DE9411876U1

DE9411876U1 - Kulturgefäß für Zellkulturen

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Publication number: DE9411876U1
Application number: DE19949411876
Authority: DE
Original assignee: Heraeus Sepatech GmbH
Current assignee: Heraeus Sepatech GmbH
Priority date: 1994-07-22
Filing date: 1994-07-22
Publication date: 1994-10-20
Anticipated expiration: 2004-07-23

Description

Hanau, 22.07.1994 SSR/Sta/ls/P0189 ISAM

Gebrauchsmusteranmeldung

Heraeus Sepatech GmbH

Kulturgefäß für Zellkulturen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kulturgefäß für Zellkulturen mit einer die Zellkultur aufnehmenden Zellkulturkammer, und mit einer ein Nährmedium aufnehmenden Versorgungskammer, und mit einer zwischen der Zellkulturkammer und der Versorgungskammer angeordneten Dialysemembran, durch die Nährstoffe von der Versorgungskammer in die Zellkulturkammer transportiert und Stoffwechselprodukte von der Zellkulturkammer in die Versorgungskammer abtransportiert werden, und mit einer die Zellkulturkammer teilweise begrenzenden, gasdurchlässigen Gasaustauschmembran.

Ein derartiges Kulturgefäß ist aus der US-Patentschrift 5,153,131 bekannt. Das dort beschriebene Kulturgefäß weist eine kreisringförmige, um seine horizontale Achse rotierbare Zellkulturkammer auf, bei der die eine Stirnseite des Kreisringes von einer gasdurchlässigen, planaren Silikonmembran und die andere Stirnseite von einer Dialysemembran überspannt wird. Um die bei der Rotation der Zellkulturkammer auf die Zellkultur wirkenden Scherkräfte klein zu halten, wird die Zellkultur nicht durchmischt. Andererseits ist es gerade bei hohen Zelldichten für eine ausreichende Versorgung der Zellkultur mit Nährstoffen und mit Sauerstoff erforderlich, die Zellen in einer möglichst stabilen Suspension zu halten. Um dies zu gewährleisten, ist der Abstand zwischen der Dialysemembran und der gasdurchlässigen Silikonmembran bei dem bekannten Kulturgefäß auf weniger als 1 inch, vorzugsweise 1/4 inch begrenzt. An die Dialysemembran angrenzend ist eine Versorgungskammer für die Aufnahme von Nährmedium angeordnet, in der eine Mischkugel zum Mischen des Versorgungsmediums vorgesehen ist.

Mit der bekannten Vorrichtung können Zellkulturen, wie beispielsweise Hybridomzellen, in hohen Zeildichten erzeugt werden. Während der Kultivierung ändern sich aber die Abstände der

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einzelnen Zellen zu den Membranwänden nur wenig. Aufgrund dessen gewährleistet nur ein kleiner Maximalabstand die ausreichende Versorgung der Zellkultur. Dieser begrenzt bei gegebenem Außendurchmesser das Volumen der kutivierbaren Zellkultur.

Bei der Kultivierung von Zellen in einer üblichen Brutschrankatmosphäre kommt es zu Druckschwankungen. Das Nährmedium enthält üblicherweise unter anderem ein auf NHCO₃ basierendes Puffersystem. Es hat sich gezeigt, daß insbesondere bei Beginn einer Zellkultivierung Druckerhöhungen auftreten. Diese können einerseits auf der Volumenerhöhung durch die üblicherweise wärmere Brutschrankatmosphäre und andererseits auf sich bildenden Kohlendioxidgas beruhen, das sich aufgrund des chemischen Gleichgewichtes zwischen der NHCO₃-haltigen Nährmittel-Lösung und einer kohlendioxidfreien Brutschrankatmosphäre bildet. Auch bei Manipulationen während der Kultivierung treten immer wieder Druckschwankungen im Kulturgefäß auf. Bei dem bekannten Kulturgefäß bewirken diese Druckschwankungen ein Ausbeulen der Membranwände. Dadurch wird das Volumen der Zellkulturkammer verändert und die Durchmischung und damit die Versorgung der Zellkultur mit Nährstoffen und mit Sauerstoff Undefiniert. Für das reproduzierbare Erzielen hoher Zelldichten ist aber eine gleichmäßige und intensive Durchmischung der Zellkultur und ein gleichmäßiger Gasaustausch erforderlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein hinsichtlich der Versorgung der Zellen mit Nährstoffen und Sauerstoff optimiertes Kulturgefäß anzugeben.

