WO1996028247A1 - Verkapselungsgerät - Google Patents
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- A61K9/1682—Processes
- A61K9/1694—Processes resulting in granules or microspheres of the matrix type containing more than 5% of excipient
Definitions
- the invention relates to a device for the sterile encapsulation of microbial, plant and animal cells and of biological and chemical substances in small, essentially spherical particles, the grain size distribution of which has a low standard deviation
- the encapsulation of microbial, plant and animal cells and of biological and chemical substances, such as catalysts, is of great importance especially in biotechnology and medicine for immobilization.
- the encapsulation also serves as a shield against the immune system possible to retain the cells or the catalyst in the process and at the same time to harvest the product. This results in an extended benefit and an increased space-time yield.
- the sterile working ability is a fundamental requirement that even in the R outine contamination can be avoided with germs. Contamination inevitably led to the termination of the experiment.
- the object is to provide a device by means of which essentially spherical particles of uniform size can be produced in a contamination-free environment allow the routine production of spherical particles with a diameter ⁇ 1 mm and the processing of immobilization mixtures of 5 ml with a maximum loss in the device of 0.5 ml This object is achieved by a device according to the characterizing part of patent claim 1
- FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a device for the sterile encapsulation of cells in alginate spheres or in alginate-polylysine membranes
- 3a-c show an exemplary embodiment with a functional representation for a device with which the immobilization mixture emerging from the nozzle can be prevented from falling into the solution if necessary
- FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a device for the sterile encapsulation of cells in alginate spheres or in alginate-polylysine membranes is connected to the pulsation head 3
- the syringe plunger 4 is moved by a mechanical feed 5.
- the immobilization mixture A is conveyed into the vibrating tube 6 and then through the nozzle 7 at such a speed that there is an after the nozzle Continuous liquid jet forms.
- the vibration tube 6 is connected by a linkage 8 to the vibrator 9, which vibrates at a frequency of preferably 400-900 Hz.
- the jet 11 emerging from the nozzle 7 is set into vibration by the vibration such that it separated into approximately uniformly large, spherical particles t that falls at a distance of 60-200 mm, preferably 100 mm, from the nozzle 7 into a stirred solution B.
- a stroboscopic lamp 10 is used to visually check the optimal operating state.
- the operating state, regulated by the frequency and the amplitude of the vibrator 9 and the demand speed of the immobilization mixture A is optimal when a standing ball chain 11 forms in the light of the stroboscopic lamp 10.
- the immobilization mixture A emerging from the nozzle 7 can be collected as required and thereby prevented from entering the Solution B to fall
- the container 12 is rotatably fixed to the pulsation head 3.
- a magnet 13 fixed to the rotating device, with a counter-magnet 14, allows the container 12 to be pivoted into or out of the beam 11 from the outside.
- This device is particularly useful at the beginning of the Demand of the immobilization mixture A until the beam 11 shows a standing ball chain, u and required when switching off the requirement in order to be able to separate undesired particles
- the solution B is located in the reaction vessel 15, which is preferably made of glass.
- the solution B can be moved by a magnetic rod 16, which is rer 17 can be rotated in a controlled manner.
- the magnetic rod 16 rotates on a smooth surface 18 which is embedded in the frit 19.
- the solution B can be sucked off sterile by a frit 19 with the aid of a pump 20 through a depth filter 21
- Fresh solution C can be
- the tube 22 in the pulsation head 3 is conveyed into the reaction vessel 15 with the aid of a pump 23. Before entering the tube 22, the solution is sterile-filtered through a membrane filter 24.
- the reaction vessel 15 has a connection 26 for a spherical collection container 27, which is used for concentrating and transporting the particles formed (cf. FIG. 2).
- a connector or another device for the subsequent sterile coupling of the reaction vessel 15 can also be connected to the connection 26 another vessel, such as a fermenter, can be attached
- control unit 28 for the device according to claim 1 is integrated in the frame 29 of the device
- the reaction vessel 15 with the connected pulsation head 3, the connected ball collecting container 22, the connected hoses and filters 21, 24, 25 can be removed from the device according to claim 1 and autoclaved.
- the Luer-Iook closure 2 is during the autoclaving by a Cap closed
- the sterilized part can be placed in a clean room workbench and the syringe 1 with the immobilization mixture A can be aseptically connected to the Luer-look closure 2. You can then work outside of a clean room workbench, since all the necessary connections are now sterile linked
- the device comprises a vessel with a thread onto which a cover 30 is screwed.
- a tube is suitably embedded in the cover, to which a hose 31 is attached, the second end of which is attached to the outlet 26 of the reaction vessel 15 is fixed
- FIG. 2a shows the position of the ball collecting container 27 during the ball production phase.
