[发明专利]连续培养装置

说明书

发明领域

本发明涉及在用于体内移植或植入的三维结构中培养哺乳动物细胞的装置。更特别地，本发明涉及用于培养牙科植入物或骨重建的骨细胞的连续培养装置。

背景技术

对于在三维(3D)环境比如3D结构或支架上培养细胞受到越来越多的关注。在3D支架上进行细胞培养对于生产可移植的组织结构的组织工程是有用的。在3D支架上进行3D培养内在的困难是：(i)贯穿支架孔的统一、高效的细胞接种，和(ii)向支架中央部分细胞的物质转移受限。

过去三十年来在组织工程领域取得了巨大的进步，但是与在深的或厚的结构的中心培养细胞所遇到的困难相关的问题仍然存在。

美国专利6,194,210描述了在聚合微载体细胞中培养A型肝炎病毒的过程。

美国专利6,218,182描述了在生物反应器中培养3D组织，尤其是用作体外肝脏辅助装置的肝脏组织的方法，细胞接种于生物反应器中，并提供两股培养基流，每一股与细胞不同的侧面相接触。

US 2009/0186412描述多孔细胞支架和其生产方法。

所有的现有技术文献提出了高细胞密度的培养系统遇到不规律的液体流时出现的一些问题。

在厚的结构中或培养密度高时，已知的生物反应器不能有效地模拟体内营养机制。

在哺乳动物体内，流量的调节、营养物质和气体的传递、废物的清除是包括体内许多复杂功能的自动化过程。血液是复杂的系统，维持大量的气体和营养物质进入和排出遍布体内的细胞的能力。流量通过复杂的系统进行管理，其自动改变体积和压力以重新分配血流量到高需求的区域。所述分配系统包括数千分支，每个分支可以具有更小的内径，直到最后达到滋养细胞的维度水平。利用计算流体力学(CFD)软件能够进行复杂结构和其容器中的流动分析。当合适的特征的组合被确定，可以研究代谢参数，以保证物质的利用率和生产的废物的产率保持在典型的安全区域。一个例子是计算最大细胞密度和氧消耗率，以确保所有的细胞维持有氧。

现在我们找到了连续培养装置，其解决了在深或厚的结构的中心培养细胞时的问题。

发明内容

本发明的目的是连续培养装置，包括(a)由以规律的间距间隔的相互连接的生长面的矩阵形成的支架，和(b)位于生长区域的入口和出口的流体分配装置。

配置间距和界限，使通过和环绕生长面的定向流均一。

流量分配是指允许生长区域的入口和出口到每个生长面的足够的流量。所述流量分配利用计算流体动力学和主要代谢物利用分析进行分析，以保证细胞免于不利的生长条件。

优选地，流量分配是指分配新鲜营养物和气体的进入流到生长面。可以根据生长面的形状和生长面支持的细胞的总数量，调整分配装置通道的截面积和通道的数量，以方便到生长面的均匀分布。

优选地，培养装置包括相互连接的生长面的矩阵，其由多种纤维或三维结构的有组织和重复式的相互连接来限定，其可以加入任意数量的用于促进或加强细胞生长和附着的平面或表面物体。

形成矩阵的三维结构可以是圆柱形、长方形、六角形，或其他任何形状或形状的组合，并且表面可以是光滑的或有纹理的。

在本发明实际优选的实施方式中，支架是由围绕着中心支持物的以有规律的间距间隔的相互连接的生长面的矩阵形成。

由所述结构相互连接形成的开放空间，等于或大于0.7mm，小于3mm，优选的等于或大于0.9mm，小于3mm。在优选的实施方式中，间距大于1.0mm，但是需要时可以根据支架的物理强度作出改变。在本发明的另一个更优选的实施方式中，相互连接的生长面以等于或大于1.0mm，小于2.0mm的规律间距间隔。

间距是本发明的特征性特性。围绕上述范围内的参数变化可以优化整个支架中的培养基流，并同时独立于它们最终的形状和维度，赋予根据本发明的所有装置的3D结构的足够坚固性。由生长面相互连接形成的开放空间，形成了根据本发明的装置的有组织的特征结构，其区别于现有技术中已知装置的多孔结构。

支架的形状优选是立方体，但它可以是另一种形状，例如圆柱形的或解剖学上正确的。

优选地，培养装置包括大量均一安排的相互连接的生长面，形成限制每立方体积最大数量细胞的大的开放区域，便于生长区域容易地进行血管生成。

培养装置可以由任何生物相容性材料制成。

生物相容性材料是任何生物相容性的有机聚合物或其混合物以及生物相容性的有机多聚体和生物相容性的有机或无机非聚合化合物的掺合物或混合物。