Ausgehend von dem bekannten Zellkulturgefäß wird diese Aufgabe einerseits dadurch gelöst, daß in der Zellkulturkammer mindestens ein mit der Gasaustauschmembran verbundenes Mischelement vorgesehen ist. Ein Mischelement kann je nach seiner Ausgestaltung ausreichen. Üblicherweise werden aber mehrere Mischelemente vorgesehen. Beim Bewegen des Kulturgefäßes, wie beispielsweise durch Rollen, Rütteln oder Schaukeln, erzeugen die Mischelemente eine stabile Suspension der zu kultivierenden Zellen in der Zellkulturkammer. Dabei ist die Durchmischungsgrad bei gegebenem Volumen der Zellkulturkammer im wesentlichen abhängig von der Anzahl und der Größe der Mischelemente. Zur Gewährleistung einer ausreichenden Durchmischung auch größerer Zellkulturkammer-Volumina können Anzahl und Größe der Mischelemente leicht angepaßt werden. Dabei variieren die Abstände der Zellen von den Membranwänden ständig. Da die Mischelemente mit der Gasaustauschmembran fest verbunden sind, folgen sie unmittelbar der Bewegung des Zellkulturgefäßes. Da auch die Zellkultur selbst diesem Bewegungsablauf folgt, ist eine stets gleichgerichtete Bewegung von Mischelementen

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und Zellkultur einstellbar. Dadurch wird die Zellkultur sehr schonend in Suspension und werden die beim Mischen auf die Zellkultur einwirkenden Scherkräfte gering gehalten.

Besonders bewährt hat es sich, das Mischelement oder die Mischelemente und die Gasaustauschmembran einstückig auszubilden. Dadurch ist es möglich, auch das Mischelement oder die Mischelemente aus einem gasdurchlässigen Material auszubilden und für den Gasaustausch zwischen der Zellkulturkammer und der sie umgebenden Atmosphäre vorzusehen. Weiterhin werden durch die einstückige Ausbildung Spalten und Kanten zwischen der Gasaustauschmembran und den Mischelementen sowie zur Befestigung der Mischelemente gegebenenfalls benötigten Befestigungsmitteln, in denen keine ausreichende und gleichmäßige Durchmischung möglich wäre, vermieden. Geeignete Materialien sowohl für die Gasaustauschmembran als auch für das Mischelement oder die Mischelemente sind Silikon und Polytetrafluorethylen.

Als besonders günstig haben sich Mischelemente erwiesen, die mindestens einen in die Zellkulturkammer hineinragenden Steg umfassen oder die als Noppen ausgebildet sind. Derartige Mischelemente bewirken ein intensives Mischen ohne hohe Scherkräfte in der Zellkultur zu induzieren. Insbesondere bewährt haben sich noppenartige Ausstülpungen, die hohl und zu der der Zeilkulturkammer abgekehrten Seite der Gasaustauschmembran hin offen sind. Aufgrund ihrer großen Außenfläche tragen noppenartige Ausstülpungen nicht nur zu einem effektiven Vermischen der Zellkultur, sondern gleichzeitig auch zu deren Sauerstoffversorgung und zum Abtransport von dem als Metabolit entstehenden CO₂ bei. Der durch die offenen Noppen bewirkte Gasaustausch ist besonders schnell und effektiv, da die Noppen in die Zellkulturkammer hineinragen und die durch deren Wandungen diffundierenden Gase direkt aus dem Inneren der Zellkultur entfernt (CO₂) bzw. in die Zellkultur eingetragen (O₂) werden.

