JP6953511B2 - 生物学的材料を処理するためのバイオリアクター及び方法 - Google Patents
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Description
公知のバイオリアクターは、典型的には、ハウジング内に中心軸を有し、その上に管状の足場を取り付けることができる。次いで、バイオリアクターのハウジング内に液体培地を導入し、この液体培地内に足場の少なくとも一部を沈める。管状足場全体が液体培地内に確実に浸されるようにするために、この足場は典型的にはこの中心軸の周りを回転する。例示的な装置は、米国特許第8,507,263号に示されている。この文献に例示されているバイオリアクターは、中心軸を画定する中央シャフトを含み、足場を沈めるために、このシャフトは更に液体培地をハウジングの内部に供給するように動作可能である。
液浸漬型のバイオリアクターの別の欠点は、液体培地が一旦バイオリアクターハウジングに導入されると、それを再度酸素で処理することができず、及び/又はそれをリサイクル及び/又は再度酸素で処理する前にかなりの期間バイオリアクター内に保持されてしまうことである。培地中に含まれる細胞にとって、長期間再度酸素の処理無しでいることは、有害であり得る。
また、播種し成長させるプロセス中に、1つの又は複数の液体培地を再度酸素で処理することができるバイオリアクターを提供することも有利であろう。
また、その中で、組織足場の内側表面及び外側表面に異なる細胞型を播種することができ、これら異なる細胞型の分離を実質的に保持することができる、バイオリアクターを提供することも有利であろう。
従って、本発明の1又は複数の実施態様の目的は、従来技術に関連するこのような問題を克服するか又は少なくとも部分的に軽減することである。
このバイオリアクターは、このハウジング内から流体を除去するための流体出口を含んでもよい。
ハウジング内から流体を除去するための出口を設けることによって、取り付けられた足場が、その表面に供給される流体内に沈められる、又は少なくとも部分的に沈められるのを防ぐ。取り付けられた足場が流体であふれることは、足場上で細胞が分化することを妨げる。本発明のバイオリアクターの流体出口は、使用中に流体がハウジング内に集まり、取り付けられた足場に流体があふれるのを防ぐ。
2つの異なる流体ディスペンサーを提供することによって、1つの足場の異なる表面又は領域に、特に足場の内側表面及び外側表面に、異なる媒体を提供することが可能である。これにより、各領域において異なる増殖及び/又は最適な増殖条件を可能にするために、異なる領域に、異なる細胞型、増殖因子及びその他の成分を注ぐことが可能になる。
この第1及び第2の流体ディスペンサーは、そこから流体が分配される1又はそれ以上の流体開口部を含んでもよい。この第1及び第2の流体ディスペンサーは、第1及び第2のシャフト又は導管を含んでもよい。
本発明のバイオリアクターは、取り付けられた足場の内面に第1の流体を注ぐための第1の流体ディスペンサーと、取り付けられた足場の外面に第2の流体を注ぐための第2の流体ディスペンサーとを提供することによって、各面に注ぐ液体を独立に選択する手段を提供する。例えば、多くの場合、足場の内側表面と外側表面上で増殖させる細胞型が異なることが望ましいことがある。
この足場、中心軸及び/又は第1の流体ディスペンサーは、例えば、1分あたり1回転、2分あたり1回転、2.5分あたり1回転、又は5分あたり1回転のように、30秒あたり1回転から30分あたり1回転の間で回転するように構成されてもよい。
ハウジング内の雰囲気は、例えば、使用されている生物学的材料に応じて、通常又は低酸素雰囲気を維持するために、必要に応じて、CO2、酸素及び窒素のレベルを変えるように制御されていてもよい。
本発明の第2の態様のバイオリアクターは、望まれるように又は適切であるように、本発明の第1の態様に従ったバイオリアクターの特徴のいずれか又は全てを含んでもよい。
この足場は管状の足場であってもよい。
いくつかの実施態様において、組織は組織足場を含み、この組織足場は少なくとも生物学的組織の一部又はある臓器の一部を含んでもよい。この生物学的組織/臓器切片は脱細胞化されていてもよい。他の実施態様において、この足場は、その上で及び/又はその中で細胞又は組織の成長を可能にするように適合した、及び/又は生物学的組織を模倣するように適合した、合成足場を含んでもよい。
あるいは、脱細胞化は、生物学的組織を浸透圧ショックに供することを含む脱細胞化プロセスに供することによって達成されてもよい。この脱細胞化プロセスは、細胞溶解を促進するために、組織を低張液及び高張液に順次(任意の順序で)接触させる段階を含んでもよい。
本発明の第5の態様によれば、本発明の第1の態様によるバイオリアクターを使用して、生物学的材料を処理する方法であって、(a)該バイオリアクターのハウジング内に足場を取り付ける段階、(b)該バイオリアクターの第1の流体ディスペンサーから、第1の流体を、該取り付けられた足場の第1の領域上に注ぐ段階、及び(c)該バイオリアクターの第2の流体ディスペンサーから、第2の流体を、該取り付けられた足場の第2の領域上に注ぐ段階、から成り、該第1の流体、該第2の流体及び該足場のうち少なくとも一つが生物学的材料を含む、方法が提供される。
