JP2021513363A - 灌流可能なバイオリアクタ - Google Patents
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Abstract
Description
この出願は、2018年11月7日付けで提出された、62/756,732のシリアル番号を有した、「MICROSCOPY ENABLED PERFUSION BIOREACTOR WELLPLATE」と題する米国仮出願の優先権を享受するものであり、該仮出願は、その内容が参照により本明細書に援用される。
開示するバイオリアクタシステムは、細胞環境を乱すことなくシステムを通して液体培地が灌流することを可能とする1つ又は複数のフィルタを含む。
開示するバイオリアクタシステムは、正のゲージ圧又は負のゲージ圧に関する任意の供給源を使用することができ、これにより、システムを通して流体を吸引することができる。そのような圧力は、本明細書においては圧力発生デバイス又は圧力発生装置とも称される真空源によって、生成することができる。いくつかの場合においては、真空が適用される。負圧及び正圧は、様々な公知の手段を使用して生成することができる。いくつかの場合においては、圧力は、限定するものではないが、蠕動ポンプ、シリンジ、ピストン、又はネジを含む機械的手段を使用して、生成される。圧力を生成するための受動的なシステムも公知であり、受動的なシステムには、浸透圧勾配及び毛細管力が含まれる。例えば、浸透圧勾配は、未膨潤ポリマー粉末を収集チャンバ内に配置することにより、生成することができる。
開示するバイオリアクタシステムにおいて使用するための液体様固体(LLS)3次元(3D)細胞成長培地(本明細書においては、「液体様固体」、「LLS」、「3D成長培地」、又は「3D細胞成長培地」とも称される)は、Sawyer他による国際公開第2016182969(A1)号パンフレットに開示されており、この文献は、このLLS培地の作製方法及び使用方法の説明のために、その全体的内容が参照により本明細書に援用される。
次に図を参照して、バイオリアクタシステムの特定の非限定的な実施形態について、より詳細に説明する。
液体培地の組成は、2つの観点から考慮されなければならない、すなわち、基本的な栄養素(糖、アミノ酸)という観点から、及び、成長因子/サイトカインという観点から、考慮されなければならない。システムのための液体培地の組成は、本明細書において説明するバイオリアクタシステムによって培養されるべき細胞に依存することとなる。液体培地の選択は、当業者にとって当該技術分野においては日常的なものである。細胞の共培養は、多くの場合、細胞自体による調節性高分子の産生により、培地からの血清の減少又は除去を可能とする。このような高分子調節因子を生理学的に供給する能力は、3D灌流共培養が使用される主な理由である。一次分化した肝細胞の長期培養に適したいくつかの成長因子が補充された無血清培地がテストされ、肝細胞と内皮細胞との共培養を支持することが判明した。ES細胞は、gp130信号伝達経路を活性化する白血病抑制因子(LIF)の存在下で、日常的に全能性状態に維持される。いくつかの培地組成は、ES細胞の分化を支持することができ、異なるサイトカインの混合により分化のパターンが異なる。培地の置換率は、主要な糖及びアミノ酸、ならびに主要な成長因子/サイトカインの枯渇率を測定することによって決定することができる。炭酸水素ナトリウムを含む細胞培養培地が使用される場合には、環境制御は、例えば、バイオリアクタ/リザーバのペアを有したモジュールをCO2培養器内に配置することによって、提供することができる。
開示するシステムの3D成長培地に様々な異なる細胞を適用することができる。いくつかの実施形態においては、これらは、正常なヒト細胞又はヒト腫瘍細胞である。細胞は、均質な懸濁液とすることができる、あるいは、複数の細胞型の混合物とすることができる。異なる細胞型を、培地上に及び/又は培地内に、順次的に、あるいは、一緒に、あるいは、最初の懸濁液が付着及び増殖することを許可された後に、播種することができる(例えば、内皮細胞、続いて肝細胞)。細胞は、細胞培養又は生検によって、得ることができる。細胞は、神経細胞を含めて、内皮細胞又は実質細胞などの分化した細胞、あるいは、幹細胞又は胚細胞などの未分化細胞、のいずれかの、1つ又は複数のタイプのものとすることができる。一実施形態においては、培地は、内皮細胞を含めた細胞の混合物を使用して、あるいは、「血管」を形成することとなる内皮細胞を含めた細胞へと分化し得るような、及び、肝細胞又は膵臓細胞又は他の臓器細胞など少なくとも1つのタイプの実質細胞へと分化し得るような、全能性/多能性幹細胞を使用して、播種される。
このシステムには、様々な用途があり、これら用途としては、疾患のマーカの特定;抗癌治療の有効性の評価;遺伝子治療ベクターのテスト;薬剤開発;スクリーニング;細胞の研究、特に幹細胞の研究;生体内変化、クリアランス、代謝、及び生体異物の活性化に関する研究;上皮層を通しての化学物質の生物学的利用能及び輸送に関する研究;上皮層を通しての生物学的物質の生物学的利用能及び輸送に関する研究;血液脳関門を通しての生物学的物質又は化学物質の輸送に関する研究;化学物質の急性基礎毒性に関する研究;化学物質の急性局所毒性又は急性臓器特異的毒性に関する研究;化学物質の慢性基礎毒性に関する研究;化学物質の慢性局所毒性又は慢性臓器特異的毒性に関する研究;化学物質の催奇形性に関する研究;化学物質の遺伝毒性、発がん性、及び変異原性に関する研究;感染性生物学的製剤及び生物兵器の検出;有害な化学物質及び化学兵器の検出;感染症に関する研究;病気を治療するための化学物質の有効性に関する研究;病気を治療するための生物学的物質の有効性に関する研究;病気を治療するための薬剤の最適投薬量範囲に関する研究;生物学的物質に対する生体内での臓器の反応の予測;化学物質又は生物学的物質の薬剤動態の予測;化学物質又は生物学的物質の薬理作用の予測;薬剤への応答に対する遺伝的内容物の影響に関する研究;変性した一本鎖DNAを結合し得るよう、ミクロスケール組織下でフィルタ材料又は多孔性材料を選択又は構築すること;化学物質又は生物学的物質に応答した遺伝子転写に関する研究;化学物質又は生物学的物質に応答したタンパク質発現に関する研究;化学物質又は生物学的物質に応答した代謝の変化に関する研究;データベースシステム及び関連モデルを使用した薬剤影響の予測;エキスパートシステムを使用した薬剤影響の予測;構造ベースのモデルを使用した薬剤影響の予測;などが挙げられる。
