CN102803471A - 组织和器官移植生物反应器及其操作方法 - Google Patents

组织和器官移植生物反应器及其操作方法 Download PDF

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Abstract

一种一次使用的、单或多组织、器官和移植物生物反应器和环境控制***被设计为复制用于组织、器官或移植物的生长的必要条件，同时解决以下问题：扩大组织生长规模；一次使用的或一次性形式的适应性；和作为提供细胞培养条件的完全环境控制的独立单元操作。

Description

组织和器官移植生物反应器及其操作方法
相关申请
本申请在35USC 119(e)下要求于2009年4月3日提交的美国临时申请No.61/166,567和于2009年4月3日提交的美国临时申请No.61/166,585的优先权，两者通过引用被全部在此并入。
背景技术
细胞培养是制造许多生物产品中必不可少的步骤，所述生物产品例如核酸和抗体。该工艺可以从将少量细胞(接种体)添加到容器开始，所述容器包含液体介质和实心支撑件(solid support)，所述液体介质包括对于细胞的新陈代谢和生长必需的营养素，细胞可以附着到实心支撑件，该实心支撑件浸入在液体介质中。温度、pH值、及氧和二氧化碳浓度的条件被控制，以促使细胞生长和***，直到达到融合。
已描述了在三维基体上的单组织或组织移植物的小规模培养和生长。为了培养细胞以形成组织或移植物而使用生物反应器，之前已限于在实心或多孔支持物上培养细胞，所述支持物悬浮在硬质塑料或玻璃生物反应器中的液体介质中。
传统的生物反应器被典型地设计为固定的、可再度使用的箱或容器。一次性的或一次使用的生物反应器可以使用由非一次性的支持结构支持的塑料无菌袋。
需要开发一种柔性壁的、一次性生物反应器***，该***用于取自活体的细胞、组织、或器官的离体扩增，其是一种被设计为提供细胞、组织、移植物或器官所要求的氧合、加热、混合和pH值控制的***。该离体扩增的产物可随后被移植到需要其的患者体内。被移植的组织可以补充细胞群体，以支持患者之前损伤的组织或病组织的再生。一个示例性使用是取自活体的血管细胞的生长。以血管移植物形式的离体扩增的血管细胞可被移植到需要其的患者体内。被移植的血管移植物可以支持患者之前被损伤的或患病的血管的再生。
尽管工程化组织越来越多地用在许多医疗领域的疾病治疗中，但对于许多类型的工程化组织，临床制造生产紧密遵从在技术的早期发现期间使用的原始台式工艺。工程化组织生产的规模扩大和自动控制的限制已导致货品的高成本和可能损害临床结果的潜在产品可变性。因此，有对用于可控的、可调规模的(scale-able)、和支付得起的组织生产的革新方法的迫切需要。
大多数市场上可买到的血管移植物由合成材料制备，诸如膨体聚四氟乙烯(PTFE)。一个仍未解决的问题是，当用作动静脉(AV)透析移植物时，所有合成的移植物遭受高并发症率。这些并发症可以包括引起移植物闭塞的感染、血栓形成、和新内膜超常增生。合成的AV移植物的并发症率是如此高以致通常的移植物在它的移植寿命期间需要多种干涉，只为了保持开放性(patency)，即，开放或非堵塞的状态。保持移植物开放性的高成本、以及与移植物感染相关联的高发病率表明，对用于透析的更好的AV移植物有迫切需要。
由此，有对一次性生物反应器***的持续的临床需要，所述***支持培养、使劳动最小化、减少破坏无菌状态的风险，且使工程化组织、器官、和移植物的大规模生产可行。
发明内容
本发明关注优选地一次使用的、单或多移植物生物反应器，其复制用于细胞生长的必要条件，包括组织、器官、或移植物。该创新解决：1)使细胞以类似于诸如血管或器官的活组织的形状生长的问题；2)对柔性壁的、一次使用的，即一次性生物反应器形式的适应性；3)将进料介质低剪切(lowshear)、径向分配到细胞；4)平稳和均匀传递脉动流动(pulsatile flow)到生长在生物反应器内的组织；5)作为提供培养条件所需的完全环境控制的独立单元操作；6)扩大规模的组织生长的问题；和7)折叠(collapse)生物反应器以最小化接种物体积的能力。
本发明还单独或结合地包括以下内容。在一个方面中，本发明涉及我们的发现，其是在大规模的、独立的、一次性生物反应器***中，或者，在与一次性生物反应器流体连通的一次性的培养袋中，实现动物或人类来源的细胞的离体扩增的新培养***。
与一次性生物反应器流体连通的一次性的培养袋
在一个实施方案中，本发明涉及用于组织、器官或移植物培养的一次使用的生物反应器***，其包括：具有腔室的一次性的细胞培养袋；包括表面的生物相容性支架，所述表面用于将多个细胞附着在其上并生长，该生物相容性支架布置在在一次性的细胞培养袋的腔室内；运动***，用于周期性地移动在该生物相容性支架的表面上的组织、器官、或移植物；一次性生物反应器，其通过流体通路与一次性的细胞培养袋的腔室流体连通，该一次性生物反应器包括：溶解氧传感器；气体供应***、pH值控制***、和温度控制***，其中，气体供应***、pH值控制***、和温度控制***的每一个被配置为控制在生物反应器***中的细胞培养的环境参数，且被配置为与在生物反应器***中的流体介质操作性连通，其中，该流体介质包括用于细胞生长的介质；和循环泵，其被定位以用于产生流体介质通过流体通路的循环，所述流体通路在生物反应器***的一次性生物反应器和一次性的细胞培养袋的腔室之间。
用于大规模培养的独立的、一次使用的生物反应器***
在另一实施例中，用于大规模组织、器官或移植物培养的独立的、一次使用的生物反应器***，包括：一次性生物反应器，其包括具有至少一个端口的腔室；包括至少一个表面的生物相容性支架，所述表面用于将多个细胞附着到其上并生长，该生物相容性支架布置在一次性生物反应器的腔室内；运动***，用于周期性地移动在该生物相容性支架的至少一个表面上的组织、器官、或移植物；再循环泵，其操作地连接到一次性生物反应器的至少一个端口且被布置为在腔室内循环流体介质，以使新鲜的流体介质进入腔室、和将废介质从腔室移除，该流体介质包括用于细胞生长的介质；运动***，其用于周期性地移动在生物相容性支架的表面上的组织、器官、或移植物；溶解氧传感器；气体供应***；pH值控制***；和温度控制***，其中，气体供应***、pH值控制***、和温度控制***的每一个***作地连接到一次性生物反应器的腔室，且其中，气体供应***、pH值控制***、和温度控制***的每一个被配置用于控制在一次性生物反应器的腔室中的细胞培养的环境参数。
