CN107287120B - 一种细胞制备给料系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种细胞制备给料系统，蠕动泵设置在管路上；原料袋用于盛装营养液，培养罐内部盛装被培养的细胞；培养罐与原料袋分别连接在蠕动泵的两端；原料袋、培养罐的管路上设置管压阀；通过蠕动泵将原料袋内的营养液泵送入培养罐；计数池与培养罐分别连接于蠕动泵的两端，计数池、培养罐的管路上设置管压阀；蠕动泵能够将培养罐内的细胞泵送至计数池；处理器信号连接计数池，并计算培养罐内的细胞总数，控制蠕动泵将原料袋内的营养液泵送至培养罐。蠕动泵与管压阀均不与管路内部接触，从而避免了细胞受到污染；由处理器控制使适量的营养液从原料袋泵送到培养罐内，根据细胞的实际生长情况精确给料，避免人工操作导致送料过量或不足。

Description

一种细胞制备给料系统

技术领域

本发明涉及细胞培养技术领域，更进一步涉及一种细胞制备给料系统。

背景技术

细胞培养是二十世纪初创立的一种研究动物细胞行为的方法，是指从体内组织取出细胞，模拟体内生长环境，在无菌、适当的温度、酸碱度和营养条件下，使细胞生长繁殖，并维持其结构和功能。细胞制备是指科研人员运用相对成熟的细胞培养方案培养出高纯度的目的细胞终制品，通过功能和质量检测后可直接应用于科研和临床领域的过程。

细胞制备过程中给料操作至关重要，给料过多会导致细胞生长缓慢，给料过少则导致细胞营养匮乏死亡，给料不及时会因为细胞代谢物累积造成细胞生长增殖和信号转导受到抑制。目前细胞制备过程通常采用人工补给法补充营养物质。

按照GMP相关标准的操作流程，每隔一段时间由专业技术人员进行无菌操作，将营养物质耗尽的细胞培养液经过离心分离去除，并采集样品进行计数，然后按照细胞密度比例，将细胞生长增殖必需的新鲜营养物质添加到细胞培养的相关器皿中，如培养皿、培养瓶、培养袋等，然后再放入培养箱中继续培养。按照GMP标准需要建立一套完整的无菌实验室，GMP(Good Manufacturing Practices)是药品生产质量管理规范，药品生产过程中用科学、合理、规范化的条件和方法保证生产优良药品的科学管理方法，GMP实验平台一般包括平台功能分区、平台洁净室基本要求、平台仪器设备基本要求等各项规定；需要投入大量的资金，每次进出实验室都需要作严格的消毒，操作成本较高，而且人工操作无法实现大规模量产，难以满足日益增长的需求。

目前已经存在通过输液管路输送营养液的装置，无需建造无菌实验室，但给料的数量由操作人员根据经验预估得到，并通过人工操作控制，受主观因素的干扰较大，带来污染风险的同时，还难以准确匹配细胞生长的状态。

发明内容

本发明提供一种细胞制备给料系统，根据细胞的实际生长情况精确给料，为细胞提供合适的生长环境，具体方案如下：

一种细胞制备给料系统，包括：

蠕动泵，设置在管路上带动管内液体流动；

原料袋，用于盛装营养液；

培养罐，内部盛装被培养的细胞，为细胞提供生长环境；所述培养罐与所述原料袋分别连接在所述蠕动泵的两端；所述原料袋与所述蠕动泵、所述培养罐与所述蠕动泵之间分别设置管压阀；所述蠕动泵能够将所述原料袋内的营养液泵送入所述培养罐；

计数池，与所述培养罐分别连接于所述蠕动泵的两端，所述计数池与所述蠕动泵、所述培养罐与所述蠕动泵之间分别设置管压阀；所述蠕动泵能够将所述培养罐内的细胞泵送至所述计数池；

处理器，信号连接所述计数池，根据所述计数池的计数检测结果计算所述培养罐内的细胞总数，并根据细胞类型控制各管压阀的开闭，控制所述蠕动泵将所述原料袋内相应体积的营养液泵送至所述培养罐。

可选地，所述计数池包括两块紧贴的透明盖板，两个透明盖板之间预留仅容许一层细胞经过的通道；还包括用于拍摄透明盖板的显微拍照装置，所述显微拍照装置信号连接所述处理器。

