用于细胞培养的装置的制作方法

本申请是原始中国专利申请号为200980133750.3，申请日为2009年8月6日，发明名称为“用于细胞培养的装置”的分案申请。

发明领域

本发明涉及用于细胞培养的装置。

背景技术：

人们早已经知道将细胞培养在为细胞培养而专门设计的容器中。

在现有技术中，将待培养的预定量细胞混悬在液体溶液中，随后将它引入到特定容器中，在为该目的而准备的特定环境条件下在所述容器中发生了细胞增殖，细胞可能附着到特定载体上。

用于培养的环境条件可能需要给细胞提供氧气和将细胞加热到预定温度。

由于该原因，将待培养的细胞引入到容器中，随后将容器放入环境已被维持在无菌条件并且具有控制的温度和气体组成的温育器中。

可以基本上用两类方法，即静态法和动态法进行细胞培养。

简而言之，根据静态法，将含细胞的溶液放入培养容器中并使其与第二培养溶液保持在那里直到细胞增殖到预定量，而根据动态法，将待培养的含细胞的溶液引入到培养容器中，随后使第二培养溶液在该容器的入口和出口之间循环，容器中适合的支撑结构支持细胞，同时引起灌注的培养溶液流出。

该溶液可以通过特定的管道回路被再循环或者被设计成被排出。

当液流需要细胞结合元件时，即形态结构或物理-化学特征促进细胞结合的元件时，使用支撑结构。

当细胞培养在容器的表面上和在那些结合元件上均提供了所需量的细胞时，采用化学或生物试剂回收细胞，所述试剂随后通过洗涤和通过机械刮除作用结合洗涤被除去。

上面描述的现有技术具有某些缺点。

第一个缺点是在处理期间细胞培养暴露于环境因素导致的污染，因为容器经常是开放的或者被设计成用塞子封闭，但是没有用于进行细胞培养时保持无菌的装置。

另一个缺点是在将培养的细胞运输或施用给患者之前，需要将它们转移到适合的容器中，这应尽可能不影响它们的功能直到施用或应用。

但是，在这种转移过程中无菌链被破坏，因为运输细胞的容器被打开数次。

又一个缺点是现有技术的容器被交替地构造和设计成或用于静态或用于动态培养而不能被用于两者。

另一个缺点是现有技术容器不能与细胞容易地交换气体特别是氧气，尤其是当将这些细胞置于容器中远离氧气入口位置的区域。

进一步的缺点是当使用细胞结合元件时，必需使它们完全保持浸入到其中混悬有细胞的溶液中，但是不允许这种溶液的水平过于高过这种元件，因为溶液担当氧气(或其它气体)到细胞的通道的屏障，容器中的水平越高，与细胞的气体交换越难。

在这方面应注意，在它们的生命周期中，细胞通常吸收氧气并排出二氧化碳，该二氧化碳被从容器排除以防止饱和。

动态培养的又一缺点是溶液流的连续通过可能在容器中产生湍流，从而阻碍细胞增殖。

另一缺点是培养的细胞从它们的培养表面的剥离步骤导致破坏了一部分被剥离的细胞，降低了培养效果。

又一缺点是在现有技术装置中可用的培养空间是有限的。

另一缺点是培养装置的大量内部容积必需保持是空的，用于游离气体循环。

另一缺点是一些培养容器需要对培养表面进行特殊处理以促进待培养的细胞的结合。

发明目的

本发明的一个目的是改进现有技术。

本发明的另一目的是提供从培养循环的开始到结束维持无菌培养区域的细胞培养装置。

本发明的另一目的是每当待培养的细胞类型需要时，允许整个培养装置的细胞和培养基之间均匀的气体交换，从而在非常短的培养时间内得到大量的可用细胞。

本发明的又一目的是允许将培养的细胞施用给患者，而不影响培养区的无菌状态，也不需要将细胞在任何辅助容器中进行转移或运输。

本发明的另一目的是允许在一个容器中细胞的静态或动态培养，该容器可被用于两者。

本发明的又一目的是提供可以用已知的培养和施用方案使用的细胞培养装置，而不需要任何特别改变或使用特殊构造的装置。

本发明的另一目的是在动态培养的情况中显著地限制湍流和促进空气消耗。

本发明的又一目的是提供可以对患者容易地和直接地应用的细胞培养装置。

本发明的又一目的是提供能保证出色的培养效率，即相对于被培养装置覆盖的表面尺寸而言大量的细胞，并限制培养装备的容积需求的细胞培养装置。

本发明的又一目的是提供不需要使用传统的温育器设备的细胞培养装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于细胞培养的装置，包括：容器体，它具有包含大量待培养的细胞的内部室和置于所述内部室中的用于所述细胞的培养表面；用于将所述待培养的细胞引入到所述室中的引入口；特征在于，所述容器体包括：可通过可拆卸的固定装备以相互面对关系固定的第一半外壳装备和第二半外壳装备，它们一起限定所述内部室和所述培养表面；至少一个用于所述细胞的输送和/或培养液的出料口。

