ES2930540T3

ES2930540T3 - Dispositivo de bioprocesamiento

Info

Publication number: ES2930540T3
Application number: ES19306732T
Authority: ES
Inventors: Jérémie Laurent; Giulia Ghinatti; Philippe Kergourlay
Original assignee: Astraveus SAS
Current assignee: Astraveus SAS
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2022-12-16
Anticipated expiration: 2039-12-20
Also published as: DK3839037T3; WO2021123200A1; JP2023507511A; EP3839037B1; CA3164127A1; EP4123012A1; CN114981404A; EP3839037A1; KR20220117279A; US20230016447A1

Abstract

El dispositivo de bioprocesos comprende dispositivos de microfluidos de bioprocesamiento, depósitos, tanques de compensación y dos sistemas de conexión de fluidos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de bioprocesamiento

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo y un método para procesar objetos biológicos, en particular células biológicas.

Antecedentes de la invención

El procesamiento de objetos biológicos tiene una relevancia clave en el desarrollo biotecnológico actual. Son habituales series complejas de operaciones tales como amplificación, concentración, purificación, edición de genes, administración de genes, administración de ARN, administración de proteínas, diferenciación, desdiferenciación, recolección, clasificación de células y recolección y purificación, que conducen a compuestos que se pueden usar directamente con fines diagnósticos o terapéuticos o como materia prima para otros bioprocesos.

Para trabajar con cantidades mínimas de material en estos bioprocesos y permitir un alto rendimiento, a menudo se utilizan chips o dispositivos microfluídicos. Durante los bioprocesos, los dispositivos de microfluidos deben alimentarse con varios reactivos o nutrientes; las células tienen que ser transportadas, almacenadas, recolectadas. Estas operaciones requieren conexiones fluídicas, que pueden volverse muy complejas con el aumento del número de dispositivos microfluídicos y variantes de bioprocesos.

La Patente de EE. UU. 8257964 divulga un dispositivo de cultivo celular de micropocillos, que comprende pocillos conectados a estaciones de puerto a través de un sistema de multiplexación. Las estaciones de puerto son elementos intermediarios para suministrar células o medios de cultivo celular a cada pocillo. El sistema de multiplexación permite la conexión controlada entre cada estación de puerto y cada pozo, por separado.

Además, se desarrollan bioprocesos como métodos de producción de fármacos de 3a y 4a generación, esta última incluye medicamentos de terapia avanzada (ATMP). A menudo, un bioproceso se optimiza en un sistema de microfluidos mediante cribado. De hecho, como resultado de la propia complejidad de las células vivas, el cribado es un medio más viable para optimizar los procesos que los enfoques deterministas basados en modelos por sí solos. Entonces, la ampliación de un tamaño de lote de cribado a un tamaño de lote de fabricación industrial es especialmente complejo. En particular, transferir un protocolo identificado como óptimo en la etapa de cribado a un tamaño de lote industrial está asociado con varias dificultades: (a) la falta de precisión en la ejecución del bioproceso durante el cribado puede dar lugar a resultados falsos positivos o irreproducibles, (b) normalmente no es posible aumentar el tamaño del lote mientras se mantienen idénticos los valores de los parámetros de un protocolo. Finalmente, los altos rendimientos de los procesos a pequeña escala identificados en el cribado normalmente no son reproducibles a mayor escala y, paradójicamente, el rendimiento (por ejemplo, rendimiento, eficiencia, calidad del producto...) puede disminuir en los bioprocesos cuando aumenta el tamaño del lote.

El objetivo de la invención es proponer un dispositivo de bioprocesamiento en el que numerosos dispositivos microfluídicos puedan funcionar simultáneamente con las condiciones específicas identificadas en el cribado, para producir cantidades cuantitativas de compuestos de interés, con arquitecturas de conexión fluídica inteligente. El mismo dispositivo de bioprocesamiento se puede usar alternativamente en la detección, aprovechando la versatilidad que ofrece la arquitectura de conexión fluídica inteligente para ejecutar diferentes condiciones en numerosos dispositivos microfluídicos.

Resumen

Por lo tanto, esta divulgación se relaciona con un sistema para procesar partículas biológicas que comprende: i. al menos cuatro dispositivos microfluídicos de bioprocesamiento;

ii. al menos 3 depósitos o puertos configurados para conectar un depósito;

iii. al menos un tanque de compensación; y

iv. al menos dos sistemas de conexión fluídica.

Además, el primer sistema de conexión fluídica comprende válvulas y medios de conexión entre válvulas, de modo que cada depósito o puerto configurado para conectar un depósito puede estar en conexión fluídica con cada tanque de compensación; y el segundo sistema de conexión fluídica comprende válvulas y medios de conexión entre válvulas, de modo que cada dispositivo microfluídico de bioprocesamiento pueda estar en conexión fluídica con cada tanque de compensación.

Dentro de esta divulgación, el sistema utiliza depósitos para almacenar reactivos, partículas biológicas en suspensión o nutrientes, por ejemplo. Se pueden incluir depósitos per se en el sistema, o el depósito puede estar fuera del sistema, pero conectado al sistema a través de un puerto.

Dentro de la divulgación, los depósitos pueden conectarse y desconectarse a través de puertos de conexión en las líneas de flujo. En tales casos, los puertos de conexión son preferentemente del tipo que protege las líneas de flujo de la contaminación de su entorno, como septos o válvulas intercambiables. Los depósitos también pueden sustituirse, por ejemplo, por tuberías o fuentes de reactivos deslocalizados o salidas de productos. Dentro de la descripción, una línea de flujo es una secuencia de medios de conexión, válvulas, puertos, puntas, entradas o salidas que definen una o varias conexiones fluídicas entre los componentes del sistema.

