RU2772731C2 - Bioreactor for adhesive cell culture, device for aseptic sampling and method for obtaining cell culture product (options) - Google Patents
Bioreactor for adhesive cell culture, device for aseptic sampling and method for obtaining cell culture product (options) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2772731C2 RU2772731C2 RU2019117396A RU2019117396A RU2772731C2 RU 2772731 C2 RU2772731 C2 RU 2772731C2 RU 2019117396 A RU2019117396 A RU 2019117396A RU 2019117396 A RU2019117396 A RU 2019117396A RU 2772731 C2 RU2772731 C2 RU 2772731C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cell culture
- bioreactor
- sampling device
- sampling
- solid substrate
- Prior art date
Links
- 238000005070 sampling Methods 0.000 title claims abstract description 99
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 title claims abstract description 6
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 title claims abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 67
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000004115 adherent culture Methods 0.000 claims description 26
- 239000001963 growth media Substances 0.000 claims description 20
- 238000009630 liquid culture Methods 0.000 claims description 12
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 abstract description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 36
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 12
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 9
- 239000002609 media Substances 0.000 description 9
- 230000001464 adherent Effects 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 102000033147 ERVK-25 Human genes 0.000 description 4
- 108091005771 Peptidases Proteins 0.000 description 4
- 239000004365 Protease Substances 0.000 description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 4
- 210000004748 cultured cells Anatomy 0.000 description 3
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000001890 transfection Methods 0.000 description 3
- 229940064005 Antibiotic throat preparations Drugs 0.000 description 2
- 229940083879 Antibiotics FOR TREATMENT OF HEMORRHOIDS AND ANAL FISSURES FOR TOPICAL USE Drugs 0.000 description 2
- 229940042052 Antibiotics for systemic use Drugs 0.000 description 2
- 229940042786 Antitubercular Antibiotics Drugs 0.000 description 2
- 229940093922 Gynecological Antibiotics Drugs 0.000 description 2
- 229940024982 Topical Antifungal Antibiotics Drugs 0.000 description 2
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 2
- 238000004166 bioassay Methods 0.000 description 2
- 230000003115 biocidal Effects 0.000 description 2
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 2
- 229940079866 intestinal antibiotics Drugs 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000011325 microbead Substances 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 229940005935 ophthalmologic Antibiotics Drugs 0.000 description 2
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 description 1
- 108010030718 DegP protease Proteins 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 238000010364 biochemical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 229920002457 flexible plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 238000001415 gene therapy Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 231100000206 health hazard Toxicity 0.000 description 1
- 238000011090 industrial biotechnology method and process Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M lactate Chemical compound CC(O)C([O-])=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 230000002503 metabolic Effects 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 1
- 235000021231 nutrient uptake Nutrition 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000000575 proteomic Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N silicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 1
- 210000001519 tissues Anatomy 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Уровень техникиState of the art
Как известно, при крупномасштабном культивировании клеточных культур используют либо суспензионную клеточную культуру, либо адгезионную клеточную культуру, см. Merten, Otto-Wilhelm et al., Manufacturing Of Viral Vectors For Gene Therapy: Part I. Upstream Processing («Производство вирусных векторов для генной терапии: Часть I. Предварительная обработка»). – Pharmaceutical Bioprocessing, 2014, рр.183–203. Суспензионная клеточная культура подразумевает культивирование клеток, свободно плавающих в жидкой среде, предназначенной для выращивания клеточной культуры. В качестве альтернативы, возможно культивировать клетки, прикрепленные к микрогранулам, которые, в свою очередь, свободно плавают в среде. В описании этого изобретения термин «суспензионная» клеточная культура охватывает оба этих подхода к культивированию клеточных культур.As is well known in large scale cell culture, either suspension cell culture or adherent cell culture is used, see Merten, Otto-Wilhelm et al., Manufacturing Of Viral Vectors For Gene Therapy: Part I. Upstream Processing. Therapy: Part I. Pretreatment). – Pharmaceutical Bioprocessing, 2014, pp.183–203. Suspension cell culture refers to the cultivation of free-floating cells in a liquid medium intended for cell culture. Alternatively, it is possible to culture cells attached to microbeads, which in turn float freely in the medium. In the description of this invention, the term "suspension" cell culture covers both of these approaches to the cultivation of cell cultures.
В качестве альтернативы возможно культивировать клетки, прикрепленные к твердому субстрату, который является настолько объемным или плотным, что не может свободно суспендироваться в культуральной среде. Такими субстратами являются, например, упорядоченные синтетические волокна. В качестве альтернативы, могут быть использованы листы из волокон, подобные бумаге, которые могут быть разрезаны на меньшие части. Alternatively, it is possible to culture cells attached to a solid substrate which is so bulky or dense that it cannot be freely suspended in the culture medium. Such substrates are, for example, ordered synthetic fibers. Alternatively, paper-like fiber sheets can be used, which can be cut into smaller pieces.