一次使用的、单一组织、器官、和移植物生物反应器
在又一实施方案中，用于单一组织、器官、或移植物的培养的一次使用的、单一组织、器官、和移植物生物反应器包括：一次性的细胞培养袋，用于保持流体介质，该一次性的细胞培养袋具有腔室和在其表面处的双向、单端口，该端口被配置用于选自以下的功能：采样、接种、介质流入、介质移除、清洗和储存，及上述的组合；生物相容性支架，其布置在腔室内，该支架具有穿过其中的通道且包括用于多个细胞的附着及其生长的外表面；管支持结构，其被定位在支架的通道内；附连到管支持结构的至少一个端部的装置，所述装置选自压缩器、张紧装置、和扭转器(twister)且被布置用于将张力、压力或扭转力传到管支持结构上；温度控制***，其被配置为控制在生物反应器中的细胞培养的温度，且被配置为与在生物反应器中的流体介质操作性连通，其中，该流体介质包括用于细胞生长的介质；和泵，其被定位用于循环流体通过管支持结构。
本发明还涉及一种离体扩增动物或人类来源的细胞的方法，包括：将以上或以下描述的任何生物反应器***中的生物相容性支架接种多个动物或人类来源的细胞，同时该生物相容性支架被浸在可以由磁耦合搅拌器搅拌的流体介质中；使细胞附着到生物相容性支架；周期性地移动在生物相容性支架的表面上的附着细胞；和循环用于细胞生长的流体介质，以在充分的环境条件下连续地用流体介质浸泡多个动物或人类来源的细胞，并持续足以使细胞离体扩增以形成组织、移植物、或器官的时间段。
附图说明
本发明的前述和其它目标、特征及优势将从以下本发明的说明性实施方案的更具体描述显而易见，如在附图中示出的。在附图中，引用符号在所有不同视图和实施方案中是指相同的或相似的部分。附图不必按比例；重点在于示出本发明的原理。在附图中：
图1是根据本发明的第一实施方案的一次使用的、单或多移植物生物反应器的示意图，其包括支持结构灌注回路(support structure perfusion loop)且具有原位搅拌器。
图2是根据本发明的第二实施方案的一次使用的、单或多移植物生物反应器的示意图，其没有支持结构灌注回路，但包括机械膨胀和压缩***和原位搅拌器，所述机械膨胀和压缩***用于使用机械***周期性地膨胀和压缩该支持结构。
图3A是根据另一本发明的实施方案、在浓集器护架(cradle)中的生物反应器的局部截面图。
图3B示出柔性的、可变形的生物反应器容器的纵向轮廓，所述容器具有下陷处，用于促进接种体浓集。
图4是根据第三实施方案的多个一次使用的生物反应器容器或细胞培养袋的示意图，该培养袋容纳从共同的箱或生物反应器供给生长介质的单独的血管移植物，所述箱或生物反应器由磁耦合搅拌器搅拌。
图5是根据另一实施方案的细胞培养袋或生物反应器的侧视平面标度图，该细胞培养袋或生物反应器用于使单一移植物在支撑管(support tubing)上生长，所述支撑管有脉动流动通过其中。
图6是根据本发明的另一实施方案的一次使用的、单或多移植物生物反应器的示意图，其由磁耦合搅拌器搅拌，没有支持结构灌注回路、但包括用于使用机械***压缩支持结构的夹阀组(pinch valve array)。
优选实施方式的详述
以下是本发明的优选实施方式的描述。将理解的是，本发明的具体实施方式通过实例示出且不作为本发明的限制。在开始时，在本发明以最宽的总体方面描述，跟着是更具体的描述。本发明的组合物和方法的特征和其它细节将在权利要求中进一步指出。
遍及本说明书的描述和权利要求，词汇″包括″和″包含″及这些词汇的变体的意思是″包括但不限于″，且它们不意图(和不)排除其它部分、添加物、构件、整体或步骤。遍及本说明书的描述和权利要求，单数形式包括复数形式，除非上下文另有需要。特别地，在不定冠词使用之处，本说明书将被理解为考虑为复数或单数，除非上下文另有需要。
此处披露的是使细胞、组织和器官生长的装置和方法，其用在外科手术移植物的制备中，包括自体移植物和异体移植物。自体移植物是从受者的自身组织制备的移植物，例如来自受者的健康器官。异体移植物是在基因上不同的个体之间的组织移植物。例如，异体移植物可以由从尸体器官或活体亲属的个体获得的组织制备。
本发明还涉及扩增细胞的方法，例如，诸如间充质干细胞的间充质细胞，如果需要，其可以被活化和诱动。间充质干细胞是成年干细胞，其可以形成多种细胞，包括脂细胞、软骨、骨、腱和韧带、肌细胞、皮肤细胞和神经细胞。例如，被扩增的间充质干细胞可用于再生内分泌组织，例如，用于移植到患有糖尿病的患者的胰岛(Isles of Langerhans)细胞。在另一示例中，尽管肌肉的损伤愈合的非常慢，但如果在被披露的***中扩增的间充质干细胞被活化且被移植在损伤的肌肉组织中，那么这种创伤将很可能更快治愈。
披露的多组织、器官、和移植物生物反应器的三个可行的设计变体的非限制性示例，所有均实现以下目标。每一个提供大尺度一次性表面，用于多个组织、器官、和移植物的生长。每一个提供气体供应***或气体喷射***、pH值控制***和温度控制***，以满足多个组织、器官和移植物的氧合、pH值和温度要求。每一个具有以分批、补料分批或灌注模式操作的能力。
以下实施方案通常涉及支持结构的围护件，其是用于培养细胞的生物相容性支架，通常形成诸如血管组织、血管移植物、其它组织、和/或器官的移植材料。生物反应器容器***可以包括受控环境模块(CEM)，以促进生长。其提供无菌或接近无菌环境，用于接种培养、操作和/或收获来自生物反应器的完成的器官/移植物。参见示例，由Galliher等发明的、美国专利申请公开号为US2008/0139865A1的Environmental Containment Systems，和由Hodge等发明的、美国专利申请公开号为No.US2005/0226794A1的System andMethod for Manufacturing。两个公开物的教导在此通过引用将其全部并入。CEM可以将温度、湿度、微生物、和颗粒物数或所有这些参数控制在以下水平，其适于阻止或最小化在种植、接种、操作、或收获期间生物反应器的环境污染的可能性。