Besonders bewährt haben sich Kulturgefäße mit mindestens einem Mischelement, das ein Flächenteil in Form von durch Stege miteinander verbundener Noppen bildet. Durch solche schaufelartig ausgebildete Mischelemente erfolgt das Mischen besonders wirkungsvoll. Gleichzeitig können die Noppen zu einer effektiveren Sauerstoffversorgung der Zellkultur beitragen. Um eine wirksame Durchmischung und gleichzeitig eine optimale Gasversorgung zu erreichen, ist es günstig, die Höhe der von der Gasaustauschmembran in die Zellkulturkammer hineinragenden Noppen so zu wählen, daß sie bis an die gegenüberliegende Begrenzung der

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Zellkulturkammer, die beispielsweise von der Dialysemembran gebildet sein kann, oder bis nahe an diese Begrenzung reichen.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, mehrere Mischelemente miteinander zu verbinden und als in die Zellkulturkammer hineinragende Flächenteile auszubilden, die die Zellkulturkammer in Einzelkammern unterteilen. Die Unterteilung in Einzelkammern bewirkt, daß sich der Zellkulturansatz nicht an bestimmten Stellen innerhalb der Zellkulturkammer ansammeln kann, beispielsweise bei einer Rollkultur am Boden, sondern innerhalb der Zeilkulturkammer gleichmäßiger verteilt wird. Dabei ist es nicht erforderlich, daß die Einzelkammern streng voneinander getrennt sind. Ein gewisser Austausch zwischen den Einzelkammern ist vielmehr wünschenswert. Er kann dadurch erreicht werden, daß die Stege etwas niedriger als die Noppen ausgebildet sind.

Besonders bewährt hat sich eine Ausführungsform des Kulturgefäßes, bei dem die Zellkulturkammer in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist, bei dem die Gasaustauschmembran mindestens einen Teil der einen Stirnseite überspannt, und bei der mehrere Flächenteile in einem gemeinsamen Punkt miteinander verbunden sind und von dort aus strahlenförmig in Richtung einer Zylinderwand der Zelikulturkammer verlaufen. Hierdurch wird erreicht, daß sich bei einer Rollkultur auf dem Boden absetzende Zellen bei jeder Umdrehung schaufelartig nach oben mitgenommen und im Verlaufe der Drehung zwar an den Reihen entlang, aber im wesentlichen frei und ohne Einwirkung mechanischer Kräfte wieder nach unten rieseln. Hierdurch wird die Zellkultur besonders schonend in Suspension gehalten. Dabei kann durch die Einteilung des Zellkulturkammervolumens in mehrere kleine Einzelkammern eine gleichmäßigere Verteilung der zu kultivierenden Zellen in der Zeilkulturkammer und dadurch ein besonders wirkungsvolles Vermischen erreicht werden. Dadurch wird ein zwar intensives aber dennoch schonendes Mischen ermöglicht.

Als besonders günstig hat es sich erwiesen, die Gasaustauschmembran mit in die Zellkulturkammer hineinragenden, hohlzylinderförmigen, nach ihrer der der Zellkulturkammer abgekehrten Seite der Gasaustauschmembran hin offenen Ausstülpungen, insbesondere noppenartigen Ausstülpungen auszubilden, deren Größe, Höhe und Verteilung so gewählt ist, daß jeder Punkt innerhalb der Zellkulturkammer von der Gausaustauschmembran nicht weiter als 8 mm, vorzugsweise nicht weiter als 5 mm entfernt ist. Hierdurch wird bei effektiver Durchmischung der Zeilkultur ein effektiver Gasaustausch erreicht.

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Ausgehend von dem bekannten Zellkulturgefäß wird die oben genannte Aufgabe andererseits auch dadurch gelöst, daß ein Teil der Außenwand der Versorgungskammer von einer Druckhülle gebildet wird, die die in der Versorgungskammer während der Zellkultivierung auftretenden Druckschwankungen unter Verformung aufnimmt. Die leicht verformbare Druckhüile gestattet einen Druckausgleich. Dabei verformt sich die Druckhülle. Dies verhindert oder reduziert eine Verformung der Gasaustauschmembran und der Dialysemembran. Sowohl das Volumen der Zellkulturkammer als auch die Form der Membranen bleiben während der Zellkultivierung im wesentlichen konstant. Der Mischvorgang und damit die Versorgung der Zellkultur sowie der Gasaustausch werden dadurch stabilisiert.

