CN110177863A - 生物反应器和这种生物反应器的使用方法 - Google Patents

Abstract

生物反应器，包括容器(1)，容器由至少一个侧壁(11)、底壁(12)和由盖子(14)封闭的开口(13)组成，以确定内室，在所述内室的内部设置有中间壁(2)，旨在将内室分成上室(31)和下室(32)，所述中间壁(2)具有至少一个孔(21)。此外，中间壁(2)具有搁置在所述底壁和/或所述侧壁上的至少一个区域，并且在所述孔(21)处设置用于膜(22)的至少一个容纳座(26)。

Description

生物反应器和这种生物反应器的使用方法

本发明涉及一种生物反应器，其包括容器，该容器由至少一个侧壁、底壁和由盖子封闭的开口组成，以确定内室。

在内室内部设置有中间壁，该中间壁旨在将内室分隔成上室和下室，中间壁具有至少一个孔。

刚刚描述的配置是一些已知的现有技术生物反应器的配置，即那些能够提供适合生物样品生长的环境的设备。

特别地，本发明涉及用于进行扩散研究以模拟生物界面过程的那些生物反应器。

已知的现有技术生物反应器具有旨在模拟界面组织的膜，该膜将上室与下室分开：例如，分子被插入上室中，并且研究了这些分子从上室到下室的通道。

尽管广泛使用，但已知的现有技术生物反应器仅限于少数应用，首先是由于难以使它们适应要进行的分析的若干配置。

由于它们的尺寸小，它们不能在其中接收三维生物材料。此外，在这种生物反应器中使用的膜仅允许粒子/分子通过。

这种限制尤其是在特定应用中的重要缺点，例如肿瘤细胞扩散的分析，其中，为了保证有效的分析结果，需要使用在三维临床相关尺寸基质中培养的肿瘤细胞，以产生人造肿瘤，即比简单细胞大得多。

此外，在确认其适应性差的情况下，已知的现有技术生物反应器与“一次性”装置相当，它们不提供可拆卸、可更换、可消毒且因此可重复使用的部件或适于不同操作配置的部件。

因此，由于已知的现有技术装置不满足要求，因此需要提供一种生物反应器，该生物反应器克服上述缺点并具有允许其通过简单地修改其组件来满足要进行的不同分析范围的特征。

本发明通过提供如上文所述的生物反应器实现了上述目的，其中中间壁具有至少一个搁置在底壁和/或侧壁上的区域，并且其中中间壁在孔处交替地提供膜或容纳座，旨在容纳至少一个膜。

该膜显然旨在允许细胞、分子、粒子和/或流体从上室传递到下室，反之亦然。

因此，根据应用，提供了具有可更换、可消毒和可重复使用或一次性的膜的生物反应器。

中间壁的特征配置允许形成容纳座，其中膜可以容纳并且容易更换，而不必紧固到中间壁。

这种配置允许更换膜，并且根据应用选择其最有用类型的膜。

如从一些实施方案中将清楚的，在一个变型实施方案中，膜可以搁置在容纳座内，而不需要紧固装置，不仅保证膜易于更换，而且还保证其定位可调节。

此外，本发明的生物反应器不限于单一类型的膜，但是，由于它是可更换的，因此可以特别地根据应用类型来制造膜。

膜可以现有技术中已知的任何方式制造。

例如，膜可以由通过静电纺丝法获得的聚合物材料组成。

同样地，膜可以由通过3D打印工艺获得的聚合物、金属材料或任何材料构成。作为替代方案，它可以是市场上可获得的膜或可以充当膜的任何其他多孔和/或可渗透隔片。很清楚所述类型的膜如何可以适应不同的操作需要：所公开的方法不仅允许改变膜的尺寸，而且还允许调节膜的孔隙率和/或渗透性。