在本发明的一个实施方案中，生物相容性支架具有内通道和表面，所述表面用于在介质中的组织的附着和生长。还提供了运动***，用于在支持结构上周期性地移动组织。
在优选的实施方案中，提供了传感器，用于监视在生物反应器袋内生长的组织的生长条件。传感器包括温度、pH值、溶解氧和二氧化碳传感器。
通常，该运动***可以在支持结构内产生脉动压力波动，例如，以为血管移植物提供必要的生长条件。在一个实施方案中，该运动***包括膨胀和压缩***，用于周期性地膨胀和压缩支持结构。在其它情况下，运动***包括泵，用于周期性地泵送流体通过在支持结构中的通道。这种***应该包括流量分配器，用于分配由在多个支持结构之间的泵来泵送的流体。压力调节阀***也用于控制在多个支持结构之间的流动和/或压力。在另一示例中，使用夹阀***，其挤压支持结构，以改变在支持结构内的压力。
优选地，在生物反应器容器袋中有一个或多个端口，用于将接种体(inoculate)引入到生物反应器容器袋中。接种护架(inoculation cradle)用于支撑柔性的、可变形生物反应器容器袋，以促进在小量接种中的支持结构的浓集。
目前，生物反应器容器袋是一次使用的袋，且可包括在使用之前移植物的最后封装。
当使血管移植物生长时，生物相容性支架包括一个或多个管，一个或多个血管移植物在管上生长。在其它应用中，移植物包括在支架上生长的一个或多个器官或组织移植物。
通常，根据另一方面，本发明的特征是一种用于培养细胞以形成组织、器官或移植物的方法。该方法包括提供容纳用于细胞生长的介质的生物反应器容器袋，将至少一个支架安装在容器袋内。所述支架可以为实心结构，或可以具有内通道和表面，所述表面用于细胞的附着和生长以形成组织。当组织生长在支架上时，支架被周期性地移动以促进适当的生长。
该生物反应器***可以以分批模式、或补料分批模式操作，其中新鲜的介质被定期添加到生物反应器中，该生物反应器被磁耦合搅拌器搅动。或者，生物反应器可以通过以下连续地灌注：抽取通过在一次性生物反应器的壁中的多孔膜或盘、或经由多孔管或框架的介质，同时将新鲜成分介质供应到生物反应器以保持恒容。
对于补料分批或灌注模式操作，废介质或流体可以通过在生物反应器的壁中的多孔表面或通过多孔管框架抽取，而新鲜的介质被定期或持续地添加，以保持恒容。洗液或缓冲液可以以类似的方式被施加到生物反应器。
现在参见附图，图1示意性地示出生物反应器***100，其已根据本发明的原理构造。
支架
在图1中示出的实施方案中，支架被水平布置在一次性生物反应器中，用于形成多个组织、器官、和移植物。在其它实施方案中，生物相容性支架还可被布置在垂直位置或对角位置。但框架的其它配置也是可行的。
术语，如在此使用的″生物相容性支架″、″生物相容性框架″、″生物相容性基体″、″生物相容性基底″、″生物相容性管″、″支持结构″、″支架″、″框架″、″基体″、″基底″或″管″(例如，硅酮(silicone)管)，被同义地和互换地使用，且是指适于细胞群体的沉积的材料，且其允许细胞生长和扩增。生物相容性基底不引起对组织、器官或移植物的有毒或有害作用。在一个实施方案中，生物相容性基底是具有表面的聚合物，其可以被制造为期望的需要取代的器官的形状。基底还可以被制造为需要取代的器官的一部分的形状。被培养的细胞的群体可以在三维支架上生长，所述支架提供细胞间相互作用所需的预先确定的间隙距离。在一个实施方案中，生物相容性基体是生物可降解的。生物相容性聚合物支架的非限制性示例可以是由诸如以下材料形成的聚合物：纤维素醚、纤维素、纤维素酯、氟化聚乙烯、聚-4-甲基戊烯、聚丙烯腈、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚苯并噁唑、聚碳酸酯、聚氰基芳基醚、聚酯、聚酯碳酸酯、聚醚、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚醚酮、聚醚砜、聚乙烯、聚氟烯烃、聚酰亚胺、聚烯烃、聚噁二唑、聚苯醚、聚苯硫醚、聚丙烯、聚苯乙烯、聚硫化物、聚砜、聚四氟乙烯、聚硫醚、聚***、聚氨基甲酸酯、聚乙烯化合物(polyvinyl)、聚偏二氟乙烯、再生纤维素、硅酮、及其共聚物，或其物理混合物。聚合物支架可以涂布有生物相容性和/或可生物降解的材料。本领域技术人员可以用有限次实验确定哪些基底适合于具体应用。
可以用多种试剂中的任何一种浸透(impregnate)支架，例如，合适的生长因子、干细胞因子(SCF)、血管内皮生长因子(VEGF)、转化生长因子(TGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)、表皮生长因子(EGF)、软骨生长因子(CGF)、神经生长因子(NGF)、角质化细胞生长因子(KGF)、骨骼生长因子(SGF)、成骨细胞-衍生的生长因子(BDGF)、***(IGF)、细胞因子生长因子(CGF)、干细胞因子(SCF)、集落刺激因子(CSF)、生长分化因子(GDF)、整合素调节因子(IMF)、调钙素(CaM)、胸苷激酶(TK)、肿瘤坏死因子(TNF)、生长激素(GH)、骨形态形成蛋白(BMP)、干扰素、白细胞介素、细胞因子、整合素、胶原、弹性蛋白、肌原纤维蛋白、纤连蛋白、层粘连蛋白、糖胺聚糖、硫酸乙酰肝素、硫酸软骨素(CS)、透明质酸(HA)、玻璃粘连蛋白、蛋白聚糖、转铁蛋白、韧粘蛋白、生腱蛋白、和淋巴因子。
可以用分化剂浸透支架。分化剂是任何这样的化合物，当被添加到体外细胞或被引入到哺乳动物体内时，其导致细胞或组织的表型的变化，包括指示在细胞或组织的生命周期中的具体阶段的一个或多个标记的表达。
支架、框架或管的外面提供表面，在该表面上细胞可以附着和生长。在此使用的术语″附着″或″附连″，是指细胞直接粘附到支架或是指细胞它们自身附连到其它细胞。框架或管可以是透气的或透过液体的，取决于它的化学成分或多孔性。如果是可渗透液体的，新鲜的介质或废介质可以通过管的壁进行交换。或者，多孔或非多孔管可以用于移除废物或将新鲜的介质运送到在框架上生长的组织、器官、和移植物。生物反应器的接种还可以通过多孔管或框架获得。如果框架或管是可透气的，氧供给和CO2去除可通过框架或管完成。
