DE10349484A1 - Method and bioreactor for culturing and stimulating three-dimensional, vital and mechanically resistant cell transplants - Google Patents

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Abstract

Es besteht die Aufgabe, ein Verfahren und einen Bioreaktor zur Herstellung von dreidimensionalen, vitalen und mechanisch widerstandsfähigen Zellkulturen zu schaffen, bei dem im engen zeitlichen Zusammenhang oder gleichzeitig kultiviert und stimuliert werden kann. Der Bioreaktor soll eine GMP-gerechte Transplantatkultivierung unter garantiert sterilen Bedingungen ermöglichen. DOLLAR A Der Bioreaktor (1) besteht aus einem Grundkörper, der mit einem Reaktorverschluss (21) druckdicht und steril verbunden ist und mindestens einen Reaktorraum bildet, in dem eine Ablagefläche für ein Transplantat (11) sowie ein Mini-Aktuator (14) implementiert sind. Weiterhin ist der Bioreaktor (1) mit wenigstens zwei Schlauchkupplungsanschlüssen (19) für die Mediumzufuhr und Mediumabfuhr bzw. zur Begasung versehen. DOLLAR A Die Erfindung ermöglicht eine GMP-gerechte Herstellung von dreidimensionalen, vitalen und mechanisch widerstandsfähigen Zellkulturen, vorzugsweise Knorpelzellkonstrukten, die hierbei in einem abgeschlossenen Mini-Bioreaktor gleichzeitig, aufeinanderfolgend oder nach einem zeitlich gesteuerten Ablauf kultiviert und stimuliert werden können. Diese so gezüchteten Transplantate stehen als Gewebeersatzmaterial zur Therapierung von z. B. Binde- und Stützgewebsdefekten, direkten Gelenkstraumata, Rheumatismus und degenerativen Gelenkserkrankungen zur Verfügung und können wie z. B. bei der Kniegelenksarthrose eine Alternative zu den herkömmlichen (operativen) Therapieansätzen wie z. B. der ...It is the object to provide a method and a bioreactor for the production of three-dimensional, vital and mechanically resistant cell cultures, which can be cultivated and stimulated in close temporal relation or simultaneously. The bioreactor should enable GMP-compliant graft cultivation under guaranteed sterile conditions. DOLLAR A The bioreactor (1) consists of a base body which is pressure-tight and sterile connected to a reactor closure (21) and forms at least one reactor space in which a shelf for a graft (11) and a mini-actuator (14) are implemented , Furthermore, the bioreactor (1) is provided with at least two hose coupling connections (19) for the medium supply and medium discharge or for gassing. DOLLAR A The invention enables a GMP-compliant production of three-dimensional, vital and mechanically resistant cell cultures, preferably cartilage cell constructs, which can be cultivated and stimulated in a closed mini-bioreactor simultaneously, sequentially or after a timed sequence. These so bred grafts are available as a tissue replacement material for the treatment of z. As connective and supporting tissue defects, direct articular trauma, rheumatism and degenerative joint diseases available and can be such. B. in knee osteoarthritis an alternative to the conventional (surgical) therapeutic approaches such. B. the ...

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Anordnung zur GMP-gerechten Herstellung von dreidimensionalen, vitalen und mechanisch widerstandsfähigen Zellkulturen, vorzugsweise Knorpelzellkonstrukten, die hierbei auf neuartige Weise in einem abgeschlossenen Mini-Bioreaktor gleichzeitig, aufeinanderfolgend oder nach einem zeitlich gesteuertem Ablauf kultiviert und stimuliert werden können. Diese so gezüchteten Transplantate stehen als Gewebeersatzmaterial zur Therapierung von z.B. Binde- und Stützgewebsdefekten, direkten Gelenkstraumata, Rheumatismus und degenerativen Gelenkserkrankungen zur Verfügung und können wie z.B. bei der Kniegelenksarthrose eine Alternative zu den herkömmlichen (operativen) Therapieansätzen wie z.B. der Mikrofrakturierung bzw. der Anbohrung sein.The The invention relates to methods and an arrangement for GMP-compliant Production of three-dimensional, vital and mechanically resistant cell cultures, preferably cartilage cell constructs, hereby in a novel way in a sealed mini-bioreactor simultaneously, consecutively or cultured and stimulated according to a timed sequence can be. These so bred Transplants serve as a tissue replacement material for the treatment of e.g. Connective and supporting tissue defects, direct articular trauma, rheumatism and degenerative joint disease to disposal and can such as. An alternative to the conventional knee joint osteoarthritis (operative) therapeutic approaches such as. the microfracturing or tapping.

Beim Tissue Engineering, das sich vor allem der in-vitro Vermehrung von körpereigenem, so genannten autologem Zellmaterial widmet, versucht man funktionelle Zell- und Gewebeersatzstrukturen zu züchten, die in einem Transplantationsschritt in das defekte Gewebe eingebracht werden können.At the Tissue engineering, which is mainly the in vitro propagation of endogenous, so-called autologous cell material, one tries functional To grow cell and tissue replacement structures in a transplant step can be introduced into the defective tissue.

Hierzu werden im Labor routinemäßig Zellkulturen (z.B. Gelenksknorpelzellen) vermehrt. Die eigentliche Vermehrung dieser Zellen (z.B. Chondrozyten) erfolgt in einer Monolayerkultur auf dem Boden einer beschichteten Zellkulturflasche bzw. -schale nach Standardprotokollen, welche auch den Zusatz von gewebespezifischen Wachstumsfaktoren, Mediatoren und Induktoren beinhalten.For this are routinely cultivated in the laboratory cell cultures (e.g., articular cartilage cells). The actual propagation these cells (e.g., chondrocytes) are in a monolayer culture on the bottom of a coated cell culture flask or dish according to standard protocols, which also includes the addition of tissue-specific Contain growth factors, mediators and inducers.

Das Ziel dieser additiven Faktoren ist es, beispielsweise die besondere Fähigkeit von Knorpelzellen anzuregen, ausreichende extrazelluläre Matrixkomponenten (EZM) zu synthetisieren, um bei der in-vitro Vermehrung das Massenverhältnis von 1 Chondrozyten zu 99 % extrazellulärer Matrixbestandteile, wie es im funktionellem Gelenksknorpel gegeben ist, zu erreichen (Stockwell RA: The cell density of human articular and costal cartilage. J Anat. 1967;101(4):753-763; Hamerman D, Schubert M: Diarthrodial joints, an essay. Amer J Med. 1962;33:555-590).The The goal of these additive factors is, for example, the special one ability of cartilage cells, sufficient extracellular matrix components (ECM) in order to determine the mass ratio of in vitro propagation of 1 chondrocytes to 99% extracellular matrix components, such as it is given in functional articular cartilage (Stockwell RA: The cell density of human articular and costal cartilage. J Anat. 1967; 101 (4): 753-763; Hamerman D, Schubert M: Diarthrodial joints, an essay. Amer J Med. 1962; 33: 555-590).

Da dies durch die einfache Zugabe von Mediumsupplementen nicht möglich erscheint, wird versucht, diese Knorpelzellen auf unterschiedlichste Art und Weise zu Reizen bzw. zu Stimulieren, um geeigneten autologen (hyalinen) Knorpelersatz mit hohem Differenzierungsgrad im Labor anzüchten zu können.There this is not possible due to the simple addition of medium supplements, is trying to get these cartilage cells in different ways and Way to stimulate or stimulate to appropriate autologous (hyaline) Growing cartilage replacement with high degree of differentiation in the laboratory can.

Die beschriebene Vermehrung von Zellkulturen und Züchtung von Gewebeersatzstrukturen ist mit einer Reihe von Nachteilen verbunden.The described propagation of cell cultures and breeding tissue replacement structures is associated with a number of disadvantages.

Diese passive Kultivierung von Knorpelzellkulturen in einer zweidimensionalen Oberflächenkultur auf einer einfachen Kulturschale, welche mit Nährmedium bedeckt ist, zeigt dabei keine aktive Stimulierung der differenzierungsfähigen Knorpelzellen.These passive cultivation of cartilage cell cultures in a two-dimensional surface culture on a simple culture dish, which is covered with nutrient medium shows no active stimulation of differentiable cartilage cells.

Aus Minuth, W. W., Kloth S., Aigner J., Steiner P.: MINUSHEET-Perfusionskultur: Stimulierung eines gewebetypischen Milieus. Bioscope 1995; 4:20-25 ist ein Konzept bekannt, das versucht diesen Nachteil zu umgehen, indem man das Patientenzellmaterial in eine künstliche Trägerstruktur einbringt, die dem Knorpelgewebe in seinen biophysikalischen Eigenschaften ähnelt und eine netzwerkartige Verbindung zwischen den vielschichtig angeordneten Zellen zulässt und dann eine Perfusionskultivierung in einem geeigneten Bioreaktor durchführt. Eine Vielzahl von Experimenten zeigt eine erhöhte Differenzierungsfähigkeit der Zellen durch vermehrt synthetisierter EZM an, welches auf diese dreidimensionale Kultivierung von Chondrozyten in unterschiedlichsten biokompatiblen und bioresorbierbaren Matrizes, wie z.B. den Hydrogelen, Alginaten, Agarosen (Benya and Shaffer: Dedifferentiated chondrocytes reexpress the differentiated collagen phenotype when cultured in agarose gels. Cell. 1982;30:215-224.) variabler Konzentrationen zurückzuführen ist.Out Minuth, W.W., Kloth S., Aigner J., Steiner P .: MINUSHEET Perfusion Culture: Stimulation of a tissue-typical environment. Bioscope 1995; 4: 20-25 is a concept known which tries to circumvent this disadvantage, by placing the patient cell material in an artificial support structure, the resembles the cartilaginous tissue in its biophysical properties and a network-like connection between the multi-layered cells allows and then a perfusion culture in a suitable bioreactor performs. A variety of experiments shows an increased differentiation ability the cells by increasingly synthesized ECM, which on this Three-dimensional cultivation of chondrocytes in a variety of biocompatible and bioresorbable matrices, such as e.g. hydrogels, alginates, Agaroses (Benya and Shaffer: Dedifferentiated chondrocytes reexpress the differentiated collagen phenotype when cultured in agarose gels. Cell. 1982; 30: 215-224.) Variable concentrations.

Diese dabei erzeugte spatiale Dimension simuliert somit die originären Verhältnisse der Chondrozyten im lebenden Gewebe, wie z.B. in dem Knie- und Hüftgelenk, und stellt somit eine vorteilhafte Adaption von in-vivo Verhältnissen dar.These thus created spatial dimension simulates the original conditions chondrocytes in living tissue, e.g. in the knee and hip joint, and thus provides an advantageous adaptation of in vivo conditions represents.

Bei der adhärenten Oberflächenkultivierung der Zellen gestaltet sich die ausreichende Versorgung mit Mediumsupplementen relativ einfach, da sich diese Nährstoffe unmittelbar über bzw. an den Zellen befinden und einen ungehinderten Stoffaustausch über Diffusion zulassen.at the adherent Surface cultivation of Cells designed the adequate supply of medium supplements Relatively simple, because these nutrients immediately above or at the cells and an unimpeded mass transfer via diffusion allow.

Bei der Verwendung von dreidimensionalen Matrizes mit darin eingebetteten Zellen in einem statischen Kultivierungsschema hingegen kommt es zur Ausbildung von Konzentrationsgefällen bzw. -gradienten, welche den Stofftransport in mediale Konstruktregionen limitieren können und somit einem optimalen Nährstoffangebot an den Zellverbänden entgegensteht.at the use of three-dimensional matrices with embedded therein Cells in a static cultivation scheme, on the other hand, are produced for the formation of concentration gradients or gradients, which can limit the mass transport into medial construct regions and thus an optimal nutrient supply at the cell aggregates opposes.

Diese Beeinträchtigung bei der Züchtung von Zellmaterial in räumlichen Trägermatrizes wird durch die Induzierung von Mediumperfusion bzw. -transfusion durch das Konstrukt begegnet.These impairment in the breeding of Cellular material in spatial support matrices is induced by the induction of medium perfusion or transfusion encountered by the construct.

Dieser aktive Prozess durch diese Trägerstruktur stellt eine homogene Nährstoffversorgung an den Zellen sicher und führt zu einem stetigen Metabolitenabtransport von den Chondrozyten. Darüber hinaus kann das dynamische Kultivierungsschema einen höheren Gaseintrag gewährleisten und stimuliert so die Zellverbände in Abhängigkeit von der gewählten Mediumperfusionsströmung, durch eine dadurch hervorgerufene Scherkraft im μPa mechanisch. (Raimondi, M. T., F. Boschetti, et al.: Mechanobiology of engineered cartilage cultured under a quantified fluid-dynamic environment. Biomechan Model Mechanobiol. 2002;1:69-82)This active process by this carrier structure ensures a homogeneous nutrient supply to the cells and leads to a steady metabolite removal from the chondrocytes. In addition, the dynamic cultivation scheme ensure a higher gas input and thus stimulates the cell associations depending on the chosen medium perfusion flow, mechanically induced by a shearing force in μPa. (Raimondi, MT, F. Boschetti, et al .: Mechanobiology of engineered cartilage cultured under a quantified fluid-dynamic environment., Biomechan Model Mechanobiol., 2002; 1: 69-82).

Ein weiterer Nachteil bei der Vermehrung von Zellen und einer Transplantatsherstellung besteht in der nicht gegebenen absoluten Sterilität des Systems „Zellkulturflasche". Selbst routinemäßige Arbeitsabläufe, wie z.B. der Medienwechsel, die Zelleinsaat aber auch die Zellernte sind mit erhöhter Infektionsgefahr für die darin befindliche Zellkultur verbunden, da das dazugehörige Kulturgefäß geöffnet werden muss und durch die Arbeit in einer Laminar Flow-Workbench keine 100%-ige Sterilität der Arbeitsumgebung im Sinne der „Grundregeln der Weltgesundheitsorganisation für die Herstellung von Arzneimitteln und die Sicherung ihrer Qualität" (Good Manufacturing Practice – Richtlinie der WHO) garantiert werden kann.One further disadvantage in the multiplication of cells and a graft production consists in the non-given absolute sterility of the system "cell culture bottle." Even routine operations, such as e.g. the change of media, the cell insemination but also the cell harvest are with increased Danger of infection for the cell culture contained therein connected because the associated culture vessel are opened does not have to and by working in a laminar flow workbench 100% sterility the working environment in the sense of the "World Health Organization Principles for the Producing medicines and ensuring their quality "(Good Manufacturing Practice Policy WHO).

Weiterhin ist durch dieses passive System kein maximaler Gasaustausch durch den diffusionsdurchlässigen Deckel, sowie dem Nährmedium zu dem am Boden befindlichen Zelllayer möglich.Farther is by this passive system no maximum gas exchange through the diffusion-permeable Lid, as well as the nutrient medium possible to the cell layer located on the ground.

Um diese gegebenen Nachteile der Kulturflaschen zu umgehen, wird in den letzten Jahren verstärkt die Entwicklung von automatisierten, abgeschlossen Bioreaktorensystemen zur Generierung von Gewebeersatzstrukturen forciert. Sie können so (Freed und Vunjak-Novakovic: Microgravity tissue engineering. In Vitro Cell Dev Biol Anim. 1997;33:381-385) den Vorteil einer sterilen, kontrollierbaren Kultivierung und Stimulierung von dreidimensionalen Transplantaten bieten. Durch die Kombination des Tissue Engineerings mit den Möglichkeiten der Verfahrens- und Biotechnologie ist die Steuerung und die Kontrolle ausgewählter Kultivierungsparameter wie z.B. der Begasung mit CO2 bzw. O2, Temperaturregelung, Kulturmedienaustausch, Probennahme etc. in den Bioreaktorsystemen gegeben. (Obradovic, Carrier, Vunjak-Novakovic and Freed: Gas exchange is essential for bioreactor cultivation of tissue engineered cartilage. Biotechnol Bioeng. 1999;63:197-205).In order to avoid these particular disadvantages of culture bottles, the development of automated, completed bioreactor systems for the generation of tissue replacement structures is increasingly being promoted in recent years. Thus, (Freed and Vunjak-Novakovic: Microgravity tissue engineering, In Vitro Cell Dev Biol Anim., 1997; 33: 381-385) can provide the advantage of sterile, controllable culture and stimulation of three-dimensional grafts. By combining tissue engineering with the possibilities of process and biotechnology, control and monitoring of selected cultivation parameters such as fumigation with CO 2 or O 2 , temperature control, culture media exchange, sampling, etc. are provided in the bioreactor systems. (Obradovic, Carrier, Vunjak-Novakovic and Freed: Gas exchange is essential for bioreactor cultivation of tissue engineered cartilage, Biotechnol Bioeng., 1999; 63: 197-205).

