JP2021508445A - バイオリアクタ及び関連方法 - Google Patents

Abstract

【構成】細胞を培養するための装置は、バイオリアクタを含む。当該バイオリアクタはモジュール式であってもよいし、チャンバ内に細胞を培養するための非構造化又は構造化固定床など（らせん床など）の固定床を含み、当該チャンバ内の中央にリターンカラムを配置してもよい。当該モジュール式バイオリアクタは、積層構成に配置された複数の構造化固定床を含んでもよい。当該モジュール式バイオリアクタは、少なくとも細胞が培養されるチャンバを調整（例えば、断熱、加熱、冷却）するための空間を形成する外側ケーシングを含んでもよい。当該バイオリアクタは、放射状に湾曲したブレードを備えたインペラを含んでもよく、外部駆動装置とのアライメントのために、当該インペラを懸架して左右に動くことができるようにしてもよい。関連する方法も開示されている。
【選択図】図３

Description

関連出願

本出願は、米国仮特許出願第６２／７５８，１５２号明細書、第６２／７３３，３７５号明細書、及び第６２／６０８，２６１号明細書の優先権の利益を主張するものであり、これらの開示はそれぞれ参照によって本明細書に組み込まれる。米国特許出願公開第２０１８／０２８２６７８号明細書、国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１８／０７６３５４号明細書、米国仮特許出願第６２／７１１，０７０号明細書、及び米国仮特許出願第６２／７２５，５４５号明細書の開示は、参照によって本明細書に組み込まれる。

本明細書は、細胞培養技術全般に関し、より具体的には、バイオリアクタ及び関連方法に関する。

本開示の目的は、製造及び使用の容易さを促進する一方で、スケールアップ又はスケールダウンした場合であっても、結果として得られる均一性と再現性とにより、優れた細胞培養結果を実現する、１つかそれ以上の構造化固定床を利用するモジュール式のバイオリアクタを提供することである。

本開示の第１の態様によると、流体の流れに関連して細胞を培養するための装置は、細胞培養用の固定床を含むモジュール式バイオリアクタを具備する。

いくつかの実施形態において、モジュール式バイオリアクタは、第１のチャンバを有するベース部と、前記固定床を受けるための第２の外側チャンバの少なくとも一部と、前記第２の外側チャンバから前記第１のチャンバに前記流体の流れを戻すための第３の内側チャンバの少なくとも一部とを形成する中間部と、前記中間部上に位置するカバー部とを具備する。前記固定床は構造化固定床を具備してもよく、前記中間部は管状部分を含んでもよく、前記構造化固定床は前記管状部分の周辺でらせん状に延びてもよいし、前記中間部は前記固定床の内壁を具備してもよい。いずれかの実施形態において、前記中間部は、それぞれ構造化固定床に関連付けられた複数の中間部分を含んでもよい。

いくつかの実施形態において、前記複数の中間部分の少なくとも１つは、流体が前記少なくとも１つの中間部分の下方の第１の構造化固定床から前記少なくとも１つの中間部分の上方の第２の構造化固定床に流れるように穿孔される。いくつかの実施形態において、前記複数の中間部分はそれぞれ管状であり、各構造化固定床は、前記管状中間部分の周囲に巻き付けられたらせん床を具備する。前記構造化固定床のために、有孔支持体を設けてもよい。

いくつかの実施形態において、前記中間部は、前記モジュール式バイオリアクタの周辺を形成する管状ケーシングを具備してもよい。前記管状ケーシングは、前記バイオリアクタを加熱、冷却、又は絶縁するための空間を形成する。前記中間部は、それぞれ相互に接続するように構成された複数の中間部分を具備してもよい。

いくつかの実施形態において、前記中間部は、少なくとも１つの中間部分に係合し、前記固定床を受ける前記外側の第２のチャンバの内壁を形成するチューブを含む。前記チューブは、前記チューブの下方の第１の中間部分と前記チューブの上方の第２の中間部分とに係合してもよい。前記第２の中間部分は、前記第３の内側チャンバに沿って流体膜を生成するための開口を含んでもよい。例えば垂直ロッドなどの支持体を、前記第２の中間部分を前記第１の中間部分から支持するために設けてもよい。

いくつかの実施形態において、前記カバー部は、複数のポートを含む着脱可能なキャップを具備する。前記着脱可能なキャップは、前記中間部の外径よりも小さい外径を有してもよい。前記ポートの少なくとも１つは、ねじ山付き金属インサートを含んでもよい。前記カバー部は、前記中間部の外径と同等又はそれよりも大きい外径を有してもよい。

前記中間部は、少なくとも部分的に前記ベース部内に位置するように構成された中間部分を具備してもよい。前記中間部分は、前記流体の流れを遮断するための流れ遮断器をさらに含んでもよい。

前記ベース部は、前記固定床を含む前記第２の外側チャンバと流体連通する前記第１のチャンバの半径方向外側に別のチャンバを含んでもよい。前記別のチャンバは、前記第１のチャンバから前記別のチャンバに流体を送るための複数の開口を有する直立壁によって形成してもよい。

いくつかの実施形態において、攪拌機は、前記ベース部に関連付けられる。前記中間部は、外部駆動装置とのアライメントのために横方向の動きを可能にするために前記第１のチャンバ内に前記攪拌機を懸架するように、構成してもよい。

いくつかの実施形態において、前記攪拌機を収容するために容器が設けられ、前記容器は中央入口及び半径方向に向けられた複数の出口を含む。分流器が前記中央入口に関連付けられてもよい。いずれかの実施形態において、或いはいずれのバイオリアクタとも別個の独立した構成要素として、前記攪拌機は、複数の湾曲したブレードを具備してもよい。

いくつかの実施形態において、前記第３の内側チャンバに流入する前記流体の流れを複数の流れに分割するために、複数の流れ遮断器が設けられる。前記複数の流れ遮断器はリングに関連付けられてもよい。いくつかの実施形態において、ガスが前記流れの１つの後方の空間に流入することを可能にする１つかそれ以上のコンジットが設けられる。前記１つかそれ以上のコンジットを、前記複数の流れ遮断器を含む構造に接続してもよい。例えば、第１のコンジットを前記構造に接続してもよいし、第１及び第２のコンジットの両方を前記構造に接続してもよい。あるいは、前記第１及び第２のコンジットは、前記構造に接続しなくてもよい。

本開示のさらなる態様によれば、細胞を培養するための装置が開示される。前記装置は、中央カラムと外側ケーシングの両方に着脱可能に接続されたベース部を具備するモジュール式バイオリアクタを具備し、前記外側ケーシングと前記中央カラムは共に細胞を培養するための区画を形成する。

いくつかの実施形態において、前記区画は、少なくとも１つの構造化固定床を含む。前記区画は、積層構成に配置された複数の構造化固定床を含んでもよい。例えばスクリーンなどの、中間部分は、前記複数の構造化固定床のうち少なくとも２つの構造化固定床の間に配置してもよい。

いくつかの実施形態において、前記少なくとも１つの構造化固定床はらせん床を具備する。前記複数の積層された構造化固定床はそれぞれ前記中央カラムの周囲に巻き付けられる。前記中央カラムは、第１及び第２の相互接続チューブと、前記第１のチューブの周囲に巻き付けられた、前記複数の構造化固定床のうちの第１の構造化固定床と、前記第２のチューブの周囲に巻き付けられた、前記複数の構造化固定床のうちの第２の構造化固定床とを具備する。前記中央カラムは、前記複数の構造化固定床のうちの少なくとも２つの構造化固定床の間に延びる有孔支持体に係合するための前記第１及び第２のチューブを具備する。

いずれかの実施形態において、前記構造化固定床は、前記第２の外側チャンバ又は区画に挿入され、及びこれらから取り外されるように構成されたカートリッジを具備してもよい。

本開示のさらなる態様によれば、細胞を培養するためのバイオリアクタが提供される。前記バイオリアクタは、流体を攪拌するための攪拌機を含む第１のチャンバを有するベース部分を具備してもよい。前記ベース部分に、第１の中央カラムを必要に応じて着脱可能に取り付けてもよく、前記第１の中央カラムは、細胞を培養するための第２の外側チャンバと、前記第２の外側チャンバから前記第１のチャンバに前記流体の流れを戻すための第３の内側チャンバとの少なくとも一部を形成する。

本実施形態または他の実施形態において、前記第２の外側チャンバは、第１の構造化固定床を含む。本実施形態または他の実施形態において、前記第１の構造化固定床はらせん床を具備し、前記第１の中央カラムの周囲に巻き付けられてもよい。また、第２の中央カラムは、前記第２の外側チャンバの少なくとも一部を形成し、前記第１の構造化固定床から垂直に離間された第２の構造化固定床をさらに含んでもよい。有孔支持体が、前記第１の構造化固定床と前記第２の構造化固定床との間に設けてもよい。

いずれかの実施形態において、前記第２の外側チャンバは非構造化床を含む。

本開示のさらに別の態様によれば、流体と関連して細胞を培養するためのバイオリアクタが開示される。前記バイオリアクタは、前記流体を攪拌するための攪拌機を含む第１のチャンバと、細胞を培養するための複数の積層された床を含む第２の外側チャンバと、前記第２の外側チャンバから前記第１のチャンバに前記流体を戻すための第３の内側チャンバとを具備する。

いくつかの実施形態において、前記バイオリアクタは、前記第１のチャンバを有するベース部と、第２の外側チャンバの少なくとも一部及び前記第３の内側チャンバの少なくとも一部を形成する中間部と、前記中間部上に位置するカバー部と、を具備する。本実施形態または他の実施形態において、前記中間部は、前記複数の積層された床の第１の床を支持するための第１の支持体を具備する。前記中間部は、前記複数の積層された床の第２の床を支持するための第２の支持体を具備し、前記ベース部及び前記カバー部と着脱可能に接続するように構成してもよい。

いくつかの実施形態において、前記第２の外側チャンバは外壁によって境界が定められる。前記バイオリアクタは、前記外壁との空間を形成する外側ケーシングを含んでもよく、前記空間は、前記第２の外側チャンバを断熱、加熱、又は冷却する。

本開示のさらに別の態様は、流体と関連して細胞を培養するためのバイオリアクタが開示される。前記バイオリアクタは、前記流体を攪拌するための攪拌機を含む第１のチャンバと、細胞を培養するための少なくとも１つの床を含む第２の外側チャンバと、前記第２の外側チャンバから前記第１のチャンバに流体を戻すための第３の内側チャンバとを具備する。前記第２の外側チャンバは、外壁によって境界が定められてもよく、さらに、前記外壁と空間を形成する外側ケーシングを含み、前記空間は、前記第２の外側チャンバを断熱、加熱、又は冷却するためのものである。

本実施形態又は他の実施形態では、前記少なくとも１つの床はらせん床などの、構造化固定床を具備するが、非構造化床であってもよい。前記内部チャンバは、少なくとも１つのチューブ（チューブは前記床と別であっても一部であってもよい）で形成してもよい。前記少なくとも１つのチューブは、前記少なくとも１つの床の境界を定める第１及び第２の支持体に接続してもよい。前記第１及び第２の支持体は前記外壁に接続してもよく、又は、前記第１及び第２の支持体は少なくとも部分的に穿孔してもよい。

本開示のさらに別の部分は、攪拌機を含むバイオリアクタを具備し、前記バイオリアクタは、前記攪拌機を懸架状態に維持し、外部駆動装置とのアライメントのために横方向の動きを可能にするように構成される、細胞を培養するための装置に関する。

いくつかの実施形態において、前記バイオリアクタは、前記攪拌機を受けるベース部と、前記懸架状態で前記攪拌機を保持するキャリアを支持するための中間部とを含む。前記キャリアは、前記中間部と係合するためのクリップを具備してもよい。

本開示のさらなる態様は、細胞を培養するための装置に関する。前記装置は、複数の湾曲したブレードを有する攪拌機を含むバイオリアクタを具備する。前記攪拌機は、前記複数の湾曲したブレードの半径方向内側に中央開口領域を含んでもよく、１つ又は複数の磁石を含んでもよい。

本開示は、また、第１及び第２の積層された構造化床を具備するバイオリアクタに関する。前記バイオリアクタは、前記第１及び第２の積層された構造化床の両方に係合するスクリーンをさらに含んでもよい。前記第１及び第２の積層された床は、らせん床などの構造化床を具備してもよい。

また、バイオリアクタの中央カラムを形成する構造化固定床を含むバイオリアクタが、開示される。前記構造化固定床はらせん床を具備してもよい。中央カラムは、流体を、上から下など構造化固定床を介して再循環に戻すよう形成され、前記構造化固定床の内面は、流体非透過性である。バイオリアクタはモジュール式であってもよく、積層された複数の構造化固定床を設けてもよく、場合によっては積層した各床の間にギャップ又はスペーサが設けられる。

本開示のなおさらなる態様によれば、バイオリアクタを製造する方法が提供される。前記方法は、流体を攪拌するための攪拌機を有する第１のチャンバを含むベース部を、第２の外側チャンバから送られる流体に関連して細胞を培養するための第２の外側チャンバと、前記ベース部の第１のチャンバに前記流体を戻すための第３の内側チャンバとの少なくとも一部を形成する少なくとも１つの中間部に接続することを含む。

いくつかの実施形態において、前記方法は、前記少なくとも１つの中間部上にカバー部を接続する工程を含む。前記方法は、前記中間部の周囲にマトリクス材料をらせん状に巻き付けて、細胞を培養するための構造化固定床を前記外側チャンバ内に形成する工程、又は、構造化固定床を前記第２の外側チャンバに挿入する工程をさらに含んでもよい。前記方法は、前記第２の外側チャンバの周辺を形成するための外側ケーシングを設けること、又は、前記外側ケーシングを前記ベース部に接続することをさらに含んでもよい。別の工程は、複数の構造化固定床を前記第２の外側チャンバに積層すること、又は、前記複数の構造化固定床の間に有孔支持体を設けることを含む。いずれかの実施形態において、前記方法は、横方向の動きによって外部駆動装置とのアライメントを可能にするために前記攪拌機を前記ベース部の上方に懸架する工程をさらに含んでもよい。

本開示のさらに別の態様は、バイオリアクタに複数の構造化固定床を設けることを含む、バイオリアクタの製造方法である。前記方法は、前記複数の構造化固定床のそれぞれの間に有孔スペーサを設ける工程をさらに含んでもよい。前記方法は、各構造化固定床の内側に沿って内側チューブを設け、各構造化固定床の外側に沿って外側チューブを設ける工程をさらに含んでもよい。また、前記方法は、前記外側チューブの半径方向外側にケーシングを設ける工程をさらに含んでもよく、前記ケーシングは、前記バイオリアクタを断熱、加熱、又は冷却するための空間を規定する。

