DE202018000370U1 - Meander bioreactor for the isolation and propagation of cells from tissue sections of tumors, metastases and other tissues - Google Patents

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Abstract

Mäander- Bioreaktor bestehend aus einen rechteckigen Bioreaktorgefäß (1) aus vorzugsweise klarem Polymermaterial, das mit einem Deckel (2) steril verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bioreaktorgefäß (1) in drei übereinander angeordneten Kammern (3,4,5) unterteilt ist und die unterste Kammer (3) als Unterlay- Kammer, die über der Unterlay-Kammer (3) angeordnete Kammer (4) als Mäander- Perfusions- Kammer und die über der Mäander- Perfusions- Kammer (4) angeordnete Kammer (5) als Overlay-Kammer ausgebildet und die Unterlay- Kammer (3) und die Mäander-Perfusions- Kammer (4) durch eine gelochte Bodenplatte (6) mit einer unten an der gelochten Bodenplatte (6) angeordneten semipermablen Folie (7) voneinander getrennt sind, wobei Sauerstoff bevorzugt gegenüber anderen Gasen durch die Folie diffundiert.

Figure DE202018000370U1_0000
Meander bioreactor consisting of a rectangular bioreactor vessel (1) of preferably clear polymer material, which is sterile-closed with a lid (2), characterized in that the bioreactor vessel (1) is subdivided into three superposed chambers (3, 4, 5) and the lowermost chamber (3) as a lowerlay chamber, the chamber (4) arranged above the lowerlay chamber (3) as a meander perfusion chamber and the chamber (5) arranged above the meander perfusion chamber (4) as Overlay chamber formed and the underlay chamber (3) and the meander perfusion chamber (4) by a perforated bottom plate (6) with a bottom of the perforated bottom plate (6) arranged semipermeable film (7) are separated from each other Oxygen preferably diffused through the film compared to other gases.
Figure DE202018000370U1_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen neuartigen Bioreaktor-Typ, mit dem es gelingt, in einem einzigen geschlossenen Verfahrensschritt aus kleingeschnittenen Gewebestücken bestimmte Zellen sowohl in das im Bioreaktor befindliche Medium auswachsen zu lassen, als auch die Zellen gleichzeitig zu aktivieren, zu vermehren und dann von Geweberesten abzutrennen. Insbesondere können auf diese Weise tumorinfiltrierende autologe T- Lymphozyten (TIL) aus Tumorgewebe, Metastasengewebe, deren Umgebungsgewebe und aus Lymphknoten, die von Tumorzellen befallenen sind, gewonnen werden.The invention relates to a novel type of bioreactor, with which it is possible to grow in a single closed process step from small pieces of tissue certain cells both in the medium located in the bioreactor, as well as to activate the cells simultaneously, multiply and then separate from tissue residues , In particular, in this way tumor infiltrating autologous T lymphocytes (TIL) can be obtained from tumor tissue, metastatic tissue, its surrounding tissue and from lymph nodes affected by tumor cells.

Die DE 695 34 132 T2 beschreibt eine Zellkulturvorrichtung, die einen Behälter mit einem Zellkulturabteil umfasst, wobei der Behälter für die Zellvermehrung von einer unteren, gasdurchlässigen, bevorzugt für Sauerstoff durchlässigen Schicht und einer oberen Folie, die selektiv für Substanzen einer vorgegebenen Größe durchlässig und für Zellen undurchlässig ist, begrenzt wird. Der Behälter ist dafür ausgelegt, ein Kulturmedium zwischen der oberen Folie und der unteren gasdurchlässigen Schicht aufzunehmen.The DE 695 34 132 T2 describes a cell culture device comprising a container having a cell culture compartment, the cell multiplication container being delimited by a lower, gas-permeable, preferably oxygen-permeable layer and an upper film which is selectively permeable to substances of a given size and impermeable to cells , The container is adapted to receive a culture medium between the upper foil and the lower gas permeable layer.

Der Behälter besteht aus

  • - einem Basalmediumabteil , von dem sich mindestens ein Teil über der oberen Folie befindet, wobei ein Basalmedium auf der oberen Folie liegen kann;
  • - nur einer einzigen Zugangsöffnung zu dem Zellkulturabteil;
  • - einer Zugangsöffnung zu dem Basalmediumabteil; und
  • - einem gasdurchlässigen Schichtträger , der unterhalb der gasdurchlässigen Schicht angeordnet ist und mit dieser teilweise in Kontakt steht, wodurch der größte Teil der gasdurchlässigen Schicht in einer im Wesentlichen horizontalen Lage gehalten wird, so dass sich Zellen einer Suspension entlang des horizontalen Abschnitts der gasdurchlässigen Schicht verteilen können und ein Gasaustausch mit dem Zellkulturabteil nicht wesentlich behindert wird.
The container consists of
  • a basal medium compartment, at least a portion of which is above the top sheet, wherein a basal medium may rest on the top sheet;
  • - only a single access opening to the cell culture compartment;
  • an access opening to the basal medium compartment; and
  • a gas-permeable support disposed below and partly in contact with the gas-permeable layer, whereby the major part of the gas-permeable layer is kept in a substantially horizontal position so that cells of a suspension are distributed along the horizontal portion of the gas-permeable layer and gas exchange with the cell culture compartment is not significantly hindered.

Die Versorgung der Zellen mit Medium erfolgt ungeregelt, die Überströmung der Zellen ist nicht gerichtet.The supply of cells with medium is unregulated, the overflow of the cells is not directed.

