DE69614535T2

DE69614535T2 - Vorrichtung und verfahren zum aufbewahren und zur züchtung biologischer zellen

Info

Publication number: DE69614535T2
Application number: DE69614535T
Authority: DE
Inventors: Douglas Armstrong; James Maluta; W. Roecker
Original assignee: Aastrom Biosciences Inc
Current assignee: Vericel Corp
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-06-07
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2016-06-08
Also published as: CA2223525A1; JP3880622B2; ATE204322T1; EP0832182B1; EP0832182A1; CA2223525C; DE69614535D1; JPH11507229A; WO1996040858A1; ES2162081T3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Einleitung

Diese Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Aufbewahren und zur Züchtung von biologischen Zellen ex vivo 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.
Viele medizinische Krankheiten können nun durch die Verwendung von transplantierten Zellen, Geweben oder Organen gelöst werden. Die Transplantation hat sich vom chirurgischen Transfer von Gewebe von einem Teil des Körpers eines Patienten zu einem anderen über den chirurgischen Transfer von Organen und Geweben zwischen Individuen zu der Transplantation von Blut und Immunsystemen zwischen Individuen entwickelt. Mit steigendem Nachweis des medizinischen Vorteils von Gewebetransplantation hat der Bedarf an Organen und Geweben, die für diese Verfahren geeignet sind, die Verfügbarkeit weit überschritten. Weiterhin ist das Verfahren in den Fällen, in denen die Verfügbarkeit weniger ein Punkt ist, wie zum Beispiel bei Knochenmark, durch hohe Kosten ausgeschlossen und kann für den Donor oder den Patienten invasiv sein.
Als eine Entwicklung des klinischen Bedarfs haben sich zwei verwandte Gebiete entwickelt, die "Zelltherapie" und "Gewebeengineering" genannt wurden. Die Zelltherapie bezieht sich im allgemeinen auf die Verwendung von lebenden Zellen anstelle von Wirkstoffen, um eine klinische Abweichung oder Krankheit zu behandeln. Die vielleicht am meisten praktizierte For n der Zelltherapie heutzutage findet mit Knochenmark oder hematopoietischer Stammzelltransplantation in Patienten statt, die eine hematopoietisch toxische Chemotherapie oder Bestrahlung erhalten haben. Dies Verfahren schließt die Reinfusion von Zellen der frühen Phase ein, die aus dem Knochenmark stammen, so daß diese Zellen das Blut und Immunsystem eines Patienten reetablieren können und oftmals auch das Knochenmarksgewebe. Durch dieses Zelltherapieverfahren wird die hematopoietische Toxizität der Krebsbehandlung geheilt.
Gewebeengineering betrifft im allgemeinen die Anwendung von verschiedenen Disziplinen zwischen Engineering, Physiologie und Zellbiologie ein, um mindestens ein teilweise lebendiges Gewebe zu entwickeln, das in der Lage ist, normale Gewebefunktion auszuüben. Einmal hergestellt kann dieses Gewebe in Menschen transplantiert werden, um normale Gewebe oder Organfunktionen wiederherzustellen oder zu verbessern. Verschiedene Biotechnologiefirmen sind an Projekten beteiligt, um menschliche Gewebe zur Transplantation zu entwickeln.
Für beide Verfahren, Zelltherapie und Gewebeengineering gibt es den kritischen Bedarf, in der Lage zu sein, ex vivo die Zellen zu bearbeiten und/oder herzustellen, die für das therapeutische Transplantat verwendet werden sollen. Die biologische Forschung ist nun derart fortgeschritten, daß für viele der menschlichen Gewebe eine solche Methodologie entwickelt wurde, daß die Schlüsselzellen dieses Gewebe außerhalb des Körpers gezüchtet werden können. Als ein Ergebnis kann eine klinisch brauchbare Menge von Gewebe aus einer kleinen Menge von Ausgangsmaterial erzeugt werden, die mit einer minimal invasiven Technik erhalten wird. Mit dieser Verbesserung wird die Gelegenheit für eine zunehmende und unterschiedlichere Verwendung der Gewebetransplantation geboten.
Parallel zu diesem Fortschritt und zum großen Teil von ihrem Erfolg abhängig sind die vielen Gentherapieansätze, welche zu anfänglichen klinischen Versuchen fortgeschritten sind, die eine ex vivo genetische Manipulation von Zellen und Gewebe einschließen. Die Gentherapie schließt die Transduktion des Genoms der Zelle ein, um die Korrektur eines defekten Gens, die Regulation eines Erkrankungszustands oder die Produktion eines hilfreichen Moleküls zu erreichen. Diejenigen gentherapeutischen Verfahren, die einen Vorteil von der ex vivo Administration eines Genvektors zu einem expandierten oder Donorgewebe haben, um so das Targeting des Gens zu verbessern und dessen systemische Administration zu vermeiden (um somit wahrscheinlich die meisten denkbaren Gentherapien für die nächsten 10 Jahre oder länger einzuschließen), werden durch die oben genannten Fortschritte bei der Gewebeerzeugung und Produktion gut unterstützt werden.
Die besonderen physikalischen und biologischen Voraussetzungen zur Produktion von Zellen und Geweben von Blut, Haut, Knorpel, Knochen, Pankreas, des Nervensystems und vielen anderen endothelen und mesenchymalen Geweben von Interesse für Zell- und genetische Therapeuten werden variieren. Jedoch sind zwei Schlüsselkomponenten nötig, um Zellen und Gewebe ex vivo zu züchten: 1) Zellen von eigener oder Donorabstammung, die in der Lage sind zu replizieren und zu differenzieren, wie benötigt für die Bildung von funktionierendem Gewebe, und 2) ein ex vivo System umfassend biokompatible Materialien, die für die physiologischen Anforderungen (z. B. Oberflächenanheftung, Mediumaustausch und Sauerstoffversorgung) sorgen, um die oben genannten Zellen zu züchten.
Ein ausgezeichnetes Beispiel des sich zusammenschließenden Interface von Zelltherapie mit Gewebeengineering ist die ex vivo Produktion von menschlichem Knochenmark. Dieses Verfahren zeigt sowohl die Zwischenbeziehungen zwischen der Methodologie der Zell/Gewebeproduktion und den medizinischen Gerätevoraussetzungen, um die Gewebeproduktion gründlich zu implementieren.
Trotz des Fehlens der physikalischen Geometrie, die ein Merkmal von anderen Geweben oder Organen ist, ist Knochenmark ein aus vielen verschiedenen Zelltypen zusammengesetztes Gewebe, das von verschiedenen stromalen Fibroblasten, mesenchymalen Zellen bis zu Stammzellen und den anderen Zellen des hematopoietischen Systems reicht. Das für das ex vivo Knochenmarkswachstum benötigte gefundene ex vivo Verfahren war, die natürliche funktionelle Umgebung des Knochenmarks nachzuahmen, und so die kontrollierte Nährstoffperfusion und Sauerstoffversorgung der Stamm- und stromalen Zellkomponenten unter präzisen Bedingungen von Temperatur- und Mediumzusammensetzung zu ermöglichen. Ein Schlüssel für den Erfolg war es, Kulturbedingungen zur Verfügung zustellen, die für jeden der vielen verschiedenen Zelltypen, die im menschlichen Knochengewebe gefunden werden, fortlaufend verändert werden können.
Durch diesen Ansatz des Gewebeengineering konnte zum ersten Mal gefunden werden, daß die menschlichen Stammzellen, die im Knochenmark gefunden werden, nicht nur in der Lage waren, in Kultur zu überlegen, sondern auch zu replizieren, um sowohl mehr Stammzellen als auch mehr reife Vorläuferzellen zu produzieren. Dieses Ergebnis steht in direktem Gegensatz zu wenn hematopoietische Stamm/Vorläuferzellen vor dem Kulturverfahren isoliert wurden (zum Beispiel, CD-34 Selektion). In diesem Fall wachsen die Stammzellen nicht und die Kulturen sterben innerhalb einer kurzen Zeitdauer ab, vermutlich weil heterogene Gewebeinteraktionen beseitigt wurden.
Mit der erfolgreichen Produktion dieser Knochenmarksgewebszellen können diese erhältlich sein, um als ein Ersatz für Knochenmarkstransplantation verwendet zu werden. Dieses Beispiel ist eine hervorragende Demonstration davon, wie die verlorene Funktion eines beschädigten oder zerstörten Gewebes, z. B. Knochenmark, mit ex vivo konstruierten gewebespezifischen Zellen repariert oder wiederhergestellt werden kann.
Nachdem das Basis-Zell/Gewebeproduktionsverfahren einmal identifiziert ist, wird zur therapeutischen Anwendung als nächste Voraussetzung ein klinisches System benötigt, um das Verfahren zu implementieren. Diese Systeme sollten für die Routineverwendung durch Tausende von Krankenhäusern und Kliniken in der entwickelten und sich entwickelnden Welt geeignet sein, was den Patienten dienen würde, die von den Transplantationszellen und - geweben in nativer oder genetisch veränderter Form profitieren sollen.

2. Wichtige Voraussetzung für ein ex vivo Zellproduktionsverfahren

Bis heute beruht die Zell- und Organtransplantationstherapie auf der Fähigkeit der Klinik, in der Lage zu sein, Zellen oder Gewebe durch die Anwendung von Laborprodukten und Verfahren zu handhaben und zu bearbeiten, begleitet zu verschiedenen Anteilen von Standardarbeitsverfahren und mit unterschiedlicher Beteiligung der FDA und anderen regulatorischen Behörden. Die Verfahren benötigten bis jetzt jedoch im allgemeinen keine extensive Manipulation der Zellen oder Gewebe über das zur Verfügung stellen von Standardinkubationslösungen, kurzzeitiger Lagerung oder Verpackung, oder - wie im Falle von Knochenmarks- oder peripheren Blutstammzellen für Stammzelltransplantate - Kryokonservierung hinaus. Mit dem Dazukommen von Schritten, welche die aktuelle Anzucht und Produktion von Zellen oder Geweben zur Transplantation benötigen, entstehen viele Bedenken, die berücksichtigt werden müssen, um ein zuverlässiges und klinisch sicheres Verfahren zu ergeben. Dieser Punkt ist derselbe, egal ob die Zellproduktion am Standort der Patientenpflege auftritt (wie der Fall für die Produktion von Zellen für ein Stammzelltransplantat sein kann sein kann), oder an einer Herstellungsstelle in einiger Entfernung (wie im Fall der Produktion einer biosynthetischen Vorrichtung).

A. Verläßlichkeit des Verfahrens für ein ex vivo Zellproduktionsverfahren

Der vielleicht wichtigste von allen zu beachtenden Punkten ist der technische Stand, der mit den meisten Zellkulturverfahren einhergeht. Ort-zu-Ort-Unterschiede in der Zellkultur sind oftmals sensibel. Für ein akzeptables klinisches Zellkulturverfahren muß der technische Stand oder Fortschritt so eliminiert werden, daß das Zellprodukt dasselbe sein wird, wenn das Verfahren an verschiedenen physischen Orten angewendet wird.
Dieses Problem kann am besten durch Implementierung eines gut charakterisierten robusten Verfahrens mit Automation gehandhabt werden. Während der variable menschliche Faktor aus dem technischen Verfähren eliminiert wird, sollte die menschliche Überwachung für die Qualitätskontrolle und Kontrollverfahren beibehalten werden. Alternativ, können streng kontrolliertes Training und Standardverfahren verwendet werden, um die inhärente Variabilität bei der Durchführung von Zellproduktionsverfahren zu berücksichtigen, was in bestimmten Fällen nötig sein wird, wenn die technischen Schritte nicht automatisiert werden können.
Wenn jedoch ein kontrollierter Prozeß wiederholt zum selben Ergebnis führen kann, kann und sollte er automatisiert werden. Aus strategischer Sicht ist die Automatisierung über eine medizinische Vorrichtung wünschenswert, weil sie Variabilitäten aufgrund von menschlichem Fehler oder menschlicher Initiative ausschließt, sie reduziert den Bedarf an hochqualifizierter Arbeit und daher Kosten des Verfahrens, und sie macht das Verfahren für die verbreitete Praxis geeignet. Zuletzt bleibt jedes manuelle Verfahren für eine ineffektive Automatisierungsstrategie verletzlich. Die Automatisierung trifft auch den allgemeinen Wunsch von Klinikern, ihren Patienten eine Pflege von höherer Qualität zur Verfügung zu stellen.

B. Sterilität des Verfahrens - geschlossene Systeme

Bei jedem Zellkulturverfahren ist Sterilität eine wesentliche Sorge. Wenn die Produktzellen in Patienten transplantiert werden sollen - oft zu einer Zeit wenn der Patient immunkomprimiert ist, wie im Fall von Stammzelltransplantaten und mit Organtransplantaten - ist die Abwesenheit von Mikroorganismen vorgeschrieben. Die meisten Laboratoriums-Zellkulturverfahren werden unter aseptischen Bedingungen durchgeführt, wobei die Techniker sogenannte Steriltechniken praktizieren. Viele der Bioreaktorsysteme die entwickelt wurden, bieten Vorteile gegenüber den manuellen Prozessen dadurch, daß, wenn die Kultur einmal gestartet ist, die Kulturkammer und die Flußstrecke in einer sterilen abgeschlossenen Umgebung gehalten werden. Sogar mit diesen Systemen erfordern jedoch die anfänglichen Aufbau- und Abbauschritte, so wie die Mediumbestückung und die Ernte von Zellen bei Abschluß des Verfahrens, nicht sterile manuelle Verfahren.
Daher sind Laborzellkultursysteme nur teilweise geschlossen, d. h. sie schließen viele aseptische Verbindungen ein und werden meist unter einer Umgebungs-kontrollierten Haube durchgeführt und umfassen Prä- und Postverfahrensschritte, die offene Zentrifugenröhrchen und ähnliches bedingen. Das am meisten optimierte Verfahren ist, wenn das Kulturverfahren in einem System durchgeführt wird, wo die Kulturkammer und die Flüssigkeitsstrecke funktionell von der äußeren Umwelt abgeschlossen sind, wobei die sterile Integrität von dem Zeitpunkt der Herstellung der Vorrichtung bis zu ihrer Ausmusterung erhalten bleibt.

C. Ernte der Zellen

Für die Zelltherapie ist das Produkt des Zellkulturverfahrens die Zellen. Daher ist eine effiziente Ernte von den Zellen bei der Beendigung des Zellkulturverfahrens ein wichtiges Merkmal eines effektiven Zellkultursystems. Die Ernte von Zellen aus den meisten Zellproduktionsverfahren ist eine Herausforderung. Sie sind entweder: 1) in die Zwischenräume einer "make-do" Dialysekartusche gepackt, oder 2) in vielen Litern Kulturmedium suspendiert. Der erste Fall erfordert die Anwendung von unnötiger physikalischer Kraft, um Zellen loszulösen (was weder verläßlich noch einfach automatisierbar ist) und der zweite Fall erfordert eine signifikante Zeit, Geduld und einen bestimmten Anteil von Glück (was weder verläßlich noch geschlossen ist).
Der bessere Ansatz zur Produktion von Zellen als Produkt ist es, die Zellen in einem definierten angemessenen Raum zu kultivieren, ohne physikalische Barrieren zu ihrer Ernte, so daß die simple Elution von Produkt ein handhabbares konzentriertes Volumen von Zellen ergibt, das für ein finales Waschen in einem kommerziellen geschlossenen, zu diesem Zweck entwickelten Zellwaschsystem geeignet ist. Ein ideales System würde eine effiziente und komplette Entfernung von allen produzierten Zellen erlauben, einschließlich sowohl adhärenten als auch nicht-adhärenten Zellen. Weiterhin sollte der Ernteprozeß ohne ein Durchbrechen der sterilen Barriere des Flüssigkeitsweges der Kulturkammer abgeschlossen werden können.