Bei der Konstruktion von Bioreaktoren gilt es stets, ein gut durchdachtes System zu schaffen, in dem künstlich Prozesse reguliert werden können. Wenn es darum geht, ein bestimmtes Gewebe zu züchten, muss das System des Bioreaktors in der Lage sein, die physiologischen Bedingungen und Prozesse in vivo möglichst genau nachzustellen. Jedes Bioreaktorsystem wirkt mit mindestens einer Art eines mechanischen Reizes auf das gezüchtete Material.at The design of bioreactors is always well thought out To create a system in which artificial Processes can be regulated. If it is a question of cultivating a specific tissue, the system of Bioreactor to be able to understand the physiological conditions and processes as much as possible in vivo to adjust exactly. Each bioreactor system works with at least a kind of mechanical stimulus on the bred material.

Die Verknüpfung der positiven Eigenschaften einer gesteuerten Bioreaktorkultivierung autologer Gewebeersatzmaterialien in einer biogenen Matrix unter Perfusionsstimulierung mit Kulturmedium stellt daher die logische Konsequenz zur Gewährleistung einer automatisierten, sterilen bzw. GMP-geeigneten Transplantatskultivierung zur Züchtung von z.B. vitalen Knorpelzellen mit erhöhter EZM-Syntheseleistung dar.The shortcut the positive characteristics of controlled bioreactor cultivation autologous tissue replacement materials in a biogenic matrix below Perfusion stimulation with culture medium therefore represents the logical Consequence to the guarantee an automated, sterile or GMP-suitable graft cultivation for breeding from e.g. vital cartilage cells with increased EZM synthesis performance.

Aus der DE 4306661 A1 und aus Sittinger M, Bujia J, Minuth WW, Hammer C, Burmester GR: Engineering of cartilage tissue using bioresorbable polymer carriers in perfusion culture. Biomaterials. 1994;15(6):451-456 ist ein Perfusionsreaktor bekannt, bei dem die Zellen in eine Polymerschicht eingebettet sind und zudem von einer Agarosekapsel umgeben werden. Dieser zylindrische Glasreaktor wird mit künstlichen Nährmedium, bei einer Fliessgeschwindigkeit von 0,016 ml/min durchströmt. Der Reaktor selbst befindet sich in einem entsprechenden Gewebebrutkasten mit standardisierten Bedingungen. Sterile Filter am Nährbodenspeicher ermöglichen einen Gasaustausch mit der äußeren Umgebung.From the DE 4306661 A1 and Sittinger M, Bujia J, Minuth WW, Hammer C, Burmester GR: Engineering of cartilage tissue using bioresorbable polymer carriers in perfusion culture. Biomaterials. 1994; 15 (6): 451-456 a perfusion reactor is known in which the cells are embedded in a polymer layer and are also surrounded by an agarose capsule. This cylindrical glass reactor is perfused with artificial nutrient medium, at a flow rate of 0.016 ml / min. The reactor itself is located in a corresponding tissue incubator with standardized conditions. Sterile filters on the culture media allow gas exchange with the outside environment.

Weiterführende Experimente mit diesem Reaktortypen von Bujia J, Rotter N, Minuth W, Burmester G, Hammer C, Sittinger M: Cultivation of human cartilage tissue in a 3-dimensional perfusion culture chamber: characterization of collagen synthesis. Laryngorhinootologie. 1995;74(9): 559-563 und Kreklau B, Sittinger M, Mensing MB, Voigt C, Berger G, Burmester GR, Rahmanzadeh R, Gross U: Tissue engineering of biphasic joint cartilage transplants. Biomaterials. 1999;20(18):1743-1749 verwendeten Copolymergewebe aus Vicryl- und Polydioxanonschichten, die mit Poly-L-Lysin oder kollagenen Fasern des Typs II getränkt sind. Menschliche Chondrozyten wurden in diese Schichten eingebettet und zwei Wochen lang unter Perfusion kultiviert. Unter Verwendung eines Zwei-Phasen-Modells aus einem Copolymer einer polyglycolischen Säure und einer poly-L-lactischen Säure (Ethicon), das an einem Kalzium-Carbonat-Produkt befestigt war, wurde die Zeitspanne auf 70 Tage erhöht.Further experiments with this type of reactor from Bujia J, Rotter N, Minuth W, Burmester G, Hammer C, Sittinger M: Cultivation of human cartilage tissue in a 3-dimensional perfusion culture chamber: characterization of collagen synthesis. Laryngorhinootologie. 1995; 74 (9): 559-563 and Kreklau B, Sittinger M, Mensing MB, Voigt C, Berger G, Burmester GR, Rahmanzadeh R, Gross U: Tissue engineering of biphasic joint cartilage transplants. Biomaterials. 1999; 20 (18): 1743-1749 used copolymer fabrics of Vicryl and Polydioxanone layers coated with poly-L-lysine or collagen fibers of the type II soaked are. Human chondrocytes were embedded in these layers and cultured under perfusion for two weeks. Under use a two-phase model of a copolymer of a polyglycolic Acid and a poly-L-lactic acid (Ethicon) attached to a calcium carbonate product, the time span was increased to 70 days.

Ein weiteres, dem o. g. Perfusionsbioreaktor sehr ähnliches System wurde von Mizuno S, Allemann F, Glowacki J: Effects of medium perfusion on matrix production by bovine chondrocytes in three-dimensional collagen sponges. J Biomed Mater Res. 2001;56(3):368-375 konstruiert. Im Gegensatz zum bereits beschriebenen Reaktor, besitzt dieser einen geschlossenen Bereich für das künstliche Nährmedium. Der Hauptanteil des kultivierten Materials befindet sich in einer zylindrischen Glassäule, die 1 cm breit und 10 cm lang ist. Die Säule ist mit zahlreichen Zell-/Polymergerüsten gefüllt, die jeweils eine Größe von 7 × 15 mm haben und nicht zusätzlich verkapselt sind. Das künstliche Nährmedium wird mit einer Fliessgeschwindigkeit von 300 μl/min von einem Speicher aus durch die Säule und das gesamte System geleitet. Mit Hilfe dieses Systems werden Rinderchondrozytengerüste in kollagenen Schwämmen hinsichtlich ihrer Reaktion auf Perfusion über einen Kultivierungszeitraum von 15 Tagen untersucht.Another system very similar to the above-mentioned perfusion bioreactor was described by Mizuno S, Allemann F, Glowacki J: Effects of medium perfusion on matrix production by bovine chondrocytes in three-dimensional collagen sponges. J Biomed Mater Res. 2001; 56 (3): 368-375. In contrast to the previously described reactor, this has a closed area for the artificial nutrient medium. The majority of the cultured material is contained in a cylindrical glass column which is 1 cm wide and 10 cm long. The pillar is with numerous Filled cell / polymer scaffolds, each having a size of 7 × 15 mm and are not additionally encapsulated. The artificial nutrient medium is passed through the column and the entire system from a reservoir at a flow rate of 300 μl / min. Using this system, bovine chondrocyte scaffolds in collagenous sponges are assayed for their response to perfusion over a 15 day culture period.

Aus dem US-Patent 5,928,945 ist ebenfalls eine Bioreaktorvorrichtung bekannt, bei der adhärente Knorpelzellen in einer Wachstumskammer definierten Strömungen bzw. Scherkräften ausgesetzt werden und demzufolge eine verstärkte Kollagen Typ II-Synthese detektiert wurde.Out U.S. Patent 5,928,945 is also a bioreactor device known in the adherent Cartilage cells in a growth chamber defined currents or shear and consequently an enhanced type II collagen synthesis was detected.

Parallel zur Entwicklung von Perfusionsbioreaktoren befassten sich Forschergruppen mit der Konstruktion von Bioreaktoren, welche diverse mechanische Belastungsvorgänge auf Explantate, Zellproben oder Zell-/Polymergerüste ausüben. Bei der Konstruktion von Bioreaktoren zur Knorpelzellstimulation richtet sich deren Aufbau auf die Implementierung von mechanischen Druckstempeln o.ä. aus, da diese uniaxialen Druck auf Knorpeltransplantate erzeugen, um die wichtigste Form der Belastung auf das menschliche Knorpelgewebe zu imitieren. Bei vielen dieser Drucksysteme werden große Ähnlichkeiten in der Konstruktion deutlich.Parallel Research groups focused on the development of perfusion bioreactors with the construction of bioreactors, which have various mechanical load operations on explants, cell samples or cell / polymer scaffolds. In the construction of Bioreactors for cartilage cell stimulation is aimed at their construction on the implementation of mechanical stamps or similar out there, these uniaxial pressure on cartilage grafts produce the most important Form of strain to mimic the human cartilage tissue. Many of these printing systems are very similar in construction clear.

Die Druckkammer eines von Steinmeyer J, Torzilli PA, Burton-Wurster N, Lust G: A new pressure chamber to study the biosynthetic response of articular cartilage to mechanical loading. Res Exp Med (Berl). 1993,193(3):137-142 entwickelten Systems besteht aus einem Titangehäuse, das im Innern mit einer Polyethylen-Schicht bedeckt ist. Das Versuchsexemplar mit einem maximalen Durchmesser von 10 mm kann in einem Behälter am Boden der Kammer platziert und mit etwa 7 ml künstlichem Nährmedium bedeckt werden. Da das Modell kein Perfusionssystem des künstlichen Kulturmedium besitzt, sind nur schubweise Druckerzeugungen bei kurzen Kultivierungszeiten möglich. Das Lastensystem, das entsprechenden Druck auf das Versuchsexemplar ausübt, besteht aus einem durch den Kammerverschluss führenden, porösen Drucktiegel und wird entweder durch einfache Gewichte oder einen Luftzylinder mit Druckkolben, der über der Kammer befestigt ist, bewegt.The Pressure chamber one by Steinmeyer J, Torzilli PA, Burton Wurster N, Lust G: A new pressure chamber to study the biosynthetic response of articular cartilage to mechanical loading. Res Exp Med (Berl). 1993, 1993 (3): 137-142 developed system consists of a Titangehäuse, the is covered inside with a polyethylene layer. The trial copy with a maximum diameter of 10 mm can be placed in a container at Placed in the bottom of the chamber and covered with approximately 7 ml of artificial nutrient medium. There the model does not have a perfusion system of the artificial culture medium, are only batchwise pressure generation with short cultivation times possible. The load system, the corresponding pressure on the experimental copy exerts consists of a porous pressure crucible leading through the chamber closure and is made either by simple weights or an air cylinder with pressure piston, the over the chamber is attached, moved.

Auch das von Lee DA, Bader DL: Compressive strains at physiological frequencies influence the metabolism of chondrocytes seeded in agarose. J Orthop Res. 1997;15(2):181-188 veröffentlichte System, das durch einen Antrieb in Gang gesetzt wird, ist in der Lage, auf 24 Versuchsexemplare gleichzeitig Druck auszuüben. Der Antrieb ist auf einem Rahmen, der um den Brutkasten herumführt, montiert und überträgt die Kraft hinunter zur Ladeplatte innerhalb der sterilen Box. Die Ladeplatte aus Stahl besitzt 24 Stahlbolzen mit einer Plexiglaseinkerbung von 11 mm Durchmesser. Der Antrieb sorgt für verschiedene Belastungen, die vom Grad der Verformung abhängig gemacht werden. Dieses System wird für die Kultivierung von Rinder-Chondrozyten/-Agarose-Gerüste über einen Zeitraum von zwei Tagen verwendet. Statische und zusätzliche zyklische (0,3 bis 3 Hz) Belastungen mit einer maximalen Spannungsamplitude von 15 % werden erzeugt.Also that by Lee DA, Bader DL: Compressive strains at physiological frequencies influence the metabolism of chondrocytes seeded in agarose. J Orthop Res. 1997; 15 (2): 181-188 System that is set in motion by a drive is in the Able to exert pressure on 24 trial copies at the same time. Of the Drive is mounted on a frame, which leads around the incubator and transmits the power down to the pallet inside the sterile box. The pallet made of steel has 24 steel bolts with a Plexiglas notch of 11 mm diameter. The drive ensures different loads, depending on the degree of deformation be made. This system is used for the cultivation of bovine chondrocyte / agarose scaffolds via a Period of two days used. Static and additional cyclic (0.3 to 3 Hz) loads with a maximum voltage amplitude of 15% are generated.

Der Nachteil, einer Vielzahl von Druckstimulationsreaktoren ist, dass die Zellkulturkonstrukte während einer Druckbelastung nicht mit Nährmedium perfundiert werden können und somit nicht der Effekt einer multiplen Zellreizung untersucht werden kann. Weiterhin steht diese fehlende Nährstoffversorgung einem optimalen Stoffwechselaustausch sowie der maximalen Synthese von z.B. extrazellulären Matrixbestandteilen bei Knorpelzellen entgegen.Of the Disadvantage, a variety of pressure-stimulation reactors is that the cell culture constructs during a pressure load is not perfused with nutrient medium can be and thus did not study the effect of multiple cell challenge can be. Furthermore, this lack of nutrient supply is optimal Metabolic exchange and maximum synthesis of e.g. extracellular matrix components in cartilage cells.

Druck- und Perfusionssysteme, wie sie beispielsweise in dem US-Patent 6,060,306 und dem DE-Patent 198 08 055 beschrieben werden, ermöglichen eine gleichzeitige Mehrfachstimulierung mit Parametern wie Perfusionsströmung, den dadurch induzierten Scherkräften und einer uniaxialen Druckbelastung.Print- and perfusion systems, as described, for example, in U.S. Patent 6,060,306 and U.S. Pat DE Patent 198 08 055, allow a simultaneous Multiple stimulation with parameters such as perfusion flow, the Shear forces induced thereby and a uniaxial pressure load.

Nachteilig bei Reaktoren die eine Druckstimulation ermöglichen ist vor allem, dass die durch Stellmotoren o.ä angetriebenen Druckmediatoren, zumeist Stößel, Kolben u.a. in den Bioreaktorraum, in dem sich vorzugsweise ein autologes Transplantat befindet, hereingeführt werden und dann eine definierte Druckbelastung auf das Zellkonstrukt ausüben. Durch das Einbringen dieses Druckapplikators in das sterile System gestaltet sich die Konstruktion von abgeschlossenen Druckapplikationsreaktoren äußerst schwierig, so dass diese Systeme eine erhöhte Komplexität aufweisen. Ein Einsatz dieser (potentiell unsterilen) Systeme ist deshalb nur in der Grundlagenforschung gegeben, da eine Anwendungen dieser Vorrichtungen und Verfahren im medizinischen Bereich den Richtlinien des bestehenden Arzneimittelgesetzes entgegenstehen.adversely in reactors that allow a pressure stimulation is especially that driven by servomotors or the like Pressure mediators, mostly plungers, pistons et al in the bioreactor room, in which preferably an autologous Transplant is introduced and then a defined pressure load on the cell construct exercise. By introducing this pressure applicator into the sterile system the design of sealed pressure application reactors is extremely difficult so that these systems increased complexity exhibit. One use of these (potentially unsterile) systems is therefore only given in basic research, as an applications these devices and methods in the medical field Contrary to the guidelines of the existing drug law.

