官的人植入人工替代器官或捐献器官）存在这种为中空器官施加液体的必要性。在这两种情况下，均需要为人工替代器官（支架（Gerüste））或者捐献器官移植患者的干细胞，干细胞通过加入化学物质和特定的生长因子而分化。为器官或者支架施加干细胞是必须的，以便确保器官的功能性并且防止受到其它细胞、细菌或者真菌的污染，并由此也将排斥反应减至最小。如果替代器官是来自另一人的捐献器官，则在用接受者的干细胞处理之前还必须从该捐献器官去除捐赠人的任何细胞。生物反应器就用于此目的。如果所述器官或者替代器官是中空器官，如气管、支气管、血管、尿管等，则使用能够为器官的外侧和内腔施加液体的特定生物反应器。在上述文章中描述了这种特定的生物反应器。为中空器官施加的液体可以包含用于破坏尚存的细胞的化学物质以及在使用器官接受者的干细胞进行器官再次移植时由细胞悬浮液构成。
在已知的用于为中空器官提供液体、特别是细胞悬浮液的生物反应器中存在这样的问题：需要特殊地清洗中空器官的内腔，因为在此即使通过中空器官在液体内部的运动也不进行液体交换。这种对内腔的特殊清洗通过附加的电动泵或者液压泵进行。因此，本发明所要解决的技术问题在于开发一种用于为中空器官的内腔和外侧施加（液体）从而确保例如尽可能简单而成本低廉地清洗中空器官的内腔的生物反应器。
该技术问题根据本发明通过权利要求1的特征部分解决。有利的设计方案由从属权利要求得出。
以下参照附图进一步阐述本发明。在附图中：
图1示出从上部观察的剖切根据本发明的生物反应器的截面图；
图2示出沿图1中的剖切线A-B剖切得到的剖面；并且
图3示出图1中的生物反应器的侧视图。
在图1中以截面图示出的生物反应器具有柱形壳体2，所述壳体沿其纵向轴线接纳旋转设备3。所述旋转设备3通过未详细示出的轴承和密封件被旋转地固定在壳体2内。所述壳体2在其侧部上具有端口11和用于摄影机的窗12，其中，可以经由端口11借助于适当的生化措施对细胞悬浮液进行监测并且能够经由窗12借助于外部摄影机监测和记录整个生物反应过程，其中，在此也可以使用红外摄影机，以便监测温度和细胞在中空器官1上的移植情况。
生物反应器内部的旋转设备3具有两个接纳设备8和10，待处理的中空器官1或者替代器官以适当方式被夹固在所述两个接纳设备之间。例如，中空器官1在接纳设备8和10的相应的管状端部上移动并且以本身已知的方式被固定在该处，如图1所示。
第一接纳设备8通过两个搅拌棒7与第二接纳设备10相连，所述搅拌棒平行于中空器官1的纵向轴线延伸，并且因此也平行于整个设备的纵向轴线延伸。在所示实施例中，两个搅拌棒7用于将第一接纳设备8的旋转传递至第二接纳设备10。此外，搅拌棒7用于搅动壳体2内部的液体、尤其是细胞悬浮液，并由此防止细胞在壳体2的底部上结块或者积聚。
第二接纳设备10具有在图2中特别清楚地示出的盛取腔。所述盛取腔5相对于被夹固的中空器官1的纵向轴线4沿切向延伸并且因此相对于旋转设备3的旋转轴线沿切向延伸。盛取腔5在一侧敞开而在另一侧封闭，也就是说形成盲孔。沿该盛取腔5的纵向轴线观察，所述盲孔的端部延伸超过被夹固的中空器官1的纵向轴线4。此外，盛取腔5通过具有较小直径的流动通道6与中空器官1的内腔相连，即以如下的方式，该流动通道6从盛取腔5侧向地分支出来并且终止于中空器官1的纵向轴线4或者旋转轴线。由于旋转设备3和接纳设备10在内部与中空器官相连，因此具有如下的连续连接：从盛取腔5的入口经由流动通道6和第二接纳设备10的内腔连接至中空器官1的内腔，接着经由第一接纳设备8的内腔和三个从其垂直地向外引出的排出通道9返回到壳体2的内部。
所述生物反应器如下地工作：
首先移除可能地盖在壳体2上的盖，接着从壳体2内取出旋转设备3。随后将待处理的中空器官1或者替代器官夹固在旋转设备3的第一接纳设备8与第二接纳设备10之间，这按照本身已知的上述方式进行。目的是在中空器官1的端部与第一接纳设备8或者第二接纳设备10之间形成基本上液密的连接。接着再将旋转设备3与中空器官1装入壳体2内并且为壳体2填充液体，例如细胞悬浮液，直至达到旋转轴线的高度。在达到正确的化学参数和正确的温度之后，例如通过驱动在附图中从左侧伸出壳体2的轴部分来启动旋转设备3。由此使第一接纳设备8也旋转并且通过搅拌棒7也驱动第二接纳设备10旋转。
