JP2023503649A

JP2023503649A - ラジアルフロー型固定床バイオリアクター及びその使用方法

Info

Publication number: JP2023503649A
Application number: JP2022531462A
Authority: JP
Inventors: ロジャーマーティン，グレゴリー
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2020-11-03
Publication date: 2023-01-31
Also published as: EP4065686A1; WO2021108089A1; US20230010639A1; CN114945661A

Abstract

モジュール式細胞培養システムは、細胞培養空間に細胞培養基材を収容する内部空洞と、細胞培養空間の下方にある放射状流マニホールドと、該マニホールドの中心に流体を供給する流体入口と、空洞から流体を排出する流体出口と、を有する独立型細胞培養サブユニットを備えている。空洞は、流体が流体入口から流入し、次にマニホールドを通過し、次に細胞培養空間を通過し、次に流体出口から流出するように構成されている。独立型細胞培養サブユニットは、該サブユニットの上部及び下部の少なくとも一方に、位置合わせ機構をさらに備えている。マニホールドは、細胞培養空間の幅にわたって均一な流量で流体を供給することができる。位置合わせ機構は、別の独立型細胞培養サブユニットの位置合わせ機構と位置合わせすることにより、複数の独立型細胞培養サブユニットを積み重ねることが可能となっている。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１９年１１月２７日を出願日とする米国仮特許出願第６２／９４１，３１５号の米国特許法第１２０条に基づく優先権の利益を主張するものであり、この仮出願の開示内容は、本明細書の依拠するところとし、参照することによって本明細書の一部をなすものとする。

本開示は、概して、バイオプロセス分野に関し、特に、モジュールスタック式充填床バイオリアクター（modular and stacked packed-bed bioreactor）及び該バイオリアクターを使用して細胞培養を行う方法に関するものである。

バイオプロセス産業では、ホルモン、酵素、抗体、ワクチン、及び細胞治療薬の製造目的で大規模な細胞培養が行われている。バイオプロセスで使用する細胞の大部分は付着依存性であり、これらの細胞が増殖、機能するためには、細胞が付着するための面が必要となる。従来、付着細胞の培養は、Ｔフラスコ、ペトリ皿、セルファクトリー、セルスタック容器、ローラーボトル、HYPERStack（登録商標）容器などの様々な種類の容器のいずれかに組み込まれた２次元（２Ｄ）の細胞接着面上で行われていた。しかし、上述の手法には、治療薬や細胞を大量生産できるほど高い細胞密度を実現することが困難であるなどの重大な欠点がある場合があった。

そこで、培養細胞の体積密度を高める別の方法が提案されている。攪拌槽で行うマイクロキャリア培養などである。しかし、この手法では、マイクロキャリアの表面に付着した細胞が、常にせん断応力を受けるため、増殖・培養性能に大きな影響を与えてしまっていた。また、高密度な細胞培養システムの他の例として、中空糸バイオリアクターも挙げられるが、この場合、細胞が繊維の隙間空間で増殖して巨大な３次元凝集体を形成する可能性がある。しかし、その場合、栄養素不足のために、細胞の増殖や生産力が著しく阻害されてしまう。よって、この問題を軽減するために、これらのバイオリアクターは小型化されており、大規模製造に適したものではなかった。

付着依存性細胞の高密度な培養システムの他の例として、充填床バイオリアクターシステムがある。例えば、特許文献１～３には、細胞を捕捉するための充填床支持体又はマトリクスシステムを有する充填床バイオリアクターシステムが開示されている。充填床マトリクスは、通常、多孔質粒子を基材に作られるか、又は、ポリマーのマイクロ繊維不織布からなる。そして、これらのバイオリアクターは、再循環式フロースルー型バイオリアクターとして機能する。しかし、このようなバイオリアクターが抱える深刻な問題の１つに、充填床内の細胞分布が不均一になってしまうことがある。例えば、充填床が、主に入口領域で細胞を捕捉するデプスフィルタとして機能し、その結果、接種ステップ時に細胞の分布に勾配が生じてしまうことがあった。また、繊維がランダムに充填されているため、流通抵抗や細胞捕捉効率が充填床断面において均一ではなかった。例えば、細胞の充填密度が低い領域を通過する培地の流れは速くなり、捕捉されている細胞の数が多いために抵抗が大きい領域を通過する培地の流れは遅くなる。そのため、細胞の体積密度の低い領域には栄養素や酸素が比較的効率よく送達される一方、細胞密度の高い領域は欠乏状態の培養条件のまま保たれてしまうというチャネリング効果が生じていた。そして、先行技術に開示されている充填床システムのもう１つの大きな欠点は、培養プロセスの最後に、生細胞を無傷の状態で効率的に採取できないことである。特許文献４には、細胞採取ステップでの充填床からの細胞回収効率を向上させるバイオリアクターの設計が開示されている。これは、充填床マトリクスをほぐし、充填床の粒子を撹拌して（かき混ぜて）多孔質マトリクスを衝突させることによって、細胞の剥離を行うことに基づいた設計である。しかしながら、この手法は手間がかかる上に、細胞に大きなダメージを与える可能性があるため、全体的な細胞生存率を低下させる恐れがあった。

そして充填床バイオリアクターを用いたすべての既存のプラットフォームが抱える制約に、細胞密度が最大に近づくにつれて、バイオリアクターの後端（バイオリアクター内の流路の末端）にある細胞が十分な栄養や酸素を得ることができなくなるため、細胞の生産性が阻害されてしまうということがある。このような栄養素や酸素の欠乏は、充填床の流路を介した栄養素や酸素の供給勾配とみなすことができる。そして、細胞の働きに悪影響を及ぼすこのような栄養／酸素勾配の発生を抑えるために、培地灌流経路が比較的短くなるように固定床を設計する場合があった。しかし、このような設計は、バイオプロセス治療薬製造におけるリアクターの拡張性に大きな影響を与えてしまう。例えば、懸濁攪拌槽バイオリアクターの場合、２，０００Ｌや１０，０００Ｌまで規模を拡大することができるが、一般的な充填床バイオリアクターの場合、５０Ｌの容量までしか規模を拡大することができない。よって、初期の臨床試験用のウイルスベクターの製造であれば既存のプラットフォームでも可能であるが、後期の商業生産規模までカバーするために、高品質な生成物をより大量に製造できるプラットフォームが必要とされている。

米国特許第４８３３０８３号明細書米国特許第５５０１９７１号明細書米国特許第５５１０２６２号明細書米国特許第９２７３２７８号明細書

特に、充填床を通過する細胞や栄養素の流体の流れを管理し、充填床内の栄養素勾配及び／又は酸素勾配を低減しながら、充填床を区画化するプラットフォーム及び方法が必要とされている。

本明細書に開示するモジュール式細胞培養システムは、細胞培養空間に細胞培養基材を収容する内部空洞と、細胞培養空間の下方にある放射状流（ラジアルフロー）マニホールドと、該マニホールドの中心に流体を供給する流体入口と、空洞から流体を排出する流体出口と、を有する独立型細胞培養サブユニットを備えている。空洞は、流体が流体入口から流入し、次にマニホールドを通過し、次に細胞培養空間を通過し、次に流体出口から流出するように構成されている。独立型細胞培養サブユニットは、該サブユニットの上部及び下部の少なくとも一方に、位置合わせ機構をさらに備えている。マニホールドは、細胞培養空間の幅にわたって均一な流量で流体を供給することができる。位置合わせ機構は、別の独立型細胞培養サブユニットの位置合わせ機構と位置合わせすることにより、複数の独立型細胞培養サブユニットを積み重ねることが可能となっている。

本開示のさらなる態様は、その一部を、以下の詳細な説明、図面、及びいずれかの請求項に記載しているが、その一部は、詳細な説明から導き出されるか、又は本開示を実施することによって知ることができるであろう。当然ながら、上述の概略的説明及び以下の詳細な説明は、本開示を例示的に説明するものに過ぎず、本開示の開示内容を限定するものではない。