本開示の新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に詳細に記載される。本発明の原理が利用される例示的な実施形態について述べた以下の詳細な説明及び添付図面を参照することにより、本発明の特徴及び利点のさらなる理解が得られるであろう。

本開示に係るバイオリアクタの第１の実施形態の斜視図である。 図１のバイオリアクタを使用可能な環境を示す。 複数の拡大図を含む、図１のバイオリアクタの斜視図である。 開示のバイオリアクタのいずれかで細胞を培養するための構造化固定床の形成に使用するマトリクス材料を示す。 図１のバイオリアクタのモジュール式バージョンを示す。 本開示に係るバイオリアクタの第２の実施形態の断面図である。 図５のバイオリアクタのベース部の断面図である。 図５のバイオリアクタの中間部分を部分的に切り欠いた上面図である。 図５のバイオリアクタの中間部分を部分的に切り欠いた底面図である。 図５のバイオリアクタのカバー部の斜視図である。 プラスチックポートに金属糸を配する方法を示す断面図である。 本開示に係るバイオリアクタの第３の実施形態の様々な図である。 図１１のバイオリアクタの断面図である。 図１１のバイオリアクタの断面図である。 本開示に係るバイオリアクタの第４の実施形態の断面図である。 図１４のバイオリアクタの一部を部分的に切り欠いた図である。 図１４のバイオリアクタの一部を部分的に切り欠いた図である。 図１４のバイオリアクタのさらなる実施形態の断面図である。 本開示に係るバイオリアクタの第５の実施形態の概略図である。 インペラの実施形態の底面図及び上面図である。 様々な形式のインペラ及び対応のハウジングを示す図である。 本開示に係る別のインペラの上面図である。 流れ遮断器の実施形態を示す。 バイオリアクタの「ウォーターフォール」の下部にガスを供給するのに使用する導管を示す。 バイオリアクタと共に使用するプローブの実施形態を示す。 バイオリアクタの試験を示すグラフである。 積層構成における構造化固定床の細胞密度を評価するためのバイオリアクタの試験を示すグラフである。 本開示に係るモジュール式バイオリアクタの製造方法を概略的に示す。

バイオリアクタは細胞の培養にしばしば使用される。一般的なバイオリアクタは固定の寸法（特に、高さ）で構成されるため、治療等を行うために細胞培養が必要となる可能性のある遠隔地（特に、途上国）への輸送が困難かつ高価となる可能性がある。また、性質が固定であるため、過去のバイオリアクタを様々な用途に適用することができない。

さらなる問題は、所与の領域の細胞密度を最大化する能力に関する。バイオリアクタに関する過去の多くの提案では、流動床を使用している。このような床は細胞の増殖を促進するのに有用であり、特定の利点を提供し得るが、当該床の作成には、最終的にバイオリアクタ内において大容量の空間が必要となる。求められる細胞増殖を達成しつつ、かつ床が構造化されていない又は流動性のバイオリアクタを簡単にスケーリングすることも困難であり、現場における様々な動作条件（例えば、クリアランスが制限される可能性がある滅菌フード内を含む）で利用可能なバイオリアクタが現在求められている。

したがって、特に遠隔地での配達及び組み立てが容易であり、及び／又は様々なサイズ又は構成での使用、又は、異なる用途又は使用に容易に適用可能である、改善されたバイオリアクタの必要性が確認されている。本開示のいくつかの実施形態では、本開示は、生物学的生成のシステム及び方法に関する。特に、細胞、ウイルス、又は細胞若しくはウイルス由来の生成物の生成に関する。

いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるバイオリアクタは、高密度の細胞増殖を可能にする。例えば、細胞密度は、少なくとも２００万ｃｅｌｌｓ／ｍｌ、少なくとも５００万ｃｅｌｌｓ／ｍｌ、少なくとも１０００万ｃｅｌｌｓ／ｍｌ、少なくとも２０００万ｃｅｌｌｓ／ｍｌ、少なくとも４０００万ｃｅｌｌｓ／ｍｌ、少なくとも６０００万ｃｅｌｌｓ／ｍｌ、又は少なくとも１億ｃｅｌｌｓ／ｍｌである。いくつかの実施形態では、細胞密度は、３億、２億５０００万、又は２億ｃｅｌｌｓ／ｍｌに達してもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるバイオリアクタは、少なくとも１Ｌ、少なくとも１０Ｌ、少なくとも３０Ｌ、少なくとも４０Ｌ、又は少なくとも５０Ｌの総容量を有してもよい。いくつかの実施形態では、当該バイオリアクタの総容量は、最大で２５００Ｌ、最大で２００Ｌ、最大で１５０Ｌ、最大で１００Ｌ、又は最大で７５Ｌであってもよい。バイオリアクタの総容量として、バイオリアクタに導入して満たすことのできる液体の総量を参照することができる。

いくつかの実施形態では、当該バイオリアクタは、灌流バイオリアクタ、ウェーブバイオリアクタ、円筒型バイオリアクタ、バッグバイオリアクタ、移動床バイオリアクタ、充填床バイオリアクタ、繊維状バイオリアクタ、膜バイオリアクタ、バッチバイオリアクタ、又は連続式バイオリアクタであってもよい。いくつかの実施形態では、当該バイオリアクタは、適切な材料（例えば、ステンレス鋼、ガラス、アルミニウム、又はプラスチック）から構成する、又は当該材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、当該バイオリアクタは、生成物の下流分析を可能にする。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のバイオリアクタは、１つかそれ以上の不活性化ユニットと、又は１つかそれ以上の不活性化ユニットに接続して、例えば生成された生成物（例えば、ウイルス）、濃縮器、又は精製ユニットを不活性化することができる。いくつかの実施形態では、濃縮器は、ターゲットとなる生体分子が存在する液体の体積を減らすのに適した装置である。いくつかの実施形態では、当該濃縮器は、接線流フィルター又はデッドエンドフィルターを含む。いくつかの実施形態では、当該濃縮器は、ろ過及び／又はサイズ排除クロマトグラフィに基づく。いくつかの実施形態では、当該濃縮器は、ろ過装置、精密ろ過装置、又は限外ろ過装置、又は精密ろ過装置及び限外ろ過装置の両方を組み合わせたものであってもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の精製ユニットは、ろ過装置、限外ろ過装置、透析ろ過装置、ｐＨ調整装置、遠心分離装置、洗浄装置、クロマトグラフィカラム（例えば、アフィニティクロマトグラフィ、イオン交換クロマトグラフィ、疎水性相互作用クロマトグラフィ、サイズ排除クロマトグラフィ、又は免疫アフィニティクロマトグラフィ）、クロマトグラフィ膜、収集装置、透析装置、濃縮装置、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。

本明細書に記載のバイオリアクタには、蓋又はドアを介してアクセス可能である。いくつかの実施形態では、バイオリアクタのアクセスメカニズムは、例えば、ロック及びキーメカニズム、パスコードパンチパッド、カードスワイプ、トランスポンダリーダ、指紋スキャナ、網膜スキャナ、センサ、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）、バイオメトリクス（虹彩や顔認識システムなど）、磁気ストライプ、光学式文字認識（ＯＣＲ）、スマートカード、音声認識、その他のアクセスメカニズムなどの自動識別及びデータキャプチャ方法を含む。

いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるバイオリアクタは、プロセスコントローラを含んでもよい。いくつかの実施形態では、当該プロセスコントローラは、バイオリアクタの動作を制御するように構成され、複数のセンサ、ローカルコンピュータ、ローカルサーバ、リモートコンピュータ、リモートサーバ、又はネットワークを含んでもよい。いくつかの実施形態では、当該バイオリアクタは、１つかそれ以上のセンサ、例えば、温度センサ（熱電対など）、流量センサ、ガスセンサ、又は任意の他のセンサを含んでもよい。いくつかの実施形態では、当該プロセスコントローラは、生成物製造プロセスの態様を制御するように動作可能であり、バイオリアクタ内に配置されたセンサに結合して、例えば、リアルタイムで当該バイオリアクタの温度、体積流量又はガス流量を制御することができる。いくつかの実施形態では、プロセスコントローラは、システムの状態を決定するためにユーザがアクセスできる、例えば、コンピュータモニタ、スマートフォンアプリ、タブレットアプリ、又はアナログディスプレイなどのディスプレイを含んでもよい。いくつかの実施形態では、当該プロセスコントローラは、ユーザがバイオリアクタの動作を制御するための制御パラメータを入力することができるように、例えば、キーボード、キーパッド、マウス、又はタッチスクリーンなどの入力装置を含んでもよい。いくつかの実施形態では、当該プロセスコントローラは、当該バイオリアクタへのアクセスを制御することができる。

いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるバイオリアクタは、異なるパラメータをモニタリングするためのセンサを構成する、及び／又は含んでもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるセンサは、本明細書に開示されるバイオリアクタの任意の区画に配置してもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のセンサは、ガスセンサ（例えば、酸素、窒素、又は二酸化炭素）、ｐＨセンサ、温度センサ、細胞濃度センサ、又は溶存酸素センサであってもよい。いくつかの実施形態では、当該本明細書に開示されるセンサは、特に、バイオマス又は細胞密度、溶存酸素分圧、酸素含有量、ｐＴｌ値、温度や、乳酸塩、アンモニウム、炭酸塩、ブドウ糖、その他の代謝産物など、特定濃度の栄養素、又は、例えば細胞密度を反映する可能性のある代謝される生成物を、測定することができる。いくつかの実施形態では、細胞密度（バイオマス密度）は、測定電極の配列を使用した電気インピーダンス分析又は電気インピーダンス分光法によって決定することができる。いくつかの実施形態では、本開示によるバイオリアクタは、培養パラメータを測定するためのセンサを含んでもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるセンサは、バイオリアクタ内の培地と接触することができる。いくつかの実施形態では、培養パラメータは、特に、溶存酸素分圧、ｐＨ、温度、光学密度や、乳酸塩、アンモニウム、炭酸塩、ブドウ糖、その他の代謝産物など、特定濃度の栄養素、又は、例えば細胞密度を反映する可能性のある代謝される生成物を、含んでもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるバイオリアクタは、当該開示されるパラメータに従って調節ループを使用することができる。いくつかの実施形態では、調節ループは、例えば、存在する溶存酸素分圧の値又は細胞によって消費される溶存酸素の量、培地の循環速度などに応じて、注入する酸素の量を変更することができ、センサの取得したｐＨ値又はこの種類の培養において一般的に使用される他の種類の基準に応じて、ＣＯ_２を注入する。いくつかの実施形態では、細胞は、３００μＭ以下（１６０ｍｍＨｇの分圧）、２００μＭ未満、又は２０〜１５０μＭの溶存酸素濃度に晒すことができる。いくつかの実施形態では、細胞は、約０％、１％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、７８％、８０％、９０％、又は１００％の窒素に晒すことができ、及び／又は約０％、１％、５％、１０％、２１％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、又は１００％の酸素に晒すことができる。いくつかの実施形態では、細胞は、純酸素又は酸素が豊富な環境に晒すことができる。

いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるバイオリアクタは、培地を加熱及び／又は冷却するように設計された加熱及び／又は冷却装置を含んでもよい。いくつかの実施形態では、当該加熱装置は、例えばサーモスタット制御された二重ジャケットなどの、細胞培養の分野で一般的に使用される電気素子、電気コイル又は他の任意の加熱手段であってもよい。いくつかの実施形態では、冷却装置は、ペルチェ素子などの任意の適切な冷却装置であってもよい。いくつかの実施形態では、培地及びガスに関して、バイオリアクタはガス及び／又は培地を導入するための少なくとも１つの入口、及びバイオリアクタに含まれる培地を回収するための少なくとも１つの出口を含む。いくつかの実施形態では、ガス又はガス状混合物と培地の混合物は、同一の供給ラインを介して供給することができる。

いくつかの実施形態では、培地は、攪拌機を介して循環させることができる。いくつかの実施形態では、攪拌機は、回転可能な非接触磁気インペラ、ブレード又はスクリュー攪拌システム、又は外部循環システムであってもよい。いくつかの実施形態では、当該攪拌機は、ディスクブレードタービン、湾曲ブレードタービン、オープンレイド流体フォイル軸インペラ、ピッチドブレードを備えたタービンインペラ、又は３ブレードプロペラを含んでもよい。いくつかの実施形態では、攪拌機は、約０．０１ ｌ／ｍｉｎ、０．０５ ｌ／ｍｉｎ、０．１ ｌ／ｍｉｎ、０．５ ｌ／ｍｉｎ、１ ｌ／ｍｉｎ、２ ｌ／ｍｉｎ、５ ｌ／ｍｉｎ、１０ ｌ／ｍｉｎ、１５ ｌ／ｍｉｎ、２０ ｌ／ｍｉｎ、５０ ｌ／ｍｉｎ、１００ ｌ／ｍｉｎ、又は１５０ ｌ／ｍｉｎ未満から約１６０ ｌ／ｍｉｎ、１８０ ｌ／ｍｉｎ、２００ ｌ／ｍｉｎ、又は２５０ ｌ／ｍｉｎ以上の流量を有してもよい。

いくつかの実施形態では、本明細書に記載のバイオリアクタは、固定床を含む。いくつかの実施形態では、固定床は構造化固定床である（これは、複製が容易で、通常均一の、実質的に固定の構造に形成されているため、ランダムに配向又は構造化されないことを意味し、この条件を満たしながら様々なサイズや形状をとることができることは明らかである。）。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の構造化固定床は、培地及び細胞の循環を依然として可能にしながら、小さい体積内に大きな細胞成長表面を提供することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される構造化固定床は、細胞及び細胞培地のための蛇行した経路を備えても良い。いくつかの実施形態では、スペーサ層は蛇行した経路を容易にする。いくつかの実施形態では、構造化固定床は、細胞を付着及び増殖させることができる表面を有し、細胞固定化セクションを形成する、１つかそれ以上の細胞固定化層を備えてもよい。いくつかの実施形態では、１つかそれ以上のスペーサ層が、細胞固定化層に隣接する。いくつかの実施形態では、スペーサ層は、スペーサセクションを形成する構造を含んでもよい。いくつかの実施形態では、スペーサセクションは、開放しているが蛇行した経路を介して細胞及び培地の通過を可能にする。いくつかの実施形態では、スペーサ層の構造又は性質は、スペーサ層が、細胞及び培地が前記スペーサ及び細胞固定化層の表面と平行に移動するための蛇行した開いたパスを形成するように、選択され得る。いくつかの実施形態では、スペーサセクションによって形成された蛇行した経路又はチャネルは、乱流を作り出し、細胞及び細胞培地の、固定化層への侵入を容易にする。

