CN209669249U - 细胞仿生智能化生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开细胞仿生智能化生产系统，其包括生物反应器、培养基容器和氧气供给器。其中生物反应器包括由外壳形成的密封的腔室和设置于腔室内的多根中空纤维管，外壳设置有培养基进口、培养基出口和氧气进口，中空纤维管的内腔能够流通基础培养基和/或气体，其末端能够与基础培养基容器和/或氧气供给器连通，中空纤维管的管壁允许基础培养基的成分和/或气体从中空纤维管的内腔一侧穿过管壁到达外侧。培养基容器设置有供给口，并且供给口通过管路与培养基进口连接；氧气供给器通过管路与氧气进口连接。本实用新型的细胞仿生智能化生产系统特别适合于红系祖细胞的培养。

Description

细胞仿生智能化生产系统

技术领域

本实用新型涉及细胞生产系统，具体涉及细胞仿生智能化生产系统。

背景技术

来自世界卫生组织(WHO)全球血液安全数据库的数据显示，全球每年收集9200万单位的全血捐献，每天有3.3％的医院因为血液短缺推迟手术，10.3％的医院每年至少有1天紧急手术无血可用。另外，由于艾滋病病毒感染等原因5-10％的血液输入不安全。因此，血液供给的需求在全球范围是非常紧迫的。

随着造血干细胞分化发育的研究深入，体外人工诱导造血干祖细胞扩增生产成熟红细胞逐渐成为解决输血面临困境的潜在可行的方向。目前对于体外大规模产生红细胞的研究一般在无血清培养体系中进行，这可以避免血清中一些尚未确定的物质的影响，而且完全可以避免血清中可能存在的污染源。

实现规模化生产实际所需量的红细胞的关键技术之一在于如何高效地产生完全脱核的红细胞。目前有研究在无血清培养体系中能使造血干细胞在体外持续扩增45天，细胞数目达10⁷倍，但是红细胞脱核效率低，不能满足实现所需。

实用新型内容

为解决现有技术中的至少部分技术问题，本实用新型提供一种细胞仿生智能化生产系统，其包括生物反应器、培养基容器和氧气供给器；

其中所述生物反应器包括由外壳形成的密封的腔室和设置于所述腔室内的多根中空纤维管，所述外壳设置有培养基进口、培养基出口和氧气进口，所述中空纤维管的直径为200-1000μm，且设置为其内腔能够流通基础培养基和/或气体，其末端能够与基础培养基容器和/或氧气供给器连通，所述中空纤维管的管壁厚度为20-80μm，且设置为允许所述基础培养基的成分和/或气体从所述中空纤维管的内腔一侧穿过所述管壁到达外侧；

所述培养基容器设置有供给口，并且所述供给口通过管路与所述培养基进口连接；

所述氧气供给器设置为其通过管路与所述氧气进口连接。

在某些实施方案中，所述外壳为圆管结构，其两端分别设置第一封闭末端和第二封闭末端，由此形成密封腔室，所述培养基进口设置于所述第一封闭末端，所述培养基出口设置于所述第二封闭末端，且所述多根中空纤维管沿所述圆管的轴向平行设置。

