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公開番号2025041752
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-26
出願番号2024224318,2023544068
出願日2024-12-19,2022-01-20
発明の名称製造ラインのためのモジュール式構成可能バイオリアクタシステム
出願人デカ・プロダクツ・リミテッド・パートナーシップ
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類C12M 1/00 20060101AFI20250318BHJP(生化学;ビール;酒精;ぶどう酒;酢;微生物学;酵素学;突然変異または遺伝子工学)
要約【課題】制御された環境、可能性として、産業生産ラインの一部における組織成長に関連するプロセスを繰り返し可能に実施するための構成可能システムの提供。
【解決手段】システム(107)は、種々のサイズおよび形状の培養容器(503)に適応することができ、培養容器内で所望の温度に細胞を維持し、したがって、一貫した再現可能な結果を生産し得るプラグアンドプレイシステムを可能にすることができる。本システムは、ガス管理、流体管理、および複数のプロセスの制御(111)を同時に含み、組織関連プロセスを可能にし得る様々な支援技術と自動的に動作可能に結合されることができる。本システムは、製造ライン上の上流および下流の支援技術と通信し、完全に自動化されたプロセス制御、一元化されたデータ履歴化、および一元化された制御を可能にすることができる。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
本明細書に記載の発明。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、構成可能システムに関し、具体的には、構成可能製造システムに関する。構成可能製造システムでは、構想は、プラグアンドプレイコンポーネントが、システムの段取り替えを殆どまたは全く伴わずにシステムに追加され、それから除去されることを可能にし、かつ上流および下流機器および技術への堅牢な通信を可能にすることである。プラグアンドプレイは、その占有面積、特性、および熱要件がコンポーネントタイプ毎に異なる、入替可能なコンポーネントの動作可能な結合に適応する、産業システムに関する特別な関心事である。現在のシステムは、製造ラインの他のコンポーネントとの上流および下流通信を可能にすることによって改良されることができる。組織処理のための製造ラインのコンポーネントの実施例は、限定ではないが、細胞融解システム、バイオリアクタシステム、および組織維持システムを含むことができる。製造ラインに沿ったコンポーネント間の標準的プロセスおよび通信は、所望の出力に応じて、コンポーネントの追加および除去を可能にする。したがって、本教示の製造ラインは、同時に、順次、またはレシピによって決定される、動的に決定される、および／またはユーザ選択される順序で動作する、本明細書に列挙されるものおよびその他を含む、様々なコンポーネントを想定する。
続きを表示（約 8,400 文字）【背景技術】
【０００２】
製造ラインのバイオリアクタシステムを考慮するとき、結果は、例えば、自動的培地切換、滅菌、脱細胞化灌流プロセス、統合された電気的および機械的刺激、および多用途バイオリアクタ部品を提供することによって改良され得る。改良のための他の可能性も、存在する。本教示のシステムを含む、組織処理のための製造ラインに関する使用の実施例は、限定ではないが、細胞増殖、脱細胞化、内皮細胞の灌流、再細胞化、および再細胞化組織の成熟を含む。本リストは、本開示または本教示のシステムの使用をいかようにも限定しない。
【０００３】
細胞増殖は、組織または疾患に関する療法を生成するための細胞の意図的な成長である。ヒト間葉系間質細胞（ｈＭＳＣ）（成体幹細胞）およびヒト誘導多能性幹細胞（ｈｉＰＣＳ）（ヒト多能性幹細胞（ｈＰＣＳ）の体細胞を再プログラミングすることによって取得される）の細胞増殖プロセスにおいて効果的に使用され得る細胞である。これらの細胞タイプは、自己再生し、それらの効能に応じて、具体的細胞タイプに分化することができる。バイオリアクタ（培養容器）が、特に、それらが、３Ｄの攪拌されたスケーラブルな均質化された環境を提供することができるため、細胞増殖を可能にするために使用されることができる。製造ラインにおいて見出され得るバイオリアクタのタイプは、使い捨てまたは耐久性コンポーネントまたは組み合わせを有する、掻混タンク、固定床、中空繊維、回転細胞、回転床、および揺動運動バイオリアクタを含むことができる。センサが、温度、酸／塩基レベル、通気、攪拌速度、および培養培地流率の動作範囲を確立するために、バイオリアクタおよびコントローラと関連付けられることができる。製造ライン上の細胞増殖における再現性を可能にするために必要とされるものは、バイオリアクタシステムの一貫した内部制御と、他の製造ラインコンポーネントとのバイオリアクタシステムのステータスおよび他の特性の通信とである。
