KR20080018161A - 세포 배양 모듈에 대한 배지 제공 장치 - Google Patents

Abstract

세포 배양 모듈에 영양소를 공급하기 위한 장치는 판 내에 또는 판 상에 채널, 펌프 및 밸브가 배열되어 있다. 밸브는 도관의 탄성 섹션을 변형시킴으로써 작동되는 핀치 밸브일 수 있고, 펌프는 핀치 밸브 펌프일 수 있다. 채널은 적어도 부분적으로 판에 의해 규정될 수 있다. 펌프, 채널 및 밸브는 판의 두께 내에 설치될 수 있다. 상기 장치는 관류 작업, 재순환 작업 및/또는 양자의 조합에 따라 세포 배양 모듈에 영양소를 공급하기 위해 사용될 수 있다.

반송 요소, 세포 배양 모듈, 핀치 밸브 펌프, 체크 밸브, 영양소 반송판, 연결체, 액추에이터

Description

세포 배양 모듈에 대한 배지 제공 장치{APPARATUS FOR PROVIDING MEDIA TO CELL CULTURE MODULES}

본 발명은 세포 배양 장치 또는 방법에 관한 것이다.

이 배경부에서의 코멘트는 여기서 논의된 어느 것도 당업자의 보편적인 지식의 일부 또는 종래 기술로서 인용될 수 있도록 허용하지 않는다.

세포 배양에 대한 영양 배지의 공급 및 그로부터의 대사 폐기물 제거를 어떤 식으로 제공하는 세포 배양 시스템이 개발되어 왔다. 일부 시스템에서, 세포는 생체 반응기(bioreactor)의 내부에서 중공 플라스틱 섬유에 지지된다. 세포 배양을 논하는 문헌으로는 (1) Sauer, I. M. 등의 "슬라이드 반응기 - 광학 현미경검사에 적합한 간단한 중공 섬유 기반 생체 반응기(The Slide Reactor - a simple hollow fiber based bioreactor suitable for light microscopy)"; Artificial Organs 29 (3): 264-267, 2005; (2) Sauer, I. M. 등의 "하이브리드 간 보조 시스템의 개발(Development of a hybrid liver support system)" Ann N Y Acad Sci 944: 308-19,(2001); Millis, J. M 등의 "급성 간부전 환자를 위한 개량된 체외 간-보조 장치의 초기 체험, 시스템 수정 및 임상적 영향(Initial experience with the modified extracorporeal liver-assist device for patients with fulminant hepatic failure system modifications and clinical impact)" Transplantation 74: 1735-46; (2002); 및 (4) Glockner, H. 등의 "체내 유사 세포 배양, 세포 증식, 및 세포-유도체 생산을 위한 신규 소형 중공 섬유 생체 반응기(New miniaturized hollow fiber bioreactor for in vivo like cell culture, cell expansion and production of cell-derived products)" Biotechnol Prog 17: 828-31 (2001)이 포함된다.

PCT 공개 공보 제 WO 2004/024303 A2 호 및 관련 미국 공보 제 2006/0014274 A1 호는 두 개의 합동되는 기저면과 적어도 하나의 원주면에 의해 한계지어지고 적어도 하나의 공동을 갖는 내부를 구비하는 하우징을 갖는 섬유 카세트를 개시하고 있다. 상기 하우징의 내부에는 적어도 하나의 섬유층이 반드시 하우징의 적어도 하나의 중심 평면에 대해 평행하게 배치되며, 여기에서 섬유의 단부는 하우징의 내부에 확고하게 고정된다. 상기 적어도 하나의 공동의 첫번째 것은 섬유를 외부에서 둘러싸는 외부 격실을 규정한다. 상기 적어도 하나의 중심 평면은 외부 격실 내에서 기저면과 교차하지 않는다. 이들 섬유는 U자 형상으로 배열되거나 본질적으로 상호 평행하게 배열되며, 하우징의 내부에서 종료된다. 하우징은 유체의 공급 및/또는 제거를 위한 적어도 하나의 개구를 갖는다. PCT 공개 공보 제 WO 2004/024303 A2 호 및 미국 공보 제 2006/0014274 호는 그 전체가 본원에 원용된다.

<개요>

하기 개요는 독자를 본 명세서로 유도하기 위한 것이며, 어떤 발명을 한정하려는 것은 아니다. 발명은 후술되는 장치 요소 또는 방법 단계의 조합 또는 부조합(sub-combination)에 존재하거나 또는 본 명세서의 다른 부분에 존재할 수도 있다. 본 명세서에 의해 보호되는 발명은 청구범위에 기재되어 있다. 발명자들은 본 명세서에 개시된 임의의 발명 또는 발명들에 대한 그 권리를, 이러한 다른 발명 또는 발명들을 청구범위에 기재하지 않음으로써 포기하거나 방기하지 않는다.