En realidad, el sistema debe configurarse para usar al menos tres depósitos: esta configuración puede lograrse con depósitos o puertos configurados para conectar un depósito, o una combinación de los mismos. En la divulgación, el término “depósito” abarca tanto depósitos como puertos configurados para conectar un depósito.

Este sistema es particularmente adecuado para procesar células biológicas, por ejemplo, glóbulos blancos, células T, células NK, células madre hematopoyéticas (HSC), células madre totipotentes, células madre pluripotentes, células madre multipotentes, estirpes celulares no adherentes, estirpes celulares adherentes.

Se pueden implementar varios bioprocesos solos o combinados con este sistema, por ejemplo, amplificación, concentración, purificación, edición de genes, suministro de genes, suministro de ARN, suministro de proteínas, diferenciación, desdiferenciación, recolección, clasificación de células y recolección y purificación.

Los sistemas de conexión de fluidos primero y segundo permiten una mayor versatilidad en la gestión de bioprocesos. De hecho, todos los reactivos pueden distribuirse en cada dispositivo microfluídico de manera controlada, con un tamaño reducido y porciones muertas de medios de conexión y medios de distribución. Dentro de esta divulgación, una parte muerta se refiere a un volumen de medios de conexión que debe llenarse o enjuagarse con un líquido durante el flujo hacia o desde un componente, es decir dispositivo microfluídico, tanque de compensación o depósito, permaneciendo dicho líquido fuera de los componentes y perdiéndose en la traslación.

Dentro de esta divulgación, una válvula es un medio para bloquear o permitir el flujo de un fluido. Sin limitación, las válvulas pueden ser: septos, válvulas intercambiables (por ejemplo, como se divulga en la patente US6651956), válvulas de manguito tales como válvulas de manguito basadas en el pinzamiento de tubos elastoméricos, válvulas de manguito basadas en el cierre de canales de microfluidos por deformación de la membrana (por ejemplo, como se divulga en la patente US6929030), otro tipo de válvulas basadas en membrana, válvulas de transición de fase como las válvulas que funcionan congelando el contenido líquido de un tubo, válvulas mecánicas (por ejemplo, llave de paso de un cuarto de vuelta, válvulas de bola), válvulas basadas en tensión superficial (por ejemplo, en aplicaciones de baja presión simplemente desconectando dos partes que constituyen la trayectoria del flujo para crear una barrera de energía debido a la energía superficial del aire-líquido). Las válvulas que exhiben un estado cerrado estable, como las válvulas normalmente cerradas o las válvulas biestables, son preferibles para reducir los riesgos de falla y los flujos no deseados. Las válvulas compatibles con elementos fluídicos de un solo uso (por ejemplo, partes en contacto con flujos de reactivos) son generalmente preferidas, ya que se ha encontrado que tener elementos fluídicos de un solo uso reduce los riesgos de contaminación cruzada entre lotes sucesivos hechos con instrumentos de bioproducción, así como también reduce los costes. Las válvulas en miniatura y las válvulas que pueden integrarse en dispositivos de microfluidos son ventajosas porque reducen los volúmenes de partes muertas y permiten una mayor densidad de dispositivos de microfluidos y, como tal, mayores rendimientos. Las válvulas también definen límites entre los componentes de todo el sistema. En particular, los dispositivos microfluídicos, los depósitos y el tanque de compensación comprenden entradas y/o salidas para fluidos. Estas entradas y/o salidas terminan en una válvula. Se diseñan medios de conexión entre válvulas para definir la distribución de líquido de un componente a otro.

En una realización, los dispositivos de microfluidos de bioprocesamiento comprenden al menos una cámara, en la que pueden almacenarse y manipularse partículas biológicas; al menos una entrada para llenar la cámara y al menos una salida para drenar la cámara. Gracias a la entrada y la salida, se puede imponer un flujo en la cámara microfluídica sin cambiar su volumen. Además, la entrada y la salida pueden estar en conexión fluídica con otros componentes del sistema a través de medios de conexión específicos. Por ejemplo, todos los reactivos se pueden llenar en el dispositivo de microfluidos a través de la entrada conectada a una primera línea de flujo, mientras que todos los productos se pueden drenar del dispositivo de microfluidos a través de la salida conectada a una segunda línea de flujo diferente de la primera línea de flujo: los reactivos y los productos se no debe mezclarse en ningún medio de conexión.

En una realización, la cámara que recibe los dispositivos microfluídicos puede someterse a esterilización, por ejemplo, mediante autoclave, rayos gamma o vapor de H2O2.

Los dispositivos de microfluidos comprenden al menos un puerto, normalmente al menos dos puertos. Estos puertos están configurados para establecer una conexión fluídica entre los dispositivos microfluídicos y el segundo sistema de conexión fluídica. Aumentar el número de puertos permite gestionar bioprocesos complejos, pero aumenta la complejidad de las conexiones en el sistema.

En una realización particular, una entrada y una salida, es decir dos puertos, están configurados para definir un flujo de siembra. Dentro de la descripción, un flujo de siembra es un flujo que atrapa partículas biológicas del líquido que fluye hacia un dispositivo de microfluidos en una cámara del dispositivo de microfluidos, el líquido que sale del dispositivo de microfluidos durante un flujo de siembra se agota de partículas biológicas que fluyen hacia el interior del dispositivo. En una de estas realizaciones, la captura de partículas biológicas se basa en la sedimentación y el asentamiento de partículas biológicas. También se pueden utilizar varios otros medios para promover el atrapamiento de partículas biológicas en dispositivos de microfluidos, como trampas de flujo (por ejemplo, aberturas en el flujo más pequeñas que las partículas biológicas, micropocillos) o revestimientos (por ejemplo, revestimiento de matriz extracelular, revestimiento de anticuerpos, revestimientos de polímero adhesivo celular, etc.).

