EP3724315A1 - Mikrobioreaktoranordnung - Google Patents

Mikrobioreaktoranordnung

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Publication number
EP3724315A1
EP3724315A1 EP17828878.3A EP17828878A EP3724315A1 EP 3724315 A1 EP3724315 A1 EP 3724315A1 EP 17828878 A EP17828878 A EP 17828878A EP 3724315 A1 EP3724315 A1 EP 3724315A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
microbioreactor
arrangement
insert
unit
microtiter plate
Prior art date
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Pending
Application number
EP17828878.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Schober
Frank Weise
Jörg HAMPL
Gregor Schlingloff
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.)
Technische Universitaet Ilmenau
Original Assignee
Technische Universitaet Ilmenau
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Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Ilmenau filed Critical Technische Universitaet Ilmenau
Publication of EP3724315A1 publication Critical patent/EP3724315A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • C12M25/00—Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
    • C12M25/02—Membranes; Filters
    • C12M25/04—Membranes; Filters in combination with well or multiwell plates, i.e. culture inserts
    • 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
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/12—Well or multiwell plates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/22—Transparent or translucent parts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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
    • C12M23/38—Caps; Covers; Plugs; Pouring means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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
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    • C12M23/40—Manifolds; Distribution pieces
    • 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
    • C12M25/00—Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
    • C12M25/14—Scaffolds; Matrices
    • 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
    • C12M37/00—Means for sterilizing, maintaining sterile conditions or avoiding chemical or biological contamination
    • C12M37/04—Seals

Definitions

  • the invention relates to a microbioreactor arrangement with a plurality of microbioreactors.
  • the assembly comprises a microtiter plate with numerous wells in a predetermined grid arrangement.
  • Microtiter plates are basically known in their design and are used for the investigation of biological substances, for example, the absorption measurement in photometers or screening studies numerous Abwand lungs a base substance.
  • Microtiter plates usually have a rectangular basic shape and consist of plastic or glass.
  • a microtiter plate has numerous cells isolated from each other, so-called wells, which are arranged in a predetermined grid. The exact dimensions are chosen regularly according to an ANSI standard.
  • the wells are available in various shapes, for example with flat bottom or U-shaped tapered bottom in each well. In any case, the bottom surface of the microtiter plate is 29los sen and the top open, so that the cavity of each well is accessible from the top.
  • a microtiter plate with a transparent bottom plate for light and a two open to opposite surfaces cavity plate with matrix-like arrangement of the cavities or wells is known.
  • Soil and cavity plate are insoluble and liquid-tight miteinan connected.
  • the bottom plate has a flat, structurally loose surface and carries at its the wells facing first surface of at least two layers with different index of refraction existing layer system.
  • an insert for a Mikroti terplatte consisting of a support structure, in which at least one recess is introduced, wherein the upper diameter of the recess is selected so that it can be inserted into a recess of the microtiter plate ,
  • the bottom of the well has at least one downwardly formed microcavity.
  • the insert is at least partially provided with pores.
  • WO 2011/035937 A1 describes a microstructured shaped body comprising a film which is divided into undeformed areas and thinned drawing areas. At least in some of the thinned stretching areas, microstructures are formed, wherein pores are formed at least in one of the thinner stretched areas and at least some of the undeformed areas are impermeable.
  • a microstructured ter molded article which has a film-like base body, which comprises a first film layer and a second film layer underneath, wherein the second film layer has recesses with a diameter of less than 2 mm, by deformed areas of the first film layer are formed, are formed by which cavities out. At least some of the deformed regions of the first film layer have pores. The areas of the film-like body are outside of the recesses impenetrable.
  • DE 10 2010 037 968 A1 describes a structure for simulating a sinusoid, which can be inserted into a microtiter plate. The structure comprises a plurality of superimposed layers of a porous material, wherein between the layers in each case a gap is formed. The interstices are connected by channels formed in the layers for forwarding a fluid.
  • an object of the present invention is to provide a micro bioreactor system based on microtiter plates, which allows a parallel supply of a plurality of micro bioreactors, which are formed in the individual wells.
  • the microbioreactor arrangement implements a plurality of microbioreactors and for this purpose comprises a microtiter plate with numerous wells in a predetermined, preferably standardized grid arrangement.
