RU2006117360A

RU2006117360A - Способ и биореактор для культивирования и стимуляции трехмерных, жизнеспособных и устойчивых к механическим нагрузкам клеточных трансплантатов

Info

Publication number: RU2006117360A
Application number: RU2006117360/13A
Authority: RU
Inventors: Ронни ШУЛЬЦ (DE); Ронни ШУЛЬЦ; Аугустинус БАДЕР (DE); Аугустинус БАДЕР
Original assignee: БАЙОНЕТОС ХОЛДИНГ ГмбХ (DE); БАЙОНЕТОС ХОЛДИНГ ГмбХ
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2007-11-27
Also published as: CA2543374A1; JP2007508830A; CN1898375A; DE10349484A1; WO2005040332A3; WO2005040332A2; EP1675939A2; RU2370534C2

Claims

1. Способ культивирования и стимуляции трехмерных, жизнеспособных и стойких к механическим нагрузкам клеточных трансплантатов в отвечающем требованиям GMP биореакторе, включающий следующие стадии:

a) извлечение из организма клеток эксплантата (12), подготовленных известными методами для культивирования в биореакторе клеток эксплантата (12),

b) смешивание этих клеток с несущими матрицами (13), состоящими из биосовместимых, ресорбируемых, или аутологичных, или гомологичных материалов,

c) помещение полученной таким образом клеточной матричной суспензии в колбу (25) для высева с любым соответствующим получаемому трансплантату сечением с целью отверждения для получения "in-vivo" адаптивной трехмерной структуры (11) трансплантата,

d) введение колбы для высева с полученным таким образом трансплантатом (11) в пространство камеры биореактора (1), медиальное нанесение трансплантата на дно биореактора и удаление колбы для высева,

e) культивирование трансплантата под воздействием перфузионного потока и извлечение после завершения культивирования полученного материала-заменителя ткани для дальнейшего использования,

отличающийся тем, что трансплантат (11) на стадии культивирования на противолежащей дну биореактора поверхности нагружается давлением с помощью передающего давление пуансона в форме магнитного поршнеподобного миниактуатора (14), который в биореакторе (1) размещен над трансплантатом (11) и посредством одного или нескольких расположенных снаружи контрольных/управляющих магнитов (15) перемещается по биореактору (1) продольно к поверхности трансплантата, при этом как процесс перемешивания в пространстве биореактора под воздействием перфузионного потока, так и передающий давление на трансплантат пуансон регулируются по времени, количеству или силе в зависимости от условий культивирования и, таким образом, вызывают многократное раздражение клеток, подобное раздражению "in-vivo".

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что через трансплантат (11) периодически пропускают кондиционированную питательную среду и циклично нагружают его с помощью передающего давление магнитного пуансона (14).

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что давление на трансплантат (11) оказывают во время перфузии.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что трансплантат (11) в зависимости от его применения раздражают статическими сжимающими нагрузками, преимущественно аналогичными сжимающим нагрузкам "in-vivo", или деформациями конструкта, или непрерывно подвергают воздействию периодических или динамических усилий сжатия.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что магнитное поле миниактуатора (14) создается по меньшей мере одним постоянным магнитом.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что расположенный снаружи контрольный/управляющий магнит (15) содержит по меньшей мере два постоянных магнита с чередующейся полярностью на подвижном держателе поверх биореактора, которые периодически меняют свое положение с помощью серводвигателя, в результате чего магнитный пуансон (14) давления периодически оказывает давление на трансплантат (11).

7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что расположенный снаружи контрольный/управляющий магнит (15) представляет собой электромагнит, катушка которого с высокой частотой меняет направление тока и напряжение, а вместе с этим и направление поля и плотность магнитного потока над биореактором, в результате чего магнитный миниактуатор (14) периодически оказывает давление на трансплантат.

8. Биореактор для культивирования и стимуляции трехмерных, жизнеспособных и стойких к механическим нагрузкам клеточных трансплантатов в отвечающем требованиям GMP биореакторе, содержащем основной корпус, который герметично и стерильно связан с запором (21) реактора и образует по меньшей мере одно пространство реактора, в котором предусмотрена поверхность для размещения "in-vivo" адаптивного трехмерного трансплантата (11), изготовленного из отвержденной смеси суспендированных клеток (12) с биосовместимой или ресорбируемой несущей матрицей (13), и который оснащен по меньшей мере двумя подводами или отводами (19) для непрерывной перфузии трансплантата питательной средой, отличающийся тем, что он содержит магнитный поршнеподобный, функционирующий в качестве пуансона давления миниактуатор (14) в пространстве реактора над трансплантатом (11), а также расположенный снаружи контрольный/управляющий магнит (15), который расположен по отношению к пуансону (14) давления вертикально и медиально и, в зависимости от полярности, имеет возможность перемещения магнитного пуансона (14) давления в биореакторе (12) бесконтактным способом вверх и вниз, в результате чего обеспечивается изменение давления на трансплантат (11).

