在生物制造设备中和涉及其的改进的制作方法

本发明涉及例如用于细胞培养的生物制造设备。具体地，本发明涉及以单个仪器的形式的生物反应器设备，和布置成生物制造系统的多个仪器以用于优化使用针对生物制造的实验室和细胞培养空间。

背景技术：

细胞培养，例如哺乳动物、细菌或真菌细胞的培养，可被执行以收获活性细胞以用于治疗目的和/或收获生物分子，诸如由细胞生产的蛋白质或化学物质(例如，药物)。如本文中使用的用语“生物分子”可意味着任何分子，诸如蛋白质、肽、核酸、代谢物、抗原、化学物质或由细胞或病毒生产的生物药物。在此，用语生物制造旨在包含细胞的培养或增殖，以及生物分子的生产。用语生物反应器旨在包含能够用于生物制造的通常封闭的容积。

细胞通常在大尺寸(10,000至25,000升容量)生物反应器中生长，其是设计用于提供对于细胞生长和扩增需要的环境条件和必要的营养的可消毒容器。传统的生物反应器具有玻璃或金属生长室，其可被消毒且然后被接种以选择的细胞以用于随后的培养和扩增。在生长室中的介质经常通过使用机械的或磁性的叶轮来摇动或搅动以改善通风、营养分散和废物移除。

在最近一些年，已经移向‘单次使用’生物反应器，其提供更小的批次尺寸、更大的生产灵活性、易用性、减少的资本成本投资和减少的交叉污染风险。这些系统也可改善通风、供给和废物移除的效率以增加细胞密度和产品产量。示例包含WAVE^TM袋(GE Healthcare)，其安装在摇晃平台上以用于混合，以引入搅动箱单次使用容器诸如从Xcellerex Inc(GE Healthcare)可用的那些。随着‘个性化医疗’的到来，需要许多小批次细胞以利用独特细胞疗法治疗病人的自体细胞疗法已经变得重要。

生产设施，诸如组织培养实验室，为了生产细胞和生物分子，已经传统地定制设计且在清洁的环境中执行以减少污染的风险。这样的设施高成本地运行和维持且如果优先级或工作需要改变还要修改。用于维持或收获在生物反应器中的细胞的工作站需要特定‘足迹’，其在培养实验室中占据显著的底板空间。因为工作站无人照料时花费其大部分时间，同时细胞在生物反应器中生长，实验室空间未高效地或有效地使用。

改进在文件WO 2014122307中提出，其中需要用于细胞培养的实验室空间通过提供用于生物反应器的贮藏间和定制工作站而减小，传统的WAVE类型的生物反应器和辅助设备可支撑在其上。该设备较需要大的支撑框架。

文件US6475776是用于细胞培养碟的培养器的示例，其具有单个培养器壳体和多个架，然而该类型的设备不适用于壳体生物反应器。

需要的是，在简单装载、操作和维持的系统中多个生物反应器一个堆叠在另一个上(紧密地并排间隔开)的能力。理想地，这样的生物反应器应能够传统补料制造，其中细胞典型地经过7至21天来培养，以及灌注类型制造，其中细胞可被培养更长的周期，但是废物产物连续地或定期地移除，且生物分子可被收获。在其之上，在整个细胞扩增过程期间需要被测量的重要参数中的一个是细胞培养的重量。该参数用作用于各种应用步骤的输入，像逐步细胞扩增、连续细胞扩增、介质填充、灌注流、供给&收获泵的校准、温度控制和pH控制。因此对于重量测量系统非常重要的需要是具有非常良好的准确性和灵敏性规格。具有安装在仪器的各个脚上的重量测量负载计的细胞培养仪器商业上已知。这不是安装负载计的理想方式，因为仪器的整个重量搁放在负载计上。因此，作用于负载计的固定重量非常高(取决于仪器重量)，其影响整体准确性和灵敏性。同样因为负载计安装在仪器脚上，当它们经受甚至轻微的侧力时，在负载计的读取中存在显著的改变。这不是可接受的，因为其导致负载计读取中的错误。