在某些实施方案中，所述氧气进口设置于所述外壳的一侧。

在某些实施方案中，所述培养基容器进一步设置有回收口，并且所述回收口通过管路与所述培养基出口连接，由此使所述生物反应器和所述培养基容器连接形成回路。

在某些实施方案中，所述外壳进一步设置有腔室口，从而用于使所述腔室与外界连通。

在某些实施方案中，所述腔室口包括用作流体进口的第一腔室口和用作流体出口的第二腔室口，且所述第一腔室口和所述第二腔室口分别设置于所述外壳的侧面。

在某些实施方案中，所述中空纤维管的管壁由孔径小于0.3μm的多孔可渗透材料制成，且所述管壁的外表面具有季铵基团。

在某些实施方案中，所述多孔可渗透材料选自聚砜、聚氯乙烯、醋酸纤维素和丙烯酸共聚物组成的组。

在某些实施方案中，所述中空纤维管的管壁的外表面的电位为1.20×10^-3至4.0×10^-3V。

在某些实施方案中，所述培养基容器内容纳基础培养基，且选自不含血清白蛋白的SFEM培养基和IMDM培养基。

本实用新型的中空纤维系统可以在很小的体积内提供非常大的表面积，其表面积可以达到200cm²/ml，从而可以在一个非常小的体积范围内规模化培养大量细胞。细胞通过管壁可以十分有效地交换营养和代谢物，并且可通过已知手段控制中空纤维管的过滤性能，使之保留纤维特异蛋白质和细胞因子或者允许它们通过纤维进入循环基质当中。本实用新型的生产系统可以得到10⁸个细胞/mL以上的细胞量，与传统细胞培养方式最多只能得到10⁶个细胞/mL的细胞量相比，本实用新型的生产系统可实现规模化生产。另外，本实用新型的中空纤维管更有利于红系祖细胞的脱核分化，更有利于体外规模化红细胞的生产。

附图说明

图1为本实用新型一种示例性生产系统的示意图。

图2为本实用新型一种示例性生物反应器的结构图。

图3利用实施例4的生产系统培养红祖细胞5天后的细胞脱核情况。左图为本实用新型的生产系统的结果，右图为对照生产系统的结果。

附图标记说明：

100-生物反应器、110-外壳、120-腔室、130中空纤维管、111-第一封闭末端、112-第二封闭末端、113-培养基进口、114-培养基出口、115-氧气进口、116-第一腔室口、117-第二腔室口；200-培养基容器、210-供给口、220-回收口；300-氧气供给器。

具体实施方式

现详细说明本实用新型的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本实用新型的限制，而应理解为是对本实用新型的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本实用新型中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本实用新型。另外，对于本实用新型中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本实用新型内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本实用新型仅描述了优选的方法和材料，但是在本实用新型的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。除非另有说明，否则“％”为基于重量的百分数。

本实用新型提供一种细胞仿生智能化生产系统(有时简称为“本实用新型的生产系统”)，其包括生物反应器、培养基容器和氧气供给器。任选地，进一步包括实时监控装置、蠕动泵和生物因子添加装置。下面详细说明各部件。

生物反应器

本实用新型的生物反应器包括由外壳形成的密封的腔室和设置于腔室内的多根中空纤维管。由外壳内壁与多根中空纤维管的外壁构成的腔室部分为生物反应或细胞培养/生物的空间。

本实用新型的外壳构成生物反应器的外部整体结构，外壳上设置有培养基进口、培养基出口和氧气进口。培养基进口用于与培养基容器连接，从而将基础培养基引入生物反应器，培养基出口则用于使生物反应器中的培养基流出至生物反应器外。优选地，培养基进口和培养基出口相对设置，从而有利于新鲜基础培养基的引入以及反应后的培养基的排出。氧气进口用于向生物反应器提供所需量的氧气。氧气进口可设置于外壳的侧面，例如，氧气进口设置于靠近培养基进口侧的外壳侧面上。氧气进口还可设置于外壳的封闭末端，从而可使氧气与基础培养基一起进入中空纤维管内部，并经中空纤维管的管壁进入生物反应器的腔室。

本实用新型的外壳的材料不特别限定，可使用塑料或玻璃材料，优选使用透明材料制成。外壳的形状也不特别限定，可以是圆球形、立方体形、圆管形等。在某些方案中，外壳为圆管结构，其两端分别设置第一封闭末端和第二封闭末端，由此形成密封腔室。优选地，培养基进口设置于第一封闭末端，培养基出口设置于第二封闭末端。

在某些实施方案中，本实用新型的外壳进一步设置有腔室口，从而用于使腔室与外界连通。腔室口还用于待培养细胞的加入(接种)或者排出或回收(收集)。优选地，腔室口包括用作流体进口或待培养细胞加入的第一腔室口和用作流体出口或培养完成后细胞取出的第二腔室口。第一腔室口和第二腔室口可分别设置于外壳的末端。

