CN109804059A - 生物反应器以及处理生物材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种生物反应器，包括壳体，第一流体分配器和第二流体分配器；生物反应器构造成接收安装在壳体内的支架，其中第一和第二流体分配器定位成将相应的第一和第二流体施加到安装支架的至少两个不同区域。

Description

生物反应器以及处理生物材料的方法
技术领域
本发明涉及生物反应器的改进或与生物反应器有关的改进，以及使用一种改进的生物反应器处理生物材料的方法。
背景技术
已知使用生物反应器在体外处理组织以用于随后移植到患者体内。例如，生物反应器通常被用来形成管状组织，例如气管，血管，食道或肠，或至少一部分这样的组织。此类结构通常由支架形成，支架可以是人造支架，但通常是脱细胞等效组织类型的形式。生物反应器被用来在形成的支架的一个或多个表面上或其中种植和生长一种或多种细胞类型。这通常通过将液体生物介质施加到支架上来实现，通常通过将支架浸泡在培养基中。
已知的生物反应器通常包括在壳体内的中心轴，管状支架可以安装在该中心轴上。液体介质随后被引入生物反应器的壳体中以将至少部分支架浸没在液体介质中。为了确保整个管状支架浸没在液体介质中，支架通常围绕中心轴旋转。一种示例性装置在美国专利No.8,507,263中示出。该文献中所示的生物反应器包括限定中心轴线的中心轴，其中该轴还可操作地将液体介质供应到壳体的内部以浸没支架。
然而，这种类型的生物反应器存在许多缺点。将支架浸没在液体介质中会阻止支架表面上细胞类型的差异化。例如，在一些情况下，在管状支架的内表面上生长的细胞类型必须与在相同支架的外表面上生长的细胞类型不同。使用浸没支架的已知生物反应器不能容易地实现这一点，因为支架的内部充满了与外部相同的介质。US 8,507,263试图通过使用支架来限定内腔室和外腔室并向两个腔室供应不同的流体来解决这个问题。然而，支架通常是多孔的以使支架的内部空间与支架的外部流体连通，因此在这种情况下两种不同的流体类型必然会混合。
浸没式生物反应器的另一个缺点是，一旦液体介质/媒质被引入生物反应器壳体中，在再循环和/或再充氧之前，它不能再充氧和/或在生物反应器中保留相当长的一段时间。没有再充氧的延长期可能对介质/媒质中包含的细胞是有害的。
因此，提供一种将介质/媒质施加到支架的一个或多个表面而不将支架(或至少部分支架)浸没在介质/媒质中的生物反应器是有利的。
提供一种能够在接种/生长过程中对液体介质/媒质进行再充氧的生物反应器也是有利的。
提供一种能够将不同的细胞类型接种到组织支架的内表面和外表面上，并且基本上保持不同细胞类型的分离的生物反应器也是有利的。
因此，本发明的一个或多个实施例的目的是克服或至少部分地减轻现有技术存在的问题。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种生物反应器，包括壳体，第一流体分配器和第二流体分配器；该生物反应器构造成接收安装于壳体内的支架，第一和第二流体分配器定位成将相应的第一和第二流体施加到安装支架的至少两个不同区域。
该生物反应器可包括用于从壳体内移除流体的流体出口。
通过提供用于从壳体内移除流体的出口，这防止了安装支架浸没或至少部分地浸没在供应到其表面的流体内。安装支架的淹没可能会阻止支架上的细胞的差异化。在使用中，本发明的生物反应器的流体出口防止了流体在壳体内聚集并淹没安装支架。
通过提供两个不同的流体分配器，可以向支架的不同表面或区域提供不同的介质，尤其是支架的内表面和外表面。这允许将不同的细胞类型，生长因子和其他组分应用于不同区域，以便在每个区域中实现差异生长和/或最佳生长条件。
第一和第二流体分配器可定位成将流体施加到安装支架的相同表面的不同部分。在其他实施例中，第一和第二流体分配器可定位成将流体施加到安装支架的不同表面。
第一和第二流体分配器可包括一个或多个流体孔，流体从该流体孔分配。第一和第二流体分配器可包括第一和第二轴或导管。
在一些实施例中，第一流体分配器可定位成将第一流体施加到安装支架的内表面。在一些实施例中，第二流体分配器可定位成将第二流体施加到安装支架的外表面。在目前优选的实施例中，第一流体分配器定位成将第一流体施加到安装支架的内表面，并且第二流体分配器定位成将第二流体施加到安装支架的外表面。
