EP2640824A1 - Cell passage device - Google Patents

Cell passage device

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Publication number
EP2640824A1
EP2640824A1 EP10782551.5A EP10782551A EP2640824A1 EP 2640824 A1 EP2640824 A1 EP 2640824A1 EP 10782551 A EP10782551 A EP 10782551A EP 2640824 A1 EP2640824 A1 EP 2640824A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
culture vessel
suspension
riser
cells
cell
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Withdrawn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
EP10782551.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Roland Huchler
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.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Roland Huchler
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 Roland Huchler filed Critical Roland Huchler
Publication of EP2640824A1 publication Critical patent/EP2640824A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00—Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS 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
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/58—Reaction vessels connected in series or in parallel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS 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
    • C12M33/00—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus
    • C12M33/12—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus by pressure

Definitions

  • the invention is in the field of automatic cultivation and further processing of biological cells and tissues and relates to an apparatus and a method for the automatic passage of biological cells or tissues during cell cultivation by means of pressurization.
  • Biological cells are capable of dividing; Individual cells can form cell aggregates and, if appropriate, entire tissue layers over a specific cultivation period. For effective cell proliferation, this process is repeated iteratively. For example, individual cells are cultured into a tissue matrix, the tissue matrix is dissolved and the cells are separated. The isolated cells are then re-cultivated in each case to form cell clusters or tissues.
  • This process is referred to as "passage.”
  • the transfer of cells from a first cell culture vessel into one or more cell culture vessels is required in known manual processes by preparing a homogenous cell suspension in the first culture vessel, aspirating the cells Cell suspension by means of a pipette and aliquoting of the cell suspension sucked into the pipette into the further cell culture vessels
  • Known solutions for the automated passage are based on a replication of these manual processes by technical means
  • CONFIRMATION COPY and replaced the hand of the laboratory staff by a suitable robot kinematics.
  • the conventional procedure of manual passage is described using the example of the passage of adherent cells: in a first step, the culture vessel containing the adherent cells is opened, in a second step supernatant over the cells, which as a rule consists of spent nutrient medium, aspirated, in a further step, the adhering to the bottom of the culture vessel cells are rinsed by optionally multiple overlays with buffer solution. In a further step, enzyme solution (trypsin) is added to dissolve the tissue assembly and detach the cells from the bottom of the vessel, and as a rule incubate with agitation.
  • trypsin enzyme solution
  • the enzyme activity is stopped by enzyme inhibitor to be dosed.
  • the detached cells and cell aggregates or pieces of tissue are suspended in nutrient medium.
  • the suspension is removed by suction from the culture vessel.
  • the cell density number of cells per unit volume in the suspension is determined.
  • the cell suspension is distributed to other cell culture vessels (aliquoted) and the cell culture vessels are sealed.
  • the known automation of the known manual process requires a high expenditure on equipment in order to simulate the work steps and actions of the laboratory staff. At the same time, the known automation does not overcome the major disadvantages of manual passage. These are above all the risk of contamination, uncontrolled mechanical stress on the biological cells during the pipetting process, which is mainly characterized by alternating application of negative pressure and overpressure (sucking up, pumping out), uncontrollable flow conditions and multiple changes in the flow direction. Furthermore, inaccuracies in the aliquoting of the cells due to segregation of the suspension occur during the residence of the suspension in the pipette.
  • the invention is based on the technical problem of providing a device for the automatic passage of biological tissue or cells (cell passage device) which substantially or completely obviates the above-described disadvantages of the prior art overcomes.
  • the invention solves this technical problem, in particular by completely turning away from solution principles known from manual passage methods. Especially the use of a pipette is avoided.
  • the invention provides a cell passage device for automatically passing a suspension of biological tissues or cells or liquid from a first culture vessel into at least one or more further culture vessels.
  • This device contains according to the invention at least one removal unit for receiving and discharging the suspension or liquid from the first culture vessel.
  • the removal unit has at least one riser for receiving the suspension or liquid and at least one pressure tube for pressurizing the first culture vessel.
  • riser and pressure tube of the extraction unit can be inserted into the first cell culture vessel and the removal unit can complete the cell culture vessel pressure-tight.
  • the removal unit is specially designed so that in the inserted state, the riser tube dips into the suspension or liquid present in the first cell culture vessel and the pressure tube is located above the liquid level.
  • the cell passage device has at least one metering unit for metering the suspension or liquid into one or more of the further culture vessels.
  • the dosing unit is specially designed to transfer the suspension or liquid removed by means of the integral withdrawal unit into one or more of the further culture vessels, especially to aliquot it distributed into a plurality of further culture vessels.
  • the cell passage device according to the invention has at least one reservoir for liquid (liquid reservoir).
  • a plurality of liquid reservoirs are provided.
  • the liquid reservoirs are specially designed to receive the media required for the passage, such as cell culture medium (nutrient medium), buffer or washing liquid, enzyme solution and optionally resuspension liquid and sterilization liquid.
  • the quantities required for the passage process can be metered automatically from the reservoirs.
  • the cell passage device according to the invention has a printing original. This is specially designed to provide the pressure required for carrying out the passage process according to the invention.
  • the artwork is optionally connectable to one or more of the foregoing elements to facilitate liquid transport (suspension transport) along the pressure gradient formed, optionally against gravity (hydrostatic pressure).
  • a further element of the cell passage device is a fluidic block which has a plurality of fluid channels and a plurality of valves associated with the fluid channels.
  • the fluid channels with the above-described elements especially with extraction unit, metering unit, at least one liquid reservoir and the artwork in fluid communication.
  • the fluidic block, fluid channels and valves are specially designed to selectively sequentially fluidly connect one or more of the protruding elements to at least one other of the protruding elements to carry out the passage, preferably to selectively pressurize and, therefore, conditional to allow a targeted liquid transport within the cell passage device.
  • the fluidic block is preferably further characterized in that the fluidic channels in the fluidic block are oriented substantially horizontally.
  • the fluid channels are oriented substantially perpendicular to the gravity vector.
  • the cell passage device according to the invention is specially designed to minimize the residence time of a suspension in fluid lines running substantially parallel to the gravity vector. Thus, the influence of gravity-induced segregation of the suspension on the distribution of the suspended cells or tissues can be prevented or reduced.
  • the invention now provides that by pressurizing the first culture vessel via the at least one pressure tube of the integral sampling element, the liquid or suspension in the first cell culture vessel can be removed via the at least one riser of the integral sampling unit.
  • biological cells or tissue parts thus suspended can be carefully removed from the first cell culture vessel in a controlled manner and transferred into the dosing unit via the fluidic block, which can preferably additionally serve as a buffer for the suspension.
  • the fluidic block which can preferably additionally serve as a buffer for the suspension.
  • the invention further provides for the media stored in the liquid reservoirs to be sequentially and selectively pressurized. tion of the liquid reservoir via the fluidic block and the integral withdrawal unit in the first culture vessel to dose.
  • the dosage of enzyme solution into the first culture vessel is thus made possible in order to bring there adherent cells in suspension in order to remove them from the culture vessel.
  • the solution according to the invention is based on the fact that liquid or suspension is not aspirated out of the culture vessel, temporarily stored in a pipette and then dispensed in metered quantities. Instead, liquid or suspension are pressed by pressurization via the pressure tube of the integral extraction unit according to the invention into a riser tube of the extraction unit according to the invention immersed in the liquid or suspension, and possibly guided without further intermediate storage and while maintaining the flow direction.
  • the suspension can thus be removed from the first culture vessel and "pressed" into one or more of the further culture vessels in a subsequent step while maintaining the direction of flow, preferably without intermediate storage, into the downstream dosing unit for metering the suspension Underpressure and overpressure, an intermediate storage with associated residence times with separation risk and the disadvantageous multiple reversal of the flow direction are avoided.
  • the invention also preferably provides that at substantially constant pressure, the amount of liquid is controlled by the opening duration of the valves in the fluidic block, taking into account the specific flow rate.
  • the fluidic block is used together with the valves as a central control unit to allow the flow of liquid and suspension in the device.
  • the control of the valves is preferably carried out programmatically.
  • the program control allows an adjustment of the dosing quantities, the predetermination of the number of aliquots in connection with the number of additional culture vessels provided in each case as well as the preselection of additional washing, sterilization and / or calibration steps.
  • riser and pressure tube are formed together as an integral unit in the form of a double needle or multiple needle.
  • This is preferably pierced by an elastic septum, which is formed on the culture vessel, wherein preferably the septum pressure-tightly closes the culture vessel in the region of the pierced needle.