  • the microtiter plate has in a conventional manner a closed bottom surface, which preferably allows optical observation, that lets light rays happen.
  • the individual wells are open at the top of the microtiter plate, so that from there inserts of an insert unit, which is arranged on the upper side of the microtiter plate, can be used.
  • the numerous inserts have the same Rasteranord tion, so that each insert engages in a well.
  • the insert divides the well into at least two regions, in particular a cell cultivation region and a
  • an activation unit is part of the micro bioreactor arrangement.
  • the activation unit is on the
  • Inserted unit and has numerous pumps that are connected to the areas formed by the inserts, namely via supply channels, which allow a fluid or nutrient transport between the two areas.
  • microtiter plate individual cell culturing areas are observable through the underside of the microtiter plate and can be used simultaneously through the upper opening also in automatic pipetting systems and in standard analytical equipment (e.g., fluorescence microplate readers). It is thus the complete compatibility with standardized microtiter plates achieved, incl. all handling and analysis options.
  • each of the inserts of the insert unit has a microstructured Formkör which is arranged parallel to the bottom surface of the microtiter plate and a settlement framework for cell cultures willing- provides.
  • WO 2011/035938 Al be formed.
  • a modified embodiment is characterized in that at least one, preferably several of the inserts have at least two microstructured shaped bodies which are positioned parallel to one another and axially spaced from one another.
  • Frame elements or the like is covered. This allows the optical observation of the substances or cell cultures on the moldings through the bottom surface, what preference, conventional inverse microscopes can be used.
  • the microbioreactor arrangement according to the invention can therefore be clamped in existing observation arrangements such as a conventional microtiter plate in order to perform the observations.
  • a distribution channel system is formed in the activation unit, via which the plurality of pumps are supplied with compressed air to perform the pumping operation.
  • all pumps are driven in parallel, so that in each well diesel ben flow conditions prevail.
  • the pumps transport a nutrient solution to supply the cell cultures that are located on the moldings of the inserts.
  • the pumps can also be driven individually or in groups, for which a targeted control, for example by switching valves, which may be an integral part of the activation unit, is possible.
  • An advantageous embodiment is characterized in that the insert unit comprises a sealing structure.
  • the cell culture open area is cylindrically shaped and coaxially positioned in the associated well.
  • the cover unit is provided above the open areas with a central opening through which substances can be supplied by means of a pipette.
  • the closed area can also be arranged cylindrically and coaxially or be inserted in the open area in the form of tubes or capillaries.
  • the two areas are preferably formed on the sealing structure, inserted into this or formed integrally with the sealing structure.
  • the sealing structure extends substantially in the plane of the microtiter plate and lies flat on this surface.
  • the insert unit comprises a supply channel system, which with each of their
  • Inserts is coupled to allow the supply and removal of a nutrient solution to the inserts.
  • the insert unit can be composed of several sub-layers to form the required cavities.
  • the micro bioreactor assembly further comprises a cover plate which is mounted on the activation unit to close the Mikrobioreak gate assembly upwards.
  • the cover plate can in this case be removed if necessary, for example to make the central openings in the inserts accessible.
  • Fig. 1 is an exploded perspective view of a first
  • Fig. 2 is a plan view of the assembled
  • Fig. 3 is a sectional view of the microbioreactor assembly prior to assembly
  • Fig. 4 is a sectional perspective detail view of a single well with an insert.
  • FIG. 1 shows a microbioreactor arrangement 01 according to the invention in a perspective exploded view.
  • the microbioreactor assembly 01 has a plurality of main groups, namely a microtiter plate 02, a patch unit 03 placed on top and a unit above the insert activation unit 04.
  • a separate cover plate 05 is provided which covers the activation unit at the top.
  • the main groups are stacked so that the microtiter plate 02 acts as a lower support.
  • the main groups are fixed after assembly, but if necessary, releasably connected to each other, for example via Rastele elements 07.
  • a therapiessorg circuit 08 is provided, via which, for example, compressed air and a nutrient solution can be supplied. Other connections (not shown) can be seen easily when needed on the insert unit.