下記の添付の図面と併せて、以下の詳細な説明を参照して理解することによって、本開示をより完全に理解することができるであろう。
本開示の１つ以上の実施形態に係る細胞培養サブユニットを示す模式的断面図本開示の１つ以上の実施形態に係る、図１のモジュール式細胞培養サブユニットのスタックを示す図本開示の他の実施形態に係る細胞培養サブユニットを示す模式的断面図本開示の１つ以上の実施形態に係る、図３のモジュール式細胞培養サブユニットのスタックを示す図本開示の１つ以上の実施形態に係る、細胞培養サブユニット内部の保持機構を示す詳細図本開示の１つ以上の実施形態に係る、細胞培養サブユニット内部の保持機構を示す詳細図本開示の１つ以上の実施形態に係る、複数の個別の培地調質容器及びモジュール式細胞培養スタックを用いた細胞培養システム及び流路を示す図本開示の１つ以上の実施形態に係る、共通の培地調質容器及びモジュール式細胞培養スタックを用いた細胞培養システム及び流路を示す図本開示の１つ以上の実施形態に係る、モジュール式細胞培養サブユニットの放射状流マニホールドを示す平面図本開示の１つ以上の実施形態に係る、細胞培養基材と組み合わせた状態の図８Ａの放射状流マニホールドを示す模式的断面図本開示の１つ以上の実施形態に係る、図８Ａ及び図８Ｂの細胞培養サブユニットのスタック構成を示す模式的断面図本開示の１つ以上の実施形態に係る、無菌プルタブを有するキャリアに図９のスタック構成を入れた状態を示す図本開示の１つ以上の実施形態に係る、図１０のキャリアを２つ重ねたスタック構成を示す図本開示の１つ以上の実施形態に係る、図１０のキャリアのより大型のスタック構成を示す図本開示のいくつかの実施形態に係る充填床バイオリアクターを組み込んだバイオプロセスシステムを示す模式図１つ以上の実施形態に係る、細胞培養システムの灌流流量制御動作を示す図

以下、図面を参照しながら本開示の種々の実施形態を説明する。図面は、本開示の実施形態に係る充填床バイオリアクターシステム、及びこれに関連する、該バイオリアクターシステムを使用する方法の種々の態様を示すものである。なお、図示の実施形態は、限定を意図するものではない。以下の説明は、バイオリアクターシステムを実施可能な程度に説明することを意図している。本開示においては、バイオリアクターシステム及び方法の種々の態様を、実施形態を参照して具体的に詳述するが、これらの実施形態は限定を意図するものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、互いに置き換えることができるものである。

本開示は、モジュール式固定床バイオリアクター、及びそのような固定床バイオリアクターを積み重ねたスタックを有するバイオリアクターシステムを説明するものである。いくつかの実施形態は、複数の個別の固定床バイオリアクターモジュールと、複数の連結ユニットを積み重ねたアセンブリと、を備えている。組み合わせ可能な個別の充填床モジュールを使用することで、細胞培養中に生じる充填床内の栄養素及び／又は酸素の勾配によって動作条件が制限されてしまうことを回避する、拡張性のあるソリューションが提供される。個々のモジュールは、短い培地灌流経路を提供するものであり、これにより、最適な細胞培養条件を支援する。また、複数の個別モジュールを１つのユニットに組み立てることができるため、製造工程の規模拡大にも柔軟に対応できる。エンドユーザーは、生産バッチの目標収量に応じて、例えば、１～１０個以上の個別ユニットを同時利用するシステムを構築することができる。

図１を参照すると、本開示の１つ以上の実施形態に係る、モジュール式細胞培養システムの個別細胞培養ユニット１００が示されている。細胞培養ユニット１００は、バイオリアクターの動作時に培地を灌流するための細胞培養培地入口１と細胞培養培地出口２とを有する容器を備えている。また、細胞培養ユニット１００は、流量分配プレート３，３’をさらに備えている。流量分配プレート３，３’は、細胞培養基材４の充填床層の両側にそれぞれ設けられ、充填床内での均一な培地灌流を補助する。また、流量分配プレート３，３’は、細胞培養基材を所定の位置に保ち、構造的に支持するための、充填床の構造補強障壁又は格納障壁でもあり得る。入口１と出口２の間に細胞培養基材４を配置することで、培地は、基材４内の複数の矢印で示す方向Ｆに基材４を通過して流れる。バイオリアクターの動作時には、付着細胞が、バイオリアクター床に充填された基材４の表面に付着して増殖する。充填床を通る培地流路Ｆに沿って生じる栄養や酸素の勾配を最小限に抑えるべく、ユニット１００は、充填床の高さが低くなるように設計されている。

細胞培養ユニット１００は、１つ以上の位置合わせ機構５を更に備えている。位置合わせ機構５は、ユニット１００の上部及び／又は下部に設けられる。位置合わせ機構５は、細胞培養ユニット１００と類似する複数の細胞培養ユニットを互いに位置合わせするために用いられ、これにより、バイオリアクターシステムの規模を拡大することができる。図２は、４つのユニット１００Ａ～１００Ｄをこのように積み重ねてスタック式細胞培養システム１１０を形成した一実施形態の一例を示している。図２の挿入図Ａは、隣接するユニット１００Ａ，１００Ｂの各位置合わせ機構５Ａ，５Ｂの状態を示している。このように、位置合わせ機構により、ユニット同士を確実に積み重ねて位置合わせすることが可能となる。また、いくつかの実施形態の一態様として、ユニット１００が単独の細胞培養ユニットとして使用される場合やスタックの最上段ユニットである場合には、位置合わせ機構を用いて、ユニット１００に蓋又はキャップを固定することができる。位置合わせ機構は、図１及び図２に示す直線的な壁から成るシンプルな形態を含め、多くの形態をとることができ、スタックが誤って分解してしまうことを防ぐ係合機能を有することもできる。

例えば、図３に示す一実施形態に係る細胞培養ユニット１５０は、誤って分離してしまうことを防止するために、位置合わせ機構１５Ａ，１５Ｂが、互いに係合する外形を有している。さらに、図３Ａの挿入図Ｂに示すように、出口ポート２を一体的に有する上蓋６が設けられている。同様に、細胞培養ユニット１５０の下部に設けられた位置合わせ機構も出口ポート７を一体的に有している。出口ポート７は、細胞培養ユニット１５０の下に重ねられる細胞培養容器の出口ポートとなるように設計されている。このように、個々のユニットは、効率的に積み重ねることができる上、各ユニットが入口ポートと出口ポートとを有しているため、余分な材料が必要とならず、体積が必要以上に大きくなってしまうことがないことから、拡張性がありながらコンパクトな細胞培養システムを実現することができる。例えば、ユニット１５０を４つ積み重ねると、図４に示すような細胞培養システム１６０が得られる。システム１６０では、図３に示す構造を有する個別ユニットが４つ積み重ねられ、一体化されている。図４のユニット１～４のそれぞれが、培地入口（それぞれ、１－１、１－２、１－３、１－４）と培地出口（それぞれ、２－１、２－２、２－３、２－４）とを有する。

図５Ａ及び図５Ｂは、細胞培養ユニットの１つ以上の実施形態の一態様を示す図である。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、流量分配プレート２３又は保持スクリーンは、保持機構１５の下に入れることによって、細胞培養基材４の上の所定位置に保持することができる。保持スクリーン又は流量分配プレート２３によって、充填床基材を所定の位置に保持できるとともに、充填床を所望の充填密度に圧縮することができる。例えば、図５Ａは、保持スクリーンが所定の位置に設置される前の状態であるため、充填床は圧縮されておらず、充填密度は比較的低い。しかし、保持スクリーン２３を保持機構１５の下の所定の位置に嵌め込むと、充填床を圧縮することができる。いくつかの実施形態によれば、保持機構１５の厚さは、所定の用途に適した所望の充填密度が得られるように変化させることができ、又は複数の保持スクリーンを用いて充填密度を高くすることもできる。

図６は、いくつかの実施形態に係るスタック式細胞培養システム２５０を示す図である。図示の通り、システム２５０は４つの個別細胞培養ユニット１～４を有しており、個別細胞培養ユニット１～４は図４に示すように積み重ねられている。各ユニットの細胞培養培地は、可撓性チューブ１０を介してそれぞれに専用のポンプ８によって独立に灌流される。各ユニットの細胞培養培地は、ｐＨ、温度、溶存酸素などの多数の因子のうち任意の因子を調整することによって調質される。図６の実施形態では、調質は、専用の培地調質容器９ａ～９ｄで独立して行われる。