  • additional means for pressure-tight sealing of the culture vessel are provided on the removal unit. These can be designed in a manner known per se as sealing lips, surface or labyrinth seals, which come into sealing engagement with the culture vessel in a special embodiment.
  • the pressure is 0.5 to about 2 bar.
  • the gas required for pressurization can be provided sterile and contamination-free.
  • the gas is ambient air.
  • the system allows the use of gas or gas compositions favorable for cell cultivation, for example, carbon dioxide-enriched oxygen gas (95% O 2 /5% CO 2 ). This allows the use of cell-friendly physical buffer systems in the cell culture media.
  • the pressure can be provided in the simplest case via a connected gas cylinder; There is no need for a mechanical pump, which further reduces the risk of contamination and simplifies maintenance.
  • the cell passage device makes it possible to carry out the passage on the basis of a purely unidirectional flow of the suspension.
  • the danger of the formation of residuals in known pipetting processes due to the necessary flow reversal there is thus avoided.
  • the device according to the invention allows, in a special embodiment, a substantially continuous transport / flow of the suspension in the passage, whereby in particular the residence time of the suspension within the removal unit can be minimized.
  • the extraction unit can therefore optionally be guided parallel to the gravity vector (vertical). Any necessary retention of the suspension in the device according to the invention takes place only in the region of the horizontal fluid channels in the fluid block. Because of the arrangement according to the invention of the fluid channels, essentially perpendicular to the gravity vector, the separation of the suspension caused by gravity, that is to say an unintentional lowering of the cells in the fluid channel, is avoided.
  • the device according to the invention avoids, in a particular embodiment, any kinematic processes within the system formed by the removal unit, dosing unit, liquid reservoir, printing original and fluidic block. As a result, dead volumes can advantageously be minimized.
  • Usable media for the realization of the passage are in particular buffer solutions or nutrient-enriched nutrient media, which are known per se.
  • Enzyme solutions, in particular trypsin, which may be used in conjunction with EDTA, may be used for the cell separation and detachment of adherent cells to produce a suspension.
  • cleaning media for the lines, vessels and valves can be provided via a liquid reservoir according to the invention, in order to free the entire device from cells and other contaminants, for example in preparation for a passage process or subsequently.
  • Ethanol, propanol, peracetic acid and / or hydrogen peroxide can be used in particular as cleaning media.
  • the cross-section of the fluid channels does not exceed a certain size to secure formation Menisken and to prevent mixing of air or gas with liquid or suspension.
  • an abrupt change in the cross section of the fluidic channels that is to say particularly abrupt transitions, corners and edges, is further avoided by avoiding through flow cavities and negative pressure with the risk of outgassing the liquid or suspension. This can prevent foaming in the system.
  • a further aspect of the invention is a method for the automatic passage of cells or tissues in suspension from a first culture vessel into one or more further culture vessels using the cell passage device according to the invention described herein.
  • the method has at least the following steps: In a first step, the removal unit containing at least one riser and at least one pressure tube is introduced into the first culture vessel and the culture vessel is closed pressure-tight, preferably via the removal unit. In a further step, the interior of the culture vessel is pressurized with the pressure tube, whereby liquid or suspension in the culture vessel is removed via the at least one riser, following the pressure gradient.
  • the method according to the invention is further characterized in that the liquid or suspension discharged via the riser pipe is transferred via a metering unit connected to the riser pipe into at least one further culture vessel.
  • the pressurization of the culture vessel via the pressure tube the only driving force for discharging the liquid or suspension from the culture vessel, and preferably for transferring the liquid or suspension, via the metering unit in at least one further culture vessel.
  • the method further provides that for transferring the liquid or suspension pension from the first culture vessel into the at least one further culture vessel an, at least temporary, fluid connection between the riser and the metering unit is produced.
  • this fluid connection is always flowed through in the same flow direction during the automatic passage of the liquid or suspension.
  • Figure 1 shows an embodiment of the extraction unit (1 10) according to the invention with a riser (1 12) for receiving the suspension or other liquid and a pressure tube (1 14) for pressurizing, which are introduced into a culture vessel (200).
  • riser (1 12) and pressure tube (114) are formed as an integral double needle, which is inserted in the region of the septum (202) of the first culture vessel (200).
  • the culture vessel (200) is sealed pressure-tight with respect to the environment.
  • Figure 2 shows the overall structure of a particular embodiment of the cell passage device (100) according to the invention with removal unit (110), dosing unit (120), liquid reservoirs (131, 132, 133, 134) and print template (140).
  • the reservoir (131) preferably contains buffer solution
  • the reservoir (132) preferably contains enzyme solution
  • the reservoir (133) preferably contains nutrient medium
  • the reservoir (134) preferably contains cleaning fluid.
  • the dosing unit (120) has a single needle (122) which can be selectively brought into the further culture vessels (210) in order to maintain the suspension there. pension or liquid to dose.
  • the valves (154) and the fluid connections between the valves and the aforementioned elements are arranged in an integral fluidic block (150) (not shown in the schematic diagram). In the illustrated embodiment, the valves are electromagnetically actuated.
  • the control takes place via a central computer by means of hardware / software implemented program.
  • waste container (160) and pressure pump (170) with pressure reducer (172) are provided.
  • Example: Automated Passage The first culture vessel (200) containing the cells or tissues to be passed is provided.
  • the removal unit (110) with riser (112) and pressure tube (114) is introduced into the culture vessel (200), wherein the riser (112) is positioned below the liquid level, as close as possible to the bottom of the culture vessel (200).
  • the pressure tube (114) is located in the culture vessel above the liquid level.
  • the printing original (140) is connected to the pressure tube (114) in order to pressurize the interior of the culture vessel (200) with overpressure.
  • the liquid in the culture vessel (200) deviates via the riser (112) and is thus conveyed out of the culture vessel (200) in the direction of the fluidic block (150).
  • nutrient medium supernatant is removed from the culture vessel (200).
  • the nutrient medium removed from the culture vessel (200) is removed from the system via the fluidic block (150).
  • the riser (112) via the fluidic block (150) with an optional waste container (160) is brought into connection and the pressurization of the culture vessel (200) the nutrient medium from the culture vessel (200) via the riser (112) and the fluidic block (150) in the optional waste container (160) out.
  • buffer solution is added to wash the cells or tissues remaining in the culture vessel (200).
  • the liquid reservoir is brought into contact with buffer solution (131) by switching at least one valve within the fluidic block (150) to the printing master (140) in order to meter buffer solution from the reservoir (131).
  • the buffer solution metered from the reservoir (131) is metered into the culture vessel via the riser (112) or optionally via another feed tube of the removal unit (113, not shown).
  • the added buffer solution is removed by pressurization of the culture vessel (200) via the pressure tube (114) via the riser (112) as described above and preferably transferred to the optional waste container (160).
  • the process of washing is optionally repeated once or several times.
  • enzyme solution is then removed from reservoir (132) by actuation of the corresponding valves in fluidic block (150) via riser (112) or optionally via the additional supply tube (113) for detachment of adherent cells to prepare the suspension ) into the culture vessel (200) and incubate the cells in the culture vessel (200) with enzyme solution. After the incubation period and, if appropriate, by assisting the detachment process by mechanical vibrations (ultrasound, etc.), by adding a solution inhibiting the enzyme activity (analogous for the above-mentioned addition of a buffer solution) stopped.
  • nutrient medium in particular from reservoir (133) is metered into the culture vessel (200) in the above-described manner by actuation of at least one corresponding valve in the fluidic block (150) via riser (112) or optional additional feed tube (113).
  • the detached cells are suspended (resuspended) in the dosed nutrient medium.
  • the formation of a substantially homogeneous suspension by additional mechanical measures (ultrasound, etc.) in the culture vessel (200) is supported.
  • the suspension obtained is then fed via the riser (112) into the fluidic block (150) and via the fluidic block (150) into the metering unit (120) by pressurizing the culture vessel (200) via the pressure tube (114) .
  • Targeted control of the opening times of the valves preferably makes it possible to meter the suspension onto the dosing unit (120) and thus to aliquot the suspension to a plurality of culture vessels (210).
  • the device is rinsed and cleaned by flushing with cleaning fluid from Reservoir (134) after passage, in order to avoid cross-contamination between individual passages.

Abstract

The invention is in the field of automatic culturing and further processing of biological cells and tissues and relates to a device and a method for the automatic passage of biological cells or tissues in cell culture via pressurizing.

