DE69112965T2

DE69112965T2 - Zellkulturanlage.

Info

Publication number: DE69112965T2
Application number: DE69112965T
Authority: DE
Inventors: Patrick Rentilly F-77600 Bussy-S.-Georges Binot; Dominique F-78280 Guyancourt Cognard; Frederic F-78170 La Celle-S.-Cloud Dufau; Jean F-78190 Trappes Hache
Original assignee: Bertin et Cie SA
Current assignee: Bertin Technologies SAS
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1991-03-28
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: CA2054761A1; DE69112965D1; WO1991015570A1; US5290700A; EP0474847A1; FR2660323A1; FR2660323B1; EP0474847B1; GR920300050T1; ATE127837T1; ES2030650T1; JP3078317B2; JPH05500616A; KR920701417A; CA2054761C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zellkulturanlage oder einen Bioreaktor für den Massen- und Durchflußbetrieb, der insbesondere die verbesserte Gewinnung der Produkte der Kulturen erlaubt.
Man kennt gegenwärtig mehrere Zellkulturverfahren und Zellkulturvorrichtungen.
Die Zellen können auf einer glatten Oberfläche wie einem Glas oder einem geeigneten Kunststoff (Kasten oder Rohr) gezüchtet werden. Solche Kulturen erlauben nicht, ein bedeutendes Zellwachstum zu realisieren und benötigen große Mengen an Nährstoffen.
Insbesondere beschreiben die Patente US 3 883 393 (USA), 3 997 396 (MONSANTO Co.), 4 087 327, 4 201 845 (MONSANTO Co.), 4 220 725 (USA) und 4 391 912 Systeme, in welchen die Zellen auf oder in der Nähe von Hohlfasern gezüchtet werden.
Das Patent 4 201 845 (MONSANTO Co.) beschreibt insbesondere einen Zellkulturreaktor mit einer Kulturkammer, in der eine Schicht von Hohlfasern für die Gasversorgung sandwichartig zwischen einer mikroporösen Membran für die Verteilung des Kulturmediums und einer mikroporösen Membran angeordnet ist, die als Barriere gegen die Diffusion der Zellen in den Außenraum der Kammer dient. Der Fluß des Mediums ist nach oben und transversal zur Ebene der Fasern gerichtet.
Diese Vorrichtung weist jedoch eine bestimmte Anzahl von Nachteilen auf, und insbesondere Risiken der Verstopfung der Verteilungsmembran des Kulturmediums, aufgrund des frontalen Angriffs der Membran, wobei die Verstopfung lokale Schwankungen der Durchsatzmenge und eine nichthomogene Verteilung der Nährstoffe zur Folge hat.
Andere Zellkulturvorrichtungen sind ebenfalls beschrieben worden:
- die internationale Anmeldung WO 90/13639 INVITRON CORPORATION beschreibt ein Gerät, das eine Umfassung aufweist, die eine Zellkulturkammer enthält, die von einer Hülse zum Einlaß eines geeigneten Mediums und einer Hülse zum Abtransport der Produkte begrenzt ist;
- die internationale Anmeldung WO 86/06094 beschreibt eine zusammengesetzte Gruppe von Filtrationsmembranen zum gleichzeitigen oder praktisch gleichzitigen Ausführen einer biologischen Reaktion und der Trennung der gewonnenen Produkte;
- die Patentanmeldung EP 0 113 328 beschreibt eine in- vitro-Zellkulturvorrichtung, in der die Zellen in einer steifen Matrix gehalten werden, die durch ein Rohr mit relativ geringer Porosität mit Nährmedium versorgt wird, während die Zellprodukte und das verbrauchte Nährmedium durch ein Rohr mit relativ hoher Porosität extrahiert werden, wobei eine Versorgung mit Sauerstoff durch eine selektiv permeable röhrenförmige Membran vorgesehen ist.
In bestimmten dieser Vorrichtungen und insbesondere in der Vorrichtung MONSANTO erfolgt die Verteilung und Aufteilung des Mediums zu den Zellen nicht auf homogene Weise über die ganze Oberfläche der Platte, was einen schwer zu beherrschenden verschiedenartigen Stoffwechsel der Zellen je nach Lage in der Vorrichtung und schwierige Größenextrapolation der Vorrichtung zur Folge haben kann, insbesondere im Rahmen einer industriellen Ausführung.