适合于用在根据本发明的实施方案的支架中的多孔材料的非限制性示例，是多孔基体，其由与戊二醛具有一些交联的胶原和硫酸软骨素制备。另一示例是生物可吸收材料，诸如聚交酯或聚乳酸(PLA)的高分子量聚合物。
移植材料在被包含在容器110内的一个或多个支架或支持结构130上生长。在一个实施方案中，容器110包含多个支持结构130a、130b、130c，...130x、130y。
在本发明的一个实施方案中，支架130具有穿过其的内通道。在一个实施方式中，支架是中空管，诸如硅酮管，其形成管状的培养支架，所述支架由被容器袋110包含或通过容器袋110循环的生长介质或流体介质浸渍。
支持结构或管130的外部提供用于合适的支架的表面，在所述表面上细胞附着和生长。参见示例，USPN6,537,567和USPN6,962,814，它们在此处通过参考被全部并入。在一个实施例中，生物相容性支架包括中空管，其具有网状材料或多孔材料，诸如在中空管的外部表面处的聚乙醇酸(PGA)，形成覆盖在管130上的支架、护套或袜形遮盖物，在其上细胞可以附着和生长。
在使器官或其它组织生长的情况下，使用了具有内通道的其它支持结构，诸如中空心轴(hollow mandrel)、圆筒、球体、和立方体或会促进器官生长和具有内通道的任何形状。
张力调整***(tensioning system)
在支架、管、或支持结构130、和生物反应器袋110的接合处的端口(一个或多个)被特别设计且加强，以允许通过激活管张紧装置105将张力施加到支持结构130，从而在支持结构130上被扩大的器官/移植物将是依原样的(true)和准确的(straight)。生物反应器袋110的柔性壁使张力施加在支持结构130上变得容易，而没有管到生物反应器壁的裂口连接的风险，如刚性的血管移植生物反应器具有的情况。
图2示意性地描述本发明的另一实施方案，其中，例如，脊状构造(ridgedframe)216、218被设置在容器110中，其用于将支架130保持在生物反应器容器110内的限定的位置处，和防止管的扭结或弯曲。管张紧装置105还在图2中示出。在其它应用的一些实施方案中，构造216、218可排除对张力调整***的需要。在其它实施方案中，其它构造216、218被设置在具有不同形状的、用于其它组织的生物反应器容器110内，诸如平面或球形组织。
经由泵160控制管内的压力(泵160控制通过管的流率)：返回到图1，经由泵160控制管内的压力提供管的均匀的膨胀和脉动。这用在输入管线154上的流动分配器或多支管150、152，及在输出管线156上的夹阀182来完成，它们被设计为消除跨过在生物反应器内的不同移植物的流率和压力的差异，所述差异由动水压力和水动力造成。
经由管压缩控制在管中的压力：如在图1和图6中示出的，及在下面描述的，在另一实施方案中，管中的压力的控制可以在没有泵的情况下、通过经由图1中的夹阀182和图6中610将压缩施加到管的密封端来实现。该压缩可以以脉动的形式增加和减小压力，以模拟活体内的心脏收缩和心脏舒张的压力波动，由此周期性地在移植物内为柔性管加压，和实现与由通过管泵送流体实现的加压和膨胀相同类型的加压和膨胀。过程控制器114用于控制管的循环压缩。
经由管膨胀控制管中的压力：在下面描述的另一实施方案中，压力的控制可以在没有泵的情况下、通过将膨胀施加到管的密封端来完成。
可折叠袋(collapsible bag)
生物反应器100包括容器110，用于容纳生物活性材料，诸如培养的形成移植材料的细胞的基体，所述移植材料诸如血管组织、血管移植物、其它组织、和/或器官。在优选的实施方案中，容器110是柔性的和可折叠的袋。
在本发明的一个实施方案中，容器110被封装在培养器环境中，诸如在保护容器110和为其提供机械支持的有护套的、加热/冷却罩或箱(tank)(未示出)中。
更好的无菌控制使用柔性的和可折叠袋110提供。优选在生物安全橱中使用经完全伽马辐照过的塑料或聚合物生物反应器袋，该袋不需要危险的打开、手动操作。聚合物的、一次使用的或一次性的***，其不容易破损(不像玻璃生物反应器)且不需要清洁，因为它是一次使用的***，从而提供了改进的使用便利性。生物反应器袋的柔性壁使袋的折叠可行，从而支架被降下到袋的底部，使得将浓集的接种物细胞直接地传递到支架上。成品移植物可以被清洗和储存，优选地在它们在其中生长的相同的生物反应器袋中。袋可以随后被运输到使用点，而不用将移植物暴露到环境中。
传感器
一组传感器112用于监控容器110内的环境和潜在地与容器110相邻的环境。在一个示例中，传感器112是原位一次使用的传感器，诸如用于监控在容器110内的流体pH值的pH值传感器112A、用于监控容纳在容器110内的流体的温度的温度传感器112B、用于监控在流体内的氧的溶解氧传感器112C、和用于测量二氧化碳浓度的二氧化碳传感器112D。在其它示例中，进一步提供了葡萄糖和乳酸盐和/或氨传感器，用于测量流体的葡萄糖和/或乳酸盐和氨浓度。
在一个示例中，传感器112经由无菌连接端口与容器110的内部连通。在其它示例中，传感器112被设置为在伽马照射和未重使用之前、已组装到生物反应器容器袋中，与容器袋110一起丢弃。
在其它实施方式中，使用不同或另外的传感器，以监控在容器110内的材料和评估发生在容器110内的生物过程的进展。
传感器112由过程控制器114监控，该控制器通过反馈控制调整在容器110内的生长参数。过程控制器114通常监控容器110内的条件和控制生物反应器***100，以便优化容器110内正在培养和扩增的细胞、组织、移植物、和/或器官的生长。
流体供应和流体介质分配
生长介质、或流体介质，经由介质进料口116、从生长介质供应箱118被添加到容纳在容器110内的流体和其它材料。在一个实施方案中，介质进料口116终结于包括在容器110内的分配***125。在一个实施方案中，分配***125是径向流、原位流体介质分配***，该***确保补充的生长介质溶液以低剪切、径向方式、跨过容器内的支架而均匀分配。如在此使用的，术语″径向流动″的意思是流动近似垂直于支架130的轴线。此外，在优选的实施方案中，为了分配和混合在容器110中的介质，还提供了原位搅拌器186。
