RU2785710C2 - Matrix structure for cell cultivation - Google Patents
Matrix structure for cell cultivation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785710C2 RU2785710C2 RU2019117758A RU2019117758A RU2785710C2 RU 2785710 C2 RU2785710 C2 RU 2785710C2 RU 2019117758 A RU2019117758 A RU 2019117758A RU 2019117758 A RU2019117758 A RU 2019117758A RU 2785710 C2 RU2785710 C2 RU 2785710C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layers
- immobilization
- cell
- matrix
- separating
- Prior art date
Links
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims abstract description 89
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000007444 cell Immobilization Methods 0.000 claims abstract description 41
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 39
- 239000012598 cell culture matrix Substances 0.000 claims description 28
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 14
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 11
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 7
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 claims description 7
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 7
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 6
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 6
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 6
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 6
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 claims description 6
- 230000021164 cell adhesion Effects 0.000 claims description 4
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 claims description 4
- 229920000249 biocompatible polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 54
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 10
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 9
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 8
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 2
- 210000004748 cultured cell Anatomy 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- CHRJZRDFSQHIFI-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.C=CC1=CC=CC=C1C=C CHRJZRDFSQHIFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 6-{[2-carboxy-4,5-dihydroxy-6-(phosphanyloxy)oxan-3-yl]oxy}-4,5-dihydroxy-3-phosphanyloxane-2-carboxylic acid Chemical compound O1C(C(O)=O)C(P)C(O)C(O)C1OC1C(C(O)=O)OC(OP)C(O)C1O FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000936 Agarose Polymers 0.000 description 1
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 229940072056 alginate Drugs 0.000 description 1
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 description 1
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 description 1
- 210000004102 animal cell Anatomy 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 230000030833 cell death Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000019522 cellular metabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 210000003527 eukaryotic cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000009940 knitting Methods 0.000 description 1
- 239000004816 latex Substances 0.000 description 1
- 229920000126 latex Polymers 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 210000004962 mammalian cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000010412 perfusion Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003053 toxin Substances 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
- 238000009941 weaving Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention belongs
Настоящее изобретение относится к матрице для культивирования клеток, в частности, к структурированной матрице высокой плотности для культивирования клеток. Настоящее изобретение также относится к применению матрицы для культивирования клеток и биореактору, содержащему указанную матрицу.The present invention relates to a matrix for culturing cells, in particular, to a structured matrix of high density for culturing cells. The present invention also relates to the use of a cell culture matrix and a bioreactor containing said matrix.
Уровень техникиState of the art
Способы культивирования клеток, таких как эукариотические клетки, клетки животных, клетки млекопитающих и/или ткани, являются затруднительными и сложными, поскольку эти клетки являются хрупкими и во время роста имеют потребность в питательных веществах и кислороде, поддерживать которые затруднительно и сложно. Учитывая растущую потребность в культивировании клеток в больших количествах, биореакторы и устройства для культивирования стали важным инструментом в исследованиях и в получении клеток для получения активных белков и/или антител и/или любых побочных клеточных продуктов.Methods for culturing cells such as eukaryotic cells, animal cells, mammalian cells and/or tissues are difficult and complex because these cells are fragile and have nutrient and oxygen requirements during growth that are difficult and difficult to maintain. Given the growing need for cell culture in large quantities, bioreactors and culture devices have become an important tool in research and in the production of cells to obtain active proteins and/or antibodies and/or any cellular by-products.
Биореакторы предшествующего уровня техники содержат неструктурированные матрицы для культивирования клеток и снабжены механизмами внутренней или внешней циркуляции для осуществления циркуляции питательной среды. Матрицы для культивирования клеток обычно содержат носители, которые могут иметь форму шариков с регулярной или нерегулярной структурой, или могут содержать тканые или нетканые микроволокна из полимера или любого другого материала, совместимого с выращиванием клеток. Носители могут иметь различные формы и размеры.Prior art bioreactors contain unstructured cell culture matrices and are provided with internal or external circulation mechanisms to circulate the culture medium. Cell culture matrices typically contain carriers, which may be in the form of regular or irregular beads, or may contain woven or non-woven microfibers of polymer or any other material compatible with cell culture. The carriers may have various shapes and sizes.
Некоторые недостатки могут быть присущи известным биореакторам и их неструктурированным матрицам для культивирования клеток. Отсутствие воспроизводимости однородности матриц для выращивания по объему при их загрузке, а также их перемещении и перераспределении во времени под воздействием потока питательной среды может привести к получению невоспроизводимой питательной среды и очень различающихся микросред в разных частях биореактора. Носители могут собираться в данной области внутри биореактора, что значительно снижает гомогенность при культивировании клеток. Следовательно, часть культивируемых клеток будет иметь очень ограниченный доступ или не будет иметь доступа к питательной среде и/или снабжению кислородом, что приводит к разному метаболизму клеток, различиям в качестве продукта, даже гибели указанных клеток и низкой скорости продуцирования клеток. Кроме того, неоднородные матрицы сложно изготовить и загрузить с учетом переменных размеров и форм носителей, которые могут прилипать друг к другу. Другим недостатком матриц для культивирования клеток предшествующего уровня техники является то, что поверхность их клеточной культуры не может быть определена с точностью. Наконец, загрузка носителей в биореактор является трудоемкой и, следовательно, дорогостоящей.Some disadvantages may be inherent in known bioreactors and their unstructured cell culture matrices. The lack of reproducibility of uniformity of growth matrices in terms of volume during their loading, as well as their movement and redistribution in time under the influence of the flow of the nutrient medium, can lead to non-reproducible nutrient media and very different microenvironments in different parts of the bioreactor. Carriers can collect in this area inside the bioreactor, which significantly reduces the homogeneity in cell culture. Consequently, a portion of the cultured cells will have very limited or no access to nutrient medium and/or oxygen supply, resulting in different cell metabolism, differences in product quality, even cell death, and low cell production rates. In addition, inhomogeneous matrices are difficult to fabricate and load, given the variable sizes and shapes of supports that can stick to each other. Another disadvantage of prior art cell culture matrices is that their cell culture surface cannot be accurately determined. Finally, loading the carriers into the bioreactor is laborious and therefore costly.
В патенте США 3948732 описана конструкция, которая включает в себя блок спиральной трубчатой камеры, через которую питательные среды и клетки проходят внутри камеры и вокруг центра спирали и прилипают к внутренней стенке камеры. Конструкция включает в себя разделительный элемент, снабженный разнесенными выступающими опорными элементами, который чередуется с блоком трубчатой камеры. Эти выступающие элементы предназначены для облегчения потока газа через поперечное сечение спиральной конструкции в продольном направлении. Ни при каких обстоятельствах разделительный элемент не вступает в контакт с какими-либо клетками или питательной средой в трубке, впрочем, как не обеспечивает прохождение клеток каким-либо образом.US Pat. No. 3,948,732 describes a design that includes a spiral tube chamber assembly through which media and cells pass within the chamber and around the center of the helix and adhere to the inner wall of the chamber. The design includes a separating element provided with spaced protruding supporting elements, which alternates with the block of the tubular chamber. These protruding elements are designed to facilitate the flow of gas through the cross section of the helical structure in the longitudinal direction. Under no circumstances does the separating element come into contact with any cells or growth medium in the tube, nor does it in any way ensure the passage of the cells.
