JP7490294B2

JP7490294B2 - フィルタを有するバイオリアクタ

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Publication number: JP7490294B2
Application number: JP2021530231A
Authority: JP
Inventors: マシュー・ウェチャラタナ; ヤッサー・アリ; ドナルド・フレーザー; ジェームズ・ブリュッゲマン
Original assignee: Amersham Biosciences Corp
Current assignee: Global Life Sciences Solutions USA LLC
Priority date: 2018-11-28
Filing date: 2019-11-27
Publication date: 2024-05-27
Anticipated expiration: 2039-11-27
Also published as: KR102912306B1; EP3887496A1; KR20210096095A; JP2022514203A; CN113039264A; WO2020109377A1; US20210388303A1

Description

本発明はバイオプロセッシング技術の分野に関する。より詳細には、本発明は、内部に１つまたは複数のフィルタが配設されたバイオリアクタに関する。

再生医療品を生産するための細胞の培養は、後に患者に注入することができる細胞を採取する目的で行われる。細胞の健全性および生存性は最も重要なことである。細胞は、制御された条件の下で再生され、増殖するために栄養分を供給されることを必要とする。１つの商業的に成功した使い捨てバイオリアクタシステムは、揺動可能なプラットフォームに載置された可撓性細胞バッグバイオリアクタを用いる。バイオリアクタは液体細胞培養培地で部分的に満たされ、対象の細胞がバイオリアクタに導入される。培養培地および細胞は、揺動プラットフォームに配置された事前に減菌された使い捨てのチャンバのみと接触する。プラットフォームの揺動運動は培養流体に波を引き起こし、それによって継続的な混合および酸素の移動を与え、その結果、細胞の増殖にとって良好な環境が生じる。このバイオリアクタは、洗浄や殺菌を必要とせず、操作しやすく、相互汚染から保護される。

灌流バイオリアクタは、バイオリアクタ内の細胞培養培地の量を一定に保ちながら、使用済み細胞培養培地すべてを取り換えるように、新鮮な細胞培養培地をバイオリアクタに連続的に供給することによって細胞を増殖させる。細胞が再生の定常状態に達し、必要細胞密度に達するまで数週間の間、その状態を保つことができる。灌流バイオリアクタは典型的には、健全で生存可能な細胞をバイオリアクタ内に保持しながら、細胞の増殖を妨げる使用済み細胞培養培地および有毒な細胞代謝物質の両方をバイオリアクタから除去するためにバイオリアクタ内でフィルタを使用する。

灌流バイオリアクタの１つのタイプは、米国特許第９０１７９９７（Ｂ２）号に開示されており、ここでは、フィルタはバイオリアクタの底壁の内面に取り付けられ、したがって、培養培地の表面を浮遊していない。フィルタのこの配置は、フィルタがねじれたり、バイオリアクタの壁にくっついたりして損傷することを防ぐ。しかしながら、フィルタは詰まったり汚れたりしやすくなり得る。同様に、ＷＯ２０１２／１５８１０８Ａ１には、マイクロキャリア上での細胞の培養のための灌流バイオリアクタが開示されており、ここでは、フィルタはバイオリアクタの壁の内面に固定されている。さらに、ＷＯ２０１５／０３４４１６Ａ１には、細胞の透析培養に適する内部透析モジュールを有するバイオリアクタが開示されている。透析区画は、自由に動ける中空糸膜の束、バッグの内壁に取り付けられたパウチ、自由に動くパウチ、またはバッグの内壁に固定された膜のシートのいずれかとして形成される。

別の灌流バイオリアクタがＷＯ２０１７／０５５０５９Ａ１に開示されており、ここでは、フィルタはフィルタ保持装置によって保持されている。フィルタとバイオリアクタの内壁との間に限られた空間があって、バイオリアクタに供給された液体培地がフィルタの両側を流れることができるように、フィルタ保持装置はバイオリアクタの内壁に取り付けられている。フィルタ保持装置をこのように配置するとクロスフロー濾過効果が生じるが、フィルタとバイオリアクタの内壁との間の空間が限られていることにより、フィルタの目詰まりおよび汚損の低減は極めて限定的である。

米国特許第６５４４７８８号に開示されている灌流バイオリアクタでは、灌流フィルタは、バイオリアクタの揺動運動中、液体細胞培養培地の頂部で自由に動くように構成されている。図１はこのような従来技術に使用されている典型的なフィルタ１０を示す。フィルタ１０は、多孔性の平面状の膜１２が積層体の底面を形成し、比較的剛性の高い平面状のメッシュ１４が中間層を形成し、流体不浸透性の平面状のフィルム１６が頂部層を形成する積層材料設計を用いている。メッシュ１４は、膜１２とフィルム１６の対向する面の間に画定されたフィルタ空洞１５内を延在する。フィルム１６は多孔性膜１２を裏打ちするために使用され、膜１２を通って濾過されてフィルタ空洞１５に入り、ポート１８からバイオリアクタの頂面に形成されたポートまで延在する細長い中空の導管２０を通ってフィルタ１０を出るように導かれる廃棄材料のための通路として排出ポート１８を含む。フィルタ１０は、排出導管２０によってバイオリアクタの頂面につながれる。バイオリアクタの揺動運動は、細胞培養培地に対してフィルタが接線方向に動くことによって生じる乱流による、あらゆる破片の侵食に起因するフィルタの目詰まりを防ぐ。しかしながら、フィルタは自由に動くように構成されているので、フィルタはねじれたり、回ったりすることによって損傷することがある。この設計はまた、フィルタがバイオリアクタの内壁にくっつき、したがって、細胞培養培地のガス交換および濾過を損なう可能性がある。また、フィルタが細胞培養培地の表面を浮遊しているとき、膜表面全体が完全に濡れていなければ、灌流プロセスがうまくいかないことがある。例えば、それは、フィルタ膜がたわんで、膜全体が細胞培養培地に完全には曝されないような場合である。そのとき、排出ポンプは細胞培養培地だけの代わりに空気も吸い、それは、使用済み細胞培養培地の代わりに空気で廃棄物収集バッグをさらに膨張させるとともに、灌流速度を変えることがある。フィルタを通じて空気を引くこの現象は「バブリング」と呼ばれる。バブリングを軽減するためには、バイオリアクタバッグが部分的に流体で満たされているとき、フィルタを完全に沈めるようにバイオリアクタバッグを通じてフィルタを手で押すか、バイオリアクタプロセスを始める前に、流体を引く前にフィルタを沈めて完全に濡らすようにバイオリアクタバッグを流体で完全に満たすようにプロセスを変更するかどちらかが必要となり得る。