Somit unterliegen sämtliche Bioreaktorapparaturen die der Züchtung, aber auch einer Stimulierung von autologen Gewebeersatzstrukturen dienen der Good Manufacturing Practice-Richtlinie der WHO („Grundregeln der Weltgesundheitsorganisation für die Herstellung von Arzneimitteln und die Sicherung ihrer Qualität"), weiterhin dem deutschen Arzneimittelgesetz (AMG), der „pharmazeutischen Inspektions-Convention" sowie der GMP-Richtlinie 91/356/EWG. Das Risiko einer Infektion bzw. die nicht vollständig zu garantierende Sterilität der Systeme geben daher keinen Anlass zur Erteilung einer Herstellungserlaubnis nach § 13 des AMG.Thus, all bioreactor equipment subject to breeding, but also a stimulation of autologous tissue replacement structures are the WHO Good Manufacturing Practice ("Principles of the World Health Organization for the production of medicines and ensuring their quality"), continue to the German Medicines Act (AMG), the "Pharmaceutical Inspection Convention" and the GMP Directive 91/356 / EEC. The risk of infection or the not fully guaranteed sterility of the systems therefore do not give rise to any Manufacturing license according to § 13 of the AMG.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und einen Bioreaktor zur Herstellung von dreidimensionalen, vitalen und mechanisch widerstandsfähigen Zellkulturen zu schaffen, bei dem im engen zeitlichen Zusammenhang oder gleichzeitig kultiviert und stimuliert werden kann. Der Bioreaktor soll eine GMP-gerechte Transplantatkultivierung unter garantiert sterilen Bedingungen ermöglichen.The The object of the invention is a method and a bioreactor for the production of three-dimensional, vital and mechanically resistant cell cultures to create, where cultivated in close temporal context or simultaneously and can be stimulated. The bioreactor should be GMP-compliant Allow graft cultivation under guaranteed sterile conditions.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren und den im Anspruch 13 beschriebenen Bioreaktor gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens werden in den Ansprüchen 2 bis 12 ausgeführt; die weitere Ausgestaltung des Bioreaktors wird in den Ansprüchen 14 bis 57 ausgeführt.The The object is achieved by the The method described in claim 1 and that described in claim 13 Bioreactor solved. Advantageous embodiments of the method are set forth in claims 2 to 12; the Further embodiment of the bioreactor is described in claims 14 to 57 executed.

Das erfindungsgemäße Verfahren und der erfindungsgemäße Bioreaktor verbinden die Kultivierung und Stimulierung von GMP-gerecht hergestellten, dreidimensionalen, vitalen und mechanisch widerstandsfähigen Zellkulturen, vorzugsweise Knorpelzellkonstrukten in einem Reaktor. Hierbei kann die Stimulierung und Kultivierung gleichzeitig, aufeinander folgend oder nach einem zeitlich gesteuerten Ablauf durchgeführt werden. Diese so gezüchteten Transplantate stehen als Gewebeersatzmaterial zur Therapierung von z.B. Binde- und Stützgewebsdefekten, direkten Gelenkstraumata, Rheumatismus und degenerativen Gelenkserkrankungen zur Verfügung.The inventive method and the bioreactor according to the invention combine the cultivation and stimulation of GMP-produced, three-dimensional, vital and mechanically resistant cell cultures, preferably cartilage cell constructs in a reactor. Here can stimulation and cultivation simultaneously, consecutively or after a timed sequence. These so bred grafts are used as tissue replacement material for the therapy of e.g. connective and supporting tissue defects, direct articular trauma, rheumatism and degenerative joint disease to disposal.

Das wesentlich Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Bioreaktors ist, dass sich in einem abgeschlossenen Reaktorraum ein Transplantat befindet, welches in mehrfacher Hinsicht in-vivo-adaptiven Stimulis ausgesetzt werden kann. Dazu zählt eine Perfundierung des spatialen Zellkulturkonstruktes mit einem konditionierten Nährmedium, welches einerseits organotypische Scherkräfte an den Zellmembranen hervorruft und darüber hinaus einen erhöhten Stoffwechselaustausch erlaubt. In diesem geschlossenen Bioreaktor befindet sich oberhalb des Transplantats ein magnetischer, kolbenähnlicher Druckstempel, der als Belastungsapplikator auf die Zellkultur fungiert. Der Stempel wird kontaktlos durch den Bioreaktorraum gesteuert und dabei eine gerichtete uniaxiale Druckstimulierung auf das Gewebetransplantat herbeigeführt. Die berührungslose Kontrolle des Mini-Aktuators erfolgt durch extern angeordnete Kontrollmagneten, deren ausgerichtetes (Elektro-)magnetisches Feld eine Positionsänderung des Stempels im Bioreaktor bewirkt und eine organotypische dynamische bzw. statische Druckstimulierung nach sich zieht.The essential feature of the method and the bioreactor according to the invention is that in a closed reactor room a graft which is in several respects in vivo adaptive stimuli can be suspended. Also includes a perfusion of the spatial cell culture construct with a conditioned nutrient medium, which on the one hand causes organotypic shear forces on the cell membranes and about that an elevated Metabolic exchange allowed. Located in this closed bioreactor above the graft a magnetic, piston-like Plunger that acts as a load applicator on the cell culture. The stamp is contactlessly controlled by the bioreactor space and doing a directed uniaxial pressure stimulation on the tissue graft brought about. The non-contact Control of the mini-actuator is done by externally arranged control magnets, their aligned (electric) magnetic field a change in position of the stamp in the bioreactor causes an organotypic dynamic or static pressure stimulation.

Das Verfahren und der Bioreaktor haben den bereits aufgeführten Vorteil, dass während der Züchtung auch eine Stimulierung der Zellkulturen erfolgen kann. Es ist vor allem die Züchtung bzw. Regeneration von Binde- sowie Stützgewebsstrukturen und funktionellen Gewebesystemen (Knorpel, Knochen etc.) möglich.The Method and the bioreactor have the advantage already mentioned, that while of breeding also a stimulation of the cell cultures can take place. It is before especially the breeding or regeneration of connective and supporting tissue structures and functional Tissue systems (cartilage, bone, etc.) possible.

Die Apparatur ermöglicht bei einer sterilen Verfahrensweise die Züchtung von Zelltransplantaten die, insbesondere synchron, perfundiert und druckbelastet werden und sich demnach durch eine erhöhte Produktion von Matrixbestandteilen (z.B. Knorpelzellkulturen) auszeichnen. Aufgrund seines Automatisierungsgrades minimiert diese Vorrichtung die Zahl der Arbeitsgänge und mindert so das Infektionsrisiko der Zellkultur. Weiterhin garantiert die automatisierte Züchtung und Stimulierung der Transplantate definierte und reproduzierbare Prozessabläufe. Aufgrund der Konstruktionsmerkmale des erfindungsgemäßen Bioreaktors ist ein abgeschlossener Bioreaktorkreislauf gewährleistet und demzufolge eine streng autologe Kultivierung bzw. Stimulierung von Gewebeersatzstrukturen unter Einhaltung der GMP-Richtlinien möglich.The Apparatus allows in a sterile procedure, the growth of cell transplants which, in particular synchronously, perfused and pressure-loaded and thus by an increased Production of matrix constituents (e.g., cartilage cell cultures). Due to its degree of automation, this device minimizes the Number of operations and thus reduces the risk of infection of the cell culture. Still guaranteed the automated breeding and stimulating the transplants defined and reproducible Processes. Due to the design features of the bioreactor according to the invention a completed bioreactor circulation is guaranteed and consequently a strictly autologous cultivation or stimulation of tissue replacement structures in compliance with the GMP guidelines possible.

Für den Bioreaktor ergibt sich als weiteres Einsatzgebiet die pharmazeutische Wirkstofftestung für die Charakterisierung von proliferations- sowie differenzierungsrelevanten Stoffen bzw. Stoffkombinationen auf Transplantate.For the bioreactor results as another application, the pharmaceutical drug testing for characterization of proliferation and differentiation relevant substances or Substance combinations on transplants.

Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren und der erfindungsgemäße Bioreaktor in Ausführungsbeispielen erläutert. Die dazugehörigen Abbildungen zeigen:in the The following is the method according to the invention and the bioreactor according to the invention in exemplary embodiments explained. The accompanying pictures demonstrate:

1: Verfahren zur Herstellung von Transplantaten 1 : Method of making transplants

2: Schema GMP-Bioreaktorsystem 2 : Scheme GMP bioreactor system

3: Schema Einkammerbioreaktor 3 : Scheme single chamber bioreactor

4: Schema Zweikammerbioreaktor 4 : Scheme two-chamber bioreactor

5: Aufbau und Ausführungsformen des Mini-Aktuators 5 : Construction and embodiments of the mini-actuator

6: Schema der Konstruktherstellung und Konstrukteinsaat im Bioreaktor 6 : Scheme of construct fabrication and construct seed in bioreactor

7: Schema der technischen Einrichtung zur Konstruktperfundierung und Mediendurchmischung im Einkammerbioreaktor 7 : Scheme of the technical device for construct perfusion and media mixing in the single-chamber bioreactor

8: Schema der technischen Einrichtung zur Konstruktperfundierung und Mediendurchmischung im Zweikammerbioreaktor 8th : Scheme of the technical device for construct perfusion and media throughput in the two-chamber bioreactor

9: Fixierungsschema des Transplantates im Bioreaktor 9 : Fixation scheme of the graft in the bioreactor

10: Magnetsysteme zur Steuerung des Mini-Aktuators 10 : Magnetic systems for controlling the mini-actuator

11: Stimulationsschema im Zweikammerreaktor 11 : Stimulation scheme in the two-chamber reactor

Beispiel 1example 1

Verfahren zur Herstellung von Transplantatenmethod for the production of transplants

In der 1 wird am Beispiel der Knorpelgewebstransplantation der Einsatz des Bioreaktors zur synchronen Kultivierung und Stimulierung von dreidimensionalen Zelltransplantaten dargestellt.In the 1 The use of the bioreactor for the synchronous cultivation and stimulation of three-dimensional cell transplants is shown using the example of cartilage tissue transplantation.

Dazu wird dem Patienten als erstes (I) gesundes Zellmaterial (z.B. artikulärer Knorpel) und Blut minimalinvasiv entnommen. Über enzymatische Verdauung werden die gewonnenen Zellen vereinzelt, ausgezählt und in Abhängigkeit davon entweder über Standardmethoden des Tissue Engineerings in Monolayerflaschen (II) ausgesät und streng autolog vermehrt oder aber sofort der Konstruktherstellung zugeführt (III). Hierbei werden die Zellen in eine dreidimensionale Transplantatsstruktur, die aus biokompatiblen bzw. -resorbierbaren Trägermaterial (z.B. Hydrogele, Agarosen, Kollagene, Hydroxylapatite, Polymerkomplexe etc.) besteht, eingebracht. Dazu werden die suspendierten Zellen (z.B. Chondrozyten) mit der biogenen Stützstruktur (z.B. Agarose) vermischt, in einem Einsaatkolben eingebracht und z.B. in einer zylindrischen Transplantatsform (z.B. Knorpel-Agarose-Matrix) ausgehärtet. Diese in-vivo adaptive, dreidimensionale Struktur führt vor allem bei Zellen des Binde- und Stützgewebes (z.B. Chondrozyten) zu einer (Re-) Differenzierung und einhergehend damit zu einer Synthese gewebstypischer Substanzen und Matrixbestandteile (z.B. Kollagene, Proteoglykane).To becomes the patient's first (I) healthy cell material (e.g., articular cartilage) and blood taken in a minimally invasive manner. About enzymatic digestion the cells obtained are isolated, counted and dependent of it either over Standard Methods of Tissue Engineering in Monolayer Bottles (II) seeded and increased autologous or immediately added to construct preparation (III). Here, the cells are transformed into a three-dimensional graft structure, made of biocompatible or absorbable carrier material (e.g., hydrogels, Agaroses, collagens, hydroxyapatites, polymer complexes, etc.), brought in. For this, the suspended cells (e.g., chondrocytes) with the biogenic support structure (e.g., agarose), placed in a seed flask and e.g. in a cylindrical graft form (e.g., cartilage-agarose matrix) hardened. This in vivo adaptive, three-dimensional structure performs especially in cells of connective and supporting tissue (e.g., chondrocytes) to a (re) differentiation and, consequently, to a synthesis tissue-specific substances and matrix components (e.g., collagens, proteoglycans).

Dieser Einsaatkolben, mit dem innen liegenden spatialen Zelltransplantat, wird in den Bioreaktor eingeführt (IV), das Transplantat herausgepresst und im Bioreaktor positioniert. Anschließend erfolgt die GMP-geeignete entweder gleichzeitige, aufeinander folgende oder zeitlich gesteuertem Kultivierung und Stimulierung dieses Zellkonstruktes in der neu entwickelten geschlossenen Bioreaktorapparatur (V). In dieser Phase kann das Zelltransplantat mit dieser multiplen in-vivo ähnlichen Reizung (Stimuli wie Scherkraft, Perfusion, Deformation, mechanische Belastung) zu einer erhöhten Differenzierung und Expression von organotypischen Markern gebracht werden.This Seed piston, with the internal spatial cell graft, is introduced to the bioreactor (IV), the graft is squeezed out and positioned in the bioreactor. Subsequently GMP-compliant either concurrent, consecutive or timed cultivation and stimulation of this cell construct in the newly developed closed bioreactor apparatus (V). In this Phase can be similar to the cell graft with this multiple in vivo Irritation (stimuli such as shear, perfusion, deformation, mechanical stress) to an increased Differentiation and expression of organotypic markers are brought.

Nach kurzer Zeit hat sich ein hochvitales, matrixreiches Zellkulturkonstrukt in dem Bioreaktor regeneriert. Dieses autologe Transplantat wird entnommen (VI), gegebenenfalls an die Geometrie des Gewebsdefektes angepasst und anschließend in das defekte Binde- oder Stützgewebe transplantiert.To In a short time a highly vital, matrix-rich cell culture construct has developed regenerated in the bioreactor. This autologous transplant will taken from (VI), optionally to the geometry of the tissue defect adjusted and then into the defective connective or supporting tissue transplanted.

Beispiel 2Example 2

Schema des BioreaktorsystemScheme of bioreactor system

2 veranschaulicht eine Ausführungsform des Bioreaktorsystems (mit dem Zweikammerbioreaktor) zur autologen Kultivierung und multiplen Stimulierung von Zelltransplantaten in einer abgeschlossenen Reaktorstruktur mit GMP-gerechter Verfahrensweise. 2 Figure 1 illustrates one embodiment of the bioreactor system (with the dual chamber bioreactor) for autologous culture and multiple stimulation of cell transplants in a closed reactor structure with GMP-compliant procedure.

In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich die gesamte Vorrichtung zur Gewährleistung der optimalen Temperatur, Luftfeuchtigkeit und -zusammensetzung in einem temperierbaren und gasregulierbaren Inkubator. Ebenso ist auch ein getrennter Aufbau möglich, bei der der Bioreaktor 1 und das Medium im Inkubator und die weiteren Technikkomponenten zur Kontrolle außerhalb des Inkubators angeordnet sind.In this embodiment, the entire device is to ensure the optimum temperature, humidity and composition in a temperature-controlled and gastregulierbaren incubator. Likewise, a separate structure is possible, in which the bioreactor 1 and the medium in the incubator and the other engineering components are arranged outside the incubator for control.

Der Bioreaktor 1 selbst und die darin eingesetzten Bauteile sind biologisch sowie chemisch inert und autoklavierbar. Darüber hinaus besteht der Bioreaktorkorpus und der verschraubbare Deckel aus nicht- (z.B. Kunststoffe) bzw. schwach-magnetische Materialien (z.B. Vanadium-4-Stahl).The bioreactor 1 itself and the components used therein are biologically and chemically inert and autoclavable. In addition, the bioreactor body and the screw-on lid consists of non-plastics (eg plastics) or weak-magnetic materials (eg vanadium-4 steel).

Das Kulturmedium wird aus dem Mediumreservoir 2 durch das Schlauchsystem 4 mit dem 3-Wege-Ventil 6 und dem 4-Wege-Ventil 7 mittels der Umwälzpumpe 5 in den Bioreaktor 1 geführt. Dieses Kulturmedium kann mit, aus Patientenblut gewonnenen, autologen additiven Faktoren (z.B. Wachstumsfaktoren, Mediatoren etc.) aus dem Supplementenreservoir 3 angereichert werden. Das Medium wird entweder im Batch, Fed-Batch oder im kontinuierlichen Verfahren dem Bioreaktor 1 und somit dem Transplantat 11 zugeführt.The culture medium is from the medium reservoir 2 through the hose system 4 with the 3-way valve 6 and the 4-way valve 7 by means of the circulation pump 5 in the bioreactor 1 guided. This culture medium can be used with autologous additive factors (eg growth factors, mediators, etc.) derived from the patient's blood from the supplement reservoir 3 be enriched. The medium is either the batch, fed-batch or continuous process the bioreactor 1 and thus the graft 11 fed.