Als besonders günstig hat es sich erwiesen, die leicht verformbare Druckhüile aus einem gasdurchlässigen Material auszubilden. Hierdurch kann Sauerstoff über die Druckhülle in die Versorgungskammer eindiffundieren. Von dort wird er in das Nährmedium eingetragen, passiert in physikalisch gelöster Form die Dialysemembran und trägt so zur Versorgung der Zellkultur bei. In umgekehrterWeise wird CO₂ aus der Zellkulturkammer abgeführt. Als geeignete Materialien haben sich Silikon und Polytetrafluorethylen erwiesen.

Es wird eine Ausführungsform des Kulturgefäßes bevorzugt, bei dem die Druckhülle in Form eines in die Versorgungskammer hineinragenden, schlauchartigen Druckfingers ausgebildet ist, dessen in die Versorgungskammer hineinragende Stirnseite geschlossen und dessen gegenüberliegende Stirnseite offen ist. Die erforderliche Druckaufnahme läßt sich bei einem derartigen Druckfinger leicht über die Länge und den Durchmesser einstellen. Der Druckfinger erstreckt sich bei einer zylinderförmigen Versorgungskammer vorteilhafterwesie über deren gesamte Länge und im wesentlichen parallel zur Zylinderachse der Versorgungskammer. Aufgrund der großen Oberfläche wird bei einem derartgen Druckfinger aus einem gasdurchlässigen Material nicht nur der Gasaustausch verbessert, erwirkt auch als effiktives Mischelement für das Nährmedium.

Als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Mischwirkung hat sich eine Anordnung des Druckfingers ergeben, bei der seine Längsachse neben derjenigen der Versorgungskammer verläuft. Diese Anordnung führt insbesondere bei einer Rollkultur, bei der die Längsachse der Versorgungskammer die Rotationsachse bildet, zu einer effektiven Durchmischung des Nährmediums.

Sowohl mit einer Ausgestaltung eines Kulturgefäßes mit einem wie vorstehend erläuterten Mischelment als auch mit einer eine Druckhülle aufweisenden Ausführungsform lassen sich

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hohe Zelldichten erzielen. Optimale Ergebnisse werden erhalten mit einem Kulturgefäß, bei dem Maßnahmen hinsichtlich des mindestens einen Mischelementes und Maßnahmen hinsichtlich der Druckhülle miteinander kombiniert sind. Diese Maßnahmen tragen zu einer optimalen Durchmischung sowie einer optimalen Gasversorgung der Zellkultur bei.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher erläutert. In der Zeichnung zeigen in schematischer Darstellung:

Figur 1 ein auf einem Ständer angeordnetes, erfindungsgemäßes Kulturgefäß für Zellkulturen in einer Seitenansicht,

Figur 2 eine Draufsicht auf eine Zellkulturkammer in Richtung des Pfeiles A in Figur 1,

Figur 3 einen Schnitt durch eine Zellkulturkammer entlang der Linie B-B in Figur 2 und durch eine davor angeordnete Dialysemembran und

Figur 4 einen Schnitt durch eine Zelikulturkammer entlang der Linie C-C in Figur 2 und durch eine davor angeordnete Dialysemembran.

