DE102016119391B3

DE102016119391B3 - Mikrobioreaktor-Modul

Info

Publication number: DE102016119391B3
Application number: DE102016119391.7A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-10-12
Filing date: 2016-10-12
Publication date: 2018-01-18
Anticipated expiration: 2036-10-13
Also published as: CN109906267A; SG11201903231WA; KR102338639B1; KR20190063478A; US20200040292A1; KR20210152027A; CH714398B1; JP2019534703A; CN109906267B; WO2018069169A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mikrobioreaktor-Modul für die dreidimensionale Kultivierung von Zellen, insbesondere Stammzellen. Der Mikrobioreaktor ist für den einmaligen Gebrauch bestimmt und kann in erfindungsgemäßer Ausführung als Multimikrobioreaktor genutzt werden.

Description

Die Nutzung von Stammzellen nimmt in der medizinischen Forschung, insbesondere im Bereich der Regenerativen Medizin, einen immer größer werdenden Stellenwert ein. Auch in der Pharmaforschung und in der Kosmetikindustrie wird in einigen Gebieten die Kultivierung von Stammzellen genutzt, um bspw. ADME/Tox-Studien durchzuführen, also neue potentielle Wirksubstanzen auf Ihre Eigenschaften in Bezug auf Absorption, Distribution, Metabolisierung, Exkretion und Toxizität zu testen.
Embryonale und sog. induzierte pluripotente Stammzellen zeichnen sich dabei durch ihr nahezu unendliches Potential zur Selbsterneuerung, Proliferation und Differenzierung, auch in Zellkultur, aus. Maßgeschneiderte Methoden und Vorrichtungen zur Kultivierung spielen jedoch eine entscheidende Rolle dabei die Differenzierung zuverlässig hin zu einer bestimmten Gewebeart zu lenken und gleichzeitig unerwünschte bösartige Ausbildung von Tumoren zu verhindern (vgl. Lutolf, M. P.; Gilbert, P. M.; Blau, H. M., Designing materials to direct stem-cell fate. Nature 2009, 462 (7272), 433–441).
Speziell für den Einsatz in der Regenerativen Medizin besteht ein hohes Interesse an in vitro gewonnenem zellulärem Material, das in hohem Maße eine gleichbleibende Qualität aufweist, sodass ein großer Bedarf an standardisierten Zellkultur-Methoden besteht, die eine Langzeitkultivierung und Langzeitdifferenzierung von Stammzellen unter kontrollierten Bedingungen gewährleisten und optimalerweise eine Prozessautomatisierung oder zumindest eine Prozessparallelisierung ermöglichen.
Es wird deshalb intensiv nach Lösungen für die gezielte Kultivierung verschiedener Zelltypen aus pluripotenten Stammzellen gesucht. Erste, teils sehr komplexe Möglichkeiten und Vorrichtungen wurden für die Gewebeherstellung entwickelt. Dabei kommen insbesondere sogenannte Organ-Chips zur Anwendung, die die Kultivierung von bspw. Lungen-, Leber-, Herz-, Haut- oder Bronchialgewebe ermöglichen (vgl. Lang, Q.; Ren, Y.; Wu, Y.; Guo, Y.; Zhao, X.; Tao, Y.; Liu, J.; Zhao, H.; Lei, L.; Jiang, H., A multifunctional resealable perfusion chip for cell culture and tissue engineering. RSC Advances 2016, 6 (32), 27183–27190).
In vivo sind Stammzellen in gewebespezifischen Stammzellnischen des Körpers zu finden. In einer solchen Nische werden die Stammzellen nicht nur physikalisch gebunden, sondern die spezielle Mikroumgebung der Nische bestimmt durch ihr regulatorisches Netzwerk an biochemischen Prozessen und Signalen, induziert durch Chemokine, Cytokine, Wachstumsfaktoren, Transmembran-Rezeptoren, sowie die extrazelluläre Matrix die Entwicklung der Stammzellen. Für die Kultivierung von Stammzellen in vitro wird deshalb versucht, die Mikroumgebung der Stammzellnischen künstlich zu imitieren (vgl. Lutolf, M. P.; Gilbert, P. M.; Blau, H. M., Designing materials to direct stem-cell fate. Nature 2009, 462 (7272), 433–441).
