本發(fā)明大體上涉及用于接種和培養(yǎng)細(xì)胞的裝置、系統(tǒng)及方法，并且更具體地涉及使用構(gòu)造成適應(yīng)可擴(kuò)大的介質(zhì)體積的自動(dòng)細(xì)胞接種和培養(yǎng)系統(tǒng)來(lái)接種和培養(yǎng)細(xì)胞。

背景技術(shù)：

細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)在近幾十年間發(fā)展顯著，且通過(guò)擴(kuò)大各種細(xì)胞系和合成不同的相關(guān)生物分子而對(duì)治療應(yīng)用、臨床研究、藥物研究和開發(fā)、以及生物處理行業(yè)貢獻(xiàn)巨大。為了滿足治療應(yīng)用中的治療候選蛋白(諸如，單克隆抗體)或活細(xì)胞(諸如，哺乳動(dòng)物細(xì)胞系)的增長(zhǎng)的需求，用于培養(yǎng)大量細(xì)胞的大規(guī)模制造設(shè)備和高產(chǎn)量技術(shù)開發(fā)是非常需要的。

生物反應(yīng)器長(zhǎng)久以來(lái)實(shí)施為生物處理行業(yè)中用于細(xì)胞擴(kuò)增的優(yōu)選擴(kuò)大方法。從凍存的接種體的細(xì)胞擴(kuò)增中使用種子培育是開始大規(guī)模制造活動(dòng)的顯著過(guò)程步驟。對(duì)于制造生物治療藥物，保持細(xì)胞或生物分子的期望的質(zhì)量是關(guān)鍵的要求。從凍存的接種體的使用可直接地用于細(xì)胞擴(kuò)增起，種子培育擴(kuò)增顯著，這可確保期望的質(zhì)量。

在典型的種子培育擴(kuò)增過(guò)程中，細(xì)胞最初從凍存的小接種體(例如，1到2mL)培養(yǎng)。凍存的細(xì)胞解凍，且接種到培養(yǎng)器皿(諸如，T形燒瓶或轉(zhuǎn)瓶)中，且通過(guò)在受控的溫育下加入培養(yǎng)介質(zhì)來(lái)培養(yǎng)。為了達(dá)到期望的細(xì)胞數(shù)目，細(xì)胞通常分配在多個(gè)培養(yǎng)器皿中，隨后轉(zhuǎn)移至具有附加的生長(zhǎng)介質(zhì)的較大的培養(yǎng)器皿。將細(xì)胞轉(zhuǎn)移到多個(gè)器皿，添加生長(zhǎng)介質(zhì)和培養(yǎng)細(xì)胞的過(guò)程重復(fù)，直到獲得用于大規(guī)模生產(chǎn)的確定的細(xì)胞質(zhì)量，且最后細(xì)胞接種至生物反應(yīng)器，諸如用于WAVE Bioreactor^TM的Cellbag^TM，或具有單次使用的袋的用于XDR攪拌槽生物反應(yīng)器的Xcellerex^TM。然而，由于該過(guò)程需要大強(qiáng)度的勞動(dòng)和復(fù)雜的人工處理，且在使用多個(gè)培養(yǎng)器皿和重復(fù)的接種體轉(zhuǎn)移時(shí)產(chǎn)生污染風(fēng)險(xiǎn)，故當(dāng)前的種子培育擴(kuò)增過(guò)程是不利的。此外，擴(kuò)大期間缺少不同參數(shù)(諸如pH或溶解氧)的控制可導(dǎo)致細(xì)胞擴(kuò)增的分批的變化。此外，用于由凍存的細(xì)胞樣本的種子培養(yǎng)擴(kuò)增的現(xiàn)有工藝和設(shè)備需要受良好訓(xùn)練的人員。

在生物反應(yīng)器中，生物反應(yīng)器器皿中的介質(zhì)的體積變化將變化引入生物反應(yīng)器的內(nèi)部參數(shù)，諸如pH、DO或溫度，變化可通過(guò)具有補(bǔ)償介質(zhì)體積增加的器皿幾何形狀來(lái)補(bǔ)償，且因此簡(jiǎn)單的更穩(wěn)健控制器可用于保持系統(tǒng)參數(shù)。由于較大的體積變化，故諸如比例-積分-微分(PID)控制器的標(biāo)準(zhǔn)控制器的控制性能可能不足。因此，需要開發(fā)出一種用于不同規(guī)模下的種子培育擴(kuò)增的穩(wěn)健的系統(tǒng)和工藝，其提供參數(shù)和培養(yǎng)條件的優(yōu)化，以最小人為干預(yù)達(dá)成所需的產(chǎn)量和期望的性質(zhì)，且確保平穩(wěn)擴(kuò)大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種生物反應(yīng)器，其中生物反應(yīng)器包括用于通過(guò)加入細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)來(lái)接種和培養(yǎng)細(xì)胞的培養(yǎng)器皿，其中培養(yǎng)器皿至少包括側(cè)壁和底面、比熱傳遞面積和比氣體傳遞面積；其中培養(yǎng)器皿構(gòu)造成容納達(dá)到10升的細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)體積，以及其中比熱傳遞面積和比氣體傳遞面積是恒定的，且由此獨(dú)立于細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)體積。

在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種套件，其中套件包括一個(gè)或更多個(gè)一次性管路，以及生物反應(yīng)器，其包括：用于通過(guò)加入細(xì)胞和細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)來(lái)接種和培養(yǎng)細(xì)胞的培養(yǎng)器皿，其中培養(yǎng)器皿至少包括側(cè)壁和底壁，構(gòu)造成通過(guò)保持比熱傳遞面積和比氣體傳遞面積來(lái)容納10ml到10升之間的體積的細(xì)胞培養(yǎng)體積，而不引入生物反應(yīng)器動(dòng)態(tài)的顯著變化，其中比熱傳遞面積和比氣體傳遞面積恒定，且由此獨(dú)立于細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)體積；以及比熱傳遞面積和比氣體傳遞面積由公式1和2限定：

(1)

(2)。

在又一個(gè)實(shí)施例中，一種用于培養(yǎng)細(xì)胞的方法包括提供生物反應(yīng)器，其包括：用于通過(guò)加入細(xì)胞和細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)來(lái)接種和培養(yǎng)細(xì)胞的培養(yǎng)器皿，其中培養(yǎng)器皿至少包括側(cè)壁和底面、比熱傳遞面積和比氣體傳遞面積；以及其中培養(yǎng)器皿構(gòu)造成容納10ml到10升之間的體積的細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)，以及其中比熱傳遞面積和比氣體傳遞面積是恒定的，且由此獨(dú)立于細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)體積；將細(xì)胞接種至培養(yǎng)器皿；將第一體積的細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)加入培養(yǎng)器皿；在培養(yǎng)器皿中培養(yǎng)細(xì)胞來(lái)達(dá)到期望的細(xì)胞密度，以及加入第二體積的細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)來(lái)用于在預(yù)定水平下增大細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)的體積以達(dá)到期望的細(xì)胞密度，其中生物反應(yīng)器動(dòng)態(tài)通過(guò)在培養(yǎng)介質(zhì)的不同體積下保持比熱傳遞面積和比氣體傳遞面積恒定來(lái)保持受最小影響。

附圖說(shuō)明

在參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本公開內(nèi)容的這些及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，附圖中相似的標(biāo)號(hào)表示附圖各處相似的部分，在附圖中：

圖1A為按照本說(shuō)明書的一個(gè)實(shí)施例的培養(yǎng)器皿的簡(jiǎn)圖；

圖1B為按照本說(shuō)明書的一個(gè)實(shí)施例的離散培養(yǎng)器皿設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)圖；

圖2為按照本說(shuō)明書的一個(gè)實(shí)施例的培養(yǎng)器皿的周邊設(shè)計(jì)的截面頂視圖的簡(jiǎn)圖；

圖3呈現(xiàn)了示出按照本說(shuō)明書的一個(gè)實(shí)施例的隨使用具有圓柱形、圓錐形或外擴(kuò)形的不同培養(yǎng)器皿的液體介質(zhì)的體積變化的比氣體傳遞面積的變化的圖表；

圖4呈現(xiàn)了示出按照本說(shuō)明書的一個(gè)實(shí)施例的隨具有圓柱形、圓錐形、外擴(kuò)形或具有波狀壁設(shè)計(jì)(花形)的外擴(kuò)形的培養(yǎng)器皿中的液體介質(zhì)的體積變化的比熱傳遞面積的變化的圖表；

圖5呈現(xiàn)出了按照本說(shuō)明書的一個(gè)實(shí)施例的隨使用圓柱形的培養(yǎng)器皿和具有波狀壁(花形)設(shè)計(jì)的外擴(kuò)形狀的器皿的培養(yǎng)介質(zhì)的體積的變化的熱傳遞的時(shí)間常數(shù)測(cè)量(τ)的圖表；

圖6A和6B分別呈現(xiàn)出了按照本說(shuō)明書的一個(gè)實(shí)施例的隨圓柱形和具有波狀壁(花形)設(shè)計(jì)的外擴(kuò)形狀的培養(yǎng)器皿中的培養(yǎng)介質(zhì)的體積變化的氧氣傳遞的時(shí)間常數(shù)測(cè)量(τ)的實(shí)驗(yàn)圖表和理論圖表；

圖7為按照本說(shuō)明書的一個(gè)實(shí)施例的包括蓋和不同構(gòu)件的培養(yǎng)器皿設(shè)計(jì)的截面視圖；

圖8A為按照本說(shuō)明書的一個(gè)實(shí)施例的用于培養(yǎng)器皿中的葉輪的前視圖的簡(jiǎn)圖；

圖8B為按照本說(shuō)明書的一個(gè)實(shí)施例的包括圖8A的位于中心的葉輪的培養(yǎng)器皿的截面?zhèn)纫晥D；

圖8C為按照本說(shuō)明書的一個(gè)實(shí)施例的包括圖8A的位于中心的葉輪的培養(yǎng)器皿的截面前視圖；

圖9為按照本說(shuō)明書的方面的包括磁性攪拌器、進(jìn)料端口、采樣端口和氣體過(guò)濾端口的具有蓋的細(xì)胞培養(yǎng)器皿的透視圖；

圖10為示出按照本說(shuō)明書的一個(gè)實(shí)施例的位于中心的葉輪、傳感器、采樣路徑、側(cè)加熱器、排氣冷凝器、蓋加熱器、磁性攪拌器的位置的培養(yǎng)器皿的截面?zhèn)纫晥D；

圖11為按照本說(shuō)明書的一個(gè)實(shí)施例的具有設(shè)置在器皿的蓋上的雙門罩的細(xì)胞培養(yǎng)器皿的截面透視圖；

圖12為按照本說(shuō)明書的一個(gè)實(shí)施例的具有設(shè)置在器皿的蓋上的雙門罩的細(xì)胞培養(yǎng)器皿的截面透視圖；

圖13為按照本技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例的組裝生物反應(yīng)器系統(tǒng)的方法的簡(jiǎn)圖；

圖14為按照本說(shuō)明書的一個(gè)實(shí)施例的接種和培養(yǎng)細(xì)胞的方法的示例性流程圖的簡(jiǎn)圖。

具體實(shí)施方式

本說(shuō)明書的實(shí)施例涉及用于從接種體開始的自動(dòng)細(xì)胞接種和細(xì)胞擴(kuò)增的裝置、系統(tǒng)和方法。在某些實(shí)施例中，自動(dòng)細(xì)胞擴(kuò)增使用用于細(xì)胞的種子培育擴(kuò)增來(lái)達(dá)成。在一些實(shí)施例中，用于自動(dòng)細(xì)胞擴(kuò)增的裝置、系統(tǒng)和方法還可包括從凍存的細(xì)胞樣本開始到培養(yǎng)器皿的自動(dòng)接種體轉(zhuǎn)移。在一個(gè)實(shí)例中，哺乳動(dòng)物細(xì)胞群體可使用本說(shuō)明書的裝置、系統(tǒng)和方法擴(kuò)增。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，提供了生物反應(yīng)器，其中生物反應(yīng)器包括用于通過(guò)加入細(xì)胞和細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)來(lái)接種和培養(yǎng)細(xì)胞的培養(yǎng)器皿。培養(yǎng)器皿可至少包括側(cè)壁和底面。培養(yǎng)器皿構(gòu)造成通過(guò)保持比熱傳遞面積和比氣體傳遞面積來(lái)容納20ml到10升之間的體積的細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)，其中比熱傳遞面積和比氣體傳遞面積獨(dú)立于細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)體積。

