EP1301586A1 - Cell culture chamber and bioreactor for extracorporeal culture of animal cells - Google Patents

Cell culture chamber and bioreactor for extracorporeal culture of animal cells

Info

Publication number
EP1301586A1
EP1301586A1 EP01956613A EP01956613A EP1301586A1 EP 1301586 A1 EP1301586 A1 EP 1301586A1 EP 01956613 A EP01956613 A EP 01956613A EP 01956613 A EP01956613 A EP 01956613A EP 1301586 A1 EP1301586 A1 EP 1301586A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
culture
culture chamber
medium
cells
dynamic liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01956613A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jérôme Vetillard
Francis; Herodin
Richard Caterini
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gemcell Ltd (Societe de Droit Irlandais)
Original Assignee
Gemcell Ltd (Societe de Droit Irlandais)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gemcell Ltd (Societe de Droit Irlandais) filed Critical Gemcell Ltd (Societe de Droit Irlandais)
Priority to EP01956613A priority Critical patent/EP1301586A1/en
Publication of EP1301586A1 publication Critical patent/EP1301586A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M35/00Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
    • C12M35/08Chemical, biochemical or biological means, e.g. plasma jet, co-culture
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M25/00Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
    • C12M25/16Particles; Beads; Granular material; Encapsulation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/04Filters; Permeable or porous membranes or plates, e.g. dialysis

Definitions

  • the present invention relates to a cell culture chamber and a bioreactor containing it for the extracorporeal culture of animal cells.
  • the invention relates more particularly to a cell culture chamber with at least two flat filtering membranes with different cut-off threshold delimited by an envelope with axis of symmetry and a bioreactor which allows the cultivation of animal cells in said culture chamber while regulating and controlling the environment in which the cells are grown.
  • the cell culture chamber and the bioreactor of the invention for the extracorporeal culture of animal cells allow the culture of animal cells under sterile conditions.
  • the invention applies to the production of animal cells such as hematopoietic cells, hepatic cells, skin cells (called keratinocytes), pancreatic cells, nerve cells organized or not in tissue structure in a therapeutic goal.
  • a major drawback of current bioreactors intended for the culture of eukaryotic cells lies in mass transfer, that is to say the mass transfer of nutrients and dissolved oxygen to the cells. eukaryotes, because these cells are fragile and are destroyed by mechanical stress generated by the agitation of the medium to aerate it.
  • US Patent No. 6,048,721 describes a bioreactor for the ex vivo growth and maintenance of mammalian cells.
  • the discoid culture chamber is delimited by a planar bed of cells and a membrane permeable to gases and impermeable to liquid.
  • the feed medium perfused in the lower compartment of the bioreactor diffuses radially and the air blown into the upper compartment oxygenates the medium.
  • the medium responsible for the waste generated by the culture of the cells leaves in the sewer.
  • the recovery of the cells after culture is done according to an enzymatic treatment.
  • the thickness of the culture chamber risks inducing a partial oxygen pressure gradient which is poorly suited to good cell viability.
  • bioreactors known from the prior art and intended for the culture of eukaryotic cells lies in the fact that these bioreactors operate in continuous perfusion of their culture chamber, the flow of the nourishing medium is not recovered and is directly discharged to the sewer significantly increasing the cost price of culture.
  • the purpose of the present invention is to create a culture chamber and a bioreactor for extracorporeal culture of animal cells to maintain homeostasis of the surrounding environment and the cultured cells and allow them to grow in the best possible conditions.
  • An object of the invention is to maintain good cell viability within said culture chamber and of the bioreactor, and this by providing on the one hand to the cells of the culture medium a sufficient nutritional supply and by evacuating other apart from the wastes and inhibitors generated to allow growth of the cell population.
  • Another object of the invention is to be able to recycle the growth factors from the medium while evacuating sufficient cell waste from the culture medium and thus to achieve the economic optimization of cell culture.
  • Another object of the invention is to be able to carry out a targeted gene transfer on the cultured cells. Another object of the invention is to maintain the physico-chemical properties of the cell culture medium despite the disturbance induced by cell growth.
  • Another object of the present invention is to guarantee sterility, asepsis of the culture chamber and of the bioreactor, and in particular throughout the duration of cell culture.
  • Another object of the invention is to recover the cells cultivated within the culture chamber and the bioreactor of the invention.
  • the present invention is based on the observation that a culture chamber and a bioreactor for the Extracorporeal culture of animal cells could remedy the various drawbacks mentioned above if they allowed both to maintain good cell viability of the cultured cells while recycling the growth factors of the medium, thus ensuring a good level of cell proliferation.
  • the subject of the invention is a culture chamber for the extracorporeal culture of animal cells, delimited by an envelope with an axis of symmetry which is formed by an external side wall, two end and inlet walls and exits from dynamic liquid media, this chamber being characterized by the fact that it comprises: a) at least two flat filter membranes with different cutoff threshold, perpendicular to the axis of symmetry; b) between the membranes, a means forming a biocompatible culture support allowing adhesion of the cells in the culture state; c) two end walls constituting means for distributing dynamic liquid media; d) three pairs of inputs and outputs of dynamic liquid media (FI, F2, F3), intended to supply the cell culture chamber and selectively extract the cultured cells, the waste resulting from their culture and the excess nutrients , two of the pairs being, for each of them, connected between one of the end walls and one of the membranes, the third being connected between the two flat filter membranes.
  • FI, F2, F3 three pairs of inputs and outputs of dynamic
  • the invention also relates to a bioreactor for the extracorporeal culture of animal cells comprising a culture chamber, delimited by an envelope with axis of symmetry formed by an external side wall, two end and inlet walls and exits from dynamic liquid media and comprising means for circulating said media in said chamber,
  • this bioreactor being characterized in that it comprises: a) a culture chamber of said cells comprising at least two flat filtering membranes with different cutoff threshold, perpendicular to the axis of symmetry and that between said membranes with different cutoff threshold is located a means forming a biocompatible culture support allowing adhesion of the cells in culture state, said chamber being delimited by an envelope with axis of symmetry comprising two end walls constituting means for distributing the dynamic liquid media and three pairs of inputs and outputs of the dynamic liquid media FI , F2, F3, intended to supply the culture chamber of the cells and to selectively extract the cultured cells, the waste resulting from their culture and the excess nutrients, two of the pairs of which are, for each
  • FIG. 1 shows a schematic view of a cell culture chamber delimited by an envelope with an axis of symmetry of hexagonal shape.
  • FIG. 2 schematically represents the dynamic circulation of the liquid media FI and F3 for a pressure gradient pl> p3 in “downward phase” within the culture chamber of a bioreactor of the invention, in which the means forming the support biocompatible culture between the two membranes with different cut-off threshold is a bed of macro-supports.
  • FIG. 3 schematically represents the dynamic circulation of the liquid media FI and F3 for a pressure gradient p3> pl in "ascending phase" within the culture chamber of a bioreactor of the invention, in which the means forming a support of biocompatible culture between the two membranes with different cutoff threshold is a bed of macro-supports.
  • FIG. 4 schematically represents a pressure gradient pl> p3 in “downward phase” within the chamber of a bioreactor.
  • FIG. 5 schematically represents a pressure gradient p3> p1 in "ascending phase" within the culture chamber of a bioreactor according to the invention.
  • - Figure 6 shows a circuit diagram of a bioreactor where the regulation-control block is not shown.
  • FIG. 7 schematically represents the dynamic circulation of the liquid media FI and F3 for a pressure gradient pl> p3 in "downward phase" within the culture chamber of a bioreactor of the invention, in which the means forming the support biocompatible culture is a filter membrane, called culture.
  • FIG. 8 schematically represents the dynamic circulation of the liquid media FI and F3 for a pressure gradient p3> pl in "ascending phase" within the culture chamber of a bioreactor of the invention, in which the means forming the support biocompatible culture is a filter membrane, called culture.
  • the invention relates to a cell culture chamber with an axis of symmetry, containing both the cells and the culture medium comprising at least two filter membranes with different cutoff threshold and a means forming a biocompatible culture support placed between two of the membranes. filtering planes with different cutoff threshold, said chamber being delimited by an envelope with an axis of symmetry formed by an external side wall and two end walls.
  • the first membrane known as the feed membrane, has a cut-off threshold chosen in the interval ranging from 0.01 ⁇ m to 7 ⁇ m which allows biochemical exchanges within the culture chamber by allowing the passage of molecules from the nourishing medium such as the proteins and macromolecules, while achieving cell confinement preventing the cultured cells from leaving the homeostasis zone and also preventing the passage of contaminating particles by serving in particular as a barrier to bacteria which can contaminate said chamber.
  • dialysis membrane Another filter membrane, called dialysis membrane, has a cutoff threshold of at most 15 KiloDalton
  • KDa Keratin-1 (KDa) and authorizes the molecular confinement of all molecules having a molecular mass greater than 15 KDa.
  • the presence of this filtering membrane within the culture chamber makes it possible to define, with the first membrane, a confinement space for the culture cells. Consequently, the flat filtering membrane with cutoff threshold of at most 15 KDa confines the cells in culture in the culture chamber, as well as growth factors and large proteins.
  • One of the membranes has a cutoff threshold preferably between 0.2 ⁇ m and 4 ⁇ m and the other a cutoff threshold preferably between 10 and
  • the number of membranes present in the culture chamber can be greater than two.
  • the additional membranes have cutoff thresholds adapted to those of the two aforementioned membranes.
  • the flat filter membranes with different cut-off thresholds within the flat filter membranes with different cut-off thresholds within the flat filter membranes
  • cell culture are arranged perpendicularly to the axis of symmetry of said culture chamber.
  • the two flat filter membranes with different cutoff threshold can be mineral or organic membranes.
  • these two filter membranes are spaced from each other by at most about 25 mm and preferably by at most 20 mm, a distance which proves favorable for good development of the cells since they are almost always in contact with nutrient and oxygen sources.
  • the means forming a biocompatible culture support allowing the adhesion of the cells in the culture state.
  • One of the means forming a biocompatible culture support can be a bed of biocompatible macrosupports made up of particles of various sizes which can optionally be agglomerated into a continuous block by sintering of granular elements.
  • This bed can have a thickness at most equal to the distance between the two filter membranes with different cutoff threshold.
  • the said macrosupport bed plays on the one hand a role of supporting cells in a cultured state and on the other hand a mechanical role of maintaining the cell confinement space arranged between the two filter membranes with different cut-off threshold.
  • the type of biocompatible macrosupports will be chosen appropriately and of adequate size.
  • the macrosupports used between the two membranes of the culture chamber can have a cylindrical or spherical or even polyhedral shape such as for example massive machined blocks.
  • the macrosupports can be of mineral origin (such as, for example, coral), of metallic origin (such as titanium and its alloys for example) or also formed of biocompatible polymers.
  • the macrosupports can be coral microbeads.
  • Such coral beads of desired particle size turn out to be macrosupports suitable for the applications mentioned above due in particular to their ability to be colonized by hematopoietic progenitors.
  • the coral beads can also be metabolized, which would encourage their use in reconstructive surgery.
  • the most suitable macro-supports may be polyamide beads, for example nylon®, fluorinated polymer beads, for example teflon®.
  • the presence of macrosupports between said membranes and the fact that the filtering membrane with cutoff threshold of at most 15 KDa does not allow the passage of cells in culture as well as that of the factors of growth, allow the confinement of cells in culture, which adhere to the so-called biocompatible macrosupports, in this cell confinement space located between the two membranes with different cut-off threshold.
  • Another means forming a biocompatible culture support according to the invention may be a so-called M2 culture filter membrane having specific characteristics distinguishing it from the other membranes mentioned above, that is to say the so-called feed membrane filter with threshold cutoff in the range from 0.01 ⁇ m to 7 ⁇ m and the so-called dialysis membrane with cutoff threshold of at most 15 KDa.
  • This culture membrane placed between the two aforementioned membranes, can rest on the so-called dialysis membrane with a cutoff threshold of at most 15 KDa.
  • Said culture membrane can be a membrane of mineral or organic origin, the composition of which can vary according to the different types of culture and the culture conditions.
  • the so-called culture membrane on which the culture cells can multiply, can be modified by grafting of substrates or by cell co-cultures.
  • a substratum from a first cell type which constitutes the first culture of adherent cells, operated in another bioreactor or in conventional culture, then after transfer to the culture chamber of said substrate, establishment of a second cell type, and optimization of coculture conditions.
  • the formation of said substratum can also be done in the culture chamber according to the invention from a first cell type, followed by rinsing said substrate, the establishment of a second cell type and the optimization co-cultivation conditions.
  • the culture membrane which is also filtering has a cutoff threshold chosen in the range from 0.01 ⁇ m to 7 ⁇ m.
  • said mesh supports intended to support the aforementioned membranes can be placed in contact with one or the other face, or both sides of said membranes, as well as in contact with one and / or the other side of the culture membrane.
  • the cell culture chamber as previously mentioned comprises an envelope with an axis of symmetry formed by an external side wall and by two end walls which can be likened to two flat bottoms situated at each of the ends of said side wall.
  • This envelope with an axis of symmetry may consist for example of a biocompatible polymeric material or of stainless steel. Mention may be made, as biocompatible polymeric materials, of polyolefins, polyamides, polyesters, or fluorinated polymers and others.
  • the supply of the culture chamber with dynamic liquid media is carried out in a homogeneous manner due to the excellence of the distribution by the internal faces of the end walls of the envelope and the distribution of said media within said chamber. through entrances and exits from these judiciously placed environments.
  • the internal faces of the two end walls constitute means for distributing dynamic liquid media.
  • the internal faces of the end walls of the envelope with an axis of symmetry are smooth, so that the distribution of the dynamic liquid media supplying the culture chamber in contact with the supply membranes and of dyalise, can be carried out in a homogeneous manner and naturally without constraint.
  • the internal faces of the two end walls of the envelope with axis of symmetry are provided with distribution streaks for supplying said culture chamber with two of the three media dynamic liquids.
  • These distribution streaks constitute a main network of so-called main streaks.
  • This main network of ridges located on the internal face of each of the two end walls, facing the cell culture space, can be divergent from the inlet tubing arranged in said wall.
  • the main network of said main streaks also called distribution network
  • the main network of said main streaks allows a homogeneous distribution of the two dynamic liquid media, which are conveyed to the culture chamber by means of biocompatible conduits, the ends of which are connected at the end walls.
  • the number of distribution streaks located on the face opposite the cell culture space of each of the two end walls is defined so as to obtain a good dispersion of the dynamic liquid medium in the culture chamber and will be determined as a function of the shape of the envelope with axis of symmetry
  • Said main network is supplemented by a secondary network, formed of so-called secondary streaks, shallower and of direction substantially orthogonal to the main network so as to promote circulation between the distribution areas delimited by the main network.
  • the secondary streaks of the secondary network are substantially perpendicular to the streaks of the main network.
  • This secondary network can see its spacing vary so that the secondary streaks are closer and more numerous on the side opposite the entry of the medium flow to facilitate the drainage and evacuation of said medium.
  • Two adjacent streaks in the main network constitute a distribution area and two adjacent streaks in the main network intersected by two adjacent streaks in the secondary network constitute a distribution cell.
  • the main and secondary networks form a fine "grid” network for the propagation of dynamic liquid media. All of these two networks can by example form a mesh network of the waffle type.
  • the main network being located on the opposite face of the cell culture space, has a certain height and a certain width that the skilled person is quite able to define, knowing that the network of streaks must be in contact with the flat filtering membrane to ensure the cohesion of the assembly.
  • the volume formed by the assembly integral with the network of streaks and the membrane forms the grid for distributing the fluid flow which can represent approximately 50% of the surface of the membrane.
  • the main network may consist of main streaks having a depth of at most 5 mm and a width of at most 2 mm, the pitch between two adjacent streaks of said main network may be at most 2 mm.
  • the secondary network may consist of secondary streaks having a depth of at most 2 mm and a width of at most 2 mm, the pitch between two adjacent streaks of said network gradually decreasing from the entry side of the flow. medium to the outlet of said medium flow. Therefore, in its distal part - that is to say on the side of the outlet from the middle - the pitch of the secondary network will be at most 2 mm.
  • the end walls can be envisaged as producing a fine pattern of cells, for example of the waffle type on which the membranes with different cut-off threshold come to bear or are glued with a biocompatible adhesive of the polymer adhesive type.
  • the envelope As for the envelope with an axis of symmetry of the culture chamber, it is formed by an external side wall and two end walls.
  • the external side wall can be formed of at least three sections of the same section, each having an adequate height, which can be identical. These at least three wall sections constitute the external walls of at least at least three stackable modules (Cl, C2, C3), two of which
  • the third module (C2) receives the end walls of the envelope with axis of symmetry of the culture chamber, the third module (C2), inserted between the two preceding ones, receiving at one of its ends the flat filtering membrane (Ml) said supply with cut-off threshold included in the range from 0.01 ⁇ m to 7 ⁇ m and its other end, the flat filtering membrane called dialysis with cut-off threshold of at most 15 KDa.
  • These at least three modules are superimposable and are connected to each other in a leaktight manner by means of seals, by an appropriate fixing means, such as, for example, by gluing, mechanical mounting by screws or the like.
  • the shape of the envelope with axis of symmetry of the culture chamber according to the invention can be chosen appropriately to facilitate, for example, a stacking of several culture chambers on a support.
  • Those skilled in the art are able to choose the shape of the envelope with axis of symmetry of said culture chamber according to the use that will be made of it.
  • a stack of modules for culture chambers can be produced provided that said modules have the same shape in order to obtain a stable stack of these modules on an adequate support.
  • a hexagonal shape for example can facilitate the successive stacking of these modules on an appropriate base having for example six columns.
  • the six columns of the base playing the role of support for the stacking of these modules can also serve for example as supply and evacuation conduits for dynamic liquid media.
  • the supply of dynamic liquid media to the culture chamber according to the invention it is carried out by a system with three dynamic liquid media, namely a system with three separate media flows (FIGS. 1 to 8).
  • This first dynamic liquid medium is composed of elements necessary for the culture of cells such as for example proteins, trace elements, glucose, water and growth factors, and supplies the culture medium in a nutritional medium. fresh.
  • a second dynamic liquid medium (F2) entering and leaving via biocompatible tubing connected to the external lateral wall of the module (C2) forming part of the envelope with axis of symmetry of the culture chamber can have three distinct functions depending on the uses that will be made of it.
  • this second dynamic liquid medium (F2) entering via a biocompatible tubing connected at the level of the side wall of the culture chamber of the module (C2), serves to introduce into said module of said chamber the cells intended for be cultured and recover said cultured cells within said chamber module after their cultivation (hematopoietic cells or hepatic cells for example).
  • this second dynamic liquid medium can play the role of gene transfer.
  • viral particles contained in said liquid medium can attach to cells in suspension at their membranes and thus allow the desired gene transfer.
  • This second flow of medium can make it possible to obtain the desired culture cells, genetically modified, which it is desired to cultivate.
  • This medium in fact transports the gene transfer vectors and allows them to be brought into contact with the cells in order to establish a membrane fusion between the target cell and the gene transfer vector.
  • gene transfer vectors are of all kinds.
  • viruses such as for example adenoviruses, retroviruses, liposomes, plasmid complexes.
  • a synthetic disposable virus can be used, for example, to target gene transfer to a cell population of therapeutic interest. This virus characterized in that the genes coding for the envelope and those which carry the genetic information strictly speaking are separated, is incapable of reproducing inside the cells afterwards . have transferred the desired genetic information.
  • the risks of genesis of a recombinant virus from the synthetic virus used and from a wild virus which could be present in the patient are limited.
