DE10202872B4 - Process for producing a bioreactor with bundles of microporous capillary tubes arranged side by side in parallel and differently flowed through - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Herstellung eines Bioreaktors zur Kultur von pflanzlichen, tierischen
oder menschlichen Zellen mit einem abgeschlossenen Raum 1 für die Zellen
2, der von Bündeln
3 von nebeneinander parallel angeordneten und unterschiedlich durchströmten mikroporösen Kapillarschläuchen 4
durchquert wird und der an beiden Seiten des abgeschlossenen Raums
1 mehrere quer zur Längsachse
der Kapillarschläuche
angeordnete Trennwände
5 besitzt, die Verteilerräume
6 bilden zur Versorgung und Entsorgung der Zellen durch unterschiedliche bioaktive
wässerige
Lösungen,
die durch die unterschiedlichen Kapillarschläuche strömen,
dadurch gekennzeichnet,
– dass die
nebeneinander parallel angeordneten mikroporösen Kapillarschläuche 4 durch
Klebung, Schweißung oder
durch gesonderte Elemente 13 nach der Art eines Flachbandkabels
miteinander verbunden sind und so ein Bündel 3 bilden,
– dass die
Bündel
3 sich über
die gesamten Verteilerräume 6
erstrecken und die Zuordnung des jeweiligen Kapillarschlauchs 4
zum jeweiligen Verteilerraum 6 durch einen Schneidvorgang erfolgt,
oder
– dass
die Trennwände
5 durch...Process for the preparation of a bioreactor for the culture of plant, animal or human cells with a closed space 1 for the cells 2, which is traversed by bundles 3 of juxtaposed parallel and differently flowed microporous capillary tubes 4 and on both sides of the closed space 1 more has partition walls 5 arranged transversely to the longitudinal axis of the capillary tubes, the distribution spaces 6 form for the supply and disposal of the cells by different bioactive aqueous solutions which flow through the different capillary tubes,
characterized,
That the microporous capillary tubes 4 arranged parallel to one another are connected to one another by gluing, welding or by separate elements 13 in the manner of a ribbon cable and thus form a bundle 3,
- That the bundles 3 extend over the entire distribution spaces 6 and the assignment of the respective Kapillarschlauchs 4 to the respective distribution space 6 is carried out by a cutting operation, or
- that the partitions 5 by ...
Description
Die Erfindung betrifft einen Bioreaktor zur Versorgung von Zellkulturen, der aus einem abgeschlossenen Gefäß mit Bündeln von unterschiedlich durchströmten mikroporösen Kapillaren aufgebaut ist und ein Verfahren zur Herstellung desselben.The The invention relates to a bioreactor for supplying cell cultures, from a closed vessel with bundles of differently perfused microporous capillaries is constructed and a method for producing the same.
Bioreaktoren werden benötigt, um Zellen zu kultivieren und Nutzen aus ihrer Vermehrung oder aus ihren Stoffwechselprozessen zu ziehen. Dazu müssen die entsprechenden Lebensbedingungen geschaffen werden. Die Zellen werden hierzu in einer Nährlösung kultiviert, die alle erforderlichen Stoffe enthält. Mit den Lebensfunktionen werden jedoch Nährstoffe verbraucht und es werden Stoffwechselabbauprodukte gebildet. Das ursprüngliche Gleichgewicht geht verloren und die verbrauchten Nährstoffe müssen neu zugeführt werden und die Stoffwechselabbauprodukte müssen entfernt werden. Dies geschieht gewöhnlich mit wässerigen Lösungen oder Gasen, die entweder direkt oder durch Mischung und Konvektion zugeführt werden. Dies wird vor allem für Kulturen von Einzellern wie beispielsweise Hefepilzen genutzt.bioreactors are needed to cultivate cells and benefit from their multiplication or out to draw their metabolic processes. For this, the appropriate living conditions must be created become. The cells are cultured for this purpose in a nutrient solution, all the necessary Contains substances. With the life functions, however, nutrients are consumed and it Metabolic degradation products are formed. The original one Balance is lost and the nutrients consumed have to newly fed and the metabolic degradation products must be removed. This usually happens with watery solutions or gases, either directly or by mixing and convection supplied become. This is especially true for cultures used by unicellular organisms such as yeasts.
