JP2021521826A

JP2021521826A - バイオリアクタ

Info

Publication number: JP2021521826A
Application number: JP2020559431A
Authority: JP
Inventors: ラルフ・スタンコウスキー
Original assignee: Amersham Biosciences Corp
Current assignee: Global Life Sciences Solutions USA LLC
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2021-08-30
Also published as: WO2019210063A1; EP3784771A1; US20210155885A1; CN111989392A

Abstract

細胞または他の微生物の培養のための第１の容積端と第２の容積端との間に延在する容積を含み、上記容積は、第１の容積端から第２の容積端までの方向において増加する水平断面積（ＣＳＡ）を有する、バイオリアクタフラスコが開示されている。このフラスコは、円筒形下部、および上記増加するＣＳＡを提供する逆円錐台形上部を含むハウジングを任意選択で含む。集団攪拌のためにトレイに支持されたフラスコのアレイも開示されている。

Description

関連出願の相互参照
本願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、２０１８年４月２５日に出願された米国仮出願第６２／６６２，３０４号の利益を主張する。

本開示は、バイオリアクタ、特に、細胞または他の生物学的微生物の培養のためのバイオリアクタフラスコに関する。

バイオプロセシング産業は従来、発酵および細胞培養のための製造プロセスにおいてステンレス鋼システムおよび配管を用いてきた。これらの装置は、蒸気滅菌および再利用されるように設計されている。しかしながら、洗浄および滅菌は、コストのかかる労働集約的な作業である。また、必要な配管およびユーティリティを備えたこれらの従来のシステムの設置コストは、しばしば法外なものになる。さらに、これらのシステムは通常、特定のプロセス用に設計されており、新たな用途向けに容易に再構成することができない。これらの制限により、近年、通常のステンレス鋼タンクの代わりに、プラスチック製単回使用使い捨てバッグおよび管類を用いるという新たなアプローチが採用されてきた。

特に、従来ステンレス鋼で作製されるバイオリアクタは、多くの用途において、必要な通気および細胞培養に必要な混合を提供するように揺動する使い捨てバッグ（細胞バッグ）に置き換えられてきた。これらの単回使用バッグは通常、滅菌済みで提供され、洗浄および滅菌というコストおよび時間のかかるステップが排除される。これらのバッグは、動作中、無菌環境を維持するように設計されており、これによって汚染のリスクが最小化される。

一般的に用いられるバッグは「枕スタイル」のものであり、これは主に、これらは２枚の可撓性プラスチックシートを縫い合わせることによって低コストで製造することができるためである。さらなるシートを用いて壁構造を作成することができる三次元バッグも説明されてきた。

このような細胞バッグは、種子容量（ｓｅｅｄｖｏｌｕｍｅ）として知られている、初期の低容量の細胞がバッグ内へ導入されるとき、欠点を有する。さらに、その種子容量に到達するため、現在しばしば、約１〜２ｍｌの液体に懸濁された細胞の小さなバイアルを異なる容器内へ複数回移し、細胞を十分に増殖させて生存可能な種子容量を提供することが必要であり、これによってコストおよび汚染のリスクが増加する。要求される機器の設置面積は、小さな実験室には過剰である。

本開示による装置およびアセンブリは、垂直方向に増加する水平断面積（ＣＳＡ）を有し、細胞成長を改善する内部詳細を任意選択で有するバイオリアクタフラスコによってある種子容量のために要求される移送段階の数を削減することによって上記の問題に対処する。

いくつかの実施形態において、バイオリアクタフラスコが、細胞または他の微生物の培養のための第１の容積端と第２の容積端との間に延在する容積を含む。この容積は、第１の容積端から第２の容積端への方向に増加する水平断面積（ＣＳＡ）を有する。いくつかの実施形態において、第２の容積端は、第１の容積端に対して重力方向上向きである。

上記のフラスコでは、非常に小さな初期容量の種子細胞を許容可能に小さな容積内へ導入することができ、細胞が分裂および増殖するにつれて、垂直方向に増加するＣＳＡによって、容量を増加させた容器へ細胞を移す必要なく、これらの増加する培養容量を収容することができる。

本開示は、本明細書で開示された特徴の任意の組み合わせが本明細書で明示的に述べられているか否かにかかわらず、このような組み合わせに及ぶ。さらに、２つ以上の特徴が組み合わせで述べられている場合、このような特徴は、本発明の範囲を拡張することなく別個に請求され得ることが意図されている。