通过提供用于将第一流体施加到安装支架的内表面的第一流体分配器和用于将第二流体施加到安装支架的外表面的第二流体分配器，本发明的生物反应器提供了一种独立选择施加到任意表面的流体的装置。例如，在许多情况下可取的是，在支架的内表面和外表面上生长的细胞类型不相同。
在一些实施例中，生物反应器可操作地对通过流体出口排出的流体进行再循环。例如，在一些实施例中，生物反应器可包括一个或多个管道，以将移除的流体引导至第一和/或第二流体分配器，用于将流体重新施加至安装支架的一个或多个区域或表面。再循环从生物反应器中移除的流体减少了浪费，因此提高了生物反应器的效率。
在一些实施例中，生物反应器可包括或包括用于将生物反应器连接至一个或多个充氧器的装置。所述充氧器或每个充氧器可在使用中可操作地在第一和/或第二流体通过第一或第二流体分配器施加到安装支架的区域表面之前对第一和/或第二流体进行充氧。在一些实施例中，生物反应器可包括或包括用于将生物反应器连接到一个或多个充氧器的装置，所述充氧器在使用中可操作地对通过流体出口移除的流体进行再充氧。在这样的实施例中，生物反应器可包括或包括用于将生物反应器连接到一个或多个充氧器的装置，该充氧器位于流体出口和第一和/或第二流体分配器之间的一个或多个管道中的至少一个内。
在一些实施例中，生物反应器可包括或包括用于将生物反应器连接到第一储存器的装置，在第一储存器内容纳有第一流体。在这样的实施例中，生物反应器可包括或包括用于将生物反应器连接到一个或多个管道以将第一流体从第一储存器供应到第一流体分配器的装置。生物反应器可另外包括或包括用于将生物反应器连接到第一泵的装置，该第一泵用于在压力下将第一流体供应到第一流体分配器。
在一些实施例中，生物反应器可包括或包括用于将生物反应器连接到第二储存器的装置，在第二储存器内容纳有第二流体。在这样的实施例中，生物反应器可包括或包括用于将生物反应器连接到一个或多个管道的装置，以将第二流体从第二储存器供应到第二流体分配器。或者，生物反应器可以构造成使得第二流体仅从流体出口供应到第二流体分配器。在这样的实施例中，生物反应器可包括或包括用于将生物反应器连接到流体出口和第二流体分配器之间的一个或多个充氧器的装置，所述充氧器在使用中可操作地对通过流体出口移除的流体再充氧以形成第二流体。生物反应器可另外包括或包括用于将生物反应器连接到第二泵的装置，该第二泵用于在压力下将第二流体从第二储存器或从流体出口供应到第二流体分配器。
在进一步的实施例中，第一和第二流体可以是相同的。在这样的实施例中，生物反应器可包括或包括用于将生物反应器连接到单个储存器的装置。生物反应器可包括或包括用于将生物反应器连接到一个或多个管道的装置，该管道用于将流体从单个储存器供应到第一流体分配器，并且可包括或包括用于将生物反应器连接到一个或多个管道的装置，该管道用于将流体从单个储存器供应到第二流体分配器。
第一和/或第二流体分配器可包括其中具有一个或多个孔的穿孔轴或导管。一个或多个孔优选地与贯穿该轴或导管的孔流体连通，在使用中，在该孔或导管内可供应第一或第二流体。第一和/或第二轴或导管可操作地通过轴或导管内的所述一个或多个孔将第一或第二流体施加到安装支架的一个或多个区域或表面上。
生物反应器可包括在使用中可在其上安装支架的支撑结构。支撑结构可以优选地至少部分地设置在生物反应器的壳体内。支撑结构可以构造成使得支架可以可旋转地安装在其上。在一些实施例中，支撑结构本身可以是可旋转的，其中在使用中支撑结构的旋转可引起安装支架的同时旋转。
在目前优选的实施例中，生物反应器构造成接收管状支架，当安装时，管状支架围绕穿过管状支架中心的轴线可旋转。在这样的实施例中，生物反应器的第一流体分配器(可以是第一轴或导管)可以与安装支架的旋转轴线平行地设置。在目前优选的实施例中，生物反应器的第一流体分配器(可以是第一轴或导管)沿着安装支架的旋转轴线设置。在这样的实施例中，支架在安装在生物反应器内时与第一流体分配器同轴并围绕第一流体分配器。以这种方式，生物反应器提供了一种将第一流体施加到安装支架的内表面上的手段。在使用中，通过围绕中心整个360°轴旋转管状支架，管状支架的整个内表面可以涂覆有来自第一流体分配器的第一流体。
在一些实施例中，第一流体分配器可以形成支撑结构的一部分，并且支撑结构可以包括第一流体分配器，第一流体分配器可以是第一轴或导管。在这样的实施例中，在使用中，支撑结构，即第一流体分配器连同安装支架可以是绕中心轴线可旋转的。优选地，中心轴线由第一流体分配器限定。
