CN219174511U

CN219174511U - 一种细胞外囊泡生产装置

Info

Publication number: CN219174511U
Application number: CN202222814749.2U
Authority: CN
Inventors: 黄曦; 陈震星
Original assignee: Qinyuan Regenerative Medicine Guangdong Co ltd
Current assignee: Qinyuan Regenerative Medicine Guangdong Co ltd
Priority date: 2022-10-25
Filing date: 2022-10-25
Publication date: 2023-06-13
Anticipated expiration: 2032-10-25

Abstract

本实用新型属于细胞外囊泡生产设备技术领域，公开了一种细胞外囊泡生产装置，包括培养系统、液流管路和控制系统；液流管路分为第一纯化模块、第二纯化模块和分装模块；第一纯化模块用于细胞外囊泡原液的澄清过滤，第二纯化模块用于细胞外囊泡溶液的置换和浓缩，分装模块用于细胞外囊泡的分装；第一纯化模块包括依次相连的粗滤结构、第一富集结构、和精滤结构，第二纯化模块包括第二富集结构、浓缩结构、废液收集结构和洗涤结构；本实用新型上述装置同时具备细胞培养、上清富集、细胞外囊泡纯化、制剂分装功能，可以实现细胞外囊泡制剂的封闭式、自动化和规模化制备。

Description

一种细胞外囊泡生产装置

技术领域

本实用新型涉及细胞外囊泡生产装置技术领域，更具体地，涉及一种细胞外囊泡生产装置。

背景技术

细胞外囊泡是细胞自然产生或人为制备含有细胞膜成份的泡状结构，常见的细胞外囊泡有外泌体(10-200nm)、微囊泡(100-1000nm)、凋亡小体(＞1000nm)等。近年来，不断有研究发现细胞外囊泡，尤其是干细胞来源的外泌体在促进组织再生、激活免疫细胞、调节失调炎症等事件中发挥重要作用，表明细胞外囊泡有极高应用价值。目前，各研究机构或制药企业制备细胞外囊泡主要是培养细胞，然后在开放环境下收集培养上清，再进行超速离心。这种方法存在处理通量小、操作过程繁琐、耗时长、耗材价格高昂、大离心力损伤细胞外囊泡等诸多问题，极大的限制了细胞外囊泡的临床应用。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种细胞外囊泡规模化生产装置，该装置同时具备细胞培养、上清富集、细胞外囊泡纯化、制剂分装的功能，可实现细胞外囊泡制剂的封闭式、自动化和规模化制备。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种细胞外囊泡生产装置，包括培养系统、液流管路和控制系统；所述液流管路分为第一纯化模块、第二纯化模块和分装模块；第一纯化模块用于细胞外原液的澄清过滤，第二纯化模块用于细胞外囊泡溶液的置换和浓缩，分装模块用于细胞外囊泡的分装。

优选的，所述第一纯化模块包括依次相连的粗滤结构、第一富集结构、和精滤结构，所述粗滤结构和精滤结构均为可拆卸的囊式滤器，囊式滤器内分别装有过滤膜材料，所述粗滤结构过滤膜材料的孔径为0.1～1μm，所述精滤结构的过滤膜材料的孔径为0.1～0.45μm。

优选的，所述第二纯化模块包括第二富集结构、浓缩结构、废液收集结构和洗涤结构；第二富集结构前端与精滤结构相连，第二富集结构后端依次与浓缩结构、废液收集结构相连，所述洗涤结构用于向第二富集结构中补充添加溶剂。

优选的，所述第二富集结构与精滤结构出口端连接，第二富集结构上的第一开口、第二开口分别连接到浓缩结构的进口和出口两端；浓缩结构上设有第三开口和第四开口，所述第三开口和第四开口均连接到废液收集结构；第二富集结构上还设有第五开口，所述第五开口连接到洗涤结构，使得通过第五开口向第二富集结构中添加溶剂。

优选的，所述第二富集结构上还有第六开口，第六开口为出口，连接到分装模块。

优选的，所述分装模块包括第三富集结构和一个或者多个分装结构，每个所述第三富集结构设有三个开口，第一富集开口与第六开口相连，第二富集开口用于成品取样，第三富集开口与分装结构连接。

优选的，所述每个分装结构具有两个开口，第一分装开口连接到第三富集结构的第三富集开口，第二分装开口为分装结构的出口。

优选的，所述控制系统为一液流控制结构，由中控模块、动力模块和监测模块构成，中控模块发送操作指令控制动力模块，接收动力模块和监测模块的反馈数据，生成操作报告，动力模块完成管路液流运行控制，监测模块通过传感器监测设备运行状况，并向中控模块发送监控数据。