米国特許第９０１７９９７（Ｂ２）号ＷＯ２０１２／１５８１０８Ａ１ＷＯ２０１５／０３４４１６Ａ１ＷＯ２０１７／０５５０５９Ａ１米国特許第６５４４７８８号

本発明は、単一の側面だけでなく、フィルタ積層体の両方の主面に多孔性膜を組み入れた積層フィルタ設計を提供する。この設計によって、廃棄物を頂部および底部の両方の膜表面から吸い込むことができるので、すなわち、廃棄物をフィルタの上方および下方の両方から引くことができるので、フィルタ占有面積全体を小さくすることができる。さらに、両方の膜を濡れた状態に保つことによって、すべての濡れた領域が流体をフィルタ積層体に引き込み、次いで細胞バッグバイオリアクタから出すので、本フィルタ設計は空気が吸い込まれる可能性を低減する。

細胞が灌流される細胞増殖操作中、本発明のフィルタは、より多くの流体を膜表面に曝すことを可能にし、したがって、より多くの量の廃棄物がフィルタに入ってバイオリアクタから吸い出され得る。さらに、フィルタの大きさを最適化することにより、バイオリアクタ内のフィルタの全占有面積を減らすこともできる。さらに、ポートをフィルタ積層体の頂部ではなくて底部に配置することによって、すべての濡れた領域が流体をフィルタ積層体に、さらに底側ポートに引き込むので、本フィルタ設計は空気が吸い込まれる可能性を低減する。

本発明は、細胞バッグバイオリアクタの底面からつなげられた灌流フィルタをさらに提供し、したがって、流体容積内のフィルタのためのアンカー点を提供する。テザーの長さを制御することによって、培養プロセス全体を通じてフィルタを濡れたままにすることができ、それによって、フィルタが表面に浮遊し、フィルタのいくつかの部分が流体に曝されない、または完全に濡れていない危険性が減る。

あるいは、本発明は、廃棄物導管をバイオリアクタバッグの底面に選択的につなげることによって、フィルタをバイオリアクタバッグの底部につなげることができ、それによって、フィルタに近接する導管の一部分が、バイオリアクタチャンバの所定の制約された容積内にフィルタを保つように底面から立ち上がって、フィルタの膜を濡れたままにすることができる。

本発明のフィルタおよびテザーは、フィルタが培養容積の頂面に浮遊して空気を吸い込む危険性を最小限にするために、細胞治療およびバイオプロセッシング用途に使用されることが望ましい。本発明は、プロセス全体を通してバイオリアクタの手動操作に対する危険性および必要性を減らす。さらに、本発明は、確実に濡らすためにバッグを手動操作する、または膨張前にバイオリアクタを液体で満たすことを必要とするユニット操作を変える必要性をなくするので、使用者のプロセスを能率化することができる。

従来技術のバイオリアクタフィルタの断面図である。本発明のフィルタを斜め下から見た図である。線Ｘ－Ｘで切り取った、図２のバイオリアクタフィルタの断面図である。図２のフィルタを下から見た分解図である。本発明のフィルタを有する細胞バッグバイオリアクタを斜め上から見た図である。バイオリアクタシステムの一部として、揺動プラットフォーム上の本発明の細胞バッグバイオリアクタを描いた図である。本発明のフィルタにテザーを用いた、本発明の細胞バッグバイオリアクタの側面図である。バイオリアクタフィルタの下方で流体導管をつなぐ、本発明の細胞バッグバイオリアクタの図である。本発明の代替のテザーを用いた細胞バッグバイオリアクタの図である。図９のテザーの拡大図である。バイオリアクタの上面を出る前に、廃棄物流体をフィルタの下方に引くようにフィルタをつなぐ、本発明の別の細胞バッグバイオリアクタの図である。本発明の代替のフィルタを斜め下から見た図である。図１２のフィルタを斜めから見た部分分解図である。線Ｙ－Ｙで切り取った図１２のフィルタの断面図である。図１２のフィルタを組み入れたバイオリアクタの図である。

図２～図４は本発明の例示的な積層フィルタ１１０を示す。フィルタ１１０は、実質的に平面状のオープンメッシュ１１４の周りの縁１１３に沿って外周を接合された第１および第２の平面状の多孔性膜１１２および１１６を含み、オープンメッシュ１１４は、膜１１２と膜１１６の接合されていない部分の間に画定されたフィルタ空洞１１５を横切って延在する。フィルタ１１０は、底部の膜１１２にポート１１８をさらに備える。ポート１１８は、膜１１２によって画定された拡大開口１１９（図４に仮想線で示す）の周りで膜１１２に取り付けられた開いた取付具であることが望ましい。ポート１１８は、バイオリアクタの表面に位置する第２のポートまで延在する細長い中空の流体導管１２０に接続される。したがって、導管１２０は、膜１１２および１１６を通過して空洞１１５に入りポート１１８を通って出る廃棄物、したがってそれぞれのバイオリアクタを出る廃棄物を導くことができる。当該技術分野で知られているように、ポート１１８は典型的には、一端から突出する環状へりを有する短い中空の円筒部分を含む。環状へりは、ポート１１８が膜１１２上に接合されるか、または導管１２０に流体密に接続されるように開口１１９において膜１１２を貫通して延在すると言えるように膜１１２のどちらかの主面に接合されてもよい。