Промышленно освоенная клеточная культура нередко нуждается в периодическом отборе проб клеточной культуры для анализа. Отбор проб суспензионной клеточной культуры является относительно простой операцией. Поскольку клетки (либо сами по себе, либо на микрогранулах) суспендированы в жидкой культуральной среде, достаточно взять пробу культуральной среды с суспендированными в ней клетками. Это может быть сделано с помощью пипетки через порт биореактора, предназначенный для отбора проб. Commercial cell culture often requires periodic sampling of the cell culture for analysis. Sampling a suspension cell culture is a relatively simple operation. Since the cells (either by themselves or on microbeads) are suspended in the liquid culture medium, it is sufficient to take a sample of the culture medium with the cells suspended in it. This can be done with a pipette through the sampling port of the bioreactor.
Когда же клетки культивируют прикрепленными к субстрату, не подлежащему суспендированию, то с помощью пипетки получают пробу жидкой культуральной среды, а не субстрата, к которому прикреплены клетки. Это позволяет оценивать культуральную среду по метаболитам клеточной культуры, но не дает возможности непосредственно исследовать культивируемые клетки.When the cells are cultured attached to a substrate that is not to be suspended, a sample of the liquid culture medium is obtained using a pipette, and not the substrate to which the cells are attached. This makes it possible to evaluate the culture medium by the metabolites of the cell culture, but does not make it possible to directly examine the cultured cells.
Известен способ отбора проб адгезионных клеток путем добавления протеазы в культуральную среду. Он обеспечивает отделение адгезионных клетки от субстрата, позволяя клеткам свободно плавать в жидкой среде. Таким образом, для отбора проб культуральной среды и получения пробы клеток можно использовать пипетку. Тем не менее, протеаза влияет на клеточную культуру. Кроме того, высвобожденные протеазой клетки не позволяют получить некоторые важные данные, например, выяснить степень конфлюэнтности клеток, прикрепленных к твердому субстрату. Таким образом, протеаза обеспечивает эффективное высвобождение адгезионных клеток по завершении их культивирования, но применение протеазы недопустимо для отбора проб адгезионных клеток в процессе их культивирования. A known method of sampling adherent cells by adding protease to the culture medium. It provides separation of adherent cells from the substrate, allowing the cells to float freely in the liquid medium. Thus, a pipette can be used to sample the culture medium and obtain a cell sample. However, the protease affects the cell culture. In addition, the cells released by the protease do not allow obtaining some important data, for example, to determine the degree of confluence of cells attached to a solid substrate. Thus, the protease provides efficient release of adherent cells upon completion of their cultivation, but the use of the protease is unacceptable for sampling adherent cells during their cultivation.
Следовательно, в данной области техники существует потребность в способе отбора проб клеток, прикрепленных к несуспендируемому субстрату, в системе адгезионной клеточной культуры, который позволял бы отбирать пробы клеток без существенного воздействия на оставшиеся (после отбора пробы) клетки и без их изменения.Therefore, there is a need in the art for a method for sampling cells attached to a non-suspendable substrate in an adherent cell culture system that would allow cells to be sampled without significantly affecting and altering remaining (after sampling) cells.
Автором найдено простое и технологичное решение этой проблемы. При этом оно позволяет сохранить асептическую среду даже в крупных промышленных биореакторах для адгезионных клеток. В этом документе термин «асептический» использован в значении «не содержащий нежелательных микроорганизмов».The author found a simple and technological solution to this problem. At the same time, it allows you to maintain an aseptic environment even in large industrial bioreactors for adherent cells. In this document, the term "aseptic" is used to mean "free of unwanted microorganisms".
Для этой заявки испрашивается приоритет по предварительной патентной заявке США № 62/419613, поданной 09 ноября 2016 г., содержание которой включено в данный документ посредством ссылки.This application claims priority to U.S. Provisional Application No. 62/419,613, filed November 09, 2016, the contents of which are incorporated herein by reference.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Устройство содержит асептический контейнер или корпус для отбора проб, такой как стерильная трубка для отбора проб, асептически присоединяемый к порту на биореакторном сосуде для клеточной культуры. Сосуд содержит культуральную среду и твердый субстрат для адгезионной клеточной культуры. В асептическом корпусе находится устройство для получения пробы субстрата для клеточной культуры с прикрепленными к нему адгезионными клетками. После отбора пробы асептический корпус герметизируют и отсоединяют от сосуда для клеточной культуры, так что сосуд после отсоединения асептического корпуса остается в асептическом состоянии. Затем проба субстрата клеточной культуры, содержащаяся в асептическом корпусе, может быть подвергнута анализу.The device comprises an aseptic sampling container or housing, such as a sterile sampling tube, aseptically attached to a port on a cell culture bioreactor vessel. The vessel contains the culture medium and the solid substrate for the adherent cell culture. The aseptic housing contains a device for obtaining a sample of the cell culture substrate with adherent cells attached to it. After sampling, the aseptic body is sealed and detached from the cell culture vessel, so that the vessel remains in an aseptic state after detaching the aseptic body. The cell culture substrate sample contained in the aseptic housing can then be analyzed.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
На фиг. 1 изображен вариант осуществления устройства для отбора проб, а именно, пинцет, в асептических условиях помещенный в трубку для отбора проб из биореактора, и проиллюстрирован способ его использования.In FIG. 1 depicts an embodiment of a sampling device, namely a forceps placed under aseptic conditions in a sampling tube from a bioreactor, and illustrates its use.
