具有传感器元件的生物反应器的制作方法

本发明涉及一种生物反应器，例如用于细胞培养的生物反应器。

背景技术：

1、细胞和基因治疗生产过程通常非常复杂，并包括跨多个装置的手动或半自动步骤。在基于细胞的治疗产品(ctp)制造的各个步骤(即单元操作)中使用的设备系统可以包括用于细胞收集、细胞分离/选择、细胞扩增、细胞洗涤和体积减少、细胞储存和运输的装置。基于制造模型(即自体与异体)、细胞类型、预期目的以及其他因素，单元操作可能有很大不同。此外，细胞为“活性”实体，即使对最简单的操作(比如细胞转移过程中的差异)也非常敏感。细胞制造设备在确保可扩展性和可再现性方面的作用是细胞和基因治疗制造的一个重要因素。

2、此外，基于细胞的治疗产品(ctp)已获得显著进展，因此需要用于各种细胞制造过程的改进细胞制造设备，例如但不限于干细胞富集、嵌合抗原受体(car)t细胞的产生，以及各种细胞制造过程，比如收集、纯化、基因修饰、孵育/恢复、洗涤、注入患者和/或冷冻。

3、细胞的培养或处理通常需要使用装置以容纳细胞，例如当培养细胞时，将细胞置于合适的培养基中。已知装置包括摇动烧瓶、滚瓶、t形烧瓶和袋。

4、在用于医学的细胞或基因治疗的生产中的关键限制因素是，缺乏紧凑、自动化的封闭系统来执行无污染的单元操作。例如在细胞培养、细胞的上游或后续加工期间，当向培养器皿中添加、或者当移除细胞或移除液体样品时，存在污染的风险。操作系统大部分是手动的，并且因此操作成本昂贵。通常需要多台设备来覆盖所有的非细胞培养步骤，这涉及许多转移，每一个转移都可能导致操作者的失误和污染的发生。此外，随着手动操作的增加，出现手动错误的风险也在增加，因此当前劳动密集型过程缺乏制造临床级治疗所需的鲁棒性。

5、因此，需要细胞处理装置(例如多步细胞处理器)，其允许避免将细胞不断移入新装置的要求的处理。

技术实现思路

1、根据本发明的一个方面，提供了一种用于细胞培养的生物反应器，该生物反应器包括：

2、容器，其包括限定用于容纳细胞悬浮液的内部容积的基部和侧壁，所述容器在使用期间能绕旋转轴线旋转，以及

3、传感器元件，其设置在所述容器的内表面上，以用于与传感器接收器相互作用，所述传感器接收器位于所述容器的外部并且是能操作的，以与传感器元件相互作用来检测细胞悬浮液的特征，并且

4、其中，所述传感器元件偏离生物反应器的旋转轴线，并被设置成在使用期间在生物反应器的至少两个旋转位置与传感器接收器对准。

5、在示例中，传感器元件设置在基部上。在其他示例中，传感器元件附加地或替代地设置在侧壁上。容器(特别是基部或侧壁)可以包括传感器窗口，并且传感器元件可以设置在传感器窗口上。传感器窗口优选地被配置成允许光在传感器元件和传感器接收器之间传输。

6、在示例中，旋转轴线延伸穿过容器的基部和内部容积。

7、在示例中，传感器元件包括以生物反应器的旋转轴线为中心的环。因此，无论生物反应器的旋转位置如何，传感器接收器都与环形传感器元件对准。在传感器元件位于基部上的示例中，传感器元件形成在基部上的环。在传感器元件位于侧壁上的示例中，传感器元件围绕侧壁的圆周延伸。

8、在示例中，传感器元件可以包括多个分立部分。分立部分可以设置在基部上，特别是设置在距离旋转轴线的公共圆周上，或者设置在侧壁上。

9、在示例中，传感器元件或传感器元件的至少一个分立部分可以包括环形扇区。环形扇区可以围绕旋转轴线延伸大约20度至大约350度，使得传感器接收器通过生物反应器旋转的一部分与环形扇区传感器元件对准。在示例中，环形扇区可以围绕旋转轴线延伸任何量，例如在大约20度和大约180度之间，或者在大约45度和大约90度之间。