生长介质和任何废料经由介质排放口120离开容器110且将介质和其它材料运送到储藏器122或返回到生长介质供应箱118。
进料口和排放口116、120常常还传送流体，例如、接种物、进料、诱导物、营养素、和pH值控制流体，且之后，传送清洗和去细胞的流体。在一些示例中，端口116、120是单个或多个双向端口，其允许流体的流入和/或流出。
在图1的实施方案中，管状的支持结构130a、130b、130c、...130x、130y的端部终结在第一多支管150和第二多支管152。多支管150、152是管流动分配器，且被连接在通过输入管线154和输出管线156的再循环管灌注回路中，该输入管线154和输出管线156连接到泵160。
在使血管移植物类型的组织生长的情况下，在支架上细胞的附着和扩增当液体通过在支持结构130中的通道泵送时发生，诸如在管130a、130b、130c、...130x、130y内。该液体提供在细胞基质(诸如血管移植物)中创建循环运动所需的脉动，其允许适当的生长。该脉动由脉动泵160的操作实现，所述脉动泵由过程控制器114控制，通过增加和降低在硅酮管内泵送的液体的压力，将脉动作用施加到支持结构130。这对于在管130的外表面上的血管细胞的适当生长很关键，且还可以对于非血管组织和器官的生长很重要。另外的流体还可以使用在泵160中的端口或输入或输出管线154、156经由向再循环管中进料而被供应到支持结构130或由支持结构130供应。在其它情况下，如果是可渗透的，流体可以直接灌注该管。
通过进一步包括在入口侧上流量分配器180和在出口侧上的一组夹阀182，改进了在支持结构130内和在管130a、130b、130c、...130x、130y之间的压力的控制和均匀化。流量分配器180和夹阀组182用于消除或最小化跨过支持结构130的不同管130a-130y的流率和压力的差异。以这种方式，在生物反应器容器110内的每一个移植物被暴露于相同的动水压力和水动力。
在本发明的一些实施方案中，pH值控制和二氧化碳控制通过生物反应器袋110的出口区(vent space)140的放气或经由通过再循环液体(其经过支持结构(管)130)的端口188的放气实现，或通过两者而实现。可利用通过双向添加端口将酸或碱或缓冲液添加在生物反应器容器160上或将其添加到在端口188处的可渗透的再循环管中、或两者来控制pH值。
溶解氧控制经由任何或所有以下内容实现：经由端口140、生物反应器袋的出口区的放气；在端口188处、经过支持结构130的再循环液体的放气；或将气体喷射到在搅拌器附近或在其下方的生物反应器。
在一些实施方案中，葡萄糖或生长介质通过容器端口116直接补充至容器110中；乳酸盐和氨的控制受在容器内的培养介质的补充影响。在其它情况下，经由支架的多孔管构件、借助通过端口188的添加、将这些营养素送至或灌至生长在支架上的细胞或组织。
在一些实施方案中，一个或多个注射端口170，诸如隔片注射端口(septum injection port)，被设置在容器110中。这些用于将起始细胞接种在支持结构130的表面上。一次使用的生物反应器袋110的柔性特性改进了便利性，由于该便利性，接种物细胞经由隔片端口170直接注射在支持结构130上。细胞与支持结构130的接触通过部分地排空袋110以经由无菌出口过滤器移除空气而增强。这将接种物流体直接地浓集在支持结构上，直到细胞附着发生。在细胞附着之后，容器110被再填充和膨胀到它的可操作的尺寸，用于细胞在支持结构上130的生长。
用于不将流体泵送通过管的运动***的可替换设计
图2示出可替换设计，包括用于在支架上的组织或移植物的运动***，但不需要通过在图1中描述的管灌注环线154、156和泵160使流体介质再循环，且不将任何流体泵送通过在支持结构中的通道。对在图1中示出的实施方案，已使用相似的附图标记来指示相似的构件和相关的功能。
在该设计中，支持结构130被安装在生物反应器容器袋110内，且支持结构130的部分212a、212b向外突出于袋110。
在示出的实施方案中，支持结构部分212a经由构造部件216、218被机械地附连到往复式发动机214。夹具218被紧固到管130的端部，且构造216连接到夹具，从而构造216通过膨胀器发动机214前后移动。在该示例中，发动机214的旋转运动被转换为往复式运动，其引起在容器110内的支持结构130的循环压缩和膨胀。所述运动在过程控制器114的控制下周期性地移动在支持结构130上生长或扩增的细胞或组织。以这种方式，移动被施加到生长在支持结构130上的组织、器官、或移植物，以在生物反应器容器110内操纵移植物。压缩和压力以脉动方式增加和降低，模拟在活体内心脏收缩和心脏舒张压力波动，由此周期性地为在移植物内的柔性管加压，和实现与通过泵送流体通过管而达到的加压和膨胀相似类型的加压和膨胀。
在其它实施方案中，发动机214是线性发动机或其它将运动(诸如扭曲运动)施加到支持结构130的其他机械，以在生物反应器内操纵器官移植物。
细胞培养物接种方法
图3A是在横向方向上的横截面，示出护架机构115，用于在支持结构130的接种期间支撑容器袋110。生物反应器袋110被放置在护架310上。在其它实施方式中，护架310和袋110被垂直移动到彼此接触。护架具有″V″形横截面，其形成沿容器110的中心线的下陷处110d。
图3B示出容器110在纵向方向上的轮廓。容器110包括被扩增的区域，该区域进一步促进在容器110的小区域中的较小体积接种物312的浓集。
在操作中，当接种物流体诸如通过隔片端口170(参见图1、2和6)被注射时，支持结构(诸如管130A、130B、130C...)被手动下降到下陷处110D，其引起接种物溶液312在支持结构130周围集中。在细胞附着到支持结构130之后，生物反应器容器110被安装在它的永久腔室或外部支撑件中、被填充到工作容积、和用空气膨胀，用于细胞的生长。
在进一步的实施方案中，接种物被直接添加到已膨胀的生物反应器容器110，在此之后，基于在生物反应器容器110内的培养物的搅动，细胞被俘获在支架表面上。
组织器官或移植物的收获