本实用新型中，多根中空纤维管优选沿腔室一个方向平行设置。在某些实施方案中，多根中空纤维沿圆管的轴向平行设置。多根中空纤维的一端可固定于第一封闭末端，另一端可固定于第二封闭末端。优选地，多根中空纤维的端部通过结合剂固定于第一封闭末端和/或第二封闭末端。结合剂可使用具有粘合功能的任何材料，只要结合剂能够渗透小分子物质，如培养基(特别是本实用新型所述的基础培养基)的成分和/或气体进入中空纤维，同时阻挡大分子物质，例如细胞通过即可。结合剂的实例包括但不限于各种多孔可渗透材料，例如聚氨酯。

本实用新型中，中空纤维管的数量不特别限定，可根据需要由本领域技术人员自由确定，只要中空纤维管的数量足以提供所需的外表面即可。在示例性实施方案中，中空纤维管的数量为10-10000根，优选10-1000根，更优选20-100根。

本实用新型的中空纤维管的直径为200-1000μm，优选300-900μm，更优选400-800μm，例如550-800μm等。此处的“直径”是指中空纤维管的外径。上述范围的直径非常有利于红细胞的培养与脱核分化，并且有利于提供细胞培养所需的适当的表面积。如果直径过小，则不利于规定量的基础培养基成分或气体渗透穿过管壁，或者需要在中空纤维管的内腔中提供更大的压力来促使基础培养基成分渗透穿过管壁，而过高的压力不利于细胞贴附于中空纤维管的管壁生长，或者虽然对细胞贴附可能没实质性影响，但是对于红系祖细胞的脱核极为不利，影响脱核效率。

本实用新型的中空纤维管的长度不特别限定，但是考虑到基础培养基和/或气体(例如，氧气)渗入时压力在管径向上分布的均匀性，优选中空纤维管的长度为10-50cm，更优选20-45cm。

本实用新型的中空纤维管的管壁的厚度不特别限定，一般为20-80μm，优选25-70μm，更优选35-50μm。上述管壁厚度设置允许一定压力下基础培养基的成分和/或气体能够从中空纤维管的内腔一侧(内侧)穿过管壁到达另一侧(外侧)，优选地，进一步允许细胞培养或分化过程中产生的废物从中空纤维管的外侧进入内侧，并随内腔的基础培养基的流动而排出。如果管壁的厚度过小，则中空纤维管不能承受基础培养基进入时所需的压力，容易破裂。如果管壁的厚度过大，则不利于物质的渗透，也会影响到细胞的生长或分化。优选地，中空纤维管的末端能够与基础培养基容器和/或氧气供给器连通。这样的设计有利于向细胞提供营养和/或氧气，从而模拟细胞体内的生长环境，更有利于细胞的生长。

在某些实施方案中，本实用新型的中空纤维管的管壁由多孔可渗透材料制成，且管壁中孔的孔径小于0.3μm，优选小于0.2μm。另一方面，需要管壁中孔的孔径足以使基础培养基的成分顺利通过，为此孔径优选大于0.005μm，更优选大于0.01μm，进一步优选大于0.05μm。本实用新型的多孔可渗透材料为已知材料，并且可选自聚砜、聚氯乙烯、醋酸纤维素和丙烯酸共聚物组成的组。本实用新型可使用上述材料中的一种或多种的组合。本实用新型的中空纤维管的透水量一般为50-500mL/m²/hr/mmHg，优选150-400mL/m²/hr/mmHg。在该透水量范围内有利地使基础培养基成分透过并使有害废物渗出，同时对于细胞生长、分化有益大分子有机物(例如白蛋白等)形成有效阻挡，从而减少这些成分的使用量，缩减成本。

在某些实施方案中，本实用新型的中空纤维管在沿管壁的厚度方向上具有不对称的两层结构：暴露在外侧的具有纳米级微孔分布的第一层，和具有较大孔径相对疏松的面向中空纤维内腔的第二层。这样的结构更有利于基础培养基成分渗透进入分化室，而阻止与细胞接触的分化因子等渗出至分化室外。在沿管壁的厚度方向上具有不对称的两层结构的中空纤维管在本领域是已知的。本实用新型可以使用这些已知产品，也可使用通过已知方法得到的产品。