Задачей настоящего изобретения является создание матрицы для культивирования клеток и биореактора, содержащего указанную матрицу, которые преодолевают по меньшей мере часть вышеупомянутых недостатков. Предпочтительно, матрица для культивирования клеток должна обеспечивать большую поверхность для культивирования клеток в небольшом объеме, в то же время обеспечивая циркуляцию среды и клеток. Следует избегать перепадов давления в системе, поскольку это отрицательно сказывается на жизнеспособности некоторых клеток. Воспроизводимость и однородность должны быть улучшены при сохранении ручного управления и минимальной стоимости. Необходимо обеспечить извилистый путь перемещения клеток и питательной среды в сочетании с разделительным слоем, который способствует прохождению вдоль этого пути и параллельно разделительному слою и слоям для иммобилизации клеток.It is an object of the present invention to provide a cell culture matrix and a bioreactor containing said matrix that overcome at least some of the aforementioned disadvantages. Preferably, the cell culture matrix should provide a large surface area for cell culture in a small volume while still allowing medium and cells to circulate. Pressure drops in the system should be avoided, as this adversely affects the viability of some cells. Reproducibility and uniformity must be improved while maintaining manual control and minimum cost. It is necessary to provide a tortuous path for the movement of cells and growth medium in combination with a separating layer, which facilitates the passage along this path and parallel to the separating layer and layers for immobilizing cells.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
В первом аспекте в настоящем изобретении предложена матричная конструкция для культивирования клеток или структурированная матрица для культивирования клеток по пп. 1, 8, 14, 22, 29 и 30.In a first aspect, the present invention provides a cell culture matrix construct or a structured cell culture matrix according to claims. 1, 8, 14, 22, 29 and 30.
Во втором аспекте в настоящем изобретении предложено применение матричной конструкции или матрицы для культивирования клеток в соответствии с любым вариантом осуществления изобретения для культивирования клеток.In a second aspect, the present invention provides the use of a cell culture matrix construct or matrix according to any embodiment of the invention for cell culture.
В третьем аспекте в настоящем изобретении предложен биореактор, содержащий матричную конструкцию или матрицу для культивирования клеток в соответствии с любым вариантом осуществления изобретения.In a third aspect, the present invention provides a bioreactor comprising a cell culture matrix construct or matrix according to any embodiment of the invention.
Матричная конструкция или матрица для культивирования клеток по настоящему изобретению обладает несколькими преимуществами по сравнению с известными из уровня техники. Нестабильность в способе культивирования клеток избегают или минимизируют благодаря применению структурированной конструкции. Поверхность культивирования клеток может быть легко и точно определена благодаря известной поверхности культивирования клеток и количеству слоев для иммобилизации. Поверхность культивирования клеток, которая должна быть помещена в биореактор, также может быть легко адаптирована без изменения матрицы и/или модели биореактора.The matrix construct or cell culture matrix of the present invention has several advantages over those known in the art. Instability in the cell culture method is avoided or minimized through the use of a structured design. The cell culture surface can be easily and accurately determined due to the known cell culture surface and the number of immobilization layers. The cell culture surface to be placed in the bioreactor can also be easily adapted without changing the matrix and/or model of the bioreactor.
Матрица обеспечивает улучшенный и организованный поток клеток и питательной среды внутри биореактора.The matrix provides an improved and organized flow of cells and growth media within the bioreactor.
Кроме того, структурированная матрица для культивирования клеток обеспечивает эффективную загрузку в биореактор, тем самым оптимизируя использование внутреннего пространства и увеличивая поверхность для культивирования клеток внутри указанного биореактора. Таким образом, матрица обеспечивает поверхность культивирования с высокой плотностью клеток. Кроме того, благодаря структурированной конструкции матрицы обеспечивается последовательное и воспроизводимое производство биореакторов, содержащих указанную матрицу.In addition, the structured cell culture matrix provides efficient loading into the bioreactor, thereby optimizing the use of internal space and increasing the cell culture surface within said bioreactor. The matrix thus provides a culture surface with a high cell density. In addition, due to the structured design of the matrix, a consistent and reproducible production of bioreactors containing the specified matrix is ensured.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
На фигурах 1A и 1B показаны поперечные сечения частей матричной конструкции в соответствии с двумя вариантами осуществления настоящего изобретения.Figures 1A and 1B show cross sections of parts of a matrix structure in accordance with two embodiments of the present invention.
На фигурах 2A-D показаны неограничивающие примеры матричной конструкции в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.Figures 2A-D show non-limiting examples of a matrix design in accordance with embodiments of the present invention.
На фигурах 3А-В показаны вид частично свернутой в соответствии с вариантом осуществления изобретения матричной конструкции в перспективе и сверху; и вариант осуществления конструкции в конфигурации с плотной загрузкой.Figures 3A-B show a perspective and top view of a matrix structure, partially rolled up according to an embodiment of the invention; and an embodiment of the densely loaded configuration.
На фигуре 3C показан вид полностью свернутой в соответствии с вариантом осуществления изобретения матрицы.Figure 3C shows a view of a fully collapsed matrix in accordance with an embodiment of the invention.
На фигурах 4A-4D показаны примеры структур сетчатого разделительного слоя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.Figures 4A-4D show examples of mesh separation layer structures according to an embodiment of the present invention.
На фигуре 5 показана камера биореактора, снабженная матричной конструкцией в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, в которой жидкость и клетки протекают в продольном направлении вдоль поверхностей разделительных слоев и слоев для иммобилизации между верхом и дном или дном и верхом.Figure 5 shows a bioreactor chamber provided with a matrix structure according to an embodiment of the present invention in which fluid and cells flow longitudinally along surfaces of separating and immobilization layers between top and bottom or bottom and top.
На фигуре 6 показан вид сбоку вращающегося биореактора, снабженного матричной конструкцией в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, вращающейся при применении вокруг своей оси.Figure 6 shows a side view of a rotating bioreactor equipped with a matrix structure in accordance with an embodiment of the present invention, rotating around its axis during use.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Настоящее изобретение относится к матричной конструкции для культивирования клеток, применению последней для культивирования клеток и биореактору, содержащему указанную матричную конструкцию.The present invention relates to a matrix construct for cell culture, the use of the latter for cell culture, and a bioreactor containing said matrix construct.
Если не указано иное, все термины, применяемые для раскрытия изобретения, включая технические и научные термины, имеют значение, общепринятое для специалиста в области техники, к которой относится данное изобретение. Как приведено далее, определения терминов включены для лучшего понимания идеи настоящего изобретения.Unless otherwise indicated, all terms used to describe the invention, including technical and scientific terms, have the meaning generally accepted by a person skilled in the art to which this invention pertains. As follows, definitions of terms are included for a better understanding of the idea of the present invention.
Используемые в настоящем документе термины имеют следующие значения:The terms used in this document have the following meanings:
Артикли неопределенной и определенной формы в настоящем документе относятся как к единственному, так и к множественному числам, если контекст явно не указывает иное. Например, «ячейка» относится к одной или нескольким ячейкам.The indefinite and definite articles in this document refer to both the singular and the plural, unless the context clearly indicates otherwise. For example, "cell" refers to one or more cells.
Термин «примерно», используемый в настоящем документе, который относится к измеряемому значению, такому как параметр, величина, временной диапазон и тому подобное, подразумевает, что он охватывает отклонения ± 20% или менее, предпочтительно ± 10% или менее, более предпочтительно ± 5% или менее, еще более предпочтительно ± 1% или менее и еще более предпочтительно ± 0,1% или менее от указанного значения, пока такие изменения подходят для осуществления в раскрытом изобретении. Однако следует понимать, что значение, к которому относится модификатор «примерно», само по себе также раскрыто конкретным образом.The term "about" as used herein, which refers to a measurable value such as a parameter, magnitude, time range, and the like, is meant to cover deviations of ±20% or less, preferably ±10% or less, more preferably ± 5% or less, even more preferably ± 1% or less, and even more preferably ± 0.1% or less of the specified value, as long as such changes are suitable for implementation in the disclosed invention. However, it should be understood that the meaning to which the modifier "about" refers is itself also specifically disclosed.
Термины «содержат», «содержащий» и «содержит» и «состоящий из», используемые в настоящем документе, являются синонимами терминов «включают в себя», «включающий в себя», «включает в себя» или «состоят», «состоящий», «состоит» и являются включающими или неограничивающими терминами, которые определяют наличие того элемента, который следует, например, компонента, и не исключают или устраняют наличие дополнительных, не перечисленных компонентов, признаков, элементов, членов, этапов, известных в данной области техники или раскрытых в нем.The terms "comprise", "comprising" and "comprises" and "consisting of" as used herein are synonymous with the terms "comprise", "comprising", "includes" or "comprise", "consisting of ”, “consists” and are inclusive or non-limiting terms that define the presence of that element that follows, for example, a component, and do not exclude or eliminate the presence of additional, not listed components, features, elements, members, steps known in the art or disclosed in it.