  • Fig. 2 shows the microbioreactor assembly 01 in a plan view, wherein the cover plate 05 is made of transparent material, so that the underlying individual wells 09 of the microtiter plate 02 can be seen.
  • the wells or cups 09 are arranged in the example shown in a 6x4 matrix.
  • other microtiter plates can be used, the other main groups are then accordingly adapt.
  • Fig. 3 shows the microbioreactor assembly 01 again in a cutaway exploded view. It can be seen here that the main groups are stacked on top of each other and the matrix arrangement of the microtiter plate 02 in the overlying layers is repeated. In this way, numerous micro bioreactors are formed, which are all identical in their construction but can be populated with different cell cultures.
  • Fig. 4 shows in a perspective sectional view of such a microbioreactor, which is composed of sections of the aforementioned genann th main groups as follows:
  • an insert 11 which is part of the insert unit 03.
  • the insert 11 has a cylindrical cell culturing area 12 into which biological substances can be introduced and cultured.
  • a microstructured shaped body 13 At the bottom of the cell cultivation area 12 is a microstructured shaped body 13, on which cell cultures can be settled.
  • a bottom surface 14 of the microtiter plate 02 is transparent at least below the microstructured shaped body 13 to an optical To allow observation of the settled cell cultures.
  • the wall of the insert 11 opens into a sealing structure 16 which seals the open cell cultivation area 12 against a closed area 17.
  • the closed portion 17 extends in the dargestell th embodiment coaxially between the inner wall of the well 09 and the outer wall of the insert 11.
  • the insert unit 03 also includes a support frame 18, which stabilizes the gasket structure 16 and further provides a supply channel 19 through which nutrient solution is transportable. To the supply channel 19, a suction capillary 21 is connected, which extends axially in the cell cultivation area 12. Thus, nutrient solution can be circulated between the cell culturing area 12 and the closed area 17 via the supply channel 19.
  • the activation unit 04 is placed above, which is composed in the example shown of a lower plate 22 and an upper plate 23, between which a closed pressure chamber 24 is formed.
  • a membrane 26 is used, which acts on the supply channel 19 and the pressure chamber 24 can be acted upon with compressed air.
  • the membrane 26 acts as a pump which drives the delivery of the nutrient solution in the closed area 17.
  • an upwardly open central opening 27 is provided, which tiv michs Scheme 12 opens into the Zellkul. Via the central opening 27, substances can preferably be used with an automated pipette be added.
  • the central opening 27 can be closed by the cover plate 05, if an addition is not required.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mikrobioreaktoranordnung (01) mit einer Vielzahl von Mikrobioreaktoren. Die Mikrobioreaktoranordnung umfasst eine Mikrotiterplatte (02) mit zahlreichen Wells (09) in einer vorbestimmten Rasteranordnung, einer geschlossenen Bodenfläche (14) und einer geöffneten Oberseite. Weiterhin ist eine Einsatzeinheit (03) vorgesehen, die auf der Oberseite der Mikrotiterplatte (02) angeordnet ist und zahlreiche Einsätze (11) in derselben Rasteranordnung besitzt, wobei jeweils ein Einsatz (11) in ein Well (09) eingreift, und wobei das Well (09) mindestens in zwei Bereiche (12, 17) unterteilt ist. Schließlich umfasst die Mikrobioreaktoranordnung eine Aktivierungseinheit (04), die auf der Einsatzeinheit (03) aufgesetzt ist und zahlreiche Pumpen (26) besitzt, die jeweils an Versorgungskanäle (19) angeschlossen sind, welche einen Fluidtransport zwischen den zwei Bereichen (12, 17) ermöglichen.

Description

Mikrobioreaktoranordnung
Die Erfindung betrifft eine Mikrobioreaktoranordnung mit einer Vielzahl von Mikrobioreaktoren. Die Anordnung umfasst eine Mikrotiterplatte mit zahlreichen Wells in einer vorbestimmten Rasteranordnung .
