一种哺乳细胞贴壁培养的中空管束式固定床生物反应器

本发明涉及细胞生物培养装置技术领域，具体涉及一种哺乳细胞贴壁培养的中空管束式固定床生物反应器，用于生物医药产品的研发与生产过程。

背景技术：

用于病毒疫苗、病毒载体、治疗性抗体和其它蛋白质药物生产过程中的贴壁细胞的规模化培养主要采用搅拌式生物反应器(微载体悬浮培养)与固定床生物反应器(多为医用高分子材料或者纤维材料制成的片状载体)。相对于微载体悬浮培养，固定床生物反应器将载体固定在反应器内的一定区域，细胞附着于载体的表面与载体纤维内部生长，从而避免了搅拌以及载体碰撞带来的剪切力；细胞可实现在载体之间的扩增迁移，因而可采用较小的细胞接种量，有效缩减种子链制备过程，降低细胞“消化-接种-消化”的工艺操作循环。但传统固定床生物反应器的载体随机堆叠在反应器中，各区域载体分布密度不同，由于载体对细胞有截留作用，导致不同区域内的细胞分布不均匀，同时，即使是多孔载体，一方面，由于孔隙的不均匀性，会导致的细胞分布不均匀，另一方面，细胞在多孔载体内的移动路径不确定，也会导致的细胞分布不均匀。此外，载体堆叠的中心容易产生“死区”，导致载体无法充分利用。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种哺乳细胞贴壁培养的中空管束式固定床生物反应器，其能解决现有固定床生物反应器使用过程中，细胞分布不均匀，载体堆叠的中心容易产生“死区”，剪切力对细胞损伤严重、细胞难以收获的技术问题。

一种哺乳细胞贴壁培养的中空管束式固定床生物反应器，包括罐体、载体和培养基驱动单元，所述罐体顶部安装有法兰盖、内部设有所述载体，其特征在于：所述载体内仅设有呈竖立状设置并均匀分布的流道，所述载体的上端与法兰盖之间、所述载体与罐体侧壁之间分别设有间隙，所述罐体内的培养基在培养基驱动单元的作用下从各流道的下端开口流入后，依次经过流道、载体与法兰盖之间的间隙、载体与罐体侧壁之间的间隙后返回至罐体底部。

进一步的，所述载体是由医用高分子材料或者纤维材料制成的管体主要构成，所述管体呈竖立状支撑并均匀分布于罐体内。

进一步的，2个以上管体相互贴合形成管束，单个管束外周通过束缚件围合固定，所述载体包括1个以上管束，当管束大于2时，所有管束外周通过束缚件围合固定。

进一步的，所述载体通过限位件间隔支撑于培养基驱动单元的上方。

更进一步的，所述限位件为滤网，所述滤网嵌设于罐体下部的环形凹槽内，所述滤网与所述培养基驱动单元间隔设置。

更进一步的，所述限位件为支架，所述支架包括圆环主体和分布于圆环主体外周的卡脚，所述罐体的内侧壁设有竖向延伸的限位槽，所述圆环主体套设于载体外周并与载体卡合，所述卡脚伸入所述限位槽内并与限位槽底部的限位面抵接。