Bei der Nachahmung der natürlichen Umgebung von Stammzellnischen spielen neben der zellulären Mikroumgebung auch andere Zelltypen, sowie Gradienten und Konzentrationsgefälle im Medium eine übergeordnete Rolle bzgl. der Effektivität des Prozesses.
Aus der EP 2 181 188 B1 ist ein Mikrobioreaktor bekannt, der als mikrofluidisches System angeordnet und zur Kultivierung von fortgeschrittenen Zellkulturen, insbesondere 3D-Zellkulturen und Stammzellkulturen geeignet ist. Besonderes Merkmal ist der Aufbau eines Medienkreislaufs zur Perfusion des Mikrobioreaktors. Der Probenträger, auf dem das Zellwachstum stattfindet sind hierbei ein oder mehrere aufeinander gestapelte 3D-CellChips. Durch die Anordnung mehrerer voneinander unabhängiger Mikrobioreaktoren auf einer Mikrotiterplatte wird die Möglichkeit eines Multimikrobioreaktors, insbesondere für das High-Throughput-Screening gegeben.
Aus der US 2011/0136226 A1 ist eine künstliche Stammzell-Nische bekannt, die eine rotierende Kultur-Kammer umfasst, in der ein Gerüst mit mesenchymalen Bindegewebs-Stammzellen angebracht ist, auf dem Nabelschnurblut-Stammzellen kultiviert werden. Hierbei wird die Kulturkammer über ein Fluidzuleitungssystem versorgt, bei dem die Nährstoffzufuhr und der Gas- und Abfallaustausch durch eine Dialysemembran stattfindet und ein zweites Fluidsystem eine Zellernte aus der Suspension im Inneren der Kulturkammer ermöglicht.
Aus der US 2011/0207166 A1 ist eine künstliche Mikroumgebung bekannt, die einer Nachbildung einer Nische in der Knochenmarks-Mikroumgebung entspricht, die aus einem mit mesenchymalen Stammzellen überzogenen Gerüst und einem Kulturmedium besteht, das eine Proliferation der Stammzellen in die Kultur ermöglicht. Die künstliche Nische ist die Kultivierung von hematopoietischen und leukämischen Zellen geeignet. Das Gerüst besteht hierbei aus einer netzartigen, dehnbaren Matrix aus einem elastomeren Material, z.B. Polycarbonat oder Polyurethan.
Die vorgenannten bekannten Bioreaktoren haben jedoch allesamt den Nachteil, dass ihr Aufbau sehr komplex und somit eine einfache Handhabung, Produktion und insbesondere der Einsatz als Einweg-System limitiert ist.
Aus der DE 10 2014 001 615.3 ist eine Vorrichtung für die Kultivierung adhärenter Zellen bekannt, die als Einweg-System in einem kontinuierlichen Verfahren betrieben wird. Besonderes Kennzeichen dieser Vorrichtung ist die Homogenisierung des Kulturmediums im Reaktorgefäß durch ein horizontales und ein vertikales, kissenförmiges Pumpelement, dass jeweils durch Druckluft betrieben wird. Entsprechende Strömungsverteiler sorgen für eine gleichmäßige Durchmischung. Die Begasung des Kulturmediums erfolgt dabei durch semipermeable Membranschläuche. Diese Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, dass sie nur für die Kultivierung adhärenter Zellen, nicht jedoch von Stammzellen mit ihren speziellen Anforderungen ausgelegt ist.