支架，中心轴和/或第一流体分配器可以布置成在1转/30秒和1转/30分钟之间旋转，例如1转/1分钟，1转/2分钟，1转/2.5分钟，或1转/5分钟。
壳体内部，第一和第二流体分配器，管状支架以及第一和第二流体可以全部独立地保持在20℃至45℃之间的温度，特别是在30℃至40℃之间，例如，大约37℃。
壳体内的气氛可根据需要通过改变CO2，氧气和氮气的水平进行控制，例如，根据所使用的生物材料保持正常或低氧气氛。
第二流体分配器可以与第一流体分配器间隔开，并且当安装在生物反应器的壳体内时可以定位在支架位置的正上方。以这种方式，第二流体可以在重力作用下施加到安装支架的外表面。例如，在使用中，第二流体可以通过第二流体分配器内的一个或多个孔滴落或喷射到安装支架的外表面上。在其中管状支架可旋转地安装在生物反应器的壳体内的实施例中，第二流体分配器在使用中可操作地通过支架围绕贯穿该管状支架的中心轴旋转整个360°来涂覆安装支架的整个外表面。
生物反应器的壳体可以是具有相对端面的细长棱柱的形式。优选地，生物反应器的壳体是圆柱形的并且具有圆形的相对端面。壳体包括腔体，第一和第二流体分配器至少部分地位于腔体内。该腔体可包括任何形状，但优选地与壳体本身互补。例如，在一些实施例中，壳体包括圆柱形状，其中具有圆柱形腔体。
第一和/或第二流体分配器可以设置和/或延伸穿过壳体中的开口。以这种方式，生物反应器被构造成使得第一和/或第二流体分配器至少部分地位于壳体内。或者，第一和/或第二流体分配器可以连接到一个或多个管道，用于在壳体中的开口处向其供应流体。在这样的实施例中，第一和/或第二流体分配器可以完全位于壳体内并且可以连接到壳体内的开口处的流体源。生物反应器可以包括围绕开口的一个或多个O形环密封件，以确保液体密封并且优选地围绕开口的流体密封，以防止液体或流体从壳体内不期望地泄漏。在目前优选的实施例中，第一和/或第二流体分配器穿过或连接到一个或多个管道，用于在壳体的至少一个端面内的开口处向其供应流体。在一些实施例中，第一流体分配器穿过或连接到一个或多个管道，用于在壳体的第一端表面中的第一开口处向其供应流体。附加地或可选地，第二流体分配器穿过或连接到一个或多个管道，用于在壳体的第二端表面中的第二开口处向其供应流体。
根据本发明的第二方面，提供了一种生物反应器，包括壳体，第一轴和位于第一轴上方的第二轴；生物反应器构造成接收可旋转地安装在壳体内并与第一轴同轴并围绕第一轴的支架，其中第一轴定位成将第一流体施加到安装支架的内表面上的第一区域，并且第二轴定位成将第二流体施加到安装支架的外表面上的第二区域；生物反应器还包括用于从壳体内移除流体的流体出口。
本发明第二方面的生物反应器可以根据需要或适当地包括根据本发明第一方面的生物反应器的任何或所有特征。
根据本发明的第三方面，提供了本发明的第一或第二方面的生物反应器，其包括安装在壳体内的支架。
支架可以是管状支架。
在一些实施例中，组织包括组织支架，并且组织支架可包括至少一部分生物组织或一部分器官。生物组织/器官部分可以脱细胞。在其他实施例中，支架可包括合成支架，其适于使细胞或组织在其上和/或其中生长，和/或适于模仿生物组织。
合适的组织或器官部分可选自间质，结缔组织或支持组织，其可以是软骨，纤维软骨或钙化的软骨组织，例如肠，气管，食道，血管，胃，尿道，膀胱，肺，肝，脾，肾，喉，滑膜，肌腱，骨腱，骨韧带或韧带。或者，组织可以是真皮组织。
组织支架可包括根据任何合适的方法已经脱细胞化的任何合适的组织，以便从组织中基本上去除细胞材料并形成组织支架。例如，可以通过使用WO2014/202958中描述的方法进行脱细胞化。
或者，可以通过使生物组织经历脱细胞化过程来实现脱细胞化，所述脱细胞化过程包括使组织经受渗透压休克。脱细胞化过程可包括使组织依次与低渗和高渗溶液(以任何顺序)接触以促进细胞裂解。
可以将生物组织浸入低渗和高渗溶液中。用低渗和高渗溶液接触或浸没生物组织可以重复至少一次，优选至少两次，三次或四次。高渗溶液可包含氯化钠。高渗溶液可进一步包含乙二胺四乙酸(EDTA)和/或Tris-HCl。高渗溶液可包含0.5M至2M NaCl，例如约1MNaCl。EDTA可以以10mM至100mM的浓度存在，例如20mM至50mM或约25mM。Tris-HCl可以以20mM至100mM之间的浓度存在，例如25mM至75mM之间或约50mM。高渗溶液可包含1M氯化钠，和可选的25mM EDTA和50mM Tris-HCl。低渗溶液可包含EDTA和/或Tris-HCl，其可以如上所述的高渗溶液所述的浓度存在。