因此，本发明的生物反应器的膜允许模拟在组织界面处发生的所有过程。

此外，静电纺丝和3D打印都可以获得具有不同孔隙率的膜，同时保持合适的机械强度和生物相容性。

有利地，可以为由蛋白质材料制成的膜提供涂层(功能化)，例如明胶、胶原或其他聚合物，或生物材料(细胞单层)。

例如，可以提供用胶原和上皮细胞的其他细胞外基质蛋白涂覆的膜，在其上培养上皮细胞以在体外重建内皮层。

无论实现方式如何，在这种情况下的重要方面是基于操作需要更换和修改膜的可能性。

作为替代或组合，膜可以至少部分地由通过活组织的细胞组成。

例如，膜可以由上皮组织组成。

在这种情况下，本发明的生物反应器可用于分析细胞、生物分子或辐射或细胞簇的通过和/或吸收，用于美容和/或皮肤病学目的。

根据进一步的实施方案，膜由消化系统的胃肠上皮组织和/或所关注的组织组成。

在这种情况下，本发明的生物反应器可用于分析细胞、生物分子或辐射或细胞簇的通过和/或吸收，用于营养保健、食品目的或用于人、动物或植物消化过程。

根据进一步的实施方案，膜可以由肺上皮组织组成。

在这种情况下，本发明的生物反应器可用于分析细胞、生物分子或辐射或细胞簇的通过和/或吸收，用于呼吸系统目的。

此外，膜可以由不同类型的上皮组织(角膜、鼻粘膜、舌粘膜)或其他类型的组织(毛发)组成。

在这种情况下，本发明的生物反应器可用于分析细胞、生物分子或辐射或细胞簇的通过和/或吸收，用于化妆品、生物技术、生理学目的。

为了使本发明的生物反应器具有高适应性，本发明提供了下面将描述的本发明的生物反应器的两个主要实施方案。

无论实现方式如何，本发明的生物反应器除了允许如上所述容易更换之外，还允许调节膜的定位，尤其是膜的高度定位。

膜的高度调节的可能性对于赋予生物反应器更大的适应性是必要的。

因此，膜可以基于要进行的分析，待插入在上室和/或下室中的样品的尺寸以及待施加的流动条件而移动。

如下所述，生物反应器的两个实施方案分别提供膜和具有膜的中间壁的高度调节。

根据第一实施方案，可以提供一个或多个支撑元件，膜支撑在支撑元件上，支撑元件的厚度改变膜的高度定位。

相反，第二实施方案提供了使用杯状元件来制造中间壁，该中间壁在底部具有膜：杯状元件的高度位移导致膜因此被移位。

因此，它导致膜和杯状元件的整体构造，因此膜的位移不仅可以由杯状元件的高度位移引起，而且可以由其形状和尺寸的变化引起，诸如杯的侧壁的增加、减小或变窄，其甚至可能需要改变膜的形状。

有利地，根据优选实施方案，提供了连接到生物反应器的流体回路，以便更好地模拟组织并利用流体流动(空气/液体)执行“动态”分析。

在这种情况下，界定下室的侧壁和/或界定上室的侧壁和/或盖子和/或底壁具有至少一个入口端口和至少一个出口端口，用于连接相应的流体回路。

如从本专利申请所附的实施方案可以清楚地看出，可以提供两个独立的回路，一个用于上室，且一个用于下室。

为了保持通过中间壁或膜的高度调节获得的室体积的可变性的特性，有利地，用于上室的入口端口和出口端口可以放置在开口附近，而用于下室的入口端口和出口端口放置在底壁附近。

