KR102447734B1 - 접종 및 배양용 시스템 및 방법 - Google Patents

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에피본, 인크.
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Abstract

다공성 골격 상에 치료 활성 성분(TAI)을 접종하기 위한 시스템은 골격을 수용하기 위한 제1 챔버, TAI를 저장하기 위한 TAI 저장 디바이스, TAI 배지를 저장하기 위한 적어도 하나의 제2 챔버, 및 압축 소스로부터 가스를 수용하기 위한 가스 입구를 포함한다. 유동 회로가 TAI, TAI 배지 및 가스를 골격에 전달하기 위해 제1 챔버, TAI 저장 디바이스, 제2 챔버 및 가스 입구에 결합된다. 펌프가 유동 회로 내의 TAI, TAI 배지 및 가스 중 적어도 하나를 펌핑한다. 시스템은 복수의 밸브를 통해 골격으로의 TAI, TAI 배지 및 가스의 전달을 조절하는 프로세서를 또한 포함한다.

Description

접종 및 배양용 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR SEEDING AND CULTURING}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 본 명세서에 그대로 참조로서 합체되어 있는, 2017년 4월 7일 출원된 미국 가출원 제62/483,031호의 이익을 청구한다.
발명의 분야
본 개시내용은 일반적으로 조직 생체 공학(tissue bioengineering)에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 다른 가능성들 중에서도, 뼈, 연골, 인대, 근육, 지방, 치아 및 힘줄의 조직 공학(tissue engineering)을 위한 다공성 골격(scaffold)을 접종(seeding) 및 배양(culturing)하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
골형성 골격 내의 인간 줄기 세포의 생체 반응기 배양은, 원하지 않는 계통의 개발을 제한하고 이식 후에 계속적인 재형성 및 혈관화를 용이하게 하면서, 골기질의 세포 생존, 분화, 성숙 및 침착을 지원하는 것으로 나타나고 있다.
그러나, 골격을 배양하는 전통적인 방법은, 페트리 접시(Petri dish) 내에서 배지(media) 내에 골격을 침지하는 것, 골격을 건조하는 것, 골격 상에 세포를 배치하는 것 및 배지욕 내에 골격을 침지하여 세포 성장을 조장하는 것을 포함하여, 다수의 도구 또는 디바이스를 사용하여 실험실 기술자에 의해 수동으로 수행된 작업들을 종종 수반한다.
CN 102304476 A (공개일: 2012. 1. 4) US 2001/0021529 A1 (공개일: 2001. 9. 13) US 2008/0113426 A1 (공개일: 2008. 5. 15) US 2009/0233362 A1 (공개일: 2009. 9. 17) US 2012/0035742 A1 (공개일: 2012. 2. 9) US 2006/0024822 A1 (공개일: 2006. 2. 2)
강렬한 노동 없이 골격의 배향을 핸들링하기 위한 비용 효율적이고 간단한 기구에 대한 요구가 존재한다. 본 명세서에 설명된 개시된 기술은 이 요구를 처리한다. 게다가, 본 명세서에 설명된 시스템은 프로세스에서 사용자 상호 작용을 감소시킴으로써 강인한 프로세스 제어 및 무균성의 유지를 가능하게 한다.
개시된 기술은 다공성 골격 상에 치료 활성 성분(TAI)을 접종하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은 골격을 수용하기 위한 제1 챔버, TAI를 저장하기 위한 TAI 저장 디바이스, TAI 배지를 저장하기 위한 적어도 하나의 제2 챔버, 및 압축 소스로부터 가스를 수용하기 위한 가스 입구를 포함한다. 유동 회로가 (i) 제1 챔버, (ii) TAI 저장 디바이스, (iii) 제2 챔버 및 (iv) 가스 입구에 결합된다. 유동 회로는 TAI, TAI 배지 및 가스를 골격에 전달한다. 펌프가 유동 회로 내의 TAI, TAI 배지 및 가스 중 적어도 하나를 펌핑한다. 시스템은 골격으로의 TAI, TAI 배지 및 가스의 전달을 조절하기 위한 복수의 밸브를 또한 포함한다.
일부 실시예에서, 유동 회로는 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 배지 공급 라인 및 배지 복귀 라인, TAI를 전달하기 위해 TAI 저장 디바이스에 연결된 TAI 공급 라인, 및 가스를 전달하기 위해 가스 입구에 연결된 가스 공급 라인을 포함한다.
일부 실시예에서, 복수의 밸브는 제2 챔버로부터 골격으로의 TAI 배지의 전달을 조절하기 위한 배지 밸브, 가스 입구로부터의 가스의 전달을 조절하기 위한 가스 밸브, TAI 저장 디바이스로부터의 TAI의 전달을 조절하기 위한 TAI 밸브, 제1 챔버로의 가스의 전달을 조절하기 위한 제1 챔버 밸브, 및 제1 챔버로부터의 유동을 조절하기 위한 폐기물 밸브를 포함한다.
일부 실시예에서, 시스템은 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 하나 이상의 밸브를 절환함으로써 골격의 접종 및 배양을 조절하기 위한 프로세서를 포함한다. 프로세서는 펌프에 의한 펌프 속도를 조정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 프로세서는 TAI 배지 및 TAI의 유동을 제어하기 위해 밸브를 동작함으로써 TAI 배지로 골격을 처리하는 것을 조절한다.
일부 실시예에서, 프로세서는 가스 밸브, 제1 챔버 밸브 및 폐기물 밸브가 개방 위치에 있고 나머지 밸브가 폐쇄 위치에 있도록 밸브들을 조정함으로써 가스로 골격으로부터 과잉량의 TAI 배지를 제거하는 것을 조절한다.
일부 실시예에서, 프로세서는 나머지 밸브가 폐쇄 위치에 있는 동안 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 가스 밸브, 제1 밸브 및 폐기물 밸브의 각각을 반복적으로 교번함으로써 골격을 통해 압축 가스 버스트를 펄스화하는 것을 조절한다.
일부 실시예에서, 프로세서는 압축 가스 버스트를 배출하기 전에 압축 가스를 발생하기 위해 가스 밸브를 개방 위치로 그리고 제1 챔버 밸브를 폐쇄 위치로 절환한다.
일부 실시예에서, 프로세서는 압축 가스 버스트를 제1 챔버 내로 배출하기 위해 가스 밸브를 폐쇄 위치로 그리고 제1 챔버를 개방 위치로 절환한다.
일부 실시예에서, 프로세서는 TAI 밸브 및 폐기물 밸브가 개방 위치에 있고 나머지 밸브가 폐쇄 위치에 있도록 밸브들을 조정함으로써 TAI 저장 디바이스로부터 TAI를 배출하는 것을 조절한다.
일부 실시예에서, 프로세서는 배지 밸브, 제1 챔버 밸브 및 폐기물 밸브가 개방 위치에 있고 나머지 밸브가 폐쇄 위치에 있도록 밸브들을 조정함으로써 제1 챔버 내로 TAI를 펌핑하는 것을 조절한다.
일부 실시예에서, 시스템은 복수의 위치를 통해 제1 챔버 내에 수용된 골격을 회전하기 위해, 모터(회전 액추에이터, 스텝퍼, 브러시, 브러시리스, 공압, 유압 등과 같은 다양한 유형의 모터를 포함함)에 의해 구동되는 골격 선회기를 포함한다.
일부 실시예에서, 프로세서는 복수의 위치를 통해 골격을 회전하도록 골격 선회기를 구동하는 모터에 명령함으로써 골격 상의 TAI의 접착을 조절한다.
일부 실시예에서, 시스템은 펌프를 구동하기 위한 모터를 포함한다.
일부 실시예에서, 프로세서는 미리결정된 시간 기간 동안 TAI 배지를 제1 챔버 내로 펌핑하도록 펌프를 구동하는 모터에 명령함으로써 TAI 배양을 조절한다.
일부 실시예에서, 이식편은 뼈, 연골, 인대, 근육, 지방, 피부, 신경, 림프절, 골수, 치아 및 힘줄 중 하나 이상을 포함한다. 특정 실시예에서, 이식편은 골 이식편이다.
