TW201546268A - 自動化細胞培養及收獲裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種自動化細胞培養裝置，其擴增、脫離及製備準備於活體內植入之細胞。該裝置係由多層細胞培養室、細胞製備室、及自動驅動細胞培養基循環、更換及再填充的關鍵參數控制單元所構成。根據本發明之裝置的特徵在於所有與細胞及培養基接觸之組件構成一完全可棄式「匣筒」以避免交叉污染及改良安全性。該裝置尤其適用於擴增及製備供骨關節炎(OA)治療用之間質幹細胞，以及用於哺乳動物中之其他以細胞為主的治療。

Description

自動化細胞培養及收獲裝置
本發明係關於一種用於活體內移植或植入之細胞培養及收獲裝置。更特定言之，本發明係關於一種確保細胞培養之完全自動化及受控擴增，及確保待於活體內移植或植入之細胞懸浮液之完全自動化及受控製備的裝置。細胞係作為單層培養。細胞亦可於三維(3D)結構或適當筏體(raft)或珠粒上進行培養以增加培養表面。
對於在三維(3D)環境中諸如在3D結構或支架上生長細胞愈來愈有興趣。在3D支架上之細胞培養在組織工程中有用於產生可植入的組織結構。
WO2011/073261A1描述一種用於培養黏附於三維結構上供活體內移植或植入用之哺乳動物細胞的細胞處理裝置(生物反應器)，其包括循環系統、培養裝置、流體儲槽及泵。
EP0402272B1描述一種由在其相對表面中之至少一者上經在其分子單元中具有含氮雜環之α,β-烯系不飽和單體之(共)聚合物組成之合成高分子薄膜層塗布之高分子基質組成的微生物或細胞培養基質。
US2013/0058907描述一種併入可棄式培養器皿模組的細胞培養系統及一種可以自動化、無污染方式擴增細胞(包括初 生細胞及細胞株以及病患特異性細胞或細胞株)之可重複使用的精簡儀器基礎裝置。
WO2010/048417描述一種灌流生物反應器，其包括具 有入口埠及出口埠之外殼、及細胞生長基質，其中該細胞生長基質係平面、摺皺、或環繞中心核心螺旋捲繞。
US2008/0032398A1描述一種用於支撐複數個細胞培 養灌流流徑總成匣筒的培養架，其包括：具有含複數個各適於支撐一流徑總成匣筒之溝槽之表面的水平基座；複數個用於在該架與該複數個匣筒之間傳輸數據的數據介面連接器；及至少一個用於在該架與外部電腦之間通訊的控制介面。
US2008/0220523A1描述一種於體外擴增細胞之方 法，該方法包括：將細胞播種於中空纖維基質上，使得細胞黏附至基質；擴增基質上之黏附細胞；自基質移除擴增細胞，其中該等細胞係非胚胎幹、非生殖細胞，其中該等細胞表現端粒酶、係未經轉變，且具有正常的染色體核型(karotype)。
US2013/0210130A1描述一種自動化細胞培養配置， 其包括一個密閉式細胞培養模組，該模組包括一個生物反應器，該密閉式細胞培養模組係一密閉系統；及複數個工具模組，包括一個泵及一個額外的工具模組，其中該額外工具模組中之至少一個可相對於該密閉式細胞培養模組或相對於該密閉式細胞培養模組之一或數個組件移動，且經組態或可經組態以作用於或監測生物反應器之內容物，而不用打開密閉式細胞培養模組或將密閉式細胞培養模組自自動化細胞培養配置拆下。
US2013/0244322A1描述一種自動化細胞培養裝置， 其包括培養基、生長因子及待培養細胞之貯槽；具有恆溫罩之培養器，其中裝入供細胞培養或擴增用之容器；及控制電腦系統，其包括用於輸入及記錄意欲控制罩中之培養條件之數據及管理用於以預定順序分配流體之閥的構件，其中其包括用於支撐及攪動由該電腦系統控制且裝於該罩內之細胞培養或擴增容器的裝置，且其中該容器係由具有至少一個連接至該等貯槽之入口埠及一個連接至於培養後收獲及儲存細胞之構件之出口埠的細胞擴增袋所形成，此等收獲及儲存構件及該等貯槽係位於罩的外部且藉由管道連接至該細胞擴增袋之該等埠，該等管道與該細胞擴增袋共同形成置於該罩內之預組裝模組，且穿過該罩之壁以允許向細胞擴增袋饋送該等培養基、生長因子及待培養細胞，以及在保持罩封閉的情況收獲該收獲及儲存構件中之該細胞擴增袋的內容物。
US2012/0315693A1描述一種細胞生長裝置，其包 括：複數個細胞生長室，其各具有可透過氣體、不可透過液體之薄膜、相對表面、及至少一個連接至該可透過氣體、不可透過液體之薄膜及該相對表面中之至少一者之側壁；與至少一個細胞生長室之至少一個可透過氣體、不可透過液體之薄膜相通之至少一個氣管空間；其中該至少一個氣管空間包括在該氣管空間之周邊邊緣上的周邊支撐物；其中在該氣管空間之周邊邊緣上之支撐物係間隔開以產生複數個間隙，從而允許氣體自外部環境經由周邊支撐物間之複數個間隙流入氣管空間中；及歧管，其中該歧管為複數個細胞生長室中的至少一者提供通道。