D. Optimierung der Schlüssel-Zellkulturparameter durch den Aufbau

Bei jeder Zellkultur mit großem Volumen erfordern verschiedene grundlegende Parameter eine fast durchgehende Kontrolle. Die Kulturen müssen mit dem Medium, daß die normalen metabolischen Funktionen und Wachstum erlaubt versorgt werden, und typischerweise wird dieses Medium zu der Zelle durch einen Pumpmechanismus geliefert (z. B. in einem Bioreaktor) oder durch einen Techniker, der in regelmäßigen Abständen das Medium manuell zuführt oder austauscht. Als ein zusätzlicher Teil dieses Austauschprozesses werden Nebenprodukte der Kultur ebenfalls aus der Kultur entfernt.
Wachsende Zellen oder Gewebe benötigen ebenfalls eine Sauerstoffquelle. Differenzierende Zelltypen haben unterschiedliche Sauerstoffbedarfe und alle Zellkulturen weisen verschiedene Sauerstoffzufuhranforderungen in Abhängigkeit von der Dichte der Kultur auf. Daher ist ein kontrollierbares und flexibles Mittel zur Zufuhr von Sauerstoff zu den Zellen eine nötige Komponente des Kultursystems.
Sogar die Verteilung der Zellpopulation und der Mediumzufuhr in der Kulturkammer ist eine wichtige Kontrolle des Verfahrens. Diese Kontrolle wird oft durch die Verwendung eines Suspensionskulturaufbaus erreicht, der in den Fällen effektiv sein kann, wo Zell-zu-Zell Interaktionen nicht so wichtig sind, wie Zell-zu-Medium-Interaktionen. Beispiele von Suspensionskultursystemen schließen verschiedene Tankreaktoraufbauten und gaspermeable Plastikbeutel ein. Neben reifen Blutzellen, so wie T-Zellen sind solche Aufbauten oftmals schädlich, weil sie die Entwicklung von dreidimensionaler Struktur in Gewebe erschweren. Das Wachstum von Knochenmarks-Stammzellen wird in Umgebungen ausgeschlossen die Einzelzellsuspensionen bevorzugen, weil es Stammzellen anscheinend wünschen, Kontakt mit stromalen und anderen akzessorischen Zellen zu haben um zu replizieren.

E. Statusbericht und Möglichkeit zur Aufzeichnung der Produktion

Das wesentliche einer "guten Herstellungspraxis" ist: 1) Ausrüstung und Herstellungsstätten, die in der Lage sind, das gewünschte Produkt verläßlich zur Verfügung zu stellen, 2) Kontrolle des Verfahrens, das durch Validierung die Fähigkeit nachweist, ein Produkt innerhalb gewünschter Spezifizierungen herzustellen, und 3) abschließende Produkt- und Verfahrensdokumentationskontrollen, die Vertauschungen oder ungeeignetes Abgeben von Produkt verhindern, bevor eine komplette Überprüfung von Test- und Herstellungsaufzeichnungen durchgeführt und akzeptiert ist.
In einer rein manuellen Herstellungsumgebung wird dies erreicht durch die Auswahl von gut qualifiziertem Personal, Ausstattung dieser mit einem extensiven Training und Entwicklung eines Systems von Standardbetriebsverfahren und extensiver Dokumentation, das eine Qualitätssicherung erlaubt. In einer automatisierten Herstellungsumgebung werden die Prinzipien der Prozeßvalidierung verwendet um zu zeigen, daß das Verfahren stabil und in der Lage ist, die Spezifizierungen zu treffen. Die Prinzipien der statistischen Verfahrenskontrolle werden dann implementiert, um das Verfahren zu überwachen, um so eine konsistente Übereinstimmung mit den Spezifizierungen sicherzustellen.
Bei der heutigen Lage, in der Zellkultur in der klinischen Pflege vorherrschend wird, wird viel von der Verfahrenskontrolle und der Buchführung von geschulten Mitarbeitern abhängen, die genaue Aufzeichnung aufrechterhalten. Die Zukunft liegt in der Verfügbarkeit von Ausrüstung und Materialien, die für den gedachten Zweck ausgelegt und hergestellt sind und in Automation, die es erlaubt, das Verfahren zu validieren und kontrollieren. Nur unter diesen Bedingungen kann zelluläre Therapie kosteneffizient an den Markt geliefert werden.

3. Zellkulturvorrichtungen und Verfahren

In der Natur hängt die Gewebefunktion und Lebensfähigkeit von dem Lebenserhaltungsprozessen ab, die durch das vaskuläre System vermittelt werden. Nährstoffe, physiologische Salze und Sauerstoff werden alle durch die Arterien zum Gewebe gebracht. Die Abfallprodukte, die durch das Gewebe produziert werden, die oft toxisch für das Gewebe sein können, werden durch die Venen abtransportiert. Die andere wesentliche Komponente der Gewebeversorgung und Reparatur ist zellulär - der Pool von Vorläufer- oder Stammzellen - der verlorene oder beschädigte Zellen ersetzen kann.
Daher werden für Gewebe, die ex vivo entwickelt werden sollen, diese selben Elemente benötigt, die durch Kulturvorrichtungen und Verfahren gehandhabt werden müssen. Anders gesagt müssen die zur Expansion der zellulären Komponente des Gewebes benötigten Stamm/Vorläuferzellen müssen in einer physikalischen und biologischen Umgebung gehalten werden, die biokompatibel ist und ein Mittel zur Kontrolle der Zufuhr von Nährstoffen und Sauerstoff zu den Zellen ermöglicht und Abfall oder andere Nebenprodukte der wachsenden Zellpopulationen wegträgt.

A. Herkömmliche Zellkulturverfahren

Während des letzten Jahrzehnts hat eine zunehmende Zahl von medizinischen Forschern versucht Behandlungen zu entwickeln, die teilweise auf der Kultur von menschlichen Blutzellen beruht, einschließlich Lymphozyten, Monozyten, neutrophilen Vorläufern und unreifen Blutzellen, einschließlich Stamm- und Vorläuferzellen. Die Entwicklung von geeigneten oder entwickelten Technologien, um diese Anforderungen zu erfüllen, stellt ein ausgezeichnetes Beispiel des Bedarfs an klinischen Systemen zur Herstellung von menschlichen Zellen zur Therapie dar.

1. Laborumgebung

Traditionelle Zellkulturtechnologien hängen von kontrollierten Umgebungen zur Zellhandhabung ab. Zellkulturlaboratorien schließen solche Merkmale wie laminare Abzugshauben, kontrollierten Zugang zum Labor durch Personal in Kitteln und regelmäßigen Sterilisierungsverfahren um die Oberflächen des Labors zu dekontaminieren ein. Das Personal benötigt eine extensive Schulung, um Steriltechniken zu praktizieren, um die Kontaminierung von offenen Behältern und Zelltransfervorrichtungen durch Kontakt mit nicht-sterilen Materialien zu vermeiden. Trotz dieser prophylaktischen Maßnahmen treten Ausbrüche von Kontamination in herkömmlichen Zellkulturlaboratorien, z. B., Pilzkontamination verbreitet auf, oftmals mit dem Effekt, daß der Betrieb für Tage oder Wochen angehalten wird, während die Quelle der Kontamination bestimmt und beseitigt wird.
Herkömmliche Zellkulturtechnologien hängen weiterhin von Inkubation in einer Umgebung ab, die kontrollierte Gasgemische und kontrollierte Temperatur zur Verfügung stellt, was üblicherweise durch die Verwendung von kommerziellen Inkubatoren in einer Größe von einer großen Laborbankeinheit bis zu einer großen auf dem Boden stehenden Einheit erreicht wird.
Die therapeutischen Anforderungen an Zahlen von Blutzellen (typischerweise 10 bis 100 Milliarden pro Patientenbehandlung) und Beschränkungen in der maximalen Zellkulturdichte (typischerweise eine Milliarde pro Liter Medium), zusammen mit den Raumerfordernissen für größere Laborgeräte (z. B. Abzugshauben, Inkubatoren, Kühlschränke) und Aktivität des Personals haben zu beachtlichen Laborraumanforderungen pro Patiententherapie geführt. Laborunterstützende Tätigkeiten, einschließlich Zubereitung von Medien und die Durchführung von verschiedenen Tests erweitern diese Raumerfordernisse und die damit verbundenen Kapitalinvestitionen und Laborkosten. Die Verwendung von herkömmlicher Zellkulturtechnologie zur Patiententherapie führt daher zu relativ hohen Kosten pro Patientenbehandlung.
Solch eine Laboratorumgebung ist für die verläßliche und Routineherstellung von großen Zahlen von Zellen zur Patiententherapie nicht dienlich, unter der Voraussetzung ihrer Abhängigkeit von manueller hochqualifizierter Technik. Das Erreichen einer "guten Herstellungspraxis" in solch einer Umgebung ist eine beängstigende Herausforderung, welche die Entwicklung und Abhängigkeit von großen Mengen von Standardbetriebsverfahren erfordert, um die inhärente Variabilität in der Laborpraxis auszuschalten.

2. Gewebekulturflaschen und Rollflaschen

Die frühesten Zellkulturen wurden in Glaspetrischalen erhalten, die in den 1960ern und 1970ern durch prästerilisierte Plastikgewebekulturflaschen großflächig ersetzt wurden. Frühe Versuche bei der Kultur von menschlichen Zellen zur Therapie in großem Ausmaß in den Mitt-1980ern schlossen die Verwendung von vielen Glasrollflaschen in einer zimmergroßen mechanisierten Vorrichtung ein. Sogar heute haben die meisten Zelltherapien ihren Ursprung in Plastikgewebekulturflaschen und die Ausdehnung des Verfahrens schließt die Verwendung von mehreren, größeren sogenannten T-Flaschen ein, die manuell unter einer Sterilbank gefüttert werden.
Die Hersteller von Zellkulturmedien, die in der menschlichen Therapie verwendet werden, haben sich allmählich von der Glasflaschenverpackung weg zu Plastikflaschen bewegt und haben vor kürzerer Zeit flexible Plastikbehältersysteme für ihre Medien entwickelt, ähnlich denen, die seit Jahrzehnten für intravenöse (IV)-Lösungen verwendet werden. Die Verwendung von flexiblen Behältern wurde teilweise durch den Wunsch einiger weniger Kunden vorangetrieben, offene Transferschritte für Kulturmedien zu vermeiden, die weitere potentielle Kontamination einbringen können.
Wie vorher beschrieben, ist eine bevorzugte Aufgabe, ein Kulturverfahren zur Verfügung zu stellen, das Medium und Sauerstoffversorgung in gleichmäßigen und kontrollierbaren Raten zur Verfügung stellt, die die Serumperfusion von Gewebe in vivo nachahmt. Um diese relativ langsamen Zufuhrraten zu erreichen, ist oft ein Mittel zur internen Sauerstoffversorgung der Zellen erforderlich. Dies ist eine Anforderung, die bei der Verwendung der einfachsten der Zellkulturverfahren - einer Kulturschale - ideal erreicht wird. Hier ist die Oberfläche der Kultur gleichmäßig Sauerstoff ausgesetzt und Sauerstoff ist für die Zellen wie benötigt erhältlich. Eine ähnliche Situation kann in einem Flachbettbioreaktor hergestellt werden, mit einer gaspermeablen/flüssigkeitsimpermeablen Membran, die eine kurze Distanz vom Zellbett entfernt ist. Dies ermöglicht ein System mit variablen Mediumperfusionsraten von stagnierend bis hoch, wobei die Sauerstoffversorgung der Kultur konstant und gleichmäßig bleibt.

3. Flexible Gewebekulturbehälter

Flexible Gewebekulturbehälter oder Kulturbeutel wurden in den Mitt-1980ern in Antwort auf den Wunsch der Kliniker entwickelt, die Kultur von Zellen für menschliche Therapie auf reproduzierbare und verläßliche Weise zwischen vielen Laboratorien und Institutionen durchzuführen. Die Verwendung von aseptischer Rohrverbindungstechnologie, verbreitet in der medizinischen Geräteindustrie (z. B. für Blutsammel- und Transfusionsbehälter) reduziert die Wahrscheinlichkeit von Kontamination, im Gegensatz zu konventioneller Steriltechnik in Sterilbänken, auf weniger als eine Chance in Tausend pro Verbindung. Flexible Behälter, ver,sehen mit aseptischen Verbindungen wurden aus Blutbanken übernommen, wo Blutplättchenkonzentrate für mehrere Tage in Inkubatoren in gasdurchlässigen, flüssigkeits- undurchlässigen Plastikbehältern gelagert wurden, was das Bicarbonat pH-Puffern von den Plättchen durch das Kohlenstoffdioxidgas im Inkubator ermöglichte.
In den späten 1980ern wurden extensive Versuche von verschiedenen Formen von Lymphozytentherapie unter der Verwendung solcher Kulturbeutel durchgeführt, mit einem niedrigen Auftreten von Kontamination. Heutzutage werden diese Kulturbeutel immer noch in experimentellen Zelltherapien verwendet, wo die Sauerstoffverbrauchserfordernisse minimal sind und nicht-adhärente Zellen zufriedenstellend in Suspensionskultur wachsen. Solche Behälter unterstützen jedoch nicht das Wachstum von menschlichen Stanimzellen, die den Kontakt mit einer heterogenen Population von adhärenten Stromalzellen benötigen. Vorteile von Kulturbeuteln schließen ihre relative Einfachheit der Verwendung, reduzierte Ausbildungsstandanforderungen und potentielle Verwendung ohne Sterilbänke ein. Bis heute bleiben jedoch Verfahren, die Kulturbeutel verwenden, arbeits- und platzintensiv und sind in ihrer klinischen Anwendbarkeit begrenzt.

