RU2797021C1 - Asymmetric conical bioreactor system and method for its use - Google Patents
Asymmetric conical bioreactor system and method for its use Download PDFInfo
- Publication number
- RU2797021C1 RU2797021C1 RU2021106665A RU2021106665A RU2797021C1 RU 2797021 C1 RU2797021 C1 RU 2797021C1 RU 2021106665 A RU2021106665 A RU 2021106665A RU 2021106665 A RU2021106665 A RU 2021106665A RU 2797021 C1 RU2797021 C1 RU 2797021C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vessel
- bioreactor
- port
- sensors
- biotechnological
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Изобретение относится к биотехнологии и медицине, в частности, для культивирования клеток. Асимметричный конический биореактор используется для осуществления биотехнологических процессов, протекающих в жидкой фазе при культивировании клеток, микроорганизмов и вирусов, система асимметричного конического биореактора предназначена для культивирования клеток, микроорганизмов и вирусов. Предлагаемая система может быть представлена как в качестве самостоятельного устройства, так и как часть биотехнологического комплекса, и может быть использована для выращивания культур клеток, чувствительных к механическому воздействию, выращивания клеток для традиционных ферментеров, для научных и промышленных исследований, для высококачественного производства клеток для промышленных биореакторов, для производства биомедицинских продуктов.The invention relates to biotechnology and medicine, in particular for cell cultivation. The asymmetric conical bioreactor is used for the implementation of biotechnological processes occurring in the liquid phase during the cultivation of cells, microorganisms and viruses, the asymmetric conical bioreactor system is designed for the cultivation of cells, microorganisms and viruses. The proposed system can be presented both as an independent device and as part of a biotechnological complex, and can be used for growing cell cultures that are sensitive to mechanical stress, growing cells for traditional fermenters, for scientific and industrial research, for high-quality production of cells for industrial bioreactors, for the production of biomedical products.
Предпосылки создания изобретения Биореакторы могут использоваться для производства таких продуктов, как фармацевтические препараты, вакцины, антитела и т.п.посредством культивирования клеток, организмов, культур и т.п.в условиях управляемой среды. Все более часто используются одноразовые биореакторы, которые содержат опорную структуру и одноразовый контейнер, выполненный с возможностью его установки внутри опорной структуры. Использование систем с одноразовыми контейнерами позволяет избежать рисков заражения и загрязнения между процессами.BACKGROUND OF THE INVENTION Bioreactors can be used to produce products such as pharmaceuticals, vaccines, antibodies, and the like by culturing cells, organisms, cultures, and the like under a controlled environment. Increasingly, disposable bioreactors are being used that comprise a support structure and a disposable container configured to fit within the support structure. The use of systems with disposable containers avoids the risks of infection and contamination between processes.
Существует целый ряд конструктивных решений для одноразовых биореакторов. Компании Applikon Biotechnology (Нидерланды) и Stedim Inc. (Франция) предлагают одноразовую биореакторную систему Appliflex®, в которой используются 50-литровые гибкие мешки для культур, которые рассчитаны на размещение на моторизованной платформе, которая покачивает мешок для обеспечения аэрации и перемешивания питательной среды. Сходный одноразовый биореактор предлагается компанией Wave Biotech, LLD (Сомерсет, штат Нью-Джерси, США), в котором используются мешки для культур объемом до 1000 л, которые также аэрируются и перемешиваются с помощью моторизованной платформы. Аэрация и перемешивание обеспечиваются многоразовым лопастным рабочим колесом, прикрепленным к сложному приводному устройству, введенному мешок с культурой.There are a number of design solutions for disposable bioreactors. Applikon Biotechnology (Netherlands) and Stedim Inc. (France) offer the Appliflex® Disposable Bioreactor System, which uses 50-liter flexible culture bags that are designed to be placed on a motorized platform that rock the bag to provide aeration and agitation of the culture medium. A similar disposable bioreactor is offered by Wave Biotech, LLD (Somerset, NJ, USA), which uses culture bags up to 1000 L, which are also aerated and agitated using a motorized platform. Aeration and agitation is provided by a reusable paddle impeller attached to a complex drive device inserted into the culture bag.
В патенте РФ №2468076 раскрыто одноразовое устройство для культивирования и сбора растительной ткани и/или клеток, которое содержит нежесткую емкость объемом по меньшей мере 400 л и снабженную каналами газообмена и каналом сбора; опорную конструкцию для поддержки упомянутого устройства, причем упомянутая опорная конструкция включает жесткое днище, имеющее форму усеченного конуса. Такая конфигурация специально разработанного опорного кожуха для работы влияет на общую жизнестойкость культур, так как позволяет избежать образование осадка клеток, которые могут усиливать распад и смерть клеток. Перемешивание осуществляется путем подачи воздуха или газа для аэрации и перемешивания.RF Patent No. 2468076 discloses a disposable device for cultivating and collecting plant tissue and/or cells, which contains a non-rigid container with a volume of at least 400 liters and is equipped with gas exchange channels and a collection channel; a support structure for supporting said device, wherein said support structure includes a rigid bottom having the shape of a truncated cone. This configuration of the specially designed work support affects the overall viability of the cultures by avoiding the formation of cell pellets that can enhance cell decay and death. Mixing is carried out by supplying air or gas for aeration and mixing.
Во всех вышеупомянутых системах системы опоры и аэрации/перемешивания сложные, дорогостоящие, узконаправленные и ограниченные по мощности. Так, хотя сам реакторный сосуд (контейнер) может быть одноразовым, использование этих систем требует дорогостоящей наладки и технического обслуживания.In all of the aforementioned systems, the support and aeration/mixing systems are complex, costly, highly targeted, and limited in power. So, although the reactor vessel (container) itself can be disposable, the use of these systems requires expensive adjustment and maintenance.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является патент США №6544788. Клетки выращивают в пластиковом пакете, который качается и вентилируется на механической платформе. Мешок биореактора содержит фильтр, который позволяет удалять жидкость из биореактора без потери клеток. Питательные вещества можно добавлять через другой порт. Перфузионный фильтр сконструирован таким образом, что он может свободно перемещаться по поверхности жидкости. Фильтр быстро перемещается по поверхности в результате раскачивания биореактора, и это качательное движение фильтра предохраняет его от засорения. Система управления обеспечивает непрерывную работу в течение нескольких недель.The closest analogue of the claimed invention is US patent No. 6544788. Cells are grown in a plastic bag that is rocked and ventilated on a mechanical platform. The bioreactor bag contains a filter that allows liquid to be removed from the bioreactor without cell loss. Nutrients can be added through another port. The perfusion filter is designed in such a way that it can move freely on the surface of the liquid. The filter moves rapidly across the surface as a result of the rocking of the bioreactor, and this rocking movement of the filter prevents it from clogging. The control system ensures continuous operation for several weeks.
Помимо недостаточной производительности, экономичность в использовании подобного рода реактора во многих случаях невозможно обеспечить без достаточной пригодности к масштабированию. Увеличение масштабов в этой ситуации возможно лишь ценой возрастания сложности и снижения экономичности использования, путем дополнительного применения сложных технических решений. Данная система не позволяет начинать процессы с малых объемов (что позволяет экономить дорогостоящие реагенты) и постепенно увеличивать объем по мере экспансии клеток, а также осуществлять эксплуатацию одной и той же системы в мануальном, полуавтоматическом и полностью автоматическом режимах.In addition to insufficient productivity, the economics of using this kind of reactor in many cases cannot be ensured without sufficient scalability. An increase in scale in this situation is possible only at the cost of increasing complexity and reducing the cost-effectiveness of use, through the additional use of complex technical solutions. This system does not allow starting processes from small volumes (which saves expensive reagents) and gradually increasing the volume as cells expand, as well as operating the same system in manual, semi-automatic and fully automatic modes.
Таким образом, существует постоянная потребность в усовершенствовании существующих систем и устройств для культуры клеток, микроорганизмов и вирусов, чтобы иметь возможность выстраивать необходимые процессы в мануальном, полуавтоматическом и полностью автоматическом режимах, а также масштабировать системы и устройства без изменения конфигурации всей система биореактора с увеличением объема по мере экспансии клеток, а также повысить эффективность по стоимости.Thus, there is a constant need to improve existing systems and devices for the culture of cells, microorganisms and viruses in order to be able to build the necessary processes in manual, semi-automatic and fully automatic modes, as well as to scale systems and devices without changing the configuration of the entire bioreactor system with an increase in volume. as cells expand, and improve cost efficiency.
Решению именно этой проблемы и посвящена настоящая заявка.The present application is devoted to the solution of this problem.
Суть изобретенияThe essence of the invention
Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, являетсяThe technical problem solved by the present invention is
- создание биореактора для осуществления биотехнологических процессов, протекающих в жидкой фазе при культивировании клеток, микроорганизмов и вирусов, который бы мог использоваться как самостоятельное устройство, так как и как часть автоматизированного биотехнологического комплекса, и который бы имел возможность уменьшения количества используемых реактивов и повышения жизнеспособности клеточных культур;- creation of a bioreactor for the implementation of biotechnological processes occurring in the liquid phase during the cultivation of cells, microorganisms and viruses, which could be used as an independent device, as well as as part of an automated biotechnological complex, and which would have the ability to reduce the number of reagents used and increase the viability of cellular cultures;
- создание гибкой системы биореактора, которая позволит выстроить необходимый процесс в мануальном, полуавтоматическом и полностью автоматическом режимах;- creation of a flexible bioreactor system that will allow building the necessary process in manual, semi-automatic and fully automatic modes;
- возможность начинать процессы с малых объемов, что позволяет экономить дорогостоящие реагенты и постепенно увеличивать объем по мере экспансии клеток;- the ability to start processes from small volumes, which allows saving expensive reagents and gradually increasing the volume as the cells expand;
- производить подачу газов в биореактор с требуемыми параметрами.- supply gases to the bioreactor with the required parameters.
При этом разработанная конструкция биореактора и система биореактора, которая ее использует, должна быть проста в обращении, должна удовлетворять высоким техническим требованиям фармацевтической промышленности в отношении очистки и стерильности.At the same time, the developed design of the bioreactor and the bioreactor system that uses it must be easy to handle, must meet the high technical requirements of the pharmaceutical industry in terms of cleaning and sterility.
Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение жизнеспособности культивируемой культуры клеток при ее эффективном размножении и одновременном улучшении массообменных характеристик.The technical result achieved by using the invention is to increase the viability of a cultivated cell culture with its efficient reproduction and at the same time improve mass transfer characteristics.