US2009191620描述一種多層細胞培養裝置，其包括 三個細胞培養室，每個細胞培養室具有至少一個埠，每個埠具有一 埠蓋；兩個整體氣管室，其中每個埠係經結構化及配置成與鉸接的埠蓋結合，以提供可釋放的液體緊密密封。
WO08112845A2描述一種用於細胞擴增之可棄式裝 置，其具有至少一個包括細胞生長區域及供給區域之生物反應器，該細胞生長區域係與一板相鄰且經由一薄膜與該供給區域分隔。該生物反應器包括複數個具有粗糙表面或波紋表面之板。至少一片薄膜分隔相鄰的板。相鄰板之間的兩片材可由一網狀物分隔。
因此，與細胞培養裝置相關的一個問題係由於人類操作以及將相同設備用於不同細胞培養所致的污染。
需要提供高度自動化之培養及製備待於活體內植入或移植之細胞的方法，以避免人類操作及污染，及提供一種由可棄式部件構成的裝置，以防止不同細胞株間的交叉污染。
吾人現發現一種自動化細胞培養及收獲裝置，其自動地擴增、脫離及製備準備於活體內植入之細胞，其中與細胞及培養基接觸之組件構成一完全可棄式「匣筒」，以避免交叉污染及改良安全性。
因此，本發明之一目的係一種自動化細胞培養裝置，其自動地擴增、脫離及製備準備於活體內植入之細胞，其中與細胞及培養基接觸之組件構成一完全可棄式「匣筒」。
根據本發明之細胞培養及收獲裝置之所有與細胞及細胞培養基接觸的組件係完全可棄式(單次使用)，以完全避免一種培養物與另一種培養物間的交叉污染，且無需洗滌或就地清潔裝置的任何組件。
根據本發明之細胞培養及收獲裝置係由一組不與細 胞及細胞培養基接觸的組件(閥、泵、感測器、致動馬達、溫度控制系統、非侵入性參數控制感測器)構成。此組組件可構成裝置的「硬體」部分。
與細胞及培養基接觸的組件群組(管件系統、細胞培 養室、細胞製備室、儲槽、廢棄物貯槽)可構成裝置的可棄式部分，即「匣筒系統」或「匣筒」。
本發明之裝置標的較佳係由經於不同溫度下調節的分離隔室所構成。
較佳地，使其中發生細胞播種及擴增之第一隔室經受溫度控制，以維持約37℃之溫度，且其可包括細胞培養的關鍵組件(諸如培養室)及特定量的循環細胞培養基。
較佳地，使第二隔室經受溫度控制，以維持介於約4℃與約8℃間之溫度，且其可包括新鮮培養基儲槽、及待於最終操作期用於細胞脫離之特定量的細胞脫離劑。
較佳將新鮮培養基及脫離劑維持在低溫下，以保留其關鍵組分的生物活性。
較佳地，根據本發明之裝置具有培養基的連續循環，其確保營養物分佈於細胞培養室內部，及有效率的氣體交換，以將pH維持於約7。此外，培養基更換(即排出耗盡的培養基並重新填充新鮮培養基)對於維持最佳營養物濃度及於細胞數目增加後減低分解代謝產物濃度係重要的。
術語「營養物」或「營養液」意欲包括含有對於培養哺乳動物或脊椎動物細胞而言不可或缺之彼等營養物質的液體溶 液。營養液亦可影響所培養細胞之表現型的特定變化。可用於本發明之適當營養物為技術中所知曉，且可包括胎牛血清、人類自體血清、L-抗壞血酸、抗生素、胺基酸補充物、抗氧化劑、礦物質、細胞調節劑、活化劑或抑制劑。
在本發明之裝置標的中，監測營養物及分解代謝產物 濃度容許根據技術中已知之原理，即營養物濃度絕不應低於特定臨限值及分解代謝產物濃度絕不應超過特定值，來自動執行培養基更換。
較佳地，培養基更換操作包括自本發明之裝置標的的第二隔室輸入新鮮培養基，及將培養基排放至廢棄物貯槽。
在培育黏附及生長於表面上之細胞的情況中，於細胞培養室內的均勻細胞播種係自動化裝置中的常見問題。為確保待播種細胞的適當分佈，較佳將本發明之裝置標的的細胞培養室設計成包括數個生長表面(層)及介於層與外部殼之間的空間。
在本發明之裝置標的的播種期操作中，旋轉細胞培養室及存在空間可確保細胞均勻分佈於播種表面上。
技術中已知之自動化細胞培養裝置的另一問題在於細胞脫離及收獲。
本發明之另一目的係提供一種亦可自動地脫離黏附細胞及將其製備成可用於植入體內之自動化細胞培養裝置。
本裝置之特徵在於在細胞脫離期中連同旋轉及振動細胞培養室一起自動投與脫離劑，此確保有效率及均勻的細胞收獲。
在細胞製備室中，濃縮細胞同時棄置脫離劑。
細胞培養室較佳係由任何生物相容性材料所構成，較 佳地，外部殼及轉向器係選自聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛，及內部層係由聚苯乙烯(PS)所構成，其最終經處理以增進細胞黏附。
較佳地，用於細胞黏附之處理包括氧電漿表面處理、 聚-D-離胺酸處理、活性肽丙烯酸酯處理。或者，可將層塗布適用於後續細胞脫離之物質。較佳地，將層塗布添加或不添加黏附斑(adhesion focal plaque)組分(RGD)或細胞表面黏附分子的藻酸鹽凝膠。