발명자들은 종래의 세포 배양 시스템들이 반송 호스, 펌프, 밸브, 커넥터, 및 기타 세포 배양 영역을 통한 영양소 반송용 요소의 복잡한 배열에 연루되어 있음을 관측하였다. 이는 예를 들어 약제 스크리닝(screening) 분야 또는 다중 배양물을 동시에 배양하는 것이 바람직한 다른 적용 분야에 있어서 산출량 증대를 위해 병행 생산하기 위한, 세포 배양 시스템, 특히 다중 동일 배양 영역의 시스템의 저렴한 생산과 상충된다. 종래 시스템은 또한 넓은 공간을 요구할 수 있다.

본원에 기재되는 장치에서는, 영양소 반송판으로도 지칭되는 평면 반송판 상에 또는 그 내부에 또는 그 가공 주변에 다수의 영양소 또는 폐기물 반송 요소가 제공된다. 상기 반송판은 중실체를 포함하는 요소들과, 세포 배양 영역 또는 모듈에 대해 영양소를 반송하거나 그로부터의 폐기물을 반송하는 것을 보조하도록 일괄 구성된 다른 구성요소들의 조립체이다. 반송판은 그 요소들의 세트가 가상 평면 플러스 또는 마이너스 2cm 내에 위치한다는 의미에서 평면적이다. 반송판의 가공 주변은 예를 들어 반송판을 수용하는 예를 들어 평행육면체와 같은 3차원 보디의 주변을 지칭한다. 반송 요소들의 세트와 관련하여 기술된 반송판은 반송판에 부착되어 가공 주변을 지나 연장되는 다른 요소들의 존재에도 불구하고, 여전히 평면적일 수 있으며, 반송판의 가공 주변 내에 그 요소들을 가질 수 있다. 이러한 장치는 종래의 영양소 반송 시스템의 하나 이상의 단점을 감소할 수 있거나, 또는 적어도 종래의 영양소 반송 시스템 또는 생체 반응기에 대한 유용한 대체물을 제공할 수 있다.

본 명세서는 또한, 강성 중실체에 의해 적어도 부분적으로 형성되거나 그것에 부착되고, 하나 이상의 세포 배양 모듈에 대한 영양성 배지의 공급, 제거 또는 재순환 중 하나 이상을 위해 배치되는 하나 이상의 요소를 포함하는 장치를 기재한다. 영양소 반송을 위한 하나 이상의 요소에는 반송 도관, 밸브, 체크 밸브, 신선한 배지 용기 또는 폐기물 용기에 대한 연결체, 펌프, 세포 배양 모듈 또는 통합형 세포 배양 영역에 대한 연결체 중 하나 이상이 포함될 수 있다. 반송 도관은 중실체의 표면에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 반송 도관은 영양소 공급 경로 또는 영양소 재순환 경로 또는 양자의 일부일 수 있다. 상기 중실체에는 밸브, 펌프 또는 연결체가 부착될 수 있다. 밸브는 유동을 방지 또는 금지하기 위해 반송 도관의 부분 내로 이동될 수 있는 가요성 보디에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 반송 도관의 일부를 포함할 수 있다. 펌프는 두 개의 밸브 또는 체크 밸브 사이에서 적어도 부분적으로 가요성 보디로 형성되는 반송 도관의 일부를 포함할 수 있다. 가요성 보디를 반송 도관 부분으로 편향시키면 반송 도관 부분의 일부에 있는 유체가 하나의 밸브를 통해서 반송 도관 부분 밖으로 이동하게 되고, 가요성 보디의 해제는 유체가 다른 밸브를 통해서 반송 도관 부분으로 유입되게 한다. 밸브 또는 펌프의 일부가 되는 반송 도관의 부분은 가요성 호스의 단면을 구비할 수 있다. 반송 도관은 실리콘 표면을 가질 수 있다.

장치는 임의로 샘플링 연결체, 변환기(transducer), 센서 마운트, 계량기(meter), 열적 요소, 또는 가스처리(gassing) 요소 중 하나 이상을 구비할 수 있다. 센서는 영양 용액과 접촉하지 않도록 배치될 수 있다. 커넥터는 영양소 반송판에 대한 임의 세포 배양 모듈의 통합을 촉진하기 위한 표준, 만능, 또는 흔히 사용되는 커넥터일 수 있다. 장치는 플라스틱과 같은 살균성 재료로 제조될 수 있다. 이로 인해 장치는, 대응하는 세포 배양 모듈이 착탈가능하거나 폐기가능하다면 폐기가능한 반송 시스템으로서 사용될 수 있다. 금속, 유리, 세라믹 또는 기타 재료 역시 사용될 수 있다. 장치는 예를 들어 포유동물과 같은 척추동물의 원생동물, 박테리아, 효모, 곰팡이, 생육 또는 세포를 수용하거나 배양하는 모듈에 영양소를 반송하는데 적합할 수 있으며, 방법은 이 장치의 사용을 포함할 수 있다. 장치는 WO 2004/024303 A2에 따른 세포 배양 모듈 또는 예를 들어 튜브형, 평면형, 장방형, 별모양, 또는 기타 형상일 수 있는 다른 세포 배양 모듈과 조합될 수 있다.

본 명세서는 또한 전술한 장치를 제공하는 단계, 및 예를 들어 영양소를 세포 배양 모듈을 통해서 관류(perfusion), 재순환 또는 이들 두 작동 모드의 조합 방식으로 반송하기 위해 장치의 가요성 보디를 이동시킴으로써 상기 장치를 사용하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

장치 및 방법의 예를 하기 도면을 참조하여 후술할 것이다.