Die Anmelderin hat sich folglich zum Ziel gesetzt, einen Bioreaktor oder eine Zellkulturvorrichtung vorzusehen, die besser als die Vorrichtungen vom Stand der Technik den Erfordernissen der Praxis entspricht, insbesondere dadurch, daß sie die kontinuierliche und Massenproduktion von Kulturprodukten aus Kulturen, die bei einer hohen Zellkonzentration von mehr als 5.10&sup8;/cm³ über eine lange Zeitdauer gehalten werden, ohne eine Verstopfung nach sich zu ziehen, d.h. ohne Verringerung des Nährstoffdurchsatzes im ganzen Zellraum und die Verwendung eines Zellraums bedeutender Größe erlaubt, der einem industriellen Maßstab besser angepaßt ist.
Die vorliegende Erfindung hat eine Zellkulturvorrichtung oder einen Bioreaktor für die Produktion von Metaboliten zum Ziel, und zwar des Typs, der einen Zellkulturraum, in welchem die Zellen in einem flüssigen Medium eingeschlossen sind, wobei der Raum von Wandungen begrenzt ist, von denen mindestens drei selektiv permeabel sind, und zwar die erste für frisches Nährmedium, die zweite für gasförmige Fluide und die letztere für verbrauchtes Nährmedium und eine Einrichtung zur Zirkulation der Fluide in der Vorrichtung aufweist, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß
- die erste Wandung aus einer Schicht von steifen Röhren mit einem Durchmesser von ungefähr einem Zentimeter besteht, die eine für frisches Nährmedium permeable Wandung haben und die parallel zwischen einem Einlaßsammelkörper und einem Auslaßsammelkörper in einem geschlossenen Kreislauf mit Einrichtungen zum Zuführen des frischen Nährmediums und einer Druckerzeugungseinrichtung angebracht sind, wobei durch jede der Röhren von einem Ende zum anderen eine Menge an frischem Medium hindurchfließt, die mehrere Male größer ist als diejenige, die ihre Wandung durchdringt, um einen Druck aufrecht zu erhalten, der bei Durchgang des frischen Mediums durch die Wandungen der Röhren einen Druckverlust von mehr als 200 mbar zur Folge hat,
- die zweite Wandung aus einer Gruppe von Kapillaren mit gasdurchlässiger Wandung besteht, die im wesentlichen in gleichem Abstand angeordnet sind, um an der einen und/oder der anderen Seite der Schicht von Röhren eine oder mehrere homogen verteilte Teilgruppen für den Gasaustausch mit den Zellen zu bilden,
- die dritte Wandung mindestens ein Mikrosieb aufweist, das jede stromabwärts gelegene Wandung der Zellkulturanlage bildet, um den Einschluß der Zellen sicherzustellen und den Austritt des verbrauchten Mediums zu erlauben.
Man versteht im Sinne der vorliegenden Erfindung unter frischem Medium ein den Zellen zugeführtes nährstoffreiches Medium für ihre Bedürfnisse und ihr Wachstum.
Man versteht unter verbrauchtem Medium ein nährstoffarmes Medium mit von den Zellen ausgeschiedenen Metaboliten. Nach einem vorteilhaften Merkmal dieser Vorrichtung entspricht die durch jede Röhre hindurchfließende Menge an Medium einer Fließgeschwindigkeit von ungefähr 1 dm/s, die die tangentielle Filtration des frischen Mediums über die Wandung der Röhren sicherstellt.
Die Röhren haben eine Wandung mit Poren eines Durchmessers, der den Durchgang von Nährstoffmolekülen und insbesondere den Durchgang von Molekülen mit einem Molekulargewicht von mehr als 150 kDa erlaubt.
Solche Röhren haben den Vorteil, sterilisierbar zu sein, und erlauben, eine homogene Verteilung der Nährstoffe mit einer maximalen Streuung in der Größenordnung von 10% zu erzielen.
Der Leitungskreis wird unter einem geeigneten Druck gehalten, der so berechnet ist, daß er erlaubt, das gewünschte Verhältnis zwischen der zirkulierenden Menge und der hindurchtretenden Menge zu erzielen und den Kapillardruck zu überwinden.