일부 실시예에서, 압축 소스는 CO2, N2 또는 혼합 가스를 제공한다.
개시된 기술의 다른 양태는 다공성 골격 내에 TAI를 접종 및 배양하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 제1 챔버 내에 골격을 수용하는 단계를 포함한다. 유동 회로가 TAI 저장 디바이스, 적어도 하나의 제2 챔버 및 가스 입구로부터 TAI, TAI 배지 및 가스를 골격으로 전달한다. 펌프가 유동 회로 내의 TAI, TAI 배지 및 가스 중 적어도 하나를 펌핑한다. 프로세서가 복수의 밸브를 통해 골격으로의 TAI, TAI 배지 및 가스의 전달을 조절한다.
일부 실시예에서, 복수의 밸브는 제2 챔버로부터 TAI 배지의 전달을 조절하기 위한 배지 밸브, 가스 입구로부터의 가스의 전달을 조절하기 위한 가스 밸브, TAI 저장 디바이스로부터의 TAI의 전달을 조절하기 위한 TAI 밸브, 제1 챔버로의 가스의 전달을 조절하기 위한 제1 챔버 밸브, 및 제1 챔버로부터의 유동을 조절하기 위한 폐기물 밸브를 포함한다.
일부 실시예에서, 프로세서는 나머지 밸브가 폐쇄 위치에 있는 동안 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 가스 밸브, 제1 챔버 밸브 및 폐기물 밸브의 각각을 반복적으로 교번함으로써 골격을 통해 압축 가스 버스트를 펄스화하는 것을 조절한다.
일부 실시예에서, 프로세서는 압축 가스 버스트를 배출하기 전에 압축 가스를 발생하기 위해 가스 밸브를 개방 위치로 그리고 제1 챔버 밸브를 폐쇄 위치로 절환한다.
일부 실시예에서, 프로세서는 압축 가스 버스트를 제1 챔버 내로 배출하기 위해 가스 밸브를 폐쇄 위치로 그리고 제1 챔버 밸브를 개방 위치로 절환한다.
일부 실시예에서, 이식편은 뼈, 연골, 인대, 근육, 지방, 피부, 신경, 림프절, 골수, 치아 및 힘줄 중 하나 이상을 포함한다. 특정 실시예에서, 이식편은 골 이식편이다.
개시된 기술의 다른 양태는 다공성 골격의 표면을 처리하는 방법에 관한 것이다. 방법은 세포 용액의 위킹(wicking)을 용이하게 하여, 균일한 접종된 골격을 생성하기 위해 얇은 층으로 다공성 골격의 표면을 웨팅(wet)하고 코팅하기 위해 액체 및 가스 압력을 사용하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 제1 챔버 내에 다공성 골격을 수용하는 단계; TAI 저장 디바이스, 적어도 하나의 제2 챔버 및 가스 입구로부터 유동 회로를 통해 TAI, TAI 배지 및 가스를 골격으로 전달하는 단계; 유동 회로 내의 TAI, TAI 배지 및 가스 중 적어도 하나를 펌프에 의해 펌핑하는 단계; 및 복수의 밸브를 통해 프로세서에 의해 골격으로의 TAI, TAI 배지 및 가스의 전달을 조절하는 단계를 포함한다.
개시된 기술의 다른 양태는 골격 접종 및 배양을 위한 자동화 시스템 내로의 통합을 위한 미리조립된 키트에 관한 것이다. 미리조립된 키트는 골격, 골격을 수용하기 위한 제1 챔버, 저장 목적을 위한 제2 챔버, 및 저장조와 생체 반응기를 연결하기 위한 유동 회로를 포함한다. 골격, 제1 챔버, 제2 챔버 및 유동 회로는 골격 접종 및 배양을 위한 자동화 시스템으로의 입력을 형성하도록 조립된다. 미리조립된 키트와의 통합 후에 자동화 시스템은: 골격을 수용하기 위한 제1 챔버; TAI 배지를 저장하기 위한 제2 챔버; TAI를 저장하기 위한 치료 활성 성분(TAI) 저장 디바이스; 압축 소스로부터 가스를 수용하기 위한 가스 입구; (i) 제1 챔버, (ii) TAI 저장 디바이스, (iii) 제2 챔버 및 (iv) 가스 입구에 결합된 유동 회로로서, 유동 회로는 TAI, TAI 배지 및 가스를 골격에 전달하는, 유동 회로; 유동 회로 내의 TAI, TAI 배지 및 가스 중 적어도 하나를 펌핑하기 위한 펌프; 및 골격으로의 TAI, TAI 배지 및 가스의 전달을 조절하기 위한 복수의 밸브를 포함한다.
설명된 예시적인 실시예의 다양한 양태는 또 다른 실시예를 실현하기 위해 특정의 다른 예시적인 실시예의 양태와 조합될 수도 있다. 임의의 하나의 예의 하나 이상의 특징은 다른 예의 하나 이상의 특징과 조합될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 게다가, 임의의 예 또는 예들에서 임의의 단일 특징 또는 특징의 조합은 특허 가능한 주제를 구성할 수도 있다. 본 기술의 다른 특징은 이하의 상세한 설명에 포함된 정보의 고려로부터 명백할 것이다.
본 기술의 이하의 상세한 설명은 첨부 도면과 함께 숙독될 때 더 양호하게 이해된다. 예시의 목적으로, 예시적인 실시예가 도면에 도시되어 있지만, 주제는 개시된 특정 요소 및 수단에 한정되는 것은 아니다. 도면의 구성 요소는 단지 예시의 목적으로 도시된 것이고, 실제 축척대로 도시되어 있지는 않을 수도 있다.
도 1은 본 발명의 기술의 일 실시예에 따른 자동화 접종 및 배양 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 기술의 일 실시예에 따른 골격 선회기에 의한 선회 기구의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 기술의 일 실시예에 따른 자동화 접종 및 배양 시스템의 유체 회로의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 기술의 일 실시예에 따른 자동화 접종 및 배양 시스템의 유체 회로에 결합된 전기 회로의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 기술의 일 실시예에 따른 (a) 프리웨팅(pre-wetting) 프로세스 및 (b) TAI 전달 및 접착 프로세스 중에 골격의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 기술의 일 실시예에 따른 제1 챔버 내로 배지의 유동을 도입하기 위한 자동화 접종 및 배양 시스템의 회로 구성의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 기술의 일 실시예에 따른 제1 챔버 내로 가스를 도입하기 위한 자동화 접종 및 배양 시스템의 회로 구성의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 기술의 일 실시예에 따른 제1 챔버 내로 압축 가스 버스트를 도입하기 위한 자동화 접종 및 배양 시스템의 회로 구성의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 기술의 일 실시예에 따른 프리웨팅 프로세스 중에 골격의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 기술의 일 실시예에 따른 제1 챔버 직전이 지점으로 TAI 용액을 도입하기 위한 자동화 접종 및 배양 시스템의 회로 구성의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 기술의 일 실시예에 따른 제1 챔버 내로 TAI 용액을 펌핑하기 위한 자동화 접종 및 배양 시스템의 회로 구성의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 기술의 일 실시예에 따른 상이한 위치를 통해 골격을 회전하기 위한 자동화 접종 및 배양 시스템의 회로 구성의 개략도이다.
도 13은 본 발명의 기술의 일 실시예에 따른 상이한 회전 위치에서 골격을 도시하고 있는 개략도이다.
도 14는 상이한 위치로 골격을 회전하는 결과로서 상이한 효과를 비교하는 개략도이다.
도 15는 본 발명의 기술의 일 실시예에 따른 배양 프로세스 중에 제1 챔버 내로 연속적인 배지 유동을 도입하기 위한 자동화 접종 및 배양 시스템의 회로 구성의 개략도이다.
도 16은 본 발명의 기술의 일 실시예에 따른 자동화 접종 및 배양 시스템의 대안적인 회로 구성의 개략도이다.
도 17은 큰 다공성 골격 전체에 걸쳐 ATI의 동종 전달 및 부착을 도시하고 있다.