도 1a는 영양소 반송판 및 착탈식 세포 배양 모듈의 도시도.

도 1b는 도 1a의 영양소 반송판과 함께 사용되기에 적합한 착탈식 세포 배양 모듈의 도시도.

도 2는 추가 공정 모니터링 또는 제어 요소의 예를 갖는 영양소 반송판의 도시도.

도 3은 여러 개의 수직 적층된 영양소 반송판, 영양 용액 용기, 폐기물 용기, 펌핑/배관(valving) 유닛, 및 제어 유닛을 온도 조절되는 캐비넷 안에 포함하는 시스템의 도시도.

도 4는 배양 기간 전체에 걸친, 영양 용액 중의 포도당 농도뿐 아니라 영양 용액 이송 속도의 도시도.

도 5는 중공 섬유막(섬유 벽 및 관강(lumen)을 도시하는 큰 원), 및 헤마톡실린-에솔린으로 착색되고 40배로 확대된 세포의 조직을 도시하는 세포의 고정 이후의, 세포 배양 모듈의 10㎛ 두께 슬라이스에서의 세포의 사진.

도 6은 다른 펌핑/밸빙 유닛 상의 다른 반송판의 사진.

도 7은 도 6의 사진의 일부의 확대 도시도.

도 8은 도 7 및 도 8에 도시된 생체 반응기에 대응하는 개략도.

각각의 청구된 발명의 실시예의 예를 제공하기 위해 다양한 장치 또는 방법을 후술할 것이다. 후술하는 실시예의 어느 것도 임의의 청구된 발명을 제한하지 않으며, 임의의 청구된 발명은 후술되지 않는 방법 또는 장치를 커버할 수도 있다. 청구된 발명은 후술하는 어느 하나의 장치 또는 방법의 특징들 전부를 갖는 장치 또는 방법, 또는 후술하는 장치의 다수 또는 전부에 공통적인 특징에 제한되지 않는다. 후술하는 장치 또는 방법은 임의의 청구된 발명의 일 실시예가 아닐 수 있다. 출원인, 발명자 및 소유권자는 본 명세서에서 청구되지 않는 후술하는 장치 또는 방법에 개시된 임의의 발명에 있어서 모든 권리를 보존하며, 본 명세서에서의 그 개시에 의해 공개된 임의의 이러한 비청구된 발명을 포기, 방기하거나 헌정하지 않는다.

도 1a를 참조하면, 생체 반응기(10)는 영양소 반송판(12) 및 세포 배양 모듈(7)을 포함한다. 세포 배양 모듈(7)은 세포 배양 모듈 연결체(6)에 플러그 연결되며, 선택적으로 그로부터 제거될 수도 있다. 세포 배양 모듈 연결체(6)는, 선택적으로 그 내부에 이음쇠(도시되지 않음)가 삽입된 중실체(9)에 기계가공된 구멍일 수 있다. 세포 배양 모듈(7)의 일 예가 도 1b에 보다 자세히 도시되어 있다. 도시하듯이, 세포 배양 모듈(7)은 그로부터 제거되는 커버를 가지며, 상기 커버는 제 거되지 않을 경우 외부 격실(16), 및 내부 격실(15)의 일부를 둘러쌀 것이다. 내부 격실(15)은 또한 중공 섬유막(12)의 관강을 구비한다. 중공 섬유막(12) 및 매립용 합성물(potting compound)(13)의 벽뿐 아니라 베이스 구조물(11) 및 커버(도시되지 않음)는 내부 격실(15)을 외부 격실(16)로부터 분리시킨다. 세포는 막(12) 상에서 성장하거나, 아니면 제 2 격실(16)에서 성장할 수 있다. 영양소는 제 1 격실(15) 및 막(12)의 벽을 통해서 세포에 공급될 수 있다. 특히, 영양 용액은 공급 포트(17) 내로, 제 1 격실(15)의 제 1 채널(19) 부분으로, 막(12)의 관강을 통해서, 제 1 격실(15)의 제 2 채널(20) 부분으로, 폐기물 포트(18)를 통해서 밖으로 유동될 수 있다. 이 경로를 통해서 이동하는 동안, 예를 들어 탄수화물이나 가스와 같은 일부 영양소는 막(12)의 벽을 통해서 이동되어 제 2 격실(16)에서 세포에 의해 소비된다. 세포에 의해 방출된 일부 폐기물은 제 2 격실(16)로부터 막(12)의 벽을 통해서 이동하고, 영양 용액과 함께 멀리 운반된다. 세포 배양 모듈(7)은 공급 포트(17)와 폐기물 포트(18)를 세포 배양 모듈 연결체(6)에 삽입함으로써 영양소 반송판(12)에 부착된다. 포트(17, 18)는 영구적인 부착을 위해 연결체(6)에 아교접착되거나, 압입 또는 다른 끼움을 통해서 함께 착탈식으로 밀봉될 수 있다. 선택적으로, 세포 배양 모듈(7)은 막(12)의 벽을 통과하지 않고서도 제 2 격실(16)에 대한 물질의 추가 또는 제거가 가능하도록 보조 포트(21)를 구비할 수도 있다. 보조 포트(21)는 예를 들어 세포 또는 세포 산물, 분비물, 바이러스, 단백질 또는 저분자량 물질을 추출하기 위해 사용될 수 있다. 생체 반응기(10)는 따라서 예를 들어 고밀도 세포 배양물의 성장, 각종 물질에 대한 세포 배양물의 반응을 위한 테 스트 또는 스크리닝, 또는 세포 산물의 수확을 포함하는 다양한 적용 분야에 사용될 수 있다.