図７は、本開示の他の実施形態に係るスタック式細胞培養システム２７０を示す図である。システム２７０の個別ユニット１～４は、図４及び図６と同様に積み重ねられている。ただし、システム２７０では、ユニット１～４は、共通の培地調質容器２７９を使用して互いに並列に動作する。各ユニット１～４の細胞培養培地は、可撓性チューブ１０を介して１台のポンプ８’によって灌流される。培地の流量は、流量分配器１２において個別ユニット間で均等に分配される。各バイオリアクターユニットの流通抵抗は、容器１１の静水圧平衡により均等化することができる。容器１１を通過すると、培地は重力により酸素供給塔１７を通って流れ、培地調質容器２７９に戻る。酸素供給塔１７は、酸素を気泡化して培地に溶解させるものである。任意選択的な構成として、システム２７０は、ガス出口１８で大気に開放されている。

本開示のいくつか実施形態の上述の態様によれば、細胞又は細胞由来の産物（例えば、タンパク質、抗体、ウイルス粒子など）のいかなる実際の生産規模にも容易に拡張可能な、付着依存性細胞用の充填床バイオリアクターシステムが提供される。一実施形態では、個別のバイオリアクターサブユニットは、構造的に画定された細胞培養基材で充填されており、付着細胞は細胞培養基材に付着し、増殖、機能することができる。好適な実施形態では、細胞培養基材は、ポリマー材料の織物又は織物メッシュであってよく、複数枚のシート状織物を積み重ねたものであってもよい。

上述したように、図１及び図３は、これらの細胞培養サブユニットのいくつかの実施形態の異なる態様を示している。例えば、各バイオリアクターサブユニットは、培地入口ポート１と、培地出口ポート２と、付着細胞を付着させて、増殖、機能させるための充填床領域４とを有している。充填床バイオリアクターに付着した細胞に栄養素と酸素を安定かつ均一に送達するためには、バイオリアクターサブユニットを通る培地の流れを均一かつ一定にすることが必要である。培地灌流の均一性は、充填床の上流側にあたる下側に流量再分配プレート３を組み込むことで実現される（図１及び図３）。流量再分配プレートを培地入口に設置することによって、培地の流れを中央の入口地点から水平方向に変えて、培地が充填床を均一に灌流するようにしている（図１の矢印Ｆ）。充填床バイオリアクター内の培地灌流の性質上、栄養素やｐＨ、酸素の勾配が充填床に沿って形成される。そのため、充填床の全高には制約がある。一般に、付着細胞培養用の典型的な充填床の高さは、培地勾配による培地欠乏による制約から、最大１０ｃｍである。本明細書に開示するモジュール式で積み重ね可能なサブユニットという概念は、充填床バイオリアクターの生産力を向上して、１０ｃｍ充填床１枚で可能な範囲を上回る生産力を与えるためのものである。個々のバイオリアクターサブユニットの充填床の高さは、一定かつ、個々のサブユニットにおいて培地勾配による培地欠乏が問題とならない程度に十分小さい厚さ（例えば、約２０ｃｍ以下、又は約１０ｃｍ以下）とすることができる。

当該システムが生産設備に占める設置面積を最小限に抑えるため、複数のサブユニットを上下に集積して１つのシステムとすることができる。図２及び図４はそれぞれ、４つの個別サブユニットを上下に積み重ねて形成したスタック式システム１１０，１６０を示している。アセンブリの物理的安定性を確保するため、個々のサブユニットは、サブユニットの上面及び下面より突出した係合リム（例えば、図２の挿入図Ａを参照）で位置合わせされる。あるいは、２つの同一サブユニットをねじ接続することにより、個別のサブユニットを係合することもできる（例えば、図３及び図４の挿入図Ｂを参照）。１つのサブユニットを独立型ユニットとして単体で動作させたい場合には、図３に示すように、その上部を、出口２を一体化した蓋６と交換することができる。

図４は、４つのサブユニットをねじ接続で上下に集積した状態を示す。各サブユニットは、個別の培地入口１のポートと培地出口２のポートとを有している。各サブユニットの下部は、下のサブユニットの上部の役割を兼ねている。各サブユニットは、付着細胞を増殖させて治療成分を生産するための充填床織物基材を有する細胞培養領域を有している。上述した通り、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、この織物メッシュは、保持グリッド３’によってバイオリアクターに充填、圧縮、保持することができる。バイオリアクターの空洞内にメッシュ基材４を積み重ねた後、バイオリアクターの内壁から突出する保持機構１５で保持グリッド３’を押圧して保持グリッド３’をその位置に固定する。

図２及び図４に示す上下に積み重ねた個別バイオリアクターサブユニットは、（図６に示すように）個別のポンプ８でそれぞれ灌流し、個別の培地調質容器９を設けることによって、それぞれ独立して動作させることができる。この構成は、特に、バイオプロセス開発段階での使用に適している。異なる細胞培養条件（ｐＨ、ＤＯ２レベル、培地組成、栄養補給スケジュール）を維持するという自由度の高い設定で、複数の同一バイオリアクターを同時に動作させることで、エンドユーザーは最適なバイオプロセス条件を速やかに特定することができる。

一方、生産プロセスでは、図７に示すように、１台の灌流ポンプ８’と共通の培地調質容器２７９を利用して、個別のバイオリアクターサブユニットを並列に動作させることもできる。すべてのバイオリアクターサブユニットで均一かつ均等に培地を灌流させるために、本実施形態の一態様として、独自の流体流路が提示されている。特定的には、図７に示すように、細胞培養培地は、液体ポンプ８’によって個別のバイオリアクターサブユニットを通過するように灌流された後、流量分配ユニット１２に流入する。このユニットからバイオリアクターサブユニットへの培地出口は、流通抵抗が等しくなるようすべてが同一の径を有している。図７では、流量分配ユニット１２を、例えば、４つの個別バイオリアクターサブユニット（ユニット１～ユニット４）用の４つの培地出口を有するものとして図示している。しかしながら、培地出口やバイオリアクターサブユニットの数がこれより少ない又は多いシステムも、いくつかの実施形態に含まれる。定常状態の圧力駆動流について、個々のバイオリアクターサブユニットを通過する体積流量は、以下の式で表すことができる：
Ｑ＝ΔＰ／Ｒ
式中、ΔＰは、図７における培地入口１３と培地出口１４との間の圧力差である。この圧力差は、流体の移動に対する抵抗による摩擦圧力損失、重力による静水圧損失、及び、培地入口１３と培地出口１４との間の高低差Ｈからなる。４つのバイオリアクターサブユニットすべてについて、培地入口１３及び培地出口１４は同じ高さに配置されており、よって静水圧損失は同一となる。すべてのバイオリアクターサブユニットが同一体積の充填床を有しており、チューブ１０の全長が同じである場合、動水圧は等しくなる。その結果、培地入口１３と培地出口１４との間の総圧力差は、すべての個別バイオリアクターサブユニット（図７のユニット１～ユニット４）において同一となる。つまり、通常の細胞培養時に、１台の流体ポンプ８’で全てのサブユニットに均一な培地灌流を行うことができる。すべてのバイオリアクターサブユニットの培地灌流流量が等しければ、同一の細胞培養条件が得られ、一台の培地調質容器２７９だけで、培地のｐＨ、酸素供給、温度、栄養素濃度を適切な値に保つことができる。

出口での静水圧を平衡させるために、オーバフローユニット１１を設けることもできる。オーバフローユニット１１は、入口１４と同じ高さに配置されたチューブ出口と、培地オーバフローバリア１８とを有している。培地オーバフローバリアによって、重力で培地を培地調質容器２７９に戻すことができる。オーバフローユニットはポート１８を介して外気に開放され、システムの無菌状態は無菌ガスフィルタによって維持される。培地を自由流で培地調質容器に流し込むことができるため、気液界面の面積を大幅に増大させることができる。さらに、培地は、戻り経路で酸素供給塔１７を通過して溶存酸素の消耗量を補充する。培地に酸素を補充するために、培地調質容器２７９に、予混合ガス源１９を導入することもできる。このガス（青色の矢印で示す）は酸素供給塔内に反対方向の流れを作り出し、出口１８でシステムから排出される。酸素供給塔１７内で酸素供給ガスを培地とは反対方向に流すことによって、消耗した培地の酸素濃度を大幅に上昇させることができる。