En otra realización particular, una entrada y una salida, es decir dos puertos, están configurados para definir un flujo de recolección. Dentro de la divulgación, un flujo de recolección es un flujo destinado a lavar el medio líquido de un dispositivo microfluídico, de modo que el contenido del dispositivo microfluídico se drena para recuperarlo o recolectarlo. El flujo de recolección puede ser lo suficientemente suave para que las partículas biológicas que se encuentran en el dispositivo de microfluidos no se desplacen: el líquido drenado puede contener un producto de interés, que finalmente se recolecta. El flujo de recolección puede ser más fuerte para que las partículas biológicas sean desplazadas y recolectadas. Los principales parámetros que rigen la fuerza del flujo de la recolección son la geometría del dispositivo de microfluidos, la viscosidad del líquido y el caudal. Se pueden aplicar medios auxiliares para favorecer la recolección del producto de interés y/o partículas biológicas tales como vibraciones o ultrasonidos, tratamientos químicos y/o enzimáticos, por ejemplo.

En una realización particular, la entrada y la salida configuradas para definir un flujo de siembra son las mismas que la entrada y la salida configuradas para definir un flujo de recolección. En esta realización, se usa una geometría de entrada y salida con diferentes condiciones de flujo, por ejemplo, caudal, para realizar siembras o cosechas.

Ambas realizaciones anteriores pueden combinarse en un solo dispositivo microfluídico, como se describe en las solicitudes de patente europea EP18305786 o EP19306568, produciendo dispositivos microfluídicos con varias cámaras y canales fluídicos que permiten sembrar y recolectar estas cámaras.

En una realización, el tanque de compensación está controlado por una fuente de presión. Dicha fuente de presión puede producir una alta presión que provoque el vaciado parcial o total del depósito de compensación. Dicha fuente de presión puede producir una baja presión que lleve al llenado parcial o total del depósito de compensación. Gracias a la fuente de presión ya los sistemas de conexión de fluidos primero y segundo, los flujos entre los componentes del sistema pueden controlarse todos con la fuente de presión.

En una realización particular, el depósito de compensación comprende al menos una cámara, por ejemplo, en forma de tubo helicoidal o serpentín; una fuente de presión y medios para controlar el volumen de líquido en la cámara. Gracias a esta configuración, el volumen en el tanque de compensación se monitoriza continuamente dando acceso al volumen volado en un dispositivo microfluídico o un depósito o volado fuera de un dispositivo microfluídico o un depósito. Una sola fuente de presión y monitorización de volumen permite controlar todos los intercambios de volumen en el sistema. En esta realización, la cámara puede tener una sección transversal media comprendida entre 0,1 mm2 y 9 mm2, que es un buen compromiso entre el volumen de almacenamiento y la resistencia hidráulica del tanque de compensación.

En una realización particular, el sistema para el procesamiento biológico comprende al menos dos tanques de compensación, en particular, dos, tres, cuatro o cinco tanques de compensación.

En otra realización, el sistema de procesamiento de partículas biológicas comprende al menos dos tanques de compensación, en al menos uno de ellos se monitorizan los volúmenes de líquido. Con tal configuración, es posible hacer fluir un volumen de un primer líquido desde un primer tanque de compensación hacia un dispositivo microfluídico a través del segundo sistema de conexión fluídica. Luego, un segundo líquido de un segundo tanque de compensación se hace fluir hacia el mismo dispositivo microfluídico para llenar la parte muerta del segundo sistema de conexión fluídica, lo que permite llenar todo el volumen del primer líquido en el dispositivo microfluídico. Esto es ventajoso para reactivos o partículas biológicas disponibles en poca cantidad y para evitar desperdiciar material biológico precioso en medios de conexión o componentes inactivos del sistema. Alternativamente, con tal configuración, es posible hacer fluir un líquido desde un primer tanque de compensación para recolectar el contenido de un dispositivo de microfluidos, este contenido es transferido simultáneamente en un segundo tanque de compensación mientras el volumen del dispositivo de microfluidos permanece esencialmente constante. En una realización, los tanques de compensación pueden estar equipados con un detector de partículas biológicas que permite monitorizar el número de partículas biológicas desplazadas, en particular durante la siembra de dispositivos microfluídicos. De hecho, el número de partículas biológicas sembradas para un bioproceso es uno de los parámetros más impactantes y difíciles de controlar. El control de este número permite determinar el rendimiento de un bioproceso por partícula, por ejemplo, lo cual es fundamental en el cribado para seleccionar el proceso más prometedor.

Los tanques de compensación adecuados se describen en la solicitud de patente europea EP18306872.

En una realización, el sistema para procesar partículas biológicas comprende además un tanque de residuos, de modo que cada depósito, cada tanque de compensación y cada dispositivo microfluídico de bioprocesamiento pueden estar en conexión fluídica con el tanque de residuos a través del primer sistema de conexión fluídica y/o a través del segundo sistema de conexión fluídico.

