[發明專利]生物反應器平臺的腔室

無效

• 申請號: 200980130816.3
• 申請日: 2009-06-18
• 公開（公告）號: CN102112593A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 雅各布·莫倫巴赫·拉森;烏爾里奇·克魯內
• 申請（專利權）人: 智能生物系統公司
• 主分類號: C12M1/22
• 分類號: C12M1/22;C12M1/34
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 康泉;宋志強

技術領域

本發明涉及一種中等尺寸的生物反應器，包括用于生物細胞的腔室、流入流的通道和流出流的通道、以及水不混溶性流體層作為所述腔室上的封閉物，其中所述通道分別與液體儲存器和廢物容器相流體連通。本發明還涉及改變所述腔室中內容物與周圍環境的相互作用的方法，和培養生物細胞的方法。所述中等尺寸生物反應器適用于培養生物細胞；尤其適用于培養哺乳動物細胞，例如胚胎或干細胞。該中等尺寸生物反應器更特別適用于體外受精操作。

背景技術

目前在用于胚胎培養的體外受精(IVF)中所用的方法依賴靜態條件下胚胎在培養皿中的培養。這樣的方法是勞動密集的，因為更換生長培養基需要大量的人工操作。人工操作總會有引入污染的風險，而且靜態條件與體內條件的相似性不高，其難以滿足胚胎不斷改變的需求。與當前體外靜止條件相比，體內胚胎處于不斷改變的環境，而且一個發育階段中胚胎的需求可能與另一個發育階段中胚胎的需求有很大不同。一個發育階段的體內條件甚至可能對后面發育階段的胚胎有害。

基于培養皿的系統的靜態條件可以使用開放的生長腔室，其可以用移液管等直接進入。對于IVF過程，開放的系統是方便的，因為這樣的系統既可以替換緩沖液，而且重要的是，容易在培養之后移出胚胎。為了最小化污染的風險和防止從生長腔室的揮發，一般腔室中的水性培養基上有水不混溶液體的頂層，例如石蠟油，作為“蓋子”或“封閉物”。

基于靜止的培養皿培養系統的一些缺點可以通過下述而避免：在能夠向胚胎灌注適合其發育階段的生長培養基的培養系統中培養胚胎。這種系統應該有與胚胎尺寸相匹配的適當尺寸并且更近似于體內條件。此外，以小規模進行運作是重要的，以最小化此類哺乳動物細胞通常所需的昂貴的生長培養基的消耗。

現在許多所謂的微流體裝置已經被描述用于進行各種類型的分析或用于培養細胞。這些裝置常常用各種原理制造，這些原理通常受到二十世紀七十年代基于硅的微電子學技術的發展的啟發。微流體應用的實例為DNA分析，涉及的原理如用于例如檢測單核苷酸多態性的聚合酶鏈反應或使用例如毛細管電泳法的蛋白質分析。

然而，‘真正的’微流體裝置(例如具有約100μm或更小級別直徑的流體通道)確實具有許多缺點，其中一些缺點對于為灌注型操作設計的細胞培養裝置特別明顯。正如從Hagen-Poiseuille(哈根-泊肅葉)方程(見下文)可見，在有液流的例如100μm通道中壓力降變得很大，對于意在此規模運行的泵提出了高要求，因為這樣的泵必須能對抗相當大的反壓精確地泵出很小的體積。由于這個原因，在此規模經常使用所謂的電滲流產生液流，其在鹽水溶液中通過暴露于巨大的電位下生成液流。但是這樣的電滲流不適于涉及活(哺乳動物)細胞的系統。

微流體中遇到的另一個問題是關于“與外界的聯接”的問題。生物學實驗室中所用的大部分設備，如泵和分析設備，比微流體設備大得多以至于兩個級別的集成變得問題重重。如250μm直徑(容易得到的)這樣小的管與芯片的聯接點對于實驗室工作人員而言難以操作，而且可能迅速引入幾倍于微流體系統體積大小的死體積。這個問題對于灌注型細胞培養裝置尤其重要，其中操作復雜性和流體在聯接至微流體系統的管中的長滯留時間增加了逆流污染的風險。在培養哺乳動物胚胎的情況下，培養時間可能達五天或更長。

對于以小規模工作的生物反應器系統，當然能夠根據預設的事件序列在不同的生長培養基和條件之間切換。但是，為了更充分地優化生物反應器中細胞的生長條件，生物反應器可裝備適當的可與電腦通信或類似的能夠發送命令到生物反應器的執行元件的傳感器。這樣可生成反饋系統以對環境的變化做出反應，例如用于維持恒定的環境條件。

在文獻中已經記載了許多生化或生物微流體設備。總的來說，這樣的設備目的是利用小規模存在的快速擴散速率從樣品得到數據，以便從即使是非常小的樣本體積來快速得到數據。諸如DNA或RNA等核酸的分析是特別有利的，因為核酸的穩定性質使含有核苷酸的液體可以用電滲流操作。但是，也已經記載了微量發酵罐，當暴露于多種實驗條件時，其中可生長并觀察或者分析到微生物細胞，例如細菌。參見例如WO2005/123258或WO2007/044699。這樣的系統所提供的一個典型優點是僅僅需要非常小體積的樣品液體，可能是包含昂貴的測試化合物的樣品液體，來誘導和研究對細胞的影響。