Zellen von mehrzelligen Lebewesen wie Pflanze, Tier oder Mensch können als einzelne Zellen in einer Lösung jedoch meist nicht gedeihen. Sie benötigen eine Oberfläche oder andere Zellen; an die sie sich anhaften können. Es bildet sich ein Zellverbund. In diesem Fall muss die Versorgung und Entsorgung der Zellen durch Diffusion geschehen. Besteht die Zellkultur aus nur wenigen Zellen, so gelingt diese Aufgabe leicht, handelt es sich jedoch um eine größere Zellmenge, so ist die Versorgung der Zellen mit Nährstoffen und die Entsorgung der Stoffwechselabbauprodukte schwierig, weil die Diffusionswege zu lang sind. Kurze Diffusionswege erreicht man hingegen, wenn man Zellen im Inneren von Kapillarschläuchen kultiviert und von der Kapillarschlauchaußenseite diffusiv mit Nährstoffen versorgt. Jedoch ist in diesem Fall durch den kleinen Kapillarschlauchdurchmesser auch die Menge der Zellen begrenzt.cell of multicellular organisms such as plants, animals or humans can be considered as single cells in a solution but usually not thrive. You need a surface or other cells; to which they can cling. It forms a cell composite. In this case, the supply and disposal of the cells must be through Diffusion happened. If the cell culture consists of only a few cells, so this task succeeds easily, but it is a larger amount of cells, so is the supply of nutrients to the cells and the disposal the metabolic degradation products difficult because the diffusion paths are too long. Short diffusion paths can be reached, however, if one Cells are cultivated inside of capillary tubes and by the Kapillarschlauchaußenseite diffuse with nutrients provided. However, in this case, the small capillary tube diameter is also limits the amount of cells.
In
der Patentschrift
In der natürlichen Umgebung der Zellen dagegen werden Konvektionskanäle gebildet, weil in einer größeren Zellmenge neue Kapillarblutgefäße entstehen. Durch ein Einsprossen von Kapillarblutgefäßen wird also die konvektive Durchströmung eines Zellhaufens gewährleistet. Man hat versucht, diese konvektive Durchströmung der Zellenhaufen durch ein enges Netzwerk von mikroporösen Kapillarschläuchen, die mit wässerigen Lösungen oder Gasen durchströmt werden, zu erreichen. Auf diese Weise kann man bei kurzen Diffusionswegen einen konvektiven Transport von Nährstoffen und Stoffwechselabbauprodukten erreichen. Die Porengrösse der Kapillarschläuche wird so gewählt, dass die erforderlichen Stoffe die Wände durch Diffusion durchdringen und so die Zellen erreichen können. Die Porengröße der Kapillarschläuche kann weiterhin so gewählt werden, dass der Austausch von immunaktiven Substanzen und Zellen verhindert werden kann. Auf diese Weise kann die Zellkultur auch vor der Kontamination mit anderen Einzellern wie Bakterien geschützt werden.In the natural one In contrast, convective channels are formed around the cells, because in a larger amount of cells new capillary blood vessels arise. By a sprouting of capillary blood vessels so the convective flow of a cell cluster. One has tried this convective flow through the cell heap by one close network of microporous capillary tubes, those with watery ones solutions or flows through gases be reached. In this way you can with short diffusion paths a convective transport of nutrients and metabolic degradation products to reach. The pore size of capillary tubes is chosen that the required substances penetrate the walls by diffusion and so the cells can reach. The pore size of the capillary tubes can continue to be chosen Be that exchange of immune-active substances and cells can be prevented. In this way, the cell culture can also protected from contamination with other unicellulars such as bacteria.
Die
Anwendung dieses Prinzips wird in der Patentschrift
Diese Schwierigkeit dieses und anderer Bioreaktoren ist darin begründet, dass die im natürlichen Blutgefäßsystem vorkommenden Verteilung eines zentralen Blutstroms auf viele einzelne periphere kleine Blutströme in den Kapillaren technisch nicht leicht nachzuahmen ist. In der Fertigung werden die Kapillarschläuche nämlich durch Extrusion oder Spinnen hergestellt. Diese Methode ermöglicht die Fertigung von Kapillarschläuchen großer Länge, die aber keine Verzweigungen enthalten, wie sie in den natürlichen Blutgefäßen zu finden sind.This difficulty of this and other bioreactors is due to the fact that the distribution of a central bloodstream occurring in the natural blood vessel system to many individual peripheral small bloodstreams in the capillaries is not technically easy to imitate. In fact, the capillary tubes are manufactured by extrusion or spinning. This method allows the Manufacture of capillary tubes of great length, but containing no branches, as they are found in the natural blood vessels.
