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Die
Erfindung betrifft die automatische Herstellung von dreidimensionalen
neu konstituierten biologischen Gewebestrukturen aus Einzelzellen
oder Gewebeverbünden.
Die Erfindung stellt dazu ein automatisiertes modulares Produktionssystem
und die Steuerung dazu bereit.
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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet des Tissue Engineering.
Das Prinzip des Tissue Engineering besteht im Wesentlichen darin,
aus biologischem Gewebe, das beispielsweise in einem separaten Verfahrensablauf
aus dem menschlichen oder tierischen Körper in Form von Spendergewebe als
sogenannte Biopsate gewonnen werden kann, vitale Zellen oder Zellverbände zu isolieren.
Die isolierten Zellen werden vermehrt und im Anschluss zum Aufbau
neu konstituierter dreidimensionaler Gewebestrukturen, so genannte
artifizielle Gewebe oder Gewebeäquivalente,
beispielsweise neu konstituierter Hautäquivalente, aufgebracht. Für den Aufbau von
Hauttestsystemen werden zwei unterschiedliche primäre Zelltypen,
und zwar Fibroblasten und Keratinozyten, benötigt, die bekanntermaßen aus mehrschichtigem
Hautgewebe (insbesondere Präputiumbiopsaten)
isoliert werden. Solche neu konstituierten Gewebe können dann
als Testsysteme in der Forschung, insbesondere zur Wirkstofferforschung
oder als Transplantate in der Medizin eingesetzt werden, um verlorene
Organfunktionen zu ersetzen. Beispielsweise werden dreidimensionale,
das heißt zweischichtige
Hautäquivalente
als Testsysteme für Wirkstoffe,
Chemikalien und Kosmetika eingesetzt und stellen so eine Alternative
zum Tierversuch dar.
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Der
hohe Bedarf an artifiziellem Gewebe, insbesondere an Hauttestsystemen,
die aus bevorzugt humanen primären
Zellen hergestellt werden, kann durch die manuelle Einzelverarbeitung
nicht gedeckt und die Anforderungen an deren Reproduzierbarkeit
können
nicht erfüllt
werden. Es wird erwartet, dass dies nur durch eine Automatisierung
des Herstellungsprozesses gewährleistet
werden kann.
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Bei
der Herstellung von dreidimensionalen Gewebestrukturen aus Einzelzellen
oder Gewebeverbänden
besteht der Bedarf an qualitativ hochwertigen, aus Primärzellen
oder Zelllinien aufgebauten Gewebemodellen. Die kostengünstige und
schnelle Bereitstellung validierter in vitro Testsysteme kann bisher
nicht zufriedenstellend geleistet werden.
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Die
Schwierigkeiten bei einer Automatisierung liegen darin, die komplexen
Abfolgen unterschiedlicher manueller Schritte der Zellisolation,
Zellkultivierung und des Gewebeaufbaus nicht einfach durch automatisierbare
Handhabungen, die den manuellen Prozess abbilden, ersetzt werden
können. Die
besondere Herausforderung an ein Produktionssystem zur automatisierten
Herstellung von Gewebe liegt aber in den übergeordneten Schnittstellen
der Anlage und in der Steuerung der Stoffflüsse; dies konnte bisher nicht
zufriedenstellend gelöst
werden.
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Für einen
Einsatz von Tissue Engineering Produkten in der regenerativen Medizin
bestehen außerdem
rechtliche Vorschriften bezüglich
der Sterilität
und reproduzierbaren Qualität,
die nur unter Reinraumbedingungen und mittels validierter Prozesse erfüllt werden
können.
Für die
Herstellung der Transplantate müssen
Kreuzkontaminationen unterschiedlicher Proben durch eine vollständige Chargentrennung
vermieden werden. Beim Umgang mit lebenden biologischen Materialen
müssen
folgende genau vorgegebenen Randbedingungen eingehalten werden: Innerhalb
der vollautomatisierten Anlage müssen sterile
Bedingungen herrschen. Sobald in der Anlage Transplantate für einen
Einsatz am Menschen hergestellt werden, müssen nach GMP-Richtlinie Reinraumbedingungen
der Klasse A eingehalten werden. Alle verwendeten Materialien, feste,
flüssige
und gasförmige
dürfen
nur in sterilem Zustand in die Anlage eingebracht werden. Die Aufrechterhaltung
der Sterilität
erfordert regelmäßige Reinigungs- und Sterilisierungszyklen.
Ein Wartungszugang muss nach GMP-Richtlinie
die Reinraumbedingungen der Klasse B erfüllen. Feste Abfälle wie
Einwegmaterialien sowie die flüssigen
Lösungen
müssen
aus dem Produktionsweg entfernt werden, ohne dass eine Kontaminationsgefahr
entsteht. Die Lagerung von Abfall innerhalb der Anlage muss vermieden
werden.
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Bei
der Herstellung von Transplantaten sollen die Zellen eines Spenders
zu jedem Zeitpunkt in der Produktionsstätte lokalisiert oder nachverfolgt werden
können.
Eine Vermischung der Proben oder Kreuzkontamination soll ausgeschlossen
werden.
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Aufgrund
der Diversität
der biologischen Proben ist es außerdem nicht möglich, eine
Aussage über
die Zahl an zu erwartender isolierten vitalen Zellen im Biopsat
zu treffen. Ein automatisierter Verfahrensablauf soll demnach so
ausgelegt werden, dass pro Tag eine maximale Anzahl an Biopsaten
und Zellen verarbeitet werden kann, um selbst bei geringer Zahl
aus den Biopsaten isolierbarer vitaler Zellen die Mindestmenge an
benötigten
Zellen für
eine Tagesproduktion garantiert zu erreichen. Dem steht die begrenzte
Kapazität
der im Gesamtprozess nachfolgenden Bearbeitungsschritte gegenüber. Außerdem muss
sichergestellt werden, dass die Zellen während der Übergabe von Bearbeitungsschritt
zu Bearbeitungsschritt in ihrer Vitalität nicht beeinträchtigt werden.
Zwischenschritte zur Zwischenlagerung von Material sollen in ihrer
Zahl minimiert oder vollständig vermieden
werden.
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Idealerweise
soll das hergestellte Gewebe, sowohl zur Verwendung als Testsystem,
als auch zur Transplantation, steril verpackt und auf Sterilität und Qualität geprüft werden
können.
Um ein hochwertiges Produkt gewährleisten
zu können,
sollen die Gewebeprodukte nach Durchlaufen der Produktionskette
einer Qualitätskontrolle
unterzogen werden können.
