JP2012506257A - 細胞および細胞由来生成物の産生のための、灌流バイオリアクター、細胞培養システム、および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、その開示が、すべての図面、表、およびアミノ酸又は核酸配列を含み全体として参照により本明細書に組み入れられる、2008年10月22日出願の米国特許仮出願第61/107,644号の恩典を主張する。
予測される個別化医療の成長は、個々の患者のニーズに適合した治療を設計するための新しい理論的枠組みを必要とする。最大の課題は細胞療法の領域に参画することであると予想される。生細胞の治療的適用は極めて大きな可能性を秘めており、ヒトの多種多様な疾患のための実行可能な治療戦略として浮上しつつあるが、研究、臨床開発および商業化用の細胞のエクスビボ産生のための安全で経済的かつ効率的な手段に対するいまだ満たされていない要求が存在する。現在の方法は、費用がかかり、大きな労力を要し、過誤や汚染を起こしやすく、変動しやすい培養条件という難点を有し、大規模な設備インフラを必要とする。
本発明の1つの局面は、細胞(例えば幹細胞、前駆細胞、分化細胞)を大量に増殖させることができる灌流バイオリアクターである。各々の灌流バイオリアクターは、導入口と導出口を有する筐体、および細胞増殖マトリックスを含む。一部の態様では、細胞増殖マトリックスは、平面状であるか、プリーツ状であるか、または中心コアの周囲にらせん状に巻かれている。好ましくは、筐体は、内表面を有する第一部分と内表面を有する第二部分とを含み、該第一部分は、第一部分および第二部分の内表面が細胞増殖マトリックスによって占有される空間(細胞増殖チャンバー)を画定するように、第二部分と(流体密封の様式で)係合し、該マトリックスは第一側面と第二側面を有し、第一マトリックス側面と第一部分の内表面が第一チャンバー(第一細胞増殖チャンバーまたはサブチャンバー)を画定し、第二マトリックス側面と第二部分の内表面が第二チャンバー(第二細胞増殖チャンバーまたはサブチャンバー)を画定する。従って、第一チャンバーと第二チャンバーは細胞増殖マトリックスによって隔てられている。好ましくは、本体の第一部分は、第一チャンバーと流体連通している導入口と導出口を有し、本体の第二部分は、第二チャンバーと流体連通している導入口と導出口を有する。
本発明は、細胞および細胞由来生成物の産生のための、バイオリアクター2、自動細胞培養システム、および方法を提供する。本発明のバイオリアクターを使用して増殖された細胞は、損傷した組織または器官を再建するために使用できる。外傷または損傷後の可能な適用は数多くあり、例えば熱傷修復のための自己皮膚の産生、骨折修復のための骨の成長、および/または重症損傷の形成復元(plastic reconstruction)のための組織の産生などである。
・ハイブリドーマ細胞株(例えばK6H6/B5また1D12ハイブリドーマ細胞株)からのモノクローナル抗体の産生。
・治療的適用のための免疫細胞を含む患者由来の自己血液細胞の増殖。
・治療目的のために後に患者に再注入するための患者由来体細胞の増殖。患者における治療的適用のために既に利用可能である具体例は、患者特異的な軟骨細胞(cartilage cell, chondrocyte)の収集および増殖と、それに続く、損傷した関節軟骨を含む領域にそれらの細胞を戻す再注入である。
・胚幹細胞、成体幹細胞、造血幹細胞もしくは前駆細胞、臍帯血または他の供給源由来の多能性(multi-or pluripotent)細胞を含む、患者由来または一般的な(generic)多能性細胞の治療目的のための増殖。
・前記細胞適用における、および細胞が、細胞成分を発現するようにまたは受容体、変化した増殖特性もしくは遺伝的特徴などの他の有益な特性をそれらに付与するように遺伝的に改変されている、体細胞または生殖細胞の増殖と、それに続く治療効果のための患者への細胞の導入。一例は、増殖因子、凝固因子、またはそのような因子の遺伝性もしくは後天性欠損を矯正する他の生物活性物質を発現するように遺伝的に改変された患者特異的な線維芽細胞の増殖である。
・例えばワクチンの産生のための、ウイルス(インフルエンザなど)およびウイルスベクターの産生。
・増殖因子などの他の細胞由来生成物の産生。
Claims (51)
- 導入口と導出口を有する筐体、および平面状であるか、プリーツ状であるか、または中心コアの周囲にらせん状に巻かれている細胞増殖マトリックスを含む、灌流バイオリアクター。
- 筐体が内表面を有する第一部分と内表面を有する第二部分とを含み、第一部分が、流体密封の様式で、かつ該部分および第二部分の内表面が細胞増殖マトリックスによって占有される空間を画定するように、第二部分と係合し、該マトリックスが第一側面と第二側面を有し、第一マトリックス側面と第一部分の内表面が第一チャンバーを画定し、かつ第二マトリックス側面と第二部分の内表面が第二チャンバーを画定する、請求項1記載の灌流バイオリアクター。