영양소 반송판(12)의 중실체(9)는 예를 들어 3mm 내지 10mm 범위의 두께를 갖는 예를 들어 경질 플라스틱과 같은 강성 재료의 시트로 만들어질 수 있다. 중실체(9)는 상기 시트를 선택된 폭과 예를 들어 3cm 내지 15cm 범위의 길이로 절단함으로써 만들어질 수 있다. 개구(22)는 시트 재료에 드릴링, 절단, 밀링되거나 또는 달리 만들어질 수 있다. 반송 채널(2)은 중실체(9)의 에지에 드릴 가공을 행함으로써 만들어질 수 있다. 플러그(24)는, 드릴링 작업에 의해 만들어진 구멍의 근접 부분에는 요구되지만 반송 채널(2)에는 요구되지 않는 반송 채널(2)에 삽입될 수 있다. 개구(22)를 횡단하는 유로(flow path) 내의 브레이크는 반송 튜브(3), 예를 들면 반송 채널(2)에 삽입된 도시되지 않은 이음쇠 위로 슬립되는 가요성 튜브에 의해 걸쳐지며, 여기에서 이들은 개구(22)의 경계와 만난다. 반송 채널(2)과 반송 튜브(3)는 후술하는 유로를 구성하는 도관 또는 통로를 함께 형성한다. 반송 튜브(3)는 세포에 대한 산소 반송이 필요한 경우에는 실리콘으로 만들어지거나, 또는 산소 반송이 필요치 않거나 영양소 공급에 제공될 때 또는 그렇지 않은 경우에 다른 재료로 만들어질 수 있다. 영양소 공급은 강체(9) 내의 큰 구멍 또는 반송 채널(2) 내로 슬립되는 이음쇠를 포함할 수 있는 영양소 커넥터(1)를 통해서 영양소 반송판(12)에 연결된다. 폐기물 용액은 영양소 커넥터(1)에 대해 기술된 바와 같이 만들어질 수 있는 폐기물 커넥터(24)를 통해서 반송판(12)을 떠날 수 있다. 샘플은 예를 들어 트루 밸브, 착탈식 캡이 구비된 개구, 또는 자기 밀봉 격 막(septum)을 포함할 수 있는 샘플 밸브(8)로부터 추출될 수 있다.

영양소 반송판(12)은 두 개의 기본 유로를 제공한다. 제 1 유로는 영양소 커넥터(1)에서 시작되고, 폐기 영양소를 수용하는 영역, 예를 들면 세포 배양 모듈(7)의 제 1 격실(15) 또는 통합 세포 배양 영역 또는 후술하는 제 2 유로의 일부를 지난 후 폐기물 커넥터(24)에서 종료된다. 제 2 유로는 영양소 반송판(12)을 통한 루프에서 제 1 세포 배양 모듈 연결체(6)에서 다른 곳으로 이동하고, 이후 세포 배양 모듈(7)의 제 1 격실(15)을 통해서 제 1 세포 배양 모듈 연결체(6)로, 또는 통합된 세포 배양 영역을 포함하는 유사 경로를 통해서 이동한다. 영양소가 제 2 유로를 통해서 유동하는 동안, 영양소 커넥터(1)에 대한 연결은 영양소가 세포에 의해 소비되는 영양소를 대체하도록 견인될 수 있도록 개방된 상태로 남을 수 있다. 두 개의 유로 사이에서, 신선한 영양 용액은 영양소 공급원으로부터 막(12)으로 유동할 수 있으며, 오래된 영양 용액은 폐기물 용기 또는 드레인으로 유출될 수 있거나, 또는 영양 용액은 막(12)을 통해서 재순환될 수 있다. 또한, 생체 반응기(10)는 예를 들어 제 1 유로를 통한 유동 주기로, 이후에는 사이클에서 반복되는 제 2 유로를 통한 유동 주기로 주기적으로 작동될 수 있다. 이들 유로를 통한 추진 및 제어는 후술하듯이 제공될 수 있다.