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Bisherige
Lösungsansätze für automatisierte Systeme
im Bereich des Tissue Engineering beschränken sich auf die Isolierung
oder auf die Kultivierung von Zellen. Es werden standardisierte
Bioreaktoren oder speziell abgestimmte Oberflächen oder Membranen in Reaktoren
eingesetzt. Es gibt keine apparativen Lösungen zur intergrierten Isolierung, Kultivierung
und Aufbau von vitalen dreidimensionalen artifiziellen Geweben.
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Aufgabenstellung
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Das
der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin,
Verfahren und Mittel zur Durchführung
dieser Verfahren bereitzustellen, welche eine automatisierte Herstellung
und eine Steuerung und Prozesskontrolle zum Bertrieb der automatisierten
Herstellung von dreidimensionalen Gewebestrukturen aus Einzelzellen
oder Zellverbünden
(Tissue Engineering) ermöglichen.
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Die
Erfindung stellt in einem ersten Aspekt ein vollautomatisiertes,
Produktionssystem zur Herstellung von mehrschichtigen dreidimensionalen
Geweben, die für
den Einsatz als Testsysteme oder als Transplantate geeignet sind,
zur Verfügung,
das in Modulen aufgebaut ist. Im Zusammenhang mit dieser Erfindung
wird unter dem Begriff „Modul” eine Anordnung
von Vorrichtungselementen und Handhabungselementen verstanden, die
zusammen geeignet und bevorzugt speziell dazu ausgebildet sind,
zumindest einen abgeschlossenen Prozesssschritt bei der erfindungsgemäßen Herstellung
der dreidimensionalen Gewebe durchzuführen.
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Erfindungsgemäß sind die
Module der Anlage entsprechend der Prozessabfolge 1. Zellextraktion,
2. Zellexpansion und 3. Gewebeaufbau, nebeneinander sequenziell
angeordnet, und zwar bevorzugt nicht räumlich voneinander abgetrennt,
bevorzugt unmittelbar aneinander angrenzend.
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Die
zumindest drei Kernmodule der Anlage sind:
- – Zellextraktionsmodul,
in welchem die primären Zellen
aus dem Spendergewebe isoliert werden können;
- – Zellexpansionsmodul,
in welchem die isolierten Zellen maximal und kontrolliert vermehrt
werden können;
und
- – Gewebeaufbaumodul,
in welchem die Zellen zu einem dreidimensionalen mehrschichtigen
Gewebe aufgebaut werden können.
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In
einer bevorzugten Variante ist besonders zur Erweiterung des Funktionsumfangs
eine Kombination mit weiteren Modulen vorgesehen. Durch den modularen
Aufbau ist in einer alternativen Variante der Erfindung ein autarker
Betrieb der Einzelmodule vorgesehen.
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Die
Module sind über
Schnittstellen miteinander verbunden, welche Kommunikation und Materialfluss
zwischen den Modulen ermöglichen.
Es ist bevorzugt vorgesehen, dass jedes der zumindest drei Module über standardisierte
Schnittstellen nach außen,
besonders eine separate Materialschleuse, aufweist.
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Die
Erfindung sieht vor, dass jedes Modul über mindestens einen in das
Modul integrierten oder dem Modul zugeordneten Modulsteuerrechner
verfügt,
der die Abläufe
in dem jeweiligen Modul bevorzugt steuert und teilweise regelt,
Stoffflüsse
steuert, Material- und Flüssigkeitsvorräte verwaltet,
Zustandsvariablen des Moduls erfasst und gegebenenfalls Fehlermeldungen
erzeugt
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Da
die Prozesse innerhalb der Module von den Prozessen in den jeweils
anderen Modulen abhängig
sind, werden die Materialflüsse
zwischen den Modulen und/oder innerhalb der Module geregelt. Gemäß der Erfindung
stehen die bevorzugt vorgesehenen Mo dulsteuerrechner mit einem modulfernen zentralen
Steuerrechner in Datenverbindung. Der zentrale Steuerrechner regelt
funktionale Verkettung und Materialfluss zwischen den Modulen, vorzugsweise
durch Steuerung von modulindividueller Taktung und/oder Materialumsatz,
und zwar in Abhängigkeit
von mindestens einer Zustandsvariablen der Module, die von den Modulsteuerrechnern
an den Zentralrechner kommuniziert werden.
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Die
Erfindung stellt auch Verfahren und Mittel zur Steuerung und Prozesskontrolle
dieser Module bereit.
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Gegenstand
der Erfindung ist demgemäß ein Verfahren
der automatischen Herstellung von aus tierischem oder menschlichem
Spendergewebe neu konstituiertem biologischem Gewebe, enthaltend
die Schritte:
- – Bereitstellen des Spendergewebes
an einer Eingangsschnittstelle eines ersten Moduls, das speziell
ausgebildet ist, aus dem Spendergewebe Spendergewebezellen mindestens
eines Zelltyps zu isolieren und diese Zellen zu vereinzeln (Zellextraktionsmodul),
so dass aus dem Spendergewebe isolierte vereinzelte Zellen des mindestens einen
Zelltyps erhalten werden;
- – Übergeben
der isolierten Zellen an einer ersten Übergangsschnittstelle an ein
zweites Modul, das speziell ausgebildet ist, die jeweils isolierten
Zellen des mindestens einen Zelltyps zu vermehren (Zellexpansionsmodul),
so dass aus den isolierten Zellen jeweils mindestens eine Zellgruppe
aus vermehrten Zellen des mindestens einen Zelltyps erhalten wird;
- – Übergeben
des mindestens einen Zellverbands an einer zweiten Übergangsstelle
an ein drittes Modul, das speziell ausgebildet ist, mit einem oder
mehreren der Zellgruppen ein biologisches Gewebe neu zu konstituieren
(Gewebeaufbaumodul), so dass aus einem oder mehreren Zellgruppen
mindestens jeweils eines Zelltyps ein neu konstituiertes biologisches
Gewebe erhalten wird; und
- – Bereitstellen
des neu konstituierten biologischen Gewebes an einer Ausgangsschnittstelle.
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Im
Zusammenhang mit dieser Erfindung wird unter „Zellgruppe” in einer
Ausführung
eine im Wesentlichen oder vollständig
zusammenhängende, insbesondere
bis zur Konfluenz oder nahe zu bis zur Konfluenz kultivierte Zellen
aus vermehrten, insbesondere zuvor ursprünglich vereinzelt ausgesääten Zellen
eines Zelltyps verstanden. In einer alternativen Ausführung wird
darunter eine Suspension aus gegebenenfalls resuspendierten aus
Einzelzellen durch Kultivieren vermehrten Zellen eines Zelltyps verstanden.