培養(yǎng)器皿可包括用于接種細(xì)胞，隨后通過(guò)加入培養(yǎng)介質(zhì)來(lái)在同一器皿中培養(yǎng)細(xì)胞的器皿或容器。如圖1A中所示，培養(yǎng)器皿10的一個(gè)實(shí)施例至少包括側(cè)壁20和底面22。器皿包括周邊24。細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)的頂面面積可在本文中稱為器皿的高度"h₀"處的氣體傳遞面積(GTA)26。細(xì)胞培養(yǎng)器皿可包括內(nèi)表面28和外表面20。在細(xì)胞培養(yǎng)期間與培養(yǎng)介質(zhì)接觸的器皿的表面面積可在本文中稱為高度"h₀"處的熱傳遞面積(HTA)29。

培養(yǎng)器皿可設(shè)計(jì)成適應(yīng)器皿中的介質(zhì)體積的顯著變化，這不會(huì)影響生物反應(yīng)器動(dòng)態(tài)。用語(yǔ)"生物反應(yīng)器動(dòng)態(tài)"描述生物反應(yīng)器的內(nèi)部參數(shù)相對(duì)于外部參數(shù)變化多快。例如，在加熱毯溫度變化時(shí)，存在于生物反應(yīng)器器皿中的介質(zhì)的溫度相應(yīng)地變化。此外，生物反應(yīng)器系統(tǒng)是復(fù)雜的工程裝置，其需要控制多個(gè)參數(shù)，以便保持有益于細(xì)胞生長(zhǎng)的環(huán)境。細(xì)胞培養(yǎng)的顯著參數(shù)包括pH、溶解氧(DO)、溫度、混合/攪拌速度和時(shí)間常數(shù)。

如所述，在一些實(shí)施例中，培養(yǎng)器皿可設(shè)計(jì)成適應(yīng)細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)體積的顯著變化，而不會(huì)將顯著變化引入生物反應(yīng)器動(dòng)態(tài)中。例如，培養(yǎng)器皿可適應(yīng)大約1000x的體積增長(zhǎng)，而不將顯著變化引入生物反應(yīng)器動(dòng)態(tài)中。如所述，培養(yǎng)器皿可構(gòu)造成適應(yīng)1ml到100升之間的體積的細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)。在一些實(shí)施例中，培養(yǎng)器皿構(gòu)造成適應(yīng)10ml到10升之間的體積的細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)。在一些實(shí)施例中，培養(yǎng)器皿構(gòu)造成適應(yīng)20ml到5升之間的細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)體積。在一些其它實(shí)施例中，培養(yǎng)器皿構(gòu)造成適應(yīng)50 ml到1.5L之間的細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)體積。在這些實(shí)施例中，生物反應(yīng)器動(dòng)態(tài)可通過(guò)保持恒定或接近恒定的比熱傳遞面積和比氣體傳遞面積來(lái)保持恒定或接近恒定，而不管培養(yǎng)器皿中的體積變化。

"多規(guī)模(multi-scale)"或"可多規(guī)模(multi-scaleable)"的生物反應(yīng)器限定為其比熱傳遞面積和比氣體傳遞面積恒定或接近恒定的生物反應(yīng)器，由此不隨體積變化而變化。多規(guī)模的生物反應(yīng)器可用于各種體積范圍內(nèi)的細(xì)胞生長(zhǎng)，而不同于通常需要針對(duì)不同體積范圍設(shè)計(jì)的多個(gè)器皿來(lái)產(chǎn)生最佳或接近最佳的細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境的反應(yīng)器。生物反應(yīng)器可在本文中互換地稱為種子培育生物反應(yīng)器或可多規(guī)模的生物反應(yīng)器，其稱為適應(yīng)培養(yǎng)介質(zhì)的體積范圍而不影響培養(yǎng)器皿的比熱傳遞面積和比氣體傳遞面積的生物反應(yīng)器?？啥嘁?guī)模的生物反應(yīng)器在種子培育過(guò)程期間消除了用于多個(gè)通路的多個(gè)容器(諸如細(xì)胞培養(yǎng)燒瓶或滾瓶)的使用，且簡(jiǎn)化該過(guò)程。當(dāng)需要大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，生物反應(yīng)器允許培養(yǎng)介質(zhì)的擴(kuò)大。在一些實(shí)施例中，培養(yǎng)器皿構(gòu)造成適應(yīng)可擴(kuò)大的細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)體積，其中器皿通過(guò)多次或連續(xù)地(取決于處理要求)加入介質(zhì)來(lái)允許培養(yǎng)介質(zhì)的體積擴(kuò)大，而不影響比熱傳遞面積和比氣體傳遞面積。例如，細(xì)胞接種可從具有細(xì)胞的10ml培養(yǎng)介質(zhì)開始，且介質(zhì)體積可增加至50ml、100ml、500ml、1升或10升來(lái)擴(kuò)大培養(yǎng)介質(zhì)來(lái)使大量細(xì)胞生長(zhǎng)。在另一個(gè)實(shí)例中，細(xì)胞接種可從具有細(xì)胞的50mL的培養(yǎng)介質(zhì)開始，且介質(zhì)可從50mL增加至100mL、200mL、400mL、800mL和1.6L。在這些實(shí)例中，細(xì)胞接種可從具有細(xì)胞的50mL的培養(yǎng)介質(zhì)開始，且介質(zhì)體積可在細(xì)胞數(shù)目增加到兩倍時(shí)相對(duì)于初始介質(zhì)體積也增大到兩倍來(lái)用于擴(kuò)大培養(yǎng)介質(zhì)。當(dāng)細(xì)胞數(shù)目增加到兩倍時(shí)，將介質(zhì)成比例地(可為2X)加入數(shù)目增加的細(xì)胞，細(xì)胞密度調(diào)整到相同初始細(xì)胞密度。該步驟可重復(fù)一次或更多次來(lái)擴(kuò)大培養(yǎng)，以生長(zhǎng)大量細(xì)胞。比熱傳遞面積和比氣體傳遞面積可為恒定的，且由此獨(dú)立于以上實(shí)例的細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)體積。

氣體傳遞面積GTA在總介質(zhì)體積為'V'時(shí)限定為培養(yǎng)器皿中存在的培養(yǎng)介質(zhì)的頂面面積。介質(zhì)的頂面面積與混合氣體接觸，且能夠經(jīng)由頂面面積交換氣體。GTA可隨介質(zhì)體積(V)變化。比氣體傳遞面積sGTA限定為氣體傳遞面積(GTA)和總培養(yǎng)介質(zhì)體積(V)之比。比氣體傳遞面積影響氣體傳遞動(dòng)態(tài)，且因此生物反應(yīng)器中的pH和溶解氧(DO)調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)，因?yàn)閜H和DO經(jīng)由從生物反應(yīng)器頂部空間到細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)的CO₂和O₂氣體傳遞控制。

熱傳遞面積HTA限定為器皿與介質(zhì)的接觸面積，經(jīng)由其，熱通量流入器皿的培養(yǎng)介質(zhì)中，或熱通量從培養(yǎng)介質(zhì)流出到器皿外。如果加熱毯用于加熱器皿和/或介質(zhì)，則與體積'V'下的介質(zhì)接觸的器皿的側(cè)表面面積或側(cè)壁為HTA。HTA可隨介質(zhì)體積(V)變化而變化。比熱傳遞面積sHTA限定為熱傳遞面積(HTA)與總介質(zhì)體積(V)之比。比熱傳遞面積影響熱傳遞動(dòng)態(tài)，且因此可影響生物反應(yīng)器中的溫度調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)。

可多規(guī)模的生物反應(yīng)器可設(shè)計(jì)成在不同體積下保持兩個(gè)參數(shù)恒定：比熱傳遞面積和比氣體傳遞面積。如所述，sGTA和sHTA分別限定為GTA/V和HTA/V。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，比熱傳遞面積可由方程1表示，且比氣體傳遞面積可由方程2表示

(1)

(2)。

sGTA和sHTA是重要的參數(shù)，其可確定動(dòng)態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)于氣體供應(yīng)、細(xì)胞培養(yǎng)代謝物產(chǎn)生、和加熱器溫度、和環(huán)境溫度的給定變化所需的時(shí)間。器皿可設(shè)計(jì)成在各種介質(zhì)體積或一定范圍的介質(zhì)體積下具有恒定的sGTA和sHTA；其中器皿的動(dòng)態(tài)特征可在操作時(shí)段期間不變，這使得系統(tǒng)簡(jiǎn)單且一致。

如果氣體傳遞面積限定為介質(zhì)高度'h'的函數(shù)GTA(h)，則介質(zhì)體積'V'可表示為：

。

使用比氣體傳遞面積的定義：

或者，。

如果器皿的周邊限定為P(h)(如圖1A中所示)，且與介質(zhì)接觸的器皿的側(cè)壁與高度'h'處的氣體傳遞表面(或液體表面)之間的角限定為，達(dá)到高度'h'的熱傳遞面積可表示為：

。

使用以上定義，比熱傳遞面積：

。

器皿可設(shè)計(jì)成滿足要求，使得sGTA(h)和sHTA(h)在大于初始體積的體積范圍內(nèi)是恒定的或接近恒定的，以便使處理體積獨(dú)立，這可包括GTA(h)和P(h)的設(shè)計(jì)。初始體積具有非零高度，且其確定對(duì)于sGTA和sHTA的目標(biāo)值。如果諸如正弦波的波動(dòng)函數(shù)疊加到P(h)上，則其在空間域中是周期性的，且時(shí)段內(nèi)的其面積和為零，可能獨(dú)立地設(shè)計(jì)GTA(h)和P(h)。將波動(dòng)函數(shù)獨(dú)立地加至器皿的周邊而不改變GTA或sGTA的能力是有利的，因?yàn)槠涮峁┝巳缓螵?dú)立地增大或減小HTA或sHTA而不影響GTA或sGTA的能力。因此，器皿形狀可變?yōu)閱为?dú)地改變sGTA或sHTA，然而改變sGTA或sHTA兩者可能是不可能的。由于一個(gè)參數(shù)的增大通常導(dǎo)致另一個(gè)參數(shù)的減小，因而可采用器皿的設(shè)計(jì)，使得多個(gè)參數(shù)可獨(dú)立地設(shè)計(jì)，而不犧牲生物反應(yīng)器系統(tǒng)的性能。

GTA(h)和P(h)可設(shè)計(jì)成使得sGTA和sHTA對(duì)于在任何區(qū)間(0，無(wú)限)的高度h都保持恒定。三個(gè)步驟用于設(shè)計(jì)具有恒定sGTA和sHTA的此器皿，這在下文中示出。

在第一示例性步驟中，確定高度h處的GTA的氣體傳遞面積的設(shè)計(jì)。參看圖1A，高度"h₀"處的GTA(h)的設(shè)計(jì)可用于計(jì)算sGTA(h₀)或。h₀處的計(jì)算的sGTA可表示期望的高度范圍[h₀,h_max]內(nèi)的sGTA的目標(biāo)值，其中h_max表示器皿的可能最大高度。器皿可具有一些初始有限液體體積，以便計(jì)算GTA或sGTA，且sGTA的選擇值可表示獨(dú)立于體積支持期望的細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)態(tài)的值，且因此可用于所有器皿體積。在一些實(shí)施例中，器皿幾何形狀可設(shè)計(jì)成使得比氣體傳遞面積可在0.2到0.8cm^-1的范圍中。在非限制性實(shí)例中，其中描述區(qū)間[h₀,h_max]上的不同高度處的截面面積的基本函數(shù)具有帶不同半徑的圓形幾何形狀，具有圖1B中所示的截面。給定高度h處的半徑可確定為確保sGTA對(duì)于與給定半徑和高度相關(guān)聯(lián)的各個(gè)離散位置是恒定或接近恒定的。因此，如果足夠數(shù)目的離散高度點(diǎn)用于確定期望的高度范圍內(nèi)的圓形截面，且對(duì)于各個(gè)高度的計(jì)算的sGTA保持恒定，則sGTA也可對(duì)于與相關(guān)高度范圍相關(guān)聯(lián)的給定體積范圍保持恒定或接近恒定。此外，還可導(dǎo)出取決于高度的描述圓形截面的半徑的連續(xù)分析函數(shù)。分析函數(shù)具體提供了在區(qū)間[h₀,h_max]上的高度h的恒定sGTA值。因此，在第一設(shè)計(jì)步驟處，器皿的幾何形狀在相關(guān)高度范圍內(nèi)確定，使得sGTA恒定和接近恒定。