На фиг. 2 изображен другой вариант осуществления устройства для отбора проб, а именно, щипцы, в асептических условиях помещенные в стерильный пакет для проб.In FIG. 2 shows another embodiment of the sampling device, namely forceps placed under aseptic conditions in a sterile sample bag.
На фиг. 3 приведена фотография примера осуществления, в котором пинцет помещен в трубку для отбора проб, как показано на фиг. 1.In FIG. 3 is a photograph of an embodiment in which the tweezers are placed in the sampling tube as shown in FIG. one.
На фиг. 4 приведена фотография пинцета, погруженного в биореакторный сосуд для доступа к твердому субстрату для клеточной культуры и извлечения этого субстрата.In FIG. 4 is a photograph of tweezers immersed in a bioreactor vessel to access and retrieve solid cell culture substrate.
На фиг. 5 приведена фотография использования оператором пинцета, помещенного в трубку для отбора проб.In FIG. 5 is a photograph of the use of the tweezers placed in the sampling tube by the operator.
На фиг. 6 приведена фотография пинцета, которым извлекают из биореактора фрагмент субстрата для клеточной культуры.In FIG. Figure 6 shows a photograph of the tweezers used to remove a fragment of the substrate for cell culture from the bioreactor.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
В данном описании биореакторами называются не только биологические реакторы как таковые, но также ферментеры и контейнеры для культивирования тканей. Биореакторы обеспечивают подходящие условия роста для различных культивируемых микроорганизмов, называемых здесь клетками. В большинстве случаев желательно, чтобы в биореакторе обеспечивался рост только определенных видов клеток, а рост каких-либо других клеток, например, бактерий, крайне нежелателен. Поэтому для защиты биореакторов и всех используемых растворов от загрязнения клетками из окружающей среды применяются довольно сложные меры.In this specification, bioreactors refer not only to biological reactors per se, but also to fermenters and tissue culture containers. Bioreactors provide suitable growth conditions for various cultured microorganisms, referred to here as cells. In most cases, it is desirable that only certain types of cells grow in the bioreactor, and the growth of any other cells, such as bacteria, is highly undesirable. Therefore, quite complex measures are taken to protect bioreactors and all used solutions from contamination by cells from the environment.
Биореакторный сосуд для культивирования адгезионной клеточной культуры содержит жидкую культуральную среду, в которой расположен твердый субстрат, образующий поверхность, к которой культивируемые клетки могут прикрепляться и расти. Таким образом, создается закрытая асептическая среда для адгезионной клеточной культуры.The bioreactor vessel for culturing an adherent cell culture contains a liquid culture medium in which a solid substrate is located, forming a surface to which cultured cells can attach and grow. Thus, a closed aseptic environment for adherent cell culture is created.
Известно множество различных подходящих твердых субстратов, способных обеспечивать твердую подложку, к которой могут прикрепляться культивируемые клетки. Обычно субстрат представляет собой волокно, поскольку волокна являются недорогими однородными материалами и обеспечивают высокое соотношение площади поверхности и объема. В данной области техники волокно может представлять собой полимерное волокно, например полиэфирное или полипропиленовое волокно. Можно использовать и другие волокна, например, силикатные или лактатные электроспряденные нановолокна. Many different suitable solid substrates are known that are capable of providing a solid support to which cultured cells can attach. Typically, the substrate is a fiber because fibers are inexpensive homogeneous materials and provide a high surface area to volume ratio. In the art, the fiber may be a polymeric fiber such as a polyester or polypropylene fiber. Other fibers can also be used, such as silicate or lactate electrospun nanofibers.
Субстрат можно использовать в виде упорядоченных или свободных волокон. Субстрат также может иметь форму листа. Листовой субстрат может быть монолитным. Листы могут быть изготовлены из волокон подобно тому, как лист бумаги изготовлен из целлюлозных волокон. В данной области техники известно множество субстратов и носителей, создающих «неподвижный слой» для культивирования адгезионной клеточной культуры. В настоящем изобретении все они являются в значительной степени взаимозаменяемыми эквивалентами. The substrate can be used in the form of ordered or loose fibers. The substrate may also be in the form of a sheet. The leaf substrate may be monolithic. Sheets can be made from fibers in the same way that a sheet of paper is made from cellulose fibers. A variety of substrates and carriers are known in the art to provide a "fixed layer" for culturing an adherent cell culture. In the present invention, they are all largely interchangeable equivalents.