本实用新型的中空纤维管中，优选地，其至少管壁外表面上具有适于细胞脱核的基团。通过在管壁外表面上设置适于细胞脱核的基团可以使红系祖细胞等需脱核的细胞在不依赖基质细胞的情况下实现高效脱核。优选地，管壁的外表面具有季铵基团作为适于细胞脱核的基团。管壁外表面具有季铵基团，从而使管壁外表面具有正电荷，由此可使管壁外表面的电位ζ为1.20×10^-3至4.0×10^-3V，优选1.20×10^-3至3.5×10^-3V。本实用新型中，电位ζ可基于电泳原理来测定。具体地，当纤维管的管壁表面与溶液接触时，由于离解或吸附作用使溶液中存在的与表面电荷相反的离子在外加电场中作定向运动。当纤维管表面具有正电荷时，纤维管附近溶剂化的负离子在电场作用下向正极运动。相反，如果纤维管表面具有负电荷，则溶剂化的正离子会向负极运动，这种运动与电荷量存在关联。据此可以测定纤维管表面的ζ电位。优选地，参考复旦大学《物理化学实验》上海:复旦大学出版社,1982中所述的方法进行膜电位测量。

发明人发现，当管壁外表面具有上述季铵基团时，对于红系祖细胞分化脱核形成红细胞以及细胞产生的废物的排出非常有利。其原因不清楚，发明人推测可能在于细胞在脱核过程中，细胞核成分显示负电性，而当管壁外表面具有正电核时，由于正负电荷相互作用促进细胞核脱离。另外，细胞在分化或培养时代谢产生的废物主要包括乳酸、丙酮酸等小分子酸性物质。由于纤维管外表面具有正电荷，使此类酸性物质溶剂化的负离子容易向带正电核的中空纤维的管壁移动或被其吸附，并通过内腔中培养液的流动以及自由扩散进入中空纤维管的内腔被排出。

可通过已知的方法来制备本实用新型的中空纤维管。在示例性方法中，本实用新型的中空纤维管的制备方法包括以下步骤：

(1’)制备活化中空纤维的步骤

可以本领域已知的方法制备活化中空纤维管。在某些实施方案中，以氯甲醚改性的聚砜为原料通过例如熔融挤出方法制备活化中空纤维。

在示例性方法中，用生产塑料制品的熔融挤出方法将氯甲醚改性的聚砜的熔体挤出，在大气环境中逐渐冷却，随着熔体温度的降低,熔体流动性逐渐减小而固化成型。

在另外的示例性方法中，通过例如多采用异型喷丝板成型法制备具有不对称性结构的活化中空纤维。具体地包括将氯甲醚改性的聚砜溶解于有机溶剂(例如，DMF或DMAc)中，其中含有致孔作用的添加剂(例如PEG)混溶脱泡，由计量泵通过中心通液式插入管式喷头挤出。挤出纤维在经空气暴露后，进行凝固浴，未成型的改性聚砜溶液中的溶剂与凝固浴中的固化剂进行双扩散，改性聚砜固化成型。由于改性聚砜溶液中的部分溶剂在空气间的蒸发，溶剂与固化剂在纤维径向的交换的扩散作用以及聚砜溶液中添加剂对相分离速度的调整和水溶性添加剂洗脱后留下的空位的影响，沿径向形成所需的孔道。

在某些实施方案中，对聚砜中空纤维进行活化处理制备活化中空纤维。首先，将聚砜中空纤维浸泡于含氯甲醚的有机溶剂(例如二氧乙烷)中，然后加入无机促进剂进行活化。其中氯甲醚与有机溶剂的摩尔比一般为1:5至1:15，优选1:10。无机促进剂的实例包括氯化铝、氯化锡、氯化锌等。活化条件包括在40-60℃，优选45-50℃下反应5-24小时，优选8-12小时。在活化时优选搅拌含氯甲醚的有机溶剂。活化反应结束后，进一步包括用去离子水清洗活化后的中空纤维管，并将其在60-85℃烘干，从而得到活化中空纤维。

(2’)活化中空纤维的表面处理步骤

本实用新型的表面处理包括将活化中空纤维于室温下，在20-40％三甲胺(TM A)的溶液中浸泡30-50h得到。

培养基容器

本实用新型的培养基容器为用于容纳培养基的任何装置，只要能够容纳所需量的培养基，则对于培养基容器的大小和材料不特别限定。可以是柔性材料，如塑料袋；也可以是硬质材料，例如玻璃瓶、硬塑料(如ABS)等。本实用新型的培养基容器的形状不特别限定，可以为瓶状。