細胞製備室較佳連接至技術中已知用於立即收集細 胞(「輸出細胞」)的注射器或其他擷取裝置。「輸出細胞」係指於在裝置中擴增之後自裝置收獲的細胞。輸出細胞較佳係用在臨床或用於其他用途，諸如研究、臨床試驗等等。
整個操作並不包括使細胞或細胞培養基與外部環境 接觸，因此防止污染可能性。此外，操作完全由自動致動器控制，因此防止可能的人為誤差。
待於本裝置中播種、擴增、製備及收獲的較佳細胞類 型包括，但不限於，由任何期望組織(包括，但不限於，骨髓、脂肪組織、臍帶血、臍帶間充質(umbilical cord matrix)、末梢血液、胎盤、胎盤血、肌肉、腦、腎及其他實體器官或分泌流體)製備得之非胚胎幹非生殖細胞。
較佳地，待於本發明之裝置標的中播種、擴增、製備 及收獲的細胞係可於體外存活及黏附增殖的細胞，更佳係脂肪衍生的間質幹細胞(AD-MSC)、骨髓衍生的間質幹細胞(BMSC)。
本發明之裝置標的的較佳用途係在需要使黏附依賴 型細胞(adhesion-dependent cells)懸浮以供注射之所有應用中，諸如在骨關節炎(OA)(亦稱為退化性關節炎或退化性關節疾病或非炎性骨關節病)治療或其他需要免疫調節及/或組織修復之疾病中，擴增間質幹細胞以供體內細胞治療用。
因此，本發明之另一目的係使用自動化細胞培養裝置 於擴增及製備供哺乳動物體內細胞治療用之間質幹細胞，較佳用於其中需要使黏附依賴型細胞懸浮以供注射之所有應用，更佳用於製造供治療骨關節炎或其他需要免疫調節及/或組織修復之疾病的細胞。
1‧‧‧管件系統(圖1)；注射器(圖3)
1a‧‧‧細胞培養基
1b‧‧‧細胞培養基
2‧‧‧外部新鮮細胞培養基儲槽(圖1)；殼(圖2)；細胞培養室(圖3)
3‧‧‧內部緩衝細胞培養基儲槽(圖1)；層(圖2)；插塞(圖3)
4‧‧‧廢棄物貯槽(圖1)；固定器(圖2)；供旋轉用的齒輪系統(圖3)
5‧‧‧細胞培養室(圖1)；空間(圖2)；致動馬達(圖3)
6‧‧‧氣體混合物瓶(圖1)；圓形間隙(圖2)；內部細胞培養基緩衝劑儲槽(圖3)
7‧‧‧外部細胞脫離劑儲槽(圖1)；流動轉向器(圖2)；泵(圖3)
8‧‧‧細胞製備室(圖1)；管(圖2)；外部新鮮培養基儲槽(圖3)
9‧‧‧參數擷取系統(圖1)；齒輪(圖2)；細胞培養基(圖3)
10‧‧‧參數監測系統(圖1)；自由旋轉接頭(圖2)；閥(圖3)
10b‧‧‧閥
11‧‧‧注射器插塞(圖2)；閥(圖3)
11b‧‧‧閥
12‧‧‧閥
12b‧‧‧閥
13‧‧‧廢棄物貯槽
14‧‧‧管件系統
14b‧‧‧管件部分
15‧‧‧蠕動泵
16‧‧‧脫離劑
17‧‧‧振動馬達
18‧‧‧泵
19‧‧‧細胞製備室
20‧‧‧過濾器
21‧‧‧濃縮細胞
22‧‧‧插塞
23‧‧‧注射器
23b‧‧‧注射器活塞
24‧‧‧活塞致動馬達
25‧‧‧氣體混合物瓶
26‧‧‧溫度控制系統
27‧‧‧溫度控制系統
28‧‧‧參數感測器
29‧‧‧參數感測器
圖1呈現一顯示本發明之一較佳具體例之自動化細胞培養及收獲裝置的整體方塊圖。
圖2呈現一4層培養室(A：俯視圖；B：縱向剖面圖)。
圖3呈現一顯示本發明之一較佳具體例之自動化細胞培養及收獲裝置之主要組件的詳細視圖。
圖1包括容許細胞培養基於裝置之不同組件內循環及流動之管件系統1；於其中播種、生長及脫離細胞的細胞培養室5，其容許由操作人員通過入口埠(輸入)輸入細胞；外部新鮮細胞培養基儲槽2；內部緩衝細胞培養基儲槽3；外部細胞脫離劑儲槽7；氣體混合物瓶6，其連接至內部緩衝劑儲槽3；廢棄物貯槽4；細胞製備室8，其容許由操作人員通過出口埠(輸出)輸出經製備的細胞；參數擷取系統9，其連接至參數監測系統10。經由入口埠將細 胞注入至細胞培養室5中；細胞培養基在管件系統1內自內部緩衝劑儲槽3連續流動至細胞培養室5，並通過參數控制系統9循環回同一緩衝劑儲槽3；定期地，根據參數擷取系統9及監測系統10在特定參數值下，將確定量之新鮮細胞培養基自外部新鮮培養基儲槽2輸入至內部緩衝劑培養基儲槽3，同時將相同量排出至廢棄物貯槽4；在細胞培養結束時，將確定量的細胞脫離劑自外部細胞脫離劑儲槽7輸入至細胞培養室5中；在細胞脫離操作所需之確定時間後，將脫離細胞輸出至細胞製備室8；其中，當將過剩的脫離劑排出至廢棄物貯槽4時，可通過出口埠輸出期望體積的製備細胞。
圖2呈現連接至管件系統以自室之一側輸入細胞培 養基1a，及使其在室外部流至另一側1b的細胞培養室。殼2內包含數個於其上黏附及生長細胞的層3，且其經由若干個固定器4與殼2相連。此確立在隨後操作期中容許細胞及培養基之較佳分佈的空間5。各層3係由平坦表面製成，其於其中心處具有圓形間隙6。 殼2以及流動轉向器7可由任何生物相容性材料構成。適當材料的非排他性實例為聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛等等。層3可由任何適用於培養細胞的生物相容性材料構成，其最終經處理以增進細胞黏附。適當材料的非排他性實例為聚苯乙烯(PS)。用於細胞黏附之處理的非排他性實例為氧電漿表面處理、聚-D-離胺酸處理、活性肽丙烯酸酯處理。或者，可將層塗布適用於後續細胞脫離之物質。塗層的非排他性實例係添加或不添加黏附斑組分(精胺酸-甘胺酸-天冬胺酸)或其他分子的藻酸鹽凝膠。