膜１１２および１１６、メッシュ１１４、ポート１１８、ならびに導管１２０のそれぞれは、当該技術分野で知られているような、バイオプロセッシング操作に適する生体適合性親水性材料から形成される。膜１１２と１１６の外周接合、およびポート１１８と導管１２０との接合は、当該技術分野で知られているような、バイオプロセッシング操作に適し薬学的操作に適合する手段による。限定するのではなく例示として、膜１１２および１１６は超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ：Ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ－ｍｏｌｅｃｕｌａｒ－ｗｅｉｇｈｔｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ナイロン、またはポリエーテルスルホン（ＰＥ：Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ）から形成されてもよく、メッシュ１１４はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＥ：Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）から形成されてもよく、一方、ポート１１８および導管１２０は任意の適切なプラスチックまたはゴム材料から形成されてもよい。フィルタ１１０は、灌流プロセス中に廃棄材料ではなく空気を吸い出して廃棄する危険性を減じるために、細胞治療およびバイオプロセッシング操作に使用することができる。本発明の灌流フィルタの設計は、頂部および底部の両方の膜を用いて、細胞が廃棄されるために通り抜けるより大きな表面積を与え、他の特徴と組み合わせて使用されるとき、廃棄物バッグに吸い込まれるすべての空気を溶解することができる。メッシュ１１４に形成された開口１１４ａは、膜１１２および１１６それぞれの細孔１１２ａおよび１１６ａより大きい。メッシュ１１４は、膜１１２と膜１１６との間を分離するが、また、膜１１２または１１６を通過した通過物がフィルタ空洞１１５を横切って開口１１９を通って導管１２０に出るように導かれることを可能にする、織り合わされた格子構造または任意の他の構造に近いものであってもよいことが企図される。

図２および図４は下から見たフィルタ１１０の斜視図であり、図３は相対的に逆の向きのフィルタ１１０を示している。以下に示すように、本発明は、フィルタ１１０がいずれの向きに用いられてもよいこと、すなわち、ポート１１８および導管１２０がフィルタ１１０の上方または下方のいずれかに突出して延在した状態で用いられてもよいことを企図する（ここで、「上方」、「上部」、および「頂部」、ならびに「下方」、「下部」、および「底部」という用語は、全体を通して、紙面の頂部（すなわち、「上方」、「上部」、および「頂部」に対応する）から紙面の底部（すなわち、「下方」、「下部」、および「底部」に対応する）の方へ概ね延在する、対応する重力ベクトルに関して言っているものである）。ここでの説明のため、操作時のフィルタ１１０の向きにかかわらず、膜１１２は常にポート１１８を支持し、一方、膜１１６は常にポート１１８とは反対側のフィルタ空洞１１５に位置する。

図５は、本発明の第１の実施形態による細胞バッグバイオリアクタ（バイオリアクタとして記述することもある）１５０を示す。バイオリアクタ１５０は、ＧＥＨｅａｌｔｈｃａｒｅＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅｓによって販売されているＷＡＶＥＢＩＯＲＥＡＣＴＯＲ（登録商標）とともに使用されるような使い捨てバイオリアクタシステムの一構成要素であることが望ましい。さらに図６を参照すると、バイオリアクタシステムは、ベース１４２に枢動的に接続されたロッカ（ｒｏｃｋｅｒ）プラットフォーム１４０、細胞バッグバイオリアクタ１５０、および通気／膨張ポンプ、ならびに様々な栄養補給およびセンサ接続部（図示せず）を含む。バイオリアクタ１５０は可撓性材料から作られ、実質的に平面状の頂部層１５２、実質的に平面状の底部層１５４、およびフィルタ１１０を備える。層１５２および１５４は、膨張可能なバイオリアクタチャンバ１５８を画定するように、周縁１５５に沿って外周を接合される。安定させるため、層１５２および１５４はまた、それぞれ、バイオリアクタ１５０の長手方向両端部１５０ａおよび１５０ｂにおいて一対の実質的に剛性の高い細長い支持ロッド１５６を取り囲んでもよい。

フィルタ１１０は、廃棄材料が導管１２０を通って導かれてバイオリアクタ１５０から出ることができるようにチャンバ１５８内に位置する。バイオリアクタ１５０内の細胞培地１５１に矢印ＣおよびＤのそれぞれの方向の対向流の波を与えるようにプラットフォーム１４０は矢印ＡおよびＢの方向に前後に揺動させられる。必要な酸素と栄養分は、細胞の増殖と生産力のために与えられる。バイオリアクタ１５０の頂部層１５２および底部層１５４は、限定するものではないが、例示として、多層の薄層状のＥＶＡの透明なフィルムなどのバイオプロセッシングに適する材料から形成される。頂部層１５２および底部層１５４はさらに、典型的には、操作者がバイオリアクタチャンバ１５８を全体的に観察することができる透明または半透明な多層の薄層状のフィルムから形成される。頂部層１５２は、適切に接続されたとき、必要な栄養分、酸素、またはセンサのためにバイオリアクタチャンバ１５８にアクセスすることができる多数のアクセスポート１６０を支持する。例えば、１つのポート１６０は、新鮮な液体培地をバイオリアクタ１５０の外部空間からバイオリアクタチャンバ１５８に移送するために使用することができ、一方、別のポート１６０は酸素レベルセンサに接続することができる。バイオリアクタ１５０は灌流ポート１６２をさらに支持し、導管１２０は灌流ポート１６２を通ってチャンバ１５８から上に移る。本発明は、廃棄物が培地１６４からフィルタ１１０を通って導管１２０に引かれる前に、フィルタ１１０の膜１１２および１１６の両方が適切に濡らされていることを企図する。さらに図８および図９を参照すると、バイオリアクタポート１６２は底部層１５４に配置されてもよいが、膨張したときのバッグの曲率を考えると、このポートは、操作中、プラットフォーム１４０が導管１２０を通る流れと干渉しないように、バイオリアクタ１５０の横方向の中心線Ａ－Ａの近くで、横方向の縁セグメント１５５ａの近くの位置に配置されることが望ましい。

図７を参照すると、本発明は、バイオリアクタ２５０が、それぞれ、反対側にある第１および第２の端部１７０および１７２、ならびにそれらの間を延在する細長いテザー本体１７４を有する１つまたは複数の細長いテザー１６８を含むことをさらに企図する。バイオリアクタ２５０はバイオリアクタ１５０と類似するように企図され、類似の参照符号は類似の構成要素を示し、下記のような変更点を有する。テザー１６８の第１の端部１７０は、底部層１５４に接合されることが望ましく、一方、第２の端部１７２はフィルタ１１０の周縁１１３に接合される。テザー１６８の長さは、底部層１５４から設定された距離内にフィルタ１１０を保つように選ばれる。テザー１６８は、バブリングを防ぐために、バイオリアクタ２５０から廃棄物を排出する間、フィルタ１１０の両方の膜１１２および１１６を濡れた状態に保つことができることが望ましい。テザー１６８はまた、捕捉された培地がテザーを通過して流れることを妨げる、動かない渦の領域を生成することのないように、バイオリアクタ２５０の揺動中に培地が流れるテザー１６８の周りの外形を細くすべきである。本発明の各テザー１６８は、限定するものではなく、例示としてＥＶＡを含む、バイオプロセッシングに使用するのに適するポリマーの可撓性片から形成されることが望ましい。バイオプロセッシング操作に対して知られているように、両方の膜１１２および１１６を濡れている状態に保つように、バイオリアクタ２５０が少なくとも部分的に液体培地で満たされているとき、テザー１６８は、フィルタ１１０の動きをチャンバ１５８の所定の制約された容積１５９（破線で示す）内に制限することが望ましい。