Технический результат достигается за счет того, что согласно первому аспекту изобретения биореактор для осуществления биотехнологических процессов, протекающих в жидкой фазе при культивировании клеток, микроорганизмов и вирусов, включает герметичный жесткий сосуд для культивирования, при этом внутренняя поверхность сосуда выполнена в форме усеченного конуса и имеет в поперечном сечении прямоугольную трапецию с меньшим основанием книзу сосуда, а на внешней поверхности сосуда размещено по меньшей мере два посадочных отверстия для установки датчиков для наблюдения за биотехнологическим процессом таким образом, чтобы при установке датчиков они были полностью погружены в культивируемую среду при заполнении ею сосуда.The technical result is achieved due to the fact that, according to the first aspect of the invention, the bioreactor for carrying out biotechnological processes occurring in the liquid phase during the cultivation of cells, microorganisms and viruses, includes a sealed rigid vessel for cultivation, while the inner surface of the vessel is made in the form of a truncated cone and has a rectangular trapezoid in cross section with a smaller base downwards of the vessel, and on the outer surface of the vessel there are at least two mounting holes for installing sensors for monitoring the biotechnological process so that when installing the sensors, they are completely immersed in the cultivated medium when filling the vessel with it.
Также технический результат достигается за счет того, что согласно второму аспекту изобретения биореактор для осуществления биотехнологических процессов, протекающих в жидкой фазе при культивировании клеток, микроорганизмов и вирусов, включает герметичный жесткий сосуд для культивирования, при этом внутренняя поверхность сосуда выполнена в форме усеченного конуса и имеет в поперечном сечении прямоугольную трапецию с меньшим основанием книзу сосуда, а на внешней поверхности сосуда размещено по меньшей мере два посадочных отверстия для установки датчиков для наблюдения за биотехнологическим процессом таким образом, чтобы при установке датчиков они были полностью погружены в культивируемую среду при заполнении ею сосуда, при этом внутри сосуда установлена по меньшей мере одна мембрана, которая разделяет внутренний объем сосуда на по меньшей мере два пространства, одно из которых является областью пространства скопления газов, и в области пространства скопления газов расположен дренажный клапан с удлинителем для отвода воздушного пузыря из данного пространства.Also, the technical result is achieved due to the fact that, according to the second aspect of the invention, the bioreactor for carrying out biotechnological processes occurring in the liquid phase during the cultivation of cells, microorganisms and viruses, includes a sealed rigid vessel for cultivation, while the inner surface of the vessel is made in the form of a truncated cone and has in cross section, a rectangular trapezoid with a smaller base downwards of the vessel, and at least two landing holes are placed on the outer surface of the vessel for installing sensors for monitoring the biotechnological process so that when installing the sensors, they are completely immersed in the cultivated medium when filling the vessel with it, at the same time, at least one membrane is installed inside the vessel, which divides the internal volume of the vessel into at least two spaces, one of which is the area of the gas accumulation space, and in the area of the gas accumulation space there is a drain valve with an extension to remove the air bubble from this space .
В некоторых вариантах осуществления изобретения сосуд имеет верхнюю крышку и нижнюю крышку, при этом внутреннее пространство сосуда, ограниченное внутренней поверхностью сосуда, разделено на три камеры мембранами, которые и образуют верхнее пространство, ограниченное внутренней поверхностью верхней крышки и первой мембраной, нижнее пространство, ограниченное внутренней поверхностью нижней крышки и второй мембраной, межмембранное пространство, ограниченное первой и второй мембранами.In some embodiments of the invention, the vessel has a top cover and a bottom cover, while the internal space of the vessel, bounded by the internal surface of the vessel, is divided into three chambers by membranes, which form the upper space, bounded by the internal surface of the top cover and the first membrane, the lower space, bounded by the internal the bottom cover surface and the second membrane, the intermembrane space bounded by the first and second membranes.
В некоторых вариантах осуществления изобретения внешняя поверхность сосуда имеет преимущественно вертикальную цилиндрическую форму со скошенной боковой стенкой, сосуд герметизирован крышками с обеих торцов.In some embodiments of the invention, the outer surface of the vessel has a predominantly vertical cylindrical shape with a beveled side wall, the vessel is sealed with lids on both ends.
В некоторых вариантах осуществления изобретения сосуд и крышки имеют посадочные отверстия для установки портов, геометрия и функционал которых выбирается в соответствие с требованиями биотехнологического процесса.In some embodiments of the invention, the vessel and covers have landing holes for installing ports, the geometry and functionality of which are selected in accordance with the requirements of the biotechnological process.
В некоторых вариантах осуществления изобретения датчики для наблюдения за биотехнологическим процессом являются одноразовыми или многоразовыми. При этом датчики для наблюдения за биотехнологическим процессом выбраны из: датчик растворенного кислорода DO, датчик кислотно-щелочного баланса РН.In some embodiments, biotech process monitoring sensors are disposable or reusable. At the same time, sensors for monitoring the biotechnological process are selected from: a dissolved oxygen sensor DO, an acid-base balance sensor PH.
В некоторых вариантах осуществления изобретения биореактор дополнительно включает одноразовые датчики, размещаемые в посадочных отверстиях сосуда и выбранные из: датчик глюкозы, датчик лактата, датчик температуры, датчик уровня жидкости, датчик давления, датчик биомассы.In some embodiments of the invention, the bioreactor further includes disposable sensors placed in the vessel bores and selected from: a glucose sensor, a lactate sensor, a temperature sensor, a liquid level sensor, a pressure sensor, a biomass sensor.
В некоторых вариантах осуществления изобретения датчики для наблюдения за биотехнологическим процессом являются предустановленными.In some embodiments of the invention, sensors for monitoring the biotechnological process are pre-installed.
В некоторых вариантах осуществления изобретения внутренний объем сосуда составляет приблизительно от 15 мл до 50000 мл.In some embodiments of the invention, the internal volume of the vessel is from about 15 ml to 50,000 ml.
В некоторых вариантах осуществления изобретения каждому посадочному отверстию соответствует порт, при этом порты выбраны из группы: порт ввода газа, порт выхода газа, порт для взятия образцов, порт для введения культур, порт для введения реагентов, порт для сбора выращиваемых культур, порт для отведения отходов, порт для отведения воздушного пузыря из-под мембраны.In some embodiments of the invention, each port corresponds to a port, and the ports are selected from the group: gas inlet port, gas outlet port, sampling port, culture injection port, reagent injection port, culture collection port, withdrawal port waste, a port for removing the air bubble from under the membrane.
В некоторых вариантах осуществления изобретения материал сосуда и/или крышек является биосовместимым материалом или комбинацией биосовместимых материалов при этом биосовместимый материал выбирается из группы: стекло, полиэтилен, нержавеющая сталь, поликорбонат, полисульфон.In some embodiments of the invention, the material of the vessel and/or lids is a biocompatible material or a combination of biocompatible materials, wherein the biocompatible material is selected from the group: glass, polyethylene, stainless steel, polycarbonate, polysulfone.
Также технический результат достигается за счет того, что согласно третьему аспекту изобретения система биореактора для культивирования клеток, микроорганизмов и вирусов, включает вышеописанный биореактор со средством нагрева, и управляющую башню, оснащенную опорно-маятниковым механизмом, выполненным с возможностью удерживания, вращения и раскачивания вертикально установленного в нем сосуда биореактора относительно его вертикальной оси во время биотехнологического процесса, панелью электрических подключений, блоком питания, блоком управления, сконфигурированным выполнять команды с периферийных вычислительных устройств и/или пульта управления, интегрированного с опорно-маятниковым механизмом, для задания текущих параметров биотехнологического процесса, получать данные о тенденциях процесса от одноразовых или многоразовых датчиков для получений измерений физических, химических или биологических свойств содержимого сосуда во время биотехнологического процесса, корректировать параметры биотехнологического процесса в зависимости от полученных измерений путем подачи управляющих сигналов на механизмы подачи газа, питательных сред в сосуд биореактора, сконфигурированных для доставки газа, питательных сред в сосуд биореактора во время событий в ответ на управляющий сигнал, на средство нагрева, сконфигурированное для изменения и поддержания температуры в сосуде биореактора в ответ на управляющий сигнал, и на опорно-маятниковый механизм, сконфигурированный для изменения угла наклона в ответ на управляющий сигнал.Also, the technical result is achieved due to the fact that, according to the third aspect of the invention, the bioreactor system for cultivating cells, microorganisms and viruses includes the above-described bioreactor with a heating means, and a control tower equipped with a pendulum support mechanism capable of holding, rotating and rocking a vertically installed it contains a bioreactor vessel relative to its vertical axis during the biotechnological process, an electrical connection panel, a power supply unit, a control unit configured to execute commands from peripheral computing devices and / or a control panel integrated with a pendulum mechanism to set the current parameters of the biotechnological process, receive data on process trends from disposable or reusable sensors to obtain measurements of the physical, chemical or biological properties of the contents of the vessel during the biotechnological process, adjust the parameters of the biotechnological process depending on the measurements obtained by applying control signals to the mechanisms for supplying gas, nutrient media to the bioreactor vessel, configured to deliver gas, nutrient media to the bioreactor vessel during events in response to a control signal, to a heating means configured to change and maintain the temperature in the bioreactor vessel in response to a control signal, and to a pendulum mechanism configured to change the angle of inclination in response to a control signal.
В некоторых вариантах осуществления опорно-маятниковый механизм выполнен в виде зажимного хомута, закрепленного на валу шагового двигателя, установленного на стойке, закрепленной на опорной пластине.In some embodiments, the implementation of the pendulum mechanism is made in the form of a clamping collar, mounted on the shaft of a stepper motor, mounted on a rack mounted on a base plate.
В некоторых вариантах осуществления текущие параметры биотехнологического процесса выбраны из: максимальная скорость и максимальный угол наклона сосуда биореактора от вертикальной оси опорно-маятникового механизма, объем и температура подаваемых реагентов и скорость их подачи, температура нагрева содержимого сосуда, давление в сосуде, рН, DO, Glu, Lac, Biomass.In some embodiments, the current parameters of the biotechnological process are selected from: the maximum speed and maximum angle of inclination of the bioreactor vessel from the vertical axis of the pendulum mechanism, the volume and temperature of the supplied reagents and their supply rate, the heating temperature of the contents of the vessel, the pressure in the vessel, pH, DO, Glu, Lac, Biomass.
В некоторых вариантах осуществления управляющая башня оснащена перильстатическими насосами для подачи реагентов в сосуд биореактора.In some embodiments, the control tower is equipped with peristaltic pumps to supply reactants to the bioreactor vessel.
В некоторых вариантах осуществления пульт управления расположен на корпусе управляющей башни и выполнен в виде сенсорного дисплея, подключенного к блоку управления.In some embodiments, the implementation of the control panel is located on the body of the control tower and is made in the form of a touch screen connected to the control unit.
В некоторых вариантах осуществления пульт управления выполнен с возможностью передавать данные в вычислительный модуль, который выдает команды блоку управления.In some embodiments, the implementation of the control panel is configured to transmit data to the computing module, which issues commands to the control unit.