本開示のいくつかの実施形態の追加的な態様として、細胞培養培地を放射状に充填床を通して流す充填床バイオリアクター容器及びシステムが提供される。このような実施形態によって提供される固定床バイオリアクターは、バイオリアクターの充填床における細胞培養基材内部の流速が均一であり、これにより、モジュール式システム全体の複数の固定床全体にわたって、制御された均一な環境を作り出すことができる。さらに、このシステムは、バイオリアクター内の充填床以外の部分の体積を低減するように設計されており、バイオリアクターの設置面積を最小限に抑えることができる。さらに、エンドユーザーの製造ニーズに合わせて、エンドユーザー自身がシステムの規模を最適化できるよう、モジュール化された設計となっている。また、閉鎖系として設計されたシステムでもある。

１つ以上の実施形態によれば、細胞が培養される固定床サブユニットの間に、薄型の放射状流マニホールドが配置される。放射状流マニホールド内の流量は、バイオリアクターの設計上の抵抗により異なり、培地が、均一な流量で（１つ又は複数の）固定床の表面全体に広がりかつ（１つ又は複数の）固定床の大部分を通って送達されるように設定される。基材材料や培地を入れると各ユニットは非常に重くなるため、モジュール設計を採用することによって、モジュールの重量を操作者が安全に取り扱える範囲に（例えば、持ち上げられるように２５ポンド（約１１．３４ｋｇ）以下に）制限すれば、非常に大型の使い捨て（single use）固定床バイオリアクターを、手作業で構築することが可能となる。容器の取り扱いを容易にしながら容器の閉鎖系を維持するために、無菌接続部を使用することもできる。無菌接続部は、モジュールに組み込んでもよく、又はモジュール外周のチューブ上に付加してもよい。

固定床の細胞培養基材を上方向に通過する培地の送達を制御するために、マニホールド内部で流速が変化するようにマニホールド３０２を成形する（なお、マニホールド内での流速の変化は問題とならない）。マニホールド３０２の成形は、（１つ又は複数の）固定床の体積全体に均一な培地流を送達し、細胞培養ゾーン全体に均一な培地流環境を構築するように行うことができる。図８Ａは、通過する培地を多方向に分散させて固定床に供給する支持構造を有する放射状流マニホールド３０２の平面図である。図８Ａの右側には、マニホールド３０２を通過する培地の流量が、マニホールド内部で拡散するにつれて変化する様子が描かれている。

図８Ｂは、本実施形態に係る細胞培養サブユニット３００の側断面図である。サブユニットは、中央流カラム３０４を有している。培地は、中央流カラム３０４を通ってサブユニット３００に送達される。複数の矢印Ｆ_Ｒで示すように、培地は中央流カラム３０４を上方向に流れ、次に、充填床基材３０６の下のマニホールド３０２を通って放射状に流れる。充填床３０６内及びマニホールド３０２内の抵抗が均一であるため、充填床基材３０６自体を通る流れは均一である。図９に示すように、２つ以上のモジュール式サブユニット３００Ａ，３００Ｂを積み重ねて、スタック式細胞培養システム３１０を形成することができる。したがって、マニホールド３０２によって、すべての固定床ゾーンに均一な流れを維持しながら複数の充填床を嵌め合わせて一体化することが可能となる。

図１０は、４つのサブユニット３２２Ａ～３２２Ｄからなるより大規模なスタック式細胞培養システム３２０を示す図である。図１０には、本設計のモジュール性が、いかにシステムの大規模化に直接役立つものであるかが示されている。図１０には、無菌プルタブ３２４も示されている。無菌プルタブ３２４は、そのままの位置に置いておくことで閉鎖系を維持することができるほか、取り外してモジュール式システムをさらに拡張することもできる。任意選択的に、モジュラーシステム全体を、ユーザにとって取り扱い易いように持ち手を有するキャリア３２６に備え付けることもできる。図１１に示すように、このキャリア３２６は２つ以上積み重ねることができ、無菌タブを引いて、隣接するキャリア３２６を互いに接合することもできる。このように構成することにより、取り扱いの容易なモジュール性を維持しながら、システムをさらに拡張することができる。例えば、図１２は６つのキャリアを接続した様子を示しており、各キャリアには４つの細胞培養サブユニットが収容されている。このスタック式システムは、底板に培地入口を有し、天板に培地出口を有しており、システム全体に培地を供給できるようになっている。その結果、体積の９０％以上を細胞培養基材が占める、非常にコンパクトな設計となっている。

本開示のいくつかの実施形態の一態様として、細胞培養基材を適切なものとすることによって、充填床を通る培地流の均一性が高くなり、均一な細胞播種や、細胞への均一な栄養素供給、細胞採取のための均一な細胞剥離が実現できる。このような基材材料の例は、米国仮特許出願公開第６２／８０１３２５号、同第６２／９１０６９６号の各明細書、及び国際公開第２０１９／１０４０６９号に開示されており、これらの特許明細書のすべての内容は引用することによって本明細書の一部をなすものとする。

細胞培養基材は多孔質であり、これにより、細胞や培地、栄養素、細胞副産物を基材全体に灌流させることができるとともに、細胞分泌物（例えば、組み換えタンパク質、抗体、ウイルス粒子、ＤＮＡ、ＲＮＡ、糖、脂質、バイオディーゼル、無機粒子、ブタノール、代謝副産物）を含む使用済み培地（spent media）を、基材を通して流し、採取することができる。以下に、いくつかの実施形態に係る細胞培養基材を更に詳細に説明する。

本明細書において開示する容器又はサブユニットは、プラスチック、ガラス、セラミック又はステンレス鋼とすることができる。いくつかの実施形態によれば、人による目視、又は多数のセンサ、プローブ、カメラ、又は監視部のいずれかによって容器内部を検査することができるように、容器の全体又は一部が透明材料で作られていてもよく、又は、容器２０２の外壁に１つ以上の透明窓を備えていてもよい。例えば、いくつかの実施形態の一態様によれば、光学カメラ又はラマン分光法プローブを用いて、容器の空洞内の細胞培養の進行状況を監視することができる。

図１３は、１つ以上の実施形態に係る、本明細書に記載のバイオリアクター４０２をバイオプロセスシステム４００に組み込んだ状態を示す図である。システム４００は、例えば、ｐＨ、温度、及び酸素供給レベルなどの細胞培養培地のパラメータを適切な状態に維持するための培地調質容器４１１を備えている。自動制御ポンプ４０９は、バイオリアクター４０２の中に培地を灌流させるために使用される。バイオリアクター入口４１３は、細胞の接種や採取した細胞の回収を容易に行えるようにするために、三方ポートをさらに備えている。システム４００は、培地調質容器４１１内部のセンサに加えて、配管内センサを備えることもできる。

上述の通り、本開示のいくつかの実施形態に係るバイオリアクターは、容器内の培地及び細胞培養環境の監視と調整のためのポート及びセンサを１つ以上備えることができる。ただし、いくつかの実施形態によれば、バイオリアクター外部の第２の容器で、細胞培養培地の検出や調質を行ってもよい。例えば、図１３は、バイオプロセスを成功させるために必要なプロセス条件を支える主要な外部コンポーネントにバイオリアクター容器４０２を接続した状態を示す模式図である。図１３では、そのような主要外部コンポーネントとして、培地調質容器、バイオリアクターに培地を流すポンプ、外部の溶存酸素センサが図示されている。細胞培養培地は、培地調質容器４１１で調質されて、ｐＨ、温度及び溶存酸素レベルが適切な値に維持される。次に、培地は、ポンプ４０９によってバイオリアクター内を灌流される。ポンプ４０９の流量は、バイオリアクターから排出される培地中の溶存酸素レベルを所定のレベルに最低限維持するように自動調整するフィードバックループに組み込まれている。培地調質容器４１１で、所定のバイオプロセスで必要とされるすべてのトランスフェクション試薬、栄養素、及び培地添加物をバルク培地に加えることができるとともに、使用済みの培地を取り除くことができる。プロセスの最後に、バイオリアクターから培地を排出して、バイオリアクターを細胞採取溶液４２２で再び満たすことができる。細胞が基材から剥離するのに十分な所定の時間にわたって、採取溶液中で充填床をインキュベートした後、バイオリアクター出口で空気圧をかけて７０ｍｌ／ｃｍ^２（充填床の断面積）／分の範囲の流量の逆流を起こすことによって、細胞を採取する。細胞の採取は、バイオリアクターの三方ポート４１３で行われる。また、バイオリアクター内で直接細胞を溶解し、ＡＶＶ粒子を含有する溶解液を三方ポート４１３から回収することもできる。