因此，中间壁或膜自由地改变它们的位置而不会干扰流体流动。

如上所述，膜的“自由”定位是本发明的发明构思：中间壁的特定配置不一定需要用于紧固膜的装置。

因此，在需要使用具有特定刚度水平的膜时，不需要使用夹具或夹子。

可以提供通过垫圈保持固定的膜，或者通过外科密封剂胶合或者可以插入商业插入物中。无论如何，本发明的生物反应器允许容纳任何类型的膜，使得其上具有所需的流体流动。

例如，关于肺扩散的研究，有必要提供与细胞化膜一起冲洗的流体流，以重建肺泡中存在的生理条件，并且只有膜的高度调节才能保证这种状态，同时保持生物反应器的高适应性。

显然，同样基于下面描述的实施方案，除了允许保证膜的可互换性和定位调节之外，本发明的生物反应器还允许容纳具有可变形状和厚度的膜，以及容纳多于一种膜。

根据另一变型实施方案，可以提供具有特定厚度和形状的板元件，其旨在放置成与底壁接触以限制下室的体积。

下室的体积减小允许减少生长因子或药物量，它们是特别昂贵的，并且下室的体积减小允许模拟各种生理条件，例如毛细管回路(小口径)或主动脉(更大口径)。

为了精细调节下室的体积，可以提供多个板元件，这些板元件可以彼此堆叠，直到在室内达到所需的体积。

在这种情况下，用于连接到下室的流体回路的入口端口和出口端口可以设置在中间壁附近。

如上所述，提供至少一个连接到下室和/或上室的流体回路，以进行动态分析。

在这种情况下，流体回路具有至少一个泵、输送管和返回管。

为了对循环流体进行取样并进行分析，提供了一个阀，例如三通阀，放置在输送管和/或返回管上。

最后，根据可能的实施方案，可以提供本发明的生物反应器，以在下室的内部或外部和/或上室的内部或外部和/或界定生物反应器的壁的内部或外部具有一个或多个传感器。

由于上述优点，本发明还涉及用于分析细胞、分子、粒子、化合物、物质、营养素、污染物、生长因子、细胞群(簇)、药物和/或任何种类的物体或电磁辐射的通过的系统。

该系统提供使用通过流体回路连接到任何收集系统的生物反应器，允许收集通过生物反应器的上室或下室的流体，以便稍后进行分析。

在优选的变型实施方案中，收集系统由另外的生物反应器组成。

特别地，根据这种配置，该系统提供至少两个生物反应器，其根据上述一个或多个特征制成，通过流体回路连接。

此外，两个生物反应器可以彼此串联连接，使得上面列出的物质和/或其中包含的流体必须遵循预先确定的路径穿过膜和/或室，例如如果一个生物反应器的下室的入口端口和出口端口分别连接到其他生物反应器的上室的出口端口和入口端口。

或者，两个生物反应器可以彼此并联连接，使得上面列出的物质和/或流体可以遵循穿过膜和/或室的不同可能路径，例如，如果一个生物反应器的上室的入口端口和出口端口分别连接到其他生物反应器的上室的出口端口和入口端口，而下室不相互连接并仅从它们自己的上室接收物质。

除了与生物反应器相关的有利方面并且还涉及本发明的系统之外，如从下面描述和示出的实施方案中将清楚的，这种系统还允许细胞的通过及其迁移和/或粘附到存在于第二生物反应器的下室中的待分析的样品组织。

此外，如通过本发明的方法将清楚，将两个生物反应器串联的可能性是在体外重建转移的唯一方式，以获得现有技术中目前不可获得的临床模型，其提供研究作为两个上皮膜的通道的内渗和外渗现象。

可以在生物反应器的上室中重建原发肿瘤的环境，其中肿瘤细胞在体外/离体培养并生长，例如用于在天然或人工生物组织内部诊断和/或治疗和/或研究用途的人肿瘤活组织检查，或者原代细胞或液体活组织检查或稳定细胞系或其他。

这种原发性肿瘤模型在生物反应器中与膜接触培养，所述膜可以具有不同孔隙率和/或渗透性水平，并且可以由无机或有机材料制成，用细胞(例如，内皮细胞)功能化或不功能化以重建血管壁。

同样地，另一个生物反应器可以容纳相同的膜，并且在下室中可以重建转移微环境。这种配置使得可以离体/体外观察肿瘤细胞从原发肿瘤的迁移，它们的内渗，即通过内皮屏障的通道，它们在两个生物反应器之间的流动中的循环，其重建血流，它们的外渗，即穿过内皮屏障到达转移部位。这种转移模型允许在物理隔离的环境中维持不同类型的细胞，并且允许观察来自原发性肿瘤的转移的发作，因此提供用于以下的平台：

-新治疗方案和新化疗药物的毒性、安全性和功效测试

-药物发现和药代动力学测试

这种配置与生物反应器的使用方法一起也允许进行药物重新定位。特别地，它允许在现有技术中已知的药物的功效研究，用于在本发明的生物反应器中在体外/离体重建的新病理学上研究其他病理学。

还可以使用其不同的流动和粘度条件，重建不同的生理/病理背景。

此外，当例如在生物反应器中培养肿瘤患者的活组织检查并且测试不同的药物和/或实验治疗方法并且在离体/体外验证它们的功效时，可以进行治疗。

由于刚才描述的内容，本发明最后涉及用于分析细胞、分子、粒子、化合物、物质、营养素、污染物、生长因子、细胞群(簇)、药物和/或任何种类的物体或电磁辐射的通过的方法。