10、在示例中，传感器元件或传感器元件的至少一个分立部分可以包括点，例如圆形点或方形点。这些点可以围绕旋转轴线均匀地分布，例如12个点能够以30度间隔定位，4个点能够以90度间隔定位，或者3个点能够以120度间隔定位，等等。

11、在示例中，生物反应器可以包括设置在容器的内表面上的第二传感器元件。在示例中，第二传感器元件可以设置在传感器窗口上，或者设置在第二传感器窗口上。第二传感器元件可以与生物反应器的旋转轴线对准，并被设置成与第二传感器接收器对准，该第二传感器接收器位于基部的外部，并且可操作以与第二传感器元件相互作用来检测细胞悬浮液的特征。因此，无论生物反应器的旋转位置如何，第二传感器接收器和第二传感器元件都是对准的。在示例中，传感器元件可以与第二传感器元件间隔开，或者它们可以沿着边缘邻接。

12、在示例中，生物反应器可以包括设置在容器的内表面上的第三传感器元件。在示例中，第三传感器元件可以设置在传感器窗口上、设置在第二传感器窗口上或设置在第三传感器窗口上。第三传感器元件可以偏离生物反应器的旋转轴线，并被设置成与第三传感器接收器对准，该第三传感器接收器位于基部的外部，并且可操作以与第三传感器元件相互作用来检测细胞悬浮液的特征。在示例中，第三传感器元件被设置成在使用期间在生物反应器的至少两个旋转位置与第三传感器接收器对准。在示例中，传感器元件可以与第三传感器元件间隔开，或者它们可以沿着边缘邻接。

13、在示例中，传感器元件和/或第二传感器元件可以粘附到容器的内表面，例如粘附到传感器窗口的内表面。在示例中，传感器元件和/或第二传感器元件包括氧敏感涂层或ph敏感涂层。在示例中，传感器元件和/或第二传感器元件可以包括衬底，该衬底在一侧上具有氧敏感涂层或ph敏感涂层，并且在另一侧上具有用于固定到传感器窗口的粘合剂。传感器元件和/或第二传感器元件(特别是传感器元件和/或第二传感器元件的材料或涂层)可以被配置成响应基于生物反应器内的细胞悬浮液的特性(例如细胞悬浮液的氧浓度或ph值)而诱发荧光信号的入射光。因此，传感器接收器可以接收荧光信号，并且传感器仪器可以用于测量荧光信号以确定细胞悬浮液的特性。

14、传感器窗口对于传感器元件和传感器接收器操作的光的波长是透明或半透明的。在示例中，传感器窗口包括透明或半透明材料，例如聚合物(比如聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚甲基丙烯酸甲酯)，或者另一种材料(比如玻璃)。

15、在示例中，侧壁包括可压缩的侧壁，例如波纹管壁。因此，容器可以是可压缩或可变形的容器。

16、在示例中，生物反应器可以进一步包括附接到侧壁与基部相对的接口板。接口板可以包括一个或更多个端口，以用于向容器中添加流体或从该容器中提取流体。

17、根据本发明的另一方面，还提供了一种生物反应器系统，其包括上述生物反应器和适于支撑生物反应器的壳体，使得生物反应器可相对于壳体绕旋转轴线旋转。

18、在示例中，壳体可以是被配置成控制生物反应器的环境的培养箱壳体。

19、例如，生物反应器可以包括附接到侧壁与基部相对的接口板，并且壳体可以包括适于支撑接口板的生物反应器接收部分，使得侧壁和基部悬挂在接口板下方。

20、接口板可以包括多个连接器接口，以用于连接耗材，以用于向生物反应器添加流体或从该生物反应器提取流体。多个连接器接口可以围绕接口板与生物反应器的旋转轴线间隔开共同的距离。生物反应器可以是可旋转的，以在接口板上的连接器接口之间转位。例如，生物反应器系统可以包括耗材附接点，以用于将耗材附接到生物反应器系统，使得该耗材可以接合接口板上的连接器接口。生物反应器可以旋转以使不同的连接器接口与耗材附接点对准。在示例中，传感器元件和传感器接收器被设置成在生物反应器的每个旋转位置(对应于连接器接口和耗材附接点之间的对准)中彼此对准。

