DE10350972A1

DE10350972A1 - Kultivierungssystem zur Herstellung von biotechnologischen Produkten

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Publication number: DE10350972A1
Application number: DE2003150972
Authority: DE
Original assignee: DELTA T GES fur MEDIZINTECHNI; Delta T Gesellschaft fur Medizintechnik Mbh
Current assignee: DELTA T GES fur MEDIZINTECHNI; Delta T Gesellschaft fur Medizintechnik Mbh
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2005-08-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Produktion von pharmazeutischen Produkten, insbesondere von Antikörpern, Vakzinen, viralen Partikeln und Proteinen, in einem Behälter, der ein Gefüge mit immobilisierten Zellen oder Mikroorganismen beinhaltet.

Description

Bei der Herstellung vieler biotechnologischer Produkte kommen sowohl Mikroorganismen als auch tierische Zellkulturen zum Einsatz. Einige dieser Zellen und Mikroorganismen benötigen für ihr Wachstum eine entsprechende Oberfläche, um sich daran anzuheften und sich vermehren zu können.

So haben z. B. adhärente tierische Zellen mittlerweile einen festen Platz bei der Produktion von biotechnologisch hergestellten Medikamenten. Als bekannteste Beispiele sind hier, monoklonale Antikörper, Vakzine oder virale Partikel zur somatischen Gentherapie zu nennen.

Diese Produkte lassen sich zum großen Teil ausschließlich mit humanen oder tierischen Zelllinien herstellen. Viele dieser Zelllinien müssen auf einer Oberfläche anheften können, um sich zu vermehren und die gewünschten Produkte zu produzieren. Diese Eigenschaft nennt sich Adhärenz. Es ist daher erforderlich, den Zellen eine ausreichende Oberfläche zum Anheften zu bieten, die es erlaubt, die Zellen in möglichst hohen Dichten zu kultivieren, um maximale Raum-Zeit-Ausbeuten des Produktes zu erhalten. Des Weiteren benötigen die Zellen oder Mikroorganismen entsprechende Kultivierungsbedingungen, was wiederum eine geeignete mit technischen Einrichtungen ausgestattete Kulturkammer erforderlich macht.

Ein gut geeignetes technisches System zur Kultivierung dieser Zellen ist der s. g. Festbettreaktor. Bei diesem Reaktor wachsen die immobilisierten Zellen in einem sich nicht bewegenden Gefüge (Festbett), welches aus einzelnen Partikeln oder einem durchströmbaren Körper bestehen kann und werden vom Nährmedium, welches entsprechend den Anforderungen an den Metabolismus der Zellen konditioniert wurde, umströmt. Das Produkt reichert sich im Medium an und kann batch-weise oder kontinuierlich abgezogen werden. Es ist bekannt, Festbettreaktoren in vertikaler und in radialer Richtung zu durchströmen.

Insbesondere bei aeroben Organismen liegt bei der Konstruktion der Kulturkammer besonderes Augenmerk auf der Sauerstoffversorgung, da dies der Parameter ist, den die Zellen vergleichsweise am stärken verstoffwechseln. Es kommt daher darauf an, den Sauerstoff möglichst effektiv und homogen im Medium zu lösen.

Betrachtet man die Möglichkeit Maßstabsvergrößerungen vorzunehmen, so bietet die radial durchströmte Konstruktion gegenüber der vertikal durchströmten Variante Vorteile. Die vertikale Ausdehnung des Festbetts ist durch die abnehmende Sauerstoffkonzentration mit der durchströmten Strecke begrenzt. Beim radial durchströmten Festbett ist zwar der Radius ebenfalls limitiert, dafür lässt sich die Höhe des Bett aber derart verlängern, dass ein vergleichsweise größeres Festbettvolumen entsteht und damit eine höhere Effizienz besteht.