该方法提供使用如上所述的至少一个生物反应器。

该方法还提供以下步骤：

a)在下室和/或上室中产生流体流动；

b)收集和分析在这些室中流动流体和包含在其中的物质(上面列出的)或透射的辐射的一部分。

与处理溶质和物质的通过的现有技术已知系统和方法不同，本发明的方法和生物反应器还允许通过使用三维生物材料来分析细胞的通过，其中存在多个细胞，放置在生物反应器中。

因此，有可能研究涉及细胞通过的机制，例如肿瘤细胞从代表原发性肿瘤的组织通过到达血流(内渗)和转移的靶组织(外渗)。

根据一个可能的实施方案，提供了在所述上室和/或下室中插入生物材料的步骤，提供了在流体和/或在其中包含的分子和/或所述通过的辐射的通过效应之后分析所述生物材料的后续步骤。

规定了生物材料可以由生物材料(活组织检查)样品或通过添加细胞人工重建的材料组成。

在例如分析肿瘤细胞通过的情况下，可以通过具有悬浮和/或贴附肿瘤细胞的载体材料重建患有肿瘤的组织或器官。

将这种材料插入上室中并与膜接触。

然后在装置中建立流体流动，并通过将其一部分抽吸通过三通阀来评估离开肿瘤、主动穿过膜并到达流体回路的细胞数量。

基于期望的环境，可以提供也在上室中产生流体流动。

有利地，提供了调节流体流动速度的步骤，该速度甚至不随时间恒定，对于两个室速度可以是不同的。

这种布置使得可以增加模拟其中必须研究细胞通过的各种环境的可能性。

本发明的方法和系统的生物反应器的可选特征在所附的从属权利要求中，这些权利要求是本说明书的组成部分。

最后，本发明的方法因此允许在由生物反应器组成的动态系统内部，材料和膜保持接触，材料和膜在现实中可以对应于肿瘤和界面组织，例如内皮。

规定刚才描述的方法可以与分析本发明的物质(例如细胞)的通过的系统结合使用。

最后，很清楚本发明的系统和方法如何不限于细胞通过的研究和分析。

由于生物反应器的实施方案，本发明的系统和方法可以进一步提供以下应用：

-乳液的吸收测试(化妆品)

-胃肠系统的营养吸收测试(营养保健品)

-具有不同粒径的粒子的细胞毒性测试(毒理学)

-药物吸收测试(药物输送)。

从以下对附图所示的一些实施方案的描述中，本发明的这些和其他特征和优点将更加清楚，其中：

图1是根据一个实施方案的本发明的生物反应器的示意图；

图2a和图2b是根据可能的实施方案的本发明的生物反应器的两个分解图；

图3是根据可能的实施方案的本发明的生物反应器的分解图；

图4a至图4d是本发明的生物反应器组件的一些细节；

图5a和图5b是处于关闭状态的生物反应器的两个视图；

图6a和图6b是本发明的液压回路和生物反应器之间的连接的两种可能的配置；

图7a和图7b是根据可能的变型实施方案的本发明的生物反应器；

图8是本发明的生物反应器与液压回路的组合；

图9是分析本发明的转移模型中的细胞通道的系统。

规定，本专利申请所附的附图描绘了本发明的生物反应器的一些实施方案，并且这些附图被示出以更好地理解本发明的特征和优点。

因此，这些实施方案必须仅旨在用于说明目的，而不是对本发明的发明构思的限制，本发明的发明构思在于提供具有可更换部件的生物反应器并且易于适应不同的操作需要。

图1显示了根据可能的实施方案的本发明的生物反应器的截面。

生物反应器1包括容器1，容器至少由侧壁11、底壁12和由盖子14封闭的开口13组成，以确定内室。

此外，提供了中间壁2，中间壁被放置在内室的内部，以将内室分成上室31和下室32。

中间壁2可以根据不同的实施方案制成，如图1至图4d所示。

这些实施方案共享这样的事实，即中间壁具有旨在容纳膜22的孔21。

膜22允许细胞、分子、粒子、化合物、物质、营养素、污染物、生长因子、细胞群(簇)、药物和/或任何种类的物体或电磁辐射从上室31传递到下室32，反之亦然。

为了进行所关注的分析并且如下所述，根据可能的实施方案，将生物材料3的样品放置成与膜22接触，以分析属于从上室31到下室32通过膜22的样品3的细胞。

出于实际目的，孔21放置在中间壁2的中心，但是也可以偏心方式放置。

此外，为了结构方便，容器1优选地具有圆柱形状，但是它可以具有任何形状而不需要改变下面描述的组件的特性。

有利地，容器1由塑料材料构成，优选地是易于在高压釜中灭菌的生物相容性聚合物，例如聚碳酸酯等。

优选地，内室的直径范围为3厘米至5厘米，而侧壁11的厚度范围为0.7至7毫米，允许根据用于将液压管连接到系统所使用的方法在机械强度、重量轻之间获得最佳折衷，如下文所述。