培地調質容器４０４は、バイオプロセス産業において、浮遊培養、流加培養又は灌流培養の用途で使用される代表的なバイオリアクターで用いられるセンサ及び制御コンポーネントを備えることができる。そのようなセンサ及び制御コンポーネントとして、ＤＯ酸素センサ、ｐＨセンサ、酸素供給／ガススパージャ部、温度プローブ、栄養素添加ポート、塩基添加ポートなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。スパージャ部に供給される混合ガスは、Ｎ_２ガス、Ｏ_２ガス及びＣＯ_２ガス用のガス流コントローラで制御することができる。培地調質容器４０４は、培地混合のためのインペラも内蔵している。上記のセンサによって測定された全ての培地パラメータは、培地調質制御部４１８によって制御することができる。培地調質制御部４１８は、培地調質容器４０４と通信を行い、細胞培養培地４０６の状態の測定及び／又は所望のレベルへの調整を行うことができる。

培地４０６は、培地調質容器４０４からバイオリアクター４０２の入口を介してバイオリアクター４０２に送達される。この入口は、細胞接種材料を播種して細胞の培養を開始するための注入ポートをさらに備えてもよい。バイオリアクター容器４０２は、１つ以上の出口をさらに備えることができる。この出口を介して、容器４０２から細胞培養培地が排出される。また、この出口から細胞又は細胞産物を取り出すこともできる。バイオリアクター４０２から出る流体の内容物を分析するために、１つ以上のセンサ４１２を配管内に設けることもできる。いくつかの実施形態では、システム４００は、バイオリアクター４０２への流量を制御するための流量制御部を備えている。例えば、流量制御部は、１つ以上のセンサ４１２から信号を受信し、この信号に基づいて、バイオリアクター４０２の入口４０８より上流のポンプ（例えば、蠕動ポンプ）に信号を送信することによって、バイオリアクター４０２への流量を調節することができる。したがって、センサ４１２が測定した因子のうちの１つ又はその組み合わせに基づいて、ポンプがバイオリアクター４０２への流量を制御することにより、所望の細胞培養条件を実現することができる。

培地灌流流量の制御は、培地調質容器４０４からのセンサ及び充填床バイオリアクターの出口に配置されたセンサからの信号を収集、比較する信号処理部によって行われる。充填床バイオリアクター４０２内の培地灌流の性質上、栄養素やｐＨ、酸素の勾配が充填床に沿って形成される。バイオリアクターの灌流流量は、図１４のフローチャートに従って、蠕動ポンプに動作可能に接続された流量制御部によって自動制御することができる。

図１４は、図１３のシステム４００などの灌流バイオリアクターシステムの流量を制御するための方法４５０の一例を示す図である。方法４５０によれば、ステップＳ１で、バイオリアクター最適化の実行により、システム４００の特定のパラメータが予め決定される。最適化の実行により、ｐＨ_１、ｐＯ_１、［グルコース］_１、ｐＨ_２、ｐＯ_２、［グルコース］_２、及び最大流量の値を決定することができる。ステップＳ２で、バイオリアクター４０２の細胞培養チャンバの中で、ｐＨ_１、ｐＯ_１、及び［グルコース］_１の値が測定される。ステップＳ３で、培地調質容器４０４内のセンサ４１２によって（又は、本明細書に記載の実施形態に係るバイオリアクターの中で）、ｐＨ_２、ｐＯ_２、及び［グルコース］_２が測定される。次に、Ｓ４で、灌流ポンプ制御部が、Ｓ２及びＳ３で測定した値に基づいて、灌流流量を維持するか調整するかの判定を行う。例えば、ｐＨ_２≧ｐＨ_２ｍｉｎ、ｐＯ_２≧ｐＯ_２ｍｉｎ、及び［グルコース］_２≧［グルコース］_２ｍｉｎのうちの少なくとも１つが成立する場合に、細胞培養チャンバへの細胞培養培地の灌流流量を現在の流量のまま継続することができる（Ｓ５）。現在の流量が、細胞培養システムの所定の最大流量以下である場合、灌流流量を増加させる（Ｓ７）。さらに、現在の流量が、細胞培養システムの所定の最大流量以下でない場合、細胞培養システムのコントローラが、（１）ｐＨ_２ｍｉｎ、ｐＯ_２ｍｉｎ、及び［グルコース］_２ｍｉｎ、（２）ｐＨ_１、ｐＯ_１、及び［グルコース］_１、（３）バイオリアクター容器の高さ、のうちの少なくとも１つを再評価することができる（Ｓ６）。

本開示のいくつかの実施形態は、複数のバイオリアクターと、バイオリアクター内で使用する複数の細胞培養基材と、を備えるものである。そのような細胞培養基材には、細胞又は細胞由来の産物（例えば、タンパク質、抗体、ウイルス粒子など）のいかなる実際の生産規模にも容易かつ効果的に拡張可能な、付着依存性細胞用の細胞増殖マトリクス及び／又は充填床システムとしての基材が含まれる。一実施形態では、マトリクスは、付着細胞の付着・増殖用に規定された構造を有する表面領域を有している。この表面領域は、優れた機械的強度を有するとともに、充填床又は他のバイオリアクターに組み込まれたときに、非常に均一な多重相互接続流体ネットワークを形成するものである。特定の実施形態では、機械的に安定した非分解性の織物メッシュを使用して、付着細胞の生産を支援することができる。このようなマトリクスは、均一な細胞播種を実現できるとともに、細胞などのバイオリアクター生成物の効率的な採取も実現できる。さらに、本開示のいくつかの実施形態によれば、細胞培養によって本開示のマトリクス上に付着細胞がコンフルエントな単層又は多層を形成することを支援するとともに、３次元の細胞凝集体が形成されて、栄養素の拡散が制限され、代謝物濃度が高くなってしまう事態を防ぐことができる。１つ以上の実施形態に係る、規定構造を有するマトリックスによれば、バイオリアクターの充填床から細胞を完全に回収し、細胞を着実に採取することが可能となる。本開示の他の実施形態では、治療用タンパク質、抗体、ウイルスワクチン、又はウイルスベクターのバイオプロセス生産用のマトリクスを有するバイオリアクターを使用して細胞培養を行う方法が提供される。

１つ以上の実施形態において、細胞培養マトリクスは、体積密度が高い構成での付着依存性細胞の付着及び増殖を支援するものである。このマトリクスは、本明細書に記載の灌流充填床バイオリアクターなどのバイオリアクターシステムに組み込んで使用することができ、マトリクス又は充填床の内部に、大きくて及び／又は制御不能な細胞凝集体が形成されてしまうことを防止しながら、接種ステップ時に均一な細胞分布を実現することができる。したがって、このマトリクスによって、バイオリアクター動作時に細胞を拡散させるのが難しいという制約が解消される。また、このマトリクスにより、バイオリアクターからの細胞採取が容易かつ効率的に行えるようにもなる。

マトリクスは、相対的に小さい厚さで隔てられた第１の面と第２の面とを有する薄いシート状の構造を有する基材で形成することができる。換言すれば、シート状基材の厚さは、基材の第１の面及び第２の面の幅及び／又は長さに比べて小さい。さらに、基材の厚さを貫通する複数の穴又は開口部が形成されている。開口部間に存在する基材材料の大きさと形状は、細胞が２次元（２Ｄ）表面に対する場合と同様に基材表面に付着することを可能にするとともに、基材材料の周囲と開口部内に適度な流体流が生じることを可能にするものである。いくつかの実施形態では、基材はポリマー系材料である。基材の取り得る形態としては、成形ポリマーシート、厚さを貫通する開口部を有するポリマーシート、多数のフィラメント同士が融着したメッシュ状の層、又は複数のフィラメントを織り合わせたメッシュ状の層が挙げられる。マトリクスの物理的構造は、付着依存性細胞の培養に適した高い表面積対体積比を有するものである。種々の実施形態によれば、マトリクスを特定の方法でバイオリアクターに配置又は充填することにより、均一な細胞播種、均一な培地灌流、及び効率的な細胞採取を実現することができる。