包括使组织经受渗透压休克的脱细胞化过程还可以包括使组织与一种或多种核酸酶接触。在组织与低渗和高渗溶液接触后，可使核酸酶与组织接触。核酸酶可以是DNase、或RNase、或DNase和RNase的组合。脱细胞化过程还可包括在每个步骤后洗涤组织，优选在盐溶液中，例如磷酸盐缓冲盐水(PBS)。
根据本发明的第四方面，提供了一种处理生物材料的方法，包括以下步骤：
a)将支架安装在生物反应器的外壳内；
b)将第一流体从第一流体分配器施加到安装支架的第一区域；以及
c)将第二流体从第二流体分配器施加到安装支架的第二区域；
并且其中，第一流体，第二流体以及支架中的至少一个包括生物材料。
根据本发明的第五方面，提供了一种使用根据本发明的第一方面的生物反应器处理生物材料的方法，该方法包括以下步骤：
a)将支架安装在生物反应器的壳体内；
b)将来自生物反应器的第一流体分配器的第一流体施加到安装支架的第一区域；以及
c)将来自生物反应器的第二流体分配器的第二流体施加到安装支架的第二区域；
并且其中，第一流体，第二流体以及支架中的至少一个包括生物材料。
在本发明第四或第五方面的一些实施例中，至少支架包含生物材料，并且在优选实施例中，至少支架和第一和第二流体中的一种或两种包含生物材料。
本发明的第四或第五方面的方法可以包括在支架上生长生物组织，其可以包括将细胞和/或组织生长材料施加到支架上。细胞和/或组织生长材料可存在于第一和/或第二流体中。
在本发明第四或第五方面的方法中，第一和第二区域可以位于支架的同一表面上，但是在优选的实施例中，第一和第二区域位于支架的不同表面上。第一区域或第二区域中的一个优选是支架的内表面，第二区域或第一区域中的另一个优选是支架的外表面。
本发明第四或第五方面的方法可包括处理包含可采用任何形式的生物组织支架的生物材料。优选地，该方法包括在管状支架上处理生物材料。
在一些实施例中，本发明第四或第五方面的方法可包括在将支架安装在反应器的壳体内之前形成支架。在此类实施例中，该方法可包括例如采用生物组织的一部分或器官的一部分形成支架。该方法可另外包括使组织/器官脱细胞化的步骤。
合适的组织或器官部分可选自间质，结缔组织或支持组织，其可以是软骨，纤维软骨或钙化的软骨组织，例如肠，气管，食道，血管，胃，尿道，膀胱，肺，肝，脾，肾，喉，滑膜，肌腱，骨腱，骨韧带或韧带。或者，组织可以是真皮组织。
组织支架可包括根据任何合适的方法已经脱细胞化的任何合适的组织，以便从组织中基本上去除细胞材料并形成组织支架。例如，可以通过使用WO2014/202958中描述的方法进行脱细胞化。
或者，可以通过使生物组织经历脱细胞化过程来实现脱细胞化，所述脱细胞化过程包括使组织经受渗透压休克。脱细胞化过程可包括使组织依次与低渗和高渗溶液(以任何顺序)接触以促进细胞裂解。
可以将生物组织浸入低渗和高渗溶液中。用低渗和高渗溶液接触或浸没生物组织可以重复至少一次，优选至少两次，三次或四次。高渗溶液可包含氯化钠。高渗溶液可进一步包含乙二胺四乙酸(EDTA)和/或Tris-HCl。高渗溶液可包含0.5M至2M NaCl，例如约1MNaCl。EDTA可以以10mM至100mM的浓度存在，例如20mM至50mM或约25mM。Tris-HCl可以以20mM至100mM之间的浓度存在，例如25mM至75mM之间或约50mM。高渗溶液可包含1M氯化钠，和可选的25mM EDTA和50mM Tris-HCl。低渗溶液可包含EDTA和/或Tris-HCl，其可以如上所述的高渗溶液所述的浓度存在。
包括使组织经受渗透压休克的脱细胞化过程还可以包括使组织与一种或多种核酸酶接触。在组织与低渗和高渗溶液接触后，可使核酸酶与组织接触。核酸酶可以是DNase、或RNase、或DNase和RNase的组合。脱细胞化过程还可包括在每个步骤后洗涤组织，优选在盐溶液中，例如磷酸盐缓冲盐水(PBS)。
在一些实施例中，本发明第四或第五方面的方法可包括旋转安装支架，同时将第一和/或第二流体施加到其表面或区域。安装支架可以围绕穿过支架中心的轴线旋转。在所述方法包括在管状支架上处理或生长生物材料的实施例中，支架围绕其旋转的轴可以包括沿着管状结构的长度的轴。第一或第二流体分配器可位于安装支架内，而第一或第二流体分配器中的另一个可位于安装支架的外部。