In der DE 693 32 374 T2 wird ein Bioreaktor zum Kultivieren von Humanzellen und/oder -gewebe, einschließlich humaner Stammzellen oder humaner hämatopoetischer Zellen beschrieben, der aus einem Gehäuse , das eine Zellkulturkammer definiert, in die Humanzellen und/oder -gewebe, einschließlich humaner Stammzellen oder humaner hämatopoetischer Zellen, eingebracht und worin sie kultiviert werden können, wobei diese Zellkulturkammer so ausgebildet ist, das sie eine Vielzahl von Einlassöffnungen im Wesentlichen äquidistant zu einer Vielzahl von Auslassöffnungen enthält, damit Zellkulturmedium hindurchströmen kann, besteht. Der Bioreaktor beschreibt weiterhin

  • • Mittel zum Perfundieren eines flüssigen Zellkulturmediums durch die Zellkulturkammer;
  • • Mittel zum In-Kontakt-Bringen des flüssigen Zellkulturmediums, das durch die Zellkulturkammer perfundiert wird, mit einer Sauerstoffquelle, so dass das flüssige Zellkulturmedium, das durch die Zellkulturkammer perfundiert wird, mit Sauerstoff angereichert wird, wobei diese Mittel zum In-Kontakt-Bringen eine für Gas permeable und für Flüssigkeit impermeable Membran enthalten;
und
  • • Mittel zum kontinuierlichen, periodischen oder diskontinuierlichen Ernten nicht adhärenter Zellen aus der Zellkulturkammer durch die Strömung des Kulturmediums.
In the DE 693 32 374 T2 For example, a bioreactor for culturing human cells and / or tissue, including human stem cells or human hematopoietic cells, is introduced from a housing defining a cell culture chamber into the human cells and / or tissues, including human stem cells or human hematopoietic cells and wherein they may be cultured, wherein said cell culture chamber is configured to contain a plurality of inlet ports substantially equidistant from a plurality of outlet ports for passage of cell culture medium therethrough. The bioreactor continues to describe
  • Means for perfusing a liquid cell culture medium through the cell culture chamber;
  • Means for contacting the liquid cell culture medium perfused by the cell culture chamber with an oxygen source so that the liquid cell culture medium perfused through the cell culture chamber is oxygenated, which means for contacting a gas permeable and liquid impermeable membrane;
and
  • • means for continuously, intermittently or discontinuously harvesting non-adherent cells from the cell culture chamber by the flow of the culture medium.

Die für das Gas permeable und für Flüssigkeit impermeable Membran wird so in das Gehäuse eingebaut, dass das Gehäuse in die Zellkulturkammer auf der einen Seite der Membran und in eine Gaskammer auf der anderen Seite der Membran unterteilt wird. Der Bioreaktor umfasst Mittel zum Perfundieren von Atmungsgasen durch diese Zellkultur, die Mittel zum Zuführen der Atmungsgase zu der Gaskammer umfassen, wodurch die Atmungsgase durch die Membran strömen und dabei durch die Zellkulturkammer hindurchtreten und Mittel zum Abziehen verbrauchter Atmungsgase aus der Gaskammer.The gas permeable and liquid impermeable membrane is incorporated into the housing such that the housing is divided into the cell culture chamber on one side of the membrane and into a gas chamber on the other side of the membrane. The bioreactor includes means for perfusing respiratory gases through said cell culture, comprising means for delivering the respiratory gases to the gas chamber whereby the respiratory gases flow through the membrane passing through the cell culture chamber and means for withdrawing spent respiratory gases from the gas chamber.

Die Erfindung gemäß der DE 69614535 T2 betrifft allgemein eine Vorrichtung zum ex vivo Aufbewahren und zur ex vivo Züchtung von biologischen Zellen und insbesondere eine Vorrichtung dieser Art, die die Zellen in einer tragbaren Kassette aufbewahrt und züchtet, während ein steriles System aufrechterhalten wird, das von der äußeren Umwelt abgeschlossen ist.The invention according to the DE 69614535 T2 generally relates to a device for ex vivo storage and ex vivo culture of biological cells, and more particularly to a device of this type which stores and cultures the cells in a portable cassette while maintaining a sterile system that is closed to the outside environment.

Die Vorrichtung zur ex vivo Aufbewahrung und Züchtung von biologischen Zellen, umfasst eine tragbare Zellwachstumskassette, die einschließt

  • • ein Gehäuse,
  • • eine Zellwachstumskammer innerhalb des Gehäuses, konfiguriert um eine Menge von biologischen Zellen und ein Wachstumsmedium zu tragen, wobei die Zellwachstumskammer eine Medium-Einlassöffnung und eine Medium-Auslassöffnung aufweist,
  • • einen Mediumbehälter, der mit der Medium-Einlassöffnung der Zellwachstumskammer verbunden und konfiguriert ist, ein Wachstumsmedium zu enthalten,
und
  • • einen Abfallbehälter, der mit der Medium-Auslassöffnung der Zellwachstumskammer verbunden und konfiguriert ist, von der Wachstumskammer abgelassenes Medium aufzunehmen, wobei die Zellwachstumskammer, der Mediumbehälter und der Abfallbehälter ein von der äußeren Umwelt abgeschlossenes steriles System bilden;
The device for ex vivo storage and culture of biological cells comprises a portable cell growth cassette that includes
  • A housing,
  • A cell growth chamber within the housing configured to carry a quantity of biological cells and a growth medium, the cell growth chamber having a medium inlet port and a medium outlet port,
  • A medium container connected to the medium inlet port of the cell growth chamber and configured to contain a growth medium,
and
  • A waste container connected to the medium-outflow opening of the cell-growth chamber and configured to receive medium discharged from the growth chamber, the cell-growth chamber, the medium container and the waste container forming a sterile system sealed from the outside environment;

Die Zellwachstumskammer enthält eine bevorzugt für Sauerstoff permeable und Flüssigkeiten impermeable Membran, die einen Teil der Zellwachstumskammer definiert und eine Gaskammer, die auf der der Zellwachstumskammer gegenüberliegenden Seite der Membran lokalisiert ist. Die tragbare Zellwachstumskassette schließt weiterhin einen Gaszufuhranschluss ein, der von einer Rückwand des Gehäuses getragen wird, und eine Gaszufuhrleitung, welche den Gaszufuhranschluss mit der Gaskammer verbindet, um so Gas zur Gaskammer zur Permeation durch die Membran zu der Zellwachstumskammer zu liefern.The cell growth chamber contains a preferably oxygen permeable and liquid impermeable membrane defining a portion of the cell growth chamber and a gas chamber located on the side of the membrane opposite the cell growth chamber. The portable cell growth cassette further includes a gas supply port carried by a rear wall of the housing and a gas supply line connecting the gas supply port to the gas chamber so as to supply gas to the gas chamber for permeation through the membrane to the cell growth chamber.