21、在示例中，壳体，特别是生物反应器接收部分，可以包括可操作以旋转生物反应器的致动器。

22、在示例中，生物反应器系统可以进一步包括传感器接收器，该传感器接收器可定位在基部的外部并被设置成在生物反应器的相对于壳体的至少两个旋转位置与传感器元件对准。

23、在示例中，传感器接收器可以包括光学接收器，例如光纤。该生物反应器系统可以进一步包括被设置成从光学接收器接收光学信号的传感器仪器。在示例中，传感器接收器包括光学支架，该光学支架被设置成将光学接收器尤其是光纤定位成与传感器元件对准。在示例中，传感器仪器可以被配置成向传感器元件发送传感器激励信号，并被配置成接收从传感器元件返回的传感器信号。

24、在示例中，传感器接收器可以可移动地安装并可移动到操作位置，在该操作位置，传感器接收器接触或邻近生物反应器的容器靠近传感器元件。在一些示例中，在操作位置，传感器接收器接触或邻近容器的基部或侧壁的表面，例如传感器窗口。具体而言，在操作位置，传感器接收器可以邻接或靠近传感器窗口。例如，传感器接收器可以定位在容器的外表面(例如传感器窗口)的大约10毫米内，优选地大约7毫米内。

25、在示例中，如上所述，生物反应器系统可以包括用于第二传感器元件的第二传感器接收器。在此类示例中，第二传感器接收器可以以与上述传感器接收器相同的方式安装。传感器接收器和第二传感器接收器可以设置在可移动到操作位置的传感器单元中。

26、在示例中，生物反应器系统可以包括致动器，该致动器可操作以将传感器接收器和/或传感器单元移动到操作位置。

27、在示例中，生物反应器的侧壁可以包括可压缩的侧壁，例如波纹管壁。在此类示例中，生物反应器系统可以进一步包括搅动器，该搅动器可操作以接合生物反应器的基部。搅动器可以是可操作的，以压缩生物反应器的容器，和/或使生物反应器的基部倾斜，以便搅动生物反应器的内容物。

28、在示例中，传感器接收器可以安装到搅动器，使得传感器接收器和/或传感器单元在搅动器与生物反应器的基部接合时处于操作位置。例如，搅动器可以包括可操作以接合生物反应器的基部的搅动器板，并且传感器接收器和/或传感器单元可以安装到搅动器板。

29、在示例中，搅动器可以被配置成联接到生物反应器的基部。特别地，搅动器的搅动器板可以被配置成例如通过机械夹或通过电磁联接件联接到基部。

30、在示例中，搅动器可以被配置成与基部分离，以允许生物反应器相对于壳体的旋转。可替代地，搅动器，特别是搅动器板，可以包括可与生物反应器一起旋转的可旋转部分。

31、根据本发明的另一方面，还提供了一种在上述生物反应器系统中培养细胞的方法，该方法包括：

32、将生物反应器装载到壳体中；

33、在生物反应器的容器中提供细胞悬浮液；

34、旋转生物反应器；以及

35、通过传感器元件和传感器接收器在生物反应器的至少两个旋转位置感测细胞悬浮液的特征。

36、如上所述，生物反应器可以旋转，以便使生物反应器的不同连接器接口与壳体上的耗材附接点对准。

37、在示例中，该方法可以进一步包括搅动容器中的细胞悬浮液。

38、在示例中，感测细胞悬浮液的特征可以包括感测细胞悬浮液的溶解氧或ph。

39、当感测细胞悬浮液的特性时，光学信号可以从传感器元件传递到传感器接收器。