テザー１６８はフィルタ１１０の動きを制約するが、フィルタ１１０は、鉛直方向、すなわち底部層１５４に向かう、およびそこから離れる、横方向、すなわち、縁部１５５ａに向かう、およびそこから離れる、長手方向、すなわち、長手方向端部１５０ａおよび１５０ｂに向かう、およびそこから離れるようにある程度動くことができ、その結果、フィルタの動きは、各テザーのたるみ量、可撓性、または弾力性によって予め決めることができる、チャンバ１５８全体の制約された容積１５９内にある。理想的には、制約された容積１５９は、使用時に細胞バッグの内面から離隔されて、使用時にフィルタが細胞バッグをこすることを回避する。したがって、制約された容積１５９は、チャンバ１５８内の液体の量および体積が変わると使用時に変化し、テザー１６８および導管１２０の長さ、配置、ならびに可撓性に従って変化する。したがって、細胞バッグが比較的空いている細胞培養プロセスの初期段階では、制約された容積は、細胞バッグの内面とぴったりと一致することがある。しかし、液体の体積が増えると、細胞バッグは膨張し、その結果生じるその液体の波動は、細胞バッグの揺動運動中により大きなエネルギーに達し、次いで、細胞培養の高エネルギー段階では、フィルタの制約された容積は細胞バッグの内面を避けて、フィルタが細胞バッグをこすることを防ぐ。常にフィルタとバッグの内面との間にいくらかの隙間、例えば少なくとも１０ｍｍの隙間があるように、テザーの長さにすることが望ましい。実際には、これは、複数のテザーを組み合わせて働かせることによって達成することができ、その場合、フィルタが動くことができる範囲の極限では、少なくとも１つのテザーはぴんと張り、別のテザーはたるんでいる。さらに、導管１２０がフィルタと底部層１５４との間を延在する本発明のバイオリアクタの実施形態では、導管１２０はまた、底部層１５４から間隔をおいて離されているフィルタを支持することを助けながらも、層１５４と最小限の接触することが企図される。

したがって、所定の制約された容積１５９は、フィルタ１１０が内部に留まるように制約され、望ましくはバイオリアクタ２５０の全操作中、少なくとも廃棄物がフィルタ空洞１１５から排出されて導管１２０に出る間、培地流体１５１が膜１１２および１１６を濡れた状態に保つことができるチャンバ１５８内の領域を示すように概ね描かれている。所定の制約された容積１５９は、揺動培地１５１の表面より下方に留まりながら、層１５２および１５４から離れるように定められることが望ましい。テザー１６８がフィルタ１１０を、例えば層１５４に対して完全に制約するとフィルタの目詰まりが生じることがあるので、完全には制約しない状態で、テザー１６８が培地１５１の表面下にフィルタ１１０をゆるく保持することが望ましい。したがって、本発明は、泡を形成すること、および廃棄物バッグが空気で満たされること（この場合、新しい廃棄物バッグを加えるために顧客がプロセスを中断する必要がある）を避けるために、フィルタの膜を培地によって完全に濡れた状態に保つ。

図８は、本発明の別のバイオリアクタ３５０を示す。バイオリアクタ３５０はバイオリアクタ１５０および２５０と類似するように企図され、類似の参照符号は類似の構成要素を示し、下記のような変更点を有する。バイオリアクタ３５０は、本発明のテザー１６８の代替の構成を使用する。図８は、導管１２０が通過する開いた通路１７６を画定するように、両方とも底部層１５４に接合された第１および第２の端部１７０および１７２を有する、導管１２０の長さに沿う複数のテザー１６８の適用を示す。この実施形態では、導管１２０が、縁１５５ａの下方に位置するバイオリアクタポート１６２に出ることができるように、テザー１６８は、バイオリアクタ３５０の横断中央軸線と概ね並んで配置され、その結果、導管１２０は、載っている揺動プラットフォームから離れて延在することができる。この態様では、フィルタ１１０に近接した導管１２０の部分１２０ａはチャンバ１５８内に自由に延在するが、それでも、本発明によるチャンバ１５８の所定の制約された容積内にフィルタ１１０を保持する。

導管１２０の部分１２０ａは、チャンバ１５８の所定の制約された容積の方へ曲がるように自然に屈曲しているように描かれているが、導管１２０は、部分１２０ａの周りを曲げて形成されても、図示し説明するように、導管本体を曲げるように配置された１つまたは複数の曲管部を含んでも、どちらでもよいことを本発明は企図する。このような曲管部は、バイオプロセッシング操作に適合するように、従来技術の適切な手段によって互いに接合されてもよい。さらに、ポート１１８および導管１２０は、平面状のフィルタ１１０に実質的に垂直に延在するように示されているが、本発明は、導管１２０と膜１１２との間に形成される角度を最小限にするように、ポート１１８は、導管１２０をフィルタ１１０に対して鋭角で接続してもよいことをさらに企図する。このように斜めに導管１２０に接続すると、フィルタ１１０とバイオリアクタ３５０の下部層１５４との間の最小間隔をさらに狭くすることができる。