Die Erfindung gemäß der CN1699558 (A ) betrifft eine großtechnische Kultivierungstechnologie für Killerzellen zur Induktion von Zellfaktoren für hämatopoetische Stammzellen unter Verwendung eines Bioreaktors, der das Erhalten von Nabelschnurblut-hämatopoetischen Stammzellen, das Induzieren der hämatopoetischen Stammzellen in DC-Zellen mit Cytokin, das Vervollständigen der die Funktion des Tumorantigens zu präsentieren, die ausgewählte Aktivierung von Killer-T-Lymphozyten mit spezifischer Abtötungswirkung an Tumoren zu vervollständigen, umfasst. Die Herstellung des Gelose-Mikroträgers für den monoklonalen Antikörper (CD3McAb), die Aktivierung der CIK-Zellen und die kontinuierliche Kultivierung von CIK-Zellen im Bioreaktor werden verknüpft.The invention according to the CN1699558 (A ) relates to a large-scale killer cell culture technology for inducing hematopoietic stem cell factors by using a bioreactor to present umbilical cord blood hematopoietic stem cells, inducing hematopoietic stem cells in DC cells with cytokine, completing the function of the tumor antigen, to complete the selected activation of killer T lymphocytes with specific killing effect on tumors. The production of the Gelose microcarrier for the monoclonal antibody (CD3McAb), the activation of CIK cells and the continuous cultivation of CIK cells in the bioreactor are linked.

Die DE 10 2011 106 914 B4 / EP25 43 719 A1 offenbart einen Mäander-Bioreaktor zur dynamischen und stressfreien Expansion, Differenzierung und Ernte der Gesamtfraktion hämatopoetischer Zellen, Stammzellen, Progenitorzellen, aber auch von isolierten, stimulierten, aktivierten Fraktionen dieser Zellen, außer embryonalen Zellen, wobei der Bioreaktor im Perfusionsbetrieb arbeitet. Der Bioreaktor besteht aus einem Bioreaktorgefäß, dessen Bodenfläche mit versetzt angeordneten Trennwänden versehen ist, die eine mäanderartige Führung der Medien mit einer laminaren Strömung bewirken. Der Mäander-Bioreaktor kann über Absperrventile mit anderen Mäander-Bioreaktoren modulartig in Reihe geschaltet werden. Die Zellen bilden nach dem Zuführen in das Bioreaktorgefäß eine zusammenhängende, die Bodenfläche des Mäander-Bioreaktors nahezu bedeckende Zellschicht, wobei die Zellen untereinander vielfach engen Kontakt zueinander haben. Die bei der Expansion entstehenden Zellklumpen werden durch Rütteln aufgelöst und geerntet oder werden einem nachfolgenden modulartigen Bioreaktor mit einer der Expansionsrate des vorherigen Bioreaktors entsprechenden größeren Bodenfläche des Bioreaktorgefäßes zur weiteren Expansion zugeführt.The DE 10 2011 106 914 B4 / EP25 43 719 A1 discloses a meander bioreactor for dynamic and stress-free expansion, differentiation and harvesting of the total fraction of hematopoietic cells, stem cells, progenitor cells, but also isolated, stimulated, activated fractions of these cells, except embryonic cells, where the bioreactor operates in perfusion mode. The bioreactor consists of a Bioreaktorgefäß whose bottom surface is provided with staggered partitions, which cause a meander-like guidance of the media with a laminar flow. The meander bioreactor can be connected in series via shut-off valves with other meander bioreactors in series. After being introduced into the bioreactor vessel, the cells form a coherent cell layer which almost covers the bottom surface of the meander bioreactor, the cells often having close contact with one another. The cell clumps resulting from the expansion are dissolved by shaking and harvested or are fed to a subsequent modular bioreactor with a larger bottom surface of the bioreactor vessel corresponding to the expansion rate of the previous bioreactor for further expansion.

Es ist im Stand der Technik kein Bioreaktor beschrieben, mit dem Zellen und insbesondere TIL steril technisch sicher und aufgrund ihrer hohen Zytotoxizität in therapeutisch sinnvollen Mengen hergestellt werden können.There is no bioreactor described in the prior art, with the cells and especially TIL sterile technically safe and can be produced in therapeutically meaningful amounts due to their high cytotoxicity.

In keinem, im Stand der Technik dargestellten Bioreaktoren zur Züchtung von Gewebe oder Zellen wurden bisher ex- vivo aus Geweben Zellen gleichzeitig isoliert, gezüchtet, aktiviert, expandiert und geerntet.In none of the bioreactors for growing tissue or cells shown in the prior art, cells have hitherto been isolated, grown, activated, expanded and harvested simultaneously from tissues.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Mäander- Bioreaktor zu schaffen, der es ermöglicht, aus kleingeschnittenen Gewebestücken (die aus anfallenden OP-Gewebeteilen oder aus Biopsien stammen) Zellen in einem geschlossenen Perfusions-Verfahren anfangs auswachsen, sich fortlaufend vermehren, dabei aktiviert werden und nach Erreichen einer bestimmten Zelldichte geerntet werden können.The object of the invention is to provide a meandering bioreactor which makes it possible initially to grow out of chopped tissue pieces (which originate from resulting surgical tissue parts or from biopsies) in a closed perfusion procedure, to multiply continuously, thereby to be activated and after Reaching a certain cell density can be harvested.