일부 또는 전부의 반송 튜브(3)의 일부는 핀치 밸브체(4)의 부분일 수 있다. 핀치 밸브체(4)는 핀칭 유닛(도 3의 요소(46)를 참조)의 핀칭 장치(도 3의 요소(44)를 참조)와 함께 작동한다. 핀칭 장치는 그 내측 보어를 완전히 또는 부분적으로 폐쇄하고 영양소 유동을 방지하기 위해 반송 튜브(3)를 핀치시키고 그로인 해 밸브를 제공하도록 작동할 수 있다. 핀칭 장치는 반송 튜브(3)의 다른 쪽에 있는 확고한 고정 또는 가동 표면을 향해서 이동가능한 예를 들어 솔레노이드 또는 공압식 또는 유압식 피스톤과 같은 액추에이터를 가질 수 있다. 핀칭 기계가 둘 이상의 영양소 반송판의 반송 튜브(3)를 동시에 핀치시킬 수 있도록 둘 이상의 영양소 반송판(12)이 상하로 적층될 수 있고 핀칭 장치의 작동 부분이 스택의 개구(22)를 통해서 연장될 수 있다. 예를 들어, 반송 튜브(3aii)가 폐쇄되고 반송 튜브(3b)(및 선택적으로 반송 튜브(3aii))가 개방될 때, 제 2 유로가 제공된다. 반송 튜브(3b)가 폐쇄되고 반송 튜브(3a)가 개방될 때, 제 1 유로가 제공된다. 제 1 유로를 통한 유동은 또한, 반송 튜브(3c)가 후술하는 펌프(25)의 작동의 일부로서 핀치되는 동안 반송 튜브(3ai, 3b)를 폐쇄시키고 반송 튜브(3aii)를 개방시키며, 반송 튜브(3c)가 핀치된 상태로 유지되는 동안 반송 튜브(3aii)를 폐쇄하고 반송 튜브(3ai, 3b)를 개방하며, 이후 반송 튜브(3c)를 해방시킴으로써 제공될 수 있다. 그 작동에 따르면, 반송 튜브(3ai, 3b)는 동시에 작동되며, 나중에 더 설명될 하나의 핀칭 장치(44)에 의해 작동될 수 있다.

영양소 반송판(12)은 개구(22)의 반대측으로 개방되는 반송 채널(2)에 삽입되거나 연결되는 한 쌍의 체크 밸브(5)를 포함하는 펌프(25)를 갖는다. 체크 밸브(5)는, 개구(22)에 걸쳐있고 핀치 밸브체(4)의 일부를 제공하는 반송 튜브(3c)에 의해 함께 연결된다. 그러나, 체크 밸브(5) 때문에, 반송 튜브(3c)의 핀칭은 반송 튜브 내부의 체적을 감소시키며, 영양 유체를 세포 배양 모듈 커넥터(6) 중 하나를 향해서 강제 유동시킨다. 반송 튜브(3c)가 해방되거나 핀치해제되면, 이는 그 비 응력(unstressed) 상태로 돌아가는 그 탄성중합 벽에 의해 그 전체적(full volume)으로 되돌아간다. 이는 반송 튜브(3a 또는 3b) 중 어느 것이 개방되는 지에 따라서 세포 배양 모듈 연결체(6) 또는 영양소 커넥터(1) 중 다른 것으로부터 영양소를 인출한다. 반송 튜브(3a)가 개방되고 반송 튜브(3b)가 폐쇄되면, 반송 튜브(3c)의 핀칭은 영양 용액이 제 1 유로를 통해서 유동하게 만든다. 반송 튜브(3a)가 폐쇄되고 반송 튜브(3b)가 개방되면, 반송 튜브(3a)의 핀칭은 영양 용액이 제 2 유로를 통해서 재순환하게 만든다. 이 유로를 통해서 유체를 이동시킬 때, 반송 튜브(3b) 또는 다른 반송 튜브의 부분은 반송 튜브(3c)의 핀칭에 의해 변위되는 영양 용액의 체적을 점유하도록 일시적으로 팽창할 수 있다. 생체 반응기(10)는 또한 유로 사이를 교호시킴으로써 작동될 수 있다. 예를 들어, 반송 튜브(3c)는 폐기 산물이 함유된 오래된 영양 유체를 축출하고 신선한 영양 용액을 흡입하기 위해 제 1 유로가 개방되는 동안 일 회 이상 핀치될 수 있다. 이후, 반송 튜브(3c)는 영양 유체를 재순환시키도록 일 회 이상 핀치될 수 있다. 이후 상기 이들 두 단계는 영양 용액의 보급과 재순환 사이에서 전후로 순환하도록 반복된다. 예를 들어, 사이클은 영양소를 보급하기 위해 반송 튜브(3c)를 한번 핀칭하고 이어서 반송 튜브(3c)를 2회 내지 10회 핀칭하여 영양 용액을 재순환시키는 것의 반복을 포함할 수 있다. 대안적으로, 영양 용액이 영양소 커넥터(1)에 유입은 가능하지만 유출은 불가능하도록 추가 체크 밸브가 영양소 커넥터(1)에 삽입될 수 있다. 이후 반송 튜브(3aii)가 핀치되지만 여전히 약간 개방되어 있는 동안 반송 튜브(3ai, 3b)는 개방 상태로 남아있을 수 있다. 이 구조에서, 반송 튜브(3c)의 핀칭은 폐기물의 연 속적인 방출 및 신선한 영양 용액의 공급과 더불어 연속적인 재순환을 초래한다. 체크 밸브(5)는 임의로 핀치 밸브(4)의 작용을 모방하도록 작동되는 다른 밸브, 예를 들면 핀치 밸브로 교체될 수 있다.