이하의 상세한 설명에서, 수많은 특정 상세가 관련 기술의 철저한 이해를 제공하기 위해 예로서 설명된다. 그러나, 본 발명의 교시는 이러한 상세 없이 실시될 수도 있다는 것이 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 다른 경우에, 공지의 방법, 절차, 구성 요소, 및/또는 회로는 본 발명의 교시의 양태를 불필요하게 불명료하게 하는 것을 회피하기 위해, 상세 없이, 비교적 개괄적으로 설명되어 있다.
1. 개요
본 발명의 기술은 골형성 골격 내에 인간 줄기 치료 활성 성분(TAI)을 배양함으로써 맞춤 설계된 자가 이식편을 가공하는 것에 관한 것이다. TAI는 다른 가능성들 중에서도, 세포, 약물, 단백질, 하이드로젤 중 하나 또는 조합을 포함할 수도 있다. 이식편은 다른 가능성들 중에서도, 뼈, 연골, 인대, 근육, 지방, 피부, 신경, 림프절, 골수, 치아 및 힘줄 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 환자 특정 이식편은 환자의 컴퓨터 단층 촬영(CT) 스캔으로부터 해부학적 결함의 정밀한 3차원(3D) 모델에 기초하여 설계될 수도 있다. 3D 이미지를 사용하여, 해부학적으로 성형된 골격이 제조될 수도 있다.
본 발명의 기술은 골격을 접종 및 배양함으로써 이식 준비가 된 이식편을 배양하기 위한 시스템(100)에 관한 것이다. 도 1은 일 실시예에 따른 시스템(100)의 개략도를 제공하고 있다. 시스템(100)은 골격의 접종 및 배양을 핸들링하는 올인원 디바이스일 수도 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 가스 정화를 포함하는 골격의 프리웨팅, TAI로의 골격의 함침, 균일한 접종을 제공하기 위한 골격의 회전, TAI를 공급하기 위한 TAI 배지의 전달, 및 TAI에 의해 생성된 폐기물의 제거의 모두를 수행할 수도 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 시스템(100)은 이식편 내로 골격을 성장시키기 위한 환경을 제공하는 제1 챔버(102)를 포함할 수도 있다. 제1 챔버는 골격을 수용하기 위한 몰드를 포함할 수도 있다. 몰드는 골격의 구성에 합치하기 위해 3D 이미지에 기초하여 맞춤 구성될 수도 있다.
시스템(100)은 TAI 용액을 골격에 전달함으로써 TAI로 골격을 관류할 수도 있다. TAI 용액은 TAI 저장 디바이스(106) 내에 저장될 수도 있다. TAI 저장 디바이스(106)는 주사기일 수도 있다. TAI 용액은 TAI의 농축 현탁액을 포함할 수도 있다. TAI는 환자의 자신의 조직으로부터 유도되거나 추출될 수도 있다. TAI 용액은 TAI로 골격을 함침하기 위해 제1 챔버(102)에 전달될 수도 있다. TAI는 생육 가능 이식편을 형성하기 위해 골격 내에서 증식되고 충분한 양으로 팽창할 수도 있다.
시스템(100)은 TAI를 공급하기 위해 제1 챔버(102)에 전달될, TAI 배지와 같은 TAI를 위한 식품원(food source)을 저장하기 위한 하나 이상의 제2 챔버(108)를 또한 포함할 수도 있다. 제2 챔버(108)는 TAI 배지 챔버(108)일 수도 있다. 시스템(100)은 압축 소스로부터 가스를 수용하기 위한 가스 입구(110)를 포함할 수도 있고, 가스는 제1 챔버(102)로 전달될 것이다. 압축 소스는 CO2, N2 또는 혼합 가스를 제공할 수도 있다.
제1 챔버(102)는 그 내에 저장된 골격을 접종하고 배양하기 위해 TAI 배지, TAI, 가스를 수용하기 위한 입구(102a)를 포함할 수도 있다. 제1 챔버는 가스 기포, 과잉의 TAI 배지, 및 TAI에 의해 생성된 폐기물을 포함하는 가스를 배출하기 위한 출구(102b)를 포함할 수도 있다.
TAI 배지 챔버(108)는 제1 챔버(102) 내에 TAI를 공급하기 위해 TAI 배지를 배출하기 위한, 배지 공급 라인(120)에 결합된 출구(108a)를 가질 수도 있다. TAI 배지 챔버(108)는 제1 챔버(102)로부터 복귀된 TAI 배지 뿐만 아니라 제1 챔버(102) 내의 TAI에 의해 생성된 폐기물을 수용하기 위한, 배지 복귀 라인(122)에 결합된 입구(108b)를 가질 수도 있다. TAI 배지 챔버(108)는 TAI에 의해 생성된 폐기물을 저장할 수도 있다. TAI 배지 챔버(108)는 또한 배지 복귀 라인(122)을 거쳐 제1 챔버(102)에 의해 생성된 가스 기포를 수용하고 수집할 수도 있다.
배지 공급 라인(120)은 TAI 배지 챔버(108)의 출구(108a)를 제1 챔버(102)의 입구(102a)에 연결할 수도 있다. 배지 공급 라인(120)은 배지 공급 라인(120) 내의 유체 이동을 조절하기 위해, 모터(114)에 의해 구동되는 펌프(112)를 통해 진행할 수도 있다. 펌프(112)는 다른 가능성들 중에서도, 연동 펌프, 주사기, 또는 다이어프램 펌프일 수도 있다. 모터(114)는 다른 가능성들 중에서도, 회전 액추에이터, 스텝퍼, 브러시, 브러시리스, 공압 및 유압 모터와 같은 다양한 유형의 모터로부터 선택될 수도 있다. 또한, 배지 공급 라인(120)은 배지 밸브(124) 및 제1 챔버 밸브(126)를 통해 진행할 수도 있다. 각각의 밸브는 배지 공급 라인(120)을 통한 유동을 허용하기 위한 개방 위치, 및 유동을 차단하기 위한 폐쇄 위치를 가질 수도 있다. 예를 들어, 배지 밸브(124)는 TAI 배지 챔버(108)와 펌프(112) 사이의 유동을 조절할 수도 있고, 반면에 제1 챔버 밸브(126)는 펌프(112)와 제1 챔버(102) 사이의 유동을 조절할 수도 있다. 배지 밸브(124)는 TAI 배지 챔버(108)로부터 골격으로 TAI 배지의 전달을 조절할 수도 있다.
배지 복귀 라인(122)은 TAI 배지 챔버(108)의 입구(108b)를 제1 챔버(102)의 출구(102b)에 연결할 수도 있다. 또한, 배지 복귀 라인(122)은 폐기물 밸브(128)를 통해 진행할 수도 있다. 폐기물 밸브(128)는 제1 챔버(102)로부터 TAI 배지 챔버(108)로의 유동을 조절할 수도 있다. 예를 들어, 폐기물 밸브(128)는 배지 복귀 라인(120)을 통한 유동을 허용하기 위한 개방 위치, 및 유동을 차단하기 위한 폐쇄 위치를 가질 수도 있다. 배지 복귀 라인(122)은 재사용을 위해 제1 챔버(102)로부터 TAI 배지 챔버 내로 재차 TAI 배지를 반송할 수도 있다.
TAI 저장 디바이스(106)는 TAI 공급 라인(134)에 결합될 수도 있다. TAI 공급 라인(134)은 TAI 밸브(136)를 통해 진행할 수도 있다. TAI 밸브(136)는 TAI 공급 라인(134) 내의 TAI의 유동을 조절할 수도 있다. 예를 들어, TAI 밸브(136)는 TAI 공급 라인(134)을 통한 TAI의 유동을 허용하기 위한 개방 위치, 및 TAI의 유동을 차단하기 위한 폐쇄 위치를 가질 수도 있다. TAI 공급 라인(134)은 결합점(131a)에서 배지 공급 라인(120)에 조우할 수도 있는데, 여기서 TAI 공급 라인(134)으로부터의 TAI가 배지 공급 라인(120) 내로 유동한다.
