细胞培养载体组件及生物反应器的制作方法

1.本发明涉及细胞培养技术领域，具体涉及一种细胞培养载体组件及生物反应器。


背景技术：

2.细胞的培养过程一般为细胞传代、细胞冻存、细胞复苏、原代培养、传代培养、接毒、收获。细胞类型根据是否附于载体上生长的特性，分为贴附型和悬浮型。细胞贴附在载体表面生长，并且只依赖贴附才能生长的细胞称为贴附细胞。
3.在目前的贴附细胞培养中，通常采用片状载体进行细胞的培养。因细胞在生长过程中与片状载体粘连在一起，很难将细胞进行转移和扩增培养（即传代培养）。细胞转移和扩增难度大，致使细胞密度数量受到限制，细胞产量低，生产产能低。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种细胞培养载体组件，所述细胞培养载体组件在保证细胞的培养效果的同时，方便细胞的转移和扩增，便于在规模生产中扩大产能。
5.本发明还提出一种具有上述细胞培养载体组件的生物反应器。
6.根据本发明实施例的细胞培养载体组件，包括：外筒体；内筒体，所述内筒体设在所述外筒体内，所述内筒体的上端设有上通口且下端设有下通口；多个载板，所述多个载板位于所述外筒体内，所述多个载板包括相邻的第一板体和第二板体，所述第一板体和所述第二板体均为环形且环绕所述内筒体设置，所述外筒体底部的培养液从所述下通口进入所述内筒体，从下向上流经所述内筒体后从所述上通口流出，且流动至所述载板上方；其中，所述第一板体和所述第二板体沿上下方向间隔排布，所述第一板体和所述第二板体位于所述内筒体的外侧，所述第一板体和所述第二板体低于所述上通口且高于所述下通口，所述第一板体和所述第二板体之间形成板间流道，所述第一板体的内边缘与所述内筒体相连且外边缘与所述外筒体之间形成外间隙，所述第二板体的内边缘与所述内筒体之间形成内间隙且外边缘与所述外筒体相连，所述内间隙和所述外间隙均连通所述板间流道。
7.所述第一板体和所述第二板体满足以下条件中至少一个：条件一：所述第一板体在由内到外的方向上向下逐渐延伸设置；条件二：所述第二板体在由外到内的方向上向下逐渐延伸设置。
8.根据本发明实施例的细胞培养载体组件，通过设置第一板体和第二板体沿上下方向间隔排布，使多个载板的排布较为密集，从而提高培养细胞的数量密度。同时，通过设置内间隙和外间隙与板间流道配合，使培养液能够持续流动，保证细胞的培养效果。这种细胞培养载体组件，能便于细胞转移和扩增，在细胞需要大规范生产时可以提高生产效率。
9.进一步地，所述外筒体、所述内筒体均为圆形直筒，所述第一板体和所述第二板体均为圆环形，所述外筒体、所述内筒体、所述第一板体和所述第二板体同轴设置。
10.进一步地，所述第一板体和所述第二板体满足以下连接方式中至少一个：方式一：
所述第一板体通过过盈配合连接在所述内筒体上；方式二：所述第二板体通过过盈配合连接在所述外筒体上。
11.在一些具体实施例中，所述多个载板包括多个所述第一板体和多个所述第二板体，所述第一板体、所述第二板体沿上下方向依次交替排布。
12.在一些具体实施例中，所述细胞培养载体组件还包括：上导流板，所述上导流板上设有多个上导流孔；下导流板，所述下导流板上设有多个下导流孔；其中，所述第一板体、所述第二板体位于所述上导流板和所述下导流板之间。
13.进一步地，所述上导流板为环形，所述上导流板的内边缘与所述内筒体相连且外边缘与所述外筒体相连；所述下导流板为环形，所述下导流板的内边缘与所述内筒体相连且外边缘与所述外筒体相连。
14.具体地，所述下导流板与所述内筒体一体成型，所述上导流板外套连接在所述内筒体上。
15.在一些实施例中，所述细胞培养载体组件还包括至少一个支撑杆，所述支撑杆竖向设置，所述支撑杆的上端连接所述上导流板且下端连接所述下导流板，所述第一板体、所述第二板体均连接在所述支撑杆上。
16.在一些具体实施例中，所述第一板体和所述第二板体的表面均为光滑面。
17.根据本发明实施例的生物反应器，包括：上述实施例中任一项所述的细胞培养载体组件；搅拌器，所述搅拌器位于所述外筒体内，所述搅拌器用于驱动培养液循环流动。