4. Bioreaktoren

Plattform-betriebene Kultursysteme, typischerweise als Bioreaktoren bezeichnet, sind kommerziell seit vielen Jahren erhältlich und wenden eine Vielzahl von Typen von Kulaturtechnologien an. Von den verschiedenen Bioreaktoren, die für die Säugerzellkultur verwendet werden, wurden die meisten zusammengestellt, um die Produktion von Kulturen hoher Dichte eines einzelnen Zelltyps zu erlauben. Eine typische Anwendung dieser Systeme hoher Dichte ist es, als das Endprodukt ein durch die Zellen produziertes konditioniertes Medium herzustellen. Dies ist zum Beispiel bei der Hybridomaproduktion von monoklonalen Antikörpern und bei Verpackungszellinien zur viralen Vektorproduktion der Fall. Diese Anwendungen unterscheiden sich von Anwendungen, bei denen das therapeutische Endprodukt die geernteten Zellen selber sind.
Diese Systeme haben einen wichtigen ersten Schritt in Richtung eines verwendbaren klinischen Systems gemacht. Einmal aufgebaut und laufend, stellen diese Systeme einen automatisch regulierten (nicht nötigerweise gleichmäßigen) Mediumfluß, Sauerstoffzufuhr und Temperatur und pH-Kontrollen zur Verfügung und sie erlauben die Herstellung einer großen Zahl von Zellen. Während Bioreaktoren daher einige Wirtschaftlichkeit bei der Arbeit und eine Minimierung der Möglichkeit von Mittprozeßkontamination zur Verfügung stellt, erfordern die Aufbau- und Ernteprozeduren beachtliche Laborerfordernisse und offene Arbeitsschritte, welche den Betrieb von Sterilbänken erfordern (einige Bioreaktoren werden als große Laborbank-Umgebungsbehälterkammern verkauft, um die verschiedenen einzelnen Komponenten aufzunehmen, die manuell zusammengesetzt und angeimpft werden müssen). Weiterhin sind solche Bioreaktoren optimal zur Verwendung mit einer homogenen Zellmischung konstruiert und nicht für die Mischung von Zelltypen, die in Geweben so wie Knochenmark existieren.
Viele Bioreaktoren erfordern zum Betrieb eine hohe Mediumflußrate. Der Grund für diese. Eigenschaft ist, daß der Sauerstoffzufuhrmechanismus das Medium außerhalb der Wachstumskammer mit Sauerstoff anreichern muß, unmittelbar bevor das Medium in die Wachstumskammer eingeleitet wird. Weil eine Kultur hoher Dichte das Medium schnell von Sauerstoff abreichern wird, muß das Medium eine kurze Verbleibdauer in der Kammer aufweisen, um reoxygeniert und zurück in die Kulturkammer rezirkuliert zu werden. Weiterhin führt dieses Verfahren zu einem Fehlen der Gleichmäßigkeit bei der Sauerstoffversorgung des wachsenden Gewebes, da Zellen proximal zu dem Mediumeinlaß viel höhere Sauerstoffkonzentrationen sehen, als das die Zellen proximal zu dem Mediumauslaß tun. Dies führt zu den verschiedenen Zellen, die in verschiedenen Bereichen des Bioreaktors wachsen.
Eine zusätzliche Limitierung ist, daß viele der Bioreaktorauslegungen, so wie die verschiedenen dreidimensionalen matrix-basierten Auslegungen (z. B. Hohlfiberkartuschen oder poröse Keramiken) die erfolgreiche Ernte von expandierten Zellen und/oder Geweben behindern, insbesondere wenn das Kulturwachstum stark ist und ebenfalls den Zugang zu Zellen in der Mitte des Verfahrens zum Zweck der Überwachung des Verfahrens begrenzen können.
Die verschiedenen beschriebenen Kompromisse haben die Verwendung von diesen Systemen begrenzt und im allgemeinen wurden solche Bioreaktoren im Vergleich zu den weniger automatisierten aber oftmals benutzerfreundlicheren Kulturbeutelsystemen nicht zur menschlichen Zelltherapie verwendet.
Es sollte daher erkannt werden, daß es einen Bedarf für ein Zellproduktionssystem gibt, das bestimmte biologische Zellen aufbewahren und züchten kann, ohne den vorgenannten Nachteilen unterzogen zu sein. Es gibt einen besonderen Bedarf für solch ein System, das solche Zellen in einem sterilen System innerhalb einer tragbaren Kassette aufnehmen, aufbewahren und züchten kann, ohne dies sterile System der äußeren Umwelt auszusetzen. Die vorliegende Erfindung erfüllt diesen Bedarf.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist als eine Vorrichtung und deren Teile und betreffender Verfahren ausgeführt, die biologische Zeilen ex vivo in einer tragbaren Kassette aufnimmt, aufbewahrt und züchtet, ohne daß die Zellen der äußeren Umwelt ausgesetzt werden. Die tragbare Kassette schließt eine Zellwachstumskammer ein, innerhalb der die Zellen aufbewahrt und gezüchtet werden, einen Mediumbehälter der geeignet ist, um eine Menge von einem geeigneten Wachstumsmedium zu tragen und einem Abfallbehälter der geeignet ist, um von der Zellwachstumskammer abgegebene Wachstumsmedien aufzunehmen. Diese Teile sind miteinander verbunden, um ein steriles System zu bilden, das von der äußeren Umwelt abgeschlossen ist. Das geschlossene sterile System kann auch einen Erntebehälter einschließen der geeignet ist, um Zellwachstumsmedien und biologischen Zellen aufzunehmen, die von der Zellwachstumskammer abgegeben sind.
Zusätzlich zu der tragbaren Kassette schließt die Vorrichtung weiterhin eine Vielzahl von Instrumenten ein die jedes geeignet sind, die tragbare Kassette während einer verschiedenen Phase des Zellwachstumsprozesses aufzunehmen und zu konditionieren. Die Kassette kann bequem von einem Instrument zum nächsten transportiert werden, während der Zellwachstumsprozeß fortschreitet. Ein solch ein Instrument ist ein Prozessor, der zur Verwendung bei der Bestückung der Zellwachstumskammer der Kassette mit Wachstumsmedien und für das Mischen von biologischen Zellen mit dem Wachstumsmedium und der Verteilung der Zellen, z. B. gleichmäßig innerhalb der Zellwachstumskammer verwendet wird. Ein zweites solches Instrument ist ein Inkubator der geeignet ist, die Kassette zu konditionieren, während die biologischen Zellen aufbewahrt und gezüchtet werden. Das Bearbeitungsinstrument ist auch geeignet, bei der Ernte der biologischen Zellen nach der Inkubationsphase verwendet zu werden.
Insbesondere schließt die Verarbeitungsvorrichtung einen Träger, so wie eine Plattform ein, die geeignet ist, um die tragbare Kassette herausnehmbar aufzunehmen und weiter geeignet ist, auf eine kontrollierte Weise bewegbar zu sein. Ein Flußkontrollantrieb ist mit einer Mediumflußstrecke der tragbaren Kassette in Kontakt bringbar, wenn die Kassette durch den Träger aufgenommen ist und eine Steuerung kontrolliert den Flußkontrollantrieb auf solche Art, daß eine vorbestimmte Menge des Wachstumsmediums von dem Medienbehälter zu der Zellwachstumskammer der tragbaren Kassette zugeführt wird. Zusätzlich dazu bewegt die Steuerung danach den Träger kontrollierbar auf eine vorbestimmte Weise, so daß die biologischen Zellen im wesentlichen gleichmäßig innerhalb der Zellwachstumskammer verteilt werden. Die tragbare Kassette schließt weiterhin eine Flußkontrollvorrichtung ein, die mit der Mediumflußstrecke in Kontakt bringbar ist und der Flußkontrollantrieb der Behandlungsvorrichtung kann mit der Flußkontrollvorrichtung in Kontakt gebracht werden, um so die Zufuhr von Wachstumsmedien zu der Zellwachstumskammer zu steuern. Die Steuerung schließt einen Medienflußsensor ein, der die Zufuhr von Wachstumsmedien zu der Zellwachstumskammer mißt und ein entsprechendes Nachweissignal erzeugt, und die Steuerung ist weiter so konfiguriert, um die Flußkontrollvorrichtung zu steuern, um so die Zufuhr von Wachstumsmedien zu regulieren, z. B. abzubrechen.
Die tragbare Kassette kann weiterhin eine Öffnung zur Beimpfung einschließen, durch die eine Menge von biologischen Zellen zu der Zellwachstumskammer hinzugefügt werden kann. Zusätzlich ist die Bearbeitungssteuerung geeignet, um den Flußkontrollantrieb nach der Beimpfung von Zellen in die Zellwachstumskammer zu kontrollieren, so daß die Zufuhr von Wachstumsmedium zu der Kammer abbricht, wobei eine Gasblase innerhalb der Kammer verbleibt. Zusätzlich ist die Bearbeitungssteuerung geeignet, um dann kontrollierbar den Träger zu bewegen, so daß die Gasblase sich auf eine vorbestimmte Weise innerhalb der Zellwachstumskammer bewegt, um so die biologischen Zellen im wesentlichen gleichmäßig mit dem Wachstumsmedium innerhalb der Kammer zu mischen. Nachdem das Mischen abgeschlossen ist, kontrolliert die Bearbeitungssteuerung den Flußkontrollantrieb so, daß ausreichend zusätzliche Wachstumsmedien an die Zellwachstumskammer geliefert wird, um die Gasblase im wesentlichen zu verdrängen.
In anderen Ausführungsformen der Erfindung schließt die tragbare Kassette zwei getrennte Gehäuse ein, einschließlich eines ersten Gehäuses, das die Zellwachstumskammer definiert und eines zweiten Gehäuses, das den Wachstumsmediumbehälter definiert. Die Inkubatorvorrichtung schließt eine erste Aufnahme ein, die eine Größe besitzt und geeignet ist, um das erste Gehäuse herausnehmbar aufzunehmen und eine zweite Aufnahme von der Größe und geeignet, um herausnehmbar das zweite Gehäuse aufzunehmen. Zusätzlich regulieren erste und zweite Temperaturregulatoren die Temperaturen der ersten und zweiten Aufnahmen zu vorgeschriebenen Temperaturen und eine Schnittstelle ist vorgesehen, die mit der tragbaren Kassette in Kontakt kommt, wenn die ersten und zweiten Gehäuse in ihren jeweiligen Aufnahmen aufgenommen sind, wobei die Schnittstelle geeignet ist, um die Zufuhr von Wachstumsmedium von dem Mediumbehälter zu der Zellwachstumskammer und die Zufuhr von Gas von einem Gasvorrat zu der Zellwachstumskammer zu steuern. Dies stellt die geeigneten Bedingungen für die biologischen Zellen zur Verfügung, um innerhalb der Zellwachstumskammer aufbewahrt und gezüchtet zu werden.
Die tragbare Kassette schließt eine Medienflußstrecke, z. B. Plastikröhren und entsprechende Verbindungen in flüssiger Verbindung mit der Zellwachstumskammer, z. B. zwischen der Kammer und dem Medienbehälter oder zwischen der Kammer und dem Abfallbehälter, ein.
In Kontakt mit dieser Medienflußstrecke und als ein Teil der tragbaren Kassette ist eine Flußkontrollvorrichtung die geeignet ist, um mit einem Flußkontrollantrieb eines getrennten Instruments, z. B. der Behandlungsvorrichtung oder der Inkubatorvorrichtung in Kontakt zu kommen und dadurch den Fluß von Wachstumsmedien durch die Zellwachstumskammer zu steuern. Die Flußkontrollvorrichtung kann einen Kolben einschließen, der federgelagert ist, um die Medienflußstrecke zusammenzudrücken und eine Platte, die funktionell den Kolben so verbindet, daß, wenn die Platte niedergedrückt wird, der Kolben sein Zusammendrücken der Flußstrecke aufgibt. Diese Zusammendrückvorrichtung kann bequem mit der Platte bündig mit einer Rückseite des ersten Gehäuses auf der tragbaren Kassette montiert werden,.
Die Schnittstelle der Inkubatorvorrichtung schließt einen Antrieb ein, der mit der Flußkontrollvorrichtung in Kontakt treten kann, wenn das erste Gehäuse der tragbaren Kassette in der ersten Aufnahme aufgenommen ist, und der Antrieb wird so kontrolliert, um die Wachstumsmedien von dem Medienbehälter durch die Zellwachstumskammer zu dem Abfallbehälter bei einer vorgeschriebenen Flußrate zu liefern. Die Schnittstelle schließt weiterhin einen Sensor ein, der die Flußrate des Wachstumsmediums überwacht, das durch die Kammer transportiert wird.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Verarbeitungsvorrichtung weiter geeignet, um die tragbare Kassette zu konditionieren, um so biologische Zellen zu ernten, die innerhalb seiner Zellwachstumskammer aufbewahrt wurden. Dies wird durch ein anfängliches kontrollierbares Kippen der Plattform erreicht, auf der die Kassette aufgenommen ist, während zur selben Zeit eine oder mehrere der verschiedenen Flußkontrollvorrichtungen gesteuert werden, so daß Wachstumsmedien und biologische Zellen innerhalb der Kammer durch die Ernteöffnung an den Erntebehälter abgegeben werden. Danach liefert die Verarbeitungsvorrichtung kontrolliert eine Folge von Reagenzien an die Zellwachstumskammer, um zusätzliche Zellen vom Zellbett zu lösen und diese gelösten Zellen wieder über die Ernteöffnung an den Erntebehälter abzugeben.
In einer getrennten Ausführungsform der Erfindung schließt die tragbare Kassette eine Speichervorrichtung ein, die Informationen über die tragbare Kassette und seine Ereignisgeschichte, die biologischen Zellen und die Wachstumsmedien, die von der Kassette getragen werden und Bearbeitungsanweisungen für die Vorrichtung, mit der die Kassette geeigneterweise verwendet werden soll, speichert. Die Schnittstellen von sowohl der Verarbeitungsvorrichtung und der Inkubatorvorrichtung erhalten vorläufig Informationen von dieser Speichervorrichtung und konditionieren danach kontrollierbar die Kassette gemäß den erhaltenen Information. Zusätzlich sind die Schnittstellen geeignet, um die Speichervorrichtung mit Informationen in Zusammenhang zu der Kondition der tragbaren Kassette während der Zeit, die sie durch die jeweiligen Vorrichtung aufgenommen ist, zu aktualisieren. Die Speichervorrichtung kann bequem auf der Rückseite des ersten Gehäuses der tragbaren Kassette getragen werden.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollten aus der folgenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsform ersichtlich werden, zusammen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, die als ein Beispiel die Prinzipien der Erfindung verdeutlichen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Zellproduktionssystems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, einschließend eine tragbaren Kassette mit einer Zellwachstumskammer, einer Verarbeitungsvorrichtung, die verwendet wird, um angeimpfte biologische Zellen innerhalb der Zellwachstumskammer zu verteilen und später dazu verwendet wird, um die Zellen zu ernten, die aufbewahrt und gezüchtet wurden, eine Inkubatorvorrichtung zur Inkubation der tragbaren Kassette, so daß die Zellen aufbewahrt und gezüchtet werden, und eine Systemüberwachung.
Fig. 2 zeigt eine explodierte perspektivische Ansicht der tragbaren Kassette von Fig. 1.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Diagramm, das die Zwischenverbindungen zwischen der Zellwachstumskammer, dem Medienbehälter, dem Abfallbeutel, dem Erntebeutel und den Erntereagenzienbehältern der tragbaren Kassette von Fig. 2 zeigt.
Fig. 4 zeigt eine explodierte perspektivische Ansicht einer Zellwachstumseinheit der tragbaren Kassette von Fig. 2.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht der Rückseite der tragbaren Kassette von Fig. 2, welche die Anordnung der Flüssigkeitsventile, die die Zufuhr von Wachstumsmedien und Erntereagenzien zu der Zellwachstumskammer der Kassette steuern, und zeigt weiterhin ein Tropfröhrchen, das dazu verwendet wird, die Flußrate der Wachstumsmedien durch die Kammer zu überwachen und zeigt weiterhin die aktualisierbare Speichervorrichtung der Kassette.
Fig. 6 zeigt eine explodierte perspektivische Ansicht eines der mehreren Flüssigkontrollventile, die in der tragbaren Kassette von Fig. 2 enthalten sind.
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht der Verarbeitungsvorrichtung, die die tragbare Kassette während sowohl der Zellanimpfungs- als auch Verteilungsphase und der Zellerntephase des Zellwachstumsprozesses steuert.
Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht des unteren Teils der Verarbeitungsvorrichtung, teilweise weggebrochen und zeigt die kontrollierbar drehbaren Räder und Beine, welche die kippbare Plattform stützen.
Fig. 9 zeigt eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht der Schnittstelle der Inkubatorvorrichtung, die die tragbare Kassette während der Animpfungsphase des Zellwachstumsprozesses steuert.
Fig. 10 zeigt einen Querschnitt des Heizmodulteils der Inkubatorvorrichtung von Fig. 9, die geeignet ist, um das Hauptgehäuse der tragbaren Kassette aufzunehmen.
