PL244264B1 - Wielostanowiskowe urządzenie do ekspansji komórek zwłaszcza CAR-T - Google Patents

Abstract

Wielostanowiskowe urządzenie do ekspansji komórek zwłaszcza CAR-T wyposażona w inkubatory, bioreaktory, układ centralny sterowania urządzenia, charakteryzuje się tym, że składa się z co najmniej jednego stołu obrotowego (S), którego integralną częścią jest podest (P), zamkniętego szczelnie kopulą (K), korzystnie przeźroczystą, na którym umieszczone są promieniście, co najmniej dwa inkubatory (5), korzystnie 15 inkubatorów (5), z których każdy umieszczony jest w osobnym stanowisku połączonym z indywidualnym buforem (B), przy czym podstawa inkubatora (5) sprzęgnięta jest z silnikiem liniowym (SL).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wielostanowiskowe urządzenie do ekspansji komórek zwłaszcza CAR-T przeznaczone do wykorzystania w medycynie, w szczególności w onkologii dla podejmowania terapii pacjentów chorych na przewlekłe i nawracające schorzenia nowotworowe i stanowiąca układ automatycznie sterowanych bioreaktorów służących do hodowli odpowiednio spreparowanych komórek pobranych od chorego w wyniku czego powstaje spersonalizowany lek.

Dotychczas stosowane rozwiązania pozwalają na ręczną hodowlę maksymalnie jednego bioreaktora na stanowisko. Każdy bioreaktor jest przygotowywany indywidualnie dla każdego pacjenta, a pobór próbki odbywa się w znany, to jest ręczny sposób ze skracaniem wężyka i jego termicznym zasklepianiem.

Z kanadyjskiego opisu patentowego CA3084190 znana jest metoda wzmocnienia i utrzymania skuteczności komórek CAR-T. Technologia odnosi się do dziedziny immunologii i dotyczy częściowo kompozycji i sposobów aktywowania komórek T i innych komórek powodujących odpowiedź immunologiczną przeciwko docelowemu antygenowi. Technologia odnosi się również do kompozycji i sposobów wzmacniania i utrzymywania limfocytów T wykazujących ekspresję chimerycznych antygenów, przy jednoczesnym zmniejszaniu efektów cytotoksycznych terapii z użyciem komórek CAR-T.

Z australijskiego opisu patentowego AU2018396083 znana jest metoda poprawy produkcji limfocytów CAR-T. Metoda inżynierii mniej alloreaktywnych komórek odpornościowych, w tym komórek T, które wyrażają chimeryczne receptory antygenowe (CAR), przy użyciu sekwencji nukleotydów w postaci RNA kodującego CAR anty-TCR w celu uzyskania przejściowej ekspresji CAR anty-TCR na powierzchni komórki. Przejściowa ekspresja anty-TCR CAR rozpoznawana przez alfa beta TCR na powierzchni komórki nieoczekiwanie umożliwiła oczyszczenie komórek z ekspresją TCR-ujemnych CAR. Komórki odpornościowe wykazujące ekspresję TCR-ujemnego CAR mogą być stosowane w terapii adopcyjnej w leczeniu chorób związanych z antygenami powierzchniowymi komórek, takich jak rak z mniejszymi skutkami ubocznymi, w szczególności z mniejszą GVHD.

Z innego amerykańskiego opisu patentowego US2019017009 znany jest w pełni zautomatyzowany system ciągłej kultury komórkowej. Wynalazek zapewnia w pełni automatyczny system do hodowli komórkowych, zawierający co najmniej: moduł sterujący, platformę kontrolną, mikroskop z ciemnym polem do obserwacji hodowli komórkowej w trybie on-line, wytrząsarkę z inkubatorem komórek i worek do hodowli komórkowych. Platforma kontrolna jest podłączona do mikroskopu ciemnego pola do obserwacji w trybie on-line odpowiednio hodowli komórek i wytrząsarki inkubatora komórek, a moduł sterujący jest podłączony do platformy kontrolnej. Wynalazek zapewnia również ramę nośną worka hodowlanego do wytrząsarki do ciągłego inkubatora komórek, wytrząsarki do ciągłego inkubatora komórek, bezkontaktowe złącza czujnika, worek do hodowli komórek i mikroskop ciemnego pola do obserwacji w trybie on-line hodowli komórek, które są związane z w pełni automatycznym systemem hodowli komórek, umożliwiającym ciągłą hodowlę i obserwację komórek.

Z japońskiego opisu patentowego JP2019135924 znana jest automatyczna aparatura do hodowli komórek. Aparat zapewnia hodowlę komórkową umożliwiając prowadzenie hodowli z mieszaniem bez wyjmowania naczynia hodowlanego z urządzenia. W rozwiązaniu według powyższego wynalazku 50 do hodowli komórek, magazynek w inkubatorze 71 wewnątrz urządzenia zawiera: stół 72, który obraca się wokół osi obrotu; wiele regałów 73, które są zainstalowane na stole 72 i przechowują naczynia hodowlane 61; oraz wiele części mechanizmu przesuwnego 74, które są zainstalowane pomiędzy stołem 72, a wieloma regałami 73 i umożliwiają każdej zębatce 73 wykonywanie liniowego działania w kierunku dośrodkowym, który jest kierunkiem w kierunku środka obrotu i kierunkiem odśrodkowym, który jest kierunkiem oddzielenie od centrum rotacji. Łącząc liniowe działanie części mechanizmu ślizgowego 74 z ruchem obrotowym stołu 72 i przechylając każdy stojak 73, prowadzi się hodowlę z mieszaniem bez wyjmowania naczynia hodowlanego 61 z automatycznego urządzenia 50 do hodowli komórkowej.