优选的，所述动力模块包括动力装置和通讯装置，所述动力装置为可拆卸式蠕动泵；所述通讯装置用于接收控制指令，调整蠕动泵速度和方向。

优选的，所述监测模块包括传感器和通讯装置，所述传感器将承受的拉力信号转化为电信号，由通讯装置编译后发送到中控模块。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型公开了一种细胞外囊泡生产装置，包括培养系统、液流管路和控制系统；所述液流管路分为第一纯化模块、第二纯化模块和分装模块；第一纯化模块用于细胞外原液的澄清过滤，第二纯化模块用于细胞外囊泡溶液的置换和浓缩，分装模块用于细胞外囊泡的分装。

本实用新型上述装置同时具备细胞培养、上清富集、细胞外囊泡纯化、制剂分装功能，可以实现细胞外囊泡制剂的封闭式、自动化和规模化制备。

附图说明

图1为本实用新型细胞外囊泡生产装置的连接示意图；

图2为液流管路的连接示意图；

图3为浓缩结构中空纤维柱的结构示意图；

图4为控制系统的结构示意图；

图5为控制系统的运行流程示意图；

图6为细胞外囊泡生产装置的工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

参照图1，本实施例提供了一种细胞外囊泡生产装置，包括培养系统1、液流管路2和控制系统3。

具体的，培养系统1是2D或者3D细胞培养器，本实施例中，培养系统1是细胞工厂；在其他实施例中，培养系统1还可以是透气PE膜细胞培养袋、生物反应袋、搭载片状载体的生物反应袋或者搭载悬浮微载体的生物反应袋。

具体的，液流管路2是连续或者不连续的封闭式无菌管路、连接组件以及无菌储液袋的组合。本实施例中，液流管路2分为第一纯化模块2-1、第二纯化模块2-2和分装模块2-3；第一纯化模块2-1主要负责细胞外原液的澄清过滤，第二纯化模块2-2主要负责细胞外囊泡溶液的置换和浓缩，分装模块2-3则主要负责细胞外囊泡的分装。

具体的，第一纯化模块2-1包括第一富集结构2-1-1、粗滤结构2-1-2和精滤结构2-1-3，其中，第一富集结构2-1-1为储液袋，在其他实施例中，还可以是金属罐、玻璃瓶等；第一富集结构2-1-1具有两个开口，开口2111为进口，其通过一无菌连接管21111与粗滤结构2-1-2连接，开口2112为出口，其通过一无菌连接管21121与精滤结构2-1-3连接。

粗滤结构2-1-2是一可拆卸的囊式滤器，其连接方式可以是一体成型，在其他实施例中，连接方式还可以是热合接管、鲁尔口、CPC无菌接口中的任意一种，该囊式滤器是超细纤维过滤膜材料的滤器，在其他实施例中，还可以是聚丙烯(PP)、亲水聚醚砜(PES)、聚偏二氟乙烯(PVDF)过滤膜材料。过滤膜材料的孔径为0.1～1μm。

粗滤结构2-1-2的一端与无菌连接管21111相连，另一端通过一段蠕动泵硅胶管2121与培养系统1相连。

精滤结构2-1-3是一可拆卸的囊式滤器，其连接方式可以是一体成型，在其他实施例中，连接方式还可以是热合接管、鲁尔口、CPC无菌接口中的任意一种，该囊式滤器是亲水聚醚砜(PES)过滤膜材料的滤器，在其他实施例中，还可以是聚偏二氟乙烯(PVDF)过滤膜材料。过滤膜材料的孔径为0.22μm。

精滤结构2-1-3的一端与无菌连接管21121相连，另一端通过一段无菌蠕动泵硅胶管2131与第二纯化模块2-2相连。

本实施例中，第二纯化模块2-2包括第二富集结构2-2-1、浓缩结构2-2-2、废液收集结构2-2-3和洗涤结构2-2-4，其中，第二富集结构2-2-1为储液袋，在其他实施例中，还可以是金属罐、玻璃瓶等；第二富集结构2-2-1上开口2211通过一无菌连接管与精滤结构2-1-3出口端连接，第一开口2212、第二开口2213分别通过两根无菌蠕动泵硅胶管连接到浓缩结构2-2-2的进口和出口两端。

浓缩结构2-2-2为一中空纤维柱，该中空纤维柱为4个开口的设计，中空纤维柱的入口2221和出口2222间为多根0.5～1mm内径的中空纤维22225，中空纤维22225侧面具有网孔，可透过水和500KD以下的分子(测流孔径可根据细胞外囊泡大小调整，范围在100KD～500KD)。第三开口2223和第四开口2224为切向引流口，均连接到废液收集结构2-2-3，第三开口2223和第四开口2224可以收集纤维侧面透过的水和小分子溶质。具体的，废液收集结构2-2-3为储液袋，在其他实施例中，还可以是金属罐、玻璃瓶等。

