JP7799331B2 - 灌流可能なバイオリアクタ - Google Patents

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０２０年７月２日に出願された「Ｃｌｅａｒ Ｓｉｎｇｌｅ－ｕｓｅ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ Ｅｎａｂｌｅｄ ３Ｄ Ｂｉｏ－ｒｅａｃｔｏｒ Ｗｅｌｌ Ｐｌａｔｅ ｆｏｒ Ｃｅｌｌ Ｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ」という表題の米国仮出願第６３／０４７，６７３号、及び２０２１年３月１６日に出願された「ＰＥＲＦＵＳＩＯＮ－ＥＮＡＢＬＥＤ ＢＩＯＲＥＡＣＴＯＲ」という表題の米国仮出願第６３／１６１，７０４号の利益及び優先権を主張し、これらの各々の開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

３Ｄ培養環境は、動物又は非常に複雑なバイオリアクタの使用に完全に依存しているというわけではない実験室の研究に必要である。動物のケアは多くの場合、かなり費用がかかり、かつ動物研究の結果を必ずしも人間生物学に適切に置き換えることができるとは限らない。更に、３Ｄ培養環境を作り出すための既存のバイオリアクタは、コンピュータ制御ポンプ及び特別に作製された部品を含む複雑なものであることが多く、かつそれらを動作させるために高度に訓練された人員を必要とする場合がある。要するに、３Ｄ培養への両方の既存の道は、コスト及びスキルの観点からエントリーに対し高い障壁を持つ傾向がある。

本開示の更なる態様は、添付の図面と併せたときに、以下に記載されるその様々な実施形態の詳細な説明を見直すことにより、より容易に理解されるであろう。

本開示の実施形態による灌流可能なバイオリアクタの分解図を示す図である。

図２Ａ～図２Ｂは、本開示の実施形態による、閉じられ組み立てられた位置にある図１からのバイオリアクタ１００を示す。
図２Ａは斜視図である。 図２Ｂは底面図である。

本開示の実施形態による、図２に示す灌流可能なバイオリアクタの断面図を示す図である。

図４Ａ～図４Ｆは、本開示の実施形態による灌流可能なバイオリアクタの様々なビューを示す図を提供する。
図４Ａは、様々な深さにおける内部を示すためにバイオリアクタが象限に分割された多断面図である。 図４Ｂは、バイオリアクタの上面図である。 図４Ｃ及び図４Ｄは、それぞれ端面図及び側面図である。 図４Ｃ及び図４Ｄは、それぞれ端面図及び側面図である。 図４Ｅ及び図４Ｆは、図４Ｄに示す断面に沿って切断された側面からの横断面図である。 図４Ｅ及び図４Ｆは、図４Ｄに示す断面に沿って切断された側面からの横断面図である。

図５Ａ～図５Ｆは、様々な角度からのフレームの図を提供する。
図５Ａは、上面斜視図を示す。 図５Ｂは、底面斜視図を示す。 図５Ｃは、底面図を示す。 図５Ｄは、上面図を示す。 図５Ｅは、側面図を示す。 図５Ｆは、端面図を示す。

図６Ａ～図６Ｆは、様々な角度からの基部の図を提供する。
図６Ａは、上面斜視図を示す。 図６Ｂは、底面斜視図を示す。 図６Ｃは、上面図を示す。 図６Ｄは、底面図を示す。 図６Ｅは、側面図を示す。 図６Ｆは、端面図を示す。

図７Ａ～図７Ｃは、様々な角度からの蓋の図を提供する。
図７Ａは、底面斜視図を示す。 図７Ｂは、上面斜視図を示す。 図７Ｃは、底面図（蓋の下面）を示す。

図８Ａ～図８Ｅは、様々な角度からのスカートの図を提供する。
図８Ａは、上面斜視図を示す。 図８Ｂは、底面斜視図を示す。 図８Ｃは、上面図を示す。 図８Ｄは、底面図を示す。 図８Ｅは、側面図を示す。

本開示の実施形態による、透明材料から成形されたバイオリアクタの分解図を提供する。 本開示の実施形態による、透明材料から成形されたバイオリアクタの組み立て図を提供する。

図面は、例示的な実施形態のみを示しており、したがって、他の等しく効果的な実施形態が本開示の範囲及び趣旨内にあるため、本明細書に記載の範囲の限定とみなされるべきではない。図面に示されている要素及び特徴は、必ずしも縮尺通りに描かれているわけではなく、代わりに実施形態の原理を明確に示すことに重点が置かれている。更に、ある特定の次元は、ある特定の原理を視覚的に伝えるのに役立つように誇張されている場合がある。図面において、図間の類似の参照番号は、同様又は対応するが、必ずしも同じではない要素を指定している。

本開示をより詳細に記載する前に、本開示が、記載される特定の実施形態に限定されず、そのため、当然ながら、変動し得ることが理解されるべきである。本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を記載する目的のためであり、本開示の範囲が添付の特許請求の範囲によって限定されるために限定することが意図されないことも理解されるべきである。