Die Teilgruppen von Kapillaren können einfach sein, d.h in Form einer einzigen Schicht, oder selbst aus mehreren übereinanderliegenden Schichten zueinander parallel er Kapillaren gebildet sein, wobei die Kapillaren einer Schicht in die Zwischenräume zwischen den Kapillaren der zwei benachbarten Schichten hineinwirken.
Die Zellen, die in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung gezüchtet werden, sind insbesondere Mikroorganismen und prokaryontische und eukaryontische Tier- oder Pflanzenzellen. Sie können gegebenenfalls modifiziert worden sein; sie können gegebenenfalls auf einem Träger fixiert sein.
Die Kapillaren verbreiten das Gas (Luft, O&sub2;, N&sub2;, CO, CO&sub2; usw...), das durch sie hindurchgeht, homogen ins Innere des Zellkulturraums.
Nach einer bevorzugten Einrichtung dieses Merkmals sind die Kapillaren Hohlfasern mit einem Durchmesser von ungefähr 1 Millimeter und einer hydrophoben Wandung.
Die Vervielfachung der Verteilungsoberfläche der Gase und insbesondere des Sauerstoffs hat eine Verringerung der Diffusionsabstände zur Folge und erlaubt somit dank einer intensiveren und homogeneren Oxidierung ohne mechanische Belastung eine deutlich verbesserte Lebensfähigkeit der Zellen ebenso wie einen Abtransport des von den Zellen produzierten CO&sub2;.
Auf unerwartete Weise verhindert die Art der Einspeisung mittels tangentieller Filtration über poröse Röhren das Problem der Verstopfung, gewährleistet eine homogene Verteilung des Mediums im Kulturraum, was auf diese Weise eine bessere Produktivität und Homogenität der Zellen insgesamt zur Folge hat.
Ferner erlaubt die Zufuhr der Nährstoffe mit Hilfe von Röhren die gesamte Hydrodynamik des Bioreaktors zu vereinfachen und zu beherrschen, und das Aufstellen eines Netzes aus Belüftungsfasern erlaubt, in einem bedeutenden Zellraum Sauerstoff mitten unter die Zellen direkt zuzuführen und auf diese Weise die Zufuhr der Nährstoffe, die Oxidierung und die Extraktion der Produkte der Zellkultur auf unabhängige Weise zu steuern.
Nach einem vorteilhaften Merkmal dieser Vorrichtung überdeckt das Mikrosieb mindestens jede freie Seite stromabwärts zur Gruppe von Kapillaren.
Nach einer bevorzugten Einrichtung dieses Merkmals ist die dritte Wandung eine poröse Membran, die Poren eines Durchmessers zwischen 1 und 10 pm aufweist und die vorteilhafterweise aus den organischen Membranen oder den Metallmembranen gewählt wird.
Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal einer Vorrichtung gemäß der Erfindung sind die Kapillaren parallel zur Ebene der Schicht von Röhren ausgerichtet.
Nach einer bevorzugten Einrichtung dieses Merkmals sind die Kapillaren zu den Röhren parallel.
Nach einer bevorzugten Art dieser Einrichtung sind die Kapillaren auch im freien Zellraum zwischen den Röhren verteilt.
Nach einem anderen vorteilhaften Merkmal einer Vorrichtung gemäß der Erfindung sind die Schicht von Röhren und jede Gruppe oder Teilgruppe von Kapillaren durch ein Mikrosieb getrennt, das dem die dritte Wandung der Vorrichtung bildenden Mikrosieb ähnlich ist.
Nach einem anderen vorteilhaften Merkmal einer Vorrichtung gemäß der Erfindung bildet sie ein einseitiges Modul, das eine einzige Gruppe von Kapillaren, die an einer Seite der Schicht von Röhren gelegen ist, und mindestens ein Abfluß oder Auslaßmikrosieb aufweist.
Nach einem noch anderen vorteilhaften Merkmal einer Vorrichtung gemäß der Erfindung bildet sie ein zweiseitiges oder symmetrisches Modul, das mindestens zwei Teilgruppen von Kapillaren, die sich jeweils an jeder Seite der Schicht von Röhren erstrecken, und mindestens ein stromabwärts gelegenes Mikrosieb oder Auslaßmikrosieb aufweist, das jede Teilgruppe von Kapillaren überdeckt.