本明細書において説明する対象は、本明細書において説明する、灌流が可能とされたバイオリアクタシステムを使用する方法である。使用方法は、本明細書において説明するバイオリアクタシステムを準備することを含むことができる。使用方法は、本明細書において説明するバイオリアクタシステムを準備して提供することと、本明細書において説明するバイオリアクタシステムのLLSを準備して提供することと、LLSをバイオリアクタシステム内に配置することと、1つ又は複数の生物学的サンプルを準備することと、1つ又は複数の生物学的サンプルをバイオリアクタシステムのLLS内に分注することと、を含むことができる。使用方法は、システムに正又は負のゲージ圧を提供することにより、システムの1つ又は複数の流路を通しての能動的な灌流の流れを提供することをさらに含むことができる。使用方法は、本明細書において説明するシステムに、1つ又は複数の薬剤(小分子、タンパク質、核酸、及び同種のもの、など)を提供することをさらに含むことができる。使用方法は、本明細書において説明するシステムに1つ又は複数の薬剤を提供することと、生物学的サンプルを画像化することと、生物学的サンプルの画像を分析することと、をさらに含むことができる。
本明細書において説明する対象は、キットである。本明細書において説明するキットは、本明細書において説明する、灌流が可能とされたバイオリアクタシステムを含むことができる。キットは、1つ又は複数の個別の画像化ポッドとして構成された1つ又は複数の灌流が可能とされたバイオリアクタシステムを含むことができる。キットは、1つ又は複数の個別の画像化ポッドとして構成された、及び、ベース容器と蓋とを有したカセットとして構成された、1つ又は複数の灌流が可能とされたバイオリアクタシステムを含むことができる。キットは、高処理能力のマルチウェルプレートベースアレイとして構成された、1つ又は複数の灌流が可能とされたバイオリアクタシステムを含むことができる。本明細書において説明するキットは、自己修復型環状シールを穿刺するように構成されたニードルを有したシリンジなどの圧力発生手段をさらに含むことができる。本明細書において説明するキットは、圧力計をさらに含むことができる。本明細書において説明するキットは、本明細書において説明するバイオリアクタシステムのネジ駆動型アクチュエータを駆動するための例えばネジ回しなどのデバイスをさらに含むことができる。本明細書において説明するキットは、LLSを作製及び使用するために必要な構成要素に加えて、本明細書において説明する、灌流が可能とされたバイオリアクタシステムのために必要な物理的ハードウェアを含むことができる。本明細書において説明するキットは、LLS及び3Dヒドロゲルフィルタを作製及び使用するために必要な構成要素に加えて、本明細書において説明する、灌流が可能とされたバイオリアクタシステムのために必要な物理的ハードウェアを含むことができる。
生物学的材料の3D印刷は、技術的に複雑であることが多く、高価なものとなり得る。3D生物学的構造を観察しようとする研究者にとって、3Dプリンタ又はロボットを使用することなくこれらの構造を正確に配置することは、非常に困難であると判明することがあり得る。本明細書において説明するバイオリアクタシステムは、本明細書において説明するものなどの機械的ピペットガイドを含むことができる。このような機械的ピペットガイドにより、ユーザがアクセスし得ない高価な機器を使用する必要なく、ユーザは、標準的なピペットを使用して、生物学的材料を正確に「3D印刷」し得る。
画像化灌流ポッド(本明細書においては、個別のバイオリアクタユニットとも称される)は、生物学的サンプル(細胞など)を、他の培養方法よりも長い寿命を有した3D環境内で培養することができる。生物学的サンプルに関してその場での画像化を行うことができ、これにより、ユーザは、同じサンプル内における成長及び変化を、長期間にわたって追跡することができる。画像化を行うためには、各ポッドを、個別的に顕微鏡へと移動させ、顕微鏡上の既存の固定部材に配置しなければならない。カセットベースのマルチウェルシステムを使用することにより、複数の画像化ポッドを、同じ容器に固定することができ、移動と画像化とを容易とすることができる。
従来の運動学的な取付手段は、正確性と再現性との双方を有する。しかしながら、いくつかの欠点は、必要な特徴を製造する能力、および様々な設計においてどれだけ上手く実装できるかという点にある。本開示は、容易に製造されかつ広範な用途を有した固定構成を説明する。
標準的なマルチウェルプレートは、ウェルから破片が出ないように、及び、培養空間又は無菌空間の外へとプレートを輸送し得るよう、透明な蓋を使用している。
標準的な培養条件下で、生物学的サンプルに対して薬剤(生物学的サンプルに対して生物学的影響を有するものであって、小分子、タンパク質、核酸、及び同種のものなどの既知の構造を有し得るもの)をテストする際には、既知量の薬剤を、既知容量の液体に添加し、これにより、投薬を一貫して制御することができる。ウェルプレート灌流システムにおいては、細胞成長培地は、常に循環しているため、ある時点でのウェルごとの成長培地の量は、十分に既知ではない。加えて、ウェル内において適正な濃度を達成するためには、より多くの量の薬剤を使用しなければならない。したがって、既知量の薬剤を未知量の成長培地に添加することは、一貫性のない投薬をもたらしてしまいかねず、費用がかかることがあり得る。