Description

Zellpassagevorrichtung  Cell passage device
Beschreibung: Description:
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der automatischen Kultivierung und Weiterverarbeitung von biologischen Zellen und Geweben und betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatischen Passage von biologischen Zellen oder Geweben bei der Zellkultivierung mittels Druckbeaufschlagung. The invention is in the field of automatic cultivation and further processing of biological cells and tissues and relates to an apparatus and a method for the automatic passage of biological cells or tissues during cell cultivation by means of pressurization.
Bei der Produktion von Zellen und aus Zellen aufgebauten Geweben oder Gewebeschichten stellen Maßnahmen zur Zellproliferati- on/Zellvermehrung zentrale Prozessschritte dar. Biologische Zellen sind teilungsfähig; aus einzelnen Zellen können sich über eine bestimmte Kultivierungsdauer Zellverbände und gegebenenfalls ganze Gewebeschichten ausbilden. Zur effektiven Zellvermehrung wird dieser Vorgang iterativ wiederholt. Einzelne Zellen werden beispielswei- se zu einem Gewebeverband kultiviert, der Gewebeverband wird aufgelöst und die Zellen werden vereinzelt. Die vereinzelten Zellen werden anschließend erneut jeweils zu Zellverbänden oder Geweben kultiviert. Dieser Vorgang wird als„Passage" bezeichnet. Zur Passage von Zellen ist insbesondere das Transferieren von Zellen aus einem ersten Zellkulturgefäß in eines oder mehrere weitere Zellkulturgefäße erforderlich. Dies erfolgt in bekannten manuellen Prozessen durch Herstellen einer möglichst homogen Zellsuspension in dem ersten Kulturgefäß, Absaugen der Zellsuspension mittels Pipette und Aliquotieren der in die Pipette gesaugten Zellsuspension in die weiteren Zellkulturgefäße. Bekannte Lösungsansätze für die automatisierte Passage beruhen auf einer Nachbildung dieser manuellen Prozesse mit technischen Mitteln. Dabei werden letztlich der Arm In the production of cells and tissues or tissue layers constructed from cells, measures for cell proliferation / cell proliferation represent central process steps. Biological cells are capable of dividing; Individual cells can form cell aggregates and, if appropriate, entire tissue layers over a specific cultivation period. For effective cell proliferation, this process is repeated iteratively. For example, individual cells are cultured into a tissue matrix, the tissue matrix is dissolved and the cells are separated. The isolated cells are then re-cultivated in each case to form cell clusters or tissues. This process is referred to as "passage." In particular, the transfer of cells from a first cell culture vessel into one or more cell culture vessels is required in known manual processes by preparing a homogenous cell suspension in the first culture vessel, aspirating the cells Cell suspension by means of a pipette and aliquoting of the cell suspension sucked into the pipette into the further cell culture vessels Known solutions for the automated passage are based on a replication of these manual processes by technical means
BESTÄTIGUNGSKOPIE und die Hand des Laborpersonals durch eine geeignete Roboterkinematik ersetzt. Der herkömmliche Ablauf der manuellen Passage soll am Beispiel der Passage von adhärenten Zellen beschrieben werden: In einem ersten Schritt wird das die adhärenten Zellen ent- haltene Kulturgefäß geöffnet, in einem zweiten Schritt Überstand über den Zellen, der in der Regel aus verbrauchtem Nährmedium besteht, abgesaugt, in einem weiteren Schritt werden die am Boden des Kulturgefäßes anhaftenden Zellen durch gegebenenfalls mehrfaches Überschichten mit Pufferlösung gespült. In einem weiteren Schritt wird zur Auflösung des Gewebeverbands und zum Ablösen der Zellen vom Gefäßboden Enzymlösung (Trypsin) zugegeben und in der Regel unter Bewegung inkubiert. In einem weiteren Schritt wird durch zu dosierendes Enzym Inhibitors die Enzymaktivität gestoppt. In einem weiteren Schritt werden die abgelösten Zellen und Zellverbände oder Gewebestücke in Nährmedium suspendiert. In einem weiteren Schritt wird die Suspension aus dem Kulturgefäß abgesaugt. In einem optionalen Schritt wird die Zelldichte (Zellzahl pro Volumeneinheit) in der Suspension bestimmt. In den abschließenden Schritten wird die Zellsuspension auf andere Zellkulturgefä- ße verteilt (aliquotiert) und die Zellkulturgefäße werden verschlossen. CONFIRMATION COPY and replaced the hand of the laboratory staff by a suitable robot kinematics. The conventional procedure of manual passage is described using the example of the passage of adherent cells: in a first step, the culture vessel containing the adherent cells is opened, in a second step supernatant over the cells, which as a rule consists of spent nutrient medium, aspirated, in a further step, the adhering to the bottom of the culture vessel cells are rinsed by optionally multiple overlays with buffer solution. In a further step, enzyme solution (trypsin) is added to dissolve the tissue assembly and detach the cells from the bottom of the vessel, and as a rule incubate with agitation. In a further step, the enzyme activity is stopped by enzyme inhibitor to be dosed. In a further step, the detached cells and cell aggregates or pieces of tissue are suspended in nutrient medium. In a further step, the suspension is removed by suction from the culture vessel. In an optional step, the cell density (number of cells per unit volume) in the suspension is determined. In the final steps, the cell suspension is distributed to other cell culture vessels (aliquoted) and the cell culture vessels are sealed.
An den Prozess werden sehr hohe Anforderungen gestellt. Alle Handhabungsschritte müssen steril durchgeführt werden, eine Kontamination des Zellmaterials muss ausgeschlossen werden. Flüssigkeitsmengen sind bis auf wenige Volumenprozent genau zu dosie- ren, da ansonsten die Reproduzierbarkeit und die auf den Zellkulturen basierenden Untersuchungen verfälscht sein können. Im Zusammenhang mit der Passage adhärenter Zellen ist es erforderlich, enzymatische Prozesse einzusetzen. Hierbei muss eine vordefinierte Verweildauer exakt eingehalten werden. Gleichzeitig wird von einem automatisierten System verlangt, dass es flexibel einsetzbar ist, um unterschiedliche Zellen und unterschiedliche Kultivierungsansätze durchführen zu können. Die Anpassbarkeit der Volumina, die Anpassung an unterschiedliche Nährmedien und Reagenzien, besonders enzymatische Lösungen, Färbelösungen und Hilfsflüssigkeiten, ist ebenfalls erforderlich. Da die Passage und der Medienwechsel regelmäßig wiederholt durchgeführt werden müssen, soll der hierfür benötigte Zeitaufwand minimal sein. Weiter wird gefordert, dass der Aufwand für die benötigte Infrastruktur, besonders der aparative Aufwand zur Realisierung der automatisierten Passage möglichst gering ist. Very high demands are placed on the process. All handling steps must be performed sterile, contamination of the cell material must be excluded. Liquid quantities must be precisely metered, except for a few percent by volume, since otherwise the reproducibility and the investigations based on the cell cultures may be falsified. In connection with the passage of adherent cells, it is necessary to use enzymatic processes. Here, a predefined residence time must be maintained exactly. At the same time is from a automated system requires that it can be used flexibly to perform different cells and different cultivation approaches. The adaptability of the volumes, the adaptation to different nutrient media and reagents, especially enzymatic solutions, staining solutions and auxiliary liquids, is also required. Since the passage and the media change must be repeated regularly, the time required for this should be minimal. It is further demanded that the expenditure for the required infrastructure, in particular the aparative expenditure for the realization of the automated passage, is as small as possible.