いくつかの実施形態では、スペーサ層はメッシュであってもよいし、メッシュ構造を含んでもよい。いくつかの実施形態では、メッシュ構造又はメッシュは、フィラメント、ワイヤ若しくは糸のネットワーク又はウェブ状のパターンを含む構造であってもよい。いくつかの実施形態では、当該ネットワークは、三次元織りで形成された細孔、開口、又は穿孔を規定することができる。いくつかの実施形態では、スペーサセクション及び固定化セクションのスペーサ層及び／又は細胞固定化層は、生体適合性ポリマ（例えば、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、プラズマ処理ポリエチレン、プラズマ処理ポリエステル、プラズマ処理ポリプロピレン又はプラズマ処理ポリアミド）で作製することができる。いくつかの実施形態では、当該スペーサ層又は当該細胞固定化層は、シリカ、ポリスチレン、アガロース、スチレンジビニルベンゼン、ポリアクリロニトリル又はラテックスで構成することができる。いくつかの実施形態では、当該層は親水性又は疎水性であってもよい。いくつかの実施形態では、当該細胞固定化層は親水性であってもよい。いくつかの実施形態では、細胞固定化層は織布又は不織布であってもよい。いくつかの実施形態では、細胞固定化セクションとスペーサセクションとは交互に配置することができる。いくつかの実施形態では、交互に配置されたセクションは、垂直位置又は水平位置で交互に配置することができる。いくつかの実施形態では、細胞固定層の１つかそれ以上の層を、１つかそれ以上のスペーサ層に重ね合わせることができる（又はその逆）。いくつかの実施形態では、本明細書に開示する構造化床は、スパイラル構造又は様々な形状などの構造にきつく又は緩く巻き付けることができる。

次に、本開示の一態様に係る、細胞を培養するためのバイオリアクタ１００の一実施形態を示す図１〜３を参照する。いくつかの実施形態では、当該バイオリアクタ１００は、内部区画を形成する外部ケーシング又はハウジング１１２と、内部区画を覆うための着脱可能なカバー１１４とを含む。当該カバー１１４は、流体、ガス（スパージャによる方法を含む）、プローブ、センサ、サンプラなどを選択的に導入又は除去することを可能にする着脱可能なカバー又はキャップＣを備えた様々な開口又はポートＰを含んでもよい。図２、２Ａ、及び２Ｂに示すように、いくつかの実施形態では、当該バイオリアクタ１００は、外部タンク１０２及びコンジット１０４（例えば、送り、戻り）と共に使用して、当該バイオリアクタ１００に流体を循環させるための連続ループを形成してもよい。

バイオリアクタ１００全体に流体又は気体の流れを伝達するために、当該バイオリアクタハウジング１１２によって形成された内部区画内に複数の区画又はチャンバを設けてもよい。図３に示すように、いくつかの実施形態では、当該チャンバは、当該バイオリアクタ１００の基部又はその近くに第１のチャンバ１１６を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１のチャンバ１１６は、バイオリアクタ１００内に流体の流れを引き起こすための攪拌機を含んでもよい。いくつかの実施形態では、当該攪拌機は、「ドロップイン」回転可能な、非接触磁気式インペラ１１８の形態であってもよい（これは、以下にさらに概説するように、流体を受け入れる及び放出するための複数の開口を含む容器（図示せず）内に捕捉又は含まれてもよい）。いくつかの実施形態では、当該攪拌を実行した結果として、流体は、当該バイオリアクタ１００の外側又は周辺部分に沿って環状チャンバ１２０に上向きに流入してもよい（図２の矢印Ａで示すように）。いくつかの実施形態では、当該バイオリアクタは、構造化らせん床１２２などの固定床を受けるように構成されており、これは、使用時に増殖した細胞を包含及び保持してもよい。図３に示すように、いくつかの実施形態では、当該らせん床１２２は、使用時にチャンバ１２０内に落下又は配置可能なカートリッジの形態であってもよい。いくつかの実施形態では、当該らせん床１２２は、出荷前に、施設での製造中にチャンバに事前に設置することができる。

いくつかの実施形態では、チャンバ１２０を出る流体は、床１２２の片（上）側のチャンバ１２４に送られ、そこでガス（酸素や窒素など）に晒される。いくつかの実施形態では、次に、流体は、半径方向に内向きに、中央リターンチャンバ１２６に向けて流れてもよい。いくつかの実施形態では、当該中央リターンチャンバは、その性質ゆえに本来円柱状であるが、無孔コンジット又はチューブ１２８によって形成してもよいし、構造化らせん床の中央開口によって形成してもよい。いくつかの実施形態では、チャンバ１２６は、流体を第１のチャンバ１１６に戻し（戻り矢印Ｒ）、当該バイオリアクタ１００を介して再循環させることで、連続ループ（このバージョンでは、「下から上」へのループ）が生じる。いくつかの実施形態では、チャンバ１２６内で流体の温度を感知するために、例えば、温度プローブ又はセンサＴなどのセンサを設けてもよい。いくつかの実施形態では、流体がチャンバ１１６に流入する（又は再流入する）前の位置に、追加のセンサ（例えば、ｐＨ、酸素、溶存酸素、温度など）を設けてもよい。

図３Ａは、本開示のバイオリアクタにおける構造化固定床、特に、らせん床１２２として使用するマトリクス材料の一実施形態を示す。いくつかの実施形態では、１つかそれ以上の細胞固定化層１２２ａは、メッシュ構造から作製された１つかそれ以上のスペーサ層１２２ｂに隣接して設けられる。いくつかの実施形態では、当該積層を随意に数回繰り返して積層構成又は層状構成を得てもよい。いくつかの実施形態では、スペーサ層ｌ２２ｂに含まれる当該メッシュ構造は、細胞の蛇行した経路を形成する（固定化層１２２ａの材料に懸濁又は捕捉された図３Ｂの細胞Ｌを参照）。細胞培養は、本願の請求に係る発明の任意の一部を形成してもよく、２つの固定化層１２２ａの間に層状に配置された場合に流れる流体を形成してもよい。細胞の均一性は、この種類の配置の結果として、構造化固定床内で維持される。いくつかの実施形態では、このような蛇行した経路を形成する他のスペーサ構造を使用することができる。いくつかの実施形態では、図３Ａに示すように、構造化固定床は、その後、軸又はコアに沿ってらせん状又は同心円状に巻き付けることができる（例えば、コンジット１２８、これは複数の構成部品として提供してもよい）。いくつかの実施形態では、構造化固定床の層がしっかりと巻かれている。いくつかの実施形態では、アセンブリ又はマトリクスのサイズは、最終的に、コアの径、層の長さ及び／又は層の量によって決まる。いくつかの実施形態では、層ｌ２２ａ、ｌ２２ｂのそれぞれの厚さは、０．１から５ｍｍ、０．０１から１０ｍｍ、又は０．００１から１５ｍｍであってよい。

本開示の一態様によれば、特定の実施形態における当該バイオリアクタ１００は、「モジュール式」であってもよい。いくつかの実施形態では、モジュール式バイオリアクタは、モジュールの製造の均一性のために予測性の高い方法で相互に作用して細胞を培養するのに適した空間を形成する複数の個別のモジュールで構成することができる。いくつかの実施形態では、モジュール式バイオリアクタは、特定の形状や形態に限定されない（例えば、用途に応じて、円筒形又はその他の形状、構造化固定床又は非構造化床などを用いてもよい）。例えば、図４に示すように、いくつかの実施形態では、当該モジュールは、ベースモジュール１３０、中間モジュール１４０によって形成された中間部（これは、以下の説明でさらに概説するように、いくつかの積層可能なモジュール式な部位から形成してもよい）、コンジット又はチューブ１２８などの、オプション対応の中央モジュール（中間モジュールの一部と見なしてもよい）、及び蓋又は着脱可能なカバー１１４の形態を有するカバー部分によって形成されるようなカバーモジュールで形成されるベース部分を含んでもよい。いくつかの実施形態では、当該モジュールは、個別の構成要素として別々に製造し、意図した用途に応じて製造施設で組み立てるか（その後、使用場所に出荷する）、又は最終的な使用場所で、意図した用途に応じて組み立ててもよい。いくつかの実施形態では、当該バイオリアクタ１００のモジュールは、例えば、構造化又は非構造化固定床などの固定床を使用し、細胞を高密度で増殖させる場所を形成するために相互に作用する。

本開示によるバイオリアクタ２００のさらなる実施形態を、図５〜９に示す。いくつかの実施形態では、バイオリアクタ（モジュール式、又は単一のユニットとして事前に組み立てられる）は、ベース、中間部及びカバーを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ベース部は、ベース部分２３０を含んでもよい。いくつかの実施形態では、中間部は、中間部分２５０及び／又は２７０を含んでもよい。いくつかの実施形態では、中間部分２５０及び２７０は同一ではない。いくつかの実施形態では、カバー部はカバー部分２８０を含んでもよい。図６を参照すると、いくつかの実施形態では、ベース部分２３０は、外壁２３２及び内壁２３４を含んでもよく、これらは、攪拌機（図示せず）を受けるための第１のチャンバ２１６を規定してもよい。いくつかの実施形態では、内壁２３４は、外部の壁又は外壁２３２によって境界が定められた第２の半径方向に外向きのチャンバ２２０への流体の流れを可能にする開口２３４ａを含んでもよい。

図６に示すように、いくつかの実施形態では、当該内壁２３４は、図８に示すように、第１の中間部分２５０上の舌２５０ａなどの対応のコネクタと係合するため、溝２３６などの複数のコネクタを含んでもよい。いくつかの実施形態では、当該内壁２３４の高さは、当該外壁２３２よりも低くても高くてもよい。いくつかの実施形態では、図８に示すように、当該内壁２３４の高さは、当該外壁２３２よりも低くてもよい。図５を参照すると、いくつかの実施形態では、当該第１の中間部分２５０は、当該ベース部分２３０内で少なくとも部分的に窪ませてもよい。

いくつかの実施形態では、当該ベース部分２３０は、溝２３７などの周辺コネクタを含んでもよい。いくつかの実施形態では、コネクタ又は溝２３７は、第２の中間部分２７０の対応のコネクタを受けるように構成することができ、これは単にその外壁２６２の一部であってもよい。いくつかの実施形態では、中間部分２７０内において、第３のチャンバ２２４内に複数の固定床２７４を配置することができ（ただし、本実施形態又は任意の開示された実施形態では、任意のサイズ、形状、又は形態を取ることができる単一のモノリシック固定床を使用することができる）、これは、介在する支持体によって支持することができるが、固定床の隣接セクション間にギャップＧを設けることもできる。上部の床を下部の床に置いて支持するようにすることで、当該隙間をなくすこともできる。

いくつかの実施形態では、当該構造化固定床は、図３、３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃに示すように、らせん状の形状にすることができる（らせん形態は、開示又はその他の方法で、バイオリアクタの任意の実施形態に実装することができる）。いくつかの実施形態では、当該床を内壁２６６の周囲に巻き付けて、流体をベース部分２３０の第１のチャンバ２１６に戻すための第５のチャンバ２２８を形成してもよい。図示するように、当該内壁２６６は、複数の積層された管状部分を含んでもよい。いくつかの実施形態では、積層された複数の管状部分により、存在する固定床の数に応じて高さを調整することができる（例えば、積層された床ごとに１つの管状部分を設けてもよい）。

いくつかの実施形態では、カバー部分２８０又は蓋は、第２の中間部分２７０と着脱可能に接続するように構成することができ、したがって、液体が気体（例えば、空気）に接触する第４のチャンバ２２６を形成することができる。いくつかの実施形態では、当該カバー部分と第２の中間部分との間は、外壁２６２の上端又は本明細書に開示される任意のアクセスメカニズムを受ける溝２８２などのコネクタで、接続することができる。当該蓋又はカバー部分２８０は、様々なポートＰを含んでもよい。

図７及び８に、当該中間部分２５０のさらなる詳細を示す。いくつかの実施形態では、当該中間部分２５０は、半径方向に延びる複数の支持体２５４を含んでもよく、これにより、構造化固定床が隣接する第３のチャンバ２２４内に載置された際に、当該構造化固定床を支持することができる。いくつかの実施形態では、支持体２５４は、流体が垂直に流れるのを可能にする部分的な開口Ｏを規定する下側棚２５６を支持してもよい。いくつかの実施形態では、支持体２５４の高さＨは、流体がチャンバ２２４に流入し、固定床２７４の全セクションを通過する前に十分な上向きの速度を得るのに十分な高さであればよい。

いくつかの実施形態では、内側環状壁２５８は、支持体２５４の内側の端に接続することができる。いくつかの実施形態では、当該壁２５８の径は、（ネスティングなどにより）接続可能な中間部分２７０の内壁２６６の径に対応する。いくつかの実施形態では、当該内壁２６６は、第５のチャンバ２２８から第１のチャンバ２１６に流体を送るための流路を形成することができる。いくつかの実施形態では、第５のチャンバ２２８内において渦が発生するのを防ぐために、当該流路に、流れ遮断器２６０を設けることができる。

いくつかの実施形態では、センサなどの構成要素（図示せず）とのねじ接続を確立するために、カバー部分２８０上の１つかそれ以上のポートＰの内部にねじ山を設けることが望ましい場合がある。したがって、本開示のさらなる態様によれば、図９及び１０を参照すると、カバー部分２８０は、らせん状のねじ山付きの金属インサート２９２を射出成形金型２９４に挿入して、プラスチック材料を金型に注入して複合部分を成形することで、形成してもよい。いくつかの実施形態では、ねじ山を当該カバー部分２８０に確実に設けることができ、或いはプラスチックで成形してもよい。分かるように、この技術は、ねじ山付きの取り付け具又はポートを必要とする、開示されたバイオリアクタの任意の他の部分と関連付けて使用してもよい。いくつかの実施形態では、この技術で使用するインサートは、ＩＭＴＥＣブランドとしてドイツのビーレフェルトにあるＷｉｌｈｅｌｍ Ｂｏｌｌｈｏｆｆ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧから入手可能である。