在第二設(shè)計(jì)步驟中，確定保持sHTA或?yàn)槌?shù)的高度'h'(圖1A)處的周邊P(h)的設(shè)計(jì)。在一些實(shí)施例中，器皿幾何形狀可設(shè)計(jì)成使得比熱傳遞面積可在0.4到1.2cm^-1的范圍中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到以下事實(shí)，簡(jiǎn)單的圓柱壁器皿對(duì)于高度h具有恒定sHTA，其中p(h)對(duì)于高度h限定為2*pi*r且對(duì)于高度h等于90°，其中高度h代表所有可能的高度h，且因此，圓柱壁器皿對(duì)于器皿中的所有可能的體積都具有恒定的sHTA。然而，具有簡(jiǎn)單圓柱壁幾何形狀的器皿將具有隨體積增大而減小的1/h形式的計(jì)算的sGTA。

從第一設(shè)計(jì)步驟繼續(xù)非限制性實(shí)例，高度'h'(在第一實(shí)例處設(shè)計(jì))處的圓形截面幾何形狀的半徑給出了基本周邊和周邊函數(shù)。周邊可以以一種方式改變，使得給定高度處的截面面積不變，但周邊的長(zhǎng)度可關(guān)于給定高度處的基本周邊增大或減小。此外，周邊可作為器皿高度的函數(shù)增大或減小。如果截面面積對(duì)于所有高度h都不受影響，則所有高度的計(jì)算的sGTA可保持不變。周邊的長(zhǎng)度或形狀可通過(guò)重疊給定頻率的周期函數(shù)來(lái)改變，且周期函數(shù)的大小可取決于高度，且由此取決于器皿中的體積。

在第三設(shè)計(jì)步驟中，培養(yǎng)器皿的三維形狀可使用來(lái)自第一設(shè)計(jì)步驟的sGTA(h)和來(lái)自第二設(shè)計(jì)步驟的P(h)來(lái)確定。器皿設(shè)計(jì)可考慮保持在恒定值下的器皿參數(shù)sGTA和sHTA來(lái)確定。更具體而言，給定描述區(qū)間[h₀,h_max]上的不同高度處的截面面積的基本函數(shù)，區(qū)間[h₀,h_max]上的不同高度處的器皿的形狀可確定成使得sGTA對(duì)于區(qū)間[h₀,h_max]上的不同高度處的液體體積恒定。給定不同高度處的截面的形狀(以離散點(diǎn)或以分析函數(shù)描述)，對(duì)周邊(以離散點(diǎn)或以分析函數(shù)描述)的改變可確定成使得sHTA也在區(qū)間[h₀,h_max]上對(duì)于器皿內(nèi)的不同高度處的液體體積保持恒定。在從第二設(shè)計(jì)步驟的非限制性實(shí)例的延續(xù)中，具有隨參數(shù)h變化的幅度且具有恒定頻率的正弦函數(shù)可乘以描述圓形周邊的函數(shù)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，器皿的高度和寬度分別優(yōu)化成4.5英寸(11.4cm)和14英寸(35.6cm)，其中如圖1A中所示，側(cè)壁幾何形狀滿足從區(qū)間[h₀,h_max]上的所有高度h的恒定sGTA和sHTA的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到以下事實(shí)，可滿足器皿的高度內(nèi)和器皿的周邊內(nèi)的離散點(diǎn)處的恒定sGTA和sHTA的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。此外，任何函數(shù)或近似值可在離散設(shè)計(jì)點(diǎn)之間使用。然而，在極限中(即，具有足夠離散的設(shè)計(jì)點(diǎn))，離散設(shè)計(jì)的器皿可基本類似于使用上述步驟設(shè)計(jì)的器皿。

可確定不變的動(dòng)態(tài)器皿的設(shè)計(jì)，其中器皿的氣體傳遞面積(GTA)和熱傳遞面積(HTA)對(duì)于大于設(shè)計(jì)的初始或開始體積的所有體積都同時(shí)保持恒定。對(duì)于氣體傳遞和熱傳遞的不變的動(dòng)態(tài)，參數(shù)GTA(h)和P(h)可確定成使得以下參數(shù)對(duì)于大于開始體積的所有體積都是恒定的：

1)以及

2)。

器皿可包括任何可能形狀的底座，諸如圓形、三角形、正方形或矩形。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，器皿可設(shè)計(jì)成在相關(guān)體積范圍內(nèi)的離散點(diǎn)處具有恒定或接近恒定的sGTA。由于體積范圍內(nèi)的附加點(diǎn)可加入離散形狀，因而器皿的形狀可由基本函數(shù)形狀、期望的sGTA和初始體積來(lái)確定。半徑和高度的函數(shù)使得sGTA和sHTA兩者對(duì)于界限[h_min到h_max]上的h的范圍是恒定的，其中h_min不等于零。

在一個(gè)實(shí)施例中，給定器皿的設(shè)計(jì)的圓形幾何形狀的基本函數(shù)，高度可由函數(shù)表示，且高度h_k處的半徑可由函數(shù)表示。

參數(shù)h₀和r₀帶來(lái)初始或開始體積V₀，其中

其中，給定初始體積作為給定sGTA和sHTA。就以此方式限定的hk和rk的函數(shù)而言，sGTA和sHTA可對(duì)于加入初始液體體積的任何給定液體體積都是相同的。給定hk和rk，氣體傳遞面積、介質(zhì)體積、熱傳遞面積、比氣體傳遞面積和比熱傳遞面積分別為：

;

,

以及

。

在器皿設(shè)計(jì)的另一個(gè)實(shí)例中，器皿的周邊P(h)可構(gòu)造成使得其滿足不變的熱傳遞動(dòng)態(tài)要求。對(duì)于大于h₀的所有h，將用于加熱的器皿側(cè)壁的表面面積由高度h處的周邊P(h)確定。為了改變周邊使得滿足不變的熱傳遞動(dòng)態(tài)的要求，任何周期函數(shù)都可加至側(cè)表面，而不干擾如上文所述的不變的氣體傳遞設(shè)計(jì)。圖2中示出了應(yīng)用于周邊P(h)的一個(gè)此周期函數(shù)。

在一個(gè)實(shí)施例中，P(h)可限定為使得：

其中a_i為第i高度處的周邊的比例因子，且可遞歸地計(jì)算，

，

其中，sHTA認(rèn)作是恒定的。

用于細(xì)胞種子培育擴(kuò)增的可多規(guī)模的生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)使用以上計(jì)算來(lái)確定。以上計(jì)算和hk,rk和P(h)的函數(shù)形式可導(dǎo)致如圖1A中所示的培養(yǎng)器皿的花狀形狀，具有如圖2中所示的波狀周邊24。此外，恒定的sGTA和sHTA可對(duì)于加入包含填充至水平h₀(這存在于過(guò)程開始)的初始液體體積的器皿的增加的液體體積同時(shí)地達(dá)成。

不同形狀的普通培養(yǎng)器皿可用于示出與試圖同時(shí)地達(dá)成獨(dú)立于體積的比氣體傳遞面積和比熱傳遞面積相關(guān)聯(lián)的典型設(shè)計(jì)約束。根據(jù)定義，如圖3中所示，比氣體傳遞面積隨圓柱形培養(yǎng)器皿32的體積增大而減小，因?yàn)閳A柱形器皿的氣體傳遞面積不隨體積增大而增大。在圓錐形器皿34的情況中，比氣體傳遞面積總是隨體積增大而減小(圖3)。對(duì)于使用上述第一設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)的外擴(kuò)形狀的器皿36，比氣體傳遞面積隨體積增大而保持恒定(圖3)，因?yàn)橥鈹U(kuò)形狀的器皿的氣體傳遞面積隨體積增大而增大。

普通培養(yǎng)器皿形狀和作為體積的函數(shù)的相關(guān)聯(lián)的比熱傳遞面積也在圖4中示出。如圖4中所示，外擴(kuò)開口器皿36的比熱傳遞面積隨體積減小，因?yàn)橥鈹U(kuò)形狀的器皿的熱傳遞面積不會(huì)與增大的體積成相同比例增大。為了使比氣體傳遞面積和比熱傳遞面積兩者相對(duì)于體積變化恒定，使用上述第二設(shè)計(jì)步驟的波狀特征設(shè)計(jì)可加到外擴(kuò)開口設(shè)計(jì)36上，以提供附加熱傳遞面積而不改變體積或氣體傳遞面積。這可導(dǎo)致花狀形狀的器皿10(圖4)，其也在圖1A中示出。花形(具有波狀壁設(shè)計(jì)的外擴(kuò)形)培養(yǎng)器皿10(圖1A和圖4)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生相對(duì)于體積變化的不變的比氣體傳遞面積和不變的比熱傳遞面積。通過(guò)保持培養(yǎng)器皿的設(shè)計(jì)中的不變的比熱傳遞面積和比氣體傳遞面積，體積不變的熱傳遞和氣體傳遞動(dòng)態(tài)在不同體積規(guī)模下達(dá)成?；ㄐ纹髅?0的側(cè)壁可具有外擴(kuò)形狀，通常具有比底部更寬的頂部，且具有波紋，其可從底面延伸到頂部周邊24。生物反應(yīng)器40通常附接到頂部周邊上。

如圖4中所示，花形10和圓柱形32器皿都具有與體積變化相關(guān)聯(lián)的不變的熱傳遞動(dòng)態(tài)，或更具體而言，都具有對(duì)于相關(guān)體積恒定的sHTA。此外，熱傳遞動(dòng)態(tài)通過(guò)測(cè)量不同體積下的溫度變化時(shí)間常數(shù)τ來(lái)針對(duì)器皿的各個(gè)設(shè)計(jì)測(cè)量。相比于如圖5A中所示的圓柱形器皿，如圖5B中所示，τ對(duì)于花形器皿是接近不變的。較低體積(圖5A和5B)下τ的略微減小歸因于導(dǎo)致器皿底部處的熱損失的不完美絕熱。如所述，表示特定系統(tǒng)可響應(yīng)于變化的時(shí)間的時(shí)間常數(shù)τ通常等于指定參數(shù)變化1-1/e(大約0.6321)的因子花費(fèi)的時(shí)間。換言之，其花費(fèi)系統(tǒng)的時(shí)間量相當(dāng)于階梯變化的63%。

溫度(T)、pH和溶解氧(DO)可認(rèn)作是在自動(dòng)種子培育生物反應(yīng)器中培養(yǎng)細(xì)胞的三個(gè)顯著的環(huán)境參數(shù)。比氣體傳遞面積關(guān)于氣體傳遞動(dòng)態(tài)。比熱傳遞面積關(guān)于熱傳遞動(dòng)態(tài)。在一些實(shí)施例中，生物反應(yīng)器構(gòu)造成在操作期間保持用于恒定的溫度、pH、溶解氧或它們的組合的設(shè)置點(diǎn)。在一些其它實(shí)施例中，溫度、pH和溶解氧的設(shè)置點(diǎn)可在培養(yǎng)過(guò)程期間變化。諸如溫度、pH和溶解氧的參數(shù)可在生物反應(yīng)器中主動(dòng)地控制。

培養(yǎng)介質(zhì)的pH可通過(guò)從培養(yǎng)介質(zhì)或至培養(yǎng)介質(zhì)的CO₂氣體傳遞來(lái)控制。在一些實(shí)施例中，生物反應(yīng)器還包括一個(gè)或更多個(gè)pH傳感器和/或溶解氧傳感器。在又一個(gè)實(shí)施例中，將酸或堿加入培養(yǎng)器皿的培養(yǎng)介質(zhì)中，介質(zhì)的pH也可調(diào)整到期望的pH值。細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程產(chǎn)量通常在最佳pH下最大，這是細(xì)胞接種和細(xì)胞培養(yǎng)期間期望保持的。