Fig. 11 zeigt einen Querschnitt des Kühlmodulteils der Inkubatorvorrichtung von Fig. 9, die geeignet ist, um das ergänzende Gehäuse der tragbaren Kassette aufzunehmen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Mit Bezug nun auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 1 und 2 wird ein Zellproduktionssystem gemäß der Erfindung, zur ex vivo Aufbewahrung und Anzucht von biologischen Zellen, so wie menschlichen Stammzellen und hematopoietischen Vorläuferzellen, gezeigt. Die Zellen werden aus einer kleinen Ausgangszellpopulation angezogen und, im Fall von hematopoietischen Vorläuferzellen, kann ein ausreichendes Volumen von Zellen angezogen und geerntet werden, um eine Knochenmarkstransplantation oder eine sich aus Therapien so wie Hochdosischemotherapie oder Bestrahlung ergebenen Nadir Vorbeugung/Rettung abzuschließen. Das Zellproduktionssystem von Fig. 1 schließt ein: 1) eine Einweg-tragbare Kassette (drei Kassetten 100A, 100B und 100C sind dargestellt) mit einer Zer Zellwachstumskammer 102 (Fig. 2) in der die Expansion und die Anzucht der Zellen stattfindet, 2) eine Verarbeitungsvorrichtung 300, die anfänglich verwendet wird, um die tragbare Kassette zu starten und zu inokulieren und später um Zellen aus der Kassette zu ernten, 3) eine Inkubatorvorrichtung (zwei Inkubatorvorrichtungen 400A und 400B sind dargestellt), die dazu verwendet wird, die biologische und physikalische Umgebung der Zellenkassette zu kontrollieren, während die Zellexpansion und die Anzucht stattfindet, und 4) eine Systemsteuerung 500, die eine Betreiberschnittstelle zur Verfügung stellt, um das in gleichzeitig in bis zu 50 verschiedenen tragbaren Kassetten stattfindende Zellwachstum zu überwachen.
Wie oben erwähnt, sind drei getrennte tragbare Kassetten in Fig. 1 gezeigt. Eine erste Kassette 100A wird allein auf der linken Seite der Zeichnung gezeigt, eine zweite Kassette 100B wird durch die Verarbeitungsvorrichtung 300 aufgenommen gezeigt, und eine dritte Kassette 100C wird durch die Inkubatorvorrichtung 400 aufgenommen gezeigt. Ebenfalls, wie oben erwähnt, sind zwei getrennte Inkubatorvorrichtungen gezeigt, eine auf die andere gestapelt. Die obere Inkubatorvorrichtung 400A wird mit ihrer Vordertür geschlossen gezeigt und die untere Inkubatorvorrichtung 400B wird mit entfernter Fronttür gezeigt, um die Aufnahme der Vorrichtung einer tragbaren Kassette freizulegen.
Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, schließt die tragbare Kassette 100 zusätzlich zu einer Zellwachstumseinheit (die eine Zellwachstumskammer wie gezeigt in Fig. 3 zur Verfügung stellt) einen Wachstumsmedienbehälter 104 (siehe Fig. 3), einen Abfallbehälter 106 und einen Erntebeutel 108 ein, die alle miteinander verbunden sind, um so ein System zu bilden, das von der äußeren Umwelt abgeschlossen ist. Der Medienbehälter wird anfänglich mit einem für die Zellkultur benötigten geeigneten Wachstumsmedium geladen und das kann spezifische Wachstumsfaktoren und Glutamin einschließen. Dieses System kann, so wie durch Bestrahlung, während des anfänglichen Zusammenbaus der Kassette sterilisiert werden. Die Verarbeitungsvorrichtung 300 (Fig. 1) und die Inkubatorvorrichtung 400 sind beide dazu geeignet, die tragbare Kassette während getrennter Phasen des Zellwachstumsprozesses zu konditionieren, ohne das geschlossene sterile System der Kassette zu stören. Biologische Zellen können dadurch durch das System aufgenommen, aufbewahrt und gezüchtet werden, ohne den Bedarf an hochgeschultem Laborpersonal oder spezieller Umgebungsausrüstung, sowie einer Sterilbank, jedoch mit einem minimalen Risiko von Kontamination.
Insbesondere und mit Bezug auf Fig. 2, schließt die tragbare Kassette 100 ein Hauptgehäuse 110 ein, das die Zellwachstumseinheit, den Abfallbehälter 106 und den Erntebeutel 108 aufnimmt und enthält weiterhin einergänzendes Gehäuse 112, das den Wachstumsmedienbehälter 104 aufnimmt (Fig. 3). Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die Zellwachstumskammer in einer bevorzugten Ausführungsform ein flacher Zylinder, der durch ein planares, scheibenförmiges Plastikzellbett 114 und eine angrenzende, dicht beabstandete, gaspermeable/flüssigkeitsimpermeable Membran 116 definiert ist. Bei Verwendung werden biologische Zellen im wesentlichen gleichmäßig über das Zellbett verteilt, wo sie durch Wachstumsmedium versorgt werden, das radial auswärts durch die Kammer bei einer bestimmten Flußrate gepumpt wird. Sauerstoff und andere vorgeschriebenen Gase, die zur pH-Stabilität gewählt werden, werden zu der Zelle durch die Membran 116 von einer flachen zylindrischen Gaskammer 118 zugeführt, die sich auf der Seite der Membran gegenüber von der Zellwachstumskammer befindet.
Mit weitergehendem Bezug auf Fig. 2 und 3 wird das Wachstumsmedium an die Zellkammer 102 von dem Medienbehälter 104 über eine Medienzuführleitung 120 und eine Zuführöffnung 122, die in der Mitte des Zellbetts 114 der Kammer lokalisiert ist, zugeführt. Abfallmedium wird von der Zellwachstumskammer an den Abfallbehälter 106 über, in dieser Reihenfolge, 1) eine Vielzahl von Öffnungen 123 (Fig. 4), die gleichmäßig um die Peripherie des Zellbetts 114 beabstandet sind, 2) ein flaches zylindrisches Abfallreservoir 124, unter der Zellwachstumskammer auf der gegenüberliegenden Seite des Zellbetts lokalisiert, 3) eine Abfallöffnung 126 nahe der Mitte des Abfallreservoirs lokalisiert, und 4) eine Abfallröhre 128 geliefert. Weiterhin werden die biologischen Zellen, die in der Zellwachstumskammer 102 genährt und gezüchtet wurden, zu dem Erntebeutel 108 über eine Ernteöffnung 130, die im Zellbett angrenzend an die Peripherie der Kammer lokalisiert ist und einer Ernteröhre 132 transferiert.
Die Medienzuführröhre 120 und die Abfallröhre 128 laufen jeweils durch Feder-gespannte Ventile 134 und 136, die auf eine Rückseite 138 des Hauptgehäuses 110 montiert sind. Die Ernteröhre 132 läuft durch ein ähnliches Feder-gespanntes Ventil 140, das auf eine Rückseite 142 des Hauptgehäuses montiert ist. Diese Ventile werden durch die Verarbeitungsvorrichtung 300 und durch die Inkubatorvorrichtung 400 geeignet kontrolliert, während ihren getrennten Phasen des Zellwachstumsprozesses.
Ein Teil der Abfallröhre 128 ist als eine Tropfenkammer 144 ausgestaltet, die zur Messung der Flußrate des Wachstumsmediums durch die Röhre und daher durch die Zellwachstumskammer 102 verwendet wird. Die Tropfkammer schließt eine Tröpfchendüse 146 ein, die das Wachstumsmedium in einzelnen Tropfen zuführt und diese Kammer ist angrenzend an eine Öffnung 148 in der Rückwand 138 des Hauptgehäuses 110 lokalisiert. Tropfendetektoren 302 und 402, die in der jeweiligen Verarbeitungsvorrichtung 300 und Inkubatorvorrichtung 400 lokalisiert sind, sind so positioniert und konfiguriert, um automatisch Mediumtropfen nachzuweisen, die durch die Tropfenkammer passieren, wenn die entsprechende Vorrichtung die tragbare Kassette 100 aufgenommen hat und sie konditioniert.
Fig. 6 zeigt eine explodierte perspektivische Ansicht des federgespannten Mediumzuführventils 134, das dazu verwendet wird, um den Fluß von Wachstumsmedien durch die Zuführleitung 120 von dem Medienbehälter 104 zu der Zellwachstumskammer 102 zu kontrollieren. Dieses Ventil ist in seinem Aufbau identisch mit dem Abfallventil 136 und dem Ernteventil 140. Das dargestellte Ventil umfaßt eine im wesentlichen zylindrische Basis 150, die auf der inneren Seite der Rückwand 138 des Hauptgehäuses befestigt ist, in einer Linie mit einer kreisförmigen Öffnung (in der Zeichnung nicht sichtbar), die in die Wand geformt ist. Eine Kappe 152 ist an dem inneren Ende der Basis befestigt, um einen zentralen Rückhalt 154 zu definieren, in dem ein Kolben 156 und eine Druckfeder 158 lokalisiert sind, die den Kolben in Richtung der Basis spannt.
Die vorderen Oberflächen der Basis 150 und des Feder-gespannten Kolbens 156 sind jeweils als im wesentlichen pyramidenförmige Ambosse 160 und 162 ausgebildet und die Mediumzuführröhre 120 ist dazwischen und dadurch durch die zwei Ambosse zusammengedrückt positioniert. Der Kolben schließt ein Paar von Beinen 164a und 164b ein, die sich durch Schlitze (nicht gezeigt) in der Basis und in die Öffnung in der Rückseite 138 hinein erstrecken. Eine im allgemeinen kreisförmige Antriebsplatte 168 ist an die Beine angebracht und, wenn das Ventil zusammengesetzt ist, liegt diese Platte im wesentlichen bündig mit der Rückseite vor. Ein Raum ist zwischen der Antriebsplatte definiert, um die Bewegung der Platte in Richtung auf die Basis gegen die sich ergebende Spannung der Druckfeder 158 zu ermöglichen. Daher wird ein ausreichender Druck, der auf die Antriebsplatte aufgebracht wird, die Federspannung überwinden und den Amboß 162 des. Kolbens weg von dem Amboß 160 der Basis bewegen, wodurch das Zusammendrücken der Medienzuführleitung 120 entfernt wird und Wachstumsmedium durch sie hindurchfließen kann.
Nochmals mit Bezug auf Fig. 2, 3 und 5 werden Sauerstoff und andere vorgeschriebenen Gase zu der tragbaren Kassette 100 durch eine Gas-Ein-Verbindung 172 zugeführt, die auf der Rückseite 138 des Hauptgehäuses 110 lokalisiert ist und von da zu der Gaskammer 118 über eine Gas-Ein-Leitung 174 und eine Gas-Ein-Öffnung 176 zugeführt. Abgase werden von der Gaskammer über eine Gas-Aus-Öffnung 178 und eine Gas-Aus-Leitung 180 zu einer Gas- Aus-Verbindung 182, die sich auf derselben Rückseite befindet, abgelassen. Auf diese Gas- Ein- und Gas-Aus-Verbindungen wird durch die Inkubatorvorrichtung 400 während der Inkubationsphase des Zellwachstumsprozesses zugegriffen. Die Gas-Ein-Verbindung schließt einen sterilen Barrierefilter 183 ein, um sicherzustellen, daß das an die Gaskammer gelieferte Gas steril bleibt. Die Gaskammer hat bevorzugter Weise, die Form eines konzentrischen Kreislabyrinths, wobei die Gas-Ein-Öffnung an einem Ende des Labyrinths und die Gas-Aus- Öffnung am anderen Ende lokalisiert sind.
Die Zellwachstumskammer 102 schließt einen vergrößerten Zentralraum 186 ein, der sich oberhalb ihres zentralen Teils erstreckt, der verschiedenen wichtigen Funktionen dient, wie im folgenden beschrieben wird. Eine solche Funktion ist es, um Platz innerhalb der Kammer zur Verfügung zu stellen, um die Animpfung von biologischen Zellen durch ein Septum 188 unter der Verwendung einer Spritze 190 zu erlauben. Ein Belüftungs- oder Zentralraumrohr 192 erstreckt sich von diesem Zentralraum durch ein Feder-gespanntes Ventil 194 zu einer sterilen Abluftöffnung 196. Dieses Ventil ist auf der Rückwand 138 des Hauptgehäuses 110 montiert und weist dieselbe Struktur wie das oben beschriebene Mediumzuführventil 134 auf.
Wie oben erwähnt, ist der Wachstumsmedienbehälter 104 innerhalb des ergänzenden Gehäuses 112 aufgenommen. Die Medienzuführleitung 120, die sich von dem Medienbehälter zu der Zellwachstumskammer 102 erstreckt, erstreckt sich daher von dem ergänzenden Gehäuse zu dem Hauptgehäuse 110. Der Wachstumsmedienbehälter weist bevorzugterweise einen festen Körper auf und das Wachstumsmedium, das er enthält, ist durch eine Luftzuführleitung 200 unter Druck gesetzt, die sich von dem ergänzenden Gehäuse zu dem Hauptgehäuse erstreckt und an einer Luftzuführöffnung 202 endet, die auf die Rückseite 138 des Hauptgehäuses montiert ist. Ein Sterilbarrierefilter 203 stellt sicher, daß die Preßluft, die das Wachstumsmedium erreicht, steril ist. Die Luftzuführöffnung 202 wird automatisch durch die Verarbeitungsvorrichtung 300 während des Starts, der Beimpfung und Verteilungsphase des Zellwachstumsprozesses belegt, und während der Inkubationsphase des Prozesses durch die Inkubatorvorrichtung 400. Unterdrucksetzen des Wachstumsmediums stellt den benötigten Druck zur Verfügung, um das Medium durch die Zellwachstumskammer 102 zu transportieren, wenn das Mediumzuführventil 134 geöffnet ist.
Eine kraftaufnehmende Leitung oder Haltestrick 204 verbindet das ergänzende Gehäuse 112 und das Hauptgehäuse 110 der tragbaren Kassette. Die Leine hat eine Länge die geringfügig kleiner ist, als die Längen der exponierten Mediumzuführleitung 120 und Luftzuführleitung 200, um so diese Elemente vor jeglichen Zugkräften zu schützen, die durch eine versuchte Bewegung der beiden Gehäuse sehr weit voneinander weg verursacht werden können.
Wie spezifisch in Fig. 5 gezeigt, schließt die tragbare Kassette 100 weiter eine nichtflüchtige, aktualisierbare Speichervorrichtung oder einen Identifikationsschlüssel 206 ein, der in einer Aussparung 208 in der Rückseite 138 der Kassette getragen wird. Diese Speichervorrichtung trägt Informationen über Patienten und die biologischen Zellen, die innerhalb der Zellwachstumskammer 102 der Kassette angezogen werden, sowie Verfahrensanweisungen für die Vorrichtung und Information über die Konditionierung der Kassette über die Zeit hinweg. Auf die Speichervorrichtung wird automatisch durch sowohl die Verarbeitungsvorrichtung 300 als auch die Inkubatorvorrichtung 400 zugegriffen, wenn diese die Kassette aufnehmen und die Vorrichtung rufen die gespeicherte Information ab und funktionieren anschließend, um die Kassette gemäß der abgerufenen Information zu konditionieren. Daher kann die Speichervorrichtung genaue Informationen in Bezug auf jedes gewünschte Programm zur Konditionierung der Kassette während jeder bestimmten Phase des Zellwachstumsprozesses einschließen. Parameter, so wie Medienflußrate, Gasgemisch und Flußrate und Temperatur können spezifiziert werden und können sogar variabel über die Zeit gemacht werden, um so jedes gewünschte Programm zu bewirken.
Zusätzlich sind die Verarbeitungsvorrichtung 300 und die Inkubatorvorrichtung 400 geeignet, um die Speichervorrichtung 206 mit bestimmter Information über die Konditionierung der tragbaren Kassette 100 während der Zeitdauern, in denen sie die Kassette aufgenommen und konditioniert haben, zu aktualisieren. Beispiele der Art von Informationen, die aufgenommen werden, sind die Bedingung der Kassette beim Auftreten von jeglicher Unterbrechung des Betriebs der Vorrichtung und der Zeitpunkt des Auftretens dieser Unterbrechung. Dieses Merkmal erlaubt es, die Kassette selektiv von jeder bestimmten Vorrichtung zu entfernen, wie im Fall des Ausfalls einer Vorrichtung, und sie in einer Ersatzvorrichtung zu plazieren, um so den Prozeß fortzusetzen als ob keine Unterbrechung aufgetreten wäre.
Eine geeignete Speichervorrichtung 206 für diesen Zweck ist von Dallas Semiconductor, aus Dallas, Texas, erhältlich. Sie hat die Form einer Münze und ihr Speicherinhalt kann durch lediglich physikalischen Kontakt jedes Teils der Vorrichtung mit einer speziellen Lese- /Schreibvorrichtung abgelesen und aktualisiert werden, ohne den Bedarf eines speziellen elektrischen Verbinders oder der kritischen Anordnung von Komponenten. Ein Beispiel von solch einer Lese-/Schreibvorrichtung ist ein handgehaltener Stab 502 (Fig. 1), gezeigt als Teil des Systemverwalters 500.
Mit Bezug nun auf Fig. 7 wird dort der Teil der Verarbeitungsvorrichtung 300 gezeigt, der die tragbare Kassette 100 aufnimmt und ihre Schnittstelle während des Starts und der Zellbeimpfungs- und Verteilungsphase und später während der Zellerntephase des Zeliwachstumsprozesses bildet. Die Verarbeitungsvorrichtung schließt eine bewegliche, allgemein rechteckige Plattform 304 ein, die von einer Größe und geeignet ist, das Hauptgehäuse 110 der Kassette aufzunehmen und zu tragen und weiterhin ein oberhalb liegendes Regal 306 (Fig. 1) einzuschließen, das von einer Größe und geeignet ist, um das ergänzende Gehäuse 112 aufzunehmen und zu tragen. Alternativ könnte die Plattform so vergrößert werden, um das ergänzende Gehäuse neben dem Hauptgehäuse aufzunehmen, wobei in diesem Fall die beiden Gehäuse nicht trennbar voneinander sein müssen.