18.根据本发明实施例的生物反应器，通过采用上述实施例中任一项的细胞培养载体组件，在保证对细胞的培养效果的同时，能够提高培养细胞的数量密度。便于细胞转移和扩增，在细胞需要大规范生产时可以提高生产效率。
19.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
20.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本发明实施例的细胞培养载体组件的结构示意图；图2为图1实施例的细胞培养载体组件的局部放大图；图3为图1实施例的细胞培养载体组件的第一板体的结构示意图；图4为图3中沿a-a线所示的剖视图；图5为图1实施例的细胞培养载体组件的第二板体的结构示意图；图6为图5中沿b-b线所示的剖视图；图7为根据本发明实施例的生物反应器的结构示意图。
21.附图标记：细胞培养载体组件100、板间流道p1、外间隙p2、内间隙p3、外筒体11、内筒体12、上通口121、下通口122、
第一板体13、第二板体14、上导流板15、下导流板16、支撑杆17、搅拌器200、生物反应器1000。
具体实施方式
22.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“宽度”、“上”、“下”、“底”、“内”、“外”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.为本领域所熟知的是，在现代生产工艺中当需要对细胞进行大规模生产，通常用到一定体量的生物反应器，生物反应器内盛装载体以供细胞贴附。常规的生物反应器中，大量载体直接堆积盛放并达到一定密度，载体之间留有空隙供培养液流动。单个载体可以是片状载体或者其他形状，细胞附着在载体表面生长。生物反应器中有动力装置驱动培养液流动，使培养液尽可以为每个载体上细胞提供生长所需的营养。
26.但是在长期实践中发现，使用这种载体的生物反应器面临一些困难。首先由于载体是堆积放置的，载体之间的空隙分布并不规则，很难保证培养液能流经每个载体，导致生物反应器内局部位置的细胞营养不足，生长效果不佳。另外，当需要对细胞进行转移和扩增时，如何让所有载体表面的细胞都能快速脱离，如何让脱离后的细胞集中到生物反应器的底部进行转移，这在现有的生物反应器上很难办到。现代生产中也出现过其他类型载体，即使能做到保证细胞的正常生长，但是仍很难对细胞进行转移和扩增。
27.有的研究者提出，待细胞生长一定阶段后，将载体从生物反应器内取出并置于酶液内，配合对载体的摇晃震荡，制成细胞悬液，然后再将细胞悬液中细胞转移到新的更大生物反应器。这种方案需要占用大量人力和时间，只适合实验室生产或者小规模生产。
28.为保证细胞培养效果同时，方便细胞的转移和扩增，本技术提出一种改进的新型细胞培养载体组件100。
29.下面参考附图描述根据本发明实施例的细胞培养载体组件100及生物反应器1000。
30.如图1、图2所示，根据本发明实施例的细胞培养载体组件100，包括：外筒体11、内
筒体12和多个载板。
31.内筒体12设在外筒体11内，内筒体12的上端设有上通口121且下端设有下通口122。多个载板位于外筒体11内，多个载板包括相邻的第一板体13和第二板体14。
32.其中，第一板体13和第二板体14沿上下方向间隔排布，第一板体13和第二板体14位于内筒体12的外侧，第一板体13和第二板体14低于上通口121且高于下通口122，第一板体13和第二板体14之间形成板间流道p1，第一板体13的内边缘与内筒体12相连且外边缘与外筒体11之间形成外间隙p2，第二板体14的内边缘与内筒体12之间形成内间隙p3且外边缘与外筒体11相连，内间隙p3和外间隙p2均连通板间流道p1。
33.可以理解的是，第一板体13和第二板体14作为载体，细胞贴附于第一板体13和第二板体14的表面进行生长。内筒体12和外筒体11之间构成设置多个载板的空间，而内间隙p3、外间隙p2和板间流道p1在多个载板之间构成培养液的流动通道，使培养液能够在载板之间流动。