Z chińskiego opisu patentowego CN107603879 znany jest nowatorski inkubator z automatycznym, jednolitym wytrząsaniem. Wynalazek ujawnia nowatorski inkubator z automatycznym, jednolitym urządzeniem wstrząsającym, związany z techniczną dziedziną instrumentów medycznych. Inkubator zawiera dolną płytę i wytrząsany zbiornik, przy czym inkubator jest trwale połączony z górną częścią dolnej płyty; pierwszy wał łączący i drugi wał łączący są odpowiednio trwale połączone z dwoma bokami zbiornika wytrząsającego poprzez płyty łączące; jeden koniec, z dala od wytrząsanego zbiornika, pierwszego wału łączącego i jeden koniec, z dala od wytrząsanego zbiornika, drugiego wału łączącego, oba przechodzą przez inkubator i wychodzą poza inkuba tor; a ruchoma tuleja jest umieszczona w sposób tulei na zewnętrznej powierzchni jednego końca rozciągającego się na zewnątrz inkubatora, pierwszego wału łączącego. Dzięki zastosowaniu nowatorskiego inkubatora z automatycznym, jednolitym wytrząsaniem, jednolity efekt wstrząsania jest znacznie poprawiony, jednolita wydajność wytrząsania jest bardzo dobrze poprawiona, ciecz do hodowli komórkowej jest równomiernie wstrząsana przez operatorów kultury w stosunkowo krótkim czasie, obciążenie operatorów hodowli jest zmniejszone, cel szybkiego, wydajnego, automatycznego i jednorodnego wstrząsania cieczą hodowlaną zostaje osiągnięty, a zatem można zapewnić dużą wygodę prowadzenia hodowli komórkowej operatorów hodowli.

Celem wynalazku jest skonstruowanie nowego, innowacyjnego urządzania - linii produkcyjnej do zwiększenia efektywności ekspansji komórek, zwłaszcza CAR-T (po ich transdukcji z wykorzystaniem wektorów wirusowych) zapewnione przez zwielokrotnienie stanowisk (m.in. bioreaktorów) w obrębie jednego urządzenia integrującego w sposób zautomatyzowany, utrzymanie, monitorowanie i dokumentację parametrów każdego z osobna procesów ekspansji - hodowli komórek oraz gwarantującego wielopoziomowe zabezpieczenia przez kros-kontaminacją.

Wielostanowiskowe urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że składa się z co najmniej jednego stołu obrotowego, którego integralną częścią jest podest, zamkniętego szczelnie kopułą, korzystnie przeźroczystą, na którym umieszczone są promieniście, co najmniej dwa inkubatory, korzystnie 15 inkubatorów, z których każdy umieszczony jest w osobnym stanowisku połączonym z indywidualnym buforem, przy czym podstawa inkubatora sprzęgnięta jest z silnikiem liniowym.

Korzystnie urządzenie według wynalazku ma w podeście umieszczone króćce i złącza elektryczno-sygnałowe linii komunikacyjnych inkubatora do komunikacji oraz połączenia dwukierunkowego z jego otoczeniem zewnętrznym.

Korzystnie urządzenie według wynalazku ma kopułę wyposażoną w klapę.

Korzystnie urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że w kopule utrzymywana jest stała temperatura 37+-0,5°C za pomocą odrębnego układu grzewczego oraz stała atmosfera o klasie czystości co najmniej B.

Korzystnie urządzenie według wynalazku ma na zewnątrz kopuły centralny układ sterowania do komunikacji dwukierunkowej bezprzewodowej połączony z układem pomiarowym bioreaktora oraz stację roboczą sterowaną automatycznie i/lub ręcznie elektromechaniczne wyposażoną w mikroskop optyczny.

Korzystnie w urządzeniu według wynalazku inkubator stosuje się dla indywidualnego pacjenta.

Korzystnie urządzenie według wynalazku ma inkubator wyposażony w układ pomiarowy sprzężony bezprzewodowo z układem centralnym sterowania do bezpośredniego pomiaru parametrów bioreakcji, elementy wizyjne i mikroskop umocowany na gnieździe przy bioreaktorze.

Korzystnie urządzenie według wynalazku ma bufor osadzony pod inkubatorem, który stanowi bufor gazu połączony króćcem z przewodem elastycznym inkubatora.

Korzystnie w urządzeniu według wynalazku jako centralny układ sterowania stosuje się komputer. Korzystnie urządzenie według wynalazku ma układ pomiarowy zawierający: czujnik: pH, temperatury, ciśnienia atmosfery, do monitorowania szczelności bioreaktora; czujnik stężenia CO2, czujnik stężenia tlenu oraz licznik cząstek, akcelerometr, żyroskop, czujnik natężenia pola magnetycznego.

Korzystnie urządzenie według wynalazku ma bioreaktor umieszczony w otulinie, którą stanowi gniazdo, do którego od dołu zamocowany jest układ mimośrodowy o regulowanym mimośrodzie i sterowanej prędkości obrotowej, do wywołania kontrolowanych ruchów, korzystnie oscylacji bioreaktora z zawartością, dla dodatkowej stymulacji ekspansji komórek.

Korzystnie urządzenie według wynalazku ma bioreaktor wykonany z przezroczystego tworzywa sztucznego, dopuszczonego do produkcji aparatów do zastosowań medycznych, odpornego na promieniowanie UV.