在血管或器官移植物生长之后，生物反应器110被排干及随后用去细胞溶液填充，所述去细胞溶液将所有细胞从移植物移除，以使其免疫中性，用作外科手术的血管移植植入物。
在生物反应器袋110中的″拉链锁(zip lock)″类型的开口有助于收获最终的器官或移植物，所述开口被定位在方便的位置，用于充分生长的移植物的移除。该特征避免用刀或剪刀切开生物反应器表面的需要，用刀或剪刀会污染器官或移植物。在另一实施方案中，生物反应器110被包裹在外衬垫中，其保持生物反应器和它的内容物的无菌状态，直到被外科医生打开。
成品移植物的包装包括去细胞液体清洗，然后是惰性气体诸如氮或氩，以增强保存期限和防止损坏。
与一次性细胞培养袋/生物反应器的腔室流体连通的一次性生物反应器
图4示出生物反应器100的另一实施方案，该生物反应器随后根据本发明的原理构造。
通常，该实施方案包括用于每一个支架的单独的细胞培养袋或生物反应器容器110A、110B、110C，例如组织、血管移植物、或器官。每一个细胞培养袋或生物反应器容器110经由共同的生长介质供应箱118供应有生长介质。介质供应箱118可以是一次性生物反应器，其包括用于氧、温度、和pH值控制的传感器、控制***，及搅动或搅拌机构186。
在示出的示例中，生物反应器容器或细胞培养袋110a包括移植物G。类似地，生物反应器容器110b包括在支持结构130周围的移植物G。最后，还提供了第三生物反应器110C。
每一个细胞培养袋或单独的生物反应器110包括相应的介质进料口116。例如，生物反应器容器110b经由专用介质进料装置116b供应有生长介质。在一个示例中，如所示出的，该介质优选地从生物反应器或介质箱118送到支持结构或管，移植物G在其上长成或扩大。
介质经由直接排放口120从每一个容器110返回。例如，容器110b在围绕移植物G的储藏器中包含生长介质，其经由排放口120b被运送到生长介质箱或生物反应器118。
生长介质箱118优选地包括一组传感器，用于监控容纳在箱118中的生长介质。在示出的示例中，氧、二氧化碳和控制温度传感器112a与pH值传感器112b一起被提供。
优选地，发动机214与在每一个容器110中的每一个移植物G相关联。在一个实施方式中，发动机214可以***作，以周期性地延伸和压缩与每一个移植物G相关联的支持结构130。例如，发动机214b周期性地延伸和缩回在生物反应器内容器110b内的支持结构130。
在操作中，每一个移植物G分别在每一个容器110a、110b、110c中与其它移植物分开生长。这允许移植物G在它们各自的细胞培养袋或生物反应器容器110中被各自收获和运输用于移植。本发明的该实施方案减小了与移植物的移除和再包装相关联的风险。该移植物从不需要被接触，直到它们被外科医生通过切割生物反应器容器110或经由″拉链锁″类型的闭合机构获取移植物而移除。
图5是生物反应器***100的另一实施方案的侧视图。在该实施例中，一次性生物反应器(未示出)与一次性细胞培养袋110的腔室流体连通。接种端口170在袋110的侧面示出，所述袋110定位在两个腔外介质出口端口120之间。在该示例中，腔外介质入口端口(未示出)位于袋的相对侧(未示出)上。单个支架、支持结构、或管130由支撑构造105机械地保持。夹头(collets)510、512被设置在支撑件105中，用于保持管130和将其用线性滑轨(linear slide)214连接到张力调整装置520。
在右边示出的支撑件105位于在线性滑轨214上，所述线性滑轨将支撑件连接到张力调整装置520的基底构造(underlying frame)。该线性滑轨214可以被机械地移动，以将张力传给管130。
在一个实施方案中，该线性滑轨可以被连接到周期性地向左和向右移动的发动机装置，以周期性地膨胀和压缩包括在容器110中的支持结构130，以由此向支持结构130和组织提供脉动运动，所述组织正在支持结构上生长或扩增。
在管130中的通道或腔被流体地连接到左侧的腔内脉动流入口154，及连接到右侧的腔内脉动流动出口156。用于腔内脉动流动的流体可以是任何合适的液体，或在具体实施方案中可以是流体介质。脉动泵(未示出)可以用于泵送液体通过在管130中的腔。循环泵(未示出)可以用于产生流体介质通过流体通路的循环，所述流体通路在一次性生物反应器和一次性细胞培养或生物反应器袋110的内部或腔室之间。
图6示出另一实施方案。已使用相似的附图标记来指示与在图1和2中示出和描述的实施方案相似的构件和相关的功能。
在该实施方案中，在支持结构上的用于细胞基质的运动***由气动夹阀组(pneumatic pinch valve array)610提供。该阀组位于支持结构的一个端部上，且特别在管130a、130b、130c、...130x、130y的每一个上。该管在两个端部处均被密封。阀组610在过程控制器114的控制下、间歇地展平管130a、130b、130c、...130x、130y的每一个。这增加了它的压力，以由此向生长在管130上的组织提供运动。
根据本发明的实施方案的生物反应器的一些特征
用于组织、器官或移植物的培养的一次使用的生物反应器***，可以包括，例如：一次性细胞培养袋，其具有腔室；生物相容性支架，其具有表面，用于多个细胞附着到该表面并生长，该支架布置在细胞培养袋的腔室内；运动***，用于周期性地移动在生物相容性支架的表面上的组织、器官、或移植物；一次性生物反应器，其通过流体通路与细胞培养袋的腔室流体连通，该一次性生物反应器包括：溶解氧传感器；气体供应***，其可以是用于气体喷射的多孔的烧料(frit)或膜；控制***，用于控制pH值、温度，其中气体供应***、pH值和温度控制***的每一个被配置为控制在生物反应器***中的细胞培养的环境参数，且与在生物反应器***中的流体介质操作性连通，其中，流体介质包括用于细胞生长的介质；及循环泵，其被定位用于产生流体介质通过流体通路的循环，所述流体通路在一次性生物反应器和一次性细胞培养袋的腔室之间。一次性细胞培养袋还可以描述为生物反应器，例如，生物反应器110，如在图4和5中示出的。
在该生物反应器***中，运动***在支架内产生多个脉动压力波动。该运动***可以包括用于周期性地膨胀和压缩支架的膨胀和压缩***。