В некоторых вариантах осуществления периферийный вычислительные устройства выбираются из: ноутбук, персональный компьютер, мобильный телефон, - и выполнены с возможностью запуска на них веб-приложения для задания текущих параметров биотехнологического процесса.In some embodiments, peripheral computing devices are selected from: a laptop, a personal computer, a mobile phone, and are configured to run a web application on them to set the current parameters of the biotechnological process.
В некоторых вариантах осуществления периферийный вычислительные устройства выполнены с возможностью передавать данные в вычислительный модуль, который выдает команды блоку управления.In some embodiments, the peripheral computing devices are configured to communicate data to a computing module that issues commands to a control unit.
В некоторых вариантах осуществления панель электрических подключений выполнена с возможностью подключения опорно-маятникого механизма, многоразовых или одноразовых датчиков, запорной арматуры, механизмов подачи реагентов в сосуд биореактора, оборудования, необходимого для обеспечения биотехнологического процесса.In some embodiments, the electrical connection panel is configured to connect the pendulum mechanism, reusable or disposable sensors, valves, mechanisms for supplying reagents to the bioreactor vessel, and equipment necessary to ensure the biotechnological process.
В некоторых вариантах осуществления блок питания выполнен с возможностью питания опорно-маятникового механизма, перильстатических помп, датчиков, дисплея, световой и звуковой индикации, вентиляторов, устройства управления, пережимных клапанов, проточного нагревателя жидкости, средства нагрева.In some embodiments, the power supply unit is configured to power the pendulum mechanism, peristaltic pumps, sensors, display, light and sound indication, fans, control device, pinch valves, fluid flow heater, heating means.
В некоторых вариантах осуществления на корпусе управляющей башни расположены LED-индикаторы, связанные с блоком управления и сигнализирующие по меньшей мере об одном из событий: аварийная ситуация; завершение процесса; отклонение показателей процесса от требуемых; готовность оборудования к началу процесса; нахождение системы в работе.In some embodiments, LED indicators are located on the control tower body, associated with the control unit and signaling at least one of the events: an emergency; completion of the process; deviation of process indicators from the required ones; readiness of the equipment to start the process; finding the system in operation.
В некоторых вариантах осуществления средством нагрева является нагревательная рубашка, которая надевается снаружи на внешнюю поверхность сосуда для поддержания температуры культивирования биореактора.In some embodiments, the heating means is a heating jacket that is externally applied to the outer surface of the vessel to maintain the culture temperature of the bioreactor.
В некоторых вариантах осуществления материалом сосуда биореактора является нержавеющая сталь, сосуд имеет по меньшей мере одно отверстие в стенке сосуда для установки нагревательного картриджа, а средством нагрева является нагревательный картридж для нагрева стенок сосуда, вставляемый в одно из указанных отверстий.In some embodiments, the material of the bioreactor vessel is stainless steel, the vessel has at least one opening in the vessel wall for receiving a heating cartridge, and the heating means is a heating cartridge for heating the walls of the vessel inserted into one of these openings.
В некоторых вариантах осуществления средством нагрева является нагревательный картридж, вводимый непосредственно во внутреннее пространство сосуда.In some embodiments, the heating means is a heating cartridge inserted directly into the interior of the vessel.
В некоторых вариантах осуществления средством нагрева является встроенный нагреватель в корпусе сосуда биореактора.In some embodiments, the heating means is an inline heater in the body of the bioreactor vessel.
В некоторых вариантах осуществления средством нагрева является теплопроводящий напыленный слой технологией вакуумного напыления на внутренней или внешней поверхности сосуда с припаянными к напыленному слою и выведенными наружу проводами.In some embodiments, the heating means is a thermally conductive sprayed layer by vacuum deposition technology on the inner or outer surface of the vessel with wires soldered to the sprayed layer and brought out to the outside.
В некоторых вариантах осуществления система дополнительно включает систему проточного подогрева жидкости, подаваемой в реактор, до необходимой температуры.In some embodiments, the implementation of the system further includes a system for heating the fluid supplied to the reactor to the required temperature.
В некоторых вариантах осуществления система на управляющей башне устанавливается монтажная пластина таким образом, чтобы она находилась в области расположения сосуда биореактора, для расположения на ней оборудования, требуемого для обеспечения процесса, выбранное из: трубопровод, пережимные клапана, арматура, оксигенатор, ловушки для пузырьков, проточный нагревателя, проточные датчики температуры, проточные датчики DO, проточные датчики наличия среды, холодильная камера для хранения и подачи реагентов, необходимых для осуществления биотехнологических процессов.In some embodiments, a mounting plate is installed on the control tower system so that it is located in the area of the bioreactor vessel, to place on it the equipment required to ensure the process, selected from: pipeline, pinch valves, fittings, oxygenator, bubble traps, in-line heater, in-line temperature sensors, in-line DO sensors, in-line sensors for the presence of a medium, a cold store for storing and supplying reagents necessary for the implementation of biotechnological processes.
В некоторых вариантах осуществления управляющая башня подключена к газовой станции для подготовки и подачи газов, необходимых для осуществления процессов.In some embodiments, the implementation of the control tower is connected to the gas station for the preparation and supply of gases necessary for the implementation of processes.
Краткое описание чертежей Цели, особенности и преимущества данного изобретения станут более очевидными после обращения к следующему описанию и приложенным чертежам, на которых изображено:BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The objects, features and advantages of the present invention will become more apparent upon reference to the following description and the accompanying drawings, which show:
Фиг. 1, Фиг. 2 - Объемное изображение асимметричного биореактора согласно настоящему изобретению,Fig. 1, Fig. 2 - Volumetric image of an asymmetric bioreactor according to the present invention,
Фиг. 3 - Поперечное сечение асимметричного биореактора,Fig. 3 - Cross section of an asymmetric bioreactor,
Фиг. 4 - Башня управления с опорно-маятниковым механизмом, который выполнен для удерживания и раскачивания асимметричного биореактора,Fig. 4 - Control tower with a pendulum mechanism, which is designed to hold and rock the asymmetric bioreactor,
Фиг. 5 - Пример компоновки и внутреннего оборудования башни управления,Fig. 5 - An example of the layout and internal equipment of the control tower,
Фиг. 6 - Фиг. 8 - Система асимметричного биореактора,Fig. 6 - Fig. 8 - Asymmetric bioreactor system,
Фиг. 9 -11 - Расположение портов асимметричного биореактора,Fig. 9 -11 - The location of the ports of the asymmetric bioreactor,
Фиг. 12 - Схематичное изображение работы системы асимметричного биореактора.Fig. 12 - Schematic representation of the operation of the asymmetric bioreactor system.
Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention
Настоящее изобретение предлагает систему асимметричного конического биореактора для осуществления биотехнологических процессов, протекающих в жидкой фазе при культивировании клеток, микроорганизмов и вирусов, которая включает в себя многопортовый герметичный жесткий сосуд в форме асимметричного усеченного конуса с сечением в виде прямоугольной трапеции с меньшим основанием внизу сосуда и опорно-маятниковый механизм, предназначенный для удержания сосуда и создания настраиваемого и плавного движения (качение) биореактора относительно вертикальной оси во время биотехнологического процесса.The present invention proposes an asymmetric conical bioreactor system for carrying out biotechnological processes occurring in the liquid phase during the cultivation of cells, microorganisms and viruses, which includes a multi-port sealed rigid vessel in the form of an asymmetric truncated cone with a rectangular trapezoid section with a smaller base at the bottom of the vessel and a support - a pendulum mechanism designed to hold the vessel and create a customizable and smooth movement (rolling) of the bioreactor relative to the vertical axis during the biotechnological process.
Как правило, опорная структура (опорно-маятниковый механизм) и контейнер (сосуд) проектируются для совместного использования. Предполагается, что в опорно-маятниковом механизме могут использоваться различные сосуды при условии, что они могут быть установлены в опорно-маятниковый механизм.Typically, the support structure (pendulum) and the container (vessel) are designed to be used together. It is contemplated that a variety of vessels may be used in the pendulum mechanism, provided that they can be installed in the pendulum mechanism.
Ниже подробно изложены элементы конструкции биореактора и опорно-маятникого механизма.The elements of the design of the bioreactor and the pendulum support mechanism are detailed below.
Асимметричный конический биореактор представляет собой новое поколение уникальных одноразовых реакторов с плавным покачивающимся движением. Это масштабируемая система с рабочим диапазоном от 15 мл до 50 литров. Под рабочим диапазоном в данной заявке понимается диапазон объема жидкостей, с которым можно работать в реакторе при сохранении полного функционала (нагрев, контакт с датчиками, оксигенация среды и такдалее). Устройство разработано для одноразового использования и особенно учитывает особенности культур клеток, чувствительных к резким движениям, что не ограничивает в других его применениях. Преимущество конкретного реактора перед биореакторами многократного использования состоит в том, что затраты на техническое обслуживание и эксплуатацию снижаются за счет исключения следующих операций:The Asymmetric Conical Bioreactor is a new generation of unique single-use reactors with a smooth rocking motion. It is a scalable system with a working range from 15 ml to 50 liters. The operating range in this application refers to the range of the volume of liquids that can be handled in the reactor while maintaining full functionality (heating, contact with sensors, oxygenation of the environment, and so on). The device is designed for single use and especially considers the characteristics of cell cultures that are sensitive to sudden movements, which does not limit its other applications. The advantage of a specific reactor over reusable bioreactors is that maintenance and operation costs are reduced by eliminating the following operations:
- стерилизации. Исключает необходимость иметь парк стерилизаторов, исключает затраты на обслуживание оборудование, сертификации и поверки;- sterilization. Eliminates the need to have a fleet of sterilizers, eliminates the cost of equipment maintenance, certification and verification;
- очистки. Исключает необходимость иметь парк стерилизаторов, исключает затраты на обслуживание оборудование, сертификации и поверки;- cleaning. Eliminates the need to have a fleet of sterilizers, eliminates the cost of equipment maintenance, certification and verification;
- сокращение временных и трудовых затрат на регулярное обслуживание при полном соответствии предъявляемым требованиям;- reduction of time and labor costs for regular maintenance in full compliance with the requirements;
- снижение требований к квалификации персонала и затрат на его обучение;- reduction of requirements for personnel qualification and costs for its training;
- снижение рисков перекрестного загрязнения.- reducing the risk of cross-contamination.