  • this second dynamic liquid medium (F2) can play the role of flushing flow of inhibitory macromolecules present at the level of the cell confinement space.
  • the cells placed in culture may have undergone stress before their harvesting or during their pre-inocular treatment or even during their inoculation in the culture chamber. This stress can induce the production (by said cells) of proteins which will inhibit their capacity to multiply by causing them to go into a dormant state, called quiescent state. During this state, said cells are no longer in a physiological state to respond to stimulation by growth factors, by multiplying.
  • hematopoietic cells In the case of hematopoietic cells, mention may be made of "radio-induced” stress which is caused by exposure to ionizing radiation (volunteers for radiotherapeutic or accidental use) and is subsequently manifested by stress. This type of stress leads to the production of inhibitors such as, for example, "Transforming Growth Factor-beta” or “Tumor Necrosis Factor-alpha". These inhibitory molecules being cytokines in the same way as the growth factors provided for the culture of hematopoietic cells, they are therefore confined by the membranes with a different cut-off threshold from the culture chamber.
  • the second dynamic liquid medium in its third function therefore serves to rinse the cell confinement zone to remove said inhibitory molecules.
  • a third dynamic liquid medium (F3) entering and leaving through biocompatible tubes connected to the side wall of the module (C3) close to the second of the end walls of the envelope with axis of symmetry (for example the wall of lower end) supplies the culture medium with a basic nutritive medium (also called basic-regenerative nutrient medium).
  • This basic nutritive medium is a nourishing medium totally devoid of growth factors.
  • Such a basic medium is therefore composed of glucose, water, trace elements such as for example vitamins and minerals, dyes for evaluating the pH of the medium and proteins of the albumin type.
  • this culture chamber intended to be supplied by the system with three distinct dynamic liquid media (FI, F2, F3) (also called triple flow) has the characteristic of three pairs of inputs and outputs of said media.
  • Two of these pairs (FI, F3) are connected close to the end walls to supply the modules (Cl) and (C3) and allow their distribution in contact with the flat filter membranes with different cutoff threshold.
  • the third pair (F2) is connected to the external side wall at a level located between the two flat filter membranes with different cutoff threshold, that is to say connected to the module (C2).
  • the inlet and outlet pipes of the triple flow system are therefore distributed appropriately over the envelope with axis of symmetry of the culture chamber.
  • the biocompatible inlet tubing of the first flow denoted EF1 is connected at a level close to the upper end wall of the envelope of the culture chamber, while the outlet tubing denoted SF1 of the first flow is also connected on the same end wall but opposite the inlet pipe.
  • the biocompatible inlet tubing of the third flow is connected to a level of the lower end wall of said casing so that this tubing is connected at an angle of approximately 120 ° relative to the tubing.
  • the biocompatible outlet tubing for this third stream is also connected to the same end wall but opposite the inlet tubing for said stream (EF3).
  • the biocompatible inlet tubing of the second dynamic liquid medium denoted EF2 is connected between the two flat filter membranes denoted (Ml) and (M3), which respectively have a cutoff threshold of 0.22 ⁇ m and of 10 KDa, at the level of the external lateral wall of the envelope at an angle of approximately 60 ° relative to the inlet tubing of the first flow (EF1).
  • the biocompatible outlet tubing denoted SF2 is connected opposite to the inlet tubing of said flow on the side wall.
  • the three pairs of inputs and outputs of dynamic liquid media are placed in three vertical planes passing through the axis of symmetry of the envelope, these planes being offset by an angle of about 60 ° between the first inlet and the second inlet, and by an angle of approximately 120 ° between the first inlet and the third inlet of the dynamic liquid media, the outputs of said liquid media being in the same angular arrangements.
  • the present invention also relates to a bioreactor comprising the cell culture chamber previously described.
  • This culture chamber by means of these three pairs of inputs and outputs of dynamic liquid media, is connected by. connecting conduits to supply tanks and / or evacuation tanks of said chamber.
  • the bioreactor according to the invention furthermore comprises means for regulating the culture conditions and for controlling mass transfer of said dynamic liquid media, connected to the regulation-command block of said bioreactor.
  • this bioreactor comprises, in addition to the culture chamber, “a regulation block also called control block” which allows the control and regulation of the pH, of the oxygen concentration and of the temperature of the culture medium.
  • the “regulation-command block” can automatically manage the complete operation of the bioreactor. This regulation is of the P.I.D. type. Digital
  • the bioreactor of the invention containing the culture chamber mentioned above is organized into interchangeable functional unit modules sized for a certain value of mass or energy transfer (such as, for example, aeration modules , heat exchangers), constituting a modular unit resizable by juxtaposition of identical functional units in series and / or in parallel, and is provided with a programmable regulation-command block.
  • interchangeable functional unit modules sized for a certain value of mass or energy transfer (such as, for example, aeration modules , heat exchangers), constituting a modular unit resizable by juxtaposition of identical functional units in series and / or in parallel, and is provided with a programmable regulation-command block.
  • the regulation-command block receives all the information relating to the dynamic liquid media FI, F2, F3, by the control and regulation means, as well as the information relating to the various tanks, pumps, valves and pressures prevailing in the zones. -Cl, C2, C3 modules of the culture chamber, manages them and issues the necessary operating orders.
  • the regulation assembly can also have a crystal infrared spectrum measurement cell, which allows by deconvolution of the re-emission spectrum to measure the concentration of certain solutes in the culture medium. It is then possible to follow “online” and “in real time” the glucose and lactate concentrations.
  • the temperature of the culture medium can be fixed at a set value between 30 and 38 ° C.
  • the pH of the culture medium can be fixed at a set value between 6.5 and 7.7.
  • the regulation-control block also makes it possible to regulate the air flow and the rate of C0 2 which by its dissolution gives the amphoteric HC0 3 ⁇ which buffers the medium and contributes to the stability of the pH.
  • the inlet and outlet pipes (of the chamber) of the first dynamic liquid medium FI are connected by connecting pipes to a reservoir RI of nourishing medium rich in growth in a closed loop circuit allowing the recycling of the growth factors necessary for the development of cells in culture.
  • This RI tank can act as an expansion tank.
  • said connecting conduit between the inlet tubing of the first rich nourishing medium FI of the chamber and said tank denoted RI of this medium is equipped with a pump PI making it possible to control and adjust the volume and the flow rate of the FI medium circulating in a closed circuit in the culture chamber.
  • the closed loop conveying the rich feed stream FI has an air vent which is located on the expansion vessel RI, this air vent is provided with a cut-off filter of 0.22 ⁇ m guaranteeing middle asepsis. Likewise, this loop is provided with a solenoid valve VI controlled by the programmable regulation-control block allowing pressure balancing with atmospheric pressure on demand.
  • the RI expansion vessel is also fitted with high and low level sensors for liquid medium used to trigger the reversal of the circulation of fluids.
  • the inlet tubing of the third basic feed medium (EF3) of the culture chamber is connected by a connecting duct to a reservoir denoted R3 of this medium, and the tubing of outlet (SF3) is connected by a conduit to the sewer (waste recovery compartment).
  • the connecting pipe connected to the inlet pipe of the third dynamic liquid medium EF3 mentioned above is equipped with a pump P3 then that the conduit connected to the outlet tubing of said flow is equipped with a valve V3 possibly controlled by the regulation-command block, the assembly making it possible to adjust and control the volume and the flow rate of said third medium F3 circulating in open circuit in the culture chamber.
  • a device for aerating the rich feed medium FI and a device for aerating the basic feed medium F3 are provided on one and the other of the two circuits in closed and open loops placed respectively between the inputs of said dynamic liquid media FI and F3 in the cell culture chamber and the Ri and R3 reservoirs.
  • a heat exchanger for the rich feed medium FI and a heat exchanger for the base feed medium F3 are provided on each of the two circuits at the inputs of said dynamic liquid media FI and F3 into the cell culture chamber.
  • the inlet tubing of the second dynamic liquid medium EF2 of the culture chamber located at the side wall of the envelope, is connected by a connecting duct to a reservoir noted R2 containing the second dynamic liquid medium chosen as a function of the role assigned to it, namely either supplying the culture chamber with cells intended to be cultured and discharging said chamber after culture, either carrying out a gene transfer, or having a role of flushing flow intended to discharge the culture chamber of the inhibitory molecules from the cells to be cultured.
  • the tubing of SF2 outlet located opposite the EF2 inlet tubing on said wall, will be connected: by a connecting duct to a cell recovery tank after culture (i.e. a collection bag) or to the sewer ( compartment for the elimination of inhibitory molecules) according to an open loop circuit or via a connection conduit to a reservoir containing the medium provided with suitable vectors for gene transfer according to a closed loop circuit.
  • a connecting duct to a cell recovery tank after culture (i.e. a collection bag) or to the sewer ( compartment for the elimination of inhibitory molecules) according to an open loop circuit or via a connection conduit to a reservoir containing the medium provided with suitable vectors for gene transfer according to a closed loop circuit.
  • one or more functional medium exchanger modules can be added to purify the feed medium FI at the outlet of the culture chamber.
  • This or these medium-medium exchange functional modules are located outside the culture chamber, mounted in series on the outlet connection duct of the closed-loop circuit of the first feed medium FI rich in growth factors and traversed against the current. by the basic feeding medium F3 in open loop.
  • Such additional functional modules can prove useful when, for example, the growth factors are produced by support cells in a first annex culture chamber, and when it is desired to condition this medium (that is to say recover the growth factors produced, without recovering the cellular waste generated by these support cells) in order to be able to reuse it in the IF loop in order to stimulate the cells said to be of therapeutic interest present in the main culture chamber.
  • stromal cells can be genetically engineered to produce human cytokines at expression levels such that they can partially meet the cytokine requirements of the culture.
  • the envelope with axis of symmetry making it possible to obtain a homogeneity of distribution of the nutrients with an optimal dispersion has the advantage of being sterile in the same way as all the elements of the bioreactor in contact with the cells and the culture medium.
  • the sterilization of the bioreactor is carried out by autoclaving at 121 ° C. for 20 minutes of the entire apparatus as well as the bottles of reservoirs.
  • the connecting conduits, tanks and other sealing elements are made of biocompatible materials which can withstand ten sterilization cycles without damage in the case of laboratory use.
  • the whole culture chamber, connection conduits, media reservoirs and the like will constitute a single-use culture kit in the case of use in human clinic.
  • the reconditioning of the bioreactor after cell culture, within the framework of a laboratory type use is done by protein digestion with a molar hydrochloric acid solution followed by an ultra pure rinsing, a sterilization.
  • the rich nourishing medium FI is introduced at the level of the upper end wall of the envelope in the zone (Cl) (module or compartment Cl) of the culture chamber between said wall and the flat filtering membrane with cut-off threshold of the order of 0.01 ⁇ m to 7 ⁇ m, by opening the PI pump located on the connection connecting the culture chamber to the reservoir RI containing said medium FI while the pump P3 located on the connection conduit connecting the culture chamber to the reservoir R3 containing the basic nourishing medium F3 is stopped.
  • the pressure p3 prevailing in the zone (C3) (module or compartment C3) of the culture chamber situated between the lower end wall of the envelope and the flat filtering membrane with cutoff threshold of at most 15 KDa is adjusted by the back-pressure valve denoted V3 located on the conduit connecting the culture chamber to the sewer so that the pressure pi prevailing in the zone Cl of the culture chamber is greater than the pressure p3 and that the pressure p2 prevailing in the zone (C2) (module or compartment C2) is between pi and p3 according to a pressure gradient.
  • the growth factors of the nutritive medium pass into the zone denoted Cl and through said membrane with cut-off threshold of the order of 0.01 ⁇ m to 7 ⁇ m from the culture chamber, but are retained by the flat filtering membrane with a cutoff threshold of at most 15 KDa, which acts as a barrier for the passage of growth factors and big proteins.
  • the. growth factors can migrate on either side of the flat filtering membrane with cut-off threshold of the order of 0.01 ⁇ m to 7 ⁇ m ensuring their role of stimulating growth and / or controlling differentiation for cells in a culture state confined between the two flat membranes of the culture chamber defining the zone C2 (module or compartment C2) of said chamber.
  • the flat filtering membrane M3 with a cutoff threshold of at most 15 KDa confines the growth factors and the large proteins of the fresh nutritive medium F1 in zones C1 and C2 of the culture chamber.
  • the trace elements of said nutritive medium F1 and the waste of small sizes (such as, for example, NO, NH + , lactate and others) generated by the culture of the cells confined in the zone C2 of said chamber, are drained to zone C3 where they are taken to the sewer.
  • the overall transmembrane flow is therefore oriented from zone C1 towards zone C3 of the culture chamber (see FIGS. 2 and 7).
  • the regulation-command block of the bioreactor programmed according to a particular sequence reverses the flow of flow.
  • the pump PI which was running goes to stop and the pump P3 to stop starts up. And, the open valve V3 is then closed.
  • the pressure pi prevailing in the zone C1 of the culture chamber becomes lower than the pressure p3, while the pressure p2 prevailing in the zone 02 is between pi and p3, according to a pressure gradient inverted compared to the mode from previous operation.
  • the overall transmembrane flow is then oriented from zone C3 towards zone C2 of the culture chamber (see FIGS. 3 and 8).
  • mode called “ascending phase” the reversal of flow within the culture chamber allows the fresh nutritive medium F1 circulating in the culture chamber to be recharged with nutrients costs from the third dynamic liquid medium F3 and to compensate for the losses caused, inter alia water, by the "downward phase”.
  • This basic (regenerating) F3 medium replenishes the cell culture chamber with glucose, water and trace elements.
  • the control system of the bioreactor programmed according to a particular sequence again reverses the flow circulation.
  • the growth factors due to the closed-loop circulation of the rich nourishing medium F1 that is to say of the first dynamic liquid medium of which they are a part, are confined in the closed loop and in the zones C1 and C2. , and their concentration oscillates between a concentration C 0 and Co +/- ⁇ C.
  • the rich culture medium is therefore recycled and the use of growth factors optimized thanks to the culture chamber and the bioreactor of the invention.
  • This flow reversal system within the culture chamber makes it possible to create transmembrane flows having low hydrodynamic constraints compatible with the fragility of the cultured cells. A “laminar” slow flow system is thus obtained.
  • This reversal of flows can also prevent clogging of filter membranes, the transmembrane pressure drop (index measuring the permeability of the membrane) can be monitored in real time by electronic manometers placed on each flow of dynamic liquid media.
  • the second dynamic liquid medium (F2) entering and leaving at the level of the external lateral wall, between the two flat filter membranes of the culture chamber circulates within said chamber in an open loop or closed loop circuit according to the function assigned to it, the pumps PI and P3 being stopped, and its input and output configuration is fixed by the function you want to assign to it.
  • the second dynamic liquid medium F2 in its first function when used to inoculate the cells to be cultured in the culture chamber and to discharge them after culture, it functions in open loop in the same way as when it serves in its third function to rinse the chamber to remove the inhibitory molecules.
  • the dynamic liquid medium F2 when the dynamic liquid medium F2 has a role of gene transfer, it functions in a closed loop during the time of inoculation and incubation.
  • the second dynamic liquid medium F2 containing the cells to be cultured is inoculated in zone C2 of the culture chamber by a syringe through a biocompatible septum positioned on one of the three branches of the inlet manifold EF2 (of the external side wall) whose solenoid valve V2E1 is open, the solenoid valves V2E2 and V2E3 being closed.
  • the three solenoid valves V2S1, V2S2 and V2S3 located on the three branches of the outlet manifold SF2 arranged opposite the inlet manifold EF2 are closed.
  • the two solenoid valves V2E2 and V2E3 of the inlet tubing EF2 are closed, the solenoid valve V2S1 located on one of the three branches of the outlet tubing SF2 connected to a conduit connecting to the recovery tank for cultured cells, is open while the solenoid valves V2S2 and V2S3 of the other two branches of the outlet pipe SF2 are closed.
  • the regenerating base medium is then pumped by starting the pump P2 from the reservoir R2 and serves to purge the content of the compartment C2 (between the two membranes with different cutoff threshold) in the cell collection pocket.
  • An enzymatic treatment of the trypsin and / or collagenase and / or DNAse type could be used to destructure the extracellular matrix produced by the cells during the culture to facilitate their anchoring.
  • the second dynamic liquid medium F2 containing the elements necessary for rinsing the cell confinement space operates in open loop according to the same principle of closing and opening of the solenoid valves as the operation described above except that the inlet tubing is not provided with a biocompatible septum but is connected by a connecting conduit to the reservoir R2 containing said chosen medium F2.
  • the solenoid valve V2E3 of which is open the solenoid valves V2E1 and V2E2 are closed.
  • the two solenoid valves V2S1, V2S2 located on the two branches of the outlet tubing SF2 are closed, the solenoid valve V2S3, located on the other branch of the outlet tubing SF2 being open, the rinsing flow circulating continuously in open loop.
  • the outlet of the V2S3 solenoid valve can be connected to a pipe leading to the sewer.
  • the sewer consists of a tank of sterilized medium at the same time as all the tubing of the bioreactor, its tanks, its functional modules and the culture chamber, which guarantees the sterility of the flow.
  • Two 0.22 ⁇ m filters can be added to this sewer while increasing safety and ensuring sterility, - 3.1 - especially when the sewage tank must be changed "hot" after an overflow.
  • the second dynamic liquid medium F2 containing the gene transfer vectors is introduced into the zone C2 of the culture chamber by the opening of the solenoid valve V2E2 located on one of the three branches of the inlet manifold EF2, the solenoid valves V2E1 and V2E3 being closed.
  • the two solenoid valves V2S1, V2S3 located on two branches of the outlet pipe SF2 are closed.
  • This F2 medium containing the gene transfer vectors circulates in a closed loop for the time necessary for inoculation and incubation.
  • the F2 loop returns to rinsing mode as described above, in order to rinse any residual vectors. Then, the rinsing being finished, the culture continues according to the alternation of the "ascending" and “descending" phases of the flows F1 and F3.
  • the culture chamber and the bioreactor according to the invention can be used for the extracorporeal culture of animal cells and, as such, the invention relates to the medical field.
  • the culture chamber and the bioreactor according to 1 invention can be applied to the production of hematopoietic cells or liver cells.
  • the present invention thus finds its application for the extracorporeal culture of bone marrow cells.
  • Hematopoiesis is the physiological process that renews all the figured elements of the blood
  • transplant of immature hematopoietic cells, called hematopoietic progenitors, in a patient subjected to an accidental aplasia or following an anticancer treatment is a means of being able to revive the activity of the injured bone marrow to initiate a resumption of hematopoiesis.
  • progenitors - cells at an early stage of development - are taken from the patient by cytapheresis or directly by puncture of the bone marrow, and are re-injected after culture so that these cells can replenish the patient's blood and immune system ( in the case of complete aplasia) or to compensate for the morbid period of transient pancytopenia (phase of neutropenia, lymphopenia and thrombocytopenia) in order to allow the endogenous haematological recovery of the aplastic victim (in the case of accidental irradiation).
  • the culture chamber as well as the bioreactor described above can allow the production of liver cells in sufficient number to obtain an effective treatment and rapidity of detoxification compatible with the hemodynamic constraints posed by the extracorporeal circulation of the patient's blood.
  • a bioreactor with a useful volume which can vary from 50 to 100 ml makes it possible to carry out an extracorporeal culture of animal cells over a period of ten - days within the framework of the production of a cellular biomass to use of grafts and / or as a palliative for a deficiency.
  • the culture times authorized by the bioreactor can reach several months.
  • hematopoietic cells For a bone marrow cell transplant (hematopoietic cells), it is necessary that 10 ⁇ to 10 7 CFU (type of immature cells) / kg of the patient's weight come from the culture.
  • This clinical threshold which partly determines the success of the transplant, makes it possible to estimate at 10 10 the number of cells from hematopoietic culture necessary for the transplant.
  • the culture chamber or chambers as well as the bioreactor as described can be sized for this type of application.
  • the conditions of pH, temperature and partial pressure of oxygen for a culture of the cells mentioned above will be of the order of 7.4 for a growth pH, of the order of 37.5 ° C for the temperature and a partial oxygen pressure (in% of saturation) equal to 15%.
  • the nourishing medium is a synthetic medium consisting of ultra-purified or synthesized proteins and trace elements (such as iron, selenium, transferrin, vitamins and others) and a vital dye.
  • This nourishing medium is enriched by growth factors which are cytokines whose concentration can vary from 10 to 100 ng / l according to the needs. In addition, cytokines can be stabilized in a biologically active state with the presence heparan.
  • the basic nourishing medium -regenerating- is marketed under the following trade names, it can be MEM-alpha or RPMI1640 or even IMDM.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