优选地，盖子14和中间壁2也由生物相容的聚合物材料构成。

如上所述，膜22可以由通过静电纺丝工艺获得的聚合物材料构成。

中间壁2在图1中示出为水平布置，但显然也可以根据操作需要使其倾斜。

特别参考图1和图4a至图4d，中间壁2由紧固在容器1的侧壁11上的板元件构成。

特别地，中间壁2由环形元件构成，该环形元件在中心处设置孔21。

此外，中间壁2具有两个螺纹孔23，以允许螺钉(未示出)被紧固以从容器1移除中间壁2。

根据一个可能的实施方案，可以设置中间壁2，例如通过将其搁置和/或胶合到设置在下室32中的两个楔形件(未示出)来紧固。

这种楔形件可以与中间壁2一体制成。

根据图4a至图4d所示的变型，中间壁2还具有插入在中间壁2的外壁和容器1的内壁之间的“O形环”类型的垫圈24。

这种垫圈由可耐高压和耐高温的材料制成，并且它允许上室31和下室32气密地分离。

图4a和图4b示出了中间壁2的两个侧剖面。

如图3所示，孔21被制成用于获得肩部，该肩部旨在形成容纳座26，其中插入膜22。

膜22可以插入容纳座中，并且可以例如通过胶合将其紧固。

作为替代方案，根据所示实施方案，通过使用由两个支撑元件25组成的可移除紧固装置将膜22插入容纳座26中，所述支撑元件25将膜22紧固在适当位置。

两个钳口元件25优选地由两个环形元件25构成，图4c和图4d，它们重叠，膜22装配在它们之间，使得膜22可以覆盖环形元件25的孔并且可以允许下部室32和上室31流体连通。

环形元件25可以以现有技术中已知的任何方式紧固到中间壁2上。

环形元件25可以进一步简单地放置在中间壁2上，在容纳座26内，或者可以通过特定的胶水紧固。

根据可能的实施方案，这些环形元件可以由有机硅制成。

可以提供任何数量的环形元件25并且基于操作需要布置。

如上所述，可以仅设置一个环形支撑元件25，该环形支撑元件插入容纳座26中，膜22放置在该环形支撑元件上：在这种情况下，膜可以简单地放置或甚至胶合到环形支撑元件25上。

作为替代方案，例如图4a中所示，可以提供至少两个环形支撑元件25，膜22插入其间，然后将“夹层”布置插入到容纳座26中。

根据可能的实施方案，可以在膜22和一个和/或两个环形支撑元件25之间设置一层胶合材料。

根据另一实施方案，作为替代方式或与刚刚描述的变型组合，通过简单地将这样的支撑元件25堆叠在容纳座26内部直至达到所需厚度，通过使用特定数量的支撑元件25来提供膜22的高度调节，然后将膜22放置在最后的支撑元件25上。

很清楚，所描述的如何配置不一定需要紧固所述膜，而是简单地将其放置。

刚刚提到的关于支撑元件25的若干配置的说明已经参考被制造为板元件的中间壁进行描述，但是这些说明可以结合中间壁的不同实施方案来提供。

图2a至图3示出了两个可能的实施方案，其中中间壁由杯状元件构成，其中膜被放置在杯的底壁处。

特别地，图2a和图2b示出了本发明的生物反应器的两个分解图，其中中间壁由装配到容器110中的杯状元件210构成。

将杯状元件210装配在容器110中的事实将容器110的内室分成两个室，由容器110的内壁和杯状元件210的外壁界定的下室，和由杯状元件210的内室和由盖子14界定的上室。