Korzystnie urządzenie według wynalazku ma bioreaktor połączony za pomocą wężyków, przyłączy z układem pomp i zaworów; którymi dostarczana jest świeża pożywka z co najmniej jednego pojemnika - zasilania pożywką lub usuwana jest zużyta pożywka do pojemnika na zużytą pożywkę.

Korzystnie w urządzeniu według wynalazku jako elementy wizyjne stosuje się kamerę, kamerę CCD, mikroskop x200.

Korzystnie urządzenie według wynalazku ma w i/lub nad klapą kopuły umieszczoną jest co najmniej jedną lampę UV.

Korzystnie urządzenie według wynalazku ma gniazdo wyposażone w układ ogrzewania mający postać grzałek elektrycznych, zasilany elektrycznie i sterowany z zewnątrz linią dwustronnej komunik acji przez system centralnego sterowania oraz układ mimośrodowy (UM).

Korzystnie w urządzeniu według wynalazku jako układ mimośrodowy stosuje się układ o ruchu wahliwym.

Korzystnie urządzenie według wynalazku ma układ mimośrodowy, który zawiera układ stero wania, wyposażony jest w pomiarowy układ żyroskopowy i/lub akcelerometr.

Korzystnie urządzenie według wynalazku ma bioreaktor i/lub inkubator, który posiada co najmniej jeden znacznik (TAG), korzystnie trzy. znaczniki (TAG).

Korzystnie w urządzeniu według wynalazku monitorowanie sterylności bioreaktora wykonuje się poprzez ciągły pomiar nadciśnienia za pomocą czujnika ciśnienia systemu pomiarowego z chwilą zasilenia go materiałem do hodowli komórek i/lub w trakcie ekspansji - hodowli.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest skalowalność, możliwość programowania przebiegu całego procesu hodowli - ekspresji komórek, możliwość rozpoczynania prowadzenia hodowli w poszczególnych bioreaktorach (1) w różnych chwilach czasu, stałe monitorowanie podstawowych parametrów procesu w każdym z bioreaktorów (1), stała możliwość inspekcji wizyjnej przebiegu procesu za pomocą kamer (12) i mikroskopu (M). Ponadto możliwość wykorzystania sprzężenia zwrotnego od stanu hodowli w danym bioreaktorze (1) dla adaptacji dalszego przebiegu procesu poprzez modyfikację parametrów oraz programu zabiegów wykonywanych w ramach tego bioreaktora, zapewnienie niezawodnej identyfikacji od wprowadzenia materiału pobranego od pacjenta do bioreaktora (1), a kończąc na jego przekazaniu do szpitala (wraz ze wszystkimi danymi, historią procesu hodowli itp.), zapewnienie najwyższego stopnia sterylności wszystkich pojemników, wężyków, kolektorów - zarówno płynów, jak i gazów - poprzez zastosowanie jednorazowych bioreaktorów wraz z ich indywidualnym osprzętem, całkowite zapobieżenie kros-kontaminacją to jest wzajemnej wymianie próbek czy bioreaktorów przez inny materiał biologiczny, optymalizacja kosztów budowy urządzenia poprzez wykorzystanie koncepcji tzw. stacji dedykowanych do realizacji dyskretnych zabiegów na hodowli (dodanie/wymiana pożywki, odwirowanie hodowli, inne), przez co zredukowana będzie liczba dodatkowych elementów wyposażenia, oraz kompaktowość rozwiązania i planowana jego wysoka estetyka. Zwiększenie efektywności odbywa się nie tylko poprzez zwiększenie liczby bioreaktorów, ale także przez utrzymywanie ścisłego, kontrolowanego automatycznie reżimu wszystkich hodowli oraz umożliwienie korekty parametrów na bieżąco dzięki zastosowaniu ciągłego pomiaru wielkości charakteryzujących proces. Układ wentylacji powietrza pod kopułą jest układem tradycyjnym, jednakże wykorzystywany jest do stabilizacji warunków termicznych wielu hodowli.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schemat urządzenia w widoku od góry, Fig. 2 przedstawia budowę inkubatora z bioreaktorem, zaś Fig. 3 przedstawia inkubator umiejscowiony w gnieździe.

Inkubator z bioreaktorem (Fig. 1 i Fig. 2):

Ekspansja komórek zachodzi w bioreaktorze (1) o kształcie cylindrycznym, który jest jednorazowo dla danego pacjenta wykorzystywanym elementem urządzenia, wykonanym z trwałego przezroczystego tworzywa sztucznego, połączonym za pomocą odpowiednich wężyków (2) z układem pomp i zaworów (3) to jest: pomp perystaltycznych, zaworów pasywnych - jednokierunkowych i sterowanych - aktywnych oraz połączeń zewnętrznych zapewniającym: wymagane natlenienie wzbogacone dwutlenkiem węgla wewnątrz reaktora w klasie czystości A, dostarczanie świeżej i usuwanie zużytej pożywki oraz innych wymaganych specyfików. Bioreaktor (1) jest zespolony z układem pomiarowym (4) zasilanym z zewnątrz i komunikującym się bezprzewodowo z układem centralnym systemem sterowania urządzenia (U). Wstępne wypełnienie bioreaktora (1) jest wykonywane w odpowiednich warunkach przez laboranta poza urządzeniem z wykorzystaniem układu pomiarowego (4) zintegrowanego z bioreaktorem (1). Bioreaktor (1), również poza urządzeniem, jest instalowany przez laboranta w inkubatorze (5) o kształcie graniastosłupa i podstawie trapezowej, w gnieździe (6) stanowiącym otulinę bioreaktora, które jest wyposażone w układ grzewczy bioreaktora (UGB) zasilany z zewnątrz. Laborant instaluje połączenia bioreaktora (1) z układem pomp i zaworów (3) oraz połączeń zewnętrznych. W trakcie procesu ekspansji inkubator (5) zapewnia: atmosferę klasy czystości A w swoim wnętrzu, wzajemne odseparowanie od innych inkubatorów (5) znajdujących się w urządzeniu, zasilanie odpowiednią atmosferą wzbogaconą dwutlenkiem węgla (7) i odprowadzenie powietrza zużytego (8), utrzymywanie wymaganej temperatury, zasilanie pożywką i innymi substancjami (9) za pomocą indywidualnej pompy perystaltycznej, odpompowanie zużytej pożywki (10) za pomocą indywidualnej pompy perystaltycznej, bezpośrednie pomiary parametrów bioreakcji, wielokrotną możliwość pobrania próbki do badań (11), możliwość kontroli przebiegu procesu ekspansji za pomocą elementów wizyjnych (12) - kamery CCD. Inkubator jest zasilany elektrycznie (13) i sterowany z zewnątrz linią dwustronnej komunikacji (14) przez system centralnego sterowania (U).