Das Medium gelangt dann bei geschlossenem Kreislauf über das Schlauchsystem 4 in das Mediumreservoir 2, welches mit Messsonden zur Kontrolle der physikochemischen Parameter, wie z.B. pH, pCO2 und pO2, ausgestattet ist. Wird das Medium als verbraucht angesehen, kann es über das Schlauchsystem 4 in ein externes, abgeriegeltes Abfallgefäß abgeleitet werden. In beiden Fällen besteht die Möglichkeit über die Ventilvorrichtung 7 eine sterile Mediumprobe aus dem Reaktorkreislauf in eine Probennahmestrecke 8 zur weiteren Analyse abzuleiten.The medium then passes through the hose system when the circuit is closed 4 in the medium reservoir 2 which is equipped with measuring probes for controlling the physicochemical parameters, such as pH, pCO 2 and pO 2 . If the medium is considered to be depleted, it may be via the tubing system 4 be discharged into an external, sealed waste container. In both cases, there is the possibility of the valve device 7 a sterile medium sample from the reactor loop into a sampling line 8th for further analysis.

Im Bioreaktor 1 liegt das zu kultivierende und stimulierende Transplantat 11 in medialer Position auf dem Reaktorboden. Unterhalb des Transplantates 11 kann sich eine zweite, kleinere Kammer befinden. Dieser Strömungsraum wird über das Schlauchsystem 4 mit Medium versorgt und kann mit einem stark porösen jedoch dünnen Sintermaterial 16 ausgefüllt sein. Diese untere Kammer kann durch eine dünne Klarglasscheibe 17 abgeriegelt sein und als Mikroskopieröffnung für inverse Mikroskope dienen.In the bioreactor 1 lies the graft to be cultivated and stimulated 11 in medial position on the reactor floor. Below the graft 11 There may be a second, smaller chamber. This flow space is via the hose system 4 supplied with medium and can with a highly porous but thin sintered material 16 filled out. This lower chamber can pass through a thin clear glass 17 be sealed off and serve as a microscope opening for inverse microscopes.

Innerhalb der oberen Kammer des Bioreaktor 1 befindet sich neben den, im Bioreaktordeckel eingelassenen Biosensoren 9 der Mini-Aktuator 14. Dieser als magnetischer Stempel ausgeführte Mini-Aktuator 14 wirkt als Druckapplikator kontaktlos, und wird durch den Kontrollmagneten bzw. die Spule 15 gesteuert.Inside the upper chamber of the bioreactor 1 Located next to the biosensors embedded in the bioreactor lid 9 the miniature actuator 14 , This designed as a magnetic stamp mini-actuator 14 acts as a pressure applicator contactless, and is by the control magnet or the coil 15 controlled.

Beispiel 3Example 3

Schema EinkammerbioreaktorScheme single chamber bioreactor

3 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Bioreaktors 1 bestehend aus einer Kulturkammer, die der Implementierung des kontaktlos steuerbaren Mini-Aktuators 14 dient. 3 shows a possible embodiment of the bioreactor 1 consisting of a culture chamber, the implementation of the contactless controllable mini-actuator 14 serves.

Der als Einkammerbioreaktor ausgeführte Bioreaktor 1 besteht aus einem Korpus und dem Bioreaktorverschluss 21, der zusätzlich über einen Quetschring 20 abgedichtet ist. In der Deckelkonstruktion sind Biosensoren 9 eingelassen, die der online-Messung von z.B. Glukose- und Laktatkonzentrationen u.a. Mediumbestandteilen dienen. In dem Reaktorraum befindet sich ein passgenau eingelassener Mini-Aktuator 14 oberhalb des Transplantates 11, welches auf einem speziellen Reaktorboden mit eingesetzter Klarglasscheibe 17 ruht.The single-chamber bioreactor bioreactor 1 consists of a body and the bioreactor closure 21 which also has a squeeze ring 20 is sealed. In the lid construction are biosensors 9 which are used for online measurement of, for example, glucose and lactate concentrations and other medium components. In the reactor room is a precisely inserted mini-actuator 14 above the graft 11 , which on a special reactor floor with inserted clear glass pane 17 rests.

Zur Mediumversorgung des Transplantates 11 führen mindestens je ein Zu- und Ablauf über Luer-Anschlüsse 19 in den Bioreaktor 1. An mindestens einen der Abläufe 19 wird über ein 3-Wege-Ventil 6 eine Probennahmestrecke 8 integriert.For medium supply of the transplant 11 lead at least one each inlet and outlet via Luer connections 19 in the bioreactor 1 , At least one of the processes 19 is via a 3-way valve 6 a sampling route 8th integrated.

Beispiel 4Example 4

Schema ZweikammerbioreaktorScheme two-chamber bioreactor

4 skizziert eine weitere Ausführungsform eines Bioreaktors 1 bestehend aus zwei Kammerräumen, wobei die obere den Druckstempel 14 beinhaltet und die untere der Anströmung unterhalb des Transplantates 11 dient. Diese Ausführungsform unterscheidet sich in Funktion, Eigenschaft und Anforderung der Bauteile 1, 6, 8, 9, 14, 19-21 nicht von dem im Beispiel 3 beschriebenen Bioreaktor 1. 4 outlines another embodiment of a bioreactor 1 consisting of two chamber chambers, the upper one being the plunger 14 includes and the lower of the flow below the graft 11 serves. This embodiment differs in function, property and requirement of the components 1 . 6 . 8th . 9 . 14 . 19 - 21 not from the bioreactor described in Example 3 1 ,

In der Apparatur sind mindestens jeweils ein Zu- und Ablauf 19 in die obere und untere Reaktorkammer eingelassen, um eine ventilgeregelte Anströmung der jeweiligen Kammer und des Transplantates 11 zu erreichen.In the apparatus are at least one each inlet and outlet 19 embedded in the upper and lower reactor chamber to a valve-regulated flow of each chamber and the graft 11 to reach.

Die untere Kammer ist in ihrer Dimension so gestaltet, dass ihr Durchmesser geringer als der des Transplantates 11 ist. Diese Kammer nimmt eine flache passgenaue Scheibe aus porösem Sintermaterial 16 auf, so dass eine inverse Mikroskopierung durch die abschließende Glasscheibe 17 und die Membran 18 zum Transplantat 11 unbeeinträchtigt erfolgen kann. Diese Scheibe aus gesintertem Material 16 in der unteren Reaktorkammer erfüllt in der vorliegenden Apparatur eine weitere wichtige Funktion. Sie verhindert, bei mechanischer Belastung des Transplantates 11 durch den Druckstempel 14 ein nicht erwünschtes Hereinpressen des gelartigen Zellkonstruktes 11 in den Kammerraum. In Abhängigkeit der verwendeten Stützmatrix und seiner Viskosität ist die Verwendung einer fluiddurchlässigen Membran 18 zwischen dem Sintermaterial 16 und dem Transplantat 11 vorgesehen, um eine Vermengung des Trägermaterials mit dem Sintermaterial 16 zu verhindern.The lower chamber is dimensioned so that its diameter is less than that of the graft 11 is. This chamber takes a flat, accurately fitting disc of porous sintered material 16 on, giving an inverse microscopy through the final glass pane 17 and the membrane 18 to the graft 11 undisturbed. This disc of sintered material 16 in the lower reactor chamber fulfills another important function in the present apparatus. It prevents, with mechanical load of the transplant 11 through the plunger 14 undesired inward compression of the gel-like cell construct 11 in the chamber space. Depending on the support matrix used and its viscosity, the use of a fluid-permeable membrane 18 between the sintered material 16 and the graft 11 provided to a mixing of the carrier material with the sintered material 16 to prevent.

Beispiel 5Example 5

Aufbau und Ausführungsformen des Mini-Aktuators 14 Construction and embodiments of the mini-actuator 14

Die 5 zeigen den Aufbau, die Geometrie und differierende Formen des Mini-Aktuators 14, welcher passgenau im Reaktorraum (hier exemplarisch im Zweikammermodell) vertikal gleitet und axiale Druckkräfte auf das auf dem Reaktorboden liegende Transplantat 11 überträgt.The 5 show the structure, the geometry and differing shapes of the miniature actuator 14 , which precisely slides in the reactor space (here exemplarily in the two-chamber model) vertically and axial compressive forces on the lying on the reactor bottom graft 11 transfers.

Dieser magnetische Druckapplikator 14 wird erfindungsgemäß (siehe 5a) berührungslos durch extern angeordnete Kontrollmagneten 15 in seiner vertikalen Position im Bioreaktor 1 gesteuert. Eine absolut senkrechte Kompression kann einerseits durch die mediale Positionierung des Transplantates 11 im Bioreaktor 1 sichergestellt werden. Andererseits muss eine passgenaue Dimensionierung des Druckstempel-Außendurchmessers D2 an den Bioreaktor-Innendurchmesser D2 erfolgen. Dies ermöglicht eine vertikale Führung des Mini-Aktuators 14 im Bioreaktor 1, ohne ein Verkanten bzw. eine Schrägstellung des Stempels zu bewirken. Bei sämtlichen Bioreaktormodellen ist dieser Durchmesser D2 größer zu dimensionieren als der Außendurchmesser D1 des Transplantates 11.This magnetic pressure applicator 14 is according to the invention (see 5a ) Non-contact by externally arranged control magnet 15 in its vertical position in the bioreactor 1 controlled. Absolutely vertical compression can be achieved on the one hand by the medial positioning of the transplant 11 in the bioreactor 1 be ensured. On the other hand, a tailor-made dimensioning of the plunger outer diameter D2 must be made to the bioreactor inner diameter D2. This allows vertical guidance of the mini-actuator 14 in the bioreactor 1 without causing tilting or skewing of the punch. For all bioreactor models, this diameter D2 must be dimensioned larger than the outside diameter D1 of the graft 11 ,

5b stellt den charakteristischen Aufbau dieser Druckeinheit 14 dar. Er besitzt einen extrem leistungsfähigen Permanentmagneten 22, vorzugsweise aus einer Neodym-Eisen-Bor-Verbindung, der sich bereits bei geringsten magnetischen und elektromagnetischen Feldern nach der jeweiligen Feldrichtung bewegt. Dieser Permanentmagnet 22 ist in einer lackierten oder galvanisierten Form in einen biologisch inerten Kunststoff – dem Hüllkörper 23 – eingekapselt. Dieser, vorzugsweise zylindrische, Hüllkörper 23 gleitet mit seinem passgenauen Außendurchmesser reibungsarm und exakt senkrecht im Bioreaktorzylinder. Auf der Unterseite des plastischen Hüllkörpers 23 können neben ebener Fläche auch andere organotypische Negativformen als Stempelfläche 24 aufgeprägt sein, um in-vivo adaptive Positivformen (u.a. Wölbungen, Bögen etc.) nachzustellen. 5b represents the characteristic structure of this printing unit 14 He has an extremely powerful permanent magnet 22 , preferably of a neodymium-iron-boron compound, which is already at the lowest magnetic and elec tromagnetischen fields after the respective field direction moves. This permanent magnet 22 is in a painted or galvanized form in a biologically inert plastic - the envelope body 23 - encapsulated. This, preferably cylindrical, enveloping body 23 slides with its precisely fitting outer diameter friction and exactly vertical in the bioreactor cylinder. On the underside of the plastic envelope 23 In addition to a flat surface, other organotypical negative forms can also be used as a stamp surface 24 be imprinted to adapt in vivo adaptive positive forms (including vaults, arches, etc.).

Die hier vorliegende neuartige Aktuatorgeometrie, ohne etwaige Strömungskanäle 33 im Hüllkörper 23, ermöglicht darüber hinaus eine Pumpfunktion bedingt durch eine zyklische Magnetfelderzeugung. Durch die bestehenden Druck- und Ventilverhältnisse im Bioreaktor 1 wird durch eine Aufwärtsbewegung des Mini-Aktuators 14 Medium in den Reaktorraum angesaugt. Durch Abwärtsbewegung bzw. Druckkompression auf das Transplantat 11 wird dieses Medium aus dem Bioreaktor 1 herausgepresst.The present novel actuator geometry, without any flow channels 33 in the envelope 23 , also allows a pumping function due to a cyclic magnetic field generation. Due to the existing pressure and valve conditions in the bioreactor 1 is due to an upward movement of the miniature actuator 14 Suction medium in the reactor space. By downward movement or pressure compression on the graft 11 This medium is removed from the bioreactor 1 forced out.

5c zeigt eine weitere exemplarische Ausführungsform des Mini-Aktuators 14, der ebenfalls aus einem starken Permanentmagneten 22 und einem Hüllkörper 23 mit individueller Stempelfläche 24 aufgebaut ist. Dieses Modell weist zur Strömungsoptimierung am Rand seines Hüllkörpers 23 so genannte Strömungskanäle 33 auf. Hierdurch ist eine Medienumströmung des Mini-Aktuators 14 im Bioreaktorraum möglich und es werden geringere Stellkräfte zur Überwindung des Medienwiderstandes benötigt. Der Hüllkörper 23 muss mindestens 3 Führungsnasen mit einem passgenauen Außendurchmesser D2 aufweisen, um eine planare Positionierung des gesamten Mini-Aktuators 14 auf dem Transplantat 11 sicherzustellen. 5c shows another exemplary embodiment of the mini-actuator 14 also made of a strong permanent magnet 22 and an enveloping body 23 with individual stamp area 24 is constructed. This model features flow optimization at the edge of its envelope 23 so-called flow channels 33 on. This is a media flow of the mini-actuator 14 in Bioreaktorraum possible and it will be required lower actuating forces to overcome the media resistance. The envelope body 23 must be at least 3 Guide tabs with a matching outside diameter D2 to a planar positioning of the entire mini-actuator 14 on the graft 11 sure.

5d stellt einen modifizierten Druckstempel 14 basierend auf 5b dar, welcher zur Schaffung einer räumlichen Distanz von Permanentmagneten 22 und Zellkulturkonstrukt 11 einen Verlängerungssteg 34 aufweist. Ursache dieser Distanzierung des Permanentmagneten 22 in dem oberen Zylinderkopf zu dem Transplantat 11 ist die Minimierung etwaiger Feldeinflüsse auf Zellkulturen 11. 5d represents a modified printing stamp 14 based on 5b which is to create a spatial distance of permanent magnets 22 and cell culture construct 11 an extension bar 34 having. Cause of this distancing of the permanent magnet 22 in the upper cylinder head to the graft 11 is the minimization of any field effects on cell cultures 11 ,

5e zeigt einen Mini-Aktuator 14 basierend auf 5d, welcher mindestens 3 Strömungskanäle 33 und 3 Führungsnasen mit einem Außendurchmesser D2 aufweist. 5e shows a mini-actuator 14 based on 5d which at least 3 flow channels 33 and 3 Having guide lugs with an outer diameter D2.

Beispiel 6Example 6

Schema der Konstruktherstellung und Konstrukteinsaat im Bioreaktor 1 Scheme of construct preparation and construct seed in the bioreactor 1

Die 6 stellen das Verfahren und die Vorrichtung zur Herstellung und Einsaat von dreidimensionalen, vorzugsweise zylindrischen, Zellmatrixkonstrukten dar.The 6 illustrate the method and apparatus for making and seeding three-dimensional, preferably cylindrical, cell matrix constructs.

In der 6a (Zellmatrixeinsaat) werden vermehrte (siehe 1, II) oder frisch isolierte (siehe 1, III) und präparierte Zellen 12 mit der biogenen Trägerstruktur 13 vermengt, bis zur Homogenität suspendiert und mit dem Zielvolumen der Zellmatrix in den Einsaatkolben 25 eingespritzt.In the 6a (Cell matrix seed) are propagated (see 1 , II) or freshly isolated (see 1 , III) and prepared cells 12 with the biogenic carrier structure 13 blended, suspended to homogeneity and with the target volume of the cell matrix in the seeding flask 25 injected.

