JP6227562B2 - Perfusion bioreactor system and operating method thereof - Google Patents

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Description

関連出願
本出願は、2012年1月18日に出願された、表題「PERFUSION BIOREACTOR SYSTEMS AND METHODS OF OPERATING THE SAME」(代理人整理番号BH-001/L)の、米国仮特許出願第61/587,940号の利益およびそれに対する優先権を主張する。
Related Applications This application is filed on January 18, 2012 with the title “PERFUSION BIOREACTOR SYSTEMS AND METHODS OF OPERATING THE SAME” (Attorney Docket No. BH-001 / L), US Provisional Patent Application No. 61 / 587,940. Insist on the interests of the issue and its priority.

慣用的な灌流バイオリアクターシステムおよびプロセスは、細胞を、液体培地、例えば組織培養液(TCF)で培養する機能を有するバイオリアクターを含む。培養細胞およびTCFは、該バイオリアクターから、例えばポンピングにより移し、該細胞は、TCFから慣用的な細胞保持ユニットにより分離する。未だ細胞、小片および細片をいくらか含む、細胞保持ユニットからの回収液を、その後さらに処理する。本明細書中で用いる回収物は、所望の生成物(例えば、凝固因子)を得るためにさらなる処理をされるTCFを含む。濾過技術、例えばデッドエンド深層濾過、膜濾過、精密濾過および/または遠心分離を、細胞保持ユニットからの回収物をさらに濃縮および/または精製するのに使用し得る。   Conventional perfusion bioreactor systems and processes include bioreactors that have the function of culturing cells in a liquid medium, such as tissue culture fluid (TCF). Cultured cells and TCF are transferred from the bioreactor, eg, by pumping, and the cells are separated from TCF by conventional cell retention units. The recovered liquid from the cell holding unit, which still contains some cells, small pieces and debris, is then further processed. The recovered material used herein includes TCF that is further processed to obtain the desired product (eg, clotting factor). Filtration techniques such as dead-end depth filtration, membrane filtration, microfiltration and / or centrifugation can be used to further concentrate and / or purify the harvest from the cell retention unit.

比較的高い濃度の細胞を含む、細胞保持ユニットから出る、他のTCFの排出液は、バイオリアクターに直接戻る(例えば、再利用または再循環する)。かかる連続的な灌流バイオリアクタープロセスでは、回収液および再循環排出液は、10日以上であり得る培養期間の間、実質的に連続的である。しかし、この型の慣用的な灌流設定を用いることにより、バイオリアクター中の細胞密度が、比較的不十分に制御され得る環境が引き起こされ得る。   Other TCF effluents exiting the cell holding unit, including relatively high concentrations of cells, return directly to the bioreactor (eg, reuse or recirculate). In such a continuous perfusion bioreactor process, the collected and recirculated effluent is substantially continuous during a culture period that can be 10 days or longer. However, using this type of conventional perfusion setting can create an environment where the cell density in the bioreactor can be controlled relatively poorly.

したがって、バイオリアクター細胞密度をより効率的に調節する灌流バイオリアクターシステムおよび方法が必要とされている。   Accordingly, there is a need for perfusion bioreactor systems and methods that more efficiently regulate bioreactor cell density.

第一の態様において、灌流バイオリアクターシステムを提供する。該灌流バイオリアクターシステムは、(1) 組織培養液および培養する細胞を含むように設計したバイオリアクター; (2) バイオリアクターから、細胞を含む組織培養液を受け入れ、細胞を組織培養液から分離し、組織培養液と細胞の回収物を供給し、組織培養液と細胞の再循環排出物を供給するように設計した細胞保持ユニット; および (3) 組織培養液と細胞の再循環排出物を受け入れ、組織培養液および細胞の再循環排出物から細胞凝集体を分離し、残りの組織培養液および細胞をバイオリアクターに戻す細胞凝集体トラップを含む。   In a first aspect, a perfusion bioreactor system is provided. The perfusion bioreactor system comprises (1) a bioreactor designed to contain a tissue culture medium and cells to be cultured; (2) accepts a tissue culture medium containing cells from the bioreactor and separates the cells from the tissue culture medium. A cell retention unit designed to supply tissue culture fluid and cell recycle, and to supply tissue culture fluid and cell recycle waste; and (3) accepts tissue culture fluid and cell recycle waste A cell aggregate trap that separates cell aggregates from tissue culture fluid and cell recycle effluent and returns the remaining tissue culture fluid and cells to the bioreactor.

他の態様において、細胞凝集体トラップを提供する。該細胞凝集体トラップは、降チャンバー; (2) 組織培養液および細胞の再循環排出物を受け入れるよう設計したトラップの入口; (3) 細胞を含む組織培養液の再循環排出物を少なくともいくらかバイオリアクターに戻すように設計したサイドフローチャンバー; および (4) 細胞凝集体を排出するように設計した降チャンバーに連結した廃棄トラップ出口を含む。 In other embodiments, a cell aggregate trap is provided. The cell aggregates trap sedimentation chamber; at least some recycle effluent (3) tissue culture fluid containing cells; (2) tissue culture fluid and the inlet of the recycle effluent Accept trap designed so that the cells including waste trap outlet coupled to sedimentation chamber was designed to discharge and (4) cell aggregates; side flow chamber was designed to return to the bioreactor.

他のシステム態様において、灌流バイオリアクターシステムを提供する。該灌流バイオリアクターシステムは、 (1) 組織培養液と培養する細胞を含むよう設計したバイオリアクター; (2) 細胞を組織培養液から分離し、回収物を供給するように設計した細胞保持ユニット; および(3) 組織培養液および細胞から細胞凝集体を分離し、比較的細胞凝集体の量が少なくなった排出物を供給するよう設計した細胞凝集体トラップを含む。   In another system embodiment, a perfusion bioreactor system is provided. The perfusion bioreactor system comprises: (1) a bioreactor designed to contain tissue culture medium and cells to be cultured; (2) a cell holding unit designed to separate the cells from the tissue culture medium and supply the harvest; And (3) a cell aggregate trap designed to separate cell aggregates from tissue culture fluid and cells and to provide effluent with relatively low amounts of cell aggregates.

方法の態様において、灌流バイオリアクターシステムの操作方法を提供する。該方法は、(1) 細胞を含む組織培養液を、バイオリアクターから細胞保持ユニットに供給し、(2) 細胞保持ユニット中で、組織培養液から細胞を分離し、組織培養液と細胞の回収物および組織培養液と細胞の再循環排出物を供給し; (3) 細胞凝集体トラップ中で、組織培養液と細胞の再循環排出物から細胞凝集体を分離することを含む。組織培養液および細胞は、細胞凝集体が比較的少なくなった状態で、バイオリアクターに戻してよい。   In a method aspect, a method of operating a perfusion bioreactor system is provided. The method includes (1) supplying a tissue culture solution containing cells from a bioreactor to a cell holding unit, (2) separating the cells from the tissue culture solution in the cell holding unit, and collecting the tissue culture solution and the cells. And recirculating the cell culture and cell recycle effluent; (3) separating cell aggregates from the tissue culture medium and cell recirculation effluent in a cell aggregate trap. Tissue culture medium and cells may be returned to the bioreactor with relatively few cell aggregates.

他の方法の態様において、灌流バイオリアクターシステムの操作方法を提供する。該方法は、(1)バイオリアクターから組織細胞液および細胞のフローを供給し; (2) 細胞保持ユニット中で組織培養液から細胞を分離して回収物を供給し; (3) 細胞凝集体トラップ中で、細胞凝集体を組織培養液および細胞から分離し、比較的細胞凝集体の量が減少した組織培養液を産生することを含む。組織培養液および細胞は、細胞凝集体の量が比較的少なくなった状態で、バイオリアクターに戻してよい。   In another method aspect, a method of operating a perfusion bioreactor system is provided. The method comprises (1) supplying tissue cell fluid and cell flow from a bioreactor; (2) separating cells from tissue culture fluid in a cell holding unit and supplying a recovery; (3) cell aggregates Separating the cell aggregates from the tissue culture medium and cells in the trap, producing a tissue culture medium with a relatively reduced amount of cell aggregates. Tissue culture medium and cells may be returned to the bioreactor with relatively low amounts of cell aggregates.

本発明のこれらの特徴および他の特徴を本明細書中に記載する。   These and other features of the invention are described herein.

以下の図は例示を目的とするものに過ぎないことは、当業者には理解されることである。かかる図は、本発明の範囲をいかなる点においても限定することを意図するものではない。   It will be appreciated by those skilled in the art that the following figures are for illustrative purposes only. Such figures are not intended to limit the scope of the invention in any way.

本態様による細胞凝集体トラップを含む灌流バイオリアクターシステムの一態様のブロック図を示す。FIG. 4 shows a block diagram of one embodiment of a perfusion bioreactor system including a cell aggregate trap according to this embodiment. 本態様による細胞凝集体トラップの断面の側面図を示す。FIG. 2 shows a side view of a cross section of a cell aggregate trap according to this embodiment. 図2Aの、2B−2Bの断面線に沿った、細胞凝集体トラップの上向きの断面の端面図を示す。FIG. 2B shows an end view of the upward cross section of the cell aggregate trap along the 2B-2B cross sectional line of FIG. 2A. 本態様による灌流バイオリアクターシステムの操作方法を表すフローチャートを示す。2 shows a flowchart representing a method of operating a perfusion bioreactor system according to this embodiment. 本態様による灌流バイオリアクターシステムの他の操作方法を表す他のフローチャートを示す。Fig. 6 shows another flow chart representing another method of operation of a perfusion bioreactor system according to this embodiment.

細胞(動物、植物または微生物細胞を含む)の培養は、生物学的に有効な物質および薬学的に有効な生成物を産生するために使用し得る。しかし、特定の細胞培養において、細胞は、ある程度まで、お互いに接着して、比較的大きな細胞凝集物、細胞凝集塊または凝集体を形成し得る(本明細書中では、以降「細胞凝集体」とよぶ)。該細胞凝集体が存在する場合、灌流バイオリアクタープロセスにおいて、特定のプロセスの問題を引き起こし得る。具体的には、細胞凝集体が存在することにより、バイオリアクター中の細胞密度が、比較的不安定になり得る;すなわち、所望の細胞密度の設定範囲内に適切に維持、保持または調節するのが困難になる。細胞凝集体が存在すると、細胞濃度を正確に測定することも困難である。結果として、TCFおよび細胞を、慣用的な灌流バイオリアクターシステムの廃棄ポンプを定期的に操作することにより時々廃棄することが必要となる。さらに、廃棄したTCFおよび細胞の量を測定することも困難である。この廃棄により、所望の生成物を含む価値のあるTCFもまた廃棄されていることは当然のことである。さらに、バイオリアクター培養中の細胞、特に動物細胞または植物細胞は、一般的に、機械的な剪断力を受けることに対して非常に感受性が高い。したがって、廃棄する物質の量を最小化することだけでなく、細胞の、損傷を与える可能性のある剪断力に対する暴露を最小化することも望ましい。さらに、バイオリアクター中の細胞濃度を正確に調節することができることも望ましい。   Culture of cells (including animal, plant or microbial cells) can be used to produce biologically effective substances and pharmaceutically effective products. However, in certain cell cultures, cells can adhere to each other to some extent to form relatively large cell aggregates, cell aggregates or aggregates (hereinafter “cell aggregates”). Called). The presence of cell aggregates can cause certain process problems in the perfusion bioreactor process. Specifically, the presence of cell aggregates can cause the cell density in the bioreactor to be relatively unstable; that is, properly maintain, maintain or regulate within a desired range of cell density settings. Becomes difficult. In the presence of cell aggregates, it is also difficult to accurately measure the cell concentration. As a result, it is necessary to dispose of TCF and cells from time to time by regularly operating the waste pump of a conventional perfusion bioreactor system. Furthermore, it is also difficult to measure the amount of discarded TCF and cells. Of course, this discard also discards valuable TCF containing the desired product. Furthermore, cells in bioreactor culture, in particular animal cells or plant cells, are generally very sensitive to being subjected to mechanical shear forces. Thus, it is desirable not only to minimize the amount of material to be discarded, but also to minimize the exposure of cells to damaging shear forces. It is also desirable to be able to accurately adjust the cell concentration in the bioreactor.