在一些实施例中，本发明的第四或第五方面的方法可包括从生物反应器的壳体内移除流体。在这样的实施例中，可以通过流体出口移除流体。该方法可以包括间歇地打开流体出口以周期性地从壳体内移除流体。或者，本发明的第四或第五方面的方法可以包括始终使流体出口保持打开，使得流体从生物反应器的壳体内持续地排出。
本发明的第四或第五方面的方法可包括回收从生物反应器的壳体排出的流体。例如，在一些实施例中，可以将移除的流体引导至生物反应器的第一和/或第二流体分配器，以施加至安装支架的一个表面或区域。该方法可以另外包括在被移除的流体通过流体出口移除之后，以及被引导到第一和/或第二流体分配器之前对被移除的流体进行再充氧。在这样的实施例中，该方法可包括将从壳体移除的流体引导至第一和/或第二流体分配器之前先引导至充氧器。
支架，中心轴和/或第一流体分配器可以布置成在1转/30秒和1转/30分钟之间旋转，例如，1转/1分钟，1转/2分钟，1转/2.5分钟或1转/5分钟。
壳体内部，第一和第二流体分配器，管状支架以及第一和第二流体可以独立地保持在20℃至45℃之间的温度，特别是在30℃至40℃之间，例如约37℃。
壳体内的气氛可根据需要通过改变CO2，氧气和氮气的水平进行控制，例如，根据所使用的生物材料保持正常或低氧气氛。
第一和/或第二流体可包括细胞，其可以例如选自干细胞，上皮细胞等。从第一和第二流体分配器分配的流体可包括细胞生长介质。细胞生长介质可以独立地包含本领域已知的生长因子和细胞生长材料。细胞生长介质通常经过选择以匹配在介质中分配的任何细胞。例如，如果分配的是支气管细胞并且第一流体分配器分配支气管上皮细胞，则从第一流体分配器分配的流体可包括由Lonza提供的支气管上皮细胞生长介质，并且例如，如果第二流体分配器分配骨髓间充质干细胞(BM-MSC)，则从第二流体分配器分配的流体可包括杜氏培养液(Dulbecco's Modified Eagle Medium)。
第一和第二流体分配器可以以相同的速率或以可能相差例如高达10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，90％，或100％的速率分配流体。例如，第一和第二流体分配器可以0.1ml/分钟至1000ml/分钟的速率分配流体，例如1ml/分钟至100ml/分钟，或5ml/分钟至25ml/分钟。
该方法可以包括最初在步骤b)和c)中将不包含细胞的第一和第二流体施加到支架上，例如长达30秒，60秒，120秒，5分钟，10分钟或30分钟的时间，然后施加含有细胞的第一和/或第二流体。当使用含有细胞和无细胞的流体时，支架可以在整个步骤b)和c)中旋转。
附图说明
为了更清楚地理解本发明，现在将仅通过示例的方式参考附图描述本发明的实施例，附图中：
图1是根据本发明的生物反应器的一个截面的侧剖视图；
图2是图1中所示生物反应器的截面的另一侧剖视图；
图3是包括根据本发明的生物反应器的一个实施例的操作设置的示意图；以及
图4是包括根据本发明的生物反应器的实施例的另一操作设置的示意图。
具体实施方式
图1和2示出了根据本发明的生物反应器10的一个示例性实施例。生物反应器10包括壳体12，壳体12基本上是圆柱形的并且在其中具有圆柱形腔体14。在腔体14内设置有第一轴16形式的第一流体分配器和第二轴18形式的第二流体分配器。第一轴16基本上位于壳体12的腔体14内的中心，而第二轴18位于壳体12的上边缘附近(在图中所示的方向上)。如下文所述，轴16，18在使用中可操作地将流体施加到安装在腔体14内的支架38的表面上。生物反应器10还包括流体出口20，其可用于从在使用中的壳体12的空腔体14内移除流体，将在下面详细描述。
生物反应器10还包括圆柱形块22形式的支撑结构。两圆柱形块22安装在第一轴16上，并沿第一轴16的长度朝向其相对的两端部分开。在所示实施例中，块22用于安装支架38，支架38具体地是在壳体12的腔体14内的基本上圆柱形的管状支架。优选地，块22围绕由第一轴16的长度限定的轴线可旋转。以这种方式，当安装在块22上时，管状支架38也可以绕该轴线旋转。当安装在壳体12的腔体14内时，管状支架38的位置在图2中示出。
管状支架38是一种生物组织支架，其已经脱细胞以基本上去除所有细胞材料。生物组织的类型不受限制，并且可以是例如气管，食道，肠或血管。
第一轴16大部分位于壳体12的腔体14内。但是，第一轴16的一部分穿过壳体12的第一端面24中的开口突出到壳体12外。从壳体12内突出的第一轴16的末端包括流体连接器28，该流体连接器28同时用作向第一轴16内引入流体或从其中移除流体的入口和出口。为了确保围绕第一轴16与壳体12的第一端面24处的流体密封，此处设有O形密封圈36a，36b。这是为了预防壳体12的腔体14发生不希望的流体泄漏。