図９は、本発明のさらに別のバイオリアクタ４５０を示す。バイオリアクタ４５０はバイオリアクタ１５０、２５０、および３５０と類似するように企図され、類似の参照符号は類似の構成要素を示し、下記のような変更点を有する。バイオリアクタ４５０のテザー１６８の構成では、各テザー１６８の第２の端部１７２は、導管１２０の外面に適切に接合することができる。図９のテザー１６８は、導管１２０のための囲まれた通路を画定しないが、それでも、導管１２０を縁１５５ａの下方に位置するバイオリアクタポート１６２の方へ向けるように、それぞれ、バイオリアクタ４５０の横断軸線に沿って概ね並んで配置されることが望ましく、その結果、バイオリアクタ４５０を支持するロッカプラットフォームが導管１２０を通る流れに対して有し得る影響を軽減する。導管１２０の部分１２０ａはまた、フィルタ１１０の実質的に平面状の本体が、バイオリアクタ４５０が載っているロッカに概ね平行に延在することができるように曲がっていることが望ましい。本発明は、膜１１２が下部層１５４に対向しているとき、導管１２０の部分１２０ａの形状が、フィルタ１１０を層１５４から離すことをさらに確実にすることができることをさらに企図する。培地１５１の深さがより浅くても、部分１２０ａのこのような形状が、廃棄物を、導管１２０を通して排出する前にフィルタ１１０が完全に濡れた状態であることを確実にすることが望ましい。さらに図１０を参照すると、本発明は、テザー１６８の第１の端部１７０は底部層１５４に接合されるが、第２の端部１７２は、導管１２０が通過する通路１７８を画定するように、輪にしてテザー本体１７４に接合されてもよいことを企図する。望ましくはバイオリアクタ４５０に配置された通路１７８のそれぞれはまた、導管１２０を縁１５５ａの下方に位置するバイオリアクタポート１６２の方へ向けるように、バイオリアクタ４５０の横断軸線に沿って概ね並んで配置され、その結果、バイオリアクタ４５０を支持するロッカプラットフォームが導管１２０を通る流れに対して有し得る影響を軽減する。図９および図１０の両方の実施形態では、フィルタ１１０に近接した、または接続された導管１２０の部分１２０ａが、本発明によるバイオリアクタチャンバの所定の制約された容積１５９にフィルタを制約するように自由に延在するように、各テザー１６８は、導管１２０の一部分を制約するような大きさと配置にされる。

バイオリアクタの操作に培地の充填を含むとき、フィルタを沈めた状態に保ち、したがって、フィルタ膜を培地の表面より下方になるように保ち、バイオリアクタバッグが揺動されているとき、培地が導管を通りすぎて流れることができるように、つなげられた導管の部分の上方および下方のどちらにも空間を与えながらもバブリングの危険性を軽減するような配置と大きさにテザーおよび／または導管をすることが望ましい。本発明はまた、廃棄物がフィルタ空洞１１５から導管１２０を通って排出される間、テザーおよび導管の配置および大きさによって、フィルタが膜を濡れた状態に保ってバブリングを避けることができることを企図する。

さらに、本発明は、図１１に示すようなバイオリアクタ５５０をさらに企図する。望ましくは適切につながれているバイオリアクタ５５０では、導管１２０は膜１１２（すなわち、底面１５４に対向している膜）から延在して、バイオリアクタ５５０の頂面１５２に位置するバイオリアクタポート１８０を通ることができる。テザー１６８の端部１７２は、図１０に示されたように、それらのそれぞれのテザー本体１７４で輪になっている。望ましくはバイオリアクタ５５０に配置された通路１７８のそれぞれはまた、導管１２０を縁１５５ａの上方に位置するバイオリアクタポート１８０の方へ向けるように、上から見て、バイオリアクタ５５０の横断軸線に沿って概ね並んで配置される。この場合もまた、フィルタ１１０は、チャンバ１５８の所定の制約された容積１５９内を動くようにゆるく制約される。

図１２～図１４は、本発明の実質的に平面状の別の積層フィルタ２１０を示す。フィルタ１１０と類似のフィルタ２１０は、内部メッシュ２１４の周りのシールされた周縁２１３で外周を接合された対向する平面状の膜２１２および２１６を含む。しかしながら、フィルタ２１０では、ポート２１８は、フィルタ１１０のポート１１８に対して示されたようにフィルタ２１０に実質的に垂直ではなく、フィルタ２１０と実質的に同一平面を延在するように、縁２１３において膜２１２の周縁と膜２１６の周縁との間に取り付けられる。

したがって、ポート２１８の取付具本体２１９は、膜２１２および膜２１６の両方に接合される。取付具本体２１９は、対向する横方向縁２２１ａと横方向縁２２１ｂとの間を延在する対称の、または対向する逆テーパ状の面２１９ａおよび２１９ｂを含む「舟形取付具（ｂｏａｔｆｉｔｍｅｎｔ）」として知られている。面２１９ａおよび２１９ｂは、縁２２１ａおよび２２１ｂに隣接する膜２１２および膜２１６との間に隙間を形成する危険性を最小限にするような形状である。取付具本体２１９は、対向する取付具面２９２ａおよび２９２ｂで開いているように、流体連通して取付具本体２１９を通って延在する細長い開いた取付具通路２９０を画定する。通路２９０は、面２９２ｂから突出する円筒部２９４の自由端でさらに開いている。したがって、膜２１２および２１６とポート２１８とが図示のように互いに接合されると、それらは、内部に平面状のオープンメッシュ２１４が配置されたフィルタ空洞２１５を画定する。メッシュ２１４は、流体が、膜２１２および２１６の細孔２１２ａ、２１６ａからフィルタ空洞２１５を通ってポート２１８に流れてポート２１８から出ることができるような形状である。

円筒部２９４はアダプタ本体３００に接合され、アダプタ本体３００は、アダプタ本体３００を貫通する細長いアダプタ通路３０２を画定する。したがって、通路３０２および２９０は互いに流体連通状態で配置され、したがって、膜２１２および２１６の細孔２１２ａおよび２１６ａと流体連通状態で配置される。アダプタ本体３００の外面３０４はテーパ状の環状へり３０６を提供するような外形であり、導管１２０の一方の開放端はそれを覆って接続され、その結果、フィルタ空洞２１５からの流体は、アダプタ本体３００が配置されたバイオリアクタから出る。アダプタ本体３００は、半径方向にずらされた細長い突出部３２５をさらに支持し、突出部３２５は、少なくとも部分的に膜２１６と整列した離隔状態で配置された遠位端３２５ａを有する。アダプタ本体３００は、膜２１２および２１６が取付具本体２１９に接合され、フィルタ空洞２１５内にメッシュ２１４を接合した後に、取付具本体２１９に接合されることが望ましく、その結果、突出部３２５は、取付具本体に適切に接合した膜と干渉しない。