図５より、いくつかの実施形態では、細胞培養チャンバ２２４内の１つの固定床モジュールからの流れは、隣接する固定床モジュールへ直接流れる、又は遮断されないことを理解されたい。いくつかの実施形態では、外側チャンバ２２４は、内部に配置した複数の床を通る連続した流路を形成することができ、これは構造化固定床、非構造化固定床、又は非構造化床であってもよい。いくつかの実施形態では、連続的で大部分においてスムーズな流れは事前に設計された対応の床モジュールを通過して流れ、細胞の増殖やその他の処理の均一性を向上させ、細胞培養操作の安定性を向上させる。また、積層された床から測定値又はサンプルを取得する機能が向上し、これは、ブロッキングパーティションが存在する場合には容易ではない（以下で説明するように、有孔支持体の場合とは異なる）。最後に、構造化床の実施形態において、バイオリアクタ全体の製造は、１つの固定床モジュールと他の固定床モジュールとで性質及び特性を一致させるための労力が大幅に削減されるため、複雑さと、作業負荷とが軽減される。

次に、バイオリアクタ３００の第３の実施形態を明確にする目的で断面図として概略的に示す図１１及び１２を参照する。いくつかの実施形態では、バイオリアクタ３００（モジュール式、或いは単一ユニットとして事前に組み立てられる）は、カバー３３３を備えた外側ハウジング３３１を含み、これらはいずれも流体の導入又は除去を可能にする様々な開口又はポートを含んでもよい。いくつかの実施形態では、バイオリアクタハウジング３３１内に、複数の区画又はチャンバが設けられ、バイオリアクタ３００内に流体の流れを引き起こすための攪拌機を含む第１のチャンバ３１６が含まれる。これは、本明細書に開示される「ドロップイン」回転可能な、非接触磁気式インペラ３１８又は攪拌機の形態であってもよい。図１１Ａに示すように、いくつかの実施形態では、インペラ３１８は、流体を受け入れる及び放出するための入口及び出口として機能する複数の開口３１８ｂを備えたハウジング又は容器３１８ａなどのハウジング内に格納、捕捉、又は収容することができる（又は任意の他の形態の攪拌機を使用してもよい）。いくつかの実施形態では、流体が第１のチャンバ３１６の半径方向外側に存在する第２又は外側環状チャンバ３２０に流入するように攪拌を生じさせることができる。

いくつかの実施形態では、流体は、バイオリアクタ３００の中間の外側部に沿って、第３の環状チャンバ３２４に上向きに流れてもよい（図１２の矢印で示すように）。いくつかの実施形態では、外側部は、構造化らせん床３２５などの固定床を受けるように構成することができ（他の形態を使用してもよい）、使用時に増殖する細胞を含んでもよい。いくつかの実施形態では、らせん床３２５は、使用時にチャンバ３２４内に簡単に落下させることができるカートリッジの形態とすることができ、又は出荷前の施設において製造中にチャンバに予め取り付けることができる。

いくつかの実施形態では、第３のチャンバ３２４を出る流体は、第４のチャンバ３２６に送られ、そこでガス（空気など）に晒される。そして、当該流体は、性質的に円柱状である第５のチャンバ３２８に向けて半径方向内側に流れ、当該流体が第１のチャンバ３１６に戻り、バイオリアクタ３１０を介して再循環することで、連続ループが生じる。いくつかの実施形態では、パラメータを検出するために温度プローブ又はセンサＴ、又は本明細書に開示される他の任意のセンサを設けて、例えば第５のチャンバ内の流体の温度などのパラメータを直接検出してもよいし、追加の（例えば、ｐＨ又は溶存酸素などに対応する）センサをこの位置（流体が固定床３２５に流入（又は再流入）する前の位置）に設けてもよい。

図１１Ｂの部分的な切欠図から、通常は細胞を含まない流体の固定床３２５への出入りを可能にする開口又は穿孔を含む上側及び下側プレート３３０、３３２によって、第３のチャンバ３２４の境界を定めてもよいことが分かる。いくつかの実施形態では、下側プレート３３２は、流体が第５のチャンバ３２８から第１のチャンバ３１６に流入して再循環することを可能にする中央開口３３２ａを含んでもよい。いくつかの実施形態では、上側プレート３３０は、開口３３０ａを含んでもよく、その中を流体が移動して、第５のチャンバ又はリターンチャンバ３２８に流入することができる。

いくつかの実施形態では、上側プレート３３０の支持は、中空で通常は円筒形のチューブ３３４によって提供してもよいし、他の形式であってもよい。いくつかの実施形態では、このチューブ３３４の対向する端は、プレート３３０、３３２の対応の溝３３０ｂ、３３２ｂに嵌合することができる（場合によっては、下側プレート３３２は、図示された実施形態において、インペラハウジング又は容器３１８ａと一体化することができる）。いくつかの実施形態では、概ね垂直であるロッド３３６などの支持体を配置して、プレート３３０に追加の支持を設けることができる。いくつかの実施形態では、開示の垂直ロッド３３６は、対応するチャンバ３２８内の流体の流れを著しく妨害することはない。いくつかの実施形態では、ロッド３３６の端は、プレート３３０、３３２に埋め込んでもよいし、適切な留め具若しくはロック機構（例えば、ロック接続、ボルト、又は接着剤）によって所定の位置に保持してもよい。

図１２及びその図上に設けられた動作矢印から、流体攪拌の結果として、いくつかの実施形態では、流体が、チャンバ３１６から外向きにチャンバ３２０内に流入してもよいことが分かる。いくつかの実施形態では、次いで、流体は、固定床を含むチャンバ３２４を垂直方向に通過してチャンバ３２８に流入するように、向きを変えることができる。いくつかの実施形態では、流体は、次にチャンバ３２８に内向きに流れ、開口３３２ａを介して第１のチャンバ３１６に戻ってもよい。いくつかの実施形態では、流体は培地を指すこともある。

いくつかの実施形態では、図１３はさらに、上側プレート３３０が周辺開口３３０ｃを備え、流体がチューブ３３４によって形成された内壁に沿って直接流れるのを可能にする配置を示す。このようにして、第５のチャンバ３２８を通過しながら下向きに流れる流体の薄層又は膜を形成することができる。いくつかの実施形態では、これは、第５のチャンバ３２８内のガス（空気）に晒す流体の体積を、当該流体が第１のチャンバ３１６に戻る前に増加させるという役割を果たすことができる。いくつかの実施形態では、これを実装することで、より大きなサイズの場合に必要となる、又は生成される生物製剤に基づいてプロセスパラメータを調整して細胞増殖速度を増加させる場合に必要となる、より多くの酸素移動を可能にする。

いくつかの実施形態では、流体膜を形成する「ウォーターフォール」は、限られた量の細胞培地を最初に添加してわずかなオーバーフローのみが生じるようにすることで、実現することができる。あるいは、いくつかの実施形態では、当該「ウォーターフォール」は、細胞培地及び細胞を添加し、その後、細胞が床で増殖した際に、チャンバ３２８などの対応チャンバ内の培地を（ディップチューブなどを使用して）取り除くことで、実現される。

いくつかの実施形態では、バイオリアクタ４００の第４の実施形態が、図１４〜１６を参照して説明される。この実施形態では、バイオリアクタ４００は、上記のように第１から第５のチャンバ４１６、４２０、４２４、４２６、及び４２８を含む（固定床は図示せず）が、ハウジング４１２は、複数のモジュール部分で構成される。いくつかの実施形態では、当該部分は、ベース部分４３０、１つかそれ以上の中間部分４５０、及びカバー部分４７０を含む。いくつかの実施形態では、当該部分４３０、４５０、４７０は、上記のように、液密に相互作用して、チャンバ４１６、４２０、４２４、４２６、及び４２８を備えたバイオリアクタ４００を形成するように構成することができる。

いくつかの実施形態では、おそらく図１４から最もよく分かるように、ベース部分４３０は、中間部分４５０の１つから突出した、舌４５２のような、対応の周辺コネクタを受けて係合するための溝４３２の形態で示された周辺コネクタを含むことができる。いくつかの実施形態では、内部的に、ベース部分４３０は、流体攪拌機（図示せず）を受けるための第１のチャンバ４１６を規定する直立壁４３４を含んでもよい。いくつかの実施形態では、当該壁４３４は、さらなるチャンバ４２０又は第２のチャンバ４２０を規定するベース部分４３０の外部に流体が半径方向に流れるのを可能にする開口又は流路を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ベース部分４３０が存在する結果、流れが垂直方向にリダイレクトされるため、これによって乱流が生じて、バイオリアクタ全体で流体の混合及び均一性が向上し、細胞培養のプロセスが強化される。

２つの中間部分４５０ａ、４５０ｂは、第１の（下側）部分４５０ａの周辺コネクタ（溝４５４）が、第２の（上側）部分４５０ｂの対応のコネクタ（舌４５２）に係合するように積層された状態で示されている。図１４から分かるように、いくつかの実施形態では、各中間部分４５０ａ、４５０ｂは、それぞれ舌４５２及び溝４５４を支持する外側壁４５６を含んでもよい。いくつかの実施形態では、半径方向内向きに、内壁４５８が内側及び外側コネクタを担持し、当該コネクタは、チューブ４３６の対応の端部を受けるために、直立レッジ４６０、４６２の形態で設けてもよく、これにより、第５の又はリターンチャンバ４２８の外縁が形成される。

いくつかの実施形態では、第１の又は下側中間部分４５０ａは、ベース部分４３０の、壁４３４からの直立突起４３４ａのようなコネクタを少なくとも部分的に受ける細長い円弧状スロット４６４のような開口を含んでもよい。いくつかの実施形態では、内部レッジ４６６は、中間部分４５０ａ、４５０ｂに中央開口４６６ａを形成して、壁４３４によって規定される内部カラム内を流体が流れるのを可能にするとともに、（流体が固定床を出た後の位置に配置され得る）任意の温度センサ、ディップチューブなどを受ける。いくつかの実施形態では、第２の中間部分４５０ｂは、互換性の向上のために同様に構成してもよく、その場合、第２の又は上側の中間部分４５０ｂの開口（スロット４６４）によって、前述したように、第５の又はリターンチャンバ４２８内に流体の薄い落下流又は流体の膜を作成することができる。

いくつかの実施形態では、複数の支持体４６８が、外壁４５６と内壁４５８との間に延びる。いくつかの実施形態では、支持体４６８は、半径方向に延びる支持体４６８ａと、少なくとも１つの円周方向に延びる支持体４６８ｂとを含み、これらは共に、流体の流れを可能にする有孔又は網状のプレート状構造を形成することができる（当該又は任意の実施形態における当該構造は、スクリーン、ネット、グリッド、又は他の骨格構造を含んでもよく、硬質、半硬質、又は可撓性であってもよい）。実際には、支持体４６８は、流体の通過を可能にするための開口によって形成される開放空間の容量を最大にすることで、床を通る流体の流れを促進するように設計してもよい。いくつかの実施形態では、細胞を培養するために、壁４３４の周囲に巻き付けたらせん床（図示せず）などの固定床を、部分４５０ａ、４５０ｂの間に形成されたチャンバ４２４内に配置してもよい。いくつかの実施形態では、上側中間部分４５０ｂから通過する流体は、カバー部分４７０によって部分的に規定された第４のチャンバ４２６に流入し、再循環のために第１のチャンバ４１６に戻る前に、第５のチャンバ４２８を形成するカラムに流れてもよい。

いくつかの実施形態では、カバー部分４７０は、第２の中間部分４５０ｂの対応のコネクタ（溝４５４）に嵌合するための、舌４７２などのコネクタを含む。いくつかの実施形態では、カバー部分４７０は、着脱可能なキャップ又は蓋４７６を受けるための直立壁４７４などの第１又は中央レシーバを含んでもよく、当該キャップ又は蓋４７６は、流体又は他の物質をバイオリアクタ４００（及び第５のチャンバ４２８）に送るためのコンジットと接続するための様々なポートＰを含んでもよい。いくつかの実施形態では、キャップ又は蓋４７６は、図示するように、温度センサ又はプローブＴ、ならびに他のセンサを保持してもよく、バイオリアクタ４００からの物質の追加又は除去を可能にするため、又は生成物製造プロセスを調節するように構成してもよい。理解されるように、いくつかの実施形態では、キャップ又は蓋４７６を良好に配置して、チャンバ４２８を介した戻り流について検出又は流体サンプリングを行うことができる。いくつかの実施形態では、直立壁４７７などの、外縁に配置された第２のレシーバは、第２のキャップ又は蓋４７８と接続して、センサを受ける、又は、バイオリアクタ（特に、細胞培養が完了する第３のチャンバ４２６を含む当該バイオリアクタの周辺部）から、物質（培養サンプルを含む）をデポジットする又は取り除くように構成してもよい。いくつかの実施形態では、キャップ又は蓋４７６、４７８は、異なる種類のポートＰを有し、異なるサイズ／形状であってもよいし、互換性の向上のために同一のサイズ／形状であってもよい。

図１４を図５と比較すると、キャップ又は蓋４７６、４７８を異なるサイズのバイオリアクタと接続して使用してもよいことも分かる。このように、図１４において、キャップ又は蓋４７６、４７８は、バイオリアクタ４００の外径よりも大幅に小さい外径を有することが分かる。いくつかの実施形態では、キャップ又は蓋４７６、４７８は、図５（又は他の図）のバイオリアクタ３００と共に使用することもでき、その場合、外径は、バイオリアクタ３００の径とほぼ同一であるか、又は若干大きくなる。

いくつかの実施形態では、粘着剤又は接着剤を接続部で使用して、構造を共に保持することができる。いくつかの実施形態では、ねじ式又はロック式（例えば、差し込み式）の接続を使用することもでき、液密シールを維持して漏れを防止することで、無菌性が確実に維持されるのを助ける。いくつかの実施形態では、モジュール部分４３０、４５０、４７０の配置によって、バイオリアクタ４００を事前に組み立てる、或いは現場で迅速に組み立てる又は構築することができると共に、潜在的には、同様の迅速さで分解することもできる。追加のチューブを簡単に追加して高壁４３４又は中間部分４５０を形成することができるため、固定床の数又はバイオリアクタ４００の高さは、用途に応じて、特定のニーズ又はプロセス設定に合わせて調整することができる。

いくつかの実施形態では、チャンバ内の１つの固定床から隣接する床への流れは、直接又は中断されない。いくつかの実施形態では、床を受ける外側チャンバ４２４は、内部に配置した複数の床を通過する連続した流路を形成することができ、これらは構造化固定床、非構造化固定床、又は他の床であってもよい。いくつかの実施形態では、連続的であり、大部分においてスムーズな流れは、モジュールが実際には単一床であるかのように均一性を向上するのに有用であり、これにより、細胞培養プロセスの予測可能性及び品質が改善する。均一性とは、細胞が床全体にわたって均等に分布していること、或いはある程度等しく広がっていることを意味する。