Die bekannte Automatisierung des bekannten manuellen Prozesses verlangt einen hohen apparativen Aufwand, um die Arbeitsschritte und Handlungen des Laborpersonals nachzubilden. Gleichzeitig überwindet die bekannte Automatisierung nicht die wesentlichen Nachteile der manuellen Passage. Diese sind vor allem die Kontaminationsgefahr, unkontrollierter mechanischer Stress auf die biologischen Zellen während des Pipettiervorgangs, der vor allem durch abwechselndes Anlegen von Unterdruck und Überdruck (aufsaugen, auspumpen), unkontrollierbare Strömungsverhältnisse und mehrfachen Wechsel der Strömungsrichtung gekennzeichnet ist. Weiter treten Ungenauigkeiten bei der Aliquotierung der Zellen aufgrund einer Entmischung der Suspension während des Verweilens der Suspension in der Pipette auf. Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung zur automatischen Passage biologischer Gewebe oder Zellen (Zellpassagevorrichtung) bereitzustellen, die die vorbeschriebenen Nachteile aus dem Stand der Technik weitgehend oder vollständig überwindet. Die Erfindung löst dieses technische Problem besonders durch völlige Abkehr von aus den manuellen Passageverfahren bekannten Lösungsprinzipien. Besonders wird der Einsatz einer Pipette vermieden. Gemäß eines ersten Aspekts stellt die Erfindung eine Zellpassagevorrichtung zur automatischen Passage einer Suspension biologischer Gewebe oder Zellen oder Flüssigkeit aus einem ersten Kulturgefäß in mindestens eines oder mehrere weitere Kulturgefäße bereit. Diese Vorrichtung enthält erfindungsgemäß mindestens eine Ent- nahmeeinheit zur Aufnahme und zum Abführen der Suspension oder Flüssigkeit aus dem ersten Kulturgefäß. Die Entnahmeeinheit weist mindestens ein Steigrohr zur Aufnahme der Suspension oder Flüssigkeit und mindestens ein Druckrohr zur Druckbeaufschlagung des ersten Kulturgefäßes auf. Dabei ist besonders vorgesehen, dass Steigrohr und Druckrohr der Entnahmeeinheit in das erste Zellkulturgefäß einführbar sind und die Entnahmeeinheit das Zellkulturgefäß druckdicht abschließen kann. Die Entnahmeeinheit ist speziell ausgebildet, dass im eingeführten Zustand das Steigrohr in die im ersten Zellkulturgefäß befindliche Suspension oder Flüssigkeit eintaucht und das Druckrohr sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels befindet. The known automation of the known manual process requires a high expenditure on equipment in order to simulate the work steps and actions of the laboratory staff. At the same time, the known automation does not overcome the major disadvantages of manual passage. These are above all the risk of contamination, uncontrolled mechanical stress on the biological cells during the pipetting process, which is mainly characterized by alternating application of negative pressure and overpressure (sucking up, pumping out), uncontrollable flow conditions and multiple changes in the flow direction. Furthermore, inaccuracies in the aliquoting of the cells due to segregation of the suspension occur during the residence of the suspension in the pipette. The invention is based on the technical problem of providing a device for the automatic passage of biological tissue or cells (cell passage device) which substantially or completely obviates the above-described disadvantages of the prior art overcomes. The invention solves this technical problem, in particular by completely turning away from solution principles known from manual passage methods. Especially the use of a pipette is avoided. According to a first aspect, the invention provides a cell passage device for automatically passing a suspension of biological tissues or cells or liquid from a first culture vessel into at least one or more further culture vessels. This device contains according to the invention at least one removal unit for receiving and discharging the suspension or liquid from the first culture vessel. The removal unit has at least one riser for receiving the suspension or liquid and at least one pressure tube for pressurizing the first culture vessel. It is particularly provided that riser and pressure tube of the extraction unit can be inserted into the first cell culture vessel and the removal unit can complete the cell culture vessel pressure-tight. The removal unit is specially designed so that in the inserted state, the riser tube dips into the suspension or liquid present in the first cell culture vessel and the pressure tube is located above the liquid level.
Weiter weist die erfindungsgemäße Zellpassagevorrichtung mindestens eine Dosiereinheit zur Dosierung der Suspension oder Flüssigkeit in eines oder mehrere der weiteren Kulturgefäße auf. Die Dosiereinheit ist speziell ausgebildet, die mittels der integralen Entnah- meeinheit entnommene Suspension oder Flüssigkeit in eines oder mehrere der weiteren Kulturgefäße zu überführen, besonders in mehrere weitere Kulturgefäße verteilt zu aliquotieren. Weiter weist die erfindungsgemäße Zellpassagevorrichtung mindestens ein Reservoir für Flüssigkeit (Flüssigkeitsreservoir) auf. Bevorzugt sind mehrere Flüssigkeitsreservoirs vorgesehen. Die Flüssigkeitsreservoirs sind speziell ausgebildet, um die für den Vorgang der Passage erforderlichen Medien, wie Zellkulturmedium (Nährmedium), Puffer oder Waschflüssigkeit, Enzymlösung und gegebenenfalls Resuspendierungsflüssigkeit sowie Sterilisationsflüssigkeit, aufzunehmen. Die für den Passagevorgang erforderlichen Mengen sind automatisiert aus den Reservoirs dosierbar. Weiter weist die erfindungsgemäße Zellpassagevorrichtung eine Druckvorlage auf. Diese ist speziell ausgebildet, um den zur Durchführung des Passagevorgangs erfindungsgemäß erforderlichen Überdruck bereitzustellen. Bevorzugt ist die Druckvorlage wahlweise mit einem oder mehreren der vorstehenden Elemente verbindbar, um Flüssigkeitstransport (Transport von Suspension) entlang des gebildeten Druckgefälles gegebenenfalls entgegen der Schwerkraft (hydrostatischer Druck) zu ermöglichen. Furthermore, the cell passage device according to the invention has at least one metering unit for metering the suspension or liquid into one or more of the further culture vessels. The dosing unit is specially designed to transfer the suspension or liquid removed by means of the integral withdrawal unit into one or more of the further culture vessels, especially to aliquot it distributed into a plurality of further culture vessels. Furthermore, the cell passage device according to the invention has at least one reservoir for liquid (liquid reservoir). Preferably, a plurality of liquid reservoirs are provided. The liquid reservoirs are specially designed to receive the media required for the passage, such as cell culture medium (nutrient medium), buffer or washing liquid, enzyme solution and optionally resuspension liquid and sterilization liquid. The quantities required for the passage process can be metered automatically from the reservoirs. Furthermore, the cell passage device according to the invention has a printing original. This is specially designed to provide the pressure required for carrying out the passage process according to the invention. Preferably, the artwork is optionally connectable to one or more of the foregoing elements to facilitate liquid transport (suspension transport) along the pressure gradient formed, optionally against gravity (hydrostatic pressure).
Ein weiteres erfindungsgemäßes Element der Zellpassagevorrichtung ist ein Fluidikblock, der eine Mehrzahl von Fluidkanälen sowie eine Mehrzahl von den Fluidkanälen zugeordneten Ventilen aufweist. Dabei sind die Fluidkanäle mit den vorbeschriebenen Elementen, besonders also mit Entnahmeeinheit, Dosiereinheit, mindestens einem Flüssigkeitsreservoir und der Druckvorlage in Fluidverbindung. Fluidikblock, Fluidkanäle und Ventile sind dabei speziell ausgebildet, um zur Durchführung des Passagevorgangs vorzugsweise sequentiell eine oder mehrere der vorstehenden Elemente mit mindestens einem weiteren der vorstehenden Elemente selektiv in Fluidverbindung zu bringen, um eine selektive Druckbeaufschlagung und, da- durch bedingt, einen gezielten Flüssigkeitstransport innerhalb der Zellpassagevorrichtung zu ermöglichen. A further element of the cell passage device according to the invention is a fluidic block which has a plurality of fluid channels and a plurality of valves associated with the fluid channels. In this case, the fluid channels with the above-described elements, especially with extraction unit, metering unit, at least one liquid reservoir and the artwork in fluid communication. The fluidic block, fluid channels and valves are specially designed to selectively sequentially fluidly connect one or more of the protruding elements to at least one other of the protruding elements to carry out the passage, preferably to selectively pressurize and, therefore, conditional to allow a targeted liquid transport within the cell passage device.
Der Fluidikblock ist bevorzugt weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidikkanäle in dem Fluidikblock im Wesentlichen waagerecht orientiert sind. Darunter ist gemäß dieser Erfindung zu verstehen, dass die Fluidkanäle im Wesentlichen senkrecht zum Schwerkraftvektor orientiert sind. Die erfindungsgemäße Zellpassagevorrichtung ist speziell ausgebildet, die Verweildauer einer Suspension in im Wesentlichen parallel zum Schwerkraftvektor verlaufenden Fluidlei- tungen zu minimieren. Somit kann der Einfluss der schwerkraftbedingten Entmischung der Suspension auf die Verteilung der suspendierten Zellen oder Gewebe verhindert oder vermindert werden. The fluidic block is preferably further characterized in that the fluidic channels in the fluidic block are oriented substantially horizontally. By this is meant according to this invention that the fluid channels are oriented substantially perpendicular to the gravity vector. The cell passage device according to the invention is specially designed to minimize the residence time of a suspension in fluid lines running substantially parallel to the gravity vector. Thus, the influence of gravity-induced segregation of the suspension on the distribution of the suspended cells or tissues can be prevented or reduced.
Die Erfindung sieht nun vor, dass durch Druckbeaufschlagung des ersten Kulturgefäßes über das mindestens eine Druckrohr des integ- ralen Entnahmeelements die sich in dem ersten Zellkulturgefäß befindliche Flüssigkeit oder Suspension über das mindestens eine Steigrohr der integralen Entnahmeeinheit abgeführt werden kann. The invention now provides that by pressurizing the first culture vessel via the at least one pressure tube of the integral sampling element, the liquid or suspension in the first cell culture vessel can be removed via the at least one riser of the integral sampling unit.