Die Aufgabe der Erfindung wird einen Mäander- Bioreaktor gelöst, in dem aus zerkleinerten Gewebeteilen Zellen in das in einem Mäander- Bioreaktor befindliche Medium auswachsen, gleichzeitig aktiviert und vermehrt werden und nach Erreichen einer bestimmten Dichte an ausgewachsenen und expandierten Zellen von den Gewebeteilen separiert werden.The object of the invention is achieved by a meandering bioreactor in which cells from the shredded tissue parts grow into the medium contained in a meander bioreactor, are activated and multiplied at the same time and separated from the tissue parts after reaching a specific density of adult and expanded cells.

Der erfindungsgemäße Mäander- Bioreaktor besteht aus einem rechteckigen Bioreaktorgefäß (1) aus vorzugsweise klarem Polymermaterial, das mit einem Deckel (2) steril verschlossen ist. Das Bioreaktorgefäß (1) ist in drei übereinander angeordneten Kammern (3, 4, 5) unterteilt, wobei die unterste Kammer (3) als Unterlay-Kammer, die über der Unterlay-Kammer (3) angeordnete Kammer als Mäander- Perfusions- Kammer (4) und die über der Mäander- Perfusions- Kammer (4) angeordnete Kammer (5) als Overlay-Kammer ausgebildet sind.The meander bioreactor according to the invention consists of a rectangular bioreactor vessel ( 1 ) of preferably clear polymer material, which is provided with a lid ( 2 ) is sterile closed. The bioreactor vessel ( 1 ) is in three superimposed chambers ( 3 . 4 . 5 ), the lowest chamber ( 3 ) as a sublay chamber overlying the underlay chamber ( 3 ) arranged chamber as a meander perfusion chamber ( 4 ) and those above the meander perfusion chamber ( 4 ) arranged chamber ( 5 ) are designed as an overlay chamber.

Die Unterlay- Kammer(3) und die Mäander- Perfusions- Kammer (4) sind durch eine gelochte Bodenplatte (6) mit einer darauf dicht befestigten und für Sauerstoff permeablen Folie (7) voneinander getrennt. An der Unterlay-Kammer (3) sind Zu- und Abführungen vorhanden (9, 10), die eine Durchströmung mit Gasen, insbesondere mit Gemischen aus Luft und Sauerstoff oder mit Stickstoff und Sauerstoff ermöglichen, in denen der Anteil an Sauerstoff regelbar ist. Der Sauerstoff diffundiert bevorzugt gegenüber Stickstoff durch die Gas-permeable Folie (7), die dicht auf der gelochten Bodenplatte (6) der Mäander- Perfusions- Kammer (4) befestigt ist. Bei der Durchströmung der Mänder- Perfusions- Kammer (4) gelangen während der Expansion der Zellen sowohl aus dem Overlay als auch aus dem Unterlay (durch Diffusion) geregelte Mengen an Sauerstoff in das Kulturmedium.The underlay chamber (3) and the meander perfusion chamber ( 4 ) are by a perforated bottom plate ( 6 ) with a film tightly attached thereto and permeable to oxygen ( 7 ) separated from each other. At the sublay chamber ( 3 ) are Zu- and Discharges available ( 9 . 10 ), which allow a flow through with gases, in particular with mixtures of air and oxygen or with nitrogen and oxygen, in which the proportion of oxygen can be regulated. The oxygen diffuses preferentially over nitrogen through the gas-permeable film ( 7 ), which lie close to the perforated bottom plate ( 6 ) of the meander perfusion chamber ( 4 ) is attached. During the flow through the boundary-perfusion chamber ( 4 ), during the expansion of the cells, both from the overlay and from the sublayers (by diffusion) controlled amounts of oxygen in the culture medium.

Die Mäander- Perfusions- Kammer (4) ist mit Zu- und Abführungen für Kulturmedien (11, 12) versehen, ebenso sind in der Overlay- Kammer (5) Zu- und Abführung (13,14) für die Overlay- Atmosphäre sowie ein Auslassstutzen (15) angeordnet. Am Auslassstutzen (15) ist im Innern der Overlay Kammer (5) vor dem Auslauf ein Siebgewebe (16) angeordnet. An der Abführung (12) der Mäander- Perfusions-Kammer (4) ist weiter ein Überlauf (17) für die Abführung der verbrauchten Zellbrühe vorhanden. Der Überlauf ist in seiner Höhe verstellbar.The Meander Perfusion Chamber ( 4 ) with additions and exits for cultural media ( 11 . 12 ), as well as in the overlay chamber ( 5 ) Inlet and outlet (13, 14) for the overlay atmosphere and an outlet ( 15 ) arranged. At the outlet ( 15 ) is inside the overlay chamber ( 5 ) before the spout a mesh ( 16 ) arranged. At the exhaustion ( 12 ) of the meander perfusion chamber ( 4 ) is still an overflow ( 17 ) for the removal of the spent cell broth. The overflow is adjustable in height.

Die Mänder- Perfusions- Kammer (4) besteht aus der Bodenplatte (6) mit auf der Oberseite (8) angeordneten streifenförmigen , die Bodenplatte (6) unterteilenden und eine mäanderförmigen Durchströmung der Mäander- Perfusions-Kammer (4) mit Gasen und Medium erzwingenden Trennwänden (8), wobei der Abstand (A) der Trennwände (8) voneinander sowie von den Seiten- und Stirnwänden der Mäander-Perfusions- Kammer (4) so gewählt ist, dass sich in dem Stromfaden, in dem durch die Trennwände (8) gebildeten Gerinne, eine gemittelte laminare Oberströmung mit einer Froudezahl < 0,005 bildet. Mit zunehmender Zellzahl im Verlauf der Vermehrung der Zellmenge (TIL oder andere Zellen) wird die Zufuhr von frischem Medium kontinuierlich erhöht, wobei das erhöhte Zuführen von frischem Medium durch einen entsprechenden Algorithmus automatisch gesteuert wird. Die Bodenströmung verbleibt dabei nahe einer Froudezahl 0, wodurch eine Aufwirbelung der Zellen vermieden wird. Die beschriebenen Strömungsverhältnisse verhindern Zellstress und sorgen für eine homogene Versorgung mit Nährstoffen über die gesamte am Boden des Gerinnes aufwachsende Zellschicht.The Mander perfusion chamber ( 4 ) consists of the bottom plate ( 6 ) with on the top ( 8th ) arranged strip-shaped, the bottom plate ( 6 ) subdividing and a meandering flow through the meandering perfusion chamber ( 4 ) with gases and medium-enforcing partitions ( 8th ), wherein the distance (A) of the partitions ( 8th ) and from the side and end walls of the meander perfusion chamber ( 4 ) is selected so that in the current thread in which through the partitions ( 8th ) formed an average laminar upper flow with a Froude number <0.005. As the cell number increases (TIL or other cells), the supply of fresh medium is continuously increased, with the increased supply of fresh medium being automatically controlled by a corresponding algorithm. The bottom flow remains close to a Froude number 0 , whereby a Aufwirbelung of the cells is avoided. The described flow conditions prevent cell stress and ensure a homogenous supply of nutrients over the entire cell layer growing on the bottom of the channel.