本实用新型的培养基容器设置有供给口，并且供给口通过管路与生物反应器的培养基进口连接，由此使培养基容器中的培养基经中空纤维进入生物反应器。在某些实施方案中，本实用新型的培养基容器进一步设置有回收口，并且回收口通过管路与生物反应器的培养基出口连接，使生物反应器中参与至少部分反应后的培养基经中空纤维管流出至生物反应器外，由此在生物反应器和培养基容器之间连接形成回路。

在某些实施方案中，培养基容器容纳有基础培养基。基础培养基主要用于为细胞生长和/或分化提供能量，包括大量无机物质和小分子有机物。基础培养基可使用本领域已知的培养基。例如，SFEM培养基和IMDM培养基。其中SFEM培养基是由Stem Cell公司生产的产品，例如产品号为Cat#09600的产品。IMDM培养基为本领域内已知的产品，其又可称为伊思柯夫改良培养液。它含有更高浓度的营养成分，适合于高密度细胞培养。优选地，基础培养基为不含血清白蛋白的SFEM培养基和IMDM培养基。

本实用新型的基础培养基中的成分可自由地通过中空纤维管的管壁以及结合剂。另外，细胞生长或分化过程中产生的对细胞分化不利的废物(例如乳酸、丙酮酸等小分子酸性物质)也可通过中空纤维管排出至生物反应器外。

在某些实施方案中，本实用新型的基础培养基还可包含其他小分子成分。此类其他小分子成分的实例包括L-谷氨酰胺、2-巯基乙醇和铁离子。基础培养基中L-谷氨酰胺的浓度基于基础培养基的体积一般为1mmol/L至5mmol/L，优选2mmol/L至3mmol/L。2-巯基乙醇的浓度基于基础培养基的体积一般为1×10^-4mol/L至9×10^-4mol/L，优选1×10^-4mol/L至5×10^-4mol/L。基础培养基中铁离子的浓度不限定。基于基础培养基的体积，一般为200μg/ml至400μg/ml，优选250μg/ml至300μg/ml。上述铁离子浓度可通过添加适量例如lronSupplement(Sigma公司产品，Cat#I3 153)来实现。

氧气供给器

本实用新型的氧气供给器用于向生物反应器供给所需量的氧气，从而有利于模拟生物机体环境。氧气供给器可以是氧气储存装置，也可以是氧气产生装置。本实用新型的氧气供给器设置为其通过管路与氧气进口连接。

其他部件

为了提高智能化水平，本实用新型的生产系统还可任选地包括其他部件，例如实时监控装置、蠕动泵和生物因子添加装置等。

本实用新型的实时监控装置包括选自温度传感器、pH监控器、细胞浓度监测器和控制器组成的组的部件。温度传感器、pH监控器、细胞浓度监测器这些部件可设置于例如外壳上用于实时监控生物反应器内的各种参数，并将这些数据传送至控制器，控制器根据这些数据输出相应的执行命令，从而实现智能化控制和培养。

本实用新型的蠕动泵用于提供液体流动的动力，促进基础培养基从培养基容器经中空纤维管进入生物反应器的腔室，并控制反应后的培养基经中空纤维管流出至生物反应器外。

本实用新型的生物因子添加装置用于将一种或多种所需的因子添加至生物反应器的腔室。如上所述，在体外生产细胞时除了上述基础培养基的成分外，细胞培养还需要一些生物因子，例如一种或多种分化因子。这些分化因子确保红系祖细胞的成熟分化。此类分化因子的实例包括但不限于促红细胞生成素(Epo)、干细胞生长因子(SCF)、铁饱和的转铁蛋白和胰岛素样生长因子-1(IGF-l)。这些生物因子一般需要添加至生物反应器的腔室，而不能直接添加至基础培养基。为此本实用新型的生产系统还需要设置生物因子添加装置。该生物因子添加装置可进一步与控制器连接，从而根据实时监测数据自动控制生物因子的添加量。通常情况下，基于基础培养基的体积，Epo的添加量一般为8-10U/ml，优选8.5-9.5U/ml。铁饱和的转铁蛋白的添加量一般为400-600μg/ml，优选450-550μg/ml。IGF-l的添加量一般为40-60ng/ml，优选45-55ng/ml。SCF的添加量一般为50-100ng/ml，优选60-80ng/ml。优选地，进一步包括地塞米松，其含量一般为0.5-2μM，优选1-1.5μM。