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Bevorzugt
erfolgt die Prozesssteuerung innerhalb der Module durch den Modulen
jeweils zugeordnete Modulsteuerrechner.
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Bevorzugt
weist aber das erste Modul zwischen Eingangsschnittstelle und erster Übergangsschnittstelle
eine erste Materialflussrate auf; das zweite Modul weist zwischen
erster Übergangsschnittstelle
und zweiter Übergangsschnittstelle
eine zweite Materialflussrate auf und das dritte Modul weist zwischen
zweiter Übergangsstelle
und Ausgangsschnittstelle eine dritte Materialflussrate auf. Erfindungsgemäß wird bevorzugt
eine oder mehrere der ersten, zweiten und dritten Materialflussraten,
in Abhängigkeit
von mindestens einer davon verschiedenen Materialflussrate, ausgewählt aus
erster, zweiter und dritter Materialflussrate, und/oder von mindestens
einer Zustandsvariablen von mindestens einem der ersten, zweiten
und dritten Module, gesteuert, um die Materialflussraten der Module
anzupassen.
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Bevorzugt
erfolgt die Steuerung der Materialflussrate durch Steuerung der
Taktung des Moduls
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Im
Zusammenhang mit der Erfindung wird unter „Taktung” vor allem die Prozessgeschwindigkeit
der innerhalb des Moduls ablaufenden Prozessschritte, Handhabungen
verstanden. Die Prozessgeschwindigkeit innerhalb des Moduls ist
insbesondere steuerbar durch die Geschwindigkeit einzelner Verfahrensschritte,
die innerhalb der Module durchgeführt werden, und/oder an den
Pausenzeiten zwischen den Verfahrensschritten. Dabei unterscheiden sich
die Pausenzeiten zwischen den Verfahrensschritten, die einer „Zwischenlagerung” des prozessierten
Materials innerhalb des Prozessablaufs entspricht, von einer sogenannten „Zwischenpufferung”, letztere
stellt mindestens einen separaten Verfahrensschritt innerhalb des
Prozessablaufs dar, der dazu dient, einen Materialfluss für eine bestimmte Zeitdauer
zwischenzulagern oder zu sammeln, bevor das Material weiteren Prozessschritten
unterzogen wird. Die Zwischenpufferung erfolgt dabei in einer Variante
bevorzugt im „Hauptstrom” des Materialflusses,
wobei im Wesentlichen sämtliches
Material im Prozess in den Zwischenpuffer verbracht wird und bis zur
Beendigung des Verfahrensschritts der Zwischenpufferung kein nachfolgender
Prozessschritt durchgeführt
wird. In einer alternativen Variante folgt die Zwischenpufferung
im „Nebenstrom”, wobei
nur ein vorbestimmter Anteil an Material in die Zwischenpufferung
gelangt, wobei der andere Anteil unmittelbar in den nachfolgenden
Prozessschritten weiterverarbeitet wird. In einer bevorzugten alternativen Ausführung erfolgt
daher die Anpassung der Materialflussrate durch Zwischenpufferung
des Materialflusses innerhalb eines Moduls. In einer bevorzugten Variante
erfolgt die Steuerung des Umfanges der Zwischenpufferung und damit
des Materialflusses innerhalb des Moduls durch Steuerung der Zeitdauer der
Zwischenpufferung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zwischenpufferung
im „Hauptstrom” des Materialflusses.
In einer alternativen bevorzugten Variante erfolgt die Steuerung
des Umfanges der Zwischenpufferung durch Steuerung des Verhältnisses
zwischen im Nebenstrom zwischengepufferten Materials zum im Hauptstrom
unmittelbar weiter prozessierten Materials.
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Die
Erfindung sieht mehrere Varianten der Steuerung und Regelung des
Materialflusses innerhalb der Module vor. In einer ersten Variante
wird die Materialflussrate im ersten und/oder zweiten Modul in Abhängigkeit
von dem im dritten Modul verarbeiteten Zelltyp gesteuert.
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In
einer weiteren Variante wird die Materialflussrate im ersten Modul
in Abhängigkeit
von der Zahl der im zweiten Modul vermehrten Zellen gesteuert.
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In
weiteren alternativen oder zusätzlichen Varianten
wird der Materialfluss durch eine oder mehrere Zustandsvariablen
gesteuert. In einer Variante ist die Zustandsvariable die Zellzahl.
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In
einer weiteren Variante ist die Zustandsvariable die Zelldichte.
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In
einer weiteren Variante ist die Zustandsvariable die Zellvitalität.
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In
einer weiteren Variante ist die Zustandsvariable die Proliferationsrate
der Zellen.
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Bevorzugt
wird die Zelldichte über
die Messung des transepithelialen elektronischen Widerstands TEER
bestimmt. Bevorzugt wird die Zellvitalität über optische Messungen, insbesondere
durch Anwendung eines Vitalfarbstoffes unter mikroskopischer Kontrolle
mit Bilderkennungssoftware automatisch erfasst. Alternativ bevorzugt
sind spektroskopische Messungen, besonders bevorzugt über Ramanspektroskopische
Analysen, bevorzugt im Vergleich mit Referenzspektren. Die Proliferationsrate
der Zellen beziehungsweise Zellzahl der vom Reaktor abgelösten vermehrten
Zellen wird bevorzugt mittels einer Zellzählkammer bestimmt, wobei auf
die gesamte Zellzahl aus der in die Zählkammer verbrachte Probe zurückgerechnet
wird.
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Die
Erfindung sieht den Zusammenschluss von in sich abgeschlossenen
autarken Prozessabläufen
vor, die jeweils für
sich getrennt ablaufen.
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Dabei
wird die automatische Isolierung der Zellen aus dem Spendergewebe
im ersten Modul bevorzugt in zumindest den folgenden Teilschritten durchgeführt:
- – automatisches
Abtrennen von gegebenenfalls am Spendergewebe vorhandenen Fettgewebe;
- – automatisches
Einschneiden zum Aufbrechen der Gewebestruktur des Spendergewebes;
- – automatisches
Inkubieren des Spendergewebes mit aufgebrochener Gewebestruktur
in Enzymlösung
zur Auftrennung des Zellverbands eines ersten Zelltyps;
- – automatisches
Abtrennen der aus dem Zellverband des ersten Zelltyps des inkubierten
Spendergewebes gelösten
Einzelzellen vom Restgewebe eines weiteren Zelltyps; und
- – automatisches
Resuspendieren der Einzelzellen; so dass eine Suspension von aus
dem Spendergewebe isolierten Zellen eines Zelltyps erhalten wird.