【０００４】
脱細胞化は、細胞外マトリクス（ＥＣＭ）足場からの生体組織の除去をもたらす一方、ＥＣＭの構造において細胞保全および恒常性の手がかりを留保する。足場は、物理的または化学的に脱細胞化されることができる。脱細胞化において使用される化学物質は、リン脂質細胞膜を擾乱することによって細胞を溶解する、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）のような界面活性剤、細胞膜を可溶化する、過酢酸のような酸および水酸化ナトリウムのような塩基を含む。物理的脱細胞化は、凍結／融解、高静水圧、および超臨界二酸化炭素等の方法を含むことができる。全ての脱細胞化プロセスは、洗浄プロセスを伴う。脱細胞化が成功したかどうかを決定するために、脱細胞化後にそのままであるＥＣＭの側面が、検査され、例えば、細胞が除去され、遺伝子材料が排除され、マトリクス中のタンパク質が保全され、任意の機械的性質が留保されているかどうかを決定することができる。より具体的には、いくつかのシステムでは、脱細胞化後のＥＣＭは、事前選択された断片長の二重鎖ＤＮＡの事前選択された閾値に到達してはならず、いかなる可視の核物質も有してはならない。弾性率および引張強度を含む、機械的性質が、ある事前選択された基準を満たすために要求され得る。脱細胞化方法の成功は、組織の免疫原性、具体的には、遺伝子材料および抗原の低減によって決定されることができる。免疫原性の不十分な低減は、組織の生体内拒絶につながり得る。必要とされるものは、所望の脱細胞化結果に到達するための内部制御を含み、脱細胞化のステータスおよび他の特性を製造ラインの他のコンポーネントに提供する、堅牢な通信システムを含む、バイオリアクタシステムである。
【０００５】
再細胞化では、足場は、器官を形成するために細胞を播種される。完全な器官再生は、実質、脈管、および支持構成要素が細胞を播種することに先立って再確立されなければならないことを要求する。多くのタイプの細胞が、器官再生のために考慮されている。例えば、適正な数まで増殖される骨髄または脂肪組織からの間葉系幹細胞は、種々の細胞タイプに分化することができ、足場が、間葉系幹細胞分化を助長するために見出されている。誘導多能性幹細胞は、再細胞化のための細胞源を提供するために、患者由来細胞の使用を促進することができる。線維芽細胞等の支持細胞は、あるタイプの細胞機能を強化し、したがって、再細胞化を強化することができる。成功する播種ルートは、器官依存的であり得る。例えば、腎臓足場は、尿管または腎動脈を通して再播種されることができ、腎動脈ルートは、いくつかの研究では、尿管ルートよりも高い細胞分布および留保をもたらすことが示されている。再細胞化は、温度、ガス、ｐＨ、および圧力のような特性を管理する、バイオリアクタ制御システムを要求する。成功した再細胞化は、組織または器官全体を形成するために、要求される数の特定のタイプの細胞をもたらす。必要とされるものは、所望の再細胞化結果に到達するための内部制御を含み、再細胞化のステータスおよび他の特性を製造ラインの他のコンポーネントに提供する、堅牢な通信システムを含む、バイオリアクタシステムである。
【０００６】
栄養素を供給し、廃棄物を除去し、培養容器内の温度およびヘッドスペースガス混合を制御することによって、哺乳類細胞の成長を繰り返し可能に制御するように設計されるシステムでは、モジュール式設計が、細胞成長を可能にするために要求されるシステムの非同時性の技術進歩を利用するために、有益であり得る。さらに、そのようなシステムは、複数の細胞培養容器ステーションを同時に動作させることによって、さらなる効率を提供することができる。主な技術格差は、小さい組織を伴う自家および同種プロセスのために必要とされる容器の相対的サイズに関連する問題に関係する。増殖プロセスを監視および制御するための能力を犠牲にすることなく、種々の量の細胞を生産することが可能な容器の必要性が、存在する。ある商業的バイオリアクタシステムを効率的に使用することは、現在のセンサを網羅するために大きい最小体積を要求する。