Aus der US4649117A ist ein Reaktor bekannt, der als Fermenter für die Kultivierung von Zellen genutzt werden kann, wobei eine besonders scherkraftfreie Durchmischung dadurch erreicht wird, dass der Reaktor aus einer inneren und einer äußeren Kammer besteht und ein sanfter Gasstrom zentral von unten eingeleitet wird. Dieser Reaktor ist jedoch nicht für die Kultivierung adhärenter Zellen bzw. von Stammzellen geeignet, da keine entsprechenden Wachstumsflächen vorgesehen sind.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, die Vorteile der bekannten Vorrichtungen zu nutzen, die Nachteile zu umgehen und eine einfachere, flexibel einsetzbare Lösung für die Problemstellung der Stammzellkultur zu liefern. Das erfindungsgemäße Mikrobioreaktor-Modul ist dabei vorteilhaft als Einwegsystem einzusetzen. Eine parallele Anordnung mehrerer Module in einem gemeinsamen oder in getrennten Kulturräumen ermöglicht den Einsatz als Multimikrobioreaktor. In einer Anordnung als Multimikrobioreaktor ist das erfindungsgemäße Mikrobioreaktor-Modul aufgrund seiner definierten und kontrollierbaren Mikroumgebung besonders für das Screening und die Selektion optimaler Kultivierungsbedingungen geeignet.
Ausführungsbeispiele
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird diese anhand der in den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei werden gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen und gleichen Bauteilbezeichnungen versehen. Weiterhin können auch einige Merkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in
1 eine schematische Darstellung des Mikrobioreaktor-Moduls, wobei die Kultivierung der Stammzellen in einem Kultivierungsbehälter (1) stattfindet.
2 eine schematische Darstellung einen Multimikrobioreaktors, bei dem mehrere Mikrobioreaktor-Module in einen Kultivierungsraum gemäß DE 10 2014 001 615.3 eingebracht werden.
3 eine schematische Darstellung einer Draufsicht des Deckels (11), in dem sich neben einer nach oben offenen Anzahl von Modul-Steckplätzen (17) ebenfalls diverse Anschlussmöglichkeiten für Sonden (18) befinden, die eine Online-Prozesskontrolle an verschiedenen Positionen im Reaktorgefäß (12) ermöglichen.
4 eine schematische Darstellung eines Mikrobioreaktor-Moduls, wobei die Durchmischung des Mediums im Reaktorgefäß (12) durch eine Anordnung entsprechend einer Blasensäule bzw. eines Schlaufenreaktors gewährleistet wird.
5 eine schematische Darstellung eines scale-up Bioreaktors, der die erfindungsgemäßen Module enthält.
6 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines scale-up Bioreaktors, wobei sich ein gasdurchlässiger Luftbeutel im Inneren des Kultivierungsbehälters befindet.
7 eine schematische Darstellung der Frontansicht und der Seitenansicht eines scale-up Bioreaktors.
8 eine schematische Darstellung eines scale-up Bioreaktors, wobei die linke Abbildung den Zustand ohne aktive Luftzufuhr (Überdruck im Reaktor) darstellt, und die rechte Abbildung den Zustand bei aktiver Luftzufuhr darstellt, was u.a. zur Nachahmung des Blutdrucks (Systole und Diastole) angewendet werden kann.
9 eine schematische Darstellung einer scale-up Kultivierungseinheit mit einer großen Wachstumsoberfläche.
In 1 ist ein Mikrobioreaktor-Modul abgebildet, wobei die Kultivierung der Stammzellen in einem Kultivierungsbehälter (1) stattfindet, der die Mikroumgebung einer Stammzellnische imitiert. Der Kultivierungsbehälter (1) des Mikrobioreaktor-Moduls besteht dabei aus einem Beutel aus einem semipermeablen natürlichen oder synthetischen Membranmaterial, sodass ein Austausch von Kleinmolekülen, wie bspw. Aminosäuren oder Glucose, mit der Umgebung möglich, die Zellkultur jedoch physikalisch fixiert ist. Der Kultivierungsbehälter (1) ist mit einem biokompatiblen Trägermaterial oder Gerüst bestückt (vorzugsweise organische oder anorganische Polymermaterialien) und kann auch für eine Co-Kultivierung mit beispielsweise mesenchymalen Stammzellen durch entsprechend besiedelte Träger genutzt werden.