図１６は、中間部分４５０の実施形態の代替案を示しており、中間部分４５０は、ベース部分４３０上に位置するように構成することができる。いくつかの実施形態では、半径方向に延びる複数の支持体４６６ｂが中央開口４６６ａに設けられ、リング４６６ｄの形態を有する内部コネクタと接続する。いくつかの実施形態では、リング４６６ｄは、キャリア４８０の一部を受けて攪拌機（図示せず）を保持し、ベース部分４３０のフロアの上に懸架するように、サイズを設定してもよい。いくつかの実施形態では、構造に応じて、回転中のインペラとベース部分４３０のフロアの摩擦接触の結果としての摩擦及びこれに伴う粒子の放出が回避される。

図示するように、いくつかの実施形態では、キャリア４８０は、一対の圧縮可能なクリップ４８２を含んでもよく、これらは、リング４６６ｄ内の開口を通過するように一緒に圧迫して、その後、キャリアが自由に回転することを可能にする相対的な動きを許容しながら、キャリアを中間部分４５０から確実に懸架するために解放してもよい。いくつかの実施形態では、キャリア４８０はソケット４８４を含んでもよく、その断面はＣ字形で示され、インペラ（図示せず）或いは単純に細長い、磁性又は強磁性のロッド（図示せず）などの攪拌機の対応部分を受ける。いくつかの実施形態では、当該部分は、ベアリングによって攪拌機に回転可能に接続された、上向きに延びる突起を含んでもよい。理解されるように、いくつかの実施形態では、ソケット４８４は、攪拌機を左右に移動させることができ、これは、ベース部分４３０の下方など、バイオリアクタ４００の外部に位置する対応の外部又は非接触（例えば、磁気）のドライブＤとのアライメントを行う際に必要である。

図１６Ａ及び１６Ｂはまた、固定床４９６を含むモジュール式バイオリアクタ４００の実施形態の代替案を示す。いくつかの実施形態では、ベース部分４３０及びカバー部分４７０は、中間部分４５０の外縁との間にギャップ又は空間を形成する外側ケーシング４９２と接続するように構成することができる。いくつかの実施形態では、ギャップＧ又は空間は、加熱又は冷却効果を提供して、中間部分４５０に対応する床の温度を制御するために使用してもよい。ギャップＧ又は空間は、単純に、床内で増殖する細胞に近く、温度変動に敏感である可能性が高いバイオリアクタの中間領域の壁の断熱を実現することもできる。当該断熱は、バイオリアクタのベース部分４３０の底部に加わる熱が、床４９６内に付着した細胞まで届くのを防ぐ作用がある。

また、図１６Ａは、開示の任意の実施形態によって提供可能な、バイオリアクタにおけるスパージングの可能な使用例を図示する。図示の構成では、スパージングは、第５のチャンバ４２８に配置された散布器４９４によって行われる。したがって、結果生成される気泡は、戻り流体の流れに対向して上向きに流れることがある。

また、これらの図（特に、図１６Ｂ）は、中間部分４５０が、流体を通さない内部チューブ４３６と係合して流れをベース部分４３０に戻すためのチャンバ４２８を設け、そこで流れが攪拌されて戻され、下側から床に流入し、そこを通って上方に流れる様子を示す（開示の任意の実施形態）。これらのチューブ４３６は、図示するように、一方のチューブが存在する各固定床４９６に対応し、２つの中間部分４５０が各チューブ４３６（例えば、下から１つと上から１つ）に係合するように、設けてもよい。しかし、この実施形態又は他の開示された実施形態では、らせん床の最も内側のらせん状のラップなど、固定床の最も内側の表面を、流体を通さないように作成又は調整することで、同様の機能を実現してもよい。例えば、流体非浸透性又は疎水性材料で表面をコーティングして、これにより、流体が床内に保持され続け、チャンバ４２８によって形成された中央カラムを通過する、明確な流体の戻り流が維持される。

図１６Ｃはまた、固定床４９６を挟む中間部分４５０ａ、４５０ｂを含むバイオリアクタ４００の実施形態も図示し、当該固定床４９６は、上に図示及び説明したような構造化らせん床であってもよい。ベース部分４３０及びカバー部分４７０も設けられ、外側ケーシング４９２とインターフェースして環又はギャップを形成する。当該環又はギャップは、再度断熱されてもよいし、又は加熱又は冷却手段に関連付けられてもよい。本実施形態又は他の任意の実施形態では、ケーシング４９２は、単にバッファ又は（空気又は他のガスで満たされた）空間を形成してもよい。これにより、バイオリアクタ４００の温度をより効率的に（例えば、より速く）調節することができ、さらに、それを灌流及び／又は培地の再循環に使用することができ、培地の予熱に関する要件を下げることができる。

また、この図は、攪拌機４１８ａのハウジング４１８を図示する。ハウジング４１８は、図２１に示される形態のいずれか１つであってもよく、したがって、分流器４１８ｄを含んでもよい。中央カラムの一部を形成するチューブ４３６の形の内部仕切り（すなわち、図１６Ａに示すリターンチャンバ４２８）も示されている。外側の仕切りも示されており、これは、部４５０ａ、４５０ｂと着脱可能に相互接続する円筒形構造又は管４９６の性質を有してもよく（及び接着剤又は他の結合の形態を使用して所定の位置に接着してもよい）、これらの一方又は両方とユニタリ構造であってもよい。

図１７及び１８は、図示の例の垂直方向に積層された２つの構造化固定床５１８ａ、５１８ｂなどの１つかそれ以上の固定床を含むバイオリアクタ５００の例を図示する。いくつかの実施形態では、床５１８ａ、５１８ｂは、バイオリアクタ５００の外側チャンバ５１２ａ内に配置することができ、図１〜３に示すらせん床であってもよい。また、いくつかの実施形態では、内部チャンバ５１２ｂは、固定床への又は固定床からの循環流体を提供することができる。いくつかの実施形態では、当該流体は、バイオリアクタ５００の下側区画５１２ｃに配置されたインペラ５２０などの対応の攪拌機によって流れるようにしてもよい。いくつかの実施形態では、流体は、上から下又は下から上など、固定床内で垂直方向に流れてもよい。いくつかの実施形態では、構造化固定床は、内部チャンバ５１２ｂ内に設けられ、外側チャンバ５１２ａは、流体を内側チャンバに及び内側チャンバから送る役割を果たす。

ここで、図１９及び２０を参照すると、いくつかの実施形態では、インペラ６００の形態である攪拌機を、上記の実施形態のいずれかで使用できることが示されている。いくつかの実施形態では、インペラ６００は、半径方向に延びるブレード６０６を有する（機械加工又は導入された）本体６０４に挿入することができる磁石６０２と、開口６０８とを備えてもよく、それらを介してシャフト６１０又は他のレシーバを挿入することができる。いくつかの実施形態では、培地に接触しないように、磁石６０２上にキャップ（図示せず）を設けることができ、接着剤又はねじ式接続によって取り付けることができる。いくつかの実施形態では、磁石６０２は、本体６０４を具現化したものを導入する（射出成型する）場合に、オーバーモールドすることができる。いくつかの実施形態では、実施形態を３Ｄ印刷し、３Ｄ印刷を一時停止し、磁石を挿入し、そして３Ｄ印刷を再開してインペラ６００を形成してもよい。いくつかの実施形態では、インペラ本体６０４は、ポリカーボネート又は他の適切な材料など、耐久性のあるポリマ材料で作製してもよい。いくつかの実施形態では、インペラは、他の方法で機械加工、射出成形、３Ｄ印刷、又は製造することができる。関連するレシーバ又はシャフト６１０（存在する場合）は、ポリプロピレン又は他の適切な材料で形成することができ、機械加工、導入、又は３Ｄ印刷することができる。

図２１は、インペラ６００と様々な容器６１８ａとの様々な組み合わせを表形態で示すと共に、結果として得られる相対的な効率の指標を示している。いくつかの実施形態では、ブレードＢの半径方向の範囲を調整し、容器６１８ａの出口Ｏの数を４つよりも大きい数（場合によっては１０個から１２個まで）に変更することで、同等の回転速度で、流体の流れについてより高い効率を実現することができる。いくつかの実施形態では、Ｘ字形の断面を有する直立壁６１８ｄなどの仕切りを、容器６１８ａの入口Ｉに隣接して設けて、流れを分割することができる。図１９の右側２つの実施形態では、容器６１８ａを出るときに流れを誘導するためのベーンＶが設けられており、図示のように、当該ベーンが様々な形状又は幅を有することができることが分かる。

図２２は、半径方向に湾曲したブレードＢを有するインペラ６５０の別の例をさらに図示する。いくつかの実施形態では、インペラ６５０は、それに関連付けて使用する際に容器６１８ａの入口Ｉからの流れを受ける中央空間６５１を含んでもよく、したがって、ブレードＢは、出口Ｏを介して流体を外向きに直す役割を果たす。インペラ６５０は、１０枚のブレードを有するものとして示されているが、所望の場合、又は必要に応じて、より多く又はより少ない数を有してもよい。また、いくつかの実施形態では、インペラ６５０は、上記のように、外部ドライブ（図示せず）との非接触カップリングを形成する１つかそれ以上の磁石（図示せず）を含んでもよい。生細胞は剪断などの機械的な力に敏感であるため、インペラの設計では、剪断を回避しながら効率的で最適化された流体の流れを実現する必要がある。インペラ６５０は、このような補完的な目的を達成する。

上記バイオリアクタ１００〜５００の構成要素はいずれもシングルユース又は使い捨て用の構成要素として作製してもよいし、再利用可能に作製してもよい。さらに、使用する構成要素は、使い捨て及び再利用可能な材料の混合又はハイブリッドであってもよい。いくつかの実施形態では、バイオリアクタ１００〜５００は、約５０〜６０ｃｍの径を有してもよい。いくつかの実施形態では、バイオリアクタ１００〜５００の径又は高さは、約５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、６０、７０、８０、９０、又は１００ｃｍを超えてもよい。いくつかの実施形態では、バイオリアクタ４００に関連付けて使用することができるカバー部分又は蓋４７６、４７８の径は、約２、４、５、６、８、１０、１２、１５、２０、２５、３０又は５０ｃｍを超えてもよい。いくつかの実施形態では、中間部分４５０ａ、４５０ｂの高さは、約２．５〜５．０ｃｍ以上であってもよい。いくつかの実施形態では、バイオリアクタ４００全体の高さが、約２０〜５０ｃｍであってもよい。いくつかの実施形態では、バイオリアクタは、複数の固定床を具備してもよい。いくつかの実施形態では、インペラ速度を調整して圧力降下の増加を補償することができ、リアクタの底部から上部まで一定の線速度が維持される。この場合、細胞の剪断応力は、すべてのサイズのバイオリアクタで一定に保つことができる。いくつかの実施形態では、散布器を設けてもよい。いくつかの実施形態では、気泡が固定床に輸送されるのを回避するために、スパージング中にインペラの動作を停止することが望ましい場合がある。

いくつかの実施形態では、モジュール式の場合、バイオリアクタ１００、２００、３００、４００、５００は、その相対的な高さを調整するための任意の数の構成要素を含むことができる。例えば、部４５０などの複数の中間部分を使用して、高さを増加させることができる。いくつかの実施形態では、バイオリアクタ１００、２００、３００、４００、５００は、複数の異なる径で提供されてもよく、各径は、特定の用途に応じて異なる高さとするための１つかそれ以上の中間部分を具備することができる。いくつかの実施形態では、固定床増殖面は、＜１〜２ｍ^２、７〜３０ｍ^２、１５０〜６００ｍ^２、＞２４００ｍ^２の範囲であってもよいし、バイオリアクタのサイズ（高さ又は径）に応じて異なってもよい。上記のように、複数の固定床は、１つ、２つ、３つ、４つ、又はそれ以上の固定床などの積層構成にして設けてもよい。

いくつかの実施形態では、上記の「ウォーターフォール」構成において、流体が内側又は中央カラムに入る際に、ある程度の乱流を生じさせて、酸素の移動（又はｋＬａ、これは所与の一連の動作条件で酸素をバイオリアクタに送る効率を表す体積物質移動係数である）を増加させることが望ましい場合がある。この結果を得るために、１つかそれ以上の流れ撹乱器を設けて、層流を遮断して乱流にしてもよい。図２３及び２４は、モジュール式バイオリアクタの別の可能な変形例を図示し、ここで、流れ撹乱器又は仕切りは、中央カラムの上方に位置する（クラウンを形成する）リング７００上の直立突起７０２として設けてもよい。そのため、或いはフィルムとして中央カラム７３６に入る流体の流れは、突起７０２によって「分解する」可能性があり、より強い乱流でより良好な酸素移動を可能にする、個別の流れが形成される。いくつかの実施形態では、流体の流れがバイオリアクタの中心とアラインするように、突起７０２が、固定床を離れる潜在的な渦巻き運動を分解する。

図２５及び２６を参照すると、結果として生じる個々の流れは、最終的に、構造化固定床の内壁によって形成される中央柱カラム又はカラム状領域内で再結合し、乱流を増加させる可能性があることが分かる。さらに、リング７００によって、流れがカラム内において放物線状の軌道をとることがあり、空気／酸素がトラップする可能性のある流れの下にポケットＰが生じる可能性があることが分かる。いくつかの実施形態では、このポケットＰと中央カラムの上のバイオリアクタの内部とでガスのやり取りを行うために、１つかそれ以上のコンジット７０４を設けてもよい。図２５では単一のコンジット７０４が示されており、ガス流の入口が形成されている。図２５に示すように、複数のコンジット７０４ａ、７０４ｂを、ガスの入れ替えを行うための入口及び／又は出口としての役割を果たすことができる。さらに示すように、コンジット７０４は、図２５に示すように、リング７００と一体であってもよいし、又は図２６に示すように、分離してもよい。

次に、図２７及び２８を参照すると、バイオリアクタ１００、２００、３００、４００、５００の様々な状態を検出するための非使い捨て式（例えば、ステンレス鋼製）プローブ８０２を接続するための使い捨て式（例えば、プラスチック又はポリマ製）のコネクタ８００が示されている。いくつかの実施形態では、コネクタ８００は、一端にキャップ又はカバー８０６に対応するチューブ又はスリーブ８０４を含み、他端にアダプター８０８を具備し、これにより、バイオリアクタ１００、２００、３００、４００、５００の任意の壁又は部位のポートと、ネジ式接続などによって接続してもよい。いくつかの実施形態では、キャップ８０６に取り付けられる膜８１０などの光透過部を設け、プローブ８０２とインターフェースしてもよい。