種々の体積の細胞を採取することはまた、増殖容器の底部に存在する死容積に起因して、困難になり、これは、種々のタイプの培養容器において数十～数百ミリリットルに及び得る。より小さい作業体積のために設計される新しい使い捨て容器およびセンサが、自家および同種組織工学構成物の生産を効率的に自動化する目標を実現するために必要である。同様に、例えば、１００リットルと同程度に大きい、またはそれよりも大きい、より大きい容器にスケールアップすることが、必要とされる。さらに必要とされるものは、使い捨ておよび耐久性コンポーネントの両方を含み得る、システムである。培地を供給し、培地を再循環させ、廃棄物を処分し、細胞を播種し、１つの製造ラインコンポーネントから次のものに流体および細胞を移動させるための管類、および培地リザーバ、および単回使用センサ等の使い捨てコンポーネントが、必要とされ得る。耐久性コンポーネントは、例えば、システムシャーシ、ユーザインターフェース、培地冷蔵器、廃棄物封じ込めシステム、ガス管理システム、空気圧制御ブロック、および製造ライン上の他のコンポーネントまたはサブコンポーネントを含むことができる。耐久性または使い捨てであり得るコンポーネントは、限定ではないが、増殖および成熟バイオリアクタを含む。
【０００７】
別の技術格差は、ポンプおよび弁の使用の周囲の問題に関係する。現在のシステムでは、ポンプおよび弁は、固定数において配設され、システムの柔軟性を限定し、より多いまたはより少ないポンプおよび弁が、特定の用途のために要求される場合、異なるシステムの購入を要求する。なおも別の技術格差は、柔軟に構成されるシステムの制御を伴う。例えば、同時に動作する複数のバイオリアクタを伴うシステムでは、現在のシステムは、各バイオリアクタが、同一の動作を実施している、例えば、細胞を成長させていると仮定する。これらのシステムにおける監視は、細胞が異なる率において成長し得ることを示すが、同一の基本的制御機能が、そのような並列動作のために要求される。必要とされるものは、各バイオリアクタが、同時に動作しながら、別個に制御され得るシステムである。そのようなシステムは、複雑な器官を工学設計し、結果を製造ライン上の他のコンポーネントに提供するために、細胞および足場の同時調製を可能にすることができる。例えば、複数のバイオリアクタを伴うシステムは、同時に、足場を脱細胞化させ、足場を再細胞化させるために複数のタイプの細胞を調製することができる。各バイオリアクタおよびその関連付けられるポンプおよび弁は、バイオリアクタの内容物を伴う状況の監視によって誘導される、カスタム制御フローおよびカスタムガス流動を受けることができる。バイオリアクタ毎に、種々の異なるポンプ、弁、およびセンサが、本実施例では、組織成長および足場調製を同時に達成するためにアクティブ化されることができる。
【０００８】
ＹａｎｔａｉＨａｉｓｈａｎｇｃｈｕａｎｑｉＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，ＬＴＤ．に譲渡され、２００９年４月９日に付与され、２０１４年９月１９日に満了する実用新案（Ｎｉｎｇ）である、ＺｏｏＮｉｎｇの産業規模光学バイオリアクタ第ＣＮ２０１０４５１３９Ｙ号等の現在のシステムは、大規模産業生産に適応するための単純なガラスから構築されたバイオリアクタを説明している。Ｗａｎｇｅｔａｌ．「ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＮｏｖｅｌＢｉｏｒｅａｃｔｏｒＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｓＢａｓｅｄｏｎＳｍａｒｔＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓ」ＦｒｏｎｔｉｅｒｓｉｎＢｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，８：７，ｄｏｉ：１０．３３８９／ｆｂｉｏｅ．２０２０．００００７（２０２０年２月４日）（Ｗａｎｇ）は、デバイスのセットおよび統御ソフトウェアが階層ツリー内に配列され、ツリー内のリンクがコンピュータネットワークによって実装される、ネットワーク化制御システムの形態である、階層構造制御システムを含む、バイオリアクタ制御技術における最新の傾向を説明している。Ｗａｎｇは、バイオリアクタにおけるプロセス制御のための簡潔な解決策として、並列分散スマートセンサおよびアクチュエータに基づく、バイオリアクタのためのフラット編成制御システムの改良を説明している。