- 第一部分が、第一チャンバーと流体連通している導入口と導出口を有し、かつ第二部分が、第二チャンバーと流体連通している導入口と導出口を有する、請求項2記載の灌流バイオリアクター。
- マトリックスがプリーツ状であり、かつ第一部分の内表面もしくは第二部分の内表面または両方が、マトリックスのプリーツを支持するための支持体をさらに含む、請求項2または3記載の灌流バイオリアクター。
- 第一部分の内表面および第二部分の内表面がヘッダーをさらに含み、第一部分の内表面のヘッダーが第二部分の内表面のヘッダーと係合し、かつ各々のヘッダーが、該ヘッダーを通る培地の流れのための穴を有する、請求項4記載の灌流バイオリアクター。
- 各々の支持体がマトリックスの各々のプリーツに適合する、請求項4または5記載の灌流バイオリアクター。
- 各々の支持体が該支持体を通る培地の流れのための穴を有する、請求項4〜6のいずれか一項記載の灌流バイオリアクター。
- バイオリアクターが中心コアを含み、かつマトリックスが該中心コアの周囲に巻かれている、請求項1記載の灌流バイオリアクター。
- マトリックスが、ポリエチレンテレフタレート(PET)、コラーゲンおよびキトサンからなる群より選択される材料を含む、上記請求項のいずれか一項記載の灌流バイオリアクター。
- マトリックスがPETを含む、上記請求項のいずれか一項記載の灌流バイオリアクター。
- 細胞培養増殖を支持するためのハードウエアを組み込んだ再使用可能な計装ベース装置、および
請求項1〜10のいずれか一項記載の少なくとも1つの灌流バイオリアクターを含む、該計装ベース装置に着脱可能に取り付けられる少なくとも1つの使い捨て細胞培養容器(cell cultureware)モジュール
を含む、細胞および/または細胞由来生成物の産生のための細胞培養システム。 - 計装装置が、細胞培養培地を少なくとも1つの培養容器モジュールを通して循環させるためのポンプを含む、請求項11記載の細胞培養システム。
- ポンプが、増殖因子または他の補助物質を細胞増殖チャンバー内へと移動させ、かつ灌流バイオリアクターから生成収集物を取り出す、請求項12記載の細胞培養システム。
- 計装装置が、少なくとも1つの培養容器モジュールを通る培地流を制御するための複数の回転式選択弁を含む、請求項12記載の細胞培養システム。
- 計装装置が、増殖因子または他の補助物質および生成収集物を貯蔵するための冷蔵領域を含む、請求項11記載の細胞培養システム。
- 計装装置が、増殖および産生を促進するために細胞増殖チャンバーを加熱するための加熱機構を含む、請求項11記載の細胞培養システム。
- 少なくとも1つの培養容器モジュールが導入口と導出口を含み、該導入口と導出口が、熱交換機構が熱せられた空気を前記機器装置から少なくとも1つの培養容器モジュール内へと送り込むように、機器装置の空気口と整合するように構築されて配置される、請求項16記載の細胞培養システム。
- 付属チューブ類を有するポンプカセットをさらに含む細胞培養システムであって、該ポンプカセットとチューブ類がマルチチャネルポンプに挿入可能である、請求項12記載の細胞培養システム。
- 少なくとも1つの培養容器モジュールが、細胞増殖チャンバーと連通しているガス混合機構を含む、請求項12記載の細胞培養システム。
- 細胞培養培地のpHを制御するために少なくとも1つの培養容器モジュール内に配置されたpHセンサーをさらに含む、請求項19記載の細胞培養システム。
- ガス混合機構が、細胞代謝を支持するために培地に酸素を供給して二酸化炭素を添加または除去するガス交換カートリッジを含む、請求項20記載の細胞培養システム。
- ガス交換カートリッジが導入端と排出端を有する、請求項21記載の細胞培養システム。
- 細胞培養培地の二酸化炭素レベルを測定するために、ガス交換カートリッジの排出端と流体連通している二酸化炭素センサーをさらに含む、請求項22記載の細胞培養システム。
- 少なくとも1つの培養容器モジュールが滅菌済みである、請求項11記載の細胞培養システム。
- 少なくとも1つの培養容器モジュールが、計装装置中の機器インターフェース装備と結合する、該モジュール内に組み込まれた複数のインターフェース装備を含む、請求項11記載の細胞培養システム。
- 少なくとも1つの培養容器モジュールが、細胞培養培地の流体循環速度、温度およびpHを感知するためのセンサーを含む、請求項12記載の細胞培養システム。
- バイオリアクターが細胞空間および培地成分交換を提供する、請求項11記載の細胞培養システム。
- バイオリアクターが、平面状の細胞増殖マトリックス、プリーツ状の細胞増殖マトリックス、中心コアの周囲にらせん状に巻かれた細胞増殖マトリックス、または前記の2つ以上の組み合わせを含む、請求項27記載の細胞培養システム。
- 少なくとも1つの培養容器モジュールが、バイオリアクター内で流体容量を循環および維持するようにモジュール内に配置された流体循環ユニットを含む、請求項11記載の細胞培養システム。