Durch die erfindungsgemäße Druckbeaufschlagung können so in Suspension befindliche biologische Zellen oder Gewebeteile auf kon- trollierte Weise aus dem ersten Zellkulturgefäß schonend entnommen und über den Fluidikblock, der bevorzugt zusätzlich als Zwischenspeicher der Suspension dienen kann, in die Dosiereinheit überführt werden. Durch Druckbeaufschlagung der entnommenen Suspension kann diese über die Dosiereinheit in eines oder mehrere der weiteren Kulturgefäße überführt werden. As a result of the pressurization according to the invention, biological cells or tissue parts thus suspended can be carefully removed from the first cell culture vessel in a controlled manner and transferred into the dosing unit via the fluidic block, which can preferably additionally serve as a buffer for the suspension. By pressurizing the withdrawn suspension, it can be transferred via the metering unit into one or more of the further culture vessels.
Die Erfindung sieht weiter vor, die in den Flüssigkeitsreservoirs gespeicherten Medien sequentiell und selektiv durch Druckbeaufschla- gung des Flüssigkeitsreservoirs über den Fluidikblock und die integrale Entnahmeneinheit in das erste Kulturgefäß zu dosieren. In einer besonderen Ausgestaltung wird so die Dosierung von Enzymlösung in das erste Kulturgefäß ermöglicht, um dort adhärente Zellen in Suspension zu bringen, um sie aus dem Kulturgefäß abzuführen. The invention further provides for the media stored in the liquid reservoirs to be sequentially and selectively pressurized. tion of the liquid reservoir via the fluidic block and the integral withdrawal unit in the first culture vessel to dose. In a particular embodiment, the dosage of enzyme solution into the first culture vessel is thus made possible in order to bring there adherent cells in suspension in order to remove them from the culture vessel.
Die erfindungsgemäße Lösung basiert vor allem darauf, dass Flüssigkeit oder Suspension aus dem Kulturgefäß nicht abgesaugt, in einer Pipette zwischengespeichert und anschließend dosiert abgegeben werden. Stattdessen werden Flüssigkeit oder Suspension durch Druckbeaufschlagung über das erfindungsgemäße Druckrohr der integralen Entnahmeeinheit in ein erfindungsgemäßes in die Flüssigkeit oder Suspension eintauchendes Steigrohr der Entnahmeeinheit gepresst, und gegebenenfalls ohne weitere Zwischenspei- cherung und unter Beibehaltung der Strömungsrichtung geführt. Be- sonders kann so die Suspension aus dem ersten Kulturgefäß abgeführt und in einem Arbeitsschritt unter Beibehaltung der Strömungsrichtung, bevorzugt ohne Zwischenspeicherung, in die nachgeschaltete Dosiereinheit zur Dosierung der Suspension in eines oder mehrere der weiteren Kulturgefäße„gedrückt" werden. Ein Wechsel zwi- sehen Unterdruck und Überdruck, eine Zwischenspeicherung mit damit verbunden Verweilzeiten mit Entmischungsrisiko und die nachteilige mehrfache Umkehrung der Strömungsrichtung werden vermieden. Above all, the solution according to the invention is based on the fact that liquid or suspension is not aspirated out of the culture vessel, temporarily stored in a pipette and then dispensed in metered quantities. Instead, liquid or suspension are pressed by pressurization via the pressure tube of the integral extraction unit according to the invention into a riser tube of the extraction unit according to the invention immersed in the liquid or suspension, and possibly guided without further intermediate storage and while maintaining the flow direction. In particular, the suspension can thus be removed from the first culture vessel and "pressed" into one or more of the further culture vessels in a subsequent step while maintaining the direction of flow, preferably without intermediate storage, into the downstream dosing unit for metering the suspension Underpressure and overpressure, an intermediate storage with associated residence times with separation risk and the disadvantageous multiple reversal of the flow direction are avoided.
Zu Transport und Dosierung von Flüssigkeit oder Suspension sieht die Erfindung außerdem bevorzugt vor, dass bei im Wesentlichen konstantem Druck die Menge der Flüssigkeit unter Berücksichtung der spezifischen Strömungsgeschwindigkeit durch die Öffnungsdauer der Ventile im Fluidikblock gesteuert wird. Der Fluidikblock dient zusammen mit den Ventilen als zentrale Steuerungseinheit, um den Strom von Flüssigkeit und Suspension in der Vorrichtung zu ermöglichen. Die Ansteuerung der Ventile erfolgt vorzugsweise programmgesteuert. In einer besonderen Ausgestaltung erlaubt die Pro- grammsteuerung eine Anpassung der Dosiermengen, die Vorbestimmung der Zahl der Aliquote in Verbindung mit der Zahl der jeweils vorgesehenen weiteren Kulturgefäße sowie die Vorwahl zusätzlicher Wasch-, Sterilisierungs- und/oder Kalibrierungsschritte. For transport and metering of liquid or suspension, the invention also preferably provides that at substantially constant pressure, the amount of liquid is controlled by the opening duration of the valves in the fluidic block, taking into account the specific flow rate. The fluidic block is used together with the valves as a central control unit to allow the flow of liquid and suspension in the device. The control of the valves is preferably carried out programmatically. In a particular embodiment, the program control allows an adjustment of the dosing quantities, the predetermination of the number of aliquots in connection with the number of additional culture vessels provided in each case as well as the preselection of additional washing, sterilization and / or calibration steps.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Entnahmeeinheit sind Steig- rohr und Druckrohr zusammen als integrale Einheit in Form einer Doppelnadel oder Mehrfachnadel ausgebildet. Diese wird bevorzugt durch ein elastisches Septum, das an dem Kulturgefäß ausgebildet ist, eingestochen, wobei vorzugsweise das Septum das Kulturgefäß im Bereich der eingestochenen Nadel druckdicht verschließt. In einer anderen Ausgestaltung sind an der Entnahmeeinheit zusätzliche Mittel zum druckdichten Verschließen des Kulturgefäßes vorgesehen. Diese können in an sich bekannter Weise als Dichtlippen, Flächenoder Labyrinthdichtungen ausgebildet sein, die in besonderer Ausgestaltung mit dem Kulturgefäß dichtend in Eingriff kommen. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz von Überdruck kann die Gefahr einer Kontamination im Gesamtsystem vermieden werden. Zweckmäßigerweise beträgt der Überdruck 0,5 bis etwa 2 bar. Das zur Druckbeaufschlagung erforderliche Gas kann steril und kontaminationsfrei bereitgestellt werden. In einer ersten Variante ist das Gas Umgebungsluft. Daneben erlaubt das System, die Verwendung von für die Zellkultivierung günstigen Gase oder Gaszusammensetzungen, beispielsweise mit Kohlendioxid angereichertes Sauerstoffgas (95% 02/5% C02). Dies erlaubt die Verwendung zellschonender physikalischer Puffersysteme in den Zellkulturmedien. Der Druck kann dabei im einfachsten Fall über eine angeschlossene Gasflasche bereitgestellt werden; eine mechanische Pumpe erübrigt sich dabei, was das Kontaminationsrisiko weiter reduziert und die War- tung vereinfacht. In a preferred embodiment of the removal unit riser and pressure tube are formed together as an integral unit in the form of a double needle or multiple needle. This is preferably pierced by an elastic septum, which is formed on the culture vessel, wherein preferably the septum pressure-tightly closes the culture vessel in the region of the pierced needle. In another embodiment, additional means for pressure-tight sealing of the culture vessel are provided on the removal unit. These can be designed in a manner known per se as sealing lips, surface or labyrinth seals, which come into sealing engagement with the culture vessel in a special embodiment. By using positive pressure according to the invention, the risk of contamination in the overall system can be avoided. Conveniently, the pressure is 0.5 to about 2 bar. The gas required for pressurization can be provided sterile and contamination-free. In a first variant, the gas is ambient air. In addition, the system allows the use of gas or gas compositions favorable for cell cultivation, for example, carbon dioxide-enriched oxygen gas (95% O 2 /5% CO 2 ). This allows the use of cell-friendly physical buffer systems in the cell culture media. The pressure can be provided in the simplest case via a connected gas cylinder; There is no need for a mechanical pump, which further reduces the risk of contamination and simplifies maintenance.