Es ist bekannt dass in der pharmazeutischen Industrie die Produktion von Mirkoorganismen oder Zellen über mehrere Reaktoren verschiedener Größe anläuft. Die Kulturen werden dabei in kleinen Gefäßen angeimpft, vermehrt und in das nächst größere überführt. Die Überführung ist jedoch als ein kritischer Prozess zu betrachten, da eine Kontamination beim Transfer der Kulturen wahrscheinlicher ist als beim Kultivierungsprozess. Je weniger Kultivierungssysteme zum Einsatz gelangen, um so sicherer wird der Prozess. Bei den Systemen, die mit immobilisierten Zellen arbeiten, kommt noch hinzu, dass die Zellen nur zusammen mit den Trägern transferiert werden können, wenn ein aufwendiger enzymatischer Ablöseprozess vermieden werden soll.

Die bekannten Festbett-Kultivierungssysteme haben ein fest vorgesehenes Volumen für das Festbett, so dass bei der Produktion im größeren Maßstab mehrer Transferschritte erforderlich macht.

Ein weiteres Problem stellt der Transfer von mit Zellen bewachsenen Trägern dar, da sich diese schlecht mit Hilfe von peristalischen Fördereinrichtungen pumpen lassen und die Zellen bei der alternativen enzymatischen Trennung geschädigt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Kultursystem für die Produktion pharmazeutischern Produkte mit Hilfe von auf Oberflächen immobilisierter Zellen zu schaffen, das die Kultivierung dieser Zellen schonend gewährleistet und gleichzeitig eine Veränderung der für die Zellen zur Verfügung stehenden Oberfläche während des Prozess ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es den gasförmigen Sauerstoff dem Kultivierungsmedium möglichst homogen zuzuführen.