Nach einem noch anderen vorteilhaften Merkmal einer Vorrichtung gemäß der Erfindung bildet sie mindestens zwei übereinanderliegende symmetrische Module, wobei gegebenenfalls zwischenliegende Auslaßräume und Mikrosiebe weggelassen sind.
Die Vorrichtung kann ebenfalls eine Umfassung aufweisen, die von mindestens zwei Sätzen von Schichten von Röhren durchzogen ist, wobei der Raum zwischen den Röhren und den Endmikrosieben mit zu den Röhren parallelen Kapillaren aufgefüllt ist.
Der Bioreaktor gemäß der Erfindung erlaubt, eine gewisse Anzahl von Problemen zu lösen:
Zellen: - Erhöhung der Produktivität und gute Ausnützung des Volumens des Zellraums;
- Verringerung der Risiken der Beschädigung;
- Erhöhung der Lebensfähigkeit und erhöhte und homogenere Zellkonzentration durch Verringerung des Diffusionsabstands des Sauerstoffs und durch eine homogene Zufuhr der Nährstoffe;
- Möglichkeit der Züchtung fixierter oder freier Zellen.
Nährstoffe: - Verringerung des Serumbedarfs aufgrund der hohen Zellkonzentration, was eine Verringerung der Kosten zur Folge hat;
- Kreis der Nährstoffrezirkulation;
- Begrenzung der Risiken der Verstopfung an der Einspeisung durch Anwendung einer tangentiellen Filtration.
Produktion: die Vorrichtung gemäß der Erfindung hat den Vorteil, besonders gut für industrielleanwendungen geeignet zu sein und erleichtert die Größenextrapolation
Außer den voranstehenden Einrichtungen weist die Erfindung noch andere Einrichtungen auf, die aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgehen, die sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht, in denen:
- Figur 1 eine schematische Gesamtansicht eines Bioreaktors gemäß der Erfindung darstellt;
- Figur 2 eine schematische Ansicht des Bioreaktors in bezüglich der Röhren senkrechtem Schnitt darstellt;
- Figur 3 eine Schnittansicht des Bioreaktors entlang der Linie 3-3 der Figur 2 darstellt;
- Figur 4 eine Schnittansicht der Einspeisungszone entlang der Linie 4-4 von Figur 2 ist;
- Figur 5a bis 5f schematisch die verschiedenen Ausführungsformen des Bioreaktors gemäß der Erfindung darstellen.
Es soll sich jedoch von selbst verstehen, daß diese Zeichnungen und die entsprechenden beschreibenden Teile nur zur Veranschaulichung des Gegenstands der Erfindung dargeboten sind, für die sie in keiner Weise eine Beschränkung bilden.
Es wird zuerst auf die Figuren 1 bis 4 bezuggenommen, die Ausführungsformen des Bioreaktors gemäß der Erfindung erläutern.
Figur 1 stellt eine schematische Ansicht eines Bioreaktors gemäß der Erfindung dar, der in einem von einem Zellkulturraum X begrenzten Gehäuse D folgendes aufweist:
- ein erstes Mikrosieb M&sub1; , das die Einschließung der Zellen in dem Raum X sicherstellt, aber den Durchtritt des verbrauchten Mediums zur Wiedergewinnung erlaubt,
- eine erste Teilgruppe von Kapillaren C, die den Durchtritt von gasförmigen Fluiden sicherstellen und die zwischen dem Sieb M&sub1; und einer Schicht von zueinander parallelen Röhren T angeordnet sind, die den Durchtritt von frischem Nährmedium zu den Zellen sicherstellen,
- am anderen Ende des Raums ein zweites Mikrosieb M&sub2; , das die Einschließung der Zellen in dem Raum X sicherstellt, und eine zweite Teilgruppe von Kapillaren C, die zwischen dem Mikrosieb M&sub2; und der Schicht von Röhren T angeordnet ist.
