JP2014518076A - バイオリアクター - Google Patents

Abstract

本発明は、中空組織（１）の外側および内部、または中空組織フレームワークを液体で満たすためのバイオリアクターに関し、液面を収容するハウジング（２）を有しており、回転装置（３）がハウジング（２）内に配置されており、中空組織（１）を受領し、回転装置（３）は液面の領域内で縦軸（４）周囲で中空組織（１）を回転させる。このタイプの知られたバイオリアクターでは、中空組織（１）の内部は特殊な装置でフラッシュ処理されなければならず、ここでも液体変換が生じる。簡単で安価な中空組織の内部のフラッシュ処理において、中空組織の内部および外側に注入するためのバイオリアクターの形成目的では、回転装置（３）は縦軸に少なくとも部分的に接するスクープチャンバ（５）を含んでおり、それは中空組織（１）の内部にフローチャンバ（６）を介して接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は請求項１の序文によるバイオリアクターに関する。

中空組織（器官）の外側および内部に液体で作用するバイオリアクターは、例えばＭ．Ａ．アスナギ他の専門家記事“組織工学処理された中空組織の開発のためのダブルチャンバ（二重）回転バイオリアクター：概念から臨床試験まで”（生物材料３０、２００９年、５２６０‐９、１−１０）で解説されている従来技術から知られている。この方法で中空組織に液体で作用させる必要性は特に、人工置換組織またはドナー組織のいずれかを移植して置換された治癒不能な疾患組織を有する人において、移植医療および再生医療で発生する。これら両方の場合において、人工置換組織（スキャフォルド）、またはドナー組織は、薬剤と特定成長因子の追加によって差異化された患者の幹細胞によってコロニー形成されなければならない。幹細胞による組織またはスキャフォルドへのこの作用は、組織の機能性を確実にし、その他の細胞、微生物または真菌との汚染を防止し、したがって拒絶反応を最小限化させるためにも必要である。置換組織が他人からのドナー組織である場合、これはレシピエントの幹細胞で治療する前に、ドナーの細胞が存在しない状態にもしなければならない。バイオリアクターはこれらの目的のために作用する。組織または置換組織が、気管、気管支、血管、尿管などの中空組織である場合、組織の外側と内側の両方を液体で作用させることができる特殊なバイオリアクターが使用される。このタイプの特殊なバイオリアクターは、上述の文献で解説されている。中空組織に作用する液体は、まだ存在している細胞を破壊する薬剤を含み、組織レシピエントの幹細胞での組織の再コロニー化において、細胞懸濁液を含んでいる。

特に細胞懸濁液である液体を中空組織に供給するための知られたバイオリアクターでは、液体内での中空組織の移動によって、そこでは液体交換も発生しないため、中空組織の内部を特に綿密にフラッシュ処理しなければならないという問題が存在する。内部のこの特別なフラッシュ処理は、追加の電気または水圧ポンプによって実行される。したがって本発明の目的は、中空組織の内部をできるだけ簡単で経済的にフラッシュ処理できるように、中空組織の内部または外側に作用するバイオリアクターを開発することである。

この目的は、請求項１の特徴によって達成される。有利な改良点は従属請求項によって達成できる。

本発明を、添付の図面を利用して以下で詳説する。

図１は、本発明によるバイオリアクターの断面図である。 図２は、図１の線Ａ‐Ｂに沿った断面を示している。 図３は、図１のバイオリアクターの側面図である。

図１に断面で示すバイオリアクターは、その縦方向軸に沿って回転装置３を収容する筒形状のハウジング（収容体）２を有している。この回転装置３は、ハウジング２内でベアリングと封止体によって回転可能に固定されているが、詳細には図示されていない。ハウジング２はその側部にポート１１とカメラ用の窓部１２とを有しており、ポート１１を通して適切な生物化学的測定手段によって細胞懸濁液をモニターし、窓部１２を通して生体反応プロセス全体を外部カメラによってモニター記録することができ、この場合には濃度をモニターし、中空組織１での細胞の温度コロニー化をモニターするため、ここでは赤外線カメラも利用できる。