Die Lösung erfolgt mit einem Kultursystem für die Produktion pharmazeutischer Produkte, insbesondere zur Produktion von Antikörper, Vakzinen, viralen Partikel und Proteinen mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Gemäß der Erfindung weist ein Kultivierungssystem zur Produktion von pharmazeutischen Produkten und Vorprodukten, insbesondere Antikörpern, Vakzinen und Proteinen, eine Oberfläche aus, die auch innerhalb eines oder mehrere Körper liegen kann, und auf welcher Zellen oder Mikroorganismen wachsen können. Die Größe der den Zellen und Mikroorganismen zu Verfügung stehenden Oberfläche kann gemäß der Erfindung, ohne eine weitere Systemöffnung zu schaffen, sowohl kontinuierlich als auch unstetig gesteuert werden. Dies ermöglicht die Kultivierung in mehreren Maßstäben, so dass mindestens ein Transfer in das nächst größere Kultivierungssystem im Vergleich zum Stand der Technik erspart wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Kultivierungssystem so ausgeführt, dass es aus mindestens einem Kompartiment besteht, in dem sich ein stationäres Gefüge befindet. Dieses Gefüge bietet den Zellen eine Oberfläche auf der sie anheften und wachsen können. Dabei können die Zellen sowohl auf glatten als auch auf makroskopisch porösen Oberflächen wachsen. Bei porösen Oberflächen können die Zellen und Mirkoorganismen in die Poren des Gefüges hineinwachsen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Einstellung der für die Zellen und Mikroorganismen zu Verfügung stehenden Oberfläche mit Hilfe einer Niveausteuerung des Nährmediums. Die Niveausteuerung kann dabei mit Hilfe von peristaltischen Pumpen s.g. Schlauchpumpen erfolgen, die das Nährmedium dergestalt zu und abführen, so dass eine gewünschtes Mediumvolumen im Kultivierungssystem einstellbar ist. Zwischen dem Mediumvolumen und der für die Zellen und Mikroorganismen zur Verfügung stehenden Oberfläche besteht ein stetiger Zusammenhang. Je größer das Mediumvolumen im Kultivierungssystem ist, desto größer ist auch die benetzte und damit zugängliche Oberfläche.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das stationäre Gefüge vertikal oder radial durchströmt. Dies stellt die Versorgung der Zellen mit den lebensnotwendigen Nährstoffen und Sauerstoff sicher. Die Strömungsgeschwindigkeit durch das Gefüge richten sich zum einen nach dem Nährstoffbedarf der Zellen und Mikroorganismen zum anderen aber auch nach der maximal zumutbaren Scherbelastung.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das stationäre Gefüge pulsierend angeströmt. Dabei wird ein zyklischer Mediumaustausch vorgenommen. Die Zyklen richten sich auch hier nach dem Bedarf und den Belastungsgrenzen der Zellen und Mikroorganismen.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ruht das stationäre Gefüge im Nährmedium. Dabei erfolgt der Stoffaustausch der Zellen und Mirkoorganismen über Diffusion. Limitierende Größen für Wachstum der Mikroorganismen und Zellen sind hierbei der Sauerstoffaustausch und Nährstofflimitierung sowie Inhibierung durch Metabolite.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht das Gefüge aus einzelnen Partikeln die eine Größe zwischen 200 und 5000 μm aufweisen. Diese Partikel können spherisch ausgestaltet sein und Hohlräume aufweisen. Auch Faserförmige Partikel sind bekannt und können hier zum Einsatz gelangen. Hohlkörper weisen den Vorteil auf, dass sich mit ihnen besonders hohe Zelldichten im Vergleich zu anderen Partikeln bei der Kultivierung erzielen lassen.