したがって、本発明の態様によれば、改善した灌流バイオリアクターシステムが提供される。該改善灌流バイオリアクターシステムは、細胞保持ユニットと併せて操作するように、提供され、設計され、および/または調整された細胞凝集体トラップを含む。該細胞凝集体トラップは、機能的には、降に基づいており、ここで、細胞凝集体は、沈降し、再循環流動から取り除き得る。細胞凝集体トラップを、灌流バイオリアクター中で細胞保持ユニットと併せて使用することによって、比較的大部分の細胞をバイオリアクターに戻し、灌流プロセスに有害であり得る細胞凝集体は、取り除き、廃棄し得る。 Thus, according to aspects of the present invention, an improved perfusion bioreactor system is provided. The improved perfusion bioreactor system includes a cell aggregate trap that is provided, designed and / or tuned to operate in conjunction with a cell retention unit. The cell aggregates trap is functionally is based on sedimentation, wherein the cell aggregates are precipitated, it may remove from the recycle flow. By using a cell aggregate trap in conjunction with a cell retention unit in a perfusion bioreactor, a relatively large majority of cells are returned to the bioreactor, and cell aggregates that may be detrimental to the perfusion process are removed and discarded. obtain.

他の態様によれば、該灌流バイオリアクターシステムは、バイオリアクター、バイオリアクターに連結した細胞保持ユニットであり、バイオリアクターからTCFおよび細胞を受け入れ、TCFから細胞を分離し、回収物を得られるように設計した細胞保持ユニット、細胞保持ユニットからTCFおよび細胞の再循環排出物を受け入れ、TCFおよび細胞から細胞凝集体を分離し、残りのTCFおよび細胞をバイオリアクターに戻すように設計した細胞凝集体トラップを含む。   According to another aspect, the perfusion bioreactor system is a bioreactor, a cell holding unit connected to the bioreactor, accepting TCF and cells from the bioreactor, separating cells from TCF, and obtaining a recovered material. Cell retention units designed to accept TCF and cell recycle effluent from the cell retention units, separate cell aggregates from TCF and cells, and return the remaining TCF and cells to the bioreactor Includes traps.

他の態様において、灌流バイオリアクターシステムの操作方法を提供する。該方法は、TCFおよび細胞を供給し、細胞凝集体トラップ中にTCFおよび細胞を受け入れ、該細胞凝集体トラップ中で細胞凝集体をTCFおよび細胞から分離することを含む。残りのTCFおよび細胞を、細胞凝集体の量が比較的少なくなった状態で、バイオリアクターに戻してよい。   In another aspect, a method of operating a perfusion bioreactor system is provided. The method includes providing TCF and cells, receiving TCF and cells in a cell aggregate trap, and separating the cell aggregates from TCF and cells in the cell aggregate trap. The remaining TCF and cells may be returned to the bioreactor with relatively low amounts of cell aggregates.

他の態様において、灌流バイオリアクターシステムの操作方法を提供する。該方法は、細胞を含むTCFをバイオリアクターから細胞保持ユニットに供給し、TCFから細胞を分離して回収物を供給し、残りの再循環TCFおよび細胞を細胞凝集体トラップに受け入れ、該細胞凝集体トラップ中で細胞凝集体をTCFおよび細胞から分離することを含む。残りのTCFおよび細胞は、細胞凝集体の量が比較的少なくなった状態でバイオリアクターに戻してよい。本明細書中に記載の方法、灌流バイオリアクターシステムおよび細胞凝集体トラップは、凝固因子産生および/または生物学的な薬剤または因子を製造するための他の適当な方法に適用し得る。   In another aspect, a method of operating a perfusion bioreactor system is provided. The method feeds TCF containing cells from a bioreactor to a cell retention unit, separates the cells from TCF and feeds them, receives the remaining recirculated TCF and cells in a cell aggregate trap, and Separating cell aggregates from TCF and cells in a collection trap. The remaining TCF and cells may be returned to the bioreactor with a relatively low amount of cell aggregates. The methods, perfusion bioreactor systems and cell aggregate traps described herein may be applied to clotting factor production and / or other suitable methods for producing biological agents or factors.

細胞凝集体トラップを含む灌流バイオリアクターシステム、細胞凝集体トラップおよび灌流バイオリアクターシステムの操作方法のこれらの態様および他の態様は、以下の図1〜4に記載する。図1は、灌流バイオリアクターシステム(100)の一態様のブロック図を示す。該灌流バイオリアクターシステム(100)は、バイオリアクターの入口(104)およびバイオリアクターの出口(106)を含むバイオリアクター(102)を含む。該バイオリアクター(102)は、組織培養液(TCF)(108)および培養する細胞(109)を維持するように設計した培養チャンバー(105)を含む。該灌流バイオリアクターシステム(100)は、凝固因子のような生物製剤の産生に使用し得る。例えば、該灌流バイオリアクターシステム(100)および該方法は、第VII因子、第VIII因子または第IX因子のような凝固因子または他の適当な因子または物質の製造に使用し得る。   These and other aspects of the perfusion bioreactor system including the cell aggregate trap, the cell aggregate trap and the method of operation of the perfusion bioreactor system are described in FIGS. 1-4 below. FIG. 1 shows a block diagram of one embodiment of a perfusion bioreactor system (100). The perfusion bioreactor system (100) includes a bioreactor (102) that includes a bioreactor inlet (104) and a bioreactor outlet (106). The bioreactor (102) includes a culture chamber (105) designed to maintain tissue culture fluid (TCF) (108) and cells to be cultured (109). The perfusion bioreactor system (100) can be used for the production of biologics such as clotting factors. For example, the perfusion bioreactor system (100) and the method may be used for the production of a coagulation factor or other suitable factor or substance, such as Factor VII, Factor VIII or Factor IX.

第VIII因子の製造方法の例は、米国特許第6,338,964号、表題「Process and Medium For Mammalian Cell Culture Under Low Dissolved Carbon Dioxide Concentration」に記載されており、その記載内容は全体が参照により本明細書中に包含される。例えば、細胞培養プロセスは、高濃度の錯化剤と、添加したNaHCO濃度が低い緩衝剤とを含むTCF中で細胞を培養することを含み得る。該細胞培養プロセスは、培養チャンバー、例えば図1の培養チャンバー(105)中で行ってよく、該培養チャンバーは、いくつかの態様において、撹拌インペラーを含む撹拌型発酵槽であってよい。該発酵槽は、酸素化システムとして、培養チャンバーの底にマイクロスパージャー(microsparger)を備えているか、または膜を備えていてよい。該TCFは、他の補助剤、例えば鉄、Pluronic F-68またはインスリンを補充した、JRH (Lenexa, Kansas)またはLife Technologies (Grand Island, N.Y.)により製造されている、市販のDMEM/F12処方に基づいた培地組成物であってよく、本質的に他の蛋白質を含まないでいてよい。錯化剤であるヒスチジン(his) およびイミノ二酢酸(IDA) を使用してよく、有機緩衝剤、例えばMOPS (3-[N-モルホリノ]プロパンスルホン酸)、TES (N-トリス[ヒドロキシメチル]メチル-2-アミノエタンスルホン酸)、BES (N,N-ビス[2-ヒドロキシエチル]-2-アミノエタンスルホン酸)およびTRIZMA (トリス[ヒドロキシメチル]アミノエタン)を使用してもよく; これらは全て、例えば、Sigma (Sigma, St. Louis, Mo.)より入手し得る。いくつかの態様において、TCFは、既知の濃度のこれらの錯化剤および有機緩衝剤を、個々にもしくは組み合わせて補充してもよい。該TCFは、鉄キレート剤として、EDTAを、例えば50μMで含んでいてもよい。他の組成物、製剤、補助剤、錯化剤および/または緩衝剤を使用してもよい。 An example of a method for producing Factor VIII is described in US Pat. No. 6,338,964, entitled “Process and Medium for Mammalian Cell Culture Under Low Dissolved Carbon Dioxide Concentration”, the entire contents of which are incorporated herein by reference. Is included. For example, the cell culture process can include culturing the cells in TCF with a high concentration of complexing agent and a buffer with a low concentration of added NaHCO 3 . The cell culture process may be performed in a culture chamber, such as the culture chamber (105) of FIG. 1, which in some embodiments may be an agitated fermentor that includes an agitated impeller. The fermentor may be equipped with a microsparger at the bottom of the culture chamber or as a membrane as an oxygenation system. The TCF is a commercial DMEM / F12 formulation manufactured by JRH (Lenexa, Kansas) or Life Technologies (Grand Island, NY) supplemented with other adjuvants such as iron, Pluronic F-68 or insulin. Based media composition and essentially free of other proteins. The complexing agents histidine (his) and iminodiacetic acid (IDA) may be used, organic buffers such as MOPS (3- [N-morpholino] propanesulfonic acid), TES (N-tris [hydroxymethyl] Methyl-2-aminoethanesulfonic acid), BES (N, N-bis [2-hydroxyethyl] -2-aminoethanesulfonic acid) and TRIZMA (tris [hydroxymethyl] aminoethane) may be used; All are available, for example, from Sigma (Sigma, St. Louis, Mo.). In some embodiments, the TCF may be supplemented with known concentrations of these complexing agents and organic buffers, either individually or in combination. The TCF may contain EDTA as an iron chelator, for example at 50 μM. Other compositions, formulations, adjuvants, complexing agents and / or buffers may be used.

細胞培養は、細胞を以前に増殖していた培養物中から播種することにより始めてよい。典型的なバイオリアクターパラメーターは、安定な条件、例えば約35℃〜37℃の温度、約6.8〜7.0のpH、空気飽和の約30%〜70%の溶存酸素(DO)、約30rpm〜80rpmの撹拌速度、およびほぼ一定の液体体積といった条件下に、(例えば自動的に)維持し得る。他のバイオリアクターパラメーターを用いてもよい。DOおよびpHは、市販されているプローブを用いてオンラインで測定し得る。バイオリアクタープロセスは、バッチモードで約1〜2日間、最初に細胞濃度を倍加させて始めてよい。この後、TCFが連続的にバイオリアクターにポンプで送り込まれ、細胞(および細胞凝集体を含んでいてよい)を含んでいるTCFがポンプで排出される、灌流段階が起こり得る。TCFの流速は、調節されており、細胞濃度に比例して増加し得る。細胞濃度が、バイオリアクター中で標的とする高いレベル(例えば約10X10個/ml〜20x10個/mL)に達し、この濃度で調節し得る場合、定常状態または安定した灌流プロセスを達成し得る。この点において、流速は一定に維持し得る。細胞密度は、灌流バイオリアクターシステム中で、4,000,000〜40,000,000個/mLであってよい。他の生物製剤、凝固因子、細胞濃度または細胞密度等も使用し得る。 Cell culture may be initiated by seeding the cells from a previously grown culture. Typical bioreactor parameters include stable conditions such as temperatures of about 35 ° C. to 37 ° C., pH of about 6.8 to 7.0, dissolved oxygen (DO) of about 30% to 70% of air saturation, about It can be maintained (e.g. automatically) under conditions such as a stirring speed of 30 rpm to 80 rpm and a substantially constant liquid volume. Other bioreactor parameters may be used. DO and pH can be measured online using commercially available probes. The bioreactor process may begin with an initial doubling of cell concentration for about 1-2 days in batch mode. This can be followed by a perfusion phase where TCF is continuously pumped into the bioreactor and TCF containing cells (and may contain cell aggregates) is pumped out. The TCF flow rate is regulated and can increase in proportion to cell concentration. The cell concentration reached a high level to target in the bioreactor (e.g., about 10 × 10 6 cells / ml~20x10 6 cells / mL), when that may be adjusted with this concentration can achieve a steady state or stable perfusion process . In this respect, the flow rate can be kept constant. The cell density may be 4,000,000 to 40,000,000 cells / mL in the perfusion bioreactor system. Other biologics, clotting factors, cell concentrations or cell densities, etc. can also be used.