En una realización, los sistemas de conexión pueden aislarse del contenedor de residuos por medios específicos tales como válvulas de retención unidireccionales. En tal realización, el sistema de conexión conectado al depósito de residuos puede en parte ser reutilizado y estar equipado con medios analíticos tales como módulos de análisis químico, módulos de análisis de suspensión de partículas o cualquier tipo de módulo de análisis. De hecho, el flujo hacia el contenedor de residuos es muy frecuente durante la duración de los bioprocesos, tales realizaciones permiten el análisis regular de los fluidos de salida de los bioprocesos y brindan información extensa que puede ser parte del proceso de control de calidad y aprovecharse para optimizar los bioprocesos, por ejemplo, si algunos reactivos están por encima o por debajo de ciertos umbrales se pueden programar medidas correctivas. El aislamiento de dichos módulos analíticos permite utilizar celdas analíticas reutilizables, como las celdas de espectroscopia, lo que lleva a una reducción de costes.

En una realización, los medios de conexión comprenden tubos o elementos funcionalmente equivalentes que comprenden canales para el flujo de líquido. Los tubos adecuados pueden tener un diámetro interior inferior a 3 mm y, dependiendo de los tamaños y la configuración de los dispositivos de microfluidos, se prefieren diámetros interiores inferiores a 1,6 mm y superiores a 0,1 mm. Este rango de diámetro interior es un buen compromiso entre el volumen interior y la resistencia hidráulica de los medios de conexión. Se prefieren tubos de gran diámetro interior para conexiones largas (del orden del metro) y tubos de diámetro interior reducido cuando son específicos para la conexión de un número reducido de depósitos o dispositivos microfluídicos. Se pueden usar varios tipos de materiales de tubos, generalmente se prefieren materiales de calidad médica y materiales relativamente inertes. La silicona, y en particular la silicona curada con platino o que cumple con la clase VI de la USP, es una opción adecuada, aunque se debe tener en cuenta su permeabilidad a los gases y, en particular, la evaporación asociada a través de la pared del tubo. El PTFE u otros polímeros fluorados muestran buenos rendimientos, en particular para reducir la adhesión de partículas biológicas en los medios de conexión. Se debe verificar la resistencia de los tubos a la presión, ya que el dispositivo de microfluidos puede necesitar presiones de perfusión relativamente altas. En el caso de que se elija un material como PTFE, que es incompatible con las válvulas de tubo pinzado, se pueden seguir utilizando válvulas de tubo pinzado utilizando una pequeña porción de tubería deformable como silicona curada con platino específica para el segmento asociado a la válvula. Tal parte se minimiza en un gran diámetro interno con respecto a las consideraciones anteriores puede usarse para esta parte, en particular el diámetro interno de esta parte puede ser mayor que el del otro tipo de tubería. Esta realización define una topología fija de medios de conexión entre válvulas que no requiere un sistema de direccionamiento complejo en el primer y segundo sistema de conexiones fluídicas. Esta realización también reduce los riesgos de contaminación de los fluidos manejados en los medios de conexión por agentes tales como partículas en el aire que pueden estar presentes en los alrededores de los medios de conexión.

En una realización, las válvulas son puntas configuradas para abrir una conexión fluídica cuando dos puntas están en contacto y configuradas para cerrar una conexión fluídica cuando una punta no está en contacto con otra punta. Las puntas adecuadas son, por ejemplo, la combinación en un lado de una válvula intercambiable con un conector compatible con la válvula intercambiable en el otro lado. El conector está acoplado a una válvula de manguito o válvula de transición de fase controlada electrónicamente, es decir, un medio para bloquear el flujo lo más cerca posible del extremo distal del conector. En este ejemplo, la válvula de manguito controlada electrónicamente o la válvula de transición de fase es más compleja y expansiva de integrar, por lo tanto, la disposición de las válvulas y los conectores intercambiables debe minimizar el número de conectores y maximizar el de las válvulas intercambiables. Por ejemplo, las válvulas intercambiables serían puntas asociadas directamente a dispositivos microfluídicos y los conectores acoplados a válvulas controladas electrónicamente serían puntas asociadas directamente a tanques de compensación. Esta realización es particularmente ventajosa porque la topología de los medios de conexión se establece dinámicamente, lo que permite la eliminación de medios de conexión fijos, como tubos, reduciendo así el volumen de los medios de conexión, reduciendo así las porciones muertas y/o el volumen ocupado por los medios de conexión en el sistema.

En realizaciones con topología dinámica, cualquier tipo de accionamiento mecánico de dispositivos microfluídicos con respecto a los tanques de compensación puede usarse solo o en combinación. Las combinaciones que permiten organizar dispositivos microfluídicos ID, matrices 2D o 3D son ventajosas para la integración de alta densidad.

El sistema de procesamiento de partículas biológicas puede utilizar en una parte una topología fija y en otra parte una topología dinámica.

En una realización, el volumen interno del segundo sistema de conexión es inferior al 300 % del volumen de todos los dispositivos microfluídicos de bioprocesamiento. Dicho volumen es deseable para evitar que reactivos preciosos o partículas biológicas permanezcan en los medios de conexión en lugar de entrar en los componentes activos del sistema, es decir, dispositivos microfluídicos. Dentro de esta divulgación, el volumen interior de un elemento es el volumen de líquido que puede estar contenido en este elemento. El volumen interior del segundo sistema de conexión es la suma de los volúmenes de cada medio de conexión comprendido en el sistema de conexión.

En una realización, el número de válvulas del primer sistema de conexión fluídica es menor que el número de depósitos multiplicado por tres veces el número de tanques de compensación, preferentemente multiplicado por dos veces el número de tanques de compensación, más preferentemente multiplicado por el número de tanques de compensación.

En una realización, el número de válvulas del segundo sistema de conexión de fluidos es menor que el número de puertos de todos los dispositivos de microfluidos de bioprocesamiento multiplicado por el número de tanques de compensación. En una realización específica, el número de válvulas del segundo sistema de conexión fluídica es menor que el número de dispositivos microfluídicos de bioprocesamiento multiplicado por el número de tanques de compensación.