以下の説明における実施例は、本発明の様々な実施形態を例示する目的で示されるものであり、いかなる方法にも本発明を限定することを意図しない。本実施例は、本明細書に記載の方法と共に、現時点における例示的な実施形態を表すものであり、本発明の範囲を限定することを意図しない。特許請求の範囲に定義される本発明の範囲に含まれる変更点及び他の用途は、当業者には理解されるものである。以下の実施例は、開示されたバイオリアクタの有効性を例示するために提供される。

構造化固定床を通気攪拌条件下（７５０ｍＬの培地は、〜５ｃｍの落下フィルム、７４０ｒｐｍ（固定床を通る１ｃｍ ｓ^−１の垂直線速度に対応）、１時間の水和時間を保証）で水和させることで、図１に示すようにバイオリアクタを準備した。培地の平衡化は、温度とｐＨを実験の設定値（それぞれ３７℃と７．２）に設定し、自動調整を開始することで達成された。ＤＯキャリブレーションは、最初に非制御の通気条件下（１００％ＤＯセットポイント）で達成され、その後、ＤＯ規制（＞５０％）が開始された。媒体が設定の動作温度に達した後、プローブのキャリブレーション（オンライン及びオフライン測定）を実行した。当該攪拌条件下、３．０×１０^４ ｃｅｌｌｓ ｃｍ^−２の初期播種密度で種菌を手動でバイオリアクタに移し、これに対応する量の平衡化培地を除去することで、総液体量が一定に保たれるようにした。その直後に培養パラメータの記録（ｐＨ、ＤＯ、Ｔ）を開始した。図２に示すように、外部培地ソースが接続され、接種直後に、バイオリアクタを介して再循環された。

この実験設定を使用して、２つの細胞培養をバッチモード（感染細胞密度＝１．９±０．２×１０^５ ｃｅｌｌｓ ｃｍ^−２）で３日間行った。第３の細胞培養（感染細胞密度＝６．５×１０^５ ｃｅｌｌｓ ｃｍ^−２）は、栄養素の可用性を保証するために、３日目に外部培地源の新鮮な材料に置き換えて、６日間行われた。感染は、アデノウイルス（ストック：１．７×１０^９ｉｆｕ ｍＬ^−１）を用いて、目標細胞感染密度を設定し、ＭＯＩを５に固定して行った。細胞培地の回収は、攪拌条件下で、原位置でのバルク細胞溶解のために最適化された界面活性剤（ベルギー王国オーベレルエイセのシグマアルドリッチ社製のＴｒｉｔｏｎ（登録商標） Ｘ−１００）を添加して行われた。以下が概要である：
バイオリアクタ容器の有効容量：７５０ｍＬ
再循環容量：４．２Ｌ
攪拌速度：７４０ｒｐｍ（１ｃｍ ｓ^−ｌ垂直速度）
落下するフィルムの高さ：〜５ｃｍ
接種密度：２５，０００−３０，０００ ｃｅｌｌｓ ｃｍ^−２
ｐＨ：７．２
溶存酸素：５０％
収集処理：Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００、ベンゾナーゼ及びＭｇＣｌ２−
培養時間：３〜６日
ＣＥＬＬＳＴＡＣＫバイオリアクタでの接着培養のコントロールは、対応する部分について、同一動作条件（温度、メディア組成、初期ｐＨ、ヘッドスペースガス組成）下で行われた。図２９は、ＣＥＬＬＳＴＡＣＫバイオリアクタで実行されたコントロールと比較した、本発明の固定床バイオリアクタの細胞増殖曲線を示す。構造化固定床バイオリアクタで到達した細胞密度は、３日目で同一条件（６．５×１０^５ｖｓ３．２×１０^５ ｃｅｌｌｓ ｃｍ^−２）での対照実験よりも高くなり、６日目でさらに高くなった。６日目に観察された高い細胞密度を達成するために、３日目にＣＥＬＬＳＴＡＣＫバイオリアクタで培地の８５％を交換し、４．２Ｌの新鮮な培地を含む外部ボトルを接続して、培地の交換と同一比に対応して、バイオリアクタを介した循環を行った（１０ｍＬ ｍｉｎ−ｌ）。細胞培養では目標細胞密度で感染を行った。感染後３日ですべての細胞の溶解が観察された。この観察の結果、界面活性剤処理によって生成物を回収することが決定された。ＣＥＬＬＳＴＡＣＫバイオリアクタのコントロールで同じ回収プロトコルが実行され、そのデータをバイオリアクタの実行と共に図３０に示す。本開示によるバイオリアクタ＃２は、開始から４．２Ｌの外部培地循環ループで動作し、３日目に感染があった（詳細については方法を参照。感染後の細胞密度は示されていない）。本開示によるバイオリアクタ＃１は、バイオリアクタ＃２と同様に起動したが、３日目に外部培地循環ループが新鮮な培地に交換され、これによりさらなる細胞増殖が可能となった。バイオリアクタ＃２は２日目に感染し、バイオリアクタ＃３は３日目に感染した。エラーバーは、ＴＣＩＤ５０分析アッセイ測定の範囲を表す。本発明のバイオリアクタとそれらの制御との間の生産性は類似しており、その差はアッセイの誤差範囲内である。

図３１及び３２に示すように、バイオリアクタ内の構造化固定床の有効性を実証するために、さらなる実験が行われた。細胞培養条件は以下のとおりである：
・ベロ細胞
・培地５％血清−容量／表面比：０．１７ｍｌ／ｃｍ^２
・接種５０００ｃ／ｃｍ^２
・５日間の増殖
・３７°Ｃ−ｐＨ：７．２−ＤＯ＝５０％
・バイオリアクタの攪拌：５５０ｒｐｍ
・２０ｍｌ／ｍｉｎの流量での再循環バッチモード

理解されるように、これらの図は、構造化された固定床、特にらせん状又は「スネイル」床を使用して、バイオリアクタで、軸方向及び半径方向の両方において均一な細胞増殖が達成されたことを示す。

ここで図３３〜３７を参照すると、構造化固定床を有するモジュール式バイオリアクタ１０００を製造する方法が開示されている。最初に図３６を参照すると、この方法は、管状部分１００２を構造化された固定床に関連付けることを含んでもよく、これは、前述のらせん床１００４であってもよい。らせん床１００４は、マトリクス材料で管状部分１００２の周囲を覆う又は巻き付けて形成してもよく、これは、さね継ぎ構成を使用するなどしてベース１００６に固定して、所定の位置に接着してもよい。これにより、第一段階のバイオリアクタ前駆体１００７が形成される。

次に、やはり接着剤を使用して、上部１００８をベース１００６に固定することができる。これは、図３８に示すように、第２段階のバイオリアクタ前駆体１０１０に到達するために行われ、当該部分の適切な着座を保証するための重り１０１２と、接着剤を硬化させるためのＵＶランプ１０１４との使用をさらに示す。

図３９を参照して、次に、蓋１０１６をバイオリアクタ前駆体１０１０に適用して、任意のプローブ又はサンプラ１０１８を設置することができる。蓋１０１６は、互いに接着結合可能な外側ハウジング１０２０とインターフェースしてもよい。重り１０１２及びＵＶランプ１０１４を再び使用して、安全な接続を形成することもできる。

図４１を参照すると、蓋１０１６を設置する前に、複数の第１段階バイオリアクタ前駆体１００７ａ、１００７ｂを第２段階バイオリアクタ前駆体１０１０に設置することで、積層構成を得られることが分かる。第２段階バイオリアクタ前駆体１０１０の上部１００８は、管状部分１００２の垂下部など、次に隣接する第１段階バイオリアクタ前駆体１００７ａの一部を受けるように構成してもよい。同様に、第１段階バイオリアクタ前駆体１００７ａの上部１００８は、次の隣接する第２段階バイオリアクタ前駆体１００７ｂと同様にインターフェースするように構成してもよい。蓋及び任意のプローブ、サンプラなどは、上記のように設置することができ、バイオリアクタ１０００はこのように複数の積層された床を備える。

バイオリアクタを製造するさらなる方法も考えられる。この方法では、構造化固定床がバイオリアクタの内部区画又はチャンバに配置される。本開示において前述したように、床は接触していてもよいし、スペーサ（例えば、スクリーン又は同様の構造）又はギャップを挟んで分離していてもよい。

いずれかの実施形態において、バイオリアクタ１００、２００、３００、４００、５００における構造化固定床のモノリシックな性質は、細胞培養操作の安定性、ひいては均一性を向上するのに役立つことが分かる。構造化された固定床をバイオリアクタに単純に「ドロップイン」する機能によって、細胞培養プロセスを簡単に再現することができ、その結果高い再現性が得られる。これは、浮遊又は流動床を使用する既知のバイオリアクタに対する大きな利点である。開示の構成の結果として、細胞培養の均一性（例えば、温度、ｐＨ、その他の試薬の特性を含む特性）は全体を通して維持される。インペラの混合と流体流れによって、均一性がさらに向上する。細胞培地の再均一化（再度混合すること）が発生するギャップによって、均一化はさらに改善される。細胞培養物が床を通過して均一性が失われたとしても、培養物がギャップを通過するときにその均一性は多少回復する。

要約すると、本開示は、以下の項目に関すると解することができる。

１．流体の流れに関連して細胞を培養するための装置であり、
細胞培養用の固定床を含むモジュール式バイオリアクタを具備する装置。

２．上記モジュール式バイオリアクタは、
第１のチャンバを有するベース部と、
上記固定床を受けるための第２の外側チャンバの少なくとも一部と、上記第２の外側チャンバから上記第１のチャンバに上記流体の流れを戻すための第３の内側チャンバの少なくとも一部とを形成する中間部と、
上記中間部上に位置するカバー部と
を具備する項目１の装置。

３．上記固定床は構造化固定床を具備する項目１又は２の装置。

４．上記中間部は管状部分を含み、上記構造化固定床は上記管状部分の周辺でらせん状に延びる上記いずれかの装置。

５．上記中間部は、上記固定床の内壁によって形成された管状部分を具備する上記いずれかの装置。

６．上記中間部は、それぞれ構造化固定床に関連付けられた複数の中間部分を含む上記いずれかの装置。

７．上記複数の中間部分の少なくとも１つは、上記流体が上記少なくとも１つの中間部分の下方の第１の構造化固定床から上記少なくとも１つの中間部分の上方の第２の構造化固定床に流れるように穿孔されている上記いずれかの装置。

８．上記複数の中間部分はそれぞれ管状であり、各構造化固定床は、上記管状中間部分の周囲に巻き付けられたらせん床を具備する上記いずれかの装置。

９．上記構造化固定床のための有孔支持体をさらに含む上記いずれかの装置。

１０．上記中間部は、上記モジュール式バイオリアクタの周辺を形成する管状ケーシングをさらに含み、上記管状ケーシングは、上記バイオリアクタを加熱、冷却、又は絶縁するための空間を形成する上記いずれかの装置。

１１．上記中間部は、それぞれ相互に接続するように構成された複数の中間部分を具備する上記いずれかの装置。

１２．上記中間部は、少なくとも１つの中間部分に係合し、上記固定床を受ける上記外側の第２のチャンバの内壁を形成するチューブを含む上記いずれかの装置。

１３．上記チューブは、上記チューブの下方の第１の中間部分と上記チューブの上方の第２の中間部分とに係合する上記いずれかの装置。

１４．上記第２の中間部分は、上記第３の内側チャンバに沿って流体膜を生成するための開口を含む上記いずれかの装置。

１５．上記第２の中間部分を上記第１の中間部分から支持するための支持体をさらに含む上記いずれかの装置。

１６．上記支持体は垂直ロッドを具備する上記いずれかの装置。

１７．上記カバー部は、複数のポートを含む着脱可能なキャップを具備する上記いずれかの装置。

１８．上記着脱可能なキャップは、上記中間部の外径よりも小さい外径を有する上記いずれかの装置。

１９．上記ポートの少なくとも１つは、ねじ山付き金属インサートを含む上記いずれかの装置。

２０．上記カバー部は、上記中間部の外径と同等又はそれよりも大きい外径を有する上記いずれかの装置。

２１．上記中間部は、少なくとも部分的に上記ベース部内に位置するように構成された中間部分を具備し、上記中間部分は、上記流体の流れを遮断するための流れ遮断器をさらに含む上記いずれかの装置。

２２．上記ベース部は、上記固定床を含む上記第２の外側チャンバと流体連通する上記第１のチャンバの半径方向外側に別のチャンバを含み、上記別のチャンバは、上記第１のチャンバから上記別のチャンバに流体を送るための複数の開口を有する直立壁によって形成される上記いずれかの装置。

２３．上記ベース部に関連付けられた攪拌機をさらに含む上記いずれかの装置。

２４．上記中間部は、外部駆動装置とのアライメントのために横方向の動きを可能にするために上記第１のチャンバ内に上記攪拌機を懸架するように構成された上記いずれかの装置。

２５．上記攪拌機を収容するための容器をさらに含み、上記容器は中央入口及び半径方向に向けられた複数の出口を含む上記いずれかの装置。

２６．分流器が上記中央入口に関連付けられる上記いずれかの装置。

２７．上記攪拌機は複数の湾曲したブレードを具備する上記いずれかの装置。

２８．上記第３の内側チャンバに流入する上記流体の流れを複数の流れに分割するための複数の流れ遮断器をさらに含む上記いずれかの装置。

２９．上記複数の流れ遮断器はリングに関連付けられる上記いずれかの装置。

３０．ガスが上記流れの１つの後方の空間に流入することを可能にする１つかそれ以上のコンジットをさらに含む上記いずれかの装置。

３１．上記１つかそれ以上のコンジットが、上記複数の流れ遮断器を含む構造に接続される上記いずれかの装置。

３２．第１のコンジットが上記構造に接続される上記いずれかの装置。

３３．第１及び第２のコンジットが上記構造に接続される上記いずれかの装置。

３４．第１及び第２のコンジットが上記構造に接続されない上記いずれかの装置。

３５．細胞を培養するための装置であり、
中央カラムと外側ケーシングの両方に接続されたベース部を具備するモジュール式バイオリアクタを具備し、上記外側ケーシングと上記中央カラムは共に細胞を培養するための区画を形成する装置。