用于细胞培养例如用于干细胞培养的装置，允许：

-在完全无菌条件下进行培养，即避免外部污染；

-快速且方便地供应即用细胞，例如用于给患者施用；

-在细胞培养期间运输装置，而无需使用用于保存和运输的辅助装置；

-相对于装置的尺寸而言提供大的培养表面；

-所有培养的细胞和在装置的全部培养面积中基本均匀的氧合；

-与已知的培养、转输(transfusion)和灌注设备组合使用；

-从培养装置无菌地除去细胞培养支撑物；

-在动态培养的情况中防止湍流。

附图简述

在阅读了优选非排他的用于细胞培养的装置的实施方案的详细描述后，本发明的另外特征和优点将更容易地显而易见，其通过附图作为非限制性实例被显示，其中：

图1是本发明用于细胞培养的装置的第一个实施方案的透视和示意图；

图2是图1的装置沿着两个偏移平面ii-ii的纵向剖面图；

图2a是图2装置的外周区域细节的横剖面图；

图3是本发明用于细胞培养的装置的可能的可选择实施方案的透视和分解图；

图4是图4装置稍微大些比例的示意透视和分解图；

图5是图3装置的纵向剖面图；

图6a、6b、6c是用于打开图3装置的过程的三个步骤以回收要给患者施用的内部培养成分的透视图；

图7是具有支撑元件的本发明装置的第一个实施方案的透视分解图；

图8是具有支撑元件的本发明装置的第二个实施方案的透视分解图；

图9是图8的用于细胞培养的装置的间断式纵向剖面图；

图10是包括本发明用于细胞培养的装置的细胞培养系统的示意图。

具体实施方式

参照图1和2，数字1指用于细胞培养的装置的第一个实施方案。

根据该实施方案，装置1包括通过将由相互面对关系的相应片元件形成的两个半外壳3和4连接得到的容器体2。

这两个半外壳3和4中的至少一个，例如图1中用数字4标明的一个，是由气孔材料例如膜制成。

但是，两个半外壳3和4均由疏水性材料制成，这使它们是不透液体的。

在两个半外壳3和4之间限定了内部室5，内部室被设计成容纳待培养的细胞，细胞包含在以箭头“a”和“b”的方向从数字6标明的入口管段到数字7标明的出口管段流经装置1的液态转运溶液中。

应注意在该实施方案中，两个管段6和7，即分别为入口和出口部分(尽管它们可以交换)被置于容器体2的对侧，以完成下文将更详细描述的功能。

如图1和2中所示的，两个半外壳3和4通过可剥离的粘合珠8沿着它们各自的外周边缘被连接在一起，使得两个半外壳3和4分离而不被损坏。

为了促进这种分离，两个半外壳中的至少一个，即半外壳3尽管粘合地装配有突出部9，但突出部9与对侧的半外壳4分离，并且可以被容易地抓握并牵拉以使两个半外壳3和4逐渐相互分离。

两个管段6和7可以在它们的外端具有插接件10和11，它们具有标准性质(例如称为“锁紧套口(luer)”的插接件)，用于与医疗系统导管的相应末端连接，例如输注系统或注射器。

在用于细胞培养的装置1的该实施方案中，半外壳3限定了形成培养表面的内部面3a，设计成细胞在培养期间粘附到其上。

参照图3、4、5，显示了用数字100标明的用于细胞培养的装置的第二个实施方案。

再一次，装置100包括容器体102，它是通过粘合连接两个相互面对关系的硬质或半硬质半外壳103、104，以在它们之间限定内部室105而得到的。

与前面的实施方案一样，两个半外壳103和104以不可移动的方式或采用提供于内部室105外周的可剥离粘合珠108来彼此粘合。

内部室105被设计成容纳基本上平板形状的培养元件120，它具有实质上多孔的或粗糙的培养表面，以促进待培养的细胞的粘附。

两个半外壳103和104具有允许通向内部室105和培养元件120的表面开口121和122。

两个表面开口121和122可以被片元件123和124密封，所述片元件通过相应的可剥离粘合珠108与各自的半外壳103和104粘合。

这些片元件123和124中的至少一个由气孔材料制成，即能透过氧气和二氧化碳，它也是疏水的以防止液流通过。

这种疏水性材料的孔指示性地具有0.005微米至0.45微米的尺寸。

这些片元件的至少一个，例如片元件123具有突出部109，该突出部不与相应半外壳103粘合，并且被设计成被使用者抓握，以通过从相应半外壳103除去片元件123而打开内部室105。

