[发明专利]自动化细胞培养系统及方法

说明书

对相关专利申请案的交叉参照

本申请案是2003年7月17日提出申请的美国申请案第60/488,068号，其全文(1)以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明概言之涉及细胞培养领域，其是一种主要用于细胞生长、增殖和繁殖以供进行分析以及用于产生及收集细胞产物的实验室方法。本发明包括经官能化及/或改造的水凝胶微载体，其可展示下述任何或全部特性：可控浮力、铁磁性或顺磁性、分子元件或装配的报道元件及光学透明度。该等微载体可用于一使用外力来控制所述微载体动能及平移或位置方位的生物反应器中以利于细胞生长及/或细胞分析。所述生物反应器可作为一采用下述任何之一或全部的自动化系统的一部分：一种微载体制造方法、一种监测方法、一种细胞培养方法及一种分析方法。在所述自动化系统中使用一单一生物反应器或复数个生物反应器能够在最少人类干预下进行细胞培养和分析。

背景技术

本发明概言之涉及细胞培养领域，其是一种主要用于细胞生长、增殖和繁殖以供进行分析以及用于产生及收集细胞产物的实验室方法。通常将活细胞接种于一位于一生长培养基中的塑性表面上，所述培养基中包含许多营养成份及呈其自然状态的生长因子。然后将位于一塑料容器(例如培养皿或烧瓶)底部上的这些细胞置于一培养箱中，此培养箱可提供一温暖、潮湿及适当充气的生长环境。实质上对可培养细胞的数量和种类以及可自培养物中的细胞获得的有价值产物和数据没有限制。经培养细胞可用于筛选具有潜在医药活性的大型药用化合物库，且自经培养细胞分泌的蛋白质及核酸可具有作为医药产品的显著价值。此外，细胞培养具有宽范围的实验室研究应用，例如医学实验室中的药物开发程序以及用于细胞治疗的人类、动物和植物细胞。

传统细胞培养体积取决于是否使用平底皿使细胞生长于其上。培养皿及其它细胞培养用具可提供一表面，其上可附着及生长贴壁依赖性细胞。传统培养皿具有78.5cm²的表面积且当充分铺满时可支持1×10⁶个以上细胞的生长。对培养皿的改进包括使用细胞瓶、滚瓶以及使细胞生长于培养容器中的纤维上。

人们已开发了微载体来代替使细胞生长于生长培养基容器或培养容器的表面上。微载体可使用各种材料生成，例如，塑料、玻璃、明胶和藻酸钙(2，3，4，5)，以便增加其上可用于生长细胞的表面积。然而，必须对微载体进行搅拌以使细胞生长于其表面上。先前技术阐述了需要一悬浮叶轮的旋转瓶，该叶轮由一位于该旋转瓶底部的外部旋转磁铁驱动以使此等微载体保持悬浮状态。然而，叶轮可向生长中的细胞赋予流体动力应力(6)，此可损伤细胞或改变其形态。叶轮通常悬浮于细胞培养基中且通过对一顶置马达的直接耦合或通过一位于培养瓶支撑物底部的旋转磁铁的磁感应加以搅拌。叶轮可能会较为昂贵，因为其必须由能够清洁及消毒且不会将任何污染物质带入细胞培养基的材料制成。

此外，大部分实验室以人工方式进行习知细胞培养，包括解冻来自冷冻机的细胞、将其接种于一培养容器或烧瓶中、对其进行喂养及分裂以最后使其与酶分离或脱离以供进行分析并在必要时进行冷冻。

因此，需要在细胞培养、维持及分析期间的细胞处理方面改进习知细胞培养，并改进培养中的细胞的状态或健康以及细胞生长条件从而在某些情况下使细胞生长于一更类似于细胞自然生长环境的环境中。该生长条件方面的改进将提供更精确的分析及观测结果，因为细胞培养条件将会模拟或更精确地代表细胞在获得此细胞的初始生物体(例如，人类、非人类哺乳动物、动物、植物及其它)中的生理条件。在减少操作步骤方面，在某些实施例中，本发明可将需要用来处理细胞的人力减少约75％，从而消除接种、生长、喂养、分裂及分析细胞或细胞产物等传统操作步骤。

发明内容

本发明关于一种适于使细胞生长的经改造微载体，所述微载体包括一能够提供一基质以支持细胞在培养物中生长的水凝胶组合物，其中所述凝胶组合物进一步包括至少一种能使所述微载体响应于至少一种物理力的材料。此等细胞可生长于所述经改造微载体的内部及外部表面上，所述微载体被制造为当用于一细胞培养系统时能够响应于至少一种物理力、由该至少一种物理力操纵或控制。本发明还涉及制造该等经改造微载体的方法及使用其生长细胞以供分析及产生细胞产物的方法。

在另一实施例中，本发明进一步涉及一种生物反应器，其包括本文所述且包含于一培养容器或生物反应器中的经改造微载体；及一种用于将一力发送于此培养容器中、周围及/或外部以控制所述经改造微载体在此培养容器内部的运动的来源，其中该来源由一控制系统控制。