Der Kultivierungsbehälter (1) ist an einem gasdurchlässigen Halterungsrohr (2), bevorzugt aus Kunststoff, befestigt, welches am anderen Ende in einem Stopfen (3) aus Kunststoff, Gummi oder Silikon endet. Der Stopfen (3) ist dabei asymmetrisch in seiner Dicke. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das gasdurchlässige Halterungsrohr (2) aus einem elastischen oder semielastischen Material.
Im Inneren des Halterungsrohrs (2) verläuft eine Ab- und Zufuhrleitung (4), welche die Einimpfung von Zellen, die Zufuhr von bioaktiven Molekülen und Nähstoffen, sowie die Entnahme von Proben ermöglicht. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ab- und Zufuhrleitung (4) aus einem elastischen oder semielastischen Material.
Die Leitung (4) endet auf der Oberseite des Stopfens (3) in einem Verbindungsstück (5) mit einem Gewinde, das als Adapter für das Aufsetzen bspw. einer Spritze (6), über die die Zu- und Abfuhr von Substanzen, Medium und Zellen geregelt wird. Die Öffnung der Leitung (4) im Verbindungsstück (5) ist dabei von einem elastischen Verschlussmaterial versehen, das ein Durchstechen mit der aufgesetzten Spritze (6) ermöglicht und sich bei Entfernen der Spritze (6) verschließt.
Das Kernstück wird mit dem Stopfen in eine nach untern geöffnete Ummantelung (7) eingebracht. Die Ummantelung (7) weist dabei insgesamt drei Öffnungen an den Seitenwänden auf. Zwei der Öffnungen befinden sich dabei auf Höhe des Stopfens (3), eine weitere im unteren Drittel der Ummantelung (7). Die Durchströmungs-Öffnungen (8) sind dabei mit einer Klappe (9) versehen, die sich je nach Strömungsrichtung des äußeren Mediums öffnet oder schließt. Die dritte Öffnung weist keine solche Klappe auf und dient als Ableitung (10) für entstehende Abfälle, bspw. unerwünschte Metaboliten. Die asymmetrische Dicke des Stopfens (3) und seine Beschaffenheit ermöglichen durch Drehen des Stopfens (3) in der Ummantelung (7) eine gezielte Öffnung bzw. Schließung entweder der Durchströmungs-Öffnung (8) oder der Abfallableitung (10). Die Ummantelung (7) besteht dabei vorzugsweise aus einem semielastischen Kunststoffmaterial.
Die Ernte der kultivierten Zellen kann entweder durch partielle Entnahme über die Ab- und Zufuhrleitung (4) für eine kontinuierliche Prozessführung, oder aber durch Abtrennung des Kultivierungsbehälters (1) vom Halterungsrohr (2) erfolgen.
Die erfindungsgemäße Mikrobioreaktor-Einheit kann in einer Vielzahl von Kultivierungssystemen zum Einsatz kommen. Die Einheit wird jeweils parallel zur jeweiligen Hauptströmungsrichtung der Vorrichtung eingebracht, um eine erfindungsgemäße Funktion der Durchströmungs-Öffnungen (8) zu gewährleisten.