The invention concerns a cell culture chamber having at least two planar filtering membranes with different cut-off, delimited by an envelope with axis of symmetry formed by an outer lateral wall, two end walls and inlet ports and outlet ports for dynamic liquid media, and a bioreactor containing the culture chamber for extracorporeal culture of animal cells.

Description

Chambre de culture cellulaire et bioréacteur pour la culture extracorporelle de cellules animales Cell culture chamber and bioreactor for the extracorporeal culture of animal cells
Domaine de l'inventionField of the invention
La présente invention concerne une chambre de culture cellulaire et un bioréacteur la contenant pour la culture extracorporelle de cellules animales.The present invention relates to a cell culture chamber and a bioreactor containing it for the extracorporeal culture of animal cells.
L'invention concerne plus particulièrement une chambre de culture cellulaire à au moins deux membranes planes filtrantes à seuil de coupure différent délimitée par une enveloppe à axe de symétrie et un bioréacteur qui permet la culture de cellules animales dans ladite chambre de culture tout en régulant et contrôlant l'environnement dans lequel les cellules sont cultivées.The invention relates more particularly to a cell culture chamber with at least two flat filtering membranes with different cut-off threshold delimited by an envelope with axis of symmetry and a bioreactor which allows the cultivation of animal cells in said culture chamber while regulating and controlling the environment in which the cells are grown.
La chambre de culture cellulaire et le bioréacteur de l'invention pour la culture extracorporelle de cellules animales permettent la culture de cellules animales dans des conditions stériles. L'invention s'applique à la production de cellules animales comme par exemple les cellules hématopoïétiques, les cellules hépatiques, les cellules de la peau (appelées les kératinocytes) , les cellules de pancréas, les cellules nerveuses organisées ou non en structure tissulaire dans un but thérapeutique.The cell culture chamber and the bioreactor of the invention for the extracorporeal culture of animal cells allow the culture of animal cells under sterile conditions. The invention applies to the production of animal cells such as hematopoietic cells, hepatic cells, skin cells (called keratinocytes), pancreatic cells, nerve cells organized or not in tissue structure in a therapeutic goal.
Etat de la techniqueState of the art
La transplantation d'organe, de tissus ou de cellules représentant une avancée technologique médicale considérable, un vif intérêt économique s'est - par conséquent développé pour la réalisation de bioréacteurs destinés à la culture de cellules animales dans un but thérapeutique soit en greffant lesdites cellules, soit en les utilisant dans des dispositifs externes interfaces avec le patient comme moyens palliatifs à une déficience organique.As organ, tissue or cell transplantation represents a considerable medical technological advance, a keen economic interest has developed - consequently developed for the production of bioreactors intended for the culture of animal cells for a therapeutic purpose either by grafting said cells , or by using them in external devices that interface with the patient as palliative means for organic deficiency.
Un inconvénient majeur des bioréacteurs actuels destinés à la culture des cellules eucaryotes réside dans le transfert de masse, c'est-à-dire le transfert de masse des nutriments et de l'oxygène dissout jusqu'aux cellules eucaryotes, du fait que ces cellules sont fragiles et qu'elles sont détruites par le stress mécanique généré par l'agitation du milieu pour l'aérer.A major drawback of current bioreactors intended for the culture of eukaryotic cells lies in mass transfer, that is to say the mass transfer of nutrients and dissolved oxygen to the cells. eukaryotes, because these cells are fragile and are destroyed by mechanical stress generated by the agitation of the medium to aerate it.
Le brevet américain n° 6,048,721 décrit un bioréacteur pour la croissance et le maintien ex vivo de cellules mammifères. Dans ce bioréacteur, la chambre de culture discoidale est délimitée par un lit planaire de cellules et une membrane perméable aux gaz et imperméable au liquide. Le milieu nourricier perfusé dans le compartiment inférieur du bioréacteur se diffuse radialement et l'air insufflé dans le compartiment supérieur oxygène le milieu. Selon le mode de fonctionnement de ce bioréacteur, le milieu chargé des déchets générés par la culture des cellules part à l'egout. La récupération des cellules après culture se fait selon un traitement enzymatique. Dans ce type de dispositif, l'épaisseur de la chambre de culture risque d' induire un gradient de pression partielle en oxygène qui est peu adapté à une bonne viabilité cellulaire. L'inconvénient des bioréacteurs connus de l'art antérieur et destinés à la culture des cellules eucaryotes réside dans le fait que ces bioréacteurs fonctionnent en perfusion continue de leur chambre de culture, le flux du milieu nourricier n'est pas récupéré et est directement déversé à l'egout augmentant de façon conséquente le prix de revient de la culture.US Patent No. 6,048,721 describes a bioreactor for the ex vivo growth and maintenance of mammalian cells. In this bioreactor, the discoid culture chamber is delimited by a planar bed of cells and a membrane permeable to gases and impermeable to liquid. The feed medium perfused in the lower compartment of the bioreactor diffuses radially and the air blown into the upper compartment oxygenates the medium. According to the mode of operation of this bioreactor, the medium responsible for the waste generated by the culture of the cells leaves in the sewer. The recovery of the cells after culture is done according to an enzymatic treatment. In this type of device, the thickness of the culture chamber risks inducing a partial oxygen pressure gradient which is poorly suited to good cell viability. The disadvantage of bioreactors known from the prior art and intended for the culture of eukaryotic cells lies in the fact that these bioreactors operate in continuous perfusion of their culture chamber, the flow of the nourishing medium is not recovered and is directly discharged to the sewer significantly increasing the cost price of culture.
Or, pour la culture de cellules animales, telles que par exemple les cellules hématopoïétiques ou les cellules hépatiques, un flux nourricier riche en facteurs de croissance s'avère indispensable pour permettre la multiplication et la différenciation desdites cellules. Lesdits facteurs de croissance étant extrêmement coûteux, le fonctionnement d'un bioréacteur ne permettant pas de recycler ces facteurs représente un coût financier considérable, incompatible dans l'optique d'une exploitation clinique.However, for the culture of animal cells, such as for example hematopoietic cells or hepatic cells, a feed stream rich in growth factors proves essential to allow the multiplication and differentiation of said cells. Said growth factors being extremely expensive, the operation of a bioreactor which does not make it possible to recycle these factors represents a considerable financial cost, incompatible in the perspective of clinical exploitation.
La présente invention a pour but de remédier à tous ces inconvénients. O jet de l'inventionThe object of the present invention is to remedy all these drawbacks. O jet of the invention
Le but de la présente invention est de créer ' une chambre de culture et un bioréacteur pour la culture extracorporelle de cellules animales, permettant de conserver l'homéostasie du milieu environnant les cellules cultivées et ainsi leur permettre de proliférer dans les meilleures conditions possibles.The purpose of the present invention is to create a culture chamber and a bioreactor for extracorporeal culture of animal cells to maintain homeostasis of the surrounding environment and the cultured cells and allow them to grow in the best possible conditions.
Pour parvenir à ce but, l'invention développe les objectifs ci-après exposés. Un objet de l'invention est de maintenir une bonne viabilité cellulaire au sein de ladite chambre de culture et du bioréacteur, et ceci en fournissant d'une part aux cellules du milieu de culture un apport nutritionnel en quantité suffisante et en évacuant d'autre part les .déchets et les inhibiteurs générés pour permettre une croissance de la population cellulaire.To achieve this object, the invention develops the objectives set out below. An object of the invention is to maintain good cell viability within said culture chamber and of the bioreactor, and this by providing on the one hand to the cells of the culture medium a sufficient nutritional supply and by evacuating other apart from the wastes and inhibitors generated to allow growth of the cell population.
Un autre objet de l'invention est de pouvoir recycler les facteurs de croissance du milieu tout en évacuant du milieu de culture suffisamment de déchets cellulaires et de réaliser ainsi l'optimisation économique de la culture des cellules.Another object of the invention is to be able to recycle the growth factors from the medium while evacuating sufficient cell waste from the culture medium and thus to achieve the economic optimization of cell culture.
Un autre objet de l'invention est de pouvoir effectuer un transfert de gène ciblé sur les cellules cultivées. Un autre objet de l'invention est de maintenir les propriétés physico-chimiques du milieu de culture cellulaire en dépit de la perturbation induite par la croissance cellulaire.Another object of the invention is to be able to carry out a targeted gene transfer on the cultured cells. Another object of the invention is to maintain the physico-chemical properties of the cell culture medium despite the disturbance induced by cell growth.
Un autre objet de la présente invention est de garantir la stérilité, l'asepsie de la chambre de culture et du bioréacteur, et en particulier pendant toute la durée de la culture cellulaire.Another object of the present invention is to guarantee sterility, asepsis of the culture chamber and of the bioreactor, and in particular throughout the duration of cell culture.
Un autre objet de l'invention est de récupérer les cellules cultivées au sein de la chambre de culture et du bioréacteur de l'invention.Another object of the invention is to recover the cells cultivated within the culture chamber and the bioreactor of the invention.
Sommaire de l'inventionSummary of the invention
La présente invention est basée sur l'observation qu'une chambre de culture et un bioréacteur pour la culture extracorporelle de cellules animales pouvaient remédier aux différents inconvénients mentionnés ci-dessus s'ils permettaient à la fois de maintenir une bonne viabilité cellulaire des cellules cultivées tout en recyclant les facteurs de croissance du milieu, assurant ainsi un bon niveau de prolifération cellulaire.The present invention is based on the observation that a culture chamber and a bioreactor for the Extracorporeal culture of animal cells could remedy the various drawbacks mentioned above if they allowed both to maintain good cell viability of the cultured cells while recycling the growth factors of the medium, thus ensuring a good level of cell proliferation.
Ainsi, l'invention a pour objet une chambre de culture pour la culture extracorporelle de cellules animales, délimitée par une enveloppe à axe de symétrie qui est formée d'une paroi latérale externe, de deux parois d'extrémités et d'entrées et de sorties de milieux liquides dynamiques, cette chambre étant caractérisée par le fait qu'elle comporte : à) au moins deux membranes planes filtrantes à seuil de coupure différent, perpendiculaires à l'axe de symétrie ; b) entre les membranes, un moyen formant support de culture biocompatible permettant l'adhésion des cellules en état de culture ; c) deux parois d'extrémités constituant des moyens de distribution des milieux liquides dynamiques ; d) trois couples d'entrées et de sorties des milieux liquides dynamiques (FI, F2, F3) , destinés à alimenter la chambre de culture des cellules et à extraire sélectivement les cellules cultivées, les déchets résultant de leur culture et les nutriments en excès, deux des couples étant, pour chacun d'entre eux, connectés entre l'une des parois d'extrémités et l'une des membranes, le troisième étant connecté entre les deux membranes planes filtrantes.Thus, the subject of the invention is a culture chamber for the extracorporeal culture of animal cells, delimited by an envelope with an axis of symmetry which is formed by an external side wall, two end and inlet walls and exits from dynamic liquid media, this chamber being characterized by the fact that it comprises: a) at least two flat filter membranes with different cutoff threshold, perpendicular to the axis of symmetry; b) between the membranes, a means forming a biocompatible culture support allowing adhesion of the cells in the culture state; c) two end walls constituting means for distributing dynamic liquid media; d) three pairs of inputs and outputs of dynamic liquid media (FI, F2, F3), intended to supply the cell culture chamber and selectively extract the cultured cells, the waste resulting from their culture and the excess nutrients , two of the pairs being, for each of them, connected between one of the end walls and one of the membranes, the third being connected between the two flat filter membranes.
L'invention a également pour objet un bioréacteur pour la culture extracorporelle de cellules animales comprenant une chambre de culture, délimitée par une enveloppe à axe de symétrie formée d'une paroi latérale externe, de deux parois d'extrémités et d'entrées et de sorties de milieux liquides dynamiques et comprenant des moyens de circulation desdits milieux dans ladite chambre, ce bioréacteur étant caractérisé en ce qu'il comporte : a) une chambre de culture desdites cellules comportant au moins deux membranes planes filtrantes à seuil de coupure différent, perpendiculaires à l'axe- de symétrie et qu'entre lesdites membranes à seuil de coupure différent se situe un moyen formant support de culture biocompatible permettant l'adhésion des cellules en état de culture, ladite chambre étant délimitée par une enveloppe à axe de symétrie comprenant deux parois d'extrémités constituant des moyens de distribution des milieux liquides dynamiques et trois couples d'entrées et de sorties des milieux liquides dynamiques FI, F2, F3, destinés à alimenter la chambre de culture des cellules et à extraire sélectivement les cellules cultivées, les déchets résultant de leur culture et les nutriments en excès, dont deux des couples sont, pour chacun d'entre eux, connectés entre l'une des parois d'extrémités et l'une des membranes, le troisième étant connecté entre les deux membranes filtrantes ; b) des moyens de circulation du premier milieu liquide dynamique FI selon un circuit en boucle fermée et un vase d'expansion RI contenant ledit milieu, ces moyens étant reliés à ladite chambre de culture ; c) des moyens de circulation du deuxième milieu liquide dynamique F2 selon un circuit en boucle fermée ou en boucle ouverte suivant la fonction attribuée audit milieu et un réservoir R2 contenant ledit milieu, ces moyens étant reliés à ladite chambre de culture ; d) des moyens de circulation du troisième milieu liquide dynamique F3 selon un circuit en boucle ouverte et un réservoir R3 contenant ledit milieu, ces moyens étant reliés à ladite chambre de culture ; e) des moyens de contrôle de régulation et de conditionnement des milieux liquides dynamiques, reliés à un bloc de régulation-commande.The invention also relates to a bioreactor for the extracorporeal culture of animal cells comprising a culture chamber, delimited by an envelope with axis of symmetry formed by an external side wall, two end and inlet walls and exits from dynamic liquid media and comprising means for circulating said media in said chamber, this bioreactor being characterized in that it comprises: a) a culture chamber of said cells comprising at least two flat filtering membranes with different cutoff threshold, perpendicular to the axis of symmetry and that between said membranes with different cutoff threshold is located a means forming a biocompatible culture support allowing adhesion of the cells in culture state, said chamber being delimited by an envelope with axis of symmetry comprising two end walls constituting means for distributing the dynamic liquid media and three pairs of inputs and outputs of the dynamic liquid media FI , F2, F3, intended to supply the culture chamber of the cells and to selectively extract the cultured cells, the waste resulting from their culture and the excess nutrients, two of the pairs of which are, for each of them, connected between the 'one of the end walls and one of the membranes, the third being connected between the two filter membranes; b) means for circulating the first dynamic liquid medium FI according to a closed loop circuit and an expansion vessel RI containing said medium, these means being connected to said culture chamber; c) means for circulating the second dynamic liquid medium F2 in a closed loop or open loop circuit according to the function assigned to said medium and a reservoir R2 containing said medium, these means being connected to said culture chamber; d) means for circulating the third dynamic liquid medium F3 according to an open loop circuit and a reservoir R3 containing said medium, these means being connected to said culture chamber; e) control means for regulating and conditioning dynamic liquid media, connected to a regulation-command block.
L'invention sera mieux comprise grâce à une description illustrative non limitative de la chambre de culture et du bioréacteur comprenant ladite chambre au moyen des figures ci-après énoncées :The invention will be better understood thanks to a nonlimiting illustrative description of the culture and the bioreactor comprising said chamber by means of the following figures:
- La figure 1 représente une vue schématique d'une chambre de culture cellulaire délimitée par une enveloppe à axe de symétrie de forme hexagonale. La figure 2 représente schématiquement la circulation dynamique des milieux liquides FI et F3 pour un gradient de pression pl>p3 en « phase descendante » au sein de la chambre de culture d'un bioréacteur de l'invention, dans laquelle le moyen formant support de culture biocompatible entre les deux membranes à seuil de coupure différent est un lit de macrosupports. - La figure 3 représente schématiquement la circulation dynamique des milieux liquides FI et F3 pour un gradient de pression p3>pl en « phase ascendante » au sein de la chambre de culture d'un bioréacteur de l'invention, dans laquelle le moyen formant support de culture biocompatible entre les deux membranes à seuil de coupure différent est un lit de macrosupports.- Figure 1 shows a schematic view of a cell culture chamber delimited by an envelope with an axis of symmetry of hexagonal shape. FIG. 2 schematically represents the dynamic circulation of the liquid media FI and F3 for a pressure gradient pl> p3 in “downward phase” within the culture chamber of a bioreactor of the invention, in which the means forming the support biocompatible culture between the two membranes with different cut-off threshold is a bed of macro-supports. FIG. 3 schematically represents the dynamic circulation of the liquid media FI and F3 for a pressure gradient p3> pl in "ascending phase" within the culture chamber of a bioreactor of the invention, in which the means forming a support of biocompatible culture between the two membranes with different cutoff threshold is a bed of macro-supports.
La figure 4 représente schématiquement un gradient de pression pl>p3 en « phase descendante » au sein de la chambre d'un bioréacteur.FIG. 4 schematically represents a pressure gradient pl> p3 in “downward phase” within the chamber of a bioreactor.
La figure 5 représente schématiquement un gradient de pression p3>pl en « phase ascendante » au sein de la chambre de culture d'un bioréacteur selon l' invention. - La figure 6 représente un schéma de montage d'un bioréacteur où le bloc de régulation-commande n'est pas représenté.FIG. 5 schematically represents a pressure gradient p3> p1 in "ascending phase" within the culture chamber of a bioreactor according to the invention. - Figure 6 shows a circuit diagram of a bioreactor where the regulation-control block is not shown.
La figure 7 représente schématiquement la circulation dynamique des milieux liquides FI et F3 pour un gradient de pression pl>p3 en "phase descendante" au sein de la chambre de culture d'un bioréacteur de l'invention, dans laquelle le moyen formant support de culture biocompatible est une membrane filtrante, dite de culture. La figure 8 représente schématiquement la circulation dynamique des milieux liquides FI et F3 pour un gradient de pression p3>pl en "phase ascendante" au sein de la chambre de culture d'un bioréacteur de l'invention, dans laquelle le moyen formant support de culture biocompatible est une membrane filtrante, dite de culture.FIG. 7 schematically represents the dynamic circulation of the liquid media FI and F3 for a pressure gradient pl> p3 in "downward phase" within the culture chamber of a bioreactor of the invention, in which the means forming the support biocompatible culture is a filter membrane, called culture. FIG. 8 schematically represents the dynamic circulation of the liquid media FI and F3 for a pressure gradient p3> pl in "ascending phase" within the culture chamber of a bioreactor of the invention, in which the means forming the support biocompatible culture is a filter membrane, called culture.
Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention
L' invention concerne une chambre de culture cellulaire à axe de symétrie, renfermant à la fois les cellules et le milieu de culture comportant au moins deux membranes filtrantes à seuil de coupure différent et un moyen formant un support de culture biocompatible placé entre deux des membranes planes filtrantes à seuil de coupure différent, ladite chambre étant délimitée par une enveloppe à axe de symétrie formée d'une paroi latérale externe et de deux parois d'extrémités.The invention relates to a cell culture chamber with an axis of symmetry, containing both the cells and the culture medium comprising at least two filter membranes with different cutoff threshold and a means forming a biocompatible culture support placed between two of the membranes. filtering planes with different cutoff threshold, said chamber being delimited by an envelope with an axis of symmetry formed by an external side wall and two end walls.
La première membrane, dite membrane d'alimentation a un seuil de coupure choisi dans l'intervalle allant de 0,01μm à 7μm qui permet les échanges biochimiques au sein de la chambre de culture en autorisant le passage des molécules du milieu nourricier telles que les protéines et les macromolécules, tout en réalisant un confinement cellulaire empêchant les cellules cultivées de quitter la zone d' homéostasie et empêchant également le passage des particules contaminantes en servant notamment de barrière aux bactéries pouvant contaminer ladite chambre.The first membrane, known as the feed membrane, has a cut-off threshold chosen in the interval ranging from 0.01 μm to 7 μm which allows biochemical exchanges within the culture chamber by allowing the passage of molecules from the nourishing medium such as the proteins and macromolecules, while achieving cell confinement preventing the cultured cells from leaving the homeostasis zone and also preventing the passage of contaminating particles by serving in particular as a barrier to bacteria which can contaminate said chamber.
Une autre membrane filtrante, dite membrane de dialyse, a un seuil de coupure d'au plus 15 KiloDaltonAnother filter membrane, called dialysis membrane, has a cutoff threshold of at most 15 KiloDalton
(KDa) et autorise quant à elle le confinement moléculaire de toutes les molécules ayant une masse moléculaire supérieure à 15 KDa. La présence de cette membrane filtrante au sein de la chambre de culture permet de définir avec la première membrane un espace de confinement des cellules de culture. Dès lors, la membrane plane filtrante à seuil de coupure d'au plus 15 KDa confine les cellules en culture dans la chambre de culture, ainsi que les facteurs de croissance et les grosses protéines.(KDa) and authorizes the molecular confinement of all molecules having a molecular mass greater than 15 KDa. The presence of this filtering membrane within the culture chamber makes it possible to define, with the first membrane, a confinement space for the culture cells. Consequently, the flat filtering membrane with cutoff threshold of at most 15 KDa confines the cells in culture in the culture chamber, as well as growth factors and large proteins.
Selon une caractéristique de l'invention, au moinsAccording to a characteristic of the invention, at least
• l'une des membranes a un seuil de coupure compris préférentiellement entre 0,2 μm et 4 μm et l'autre un seuil de coupure préférentiellement compris entre 10 etOne of the membranes has a cutoff threshold preferably between 0.2 μm and 4 μm and the other a cutoff threshold preferably between 10 and
12 KDa.12 KDa.
Selon l'invention, le nombre de membranes présentes dans la chambre de culture peut être supérieur à deux. Dans ce cas, les membranes supplémentaires ont des seuils de coupure adaptés à ceux des deux membranes précitées.According to the invention, the number of membranes present in the culture chamber can be greater than two. In this case, the additional membranes have cutoff thresholds adapted to those of the two aforementioned membranes.
Selon l'invention, les membranes planes filtrantes à seuil de coupure différent au sein de la chambre deAccording to the invention, the flat filter membranes with different cut-off thresholds within the
. culture cellulaire sont disposées perpendiculairement par rapport à l'axe de symétrie de ladite chambre de culture.. cell culture are arranged perpendicularly to the axis of symmetry of said culture chamber.
Selon l'invention, les deux membranes planes filtrantes à seuil de coupure différent peuvent être des membranes minérales ou organiques. A titre d'exemple, on peut citer des membranes constituées de polymères organiques biocompatibles, de cellulose ou de polysulfone.According to the invention, the two flat filter membranes with different cutoff threshold can be mineral or organic membranes. By way of example, mention may be made of membranes made of biocompatible organic polymers, of cellulose or of polysulfone.
De plus, ces deux membranes filtrantes sont distantes l'une de l'autre d'au plus environ 25 mm et préférentiellement d'au plus 20 mm, distance qui s'avère favorable à un bon développement des cellules puisqu'elles sont pratiquement toujours en contact avec les sources de nutriments et d'oxygène.In addition, these two filter membranes are spaced from each other by at most about 25 mm and preferably by at most 20 mm, a distance which proves favorable for good development of the cells since they are almost always in contact with nutrient and oxygen sources.
Entre les deux membranes filtrantes à seuil de coupure différent est placé le moyen formant support de culture biocompatible permettant l'adhésion des cellules en état de culture.Between the two filter membranes with different cutoff threshold is placed the means forming a biocompatible culture support allowing the adhesion of the cells in the culture state.
L'un des moyens formant support de culture biocompatible, selon l'invention, peut être un lit de macrosupports biocompatibles constitué de particules de tailles diverses pouvant être éventuellement agglomérées en un bloc continu par frittage d'éléments granulaires. Ce lit peut avoir une épaisseur au plus égale à la distance entre les deux membranes filtrantes à seuil de coupure différent. Ledit lit de macrosupports joue d'une part un rôle de support des cellules en état de culture et d'autre part un rôle mécanique de maintien de l'espace de confinement cellulaire aménagé entre les deux membranes filtrantes à seuil de coupure différent. Suivant le type de cellules cultivées au sein de la chambre de culture de l'invention, le type de macrosupports biocompatibles sera choisi de façon appropriée et de taille adéquate.One of the means forming a biocompatible culture support, according to the invention, can be a bed of biocompatible macrosupports made up of particles of various sizes which can optionally be agglomerated into a continuous block by sintering of granular elements. This bed can have a thickness at most equal to the distance between the two filter membranes with different cutoff threshold. The said macrosupport bed plays on the one hand a role of supporting cells in a cultured state and on the other hand a mechanical role of maintaining the cell confinement space arranged between the two filter membranes with different cut-off threshold. According to the type of cells cultivated within the culture chamber of the invention, the type of biocompatible macrosupports will be chosen appropriately and of adequate size.
Les macrosupports mis en œuvre entre les deux membranes de la chambre de culture peuvent avoir une forme cylindrique ou spherique ou encore polyédrique tel que par exemple des blocs massifs usinés.The macrosupports used between the two membranes of the culture chamber can have a cylindrical or spherical or even polyhedral shape such as for example massive machined blocks.
Selon l'invention, les macrosupports peuvent être d'origine minérale (tel que, par exemple, le corail), d'origine métallique (tel que le titane et ses alliages par exemple) ou encore formés de polymères biocompatibles.According to the invention, the macrosupports can be of mineral origin (such as, for example, coral), of metallic origin (such as titanium and its alloys for example) or also formed of biocompatible polymers.