理想的重量测量系统因此是如下，其承载尽可能小的固定重量且还与仪器脚隔离以便当存在对于仪器的干扰时没有对于读取的影响，且仪器可然后一个堆叠在另一个上。

技术实现要素：

本发明提供一种根据权利要求1所述的布置，其具有由从属于权利要求1的权利要求限定的优选的特征。

本发明延伸至本文公开的特征的任何组合，无论该组合在本文中是否明确地提到。此外，在两个或更多个特征以组合的形式被提到的地方，意图是这样的特征可单独地要求保护，而不延伸本发明的范围。

附图说明

本发明能够以多种方式来实施，其说明性的实施例在下文参照附图来描述，其中：

图1a示出了生物制造设备的实施例的示图；

图1b示出了堆叠以形成生物制造系统2的图1a的设备；

图2示出了图1中示出的设备的不同的示图；

图3示出了图1中示出的设备的另一示图，包括装载在设备内部的生物反应器；

图4和5以不同的构造示出了生物制造设备的另一实施例的两个示图；

图6a、6b、6c和6d示出了图1和2中示出的设备的局部截面图；

图7示出了图1和2中示出的设备的放大局部视图；

图7a示出了图7中示出的设备的分解视图；

图8示出了图1和2中示出的设备的截面平面图；且

图9示出了图1和2中示出的设备的功能的示意图。

本发明，与其目标和其优点一起，通过结合附图参照下面的描述可更好地理解，在附图中类似的参照标号表示图中的类似的元件。

具体实施方式

参照图1a，示出了生物制造设备1，其包含通常自给的仪器10，其包含通常长方体或箱形的壳体20(具有通常平坦的上侧22和底侧24)。底侧包含四个可调整的高度脚26，仅其中两个在图1a中可见。箱形的壳体允许多个仪器堆叠以形成生物制造系统。实际上，为了方便，在台架5上的堆叠将为两个或三个那么高，如示意性地在图1b中图示的那样，但没有堆叠不可更高的原因。仪器也包含门25，打开地且剖视地示出以便于更清楚地示出仪器的剩余零件。门在铰链28处铰接至壳体的前竖直边缘，从而其围绕竖直铰链轴线打开以暴露或包围在壳体20内部的绝缘室30。当门由弹性密封件32闭合时室30被密封，该弹性密封件32围绕门的内面的整个外周延伸且与以互补的方式围绕壳体20的前边缘延伸的密封面31协作。当门25闭合时，没有光进入室30。这排除了光对细胞培养的影响。

室30具有主室35和通向主室35的前室33。主室包含生物反应器托盘40，其由下文更详细地描述的摇晃托盘支撑件45支撑。摇晃机构由盖板21保护。前室33包含支撑两个蠕动泵的面板34，仅两个蠕动泵的流体处理头48和49延伸到前室33中，前室33的电气零件在面板34后。面板还包含下文更详细地描述的连接部43。前室33包含开口46，其限定了用于延伸到包含袋悬架50的外部存储区域的导管的路线。

图2是在图1中示出的仪器10的不同视图，其中门25和袋架50被移除，以便于更清楚地示出仪器的剩余零件。

图3示出了图1和2的仪器10，但装载有生物反应器100(在该情况下，以柔性袋100的形式)以及将生物反应器链接至仪器的各种路径，包含：流体供应导管102，其经由蠕动泵头48以已知的流体混合物供给生物反应器以促进细胞生长；流体移除导管104，其为了移除由生物反应器中的细胞表达的废物组分的目的经由并入在袋100中的过滤器且经由蠕动泵头49从反应器排出流体；气体供给导管106；以及路径，例如导电路径106、108和110例如电线，以用于在生物反应器内或附近的各种传感器，例如pH传感器，以及溶解氧(DO)传感器。导管和路径可由一个或多个吊架23保持就位。

图4和5示出了包含门25的仪器10的实施例。托盘40在该实施例中可通过滑动运动从托盘支撑件45移除且可搁放在可折叠支座120上，继而又悬挂在铰接门25上。在使用中，门25可打开，支座120可拉下，且托盘40(有或没有生物反应器就位)可从支撑件45滑走且手动地移动到支座上。将注意的是，托盘40具有打开的中间区段。该打开的区段容纳生物反应器，其具有夹到托盘40侧上的夹从而生物反应器不会穿过托盘的中部落下。将满的或空的托盘返回到室30中，允许框架120折叠起来且门25闭合地关闭。