可选地，所述计数池的透明盖板上划分多个面积为0.01cm²的计数格；按以下公式计算给料数量：

细胞悬液细胞数/ml＝数次计数平均值×计数区体积换算比×稀释倍数

细胞总数＝细胞悬液细胞数/ml×细胞悬液体积

所需给料体积＝细胞总数÷细胞最适生长密度

所述计数区体积换算比为10000。

可选地，所述蠕动泵和所述原料袋之间设置第一传感器，所述第一传感器为气泡传感器；所述第一传感器信号连接于所述处理器；所述原料袋的出液管路上设置过滤除菌滤器。

可选地，还包括通过所述蠕动泵与所述培养罐连通的中转袋，以及通过所述蠕动泵与所述培养罐连通的细胞袋；所述中转袋与所述蠕动泵、所述细胞袋与所述蠕动泵之间分别设置管压阀。

可选地，所述中转袋和所述细胞袋之间相互连通，在两者间的管路上设置第二传感器和磁分选装置，所述第二传感器为气泡传感器，信号连接于所述处理器。

可选地，连接所述计数池的管路上设置第三传感器，所述第三传感器为气泡传感器，信号连接于所述处理器。

可选地，所述蠕动泵和所述培养罐之间设置第四传感器组；所述第四传感器组包括颜色传感器和气泡传感器，信号连接于所述处理器，能够根据颜色判断细胞种类。

可选地，连接所述蠕动泵的管路上设置第五传感器，所述第五传感器为压力传感器，信号连接于所述处理器，用于检测管路内压力变化；还包括通过管压阀连接于所述培养罐的气罐，用于向所述培养罐输送生长气体；所述气罐的管路上连接疏水通气滤器。

可选地，还包括与所述细胞袋并联于所述蠕动泵的废料袋，所述蠕动泵将所述培养罐内的废料泵送到所述废料袋中；还包括分别连通所述培养罐和所述细胞袋的备用袋；所述废料袋的管路上连接单向止回阀和疏水通气滤器。

本发明提供了一种细胞制备给料系统，其包括蠕动泵、原料袋、培养罐、计数池、处理器等装置，蠕动泵设置在管路上，通过挤压转动带动管内液体流动，是整个系统的动力装置，不与管内液体接触；原料袋用于盛装营养液，培养罐内部盛装被培养的细胞，为细胞提供生长环境；培养罐与原料袋分别连接在蠕动泵的两端；原料袋与蠕动泵、培养罐与蠕动泵之间分别设置管压阀；通过蠕动泵将原料袋内的营养液泵送入培养罐；计数池与培养罐分别连接于蠕动泵的两端，计数池与蠕动泵、培养罐与蠕动泵之间分别设置管压阀；蠕动泵能够将培养罐内的细胞泵送至计数池；处理器信号连接计数池，根据计数池的计数检测结果计算培养罐内的细胞总数，并根据细胞类型控制各管压阀的开闭，控制蠕动泵将原料袋内的营养液泵送至培养罐。

蠕动泵与管压阀均不与管路内部接触，从而避免了细胞受到污染；通过计数池检测得到培养罐内的细胞数量，由处理器控制使适量的营养液从原料袋泵送到培养罐内，根据细胞的实际生长情况精确给料，可以避免人工操作导致送料过量或不足的问题，为细胞提供合适的生长环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请细胞制备给料系统的一种管路结构图。

其中包括：

蠕动泵1、原料袋2、过滤除菌滤器21、培养罐3、气罐31、疏水通气滤器32、计数池4、备用袋5、第一传感器61、第二传感器62、第三传感器63、第四传感器组64、第五传感器65、中转袋7、细胞袋8、废料袋81、单向止回阀82、磁分选装置9。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种细胞制备给料系统，根据细胞的实际生长情况精确给料，为细胞提供合适的生长环境。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本申请的细胞制备给料系统进行详细的介绍说明。