存在于介質(zhì)中的溶解氧還可通過(guò)從培養(yǎng)介質(zhì)或至培養(yǎng)介質(zhì)的O₂氣體傳遞來(lái)控制。如提到的溶解氧，"溶解氧"是指給定介質(zhì)中溶解或攜帶的氧量的相對(duì)量度，且溶解氧的量可按百分比表示。氣體傳遞動(dòng)態(tài)通過(guò)在恒定攪拌速度下測(cè)量隨生物反應(yīng)器頂部空間O₂百分比的變化的DO(溶解氧)變化來(lái)測(cè)量，產(chǎn)生了時(shí)間常數(shù)τ。對(duì)于不同體積的培養(yǎng)介質(zhì)下的溶解氧的時(shí)間常數(shù)τ的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(圖6A)和理論預(yù)測(cè)(圖6B)在使用花形器皿中幾乎是相同的，但對(duì)于圓柱形器皿，顯著取決于的體積，這在圖6A和6B中示出。

如上文所述，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生了以下推斷：花形培養(yǎng)器皿(圖1A)可包括確保在器皿中的體積范圍內(nèi)同時(shí)保持恒定或接近恒定的比熱傳遞面積和恒定或接近恒定的比氣體傳遞面積的設(shè)計(jì)。圖7中示出了培養(yǎng)器皿的一個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)設(shè)計(jì)。圖7示出了具有蓋40的培養(yǎng)器皿的三維結(jié)構(gòu)的截面，且其還繪出了器皿設(shè)計(jì)的內(nèi)部部分。由于器皿具有三維結(jié)構(gòu)，故器皿包括長(zhǎng)度、寬度和高度的三個(gè)主維度。器皿的主軸線可限定為高度，且器皿的副軸線可限定為長(zhǎng)度和寬度。例如，具有圓形周邊的器皿，器皿的副軸線在與圓(周邊)的直徑相同的平面中。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，培養(yǎng)器皿(圖1A,圖7)具有周邊，其中周邊的直徑(寬度)在1到100cm之間的范圍中，或在20到400mm之間的范圍中。器皿的深度(諸如底面與頂面之間的距離)在本文中稱為高度。在這些實(shí)施例中，器皿具有1到100cm之間的范圍或20到400mm之間的范圍中的高度。在一個(gè)實(shí)施例中，長(zhǎng)度與寬度的縱橫比在0.3到3之間的范圍中。在器皿設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)施例中，長(zhǎng)度與寬度的縱橫比為1。生物反應(yīng)器的培養(yǎng)器皿可具有為三角形、矩形、正方形平面、五邊形、六邊形、多邊形、圓形、橢圓形或不規(guī)則形狀的周邊。

允許器皿設(shè)計(jì)同時(shí)保持恒定sHTA(給定保持恒定sGTA的設(shè)計(jì))的重疊在側(cè)壁周邊幾何形狀上的特征可為周期波動(dòng)函數(shù)，其是正弦的，包括純正弦波或傅里葉級(jí)數(shù)展開。此外，波動(dòng)函數(shù)可為正弦、三角形、正方形、矩形、尖峰狀、梯形、脈沖或鋸齒。此外，應(yīng)用于周邊的函數(shù)也可為非周期的。應(yīng)用于側(cè)壁周邊幾何形狀來(lái)改變sHTA而不改變sGTA的任何特征或函數(shù)可應(yīng)用成使得由給定高度h下的改變的周邊幾何形狀限定的面積保持不從對(duì)于給定sGTA設(shè)計(jì)的原始值變化，其中由原始周邊限定的面積不必隨函數(shù)應(yīng)用而增大或減小。對(duì)于應(yīng)用于周邊的空間域周期函數(shù)，周期內(nèi)的面積的和應(yīng)當(dāng)為零。對(duì)于應(yīng)用于周邊的非周期函數(shù)，結(jié)合在周邊的長(zhǎng)度上的面積的和應(yīng)當(dāng)為零。

適合的控制器的選擇是對(duì)于最佳細(xì)胞生長(zhǎng)保持生物反應(yīng)器的內(nèi)部環(huán)境的要求之一。替代設(shè)計(jì)復(fù)雜的控制算法來(lái)處理可多規(guī)模的生物反應(yīng)器的變化動(dòng)態(tài)，在一些實(shí)施例中，可多規(guī)模的反應(yīng)器設(shè)計(jì)成使得生物反應(yīng)器動(dòng)態(tài)不隨體積變化而變。為了控制生物反應(yīng)器的各種參數(shù)，生物反應(yīng)器可包括一個(gè)或更多個(gè)控制器，其有助于保持生物反應(yīng)器中的恒定動(dòng)態(tài)。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，生物反應(yīng)器包括用于控制氣體混合比、氣體流速、生物反應(yīng)器內(nèi)的加熱、攪拌培養(yǎng)介質(zhì)或它們的組合的一個(gè)或更多個(gè)控制器。在一個(gè)實(shí)例中，控制器可使用PID控制律來(lái)控制一個(gè)或更多個(gè)參數(shù)。

培養(yǎng)器皿可需要用于混合培養(yǎng)介質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物、溶解氧或細(xì)胞培養(yǎng)所需的其它氣體的攪拌。在一些實(shí)施例中，培養(yǎng)器皿還包括用于攪拌培養(yǎng)介質(zhì)的一個(gè)或更多個(gè)葉輪。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖7中所示，葉輪44聯(lián)接到器皿10的蓋40上。一個(gè)或更多個(gè)葉輪可聯(lián)接到蓋、器皿的底部或兩者上。一個(gè)或更多個(gè)葉輪可聯(lián)接到支承物上，其中葉輪支承物還可附接到頂蓋或底面，或器皿的頂蓋和底面兩者上。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖8A,8B和8C中所示，葉輪支承物52附接到頂蓋上。葉輪設(shè)計(jì)可選擇成使得其向培養(yǎng)介質(zhì)中存在的細(xì)胞提供最小剪切。葉輪設(shè)計(jì)的非限制性實(shí)例還可包括單個(gè)單元的葉輪設(shè)計(jì)或一個(gè)以上部分的設(shè)計(jì)。船用葉輪也可使用，因?yàn)榇巳~輪相比于其它類型的葉輪(例如，魯辛頓(Rushton)型葉輪)引起減小的剪切。葉輪44(圖8A)可用于混合介質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物或溶解氣體。更詳細(xì)而言，葉輪44由圖8A示出，其具有翼狀結(jié)構(gòu)50和軸線51。如圖8B和8C中所示，軸線51的頂部可聯(lián)接到頂蓋上。圖8B示出了一個(gè)實(shí)施例中的葉輪相對(duì)于整個(gè)器皿的位置的側(cè)視圖。圖8C示出了同一實(shí)施例中的器皿中的葉輪的位置的前視圖。

在一些實(shí)施例中，一個(gè)或更多個(gè)葉輪通過(guò)磁性聯(lián)接件、機(jī)械聯(lián)接件、電氣聯(lián)接件、電磁聯(lián)接件或它們的組合中的一個(gè)或更多個(gè)可操作地聯(lián)接到馬達(dá)上。在一個(gè)實(shí)施例中，葉輪通過(guò)磁性聯(lián)接件可操作地聯(lián)接到馬達(dá)上。圖9示出了培養(yǎng)器皿的一個(gè)實(shí)施例，其中葉輪聯(lián)接到磁性攪拌機(jī)上。如圖9中所示，磁性攪拌機(jī)60可位于培養(yǎng)器皿10的蓋40的頂部上。還如圖9中所示，磁性攪拌機(jī)60可聯(lián)接到聯(lián)接磁體61上。磁性攪拌機(jī)還聯(lián)接到葉輪上，以在細(xì)胞培養(yǎng)期間驅(qū)動(dòng)器皿中的葉輪。在該實(shí)施例中，機(jī)械轉(zhuǎn)矩傳遞穿過(guò)磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)葉輪。

生物反應(yīng)器可包括加熱組件，其包括一個(gè)或更多個(gè)加熱單元。在一些實(shí)施例中，培養(yǎng)器皿還包括用于加熱培養(yǎng)介質(zhì)、器皿和器皿的其它構(gòu)件的一個(gè)或更多個(gè)加熱單元。加熱單元可存在于培養(yǎng)器皿的底部處，以均勻地加熱與底壁接觸的培養(yǎng)介質(zhì)。加熱單元還可存在于器皿的側(cè)壁處，以均勻地加熱與側(cè)壁接觸的培養(yǎng)介質(zhì)。一個(gè)或更多個(gè)加熱單元可存在于器皿的蓋或側(cè)壁上。

在一個(gè)實(shí)例中，加熱單元可具有柔性且順應(yīng)的結(jié)構(gòu)。在非限制性實(shí)例中，加熱單元可為薄膜加熱器。加熱器的其它非限制實(shí)例可包括加熱的(或溫度控制的)囊狀物，其可符合并未與器皿本體直接接觸的容器或加熱器。容器可包括經(jīng)由容器(諸如，毯或套)循環(huán)的溫度調(diào)節(jié)的流體，且有助于加熱器皿本體或細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)。在一些其它實(shí)施例中，加熱單元可包括IR源、加熱毯、水套或它們的組合。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，如圖7中所示，水套46可用作加熱單元。水套還可用于隔離。水套可部分地或完全地包繞培養(yǎng)介質(zhì)的外壁。在一些其它實(shí)施例中，培養(yǎng)介質(zhì)還可包括除水套外的一個(gè)或更多個(gè)加熱單元。

如所述，在一個(gè)實(shí)施例中，加熱單元中的至少一個(gè)用于加熱培養(yǎng)器皿的側(cè)壁。與側(cè)壁接觸的培養(yǎng)介質(zhì)的部分可通過(guò)使用加熱單元來(lái)均勻或接近均勻地加熱。加熱單元存在于器皿的側(cè)部處，其可在本文中稱為"側(cè)加熱器"。圖10還示出了側(cè)加熱器62整體結(jié)合到培養(yǎng)器皿10上。在一些實(shí)施例中，加熱單元(側(cè)加熱器)62的一部分構(gòu)造成加熱器皿本體10的至少一部分。舉例來(lái)說(shuō)，首先，加熱構(gòu)件62可構(gòu)造成加熱培養(yǎng)器皿的側(cè)壁，且傳遞的熱進(jìn)一步加熱培養(yǎng)介質(zhì)。側(cè)加熱器62可用于在37℃下加熱培養(yǎng)介質(zhì)。側(cè)加熱器62的各種設(shè)計(jì)可以是可能的。側(cè)加熱器62可直接地膠合到一次性培養(yǎng)器皿上，且加熱器也可為一次性的。側(cè)加熱器62可與非一次性系統(tǒng)整體結(jié)合，且定位成使得加熱器能夠加熱器皿的側(cè)壁。在一個(gè)實(shí)施例中，具有與一次性器皿的外表面輪廓匹配的結(jié)構(gòu)的殼可置于加熱器與器皿之間。在該實(shí)施例中，泡沫層可置于加熱器與器皿之間來(lái)減小空隙。此外，殼可為良好的熱導(dǎo)體，以減小器皿表面溫度梯度，且在加熱或冷卻器皿中減小熱時(shí)間常數(shù)。此外，加熱單元可包括熱導(dǎo)體，其可構(gòu)造成便于將熱從加熱器62傳遞至器皿的本體10。此外，熱導(dǎo)體可便于器皿本體10上的熱的均勻分布。在一個(gè)實(shí)施例中，加熱單元可由一個(gè)或更多個(gè)部分制成。此外，加熱構(gòu)件62的一個(gè)或更多個(gè)部分可構(gòu)造成圍繞包括器皿的底部的器皿本體10的確定部分順應(yīng)地設(shè)置。加熱組件還可包括蓋加熱器63來(lái)加熱器皿的蓋40。如圖10中所示，蓋加熱器63可為設(shè)置在蓋40的頂部上的薄層。又舉例來(lái)說(shuō)，加熱構(gòu)件63還可用于加熱蓋來(lái)具有用于培養(yǎng)器皿的單個(gè)內(nèi)部溫度。