가스 입구(110)는 PTFE 멤브레인 또는 고효율 미립자 공기(HEPA) 여과된 입구와 같은 멸균 가스 필터일 수도 있다. 가스 입구(110)는 온도 및 분위기 제어될 수도 있다. 가스 입구(110)는 가스 공급 라인(130)에 결합될 수도 있다. 가스 공급 라인(130)은 가스 밸브(132)를 통해 진행할 수도 있다. 가스 밸브(132)는 가스 공급 라인(130) 내의 가스 유동을 조절할 수도 있다. 예를 들어, 가스 밸브(132)는 가스 공급 라인(130)을 통한 가스 유동을 허용하기 위한 개방 위치, 및 가스 유동을 차단하기 위한 폐쇄 위치를 가질 수도 있다. 가스 공급 라인(130)은 결합점(131b)에서 배지 공급 라인(120)에 조우할 수도 있는데, 여기서 가스 공급 라인(130)으로부터의 가스 배지 공급 라인(120) 내로 유동한다. 배지 공급 라인(120)이 가스를 운반할 때, 펌프(112) 및 제1 챔버 밸브(126)는 제1 챔버(102)로 그리고 그로부터 가스를 장입하고 퍼지할 수도 있다.
본 명세서에 설명된 라인(120, 122, 130, 134)은 플래티늄 경화 실리콘 튜브와 같은 연성 튜브일 수도 있다. 라인(120, 122, 130, 134)은 유동 회로를 형성할 수도 있다. 본 명세서에 설명된 밸브(124, 126, 128, 132, 136)는 핀치 밸브와 같은 솔레노이드 밸브일 수도 있다. 밸브는 라인을 통한 또는 유동 회로를 통한 유동을 제어할 수도 있다. 일 실시예에서, 핀치 밸브는 연성 튜브를 통한 유동을 제한하기 위해 연성 튜브를 압착할 수도 있다.
시스템(100)은 골격 선회기 또는 회전 홀더(116)를 포함할 수도 있다. 골격 선회기(116)는 제1 챔버(102)를 유지하기 위한 클램프로서 역할을 할 수도 있다. 골격 선회기(116)는 다양한 기하학 형상과 같은 다양한 구성의 제1 챔버를 유지하기 위해 가요성 아암(116a)을 가질 수도 있다. 모터(118)에 의해 구동되는 골격 선회기(116)는 균일한 골격 접종을 위해 제1 챔버(102)를 회전시킬 수도 있다. 모터(118)는 다른 가능성 중에서도, 회전 액추에이터, 스텝퍼, 브러시, 브러시리스, 공압 및 유압 모터와 같은 다양한 유형의 모터로부터 선택될 수도 있다. 도 2는 제1 챔버(102) 및 그 내에 수납된 골격(104)을 회전하는 작용시에 골격 선회기(116)의 개략도를 제공하고 있다.
도 3은 본 발명의 기술의 일 실시예에 따른 시스템(100)의 유체 회로의 개략도이다. 도 3에서, 가스, TAI 배지 및 TAI 용액을 포함하는 3개의 개별 입력이 가스 입구(110), TAI 배지 챔버(108), 및 TAI 저장 디바이스(106)로부터 골격을 수용하는 제1 챔버(102) 내로 각각 도입된다. 이들 입력의 각각은 하나 이상의 전용 밸브에 의해 제1 챔버(102)로부터 격리될 수도 있다. 예를 들어, 가스, TAI 배지 및 TAI 용액은 가스 밸브(132), 배지 밸브(124), 및 TAI 밸브(136)에 의해 각각 제1 챔버(102)로부터 격리될 수도 있다. 펌프(112) 및 제1 챔버 밸브(126)는 제1 챔버(102)로 그리고 그로부터 가스를 장입하고 퍼지할 수도 있다. 폐기물 밸브(128)는 제1 챔버(102)로부터 TAI 배지 챔버(108)로의 유동을 조절할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 기술의 일 실시예에 따른 시스템(100)의 유체 회로에 결합된 전기 회로의 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 밸브(124, 126, 128, 132, 136)의 동작은 프로세서 또는 마이크로제어기(140)에 의해 제어될 수도 있다. 프로세서(140)는 사용자 인터페이스(148)를 통해 사용자에 의해 업로드되거나 편집될 수도 있는 프리로딩된 코드를 포함할 수도 있다. 프로세서(140)는 골격(104) 및 제1 챔버(102)의 공극 체적과 같은 기하학적 특성을 수용할 수도 있다. 이러한 정보는 사용자 인터페이스(148)를 통해 사용자에 의해 제공될 수도 있다. 기하학적 특성에 기초하여, 프로세서(140)는 유동을 제어하기 위해 그 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 각각의 밸브를 절환하기 위한 시간을 결정하고, 릴레이 보드(142)를 통한 절환을 수행하도록 각각의 밸브 명령에 명령할 수도 있다.
또한, 프로세서(140)는 펌프(112)를 구동하는 모터(114), 및 골격 선회기(116)를 구동하는 모터(118)를 제어할 수도 있다. 프로세서는 모터들을 동작하기 위한 파라미터를 결정하고, 그 각각의 모터 드라이버(144)를 통해 모터와 통신할 수도 있다. 프로세서는 펌프(112)에 의한 펌프 속도를 조정할 수도 있다.
시스템(100)은 시스템(100) 내의 유동으로부터 화학적 및 물리적 판독치 또는 샘플을 취하기 위한 하나 이상의 센서 또는 샘플링 포트(146)를 포함할 수도 있다. 프로세서(104)는 시스템(100)이 임의의 고장을 경험하는지를 결정하기 위해 판독치들을 분석할 수도 있다. 프로세서(104)는 또한 실험 데이터를 발생하기 위해 판독치에 의존할 수도 있다.
사용자 인터페이스(148)는 시스템(100)의 동작 정보를 표시하는 스크린을 제공할 수도 있다. 사용자 인터페이스(148)는 또한 사용자 입력을 수신하기 위한 스위치를 제공할 수도 있다. 사용자 인터페이스(148)는 시스템(100)을 제어하기 위한 알고리즘을 수신하기 위한 USB 포트를 가질 수도 있다.
간단화를 위해, 전원은 도 4에 도시되어 있지 않다.
2. 접종 및 배양 프로세스
시스템(100)은 이하에 설명되는 실시예에 따른 골격의 접종 및 배양을 조절할 수도 있다.
2.1 초기화
초기화시에, 프로세서(140)는 모터 사양에 따라 모터(114, 118)를 동작하기 위한 일정한 파라미터를 갖고 설정될 수도 있다. 프로세서(140)용 핀이 또한 초기화될 수도 있다. 초기화시에, 프로세서(104)는 또한 얼마나 오래 배지가 순환되는지, 제1 챔버 회전 속도 및 위치, 및 압축 시간을 기술하는 변수와 같은 접종 파라미터를 갖고 설정될 수도 있다. 또한, 프로세서(104)는 상이한 기능을 갖는 펌프 속도 및 펌프 체적을 갖고 설정될 수도 있다. 모터 위치 및 프로그램 로케이션이 또한 초기화될 수도 있다.
초기화시에, 프로세서(140)는 모든 밸브를 그 폐쇄 위치로 절환할 수도 있다. 사용자 인터페이스(148)는 (1) 제1 챔버(102) 및 라인(120, 122, 130, 134)을 로딩할지 사용자에 질의, (2) 배지 유동을 잠금 해제할지 사용자에게 질의, (3) 제1 챔버 유형에 진입할지 사용자에게 질의와 같은, 명령을 사용자에 표시할 수도 있다. 제1 챔버 유형에 기초하여, 프로세서는 제1 챔버의 체적 및 TAI 배지를 관류하기 위한 유량을 결정할 수도 있다. 일 실시예에서, 제1 챔버의 체적 및 유량은 사용자에 의해 제공될 수도 있다.