Urządzenie (Fig. 1):

Wszystkie inkubatory (5) są umieszczane wewnątrz urządzenia za pomocą wysuwanego silnikiem liniowym (SL) podestu (P) po uprzednim uchyleniu klapy (KL) w kopule (K) urządzenia. W podeście (P) znajdują się króćce i złącza elektryczno-sygnałowe linii komunikacyjnych inkubatora (5) z jego zewnętrzem (7, 8, 10, 11, 13, 14), które podczas instalacji inkubatora (5) zatrzaskuje laborant. Po wsunięciu do wnętrza kopuły (K) urządzenia, podest (P) wraz inkubatorem (5) stanowi część stołu obrotowego (S), gdzie jednocześnie realizowanych jest 15 procesów, to jest jednocześnie prowadzi się wiele hodowli - 15 inkubatorów (5). Stół obrotowy (S) umożliwia przemieszczanie danego inkubatora (5) zawierającego bioreaktor (1) do tzw. stacji (ST), stanowiących specjalistyczne podsystemy urządzenia, umożliwiające przeprowadzenie różnorodnych zabiegów, jak np. oględziny zawartości bioreaktora (1) (przez przezroczystą ściankę tego bioreaktora (1)) za pomocą mikroskopu optycznego (M) odpowiednio wysokiej klasy. Bioreaktor (1) zainstalowany w inkubatorze (5) i wsunięty pod kopułę (K) może wykonywać ruchy oscylacyjne, za pomocą układu mimośrodowego (UM), w celu stymulacji ekspansji komórek. Kopuła (K) oddziela wnętrze (atmosfera klasy B) urządzenia zawierającego inkubatory (5) od jego otoczenia i umożliwia utrzymywanie właściwej temperatury, co ułatwia stabilizację termiczną warunków bioreakcji za pomocą układu grzewczego bioreaktora (UGB). Wysuwanie inkubatora (5) poza kopułę (K), po otwarciu uchylnej klapy w kopule (KL), która zaraz po wysunięciu zamyka się. Wysuwanie i wsuwanie realizowanej jest m.in. za pomocą silnika liniowego (SL) sprzęgniętego z podstawą inkubatora (5), na której jest on „zatrzaśnięty”. Stół obrotowy (S) umożliwia przemieszczanie danego inkubatora (5) zawierającego bioreaktor (1) do stacji roboczej (ST), która to stanowi specjalistyczne podsystemy urządzenia, umożliwiające przeprowadzenie różnorodnych zabiegów, jak za pomocą mikroskopu optycznego (M). Wielowarstwowy układ sterowania urządzenia (U) wyposażony w panel operatorski nadzoruje pracę całego urządzenia:

a) W warstwie sterowania bezpośredniego realizuje sterowanie programowe fazą rozpoczynania i kończenia konkretnego procesu ekspansji, harmonogramowanych tak, aby w ciągły i bezkolizyjny ze względu na potrzebne operacje przy inkubatorach (5) sposób można było jednocześnie wykorzystywać wszystkie stanowiska; reguluje skład i temperaturę gazu w buforze (B) podłączonym do danego inkubatora (5) i znajdującym się pod stołem obrotowym (S), bezpośrednio pod inkubatorem (5) - indywidualnie dla każdego inkubatora (5); steruje elementami grzewczymi w celu utrzymania właściwej temperatury pod kopułą (K), we wnętrzu inkubatorów i we wnętrzu bioreaktorów (1); steruje operacjami dozowania i odbioru pożywki i innych substancji; steruje ruchem oscylacyjnym bioreaktorów (1) oraz ruchem obrotowym stołu (S); realizuje wszystkie funkcje kontroli i sygnalizacji przekroczeń dopuszczalnych parametrów realizowanych procesów ekspansji wraz z obsługą alarmów.

b) W warstwie sterowania nadrzędnego realizuje sterowanie czasowe (operacje dyskretne) jednostkowym procesem ekspansji (pobieranie próbek, wymiana pożywki) oraz zdarzenia aktywowane przez obsługę (laboranta) - żądanie wysunięcia konkretnego inkubatora (5) na potrzeby kontroli.

c) W warstwie operatywnej zabezpiecza etykietowanie każdego indywidualnego procesu w systemie 6-cio elementowym: bioreaktor (1) posiada co najmniej jeden znacznik (TAG) tzn. ma indywidualnie stowarzyszony kod RFID, kod połączenia bezprzewodowego systemu pomiarowego oraz etykietę tradycyjną (wprowadzoną do systemu bazodanowego), ponadto inkubator (1) ma indywidualnie stowarzyszony kod RFID oraz etykietę tradycyjną, wprowadzoną do systemu bazodanowego, podest na etykietę tradycyjną wprowadzoną do systemu bazodanowego.