図1に関して、細胞(109)は、真核細胞または原核細胞、例えば動物、植物もしくは微生物細胞であってよい。例えば、細胞(109)は、ベビーハムスター腎臓細胞(BHK細胞)、腎臓細胞とB細胞のハイブリッド(HKB細胞)またはヒト胎児由来腎臓細胞 (HEK細胞−HEK293または293細胞ともよばれる)等であってよい。該TCF(109)は、TCFの入口(105A)または灌流バイオリアクターシステム(100)の他の場所を介して培養チャンバー(105)に導入し得る。TCF(108)中の細胞(109)は、その性質および処理により、時々、拡大図で示されるような細胞凝集体(109A)を形成し得る。本明細書中で、「細胞凝集体」という語は、細胞凝塊物、細胞凝集塊または、お互いに連結し、接着して細胞の群を形成している細胞の凝集体をさす。本発明の1以上の態様を用いて取り除き得る「細胞凝集体」は、約10個以上の細胞、約20個以上の細胞、または約40個以上の細胞であり得る。本発明の1以上の態様により、細胞凝集体は、細胞約10〜約50,000個、または約40個〜約300個の範囲で取り除き得る。より一般的には、本発明の様々な態様の1つ以上を用いて取り除き得る細胞凝集体(109A)は、該凝集物中の内部の細胞の少なくともいくらかが、灌流プロセスの間に、十分な酸素および/または栄養がないことから死ぬ傾向があるような大きさおよび形状の細胞凝集物を含む。一般的に、細胞凝集体はきわめて大きい。例えば、(細胞凝集体の幅が)最小で、約60ミクロン以上、または約100ミクロン以上の大きさの細胞凝集体(109A)は、本発明の様々な態様を用いることにより分離し、取り除き得る。本発明の一以上の態様は、約60ミクロン〜約3000ミクロン、または約100ミクロン〜約500ミクロンの範囲の最小寸法を有する細胞凝集体を取り除き得る。それより小さい凝集体をさらに、もしくは代替法として分離し取り除いてよい。バイオリアクター(102)中に細胞凝集体(109A)が存在することは、通常望ましいことではなく、本発明の灌流バイオリアクターシステム(100)および方法(300、400)は、少なくともいくらかの、および多くの場合においては、ほとんどの細胞凝集体(109A)をそこから取り除き得る。図示した灌流バイオリアクターシステム(100)は、バイオリアクター(102)に流体連結した、第一細胞濃度 (C1)にて細胞(109)を含む、TCF(108)(細胞凝集体(109)を含んでいてもよい)をバイオリアクター(102)から受け入れるように設計された、細胞保持ユニット(110)を含む。第一細胞濃度 (C1) は例えば、細胞数約4 x 106個/mL〜約40 x 106個/mLの範囲であり得る。他の範囲の細胞濃度を用いてもよい。示す態様中において、第一濃度 (C1)にて、細胞(109)を含むTCF (108)は、バイオリアクターの出口(106)から排出され、第一導管(113)を通って細胞保持ユニットの入口(112)で受け入れられる。該導管(113)は、バイオリアクターの出口(106)から排出された細胞(109)を含むTCF(108)の冷却に機能する任意の熱交換器と連結していてよい。該細胞保持ユニット(110)は、TCF(108)からほとんどの細胞(109)を分離し、第一の保持ユニットの出口(114)にて第二の細胞濃度(C2)のごく少量の細胞(109)のみを含むTCF(108)の回収物を供給するように設計されており、操作可能であり、そのためそのように機能する。したがって、第二細胞濃度は、第一細胞濃度(C1)より低い、すなわち、C2<C1であり、具体的には、C2<<C1である)。第二細胞濃度(C2)は、例えば、細胞数約0.1 x 106個/mL〜約2 x 106個/mLの範囲であり得る。他の細胞濃度を用いてもよい。所謂回収物は、第一細胞保持ユニットの出口(114)から、例えば第二導管(115)に連結した回収ポンプ(117)のポンピング作用により第二導管(115)を通る。該回収物は、さらに、下流の単離および精製プロセス(118)にて、単離および/または精製され得る。これらの付加的な単離および精製プロセス(118)は、連続的式またはバッチ式で行い得る。例えば、これらの下流の単離および精製プロセス(118)は、米国特許公開番号第2008/0269468号、表題「Devices And Methods For Integrated Continuous Manufacturing Of Biological Molecules」に記載の通りに実行でき、その開示内容は参照によりその全体が本明細書中に包含される。例えば、バッチモードでは、典型的に1〜4日以上で、一定の体積の回収物が集まると、1以上の回収容器を無菌の発酵容器から連絡切断し、該回収物質を1つのバッチとしてよい。次の工程は、細胞、細片、小片を取り除くことである。産業的な規模では、これは、遠心分離およびそれに次ぐデッドエンド膜濾過または、デッドエンド深層濾過およびそれに次ぐデッドエンド膜濾過により行い得る。タンジェント流(または「クロスフロー」)精密濾過または他の任意の適当な濾過技術のような他の技術も使用し得る。任意の場合において、小片除去プロセスの生成物は、浄化組織培養液(cTCF)のバッチである。このcTCFは、任意の適当な方法、例えばクロスフロー限外濾過または充填層クロマトグラフィーにより精製(濃縮)し得る。 With reference to FIG. 1, cell (109) may be a eukaryotic cell or a prokaryotic cell, such as an animal, plant or microbial cell. For example, the cell (109) may be a baby hamster kidney cell (BHK cell), a hybrid of kidney cell and B cell (HKB cell), or a human fetal kidney cell (also referred to as HEK cell-HEK293 or 293 cell). . The TCF (109) may be introduced into the culture chamber (105) via the TCF inlet (105A) or elsewhere in the perfusion bioreactor system (100). Cells (109) in TCF (108) can sometimes form cell aggregates (109A) as shown in the enlarged view, depending on their nature and treatment. As used herein, the term “cell aggregate” refers to a cell aggregate, a cell aggregate, or an aggregate of cells that are linked together and adhere to form a group of cells. A “cell aggregate” that can be removed using one or more aspects of the present invention can be about 10 or more cells, about 20 or more cells, or about 40 or more cells. According to one or more aspects of the present invention, cell aggregates can be removed in the range of about 10 to about 50,000 cells, or about 40 to about 300 cells. More generally, cell aggregates (109A) that can be removed using one or more of the various aspects of the invention are such that at least some of the internal cells in the aggregates are sufficient during the perfusion process. Includes cell aggregates of a size and shape that tend to die from lack of oxygen and / or nutrients. In general, cell aggregates are very large. For example, cell aggregates (109A) with a minimum (cell aggregate width) of about 60 microns or larger, or about 100 microns or larger in size (109A) can be separated and removed by using various embodiments of the present invention. . One or more aspects of the present invention may remove cell aggregates having a minimum dimension ranging from about 60 microns to about 3000 microns, or from about 100 microns to about 500 microns. Smaller agglomerates may be further separated or removed as an alternative. The presence of cell aggregates (109A) in the bioreactor (102) is usually not desirable, and the perfusion bioreactor system (100) and method (300, 400) of the present invention has at least some and many In this case, most cell aggregates (109A) can be removed therefrom. The illustrated perfusion bioreactor system (100) includes cells (109) at a first cell concentration (C1) in fluid communication with the bioreactor (102), including TCF (108) (including cell aggregates (109). A cell holding unit (110) designed to receive from the bioreactor (102). The first cell concentration (C1) can range, for example, from about 4 × 10 6 cells / mL to about 40 × 10 6 cells / mL. Other ranges of cell concentrations may be used. In the embodiment shown, TCF (108) containing cells (109) at a first concentration (C1) is discharged from the outlet (106) of the bioreactor and passes through the first conduit (113) of the cell holding unit. Accepted at the entrance (112). The conduit (113) may be connected to any heat exchanger that functions to cool the TCF (108) containing cells (109) discharged from the bioreactor outlet (106). The cell holding unit (110) separates most of the cells (109) from the TCF (108) and at the outlet (114) of the first holding unit a very small amount of cells (second cell concentration (C2) ( It is designed to supply a TCF (108) recovery containing only 109) and is operable and therefore functions as such. Thus, the second cell concentration is lower than the first cell concentration (C1), ie C2 <C1, specifically C2 << C1). The second cell concentration (C2) can range, for example, from about 0.1 × 10 6 cells / mL to about 2 × 10 6 cells / mL. Other cell concentrations may be used. The so-called recovered material passes from the outlet (114) of the first cell holding unit through the second conduit (115) by the pumping action of the recovery pump (117) connected to the second conduit (115), for example. The harvest can be further isolated and / or purified in a downstream isolation and purification process (118). These additional isolation and purification processes (118) may be performed continuously or batchwise. For example, these downstream isolation and purification processes (118) can be performed as described in U.S. Patent Publication No. 2008/0269468, entitled `` Devices And Methods For Integrated Continuous Manufacturing Of Biological Molecules '', the disclosure of which Are hereby incorporated by reference in their entirety. For example, in batch mode, once a certain volume of collected material has been collected, typically in 1 to 4 days or more, one or more collection vessels may be disconnected from a sterile fermentation vessel and the collected material may be combined into one batch. . The next step is to remove cells, debris, and small pieces. On an industrial scale, this can be done by centrifugation and subsequent dead end membrane filtration or by dead end depth filtration followed by dead end membrane filtration. Other techniques such as tangent flow (or “cross flow”) microfiltration or any other suitable filtration technique may also be used. In any case, the product of the debris removal process is a batch of purified tissue culture fluid (cTCF). The cTCF can be purified (concentrated) by any suitable method, such as cross-flow ultrafiltration or packed bed chromatography.

連続的なモードにおいて、一定体積の回収物は、灌流バイオリアクターシステムと統合した、滅菌条件下で維持し得る連続的精製システムにより精製し得る。本明細書中では、「連続的」という用語は、長期間にわたって、時間、順番および/または操作が中断されないことをさす。例えば、細胞保持ユニット(110)は、最初の細胞保持および、浄化TCFの回収物(108)の生成を、第一の保持ユニットの出口(114)で行い得る。該単離および精製プロセス(118)は、第二導管(115)からの回収物の、適当な濾過システムによる、濾過(単離)をさらに含んでいてよく、いくつかの態様において、該濾過システムによるcTCFの供給は、約3ミクロン以下、0.45ミクロン以下または0.2ミクロン以下の最終濾過速度によって行われる。他の濾過速度を用いてもよい。   In continuous mode, a fixed volume of harvest can be purified by a continuous purification system that can be maintained under sterile conditions integrated with a perfusion bioreactor system. As used herein, the term “continuous” refers to an uninterrupted time, sequence and / or operation over an extended period of time. For example, the cell retention unit (110) may perform the initial cell retention and production of the recovered TCF recovery (108) at the outlet (114) of the first retention unit. The isolation and purification process (118) may further comprise filtering (isolating) the recovered material from the second conduit (115) through a suitable filtration system, and in some embodiments, the filtration system. CTCF is provided by a final filtration rate of about 3 microns or less, 0.45 microns or less, or 0.2 microns or less. Other filtration rates may be used.