如图1所示，为本申请细胞制备给料系统的一种管路结构图，该系统包括蠕动泵1、原料袋2、培养罐3、计数池4、处理器等结构，蠕动泵1设置在管路上带动管内液体流动，蠕动泵是一种通过转动挤压非接触的方式迫使软管中的液体朝一个方向流动的装置，蠕动泵1可保持管路内液体洁净，不产生污染；原料袋2用于盛装营养液；培养罐3的内部盛装被培养的细胞，为细胞提供生长环境，具有合适的温度、营养、气体等条件；培养罐3与原料袋2分别连接在蠕动泵1的两端，培养罐3与原料袋2的管路连通，原料袋与蠕动泵1之间设置管压阀，培养罐3与蠕动泵1之间设置管压阀；管压阀是一种通过夹紧和松开软管的方式来控制管内液体是否流动的阀门，不与管内液体接触，本申请中以V1～V21表示管压阀；打开管压阀，蠕动泵1能够将原料袋2内的营养液泵送入培养罐3，以供细胞生长所需。

计数池4与培养罐3分别连接于蠕动泵1的两端，计数池4与蠕动泵1之间设置管压阀，培养罐3与蠕动泵1之间设置管压阀；打开管压阀，蠕动泵1能够将培养罐3内的细胞泵送至计数池4；计数池4检测得到样本中的细胞数量，处理器信号连接计数池4，计数池4将信号传递至处理器，根据计数池4的计数检测结果，通过样本的体积与培养罐3内的培养液体积的相对关系计算培养罐3内的细胞总数；得到细胞当前的数量后，并根据细胞类型控制各管压阀的开闭，控制蠕动泵1将原料袋2内的特定体积的营养液泵送至培养罐3。

本申请通过实时检测的方式确定营养液的输送量，使营养液的含量恰好满足细胞生长系列所需，维护细胞正常生长繁殖。细胞数量检测的过程均在管路内部完成，不需取出到外部，与外界不发生接触，因此避免出现污染，不需要单独设置无菌实验室，降低生长的成本。

本申请采用灌流式细胞培养，将细胞和培养基一起加入反应器后，在细胞增长和产物形成过程中，不断地将部分培养基取出，同时又连续不断地灌注新的培养基的细胞培养方式。这样培养的细胞处于比较稳定的营养环境中，有害的代谢废物浓度积累较低，细胞密度更高，细胞状态更健康，细胞培养周期较长以及对细胞生长环境能够更好地控制，还可以用于生产获得大量的细胞分泌型蛋白质药物或抗体。

在上述方案的基础上，本申请中的计数池4包括两块紧贴的透明盖板，两个透明盖板之间预留仅容许一层细胞经过的通道，两透明盖板之间保持密封，仅由两端与管路连接；计数池4还包括用于拍摄透明盖板的显微拍照装置，通过显微拍照装置信号连接处理器，将拍摄的图像信号传递给处理器作判断，得到被测样本中所含的细胞数量。可采用比较法判断，将图像与没有细胞的图像进行比较，细胞处产生阴影，计算阴影的数量得到细胞总数。因透明盖板仅可通过一层细胞，因此视野内的细胞数量即为当前样本的细胞数量，不存在相互遮挡的问题。

更进一步，在计数池4的透明盖板上划分多个面积为0.01cm²的计数格，以0.1×0.1cm的正方形网格为佳，按以下公式计算给料数量：

细胞悬液细胞数/ml＝数次计数平均值×计数区体积换算比×稀释倍数；

细胞总数(个)＝细胞悬液细胞数/ml×细胞悬液体积(ml)

所需给料体积(ml)＝细胞总数(个)÷细胞最适生长密度(个/ml)

上述计算式中计数区体积换算比为10000，细胞悬液细胞数/ml是指每升细胞悬液中所含的细胞数。

蠕动泵1和原料袋2之间设置第一传感器61，第一传感器61为气泡传感器，气泡传感器用于判定管路中流动的是液体还是空气；第一传感器61信号连接于处理器。原料袋2的出液管路上设置过滤除菌滤器21，也即在管压阀V1～V5所在的管路上设置过滤除菌滤器，本发明附图所示仅在管压阀V1、V3、V4、V5与原料袋2之间设置了过滤除菌滤器21。

还包括中转袋7和细胞袋8，中转袋7通过蠕动泵1与培养罐3连通，细胞袋8通过蠕动泵1与培养罐3连通；中转袋7用于暂时存储细胞，细胞袋8用于存储最终所需的目的细胞，蠕动泵1可将培养罐3内的细胞分别泵送到中转袋7或细胞袋8中。中转袋7与蠕动泵1之间设置管压阀，细胞袋8与蠕动泵1之间设置管压阀，用于控制管路的通断。