- the hose 31 is pressed in by a hose clamp 32.
- the reaction vessel 15 and the pulsation head 3 are also visible
- FIG. 2c shows how excess liquid F is decanted back into the reaction container 15 without the particles escaping from the spherical collecting container 27.
- FIG. 2d shows the spherical collecting container 27 separated aseptically from the reaction vessel 15 between see the two brackets cut through Now the particles T can be transported sterile independently of the rest of the encapsulation device. The removal of the particles T can be carried out sterile after unscrewing the cover 30 and flaming the container
- FIG. 3 a shows an exemplary embodiment of a device with which the immobilization mixture A emerging from the nozzle can be caught by the container 12 as required and thereby prevented from falling into the solution B.
- the device includes the container 12 with which the unwanted particles can be caught
- the opening of the container 12 is 20 - 60 mm, preferably 30 mm, below the nozzle 7
- the container 12 is rotatably attached to the pulsation head 3 by a connecting rod 36.
- the connecting rod 36 is mounted in the guide tube 37, which is fixed on the mounting plate 38 in such a way that the entire device 12, 36, 37, 38 can be separated from the pulsation head 3 in a few simple steps.
- the magnet 38 which is fastened to the tip of the connecting rod 36, makes it possible to use the Counter magnets 39 a targeted and aseptic movement of the container 12.
- the movement of the counter magnet 3 9 is controlled by the control unit 28
- 3b shows the position of the container 12 during the start-up or shutdown process of the immobilization mixture A in this phase, preferably large, undesirable particles which should not get into the solution B.
- the opening of the container 12 is pivoted into the beam 1 1 of the immobilization mixture A and catches it
- 3 c shows the position of the container 12 during the spherical production phase.
- the opening of the container 12 is pivoted out of the jet 11 of the immobilization mixture A, and the jet 11 of the immobilization mixture A passes freely into the solution B.
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung zur sterilen Verkapselung von mikrobiellen, pflanzlichen und tierischen Zellen und von biologischen und chemischen Substanzen in kleine, im wesentlichen kugelförmige Teilchen beschrieben. Das zu verkapselnde Material wird mit einer leicht viskosen Matrix gemischt und mittels einer Pumpe durch eine Düse gepumpt, in der das Gemisch in Vibration versetzt wird, und der austretende Strahl sich in kleine gleichmässige Tropfen auftrennt. Die Tropfen härten während des Falles oder in der Auffanglösung, so dass sie ihre kugelige Gestalt beibehalten. Die kugelförmigen Teilchen können unter sterilen Bedingungen in der Vorrichtung weiterbehandelt und dann in ein Transportgefäss überführt werden.
Description
Verkapselungsgerät .
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur sterilen Verkapselung von mikrobiellen, pflanzli¬ chen und tierischen Zellen und von biologischen und chemischen Substanzen in kleine, im we¬ sentlichen kugelförmige Teilchen, deren Korngrossenverteilung eine geringer Standardabwei¬ chung aufweist
Die Verkapselung von mikrobiellen, pflanzlichen und tierischen Zellen und von biologischen und chemischen Substanzen, wie Katalysatoren, ist vor allem in der Biotechnologie und der Medizin zur Immobilisierung von grosser Bedeutung In der Medizin dient die Verkapselung zusatzlich zur Abschirmung vor dem Immunsystem Durch die Immobilisierung ist es mög¬ lich, die Zellen oder den Katalysator im Prozess zurückzuhalten und gleichzeitig das Produkt zu ernten Dadurch sind ein verlängerter Nutzen und eine erhöhte Raum-Zeit-Ausbeute mög¬ lich Durch die Abschirmung der Zellen vor dem Immunsystem ist es möglich, einem Patien¬ ten korperfr e de Zellen zu implantieren, die über längere Zeit einen gewünschten Stoff in den Korper des Patienten abgeben, ohne dass sie durch das Immunsystem des Patienten angegrif¬ fen und zerstört werden