Варианты осуществления раскрытой здесь конструкции биореактора согласно настоящему изобретению имеют рабочий диапазон от 15 мл до 500 мл. Масштабируемость системы достигается за счет конфигурации внутренней поверхности сосуда для культивирования в виде асимметричного усеченного конуса, который в поперечном сечении имеет прямоугольную трапецию с меньшим основанием книзу сосуда. Емкость сосуда биореактора может иметь типичное отношение высоты к объему приблизительно 0,06-1 см/л.Embodiments of the bioreactor design disclosed herein according to the present invention have an operating range of 15 ml to 500 ml. The scalability of the system is achieved by configuring the inner surface of the culture vessel in the form of an asymmetric truncated cone, which has a rectangular trapezoid in cross section with a smaller base at the bottom of the vessel. The capacity of the bioreactor vessel may have a typical height to volume ratio of about 0.06-1 cm/L.
Фиг. 1-3 представляют трехмерное изображение биореактора 100 согласно настоящему изобретению. Биореактор 100 имеет жесткий сосуд 110 со стенкой 101, определяющей его полость (внутренний объем сосуда). Внутренняя поверхность сосуда 110 выполнена в форме асимметричного усеченного конуса и имеет в поперечном сечении прямоугольную трапецию с меньшим основанием книзу сосуда. Внешняя поверхность сосуда 110 имеет преимущественно вертикальную цилиндрическую форму со скошенной боковой стенкой.Fig. 1-3 are a three-dimensional view of a
Сосуд 110 герметизирован крышками с обеих торцов: нижней крышкой 130 и верхней крышкой 120. Верхняя крышка 120 соединена со стенками 101 сосуда 110 посредством фланца 121. В предпочтительном варианте выполнения согласно настоящему изобретению габаритные размеры сосуда 110 составляют 315 мм × 130 мм × 150 мм, вес сосуда - до 8 кг. Однако, приведенный пример никоим образом не ограничивает габаритные размеры конструкции сосуда 110 биореактора 100.
В некоторых вариантах осуществления внутри сосуда 110 установлена по меньшей мере одна мембрана, которая разделяет внутренний объем сосуда на по меньшей мере два пространства. Большая область служит для выращивания клеток, в ней находится среда с клетками и газами. При этом через меньшую область (нижнюю область) производится подача жидких питательных сред, в которой возможно скопление газов. В меньшей области расположен дренажный клапан с удлинителем для отвода воздушного пузыря из данного пространства.In some embodiments, at least one membrane is installed within the
В варианте осуществления изобретения, изображенном на фиг. 4 представлено использование двух мембран 140, 150, одна из которых 140 устанавливается между верхней крышкой 120 и фланцем 121, а вторая 150 - ставится в упоры стенок сосуда 110 в нижней части сосуда, ближе к нижней крышке 130. При этом обе мембраны 140, 150 установлены параллельно друг другу и перпендикулярно относительно продольной оси сосуда 110.In the embodiment of the invention shown in FIG. 4 shows the use of two
Таким образом, внутреннее пространство сосуда 110 биореактора 100, ограниченное внутренней поверхностью сосуда, разделено на три камеры (фиг. 3) мембранами 140, 150, которые установлены горизонтально и образуют верхнее пространство 161, ограниченное внутренней поверхностью верхней крышки 120 и первой мембраной 140, нижнее пространство 163, ограниченное внутренней поверхностью нижней крышки 130 и второй мембраной 140, межмембранное пространство 162, ограниченное первой 140 и второй мембраной 150.Thus, the inner space of the
Мембраны могут иметь различные характеристики, материальное исполнение и функционал в зависимости от требования процесса. Мембраны являются заменяемыми и пригодными для вторичной переработки.Membranes can have different characteristics, material design and functionality depending on the requirements of the process. The membranes are replaceable and recyclable.
В некоторых вариантах осуществления внутри сосуда установлен фильтрующий картридж.In some embodiments, a filter cartridge is installed inside the vessel.
Пространство 161 над первой мембраной 140, верхнее пространство, используется для портов для отвода жидкостей или воздуха через мембрану 140, удерживающую клетки.The
Межмембранное пространство 162 образует собой пространство, в которое возможно свободно вводить и отводить реактивы, но при этом из-за размера пор мембран клетки это пространство покинуть не могут. Мембраны 140, 150 позволяют удерживать культивируемые материалы в межмембранном пространстве и вводить и отводить среду до или после мембран, или вводить реагенты и брать образцы непосредственно из межмембранного пространства. Таким образом, клетки при перфузии жидкостей в реакторе не теряются.The
Сосуд 110 в зависимости от требований процесса и желания конечного пользователя может комплектоваться различными датчиками для управления и контроля биотехнологического процесса. Обычно, в системах биореактора многоразового использования для наблюдения за биотехнологическим процессом используются стандартные оптические, емкостные, гальванические и полярографические датчики. Биореактор 100 согласно настоящему изобретению оснащен зондами 170, 180 - одноразовыми или многоразовыми датчиками для наблюдения за биотехнологическим процессом, выбранные из: датчик растворенного кислорода DO, датчик кислотно-щелочного баланса РН.
Данные датчики 170, 180 могут быть установлены в сосуде 110 биореактора 100 штатно или опционально. Штатная комплектация датчиков 170, 180 подразумевает то, что датчики в некоторых вариантах осуществления являются предустановленными. Для установки датчиков для наблюдения за биотехнологическим процессом на внешней поверхности сосуда размещено по меньшей мере два посадочных отверстия 171, 181 (фиг. 3). Причем отверстия 171, 181 размещены таким образом, чтобы при установке датчиков 170, 180 они были полностью погружены в культивируемую среду при любом объеме жидкости из рабочего диапазона. Датчики 180 устанавливаются в посадочные отверстия 171, 181 с помощью цанговых штуцеров 172, 182. В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, в посадочные отверстия 171, 181 устанавливают порты 173, 183 с целью размещения в них датчиков для наблюдения за биотехнологическом процессом, причем отверстия 171,181 расположены со стороны скошенной боковой стенки сосуда 110 биореактора 100 ближе к нижней крышке 130 сосуда. Датчики для наблюдения за биотехнологическим процессом установлены в портах 173, 183 с помощью штуцеров 172, 182 таким образом, чтобы они были полностью погружены в культивируемую среду при любом объеме среды из рабочего диапазона.These
Дополнительно к указанным выше датчикам, выбранным из: датчик растворенного кислорода DO, датчик кислотно-щелочного баланса рН, - биореактор оснащен одноразовыми датчиками, выбранными из: датчик глюкозы, датчик лактата, датчик температуры, датчик уровня жидкости, датчик давления, датчик биомассы. Для установки одноразовых датчиков в реакторе предусмотрены заглушки и цанговые штуцера. Так, например, в вариантах осуществления изобретения, изображенных на фиг. 2-3, во фланце, находящимся в контакте с верхней крышкой 120, предусмотрен датчик давления 122.In addition to the above sensors selected from: DO dissolved oxygen sensor, pH acid-base balance sensor, the bioreactor is equipped with disposable sensors selected from: glucose sensor, lactate sensor, temperature sensor, liquid level sensor, pressure sensor, biomass sensor. To install disposable sensors in the reactor, plugs and push-in fittings are provided. Thus, for example, in the embodiments of the invention depicted in FIG. 2-3, a
Поверхность сосуда, верхняя крышка 120, нижняя крышка 130 и фланец 121 имеют посадочные отверстия 190 для установки портов. Каждому посадочному отверстию 190 соответствует порт 191. Порты 191 могут быть различной геометрии и различного функционала и выбираться в соответствии с требованием биотехнологического процесса. Минимально необходимые порты 191: порт ввода газа, порт выхода газа, порт для взятия образцов, порт для введения культур, порт для введения реагентов, порт для сбора выращиваемых культур, порт для отведения отходов, порт для отведения воздушного пузыря из-под мембраны. Опционально могут использоваться дополнительные газовые порты и порты для введения активаторов и прочив реактивов, альтернативные порты сбора выращиваемых культур и альтернативные портыThe vessel surface,
В некоторых вариантах осуществления в место подключения порта 191 может быть установлен датчик, например датчик температуры.In some embodiments, a sensor, such as a temperature sensor, may be installed at
Разъемы портов 191 с посадочными отверстиями имеют одинаковую резьбу, что позволяет в любой момент заменить тип подключения на подходящий. Использование соединителей датчиков и портов, например по типу люэровского присоединения, обеспечивают надежное соединение, позволяя осуществлять биотехнологические процессы требуемое время. Более того, конструкция предложенного сосуда биореактора позволяет провести все этапы, например, процесса получения CAR-T клеток, в одном сосуде. Указанный процесс включает в себя активацию Т лимфоцитов, их трансдукцию лентивирусным вектором и экспансию (наращивание количества).191 port connectors with landing holes have the same thread, which allows you to change the connection type to the appropriate one at any time. The use of sensor connectors and ports, such as luer locks, provide a reliable connection, allowing biotechnological processes to run for as long as required. Moreover, the design of the proposed bioreactor vessel makes it possible to carry out all stages, for example, the process of obtaining CAR-T cells, in one vessel. This process includes the activation of T lymphocytes, their transduction with a lentiviral vector, and expansion (increase in number).
Сложная форма внутренней поверхности сосуда 110 биореактора 100 позволяет начинать процесс культивирования и работы среды с минимальных объемов - экономит реактивы и при этом позволяет создавать достаточную высоту столба жидкости для размещения датчиков и поддержания их функционирования. Датчики 170, 180 для наблюдения за биотехнологическим процессом будут всегда погружены в среду с целью осуществления контроля за процессом.The complex shape of the inner surface of the
В варианте осуществления изобретения, когда внутри сосуда 110 установлена по меньшей мере одна мембрана, на нижней крышке 130 сосуда выполнено посадочном отверстие 131, которому соответствует порт 132. В указанном порту 132 располагается удлинитель 133, выходящим внутрь сосуда 110 биореактора 100 непосредственно в зону потенциального образования воздушного пузыря, в частности, в нижнее пространство 163 сосуда 110 биореактора, ограниченное внутренней поверхностью нижней крышки 130 и второй мембраной 150. В процессе фильтрации под нижней мембраной 150 биореактора возможно образование воздушного пузыря, препятствующего непрерывному и равномерному поступлению/отводу жидкостей. Удлинитель 133 позволяет отводить воздушный пузырь, который скапливается под второй мембраной 150. Для более эффективного отвода воздушного пузыря сосуд наклоняют таким образом, чтобы пузырь поднялся в зону удлинителя 133. Отвод данного пузыря очень важен, так как повышение давления под второй мембраной 150 может повредить саму мембрану или создать прорыв воздушного пузыря, который в свою очередь создаст сильный барботаж и может повредить клеточную культуру.In an embodiment of the invention, when at least one membrane is installed inside the
В процессе работы ассиметричного конического биореактора, в него через гибкие трубки на заданной пользователем скорости подается среда и другие жидкости, которые непосредственно после поступления в биореактор проходят через первую фильтрующую мембрану 140 (фиг. 3).During the operation of an asymmetric conical bioreactor, medium and other liquids are fed into it through flexible tubes at a user-defined speed, which immediately after entering the bioreactor pass through the first filter membrane 140 (Fig. 3).