本实施例中，第二富集结构2-2-1上还设有第五开口2214，2214通过一无菌连接管连接到洗涤结构2-2-4，洗涤结构2-2-4为储液袋，在其他实施例中，还可以是金属罐、玻璃瓶等，洗涤结构2-2-4内装有缓冲盐溶液，通过第五开口2214向第二富集结构2-2-1中添加溶剂，第二富集结构2-2-1上还有第六开口2215，第六开口2215为出口，连接到分装模块2-3。

分装模块2-3包括多个第三富集结构2-3-1，和分装结构2-3-2。具体的，第三富集结构2-3-1为储液袋，在其他实施例中，还可以是金属罐、玻璃瓶等，第三富集结构2-3-1拥有三个开口，第一富集开口2311与2215相连(连接方式可以是通过无菌连接管；当然在其他实施例中，还可以是通过鲁尔口、一体成型或者CPC无菌连接头进行连接)。第二富集开口2312为一无菌单向取样阀，用于成品取样；第三富集开口2313为一无菌单向取样阀，通过鲁尔公接口与分装结构2-3-2连接。

分装结构2-3-2为多个储液结构，本实施例中为储液袋，在其他实施例中，还可以是金属罐、玻璃瓶等，每个分装结构2-3-2具有两个开口，第一分装开口2322通过无菌管路连接到第三富集结构2-3-1的第三富集开口2313，第二分装开口2323为分装结构2-3-2的出口，其结构为鲁尔母接口、无菌单向取样阀，或者闭合的无菌管。

上述液流管路2中所用到的储液袋的材质可以是PVC、EVA、PC和PE等。

控制系统3为一液流控制结构，由中控模块3-1、动力模块3-2和监测模块3-3三部分构成，具体地，中控模块3-1发送操作指令控制动力模块3-2，接收动力模块3-2和监测模块3-3反馈数据，生成操作报告，动力模块3-2完成管路液流运行控制，监测模块3-3通过传感器监测设备运行状况，并向中控模块3-1发送监控数据。

中控模块3-1包括硬件和软件，为一PLC主机，向动力模块3-2发送操作指令，接收动力模块3-2和监测模块3-3传输而来的数据，中控模块3-1内置控制软件，为动力模块操作软件，以及SCADA软件，可以利用动力模块3-2和监测模块3-3的数据生成操作报告，用于生产过程回溯；同时，软件内编译有各参数正常值范围，超出正常范围时，软件会报错。控制动力模块3-2的操作软件运行时，根据预先输入参数，向动力模块3-2发出运行指令，接收监测模块3-3反馈数据，正常范围内则继续运行，异常范围则发出停止指令。

动力模块3-2包括动力装置和通讯装置，动力装置为可拆卸式蠕动泵，数量2组至5组，最优为2组，可根据软管粗细更换泵头。通讯装置可以接收PLC控制指令，调整蠕动泵速度和方向。

监测模块3-3包括传感器和通讯装置，具体地，传感器为拉力传感器或压力传感器，将承受的拉力信号转化为电信号，由通讯装置编译后发送到中控模块3-1。

上述装置的工作流程为：

1、在培养系统1(20层细胞工厂)中种植10⁸cells脐带间充质干细胞，在37℃，5％CO₂条件下培养72h。

2、培养结束后，将液流管路2连接到培养系统1(20层细胞工厂)中，而后将储液袋221、222、223、224和225分别悬挂到拉力传感器321、322、323、324和325上，再将蠕动泵硅胶管211、212和213分别放入蠕动泵311、312和313中。

3、开启控制系统3，启动蠕动泵311，可见细胞工厂内条件培养上清沿硅胶管211经过粗滤进入储液袋221，待液体全部进入储液袋221后，关闭蠕动泵311。

4、启动蠕动泵312，可见储液袋221内液体经过精滤，沿硅胶管212进入储液袋223，待液体全部进入储液袋223后，关闭蠕动泵312。

5、启动蠕动泵313，可见储液袋223内液体不断通过中空纤维柱，运行时间延长，废液袋224内液体越来越多，待储液袋223内液体减少至初始体积5-10％时，关闭蠕动泵313。

6、按储液袋内液体体积的20倍计算，从储液袋222中挤入液体，将储液袋223充分摇晃均匀，而后启动蠕动泵313，可见储液袋223内液体不断通过中空纤维柱，运行时间延长，废液袋224内液体越来越多，待储液袋223内液体减少至初始体积5-10％时，关闭蠕动泵313。