細胞培養基材は、第１の方向に延在する第１の複数の繊維と、第２の方向に延在する第２の複数の繊維とからなる織物メッシュ層とすることができる。織り合わされた基材の繊維によって、複数の開口部が形成されている。開口部の大きさや形状は、織りの種類（例えば、フィラメントの数、形状、繊度、交差するフィラメント間の角度など）によって変化させることができる。開口部は、特定の幅や直径によって規定することができる。織物メッシュは、巨視的には２次元のシート又は層とみなすことができる。しかし、織物メッシュをよく見ると、網目で交差する繊維の立ち上がりと立ち下がりによって、３次元的（立体的）な構造になっていることがわかる。したがって、織物メッシュの厚さは、単繊維の場合よりも厚くてもよい。

織物メッシュは、ポリマーモノフィラメント繊維又はポリマーマルチフィラメント繊維で構成することができる。１つ以上の実施形態において、モノフィラメント繊維は、約５０μｍ～約１０００μｍの範囲内の径を有することができる。微視的には、細胞と比べた繊維の大きさのため（例えば、繊維径が細胞よりも大きいため）、モノフィラメント繊維の表面は、付着細胞が付着、増殖する規則的な２次元表面として現れる。このような繊維を織り合わせて、所定のパターンと一定の構造剛性を持つメッシュにする。繊維は、約１００μｍ×１００μｍ～約１０００μｍ×１０００μｍの範囲の開口部を複数持つメッシュに織ることができる。上記の範囲のフィラメント径及び開口部径は、いくつかの実施形態における一例であり、すべての実施形態に係るメッシュが取り得る形状を限定することを意図するものではない。

基材メッシュは、細胞培養用途に適したポリマー材料のモノフィラメント繊維又はマルチフィラメント繊維から作製することができる。そのようなポリマー材料としては、例えば、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリビニルピロリドン、ポリブタジエン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンオキシド、ポリピロール類、ポリプロピレンオキシドなどが挙げられる。メッシュ基材は、例えば、編み、経編み、織り（平織り、綾織り、畳織り、五本針織り（five needle weave））など、様々な構造パターンや織りを有することができる。

メッシュフィラメントの表面の化学的性質は、所望の細胞接着性が得られるように改変する必要がある場合がある。このような改変は、メッシュのポリマー材料を化学的に処理したり、フィラメント表面に細胞接着分子をグラフト重合したりすることで行うことができる。あるいは、例えばコラーゲンやマトリゲル（登録商標）などの、細胞接着性を示す生体適合性ハイドロゲルの薄層で、メッシュをコーティングしてもよい。あるいは、当業界において公知の各種のプラズマや、プロセスガス、及び／又は化学物質による処理工程によって、メッシュのフィラメント繊維の表面に細胞接着性を付与することもできる。

織物メッシュ基材は、本明細書に記載のバイオリアクターの中央カラムを囲むように構成された中心穴を有する多数の円板の形で提供することができる。このような円板をバイオリアクターの外側領域に複数枚積み重ねることにより、充填床を形成することができる。

いくつかの実施形態によれば、細胞培養基材は、ペクチン酸、部分エステル化ペクチン酸、部分アミド化ペクチン酸、及びそれらの塩のうちの少なくとも１つから選択されるイオノトロピック架橋ポリガラクツロン酸化合物と、表面活性を有する少なくとも１つの第１の水溶性ポリマーと、を含む溶解性発泡足場である。

本開示のいくつかの実施形態によれば、バッチあたり約１０^１５～約１０^１８個以上の規模でウイルスゲノムを生産可能な実用規模のウイルスベクタープラットフォームを実現することができる。例えば、いくつかの実施形態では、ウイルスゲノム収量は、バッチあたり約１０^１５～約１０^１６個のウイルスゲノム、又はバッチあたり約１０^１６～約１０^１９個のウイルスゲノム、又はバッチあたり約１０^１６～１０^１８個のウイルスゲノム、又はバッチあたり約１０^１７～約１０^１９個のウイルスゲノム、又はバッチあたり約１０^１８～約１０^１９個のウイルスゲノム、又はバッチあたり約１０^１８以上のウイルスゲノムとすることができる。

さらに、本明細書に開示するいくつかの実施形態によれば、細胞培養基材への細胞の付着及び増殖だけでなく、培養した細胞を生存状態で採取することも可能となる。生細胞を採取できないことは、現行のプラットフォームの重大な欠点であり、そのために、生産能力に対して十分な数の細胞を構築、維持することが難しかった。本開示のいくつかの実施形態の一態様によれば、８０％～１００％の生存率、又は約８５％～約９９％の生存率、又は約９０％～約９９％の生存率で、細胞培養基材から生細胞を採取することができる。例えば、採取される細胞のうち、少なくとも８０％が生存しているか、少なくとも８５％が生存しているか、少なくとも９０％が生存しているか、少なくとも９１％が生存しているか、少なくとも９２％が生存しているか、少なくとも９３％が生存しているか、少なくとも９４％が生存しているか、少なくとも９５％が生存しているか、少なくとも９６％が生存しているか、少なくとも９７％が生存しているか、少なくとも９８％が生存しているか、又は少なくとも９９％が生存している。細胞は、例えばトリプシン、TrypLE、又はAccutaseなどを用いて細胞培養基材から剥離することができる。
例示的な実施態様
以下、本開示の主題の種々の実施態様について説明する。各態様は、本開示の主題の種々の特徴、特性、又は利点のうちの１つ以上を含み得るものである。なお、下記の実施態様は、本開示の主題のいくつかの態様を例示的に示すことを意図したものであり、可能な実施態様のすべてを包括的又は網羅的に説明するものと解釈すべきではない。

態様１はモジュール式細胞培養システムに関し、モジュール式細胞培養システムは、独立型細胞培養サブユニットを備え、独立型細胞培養サブユニットは、細胞培養空間に細胞培養基材を収容するように構成された内部空洞と、細胞培養空間の下方に配置される放射状流マニホールドと、放射状流マニホールドの中心に流体を供給するように構成された流体入口と、内部空洞から流体を排出するように構成された流体出口と、独立型細胞培養サブユニットの上部及び下部の少なくとも一方に配置される、少なくとも１つの位置合わせ機構と、を備える。内部空洞は、流体が流体入口から流入し、次に放射状流マニホールドを通過し、次に細胞培養空間を通過し、次に流体出口から流出するように構成される。放射状流マニホールドは、細胞培養空間の幅にわたって均一な流量で流体を供給するように構成される。少なくとも１つの位置合わせ機構は、別の独立型細胞培養サブユニットの少なくとも１つの位置合わせ機構と位置合わせするように構成され、これにより、独立型細胞培養サブユニットが別の独立型細胞培養サブユニットと積み重ね可能となっている。