３６．上記区画は、少なくとも１つの構造化固定床を含む項目３５の装置。

３７．上記区画は、積層構成に配置された複数の構造化固定床を含む項目３５又は３６の装置。

３８．上記複数の構造化固定床のうち少なくとも２つの構造化固定床の間に中間部分をさらに含む項目３５〜３７のいずれかの装置。

３９．上記少なくとも１つの構造化固定床はらせん床を具備する項目３５〜３８のいずれかの装置。

４０．上記複数の積層された構造化固定床はそれぞれ上記中央カラムの周囲に巻き付けられる項目３５〜３９のいずれかの装置。

４１．上記中央カラムは、
第１及び第２の相互接続チューブと、上記第１のチューブの周囲に巻き付けられた、上記複数の構造化固定床のうちの第１の構造化固定床と、上記第２のチューブの周囲に巻き付けられた、上記複数の構造化固定床のうちの第２の構造化固定床とを具備する項目３５〜４０のいずれかの装置。

４２．上記中央カラムは、上記複数の構造化固定床のうちの少なくとも２つの構造化固定床の間に延びる有孔支持体を係合させるための第１及び第２のチューブを含む項目３５〜４１のいずれかの装置。

４３．上記固定床は、上記第２の外側チャンバ又は区画に挿入され、及びこれらから取り外されるように構成されたカートリッジを具備する上記いずれかの装置。

４４．上記ベース部は、上記中央カラムに着脱可能に接続される項目３５〜４３のいずれかの装置。

４５．上記ベース部は、上記外側ケーシングに着脱可能に接続される項目３５〜４４のいずれかの装置。

４６．細胞を培養するためのバイオリアクタであって、
流体を攪拌するための攪拌機を含む第１のチャンバを有するベース部分と、
上記ベース部分に、着脱可能に取り付けられた第１の中央カラムとを具備し、上記第１の中央カラムは、細胞を培養するための第２の外側チャンバと、上記第２の外側チャンバから上記第１のチャンバに上記流体の流れを戻すための第３の内側チャンバとの少なくとも一部を形成するバイオリアクタ。

４７．上記第２の外側チャンバは、第１の構造化固定床を含む項目４６のバイオリアクタ。

４８．上記第１の構造化固定床はらせん床を具備する項目４７のバイオリアクタ。

４９．上記第１の構造化固定床は、上記第１の中央カラムの周囲に巻き付けられる項目４８のバイオリアクタ。

５０．上記第２の外側チャンバの少なくとも一部を形成する第２の中央カラムをさらに含み、上記第２の中央カラムは、上記第１の構造化固定床から垂直に離間された第２の構造化固定床をさらに含む項目４７〜４９のいずれかのバイオリアクタ。

５１．上記第１の構造化固定床と上記第２の構造化固定床との間に有孔支持体をさらに含む項目５０のバイオリアクタ。

５２．上記第２の外側チャンバは非構造化床を含む項目４６のバイオリアクタ。

５３．流体に関連して細胞を培養するためのバイオリアクタであって、
上記流体を攪拌するための攪拌機を含む第１のチャンバと、
細胞を培養するための複数の積層された床を含む第２の外側チャンバと、
上記第２の外側チャンバから上記第１のチャンバに上記流体を戻すための第３の内側チャンバとを具備するバイオリアクタ。

５４．上記第１のチャンバを有するベース部と、
第２の外側チャンバの少なくとも一部及び上記第３の内側チャンバの少なくとも一部を形成する中間部と、
上記中間部上に位置するカバー部と、を具備する項目５３のバイオリアクタ。

５５．上記中間部は、上記複数の積層された床の第１の床を支持するための第１の支持体を具備する項目５４のバイオリアクタ。

５６．上記中間部は、上記複数の積層された床の第２の床を支持するための第２の支持体を具備する項目５４又は５５のバイオリアクタ。

５７．上記中間部は、上記ベース部及び上記カバー部と着脱可能に接続するように構成される項目５４〜５６のいずれかのバイオリアクタ。

５８．上記第２の外側チャンバは外壁によって境界が定められ、さらに、上記外壁と空間を形成する外側ケーシングを含み、上記空間は、上記第２の外側チャンバを断熱、加熱、又は冷却する項目５４〜５７のバイオリアクタ。

５９．流体に関連して細胞を培養するためのバイオリアクタであって、
上記流体を攪拌するための攪拌機を含む第１のチャンバと、
細胞を培養するための少なくとも１つの床を含む第２の外側チャンバと、
上記第２の外側チャンバから上記第１のチャンバに流体を戻すための第３の内側チャンバとを具備し、
上記第２の外側チャンバは、外壁によって境界が定められ、さらに、上記外壁と空間を形成する外側ケーシングを含み、上記空間は、上記第２の外側チャンバを断熱、加熱、又は冷却するためのものであるバイオリアクタ。

６０．上記少なくとも１つの床は構造化固定床を具備する項目５９のバイオリアクタ。

６１．上記構造化固定床はらせん床を具備する項目５８又は５９のバイオリアクタ。

６２．上記内部チャンバは少なくとも１つのチューブによって形成される項目５９のバイオリアクタ。

６３．上記少なくとも１つのチューブは、上記少なくとも１つの床の境界を定める第１及び第２の支持体に接続される項目６２のバイオリアクタ。

６４．上記第１及び第２の支持体は上記外壁に接続される項目６３のバイオリアクタ。

６５．上記第１及び第２の支持体は少なくとも部分的に穿孔されている項目６３又は６４のバイオリアクタ。

６６．細胞を培養するための装置であって、
攪拌機を含むバイオリアクタを具備し、上記バイオリアクタは、上記攪拌機を懸架状態に維持し、外部駆動装置とのアライメントのために横方向の動きを可能にするように構成される装置（懸架される攪拌機は項目１〜６５のいずれかの一部を形成してもよい。）。

６７．上記バイオリアクタは、上記攪拌機を受けるベース部と、上記懸架状態で上記攪拌機を保持するキャリアを支持するための中間部とを含む項目６６の装置。

６８．上記キャリアは、上記中間部と係合するためのクリップを具備する項目６７の装置。

６９．細胞を培養するための装置であって、
複数の湾曲したブレードを有する攪拌機を含むバイオリアクタを具備する装置（攪拌機は項目１〜６８のいずれかの一部を形成してもよい。）。

７０．上記攪拌機は、上記複数の湾曲したブレードの半径方向内側に中央開口領域を含む項目６９の装置。

７１．上記攪拌機は１つかそれ以上の磁石を含む項目６９又は７０の装置。

７２．上記ブレードは半径方向に湾曲している項目６９〜７１のいずれかの装置。

７３．第１及び第２の積層された構造化床を具備するバイオリアクタ。

７４．上記第１及び第２の積層された構造化床の両方に係合するスクリーンをさらに含む項目７３のバイオリアクタ。

７５．上記第１及び第２の積層された構造化床はらせん床を具備する項目７３又は項目７４のバイオリアクタ。

７６．バイオリアクタの中央カラムを形成する構造化固定床を含むバイオリアクタ。

７７．上記構造化固定床はらせん床を具備する項目７６のバイオリアクタ。

７８．上記構造化固定床の内面は流体非透過性である項目７６又は７７のバイオリアクタ。

７９．流体を攪拌するための攪拌機を有する第１のチャンバを含むベース部を、第２の外側チャンバから送られる流体に関連して細胞を培養するための第２の外側チャンバと、上記ベース部の第１のチャンバに上記流体を戻すための第３の内側チャンバとの少なくとも一部を形成する少なくとも１つの中間部に接続することを含むバイオリアクタの製造方法。

８０．上記少なくとも１つの中間部上にカバー部を接続する工程をさらに含む項目７９の方法。

８１．上記中間部の周囲にマトリクス材料をらせん状に巻き付けて、細胞を培養するための構造化固定床を上記外側チャンバ内に形成する工程をさらに含む項目７９又は８０の方法。

８２．構造化固定床を上記第２の外側チャンバに挿入する工程をさらに含む項目７９〜８１のいずれかの方法。

８３．上記第２の外側チャンバの周辺を形成するための外側ケーシングを設けることをさらに含む項目７９〜８２のいずれかの方法。

８４．上記外側ケーシングを上記ベース部に接続する工程をさらに含む項目７９〜８３のいずれかの方法。

８５．複数の構造化固定床を上記第２の外側チャンバに積層する工程をさらに含む項目７９〜８４のいずれかの方法。

８６．上記複数の構造化固定床の間に有孔支持体を設ける工程をさらに含む項目７９〜８５のいずれかの方法。

８７．横方向の動きによって外部駆動装置とのアライメントを可能にするために上記攪拌機を上記ベース部の上方に懸架する工程をさらに含む項目７９〜８６のいずれかの方法。

８８．バイオリアクタに複数の構造化固定床を設けることを含むバイオリアクタの製造方法。

８９．上記複数の構造化固定床のそれぞれの間に有孔スペーサを設ける工程をさらに含む項目８８の方法。

９０．各構造化固定床の内側に沿って内側チューブを設け、各構造化固定床の外側に沿って外側チューブを設ける工程をさらに含む項目８８又は８９の方法。

９１．上記外側チューブの半径方向外側にケーシングを設ける工程をさらに含み、上記ケーシングは、上記バイオリアクタを断熱、加熱、又は冷却するための空間を形成する項目８８〜９０のいずれかの方法。

本明細書に使用する以下の用語は以下の意味をもつ。

本明細書の原文の英語において使用される不定冠詞「Ａ」及び「ａｎ」、並びに定冠詞「ｔｈｅ」は、文脈が別途明確に指示しない限り、単数及び複数の指示対象の両方を意味する。例えば、「区画（ａ ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ）」は、１つかそれ以上の区画を意味する。

パラメータ、量、一過性の期間などの測定可能な値を指す用語に使用される「約」、「実質的に」、又は「およそ」については、本発明を好適に実施できる限り、具体的に記載した値の＋／−２０％以下、好ましくは＋／−１０％以下、より好ましくは＋／−５％以下、さらにより好ましくは＋／−１％以下、さらにより好ましくは＋／−０．１％以下であり、許容範囲を示す。なお、修飾語「約」を伴う値についても具体的に開示する。

また、本明細書で使用する「有する」は、「含む」、「含有する」などと同義であり、成分などの存在を具体的に示す包括的な、あるいは何の制約もない用語であり、付加的な、明示していない、公知かつ本明細書に記載する成分、特徴、要素、部材、工程などの存在を排除するものではない。

本発明の好ましい実施形態を本明細書に示して説明してきたが、そのような実施形態が例としてのみ提供されていることは当業者には明らかであろう。当業者は、本発明から逸脱することなく、多数の変形、変更、及び置換を想到できるものとする。例えば、バイオリアクタは垂直方向で示されているが、任意の方向で使用することができる。本明細書に記載された本発明の実施形態に対する様々な代替案を本発明を実施する際に使用してもよいことが理解されるものとする。以下の特許請求の範囲は、適用法下での保護の範囲を定義し、これらの請求の範囲内の方法及び構造並びにそれらの均等物をカバーすることを意図したものである。

１００、２００、３００、３１０、４００、５００、１０００：バイオリアクタ
１０２：外部タンク
１０４：コンジット
１１２、３３１、４１２、４１８、１０２０：ハウジング
１１４、３３３：カバー
１１６、１２０、１２４、１２６、２１６、２２０、２２４、２２６、２２８、３１６、３２０、３２４、３２６、３２８、４１６、４２０、４２４、４２６、４２８、５１２ａ：チャンバ
１１８、３１８、５２０、６００、６５０：インペラ
１２２、３２５、１００４：らせん床
１２２ａ：細胞固定化層
１２２ｂ：スペーサ層
１２８、３３４、４３６：チューブ
１３０、１４０：ベースモジュール
２３０、４３０：ベース部分
２３２、２６２、４５６：外壁
２３４、２６６、４５８：内壁
２３４ａ、３１８ｂ、３３０ａ、３３２ａ、３３０ｃ、４６６ａ、６０８：開口
２３６、２３７、２８２、３３０ｂ、３３２ｂ、４３２、４５４：溝
２５０、２７０、４５０、４５０ａ、４５０ｂ：中間部分
２５０ａ、４５２、４７２：舌
２５４：支持体
２５６：下側棚
２５８：内側環状壁
２６０：流れ遮断器
２７４、３２５、４９６、５１８ａ、５１８ｂ：固定床
２８０、４７０：カバー部分
２９２：金属インサート
２９４：射出成形金型
３１８ａ、６１８ａ：容器
３３０、３３２：プレート
３３６：ロッド
４１８ａ：攪拌機
４１８ｄ：分流器
４３０、４５０、４７０：モジュール部分
４３４、４７４、４７７：直立壁
４３４ａ：直立突起
４６０、４６２、４６６：直立レッジ
４６４：円弧状スロット
４６６ｂ、４６８、４６８ａ、４６８ｂ：支持体
４６６ｄ、７００：リング
４７６、４７８、１０１６：蓋
４８０：キャリア
４８２：クリップ
４８４：ソケット
４９２：外側ケーシング
４９４：散布器
５１２ｃ：下側区画
６０２：磁石
６０４：本体
６０６：ブレード
６１０：シャフト
６５１：中央空間
７０２：突起
７０４、７０４ａ、７０４ｂ：コンジット
７３６：中央カラム
８００：コネクタ
８０２：プローブ
８０４：スリーブ
８０６：カバー、キャップ
８０８：アダプター
８１０：膜
１００２：管状部分
１００６：ベース
１００７、１００７ａ、１００７ｂ、１０１０：バイオリアクタ前駆体
１００８：上部
１０１２：重り
１０１４：ＵＶランプ
１０１８：サンプラ
Ｂ：ブレード
Ｄ：ドライブ
Ｇ：ギャップ
Ｈ：高さ
Ｉ：入口
Ｏ：出口、開口
Ｐ：ポート、ポケット
Ｔ：プローブ、センサ
Ｖ：ベーン

Claims (91)

1. 流体の流れに関連して細胞を培養するための装置であり、
   細胞培養用の固定床を含むモジュール式バイオリアクタを具備することを特徴とする装置。
   
2. 前記モジュール式バイオリアクタは、
   第１のチャンバを有するベース部と、
   前記固定床を受けるための第２の外側チャンバの少なくとも一部と、前記第２の外側チャンバから前記第１のチャンバに前記流体の流れを戻すための第３の内側チャンバの少なくとも一部とを形成する中間部と、
   前記中間部上に位置するカバー部と
   を具備する請求項１に記載の装置。
   