Die Verkapselung von Zellen und Katalysatoren in Biopolymere, wie Carrageenan oder Algi- nat, und synthetische Polymere, wie Polyacrylamid, ist eine in Forschungslabors seit einigen Jahren angewandte Methode Die in der Literatur dazu beschriebenen Vorrichtungen haben jedoch verschiedene Nachteile, 1 ) dass die gebildeten Kugeln Korngrossenverteilungen mit grosser Standardabweichung aufweisen, was zu schlecht reproduzierbaren Versuchsbedingun¬ gen fuhrt, 2 ) dass nur Kugeln mit einem Durchmesser > 1 mm hergestellt werden können, was ungunstig für eine optimale Nahrstoffdifϊusion in das Kugelinnere ist, 3 ) dass die Kugeln nicht unter vollständig sterilen Bedingungen hergestellt werden können, 4 ) dass das Gerat einen grossen Hold-up hat, so dass es nicht für die Verkapselung von medizinischen Proben eingesetzt werden kann, wo oft mit Gesamtmengen von 5 ml Immobilisierungsmischung ge¬ arbeitet wird Die sterile Arbeitsmoglichkeit ist eine fundamentale Voraussetzung, dass auch im Routinebetrieb Kontamination mit femden Keimen vermieden werden kann Eine Kon¬ tamination wurde unweigerlich zum Abbruch des Experimentes fuhren Es stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung bereitzustellen, mittels welcher im wesentlichen kugelförmige Teilchen einheitlicher Grosse in einer kontaminationsfreien Umgebung herge¬ stellt werden können Insbesondere soll die Vorrichtung die routinemassige Herstellung von kugelförmigen Teilchen mit einem Durchmesser < 1 mm und die Verarbeitung von Immobili¬ sierungsgemischen von 5 ml bei einem maximalen Verlust im Gerat von 0,5 ml erlauben
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäss dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelost
Im folgenden wird die erfindungsgemasse Vorrichtung anhand der Darstellungen naher erläu¬ tert Es zeigen in schematischer Darstellung
Fig 1 ein Ausfuhrungsbeispiel einer Vorrichtung zur sterilen Verkapselung von Zellen in Algi- natkugeln bzw in Alginat-Polylysinmembranen
Fig 2a-d ein Ausfuhrungsbeispiel mit einer Funktionsdarstellung für den Kugelsammelbehal¬ ter
Fig 3a-c ein Ausfuhrungsbeispiel mit einer Funktionsdarstellung für eine Vorrichtung, mit der das aus der Düse austretende Immobilisierungsgemisch bei Bedarf daran gehindert werden kann, in die Losung zu fallen
Fig 1 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel einer Vorrichtung zur sterilen Verkapselung von Zellen in Alginatkugeln bzw in Alginat-Polylysinmembranen Die Vorrichtung umfasst einen Vorrats- behalter für das Immobilisierungsgemisch A in Form einer Spritze 1 , die in vorteilhafter V. eise mit einem Luer-Iook-Verschluss 2 an den Pulsationskopf 3 angeschlossen wird Für den Transport des Immobilisierungsgemisches A wird der Spritzenkolben 4 durch einen mechani¬ schen Vorschub 5 bewegt Das Immobilisierungsgemisch A wird in das Vibrationsrohr 6 und danach durch die Düse 7 mit einer solchen Geschwindigkeit gefordert, dass sich nach der Düse ein kontinuierlicher Flussigkeitsstrahl bildet Das Vibrationsrohr 6 ist durch ein Gestän¬ ge 8 mit dem Vibrator 9 verbunden, der mit einer Frequenz von vorzugsweise 400 - 900 Hz vibriert Der aus der Düse 7 austretende Strahl 11 wird durch die Vibration in eine solche Schwingung versetzt, dass er in annähernd gleichmassig grosse, kugelige Teilchen aufgetrennt wird, die im Abstand von 60 - 200 mm, vorzugsweise 100 mm von der Düse 7 in ein gerührte Losung B fallen Zur visuellen Kontrolle des optimalen Betriebszustandes dient eine Stro- boskoplampe 10 Der Betriebszustand, reguliert durch die Frequenz und die Amplitude des Vibrators 9 sowie die Forderungsgeschwindigkeit des Immobilisierungsgemisches A, ist op¬ timal, wenn sich eine stehende Kugelkette 1 1 im Licht der Stroboskoplampe 10 bildet Mit dem Behalter 12 kann das aus der Düse 7 austretende Immobilisierungsgemisch A bei Bedarf aufgefangen und dadurch kontrolliert daran gehindert werden, in die Losung B zu fallen Der Behalter 12 ist drehbar am Pulsationskopf 3 fixiert Ein an der Drehvorrichtung fixierter Magnet 13 erlaubt mit einem Gegenmagnet 14 den Behalter 12 von aussen in den Strahl 1 1 hinein- oder aus dem Strahl 11 herauszuschwenken Diese Vorrichtung wird besonders zu Beginn der Forderung des Immobilisierungsgemisches A, bis der Strahl 1 1 eine stehende Ku¬ gelkette zeigt, und beim Ausschalten der Forderung benotigt, um unerwünschte Teilchen ab¬ trennen zu können