2.2 접종
접종 프로세스는 (1) 프리웨팅 프로세스(이하에 설명되는 페이즈 1 내지 3), (2) TAI 전달 프로세스(이하에 설명되는 페이즈 4 및 5), 및 (3) TAI 접착 프로세스(이하에 설명되는 페이즈 6)를 포함할 수도 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 프리웨팅 프로세스 중에, TAI 배지는 골격 내로 전달되고, 그 벽을 포함하여 골격 내의 공극 공간을 충전한다. 프리웨팅 프로세스의 부분으로서, 가스는 골격 내로 도입되고 골격 내의 공극 공간을 충전한다. 프리웨팅은 골격으로의 TAI 접착을 위해 중요하다. TAI 전달 프로세스 중에, TAI는 골격에 전달된다. TAI 접착 프로세스 중에, TAI는 골격의 프리웨팅된 벽의 벽개(crevice) 내로 상승할 수도 있다.
프리웨팅 프로세스는 골격의 모든 내부면을 웨팅할 수도 있다. 프리웨팅 프로세스는 TAI 전달 프로세스 및 TAI 접착 프로세스를 위한 이익을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 프리웨팅 프로세스의 결과로서, TAI 용액은 모세관 작용 및 표면 장력에 의해 골격의 벽의 벽개 내로 상승하도록 조장될 수도 있다. 이에 따라, TAI 용액은 TAI 용액이 그렇지 않으면 그 자연적인 경로를 통해 진행하지 않을 것인 도달이 어려운 장소로 이동할 수도 있다. 그 결과, 프리웨팅 프로세스는 최종적으로 TAI 용액이 골격의 더 많은 표면 영역을 커버하고 이들과의 접착을 형성하는 것을 가능하게 한다. 프리웨팅 프로세스는, 다공성 구조가 유체 유동을 방해하는 잠재적으로 작은 입구 및 날카로운 특징부를 갖는 다수의 둥근 캐비티를 포함하기 때문에, 다공성 구조를 갖는 골격에 있어 특히 중요하다. 프리웨팅의 이익에 의해, 입력된 TAI는 프리웨팅된 벽의 벽개 내로 즉시 상승할 수도 있다.
접종 프로세스의 각각의 페이즈의 상세한 설명이 이하에 제공된다.
2.2.1 페이즈 1: 배지 헹굼(프리웨트 부분 1)
프리웨팅 프로세스에 앞서, 완전히 건조한 골격이 제1 챔버(102) 내에 배치될 수도 있다. 골격은 3D 다공성 구조를 가질 수도 있다. 도 6은 프리웨팅 프로세스의 제1 페이즈에서 시스템(100)의 회로 구성을 도시하고 있다. 프로세서는 TAI 배지 및 TAI의 유동을 제어하기 위해 밸브를 동작함으로써 TAI 배지로 골격을 처리하는 것을 조절할 수도 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 프로세서(140)는 배지 밸브(124), 제1 챔버 밸브(126), 및 폐기물 밸브(128)를 이들의 개방 위치로 절환할 수도 있고, 반면에 가스 밸브(132) 및 TAI 밸브(136)는 이들의 폐쇄 위치에 있다. TAI 배지 챔버(108)로부터의 미리결정된 양의 TAI 배지가 펌프(112)를 통해 제1 챔버(102) 내로 펌핑될 수도 있다. TAI 배지가 제1 챔버(102) 내로 펌핑됨에 따라, TAI 배지는 그 벽을 포함하여 골격 내의 공극 공간을 충전할 수도 있다. 그 결과, 제1 챔버(102) 내에 저장된 골격은 헹굼되어 TAI 배지의 강제 유동 내에 침지될 수도 있다. TAI 배지의 강제 유동은 TAI 배지에 의해 웨팅된 골격의 표면 영역의 양을 증가시킬 수도 있다. 예를 들어, 골격의 모든 표면은 TAI 배지에 의해 웨팅될 수도 있다.
TAI 배지가 제1 챔버(102) 내로 전달된 후에, 프로세서(140)는 배지 밸브(124), 제1 챔버 밸브(126) 및 폐기물 밸브(128)를 이들의 폐쇄 위치로 절환할 수도 있다.
2.2.2 페이즈 2: 가스 퍼지 1(프리웨트 부분 2)
도 7은 프리웨팅 프로세스의 제2 페이즈에서 시스템(100)의 회로 구성의 개략도이다. 이 페이즈에서, 프로세서(140)는 먼저, 선택적 단계로서, 튜브 엉킴을 방지하기 위해 제1 챔버 위치를 초기화할 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(140)는 제1 챔버(102) 및 그 내에 수납된 골격을 특정 위치로 회전하기 위해 골격 선회기(116)를 회전하도록 모터(118)에 명령할 수도 있다. 예를 들어, 제1 챔버(102)는 도 1에 도시된 바와 같은 위치로 회전될 수도 있는데, 여기서 입구(102a)는 상부에 있고 출구(102b)는 저부에 있다. 제1 챔버(102)의 회전의 결과로서, 그 내에 수납된 골격은 도 13에 도시된 바와 같이, 그리고 또한 도 14에 도시된 바와 같이 위치 3으로 회전될 수도 있다(180° 회전). 도 14에 도시된 바와 같이, 입구(102a)가 상부에 있고 출구(102b)가 저부에 있을 때, 중력이 제1 챔버 내의 유동을 보조하고, 유체 배수를 돕는다. 다른 예에서, 제1 챔버(102) 및 그 내에 수납된 골격은 다른 적합한 위치로 회전될 수도 있다. 이 회전 단계는 선택적일 수도 있어, 프로세서(140)가 회전 단계를 생략하고 다음 단계로 프리웨팅 프로세스의 제2 페이즈를 시작할 수도 있게 된다.
다음에, 프로세서(140)는 가스 밸브(132), 제1 챔버 밸브(126) 및 폐기물 밸브(128)를 개방할 수도 있다. 그 후에, 가스 입구(110)로부터의 가스는 펌프(112)를 통해 제1 챔버 내로 펌핑될 수도 있다. 가스가 골격을 통해 도입됨에 따라, 골격의 공극 공간 내의 과잉의 TAI 배지는 골격으로부터 제거될 수도 있고, TAI 배지 챔버(108)로 다시 복귀될 수도 있다. TAI 배지의 벌크가 골격으로부터 제거됨에 따라, TAI 배지의 얇은 층은 골격의 내부벽 및 외부벽 내에 잔류할 수도 있다. 짧은 시간 기간 후에, 프로세서(140)는 가스 밸브(132), 제1 챔버 밸브(126) 및 폐기물 밸브(128)를 폐쇄할 수도 있다.
제2 페이즈는 이후의 페이즈에서 TAI의 체적 분포를 용이하게 할 수도 있다.
2.2.3 페이즈 3: 가스 퍼지 2(프리웨트 부분 3)
도 8은 프리웨팅 프로세스의 제3 페이즈에서 시스템(100)의 회로 구성의 개략도이다. 이 페이즈에서, 프로세서(140)는 다수의 가스 버스트를 결정할 수도 있다.
각각의 가스 퍼지는 가스 장입 단계 및 가스 배출 단계를 포함할 수도 있다. 가스 장입 단계에서, 프로세서(140)는 가스 밸브(132) 및 폐기물 밸브(128)를 개방할 수도 있고 반면에 다른 밸브들은 폐쇄 유지된다. 펌프(112)의 제어 하에서, 가스는 가스 입구(110)로부터 가스 공급 라인(130) 내로 유동할 수도 있다. 제1 챔버 밸브(126)는 그 폐쇄 위치에 있기 때문에, 압축 가스는 가스 입구(110)와 제1 챔버 밸브(126) 사이의 라인 또는 라인들 내에 일시적으로 저장될 수도 있다. 압축 가스를 운반하는 라인 또는 라인들은 가요성 재료로 제조될 수도 있고, 일 단부가 폐쇄 유지되고 가스가 그 내로 압박될 때 벌룬과 같이 팽창할 수도 있다.