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In
einer bevorzugten Variante wird das Verfahren zumindest durch die
folgenden weiteren Teilschritte ergänzt:
- – automatisches
Inkubieren des Restgewebes in Enzymlösung zum Auflösen der
Zellgruppe des Restgewebes in Einzelzellen des weiteren Zelltyps,
- – automatisches
Resuspendieren der aus dem Zellverband des Restgewebes gelösten Zellen.
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Die
automatische Vermehrung isolierter Zellen in dem zweiten Modul zu
einer Zellgruppe wird in zumindest den folgenden Teilschritten durchgeführt:
- – Bestimmen
der Zellzahl der isolierten Zellen anhand einer von der Suspension
der isolierten Zellen gezogenen Zellprobe in einer Zählkammer,
- – Einstellen
der Zellzahl der isolierten Zellen in der Suspension auf eine vorgegebene
Zellkonzentration,
- – Aussäen der isolierten
Zellen, gegebenenfalls Aliquotieren der Zellen in einen Bioreaktor
- – Inkubieren
der auf oder in dem Bioreaktor ausgesäten Zellen zur Zellvermehrung;
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In
einer bevorzugten Variante wird dieses Verfahren zumindest durch
die folgenden weiteren Teilschritten ergänzt:
- – ein- oder
mehrfaches Bestimmen von Zellkultivierungsparameter, ausgewählt aus
pH-Wert, Sauerstoffpartialdruck, TEER, Glucose-Gehalt, Trübung, Zellzahl und Zelldichte,
vor, während oder
im Abschluss an die Inkubation.
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Bevorzugt
wird dabei vor der Inkubation eine Zellzählung durchgeführt. Bevorzugt
wird während der
Inkubation eine vorzugsweise wiederkehrende Bestimmung der Parameter,
ausgewählt
aus TEER, Glucose, Sauerstoffpartialdruck, pH-Wert und Trübung durchgeführt. Bevorzugt
wird nach der Inkubation, das heißt am Ende der Kulturdauer,
bevorzugt erneut eine Zellzählung
durchgeführt.
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Der
automatische Gewebeaufbau aus mindestens einer Zellgruppe vermehrter
Zellen im dritten Modul wird bevorzugt in zumindest den folgenden Teilschritten
durchgeführt:
- – automatisches
Inkontaktbringen eines Gewebeträgers
mit einer ersten Schicht der Zellgruppe,
- – Inkubieren
des so hergestellten geschichteten Aufbaus zur Konstitution eines
neu konstituierten biologischen Gewebes.
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In
einer bevorzugten Variante wird dieses Verfahren zumindest durch
die folgenden weiteren Teilschritten ergänzt:
- – Aufbringen
einer zweiten oder weiteren Schicht einer Zellgruppe von vermehrten
Zellen eines weiteren Zelltyps auf die erste Schicht.
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In
einem bevorzugten weiteren Teilschritt wird die Gewebequalität des hergestellten
Gewebes und vorzugsweise mittels optischer Kohärenztomographie (OCT) bestimmt.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung wird das Spendergewebe oder Biopsat vor Eintritt in
die Prozessmodule, besonders durch die Eingangsschnittstelle des
ersten Moduls, auf biologische und/oder chemische Kontamination
untersucht. Dazu werden in an sich bekannte Verfahren eingesetzt.
In einer ersten bevorzugten Variante wird dazu eine Anzuchtkultur
angelegt und inkubiert. Das Wachstum von Mikroorganismen wird in
an sich bekannter Weise detektiert und die gefundenen Mikroorganismen
gegebenenfalls spezifiziert. In einer alternativen oder bevorzugt
zusätzlich
durchgeführten Variante
wird das Biopsat und/oder der Überstand des
Kulturmediums über
dem Biopsat einer spektroskopischen, insbesondere Raman-spektroskopischen
Spektralanalyse unterzogen und vorzugsweise durch Vergleich der
gefundenen Spektren mit Referenzspektren kann auf eine Kontamination
geschlossen und gegebenenfalls die Art der Kontamination spezifiziert
werden. Außerdem
kann aus den gefundenen Spektren gegebenenfalls auf die Vitalität und/oder
auf den Differenzierungsgrad der im Spendergewebe enthaltenen Zellen
geschlossen werden.
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Die
Erfindung sieht vor, dass das Spendergewebe vorzugsweise ein Biopsat
des menschlichen oder tierischen Körpers ist, bevorzugt mehrschichtiges
Hautgewebe. Der zu isolierende Zelltyp ist ausgewählt aus
Fibroblasten und Keratinozyten.
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Die
Erfindung ist aber nicht auf diese Zelltypen beschränkt. Der
Fachmann kann die in dieser Erfindung vorgestellten Prinzipien auch
auf die Anwendung bei anderen Geweben und anderen Zelltypen übertragen,
ohne dabei erfinderisch tätig
werden zu müssen;
er kennt die dazu nötigen
Anpassungen, sobald er die Erfindung auf Grundlage der beispielhaft genannten
Fibroblasten und Keratinozyten in Verbindung mit der Verwendung
eines Hautbiopsats verstanden hat.
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Das
neu konstituierte biologische Gewebe ist bevorzugt ein mehrschichtiges
Gewebe und enthält bevorzugt
mindestens eine Zellschicht aus Fibroblasten und bevorzugt mindestens
eine Zellschicht aus Keratinozyten, ist.
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Gegenstand
der Erfindung ist daher auch ein artifizielles mehrschichtiges Hautgewebe,
das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
herstellbar ist oder vorzugsweise hergestellt wird.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur automatischen Herstellung
von aus tierischem oder menschlichem Gewebe neu konstituiertem biologischen
Gewebe, das zumindest die im Folgenden genannten Komponenten aufweist:
- – ein
erstes Modul (Zellextraktionsmodul), das speziell ausgebildet ist,
aus dem Gewebe eine Gewebezelle mindestens eines Zelltyps zu isolieren
und diese Zellen zu vereinzeln, das eine Eingangsschnittstelle und
eine erste Übergabeschnittstelle
zur Übergabe
der isolierten Zellen aufweist,
- – ein
zweites Modul (Zellexpansionsmodul), das speziell ausgebildet ist,
die isolierten Zellen des jeweils mindestens einen Zelltyps zu vermehren, wobei
das zweite Modul dem ersten Modul nachgeschaltet ist, mit diesem
die erste Übergabeschnittstelle
teilt und eine zweite Übergabeschnittstelle
zur Übergabe
der Gruppe vermehrter Zellen aufweist; und
- – ein
drittes Modul (Gewebeaufbaumodul), das speziell ausgebildet ist,
um mit der mindestens einen Zellgruppe ein biologisches Gewebe neu
zu konstituieren, wobei das dritte Modul dem zweiten Modul nachgeschaltet
ist, mit diesem die zweite Übergabeschnittstelle
teilt und eine Ausgabeschnittstelle zum Ausschleusen des neu konstituierten
biologischen Gewebe aufweist.