本開示は多数の方法で実施することができ、その例示的な実施形態を、図面を参照して以下に説明する。

本発明によるバイオリアクタフラスコの一実施形態を示す図である。本発明によるバイオリアクタフラスコの第２の実施形態を示す図である。図１に示すタイプのバイオリアクタフラスコのアレイを示す図である。図１から図３に示すフラスコの任意選択の内部詳細を示す図である。

本開示は、その目的およびその利点とともに、添付の図面と併せた以下の説明を参照することによってよりよく理解することができ、同様の参照符号は、図面において同様の要素を特定する。

初期の種子細胞培養物は、比較的低容量、たとえば、約１０ｍｌ以下を有する。理論によって縛られることなく、培養物における細胞の近接は成長に有益であり得る。したがって、低容量初期種子培養物は、成長の初期段階で比較的低容量を有する容器内へ導入され、続いて成長後に高容量容器に連続的に移されることから利益を得ることができる。しかしながら、このような移送の結果、コストの増加、プロセスの複雑さの増加、および汚染のリスクの増加がもたらされる。

バッグの代わりにフラスコなどの容器を用いることができるが、従来のフラスコにも、種子容量を異なる容器に複数回移すことが要求される。また、従来のフラスコにおいては、細胞培養物が成長および拡大するにつれて、培養物の上部メニスカスの表面積が減少し、これにより、上部メニスカスの表面を通る細胞培養物の酸素化が徐々に減少する。

本開示によるフラスコは、移送の必要性を回避または低減し、より良好な酸素化を提供する。いくつかの実施形態において、バイオリアクタフラスコが、細胞または他の微生物の培養のための第１の容積端と第２の容積端との間に延在する容積を含む。この容積は、第１の容積端から第２の容積端への方向における少なくとも一部において増加する水平断面積（ＣＳＡ）を有する。いくつかの実施形態において、第２の容積端は、第１の容積端に対して重力方向上向きである。

容器のＣＳＡの増加により、細胞の近接を維持しながら、細胞培養の成長する容量を収容する。さらに、上部メニスカスは、たとえば、水平ＣＳＡの増加に伴い、フラスコの少なくとも上部において表面積が増加し、これによって、細胞培養物が成長するにつれて、上部メニスカスの表面を通る酸素化が増加する。

いくつかの実施形態において、バイオリアクタフラスコが、たとえば、攪拌テーブルによるフラスコの攪拌に応答して混合および酸素化を促進する１つまたは複数の内部構造を含む。この内部構造は、フラスコの内側に突出するバッフルまたはリブを含むことができる。

図１を参照すると、ハウジング１１を有する容器１２を含むバイオリアクタフラスコ１０が示されている。ハウジング１１は、ポリマー、ガラス、金属、または合金、または複合体のうちの少なくとも１つを含む材料で形成することができる。いくつかの実施形態において、ハウジング１１は、ポリマーを含む材料で形成されている。いくつかの実施形態において、ハウジング１１は、本質的にポリマーからなる材料で形成されている。いくつかの実施形態において、材料は剛性であり、たとえば、加えられた力または圧力に応答して変形に抵抗する。他の実施形態において、材料は可撓性であり、たとえば、加えられた力または圧力に応答して部分的な弾性変形を示し、加えられた力または圧力が除去された後に元の形状または構成を回復する傾向がある。

いくつかの実施形態において、ハウジング１１は一体である。たとえば、ハウジング１１は、たとえば、成形、打抜き、鋳造、機械加工、または任意の他の適切なプロセスによって一体に形成され、ハウジング１１の各構成要素が内部に界面のないようになっている。いくつかの実施形態において、ハウジング１１は、複数の構成要素を接合、溶接、付着、接着、または統合することによって形成されている。

いくつかの実施形態において、ハウジング１１は、容積の内容物の少なくとも一部を示すように構成された透明または半透明の窓を含む。他の実施形態において、ハウジング１１は、たとえば、容積の内容物を外光から遮蔽または保護するように実質的に不透明である。