2 zeigt einen Multimikrobioreaktor, bei dem mehrere Mikrobioreaktor-Module in einen Kultivierungsraum gemäß DE 10 2014 001 615.3 eingebracht werden. In dieser bevorzugten Ausführungsform werden einer oder mehrere verschiedene erfindungsgemäße Mikrobioreaktor-Module in einem Kunststoffdeckel (11) in mit Dichtungen versehenen Öffnungen parallel fixiert und in ein auswechselbares Reaktorgefäß (12) eingebracht. Im mit einem Medium gefüllten Reaktorgefäß (12) wird eine gleichmäßige, schonende und scherkraftfreie Homogenisierung durch ein am Boden befindliches druckluftgetriebenes Pumpelement (13) erreicht. Die Strömungsrichtung der Homogenisierung, die durch als Strömungsverteiler (14) fungierende Lochplatten verstärkt wird, verläuft dabei parallel zur Ausrichtung der Mikrobioreaktor-Module. Eine blasenfreie Begasung des Mediums im Reaktorgefäß wird durch semipermeable Membranschläuche (15) ermöglicht. Eine Temperaturregelung kann durch Einbringung des Reaktorgefäßes (12) in ein Heizelement (16) erreicht werden, wobei das Heizelement (16) bevorzugt nur das untere Ende des Reaktorgefäßes (12) bedeckt, sodass ein minimaler vertikaler Temperaturgradient im Inneren des Reaktorgefäßes (12) entsteht.
Die Wachstumsbedingungen in den einzelnen Mikrobioreaktor-Modulen können individuell angepasst werden. Durch separate Ab- und Zuleitungen (4) der einzelnen Module kann die Zusammensetzung an Nährstoffen in den individuellen, gegebenenfalls mit unterschiedlichen Trägermaterialen und Zellkulturen bestückten, Kultivierungsbehältern (1) angepasst werden. Die Länge der Mikrobioreaktor-Module kann variieren und damit eine unterschiedliche Eintauchtiefe in das Medium im Reaktorgefäß (12) erreicht werden. Dadurch können die Wachstumsbedingungen bezüglich der Temperatur (entsprechend des vertikalen Temperaturgradienten) und des Drucks (entsprechend des hydrostatischen Drucks) mit der Sonde gemessen und individualisiert werden.
3 zeigt eine Draufsicht des Deckels (11), in dem sich neben einer nach oben offenen Anzahl von Modul-Steckplätzen (17) ebenfalls diverse Anschlussmöglichkeiten für Sonden (18) befinden, die eine Online-Prozesskontrolle an verschiedenen Positionen im Reaktorgefäß (12) ermöglichen.
Die Anzahl der individuellen Mikrobioreaktor-Module in einem einzelnen Reaktorgefäß (12) ist dabei nur durch die Größe des Reaktorgefäßes limitiert, wobei das Volumen eines einzelnen Moduls ebenfalls vom Mikroliter-bis Milliliter-Maßstab variieren kann.
4 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform eines Reaktorgefäßes für die erfindungsgemäße Anwendung des Mikrobioreaktor-Moduls, wobei die Durchmischung des Mediums im Reaktorgefäß (12) durch eine Anordnung entsprechend einer Blasensäule bzw. eines Schlaufenreaktors gewährleistet wird. Eine nach oben geöffnete Platte mit kleinen, gitternetzartig angeordneten Öffnungen dient als Blasengenerator (19), der über eine Druckluftzufuhr (20) pulsierend mit Druckluft durchströmt wird. Der Deckel (11) wird an den Dichtungen (24) mit dem Reaktorgefäß (12) verbunden uns entspricht der Anordnung aus den 1–3, enthält jedoch zusätzlich ein Überdruckventil (23). Die durch den Blasengenerator (19) erzeugten Blasen bewirken eine Durchmischungsströmung in vertikaler Richtung, die innerhalb einer nach oben und unten offenen inneren Reaktorhülle (21), die durch Halterungen (22) am Reaktorgefäß fixiert ist, nach oben. Im Zwischenraum zwischen innerer Reaktorhülle (21) und Reaktorgefäß (12) entsteht dabei eine entsprechende Gegenströmung. Durch das Überdruckventil (23) wird überschüssige Luft nach außen geleitet. Das Öffnen und Schließen des Überdruckventils (23) geht dabei mit der pulsierenden Druckluftzufuhr einher, sodass der bei Luftzufuhr erhöhte Druck von einer Phase der Entspannung abgelöst wird. Ein oder mehrere Mikrobioreaktormodule werden im Deckel (11) in Analogie zu der in den 1–3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform parallel zur Strömungsrichtung eingebracht.