杯状元件210具有上突出边缘211，该上突出边缘在装配状态下接触在容器110内获得且在图2a中可见的阶梯肩部。

突出边缘和杯状元件都可以提供任何形状，不同于图中所示的圆形或圆柱形。

此外，通过提供允许实现其功能的突出边缘部分，突出边缘也可以是不连续的，其不是完全沿着杯状元件的直径提供的。

因此，在装配状态下，从上室到下室(反之亦然)的通道仅可通过膜22实现，膜22可容纳在杯状元件210的底部。

作为替代方案，可以将膜22设置为与杯状元件210一体制成。

参考图3，生物反应器具有杯状元件200，其中用于膜22的容纳座26以底部的厚度形成。

根据上述配置，在容纳座26内部可以提供一个或多个环形支撑元件25。

此外，杯状元件200在上边缘处具有一些附件201，例如但不一定是三个附件。

在杯状元件200处于装配到容器100中的状态下，这些附件201与在容器100的侧壁的厚度中获得的座101接触。

此外，处于装配状态的杯状元件200的底部与在容器100的侧壁上获得的阶梯102接触。

因此有利地，杯状元件200的外直径对应于容器100的内直径，使得生物反应器的下室在下方由容器100的底壁界定，并且在顶部由杯状元件200的底壁界定，同时上室由杯状元件200的内表面和由盖子14界定。

无论杯状元件的实现方式如何，都可以通过使用例如与边缘211或附件201配合的垫片来提供用于其高度调节的装置。

图5a和图5b分别示出了根据图2a-图2b和图3的变型实施方案的处于关闭状态的生物反应器的两个视图。

图7a和图7b示出了本发明的生物反应器的另一变型实施方案，根据该实施方案，可以提供至少一个板元件4，该板元件可插入下室32内以调节其体积。

板元件4可以具有任何尺寸和形状，足以起到占据下室32的一部分体积的作用。

根据图7a和图7b所示的实施方案，板元件4具有特定的厚度和对应于底壁12的形状，使得不同的板元件4可以彼此堆叠，例如如图7b所示。

上述生物反应器的特征允许生物反应器对操作需要具有高适应性，因此很明显，不仅可以通过板元件减小下室的体积，而且可以通过修改下室的形状减小下室的体积。

再次参考图1至图3，可以注意到界定上室31的侧壁11和界定下室32的侧壁11如何具有至少一个入口端口15、16和至少一个出口端口17、18，以用于连接相应的液压回路。

入口端口15、16和出口端口17、18可以任何方式放置并且沿侧壁11或下壁12定位。

在图7a和图7b的特定情况下，很清楚如何更好地将用于下室32的端口16和18放置在中间壁附近，以防止板元件4的定位可能干扰流体流动。

作为替代方案，可以将上室31的入口端口15和出口端口17设置为插入盖子14上，如图2a、图2b和图3所示。

图6a和图6b示意性地示出了连接到入口端口和出口端口的液压回路的可能配置。

特别地，提供了分别连接到上室31和下室32的入口端口15和16的管151和管161，和分别连接到上室31和下室32的出口端口17和18的管171和管181。

在图6a中，上室31的管151和171连接到容器1的侧壁，而在图6b中，管151和171设置在盖子14上。

用于下室32的管161和181，为了结构简单，总是连接到容器1的侧壁，但是它们不必沿着相同的轴线，它们也可以在不同的平面或轴线上，例如在同一平面上，但轴线倾斜特定角度。

通过关闭上室31的出口管171和下室32的入口管161，可以发生与液压回路的连接，其一些实施方案在下面描述。

因此，液压回路仅具有一个输送管151，上室31的入口和仅一个返回管181，下室32的出口，以迫使流通过界面膜(灌注)。

图8显示了本发明的生物反应器的用途。

根据这样的实施方案，提供了连接到下室32的液压回路。

液压回路具有：输送管51，连接到入口端口16；返回管52，连接到出口端口18；以及泵53，操作在回路内的流体流动。

返回管52还具有三通阀54，但是可以提供任何类型的阀，允许对至少一部分循环流体进行采样。

也可以提供与上室31连接的完全类似的液压回路。

特别参考图8，样品3放置成与膜22接触，泵53产生在液压回路中流动的流，并且三通阀54允许对一部分流动的流体进行取样。

在流体的被抽出部分上，可以进行一些分析，以评估属于样品3的细胞浓度，以研究细胞经由膜22的通过。

样品3可以由工程材料或生物组织(例如活组织检查)组成，并且可以在生物反应器中与膜22紧密接触地培养。

如上所述，参考图8的设置对于研究肿瘤细胞在体内的扩散特别有用。

出于相同的目的，可以进行图9中所示的设置，旨在示出根据本发明的分析生物学所关注的细胞或分子(例如药物)的通过的系统。

图9显示了两个串联连接的生物反应器，其中左侧的生物反应器的下室32的入口端口和出口端口分别连接到右侧的生物反应器的上室31的出口端口和入口端口。

此外，右侧的生物反应器的下室32的入口端口和出口端口具有的液压回路完全类似于图8的液压回路。

与图8的布置不同，图9还显示了右侧的生物反应器中的另一样品或靶器官6，其可以与膜22接触地连接。

通过对流过阀71和72的流体进行取样，因此不仅可以评估样品3经由膜22的通过，而且也可研究这些细胞向靶器官6的迁移和附着，以及研究生物学所关注的分子经由膜22的通过的效果。