値の範囲が提供される場合、文脈が明示的に別様に示さない限り、下限の単位の１０分の１までの、その範囲の上限と下限との間の各介在する値、及びその記述された範囲内の任意の他の記述された又は介在する値は、本開示内に包含されることが理解される。これらのより小さな範囲の上限及び下限は、より小さな範囲に独立して含められてもよく、記述された範囲内の任意の具体的に除外された限度に従うことを条件として、本開示内にまた包含される。記述された範囲が、限度の一方又は両方を含む場合、それらの含まれた限度の一方又は両方を除外する範囲もまた、本開示に含まれる。

別段の定義がない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、本開示が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載される方法及び材料と同様又は同等の任意の方法及び材料は、本開示の実施又は試験においても使用され得るが、好ましい方法及び材料が、これより記載される。

本開示を読めば当業者には明らかであるように、本明細書に記載及び例示される個々の実施形態の各々は、本開示の範囲又は趣旨から逸脱することなく、他のいくつかの実施形態のうちのいずれかの特徴から容易に分離され得る、又はそれと組み合わせられ得る個別の構成要素及び特徴を有する。任意の列挙された方法は、列挙されたイベントの順序、又は論理的に可能な任意の他の順序で実行され得る。

本開示の実施形態は、別段の指示がない限り、当技術分野のスキル内にある生物学、材料科学、機械工学などの技術を使用する。

以下の例は、当業者に、本明細書に開示及び特許請求される材料及びデバイスの方法及び使用の完全な開示及び説明を提供するように提示される。数値（例えば、量、温度など）に関して正確性を確保するための努力がなされているが、いくつかの誤差及び偏向は考慮されるべきである。別段の指示がない限り、部品は重量部であり、温度は℃であり、圧力は大気圧又はそれに近い。常温及び常圧は、２０℃及び１気圧と定義されている。

本開示の実施形態をより詳細に記載する前に、本開示は、別段の指示がない限り、特定の材料、試薬、反応材料、又は製造プロセスなどに限定されず、よって変動し得ることが理解されるべきである。本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を記載する目的のためのものであり、限定することが意図されないことも理解されるべきである。本開示において、ステップが論理的に可能である場合、異なる順番で実行され得ることもまた可能である。

本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が明示的に別様に示さない限り、複数参照を含むことに留意する必要がある。

本明細書で使用される場合、以下の用語は、別段の定めがない限り、それらに帰属する意味を有する。本開示において、「本質的に～からなる」又は「本質的になる」などは、本開示に包含される方法及び組成物に適用される場合、本明細書に開示されるもののような組成物を指すが、追加の構造基、組成物成分、又は方法ステップ（又は上述の類似体若しくは誘導体）を含有し得る。しかしながら、そのような追加の構造基、組成物成分、又は方法ステップなどは、本明細書に開示される対応する組成物又は方法のものと比較して、組成物又は方法の基本的及び新規の特性に実質的に影響を及ぼさない。本開示に包含される方法及び組成物に適用される場合、「本質的に～からなる」又は「本質的になる」などは、米国特許法に帰属する意味を有し、用語は、オープンエンドであり、列挙されたものの基本的又は新規の特性が、列挙されたものよりも多くの存在によって変化しない限り、列挙されたものよりも多くの存在を可能にするが、先行技術の実施形態を除外する。

全体的な考察
本開示の目的によれば、本明細書に具体化され、大まかに記載されるように、本開示の実施形態は、いくつかの態様では、灌流可能なバイオリアクタ、灌流可能なバイオリアクタを含むシステム、及び灌流可能なバイオリアクタを使用した３Ｄ細胞培養のための方法に関する。

本明細書に記載の灌流可能なバイオリアクタは、三次元（３Ｄ）での細胞又は他の生物学的物質の効率的かつ効果的な培養のためのシステムの一部として設計されている。本明細書に記載の灌流可能なバイオリアクタは、細胞又は生物学的物質が播種されたゲル状支持マトリックスと併せて使用され得る。システムは、低圧勾配を使用して、液体培養培地の流れを細胞にわたって駆動し、液体を、支持マトリックス及び下にある微孔性膜を通して収集リザーバ内に灌流させることができる。新鮮な培養培地が培養物全体にわたって一定に流れることで、代謝廃棄物を洗い流し、新鮮な培地から新鮮な栄養素及び他の因子をもたらすのはこの流れであるため、培養物中の生存能力を維持することができる。有利には、本明細書に記載のバイオリアクタ及びシステムでは、灌流の流れは、バイオリアクタ（プレート又は灌流プレートとも称される）の頂部の液体培地が補充される前に、長期間にわたって一貫して流れることができる。いくつかの実施形態では、灌流の流れは、液体が補充される前に、約２４時間一貫して流れることができる。流量はまた、膜多孔性及びゲル構造のうちの１つ以上を調整することによって調節され得る。いくつかの実施形態では、灌流の流れは、液体が補充される前に、２４時間を超えて一貫して流れることができる。

有利には、本明細書に記載される灌流可能なバイオリアクタ及びシステムは、複雑なポンプ／機械、又は従来の培養で使用される既存の培養器への修正なしに、培養物全体にわたる一定の灌流の流れを可能にする。