도 2는 제 2 생체 반응기(100)를 도시한다. 제 2 생체 반응기(100)는 도 1a의 생체 반응기(10)의 구성요소를 구비한다. 그러나, 제 2 생체 반응기(100)는 처리 수행, 모니터링 또는 제어를 위한 다양한 선택적 추가 구성요소를 더 구비한다. 가스처리 요소(3)는 예를 들어 실리콘과 같은 높은 산소 침투성 재료로 만들어진 튜브 섹션이다. 온도 요소(31)는 세포 배양 모듈(7)을 가열 또는 냉각시킬 수 있다. 온도 센서(34)는 반송 채널(2)과 교차하는 중실체(9)의 에지에 드릴가공된 구멍에 삽입된다. 온도 센서(34)는 영양 용액 온도를 측정하며, 제어 또는 피드백 루프에서 온도 요소(31)에 연결될 수 있다. 하나 이상의 광학 센서(5)는 반송 채널(2)에 가깝지만 유체적으로 연결되지는 않도록 중실체(9)의 에지에 드릴가공된 구멍에 삽입될 수 있다. 광학 센서(35)는 pH 감지 변환기(36) 또는 용해 산소 레벨 감지 변환기를 포함할 수 있다.

도 3은 하나 이상의 적층된 영양소 반송판(12)을 갖는 조립된 세포 배양 시스템(111)을 도시한다. 영양소 반송판(12)은 영양소 용기(2) 및 폐기물 용기(43)에 평행하에 연결된다. 핀칭 장치(44)는 도 1과 관련하여 기술된 펌핑 및 밸브 작동을 제공하기 위해 영양소 반송판(12)의 반송 튜브(3)를 핀치시킬 수 있도록 영양소 반송판 위에 배치된다. 핀칭 장치(44)는 이를 동력제공하거나 구동시키는 핀칭 유닛(46)의 일부이거나 그것에 부착된다. 핀칭 유닛(46)은 제어 유닛(47)에 의해 제어된다. 제어 유닛(47)은 또한 도 2의 각종 센서, 계량기 또는 변환기에 연결될 수 있거나, 영양소 반송판(12)에 연결된 추가 센서 또는 콘트롤러에 연결될 수 있거나, 또는 용기(42, 43)에 연결되거나 그와 직렬 연결되는 유량계 또는 체적계와 같은 시스템 제어 또는 감시 요소에 연결될 수 있다. 제어 유닛(47)은 예를 들어 "C"-제어-유닛과 같은 PLC(Programmable Logic Controller)일 수 있다. 시스템(111)은 선택적으로 제어되는 환경 챔버(8) 내에 위치된다.

생체 반응기의 사용 예에서, 국제 공개 제 WO 2004/024303 A2 호에 따른 0.5㎖의 세포 배양 공간을 구비한 세포 배양 모듈은, 세포 배양 공간 내에서의 세포 접종을 위해 중공 섬유막 및 연결체를 통해서 영양소를 공급하였다. 상기 모듈은 평면적인 플라스틱 영양소 반송판에 통합되었다. 세포 배양 모듈에서의 영양소 및 폐기물의 공급과 제거는 이 모듈을 반송판에 통합시킴으로써 제공되었다. 샘플링은 반송판에 통합된 격막을 통해서 가능하였다. 전체 시스템은 감마선 방사에 의해 살균되었다.

세포 배양 공간은 CHO(Chinese Hamster Ovary: 중국 햄스터 난소) 세포 라인으로 접종되었다. 세포는 영양 용액 반송판에 의해 배양되었으며, 여기에서 영양 용액 반송판의 유입구에는 0.02% 인간 혈청 알부민(Human Serum Albumin)이 첨가된 시판되는 세포 배양 영양 배지가 연결되고, 반송판의 유출구에는 폐기물 영양 용액용 폐기물 수집 용기가 연결되었다. 배양은 배양 모듈의 세포 배양 챔버를 75.6%의 활력 비율에서 4.51 E6 세포의 전체 세포 카운트로 접종한 후 이루어졌다. 펌핑/밸빙 유닛을 구비하는 생체 반응기는 환경 조절식 챔버, 구체적으로 37℃의 온 도와 5% CO₂의 CO₂-인큐베이터에 배치되었다. 재순환 영양 용액의 모든 작업일 샘플은 반송판에 통합된 격막을 통해서 취해졌다. 관련 포도당 수치가 결정되었으며, 공급량은 배양 모듈 내부의 세포에 적절한 포도당 공급을 보장하기 위해 포도당 소비에 따라 조절되었다. 배양은 30일의 기간에 걸쳐서 이루어졌다. 이어서, 세포는 글루타르디알데히드로 고정되어 합성 수지에 매립되었다. 그 때, 세포 질량의 증가는 거시적으로 포도당 소비로부터 검출될 수 있다. 세포 배양 모듈 출구에서의 공급 영양 용액 내부의 포도당 농도뿐 아니라, 30일 배양 기간의 코스에 걸친 공급량이 도 4에 도시되어 있다.