图6a、6b、6c和6d各自示出了在图1至3中图示的主室35、以及收纳在其中的构件的截面图。那些构件包含可移除的托盘40和摇晃托盘支撑件45。托盘支撑件45由电加热板42形成，其与在使用中的生物反应器的底部直接接触，可枢转的板保持器44，其可释放地保持加热板和驱动摇晃机构47的电气步进马达，该摇晃机构47围绕枢转轴线P在托盘40下方通过大约25-35度的预定的角来回移动板保持器44。支撑件45在使用中可被控制以便其在任何位置、但是具体地在图6b中示出的向前倾斜的位置停止，其允许托盘40和板42一起向前滑动同时板保持器44保持就位，至如图6c中图示的新位置，在该处托盘可更容易地接近以用于装载或卸载而不是不得不移除(如图4和5的实施例中示出的那样)。在图6c中示出的位置，在生物反应器和仪器之间的路径和导管(如上文提到的那样)可更容易地连接和断开。托盘40和板42可如图6d中示出的那样完全移除，例如，以用于清洁目的。盖板21保护马达和其他电气零件。

图7以从仪器的前(门)侧看到主室35中的更详细视角示出了摇晃机构，其中盖板21被移除。示出了摇晃机构47的步进马达51以及由步进马达驱动且驱动板支撑件44来回旋转的减速小齿轮齿轮对52。以该视角，以负载计41的形式的负载传感器是可见的，其在使用中被用于测量从生物反应器添加或移除的流体的量，以及细胞培养控制。

图7a分解地示出了图7的特征。质量改变测量系统包括安装以支撑细胞袋托盘40的单个负载计41和摇晃托盘40的机构47。负载计41是机械应变传感器，其随应变改变电阻。然而可使用其他的应变传感器，例如光学应变传感器。因为仅驱动组件和摇晃平台安装在负载计上，固定负载显著地减少。负载计完全与外部隔离且因此不受作用于设备的任何侧力影响。在使用中，在采取负载测量前，托盘40可搁放在如图7中所示的水平位置。然而，也设想，可采取‘使用中’测量，即在托盘40摇晃同时采取测量。在该后面的情形中，可确定平均重量，且与前面的平均值相比，以获得重量增加或减少的测量。用语‘平均’旨在包括算术平均值、中位数、众数、范围或总负载。

利用该重量测量布置，相似的设备可一个堆叠在另一个上。如果负载计安装在设备脚上，则该堆叠将不可能，因为那么在堆叠的底部处的设备也将测量上面的设备的重量。具有隔离于设备脚的负载计的另一优点是仪器不需要在使用前每次都调平。在当前的生物反应器中，用户花费相当多的时间和努力在调平仪器上。本实施例的重量测量系统搁放在完美机加工的表面上且一直看到安装在其上的负载的100%。在传统的生物反应器中，各个负载计看到整个仪器重量的不同百分比且用户不得不调平仪器以便由各个负载计看到的负载的百分比在25%-30%之间。然而主要的优点是本单负载计构造的改善的准确性和灵敏性。对于各个附加的负载计而言，准确性以√n的因数变差，其中n是负载计的数目。单负载计构造的准确性因此理论上是四负载计构造的2倍。当生物反应器用于低容积细胞扩增过程时，这是核心优势。

模块化托盘设计和设备的托盘弹出特征在2016年4月29日提交的共同未决申请IN201611015089中更完全地描述。在整个细胞扩增过程期间，需要采取细胞培养的每日样本以监测细胞扩增的过程。对于采取样本而言，打开仪器门以接近在托盘上的细胞袋。托盘在倾斜位置停止，这确保了在细胞袋内部的内容物通过重力靠近细胞袋的采样端口。当采样由用户执行时，存在一些重量传递到摇晃平台上且因此传递至负载计的可能性。为了阻止由于过载对于负载计的任何损害，重量测量系统可具有负载计过载保护，其在底部处支撑弹出的托盘或倾斜托盘且负载计被隔离于在托盘的这些条件下采取任何负载。换而言之，当托盘40如图6b中所示完全倾斜时，该布置可被修改以便托盘40的最低的边缘可搁放在室35的底板上。设备还可具有用于过载保护的警报以用于在整个细胞扩增过程期间的任何时间点的任何无法预料的状况。重量测量系统还可具有自动对准特征以接收弹出的托盘返回到正确位置以阻止任何失准。用户仅需要推动弹出的托盘返回直到听到听得见的滴答声，其通报了托盘对准且就位。用户因而可确定托盘是安全的以开始摇晃。