Отбор проб из биореакторов для подсчета количества клеток и их анализа имеет первостепенное значение в биотехнологии. Как известно, асептический отбор клеток (или носителей, на которых растут клетки) из биореакторов с неподвижным слоем затруднен или невозможен, см. приведенную выше ссылку: Merten et al. (2014). Поэтому за ростом клеток следят и оценивают его, используя пробу биомассы либо измеряя скорость потребления питательных веществ или скорость образования продуктов метаболизма, растворенных в жидкой культуральной среде. Тем не менее, распределение клеток по субстрату-носителю при этом остается неизвестным. Таким образом, определять конфлюэнтность клеток и анализировать сами адгезионные клетки не представляется возможным.Sampling from bioreactors for cell counting and analysis is of paramount importance in biotechnology. Aseptic collection of cells (or carriers on which cells grow) from fixed bed bioreactors is known to be difficult or impossible, see reference above: Merten et al. (2014). Therefore, cell growth is monitored and evaluated using a biomass sample or by measuring the rate of nutrient uptake or the rate of formation of metabolic products dissolved in the liquid culture medium. However, the distribution of cells along the carrier substrate remains unknown. Thus, it is not possible to determine the confluence of cells and analyze the adherent cells themselves.
Это создает серьезную проблему для некоторых видов клеточных культур. Например, при трансфицировании плазмид основным фактором, определяющим эффективность и результативность трансфекции, является локальная плотность или конфлюэнтность клеток. Вместо фактических наблюдений конфлюэнтности в данной области техники используют расчетное среднее число клеток. Тем не менее, среднее число клеток может не отражать фактическую картину роста клеток. Клетки вместо равномерного распределения могут расти плотными скоплениями в одной области, но полностью отсутствовать в другой области.This poses a serious problem for some types of cell cultures. For example, when transfecting plasmids, the main factor determining the efficiency and effectiveness of transfection is the local density or confluence of the cells. Instead of actual observations of confluence, the art uses an estimated average number of cells. However, the average number of cells may not reflect the actual pattern of cell growth. Cells, instead of evenly distributed, may grow in dense clusters in one area, but are completely absent in another area.
Таким образом, в данной области техники существует потребность в отборе проб твердого субстрата-носителя, к которому прикреплены клетки. Это позволило бы более успешно оптимизировать процесс. В частности, это позволило бы проводить точный анализ эффективности трансфекции, показывая, где и насколько успешно трансфекционная смесь была интернализирована клетками. Кроме того, это позволило бы применять ряд клеточных анализов, таких как протеомный анализ и анализ экспрессии генов. Таким образом, отсутствие вариантов отбора проб из биореакторов с неподвижным слоем является существенным недостатком промышленной биотехнологии.Thus, there is a need in the art for sampling the solid carrier substrate to which the cells are attached. This would allow a more successful optimization of the process. In particular, this would allow accurate analysis of transfection efficiency, showing where and how successfully the transfection mixture was internalized by the cells. In addition, it would allow a range of cellular assays such as proteomic and gene expression assays to be applied. Thus, the lack of options for sampling from fixed bed bioreactors is a significant disadvantage of industrial biotechnology.
Было найдено простое, экономически выгодное решение, обеспечивающее при этом высокую точность. Сущность изобретения далее поясняется со ссылкой на фиг. 1.A simple, cost-effective solution was found, while maintaining high accuracy. The essence of the invention is further explained with reference to FIG. one.
На фиг. 1 показана структура и поэтапная работа одного из примеров реализации изобретения. На фиг. 1 изображен биореакторный сосуд (1) для культивирования адгезионной культуры, заполненный жидкой культуральной средой. В этой жидкой среде находится твердый субстрат (2) для клеточной культуры (на фиг. 1 показаны небольшие полосы волокнистого материала). Биореакторный сосуд (1) содержит один или несколько асептических портов (3). Коммерчески доступные биореакторы обычно имеют несколько портов, предназначенных, например, для ввода свежей среды, вывода использованной среды, подачи свежего кислорода или другого газа и т.п. In FIG. 1 shows the structure and step-by-step operation of one embodiment of the invention. In FIG. 1 shows a bioreactor vessel (1) for cultivating an adhesive culture filled with a liquid culture medium. In this liquid medium is a solid substrate (2) for cell culture (Fig. 1 shows small strips of fibrous material). Bioreactor vessel (1) contains one or more aseptic ports (3). Commercially available bioreactors typically have multiple ports for, for example, fresh medium inlet, used media outlet, fresh oxygen or other gas supply, and the like.