가스 배출 단계에서, 프로세서(140)는 먼저 가스 버스트에 앞서 가스 밸브(132)를 폐쇄할 수도 있다. 다음에, 프로세서(140)는 제1 챔버(102) 내로의 압축 가스 버스트의 하나의 펄스를 배출하기 위해 제1 챔버 밸브(126)를 개방할 수도 있고, 반면에 폐기물 밸브(128)는 개방 유지된다. 이 가스 버스트는 제1 챔버(102) 내에서 TAI 배지를 강하게 압축함으로써 제1 챔버(102) 내에서 골격을 웨팅할 수도 있다. 가스 버스트는 또한 골격의 공극 공간 내의 임의의 계속 잔류하는 TAI 배지를 방출할 수도 있다. 가스 버스트가 해제된 후에, 프로세서(140)는 다음의 가스 버스트를 위한 준비를 위해 제1 챔버 밸브(126) 및 폐기물 밸브(128)를 폐쇄할 수도 있다.
프로세서(140)는 결정된 수의 가스 버스트가 해제될 때까지 가스 장입 및 배출 단계를 반복적으로 교번할 수도 있다. 이하에 나타낸 표 1은 이 제3 페이즈에서 밸브 동작의 예시적인 시퀀스를 제공하고 있다.
Figure 112020114768463-pat00001
도 9는 프리웨팅 프로세스의 3개의 페이즈를 통한 골격의 변형의 개략도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 단계 (a)는 프리웨팅 프로세스에 앞서 그 완전히 건조 상태에서 골격(104)을 표현하고 있다. 단계 (b)는 그 동안에 TAI 배지가 골격(104) 내로 도입되는 프리웨팅 프로세스의 제1 페이즈를 표현하고 있다. TAI 배지의 층(202)이, 과잉/잔류 TAI 배지(204)와 함께, 골격(104)의 벽 상에 형성된다. 단계 (c)는 과잉의 TAI 배지(204)가 가스에 의해 공극 공간으로부터 제거되는 프리웨팅 프로세스의 제2 페이즈를 표현하고 있다. 단계 (c)에 예시된 바와 같이, 몇몇 잔류 TAI 배지(204)는 여전히 골격(104)의 몇몇 내부면에 고착할 수도 있다. 단계 (d) 및 (e)는 압축 가스의 연속적인 펄스가 골격(104)의 벽으로부터 잔류 TAI 배지를 제거할 수도 있는 프리웨팅 프로세스의 제3 페이즈를 표현하고 있다.
과잉의 TAI 배지를 방출하고 골격을 웨팅하기 위해 가스 버스트를 사용하는 방법은 다수의 장점을 제공할 수도 있다. 가스 버스트는 기공 공간, 특히 더 제한된 구불구불하고 더 도달이 어려울 수도 있는 더 작은 기공을 갖는 영역 내의 유체의 제거를 지원할 수도 있다. 가스 퍼지 후에, 골격 기공은 유체를 갖지 않아 TAI 용액의 전달 및 분배를 지원할 수도 있는 웨팅된 표면을 갖는 개방 공간을 야기한다. 주조, 페인팅, 및 표면 코팅 산업은 표면을 균일하게 코팅하기 위해, 일반적으로 원심력 및 중력에 의존하는 스프레이를 사용할 수도 있다. 가스 버스트를 사용하는 것은 이들 산업에서 비효율적일 것이다.
2.2.4 페이즈 4: TAI 전달 1
프리웨팅 프로세스 후에, TAI 용액은 TAI 전달 프로세스를 통해 골격 내로 도입될 수도 있다. TAI 전달 프로세스는 2개의 페이즈를 포함할 수도 있다. 도 10은 전체 접종 및 배양 프로세스의 페이즈 4에 또한 대응하는 TAI 전달 프로세스의 제1 페이즈에서 시스템(100)의 회로 구성의 개략도이다. 이 페이즈에서, 프로세서(140)는 선택적 단계로서, 제1 챔버(102) 및 그 내에 수납된 골격을 상이한 위치로 회전하기 위해 골격 선회기(116)를 회전할 수도 있다. 예를 들어, 제1 챔버(102)는 출구(102b)가 상부에 있고 반면에 입구(102a)가 저부에 있도록 하는 위치로 회전될 수도 있다. 그 결과, 그 내에 수납된 골격은 도 13에 도시된 바와 같이, 그리고 또한 도 14에 도시된 바와 같이 위치 1로 배치될 수도 있다. 이러한 회전은 모세관 작용을 조장할 수도 있어, 중력 하에서 단일 하향 방향으로 배지가 유동하는 것을 방지한다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 출구(102b)가 상부에 있고 입구(102a)가 저부에 있을 때, TAI 배지는 중력에 대향하여, 모세관 작용의 영향 하에서 골격의 기공을 통해 유동한다. 다른 예에서, 제1 챔버(102) 및 그 내에 수납된 골격은 다른 적합한 위치로 회전될 수도 있다. 이 회전 단계는 선택적일 수도 있어, 프로세서(140)가 회전 단계를 생략하고 다음 단계로 TAI 전달 프로세스를 시작할 수도 있게 된다.
다음 단계에서, 프로세서(140)는 TAI 밸브(136) 및 폐기물 밸브(128)를 개방할 수도 있다. 그 후에, 프로세서(140)는 TAI를 함유하는 TAI 용액을 TAI 저장 디바이스(106)로부터 주입하라는 명령을 사용자에게 표시하도록 사용자 인터페이스(148)에 명령할 수도 있다. 일 실시예에서, 수동 주입 대신에, TAI 용액은 펌프를 통해 주입될 수도 있다. TAI 용액은 TAI 공급 라인(134)을 통해 유동하고, 제1 챔버(102)에 앞서 정지할 수도 있다.
2.2.5 페이즈 5: TAI 전달 2
도 11은 전체 접종 및 배양 프로세스의 페이즈 5에 또한 대응하는 TAI 전달 프로세스의 제2 페이즈에서 시스템(100)의 회로 구성의 개략도이다. 이 페이즈에서, 프로세서(140)는 먼저 TAI 밸브(136)를 폐쇄하고, 이어서 배지 밸브(124) 및 제1 챔버 밸브(126)를 개방한다. 다음에, 프로세서(140)는 펌프(112)를 가동하도록 모터(114)에 명령할 수도 있다. 펌프(112)의 제어 하에서, TAI 배지는 TAI 배지 챔버(108)로부터 배지 공급 라인(120) 내로 유동할 수도 있고, TAI 용액을 제1 챔버(102) 내로 압박할 수도 있다. 그 결과, 농축된 TAI 용액이 골격 상에 배치되고 골격 내로 흡수될 수도 있다. 그 후에, 프로세서(140)는 폐기물 밸브(128)를 폐쇄할 수도 있다.
이 페이즈 중에, TAI 용액은 전방으로 펌핑되고 골격 체적을 충전하도록 주의 깊게 위치될 수도 있다. 이는 TAI 접종의 효율에 있어서 중요하다. 이 페이즈는 최소 TAI가 골격이 아닌 장소에서 폐기되는 것을 보장한다.