ハウジング１１は、下部１４および上部１６を含む。いくつかの実施形態において、上部１６は、逆円錐形ハウジング部分として形成されている。いくつかの例において、上部１６は、逆円錐台形ハウジング部分として形成されている。上部１６の円錐面は、垂直方向に対して所定の角度、たとえば、少なくとも３０°、または少なくとも４５°、または少なくとも６０°を画定することができる。いくつかの実施形態において、上部１６は、徐々に広がる、または他の方法でＣＳＡの増加を示す非円錐面、たとえば、湾曲または曲線表面で形成することができる。

たとえば、初期または種子培養物は、下部１４のより小さな容積内へ導入することができ、したがって近接を維持して培養物の成長を促進し、細胞培養物が成長するにつれて、培養物は、上部１６のより高い容積内へ漸次拡大することができる。

いくつかの実施形態において、下部１４の幾何学的容量は、上部１６の幾何学的容量より小さい。いくつかの実施形態において、下部１４の幾何学的容量は、上部１６の容量の約１００％未満、または約７％未満、または約５０％未満、または約４０％未満、または約３０％未満、または約２０％未満、または約１０％未満、または約５％未満、または約１％未満である。いくつかの実施形態において、下部１４の幾何学的容量は、約２０ｍｌ未満、または約１０ｍｌ未満、または約５ｍｌ未満、または約２ｍｌ未満、または約１ｍｌ未満である。いくつかの実施形態において、上部１６の幾何学的容量は、約５ｍｌより大きく、または約１０ｍｌより大きく、または約１００ｍｌより大きく、または約２００ｍｌより大きく、または約５００ｍｌより大きく、または約１，０００ｍｌより大きく、または約１，５００ｍｌより大きく、または約２，０００ｍｌより大きい。いくつかの実施形態において、下部１４の幾何学的容量は約１０ｍｌであり、上部１６の幾何学的容量は約２，０００ｍｌである。いくつかの実施形態において、下部１４の高さは、上部１６の高さの約１００％未満、または約７５％未満、または約５０％未満、または約４０％未満、または約３０％未満、または約２０％未満、または約１０％未満、または約５％未満である。

フラスコ１０の外部形状から、初期培養容量は、下部１４または上部１６の下部領域によって形成され、培養物の容量が増加するにつれて、その容量は、外向き先細り上部ハウジング１６によって提供される増加する容量を占めることになるということが明らかであろう。したがって、バイオリアクタフラスコ１０は、細胞または他の微生物の培養のための第１の容積端と第２の容積端との間に延在する容積を含む。この容積は、第１の容積端から第２の容積端への方向に増加する水平断面積（ＣＳＡ）を有する。いくつかの実施形態において、第２の容積端は、第１の容積端に対して重力方向上向きである。いくつかの実施形態において、第１の容積端は、第２の容積端と円筒形下部１４との間にある。

いくつかの実施形態において、下部１４は略円筒形である。他の実施形態において、下部１４は、任意の他の適切な形状を有することができる。いくつかの実施形態において、下部１４は、円錐形、湾曲状、または曲線状である。たとえば、下部１４の円錐度は、上部１６の円錐度とは異なり得る。いくつかの実施形態において、下部１４は、たとえば、下部１４の一部に沿って、または下部１４の全体に沿って、重力に対して上向きの方向に狭くすることができる。

下部１４は任意選択である。したがって、いくつかの実施形態において、フラスコ１０のハウジング１１は、下部１４を含まず、部分１６のみを含む。他の実施形態において、フラスコ１０は、円筒形下部１４および上部１６の両方を含むハウジング１１を含む。したがって、上部１６は、上記増加するＣＳＡを提供する容積を画定する。いくつかの実施形態において、ハウジング１１は、別個の下部１４を含まなくてもよく、上部１６の下部が、下部１４と同様に機能することができる。たとえば、上部１６の下部（重力に対して）は、比較的小さな種子または初期培養物を収容するのに適したより小さな容量を有することができる。いくつかの実施形態において、上部１６の下部は非円錐面を有し、または他の方法で同じＣＳＡ、または減少するＣＳＡを示すことができ、上部１６の上部のみが増加するＣＳＡを示すことができる。