ＳａｒｔｏｒｉｕｓＡＭＢＲ（登録商標）１５ＣｅｌｌＣｕｌｔｕｒｅＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ２等の実験室構成は、プロセスの開始時およびその間の両方でオペレータによって変更されることができる。システムは、全て生物学的安全キャビネット内に配設される、単回使用容器と、自動化ワークステーションとを含む。複数のバイオリアクタ培養が、並行して監視される。システムは、培地、飼料、および試薬を容器に提供し得、インラインまたはオフラインサンプリングを促進する、自動化液体ハンドラを含む。ＥｐｐｅｎｄｏｒｆのＤＡＳＧＩＰ（登録商標）並列バイオリアクタシステム等の他のデバイスは、高度なバイオプロセス制御および自動化を可能にする。システムは、微生物、光栄養、哺乳類、およびヒト細胞、および幹細胞用途の要件に適応するために、パラメータの精密な制御、ユーザ定義プロファイル、自動化特徴、および構成可能な解決策を提供する。システムは、複数の耐久性または使い捨てバイオリアクタを並行して制御し、所望の温度プロファイルを維持し、攪拌、ｐＨ、およびＤＯ、および空気、Ｎ
２
、Ｏ
２
、およびＣＯ
２
のＴＭＦＣガス混合を制御することができる。
【０００９】
必要とされるが、しかしながら、現在提供されていないものは、閉鎖系バイオリアクタにおいて少なくとも１つの統合されたプログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）を伴う産業制御システムである。そのようなシステムは、バイオリアクタＰＬＣと製造ラインに沿った他のコントローラとの間の通信を可能にし得る。必要とされるものは、統合されたセンサを有するシステム、すなわち、容器サイズおよび形状における変化に適応し、バイオリアクタの数よりも少ない数のＭＦＣを可能にするシステムである。必要とされるものは、バイオリアクタ足場の片側上で１つのタイプの細胞を成長させ、別の側上で別のタイプを成長させ、２つのタイプの細胞を組み合わせるための能力に適応し得る、システムである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本教示のシステムは、本明細書に概説される技術格差を克服する。本教示のシステムは、種々のサイズの細胞培養容器および小さい組織を伴うプロセスに適応することによって、自家および同種組織の生産を効率的に自動化する。本教示の容器は、増殖プロセスを監視および制御するための能力を犠牲にすることなく、種々の量の細胞を生産することができる。容器は、種々の器官タイプの管類必要性に適応し得る、ヘッドプレートを含む。本教示の容器は、細胞の体積がセンサを網羅するように、センサ配置に適応するように構成される。容器は、種々の体積の細胞を採取することを可能にするために、使い捨てであり、したがって、容器の底部における死容積細胞を低減させることができる。容器はまた、耐久性であり得る。容器は、少量の細胞に適応するために、例えば、限定ではないが、０．１～３ｌまでスケールダウンされる、またはより大きい容器まで、例えば、最大１，０００ｌまでスケールアップされることができる。本システムはまた、特定の用途に基づいて配分され得る、可変数のポンプおよび弁に適応することができる。本システムは、可変数の弁およびポンプ、可変数およびサイズの容器、および所望のプロセスと関連付けられる流体およびガスを制御するように構成される、少なくとも１つのコントローラを含む。容器が、異なるタイプの細胞、組織、および／または足場を用いて構成されることができるため、コントローラは、並行して容器内で実行される種々のプロセスを制御するように構成される。本システムは、それらが同時に動作する間、各培養容器ステーションを別個に制御するように構成される。例えば、複数の培養容器ステーションを伴うシステムは、同時に、足場を脱細胞化させ、また、足場を再細胞化させるために複数のタイプの細胞を調製することができる。各培養容器およびその関連付けられるポンプ、弁、およびガスシステムは、培養容器の内容物の監視によって誘導される、カスタム制御フローを受けることができる。培養容器毎に、種々のポンプ、弁、およびセンサが、例えば、組織成長および足場調製を同時に達成するためにアクティブ化されることができる。本教示のシステムは、流動フィードバックおよび監視とともに、圧力制御循環流動を含む。流路は、本システムが動作するにつれて、変更されることができる。本教示のシステムの別の特徴は、各培養容器が、その中でガスを受容するための時間窓を与えられるため、培養容器の数よりも少ない数の質量流動コントローラ（ＭＦＣ）を可能にするように構成される、ガス制御システムである。