従来の2D細胞培養においては、細胞は、多くの場合、人体内における振る舞いとは異なる態様で振る舞う。細胞が典型的に経験する条件をより近似的に模擬するために、3D培養の様々な方法が開発された。これらのシステムのほとんどにおいては、マトリゲルを使用することにより、細胞を3D内の所定位置に固定し、システム内における細胞又は栄養素は、あまり移動することが許容されない。これは、これらのシステムでは長期的な生存能力が欠如しているため、長期的な研究の妨げとなり得る。3D培養システム内において細胞を長期間にわたって生存させるためには、栄養素が交換されなければならず、また、細胞によって生成された廃棄物が除去されなければならない。以下の態様は、3D培養における長期的な細胞生存性を促進する方法を提供し、高処理能力システム内でそれらを研究する方法を提供する。
本開示のいくつかの実施形態について上述した。これらの実施形態は、以下のうちの1つ又は複数の機能を含むことができる。
・異なる高さ位置に位置する、独立した灌流を提供する2つのチャネル。
・LLSチャンバ内で、異なる高さ位置において、異なる細胞型が印刷されること。
・別個の培地および別個の流量を使用し得ること。
・すべての細胞構築物が、2mmのガラス内に配置されること。
従来の2D細胞培養においては、細胞は、多くの場合、人体内における振る舞いとは異なる態様で振る舞う。細胞が典型的に経験する条件をより近似的に模擬するために、3D培養の様々な方法が開発された。これらのシステムのほとんどにおいては、マトリゲルを使用することにより、細胞を3D内の所定位置に固定し、システム内における細胞又は栄養素は、あまり移動することが許容されない。これは、これらのシステムでは長期的な生存能力が欠如しているため、長期的な研究の妨げとなり得る。3D培養システム内において細胞を長期間にわたって生存させるためには、栄養素が交換されなければならず、また、細胞によって生成された廃棄物が除去されなければならない。以下の態様は、3D培養における長期的な細胞生存性を促進する方法を提供し、高処理能力システム内でそれらを研究する方法を提供する。
灌流が可能とされたマルチウォールプレートの追加的な態様は、以下の通りである。第1の追加的な態様は、上部の2つのプレートをベースプレートに対してクランプしてOリングに沿ってシールする固定部材を取り除くことを含む。これらの固定部材は、プレートどうしを互いにクランプする力としてウェルプレート内に誘起された内部真空圧力を使用することにより、省略することができる。上部の2つのプレートは、2つの部材の間にあるフィルタをシールするための固定部材を使用して、通常通りに互いに組み立てることができる、あるいは、フィルタを、プレート自体にヒートシールすることができ、すべての固定部材を除去することができる。その後、これら上部の2つのプレートを、ベースプレートの上に配置し、組立の準備を行う。プレートどうしは、一緒に圧縮され、ベースプレートのOリングを圧縮してシールを形成する。その後、上述したように、ニードルを使用してプレート内部に負圧が生成される。この真空が生成された後には、プレートどうしを一緒にシールした状態に維持しておくのに十分な力が発生する。時間の経過とともに、廃液の収集の基づき、内部の真空度が低下するため、プレートどうしは、最終的には互いに解放されることとなる。この時点で、灌流が停止し、プロセスを繰り返すことで、実験を続けることができる。内部の負圧が残っている間にプレートどうしを分離させるには、真空を生成するために使用したのと同じニードルを使用して、システム内へとさらなる空気を導入することができる。これにより、真空圧力が低減して、プレートどうしが分離することとなる。
Claims (113)
- 顕微鏡検査可能なバイオリアクタシステムであって、
1つ又は複数のバイオリアクタユニットを含み、前記1つ又は複数のバイオリアクタユニットのそれぞれは、
3次元(3D)細胞成長培地によって充填されたサンプルウェルであって、前記3D細胞成長培地は、複数のヒドロゲル粒子及び液体細胞培養培地を含み、前記ヒドロゲル粒子は、前記液体細胞培養培地によって膨潤して顆粒状ゲルを形成する、サンプルウェルと、
第1フィルタ材料によって前記サンプルウェルに流体接続されている培地収集チャンバと、を含み、
前記システムは、前記培地収集チャンバに対する負のゲージ圧の適用、または前記サンプルウェルに対する正圧の適用が、前記サンプルウェルから、前記3次元細胞成長培地を通して、前記第1フィルタ材料を通して、最終的に前記培地収集チャンバ内への、流体の能動的な浸透を引き起こすように構成され、
前記第1フィルタ材料は、前記膨潤したヒドロゲル粒子のサイズよりも小さな多孔性を有する、顕微鏡検査可能なバイオリアクタシステム。 - 第2フィルタ材料によって前記サンプルウェルに流体接続された液体培地リザーバをさらに含み、前記システムは、前記培地収集チャンバに対する負のゲージ圧の適用、または前記液体培地リザーバに対する正圧の適用が、前記液体培地リザーバから、前記第2フィルタ材料を通して、その後前記3次元細胞成長培地を通して、前記第1フィルタ材料を通して、最終的に前記培地収集チャンバ内への、流体の灌流を引き起こすようにさらに構成される、請求項1に記載のシステム。
- 前記サンプルウェルの底部は、光学的に透明である、請求項1又は2に記載のシステム。
- 前記培地収集チャンバに動作可能に接続された真空装置をさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記真空装置は、ネジ駆動型アクチュエータを含み、前記ネジ駆動型アクチュエータは、前記培地収集チャンバに負のゲージ圧を能動的に提供するように構成された、前記培地収集チャンバ内に回転可能に取り付けられた駆動用止めネジを含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記培地収集チャンバは、前記培地収集チャンバに流体接続された真空ポートであって、真空装置に着脱可能に接続可能である真空ポートを含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載のシステム。