濾過プロセスに次いで、例えば連続的な限外濾過分離プロセスを含む精製プロセスを行ってよい。いくつかの態様において、限外濾過は、流束対TMP曲線の圧力依存性領域において、対象分子の転移点より下の特定の比流量で行ってよく、ここで、かかる特定の比流量は、連続的限外濾過の間を通じて実質的に一定である。連続単離および精製プロセス(118)を用いることにより、比較的高い収量を達成することができる。いくつかの態様において、cTCFは、cTCFの体積流量(l/時間)とほとんど同等であるか、約0.1〜2倍の面積(m2)を有するか、cTCFの体積流量(l/時間)とほとんど同等であるか、約0.3〜1倍の面積(m2)を有する限外濾過膜を通る。他の膜面積を用いてもよい。 The filtration process may be followed by a purification process including, for example, a continuous ultrafiltration separation process. In some embodiments, ultrafiltration may be performed at a specific specific flow below the transition point of the molecule of interest in the pressure dependent region of the flux versus TMP curve, where the specific specific flow is It is substantially constant throughout the continuous ultrafiltration. By using a continuous isolation and purification process (118), relatively high yields can be achieved. In some embodiments, the cTCF is approximately equivalent to the volumetric flow rate (l / hour) of cTCF, has an area (m 2 ) that is about 0.1 to 2 times greater, or has a volumetric flow rate of cTCF (l / hour). ) Or an ultrafiltration membrane having an area (m 2 ) of about 0.3 to 1 times. Other membrane areas may be used.

細胞保持ユニット(110)中の分離の後、TCF(108)および比較的高い濃度の細胞(109)の再循環排出物は、第二の保持ユニットの出口(119)にて、第三の細胞濃度(C3)に得られる。かかる第三の細胞濃度(C3)は、一般的に、第一濃度(C1)よりも比較的高く、すなわち、C3>C1であり、これは、少量の細胞(109)の損失が回収液で見られるにもかかわらず、第一の保持ユニットの出口(114)にて抽出されるTCF(108)の体積がより大きいためである。第三細胞濃度(C3)は、例えば、細胞数約6 x 106個/mL〜約60 x 106個/mLの範囲であり得る。他の範囲の細胞濃度を用いてもよい。細胞保持ユニット(110)は、任意の公知の細胞分離技術、例えばディスクフィルター、スピンフィルター、フラットシートフィルター、微孔性中空繊維フィルター、クロスフローフィルター、ボルテックスフローフィルター、連続遠心分離、遠心性バイオリアクター、重力型セトラー、超音波デバイスおよび液体サイクロン等に基づいていてよい。中に入る第一細胞濃度(C1)を、外に出る細胞濃度(C2およびC3)に分けるよう設計され、操作可能であるため、そのように機能する、任意の適当なタイプの細胞保持ユニット(110)を使用し得る。 After separation in the cell holding unit (110), the recirculated effluent of TCF (108) and a relatively high concentration of cells (109) is transferred to the third cell at the outlet (119) of the second holding unit. Obtained in concentration (C3). Such a third cell concentration (C3) is generally relatively higher than the first concentration (C1), ie C3> C1, which means that a small amount of cells (109) are lost in the recovery solution. Despite being seen, the volume of TCF (108) extracted at the outlet (114) of the first holding unit is larger. The third cell concentration (C3) can range, for example, from about 6 × 10 6 cells / mL to about 60 × 10 6 cells / mL. Other ranges of cell concentrations may be used. The cell retention unit (110) can be any known cell separation technique such as a disk filter, spin filter, flat sheet filter, microporous hollow fiber filter, crossflow filter, vortex flow filter, continuous centrifugation, centrifugal bioreactor. May be based on gravity settlers, ultrasonic devices, hydrocyclones, and the like. Any suitable type of cell retention unit that functions as it is designed and operable to divide the concentration of the first cell entering (C1) into the concentration of cells exiting (C2 and C3). 110) can be used.

本明細書中に記載の態様において、灌流バイオリアクターシステム(100)は、細胞凝集体トラップ(120)を含む。該細胞凝集体トラップ(120)は、トラップの入り口(121)において、細胞保持ユニット(110)から、TCF(108)および細胞(109)の再循環排出物を第三の細胞濃度(C3)にて受け入れるように設計されていて操作可能であり、そのため、そのように機能する。細胞保持ユニット(110)は、第三導管(122)により、細胞凝集体トラップ(120)に流体連結されていてよい。いくつかの態様において、細胞保持ユニット(110)および細胞凝集体トラップ(120)の機能を1つのユニットに統合し得る。したがって、かかる態様においては、導管(122)は削除されていてよく、細胞保持ユニット(110)の排出物が、トラップの入口(121)に直接受け入れられてよい。   In the embodiments described herein, the perfusion bioreactor system (100) includes a cell aggregate trap (120). The cell aggregate trap (120) is configured to bring the recirculated effluent of TCF (108) and cells (109) from the cell retention unit (110) to a third cell concentration (C3) at the trap inlet (121). It is designed to accept and operate, and therefore functions as such. The cell holding unit (110) may be fluidly connected to the cell aggregate trap (120) by a third conduit (122). In some embodiments, the functions of the cell retention unit (110) and the cell aggregate trap (120) may be integrated into one unit. Thus, in such an embodiment, the conduit (122) may be omitted and the effluent of the cell holding unit (110) may be received directly into the trap inlet (121).

細胞凝集体トラップ(120)は、細胞凝集体(109A)を、細胞凝集体トラップ(120)にて受け入れた、第三細胞濃度(C3)のTCF(108)および細胞(109)の再循環排出物から分離する際に機能する。実施の一において、細胞凝集体(109A)の分離は連続的に行う;すなわち、操作の間、細胞保持ユニット(110)からのフローは連続的である。一般的に、フローストリーム中に存在している場合、細胞凝集体(109A)の少なくともいくらか、一般的にはかなり高い割合(%)は、細胞凝集体トラップ(120)により取り除かれ、第四細胞濃度(C4)の、残存するTCF(108)および細胞(109)はバイオリアクター(102)の入口(104)に戻される。第四細胞濃度 (C4)は例えば、細胞数約5 x 106個/mL〜約50 x 106個/mLの範囲であり得る。他の範囲の細胞濃度を用いてもよい。いくつかの態様において、該灌流バイオリアクターシステム(100)および細胞凝集体トラップ(120)を含む方法は、細胞凝集体の約20%〜約80%を取り除くことができるが、他の割合(%)でも細胞凝集体を取り除き得る。 The cell aggregate trap (120) received the cell aggregate (109A) in the cell aggregate trap (120), the TCF (108) at the third cell concentration (C3), and the recirculating excretion of the cells (109). It works when separating from things. In one implementation, separation of cell aggregates (109A) is continuous; that is, during operation, the flow from the cell holding unit (110) is continuous. Generally, if present in the flow stream, at least some of the cell aggregates (109A), typically a fairly high percentage (%), are removed by the cell aggregate trap (120), and the fourth cell Residual TCF (108) and cells (109) at a concentration (C4) are returned to the inlet (104) of the bioreactor (102). The fourth cell concentration (C4) can range, for example, from about 5 × 10 6 cells / mL to about 50 × 10 6 cells / mL. Other ranges of cell concentrations may be used. In some embodiments, the method comprising the perfusion bioreactor system (100) and the cell aggregate trap (120) can remove about 20% to about 80% of the cell aggregates, but other percentages (% ) But can also remove cell aggregates.

TCF(108)および細胞(109)は、該トラップの出口(123)から出、第四導管(124)を通って、バイオリアクターの入り口(104)に入り得る。1つ以上の再循環ポンプ(125)が備えられていてよく、TCF(108)および細胞(109)のフローが起こるように操作されてよい。かかる1つ以上の再循環ポンプ(125)は、任意の都合のよい位置、例えば導管113、122もしくは124、または他の適当な位置であってよい。本明細書中に記載の態様において、ポンプ(125)は、第四導管(124)に連結している。   TCF (108) and cells (109) may exit the trap outlet (123) and enter the bioreactor inlet (104) through the fourth conduit (124). One or more recirculation pumps (125) may be provided and may be manipulated to cause TCF (108) and cell (109) flow. Such one or more recirculation pumps (125) may be in any convenient location, such as conduit 113, 122 or 124, or other suitable location. In the embodiments described herein, the pump (125) is connected to the fourth conduit (124).

さらに、該細胞凝集体トラップ(120)は、少量のTCF(108)およびいくらかの細胞凝集体(109A)が細胞凝集体トラップ(120)から取り除かれることを可能にするように設定され、操作可能であり、したがってそのように機能する任意の適当なトラップ廃棄口(126)を含んでいてよい。第五細胞濃度(C5)は、該トラップ廃棄口(126)にて得られる。第五細胞濃度(C5)は、例えば、細胞数約12 x 106個/mL〜約90 x 106個/mLの範囲であってよい。他の範囲の細胞濃度を用いてよい。いくつかの細胞凝集体(109A)が細胞凝集体トラップ(120)によりプロセスフローストリームより取り除かれるため、細胞濃度(C4)は、一般的に細胞濃度(C3)より低い、すなわちC4<C3である。細胞凝集体(109A)および少量のTCF(109)は、トラップ廃棄口(126)より流れ、廃棄され得る。廃棄ポンプ(127)を、連続的にまたは周期的に操作して、細胞凝集体(109A)および少量のTCF(108)を、廃棄導管(128)を通して、廃棄容器、例えばフレキシブルバッグ、または他の型の廃棄容器に流してよい。 In addition, the cell aggregate trap (120) is configured and operable to allow small amounts of TCF (108) and some cell aggregate (109A) to be removed from the cell aggregate trap (120). And therefore may include any suitable trap waste port (126) that functions as such. The fifth cell concentration (C5) is obtained at the trap waste port (126). The fifth cell concentration (C5) may range, for example, from about 12 × 10 6 cells / mL to about 90 × 10 6 cells / mL. Other ranges of cell concentrations may be used. Because some cell aggregates (109A) are removed from the process flow stream by the cell aggregate trap (120), the cell concentration (C4) is generally lower than the cell concentration (C3), ie C4 <C3 . Cell aggregates (109A) and a small amount of TCF (109) flow from the trap waste port (126) and can be discarded. The waste pump (127) is operated continuously or periodically to allow cell aggregates (109A) and a small amount of TCF (108) to pass through the waste conduit (128) to a waste container, such as a flexible bag, or other May be poured into a mold waste container.