34.其中，当板间流道p1上方为第二板体14且下方为第一板体13，培养液从内间隙p3流入板间流道p1且从外间隙p2流出。当板间流道p1上方为第一板体13且下方为第二板体14，培养液从外间隙p2流入板间流道p1且从内间隙p3流出。而当培养液在板间流道p1中流动时，培养液能够充分流经第一板体13或第二板体14的表面，使贴附于第一板体13和第二板体14上的细胞能够充分吸收培养液内的营养物质。
35.此外，由于内筒体12的下通口122低于第一板体13、第二板体14，流动至外筒体11底部的培养液能够在外力的驱动下从下通口122进入内筒体12，使培养液从下向上流经内筒体12后从上通口121流出，并且流动至载板上方，进而培养液在多个载板之间从上向下流动。
36.由此，细胞培养载体组件100内的培养液能够保持循环流动，相对于现有技术中片状载体或其他形状载体，本技术使培养液内的营养物质在载板上分布较为均匀，尽可能保证所有细胞对营养物质的持续吸收。
37.在本技术的细胞培养载体组件100中，通过设置第一板体13和第二板体14沿上下方向间隔排布，使多个载板的排布较为密集，从而提高培养细胞的数量密度。同时，通过设置内间隙p3和外间隙p2与板间流道p1配合，使培养液能够持续流动，尽可能流经第一板体13和第二板体14的所有上下表面，保证细胞的培养效果。
38.下面参考图1和图7，利用本技术的细胞培养载体组件100，描述细胞的培养过程以及细胞转移方式。这里，以细胞只需要转移一次，由小号细胞培养载体组件100，转移至大号细胞培养载体组件100为例进行说明。
39.在小号细胞培养载体组件100培养时，需要先在该小号细胞培养载体组件100内罐注一定量培养液，使载板浸没在培养液中，然后投放一定量的初代细胞。待一段时间后，活性细胞生长出贴壁因子，细胞慢慢附着在载板表面，细胞能够稳定地固定在载板表面生长。
40.待确保细胞基本处于稳定贴壁状态后，搅拌器200启动，驱动培养液在外筒体11内循环流动。培养液在细胞培养载体组件100中心处经内筒体12从下向上流动，培养液在内筒体12、外筒体11之间（此处简称为外围）从上向下流动，培养液整体在细胞培养载体组件100的中心与外围之间循环流动。且在外围培养液从上向下流动的同时，培养液还会顺着第一板体13、第二板体14表面流动，培养液能够持续流动，尽可能流经第一板体13和第二板体14
的所有上下表面，保证细胞的培养效果。
41.待细胞培养到n代后，小号细胞培养载体组件100内能够提供的附着空间不足，此时需要对n代细胞进行转移。
42.转移时在小号细胞培养载体组件100中注入酶液，使细胞脱离贴壁状态而处于悬浮状态。为简化说明，这里将供应细胞生长的液体、清洗细胞的液体、注入酶液的液体均称为培养液。
43.搅拌器200保持运行，培养液在细胞培养载体组件100的外围仍然从上向下流动。受细胞培养载体组件100结构限制，第一板体13上方的培养液带动细胞朝向该第一板体13外侧的外间隙p2流动，第二板体14上方的培养液带动细胞朝向第二板体14内侧的内间隙p3流动。如此，载体表面的细胞在脱离后，可以顺着培养液依次沿载体向下流动，细胞可以集中到外筒体11的底部。此时可以将细胞吸取出来，换到备好的大号细胞培养载体组件100中。
44.在大号细胞培养载体组件100培养时，同样也需要先在该大号细胞培养载体组件100内罐注一定量培养液，使载板浸没在培养液中，然后投放从小号细胞培养载体组件100中转移出的细胞。待一段时间后，活性细胞生长出贴壁因子，细胞慢慢附着在大号细胞培养载体组件100的载板表面，细胞能够稳定地固定在载板表面生长。
45.待确保细胞基本处于稳定贴壁状态后，大号细胞培养载体组件100的搅拌器200启动，驱动培养液在外筒体11内循环流动。待细胞进一步培养成长后，获得更多数量的细胞，实现细胞的扩增生产。
46.本技术的这种细胞培养载体组件100，能便于细胞转移和扩增，在细胞需要大规范生产时可以提高生产效率。
47.在一些实施例中，如图1、图2、图3和图5所示，第一板体13和第二板体14均为环形且环绕内筒体12设置。