- 同一の前記培地収集チャンバにすべてが流体接続されている個別のサンプルウェルのアレイを含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記アレイ中の各サンプルウェルは、別々の液体培地リザーバに流体接続されている、請求項1〜7のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記アレイ中の各サンプルウェルは、同じ液体培地リザーバに流体接続されている、請求項1〜7のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記システムは、外側リングと、中間リングと、中央チャンバとを含む環状配置を有し、
前記液体培地リザーバは、前記外側リング内に配置され、
前記サンプルウェルは、前記中間リング内に配置され、
前記中央チャンバは、前記培地収集チャンバである、請求項1〜9のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記システムは、外側リングと、中央チャンバとを含む環状配置を有し、
前記サンプルウェルは、前記中央チャンバ内に配置され、
前記培地収集チャンバは、前記外側リング内に配置され、
前記液体培地リザーバは、前記中央チャンバ内において、前記サンプルウェルの上方に配置される、請求項1〜9のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記3次元細胞成長培地は、前記降伏応力よりも大きな剪断応力の適用時に、前記細胞成長培地が第1の固体相から第2の液体相へと相変化するように降伏応力を有する、請求項1〜11のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記降伏応力は、10Pa程度である、請求項12に記載のシステム。
- ヒドロゲル粒子の濃度は、0.05重量%〜約1.0重量%である、請求項1〜13のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記ヒドロゲル粒子は、前記液体細胞培養培地によって膨潤した時に、約0.1μm〜約100μmのサイズを有する、請求項1〜14のいずれか一項に記載のシステム。
- 複数の細胞が、前記3D細胞培養培地の領域内に配置される、請求項1〜15のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記1つ又は複数のバイオリアクタユニットは、前記液体培地リザーバから前記サンプルウェルへ、さらに前記培地収集チャンバへの流体の水平方向流路のために構成される、請求項1〜16のいずれか一項に記載のシステム。
- ピペット尖端を受容するように構成され、且つ、前記サンプルウェルの底部から前記ピペット尖端の遠位端までの固定した高さを提供するように構成されたピペットガイドをさらに含む、請求項1〜17のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記1つ又は複数のバイオリアクタユニットは、前記液体リザーバから前記サンプルウェルへ、さらには前記培地収集チャンバへの流体の水平方向流路を有する互いに流体連通していない個別のユニットである、請求項1〜18のいずれか一項に記載のシステム。
- 複数の個別のバイオリアクタユニットをしっかりと保管及び輸送するように構成されたカセットをさらに含む、請求項1〜19のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記個別ユニットのそれぞれは、底面上に、前記個別ユニットの上部に向けて延びる突起を受容するように構成された、3つ以上の開口又は環状円錐台形状凹部を含む、請求項1〜20のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記カセットは、複数のバイオリアクタユニットを受容するように構成されたチャンバを含み、前記チャンバは、複数の凹部を有した底面を有し、前記複数の凹部のそれぞれは、個々のバイオリアクタユニットをしっかりと着座させ得るように構成される、請求項1〜21のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記底面の各凹部は、前記底面から上向きに延び、前記底面から遠位端に向けて先細りとなっている3つ以上の先細り形状の円錐台形状ポストを含み、それぞれの先細り形状ポストは、前記個別のバイオリアクタユニットの前記開口又は前記環状円錐台形状凹部内へと突出するように構成され、且つ、前記開口又は前記環状円錐台形状凹部にしっかりと嵌合するように構成される、請求項1〜22のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記カセットは、ガスポートをさらに含む、請求項19に記載のシステム。
- 前記カセットは、熱源に動作可能に接続される、請求項20に記載のシステム。
- 前記カセットにしっかりと嵌合するように構成された蓋をさらに含む、請求項20〜25のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記蓋は、前記個別のバイオリアクタユニットの目視検査を可能とするように構成された光学的ビューウィンドウを有する、請求項26に記載のシステム。
- 前記システムは、1つ又は複数のバイオリアクタ蓋をさらに含み、前記1つ又は複数のバイオリアクタ蓋のそれぞれは、それぞれ対応する個別のバイオリアクタユニットにしっかりと嵌合するように構成され、前記個別のユニットと環境との間のガス交換を可能とする、請求項1〜27のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記蓋のそれぞれは、前記真空装置を受容するように構成された開口を含む、請求項1〜28のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記蓋のそれぞれは、前記サンプルウェル又は前記液体培地リザーバ又はこれら両方に関してのユーザの目視検査を提供するように構成された光学的に透明なビューウィンドウをさらに含む、請求項1〜29のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記蓋のそれぞれは、色分けされている、請求項1〜30のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記液体リザーバと前記サンプルリザーバとの間の前記流路内に配置された前記水平方向流路に流体接続された、薬剤送達のための注入ポートをさらに含む、請求項1〜30のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記注入ポートは、約1μL〜約1mLの容積を受容するように構成される、請求項32に記載のシステム。