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что биореактор (1) выполнен как однокамерный биореактор, и трансплантат (11) может прямо или косвенно культивироваться и стимулироваться на дне биореактора (1).

10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что биореактор (1) выполнен как двухкамерный биореактор, и трансплантат (11) прямо или косвенно, по меньшей мере частично, лежит на поверхности дна верхней реакционной камеры для культивирования и стимуляции, в то время как под трансплантатом (11) находится второе пространство реактора.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что верхняя камера биореактора (1) по своей основной поверхности соответствует основной поверхности трансплантата, в то время как размеры нижней камеры меньше размеров трансплантата, в результате чего при медиальном расположении клеточной культуры этот конструкт большей частью расположен над нижней камерой и частично на дне верхней камеры реактора.

12. Устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, что пространство нижней камеры реактора заполнено плоским диском (16) из биологически инертного, пропускающего свет крупнопористого материала, преимущественно пористого агломерационного материала, так что образуется ровное донное замыкание реактора из этого диска (16) и днища верхней камеры реактора.

13. Устройство по п.8, отличающееся тем, что выполненный в виде крышки запор (21) реактора снабжен биодатчиками (8), и/или измерительными щупами (10), и/или пробоотборным участком (1).

14. Устройство по п.8, отличающееся тем, что сообщающиеся с камерами биореактора соединения подвода и отвода (19) оборудованы 3-ходовым клапаном (6) или 4-ходовым клапаном (7) с функцией обратного клапана.

15. Устройство по п.8, отличающееся тем, что для контроля процесса изготовления трансплантата биореактор (1) в зоне дна биореактора (1) полностью или частично состоит из прозрачного материала, преимущественно прозрачного стекла (17).

16. Устройство по п.8, отличающееся тем, что над дном биореактора (1) расположена пленка, ткань или мембрана (18) из антистатического или инертного материала для размещения на ней трансплантата (11), причем этот материал преимущественно имеет крупные ячейки и пропускает свет, жидкость и газ.

17. Устройство по п.8, отличающееся тем, что миниактуатор (14) в однокамерном биореакторе (1) расположен над мембраной (18) и трансплантатом (11) в пространстве биореактора (1).

18. Устройство по п.8, отличающееся тем, что миниактуатор (14) в двухкамерном биореакторе (1) расположен над пористым материалом (16), мембраной (18) и трансплантатом (11) в верхнем пространстве реактора.

19. Устройство по п.8, отличающееся тем, что используемый магнитный миниактуатор (14) состоит из магнитного стержневого тела (22) в форме постоянного магнита, который заключен в биологически инертную капсулу (23).

20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что поршнеобразный миниактуатор (14) состоит из более чем одного цилиндра капсулы (23), так что один цилиндр капсулы содержит постоянный магнит, а другой цилиндр имеет углубление (24) для пуансона, причем пространственно разделенные цилиндры соединены друг с другом перемычкой (34) или функционально эквивалентным соединением.

21. Устройство по п.19 или 20, отличающееся тем, что капсула (24) миниактуатора (14) снабжена отверстиями и/или проточными каналами (33) таким образом, что по меньшей мере в трех местах внешнего диаметра и дальше обеспечивается точно подогнанное вертикальное направление перемещения миниактуатора (14).

22. Устройство по п.8, отличающееся тем, что управляющий магнит (15) состоит, по меньшей мере, из двух постоянных магнитов (32) с различным вертикальным направлением магнитных полюсов, причем магниты вставлены в имеющий форму прямоугольного параллелепипеда держатель (31) магнитов и циклически перемещаются по биореактору (1) в горизонтальном направлении с помощью серводвигателя (29) и направляющего элемента (30), или магниты вставлены в имеющий форму диска держатель (31) магнитов и циклически перемещаются по биореактору (1) с помощью ротационного привода серводвигателя (29).

23. Устройство по п.8, отличающееся тем, что управляющий магнит (15) выполнен в виде электромагнита по меньшей мере с одной индукционной катушкой (35), поле которой может регулироваться бесступенчатым образом известными средствами.

24. Устройство по п.23, отличающееся тем, что индукционная катушка (35) управляется на высокой частоте с изменяющейся частотой для обеспечения высокой динамики изменения магнитного поля и воздействия миниактуатора (14) на трансплантат (11).

25. Устройство по п.8, отличающееся тем, что содержит цилиндрическую колбу для высева (25) с внутренним диаметром, соответствующим внешнему диаметру трансплантата, предназначенную для впрыскивания смеси клеток (12) и несущей матрицы (13) на подвижную пластину (27), причем упомянутая колба для высева после выполненного размещения отвержденного в колбе для высева трансплантата (11) в пространстве реактора удаляется из устройства.