Mikrotiterplatten (microwell plate) sind in ihrer Bauweise grundsätzlich bekannt und dienen der Untersuchung von biologi schen Substanzen, beispielsweise der Absorptionsmessung in Photometern oder Screening-Untersuchungen zahlreicher Abwand lungen einer Basissubstanz. Mikrotiterplatten besitzen übli cherweise eine rechteckige Grundform und bestehen aus Kunst stoff oder Glas. Eine Mikrotiterplatte besitzt zahlreiche voneinander isolierte Näpfchen, sogenannte Wells, die in einem vorgegebenen Raster angeordnet sind. Die genauen Abmessungen sind regelmäßig gemäß einem ANSI-Standard gewählt. Die Wells sind in verschiedenen Formen verfügbar, beispielsweise mit Flachboden oder U-förmige zulaufendem Boden in jedem Well. In jedem Fall ist die Bodenfläche der Mikrotiterplatte verschlos sen und die Oberseite geöffnet, sodass der Hohlraum jedes Wells von der Oberseite aus zugänglich ist.
Aus der DE 198 06 681 Al ist eine Mikrotiterplatte mit einer für Licht transparenten Bodenplatte und einer an zwei gegen überliegenden Oberflächen offenen Kavitätenplatte mit matrix artiger Anordnung der Kavitäten oder Wells bekannt. Boden- und Kavitätenplatte sind unlösbar und flüssigkeitsdicht miteinan der verbunden. Die Bodenplatte besitzt eine ebene, struktur lose Oberfläche und trägt an ihrer den Wells zugewandten ersten Oberfläche ein aus mindestens zwei Schichten mit unter schiedlichem Brechungsindex bestehendes Schichtsystem. In der DE 20 2006 017 853 Ul ist ein Einsatz für eine Mikroti terplatte beschrieben, bestehend aus einer Trägerstruktur, in die mindestens eine Vertiefung eingebracht ist, wobei der obere Durchmesser der Vertiefung so gewählt ist, dass sich diese in eine Vertiefung der Mikrotiterplatte einsetzen lässt. Der Boden der Vertiefung besitzt jeweils mindestens eine nach unten ausgeformte Mikrokavität. Der Einsatz ist zumindest teilweise mit Poren versehen.
Neben Mikrotiterplatten gibt es auch andere Ansätze, um Kavi täten für die Untersuchung biologischer Substanzen bereitzu stellen .
So beschreibt die WO 2011/035937 Al einen mikrostrukturierten Formkörper, umfassend eine Folie, die in unverformte Bereiche und verdünnte Verstreckungsbereiche geteilt ist. Zumindest in einigen der verdünnten Verstreckungsbereichen sind Mikrostruk turen ausgebildet, wobei Poren zumindest in einem der verdünn ten Verstreckungsbereiche ausgebildet sind und zumindest einige der unverformten Bereiche undurchlässig sind.
Weiterhin ist aus der WO 2011/035938 Al ein mikrostrukturier ter Formkörper bekannt, der einen folienartigen Grundkörper besitzt, welcher eine erste Folienschicht und eine darunter befindliche zweite Folienschicht umfasst, wobei die zweite Folienschicht Ausnehmungen mit einem Durchmesser von weniger als 2 mm aufweist, die durch verformte Bereiche der ersten Folienschicht ausgeformt sind, durch welche Kavitäten ausge bildet sind. Zumindest einige der verformten Bereiche der ersten Folienschicht besitzen Poren. Die Bereiche des folien artigen Grundkörpers sind außerhalb der Ausnehmungen undurch lässig. In der DE 10 2010 037 968 Al ist eine Struktur zur Nachbildung eines Sinusoids beschrieben, die sich in eine Mikrotiterplatte einsetzen lässt. Die Struktur umfasst mehrere übereinander angeordnete Schichten aus einem porösen Material, wobei zwischen den Schichten jeweils ein Zwischenraum ausgebildet ist. Die Zwischenräume sind durch in den Schichten zur Weiter leitung eines Fluids ausgebildete Kanäle verbunden.
Im Stand der Technik sind bislang keine Anordnungen bekannt, welche die Kultivierung biologischer Substanzen in großer Variationszahl gestatten, gleichzeitig die Untersuchung der Substanzen ermöglichen, insbesondere mit herkömmlichen opti schen Beobachtungeinrichtungen, und außerdem unter Verwendung breit verfügbarer Systeme preiswert realisiert werden können.