Перечисление числовых диапазонов по конечным точкам включает все числа и дроби, включенные в этот диапазон, а также перечисленные конечные точки.A listing of numeric ranges by endpoints includes all numbers and fractions included in the range, as well as the listed endpoints.
Термины «конструкция», «матричная конструкция» и «матрица» используются взаимозаменяемо по всему тексту.The terms "construct", "matrix construct" and "matrix" are used interchangeably throughout the text.
В первом аспекте в настоящем изобретении предложена матричная конструкция для культивирования клеток, которая содержит один или более слоев для иммобилизации клеток, имеющих поверхность, которая обеспечивает адгезию и рост клеток на поверхности и формирование секции иммобилизации клеток. Рядом с данными слоями для иммобилизации клеток находятся один или более разделительных слоев, в том числе структура, которая образует разделительную секцию, позволяющую клеткам и среде проходить через открытый, но извилистый путь, при условии, что структура или природа разделительных слоев выбрана таким образом, чтобы разделительные слои образовывали извилистый открытый путь для клеток и питательной среды для перемещения параллельно поверхности указанных разделительных и слоев для иммобилизации. Извилистый путь или канал, образованный разделительной секцией, создает турбулентность, которая облегчает проникновение клетки и клеточной среды в слои для иммобилизации.In a first aspect, the present invention provides a cell culture matrix construct that comprises one or more cell immobilization layers having a surface that allows cells to adhere and grow on the surface and form a cell immobilization section. Adjacent to these cell immobilization layers are one or more separating layers, including a structure that forms a separating section allowing cells and media to pass through an open but tortuous path, provided that the structure or nature of the separating layers is chosen such that the separation layers formed a tortuous open path for the cells and growth medium to travel parallel to the surface of said separation and immobilization layers. The tortuous path or channel formed by the separating section creates turbulence which facilitates the penetration of the cell and cell medium into the layers for immobilization.
Упомянутые слои для иммобилизации клеток будут определять секцию иммобилизации клеток, тогда как указанные разделительные слои определяют разделительную секцию.Said cell immobilization layers will define the cell immobilization section, while said separating layers define the separating section.
В дополнительном или альтернативном варианте осуществления в настоящем изобретении предложена структурированная матрица для культивирования клеток, содержащая одну или несколько разделительных секций и одну или несколько секций иммобилизации клеток. Каждая разделительная секция содержит по меньшей мере один разделительный слой, и каждая секция иммобилизации клеток содержит по меньшей мере один слой иммобилизации клеток, причем отношение толщины секции иммобилизации к разделительной секции составляет по меньшей мере 0,1, а толщина разделительной секции составляет по меньшей мере 0,1 мм. В варианте осуществления разделительная секция включает в себя структуру, которая обеспечивает извилистый путь или канал для перемещения клеток вдоль слоев.In a further or alternative embodiment, the present invention provides a structured cell culture matrix comprising one or more separation sections and one or more cell immobilization sections. Each separation section contains at least one separation layer, and each cell immobilization section contains at least one cell immobilization layer, wherein the ratio of the thickness of the immobilization section to the separation section is at least 0.1, and the thickness of the separation section is at least 0 .1 mm. In an embodiment, the separation section includes a structure that provides a tortuous path or channel for cells to move along the layers.
Для осуществления задач настоящего изобретения извилистый путь следует понимать, как путь с направленными компонентами, которые изменяются относительно общего пути и вдоль него.For purposes of the present invention, a tortuous path should be understood as a path with directional components that vary relative to and along the common path.
Матричный узел спроектирован таким образом, что он позволяет жидкости и клеткам течь в продольном направлении вдоль поверхностей разделительного слоя и слоя иммобилизации клеток в стационарном биореакторе или, в случае вращающегося биореактора, тангенциально вдоль поверхностей обоих слоев. Таким образом, следует выбирать структуру разделительных слоев, чтобы она создавала извилистый, но открытый путь между слоями иммобилизации, тем самым создавая турбулентность. Данная турбулентность будет помещать клетки и среду в слои для иммобилизации.The matrix assembly is designed to allow fluid and cells to flow longitudinally along the surfaces of the separation layer and the cell immobilization layer in a stationary bioreactor or, in the case of a rotating bioreactor, tangentially along the surfaces of both layers. Thus, the structure of the separation layers should be chosen to create a tortuous but open path between the immobilization layers, thereby creating turbulence. This turbulence will place cells and media into layers for immobilization.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что такое разделение извилистых путей может быть достигнуто несколькими способами, которые хорошо известны в данной области техники. В одном варианте осуществления разделительный слой состоит из несущей структуры или сферических, почти сферических или яйцевидных объектов, таких как шарики, загруженных в виде трехмерной структуры друг на друга (см. фигуру 1В). Под несущей структурой следует понимать структуру, состоящую из шариков или сфер, необязательно зафиксированных на поверхностной опоре, которые образуют извилистый путь, по которому может протекать жидкость.One skilled in the art will appreciate that such separation of the tortuous paths can be achieved in several ways that are well known in the art. In one embodiment, the separating layer consists of a carrier structure or spherical, nearly spherical or egg-shaped objects such as balls loaded in a three-dimensional structure on top of each other (see figure 1B). Under the carrier structure should be understood as a structure consisting of balls or spheres, optionally fixed on a surface support, which form a tortuous path through which the liquid can flow.
В другом варианте осуществления разделительный слой может представлять собой сетку или содержать сетчатую структуру. Для осуществления задач настоящего изобретения под сетчатой структурой или сеткой следует понимать структуру, включающую в себя переплетение или сетчатый рисунок из волокна, проволоки или нити, причем указанное переплетение определяет поры, отверстия или каналы, сформированные трехмерным плетением. Примеры сетчатых структур приведены на фигурах 4А-4D. Следует понимать, что их нельзя рассматривать как ограничивающие настоящее изобретение.In another embodiment, the separating layer may be a mesh or contain a mesh structure. For the purposes of the present invention, a mesh structure or mesh is to be understood as a structure comprising a weave or mesh pattern of fibre, wire or thread, said weave defining pores, holes or channels formed by the three-dimensional weave. Examples of mesh structures are shown in figures 4A-4D. It should be understood that they should not be construed as limiting the present invention.
Матричная конструкция или матрица для культивирования клеток в соответствии с настоящим изобретением предусматривает субстрат, который обеспечивает рост клеток с высокой плотностью. Предпочтительно, биореактор с высокой плотностью клеток обеспечивает максимальную поверхность роста клеток при минимальном объеме. Модель настоящей матричной конструкции для культивирования клеток оптимизирована для удовлетворения данных требований. Посредством разделительной секции, прилегающей к секции иммобилизации, обеспечивают поток клеток и среды. Эти разделительные секции способствуют турбулентности и обеспечивают по существу тангенциальный поток между секциями адгезии клеток, в дополнение к случайному перпендикулярному потоку через слои для иммобилизации. Это увеличивает адгезию клеток на слои для иммобилизации в секциях иммобилизации.The matrix construct or cell culture matrix of the present invention provides a substrate that allows cells to grow at high density. Preferably, a high cell density bioreactor provides a maximum cell growth surface with a minimum volume. The model of the present cell culture matrix construct is optimized to meet these requirements. Through the separating section adjacent to the immobilization section, the flow of cells and media is provided. These separating sections promote turbulence and provide a substantially tangential flow between the cell adhesion sections, in addition to occasional perpendicular flow through the immobilization layers. This increases cell adhesion to the immobilization layers in the immobilization sections.
Кроме того, клетки более равномерно распределяются внутри биореактора благодаря разделительным секциям, которые обеспечивают пространство для перемещения клеток до их адгезии и которые предотвращают действие секций иммобилизации в качестве фильтров. Разделение дополнительно позволяет улучшить удаление токсичных метаболитов, обеспечивая пространство для перемещения указанных метаболитов.In addition, the cells are more evenly distributed within the bioreactor due to the separator sections, which provide space for the cells to move before they adhere and which prevent the immobilization sections from acting as filters. Separation further allows improved removal of toxic metabolites by providing space for said metabolites to move.