Die Overlay-Kammer (5) besitzt Zu- und Abführungen (12, 14) für die Überströmung mit Gasen. Die Overlay-Kammer (5) wird jeweils mit dem gleichen Gas/Gasgemisch wie die Unterlay-Kammer (5) durchströmt.The overlay chamber ( 5 ) has inflows and outflows ( 12 . 14 ) for the overflow with gases. The overlay chamber ( 5 ) is in each case with the same gas / gas mixture as the sublayers chamber ( 5 ) flows through.

In einem Kultivierungslauf wachsen üblicherweise 7 bis 14 Tage lang Zellen aus den Gewebestücken aus, die ausgewachsenen Zellen vermehren sich gleichzeitig. So können TIL in größerer Menge aus Tumorgewebe hergestellt werden. Aber auch tumorinfiltrierende Natural- Killerzellen (TINK) und weitere Zellen lassen sich so aus Geweben gewinnen. Wenn der Glukoseverbrauch im Bioreaktor pro Tag 100 bis 300 mg erreicht, werden die TIL über den mit Siebgewebe (16) versehenen Auslassstutzen (15) des Bioreaktorgefäßes (1) als Filtrat von den Geweberesten abgetrennt.In a culture run, cells usually grow out of the tissue pieces for 7 to 14 days; the adult cells multiply at the same time. Thus TIL can be produced in larger quantities from tumor tissue. In addition, tumor-infiltrating natural killer cells (TINK) and other cells can be extracted from tissues. When the glucose consumption in the bioreactor per day 100 reached up to 300 mg, the TILs are 16 ) provided outlet ( 15 ) of the bioreactor vessel ( 1 ) separated as filtrate from the tissue residues.

Der Mäander -Bioreaktor zur ex- vivo Gewinnung und Vermehrung von Zellen aus Gewebeteilen werden nachfolgend näher erläutert, wobei die 1 eine schematische Schnittdarstellung des Mäander- Bioreaktors und die 2 eine schematische Draufsicht auf den Mäander- Bioreaktor zeigen, wobei die Bezugszeichen 1 bis 17 die in der nachfolgenden Liste aufgeführten KonstruktionsTeile der Bioreaktoren markieren:

  1. 1 Bioreaktorgefäß
  2. 2 Deckel
  3. 3 Unterlay- Kammer
  4. 4 Mänder- Perfusions- Kammer
  5. 5 Overlay- Kammer
  6. 6 Bodenplatte
  7. 7 Folie
  8. 8 Trennwand
  9. 9 Zuführung Unterlay- Atmosphäre
  10. 10 Abführung Unterlay- Atmosphäre
  11. 11 Zuführung Kulturmedium
  12. 12 Abführung Kulturmedium
  13. 13 Zuführung Overlay- Atmosphäre
  14. 14 Abführung Overlay- Atmosphäre
  15. 15 Auslaufstutzen
  16. 16 Siebgewebe
  17. 17 Überlauf für Zellbrühe
The meander bioreactor for the ex vivo recovery and propagation of cells from tissue parts are explained in more detail below, wherein the 1 a schematic sectional view of the meander bioreactor and the 2 show a schematic plan view of the meander bioreactor, wherein the reference numerals 1 to 17 Mark the design parts of the bioreactors listed in the following list:
  1. 1 bioreactor vessel
  2. 2 lids
  3. 3 underlay chamber
  4. 4 buttress perfusion chamber
  5. 5 overlay chamber
  6. 6 base plate
  7. 7 foil
  8. 8 partition
  9. 9 feeder underlay atmosphere
  10. 10 discharge underlay atmosphere
  11. 11 feed culture medium
  12. 12 discharge culture medium
  13. 13 feeder overlay atmosphere
  14. 14 exhaustion overlay atmosphere
  15. 15 outlet spouts
  16. 16 screen mesh
  17. 17 overflow for cell broth

Ausgangsmaterial für die Herstellung von TIL oder TINK und anderen Zellen sind Gewebeanteile, die z.B. bei der operativen Entfernung solider Organtumoren, ihrer Metastasen oder ihres unmittelbar umgebenden Gewebes anfallen oder für diesen Zweck entnommen werden. Eine Gewebemenge mit etwa 1 ml Volumen ist in der Regel ausreichend als Ausgangsmaterial. Die Gewebeproben werden in ein Transportgefäß mit Medium verbracht. Das Gefäß wird verschlossen bei Raumtemperatur gehalten und vom Ort der Gewebeentnahme in den Reinraumbereich für die Herstellung der Immunzell-Präparate transportiert. Die OP-Gewebestücke werden in einem Reinraum unter einer LFB in Stücke von 1 bis 2 mm3 Größe zerkleinert und in einen Mäander- Bioreaktor transferiert. Die zerkleinerten Gewebestücke werden im Bioreaktor gleichmäßig verteilt und im Perfusionsbetrieb kultiviert. Der Bioreaktor ist in einem GMP Breeder betriebsbereit angeschlossen und wird von der Control Unit kontinuierlich überwacht, weitgehend automatisch gesteuert und dokumentiert.The starting material for the production of TIL or TINK and other cells are tissue components which are obtained, for example, during surgical removal of solid organ tumors, their metastases or their immediately surrounding tissue, or are taken for this purpose. A tissue amount of about 1 ml volume is usually sufficient as a starting material. The tissue samples are placed in a transport vessel with medium. The vessel is kept closed at room temperature and transported from the site of tissue removal into the clean room area for the preparation of the immune cell preparations. The surgical tissue pieces are crushed in a clean room under a LFB into pieces of 1 to 2 mm3 size and into a meandering Bioreactor transferred. The minced tissue pieces are evenly distributed in the bioreactor and cultivated in the perfusion mode. The bioreactor is connected ready for operation in a GMP Breeder and is continuously monitored, largely automatically controlled and documented by the Control Unit.