培養(yǎng)介質(zhì)的溫度可控制成在細(xì)胞培養(yǎng)操作期間保持恒定溫度。在一些實(shí)施例中，如圖10中所示，生物反應(yīng)器還包括一個(gè)或更多個(gè)溫度傳感器66。在所示實(shí)例中，溫度傳感器66經(jīng)由器皿壁可操作地耦合于內(nèi)部器皿介質(zhì)溫度。在又一個(gè)實(shí)施例中，溫度傳感器可直接地整體結(jié)合到器皿中，以提供直接溫度測(cè)量，且溫度傳感器可為一次性的。在一個(gè)實(shí)施例中，加熱單元可包括溫度傳感器，其可操作地聯(lián)接到側(cè)加熱器62、蓋加熱器63、器皿本體10或它們的組合上。結(jié)果，溫度傳感器可配置成感測(cè)加熱單元62,63和/或本體10的溫度。溫度傳感器的非限制性實(shí)例可包括熱電偶、熱敏電阻，或電阻溫度裝置(即，RTD)。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖10中所示，生物反應(yīng)器包括聯(lián)接到生物反應(yīng)器器皿的底部上的非侵入式溫度傳感器66。

此外，加熱單元還可包括溫度控制器(未示出)，其可操作地聯(lián)接到溫度傳感器上，且可操作地聯(lián)接到聯(lián)接至加熱單元的溫度傳感器上，以控制加熱單元和/或器皿本體的溫度。溫度傳感器可將對(duì)控制器的溫度反饋提供至培養(yǎng)介質(zhì)，以控制溫度。在一些實(shí)施例中，溫度傳感器可聯(lián)接到溫度控制器上，以提供溫度反饋控制機(jī)制。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，生物反應(yīng)器還包括用于保持培養(yǎng)介質(zhì)的溫度的一個(gè)或更多個(gè)溫度控制器。生物反應(yīng)器還包括一個(gè)或更多個(gè)溫度控制器來(lái)控制生物反應(yīng)器蓋40的溫度。

在生物反應(yīng)器器皿內(nèi)，溫度控制在期望溫度下，例如，37℃下。對(duì)器皿壁、培養(yǎng)介質(zhì)和培養(yǎng)器皿的其它構(gòu)件的恒定加熱是升溫。介質(zhì)的加熱導(dǎo)致水從培養(yǎng)介質(zhì)蒸發(fā)。水從培養(yǎng)介質(zhì)蒸發(fā)引起介質(zhì)體積的變化。例如，由于來(lái)自液體介質(zhì)的水的蒸發(fā)，故介質(zhì)的有效體積減小。如果從器皿失去的水蒸氣的體積很高，則培養(yǎng)介質(zhì)體積可顯著降低。水從培養(yǎng)介質(zhì)減少可由于介質(zhì)的增大的滲透度而對(duì)細(xì)胞有不利影響。例如，當(dāng)細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)體積為50mL時(shí)，2到5ml的水損失可引起介質(zhì)滲透度的顯著變化，這可影響細(xì)胞生長(zhǎng)。生成的水蒸氣可由于兩種不同的機(jī)制減小細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)的體積。第一機(jī)制是水從培養(yǎng)介質(zhì)的表面蒸發(fā)，這還可冷凝在器皿蓋40的內(nèi)表面上。如圖10中所示，水損失的第二機(jī)制可通過(guò)從培養(yǎng)器皿經(jīng)由氣體出口端口76的流出氣體。

在一些實(shí)施例中，為了避免液體從培養(yǎng)介質(zhì)蒸發(fā)或減少，蓋可用于生物反應(yīng)器器皿。在一些實(shí)施例中，如圖7,9和10中所示，生物反應(yīng)器還包括生物反應(yīng)器蓋40。如果蓋的溫度小于培養(yǎng)介質(zhì)或來(lái)自介質(zhì)的蒸發(fā)液體的溫度，則蒸發(fā)的液體與蓋40接觸而冷凝，且可在蓋40的內(nèi)表面處形成微滴。例如，當(dāng)器皿具有37℃的內(nèi)部溫度時(shí)，蓋內(nèi)表面溫度低于37℃。在此情況下，生物反應(yīng)器內(nèi)的水蒸氣可冷凝在蓋的內(nèi)表面上，且形成懸自內(nèi)表面的水滴，這有效地從培養(yǎng)介質(zhì)除去。懸自蓋內(nèi)表面的水滴的總量可為顯著的(例如，達(dá)到初始培養(yǎng)介質(zhì)體積的20%)。

為了避免液體介質(zhì)的蒸發(fā)，蓋的溫度可保持，使得來(lái)自介質(zhì)的蒸發(fā)的液體不會(huì)冷凝在蓋內(nèi)表面上。蓋上的抗冷凝加熱器可設(shè)計(jì)成消除生物反應(yīng)器蓋的內(nèi)表面上的水冷凝。通過(guò)將蓋的溫度升高到高于37℃(例如，37.5℃)，可避免冷凝問(wèn)題。如圖10中所示，培養(yǎng)器皿10還包括蓋40處的蓋加熱器63。

如所述，水損失的第二機(jī)制可通過(guò)從氣體出口端口流出氣體。在細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程期間，一種或更多種氣體可使用氣體入口端口供應(yīng)到生物反應(yīng)器器皿中。氣體可從氣體出口端口流出生物反應(yīng)器器皿。至培養(yǎng)器皿的供應(yīng)氣體可為干的(沒有水蒸氣)。當(dāng)氣體從器皿流出時(shí)，出來(lái)的氣體可攜帶由介質(zhì)生成的水蒸氣。從培養(yǎng)介質(zhì)的顯著水損失可影響細(xì)胞生長(zhǎng)。為了解決此問(wèn)題，可使用(圖11)排氣冷凝器84，其中排氣冷凝器包繞排氣管或氣體出口管路76，且用于冷凝來(lái)自器皿的流出氣體中的水分。該冷凝器在本文中可互換地稱為"排氣冷凝器"或"出口冷凝器"。在一些實(shí)施例中，例如，通過(guò)使用水冷環(huán)或熱電珀?duì)柼?yīng)冷卻器，排氣冷凝器可在氣體出口管路周圍或附近物理地實(shí)施。由于重力，故水的微滴可收集至生物反應(yīng)器器皿。排氣冷凝器可保持在低溫下(例如，5℃)。當(dāng)氣體經(jīng)過(guò)氣體出口時(shí)，由于出口管路的低溫，故水蒸氣可冷凝在出口管路的冷側(cè)壁上，且由于重量回到生物反應(yīng)器器皿。以此方式，來(lái)自流出氣體的水損失可減小至零或可忽略的量。在一些實(shí)施例中，在不使用排氣冷凝器且在100ml/min的氣體流速下，水損失可為大約5ml/天。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，使用100ml/min的流速，使用排氣冷凝器的水損失為大約1.3ml/天。在100ml/min的流速和使用排氣冷凝器的相同條件下，與出口氣流相關(guān)聯(lián)的水損失可減小到小于1mL每天。

在一些實(shí)施例中，如圖10中所示，培養(yǎng)器皿還可包括一個(gè)或更多個(gè)傳感器(諸如底點(diǎn)傳感器70)以測(cè)量pH和DO。介質(zhì)的pH和DO可通過(guò)改變流入混合氣流的相對(duì)百分比來(lái)調(diào)整。此外，通過(guò)使用pH傳感器，介質(zhì)的pH狀態(tài)可確定，且限定量的酸或堿可取決于要求加入。在一個(gè)實(shí)例中，酸或堿經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)導(dǎo)管加入至培養(yǎng)介質(zhì)來(lái)用于調(diào)整介質(zhì)的pH。如果需要介質(zhì)酸性更大，則酸可加入且傳感器有助于檢測(cè)培養(yǎng)介質(zhì)的實(shí)際pH。如果需要介質(zhì)堿性更大，則傳感器提供信號(hào)，且堿可加入來(lái)達(dá)到期望的pH。

生物反應(yīng)器還可包括一個(gè)或更多個(gè)導(dǎo)管，其中導(dǎo)管用于將培養(yǎng)介質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物、細(xì)胞、氣體、酸、堿或它們的組合加入器皿或從器皿除去。用于加入或除去細(xì)胞、培養(yǎng)介質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物或氣體的導(dǎo)管可在聯(lián)接到生物反應(yīng)器上之前滅菌。用于加入細(xì)胞、培養(yǎng)介質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物或氧的導(dǎo)管還可與生物反應(yīng)器預(yù)先連接，且可在使用之前滅菌。此外，與導(dǎo)管的連接可使用通常在生物安全柜中執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)菌技術(shù)(標(biāo)準(zhǔn)魯爾、魯爾觸動(dòng)的可交換的端口、釘和膜片等)來(lái)進(jìn)行。導(dǎo)管與其它導(dǎo)管的連接可使用管熔合裝置來(lái)進(jìn)行，以保持無(wú)菌性。

導(dǎo)管還可用于將細(xì)胞加入器皿。在一些實(shí)施例中，介質(zhì)和介質(zhì)攜帶的凍存細(xì)胞可使用導(dǎo)管加入器皿作為細(xì)胞懸液。如果附接到生物反應(yīng)器上的導(dǎo)管具有滅菌聯(lián)機(jī)過(guò)濾器(例如，0.2μm過(guò)濾器)，則導(dǎo)管與培養(yǎng)介質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物、氣體的連接也可在非無(wú)菌環(huán)境中進(jìn)行。

生物反應(yīng)器可包括多個(gè)端口，其可包括入口端口和出口端口，且端口可位于蓋、器皿側(cè)壁或器皿的底面上。端口聯(lián)接到導(dǎo)管上來(lái)用于進(jìn)入或流出生物反應(yīng)器器皿的流體、營(yíng)養(yǎng)物或氣體。用于加入培養(yǎng)介質(zhì)或營(yíng)養(yǎng)物的導(dǎo)管可在本文中稱為"進(jìn)料管線"(未示出)。如圖10中所示，進(jìn)料管線連接到生物反應(yīng)器的"進(jìn)料端口"74上。如所述，生物反應(yīng)器構(gòu)造成適應(yīng)可擴(kuò)大的介質(zhì)體積，其中附加介質(zhì)可通過(guò)一個(gè)或更多個(gè)進(jìn)料管線經(jīng)由進(jìn)料端口74加入培養(yǎng)器皿。

生物反應(yīng)器還可包括用于供應(yīng)氣體入流的一個(gè)或更多個(gè)導(dǎo)管，其可連接到氣體入口端口78(圖11)上。如圖10和11中所示，生物反應(yīng)器還可包括用于流出氣體出流的一個(gè)或更多個(gè)導(dǎo)管，其可連接到氣體出口端口76上。如所述，如圖9中所示，蓋40上的出口端口76可用于培養(yǎng)器皿的氣體出口。在一些實(shí)施例中，氣體入口端口78和/或氣體出口端口76(圖11)包括一個(gè)或更多個(gè)過(guò)濾器。利用足夠小的孔隙尺寸，過(guò)濾器單元有助于保持無(wú)菌性，且避免不需要的顆粒或非預(yù)期的微生物的進(jìn)入。在一些實(shí)施例中，其中氣體出口端口直接地連接到氣體出口管上，且在氣體出口管路的一端處，管路可包含過(guò)濾器(諸如0.22微米的過(guò)濾器)以產(chǎn)生隔層來(lái)分離生物反應(yīng)器器皿中的無(wú)菌環(huán)境和器皿外的非無(wú)菌環(huán)境。如圖11中所示，氣體入口端口78可包括加熱器82來(lái)加熱到來(lái)的氣體或多種氣體，且氣體出口端口76可包括排氣冷凝器84來(lái)冷凝由培養(yǎng)介質(zhì)生成的流出的蒸氣。由于使用冷凝器的蒸氣的冷凝，故液體保持在培養(yǎng)介質(zhì)中且防止了水損失。在環(huán)境溫度存在時(shí)，出口氣體導(dǎo)管上的過(guò)濾器可冷凝流出生物反應(yīng)器的水蒸氣的一部分。此外，水滴可累積在過(guò)濾器單元處，其可導(dǎo)致阻塞過(guò)濾器。為了有助于解決此問(wèn)題，排氣冷凝器84可置于器皿與連接到出口端口76上的氣體出口管路上的0.2微米的過(guò)濾器77之間(圖11)，其在流出氣體到達(dá)過(guò)濾器單元之前形成水滴來(lái)除去水蒸氣。通過(guò)除去流出氣體流中的水含量，排氣冷凝器84還有助于防止過(guò)濾器單元的阻塞。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，器皿還包括用于從器皿取得培養(yǎng)介質(zhì)的導(dǎo)管，以用于采樣和/或?qū)⒕哂屑?xì)胞的細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)在無(wú)菌條件下轉(zhuǎn)移至下游容器、器皿或裝置。導(dǎo)管用于從器皿轉(zhuǎn)移細(xì)胞來(lái)用于分析、次培養(yǎng)，或可在本文中稱為連接到"采樣端口"上的"采樣管線"，采樣的液體在本文中認(rèn)作是"樣本"。采樣端口通常用于從器皿取得少量細(xì)胞培養(yǎng)物。采樣的培養(yǎng)物可或可不是無(wú)菌的，其中樣本培養(yǎng)物通常用于脫機(jī)測(cè)量。如圖10中所示，采樣端口72可位于器皿的側(cè)壁上。在另一個(gè)實(shí)施例中，采樣端口可位于器皿的頂部處，其中器皿內(nèi)部的導(dǎo)管連接到在器皿的液位下方延伸的端口的內(nèi)部上。導(dǎo)管可由聚合物、玻璃或鋼制成。導(dǎo)管可包括一個(gè)或更多個(gè)閥，以控制培養(yǎng)介質(zhì)、氣體、細(xì)胞懸液、營(yíng)養(yǎng)物、酸或堿的流動(dòng)。在又一個(gè)實(shí)施例中，采樣端口可位于器皿的底面上。