Ponadto system sterowania urządzenia aktywuje w tej warstwie i kończy proces jednostkowy, rejestruje i monitoruje na żądanie wszystkie parametry i zdarzenia dyskretne w trakcie każdego procesu indywidualnie, sprawuje nadzór na wszystkimi zasobami obsługując alarmy związane z koniecznością uzupełnień, sprawuje kontrolę nad zasobami urządzeniowymi wykonując okresowe kontrole diagnostyczne i obsługując odpowiednie alarmy, nadzoruje zasilanie elektryczne i steruje podtrzymaniem zasilania w przypadku chwilowych zaników zasilania głównego, wykonuje pełną dokumentację prowadze nia procesów jednostkowych. Stacja robocza (ST) jest podsystemem stanowiska, w którym wykonywane są zabiegi na zawartości bioreaktora (1), które nie muszą być realizowane w sposób ciągły, a wręcz przeciwnie - wykonywane są kilkakrotnie podczas realizacji procesu namnażania komórek. To, jakie zabiegi będą wykonywane, zależy od rodzaju procesu (hodowli komórek).

W przypadku CAR-T do takich zabiegów należą:

• Obserwacja przebiegu hodowli pod mikroskopem o dużym powiększeniu.

• Pobranie próbek do analizy poza stanowiskiem (3 razy na 14 dni).

• Wymiana pożywki (2 razy w ciągu 14 dni).

Dana stacja robocza (ST) jest zlokalizowana na stałe w kompletnym stanowisku. Wykonanie zabiegu wymaga przemieszczenia (poprzez obrót stołu roboczego) inkubatora zawierającego bioreaktor, na zawartości którego ma być przeprowadzony dany zabieg, do pozycji obsługiwanej przez stację. Rozwiązanie takie pozwala na zminimalizowanie liczby specjalistycznych i drogich układów sensorycznych i/lub wykonawczych, które wykorzystywane są jedynie okazjonalnie. Koncepcja stacji roboczej, która dokonuje zabiegu na zawartości wielu bioreaktorów, wymaga zwrócenia szczególnej uwagi na kwestię zapobieżenia kros-kontaminacji poszczególnych hodowli. Zasilanie pożywką następuje z pojemnika (9), który instalowany jest oddzielnie dla każdego inkubatora (5) przed rozpoczęciem hodowli. Odpompowywanie zużytej pożywki następuje do innego pojemnika (9) umieszczonego w tym inkubatorze (5). Pod stołem obrotowym (S) znajdują się: filtry, układ czerpni powietrza, zestaw sterowanych grzałek elektrycznych w postaci tunelu z kratownicami grzejnymi, dalej wprowadzenie do wnętrza kopuły, a w innym jej miejscu wyprowadzenie - do wentylatora wyciągowego połączonego z wyrzutnią powietrza zużytego, z możliwością przyłączenia wyrzutni z zewnętrzem pomieszczenia, gdzie jest urządzenie.

UGB - Grzałki są przede wszystkim w gnieździe (6) oraz na linii dozowania gazu do wnętrza bioreaktora (1), wykorzystywane przy ewentualnej konieczności schłodzenia zawartości bioreaktora (1). Ponadto stabilizowana jest temperatura pod kopułą (K) za pomocą odrębnego układu grzewczego związanego z wentylacją powietrza pod kopułą (K).

U - Układ sterowania (U) zapewnia zwielokrotnioną pod względem jednoznaczności identyfikację danej hodowli (bioreaktora (1) i stowarzyszonego inkubatora (5)), aktywuje i kończy proces jednostkowy, rejestruje i monitoruje wszystkie zdarzenia w czasie trwania procesu jednostkowego, obsługuje żądania sprawdzenia stanu i historii procesu jednostkowego, nadzoruje zasoby i awizuje stan zapotrzebowania na uzupełnienie nadzorując proces uzupełniania; steruje zasilaniem elektrycznym i podtrzymaniem tego zasilania; kontroluje poprawność działania elementów składowych urządzenia i automatyzuje wykrywanie uszkodzeń; automatycznie dokumentuje proces jednostkowy; steruje do przodu procesem jednostkowym (sterowanie czasowe i nadrzędna regulacja programowa); steruje procedurą automatycznej wymiany medium wraz z dozowaniem odżywki i składników dodatkowych; obsługuje próbobiornik (sterowanie binarne); steruje programowo fazą rozpoczęcia i zakończenia procesu jednostkowego; steruje stałowartościowo stężeniem gazów w inkubatorach, steruje stałowartościowo temperaturą w bioreaktorze, inkubatorze i pod kopułą, steruje składem gazu w buforach gazu oraz jego dozowaniem do bioreaktorów i inkubatorów; steruje ruchem oscylacyjnym bioreaktorów; prowadzi i nadzoruje komunikację bezprzewodową z cyfrowym układem pomiaru parametrów bioreakcji; steruje wentylacją powietrza pod kopułą; steruje ruchem stołu i podestów do wysuwania inkubatorów; obsługuje komunikację z otoczeniem poprzez panel operatorski, komunikację GSM oraz Internet.