3. 前記固定床は構造化固定床を具備する請求項１又は２に記載の装置。
   
4. 前記中間部は管状部分を含み、前記構造化固定床は前記管状部分の周辺でらせん状に延びる請求項２に記載の装置。
   
5. 前記中間部は、前記固定床の内壁によって形成された管状部分を具備する請求項２に記載の装置。
   
6. 前記中間部は、それぞれ構造化固定床に関連付けられた複数の中間部分を含む請求項２に記載の装置。
   
7. 前記複数の中間部分の少なくとも１つは、前記流体が前記少なくとも１つの中間部分の下方の第１の構造化固定床から前記少なくとも１つの中間部分の上方の第２の構造化固定床に流れるように穿孔されている請求項６に記載の装置。
   
8. 前記複数の中間部分はそれぞれ管状であり、各構造化固定床は、前記管状中間部分の周囲に巻き付けられたらせん床を具備する請求項６に記載の装置。
   
9. 前記構造化固定床のための有孔支持体をさらに含む請求項８に記載の装置。
   
10. 前記中間部は、前記モジュール式バイオリアクタの周辺を形成する管状ケーシングをさらに含み、前記管状ケーシングは、前記バイオリアクタを加熱、冷却、又は絶縁するための空間を形成する請求項２に記載の装置。
    
11. 前記中間部は、それぞれ相互に接続するように構成された複数の中間部分を具備する請求項２に記載の装置。
    
12. 前記中間部は、少なくとも１つの中間部分に係合し、前記固定床を受ける前記外側の第２のチャンバの内壁を形成するチューブを含む請求項２に記載の装置。
    
13. 前記チューブは、前記チューブの下方の第１の中間部分と前記チューブの上方の第２の中間部分とに係合する請求項１２に記載の装置。
    
14. 前記第２の中間部分は、前記第３の内側チャンバに沿って流体膜を生成するための開口を含む請求項１３に記載の装置。
    
15. 前記第２の中間部分を前記第１の中間部分から支持するための支持体をさらに含む請求項１３に記載の装置。
    
16. 前記支持体は垂直ロッドを具備する請求項１５に記載の装置。
    
17. 前記カバー部は、複数のポートを含む着脱可能なキャップを具備する請求項２に記載の装置。
    
18. 前記着脱可能なキャップは、前記中間部の外径よりも小さい外径を有する請求項１７に記載の装置。
    
19. 前記ポートの少なくとも１つは、ねじ山付き金属インサートを含む請求項１７に記載の装置。
    
20. 前記カバー部は、前記中間部の外径と同等又はそれよりも大きい外径を有する請求項２に記載の装置。
    
21. 前記中間部は、少なくとも部分的に前記ベース部内に位置するように構成された中間部分を具備し、前記中間部分は、前記流体の流れを遮断するための流れ遮断器をさらに含む請求項２に記載の装置。
    
22. 前記ベース部は、前記固定床を含む前記第２の外側チャンバと流体連通する前記第１のチャンバの半径方向外側に別のチャンバを含み、前記別のチャンバは、前記第１のチャンバから前記別のチャンバに流体を送るための複数の開口を有する直立壁によって形成される請求項２に記載の装置。
    
23. 前記ベース部に関連付けられた攪拌機をさらに含む請求項２に記載の装置。
    
24. 前記中間部は、外部駆動装置とのアライメントのために横方向の動きを可能にするために前記第１のチャンバ内に前記攪拌機を懸架するように構成された請求項２３に記載の装置。
    
25. 前記攪拌機を収容するための容器をさらに含み、前記容器は中央入口及び半径方向に向けられた複数の出口を含む請求項２４に記載の装置。
    
26. 分流器が前記中央入口に関連付けられる請求項２５に記載の装置。
    
27. 前記攪拌機は複数の湾曲したブレードを具備する請求項２３に記載の装置。
    
28. 前記第３の内側チャンバに流入する前記流体の流れを複数の流れに分割するための複数の流れ遮断器をさらに含む請求項２に記載の装置。
    
29. 前記複数の流れ遮断器はリングに関連付けられる請求項２８に記載の装置。
    
30. ガスが前記流れの１つの後方の空間に流入することを可能にする１つかそれ以上のコンジットをさらに含む請求項２８に記載の装置。
    
31. 前記１つかそれ以上のコンジットが、前記複数の流れ遮断器を含む構造に接続される請求項３０に記載の装置。
    
32. 第１のコンジットが前記構造に接続される請求項３１に記載の装置。
    
33. 第１及び第２のコンジットが前記構造に接続される請求項３１に記載の装置。
    
34. 第１及び第２のコンジットが前記構造に接続されない請求項３１に記載の装置。
    
35. 細胞を培養するための装置であり、
    中央カラムと外側ケーシングの両方に接続されたベース部を具備するモジュール式バイオリアクタを具備し、前記外側ケーシングと前記中央カラムは共に細胞を培養するための区画を形成することを特徴とする装置。
    
36. 前記区画は、少なくとも１つの構造化固定床を含む請求項３５に記載の装置。
    
37. 前記区画は、積層構成に配置された複数の構造化固定床を含む請求項３６に記載の装置。
    
38. 前記複数の構造化固定床のうち少なくとも２つの構造化固定床の間に中間部分をさらに含む請求項３７に記載の装置。
    
39. 前記少なくとも１つの構造化固定床はらせん床を具備する請求項３６に記載の装置。
    
40. 前記複数の積層された構造化固定床はそれぞれ前記中央カラムの周囲に巻き付けられる請求項３７に記載の装置。
    
41. 前記中央カラムは、
    第１及び第２の相互接続チューブと、前記第１のチューブの周囲に巻き付けられた、前記複数の構造化固定床のうちの第１の構造化固定床と、前記第２のチューブの周囲に巻き付けられた、前記複数の構造化固定床のうちの第２の構造化固定床とを具備する請求項４０に記載の装置。
    
42. 前記中央カラムは、前記複数の構造化固定床のうちの少なくとも２つの構造化固定床の間に延びる有孔支持体を係合させるための第１及び第２のチューブを含む請求項３７に記載の装置。
    
43. 前記構造化固定床は、前記第２の外側チャンバ又は区画に挿入され、及びこれらから取り外されるように構成されたカートリッジを具備する請求項３又は３６に記載の装置。
    
44. 前記ベース部は、前記中央カラムに着脱可能に接続される請求項３５に記載の装置。
    
45. 前記ベース部は、前記外側ケーシングに着脱可能に接続される請求項３５又は４４に記載の装置。
    
46. 細胞を培養するためのバイオリアクタであって、
    流体を攪拌するための攪拌機を含む第１のチャンバを有するベース部分と、
    前記ベース部分に、好ましくは着脱可能に取り付けられた第１の中央カラムとを具備し、前記第１の中央カラムは、細胞を培養するための第２の外側チャンバと、前記第２の外側チャンバから前記第１のチャンバに前記流体の流れを戻すための第３の内側チャンバとの少なくとも一部を形成することを特徴とするバイオリアクタ。
    
47. 前記第２の外側チャンバは、第１の構造化固定床を含む請求項４６に記載のバイオリアクタ。
    
48. 前記第１の構造化固定床はらせん床を具備する請求項４６に記載のバイオリアクタ。
    
49. 前記第１の構造化固定床は、前記第１の中央カラムの周囲に巻き付けられる請求項４８に記載のバイオリアクタ。
    
50. 前記第２の外側チャンバの少なくとも一部を形成する第２の中央カラムをさらに含み、前記第２の中央カラムは、前記第１の構造化固定床から垂直に離間された第２の構造化固定床をさらに含む請求項４９に記載のバイオリアクタ。
    
51. 前記第１の構造化固定床と前記第２の構造化固定床との間に有孔支持体をさらに含む請求項５０に記載のバイオリアクタ。
    
52. 前記第２の外側チャンバは非構造化床を含む請求項４６に記載のバイオリアクタ。
    
53. 流体に関連して細胞を培養するためのバイオリアクタであって、
    前記流体を攪拌するための攪拌機を含む第１のチャンバと、
    細胞を培養するための複数の積層された床を含む第２の外側チャンバと、
    前記第２の外側チャンバから前記第１のチャンバに前記流体を戻すための第３の内側チャンバとを具備することを特徴とするバイオリアクタ。
    
54. 前記第１のチャンバを有するベース部と、
    第２の外側チャンバの少なくとも一部及び前記第３の内側チャンバの少なくとも一部を形成する中間部と、
    前記中間部上に位置するカバー部と、を具備する請求項５３に記載のバイオリアクタ。
    
55. 前記中間部は、前記複数の積層された床の第１の床を支持するための第１の支持体を具備する請求項５４に記載のバイオリアクタ。
    
56. 前記中間部は、前記複数の積層された床の第２の床を支持するための第２の支持体を具備する請求項５５に記載のバイオリアクタ。
    
57. 前記中間部は、前記ベース部及び前記カバー部と着脱可能に接続するように構成される請求項５５に記載のバイオリアクタ。
    
58. 前記第２の外側チャンバは外壁によって境界が定められ、さらに、前記外壁と空間を形成する外側ケーシングを含み、前記空間は、前記第２の外側チャンバを断熱、加熱、又は冷却する請求項５３に記載のバイオリアクタ。
    
59. 流体に関連して細胞を培養するためのバイオリアクタであって、
    前記流体を攪拌するための攪拌機を含む第１のチャンバと、
    細胞を培養するための少なくとも１つの床を含む第２の外側チャンバと、
    前記第２の外側チャンバから前記第１のチャンバに流体を戻すための第３の内側チャンバとを具備し、
    前記第２の外側チャンバは、外壁によって境界が定められ、さらに、前記外壁と空間を形成する外側ケーシングを含み、前記空間は、前記第２の外側チャンバを断熱、加熱、又は冷却するためのものであることを特徴とするバイオリアクタ。
    
60. 前記少なくとも１つの床は構造化固定床を具備する請求項５９に記載のバイオリアクタ。
    
61. 前記構造化固定床はらせん床を具備する請求項５９に記載のバイオリアクタ。
    
62. 前記内部チャンバは少なくとも１つのチューブによって形成される請求項５９に記載のバイオリアクタ。
    
63. 前記少なくとも１つのチューブは、前記少なくとも１つの床の境界を定める第１及び第２の支持体に接続される請求項６２に記載のバイオリアクタ。
    
64. 前記第１及び第２の支持体は前記外壁に接続される請求項６３に記載のバイオリアクタ。
    
65. 前記第１及び第２の支持体は少なくとも部分的に穿孔されている請求項６３又は６４に記載のバイオリアクタ。
    
66. 細胞を培養するための装置であって、
    攪拌機を含むバイオリアクタを具備し、前記バイオリアクタは、前記攪拌機を懸架状態に維持し、外部駆動装置とのアライメントのために横方向の動きを可能にするように構成されることを特徴とする装置。
    
67. 前記バイオリアクタは、前記攪拌機を受けるベース部と、前記懸架状態で前記攪拌機を保持するキャリアを支持するための中間部とを含む請求項６６に記載の装置。
    
68. 前記キャリアは、前記中間部と係合するためのクリップを具備する請求項６７に記載の装置。
    
69. 細胞を培養するための装置であって、
    複数の湾曲したブレードを有する攪拌機を含むバイオリアクタを具備することを特徴とする装置。
    
70. 前記攪拌機は、前記複数の湾曲したブレードの半径方向内側に中央開口領域を含む請求項６９に記載の装置。
    
71. 前記攪拌機は１つかそれ以上の磁石を含む請求項６９又は７０に記載の装置。
    
72. 前記ブレードは半径方向に湾曲している請求項６９に記載の装置。
    
73. 第１及び第２の積層された構造化床を具備することを特徴とするバイオリアクタ。
    
74. 前記第１及び第２の積層された構造化床の両方に係合するスクリーンをさらに含む請求項７３に記載のバイオリアクタ。
    
75. 前記第１及び第２の積層された構造化床はらせん床を具備する請求項７３又は７４に記載のバイオリアクタ。
    
76. バイオリアクタの中央カラムを形成する構造化固定床を含むことを特徴とするバイオリアクタ。
    
77. 前記構造化固定床はらせん床を具備する請求項７６に記載のバイオリアクタ。
    
78. 前記構造化固定床の内面は流体非透過性である請求項７６又は７７に記載のバイオリアクタ。
    
79. 流体を攪拌するための攪拌機を有する第１のチャンバを含むベース部を、第２の外側チャンバから送られる流体に関連して細胞を培養するための第２の外側チャンバと、前記ベース部の第１のチャンバに前記流体を戻すための第３の内側チャンバとの少なくとも一部を形成する少なくとも１つの中間部に接続することを含むことを特徴とするバイオリアクタの製造方法。
    
80. 前記少なくとも１つの中間部上にカバー部を接続する工程をさらに含む請求項７９に記載の方法。
    
81. 前記中間部の周囲にマトリクス材料をらせん状に巻き付けて、細胞を培養するための構造化固定床を前記外側チャンバ内に形成する工程をさらに含む請求項７９に記載の方法。
    
82. 構造化固定床を前記第２の外側チャンバに挿入する工程をさらに含む請求項７９に記載の方法。
    
83. 前記第２の外側チャンバの周辺を形成するための外側ケーシングを設けることをさらに含む請求項７９に記載の方法。
    
84. 前記外側ケーシングを前記ベース部に接続する工程をさらに含む請求項８３に記載の方法。
    
85. 複数の構造化固定床を前記第２の外側チャンバに積層する工程をさらに含む請求項７９に記載の方法。
    
86. 前記複数の構造化固定床の間に有孔支持体を設ける工程をさらに含む請求項８５に記載の方法。
    
87. 横方向の動きによって外部駆動装置とのアライメントを可能にするために前記攪拌機を前記ベース部の上方に懸架する工程をさらに含む請求項７９〜８６のいずれか１項に記載の方法。
    
88. バイオリアクタに複数の構造化固定床を設けることを含むことを特徴とするバイオリアクタの製造方法。
    
89. 前記複数の構造化固定床のそれぞれの間に有孔スペーサを設ける工程をさらに含む請求項８８に記載の方法。
    
90. 各構造化固定床の内側に沿って内側チューブを設け、各構造化固定床の外側に沿って外側チューブを設ける工程をさらに含む請求項８８又は８９に記載の方法。
    
91. 前記外側チューブの半径方向外側にケーシングを設ける工程をさらに含み、前記ケーシングは、前記バイオリアクタを断熱、加熱、又は冷却するための空間を形成する請求項８８に記載の方法。