位在室之兩側上的流動轉向器7係由若干管(每層一個管8)組成，以分配進入的細胞培養基流1a及離開的細胞培養基 流1b，並提供培養基之準確的分配至各層3。位於室頂部、置於一系列圓形間隙6上方之注射器插塞11允許將待播種的細胞初始注入至該等層上。細胞可藉由注射針或任何其他適合連接至插塞及在無菌條件下穿入至室中的構件注射。存在圓形間隙容許注射針(或任何其他適當構件)不僅到達上層，而且到達室的最內部空間，以確保細胞在播種期中的更均勻分佈。
於在室內注射細胞後，播種期在於藉由與供旋轉用之 致動馬達連結的旋轉齒輪9溫和旋轉整個培養室。旋轉確保細胞之再更準確的分佈，且亦歸因於在殼與層之間存在空間5，其容許培養基及細胞在旋轉期間沿室的內壁循環。由於在室的兩側上存在自由旋轉接頭10，因此管件系統支援室的旋轉。溫和旋轉可僅於注射後發生短暫的確定時間，以及於持續直至24小時之播種期的稍後時刻發生短暫的確定時間。在此期間中，細胞將黏附於層的上及下表面兩者上。於播種期後，細胞培養基之流動連同室的旋轉容許未黏附細胞流至室外。
圖3呈現細胞培養及收獲裝置，其中操作始於藉由注射器1或任何其他適當構件通過插塞3將細胞注射至細胞培養室2中。於一非排他性實例中，插塞可為矽隔片、或任何其他確保注射期間之無菌性的構件。播種包括細胞培養室2之數次短暫的溫和旋轉(其係由供旋轉用的齒輪系統4及其致動馬達5實現)、及數個其間室保持靜止、其層呈水平位置的長時間間隔。在播種期中，沒有培養基流過整個細胞培養室。播種期總時間的非排他性實例為6至24小時。待於播種期中致動之旋轉次數的非排他性實例為1至12。各次旋轉之期間的非排他性實例為1至5分鐘。上述操作可稱為「播 種期」。
管件系統14連接內部細胞培養基緩衝劑儲槽6至細 胞培養室2及至裝置的其他組件，運送細胞培養基，其係由蠕動泵15或任何其他構件的作用驅動。管件系統可由任何適宜的生物相容性材料製成。生物相容性管件材料的非排他性實例為聚矽氧、聚氯乙烯(PVC)、Pharmed® BPT。儲槽瓶6亦與氣體混合物瓶25連接，以提供與細胞培養基的氣體交換，以及在於細胞培養基內存在碳酸鹽緩衝劑之情況維持pH。在此實例中，10b、11b及12b係平常關閉的閥(在實例中為電動閥)，而10、11及12係平常開啟的閥(在實例中為電動閥)。由於上述的閥組態，泵15之作用驅動細胞培養基9自儲槽瓶6至細胞培養室2，及經由14b管件部分回到儲槽瓶6。 上述培養基的流動可稱作「循環期」。於播種期後，培養基流動通過整個細胞培養室將可確保移除未黏附細胞及更換細胞培養室內的細胞培養基。經由關閉平常開啟的閥11及打開平常關閉的閥11b，培養基將自細胞培養室流至廢棄物貯槽13。上述培養基的流動可稱作「洗滌期」，且可利用特定量經緩衝的細胞培養基。
於洗滌期後，已排出至廢棄物貯槽13的細胞培養基 量應經相同量的新鮮細胞培養基取代。為此，泵7(或任何其他適當構件)及連接儲槽瓶6與外部新鮮培養基儲槽8之管件系統的作用確保將新鮮培養基輸入至儲槽瓶中。上述新鮮培養基的流動可稱作「再填充期」。黏附細胞於細胞培養室內之生長(或者指示為「擴增」)持續獲得期望細胞數目所需的時間，即獲得層表面所可獲得之最大細胞數目所需的時間。在細胞生長期間，循環期與數個洗滌期及再填充期交替。洗滌期及再填充期的數目以及其時間係視數個表徵循 環細胞培養基之參數的值而定。可使用數個參數感測器(在本具體例中為28及29)來監測、記錄及控制循環培養基之組成。根據設定在特定參數值及特定臨限值之感測器數據，在循環期後可跟著洗滌及再填充期，以恢復循環培養基的適當組成。此操作係由自動地作用於如上述之閥11、11b及泵7的參數控制單元來自動地控制。待監測、記錄及控制之參數的非排他性實例為pH、葡萄糖濃度、溶氧濃度、乳酸濃度。特定而言，在非排他性實例中，葡萄糖消耗速率可源自細胞生長期中的葡萄糖濃度動力學，將其使用作為室內細胞濃度的間接指標。因此，細胞生長期之終點可由裝置自動決定。
如前所述，於適當的細胞生長後，需要使於室內生長 於層上的黏附細胞脫離。為此，藉由關閉閥10及11及藉由打開閥11b(同時閥10b及12b保持關閉)，泵15之作用將因驅動細胞培養基至廢棄物貯槽13而導致排空培養室。上述培養基的棄置可稱作「排空期」。