いくつかの実施形態において、上部１６のＣＳＡは、重力に対して上方向に、非単調に、または断続的に、または周期的に増加させることができる。たとえば、上部１６のＣＳＡは、ジッグラトまたは階段状円錐形ピラミッドのように、食い違いの部分またはセクションにおいて増加させることができる。いくつかの実施形態において、上部１６の１つまたは複数の部分は、ＣＳＡの減少を示し得るが、上部１６は全体として下部から上部へのＣＳＡの増加を示す。したがって、いくつかの実施形態において、上部１６のＣＳＡは、上部１６の下端から上端まで連続的に増加させることができるが、他の実施形態において、ＣＳＡは、非連続的に、または断続的に、または食い違いまたは階段状に増加させることができる。

下部１４および上部１６は、隆起または角度のある交差および外面および／または内面を示し得るが、他の実施形態において、下部１４は滑らかに上部１６に移行することができる。

したがって、使用中、フラスコ形状は、その中で培養される細胞について容量、特に、開放表面積、細胞培養液の容量の増加とともに増加する容量における液体の上面を増加させ、酸素が液体内へより容易に溶解することができるようになる。

いくつかの実施形態において、バイオリアクタフラスコは流体密蓋１８を含む。いくつかの実施形態において、流体密蓋１８はねじ蓋である。いくつかの実施形態において、流体密蓋１８は第２の容積端に隣接している。

いくつかの実施形態において、バイオリアクタフラスコ１０は、少なくとも１つの入口および／または少なくとも１つの出口２０を含む。いくつかの実施形態において、フラスコ１０は、流体密蓋１８および少なくとも１つの入口および／または少なくとも１つの出口２０の両方を含む。いくつかのこのような実施形態において、少なくとも１つの入口および／または少なくとも１つの出口２０は、蓋１８を通って延在することができる。

いくつかの実施形態において、フラスコ１０はたとえば、ねじ式流体密蓋１８および入口／出口２０をさらに含む。

図２は、フラスコ１０と構造が類似しているフラスコ１０’を示すが、フラスコ１０’は、たとえば攪拌テーブル（図示せず）上に置かれているとき、使用中のフラスコ１０を安定させる少なくとも１つの脚２２をさらに含む。少なくとも１つの脚２２は、１つ、２つ、３つ、４つ、またはこれ以上の脚を含むことができる。いくつかの実施形態において、脚２２はフラスコ１０’の周りに対称的に配置されている。

図３は、トレイ５０上に支持されたフラスコ１０のアレイを示す。この実施形態において、フラスコのアレイを一緒に攪拌することができるようにトレイを揺動可能なバイオリアクタに取り付けることができる。図３には示していないが、フラスコのアレイの少なくとも１つのフラスコは、少なくとも１つの外部安定化脚２２を含むことができる。

図４は、細胞と上記の攪拌中に細胞が懸濁される培養液との混合を強化する、１つまたは複数の内向き突出リブ２４を含むフラスコ１０の内部構造の一例を示す。この図において、フラスコの容量の増加をより明確に見ることができる。いくつかの実施形態において、１つまたは複数の内向き突出リブ２４の各リブは、第２の容積端から離れる方向に延在する部分において狭くなる横幅を画定する。いくつかの実施形態において、１つまたは複数の内向き突出リブ２４の各リブは、第２の容積端に向かう方向に延在する部分において狭くなる水平先細り突起を画定する。したがって、ＣＳＡの増加は、水平高さまたは他の寸法を上向きに減少させる、または他の方法で図示のようにリブ２４を先細りさせることによってさらに強化することができる。

いくつかの実施形態において、１つまたは複数の内向き突出リブ２４の各リブは、第２の容積端と第１の容積端との間に延在する。たとえば、リブ２４は、上部１６のみの端部間に延在することができる。他の実施形態において、リブ２４は、上部１６の端部から下部１４の端部まで延在することができる。たとえば、１つまたは複数の内向き突出リブ２４の各リブは、第２の容積端と円筒形下部１４の下端との間に延在することができる。

いくつかの実施形態において、リブ２４の各リブは、実質的に同じ形状、サイズ、および輪郭を有する。他の実施形態において、リブ２４の異なるリブは、形状、サイズ、または輪郭の１つまたは複数において異なることがある。たとえば、交互のリブが、形状、サイズ、または輪郭の１つまたは複数において異なることがある。リブ２４は、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、またはこれ以上のリブを含むことができ、偶数または奇数のリブを含むことができる。リブ２４は連続的であり、またはサブリブまたはその分離された部分で形成することができる。