Die Verarbeitungsvorrichtung 300 schließt weiterhin Ventilantriebe 308, 310, 312 und 314 ein, die so positioniert und geeignet sind, um automatisch mit den entsprechenden Federgespannten Ventilen 134, 136, 140 und 194 der tragbaren Kassette 100 in Kontakt zu kommen, wenn das Hauptgehäuse 110 der Kassette geeignet auf der Plattform 304 aufgenommen ist. In der bevorzugten Ausführungsform haben die Ventilantriebe jeder die Form eines einfachen Solenoids, mit einem Kolben, der kontrollierbar nach außen gespannt werden kann, um mit der kreisförmigen Antriebsplatte des assoziierten Feder-gespannten Ventils in Kontakt zu kommen und sie zu lösen. Weiterhin schließt die Verarbeitungsvorrichtung eine Luftzufuhrverbindung 315 ein, die dazu geeignet ist, um automatisch mit der Luftzufuhröffnung 202 der Kassette in Kontakt zu kommen, wenn das Hauptgehäuse der Kassette so aufgenommen ist und ein internes Ventil (nicht gezeigt in den Zeichnungen), das kontrollierbar Luft durch diese Öffnung zuführt, um den Wachstumsmedienbehälter 104 der Kassette unter Druck zu setzen.
Die Behandlungsvorrichtung 300 schließt weiterhin Vorkehrungen auf ihrem oberhalb angebrachten Regal 306, zur Halterung von zwei Reagenzienbeutel 214 und 216 ein, die ein Teil der tragbaren Kassette 100 sind. Wie in Fig. 1, 2 und 7 gezeigt, werden die Reagenzien in diesen Beuteln in der Erntephase des Zellwachstumsprozesses verwendet, um die Zellwachstumskammer 102 der Kassette zu spülen und jegliche an das Zellbett 114 angehefteten biologischen Zellen zu lösen. Diese Reagenzienbeutel 214 und 216 sind jeweils durch Leitungen 218 und 220 und durch eine gemeinsamen Leitung 222 mit dem vergrößerten Zentralraum 186 der Zellwachstumskammer verbunden. Die Leitungen 218 und 220 erstrecken sich jeweils durch erste und zweite Reagenzienventile 224 und 226, die angrenzend an die Rückwand 138 des Hauptgehäuses 110 der Kassette lokalisiert sind. Diese Ventile sind in ihrem Aufbau identisch zu dem Medienzuführventil 134, das oben mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben ist. Die Verarbeitungsvorrichtung schließt weiterhin Ventilantriebe 316 und 317 zur kontrollierten Auslösung der jeweils zwei Reagenzienventile 224 und 226 während der Zellerntephase des Zellwachstumsprozesses ein, wie unten beschrieben wird.
Wie gezeigt in Fig. 8, wird die Plattform 304 durch ein Hauptunterstützungsbein 318 gestützt, das im allgemeinen in der Mitte der Plattform lokalisiert ist und zwei Hilfsunterstützungsbeine 320a und 320b, die nahe der rückwärtigen Ecken der Plattform lokalisiert sind. Das obere Ende des Hauptbeines ist an der Unterseite der Plattform durch ein Universalgelenk 322 gesichert und die oberen Enden der unterstützenden Beine 320a und 320b sind an die Unterseite der Plattform jeweils durch Kugelgelenke 324a und 324b angebracht. Diese Gelenke erlauben eine begrenzte Schwenkbewegung der Plattform. Das untere Ende des Hauptbeins ist in einem Basisteil 326 der Verarbeitungsvorrichtung 300 befestigt, während die unteren Enden der Hilfsbeine 320a und 320b an der Außenseite von Rädern 328a und 328b jeweils befestigt sind, die zu einer kontrollierten Drehung im Basisteil montiert sind.
Die Räder 328a und 328b sind beide durch die jeweiligen Stufenmotoren 330a und 330b kontrollierbar um 180 Grad rotierbar, um so die unteren Enden der Beine 320a und 320b zwischen vorbestimmten unteren und oberen Grenzen zu bewegen. Durch unabhängiges Rotieren der Räder auf eine synchronisierte Weise kann die Plattform 304 und daher das Hauptgehäuse 110 der tragbaren Kassette 100 auf eine kontrollierte Weise gekippt werden. Zum Beispiel wird ein Positionieren der Räder auf solche Weise, daß die unteren Enden von beiden Hilfsbeinen an ihren höchsten Punkten sind, die Plattform um eine maximale Größe nach vorne kippen, d. h. ungefähr 45 Grad in der bevorzugten Ausführungsform. Weiterhin wird ein Positionieren der Räder auf solche Weise, daß das linksseitige Hilfsbein 320a in seiner höchsten Position und das rechtsseitige Hilfsbein 320b in seiner niedrigsten Position ist, die Plattform um einen maximalen Betrag nach rechts kippen. Durch Kontrolle der Räderposition in einer geeigneten synchronisierten Weise kann die Plattform dazu gebracht werden, sich in einer kontrollierten kreisförmigen Bewegung zu bewegen, welche in der bevorzugten Ausführungsform dazu verwendet wird, um die angeimpften biologischen Zellen im wesentlichen gleichmäßig in der Zellwachstumskammer 102 der Kassette zu verteilen. Die "HOME"-Position der Plattform wird als diejenige Position definiert, bei der sie im wesentlichen eben ist und die unteren Enden der Beine ungefähr an den mittleren Punkten ihrer vertikalen Reise vorliegen.
Während des Starts und der Zellanimpfung und der Verteilungsphase des Zellwachstumsprozesses sind die Ventilantriebe 308, 310, 312 und 314 so konditioniert, um kontrollierbar die jeweiligen Ventile 314, 336, 140 und 194 zu lösen und die bewegbare Plattform 304 ist konditioniert, um kontrollierbar, gemäß einer vorbestimmten Betriebssequenz zu kippen. Diese Betriebssequenz, die unten genau beschrieben ist, ist so ausgewählt, um erst die Zellwachstumskammer 102 mit Wachstumsmedium, zugeführt aus dem Mediurribehälter 104, zu starten, dann die Animpfung der Kammer mit den biologischen Zellen, die gehalten und gezüchtet werden sollen, zu ermöglichen, dann die Zellen im wesentlichen gleichmäßig innerhalb der Kammer und daher gleichmäßig auf dem planaren Zellbett 114 zu verteilen und zuletzt die Kammer mit Wachstumsmedium komplett zu füllen.
Tabelle I beschreibt die bevorzugte Betriebssequenz für die Verarbeitungsvorrichtung 300 während der Start- und Zellanimpfungs- und Verteilungsphase des Zellwachstumsprozesses für hematopoietische Vorläuferzellen. Für jeden Schritt der Sequenz beschreibt die Tabelle eine kurze Beschreibung der Funktion des Schritts, sowie den vorgeschriebenen Status für die verschiedenen Ventile 134, 136, 140 und 194 der tragbaren Kassette 100 und für verschiedene Anzeigen 332a, 332b und 332c auf einer Frontseite der Basis 336 der Verarbeitungsvorrichtung. Die Tabelle beschreibt auch für jeden Schritt der Sequenz den vorgeschriebenen Status für das Druckventil, das Preßluft an den Wachstumsmediumbehälter 104 der Kassette liefert und die vorgeschriebene Position für die Plattform 304. Die ganz rechten Spalten der Tabelle beschreiben die Kriterien zur Bestimmung, ob die Schritte abgeschlossen wurden und die Zeitverzögerung für die Auslösung eines Alarms, wenn jeder bestimmte Schritt noch nicht abgeschlossen wurde.
In Schritt 1 der Betriebssequenz verbleibt die Behandlungsvorrichtung 300 wartend in ihrer augenblicklichen Kondition, während ein Betreiber das Hauptgehäuse 110 der tragbaren Kassette 100 auf der Plattform 304 plaziert, was automatisch die Luftzufuhrverbindung 316 der Verarbeitungsvorrichtung in Kontakt bringt und die Ventile 134, 136, 140 und 194 angrenzend an die jeweiligen Ventilantriebe 308, 310, 312 und 314 positioniert. Die geeignete Plazierung des Hauptgehäuses auf der Plattform wird durch einen Mikroschalter 338, lokalisiert auf der Plattform, gemessen. Während dieses anfänglichen Schritts plaziert der Betreiber ebenfalls das ergänzende Gehäuse 112 der Kassette auf dem oberhalb liegenden Regal 306 (Fig. 1) und plaziert die Mediumzuführleitung 120, die die zwei Gehäuse 110 und 112 verbindet in einem Leitungssensor 340, der an das oberhalb liegende Regal angebracht ist.
Wenn der Betreiber diese Verbindungen beendet hat, wird die Verarbeitungsvorrichtung 300 die Beimpfungsanzeige 332a, die Kassette-in-Platzanzeige 332b und die Pauseanzeige 332c beleuchten und sie wird alle der verschiedenen Ventile der tragbaren Kassette 100 und der Verarbeitungsvorrichtung geschlossen halten. Zu diesem Zeitpunkt kann der Betreiber die Pauseanzeige 332c lösen und die Betriebssequenz wird zu Schritt 2 fortschreiten. Wenn der Betreiber diese Anzeige nicht innerhalb von 300 Sekunden löst, wird die Vorrichtung einen geeigneten Alarm ertönen lassen.
Wenn feststeht, daß die tragbare Kassette 100 durch die Verarbeitungsvorrichtung 300 geeignet aufgenommen worden ist, empfängt die Vorrichtung Daten, die in der Speichervorrichtung 206 gespeichert sind, die bequem in der Aussparung 208 in der Rückseite 138 des Hauptgehäuses 110 der Kassette lokalisiert ist. Diese Daten schließen eine Identifikation der bestimmten Art der biologischen Zellen ein, die aufbewahrt und gezüchtet werden sollen, und die Verarbeitungsvorrichtung wählt die geeignete Betriebssequenz basierend auf diesen erhaltenen Daten.
In Schritt 2 der Betriebssequenz für hematopoietische Vorläuferzellen von der Art, die in diesem Beispiel aufbewahrt und gezüchtet werden sollen, bewegt die Verarbeitungsvorrichtung 300 die Plattform 304 in ihre "HOME"-Position, in der sie im wesentlichen eben ist. Dies wird durch Bewegung der Räder 328a und 328b auf Positionen erreicht, in denen unteren Enden der zwei Hilfsbeine 320a und 320b ungefähr halbwegs zwischen ihren extremen oberen und unteren Positionen liegen. Zu dieser Zeit sind nur die Beimpfungsanzeige 332a und die Kassette-in-Platz-Anzeige 332b beleuchtet und alle der verschiedenen Ventile der tragbaren Kassette 100 und der Verarbeitungsvorrichtung bleiben geschlossen. Wenn die "HOME"- Position nicht innerhalb von 50 Sekunden erreicht ist, ertönt ein Alarm; ansonsten wird die Betriebssequenz zu Stufe 3 fortschreiten.
In Stufe 3, welches die erste Stufe der Startsequenz ist, kippt die Verarbeitungsvorrichtung 300 kontrollierbar die Plattform 304 auf einen Winkel von ungefähr 9 Grad nach vom. Dies wird durch kontrollierbares Drehen der Räder 328a und 328b erreicht, um so die unteren Enden der Hilfsbeine 320a und 320b um geeignete Beträge anzuheben. Während dieser Zeit verbleiben die Bedingungen der Anzeigen 332a, 332b und 332c und der verschiedenen Ventile der Kassette 100 und der Verarbeitungsvorrichtung unverändert zu ihren Bedingungen während Schritt 2. Wenn die vorgeschriebene vorwärts gekippte Position nicht innerhalb von 10 Sekunden erreicht ist, ertönt ein Alarm; ansonsten wird die Betriebssequenz zu Schritt 4 fortschreiten.
In Schritt 4 funktioniert die Verarbeitungsvorrichtung 300, um Wachstumsmedium in die Zellwachstumskammer 102 der tragbaren Kassette 100 aus dem Wachstumsmediumbehälter 104 einzubringen. Dies wird durch Beeinflussung des Luftzuführventils, sich zu öffnen, was den Mediumcontainer unter Druck setzt, und zur selben Zeit durch Veranlassung des Ventilauslösers 308, um kontrollierbar das Mediumzuführventil 134 zu öffnen, was es dem Wachstumsmedium erlaubt, von dem Mediumcontainer zu der Zellwachstumskammer über die Mediumzuführröhre 120 und die Mediumzuführöffnung 122 zu fließen. Zu dieser Zeit verbleiben die Beimpfungsanzeige 332a und die Kassette-in-Platzanzeige 332b beleuchtet.
Während das Wachstumsmedium in die Zellwachstumskammer 102 fließt, wird verdrängte Luft durch eine Abluftleitung 210 abgeleitet, welche die Ernteröhre 132 (an einem Platz stromaufwärts von dem Ernteventil 140) mit der sterilen Abluftöffnung 196 verbindet. Ein Porex-Ventil 212, das sich innerhalb dieser Ernteröhre befindet, erlaubt es der Abluft unbeeinträchtigt durch es hindurchzupassieren, jedoch, sobald ausreichend Wachstumsmedium in die Kammer bis zum Erreichen des Ventils eingefühlt wurde, schließt sich das Ventil automatisch und verhindert die Passage von jedem weiteren Material. Das Porex-Ventil ist erhältlich von einer Firma genannt Porex Technology, Inc. Das automatische Verschließen des Porex-Ventils verursacht einen Anstieg im Rückstaudruck, der auf die in der Verarbeitungsvorrichtung 300 lokalisierten Luftzuführpumpe aufgebracht wird, und ein Messen dieses angestiegenen Rückstaudrucks verursacht ein Fortschreiten der Betriebssequenz zu Schritt S. Wenn dieser Rückstaudruck nicht innerhalb von 200 Sekunden gemessen wird, ertönt ein Alarm.
In Schritt S, der identisch zu Schritt 2 ist, wird die Plattform 304 in ihre "HOME"-Position zurückgeführt. Wenn diese Operation nicht innerhalb von 50 Sekunden abgeschlossen ist, ertönt ein Alarm. Andererseits schreitet das Programm zum Schritt 6 fort, in welchem überschüssiger Druck innerhalb der Zellwachstumskammer 102 der tragbaren Kassette 100 durch Veranlassung des Ventilantriebs 314, das Abluftventil 194 zu öffnen, abgelassen wird. Dies erlaubt es, jegliche überschüssige Luft von der Zellwachstumskammer zu der sterilen Abluftöffnung 196 und dem Abfallbehälter 106 über das Abfallreservoir 124 die Abfallöffnung 126 und die Abfallröhre 128 abzulassen. Ein Abschließen dieses Schrittes wird dann als abgeschlossen gemessen, wenn der Tropfendetektor 302 keine Tropfen von Wachstumsmedium durch die Tropfenkammer 144 für ungefähr 5 Sekunden mehr nachweisen kann. Wenn dies auftritt, schreitet die Betriebssequenz zu Schritt 7 fort. Auf der anderen Seite, wenn solch ein Fehlen von Tropfen nicht innerhalb von 20 Sekunden auftritt, ertönt ein Alarm.
Schritt 7 erfordert zum ersten Mal seit dem anfänglichen Plazieren der tragbaren Kassette 100 auf der Verarbeitungsvorrichtung 300 die Beteiligung eines Betreibers. In diesem Schritt verbleibt die Plattform 304 in ihrer "HOME"-Position und alle drei Anzeigen 332a, 332b und 332c sind beleuchtet, wobei die Animpfungsanzeige 332a blinkt. Zusätzlich werden alle der verschiedenen Ventilantriebe veranlaßt, ihre korrespondierenden Ventile geschlossen zu halten. Zu dieser Zeit wird der Betreiber veranlaßt, eine Menge von biologischen Zellen in die Zellwachstumskammer 102 durch das in dem vergrößerten Zentralraum 186 der Kammer lokalisierte Septum 188 zu injizieren. Wenn der Betreiber diese Inokulierung von Zellen beendet hat wird er dazu veranlaßt, die Pauseanzeige 332c zu lösen. In Antwort darauf schreitet die Verarbeitungsvorrichtung zu Schritt 8 fort. Wenn der Betreiber die Pauseanzeige 332c nicht innerhalb von 300 Sekunden löst, ertönt ein Alarm.
Schritte 8 bis 15 beziehen sich alle auf die Animpfung der Zellwachstumskammer 102 der tragbaren Kassette 100 mit den biologischen Zellen, die aufbewahrt und gezüchtet werden sollen; und auf die im wesentlichen gleichmäßige Verteilung von diesen angeimpften Zellen innerhalb der Kammer. In allen dieser Schritte sind nur die Animpfungsanzeige 332a und die Kassette-in-Platz-Anzeige 332b erleuchtet und alle der verschiedenen Ventilantriebe der Kassette und der Verarbeitungsvorrichtung 300 werden dazu veranlaßt, ihre assoziierten Ventile geschlossen zu halten.
In Schritt 8 kippt die Verarbeitungsvorrichtung 300 die Plattform 304, und daher das Hauptgehäuse 110 der tragbaren Kassette 100, rückwärts auf einen Winkel von 45 Grad. Wenn dieser Kippwinkel erreicht ist, schreitet die Sequenz zu Schritt 9 fort, in dem es Luft, die vorher in dem vergrößerten Zentralraum 186 der Zellwachstumskammer 102 festgehalten wurde, ermöglicht wird, aufwärts zu dem Teil der Kammer zu wandern, die hochgekippt ist. Es wird daher eine Blase in diesem Teil der Kammer gebildet. Dieser Schritt 9 hat eine feste Dauer von 30 Sekunden, wonach die Sequenz automatisch zu Schritt 10 fortschreitet.
Schritt 10 ist identisch zu Schritten 2 und 5, wie oben beschrieben, d. h. die Plattform 304 wird veranlaßt, zu ihrer "HOME"-Position zurückzukehren. In der "HOME"-Position ist die Zellwachstumskammer 102 im wesentlichen horizontal; jedoch verhindert die Oberflächenspannung des Wachstumsmediums in der Kammer ein Zurückwandern der Blase zu dem vergrößerten Zentralraum 186. Sogar wenn dies so sein sollte, schreitet die Betriebssequenz sofort zu Schritt 11 weiter, wenn die "HOME"-Position erreicht wird. Wenn die "HOME"-Position nicht innerhalb von 30 Sekunden erreicht wird, ertönt ein Alarm.