態様２は、流体入口と細胞培養空間との間に配置された第１の流量分配プレートをさらに備える、態様１に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様３は、第１の流量分配プレートが、流体入口からの培地を細胞培養空間の幅にわたって均一に分配するように構成されている、態様２に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様４は、細胞培養空間と流体出口との間に配置された第２の流量分配プレートをさらに備える、態様１～３のいずれか１つに記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様５は、第２の流量分配プレートが、細胞培養空間から均一に培地が流れ出るのを促進するように構成されている、態様４に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様６は、第１の流量分配プレート及び第２の流量分配プレートが、細胞培養空間の上部及び下部を画定している、態様２～５のいずれか１つに記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様７は、細胞培養空間内に配置された細胞培養基材をさらに含む、態様１～６のいずれか１つに記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様８は、細胞培養基材が多孔質材料を含む、態様７に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様９は、細胞培養基材が、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリビニルピロリドン、ポリブタジエン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンオキシド、ポリピロール類、ポリプロピレンオキシドのうちの少なくとも１つを含む、態様７又は態様８に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様１０は、細胞培養基材が、成形ポリマー格子、３Ｄ印刷されたポリマー格子シート、及び織物メッシュシートのうちの少なくとも１つを含む、態様８又は態様９に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様１１は、細胞培養基材が、１本以上の繊維を含んでいる織物メッシュを含む、態様７～１０のいずれか１つに記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様１２は、１本以上の繊維が、約５０μｍ～約１０００μｍ、約５０μｍ～約６００μｍ、約５０μｍ～約４００μｍ、約１００μｍ～約３２５μｍ、又は約１５０μｍ～約２７５μｍの繊維径を有している、態様１１に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様１３は、織物メッシュが、１本以上の繊維間に複数の開口部を有しており、複数の開口部が、約１００μｍ～約１０００μｍ、約２００μｍ～約９００μｍ、又は約２２５μｍ～約８００μｍの直径を有している、態様１１又は態様１２に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様１４は、細胞培養基材が溶解性発泡足場である、態様７又は態様８に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様１５は、溶解性発泡足場が、ペクチン酸、部分エステル化ペクチン酸、部分アミド化ペクチン酸、及びそれらの塩のうちの少なくとも１つから選択されるイオノトロピック架橋ポリガラクツロン酸化合物と、表面活性を有する少なくとも１つの第１の水溶性ポリマーと、を含む、態様１４に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様１６は、溶解性発泡足場が、接着性ポリマーコーティングを含んでいる、態様１４又は態様１５に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様１７は、接着性ポリマーコーティングが、ペプチドを含んでいる、態様１６に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様１８は、接着性ポリマーコーティングが、ＢＳＰ、ビトロネクチン、フィブロネクチン、ラミニン、Ｉ型コラーゲン、ＩＶ型コラーゲン、変性コラーゲン、及びそれらの混合物からなる群より選択されるペプチドを含んでいる、態様１７に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様１９は、接着性ポリマーコーティングが、Synthemax（登録商標）II-SCを含んでいる、態様１７に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様２０は、複数の独立型細胞培養サブユニットをさらに備えており、複数の独立型細胞培養サブユニットが積み重ねられている、態様１～１９のいずれか１つに記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様２１は、位置合わせ機構が、複数の独立型細胞培養サブユニットの、隣接する独立型細胞培養サブユニットを接続する連結機構である、態様２０に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様２２は、連結機構が、隣接する独立型細胞培養サブユニットを取り外し可能に連結することを可能にする、態様２１に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様２３は、連結機構が、隣接する独立型細胞培養サブユニットの位置合わせ機構が持つ係合形状、スナップフィット嵌め閉じ具のかみ合い部、及びねじ接続のうちの少なくとも１つである、態様２１又は態様２２に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様２４は、内部空洞の内壁に配置される保持機構をさらに備え、保持機構が、第２の流量分配プレートを細胞培養基材に対して所定の位置に保持するように構成されている、態様４に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様２５は、複数の独立型細胞培養ユニットが、キャリア内に配置され、キャリアが、複数の独立型細胞培養ユニットを少なくとも部分的に囲む側壁を有している、態様２０～２３のいずれか１つに記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様２６は、側壁に設けられた持ち手をさらに備えている、態様２５に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様２７は、キャリアの上部及び下部の少なくとも一方に設けられた少なくとも１つの無菌閉じ具をさらに備えている、態様２５又は態様２６に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様２８は、少なくとも１つの無菌閉じ具が、複数のキャリアを接続するために取り外し可能である、態様２７に記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

態様２９は、積み重ねて配置される複数のキャリアをさらに備え、複数のキャリアの各々が、複数の独立型細胞培養ユニットを備えている、態様２５～２８のいずれか１つに記載のモジュール式細胞培養システムに関する。

本開示の種々の実施形態が、本開示の特定の実施形態に関連して説明した特定の特徴、要素又はステップを含み得ることが理解されるであろう。また、１つの特定の実施形態に関連して説明した特定の特徴、要素又はステップを、例示していない様々な組み合わせ又は順序で、他の実施形態と交換したり、組み合わせたりすることができることも理解されるであろう。

当然ながら、本明細書において、「the（その／前記）」、「a」又は「an」は、「少なくとも１つ」を意味し、特にそうではない旨が明記されている場合を除き、「１つだけ」を意味するものと限定されるべきではない。したがって、例えば、冠詞「an」で導かれる「開口部」という表現は、文脈上明らかにそうでない場合を除き、その「開口部」を２つ以上有する例も包含する。

本明細書において、「約（about）」ある特定の値以上、「約」ある特定の値～「約」他の特定の値、又は、「約」該他の特定の値以下、という形で範囲を表現する場合がある。このような表現で範囲を表す場合、例えば、ある特定の値以上、ある特定の値～他の特定の値、又は、該他の特定の値以下、である。同様に、当然ながら、ある値の前に「約」をつけてその値を近似値として表現する場合、その特定の値自身によって構成される他の態様も存在する。また、各範囲の両端点が、互いに相関する意味とともに互いに独立した意味も有していることも当然である。

特に明記しない限り、本明細書に記載のすべての数値は、「約」を伴っているか否かにかかわらず、「約」を包含した数値と解釈すべきである。ただし、「約」で導かれた数値として表現されているか否かにかかわらず、本明細書に記載のすべての数値は詳細に検討されたものであることも理解されたい。したがって、「１０ｍｍ未満の寸法」と「約１０ｍｍ未満の寸法」のいずれもが、「約１０ｍｍ未満の寸法」の実施形態と「１０ｍｍ未満の寸法」の実施形態の両方を包含するものとする。

特に明記しない限り、本明細書に記載のいかなる方法も、各ステップ（工程）を特定の順序で実施することを要請していると解釈されることを意図するものではない。したがって、方法クレームにおいてそのステップの順序を実際に記載している場合を除き、又は、各ステップが特定の順序に限定される旨の他の記載が請求の範囲又は発明の詳細な説明において明確になされている場合を除き、各ステップの特定の順序が推測されることは、それがいかなる順序であっても意図していない。

特定の実施形態の種々の特徴、要素又はステップを、移行句「～を含む」「～を備える」「～を有する」（comprising）を使用して開示する場合があるが、当然ながら、これは、移行句「～からなる（consisting）」又は「～から本質的になる（consisting essentially of）」を使用して記載し得るものなどの代替的な実施形態も含意するものである。したがって、例えば、Ａ＋Ｂ＋Ｃを含む（comprise）方法が含意する代替的な実施形態として、Ａ＋Ｂ＋Ｃからなる（consist of）方法の実施形態、およびＡ＋Ｂ＋Ｃから本質的になる（consist essentially of）方法の実施形態が挙げられる。

以上、本開示の複数の実施形態を、添付の図面に図示し、上述の詳細な説明において説明してきたが、本開示は、本明細書に記載の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって記載され定義付けされる開示内容から逸脱しない範囲で、多種多様な再構成や、変形、置換が可能であることは当然である。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
独立型細胞培養サブユニットを備えるモジュール式細胞培養システムであって、
前記独立型細胞培養サブユニットは、
細胞培養空間に細胞培養基材を収容するように構成された内部空洞と、
前記細胞培養空間の下方に配置される放射状流マニホールドと、
前記放射状流マニホールドの中心に流体を供給するように構成された流体入口と、
前記内部空洞から流体を排出するように構成された流体出口と、
前記独立型細胞培養サブユニットの上部及び下部の少なくとも一方に配置される、少なくとも１つの位置合わせ機構と、
を備え、
前記内部空洞は、流体が前記流体入口から流入し、次に前記放射状流マニホールドを通過し、次に前記細胞培養空間を通過し、次に前記流体出口から流出するように構成され、
前記放射状流マニホールドは、前記細胞培養空間の幅にわたって均一な流量で流体を供給するように構成され、
前記少なくとも１つの位置合わせ機構は、別の独立型細胞培養サブユニットの少なくとも１つの位置合わせ機構と位置合わせするように構成され、これにより、前記独立型細胞培養サブユニットが前記別の独立型細胞培養サブユニットと積み重ね可能となっている、モジュール式細胞培養システム。