Der passgenaue Einsaatkolben 25 entspricht in seinem Innendurchmesser D1 dem zukünftigen Außendurchmesser des Transplantates 11 sowie in seinem Außendurchmesser D2 dem Innendurchmesser des Bioreaktor 1.The precisely fitting sowing piston 25 corresponds in its inner diameter D1 the future outer diameter of the graft 11 and in its outer diameter D2 the inner diameter of the bioreactor 1 ,

In der 6b (Stempeleinsatz) ist der Stempeleinsatz 26 in dem Einsaatkolben 25 dargestellt. Während des Aushärtens bzw. des Polymerisierens der jeweiligen Zellmatrix im Reaktorkolben 25 wird auf der ebenen Schiebeplatte 27 der passgenaue planare Stempel 26 mit dem Außendurchmesser D1 in den Kolbenhohlzylinder eingeführt.In the 6b (Stamp insert) is the punch insert 26 in the sowing flask 25 shown. During the curing or polymerizing of the respective cell matrix in the reactor flask 25 gets on the flat sliding plate 27 the perfectly fitting planar stamp 26 introduced with the outer diameter D1 in the piston hollow cylinder.

Die Unterseite dieses Stempels 26 kann analog zu der Stempelfläche 24 des Mini-Aktuators 14 mit organotypischen Strukturen geprägt sein.The bottom of this stamp 26 can be analogous to the stamp surface 24 of the miniature actuator 14 be influenced by organotypical structures.

In der 6c (Stempelaufsatz) ist der Aufsatz des Stempels 26 auf das Transplantat 11 in dem Einsaatkolben 25 aufgezeigt. Der Stempel 26 wird auf das Zellgerüst mit leichtem Anpressdruck aufgesetzt, um einer Meniskusbildung bzw. Wölbung der Matrixoberseite des Transplantates 11 entgegen zu wirken, um z.B. eine zylindrische Transplantatsform zu erhalten.In the 6c (Stamp attachment) is the attachment of the stamp 26 on the graft 11 in the sowing flask 25 demonstrated. The Stamp 26 is placed on the cell scaffold with a slight pressure to meniscus or bulge the matrix top of the graft 11 counteract, for example, to obtain a cylindrical graft form.

Soll eine in-vivo adaptive Oberfläche auf das Transplantat 11 aufgeprägt werden, so muss dieser Stempelaufsatz 26 während der Aushärte- bzw. Polymerisationsphase erfolgen.Intended to be an in vivo adaptive surface on the graft 11 be stamped, so this stamp attachment 26 take place during the curing or polymerization.

In der 6d (Entfernen der Schiebeplatte) wird der aufgesetzte Stempel 26 nach der Formgebung des Transplantates 11 abgehoben und die sich am Boden des Einsaatkolbens 25 befindliche, vorzugsweise hydrophobe, Schiebeplatte 27 entfernt. Um zu verhindern, dass ein gelartiges Zellkonstrukt 11 an die Schiebeplatte 27 und den Einsaatkolben adhäriert, wird z.B. eine inerte Folie bzw. ein inertes Polymervlies zum Auskleiden der Oberflächen verwendet.In the 6d (Removing the sliding plate) is the attached punch 26 after shaping the graft 11 lifted off and at the bottom of the sowing flask 25 located, preferably hydrophobic, sliding plate 27 away. To prevent a gel-like cell construct 11 to the sliding plate 27 and adheres the seeding flask, for example, an inert film or an inert polymer fleece is used to line the surfaces.

Die 6e (Konstrukteinsaat im Bioreaktor) zeigt die Einsaat eines zylindrischen Konstruktes am Beispiel des Zweikammerbioreaktors. Hierbei wird der passgenaue Einsaatkolbens 25 in den Bioreaktor 1 implementiert, dann mittels Druckstempel 26 das Zellkonstrukt 11 medial in den präparierten Reaktor eingebracht und die Einsaatvorrichtung aus dem Bioreaktor 1 entfernt. Dieser präparierte Bioreaktor 1 beinhaltet das poröse Sintermaterial 16 und gegebenenfalls eine diffusionsdurchlässige Membran 18.The 6e (Construct seed in the bioreactor) shows the sowing of a cylindrical construct using the example of the two-chamber bioreactor. Here, the tailor-made Einsaatkolbens 25 in the bioreactor 1 implemented, then by means of plunger 26 the cell construct 11 introduced medially into the prepared reactor and the sowing device from the bioreactor 1 away. This prepared bioreactor 1 includes the porous sintered material 16 and optionally a diffusion-permeable membrane 18 ,

Beispiel 7Example 7

Schema der technischen Einrichtung zur Konstruktperfundierung und Mediendurchmischung im EinkammerbioreaktorScheme of the technical Device for construct perfusion and media mixing in the Einkammerbioreaktor

In den 7 ist die Konstruktion und der Aufbau des Einkammerreaktorkorpus und deren Auswirkung auf die Diffusion und Perfusion im Transplantat 11 dargestellt.In the 7 is the construction and construction of the single chamber reactor body and its effect on diffusion and perfusion in the graft 11 shown.

In der in der 7a dargestellten Ausführungsform münden vier Zu- und Abläufe mit integrierter Luer-Kupplung 19 in den Bioreaktor 1. Diese können zur Strömungsoptimierung sowohl in ihrer Lage und Position differieren, also auch z.B. tangential in den Bioreaktorkorpus 1 eintreten. Die Zahl der in den Bioreaktor 1 führenden Zu- bzw. Abläufe 19 beträgt mindestens zwei. An jedem abfließend gerichteten Luer-Anschluss 19 kann mit z.B. einem 3-Wege-Ventil 6 eine Probennahmestrecke 8 installiert werden.In the in the 7a illustrated embodiment open four inlets and outlets with integrated Luer coupling 19 in the bioreactor 1 , These can differ for flow optimization both in their position and position, that is also, for example, tangentially into the bioreactor body 1 enter. The number of in the bioreactor 1 leading inflows and outflows 19 is at least two. At each outflowing Luer connection 19 can with eg a 3-way valve 6 a sampling route 8th be installed.

Bei einer statischen Kultivierungsweise im Bioreaktor diffundiert das Medium vor allem in die oberen und seitlichen Randbereiche des z.B. zylindrischen Gewebetransplantates 11 und versorgt die Zellkultur u.a. mit Nutrienten und führt gleichzeitig Stoffwechselendprodukte aus der Trägermatrix ab.In a static culture in the bioreactor, the medium diffuses mainly in the upper and lateral edge regions of, for example, cylindrical tissue graft 11 and supplies the cell culture, inter alia, with nutrients and at the same time carries out metabolic end products from the carrier matrix.

Die 7b zeigt eine kontinuierliche Zufuhr von Nährmedium aus dem Mediumreservoir 2 mit dahinter liegendem fakultativem Supplementenreservoir 3 (nicht dargestellt) mittels einer dosierbaren Umwälzpumpe 5 durch das Schlauchsystem 4 in mindestens einen Zulauf 19 des Bioreaktors 1.The 7b shows a continuous supply of nutrient medium from the medium reservoir 2 with optional supplement reservoir behind 3 (not shown) by means of a metered circulating pump 5 through the hose system 4 in at least one inlet 19 of the bioreactor 1 ,

Der Abfluss des Mediums erfolgt durch mindestens einen Ablauf 19 in das Schlauchsystem 4, an dem an mindestens einer Stelle über ein 3-Wege-Ventil 6 eine abgekoppelte Probennahmestrecke 8 integriert sein kann.The outflow of the medium is carried out by at least one flow 19 into the hose system 4 , in which at least one point via a 3-way valve 6 a decoupled sampling route 8th can be integrated.

Das verbrauchte Medium kann, wie hier dargestellt, im Kreislauf verbleiben, indem es in das Mediumreservoir 2 gelangt und von da aus wieder zur erneuten kontinuierlichen Perfundierung des Transplantates 11 herangezogen wird. Anderenfalls kann es aus dem Kreislauf vollständig entnommen werden. Die Kultivierung des Transplantates 11 erfolgt dann im Batch- bzw. Fed-Batch-Verfahren.The spent medium can, as shown here, remain in the circulation by placing it in the medium reservoir 2 and from there back to the re-continuous perfusion of the graft 11 is used. Otherwise, it can be completely removed from the circulation. The cultivation of the transplant 11 then takes place in a batch or fed-batch process.

Eine gezielte kontinuierliche Zufuhr von Kulturmedium in den Reaktorraum kann die An- und Durchströmung des Transplantates 11 im Vergleich zum statischen Schema der 7a deutlich verbessern. Durch die induzierte Perfundierung werden tiefere Konstruktregionen mit Medium durchgespült. Demzufolge wird der Stoffaustausch optimiert, was eine erhöhte Zelldifferenzierung nach sich ziehen kann. Weiterhin wird durch diese Ausführung der Konstruktanströmung eine Scherkraftstimulierung auf die eingebetteten Zellen ausgeübt.A targeted continuous supply of culture medium in the reactor space, the arrival and flow through the graft 11 compared to the static scheme of 7a improve significantly. The induced perfusion rinses deeper construct regions with medium. As a result, mass transfer is optimized, which can lead to increased cell differentiation. Furthermore, this embodiment of the construct flow exerts shearing force stimulation on the embedded cells.

Beispiel 8Example 8

Schema der technischen Einrichtung zur Konstruktperfundierung und Mediendurchmischung im ZweikammerbioreaktorScheme of the technical Device for construct perfusion and media mixing in the Two-chamber bioreactor

Die 8 zeigen einen Zweikammerbioreaktor, welcher eine optimierte Strömung, Diffusion und Perfusion des Transplantates zulässt und so die Qualität des Gewebeersatzes verbessern hilft.The 8th show a dual compartment bioreactor that allows optimized flow, diffusion and perfusion of the graft, thus improving the quality of tissue replacement.

In der 8a wird eine Variante mit statischer Kultivierung und Diffusion dargestellt.In the 8a a variant with static cultivation and diffusion is shown.

Die in den Bioreaktor 1 mündenden Zu- bzw. Abläufe 19 sind mindestens zwei, wobei mindestens je einer in der unteren und oberen Reaktorkammer münden muss. Die hier aufgeführten zwei Zu- bzw. Abläufe 19 pro Kammer können zur Strömungsoptimierung sowohl in ihrer Lage, Position und Dicke differieren.The in the bioreactor 1 opening inflows and outflows 19 are at least two, with at least one each in the lower and upper reactor chamber must open. The two inflows and outflows listed here 19 per chamber can differ for flow optimization both in their position, position and thickness.

Die Probennahmestrecke 8 kann an jedem abfließend gerichteten Luer-Anschluss 19 beider Kammern mit z.B. einem 3-Wege-Ventil 6 o.ä. installiert werden.The sampling route 8th can be attached to any outflowing Luer connector 19 Both chambers with eg a 3-way valve 6 etc. be installed.

Neben einer Mediendiffusion in die oberen und seitlichen Transplantatsbereiche führt die in dieser Konstruktion neu eingerichtete Kammer unterhalb des Transplantates 11 während der statischen Kultivierungsphase zu einer Diffusion des Kulturmediums aus dem porösen Sintermaterial in die bodennahen Regionen der Trägerstruktur, so dass daraus eine verbesserter Stoffwechsel im gesamten Transplantat 11 resultiert.In addition to a media diffusion into the upper and lateral graft areas leads the chamber newly created in this construction below the graft 11 during the static culture phase to a diffusion of the culture medium from the porous sintered material in the ground-level regions of the support structure, so that therefrom an improved metabolism throughout the graft 11 results.

Die 8b zeigt die kontinuierliche Zufuhr von Nährmedium aus dem Mediumreservoir 2 mit dahinter angeordneten fakultativen Supplementenreservoir 3 (nicht dargestellt) mittels einer dosierbaren Umwälzpumpe 5 o.ä. durch das Schlauchsystem 4 in mindestens einen Zulauf 19 der unteren und oberen Kammer des Bioreaktors 1.The 8b shows the continuous supply of nutrient medium from the medium reservoir 2 with optional supplement reservoir behind it 3 (not shown) by means of a metered circulating pump 5 etc. through the hose system 4 in at least one inlet 19 the lower and upper chamber of the bioreactor 1 ,

Der Abfluss des Mediums erfolgt durch mindestens einen Ablauf 19 je Kammer in das Schlauchsystem 4, an dem an mindestens einer Stelle über ein 3-Wege-Ventil 6 eine abgekoppelte Probennahmestrecke 8 integriert sein kann.The outflow of the medium is carried out by min at least one process 19 per chamber in the hose system 4 , in which at least one point via a 3-way valve 6 a decoupled sampling route 8th can be integrated.

Das verbrauchte Medium kann wie hier dargestellt im Kreislauf verbleiben, indem es in das Mediumreservoir 2 gelangt und von da aus wieder zur erneuten kontinuierlichen Perfundierung des Transplantates 11 herangezogen wird. Anderenfalls kann es aus dem Kreislauf vollständig entnommen werden. Die Kultivierung des Transplantates 11 erfolgt im Batch- bzw. Fed-Batch-Verfahren.The spent medium may, as shown here, remain in the circulation by placing it in the medium reservoir 2 and from there back to the re-continuous perfusion of the graft 11 is used. Otherwise, it can be completely removed from the circulation. The cultivation of the transplant 11 takes place in a batch or fed-batch process.

Die erfindungsgemäße Integration einer zweiten Kammer, hier unterhalb des Transplantates 11, zeigt seine positiven Eigenschaften vor allem bei einer gezielten Anströmung des biologischen Konstruktes auf. Wird demzufolge mittels des 3-Wege-Ventils 6 der Medienstrom aus dem Mediumreservoir 2 in die untere Kammer geschalten, erfolgt eine induzierte aufwärtsgerichtete Perfundierung des Transplantates 11 bei geschlossenem unteren Ablauf, da das Medium den Reaktorraum nur durch den oberen Ablauf verlassen kann.The integration according to the invention of a second chamber, here below the graft 11 , shows its positive properties especially with a targeted flow of the biological construct on. Is therefore by means of the 3-way valve 6 the media stream from the medium reservoir 2 switched into the lower chamber, there is an induced upward perfusion of the graft 11 when the lower outlet is closed, since the medium can leave the reactor space only through the upper outlet.

Analog zu diesem Schema lässt sich durch eine Umschaltung der 3-Wege-Ventile 6 eine Transplantatsdurchströmung von der oberen zur unteren Kammer durch das Konstrukt 11 erwirken. Resultat dieser aufgezeigten Vorrichtung ist neben der vollständigen Perfundierung eine weitere Zellstimulation über eine induzierte Scherkraft, die auf die Zellen wirkt und über den Volumenstrom der Umwälzpumpe 5 eingestellt werden kann. Möglich ist auch eine partielle bzw. totale Öffnung der 3-Wege-Ventile 6, um einen schnelleren Mediumaustausch im Bioreaktor 1 zu erzielen.Analogous to this scheme can be achieved by switching the 3-way valves 6 a graft perfusion from the upper to the lower chamber through the construct 11 obtain. Result of this device shown next to the complete perfusion another cell stimulation via an induced shear force acting on the cells and the volume flow of the circulation pump 5 can be adjusted. Also possible is a partial or total opening of the 3-way valves 6 to a faster medium exchange in the bioreactor 1 to achieve.

Beispiel 9Example 9

Fixierungsschema des Transplantates 11 im Bioreaktor 1 Fixation scheme of the transplant 11 in the bioreactor 1

Die 9 zeigen das Fixierungsschema des Transplantates 11 im Bioreaktor 1 entweder in der Einkammer- oder Zweikammerausführung.The 9 show the fixation scheme of the graft 11 in the bioreactor 1 either in the one-chamber or two-chamber version.

Die 9a zeigt das zu stimulierende Transplantat 11, das medial oberhalb des Klarglases 17 im Einkammerbioreaktor 1 fixiert ist. Mit mindestens 3 dieser Fixierwände 28 soll eine durch einströmendes Medium hervorgerufene, horizontale Bewegung des Transplantates 11 am Reaktorboden verhindert werden, um eine optimale Perfusion und Druckstimulation durchführen zu können. Diese im Reaktor 1 eingelassenen, biokompatiblen Fixierwände 28 müssen in ihrer Höhe unterhalb der zu applizierenden Druckamplitude auf das Transplantat 11 dimensioniert werden.The 9a shows the graft to be stimulated 11 , the medial above the clear glass 17 in the single chamber bioreactor 1 is fixed. With at least 3 of these fixation walls 28 should be caused by inflowing medium, horizontal movement of the graft 11 be prevented at the reactor bottom to perform an optimal perfusion and pressure stimulation can. This in the reactor 1 embedded, biocompatible fixation walls 28 must be lower in height than the pressure amplitude to be applied to the graft 11 be dimensioned.