En un sistema multiplexado habitual, cada depósito está conectado a cada dispositivo microfluídico a través de un medio de conexión controlado por una válvula. Por lo tanto, el número de válvulas requeridas es el número de dispositivos de microfluidos multiplicado por el número de depósitos. Se necesitarían 60 válvulas para 6 dispositivos microfluídicos y 10 depósitos. En realidad, debido a que hay múltiples puertos en cada dispositivo microfluídico, un sistema de multiplexación habitual permite conectar individualmente cada puerto de cada dispositivo microfluídico a cualquier depósito. El número de válvulas requeridas es entonces el número de puertos de cada dispositivo microfluídico multiplicado por el número de depósitos. Por lo general, los dispositivos de microfluidos tienen al menos dos puertos y, a menudo, cuatro puertos.

La introducción de tanques de compensación permite reducir el número de válvulas, porque solo es necesario establecer conexiones entre todos los dispositivos de microfluidos y una pequeña cantidad de tanques de compensación y entre todos los depósitos y una pequeña cantidad de tanques de compensación.

En las dos realizaciones anteriores, es deseable reducir el número de válvulas ya que corresponde a una disminución de la complejidad, es decir, del número de elementos del sistema, y una disminución del volumen total de los medios de conexión entre válvulas.

En una realización, el número de válvulas del primer y segundo sistemas de conexión de fluidos es menor que el número de puertos de todos los dispositivos de microfluidos de bioprocesamiento multiplicado por el número de depósitos. En una realización específica, el número de válvulas del primer y segundo sistemas de conexión fluídica es menor que el número de dispositivos microfluídicos de bioprocesamiento multiplicado por el número de depósitos.

En una realización, algunos componentes del sistema para procesar partículas biológicas están encerrados en una cámara presurizada, en particular dispositivos microfluídicos y opcionalmente tanques de compensación y segundo sistema de conexión fluídica. En esta realización, se aplica una fuerza de sujeción neumática en cada dispositivo microfluídico presente en el sistema, es decir, resultante de la diferencia de presión entre la presión del fluido de sujeción en el sistema y la presión de los fluidos (impuesta por bombas y flujos) en el dispositivo microfluídico. En el caso de un dispositivo de microfluidos que comprenda una placa trasera elastomérica y/o una placa de cubierta elastomérica, la presión de sujeción también es ventajosa porque puede reducir la diferencia de presión entre el interior y el exterior del dispositivo de microfluidos cuando está en uso, reduciendo así la deformación del material elastomérico y limitar las variaciones en la geometría del dispositivo microfluídico. Además, una diferencia de presión de este tipo asegura que, en caso de fugas en un dispositivo de microfluidos, no pueda salir ningún flujo del dispositivo de microfluidos, lo que es ventajoso en particular cuando el fluido contiene materiales peligrosos o preciosos. Por último, la sujeción neumática es una gran ventaja sobre los sistemas de sujeción mecánicos, como placas rígidas con pernos, abrazaderas en C, imanes o ejes y palancas, que limitan o dificultan el acceso a la periferia del dispositivo microfluídico. Por el contrario, con la sujeción neumática, el acceso al dispositivo microfluídico se proporciona en toda la periferia del mismo, aumentando las posibilidades de establecer conexiones fluídicas o de monitorizar ópticamente el contenido del dispositivo microfluídico.

La cámara presurizada adecuada se describe en las solicitudes de patentes europeas EP19306048.

Esta divulgación también se refiere a un método para procesar partículas biológicas usando un sistema como se describió anteriormente, el método comprende:

i. hacer fluir líquido que contiene partículas biológicas desde al menos un depósito hacia al menos un tanque de compensación a través del primer sistema de conexión de fluidos; y

ii. hacer fluir líquido que contiene partículas biológicas desde al menos un tanque de compensación hacia al menos un dispositivo microfluídico de bioprocesamiento a través del segundo sistema de conexión fluídica.

Este método es particularmente adecuado para procesar células biológicas, por ejemplo, glóbulos blancos, células T, células NK, células madre hematopoyéticas (HSC), células madre totipotentes, células madre pluripotentes, células madre multipotentes, estirpes celulares no adherentes, estirpes celulares adherentes.

Breve descripción de los dibujos

Las características y ventajas de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción de realizaciones de un sistema y un método de acuerdo con la divulgación, esta descripción se da simplemente a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

Figura 1 es una arquitectura esquemática de un sistema para procesar partículas biológicas en una configuración de topología fija de medios de conexión.

Figura 2 es una arquitectura esquemática de un sistema para procesar partículas biológicas con una parte de medios de conexión en una topología fija y otra parte de medios de conexión en una topología dinámica.

Figura 3 es una arquitectura esquemática de un sistema para procesar partículas biológicas en el que la topología dinámica de los medios de conexión se logra moviendo dispositivos microfluídicos.

Realizaciones ilustrativas de la invención

La figura 1 muestra un sistema (1) de acuerdo con una primera realización de la divulgación, destinado a procesar partículas biológicas. Se colocan seis dispositivos (20) microfluídicos en una cámara (2) del sistema (1). Cada dispositivo microfluídico consta de una entrada y una salida (es decir dos puertos), ambos terminando en una válvula (502). Diez depósitos (40) se colocan en el sistema (1) y comprenden una salida que termina en una válvula (502). Aquí, los depósitos (40) se refrigeran en una cámara (4) refrigerada. Cuatro tanques (30) de compensación se colocan en el sistema (1) y comprenden una entrada/salida que termina en una válvula (502). Aquí, la temperatura de los tanques (30) de compensación se controla en una cámara (3), típicamente a la temperatura en que se procesan las células biológicas. Entre las válvulas (502) se disponen medios (501) de conexión en forma de tubos. Mediante la configuración apropiada de válvulas abiertas y cerradas, cada depósito puede estar en conexión fluídica con cada tanque de compensación y cada tanque de compensación puede estar en conexión fluídica con cada dispositivo microfluídico.