- 前記注入ポートは、約1mm〜約50mmの直径の開口を有し、その開口の中に注入デバイスを使用して薬剤を注入することができる、請求項32又は33に記載のシステム。
- 前記注入ポートは、毛細管作用を最小化するように構成された直径の開口を有する、請求項32〜34のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1フィルタ材料と前記第2材料とは同じものであり、前記サンプルウェル内の前記3D細胞成長培地を不動化するように構成された3Dヒドロゲル発泡体を含む、請求項1〜35のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記ネジ駆動型アクチュエータは、前記培地収集チャンバに動作可能に接続された圧力解放止めネジをさらに含む、請求項5〜36のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記培地収集チャンバは、前記チャンバを大気からシールするように構成され、前記真空装置を受容するように構成された自己修復型環状シールを提供するシリコンプラグを含む、請求項1〜37のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記液体リザーバに流体連通しているオーバーフローチャンバをさらに含む、請求項1〜38のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記サンプルウェルの前記3D培養培地の表面上に位置したプラグをさらに含む、請求項1〜39のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記3Dヒドロゲル発泡体を受容するように構成されたチャネルの迷路をさらに含む、請求項1〜40のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記チャネルの迷路は、前記チャネル内に前記3Dヒドロゲル発泡体を機械的に不動化させ得るようにさらに構成される、請求項41に記載のシステム。
- 高処理能力バイオリアクタシステムであって、
ウェルプレートであって、複数の開口を含み、前記複数の開口のそれぞれは、3次元(3D)細胞成長培地によって充填されたサンプルウェルを含み、前記3D細胞培養培地は、複数のヒドロゲル粒子及び液体細胞培養培地を含み、前記ヒドロゲル粒子は、前記液体細胞培養培地によって膨潤して顆粒状ゲルを形成する、ウェルプレートと、
フィルタと、
複数の開口を含む中央プレートと、
ベースプレートであって、フィルタ材料によって前記サンプルウェルに流体接続された1つ又は複数の培地収集チャンバを含むベースプレートと、を含み、
前記ウェルプレートの底部は、前記中央プレートの上部と嵌合して前記フィルタを挟むように構成され、前記中央プレートの底部は、前記ベースプレートの上部と嵌合するように構成され、これにより、嵌合時には、前記ウェルプレートの前記サンプルウェルは、前記フィルタを通して前記中央プレートに流体連通し、前記中央プレートは、前記1つ又は複数の培地収集チャンバに流体連通し、これにより、前記ウェルプレートから前記フィルタを通してさらに前記中央プレートを通してそして前記ベースプレートへの鉛直方向流体流路を有した複数のバイオリアクタが形成され、
前記システムは、前記培地収集チャンバに対する負のゲージ圧の適用が、前記3次元細胞成長媒体を浸透させた前記サンプルウェルから、前記フィルタを通して、最終的に前記培地収集チャンバ内への、流体の能動的な吸引を引き起こすように構成され、
前記フィルタ材料は、前記膨潤したヒドロゲル粒子のサイズよりも小さな多孔性を有する、高処理能力バイオリアクタシステム。 - 前記培地収集チャンバに動作可能に接続された真空装置をさらに含む、請求項43に記載のシステム。
- 前記真空装置は、ネジ駆動型アクチュエータを含み、前記ネジ駆動型アクチュエータは、前記培地収集チャンバに回転可能にかつ動作可能に接続された駆動用止めネジであって、前記培地収集チャンバに負のゲージ圧を能動的に提供するように構成された駆動用止めネジを含む、請求項44に記載のシステム。
- 前記培地収集チャンバは、前記培地収集チャンバに流体接続された真空ポートであって、真空装置に着脱可能に接続可能とされた真空ポートを含む、請求項42〜44のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1フィルタ材料と前記第2フィルタ材料とは、異なるものである、請求項42〜46のいずれか一項に記載のシステム。
- 同一の前記培地収集チャンバにすべてが流体接続されている個別のサンプルウェルのアレイを含む、請求項42〜47のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記アレイ中の各サンプルウェルは、別々の液体培地リザーバに流体接続されている、請求項42〜48のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記アレイ中の各サンプルウェルは、同じ液体培地リザーバに流体接続されている、請求項42〜49のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記システムは、外側リングと、中間リングと、中央チャンバと、を含む環状配置を有し、
前記液体培地リザーバは、前記外側リング内に配置され、