7、重复6中动作2次，结束后关闭蠕动泵。

8、上述操作结束后，将储液袋225与储液袋223连接，将储液袋223中剩余液体全部挤入储液袋225中，利用单向取样阀从储液袋225中取样5ml，进行质检试验，其余液体全部挤入分装结构内。

9、最后使用无菌闭管机将各分装管离断，产物制剂转-80℃长期保存。

气密性检测：将实施例的装置中管路连接到气密性检测仪器上，充气检测管路的气密性，经检测管路气密性数据如下：挂炉闭合条件下，加压30kpa，保压15s，测漏值0.07ml/min，符合GB 8369.2-2020和GB 8368-2018的标准，表明运行情况下管路能够稳定保持闭合状态。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种细胞外囊泡生产装置，其特征在于，包括培养系统(1)、液流管路(2)和控制系统(3)；

所述液流管路(2)分为第一纯化模块(2-1)、第二纯化模块(2-2)和分装模块(2-3)；第一纯化模块(2-1)用于细胞外囊泡原液的澄清过滤，第二纯化模块(2-2)用于细胞外囊泡溶液的置换和浓缩，分装模块(2-3)用于细胞外囊泡的分装；

所述第一纯化模块(2-1)包括依次相连的粗滤结构(2-1-2)、第一富集结构(2-1-1)、和精滤结构(2-1-3)，所述粗滤结构(2-1-2)和精滤结构(2-1-3)均为可拆卸的囊式滤器，囊式滤器内分别装有过滤膜材料，所述粗滤结构(2-1-2)过滤膜材料的孔径为0.1～1μm，所述精滤结构(2-1-3)的过滤膜材料的孔径为0.1～0.45μm；

所述第二纯化模块(2-2)包括第二富集结构(2-2-1)、浓缩结构(2-2-2)、废液收集结构(2-2-3)和洗涤结构(2-2-4)；第二富集结构(2-2-1)前端与精滤结构(2-1-3)相连，第二富集结构(2-2-1)后端依次与浓缩结构(2-2-2)、废液收集结构(2-2-3)相连，所述洗涤结构(2-2-4)用于向第二富集结构(2-2-1)中补充添加溶剂；

所述第二富集结构(2-2-1)与精滤结构(2-1-3)出口端连接，第二富集结构(2-2-1)上的第一开口(2212)、第二开口(2213)分别连接到浓缩结构(2-2-2)的进口和出口两端；浓缩结构(2-2-2)上设有第三开口(2223)和第四开口(2224)，所述第三开口(2223)和第四开口(2224)均连接到废液收集结构(2-2-3)；第二富集结构(2-2-1)上还设有第五开口(2214)，所述第五开口(2214)连接到洗涤结构(2-2-4)，使得通过第五开口(2214)向第二富集结构(2-2-1)中添加溶剂。

2.根据权利要求1所述的细胞外囊泡生产装置，其特征在于，所述第二富集结构(2-2-1)上还有第六开口(2215)，第六开口(2215)为出口，连接到分装模块(2-3)。

3.根据权利要求2所述的细胞外囊泡生产装置，其特征在于，所述分装模块(2-3)包括第三富集结构(2-3-1)和一个或者多个分装结构(2-3-2)，每个所述第三富集结构(2-3-1)设有三个开口，第一富集开口(2311)与第六开口(2215)相连，第二富集开口(2312)用于成品取样，第三富集开口(2313)与分装结构(2-3-2)连接。

4.根据权利要求3所述的细胞外囊泡生产装置，其特征在于，所述每个分装结构(2-3-2)具有两个开口，第一分装开口(2322)连接到第三富集结构(2-3-1)的第三富集开口(2313)，第二分装开口(2323)为分装结构(2-3-2)的出口。

5.根据权利要求4所述的细胞外囊泡生产装置，其特征在于，所述控制系统(3)为一液流控制结构，由中控模块(3-1)、动力模块(3-2)和监测模块(3-3)构成，中控模块(3-1)发送操作指令控制动力模块(3-2)，接收动力模块(3-2)和监测模块(3-3)的反馈数据，生成操作报告，动力模块(3-2)完成管路液流运行控制，监测模块(3-3)通过传感器监测设备运行状况，并向中控模块(3-1)发送监控数据。

6.根据权利要求5所述的细胞外囊泡生产装置，其特征在于，所述动力模块(3-2)包括动力装置和通讯装置，所述动力装置为可拆卸式蠕动泵；所述通讯装置用于接收控制指令，调整蠕动泵速度和方向。

7.根据权利要求5所述的细胞外囊泡生产装置，其特征在于，所述监测模块(3-3)包括传感器和通讯装置，所述传感器将承受的拉力信号转化为电信号，由通讯装置编译后发送到中控模块(3-1)。