中转袋7和细胞袋8之间相互连通，中转袋7中的细胞可直接送入细胞袋8中，在中转袋7和细胞袋8间的管路上设置第二传感器62和磁分选装置9，第二传感器62为气泡传感器，信号连接于处理器。磁分选装置9为一种电磁元件，通电产生磁场，当带有磁性的细胞经过时会被吸附，其他细胞流过，当无其他细胞后解除磁场，磁性细胞就可以流动被收集，因此中转袋7可用于盛装具有磁性的细胞。

连接计数池4的管路上设置第三传感器63，第三传感器63为气泡传感器，信号连接于处理器。

蠕动泵1和培养罐3之间设置第四传感器组64；第四传感器组64包括颜色传感器和气泡传感器，图中所示上方为气泡传感器，下方为颜色传感器，信号连接于处理器，通过颜色传感器判断细胞种类。培养罐3的顶部呈锥形，开口位于锥顶，排出细胞时培养罐高速旋转，种类不同的细胞在离心力的作用下处于不同位置，细胞从培养罐3中流出时，最内层的液体先流出，越靠外侧的液体越晚流出，两种细胞的颜色不同，可根据颜色判断是哪种细胞，红细胞为红色，白细胞为白色，血浆为黄色，盐水和分离液为透明色，从而改变管压阀的通断，以收集纯度较高的细胞。

连接蠕动泵1的管路上设置第五传感器65，第五传感器65为压力传感器，信号连接于处理器，用于检测管路内压力变化，根据管路内液体压力变化确定各管压阀开启正确。

还包括通过管压阀连接于培养罐3的气罐31，用于向培养罐3输送生长气体，为培养罐3提供合适的含量的气体；气罐31的管路上连接疏水通气滤器32，如图所示，在气罐31与管压阀V16之间设置疏水通气滤器32。

还包括与细胞袋8并联于蠕动泵1的废料袋81，蠕动泵1将培养罐3内的废料泵送到废料袋81中，培养罐3的废料排出后可提供新鲜的营养液。还包括分别连通培养罐3和细胞袋8的备用袋5，备用袋5与中转袋7的作用相似，可用于暂时存储细胞。废料袋81的管路上连接单向止回阀82和疏水通气滤器32，如图所示，在废料袋81与管压阀V17之间设置单向止回阀82，在废料袋81与外界连通的位置设置疏水通气滤器32。

细胞制备给料系统的自动化给料操作具体实施过程如下：

A、在处理器和内部控制分系统作用下，开启细胞计数操作，先运转培养罐3将细胞混匀，然后开启蠕动泵1和管压阀V8、V13、V18，采集部分混匀的细胞样品，进入管路系统流经计数池4，启动设备的质量检测功能，进行包括细胞计数，获得样本的细胞密度数据，按照细胞的培养总体积计算出细胞总数，然后根据不同类型细胞所设置的生长最适密度参数，计算出需要给料的体积。

此处获得的细胞密度数据和设备内设的细胞生长最适密度参数进行对比，当细胞密度数据大于设置的最适密度参数，才进行换液和给料的下一步操作，否则,则维持原态继续进行培养，为的是将培养液的作用最大化，避免浪费。

B、运转培养罐3将细胞和营养物质耗尽的培养液进行分离，离心力600G，5-10分钟，然后启动蠕动泵1和管压阀V8、V11、V12、V17，将废弃培养液转至废液袋81中。

C、启动蠕动泵1和管压阀V5、V15、V14，将原料袋2中的新鲜培养液添加至培养罐3，运转培养罐3将细胞混匀，然后提供维持细胞生长的温湿度和气体环境继续培养。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种细胞制备给料系统，其特征在于，包括：

蠕动泵(1)，设置在管路上带动管内液体流动；

原料袋(2)，用于盛装营养液；

培养罐(3)，内部盛装被培养的细胞，为细胞提供生长环境；所述培养罐(3)与所述原料袋(2)分别连接在所述蠕动泵(1)的两端；所述原料袋(2)与所述蠕动泵(1)、所述培养罐(3)与所述蠕动泵(1)之间分别设置管压阀；所述蠕动泵(1)能够将所述原料袋(2)内的营养液泵送入所述培养罐(3)；