Разделительная секция дополнительно обеспечивает лучшее распределение питательной среды и, таким образом, питательных веществ внутри биореактора. Все клетки внутри биореактора в равной степени обеспечены питательной средой. Учитывая структурированную модель матрицы, предпочтительный путь питательной среды внутри биореактора не будет обеспечен. Это является улучшением по сравнению с неструктурированными матрицами предшествующего уровня техники, где создают предпочтительные пути для питательной среды при применении в биореакторе, когда неструктурированные носители перемещаются под воздействием потока питательной среды. Результатом является неоднородное распределение клеток.The separating section additionally provides a better distribution of the nutrient medium and thus nutrients within the bioreactor. All cells inside the bioreactor are equally provided with a nutrient medium. Given the structured matrix model, the preferred path of the growth medium within the bioreactor will not be provided. This is an improvement over prior art unstructured matrices which provide preferred growth media paths in bioreactor applications where the unstructured supports are driven by the flow of the growth medium. The result is a heterogeneous distribution of cells.
Чтобы обеспечить минимальный перепад давления и потерю объема, разделительная секция состоит из конструкции, включающей извилистый путь для потока клеток и жидкости. В одном варианте осуществления структура представляет собой сетку. Посредством применения сетчатой структуры для разделительной секции поддерживают минимальную толщину физического барьера, что обеспечивает постоянное давление и тем не менее достаточное пространство между соседними секциями иммобилизации.To ensure minimal pressure drop and volume loss, the separating section consists of a design incorporating a tortuous path for cell and fluid flow. In one embodiment, the structure is a mesh. Through the use of a mesh structure for the separating section, a minimum thickness of the physical barrier is maintained, which ensures a constant pressure and yet sufficient space between adjacent immobilization sections.
В варианте осуществления структура или размер ячейки разделительного слоя составляет от 0,05 мм до 5 мм. Выбор структуры или размера ячейки является важным, поскольку он в свою очередь влияет на баланс между обеспечением достаточного барьера между секциями иммобилизации, тем самым обеспечивая прохождение клетки и среды, обеспечивая при этом соответствующее давление в системе и достигая высокой плотности клеток. Отверстия в сетке или решетке могут иметь любую форму, например, круглую, эллиптическую, квадратную или прямоугольную. В варианте осуществления размер отверстий составляет по меньшей мере 0,05 мм, по меньшей мере 0,06 мм, по меньшей мере 0,08 мм, по меньшей мере 0,1 мм, по меньшей мере 0,15 мм, по меньшей мере 0,2 мм или по меньшей мере 0,25 мм. В другом или дополнительном варианте осуществления размер отверстий составляет не более 5 мм, не более 4,5 мм, не более 4 мм, не более 3,5 мм, не более 3 мм или любое значение, заключенное между вышеупомянутыми значениями.In an embodiment, the structure or cell size of the separating layer is between 0.05 mm and 5 mm. The choice of cell structure or size is important as it in turn affects the balance between providing a sufficient barrier between the immobilization sections, thereby allowing cell and media to pass through while maintaining adequate system pressure and achieving high cell density. The openings in the mesh or grid may be of any shape, such as round, elliptical, square or rectangular. In an embodiment, the hole size is at least 0.05 mm, at least 0.06 mm, at least 0.08 mm, at least 0.1 mm, at least 0.15 mm, at least 0 .2 mm or at least 0.25 mm. In another or additional embodiment, the hole size is 5 mm or less, 4.5 mm or less, 4 mm or less, 3.5 mm or less, 3 mm or less, or any value between the above values.
Следует понимать, что толщина разделительной секции, которая состоит из одного или более разделительных слоев, будет влиять на функционирование матричной конструкции. В варианте осуществления толщина разделительной секции составляет по меньшей мере 0,1 мм, более предпочтительно от 0,1 мм до 5 мм, более предпочтительно от 0,2 мм до 1 мм. В варианте осуществления толщина разделительной секции составляет от 0,25 до 0,6 мм, например, 0,4 мм или 0,5 мм.It should be understood that the thickness of the spacer section, which is comprised of one or more spacer layers, will affect the performance of the matrix structure. In an embodiment, the thickness of the separating section is at least 0.1 mm, more preferably 0.1 mm to 5 mm, more preferably 0.2 mm to 1 mm. In an embodiment, the thickness of the separating section is between 0.25 and 0.6 mm, such as 0.4 mm or 0.5 mm.
В варианте осуществления толщина разделительной секции в миллиметрах составляет по меньшей мере 0,1, по меньшей мере 0,2, по меньшей мере 0,3, по меньшей мере 0,4, по меньшей мере 0,5, по меньшей мере 0,6, по меньшей мере 0,7, по меньшей мере 0,8, по меньшей мере 0,9, по меньшей мере 1, по меньшей мере 1,1, по меньшей мере 1,2, по меньшей мере 1,3, по меньшей мере 1,4, по меньшей мере 1,5, по меньшей мере 1,6, по меньшей мере 1,7, по меньшей мере 1,8, по меньшей мере 1,9, по меньшей мере 2, по меньшей мере 2,1, по меньшей мере 2,2, по меньшей мере 2,3, по меньшей мере 2,4, по меньшей мере 2,5, по меньшей мере 2,6, по меньшей мере 2,7, по меньшей мере 2,8, по меньшей мере 2,9, по меньшей мере 3, по меньшей мере 3,1, по меньшей мере 3,2, по меньшей мере 3,4, по меньшей мере 3,5, по меньшей мере 3,6, по меньшей мере 3,7, по меньшей мере 3,8, по меньшей мере 3,9, по меньшей мере 4, по меньшей мере 4,1, по меньшей мере 4,2, по меньшей мере 4,3, по меньшей мере 4,4, по меньшей мере 4,5, по меньшей мере 4,6, по меньшей мере 4,7, по меньшей мере 4,8, по меньшей мере 4,9, по меньшей мере 5, по меньшей мере 5,5, по меньшей мере 6, по меньшей мере 6,5, по меньшей мере 7, по меньшей мере 7,5, по меньшей мере 8, по меньшей мере 8,5, по меньшей мере 9, по меньшей мере 9,5, по меньшей мере 10 или любое значение, заключенное между вышеупомянутыми значениями.In an embodiment, the thickness of the separation section in millimeters is at least 0.1, at least 0.2, at least 0.3, at least 0.4, at least 0.5, at least 0.6 , at least 0.7, at least 0.8, at least 0.9, at least 1, at least 1.1, at least 1.2, at least 1.3, at least at least 1.4, at least 1.5, at least 1.6, at least 1.7, at least 1.8, at least 1.9, at least 2, at least 2, 1, at least 2.2, at least 2.3, at least 2.4, at least 2.5, at least 2.6, at least 2.7, at least 2.8 , at least 2.9, at least 3, at least 3.1, at least 3.2, at least 3.4, at least 3.5, at least 3.6, at least at least 3.7, at least 3.8, at least 3.9, at least 4, at least 4.1, at least 4.2, at least 4.3, at least 4, 4, at least 4.5, by m less than 4.6, at least 4.7, at least 4.8, at least 4.9, at least 5, at least 5.5, at least 6, at least 6.5 , at least 7, at least 7.5, at least 8, at least 8.5, at least 9, at least 9.5, at least 10, or any value between the above values.