本特徴は、ＭＦＣと培養容器との間の１対１対応を有するシステムよりも、ガス消費の低減、通気されるより少ないガス、およびより少ない無駄なガスを可能にする。また別の特徴は、本システムが、培養容器足場の片側上で１つのタイプの細胞を成長させ、別の側上で別のタイプを成長させることに適応し得、２つのタイプの細胞を組み合わせ得ることである。本教示のシステムに関する使用は、限定ではないが、細胞培養、培地調整（すなわち、培地の温度を所望の値に調節し、培地のｐＨおよびＤＯレベルを設定すること）、足場を脱細胞化および再細胞化させること、血液、血液成分、遺伝子療法のためのウイルス、組換えタンパク質、医薬品、ワクチン、アレルゲン、遺伝子、抗体、発酵、合剤、化粧品、および食料を発生させること、および未加工材料を有用な副産物に変換することを含むことができる。他の用途も、本教示によって想定される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
製造ラインの一部として少なくとも１つのタイプの組織関連プロセスを繰り返し可能に実施するためのシステムであって、前記システムは、
少なくとも１つの培養容器ステーションであって、前記少なくとも１つの培養容器ステーションは、少なくとも１つの可変サイズの培養容器と、流体取扱システムと、培養容器制御システムとを含み、前記少なくとも１つの培養容器ステーションは、前記少なくとも１つのタイプの組織関連プロセスを実施することに適応するように構成される、少なくとも１つの培養容器ステーションと、
少なくとも１つのタイプのガスを前記少なくとも１つの培養容器ステーションに提供するように構成されるガス管理システムと、
少なくとも１つのコントローラであって、前記少なくとも１つのコントローラは、前記少なくとも１つのタイプの組織関連プロセスを実施するために、前記ガス管理システムおよび前記少なくとも１つの培養容器ステーションを制御するように構成され、前記少なくとも１つのコントローラは、標準的産業通信プロトコルを使用して、前記製造ライン上のコンポーネントと通信するように構成される、少なくとも１つのコントローラと
を備える、システム。
（項目２）
前記少なくとも１つの可変サイズの培養容器は、使い捨てコンポーネントを備える、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記少なくとも１つの可変サイズの培養容器は、耐久性コンポーネントを備える、項目１に記載のシステム。
（項目４）
前記少なくとも１つの可変サイズの培養容器は、
前記少なくとも１つの可変サイズの培養容器の少なくともある区分を囲繞する容器スリーブであって、前記容器スリーブは、熱エネルギーを前記少なくとも１つの可変サイズの培養容器に伝達するように構成される、容器スリーブと、
前記容器スリーブと動作可能に結合される熱スリーブであって、前記熱スリーブは、前記容器スリーブに進入する熱エネルギーの量を制御する、熱スリーブと、
前記熱スリーブ内の前記少なくとも１つの可変サイズの培養容器を安定化させる容器クランプと
を備える、項目１に記載のシステム。
（項目５）
前記流体取扱システムは、前記少なくとも１つの可変サイズの培養容器を通して流体を移動させるように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目６）
前記容器スリーブに進入する前記熱エネルギーの量を制御するセンサ制御システムをさらに備える、項目４に記載のシステム。
（項目７）
前記ガス管理システムは、前記少なくとも１つの可変サイズの培養容器に進入するガスのタイプおよび量を制御するように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目８）
前記容器クランプは、
伸縮デバイスであって、前記伸縮デバイスは、前記少なくとも１つの可変サイズの培養容器の高さに適応する、伸縮デバイス
を備える、項目４に記載のシステム。
（項目９）
前記容器スリーブと前記容器スリーブを囲繞する環境との間の断熱層をさらに備える、項目４に記載のシステム。
（項目１０）
前記熱スリーブが少なくとも１つの事前選択された閾値温度に到達するときを感知する電気遮断装置であって、前記電気遮断装置は、前記容器スリーブへのさらなる熱エネルギーの追加を無効にするように構成される、電気遮断装置
をさらに備える、項目４に記載のシステム。
（項目１１）
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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