在一些實(shí)施例中，如圖11中所示，生物反應(yīng)器系統(tǒng)還包括器皿蓋40的頂部上的雙門罩80，且雙門罩80的斷面視圖在圖12中示出。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，雙門罩包括入口氣體加熱器82。在一些實(shí)施例中，雙門罩包括排氣冷凝器84。在其它實(shí)施例中，雙門罩包括入口氣體加熱器和排氣冷凝器兩者。由于出口包括排氣冷凝器84，故可從出口76蒸發(fā)的蒸發(fā)的液體蒸氣通過(guò)冷凝又轉(zhuǎn)變成液體。如圖12中所示，門還可包括加熱表面86，其是門的內(nèi)表面，且在器皿以蓋和門覆蓋時(shí)與蓋的頂面接觸，以用于加熱蓋表面且防止器皿容積內(nèi)的蓋表面上的冷凝的目的。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，培養(yǎng)器皿可包括袋或柔性容器，以設(shè)置在培養(yǎng)器皿內(nèi)，其中細(xì)胞在柔性容器或袋內(nèi)生長(zhǎng)。在這些實(shí)施例中，凍存的細(xì)胞可加入培養(yǎng)袋或柔性容器，隨后加入培養(yǎng)介質(zhì)來(lái)用于細(xì)胞培養(yǎng)。在一些其它實(shí)施例中，袋預(yù)先填充細(xì)胞接種體，且然后可置于培養(yǎng)器皿中，隨后將培養(yǎng)介質(zhì)加入袋來(lái)用于細(xì)胞生長(zhǎng)。袋可為一次性的培養(yǎng)袋，諸如來(lái)自Wave^TM或Xcellerex?的培養(yǎng)袋。袋或柔性容器的使用有助于保持培養(yǎng)器皿的無(wú)菌性。此外，對(duì)大培養(yǎng)器皿高壓滅菌或滅菌可通過(guò)使用細(xì)胞培養(yǎng)袋或柔性容器來(lái)避免。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，用于培養(yǎng)細(xì)胞的生物反應(yīng)器器皿、培養(yǎng)袋或柔性一次性容器還包括生物相容的涂層，諸如生物分子涂層。生物反應(yīng)器器皿的一個(gè)實(shí)施例包括培養(yǎng)器皿的內(nèi)壁上的生物相容的涂層。生物分子涂層可取決于不同細(xì)胞系的要求來(lái)選擇。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，培養(yǎng)器皿包括生物分子涂層，其包括生物衍生的蛋白質(zhì)或縮氨酸、重組蛋白質(zhì)或合成縮氨酸或生長(zhǎng)因子，其觸動(dòng)，促進(jìn)特定細(xì)胞群體的增殖或變異。蛋白質(zhì)可包括但不限于notch配體、抗CD3抗體和抗CD28抗體。針對(duì)器皿的材料選擇可基于材料的特征，以在細(xì)胞培養(yǎng)期間經(jīng)得起足量的加熱和連續(xù)的攪拌。在一些實(shí)施例中，培養(yǎng)器皿由玻璃、聚合物、陶瓷、金屬或它們的組合制成。在一個(gè)實(shí)施例中，生物反應(yīng)器的培養(yǎng)器皿由熱塑性塑料制成。在一些其它實(shí)施例中，器皿的不同部分可由不同材料制成，例如，溫度傳感器端口可由玻璃或不銹鋼制成。氣體出口管可由金屬或聚合物制成。位于器皿中的葉輪組件可包括永磁材料。在一些實(shí)施例中，器皿還包括多個(gè)管路或過(guò)濾器單元，其由聚合材料制成。

在一些實(shí)施例中，培養(yǎng)器皿由塑料材料制成，且器皿是一次性的。生物反應(yīng)器的一次性部分可包括具有蓋(圖7)的塑料器皿，諸如進(jìn)料端口、采樣端口、用于氣體通過(guò)的端口的導(dǎo)管、位于不同通路(諸如傳送氣體或蒸氣的端口)中的過(guò)濾器，或用于接種體轉(zhuǎn)移的導(dǎo)管。

在一些其它實(shí)施例中，培養(yǎng)器皿可為非一次性的。非一次性的培養(yǎng)器皿可例如但不限于由玻璃、聚合物或金屬制成。非一次性器皿可為可高壓滅菌的，或可由γ滅菌或氣體滅菌(例如，使用過(guò)氧化氫或環(huán)氧乙烷)來(lái)滅菌。蓋和該器皿的其它構(gòu)件也可為可再使用的。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，生物反應(yīng)器是以一維搖動(dòng)來(lái)攪拌的反應(yīng)器、以二維搖動(dòng)來(lái)攪拌的反應(yīng)器、以三維搖動(dòng)來(lái)攪拌的反應(yīng)器，或它們的組合。在一些實(shí)施例中，生物反應(yīng)器為攪拌槽生物反應(yīng)器、具有擺動(dòng)或滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)器、灌注生物反應(yīng)器，或它們的組合。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，套件包括一次性袋；一個(gè)或更多個(gè)一次性管路；以及生物反應(yīng)器，其包括如上文所述的培養(yǎng)器皿。在一些實(shí)施例中，袋包括用于培養(yǎng)細(xì)胞的介質(zhì)。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，培養(yǎng)器皿可整體結(jié)合到生物反應(yīng)器系統(tǒng)上。生物反應(yīng)器系統(tǒng)可手動(dòng)操作，或可自動(dòng)地操作。圖13示出了生物反應(yīng)器系統(tǒng)的整體結(jié)合的過(guò)程的一個(gè)示例性實(shí)施例，其中培養(yǎng)器皿10和樣本加載小瓶90在處理步驟1(圖13)中聯(lián)接在一起，用于無(wú)菌管熔接的刀片92在步驟2中插入系統(tǒng)94中。在步驟3中，培養(yǎng)器皿和樣本加載小瓶進(jìn)一步聯(lián)接到系統(tǒng)94上，以形成整個(gè)整體結(jié)合的系統(tǒng)96，如圖13的步驟4中所示。系統(tǒng)96的生物反應(yīng)器器皿還可聯(lián)接到介質(zhì)袋100(圖13)上。整體結(jié)合的系統(tǒng)可為自動(dòng)的，其中開關(guān)(未示出)可用于控制生物反應(yīng)器系統(tǒng)。

此外，培養(yǎng)器皿可包括出口通路，其聯(lián)接到采樣組件或?qū)Ч苌?，其還可操作地聯(lián)接到外部裝置上，諸如分析裝置、細(xì)胞收集器、較大尺寸的生物反應(yīng)器、層析系統(tǒng)或任何分析系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，培養(yǎng)器皿可包括出口通路，其在本文中稱為聯(lián)接到采樣組件或?qū)Ч苌系牟蓸佣丝?2(圖10)，其還可操作地聯(lián)接到外部裝置上，諸如用于細(xì)胞生長(zhǎng)的脫機(jī)測(cè)量的分析裝置。

在非限制性實(shí)例中，外部裝置為細(xì)胞收集器或細(xì)胞集中器、生物反應(yīng)器或過(guò)濾裝置。在一些實(shí)施例中，其中外部裝置為細(xì)胞收集器，外部裝置構(gòu)造成在細(xì)胞在生物反應(yīng)器系統(tǒng)中大規(guī)模擴(kuò)增之后接收與生長(zhǎng)介質(zhì)混合的培養(yǎng)的細(xì)胞。在這些實(shí)施例中，培養(yǎng)器皿可包括出口通路，其在本文中稱為聯(lián)接到細(xì)胞收集器上的收集端口(未示出)。收集端口可用于將器皿的大量或所有細(xì)胞培養(yǎng)物都轉(zhuǎn)移至細(xì)胞收集器。培養(yǎng)的細(xì)胞在無(wú)菌條件下轉(zhuǎn)移至收集器，隨后從介質(zhì)收集細(xì)胞來(lái)實(shí)現(xiàn)集中的細(xì)胞，以用于下游應(yīng)用，諸如不同細(xì)胞治療應(yīng)用。例如，集中的細(xì)胞，諸如免疫細(xì)胞(例如，淋巴細(xì)胞)可在不同免疫治療應(yīng)用中注射到患者中。

在一些實(shí)施例中，外部裝置是另一個(gè)生物反應(yīng)器，以繼續(xù)細(xì)胞培養(yǎng)的過(guò)程，其中一種或更多種特殊蛋白質(zhì)的生產(chǎn)是主要目的。諸如重組蛋白質(zhì)、抗體的蛋白質(zhì)在生物反應(yīng)器中產(chǎn)生，隨后凈化來(lái)自細(xì)胞的蛋白質(zhì)、介質(zhì)或其它雜質(zhì)。在外部裝置(諸如生物反應(yīng)器)中產(chǎn)生的蛋白質(zhì)還可用于生物制藥應(yīng)用。

在一些其它實(shí)施例中，外部裝置還可包括過(guò)濾裝置或?qū)游鲅b置。過(guò)濾裝置或?qū)游鲅b置可用于過(guò)濾細(xì)胞，或任何生物分子(諸如蛋白質(zhì)或核酸)，以用于進(jìn)一步的下游應(yīng)用。在一些實(shí)施例中，產(chǎn)生的蛋白質(zhì)或核酸在用于細(xì)胞治療、生物制藥、臨床或研究應(yīng)用之前經(jīng)歷層析分離。

在一些實(shí)施例中，生物反應(yīng)器系統(tǒng)還可包括可置于液位(介質(zhì))下方的噴射端口。噴射端口用于使氣體流至培養(yǎng)物。穿過(guò)存在于蓋上的氣體入口的氣體入流可輸送至頂部空間，而穿過(guò)噴射端口的氣體可直接地輸送到液體中，取決于噴射端口的設(shè)計(jì)而形成各種尺寸的氣泡。噴射端口發(fā)展成向培養(yǎng)物提供較高的氣體傳遞速率，通常用于支持高密度細(xì)胞培養(yǎng)或需要大量氧的培養(yǎng)。

在一些實(shí)施例中，如圖13中所示，生物反應(yīng)器包括控制器單元110，其可用于共同地代表用于自動(dòng)生物反應(yīng)器系統(tǒng)96中的各種控制裝置，其中控制裝置配置成控制和調(diào)節(jié)自動(dòng)系統(tǒng)96的操作。舉例來(lái)說(shuō)，在所示實(shí)施例中，控制器單元110可配置成使用流速控制器來(lái)控制培養(yǎng)介質(zhì)的輸入流。此外，流速控制器還可配置成控制經(jīng)由采樣路徑72的培養(yǎng)細(xì)胞的出流。有利地，流速控制器可通過(guò)控制培養(yǎng)介質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物或氣體的入流和出流速率來(lái)便于細(xì)胞、培養(yǎng)介質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物、氧或其它氣體的加強(qiáng)混合。在一些實(shí)施例中，控制器單元110可使用傳感器來(lái)感測(cè)正被控制的參數(shù)。生物反應(yīng)器系統(tǒng)還可包括用于使用一個(gè)或更多個(gè)加熱單元控制介質(zhì)溫度的一個(gè)或更多個(gè)控制器(未示出)。如所述，控制器可存在為控制蓋加熱器的溫度，或控制流出氣體上對(duì)防冷凝冷卻器的功率。