生物反应器***可以包括至少一个端口，用于将接种物引入到细胞培养袋中。
一次性的生物反应器与一次性细胞培养袋的腔室的流体连通在使用期间可以是连续的，其中，循环泵以连续的、灌注模式循环流体介质通过流体通路；或与细胞培养袋的腔室的流体连通可以在使用期间是周期性的，诸如以分批模式或补料分批模式。
一次性生物反应器的支架可以包括具有内通道的中空管，且该运动***可以包括与一次性细胞培养袋相关联的脉动泵，该脉动泵配置用于周期性地泵送流体通过内通道，以在中空管内产生多个脉动压力波动。在一些实施方案中，循环流体介质通过流体通路的循环泵可以是脉动类型的泵，且也周期性地泵送流体介质通过内通道。
一次使用的生物反应器***可以在中空管的外部表面处包括网状材料或多孔的材料，例如，PGA。中空管可以是足够多孔的，以允许通过中空管接种一次性细胞培养袋。管或支架可以被水平或垂直地布置在一次性细胞培养袋的腔室内。
应该注意的是，根据本发明的实施方案的一次性生物反应器可以是独立的生物反应器，或它可以是具有支架的生物反应器或细胞培养袋，该支架用于组织在其上生长，且其中，容纳支架的腔室流体连接到具有传感器和环境控制器的另一生物反应器。在此处描述的一次性生物反应器的任何实施方案中，可以有多于一个泵。此处描述的泵可以是循环泵或再循环泵，或脉动泵。然而，在具体实施方案中描述的泵的类型不应该限于任何具体类型，因为任何类型的泵均在本发明的范围内。此外，根据实施方案的任何一次性生物反应器可以包括磁耦合搅拌器。
还应注意的是，对于非血管移植物或组织，支持结构不需要是中空的。在一个实施方案中，支持结构、和/或支持结构的中心可以由生物可吸收或生物降解的材料制造。
扩增细胞或组织的方法
本发明还涉及离体扩增动物或人类来源的细胞的方法，包括：将此处描述的任何生物反应器***中的生物相容性支架接种多个动物或人类来源的细胞，而该生物相容性支架浸在流体介质中；允许细胞附着到生物相容性支架；周期性地移动在生物相容性支架的表面上的附着细胞；及循环用于细胞生长的流体介质，以在足够的环境条件下用流体介质连续地浸泡多个动物或人类来源的细胞，且持续足以使得细胞离体扩增以形成组织、移植物、或器官的时间段。
包括各种部件构造和组合的新细节以及其它优势的本发明的上述和其它特征，此刻将参考附图更具体地描述和在权利要求中指出。将理解的是，体现本发明的具体方法和装置借助图例示出且不作为本发明的限制。
实施例
实施例：在根据本发明的实施方案的柔性的、一次性生物反应器***中培养人单或多血管移植物(SMVG)：
人类血管平滑肌细胞(SMC)通过移植培养、与尸体人主动脉的段分离。传代2的人SMC用于在柔性生物反应器中培养SMVG。
用于SMC培养的、直径为6mm的管状聚合物支架由聚乙醇酸纤维的非织造网制备，且被附连在聚对苯二甲酸乙二酯(PET，或Dacron)管的区段的任一端部。具有Dacron端-区段的聚合物支架穿过会膨胀的硅酮管，且安装在允许支架管的张力调整的连接器上。
单独的一次性生物反应器或细胞培养袋(参见图4和5)由高密度聚乙烯的片构造且装配有允许细胞接种的连接端口。该一次性生物反应器被形成为包含聚合物支架和连接到张力调整连接器的硅酮管，其被掺入到生物反应器的柔性壁中。以这种方式，张力调整连接器延伸到生物反应器中以提供聚合物支架和硅酮管的悬挂，且连接器还延伸到生物反应器的外面以通过张力调整装置保持，向在生物反应器内部的支架提供张力。
柔性的生物反应器还被形成为包含用于介质灌注的输入和输出端口。闭塞式连接器被装配到延伸到生物反应器外面的所有管和端口，且生物反应器由伽马照射灭菌。
在灭菌之后，人SMC在标准组织培养瓶中、在包含20％人血清、氨基酸、和抗坏血酸补充剂的Dulbecco′s Modified Eagles介质(DMEM)中培养。SMC通过胰酶消化从瓶中释放，且浓缩到每mL培养介质五百万细胞。10mL介质通过接种端口接种到无菌柔性的生物反应器袋。
聚合物支架被手动向下移置到在柔性的生物反应器中的槽中，其允许使支架与包含SMC悬液的培养介质直接接触(参见图3a和3b)。以这种方式，介质被高效率地直接接种到聚合物支架上，仅20-30分钟内。
在该接种步骤之后，生物反应器袋用培养介质填充且连接到灌注***，用于持续培养介质的进料。该***的结果示出，聚合物网可以用细胞有效地接种，且生物反应器***在整个培养期保持无菌以用于细胞培养。
等同体
尽管本发明已参考其优选的实施方案具体示出和描述，本领域技术人员理解的是，其中可以进行各种形式上和细节上的变化，且本发明的原理和特征可以用在各种和许多实施方案中，而不背离由所附的权利要求包括的本发明的范围。

Claims (28)

1.一种用于培养组织、器官或移植物的一次使用的生物反应器***，包括：
一次性细胞培养袋，其具有腔室；
生物相容性支架，其包括表面，用于将多个细胞附着到该表面上并生长，该生物相容性支架被布置在一次性细胞培养袋的腔室内；
运动***，用于周期性地移动在生物相容性支架的表面上的组织、器官、或移植物；
一次性生物反应器，其通过流体通路与一次性的细胞培养袋的腔室流体连通，该一次性生物反应器包括：
溶解氧传感器；
气体供应***，
pH值控制***，和
温度控制***，其中，气体供应***、pH值控制***、和温度控制
***的每一个被配置为控制在生物反应器***中的细胞培养的环境参数，
且被配置为与在生物反应器***中的流体介质操作性连通，其中，该流体
介质包括用于细胞生长的介质；和
循环泵，其被定位用于产生流体介质通过流体通路的循环，所述流体通路在生物反应器***的一次性生物反应器和一次性细胞培养袋的腔室之间。
2.如权利要求1所述的一次使用的生物反应器***，其中，该气体供应***包括气体喷射器。
3.如权利要求1所述的一次使用的生物反应器***，其中，该运动***在生物相容性支架内产生多个脉动压力波动。
4.如权利要求1所述的一次使用的生物反应器***，其中，该运动***包括膨胀和压缩***，用于周期性地膨胀和压缩生物相容性支架。
5.如权利要求1所述的一次使用的生物反应器***，还在一次性细胞培养袋中包括一个或多个端口，用于将接种物引入到一次性细胞培养袋中。