本発明の第4又は第5の態様の方法は、足場上で生物学的組織を成長させる段階を含んでもよく、この段階は細胞及び/又は組織の成長材料を足場に注ぐ段階を含んでもよい。この細胞及び/又は組織の成長材料は、第1及び/又は第2の流体内に存在してもよい。
本発明の第4又は第5の態様の方法において、第1及び第2の領域は足場の同じ表面上に位置してもよいが、好ましい実施態様においては、第1及び第2の領域は足場の異なる表面上に配置される。第1の領域又は第2の領域の内の一方は、好ましくは足場の内面であり、その他方は、好ましくは足場の外面である。
いくつかの実施態様において、本発明の第4又は第5の態様の方法は、反応器のハウジング内に足場を取り付ける前に、足場を形成する段階を含んでもよい。このような実施態様において、この方法は、例えば、生物学的組織の切片又は臓器の切片から足場を形成する段階を含んでもよい。この方法は、更に、組織/臓器を脱細胞化する工程を含んでもよい。
あるいは、脱細胞化は、生物学的組織を浸透圧ショックに供することを含む脱細胞化プロセスに供することによって達成されてもよい。この脱細胞化プロセスは、細胞溶解を促進するために、組織を低張液及び高張液に順次(任意の順序で)接触させる段階を含んでもよい。
ハウジングの内部、第1及び第2の流体ディスペンサー、管状足場ならびに第1及び第2の流体は、すべて独立して、20℃から45℃の間、特に、例えば、37℃前後のように30℃から40℃の間の温度に維持されていてもよい。
ハウジング内の雰囲気は、例えば、使用されている生物学的材料に応じて、通常又は低酸素雰囲気を維持するために、必要に応じて、CO2、酸素及び窒素のレベルを変えるように制御されていてもよい。
この管状足場38は、生物学的組織足場であり、実質的に全ての細胞材料を除去するために脱細胞化されている。生物学的組織の種類は限定されず、例えば、気管、食道、腸又は血管であってもよい。
同様に、第2のシャフト18は、その大部分が、ハウジング12のキャビティ14内に配置されている。しかし、第2のシャフト18の一部は、ハウジング12の第2の端面26の開口部を通ってハウジング12から突出している。ハウジング12内から突出する第2のシャフト18の端は流体コネクタ30を備え、それは第2のシャフト18に導入される流体のための入口として機能する。第2のシャフト18の周り及びハウジング12の第2の端面26で液漏れの無いシールを確実にするために、Oリングシール36c、36dが提供される。この場合も、これにより、ハウジング12のキャビティ14内からの望ましくない流体の漏れが防止される。
第1及び第2の流体33、35は、増殖培地及び細胞、例えば、それぞれ適切な増殖培地中の上皮細胞及び幹細胞、を含んでもよい。
同様に、流体コネクタ30を介して加圧下で第2の流体35を第2のシャフト18に供給するための第2のポンプ46も設けられている。この第2のポンプ46はパイプライン66及び68を介してバイオリアクター10の流体コネクタ30に流体接続される。特に、パイプライン66は、流体をポンプ46から流体コネクタ30へ供給するように動作可能であり、一方、パイプライン68は、流体を流体コネクタ30からポンプ46へ戻すように動作可能である。図の構成は、更に、第2の流体リザーバー62を含み、これはパイプライン64を介してポンプ46に流体的に接続されている。
バイオリアクター10のハウジング12内から過剰の流体を排出するために、廃液管70が流体出口20に流体接続されて設けられている。
バイオリアクター10は、そのハウジング12内に取り付けられた足場38の表面上で生物学的材料を成長させるために使用される。これを達成するために、第1及び第2の流体33、35をそれぞれ内面及び外面37、39上に注ぐ。これらの流体33、35は、ハウジング12内に突出する各シャフト16、18を介して注がれる。これら流体33、35は、典型的には、複数の細胞を含む生物学的培地を含み、これらの細胞は、全て同じ細胞型であってもよく、又は2若しくはそれ以上の異なる細胞型であってもよい。これら第1及び第2の流体33、35は異なる生物学的培地を含むことが好ましい。しかし、第1及び第2の流体33、35が同じ培地を含んでもよいことを理解されたい。
図3に示す構成において、除去された過剰な流体40は廃棄物管70を通して排出され、再使用されない。しかし、図4に示される代替の設定においては、この除去された過剰な流体40は、取り付けられた足場の外面39に注ぐための第2の流体35として使用するためにリサイクルされる。特に、この過剰な流体40は、流体出口20を通って流体40が除去された後これに続いて酸素供給装置44に向けられる。この酸素供給装置44は、流体を再度酸素で処理するように動作可能である。第2のシャフト18は圧力下にある。この酸素供給装置44は、流体を再度酸素で処理するように動作可能であり、この流体は次に第2のポンプ46を通って圧力下で第2のシャフト18に供給される。次に、この流体は上記のように足場38の外面39に注がれる。