Die Röhren T sind parallel zwischen zwei Sammlern 42 und 43 (Figur 4) angeordnet, die längs eines Kreislaufs mit geschlossener Kreis gespeist werden, der ein Eintrittsrohr 10 (Figur 1) 40 (Figur 4) für die Zuführung des frischen Nährmediums und ein Rohr 11 (Figur 1), 41 (Figur 4) zum Austritt des frischen, zurückzuführenden Mediums einschließt, wobei die Rohre untereinander über eine Rohrleitung 16 (Figur 1) verbunden sind.
Leitungen 12&sub1; und 12&sub2; zum Austritt des verbrauchten Mediums (Figur 1 und 3), die stromabwärts der Mikrosiebe Mi und M&sub2; herausführen, erlauben die Extraktion des zwischen den Sieben und dem Gehäuse D gesammelten, verbrauchten Mediums.
Einrichtungen zum Einlaß Ge und Auslaß Gs gasförmiger Fluide (Figur 2) sind jeweils an ein Einspeisungsvolumen 45 der Kapillaren C und ein Ausströmvolumen 46 der Kapillaren angeschlossen.
In der in Figur 1 erläuterten Ausführung
- sind die Kapillaren C in der gleichen Ebene senkrecht zu den Röhren T und sind in zwei Teilgruppen auf beiden Seiten der Schicht von Röhren T angeordnet;
- weist die Vorrichtung ferner eine mit der Rohrleitung 16 zur Zirkulation des frischen Mediums verbundene Einrichtung zum Anlegen eines Drucks 14, 15 auf das frische Mediums auf. Das unter Druck stehende frische Medium, das zwischen dem Eintritt 10 und dem Austritt 11 in den Röhren T zirkuliert, wird ständig in einer Schleife zurückgeführt, die aus einem an der Rohrleitung 16 angeschlossenen Reservoir 13 gespeist wird; eine tangentielle Filtration des frischen Mediums über die Röhren T in den Zellkulturraum X kann somit gewährleistet werden.
In einer vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung der Erfindung ist die Einrichtung 14 durch ein Drosselventil ausgeführt, das einen Druckverlust erzeugt und die Einrichtung 15 ist mit einer Pumpe versehen.
In einer Variante kann der Bioreaktor gemäß der Erfindung ebenfalls die folgenden, in Figur 1 nicht dargestellten Einrichtungen aufweisen:
- stromaufwärts zum Gaseinlaß Ge kann sich ein steriles Filter befinden;
- der Zellkulturraum X kann mit einer Vorrichtung zum Regeln der Temperatur verbunden sein;
- die Schleife zur Rezirkulation des frischen Mediums (Rohre 10 und 11) und die Leitungen zum Abtransport des verbrauchten Mediums (Einrichtungen 12i und 122) können mit geeigneten Vorratsbehältern verbunden sein.
Die Funktionsweise solcher Bioreaktoren ist folgendermaßen:
Nach der Sterilisation des Gehäuses D und der Regelung der Temperatur, des pH, der Sauerstoffkonzentration, der Durchsatzmenge des dem Serum zugefügten Mediums impft man eine geeignete Menge an Zellen in den Zellkulturraum X und man führt das frische Medium mit der Zuführungseinrichtung 40 in den Sammler 42 (Figur 4) hinein. Man überwacht täglich die Nährstoffkonzentration des frischen Mediums wie auch die oben angegebenen Parameter (Temperatur, pH, O&sub2;-Konzentration). Das frische Medium fließt durch die Röhren T mit einer Geschwindigkeit, die die tangentielle Filtration des frischen Mediums über die Wandungen der Röhren sicherstellt und somit eine homogene Versorgung der im Zellkulturraum X vorhandenen, eingeimpften Zellen gewährleistet. Das nicht benützte und am Auslaß 41 über den Sammler 43 zurückgewonnene frische Medium wird ständig in einer unter Druck stehenden Schleife zurückgeführt, die aus einem Vorratsbehälter 13 gespeist wird der an der Rohrleitung 16 angeschlossen ist, und versorgt von neuem die Zellen. Das verbrauchte Medium wird seinerseits mit den von den Zellen produzierten Metaboliten in Höhe der Austrittsleitungen 12&sub1; und 12&sub2; (Figur 3) zurückgewonnen und später in geeigneter Weise behandelt.