In Figur 1 ist die Bezugsziffer 1 einem erfindungsgemäßen Kulturgefäß insgesamt zugeordnet. Das im wesentlichen zylinderförmige Kulturgefäß 1 ist modulartig aus einem Produktionsmodul 2 und aus einem Versorgungsmodul 3 aufgebaut. Das Produktionsmodul 2 ist in Form eines ca. 1 cm hohen Kreisringes 4 aus einem stabilen Kunststoff gebildet, dessen nach außen weisende Stirnseite von einer Silikonmembran 5 und dessen dem Versorgungsmodul 3 zugewandten Stirnseite von einer (in den Figuren 3 und 4 dargestellten) Diaiysemembran 23 überspannt werden. Zur Halterung des Produktionsmoduls 2 an dem Versorgungsmodul 3 ist der Kreisring 4 mit Schnapphaken 6 versehen, die über einem umlaufenden Ringwulst 7 des oberen Randes des Versorgungsmoduls 3 einrasten. Dabei gewährleistet ein (ebenfalls nicht dargestellter) Dichtring eine gas- und flüssigkeitsdichte Verbindung von Produktionsmodul 2 und Versorgungsmodul 3. Das Befüllen des Produktionsmoduls 2 mit einer Zellsuspension geschieht durch einen der drei Luer-Lock-Anschlüsse, die mittels Kappen 8 verschließbar sind. Der untere Rand des Versorgungsmoduls 3 ist mit einer über die Zylinderfläche vorstehenden, umlaufenden Abrollkante 9 versehen. Gleichermaßen wirkt der Kreisring 4 des Produktionsmoduls 2, der mit einem glatten umlaufenden und ebenfalls über der Zylinderfläche des Versorgungsmoduls 3 vorstehenden Rand ausgebildet ist. Beim Rollen um seine Längsachse liegt das Kulturgefäß 1 nur auf der Abrollkante 9 und dem Kreisring 4 auf; die Zylinderfläche des Versorgungsmoduls wird

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dabei nicht beansprucht. Zum Befüllen des Versorgungsmoduls 3 ist dieses mit einer durch eine Schraubkappe 10 verschließbaren Einfüllöffnung versehen.

Das Versorgungsmodul 3 ist mit einem schlauchartigen Druckfinger 11 aus Silikon ausgestattet. Dieser ragt ausgehend von der dem Produktionsmodul 2 abgewandten Stirnseite des Versorgungsmoduls 3 annähernd parallel zu dessen Längsachse in das Innere des Versorgungsmoduls 3 hinein. Dabei verläuft die Längsachse des Druckfingers 11 nicht in der Längsachse des Versorgungsmoduls, die auch die Rotationsachse für das Kulturgefäß 1 darstellt, sondern daneben. Das Kulturgefäß ist auf einem Ständer 12 abgelegt.

Die Silikonmembran 5 hat eine Dicke von ca. 0,2 mm. Sie ist mit im Querschnitt kreisrunden, in das Produktionsmodul 2 hineinragenden und nach außen offenen Noppen 13 versehen, die nachfolgend anhand der Figuren 2 und 3 näher beschrieben werden. Aus der Draufsicht von Figur 2 ist ersichtlich, daß die Noppen 13 durch Stege 14 miteinander verbundene, insgesamt mit der Bezugsziffer 15 bezeichnete Flächenteäle bilden. Die Flächenteile 15 sind auch mit dem Rand 16 der Silikonmembran 5 durch Stege 14 verbunden. Die Flächenteile 15 unterteilen das Produktionsmodul 2 in mehrere Einzelkammern 17. Hierzu sind einige der Flächenteile 15 untereinander in einem gemeinsamen, zentralen Punkt 18 verbunden, von dem aus sie sternförmig bis an den Rand 16 der Silikonmembran 5 verlaufen. Die so erzeugten Einzelkammern 17 sind wiederum partiell durch kürzere Flächenteile 19 in zwei miteinander verbundene Halbkammern 20 unterteilt, in das Produktionsmodul 2 münden die Befüllungs-Öffnungen 21 für die Zellsuspension. Die zylinderförmig ausgebildeten Noppen 13 weisen einen Außendurchmesser von ca. 7 mm und eine Höhe von etwa 10 mm auf. Ihre Zylinderflächen ergeben zusammen eine Gasaustauschfläche, die etwa doppelt so groß ist wie die dazu senkrecht verlaufende, planare Fläche der Silikonmembran 5.

Aus den Schnittdarstellungen der Figuren 3 und 4 ist ersichtlich, daß die Stege 14 eine etwas geringere Höhe aufweisen als die nach außen offenen Noppen 13. Diese wiederum haben etwa die gleiche Höhe wie der Kreisring 4. Die Stirnseiten 22 der Noppen 13 liegen der Dialysemembran 23 daher unmittelbar gegenüber. Die etwas niedrigeren Stege 14 erlauben einen gewissen Austausch der Zellkultur zwischen den durch die Flächenteile 15 gebildeten Einzelkammern 17.