Расположение портов 191 в отношении верхней или нижней части сосуда не является принципиальным и может быть любым. Важным является их расположение по высотам, но не их угол. Порты 191 могут располагаться в межмембранном пространстве 162, в верхнем пространстве 161, ограниченным внутренней поверхностью верхней крышки 120 и первой мембраной 140, в нижнем пространстве 163, ограниченным внутренней поверхностью нижней крышки 130 и второй мембраной 150. Порты 191 расположены таким образом, что могут вводить или отводить среды из ограниченными мембранами или одной мембраной пространств биореактора. Выбор портов 191 и их расположение определяется требованием конкретного технологического процесса.The location of the
Согласно некоторым вариантам осуществления стенка 101 многопортового жесткого сосуда 110 для культивирования клеток, микроорганизмов и вирусов может быть изготовлена из различных биосовместимых материалов. Например, нержавеющая сталь, поликарбонат, фторопласт или полисульфон. В других вариантах осуществления используются металлические материалы, керамика или композиты.In some embodiments, the
В других вариантах осуществления используется нержавеющая сталь, отдельно или в сочетании со стеклом. Например, при изготовлении стенки 101 сосуда биореактора 100 из нержавеющей стали (фиг. 2) предусмотрена планка 102 и смотровое стекло 103 для визуальной оценки среды, находящейся внутри биореактора 100. При этом крышки 120, 130 выполнены фторопластовыми.In other embodiments, stainless steel is used, alone or in combination with glass. For example, in the manufacture of the
В некоторых вариантах осуществления изобретения сосуд 110 изготавливается из тефлона и полисульфона (высокоэффективные термопласты) (сосуд 110 выполнен из полисульфона, а крышка 120, 130- из тефлона) или стекла. В некоторых вариантах осуществления изобретения сосуд 110 изготавливается из поликарбоната (сосуд и составные детали из поликарбоната). Выбор материалов, из которых изготовлена та или иная деталь биореактора, не ограничен данными материалами. В целом, список материалов для сосуда ограничен только биосовместимостью материалов.In some embodiments,
Для изготовления стального сосуда могут быть использованы следующие методы изготовления: фрезерование, электроэррозионная обработка, токарные операции. Для изготовления пластмассовых сосудов используют литье под давлением, фрезерование, токарные операции, ЗД печать.For the manufacture of a steel vessel, the following manufacturing methods can be used: milling, electroerosion machining, turning operations. For the manufacture of plastic vessels, injection molding, milling, turning operations, and 3D printing are used.
Для осуществления технологического процесса необходим нагрев и постоянное поддержание температуры содержимого биореактора, поэтому предусмотрен нагрев сосуда биореактора. В качестве средства нагрева для поддержания температуры культивирования биореактора в одном из вариантов осуществления может использоваться нагревательная рубашка, фиксируемая на внешней поверхности сосуда биореактора (на корпусе биореактора) при помощи шнурков, жесткого кожуха, повторяющего форму сосуда биореактора или другим доступным способом крепления. Нагревательная рубашка может просто одеваться на сосуд биореактора за счет упругости материалов кожуха и фиксироваться на сосуде болтом или нейлоновыми стяжками.For the implementation of the technological process, heating and constant maintenance of the temperature of the contents of the bioreactor are necessary, therefore heating of the bioreactor vessel is provided. As a means of heating to maintain the temperature of the cultivation of the bioreactor, in one of the embodiments, a heating jacket can be used, which is fixed on the outer surface of the bioreactor vessel (on the body of the bioreactor) using laces, a rigid casing that repeats the shape of the bioreactor vessel, or other available method of fastening. The heating jacket can simply be put on the bioreactor vessel due to the elasticity of the casing materials and fixed on the vessel with a bolt or nylon ties.
В другом варианте осуществления в качестве средства нагрева является нагревательный картридж, вводимый непосредственно во внутреннее пространство сосуда вместо заглушки, расположенной во фланце.In another embodiment, the heating means is a heating cartridge inserted directly into the interior of the vessel instead of a plug located in the flange.
В другом варианте осуществления в качестве средства нагрева является нагревательный картридж для нагрева стенок сосуда, установленный в специальные отверстия в корпусе сосуда биореактора. Например, установка указанного картриджа возможна в варианте исполнения, когда материалом сосуда биореактора является нержавеющая сталь и сосуд имеет по меньшей мере одно отверстие в стенке сосуда.In another embodiment, the heating means is a heating cartridge for heating the walls of the vessel, installed in special holes in the vessel body of the bioreactor. For example, installation of the specified cartridge is possible in the embodiment when the material of the bioreactor vessel is stainless steel and the vessel has at least one hole in the vessel wall.
В другом варианте осуществления в качестве средства нагрева является встроенный в стенку сосуда биореактора нагреватель. Такой вариант исполнения возможен в случае использования пластикового корпуса биореактора.In another embodiment, the heating means is a heater built into the wall of the bioreactor vessel. This embodiment is possible in the case of using a plastic body of the bioreactor.
Также возможен вариант осуществления средства нагрева в виде теплопроводящего напыленного слоя на корпусе биореактора на внутренней или внешней поверхности сосуда. К напыленному слою припаиваются провода и выводятся наружу. Слой может напыляться с помощью известных технологий, например, с помощью технологии вакуумного напыления металлов. На внешней поверхности корпуса биореактора поверх напыленного слоя наносится слой теплоизоляции. На внутренней поверхности корпуса биореактора поверх напыленного слоя наносится слой инертного биосовместимого материала.It is also possible to implement the heating means in the form of a heat-conducting sprayed layer on the body of the bioreactor on the inner or outer surface of the vessel. Wires are soldered to the sprayed layer and brought out. The layer can be deposited using known technologies, for example, using vacuum metal deposition technology. On the outer surface of the body of the bioreactor, a layer of thermal insulation is applied over the sprayed layer. On the inner surface of the body of the bioreactor, a layer of inert biocompatible material is applied over the sprayed layer.
В другом варианте осуществления содержимое сосуда биореактора подогревается до необходимой температуры с помощью системы проточного подогрева жидкости, подаваемой в биореактор.In another embodiment, the contents of the bioreactor vessel are heated to the required temperature using a flow heating system for the fluid supplied to the bioreactor.
Биореактор 100 может работать в автоматическом, полуавтоматическом и ручном режимах.
В случае полностью ручного управления, все процессы, включая установку трубок, закачку жидкостей / газов (с использованием шприцев или автономных перистальтических насосов для жидкостей и источника сжатого воздуха / двуокиси углерода / кислорода / азота с калиброванным давлением), качание (с помощью встряхивающего устройства или аналогичного устройства), сбор урожая и удаление отходов осуществляются вручную или с использованием оборудования пользователя.In the case of full manual control, all processes including tubing, pumping liquids/gases (using syringes or self-contained peristaltic liquid pumps and a pressure calibrated compressed air/carbon dioxide/oxygen/nitrogen source), pumping (using a shaker or similar device), harvesting and disposal of waste is carried out manually or using user equipment.
В случае автоматической или полуавтоматической работы все процессы, кроме установки, выполняются автоматически с помощью системы биореактора.In the case of automatic or semi-automatic operation, all processes, except for installation, are carried out automatically using the bioreactor system.
Второй аспект настоящего изобретения относится к системе биореактора, конструктив и функционал которой подробно описан ниже.The second aspect of the present invention relates to a bioreactor system, the design and functionality of which are described in detail below.
Система 200 биореактора для культивирования клеток, микроорганизмов и вирусов включает биореактор согласно любому варианту осуществления, описанному выше и управляющую башню 210 (фиг. 4), состоящую из опорно-маятникового механизма 220 (фиг. 5), выполненным с возможностью удерживания, вращения и раскачивания вертикально установленного в нем сосуда биореактора 100 относительно его вертикальной оси во время биотехнологического процесса, панелью электрических подключений 230, блоками питания 214, 215, блоком управления 250, пультом управления 216. В башне управления 210 модульно и гибко, с возможностью расширения размещается вся необходимая электроника для обеспечения работы системы.
Опорно-маятниковый механизм 220 (фиг. 4, 5) для биореакторов представлен в виде зажимного хомута 221, закрепленного на валу двигателя 222, который установлен на стойке 223, жестко закрепленной на опорной пластине 224. В предпочтительном варианте осуществления в качестве двигателя 222 используется шаговый мотор с редуктором с крутящим моментом не менее 10 н/м. В неограничивающем варианте осуществления может быть использован сервопривод с крутящим моментом, достаточным для приведения в движение сосуда. Стойка 223 может быть выполнена в виде трубы квадратного сечения. Материалом стойки 223 и опорной пластины может быть нержавеющая сталь. Стойки 223 между собой сварены в раму 225, а к раме винтами прикручена опорная пластина 224. В раме 225 установлен двигатель 222, связанный с устройством крепления 226 биореактора (с зажимным хомутом 221) винтами. Для отслеживания угла наклона сосуда 100 биореактора на зажимной хомут 221 устанавливается акселерометр 227 (фиг. 4). К раме прикручен корпус 211 управляющей башни, выполненный из пластика. В посадочных местах на корпусе 211 установлены вентиляторы 212 болтовым соединением. Внутри корпуса 212, на направляющих монтажных рельсах 213, закрепленных на опорной пластине 224, установлены блок управления 214 и блок питания 215. Электрические компоненты коммутированы между собой. Управляющая башня 210 также оснащена перильстатическими насосами 216 для подачи реагентов в сосуд 100 биореактора. Таким образом, весь механизм вместе с двумя перистальтическими насосами 216, охлаждающими вентиляторами 212 и блоком управления 214, заключен в пластиковый корпус 211.The pendulum mechanism 220 (Fig. 4, 5) for bioreactors is presented in the form of a
В одном из неограничивающих примеров выполнения изобретения опорно-маятниковый механизм имеет: вес 40 кг, габаритные размеры механизма составляют 500 х 360 х 600 мм, внутренний диаметр зажимного хомута 96 мм, максимальная длина от дна биореактора до зажимного хомута маятникового механизма до 300 мм, максимальная длина от зажимного хомута маятникового механизма до верхних штуцеров биореактора составляет до 300 мм. При этом возможно использовать с данным опорно-маятниковым механизмом биореактор с максимальным весом до 10 кг.In one of the non-limiting examples of the invention, the support-pendulum mechanism has: weight 40 kg, overall dimensions of the mechanism are 500 x 360 x 600 mm, the inner diameter of the clamping collar is 96 mm, the maximum length from the bottom of the bioreactor to the clamping collar of the pendulum mechanism is up to 300 mm, the maximum the length from the clamping collar of the pendulum mechanism to the top fittings of the bioreactor is up to 300 mm. In this case, it is possible to use a bioreactor with a maximum weight of up to 10 kg with this pendulum mechanism.