전체 기간에 걸쳐서, 배양된 세포는 지속적으로 포도당을 소비하였다. 세포 배양 모듈 내부에서의 세포의 조건은 공정 제어에 의해, 예를 들면 공급량 및 포도당 농도에 의해 영향받을 수 있다. 세포의 축적은 배양의 1/3 이후 뚜렷이 볼 수 있었다. 구조물과 같은 장기는 세포 배양 모듈의 투명 플라스틱 커버를 통해서 검출될 수 있다. 중공 섬유막에 산재되는 배양 모듈 내부의 세포의 배열이 도 5에 도시되어 있다. 프로파일에서의 세포의 밀집 배열과 포도당 소비는 평면 영양소 반송판이 생체 반응기 반송 시스템의 필수 기능을 수행할 수 있음을 나타낸다. 구체적으로, 반송판은 예를 들어 산소나 이산화탄소를 포함하는 영양소를 세포 배양 모듈에 공급하고, 세포 배양 모듈로부터 폐기물을 배출할 수 있다. 세포 배양 모듈의 샘플링 포트의 하류에 센서 또는 샘플링 포트를 바람직하지만 최적으로 배치하면 현재 영양 용액 파라미터 및 그로 인한 세포 조건의 정확한 검출이 가능해진 다.

도 6 및 도 7은 제 3 생체 반응기(120), 제 2 핀칭 장치(146)를 갖는 제 2 시스템(112)을 도시한다. 콘트롤러 역시 도시되지는 않지만 제 2 시스템(112)의 부분이다. 제 2 시스템(112)은 10개의 제 3 생체 반응기(120)를 동시에 작동시키는 능력을 갖지만, 다른 개수의 예를 들면 1 내지 100 사이 개수의 생체 반응기를 작동시키도록 유사 시스템이 만들어질 수도 있다. 제 2 시스템(112)에서, 제 3 생체 반응기(120)는 제 2 핀칭 장치(146)의 상면에 걸쳐서 수평으로 산포된 그리드에 배치된다. 각각의 제 3 생체 반응기(120)에서, 제 2 핀칭 장치(146)는 세 개의 제 2 핀처(pincher)(144)를 갖는 바, 각각의 제 2 핀처는 반송 튜브(3)를 수용하도록 수평으로 슬롯형성된 원통형 보디를 포함하고, 반송 튜브(3)를 슬롯에 핀치시키도록 작동가능한 솔레노이드를 수용한다. 제 3 생체 반응기(120) 내의 개구(22)는, 상호 평행한 반송 튜브(3)를 수평 슬롯 내에 배치하기 위해 제 3 생체 반응기(120)가 제 2 핀처(44) 위로 수직 하강된 후 수평으로 슬라이딩될 수 있도록 크기 및 형상을 갖는다. 제 3 생체 반응기(120)는 이들 움직임을 역행시킴으로써 제거될 수 있다. 선택된 제 3 생체 반응기(120)는, 제 3 생체 반응기(120)의 짧은 수평 이동이 반송 튜브(3)를 제 2 핀처(44)의 슬롯 밖으로 이동시키기 때문에, 다른 제 3 생체 반응기(120)에서 배양이 지속되는 동안, 선택적으로 제 2 핀처(44)의 동작을 중지시키지 않고도 제거될 수 있다. 제 3 생체 반응기(120)는 전술한 생체 반응기(10, 100)와는 여러모로 상이하다. 예를 들면, 제 3 생체 반응기(120)가 수직하게보다는 수평하게 배열될 것이기 때문에 각종 구성요소가 중실체(9)의 상부에 또 는 상부로부터 쌓아올라가면서 배치된다. 특히, 반송 튜브(3b)는 반송 튜브(3ai)의 측부보다는 상부에 있다. 추가 예에서, 제 3 생체 반응기(120)는 또한 별도의 세포 배양 모듈(7)보다는 통합형 세포 배양 영역(107)을 갖는다. 또 다른 예에서, 폐기물 커넥터(24)는 세포 배양 영역(107)의 하류보다는 상류에 배치된다. 다른 점에서, 제 3 생체 반응기(120)는 생체 반응기(10, 100)와 유사하고, 유사한 구성요소에는 동일한 도면부호가 병기되며, 이들 구성요소에 대해 전술한 설명은 도 6이나 도 7 또는 그 설명으로부터 명백한 임의의 수정이 없다면 제 3 생체 반응기(120)에 적용된다. 도 8은 제 3 생체 반응기(120)에 대응하는 개략도를 제공한다.

제 2 시스템(112)은 핀칭 장치(146)에 통합된 제 3 생체 반응기(120)를 공급하기 위한 채널을 갖도록 변경될 수 있다. 예를 들어 광학 시스템을 사용하는 자동 샘플링 또는 감시 또한 가능할 수 있다. 세포 배양 영역(107)의 투명 상부는 세포 배양 공간의 시각적 모니터링을 가능하게 하며, 또한 기계 감시가 사용될 수 있게 한다.

본 명세서에서 현재 청구되고 있는 발명 또는 발명들은 하기 청구범위에 기재되어 있다.