本明細書に記載される灌流可能なバイオリアクタ及びシステムは、３Ｄ培養実験に幅広く使用され得、これらのうちのいくつかは、まだ想定されていない場合がある。いくつかの用途には、がん及び他の疾患を含む細胞培養並びに３Ｄ、インビトロ、及びインシリコ細胞運動性における細胞間相互作用（例えば、免疫細胞－腫瘍相互作用）に対する薬物の効果の研究、並びにマルチオルガノイド共培養研究が含まれる。

本開示は、蓋、サンプルウェル又はサンプルウェルのアレイを含むフレーム、及び基部を含む灌流可能なバイオリアクタを含む。基部は、少なくとも１つのリザーバを含み得る。灌流可能なバイオリアクタは、フレームの下に位置する膜を含み得る。膜は、サンプルウェルの底部に接着され得る。基部は、フレーム及び蓋よりも広くすることができる。ロック機構は、フレームを基部にシールすることができる。少なくとも、基部及びフレームは、射出成形され得る。蓋もまた、射出成形され得る。

いくつかの実施形態では、灌流可能なバイオリアクタは、フレームの底部に接着されたスカートを含み得、膜が、フレームとスカートとの間に挟まれている。スカートは、１つのチャネル又は複数のチャネルを有し得、各チャネルは、サンプルウェルと相関しており、基部内の１つのリザーバ又は複数のリザーバに通じている。有利には、スカートは、各ウェルから形成される液滴を象限の各々に誘導し、かつ他のウェルにわたるウィッキングを防止することができる。スカートはまた、フレームへの膜の接着を強化することができる。スカートもまた、射出成形され得る。

いくつかの実施形態では、灌流可能なバイオリアクタは、使い捨て（例えば、単回使用又は消耗品として使用）であり得る。有利には、使い捨て灌流可能なバイオリアクタは、研究で使用する前の滅菌及び包装を可能にし、かつ再使用のための再滅菌を考慮する必要なくその後の最小限の清掃を可能にする。更に、射出成形で作製され得る容易に再現される複雑な幾何学的形状は、デバイスが依然として短時間で大量生産可能でありながら、幅広い特徴を組み込むことができることを意味する。これらの特徴は、収集リザーバ内の目盛りを使用した視覚的フィードバック、負圧チューブを接続するための圧力ポートの幾何学的形状、ウェルを目詰まりさせることなく膜を取り付けるための糊取り除きチャネル、及び組立体をわずかにクランプすることによって適切なシールを確保するエラストマーリングロック機構などを含み得る。

フレームは、サンプルウェルのアレイを含み得る。フレームは、凹部を含み得、ここではウェル又はウェルの群が凹部の底部内にある。特定の実施形態では、フレームは、２４個の個々のウェルを含み得、これは、４つの象限に分けられ得、各象限は、６つのウェルを備える凹部を有する。基部内に、対応する仕切りが存在し得る。いくつかの実施形態では、基部は、複数の別個のリザーバを含み得る。基部は、１つのリザーバが各象限である、４つのリザーバ（例えば、収集ウェル）が存在するように、象限に分割され得る。スカートは、フレームの底部に接着され、その結果、微孔性膜は、スカートとフレームとの間に挟まれる。膜は、フレーム内のウェルの底部にヒートシール又は糊で接着されており、スカートは、フレームに（例えば、接着剤で）接着されている。スカートは、プレートの対応する象限に対して、個々のウェルの各々から収集リザーバ内に直接下りるチャネルを提供する。したがって、基部は複数のリザーバに分割されており、各チャネルは流体をサンプルウェルから特定のリザーバ内に導く。有利には、この配置は、実験条件が異なり得る他の領域内にわたってウィッキングすることなく、各ウェルからの流出物が適切なリザーバ内に落ちることを確実にする。

いくつかの実施形態では、基部は、全てのウェルからの全ての流出物が１つの大きなリザーバに収集されるように、単一のリザーバを含み得る。そのような実施形態では、スカートは省略され得る。

更に他の実施形態では、異なるアレイパターン又は複数のウェルが、当技術分野の当業者によって想定され得る。例えば、フレームは、６つの群に分割された２４個のウェル、６つの群に分割された３６個のウェル、４つの群に分割された１２個のウェルなどを有し得る。各群は、凹部に存在し得る。基部は、フレーム内のウェルの各群のためのリザーバを作成するために、対応する仕切りを有し得る。

いくつかの実施形態では、各ウェル内のゲルの破砕を防ぐためにプレートを充填するときに使用される凹んだ充填ポートが、ウェル群の各々に含まれ得る。有利には、充填ポートは、流体の直接的な噴流がゲルを周囲に押し付ける、又は播種された細胞を破砕することを可能にしない。充填ポートは、半球状の凹みであり得る。充填ポートは、１８ゲージの針及びシリンジなどを収容することができる。ウェルの上の凹部は、針を充填ポート内に挿入し、シリンジ上のプランジャをゆっくりと押下することによって充填され得る。このようにして、液体（例えば、液体培養培地）が、ウェルの各々内のゲルの上の凹部に加えられ得る。充填ポートは、針からの液体流に由来する乱流が上方に導かれることを可能にし、ゲルで満たされた周囲のウェル内又はその周りには導かれない。充填ポートがなければ、最初の実験のセットアップ中又は液体補充中に液体を加えると、ゲルが破砕する可能性がある。