在生物反應(yīng)器系統(tǒng)中，如圖13的步驟1到3所示，一次性構(gòu)件可豎直地載入系統(tǒng)中。在一些實(shí)施例中，生物反應(yīng)器系統(tǒng)包括器皿蓋的頂面上的(多個(gè))門/(多個(gè))罩80(圖11和12)。當(dāng)(多個(gè))門/(多個(gè))罩打開時(shí)，一次性物品可與裝置整體結(jié)合。然后，(多個(gè))門/(多個(gè))罩將關(guān)閉來(lái)用于系統(tǒng)操作。在一次性物品置入裝置94中時(shí)，傳感器可與一次性物品自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，使得傳感器對(duì)準(zhǔn)中不需要用戶的動(dòng)作。在一次性物品豎直地載入到生物反應(yīng)器系統(tǒng)94內(nèi)之后，進(jìn)料端口74置于蠕動(dòng)泵附近，形成了整個(gè)系統(tǒng)96。

圖13的步驟4示出了包括控制器單元110和處理器單元120的自動(dòng)系統(tǒng)96的實(shí)例。該系統(tǒng)還可包括泵(未示出)。在非限制性實(shí)例中，泵可為蠕動(dòng)泵。泵可構(gòu)造成便于將培養(yǎng)介質(zhì)從培養(yǎng)介質(zhì)源轉(zhuǎn)移，且經(jīng)由導(dǎo)管設(shè)置在培養(yǎng)器皿10中。培養(yǎng)介質(zhì)源100可使用入口通路(未示出)可操作地聯(lián)接到培養(yǎng)器皿10上。此外，泵可構(gòu)造成便于培養(yǎng)介質(zhì)取決于要求從培養(yǎng)袋100以預(yù)定速率遞增地轉(zhuǎn)移至培養(yǎng)器皿10。泵還可用于使用容納在袋100中的介質(zhì)泵送容納在小瓶90中的細(xì)胞，且轉(zhuǎn)移至器皿10。

此外，整體結(jié)合的系統(tǒng)96包括處理器單元120，其可配置成處理來(lái)自控制器單元110的數(shù)據(jù)。在某些實(shí)施例中，處理單元120還可聯(lián)接到一個(gè)或更多個(gè)用戶輸入-輸出裝置(未示出)上，以用于接收來(lái)自用戶的命令和輸入。例如，輸入輸出裝置可包括諸如鍵盤、觸摸屏、麥克風(fēng)、鼠標(biāo)、控制面板、顯示裝置、腳動(dòng)開關(guān)、手動(dòng)開關(guān)和/或按鈕的裝置。此外，處理器單元120和/或控制器單元110可配置成聯(lián)接到其它裝置上，諸如但不限于，生物反應(yīng)器、細(xì)胞收集器、培養(yǎng)介質(zhì)源、泵或它們的組合，以控制或監(jiān)測(cè)這些裝置的操作。此外，處理器單元120和/或控制器單元110可配置成聯(lián)接到自動(dòng)采樣裝置上，自動(dòng)采樣裝置可操作地聯(lián)接到采樣線上，且用于監(jiān)測(cè)細(xì)胞培養(yǎng)的特定參數(shù)，包括但不限于，細(xì)胞數(shù)、細(xì)胞活性、葡萄糖、乳酸、DO、pH、滲透度、pO₂和pCO₂。

在備選實(shí)施例中，控制器單元的各個(gè)控制器均可具有相應(yīng)的獨(dú)立處理器。在一些實(shí)施例中，處理器單元120和/或控制器單元110可配置成將相關(guān)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在儲(chǔ)存庫(kù)(未示出)中。在一個(gè)實(shí)施例中，儲(chǔ)存庫(kù)可包括裝置，諸如硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤讀/寫(CD-R/W)驅(qū)動(dòng)器、數(shù)字多功能盤(DVD)驅(qū)動(dòng)器、閃速驅(qū)動(dòng)器和/或固態(tài)儲(chǔ)存裝置。

此外，自動(dòng)系統(tǒng)96可包括輸出裝置，其可配置成顯示代表自動(dòng)種子培育中的細(xì)胞培養(yǎng)或生長(zhǎng)進(jìn)程的數(shù)據(jù)，或關(guān)于自動(dòng)系統(tǒng)的操作的任何其它參數(shù)。在一個(gè)實(shí)例中，輸出裝置可配置成顯示由用于自動(dòng)系統(tǒng)96中的一個(gè)或更多個(gè)傳感器感測(cè)的感測(cè)數(shù)據(jù)。

有利地，自動(dòng)系統(tǒng)96可包括以下規(guī)定：簡(jiǎn)單地加入凍存的細(xì)胞，隨后加入培養(yǎng)介質(zhì)，且打開系統(tǒng)96的電源(例如，通過(guò)使用開關(guān))，以開始自動(dòng)種子培育過(guò)程。因此，自動(dòng)系統(tǒng)96在最小操作者介入下執(zhí)行種子培育過(guò)程，由此減小人為干預(yù)、污染、人為誤差和與其相關(guān)聯(lián)的非可預(yù)計(jì)的結(jié)果的可能性。

培養(yǎng)器皿還可在使用之前滅菌，可通過(guò)使用高壓滅菌、γ滅菌、UV滅菌等。蓋、葉輪和位于培養(yǎng)器皿內(nèi)的一個(gè)或更多個(gè)其它部分也可在使用之前滅菌。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，密封的導(dǎo)管或體現(xiàn)為具有過(guò)濾器單元的導(dǎo)管也可與器皿組合來(lái)制作生物反應(yīng)器系統(tǒng)，其可為單個(gè)預(yù)先滅菌的一次性單元，從而通過(guò)防止引入來(lái)自前一批次等的污染物來(lái)使得自動(dòng)系統(tǒng)96甚至更不易受污染。用于細(xì)胞培養(yǎng)的培養(yǎng)介質(zhì)是自制的或從外面購(gòu)買的滅菌介質(zhì)。

此外，自動(dòng)系統(tǒng)96可由未訓(xùn)練的操作者來(lái)操作。由于自動(dòng)系統(tǒng)96能夠提供加入培養(yǎng)介質(zhì)，隨后是在無(wú)菌生物反應(yīng)器環(huán)境中的細(xì)胞培養(yǎng)的無(wú)菌通路，故可能不需要層流罩，這可顯著地減小占地空間要求和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)成本。

在一些實(shí)施例中，自動(dòng)系統(tǒng)96可構(gòu)造成以自動(dòng)方式有效地操作。有利地，系統(tǒng)構(gòu)造成允許凍存的細(xì)胞和培養(yǎng)介質(zhì)至生物器皿的無(wú)菌通路和轉(zhuǎn)移，以用于進(jìn)一步的細(xì)胞培養(yǎng)處理。在特定實(shí)例中，培養(yǎng)器皿10可用于通過(guò)接種細(xì)胞來(lái)將細(xì)胞培養(yǎng)至幾十億個(gè)細(xì)胞，且通過(guò)在單個(gè)生物反應(yīng)器器皿中加入附加的介質(zhì)體積來(lái)擴(kuò)大培養(yǎng)過(guò)程。

在某些實(shí)施例中，包括自動(dòng)種子培育培養(yǎng)器皿10的自動(dòng)系統(tǒng)96可提供用于生物制藥或生物處理行業(yè)的自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備，其能夠以冷凍或凍存的細(xì)胞開始，且使用生物反應(yīng)器系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生擴(kuò)增的細(xì)胞培養(yǎng)。相同的器皿可取決于客戶要求用于不同培養(yǎng)體積。

提供了用于培養(yǎng)細(xì)胞的方法的實(shí)施例，其中該方法包括提供包括培養(yǎng)器皿的生物反應(yīng)器，將細(xì)胞接種到培養(yǎng)器皿，將第一體積的細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)加入培養(yǎng)器皿、在培養(yǎng)器皿中培養(yǎng)細(xì)胞來(lái)達(dá)到期望的細(xì)胞密度，以及加入第二體積的細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)來(lái)在預(yù)定水平下增大細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)的體積，以達(dá)到期望的細(xì)胞密度。在該實(shí)施例中，生物反應(yīng)器動(dòng)態(tài)通過(guò)在不同培養(yǎng)介質(zhì)體積下保持比熱傳遞面積和比氣體傳遞面積來(lái)保持受最小影響。

在方法的一些實(shí)施例中，第二體積的細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)遞增地加入來(lái)在預(yù)定水平下增大體積。用語(yǔ)"遞增地"可包括介質(zhì)連續(xù)給送或加入器皿、介質(zhì)非連續(xù)加入器皿，或兩者。如所述，在方法的一些實(shí)施例中，通過(guò)在不同體積下保持比熱傳遞面積和比氣體傳遞面積，培養(yǎng)介質(zhì)具有適應(yīng)20ml到5升之間的細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)的能力，而不引入生物反應(yīng)器動(dòng)態(tài)的顯著變化。在該方法的這些實(shí)施例中，細(xì)胞從凍存的細(xì)胞原料接種至培養(yǎng)器皿。

在一些實(shí)施例中，方法步驟以解凍凍存的細(xì)胞的步驟開始，且包括以下步驟：解凍凍存的細(xì)胞、將細(xì)胞轉(zhuǎn)移至培養(yǎng)器皿，后接加入第一體積的培養(yǎng)介質(zhì)來(lái)培養(yǎng)細(xì)胞的步驟。第二體積的培養(yǎng)介質(zhì)可進(jìn)一步加入培養(yǎng)器皿來(lái)作為大規(guī)模培養(yǎng)細(xì)胞的下一步驟。如本文所述的方法步驟可為自動(dòng)的。在一些實(shí)施例中，第一體積可為將細(xì)胞從冷凍小瓶轉(zhuǎn)移至生物反應(yīng)器器皿的體積。在該實(shí)施例中，種子體積大于冷凍小瓶中的體積，且達(dá)到種子體積，第二體積的介質(zhì)可加入器皿來(lái)用于培養(yǎng)細(xì)胞。

在一些實(shí)施例中，該方法還包括控制培養(yǎng)器皿內(nèi)的氣體流速。在一些其它實(shí)施例中，該方法還包括控制生物反應(yīng)器的培養(yǎng)介質(zhì)的一個(gè)或更多個(gè)環(huán)境條件。用于細(xì)胞培養(yǎng)的一個(gè)或更多個(gè)環(huán)境條件包括溫度、pH、溶解氧、攪拌或它們的組合。該方法還可包括控制細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)的成分。在接種和培養(yǎng)細(xì)胞期間，可保持恒定的溫度。在該方法的一些實(shí)施例中，恒定的pH和溶解氧也可在接種和培養(yǎng)細(xì)胞期間保持。如所述，葉輪的速度也可受控來(lái)攪拌培養(yǎng)介質(zhì)中的細(xì)胞。

生物反應(yīng)器可構(gòu)造成接種和培養(yǎng)選自細(xì)菌細(xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞、真菌、昆蟲細(xì)胞、微生物、病毒細(xì)胞、干細(xì)胞或它們的組合的細(xì)胞。細(xì)胞可選自細(xì)菌細(xì)胞、哺乳動(dòng)物細(xì)胞、干細(xì)胞或它們的組合。細(xì)胞可包括脂肪干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞，或它們的組合。

在特定實(shí)例中，樣本可為凍存的樣本。在一個(gè)實(shí)例中，凍存的樣本可解凍來(lái)形成液體細(xì)胞懸液，以允許種子接種體的轉(zhuǎn)移。在一些實(shí)施例中，凍存的細(xì)胞可快速加熱來(lái)形成液體細(xì)胞懸液?？勺⒁獾降氖?，細(xì)胞介質(zhì)通常儲(chǔ)存在4℃下。然而，使用具有大約4℃或更低的溫度的細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)可不利地影響細(xì)胞生長(zhǎng)。結(jié)果，可能期望將生長(zhǎng)介質(zhì)至少預(yù)熱至室溫，且用于細(xì)胞培養(yǎng)。