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Bevorzugt
weist die Vorrichtung zumindest eine Steuereinheit zur Erfassung
von Materialfluss und/oder Zustandsvariablen von zumindest einem der
Module auf, welches speziell ausgebildet ist, um den Materialfluss
in zumindest einem Modul in Abhängigkeit
vom Materialfluss und/oder mindestens einer Zustandsvariablen mindestens
eines weiteren Moduls zu steuern.
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In
einer bevorzugten Ausführung
weist das erste Modul zumindest die folgenden Elemente zur Durchführung der
Zellextraktion auf:
- – Fettseparatorvorrichtung,
zum Abtrennen von gegebenenfalls am Spendergewebe vorhandenen Fettgewebe
von dem Spendergewebe,
- – Zerhackervorrichtung,
zum Einschneiden der Gewebestruktrur des Spendergewebes,
- – Inkubator,
zum Inkubieren des Spendergewebes mit eingeschnittener Gewebestruktur,
und
- – Pipettiervorrichtung,
zum Abtrennen von aus dem Spendergewebe isolierten Zellen vom Restgewebe.
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In
einer bevorzugten Ausführung
weist das zweite Modul zumindest die folgenden Elemente zur Durchführung der
Zellexpansion auf:
- – Pipettiervorrichtung, zum
in Suspension Halten der isolierten Zellen und zum Dosieren der
Zellsuspension in oder auf einen Bioreaktor,
- – Zellzählvorrichtung,
zur Bestimmung der Zellzahl in der Zellsuspension, und
- – Inkubator,
zur Inkubation der auf oder in einem Reaktor ausgesäten isolierten
Zellen
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Bevorzugt
weist das zweite Modul weiter auf:
- – Messstation,
zur Bestimmung der Zustandsparameter der im oder auf dem Bioreaktor
kultivierte ausgesäten
Zellen und/oder
- – Medienwechselstation
zum Wechseln des Zellkulturmediums und/oder für die Inkubation der Zellen.
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In
einer bevorzugten Ausführung
weist das dritte Modul zur Durchführung des Gewebeaufbaus zumindest
die folgenden Elemente auf:
- – Handhabungsvorrichtung,
zum Aufbringen von kultivierten Zellverbänden auf einen Gewebeträger,
- – Messvorrichtung,
zur Bestimmung der Gewebequalität,
und
- – Inkubator,
zur Inkubation des Gewebeträgers und
des darauf aufgebrachten Zellverbands.
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Die
gesamte modulare Anlage kann so eingesetzt werden, um aus Spendergewebe
vollautomatisch und insbesondere robotergestützt dreidimensionale biologische
Gewebe, besonders Testsysteme aus verschiedenen Zelltypen aufzubauen. Unter
Berücksichtung
der gesetzlichen Vorgaben kann die Anlage auch unter GMP-Bedingungen
betrieben werden und kann somit für die Herstellung von autologen
oder allogenen Transplantaten für
die medizinische Verwendung eingesetzt werden. Die Vollautomatisierung
bietet erfindungsgemäß eine überraschend
erhöhte
Produktsicherheit und Reproduzierbarkeit im Vergleich zu manuellen
Herstellungsprozessen in GMP-konformen
Laboratorien. Der modulare Aufbau ermöglicht es auch, dass einzelne
Module wie das Zellextraktionsmodul, das Zellexpansionsmodul, oder
Elemente der Module wie die Multifunktionspipette, der Gewebezerkleinerer flexibel
und autark betrieben werden können.
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Das
biologische Spendermaterial wird vor dem Einschleusen in die Anlage
in einem separaten GMP-Labor bzw. unter einem separaten Laminar Flow
gründlich
gespült
und eine Probe des Spülpuffers
entnommen. Diese Probe wird für
mindestens 48 h bei 37°C
im Brutschrank inkubiert und am Folgetag visuell auf Kontamination überprüft.
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Nach
dem Durchlaufen der Produktionskette werden alle Gewebeprodukte
einer Qualtitätskontrolle
unterzogen. Mittels optischer Kohärenztomographie (OCT) ist es
möglich,
nicht invasive (berührungslos,
zerstörungsfrei)
Messungen der inneren Struktur der Gewebe produkte durchführen zu
können.
Somit müssen
keine zerstörenden
Histologien angefertigt werden. Defekte und Inhomogenitäten in der
Gewebestruktur können
mit der OCT-Technik vollautomatisch detektiert und ausgewertet werden. Dadurch
ist eine 100% inline Qualitätskontrolle
am Ende der Produktionskette möglich.
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Die
Erfindung sieht in einer bevorzugten Ausführung vor, dass eines oder
mehrere der Module jeweils zumindest einen Modulsteuerrechner zur
jeweiligen Steuerung der Prozesse in dem Modul aufweist. Weiter
ist vorgesehen, dass der zumindest eine Modulsteuerrechner zur Bestimmung
der Materialflussrate und/oder von mindestens einer Zustandsvariablen
des Moduls dient.
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In
bevorzugter Ausführung
steht der mindestens eine Modulsteuerrechner mit einem zentralen Steuerrechner
in Datenverbindung. Das heißt
besonders, dass der Modulsteuerrechner geeignet und bevorzugt speziell
ausgebildet ist, mindestens eine im zugeordneten Modul erfasste
modulinterne Größe (Prozessparameter,
Materialflussrate, Zustandsvariable u. a.) an den zentralen Steuerrechner
zu übermitteln.