优选地，在生产红细胞时还可通过生物因子添加装置向生物反应器的腔室内进一步添加血清白蛋白，需要说明的是血清白蛋白不能从中空纤维的内腔通过渗透进入腔室。血清白蛋白的添加量基于基础培养基的重量为1-3％，优选1-2％。

在某些实施方案中，本实用新型的基础培养基为含有L-谷氨酰胺、2-巯基乙醇和铁离子的IMDM培养基，此时需要通过生物因子添加装置向生物反应器的腔室进一步补充BSA、Epo、转铁蛋白和IGF-l。优选进一步补充5-15μg/ml，优选6-10μg/ml的人胰岛素。

在某些实施方案中，本实用新型的基础培养基为SFEM培养基，此时需要通过生物因子添加装置向生物反应器的腔室进一步补充BSA、Epo、铁饱和的转铁蛋白和IGF-l。

仿生智能化生产系统的使用方法

本实用新型的仿生智能化生产系统的使用方法包括：

(1)使基础培养基或进一步可选的氧气连续地从中空纤维管的内腔通过管壁进入并填充至生物反应器的腔室；

(2)使红系祖细胞在腔室内与中空纤维管的管壁表面接触，其中预先或培养过程中向腔室内添加生物因子；

(3)使腔室内产生的废物随至少部分培养基成分一起通过管壁进入至中空纤维管的内腔，并流出至生物反应器外。

实施例1

本实施例为细胞仿生智能化生产系统的结构。

如图1所示，本实施例的细胞仿生智能化生产系统包括生物反应器100、培养基容器200和氧气供给器300。培养基容器200上设置有供给口210和回收口220。供给口210和回收口220分别通过管路与生物反应器100连接。氧气供给器300通过软管与生物反应器100连接。

如图2所示，生物反应器100包括由外壳110形成的密封的腔室120和设置于腔室120内的多根中空纤维管130。外壳110为圆管结构，其两端分别设置第一封闭末端111和第二封闭末端112。在第一封闭末端设置培养基进口113，在第二封闭末端设置培养基出口114。培养基进口113用于与供给口210连接，培养基出口114用于与回收口220连接。由此使生物反应器100和培养基容器200连接形成回路。多根中空纤维管130沿圆管的轴向平行设置，并通过聚氨酯结合剂固定于第一封闭末端111和第二封闭末端112之间。在外壳110的侧面还设置氧气进口115，用于与氧气供给器300连接。

在外壳110上还进一步设置有第一腔室口116和第二腔室口117，从而使腔室120与外界连通，或者通过第一腔室口116和第二腔室口117添加相应的生物因子，或者接种细胞或回收培养后的细胞。

实施例2

本实施例为细胞仿生智能化生产系统的结构。

除了将氧气进口115与培养基进口113合并为一体，并且氧气供给器300通过软管与生物反应器100的培养基进口113向生物反应器100供给氧气外，其余结构与实施例1相同。

实施例3

本实施例为细胞仿生智能化生产系统的结构。

除了进一步包括实时监控装置、蠕动泵和生物因子添加装置以外，本实施例的生产系统与实施例1相同。

本实施例中，实时监控装置包括温度传感器、pH监控器、细胞浓度监测器，它们分别设置于外壳110上，并且由控制器接受监控数据，并输出执行命令。

蠕动泵设置于连接回收口210和培养基出口114的软管上，用于促进培养基的流动。

生物因子添加装置设置于外壳的第一腔室口116处，用于向生物反应器100添加所需的因子。

实施例4

以实施例1的生产系统进行体外诱导脐带血来源的HSC生成的红系祖细胞的培养实验。红系祖细胞的基础培养基采用无血清培养基StemSpan SFEM。

在生产系统中加入所需体积的StemSpan SFEM，向其中加入Epo 5U/mL、SCF100ng/mL、IGF-l 50ng/mL、Dex l/-lM等细胞因子组成培养体系，以5×10⁵/mL的浓度加入所需的红系祖细胞，开启反应器，使新鲜的StemSpan SFEM不断地经中空纤维管管壁向反应器加入反应器，并通过管壁不断排出细胞培养所产生的废物，由此构成循环体系，同时不断向反应器中供给所需的氧等。在该条件下培养红系祖细胞8天，当观察到细胞体积变大，细胞形态趋于均一时，之后收集细胞。