バイオリアクターの内部の回転装置３は２つの保持装置８と１０を有しており、それらの間に、処理される中空組織１または置換組織が適切に配置される。例えば、中空組織１は保持装置８と１０の対応する管状端部上を押され、図１に示すように、知られた方法でそこに固定される。

第１の保持装置８は第２の保持装置１０に、中空組織１の縦方向軸１に平行な、よって装置全体の縦方向軸にも平行な２本の攪拌棒７を介して接続されている。図示の実施例では、２本の攪拌棒７は、第１の保持装置８から第２の保持装置１０への回転を伝達する。さらに、攪拌棒７は液体、特にハウジング２内の細胞懸濁液を攪拌し、よって細胞がハウジング２の底部で凝集し、蓄積するのを防止する。

第２の保持装置１０は、図２で特に明示するスクープチャンバを有している。このスクープチャンバ５は配置された中空組織１の縦軸４に接した状態で延びており、その結果、回転装置３の回転軸に接する。スクープチャンバ５は一方は開いており、他方は閉じており、すなわち盲穴を形成している。この盲穴の端部は、このスクープチャンバ５の縦軸に沿って見ると、配置された中空組織１の縦軸４を超えて延びている。さらに、スクープチャンバ５は、フローダクト６がスクープチャンバ５から横方向に分岐し、回転軸または中空組織１の縦軸４内の端部で終結するよう、さらに小さい径のフローダクト６を介して中空組織１の内部に接続されている。回転装置３と保持装置１０は内部で中空組織に接続されているので、スクープチャンバ５の入口から、フローダクト６と第２の保持装置１０を介して、中空組織１の内部への連続的な接続が存在し、よって、第１の保持装置８と、そこから垂直に外側に延びる３つの外出フローダクト９を介して、ハウジング２の内側に戻る。

解説のバイオリアクターは次のように作動する。

先ず、好適であれば、ハウジング２に取り付けられたカバーが取り外され、その後に回転装置３がハウジング２から引き抜かれる。処理対象の中空組織１または置換組織はその後、回転装置３の第１の保持装置８と第２の保持装置１０との間に配置されるが、これはそれ自体知られた前述の方法で行われる。この目的は、中空組織１の端部と第１の保持装置８または第２の保持装置１０の端部との間に適切な液密接続を提供することである。中空組織１を有する回転装置３はその後に再びハウジング２へと挿入され、ハウジング２には、例えば細胞懸濁液などの液体が回転軸の高さにまで満たされる。適正な化学的パラメータと適正な温度に到達すると、回転装置３は、例えば、図面左側のハウジング２を超えて突出するシャフト部分が駆動されるごときの、作動開始状態になる。第１の保持装置８もまた引き続き回転し、第２の保持装置１０も攪拌棒７を介して回転される。

ハウジング２は液体（細胞懸濁液）で約半分満たされるので、第２の保持装置１０の回転の結果として、スクープチャンバ５の外側口が液体レベル下となるときは常にスクープチャンバ５は液体に浸され、特に出現時にこの液体を吸収する。スクープチャンバが液体レベル上に引き上げられ、さらに回転するとすぐに、スクープチャンバ５を第２の保持装置１０の内部に接続し、引き続き中空組織１の内部に接続するフローダクト６をその液体が通過する。液体はその後、ハウジング２の内部に第１の保持装置８と流出ダクト９を介して再び流入する。スクープチャンバ５の口部が上部にくるとすぐに、中空組織１を通る液流は停止する。次のサイクルでのみ、すなわちスクープチャンバ５の口部が液体レベルから次に出現するとき、中空組織１の内部を通る液流が再び起きる。しかしながらこの断続的な供給は、中空組織１の内部に新鮮な液体と新細胞を定常的に供給するには十分であることが証明されている。