类似地，第二轴18大部分位于壳体12的腔体14内。但是，第二轴18的一部分穿过壳体12的第二端面26中的开口突出到壳体12外。从壳体12内突出的第二轴18的末端包括流体连接器30，该流体连接器30用作将流体引入第二轴18的入口。为了确保围绕第二轴18与壳体12的第二端面26处的流体密封，此处设有O形密封圈36c，36d。同样，这是为了预防壳体12的腔体14发生不希望的流体泄漏。
第一和第二轴16，18都是中空的并且是穿孔的，沿其长度包括一系列孔32，34。详细描述如下，孔32，34允许轴16，18内的流体从轴16，18内分配到安装于壳体12的腔体14内的支架38的表面上。第一轴16内的孔32沿轴16的长度设置在两块22之间。类似地，第二轴18内的孔34沿轴18的长度设置，但是，第二轴18内的孔34沿轴18的设置长度仅与第一轴16内的孔32在轴16上的设置长度等效。在图中所示的方向上，第二轴18内的孔34沿第二轴的长度刚好位于包含孔32的第一轴16的长度正上方。
如图2所示，在支架38安装在壳体的腔体14内的情况下，第一轴16居中贯穿管状支架38定位，使得流体可通过轴16内的孔32施加到支架38的内表面37。在所示的实施例中，第一流体33通过第一轴16中的孔32施加到支架38的内表面37上。第二轴18定位成管状支架38的正上方(如图中所示的方向)，使得流体可通过轴18中的孔34施加到支架的外表面39上。在所示的实施例中，第二流体35通过第二轴18中的孔34施加到支架38的外表面39上。
第一和第二流体33，35可包含生长介质和细胞，例如分别培养于适当的生长介质中的上皮细胞和干细胞。
图3和4示出了包含根据本发明的一个实施例的生物反应器10的操作设置。特别地，这些图示出了第一和第二流体33，35如何设置在相应的轴16，18中以施加到安装支架38的表面上。
如图3所示，生物反应器10在第一轴16的端部处的流体连接器28处通过管道50和52连接到第一泵41。具体地，管道50可操作地将来自泵41的流体供应给流体连接器28，而管道52可操作地将流体从流体连接器28输送回泵41。该图中所示的设置另外还包括第一流体贮存器42，其通过管道48流体连接到泵41。
类似地，还提供第二泵46，用于在压力下通过流体连接器30将第二流体35供应到第二轴18。第二泵46通过管道66和68流体连接到生物反应器10的流体连接器30。具体地，管道66可操作地将流体从泵46供应到流体连接器30，而管道68可操作地将流体从流体连接器30输送回泵46。如图所示的设置另外还包括第二流体储存器62，其通过管道64流体连接到泵46。
废液管70流体连接到流体出口20以将多余的流体从生物反应器10的壳体12内排出。
图4中所示的设置与图3中所示的设置的不同之处在于，第二泵46未通过储存器供应流体。而是，由流体出口20从壳体12的腔体14内移除的流体来向第二泵46供应流体。在所示实施例中，生物反应器10还包括设置在第二泵46和流体出口20之间的充氧器44。具体地，充氧器44经由管道54流体连接到出口20并经由管道56流到第二泵46。如下所述，在这样的设置中，充氧器44在使用中可操作地使从壳体12的腔体14内移除的流体再充氧，使得其可以再次用作第二流体35，以施加到安装支架38的另一表面。
现在将参考图1～图4描述生物反应器10的操作使用。
生物反应器10被用于在安装在其壳体12内的支架38的表面上生长生物材料。为此，第一和第二流体33，35被分别施加到内表面37和外表面39上。流体33，35经由伸入到壳体12中的相应的轴16，18施加。流体33，35通常包括含有多个细胞的生长介质，所述细胞可以全部是相同的细胞类型，或者可以是两种或更多种不同的细胞类型。优选地，第一和第二流体33，35包括不同的生物介质。然而，应该理解，第一和第二流体33，35可包括相同的介质。
在图示的生物反应器10中，第一流体33经由第一轴16施加到安装支架38的内表面37上。如图所示，支架38围绕第一轴16同轴地安装在壳体12内，如同定位的那样，使得包含在第一轴16内的第一流体33通过第一轴16内的孔32滴到支架38的内表面37上。当第一流体33通过第一轴16中的孔32滴下的同时，支架38通过块22(在某些情况下也是轴16)的旋转围绕由第一轴16限定的轴线旋转。支架38的这种旋转使得第一流体33能够在支架38围绕该轴线整个360°旋转时被施加到支架38的整个内表面37，因为位于第一轴16中孔32的正下方的内表面37的部分会随着支架38的旋转而连续变化。