Ausgehend von diesem Bedarf besteht eine Aufgabe der vorlie genden Erfindung darin, ein Mikrobioreaktorsystem auf der Basis von Mikrotiterplatten bereitzustellen, welches eine parallele Versorgung einer Vielzahl von Mikrobioreaktoren gestattet, die in den einzelnen Wells ausgebildet sind.
Gleichzeitig soll die Beobachtung der kultivierten biologi schen Substanzen in allen Mikrobioreaktoren möglich sein, vorzugsweise unter Verwendung bekannter Inversmikroskope.
Schließlich wird eine einfache und preiswerte Herstellbarkeit der Mikrobioreaktoranordnung angestrebt.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Mikrobioreaktoranordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 1.
Die erfindungsgemäße Mikrobioreaktoranordnung realisiert eine Vielzahl von Mikrobioreaktoren und umfasst dafür eine Mikroti terplatte mit zahlreichen Wells in einer vorbestimmten, vorzugsweise standardisierten Rasteranordnung. Die Mikrotiter platte besitzt in an sich bekannter Weise eine geschlossene Bodenfläche, die vorzugsweise eine optische Beobachtung gestattet, d. h. Lichtstrahlen passieren lässt. Die einzelnen Wells sind an der Oberseite der Mikrotiterplatte offen, sodass von dort aus Einätze einer Einsatzeinheit, die auf der Ober seite der Mikrotiterplatte angeordnet ist, eingesetzt werden können. Die zahlreichen Einsätze weisen dieselbe Rasteranord nung auf, sodass jeweils ein Einsatz in ein Well eingreift.
Der Einsatz unterteilt das Well in mindestens zwei Bereiche, insbesondere einen Zellkultivierungsbereich und einen
geschlossenen Bereich für den Nährstofftransport .
Weiterhin ist eine Aktivierungseinheit Bestandteil der Mikro bioreaktoranordnung. Die Aktivierungseinheit ist auf der
Einsatzeinheit aufgesetzt und besitzt zahlreiche Pumpen, die an die durch die Einsätze gebildeten Bereiche angeschlossen sind, nämlich über Versorgungskanäle, welche einen Fluid- oder Nährstofftransport zwischen den zwei Bereichen ermöglichen.
Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die
einzelnen Zellkultivierungsbereiche durch die Unterseite der Mikrotiterplatte beobachtbar sind und gleichzeitig durch die obere Öffnung auch in automatischen Pipettiersystemen und in Standard-Analyse-Geräten (z.B. Fluoreszenz Mikroplatten- Readern) eingesetzt werden können. Es wird also die voll ständige Kompatibilität zu standardisierten Mikrotiterplatten erreicht, incl . aller Handhabungen und Analysemöglichkeiten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt jeder der Einsätze der Einsatzeinheit einen mikrostrukturierten Formkör per, der parallel zur Bodenfläche der Mikrotiterplatte ange ordnet ist und ein Ansiedlungsgerüst für Zellkulturen bereit- stellt. Beispielsweise kann der Formkörper gemäß der o. g.
WO 2011/035938 Al ausgebildet sein.
Eine abgewandelte Ausführung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens einer, vorzugsweise mehrere der Einsätze mindestens zwei mikrostrukturierte Formkörper besitzen, die parallel zueinander und axial beabstandet voneinander positioniert sind .