一旦細胞培養室排空(即內部不存在細胞培養基)，即 打開閥10b(同時閥10保持關閉，如前所述)，以容許泵15讓特定量的脫離劑16流入細胞培養室內。脫離劑之量係預定的且足以填充細胞培養室。脫離劑的非排他性實例為：檸檬酸鹽(當細胞培養層經塗布藻酸鹽凝膠時)、胰蛋白酶/EDTA、膠原蛋白酶(當細胞黏附於塑膠上時)。
連同脫離劑對黏附細胞的脫離作用，為改良脫離效 率，可進行細胞培養室的快速旋轉。如前所述，旋轉係由供旋轉用的齒輪系統4及其致動馬達5進行。此外，為進一步改良細胞脫離效率，可使細胞培養室經受由振動馬達17所致動的振動移動。振 動時間的非排他性實例大約為30秒，同時振動強度為0.1至10赫茲(Hertz)。上述細胞的脫離可稱作「脫離期」。
於細胞脫離後，關閉閥12，同時打開閥12b；藉此， 泵15將使脫離細胞連同脫離劑一起流至細胞培養室外，到達細胞製備室19。細胞製備室於其圓錐形底部處設有過濾器20。此過濾器之孔隙係經設計成容許脫離劑及任何其他液體物質通過，同時阻擋細胞。過濾器20之孔隙尺寸的非排他性實例為1微米。一旦細胞製備室經填充脫離細胞及脫離劑，則泵18將使液體通過過濾器20流向廢棄物貯槽13，同時於製備室的圓錐形底部留下濃縮細胞21。上述濃縮細胞及棄置脫離劑可稱作「製備期」。
為收獲濃縮細胞，可將注射器23(或任何其他適當構 件)連接至插塞22。於一非排他性實例中，插塞可為矽隔片、或任何其他確保注射期間之無菌性的構件。可將注射器活塞23b連接至活塞致動馬達24。致動馬達向上拉引活塞，以使注射器填充經脫離的濃縮細胞。於一非排他性實例中，致動馬達亦可上下拉動活塞數次，以確保濃縮細胞的均勻再懸浮。注射器亦可包含一或多種適當物質諸如稀釋劑、防腐劑、載劑。此等物質的非排他性實例為玻尿酸溶液、生理溶液、鹽水緩衝液、膠原蛋白溶液、富血小板血漿(PRP)。上述自細胞製備室最終收獲細胞可稱作「收獲期」。
可將含有收獲細胞及如上述之最終其他稀釋劑之注 射器23(或任何其他適當構件)移除及用於直接將細胞植入體內。植入部位之非排他性實例為關節、乳房組織、心臟、肝臟、腦脊髓液(CSF)、血液。
包括細胞培養室2、緩衝培養基儲槽6、管件系統14 的所有上述組件及相關組件係包含在藉由適當溫度控制系統26經受溫度控制的隔室(如圖3所示)內。用於播種及擴增細胞的最佳溫度為37℃。氣體交換瓶25、廢棄物貯槽13、細胞製備室19及相關組件可能未經受溫度控制，且可在室溫下作用。外部新鮮培養基儲槽8及脫離劑16係包含在藉由適當溫度控制系統27經受溫度控制的分離隔室(如圖3所示)內。培養基儲槽及脫離劑係維持在介於約4℃與約8℃間之溫度下。
參照圖3，構成可棄式「匣筒」系統的組件為：2、3、6、14、19、20、22、23、23b。組件8、13及16亦為可棄式，且係藉由管件系統適當地連接至「匣筒」系統。
1‧‧‧管件系統
2‧‧‧外部新鮮細胞培養基儲槽
3‧‧‧內部緩衝細胞培養基儲槽
4‧‧‧廢棄物貯槽
5‧‧‧細胞培養室
6‧‧‧氣體混合物瓶
7‧‧‧外部細胞脫離劑儲槽
8‧‧‧細胞製備室
9‧‧‧參數擷取系統
10‧‧‧參數監測系統

Claims (15)

  1. 一種自動化細胞培養及收獲裝置，其擴增、脫離及製備準備於活體內植入之細胞，其中，與細胞及培養基接觸之組件構成一完全可棄式「匣筒」。
  2. 如申請專利範圍第1項之自動化細胞培養及收獲裝置，其包括容許細胞培養基於裝置之不同組件內循環及流動之管件系統1；於其中播種、生長及脫離細胞的細胞培養室5，其容許由操作人員通過入口埠(輸入)輸入細胞；外部新鮮細胞培養基儲槽2；內部緩衝細胞培養基儲槽3；外部細胞脫離劑儲槽7；氣體混合物瓶6，其連接至內部緩衝劑儲槽3；廢棄物貯槽4；細胞製備室8，其容許由操作人員通過出口埠(輸出)輸出經製備的細胞；連接至參數監測系統10之參數擷取系統9。
  3. 如前述申請專利範圍中任一項之自動化細胞培養及收獲裝置，其係由經於不同溫度下調節的分離隔室所構成。
  4. 如前述申請專利範圍中任一項之自動化細胞培養及收獲裝置，其中，使第一隔室經受溫度控制以維持約37℃之溫度，且其包括細胞培養室及特定量的循環細胞培養基；及使第二隔室經受溫度控制以維持介於約4℃與約8℃間之溫度，且其包括新鮮培養基儲槽、及特定量的細胞脫離劑。
  5. 如前述申請專利範圍中任一項之自動化細胞培養及收獲裝置，其具有培養基之連續循環。
  6. 如前述申請專利範圍中任一項之自動化細胞培養裝置，其中，該培養基更換操作包括自該裝置之第二隔室輸入新鮮培養基，及將培養基排出至廢棄物貯槽。
  7. 如前述申請專利範圍中任一項之自動化細胞培養及收獲裝置，其中，該培養室包括數個生長表面(層)及介於層與外部殼之間的空間。