К по меньшей мере одному порту асептически присоединен корпус (4) для устройства для отбора проб. Как показано на фиг. 1, корпус для устройства для отбора проб представляет собой гибкую трубку. Можно также использовать стерильный пакет, как показано на фиг. 2, с герметизируемым отверстием на конце (8), через который можно загрузить в пакет устройство (5) для отбора проб, например щипцы, а затем асептически герметизировать пакет (4). В качестве альтернативы можно использовать, например, жесткую пластиковую или стеклянную трубку. A housing (4) for the sampling device is aseptically attached to at least one port. As shown in FIG. 1, the body for the sampling device is a flexible tube. It is also possible to use a sterile bag, as shown in Fig. 2, with a sealable opening at the end (8) through which a sampling device (5) can be loaded into the bag, such as forceps, and then the bag (4) can be aseptically sealed. Alternatively, for example, a rigid plastic or glass tube can be used.
Корпус (4) для устройства для отбора проб содержит устройство (5) для отбора проб твердого субстрата, позволяющее получать пробу твердого субстрата (2) для адгезионной клеточной культуры. Например, на фиг. 1 устройство для отбора проб представляет собой пинцет. На фиг. 2 это устройство представляет собой щипцы. Также можно использовать стержень с крючком на конце, подобным рыболовному крючку. Также можно использовать всасывающее устройство, позволяющее получать пробу твердого субстрата для адгезионной клеточной культуры. The housing (4) for the sampling device contains a device (5) for sampling the solid substrate, which makes it possible to obtain a sample of the solid substrate (2) for adherent cell culture. For example, in FIG. 1 sampling device is a tweezers. In FIG. 2 this device is a tongs. You can also use a rod with a hook on the end, similar to a fishhook. A suction device may also be used to obtain a sample of a solid substrate for an adherent cell culture.
При использовании пинцетов или щипцов желательно, чтобы корпус (4) был достаточно гибким и позволял оператору вручную манипулировать пинцетом или щипцами путем манипулирования этим корпусом. Если устройство (5) для отбора проб изготовлено из черного металла, то для перемещения устройства (5) для отбора проб внутри корпуса (4) можно использовать магнит (7). When using tweezers or tongs, it is desirable that the body (4) be flexible enough to allow the operator to manually manipulate the tweezers or tongs by manipulating the body. If the sampling device (5) is made of ferrous metal, then a magnet (7) can be used to move the sampling device (5) inside the housing (4).
Корпус (4) может быть герметизирован и затем отсоединен от биореактора. В этом случае желательно, чтобы уплотнение на том конце корпуса, который соединен с биореактором, легко открывалось, позволяя оператору выдвигать пинцет через образующееся отверстие. В случае необходимости корпус (4) может содержать пакет, предоставляющий больше пространства для работы с крупными инструментами, такими как щипцы-кусачки (фиг. 2).The body (4) can be sealed and then detached from the bioreactor. In this case, it is desirable that the seal at the end of the housing that is connected to the bioreactor is easily opened, allowing the operator to withdraw the tweezers through the resulting opening. If necessary, the body (4) may contain a package that provides more space for working with large tools, such as nippers (Fig. 2).
Чтобы подготовить устройство к работе, следует собрать корпус (4), поместить в него устройство (5) для отбора проб, герметизировать сборку, а затем стерилизовать сборку, например, путем автоклавирования или облучения. После этого стерилизованный герметично закрытый корпус (4) с устройством (5) для отбора проб следует асептически присоединить к порту (3) биореактора. Этот порт может представлять собой обычный порт, предусмотренный на обычном коммерчески доступном биореакторе. В качестве альтернативы, можно снабдить биореактор новым портом, предназначенным для отбора проб субстрата, или несколькими такими портами. Это позволяет оператору продолжать использовать имеющиеся обычные порты по их назначению, например, для ввода и вывода культуральной среды, для подачи газа и т.п. Желательно снабдить биореактор несколькими портами, чтобы можно было наглухо закрывать порты после их использования и тем самым сводить к минимуму риск загрязнения. В качестве альтернативы, можно несколько раз использовать один и тот же порт (3).To prepare the device for operation, the housing (4) must be assembled, the sampling device (5) placed in it, the assembly sealed, and then the assembly sterilized, for example, by autoclaving or irradiation. After that, the sterilized hermetically sealed body (4) with the sampling device (5) should be aseptically connected to the port (3) of the bioreactor. This port may be a conventional port provided on a conventional commercially available bioreactor. Alternatively, the bioreactor can be provided with a new port dedicated to sampling the substrate, or more than one such port. This allows the operator to continue to use the available conventional ports for their intended purpose, such as inlet and outlet of culture medium, gas supply, and the like. It is desirable to provide the bioreactor with several ports so that the ports can be tightly closed after use and thereby minimize the risk of contamination. Alternatively, the same port (3) can be used multiple times.