类似地，与此同时，将第二流体35施加到安装支架38的外表面39上。为此，支架38安装于第二轴18的正下方(在图中所示的方向上)，使得包含在第二轴18内的第二流体35通过第二轴18内的孔34滴到支架38的外表面39上。如上所述，支架38通过旋转块22(在某些情况下也是轴16)的旋转围绕由第一轴16限定的轴线旋转。支架38的这种旋转还使得第二流体35能够在支架38围绕该轴线整个360°旋转时被施加到安装支架38的整个外表面39上，因为位于第二轴18中的孔34的正下方的外表面39的部分会随着支架38的旋转而连续变化。
过量流体40(其可以源自第一和/或第二轴16，18)将收集于腔体14的底部处的支架38的下方。该过量流体40通过流体出口20从腔体14内移除。
在图3所示的装置中，被移除的过量流体40通过废水管70排出并且不再使用。然而，在图4所示的替代设置中，被移除的过量流体40被再循环用作第二流体35，用于施加到安装支架的外表面39。具体地，在通过流体出口20移除流体40之后，过量流体40被引向充氧器44。充氧器44可操作地对流体再充氧，随后该流体通过第二泵46以在压力下将流体供应到第二轴18处。如上所述，该流体随后被施加到支架38的外表面39上。
在图4中，通过流体出口20从壳体12内移除的流体40被引导回第二轴18。然而，应该理解，本发明不限于此种形式。而是，移除的流体40可替代地被引导至第一轴16以施加至支架38的内表面37。在进一步的实施例中，移除的流体40可被引导至第一和第二轴16，18以用于施加到支架38的内表面和外表面37，39上。在另外的实施例中，例如使用图3中所示的设置那样，被移除的流体40可以简单地从壳体12内排出而不被重复使用，如上所述。
在一些实施例中，生物反应器10可以连接到第二流体储存器作为第二流体源以施加到支架38上，如图3所示。在这样的实施例中，来自壳体12内的回收流体40可用于第一和/或第二流体33，35的补充。
在一些实施例中，生物反应器10可包含一个或多个另外的充氧器。例如，在一些实施例中，生物反应器10可以沿着管道52在流体连接器28和第一泵41之间设置充氧器。在这样做时，沿着管道52从第一轴16内移除的流体可以是在被泵送回第一轴16之前再充氧，以施加到安装支架38的表面。
上述实施例仅通过示例的方式描述。在不脱离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，还可以做出各种变化。

Claims (31)

1.一种生物反应器，其特征在于，包括：壳体，第一流体分配器和第二流体分配器；该生物反应器构造成接收安装于壳体内的支架，第一和第二流体分配器定位成将相应的第一和第二流体施加到安装支架的至少两个不同区域。
2.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于，包括用于从壳体内移除流体的流体出口。
3.根据权利要求1或2所述的生物反应器，其特征在于，所述第一和第二流体分配器定位成将流体施加到安装支架的不同表面。
4.根据权利要求3所述的生物反应器，其特征在于，所述第一流体分配器定位成将所述第一流体施加到安装支架的内表面。
5.根据权利要求3或4所述的生物反应器，其特征在于，所述第二流体分配器定位成将所述第二流体施加到安装支架的外表面。
6.根据权利要求2或当从属于权利要求2时权利要求3至5中任意一项所述的生物反应器，其特征在于，所述生物反应器可操作地再循环通过所述流体出口移除的流体。
7.根据权利要求6所述的生物反应器，其特征在于，包括，或包括用于将生物反应器连接到一个或多个管道的装置，以将所移除的流体引导到第一和/或第二流体分配器，以将流体重新施加到安装支架的一个或多个表面。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的生物反应器，其特征在于，包括或包括用于将生物反应器连接至一个或多个充氧器的装置。
9.根据当从属于权利要求2时权利要求8所述的生物反应器，其特征在于，包括或包括用于将生物反应器连接到一个或多个充氧器的装置，所述充氧器可操作地在使用中对通过流体出口排出的流体进行再充氧。