Nachfolgend wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Zellkultivierung mittels des erfindungsgemäßen Kulturgefäßes anhand der Zeichnung näher erläutert.

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Die zu kultivierenden Zellen werden in das Produktionsmodul 1 eingefüllt, das ein Volumen von ca. 35 mi aufweist. Das wesentlich größere Versorgungsmodul 2 (ca. 600 ml) wird mit dem Nährmedium zu 2/3 gefüllt, so daß eine Luftblase von etwa 1/3 des Volumens verbleibt. Diese Luftblase dient einerseits zum besseren Durchmischen des Nährmediums, andererseits trägt sie zum Gasaustausch der Zellkultur bei.

Durch die semipermeable Dialysemembran 23 können weder die Zellen noch die von den Zellen freigesetzten hochmolekularen Produkte passieren. Nährstoffe, Vitamine, Ionen und im Medium physikalisch gelöste Gase (O₂, CO₂) können dagegen aus dem Versorgungsmodul 3 nahezu ungehindert in das Produktionsmodul 2 gelangen und - wegen des etwa 10-fachen Überschusses an Versorgungsmedium - die Zellen über einen langen Zeitraum (in Abhängigkeit von der zelldichte) mit den für die Kultivierung benötigten Stoffen versorgen.

Gleichzeitig können von den Zellen abgegebene saure, toxische und andere Metabolite durch die Dialysemembran 23 das Produktionsmodul 2 verlassen und in dem wesentlich größeren Volumen des Versorgungsmoduls 3 aufgefangen und neutralisiert werden.

Der Sauerstoffbedarf von Hybridomzellen liegt in der Größenordnung von 5 \ig O₂ pro 10⁶ Zellen pro Stunde. Bei einer Zelldichte von 10 &khgr; 10⁶ Zellen/ml, wie sie in dem erfindungsgemäßen Kulturgefäß 1 leicht erreicht werden kann, beträgt der Sauerstoffbedarf der 350 &khgr; 10⁶ Zellen in den 35 ml des Produktionsmoduls 2 etwa 1,75 mg/Stunde. Dieser Bedarf wird durch Eindiffundieren von atmosphärischem Sauerstoff aus der Brutschrankatmosphäre durch die sehr dünne Silikonmembran 5 in das Produktionsmodul 2 gedeckt. Auf demselben Weg verläßt das in entsprechend großen Mengen von den Zellen produzierte CO₂ das Produktionsmodul 2. Das von den Zellen produzierte CO₂ kann über die Silikonmembran 5 gewisserweise wie in einer Lunge "abgeatmet" werden.

Die Abführung von CO₂ aus dem Kulturgefäß wird weiterhin dadurch gefördert, daß sowohl physikalisch als auch in Form von NaHCO₃ gelöstes CO₂ auch die Dialysemembran 23 passieren und so vom Produktionsmodul 2 in das Versorgungsmodul 3 gelangen kann. Aus dem Versorgungsmodul 2 kann es dann über die Silikonmembran 5 des darin installierten Druckfingers 11 ebenfalls "abgeatmet" werden.

Entsprechendes gilt für den Sauerstoff, der von außen auch durch die Silikonmembran 5 des Druckfingers 11 in das Versorgungsmodul 3 gelangen und durch Eintrag das

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Versorgungsmedium mit Sauerstoff anreichern kann. Dieser Sauerstoff kann dann, in physikalisch gelöster Form, ebenfalls die Dialysemembran 23 passieren und die Sauerstoffversorgung der Zellen im Produktionsmodul 2 unterstützen.