実施形態２
前記流体入口と前記細胞培養空間との間に配置された第１の流量分配プレートをさらに備える、実施形態１に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態３
前記第１の流量分配プレートが、前記流体入口からの培地を前記細胞培養空間の幅にわたって均一に分配するように構成されている、実施形態２に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態４
前記細胞培養空間と前記流体出口との間に配置された第２の流量分配プレートをさらに備える、実施形態１～３のいずれか１つに記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態５
前記第２の流量分配プレートが、前記細胞培養空間から均一に培地が流れ出るのを促進するように構成されている、実施形態４に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態６
前記第１の流量分配プレート及び前記第２の流量分配プレートが、前記細胞培養空間の上部及び下部を画定している、実施形態２～５のいずれか１つに記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態７
前記細胞培養空間内に配置された細胞培養基材をさらに含む、実施形態１～６のいずれか１つに記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態８
前記細胞培養基材が多孔質材料を含む、実施形態７に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態９
前記細胞培養基材が、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリビニルピロリドン、ポリブタジエン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンオキシド、ポリピロール類、ポリプロピレンオキシドのうちの少なくとも１つを含む、実施形態７又は実施形態８に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態１０
前記細胞培養基材が、成形ポリマー格子、３Ｄ印刷されたポリマー格子シート、及び織物メッシュシートのうちの少なくとも１つを含む、実施形態８又は実施形態９に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態１１
前記細胞培養基材が、１本以上の繊維を含んでいる前記織物メッシュを含む、実施形態７～１０のいずれか１つに記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態１２
前記１本以上の繊維が、約５０μｍ～約１０００μｍ、約５０μｍ～約６００μｍ、約５０μｍ～約４００μｍ、約１００μｍ～約３２５μｍ、又は約１５０μｍ～約２７５μｍの繊維径を有している、実施形態１１に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態１３
前記織物メッシュが、前記１本以上の繊維間に複数の開口部を有しており、
前記複数の開口部が、約１００μｍ～約１０００μｍ、約２００μｍ～約９００μｍ、又は約２２５μｍ～約８００μｍの直径を有している、実施形態１１又は実施形態１２に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態１４
前記細胞培養基材が溶解性発泡足場である、実施形態７又は実施形態８に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態１５
前記溶解性発泡足場が、
ペクチン酸、部分エステル化ペクチン酸、部分アミド化ペクチン酸、及びそれらの塩のうちの少なくとも１つから選択されるイオノトロピック架橋ポリガラクツロン酸化合物と、
表面活性を有する少なくとも１つの第１の水溶性ポリマーと、
を含む、実施形態１４に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態１６
前記溶解性発泡足場が、接着性ポリマーコーティングを含んでいる、実施形態１４又は実施形態１５に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態１７
前記接着性ポリマーコーティングが、ペプチドを含んでいる、実施形態１６に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態１８
前記接着性ポリマーコーティングが、ＢＳＰ、ビトロネクチン、フィブロネクチン、ラミニン、Ｉ型コラーゲン、ＩＶ型コラーゲン、変性コラーゲン、及びそれらの混合物からなる群より選択されるペプチドを含んでいる、実施形態１７に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態１９
前記接着性ポリマーコーティングが、Synthemax（登録商標）II-SCを含んでいる、実施形態１７に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態２０
複数の前記独立型細胞培養サブユニットをさらに備えており、
前記複数の独立型細胞培養サブユニットが積み重ねられている、実施形態１～１９のいずれか１つに記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態２１
前記位置合わせ機構が、前記複数の独立型細胞培養サブユニットの、隣接する独立型細胞培養サブユニットを接続する連結機構である、実施形態２０に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態２２
前記連結機構が、前記隣接する独立型細胞培養サブユニットを取り外し可能に連結することを可能にする、実施形態２１に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態２３
前記連結機構が、前記隣接する独立型細胞培養サブユニットの前記位置合わせ機構が持つ係合形状、スナップフィット嵌め閉じ具のかみ合い部、及びねじ接続のうちの少なくとも１つである、実施形態２１又は実施形態２２に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態２４
前記内部空洞の内壁に配置される保持機構をさらに備え、
前記保持機構が、第２の流量分配プレートを細胞培養基材に対して所定の位置に保持するように構成されている、実施形態４に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態２５
前記複数の独立型細胞培養ユニットが、キャリア内に配置され、
前記キャリアが、前記複数の独立型細胞培養ユニットを少なくとも部分的に囲む側壁を有している、実施形態２０～２３のいずれか１つに記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態２６
側壁に設けられた持ち手をさらに備えている、実施形態２５に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態２７
前記キャリアの上部及び下部の少なくとも一方に設けられた少なくとも１つの無菌閉じ具をさらに備えている、実施形態２５又は実施形態２６に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態２８
前記少なくとも１つの無菌閉じ具が、複数のキャリアを接続するために取り外し可能である、実施形態２７に記載のモジュール式細胞培養システム。

実施形態２９
積み重ねて配置される複数のキャリアをさらに備え、
前記複数のキャリアの各々が、複数の独立型細胞培養ユニットを備えている、実施形態２５～２８のいずれか１つに記載のモジュール式細胞培養システム。

１培地入口
２，７培地出口
３，３’，２３流量分配プレート、保持グリッド、保持スクリーン
４，３０６細胞培養基材、充填床領域、充填床基材
５，１５位置合わせ機構、保持機構
６上蓋
８，８’ 灌流ポンプ
９，２７９，４０４，４１１培地調質容器
１０チューブ
１１オーバフローユニット、容器
１２流量分配ユニット
１３サブユニットへの培地入口
１４サブユニットからの培地出口（オーバフローユニットへの入口）
１７酸素供給塔
１８培地オーバフローバリア、ガス出口
１９予混合ガス源
１００，１５０，３００，３２２細胞培養ユニット、細胞培養サブユニット
１１０，１６０，２５０，２７０，３１０，３２０細胞培養システム
３０２放射状流マニホールド
３０４中央流カラム
３２４無菌プルタブ
３２６キャリア
４００バイオプロセスシステム
４０２バイオリアクター容器
４０６細胞培養培地
４０９ポンプ
４１２センサ
４１３バイオリアクター入口（三方ポート）
４１８培地調質制御部
４２２細胞採取溶液

Claims

独立型細胞培養サブユニットを備えるモジュール式細胞培養システムであって、
前記独立型細胞培養サブユニットは、
細胞培養空間に細胞培養基材を収容するように構成された内部空洞と、
前記細胞培養空間の下方に配置される放射状流マニホールドと、
前記放射状流マニホールドの中心に流体を供給するように構成された流体入口と、
前記内部空洞から流体を排出するように構成された流体出口と、
前記独立型細胞培養サブユニットの上部及び下部の少なくとも一方に配置される、少なくとも１つの位置合わせ機構と、
を備え、
前記内部空洞は、流体が前記流体入口から流入し、次に前記放射状流マニホールドを通過し、次に前記細胞培養空間を通過し、次に前記流体出口から流出するように構成され、
前記放射状流マニホールドは、前記細胞培養空間の幅にわたって均一な流量で流体を供給するように構成され、
前記少なくとも１つの位置合わせ機構は、別の独立型細胞培養サブユニットの少なくとも１つの位置合わせ機構と位置合わせするように構成され、これにより、前記独立型細胞培養サブユニットが前記別の独立型細胞培養サブユニットと積み重ね可能となっている、モジュール式細胞培養システム。
前記流体入口と前記細胞培養空間との間に配置され、前記流体入口からの培地を前記細胞培養空間の幅にわたって均一に分配するように構成された第１の流量分配プレートをさらに備える、請求項１に記載のモジュール式細胞培養システム。
前記細胞培養空間と前記流体出口との間に配置された第２の流量分配プレートをさらに備える、請求項１～２のいずれか１項に記載のモジュール式細胞培養システム。
前記第２の流量分配プレートが、前記細胞培養空間から均一に培地が流れ出るのを促進するように構成されている、請求項３に記載のモジュール式細胞培養システム。
前記第１の流量分配プレート及び前記第２の流量分配プレートが、前記細胞培養空間の上部及び下部を画定している、請求項２～４のいずれか１項に記載のモジュール式細胞培養システム。
前記細胞培養空間内に配置された細胞培養基材をさらに含む、請求項１～５のいずれか１項に記載のモジュール式細胞培養システム。
前記細胞培養基材が、成形ポリマー格子、３Ｄ印刷されたポリマー格子シート、織物メッシュシート、及び溶解性発泡足場のうちの少なくとも１つを含む、請求項６に記載のモジュール式細胞培養システム。
複数の前記独立型細胞培養サブユニットをさらに備えており、
前記複数の独立型細胞培養サブユニットが積み重ねられている、請求項１～７のいずれか１項に記載のモジュール式細胞培養システム。
前記位置合わせ機構が、前記複数の独立型細胞培養サブユニットの、隣接する独立型細胞培養サブユニットを接続する連結機構である、請求項８に記載のモジュール式細胞培養システム。
前記連結機構が、前記隣接する独立型細胞培養サブユニットを取り外し可能に連結することを可能にする、請求項９に記載のモジュール式細胞培養システム。
前記複数の独立型細胞培養ユニットが、キャリア内に配置され、
前記キャリアが、前記複数の独立型細胞培養ユニットを少なくとも部分的に囲む側壁を有している、請求項８～１０のいずれか１項に記載のモジュール式細胞培養システム。