На фиг. 1 также проиллюстрирован способ отбора пробы твердого субстрата. Для получения пробы субстрата сначала присоединяют корпус (4) к порту (A). Затем открывают порт (Б) (при необходимости) и вводят устройство для отбора проб через открытый порт (Б) внутрь биореактора, содержащего твердый субстрат (2) для клеточной культуры. Эту процедуру можно выполнять с помощью магнита (7). Затем получают пробу твердого субстрата (2) для клеточной культуры с помощью устройства (5) для отбора проб; если при этом используют пинцет в гибкой трубке, то можно отобрать пробу, просто сдавливая гибкую трубку с целью манипулирования пинцетом. После этого устройство (5) для отбора проб с удерживаемой пробой твердого субстрата (2) для клеточной культуры возвращают в корпус через открытый порт (В), например, с помощью магнита или путем манипулирования корпусом. Затем корпус изолируют (6) от биореактора. После этого устройство (5) для отбора проб можно извлечь из корпуса (4), не загрязняя биореактор (1).In FIG. 1 also illustrates a method for sampling a solid substrate. To obtain a substrate sample, first attach the housing (4) to the port (A). The port (B) is then opened (if necessary) and the sampling device is inserted through the open port (B) into the bioreactor containing the solid substrate (2) for cell culture. This procedure can be carried out using the magnet (7). Then get a sample of the solid substrate (2) for cell culture using the device (5) for sampling; if tweezers in a flexible tube are used, the sample can be taken by simply squeezing the flexible tube to manipulate the tweezers. Thereafter, the sampling device (5) with the retained sample of the solid substrate (2) for cell culture is returned to the housing through the open port (B), for example by means of a magnet or by manipulating the housing. The body is then isolated (6) from the bioreactor. After that, the device (5) for sampling can be removed from the housing (4) without polluting the bioreactor (1).
Биологическая безопасность является важным аспектом изобретения. После изоляции (6) корпуса (4) от биореактора (1), ту часть корпуса (4), в которой находится устройство (5) для отбора проб и проба (2), можно отсоединить от порта (3), поместить в вытяжной бокс с ламинарным потоком и вскрыть в нем, обеспечивая асептическое 5 извлечение пробы (2). Благодаря этому отобранный материал не подвергается открытой обработке в лаборатории. Это позволяет исключить риск загрязнения, сопутствующий открытой обработке отобранного материала. Кроме того, открытая обработка проб не допускается, если материал в биореакторе представляет опасность для здоровья операторов.Biosecurity is an important aspect of the invention. After isolation (6) of the body (4) from the bioreactor (1), that part of the body (4) in which the device (5) for sampling and the sample (2) is located can be disconnected from the port (3), placed in a fume hood with laminar flow and open in it, providing aseptic 5 extraction of the sample (2). Due to this, the selected material is not subjected to open processing in the laboratory. This eliminates the risk of contamination associated with open processing of the selected material. In addition, open handling of samples is not permitted if the material in the bioreactor poses a health hazard to the operators.
В производственном цикле для клинических целей, когда биореактор производит биологический продукт, предназначенный для использования человеком, в культуральной среде нельзя использовать антибиотики, корпус биореактора не должен иметь люка и нормативные требования запрещают открывать биореактор. Предпосылкой этого изобретения послужило то, что автор столкнулся с этими ограничениями при попытке выяснить, что происходит с адгезионной клеточной культурой в биореакторе, и был вынужден искать решение при запрете открывать биореактор или использовать в его среде антибиотики для предотвращения случайного загрязнения. Автор начал работать над этой идеей, намереваясь использовать для стерильного отбора проб субстрата из реактора порты, имеющиеся в корпусе коммерчески доступного биореактора. Тем не менее, эти принципы применимы и к биореактору, изготовленному на заказ, с дополнительным портом, специально предназначенным для отбора проб субстрата, или с несколькими такими портами. Основная идея изобретения заключается в создании механизма для асептического отбора проб твердого субстрата для клеточной культуры, не влияющего на жизнеспособность всей клеточной культуры.In a clinical production run where the bioreactor produces a biological product intended for human use, antibiotics cannot be used in the culture medium, the bioreactor body must not have a hatch, and regulations prohibit opening the bioreactor. The premise of this invention was that the author ran into these limitations when trying to figure out what was going on with the adherent cell culture in the bioreactor and was forced to find a solution when it was forbidden to open the bioreactor or use antibiotics in its environment to prevent accidental contamination. The author began to work on this idea, intending to use the ports available in the body of a commercially available bioreactor for sterile sampling of the substrate from the reactor. However, these principles also apply to a custom bioreactor with an additional port dedicated to sampling the substrate, or more than one port. The main idea of the invention is to provide a mechanism for aseptic sampling of a solid cell culture substrate without affecting the viability of the entire cell culture.
С учетом предлагаемой основной идеи можно легко создать и другие эквивалентные варианты реализации изобретения. Например, вместо пинцета можно использовать зазубренный металлический стержень, где зазубрины позволяют зацеплять и удерживать пробу волокнистого субстрата. Такой зазубренный инструмент можно поднимать и опускать с помощью внешнего магнита. В качестве альтернативы, корпус может представлять собой гибкую пластиковую пленку или пакет, при этом оператор может рукой держать стержень за дистальный конец через пластиковую пленку, по необходимости манипулируя стержнем.Given the proposed basic idea, you can easily create other equivalent embodiments of the invention. For example, instead of tweezers, a serrated metal rod can be used, where the serrations allow the sample of fibrous substrate to be hooked and held. Such a serrated tool can be raised and lowered using an external magnet. Alternatively, the body may be a flexible plastic film or bag, with the operator able to hand hold the rod at the distal end through the plastic film, manipulating the rod as needed.