さらに図１５を参照すると、フィルタ２１０は、本発明のバイオリアクタ６５０に使用されてもよい。バイオリアクタ６５０は、バイオリアクタ１５０、２５０、３５０、４５０、および５５０と類似するように企図され、類似の参照符号は類似の構成要素を示し、下記のような変更点を有する。フィルタ１１０に対して上で説明したような、特に培地流体１５１の深さが浅い場合に導管１２０の部分１２０ａによって引き起こされる間隔の問題を取り除くように、フィルタ２１０は、望ましくはポート２１８において導管１２０に接合され、任意選択的に、１つまたは複数のテザー１６８によってバイオリアクタ層１５４に支持される。導管１２０は、膜２１２および２１６と実質的に同一平面で延在するので、フィルタ２１０とバイオリアクタ６５０の下部層１５４との間の隙間を狭くすることができる。突出部３２５は、フィルタ２１０とバイオリアクタ６５０の下部層１５４との間の隙間を確実に最小限にするような大きさと形状にされている。

図１５に示すように、導管１２０は、バイオリアクタ６５０の長手方向の一端、例えば６５０ｂに隣接する位置でバイオリアクタ６５０から出るように、バイオリアクタ６５０の長手方向軸線Ｂ－Ｂに実質的に沿って延在してもよい。導管１２０は下部層１５４をずっと延在し、縁１５５ｂの下方に、または縁１５５ｂに隣接して位置するバイオリアクタポート１８０を通り抜ける。ポート１８０を通る導管１２０の突出部は、操作時にバイオリアクタを傾ける角度にかかわらず、流れが導管１２０を通ることができる角度にするべきである。さらに、本出願の譲渡人に譲渡され、その全体が本書に開示されているかのようにその内容全体が参照によって本明細書に組み入れられる米国仮特許出願第６２／６０８，１１７号に開示されたものなど、他の知られているフィルタ設計は、本発明のテザーとともに使用することができる。フィルタと導管との間に接続される曲管コネクタを必要としないこのようなフィルタは、バイオリアクタに接触して損傷を与える危険性をさらに減らす。

したがって、フィルタ２１０はまた、本発明に対して説明してきたようにバイオリアクタチャンバ１５８の所定の制約された容積１５９内に留まるように設定することができる。フィルタ２１０のメッシュ２１４は、フィルタ１１０のメッシュ１１４に適する設計および構造と同様の設計および構造であるように企図され、また、バイオリアクタ６５０の揺動時に膜２１２および２１６が沈んだままになるように曲がることができるように、ある程度の可撓性を有するように形成されることが望ましい。さらに、突出部３２５は、フィルタ２１０の膜がバイオリアクタ６５０の下部層１５４に完全に載ることを防ぐように、下部層１５４の方へ十分な距離だけ突出する。突出部３２５は、フィルタ２１０の膜と下部層１５４との間で最小限の分離が維持されることを確実にすることが望ましい。本発明は、移送および貯蔵時、ならびにバイオリアクタ６５０の操作時に、万一、揺動中にフィルタ２１０が下部層１５４に接触した場合、突出部３２５が、バイオリアクタ６５０をひっかく、または穴をあける危険性を最小限にするように丸みのある、鈍らな、または鋭くない形状とすることをさらに企図する。

本発明のテザーは、本発明の積層フィルタ１１０を適切に配置するように使用されているようにそれぞれ示されているが、本発明のテザーは、従来技術の単一の膜のフィルタ１０とともに図示し説明したように用いることができることも企図されている。

さらに、本発明は、本発明の所定の制約された容積内にフィルタを保って、廃棄物がフィルタ空洞１１５、２１５から排出される間、両方の膜が濡れているように、導管１２０の剛性と、本発明のバイオリアクタの外側の導管１２０に対する支持構成とを組み合わせることをさらに企図する。

テザーを用いる本発明の各実施形態において、底部層１５４に接合されるテザーへの言及は、特に、バイオリアクタチャンバ１５８に面する層１５４の表面に接合されるテザーのことを言っている。さらに、すべての実施形態では、各バイオリアクタポート１８０は、バイオリアクタ、およびバイオリアクタポート１８０を通って延在する導管の両方に接合されて漏れを防ぎ、したがってバイオリアクタの流体完全性を保つ。

本発明は、本書で説明された実施形態によって限定されるように見るべきではなく、当業者であれば容易に明らかになるように、添付の請求項の範囲内で変わり得る。例えば、代替の実施形態では、フィルタは、２つ、３つ、４つ、またはそれより多くのテザーによってバイオリアクタの内面に取り付けることができる。フィルタは、限定するものではないが、正方形、三角形、または円形を含む任意の適切な形状にすることができる。フィルタはまた、２つ以上のポートを有することができる。フィルタは、バイオリアクタ内を動くことができるが、フィルタがバイオリアクタの内面に接触するほど大きくは動くことができないように、バイオリアクタチャンバ内で様々な空間姿勢でゆるくつながれてもよい。さらに、本発明は、導管１２０がフィルタ１１０からバイオリアクタの上部層１５２または下部層１５４のどちらかの方へ延在するように示したが、本発明は、いずれの場合も、導管１２０はバイオリアクタの上部層１５２か下部層１５４のどちらから出てもよい。同様に、フィルタ２１０から延在する導管１２０は、限定するものではないが、バイオリアクタ１５０、２５０、３５０、４５０、５５０、または６５０に対して説明された位置を含む、バイオリアクタを運用するよう設定されたプロセスに適する位置において、上部層１５２か下部層１５４のどちらかを通ってバイオリアクタを出るように企図される。

さらに、バブリングの発生を軽減するための従来技術の低減技法は、本発明とともに用いることができるが、フィルタ、導管、および任意のテザーの特定の設計および構成を、このような従来技術の技法とは別にバブリングを軽減するように、本発明と矛盾せずに選ぶことができることを本発明はさらに企図する。

本発明の特定の実施形態が図示され説明されてきたが、当業者にとっては、本発明の教示から逸脱することなく変更および修正を行うことができることは明らかであろう。上記説明および添付図面で述べた事柄は、単に例示として提供しており、限定するものとして提供したものではない。本発明の実際の範囲は、従来技術に基づいて適切な観点で見たときに、以下の請求項に規定されるように意図されている。