Die erfindungsgemäße Zellpassagevorrichtung ermöglicht in besonderer Ausgestaltung die Passage auf Grundlage einer rein unidirek- tionalen Strömung der Suspension durchzuführen. Die in bekannten Pipettierverfahren durch die dort notwendige Strömungsumkehr be- stehende Gefahr der Bildung von Residuen wird so vermieden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt in besonderer Ausgestaltung einen im Wesentlichen kontinuierlichen Transport/Fluss der Suspension in der Passage, wodurch besonders die Verweildauer der Suspension innerhalb der Entnahmeeinheit minimiert werden kann. Die Entnahmeeinheit kann daher gegebenenfalls parallel zum Schwerkraftvektor (senkrecht) geführt werden. Ein gegebenenfalls erforderliches Verweilen der Suspension in der erfindungsgemäßen Vorrichtung findet nur im Bereich der waagerechten Fluidkanäle in dem Flu- idikblock statt. Aufgrund der erfindungsgemäß waagerechten Anord- nung der Fluidkanäle, im Wesentlichen senkrecht zum Schwerkraftvektor, wird die bei der schwerkraftbedingte Entmischung der Suspension, das heißt ein ungewolltes Absinken der Zellen im Fluidka- nal, vermieden. In a particular embodiment, the cell passage device according to the invention makes it possible to carry out the passage on the basis of a purely unidirectional flow of the suspension. The danger of the formation of residuals in known pipetting processes due to the necessary flow reversal there is thus avoided. The device according to the invention allows, in a special embodiment, a substantially continuous transport / flow of the suspension in the passage, whereby in particular the residence time of the suspension within the removal unit can be minimized. The extraction unit can therefore optionally be guided parallel to the gravity vector (vertical). Any necessary retention of the suspension in the device according to the invention takes place only in the region of the horizontal fluid channels in the fluid block. Because of the arrangement according to the invention of the fluid channels, essentially perpendicular to the gravity vector, the separation of the suspension caused by gravity, that is to say an unintentional lowering of the cells in the fluid channel, is avoided.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung vermeidet in besonderer Ausges- taltung jegliche kinematische Vorgänge innerhalb des durch Entnahmeeinheit, Dosiereinheit, Flüssigkeitsreservoir, Druckvorlage und Fluidikblock gebildeten Systems. Dadurch können vorteilhafterweise Totvolumen minimiert werden. Weiter sind kinematische Vorgänge, beispielsweise Kolbenhübe, einem Verschleiß unterworfen. Gemäß der Erfindung wird so das Risiko des Dichtigkeitsverlusts durch Verschleiß und der Kontamination durch Abrieb an bewegten Teilen innerhalb des Systems ausgeschlossen. Einsetzbare Medien zur Realisierung der Passage sind insbesondere Pufferlösungen oder mit Nährsubstanzen angereicherte Nährmedien, die an sich bekannt sind. Für die Zellvereinzelung und Ablösung ad- härenter Zellen zur Herstellung einer Suspension können Enzymlösungen, insbesondere Trypsin, die gegebenenfalls in Verbindung mit EDTA eingesetzt werden. Weitere an sich proteolytische Enzyme sind ebenfalls gut zur Vereinzelung der Zellen zur Vorbereitung der Passage geeignet. Daneben können über ein erfindungsgemäßes Flüssigkeitsreservoir Reinigungsmedien für die Leitungen, Gefäße und Ventile bereitgestellt werden, um, beispielsweise in Vorbereitung eines Passageprozesses oder im Anschluss daran, die gesamte Vorrichtung von Zellen und anderen Kontaminationen zu befreien. Als Reinigungsmedien sind insbesondere Ethanol, Propanol, Peressigsäure und/oder Wasserstoffperoxid einsetzbar. The device according to the invention avoids, in a particular embodiment, any kinematic processes within the system formed by the removal unit, dosing unit, liquid reservoir, printing original and fluidic block. As a result, dead volumes can advantageously be minimized. Next are kinematic processes, For example, piston strokes, subjected to wear. Thus, according to the invention, the risk of leakage from wear and contamination from wear on moving parts within the system is eliminated. Usable media for the realization of the passage are in particular buffer solutions or nutrient-enriched nutrient media, which are known per se. Enzyme solutions, in particular trypsin, which may be used in conjunction with EDTA, may be used for the cell separation and detachment of adherent cells to produce a suspension. Other per se proteolytic enzymes are also well suited for separating the cells to prepare for passage. In addition, cleaning media for the lines, vessels and valves can be provided via a liquid reservoir according to the invention, in order to free the entire device from cells and other contaminants, for example in preparation for a passage process or subsequently. Ethanol, propanol, peracetic acid and / or hydrogen peroxide can be used in particular as cleaning media.
Um einen zuverlässigen Transport von Flüssigkeit und Suspension durch Druckbeaufschlagung mittels Luft oder Gas zu ermöglichen, ist besonders vorgesehen, dass der Querschnitt der Fluidkanäle, in Abhängigkeit von den physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeiten und des Wandmaterials der Fluidkanäle eine bestimmte Größe nicht überschreitet, um eine sichere Bildung von Menisken zu gewährleis- ten und eine Vermischung von Luft oder Gas mit Flüssigkeit oder Suspension zu verhindern. In besonderer Ausgestaltung wird weiter eine abrupte Änderung des Querschnitts der Fluidikkanäle, das heißt besonders abrupte Übergänge, Ecken und Kanten, vermieden, um bei durch Strömung Kavitäten und Unterdruckbildung mit dem Risiko der Ausgasung der Flüssigkeit oder Suspension zu verhindern. Dadurch kann die Schaumbildung im System verhindert werden. In order to enable a reliable transport of liquid and suspension by pressurization by means of air or gas, it is particularly provided that the cross-section of the fluid channels, depending on the physical properties of the fluids and the wall material of the fluid channels does not exceed a certain size to secure formation Menisken and to prevent mixing of air or gas with liquid or suspension. In a particular embodiment, an abrupt change in the cross section of the fluidic channels, that is to say particularly abrupt transitions, corners and edges, is further avoided by avoiding through flow cavities and negative pressure with the risk of outgassing the liquid or suspension. This can prevent foaming in the system.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur automati- sehen Passage von Zellen oder Geweben in Suspension aus einem ersten Kulturgefäß in ein oder mehrere weitere Kulturgefäße unter Verwendung der hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Zellpassagevorrichtung. Das Verfahren weist erfindungsgemäß zumindest folgende Schritte auf: In einem ersten Schritt wird die Entnahmeein- heit, enthaltend mindestens ein Steigrohr und mindestens ein Druckrohr in das erste Kulturgefäß eingeführt und das Kulturgefäß, vorzugsweise über die Entnahmeeinheit, druckdicht verschlossen. In einem weiteren Schritt wird das Innere des Kulturgefäßes das Druckrohr mit Druck beaufschlagt, wodurch in dem Kulturgefäß befindliche Flüssigkeit oder Suspension über das mindestens eine Steigrohr, dem Druckgefälle folgend, abgeführt wird. A further aspect of the invention is a method for the automatic passage of cells or tissues in suspension from a first culture vessel into one or more further culture vessels using the cell passage device according to the invention described herein. According to the invention, the method has at least the following steps: In a first step, the removal unit containing at least one riser and at least one pressure tube is introduced into the first culture vessel and the culture vessel is closed pressure-tight, preferably via the removal unit. In a further step, the interior of the culture vessel is pressurized with the pressure tube, whereby liquid or suspension in the culture vessel is removed via the at least one riser, following the pressure gradient.
In einer besonderen Ausgestaltung zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren weiter dadurch aus, dass die über das Steigrohr abgeführte Flüssigkeit oder Suspension über einer mit dem Steigrohr in Verbindung stehenden Dosiereinheit in mindestens ein weiteres Kulturgefäß überführt wird. In a particular embodiment, the method according to the invention is further characterized in that the liquid or suspension discharged via the riser pipe is transferred via a metering unit connected to the riser pipe into at least one further culture vessel.