細胞凝集体トラップ(120)の構造および操作を、以降、図2Aおよび2Bについて記載する。細胞凝集体トラップ(120)は、強固な素材、例えばステンレススチール、ガラスまたはプラスチックでできていてよい、トラップ体(130)を含む。他の素材を用いてもよい。該TCF(108)および細胞(109)(細胞凝集体(109A)をいくらか含んでいてもよい)を、トラップ入り口(121)にて、例えばトラップ体の一番上で受け入れる。示すように、TCF(108)および細胞(109)ならびに場合により、細胞凝集体(109A)は、操作の間、トラップ入り口(121)のすぐ隣の位置に形成され得る拡張ゾーン(132)および該細胞凝集体トラップ(120)の降チャンバーに直接流れ込んでよい。該拡張ゾーン(132)は、降チャンバー(134)の横断面積が、該降チャンバー(134)の長さに沿って徐々に上昇する、斜めのまたは曲面の壁面からなっていてよい。本明細書中に示す態様において、拡張ゾーン(132)は、円錐台状領域として示される。しかし、トラップの入り口(121)の横断領域から、降チャンバー(134)の横断面領域への一般的に滑らかな移行の任意のものを用いてよい。一般的に、入り口(121)からの面積の増加の移行率は、細胞(109)の受ける、剪断力を最小化するために、約8.4cm2/cmより小さくてよく、いくつかの態様では、約4.2cm2/cmより小さくてよい。他の移行率を用いてもよい。しかし、いくつかの態様においては、拡張ゾーン(132)は存在しなくてもよい。 The structure and operation of the cell aggregate trap (120) is described below for FIGS. 2A and 2B. The cell aggregate trap (120) includes a trap body (130), which may be made of a rigid material such as stainless steel, glass or plastic. Other materials may be used. The TCF (108) and cells (109) (which may contain some cell aggregates (109A)) are received at the trap inlet (121), for example at the top of the trap body. As shown, TCF (108) and cells (109) and optionally cell aggregates (109A) can be formed during the operation at an expansion zone (132) that can be formed immediately adjacent to the trap inlet (121) and the it may flow into directly sedimentation chamber of the cell aggregates trap (120). The expansion zone (132), the cross-sectional area of the sedimentation chamber (134) is gradually increased along the length of the sedimentation chamber (134) may consist wall oblique or curved. In the embodiment shown herein, the expansion zone (132) is shown as a frustoconical region. However, the transverse area of the trap entrance (121), may be used any of generally smooth transition to cross-sectional area of the sedimentation chamber (134). In general, the rate of transition of the area increase from the inlet (121) may be less than about 8.4 cm 2 / cm to minimize the shear forces experienced by the cells (109), and in some embodiments May be less than about 4.2 cm 2 / cm. Other transition rates may be used. However, in some embodiments, the expansion zone (132) may not exist.

細胞凝集体トラップ(120)は、サイドフローチャンバー(136)を含んでいてよい。該サイドフローチャンバー(136)は、降チャンバー(134)と連結して、TCF(108)および細胞(109)が、トラップの出口(123)を通って細胞凝集体トラップ(120)から出て、細胞凝集体(109A)が、降チャンバー(134)中にて、重力下で沈降するように構成、設計され、操作可能なものである。示した態様において、サイドフローチャンバー(136)は、一般的に円柱状であり、降チャンバー(134)の側面(134S)から水平方向に拡張していることが一般的である。例えば、サイドフローチャンバー(136)は、一般的に、降チャンバー(134)から、垂直に拡張し得る。しかし垂直方向以外の他の形状、設計および配向を用いてもよい。 The cell aggregate trap (120) may include a side flow chamber (136). The side flow chamber (136) is connected to the sedimentation chamber (134), the TCF (108) and cells (109), out of the cell aggregates trap through the trap outlet (123) (120) , cell aggregates (109A) is at during sedimentation chamber (134), configured to settle under gravity, it is designed, but operable. In the embodiment shown, the side flow chamber (136) is generally cylindrical, it is common to have extended horizontally from the side of the sedimentation chamber (134) (134S). For example, the side flow chamber (136) is generally from sedimentation chamber (134), it may expand vertically. However, other shapes, designs and orientations other than the vertical direction may be used.

降チャンバー(134)の拡張ゾーン(132)と同様に、細胞凝集体トラップ(120)は、サイドフローチャンバー(136)からのトラップ出口(123)に直接隣接する位置に、収縮ゾーン(138)を含み得る。いくつかの態様において、該収縮ゾーン(138)は、約8.4cm2/cm以下の面積収縮の移行率を示し、いくつかの態様においては、約4.2cm2/cm以下である。それより大きいもしくは小さい移行率を用いてもよい。いくつかの態様において、D3/D4比は、例えば、約2より大きくてもよい。同様に、降チャンバー(134)の底部のトラップ廃棄口(126)に、廃棄収縮ゾーン(140)があってよい。該トラップ廃棄口(126)は、最大の横断寸法D5(例えば、内径)を有し得る。1以上の態様において、廃棄収縮ゾーン(140)は、約8.4cm2/cm以下の面積収縮の移行率を示してよく、いくつかの態様においては、約4.2cm2/cm以下であってよい。それより大きいまたは小さい移行率を使用し得る。いくつかの態様において、D1/D5比率は、例えば約2より大きくてよい。 Like the sedimentation expansion zone of the chamber (134) (132), cell aggregates trap (120) is in adjacent positions directly to the trap outlet (123) from the side flow chamber (136), shrink zone (138) Can be included. In some embodiments, the shrinkage zone (138) exhibits an area shrinkage transition rate of about 8.4 cm 2 / cm or less, and in some embodiments, about 4.2 cm 2 / cm or less. Larger or smaller transition rates may be used. In some embodiments, the D3 / D4 ratio may be greater than about 2, for example. Similarly, the sedimentation chamber bottom portion of the trap disposal port (134) (126), there may be discarded shrinkage zone (140). The trap waste port (126) may have a maximum transverse dimension D5 (eg, inner diameter). In one or more embodiments, the waste shrinkage zone (140) may exhibit an area shrinkage transition rate of about 8.4 cm 2 / cm or less, and in some embodiments, about 4.2 cm 2 / cm or less. . Larger or smaller transition rates may be used. In some embodiments, the D1 / D5 ratio may be greater than about 2, for example.

より詳細には、降チャンバー(134)は、いくつかの態様において、約1.9cm〜約6.4cm、いくつかの態様では約2.5cm〜約5.1cmの横断寸法(D1)(例えば内径)を有する円形断面を有し得る。降チャンバー(134)の最大横断面積は、約2.9cm2〜約32cm2であってよく、いくつかの態様においては、例えば、約5.1cm2〜約20cm2である。トラップの入り口(121)は、約0.48cm〜約1.6cm、いくつかの態様においては、例えば約0.64cm〜約1.3cmの横断寸法(D2)(例えば内径)を有する円形断面を有し得る。いくつかの態様において、D1/D2比は約2より大きくてもよく、例えば、約4よりさらに大きくてもよい。しかし、他の適当な横断面の形態および大きさを用いてもよい。 More particularly, sedimentation chamber (134), in some embodiments, from about 1.9cm~ about 6.4 cm, in some embodiments about 2.5cm~ about 5.1cm transverse dimension of (D1) (e.g. inside diameter) It can have a circular cross section. Maximum cross-sectional area of the sedimentation chamber (134) may be about 2.9 cm 2 ~ about 32cm 2, in some embodiments, for example, from about 5.1 cm 2 ~ about 20 cm 2. The trap entrance (121) may have a circular cross section with a transverse dimension (D2) (eg, an inner diameter) of about 0.48 cm to about 1.6 cm, and in some embodiments, for example, about 0.64 cm to about 1.3 cm. In some embodiments, the D1 / D2 ratio may be greater than about 2, for example, greater than about 4. However, other suitable cross-sectional configurations and sizes may be used.

細胞凝集体トラップ(120)の適当な大きさは、灌流バイオリアクターシステム(100)の容量(例えば、その処理容量)に依存してよく、その大きさはフロー容量に基づいて大きくも小さくもなり得る。細胞凝集体トラップ(120)の大きさはまた、他の因子、例えば流体密度または粘度に依存し得る。降チャンバー(134)の最大の横断面積は、トラップの入り口(121)の最大横断面積と等しいかまたはそれより大きくてよい。本明細書中に示す態様において、降チャンバー(134)の最大横断面積は、トラップの入り口(121)の最大横断面積より大きい。具体的には、いくつかの態様において、降チャンバー(134)の最大横断面積は、トラップの入り口(121)の最大横断面積の約4倍以上、約10倍以上、約30倍以上、または約60倍以上であってよい。 The appropriate size of the cell aggregate trap (120) may depend on the capacity of the perfusion bioreactor system (100) (eg, its processing capacity), which may be larger or smaller based on the flow capacity. obtain. The size of the cell aggregate trap (120) may also depend on other factors such as fluid density or viscosity. Maximum cross-sectional area of the sedimentation chamber (134) may be a maximum cross-sectional area equal to or greater than that of the trap entrance (121). Maximum cross-sectional area of the embodiment shown herein, sedimentation chamber (134) is greater than the maximum cross-sectional area of the trap entrance (121). Specifically, in some embodiments, the maximum cross-sectional area of the sedimentation chamber (134) is about 4 times the maximum cross-sectional area of the trap entrance (121), about 10-fold or more, about 30 times or more, or It may be about 60 times or more.

降チャンバー(134)は、上側の領域(134U)および下側の領域(134L)を含む。上側領域(134U)は、サイドフローチャンバー(136)の、中心線(142)より上側に位置し、下側領域(134L)は、該サイドフローチャンバー(136)の中心線(142)より下側に位置する。本明細書中に示す態様において、降チャンバー(134)の、拡張ゾーン(132)の上端から、収縮ゾーン(140)の下端までの全長(Lt)は、約9cm〜37cmであってよく、いくつかの態様においては約14cm〜28cmであってよい。収縮ゾーン(132)の上端からサイドフローチャンバー(136)の中心線(142)までの上側領域(134U)の長さ(Lu)は、約5cm〜18cmであってよく、いくつかの態様においては約7cm〜14cmであってよい。収縮ゾーン(140)の下端から、サイドフローチャンバー(136)の中心線(142)までの下側領域(134L)の長さ(Ll)は、約5cm〜18cmであってよく、いくつかの態様においては約7cm〜14cmであってよい。他の大きさを用いてもよい。一般的に、Ll/Luの比率は>0.5であることが望ましく、いくつかの態様においては、例えばLl/Lu>4であり得る。他の比率を用いてもよい。 The sedimentation chamber (134) includes an upper region (134U) and a lower region (134L). The upper region (134U) is located above the center line (142) of the side flow chamber (136), and the lower region (134L) is below the center line (142) of the side flow chamber (136). Located in. In the embodiment shown herein, the sedimentation chamber (134), from the upper end of the expansion zone (132), the total length of up to the lower end of the contraction zone (140) (Lt) may be about 9Cm~37cm, In some embodiments, it may be about 14 cm to 28 cm. The length (Lu) of the upper region (134U) from the upper end of the contraction zone (132) to the centerline (142) of the side flow chamber (136) may be about 5 cm to 18 cm, and in some embodiments It may be about 7 cm to 14 cm. The length (Ll) of the lower region (134L) from the lower end of the contraction zone (140) to the centerline (142) of the side flow chamber (136) may be about 5 cm to 18 cm, and in some embodiments May be about 7 cm to 14 cm. Other sizes may be used. In general, the ratio of Ll / Lu is desirably> 0.5, and in some embodiments, for example, Ll / Lu> 4. Other ratios may be used.

操作の間、細胞凝集体トラップ(120)を通る体積流量は、一般的に、約0.0025m3/分〜約0.0068m3/分であり、いくつかの態様においては、約0.0030m3/分〜約0.0045m3/分である。他の体積流量(例えば容量)を用いてもよい。しかし、いくつかの態様においては、液流量を、降チャンバー(134)中の、層レイレルズ数の範囲に保つことが望ましい。降チャンバー (134)中のレイノルズ数は、混合を最小化し、適切な細胞凝集体(109A)の沈降および分離を促進するためには、約2300より小さいか、約1000より小さいか、またはいくつかの態様においては約500より小さくてよく、ここで、該レイノルズ数は、以下の式1によりおよそ定義される:
Re = ρQ/μ 式1
[式中:
Qは、液体の体積流量(m3/s)であり、
μは、液体の動的粘度 (kg/(m・s)であり、
ρは液体の密度(kg/m3)である。]。
During operation, the volumetric flow rate through the cell aggregate trap (120) is generally about 0.0025 m 3 / min to about 0.0068 m 3 / min, and in some embodiments about 0.0030 m 3 / min. ~ About 0.0045m 3 / min. Other volume flow rates (eg, volume) may be used. However, in some embodiments, the liquid flow rate, in sedimentation chamber (134), it is desirable to keep the number range of the layer Reireruzu. Sedimentation chamber (134) Reynolds number in the mixing to minimize, to facilitate settling and separation of appropriate cell aggregates (109A) is about 2300 or less, about 1000 or less, or some In some embodiments, it may be less than about 500, where the Reynolds number is approximately defined by Equation 1 below:
Re = ρQ / μ Equation 1
[Where:
Q is the volume flow rate of the liquid (m 3 / s)
μ is the dynamic viscosity of the liquid (kg / (m
ρ is the density of the liquid (kg / m 3 ). ].