Eine
andere Möglichkeit,
einen Bioreaktor herzustellen, ist die Schaffung verschiedener Kompartimente,
zu der jeweils eine Sorte von Kapillaren geöffnet ist. Diese Grundidee
liegt verschiedenen Patenten zu Grunde (WO 01/59061A1,
Allen diesen Bioreaktoren ist gemeinsam, dass sie entweder zu wenig Zellen enthalten, dass sie zu schwierig sind herzustellen sind oder dass ein Verfahren zur Herstellung nicht offenbart wird.all These bioreactors have in common that they either lack cells contain that they are too difficult to manufacture or that a method of manufacturing is not disclosed.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Nachteile der bisherigen Lösungen zu vermeiden und die Aufgabe auf technisch bessere und sichere Weise zu lösen. Insbesondere soll das Problem der Herstellung einer Verteilungseinheit eines zentralen Flüssigkeitsstroms auf viele einzelne periphere kleine Flüssigkeitsströme in den Kapillarschläuchen gelöst werden, so dass unterschiedliche Lösungen durch unterschiedliche Kapillarschläuche geleitet werden können.Of the Invention is therefore based on the object, the above-mentioned disadvantages the previous solutions avoid and do the job in a technically better and safer way to solve. In particular, the problem of producing a distribution unit a central fluid flow on many single peripheral small fluid streams in the capillary tubes solved so that different solutions through different capillary tubes can be directed.
Dies
wird dadurch erreicht, dass der Bioreaktor aus Bündeln von parallel nach Art
eines Flachbandkabels angeordneten unterschiedlich mikroporösen Kapillarschläuchen aufgebaut
wird, die im Montageprozess auf einfache Weise von Automaten gefügt und geöffnet werden
können.
Auf diese Weise können
Verteilerräume
geschaffen werden, die die jeweils unterschiedlichen bioaktiven
wässerigen
Lösungen
oder Gase in die entsprechenden mikroporösen Kapillarschläuche leiten.
So kann beispielsweise ein mikroporöser Kapillarschlauch von Blutplasma durchströmt werden,
ein weiterer mit Sauerstoff für die
Oxygenierung, ein weiterer mit Kohlendioxyd für die Regulation des pH-Wertes,
ein weiterer mit einer Dialysatflüssigkeit, ein weiterer kann
zur Ableitung von Galle dienen, wenn die Zellkultur aus Leberzellen besteht.
Auch können
Fluide nach der Passage für die
Diagnose ausgewertet werden. In die Bündel können weiterhin Lichtleiter
eingefügt
werden für
die Einkopplung von Licht für
die Synthese im Bioreaktor oder auch für die Auskopplung von Licht
für die
Diagnose durch Bioluminiszens. Einkopplung und Auskopplung des Lichts
erfolgt dabei zweckmäßig durch die
Stirnflächen
der Lichtleiter
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die parallele Anordnung von unterschiedlich mikroporösen Kapillarschläuchen die Diffusionswege zu den Zellen kurz sind, weil der Abstand der einzelnen Kapillarschläuche im Bündel zueinander und der Abstand von Bündel zu Bündel optimal auf die Diffusionsgeschwindigkeit der gelösten Stoffe in den jeweiligen wässerigen Lösungen eingestellt werden kann.The particular advantages of the invention are that by the parallel arrangement of different microporous capillary tubes the Diffusion paths to the cells are short because of the distance of the individual capillary tubes in the bundle to each other and the distance from bundle to bundle optimal on the diffusion rate of the dissolved substances adjusted in the respective aqueous solutions can be.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.The Invention will be described with reference to an embodiment shown in the drawing described in more detail.
In
dem abgeschlossenen Raum
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DE10202872A1 DE10202872A1 (en) | 2003-07-24 |
DE10202872B4 true DE10202872B4 (en) | 2007-08-09 |
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- 2002-01-14 DE DE2002102872 patent/DE10202872B4/en not_active Expired - Fee Related
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JP 04-190782 A, Pat. Abstr. of Jp. |
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