计数池(4)，与所述培养罐(3)分别连接于所述蠕动泵(1)的两端，所述计数池(4)与所述蠕动泵(1)、所述培养罐(3)与所述蠕动泵(1)之间分别设置管压阀；所述蠕动泵(1)能够将所述培养罐(3)内的细胞泵送至所述计数池(4)；

处理器，信号连接所述计数池(4)，根据所述计数池(4)的计数检测结果计算所述培养罐(3)内的细胞总数，并根据细胞类型控制各管压阀的开闭，控制所述蠕动泵(1)将所述原料袋(2)内相应体积的营养液泵送至所述培养罐(3)；

还包括通过所述蠕动泵(1)与所述培养罐(3)连通的细胞袋(8)，所述细胞袋(8)与所述蠕动泵(1)之间设置管压阀；

还包括与所述细胞袋(8)并联于所述蠕动泵(1)的废料袋(81)，所述蠕动泵(1)将所述培养罐(3)内的废料泵送到所述废料袋(81)中。

2.根据权利要求1所述的细胞制备给料系统，其特征在于，所述计数池(4)包括两块紧贴的透明盖板，两个透明盖板之间预留仅容许一层细胞经过的通道；还包括用于拍摄透明盖板的显微拍照装置，所述显微拍照装置信号连接所述处理器。

3.根据权利要求2所述的细胞制备给料系统，其特征在于，所述计数池(4)的透明盖板上划分多个面积为0.01cm²的计数格；按以下公式计算给料数量：

细胞悬液细胞数/ml＝数次计数平均值×计数区体积换算比×稀释倍数

细胞总数＝细胞悬液细胞数/ml×细胞悬液体积；细胞总数的单位为：个，细胞悬液体积的单位为：ml；

所需给料体积＝细胞总数÷细胞最适生长密度；所需给料体积的单位为：ml，细胞总数的单位为：个，细胞最适生长密度的单位为：个/ml；

所述计数区体积换算比为10000。

4.根据权利要求1所述的细胞制备给料系统，其特征在于，所述蠕动泵(1)和所述原料袋(2)之间设置第一传感器(61)，所述第一传感器(61)为气泡传感器；所述第一传感器(61)信号连接于所述处理器；所述原料袋(2)的出液管路上设置过滤除菌滤器(21)。

5.根据权利要求1所述的细胞制备给料系统，其特征在于，还包括通过所述蠕动泵(1)与所述培养罐(3)连通的中转袋(7)，所述中转袋(7)与所述蠕动泵(1)之间设置管压阀。

6.根据权利要求5所述的细胞制备给料系统，其特征在于，所述中转袋(7)和所述细胞袋(8)之间相互连通，在两者间的管路上设置第二传感器(62)和磁分选装置(9)，所述第二传感器(62)为气泡传感器，信号连接于所述处理器。

7.根据权利要求2所述的细胞制备给料系统，其特征在于，连接所述计数池(4)的管路上设置第三传感器(63)，所述第三传感器(63)为气泡传感器，信号连接于所述处理器。

8.根据权利要求5所述的细胞制备给料系统，其特征在于，所述蠕动泵(1)和所述培养罐(3)之间设置第四传感器组(64)；所述第四传感器组(64)包括颜色传感器和气泡传感器，信号连接于所述处理器，能够根据颜色判断细胞种类。

9.根据权利要求5所述的细胞制备给料系统，其特征在于，连接所述蠕动泵(1)的管路上设置第五传感器(65)，所述第五传感器(65)为压力传感器，信号连接于所述处理器，用于检测管路内压力变化；还包括通过管压阀连接于所述培养罐(3)的气罐(31)，用于向所述培养罐(3)输送生长气体；所述气罐(31)的管路上连接疏水通气滤器(32)。

10.根据权利要求5所述的细胞制备给料系统，其特征在于，还包括分别连通所述培养罐(3)和所述细胞袋(8)的备用袋(5)；所述废料袋(81)的管路上连接单向止回阀(82)和疏水通气滤器(32)。

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