別な実施例では、ハウジングは、例えばボックス形状または溝形状などのその他の形態を有することもできる。さらに液体レベルは個々のケースで望まれる限り、その他の高さとすることもできる。例えば中空組織の外側が液体で湿る程度、または液体で永久的に湿るほどではない場合が該当する。

ハウジング２は、図示されていないが、バイオリアクター全体を作業現場に輸送する目的で、特殊な輸送カバーを有することもできる。この輸送カバーは取り外し可能で、殺菌可能であり、漏出防止状態で取り付けでき、非殺菌環境でもハウジング２の内部の殺菌性を保つように作用する。さらに、通常の作業のために別なカバーを取り付けでき、ハウジング２上に単純に置き、環境とのガス交換を可能にし、その結果、酸素と二酸化炭素の最適な濃度が達成され、したがって、液体内でのこれらのガスの対応した最適な部分的圧力がハウジング２内で維持される。

さらに、ハウジング２内での攪拌器の利用により、懸濁液内での細胞の攪拌を向上させることが可能である。これらの攪拌器は、攪拌棒７および/または例えば第１の保持装置８または第２の保持装置１０である回転部分に取り付けられたパドル１３の形態であることができる。この場合のパドルは、バイオリアクターハウジングの底部に可能な限り接近して作用する攪拌ショベルとして機能し、定着している可能性がある細胞を緩める渦をそこに発生させる。
最後に、本発明によるバイオリアクターを多様なマトリックスに適応させることが可能である。例えば、このバイオリアクターは子供、若者または成人の気管用に構築されることができる。スキャフォルドの多様な形態への適応は、対応するインサートを介してその後に行なわれ、この場合には、例えば２本の気管支を備えた気管のためにＹ‐形状、または１本の気管支を備えた気管のためにＬ‐形状を利用できる。これらのインサートは天然組織同様に異なる径を有することもできる。スキャフォルドは外科用絹糸によって支持部に結合される。中空組織１もまた同様に保持装置８と１０に固定される。

Claims (7)

1. 中空組織（１）の外側および内部、または中空組織スキャフォルドに液体で作用するバイオリアクターであって、液体のレベルを形成するよう液体を収容するハウジング（２）と、該ハウジング（２）の内側に配置され、前記中空組織（１）を収容する回転装置（３）とを備えており、前記液体レベルの領域内にてその縦軸（４）周囲で前記中空組織（１）を回転させるものであり、前記回転装置（３）は、前記縦軸の少なくとも一部の接線方向に延びており、フローダクト（６）を介して前記中空組織（１）の内部に接続されたスクープチャンバ（５）を有していることを特徴とするバイオリアクター。
2. 前記回転装置（３）は、前記液体を攪拌するため、前記縦軸（４）に平行に延びる、少なくとも１本の攪拌棒（７）を有していることを特徴とする請求項１記載のバイオリアクター。
3. 前記回転装置（３）は、前記中空組織（１）を収容し、前記中空組織（１）の内部を前記ハウジング（２）の内部に接続するための、少なくとも一つの外出フローダクト（９）を有する第１の保持装置（８）を有していることを特徴とする請求項１または２記載のバイオリアクター。
4. 前記少なくとも１本の攪拌棒（７）を介して前記第１の保持装置（８）に接続されており、その結果、前記第１の保持装置（８）は第２の保持装置（１０）の駆動による回転状態にされることを特徴とする請求項２または３記載のバイオリアクター。
5. 前記回転装置（３）は、前記液体を攪拌するため、横方向に突出するパドル（１３）を有しており、該パドルは、特に前記少なくとも１本の攪拌棒（７）に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
6. 前記ハウジング（２）には、殺菌可能で取り外し可能な、液密状態で閉じるカバーが提供されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
7. 作用工程をモニターするため、測定プローブのための横方向ポート（１１）またはカメラのための横方向窓を特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のバイオリアクター。

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