前記サンプルウェルは、前記中間リング内に配置され、
前記中央チャンバは、前記培地収集チャンバである、請求項42〜50のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記システムは、外側リングと、中央チャンバと、を含む環状配置を有し、
前記サンプルウェルは、前記中央チャンバ内に配置され、
前記培地収集チャンバは、前記外側リング内に配置され、
前記液体培地リザーバは、前記中央チャンバ内において、前記サンプルウェルの上方に配置されている、請求項42〜51のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記3次元細胞成長培地は、降伏応力を有し、これにより、前記細胞成長培地は、前記降伏応力よりも大きな剪断応力の適用時には、第1の固体相から第2の液体相へと相変化する、請求項42〜52のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記降伏応力は、10Pa程度である、請求項53に記載のシステム。
- ヒドロゲル粒子の濃度は、0.05重量%〜約1.0重量%である、請求項42〜54のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記ヒドロゲル粒子は、前記液体細胞培養培地によって膨潤した時に、約0.1μm〜約100μmのサイズを有する、請求項42〜55のいずれか一項に記載のシステム。
- 複数の細胞が、前記3D細胞培養培地の領域内に配置される、請求項42〜56のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記ネジ駆動型アクチュエータは、前記培地収集チャンバに動作可能に接続された圧力解放止めネジをさらに含む、請求項42〜57のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記培地収集チャンバは、前記チャンバを大気からシールするように構成され、前記真空装置を受容するように構成された自己修復型環状シールを提供するシリコンプラグを含む、請求項42〜57のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記ベースプレートは、複数の培地収集チャンバを含み、各チャンバは、前記チャンバの底面から前記中央プレートに向けて上向きに延びるウィッキングポストであって、前記中央プレートのうちの、前記ベースプレートに対向した面から離間する向きに、前記培地収集チャンバ内へと、液体を収集して吸い上げ得るように構成されたウィッキングポストを含む、請求項42〜57のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記中央プレートの前記複数の開口のそれぞれは、前記開口の外径上に位置したスカートであって、前記ベースプレートに向けて下向きに延び、前記中央プレートのうちの、前記ベースプレートに対向した面から離間する向きに液体を吸引するように構成されたスカートをさらに含む、請求項42〜60のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記スカートは、疎水性物質から構成される、あるいは、疎水性物質によってコーティングされている、請求項42〜61のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記中央プレートは、疎水性物質から構成される、あるいは、疎水性物質によってコーティングされている、請求項42〜62のいずれか一項に記載のシステム。
- デュアルフローバイオリアクタシステムであって、
第1液体リザーバと、
サンプルウェルであって、前記サンプルウェルは、3次元(3D)細胞成長培地によって充填され、前記3D細胞培養培地は、複数のヒドロゲル粒子及び液体細胞培養培地を含み、前記ヒドロゲル粒子は、前記液体細胞培養培地によって膨潤して顆粒状ゲルを形成する、サンプルウェルと、
第1培地収集チャンバと、
第2液体リザーバと、
第2培地収集チャンバと、
第1真空装置と、
第2真空装置と、を含み、
前記第1真空装置は、前記第1培地収集チャンバに動作可能に接続され、
前記第2真空装置は、前記第2培地収集チャンバに動作可能に接続され、
前記第1液体リザーバは、第1フィルタ材料を通して前記サンプルウェルに流体連通し、前記サンプルウェルは、前記第1フィルタ材料を通して前記第1培地収集チャンバに流体連通し、これにより、第1灌流流路を形成し、前記第1フィルタ材料は、前記膨潤したヒドロゲル粒子のサイズよりも小さい多孔性を有し、
前記第2液体リザーバは、第2フィルタ材料を通して前記サンプルウェルに流体連通し、前記サンプルウェルは、前記第2フィルタ材料を通して前記第2培地収集チャンバに流体連通し、これにより、第2灌流流路を形成し、前記第2フィルタ材料は、前記膨潤したヒドロゲル粒子のサイズよりも小さい多孔性を有し、
前記システムは、前記システムの底部から前記サンプルウェルへの異なる高さ位置のところにおいて前記第1流路と前記第2流路とが互いに直交するように構成され、
前記システムは、前記第1培地収集チャンバに対する、又は前記第2培地収集チャンバに対する、又はこれら両方に対する負のゲージ圧の適用が、前記3次元細胞成長媒体を浸透させた、前記第1液体リザーバからの又は前記第2液体リザーバからの又はこれら両方からの、前記第1フィルタを通しての又は前記第2フィルタを通しての又はこれら両方を通しての、そして最終的に、前記第1培地収集チャンバ内への又は前記第2培地収集チャンバ内への又はこれら両方内への、流体の能動的な吸引を引き起こすようにさらに構成される、デュアルフローバイオリアクタシステム。 - 前記第1流路と前記第2流路との間において前記サンプルウェル内に第3フィルタ材料をさらに含む、請求項64に記載のデュアルフローバイオリアクタシステム。
- 前記サンプルウェルの底部は、光学的に透明である、請求項64又は65に記載のデュアルフローバイオリアクタシステム。