In einer bevorzugten Ausführungsform dient das Mikrobioreaktor-Modul zum Screening eines geeigneten Mikromilieus für den jeweiligen zu kultivierenden Zelltyp. Hierbei wird die Zusammenstellung und die Konzentration verschiedener Wachstumsfaktoren, die Präsenz von Faktoren der Extrazellulärmatrix, die Gelöstsauerstoff-Konzentration, der pH-Wert, die Osmolarität und die kontinuierliche Zufuhr von Nährstoffen sowie Entfernung von Metaboliten optimiert.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist die scale-up Version des Bioreaktors, die eine Kultivierung des gewünschten Zelltyps unter optimierten Bedingungen im großen Maßstab ermöglicht. 5–9 zeigen schematische Darstellungen eines scale-up Bioreaktors. Der scale-up Bioreaktor enthält dabei ein oder mehrere erfindungsgemäße Module, die ein größeres Volumen beinhalten, und damit eine hohe Zellausbeute unter optimierten, kontrollierten, und reproduzierbaren Bedingungen ermöglichen. Die dreidimensionale Kultur in einem Mikrobioreaktor erlaubt eine schnelle Umsetzung in die Produktion und einem einfachen scale-up Prozess. Desweiteren ermöglichen die kontrollierbaren Parameter während der Kultivierung eine einfache und schonende Zellernte.
In einer weiteren Ausführungsform ermöglicht der scale-up Bioreaktor durch die kontrollierbaren Kultivierungsbedingungen eine kontinuierliche Fermentation. In einer Ausführungsform hat der scale-up Bioreaktor einen Blasengenerator (19) oberhalb als auch unterhalb der Kultivierungsbehälter (1).
Ein weiterer Vorteil des Mikrobioreaktor-Moduls im Allgemeinen, und des scale-up Bioreaktors im Speziellen ist die Möglichkeit, den Druck im Kultivierungsbehälter durch zu variieren, um damit z. B. den Blutdruck, der im Körper eines Individuums mit Systole und Diastole variiert, nachzuempfinden (Blutdruck 120/60 mmHg, d.h. 1160/60 mbar). Im Mikrobioreaktormodul wird dies durch die Druckluftzufuhr (20) und den Blasengenerator (19) ermöglicht. Im scale-up Bioreaktor befindet sich im Kultivierungsbehälter ein gasdurchlässiger Luftbeutel (25), der durch eine Änderung des Volumens und Drucks im Luftbeutel die pulsierende physikalische Eigenschaft des pulsierenden Blutes im Kultivierungsbehälter nachempfindet. Dies geht mit der Homogenisierung innerhalb des Kultivierungsbehälters einher. Desweiteren wird der Stoffaustausch als auch der Sauerstoffaustausch durch den erzeugten Druckgradienten auf der Oberfläche des Kultivierungsbehälters gefördert. Der Luftbeutel hat desweitern den Vorteil, dass er den Gasaustausch von Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Ammonium (NH4) ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: Kultivierungsbehälter
2: Halterungsrohr
3: Stopfen
4: Ab- und Zufuhrleitung
5: Verbindungsstück
6: Spritze
7: Ummantelung
8: Durchströmungs-Öffnung
9: Klappe
10: Ableitung
11: Deckel
12: Reaktorgefäß
13: Pumpelement
14: Strömungsverteiler
15: Membranschlauch
16: Heizelement
17: Modul-Steckplätze
18: Sonden
19: Blasengenerator
20: Druckluftzufuhr
21: innere Reaktorhülle
22: Halterung
23: Überdruckventil
24: Dichtung
25: Gasdurchlässiger Luftbeutel

Claims

Mikrobioreaktor-Modul, umfassend einen Kultivierungsbehälter (1), ein Halterungsrohr (2), einen asymmetrischen Stopfen (3), und eine Ummantelung (7), wobei das Mikrobioreaktor-Modul dadurch gekennzeichnet ist, dass • der Kultivierungsbehälter (1) eine Außenhülle aus einem semipermeablen Membranmaterial besitzt, die ein biokompatibles Trägermaterial oder Gerüst umschließt, • das Halterungsrohr (2) an den Kultivierungsbehälter angebracht ist und eine Ab-und Zufuhrleitung umschließt, die eine Entnahme von Proben als auch eine Zufuhr von Zellen oder bioaktiven Molekülen und Nährstoffen in den Kultivierungsbehälter ermöglicht, • der asymmetrische Stopfen (3) eine asymmetrische Länge aufweist, in das Innere des Mikrobioreaktor-Moduls ragt, das Halterungsrohr (2) in einer Öffnung fixiert, und das Mikrobioreaktor-Modul durch Kontakt mit der Ummantelung (7) nach außen abdichtet, und je nach Positionierung Öffnungen in der Wandung der Ummantelung öffnet oder verschließt.