Vorteilhaft ist es, wenn die Bodenfläche zumindest im Bereich der Formkörper optisch transparent ist und nicht durch
Gestellelemente oder dergleichen verdeckt wird. Dies gestattet die optische Beobachtung der Substanzen bzw. Zellkulturen an den Formkörpern durch die Bodenfläche hindurch, wozu vorzugs weise übliche Inversmikroskope verwendet werden können. Die erfindungsgemäße Mikrobioreaktoranordnung kann daher in vorhandenen Beobachtungsanordnungen wie eine übliche Mikro titerplatte eingespannt werden, um die Beobachtungen durch zuführen .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist in der Aktivie rungseinheit ein Verteilerkanalsystem ausgebildet, über welches die mehreren Pumpen mit Druckluft versorgt werden, um den Pumpbetrieb durchzuführen. In einem einfachen Fall werden alle Pumpen parallel angetrieben, sodass in jedem Well diesel ben Strömungsverhältnisse herrschen. Insbesondere transportie ren die Pumpen eine Nährstofflösung zur Versorgung der Zell kulturen, die auf den Formkörpern der Einsätze angesiedelt sind. In alternativen Ausführungen können die Pumpen auch einzeln oder in Gruppen angetrieben werden, wozu eine gezielte Ansteuerung, beispielweise durch Schaltventile, die integraler Bestandteil der Aktivierungseinheit sein können, ermöglicht ist . Eine vorteilhafte Ausführung zeichnet sich dadurch aus, dass die Einsatzeinheit eine Dichtungsstruktur umfasst. Diese ist so ausgebildet, dass an jedem der Einsätze ein druckoffener Bereich, in welchen Zellkulturen einbringbar sind, von einem geschlossenen Bereich, in welchem Nährstofflösung umwälzbar ist, getrennt ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der offene Bereich für die Zellkulturen zylindrisch geformt und koaxial im zugehörigen Well positioniert. Bevorzugt ist die Abdeckein heit oberhalb der offenen Bereiche mit einer zentralen Öffnung versehen, über welche mithilfe einer Pipette Substanzen zuge führt werden können. Der geschlossene Bereich kann ebenfalls zylindrisch und koaxial angeordnet sein oder aber in Form von Röhren oder Kapillaren in den offenen Bereich eingefügt sein. Die beiden Bereiche sind vorzugsweise an die Dichtungsstruktur angeformt, in diese eingesteckt oder auch einstückig mit der Dichtungsstruktur ausgebildet. Die Dichtungsstruktur erstreckt sich im Wesentlichen in der Ebene Mikrotiterplatte und liegt auf dieser flächig auf.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Einsatzeinheit ein Versorgungskanalsystem umfasst, welches mit jedem ihrer
Einsätze gekoppelt ist, um die Zu- und Abfuhr einer Nährstoff lösung zu den Einsätzen zu ermöglichen. Die Einsatzeinheit kann dazu aus mehreren Teilschichten zusammengesetzt sein, um die benötigten Hohlräume auszuformen.
Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform umfasst die Mikro bioreaktoranordnung weiterhin eine Deckelplatte, welche auf der Aktivierungseinheit angebracht ist, um die Mikrobioreak toranordnung nach oben zu verschließen. Die Deckelplatte kann in diesem Fall bei Bedarf entfernt werden, beispielsweise um die zentralen Öffnungen in den Einsätzen zugänglich zu machen. Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Mikrobioreaktoranordnung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht einer ersten
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mikrobioreak toranordnung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die zusammengesetzte
Mikrobioreaktoranordnung;
Fig. 3 eine Schnittansicht der Mikrobioreaktoranordnung vor dem Zusammenbau;
Fig. 4 eine geschnittene perspektivische Detailansicht eines einzelnen Wells mit einem Einsatz.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Mikrobioreaktoranordnung 01 in einer perspektivischen Explosionsansicht dargestellt.
Die Mikrobioreaktoranordnung 01 besitzt mehrere Hauptgruppen, nämlich eine Mikrotiterplatte 02, eine auf deren Oberseite aufgesetzten Einsatzeinheit 03 und eine oberhalb der Einsatz einheit angeordnete Aktivierungseinheit 04. Bei der darge stellten Ausführung ist außerdem eine separate Deckelplatte 05 vorhanden, welche die Aktivierungseinheit an der Oberseite abdeckt. Die Hauptgruppen werden übereinander geschichtet, sodass die Mikrotiterplatte 02 als unterer Träger agiert. Die Hauptgruppen sind nach dem Zusammenbau fest, bei Bedarf aber lösbar, miteinander verbunden, beispielsweise über Rastele mente 07. An der Aktivierungseinheit 04 ist ein Versorgungsan schluss 08 vorgesehen, über welchen beispielsweise Druckluft und eine Nährstofflösung zuführbar sind. Weitere Anschlüsse (nicht gezeigt) können bei Bedarf an der Einsatzeinheit vorge sehen werden.