Um eine optimale Ver- und Entsorgung der Zellkultur zu erreichen, müssen die Zellen ständig in Suspension gehalten werden. Für einen optimalen Stoffaustausch an der Dialysemembran 23 und an der Silikonmembran 5 müssen sowohl das Versorgungsmedium als auch die Zellsuspension im Produktionsmodul 2 ständig umgewälzt werden.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Silikonmembran 5 des Produktionsmoduls 2 mit Schikanen in Form der noppenartigen Ausstülpungen 13 versehen ist, die in das Produktionsmodu! 2 hineinragen. Ihre Gestaltung in Form von miteinander verbundenen Flächenteilen 15, unter Bildung voneinander mehr oder weniger getrennter Einzeikammern 15; 19 trägt zu einer gleichmäßigen Verteilung der Zellen im Produktionsmodul 2 bei. Als Teil der Silikonmembran 5 ist die Bewegung der Noppen 13 bzw. der Stege 14 und der daraus gebildeten Flächenteile 15; 19 mit der Bewegung der Zellen in der Zellkultur gleichgerichtet. Beim Rotieren des Kulturgefäßes 1 halten diese Mischelemente 13; 14; 15; 19 daher die Zellen sehr schonend in einer stabilen Suspension. Bei der Abwärtsbewegung der Flächenteile 15; 19 rieseln die Zellen allein aufgrund der Schwerkraft und ohne mechanische Einwirkungen entlang den Flächenteilen 15; 19 nach unten. Bei der Aufwärtsbewegung weden sie von den Fiächenteilen 15; 19 schonend mitgenommen. Gleichzeitig vergrößern die noppenartigen Ausstülpungen 13 die Fläche der Silikonmembran 5 und erleichtern dadurch den Gasaustausch.

Für einen optimalen Stoffaustausch an der Dialysemembran 23 und an der Silikonmembran 5 sorgt auch der in das Versorgungsmodul 3 hineinreichende mit einer dünnen Silikonmembran überzogene Druckfinger 11. Dieser fängt bei der Zellkultivierung entstehende Druckschwankungen auf und ermöglicht gleichzeitig den Gasaustausch zwischen Versorgungsmodul 3 und Brutschrankatmosphäre. Seine azentrische Anordnung außerhalb der Rotationsachse dient auch der besseren Durchmischung des Nährmediums. Länge und Durchmesser des Druckfingers 11 sind an die zu erwartenden maximalen Druckschwankungen angepaßt. Bei Überdruck innerhalb des Versorgungsmoduls 3 wird der Druckfinger 11 zusammengepreßt. Dadurch wird ein Ausbeulen der Dialysemembran 23 und der Silikonmembran 5 und damit eine Änderung des Volumens des Produktionsmoduls 2 sowie der Mischbedingungen vermieden. Der Druckfinger 11 gewährleistet so eine reproduzierbare Zellkultur.

Claims

Hanau, 22.07.1994 SSR/Sta/ls/P0189.SAM Gebrauchsmusteranmeldung Heraeus Sepatech GmbH Kulturgefäß für Zellkulturen Schutzansprüche

1. Kulturgefäß für Zellkulturen mit einer die Zellkultur aufnehmenden Zellkulturkammer (2), und mit einer ein Nährmedium aufnehmenden Versorgungskammer (3), und mit einer zwischen der Zellkulturkammer (2) und der Versorgungskammer (3) angeordneten Dialysemembran, durch die Nährstoffe von der Versorgungskammer (3) in die Zellkulturkammer (2) transportiert und Stoffwechselprodukte von der Zellkulturkammer (2) in die Versorgungskammer (3) abtransportiert werden, und mit einer die Zellkulturkammer (2) teilweise begrenzenden, gasdurchlässigen Gasaustauschmembran (4), dadurch gekennzeichnet, daß in der Zellkulturkammer (2) mindestens ein mit der Gasaustauschmembran (5) verbundenes Mischelement (13; 14; 15) vorgesehen ist.

2. Kulturgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischelement (13;14;15) oder die die Mischelemente (13;14;15) und die Gasaustauschmembran (5) einstückig ausgebildet sind.

3. Kulturgefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischeiement (13;14;15) oder die Mischelemente (13;14;15) einen in die Zellkulturkammer (2) hineinragenden Steg (14) umfassen.

4. Kulturgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischelement (13;14;15) oder die Mischelemente (13;14;15) in die Zellkulturkammer (2) hineinragende Einstülpungen, insbesondere noppenartige Einstülpungen (13) aufweisen.

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5. Kulturgefäß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstülpungen (13) hohl und zu der der Zellkulturkammer (2) abgekehrten Seite der Gasaustauschmembran (5) hin offen sind.