いくつかの実施形態では、フレームは、圧力ポートを包有する。いくつかの実施形態では、各リザーバのための圧力ポートが存在し得る。圧力ポートは、培地収集ポート及びチューブ用ポートの両方として機能し得る。圧力ポートは、チューブを圧力ポートに圧入できるように設計されており、圧入アクションはチューブをシールする。有利には、低圧を作動させるための任意の機構が、このチューブと併せて使用され得る（例えば、バルブ、ポンプ、シリンジなど）。灌流の流れを駆動するために使用される圧力の値は可変であり、実験ニーズに基づいて変更され得る。

有利には、基部内のリザーバは、圧力変化を作動させるために使用されるポートを通るシリンジ針などを介して個別にアクセスされ得る。流出物培地は、プレートを分解する必要がなく、リザーバの各々から個別に収集され得る。基部仕切りは、リザーバの各々からの液体が単一のポートを通してアクセスされ得るように配置され得る。

いくつかの実施形態では、フレームは、互換性のあるチューブ直径を有する任意の真空機構を用いることを可能にする締まりばめ圧力ポートを含み得る。

いくつかの実施形態では、圧力ポートは、基部内に位置し得る。

蓋は、プレートの頂上に着座して、実験を妨げる可能性のある大気汚染物質からウェルを保護することができる。蓋は、下向きの１～２ｍｍの空隙を含み、汚染物質がウェル内に落下するのを防ぎながら、ガス交換を可能にし得る。蓋は、フレームと同一平面上に着座するように設計されている。上述のように、プレートの最も広く最大の部分は基部である。同一平面上の蓋に関連して、ユーザがユニット全体ではなく蓋を誤って持ち上げ、それによってプレートを汚染物質にさらすリスクが低くなる。

いくつかの実施形態では、蓋は、フレームの中央に蓋を配置し、ガス交換のための十分な間隙を提供するために、下面上に突出部を含み得る。いくつかの実施形態では、突出部は、フレーム内のサンプルウェルの群を分割する間隙に対応する。いくつかの実施形態では、空気フィルタが、汚染物質の侵入を更に低減するために、空隙内に設置され得る。蓋はまた、所望のガスをバイオリアクタ内の培地上に直接流すためのガスポートを含み得る。

蓋、フレーム、基部、及びスカートのうちの１つ以上が射出成形され得る。射出成形部品は、生理学的温度（例えば、約３７℃）まで安定している任意の射出成形可能なプラスチック又はポリマーから作製され得る。適切な材料には、ポリスチレン、ナイロン、アクリル、ポリカーボネート、ポリオキシメチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリプロピレン、及びポリエチレンなどが含まれるが、これらに限定されない。

いくつかの実施形態では、射出成形部品は光学的に透明であり得、これにより、分解する必要なしにプレートの頂部及び底部における液体培地のレベルを監視することが可能になる。有利には、締め具なしの薄壁透明プラスチック部品の使用は、組立体のフットプリントを増加させることなく液体培養培地の全体の許容可能な容積を増加させ、灌流量に対する有用な視覚的フィードバックをもたらす。

フレームは、ロック機構によって基部上に固定され得る。いくつかの実施形態では、フレームは、プレートの各端部上の弾性バンド（例えば、Ｏリング又はガスケット）を介して基部上に押し付けられており、バンドはロック機構として機能する。組み立てられたバイオリアクタは、弾性バンドが定位置から外れてスライドするのを防ぐために、各端部上に溝を含み得る。基部及びフレームは、嵌合してシール（例えば、ラビリンスシール又は圧縮シール）を形成するように設計され得る。例えば、基部は、柔らかいエラストマー材料（例えば、ガスケット又はシリコーンベースの材料）で充填された上部縁の周りにチャネルを含み得る。チャネルは、フレームの底部上に突出した隆起部を受容し得る。組み立てられたプレートの各端部の周りに弾性バンドによって加えられるクランプ力は、フレームを基部上に押し下げ、したがって、フレーム上の突出した隆起部を基部上のエラストマー充填シールチャネル内に押し込むことができる。フレーム及び底部は、シールチャネル内のエラストマーの圧縮により、この縁部に沿ってシールを形成することができる。他の実施形態では、シールチャネルは、フレーム内にあり得、突出部は、基部内にあり得る。シールは、組み立てられたプレート内に、圧力ポートを通じて又はウェルの各々の底部の微孔性膜を通じてのみアクセス可能な空域を作り出す。いくつかの実施形態では、チャネルは、シールを形成するように硬化されたエラストマー材料で充填され得る。他の実施形態では、ガスケット、Ｏリング、又は他の弾性シールがチャネルに装着され得る。あるいは、ロック機構は、クランプ、クリップ、ラッチ、スナップクロージャ、又は基部とフレームがシール可能に嵌合されるように力を加えるのに十分な他の適切なクロージャであり得る。