В дополнительном или альтернативном варианте осуществления толщина разделительной секции в миллиметрах составляет не более 1000, не более 950, не более 900, не более 850, не более 800, не более 750, не более 700, не более 650, не более 600, не более 550, не более 500, не более 450, не более 400, не более 350, не более 300, не более 250, не более 200, не более 190, не более 180, не более 170, не более 160, не более 150, не более 140, не более 130, не более 120, не более 110, не более 100, не более 95, не более 90, не более 85, не более 80, не более 75, не более 70, не более 65, не более 60, не более 55, не более 50, не более 45, не более 40, не более 35, не более 30 не более 25, не более 20, не более 15, не более 12 или любое значение, заключенное между вышеупомянутыми значениями.In a further or alternative embodiment, the thickness of the separation section in millimeters is 1000 or less, 950 or less, 900 or less, 850 or less, 800 or less, 750 or less, 700 or less, 650 or less, 600 or less, or less 550, max 500, max 450, max 400, max 350, max 300, max 250, max 200, max 190, max 180, max 170, max 160, max 150, no more than 140, no more than 130, no more than 120, no more than 110, no more than 100, no more than 95, no more than 90, no more than 85, no more than 80, no more than 75, no more than 70, no more than 65, no more 60, 55 max, 50 max, 45 max, 40 max, 35 max, 30 max 25 max, 20 max, 15 max, 12 max, or any value between the above values.
Толщина секции иммобилизации клеток в равной степени важна для функционирования системы. Секция иммобилизации клеток, которая имеет слишком большую толщину, приведет к плохо заселенной области, тогда как секция, которая является слишком тонкой, будет отрицательно влиять на доступную поверхность роста клеток, также отрицательно влияя на рост клеток. Предпочтительно толщина секции иммобилизации составляет от 0,1 мм до 15 мм, более предпочтительно от 0,1 мм до 10 мм, еще более предпочтительно от 1 до 5 мм или от 0,1 мм до 1 мм.The thickness of the cell immobilization section is equally important to the functioning of the system. A cell immobilization section that is too thick will result in a poorly populated area, while a section that is too thin will adversely affect the available cell growth surface, also adversely affecting cell growth. Preferably, the thickness of the immobilization section is 0.1 mm to 15 mm, more preferably 0.1 mm to 10 mm, even more preferably 1 to 5 mm or 0.1 mm to 1 mm.
Существует необходимость баланса между достаточным потоком клеток и среды между поверхностями роста клеток и достаточно большой поверхностью клеток для роста клеток. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что в идеальном случае соотношение между толщиной секции иммобилизации клетки и разделительной секции должно составлять по меньшей мере 0,1, и более предпочтительно от 0,1 до 5, еще более предпочтительно от 0,1 до 2, такое как, например, 1:1. Таким образом, потребности системы будут удовлетворены.There is a need for a balance between sufficient flow of cells and media between cell growth surfaces and a large enough cell surface for cell growth. The present inventors have found that, ideally, the ratio between the thickness of the cell immobilization section and the separation section should be at least 0.1, and more preferably 0.1 to 5, even more preferably 0.1 to 2, such as, for example, 1:1. Thus, the needs of the system will be satisfied.
В варианте осуществления отношение толщины секции иммобилизации к разделительной секции составляет по меньшей мере 0,1, по меньшей мере 0,2, по меньшей мере 0,3, по меньшей мере 0,4, по меньшей мере 0,5, по меньшей мере 0,6, по меньшей мере 0,7, по меньшей мере 0,8, по меньшей мере 0,9, по меньшей мере 1, по меньшей мере 1,1, по меньшей мере 1,2, по меньшей мере 1,3, по меньшей мере 1,4, по меньшей мере 1,5, по меньшей мере 1,6, по меньшей мере 1,7, по меньшей мере 1,8, по меньшей мере 1,9, по меньшей мере 2, по меньшей мере 2,1, по меньшей мере 2,2, по меньшей мере 2,3, по меньшей мере 2,4, по меньшей мере 2,5, по меньшей мере 2,6, по меньшей мере 2,7, по меньшей мере 2,8, по меньшей мере 2,9, по меньшей мере 3, по меньшей мере 4, по меньшей мере 5, по меньшей мере 6, по меньшей мере 7, по меньшей мере 8, по меньшей мере 9, по меньшей мере 10 или любое значение, заключенное между вышеупомянутыми значениями.In an embodiment, the ratio of the thickness of the immobilization section to the separation section is at least 0.1, at least 0.2, at least 0.3, at least 0.4, at least 0.5, at least 0 .6, at least 0.7, at least 0.8, at least 0.9, at least 1, at least 1.1, at least 1.2, at least 1.3, at least 1.4, at least 1.5, at least 1.6, at least 1.7, at least 1.8, at least 1.9, at least 2, at least 2.1, at least 2.2, at least 2.3, at least 2.4, at least 2.5, at least 2.6, at least 2.7, at least 2 .8, at least 2.9, at least 3, at least 4, at least 5, at least 6, at least 7, at least 8, at least 9, at least 10 or any value between the above values.
В дополнительном или альтернативном варианте осуществления отношение толщины секции иммобилизации к разделительной секции составляет не более 50, не более 45, не более 40, не более 35, не более 30, не более 25, не более 20, не более 19, не более 18, не более 17, не более 16, не более 15, не более 14, не более 13, не более 12, не более 11 или любое значение, заключенное между вышеупомянутыми значениями.In a further or alternative embodiment, the ratio of the thickness of the immobilization section to the separation section is at most 50, at most 45, at most 40, at most 35, at most 30, at most 25, at most 20, at most 19, at most 18, 17 max, 16 max, 15 max, 14 max, 13 max, 12 max, 11 max, or any value between the above.
Разделительные слои и/или слои для иммобилизации клеток, которые составляют соответственно разделительную секцию и секцию иммобилизации в матричной конструкции, предпочтительно выполнены из биосовместимого полимера, выбранного из полиэфира, полиэтилена, полипропилена, полиамида, обработанного плазмой полиэтилена, обработанного плазмой полиэфира, обработанного плазмой полипропилена или обработанного плазмой полиамида. Указанные слои могут быть гидрофильными или гидрофобными. Слои для иммобилизации клеток предпочтительно являются гидрофильными.The separation layers and/or the cell immobilization layers which constitute respectively the separation section and the immobilization section in the matrix structure are preferably made of a biocompatible polymer selected from polyester, polyethylene, polypropylene, polyamide, plasma-treated polyethylene, plasma-treated polyester, plasma-treated polypropylene, or plasma-treated polyamide. Said layers may be hydrophilic or hydrophobic. The cell immobilization layers are preferably hydrophilic.
Толщина обоих слоев предпочтительно составляет от 0,05 до 3 мм, более предпочтительно от 0,1 до 2 мм или от 0,1 до 1 мм.The thickness of both layers is preferably 0.05 to 3 mm, more preferably 0.1 to 2 mm or 0.1 to 1 mm.
Подходящий материал для слоя иммобилизации клеток может представлять собой тканый или нетканый материал. Предпочтительно применяют нетканый материал. Нетканый материал, в отличие от тканого материала, представляет собой полотно, которое создано не путем плетения или вязания и не требует преобразования волокон в пряжу. Нетканые материалы в широком смысле определяют как листовые или рулонные структуры, связанные друг с другом посредством переплетения волокон или нитей (и посредством перфорации пленок) механическим, термическим или химическим способом. Природа нетканого материала, применяемого в настоящей заявке, может быть любой, включая натуральные или синтетические волокна. Предпочтительно нетканый материал изготовлен из полимера, такого как полиэстер или полипропилен. Слои для иммобилизации клеток, применяемые в настоящем изобретении, могут быть выбраны из нетканого полиэтилентерефталата. Нетканый материал может быть обработан плазмой для улучшения адгезии клеток и потока.A suitable material for the cell immobilization layer may be a woven or non-woven material. Preferably, a non-woven material is used. Nonwoven fabric, unlike woven fabric, is a fabric that is not created by weaving or knitting and does not require the conversion of fibers into yarn. Nonwovens are broadly defined as sheet or roll structures bonded to each other by interlacing fibers or filaments (and by perforating films) mechanically, thermally or chemically. The nature of the nonwoven material used in this application can be any, including natural or synthetic fibers. Preferably, the nonwoven material is made from a polymer such as polyester or polypropylene. The cell immobilization layers used in the present invention may be selected from non-woven polyethylene terephthalate. The nonwoven fabric can be plasma treated to improve cell adhesion and flow.