Im Schritt 11 wird die Plattform 304 auf einen Winkel von ungefähr 25 bis 30 Grad gekippt und dann in einer kontrollierten, stufenweise-kreisförmigen Bewegung gewackelt. Diese Bewegung bewegt die Luftblase, die in Schritt 9 gebildet wurde, gleichmäßig um die Außenseite der Zellwachstumskammer 102 herum und bewirkt dadurch ein Verteilen der angeimpften Zellen innerhalb der Kammer. Diese Bewegung weist bevorzugterweise eine Zyklusperiode von ungefähr 6 Sekunden auf und danach für ungefähr 120 Sekunden.
Schritte 8-11 sind im wesentlichen in Schritten 12-15 wiederholt, aber das Wackeln tritt für ein verringertes Zeitintervall und bei einem verringerten Kippwinkel auf. Schritt 12 kippt die Plattform 304 auf einen Winkel von ungefähr 45 Grad und Schritt 13 hält die Plattform in dieser Orientierung für ungefähr 30 Sekunden, so daß sich wieder eine saubere Luftblase an der Ecke der Außenseite der Zellwachstumskammer bildet. Jegliche kleine Luftblasen, die von der Ausgangsblase während des Wackelns von Schritt 11 abgelöst sind, werden sich während dieses Schrittes 13 versammeln. Schritt 14 bringt dann die Plattform zurück zu ihrer "HOME"-Position und Schritt 15 kippt dann die Plattform auf einen Winkel von nur 5 bis 10 Grad und wackelt die Plattform in einer kontrollierten, schrittweise-kreisförmigen Bewegung. Dies verursacht ein Kreisen der Luftblase innerhalb der Zellwachstumskammer 102, bis sie den vergrößerten Zentralraum 186 zufällig erreicht und durch ihn gefangen wird. Dieser Schritt 15 weist eine Dauer von ungefähr 45 Sekunden auf.
Danach wird die Luftblase, die nun in dem vergrößerten Zentralraum 186 der Zellwachstumskammer 102 gefangen ist, in Schritt 16 entfernt. Dies wird durch die Einführung von zusätzlichem Wachstumsmedium von dem Wachstumsmediumbehälter 104 in die Kammer erreicht. Insbesondere wird das Luftzuführventil der Verarbeitungsvorrichtung 300 konditioniert sich zu öffnen, was den Mediumbehälter 104 unter Druck setzt. Zur selben Zeit wird der Ventilantrieb 308 veranlaßt, das Mediumzuführventil 134 kontrollierbar zu öffnen, was es dem Wachstumsmedium erlaubt, von dem Mediumbehälter zu der Zellwachstumskammer über die Mediumzuführröhre 120 und die Mediumzuführöffnung 122 zu fließen. Ein Druckablaß wird durch die Öffnung des Abluftventils 194 in der Röhre 192 erreicht, die den Zentralraum 186 mit der Tropfenkammer 144, die zu dem Abfallbehälter 106 führt, verbindet. Sobald der Tropfendetektor 302 das Auftreten von Tropfen nachweist ist bestimmt, daß die Zellwachstumskammer vollständig von Luft befreit ist. In diesem Schritt sind nur die Beimpfungsanzeige 332a und die Kassette-in-Platz-Anzeige 332b beleuchtet.
Danach wird in Schritt 17 jeder überschüssige Druck in der Zellwachstumskammer 102 durch Offenlassen des Abluftventils 194, jedoch Schließen des Druckventils und des Mediumzuführventils 134 abgelassen. Die Bedingungen der Anzeigen 332a, 332b und 332c verbleiben unverändert. Dieser Schritt ist abgeschlossen, wenn keine Tropfen für 5 Sekunden mehr nachgewiesen werden. Wenn dies auftritt, sind die Start-, Animpfungs- und Zellverteilungsphasen des Prozesses als abgeschlossen bestimmt.
Zuletzt wird in Schritt 18 der Betreiber veranlaßt, die tragbare Kassette 100 von der Verarbeitungsvorrichtung 300 zu entfernen. Insbesondere blinkt die Kassette-in-Pilatz-Anzeige 332b, während die anderen zwei Anzeigen 332a und 332c dunkel bleiben und alle der verschiedenen Ventile geschlossen bleiben. Der Mikroschalter 338 detektiert die Entfernung des Hauptgehäuseteils 110 der Kassette und das Blinken der Anzeigelampe 332b wird dann beendet. Wenn das Hauptgehäuse nicht innerhalb von 300 Sekunden entfernt wird, ertönt ein Alarm.
Während der Zeit, in der die tragbare Kassette 100 durch die Verarbeitungsvorrichtung 300 aufgenommen ist, wird das Auftreten von jeglichen wichtigen Vorkommnissen als Daten in die Speichervorrichtung 206 eingegeben, die auf der Rückseite 138 der Kassette lokalisiert ist. Dies wird durch eine Lese-/Schreibvorrichtung 341 erreicht. Beispiele von Daten, die eingegeben werden, schließen den Zeitablauf des Verfahrens und das Auftreten und den Zeitablauf von jeglichen Alarmen während der 18-stufigen Betriebssequenz ein.
Wenn die 18-Schritt Betriebssequenz unterbrochen wird, z. B. durch den Betreiber, der die Pauseanzeige 332c bei irgendeinem Schritt löst, stellt die Verarbeitungsvorrichtung 300 die Implementierung der Sequenz durch Durchlaufen eines bestimmten Hilfsprogramms wieder her. Insbesondere; wenn die Unterbrechung während eines Schrittes, in dem die Plattform 304 zu der "HOME"-Position bewegt werden soll (z. B. Schritte 2, 5, 10 und 14) auftritt, nimmt die Vorrichtung ihren Betrieb einfach wieder auf, indem die Plattform bewegt wird, bis die "HOME"-Position erreicht wurde. Wenn die Unterbrechung während eines Schrittes auftritt, in dem die Plattform eine andere Bewegung durchführen soll, nimmt die Vorrichtung ihren Betrieb wieder auf, indem die Plattform zunächst zu der "HOME"-Position zurückkehrt und dann den Schritt wiederholt. Auf der anderen Seite, wenn die Unterbrechung während eines Schrittes auftritt, in dem die Plattform nicht bewegt werden soll, nimmt die Vorrichtung ihren Betrieb wieder auf, indem einfach der Schritt zu der Zeit, in der die Unterbrechung auftrat, wiederaufgenommen wird.
Während des Ablaufs der 18-Schritte Start-, Animpfungs- und Verteilungsbetriebssequenz werden die Inhalte der Speichervorrichtung 206 durch die Lese-/Schreibvorrichttmg 341 der Verarbeitungsvorrichtung 300 aktualisiert, um solche Informationen wiederzugeben, wie: 1) die Start- und Endzeiten der Beimpfung; 2) die Schrittnummer des letzten abgeschlossenen Schrittes, 3) und eine Anzeige, daß die Zellanimpfung und Verteilung abgeschlossen wurde. Dieses Aktualisieren stellt sicher, daß, wenn der Bedarf je entstehen sollte, die tragbare Kassette 100 zu einer Ersatzverarbeitungsvorrichtung während jedes Schrittes der Sequenz transferiert werden kann, um das Verfahren abzuschließen.
Es wird daher ersichtlich werden, daß das Start-, Zellanimpfungs- und Zellverteilungsverfahren ohne Durchbrechen der sterilen Barriere des Wachstumsmediumbehälters 104, der Zellwachstumskassette 102 und des Abfallbehälters 106 durchgeführt wird. Darüber hinaus wird es ersichtlich, daß dieses Verfahren mit nur minimaler Beteiligung eines Betreibers durchgeführt wird und daß diese minimale Beteiligung keine fortgeschrittene Schulung des Betreibers benötigt.
Nachdem das Start-, Zellanimpfungs- und Zellverteilungsverfahren abgeschlossen wurde und die tragbare Kassette 100 von der Verarbeitungsvorrichtung 300 entfernt wurde, ist die Kassette in einem Zustand zur Zellinkubation in der Inkubatorvorrichtung 400. Im Falle von hematopoietischen Vorläuferzellen benötigt die Inkubationsprozedur ungefähr zwei Wochen. Während dieser Prozedur wird die Zellwachstumskammer 102 bei einer Temperatur von ungefähr 37 Grad Celsius gehalten, was eine optimale biologische Aktivität für eine Kultur zur Verfügung stellt und der Mediumbehälter 104 wird bei einer Temperatur von ungefähr 4 Grad Celsius gehalten, was den Abbau von hitzeempfindlichen Substanzen minimiert. Zur selben Zeit wird Wachstumsmedium durch die Zellwachstumskammer von dem Mediurribehälter zu dem Abfallbehälter 106 bei einer vorbestimmten Flußrate transportiert und Sauerstoff und andere Gase werden durch die Gaskammer 118 bei einer vorbestimmten Flußrate transportiert. Diese Temperatur- und Flußratenparameter werden durch die in der Speichervorrichtung 206 gespeicherte Information, die auf der Rückseite 138 der Kassette lokalisiert ist, spezifiziert. Im allgemeinen werden die Parameter ausgewählt, um optimale Wachstumsbedingungen für die biologischen Zellen zur Verfügung zu stellen, und, wie oben erwähnt, können diese Parameter nach jedem gewünschten Programm über die Zeit hinweg variiert werden.
Insbesondere und mit Bezug auf Fig. 9-11, schließt die Inkubatorvorrichtung 400 zwei Seite-bei-Seite-Aufnahmen, z. B. eine erste Aufnahme 404, von der Größe und geeignet, um das Hauptgehäuse 110 der tragbaren Kassette 100 aufzunehmen und eine zweite Aufnahme 406, von der Größe und geeignet, um das ergänzende Gehäuse 112 der Kassette aufzunehmen, ein. Die erste Aufnahme 404 ist geeignet, um das Hauptgehäuse 110 und daher die Zellwachstumskammer 102, bei der vorgeschriebenen 37-Grad Temperatur zu halten und sie schließt eine geeignete Schnittstelle ein, um das Mediumzuführventil 134 der Kassette zu kontrollieren, um so Wachstumsmedium bei der/den vorgeschriebenen Flußrate(n) zuzuführen und Sauerstoff und andere Gase zu der Gaskammer 118 der Kassette zur Verfügung zu stellen. Die zweite Aufnahme 406 ist geeignet, um das ergänzende Gehäuse 112 und daher den Mediumbehälter 104, bei der vorgeschriebenen 4-Grad Celsiustemperatur zu halten.
Die erste Aufnahme 404 der Inkubatorvorrichtung 400 ist von einer Größe und geeignet, um das Hauptgehäuse 110 der tragbaren Kassette 100 gleitbar aufzunehmen. Ähnlich ist die zweite Aufnahme 406 der Vorrichtung von der Größe und geeignet, um das ergänzende Gehäuse 112 in der Kassette gleitbar aufzunehmen. Die zwei Aufnahmen sind in einer Seite-bei- Seite-Beziehung angeordnet und eine versiegelnde Vordertür 408, die die zwei Aufnahmen abdeckt, kann drehbar geschlossen werden, nachdem die zwei Gehäuse in ihre jeweiligen Aufnahme eingeführt wurden, um die Aufnahmen von der äußeren Umwelt abzuschließen. Ein Mikroschalter 409 detektiert die richtige Einführung des Hauptgehäuses in die erste Aufnahme.
Die erste Aufnahme 404 schließt eine konventionelle elektrische Heizvorrichtung 410 und einen assoziierten Ventilator 412, einen Thermostaten (nicht in den Zeichnungen gezeigt) und einen Feedback Kontrollkreis (ebenso nicht gezeigt) ein, die auf konventionelle Weise angeordnet sind, um den inneren Raum der ersten Aufnahme auf seiner vorgeschriebenen Temperatur zu halten. Ähnlich schließt die zweite Aufnahme 406 ein konventionelles thermoelektrisches Kühlmodul 414 und einen assoziierten Ventilator 416, einen Thermostaten (nicht gezeigt) und Feedback Kontrollkreis (nicht gezeigt) ein, um den Innenraum der zweiten Aufnahme auf seiner vorgeschriebenen Temperatur zu halten.
Eine Wand 418 auf der Rückseite der ersten Aufnahme 404 trägt einen Ventilantrieb 420, der geeignet ist, mit dem Mediumzuführventil 134 der tragbaren Kassette in Kontakt zu kommen und sie trägt weiter den Tropfendetektor 402, der geeignet ist, um mit der Tropfenkammer 144 der Kassette in Kontakt zu kommen. Ein Kontrollsystem reguliert die Flußrate von Wachstumsmedien durch die Zellwachstumskammer 102 der Kassette durch kontrollierten Antrieb des Ventilantriebs 420. Der Ausgang des Tropfendetektors wird kontinuierlich überwacht um sicherzustellen, daß bestimmte Flußratengrenzen nicht überschritten werden. Weil das Wachstumsmedium nicht als die Sauerstoffquelle für die Zellkultur dient, kann die Flußrate auf ein extrem niedriges Niveau kontrolliert werden, was als optimaler für viele Zellexpansionsanwendungen angesehen wird.
Eine Luftzuführverbindung 422 ist geeignet, um sich automatisch mit der Luftzuführöffnung 202 der Kassette zu paaren und Druckluft wird getrennt durch eine geeignete Pumpe über ein Luftzuführventil (nicht gezeigt) zu dieser Luftzuführverbindung zugeführt. Dieses setzt den Mediumbehälter 104 der Kassette während des Inkubationsprozesses selektiv unter Druck. Zusätzlich sind eine Gaszuführverbindung 424 und eine Gasabführverbindung 426 angebracht und geeignet, automatisch mit den jeweiligen Gas-Ein- und Gas-Aus-Verbindungen 172 und 182 der Kassette zu paaren. Dies stellt das gewünschte Gasgemisch für die Gaskammer 118 der Kassette während des Inkubationsprozesses zur Verfügung.
Ebenfalls auf der Wand 418 auf der Rückseite der ersten Aufnahme 404 getragen wird eine Lese-/Schreibvorrichtung 428 die Information erhalten kann von, und Information speichern auf der Speichervorrichtung 206, die auf der Rückseite 138 des Hauptgehäuses 110 der tragbaren Kassette lokalisiert getragen ist. Wenn das Hauptgehäuse der Kassette geeignet in die erste Aufnahme eingefügt ist, empfängt die Lese-/Schreibvorrichtung die in der Speichervorrichtung gespeicherte Information, um die vorgeschriebene Temperatur und die Zeitparameter zur Inkubation der bestimmten Art von Zellen, die angezogen werden sollen, zu bestimmen. Die Inkubatorvorrichtung 400 löst dann ihre Heiz- und Kühlkontrollsysteme, oben beschrieben, geeignet aus, um die vorgeschriebenen Temperaturen zu halten und sie startet dann ebenfalls eine Zeituhr, so daß sichtbare und hörbare Alarme zu geeigneten Zeitpunkten ausgelöst werden können, so wenn die Inkubationsprozedur abgeschlossen wurde.
Die Lese-/Schreibvorrichtung 428 der Inkubatorvorrichtung 400 funktioniert ebenfalls, um Information auf der Speichervorrichtung 206 zu speichern. Diese Information kann bevorzugterweise einschließen: 11 die Start- und Endzeiten der Inkubation, 2) das Auftreten und der Zeitpunkt von jeglichen Unterbrechungen des Inkubationsverfahrens, sowie Alarme oder Stromausfälle, 3) eine Angabe der Menge von verwendetem Wachstumsmedium, 4) eine Anzeige der verwendeten Inkubatorvorrichtung und 5) eine Anzeige, daß die Inkubation abgeschlossen ist. Diese Aktualisierung stellt sicher, daß, falls es jemals nötig sein sollte, die tragbare Kassette 100 bei jedem Schritt der Sequenz zu einer Ersatzinkubatorvorrichtung transferiert werden kann, um den Prozeß abzuschließen.
Nachdem die Inkubationsphase des Zellwachstumsprozesses abgeschlossen wurde, wird die tragbare Kassette 100 zu der Verarbeitungsvorrichtung 300 zurückgebracht, um die Zellen von der Zellwachstumskammer 102 der Kassette zu ernten. Wie oben erwähnt, ist die Verarbeitungsvorrichtung geeignet, um die Zellerntephase des Prozesses durchzuführen, indem die Ventilantriebe 312, 314, 316 und 317 veranlaßt werden, kontrollierbar die jeweiligen Ernteventile 140, das Ventil des Zentralraums 194, das erste Reagenzienventil 224 und das zweite Reagenzienventil 226 zu lösen und ein kontrollierbares Kippen der beweglichen Plattform 304, nach einer vorbestimmten Betriebssequenz. Diese Betriebssequenz, die im folgenden genauer beschrieben wird, ist so gewählt, um zuerst die Zellwachstumskammer in den Erntebeutel 108 zu entleeren und dann verschiedene nachfolgende Reagenzien in die Kammer von den Reagenzienbeuteln 214 und 216 einzuführen, um sicherzustellen, daß im wesentlichen alle der biologischen Zellen, die angezüchtet wurden, von dem Zellbett 114 losgelöst werden, wobei jedesmal die Reagenzien und die losgelösten Zellen in den Erntebeutel entleert werden.
Tabelle II zeigt die bevorzugte Betriebssequenz für die Verarbeitungsvorrichtung 300 während der Zellerntephase des Zellwachstumsprozesses für hematopoietische Vorläuferzellen. Für jeden Schritt der Sequenz gibt die Tabelle eine kurze Beschreibung der Funktion des Schrittes an, sowie die vorgesehenen Zustände für die verschiedenen Ventile 140, 194, 224 und 226 der tragbaren Kassette 100 und für die verschiedenen Anzeigen 332b, 332c und 332d auf der Frontseite 334 der Basis 326 der Verarbeitungsvorrichtung. Tabelle II beschreibt weiterhin für jeden Schritt der Sequenz die vorgeschriebene Position für die Plattform 304. Die ganz rechten Spalten der Tabelle II geben die Kriterien zur Bestimmung an, daß der Schritt abgeschlossen wurde und die zeitliche Verzögerung zum Ertönen eines Alarms, wenn jeder bestimmte Schritt noch nicht beendet wurde.