Fig. 2 zeigt die Mikrobioreaktoranordnung 01 in einer Drauf sicht, wobei die Deckelplatte 05 aus transparentem Material besteht, sodass die darunter liegenden einzelnen Wells 09 der Mikrotiterplatte 02 erkennbar sind. Die Wells oder Näpfchen 09 sind im dargestellten Beispiel in einer 6x4 Matrix angeordnet. Selbstverständlich können auch andere Mikrotiterplatten verwendet werden, wobei die anderen Hauptgruppen dann entspre chend anzupassen sind.
Fig. 3 zeigt die Mikrobioreaktoranordnung 01 nochmal in einer geschnitten Explosionsdarstellung. Erkennbar ist hier gut, dass die Hauptgruppen ausgerichtet zueinander übereinander gestapelt sind und die Matrixanordnung der Mikrotiterplatte 02 in den darüber liegenden Schichten wiederholt ist. Auf diese Weise sind zahlreiche Mikrobioreaktoren ausgebildet, die in ihrem Aufbau alle identisch sind aber mit unterschiedlichen Zellkulturen besiedelt werden können.
Fig. 4 zeigt in einer perspektivischen Schnittansicht einen solchen Mikrobioreaktor, der aus Abschnitten der zuvor genann ten Hauptgruppen wie folgt zusammengesetzt ist: In das sack lochartige Well 09 der Mikrotiterplatte 02 greift ein Einsatz 11 ein, der Bestandteil der Einsatzeinheit 03 ist. Der Einsatz 11 besitzt einen zylinderförmigen Zellkultivierungsbereich 12, in welchen biologische Substanzen eingebracht und kultiviert werden können. Am Boden des Zellkultivierungsbereichs 12 befindet sich ein mikrostrukturierter Formkörper 13, auf welchem sich Zellkulturen ansiedeln lassen. Eine Bodenfläche 14 der Mikrotiterplatte 02 ist zumindest unterhalb des mikro strukturierten Formkörpers 13 transparent, um eine optische Beobachtung der angesiedelten Zellkulturen zu ermöglichen. Im oberen Bereich mündet die Wandung des Einsatzes 11 in eine Dichtungsstruktur 16, welche den offenen Zellkultivierungsbe reich 12 gegenüber einem geschlossenen Bereich 17 abdichtet. Der geschlossene Bereich 17 erstreckt sich bei der dargestell ten Ausführungsform koaxial zwischen der Innenwand des Wells 09 und der Außenwand des Einsatzes 11. Zur Einsatzeinheit 03 gehört außerdem ein Tragrahmen 18, welcher die Dichtungsstruk tur 16 stabilisiert und weiterhin einen Versorgungskanal 19 bereitstellt, durch welchen Nährstofflösung transportierbar ist. An den Versorgungskanal 19 ist eine Saugkapillare 21 angeschlossen, die sich axial im Zellkultivierungsbereich 12 erstreckt. Über den Versorgungskanal 19 kann somit Nährstoff lösung zwischen dem Zellkultivierungsbereich 12 und dem geschlossenen Bereich 17 umgewälzt werden.
Auf die Einsatzeinheit 03 ist oben die Aktivierungseinheit 04 aufgesetzt, die im dargestellten Beispiel aus einer unteren Platte 22 und einer oberen Platte 23 zusammengesetzt ist, zwischen denen ein abgeschlossener Druckraum 24 ausgebildet ist. In der unteren Platte 22 ist eine Membran 26 eingesetzt, welche auf das Versorgungskanalsystem 19 wirkt und vom Druck raum 24 mit Druckluft beaufschlagt werden kann. Wenn zwischen der unteren Platte 22 und der oberen Platte 23 durch die Zufuhr von Druckluft über den Versorgungsanschluss 08 ein Druck aufgebaut wird, wirkt die Membran 26 als Pumpe, welche die Förderung der Nährstofflösung im geschlossenen Bereich 17 antreibt .
In der Aktivierungseinheit 04 ist schließlich eine nach oben offene zentrale Öffnung 27 vorgesehen, welche in den Zellkul tivierungsbereich 12 mündet. Über die zentrale Öffnung 27 können Substanzen bevorzugt mit einer automatisierten Pipette zugegeben werden. Die zentrale Öffnung 27 kann durch die Deckelplatte 05 verschlossen werden, wenn eine Zugabe nicht erforderlich ist.