Claims (33)

1. 세포 배양 시스템 내에서 영양 용액을 반송하기 위한 다수의 반송 요소를 포함하는 장치로서, 상기 반송 요소는 영양소 용기와 폐기물 용기에 대한 연결체, 반송 장치, 밸브, 및 적어도 하나의 펌프를 포함하는 장치에 있어서,

   상기 반송 요소는 평면식으로 배치되거나 또는 판 상에 배치되는 것을 특징으로 하는

   장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   판 내에 또는 판 상에 평면식으로 배치되는 세포 배양 모듈을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

   장치.
3. 세포 배양 모듈에 영양소를 공급하기 위한 장치에 있어서,

   판 내에 또는 판 상에 평면적으로 배치되는 적어도 하나의 핀치 밸브 펌프, 반송 튜브, 반송 채널, 체크 밸브, 영양소 용기와 폐기물 용기의 연결체뿐 아니라 세포 배양 모듈용 연결체를 포함하는 것을 특징으로 하는

   장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   임의의 세포 배양 모듈의 통합을 위한 만능 연결체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

   장치.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 판은 핀치 밸브 펌프의 영역에 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는

   장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 판은 샘플링 연결체, 통합된 변환기, 센서 마운트 또는 유량계 중 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

   장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 판은 열적 요소 또는 가스처리 요소를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

   장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 반송 튜브는 호스 핀치 밸브로서 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는

   장치.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 반송 요소의 배열은 세포 배양 모듈을 통한 일방향 유동을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는

   장치.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 반송 요소의 배열은 세포 배양 모듈을 통한 영양소 재순환을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는

    장치.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 핀치 밸브 및 핀치 밸브 펌프의 조작은 재순환 및/또는 일방향 유동의 조합을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는

    장치.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 반송판은 핀치 밸브 펌프 액추에이터 상에 개별적으로 배치되거나 다중 적층될 수 있는 것을 특징으로 하는

    장치.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

    공정 제어용 요소를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

    장치.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    공정 관리용 요소를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

    장치.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

    모든 요소들은 감마선-살균가능한 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는

    장치.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 영양소 반송판은 또한 소형화된 형태의 세포 배양 모듈을 수용할 수 있 는 것을 특징으로 하는

    장치.
17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 세포 배양 모듈은 국제 특허 출원 WO 2004/024303 A2호에 따른 중공 섬유 카세트를 대표하는 것을 특징으로 하는

    장치.
18. 고밀도 세포 배양물에 영양소를 공급하기 위한 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 사용.
19. 배양된 조직의 반응성에 대해 물질을 자동 병행 테스트하기 위한 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 사용.
20. 세포 산물, 부분, 성분 또는 분비물, 바이러스, 단백질 또는 저분자 물질을 자동 병행 발생 및 회수하기 위한 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 사용.
21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 장치에 있어서,

    핀치 밸브 액추에이터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

    장치.
22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 따른 장치에 있어서,

    핀치 밸브 액추에이터용 콘트롤러를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

    장치.
23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따른 장치에 있어서,

    영양소 용기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

    장치.
24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 따른 장치에 있어서,

    폐기물 용기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

    장치.
25. 강성 중실체, 및 상기 강성 중실체의 표면과 가요성 보디, 체크 밸브, 및 커넥터의 가요성 표면에 의해 규정되는 도관을 포함하는 장치에 있어서,

    상기 도관은 영양소 커넥터와 폐기물 커넥터 사이의 제 1 유로, 및 세포 배양 영역에 대한 커넥터의 일 단부 또는 커넥터로부터 세포 배양 영역에 대한 커넥터의 타 단부 또는 커넥터에 이르는 제 2 유로 중 하나 이상을 규정하는 것을 특징으로 하는

    장치.
26. 제 25 항에 있어서,

    상기 도관을 폐쇄하기 위해 적어도 하나의 가요성 보디가 변형될 수 있는 것을 특징으로 하는

    장치.
27. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,

    두 밸브 사이에서의 도관의 내부 체적을 감소시키기 위해 변형가능한 가요성 보디의 상류와 하류에 밸브를 포함하는 밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

    장치.
28. 제 26 항의 장치에서 영양 용액을 반송하는 방법에 있어서,

    상류 및 하류 밸브에 체크 밸브를 제공하는 단계, 및

    중간 가요성 보디를 번갈아 변형 및 해방시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

    방법.
29. 제 25 항에 있어서,

    하나 이상의 탄성체의 변형이 하나의 유로를 개방시키고 다른 유로를 폐쇄할 수 있도록 구성된 양 유로를 갖는 것을 특징으로 하는

    장치.
30. 제 25 항 또는 제 29 항에 있어서,

    상기 제 1 유로의 일부는 제 2 유로의 일부이기도 한 도관의 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는

    장치.
31. 제 25 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,

    중실체를 구비하는 평면 요소의 두께 내에 실질적으로 핀치 밸브 또는 핀치 밸브 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는

    장치.
32. 제 25 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 따른 장치, 및

    액추에이터, 콘트롤러, 영양소 공급 용기 또는 폐기물 용기 중 하나 이상을 포함하는 격막.
33. 본 명세서에 기재된 모든 요소 및 단계의 세트로부터 선택되는 하나 이상의 요소 또는 단계 중 어느 하나를 갖는 방법 또는 장치.

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