A titre illustratif, dans le cas d'une culture de cellules hematopoïetiques en vue d'une application pour une greffe de moelle osseuse d'une part et dans le cas d'une culture d' ostéoblastes dans un but de reconstruction osseuse d'autre part, les macrosupports peuvent être des microbilles de corail. De telles billes de corail de granulométrie souhaitée s'avèrent être des macrosupports appropriés pour les applications mentionnées ci-dessus du fait notamment de leur aptitude à être colonisées par les progéniteurs hematopoïetiques. Dans le cas des précurseurs osseux, les billes de corail peuvent être de plus métabolisées, ce qui favoriserait leur utilisation en chirurgie reconstructrice.By way of illustration, in the case of a culture of hematopoietic cells with a view to an application for a bone marrow transplant on the one hand and in the case of a culture of osteoblasts for the purpose of bone reconstruction on the other hand apart, the macrosupports can be coral microbeads. Such coral beads of desired particle size turn out to be macrosupports suitable for the applications mentioned above due in particular to their ability to be colonized by hematopoietic progenitors. In the case of bone precursors, the coral beads can also be metabolized, which would encourage their use in reconstructive surgery.
Alors que, par exemple, dans le cas d'une culture de cellules hépatiques en vue d'une application de détoxication sanguine ex-vivo d'un patient hépato- insuffisant par une biomasse extracorporelle d' hépatocytes, les macrosupports les plus adaptés peuvent être des billes de polyamides, par exemple en nylon®, des billes de polymères fluorés, par exemple en téflon®.Whereas, for example, in the case of a culture of hepatic cells with a view to an ex-vivo blood detoxification application of a hepato-insufficient patient by an extracorporeal biomass of hepatocytes, the most suitable macro-supports may be polyamide beads, for example nylon®, fluorinated polymer beads, for example teflon®.
Ainsi, la présence de macrosupports entre lesdites membranes et le fait que la membrane filtrante à seuil de coupure d'au plus 15 KDa n'autorise pas le passage des cellules en culture de même que celui des facteurs de croissance, permettent le confinement des cellules en culture, qui adhèrent aux dits macrosupports biocompatibles, dans cet espace de confinement cellulaire situé entre les deux membranes à seuil de coupure différent.Thus, the presence of macrosupports between said membranes and the fact that the filtering membrane with cutoff threshold of at most 15 KDa does not allow the passage of cells in culture as well as that of the factors of growth, allow the confinement of cells in culture, which adhere to the so-called biocompatible macrosupports, in this cell confinement space located between the two membranes with different cut-off threshold.
Un autre moyen formant support de culture biocompatible selon l'invention, peut être une membrane filtrante dite de culture M2 ayant des caractéristiques particulières la distinguant des autres membranes précédemment évoquées, c'est-à-dire la membrane filtrante dite d'alimentation à seuil de coupure dans l'intervalle allant de 0,01 μm à 7 μm et la membrane dite de dialyse à seuil de coupure d'au plus 15 KDa.Another means forming a biocompatible culture support according to the invention may be a so-called M2 culture filter membrane having specific characteristics distinguishing it from the other membranes mentioned above, that is to say the so-called feed membrane filter with threshold cutoff in the range from 0.01 μm to 7 μm and the so-called dialysis membrane with cutoff threshold of at most 15 KDa.
Cette membrane de culture, placée entre les deux membranes précitées, peut reposer sur la membrane dite de dialyse à seuil de coupure d'au plus 15 KDa.This culture membrane, placed between the two aforementioned membranes, can rest on the so-called dialysis membrane with a cutoff threshold of at most 15 KDa.
Ladite membrane de culture peut être une membrane d'origine minérale ou organique, dont la composition peut varier selon les différents types de culture et les conditions de culture.Said culture membrane can be a membrane of mineral or organic origin, the composition of which can vary according to the different types of culture and the culture conditions.
Ainsi, la membrane dite de culture, sur laquelle peuvent se multiplier les cellules de culture, peut être modifiée par greffage de substrats ou par cocultures de cellules .Thus, the so-called culture membrane, on which the culture cells can multiply, can be modified by grafting of substrates or by cell co-cultures.
A titre d'exemples illustratifs non limitatifs, divers types de modifications peuvent être mentionnés, qui sont :As nonlimiting illustrative examples, various types of modifications can be mentioned, which are:
- la fixation de ligands pour les molécules d'adhérence de types glycoprotéines,- the binding of ligands for adhesion molecules of glycoprotein types,
- ou bien la fixation d'anticorps, - ou encore la formation d'un substratum à partir d'un premier type cellulaire qui constitue la première culture de cellules adhérentes, opérée dans un autre bioréacteur ou en culture classique, puis après transfert dans la chambre de culture dudit substratum, mise en place d'un deuxième type cellulaire, et optimisation des conditions de la coculture. Toutefois, la formation dudit substratum peut se faire aussi dans la chambre de culture selon l'invention à partir d'un premier type cellulaire, suivie du rinçage dudit substratum, de la mise en place d'un deuxième type cellulaire et de l'optimisation des conditions de cocultures.- or the binding of antibodies, - or the formation of a substratum from a first cell type which constitutes the first culture of adherent cells, operated in another bioreactor or in conventional culture, then after transfer to the culture chamber of said substrate, establishment of a second cell type, and optimization of coculture conditions. However, the formation of said substratum can also be done in the culture chamber according to the invention from a first cell type, followed by rinsing said substrate, the establishment of a second cell type and the optimization co-cultivation conditions.
- ou bien la fixation de molécules protéiques.- or the fixation of protein molecules.
La membrane de culture qui est également filtrante a un seuil de coupure choisi dans l'intervalle allant de 0,01 μm à 7 μm.The culture membrane which is also filtering has a cutoff threshold chosen in the range from 0.01 μm to 7 μm.
Dans le cas de la mise en œuvre d'une telle membrane dite de culture comme moyen formant support de culture biocompatible selon l'invention, placée entre les membranes filtrantes dite d'alimentation à seuil de coupure choisi dans l'intervalle allant de 0,01 μm à 7 μm et dite de dialyse à seuil de coupure d'au plus 15 Kda, ces deux dernières membranes peuvent être soutenues par des supports à mailles appropriées laissant passer les milieux liquides dynamiques FI, F2, et F3 destinés à alimenter la chambre de culture des cellules et à extraire sélectivement les cellules cultivées, les déchets résultant de leur culture et les nutriments en excès.In the case of the implementation of such a so-called culture membrane as a means forming a biocompatible culture support according to the invention, placed between the so-called feed membrane filters with cut-off threshold chosen in the range from 0, 01 μm to 7 μm and called dialysis with cut-off threshold of at most 15 Kda, these last two membranes can be supported by appropriate mesh supports allowing the dynamic liquid media FI, F2, and F3 intended to supply the chamber to pass through. cells and selectively extract the cultured cells, the waste resulting from their culture and the excess nutrients.
Selon la nécessité, lesdits supports à mailles destinés à soutenir les membranes précitées peuvent être placés au contact de l'une ou l'autre face, ou des deux faces desdites membranes, ainsi qu'au contact de l'une et/ou l'autre face de la membrane de culture. La chambre de culture cellulaire comme précédemment évoquée comporte une enveloppe à axe de symétrie formée d'une paroi latérale externe et de deux parois d'extrémités que l'on peut assimiler à deux fonds plats situés à chacune des extrémités de ladite paroi latérale.According to the need, said mesh supports intended to support the aforementioned membranes can be placed in contact with one or the other face, or both sides of said membranes, as well as in contact with one and / or the other side of the culture membrane. The cell culture chamber as previously mentioned comprises an envelope with an axis of symmetry formed by an external side wall and by two end walls which can be likened to two flat bottoms situated at each of the ends of said side wall.
Cette enveloppe à axe de symétrie peut être constituée par exemple d' un matériau polymère biocompatible ou d'acier inoxydable. A titre de matériaux polymères biocompatibles, on peut citer par exemple les polyoléfines, les polyamides, les polyesters, ou les polymères fluorés et autres.This envelope with an axis of symmetry may consist for example of a biocompatible polymeric material or of stainless steel. Mention may be made, as biocompatible polymeric materials, of polyolefins, polyamides, polyesters, or fluorinated polymers and others.
L'alimentation de la chambre de culture en milieux liquides dynamiques est réalisée de façon homogène du fait de l'excellence de la répartition par les faces internes des parois d'extrémités de l'enveloppe et de la distribution desdits milieux au sein de ladite chambre grâce à des entrées et des sorties de ces milieux judicieusement placées.The supply of the culture chamber with dynamic liquid media is carried out in a homogeneous manner due to the excellence of the distribution by the internal faces of the end walls of the envelope and the distribution of said media within said chamber. through entrances and exits from these judiciously placed environments.
Les faces internes des deux parois d'extrémités constituent, selon l'invention, des moyens de distribution des milieux liquides dynamiques.According to the invention, the internal faces of the two end walls constitute means for distributing dynamic liquid media.
Selon un premier type, les faces internes des parois d'extrémités de l'enveloppe à axe de symétrie sont lisses, de telle sorte que la répartition des milieux liquides dynamiques d'alimentation de la chambre de culture au contact des membranes d'alimentation et de dyalise, peut s'effectuer d'une manière homogène et naturellement sans contrainte.According to a first type, the internal faces of the end walls of the envelope with an axis of symmetry are smooth, so that the distribution of the dynamic liquid media supplying the culture chamber in contact with the supply membranes and of dyalise, can be carried out in a homogeneous manner and naturally without constraint.
Selon un deuxième type, qui assure une alimentation organisée de la chambre de culture, en milieux liquides d'alimentation, au contact des membranes d'alimentation et de dialyse, les faces internes des deux parois d'extrémités de l'enveloppe à axe de symétrie sont pourvues de stries de distribution permettant d'alimenter ladite chambre de culture par deux des trois milieux liquides dynamiques. Ces stries de distribution constituent un réseau principal de stries dites principales. Ce réseau principal de stries situé sur la face interne de chacune des deux parois d'extrémités, en regard de l'espace de culture cellulaire, peut être divergent à partir de la tubulure d' entrée aménagée dans ladite paroi.According to a second type, which ensures an organized supply of the culture chamber, in liquid supply media, in contact with the supply and dialysis membranes, the internal faces of the two end walls of the envelope with axis of symmetry are provided with distribution streaks for supplying said culture chamber with two of the three media dynamic liquids. These distribution streaks constitute a main network of so-called main streaks. This main network of ridges located on the internal face of each of the two end walls, facing the cell culture space, can be divergent from the inlet tubing arranged in said wall.
Selon l'invention, le réseau principal de stries .dites principales, aussi appelé réseau de distribution permet une répartition homogène des deux milieux liquides dynamiques, qui sont acheminés vers la chambre de culture par l'intermédiaire de conduits biocompatibles dont la ou les extrémités sont connectées au niveau des parois d'extrémités. Le nombre de stries de distribution situées sur la face en regard de l'espace de culture cellulaire de chacune des deux parois d'extrémités est défini de manière à obtenir une bonne dispersion du milieu liquide dynamique dans la chambre de culture et sera déterminé en fonction de la forme de l'enveloppe à axe de symétrie Ledit réseau principal est complété par un réseau secondaire, formé de stries dites secondaires, moins profond et de direction sensiblement orthogonale par rapport au réseau principal de façon à favoriser la circulation entre les zones de distribution délimitées par le réseau principal. Ainsi, les stries secondaires du réseau secondaire sont sensiblement perpendiculaires aux stries du réseau principal. Ce réseau secondaire peut voir son espacement varier de telle sorte que les stries secondaires soient plus rapprochées et plus nombreuses du côté opposé à l'entrée du flux de milieu pour faciliter le drainage et l'évacuation dudit milieu.According to the invention, the main network of said main streaks, also called distribution network, allows a homogeneous distribution of the two dynamic liquid media, which are conveyed to the culture chamber by means of biocompatible conduits, the ends of which are connected at the end walls. The number of distribution streaks located on the face opposite the cell culture space of each of the two end walls is defined so as to obtain a good dispersion of the dynamic liquid medium in the culture chamber and will be determined as a function of the shape of the envelope with axis of symmetry Said main network is supplemented by a secondary network, formed of so-called secondary streaks, shallower and of direction substantially orthogonal to the main network so as to promote circulation between the distribution areas delimited by the main network. Thus, the secondary streaks of the secondary network are substantially perpendicular to the streaks of the main network. This secondary network can see its spacing vary so that the secondary streaks are closer and more numerous on the side opposite the entry of the medium flow to facilitate the drainage and evacuation of said medium.
Deux stries adjacentes du réseau principal constituent une zone de distribution et deux stries adjacentes du réseau principal recoupées par deux stries adjacentes du réseau secondaire constituent une alvéole de distribution.Two adjacent streaks in the main network constitute a distribution area and two adjacent streaks in the main network intersected by two adjacent streaks in the secondary network constitute a distribution cell.
Les réseaux principal et secondaire forment un fin réseau "quadrillé" de propagation des milieux liquides dynamiques. L'ensemble de ces deux réseaux peut par exemple former un réseau maillé du type en forme de gaufre.The main and secondary networks form a fine "grid" network for the propagation of dynamic liquid media. All of these two networks can by example form a mesh network of the waffle type.
Le réseau principal étant situé sur la face en regard de l'espace de culture cellulaire, possède une certaine hauteur et une certaine largeur que l'homme du métier est tout à fait à même de pouvoir définir, sachant que le réseau de stries doit être au contact de la membrane plane filtrante pour assurer la cohésion de l'ensemble. En effet, le volume ménagé par l'ensemble solidaire du réseau de stries et de la membrane forme le quadrillage de distribution du flux liquidien qui peut représenter environ 50% de la surface de la membrane.The main network being located on the opposite face of the cell culture space, has a certain height and a certain width that the skilled person is quite able to define, knowing that the network of streaks must be in contact with the flat filtering membrane to ensure the cohesion of the assembly. In fact, the volume formed by the assembly integral with the network of streaks and the membrane forms the grid for distributing the fluid flow which can represent approximately 50% of the surface of the membrane.
Ainsi, par exemple, le réseau principal peut être constitué de stries principales ayant une profondeur d'au plus 5 mm et une largeur d'au plus 2 mm, le pas compris entre deux stries adjacentes dudit réseau principal pouvant être d'au plus 2 mm. De même, le réseau secondaire peut être constitué de stries secondaires ayant une profondeur d'au plus 2 mm et une largeur d'au plus 2 mm, le pas compris entre deux stries adjacentes dudit réseau diminuant progressivement depuis le côté d'entrée du flux de milieu vers la sortie dudit flux de milieu. De ce fait, dans sa partie distale -c'est à dire du côté de la sortie du milieu- le pas du réseau secondaire sera d'au plus 2 mm.Thus, for example, the main network may consist of main streaks having a depth of at most 5 mm and a width of at most 2 mm, the pitch between two adjacent streaks of said main network may be at most 2 mm. Similarly, the secondary network may consist of secondary streaks having a depth of at most 2 mm and a width of at most 2 mm, the pitch between two adjacent streaks of said network gradually decreasing from the entry side of the flow. medium to the outlet of said medium flow. Therefore, in its distal part - that is to say on the side of the outlet from the middle - the pitch of the secondary network will be at most 2 mm.
Dès lors, les parois d'extrémités peuvent être envisagées comme réalisant un fin motif d'alvéoles par exemple de type gaufre sur lequel les membranes à seuil de coupure différent viennent prendre appui ou sont collées par une colle biocompatible de type colle polymère.Consequently, the end walls can be envisaged as producing a fine pattern of cells, for example of the waffle type on which the membranes with different cut-off threshold come to bear or are glued with a biocompatible adhesive of the polymer adhesive type.
Quant à l'enveloppe à axe de symétrie de la chambre de culture, elle est formée d'une paroi latérale externe et de deux parois d'extrémités.As for the envelope with an axis of symmetry of the culture chamber, it is formed by an external side wall and two end walls.
La paroi latérale externe peut être formée d'au moins trois tronçons de même section, chacun ayant une hauteur adéquate, qui peut être identique. Ces au moins trois tronçons de paroi constituent les parois externes d'au moins trois modules superposables (Cl, C2, C3) , dont deuxThe external side wall can be formed of at least three sections of the same section, each having an adequate height, which can be identical. These at least three wall sections constitute the external walls of at least at least three stackable modules (Cl, C2, C3), two of which
(Cl et C3) reçoivent les parois d'extrémité de l'enveloppe à axe de symétrie de la chambre de culture, le troisième module (C2), intercalé entre les deux précédents, recevant à l'une de ses extrémités la membrane plane filtrante (Ml) dite d'alimentation à seuil de coupure compris dans l'intervalle allant de 0,01 μm à 7 μm et son autre extrémité, la membrane plane filtrante dite de dialyse à seuil de coupure d'au plus 15 KDa.(C1 and C3) receive the end walls of the envelope with axis of symmetry of the culture chamber, the third module (C2), inserted between the two preceding ones, receiving at one of its ends the flat filtering membrane (Ml) said supply with cut-off threshold included in the range from 0.01 μm to 7 μm and its other end, the flat filtering membrane called dialysis with cut-off threshold of at most 15 KDa.
Ces au moins trois modules sont superposables et sont reliés les uns aux autres de manière étanche grâce à des joints d' étanchéité, par un moyen de fixation approprié, tel que, par exemple, par collage, montage mécanique par vis ou autre.These at least three modules are superimposable and are connected to each other in a leaktight manner by means of seals, by an appropriate fixing means, such as, for example, by gluing, mechanical mounting by screws or the like.
La forme de l'enveloppe à axe de symétrie de la chambre de culture selon l'invention peut être choisie de façon appropriée pour faciliter par exemple un empilement de plusieurs chambres de culture sur un support. L'homme du métier est à même de choisir la forme de l'enveloppe à axe de symétrie de ladite chambre de culture selon l'usage qu'il en sera fait. A titre d'exemple, on peut envisager une enveloppe à axe de symétrie, à section de forme circulaire ou polygonale.The shape of the envelope with axis of symmetry of the culture chamber according to the invention can be chosen appropriately to facilitate, for example, a stacking of several culture chambers on a support. Those skilled in the art are able to choose the shape of the envelope with axis of symmetry of said culture chamber according to the use that will be made of it. By way of example, it is possible to envisage an envelope with an axis of symmetry, with a section of circular or polygonal shape.
Il convient de souligner qu'un empilement de modules pour chambres de culture peut être réalisé à la condition que lesdits modules aient la même forme pour obtenir un empilement stable de ces modules sur un support adéquat. Par exemple, selon un mode d'exécution d'une chambre de culture par empilement de plusieurs modules, une forme par exemple hexagonale peut faciliter l'empilement successif de ces modules sur un socle approprié possédant par exemple six colonnes. Dans ce cas, les six colonnes du socle jouant le rôle de support pour l'empilement de ces modules peuvent également servir par exemple de conduits d' alimentation et d' évacuation des milieux liquides dynamiques . Quant à l'alimentation en milieux liquides dynamiques de la chambre de culture selon l'invention, elle est réalisée par un système à trois milieux liquides dynamiques, à savoir un système à trois flux de milieux distincts (figures 1 à 8) .It should be emphasized that a stack of modules for culture chambers can be produced provided that said modules have the same shape in order to obtain a stable stack of these modules on an adequate support. For example, according to an embodiment of a culture chamber by stacking several modules, a hexagonal shape for example can facilitate the successive stacking of these modules on an appropriate base having for example six columns. In this case, the six columns of the base playing the role of support for the stacking of these modules can also serve for example as supply and evacuation conduits for dynamic liquid media. As for the supply of dynamic liquid media to the culture chamber according to the invention, it is carried out by a system with three dynamic liquid media, namely a system with three separate media flows (FIGS. 1 to 8).
Un premier milieu liquide dynamique (FI) , entrant et sortant par des tubulures biocompatibles connectées sur la paroi latérale du module (Cl) proche d'une des parois d'extrémités de l'enveloppe à axe de symétrie (par exemple la paroi d'extrémité supérieure) alimente le milieu de culture en milieu nutritif (encore appelé milieu nourricier riche) , ce milieu étant riche en facteurs de croissance. Ce premier milieu liquide dynamique est composé d'éléments nécessaires à la culture des cellules tels que par exemple de protéines, d' oligo-éléments, de glucose, d'eau et de facteurs de croissance, et alimente le milieu de culture en milieu nutritionnel frais.A first dynamic liquid medium (FI), entering and leaving through biocompatible tubes connected to the side wall of the module (Cl) close to one of the end walls of the envelope with axis of symmetry (for example the wall of upper end) supplies the culture medium with nutritive medium (also called rich nourishing medium), this medium being rich in growth factors. This first dynamic liquid medium is composed of elements necessary for the culture of cells such as for example proteins, trace elements, glucose, water and growth factors, and supplies the culture medium in a nutritional medium. fresh.
Un deuxième milieu liquide dynamique (F2) entrant et sortant par des tubulures biocompatibles connectées sur la paroi latérale externe du module (C2) formant une partie de l'enveloppe à axe de symétrie de la chambre de culture peut présenter trois fonctions distinctes selon les usages qui en seront faits.A second dynamic liquid medium (F2) entering and leaving via biocompatible tubing connected to the external lateral wall of the module (C2) forming part of the envelope with axis of symmetry of the culture chamber can have three distinct functions depending on the uses that will be made of it.
Selon une première fonction, ce deuxième milieu liquide dynamique (F2) , entrant par une tubulure biocompatible connectée au niveau de la paroi latérale de la chambre de culture du module (C2), sert à introduire dans ledit module de ladite chambre les cellules destinées à être cultivées et à récupérer lesdites cellules cultivées au sein dudit module de la chambre après leur culture (cellules hematopoïetiques ou cellules hépatiques par exemple) . Selon une deuxième fonction, ce deuxième milieu liquide dynamique peut jouer le rôle de transfert de gènes. En effet, lors de l'introduction des cellules de culture en suspension dans le module (C2) de la chambre de culture par l'intermédiaire de ce deuxième milieu liquide dynamique, des particules virales contenues dans ledit milieu liquide peuvent se fixer aux cellules en suspension au niveau de leurs membranes et permettre ainsi le transfert de gènes désiré. Ce deuxième flux de milieu peut permettre d'obtenir les cellules de culture souhaitées, génétiquement modifiées, que l'on désire cultiver. Ce milieu transporte en effet les vecteurs de transfert génique et permet leur mise en contact avec les cellules .afin d'établir une fusion membranaire entre la cellule cible et le vecteur de transfert de gène. Ces vecteurs de transfert génique sont de toute nature. A titre d'illustration, on peut citer les virus comme par exemple les adénovirus, les rétrovirus, les liposomes, des complexes plasmidiques . Un tel marquage des cellules (par l'injection de vecteurs de transfert de gène) réalisé en dehors du corps humain peut permettre de cibler avec précision le tissu à modifier génétiquement. De plus, on peut utiliser par exemple un virus synthétique à usage unique pour cibler le transfert de gène sur une population cellulaire d'intérêt thérapeutique. Ce virus caractérisé en ce que les gènes codant pour l'enveloppe et ceux qui véhiculent l'information génétique à proprement parler sont séparés, est incapable de se reproduire à l'intérieur des cellules après . avoir transféré l'information génétique souhaitée. Ainsi les risques de genèse d'un virus recombinant à partir du virus synthétique utilisé et d'un virus sauvage qui pourrait être présent chez le patient sont limités.According to a first function, this second dynamic liquid medium (F2), entering via a biocompatible tubing connected at the level of the side wall of the culture chamber of the module (C2), serves to introduce into said module of said chamber the cells intended for be cultured and recover said cultured cells within said chamber module after their cultivation (hematopoietic cells or hepatic cells for example). According to a second function, this second dynamic liquid medium can play the role of gene transfer. In fact, during the introduction of the culture cells in suspension in the module (C2) of the culture chamber via this second liquid medium dynamic, viral particles contained in said liquid medium can attach to cells in suspension at their membranes and thus allow the desired gene transfer. This second flow of medium can make it possible to obtain the desired culture cells, genetically modified, which it is desired to cultivate. This medium in fact transports the gene transfer vectors and allows them to be brought into contact with the cells in order to establish a membrane fusion between the target cell and the gene transfer vector. These gene transfer vectors are of all kinds. By way of illustration, there may be mentioned viruses such as for example adenoviruses, retroviruses, liposomes, plasmid complexes. Such labeling of cells (by the injection of gene transfer vectors) carried out outside the human body can make it possible to precisely target the tissue to be genetically modified. In addition, a synthetic disposable virus can be used, for example, to target gene transfer to a cell population of therapeutic interest. This virus characterized in that the genes coding for the envelope and those which carry the genetic information strictly speaking are separated, is incapable of reproducing inside the cells afterwards . have transferred the desired genetic information. Thus the risks of genesis of a recombinant virus from the synthetic virus used and from a wild virus which could be present in the patient are limited.
Selon une troisième fonction, ce deuxième milieu liquide dynamique (F2) peut jouer le rôle de flux de rinçage des macromolécules inhibitrices présentes au niveau de l'espace de confinement cellulaire. En effet, les cellules mises en culture peuvent avoir subi un stress avant leur récolte ou lors de leur traitement pré- inoculaire ou encore pendant leur inoculation dans la chambre de culture. Ce stress peut induire la production (par lesdites cellules) de protéines qui vont inhiber leur capacité à se multiplier en les faisant passer dans un état de dormance, appelé état quiescent. Durant cet état, lesdites cellules ne sont plus en état physiologique de répondre à la stimulation réalisée par les facteurs de croissance, en se multipliant.According to a third function, this second dynamic liquid medium (F2) can play the role of flushing flow of inhibitory macromolecules present at the level of the cell confinement space. In fact, the cells placed in culture may have undergone stress before their harvesting or during their pre-inocular treatment or even during their inoculation in the culture chamber. This stress can induce the production (by said cells) of proteins which will inhibit their capacity to multiply by causing them to go into a dormant state, called quiescent state. During this state, said cells are no longer in a physiological state to respond to stimulation by growth factors, by multiplying.