いくつかの実施形態において、バイオリアクター10は、図3に示されるように、足場38に注ぐための第2の流体の供給源として第2の流体貯蔵器に接続されてもよい。このような実施形態では、ハウジング12内から回収された流体40は、第1及び/又は第2の流体33、35を補充するために使用されてもよい。
上記の実施態様は例示のためのみとして記載されている。添付の特許請求の範囲に定義されている本発明の範囲から逸脱することなく、多くの変形が可能である。
12 ハウジング
14 キャビティ
16、18 (貫通穴があけられた)シャフト
32、34 一連の穴
38 足場
Claims (17)
- ハウジング、第1の流体ディスペンサー及び第2の流体ディスペンサーを含むバイオリアクターであって、該第2の流体ディスペンサーは、該第1の流体ディスペンサーから空間的に離れていて、該バイオリアクターは、取り付けられた足場をハウジング内に受け入れるように構成され、第1及び第2の流体ディスペンサーは、第1及び第2の流体を、それぞれ取り付けられた足場の少なくとも2つの異なる領域に注ぐように配置され、該第1の流体ディスペンサーは、取り付けられた足場の回転軸に沿って提供され、該取り付けられた足場は、該第1の流体ディスペンサーと同軸であり、それを取り囲み、該第2の流体ディスペンサーは該足場の位置の真上に配置される、バイオリアクター。
- 前記ハウジング内から流体を除去するための流体出口を含む、請求項1に記載のバイオリアクター。
- 前記第1及び第2の流体ディスペンサーが、取り付けられた足場の異なる表面に流体を注ぐように配置されている、請求項1又は2に記載のバイオリアクター。
- 前記第1の流体ディスペンサーが、前記第1の流体を取り付けられた足場の内面に注ぐように配置されている、請求項3に記載のバイオリアクター。
- 前記第2の流体ディスペンサーが、前記第2の流体を取り付けられた足場の外面に注ぐように配置されている、請求項3又は4に記載のバイオリアクター。
- 前記第1及び/又は第2の流体ディスペンサーが、その中に1又はそれ以上の穴を有する貫通穴があけられたシャフト又は導管を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載のバイオリアクター。
- 前記第1及び/又は第2のシャフト又は導管が、該シャフト又は導管内の前記1又はそれ以上の穴を通して、前記第1又は第2の流体を、取り付けられた足場の1又はそれ以上の表面上に注ぐように動作可能である、請求項6に記載のバイオリアクター。
- 使用時に、その上に足場を取り付けることができる支持構造体を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載のバイオリアクター。
- 前記支持構造体が、その上に足場が回転可能に取り付けられるように構成されている、請求項8に記載のバイオリアクター。
- 管状足場を受け入れるように構成され、取り付けられたときに、該管状足場が管状足場の中心を通る軸の周りを回転可能である、請求項1〜9のいずれか一項に記載のバイオリアクター。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載のバイオリアクターを使用して、生物学的材料を処理する方法であって、
(a)該バイオリアクターのハウジング内に足場を取り付ける段階、
(b)該バイオリアクターの第1の流体ディスペンサーから、第1の流体を、該取り付けられた足場の第1の領域上に注ぐ段階、及び
(c)該バイオリアクターの第2の流体ディスペンサーから、第2の流体を、該取り付けられた足場の第2の領域上に注ぐ段階、
から成り、該第1の流体、該第2の流体及び該足場のうち少なくとも一つが生物学的材料を含む、方法。 - 前記取り付けられた足場の第1及び第2の領域が前記足場の異なる表面上に配置されている、請求項11に記載の方法。
- 前記第1の領域が前記足場の内面であり、前記第2の領域が前記足場の外面である、請求項12に記載の方法。
- 管状足場上で生物学的材料を処理する段階を含む、請求項11〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1及び/又は第2の流体がその表面又は領域に注がれている間に、前記取り付けられた足場を回転させる段階を含む、請求項11〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1及び第2の流体ディスペンサーのうちの一つが、前記取り付けられた足場内に配置されている、請求項11〜15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1及び第2の流体ディスペンサーのうちの一つが、前記取り付けられた足場の外側に配置されている、請求項11〜16のいずれか一項に記載の方法。
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