进一步的，所述培养基驱动单元为射流泵或者螺旋搅拌泵，优选地，所述射流泵为低剪切力射流泵。

进一步的，所述管体的横截面包括并不限于圆形或多边形；管束的结束形式包括并不限于圆形、三角形、梯形。

进一步的，所述医用高分子材料或者纤维材料由高分子材料制得，所述高分子材料包括并不局限于pp、pet、pes、pvdf。

进一步的，所述反应器顶部设有培养基进口和气体进口，底部设有培养基出口，所述气体进口连接引导管，所述引导管延伸进入位于载体与罐体侧壁之间培养基液面以下。

进一步的，所述反应器包括ph电极、do电极、温度电极、以及相应的反馈控制，可维持反应器中培养基的ph值、do值、温度值在设定的区间内。

本发明的固定床生物反应器，由于管束几何形状均匀，且呈竖向规律性排布在罐体中，一方面，在开启状态下，悬浮的种子细胞随培养基在载体内以自下而上的方式定向、均匀流动，并逐渐贴附于流道的内侧壁上，由于培养基的流向固定，促进种子细胞在载体上均匀贴附，解决了传统固定床生物反应器中细胞分布不均匀的技术问题，细胞在载体上均匀分布，能够确保细胞生长状态一致，提高工艺稳定性，另一方面，使用少量胰酶即可与细胞充分接触，且载体对细胞的空间位阻较小，消化脱落的细胞更容易收获；由于罐体内的培养基在培养基驱动单元的作用下从各流道的下端开口流入后，依次经过流道、载体与法兰盖之间的间隙、载体与罐体侧壁之间的间隙后返回至罐体底部，这种上下回流、循环式的流体形式有效促进了培养基混匀和氧气传质，不仅进一步促进种子细胞在载体上均匀贴附，而且促进细胞生长，提高培养效率；由于管体分布均匀，避免了传统固定床生物反应器的床层存在“死区”。

本发明的固定床生物反应器的载体采用管体的形式，相对于其它固定床生物反应器，可以采用较高的床层高度(>10cm)，在相同培养规模，降低了反应器的占地面积，同时，固定床生物反应器可通过增加管体的数量、减小管体实现规模放大，不同规模反应器中的细胞培养工艺可以实现线性放大。

附图说明

图1是本发明实施例1的固定床生物反应器的示意图。

图2a是本发明实施例1的载体的俯视示意图。

图2b是本发明实施例1的管束的俯视示意图。

图3a是本发明实施例2的载体的俯视示意图。

图3b是本发明实施例2的管束的俯视示意图。

图4是本发明的反应器内培养基流向示意图。

具体实施方式

实施例1

一种哺乳细胞贴壁培养的中空管束式固定床生物反应器，如图1、图2a、图2b所示，包括罐体1、载体5和培养及驱动单元4，罐体1顶部安装有法兰盖2、下部安装有底座3、内部设有载体5，载体5内仅设有呈竖立状设置并均匀分布的流道，载体5的上端与法兰盖2之间、载体5与罐体1侧壁之间分别设有间隙，培养及驱动单元4为低剪切力射流泵(低剪切力射流泵的培养基喷射方向为自上而下，即朝向罐体、流道的轴线方向，图中标注部件仅为示出低剪切力射流泵的安装位置，其与低剪切力射流泵的实际结构的出入并不影响发明的实际实施)，低剪切力射流泵固定安装于底座3，使用时，如图4中箭头及其相连的虚线所示，罐体1内的培养基在低剪切力射流泵的作用下从各流道的下端开口流入后，依次经过流道、载体5与法兰盖2之间的间隙、载体5与罐体1侧壁之间的间隙后返回至罐体1底部。

载体5是由pp医用高分子材料或者纤维材料制成的管体52主要构成，当医用高分子材料或者纤维材料为多孔结构时，即使管体侧壁为多孔结构，由于培养基主要从流道，即管体的内腔通过，侧壁节流较少，影响小，管体52的横截面为圆形，管体52呈竖立状支撑并均匀分布于罐体1内；具体的，21根管体52(具体数量可根据需求以及管体52粗细进行调整)相互贴合形成扇形的管束，单个管束外周通过束缚件51围合固定，6个扇形的管束拼合形成一个圆形的整体后外周通过束缚件围合固定，以形成载体5。

载体5通过限位件间隔支撑于培养及驱动单元4的上方，限位件为支架，支架包括圆环主体和分布于圆环主体外周的卡脚，罐体1的内侧壁设有竖向延伸的限位槽，圆环主体套设于载体5外周并与载体5卡合，卡脚伸入限位槽内并与限位槽底部的限位面抵接。其中，支架与限位槽未在图中示出。

反应器顶部设有培养基进口6、气体进口，底部设有培养基出口7，可用于细胞灌流培养工艺。气体进口连接引导管(气体进口和引导管未示出)，引导管延伸进入位于载体与罐体侧壁之间培养基液面以下，即将气体直接供应到培养基内，一方面，气体传质速度块，另一方面，产生的气泡会在载体与罐体侧壁之间的区域内上浮、破灭，避免气泡进入载体、直接与细胞接触，降低气泡的剪切力对细胞的损伤。

反应器包括ph电极、do电极、温度电极、以及相应的反馈控制，可维持反应器中培养基的ph值、do值、温度值在设定的区间内。

实施例2

如图3a、图3b所示，实施例2的与实施例1的区别在于，多根相互平行、贴合的管体52通过束缚件51围合固定后形成圆形的管束53，多个管束53相互平行、贴合后通过束缚件51围合固定后形成圆形的载体。