Разделительные слои могут состоять из (биосовместимого) полимера с размером ячейки, как описано выше. В одном варианте осуществления разделительный слой представляет собой синтетическое тканое полотно или структуру. В другом варианте осуществления разделительный слой представляет собой несущую структуру. Такая структура может быть получена из биополимера (например, альгината). Другим подходящим материалом для этой задачи является диоксид кремния, полистирол, агароза, стирол-дивинилбензол, полиакрилонитрил или латекс.The separating layers may be composed of a (biocompatible) cell sized polymer as described above. In one embodiment, the release layer is a synthetic woven fabric or structure. In another embodiment, the separating layer is a carrier structure. Such a structure can be obtained from a biopolymer (eg alginate). Another suitable material for this task is silicon dioxide, polystyrene, agarose, styrene-divinylbenzene, polyacrylonitrile or latex.
Разделительный слой может быть обработан гамма-излучением для уменьшения бионагрузки.The separating layer can be treated with gamma radiation to reduce the bioburden.
Модель матричной конструкции может принимать различные формы в зависимости от применения и типа биореактора.The matrix design model can take various forms depending on the application and type of bioreactor.
В варианте осуществления настоящего изобретения секция иммобилизации и разделительная секция расположены поочередно. Поочередное расположение означает, что за каждой разделительной секцией следует секция иммобилизации клеток, за которой непосредственно следует разделительная секция. Секции, расположенные поочередно, могут чередоваться в вертикальном положении, как показано на фигурах (см. далее), или в горизонтальном положении в соответствии с применением матрицы и/или биореактора, в который будет введена матрица.In an embodiment of the present invention, the immobilization section and the separating section are arranged alternately. The sequencing means that each separation section is followed by a cell immobilization section, which is immediately followed by a separation section. Sections arranged alternately can alternate in a vertical position, as shown in the figures (see below), or in a horizontal position in accordance with the use of the matrix and/or the bioreactor into which the matrix will be introduced.
В данном варианте осуществления один или более слоев для иммобилизации клеток наложены на один или более разделительных слоев (или наоборот). Эта конфигурация может повторяться несколько раз, если это считается необходимым для создания блока из нескольких секций иммобилизации и разделительных секций. В идеальном случае конечная конфигурация может содержать от 1 до 500 чередований вышеописанных слоев. Уложенные друг на друга слои могут быть расположены в рамке или кассете, или запечатаны/соединены по своей окружности. В другом варианте осуществления полученный блок может быть свернут вокруг оси или сердечника для получения спиральной конфигурации.In this embodiment, one or more cell immobilization layers are superimposed on one or more separating layers (or vice versa). This configuration may be repeated several times if considered necessary to create a block of multiple immobilization sections and separating sections. Ideally, the final configuration may contain from 1 to 500 interlaces of the above layers. The stacked layers may be arranged in a frame or cassette, or sealed/bonded around their circumference. In another embodiment, the resulting block may be rolled around an axis or core to form a helical configuration.
Количество слоев, применяемых как в секции иммобилизации, так и в разделительной секции, может быть выбрано на основе применения, характеристик слоев (габариты, размер и т.д.) и желаемого результата. Следовательно, количество слоев в любой секции иммобилизации или разделительной секции может находиться в диапазоне от 1 до 20, более предпочтительно от 1 до 10, еще более предпочтительно от 1 до 5.The number of layers used in both the immobilization section and the separating section can be selected based on the application, the characteristics of the layers (dimensions, size, etc.) and the desired result. Therefore, the number of layers in any immobilization section or separating section can range from 1 to 20, more preferably 1 to 10, even more preferably 1 to 5.
Как уже упоминалось, наличие разделительных секций создает пространство внутри матрицы, через которое протекает питательная среда. Это обеспечивает улучшенную циркуляцию питательной среды через матрицу, тем самым достигая всех культивируемых клеток. Данный эффект является еще более сильным в варианте осуществления, в котором разделительная секция содержит один разделительный слой, а секция иммобилизации содержит два слоя иммобилизации. Питательная среда, протекающая внутри матрицы через разделительные секции, ориентирована тангенциально относительно секций иммобилизации клеток.As already mentioned, the presence of separating sections creates a space within the matrix through which the nutrient medium flows. This provides improved circulation of the growth medium through the matrix, thereby reaching all cultured cells. This effect is even stronger in the embodiment in which the separating section contains one separating layer and the immobilization section contains two immobilization layers. The nutrient medium flowing inside the matrix through the separating sections is oriented tangentially relative to the cell immobilization sections.
Разделительные секции улучшают жесткость матрицы благодаря жесткости разделительных слоев. Матрица в соответствии с любым вариантом осуществления изобретения может быть сжата любым способом, известным специалисту в данной области. Размер сжатой матрицы уменьшается максимально на 20%, предпочтительно максимально на 15%, более предпочтительно максимально на 10% по сравнению с размером несжатой матрицы.The spacer sections improve the rigidity of the matrix due to the rigidity of the spacer layers. The matrix in accordance with any embodiment of the invention can be compressed by any method known to the person skilled in the art. The size of the compressed matrix is reduced by a maximum of 20%, preferably by a maximum of 15%, more preferably by a maximum of 10% compared to the size of the uncompressed matrix.
В варианте осуществления одна поверхность по меньшей мере одного разделительного слоя или секции по меньшей мере частично не покрыта какими-либо слоями для иммобилизации клеток или другим слоем, или секцией. Секция с непокрытым слоем или слой предназначен для размещения в контакте с внутренней стенкой любого биореактора. Такая конструкция позволяет предотвратить поршневой эффект внутри биореактора.In an embodiment, one surface of at least one separating layer or section is at least partially not covered by any cell immobilization layers or another layer or section. The bare bed section or bed is designed to be placed in contact with the inner wall of any bioreactor. This design prevents the piston effect inside the bioreactor.
В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения матричная конструкция состоит из конфигурации одного или более слоев для иммобилизации клеток, как описано выше, образующих секцию иммобилизации, и одного или более разделительных слоев, как описано выше, образующих разделительную секцию, расположенных рядом с (например, выше и/или под) указанными слоями для иммобилизации клеток. Необязательно наслаивание можно повторять для формирования чередующейся конфигурации в форме блока из одного или более слоев для иммобилизации клеток и одного или более разделительных слоев. Указанную полученную конфигурацию впоследствии спирально или концентрически наматывают вдоль оси или сердечника. Толщина разделительной секции может составлять от 0,1 мм до 5 мм, более предпочтительно от 0,2 мм до 1 мм, тогда как толщина секции иммобилизации может составлять от 0,1 до 5 мм. Отношение толщины секции иммобилизации к толщине разделительной секции предпочтительно составляет от 1:2 до 2:1, наиболее предпочтительно 1:1. Хотя количество слоев для его достижения может быть изменено в зависимости от характеристик применяемых слоев и, таким образом, выбрано по усмотрению, как описано выше, было обнаружено, что хороший результат был достигнут при применении двух слоев для иммобилизации и одного разделительного слоя. Толщина разделительных и слоев для иммобилизации составляет от 0,05 до 3 мм, более предпочтительно от 0,1 до 2 мм или от 0,1 до 1 мм. Хотя материал слоя иммобилизации и разделительного слоя не следует рассматривать как ограничивающий, слой иммобилизации предпочтительно изготовляют из тканого или нетканого полотна, или материала, как описано выше для других вариантов осуществления. Упомянутый разделительный слой также может быть сформирован из тканого или нетканого материала и может содержать сетчатую структуру.In an alternative embodiment of the present invention, the matrix structure consists of a configuration of one or more cell immobilization layers, as described above, forming an immobilization section, and one or more separation layers, as described above, forming a separation section, located adjacent to (for example, above and /or under) the specified layers for immobilization of cells. Optionally, the layering can be repeated to form an alternating block-shaped configuration of one or more cell immobilization layers and one or more spacer layers. Said resulting configuration is subsequently helically or concentrically wound along the axis or core. The thickness of the separation section may be from 0.1 mm to 5 mm, more preferably from 0.2 mm to 1 mm, while the thickness of the immobilization section may be from 0.1 to 5 mm. The ratio of the thickness of the immobilization section to the thickness of the separation section is preferably 1:2 to 2:1, most preferably 1:1. Although the number of layers to achieve this can be varied depending on the characteristics of the layers used and thus chosen at will as described above, it has been found that a good result was achieved using two immobilization layers and one release layer. The thickness of the separating and immobilization layers is 0.05 to 3 mm, more preferably 0.1 to 2 mm or 0.1 to 1 mm. Although the material of the immobilization layer and the separation layer should not be considered limiting, the immobilization layer is preferably made from a woven or non-woven fabric, or material as described above for other embodiments. Said separating layer may also be formed from a woven or non-woven material and may comprise a mesh structure.