该实施方案还具有两个管段106和107，它们分别充当入口和出口(可能可交换)。

管段106被设计成容纳待培养的细胞，该细胞被混悬在液体转运溶液中，而管段107被设计成一旦待培养的细胞被释放到培养元件120上就用于液体溶液的流出。

应注意培养元件120保持与半外壳103、104均接触，这促进了通过片元件123、124(如果都是可透气的)的孔交换氧气和除去二氧化碳。

参照图7、8、10，应注意被设计成支撑培养元件120的基本上平的支撑元件125被插在培养元件120和一个半外壳例如半外壳104之间。

在第一个实施方案中，如图7所示，该支撑元件125包括由垂直线材基体构成的网格状体126。

在第二个实施方案中，如图8所示，该支撑元件125包括具有变成包括两个经向连接元件128和129的同源末端的纬向毛细管段127。

这些连接元件128和129中的每一个具有分别由130和131标明的入口或出口孔，它们可以接收被设计成流进两个连接元件128和129并且流进毛细管段127的辅助液体，例如经加热的辅助液体。

网格状体126和纬向毛细管段127以及连接元件128和129均可以被置于片元件123或124的外部，它们在这种情况下不是由多孔材料制成。

用于细胞培养的装置具有以下操作。

在第一个实施方案中，使具有混悬于其中的待培养的细胞的液体溶液进入容器体2的内部室5，一旦管段6已在先前与递送充满细胞例如干细胞的这种溶液的源连接，并使管段7保持打开以排出空装置中含有的空气。

当细胞在内部室5中时，它们趋于粘附到与半外壳3的内部面相合的培养表面3a。

另一半外壳4由多孔材料制成，例如多层聚合材料或可透气聚烯烃的组合、聚硅氧烷、聚丙烯(pp)或聚甲基戊烯(pmp)，以允许外部和内部室5之间的有效气体交换，即允许细胞存活所需的氧气进入，同时防止液体溶液通过以及由此损失液体溶液，从而保持内部室5无菌。

同时，在培养周期中由细胞产生的二氧化碳通过半外壳4的孔被排出。

不含细胞或不含大部分细胞的液体溶液以预定时间通过管段7被排出，并用细胞培养液体置换或者通过适合的再循环回路可能被再循环，这对技术人员是已知的，本文将不进行详细描述。

一旦内部室5中的培养已提供了所需量的细胞，装置1就可以备用于患者或者用于收集产生的细胞。

当装置1要被运输时并且在静态培养条件下，将塞子装配到相应的插接件10和11上，使装置与外部隔离并方便地将它运输而不需要任何另外的辅助运输设备，同时保持其中含有的细胞培养物无菌。

当装置1到达，例如，患者以用于给需要局部施用细胞的被疾病侵袭的部位施用细胞时，操作者牵拉突出部9以将半外壳3与半外壳4分离，从而通过将培养表面3a设置在与疾病侵袭的部位接触，而使培养表面3a可直接应用于疾病侵袭的部位。

在培养装置100的另一实施方案中，细胞接种在室105中如上所述地进行，但是当液体溶液从入口管段106流经培养元件120的三维表面至出口管段107时，细胞沉积在培养元件120的三维表面上。

当大部分液体溶液被强制流经培养元件120时，允许细胞粘附于其上，并且维持溶液基本上层流而没有产生涡流或湍流。

同样在这种情况中，一旦管段106和107的末端已被特定的塞子封闭，并且在预定时间后已达到所需量的细胞，装置100就可给患者施用或者用于收集产生的细胞。

再一次，装置100允许细胞培养并且能被运送到患者，同时保证内部室105以及由此的细胞培养环境保持无菌，而不使用对细胞可能有毒害的任何另外的运输部件和任何低温或低氧处理。

对于应用，使用者只需牵拉突出部109，将整个片元件123从半外壳103剥离并通过表面开口121进入内部室105和培养元件120。

然后，使用者拿起培养元件120，使它与患病的部位直接接触。

应注意，培养元件120也可以由可降解材料制成，它可以被设计成随着时间破碎并自动释放细胞，而无需使用可能破坏大量细胞的化学和/或机械刮除的分离步骤。

此外，对于某些应用，生物可吸收的材料可被用于培养元件120。

在某些情况中，装置100可以具有插在半外壳103或104之一和培养元件120之间(或置于二者外部)的用于支撑培养元件120的网格状支撑元件126。

此外，当细胞培养环境需要加热而不使用任何传统的温育方法时，支撑元件125被设计成一组平行邻接关系的毛细管段127的形式，通过两个相应的连接元件128和129在它们的同源末端处被连接。

因此，通过将辅助加热液体通过入口孔130引入并通过出口孔131排出，可以使它在毛细管127和两个连接元件128和129中循环。

参照图10，可以理解还可以将用于细胞培养的装置1或100容易地引入用于该目的的常规环路系统中，该环路系统包括罐200、加热器300、氧合器400和泵500，沿着数字600标明的溶液输送管线串联设置，该环路系统分别于连接用于细胞培养的装置1或100的插接件10和11或106和107。