Pobór próbki (fig. 2)

W inkubatorze (5) poprzez ściankę boczną do bioreaktora (1) zainstalowany jest uszczelniony dodatkowy wężyk do pobierania próbek, który to wężyk wychodzący z bloku - układu pomp i zaworów (3) i mający swoją indywidualną pompę perystaltyczną (podającą porcję próbki do wężyka), który jest wyprowadzony z inkubatora (5) na jego ścianę czołową przez uszczelniony otwór i na końcu zaspawany. Pobór próbki odbywa się ręcznie:

• inkubator (5) częściowo się wysuwa przez klapę w kopule (KL), • do wężyka za pomocą pompki podawana jest objętość hodowli tworząca próbkę, • wężyk jest spawany dwukrotnie na odcinku za tą objętością próbki, • wężyk jest rozcinany pomiędzy spoinami i zabierany do badań pod mikroskopem (M).

Zasilanie pożywką następuje z pojemnika (9), który instalowany jest oddzielnie dla każdego inkubatora (5) przed rozpoczęciem hodowli. Usunięcie zużytej pożywki następuje do pojemnika (15) umieszczonego w tym inkubatorze (5).

Urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że stanowi połączone ze sobą i współpracujące:

- co najmniej jeden stół obrotowy (S) przykryty szczelnie kopułą (K) korzystnie przeźroczystą, która oddziela wnętrze stanowiska zawierającą inkubatory (5) od otoczenia stanowiska. Pod kopułą (K) utrzymywana jest kontrolowana stała temperatura, korzystnie temperatura 37+-0,5°C oraz atmosfera w klasie czystości co najmniej B. Kopuła (K) wyposażona jest w klapę (KL) do wprowadzenia i/lub wyprowadzenia nowego inkubatora (5) pod kopułę dla hodowli - ekspresji komórek. Na stole obrotowym (S) umieszczone są korzystnie promieniście, co najmniej dwa inkubatory (5), korzystnie 15 inkubatorów (5), przy tym każdy z inkubatorów (5) umieszczony jest w osobnym stanowisku połączonym z indywidualnym buforem (B), który to bufor (B) umieszczony jest pod stołem obrotowym (S) bezpośrednio pod inkubatorem (5); a nad klapą i/lub z boku w klapie (KL) umieszczona jest co najmniej jedna lampa UV (UV). Dany inkubator (5) wysuwany jest na zewnątrz do stacji roboczej (ST) ze stołu obrotowego (S) za pomocą, korzystnie silnika linowego i/lub mechanizmu robotycznego (SL) przesuwającego inkubator (5) poprzez podest (P) do stacji roboczej (ST) i/lub z powrotem pod kopułę (K). W stacji roboczej (ST) umieszczony jest mikroskop optyczny (M), umożliwiający okresowe oględziny zawartości danego inkubatora (5), tym samym bioreaktora (1) za pomocą przezroczystej ścianki tego bioreaktora (1). W podeście (P) umieszczone są dodatkowo króćce i złącza elektryczno-sygnałowe linii komunikacyjnych inkubatora (5) służące do komunikacji oraz połączenia dwukierunkowego z jego otoczeniem zewnętrznym (7, 8, 10, 11, 13, 14), które podczas instalacji inkubatora (5) pod kopułą (K) dodatkowo zamyka/zatrzaskuje laborant. Po wsunięciu do wnętrza kopuły (K) urządzenia, podest (P) wraz inkubatorem (5) stanowi część stołu obrotowego (S), gdzie realizowanych jest równocześnie kilkanaście korzystnie 15 procesów, to jest jednocześnie prowadzonych 15 hodowli w 15 inkubatorach (5). Na zewnątrz kopuły (K) znajduje się układ centralny sterowania urządzenia (U), który umożliwia komunikację dwukierunkową bezprzewodową z każdym układem pomiarowym (4) danego bioreaktora (1) umieszczonym w inkubatorze (5) oraz sterowanie elektro-mechaniczne całością urządzenia-linii, przy czym sterowanie jest w pełni automatyczne i/lub ręczne. Urządzenie według wynalazku zbudowane jest w taki sposób, że pozwala na zachowanie zabezpieczeń przed kros-kontaminacją oraz pozwala na zwiększenie efektywności ekspansji poprzez hodowlę równocześnie wielu bioreaktorów (5) pod kopułą (K), a układ sterowania urządzenia (U) jest korzystnie komputerem. Bufor (B) jest buforem gazu połączonym, za wsuniętym pod kopułę (K), danym inkubatorem (5), który to połączony jest króćcem z przewodem elastycznym umożliwiającym wysuwanie inkubatora (5). Każdy z inkubatorów (5), a tym samym każdy bioreaktor (1) jest indywidualny dla każdego pacjenta, to jest prowadzi kontrolowaną ekspansję-hodowlę komórek osobno dla każdego pacjenta, natomiast oddzielony jest od pozostałych inkubatorów (5) oraz zewnętrznego środowiska zapewniając sterylność hodowli. Bioreaktor (1) umieszczony jest w gnieździe (6), korzystnie o kształcie cylindrycznym, które stanowi jednocześnie otulinę bioreaktora (1). Gniazdo (6) jest wyposażone w układ ogrzewania, korzystnie w postaci grzałek elektrycznych, zasilany elektrycznie (13) i sterowany z zewnątrz (14). Stabilizacja temperatury wewnątrz bioreaktora (1), stanowiąca część układu sterowania (U), wykorzystuje oprócz grzałek w gnieździe (6) strumień gazu podawanego w sposób ciągły do bioreaktora (1) regulując jego temperaturę tak, aby możliwe było szybsze podwyższanie lub ewentualne obniżanie temperatury bioreakcji. Bioreaktor (1) wyposażony jest w układ mimośrodowy (UM), korzystnie mocowany u dołu gniazda (6) z bioreaktorem (1), o regulowanym mimośrodzie i sterowanej prędkości obrotowej, umożliwiający wywołanie kontrolowanych ruchów, korzystnie oscylacji bioreaktora wraz z zawartością, w celu dodatkowej stymulacji ekspansji komórek. Układ mimośrodowy (UM) posiada układ sterowania wyposażony w pomiarowy układ żyroskopowy i/lub akcelerometr. Jak o układ mimośrodowy (UM) stosuje się układ o ruchu wahliwym. Bioreaktor (1) jest jednorazowo dla danego pacjenta wykorzystywanym elementem, wykonanym korzystnie z trwałego przezroczystego tworzywa sztucznego odpornego na promieniowanie UV, połączonym za pomocą wężyków (2) - przyłączy z układem pomp i zaworów (3); przy czym świeża pożywka dostarczana jest z co najmniej jednego pojemnika - zasilania pożywką (9) poprzez wężyki (2) do bioreaktora (1), a usuwanie zużytej pożywki z bioreaktora (1) odbywa się poprzez wężyki (2) do pojemnika na zużytą pożywkę (15). Bioreaktor (1) jest trwale zespolony-połączony z układem pomiarowym (4), zasilanym z zewnątrz i komunikującym się bezprzewodowo - wymieniającym dane, z układem centralnym sterowania (U) korzystnie poprzez moduł Bluetooth i/lub moduł Wi-Fi. Układ pomp i zaworów (3) jest układem pomp perystaltycznych, zaworów pasywnych - jednokierunkowych i sterowanych - aktywnych oraz połączeń zewnętrznych, zapewniającym: wymagane natlenienie wzbogacone dwutlenkiem węgla wewnątrz bioreaktora (1) w klasie czystości A, dostarczanie świeżej pożywki i usuwanie zużytej pożywki oraz innych wymaganych specyfików. W trakcie procesu ekspansji inkubator (5) zapewnia: atmosferę klasy czystości A w swoim wnętrzu oraz wzajemne odseparowanie od innych inkubatorów (5) umieszczonych w urządzeniu pod kopułą (K). W trakcie procesu ekspansji inkubator (5) umożliwia zasilanie bioreaktora (1) odpowiednią atmosferą wzbogaconą dwutlenkiem węgla (7) i odprowadzenie powietrza zużytego (8), przy jednoczesnym utrzymywaniu wymaganej temperatury, zasilanie pożywką i innymi substancjami (9) za pomocą indywidualnej pompy perystaltycznej i odpompowanie zużytej pożywki (10) za pomocą indywidualnej pompy perystaltycznej. W trakcie procesu ekspansji inkubator (5) umożliwia - za pomocą układu pomiarowego (4), sprzężonego bezprzewodowo z układem centralnym sterowania urządzenia (U) - na bezpośrednie pomiary parametrów bioreakcji (11) zachodzące w bioreaktorze (1), wielokrotną możliwość pobrania próbki do badań oraz możliwość wizyjnej kontroli przebiegu procesu ekspansji za pomocą elementów wizyjnych (12) i mikroskopu (M) umocowanych na gnieździe (6) przy bioreaktorze (1). Jako elementy wizyjne (12) stosuje się kamerę CCD stowarzyszoną z inkubatorem (5) i mikroskop x200 w stacji roboczej (ST). Układ pomiarowy (4) zawiera czujniki: czujnik pH, czujnik temperatury, czujnik ciśnienia atmosfery wewnątrz bioreaktora (1) umożliwiający monitorowanie jego szczelności, czujniki umożliwiające monitorowanie żywotnych parametrów hodowli komórek; czujnik stężenia CO2, czujnik stężenia tlenu.