В некоторых биореакторах носитель заключен внутри корзины кольцевой формы. Сверху слой носителя накрыт сеткой и верхней решеткой, удерживающей массу носителя внутри корзины. Тем не менее, между стенкой корзины и верхней решеткой имеется просвет, через который можно брать пробы из слоя носителя с помощью пинцета или крючка, описанного выше. Если такой просвет отсутствует, можно использовать щипцы-кусачки, чтобы создать отверстие для отбора проб носителя. В этой заявке наиболее практично использовать корпус для устройства для отбора проб, представляющий собой комплект, состоящий из трубки и пакета, как показано на фиг. 2.In some bioreactors, the carrier is enclosed within an annular basket. On top of the media layer is covered with a grid and a top grate that holds the bulk of the carrier inside the basket. However, there is a gap between the wall of the basket and the top grate through which samples can be taken from the carrier layer using the tweezers or the hook described above. If such a gap is not available, nippers can be used to create a hole for sampling the media. In this application, it is most practical to use the sampling device housing, which is a tube and bag kit as shown in FIG. 2.
Пример 1 Example 1
Тестирование устройства проводили на обычном биореакторе iCELLis™ 500 одноразового использования. На фиг. 3–6 представлены фотографии, сделанные на разных стадиях тестирования. Во время подготовки к тестированию устройство для отбора проб (в этом примере пинцет) вставляли наконечниками вперед через первый конец корпуса для устройства для отбора проб, диаметр которого соответствовал диаметру биореакторного порта, как показано на фиг. 3. Использовали трубку на ¾ дюйма, чтобы она подходила для газоотводного порта на ¾ дюйма. В этом примере на первом конце трубки использовали переходник MPX. Второй конец трубки может быть герметизирован или снабжен переходником. Затем устройство для отбора проб подвергали автоклавированию, снабдив переходники подходящими колпачками (в данном случае колпачками MPX для переходников MPX). После автоклавирования устройства колпачки MPX использовали для асептического закрывания корпуса в вытяжном боксе с ламинарным потоком.Device testing was performed on a conventional iCELLis™ 500 disposable bioreactor. In FIG. Figures 3–6 show photographs taken at different stages of testing. During preparation for testing, the sampling device (in this example, tweezers) was inserted tip first through the first end of the sampling device housing, the diameter of which corresponded to that of the bioreactor port, as shown in FIG. 3. Used ¾" tubing to fit the ¾" vent port. In this example, an MPX adapter was used at the first end of the tube. The second end of the tube may be sealed or provided with an adapter. The sampling device was then autoclaved, fitting the adapters with suitable caps (in this case MPX caps for MPX adapters). After autoclaving the device, the MPX caps were used to aseptically close the housing in a laminar flow fume hood.
Во время тестирования прекращали подачу газа в реакторы на время отбора проб. Второй конец корпуса для устройства для отбора проб приварили к газоотводному порту. Затем устройство для отбора проб вводили по трубке в порт, как показано на фиг. 4. В биореакторе iCELLis™ 500 устройство для отбора проб можно направлять через просвет между корзиной с неподвижным слоем и верхней решеткой биореактора и захватывать им один или несколько носителей из неподвижного слоя. Чтобы облегчить процедуру захвата носителя, можно использовать сильный магнит. Для снижения трения можно впрыснуть в контейнер для носителя смазку или этанол, если они не являются вредными для процесса. Использование контейнера для устройства для отбора проб, изготовленного из тонкого и гибкого материала, позволяет оператору вручную перемещать пинцет внутри контейнера, как показано на фиг. 5. Успешный захват фрагмента субстрата для адгезионной клеточной культуры показан на фиг. 6.During testing, the gas supply to the reactors was stopped for the duration of sampling. The second end of the housing for the sampling device was welded to the vent port. The sampling device was then inserted through the tube into the port as shown in FIG. 4. In the iCELLis™ 500 bioreactor, the sampling device can be guided through the gap between the fixed bed basket and the top grid of the bioreactor and pick up one or more fixed bed carriers. A strong magnet can be used to make picking up the media easier. Lubricant or ethanol can be injected into the carrier container to reduce friction if these are not harmful to the process. The use of a sampling device container made of a thin and flexible material allows the operator to manually move the forceps inside the container as shown in FIG. 5. Successful capture of an adherent cell culture substrate fragment is shown in FIG. 6.