Der Mäander- Bioreaktor besteht aus einem rechteckigen Bioreaktorgefäß (1) aus vorzugsweise klarem Polymermaterial, das mit einem Deckel (2) steril verschlossen ist. Das Bioreaktorgefäß (1) ist in drei übereinander angeordneten Kammern (3, 4, 5) unterteilt, wobei die unterste Kammer als Unterlay-Kammer(3), die über der Unterlay-Kammer (3) angeordnete Kammer als Mäander- Perfusions- Kammer (4) und die über der Mäander- Perfusions- Kammer (4) angeordnete Kammer als Overlay-Kammer (5) ausgebildet sind.The meander bioreactor consists of a rectangular bioreactor vessel ( 1 ) of preferably clear polymer material, which is provided with a lid ( 2 ) is sterile closed. The bioreactor vessel ( 1 ) is in three superimposed chambers ( 3 . 4 . 5 ), wherein the lowest chamber as a sublayers chamber (3), the above the lower layer chamber ( 3 ) arranged chamber as a meander perfusion chamber ( 4 ) and those above the meander perfusion chamber ( 4 ) arranged chamber as an overlay chamber ( 5 ) are formed.

Die Unterlay- Kammer(3) und die Mäander- Perfusions- Kammer (4) sind durch eine gelochte Bodenplatte (6) mit einer darauf dicht befestigten und für Sauerstoff permeablen Folie (7) voneinander getrennt. An der Unterlay-Kammer (3) sind Zu- und Abführungen vorhanden (9, 10), die eine Durchströmung mit Gasen, insbesondere mit Gemischen aus Luft und Sauerstoff oder mit Stickstoff und Sauerstoff ermöglichen, in denen der Anteil an Sauerstoff regelbar ist. Der Sauerstoff diffundiert bevorzugt gegenüber Stickstoff durch die Gas-permeable Folie (7), die dicht auf der gelochten Bodenplatte (6) der Mäander- Perfusions- Kammer (4) befestigt ist. Bei der Durchströmung der Mänder- Perfusions- Kammer (4) gelangen während der Expansion der Zellen sowohl aus dem Overlay- als auch aus dem Unterlay- Kammer (durch Diffusion) geregelte Mengen an Sauerstoff in das Kulturmedium.The underlay chamber (3) and the meander perfusion chamber ( 4 ) are by a perforated bottom plate ( 6 ) with a film tightly attached thereto and permeable to oxygen ( 7 ) separated from each other. At the sublay chamber ( 3 ) there are inflows and outflows ( 9 . 10 ), which allow a flow through with gases, in particular with mixtures of air and oxygen or with nitrogen and oxygen, in which the proportion of oxygen can be regulated. The oxygen diffuses preferentially over nitrogen through the gas-permeable film ( 7 ), which lie close to the perforated bottom plate ( 6 ) of the meander perfusion chamber ( 4 ) is attached. During the flow through the boundary-perfusion chamber ( 4 ), during the expansion of the cells from both the overlay and the underlay chamber (by diffusion) controlled amounts of oxygen in the culture medium.

Die Mäander- Perfusions- Kammer (4) ist mit Zu- und Abführungen für Kulturmedien (11, 12) versehen, ebenso sind in der Overlay- Kammer (5) Zu- und Abführung (13, 14) für die Overlay- Atmosphäre sowie ein Auslassstutzen (15) vorhanden. Am Auslassstutzen (15) ist im Innern der Overlay- Kammer (5) vor dem Auslauf ein Siebgewebe (16) angeordnet. An der Abführung (12) der Mäander- Perfusions-Kammer (4) ist weiter ein Überlauf (17) für die Abführung der verbrauchten Zellbrühe vorhanden. Der Überlauf ist in seiner Höhe verstellbar.The Meander Perfusion Chamber ( 4 ) with additions and exits for cultural media ( 11 . 12 ), as well as in the overlay chamber ( 5 ) Supply and discharge ( 13 . 14 ) for the overlay atmosphere and an outlet ( 15 ) available. At the outlet ( 15 ) is inside the overlay chamber ( 5 ) before the spout a mesh ( 16 ) arranged. At the exhaustion ( 12 ) of the meander perfusion chamber ( 4 ) is still an overflow ( 17 ) for the removal of the spent cell broth. The overflow is adjustable in height.

