[發明專利]可放大的細胞培養裝置

有效

• 申請號: 201010165728.1
• 申請日: 2010-04-16
• 公開（公告）號: CN101864361A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 王昱麒;張景明;何昇龍
• 申請（專利權）人: 賽宇細胞科技股份有限公司
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/36;C12M1/26;C12M1/00;C12N1/00;C12N5/07
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陳靜

本發明請求于2009年4月16日提交的美國臨時專利61/202,901，名稱為“Scalable?fixed-bed?culture?device”的優先權，并將其及此處所引用文件，或引用文件所引用文件以參考文件方式納入。

技術領域

本發明是關于一種可放大的填充床細胞培養裝置，特別是一種可放大的填充床細胞培養裝置、接種方法及細胞培養方法。

背景技術

培養細菌、酵母菌及霉菌的大規模細胞培養制程已經廣泛發展且行之有年，而上述物種因為都具有強韌的細胞壁及/或細胞外材質，因此具有較佳的彈性。這些彈性的微生物結構的正是這些微生物可快速進行高效細胞培養制程的重要因素。舉例而言，細菌細胞可生長于利用激烈攪拌、培養翻動及打氣技術的超大容積培養液中，以在生長期間達到良好的通氣效果同時可維持培養細胞的生命力。相反地，由于真核細胞、動物細胞、哺乳類動物細胞及/或組織相較于微生物細胞為更加地細致及脆弱，因此培養這些細胞所需的技術往往更加困難。在一般生物反應器中微生物培養所需的激烈曝氣及攪拌所造成的巨大剪力(shear?force)很容易讓這些細胞受損。

細胞培養系統的一般使用范例之一為滾瓶(roller?bottle)。每個滾瓶可提供850-3000cm²的細胞培養面積。因此，在工廠之中需要同時處理數以千計的滾瓶，因此需要許多的勞力。自動化的滾瓶細胞培養細胞可以節省勞動，但是相當昂貴。

另一種細胞培養系統為攪拌槽(stir?tank)。攪拌槽之中具有微型載體(microcarrier)，以便讓細胞在其上生長。然而，在此范例之中，攪拌培養液以及對細胞通氣顯然仍會影響細胞生長。再者，當需要加大攪拌槽的容積時，需要改變操作條件。而改變操作條件會大大地延緩產品開發。

另一種細胞培養系統為中空纖維(hollow?fiber)，其細胞密度可達到10⁸/ml。然而，在此范例之中，培養細胞的反應器為推流式(plug-flow?type)。當細胞密度達到預定程度，反應器后端的細胞無法得到足夠的養份，因而造成生長被抑制。為避免這種情形，反應器通常不會造得太大，而這就是中空纖維反應器的主要缺點。

填充床(Packed-bed)生物反應器包含可提供細胞生長及保護細胞避免剪力的多孔性基材(porous?matrix)。由于多孔性基材具有大量的表面積，因此相較于其它系統可達到較高的細胞密度。通常每一毫升的基材可輕易地達到5～10×10⁷的細胞密度。然而，大部分的填充床生物反應器為沿著填充床進行單向的循環流，因而形成所謂的推流式模式。由于推流式模式的緣故，養分和氧氣都會隨著流動路徑而減少，因此形成梯度(gradient)，并因此限制系統放大的能力。人們稱此現象為「梯度效應(gradient?effect)」。梯度效應在所有的推流式設計的裝置(例如中空纖維生物反應器及填充床生物反應器)都會發生，因此造成這些系統在制程規模放大方面的限制。

此外，沿著填充床截面流動的模式會造成不均勻的現象。培養液在流經較低填充密度而具有較高滲透性的區域的時候流動較快且較平順，而在流經較高填充密度而具有較低滲透性的區域的時候流動較慢或是停止流動。此稱為隧道效應(channeling?effect)。隧道效應會阻礙細胞生長，并且造成在具有較高填充密度的區域之處的細胞死亡。

現有的接種方法為：將基材槽以培養液浸沒，接著將具有高密度接種物的接種液注入基材槽之中。一驅動裝置驅動接種物以單向流過填充床。由于填充床的作用為深度過濾器(depth?filter)，接種物從填充床的頂部到底部被捉住，因此在接種的早期會造成填充床內細胞的梯度分布(gradient?distribution)。減輕這些問題的可能方式為藉由增加培養液的流動速率，以減少細胞的梯度效率及不均勻分布。然而，較高的流動速率會對細胞造成剪力，并且沿著填充床垂直深度所逐漸增加的壓力也會限制流速。

由于梯度效應、隧道效率及細胞在接種時期的不均勻分布，因此填充床生物反應器的大小相當受限。一般而言，填充床類型的生物反應器的大小限制在10到30公升之內。