Опорно-маятниковый механизм может использоваться при разработке технологических процессов в области биофармацевтики и иммунотерапии для раскачивания зафиксированного на нем одноразового биореактора со скоростью, безопасной для чувствительных клеточных культур (например, клеток млекопитающих, клеток человека), для обеспечения тщательного перемешивания жидкостей, находящихся в биореакторе.The pendulum mechanism can be used in the development of technological processes in the field of biopharmaceuticals and immunotherapy to rock the disposable bioreactor fixed on it at a speed that is safe for sensitive cell cultures (for example, mammalian cells, human cells), to ensure thorough mixing of the liquids in the bioreactor.
Биореактор устанавливается в зажимной хомут маятникового механизма, приводимого в движение шаговым мотором. Зажимной хомут циклично покачивается маятниковым движением, например, со скоростью 57 мин., наклоняя биореактор на заданный угол, выбранный пользователем (значение можно также выбрать/настроить в процессе работы), в зависимости от количества содержимого, типа биореактора или требований технологического процесса.The bioreactor is installed in the clamping collar of the pendulum mechanism driven by a stepper motor. The clamping collar oscillates cyclically with a pendulum motion, for example, at a speed of 57 minutes, tilting the bioreactor at a predetermined angle selected by the user (the value can also be selected/adjusted during operation), depending on the amount of content, the type of bioreactor or the requirements of the technological process.
Примеры максимальных углов наклона в зависимости от наполнения реактора:Examples of maximum tilt angles depending on the filling of the reactor:
- 83° от вертикальной оси (при наполнении до 500 мл);- 83° from the vertical axis (when filling up to 500 ml);
- 73° от вертикальной оси (при наполнении до 300 мл);- 73° from the vertical axis (when filling up to 300 ml);
- 61° от вертикальной оси (при наполнении до 100 мл);- 61° from the vertical axis (when filling up to 100 ml);
- 23° от вертикальной оси (при наполнении до 15 мл).- 23° from the vertical axis (when filling up to 15 ml).
Скорость движения зажимного хомута, в котором установлен биореактор, определяется текущим биотехнологическим процессом и выбранным типом биореактора. Например, скорость может достигать до 400 об/мин.The speed of movement of the clamping yoke in which the bioreactor is installed is determined by the current biotechnological process and the selected type of bioreactor. For example, the speed can reach up to 400 rpm.
Все необходимые параметры, такие как скорость покачивания, длительность покачивания и угол наклона, выбираются оператором с помощью пульта управления 209, выполненного в виде сенсорного дисплея, подключенного к блоку управления 250 и расположенного на корпусе управляющей башни 211.All necessary parameters, such as swing speed, swing duration and tilt angle, are selected by the operator using the
Блок управления 250 выполнен с возможностью выполнять команды с периферийных вычислительных устройств и/или пульта управления 209, интегрированного с опорно-маятниковым механизмом 220, для задания текущих параметров биотехнологического процесса. Также блок управления 250 дополнительно и предпочтительно должен быть способен:The
получать данные о тенденциях процесса от одноразовых или многоразовых датчиков для получений измерений физических, химических или биологических свойств содержимого сосуда во время биотехнологического процесса,receive process trend data from disposable or reusable sensors to obtain measurements of the physical, chemical or biological properties of the contents of the vessel during the biotechnological process,
корректировать параметры биотехнологического процесса в зависимости от полученных измерений путем подачи управляющих сигналов на механизмы подачи газа 260, питательных сред в сосуд 110 биореактора 100, сконфигурированных для доставки газа, питательных сред в сосуд 110 биореактора 100 во время событий в ответ на управляющий сигнал, на средство нагрева, сконфигурированное для изменения и поддержания температуры в сосуде 110 биореактора 100 в ответ на управляющий сигнал, и на опорно-маятниковый механизм 220, сконфигурированный для изменения угла наклона в ответ на управляющий сигнал.adjust the parameters of the biotechnological process depending on the measurements obtained by applying control signals to the mechanisms for supplying
Башня управления 210, монтажная пластина 270, механизм подачи газа 260 и реактор 100 предпочтительно соединен с разными измерительными приборами при эксплуатации настоящего изобретения, образуя систему 200 (фиг. 6) для автоматической или полуавтоматической эксплуатации настоящего изобретения. Например, башня управления 210 предпочтительно соединена с механизмом подачи газа 260 для контроля расхода газа или сочетания газов. Этот прибор предпочтительно соединен с газовым баллоном или магистралью, идущей от подходящего источника подачи воздуха, и контролирует поток воздуха или другого газа в трубе.The
Блок управления 250 также предпочтительно соединен с термометром, который предпочтительно присутствует в окружающей среде сосуда биореактора, но более предпочтительно не в сосуде биореактора. Блоку управления 250 также дополнительно и предпочтительно должен быть способен управлять механизмом регулирования температуры, таким как средство нагрева и/или охладитель.The
Блок управления 250 дополнительно и предпочтительно соединен с прибором, управляющим потоком среды и/или других питательных веществ из емкости для питательных веществ/среды в емкость сосуда биореактора.The
Блок управления 250 предпочтительно соединен по меньшей мере с одним каналом сосуда биореактора и более предпочтительно по меньшей мере с каналом сбора сосуда биореактора. Блок управления 250 дополнительно может управлять автоматизированным средством отбора проб и/или сбора для удаления части содержимого емкости сосуда биореактора из дополнительного пробоотборного канала, для проверки и/или сбора (не показан). Блок управления также может быть дополнительно соединен с анализатором для анализа отбираемой части содержимого, например, чтобы обеспечивать обратную связь для работы блока управления.The
Блок управления 250 может быть выполнен с возможностью контролировать такие параметры работы батареи и/или температуры, количества и времени поступления газа или сочетания газов в емкость, количество газа и время его выхода из емкости, количества и времени добавления по меньшей мере одного материала (питательные вещества, питательная среда и т.д.) и/или количество света. Блок управления способен детектировать количество получаемых отходов.The
В некоторых вариантах осуществления блок управления выполнен с возможностью учета динамики роста клеток в режиме реального времени, а пульт управления выполнен с возможностью настраивания графической и 3D-визуализации процессов; задания пользователем конфигурация процессов; сохранения/загрузки данных; удаленного мониторинга эксперимента.In some embodiments, the control unit is configured to take into account the dynamics of cell growth in real time, and the control panel is configured to configure graphical and 3D visualization of processes; user task configuration of processes; saving/loading data; remote monitoring of the experiment.
Подключение блока управления 250 к таким элементам как многоразовые или одноразовые датчики, запорная арматура, механизмы подачи реагентов в сосуд биореактора, шаговый мотор опорно-маятникового механизма и другое оборудование, необходимое для обеспечения биотехнологического процесса, осуществляется через панель электрических подключений.The connection of the
Управляющая башня подключена через блок управления и панель электрических подключений к газовой станции для подготовки и подачи газов, необходимых для осуществления процессов.The control tower is connected via a control unit and an electrical connection panel to the gas station for the preparation and supply of gases necessary for the processes.
Для подключения дополнительного оборудования башня управления 210 оснащена монтажной пластиной 270. Монтажная пластина 270 устанавливается таким образом, чтобы она находилась в области расположения сосуда биореактора. На монтажной пластине 270 может быть размещено оборудование, требуемое для обеспечения процесса, выбранное из: трубопровод, пережимные клапана, арматура, оксигенатор, ловушки для пузырьков, проточный нагревателя, проточные датчики температуры, проточные датчики DO, проточные датчики наличия среды, и другие компоненты, необходимые для осуществления биотехнологических процессов.To connect additional equipment, the
Блок питания выполнен с возможностью питания опорно-маятникового механизма, перильстатических помп, датчиков, дисплея, световой и звуковой индикации, вентиляторов, устройства управления, пережимных клапанов, проточного нагревателя жидкости, средства нагрева.The power supply unit is configured to power the pendulum mechanism, peristaltic pumps, sensors, display, light and sound indication, fans, control device, pinch valves, fluid flow heater, heating means.
В качестве сенсорного дисплея в предпочтительном варианте изобретения может быть использован емкостный HDMI дисплей с размерами 11.6'', 1920×1080. Контроллер дисплея: RTD2556. Потребляемый ток: 1 А. Напряжение питания: 12 V. Контроллер сенсорной панели: ILI2511. Интерфейс тачскрина: USBAs a touch display in the preferred embodiment of the invention, a capacitive HDMI display with dimensions of 11.6'', 1920×1080 can be used. Display controller: RTD2556. Current consumption: 1 A. Supply voltage: 12 V. Touch panel controller: ILI2511. Touchscreen interface: USB
Пользователь имеет возможность, например, задавать параметры биотехнологического процесса при помощи меню, отображаемого на сенсорном дисплее маятникового механизма (расположен на корпусе) или, что более удобно, при помощи веб-приложения.The user has the ability, for example, to set the parameters of the biotechnological process using the menu displayed on the touch screen of the pendulum mechanism (located on the body) or, more conveniently, using a web application.
В первом случае после введения данных на сенсорном дисплее команды с пульта управления передаются в вычислительный модуль, который, в свою очередь, выдает команды блоку управления.In the first case, after entering data on the touch screen, commands from the control panel are transmitted to the computing module, which, in turn, issues commands to the control unit.
В последнем случае, при задании текущих параметров биотехнологического процесса через веб-приложение, веб-приложение для задания запускается на периферийных вычислительных устройствах, в качестве которых могут быть выбраны ноутбук, персональный компьютер, мобильный телефон. Периферийный вычислительные устройства выполнены с возможностью передавать данные в вычислительный модуль, который выдает команды блоку управления.In the latter case, when setting the current parameters of the biotechnological process through a web application, the web application for the task is launched on peripheral computing devices, which can be selected as a laptop, personal computer, mobile phone. The peripheral computing devices are configured to transmit data to the computing module, which issues commands to the control unit.
На корпусе управляющей башни также могут быть расположены LED-индикаторы, которые связаны электрически с блоком управления и оператора о статусе процесса. Например, LED-индикаторы могут сигнализировать по меньшей мере об одно из следующих событий:On the body of the control tower, LED indicators can also be located, which are electrically connected to the control unit and the operator about the status of the process. For example, LED indicators can signal at least one of the following events:
- об аварийной ситуации;- about an emergency;
- о завершении процесса;- on completion of the process;
- об отклонении показателей процесса от требуемых;- about the deviation of the process indicators from the required ones;
- о готовности оборудования к началу процесса- about the readiness of the equipment to start the process
- о нахождении системы в работе.- about finding the system in operation.