作为刚刚描述的变型的替代，可以提供在第二生物反应器的上室中提供的靶器官6，以便评估样品3的细胞简单地经由单个屏障通过到达靶器官6，所述单个屏障是由插入第一个生物反应器中的膜代表。

如上所述，因此图9的系统可以在体外评估肿瘤的生长。

此外，通过使用本发明的生物反应器的特征，可以例如提供在液压回路内插入药物以进行用于治疗体外生长的肿瘤的预防性分析，或对肿瘤的其他类型的分析或研究。

最后，本发明的生物反应器的一个特别重要的应用涉及旨在模拟皮肤的膜的用途。

在这种情况下，可以评估有多少毒性剂、污染物、各种粒子或分子，药物或有效成分或辐射(例如，紫外线辐射)能够通过皮肤并通过周围组织，以及何时使用可能的药物或化妆品溶液(例如乳液)改变这种通过。

为了实施这种方法，可以在上室中产生包含待检查的粒子或分子(例如污染物，或药物或其他分子)的流体流和下室中的清洁流体的流。

膜可以由人或动物皮肤或天然或人造组织组成，用于模拟人体皮肤。

最后，使用化妆品或皮肤病学溶液置于膜上，并且基于它们的不同类型，评估污染物和/或外部试剂从上室到下室的传递。

本发明的生物反应器的可能用途包括研究物质通过皮肤的扩散，但不限于化妆品，但与药理学有关，例如，分析乳液、乳膏等的量，一旦涂抹在皮肤上，就在全身水平传递并被有机体吸收。

最后，很清楚除了本文所述之外，本发明的生物反应器如何获得不同的应用。

例如，可以使用生物反应器用于不同于皮肤的上皮组织，例如肺屏障、胃肠屏障、角膜、尿道或其他上皮组织和非上皮组织。

在肺屏障的情况下，可以使用生物反应器来评估外部试剂通过肺屏障扩散到生物体中的程度。

关于胃肠屏障，本发明的生物反应器广泛用于营养保健领域，使得可以分析生物体可以吸收多少物质及其数量。

仍然参考特定物质经由胃肠屏障的通过的另一种用途可能与这些物质的消化性有关。

Claims (26)

1.生物反应器，包括容器(1)，所述容器由至少一个侧壁(11)、底壁(12)和由盖子(14)封闭的开口(13)组成，以确定内室，

在所述内室的内部设置有中间壁(2)，该中间壁旨在将所述内室分成上室(31)和下室(32)，

所述中间壁(2)具有至少一个孔(21)，

其特征在于，所述中间壁具有搁置在所述底壁和/或所述侧壁上的至少一个区域，

所述中间壁(2)在所述孔(21)处设置旨在容纳至少一个膜(22)的至少一个容纳座(26)。

2.根据权利要求1所述的生物反应器，其中所述中间壁由杯状元件构成，所述杯状元件具有放置于底部处的所述膜。

3.根据权利要求2所述的生物反应器，其中所述杯状元件在上边缘处具有搁置在所述侧壁上的至少一个突出区域。

4.根据权利要求2所述的生物反应器，其中所述容纳座(26)是在所述杯状元件的底部的厚度中获得。

5.根据权利要求4所述的生物反应器，其中设置有在中心处穿孔的至少一个支撑元件，该支撑元件被插入所述容纳座中，

所述膜(22)搁置在所述支撑元件上。

6.根据权利要求5所述的生物反应器，其中设置有一个或多个支撑元件，

所述支撑元件以堆叠方式被插入所述容纳座(26)中并且所述膜(22)搁置在所述支撑元件上。

7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的生物反应器，其中设置有至少两个支撑元件，

所述两个支撑元件被插入所述容纳座(26)中并且所述膜(22)介于所述两个支撑元件之间。

8.根据前述权利要求中的一项或多项所述的生物反应器，其中设置有介于所述膜(22)与所述支撑元件之间的胶合材料层。

9.根据权利要求2所述的生物反应器，其中所述膜与所述杯状元件制成一体。

10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的生物反应器，其中设置有用于所述杯状元件的高度调节的装置。