Dans le cas des cellules hematopoïetiques, on peut citer le stress « radio-induit » qui est provoqué par une exposition à des rayonnements ionisants (volontaires à usage radiothérapeutique ou accidentelles) et se traduit ultérieurement par un stress. Ce type de stress entraîne la production d'inhibiteurs tels que par exemple le « Transforming Growth Factor-béta » ou le « Tumor Necrosis Factor-alpha ». Ces molécules inhibitrices étant des cytokines au même titre que les facteurs de croissance apportés pour la culture de cellules hematopoïetiques, elles sont donc confinées par les membranes à seuil de coupure différent de la chambre de culture.In the case of hematopoietic cells, mention may be made of "radio-induced" stress which is caused by exposure to ionizing radiation (volunteers for radiotherapeutic or accidental use) and is subsequently manifested by stress. This type of stress leads to the production of inhibitors such as, for example, "Transforming Growth Factor-beta" or "Tumor Necrosis Factor-alpha". These inhibitory molecules being cytokines in the same way as the growth factors provided for the culture of hematopoietic cells, they are therefore confined by the membranes with a different cut-off threshold from the culture chamber.
Pour effectuer une culture appropriée des cellules, il faut éliminer du milieu de culture et donc de la chambre de culture ces molécules inhibitrices. Le deuxième milieu liquide dynamique dans sa troisième fonction sert dès lors à rincer la zone de confinement cellulaire pour éliminer lesdites molécules inhibitrices.To carry out an appropriate culture of the cells, these inhibitory molecules must be removed from the culture medium and therefore from the culture chamber. The second dynamic liquid medium in its third function therefore serves to rinse the cell confinement zone to remove said inhibitory molecules.
Un troisième milieu liquide dynamique (F3), entrant et sortant par des tubulures biocompatibles connectées sur la paroi latérale du module (C3) proche de la deuxième des parois d'extrémités de l'enveloppe à axe de symétrie (par exemple la paroi d'extrémité inférieure) alimente le milieu de culture en .milieu nutritif de base (encore appelé milieu nutritif de base-régénérant-) . Ce milieu nutritif de base est un milieu nourricier totalement dépourvu de facteurs de croissance. Un tel milieu de base est composé par conséquent de glucose, d'eau, d' oligoéléments tels que par exemple des vitamines et des minéraux, de colorants pour évaluer le pH du milieu et de protéines de type albumine.A third dynamic liquid medium (F3), entering and leaving through biocompatible tubes connected to the side wall of the module (C3) close to the second of the end walls of the envelope with axis of symmetry (for example the wall of lower end) supplies the culture medium with a basic nutritive medium (also called basic-regenerative nutrient medium). This basic nutritive medium is a nourishing medium totally devoid of growth factors. Such a basic medium is therefore composed of glucose, water, trace elements such as for example vitamins and minerals, dyes for evaluating the pH of the medium and proteins of the albumin type.
Selon l'invention, cette chambre de culture destinée à être alimentée par le système à trois milieux liquides dynamiques distincts (FI, F2, F3) (encore appelé triple flux) a pour caractéristique trois couples d'entrées et de sorties desdits milieux. Deux de ces couples (FI, F3) sont connectés proches des parois d'extrémités pour alimenter les modules (Cl) et (C3) et permettre leur distribution au contact des membranes planes filtrantes à seuil de coupure différent. Le troisième couple (F2) est connecté à la paroi latérale externe à un niveau se situant entre les deux membranes planes filtrantes à seuil de coupure différent, c'est-à-dire connecté sur le module (C2) .According to the invention, this culture chamber intended to be supplied by the system with three distinct dynamic liquid media (FI, F2, F3) (also called triple flow) has the characteristic of three pairs of inputs and outputs of said media. Two of these pairs (FI, F3) are connected close to the end walls to supply the modules (Cl) and (C3) and allow their distribution in contact with the flat filter membranes with different cutoff threshold. The third pair (F2) is connected to the external side wall at a level located between the two flat filter membranes with different cutoff threshold, that is to say connected to the module (C2).
La disposition décalée de ces couples d'entrées et de sorties des milieux sur l'enveloppe délimitant la chambre de culture permet d' obtenir une homogénéité de distribution desdits milieux liquides au sein de ladite chambre (voir figure 1) .The offset arrangement of these pairs of media inlets and outlets on the envelope delimiting the culture chamber makes it possible to obtain a homogeneous distribution of said liquid media within said chamber (see FIG. 1).
Selon les caractéristiques de l'invention, les tubulures d'entrées et de sorties du système triple flux sont par conséquent réparties de manière appropriée sur l'enveloppe à axe de symétrie de la chambre de culture. Conformément à la figure 1, la tubulure biocompatible d'entrée du premier flux notée EF1 est connectée à un niveau proche de la paroi d'extrémité supérieure de l'enveloppe de la chambre de culture, alors que la tubulure de sortie notée SF1 du premier flux est également connectée sur la même paroi d'extrémité mais à l'opposé de la tubulure d'entrée.According to the characteristics of the invention, the inlet and outlet pipes of the triple flow system are therefore distributed appropriately over the envelope with axis of symmetry of the culture chamber. In accordance with FIG. 1, the biocompatible inlet tubing of the first flow denoted EF1 is connected at a level close to the upper end wall of the envelope of the culture chamber, while the outlet tubing denoted SF1 of the first flow is also connected on the same end wall but opposite the inlet pipe.
La tubulure biocompatible d'entrée du troisième flux notée EF3 est quant à elle connectée à un niveau de la paroi d'extrémité inférieure de ladite enveloppe de telle sorte que cette tubulure soit connectée selon un angle d'environ 120 ° par rapport à la tubulure d'entrée du premier flux (EF1) nourricier riche en facteurs de croissance, pour permettre une bonne répartition desdits milieux au sein de la chambre de culture. Par ailleurs, la tubulure biocompatible de sortie de ce troisième flux notée SF3 est également connectée sur la même paroi d'extrémité mais à l'opposé de la tubulure d'entrée dudit flux (EF3) . Conformément à la figure 1, la tubulure biocompatible d'entrée du deuxième milieu liquide dynamique notée EF2 est connectée entre les deux membranes planes filtrantes notées (Ml) et (M3) , qui ont respectivement un seuil de coupure de 0,22 μm et de 10 KDa, au niveau de la paroi latérale externe de l'enveloppe selon un angle d'environ 60 ° par rapport à la tubulure d'entrée du premier flux (EF1) . La tubulure biocompatible de sortie notée SF2 quant à elle est connectée à l'opposé de la tubulure d'entrée dudit flux sur la paroi latérale.The biocompatible inlet tubing of the third flow, denoted EF3, is connected to a level of the lower end wall of said casing so that this tubing is connected at an angle of approximately 120 ° relative to the tubing. inlet of the first feed stream (EF1) rich in growth factors, to allow good distribution of said media within the culture chamber. Furthermore, the biocompatible outlet tubing for this third stream, denoted SF3, is also connected to the same end wall but opposite the inlet tubing for said stream (EF3). In accordance with FIG. 1, the biocompatible inlet tubing of the second dynamic liquid medium denoted EF2 is connected between the two flat filter membranes denoted (Ml) and (M3), which respectively have a cutoff threshold of 0.22 μm and of 10 KDa, at the level of the external lateral wall of the envelope at an angle of approximately 60 ° relative to the inlet tubing of the first flow (EF1). The biocompatible outlet tubing denoted SF2 is connected opposite to the inlet tubing of said flow on the side wall.
En conséquence, les trois couples d'entrées et de sorties des milieux liquides dynamiques sont placés dans trois plans verticaux passant par l'axe de symétrie de l'enveloppe, ces plans étant décalés d'un angle d'environ 60° entre la première entrée et la deuxième entrée, et d'un angle d'environ 120° entre la première entrée et la troisième entrée des milieux liquides dynamiques, les sorties desdits milieux liquides étant dans les mêmes dispositions angulaires.Consequently, the three pairs of inputs and outputs of dynamic liquid media are placed in three vertical planes passing through the axis of symmetry of the envelope, these planes being offset by an angle of about 60 ° between the first inlet and the second inlet, and by an angle of approximately 120 ° between the first inlet and the third inlet of the dynamic liquid media, the outputs of said liquid media being in the same angular arrangements.
La présente invention concerne également un bioréacteur comportant la chambre de culture cellulaire précédemment décrite. Cette chambre de culture, au moyen de ces trois couples d'entrées et de sorties des milieux liquides dynamiques, est reliée par des. conduits de liaison à des réservoirs d'alimentation et/ou des réservoirs d'évacuation de ladite chambre. Le bioréacteur selon l' invention comporte en outre des moyens de régulation des conditions de culture et de contrôle de transfert de masse desdits milieux liquides dynamiques, reliés au bloc de régulation-commande dudit bioréacteur.The present invention also relates to a bioreactor comprising the cell culture chamber previously described. This culture chamber, by means of these three pairs of inputs and outputs of dynamic liquid media, is connected by. connecting conduits to supply tanks and / or evacuation tanks of said chamber. The bioreactor according to the invention furthermore comprises means for regulating the culture conditions and for controlling mass transfer of said dynamic liquid media, connected to the regulation-command block of said bioreactor.
Ainsi, ce bioréacteur comporte outre la chambre de culture « un bloc de régulation encore appelé bloc de commande » qui permet le contrôle et la régulation du pH, de la concentration en oxygène et de la température du milieu de culture. Le « bloc de régulation-commande » peut gérer en automatique le fonctionnement complet du bioréacteur. Cette régulation est de type P.I.D. NumériqueThus, this bioreactor comprises, in addition to the culture chamber, “a regulation block also called control block” which allows the control and regulation of the pH, of the oxygen concentration and of the temperature of the culture medium. The “regulation-command block” can automatically manage the complete operation of the bioreactor. This regulation is of the P.I.D. type. Digital
(régulation numérique Proportionnelle, Intégrale et Dérivée) et les données renvoyées par les différentes sondes peuvent être enregistrées et analysées par informatique.(proportional, integral and Derivative) and the data returned by the various probes can be recorded and analyzed by computer.
Dès lors, le bioréacteur de l'invention contenant la chambre de culture mentionnée précédemment, est organisé en modules unitaires fonctionnels interchangeables dimensionnés pour une certaine valeur de transfert de masse ou d'énergie (tels que, par exemple, des modules •d'aération, des échangeurs thermiques), constituant un ensemble modulaire redimensionnable par juxtaposition d'unités fonctionnelles identiques en série et/ou en parallèle, et est doté d'un bloc de régulation-commande programmable .Therefore, the bioreactor of the invention containing the culture chamber mentioned above, is organized into interchangeable functional unit modules sized for a certain value of mass or energy transfer (such as, for example, aeration modules , heat exchangers), constituting a modular unit resizable by juxtaposition of identical functional units in series and / or in parallel, and is provided with a programmable regulation-command block.
Le bloc de régulation-commande reçoit l'ensemble des informations relatives aux milieux liquides dynamiques FI, F2, F3, par les moyens de contrôle et de régulation, ainsi que les informations relatives aux divers réservoirs, pompes, vannes et pressions régnant dans les zones-modules Cl, C2, C3 de la chambre de culture, les gère et émet les ordres de fonctionnement nécessaires.The regulation-command block receives all the information relating to the dynamic liquid media FI, F2, F3, by the control and regulation means, as well as the information relating to the various tanks, pumps, valves and pressures prevailing in the zones. -Cl, C2, C3 modules of the culture chamber, manages them and issues the necessary operating orders.
De ce fait, il est possible de modifier à la demande les caractéristiques internes de la chambre de culture et de changer les paramètres et les programmes de régulation concourant à l' homéostasie du milieu afin de s'adapter au type cellulaire cultivé.Therefore, it is possible to modify on demand the internal characteristics of the culture chamber and to change the parameters and regulatory programs contributing to the homeostasis of the medium in order to adapt to the cell type cultivated.
L'ensemble de régulation peut posséder également une cellule cristalline de mesure de spectre infrarouge, qui permet par déconvolution du spectre de réémission de mesurer la concentration de certains solutés dans le milieu de culture. Il est alors possible de suivre « en ligne » et « en temps réel » les concentrations de glucose et de lactate.The regulation assembly can also have a crystal infrared spectrum measurement cell, which allows by deconvolution of the re-emission spectrum to measure the concentration of certain solutes in the culture medium. It is then possible to follow “online” and “in real time” the glucose and lactate concentrations.
Ainsi, la température du milieu de culture peut être fixée à une valeur de consigne comprise entre 30 et 38 °C. Pendant la croissance cellulaire, le pH du milieu de culture peut être fixé à une valeur de consigne comprise entre 6,5 et 7,7. Le bloc de régulation-commande permet aussi de régler le débit d'air et le taux de C02 qui par sa dissolution donne l'amphotère HC03 ~ qui tamponne le milieu et concourt à la stabilité du pH.Thus, the temperature of the culture medium can be fixed at a set value between 30 and 38 ° C. During cell growth, the pH of the culture medium can be fixed at a set value between 6.5 and 7.7. The regulation-control block also makes it possible to regulate the air flow and the rate of C0 2 which by its dissolution gives the amphoteric HC0 3 ~ which buffers the medium and contributes to the stability of the pH.
Selon l'une des caractéristiques du bioréacteur de l'invention, les tubulures d'entrée et de sortie (de la chambre) du premier milieu liquide dynamique FI sont reliées par des conduits de liaison à un réservoir RI de milieu nourricier riche en facteurs de croissance selon un circuit en boucle fermée permettant le recyclage des facteurs de croissance nécessaires au développement des cellules en culture. Ce réservoir RI peut jouer le rôle de vase d'expansion.According to one of the characteristics of the bioreactor of the invention, the inlet and outlet pipes (of the chamber) of the first dynamic liquid medium FI are connected by connecting pipes to a reservoir RI of nourishing medium rich in growth in a closed loop circuit allowing the recycling of the growth factors necessary for the development of cells in culture. This RI tank can act as an expansion tank.
Selon l'une des caractéristiques de ce bioréacteur, ledit conduit de liaison entre la tubulure d'entrée du premier milieu nourricier riche FI de la chambre et ledit réservoir noté RI de ce milieu est équipé d'une pompe PI permettant de contrôler et d'ajuster le volume et le débit du milieu FI circulant en circuit fermé dans la chambre de culture.According to one of the characteristics of this bioreactor, said connecting conduit between the inlet tubing of the first rich nourishing medium FI of the chamber and said tank denoted RI of this medium is equipped with a pump PI making it possible to control and adjust the volume and the flow rate of the FI medium circulating in a closed circuit in the culture chamber.
La boucle fermée véhiculant le flux nourricier riche FI dispose d'une mise à l'air qui se situe sur le vase d'expansion RI, cette mise à l'air est munie d'un filtre à seuil de coupure de 0,22 μm garantissant l'asepsie du milieu. De même, cette boucle est munie d'une électrovanne VI commandée par le bloc de régulation-commande programmable permettant l'équilibrage de pression avec la pression atmosphérique à la demande. Le vase d'expansion RI est également muni de capteurs de niveau haut et de niveau bas de milieu liquide servant à déclencher l'inversion de la circulation des fluides. Selon une autre caractéristique du bioréacteur de l'invention, la tubulure d'entrée du troisième milieu nourricier de base (EF3) de la chambre de culture est reliée par un conduit de liaison à un réservoir noté R3 de ce milieu, et la tubulure de sortie (SF3) est reliée par un conduit à l'egout (compartiment de récupération des déchets) .The closed loop conveying the rich feed stream FI has an air vent which is located on the expansion vessel RI, this air vent is provided with a cut-off filter of 0.22 μm guaranteeing middle asepsis. Likewise, this loop is provided with a solenoid valve VI controlled by the programmable regulation-control block allowing pressure balancing with atmospheric pressure on demand. The RI expansion vessel is also fitted with high and low level sensors for liquid medium used to trigger the reversal of the circulation of fluids. According to another characteristic of the bioreactor of the invention, the inlet tubing of the third basic feed medium (EF3) of the culture chamber is connected by a connecting duct to a reservoir denoted R3 of this medium, and the tubing of outlet (SF3) is connected by a conduit to the sewer (waste recovery compartment).
Selon l'invention, le conduit de liaison relié à la tubulure d'entrée du troisième milieu liquide dynamique EF3 mentionnée ci-dessus est équipé d'une pompe P3 alors que le conduit relié à la tubulure de sortie dudit flux est équipé d'une vanne V3 éventuellement pilotée par le bloc de régulation-commande, l'ensemble permettant de régler et de contrôler le volume et le débit dudit troisième milieu F3 circulant en circuit ouvert dans la chambre de culture.According to the invention, the connecting pipe connected to the inlet pipe of the third dynamic liquid medium EF3 mentioned above is equipped with a pump P3 then that the conduit connected to the outlet tubing of said flow is equipped with a valve V3 possibly controlled by the regulation-command block, the assembly making it possible to adjust and control the volume and the flow rate of said third medium F3 circulating in open circuit in the culture chamber.
Selon l'invention, un dispositif aérateur du milieu nourricier riche FI et un dispositif aérateur du milieu nourricier de base F3 sont prévus sur l'un et l'autre des deux circuits en boucles fermée et ouverte placés respectivement entre les entrées desdits milieux liquides dynamiques FI et F3 dans la chambre de culture cellulaire et les réservoirs Ri et R3.According to the invention, a device for aerating the rich feed medium FI and a device for aerating the basic feed medium F3 are provided on one and the other of the two circuits in closed and open loops placed respectively between the inputs of said dynamic liquid media FI and F3 in the cell culture chamber and the Ri and R3 reservoirs.
Selon l'invention, un échangeur thermique du milieu nourricier riche FI et un échangeur thermique du milieu nourricier de base F3 sont prévus sur chacun des deux circuits en entrées desdits milieux liquides dynamiques FI et F3 dans la chambre de culture cellulaire.According to the invention, a heat exchanger for the rich feed medium FI and a heat exchanger for the base feed medium F3 are provided on each of the two circuits at the inputs of said dynamic liquid media FI and F3 into the cell culture chamber.
Ces dispositifs permettent de maintenir l'homéostasie de la chambre de culture en préconditionnant les flux de milieux qui y pénètrent afin de ne pas faire entrer dans la chambre de culture un élément de volume de milieu de culture pouvant induire une brutale perturbation de ses paramètres physico-chimiques. Selon une autre caractéristique du bioréacteur de l'invention, la tubulure d'entrée du deuxième milieu liquide dynamique EF2 de la chambre de culture, située au niveau de la paroi latérale de l'enveloppe, est reliée par un conduit de liaison à un réservoir noté R2 contenant le deuxième milieu liquide dynamique choisi en fonction du rôle qui lui est attribué, à savoir soit alimenter la chambre de culture en cellules destinées à être cultivées et à décharger ladite chambre après culture, soit effectuer un transfert de gènes, soit avoir un rôle de flux de rinçage destiné à décharger la chambre de culture des molécules inhibitrices des cellules à cultiver.These devices make it possible to maintain the homeostasis of the culture chamber by preconditioning the flows of media which penetrate therein so as not to bring into the culture chamber an element of volume of culture medium which can induce a brutal disturbance of its physical parameters. -chimiques. According to another characteristic of the bioreactor of the invention, the inlet tubing of the second dynamic liquid medium EF2 of the culture chamber, located at the side wall of the envelope, is connected by a connecting duct to a reservoir noted R2 containing the second dynamic liquid medium chosen as a function of the role assigned to it, namely either supplying the culture chamber with cells intended to be cultured and discharging said chamber after culture, either carrying out a gene transfer, or having a role of flushing flow intended to discharge the culture chamber of the inhibitory molecules from the cells to be cultured.
Selon la fonction attribuée au deuxième milieu liquide dynamique de la chambre de culture, la tubulure de sortie SF2, située à l'opposé de la tubulure d'entrée EF2 sur ladite paroi, sera reliée : par un conduit de liaison à un réservoir de récupération de cellules après culture (à savoir une poche de récolte) ou à l'egout (compartiment d'élimination des molécules inhibitrices) selon un circuit en boucle ouverte ou par un conduit de liaison à un réservoir contenant le milieu pourvu de vecteurs appropriés de transfert de gènes selon un circuit en boucle fermée.Depending on the function assigned to the second dynamic liquid medium of the culture chamber, the tubing of SF2 outlet, located opposite the EF2 inlet tubing on said wall, will be connected: by a connecting duct to a cell recovery tank after culture (i.e. a collection bag) or to the sewer ( compartment for the elimination of inhibitory molecules) according to an open loop circuit or via a connection conduit to a reservoir containing the medium provided with suitable vectors for gene transfer according to a closed loop circuit.
Selon une autre caractéristique du bioréacteur de l'invention, un ou plusieurs modules fonctionnels échangeurs de milieux, encore appelés dialyseurs ou ultrafiltreurs, peuvent être ajoutés pour purifier le milieu nourricier FI en sortie de la , chambre de culture. Ce ou ces modules fonctionnels échangeurs de milieux sont situés à l'extérieur de la chambre de culture, montés en série sur le conduit de liaison de sortie du circuit en boucle fermée du premier milieu nourricier FI riche en facteurs de croissance et parcourus à contre courant par le milieu nourricier F3 de base en boucle ouverte.According to another characteristic of the bioreactor of the invention, one or more functional medium exchanger modules, also called dialyzers or ultrafiltrators, can be added to purify the feed medium FI at the outlet of the culture chamber. This or these medium-medium exchange functional modules are located outside the culture chamber, mounted in series on the outlet connection duct of the closed-loop circuit of the first feed medium FI rich in growth factors and traversed against the current. by the basic feeding medium F3 in open loop.
Dans le cas de l'utilisation de deux modules fonctionnels connectés en série de façon ad hoc sur la boucle fermée FI, on peut utiliser deux seuils de coupure différents de, par exemple, 10 KDa et de 30 KDa. On peut, en injectant le flux issu du module 10 KDa dans le module de 30 KDa, et en récupérant le perméat -c'est à dire la fraction liquide qui a traversé la membrane à seuil de coupure 30 KDa- pour le réinjecter dans la boucle FI, réaliser un fenêtrage des protéines du milieu entre 10 et 30 KDa qui correspond à la taille des facteurs de croissance. De tels modules fonctionnels additionnels peuvent s'avérer utiles lorsque, par exemple, les facteurs de croissance sont produits par des cellules de support dans une première chambre de culture annexe, et que l'on désire conditionner ce milieu (c'est à dire récupérer les facteurs de croissance produits, sans récupérer les déchets cellulaires générés par ces cellules de supports) pour pouvoir le réutiliser dans la boucle FI afin de stimuler les cellules dites d'intérêt thérapeutique présentes dans la chambre de culture principale.In the case of the use of two functional modules connected in series ad hoc on the closed loop FI, it is possible to use two different cutoff thresholds of, for example, 10 KDa and 30 KDa. We can, by injecting the flux from the 10 KDa module into the 30 KDa module, and recovering the permeate - that is to say the liquid fraction which has passed through the membrane at 30 KDa cutoff threshold to reinject it into the IF loop, carry out a windowing of the proteins of the medium between 10 and 30 KDa which corresponds to the size of the growth factors. Such additional functional modules can prove useful when, for example, the growth factors are produced by support cells in a first annex culture chamber, and when it is desired to condition this medium (that is to say recover the growth factors produced, without recovering the cellular waste generated by these support cells) in order to be able to reuse it in the IF loop in order to stimulate the cells said to be of therapeutic interest present in the main culture chamber.
Il convient de noter que le procédé utilisé pour cultiver des cellules hematopoïetiques et/ou sanguines, peut utiliser des cellules de support dites cellules .stromales. Ces cellules stromales peuvent être modifiées génétiquement de façon à produire des cytokines humaines à des niveaux d'expression tels qu'ils peuvent subvenir pour partie aux besoins en cytokines de la culture.It should be noted that the method used to cultivate hematopoietic and / or blood cells can use support cells called .stromal cells. These stromal cells can be genetically engineered to produce human cytokines at expression levels such that they can partially meet the cytokine requirements of the culture.
Par ailleurs, il convient de souligner que l'enveloppe à axe de symétrie permettant d'obtenir une homogénéité de distribution des nutriments avec une dispersion optimale a l'avantage d'être stérile au même titre que tous les éléments du bioréacteur en contact avec les cellules et le milieu de culture. En effet, la stérilisation du bioréacteur est réalisée par autoclavage à 121 °C pendant 20 minutes de l'ensemble de l'appareil ainsi que des bouteilles de réservoirs. Les conduits de liaison, les réservoirs et autres éléments d'étanchéité sont réalisés en des matériaux biocompatibles pouvant supporter sans dommage une dizaine de cycles de stérilisation dans le cas d'une utilisation en laboratoire. Par contre, l'ensemble chambre de culture, conduits de liaison, réservoirs de milieux et autres constituera un kit de culture à usage unique dans le cas d'une utilisation en clinique humaine. Par ailleurs, le reconditionnement du bioréacteur après une culture cellulaire, dans le cadre d'une utilisation de type laboratoire, se fait par une digestion protéique avec une solution d'acide chlorhydrique Molaire suivie d'un rinçage ultra pure, d'une re-stérilisation.In addition, it should be emphasized that the envelope with axis of symmetry making it possible to obtain a homogeneity of distribution of the nutrients with an optimal dispersion has the advantage of being sterile in the same way as all the elements of the bioreactor in contact with the cells and the culture medium. In fact, the sterilization of the bioreactor is carried out by autoclaving at 121 ° C. for 20 minutes of the entire apparatus as well as the bottles of reservoirs. The connecting conduits, tanks and other sealing elements are made of biocompatible materials which can withstand ten sterilization cycles without damage in the case of laboratory use. On the other hand, the whole culture chamber, connection conduits, media reservoirs and the like will constitute a single-use culture kit in the case of use in human clinic. Furthermore, the reconditioning of the bioreactor after cell culture, within the framework of a laboratory type use, is done by protein digestion with a molar hydrochloric acid solution followed by an ultra pure rinsing, a sterilization.
Selon le mode de fonctionnement du bioréacteur de l'invention et conformément aux figures 2 et 7, le milieu nourricier riche FI est introduit au niveau de la paroi d'extrémité supérieure de l'enveloppe dans la zone (Cl) (module ou compartiment Cl) de la chambre de culture comprise entre ladite paroi et la membrane plane filtrante à seuil de coupure de l'ordre de 0,01 μm à 7 μm, par l'ouverture de la pompe PI située sur le conduit de liaison reliant la chambre de culture au réservoir RI contenant ledit milieu FI alors que la pompe P3 située sur le conduit de liaison reliant la chambre de culture au réservoir R3 contenant le milieu nourricier de base F3 est à l'arrêt. De plus, la pression p3 régnant dans la zone (C3) (module ou compartiment C3) de la chambre de culture située entre la paroi d'extrémité inférieure de l'enveloppe et la membrane plane filtrante à seuil de coupure d'au plus 15 KDa, est réglée par la vanne de contre pression notée V3 située sur le conduit reliant la chambre de culture à l'egout de telle sorte que la pression pi régnant dans la zone Cl de la chambre de culture est supérieure à la pression p3 et que la pression p2 régnant dans la zone (C2) (module ou compartiment C2) soit comprise entre pi et p3 selon un gradient de pression.According to the operating mode of the bioreactor of the invention and in accordance with FIGS. 2 and 7, the rich nourishing medium FI is introduced at the level of the upper end wall of the envelope in the zone (Cl) (module or compartment Cl) of the culture chamber between said wall and the flat filtering membrane with cut-off threshold of the order of 0.01 μm to 7 μm, by opening the PI pump located on the connection connecting the culture chamber to the reservoir RI containing said medium FI while the pump P3 located on the connection conduit connecting the culture chamber to the reservoir R3 containing the basic nourishing medium F3 is stopped. In addition, the pressure p3 prevailing in the zone (C3) (module or compartment C3) of the culture chamber situated between the lower end wall of the envelope and the flat filtering membrane with cutoff threshold of at most 15 KDa, is adjusted by the back-pressure valve denoted V3 located on the conduit connecting the culture chamber to the sewer so that the pressure pi prevailing in the zone Cl of the culture chamber is greater than the pressure p3 and that the pressure p2 prevailing in the zone (C2) (module or compartment C2) is between pi and p3 according to a pressure gradient.