しかし、TCF(108)および細胞(109)が、トラップの出口(123)から細胞凝集体トラップ(120)を出られ、降チャンバー(134)中で沈降することに対して抵抗を示すように、フローストリーム中で細胞(109)を適切に保持するためには、降チャンバー(134)中のフローは、例えば、細胞(109)の沈降を避けられるだけのレイノルズ数を有し得る。 However, TCF (108) and cells (109), as shown resistance to that answer cell aggregates trap (120) from the trap outlet (123), to settle in sedimentation chamber (134) , in order to properly hold the cells (109) in the flow stream, the flow in the sedimentation chamber (134), for example, may have only a Reynolds number avoids the settling of cells (109).

サイドフローチャンバー(136)は、約1.9cm〜約6.4cm、いくつかの態様においては約2.5cm〜約5.1cmの最大横断寸法 (D3) (例えば、内径)を示す円形断面を有し得る。該サイドフローチャンバー(136)の最大横断面積は、約2.9cm2〜約32cm2であってよく、いくつかの態様においては、例えば、約5.1cm2〜約20cm2であってよい。例えば、他の適当な横断の形状および大きさを使用してもよい。サイドフローチャンバー(136)の、入口から、収縮ゾーン(138)の出口までの、サイドフローチャンバー(136)の全長 (Ls) は、約4cm〜15cmであってよく、いくつかの態様においては、約5cm〜11cmであってよい。サイドフローチャンバー(136)の出口(123)の最大の大きさ(D4) (例えば、内径)は、約0.48cm〜1.6cmであってよく、いくつかの態様においては約0.64cm〜1.3cmである。他の大きさを用いてもよい。サイドフローチャンバー(136)中のフローは、約2300より大きい、または例えば約4000より大きいレイノルズ数を示してよい。他のレイノルズ数の範囲を用いてもよい。サイドフローチャンバー(136)中の細胞(109)の沈降が最小になるようなレイノルズ数を選択してよい。 The side flow chamber (136) may have a circular cross section that exhibits a maximum transverse dimension (D3) (eg, inner diameter) of about 1.9 cm to about 6.4 cm, and in some embodiments about 2.5 cm to about 5.1 cm. The maximum cross-sectional area of the side flow chamber (136) may be from about 2.9 cm 2 to about 32 cm 2 , and in some embodiments, for example, from about 5.1 cm 2 to about 20 cm 2 . For example, other suitable crossing shapes and sizes may be used. The total length (Ls) of the side flow chamber (136) from the inlet to the outlet of the contraction zone (138) of the side flow chamber (136) may be about 4 cm to 15 cm, and in some embodiments, It may be about 5 cm to 11 cm. The maximum size (D4) (e.g. inner diameter) of the outlet (123) of the side flow chamber (136) may be about 0.48 cm to 1.6 cm, and in some embodiments about 0.64 cm to 1.3 cm. is there. Other sizes may be used. The flow in the side flow chamber (136) may exhibit a Reynolds number greater than about 2300, or for example greater than about 4000. Other Reynolds number ranges may be used. A Reynolds number that minimizes sedimentation of the cells (109) in the side flow chamber (136) may be selected.

いくつかの態様において、降チャンバー(134)の最大横断面積(Asc)は、サイドフローチャンバー(134)の最大横断面積(Asfc)と同等かまたはそれより大きい、すなわちAsc≧Asfcである。具体的には、降チャンバー(134)の最大横断面積(Asc)は、サイドフローチャンバー(136)の最大横断面積と等しいかまたは5倍以上大きくてよい。他のAsc/Asfc比率を用いてもよい。横断面積の差異は、一般的には、降能を改善するのに機能し得る。本明細書中で記載の代表的な大きさである、D1〜D5は、第二導管(115)中のフローが1日あたり約2000〜3000lの容量を有する灌流バイオリアクターシステム(100)の具体的な態様に関する(図1)。それより小さいもしくは大きい容量を有する灌流バイオリアクターシステム(100)は、本発明の態様、例えば第二導管(115)中のフローが1日あたり約100〜200lの容量である、灌流バイオリアクターシステム(100)を用いることによって益を得うる。 In some embodiments, the maximum cross-sectional area of the sedimentation chamber (134) (Asc), the maximum equivalent or greater than the cross-sectional area (Asfc) of the side flow chamber (134), that is, Asc ≧ Asfc. Specifically, the maximum cross-sectional area of the sedimentation chamber (134) (Asc) may be larger maximum cross-sectional area equal to or more than five times the side flow chamber (136). Other Asc / Asfc ratios may be used. Difference in cross-sectional area is generally, it may function to improve the precipitation Funo. D1-D5, the representative sizes described herein, are specific examples of a perfusion bioreactor system (100) in which the flow in the second conduit (115) has a volume of about 2000-3000 l per day. (Fig. 1). A perfusion bioreactor system (100) having a smaller or larger volume is an embodiment of the present invention, such as a perfusion bioreactor system where the flow in the second conduit (115) is about 100-200 l per day. 100) can benefit.

操作中、該細胞凝集体トラップ(120)は、降チャンバー(134)およびサイドフローチャンバー(136)について、本明細書中で記載したような適切な寸法決定および体積流量によって、約10個の凝集細胞より大きいかまたはそれと同等か、または約20個の凝集細胞(109)より大きいかまたはそれと同等、または約40個の凝集細胞(109)より大きいかまたはそれと同等の細胞凝集体(109A)を取り除くように設計されており、操作可能であり、そのように適用されている。いくつかの態様において、それより少ない数の凝集細胞を取り除いてもよい。細胞(109)および(TCF)は、サイドフローチャンバー(136)を出ることができる。したがって、望ましくない細胞凝集体(109A)は、本発明の様々な態様の操作により取り除かれる。いくつかの態様において、細胞凝集体トラップ(120)により取り除かれる望ましくない細胞凝集体(109A)は、約60ミクロンより大きいか、約100ミクロンより大きいかまたはそれよりもさらに大きい、最小の横方向の寸法(D6)を有し得る(図2A参照)。それよりも小さいサイズの細胞凝集体も取り除き得る。細胞凝集体トラップ(120)を用いる1つの有利な点は、灌流バイオリアクターシステム (100)からのTCF(108)の廃棄速度が低下し得るということである。具体的には、細胞凝集体トラップ(120)からの廃棄細胞濃度(C5)が、第一の細胞濃度(C1)と同等または約3倍まで高くなる(ここで、C5≧3C1)か、または同等かもしくはC1の約5倍まで高くなる(ここで、C5≧5C1)ように、TCF(108)の廃棄速度を減速しうる。 During operation, the cell aggregates trap (120), for sedimentation chamber (134) and side flow chamber (136), by a suitable dimensioning and volume flow rate as described herein, about 10 Cell aggregate (109A) larger than or equivalent to aggregated cells, greater than or equivalent to about 20 aggregated cells (109), or greater than or equivalent to about 40 aggregated cells (109) It is designed to remove and is operable and applied as such. In some embodiments, a smaller number of aggregated cells may be removed. Cells (109) and (TCF) can exit the side flow chamber (136). Thus, undesirable cell aggregates (109A) are removed by the operations of the various aspects of the invention. In some embodiments, unwanted cell aggregates (109A) removed by the cell aggregate trap (120) have a minimum lateral direction of greater than about 60 microns, greater than about 100 microns, or even greater. (D6) (see FIG. 2A). Smaller cell aggregates can also be removed. One advantage of using a cell aggregate trap (120) is that the rate of disposal of TCF (108) from the perfusion bioreactor system (100) can be reduced. Specifically, the waste cell concentration (C5) from the cell aggregate trap (120) is equal to or about 3 times higher than the first cell concentration (C1) (where C5 ≧ 3C1), or The discard rate of the TCF (108) can be slowed down so that it is equivalent or about 5 times higher than C1 (where C5 ≧ 5C1).

示す態様において、細胞凝集体トラップ(120)は、細胞保持ユニット(110)の出口に設置された状態で示されている。しかし、該細胞凝集体トラップ(120)は、灌流バイオリアクターシステム(100)の、他の任意の場所に設置してよいことは理解されるべきである。例えば、細胞凝集体トラップ(120)のような細胞凝集体トラップは、第一導管(113)の位置(例えば、バイオリアクターの出口(106)または細胞保持ユニットの入り口(112)の隣またはそうでなければ、第一導管(113)に連結している)であってよい。この態様において、細胞凝集体(109A)を含んでいてよいTCF(108)および細胞(109)の再循環排出物は、細胞凝集体トラップを通り、細胞保持ユニット(110)に達する。したがって、細胞凝集体(109A)は、保持ユニット(110)に入る前にフローストリームから取り除き得る。また、細胞凝集体トラップは、バイオリアクター(102)の中に、例えばバイオリアクターの入り口(104)にてまたはその付近にて統合し得る。   In the embodiment shown, the cell aggregate trap (120) is shown installed at the outlet of the cell holding unit (110). However, it should be understood that the cell aggregate trap (120) may be placed anywhere else in the perfusion bioreactor system (100). For example, cell aggregate traps such as cell aggregate traps (120) may be located at the location of the first conduit (113) (eg, next to or next to the bioreactor outlet (106) or the cell retention unit inlet (112)). Otherwise, it may be connected to the first conduit (113)). In this embodiment, the TCF (108), which may contain cell aggregates (109A), and the recirculated effluent of cells (109) pass through the cell aggregate trap and reach the cell retention unit (110). Thus, cell aggregates (109A) can be removed from the flow stream before entering the retention unit (110). The cell aggregate trap may also be integrated into the bioreactor (102), for example at or near the bioreactor inlet (104).