Bevorzugt stellt die Druckbeaufschlagung des Kulturgefäßes über das Druckrohr die einzige treibende Kraft zum Abführen der Flüssigkeit oder Suspension aus dem Kulturgefäß, und bevorzugt zum Überführen der Flüssigkeit oder Suspension, über die Dosiereinheit in mindestens ein weiteres Kulturgefäß dar. Das Verfahren sieht weiter bevorzugt vor, dass zum Überführen der Flüssigkeit oder Sus- pension aus dem ersten Kulturgefäß in das mindestens eine weitere Kulturgefäß eine, zumindest temporäre, Fluidverbindung zwischen dem Steigrohr und der Dosiereinheit hergestellt wird. Bevorzugt wird diese Fluidverbindung während der automatischen Passage von der Flüssigkeit oder Suspension stets in derselben Flussrichtung durchflössen. Preferably, the pressurization of the culture vessel via the pressure tube, the only driving force for discharging the liquid or suspension from the culture vessel, and preferably for transferring the liquid or suspension, via the metering unit in at least one further culture vessel. The method further provides that for transferring the liquid or suspension pension from the first culture vessel into the at least one further culture vessel an, at least temporary, fluid connection between the riser and the metering unit is produced. Preferably, this fluid connection is always flowed through in the same flow direction during the automatic passage of the liquid or suspension.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren und konkreten Ausführungsbeispiele näher beschrieben, ohne dass diese beschränkend zu verstehen sind. Figur 1 zeigt eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Entnahmeeinheit (1 10) mit einem Steigrohr (1 12) zur Aufnahme der Suspension oder einer anderen Flüssigkeit und einem Druckrohr (1 14) zur Druckbeaufschlagung, die in ein Kulturgefäß (200) eingeführt sind. In der dargestellten Ausgestaltung sind Steigrohr (1 12) und Druckrohr (114) als integrale Doppelnadel ausgebildet, die im Bereich des Sep- tums (202) des ersten Kulturgefäßes (200) eingestochen wird. Das Kulturgefäß (200) wird so gegenüber der Umgebung druckdicht verschlossen. The invention will be described in detail with reference to the following figures and specific embodiments, without these being limiting. Figure 1 shows an embodiment of the extraction unit (1 10) according to the invention with a riser (1 12) for receiving the suspension or other liquid and a pressure tube (1 14) for pressurizing, which are introduced into a culture vessel (200). In the illustrated embodiment, riser (1 12) and pressure tube (114) are formed as an integral double needle, which is inserted in the region of the septum (202) of the first culture vessel (200). The culture vessel (200) is sealed pressure-tight with respect to the environment.
Figur 2 zeigt den Gesamtaufbau einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zellpassagevorrichtung (100) mit Entnahmeeinheit (110), Dosiereinheit (120), Flüssigkeitsreservoirs (131 , 132, 133, 134) und Druckvorlage (140). Das Reservoir (131) enthält bevorzugt Pufferlösung, das Reservoir (132) enthält bevorzugt Enzymlösung, das Reservoir (133) enthält bevorzugt Nährmedium, das Reservoir (134) enthält bevorzugt Reinigungsflüssigkeit. Die Dosiereinheit (120) weist eine Einzelnadel (122) auf, die in die weiteren Kulturgefäße (210) selektiv verbracht werden kann, um dort die Sus- pension oder Flüssigkeit zu dosieren. Die Ventile (154) und die Flu- idverbindungen zwischen den Ventilen und den vorgenannten Elementen sind in einem integralen Fluidikblock (150) angeordnet (in der schematischen Darstellung nicht dargestellt). In der dargestellten Ausführung sind die Ventile elektromagnetisch aktuiert. Die Steuerung erfolgt über einen zentralen Rechner mittels Hardware/Software implementierten Programms. Optional sind Abfallgefäß (160) und Druckpumpe (170) mit Druckminderer (172) vorgesehen. Figure 2 shows the overall structure of a particular embodiment of the cell passage device (100) according to the invention with removal unit (110), dosing unit (120), liquid reservoirs (131, 132, 133, 134) and print template (140). The reservoir (131) preferably contains buffer solution, the reservoir (132) preferably contains enzyme solution, the reservoir (133) preferably contains nutrient medium, the reservoir (134) preferably contains cleaning fluid. The dosing unit (120) has a single needle (122) which can be selectively brought into the further culture vessels (210) in order to maintain the suspension there. pension or liquid to dose. The valves (154) and the fluid connections between the valves and the aforementioned elements are arranged in an integral fluidic block (150) (not shown in the schematic diagram). In the illustrated embodiment, the valves are electromagnetically actuated. The control takes place via a central computer by means of hardware / software implemented program. Optionally, waste container (160) and pressure pump (170) with pressure reducer (172) are provided.
Beispiel: Automatisierte Passage Es wird das erste Kulturgefäß (200), welches die zu passagierenden Zellen oder Gewebe enthält, bereitgestellt. Es wird die Entnahmeeinheit (110) mit Steigrohr (112) und Druckrohr (114) in das Kulturgefäß (200) eingeführt, wobei das Steigrohr (112) unterhalb des Flüssigkeitsspiegels, möglichst nahe des Bodens des Kulturgefäßes (200) positioniert wird. Das Druckrohr (114) befindet sich dabei im Kulturgefäß oberhalb des Flüssigkeitsspiegels. Durch Schaltung mindestens eines Ventils (154) im Fluidikblock (150) wird die Druckvorlage (140) mit dem Druckrohr (114) verbunden, um das Innere des Kulturgefäßes (200) mit Überdruck zu beaufschlagen. In Folge des Überdrucks weicht die sich im Kulturgefäß (200) befindliche Flüssigkeit über das Steigrohr (112) aus und wird so aus dem Kulturgefäß (200) in Richtung Fluidikblock (150) befördert. In diesem initialen Flüssigkeitstransferschritt wird Nährmediumüberstand aus dem Kulturgefäß (200) abgenommen. Über den Fluidikblock (150) wird das aus dem Kulturgefäß (200) abgeführte Nährmedium aus dem System entfernt. Bevorzugt wird dabei das Steigrohr (112) über den Fluidikblock (150) mit einem optionalen Abfallgefäß (160) in Verbindung gebracht und über die Druckbeaufschlagung des Kultur- gefäßes (200) das Nährmedium aus dem Kulturgefäß (200) über das Steigrohr (112) und dem Fluidikblock (150) in das optionale Abfallgefäß (160) geführt. Example: Automated Passage The first culture vessel (200) containing the cells or tissues to be passed is provided. The removal unit (110) with riser (112) and pressure tube (114) is introduced into the culture vessel (200), wherein the riser (112) is positioned below the liquid level, as close as possible to the bottom of the culture vessel (200). The pressure tube (114) is located in the culture vessel above the liquid level. By switching at least one valve (154) in the fluidic block (150), the printing original (140) is connected to the pressure tube (114) in order to pressurize the interior of the culture vessel (200) with overpressure. As a result of the overpressure, the liquid in the culture vessel (200) deviates via the riser (112) and is thus conveyed out of the culture vessel (200) in the direction of the fluidic block (150). In this initial fluid transfer step, nutrient medium supernatant is removed from the culture vessel (200). The nutrient medium removed from the culture vessel (200) is removed from the system via the fluidic block (150). Preferably, the riser (112) via the fluidic block (150) with an optional waste container (160) is brought into connection and the pressurization of the culture vessel (200) the nutrient medium from the culture vessel (200) via the riser (112) and the fluidic block (150) in the optional waste container (160) out.
In einem weiteren Schritt wird zum Waschen der in dem Kulturgefäß (200) verbleibenden Zellen oder Gewebe Pufferlösung zugegeben. Dazu wird das Flüssigkeitsreservoir mit Pufferlösung (131) durch Schalten mindestens eines Ventils innerhalb des Fluidikblocks (150) mit der Druckvorlage (140) in Verbindung gebracht, um Pufferlösung aus dem Reservoir (131) zu dosieren. Bevorzugt durch Schalten mindestens eines weiteren Ventils innerhalb des Fluidikblocks (150) wird die aus dem Reservoir (131) dosierte Pufferlösung über das Steigrohr (112) oder optional über ein weiteres Zuführungsrohr der Entnahmeeinheit (113, nicht dargestellt) in das Kulturgefäß dosiert. Anschließend wird die zudosierte Pufferlösung durch Druckbeauf- schlagung des Kulturgefäßes (200) über das Druckrohr (114) über das Steigrohr (112) wie vorbeschrieben abgenommen und bevorzugt in das optionale Abfallgefäß (160) überführt. Der Vorgang des Waschens wird gegebenenfalls einmal oder mehrfach wiederholt. In a further step, buffer solution is added to wash the cells or tissues remaining in the culture vessel (200). For this purpose, the liquid reservoir is brought into contact with buffer solution (131) by switching at least one valve within the fluidic block (150) to the printing master (140) in order to meter buffer solution from the reservoir (131). Preferably, by switching at least one further valve within the fluidic block (150), the buffer solution metered from the reservoir (131) is metered into the culture vessel via the riser (112) or optionally via another feed tube of the removal unit (113, not shown). Subsequently, the added buffer solution is removed by pressurization of the culture vessel (200) via the pressure tube (114) via the riser (112) as described above and preferably transferred to the optional waste container (160). The process of washing is optionally repeated once or several times.