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht das Gefüge aus einem ganzheitlichen Körper, der durchströmbar ist oder zumindest durchströmbare Bereich aufweist und auf dem sich für Zellen und Mikroorganismen Oberflächen zum Ansiedeln bieten.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die verwendeten Partikel porös und weisen eine Porosität von bis zu 95% auf. Dabei können die Partikel aus Cellulose, Keramik, Polyester, Epoxyd und anderen Polymerwerkstoffen bestehen. Die hohe Porosität ermöglich es eine hohe Zelldichte bei der Kultivierung zu erzielen, was sich in einer besonders hohen Produktausbeute widerspiegeln kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gefüge in einem durchströmbaren Außenmantel aus Edelstahl, Kunststoff, Glas oder Keramik insbesondere einem zylindrischen Gitterkorb integriert, um die Strömung des Nährmediums entsprechend positiv im Hinblick auf den Metabolismus der Zellen und Mikroorganismen zu beeinflussen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann der Gitterkorb an einem Deckelflansch befestigt sein, so dass er sich beim Abnehmen des Deckel leicht aus dem Reaktorgefäß entfernen lässt. Der durchströmbare Außenmantel ist vorzugsweise auf der Außenseite mit einem Rohr versehen, welches die Gaszufuhr bis an den Boden des durchströmbaren Außenmantels leitet und dort über einen Ringverteiler auf den kompletten Umfang des Außenmantels verteilt. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können die Gasblasen aus dem Ringverteiler austreten und zwischen der Außenwand des durchstömbaren Außenmantel und einer Behälterwand im Nährmedium aufsteigen. Das Nährmedium wird somit mit Sauerstoff angereichert.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung besteht das Kultivierungssystem vorwiegend aus einem oder mehreren Glas-, Edelstahl, Keramik oder Kunststoffbehältern. Dabei können auch die Anschlüsse aus Glas gefertigt sein.

Glas erweist sich als vorteilhaft, weil es transparent ist und somit eine Beobachtung des Innenraums möglich ist. Somit kann z. B. die Gasblasenverteilung und die Fluiddynamik des Nährmediums beobachtet werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht das Kultivierungssystem aus mindestens einem Doppelwandigen Behälter aus Glas, Edelstahl, Keramik oder Kunststoff. Dieser Doppelmantel kann beispielsweise zur Temperierung des Kultivierungssystems dienen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Einstellung der für die Zellen und Mikroorganismen besiedelbaren Oberfläche durch die Positionseinstellung eines Rohres bzw. durch die Positionierung der Öffnung eines Ablaufes, insbesondere durch die Höheneinstellung eines Rohres oder der Öffnung eines Ablaufes, im Kultivierungssystem. Durch die Höhenverstellung des Ablaufes stellen sich im Kultivierungssystem steuerbare Volumina der Nährmedien ein, die wiederum eine vorher bestimmbare Oberfläche der im Gefüge befindlichen Oberfläche für die Zellen und Mikroorganismen zugänglich macht.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Positionseinstellung des Rohres mit einem durch ein Faltenbalg abgedichteten System. Der Faltenbalg bietet dabei die Möglichkeit, das Rohr auf einer Achse zu positionieren ohne das es einer Abdichtung zwischen sich bewegenden Teilen bedarf. Damit wird erreicht, dass das Kultivierungssystem ein hohes Maß an Sicherheit im Hinblick auf die Sterilität bietet. Der Faltenbalg kann aus Edelstahl, Kunststoff oder einem anderen ausreichende elastischen Material gefertigt sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Faltenbalg in einem Deckelflansch integriert. Er kann dabei eingeschraubt, angeheftet, verklebt oder verschweißt sein.