In Schritt 1 der Zellernte-Betriebssequenz, verbleibt die Verarbeitungsvorrichtung 300 wartend in ihrem augenblicklichen Zustand, während ein Betreiber das Hauptgehäuse 110 der tragbaren Kassette 100 auf der Plattform 304 plaziert, was die Ventile 140, 194, 214 und 216 automatisch angrenzend an die entsprechenden Ventilantriebe 312, 314, 316 und 317 positioniert. Die genaue Plazierung des Hauptgehäuses auf der Plattform wird durch den auf der Plattform lokalisierten Mikroschalter 338 gemessen. Während dieses Eingangsschritts bringt der Betreiber die zwei Erntereagenzbeutel 214 und 216 auf einem oberhalb angebrachten Träger 342 an das oberhalb liegende Regal 306 der Vorrichtung angrenzt. Wie vorher erwähnt, enthält der erste Beutel 214 Hank's gepufferte Salzlösung und der zweite Beutel 216 enthält Trypsin. Der Betreiber plaziert auch die ersten und zweiten Reagenzienleitungen 218 und 220 in den auf dem oberhalb angebrachten Träger lokalisierten jeweiligen Leitungssensoren 344 und 346. Die Verarbeitungsvorrichtung 300 mißt dadurch, daß die Erntebetriebssequenz gestartet werden kann.
Wenn der Betreiber diese Verbindungen abgeschlossen hat, wird die Verarbeitungsvorrichtung 300 die Kassette-in-Platz-Anzeige 332b, die Pauseanzeige 332c und die Ernteanzeige 332d beleuchten und wird alle der verschiedenen Ventile der tragbaren Kassette 100 geschlossen halten. Zu diesem Zeitpunkt kann der Betreiber die Pauseanzeige 332c lösen und die Betriebssequenz wird zu Schritt 2 fortschreiten. Wenn dies stattgefunden hat, wird die Pauseanzeige 332c erlöschen; die Kassette-in-Platz-Anzeige 332b und die Ernteanzeige 332d werden jedoch für den Rest der Erntephase erleuchtet bleiben. Wenn der Betreiber diese Anzeige nicht innerhalb von 300 Sekunden löst, wird die Vorrichtung einen geeigneten Alarm ertönen lassen.
Wenn es feststeht, daß die tragbare Kassette 100 durch die Verarbeitungsvorrichtung 300 geeignet aufgenommen wurde, empfängt die Vorrichtung Daten, die in der Speichervorrichtung 206 gespeichert sind, die bequem in der Aussparung 208, die auf der Rückseite 138 des Hauptgehäuses 110 der Kassette lokalisiert ist. Dies wird unter der Verwendung der Lese- /Schreibvorrichtung 341 erreicht. Die abgerufenen Daten schließen eine Identifizierung der bestimmten Art von biologischen Zeilen die gezüchtet wurden und der geeigneten Prozedur zur Ernte dieser Zellen ein, und die Verarbeitungsvorrichtung wählt dann die geeignete Betriebssequenz basierend auf diesen erhaltenen Daten. Die in Tabelle II beschriebene Betriebssequenz ist zur Ernte von hematopoietischen Vorläuferzellen geeignet.
In Schritt 2 der Betriebssequenz zur Ernte von hematopoietischen Vorläuferzellen von der Art, die in diesem Beispiel gezüchtet wurden, bewegt die Verarbeitungsvorrichtung 300 die Plattform 304 in ihre "HOME"-Position, in der sie im wesentlichen eben ist. Zu diesem Zeitpunkt verbleiben alle der verschiedenen Ventile der tragbaren Kassette 100 geschlossen. Die Kassette-in-Platz-Anzeige 332b und die Ernteanzeige 332d verbleiben erleuchtet, was sie für die gesamte Betriebssequenz der Erntephase bleiben werden. Wenn die "HOME"-Position nicht innerhalb von 50 Sekunden erreicht ist, ertönt ein Alarm; andererseits wird die Betriebssequenz zu Schritt 3 fortschreiten.
Schritte 3-8 beziehen sich alle auf das anfängliche Ablassen von Flüssigkeit von der Zellwachstumskammer 102 in den Erntebeutel 108. Die Flüssigkeit, die anfänglich abgelassen wird, enthält das Wachstumsmedium und einen hauptsächlichen Teil der biologischen Zellen die gezüchtet wurden. Der restliche Teil der Zellen verbleibt an das Zellbett 114 angeheftet.
in Schritt 3 kippt die Verarbeitungsvorrichtung 300 seine Plattform 304, und daher die tragbare Kassette 100, rückwärts auf einen Winkel von ungefähr 45 Grad und sie öffnet das zentrale Öffnungsventil 194, um die Zellwachstumskammer auf Atmosphäre über die Belüftungsleitung 192 und die sterile Abluftlöffnung 196 zu belüften. Nachdem dies getan wurde, schreitet der Prozeß zu Schritt 4 fort, in dem das Ernteventil 140 geöffnet wird. Dies läßt das meiste der vorher erwähnten Flüssigkeit aus der Zellwachstumskammer in den Erntebeutel 108 über die Ernteöffnung 130 und die Ernteröhre 132 ablaufen. Dieser Schritt hat eine Dauer von 105 Sekunden.
Danach wird in Schritt S die Plattform 304 in ihre "HOME"-Position zurückgeführt und, in Schritt 6, wird die Plattform nochmals auf einen Winkel von ungefähr 45 Grad rückwärts gekippt. Schritt 7 hält die Plattform in dieser gekippten Position für eine Dauer von 50 Sekunden, während eine zusätzliche Menge der Flüssigkeit in den Erntebeutel 108 abläuft. Das Ernteventil 140 und das zentrale Öffnungsventil 194 verbleiben während dieser Schritte 5-7 offen. In Schritt 8 wird das Ernteventil geschlossen und die Plattform wird zu ihrer "HOME"- Position zurückgeführt.
Schritte 9-16 betreffen alle das Waschen der Zellwachstumskammer 102 mit den Reagenzien, die im ersten Reagenzienbeutel 214 enthalten sind, d. h. Hank's gepufferte Kochsalzlösung, und das Ablaufen der erhaltenen Waschlösung in den Erntebeutel 108. In Schritt 9 wird das Ventil 224 für die erste Reagenz geöffnet und ungefähr 70 ml der Reagenz wird in die Zellwachstumskammer transferiert. Dies stellt ungefähr eine Hälfte der Gesamtmenge dieser Reagenz dar, die anfänglich in dem Beutel 214 enthalten ist. Danach wird in Schritt 10 das erste Reagenzienventil 224 geschlossen und das zentrale Öffnungsventil 194 wird geöffnet, um die Kammer zu belüften und die Plattform 304 wird zum Schwingen in die Vorwärts- und Rückwärtsrichtung gebracht. Diese Schwingung weist einen Bereich von ungefähr +45 Grad zu ungefähr -45 Grad auf und sie bewegt die Reagenz wiederholt über das Zellbett 114, um einen Teil der angehefteten Zellen zu lösen. Diese Bewegung dauert 60 Sekunden an.
Die Plattform 304 kehrt dann in Schritt 11 zu ihrer "HOME"-Position zurück und wird in Schritt 12 zu einer Schwingung Seite-zu-Seite veranlaßt. Diese Bewegung weist wiederum einen Bereich von ungefähr +45 Grad zu ungefähr -45 Grad und eine Dauer von 60 Sekunden auf und sie löst noch weiter angeheftete Zellen. Danach kehrt die Plattform in Schritt 13 zu ihrer "HOME"-Position zurück und kippt dann rückwärts in Schritt 14 auf einen Winkel von ungefähr 45 Grad. In Schritt 15 wird das Ernteventil 140 dann geöffnet und die Reagenz und losgelöste Zellen werden dadurch in den Erntebeutel 108 abgelassen. Dieser Schütt 15 weist eine Dauer von 75 Sekunden auf. Zuletzt wird das Ernteventil in Schritt 16 geschlossen und die Plattform wird zu ihrer "HOME"-Position zurückgeführt.
Schritte 17-24 betreffen alle das Waschen der Zellwachstumskammer 102 mit dem in dem zweiten Reagenzienbeutel 216 enthaltenen Reagenz, d. h. Trypsin und dem Ablassen der erhaltenen Waschlösung in den Erntebeutel 108. Trypsin ist ein Protein, das effektiv in der Ablösung von fast allen der an das Zellbett 114 adhärenten verbleibenden Zellen ist. Die Schritte 17-24 sind mit den Schritten 9-16, diskutiert oben, identisch, bis auf daß Schritt 17 das Ventil 226 für das zweite Reagenz öffnet, was im Unterschied zu der Öffnung des Ventils 216 in Schritt 9 für das erste Reagenz steht. Nach dem letzten Schritt, d. h. Schritt 24, ist die Plattform 304 in ihrer "HOME"-Position.
Schritte 25-32 beziehen sich alle auf ein zweites Waschen der Zellwachstumskammer 102 mit dem Reagenz (Hank's gepufferte Kochsalzlösung), die in dem ersten Reagenzienbeutel 214 enthalten ist. Diese Schritte sind zu den Schritten 9-16, oben diskutiert, identisch und sie dienen dazu, um die meisten von jeden in der Kammer verbleibenden Zellen zu dem Erntebeutel 108 zu transferieren. Nach Schritt 32 ist die Plattform 304 in ihrer "HOME"-Position.
Zuletzt werden in Schritt 33 alle der Ventile der tragbaren Kassette 100 und der Verarbeitungsvorrichtung 300 geschlossen und die Kassette-in-Platz-Anzeige 332b wird zum Blinken gebracht. Zusätzlich wird eine hörbare Aufforderung zur Verfügung gestellt; um den Betreiber zu veranlassen, die Kassette von der Vorrichtung zu entfernen und den Erntebeutel 108 herauszunehmen. Zu diesem Zeitpunkt sollte der Erntebeutel im wesentlichen alle der, als die Ernteprozedur gestartet wurde, in der Zellwachstumskammer 102 vorhandenen Zellen enthalten, sowie das dann in der Kammer vorhandene Wachstumsmedium, ungefähr 140 ml von Hank's gepufferter Kochsalzlösung und ungefähr 70 ml Trypsin.
Wenn die 33-stufige Betriebssequenz der Ernteprozedur bei irgendeiner Stufe unterbrochen wird, z. B. durch den Betreiber, der die Pauseanzeige 332c löst, setzt die Verarbeitungsvorrichtung 300 die Anwendung der Sequenz durch Durchlaufen eines vorbestimmten Hilfsprogramms fort. Insbesondere, wenn die Unterbrechung während eines Schrittes auftritt, in der die Plattform 304 zu ihrer "HOME"-Position bewegt werden soll (d. h. Schritte 2, 5, 8, 11, 13, 16, 19, 21, 24, 27, 29 und 32) setzt die Vorrichtung die Prozedur fort, indem einfach die Plattform bewegt wird, bis diese "HOME"-Position erreicht wird. Wenn die Unterbrechung während eines Schritts auftritt, in dem die Plattform einer anderen Bewegung unterzogen werden soll, setzt die Vorrichtung die Prozedur fort, indem die Plattform zuerst zu der "HOME"- Position zurückkehrt und dann der Schritt wiederholt wird. Auf der anderen Seite, wenn die Unterbrechung während eines Schrittes auftritt, in der die Plattform nicht bewegt werden soll, setzt die Vorrichtung die Prozedur fort, indem einfach der Schritt bei dem Zeitpunkt, als die Unterbrechung auftrat, weitergeführt wird.
Während die tragbare Kassette 100 durch die Verarbeitungsvorrichtung 300 aufgenommen ist, wird das Auftreten von jeglichen wichtigen Ereignissen als Daten durch die Lese- /Schreibvorrichtung 341 in die Speichervorrichtung 206, die auf der Rückseite 138 der Kassette lokalisiert ist, gespeichert. Beispiele von solchen Daten schließen ein: 1) die Start- und Endzeiten der Ernte, 2) eine Identifizierung des letzten abgeschlossenen Betriebsschritts; 3) das Auftreten und Zeitpunkt von jeglichen Alarmen während ihrer 33-stufigen Betriebssequenz und 4) eine Anzeige, daß die Zellernte abgeschlossen wurde. Diese Aktualisierung stellt sicher, daß, wenn der Bedarf je entstehen sollte, die tragbare Kassette 100 bei jedem Schritt der Sequenz zu einer Ersatzverarbeitungsvorrichtung transferiert werden kann, um den Prozeß abzuschließen.
Es wird daher ersichtlich, daß die Zellernteprozedur ohne ein Durchbrechen der sterilen Barriere der Zellwachstumskassette und des Erntebeutels 108 erreicht werden kann. Zusätzlich wird es ersichtlich, daß dieses Verfahren mit nur minimaler Beteiligung eines Betreibers durchgeführt werden kann und daß diese minimale Beteiligung keine komplizierte Schulung des Betreibers erfordert.
Wie oben erwähnt, stellt die Systemsteuerung 500 (Fig. 1) eine Betreiberschnittstelle zur Verfügung und überwacht das gleichzeitig auftretende Zellwachstum in bis zu 50 verschiedenen tragbaren Kassetten 100. Die Systemsteuerung ist mit einer Vielzahl von Verarbeitungsvorrichtungen 300 und einer Vielzahl von Inkubatorvorrichtung 400 vernetzt, um den Status von diesen Vorrichtungen und jeglicher tragbarer Kassetten zu überwachen, die sie zu jeder Zeit vielleicht bearbeiten. Keine direkte Kontrolle dieser Instrumente durch die. Systemsteuerung findet statt, die einzige Funktion der Systemsteuerung in dieser Hinsicht ist es, die Vorrichtung zu überwachen und Information in Zusammenhang mit den Bedingungen von jeder der Kassetten während des Ablaufs ihrer Zellanzucht zu sammeln.
Beispiele von der Art von Information, die die Systemsteuerung 500 von jeder bestimmten Verarbeitungsvorrichtung 300 erhalten kann schließen ein: 1) den Status der Vorrichtung und die einzelne Schrittnummer, die sie vielleicht gerade anwendet; 2) die Einstellung der Ventile der tragbaren Kassette 100, die bearbeitet wird, 3) die Anzeigen der verschiedenen Sensoren der Vorrichtung, 4) die in der Speichervorrichtung 206 der assoziierten tragbaren Kassette gespeicherte Information, 5) den Status von jeglichen Alarmen und 6) eine Angabe der genauen Betriebssequenz, die angewendet wird. Beispiele der Art von Information, die die Systemsteuerung von jeder bestimmten Inkubatorvorrichtung 400 empfangen kann, schließen ein: 1) der Status der Vorrichtung und ihre Kontrolleinstellungen, 2) die Werte der verschiedenen Sensoren der Vorrichtung, 3) die in der Speichervorrichtung 206 der assoziierten tragbaren Kassette gespeicherten Informationen; 4) der Status von jeglichen Alarmen und 5) eine Identifizierung der bestimmten Betriebssequenz, die durchgeführt wird. Ein Drucker 503 kann diese Information am Ende des Zellwachstumsprozesses ausdrucken, oder um auf ein Kommando hin einen geschriebenen Bericht des Verfahrens für Archivierungszwecke zur Verfügung zu stellen.
Eine andere Funktion der Systemsteuerung 500 ist es, anfänglich betreffende Information in die mit jeder tragbaren Kassette 100 assoziierte Speichervorrichtung 206 einzuladen, bevor der Zellwachstumsprozeß begonnen wird. Solche Information kann einschließen: 1) eine Identifizierung des einzelnen Patienten, für den die Zellen angezogen werden sollen, 2) eine Identifizierung des Typs von Zellen, die gezüchtet werden sollen, 3) eine Identifizierung der bestimmten verwendeten tragbaren Kassette und der bestimmten Chargen von Wachstumsmedium und Erntereagenzien, die verwendet werden, 4) eine reale Zeit- und Datenmarke und 5) eine Identifizierung von jeden besonderen Bearbeitungsparametern (z. B. Inkubationstemperatur und Dauer) für den Zellwachstumsprozeß. An diesem Ende schließt die Systemsteuerung eine Tastatur 504 zur manuellen Eingabe von Daten und ein Strichcodelesegerät 506 zum Scannen von Strichcodemarkierungen auf Reagenzbeuteln und ähnlichen ein. Die Systemsteuerung schließt auch eine Lese-/Schreibvorrichtung 502 ein, um die Information in die Speichervorrichtung einzuladen.
Die Systemsteuerung 500 kann auch dazu verwendet werden, um die Speichervorrichtung 206 nach Inkubation zu überprüfen, jedoch vor Zellernte. Diese Überprüfung kann sicherstellen, daß die tragbare Kassette 100 wirklich fertig ist, um dem Zellernteverfahren unterzogen zu werden.
Es sollte von der vorangegangenen Beschreibung deutlich werden, daß die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein damit in Zusammenhang stehendes Verfahren zur Verfügung stellt, daß biologische Zellen ex vivo innerhalb einer tragbaren Kassette aufnimmt, aufbewahrt und züchtet, ohne die Zellen der äußeren Umwelt auszusetzen. Die tragbare Kassette wird in Kombination mit einer Verarbeitungsvorrichtung verwendet, die die Kassette mit Zellen von der Art, die angezüchtet werden sollen, beimpft und diese Zellen in einem vorbestimmten Muster (z. B. gleichmäßig) über eine Zellwachstumskammer verteilt und danach in Zusammenhang mit einer Inkubatorvorrichtung die Zellwachstumskammer so inkubiert, daß die Zellen optimal expandiert werden. Dieselbe Verarbeitungsvorrichtung wird dann verwendet, um die expandierten Zellen von der tragbaren Kassette zu ernten. Beide Instrumente sind dazu geeignet, die tragbare Kassette während der Phasen des Zellwachstumsprozesses zu konditionieren, ohne das sterile System der Kassette zu stören. Zusätzlich speichert eine aktualisierbare Speichervorrichtung, die mit der Kassette assoziiert ist, wichtige Information über die Kassette und ihre Konditionierung während der verschiedenen Schritte des Zellwachstumsprozesses. Solche Information ist brauchbar sowohl für nachfolgende Archivierungszwecke und zur Erleichterung der Wiederaufnahme des Zellwachstumsprozesses im Fall jeglichen Instrumentenausfalls oder signifikanter Alarmbedingungen. Tabelle I Bearbeitungssequenz Chart - Beimpfungsprozedur
C = Ventil geschlossen (Aus)
O = Ventil geöffnet (An) - Schattiert
Für Bereitschaft/Alarm Spalten: Schattierter Eintrag = Bereitschaft, nicht-schattierter Eintrag = Alarm Tabelle II Bearbeitungssequenz Chart - Ernteprozedur
C = Ventil geschlossen (Aus)
O = Ventil geöffnet (An) - Schattiert