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Weiter
ist besonders der zentrale Steuerrechner geeignet und bevorzugt
speziell dazu ausgebildet, über
mindestens einen Modulsteuerrechner die Materialflussrate und gegebenenfalls
andere Prozessbedingungen in dem dem Modulsteuerrechner zugeordneten
Modul zu steuern, und insbesondere in Abhängigkeit einer oder mehrerer
modulinterner Größen zu regeln.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch ein Computerprogrammprodukt zur Steuerung
des Materialflusses in der vorstehend charakterisierten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
wobei das erste Modul zwi schen Eingangsschnittstelle und erster Übergangsschnittstelle
eine erste Materialflussrate aufweist, das zweite Modul zwischen
erster Übergangsschnittstelle
und zweiter Übergangsschnittstelle
eine zweite Materialflussrate aufweist und das dritte Modul zwischen
zweiter Übergangsstelle
und Ausgangsschnittstelle eine dritte Materialflussrate aufweist.
Das Programmprodukt ist charakterisiert durch die Programmschritte:
- – Erfassen
einer oder mehrerer der ersten, zweiten und dritten Materialflussraten
und/oder einer oder mehrerer Zustandvariablen der ersten, zweiten
und dritten Module;
- – Steuern
mindestens einer davon verschiedenen ersten, zweiten und dritten
Materialflussrate, in Abhängigkeit
von der erfassten mindestens einen Materialflussrate und/oder Zustandsvariablen,
um die Materialflussraten der Module aneinander anzupassen.
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Die
Module sind bevorzugt unter einer so genannten Laminar-Flow-Box oder einer dazu
analogen Anordnung angeordnet, um die Erfordernisse der Reinraumklasse
A zu erfüllen.
Die Abgrenzung der Module nach außen erfolgt bevorzugt an durch Schleusen,
die auf einer Seite (Vorderseite) der Module angeordnet sind. An
der Rückseite
sind bevorzugt zusätzlich
Wartungszugänge
(Reinraumklasse B) vorgesehen. Die Apparatur und Handhabung aller Module
befindet sich bevorzugt auf der Höhe einer bevorzugt gelochten
Trägerbank
(Lochtisch), die vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt ist. Unterhalb
des Tisches ist bevorzugt Platz vorgesehen für die Anlagenperipherie bzw.
für Steuerung
und Abfallentsorgung.
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Um
die Sterilität
der Prozesse zu gewährleisten,
liegen zumindest diejenigen Teile der Anlage, in welchen an offenen
Zellen und Ge weben gearbeitet wird, bevorzugt unter einem Laminar
Flow der Reinraumklasse A, vorzugsweise mit einer turbulenzarmen
Verdrängungsströmung von
circa 0,45 m/s. In den äußeren Bereichen,
welche die Materialschleusen und Wartungszugänge beinhalten, herrscht bevorzugt
ein Laminar Flow der Reinraumklasse B und ein bevorzugt etwa 12
Pa höherer
Druck als in der Umgebung. Diese Druckdifferenz senkt die Kontaminationsgefahr
in der Anlage. Zur Herabsetzung der Kontaminationsgefahr sind bevorzugt
tägliche
automatisch ablaufende separate Sterilisationszyklen eingeplant,
währenddessen
keine Gewebe oder Zellen bearbeitet werden.
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Innerhalb
dieses Zeitraums werden die Module vorzugsweise mittels der sogenannten
Minncare Dry Fog®-Technologie sterilisiert.
Bei dieser Technologie handelt es sich um eine aerosolbasierte Reinraum-Desinfektion mit
Trockennebel, bei der alle mit der Luft in Berührung kommenden Flächen desinfiziert
werden, ohne dass nachgereinigt werden muss oder die Oberflächen der
Modulkomponenten geschädigt
werden.
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Die
Module weisen bevorzugt jeweils mindestens einen separaten Materialzugang
auf. Bevorzugte Bedingungen sind dabei, dass alle Materialien, sowohl
feste Materialien als auch Flüssigkeiten
oder Gase, steril über
die Materialschleusen in die Anlage eingebracht werden. Die Materialschleusen
verfügen vorzugsweise über eine
Sterilisierungseinheit. Ein Techniker kann so zu Produktionsbeginn
die Materialschleuse mit dem benötigen
Material beladen, sie im Anschluss schließen und das Material dazu sterilisieren.
Die Handhabungseinheiten aus den inneren Bereichen der Module können im
Anschluss die so vollständig
außen
und innen sterilen Materialien in den Prozess integrieren. Die Zufuhr
von flüssigen oder
gasförmigen Medien
erfolgt bevorzugt ebenfalls über
die Materialschleusen. Vorzugsweise werden Vorratsflaschen, Beutel
oder Kanister mit einem Septum oder Klickverschluss eingebracht,
welche dann unter sterilen Bedingungen automatisiert von einer jeweiligen
dem Modul bevorzugt zugeordneten und besonders bevorzugt im Modul
enthaltenen Dispensiereinheit angeschlossen und die Flüssigkeiten
in die Anlage über
Schläuche
weitergeleitet werden können.
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Die
Module weisen bevorzugt zusätzlich
jeweils mindestens einen separaten Wartungszugang auf. Durch die
als Schleusen ausgebildeten Zugänge kann
im Notfall oder innerhalb von vorgegebenen Zeitfenstern auch in
den inneren Teil der Module eingegriffen werden. Für umfangreichere
Wartungs- oder Reparaturarbeiten befinden sich an der Anlage weitere
Wartungszugänge, über die
auch die Abfallentsorgung stattfinden kann. Die Wartungszugänge sind
von außen über eine
Tür betretbar.
Insbesondere bei einer Produktion von Transplantaten für den Einsatz
am Menschen unter GMP-Bedingungen
ist bevorzugt eine Personenschleuse vor dem Wartungszugang aufgebaut,
mit der sich Personal aus einem umliegenden Reinraumbereich der
Klasse C in den Wartungsbereich der Reinraumklasse B einschleusen
kann.
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Für die Entsorgung
von Abfällen
aus den Modulen sieht die Erfindung bevorzugt vor, dass feste Abfälle, wie
Einwegmaterialien sowie die flüssigen Lösungen in
speziellen Behältern
unterhalb der Gerätetische
zum Wartungszugang hin gesammelt und in regelmäßigen Zyklen, z. B. einmal
täglich, über den
Wartungszugang entsorgt werden.
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Die
für die
Verwendung in den Modulen konstruierten Bioreaktorsysteme werden
bevorzugt im standardisierten Format der an sich bekannten Mikrotiterplatten
gefertigt, um auf Standard-Handhabungslösungen zurückgreifen
zu können.
Bevorzugt ist die individuelle Kennzeichnung der Reaktorplatten mit
Barcodes oder RFID oder analogen System vorgesehen. Dies soll eine
Nachverfolgung gewährleisten
und insbesondere Kreuzkontaminationen verhindern.