图8示出了穿过仪器10向下看的截面图，使得可看到主室35(从前到后具有深度D)，以及前室33，其具有远远更浅的深度d。壳体的剩余区域36，与室35/33隔离开且包围电气和电子控制构件，其远离来自生物反应器的可能的泄漏且可保持成处于比主室更低的温度，使得电气零件将具有更长的寿命。此外，电气零件的清洁可避免，因为他们隔离于室35/33。更详细地，那些电气/电子构件包含电源37、灌注气体供应控制单元38、控制电路板39、室空气加热器53、泵头48/49驱动马达54/58、单板计算机55和未示出的各种连接线和导管。

图9示出了仪器10的功能的示意性框图，参照涉及上文提到的且在前面的图中图示的物理构件。在使用中，柔性袋生物反应器100(细胞袋)是优选的，且装载到如上文详述的室30中。连接部43被制成且门25被闭合。托盘42在该实施例中包含条形码读取器56以读取来自袋的条形码且传播袋的身份至控制器39/55。其他的识别手段是可能的，例如可使用RFID变换器，其嵌入在细胞袋100中。袋的身份将确定适当的细胞培养方式，且附加的外部信息可由控制器经由系统控制器60搜寻，例如需要的目标细胞密度。如果已经确定了适当的细胞培养方式，控制器将典型地控制袋外部的温度，且优化袋内部的参数。这些参数将在细胞培养周期期间改变，即在上至28天、但是典型地7至21天的周期期间。因而，控制器将监测和调整细胞培养的内部pH、袋中的流体的溶解氧含量、袋的重量以确定引入的新鲜流体的量和从袋提取的废物流体的量。这些参数和细胞密度的采样自动执行。连续的灌注方式是优选的，但可使用其他已知的方式，诸如补料方式。方便地，显示器57并入到门25中，且门包含窗，窗变暗以减少进入室的光或具有遮光器，遮光器可打开以通过窗查看室30，但是可闭合以在仪器的正常运行中减少或排除光。

在使用中，仪器将用作使用显示器57以输出状态信息的孤立系统，连同在其中使用多个仪器的其他孤立仪器，意味着不需要外部控制以用于操作该一个或多个仪器。然而，可能的是，可使用系统控制器60，其将用于简单地供应涉及装载在仪器中的细胞袋的需求的信息，或者附加地监测多个仪器，或带有适合的软件，以监测和控制各个仪器，从而内部仪器控制是决定性的。如果丢失与系统控制器的通信，然后各个仪器的下级的控制器39/55可取回仪器控制。在仪器和系统控制器之间的通信优选地是系统总线链路例如已知构造的通用串行总线，但无线链路是可能的，例如，如由在0.9至60GHz下运行的IEEE802.11协议指出的那样。设想的是，各个仪器将自动地由运行在系统控制器上的软件识别，而不需要任何用户输入。

一旦细胞培养完成，如由采样和/或细胞袋重量确定，其被从仪器移除且用于其有意的目的，例如自体细胞疗法。在由培养细胞产生的生物分子是令人感兴趣的情况下，当细胞袋被清空时这些可被移除，或它们可从在培养期间从袋提取的滤出液中移除。室30容易被清洁以准备用于待引入的下一个袋，带有最小的停机时间。因而显而易见的是，上文描述的仪器允许一次性生物反应器的方便的装载和卸载，且可紧密地在堆叠排中间隔开以便仪器的密度为大约每平方米4至6个(当从仪器的前面看时)。用于连同仪器10使用的典型的生物反应器100，在当今标准下将较小，即大约50毫升和2500毫升，且因此上文描述的系统为小尺寸系统，具有多个细胞培养仪器，其各自可容易地接近和控制，且优化了可用的空间。

尽管已经描述和图示了实施例，但对于本领域技术人员将显而易见的是，添加、省略以及修改对于那些实施例而言是可能的，而不背离要求保护的发明的范围。