一种大规模细胞生产和培养的高效率培养系统及应用方法与流程

本发明涉及细胞工业化生产技术领域，尤其涉及一种大规模细胞生产和培养的高效率培养系统及应用方法。

背景技术：

细胞培养是把细胞在人工环境下，利用营养物质等，使其繁育增殖，并用于各种目的的培养过程。细胞培养现已广泛应用于科研、生物制药、再生医学、临床应用和基因工程等各个领域。

随着社会的进步，科技的蓬勃发展，人类对生命质量和预期寿命也有了更高的期望。拥有一个健康、幸福、快乐的生命周期是每一个人的梦想。但如同肿瘤等顽疾，传统的治疗手段所带来的副作用也让很多的患者痛苦不堪。

细胞治疗是近几年兴起的疾病治疗新技术，是指利用某些具有特定功能的细胞的特性，采用生物工程方法获取和通过体外扩增、培养修饰后，使这些细胞具有增强免疫杀伤能力、特异性识别病原体和肿瘤细胞、促进组织器官再生和机体康复等治疗功效，从而达到治疗疾病的目的。

该技术以良好的疗效、低副作用和个性化等独特的优势，为一些难治性疾病的治疗，提供新的选择。在当前和今后很长的阶段，细胞治疗都将在临床治疗中担当重要的角色，二十一世纪将是细胞治疗发挥重要作用的时代。

细胞治疗技术中“细胞体外培养”是最为关键、重要的一环。它是细胞治疗的基础，直接关系到治疗的效果和安全性。而在细胞治疗中针对患者回输的细胞数量巨大，并且质量要求极高，因此需要在极其严格的万级实验室环境下的百级工作台进行长时间的培养，培养过程中需要有专门受过长时间培训的专业培养人员进行操作。因所培养的细胞最终是需要回输人体，因此必须确保所培养细胞的安全性，绝对不受污染。因此在细胞培养过程中维持无菌环境占整个过程的大部分时间，所耗费的人力、物力和财力是不可估量的，但即使在设备完善的实验室内，若操作者技术操作不规范，也会导致污染，最终导致一系列的治疗方案的延迟，对患者的治疗造成危害。大批量，高要求的培养细胞作为细胞治疗的关键，仅仅依靠实验室环境下的专人培养已经无法满足日益增长的科研、生物制药、再生医学、临床应用和基因工程等需求，并且还存在很多缺点。因此亟需一种新的细胞生产系统及其相关配套部件。

技术实现要素：

本发明为一种大规模细胞生产和培养的高效率培养系统及应用方法，相较于现有的细胞培养技术，本发明采用可以隔绝污染环境的细胞培养袋进行细胞培养的全过程，可以简化细胞培养的步骤，降低细胞培养的苛刻要求，节省成本。采用透气的细胞培养袋来进行细胞培养，仅需保证细胞培养袋内的环境是无菌环境即可，无需要求培养环境无菌的实验室和工作台，减少了实验室中采用手工消毒过程存在的污染风险，能够极大保证细胞培养的安全性，简化细胞培养步骤。使用本发明的细胞培养袋，只需在干净环境下即可进行细胞的培养。其次，本发明的细胞培养过程中所需步骤极为简化，无需传统细胞培养的各项技术要求，对于细胞培养人员无需进行长时间专业培训，即可进行操作，能够降低细胞培养的难度，适合细胞的大批量培养。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种大规模细胞生产和培养的高效率培养系统，包括至少一个细胞培养袋和至少一个细胞培养基保存袋；

所述细胞培养袋用于细胞培养，并且细胞培养袋存在不同的规格，所述细胞培养袋的下端密封边缘处间隔设有连接管，所述连接管包括第一连接管、第二连接管和第三连接管，第一连接管用于输注培养基，第二连接管用于细胞的输出，第三连接管用于细胞的输入；

所述细胞培养基保存袋用于储存制备的细胞培养基，为细胞培养袋的细胞培养输注细胞培养基，细胞培养基保存袋存在不同的规格，所述细胞培养基保存袋的下端密封边缘处设有连接管，所述连接管包括第四连接管、第五连接管，第四连接管、第五连接管用于向细胞培养袋输注细胞培养基；