本開示の実施形態は、上記のような灌流可能なバイオリアクタを含むシステムを含み、ウェルプレートの基部は、フレームとシール可能に嵌合されるように構成されており、その結果、嵌合されたとき、サンプルウェルは、スカートのチャネルを介してリザーバと流体連通する。サンプルウェルが３Ｄ細胞培養支持マトリックスで満たされたときに、システムは、３Ｄ細胞培養支持マトリックスの上方の圧力が大気圧であり、かつ膜の下方の圧力が負圧（例えば、大気圧未満の圧力）であるように構成されている。３Ｄ細胞培養支持マトリックスは、播種された細胞を含有し、微孔性膜の頂上に着座する。液体細胞培養培地が、３Ｄ細胞培養支持マトリックスの頂部上に流される。負圧は、垂直な流体流路に沿ってサンプルウェルから３Ｄ細胞培養支持マトリックスを通って、膜を通り、チャネルに沿ってリザーバまで液体細胞培養培地を灌流させる。次に、灌流された流体は、シリンジなどを用いて、１つ以上のポートを介してリザーバから収集され得る。

微孔性膜は、ポリカーボネート、セルロース、ナイロン、ＰＥＥＫ、ポリプロピレン、又はそれらの組み合わせなどで構成され得る。

ここで図を参照すると、図１は、例示的な灌流可能なバイオリアクタ１００の分解図を提供している。この例は、フレーム１１０を含み、フレーム１１０の一部は、４つの象限に分割されている。各象限は凹部１１４を有する。膜１６０は、フレーム１１０の底部にシールする。スカート１４０は、フレーム１１０の底部の象限部分に接着し、膜１６０を挟んでいる。スカート１４０は、フレーム１１０内に位置するサンプルウェル１８０に対応するチャネル１４２を包有する（サンプルウェル１８０は、このビューでは見えない）。フレーム１１０は、基部１２０のシールチャネル１２２内に着座する突出した隆起部１１６を有する。シールチャネル１２２は、エラストマー材料１２３（図示せず）を含む。ロック機構１５０は、フレーム１１０及び基部１２０を一緒に圧縮してシールを形成するガスケットである。フレーム１１０及び基部１２０は、ロック機構１５０を所定の位置に保持するための溝１１２を有する。蓋１３０は、ガス交換を可能にするために、内側の少量のクリアランス（例えば、約１ｍｍ～２ｍｍ）を有してフレームの頂上に着座する。リザーバ１２４は、図６Ａ～図６Ｆに更に詳細に記載される、仕切り１２６及び１つ以上の湾曲した仕切り１２８によって基部１２０内に形成されている。

図２Ａは、閉じられ組み立てられた位置にある図１からのバイオリアクタ１００の斜視図を示している。圧力ポート１７０は、フレーム１１０上に示されている。図２Ｂは、基部１２０を示すためにユニットを逆さまにした斜視図である。

図３は、図１～図２Ｅに示すバイオリアクタ１００の断面図を提供している。膜１６０は、このビューには示されていない。スカート１４０内の対応するチャネル１４２から分かるように、フレーム１１０内の象限の各々は、６つのサンプルウェル１８０を含む。群にされたサンプルウェル１８０は、チャネルを通って、基部１２０内に形成された別個のリザーバ１２４内に流れる。

図４Ａ～図４Ｆは、灌流可能なバイオリアクタの別の例の様々なビューを示す図を提供する。図４Ａは、様々な深さにおける内部を示すために、バイオリアクタが象限に分割された頂部からの多断面図である。左上は、サンプルウェル１８０が一緒に群にされているフレーム１１０を示している。サンプルウェル１８０及び充填ポート１９０は、このセクションで見ることができる。右上は、蓋１３０を示している。左下は、上記のフレーム１１０から中に着座するサンプルウェル１８０の群の形状に対応する基部１２０内のリザーバ１２４を示している。右下の象限は、フレーム内の６つのサンプルウェルに対応するための６つのチャネルを有するスカートを示している。このビューから理解できるように、基部１２０（図の左下の象限）内のリザーバ１２４は、フレーム１１０（左上の象限）内の圧力ポート１７０を通してアクセスされ得る。リザーバ１２４は、仕切り１２６及び１２８によって象限に分離されている（詳細な説明については、図６Ａ～図６Ｆの説明を参照）。図４Ｂは、バイオリアクタの上面図である。図４Ｃ及び図４Ｄは、それぞれ、組み立てられたバイオリアクタの端面図及び側面図である。バイオリアクタの例示的な寸法が提供されている。この例では、ユニット全体は、約６０ｍｍの高さ、約５０ｍｍの幅、及び約１００ｍｍの長さを有する。このユニットは、当業者によって想定され得るようにスケーリングされ得る。図４Ｅ及び図４Ｆは、それぞれ、図４Ｆに示すように断面Ａ－Ａ及びＢ－Ｂに沿って切断された、側面からの横断面図である。図４Ｅでは、膜１６０は、サンプルウェル１８０とスカート１４０との間に着座させられていることが示されている。図４Ｆは、サンプルウェル１８０及びスカートチャネル１４２の嵌合を示している。