Gleichzeitig werden aus einem Gaseinlaß Ge (Figur 2) die Zellen über die Kapillaren C mit Sauerstoff versorgt, die gleichförmig in dem von den Röhren T freigelassenen Raum verteilt sind, der von den Endmikrosieben begrenzt ist. Die Kapillaren verteilen das Gas vom Inneren leder Kapillare zu den Zellen, sind aber widerstandsfähig gegenüber der Diffusion von Flüssigkeit in das Innere der Kapillaren. Der Auslaß Gs des Gases erlaubt ebenfalls den Abtransport des von den Zellen der Kultur erzeugten CO&sub2;. Der Auslaß des Gases Gs erlaubt, den nicht verbrauchten Sauerstoff und das von den Zellen der Kultur produzierte CO&sub2; abzutransportieren.
Ein solcher Bioreaktor mit einem Volumen, das von 200 cm³ bis 10 l variieren kann, erlaubt die Ausführung einer kontinuierlichen Kultur über eine Zeitdauer von mehreren Monaten.
In einer bevorzugten, jedoch nicht einschränkenden Ausführung des Bioreaktors
- hat der Zellkulturraum X eine Höhe von 25 mm und wird von zwei Mikrosieben (M&sub1; und M&sub2;, Figur 1) von 250 x 400 mm begrenzt.
- haben die Röhren T zur Einspeisung von frischem Medium einen Durchmesser in der Größenordnung von 1 cm, sind steif und haben Poren mit einem Durchmesser, der den Durchtritt von Nährstoffmolekülen eines Molekulargewichts von mehr als 150 kDa erlaubt. Diese Röhren sind in der dargestellten Ausführung, und dies auf nicht einschränkende Weise, aus verdichtetem Graphit, der mit einer empfindlichen Schicht bedeckt ist, die die Steuerung des Porendurchmessers erlaubt, und sie sind vorab sterilisiert worden, und das Anlegen eines Drucks auf das frische Medium hat bei Durchtritt des frischen Mediums durch die Wandungen der Röhren einen Druckverlust von mehr als 200 mbar zur Folge.
- sind die Kapillaren C zur Versorgung mit gasförmigen Fluiden in Form von mehreren regelmäßig im Zellraum x beabstandeten porösen Hohlfasern mit einem Durchmesser von 2,6 mm in der dargestellten Ausführung zu beiden Seiten der Röhren T angeordnet, parallel zu der Ebene der Röhren T ausgerichtet und in der Ebene senkrecht zu diesen.
Nach der Sterilisation des Gehäuses D impft man beispielsweise, und dies auf nicht einschränkende Weise, 2.106 Hybridomas murein V0208, die einen monoklonalen Antikörper des Typs IgGl/ml in nützlicher Menge produzieren. Die experimentellen Bedingungen sind dann wie folgt: pH für das Wachstum 7,2: pH für die Produktion der Antikörper 7,05: Konzentration des gelösten O&sub2;, ungefähr 40%; Temperatur 37ºC.
Das frische Medium wird danach über das Eintrittsrohr 40 zum Sammler 42 (Figur 4) eingeführt und weist beispielsweise Glukose (Restkonzentration immer über 0,8 g/l), Glutamin (2 bis 4%), Aminosäuren (1% im Bioreaktor), ein Medium RPMI 1640 (man verringert den Grad der Rezirkulation, wenn die Laktatkonzentration größer oder gleich 18mm ist) und fötales Kälberserum von 10%, dessen Anteil man ab dem 20. oder dem 25. Tag bis auf weniger als 2% verringert. Man dosiert täglich die Glukose und das Laktat und man dosiert regelmäßig das Glutamin und die Aminosäuren und mißt den pH. Dieses Medium fließt in den Röhren T mit einer Geschwindigkeit, die die tangentielle Filtration des oben definierten Mediums über die Wandungen der Rohre mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 10 um/s sicherstellt und eine homogene Versorgung der in dem Zellkulturraum X vorhandenen Zellen gewährleistet.
Auf bevorzugte Weise ist die Fließgeschwindigkeit im Innern der Röhren in der Größenordnung von 1 dm/s und der Druck wird so gewählt, daß das gewünschte Verhältnis (beispielsweise 10:1) zwischen der zirkulierenden Menge und der durch die Wandung des Rohrs hindurchtretenden Menge erzielt wird.