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Für die Handhabung
von Zellsuspensionen wird bevorzugt eine spezielle vorstehend im
Zusammenhang mit dem ersten Modul beschriebene Multifunktionspipette
eingesetzt. Diese kann gleichzeitig die Zentrifugation ersetzen,
d. h. Einzelzellen können aus
Flüssigkeiten
abgetrennt werden. Weiterhin können
Zellen resuspendiert und homogen in einer Flüssigkeit verteilt werden. Mit
Hilfe dieser Pipette erfolgt vorzugsweise auch die Übergabe
von Zellen zwischen den Modulen.
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Es
ist bevorzugt vorgesehen, dass die Taktung innerhalb der Anlage
die Randbedingungen, welche durch die Biologie und die Kapazität der Module
vorgegeben sind, berücksichtigt
und eine ausreichende Belieferung der Anlagenkomponenten mit den
benötigten
Materialien aus der Schleuse ermöglicht.
Durch die erfindungsgemäß bevorzugt
vorgesehene sequenzielle Verarbeitung im Zellextraktionsmodul wird
vorzugsweise auf eine Rückmeldung
aus dem Zellexpansionsmodul reagiert und so, beispielsweise bei
ausreichender Zellzahl im Zellexpansionsmodul, der Isolationsprozess
gestoppt. Dadurch können
Ressourcen gespart werden.
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Die Übergabe
aus dem Zellexpansionsmodul an das Gewebeaufbaumodul ist aufgrund
des vorgegebenen Protokolls zum sequentiellen Aufbau der Hautmodelle
bevorzugt wie folgt ausgeführt:
Das Gewebeaufbaumodul ist bevorzugt so ausgestaltet, dass es zu
genau definierten Zeiten bestimmte Zellmengen benötigt und
vorzugsweise anfordert, um die Gewebemodelle reproduzierbar aufbauen
zu können.
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Die
Prozessführung
und Taktung im Zellexpansionsmodul ist bevorzugt so ausgerichtet,
dass sie das Gewebeaufbaumodul zu bestimmten Zeiten mit Zellen versorgen
kann und gleichzeitig die modulinternen Handhabungsschritte (Medienwechsel, Aussaat
von Zellen aus dem Zellextraktionsmodul) ohne unnötige Zwischenpufferung
durchführbar
bleiben. Dazu ist bevorzugt vorgesehen, dass zunächst Zelltyp 1 (Fibroblasten)
in regelmäßigen Abständen aus
dem Zellexpansionsmodul an das Gewebeaufbaumodul übergeben
wird. Diese Zeitabstände
sind bevorzugt so gewählt,
dass die Handhabung im Gewebeaufbaumodul alle erforderlichen Schritte
zum Aufbau der ersten Gewebeschicht (Dermis) durchführen kann.
Vorzugsweise nachdem dies abgeschlossen ist, erfolgt die Belieferung
mit Zelltyp 2 (Keratinozyten) für
den Aufbau der zweiten Gewebeschicht (Epidermis). Es kann so vorteilhafterweise gewährleistet
werden, dass in demselben Zeitabschnitt, beispielsweise ein Tag,
dieselbe Menge an Zellen isoliert und weiterverarbeitet werden kann
und die Gesamtanlage in diesem Zeitabschnitt ungefähr dieselbe
Anzahl fertiger Hautmodelle produziert werden kann, von denen jedes
Hautmodell im Wesentlichen exakt gleich hergestellt wurde. Dadurch
wird überraschenderweise
eine enorme Qualitätssteigerung
erreicht.
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Eine
erfindungsgemäß bevorzugte
Optimierung im Prozessablauf steht im Zusammenhang mit der begrenzten
Haltbarkeit des Spendergewebes, der Vermeidung einer Austrocknung
des Spendergewebes bei der Verarbeitung und der vorgegebenen Inkubationszeiten
bei Enzymlösungen,
auf den Kultivierungszeiten und der vorgegebenen Reihenfolge des
Gewebeaufbaus. Die begrenzte Haltbarkeit der Biopsien wird bevorzugt
durch eine Beschleunigung der vorgeschalteten Sterilkontrolle z.
B. mittels automatisierter Raman Spektroskopie verbessert. Der Zellextraktionsprozess
läuft durch
die erfindungsgemäße vollständige Automatisierung
schneller ab als der manuelle Laborprozess. Dadurch ist die Gefahr der
Austrocknung des Biopsates während
des Bearbeitungsprozesses minimiert.
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Durch
die sequenzielle Taktung zwischen den Modulen kann die gegebenenfalls
erforderliche Zwischenlagerung der Zellen in Transportmedium bis zu
einem definierten unkritischen Zeitraum erfolgen.
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Eine
weitere Optimierung besteht in der Medienführung und zeitlichen Prozesskontrolle
beim Aufbau der ersten Schicht der Gewebekonstrukte. Durch eine
erfindungsgemäß vorgesehene
getrennte Medienführung
von Komponenten der Gewebekonstrukte kann eine unerwünschte frühe Gelbildung
verhindert werden. Eine Komponente bildet die natürliche extrazelluläre Matrix
nach, während
die andere Komponente als Zellträger
fungiert. Kommen beide Komponenten zusammen, folgt eine chemische
Reaktion, die zu einem schnellen Aushärten der beiden Flüssigkeiten
führt.
Das vorzeitige Aushärten
der Zellsuspensionen in den Dosiersystemen wird so verhindert.
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Eine
weitere Optimierung besteht bei der Lagerung von Zellen oder Geweben.
Gibt es eine Überproduktion
oder eine zu geringe Nach frage, können Zellen und/oder Gewebe
aus der Anlage geführt
werden und in einem externen Kryomodul nach verschiedenen Kühlprotokollen
konserviert und längerfristig gelagert
werden.
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Für eine Übersicht über die
ablaufenden Prozesse innerhalb der Module werden bevorzugt an verschiedenen
Stellen Digitalkameras positioniert. Bevorzugt wird die Partikelzahl
der Luft an definierten Stellen in der Anlage bevorzugt mittels
automatischer Partikelzählgeräte überwacht.
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Die
Erfindung sieht vor, dass die Taktung der einzelnen Module aufeinander
abgestimmt ist. Bevorzugt werden relevante Informationen zum Prozess
GMP-konform angezeigt und/oder abgespeichert. Die Dokumentation
der einzelnen Herstellungsprozesse erfolgt in bevorzugt vorgegebenen Formaten.