  8. 如前述申請專利範圍中任一項之自動化細胞培養及收獲裝置，其中，該細胞培養室係由任何生物相容性材料所構成，較佳地，外部殼及轉向器係選自聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛，及內部層係由聚苯乙烯(PS)所構成，其最終經處理以增進細胞黏附。
  9. 如前述申請專利範圍中任一項之自動化細胞培養及收獲裝置，其中，該等用於細胞黏附之處理包括氧電漿表面處理、聚-D-離胺酸處理、活性肽丙烯酸酯處理，或將層塗布適用於後續細胞脫離之物質，較佳地，塗布添加或不添加黏附斑(adhesion focal plaque)組分(RGD)或分子的藻酸鹽凝膠。
  10. 如前述申請專利範圍中任一項之自動化細胞培養及收獲裝置，其中，在細胞脫離期中連同旋轉及振動細胞培養室一起自動投與脫離劑。
  11. 如前述申請專利範圍中任一項之自動化細胞培養及收獲裝置，其中，該細胞製備室係連接至用於立即收集細胞的注射器或其他擷取裝置，其較佳用於臨床或其他用途，諸如研究、臨床試驗等等。
  12. 如前述申請專利範圍中任一項之自動化細胞培養及收獲裝置，其中，該等待播種、擴增、製備及收獲的細胞係由任何期望組織，較佳為骨髓、脂肪組織、臍帶血、臍帶間充質(umbilical cord matrix)、末梢血液、胎盤、胎盤血、肌肉、腦、腎及其他實體器官或分泌流體所製備得之非胚胎幹非生殖細胞。
  13. 如前述申請專利範圍中任一項之自動化細胞培養及收獲裝置，其中，可注入至細胞培養室中之細胞係可於體外存活及黏附增殖的細胞，較佳係脂肪衍生的間質幹細胞(AD-MSC)或骨髓衍生的間質幹細胞(BMSC)。
  14. 一種前述申請專利範圍中任一項之自動化細胞培養及收獲裝置之用途，其係用於擴增及製備供哺乳動物體內細胞治療用之間質幹細胞。
  15. 一種前述申請專利範圍中任一項之自動化細胞培養及收獲裝置之用途，其係用於製造供治療骨關節炎或其他需要免疫調節及/或組織修復之疾病之細胞。
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Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018044699A1 (en) 2016-08-27 2018-03-08 3D Biotek, Llc Bioreactor
CN106806039A (zh) * 2017-02-22 2017-06-09 重庆大学 旋转式细胞支架种植装置
CN106701576A (zh) * 2017-03-02 2017-05-24 深圳华云智能装备科技有限公司 一种全自动细胞培养室及其控制方法
CN107043734B (zh) * 2017-05-26 2020-12-25 奥凯（苏州）生物技术有限公司 一种细胞扩增系统的细胞自动收集方法
CN107236669A (zh) * 2017-06-06 2017-10-10 北京呈诺医学科技有限公司 一种大规模细胞生产和培养的高效率培养系统及应用方法
IL260253A (en) * 2017-07-03 2019-01-31 Pluristem Ltd Methods and compounds for removing adherent cells
CN107974405A (zh) * 2017-12-01 2018-05-01 何加铭 脐带组织间充质干细胞分离装置及其控制方法
JP6954159B2 (ja) * 2018-02-01 2021-10-27 Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 細胞培養フラスコ、収納容器、キット、細胞懸濁液製造方法及び細胞輸送方法
EP3556840A1 (en) * 2018-04-19 2019-10-23 Aglaris Ltd Disposable cartridge cooperating with a platform for a system and installation for monitoring and controlling fluids
EP3556841A1 (en) * 2018-04-19 2019-10-23 Aglaris Ltd Disposable cartridge cooperating with a platform in a flexible system for handling and/or manipulating fluids
JP7366938B2 (ja) * 2018-06-06 2023-10-23 リムラ エスエー 生物学的流体からの遺伝子操作細胞の自動製造のための装置及びプロセス