In der 9b ist der Einsatz von mindestens 3 dieser Fixierwände 28 im Zweikammerbioreaktor skizziert, um eine horizontale Fixierung des Transplantats 11 bei den verschiedenen Strömungsverhältnissen zu erreichen und eine ideale senkrechte Perfundierung sowie eine mechanische Druckbeaufschlagung zu ermöglichen.In the 9b is the use of at least 3 of these fixation walls 28 outlined in the two-chamber bioreactor to a horizontal fixation of the graft 11 to achieve at the different flow conditions and to allow an ideal vertical perfusion and a mechanical pressurization.

Beispiel 10Example 10

Magnetsysteme zur Steuerung des Mini-Aktuators 14 Magnetic systems for controlling the mini-actuator 14

Die 10 stellen (dargestellt am Einkammerbioreaktor) charakteristische Vorrichtungen und Apparaturanordnungen für das kontaktlos steuerbare Stimulationsverfahren des Mini-Aktuators 14 auf das Transplantat 11 dar.The 10 (illustrated at Einkammerbioreaktor) characteristic devices and apparatus arrangements for the contactlessly controllable stimulation method of the mini-actuator 14 on the graft 11 represents.

In der 10a (Magnetischer Steuerungseffekt – Magnetanziehung) sind die charakteristische Vorrichtung und das Prinzip zur berührungslosen Kontrolle des magnetischen Mini-Aktuators 14 im Bioreaktor 1 zur Druckdeformation des Transplantates 11 aufgeführt. Die Ausrichtung der Permanentmagneten im Mini-Aktuator 14 erfolgt nach der vorherrschenden Magnetfeldrichtung, die durch extern angeordneten Kontrollmagneten 15 erzeugt wird. Durch diesen Kontrollmagneten 15, der z.B. mindestens ein Permanentmagnet oder mindestens eine Spule ist, wird ein definiertes (elektro-)magnetisches Feld generiert, welches mit seinen Feldlinien in den gesamten Bioreaktorraum 1 herein reicht und eine feldrichtungsabhängige Bewegung des Druckstempels des Mini-Aktuators 14 auslöst. In dem Beispiel der 10a wird durch den, hier exemplarisch oberhalb angeordneten, Kontrollmagneten 15 das Prinzip der Magnetanziehung aufgezeigt.In the 10a (Magnetic Control Effect - Magnetic Attraction) are the characteristic device and principle for non-contact control of the miniature magnetic actuator 14 in the bioreactor 1 for pressure deformation of the graft 11 listed. The orientation of the permanent magnets in the mini-actuator 14 occurs after the prevailing magnetic field direction, by externally arranged control magnet 15 is produced. Through this control magnet 15 , for example, is at least one permanent magnet or at least one coil, a defined (electro) magnetic field is generated, which with its field lines in the entire bioreactor space 1 in ranges and a field direction-dependent movement of the plunger of the mini-actuator 14 triggers. In the example of 10a is determined by the, here exemplarily above, control magnet 15 the principle of magnetic attraction shown.

In dem in der 10b (Magnetischer Steuerungseffekt – Magnetabstoßung) dargestellten Ausführungsbeispiel wird durch die Magnetabstoßung der zweite magnetische Steuerungseffekt zwischen dem magnetischen Kontrollsystems 15 und dem Mini-Aktuator 14 dargestellt. Durch einen Wechsel der Magnetfeldrichtung des Kontrollmagneten 15 ändert sich die Bewegungsrichtung des Mini-Aktuators 14, welcher nun abwärtsgerichtet auf das Transplantat 11 gesteuert wird. Durch Erhöhung der Leistung bzw. magnetische Flussdichte ausgehend vom Kontrollmagneten 15 verstärkt sich auch die Druckbelastung des Transplantates 11 bis zum Zielwert der in-vivo adaptiven Stimulation.In the in the 10b (Magnetic Control Effect - Magnet Repulsion), the magnetic repulsion becomes the second magnetic control effect between the magnetic control system 15 and the mini-actuator 14 shown. By changing the magnetic field direction of the control magnet 15 changes the direction of movement of the mini-actuator 14 , which now points downwards on the graft 11 is controlled. By increasing the power or magnetic flux density starting from the control magnet 15 the pressure load of the graft also increases 11 to the target value of in vivo adaptive stimulation.

Die 10c-10e zeigen Anordnungen von Steuerungselementen, mit denen es möglich ist, den Mini-Aktuator 14 zyklisch und mit hoher Frequenz in einem abgeschlossenen Bioreaktor 1 zu steuern.The 10c - 10e show arrangements of control elements with which it is possible to use the mini-actuator 14 cyclic and high frequency in a sealed bioreactor 1 to control.

Die 10c (Steuerung des Mini-Aktuators 14 mittels einer Kontrollmagnetführungsplatte) stellt eine Ausführungsform eines permanentmagnetischen Steuerungssystems dar. In dieser Magnetfeldvariante arbeitet eine Anordnung von mehreren Permanentmagneten 32 unterschiedlicher Größe, Polung und somit Feldstärke sowie -richtung auf einer linear gesteuerten Führungsplatte 31, die hier beispielhaft oberhalb des Reaktorprototyps positioniert ist.The 10c (Control of the mini-actuator 14 by means of a control magnetic guide plate) represents an embodiment of a permanent-magnetic control system. In this magnetic field variant, an arrangement of a plurality of permanent magnets operates 32 different size, polarity and thus field strength and direction on a linearly controlled guide plate 31 , which is positioned here by way of example above the reactor prototype.

Hierbei wird durch einen Linearmotor 29 eine Führungsschiene 30 mit den in der Magnethalterung 31 eingesetzten Permanentmagneten 32 angetrieben. Diese mobile Phase des Magnetsystems macht eine Bewegung des Bioreaktors 1 unnötig.This is done by a linear motor 29 a guide rail 30 with those in the magnet holder 31 used permanent magnets 32 driven. This mobile phase of the magnet system makes a movement of the bioreactor 1 unnecessary.

Das Steuerungssystem in 10d (Steuerung des Mini-Aktuators 14 mittels rotierenden Permanentmagneten) basiert ebenfalls auf einer Steuerung des magnetischen Druckstempels 14 mittels einer Dauermagnetenanordnung auf einer rotierenden Scheibe.The control system in 10d (Control of the mini-actuator 14 by means of rotating permanent magnets) is also based on a control of the magnetic plunger 14 by means of a permanent magnet arrangement on a rotating disk.

Hierbei treibt ein Stellmotor 29 eine Magnethalterung 31 mit eingepassten Permanentmagneten 32 alternierender Polungen in rotierender Weise an. Diese rotierende Magnethalterung kann beispielsweise mit vier alternierend gepolten Magneten 32 besetzt sein und bewirkt infolge dessen bei einer vollen Umdrehung zwei komplette Druckbeaufschlagungen auf das Transplantat 11. Die Kombination dieser Magnetbesetzung der Rotationsscheibe mit der Umdrehungsgeschwindigkeit des Stellmotors 29 ergibt eine höher frequente Magnetfeldänderung und demzufolge ein hochdynamisches Stimulationsschema auf das Transplantat 11. Die Vorderansicht verdeutlicht beide Magneteffekte des Rotationssystems anhand zweier Bioreaktoren 1. Die Ausführungsform dieser Vorrichtung ist für eine Vielzahl von Bioreaktoren 1 geeignet, solange diese exakt ober- bzw. unterhalb des Kontrollmagnetmittelpunktes platziert werden können.This drives a servomotor 29 a magnetic holder 31 with fitted permanent magnets 32 alternating polarities in a rotating manner. This rotating magnet holder can, for example, with four alternately poled magnets 32 be busy and causes as a result of a full turn two complete pressurizations on the graft 11 , The combination of this magnetic occupation of the rotating disk with the rotational speed of the servomotor 29 gives a higher frequency magnetic field change and consequently a highly dynamic stimulation scheme on the graft 11 , The front view illustrates both magnetic effects of the rotation system using two bioreactors 1 , The embodiment of this device is for a variety of bioreactors 1 suitable, as long as they can be placed exactly above or below the control magnetic center.

Die 10e (Steuerung des Mini-Aktuators 14 mittels Eisenkernspule 35) stellt eine Magnetvorrichtung basierend auf einer Spulenanordnung dar.The 10e (Control of the mini-actuator 14 by iron core coil 35 ) represents a magnetic device based on a coil arrangement.

Dieses Magnetspulensystem arbeitet mit einer Induktionsspule 35, die hier oberhalb des Bioreaktors 1 fixiert wird, unter Erzeugung eines definierten Elektromagnetfeldes, welches sich über die zugeführte elektrische Leistung stufenlos regeln lässt und somit jegliche Positionen des Mini-Aktuators 14 im Bioreaktorkorpus ermöglicht. Durch eine Umpolung der Stromrichtung erfolgt eine Umkehrung der vorhandenen Feldrichtung und des elektromagnetischen Effektes. Die verwendete Eisenkernspule 35 baut senkrecht zur Spulenwicklung ihr elektrisches Feld auf und wirkt auf den statischen Permanentmagneten des Mini-Aktuators 14 anziehend sowie abstoßend ein.This magnet coil system works with an induction coil 35 that's here above the bioreactor 1 is fixed, generating a defined electromagnetic field, which can be controlled continuously via the supplied electric power and thus any position of the mini-actuator 14 in the bioreactor corpus. By reversing the direction of the current, there is a reversal of the existing field direction and of the electromagnetic effect. The iron core coil used 35 builds up their electrical field perpendicular to the coil winding and acts on the static permanent magnet of the mini-actuator 14 attractive and disgusting.

Eine automatisierte Station dieses Systems besteht aus einer leistungsfähigen Spule 35 mit geringer Wärmeentwicklung mit einem angeschlossenen regulierbaren Transformator, dessen Leistung mittels eines Multimetermessgerätes überwacht wird. Darüber hinaus gewährleistet der Einsatz einer Mikrocontrollers die Ansteuerung eines Relais, welches den Strom in gewünschter Richtung schaltet, den gewünschten Effekt einer intermittierenden Druckapplizierung auf das Zellkonstrukt.An automated station of this system consists of a powerful coil 35 with low heat generation with a connected adjustable transformer whose performance is monitored by means of a multi-meter. In addition, the use of a microcontroller ensures the control of a relay, which switches the current in the desired direction, the desired effect of an intermittent Druckapplizierung on the cell construct.

Beispiel 11Example 11

Stimulationsschema im Zweikammerreaktorstimulation scheme in the two-chamber reactor

Die 11 zeigen das gesamte Stimulationsschema des neuartigen GMP-fähigen Bioreaktors 1. Hierbei laufen die mechanische Druckstimulation, die Perfusion und die scherkraftinduzierte Strömung in dem dreidimensionalen Transplantat 11 parallel ab.The 11 show the entire stimulation scheme of the novel GMP-capable bioreactor 1 , Here, the mechanical pressure stimulation, the perfusion and the shear-induced flow in the three-dimensional graft run 11 in parallel.

In der 11a (Perfusionsstimulierung ohne mechanische Belastung) erfolgt eine Stimulierung des Zellkonstruktes 11 nur über eine gerichtete Medienanströmung, die zu einer Konstruktpertundierung mit einer Scherkraftausübung auf die Zellmembran im μPa-Bereich führt. Dargestellt ist in diesem Verfahrensbeispiel eine kontinuierliche Nährmedienzufuhr in zwei Zuläufe 19, so dass jede Reaktorkammer versorgt wird, sich zuerst ein Konzentrationsausgleich im Transplantat 11 einstellt und hiernach, in Abhängigkeit der gewählten Volumenströme, sich eine obere- und untere Perfusionszone im Konstrukt ausbildet. Dieses verbrauchte Medium verlässt über zwei weitere Abläufe 19 den Reaktorraum. Während dieser Strömungsstimulierung erfolgt hier keine Druckbeaufschlagung, da der Druckstempel 14 vom Kontrollmagnetsystem 15 in eine obere Position im Bioreaktor 1 gehalten wird.In the 11a (Perfusion stimulation without mechanical stress) takes place stimulation of the cell construct 11 only via a directional media flow, which leads to a construct tethering with a shearing force on the cell membrane in the μPa range. Shown in this process example is a continuous nutrient media feed in two feeds 19 So that each reactor chamber is supplied, first a concentration balance in the graft 11 and thereafter, depending on the selected volume flows, an upper and lower perfusion zone is formed in the construct. This spent medium leaves via two further processes 19 the reactor room. During this flow stimulation takes place here no pressurization, since the plunger 14 from the control magnet system 15 in an upper position in the bioreactor 1 is held.

In der 11b (Perfusionsstimulierung und Stempelaufsatz) ist der zweite Schritt einer multiplen Stimulierung von Gewebeersatzmaterialien 11 in dem Bioreaktor 1 aufgezeigt. Zuerst werden, wie in diesem Beispiel, die Strömungsverhältnisse modifiziert. Über die 3-Wege-Ventile 6 wird der Nährmedienstrom nur in die untere Reaktorkammer geleitet, von wo es durch das Transplantat 11 perfundiert, den Stoffaustausch herbeiführt und den oberen Reaktorraum über ein Abfluss verlassen kann. Durch eine Umpolung des Kontrollmagnetsystems, hier einer Eisenkernspule 35 bei geringer Leistungsinduktion, kommt es zum Aufsatz des magnetischen Mini-Aktuators 14 auf den z.B. zylindrischen Gewebeersatz 11. Dieser Stempelaufsatz mit einer 0%-igen Konstruktdeformation markiert einen Umkehrpunkt des Mini-Aktuators 14 bei einer dynamischen hochfrequenten Deformation der Zellmatrix 11.In the 11b (Perfusion Stimulation and Stamp Attachment) is the second step in multiple stimulation of tissue replacement materials 11 in the bioreactor 1 demonstrated. First, as in this example, the flow conditions are modified. About the 3-way valves 6 The nutrient media stream is directed only into the lower reactor chamber from where it passes through the graft 11 perfused, causes the mass transfer and can leave the upper reactor space via a drain. By reversing the polarity of the control magnet system, here an iron core coil 35 with low power induction, it comes to the attachment of the magnetic mini-actuator 14 on the eg cylindrical tissue replacement 11 , This stamp attachment with a 0% construct deformation marks a reversal point of the miniature actuator 14 at a dynamic high frequency Deformation of the cell matrix 11 ,

Im nächsten Schritt des Stimulationsverfahrens wird, wie in 11c (Perfusionsstimulierung und mechanische Belastung) dargestellt, die von der Spule 35 ausgehende Magnetfeldstärke erhöht. Das Resultat dieser erhöhten magnetischen Flussdichte ist eine verstärkte Kompression des Transplantates 11 auf die gewünschte Zieldeformation, die vorzugsweise in-vivo-ähnliche Prozesse imitiert. Nach dieser erfolgten Druckstimulation kann in intermittierender Verfahrensweise ein Wechsel zwischen Zellreizung und Stempelaufsatzes herbeigeführt werden.In the next step of the stimulation procedure, as in 11c (Perfusion stimulation and mechanical stress) shown by the coil 35 increased outgoing magnetic field strength. The result of this increased magnetic flux density is increased compression of the graft 11 to the desired target formation, which mimics preferably in vivo-like processes. After this pressure stimulation has taken place, a change between cell irritation and stamp attachment can be brought about in an intermittent procedure.

Auch eine statische Kompression des Ersatzmaterials ist mit dem aufgeführten Apparatur und dem dargelegten Verfahren möglich.Also a static compression of the replacement material is with the listed equipment and the method set out.

Grundsätzlich kann während dieser mechanischen Belastung eine gerichtete Konstruktperfusion durch die Trägermatrix eingeführt werden, welche den Zellen benötigte Nutrienten liefert und Metaboliten abführt, die vor allem während stoffwechselaktiver Phasen, wie z.B. bei der Proliferation und der Differenzierung (extrazelluläre Matrixsynthese), ausgetauscht werden.Basically while This mechanical stress is a directed construct perfusion through the carrier matrix introduced which needed the cells Nutrients provides and dissipates metabolites, especially during metabolic activity Phases, e.g. in proliferation and differentiation (extracellular matrix synthesis), be replaced.