Die Integration in den Deckelflansch ermöglicht es, die Höhenverstellung des Abflusses mit Hilfe des Faltenbalgs und damit die Einstellung der den Zellen zur Verfügung stehenden Oberfläche vorzunehmen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Kultivierungssystem mit einer Sauerstoffmesseinrichtung, insbesondere mit einer amperometrischen Messsonde, und einer Steuerungs- und Regelungseinrichtung versehen ausgestattet. Damit ist es möglich die optimale Sauerstoffzufuhr für die Zellen zu kontrollieren und zu gewährleisten.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Kultivierungssystem mit einer pH-Wert Messeinrichtung und einer Steuerungs- oder Regelungseinheit für den pH-Wert versehen. Somit kann der gewünschte pH-Wert geregelt bzw. gesteuert werden, um eine optimale Produktion der Zellen oder Mirkoorganismen zu gewährleisten.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Kultivierungssystem mit einer Temperaturmesseinrichtung und einer Steuer- und Regelungseinheit für die Temperatur versehen. Da viele Zellen und Mikroorganismen in Ihrem Wachstumsverhalten ein Temperaturoptimum aufweisen, kann daher die optimale Temperatur gesteuert oder geregelt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Kultivierungssystem mit einer Glukosemesseinrichtung, insbesondere Glukosemesseinrichtung mit dazugehöriger Steuerung, versehen. Diese Einrichtung ermöglicht, dass der Metabolimus der Zellen und Mikroorganismen in Form des Glukoseverbrauches darstellbar ist und über die Zugabe von glukosehaltigem Nährmedium mit Hilfe einer Steuerung oder Regelung eingestellt werden kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verfügt das Kultivierungssystem über einer Gasaustauscheinrichtung. Besonders geeignet erscheint eine Gasaustauscheinrichtung zu sein, die zu- und abführenden Leitungen aufweist. Bei der Zuleitung wird die Gaszusammensetzung mit Hilfe einer Mischstation aus den Komponenten Luft, Stickstoff, Sauerstoff und Kohlendioxid zusammengemischt. Dabei kann die gewünschte Sauerstoff- oder Stickstoffkonzentration eingestellt werden. Beispielsweise kann mit Hilfe der Kohlendioxidregelung im Kulturmedium der pH-Wert gesteuert oder geregelt werden, sofern es sich um ein carbonatpufferhaltiges Medium handelt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verfügt die Gasaustauscheinrichtung des Kultivierungssystems über einen porösen Hohlkörper insbesondere aus Keramik, Edelstahl oder Glas, der in die Gaszufuhr integriert ist und mit dem Gasblasen in das Kulturmedium oder direkt in das Gefüge eingetragen werden können.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verfügt die Gasaustauscheinrichtung des Kultivierungssystems über eine Membran aus Polysulfon, Polyethylen, Keramik oder Polyamid insbesondere eine Schlauchmembran, die in die Gaszufuhr integriert ist und mit der Gas blasenfrei in das Kulturmedium oder direkt in das Gefüge eingetragen werden kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verfügt das Kultivierungssystem über Zu- und Abfuhreinrichtungen für Nährmedien insbesondere Zu- und Abfuhreinrichtungen, die auf peristaltischen Pumpen basieren.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittzeichnung des Kultivierungsgefäßes,
2 eine technische Zeichnung des durchströmbaren Außenmantels zur Umfassung des Gefüges,
3 eine technische Zeichnung der Aufnahme des Außenmantels im Deckelflansch,
4 eine schematische Zeichnung des gesamten Kultivierungssystems einschließlich peripherer Einrichtungen und
5 eine schematische Schnittzeichnung des Gefüges und der den Zellen zur Verfügung stehenden Oberfläche.