Температура нагрева и ее поддержание на заданном пользователем уровне осуществляется автоматически посредством пульта управления, интегрированного с опорно-маятниковым механизмом, используемым для покачивания биореактора и контроля всех необходимых параметров технологического процесса. Кроме того, возможен также контроль при помощи персонального компьютера/планшета/мобильного телефона посредством веб-интерфейса.The heating temperature and its maintenance at the level set by the user is carried out automatically by means of a control panel integrated with a pendulum mechanism used to rock the bioreactor and control all the necessary parameters of the technological process. In addition, it is also possible to control using a PC/tablet/mobile phone via the web interface.
На дисплее пульта управления/персонального компьютера/планшета/мобильного телефона графически отображаются все параметры технологического процесса (в том числе температуры): максимальная скорость и максимальный угол наклона сосуда биореактора от вертикальной оси опорно-маятникового механизма, объем и температура подаваемых реагентов и скорость их подачи, температура нагрева содержимого сосуда, давление в сосуде, рН, DO, Glu, Lac, Biomass, расход на перистальтических помпах и другие.The display of the control panel/personal computer/tablet/mobile phone graphically displays all parameters of the technological process (including temperature): maximum speed and maximum angle of inclination of the bioreactor vessel from the vertical axis of the pendulum mechanism, the volume and temperature of the supplied reagents and the speed of their supply , vessel content heating temperature, vessel pressure, pH, DO, Glu, Lac, Biomass, peristaltic pump flow and others.
Кроме того, блок управления выполнен с возможностью уведомления оператора посредством пульта управления (через сенсорный дисплей, интегрированный в корпус башни управления, или через дисплей веб-приложения) о необходимости выполнения определенных действий и по мере необходимости, выдачи оповещения в случае выхода показаний приборов за пределы заданных диапазонов.In addition, the control unit is configured to notify the operator via the control panel (via the touch display integrated into the control tower housing, or through the display of the web application) about the need to perform certain actions and, if necessary, issue an alert in case the instrument readings go beyond the limits. specified ranges.
Пульт управления 209 включает средства ввода и регистрации данных, предназначенные для управления условиями культивирования в сосуде и управления клапанами распределения текучих сред в определенной последовательности. Автоматически осуществляется регистрация и запись всех событий и действий с системой на протяжении всего технологического процесса, включая показания датчиков. Доступ ко всем данных может храниться в облаке, доступ к которому можно получить удаленно с любого устройства, что позволяет следить за текущими процессами в режиме реального времени.The
Порядок операций при эксплуатации системы биореактора для культивирования клеток, микроорганизмов и вирусов следующая.The procedure for operating the bioreactor system for culturing cells, microorganisms and viruses is as follows.
Биореактор длиной не более указанной крепится в зажимном хомуте маятникового механизма. Для этого из проушин зажимного хомута выкручивают винты и снимают открученную часть зажимного хомута. Помещают сосуд биореактора в зажимной хомут. Устанавливают открученную ранее часть зажимного хомута на место, устанавливают и затягивают винты.The bioreactor with a length not exceeding the specified one is fixed in the clamping collar of the pendulum mechanism. To do this, the screws are unscrewed from the lugs of the clamping collar and the unscrewed part of the clamping collar is removed. The bioreactor vessel is placed in the clamping yoke. Install the previously unscrewed part of the clamping collar in place, install and tighten the screws.
После этого устанавливают средство нагрева и опоры пережимных клапанов. Пережимные клапана устанавливаются на монтажной пластине, которая крепится к корпусу управляющей башни с помощью винтов.The heating means and pinch valve supports are then installed. The pinch valves are mounted on a mounting plate, which is screwed to the control tower body.
Через систему распределения, которая разворачивается на монтажной пластине 270, протягивают гибкие трубки 275 и провода. Далее присоединяют гибкие трубки к сосуду биореактора в соответствии с ярлычками и цветовой идентификацией.Through the distribution system, which is deployed on the mounting
Устанавливают сетевые коннекторы (Ethernet, локальная сеть и т.д.) в соответствии с ярлычками и цветовой идентификацией: устройство нужно запитать от сети 220 В и подключить к интернету. Подключают внешний источник питания к заземленной розетке.Install network connectors (Ethernet, LAN, etc.) in accordance with the labels and color identification: the device must be powered from a 220 V network and connected to the Internet. Connect the external power supply to a grounded outlet.
С помощью пульта управления (сенсорный дисплей или веб-приложение) устанавливают требуемые параметры технологического процесса (скорость покачивания, длительность покачивания, угол наклона) и запускают технологический процесс, который контролируется также через пульт управления.With the help of the control panel (touch screen or web application), the required parameters of the technological process (swing speed, swing duration, tilt angle) are set and the technological process is started, which is also controlled through the control panel.
Сосуд биореактора плавно раскачивается с заданной скоростью в течение заданного времени, выбранного оператором на сенсорном дисплее маятникового механизма, расположенном на корпусе, или при помощи веб-приложения. Покачивание вызывает в биореакторе движение среды с клеточной культурой. Это движение обеспечивает тщательное перемешивание суспензии с клетками, среды и других добавляемых жидкостей, со скоростью, безопасной для чувствительных клеток, а также обеспечивает необходимый уровень массообмена.The bioreactor vessel swings smoothly at a predetermined speed for a predetermined time selected by the operator on the touch screen of the pendulum mechanism located on the body, or using a web application. Rocking causes movement of the cell culture medium in the bioreactor. This movement ensures thorough mixing of the cell suspension, medium, and other added fluids at a rate that is safe for sensitive cells, and also provides the necessary level of mass transfer.
Маятниковый механизм останавливается по истечении заданного времени или во время выполнения определенных операций, таких как добавление реагентов, удаление отходов или забор продукта. На дисплее пульта управления появляется надпись «STOP» и устройство подаст повторяющийся звуковой сигнал. Работу можно приостановить в любой момент до истечения заданного времени, нажав кнопку «STOP». Маятниковый механизм примет вертикальное положение и остановится.The pendulum mechanism stops after a predetermined time or during certain operations, such as adding reagents, removing waste or withdrawing product. “STOP” appears on the display of the control panel and the device will beep repeatedly. The operation can be stopped at any time before the set time has elapsed by pressing the STOP button. The pendulum mechanism will assume a vertical position and stop.
Устройство спроектировано для работы в помещениях с низкой температурой воздуха, а также в закрытых лабораторных помещениях при комнатной температуре от +4°С до +40°С в условиях без образования конденсата и при максимальной относительной влажности 80% при температуре до 31°С, линейно снижающейся до 50% при температуре 40°С.The device is designed to work in rooms with low air temperature, as well as in closed laboratory rooms at room temperature from +4°С to +40°С in non-condensing conditions and at a maximum relative humidity of 80% at temperatures up to 31°С, linear decreasing to 50% at 40°C.
Для отвода воздушного пузыря, который образуется под мембраной 150 в области нижнего пространства 183 сосуда биореактора осуществляют наклон биореактора на небольшой угол от вертикальной оси с одновременной подачи жидкости.To remove the air bubble that is formed under the
Отвод выполняется следующим образом:Withdrawal is performed as follows:
(a) сосуд биореактора наклоняется так, чтобы воздушный пузырь переместился ближе к удлинителю 133;(a) the bioreactor vessel is tilted so that the air bubble moves closer to the
(b) через порт 7 (см. фиг. 9, 11) при помощи помпы 216 в биореактор подается среда;(b) through port 7 (see Fig. 9, 11) using
(c) через удлинитель 133 при помощи другой помпы (не указана на чертежах) среда и воздух откачиваются из биореактора 100 в контейнер для отходов.(c) through the
На фиг. 6-8 изображен пример собранной системы биореактора для культивирования клеток, микроорганизмов и вирусов, состоящая из управляющей башни управления, ассиметричного конического биореактора и периферийного оборудования:In FIG. 6-8 shows an example of an assembled bioreactor system for culturing cells, microorganisms and viruses, consisting of a control tower, an asymmetric conical bioreactor and peripheral equipment:
- монтажной доски 270, на которой размещается дополнительное оборудование, которое требуется для обеспечения процесса;- mounting
- пережимной клапан 271, количество и размещение определяется требованием процесса;-
- оксигенатор 272 для обогащения загружаемой среды кислородом;-
- проточный нагреватель 273 для подогрева среды перед загрузкой в нагреватель;-
- проточный датчик температуры 274, для контроля температуры загружаемой среды;-
- газовой станции 260, для подготовки и подачи газов, необходимых для осуществления процесса.-
Примеры использование настоящего устройства для культивирования CAR-T клеток и получения НЕК293 клеток приведены ниже (фиг. 9-12).Examples of the use of this device for culturing CAR-T cells and obtaining HEK293 cells are shown below (Fig. 9-12).
CAR-T ПРОЦЕССCAR-T PROCESS
1. Посадите клетки через порт №6 шприцем с соединением люэровского типа.1. Plant the cells through
2. Добавьте необходимый объем (для ImmunoCult CD3/CD28 - 25 мкл активатора на 1 мл среды) и 100 Ед / мл IL2 через порт №11 с помощью шприца.2. Add the required volume (for ImmunoCult CD3/CD28 - 25 µl of activator per 1 ml of medium) and 100 U/ml of IL2 through
3. Включите мягкий наклон 5 градусов за 1 минуту.3. Turn on a gentle incline of 5 degrees in 1 minute.
4. После того, как активация пройдет (24-72 часа), наклоните реактор в горизонтальное положение в сторону порта для сбора продукта /сбора отходов со скоростью 5 градусов в минуту.4. After activation has passed (24-72 hours), tilt the reactor to a horizontal position towards the product collection/waste collection port at a speed of 5 degrees per minute.
5. Откройте сливной клапан (порт №13) и увеличьте давление внутри реактора с помощью N2 через порт №15. При этом точные параметры давления следует определять экспериментально, но в диапазоне 1-2 бар.5. Open the drain valve (port #13) and pressurize inside the reactor with N2 through
6. Когда весь объем среды извлечен, закройте клапан и уменьшите давление.6. When all of the medium has been removed, close the valve and reduce the pressure.
7. Наполнить реактор предварительно нагретым (37°С) промывочным буфером (ДПБС) на половину объема реактора через порт №7 со скоростью 10 мл / мин.7. Fill the reactor with preheated (37°C) Wash Buffer (HPBS) to half the volume of the reactor through
8. Повторите шаги 5-6.8. Repeat steps 5-6.
9. Добавьте объем предварительно нагретой свежей среды (AIM-V с IL-2) с объемом, необходимым для достижения плотности клеток 5*106 / мл через порт №8 со скоростью 10 мл / мин.9. Add the volume of prewarmed fresh medium (AIM-V with IL-2) at the volume required to achieve a cell density of 5*10 6 /ml through
10. Вернуть реактор в вертикальное положение со скоростью 5 градусов за 1 минуту.10. Return the reactor to a vertical position at a speed of 5 degrees in 1 minute.