灌流バイオリアクターシステム(100)の様々な態様の操作方法を、以下の図3について記述する。灌流バイオリアクターシステム(100)を操作する1つの方法(300)は、バイオリアクター(例えばバイオリアクター(102))から、細胞(例えば細胞(109)および場合によっては、いくつかの細胞凝集体(109A))を含む組織培養液(例えばTCF(108))を細胞保持ユニット(例えば細胞保持ユニット(110))に供給すること(302)を含む。細胞を含む組織培養液は、第一の細胞濃度(C1)であり得る。さらに、該方法(300)は、該細胞保持ユニット中で、細胞を、組織培養液から分離して、組織培養液および細胞の回収物(例えば、第二導管(115)にて)ならびに組織培養液および細胞の再循環排出物を供給すること(304)を含む。該回収物は、第二の細胞濃度(C2)であり得る。組織培養液および細胞の再循環排出物は、第三細胞濃度(C3)であり得る。組織培養液および細胞の再循環排出物は、第三導管(122)にて得られる。306において、細胞凝集体トラップ(例えば、細胞凝集体トラップ(120))中にて、細胞凝集体(例えば109A)の、組織培養液および細胞の再循環排出物からの分離を行う。最後に、308にて、該組織培養液および細胞を、細胞凝集体の量が比較的少なくなった状態で、バイオリアクターに戻し得る(上述の比較的量が少ないとは、細胞凝集体トラップ(120)が無かった場合にバイオリアクター(102)に戻るであろう組織培養液および細胞との比較である)。戻る組織培養液および細胞は、第四の細胞濃度(C4)であり得る。該分離プロセスの間、降チャンバー(134)中で細胞(109)から分離された細胞凝集体(109A)は、周期的または連続的に、降チャンバー(134)の底部に降し、細胞凝集体(例えば、細胞凝集体トラップ(120))から、例えば、トラップ廃棄口(126)から外に出て廃棄されてよい。 Methods of operation of various embodiments of the perfusion bioreactor system (100) are described with respect to FIG. 3 below. One method (300) of operating a perfusion bioreactor system (100) is from a bioreactor (eg, bioreactor (102)) to a cell (eg, cell (109) and possibly some cell aggregates (109A). )) And supplying a cell culture unit (eg, TCF (108)) to a cell retention unit (eg, cell retention unit (110)) (302). The tissue culture medium containing cells can be at a first cell concentration (C1). Further, the method (300) further comprises separating cells from the tissue culture medium in the cell holding unit to obtain a tissue culture medium and cell harvest (eg, in the second conduit (115)) and tissue culture. Including supplying fluid and cell recycle effluent (304). The harvest may be at a second cell concentration (C2). The tissue culture fluid and cell recycle effluent may be at a third cell concentration (C3). Tissue culture fluid and cell recycle effluent is obtained in the third conduit (122). In 306, cell aggregates (eg, 109A) are separated from tissue culture fluid and cell recycle effluent in a cell aggregate trap (eg, cell aggregate trap (120)). Finally, at 308, the tissue culture and cells can be returned to the bioreactor with a relatively low amount of cell aggregates (the relatively low amount described above refers to the cell aggregate trap ( Comparison with tissue culture medium and cells that would return to bioreactor (102) if no). The returning tissue culture medium and cells can be at a fourth cell concentration (C4). The during the separation process, sedimentation chamber (134) in a cell (109) is separated from the cell aggregates (109A) is periodically or continuously, drop-off precipitated on the bottom of the sedimentation chamber (134), From the cell aggregate (for example, the cell aggregate trap (120)), for example, it may go out of the trap disposal port (126) and be discarded.

灌流バイオリアクターシステム(100)を操作する他の具体的な方法を、図4について記述する。該方法(400)は、組織培養液(例えば、TCF(108))および細胞(例えば、細胞(109)および場合によって細胞凝集体(109A))のフローをバイオリアクター(例えば、バイオリアクター(102))から供給すること(402)を含む。さらに、該方法(400)は、細胞保持ユニット (例えば、細胞保持ユニット(110))中にて、組織培養液から細胞を分離し、回収物(例えば、導管(115)中の排出物)を供給すること(404)を含む。406において、細胞凝集体トラップ(例えば、細胞凝集体トラップ(120))中で、細胞凝集体を、組織培養液および細胞から分離する。408において、組織培養液および細胞を、細胞凝集体の量が比較的少なくなった状態でバイオリアクターに戻し得る(上述の比較的量が少ないとは、細胞凝集体トラップ(120)が無かった場合にバイオリアクター(102)に戻るであろう組織培養液および細胞との比較である)。上述の内容から理解できるであろうが、細胞凝集体トラップ (例えば、細胞凝集体トラップ(120))は、細胞保持ユニット(例えば、細胞保持ユニット(110))の前後または、細胞凝集体(109A)を、再循環フローストリームから効率的に取り除き得る、灌流バイオリアクターシステム(100)中の他の任意の場所に設置してよい。さらに、1以上の細胞凝集体トラップを、灌流バイオリアクターシステム中に置いてよい。   Another specific method of operating the perfusion bioreactor system (100) is described with respect to FIG. The method (400) involves the flow of tissue culture fluid (eg, TCF (108)) and cells (eg, cells (109) and optionally cell aggregates (109A)) into a bioreactor (eg, bioreactor (102)). ) From (402). Further, the method (400) separates cells from tissue culture fluid in a cell retention unit (e.g., cell retention unit (110)) and collects the recovered material (e.g., effluent in conduit (115)). Including supplying (404). At 406, cell aggregates are separated from tissue culture fluid and cells in a cell aggregate trap (eg, cell aggregate trap (120)). At 408, tissue culture fluid and cells can be returned to the bioreactor with relatively low amounts of cell aggregates (if the above-mentioned relatively low amounts are present when there is no cell aggregate trap (120)) Comparison with tissue culture medium and cells that would return to the bioreactor (102). As can be understood from the above description, the cell aggregate trap (for example, cell aggregate trap (120)) is formed before or after the cell retention unit (for example, cell retention unit (110)) or the cell aggregate (109A). ) May be installed anywhere else in the perfusion bioreactor system (100) that can be efficiently removed from the recirculation flow stream. In addition, one or more cell aggregate traps may be placed in the perfusion bioreactor system.

本態様の方法は、凝集塊または細胞集団としてお互いに接着し得る約10と同等かまたはそれ以上、または約20と同等かまたはそれ以上(または約40と同等かまたはそれ以上)の凝集細胞を有する細胞凝集体(例えば109A)を取り除くのに有用である(しかし、いくつかの態様において、より小さい細胞凝集体も取り除き得る)。例えば、上述の範囲の細胞凝集体(例えば、109A)を取り除き得る。そのため、灌流プロセスの操作の間、バイオリアクター(102)中の密度は、比較的より密接に制御し得る。さらに、他の利点として、TCF(108)の廃棄体積を減少し得る。したがって、これは、生成物の体積の損失を最小化し得るという点で顕著に有利である。この利点は、細胞凝集体(109A)が比較的少ない量しか形成されない、灌流バイオリアクターシステム(100)においても、顕著なものである。   The method of this embodiment comprises about 10 or more, or about 20 or more (or about 40 or more) aggregated cells that can adhere to each other as clumps or cell populations. It is useful to remove cell aggregates that have (eg, 109A) (although in some embodiments, smaller cell aggregates may also be removed). For example, cell aggregates (eg, 109A) in the above range can be removed. As such, during operation of the perfusion process, the density in the bioreactor (102) can be controlled more closely. Yet another advantage is that the waste volume of TCF (108) can be reduced. This is therefore a significant advantage in that the loss of product volume can be minimized. This advantage is also significant in the perfusion bioreactor system (100), where only relatively small amounts of cell aggregates (109A) are formed.

上述の記載は、細胞凝集体トラップ、細胞凝集体トラップを含む灌流バイオリアクターシステム、該灌流バイオリアクターシステムの操作方法の例となる態様を記載しているにすぎない。本発明が、かかる態様に限定されることは意図されることではない。反対に、本発明は、当業者の理解し得る、様々な代替物、変更および等価物を包含する。例えば、比較的小さい細胞凝集体を、その存在が灌流バイオリアクターシステムの操作に望ましくないものであれば、他の態様の細胞凝集体トラップを用いて取り除いてよい。本明細書中で用いる節の見出しは、構造上の目的のためのみのものであって、本発明の特定事項を限定するものと解されるべきではない。   The above description only describes exemplary embodiments of cell aggregate traps, perfusion bioreactor systems including cell aggregate traps, and methods of operation of the perfusion bioreactor systems. It is not intended that the present invention be limited to such embodiments. On the contrary, the present invention encompasses various alternatives, modifications and equivalents that can be understood by those skilled in the art. For example, relatively small cell aggregates may be removed using other embodiments of cell aggregate traps if their presence is undesirable for the operation of a perfusion bioreactor system. The section headings used herein are for structural purposes only and are not to be construed as limiting the particular subject matter of the invention.

Claims (22)