48.在这样的结构下，能够充分利用内筒体12和外筒体11之间的空间，使第一板体13和第二板体14的表面面积能够设置较大，从而增大第一板体13和第二板体14能够贴附的细胞数量，进一步增大细胞培养载体组件100中的细胞密度数量。
49.在外筒体11和内筒体12之间培养液从上向下流动的同时，培养液会顺着第一板体13、第二板体14沿径向流动。当朝向内筒体12流动时培养液呈聚合状态，在朝向外筒体11流动时培养液呈分散状态，使培养液流经第一板体13、第二板体14的上下表面。尤其在朝向内筒体12流动时由于培养液呈聚合之势，有利于培养液相互混合，使培养液内营养物质混合更加均匀。在本技术中，对内筒体12、外筒体11、第一板体13和第二板体14的形状也可以不做具体限制。例如，内筒体12和外筒体11均设置为圆筒，如图3和图5所示，第一板体13和第二板体14对应设置为圆环形。又例如，内筒体12和外筒体11均设置为方筒，第一板体13和第二板体14对应设置为方环形。甚至，可将内筒体12设置为方筒，外筒体11设置为圆筒，第一板体13和第二板体14对应设置为外圆内方的板体。
50.进一步地，外筒体11、内筒体12均为圆形直筒，第一板体13和第二板体14均为圆环形。
51.可以理解的是，培养液在板间流道p1内具有两种不同的流向，即培养液从内间隙p3流向外间隙p2，或者，培养液从外间隙p2流向内间隙p3。而在上述的两种流向中，培养液
在第一板体13和第二板体14上的流动都较为均匀。
52.而外筒体11、内筒体12、第一板体13和第二板体14同轴设置，使第一板体13与外筒体11之间形成圆环形的外间隙p2，且外间隙p2的径向宽度较为均匀。同样的，第二板体14与内筒体12之间也形成圆环形的内间隙p3，内间隙p3的径向宽度也较为均匀。
53.由此，相较于传统的片状载体，内间隙p3或外间隙p2内各处的培养液流量和流速较为平均和稳定，当培养液从内间隙p3或外间隙p2流动至板间流道p1时，培养液在第一板体13和第二板体14周向上的分布较为均匀。进而使培养液在第一板体13和第二板体14上的流动更为均匀，使第一板体13和第二板体14上的各处能够具有相近的培养液流量与流速，从而提高对所有细胞的培养效果的一致性。
54.进一步地，第一板体13和第二板体14满足以下连接方式中至少一个：方式一：第一板体13通过过盈配合连接在内筒体12上；方式二：第二板体14通过过盈配合连接在外筒体11上。
55.可以理解的是，在方式一中，在过盈配合下，第一板体13与内筒体12之间具有较大的摩擦力，第一板体13不易沿内筒体12下滑，使第一板体13固定在内筒体12上。在方式二中，在过盈配合下，第二板体14与外筒体11之间具有较大的摩擦力，第二板体14不易沿外筒体11下滑，使第二板体14固定在外筒体11上。
56.由此，通过过盈配合产生的固定作用，能够简化第一板体13和第二板体14在细胞培养载体组件100内的装配。
57.在一些实施例中，第一板体13和第二板体14满足以下条件中至少一个：条件一：如图4所示，第一板体13在由内到外的方向上向下逐渐延伸设置；条件二：如图6所示，第二板体14在由外到内的方向上向下逐渐延伸设置。
58.可以理解的是，在条件一中，在重力的作用下，培养液能够沿第一板体13由内到外并且由上至下流动。由此，也有利于细胞与第一板体13分离，在细胞需要转移时，细胞能够在重力作用下沿第一板体13流动，带有细胞的培养液在板间流道p1中的流动更为顺畅。
59.在条件二中，在重力的作用下，培养液能够沿第二板体14由外至内并且由上至下流动。由此，也有利于细胞与第二板体14分离，在细胞需要转移时，细胞能够在重力作用下沿第二板体14流动，带有细胞的培养液在板间流道p1中的流动更为顺畅。
60.因此，可以便于后续进行细胞的传代培养，提高细胞培养的生产产能。
61.在一些具体实施例中，如图1、图2所示，多个载板包括多个第一板体13和多个第二板体14，第一板体13、第二板体14沿上下方向依次交替排布。
62.可以理解的是，通过设置多个交替排布的第一板体13和第二板体14，能够形成多个上下间隔的板间流道p1，而上下间隔的两个板间流道p1之间通过外间隙p2或内间隙p3连通。在重力的作用下，板间流道p1内的培养液能够通过内间隙p3或外间隙p2流动至位于其下方的另一板间流道p1，通过重复上述的流动过程，培养液能够从上向下流经每一板间流道p1，从而充分接触每一第一板体13和每一第二板体14的表面，使所有细胞均能够充分吸收培养液内的营养物质。