- 前記第1真空装置は、第1ネジ駆動型アクチュエータを含み、前記第1ネジ駆動型アクチュエータは、前記第1培地収集チャンバ内に回転可能に取り付けられた第1駆動用止めネジであって、前記第1培地収集チャンバに負のゲージ圧を能動的に提供するように構成された第1駆動用止めネジを含む、請求項64〜66のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第2真空装置は、第2ネジ駆動型アクチュエータを含み、前記第2ネジ駆動型アクチュエータは、前記第2培地収集チャンバ内に回転可能に取り付けられた第2駆動用止めネジであって、前記第2培地収集チャンバに負のゲージ圧を能動的に提供するように構成された第2駆動用止めネジを含む、請求項64〜67のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1培地収集チャンバは、前記第1培地収集チャンバに流体接続された第1真空ポートであって、真空装置に着脱可能に接続可能とされた第1真空ポートを含み、前記第1真空ポートは、前記第2培地収集チャンバに動作可能に接続された第1自己修復型環状シールの穿孔によって形成されたものである、請求項64〜68のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第2培地収集チャンバは、前記第2培地収集チャンバに流体接続された第2真空ポートであって、真空装置に着脱可能に接続可能とされた第2真空ポートを含み、前記第2真空ポートは、前記第2培地収集チャンバに動作可能に接続された第2自己修復型環状シールの穿孔によって形成されたものである、請求項64〜69のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記3次元細胞成長培地は、降伏応力を有し、これにより、前記細胞成長培地は、前記降伏応力よりも大きな剪断応力の適用時には、第1の固体相から第2の液体相へと相変化する、請求項64〜70のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記降伏応力は、10Pa程度である、請求項64〜71のいずれか一項に記載のシステム。
- ヒドロゲル粒子の濃度は、0.05重量%〜約1.0重量%である、請求項64〜72のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記ヒドロゲル粒子は、前記液体細胞培養培地によって膨潤した時には、約0.1μm〜約100μmのサイズを有する、請求項64〜73のいずれか一項に記載のシステム。
- 複数の細胞が、前記3D細胞培養培地の領域内に配置される、請求項64〜74のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1流路及び前記第2流路は、水平方向の流体流路として構成される、請求項64〜75のいずれか一項に記載のシステム。
- ピペット尖端を受容するように構成され、前記サンプルウェルの底部から前記ピペット尖端がなす遠位端までの固定高さを提供するように構成された、ピペットガイドをさらに含む、請求項64〜76のいずれか一項に記載のシステム。
- 複数の個別のデュアルフローバイオリアクタユニットをしっかりと保管及び輸送するように構成されたカセットをさらに含み、前記カセットは、ベース容器と、蓋と、を含む、請求項64〜77のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記個別のデュアルフローバイオリアクタユニットのそれぞれは、底面上に、前記個別ユニットの上部に向けて延びる突起を受容するように構成された、3つ以上の開口又は環状円錐台形状凹部を含む、請求項64〜78のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記ベース容器は、複数のデュアルフローバイオリアクタユニットを受容するように構成されたチャンバを含み、前記チャンバは、複数の凹部を有した底面を有し、前記複数の凹部のそれぞれは、個々のバイオリアクタユニットをしっかりと着座させ得るように構成される、請求項64〜79のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記底面の前記凹部のそれぞれは、前記底面から上向きに延び、前記底面から遠位に位置した端部に向けて先細りとなっている、3つ以上の先細り形状の円錐台形状ポストを含み、先細り形状ポストのそれぞれは、前記個別のバイオリアクタユニットの前記開口又は前記円錐台形形状凹部内へと突出するように構成され、前記開口又は前記円錐台形形状凹部にしっかりと嵌合するように構成される、請求項64〜80のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記カセットは、ガスポートをさらに含む、請求項78〜81のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記カセットは、熱源に動作可能に接続されている、請求項78〜82のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記蓋は、前記個別のバイオリアクタユニットの目視検査を可能とするように構成された光学的ビューウィンドウを有する、請求項78〜83のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記システムは、1つ又は複数のバイオリアクタ蓋をさらに含み、前記1つ又は複数のバイオリアクタ蓋のそれぞれは、それぞれ対応する個別のバイオリアクタユニットにしっかりと嵌合するように構成され、前記個別のユニットと環境との間のガス交換を可能とする、請求項64〜84のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記蓋のそれぞれは、前記真空装置を受容するように構成された開口を含む、請求項85に記載のシステム。