Kritische Prozessschritte werden überwacht. Es ist vorgesehen,
dass der Zentralrechner auf Fehlermeldungen reagiert und entsprechende Maßnahmen
zur Fehlerbeseitigung und/oder Fehlerkompensation in den Einzelmodulen
einleitet. Durch Einsatz von geeigneter Sensorik soll eine automatisierte
Prozesskontrolle realisiert werden. Weiterhin muss ein Messsystem
Kontaminationen in Schläuchen,
Geräten
und Reaktoren automatisch frühzeitig erkennen
um einen Reinigungsprozess auslösen
zu können.
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Bevorzugt
sind alle eingesetzten Geräte, Pumpen
und Achsen mit dem jeweiligen Modulsteuerrechner des Moduls verbunden,
der Störungen
an den zentralen Steuerrechner meldet. Je nach Art der Störung werden
zur Behebung der Störung
entweder vom zentralen Steuerrechner oder vom jeweiligen Modulsteuerrechner
Maßnahmen
eingeleitet.
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Die
Erfindung sieht vor, dass die Zellkulturen in den Bioreaktoren vorzugsweise
wiederkehrend im Betrieb, beispielsweise täglich, auf Kontaminationen (Messung
von optischer Dichte, pH-Wert, Spektralanalyse und Glucosekonzentation)
und Proliferation (TEER-Wertmessung
zur Bestimmung der Zelldichte im Bioreaktor) geprüft werden.
Im Fall einer Kontamination oder bei ausbleibendem Zellwachstum
können
so Bioreaktoren gezielt aus dem Produktionsprozess entfernt und
aus der Anlage ausgeschleust werden. Durch eine frühzeitige
Detektion wird die Gefahr von Kreuzkontaminationen minimiert und
ein Ressourcen-schonender Prozessablauf ermöglicht.
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Zur
Festlegung von Prozessparametern werden bevorzugt nach der Zellisolation
(Zellextraktionsmodul) und Zellexpansion (Zellexpansionsmodul) die Zellausbeuten
(Zellzahl und Vitalität)
bevorzugt durch den Einsatz eines automatisierten Zellzählgerätes bestimmt.
Eine geringe Probenmenge wird mit einer Pipette entnommen und dem
Zellzählgerät über ein Schauchsystem
zugeführt.
Das Ergebnis wird nach Durchführung
der Messung an den zentralen Steuerrechner und/oder den jeweiligen
Modulrechner übermittelt.
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Die
Erfindung wird weiter in den Figuren näher beschrieben, ohne dass
diese beschränkend
zu verstehen wären.
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1 zeigt
eine schematische Übersicht
der Anordnung der drei erfindungsgemäßen hintereinander geschalteten
Module innerhalb eines Reinraums. Im Vordergrund ist der transparent
dargestellte Wartungszugang angeordnet. In der Rückwand sind in der oberen Hälfte die
Materialschleusen für
Medien und Gewebe angeordnet; in der unteren Hälfte der Rückwand, unterhalb des gelochten
Zwischenbodens, befinden sich die Zugänge für die Abfallentsorgung.
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2 zeigt
eine schematische Übersicht über den
prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen hintereinander geschalteten
Module. Das erfindungsgemäße Modul
1 weist zumindest einen Inkubator, eine Pipettierstation, eine Vorrichtung
zur Fettbrennung und eine Vorrichtung zur Gewebetrennung (Zerhacker)
auf. Die über
die Eingangsschnittstelle eingeschleuste Biopsie wird über die
Handhabungsvorrichtung, die bevorzugt eine modulübergreifende automatische Pipette
ist, gemäß des Prozessverlaufs an
die verschiedenen Bearbeitungsstationen verbracht und anschließend in
Form von isolierten Zellen wird die erste Übergabeschnittstelle an das
zweite Modul übergeben.
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Das
zweite Modul weist zumindest eine Medienwechselstation, eine Pipettierstation,
einen Inkubator, eine Messstation für Zellkulturparameter wie pH
Sauerstoffpartialdruck, Medientrübung, TEER-Wert
u. a. sowie eine Zellzählstation
auf. Die aus der ersten Übergabeschnittstelle übergebenen isolierten
Zellen werden über
eine Handhabungsvorrichtung, die bevorzugt ein Robotersystem ist,
gemäß des Prozessablaufs
an die einzelnen Stationen verbracht. Im Zuge dessen werden die
isolierten Zellen dosiert auf einen leeren Reaktor zur Kultivierung der
Zellen, der bevorzugt über
eine Schleuse in das Modul eingeschleust wird, dosiert ausgesät und inkubiert.
Die dadurch vermehrten Zellen bilden einen Zellverband oder eine
Zellsuspension, welche über die
zweite Übergabeschnittstelle
an das dritte Modul übergeben
wird.
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Das
dritte Modul weist zumindest eine Dispensierstation, einen Inkubator,
einen Decapper und gegebenenfalls eine OCT-Messstation auf. Die
aus dem zweiten Modul über
die zweite Übergabeschnittstelle übergebenen
vermehrten Zellen (in Form einer Zellsuspension oder eines Zellverbands)
werden über
ein Handhabungssystem, das insbesondere ein Robotersystem ist, gemäß der erfindungsgemäßen Prozessablaufs
an die einzelnen Stationen übergeben.
Nach dem sequenziellen Gewebeaufbau werden die neu konstituierten
Gewebe gegebenenfalls in der OCT-Messstation auf ihren Aufbau und
damit auf die Qualität
hin kontrolliert. Anschließend
wird das Gewebe, bevorzugt unmittelbar aus dem Inkubator heraus,
der bevorzugt der Zwischenlagerung der neu konstituierten Gewebe
dient, über
die Ausgangsschnittstelle des dritten Moduls aus dem System ausgeschleust.
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3 zeigt
schematisch die Architektur der Steuerrechner, der Datenverbindungen
und der bevorzugt übertragenen
Zustände
und Steuerbedingungen vor dem Hintergrund der Steuerung des Medienflusses
von Biopsat über
isolierte Primärzellen, über kultivierte
Zellen bis zum fertigen neu konstituierten Gewebe.
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4 zeigt
eine schematische Übersicht
der Medienflüsse
in den zusammen geschalteten erfindungsgemäßen Modulen. Eingangsgrößen bezeichnen
die über
die Medienschleusen in die jeweiligen Module eingeschleusten Materialien;
die Ausgangsgrößen bezeichnen
im Wesentlichen die in den jeweiligen Modulen erzeugten und auszuschleusenden Abfallstoffe.