所述第一连接管、第二连接管、第三连接管、第四连接管、第五连接管的管口采用热合密封方式密封。

在上述方案的基础上，所述的细胞培养袋至少包括第一细胞培养袋和第二细胞培养袋，所述的第一细胞培养袋的连接管与所述的第二细胞培养袋的连接管连接时，采用接管法连接；

所述的细胞培养袋的连接管与所述的细胞培养基保存袋的连接管连接时，采用接管法连接，

所述的接管法连接，借助无菌热合方式进行热合连接或热切断开，通过高温瞬间操作保证无菌污染。

在上述方案的基础上，所述的第一细胞培养袋的第二连接管与所述的第二细胞培养袋的第三连接管连接时，采用接管法连接；

所述的细胞培养袋的第一连接管与所述的细胞培养基保存袋的第四连接管或第五连接管连接时，采用接管法连接。

所述的细胞培养袋为保证袋内培养的细胞浓度维持在一个有效区间内，细胞培养袋从体积上分为不同的规格，不同规格的细胞培养袋构成这个完整的培养体系。根据实际需求的细胞数量，细胞培养袋的规格可以不断上延。细胞培养时，根据细胞初始数量，一般从小规格细胞培养袋开始培养，到原规格细胞培养袋的培养液体积无法维持合适的细胞浓度，则将原细胞培养袋通过细胞输出连接管与大一级规格的细胞培养袋细胞输入连接管，通过接管热合完成细胞和培养液在不同细胞培养袋的转移；转移完成后，通过热切断，分离两个细胞培养袋；

为维持培养过程中的细胞密度，当细胞密度升高时，需要添加细胞培养基。细胞培养基保存袋的培养基输注连接管和细胞培养袋的培养基输入连接管连接，通过热合完成细胞培养液输入细胞培养袋，输注完成后通过热切断，分离细胞培养袋和细胞培养基保存袋连接管，并热压密封。

在上述方案的基础上，所述细胞培养袋的规格包括50ml、200ml、2000ml、5000ml，细胞培养基保存袋的规格包括50ml、100ml、200ml，为保证细胞培养过程中维持适宜的细胞培养浓度，而设计不同规格细胞培养袋和细胞培养基保存袋，在细胞培养过程中，通过向细胞培养基保存袋中添加细胞培养基或更换更大规格的细胞培养袋来维持适宜的细胞培养浓度，根据不同的细胞种植密度的需求，采用相应规格大小的细胞培养袋和细胞培养基保存袋。

在上述方案的基础上，所述细胞培养基保存袋体上设有刻度，便于调整输注培养基量。

在上述方案的基础上，所述细胞培养袋和连接管的材质为符合塑料水溶性注射容器标准的高透气性材质。

在上述方案的基础上，所述高透气性材质可以选用聚乙烯、tpx或eva等。

在上述方案的基础上，所述细胞培养基保存袋由高阻隔性的不透气材质制成，因采用不透气的材料制成，能够有效保证培养基的安全无菌环境，可一次性多量制备。

所述大规模细胞生产和培养的高效率培养系统的应用方法，包括以下步骤：

1、配制细胞培养基，将细胞培养基置于细胞培养基保存袋中，一次性制备多个细胞培养基保存袋，将细胞培养基保存袋放置于4℃环境中冷储待用；使用时将装有细胞培养基的细胞培养基保存袋升温至37℃；

2、将所需培养的细胞通过第三连接管注入细胞培养袋中，同时使用接管法将细胞培养基保存袋的第四连接管或第五连接管通过无菌热合接管机与细胞培养袋的第一连接管热合连接，通过挤压将细胞培养基注入细胞培养袋，当细胞培养基输注完毕后，采用无菌热合接管机高温瞬间截断第四连接管或第五连接管和第一连接管，并将第四连接管或第五连接管和第一连接管的管口热合密封，使细胞培养袋与细胞培养基保存袋分离；

3、在细胞培养过程中，通过比浊法进行细胞培养浓度的测定，当细胞培养未在适宜培养浓度时，需要添注细胞培养基，取用细胞培养基保存袋，采用无菌热合接管机将细胞培养基保存袋连接的第四连接管或第五连接管与细胞培养袋连接的第一连接管热合连接，能够有效保证在无菌环境下，将细胞培养基保存袋中的细胞培养基挤压至细胞培养袋中；

4、当细胞培养基输注完毕后，采用无菌热合接管机高温瞬间截断第四连接管或第五连接管和第一连接管，并将第四连接管或第五连接管和第一连接管的管口热合密封，使细胞培养袋与细胞培养基保存袋分离；

5、在细胞培养过程中随着培养时间增长，当细胞培养袋无法保证细胞适宜培养浓度时，需要更换更大规格的细胞培养袋，通过无菌热合接管机将原细胞培养袋中培养的细胞通过第二连接管转移到规格更大的细胞培养袋中，继续进行培养；

6、原细胞培养袋中培养的细胞转移完成后，通过无菌热合接管机将原细胞培养袋和现细胞培养袋分离即可。

在上述方案的基础上，所述细胞培养基包括细胞生产因子、无血清培养基和基础培养基。

在上述方案的基础上，所述细胞培养的细胞种类包括悬浮细胞和贴壁细胞，所述悬浮细胞种类包括免疫细胞，贴壁细胞种类包括间充质干细胞和ips及其诱导分化干细胞；所述细胞培养方式包括悬浮培养和贴壁培养。