Ainsi, lors de l'introduction du premier milieu liquide dynamique FI dans la chambre de culture par l'ouverture de la pompe PI, les facteurs de croissance du milieu nutritif passent dans la zone notée Cl et au travers de ladite membrane à seuil de coupure de l'ordre de 0,01 μm à 7 μm de la chambre de culture, mais sont retenus par la membrane plane filtrante à seuil de coupure d'au plus 15 KDa, qui joue un rôle de barrière pour le passage des facteurs de croissance et des grosses protéines.Thus, during the introduction of the first dynamic liquid medium FI into the culture chamber by the opening of the pump PI, the growth factors of the nutritive medium pass into the zone denoted Cl and through said membrane with cut-off threshold of the order of 0.01 μm to 7 μm from the culture chamber, but are retained by the flat filtering membrane with a cutoff threshold of at most 15 KDa, which acts as a barrier for the passage of growth factors and big proteins.
Par conséquent, les. facteurs de croissance peuvent migrer de part et d' autre de la membrane plane filtrante à seuil de coupure de l'ordre de 0,01 μm à 7 μm assurant leur rôle de stimulation de la croissance et/ou de contrôle de la différenciation pour les cellules en état de culture confinées entre les deux membranes planes de la chambre de culture définissant la zone C2 (module ou compartiment C2) de ladite chambre. Conformément à la figure 4, la membrane plane filtrante M3 à seuil de coupure d'au plus 15 KDa confine les facteurs de croissance et les grosses protéines du milieu nutritif frais Fl dans les zones Cl et C2 de la chambre de culture. Par contre, les oligo-éléments dudit milieu nutritif Fl et les déchets de petites tailles (tels que, par exemple, NO, NH+, lactate et autres) générés par la culture des cellules confinées dans la zone C2 de ladite chambre, sont drainés vers la zone C3 où ils sont emportés vers l'egout. Le flux transmembranaire global est par conséquent orienté de la zone Cl vers la zone C3 de- la chambre de culture (voir figures 2 et 7).Therefore, the. growth factors can migrate on either side of the flat filtering membrane with cut-off threshold of the order of 0.01 μm to 7 μm ensuring their role of stimulating growth and / or controlling differentiation for cells in a culture state confined between the two flat membranes of the culture chamber defining the zone C2 (module or compartment C2) of said chamber. In accordance with FIG. 4, the flat filtering membrane M3 with a cutoff threshold of at most 15 KDa confines the growth factors and the large proteins of the fresh nutritive medium F1 in zones C1 and C2 of the culture chamber. On the other hand, the trace elements of said nutritive medium F1 and the waste of small sizes (such as, for example, NO, NH + , lactate and others) generated by the culture of the cells confined in the zone C2 of said chamber, are drained to zone C3 where they are taken to the sewer. The overall transmembrane flow is therefore oriented from zone C1 towards zone C3 of the culture chamber (see FIGS. 2 and 7).
Dans ce mode de fonctionnement du bioréacteur selon l'invention, mode appelé « phase descendante », le milieu nutritif frais Fl circulant en boucle fermée perd de la volumétrie du fait du drainage de la solution aqueuse vers la zone 03 et notamment vers l'egout. Par conséquent, le volume de milieu nourricier Fl dans le réservoir RI diminue. Les facteurs de croissance et les grosses protéines du milieu nutritif frais Fl étant confinés dans les zones Cl et C2, les déchets sont purgés des zones de la chambre de culture vers la zone 03 et sont drainés vers l'egout au moyen de la vanne V3 ouverte.In this operating mode of the bioreactor according to the invention, a mode called “downward phase”, the fresh nutritive medium F1 circulating in a closed loop loses volume due to the drainage of the aqueous solution towards zone 03 and in particular towards the sewer. . Consequently, the volume of feed medium F1 in the reservoir RI decreases. The growth factors and the large proteins of the fresh nutritive medium F1 being confined in zones C1 and C2, the waste is purged from the zones of the culture chamber towards zone 03 and is drained towards the sewer by means of the valve V3 opened.
Dès que le volume du réservoir Ri ou vase d'expansion de la boucle fermée véhiculant le milieu nutritif frais Fl atteint un certain niveau bas, le bloc de régulation- commande du bioréacteur programmé selon une séquence particulière inverse la circulation de flux. De ce fait, la pompe PI qui marchait passe à l'arrêt et la pompe P3 à l'arrêt se met en marche. Et, la vanne V3 ouverte est alors fermée.As soon as the volume of the reservoir Ri or expansion vessel of the closed loop carrying the fresh nutritive medium Fl reaches a certain low level, the regulation-command block of the bioreactor programmed according to a particular sequence reverses the flow of flow. As a result, the pump PI which was running goes to stop and the pump P3 to stop starts up. And, the open valve V3 is then closed.
Par conséquent, la pression pi régnant dans la zone Cl de la chambre de culture devient inférieure à la pression p3, alors que la pression p2 régnant dans la zone 02 est comprise entre pi et p3, selon un gradient de pression inversé par rapport au mode de fonctionnement précédent. Le flux transmembranaire global est alors orienté de la zone C3 vers la zone C2 de la chambre de culture (voir figures 3 et 8) . Dans ce mode de fonctionnement du bioréacteur et conformément aux figures 3, 8 et 5, mode appelé «phase ascendante», l'inversion de flux au sein de la chambre de culture permet au milieu nutritif frais Fl circulant dans la chambre de culture de se recharger en éléments nutritifs frais provenant du troisième milieu liquide dynamique F3 et de compenser les pertes occasionnées, entre autre l'eau, par la « phase descendante ». En effet, ce milieu de base (régénérant) F3 réalimente la chambre de culture cellulaire en glucose, en eau, en oligo-éléments.Consequently, the pressure pi prevailing in the zone C1 of the culture chamber becomes lower than the pressure p3, while the pressure p2 prevailing in the zone 02 is between pi and p3, according to a pressure gradient inverted compared to the mode from previous operation. The overall transmembrane flow is then oriented from zone C3 towards zone C2 of the culture chamber (see FIGS. 3 and 8). In this mode of functioning of the bioreactor and in accordance with FIGS. 3, 8 and 5, mode called “ascending phase”, the reversal of flow within the culture chamber allows the fresh nutritive medium F1 circulating in the culture chamber to be recharged with nutrients costs from the third dynamic liquid medium F3 and to compensate for the losses caused, inter alia water, by the "downward phase". This basic (regenerating) F3 medium replenishes the cell culture chamber with glucose, water and trace elements.
Dès que le volume du réservoir RI ou vase d'expansion du circuit en boucle fermée véhiculant le milieu nutritif frais Fl atteint un certain niveau haut, le système de contrôle du bioréacteur, programmé selon une séquence particulière inverse à nouveau la circulation de flux.As soon as the volume of the reservoir RI or expansion tank of the closed loop circuit conveying the fresh nutritive medium F1 reaches a certain high level, the control system of the bioreactor, programmed according to a particular sequence again reverses the flow circulation.
Ainsi, les facteurs de croissance du fait de la circulation en boucle fermée du milieu nourricier riche Fl, c'est-à-dire du premier milieu liquide dynamique dont ils font parties, sont confinés dans la boucle fermée et dans les zones Cl et C2, et leur concentration oscille entre une concentration C0 et Co+/-ΔC. Le milieu de culture riche est donc recyclé et l'utilisation des facteurs de croissance optimisée grâce à la chambre de culture et au bioréacteur de l'invention. Ce système d' inversion de flux au sein de la chambre de culture permet de créer des flux transmembranaires présentant de faibles contraintes hydrodynamiques compatibles avec la fragilité des cellules cultivées. On obtient ainsi un système de flux lents « laminaires ». Cette inversion des flux peut également prévenir le colmatage des membranes filtrantes dont la perte de charge transmembranaire (indice mesurant la perméabilité de la membrane) pourra être contrôlée en temps réel par des manomètres électroniques placés sur chacun des flux de milieux liquides dynamiques.Thus, the growth factors due to the closed-loop circulation of the rich nourishing medium F1, that is to say of the first dynamic liquid medium of which they are a part, are confined in the closed loop and in the zones C1 and C2. , and their concentration oscillates between a concentration C 0 and Co +/- ΔC. The rich culture medium is therefore recycled and the use of growth factors optimized thanks to the culture chamber and the bioreactor of the invention. This flow reversal system within the culture chamber makes it possible to create transmembrane flows having low hydrodynamic constraints compatible with the fragility of the cultured cells. A “laminar” slow flow system is thus obtained. This reversal of flows can also prevent clogging of filter membranes, the transmembrane pressure drop (index measuring the permeability of the membrane) can be monitored in real time by electronic manometers placed on each flow of dynamic liquid media.
Dans le mode de fonctionnement du bioréacteur de l'invention, le deuxième milieu liquide dynamique (F2) entrant et sortant au niveau de la paroi latérale externe, entre les deux membranes planes filtrantes de la chambre de culture, circule au sein de ladite chambre selon un circuit en boucle ouverte ou en boucle fermée suivant la fonction qu'il lui est attribuée, les pompes PI et P3 étant à l'arrêt, et sa configuration d'entrée et sortie est fixée par la fonction qu'on veut lui attribuer.In the operating mode of the bioreactor of the invention, the second dynamic liquid medium (F2) entering and leaving at the level of the external lateral wall, between the two flat filter membranes of the culture chamber, circulates within said chamber in an open loop or closed loop circuit according to the function assigned to it, the pumps PI and P3 being stopped, and its input and output configuration is fixed by the function you want to assign to it.
Selon le mode de fonctionnement du bioréacteur, lorsque le deuxième milieu liquide dynamique F2 dans sa première fonction sert à inoculer les cellules à cultiver dans la chambre de culture et à les décharger après culture, il fonctionne en boucle ouverte au même titre que lorsqu'il sert dans sa troisième fonction à rincer la chambre pour éliminer les molécules inhibitrices. Par contre, lorsque le milieu liquide dynamique F2 a un rôle de transfert de gènes, il fonctionne en boucle fermée le temps de l'inoculation et de l'incubation.According to the operating mode of the bioreactor, when the second dynamic liquid medium F2 in its first function is used to inoculate the cells to be cultured in the culture chamber and to discharge them after culture, it functions in open loop in the same way as when it serves in its third function to rinse the chamber to remove the inhibitory molecules. On the other hand, when the dynamic liquid medium F2 has a role of gene transfer, it functions in a closed loop during the time of inoculation and incubation.
Dans sa première fonction et selon le mode de fonctionnement du bioréacteur conformément à la figure 6, le deuxième milieu liquide dynamique F2 contenant les cellules à cultiver est inoculé dans la zone C2 de la chambre de culture par une seringue au travers d'un septum biocompatible positionné sur l'une des trois branches de la tubulure d'entrée EF2 (de la paroi latérale externe) dont l' électrovanne V2E1 est ouverte, les électrovannes V2E2 et V2E3 étant fermées. Lors de l'inoculation dudit milieu, les trois électrovannes V2S1, V2S2 et V2S3 situées sur les trois branches de la tubulure de sortie SF2 aménagée à l'opposé de la tubulure d'entrée EF2 sont fermées . Lors de la récupération des cellules après culture, les deux électrovannes V2E2 et V2E3 de la tubulure d'entrée EF2 sont fermées, l' électrovanne V2S1 située sur l'une des trois branches de la tubulure de sortie SF2 reliée à un conduit de liaison au réservoir de récupération des cellules cultivées, est ouverte alors que les électrovannes V2S2 et V2S3 des deux autres branches de la tubulure de sortie SF2 sont fermées. Le milieu de base régénérant est alors pompé par mise en route de la pompe P2 depuis le réservoir R2 et sert à purger le contenu du compartiment C2 (compris entre les deux membranes à seuil de coupure différent) dans la poche de collecte cellulaire. Un traitement enzymatique de type trypsine et/ou collagénase et/ou DNAse pourra être employé pour déstructurer la matrice extracellulaire produite par les cellules durant la culture pour faciliter leur ancrage. Dans le cadre, d'une culture de cellules hematopoïetiques sur un macrosupport de type corallien, une acidification légère du milieu à pH=6.0 ou pH=6.5 permettra de dissoudre le corail et de récupérer les cellules hematopoïetiques après rinçage.In its first function and according to the operating mode of the bioreactor in accordance with FIG. 6, the second dynamic liquid medium F2 containing the cells to be cultured is inoculated in zone C2 of the culture chamber by a syringe through a biocompatible septum positioned on one of the three branches of the inlet manifold EF2 (of the external side wall) whose solenoid valve V2E1 is open, the solenoid valves V2E2 and V2E3 being closed. During the inoculation of said medium, the three solenoid valves V2S1, V2S2 and V2S3 located on the three branches of the outlet manifold SF2 arranged opposite the inlet manifold EF2 are closed. During the recovery of the cells after culture, the two solenoid valves V2E2 and V2E3 of the inlet tubing EF2 are closed, the solenoid valve V2S1 located on one of the three branches of the outlet tubing SF2 connected to a conduit connecting to the recovery tank for cultured cells, is open while the solenoid valves V2S2 and V2S3 of the other two branches of the outlet pipe SF2 are closed. The regenerating base medium is then pumped by starting the pump P2 from the reservoir R2 and serves to purge the content of the compartment C2 (between the two membranes with different cutoff threshold) in the cell collection pocket. An enzymatic treatment of the trypsin and / or collagenase and / or DNAse type could be used to destructure the extracellular matrix produced by the cells during the culture to facilitate their anchoring. In the context of a culture of hematopoietic cells on a macrosupport of the coral type, a slight acidification of the medium at pH = 6.0 or pH = 6.5 will allow the coral to be dissolved and the hematopoietic cells to be recovered after rinsing.
Dans sa troisième fonction et selon le mode de fonctionnement du bioréacteur, le deuxième milieu liquide dynamique F2 contenant les éléments nécessaires au rinçage de l'espace de confinement cellulaire fonctionne en boucle ouverte selon le même principe de fermeture et d'ouverture des électrovannes que le fonctionnement décrit ci-dessus à l'exception que la tubulure d'entrée n'est pas munie d'un septum biocompatible mais est reliée par un conduit de liaison au réservoir R2 contenant ledit milieu F2 choisi.In its third function and according to the operating mode of the bioreactor, the second dynamic liquid medium F2 containing the elements necessary for rinsing the cell confinement space operates in open loop according to the same principle of closing and opening of the solenoid valves as the operation described above except that the inlet tubing is not provided with a biocompatible septum but is connected by a connecting conduit to the reservoir R2 containing said chosen medium F2.
Lors de l'introduction du milieu de rinçage F2 dans la zone C2 de la chambre de culture au niveau de l'une des trois branches de la tubulure d'entrée EF2 (de la paroi latérale externe) dont l' électrovanne V2E3 est ouverte, les électrovannes V2E1 et V2E2 sont fermées. Lors de l'introduction et de la récupération dudit milieu de rinçage, les deux électrovannes V2S1, V2S2 situées sur les deux branches de la tubulure de sortie SF2 sont fermées, l' électrovanne V2S3, située sur l'autre branche de la tubulure de sortie SF2 étant ouverte, le flux de rinçage circulant en continu en boucle ouverte. La sortie de 1 ' électrovanne V2S3 peut être raccordée sur une tubulure menant à l'egout. L'egout est constitué d'un réservoir de milieu stérilisé en même temps que l'ensemble des tubulures du bioréacteur, de ses réservoirs, de ses modules fonctionnels et de la chambre de culture, ce qui garantit la stérilité de l'écoulement. Deux filtres de 0,22 μm pourront être rajoutés sur ce tout à l'egout de façon à augmenter la sécurité et à garantir la stérilité, - 3.1 - notamment lorsqu'il faudra changer "à chaud" le réservoir d'égout par la suite d'un trop plein.When the rinsing medium F2 is introduced into the zone C2 of the culture chamber at one of the three branches of the inlet tubing EF2 (of the external side wall), the solenoid valve V2E3 of which is open, the solenoid valves V2E1 and V2E2 are closed. During the introduction and recovery of said rinsing medium, the two solenoid valves V2S1, V2S2 located on the two branches of the outlet tubing SF2 are closed, the solenoid valve V2S3, located on the other branch of the outlet tubing SF2 being open, the rinsing flow circulating continuously in open loop. The outlet of the V2S3 solenoid valve can be connected to a pipe leading to the sewer. The sewer consists of a tank of sterilized medium at the same time as all the tubing of the bioreactor, its tanks, its functional modules and the culture chamber, which guarantees the sterility of the flow. Two 0.22 μm filters can be added to this sewer while increasing safety and ensuring sterility, - 3.1 - especially when the sewage tank must be changed "hot" after an overflow.
Dans sa deuxième fonction et selon le mode de fonctionnement du bioréacteur conformément à la figure 6, le deuxième milieu liquide dynamique F2 contenant les vecteurs de transfert génique est introduit dans la zone C2 de la chambre de culture par l'ouverture de 1' électrovanne V2E2 située sur l'une des trois branches de la tubulure d'entrée EF2, les électrovannes V2E1 et V2E3 étant fermées. Lors de l'introduction dudit milieu, les deux électrovannes V2S1, V2S3 situées sur deux branches de la tubulure de sortie SF2 sont fermées. Ce milieu F2 contenant les vecteurs de transfert génique circule en boucle fermée le temps nécessaire à l'inoculation et à l'incubation. Lorsque la procédure de transfert de gènes est terminée, la boucle F2, repasse en mode de rinçage tel que décrit ci-dessus, afin de rincer les éventuels vecteurs résiduels. Puis, le rinçage étant fini, la culture se poursuit selon l'alternance des phases "ascendante" et "descendante" des flux Fl et F3.In its second function and according to the operating mode of the bioreactor in accordance with FIG. 6, the second dynamic liquid medium F2 containing the gene transfer vectors is introduced into the zone C2 of the culture chamber by the opening of the solenoid valve V2E2 located on one of the three branches of the inlet manifold EF2, the solenoid valves V2E1 and V2E3 being closed. During the introduction of said medium, the two solenoid valves V2S1, V2S3 located on two branches of the outlet pipe SF2 are closed. This F2 medium containing the gene transfer vectors circulates in a closed loop for the time necessary for inoculation and incubation. When the gene transfer procedure is complete, the F2 loop returns to rinsing mode as described above, in order to rinse any residual vectors. Then, the rinsing being finished, the culture continues according to the alternation of the "ascending" and "descending" phases of the flows F1 and F3.
Il convient de noter que l'un des épiphénomènes non désiré lors de l'inversion de flux de la phase descendante vers la phase montante est la possibilité que le milieu Fl soit légèrement contaminé par .des déchets provenant des zones C2 et C3. Or il s'avère que le phénomène de dilution rend cette possible contamination négligeable. De plus, la partie proximale du conduit de liaison reliant le réservoir de milieu de base F3 et la chambre de culture est chargée de milieu F3 frais, c'est-à-dire provenant dudit réservoir, seule la partie distale du conduit reliant la chambre de culture à l'egout, c'est-à-dire près de la vanne V3, se charge en déchets.It should be noted that one of the unwanted epiphenomena during the reversal of flow from the downward phase to the upward phase is the possibility that the medium F1 is slightly contaminated by .waste from zones C2 and C3. Now it turns out that the dilution phenomenon makes this possible contamination negligible. In addition, the proximal part of the connecting conduit connecting the base medium reservoir F3 and the culture chamber is charged with fresh F3 medium, that is to say from said reservoir, only the distal part of the conduit connecting the chamber sewer culture, that is to say near the valve V3, is loaded with waste.
La chambre de culture et le bioréacteur selon l'invention peuvent être utilisés pour la culture extracorporelle de cellules animales et, à ce titre, l'invention concerne le domaine médical. A titre illustratif, la chambre de culture et le bioréacteur selon 1' invention peuvent s'appliquer à la production de cellules hematopoïetiques ou de cellules hépatiques.The culture chamber and the bioreactor according to the invention can be used for the extracorporeal culture of animal cells and, as such, the invention relates to the medical field. As an illustration, the culture chamber and the bioreactor according to 1 invention can be applied to the production of hematopoietic cells or liver cells.
La présente invention trouve ainsi son application pour la culture extracorporelle de cellules de la moelle osseuse. L'hématopoïèse est le processus physiologique qui permet de renouveler tous les éléments figurés du sangThe present invention thus finds its application for the extracorporeal culture of bone marrow cells. Hematopoiesis is the physiological process that renews all the figured elements of the blood
( les cellules sanguines matures ayant une durée de vie limitée ) par la multiplication et la différenciation d'une cellule primitive originelle multipotente (appelée cellule souche) capable d'engendrer tous les types cellulaires, cellules sanguines encore appelées éléments figurés du sang. Ce processus est sous le contrôle de facteurs de croissance hématopoïétique, aussi appelés cytokines . La greffe de cellules hematopoïetiques immatures, appelées progéniteurs hematopoïetiques, chez un patient soumis à une aplasie accidentelle ou consécutive à un traitement anticancéreux est un moyen de pouvoir relancer l'activité de la moelle osseuse lésée pour amorcer une reprise de l'hématopoïèse.(mature blood cells with a limited lifespan) through the multiplication and differentiation of an original multipotent primitive cell (called stem cell) capable of generating all cell types, blood cells also called blood figurative elements. This process is under the control of hematopoietic growth factors, also called cytokines. The transplant of immature hematopoietic cells, called hematopoietic progenitors, in a patient subjected to an accidental aplasia or following an anticancer treatment is a means of being able to revive the activity of the injured bone marrow to initiate a resumption of hematopoiesis.
Ce processus implique que des progéniteurs -cellules à un stade précoce de développement- soient prélevés chez le patient par cytaphérèse ou directement par ponction de la moelle osseuse, et soient réinjectés après culture afin que ces cellules puissent reconstituer le système sanguin et immunitaire du patient (dans le cas d'une aplasie complète) ou compenser la période morbide de pancytopénie transitoire (phase de neutropénie, lymphopénie et thrombopénie) afin de permettre la reprise hématologique endogène de la victime aplasiée (dans le cas d'une irradiation accidentelle) .This process implies that progenitors - cells at an early stage of development - are taken from the patient by cytapheresis or directly by puncture of the bone marrow, and are re-injected after culture so that these cells can replenish the patient's blood and immune system ( in the case of complete aplasia) or to compensate for the morbid period of transient pancytopenia (phase of neutropenia, lymphopenia and thrombocytopenia) in order to allow the endogenous haematological recovery of the aplastic victim (in the case of accidental irradiation).
De même lors d'une insuffisance hépatique aiguë entraînant un risque vital à très brève échéance, il est nécessaire de pallier les fonctions hépatiques déficientes du patient par un traitement de detoxication sanguine extracorporelle nécessitant donc un grand nombre d'hépatocytes pour effectuer les fonctions métaboliques nécessaires. La chambre de culture ainsi que le bioréacteur décrits ci-dessus peuvent permettre la production de cellules hépatiques en nombre suffisant pour obtenir un traitement efficace et une rapidité de detoxication compatibles avec les contraintes hémodynamiques que pose la circulation extracorporelle du sang du patient.Likewise during acute liver failure leading to a very short-term life-threatening risk, it is necessary to compensate for the patient's deficient hepatic functions by an extracorporeal blood detoxification treatment therefore requiring a large number of hepatocytes to perform the necessary metabolic functions. . The culture chamber as well as the bioreactor described above can allow the production of liver cells in sufficient number to obtain an effective treatment and rapidity of detoxification compatible with the hemodynamic constraints posed by the extracorporeal circulation of the patient's blood.
A titre illustratif, un bioréacteur d'un volume utile qui peut varier de 50 à 100 ml permet de réaliser une culture extracorporelle de cellules animales sur une période d'une dizaine de - jours dans le cadre de la production d'une biomasse cellulaire à usage de greffe et/ou comme moyen palliatif d'une déficience. Dans le cadre de la reconstitution d'un modèle tissulaire organisé et hiérarchisé, les durées de culture autorisées par le bioréacteur peuvent atteindre plusieurs mois.By way of illustration, a bioreactor with a useful volume which can vary from 50 to 100 ml makes it possible to carry out an extracorporeal culture of animal cells over a period of ten - days within the framework of the production of a cellular biomass to use of grafts and / or as a palliative for a deficiency. As part of the reconstruction of an organized and hierarchical tissue model, the culture times authorized by the bioreactor can reach several months.
Pour une greffe de cellules de type moelle osseuse (cellules hematopoïetiques) , il est nécessaire que 10δ à 107 de CFU (type de cellules immatures)/ Kg du poids du patient soient issues de la culture. Ce seuil clinique qui conditionne pour partie le succès de la greffe, permet d'estimer à 1010 le nombre de cellules issues de la culture hématopoïétique nécessaires à la greffe. La ou les chambres de culture ainsi que le bioréacteur tels que décrits peuvent être dimensionnés pour ce type d'application.For a bone marrow cell transplant (hematopoietic cells), it is necessary that 10 δ to 10 7 CFU (type of immature cells) / kg of the patient's weight come from the culture. This clinical threshold, which partly determines the success of the transplant, makes it possible to estimate at 10 10 the number of cells from hematopoietic culture necessary for the transplant. The culture chamber or chambers as well as the bioreactor as described can be sized for this type of application.
Les conditions de pH, de température et de pression partielle en oxygène pour une culture des cellules mentionnées ci-dessus seront de l'ordre de 7,4 pour un pH de croissance, de l'ordre de 37,5 °C pour la température et une pression partielle en oxygène (en % de saturation) égale à 15 %. Le milieu nourricier est un milieu synthétique constitué de protéines ultra purifiées ou synthétisées et d' oligo-éléments (tels que le fer, le sélénium, la transferrine, des vitamines et autres) et d'un colorant vital. Ce milieu nourricier est enrichi par des facteurs de croissance qui sont des cytokines dont la concentration peut varier de 10 à 100 ng/ l selon les besoins. De plus, les cytokines peuvent être stabilisées dans un état biologiquement actif avec la présence d'héparanes. Le milieu nourricier de base -régénérant- est commercialisé sous les dénominations commerciales suivantes, il peut être du MEM-alpha ou du RPMI1640 ou encore du IMDM. The conditions of pH, temperature and partial pressure of oxygen for a culture of the cells mentioned above will be of the order of 7.4 for a growth pH, of the order of 37.5 ° C for the temperature and a partial oxygen pressure (in% of saturation) equal to 15%. The nourishing medium is a synthetic medium consisting of ultra-purified or synthesized proteins and trace elements (such as iron, selenium, transferrin, vitamins and others) and a vital dye. This nourishing medium is enriched by growth factors which are cytokines whose concentration can vary from 10 to 100 ng / l according to the needs. In addition, cytokines can be stabilized in a biologically active state with the presence heparan. The basic nourishing medium -regenerating- is marketed under the following trade names, it can be MEM-alpha or RPMI1640 or even IMDM.