Aquí, el primer sistema de conexión fluídica comprende válvulas (502) asociadas a depósitos (40) y tanques (30) de compensación y medios (501) de conexión entre estas válvulas (502). Se utilizan 28 válvulas (502) para conectar 10 depósitos (40) con 4 depósitos (30) de compensación. El segundo sistema de conexión fluídica comprende válvulas (502) asociadas a dispositivos (20) microfluídicos y tanques (30) de compensación y medios (501) de conexión entre estas válvulas (502). Las válvulas (502) asociadas con los tanques (30) de compensación son parte tanto del primer como del segundo sistema de conexión fluídica.

Los dispositivos (20) microfluídicos están además vinculados a los módulos (22, 23) de control para temperatura y concentración de gas disuelto en la cámara (2). El contenido de agua de los dispositivos microfluídicos se controla además mediante un módulo (24) para medir la pérdida de agua y, eventualmente, agregar o eliminar agua en los dispositivos microfluídicos si es necesario. Cuando la pérdida de agua se produce por evaporación, se añade vapor de agua en la cámara que comprende los dispositivos (20) microfluídicos.

Como se ilustra de manera no limitativa, el sistema (1) comprende un tanque (42) de residuos, que puede estar en conexión fluídica con cada depósito (40), cada tanque (30) de compensación y cada dispositivo (20) microfluídico. En la realización ilustrada, el conjunto de medios (501) de conexión ubicados más cerca de los depósitos (40), los tanques (30) de compensación y los dispositivos (20) de microfluidos (a través de la entrada) se usa para hacer fluir el contenido de los depósitos (40) hacia los dispositivos (20) de microfluidos a través del almacenamiento temporal en tanques (30) de compensación, definiendo una primera línea de flujo. El conjunto de medios (501) de conexión situado más lejos de los depósitos (40), tanques (30) de compensación y dispositivos (20) microfluídicos (vía salida) se utiliza para hacer fluir líquidos hacia los residuos (42), definiendo una segunda línea de flujo. Con tal configuración, la disposición de líquido al residuo (42) no utiliza los mismos medios (501) de conexión que la entrega de líquido a los canales (20) microfluídicos.

Además, en la realización ilustrada, los sistemas de conexión comprenden dos líneas de flujo independientes que conectan los dispositivos (20) microfluídicos a los tanques (30) de compensación o al tanque (42) de residuos. Con tal configuración, es posible hacer fluir un líquido desde un primer tanque (30) de compensación para recolectar el contenido de un dispositivo (20) microfluídico, siendo este contenido transferido simultáneamente en un segundo tanque (30) de compensación ya que el volumen del dispositivo de microfluidos permanece esencialmente constante. Tener al menos dos tanques (30) de compensación que pueden conectarse a través de diferentes líneas de flujo a un solo dispositivo (20) microfluídico permite recolectar líquidos de un dispositivo microfluídico, en particular cuando comprende un producto o partículas biológicas de interés, para su transferencia a un contenedor exterior conectado a través de un puerto o dentro de un depósito (40).

En el ejemplo que se muestra en la Figura 1, los tanques (30) de compensación están controlados por una fuente (311) de presión, aquí un controlador de presión. Mediante la depresión de la fuente (311) de presión, se induce el flujo de líquido desde el depósito (40) o el dispositivo (20) microfluídico hacia un tanque (30) de compensación. Con el aumento de la presión de la fuente (311) de presión, se induce el flujo de líquido desde el tanque (30) de compensación hasta el dispositivo (20) microfluídico, el depósito (40) o el residuo (42). Para evitar la formación de burbujas inducidas por la baja presión, se prefiere utilizar una mayor presión de la fuente de presión. En el caso específico de un flujo impuesto desde un primer tanque (30) de compensación a un dispositivo (20) de microfluidos para recolectar el contenido de dicho dispositivo (20) de microfluidos en un segundo tanque (30) de compensación, el primer tanque (30) de compensación se presuriza y el segundo tanque (30) de compensación se mantiene a una presión lo suficientemente alta para evitar la formación de burbujas.

De acuerdo con esta realización del sistema (1), un controlador (10) con una interfaz (11) de usuario y un ordenador (101) central permite establecer flujos en el sistema de acuerdo con el bioproceso considerado. El controlador monitoriza parámetros: temperatura, presión, humedad, concentración de gas en dispositivos microfluídicos, pérdida de agua de dispositivos microfluídicos, tiempo y duración de las etapas del proceso y define flujos entre todos los componentes del sistema en términos de caudales y volúmenes desplazados.