Mikrobioreaktor-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle des Kultivierungsbehälters (1) einem Beutel aus einem semipermeablen organischen oder anorganischen Membranmaterial mit einer Ausschlussgröße von 1–50 kDa besteht, beispielsweise einem Dialyseschlauch-Material.
Mikrobioreaktor-Modul nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial im Kultivierungsbehälter (1) aus natürlichen oder synthetischen Polymeren oder anorganischen Materialen oder einer Kombination derer, oder einem entsprechenden Gerüst besteht. Geeignete Trägermaterialien können dabei beispielsweise Kollagen, Elastin, Fibrin, Alginat, Seide, Glykoaminoglucan, Hyaluronsäure, Chitosan, Cellulose, Fucoidan oder Silaffin sein.
Mikrobioreaktor-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Halterungsrohr (2), die Ab- und Zufuhrleitung (4) und die Ummantelung (7) aus einem elastischen, gasdurchlässigen Material bestehen, bspw. Silikon oder einem vergleichbaren Kunststoff und dass die Ummantelung mehrere durch Klappen (9) verschließbare Durchströmungsöffnungen (8) aufweist.
Mikrobioreaktor-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial oder das Gerüst mit Stammzellen, bspw. mesenchymalen Stammzellen, beschichtet ist.
Mikrobioreaktor-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Kultivierungsbehälter einen gasdurchlässigen Luftbeutel beinhaltet.
Multimikrobioreaktor, bestehend aus einem oder mehreren Mikrobioreaktor-Modulen nach einem der Ansprüche 1–6, die parallel angeordnet sind und in einen gemeinsamen Kultivierungsraum eingebracht werden. Die Wachstumsbedingungen in den einzelnen Mikrobioreaktormodulen können individuell durch die Zusammensetzung und Versorgung im Kultivierungsbehälter, sowie die Länge und damit verbundene Eintauchtiefe der Module angepasst werden.
Multimikrobioreaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Mikrobioreaktor-Module in einem gemeinsamen Kunststoffdeckel (11) fixiert sind, in dem ebenfalls Anschlussmöglichkeiten für Messsonden (18) sowie wahlweise Überdruckventile (23) vorgesehen sind.
Multimikrobioreaktor nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Kultivierungsraum ein mit Medium gefülltes Reaktorgefäß (12) ist, in dem die Homogenisierung durch ein druckluftbetriebenes Pumpelement (13) in Kombination mit einem Strömungsverteiler (14) gewährleistet wird.
Multimikrobioreaktor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Kultivierungsraum ein mit Medium gefülltes Reaktorgefäß ist, in dem die Homogenisierung durch einen Blasengenerator (19) erreicht wird, indem pulsierende Druckluft durch eine nach oben durch gitternetzartig angeordnete Löcher geöffnete Platte geleitet wird.
Multimikrobioreaktor nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im inneren des Reaktorgefäß (12) eine nach oben und unten geöffnete innere Reaktorhülle (21) über Halterungen (22) fixiert ist und dadurch eine Strömungszirkulation im Medium erreicht wird.