Nachdem das Druckbelastungsprotokoll abgearbeitet wurde, führt man die Stempelvorrichtung in den Ausgangszustand zurück, perfundiert die Zellkultur z.B. weiter kontinuierlich und entnimmt, z.B. bei ausreichend synthetisierter extrazellulärer Matrix, das Transplantat 11.After the pressure load protocol has been processed, the stamper is returned to its original state, for example, it continues to perfuse the cell culture continuously and, for example, with sufficiently synthesized extracellular matrix, removes the transplant 11 ,

11
Bioreaktorbioreactor
22
Mediumreservoirmedium reservoir
33
SupplementenreservoirSupplement reservoir
44
Schlauchsystemhose system
55
Umwälzpumpecirculating pump
66
3-Wege-Ventil3-way valve
77
4-Wege-Ventil4-way valve
88th
ProbennahmestreckeSampling distance
99
Biosensoren Glu/Lacbiosensors Glu / Lac
1010
Messsonden pH, pCO2, pO2 Measuring probes pH, pCO 2 , pO 2
1111
Transplantatgraft
1212
Zellen/GewebeCells / tissue
1313
Stützmatrixsupport matrix
1414
Mini-AktuatorMini-actuator
1515
Kontrollmagnetcontrol solenoid
1616
poröses Sintermaterialporous sintered material
1717
Klarglasclear glass
1818
Durchlässige MembranPermeable membrane
1919
Schlauchkupplung/Luer-AnschlussHose coupling / Luer connector
2020
Quetschringcrimp
2121
Reaktorverschlussreactor closure
2222
Permanentmagnetpermanent magnet
2323
Hüllkörperenveloping body
2424
Stempelflächestamp surface
2525
EinsaatkolbenEinsaatkolben
2626
Stempelstamp
2727
Schiebeplattesliding plate
2828
Fixierwandfixing wall
2929
Stellmotorservomotor
3030
Führungsschieneguide rail
3131
Magnethalterungmagnetic holder
3232
Permanentmagnetpermanent magnet
3333
Strömungskanäleflow channels
3434
Verlängerungsstegextension web
3535
SpuleKitchen sink

Claims (57)