因为壳体2的大约一半填充有液体（细胞悬浮液），所以每当由于第二接纳设备10的旋转而使盛取腔5的外部开口处于液面以下时，盛取腔5就浸入液体内并且特别是在浮出阶段提取该液体。一旦盛取腔处于液面以上并且继续旋转，则液体进入流动通道6内，所述流动通道将盛取腔5连接到第二接纳设备10的内腔并由此连接到中空器官1的内腔。随后，液体又经由第一接纳设备8和排出通道9流出到壳体2的内腔中。一旦盛取腔5的开口处于上方，就不再有液体流经中空器官1。在下一循环中，也就是说在盛取腔5的开口再次从液面浮出时，才又有液体流经中空器官1的内腔。然而已证明这种间歇的供应已足以稳定地为中空器官1的内腔提供新鲜的液体和新细胞。
在其它实施例中，所述壳体也可以具有其它形式，例如箱形或者槽形形式。此外，液面也可以具有其它高度，只要这在单独的情况下是期望的，例如在中空器官的外侧无需或无需这样强烈地被液体润湿或者被液体持续润湿的情况下。
壳体2还具有在附图中未示出的专用运输盖，以便将整个生物反应器运输至手术室。所述运输盖是可移除的、可消毒的以及可以密封的方式被附接的，并且用于在非无菌环境下维持壳体2的内腔的无菌性。此外，可以附接另一用于正常操作的盖，该盖仅放置在壳体2上并且允许与环境进行气体交换，由此在壳体2内部保持氧气和二氧化碳的最佳浓度并由此保持这些气体在液体中的相应最佳分压。
此外，可以通过在壳体2内部使用搅拌器来改善悬浮液内部的细胞搅动。所述搅拌器可以具有桨13的形式，其被附接到搅拌棒7上和/或旋转部件上，例如附接到第一接纳设备8或者第二接纳设备10上。所述桨在此起到搅拌勺的作用，所述桨尽可能接近生物反应器的壳体底部地经过壳体底部并且使该处出现漩涡，该漩涡使可能已沉积的细胞松散。
最后，根据本发明的生物反应器可以与不同的基质适配。例如，所述生物反应器可以构造成用于儿童、青少年或者成人的气管。与不同形式的支架的适配则通过相应的插入件实现，其中，例如可以将Y形形式用于具有两条支气管的气管，或者将L形形式用于具有一条支气管的气管。所述插入件还具有不同直径，就像自然器官那样。支架借助手术缝合线缝在支承件上。也可以以相同的方式将中空器官1固定在接纳设备8和10上。

Claims (7)

1.一种用于为中空器官（1）或中空器官支架的外侧和内腔施加液体的生物反应器，所述生物反应器具有在形成液面的情况下接纳液体的壳体（2）和布置在所述壳体（2）内部并接纳所述中空器官（1）的旋转设备（3），所述旋转设备用于使所述中空器官（1）围绕其在所述液面区域内的纵向轴线（4）旋转，其特征在于，所述旋转设备（3）具有盛取腔（5），所述盛取腔至少部分地相对于所述纵向轴线沿切向延伸并且经由流动通道（6）与所述中空器官（1）的内腔连接。
2.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于，所述旋转设备（3）具有至少一个平行于所述纵向轴线（4）延伸的、用于搅动液体的搅拌棒（7）。
3.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器，其特征在于，所述旋转设备（3）具有第一接纳设备（8），所述第一接纳设备接纳所述中空器官（1）并且具有至少一个用于将所述中空器官（1）的内腔连接至所述壳体（2）的内腔的排出通道（9）。
4.根据权利要求2或3所述的生物反应器，其特征在于，所述生物反应器设有第二接纳设备（10），所述第二接纳设备经由所述至少一个搅拌棒（7）与所述第一接纳设备（8）连接，由此通过所述第一接纳设备（8）的驱动使所述第二接纳设备（10）跟随旋转。
5.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器，其特征在于，所述旋转设备（3）具有用于搅动液体的侧向突出的桨（13），所述桨特别是能够布置在所述至少一个搅拌棒（7）上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器，其特征在于，所述壳体（2）设置有以密封的方式关闭的、可消毒且可移除的盖。
7.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器，其特征在于，所述生物反应器设有用于测量探头的侧部端口（11）或者用于监测施加过程的摄影机的侧窗。
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