Затем устройство для отбора проб вместе с захваченным носителем или субстратом перемещали из биореактора в корпус. В этом примере использовался корпус из достаточно длинной трубки, чтобы обеспечить возможность повторного приваривания газоотводной трубки. В общем случае, предпочтительно втянуть устройство для отбора проб внутрь корпуса, в котором он прежде находился. Затем трубку герметизировали и/или вваривали новую трубку в газоотводную линию. The sampling device, along with the captured carrier or substrate, was then moved from the bioreactor to the housing. In this example, a body of sufficiently long tube was used to allow re-welding of the exhaust tube. In general, it is preferable to retract the sampling device into the housing in which it was previously located. The tube was then sealed and/or a new tube welded into the vent line.
Таким образом, пинцет и пробы носителя можно асептически изолировать или герметизировать в трубке-держателе устройства для отбора проб. Конструкция устройства позволяет делать это без риска для биологической безопасности оператора и без риска загрязнения реактора.Thus, the tweezers and carrier samples can be aseptically isolated or sealed in the sampling device's holding tube. The design of the device allows this to be done without risk to the biological safety of the operator and without the risk of contamination of the reactor.
Затем трубку корпуса для устройства для отбора проб можно перенести в вытяжной бокс с ламинарным потоком и там открыть для подготовки пробы носителя и его анализа. The sampler case tube can then be transferred to a laminar flow fume hood and opened there for carrier sample preparation and analysis.
Claims (38)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201662419613P | 2016-11-09 | 2016-11-09 | |
US62/419,613 | 2016-11-09 | ||
PCT/IB2017/057008 WO2018087690A1 (en) | 2016-11-09 | 2017-11-09 | Adherent cell culture substrate sampling device |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2019117396A RU2019117396A (en) | 2020-12-10 |
RU2019117396A3 RU2019117396A3 (en) | 2021-02-20 |
RU2772731C2 true RU2772731C2 (en) | 2022-05-25 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1682858A1 (en) * | 1988-08-04 | 1991-10-07 | Грозненское Научно-Производственное Объединение "Промавтоматика" | Syringe sampler |
US20050101008A1 (en) * | 2002-03-01 | 2005-05-12 | Diresta Gene R. | Apparatus for growing cells under variable hydrostatic pressures |
RU130077U1 (en) * | 2012-05-17 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ФГБОУ ВПО "ВятГУ") | SAMPLING DEVICE |
WO2016091744A1 (en) * | 2014-12-09 | 2016-06-16 | Ge Healthcare Bio-Sciences Corp | Systems and methods for aseptic sampling |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1682858A1 (en) * | 1988-08-04 | 1991-10-07 | Грозненское Научно-Производственное Объединение "Промавтоматика" | Syringe sampler |
US20050101008A1 (en) * | 2002-03-01 | 2005-05-12 | Diresta Gene R. | Apparatus for growing cells under variable hydrostatic pressures |
RU130077U1 (en) * | 2012-05-17 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ФГБОУ ВПО "ВятГУ") | SAMPLING DEVICE |
WO2016091744A1 (en) * | 2014-12-09 | 2016-06-16 | Ge Healthcare Bio-Sciences Corp | Systems and methods for aseptic sampling |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20090148941A1 (en) | Disposable mini-bioreactor device and method | |
US9085792B2 (en) | Methods for inoculating culture media on Petri dishes by means of vibration frequencies | |
US6085602A (en) | Sampling system for use in the analysis of biological processes | |
JPWO2004011593A1 (en) | Automatic culture device for living cells or tissues | |
WO2014044612A1 (en) | Disposable bottle reactor tank | |
KR20110091078A (en) | The stem cell incubating container which prevent the contamination of microbe | |
JP5055479B2 (en) | Automatic cell culture equipment | |
CN105176810A (en) | Automatic implantation type blood culture instrument | |
CA2283753C (en) | Micropathological patient replica based on unadulterated whole blood | |
CN200978283Y (en) | Automation bacteria isolated cultivating instrument | |
AU2017356664B2 (en) | Adherent cell culture substrate sampling device | |
RU2772731C2 (en) | Bioreactor for adhesive cell culture, device for aseptic sampling and method for obtaining cell culture product (options) | |
JP4362010B2 (en) | Method and apparatus for concentrating and detecting microbial samples | |
Sandell et al. | Mammalian cell culture | |
CN210237649U (en) | Stem cell culture robot | |
US7517665B1 (en) | Method and apparatus for concentrating and searching of microbiological specimens | |
CN203582859U (en) | Bacteria selector | |
CN201016115Y (en) | Biological sample collecting pipe special for automatized bacterium isolated culture device | |
US20220154127A1 (en) | System and method for aseptic sampling and fluid addition | |
CN202007221U (en) | Plate for isolated culture of biological sample | |
CN207727088U (en) | A kind of sampler and bioreactor | |
JPS5953024B2 (en) | Centrifuge tube residual liquid suction device | |
JP2007074921A (en) | Cell culture device | |
JP2023514354A (en) | Systems and methods for automated cell culture | |
CN116121168A (en) | Preparation method of exosomes and cell incubator thereof |