Das in 1 dargestellte Kultivierungsgefäß besitzt einen Doppelmantel 14, der mit einem Temperier-Fluid über die Abläufe 1 und 6 zur Temperatureinstellung des Innenraumes durchströmt werden kann. Im Innenraum des Gefäßes 7 befinden sich das Kulturmedium und das sich nicht bewegende Gefüge 2, welches den Zellen und Mikroorganismen die notwendige Oberfläche zum Wachsen bietet. Der Austausch des Mediums erfolgt über die Anschlüsse 10 und 12. Das Medium wird über den Anschluss 12 zugeführt und durchströmt das Gefüge in radialer Richtung 5 nach Innen. Aus dem Innenraum des Gefüges 4 wird das Medium über ein Rohr 9 abgeführt. Dieses Rohr 9 ist mit einem Faltenbalg 11 verbunden, so dass eine Positionseinstellung gemäß des Faltenbalgeshubes 8 vorgenommen werden kann. Je nach Position des Abflussrohres 9 kann der Füllstand des Mediums 7 variiert werden und somit die Benetzung der Oberfläche des Gefüges 2 eingestellt werden. Zum sterilen Verschließen des Kulturgefäßes dient ein Deckelflansch 13. Der Faltenbalg 11 ist mit dem Deckelflansch 13 verbunden. Das Abflussrohr 9 ist im Deckelflansch geführt.
In 2 ist der Gitter- oder Aufnahmekorb 1 für das Gefüge als Schnittzeichnung und Aufsicht 4 dargestellt. Der Aufnahmekorb besteht aus einem Stahlmantel 1, der in symmetrischen Abständen durchbohrt ist und einem Boden 4. Zentrisch befindet sich ein weiterer symmetrisch auf der Außenseite durchbohrter Mantel 2 mit geringerem Durchmesser. Die Strömung des Medium kann somit durch das zwischen den beiden Mänteln 1, 2 befindliche Gefüge ein und ausströmen. Auf der vertikalen zentrischen Achse innerhalb des Mantels 2 ist ein Zulauf- oder Abflussrohr 7 platziert. Diese Rohr 7 kann z. B. durch einen Deckelflansch geführt werden und mit einem Faltenbalg verbunden sein (siehe 1). Der Aufnahmekorb ist durch eine oder mehrere Verschraubungen im Deckelflansch verschraubt. Ein weiteres Rohr 5 wird am Mantel entlang geführt und bildet am Boden einen Ring 3, der den Boden 4 trägt. Der Ring 3 ist an mehreren Stellen durchbohrt oder porös und dient zum Gaseintrag in das Kultivierungsgefäß (siehe 1.).
In 4 stellt ein schematisches Fliessbild des Kultivierungssystems dar. Das System besteht aus dem Kultivierungsgefäß 1 wie in 1 dargestellt, den peristaltischen Pumpen 2,11,5 und 6 sowie dem Konditionierungsgefäß 12, dem Erntegefäß 4 und dem Zufütterungsgefäß 3. Im Kultivierungsgefäß befinden sich messtechnische Einrichtungen für pH 10, Druck 9, Temperatur 8 und Sauerstoff 7. Dort erfolgt auch die Regelung der entsprechenden Parameter. Die Pumpe 5 pumpt frisches Nährmedium in das System, während die Pumpe 6 Medium aus dem Kultivierungssystem erntet. Vom Konditionierungssystem aus erfolgt die Durchströmung des Festbettes mit der Pumpe 11. Ein Wärmetauscher 2 hält das Nährmedium bei konstanter Temperatur. Das Konditionierungsgefäß 12 kann mit seinen Einrichtungen auch komplett in das Kultivierungsgefäß integriert sein. Dies erfordert, dass weitere Anschlüsse in das Kultivierungssystem integriert sind. Die Zuleitungen der Gefäße 3 und 4 sowie die Sonden 10,9,8 und 7 würden dann über den Flanschdeckel zum Zwischenraum zwischen Gefäßwand und Gefügeaußenmantel führen (siehe 1.) In 5 sind zwei Schnittzeichnungen von Gefügepartikeln 1, 8 dargestellt. Partikel 1 hat durchströmbare Poren 3 in denen Zellen oder Mikroorganismen 4 wachsen. Der Benetzungsgrad durch das Nährmedium 2 bestimmt die für die Zellen und Mikroorganismen zugängliche Oberfläche. Während der Partikel 1 aus einem Körper besteht, ist in der andere Darstellung 8 ein Gewebe dargestellt, welches aus einzelnen Fasern besteht. Die Zellen oder Mikroorganismen 8 siedeln dabei auf den Faserkreuzungen. Welche Fasern für die Zellen zugänglich sind wird wiederum durch die Benetzung mit Nährmedium 7 bestimmt.
In 6 ist eine Schnittzeichnung des Kulturgefäßes mit dem Gefüge und drei verschiedenen Begasungseinrichtungen dargestellt. Das Doppelmantelgefäß 4 verfügt über denselben Aufbau, der bereits in 1 dargestellt ist. Alle drei Begasungseinrichtung 2, 5 und 6 werden mit einem Gasstrom 1 versorgt. Die Begasungseinrichtung 2 trägt in das Nährmedium fein verteilte Blasen 3 ein. Dabei werden die Blasen 3 in den unteren Teil das Reaktorgefäße mit einem porösen Hohlkörper 2 eingetragen und können dann das Nährmedium mit den Gaskomponenten sättigen. Die Begasungseinrichtung 5 trägt ebenfalls Gasblasen in das System eine. Die Blasen werden hierbei direkt in das Gefüge eingeleitet. Dies kann ebenfalls mit einem porösen Hohlkörper 5 erfolgen. Die Begasungseinrichtung 6 besteht aus einer Membran, die das Gas blasenfrei direkt in das Nährmedium oder in das Gefüge überträgt.