La Figura 2 muestra un sistema (1) de acuerdo con una segunda realización de la divulgación, destinado a procesar partículas biológicas. Elementos similares a los de la primera realización llevan referencias idénticas. Se colocan seis dispositivos (20) microfluídicos en una cámara (2) del sistema (1). Cada dispositivo microfluídico comprende dos puertos: una punta (505) de entrada y una punta (505) de salida que actúan como válvulas. Diez depósitos (40) se colocan en el sistema (1) y comprenden una punta (505) que actúa como una válvula. Aquí, los depósitos (40) se refrigeran en una cámara (4) refrigerada. Cuatro tanques (30) de compensación se colocan en el sistema (1) y comprenden una entrada/salida que termina en una válvula (502). Aquí, la temperatura de los tanques (30) de compensación se controla en una cámara (3), típicamente a la temperatura en que se procesan las células biológicas. Entre las válvulas (502) se disponen medios (501) de conexión en forma de tubos. Dos puntas (505) que actúan como válvulas están dispuestas en tubos dentro de dos inyectores (506). El primer sistema de conexión fluídica comprende válvulas (502), inyectores (506) y puntas (505) asociadas a tanques (30) de compensación y puntas (505) asociadas a depósitos y medios (501) de conexión entre estas válvulas/puntas. El segundo sistema de conexión fluídica comprende válvulas (502), inyectores (506) y puntas (505) asociadas a tanques (30) de compensación y puntas (505) asociadas a dispositivos (20) microfluídicos y medios (501) de conexión entre estas válvulas/puntas.

Como se ilustra de manera no limitativa, los tanques (30) de compensación y la fuente (311) de presión se colocan sobre un cabezal (510) móvil, cuyo desplazamiento está controlado por un brazo (511). Mediante el movimiento apropiado del cabezal (510) móvil, la punta (505) de un inyector (506) se pone en contacto con una punta (505) de un depósito (40), abriendo así una conexión fluídica del primer sistema de conexión fluídica. Luego, después de otro movimiento del cabezal (510) móvil, la punta (505) de un inyector (506) se pone en contacto con una punta (505) de un dispositivo (20) microfluídico, abriendo así una conexión fluídica del segundo sistema de conexión fluídica.

En el ejemplo que se muestra en la Figura 2, se realizan dos conexiones fluídicas simultáneamente entre un dispositivo (20) microfluídico y los dos inyectores (506). Una conexión fluídica se usa para hacer fluir líquido desde un primer tanque (30) de compensación hasta el dispositivo (20) de microfluidos y la segunda conexión fluídica se usa para hacer fluir líquido desde el dispositivo (20) de microfluidos hasta un segundo tanque (30) de compensación, manteniendo así el volumen del dispositivo (20) microfluídico constante. El líquido extraído del dispositivo (20) de microfluidos se almacena en el tanque (30) de compensación y puede descartarse como residuo (42) o usarse más en bioprocesos en otro dispositivo (20) de microfluidos o almacenarse en un depósito (40) como producto final.

En esta realización, el volumen de los medios (501) de conexión está muy limitado, ya que la topología de los medios (501) de conexión se adapta dinámicamente a demanda con el desplazamiento del cabezal (510) móvil. En particular, el volumen interior del segundo sistema de conexión no depende del número de dispositivos (20) microfluídicos ni de la distancia entre ellos. Por lo tanto, los volúmenes transferidos desde un tanque (30) de compensación a un dispositivo microfluídico se transfieren casi en su totalidad sin que quede líquido en porciones muertas. Además, solo se utilizan 20 válvulas/puntas para conectar 10 depósitos con 4 tanques de compensación. Y se utilizan 22 válvulas/puntas para conectar 6 dispositivos de microfluidos con dos puertos cada uno con 4 tanques de compensación. Un total de 32 válvulas/puntas es suficiente para conectar 10 reservorios y 6 dispositivos microfluídicos con una gran versatilidad de flujos y procesos.

En esta realización, la cámara (2) está presurizada de manera que la presión en la cámara (2) es mayor que la presión en los dispositivos (20) microfluídicos. Esta sobrepresión evita cualquier riesgo de fuga por las puntas (505). Cuando dos puntas (505) están en contacto, la alta o baja presión generada por la fuente (311) de presión es suficiente para hacer fluir líquido a través de las puntas (505).

La figura 3 muestra un sistema (1) de acuerdo con una tercera realización de la divulgación, destinado a procesar partículas biológicas. Elementos similares a los de la primera y segunda realización llevan referencias idénticas. Doce dispositivos (20) microfluídicos se colocan en una cámara (2) del sistema (1). Cada dispositivo microfluídico comprende dos puertos: una punta (505) de entrada y una punta (505) de salida que actúan como válvulas. Diez depósitos (40) se colocan en el sistema (1) y comprenden una salida que termina en una válvula (502). Aquí, los depósitos (40) se refrigeran en una cámara (4) refrigerada. Cuatro tanques (30) de compensación se colocan en el sistema (1) y comprenden una entrada/salida que termina en una válvula (502). Aquí, la temperatura de los tanques (30) de compensación se controla en una cámara (3), típicamente a la temperatura en que se procesan las células biológicas. Entre las válvulas (502) se disponen medios (501) de conexión en forma de tubos. Dos puntas (505) que actúan como válvulas están dispuestas sobre unos tubos en el interior de dos inyectores (506) que son fijos. El primer sistema de conexión fluídica comprende válvulas (502) asociadas a tanques (30) de compensación y depósitos, inyectores (506) y puntas (505) y medios (501) de conexión entre estas válvulas/puntas. El segundo sistema de conexión fluídica comprende válvulas (502), inyectores (506) y puntas (505) asociadas a tanques (30) de compensación y puntas (505) asociadas a dispositivos (20) microfluídicos y medios (501) de conexión entre estas válvulas/puntas.