- 流体循環ユニットが、非剛性リザーバー、および第一リザーバー内に高圧を生じさせるために第一リザーバーと流体連通している第二可撓性リザーバーを含む、請求項29記載の細胞培養システム。
- 少なくとも1つの培養容器モジュールに着脱可能に接続された、収集物回収とフラッシングのための複数の使い捨て容器をさらに含む、請求項11記載の細胞培養システム。
- 請求項1〜10のいずれか一項記載の少なくとも1つの灌流バイオリアクターを含む、少なくとも1つの使い捨て培養容器モジュールを提供する工程、
細胞培養培地を前記バイオリアクターを通して循環させるためのマイクロプロセッサー制御装置およびポンプを含む、細胞培養増殖を支持するハードウエアを組み込んだ再使用可能な計装ベース装置を提供する工程、
前記少なくとも1つの培養容器モジュールを計装ベース装置に着脱可能に取り付ける工程、
細胞を前記バイオリアクターに導入する工程、
細胞培養培地の供給源を前記少なくとも1つの培養容器モジュールに液体が流れるように(fluidly)取り付ける工程、
マイクロプロセッサー制御装置に操作パラメータをプログラムする工程、
細胞または細胞由来生成物を前記バイオリアクター内で増殖させるために細胞培養培地を前記バイオリアクターを通して循環させるようにポンプを操作する工程、ならびに
任意で、
増殖した細胞または細胞由来生成物を前記バイオリアクターから収集すること、および
前記少なくとも1つの培養容器モジュールを廃棄すること
の一方または両方を実施する工程
を含む、細胞および/または細胞由来生成物の産生のための方法。 - 少なくとも1つの培養容器モジュールがガス交換ユニットを含み、かつ方法が、細胞代謝を支持するために細胞培養培地に酸素を供給し、二酸化炭素を添加または除去する工程をさらに含む、請求項32記載の方法。
- 少なくとも1つの培養容器モジュールがその中に配置されたpHセンサーを含み、かつ方法が、細胞培養培地のpHを制御する工程をさらに含む、請求項32記載の方法。
- 細胞培養培地の培地供給速度制御を調節する工程をさらに含む、請求項34記載の方法。
- 細胞培養培地の供給速度制御を調節する工程が、細胞培養培地の乳酸濃度を算出するために細胞増殖チャンバー内の二酸化炭素レベルをモニターすることを含む、請求項35記載の方法。
- 調節する工程が、細胞培養培地の初期重炭酸レベルを算出すること、ならびに乳酸濃度を算出するために細胞培養培地の測定されたpHおよび二酸化炭素レベルを利用することを含む、請求項36記載の方法。
- 細胞増殖を促進するために少なくとも1つの培養容器モジュールを加熱する工程をさらに含む、請求項32記載の方法。
- 高分子量因子をバイオリアクター内にポンプで注入する工程をさらに含む、請求項32記載の方法。
- 計装ベース装置が冷蔵領域を含み、かつ方法が、高分子量因子および生成収集物を該冷蔵領域に貯蔵する工程をさらに含む、請求項39記載の方法。
- 培養容器モジュールが識別バーコードを有し、かつ方法が、識別バーコード情報をマイクロプロセッサー制御装置に取り込む工程をさらに含む、請求項32記載の方法。
- 少なくとも1つの培養容器モジュールを予め滅菌する工程をさらに含む、請求項32記載の方法。
- 少なくとも1つの培養容器モジュールが、モジュールに組み込まれた複数のインターフェース装備を含み、かつ前記少なくとも1つの培養容器モジュールを計装ベース装置に取り付ける工程が、モジュールのインターフェース装備を計装ベース装置上のインターフェース装備と結合させることを含む、請求項32記載の方法。
- 少なくとも1つの培養容器モジュールが複数のセンサーを含み、かつ方法が、細胞培養培地の流体循環速度、温度およびpHを感知する工程をさらに含む、請求項32記載の方法。
- 少なくとも1つの培養容器モジュールがその中に配置された流体循環ユニットを含み、かつ方法が、バイオリアクター内で細胞培養培地の流体を循環させ、混合する工程をさらに含む、請求項32記載の方法。
- 少なくとも1つの培養容器モジュールを廃棄する工程の後に、別の使い捨て培養容器モジュールを取り付ける工程をさらに含む、請求項32記載の方法。
- マイクロプロセッサー制御装置による細胞培養プロセスの連続的な実施の間オペレーターを誘導する工程をさらに含む、請求項32記載の方法。
- 請求項1〜10のいずれか一項記載の少なくとも1つの灌流バイオリアクターを提供する工程、
細胞を前記バイオリアクターに導入する工程、および
前記バイオリアクター内で細胞を培養する工程
を含む、細胞および/または細胞由来生成物の産生のための方法。 - 細胞、細胞由来生成物またはその両方をバイオリアクターから収集する工程をさらに含む、請求項48記載の方法。
- 細胞由来生成物がウイルスまたはウイルスベクターである、請求項48または49記載の方法。
- ウイルスがインフルエンザウイルスである、請求項50記載の方法。
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