１０フィルタ
１２膜
１４メッシュ
１５フィルタ空洞
１６フィルム
１８排出ポート
２０導管
１１０フィルタ
１１２膜
１１２ａ細孔
１１３縁
１１４メッシュ
１１４ａ開口
１１５フィルタ空洞
１１６膜
１１６ａ細孔
１１８ポート
１１９開口
１２０導管
１２０ａ導管の部分
１４０プラットフォーム
１４２ベース
１５０バイオリアクタ
１５０ａ長手方向端部
１５０ｂ長手方向端部
１５１培地、培地流体
１５２頂部層、上部層、頂面
１５４底部層、下部層、底面
１５５縁
１５５ａ縁、縁セグメント、縁部
１５５ｂ縁
１５６ロッド
１５８バイオリアクタチャンバ
１５９制約された容積
１６０ポート
１６２灌流ポート、バイオリアクタポート
１６８テザー
１７０第１の端部
１７２端部、第２の端部
１７４テザー本体
１７６通路
１７８通路
１８０バイオリアクタポート、ポート
２１０フィルタ
２１２膜
２１２ａ細孔
２１３周縁、縁
２１４メッシュ
２１５フィルタ空洞
２１６膜
２１６ａ細孔
２１８ポート
２１９取付具本体
２１９ａ面
２１９ｂ面
２２１ａ縁
２２１ｂ縁
２５０バイオリアクタ
２９０取付具通路、通路
２９２ａ取付具面
２９２ｂ取付具面、面
２９４円筒部
３００アダプタ本体
３０２通路
３０４外面
３０６環状へり
３２５突出部
３２５ａ遠位端
３５０バイオリアクタ
４５０バイオリアクタ
５５０バイオリアクタ
６５０バイオリアクタ
６５０ｂ端部