圖14為使用包括花形培養(yǎng)器皿10的自動(dòng)種子培育生物反應(yīng)器來(lái)培養(yǎng)細(xì)胞的示例性方法130，其中遞增加入培養(yǎng)介質(zhì)不會(huì)影響將影響生物反應(yīng)器動(dòng)態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)，諸如比熱傳遞面積或比氣體傳遞面積。培養(yǎng)介質(zhì)可加入培養(yǎng)器皿多次，而不改變器皿的生物反應(yīng)器動(dòng)態(tài)。該方法可取決于要求部分自動(dòng)化或完全自動(dòng)化。使用生物反應(yīng)器器皿的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，培養(yǎng)介質(zhì)可加入培養(yǎng)器皿多次而不使用多個(gè)器皿。

該方法的第一步驟132包括提供細(xì)胞培養(yǎng)器皿，諸如容器或器皿，以作為用于細(xì)胞生長(zhǎng)或接種的種子培育過(guò)程的一部分。培養(yǎng)器皿構(gòu)造成使得遞增加入培養(yǎng)介質(zhì)不會(huì)影響生物反應(yīng)器動(dòng)態(tài)。培養(yǎng)器皿設(shè)計(jì)成使得熱傳遞面積或氣體傳遞面積保持恒定。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，培養(yǎng)器皿可包括袋或柔性容器，以設(shè)置在不變?cè)O(shè)計(jì)形狀的培養(yǎng)器皿內(nèi)，其在本文中稱為"花形器皿"。

在下一步驟134中，細(xì)胞的小接種體(諸凍存細(xì)胞的等分部分)加入細(xì)胞培養(yǎng)器皿中。細(xì)胞的接種體可為凍存或冷凍的細(xì)胞樣本。在一個(gè)實(shí)例中，細(xì)胞可為哺乳動(dòng)物細(xì)胞。在一些實(shí)施例中，冷凍細(xì)胞在加入培養(yǎng)器皿之前解凍。在一些其它實(shí)施例中，冷凍細(xì)胞快速加熱來(lái)形成細(xì)胞懸液，以用于進(jìn)一步培養(yǎng)細(xì)胞。在這些實(shí)施例中，加熱構(gòu)件可聯(lián)接到容納凍存細(xì)胞的容器上。加熱構(gòu)件可構(gòu)造成將最初可為-80℃或更低的凍存樣本解凍和加熱至大約37℃的溫度。作為備選，水浴或珠浴可用于加熱凍存細(xì)胞。在一個(gè)實(shí)施例中，細(xì)胞可經(jīng)由連接到凍存細(xì)胞的容器上的導(dǎo)管來(lái)加入器皿。在另一個(gè)實(shí)施例中，細(xì)胞可經(jīng)由器皿上存在的端口直接地加入器皿，特別是在層流罩內(nèi)的無(wú)菌條件下。

在框136處，第一體積的細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)加入培養(yǎng)器皿中。培養(yǎng)器皿可操作地聯(lián)接到一個(gè)或更多個(gè)外部裝置上，諸如但不限于，生長(zhǎng)介質(zhì)源、泵、生物反應(yīng)器或它們的組合。細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)可儲(chǔ)存在外部裝置中，諸如位于生物反應(yīng)器外的容器。培養(yǎng)介質(zhì)可從儲(chǔ)存細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)的容器轉(zhuǎn)移至培養(yǎng)器皿來(lái)開始細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程。此外，細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)可用于從凍存容器和/或聯(lián)接的容器轉(zhuǎn)移和沖出解凍的凍存細(xì)胞。此外，儲(chǔ)存細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)的容器還可聯(lián)接到加熱構(gòu)件上，其中加熱構(gòu)件可構(gòu)造成在引入培養(yǎng)器皿之前預(yù)熱培養(yǎng)介質(zhì)。

此外，在框138處，細(xì)胞懸液在器皿中與加入的培養(yǎng)介質(zhì)徹底混合。培養(yǎng)介質(zhì)與細(xì)胞懸液的混合可最初通過(guò)使細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)快速流入容納種子細(xì)胞的器皿中以促進(jìn)混合來(lái)達(dá)成。此外，培養(yǎng)介質(zhì)與細(xì)胞懸液的混合可通過(guò)使用器皿內(nèi)的葉輪或使用攪拌棒來(lái)達(dá)成。葉輪或攪拌棒的速度可使得其確保培養(yǎng)介質(zhì)與細(xì)胞的混合，避免了可破壞細(xì)胞的細(xì)胞上的任何過(guò)大剪切力。細(xì)胞和培養(yǎng)介質(zhì)的混合可在間斷或連續(xù)的攪拌下。此外，混合可通過(guò)搖動(dòng)培養(yǎng)器皿來(lái)達(dá)成。搖動(dòng)可通過(guò)使用一維或二維搖動(dòng)來(lái)達(dá)成，諸如使用器皿的軌道運(yùn)動(dòng)、波狀運(yùn)動(dòng)或滾動(dòng)和擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

此外，在框138處，細(xì)胞的培養(yǎng)在培養(yǎng)器皿中繼續(xù)。具體而言，細(xì)胞擴(kuò)增至較高數(shù)目。細(xì)胞生長(zhǎng)在例如37℃的期望溫度下執(zhí)行。細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)的溫度可使用加熱單元、溫度傳感器和溫度控制器來(lái)保持。溫度傳感器(例如，熱電偶)可分別用于直接地或間接地感測(cè)培養(yǎng)介質(zhì)，以及加熱器的溫度。此外，溫度控制器可用于將培養(yǎng)介質(zhì)的溫度和器皿的內(nèi)部環(huán)境調(diào)節(jié)至大約37℃。將溫度保持處于或低于37℃確保了細(xì)胞不會(huì)由于過(guò)熱而被破壞。培養(yǎng)介質(zhì)的溫度可隨細(xì)胞類型改變。細(xì)胞培養(yǎng)還可由介質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物或氣體(諸如氧和二氧化碳)的存在或不存在而受影響。細(xì)胞培養(yǎng)還可由介質(zhì)的pH影響。結(jié)果，引入器皿中的培養(yǎng)介質(zhì)可處于期望溫度、pH，且包含適用于細(xì)胞生長(zhǎng)的介質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物或溶解氣體(氧、二氧化碳)。對(duì)于大規(guī)模的細(xì)胞培養(yǎng)，細(xì)胞和培養(yǎng)介質(zhì)還在不斷或間斷的攪拌下，這導(dǎo)致介質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物或氣體的適當(dāng)混合且加強(qiáng)細(xì)胞培養(yǎng)。

該方法的下一個(gè)步驟142在于將第二體積的培養(yǎng)介質(zhì)加入培養(yǎng)器皿中來(lái)用于大規(guī)模培養(yǎng)細(xì)胞。器皿構(gòu)造成使得器皿可容納第二體積或第三體積或第四體積的培養(yǎng)介質(zhì)來(lái)用于培養(yǎng)細(xì)胞，其中加入的培養(yǎng)介質(zhì)體積不會(huì)影響或不會(huì)顯著影響生物反應(yīng)器的動(dòng)態(tài)。第二體積的培養(yǎng)介質(zhì)使用無(wú)菌導(dǎo)管加入培養(yǎng)器皿，且轉(zhuǎn)移過(guò)程保持細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境的無(wú)菌性。在一些實(shí)施例中，用于加入附加介質(zhì)的導(dǎo)管可與用于加入種子細(xì)胞和細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)的導(dǎo)管相同。在一些實(shí)施例中，提供大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)設(shè)備所需的培養(yǎng)介質(zhì)的流速和培養(yǎng)介質(zhì)的體積可基于以下一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算：1)期望的細(xì)胞回收和2)擴(kuò)增細(xì)胞中的期望細(xì)胞密度。

下一個(gè)步驟144是指用于擴(kuò)增細(xì)胞來(lái)得到較高數(shù)目的細(xì)胞的大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)。類似于前一步驟142中將第二體積加入器皿，第三體積、第四體積、第五體積等可遞增地加入器皿來(lái)用于大規(guī)模培養(yǎng)細(xì)胞。將介質(zhì)遞增加入器皿不會(huì)影響生物反應(yīng)器中的細(xì)胞培養(yǎng)的無(wú)菌性或動(dòng)態(tài)。大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)對(duì)于生物制藥、生物處理或生物治療行業(yè)是有利的。對(duì)于培養(yǎng)細(xì)胞，溫度、pH或溶解氧的期望條件可在步驟144中保持。

此外，在下一個(gè)步驟146，在完成細(xì)胞培養(yǎng)之后，具有培養(yǎng)介質(zhì)的細(xì)胞可轉(zhuǎn)移至外部裝置，例如，后續(xù)的生物反應(yīng)器或用于收集細(xì)胞的細(xì)胞收集器裝置。擴(kuò)增的細(xì)胞可有效地從培養(yǎng)器皿回收，且從培養(yǎng)器皿轉(zhuǎn)移至外部裝置。在特定實(shí)例中，在培養(yǎng)細(xì)胞之后，蠕動(dòng)泵可打開，以經(jīng)由生物反應(yīng)器的采樣路徑來(lái)排出細(xì)胞和培養(yǎng)介質(zhì)。

在一些實(shí)施例中，涉及生物反應(yīng)器器皿的種子培育工作流還可用作生產(chǎn)活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間內(nèi)的連續(xù)細(xì)胞源，諸如滾動(dòng)種子培育?；谥圃煊?jì)劃，來(lái)自生物反應(yīng)器器皿的細(xì)胞的一部分可用于接種該接種種子培育的第一級(jí)，其通常包括20L介質(zhì)體積。來(lái)自第一級(jí)的細(xì)胞培養(yǎng)物加入后續(xù)的兩級(jí)，諸如接種培育的第二級(jí)(100L)和第三級(jí)(750L)，隨后生產(chǎn)器皿(2000L)運(yùn)行。新鮮介質(zhì)可加入生物反應(yīng)器器皿內(nèi)的培養(yǎng)物的其余部分，且使細(xì)胞擴(kuò)增，直到達(dá)到期望的細(xì)胞密度。這確保了第二接種種子培育的細(xì)胞以及后備細(xì)胞供應(yīng)的不間斷可用性，后備細(xì)胞供應(yīng)可在運(yùn)行故障的情況下再進(jìn)行制造操作。

在生物反應(yīng)器系統(tǒng)完全自動(dòng)時(shí)，在步驟134到146中可能不需要操作者的干預(yù)。作為備選，提供培養(yǎng)器皿和將凍存細(xì)胞加入器皿可能需要最小操作者干預(yù)。在一些實(shí)例中，生物反應(yīng)器需要單獨(dú)的獨(dú)立開關(guān)來(lái)打開，以對(duì)泵和培養(yǎng)介質(zhì)轉(zhuǎn)移至器皿中涉及的其它構(gòu)件供能，使葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)，加入氣體混合物或營(yíng)養(yǎng)物，或?qū)U(kuò)增的細(xì)胞進(jìn)一步轉(zhuǎn)移至外部裝置。

此外，自動(dòng)系統(tǒng)可置于工作臺(tái)或推車上，從而提高了整個(gè)細(xì)胞生產(chǎn)基層的靈活性。此外，自動(dòng)系統(tǒng)可不需要技術(shù)人員來(lái)操作系統(tǒng)。此外，培養(yǎng)器皿或?qū)Ч艿囊淮涡孕再|(zhì)允許了生產(chǎn)設(shè)備中的快速轉(zhuǎn)換。此外，本說(shuō)明書的培養(yǎng)器皿、生物反應(yīng)器系統(tǒng)和方法在培養(yǎng)器皿和包含凍存細(xì)胞的小瓶安裝之后在較大程度上自動(dòng)化，且因此勞動(dòng)強(qiáng)度小。

一個(gè)或更多個(gè)不同類型的細(xì)胞可使用多規(guī)模的種子培育生物反應(yīng)器來(lái)培養(yǎng)。細(xì)胞可包括但不限于，粘附細(xì)胞、非粘附細(xì)胞、懸浮細(xì)胞、懸浮適應(yīng)的粘附細(xì)胞、免疫細(xì)胞、干細(xì)胞、植物細(xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞、細(xì)菌細(xì)胞、真菌細(xì)胞、昆蟲細(xì)胞系，或它們的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，細(xì)胞為粘附細(xì)胞，其可包括胚胎干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞，或誘導(dǎo)多能干細(xì)胞。

盡管本文中示出和描述了本公開內(nèi)容的僅某些特征，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到許多改型和變化。因此，將理解的是，所附權(quán)利要求旨在覆蓋落入本公開內(nèi)容的真實(shí)精神內(nèi)的所有此類改型和變化。