Предпочтительно наружный слой конструкции, который является стороной, обращенной к стенке биореактора при помещении в биореактор, представляет собой разделительный слой. Это предотвращает рост клеток у стенки реактора. Такие биореакторы можно нагревать, и рост клеток в этой области может повлиять на выход и/или качество клеток. В дополнительном варианте осуществления несколько разделительных слоев предусмотрены на внешней границе конструкции, опять же, для обеспечения хорошей изоляции. В другом или дополнительном варианте осуществления предусмотрен изоляционный слой, который выполнен из другого материала в отличие от разделительного слоя.Preferably, the outer layer of the structure, which is the side facing the wall of the bioreactor when placed in the bioreactor, is a separating layer. This prevents cells from growing against the wall of the reactor. Such bioreactors can be heated and cell growth in this area can affect cell yield and/or quality. In a further embodiment, several spacer layers are provided at the outer boundary of the structure, again to provide good insulation. In another or additional embodiment, an insulating layer is provided which is made of a different material than the separating layer.
Матричная конструкция является простой и воспроизводимой по сравнению с аналогами из предшествующего уровня техники. В настоящем изобретении дополнительно предложены масштабируемые матрицы, обеспечивая возможность простого получения матриц, имеющих конкретные размеры и/или поверхность роста клеток. Масштабируемость конструкции/матрицы по изобретению не влияет на однородность и/или качество обеспечиваемого потока питательной среды.The matrix design is simple and reproducible compared to prior art counterparts. The present invention further provides scalable matrices, allowing for easy production of matrices having specific cell dimensions and/or growth surfaces. The scalability of the design/matrix of the invention does not affect the uniformity and/or quality of the nutrient flow provided.
В другом аспекте в настоящем изобретении предложено применение конструкции/матрицы в соответствии с любым вариантом осуществления, описанным выше, для культивирования клеток.In another aspect, the present invention provides the use of a construct/matrix according to any embodiment described above for cell culture.
В другом аспекте в настоящем изобретении предложен биореактор, содержащий конструкцию или матрицу в соответствии с любым вариантом осуществления, описанным выше. Биореактор может содержать более одной конструкции или матрицы. В дополнительном варианте осуществления конструкция/матрица и/или биореактор, содержащий указанную матрицу, являются одноразовыми. Конструкция/матрица может быть расположена в биореакторе вертикально или горизонтально.In another aspect, the present invention provides a bioreactor comprising a construct or matrix according to any of the embodiments described above. The bioreactor may contain more than one construct or matrix. In an additional embodiment, the design/matrix and/or bioreactor containing said matrix are disposable. The structure/matrix can be positioned vertically or horizontally in the bioreactor.
Предпочтительно конструкция/матрица составляет по меньшей мере 10%, по меньшей мере 20%, по меньшей мере 30%, по меньшей мере 40% или по меньшей мере 50% от внутреннего пространства биореактора. Указанная матрица составляет не более 100%, не более 90%, не более 80%, не более 70% или не более 60% от внутреннего пространства биореактора.Preferably, the structure/matrix makes up at least 10%, at least 20%, at least 30%, at least 40%, or at least 50% of the interior of the bioreactor. The specified matrix is not more than 100%, not more than 90%, not more than 80%, not more than 70% or not more than 60% of the internal space of the bioreactor.
Биореактор может представлять собой биореактор любого типа, известный специалисту в данной области, такой как перфузионный биореактор, волновой биореактор, цилиндрический биореактор, вращающийся биореактор, биореактор с мешком, биореактор с подвижным слоем, биореактор с уплотненным слоем, биореактор с волокнистой загрузкой, мембранный биореактор, периодический биореактор или непрерывный биореактор. Биореактор может иметь любую форму и может быть изготовлен из любого материала, например, нержавеющей стали, стекла или пластика.The bioreactor can be any type of bioreactor known to the person skilled in the art, such as perfusion bioreactor, wave bioreactor, cylindrical bioreactor, rotary bioreactor, bagged bioreactor, moving bed bioreactor, packed bed bioreactor, fibrous bed bioreactor, membrane bioreactor, batch bioreactor or continuous bioreactor. The bioreactor may be of any shape and may be made of any material such as stainless steel, glass or plastic.
Предполагается, что настоящее изобретение не ограничено какой-либо формой реализации, описанной ранее, и что некоторые модификации могут быть добавлены в представленный пример без повторной оценки прилагаемой формулы изобретения.It is assumed that the present invention is not limited to any form of implementation described previously, and that some modifications can be added to the presented example without re-evaluating the appended claims.
ЧертежиBlueprints
На фигурах 1А и 1В показаны поперечные разрезы частей матричной конструкции в соответствии с двумя вариантами осуществления настоящего изобретения. Обеспечение одного или более разделительных слоев 3 или 3' между одним или более слоями 2 иммобилизации клеток (образующими секцию 10 иммобилизации) способствует возникновению турбулентности (показана черными стрелками) и случайного перпендикулярного потока (горизонтальные открытые стрелки). Конструкция образует канал для прохождения жидкости, который обеспечивает достаточное распределение потока при применении в неподвижном слое. Благодаря такой модели обеспечивают однородность потока жидкости, и, как следствие, ячейки в конструкции распределены в равной степени однородно. При обеспечении разделения, создающего извилистый открытый путь, поток клеток и среды имеет возможность проходить по поверхности обоих слоев. Турбулентность будет продвигать клетки и среду глубже в слои для иммобилизации клеток. В целом, модель обеспечивает воспроизводимость и однородность при применении для получения клеток.Figures 1A and 1B show cross sections of parts of a matrix structure in accordance with two embodiments of the present invention. The provision of one or
На фигуре 1А изображен вариант осуществления, в котором разделительная секция 11 состоит из одного или более разделительных слоев 3, которые выполнены из сетчатого полотна. Примеры возможных сетчатых полотен, которые можно применять для этой цели, показаны на фигурах 4А-4D, демонстрирующих различные формы отверстий.Figure 1A shows an embodiment in which the
На фигуре 1B показан альтернативный вариант осуществления, в котором разделительная секция выполнена из сферических или почти сферических объектов, таких как шарики.Figure 1B shows an alternative implementation in which the separating section is made of spherical or nearly spherical objects such as balls.
И сетчатая структура, и шарики являются примерами структур или слоев, которые обеспечивают извилистый открытый путь, как описано выше.Both the mesh structure and the beads are examples of structures or layers that provide a tortuous open path as described above.
На фигурах 2А-2D показаны возможные схемы расположения ряда слоев для иммобилизации относительно разделительных слоев, которые соответственно составляют секцию 10 иммобилизации клеток и разделительную секцию 11.Figures 2A-2D show possible arrangements of a number of layers for immobilization relative to the separating layers, which respectively constitute the
Толщина каждой секции соответствует сумме толщин, содержащихся в ней слоев. В одном варианте осуществления разделительная секция 11 содержит один разделительный слой, а секция 10 иммобилизации клеток содержит два слоя иммобилизации клеток, как показано на фигурах 2А и 2В. В этой конфигурации по меньшей мере одна поверхность каждого слоя иммобилизации находится в контакте с одной поверхностью разделительного слоя. На фигурах 2С и 2D показаны альтернативные примеры, в которых разделительная секция 11 содержит один разделительный слой, и секция иммобилизации содержит три слоя иммобилизации.The thickness of each section corresponds to the sum of the thicknesses of the layers contained in it. In one embodiment, the
Разделительные секции и секция иммобилизации клеток могут иметь любую форму и могут иметь сходные размеры. Матрица может быть сформирована путем чередования различных секций, тем самым получая трехмерную (3D) матрицу. Указанная матрица может иметь любую геометрическую форму, такую как цилиндрическая, треугольная, прямоугольная или любая неправильная трехмерная форма. Матрица также может иметь другие формы, полученные путем дополнительного формирования трехмерной матрицы, например, сворачивания трехмерной матрицы для получения спирали.The separation sections and the cell immobilization section may be of any shape and may be of similar dimensions. The matrix can be formed by alternating different sections, thereby obtaining a three-dimensional (3D) matrix. Said matrix may have any geometric shape, such as cylindrical, triangular, rectangular, or any irregular three-dimensional shape. The matrix may also have other shapes obtained by further forming the 3D matrix, such as rolling the 3D matrix to form a helix.