AU2019301062A1 (en) 2018-07-09 2021-02-04 NanoCav, LLC Micro flow-through electroporation devices and methods of cell transfection
US11639510B2 (en) 2018-07-19 2023-05-02 NanoCav, LLC Devices and methods for mitochondria replacement and for generating cellular therapeutics
US10988726B2 (en) 2018-08-19 2021-04-27 Cytera Cellworks Limited Systems and methods for automated cell culturing
JP7133410B2 (ja) * 2018-09-18 2022-09-08 テルモ株式会社 バイオリアクタ、細胞培養システム及び細胞培養方法
JP7133409B2 (ja) * 2018-09-18 2022-09-08 テルモ株式会社 バイオリアクタ、細胞培養システム及び細胞培養方法
JP7133408B2 (ja) * 2018-09-18 2022-09-08 テルモ株式会社 バイオリアクタ、細胞培養システム及び細胞培養方法
EP3647405A1 (en) * 2018-11-02 2020-05-06 Microfluidx Cell culture device and method of using the same
GB201903813D0 (en) * 2019-03-20 2019-05-01 Cn Bio Innovations Ltd Dual circulation microphysiological system
JP7428866B2 (ja) * 2019-06-20 2024-02-07 シンフォニアテクノロジー株式会社 細胞回収方法及び細胞培養装置
US11453862B2 (en) 2019-07-08 2022-09-27 Immunitybio, Inc. Mononuclear cell derived NK cells
CA3120695A1 (en) 2019-07-08 2021-01-14 Nantkwest, Inc. Mononuclear cell derived nk cells
CN114761534A (zh) * 2019-11-27 2022-07-15 康宁股份有限公司 固定床细胞培养和收获系统及其使用方法
US11278606B2 (en) 2019-12-13 2022-03-22 Nant Holdingsip, Llc Methods of preparing cancer treatments and methods of treating cancer
USD1016324S1 (en) 2020-07-08 2024-02-27 NanoCav, LLC Biological cell processing chip
CN112063502A (zh) * 2020-09-14 2020-12-11 于爱玲 一种基于血液透析器的生物培养装置
US20220112467A1 (en) * 2020-10-09 2022-04-14 Vbc Holdings Llc Closed-system method and kit of disposable assemblies for isolating mesenchymal stromal cells from lipoaspirate
GB2603744A (en) * 2020-12-15 2022-08-17 Cellularevolution Ltd A bioprocessing system
CN112708556A (zh) * 2021-01-13 2021-04-27 广州德蔓生物科技有限公司 一种等离子体修复再生组织装置
WO2022241633A1 (zh) * 2021-05-18 2022-11-24 广州赛莱拉干细胞科技股份有限公司 一种利用干细胞规模化培养装置高效制备外泌体的方法
CN118159641A (zh) 2021-10-28 2024-06-07 纳诺卡夫有限责任公司 电穿孔设备和细胞转染方法
GB202219254D0 (en) * 2022-12-20 2023-02-01 Cellularevolution Ltd Bioprocessing system