2.2.6 페이즈 6: TAI 접착
일단 TAI가 제1 챔버(102) 내로 전달되면, TAI는 골격에 접착하기 위해 소정 시간을 필요로 한다. 이 TAI 용액을 배치하고 휴지하는 프로세스는 다수회 행해질 수도 있고, 골격의 배향을 변경하는 것과 조화될 수도 있다. 도 12는 상이한 위치를 통해 골격을 회전하기 위한 시스템(100)의 회로 구성의 개략도이다. 이 페이즈에서, 폐기물 밸브(128)는 폐쇄 유지되고, 제1 챔버(102)는 폐쇄 위치에 체류한다. 프로세서(140)는 다양한 위치를 통해 골격을 주기적으로 회전하기 위해 골격 선회기(116)를 회전하도록 모터(118)에 명령할 수도 있다. 다양한 위치를 통해 골격을 회전시킴으로써, TAI는 중력 바이어스를 보상하기 위해 골격의 상이한 영역에 걸쳐 분배될 수도 있다. 예를 들어, 골격의 임의의 영역에 부착되지 않은 TAI는 TAI를 아직 갖지 않은 골격의 다른 영역으로 낙하할 수도 있다. 골격 선회기(116)는 다수회 회전을 반복할 수도 있다. 일 실시예에서, 골격 선회기(116)는 180도 전후방으로 주기적으로 이동할 수도 있고, TAI가 침전하게 하거나 TAI가 골격과 부착을 형성하게 하기 위해 모션들 사이에서 소정 시간 기간 동안 정적으로 체류할 수도 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 골격의 예시적인 위치를 도시하고 있는 개략도이다. 예를 들어, 골격은 위치 1에 대응하는 0도 회전, 위치 2에 대응하는 90도 회전, 위치 3에 대응하는 180도 회전, 위치 4에 대응하는 270도 회전 및 위치 5에 대응하는 360도 회전을 포함하는, 5개의 별개의 위치를 통해 회전되거나 선회될 수도 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 회전 또는 선회 기구에 의해, TAI의 골격에 걸친 균일한 분배 및 부착이 성취되어, 그렇지 않으면 회전 또는 선회 기구의 부재시에 발생할 것인 TAI의 불규칙적인 분배를 회피한다. 회전의 정도는 생체 반응기(102)에 관하여 규정될 수도 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 180도 회전은 입구(102a)가 상부에 있고 반면에 출구(102b)가 저부에 있는 위치에 대응할 수도 있다. 0도 회전은 입구(102a)가 저부에 있고 반면에 출구(102b)가 상부에 있는 위치에 대응할 수도 있다.
일 실시예에서, 폐기물 밸브(128)가 폐쇄 유지되는 동안, 제1 챔버(102)는 폐쇄된 폐기물 밸브(128)에 대해 TAI 배지를 펌핑함으로써 주기적으로 압축될 수도 있다.
상기 페이즈들(페이즈 1 내지 페이즈 6)은 접종 프로세스를 완료한다.
2.3 페이즈 7: TAI 배양
TAI 접종 프로세스의 결과로서, TAI는 골격과의 충분한 부착을 형성할 수도 있다. 영양소가 TAI에 의해 소비됨에 따라, 폐기물이 TAI에 의해 또한 생성된다. 제1 챔버(102) 내부의 TAI 배지는 따라서 때때로 리프레시될 필요가 있다. 이 이유로, 시스템(100)은 TAI 배지를 주기적으로 리프레시하고 또한 관류 기간을 계속하기 위해 TAI 배양 페이즈에 진입할 수도 있다. TAI 배양 페이즈는 몇주의 기간 동안 지속할 수도 있다.
도 15는 TAI 배양 페이즈에서 시스템(100)의 회로 구성의 개략도이다. 이 페이즈에서, 프로세서(140)는 때때로 TAI 배지를 반복적으로 리프레시할 수도 있다. 프로세서(140)는 매번 TAI 배지를 리프레시하기 위해 이하의 단계들을 수행할 수도 있다.
프로세서(140)는 먼저 모든 밸브를 폐쇄할 수도 있다. 다음에, 프로세서(140)는 특정 위치로 골격을 회전하기 위해 골격 선회기(116)를 회전하도록 모터(118)에 명령할 수도 있다. 예를 들어, 골격은 도 13에 도시된 바와 같은 위치 3, 또는 다른 적합한 위치에 배치될 수도 있다. 그 후에, 프로세서(140)는 폐기물 밸브(128), 제1 챔버 밸브(126) 및 배지 밸브(124)를 개방할 수도 있다. 다음에, 프로세서(140)는 펌프를 위한 모터(114)를 가동하고, 미리결정된 시간 기간 동안 TAI 배지 챔버(108)로부터 제1 챔버(102) 내로 TAI 배지를 펌핑할 수도 있다. 이 미리결정된 시간 기간 동안, TAI 배지는 변경될 수도 있다.
일단 미리결정된 시간 기간이 경과하면, 프로세서(140)는 (1) 상이한 유동 방향을 갖고 골격을 관류하도록 배지 유동을 역전하고, (2) 골격을 다른 위치, 예를 들어 도 13에 도시된 바와 같은 위치 0, 또는 다른 적합한 위치로 회전하기 위해 골격 선회기(116)를 회전하도록 모터(118)에 명령하고, (3) 펌핑을 정지하고, (4) 모든 밸브를 폐쇄하는 것 중 하나 이상을 수행할 수도 있다. 다양한 위치로 골격을 회전함으로써, 배지는 균일한 TAI 성장을 조장하기 위해 골격 내의 다양한 로케이션으로 유동할 수도 있어, 그렇지 않으면 회전의 부재시에 발생할 수도 있는 하나의 농축된 로케이션에서의 TAI 성장을 회피한다.
3. 대안 실시예
도 16은 시스템(100)의 대안적인 회로 구성의 개략도이다. 이 구성에서, 폐기물 밸브(128)는 선택적일 수도 있다. 폐기물 밸브(128)의 제거는 TAI 접착 페이즈(페이즈 6)에서 시스템(100)의 성능을 제한할 수도 있다.
다른 대안 실시예에서, 사용자는 골격 선회기(116)를 회전하거나 펌프(112)를 동작하는 수동 프로세스에 관여할 수도 있다. 예를 들어, 사용자는 사용자 인터페이스(148)를 통해 이러한 수동 동작을 선택할 수도 있다. 일단 사용자가 수동 동작을 선택하면, 프로세서(140)는 배지 밸브(124), 제1 챔버 밸브(126) 및 폐기물 밸브(128)를 개방할 수도 있다. 프로세서(140)는 펌프 유량을 사용자에게 질의하는 메시지를 표시하도록 사용자 인터페이스(148)에 명령할 수도 있다. 사용자는 사용자 정의된 속도에서 골격 선회기(116), 또는 펌프 TAI 배지를 회전하기 위해 스위치를 사용할 수도 있다. 사용자는 사용자 인터페이스에서 일시 정지 옵션을 선택함으로써 언제든지 프로세스를 일시 정지할 수도 있다.
일부 실시예에서, 다공성 골격의 표면은 세포 용액의 위킹을 용이하게 하여, 균일한 접종된 골격을 야기하기 위해 얇은 층으로 다공성 골격의 표면을 웨팅하고 코팅하기 위해 액체 및 가스 압력을 사용하여 처리될 수도 있다. 골격은 전술된 방법에 따라 접종되고 배양될 수도 있다.
일부 실시예에서, 골격, 제1 챔버, 제2 챔버 및 유동 회로는 골격 접종 및 배양을 위한 자동화 시스템 내로의 통합을 위한 미리조립된 키트를 형성할 수도 있다. 골격, 제1 챔버, 제2 챔버 및 유동 회로는 골격 접종 및 배양을 위한 자동화 시스템으로의 입력을 형성하도록 조립될 수도 있다. 미리조립된 키트와의 통합 후에 자동화 시스템은 전술된 방법에 따라 골격 상에 TAI 접종을 수행할 수도 있다.
도 17은 예를 들어, 5 cm 초과의 직경을 가질 수도 있는 큰 다공성 골격(1704) 전체에 걸쳐 형광성 라벨링된 ATI(1702)의 균질한 전달 및 부착을 도시하고 있다.
개시된 기술의 특정 구현예가 가장 실용적인 것으로 현재 고려되는 것 및 다양한 구현예와 관련하여 설명되었지만, 개시된 기술은 개시된 구현예에 한정되어서는 안되고, 반대로 첨부된 청구범위의 범주 내에 포함되는 다양한 수정 및 등가의 배열을 커버하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 특정 용어가 본 명세서에 채용되었지만, 이들은 한정을 위해서가 아니라 단지 일반적인 설명의 개념으로 사용된다.
개시된 기술의 특정 구현예는 개시된 기술의 예시적인 구현예에 따른 시스템 및 방법 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품의 블록도 및 흐름도를 참조하여 전술된다. 블록도 및 흐름도의 하나 이상의 블록, 및 블록도 및 흐름도의 블록들의 조합은 각각 컴퓨터-실행 가능한 프로그램 명령에 의해 구현될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 마찬가지로, 블록도 및 흐름도의 몇몇 블록은 반드시 제시된 순서로 수행되어야 하는 것은 아닐 수도 있고, 또는 개시된 기술의 몇몇 구현예에 따라 반드시 전혀 수행될 필요가 없을 수도 있다.