Verfahren zum Kultivieren und Stimulieren von dreidimensionalen, vitalen und mechanisch widerstandsfähigen Zelltransplantaten in einem GMP-geeigneten Bioreaktor, mit den Verfahrensschritten a) das dem Organismus entnommene, mit an sich bekannten Methoden zur Bioreaktorkultivierung aufbereitete Explantatszellen (12) und aus handelsüblichen biokompatiblen, -resorbierbaren oder autologen oder homologen Materialien bestehende Trägermatrizes (13) nach deren Mischung als Zellmatrixsuspension b) in einen, gegebenenfalls folierten, Einsaatkolben (25) mit beliebigen, dem späteren Transplantat angepassten Querschnitt eingebracht wird und dort aushärtet bzw. polymerisiert, c) gegebenenfalls hierbei mittels eines passgenauen, inerten, gegebenenfalls strukturierten oder folierten Stempels (26) mit minimalen Druck belastet wird, d) der Einsaatkolben mit dem Transplantat (11) in den Kammerraum des Bioreaktorkorpus eingeführt wird, e) wo das Transplantat (11) aus dem Einsaatkolben (25) auf dem Bioreaktorboden medial aufgebracht und der Biorektor (1) nach Entfernung des Einsaatkolbens verschlossen wird, f) wo das Transplantat durch den Eintrag von Perfusionsströmung weiter kultiviert wird und g) nach Abschluss der Kultivierung das Gewebeersatzmaterial zur weiteren Verwendung entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Transplantat in der Phase der Kultivierung auf der dem Bioreaktorboden gegenüberliegenden Oberfläche durch Druck belastet wird.Method for cultivating and stimulating three-dimensional, vital and mechanically resistant cell transplants in a GMP-suitable bioreactor, with the method steps a) the explant cells removed from the organism and processed using methods known per se for bioreactor culturing ( 12 ) and from commercially available biocompatible, resorbable or autologous or homologous materials existing carrier matrices ( 13 ) after mixing them as a cell matrix suspension b) in a, optionally foiled, sown flask ( 25 ) is introduced with any desired cross section adapted to the later graft and hardens or polymerizes there, c) if appropriate in this case by means of a precisely fitting, inert, optionally structured or foiled stamp ( 26 ) is loaded with minimal pressure, d) the sowing flask with the graft ( 11 ) is introduced into the chamber space of the bioreactor body, e) where the graft ( 11 ) from the sowing flask ( 25 ) is applied medially to the bioreactor bottom and the biorector ( 1 f) where the graft is further cultured by the introduction of perfusion flow, and g) after the completion of the cultivation, the tissue replacement material is removed for further use, characterized in that the graft is cultivated on the Bioreactorboden opposite surface is loaded by pressure. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Transplantat durch einen den Druck vermittelnden Stempel belastet wird.Method according to claim 1, characterized in that that the graft through a pressure-imparting stamp is charged. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Durchmischung des Bioreaktorraumes durch den Eintrag von Perfusionsströmung als auch der einen Druck auf das Transplantat vermittelnden Stempel in Abhängigkeit von den Kultivierungsbedingungen zeitlich und in der Menge bzw. Stärke steuerbar sind.Method according to Claims 1 and 2, characterized that both the mixing of the bioreactor space by the entry of perfusion flow as well as the pressure on the graft mediating stamp dependent on of the conditions of cultivation in time and in quantity or Strength are controllable. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Transplantat intervallartig mit konditionierten Nährmedium durchströmt wird und zyklisch mit dem Druck vermittelnden Stempel belastet wird.Method according to Claims 1 to 3, characterized that the graft intermittently with conditioned nutrient medium flows through is cyclically loaded with the pressure-imparting stamp. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbelastung des Transplantates während der Perfundierung erfolgt.Method according to Claims 1 to 4, characterized that the pressure load of the graft occurs during the perfusion. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Transplantat in Abhängigkeit von der Verwendung mit statischen, vorzugsweise mit in-vivo-ähnlichen Druckbelastungen bzw. Konstruktdeformationen gereizt wird oder kontinuierlich mit intermittierenden bzw. dynamischen Druckkräften belastet wird.Method according to Claims 1 to 5, characterized that the graft is dependent on of use with static, preferably with in vivo-like Pressure loads or construct deformations is irritated or continuously with intermittent or dynamic pressure forces is charged. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Belastungen mit einer Frequenz von mehr als 0,1 Hz erfolgen.Method according to Claims 1 to 6, characterized that the mechanical loads with a frequency of more than 0.1 Hz. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Druckstimulierung die Form einer symmetrischen oder unsymmetrischen Cosinus- oder Sinushalbwelle aufweist.Method according to Claims 1 to 7, characterized that the mechanical pressure stimulation takes the form of a symmetrical or unbalanced cosine or sine half-wave. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der aus einem magnetischen Material bestehende Druckstempel durch ein außerhalb des Bioreaktors erzeugtes (elektro-) magnetisches Feld längs zur Oberfläche des Transplantates im Bioreaktor bewegt wird.Method according to Claims 1 to 8, characterized that of a magnetic material existing plunger through an outside the bioreactor generated (electro) magnetic field along the surface of the graft in the bioreactor is moved. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Feld durch mindestens einen Permanentmagneten erzeugt wird.Method according to Claims 1 to 9, characterized that the magnetic field by at least one permanent magnet is produced. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens zwei Permanentmagneten mit alternierender Polung auf einer mobilen Halterung oberhalb des Bioreaktors angeordnet sind und zyklisch von einem Stellmotor angetrieben, ihre Position wechseln, wodurch der Druckstempel alternierend auf das Transplantat drückt.Method according to claims 1 to 10, characterized in that that at least two permanent magnets with alternating polarity arranged on a mobile bracket above the bioreactor are cyclically driven by a servomotor, their position change, causing the plunger alternating on the graft suppressed. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule eines Elektromagneten hochfrequent ihre Stromrichtung und Spannung und somit Feldrichtung und magnetische Flussdichte über den Bioreaktor ändert, wodurch der Druckstempel alternierend auf das Transplantat drückt.Method according to Claims 1 to 8, characterized that the coil of an electromagnet high frequency their current direction and voltage and thus field direction and magnetic flux density over the Bioreactor changes, whereby the plunger alternately presses on the graft. Bioreaktor zum Kultivieren und Stimulieren von dreidimensionalen, vitalen und mechanisch widerstandsfähigen Zelltransplantaten in einem GMP-geeigneten Bioreaktor, dadurch gekennzeichnet, dass der Bioreaktor (1) aus einem Grundkörper mit einem Reaktorverschluss (21) druckdicht und steril verbunden ist und mindestens einen Reaktorraum bildet, in dem eine Ablagefläche für ein Transplantat (11) sowie ein Mini-Aktuator (14) implementiert und der Bioreaktor (1) mit wenigstens zwei Schlauchkupplungsanschlüssen (19) für die Mediumzufuhr und Mediumabfuhr bzw. zur Begasung versehen ist.Bioreactor for culturing and stimulating three-dimensional, vital and mechanically resistant cell transplants in a GMP-suitable bioreactor, characterized in that the bioreactor ( 1 ) from a base body with a reactor closure ( 21 ) is pressure-tight and sterile connected and forms at least one reactor space in which a storage area for a transplant ( 11 ) and a mini-actuator ( 14 ) and the bioreactor ( 1 ) with at least two hose coupling connections ( 19 ) is provided for the medium supply and medium removal or for gassing. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellkulturkonstrukte (11) direkt oder indirekt auf dem Bioreaktorboden eines Einkammerbioreaktors (1) kultivierbar und stimulierbar sind.Device according to claim 13, characterized in that the cell culture constructs ( 11 ) directly or indirectly on the bioreactive bottom of a single-chamber bioreactor ( 1 ) are cultivable and stimulable. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellkulturkonstrukte (11) direkt oder indirekt, zumindest partiell, auf einer Bodenfläche der oberen Reaktionskammer eines Zweikammerbioreaktors zur Züchtung und Stimulierung liegt, während sich unterhalb dieses Transplantates (11) ein zweiter Reaktorraum befindet.Device according to claim 13, characterized in that the cell culture constructs ( 11 ) is directly or indirectly, at least partially, on a bottom surface of the upper reaction chamber of a two-chamber bioreactor for breeding and stimulation, while below this graft ( 11 ) is a second reactor space. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Bioreaktor (1) mit einem Transplantatseinsatz auf dem Boden der oberen Reaktorkammer versehen ist, in den die Zellkonstrukte (11) einlegbar sind.Device according to claim 14 or 15, characterized in that the bioreactor ( 1 ) is provided with a graft insert on the bottom of the upper reactor chamber into which the cell constructs ( 11 ) can be inserted. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter des Bioreaktors (1) einen hohlzylinderförmigen Korpus aufweist, der auf der Oberseite von einem Reaktorverschluss (21) abgeschlossen ist.Device according to one of claims 13 to 16, characterized in that the container of the bioreactor ( 1 ) has a hollow-cylindrical body, which on the upper side of a reactor closure ( 21 ) is completed. Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Reaktorverschlusseinheit (21) und der Bioreaktor (1) durch eine Gewindeverbindung und wenigstens einem Dichtring (20) miteinander dergestalt verbunden sind, dass entweder die Gewindeverbindung zwischen dem Reaktorverschluss (21) und dem Behälter (1) durch ein Innengewinde in dem Behälter (1) und ein damit zusammenarbeitendes Außengewinde in dem Reaktorverschluss (21) oder die Gewindeverbindung zwischen dem Reaktorverschluss (21) und dem Behälter (1) durch ein Außengewinde in dem Behälter (1) und ein damit zusammenarbeitendes Innengewinde in dem Reaktorverschluss (21) hergestellt ist.Apparatus according to claim 13 to 17, characterized in that the or the reactor closure unit ( 21 ) and the bioreactor ( 1 ) by a threaded connection and at least one sealing ring ( 20 ) are connected to one another in such a way that either the threaded connection between the reactor closure ( 21 ) and the container ( 1 ) by an internal thread in the container ( 1 ) and a cooperating external thread in the reactor closure ( 21 ) or the threaded connection between the reactor closure ( 21 ) and the container ( 1 ) by an external thread in the container ( 1 ) and a cooperating internal thread in the reactor closure ( 21 ) is made. Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der als Deckel ausgeführte Reaktorverschluss (21) mit Biosensoren (9) und/oder Messsonden (10) versehen ist.Apparatus according to claim 13 to 18, characterized in that the lid designed as reactor closure ( 21 ) with biosensors ( 9 ) and / or measuring probes ( 10 ) is provided. Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (21) mit einer Probennahmestrecke (10) versehen ist.Apparatus according to claim 13 to 19, characterized in that the lid ( 21 ) with a sampling line ( 10 ) is provided. Vorrichtung nach Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper des Bioreaktors (13) in der Ausführung als Einkammer bioreaktor mit mindestens je einer Zu- und Ablaufbohrung für die Einrichtung von Schlauchkupplungsanschlüssen (19) versehen ist.Device according to claims 13 to 20, characterized in that the basic body of the bioreactor ( 13 ) in the embodiment as a single-chamber bioreactor with at least one each inlet and Ablaufboh for the installation of hose coupling connections ( 19 ) is provided. Vorrichtung nach Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper des Bioreaktors (1) in der Ausführung als Zweikammerbioreaktor mit mindestens zwei Bohrungen für die Einrichtung von Schlauchkupplungsanschlüssen (19) versehen ist.Device according to claims 13 to 20, characterized in that the basic body of the bioreactor ( 1 ) in the version as a two-chamber bioreactor with at least two holes for the installation of hose coupling connections ( 19 ) is provided. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass im Zweikammerbioreaktor mindestens je ein Schlauchkupplungsanschluss (19) in den unteren und oberen Reaktionsraum eingelassen ist.Apparatus according to claim 22, characterized in that in the two-chamber bioreactor at least one hose coupling connection ( 19 ) is embedded in the lower and upper reaction space. Vorrichtung nach Anspruch 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Bioreaktorkammern mündenden Zulaufanschlüsse (19) und Ablaufanschlüsse (19) mit einem 3-Wege-Ventil (6) oder mit einem 4-Wege-Ventil (7) mit Rückschlagsfunktion versehen sind.Apparatus according to claim 21 to 23, characterized in that the opening into the bioreactor chambers inlet connections ( 19 ) and drain connections ( 19 ) with a 3-way valve ( 6 ) or with a 4-way valve ( 7 ) are provided with kickback function. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer der Ablaufanschlüsse (19) mit einer Probennahmestrecke (10) versehen sind.Apparatus according to claim 24, characterized in that at least one of the drain connections ( 19 ) with a sampling line ( 10 ) are provided. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung der Transplantatherstellung der Bioreaktor (1) am Reaktorboden vollständig oder teilweise aus einem transparenten Material, vorzugsweise einer Klarglasscheibe (17) besteht.Device according to at least one of claims 13 to 25, characterized in that for monitoring the transplant production of the bioreactor ( 1 ) at the bottom of the reactor completely or partly from a transparent material, preferably a clear glass pane ( 17 ) consists. Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass über dem Reaktorboden des Bioreaktors (1) eine Folie, Vlies oder Membrane (18) aus einem antistatischen oder inerten Material zur Auflage des Transplantates (11) angeordnet ist und dieses Material vorzugsweise weitmaschig, licht-, fluid- und gasdurchlässig ist.Apparatus according to claim 13 to 26, characterized in that above the reactor bottom of the bioreactor ( 1 ) a film, fleece or membrane ( 18 ) of an antistatic or inert material for supporting the transplant ( 11 ) is arranged and this material is preferably weitmaschig, light, fluid and gas permeable. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Reaktorkammer des Bioreaktors (1) bei Ausführung als Zweikammerreaktor in ihrer Grundfläche der Transplantatsgrundfläche entspricht, während die Abmaße der unteren Kammer unter denen des Transplantates (11) liegen, so dass bei einer mediale Zellkulturauflage dieses Konstrukt größtenteils über der unteren Kammer liegt und teilweise auf dem Reaktorboden der oberen Kammer.Device according to at least one of claims 13 to 27, characterized in that the upper reactor chamber of the bioreactor ( 1 ) when designed as a two-chamber reactor in its base area of the graft base area, while the dimensions of the lower chamber below those of the graft ( 11 ), so that in a medial cell culture overlay, this construct is largely overlying the lower chamber and partially on the reactor bottom of the upper chamber. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass den Raum der unteren Reaktorkammer eine flache Scheibe (16) aus biologisch inertem, lichtdurchlässigem, weitporigem Material ausfüllt, vorzugsweise aus porösem Sintermaterial, so dass ein ebener Reaktorbodenabschluss aus dieser Scheibe (16) und dem Boden der oberen Reaktorkammer gebildet wird.Apparatus according to claim 28, characterized in that the space of the lower reactor chamber a flat disc ( 16 ) of biologically inert, translucent, wide-pore material, preferably of porous sintered material, so that a flat reactor bottom conclusion of this disc ( 16 ) and the bottom of the upper reactor chamber is formed. Vorrichtung nach Anspruch 28 und 29, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der durch die Scheibe (16) ausgefüllten unteren Reaktorkammer auf dem sich in der oberen Reaktorkammer bildenden Reaktorboden des Zweikammerbioreaktors (1) eine Folie, Vlies oder Membrane (18) aus einem antistatischen oder inerten Material zur Auflage des Transplantates (11) angeordnet ist und dieses Material vorzugsweise weitmaschig, licht-, fluid- und gasdurchlässig ist.Apparatus according to claim 28 and 29, characterized in that above the through the disc ( 16 ) filled lower reactor chamber on the forming in the upper reactor chamber reactor bottom of the two-chamber bioreactor ( 1 ) a film, fleece or membrane ( 18 ) of an antistatic or inert material for supporting the transplant ( 11 ) is arranged and this material is preferably weitmaschig, light, fluid and gas permeable. Vorrichtung nach Anspruch 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten, welche sich im Zweikammerbioreaktor (1) unterhalb des Transplantates (11) befinden, wie die transparente Scheibe (17), die untere Kammer mit eingelegtem porösen Material (16) und eine weitmaschige Membrane (18), eine Gesamthöhe innerhalb der Brennweite von handelsüblichen Mikroskop- und Kameraobjektiven nicht überschreiten.Apparatus according to claim 28 to 30, characterized in that the components which are in the two-chamber bioreactor ( 1 ) below the graft ( 11 ), like the transparent pane ( 17 ), the lower chamber with inserted porous material ( 16 ) and a wide-meshed membrane ( 18 ), do not exceed an overall height within the focal length of commercially available microscope and camera lenses. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein magnetischer, vorzugsweise kolbenähnlicher, Mini-Aktuator (14) in dem Bioreaktor (1) angeordnet ist, der von einem oder mehreren extern angeordneten Kontroll- und Steuermagneten (15) durch den Bioreaktor (1) gesteuert bewegt wird.Apparatus according to claim 1, characterized in that a magnetic, preferably piston-like, miniature actuator ( 14 ) in the bioreactor ( 1 ) arranged by one or more externally arranged control and control magnets ( 15 ) through the bioreactor ( 1 ) is moved under control. Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Mini-Aktuator (14) im Einkammerbioreaktor (1) oberhalb der Membran (18) und dem Transplantat (11) im Bioreaktorraum angeordnet ist.Apparatus according to claim 13 to 32, characterized in that the miniature actuator ( 14 ) in the single-compartment bioreactor ( 1 ) above the membrane ( 18 ) and the graft ( 11 ) is arranged in the bioreactor space. Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Mini-Aktuator (14) im Zweikammerbioreaktor (1) oberhalb des porösen Materials (16), der Membran (18) und dem Transplantat (11) in dem oberen Reaktorraum angeordnet ist.Apparatus according to claim 13 to 32, characterized in that the miniature actuator ( 14 ) in the two-chamber bioreactor ( 1 ) above the porous material ( 16 ), the membrane ( 18 ) and the graft ( 11 ) is arranged in the upper reactor space. Vorrichtung nach den Ansprüchen 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der zu implementierende magnetische Mini-Aktuator (14) aus einem magnetischen Kernkörper (22), vorzugsweise aus einem Permanentmagneten, aufgebaut ist, der in einem biologisch inertem Hüllkörper (23), vorzugsweise Kunststoff, eingekapselt ist.Device according to claims 32 to 34, characterized in that the magnetic mini-actuator ( 14 ) from a magnetic core body ( 22 ), preferably of a permanent magnet, constructed in a biologically inert envelope ( 23 ), preferably plastic, is encapsulated. Vorrichtung nach Anspruch 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Kernkörper (22) so ausgerichtet ist, dass das sich zwischen den Polen ausbildende Feld senkrecht zum Transplantat (11) verläuft, so dass der magnetische Nordpol des gesamten Mini-Aktuators (14) aufwärts ausgerichtet ist.Device according to claim 32 to 35, characterized in that the magnetic core body ( 22 ) is oriented so that the field forming between the poles perpendicular to the graft ( 11 ), so that the magnetic north pole of the entire miniature actuator ( 14 ) is oriented upward. Vorrichtung nach Anspruch 32 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass der den Kernmagneten (22) umgebende biokompatible Hüllkörper (23) in seiner äußeren Form der Querschnittsform der Reaktorkammer des Bioreaktors (1) entspricht.Apparatus according to claim 32 to 36, characterized in that the core magnet ( 22 ) surrounding biocompatible enveloping bodies ( 23 ) in its outer shape of the cross-sectional shape of the reactor chamber of the bioreactor ( 1 ) corresponds. Vorrichtung nach Anspruch 32 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamthöhe des Hüllkörpers (23) so gewählt ist, das es bei einer Implementierung des Mini-Aktuators (14) in den Reaktorraum zu einer senkrecht ausgerichteten Führung des Druckstempels des Mini-Aktuators (14) auf das Transplantat (11) kommt.Apparatus according to claim 32 to 37, characterized in that the total height of the envelope body ( 23 ) is selected in an implementation of the mini-actuator ( 14 ) in the reactor space to a vertically oriented guide of the plunger of the mini-actuator ( 14 ) on the graft ( 11 ) comes. Vorrichtung nach Anspruch 32 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass der kolbenförmige Mini-Aktuator (14) aus mehr als einem Hüllkörper zylinder besteht, so dass ein Hüllkörperzylinder, vorzugsweise der obere, den eingekapselten Permanentmagneten beinhaltet und ein weiterer Zylinder der Stempelaufprägung (24) dient, wobei die räumlich getrennten Zylinder über einen Steg (34) oder eine funktionsgleiche Verbindung miteinander verbunden sind.Apparatus according to claim 32 to 38, characterized in that the piston-shaped mini-actuator ( 14 ) consists of more than one envelope cylinder, so that an envelope body cylinder, preferably the upper, the encapsulated permanent magnet includes and another cylinder of the stamp imprint ( 24 ), wherein the spatially separated cylinder via a web ( 34 ) or a functionally identical connection are connected to each other. Vorrichtung nach Anspruch 32 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Hüllkörper (23) gebildete planare Stempelfläche (24) an der Unterseite des Mini-Aktuators (14) senkrecht zu der Führungsrichtung im Bioreaktorraum (1) verläuft.Apparatus according to claim 32 to 39, characterized in that the by the envelope body ( 23 ) formed planar stamp surface ( 24 ) on the underside of the miniature actuator ( 14 ) perpendicular to the guiding direction in the bioreactor space ( 1 ) runs. Vorrichtung nach Anspruch 32 und 40, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Stempelfläche (24) des Mini-Aktuators (14) organotypische Negativformen, wie z.B. eine Wölbung, aufgeprägt sind.Apparatus according to claim 32 and 40, characterized in that on the stamp surface ( 24 ) of the miniature actuator ( 14 ) organotypic negative forms, such as a curvature, are imprinted. Vorrichtung nach Anspruch 32 und 41, dadurch gekennzeichnet, dass die planare oder geformte Stempelfläche (24) eine Prägung in Form einer Gitterstruktur zur Vergrößerung der Stempeloberfläche aufweist, vorzugsweise mit kleinmaschiger Struktur.Device according to claim 32 and 41, characterized in that the planar or shaped stamp surface ( 24 ) has an embossing in the form of a lattice structure for enlarging the stamp surface, preferably with a small-meshed structure. Vorrichtung nach Anspruch 32 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllkörper (24) des Mini-Aktuators (14) mit Bohrungen und/oder Strömungskanälen (33) so versehen ist, dass über mindestens 3 Stellen des Außendurchmessers eine passgenaue, vertikale Führung des Mini-Aktuators (14) weiter gewährleistet ist.Apparatus according to claim 32 to 42, characterized in that the enveloping body ( 24 ) of the miniature actuator ( 14 ) with bores and / or flow channels ( 33 ) is provided so that over at least 3 points of the outer diameter of a precisely fitting, vertical guidance of the mini-actuator ( 14 ) is guaranteed. Vorrichtung nach Anspruch 32 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Stempelfläche (24) des Mini-Aktuators (14) mit mindestens einer Führungsnase versehen ist, welche in ihrer passgenau eingelassenen Führungsschiene im Bioreaktorkorpus vertikal gleitet.Apparatus according to claim 32 to 43, characterized in that the stamp surface ( 24 ) of the miniature actuator ( 14 ) is provided with at least one guide lug, which slides vertically in their accurately inserted guide rail in Bioreaktorkorpus. Vorrichtung nach Anspruch 32 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass der außerhalb des Bioreaktors (1) angeordneter Kontroll- und Steuerungsmagnet (15) mit dem von ihm ausgehenden (elektro-)magnetischen Feld eine gerichtete Bewegung des implementierten Mini-Aktuators (14), mit seinem nach oben ausgerichteten magnetischen Nordpol des Permanentmagneten (22), hervorruft.Apparatus according to claim 32 to 44, characterized in that the outside of the bioreactor ( 1 ) arranged control and control magnet ( 15 ) with the outgoing from him (electro) magnetic field, a directed movement of the implemented mini-actuator ( 14 ), with its upward magnetic north pole of the permanent magnet ( 22 ). Vorrichtung nach Anspruch 32 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontroll- und Steuerungsmagnet (15) in einer senkrechten Achse zum Druckstempel (14) medial, vorzugsweise oberhalb des Druckstempels (14), angeordnet ist und in Abhängigkeit von der Polung den Mini-Aktuator (14) auf und ab bewegt, woraus eine Veränderung des Druckes auf das Transplantat (11) folgt.Apparatus according to claim 32 to 45, characterized in that the control and control magnet ( 15 ) in a vertical axis to the plunger ( 14 ) medially, preferably above the plunger ( 14 ), and depending on the polarity of the miniature actuator ( 14 moved up and down, resulting in a change in the pressure on the graft ( 11 ) follows. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontroll- und Steuermagnet (15) aus mindestens zwei Permanentmagneten (32) mit unterschiedlicher senkrechter Magnetpolrichtung besteht, die in eine quaderförmige Magnethalterung (31) eingesetzt sind und durch einen Stellmotor (29) und einer Führungsschiene (30) über den Bioreaktor (1) zyklisch in ihrer horizontalen Position versetzt werden.Apparatus according to claim 32, characterized in that the control and control magnet ( 15 ) of at least two permanent magnets ( 32 ) with different vertical magnetic pole direction, in a cuboid magnetic holder ( 31 ) are used and by a servomotor ( 29 ) and a guide rail ( 30 ) over the bioreactor ( 1 ) are cyclically offset in their horizontal position. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontroll- und Steuermagnet (15) aus mindestens zwei Permanentmagneten (32) mit unterschiedlicher senkrechter Magnetpolrichtung besteht, die in eine scheibenförmige Magnethalterung (31) eingesetzt sind und durch den Rotationsantrieb eines Stellmotors (29) zyklisch über den Bioreaktor (1) hinweggeführt werden.Apparatus according to claim 32, characterized in that the control and control magnet ( 15 ) of at least two permanent magnets ( 32 ) with different vertical magnetic pole direction, which in a disc-shaped magnetic holder ( 31 ) are used and by the rotational drive of a servomotor ( 29 ) cyclically via the bioreactor ( 1 ) are carried away. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die in ihrer horizontalen Position fest fixierten Bioreaktoren über eine vertikale Bewegung an die Magnethalterung (31) mit den Permanentmagneten (32) mittels Schrittmotor herangeführt werden, um den jeweiligen Feldeffekt zu steigern und höhere Druckkräfte auf das Transplantat (11) zu generieren.Apparatus according to claim 32, characterized in that the fixed in its horizontal position bioreactors via a vertical movement of the magnetic holder ( 31 ) with the permanent magnets ( 32 ) are introduced by means of a stepper motor in order to increase the respective field effect and higher pressure forces on the graft ( 11 ) to generate. Vorrichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Bioreaktoren (11) in einer Station so angeordnet werden, dass ihre Mini-Aktuatoren (14) von nur einem permanentmagnetischen Kontrollsystem kontaktlos angetrieben werden.Apparatus according to claim 49, characterized in that at least two bioreactors ( 11 ) are arranged in a station so that their mini-actuators ( 14 ) are driven without contact by only one permanent magnetic control system. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontroll- und Steuermagnet (15) als Elektromagnet mit mindestens einer Induktionsspule (35) ausgeführt ist, deren Feld mit an sich bekannten Mitteln stufenlos regelbar ist.Apparatus according to claim 32, characterized in that the control and control magnet ( 15 ) as an electromagnet with at least one induction coil ( 35 ) is carried out, the field is infinitely variable by means known per se. Vorrichtung nach Anspruch 32 und 51, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspule (35) hochfrequent mit veränderbarer Frequenz angesteuert wird, um hochdynamische Magnetfeldänderungen und Bewegungen des Mini-Aktuators (14) auf das Transplantat (11) hervorzurufen.Device according to claim 32 and 51, characterized in that the induction coil ( 35 ) high frequency with variable frequency to high-dynamic magnetic field changes and movements of the mini-actuator ( 14 ) on the graft ( 11 ). Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass ein, vorzugsweise zylindrischer, Einsaatkolben (25) mit einem Innendurchmesser, der dem Außendurchmesser des Transplantates entspricht, vorgesehen ist zum Einspritzen der Zellen (12) und der Trägermatrix (13) auf eine bewegliche Schiebeplatte (27).Apparatus according to claim 13 to 52, characterized in that a, preferably cylindrical, seed flask ( 25 ) having an inner diameter corresponding to the outer diameter of the graft, is provided for injecting the cells ( 12 ) and the carrier matrix ( 13 ) on a movable sliding plate ( 27 ). Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Schiebeplatte (27) und der Innenraum des Einsaatkolbens (25) mit einer inerten Membrane, Folie bzw. Polymervlies überzogen sind.Apparatus according to claim 13 to 53, characterized in that the movable sliding plate ( 27 ) and the interior of the sowing flask ( 25 ) are coated with an inert membrane, film or polymer fleece. Vorrichtung nach Anspruch 53 und 54, dadurch gekennzeichnet, dass in den Einsaatkolben (25) ein passgenauer Stempel (26) mit einer planaren Stempelfläche oder einer organotypischen Negativform leicht auf die Zellsuspension aufgesetzt ist.Device according to claims 53 and 54, characterized in that in the sowing flasks ( 25 ) a precise stamp ( 26 ) is easily placed on the cell suspension with a planar stamp surface or an organotypic negative mold. Vorrichtung nach Anspruch 53 bis 55, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Einsaatkolbens (25) passgenau dem Innendurchmesser des Bioreaktors (1) entspricht.Apparatus according to claim 53 to 55, characterized in that the outer diameter of the sowing piston ( 25 ) precisely to the inner diameter of the bioreactor ( 1 ) corresponds. Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 56, dadurch gekennzeichnet, dass am Reaktorboden des Bioreaktors (1) mindestens 3 Fixierwände (28) eingelassen sind, die in ihren Abmaßen einer Transplantatseinlage entgegen kommen und die Druckkompression nicht behindern.Apparatus according to claim 13 to 56, characterized in that at the reactor bottom of the bioreactor ( 1 ) at least 3 fixing walls ( 28 ) are admitted, which meet in their dimensions of a graft insert and not hinder the pressure compression.
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