63.由此，在保证细胞培养效果的同时，能够进一步提高载板的设置密度，从而进一步提高细胞培养载体组件100中的细胞培养密度。
64.在一些具体实施例中，如图1所示，细胞培养载体组件100还包括：上导流板15和下
导流板16。上导流板15上设有多个上导流孔，下导流板16上设有多个下导流孔。
65.可以理解的是，培养液流经上导流孔并穿过上导流板15，流经下导流孔并穿过下导流板16。
66.其中，第一板体13、第二板体14位于上导流板15和下导流板16之间。
67.由此，上导流板15和下导流板16的设置，可以对流动的培养液产生一定缓冲作用，避免培养液在流动中对载板产生过大冲击，避免培养液流动状态不稳时冲刷载板而影响细胞生长。培养液通过上导流孔和下导流孔流入以及流出载板，可以疏导培养液的流向，有利于培养液在流经载板时更加平稳，有利于提高培养液在水平方向上分布的均匀性。而且可以避免流经载板的培养液流量过大导致细胞过早与载板分离，进而保证对细胞的培养效果。
68.进一步地，上导流板15为环形，上导流板15的内边缘与内筒体12相连且外边缘与外筒体11相连；下导流板16为环形，下导流板16的内边缘与内筒体12相连且外边缘与外筒体11相连。
69.由此，所有流动至载板的培养液均流经上导流孔，所有流出载板的培养液均流经下导流孔，使上导流板15和下导流板16能够充分发挥导流、均流作用，进一步保证对细胞的培养效果。
70.具体地，下导流板16与内筒体12一体成型，上导流板15外套连接在内筒体12上。由此，下导流板16能够随内筒体12同时装配于外筒体11内，且上导流板15在内筒体12上的装配也较为简便，从而能够简化上导流板15和下导流板16在细胞培养载体组件100内的装配。
71.在一些实施例中，如图1、图2所示，细胞培养载体组件100还包括至少一个支撑杆17，支撑杆17竖向设置，支撑杆17的上端连接上导流板15且下端连接下导流板16，第一板体13、第二板体14均连接在支撑杆17上。由此，支撑杆17能够对上导流板15、下导流板16、第一板体13和第二板体14形成支撑，减少或避免上导流板15、下导流板16、第一板体13和第二板体14在承受培养液带来的压力下产生的形变、晃动或移位。从而保持上导流板15、下导流板16、第一板体13和第二板体14的结构稳定，保持细胞培养载体组件100的使用可靠性。
72.在一些具体实施例中，第一板体13和第二板体14的表面均为光滑面。由此，在细胞培养的过程中，能够避免细胞过于紧密地粘连在第一板体13和第二板体14的表面。当细胞培养完成后，细胞能够更好的从第一板体13和第二板体14脱落，便于后续进行细胞的传代培养，提高细胞培养的生产产能。
73.根据本发明实施例的生物反应器1000，如图7所示，包括：上述实施例所述的细胞培养载体组件100、以及搅拌器200。其中，搅拌器200位于外筒体11内，搅拌器200用于驱动培养液循环流动。
74.可以理解的是，搅拌器200至少用于驱动培养液从下通口122进入内筒体12，并驱动培养液沿内筒体12从下至上流动并且从上通口121流出内筒体12。
75.本技术的生物反应器1000，通过采用上述实施例的细胞培养载体组件100，在保证对细胞的培养效果的同时，能够提高培养细胞的数量密度。
76.根据本发明实施例的细胞培养载体组件100及生物反应器1000的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
77.在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或
示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
78.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。