이들 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 특정 방식으로 기능하도록 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 데이터 처리 장치에 지시할 수 있는 컴퓨터-판독 가능 메모리 내에 저장될 수도 있어, 컴퓨터-판독 가능 메모리 내에 저장된 명령이 흐름도 블록 또는 블록들에 지정된 하나 이상의 기능을 구현하는 명령 수단을 포함하는 제조 물품을 생성하게 된다.
개시된 기술의 구현예는 그 내에 임베드된 컴퓨터-판독 가능 프로그램 코드 또는 프로그램 명령을 갖는 컴퓨터-사용 가능 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 제공할 수도 있고, 상기 컴퓨터-판독 가능 프로그램 코드는 흐름도 블록 또는 블록들에 지정된 하나 이상의 기능을 구현하기 위해 실행되도록 구성된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한, 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 장치 상에 실행하는 명령이 흐름도 블록 또는 블록들에 지정된 기능을 구현하기 위한 요소 또는 단계를 제공하도록 컴퓨터-구현된 프로세스를 생성하기 위해 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 장치 상에서 일련의 동작 요소 또는 단계가 수행될 수 있게 하기 위해 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 데이터 처리 장치 상에 로딩될 수도 있다.
이에 따라, 블록도 및 흐름도의 블록들은 지정된 기능을 수행하기 위한 수단의 조합, 지정된 기능을 수행하기 위한 요소 또는 단계의 조합 및 지정된 기능을 수행하기 위한 프로그램 명령 수단을 지원한다. 블록도 및 흐름도의 각각의 블록, 및 블록도 및 흐름도의 블록들의 조합은 특정 용도 하드웨어 및 컴퓨터 명령의 지정된 기능, 요소 또는 단계, 또는 조합을 수행하는 특정 용도 하드웨어 기반 컴퓨터 시스템에 의해 구현될 수 있다는 것이 또한 이해될 수 있을 것이다.

Claims (22)

  1. 다공성 골격 상에 치료 활성 성분(TAI)을 접종하기 위한 시스템이며,
    상기 골격을 수용하기 위한 제1 챔버;
    TAI를 저장하기 위한 TAI 저장 디바이스;
    TAI 배지를 저장하기 위한 적어도 하나의 제2 챔버;
    압축 소스로부터 가스를 수용하기 위한 가스 입구;
    (i) 상기 제1 챔버, (ii) 상기 TAI 저장 디바이스, (iii) 상기 제2 챔버 및 (iv) 상기 가스 입구에 결합된 유동 회로로서,
    TAI, TAI 배지 및 가스를 상기 골격에 전달하는 유동 회로;
    상기 유동 회로 내의 TAI, TAI 배지 및 가스 중 적어도 하나를 펌핑하기 위한 펌프;
    상기 골격으로의 TAI, TAI 배지 및 가스의 전달을 조절하기 위한 복수의 밸브; 및
    개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 하나 이상의 밸브를 절환함으로써 상기 골격의 접종 및 배양을 조절하기 위한 프로세서
    를 포함하고,
    상기 복수의 밸브는
    상기 제2 챔버로부터 상기 골격으로의 TAI 배지의 전달을 조절하기 위한 배지 밸브;
    상기 가스 입구로부터의 가스의 전달을 조절하기 위한 가스 밸브;
    상기 TAI 저장 디바이스로부터의 TAI의 전달을 조절하기 위한 TAI 밸브;
    상기 제1 챔버로의 가스의 전달을 조절하기 위한 제1 챔버 밸브; 및
    상기 제1 챔버로부터의 유동을 조절하기 위한 폐기물 밸브를 포함하며,
    상기 프로세서는 나머지 밸브가 폐쇄 위치에 있는 동안 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 상기 가스 밸브, 상기 제1 챔버 밸브 및 상기 폐기물 밸브의 각각을 반복적으로 교번함으로써 상기 골격을 통해 압축 가스 버스트를 펄스화하는 것을 조절하는 것인,
    시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유동 회로는 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이의 배지 공급 라인 및 배지 복귀 라인, TAI를 전달하기 위해 TAI 저장 디바이스에 연결된 TAI 공급 라인, 및 가스를 전달하기 위해 가스 입구에 연결된 가스 공급 라인을 포함하는 것인, 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 펌프에 의한 펌프 속도를 조정하도록 구성되는, 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는 TAI 배지 및 TAI의 유동을 제어하기 위해 상기 밸브들을 동작함으로써 TAI 배지로 골격을 처리하는 것을 조절하는, 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 가스 밸브, 상기 제1 챔버 밸브 및 상기 폐기물 밸브가 개방 위치에 있고 나머지 밸브가 폐쇄 위치에 있도록 상기 밸브들을 조정함으로써 가스로 상기 골격으로부터 과잉량의 TAI 배지를 제거하는 것을 조절하는, 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는 압축 가스 버스트를 배출하기 전에 압축 가스를 생성하기 위해 상기 가스 밸브를 개방 위치로 그리고 상기 제1 챔버 밸브를 폐쇄 위치로 절환하는, 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 압축 가스 버스트를 상기 제1 챔버 내로 배출하기 위해 상기 가스 밸브를 폐쇄 위치로 그리고 상기 제1 챔버를 개방 위치로 절환하는, 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 TAI 밸브 및 상기 폐기물 밸브가 개방 위치에 있고 나머지 밸브가 폐쇄 위치에 있도록 상기 밸브들을 조정함으로써 상기 TAI 저장 디바이스로부터 TAI를 배출하는 것을 조절하는, 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 배지 밸브, 상기 제1 챔버 밸브 및 상기 폐기물 밸브가 개방 위치에 있고 나머지 밸브가 폐쇄 위치에 있도록 상기 밸브들을 조정함으로써 상기 제1 챔버 내로 TAI를 펌핑하는 것을 조절하는, 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 복수의 위치를 통해 상기 제1 챔버 내에 수용된 골격을 회전하기 위해, 모터에 의해 구동되는 골격 선회기를 더 포함하는, 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 프로세서는 복수의 위치를 통해 상기 골격을 회전하도록 생체 반응기 선회기를 구동하는 모터에 명령함으로써 상기 골격 상의 TAI의 접착을 조절하는, 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 펌프를 구동하기 위한 모터를 더 포함하는, 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 프로세서는 미리 결정된 시간 기간 동안 상기 TAI 배지를 상기 제1 챔버 내로 펌핑하도록 상기 펌프를 구동하는 모터에 명령함으로써 TAI 배양을 조절하는, 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 압축 소스는 CO2, N2 또는 혼합 가스를 제공하는, 시스템.
  15. 제1항의 시스템을 사용하여 다공성 골격 상에 치료 활성 성분(TAI)을 접종 및 배양하기 위한 방법이며, 상기 방법은
    상기 제1 챔버 내에 골격을 수용하는 단계;
    상기 TAI 저장 디바이스, 적어도 하나의 제2 챔버 및 가스 입구로부터 상기 유동 회로를 통해 TAI, TAI 배지 및 가스를 상기 골격으로 전달하는 단계;
    상기 유동 회로 내의 TAI, TAI 배지 및 가스 중 적어도 하나를 상기 펌프에 의해 펌핑하는 단계; 및
    상기 복수의 밸브를 통해 프로세서에 의해 상기 골격으로의 TAI, TAI 배지 및 가스의 전달을 조절하는 단계
    를 포함하는 것인, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 프로세서는 압축 가스 버스트를 배출하기 전에 압축 가스를 생성하기 위해 상기 가스 밸브를 개방 위치로 그리고 상기 제1 챔버 밸브를 폐쇄 위치로 절환하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 압축 가스 버스트를 상기 제1 챔버 내로 배출하기 위해 상기 가스 밸브를 폐쇄 위치로 그리고 상기 제1 챔버 밸브를 개방 위치로 절환하는, 방법.
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