- 前記蓋のそれぞれは、前記サンプルウェル又は前記液体培地リザーバ又はこれら両方に関してのユーザの目視検査を提供するように構成された光学的に透明なビューウィンドウをさらに含む、請求項64〜86のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記蓋のそれぞれは、色分けされている、請求項85〜87のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1液体リザーバと前記サンプルウェルとの間の前記第1流路内に配置され、前記第1流路に流体接続された、薬剤送達のための第1注入ポートをさらに含む、請求項64〜88のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1注入ポートは、約1μL〜約1mLの容積を受容するように構成される、請求項89に記載のシステム。
- 前記第1注入ポートは、約1mm〜約50mmの直径の開口を有し、その開口の中に注入デバイスを使用して薬剤を注入することができる、請求項89又は90に記載のシステム。
- 前記第1注入ポートは、毛細管作用を最小化するように構成された直径の開口を有する、請求項89〜91のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第2液体リザーバと前記サンプルウェルとの間の前記第2流路内に配置され、前記第2流路に流体接続された、薬剤送達のための第2注入ポートをさらに含む、請求項64〜92のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第2注入ポートは、約1μL〜約1mLの容積を受容するように構成される、請求項93に記載のシステム。
- 前記第2注入ポートは、約1mm〜約50mmの直径の開口を有し、その開口の中に注入デバイスを使用して薬剤を注入することができる、請求項93又は94に記載のシステム。
- 前記第2注入ポートは、毛細管作用を最小化するように構成された直径の開口を有する、請求項93〜95のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1フィルタ材料と前記第2フィルタ材料とは、同じものであり、前記サンプルウェル内の前記3D細胞成長培地を不動化するように構成された3Dヒドロゲル発泡体を含む、請求項64〜96のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1ネジ駆動型アクチュエータは、前記第1培地収集チャンバに動作可能に接続された圧力解放止めネジをさらに含む、請求項64〜97のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第2ネジ駆動型アクチュエータは、前記第2培地収集チャンバに動作可能に接続された圧力解放止めネジをさらに含む、請求項64〜98のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1培地収集チャンバは、前記チャンバを大気からシールするように構成され、前記真空装置を受容するように構成された自己修復型環状シールを提供する第1シリコンプラグを含む、請求項64〜99のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第2培地収集チャンバは、前記チャンバを大気からシールするように構成され、前記真空装置を受容するように構成された自己修復型環状シールを提供する第2シリコンプラグを含む、請求項64〜100のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1液体リザーバに流体連通している第1オーバーフローチャンバをさらに含む、請求項64〜101のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第2液体リザーバに流体連通している第2オーバーフローチャンバをさらに含む、請求項64〜102のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記サンプルウェルの前記3D培養培地の表面上に位置したプラグをさらに含む、請求項64〜103のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1流路内に又は前記第2流路内に又はこれら両方内に、前記3Dヒドロゲル発泡体を受容するように構成された、チャネルの迷路をさらに含む、請求項64〜104のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記チャネルの迷路は、前記チャネル内に前記3Dヒドロゲル発泡体を機械的に不動化させ得るようにさらに構成される、請求項105に記載のシステム。
- 灌流が可能とされたバイオリアクタの使用方法であって、
請求項1〜106のいずれか一項に記載の1つ又は複数のバイオリアクタシステムを準備することと、
生物学的サンプルを準備することと、
3D成長培地を準備することと、
前記バイオリアクタの培養チャンバ内に前記3D成長培地を配置することと、
前記3D成長培地内に前記生物学的サンプルを分注することと、
正又は負のゲージ圧を前記バイオリアクタに適用し、これにより、能動的な灌流によって流体を前記3D成長培地内へと吸引することと、を含む、方法。 - 前記正又は負のゲージ圧を適用した後に、前記バイオリアクタの前記注入ポート内に組成物を適用することをさらに含む、請求項107に記載の方法。
- 本明細書において説明する1つ又は複数のバイオリアクタシステムを含むキット。
- 3D成長培地をさらに含む、請求項109に記載のキット。
- 真空装置をさらに含む、請求項109又は110に記載のキット。
- 前記1つ又は複数のバイオリアクタを受容するように構成され、前記1つ又は複数のバイオリアクタをしっかりと保持するように構成された、カセットをさらに含む、請求項109〜111のいずれか一項に記載のキット。
- 任意選択的に添付図面を参照して、本明細書において説明する、方法、使用、又はシステム。
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