11.根据前述权利要求中的一项或多项所述的生物反应器，其中界定所述上室(31)的所述至少一个侧壁(11)和/或界定所述下室(32)的所述至少一个侧壁(11)和/或所述至少一个盖子(14)和/或所述底壁(12)具有至少一个入口端口(15、16)和至少一个出口端口(17、18)，所述至少一个入口端口和所述至少一个出口端口打开用于连接相应的液压回路或由聚合物隔片封闭以用于通过注射器抽吸流体。

12.根据前述权利要求中的一项或多项所述的生物反应器，其中设置有具有特定厚度和形状的至少一个板元件(4)，所述板元件(4)旨在被放置成与所述底壁(12)接触，以限制所述下室(32)的体积。

13.根据前述权利要求中的一项或多项所述的生物反应器，其中设置有连接到所述下室(32)和/或所述上室(31)的至少一个流体回路，

该流体回路具有至少一个泵或用于使流体移动的其他装置(53)，并且具有输送管(51)和返回管(52)。

14.根据前述权利要求中的一项或多项所述的生物反应器，其中所述输送管(51)和/或所述返回管(52)和/或所述端口具有至少一个阀(54)或入口点，以用于抽吸至少一部分流动的流体。

15.根据前述权利要求中的一项或多项所述的生物反应器，其中所述盖子具有用于液体流体和/或气体流体的密封元件。

16.根据前述权利要求中的一项或多项所述的生物反应器，其中在所述下室的内部或外部和/或所述上室的内部或外部和/或界定所述生物反应器的壁的内部或外部设置有一个或多个传感器。

17.根据前述权利要求中的一项或多项所述的生物反应器，其中所述膜(22)至少部分地由活组织的细胞制成。

18.用于检测和分析细胞、分子、粒子、化合物、物质、营养素、污染物、生长因子、细胞簇、药物和/或任何种类的物体或电磁辐射的通过和/或吸收的系统，其特征在于，所述系统提供根据权利要求1-17中的一项或多项制造的至少一个或多个生物反应器，这些生物反应器通过流体回路彼此连接。

19.用于分析细胞、分子、粒子、化合物、物质、营养素、污染物、生长因子、细胞簇、药物和/或任何种类的物体或电磁辐射的通过和/或吸收的方法，所述方法规定使用根据权利要求1-17中的一项或多项所述的至少一个生物反应器，

其特征在于，所述方法提供以下步骤：

a)在所述下室(32)和/或上室(31)中产生流体流；

b)收集和分析流动的流体和/或其中所包含的物体或透射的辐射的一部分，和/或收集和分析所述膜(22)。

20.根据权利要求19所述的方法，其中提供了在所述上室和/或下室中插入生物材料的步骤，提供了在流体和/或其中所包含的分子和/或透过的辐射的通过效果之后分析所述生物材料的后续步骤。

21.根据权利要求19或20所述的方法，其中提供了调节所述流体流的速度的步骤。

22.根据权利要求19-21中的一项或多项所述的方法，其中提供了通过流体回路将至少两个生物反应器连接的步骤。

23.根据权利要求19-22中的一项或多项所述的方法，其中所述生物反应器的连接提供了以下步骤：

-将第一生物反应器的所述下室的所述入口端口与第二生物反应器的所述上室的所述出口端口连接，

-将所述第一生物反应器的所述下室的所述出口端口与所述第二生物反应器的所述上室的所述入口端口连接。

24.根据权利要求23所述的方法，其中提供了在所述第一生物反应器的所述上室中插入肿瘤组织或细胞、活组织检查或细胞化的3D材料或细胞簇以及在所述第二生物反应器的所述下室或上室中插入可转移的靶组织的步骤，作为离体/体外转移模型。

25.根据权利要求19-24中的一项或多项所述的方法，其中提供了在所述第一生物反应器和/或第二生物反应器的所述上室和/或下室中注射一种或多种所关注的药物或分子的步骤，作为用于研究目的、安全性和功效研究、药代动力学和药效学研究、药物发现、药物重新定位的离体/体外疾病模型。

26.根据权利要求19-25中的一项或多项所述的方法，其中提供了在所述第一生物反应器和/或第二生物反应器的所述上室和/或下室中注射用于治疗用途的一种或多种药物或分子的步骤，以用于治疗目的和个性化医疗目的。