Układ pomiarowy (4) zawiera dodatkowo czujniki: licznik cząstek, akcelerometr, żyroskop, czujnik natężenia pola magnetycznego. Układ pomiarowy (4) zawiera kontroler mikroprocesorowy wbudowany w obudowę bioreaktora (1), który wykonuje na bieżąco wstępną obróbkę cyfrową pomiarów oraz transmituje wyniki pomiarów bezprzewodowo korzystnie za pomocą modułu Bluetooth lub Wi-Fi do komputera - układu centralnego sterowania urządzenia (U). W podeście (P) umieszczone są dodatkowo króćce i złącza elektryczno-sygnałowe linii komunikacyjnych dla każdego inkubatora (5) służące do komunikacji oraz połączenia dwukierunkowego z jego otoczeniem zewnętrznym poprzez elementy (7, 8, 10, 11, 13, 14). Bioreaktor (1) i/lub inkubator (5) posiada co najmniej jeden znacznik (TAG), korzystnie trzy, to jest: ma indywidualnie stowarzyszony kod RFID, kod połączenia bezprzewodowego systemu pomiarowego oraz etykietę tradycyjną - wprowadzoną do systemu bazodanowego w układzie. Monitorowanie sterylności indywidualnego bioreaktora (1) wykonywane jest za pomocą ciągłego pomiaru nadciśnienia wytworzonego w tym bioreaktorze (3) z chwilą zasilenia go materiałem do hodowli komórek i/lub w trakcie ekspansji-hodowli za pomocą czujnika nadciśnienia zawartego w układzie pomiarowym (4) bioreaktora (1). Wnętrze kopuły (K) wykorzystane jest do utrzymywania właściwej - stałej temperatury całości hodowli, korzystnie za pomocą odrębnego układu grzewczego związanego z wentylacją powietrza pod kopułą (K).