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0402272B1 (en) 1989-06-09 1995-10-04 Terumo Kabushiki Kaisha Cell-culturing substrate, cell-culturing substrate unit bioreactor and extracorporeal circulation type therapeutic apparatus
WO1995004813A1 (en) * 1993-08-06 1995-02-16 Unisyn Technologies, Inc. Hollow fiber bioreactor system with improved nutrient oxygenation
US20050032211A1 (en) * 1996-09-26 2005-02-10 Metabogal Ltd. Cell/tissue culturing device, system and method
AU2001294922A1 (en) 2000-10-02 2002-04-15 Thomas F. Cannon Automated bioculture and bioculture experiments system
CN1688686A (zh) * 2002-04-08 2005-10-26 米列姆·贝尔罗吉克公司 自动化组织工程系统
US7745209B2 (en) 2005-07-26 2010-06-29 Corning Incorporated Multilayered cell culture apparatus
WO2007139747A1 (en) 2006-05-22 2007-12-06 Biovest International Inc. Interface of a cultureware module in a cell culture system and installation method thereof
WO2008109674A2 (en) 2007-03-05 2008-09-12 Caridianbct, Inc. Cell expansion system and methods of use
US20080227190A1 (en) * 2007-03-14 2008-09-18 Gambro Bct, Inc. Cell Expansion Apparatus with Plate Bioreactor
WO2009094125A2 (en) 2008-01-25 2009-07-30 Corning Incorporated Limited access multi-layer cell culture system
KR20190057164A (ko) * 2008-02-21 2019-05-27 얀센 바이오테크 인코포레이티드 세포 부착, 배양 및 탈리를 위한 방법, 표면 개질 플레이트 및 조성물
AU2009308354A1 (en) 2008-10-22 2010-04-29 Biovest International, Inc. Perfusion bioreactors, cell culture systems, and methods for production of cells and cell-derived products
TWI413688B (zh) * 2009-01-22 2013-11-01 Univ Tatung 細胞培養裝置
US9220731B2 (en) 2009-12-16 2015-12-29 Vivabiocell, S.P.A. Continuous culturing device
US9783768B2 (en) 2010-04-21 2017-10-10 Octane Biotech, Inc. Automated cell culture system
AU2011250989B2 (en) * 2010-05-12 2015-05-07 Scinus Cell Expansion B.V. Cell-culture-bag
EP2639294A1 (fr) 2012-03-15 2013-09-18 CellProthera Automate et procédé automatisé de culture cellulaire

Also Published As

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