図５Ａ～図５Ｆは、様々な角度からのフレーム１１０の実施形態の図を提供している。図５Ａは、フレームがサンプルウェル１８０の象限に分割された上面斜視図を示している。凹部１１４及び圧力ポート１７０が見える。図５Ｂは、象限凹部１１４毎に６つのサンプルウェルが見られる底面斜視図を示している。図５Ｃは底面図を示し、図５Ｄは充填ポート１９０が見える上面図を示し、図５Ｅは側面図を示し、図５Ｆは端面図を示している。

図６Ａ～図６Ｆは、様々な角度からの基部１２０の図を提供している。この基部は、図５Ａ～図５Ｆに示すように、象限に分割されたフレーム１１０を受容するように構成されている。図６Ａは上面斜視図を示し、図６Ｂは底面斜視図を示し、図６Ｃは上面図を示し、図６Ｄは底面図を示し、図６Ｅは側面図を示し、図６Ｆは端面図を示している。図、特に図６Ａ及び図６Ｃによって理解できるように、基部は、仕切りによって４つのリザーバ１２４に分割されている。示された実施形態では、プレートの長さにわたって１つの長い仕切り１２６がある。次いで、長い仕切り１２６の両側に、２つの左右反転の「湾曲した」仕切り１２８がある。これらの湾曲した仕切り１２８は、圧力ポートから最も遠いプレートの側面上のリザーバ（図６Ｃの右側の２つのリザーバ）を伸長するように作用する。湾曲部を有する仕切り１２８の端部には、仕切りの各々が接する点があり、プラス形状（＋）を形成している。この点１２９は、圧力ポート１７０（培地収集ポートとも称される）の真下に位置する。圧力ポート１７０を通して各リザーバは針で到達され、フレーム１１０を基部１２０から取り外すことなく個別に収集され得る。

液体培地は、各ウェル内のゲル層を通って灌流し、次いで、スカート１４０を経由して、その収集リザーバ１２４内に落下する。リザーバ１２４が満杯であり、透き通った基部を通して見ることができるとき、基部１２０を過剰に充填することなく灌流を継続することができるように、リザーバを空にする必要がある。この培地除去は、培地収集ポート（圧力ポート１７０）を介してリザーバ１２４内の培地を引き出すことによって、フレーム１１０を基部１２０から分離することなく行われ得る。基部１２０内の仕切りのプラス（＋）形状エリア１２９は、各リザーバ１２４からの培地が、培地収集（圧力）ポート１７０を通じて針でアクセスされることを可能にする。

図７Ａ～図７Ｃは、様々な角度からの蓋１３０の図を提供している。図７Ａは、底面斜視図（蓋の下面）を示している。蓋１３０は、フレーム１１０内の凹部１１４に対応し、かつ／又は蓋１３０に構造的支持を提供する、仕切り１３２を含む。蓋の角部内の曲がった角部支持体１３４は、フレーム１１０上に着座する。曲がった角部支持体１３４は、蓋１３０がフレーム１１０上で自動的に中央に配置されることを可能にする。これは、蓋１３０の縁部とフレーム１１０の頂部との間に、バイオリアクタ１００の周りを一周する一貫した空隙を作り出す。図７Ｂは、上面斜視図を示し、図７Ｃは、底面図（蓋の下面）を示している。図７Ｃに示すように、いくつかの実施形態では、角部支持体１３４は、直線であってもよい。

図８Ａ～図８Ｅは、様々な角度からのスカート１４０の図を提供している。図８Ａは、上面斜視図を示し、図８Ｂは、底面斜視図を示し、図８Ｃは、上面図を示し、図８Ｄは、底面図を示し、図８Ｅは、側面図を示している。スカート１４０は、フレーム１１０に着座部を提供するためのリップ１４４を含む。この例では、チャネル１４２は、図５Ａ～図５Ｆに示すものなどの２４ウェルのアレイに対応する。

図９Ａ及び図９Ｂは、それぞれ、透明材料から成形されたバイオリアクタ１００の分解図及び組み立て図を提供している。

本開示の態様
本開示は、以下の番号付けされた態様を読むことでよりよく理解され、これは特許請求の範囲と混同されるべきではない。以下の番号付けされた態様のうちのいずれかは、いくつかの例では、本開示の他の場所で説明される態様と組み合わせることができ、そのような組み合わせは、本開示の一部を形成することが意図されている。

態様１．灌流可能なバイオリアクタであって、蓋と、凹部内の少なくとも１つのサンプルウェル、及び少なくとも１つの充填ポートを備えるフレームと、フレームの下に位置する膜であって、膜が、少なくとも１つのサンプルウェルの底部に接着されている、膜と、少なくとも１つのリザーバを備える基部であって、基部が、フレーム及び蓋よりも幅広である、基部と、フレームを基部にシールするロック機構と、を備え、少なくともフレーム及び基部が、射出成形されている、灌流可能なバイオリアクタ。