Claims

REVENDICATIONS
Chambre de culture pour la culture extracorporelle de cellules animales, délimitée par une enveloppe à axe de symétrie qui est formée d'une paroi latérale externe, de deux parois d'extrémités et d'entrées et de sorties de milieux liquides dynamiques, caractérisée en ce qu'elle comporte :Culture chamber for the extracorporeal culture of animal cells, delimited by an envelope with axis of symmetry which is formed by an external side wall, two end walls and inlets and outlets of dynamic liquid media, characterized in that that it includes:
a) au moins deux membranes planes filtrantes (Ml et M3) à seuil de coupure différent, perpendiculaires à l'axe de symétrie ; b) entre les membranes (Ml et M3) un moyen formant support de culture biocompatible permettant l'adhésion des cellules en état de culture ; c) deux parois d'extrémités constituant des moyens de distribution des milieux liquides dynamiques ; d) trois couples d'entrées et de sorties des milieux liquides dynamiques (Fl, F2, F3), destinés à alimenter la chambre de culture des cellules et à extraire sélectivement les cellules cultivées, les déchets résultant de leur culture et les nutriments en excès, deux des couples étant pour chacun d'entre eux connectés entre l'une des parois d'extrémités et l'une des membranes, le troisième étant connecté entre les deux membranes planes filtrantes.a) at least two flat filter membranes (Ml and M3) with different cutoff threshold, perpendicular to the axis of symmetry; b) between the membranes (M1 and M3) a means forming a biocompatible culture support allowing adhesion of the cells in the culture state; c) two end walls constituting means for distributing dynamic liquid media; d) three pairs of inputs and outputs of dynamic liquid media (F1, F2, F3), intended to supply the cell culture chamber and to selectively extract the cultured cells, the waste resulting from their culture and the excess nutrients , two of the pairs being for each of them connected between one of the end walls and one of the membranes, the third being connected between the two flat filter membranes.
Chambre de culture selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'une des membranes planes filtrantes a un seuil de coupure compris entre 0,01 μm et 7 μm, et l'autre membrane plane filtrante a un seuil de coupure d'au plus 15 KiloDalton (KDa).Culture chamber according to claim 1, characterized in that one of the planar filter membranes has a cut-off threshold of between 0.01 μm and 7 μm, and the other planar filter membrane has a cut-off threshold of at most 15 KiloDalton (KDa).
Chambre de culture selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'une des membranes planes filtrantes a un seuil de coupure préférentiellement compris entre 0,2 μm et 4 μm et l' autre membrane plane filtrante a un seuil de coupure préférentiellement compris entre 10 et 12 KDa.Culture chamber according to either of claims 1 and 2, characterized in that one of the flat filter membranes has a cut-off threshold preferably between 0.2 μm and 4 μm and the other planar filtering membrane has a cutoff threshold preferably between 10 and 12 KDa.
4. Chambre de culture selon l'une au moins des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les deux membranes à seuil de coupure différent sont distantes l'une de l'autre d'au plus 25 mm et préférentiellement entre 0,2 et 20 mm.4. Culture chamber according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the two membranes with different cut-off threshold are spaced from each other by at most 25 mm and preferably between 0.2 and 20 mm.
5. Chambre de culture selon l'une au moins des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le moyen formant support de culture biocompatible permettant l'adhésion des cellules en état de culture est un lit de macrosupports biocompatibles.5. Culture chamber according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the means forming a biocompatible culture support allowing adhesion of the cells in the culture state is a bed of biocompatible macrosupports.
6. Chambre de culture selon la revendication 5, caractérisée en ce que le lit de macrosupports a une épaisseur au plus égale à la distance entre les deux membranes filtrantes à seuil de coupure différent.6. Culture chamber according to claim 5, characterized in that the macrosupport bed has a thickness at most equal to the distance between the two filter membranes with different cutoff threshold.
7. Chambre de culture selon l'une au moins des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que les macrosupports présents entre les membranes ont une forme cylindrique, ou polyédrique ou spherique.7. Culture chamber according to at least one of claims 5 and 6, characterized in that the macrosupports present between the membranes have a cylindrical, or polyhedral or spherical shape.
8. Chambre de culture selon l'une au moins des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que la matière constitutive des macrosupports est choisie dans le groupe des matières minérales, des matières métalliques et des matières polymères biocompatibles.8. Culture chamber according to at least one of claims 5 to 7, characterized in that the material constituting the macrosupports is chosen from the group of mineral materials, metallic materials and biocompatible polymeric materials.
9. Chambre de culture selon la revendication 8, caractérisée en ce que la matière constitutive des macrosupports est préférentiellement choisie dans le groupe constitué par le corail, le titane et ses alliages, les polyamides, les polymères fluorés. 9. Culture chamber according to claim 8, characterized in that the material constituting the macrosupports is preferably chosen from the group consisting of coral, titanium and its alloys, polyamides, fluorinated polymers.
0. Chambre de culture selon l'une au moins des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le moyen formant support de culture biocompatibie permettant l'adhésion des cellules en état de culture est une membrane filtrante de culture M2 placée entre les deux membranes planes filtrantes Ml et M3 à seuil de coupure différent.0. Culture chamber according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the means forming a biocompatibility culture support allowing the adhesion of the cells in the culture state is a filtering membrane for M2 culture placed between the two membranes Ml and M3 filtering planes with different cutoff threshold.
11. Chambre de culture selon la revendication 10, caractérisée en ce que la membrane filtrante de culture M2 repose sur la membrane à seuil de coupure d'au plus 15 Kda.11. Culture chamber according to claim 10, characterized in that the culture filter membrane M2 rests on the membrane with cutoff threshold of at most 15 Kda.
12. Chambre de culture selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisée en ce que la membrane filtrante de culture M2 est modifiée par greffage ou par cocultures de cellules.12. Culture chamber according to one of claims 10 or 11, characterized in that the M2 culture filter membrane is modified by grafting or by cocultures of cells.
13. Chambre de culture selon la revendication 12, caractérisée en ce que le greffage modificateur de la membrane filtrante de culture M2 concerne la fixation de ligands pour les molécules d'adhérence de types glycoprotéines, d'anticorps, de molécules protéiques.13. Culture chamber according to claim 12, characterized in that the modifying grafting of the M2 culture filter membrane relates to the binding of ligands for adhesion molecules of glycoprotein types, of antibodies, of protein molecules.
14. Chambre de culture selon la revendication 12, caractérisée en ce que la modification par cocultures de cellules se fait par formation d'un substratum à partir d'un premier type cellulaire qui constitue la première culture de cellules adhérentes, suivie du rinçage dudit substratum et de la mise en place d'un deuxième type cellulaire, et optimisation des conditions de coculture.14. Culture chamber according to claim 12, characterized in that the modification by coculturing of cells is done by formation of a substratum from a first cell type which constitutes the first culture of adherent cells, followed by rinsing of said substrate and the establishment of a second cell type, and optimization of coculture conditions.
15. Chambre de culture selon l'une au moins des revendications 10 à 14, caractérisée en ce que la membrane filtrante de culture M2 formant support de culture biocompatible a un seuil de coupure choisi dans l'intervalle allant de 0,01 μm à 7 μm. 15. Culture chamber according to at least one of claims 10 to 14, characterized in that the culture filter membrane M2 forming a biocompatible culture support has a cut-off threshold chosen in the interval ranging from 0.01 μm to 7 .mu.m.
16. Chambre de culture selon l'une au moins des revendications 1 à 4 et 10 à 15, caractérisée en ce que les membranes filtrantes Ml et M3 à seuil de coupure différent et la membrane filtrante de culture M2 sont soutenues par des supports à mailles.16. Culture chamber according to at least one of claims 1 to 4 and 10 to 15, characterized in that the filter membranes Ml and M3 with different cutoff threshold and the culture filter membrane M2 are supported by mesh supports .
17. Chambre de culture selon l'une au moins des revendications 1 à 16, caractérisée en ce que les faces internes des parois d'extrémités de l'enveloppe à axe de symétrie constituent des moyens de distribution des milieux liquides dynamiques.17. Culture chamber according to at least one of claims 1 to 16, characterized in that the internal faces of the end walls of the envelope with axis of symmetry constitute means for distributing dynamic liquid media.
18. Chambre de culture selon la revendication 17, caractérisée en ce que les faces internes des parois d'extrémité sont lisses.18. Culture chamber according to claim 17, characterized in that the internal faces of the end walls are smooth.
19. Chambre de culture selon la revendication 17, caractérisée en ce que les faces internes des deux parois d'extrémités sont pourvues de stries de distribution des deux milieux liquides dynamiques Fl et F3.19. Culture chamber according to claim 17, characterized in that the internal faces of the two end walls are provided with distribution ridges of the two dynamic liquid media F1 and F3.
20. Chambre de culture selon la revendication 19, caractérisée en ce que les stries de distribution des parois d'extrémités sont organisées en un réseau principal, ces stries étant préférentiellement divergentes dans le sens de propagation des milieux liquides dynamiques.20. Culture chamber according to claim 19, characterized in that the distribution streaks of the end walls are organized in a main network, these streaks being preferably divergent in the direction of propagation of dynamic liquid media.
21. Chambre de culture selon l'une au moins des revendications 19 à 20, caractérisée en ce que les stries de distribution des parois d'extrémités sont complétées par un réseau secondaire formé de stries secondaires qui sont sensiblement perpendiculaires aux stries du réseau principal.21. Culture chamber according to at least one of claims 19 to 20, characterized in that the distribution streaks of the end walls are supplemented by a secondary network formed by secondary streaks which are substantially perpendicular to the streaks in the main network.
22. Chambre de culture selon l'une ou l'autre des revendications 19 à 21, caractérisée en ce que les réseaux principal et secondaire constituent un réseau quadrillé de propagation des milieux liquides dynamiques .22. Culture chamber according to either of claims 19 to 21, characterized in that the main and secondary networks constitute a network grid of propagation of dynamic liquid media.
23. Chambre de culture selon l'une au moins des revendications 19 à 22, caractérisée en ce que les stries du réseau principal et/ou du réseau secondaire des parois d'extrémités sont au contact des membranes à seuil de coupure différent.23. Culture chamber according to at least one of claims 19 to 22, characterized in that the streaks of the main network and / or of the secondary network of the end walls are in contact with the membranes with different cut-off thresholds.
24. Chambre de culture selon l'une au moins des revendications 19 à 22, caractérisée en ce que les stries du réseau principal ont une profondeur d'au plus 5 mm, une largeur d'au plus 2 mm, et le pas compris entre deux stries adjacentes est d'au plus 2 mm.24. Culture chamber according to at least one of claims 19 to 22, characterized in that the streaks of the main network have a depth of at most 5 mm, a width of at most 2 mm, and the pitch between two adjacent streaks is at most 2 mm.
25. Chambre de culture selon l'une au moins des revendications 19 à 23, caractérisée en ce que les stries du réseau secondaire ont une profondeur d'au plus 2 mm, une largeur d'au plus 2 mm.25. Culture chamber according to at least one of claims 19 to 23, characterized in that the ridges of the secondary network have a depth of at most 2 mm, a width of at most 2 mm.
26. Chambre de culture selon l'une au moins des revendications 1 à 25, caractérisée en ce que l'un des deux couples d'entrées et de sorties Fl des milieux liquides dynamiques est connecté entre une paroi d'extrémité et la membrane Ml à seuil de coupure compris entre 0,01 μm et 7 μm et alimente le milieu de culture des cellules, en un milieu nutritif comportant des facteurs de croissance par la traversée de ladite membrane plane filtrante à seuil de coupure compris entre 0,01 et 7 μm.26. Culture chamber according to at least one of claims 1 to 25, characterized in that one of the two pairs of inputs and outputs F1 of dynamic liquid media is connected between an end wall and the membrane Ml with cutoff threshold between 0.01 μm and 7 μm and feeds the cell culture medium, in a nutritive medium comprising growth factors by crossing said flat filtering membrane with cutoff threshold between 0.01 and 7 .mu.m.
27. Chambre de culture selon la revendication 26, caractérisée en ce que le couple d'entrée et de sortie du milieu liquide dynamique Fl fonctionne en circuit fermé selon une boucle.27. Culture chamber according to claim 26, characterized in that the input and output torque of the dynamic liquid medium F1 operates in a closed circuit according to a loop.
28. Chambre de culture selon l'une au moins des revendications 1 à 27, caractérisée en ce que le couple d'entrée et de sortie du milieu liquide dynamique F2, connecté entre les deux membranes filtrantes, assume les fonctions d'introduction des cellules à cultiver et de récupération desdites cellules cultivées, de transfert de gènes et de récupération des cellules génétiquement modifiées, et d'introduction d'un liquide de rinçage et d'élimination des molécules inhibitrices du développement des cellules en culture.28. Culture chamber according to at least one of claims 1 to 27, characterized in that the input and output torque of the dynamic liquid medium F2, connected between the two filter membranes, assumes the functions of introducing the cells to be cultured and of recovering said cultured cells, of gene transfer and of recovering genetically modified cells, and introduction of a rinsing liquid and elimination of molecules inhibiting the development of cells in culture.
29. Chambre de culture selon l'une au moins des revendications 1 à 28, caractérisée en ce que l'autre des deux couples d'entrées et de sorties du milieu liquide dynamique F3 est connecté en circuit ouvert au niveau de l'autre paroi d'extrémité et alimente, le milieu de culture des cellules en un milieu nutritif dépourvu de facteurs de croissance, par la traversée de la membrane plane filtrante à seuil de coupure d'au plus 15 KDa.29. Culture chamber according to at least one of claims 1 to 28, characterized in that the other of the two pairs of inputs and outputs of the dynamic liquid medium F3 is connected in open circuit at the level of the other wall end and feeds the cell culture medium in a nutrient medium devoid of growth factors, by crossing the flat filter membrane with cutoff threshold of at most 15 KDa.
30. Chambre de culture selon l'une au moins des revendications 1 à 29, caractérisée en ce que les trois couples d'entrées et de sorties des milieux liquides dynamiques sont placés dans trois plans verticaux passant par l'axe de symétrie de l'enveloppe, ces plans étant décalés d'un angle d'environ 60° entre la première entrée et la deuxième entrée, et d'un angle d'environ 120° entre la première et la troisième entrée des milieux liquides dynamiques, les sorties desdits milieux liquides étant dans les mêmes dispositions angulaires.30. Culture chamber according to at least one of claims 1 to 29, characterized in that the three pairs of inputs and outputs of dynamic liquid media are placed in three vertical planes passing through the axis of symmetry of the envelope, these planes being offset by an angle of approximately 60 ° between the first inlet and the second inlet, and by an angle of approximately 120 ° between the first and the third inlet of dynamic liquid media, the outlets of said media liquids being in the same angular arrangements.
31. Bioréacteur pour la culture extracorporelle de cellules animales comprenant une chambre de culture délimitée par une enveloppe à axe de symétrie formée d'une paroi latérale externe, de deux parois d'extrémités et d'entrées et de sorties de milieux liquides dynamiques et comprenant des moyens de circulation desdits milieux dans ladite chambre, caractérisé en ce qu'il comporte :31. Bioreactor for the extracorporeal culture of animal cells comprising a culture chamber delimited by an envelope with axis of symmetry formed by an external side wall, two end walls and inlets and outlets of dynamic liquid media and comprising ways to circulation of said media in said chamber, characterized in that it comprises:
a) une chambre de culture desdites cellules comportant au moins deux membranes planes filtrantes Ml et M3 à seuil de coupure différent, perpendiculaires à l'axe de symétrie et qu'entre lesdites membranes à seuil de coupure différent se situe un moyen formant support de culture biocompatible favorisant l'adhésion des cellules en état de culture, ladite chambre étant délimitée par une enveloppe à axe de symétrie comprenant deux parois d'extrémités constituant des moyens de distribution des milieux liquides dynamiques et trois couples d'entrées et de sorties des milieux liquides dynamiques Fl, F2, F3, destinés à alimenter la chambre de culture des cellules et à extraire sélectivement les cellules cultivées, les déchets résultant de leur culture et les nutriments en excès, dont deux des couples sont, pour chacun d'entre eux, connectés entre l'une des parois d'extrémités et l'une des membranes, le troisième étant connecté entre les deux membranes planes filtrantes ; b) des moyens de circulation du premier milieu liquide dynamique Fl selon un circuit en boucle fermée et un vase d'expansion RI contenant ledit milieu, ces moyens étant reliés à ladite chambre de culture ; c) des moyens de circulation du deuxième milieu liquide dynamique F2 selon un circuit en boucle fermée ou en boucle ouverte suivant la fonction attribuée audit milieu et un réservoir R2 contenant ledit milieu, ces moyens étant reliés à ladite chambre de culture ; d) des moyens de circulation du troisième milieu liquide dynamique F3 selon un circuit en boucle ouverte et un réservoir R3 contenant ledit milieu, ces moyens étant reliés à ladite chambre de culture ; e) des moyens de contrôle, de régulation, et de conditionnement des milieux liquides dynamiques, reliés à un bloc de régulation-commande.a) a culture chamber of said cells comprising at least two flat filtering membranes Ml and M3 with different cutoff threshold, perpendicular to the axis of symmetry and that between said membranes with different cutoff threshold is located a means forming a culture support biocompatible promoting the adhesion of cells in a culture state, said chamber being delimited by an envelope with an axis of symmetry comprising two end walls constituting means for distributing dynamic liquid media and three pairs of inputs and outputs of liquid media dynamic F1, F2, F3, intended to supply the culture chamber of the cells and to selectively extract the cultured cells, the waste resulting from their culture and the excess nutrients, two of which are, for each of them, connected between one of the end walls and one of the membranes, the third being connected between the two flat filter membranes your; b) means for circulating the first dynamic liquid medium F1 in a closed loop circuit and an expansion vessel RI containing said medium, these means being connected to said culture chamber; c) means for circulating the second dynamic liquid medium F2 in a closed loop or open loop circuit according to the function assigned to said medium and a reservoir R2 containing said medium, these means being connected to said culture chamber; d) means for circulating the third dynamic liquid medium F3 according to an open loop circuit and a reservoir R3 containing said medium, these means being connected to said culture chamber; e) means of control, regulation, and conditioning of dynamic liquid media, connected to a regulation-command block.
32. Bioréacteur selon, la revendication 31, caractérisé en ce que les moyens de circulation desdits milieux liquides Fl, F2 et F3 sont équipés respectivement des pompes PI, P2 et P3, reliées au bloc de régulation- commande .32. Bioreactor according to claim 31, characterized in that the means for circulating said liquid media F1, F2 and F3 are equipped with pumps PI, P2 and P3 respectively, connected to the regulation-command block.
33. Bioréacteur selon les revendications 31 et 32, caractérisé en ce que les moyens de circulation du troisième milieu liquide dynamique F3 sont équipés d'une vanne V3 reliée au bloc de régulation-commande.33. Bioreactor according to claims 31 and 32, characterized in that the means for circulating the third dynamic liquid medium F3 are equipped with a valve V3 connected to the regulation-control block.
34. Bioréacteur selon la revendication 31, caractérisé en ce que le vase d'expansion RI contenant le milieu liquide dynamique Fl riche en facteurs de croissance est muni d'un filtre ayant un seuil de coupure de 0,22 μm et d'une électrovanne VI commandée par le bloc de régulation-commande.34. Bioreactor according to claim 31, characterized in that the expansion vessel RI containing the dynamic liquid medium F1 rich in growth factors is provided with a filter having a cut-off threshold of 0.22 μm and with a solenoid valve VI controlled by the regulation-control block.
35. Bioréacteur selon l'une au moins des revendications 31 à 34, caractérisé en ce que le vase d'expansion RI est muni de capteurs de niveau haut et de niveau bas de milieu liquide, qui servent à déclencher l'inversion de la circulation des fluides au sein de ladite chambre de culture.35. Bioreactor according to at least one of claims 31 to 34, characterized in that the expansion vessel RI is provided with sensors for high level and low level of liquid medium, which serve to trigger the reversal of circulation fluids within said culture chamber.
36. Bioréacteur selon la revendication 31, caractérisé en ce que les moyens de conditionnement des milieux liquides dynamiques comportent des moyens de réglage en oxygène, en température et en pH desdits milieux.36. Bioreactor according to claim 31, characterized in that the means for conditioning the dynamic liquid media comprise means for adjusting the oxygen, temperature and pH of the said media.
37. Bioréacteur selon la revendication 36, caractérisé en ce que les moyens de conditionnement desdits milieux sont des modules unitaires fonctionnels, dimensionnés pour une certaine valeur de transfert de masse ou d'énergie thermique.37. Bioreactor according to claim 36, characterized in that the means for conditioning said media are functional unit modules, dimensioned for a certain mass transfer or thermal energy value.
38. Bioréacteur selon la revendication 37, caractérisé en ce que les modules fonctionnels sont des aérateurs, des échangeurs thermiques, des régulateurs de pH, ou encore des modules de dialyse, d' ultrafiltration.38. Bioreactor according to claim 37, characterized in that the functional modules are aerators, heat exchangers, pH regulators, or even dialysis modules, ultrafiltration.
39. Bioréacteur selon les revendications 31 à 38, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre de culture selon l'une au moins des revendications 1 à 30.39. Bioreactor according to claims 31 to 38, characterized in that it comprises a culture chamber according to at least one of claims 1 to 30.
40. Bioréacteur selon l'une au moins des revendications 31 à 39, caractérisé en ce que une pression pi règne dans la zone Cl de la chambre de culture, située entre la paroi d' extrémité supérieure et la membrane plane filtrante à seuil de coupure compris entre 0,01 μm à 7 μm, de ladite chambre.40. Bioreactor according to at least one of claims 31 to 39, characterized in that a pressure pi prevails in the zone Cl of the culture chamber, situated between the upper end wall and the planar filtering membrane with cut-off threshold between 0.01 μm to 7 μm, from said chamber.
41. Bioréacteur selon l'une au moins des revendications 31 à 40, caractérisé en ce que une pression p2 règne dans la zone 02 de la chambre de culture comprise entre les deux membranes planes filtrantes à seuil de coupure différent de ladite chambre.41. Bioreactor according to at least one of claims 31 to 40, characterized in that a pressure p2 prevails in the zone 02 of the culture chamber comprised between the two flat filter membranes with a different cutoff threshold from said chamber.
42. Bioréacteur selon l'une au moins des revendications 31 à 41, caractérisé en ce que une pression p3 règne dans la zone 03 de la chambre de culture, située entre la membrane plane filtrante à seuil de coupure d'au plus 15 KDa et la paroi d'extrémité inférieure de l' enveloppe' de ladite chambre.42. Bioreactor according to at least one of claims 31 to 41, characterized in that a pressure p3 prevails in zone 03 of the culture chamber, situated between the flat filtering membrane with cutoff threshold of at most 15 KDa and the bottom end wall of the envelope 'of said chamber.
43. Bioréacteur selon l'une au moins des revendications 31 à 42, caractérisé en ce que le milieu nourricier riche en facteurs de croissance Fl est drainé de la zone Cl de la chambre de culture vers la zone C3 de ladite chambre de culture lorsque la pression pi est supérieure à la pression p3 et que la pression p2 est comprise entre pi et p3 dans la chambre de culture.43. Bioreactor according to at least one of claims 31 to 42, characterized in that the nourishing medium rich in growth factors F1 is drained from zone Cl of the culture chamber towards zone C3 of said culture chamber when the pressure pi is higher than the pressure p3 and that the pressure p2 is between pi and p3 in the culture chamber.
44. Bioréacteur selon l'une au moins des revendications 31 à 42, caractérisé en ce que le milieu nourricier de base dépourvu en facteurs de croissance F3 est drainé de la zone 03 de la chambre de culture vers la zone Cl de ladite chambre de culture lorsque la pression p3 est supérieure à la pression pi et que la pression p2 est comprise entre pi et p3 dans la chambre de culture.44. Bioreactor according to at least one of claims 31 to 42, characterized in that the basic nourishing medium lacking in growth factors F3 is drained from zone 03 of the culture chamber towards zone Cl of said culture chamber when the pressure p3 is greater than the pressure pi and the pressure p2 is between pi and p3 in the culture chamber.
45. Bioréacteur selon l'une au moins des revendications 31 à 43, caractérisé en ce que l'ouverture de la pompe PI permet l'alimentation de la chambre de culture en milieu nourricier Fl riche en facteurs de croissance, la pompe P3 étant à l'arrêt, et que la vanne V3 de contre pression est réglée de telle sorte que la pression pi régnant dans la zone Cl de ladite chambre de culture est supérieure à la pression p3 régnant dans la zone C3 de ladite chambre, sachant que la pression p2 régnant dans la zone C2 est comprise entre les pressions pi et p3.45. Bioreactor according to at least one of claims 31 to 43, characterized in that the opening of the pump PI allows the supply of the culture chamber in feed medium F1 rich in growth factors, the pump P3 being at the stop, and that the backpressure valve V3 is adjusted so that the pressure pi prevailing in the zone C1 of said culture chamber is greater than the pressure p3 prevailing in zone C3 of said chamber, knowing that the pressure p2 prevailing in the zone C2 is between the pressures pi and p3.
46. Bioréacteur selon la revendication 45, caractérisé en ce que le bloc de régulation-commande programmé selon une séquence particulière inverse le sens de circulation des flux en arrêtant la pompe PI et en mettant en marche la pompe P3 dès que le volume contenu dans le vase d'expansion RI atteint un niveau bas .46. Bioreactor according to claim 45, characterized in that the regulation-command block programmed according to a particular sequence reverses the direction of flow of flows by stopping the pump PI and by starting the pump P3 as soon as the volume contained in the RI expansion vessel reaches a low level.
47. Bioréacteur selon la revendication 45, caractérisé en ce que la vanne V3 est fermée.47. Bioreactor according to claim 45, characterized in that the valve V3 is closed.
48. Bioréacteur selon les revendications 46 et 47 caractérisé en ce que le milieu nourricier de base F3 dépourvu de facteurs de croissance permet la réalimentation de la chambre de culture où la pression p3 dans la zone C3 de ladite chambre est supérieure à la pression pi régnant dans la zone Cl, sachant que la pression p2 régnant dans la zone C2 est comprise entre les pressions pi et p3.48. Bioreactor according to claims 46 and 47 characterized in that the basic feeding medium F3 devoid of growth factors allows the replenishment of the culture chamber where the pressure p3 in zone C3 of said chamber is greater than the pressure pi prevailing in zone C1, knowing that the pressure p2 prevailing in zone C2 is between the pressures pi and p3.
49. Bioréacteur selon l'une au moins des revendications 31 à 48, caractérisé en ce que les pompes PI et P3 sont à l'arrêt lorsque la configuration d'entrée et de sortie de circulation du deuxième milieu liquide dynamique F2 est fixée en un circuit fermé ou ouvert selon la fonction qu'il lui est attribuée.49. Bioreactor according to at least one of claims 31 to 48, characterized in that the pumps PI and P3 are stopped when the configuration of entry and exit of circulation of the second dynamic liquid medium F2 is fixed in a closed or open circuit depending on the function assigned to it.
50. Bioréacteur selon la revendication 49, caractérisé en ce que le milieu liquide dynamique F2 sert à l'introduction dans la chambre de culture des cellules à cultiver et à la récupération des cellules après culture.50. Bioreactor according to claim 49, characterized in that the dynamic liquid medium F2 is used for the introduction into the culture chamber of the cells to be cultured and for the recovery of the cells after culture.
51. Bioréacteur selon la revendication 49, caractérisé en ce que le milieu liquide dynamique F2 sert à l'introduction de vecteur de transfert de gènes dans la chambre de culture contenant les cellules en culture et à la récupération des cellules cultivées, génétiquement modifiées.51. Bioreactor according to claim 49, characterized in that the dynamic liquid medium F2 is used for the introduction of gene transfer vector into the culture chamber containing the cells in culture and for the recovery of the cultured cells, genetically modified.
52. Bioréacteur selon la revendication 49, caractérisé en ce que le milieu liquide dynamique F2 sert à l'introduction d'un liquide de rinçage des molécules inhibitrices du développement des cellules en culture et à l'élimination desdites molécules.52. Bioreactor according to claim 49, characterized in that the dynamic liquid medium F2 is used for the introduction of a liquid for rinsing molecules inhibiting the development of cells in culture and for eliminating said molecules.
53. Bioréacteur selon la revendication 50, caractérisé en ce que pour l'inoculation dudit milieu F2 dans la zone 02 de la chambre de culture cellulaire au travers d'un septum biocompatible à l'aide d'une seringue, 1 ' électrovanne V2E1 est ouverte, alors que les électrovannes V2E2, V2E3, V2S1, V2S2 et V2S3 sont fermées. 53. Bioreactor according to claim 50, characterized in that for the inoculation of said medium F2 in zone 02 of the cell culture chamber through a biocompatible septum using a syringe, the solenoid valve V2E1 is open, while the solenoid valves V2E2, V2E3, V2S1, V2S2 and V2S3 are closed.
4. Bioréacteur selon la revendication 50, caractérisé en ce que pour la récupération des cellules après culture dans la chambre de culture, 1 ' électrovanne V2S1 est ouverte, les électrovannes V2E2, V2E3, V2S2, et V2S3 sont fermées et la pompe P2 est mise en route pour purger le contenu de la zone 02 dans la poche de collecte cellulaire.4. Bioreactor according to claim 50, characterized in that for the recovery of the cells after culture in the culture chamber, the solenoid valve V2S1 is open, the solenoid valves V2E2, V2E3, V2S2, and V2S3 are closed and the pump P2 is switched on on the way to purge the contents of zone 02 in the cell collection pocket.
55. Bioréacteur selon la revendication 52, caractérisé en ce que pour l'élimination des molécules inhibitrices lorsque le deuxième milieu F2 contient les éléments nécessaires au rinçage de l'espace de confinement cellulaire, lors de l'introduction dudit milieu l' électrovanne V2E3 est ouverte et les électrovannes V2E1, V2E2 sont fermées.55. Bioreactor according to claim 52, characterized in that for the elimination of the inhibitory molecules when the second medium F2 contains the elements necessary for rinsing the cell confinement space, during the introduction of said medium the solenoid valve V2E3 is open and the solenoid valves V2E1, V2E2 are closed.
56. Bioréacteur selon la revendication 52, caractérisé en ce que ce deuxième milieu F2 de rinçage circule en continu en boucle ouverte et que lors de l'introduction et de la récupération dudit milieu de rinçage les électrovannes V2E1, V2E2, V2S1, V2S2 sont fermées, les électrovannes V2E3, V2S3 sont ouvertes.56. Bioreactor according to claim 52, characterized in that this second rinsing medium F2 circulates continuously in open loop and that during the introduction and recovery of said rinsing medium the solenoid valves V2E1, V2E2, V2S1, V2S2 are closed , the solenoid valves V2E3, V2S3 are open.
57. Bioréacteur selon la revendication 51, caractérisé en ce que, pour l'inoculation des vecteurs de transfert génique contenu dans ledit milieu F2 circulant en circuit fermé dans la zone 02 de la chambre de culture cellulaire, 1 ' électrovanne V2E2 est ouverte, alors que les électrovannes V2E1, V2E3, V2S1, V2S3 sont fermées.57. Bioreactor according to claim 51, characterized in that, for the inoculation of the gene transfer vectors contained in said medium F2 circulating in closed circuit in zone 02 of the cell culture chamber, the solenoid valve V2E2 is open, then that the solenoid valves V2E1, V2E3, V2S1, V2S3 are closed.
58. Bioréacteur selon l'une au moins des revendications 31 à 57, caractérisé en ce que le bloc de régulation-commande reçoit l'ensemble des informations relatives aux milieux liquides dynamiques Fl, F2, F3, par les moyens de contrôle et de régulation, et les informations relatives aux divers réservoirs, pompes, vannes et pressions régnant dans les zones Cl, C2, 03 de la chambre de culture, les gère et émet les ordres de fonctionnement nécessaires. 58. Bioreactor according to at least one of claims 31 to 57, characterized in that the regulation-command block receives all the information relating to the dynamic liquid media F1, F2, F3, by the control and regulation means , and information about the various tanks, pumps, valves and pressures reigning in zones C1, C2, 03 of the culture chamber, manages them and issues the necessary operating orders.
EP01956613A 2000-07-19 2001-07-19 Cell culture chamber and bioreactor for extracorporeal culture of animal cells Withdrawn EP1301586A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP01956613A EP1301586A1 (en) 2000-07-19 2001-07-19 Cell culture chamber and bioreactor for extracorporeal culture of animal cells