Claims

バイオリアクタチャンバを画定する可撓性バイオリアクタ壁であって、前記可撓性バイオリアクタ壁を貫通するバイオリアクタポートをさらに画定する可撓性バイオリアクタ壁と、
前記バイオリアクタポートにおいて前記可撓性バイオリアクタ壁に固定された開いたバイオリアクタポート取付具と、
前記バイオリアクタチャンバ内に配設されたフィルタであって、
重なっている平面状の第１および第２の多孔性膜であって、これらの膜の間にフィルタ空洞を画定するように外周で互いに結合された、第１および第２の多孔性膜、ならびに
前記フィルタ空洞に配設された実質的に平面状のオープンメッシュを備え、
前記第１および第２の多孔性膜のうちの一方がそれを貫通する開いた開口を画定し、
前記開いた開口において前記フィルタに固定された開いた出口ポート取付具を備えるフィルタと、
前記フィルタ空洞が前記バイオリアクタポートと流体連通するように、前記フィルタの前記出口ポート取付具に取り付けられた第１の部分、および前記バイオリアクタポートに取り付けられた第２の部分を有する細長い中空の導管と
前記フィルタの下方で前記フィルタの下面および前記可撓性バイオリアクタ壁に取り付けられた、両端を有する少なくとも１つの可撓性テザーとを備え、
前記少なくとも１つの可撓性テザーは、前記フィルタが前記バイオリアクタチャンバの所定の制約された容積内を動くことができるように、前記フィルタを前記バイオリアクタチャンバに可撓的につなげる、バイオリアクタ。
前記第１の多孔性膜が前記開いた開口を画定する、請求項１に記載のバイオリアクタ。
前記導管が、前記バイオリアクタポートを通って延在するように前記第１の多孔性膜に固定された、請求項１に記載のバイオリアクタ。
前記導管が、前記バイオリアクタポート取付具を通って、前記バイオリアクタポート取付具との間でシールを形成するように延在する、請求項１に記載のバイオリアクタ。
前記バイオリアクタポートが、前記バイオリアクタの下側に位置する、請求項１に記載のバイオリアクタ。
前記可撓性バイオリアクタ壁は、外周を互いに接合された頂部層および底部層を含み、
前記バイオリアクタポートが、前記頂部層と前記底部層との接合部の下方に位置する、請求項５に記載のバイオリアクタ。
前記導管が、前記バイオリアクタチャンバの所定の制約された容積に前記フィルタの動きを制限することを助ける、請求項１に記載のバイオリアクタ。
前記バイオリアクタチャンバが所与の量の流体をさらに含むとき、前記導管の長さが前記フィルタを沈めた状態に保持するように、前記バイオリアクタポートが前記フィルタの下方に配置された、請求項１に記載のバイオリアクタ。
前記導管の一部分が、前記フィルタの下方で前記可撓性バイオリアクタ壁の一部分に取り付けられ、それによって、前記バイオリアクタチャンバが所与の量の流体をさらに含むとき、前記可撓性バイオリアクタ壁から前記フィルタに延在する前記導管の自由な部分が、前記フィルタを沈めた状態に保持するように前記フィルタのためのテザーとしてさらに動作する、請求項１に記載のバイオリアクタ。
バイオリアクタチャンバを画定する可撓性バイオリアクタ壁であって、前記可撓性バイオリアクタ壁を貫通するバイオリアクタポートをさらに画定する可撓性バイオリアクタ壁と、
前記バイオリアクタポートにおいて前記可撓性バイオリアクタ壁に固定された開いたバイオリアクタポート取付具と、
前記バイオリアクタチャンバ内に配設されたフィルタであって、
重なっている平面状の第１および第２の多孔性膜であって、これらの膜の間にフィルタ空洞を画定するように外周で互いに結合された、第１および第２の多孔性膜、ならびに
前記フィルタ空洞に配設された実質的に平面状のオープンメッシュを備え、
前記第１および第２の多孔性膜のうちの一方がそれを貫通する開いた開口を画定し、
前記開いた開口において前記フィルタに固定された開いた出口ポート取付具を備えるフィルタと、
前記フィルタ空洞が前記バイオリアクタポートと流体連通するように、前記フィルタの前記出口ポート取付具に取り付けられた第１の部分、および前記バイオリアクタポートに取り付けられた第２の部分を有する細長い中空の導管とを備え、
前記可撓性バイオリアクタ壁に取り付けられた第１の端部と反対側の第２の端部とを有する少なくとも１つの細長い可撓性テザーをさらに備え、前記第２の端部は両端間を延在する前記可撓性テザーの本体に取り付けられ、それによって、前記可撓性テザーが、開いた通路を画定し、前記導管は、前記通路を通って延在する、バイオリアクタ。
バイオリアクタチャンバを画定する可撓性バイオリアクタ壁であって、前記可撓性バイオリアクタ壁を貫通するバイオリアクタポートをさらに画定する可撓性バイオリアクタ壁と、
前記バイオリアクタポートにおいて前記可撓性バイオリアクタ壁に固定された開いたバイオリアクタポート取付具と、
前記バイオリアクタチャンバ内に配設されたフィルタであって、
重なっている平面状の第１および第２の多孔性膜であって、これらの膜の間にフィルタ空洞を画定するように外周で互いに結合された、第１および第２の多孔性膜、ならびに
前記フィルタ空洞に配設された実質的に平面状のオープンメッシュを備え、
前記第１および第２の多孔性膜のうちの一方がそれを貫通する開いた開口を画定し、
前記開いた開口において前記フィルタに固定された開いた出口ポート取付具を備えるフィルタと、
前記フィルタ空洞が前記バイオリアクタポートと流体連通するように、前記フィルタの前記出口ポート取付具に取り付けられた第１の部分、および前記バイオリアクタポートに取り付けられた第２の部分を有する細長い中空の導管とを備え、
前記可撓性バイオリアクタ壁に取り付けられた、互いに反対側にある第１および第２の端部を有する少なくとも１つの細長い可撓性テザーをさらに備え、それによって、前記可撓性テザーおよび前記可撓性バイオリアクタ壁が、開いた通路を画定し、前記導管は、前記通路を通って延在する、バイオリアクタ。
前記バイオリアクタの操作中に前記フィルタが前記バイオリアクタチャンバの内面に接触しないように、前記制約された容積が、前記バイオリアクタチャンバの内面から離隔される、請求項７に記載のバイオリアクタ。
前記オープンメッシュが、各多孔性膜と、前記フィルタ空洞から廃棄物を導くための前記導管との間に複数の流路を提供する、請求項１に記載のバイオリアクタ。
前記バイオリアクタチャンバから前記フィルタ空洞を通って前記導管へ廃棄物を引くように、前記導管と選択的に係合するためのポンプをさらに備える、請求項１に記載のバイオリアクタ。
バイオリアクタを操作する方法であって、
請求項１に記載のバイオリアクタを用意するステップと、
バイオリアクタチャンバに液体培地を少なくとも部分的に充填するステップと、
前記バイオリアクタを揺動し、それによって、フィルタが前記バイオリアクタチャンバ内で所定の制約された容積内を動くように、前記フィルタを前記バイオリアクタチャンバに対して動かすステップと
を含む方法。
液体培地に前記フィルタを浮いた状態または少なくとも部分的に沈んだ状態に保ちながら、使用時に前記フィルタが前記バイオリアクタチャンバの内面に接触することができないように、前記制約された容積が、前記バイオリアクタチャンバの内面から離隔される、請求項１５に記載の方法。
前記フィルタを通って前記フィルタ空洞に入り、前記導管を通って前記バイオリアクタを出るように、前記バイオリアクタチャンバからの廃棄物を吸い出すステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
バイオリアクタチャンバを画定する可撓性バイオリアクタ壁であって、前記可撓性バイオリアクタ壁を貫通するバイオリアクタポートをさらに画定する可撓性バイオリアクタ壁と、
前記バイオリアクタポートにおいて前記可撓性バイオリアクタ壁に固定された開いたバイオリアクタポート取付具と、
前記バイオリアクタチャンバ内に配設されたフィルタであって、
重なっている平面状の第１および第２の多孔性膜であって、これらの膜の間にフィルタ空洞を画定するように外周で互いに結合された、第１および第２の多孔性膜、および
前記フィルタに固定された、開いた出口ポート取付具
を備えるフィルタと、
前記フィルタ空洞が前記バイオリアクタポートと流体連通するように、前記フィルタの前記出口ポート取付具に取り付けられた第１の部分、および前記バイオリアクタポートに取り付けられた第２の部分を有する細長い中空の導管と、
少なくとも１つの細長い可撓性テザーであって、前記フィルタが前記バイオリアクタチャンバの所定の制約された容積内を動くことができるように、前記可撓性テザーが前記可撓性バイオリアクタ壁に沿って前記導管を前記可撓性バイオリアクタ壁に可撓的につなぎとめる、少なくとも１つの細長い可撓性テザーと
を備えるバイオリアクタ。
前記少なくとも１つの細長い可撓性テザーが、前記可撓性バイオリアクタ壁に取り付けられた第１の端部と、両端間を延在する前記可撓性テザーの本体に取り付けられた反対側の第２の端部とを含み、それによって、前記可撓性テザーが、開いた通路を画定し、前記導管は、前記通路を通って延在する、請求項１８に記載のバイオリアクタ。
前記少なくとも１つの細長い可撓性テザーが、前記可撓性バイオリアクタ壁に取り付けられた、互いに反対側にある第１および第２の端部を含み、それによって、前記可撓性テザーおよび前記可撓性バイオリアクタ壁が、開いた通路を画定し、前記導管は、前記通路を通って延在する、請求項１８に記載のバイオリアクタ。
バイオリアクタチャンバ内で使用するためのフィルタであって、
外周で互いに結合された第１の部分をそれぞれが含む、重なっている平面状の第１および第２の多孔性膜と、
フィルタ空洞に配設された実質的に平面状のオープンメッシュとを備え、
前記第１および第２の多孔性膜のそれぞれが、間に配置された取付具本体に取り付けられた第２の部分を含み、前記第１および第２の多孔性膜、ならびに前記取付具本体が、それらの間にフィルタ空洞を画定し、前記取付具本体を貫通する開いた開口を画定し、
前記取付具本体によって画定された開いた出口ポートであって、前記フィルタ空洞と流体連通して延在する出口ポートを備え、
前記取付具本体が、前記バイオリアクタチャンバを画定する壁から前記フィルタを確実に一定距離離すように前記取付具本体からぶら下がっている鈍らな突出部をさらに含む、フィルタ。