Bezugszeichenliste
01 Mikrobioreaktoranordnung
02 Mikrotiterplatte
03 Einsatzeinheit
04 Aktivierungseinheit
05 Deckelplatte
0 6
07 Rastelemente
0 8 Versorgungsanschluss
0 9 Well
10
11 Einsatz
12 Zellkultivierungsbereich
13 mikrostrukturierter Formkörper
14 Bodenfläche
15
1 6 DichtungsStruktur
17 geschlossener Bereich
1 8 Tragrahmen
1 9 VersorgungskanalSystem
20
21 Saugkapillare
22 untere Platte
23 obere Platte
24 Druckraum
25
2 6 Membran / Pumpe
27 zentrale Öffnung

Claims

Patentansprüche
1. Mikrobioreaktoranordnung (01) mit einer Vielzahl von
Mikrobioreaktoren umfassend:
eine Mikrotiterplatte (02) mit zahlreichen Wells (09) in einer vorbestimmten Rasteranordnung, einer geschlossenen Bodenfläche (14) und einer geöffneten Oberseite; eine Einsatzeinheit (03), die auf der Oberseite der Mikrotiterplatte (02) angeordnet ist und zahlreiche Einsätze (11) in derselben Rasteranordnung besitzt, wobei jeweils ein Einsatz (11) in ein Well (09)
eingreift, und wobei das Well (09) mindestens in zwei Bereiche (12, 17) unterteilt ist;
eine Aktivierungseinheit (04), die auf der
Einsatzeinheit (03) aufgesetzt ist und zahlreiche Pumpen (26) besitzt, die jeweils an Versorgungskanäle (19) angeschlossen sind, welche einen Fluidtransport zwischen den zwei Bereichen (12, 17) ermöglichen.
2. Mikrobioreaktoranordnung (01) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Einsätze (11) der Einsatzeinheit (03) jeweils einen mikrostrukturierten Formkörper (13) aufweisen, der parallel zur Bodenfläche (14) der Mikro titerplatte (02) angeordnet ist und ein Ansiedlungsgerüst für Zellkulturen bereitstellt .
3. Mikrobioreaktoranordnung (01) nach Ansprüche 2, dadurch
gekennzeichnet, dass mindestens einer, vorzugsweise mehrere der Einsätze (11) mindestens zwei mikrostrukturierte Form körper (13) besitzen, die parallel zueinander und axial beabstandet voneinander positioniert sind und jeweils ein Ansiedlungsgerüst für Zellkulturen bereitstellen .
4. Mikrobioreaktoranordnung (01) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenfläche (14) zumindest im Bereich der Formkörper (13) optisch transparent ist, um einer optische Beobachtung durch die Bodenfläche (14) hindurch zu gestatten.
5. Mikrobioreaktoranordnung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungseinheit (04) ein Verteilerkanalsystem (24) umfasst, über welches die Pumpen (26) mit Druckluft beaufschlagt werden können.
6. Mikrobioreaktoranordnung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsatzeinheit (03) eine Dichtungsstruktur (16) umfasst, welche an den einzel nen Einsätzen (11) jeweils einen druckoffenen Bereich (12), in welchen Zellkulturen einbringbar sind, von einem
geschlossenen Bereich (17), in welchem Nährstofflösung umwälzbar ist, trennt.
7. Mikrobioreaktoranordnung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsatzeinheit (03) ein Versorgungskanalsystem (19) umfasst, welches mit jedem Einsatz (11) kommuniziert, um die Zu- und Abfuhr einer Nährstofflösung zu ermöglichen.
8. Mikrobioreaktoranordnung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungseinheit (04) über jedem Einsatz (11) eine zentrale Öffnung (27) aufweist, die in einen Zellkultivierungsbereich (12) mündet und über welche Substanzen zupipettierbar sind.
9. Mikrobioreaktoranordnung (01) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin eine Deckelplatte (05) umfasst, welche auf der Aktivierungseinheit (04) angebracht ist, um die zentralen Öffnungen (27) zu verschließen.
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