[发明专利]含有填料的高表面积培养系统

说明书

发明领域

本发明涉及新型培养容器，尤其是包含至少两个流体连通的区室的培养容器，以及使用所述容器的方法。另外，本发明涉及互相连接排列的培养容器的培养系统。

发明背景

培养容器(像滚瓶)广泛用于细胞培养，尤其是哺乳动物细胞的培养。主要的应用是培养细胞、产生细胞产物或病毒颗粒。典型方法涉及高密度细胞培养、共培养、细胞感染和样品透析的处理。通常，培养容器(像滚瓶)是圆柱形的容器，使瓶可围绕其纵轴旋转。瓶中充入用于培养细胞的液体培养基，并通过连续或半连续旋转，液体保持瓶内壁湿润，用于细胞生长并允许培养基对流。原则上，培养容器(像滚瓶)并不完全充满液体培养基。始终存在通常构成一半或甚至更大体积的气相。另外，现有的滚瓶通常提供带有或不带有膜的小螺旋盖，以使得能够与环境进行气体交换。不带有膜的螺旋盖通常不完全关闭，以利于上述气体交换。通常通过使用具有保持瓶旋转的旋转滚柱的适当仪器来进行瓶的旋转。

在常用的培养系统中，液体培养基的pH值必须准确维持在接近生理水平上。例如，通过在组织培养液中使用缓冲体系并结合以特定速率(通常将浓度保持为培养箱中气体体积的5％至7％)提供二氧化碳(CO₂)的培养箱来保证这一点。通过部分打开螺旋盖或通过允许气体交换的嵌入膜使CO₂流入滚瓶中。CO₂与水反应，以形成弱酸和碳酸，其继而与缓冲体系发生相互反应，以维持pH值接近生理水平。

然而，目前的解决方案在效率上具有明显的缺点。大部分解决方案在细胞密度方面具有低性能，或者分别在细胞产量或细胞产物产量或细胞副产物产量方面具有低性能。一个原因是由于必须保持特定的最小气相体积以允许氧气和二氧化碳的供应和平衡，因此系统内的表面积/体积比有限。另一方面是将滚瓶的表面用作活性表面，尤其是用于贴壁或半贴壁生长的细胞的活性表面。在给定的表面积下，用于贴壁或半贴壁细胞进行附着的空间受限于目前的瓶设计。此外，需要更换液体培养基来提供用于活细胞培养的营养剂。与受控的生物反应器或灌流系统相比，常规滚瓶需要定期地部分或完全更换或者补充液体培养基或营养化合物以及补充因子。因此，细胞密度、细胞活性、增殖、细胞产物或副产物的产生取决于可用的表面积、营养化合物的量、氧气和CO₂平衡，以及但不限于所用细胞类型或细胞系的生物学性质。具体对于各个细胞类型或细胞系而言，在给定培养系统内存在一些抑制细胞活力或限制活细胞总数的条件。另一重要因素是活细胞还产生影响细胞自身或细胞培养物的活力或生产力或增殖或生物学功能的副产物。例如，其中包括乳酸，其影响培养体系的pH，并且有时会向对培养系统具有不利作用的非生理酸性值迁移。另一重要的已知问题是在液体培养基中营养化合物及气体的对流也对细胞生长和活力具有显著影响，主要是因为合适的对流可改善细胞的微环境。

目前的解决方案着眼于上述多种缺点中的单个方面。例如，EP 1400584A2着眼于滚瓶设计，其具有不降低膜盖通气功能的改进封闭件。US 2004/0029264A1提供了由两个圆柱状室组成的多室滚瓶，其中这两个室相互连接，其中一个室含有新鲜的液体培养基，而第二个室含有实际的细胞培养物，因此增加了培养容器的总体积和空间，但却降低了实际可用的细胞培养体积。US 2004/0211747A1提供了具有螺旋状皱褶的滚瓶，该皱褶用于增加表面积并在旋转过程中促进液体培养基的冲洗，以确保整个表面的湿润。然而，表面积的增加对贴壁生长的细胞尤其有益，但对悬浮细胞培养物却无任何显著的益处。

此外，常规解决方案基于增加表面但不同时确保培养基、气体和其他化合物的充分供应。已经发现，仅增加表面积导致细胞数的提高有限。

发明概述

本发明的一个方面提供培养容器，所述培养容器可用于为不同目的培养细胞、组织或组织样细胞培养物、器官或器官样细胞培养物、多细胞生物。

本发明的另一方面提供用于上述目标的培养系统，其中该培养系统可用于分批处理、扩展的分批处理、流线(in-line)或连续或灌流过程。

本发明的另一方面提供可用于出于不同目的而培养细胞、组织或组织样细胞培养物、器官或器官样细胞培养物、多细胞生物的培养方法。

本发明的另一方面提供培养容器，所述培养容器包含用于细胞培养的贴壁或半贴壁生长的可用表面显著增加、液体培养基和营养化合物的可控及改善的对流、和/或该培养系统中气体交换及氧气和CO₂平衡的显著提高。