態様２．フレームの底部に接着されたスカートを更に備え、膜が、フレームとスカートとの間に位置するようにされており、スカートが、各サンプルウェルからリザーバまで通じるチャネルを備える、態様１に記載の灌流可能なバイオリアクタ。

態様３．フレームが、サンプルウェルのアレイを備え、基部が、複数のリザーバに分割されており、チャネルの各々が、サンプルウェルから特定のリザーバ内に流体を導く、先行する態様のいずれかに記載の灌流可能なバイオリアクタ。

態様４．フレームが、各リザーバから流体を収集することができる培地収集ポートを包有する、態様３に記載の灌流可能なバイオリアクタ。

態様５．ロック機構が、バイオリアクタの各端部においてフレームを基部にクランプする一対のガスケットを備える、先行する態様のいずれかに記載の灌流可能なバイオリアクタ。

態様６．基部が、基部とフレームとがシール可能に嵌合されるように、フレームの下縁を受容するために上縁の周りにチャネルを含む、先行する態様のいずれかに記載の灌流可能なバイオリアクタ。

態様７．蓋の底部が、フレームと同一平面上に着座し、蓋が、フレームから約１～２ｍｍのクリアランスを提供する隆起した中央部分を備える、先行する態様のいずれかに記載の灌流可能なバイオリアクタ。

態様８．膜が、ヒートシールによって複数のウェルの底部に接着されている、先行する態様のいずれかに記載の灌流可能なバイオリアクタ。

態様９．膜が、ポリカーボネート、セルロース、ナイロン、ＰＥＥＫ、ポリプロピレン、又はそれらの組み合わせで構成されている、先行する態様のいずれかに記載の灌流可能なバイオリアクタ。

態様１０．蓋、フレーム、基部、及びスカートのうちの１つ以上が、透明である、先行する態様のいずれかに記載の灌流可能なバイオリアクタ。

態様１１．フレームが、複数の凹部を含み、各凹部が、複数のサンプルウェル及び少なくとも１つの充填ポートを包有する、先行する態様のいずれかに記載の灌流可能なバイオリアクタ。

態様１２．３Ｄ細胞培養のためのシステムであって、射出成形された灌流可能なバイオリアクタを備え、灌流可能なバイオリアクタが、蓋と、サンプルウェルのアレイを有する少なくとも１つの凹部、及び少なくとも１つの充填ポートを含むフレームと、サンプルウェルのアレイの下の、フレームの底部に接着された膜と、フレームの底部に接着されたスカートであって、膜が、フレームとスカートとの間に位置するようにされており、スカートが、複数のチャネルを備える、スカートと、少なくとも１つのリザーバを備える基部であって、基部が、フレーム及び蓋よりも幅広である、基部と、フレームを基部にシールするロック機構と、を備え、ウェルプレートの基部が、フレームとシール可能に嵌合されるように構成されており、その結果、嵌合されたとき、サンプルウェルがスカートのチャネルを介してリザーバと流体連通し、フレームが、培地収集ポートを備え、培地収集ポートを通して基部内の各リザーバから培地を収集することができ、サンプルウェルが、３Ｄ細胞培養支持マトリックスで満たされたときに、システムが、３Ｄ細胞培養支持マトリックスの上方の圧力が大気圧であり、かつ膜の下方の圧力が負圧であるように構成されており、負圧が、垂直な流体流路に沿ってサンプルウェルから３Ｄ細胞培養支持マトリックスを通って、膜を通り、チャネルに沿ってリザーバまで流体を灌流させる、システム。

態様１３．ポートが、灌流された流体のサンプルがシリンジを用いてリザーバから収集されることを可能にするように構成されている、態様１２に記載のシステム。

態様１４．負圧が、ポートに接続されたチューブによって引き込まれる、態様１２に記載のシステム。

比率、濃度、量、及び他の数値データは、本明細書では、範囲フォーマットで表され得ることに留意されたい。このような範囲フォーマットは、利便性及び簡潔性のために使用されており、したがって、範囲の限界として明示的に列挙された数値を含むだけでなく、各数値及びサブ範囲が明示的に列挙されているかのように、その範囲内に包含される全ての個々の数値又はサブ範囲もまた含むように、柔軟な方式で解釈されるべきであることが理解されるべきである。例示として、「約０．１％～約５％」の濃度範囲は、約０．１重量％～約５重量％の明示的に列挙された濃度を含むだけでなく、示された範囲内の個々の濃度（例えば、１％、２％、３％、及び４％）及び部分範囲（例えば、０．５％、１．１％、２．２％、３．３％、及び４．４％）もまた含むと解釈されるべきである。一実施形態では、「約０」は、０、０．００１、０．０１、又は０．１を指すことができる。一実施形態では、用語「約」は、数値の有意な図に従って従来の丸めを含むことができる。更に、「約「ｘ」～「ｙ」」という語句は、「約「ｘ」～約「ｙ」」を含む。

本開示の上述の実施形態は、実装の単なる可能な例であり、本開示の原理を明確に理解するためだけに記載されていることが強調されるべきである。本開示の趣旨及び原理から実質的に逸脱することなく、多くの変形及び修正が、本開示の上述の実施形態に対して行われ得る。全てのそのような修正及び変形は、本明細書において本開示の範囲内に含まれることが意図されている。