10.根据权利要求2或当从属于权利要求2时权利要求3至9中任一项所述的生物反应器，其特征在于，所述生物反应器构造成使得仅从所述流体出口向所述第二流体分配器供应所述第二流体。
11.根据前述权利要求中任意一项所述的生物反应器，其特征在于，所述第一和/或第二流体分配器包括穿孔轴或导管，所述穿孔轴或导管中具有一个或多个孔。
12.根据权利要求11所述的生物反应器，其特征在于，所述第一和/或第二轴或导管可操作地通过所述轴或导管内的所述一个或多个孔将所述第一或第二流体施加到安装支架的一个或多个表面上。
13.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，包括支撑结构，在使用中支架可安装于其上。
14.根据权利要求13所述的生物反应器，其特征在于，所述支撑结构被构造成使得支架可旋转地安装在其上。
15.根据前述权利要求中任意一项所述的生物反应器，其特征在于，所述生物反应器构造成接收管状支架，所述管状支架在安装时围绕穿过所述管状支架中心的轴线可旋转。
16.根据权利要求15所述的生物反应器，其特征在于，所述生物反应器的第一流体分配器沿着安装支架的旋转轴线设置，使得安装支架与所述第一流体分配器同轴并围绕所述第一流体分配器。
17.根据前述权利要求中任意一项所述的生物反应器，其特征在于，所述第二流体分配器安装于所述生物反应器的壳体内时定位于支架的位置的正上方。
18.如前述权利要求中任意一项所述的生物反应器，其特征在于，包括安装于所述壳体内的支架。
19.一种处理生物材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将支架安装于生物反应器的壳体内；
b)将第一流体从第一流体分配器中施加到安装支架的第一区域；以及
c)将第二流体从第二流体分配器中施加到安装支架的第二区域；
并且其中，第一流体、第二流体以及支架中的至少一种包括生物材料。
20.一种使用根据权利要求1-17中任意一项所述的生物反应器处理生物材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将支架安装于生物反应器的壳体内；
b)将第一流体从生物反应器的第一流体分配器施加到安装支架的第一区域；以及
c)将第二流体从生物反应器的第二流体分配器施加到安装支架的第二区域；
并且其中，第一流体、第二流体以及支架中的至少一种包括生物材料。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，所述安装支架的第一和第二区域位于所述支架的不同表面上。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，第一区域是所述支架的内表面，第二区域是所述支架的外表面。
23.根据权利要求19-22中任意一项所述的方法，其特征在于，包括在管状支架上处理生物材料。
24.根据权利要求19-23中任意一项所述的方法，其特征在于，包括旋转所述安装支架的同时，第一和/或第二流体被施加到所述支架的一个表面或区域。
25.根据权利要求19至24中任意一项所述的方法，其特征在于，包括通过一个流体出口从所述生物反应器的壳体内移除流体。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，包括回收从所述生物反应器的壳体排出的流体。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述移除的流体被引导到生物反应器的第一和/或第二流体分配器，以施加到安装支架的一个表面或区域。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，包括在将流体通过所述流体出口移除之后，以及在被引导到所述第一和/或第二流体分配器之前，对所述移除的流体进行再充氧。
29.根据权利要求19至28中任意一项所述的方法，其特征在于，所述第一和第二流体分配器中的一个定位于所述安装支架内。
30.根据权利要求19至29中任意一项所述的方法，其特征在于，所述第一和第二流体分配器中的一个定位于所述安装支架的外部。
31.一种基本上如本文参考附图所述的生物反应器或方法。
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