Claims

System zur Produktion von pharmazeutischen Produkten und Vorprodukten, insbesondere Antikörper, Vakzinen und Proteinen dadurch gekennzeichnet, dass Zellen oder Mirkoorganismen auf einer Oberfläche, die auch innerhalb eines oder mehrerer poröser Körper liegen kann, wachsen können und die Verkleinerung oder Vergrößerung der für die Zellen zur Verfügung stehenden Oberfläche während des Prozesses sowohl kontinuierlich als auch unstetig reproduzierbargenau steuerbar ist, ohne weitere Öffnungen am System zuzulassen.
System gemäß Anspruch 1, dar durch gekennzeichnet, dass das Kultivierungssystem aus mindestens einem Kompartiment besteht in dem sich ein sich nicht bewegendes Gefüge befindet, das die notwendige Oberfläche zur Anheftung der Zellen bietet.
System gemäß Anspruch 1, dar durch gekennzeichnet, dass die Einstellung der für die Zellen und Mikroorganismen zur Verfügung stehenden Oberfläche mit Hilfe einer Niveausteuerung des Nährmedium erfolgt und die Oberfläche entsprechend benetzt und für die Zellen und Mikroorganismen zugänglich gemacht wird.
System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefüge vertikal durchströmt wird.
System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefüge radial durchströmt wird.
System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefüge pulsierend angeströmt wird.
System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefüge statisch in der Nährflüssigkeit ruht.
System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefüge aus einzelnen Partikel mit einer Größe zwischen 200 und 5000 μm besteht und die Partikel spherisch oder plattenförmig mit oder ohne Hohlräume ausgestaltet sind und insbesondere aus Keramik wie z. B. Titandioxid, Aluminiumoxid und Zirkoniumoxid bestehen oder aus Cellulose, Polyester, Polypropylen, gewebtem Polypropylen, Epoxyd, Dextran, Collagen beschichtetes Dextran und Glas bestehen.
System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefüge einen ganzheitlichen Körper bildet, der Mirkoorganismen oder Zellen eine Oberfläche zum Anheften bietet.
System gemäß Anspruch 8 dar durch gekennzeichnet, dass die Partikel porös oder makroporös sind und Porositäten von bis zu 95% aufweisen.
System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefüge in einem durchströmbaren Außenmantel aus Edelstahl, Kunststoff, Glas oder Keramik insbesondere einem zylindrischen Gitterkorb integriert ist.
System gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der durchströmbare Außenmantel mittig auf der vertikalen Achse eine Durchführung hat, so dass das Gefüge von Innen nach Außen sowie von Außen nach Innen durchströmt werden kann.
System gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der durchströmbare Außenmantel an einem Deckelflansch angebracht, insbesondere verschraubt, ist.
System gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der durchströmbare Außenmantel außen mit einem Rohr versehen ist, das die Gaszufuhr bis an den Boden des Außenmantels leitet und dort über einen Ringverteiler auf den kompletten Umfang des Außenmantels verteilt wird und in die Nährflüssigkeit übergeht.
System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kultivierungssystem aus einem oder mehreren Glas-, Kunststoff-, Keramik- oder Edelstahlgefäßen besteht.
System gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Kultivierungssystem aus einem oder mehreren doppelwandigen Glas-, Kunststoff-, Keramik- oder Edelstahlgefäßen besteht.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verkleinerung und Vergrößerung der für die Zellen zur Verfügung stehenden Oberfläche mit Hilfe der Positionseinstellung eines abführenden Rohres oder einer Öffnung eines Ablaufes erfolgt, insbesondere durch die Höheneinstellung des abführenden Rohres.
System gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung des abführenden Rohres mit Hilfe eines durch einen Faltenbalg, insbesondere einem Faltenbalg aus Kunststoff oder Edelstahl, abgedichteten System erfolgt.
System gemäß Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenbalg in einem Deckelflansch montiert, verschraubt, verklebt oder verschweißt ist.
System gemäß Anspruch 1, dar durch gekennzeichnet, dass das Kultivierungssystem über eine Sauerstoffmesseinrichtung, insbesondere eine amperometrische Messsonde, und eine Regelung oder Steuerung verfügt.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kultivierungssystem über eine pH-Wert-Messeinrichtung und Regelung oder Steuerung verfügt.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kultivierungssystem über eine Temperaturmesseinrichtung und Regelung oder Steuerung verfügt.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kultivierungssystem über eine Glucose-Messeinrichtung und Regelung oder Steuerung verfügt.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kultivierungssystem über Gasaustauscheinrichtungen, insbesondere über Gaszufuhr- und Abfuhrleitungen sowie einer Gasmischeinrichtung, in der Stickstoff, Kohlendioxid, und Sauerstoff gemischt werden, verfügt.
System gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasaustauscheinrichtungen des Kultivierungssystems über einen oder mehrere poröse Hohlkörper insbesondere Hohlkörper bestehend aus Keramik insbesondere Zirkoniumoxid, Titandioxid oder Aluminiumoxid sowie bestehend aus Edelstahl oder Glas verfügt, die in die Gaszufuhr integriert sind und mit denen Gasblasen in das Nährmedium oder direkt in das Gefüge eingetragen werden können.
System gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasaustauscheinrichtung das Kultivierungssystems über eine oder mehrere Membranen insbesondere Membranen bestehend aus Polysulfon, Polyethylen, Keramik oder Polyamid ganz besonders Schlaumembranen verfügt, die in die Gaszufuhr integriert sind und mit denen Gas blasenfrei in das Nährmedium oder direkt in das Gefüge eingetragen werden können.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kultivierungssystem über Zuführ- und Abfuhreinrichtungen insbesondere Zufuhr- und Abfuhreinrichtungen, die mit peristaltischen Pumpen arbeiten, für Nährmedien verfügt.