6. Kulturgefäß nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischelement (13;14;15) oder die Mischelemente (13;14;15) mindestens ein Fiächenteil (15;19), aufweisen, das durch Stege (14) miteinander verbundener Noppen (14) gebildet ist.

7. Kulturgefäß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, miteinander verbundene Flächenteile (19) vorgesehen sind, die die Zellkulturkammer (2) in im wesentlichen voneinander getrennte Einzelkammern (17) unterteilen.

8. Kulturgefäß nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellkulturkammer (2) als Hohlzylinder ausgebildet ist, bei dem die Gasaustauschmembran (5) mindestens einen Teil der einen Stirnseite überspannt, und bei der mehrere Flächenteile (15) in einem gemeinsamen Punkt (18) miteinander verbunden sind und von dort aus strahlenförmig in Richtung der Zylinderwand (4) der Zeiikuiturkammer (2) verlaufen.

9. Kulturgefäß nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustauschmembran (5) in die Zellkulturkammer (2) hineinragende, hohlzylinderförmige, nach ihrer der Zellkulturkammer (2) abgekehrten Seite hin offene Noppen (13) aufweist, deren Größe, Höhe und Verteilung so gewählt ist, daß jeder Punkt innerhalb der Zellkulturkammer (2) von der Gasaustauschmembran (5) nicht weiter ais 8 mm entfernt ist.

10. Kulturgefäß nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Punkt innerhalb der Zellkulturkammer (2) von der Gasaustauschmembran (5) nicht weiter als 5 mm entfernt ist.

11. Kulturgefäß für Zellkulturen mit einer die Zellkultur aufnehmenden Zellkulturkammer (2), und mit einer ein Nährmedium aufnehmenden Versorgungskammer (3), und mit einer zwischen der Zellkulturkammer (2) und der Versorgungskammer (3)angeordneten Dialysemembran, durch die Nährstoffe in die Zellkulturkammer (2) transportiert und von der Zellkulturkammer (2) Stoffwechselprodukte in das Nährmedium abtransportiert werden, und mit einer die Zellkulturkammer (2) teilweise begrenzenden, gasdurchlässigen

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Gasaustauschmembran (5), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Außenwand der Versorgungskammer (3) von einer Druckhülle (11) gebildet wird, die die in der Versorgungskammer (2) während der Zellkultierung auftretenden Druckschwankungen unter Verformung aufnimmt.

12. Kulturgefäß nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckhülle (11) aus einem gasdurchlässigen Material besteht, das einen Gasaustausch zwischen der Versorgungskammer (3) und der sie umgebenden Atmosphäre ermöglicht.

13. Kulturgefäß nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Druckhülle in Form eines in die Versorgungskammer (3) hineinragenden, schlauchartigen Druckfingers (11) ausgebildet ist, dessen in die Versorgungskammer (3) hineinragende Stirnseite geschlossen und dessen gegenüberliegende Stirnseite offen ist.

14. Kulturgefäß nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungskammer (3) zylinderförmig ausgebildet ist und der Druckfinger (11) sich im wesentlichen parallel zur Zylinderachse der Versorgungskammer (3) über deren gesamte Länge erstreckt.

15. Kulturgefäß nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse des Druckfingers (11) neben derjenigen der Versorgungskammer (3) verläuft.

16. Kulturgefäß für Zellkulturen mit einer die Zellkultur aufnehmenden Zellkulturkammer (2), und mit einer ein Nährmedium aufnehmenden Versorgungskammer (3), und mit einer zwischen der Zellkulturkammer (2) und der Versorgungskammer (3) angeordneten Dialysemembran, durch die Nährstoffe in die Zellkulturkammer (2) transportiert und von der Zellkulturkammer (2) Stoffwechselprodukte in das Nährmedium abtransportiert werden, und mit einer die Zellkuiturkammer (2) teilweise begrenzenden, gasdurchlässigen Gasaustauschmembran (5), dadurch gekennzeichnet, daß es ein Mischelement (13;14;15) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 und eine Druckhülle (11) nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 15 umfaßt.

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