Die Mänder- Perfusions- Kammer (4) besteht aus der Bodenplatte (6) mit auf der Oberseite (8) angeordneten streifenförmigen , die Bodenplatte (6) unterteilenden und eine mäanderförmigen Durchströmung der Mäander- Perfusions-Kammer (4) mit Gasen und Medium erzwingenden Trennwänden (8), wobei der Abstand (A) der Trennwände (8) voneinander sowie von den Seiten- und Stirnwänden der Mäander-Perfusions- Kammer (4) so gewählt ist, dass sich in dem Stromfaden, in dem durch die Trennwände (8) gebildeten Gerinne, eine gemittelte laminare Oberströmung mit einer Froudezahl < 0,005 bildet. Mit zunehmender Zellzahl im Verlauf der Vermehrung der Zellmenge (TIL oder andere Zellen) wird die Zufuhr von frischem Medium kontinuierlich erhöht, wobei dies durch einen entsprechenden Algorithmus automatisch gesteuert wird. Die Bodenströmung verbleibt dabei nahe einer Froudezahl 0, wodurch eine Aufwirbelung der Zellen vermieden wird. Die beschriebenen Strömungsverhältnisse verhindern Zellstress und sorgen für eine homogene Versorgung mit Nährstoffen über die gesamte am Boden des Gerinnes aufwachsende Zellschicht.The Mander perfusion chamber ( 4 ) consists of the bottom plate ( 6 ) with on the top ( 8th ) arranged strip-shaped, the bottom plate ( 6 ) subdividing and a meandering flow through the meandering perfusion chamber ( 4 ) with gases and medium-enforcing partitions ( 8th ), wherein the distance (A) of the partitions ( 8th ) and from the side and end walls of the meander perfusion chamber ( 4 ) is selected so that in the current thread in which through the partitions ( 8th ) formed an average laminar upper flow with a Froude number <0.005. As the cell number increases (TIL or other cells), the supply of fresh medium is continuously increased, and this is automatically controlled by a corresponding algorithm. The bottom flow remains close to a Froude number 0 , whereby a Aufwirbelung of the cells is avoided. The described flow conditions prevent cell stress and ensure a homogenous supply of nutrients over the entire cell layer growing on the bottom of the channel.

Die Overlay-Kammer (5) besitzt Zu- und Abführungen (13,14) für die Überströmung mit Gasen. Die Overlay-Kammer (5)wird jeweils mit dem gleichen Gas/Gasgemisch durchströmt wie die Unterlay-Kammer (5).The overlay chamber ( 5 ) has inlets and outlets (13, 14) for the overflow of gases. The overlay chamber ( 5 ) is in each case with the same gas / gas mixture flows through as the lower layer chamber ( 5 ).

In einem Kultivierungslauf wachsen üblicherweise 7 bis 14 Tage lang Zellen aus den Gewebestücken aus, die ausgewachsenen Zellen vermehren sich gleichzeitig. So können TIL in größerer Menge aus Tumorgewebe hergestellt werden. Aber auch TINK und weitere Zellen lassen sich so aus Geweben gewinnen. Wenn der Glukoseverbrauch im Bioreaktor pro Tag 100 bis 300 mg erreicht, werden die TIL über den mit Siebgewebe (16) versehenen Auslassstutzen (15) des Bioreaktorgefäßes (1) als Filtrat von den Geweberesten abgetrennt.In a culture run, cells usually grow out of the tissue pieces for 7 to 14 days; the adult cells multiply at the same time. Thus TIL can be produced in larger quantities from tumor tissue. But also TINK and other cells can be obtained from tissues. When the glucose consumption in the bioreactor reaches 100 to 300 mg per day, the TIL is 16 ) provided outlet ( 15 ) of the bioreactor vessel ( 1 ) separated as filtrate from the tissue residues.

Ab der Verbringung der Gewebstücke in das Bioreaktorgefäß (1) verläuft der gesamte Prozess bis zur Abfüllung aktivierter und expandierter Zellen in einem völlig geschlossenen Gefäßsystem. Kultiviert wird in geeignetem Medium, das mit einem spezifischen Gemisch aus AB Humanserum, Cytokinen, Antikörpern und irradiierten humanen Feederzellen zeitweilig supplementiert ist. Schnellere Vermehrung und Aktivierungen gelingen fallweise durch Supplemente, die auf den Oberflächen des Bioreaktorgerinnes fixiert sind. Im Fall von TIL und anderen Immunzellen werden die vermehrten und separierten TIL zentrifugiert, in Einfriermedium resuspendiert und aliquotiert (rund 50 Mio. TIL pro Vial). Die Proben werden in der Gasphase über flüssigem Stickstoff gelagert.From the transfer of tissue pieces into the bioreactor vessel ( 1 ) runs the entire process until filling of activated and expanded cells in a completely closed vascular system. Culturing is carried out in a suitable medium which is temporarily supplemented with a specific mixture of AB human serum, cytokines, antibodies and irradiated human feeder cells. Faster proliferation and activations succeed occasionally by supplements, which are fixed on the surfaces of the bioreactor clot. In the case of TIL and other immune cells, the proliferated and separated TIL are centrifuged, resuspended in freezing medium and aliquoted (approximately 50 million TIL per vial). The samples are stored in the gas phase over liquid nitrogen.

Mit dem erfindungsgemäßen Mäander Bioreaktor zur Isolierung und Vermehrung von Zellen aus Gewebeteilen von Tumoren, Metastasen und anderen Geweben es gelingt es, in einem einzigen geschlossenen Verfahrensschritt aus kleingeschnittenen Gewebestücken bestimmte Zellen sowohl in das im Bioreaktor befindliche Medium auswachsen zu lassen, als auch die Zellen gleichzeitig zu aktivieren, zu vermehren und dann abzutrennen von Geweberesten. Insbesondere können auf diese Weise tumorinfiltrierende autologe T- Lymphozyten (TIL) aus Tumorgewebe, Metastasengewebe, deren Umgebungsgewebe und aus Lymphknoten, die von Tumorzellen befallenen sind, gewonnen werden. Die gerichtete laminare Überströmung der Zellen mit Medium im Mäander- Bioreaktor führt zu schnellem Wachstum der Zellen. Im Fall von TIL werden dabei besonders die Zellen bevorzugt expandiert, die spezifische Zytotoxizität gegenüber den Tumorzellen besitzen, aus denen oder deren Umgebung sie gewonnen werden In einem zweiten Verfahrensschritt können in einem Bioreaktor, der dem Mäander-Bioreaktor des ersten Verfahrensschritts gleicht, der aber eine größere Besiedlungsfläche besitzt, therapeutisch sinnvolle Mengen an TIL für klinische Anwendungen produziert werden.With the meander bioreactor according to the invention for the isolation and propagation of cells from tissue parts of tumors, metastases and other tissues, it is possible to grow certain cells into the medium contained in the bioreactor in a single closed process step from chopped tissue pieces, as well as the cells at the same time activate, multiply and then separate from tissue remnants. In particular, in this way tumor infiltrating autologous T lymphocytes (TIL) from tumor tissue, metastatic tissue, surrounding tissue and lymph nodes affected by tumor cells. The directed laminar flow over the cells with medium in the meander bioreactor leads to rapid growth of the cells. In the case of TIL, the cells which have specific cytotoxicity to the tumor cells from which or their environment they are obtained are preferably expanded. In a second method step, in a bioreactor which resembles the meander bioreactor of the first method step, but one can larger colonization area, therapeutically useful amounts of TIL are produced for clinical applications.