Пример свернутой матрицы показан на фигурах 3А-3B, показывающих соответственно вид свернутой матрицы в перспективе и вид сверху. На этих фигурах показана матрица или конструкция, которая «свободно» свернута, чтобы проиллюстрировать спиральную структуру. Следует понимать, что степень сворачивания матрицы является переменной в зависимости от применения конструкции и/или желания пользователя. Конструкцию или матрицу плотно сворачивают в структуру, такую как спиральная структура, показанная на фигуре 3С.An example of a folded matrix is shown in Figures 3A-3B showing a perspective view and a plan view of the folded matrix, respectively. These figures show a matrix or design that is "loosely" coiled to illustrate the helical structure. It should be understood that the degree of matrix folding is variable depending on the application of the design and/or the desire of the user. The structure or matrix is tightly rolled into a structure such as the helical structure shown in Figure 3C.
На фигуре 3С показан вариант осуществления настоящего изобретения, в соответствии с которым один или несколько слоев 2 иммобилизации клеток примыкают к одному или нескольким разделительным слоям 3, выполненным из сетчатой структуры, и, в результате, при необходимости наслоение можно повторять несколько раз для достижения конфигурации в форме блока. Вариант осуществления, показанный на фигуре 3С, показан как впоследствии свернутый спирально или концентрически вдоль оси или сердечника, при условии, что все слои имеют плотную намотку. Примеры сетчатых структур приведены на фигурах 4А-4D (увеличенный вид). Предпочтительно, сетчатая структура, включенная в разделительные слои по настоящему изобретению, образует извилистый путь для протекания клеток и жидкости, когда они наслоены между двумя слоями иммобилизации. В качестве альтернативы можно применять другие разделительные структуры, которые образуют такие извилистые пути. Диаметр сердечника, длина и/или количество слоев будут в конечном итоге определять размер конструкции или матрицы. Предпочтительно толщина слоев составляет от 0,1 до 5 мм. В варианте осуществления, показанном на фигуре 3D, толщина слоев составляет от 0,25 до 0,7 мм, при этом два слоя иммобилизации клеток чередуются одним разделительным слоем. Предпочтительно внешний слой полученной спиральной конфигурации будет представлять собой один или несколько разделительных слоев. В качестве альтернативы, в качестве внешнего слоя может быть предусмотрен изолирующий слой, который отличается как от разделительного стоя, так и от слоя иммобилизации клеток. Разделительные слои предпочтительно представляют собой тканое сетчатое полотно с размером ячеек от 0,05 до 5 мм. Слои для иммобилизации клеток предпочтительно представляют собой нетканый материал.Figure 3C shows an embodiment of the present invention, according to which one or more
На фигурах 5 и 6 показаны соответственно стационарный биореактор и вращающийся биореактор, снабженный матричной конструкцией в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.Figures 5 and 6 show, respectively, a stationary bioreactor and a rotating bioreactor equipped with a matrix structure in accordance with embodiments of the present invention.
На фигурах 5 и 6 матрица, показанная на фигуре 3С, включена в камеры биореактора. В обоих вариантах осуществления поток клеток и среды будет проходить вдоль пути, созданного разделительными слоями.In figures 5 and 6, the matrix shown in figure 3C is included in the chambers of the bioreactor. In both embodiments, the flow of cells and media will follow the path created by the separation layers.
В варианте осуществления, показанном на фигуре 5, питательные среды и клетки протекают через матричную конструкцию в продольном направлении по поверхности разделительных слоев и слоев для иммобилизации (сверху вниз или снизу вверх).In the embodiment shown in Figure 5, media and cells flow through the matrix structure in a longitudinal direction over the surface of the separating and immobilization layers (top down or bottom up).
На фигуре 6 показан вращающийся биореактор, в котором матричная конструкция частично погружена в среду, и биореактор, и матрица вращаются вдоль своей оси. В этом варианте осуществления поток среды и клеток будет проходить в тангенциальном направлении вдоль поверхностей разделительного слоя и слоев для иммобилизации (по спиральной траектории).The figure 6 shows a rotating bioreactor, in which the matrix structure is partially immersed in the environment, and the bioreactor and the matrix rotate along their axis. In this embodiment, the flow of media and cells will be in a tangential direction along the surfaces of the separating layer and layers for immobilization (in a spiral path).
Claims (28)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BE2016/5839A BE1024733B1 (en) | 2016-11-09 | 2016-11-09 | CELL GROWTH MATRIX |
BEBE2016/5839 | 2016-11-09 | ||
PCT/EP2017/078775 WO2018087235A1 (en) | 2016-11-09 | 2017-11-09 | Cell growth matrix |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2019117758A RU2019117758A (en) | 2020-12-10 |
RU2019117758A3 RU2019117758A3 (en) | 2021-03-02 |
RU2785710C2 true RU2785710C2 (en) | 2022-12-12 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3948732A (en) * | 1973-05-31 | 1976-04-06 | Instrumentation Laboratory, Inc. | Cell culture assembly |
US6593136B1 (en) * | 2000-03-20 | 2003-07-15 | Geo-Centers, Inc. | Culturing cells in a chamber in a stack of chambers |
WO2011141512A2 (en) * | 2010-05-11 | 2011-11-17 | Artelis S.A. | Apparatus and methods for cell culture |
RU2571215C2 (en) * | 2014-01-17 | 2015-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ДЖИ-Групп" | Cell culture matrix |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3948732A (en) * | 1973-05-31 | 1976-04-06 | Instrumentation Laboratory, Inc. | Cell culture assembly |
US6593136B1 (en) * | 2000-03-20 | 2003-07-15 | Geo-Centers, Inc. | Culturing cells in a chamber in a stack of chambers |
WO2011141512A2 (en) * | 2010-05-11 | 2011-11-17 | Artelis S.A. | Apparatus and methods for cell culture |
RU2571215C2 (en) * | 2014-01-17 | 2015-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ДЖИ-Групп" | Cell culture matrix |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11827873B2 (en) | Cell growth matrix | |
CN113728085B (en) | Woven cell culture substrate | |
US5266476A (en) | Fibrous matrix for in vitro cell cultivation | |
JPH0829077B2 (en) | Matrices used for cell culture | |
JP2024513245A (en) | Cell culture sample collection substrate for fixed bed reactors | |
TWI774156B (en) | A carrier for cell biomass production and cell culture device comprising the same | |
RU2785710C2 (en) | Matrix structure for cell cultivation | |
US20240010972A1 (en) | Packed bed bioreactors with controlled zonal porosity | |
JP2024543930A (en) | Hybrid fixed-bed cell culture substrate and bioreactor | |
US20230242854A1 (en) | Tubular packed-bed cell culture vessels, systems, and related methods | |
US20240287431A1 (en) | Rolled cell culture substrates for fixed bed bioreactors with controlled perfusion zones | |
CN119895023A (en) | Rolled adherent cell culture substrate for uniform flow in fixed bed reactors | |
WO2025049667A1 (en) | Perfusion bioreactors and systems for large scale cell culture | |
CN118056002A (en) | Uniform cell culture substrate for fixed bed bioreactor | |
JP2006296367A (en) | Linear, membrane-like biodevices and bioreactors |