Claims

1. Vorrichtung zur ex vivo Aufbewahrung und Züchtung von biologischen Zellen, umfassend:

eine tragbare Zellwachstumskassette (100 A, 100B, 100C), die einschließt

ein Gehäuse (110),

eine Zellwachstumskammer (102) innerhalb des Gehäuses (110), konfiguriert um eine Menge von biologischen Zellen und ein Wachstumsmedium zu tragen, wobei die Zellwachstumskammer (102) eine Medium-Einlassöffnung (122) und eine Medium- Auslassöffnung (123) hat,

einen Mediumbehälter (104), der mit der Medium-Einlassöffnung (122) der Zellwachstumskammer verbunden ist und konfiguriert ist, ein Wachstumsmedium zu enthalten, und

einen Abfallbehälter (106), der mit der Medium-Auslassöffnung der Zellwachstumskammer verbünden ist und konfiguriert ist, von der Wachstumskammer abgelassenes Medium aufzunehmen,

wobei die Zellwachstumskammer (102), der Mediumbehälter (104) und der Abfallbehälter (106) ein von der äußeren Umwelt abgeschlossenes steriles System bilden;

ein erstes Instrument (300) das austauschbar die tragbare Kassette aufnimmt und das automatisch kontrollierbar die Kassette während einer ersten Phase ihrer ex vivo - Aufbewahrung und Züchtung von biologischen Zellen konditioniert; ohne das abgeschlossene sterile System der äußeren Umwelt auszusetzen; und

ein zweites Instrument (400), das austauschbar die tragbare Kassette aufnimmt und das automatisch kontrollierbar die Kassette während einer zweiten Phase ihrer ex vivo - Aufbewahrung und Züchtung von biologischen Zellen konditioniert, ohne das geschlossenen sterile System der äußeren Umwelt auszusetzen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei:

das erste Instrument (300) konfiguriert ist, um die tragbare Kassette kontrollierbar zu konditionieren, so daß Wachstumsmedium und angeimpfte biologische Zellen innerhalb ihrer Zellenwachstumskammer verteilt werden, ohne das geschlossene sterile System der äußeren Umwelt auszusetzen; und

das zweite Instrument (400) konfiguriert ist, um die tragbare Kassette kontrollierbar zu inkubieren, so daß die biologischen Zellen innerhalb der Zellwachstumskammer aufbewahrt und gezüchtet werden, ohne das abgeschlossene sterile System der äußeren Umwelt auszusetzen, und wobei weiter das zweite Instrument konfiguriert ist, um die tragbare Kassette durch Steuerung des Flußes von Wachstumsmedium vom Mediumbehälter durch die Zellwachstumskammer zu dem Abfallbehälter und durch Zufuhr eines Stroms von Gas enthaltend Sauerstoff zur Zellwachstumskammer und eines Stroms von Abgasen aus der Zellwachstumskammer zu konditionieren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei:

die tragbare Kassette (100) weiterhin eine aktualisierbare Speichervorrichtung (206) einschließt, die Information über die Zellwachstumskammer und die Konditionierung der Zellwachstumskammer über die Zeit hinweg enthält; und

die ersten (300) und zweiten (400) Instrumente so konfiguriert sind, um Information auf und von der Speichervorrichtung (206) der tragbaren Kassette zu speichern und abzurufen, um die Kassette basierend auf der abgerufen Information zu konditionieren.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die tragbare Zellwachstumskassette weiterhin ein zweites Gehäuse (112), lösbar von dem erstgenannten Gehäuse (110) einschließt, wobei das zweite Gehäuse (112) den Mediumbehälter (104) aufnimmt.

5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Zellwachstumskammer eine Ernteöffnung (130) aufweist; die Vorrichtung einen Erntebehälter (108), der mit der Ernteöffnung (130) der Zellwachstumskammer (102) verbunden ist, einschließt, und wobei die Zellwachstumskammer (102), der Mediumbehälter (104), der Abfallbehälter (106) und der Erntebehälter (108) ein geschlossenes steriles System bilden, das so konfiguriert ist, um die biologischen Zellen ohne sie der äußeren Umwelt auszusetzen, aufzubewahren und zu züchten.

6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche,

eine Gas-permeable/Flüssigkeits-impermeable Membran (I 16) einschließend, die einen Teil der Zellwachstumskammer definiert, und eine Gaskammer (118), die auf der der Zellwachstumskammer (102) gegenüberliegenden Seite der Membran lokalisiert ist; und

die tragbare Zellwachstumskassette weiterhin einen Gaszufuhranschluß (172) einschließt, der von einer Rückwand (138) des Gehäuses (110) getragen wird, und einer Gaszufuhrleitung (174), welche den Gaszufuhranschluß mit der Gaskammer (118) verbindet, um so Gas zur Gaskammer zur Permeation durch die Membran zu der Zellwachstumskammer zu liefern.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das zweite Gehäuse (112) eine Öffnung einschließt, die ein Gas zum unter Druck setzen des innerhalb des Mediumbehälters (104) enthaltenen Wachstumsmedium aufnimmt, ohne das durch die Zellwachstumskammer, den Mediumbehälter (104), den Abfallbehälter (106) und den Erntebehälter (108) gebildete abgeschlossene sterile System zu stören.

8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, einschließend

eine Mediumflußbahn (120,122), die mit der Zellwachstumskammer (102) in Verbindung steht, und

das mindestens ein Teil der Mediumflußbahn angrenzend an eine Rückwand (138) des Gehäuses (110) lokalisiert ist,

die Mediumflußbahn eine erste elastische Röhre (120) einschließt, die den Mediumbehälter (104) mit der Zellwachstumskammer (102) verbindet, und eine zweite elastische Röhre (128), welche die Zellwachstumskammer mit dem Abfallbehälter (106) verbindet; und

die tragbare Zellwachstumskassette weiterhin eine Flußkontrollvorrichtung (134, 136) einschließt, die lösbar mit mindestens einer der ersten und zweiten elastischen Röhren in Kontakt kommt, um so den Fluß von Wachstumsmedium durch die Wachstumskammer zu kontrollieren.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Flußkontrollvorrichtung einschließt:

einen Kolben (156), der federnd gelagert ist (158), um die Röhre zusammenzudrücken; und

eine Platte (168), die im wesentlichen bündig mit der Rückwand (138) des ersten Gehäuses (110) montiert ist und funktionell so mit dem Kolben verbunden ist, daß, wenn die Platte niedergedrückt wird, der Kolben (156) sein Zusammendrücken der Röhre (120, 128) löst.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das zweite Instrument (400) eine Gaszuführ (424) einschließt, die so positioniert und konfiguriert ist, um automatisch mit der Gaszufuhröffnung (172) des Gehäuses (110) zu verbinden, wenn das Gehäuse (110) im zweiten Instrument (400) aufgenommen ist, und weiterhin ein mit der Kassette verbindbares Interface einschließt, wobei das Interface einen mit der Flußkontrollvorrichtung verbindbaren Antrieb (420) einschließt, um die Zufuhr von Wachstumsmedium von dem Mediumbehälter zur Zellwachstumskammer zu kontrollieren, wobei das Interface einen Flußratensensor (402) einschließt, verbindbar mit der tragbaren Kassette, um die Flußrate des Wachstumsmediums, das an die Zellwachstumskammer geliefert wird, zu messen und ein entsprechendes Flußratensignal zu erzeugen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei:

die Zellwachstumskammer (102) mindestens ein generell planares Zellbett (114) einschließt; und

das erste Instrument (300) so konfiguriert ist, um kontrollierbar seine Plattform um zwei horizontale Achsen zu schwenken, so daß Flüssigkeit in der Zellwachstumskammer (102) im wesentlichen gleichmäßig verteilt wird.

12. Verarbeitungsvorrichtung zur Verwendung in Kombination mit einer tragbaren Zellwachstumskassette (100) von einer Art, die biologische Zellen ex vivo aufnimmt, aufbewahrt und züchtet, wobei die tragbare Kassette (100) eine Zellwachstumskammer (102) einschließt, die konfiguriert ist, um eine Menge von biologischen Zellen und Wachstumsmedium zu tragen und weiterhin eine Mediumflußbahn (120, 134) einschließt, die mit der Zellwachstumskammer (102) in Verbindung steht, wobei die Verarbeitungsvorrichtung die Funktion ausübt, die Zellwachstumskammer (102) mit einem Wachstumsmedium zu beladen und die biologischen Zellen innerhalb der Zellwachstumskammer zu verteilen, wobei die Verarbeitungsvorrichtung umfaßt:

eine Aufnahme (304), konfiguriert um austauschbar die tragbare Kassette (100) aufzunehmen und weiter konfiguriert um auf eine kontrollierte Weise beweglich zu sein;

einen Flußkontrollantrieb (308), verbindbar mit der Mediumflußbahn (134) der tragbaren Kassette wenn die Kassette von der Aufnahme aufgenommen ist; und

eine Steuerung, die den Flußkontrollantrieb (308) kontrolliert, so daß eine Menge des Wachstumsmediums zu der Zellwachstumskammer (102) der tragbaren Kassette geliefert wird und der die Aufnahme (304) auf eine vorbestimmte Weise kontrollierbar bewegt, so daß die biologischen Zellen innerhalb der Zellwachstumskammer verteilt werden.

13. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei:

die tragbare Kassette (100) weiterhin eine mit der Mediumflußbahn (120) in Kontakt bringbare Flußkontrollvorrichtung (134) einschließt; und

der Flußkontrollantrieb (308) mit der Flußkontrollvorrichtung (134) der tragbaren Kassette (100) in Kontakt bringbar ist, wenn die Kassette von der Aufnahme (304) aufgenommen wird, um die Zufuhr von Wachstumsmedium zur Zellwachstumskammer zu kontrollieren.

14. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei:

die Steuerung einen Mediumflußsensor (302) einschließt, der die Zufuhr einer bestimmten Menge von Wachstumsmedium zur Zellwachstumskammer (102) der tragbaren Kassette (100) mißt und der ein entsprechendes Nachweissignal erzeugt; und

die Steuerung so konfiguriert ist, um den Flußkontrollantrieb (308) zu kontrollieren, um so die Zufuhr von Wachstumsmedium zu der Zellwachstumskammer abzubrechen, wenn ein Nachweissignal durch den Mediumflußsensor erzeugt wurde.

15. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, um den Flußkontrollantrieb (308) zu kontrollieren, um so die Zufuhr von Wachstumsmedium zur Zellwachstumskammer abzubrechen, wenn eine vorbestimmte Zeitperiode abgelaufen ist.

16. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei:

die Steuerung so konfiguriert ist, um den Flußkontrollantrieb (308) zu kontrollieren, so daß eine bestimmte Menge von Wachstumsmedium zur Zellwachstumskammer der tragbaren Kassette zugeführt wird und eine Gasblase innerhalb der Zellwachstumskammer verbleibt;

die tragbare Kassette (100) weiterhin eine Beimpfungsöffnung (188) einschließt, durch die eine Menge von biologischen Zellen, die innerhalb der Zellwachstumskammer der Kassette aufbewahrt und gezüchtet werden, zugeführt werden können; und

die Steuerung so konfiguriert ist, um kontrollierbar den Träger (304) zu bewegen, so daß sich die Gasblase innerhalb der Zellwachstumskammer der tragbaren Kassette auf eine vorbestimmte Weise bewegt, um so die biologischen Zellen im wesentlichen gleichmäßig mit dem Wachstumsmedium innerhalb der Wachstumskammer zu mischen.

17. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Steuerung weiter konfiguriert ist, um den Flußkontrollantrieb (308) auf solche Art zu kontrollieren, daß, nachdem die Bewegung des Trägers (304) die biologischen Zellen mit dem Wachstumsmedium gemischt hat, ausreichend zusätzliches Wachstumsmedium zu der Zellwachstumskammer (102) zugeführt wird, um die Gasblase im wesentlichen zu verdrängen.