Claims (21)

1. Wielostanowiskowe urządzenie do ekspansji komórek zwłaszcza CAR-T wyposażona w inkubatory, bioreaktory, układ centralny sterowania urządzenia, znamienne tym, że składa się z co najmniej jednego stołu obrotowego (S), którego integralną częścią jest podest (P), zamkniętego szczelnie kopułą (K), korzystnie przeźroczystą, na którym umieszczone są promieniście, co najmniej dwa inkubatory (5), korzystnie 15 inkubatorów (5), z których każdy umieszczony jest w osobnym stanowisku połączonym z indywidualnym buforem (B), przy czym podstawa inkubatora (5) sprzęgnięta jest z silnikiem liniowym (SL).

2. Wielostanowiskowe urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w podeście (P) umieszczone są króćce i złącza elektryczno-sygnałowe linii komunikacyjnych inkubatora (5) do komunikacji oraz połączenia dwukierunkowego z jego otoczeniem zewnętrznym,

3. Wielostanowiskowe urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że kopuła (K) wyposażona jest w klapę (KL).

4. Wielostanowiskowe urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w kopule (K) utrzymywana jest stała temperatura 37+-0,5°C za pomocą odrębnego układu grzewczego oraz stała atmosfera o klasie czystości co najmniej B.

5. Wielostanowiskowe urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że na zewnątrz kopuły (K) znajduje się centralny układ sterowania (U) do komunikacji dwukierunkowej bezprzewodowej połączony z układem pomiarowym (4) bioreaktora (1) oraz stacja robocza (ST) sterowana automatyczne i/lub ręcznie elektromechanicznie, wyposażona w mikroskop optyczny (M).

6. Wielostanowiskowe urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że inkubator (5) stosuje się dla indywidualnego pacjenta.

7. Wielostanowiskowe urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że inkubator (5) wyposażony jest w układ pomiarowy (4) sprzężony bezprzewodowo z układem centralnym sterowania (U) do bezpośredniego pomiaru parametrów bioreakcji (11), elementy wizyjne (12) umocowane na gnieździe (6) przy bioreaktorze (1).

8. Wielostanowiskowe urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że bufor (B) osadzony jest pod inkubatorem (5).

9. Wielostanowiskowe urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że bufor (B) stanowi bufor gazu połączony króćcem z przewodem elastycznym inkubatora (5).

10. Wielostanowiskowe urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że jako centralny układ sterowania (U) stosuje się komputer.

11. Wielostanowiskowe urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że układ pomiarowy (4) zawiera: czujnik: pH, temperatury, ciśnienia atmosfery do monitorowania szczelności bioreaktora (1); czujnik stężenia CO2, czujnik stężenia tlenu oraz licznik cząstek, akcelerometr, żyroskop, czujnik natężenia pola magnetycznego.

12. Wielostanowiskowe urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że bioreaktor (1) umieszczony jest w otulinie, którą stanowi gniazdo (6), do którego od dołu zamocowany jest układ mimośrodowy (UM) o regulowanym mimośrodzie i sterowanej prędkości obrotowej, do wywołania kontrolowanych ruchów, korzystnie oscylacji bioreaktora (1) z zawartością, dla dodatkowej stymulacji ekspansji komórek.

13. Wielostanowiskowe urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że bioreaktor (1) wykonany jest z przezroczystego tworzywa sztucznego, dopuszczonego do produkcji aparatów do zastosowań medycznych, odpornego na promieniowanie UV.

14. Wielostanowiskowe urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że bioreaktor (1) połączony jest za pomocą wężyków (2) przyłączy z układem pomp i zaworów (3); którymi dostarczana jest świeża pożywka z co najmniej jednego pojemnika - zasilania pożywką (9) lub usuwana jest zużyta pożywka do pojemnika na zużytą pożywką (15).

15. Urządzenie według zastrz. 5 i 7, znamienne tym, że jako elementy wizyjne (12) stosuje się mikroskop korzystnie o powiększeniu co najmniej 200 (M) oraz kamerę CCD (12).

16. Wielostanowiskowe urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w i/lub nad klapą kopuły (KL) umieszczona jest co najmniej jedna lampa UV (UV).

17. Wielostanowiskowe urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że gniazdo (6) wyposażone jest w układ ogrzewania mający postać grzałek elektrycznych, zasilany elektrycznie (13) i sterowany z zewnątrz linią dwustronnej komunikacji (14) przez system centralnego sterowania (U) oraz układ mimośrodowy (UM).

18. Wielostanowiskowe urządzenie według zastrz. 17, znamienne tym, że jako układ mimośrodowy (UM) stosuje się układ o ruchu wahliwym.

19. Wielostanowiskowe urządzenie według zastrz. 17, znamienne tym, że układ mimośrodowy (UM) zawiera układ sterowania, wyposażony jest w pomiarowy układ żyroskopowy i/lub akcelerometr.

20. Wielostanowiskowe urządzenie według zastrz. 1 i 12, znamienne tym, że bioreaktor (1) i/lub inkubator (5) posiada co najmniej jeden znacznik (TAG), korzystnie trzy znaczniki (TAG).

21. Wielostanowiskowe urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że monitorowanie sterylności bioreaktora (1) wykonuje się poprzez ciągły pomiar nadciśnienia za pomocą czujnika ciśnienia systemu pomiarowego z chwilą zasilenia go materiałem do hodowli komórek i/lub w trakcie ekspansji-hodowli.