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Claims (4)

Mäander- Bioreaktor bestehend aus einen rechteckigen Bioreaktorgefäß (1) aus vorzugsweise klarem Polymermaterial, das mit einem Deckel (2) steril verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bioreaktorgefäß (1) in drei übereinander angeordneten Kammern (3,4,5) unterteilt ist und die unterste Kammer (3) als Unterlay- Kammer, die über der Unterlay-Kammer (3) angeordnete Kammer (4) als Mäander- Perfusions- Kammer und die über der Mäander- Perfusions- Kammer (4) angeordnete Kammer (5) als Overlay-Kammer ausgebildet und die Unterlay- Kammer (3) und die Mäander-Perfusions- Kammer (4) durch eine gelochte Bodenplatte (6) mit einer unten an der gelochten Bodenplatte (6) angeordneten semipermablen Folie (7) voneinander getrennt sind, wobei Sauerstoff bevorzugt gegenüber anderen Gasen durch die Folie diffundiert.Meander bioreactor consisting of a rectangular bioreactor vessel (1) of preferably clear polymer material, which is sterile-closed with a lid (2), characterized in that the bioreactor vessel (1) is subdivided into three superposed chambers (3, 4, 5) and the lowermost chamber (3) as a lowerlay chamber, the chamber (4) arranged above the lowerlay chamber (3) as a meander perfusion chamber and the chamber (5) arranged above the meander perfusion chamber (4) as Overlay chamber formed and the underlay chamber (3) and the meander perfusion chamber (4) by a perforated bottom plate (6) with a bottom of the perforated bottom plate (6) arranged semipermeable film (7) are separated from each other Oxygen preferably diffused through the film compared to other gases. Mäander - Bioreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlay- Kammer (3) mit in unterschiedlicher Höhe angebrachte Zu- und Abführungen (9,10) für die Durchströmung mit Gasen, die Mäander-Perfusions- Kammer (4) mit Zu- und Abführungen für Kulturmedien (11, 12) und die Overlay- Kammer (5) mit Zu- und Abführungen (13,14) für Overlay-Gase und mit einem Auslassstutzen (15), an dem im Innern der Overlaykammer (5) vor dem Auslauf ein Siebgewebe (16) angeordnet ist, trägt, wobei an der Zuführung (11) der Mäander- Bioreaktor- Kammer (4) ein angeordneter Überlauf (17) für die verbrauchte Zellbrühe in seiner Höhe verstellbar angeordnet ist.Meander bioreactor after Claim 1 , characterized in that the underlay chamber (3) with in different height attached inlets and outlets (9,10) for the flow of gases, the meander perfusion chamber (4) with inlets and outlets for culture media (11 , 12) and the overlay chamber (5) with inlets and outlets (13, 14) for overlay gases and with an outlet nozzle (15), on which inside the overlay chamber (5) in front of the outlet a screen mesh (16) is arranged, wherein at the feed (11) of the meander bioreactor chamber (4) an arranged overflow (17) for the spent cell broth is arranged in its height adjustable. Mäander- Bioreaktor nach Anspruch 1-2 dadurch gekennzeichnet, dass die Mänder- Perfusions- Kammer (4) aus der Bodenplatte (6) mit auf der Oberseite (8) angeordneten streifenförmigen , die Bodenplatte (6) unterteilenden und eine mäanderförmige Durchströmung der Mäander-Perfusions- Kammer (4) mit Medium erzwingenden Trennwänden (8) besteht, wobei der Abstand (A) der Trennwände (8) voneinander sowie von den Seiten- und Stirnwänden der Mäander- Perfusions- Kammer (4) so gewählt wird, dass in dem Stromfaden, in den durch die Trennwände (8) gebildeten Gerinne, eine gemittelte laminare Oberströmung mit einer Froudezahl nicht größer als 0,005 und eine Bodenströmung mit einer Froudezahl nahe 0 eingestellt ist, was bei wachsender Zellmenge sowohl eine homogene Konzentration an Nährstoffen im überströmenden Medium sicherstellt als auch keine Aufwirbelung der sedimentierten Zellen verursacht.Meander bioreactor after Claim 1 - 2 characterized in that the Mander perfusion chamber (4) from the bottom plate (6) arranged on the top (8) strip-shaped, the bottom plate (6) dividing and a meandering flow through the meander perfusion chamber (4) with medium enforcing partitions (8), wherein the distance (A) of the partitions (8) from one another and from the side and end walls of the meandering perfusion chamber (4) is selected so that in the current thread through which the partitions ( 8), an average laminar upper flow with a Froude number not greater than 0.005 and a bottom flow with a Froude number near 0 is set, which ensures both a homogeneous concentration of nutrients in the overflowing medium with increasing cell volume and causes no re-suspension of the sedimented cells. Mäander- Bioreaktor nach Anspruch 1-3 dadurch gekennzeichnet, dass über den Überlauf (17) für die Zellbrühe (mit nicht näher dargestellten Absperrvorrichtungen) mehrere Mäander- Bioreaktoren modulartig miteinander verbunden werden können.Meander bioreactor after Claim 1 - 3 characterized in that over the overflow (17) for the cell broth (with shut-off devices not shown) a plurality of meander bioreactors can be modularly connected to each other.
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