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP00115568 2000-07-19
EP00115568A EP1174497B1 (en) 2000-07-19 2000-07-19 Culture chamber and bioreactor for the extracorporeal culture of animal cells
PCT/FR2001/002358 WO2002006441A1 (en) 2000-07-19 2001-07-19 Cell culture chamber and bioreactor for extracorporeal culture of animal cells
EP01956613A EP1301586A1 (en) 2000-07-19 2001-07-19 Cell culture chamber and bioreactor for extracorporeal culture of animal cells

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1301586A1 true EP1301586A1 (en) 2003-04-16

Family

ID=8169299

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP00115568A Expired - Lifetime EP1174497B1 (en) 2000-07-19 2000-07-19 Culture chamber and bioreactor for the extracorporeal culture of animal cells
EP01956613A Withdrawn EP1301586A1 (en) 2000-07-19 2001-07-19 Cell culture chamber and bioreactor for extracorporeal culture of animal cells

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP00115568A Expired - Lifetime EP1174497B1 (en) 2000-07-19 2000-07-19 Culture chamber and bioreactor for the extracorporeal culture of animal cells

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20040132175A1 (en)
EP (2) EP1174497B1 (en)
JP (1) JP2004504023A (en)
CN (1) CN1258588C (en)
AT (1) ATE275625T1 (en)
AU (1) AU2001278542A1 (en)
CA (1) CA2416301A1 (en)
DE (1) DE60013585T2 (en)
WO (1) WO2002006441A1 (en)

Families Citing this family (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005531300A (en) * 2002-04-08 2005-10-20 ミレニアム・バイオロジクス,インコーポレイテッド Automatic tissue engineering module
CN1300297C (en) * 2002-09-20 2007-02-14 华东理工大学 Digestive reactor for animal cell extension inoculation
US20050233448A1 (en) * 2003-06-18 2005-10-20 Oh Steve K W Materials and methods to produce stem cells
JP2005034069A (en) * 2003-07-16 2005-02-10 Fuji Photo Film Co Ltd Bioreactor and method for culturing cell using the same
WO2005047466A2 (en) * 2003-11-04 2005-05-26 Case Western Reserve University Apparatus and method for tissue engineering
WO2005059088A1 (en) 2003-12-19 2005-06-30 University Of Waterloo Cultured cell and method and apparatus for cell culture
US20050287670A1 (en) * 2004-06-29 2005-12-29 Gulliver Eric A Cell culturing systems, methods and apparatus
WO2006105329A2 (en) * 2005-03-31 2006-10-05 Ha Cell Technologies, Inc. Device for evaluating in vitro cell migration under flow conditions, and methods of use thereof
US9354156B2 (en) 2007-02-08 2016-05-31 Emd Millipore Corporation Microfluidic particle analysis method, device and system
US8257964B2 (en) * 2006-01-04 2012-09-04 Cell ASIC Microwell cell-culture device and fabrication method
US9260688B2 (en) 2005-07-07 2016-02-16 The Regents Of The University Of California Methods and apparatus for cell culture array
US9388374B2 (en) 2005-07-07 2016-07-12 Emd Millipore Corporation Microfluidic cell culture systems
US9637715B2 (en) 2005-07-07 2017-05-02 Emd Millipore Corporation Cell culture and invasion assay method and system
US7855070B2 (en) * 2005-07-08 2010-12-21 Georgia Tech Research Corporation Centimeter-scale, integrated diagnostics incubator for biological culturing
US7745209B2 (en) 2005-07-26 2010-06-29 Corning Incorporated Multilayered cell culture apparatus
WO2007021919A1 (en) 2005-08-12 2007-02-22 Clemson University Co-culture bioreactor system
US7745210B2 (en) * 2006-06-30 2010-06-29 Corning Incorporated Fluid flow diverter for cell culture vessel
US20100151571A1 (en) * 2006-07-07 2010-06-17 Georgia Tech Research Corporation Centimeter-scale, integrated diagnostics incubator for biological culturing
WO2008005998A2 (en) * 2006-07-07 2008-01-10 Georgia Tech Research Corporation Centimeter-scale, integrated diagnostics incubator for biological culturing
US7897379B2 (en) * 2007-02-26 2011-03-01 Corning Incorporated Device and method for reducing bubble formation in cell culture
CA2679160A1 (en) * 2007-03-14 2008-09-18 Glen Delbert Antwiler Cell expansion apparatus with plate bioreactor
US9309491B2 (en) 2007-05-29 2016-04-12 Corning Incorporated Cell culture apparatus for co-culture of cells
US20090035745A1 (en) * 2007-08-03 2009-02-05 Shear Jason B Site-Specific Dosing of Cellular Cultures
EP2245453B1 (en) 2008-01-03 2016-10-05 EMD Millipore Corporation Microfluidic cell culture array system for automated assays and methods of operation
US20090215176A1 (en) * 2008-02-25 2009-08-27 Clemson University Differential Pressure Pump System
DE102008031769B4 (en) * 2008-07-04 2010-08-05 Kaltenhäuser, Bernd, Dr. rer. nat. Bioreactor in flat construction
CN101724556A (en) * 2008-10-22 2010-06-09 深圳市猎鑫科技发展有限公司 System for extracting islet cells and production process thereof
EP2379889B1 (en) * 2008-12-19 2015-09-30 Stobbe Tech A/s Electronically controlled diaphragm pump
US8981265B2 (en) 2008-12-30 2015-03-17 Ppg Industries Ohio, Inc. Electric circuit and sensor for detecting arcing and a transparency having the circuit and sensor
US8778669B2 (en) 2009-07-22 2014-07-15 Corning Incorporated Multilayer tissue culture vessel
KR101136015B1 (en) * 2009-12-10 2012-04-18 주식회사 이시스 Remote Control System of Microbial incubator
US9353342B2 (en) 2010-01-21 2016-05-31 Emd Millipore Corporation Cell culture and gradient migration assay methods and devices
CN101837152B (en) * 2010-03-19 2012-05-23 南方医科大学珠江医院 Control system and method of radiation type flow direction bioreactor
EP2665807B1 (en) * 2011-03-29 2018-10-10 Zhang, Yongxin Multifunctional bioreactor system and methods for cell sorting and culturing
US10526572B2 (en) 2011-04-01 2020-01-07 EMD Millipore Corporaticn Cell culture and invasion assay method and system
SG11201402558QA (en) 2011-12-03 2014-06-27 Emd Millipore Corp Micro-incubation systems for microfluidic cell culture and methods
US20130260364A1 (en) * 2012-03-30 2013-10-03 Yongxin Zhang Multifunctional Bioreactor system and methods for cell sorting and culturing
KR101422345B1 (en) * 2012-10-19 2014-07-22 한국생명공학연구원 Dual structured cell culture dish
US9005550B2 (en) 2012-10-29 2015-04-14 Corning Incorporated Multi-layered cell culture vessel with manifold grips
DK3041926T3 (en) * 2013-09-05 2020-06-08 Univ Bern DEVICE FOR IN-VITRO MODELING OF IN-VIVO TISSUE OF BODIES
CN103614296B (en) * 2013-11-15 2015-05-20 汪洋 Double-chamber three-dimensional pouring bioreactor system
WO2015159333A1 (en) * 2014-04-14 2015-10-22 株式会社島津製作所 Cell culturing device, cell culturing system and cell culturing method
CN105296350A (en) * 2015-11-30 2016-02-03 苏州钧隆塑胶有限公司 Bacterium cultivation bottle with multi-layer movable bottle bottoms
US10408821B2 (en) * 2016-04-14 2019-09-10 Triad National Security, Llc Microfluidic aspirator and methods of making and using the same
US11287358B1 (en) 2016-04-14 2022-03-29 Triad National Security, Llc Microfluidic aspirator and multi-purpose flow sensor and methods of making and using the same
SG11201900674XA (en) * 2016-07-25 2019-02-27 Ube Industries Cell culture module
CN109563476B (en) * 2016-07-25 2023-02-28 Ube 株式会社 Method for culturing cells, method for removing suspended cells, and method for killing suspended cells
CN109843417B (en) 2016-08-21 2022-09-02 艾德瓦生物技术股份有限公司 Bioreactor and method of use
CN109689853B (en) 2016-08-27 2022-08-23 三维生物科技有限公司 Bioreactor
US10982181B2 (en) * 2016-09-07 2021-04-20 Triad National Security, Llc Devices for cell culture and methods of making and using the same
JP7083144B2 (en) * 2017-12-12 2022-06-10 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 Cell encapsulation device with suction tube and its use
CN111658827A (en) * 2019-12-22 2020-09-15 西安定华电子股份有限公司 Organ stent preparation device and organ stent preparation method
US11732232B2 (en) 2020-08-14 2023-08-22 Korea Research Institute Of Bioscience And Biotechnology Biomimetic cell culture apparatus and cell culture system comprising the same
CN113174312A (en) * 2021-05-08 2021-07-27 苏州珀罗汀生物技术有限公司 Protein production device and method
WO2023158867A1 (en) * 2022-02-21 2023-08-24 Ronawk, Llc Biological cartridge and cell cultivation methods using the same

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2726313C3 (en) * 1977-06-10 1980-02-07 Battelle-Institut E.V., 6000 Frankfurt Process for the in vitro biosynthesis of hormones, in particular of insulin
DE3409501A1 (en) * 1984-03-15 1985-10-24 Sandoz-Patent-GmbH, 7850 Lörrach METHOD FOR CULTIVATING CELLS
US5868930A (en) * 1986-11-26 1999-02-09 Kopf; Henry B. Filtration cassette article and filter comprising same
US4882050A (en) * 1987-10-02 1989-11-21 Kopf Henry B Filter plate, filter plate element, and filter comprising same
US5605835A (en) * 1988-05-23 1997-02-25 Regents Of The University Of Minnesota Bioreactor device with application as a bioartificial liver
JPH0292270A (en) * 1988-09-30 1990-04-03 Terumo Corp Device for cell culture
US5478730A (en) * 1988-12-21 1995-12-26 Institute Of Protein Research Method of preparing polypeptides in cell-free translation system
US5763266A (en) * 1989-06-15 1998-06-09 The Regents Of The University Of Michigan Methods, compositions and devices for maintaining and growing human stem and/or hematopoietics cells
US4937196A (en) * 1989-08-18 1990-06-26 Brunswick Corporation Membrane bioreactor system
US5151366A (en) * 1991-05-24 1992-09-29 Invitro Scientific Products, Inc. Cell culture flask
FR2679250B1 (en) * 1991-07-19 1995-07-13 Inoteb USE OF POROUS CALCIUM CARBONATE AS A SUPPORT MATERIAL FOR THE IN VITRO CULTURE OF EUKARYOTIC CELLS.
DE4206585C2 (en) * 1992-03-03 1994-11-24 Augustinus Dr Med Bader Device for mass culture of cells
US5955343A (en) * 1992-12-28 1999-09-21 Massachusetts Institute Of Technology Stable macroscopic membranes formed by self-assembly of amphiphilic peptides and uses therefor
US5599688A (en) * 1993-10-18 1997-02-04 Precision Instrument Design Device and method for circulating fluid over a membrane
ATE238410T1 (en) * 1993-10-29 2003-05-15 Unisearch Ltd CELL SEPARATION DEVICE
US5792603A (en) * 1995-04-27 1998-08-11 Advanced Tissue Sciences, Inc. Apparatus and method for sterilizing, seeding, culturing, storing, shipping and testing tissue, synthetic or native, vascular grafts
US5688687A (en) * 1995-06-07 1997-11-18 Aastrom Biosciences, Inc. Bioreactor for mammalian cell growth and maintenance
US5998202A (en) * 1997-02-26 1999-12-07 Synthecon, Inc. Multiple chamber diffusion vessel
WO1999025319A1 (en) * 1997-11-14 1999-05-27 Depotech Corporation Production of multivesicular liposomes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0206441A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20040132175A1 (en) 2004-07-08
ATE275625T1 (en) 2004-09-15
WO2002006441A1 (en) 2002-01-24
JP2004504023A (en) 2004-02-12
EP1174497A1 (en) 2002-01-23
EP1174497B1 (en) 2004-09-08
CN1460122A (en) 2003-12-03
AU2001278542A1 (en) 2002-01-30
CN1258588C (en) 2006-06-07
DE60013585T2 (en) 2005-09-15
CA2416301A1 (en) 2002-01-24
DE60013585D1 (en) 2004-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1174497B1 (en) Culture chamber and bioreactor for the extracorporeal culture of animal cells
US6008049A (en) Diffusion gradient bioreactor and extracorporeal liver device
AU723592B2 (en) Apparatus for the large scale growth and packaging of cell suspensions and three-dimensional tissue cultures
JP5524824B2 (en) Improved bioreactor surface
US10851340B2 (en) Unitary 3D culture device
US9410113B2 (en) Bioreactor system for three-dimensional tissue stimulator
FR2803852A1 (en) Culturing device has chambers divided by a membrane into parts, one receiving cells or tissue and controlled supply of culturing fluid and second part receiving controlled supply of pressurized gas
US20210123008A1 (en) Cell culture chamber with improved cell-contacting surfaces
FR2814468A1 (en) DEVICE AS BIOREACTOR
WO2001014514A1 (en) Biological device, especially for cell culture
WO2019021528A1 (en) Oxygen supply mechanism
JP3072368B2 (en) High-density culture method of hepatocytes and apparatus therefor
Hervella Baturone Influence of oxygen mass transport on bioreactors for Tissue Engineering
FR2797886A1 (en) Device for culturing cells, has flexible biocompatible container with access conduits and partly surrounded by rigidifying body

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

17P Request for examination filed

Effective date: 20030116

17Q First examination report despatched

Effective date: 20080804

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20081015