Como se ilustra de forma no limitativa, un cabezal (510) móvil, cuyo desplazamiento está controlado por un brazo (511), puede sujetar y mover un dispositivo (20) microfluídico en diferentes lugares de la cámara (1). Mediante el movimiento adecuado del cabezal (510) móvil, las puntas (505) de ambos inyectores (506) se ponen en contacto con dos puntas (505) del dispositivo (20) microfluídico, abriendo así una conexión fluídica del segundo sistema de conexión fluídica, de manera similar a la segunda realización. Los inyectores (506) pueden estar montados sobre actuadores mecánicos y/o estar equipados con detectores tales como sensores de contacto o de presión que permitan ajustar el acoplamiento con retroalimentación. La topología del segundo sistema de conexión fluídica se adapta dinámicamente bajo demanda. Por otro lado, el primer sistema de conexión fluídica es similar a la primera realización. Esta realización es particularmente relevante cuando se utiliza un gran número de dispositivos (20) microfluídicos, por ejemplo, más de 100, mientras que se utilizan pocos depósitos (40) en el sistema (1).

En el ejemplo que se muestra en la Figura 3, se dispone un módulo (7) de bioprocesamiento adicional en la cámara. Este módulo adicional se puede utilizar para procesos selectivos en un dispositivo (20) microfluídico movido por el cabezal (510) móvil, como lavado, clasificación de células (óptica, magnética o por exclusión de tamaño), electroporación, filtración, lisis, microinyección, purificación , intercambio iónico o cualquier etapa de bioprocesamiento habitual, como amplificación, concentración, purificación, edición de genes, suministro de genes, suministro de ARN, suministro de proteínas, diferenciación, desdiferenciación, recolección, clasificación de células y recolección y purificación.

En el ejemplo que se muestra en la Figura 3, un módulo (8) de análisis adicional está dispuesto en el sistema (1). Un dispositivo (20) microfluídico puede ser movido en el módulo (8) de análisis por el cabezal (510) móvil, luego el propio dispositivo (20) microfluídico o el líquido contenido en él se analiza por microscopía, espectroscopía, espectrometría de masas, análisis químico, reología, Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR), Reacción en Cadena de la Polimerasa con Transcripción Inversa (RT-PCR), Elisa, secuenciación génica, o cualquier protocolo de análisis habitual. Específicamente, un dispositivo (20) de microfluidos puede usarse como depósito de bajo volumen para transferir al módulo (8) de análisis y luego analizar. Este dispositivo (20) microfluídico puede configurarse para análisis específicos.

Claims

REIVINDICACIONESI. Un sistema para procesar partículas biológicas, en particular células biológicas, que comprende:

1. al menos cuatro dispositivos (20) microfluídicos de bioprocesamiento;

ii. al menos 3 depósitos (40) o puertos configurados para conectar un depósito;

iii. al menos un tanque (30) de compensación; y

iv. al menos dos sistemas de conexión fluídica;

en el que un primer sistema de conexión fluídica comprende válvulas (502) y medios (501) de conexión entre válvulas (502), de modo que cada depósito (40) o puerto configurado para conectar un depósito puede estar en conexión fluídica con cada tanque (30) de compensación; y en el que un segundo sistema de conexión fluídica comprende válvulas (502) y medios (501) de conexión entre válvulas (502), de modo que cada dispositivo (20) microfluídico de bioprocesamiento pueda estar en conexión fluídica con cada tanque (30) de compensación.

2. El sistema para el procesamiento de partículas biológicas de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un tanque (42) de residuos, de modo que cada depósito (40), cada depósito (30) de compensación y cada dispositivo (20) microfluídico de bioprocesamiento pueden estar en conexión fluídica con el tanque (42) de residuos a través del primer sistema de conexión fluídica, y/o a través del segundo sistema de conexión fluídica.

3. El sistema para el procesamiento de partículas biológicas de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que los medios (501) de conexión comprenden tubos.

4. El sistema para procesar partículas biológicas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que las válvulas son puntas (505) configuradas para abrir una conexión fluídica cuando dos puntas (505) están en contacto y configuradas para cerrar una conexión fluídica cuando una punta (505) no está en contacto con otra punta (505).

5. El sistema para procesar partículas biológicas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el volumen interior del segundo sistema de conexión fluídica es inferior al 300 % del volumen de todos los dispositivos (20) microfluídicos de bioprocesamiento.

6. El sistema para procesar partículas biológicas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el número de válvulas (502) del primer sistema de conexión fluídica es menor que el número de depósitos (40) multiplicado por tres veces el número de tanques (30) de compensación.

7. El sistema para procesar partículas biológicas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el número de válvulas (502) del segundo sistema de conexión fluídica es menor que el número de puertos de todos los dispositivos (20) microfluídicos de bioprocesamiento multiplicado por el número de tanques (30) de compensación.

8. El sistema para procesar partículas biológicas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el número de válvulas (502) del primer y segundo sistemas de conexión fluídica es menor que el número de puertos de todos los dispositivos (20) microfluídicos de bioprocesamiento multiplicado por el número de depósitos (40).

9. El sistema para procesar partículas biológicas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que los tanques (30) de compensación están controlados por una fuente (311) de presión.

10. El sistema para procesar partículas biológicas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el sistema comprende al menos dos tanques de compensación.

I I . El sistema para procesar partículas biológicas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que los dispositivos (20) microfluídicos están encerrados en una cámara (2) presurizada.

12. Método de procesamiento de partículas biológicas, en particular de células biológicas, utilizando un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, el método comprende:

i. hacer fluir líquido que contiene partículas biológicas desde al menos un depósito (40) hacia al menos un tanque (30) de compensación a través del primer sistema de conexión fluídica; y

11. hacer fluir líquido que contiene partículas biológicas desde al menos un tanque (30) de compensación hacia al menos un dispositivo (20) microfluídico de bioprocesamiento a través del segundo sistema de conexión fluídica.