実施形態を説明および例示してきたが、請求された本発明の範囲から逸脱することなく、これらの実施形態に対して追加、省略および修正が可能であることが当業者には明らかであろう。たとえば、リブ、脚、およびハウジングは、同じ材料、または異なる材料で形成することができる。リブ、脚、およびハウジングは、一体に形成され、または一体であってもよく、または別個に形成されて接合されてもよい。入口および／または出口は、蓋を通って、または他の方法で容積内へ延在する１つまたは複数のチューブを含むことができる。入口または出口の１つまたは複数はフラスコの上端に隣接していてもよく、入口または出口の他のものはフラスコの下端に隣接していてもよい。ハウジングの内部は、実質的に滑らか、たとえば、非粘着性または低摩擦とすることができ、細胞が、妨げられることなく、容量において成長および拡大することができるようになる。ハウジングの外部には、フラスコの保持または把持を容易にするための質感またはパターンを設けることができる。

１０フラスコ
１１ハウジング
１２容器
１４下部
１６上部
１８流体密蓋
２０入口／出口
１０’ フラスコ
２２脚
５０トレイ
２４リブ

Claims

細胞または他の微生物の培養のための第１の容積端と第２の容積端との間に延在する容積を含み、前記容積は、前記第１の容積端から前記第２の容積端までの少なくとも一部における方向において増加する水平断面積（ＣＳＡ）を有する、バイオリアクタフラスコ（１０、１０’）。
前記第２の容積端は、前記第１の容積端に対して重力方向上向きである、請求項１に記載のバイオリアクタフラスコ。
前記バイオリアクタフラスコは、円筒形下部および逆円錐台形上部を含むハウジングを含み、前記逆円錐台形上部は、前記増加するＣＳＡを提供する前記容積を画定する、請求項２に記載のバイオリアクタフラスコ。
前記第１の容積端は、前記第２の容積端と前記円筒形下部との間にある、請求項３に記載のバイオリアクタフラスコ。
前記ハウジングは、ポリマー、ガラス、金属、または合金のうちの少なくとも１つを含む材料で形成されている、請求項３に記載のバイオリアクタフラスコ。
前記ハウジングは一体である、請求項３に記載のバイオリアクタフラスコ。
前記ハウジングは、前記容積の内容物の少なくとも一部を示すように構成された透明または半透明の窓を含む、請求項３に記載のバイオリアクタフラスコ。
ハウジングは、１つまたは複数の内向き突出リブを画定する、請求項１に記載のバイオリアクタフラスコ。
前記１つまたは複数の内向き突出リブの各リブは、前記第２の容積端と前記第１の容積端との間に延在する、請求項８に記載のバイオリアクタフラスコ。
前記１つまたは複数の内向き突出リブの各リブは、前記第２の容積端と円筒形下部の下端との間に延在する、請求項８に記載のバイオリアクタフラスコ。
前記１つまたは複数の内向き突出リブの各リブは、前記第２の容積端から離れる方向に延在する部分において狭くなる横幅を画定する、請求項８に記載のバイオリアクタフラスコ。
前記１つまたは複数の内向き突出リブの各リブは、前記第２の容積端に向かう方向に延在する部分において狭くなる水平先細り突起を画定する、請求項８に記載のバイオリアクタフラスコ。
前記バイオリアクタフラスコは流体密蓋を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のバイオリアクタフラスコ。
前記流体密蓋は前記第２の容積端に隣接している、請求項１３に記載のバイオリアクタフラスコ。
前記バイオリアクタフラスコは、少なくとも１つの入口および少なくとも１つの出口を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のバイオリアクタフラスコ。
前記バイオリアクタフラスコは流体密蓋を含み、前記少なくとも１つの入口および前記少なくとも１つの出口は前記蓋を通って延在する、請求項１５に記載のバイオリアクタフラスコ。
前記流体密蓋は前記第２の容積端に隣接している、請求項１６に記載のバイオリアクタフラスコ。
前記バイオリアクタフラスコは少なくとも１つの外部安定化脚を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のバイオリアクタフラスコ。
請求項１から１２のいずれか一項に記載の少なくとも１つのバイオリアクタフラスコを含むフラスコのアレイであって、前記フラスコのアレイのそれぞれのフラスコは、集団攪拌のためにトレイに支持されている、アレイ。
前記少なくとも１つのバイオリアクタフラスコは少なくとも１つの外部安定化脚を含む、請求項１９に記載のアレイ。