11. Добавьте лентивирус и трансдукционный агент через соответствующие порты №9 и №10 с помощью шприца. Объем лентивируса следует рассчитывать, исходя из титра вируса и желаемой MOI. Объем гексадиметринбромида 6 мкг/ мл (трансдукционный агент).11. Add lentivirus and transduction agent through appropriate ports #9 and #10 using a syringe. The volume of lentivirus should be calculated from the virus titer and the desired MOI. Volume of
12. Включите мягкий наклон со скоростью 5 градусов за 1 минуту.12. Turn on a gentle tilt at a speed of 5 degrees for 1 minute.
13. После прохождения трансдукции (16 часов) повторите шаги 5-10.13. After transduction (16 hours), repeat steps 5-10.
14. Включите мягкий наклон на 5 градусов в минуту и добавьте свежую среду (AIM-V с IL-2) через порт №8 со скоростью 10 мл / мин, чтобы удвоить ее, когда плотность клеток возрастет на 2*106 / мл.14. Turn on a gentle tilt of 5 degrees per minute and add fresh medium (AIM-V with IL-2) through
15. Когда будет достигнуто желаемое количество клеток (в соответствии с подсчетом клеток в образце), повторите шаги 5-8.15. When the desired number of cells (according to the cell count in the sample) is reached, repeat steps 5-8.
16. Заполните реактор буфером для упаковки готового препарата через порт №4 (или средой через порт №8, если в текущем эксперименте не проводится тестирование КК по стандартам GMP) объемом, необходимым для получения конечной концентрации клеток продукта (5-10*106 / мл) со скоростью 10 мл / мин.16. Fill the reactor with buffer for packaging the finished product through port #4 (or medium through
17. Откройте порт №12 клапана сбора 1 и увеличьте давление внутри реактора с помощью N2 через порт №15.17.
Примечание: точные параметры давления следует определять экспериментально, но в диапазоне 1-2 бар.Note: the exact pressure parameters should be determined experimentally, but in the range of 1-2 bar.
18. Когда сбор клеток окончен (посмотрите в стеклянное окно), закройте клапан и уменьшите давление. Процесс получения CAR-T клеток окончен.18. When the cell collection is complete (look through the glass window), close the valve and reduce the pressure. The process of obtaining CAR-T cells is over.
Образцы отбирают через порт №3 или №5, используя безопасную систему вакутейнер (3-5 мл) дважды в день, чтобы проверить жизнеспособность, количество и эффективность трансдукции клеток на протяжении всего процесса.Samples are taken through
НЕК293 ПРОЦЕССHEK293 PROCESS
1. Заполните реактор 150 мл предварительно нагретой (37°С) среды (MEM, содержащей 10% FBS (инактивированный нагреванием), 100 единиц / мл пенициллина / стрептомицина и 2 мМ L-глутамина) через порт №8 со скоростью 20 мл / мин.1. Fill the reactor with 150 ml prewarmed (37°C) medium (MEM containing 10% FBS (heat inactivated), 100 units/ml penicillin/streptomycin and 2 mM L-glutamine) through
2. Посадите 300*106 клеток через порт №6 с помощью шприца с соединением люэровского типа.2. Inject 300*10 6 cells through
3. Включите мягкий наклон 15 градусов за 1 минуту.3. Turn on a gentle incline of 15 degrees for 1 minute.
4. Растите клетки и добавляйте свежую среду через порт №8 со скоростью 20 мл / мин, чтобы удвоить ее, когда плотность клеток возрастет до 4*106 / мл. Продолжайте до тех пор, пока не будет достигнут максимальный объем реактора (450 мл).4. Grow the cells and add fresh medium through
5. Наклоните реактор к горизонтали для сбора / отходов со скоростью 15 градусов в 1 минуту.5. Tilt the reactor to the horizontal to collect/waste at a rate of 15 degrees per 1 minute.
6. Откройте сливной клапан (порт №13) и увеличьте давление внутри реактора с помощью N2 через порт №15.6. Open the drain valve (port #13) and pressurize inside the reactor with N2 through
7. Когда весь объем среды извлечен, закройте клапан и уменьшите давление.7. When all of the medium has been removed, close the valve and reduce the pressure.
8. Заполните реактор предварительно нагретым (37°С) промывочным буфером (ДПБС) на половину объема реактора через порт №7 со скоростью 20 мл / мин.8. Fill the reactor with preheated (37°C) Wash Buffer (HPBS) to half the volume of the reactor through
9. Повторите пункты 6-7.9. Repeat steps 6-7.
10. Добавьте предварительно нагретую (37°С) среду через порт №8 со скоростью 20 мл / мин в объеме, равном экстрагированному на шаге 7.10. Add prewarmed (37°C) medium through
11. Вернуть реактор в вертикальное положение со скоростью 15 градусов за 1 минуту.11. Return the reactor to a vertical position at a speed of 15 degrees in 1 minute.
12. Добавьте смесь для трансфекции через порт №9 с помощью шприца.12. Add transfection mix through port #9 using a syringe.
13. Когда трансфекция будет завершена (6 часов), повторите шаги 5-11.13. When transfection is complete (6 hours), repeat steps 5-11.
14. Включите мягкий наклон 15 градусов в 1 минуту на 48-72 часа, чтобы получить лентивирус.14. Turn on a gentle tilt of 15 degrees for 1 minute for 48-72 hours to get lentivirus.
15. Когда лентивирус будет готов (48-72 часа), наклоните реактор в горизонтальное положение со скоростью 15 градусов в минуту.15. When the lentivirus is ready (48-72 hours), tilt the reactor to a horizontal position at a rate of 15 degrees per minute.
16. Откройте порт №14 клапана 2 для сбора продукта, увеличьте давление внутри реактора с помощью N2 через порт №15 и соберите среду с лентивирусом.16.
17. Затем вы можете закрыть клапан и повторить шаги 7-8, а затем собрать клетки через порт сбора №12. Процесс НЕК293 окончен.17. You can then close the valve and repeat steps 7-8 and then collect the cells through
Образцы отбирают через порт №3 или №5, используя безопасную систему вакутейнер (3-5 мл) дважды в день, чтобы проверить жизнеспособность, количество клеток на протяжении всего процесса.Samples are taken through
Хотя настоящая патентная заявка относится к определенному в прилагаемой ниже в формуле изобретения, важно отметить, что настоящая заявка на патент содержит основание для формулировки других изобретений, которые могут, например, быть заявлены как объект уточненной формулы изобретения настоящей заявки или как объект формулы изобретения в выделенной заявке. Такой объект может быть охарактеризован любым признаком или комбинацией признаков, описанных в настоящем документе.Although the present patent application refers to what is defined in the appended claims below, it is important to note that this patent application contains the basis for the formulation of other inventions, which may, for example, be claimed as the subject of the amended claims of the present application or as the subject of the claims in the emphasis. application. Such an object may be characterized by any feature or combination of features described herein.
Claims (60)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2797021C1 true RU2797021C1 (en) | 2023-05-30 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116478811A (en) * | 2023-06-21 | 2023-07-25 | 北京新羿生物科技有限公司 | Temperature control plate and EP tube assembly for PCR amplification, manufacturing method and PCR amplification instrument |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU129505U1 (en) * | 2012-12-03 | 2013-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный аграрный университет" | DISPOSABLE BIOLOGICAL REACTOR |
| RU2670125C1 (en) * | 2015-04-13 | 2018-10-18 | Роузмаунт Аналитикал Инк. | Disposable bioreactor vessel and method for manufacturing thereof |
| EP3730599A1 (en) * | 2019-04-24 | 2020-10-28 | Sartorius Stedim Biotech GmbH | Bioreactor for use on a moving platform, bioreactor motion system, and method of performing a bioprocess using a bioreactor motion system |
| CN212925050U (en) * | 2020-06-03 | 2021-04-09 | 中南大学 | Novel cell culture medium |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU129505U1 (en) * | 2012-12-03 | 2013-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный аграрный университет" | DISPOSABLE BIOLOGICAL REACTOR |
| RU2670125C1 (en) * | 2015-04-13 | 2018-10-18 | Роузмаунт Аналитикал Инк. | Disposable bioreactor vessel and method for manufacturing thereof |
| EP3730599A1 (en) * | 2019-04-24 | 2020-10-28 | Sartorius Stedim Biotech GmbH | Bioreactor for use on a moving platform, bioreactor motion system, and method of performing a bioprocess using a bioreactor motion system |
| CN212925050U (en) * | 2020-06-03 | 2021-04-09 | 中南大学 | Novel cell culture medium |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| EIBL R. et al. Bag Bioreactor Based on Wave-Induced Motion: Characteristics and Applications, Advances in Biochemical Engineering biotechnology, 2009, Vol.115, pp.55-87, published online: 17 April 2009, найдено в интернет 12.08.2022 по ссылке https://www.researchgate.net/publication/24284281. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116478811A (en) * | 2023-06-21 | 2023-07-25 | 北京新羿生物科技有限公司 | Temperature control plate and EP tube assembly for PCR amplification, manufacturing method and PCR amplification instrument |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20220333059A1 (en) | Disposable bioprocess system supporting biological activity | |
| CA3017434C (en) | A bioreactor system and method thereof | |
| CN101001945B (en) | Disposable bioreactor systems and methods | |
| US11773361B2 (en) | Bioreactors | |
| MXPA06011837A (en) | Stirred-tank reactor system. | |
| CN106715674B (en) | Apparatus, system and method for automated cell culture | |
| EP1884562A1 (en) | Bioreactor and Method | |
| JP6487917B2 (en) | Disposable bioreactor and methods for constructing and using disposable bioreactors | |
| KR20210022162A (en) | Continuously controlled hollow fiber bioreactor | |
| WO2011090781A1 (en) | A single use cell culture bioreactor manifold system | |
| RU2797021C1 (en) | Asymmetric conical bioreactor system and method for its use | |
| CN206308363U (en) | A kind of parallel bioreactor system | |
| EP3275992A1 (en) | Adapter for cell-culture vessel | |
| BRPI0803630A2 (en) | TAYLOR VORTICE FLOW BIOREACTOR FOR CELL CULTIVATION | |
| Allman | Bioreactors: design, operation, and applications | |
| JP2021526846A (en) | Closure configuration for bioreactor | |
| JP2014161266A (en) | Culture bag | |
| US20230056468A1 (en) | Retention system | |
| US20230042475A1 (en) | Disposable bioprocess system supporting biological activity | |
| EP3031895A1 (en) | Aeration and agitation system for the culture of microorganisms in single use bioreactors | |
| KR20230018437A (en) | Biomolecular production systems and methods | |
| Allman | 15 Bioreactors: Design |