[发明专利]生物反应器消耗单元

说明书

一种生物反应器消耗单元(50；500)包括：生物反应器部(60)；流体供给容器部(80)，与生物反应器部一体地连接，并包括与生物反应器(60)流体连通的至少一个流体供给容器(82)；以及整体式泵送元件(100、110；160、206)，被构造为使流体能够从至少一个流体供给容器(82)流动到生物反应器(60)。生物反应器部(60)包括生物反应器室(62)和用于在该室中搅拌细胞培养物(66)的搅拌器(64)。该泵送元件包括注射泵(110)和关联的三通阀(102)的组合件。生物反应器消耗单元(50；500)可被插入细胞培养模块(10)的接纳站(20)用以处理和控制生物反应器室(62)中的生物反应。将流体供给容器(82)和泵送元件(100、110；160、206)设置为生物反应器消耗单元(50；500)的整体式部分有助于该处理过程的实施，因为这些组件之间的各种流体连接已被建立。注射泵(110)提供流体至生物反应器室(62)的精确分配。

技术领域

本发明总体上涉及用于细胞培养物的生物反应器处理系统的领域。更具体地，本发明涉及生物反应器消耗单元，以改进生物反应器的操作和设置及其相关的流体供给。在整个文件中，术语“细胞培养物”应被理解为不仅包括哺乳动物的细胞培养物，而且还包括昆虫、藻类、植物和微生物的细胞培养物(发酵)和任何其它类型的细胞，以及其它生化过程或细胞过程，例如但不限于生物转化、转染、瞬时蛋白表达、无细胞的生物系统。然而，本发明也可用于其它的非生物的过程。

背景技术

通过对多种参数的细致控制，在生物反应器内产生细胞培养物，这些细胞培养物是由悬浮生长于溶液中的生长培养基中或悬浮颗粒的表面上的细胞组成的。这些生物反应器可以处理大量的细胞培养溶液。例如，大规模的生物反应器可能具有1-20000升、甚至高达50000升的容量。

在生物反应器中，细致地控制细胞所暴露在的环境很重要。环境的细微改变可以对细胞的生物机能和由每个细胞产生的目标产物(例如重组蛋白)的量(产物滴度)产生重大的影响。这反过来又对生产过程的经济性产生重大的影响。必须控制的参数包括细胞可使用的氧和二氧化碳(溶解的氧和CO₂)的浓度、pH值、温度和特定的营养素水平(例如葡萄糖浓度)。另外，物理环境也很关键，特别是包括气体分布的形式(例如气泡大小和整体气体流动)的重要组分。最后，液体与细胞的混合也很关键，其会影响反应器中的同质性并进而影响生物反应器中的细胞所暴露的局部环境变化。这些问题在非常大的生物反应器中变得重大。

在生物反应器系统中制备产品的公司所面临的主要挑战是为了生产特定产品而对生物反应器内的条件(状况)的优化。用于生产特定产品的特定细胞系(cell line，细胞株)的优化条件能够容易地对产品的产量产生数量级水平的影响，这反过来对生产的经济性有巨大的影响。解决这个问题并不简单；需要控制很多参数，并且最佳的方法可能涉及这些条件随时间的改变。然而，由于缺少可用设备以及操作的巨大成本，探寻改变一系列参数的影响是不现实的。运行一次2l生物反应器的实际成本可能超过$2000。对于更大的规模，迅速增加的成本将变得负担不起。这些问题阻碍了基于用以解决多参数变化的影响的实验方法(通常称为DOE(实验设计))的现代统计学的应用，这类方法通常需要数十个生物反应器实验才能有价值。

这种工作产生价值的机会在近些年来有增加，因为监管机构采取了如下措施：如果控制参数中的这类变化的影响已预先被探知，那么一个生产运行中的改变并不必然意味着一个批次自动发生故障(IF)。在没有生物反应器的小规模的高度平行的模型的情况下，这是不可能的，但是这又是生产商保持竞争力所必需的。

所面临的另一问题是难以在研发早期选择出在搅拌式生物反应器环境中鲁棒(robust)且多产的细胞系。显然，当需要筛选多达数十乃至数百个细胞系时，已有的生物反应器系统是不实用的。