Claims (14)

1. 灌流可能なバイオリアクタであって、
   蓋と、
   凹部内の少なくとも１つのサンプルウェルと、及び少なくとも１つの充填ポートであって、液体の充填時に発生する乱流が、周囲の前記サンプルウェル内又は前記サンプルウェルの周りに導かれないようにするように構成された半球状の凹みを有する充填ポートと、を備えるフレームと、
   前記フレームの下に位置する膜であって、前記膜が、前記少なくとも１つのサンプルウェルの底部に接着されている、膜と、
   少なくとも１つのリザーバを備える基部であって、前記基部が、前記フレーム及び前記蓋よりも幅広である、基部と、
   前記フレームを前記基部にシールするロック機構と、を備え、
   少なくとも前記フレーム及び前記基部が、射出成形されている、灌流可能なバイオリアクタ。
2. 前記フレームの底部に接着されたスカートを更に備え、前記膜が、前記フレームと前記スカートとの間に位置するようにされており、前記スカートが、各サンプルウェルから前記リザーバまで通じるチャネルを備える、請求項１に記載の灌流可能なバイオリアクタ。
3. 前記フレームが、サンプルウェルのアレイを備え、前記基部が、複数のリザーバに分割されており、前記チャネルの各々が、サンプルウェルから特定のリザーバ内に流体を導く、請求項２に記載の灌流可能なバイオリアクタ。
4. 前記フレームが、各リザーバから流体を収集することができる培地収集ポートを包有する、請求項３に記載の灌流可能なバイオリアクタ。
5. 前記ロック機構が、前記バイオリアクタの各端部において前記フレームを前記基部にクランプする一対のガスケットを備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の灌流可能なバイオリアクタ。
6. 前記基部が、前記基部と前記フレームとがシール可能に嵌合されるように、前記フレームの下縁を受容するために上縁の周りにチャネルを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の灌流可能なバイオリアクタ。
7. 前記蓋の底部が、前記フレームと同一平面上に着座し、前記蓋が、前記フレームから１～２ｍｍのクリアランスを提供する隆起した中央部分を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の灌流可能なバイオリアクタ。
8. 前記膜が、ヒートシールによって複数のウェルの底部に接着されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の灌流可能なバイオリアクタ。
9. 前記膜が、ポリカーボネート、セルロース、ナイロン、ＰＥＥＫ、ポリプロピレン、又はそれらの組み合わせで構成されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の灌流可能なバイオリアクタ。
10. 前記蓋、前記フレーム、及び前記基部のうちの１つ以上が、前記バイオリアクタの頂部及び底部における液体培地のレベルを監視することが可能である程度に透明である、請求項１から９のいずれか一項に記載の灌流可能なバイオリアクタ。
11. 前記フレームが、複数の凹部を含み、各凹部が、複数のサンプルウェル及び少なくとも１つの充填ポートを包有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の灌流可能なバイオリアクタ。
12. ３Ｄ細胞培養のためのシステムであって、
    射出成形された灌流可能なバイオリアクタを備え、前記灌流可能なバイオリアクタが、
    蓋と、
    サンプルウェルのアレイを有する少なくとも１つの凹部と、及び少なくとも１つの充填ポートであって、液体の充填時に発生する乱流が、周囲の前記サンプルウェル内又は前記サンプルウェルの周りに導かれないようにするように構成された半球状の凹みを有する充填ポートと、を含むフレームと、
    サンプルウェルのアレイの下の、前記フレームの底部に接着された膜と、
    前記フレームの底部に接着されたスカートであって、前記膜が、前記フレームと前記スカートとの間に位置するようにされており、前記スカートが、複数のチャネルを備える、スカートと、
    少なくとも１つのリザーバを備える基部であって、前記基部が、前記フレーム及び前記蓋よりも幅広である、基部と、
    前記フレームを前記基部にシールするロック機構と、を備え、
    ウェルプレートの基部が、前記フレームとシール可能に嵌合されるように構成されており、その結果、嵌合されたとき、前記サンプルウェルが前記スカートの前記チャネルを介して前記リザーバと流体連通し、
    前記フレームが、培地収集ポートを備え、前記培地収集ポートを通して前記基部内の各リザーバから培地を収集することができ、
    前記サンプルウェルが、３Ｄ細胞培養支持マトリックスで満たされたときに、前記システムが、前記３Ｄ細胞培養支持マトリックスの上方の圧力が大気圧であり、かつ前記膜の下方の圧力が負圧であるように構成されており、前記負圧が、垂直な流体流路に沿って前記サンプルウェルから前記３Ｄ細胞培養支持マトリックスを通って、前記膜を通り、前記チャネルに沿って前記リザーバまで流体を灌流させる、システム。
13. 前記培地収集ポートが、前記灌流された流体のサンプルがシリンジを用いて前記リザーバから収集されることを可能にするように構成されている、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記負圧が、前記培地収集ポートに接続されたチューブによって引き込まれる、請求項１２に記載のシステム。