Das verbrauchte Medium wird an den Auslässen 12&sub1; und 12&sub2; zurückgewonnen und weist insbesondere in der dargestellten Ausführung die von den Hybridomas produzierten monoklonalen Antikörper auf.
Es wird nun auf die in den Figuren 5a bis 5f erläuterten Ausführungsformen bezuggenommen.
Figur 5a erläutert eine Ausführungsform des Bioreaktors gemäß der Erfindung, die ein Gehäuse D aufweist, das eine Schicht von Röhren T einschließt. Zwischen der Schicht von Röhren T und dem Mikrosieb M ist eine Gruppe von Kapillaren angeordnet, die in der gleichen Ebene senkrecht zu den Röhren T angeordnet sind und somit ein "einseitiges Modul" bilden.
Figur 5b erläutert eine andere Ausführungsform des Bioreaktors gemäß der Erfindung für ein "zweiseitiges" oder symmetrisches "Modul", das zwei Teilgruppen von Kapillaren C, die sich leweils auf jeder Seite der Schicht von Röhren T erstrecken, zwei Endmikrosiebe M&sub1; und M&sub2; und zwei Mikrosiebe M'&sub1; und M'&sub2; aufweist, die den Mikrosieben M&sub1; und M&sub2; ähnlich sind und jede Teilgruppe von Kapillaren C der Schicht von Röhren T teilen.
Die Membranen M'&sub1; und M'&sub2; erlauben die Einschließung der Zellen in dem Raum, wo die Verteilung des Sauerstoffs homogen ist (neben den Kapillaren) und verhindern die Verstopfung der Röhren.
Figur 5c erläutert eine Ausführungsform eines Bioreaktors gemäß der Erfindung, in der zwei symmetrische Module zwischen zwei Endsieben M&sub1; und M&sub2; überaneinander liegen, wobei der Bioreaktor der Reihe nach eine erste Teilgruppe von Kapillaren C, ein Mikrosieb M'&sub1;, eine Schicht von Röhren T, ein Mikrosieb M'&sub2;, eine zweite Teilgruppe von Kapillaren C, ein Mikrosieb M&sub2;, einen zwischenliegenden Auslaßraum, dann ein anderes symmetrisches Modul wie das oben beschriebene aufweist.
Figur 5d erläutert eine Ausführungsform, in der man eine Aufeinanderschichtung mehrerer symmetrischer Module, wie sie in Figur 5c zu sehen sind, findet und deren zwischenliegender Auslaßraum weggelassen ist.
In den Figuren 5a bis 5d oben sind die Kapillaren C senkrecht zu den Röhren T in deren Ebene, während in den Figuren 5e bis 5f unten die Röhren und die Kapillaren parallel sind.
Figur 5e erläutert schematisch ein zweiseitiges oder symmetrisches Modul, das eine Gruppe von Kapillaren C aufweist, die den gesamten von der Schicht von Röhren T freigelassenen Raum zwischen den Endmikrosieben M&sub1; und M&sub2; anfüllen.
Figur 5f erläutert eine Ausführungsform, in der eine Umfassung E von mehreren Schichten von Röhren T1, T2, T3, T4 durchzogen ist, in denen in geschlossenem Kreislauf das frische Nährmedium zirkuliert, und mit einer Gruppe von zu den Röhren parallelen Kapillaren C aufgefüllt ist und ferner zwei Endmikrosiebe M&sub1; und M&sub2; aufweist.
Wie in Figur 5f gezeigt ist und wie es für alle Varianten vorgesehen ist, werden die Schicht(en) von Röhren T mit frischem Medium gespeist und die Kapillaren C werden mit geeignetem Gas gespeist.