在上述方案的基础上，所述细胞培养袋中的细胞培养浓度，采用比浊法进行确定，通过使用分光光度计测定细胞培养液吸光度，对比细胞浓度标准曲线来确定所述的细胞培养浓度。

在上述方案的基础上，所述的细胞培养袋培养于细胞培养箱中，所述的细胞培养箱为co2细胞培养箱。

有益效果：

1、本细胞培养系统中所采用的细胞培养袋，安全性高，结构简单、设计合理、使用方便，通过设置细胞培养袋和细胞培养基保存袋，使用时极为安全方便，各个细胞培养袋之间在需要进行连接时采用无菌热合接管机热合连接，降低了细胞污染和操作人员感染的几率，提高了操作的安全性，提高了细胞培养的工作效率，可专用于细胞培养箱中。

2、本系统的细胞培养袋采用符合塑料水溶性注射容器标准的透气材质，在细胞培养过程中无溶出物质，不含对细胞产生不良影响的可塑剂或溶出物质；采用高透气性的聚乙烯、tpx或eva等，可以满足细胞培养时气体浓度环境要求和ph值的要求；采用连接管连接，在注入细胞培养基或者取样时，通过直接接触操作，提高了操作的安全性；与使用培养瓶相比，气体交换面积大，利于在有限的培养空间内大量培养，可获得更多数量的细胞，封闭式培养，降低了细胞污染和操作人员感染的几率；细胞培养袋的材质透明柔韧，便于在显微镜下直接观察细胞的状态。

该发明的技术关键点和欲保护点：

1、本发明主要为一种常规环境下使用的大规模细胞生产和培养的高效率培养系统，包括细胞培养袋和细胞培养基保存袋，各袋相互独立，且各袋存在不同的规格。

2、细胞培养袋采用符合塑料水溶性注射容器标准的透气材质，连接有三根连接管，分别为第一连接管、第二连接管和第三连接管，细胞培养基保存袋为不透气材质，连接第四连接管、第五连接管。

3、各个袋体之间平时为独立状态，需要进行培养液输注时采用无菌热合接管机保证无菌状态下进行热合连接、断开。

4、细胞培养中通过根据不同细胞的培养密度，选用不同大小的细胞培养袋进行培养，以保证细胞生长的最佳浓度。

5、细胞培养基保存袋可一次性多量制备细胞培养基，一周内用完即可，无需随时制备，细胞培养基保存袋体上存在刻度。

6本细胞培养系统培养的细胞种类包括悬浮细胞和贴壁细胞。

附图说明

本发明有如下附图：

图1细胞培养袋的结构图。

图2细胞培养基保存袋的结构图。

具体实施方式

以下结合附图1和2对本发明作进一步详细说明。

一种大规模细胞生产和培养的高效率培养系统，包括至少一个细胞培养袋和至少一个细胞培养基保存袋；

所述细胞培养袋用于细胞培养，并且细胞培养袋存在不同的规格，所述细胞培养袋的下端密封边缘处间隔设有连接管，所述连接管包括第一连接管1、第二连接管2和第三连接管3，第一连接管1用于输注培养基，第二连接管2用于细胞的输出，第三连接管3用于细胞的输入；

所述细胞培养基保存袋用于储存制备的细胞培养基，为细胞培养袋的细胞培养输注细胞培养基，细胞培养基保存袋存在不同的规格，所述细胞培养基保存袋的下端密封边缘处设有连接管，所述连接管包括第四连接管4、第五连接管5，第四连接管4、第五连接管5用于向细胞培养袋输注细胞培养基；

所述第一连接管1、第二连接管2、第三连接管3、第四连接管4、第五连接管5的管口采用热合密封方式密封。

在上述方案的基础上，所述的细胞培养袋至少包括第一细胞培养袋和第二细胞培养袋，所述的第一细胞培养袋的连接管与所述的第二细胞培养袋的连接管连接时，采用接管法连接；

所述的细胞培养袋的连接管与所述的细胞培养基保存袋的连接管连接时，采用接管法连接，

所述的接管法连接，借助无菌热合方式进行热合连接或热切断开，通过高温瞬间操作保证无菌污染。

在上述方案的基础上，所述的第一细胞培养袋的第二连接管2与所述的第二细胞培养袋的第三连接管3连接时，采用接管法连接；

所述的细胞培养袋的第一连接管1与所述的细胞培养基保存袋的第四连接管4或第五连接管5连接时，采用接管法连接。

在上述方案的基础上，所述细胞培养袋的规格包括50ml、200ml、2000ml、5000ml，细胞培养基保存袋的规格包括50ml、100ml、200ml，为保证细胞培养过程中维持适宜的细胞培养浓度，而设计不同规格细胞培养袋和细胞培养基保存袋，在细胞培养过程中，通过向细胞培养基保存袋中添加培养基或更换更大规格的细胞培养袋来维持适宜的细胞培养浓度，根据不同的细胞种植密度的需求，采用相应规格大小的细胞培养袋和细胞培养基保存袋。