在生物反应器中更换新的StemSpan SFEM，并向其中加入Epo 10U/mL，铁饱和的转铁蛋白500μg/mL，IGF-l 50ng/mL，铁离子等细胞因子，构成脱核分化体系。向该脱核分化体系加入收集的细胞，在不断向反应器中供给所需的氧等条件下进行分化培养，10天后收集得到培养的红细胞。通过Wright-Gimesa染色，并通过显微镜观察细胞形态。结果显示，60％以上的细胞脱核。

另外，通过血细胞分析仪分析常规指标，结果显示红细胞平均容积为10⁴±7fl，红细胞平均血红蛋白浓度为25±3％，红细胞平均血红蛋白含量为30±2pg，检测结果与正常外周血红细胞接近，显示得到成熟红细胞。

在不背离本实用新型的范围或精神的情况下，可对本实用新型说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本实用新型的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

Claims (10)

1.一种细胞仿生智能化生产系统，其特征在于，包括生物反应器、培养基容器和氧气供给器；

其中所述生物反应器包括由外壳形成的密封的腔室和设置于所述腔室内的多根中空纤维管，所述外壳设置有培养基进口、培养基出口和氧气进口，所述中空纤维管的直径为200-1000μm，且设置为其内腔能够流通基础培养基和/或气体，其末端能够与基础培养基容器和/或氧气供给器连通，所述中空纤维管的管壁厚度为20-80μm，且设置为允许所述基础培养基的成分和/或气体从所述中空纤维管的内腔一侧穿过所述管壁到达外侧；

所述培养基容器设置有供给口，并且所述供给口通过管路与所述培养基进口连接；

所述氧气供给器设置为其通过管路与所述氧气进口连接。

2.根据权利要求1所述的细胞仿生智能化生产系统，其特征在于，所述外壳为圆管结构，其两端分别设置第一封闭末端和第二封闭末端，由此形成密封腔室，所述培养基进口设置于所述第一封闭末端，所述培养基出口设置于所述第二封闭末端，且所述多根中空纤维管沿所述圆管的轴向平行设置。

3.根据权利要求2所述的细胞仿生智能化生产系统，其特征在于，所述氧气进口设置于所述外壳的一侧。

4.根据权利要求1所述的细胞仿生智能化生产系统，其特征在于，所述培养基容器进一步设置有回收口，并且所述回收口通过管路与所述培养基出口连接，由此使所述生物反应器和所述培养基容器连接形成回路。

5.根据权利要求1所述的细胞仿生智能化生产系统，其特征在于，所述外壳进一步设置有腔室口，从而用于使所述腔室与外界连通。

6.根据权利要求5所述的细胞仿生智能化生产系统，其特征在于，所述腔室口包括用作流体进口的第一腔室口和用作流体出口的第二腔室口，且所述第一腔室口和所述第二腔室口分别设置于所述外壳的侧面。

7.根据权利要求1所述的细胞仿生智能化生产系统，其特征在于，所述中空纤维管的管壁由孔径小于0.3μm的多孔可渗透材料制成，且所述管壁的外表面具有季铵基团。

8.根据权利要求7所述的细胞仿生智能化生产系统，其特征在于，所述多孔可渗透材料选自聚砜、聚氯乙烯、醋酸纤维素和丙烯酸共聚物组成的组。

9.根据权利要求7所述的细胞仿生智能化生产系统，其特征在于，所述中空纤维管的管壁的外表面的电位为1.20×10^-3至4.0×10^-3V。

10.根据权利要求1所述的细胞仿生智能化生产系统，其特征在于，所述培养基容器内容纳基础培养基，且选自不含血清白蛋白的SFEM培养基和IMDM培养基。