Claims

1. Zellkulturanlage oder Bioreaktor für die Herstellung von Metaboliten, des Typs, der einen Zellkulturraum (X), in dem die Zellen in einem flüssigen Milieu eingeschlossen sind, wobei der Raum von Wandungen begrenzt ist, von welchen mindestens drei selektiv permeabel sind, die erste für frisches Nährmedium, die zweite für gasförmige Fluide und die letzte für gebrauchtes Nährmedium, und eine Einrichtung zur Zirkulation der Fluide in der Vorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

- die erste Wandung aus einer Schicht von steifen Röhren (T) mit einem Durchmesser von ungefähr einem Zentimeter besteht, die eine für frisches Nährmedium permeable Wandung haben und die parallel zwischen einem Einlaßsammelkörper (42) und einem Auslaßsammelkörper (43) in einem geschlossenen Kreislauf (10,11,16) mit Einrichtungen (10;40) zum Zuführen des frischen Nährmediums und einer Druckerzeugungseinrichtung (14) angebracht sind, wobei durch jede der Röhren (T) von einem Ende zum anderen eine Menge an frischem Medium hindurchfließt, die mehrere Male größer ist als diejenige, die ihre Wandung durchdringt, um einen Druck aufrecht zu erhalten, der bei Durchgang des frischen Mediums durch die Wandungen der Röhren (T) einen Druckverlust von mehr als 200 mbar zur Folge hat,

- die zweite Wandung aus einer Gruppe von Kapillaren (C) mit gasdurchlässiger Wandung besteht, die im wesentlichen in gleichen Abständen angeordnet sind, um an der einen und/oder der anderen Seite der Schicht von Röhren (T) eine oder mehrere homogen verteilte Teilgruppen für den Gasaustausch mit den Zellen zu bilden,

- die dritte Wandung mindestens ein Mikrosieb aufweist, das jede stromabwärts gelegene Wandung der Zellkulturanlage bildet, um den Einschluß der Zellen sicherzustellen und den Austritt des verbrauchten Mediums zu erlauben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch jede Röhre (T) hindurchlaufende Menge an Medium einer Fließgeschwindigkeit von ungefähr 1 dm/s entspricht, die die tangentielle Filtration des frischen Mediums über die Wandung der Röhren gewährleistet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilgruppen von Kapillaren nicht weiter unterteilt sein können und eine einzige Schicht bilden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilgruppen von Kapillaren ihrerseits aus mehreren übereinanderliegenden Schichten zueinander paral leler Kapillaren gebildet sein können, wobei die Kapillaren einer Schicht in die Zwischenräume zwischen den Kapillaren der zwei benachbarten Schichten hineinwirken.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillaren Hohlfasern mit hydrophober Wandung und mit einem Durchmesser von ungefähr 1 mm sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrosieb (M) mindestens jede freie Fläche stromabwärts der Gruppe von Kapillaren bedeckt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Wandung eine poröse Membran ist, die Poren mit einem Durchmesser zwischen 1 und 10 um aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillaren (C) parallel zur Ebene der Schicht der Röhren (T) ausgerichtet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillaren (C) parallel zu den Röhren (T) sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillaren (C) auch im freien Zellraum zwischen den Röhren (T) verteilt sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Röhren (T) und die Gruppe oder die Teilgruppen von Kapillaren (C) durch ein Mikrosieb (M'&sub1;,M'&sub2;) getrennt sind, das dem die dritte Wandung der Vorrichtung bildenden Mikrosieb (M) ähnlich ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein einseitiges Modul bildet, das eine an einer Seite der Schicht aus Röhren (T) gelegene, einzige Gruppe von Kapillaren (C) und mindestens ein stromabwärts gelegenes Mikrosieb oder Auslaßmikrosieb (M) aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein zweiseitiges oder symmetrisches Modul bildet, das mindestens zwei Teilgruppen von Kapillaren (C), die sich jeweils an jeder Seite der Schicht aus Röhren (T) erstrecken, und mindestens ein stromabwärts gelegenes Mikrosieb (oder Auslaßmikrosieb) (M&sub1;,M&sub2;) aufweist, das jede Teilgruppe von Kapillaren (C) überdeckt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei übereinanderliegende symmetrische Module aufweist, wobei gegebenenfalls zwischenliegende Auslaßräume und Mikrosiebe weggelassen sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Umfassung (E) aufweist, die zwischen den zwei äußersten Mikrosieben (M1,M2) von mindestens zwei Schichten aus Röhren (T) durchquert wird und deren Raum zwischen den Röhren (T) mit zu den Röhren parallelen Kapillaren (C) aufgefüllt ist.