在上述方案的基础上，所述细胞培养基保存袋体上设有刻度，便于调整输注培养基量。

在上述方案的基础上，所述细胞培养袋和连接管的材质为符合塑料水溶性注射容器标准的高透气性材质。

在上述方案的基础上，所述高透气性材质可以选用聚乙烯、tpx或eva等。

在上述方案的基础上，所述细胞培养基保存袋由高阻隔性的不透气材质制成，因采用不透气的材料制成，能够有效保证培养基的安全无菌环境，可一次性多量制备。

所述大规模细胞生产和培养的高效率培养系统的应用方法，包括以下步骤：

1、配制细胞培养基，将细胞培养基置于细胞培养基保存袋中，一次性制备多个细胞培养基保存袋，将细胞培养基保存袋放置于4℃环境中冷储待用；使用时将装有细胞培养基的细胞培养基保存袋升温至37℃；

2、将所需培养的细胞通过第三连接管3注入细胞培养袋中，同时使用接管法将细胞培养基保存袋的第四连接管4或第五连接管5通过无菌热合接管机与细胞培养袋的第一连接管1热合连接，通过挤压将细胞培养基注入细胞培养袋，当细胞培养基输注完毕后，采用无菌热合接管机高温瞬间截断第四连接管4或第五连接管5和第一连接管1，并将第四连接管4或第五连接管5和第一连接管1的管口热合密封，使细胞培养袋与细胞培养基保存袋分离；

3、在细胞培养过程中，通过比浊法进行细胞培养浓度的测定，当细胞培养未在适宜培养浓度时，需要添注细胞培养基，取用细胞培养基保存袋，采用无菌热合接管机将细胞培养基保存袋连接的第四连接管4或第五连接管5与细胞培养袋连接的第一连接管1热合连接，能够有效保证在无菌环境下，将细胞培养基保存袋中的细胞培养基挤压至细胞培养袋中；

4、当细胞培养基输注完毕后，采用无菌热合接管机高温瞬间截断第四连接管4或第五连接管5和第一连接管1，并将第四连接管4或第五连接管5和第一连接管1的管口热合密封，使细胞培养袋与细胞培养基保存袋分离；

5、在细胞培养过程中随着培养时间增长，当细胞培养袋无法保证细胞适宜培养浓度时，需要更换更大规格的细胞培养袋，通过无菌热合接管机将原细胞培养袋中培养的细胞通过第二连接管2转移到规格更大的细胞培养袋中，继续进行培养；

6、原细胞培养袋中培养的细胞转移完成后，通过无菌热合接管机将原细胞培养袋和现细胞培养袋分离即可。

在上述方案的基础上，所述细胞培养基包括细胞生产因子、无血清培养基和基础培养基。

在上述方案的基础上，所述细胞培养的细胞种类包括悬浮细胞和贴壁细胞，所述悬浮细胞种类包括免疫细胞，贴壁细胞种类包括间充质干细胞和ips及其诱导分化干细胞。

在上述方案的基础上，所述细胞培养袋中的细胞培养浓度，采用比浊法进行确定，通过使用分光光度计测定细胞培养液吸光度，对比细胞浓度标准曲线来确定所述的细胞培养浓度。

在上述方案的基础上，所述的细胞培养袋培养于细胞培养箱中，所述的细胞培养箱为co2细胞培养箱。

细胞培养过程中通过比浊法来判断培养的细胞浓度，(前期采用标准的细胞方法已经绘制完成细胞浓度标准曲线，通过曲线获知细胞培养基添加量)获知细胞的培养状态，确定培养状态后，通过调节细胞培养基的多少(输注细胞培养基)和细胞培养袋的大小(更换细胞培养袋)来保证培养过程中细胞培养浓度，保证最优的培养效果。

实施例1：

选取适用于细胞培养的高透气性的塑料材质，按照图1的方式，制备为细胞培养袋，采用高频热合的方式，将连接管焊接于细胞培养袋的下端，其中第二连接管2用于细胞的输出以便收集；第一连接管1用于输注培养基；第三连接管3用于细胞的输入。

实施例2：

选取高阻隔性，不透气的塑料材质，按照图2的方式，制备为细胞培养基保存袋，采用高频热合的方式，将连接管焊接于细胞培养基保存袋的下端，其中第四连接管4、第五连接管5用于向细胞培养袋输注细胞培养基；细胞培养基保存袋体上设有刻度。

实施例3

可在开放环境下，使用无菌热合接管机，将细胞培养袋的第一连接管1与细胞培养基保存袋的第四连接管4或第五连接管5热合连接后，将新鲜的细胞培养基注入细胞培养袋，进行细胞扩增培养。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。