6.如权利要求1所述的一次使用的生物反应器***，还包括接种护架，其支撑一次性的细胞培养袋，该接种护架被成形为，当一次性的细胞培养袋被折叠或该生物相容性支架被下降到接种体中时，在一次性细胞培养袋内的接种体在生物相容性支架处浓度增加，该接种体增加的浓度促进多个细胞附着到生物相容性支架。
7.如权利要求1所述的一次使用的生物反应器***，其中，一次性生物反应器与一次性细胞培养袋的腔室的流体连通被配置为在使用期间是连续的，且其中，循环泵被定位用于以连续、灌注模式使流体介质循环通过流体通路。
8.如权利要求1所述的一次使用的生物反应器***，其中，一次性生物反应器与细胞培养袋的腔室的流体连通被配置为在使用期间是周期性的，且该***被配置用于分批模式或补料分批模式。
9.如权利要求1所述的一次使用的生物反应器***，其中，所述生物相容性支架包括中空管，该中空管具有通过其的内通道，且所述运动***包括与一次性细胞培养袋相关联的脉动泵，该脉动泵配置用于周期性地泵送流体通过内通道，以在中空管内产生多个脉动压力波动。
10.如权利要求9所述的一次使用的生物反应器***，还包括在中空管的外部表面处的网状材料或多孔材料。
11.如权利要求9所述的一次使用的生物反应器***，其中，该中空管是充分多孔的，以允许通过中空管对一次性的细胞培养袋接种。
12.如权利要求1所述的一次使用的生物反应器***，其中，该生物相容性支架被水平或垂直布置在一次性细胞培养袋的腔室内。
13.一种用于大规模培养组织、器官或移植物的独立的、一次使用的生物反应器***，包括：
一次性生物反应器，其包括具有至少一个端口的腔室；
生物相容性支架，包括至少一个表面，用于将多个细胞附着到该表面并生长，该生物相容性支架布置在一次性生物反应器的腔室内；
运动***，用于周期性地移动在该生物相容性支架的至少一个表面上的组织，器官，或移植物；
再循环泵，操作地连接到一次性生物反应器的至少一个端口且设置为在腔室内循环流体介质，以使新鲜的流体介质进入到腔室中，和从腔室移除废介质，该流体介质包括用于细胞生长的介质；
溶解氧传感器；
气体供应***；
pH值控制***；和
温度控制***，其中，气体供应***、pH值控制***、和温度控制***的每一个***作地连接到一次性生物反应器的腔室，且其中，气体供应***、pH值控制***、和温度控制***的每一个被配置为控制在一次性生物反应器的腔室中的细胞培养的环境参数。
14.如权利要求13所述的独立的、一次使用的生物反应器***，包括至少两个端口，且其中，至少一个端口包括多孔的表面，所述表面被配置为附连到用于气体喷射的气体供应***。
15.如权利要求13所述的独立的、一次使用的生物反应器***，其中，该运动***在生物相容性支架内产生多个脉动压力波动。
16.如权利要求13所述的独立的、一次使用的生物反应器***，其中，该运动***包括膨胀和压缩***，用于周期性地膨胀和压缩生物相容性支架。
17.如权利要求13所述的独立的、一次使用的生物反应器***，其中，该生物相容性支架包括中空管，该中空管具有通过其的内通道，且该运动***包括与一次性生物反应器相关联的脉动泵，该脉动泵被配置用于周期性地泵送流体通过内通道，以在中空管内产生多个脉动压力波动。
18.如权利要求17所述的独立的、一次使用的生物反应器***，还包括在中空管的外表面处的网状材料或多孔材料。
19.如权利要求17所述的独立的、一次使用的生物反应器***，其中，该中空管是充分多孔的，以允许通过中空管对一次性的细胞培养袋接种。
20.如权利要求13所述的独立的、一次使用的生物反应器***，其中，该生物相容性支架被水平或垂直布置在一次性细胞培养袋的腔室内。
21.如权利要求13所述的独立的、一次使用的生物反应器***，还包括夹阀***，其挤压生物相容性支架的一部分，以改变生物相容性支架内的压力。
22.如权利要求13所述的独立的、一次使用的生物反应器***，包括至少两个生物相容性支架，且其中，该运动***还包括流量分配器，用于分配由在该至少两个生物相容性支架之间的再循环泵泵送的流体介质。
23.如权利要求13所述的独立的、一次使用的生物反应器***，包括至少两个生物相容性支架，且其中，该运动***还包括压力调节阀***，其控制在该至少两个生物相容性支架之间的流动和/或压力。
24.如权利要求17所述的独立的、一次使用的生物反应器***，其中，该生物相容性支架包括生长在该中空管上的一个或多个血管移植物。
25.如权利要求1、13或17中的任一个所述的独立的、一次使用的生物反应器***，其中，该生物相容性支架包括至少一个组织移植物或器官移植物。
26.用于培养单组织、器官、或移植物的一次使用的、单组织、器官、和移植物生物反应器，包括：
一次性的细胞培养袋，用于容纳流体介质，该一次性的细胞培养袋具有腔室和在其表面处的双向、单一端口，该端口被配置用于选自以下的功能：采样、接种、介质流入、介质移除、洗涤、和储存，以及上述的组合；
生物相容性支架，布置在腔室内，该支架具有通过其的通道且包括外表面，所述外表面用于多个细胞的附着及其生长；
管支持结构，定位在支架的通道内；
装置，附连到管支持结构的至少一个端部，所述装置选自压缩器、张紧装置、和扭转器，且被布置用于将张力、压力或扭转力传到管支持结构上；
温度控制***，被配置为控制在生物反应器中的细胞培养的温度；且被配置为与在生物反应器中的流体介质操作性连通，其中，该流体介质包括用于细胞生长的介质；和
泵，被定位用于循环流体通过管支持结构。
27.如权利要求26所述的一次使用的、单组织、器官、和移植物生物反应器，其中，所述泵为脉动泵。
28.一种离体扩增动物或人来源的细胞的方法，包括：
将根据权利要求1、13和26中的任一个的生物反应器***中的生物相容性支架接种多个动物或人来源的细胞，同时该生物相容性支架被浸在流体介质中；
使该细胞附着到生物相容性支架；
周期性地移动在生物相容性支架的表面上的附着细胞；及
循环用于细胞生长的流体介质，以在充分的环境条件下，用流体介质连续地浸泡多个动物或人来源的细胞，并持续足以使细胞离体扩增以形成组织、移植物、或器官的时间段。
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