バイオリアクターの入口(104)、バイオリアクターの出口(106)および組織培養液(108)と培養する細胞(109)を含むための培養チャンバー(105)を備えたバイオリアクター(102);
該バイオリアクター(102)から細胞(109)を含む組織培養液(108)を受け入れるための入り口(112)、該組織培養液(108)から細胞(109)の一部を分離するための細胞分離部材、組織培養液(108)と細胞(109)の回収物を供給するための第一の出口(114)および組織培養液(108)および細胞(109)の再循環排出物を供給するための第二の出口(119)を備え、前記バイオリアクターの出口(106)に流体連結した細胞保持ユニット(110);並びに
細胞保持ユニット(110)から組織培養液(108)と細胞(109)の再循環排出物を受け入れるためのトラップの入口(121)、細胞凝集体(109A)を組織培養液(108)および細胞(109)の再循環排出物から分離するための沈降チャンバー(134)、残りの組織培養液(108)および細胞(109)を該バイオリアクターに戻すためのトラップの出口(123)を含むサイドフローチャンバー(136)を備え、前記第二の出口(119)に流体連結した細胞凝集体トラップ(120);
を含む、灌流バイオリアクターシステム(100)。
A bioreactor (102) comprising a bioreactor inlet (104), a bioreactor outlet (106) and a culture chamber (105) for containing cells (109) to be cultured with tissue culture fluid (108);
An inlet (112) for receiving a tissue culture solution (108) containing cells (109) from the bioreactor (102), a cell separation for separating a part of the cells (109) from the tissue culture solution (108) A member , a first outlet (114) for supplying a collection of tissue culture fluid (108) and cells (109) and a recirculated discharge of tissue culture fluid (108) and cells (109) A cell holding unit (110) comprising a second outlet (119) and fluidly connected to the outlet (106) of the bioreactor; and the resuscitation of tissue culture medium (108) and cells (109) from the cell holding unit (110) Trap inlet (121) for receiving circulating effluent, cell aggregate (109A) is separated from tissue culture fluid (108) and recirculating effluent of cells (109) A side flow chamber (136) comprising a sedimentation chamber (134) for trapping, the remaining tissue culture fluid (108) and a trap outlet (123) for returning cells (109) to the bioreactor, A cell aggregate trap (120) fluidly coupled to the outlet (119);
A perfusion bioreactor system (100) comprising:
バイオリアクターの入口(104)、バイオリアクターの出口(106)および組織培養液(108)と培養する細胞(109)を含むための培養チャンバー(105)を備えたバイオリアクター(102);
該バイオリアクター(102)から細胞(109)を含む組織培養液(108)を受け入れるためのトラップの入り口(121)、細胞凝集体(109A)を、細胞(109)を含む組織培養液(108)から分離するための沈降チャンバー(134)、細胞(109)を含む組織培養液(108)の排出物を供給するためのトラップの出口(123)を含むサイドフローチャンバー(136)を備え、前記バイオリアクターの出口(106)に流体連結した細胞凝集体トラップ(120)並びに
該細胞凝集体トラップ(120)から細胞(109)を含む組織培養液(108)を受け入れるための入り口(112)、該組織培養液(108)から細胞(109)の一部を分離するための細胞分離部材、組織培養液(108)と細胞(109)の回収物を供給するための第一の出口(114)および組織培養液(108)および細胞(109)の再循環排出物を前記バイオリアクター(102)に供給するための第二の出口(119)を備え、前記トラップの出口(123)に流体連結した細胞保持ユニット(110);
を含む、灌流バイオリアクターシステム(100)。
A bioreactor (102) comprising a bioreactor inlet (104), a bioreactor outlet (106) and a culture chamber (105) for containing cells (109) to be cultured with tissue culture fluid (108);
Trap inlet (121) for receiving tissue culture solution (108) containing cells (109) from the bioreactor (102), cell aggregate (109A), tissue culture solution (108) containing cells (109) A side flow chamber (136) comprising a sedimentation chamber (134) for separation from the cell, and a trap outlet (123) for supplying the effluent of tissue culture fluid (108) comprising cells (109), A cell aggregate trap (120) fluidly connected to an outlet (106) of the reactor, and an inlet (112) for receiving tissue culture fluid (108) containing cells (109) from the cell aggregate trap (120), the tissue A cell separation member for separating a part of the cells (109) from the culture solution (108), the tissue culture solution (108) and the cells (109) ) And a second outlet for supplying the tissue culture fluid (108) and recirculated effluent of cells (109) to the bioreactor (102). 119), the cell holding unit (110) fluidly connected to the outlet (123) of the trap;
A perfusion bioreactor system (100) comprising:
該細胞凝集体トラップ(120)が、沈降チャンバー(134)を格納するトラップ体(130)を含み、トラップの入口(121)が前記トラップ体(130)の一番上に位置し、該トラップの入り口(121)に拡張ゾーン(132)が形成され、該拡張ゾーン(132)の横断面積は、前記沈降チャンバー(134)の長さに沿って徐々に増大する、請求項1または2記載の灌流バイオリアクターシステム(100)。   The cell aggregate trap (120) includes a trap body (130) that houses a sedimentation chamber (134), the trap inlet (121) being located at the top of the trap body (130), The perfusion according to claim 1 or 2, wherein an expansion zone (132) is formed at the inlet (121), the cross-sectional area of the expansion zone (132) gradually increasing along the length of the sedimentation chamber (134). Bioreactor system (100). 該細胞凝集体トラップ(120)が、サイドフローチャンバー(136)からのトラップ出口(123)に、収縮ゾーン(138)を含み、該収縮ゾーン(138)の横断面積は、トラップの出口(123)に向かって、徐々に減少する、請求項1または2記載の灌流バイオリアクターシステム(100)。   The cell aggregate trap (120) includes a contraction zone (138) at the trap outlet (123) from the side flow chamber (136), the cross-sectional area of the contraction zone (138) being the trap outlet (123). The perfusion bioreactor system (100) according to claim 1 or 2, which gradually decreases towards 沈降チャンバー(134)は最大横断面積を有し、サイドフローチャンバー(136)は最大横断面積を有し、沈降チャンバー(134)の最大横断面積は、サイドフローチャンバー(136)の最大横断面積と等しい、またはそれよりも大きい、請求項1または2記載の灌流バイオリアクターシステム(100)。 The settling chamber (134) has a maximum cross-sectional area, the side flow chamber (136) has a maximum cross-sectional area, and the maximum cross-sectional area of the settling chamber (134) is equal to the maximum cross-sectional area of the side flow chamber (136). 3. A perfusion bioreactor system (100) according to claim 1 or 2, which is or larger. 沈降チャンバー(134)の最大横断面積が、サイドフローチャンバー(136)の最大横断面積よりも、少なくとも5倍大きい、請求項5記載の灌流バイオリアクターシステム(100)。   The perfusion bioreactor system (100) of claim 5, wherein the maximum cross-sectional area of the sedimentation chamber (134) is at least five times greater than the maximum cross-sectional area of the side flow chamber (136). サイドフローチャンバー(136)が、沈降チャンバー(134)から水平方向に拡張する、請求項1または2記載の灌流バイオリアクターシステム(100)。   The perfusion bioreactor system (100) of claim 1 or 2, wherein the side flow chamber (136) extends horizontally from the sedimentation chamber (134). 細胞凝集体トラップ(120)を通る、組織培養液(108)および細胞(109)の連続的なフローを含む、請求項1または2記載の灌流バイオリアクターシステム(100)。   The perfusion bioreactor system (100) of claim 1 or 2, comprising a continuous flow of tissue culture fluid (108) and cells (109) through the cell aggregate trap (120). 沈降チャンバー(134)であって、細胞(109)を含む組織培養液(108)から細胞凝集体(109A)を分離するための沈降チャンバー(134);
組織培養液(108)および細胞(109)の再循環排出物を受け入れるための、トラップの入口(121);
細胞(109)を含む組織培養液(108)を供給するためのトラップの出口(123)を備え、沈降チャンバー(134)と連結して操作可能である、サイドフローチャンバー(136);並びに
細胞凝集体(109A)を排出するように設計された、沈降チャンバー(134)に連結したトラップ廃棄口(126);
を含む、細胞凝集体トラップ(120)。
A sedimentation chamber (134) for separating cell aggregates (109A) from tissue culture fluid (108) comprising cells (109);
Trap inlet (121) for receiving the recirculated effluent of tissue culture fluid (108) and cells (109);
A side flow chamber (136) comprising a trap outlet (123) for supplying tissue culture fluid (108) containing cells (109) and operable in connection with a sedimentation chamber (134); A trap waste outlet (126) connected to a sedimentation chamber (134), designed to discharge the mass (109A);
A cell aggregate trap (120) comprising:
沈降チャンバー(134)を格納するトラップ体(130)を含み、トラップの入口(121)が前記トラップ体(130)の一番上に位置し、該トラップの入り口(121)に拡張ゾーン(132)が形成され、該拡張ゾーン(132)の横断面積は、前記沈降チャンバー(134)の長さに沿って徐々に増大する、請求項9に記載の細胞凝集体トラップ(120)。   A trap body (130) for storing a sedimentation chamber (134), wherein the trap inlet (121) is located on top of the trap body (130), and the trap inlet (121) has an expansion zone (132) The cell aggregate trap (120) of claim 9, wherein a cross-sectional area of the expansion zone (132) is gradually increased along the length of the sedimentation chamber (134). サイドフローチャンバー(136)のトラップの出口(123)に収縮ゾーン(138)を含み、該収縮ゾーン(138)の横断面積は、トラップの出口(123)に向かって、徐々に減少する、請求項9記載の細胞凝集体トラップ(120)。   The trap outlet (123) of the side flow chamber (136) includes a contraction zone (138), the cross-sectional area of the contraction zone (138) gradually decreasing towards the trap outlet (123). 9. The cell aggregate trap (120) according to 9. 沈降チャンバー(134)は最大横断面積を有し、サイドフローチャンバー(136)は最大横断面積を有し、沈降チャンバー(134)の最大横断面積が、サイドフローチャンバー(136)の最大横断面積と等しい、またはそれより大きい、請求項9記載の細胞凝集体トラップ(120)。   The settling chamber (134) has a maximum cross-sectional area, the side flow chamber (136) has a maximum cross-sectional area, and the maximum cross-sectional area of the settling chamber (134) is equal to the maximum cross-sectional area of the side flow chamber (136). The cell aggregate trap (120) of claim 9, wherein the cell aggregate trap (120) is larger or larger. 沈降チャンバー(134)の最大横断面積が、サイドフローチャンバー(136)の最大横断面積の5倍以上である、請求項12記載の細胞凝集体トラップ(120)。   The cell aggregate trap (120) of claim 12, wherein the maximum cross-sectional area of the sedimentation chamber (134) is at least five times the maximum cross-sectional area of the side flow chamber (136). サイドフローチャンバー(136)が沈降チャンバー(134)から水平方向に拡張する、請求項9記載の細胞凝集体トラップ(120)The cell aggregate trap (120) of claim 9, wherein the side flow chamber (136) extends horizontally from the sedimentation chamber (134 ) . 灌流バイオリアクターシステムの操作方法であって、
細胞(109)を含む組織培養液(108)をバイオリアクター(102)から細胞保持ユニット(110)に供給し;
細胞保持ユニット(110)中で、組織培養液(108)から細胞(109)の一部を分離し、組織培養液(108)および細胞(109)の回収物並びに組織培養液(108)および細胞(109)の再循環排出物を供給し、ここで、前記細胞保持ユニットは、細胞(109)を含む組織培養液(108)を受け入れるための入り口(112)、該組織培養液(108)から細胞(109)の一部を分離するための細胞分離部材、組織培養液(108)および細胞(109)の回収物を供給するための第一の出口(114)並びに組織培養液(108)および細胞(109)の再循環排出物を供給するための第二の出口(119)を備えており;
細胞凝集体トラップ(120)中で、組織培養液(108)および細胞(109)の再循環排出物から細胞凝集体(109A)を分離することを含み、ここで、前記細胞凝集体トラップは、組織培養液(108)と細胞(109)の再循環排出物を受け入れるためのトラップの入口(121)、細胞凝集体(109A)を組織培養液(108)および細胞(109)の再循環排出物から分離するための沈降チャンバー(134)並びにトラップの出口(123)を含むサイドフローチャンバー(136)を備えている、前記灌流バイオリアクターシステムの操作方法。
A method for operating a perfusion bioreactor system comprising:
Supplying tissue culture fluid (108) containing cells (109) from the bioreactor (102) to the cell holding unit (110);
In the cell holding unit (110), a part of the cell (109) is separated from the tissue culture solution (108), and the tissue culture solution (108) and the recovered cell (109), and the tissue culture solution (108) and the cell A recirculated effluent of (109), wherein the cell retention unit from an inlet (112) for receiving a tissue culture fluid (108) containing cells (109), from the tissue culture fluid (108) A cell separation member for separating a portion of the cells (109), a tissue culture fluid (108) and a first outlet (114) for supplying a collection of cells (109); and a tissue culture fluid (108) and A second outlet (119) for supplying a recirculated effluent of cells (109);
Separating cell aggregates (109A) from tissue culture fluid (108) and recirculated effluent of cells (109) in a cell aggregate trap (120), wherein the cell aggregate trap comprises Trap inlet (121) for receiving tissue culture fluid (108) and recirculated effluent of cells (109), cell aggregate (109A) recirculated effluent of tissue culture fluid (108) and cells (109) A method of operating the perfusion bioreactor system comprising a sedimentation chamber (134) for separation from the side flow chamber (136) comprising a trap outlet (123).
組織培養液(108)および細胞(109)を、比較的細胞凝集体(109A)の量が少なくなった状態でバイオリアクター(102)に戻すことを含む、請求項15記載の方法。   16. The method of claim 15, comprising returning the tissue culture fluid (108) and the cells (109) to the bioreactor (102) with relatively low amounts of cell aggregates (109A). 細胞凝集体トラップ(120)から細胞凝集体(109A)を廃棄することを含む、請求項15記載の方法。   The method of claim 15, comprising discarding the cell aggregate (109A) from the cell aggregate trap (120). 細胞凝集体トラップ(120)から廃棄する細胞の濃度が、細胞保持ユニット(110)に供給される、細胞(109)を含む組織培養液(108)の最初の細胞濃度の少なくとも3倍以上であるように、細胞凝集体(109A)および組織培養液(108)を廃棄することを含む、請求項15記載の方法。   The concentration of cells discarded from the cell aggregate trap (120) is at least three times the initial cell concentration of the tissue culture fluid (108) containing cells (109) supplied to the cell retention unit (110). 16. The method of claim 15, comprising discarding cell aggregates (109A) and tissue culture fluid (108). 細胞凝集体(109A)が、10個以上の凝集細胞(109A)または、20個以上の凝集細胞(109A)を含む、請求項15記載の方法。   16. The method of claim 15, wherein the cell aggregate (109A) comprises 10 or more aggregated cells (109A) or 20 or more aggregated cells (109A). 細胞凝集体(109A)が60ミクロンより大きい最小寸法を有する、請求項15記載の方法。   16. The method of claim 15, wherein the cell aggregate (109A) has a minimum dimension greater than 60 microns. 細胞(109)が、凝固因子を産生する哺乳類細胞もしくは他の細胞を含む、または、細胞が、BHK細胞、HKB細胞もしくはHEK細胞を含む、請求項15記載の方法。   16. The method of claim 15, wherein the cells (109) comprise mammalian cells or other cells that produce clotting factors, or the cells comprise BHK cells, HKB cells or HEK cells. 第VII因子、第VIII因子または第IX因子を産生することを含む、請求項15記載の方法   16. A method according to claim 15 comprising producing Factor VII, Factor VIII or Factor IX.
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