Die Losung B befindet sich im Reaktionsgefass 15, das vorzugsweise aus Glas gefertigt ist Die Losung B kann durch einen Magnetstab 16 bewegt werden, der durch einen Magnetruh-
rer 17 kontrolliert gedreht werden kann Der Magnetstab 16 dreht sich auf einer glatten Oberflache 18, die in die Fritte 19 eingelassen ist Die Losung B kann durch eine Fritte 19 mit Hilfe einer Pumpe 20 durch einen Tiefenfilter 21 steril abgesaugt werden Frische Losung C kann durch ein Rohr 22 im Pulsationskopf 3 mit Hilfe einer Pumpe 23 in das Reaktionsgefass 15 gefördert werden Vor dem Eintritt in das Rohr 22 wird die Losung durch einen Mem¬ branfilter 24 sterilfiltriert Durch die Entnahme und Zugabe von Flüssigkeiten bewirkte Druckunterschiede zwischen dem Innern des Raktionsgefasses 15 und der Umgebung werden mittels Luftein- oder auslass durch einen Luftfilter 25 steril ausgeglichen. Das Reaktionsgefass 15 besitzt einen Anschluss 26 f r einen Kugelsammelbehalter 27, der zur Konzentration und zum Transport der gebildeten Teilchen (vgl Fig 2) dient An den An¬ schluss 26 kann auch eine Nadel oder eine andere Vorrichtung für die nachtragliche sterile Koppelung des Reaktionsgefasses 15 an ein weiteres Gefass, wie zB an einen Fermenter, be¬ festigt werden
Die Steuerungseinheit 28 für die Vorrichtung nach Anspruch 1 ist in das Gestell 29 der Vor¬ richtung integriert
Das Reaktionsgefass 15 mit dem angeschlossenen Pulsationskopf 3, dem angeschlossenen Kugelsammelbehalter 22, den angeschlossenen Schlauchen und Filtern 21, 24, 25 kann von der Vorrichtung nach Anspruch 1 entfernt und autoklaviert werden Der Luer-Iook-Ver- schluss 2 ist wahrend der Autoklavierung durch eine Kappe verschlossen Der sterilisierte Teil kann in eine Reinraumwerkbank gestellt und die Spritze 1 mit dem Immobiliserungsge- misch A aseptisch an den Luer-look-Verschluss 2 angeschlossen werden Danach kann aus- serhalb einer Reinraumwerkbank gearbeitet werden, da nun alle notwendigen Verbindungen steril miteinander verknüpft sind
Fig 2a-d zeigt eine Funktionsdarstellung für den Kugelsammelbehalter 27 Die Vorrichtung umfasst ein Gefass mit einem Gewinde, auf das ein Deckel 30 geschraubt ist Im Deckel ist ein Rohr passend eingelassen, an das ein Schlauch 31 befestigt ist, der mit dem zweiten Ende am Auslass 26 des Reaktionsgefasses 15 fixiert ist
Fig 2a zeigt die Position des Kugel Sammelbehälters 27 wahrend der Kugelproduktionsphase Der Schlauch 31 ist durch eine Schlauchklemme 32 zugepresst Weiter sichtbar sind das Reaktionsgefass 15 und der Pulsationskopf 3
Fig 2b zeigt, wie die Teilchen T durch die Gravitationskraft bewegt in den Kugelsammelbe¬ halter 27 sedimentieren Der Reaktionsbehalter 15 mit dem darauf fixierten Pulsationskopf 3 steht geneigt im Stander 33
Fig 2c zeigt, wie überschüssige Flüssigkeit F in den Reaktionsbehalter 15 zuruckdekantiert wird, ohne dass die Teilchen aus dem Kugelsammelbehalter 27 entweichen Fig 2d zeigt den aseptisch vom Reaktionsgefass 15 abgetrennten Kugelsammelbehalter 27 Der Schlauch wurde mit zwei Klammern 32, 34 an zwei Stellen zugeklemmt und danach zwi-
sehen den beiden Klammern durchgeschnitten Nun können die Teilchen T unabhängig vom Rest der Verkapselungsvorrichtung steril transportiert werden Die Entnahme der Teilchen T kann nach Abschrauben des Deckels 30 und Abflammen der Gefassofϊhung steril durchge¬ führt werden
Die in Fig 3 a dargestellte Detailansicht zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, mit der das aus der Düse austretende Immobilisierungsgemisch A bei Bedarf durch den Behalter 12 aufgefangen und dadurch daran gehindert werden kann, in die Losung B zu fallen Die Vorrichtung umfasst den Behalter 12, mit welchem die unerwünschten Teilchen aufgefangen werden können Die Öffnung des Behalters 12 befindet sich 20 - 60 mm, vorzugsweise 30 mm, unterhalb der Düse 7 Der Behalter 12 ist durch einen Verbindungsstab 36 drehbar am Pulsationskopf 3 befestigt Der Verbindungsstab 36 ist im Fuhrungsrohr 37 gelagert, welcher auf der Halterungsplatte 38 in der Art fixiert ist, dass die ganze Vorrichtung 12, 36, 37, 38 vom Pulsationskopf 3 durch wenige Handgriffe getrennt werden kann Der Magnet 38, wel¬ cher an der Spitze des Verbindungsstabes 36 befestigt ist, ermöglicht mit Hilfe des Gegen¬ magneten 39 eine gezielte und aseptische Bewegung des Behalters 12 Die Bewegung des Gegenmagneten 39 wird durch die Steuereinheit 28 kontrolliert