Entsprechend der vorbeschriebenen Zugabe der Pufferlösung aus Reservoir (131) wird zum Ablösen adhärenter Zellen zur Vorbereitung der Suspendierung anschließend Enzymlösung aus Reservoir (132) durch Betätigung der entsprechenden Ventile im Fluidikblock (150) über Steigrohr (112) oder optional über das zusätzliche Zuführungsrohr (113) in das Kulturgefäß (200) geführt und die Zellen im Kulturgefäß (200) mit Enzymlösung zu inkubiert. Nach Ablauf der Inkubationszeit und gegebenenfalls durch Unterstützung des Ablösevorgangs durch mechanische Vibrationen (Ultraschall etc.) wird durch Zugeben einer die Enzymaktivität hemmenden Lösung (analog zur vorbeschriebenen Zugabe einer Pufferlösung) abgestoppt. Dazu wird insbesondere Nährmedium aus Reservoir (133) in vorbeschriebener Weise durch Betätigung mindestens eines entsprechenden Ventils im Fluidikblock (150) über Steigrohr (112) oder optionales zusätzliches Zuführungsrohr (113) in das Kulturgefäß (200) dosiert. Die abgelösten Zellen werden in dem zudosierten Nährmedium suspendiert (resuspendiert). Gegebenenfalls wird die Bildung einer weitgehend homogenen Suspension durch zusätzliche mechanische Maßnahmen (Ultraschall etc.) im Kulturgefäß (200) unterstützt. Analog zu den vorbeschriebenen Schritten wird nun durch Druckbeaufschlagung des Kulturgefäßes (200) über das Druckrohr (114) die gewonnene Suspension über das Steigrohr (112) in den Fluidikblock (150) und über den Fluidikblock (150) letztlich in die Dosiereinheit (120) geführt. Vorzugsweise wird durch gezielte Steuerung der Öff- nungszeiten der Ventile eine Dosierung der Suspension an der Dosiereinheit (120) und damit die Aliquotierung der Suspension auf mehrere Kulturgefäße (210) ermöglicht. In accordance with the above-described addition of the buffer solution from reservoir (131), enzyme solution is then removed from reservoir (132) by actuation of the corresponding valves in fluidic block (150) via riser (112) or optionally via the additional supply tube (113) for detachment of adherent cells to prepare the suspension ) into the culture vessel (200) and incubate the cells in the culture vessel (200) with enzyme solution. After the incubation period and, if appropriate, by assisting the detachment process by mechanical vibrations (ultrasound, etc.), by adding a solution inhibiting the enzyme activity (analogous for the above-mentioned addition of a buffer solution) stopped. For this purpose, nutrient medium in particular from reservoir (133) is metered into the culture vessel (200) in the above-described manner by actuation of at least one corresponding valve in the fluidic block (150) via riser (112) or optional additional feed tube (113). The detached cells are suspended (resuspended) in the dosed nutrient medium. Optionally, the formation of a substantially homogeneous suspension by additional mechanical measures (ultrasound, etc.) in the culture vessel (200) is supported. By analogy with the above-described steps, the suspension obtained is then fed via the riser (112) into the fluidic block (150) and via the fluidic block (150) into the metering unit (120) by pressurizing the culture vessel (200) via the pressure tube (114) , Targeted control of the opening times of the valves preferably makes it possible to meter the suspension onto the dosing unit (120) and thus to aliquot the suspension to a plurality of culture vessels (210).
In einem optionalen weiteren Schritt wird nach erfolgter Passage die Vorrichtung durch Durchspülen mit Reinigungsflüssigkeit aus Reser- voir (134) durchspült und gereinigt, um Querkontamination zwischen einzelnen Passagen zu vermeiden. In an optional further step, the device is rinsed and cleaned by flushing with cleaning fluid from Reservoir (134) after passage, in order to avoid cross-contamination between individual passages.

Claims

Patentansprüche claims
1. Zellpassagevorrichtung (100) zur automatischen Passage einer Suspension von biologischem Gewebe oder Zellen aus einem ersten Kulturgefäß (200) in eines oder mehrere weitere Kulturgefäße (210), enthaltend: A cell passage device (100) for automatically passing a suspension of biological tissue or cells from a first culture vessel (200) into one or more further culture vessels (210), comprising:
- Entnahmeeinheit (110) zum Abführen der Suspension aus dem ersten Kulturgefäß, aufweisend: - Removal unit (110) for discharging the suspension from the first culture vessel, comprising:
- mindestens ein Steigrohr (112) zur Aufnahme der Suspension und - mindestens ein Druckrohr (114) zur Druckbeaufschlagung des ersten Kulturgefäßes (200), wobei Steigrohr und Druckrohr in das erste Zellkulturgefäß (200) einführbar und mit diesen druckdicht verschließbar sind, - At least one riser (112) for receiving the suspension and - at least one pressure tube (114) for pressurizing the first culture vessel (200), wherein riser and pressure tube in the first cell culture vessel (200) can be inserted and closed with these pressure-tight,
- Dosiereinheit (120) zur Dosierung der Suspension in eines oder mehrere der weiteren Kulturgefäße (210), Metering unit (120) for metering the suspension into one or more of the further culture vessels (210),
- mindestens ein Reservoir (131 , 132, 133, 134) für Flüssigkeit, at least one reservoir (131, 132, 133, 134) for liquid,
- Druckvorlage (140) und - Print template (140) and
- Fluidikblock (150) mit einer Mehrzahl von Fluidkanälen (152) und den Fluidkanälen zugeordneten Ventilen (154), wobei die Fluidka- näle mit Entnahmeeinheit (110), Dosiereinheit (120), mindestens einem Reservoir (130) und Druckvorlage (140) in Fluidverbindung steht und die Fluidkanäle (152) in dem Fluidikblock (150) waagerecht orientiert sind. - fluidic block (150) having a plurality of fluid channels (152) and the fluid channels associated valves (154), wherein the fluid channels with removal unit (110), dosing unit (120), at least one reservoir (130) and print template (140) in fluid communication is and the fluid channels (152) in the fluidic block (150) are oriented horizontally.
2. Verfahren zur automatischen Passage einer Suspension von biologischem Gewebe oder Zellen aus einem ersten Kulturgefäß in eines oder mehrere weitere Kulturgefäße enthaltend die Schritte: 2. A method for the automatic passage of a suspension of biological tissue or cells from a first culture vessel into one or more further culture vessels comprising the steps:
- Einführen einer Entnahmeeinheit (110) mit Steigrohr (112) und Druckrohr (114) in das erste Kulturgefäß (200) und druckdichtes Verschließen des ersten Kulturgefäßes (200), - Introducing a removal unit (110) with riser (112) and pressure tube (114) in the first culture vessel (200) and pressure-tight closing of the first culture vessel (200),
- Druckbeaufschlagen des Inneren des ersten Kulturgefäßes (200) über das Druckrohr (114), wodurch in dem ersten Kulturgefäß (200) befindliche Suspension über das Steigrohr (112) abgeführt wird. Pressurizing the interior of the first culture vessel (200) via the pressure tube (114), whereby suspension in the first culture vessel (200) is removed via the riser (112).
3. Verfahren nach Anspruch 2, weiter enthaltend den Schritt: 3. The method of claim 2, further comprising the step:
- Überführen der über das Steigrohr (112) abgeführten Suspen- sion über eine Dosiereinheit (120) in mindestens ein weiteres- Transferring the over the riser (112) discharged suspension via a metering unit (120) in at least one other
Kulturgefäß (210). Culture vessel (210).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Druckbeaufschlagung des ersten Kulturgefäßes (200) über das Druckrohr (114) die einzige treibende Kraft zum Abführen der Sus- pension aus dem ersten Kulturgefäß (200) ist. 4. The method according to any one of claims 2 or 3, wherein the pressurization of the first culture vessel (200) via the pressure tube (114) is the only driving force for discharging the suspension from the first culture vessel (200).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei zum Überführen der Suspension aus dem ersten Kulturgefäß (200) in das mindestens eine weitere Kulturgefäß (210) eine Fluidverbindung zwischen Steigrohr (112) und Dosiereinheit (120) hergestellt wird, die dabei stets in derselben Flussrichtung von der Suspension durchflössen wird. 5. The method according to any one of claims 2 to 4, wherein for transferring the suspension from the first culture vessel (200) in the at least one further culture vessel (210), a fluid connection between the riser (112) and metering unit (120) is produced, the always flows through in the same flow direction of the suspension.
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