Fig 3 b zeigt die Position des Behalters 12 wahrend des Anfahr- bzw des Abstellvorganges der Forderung des Immobilisierungsgemischs A In dieser Phase entstehen vorzugsweise grosse, unerwünschte Teilchen, die nicht in die Losung B gelangen sollen. Die Ofϊhung des Behalters 12 ist in den Strahl 1 1 des Immobilisierungsgemisches A eingeschwenkt und fangt ihn auf
Fig 3 c zeigt die Position des Behalters 12 wahrend der Kugelproduktionsphase Die Ofϊhung des Behalters 12 ist aus dem Strahl 1 1 des Immobilisierungsgemisches A herausgeschwenkt, und der Strahl 1 1 des Immobilisierungsgemisches A gelangt ungehindert in die Losung B
Claims
1. Vorrichtung zur sterilen Verkapselung von mikrobiellen, pflanzlichen und tierischen Zel¬ len und von biologischen und chemischen Substanzen in kleine, im wesentlichen kugelförmige Teilchen im Bereich der Mikrometerskala, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen in einem Gefass (3, 15 ,27), das von der Umgebung steril getrennt ist, durch Vibration eines Immobilisierungsgemisches erzeugt, darin verarbeitet und angereichert werden können
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Immobiliserungsge- misch (A), bestehend aus einer polymeren Matrix und dem zu verkapselnden Material, durch einen mechanischen Vorschub (5) mit konstantem Volumenstrom durch ein Rohr (6) und eine Düse (7), die zusammen einen Hold-up von < 0,5 ml aufweisen und mit einer Frequenz von 100 bis 2000 Hz vibriert werden, gefördert, in Schwingungen von 100 bis 2000 Hz versetzt und dadurch nach der Düse (7) in annähernd gleich grosse Teilchen getrennt wird.
3 Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Düse (7) aus¬ tretenden Immobiliserungsgemischstrahl (1 1 ) gezielt in einen Behälter (12) oder in eine Lö¬ sung (B) gelenkt und dadurch die Immobilisierung kontrolliert durchgeführt werden kann
4 Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Losungen (B.C) durch einen Filter (24) steril zugeführt und durch eine Fritte (19) und einen Filter (21 ) steril abge¬ führt werden können.
5 Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Fritte (19) knapp ober¬ halb des Reaktionsgefässbodens (35) als zweiter Boden in das Reaktionsgefass (15) eingebaut und in die Fritte (19) eine Platte ( 18) mit glatter Oberfläche eingelagert ist. über der sich der Magnetstab (16) dreht.
6 Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass auftretende Volumenände¬ rungen innerhalb des Reaktionsgefasses ( 15) durch ein Luftfilter (25) drucklos und steril aus¬ geglichen werden
7 Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass am Reaktionsgefass ( 15) ein Kugelsammelgefass (27) mittels eines Schlauches (31 ) angeschlossen ist, das dazu be¬ stimmt ist, die vollständig gebildeten Teilchen (T) aufzunehmen, und nach aseptischem Durchtrennen des Schlauches (31 ) als Transportgefass zu dienen
8 Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass am Reaktionsgefass (15) ein Auslass (26) besteht, an den eine Nadel oder eine andere Vorrichtung befestigt werden kann, die dazu bestimmt ist, das Reaktionsgefass (15) aseptisch an ein weiteres Gefass anzu- schliessen
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Stroboskoplampe (10) die visuelle Kontrolle des optimalen Betriebszustandes erlaubt
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CH72995 | 1995-03-15 | ||
CH729/95-6 | 1995-03-15 |
Publications (1)
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WO1996028247A1 true WO1996028247A1 (de) | 1996-09-19 |
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WO (1) | WO1996028247A1 (de) |
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AK | Designated states |
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AL | Designated countries for regional patents |
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121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
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