RU2795881C2

RU2795881C2 - Perfusion bioreactor with filtration systems

Info

Publication number: RU2795881C2
Application number: RU2020139625A
Authority: RU
Inventors: Цзюи ЛУ; Джейсон УОЛТЕР; Джонатан ВАН; Кевин Виктор ЧЭНЬ
Original assignee: Джензим Корпорейшн
Priority date: 2018-05-04
Filing date: 2019-05-03
Publication date: 2023-05-12

Abstract

FIELD: perfusion devices.

SUBSTANCE: group of inventions relates to a perfusion device for culturing cells and to a method for culturing cells. The perfusion device comprises: a bioreactor vessel, a first filtration unit, a second filtration unit configured to operate in parallel with the first filtration unit, and a control device. The first filtration unit contains: the first filtration system; a collection pump connected in series with the first filtration system; and a sensor. The second filtration unit comprises: a second filtration system and a second collection pump connected in series with the second filtration system. The control device receives information from the sensor about the operable state of the first filtration system and, in response to determining that the first filtration system is in an inoperative state, initiates the cessation of pumping by the first pump to collect liquid nutrient medium through the first filtration system.

EFFECT: implementation of the group of inventions makes it possible to prevent problems arising from ATF filter failures in traditional perfusion bioreactors, thereby increasing the long-term viability of cell cultures.

27 cl, 5 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Настоящее изобретение в целом относится к перфузионному устройству для культивирования клеток и к способу культивирования клеток.The present invention generally relates to a cell culture perfusion device and a cell culture method.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

Культивирование клеток in vitro представляет собой сложный процесс, в котором клетки выращивают в контролируемых условиях вне их естественной окружающей среды. Условия культивирования могут варьироваться для каждого типа клеток, и их необходимо точно контролировать для обеспечения правильного фенотипа клеток и/или экспрессии требуемого продукта. In vitro cell culture is a complex process in which cells are grown under controlled conditions outside their natural environment. Culture conditions may vary for each cell type and must be precisely controlled to ensure the correct cell phenotype and/or expression of the desired product.

Биореакторы обеспечивают контролируемые условия для роста и поддержки клеток в соответствии с их требованиями к температуре, pH, питанию, газу и другими потребностями. Для культивирования клеток в течение длительного промежутка времени клетки необходимо непрерывно снабжать свежей питательной средой, а истощенную питательную среду необходимо удалять с приблизительно такой же скоростью. Для увеличения продуктивной продолжительности культивирования клеток в биореакторе были разработаны перфузионные биореакторы, непрерывно подпитывающие клетки свежей питательной средой и собирающие требуемый продукт, в то же время удерживая клетки в биореакторе. Такие биореакторы обеспечили возможность выращивания клеток при более высоких концентрациях и их поддержку в течение более длительных промежутков времени относительно биореакторов без активных перфузионных систем.Bioreactors provide controlled conditions for the growth and maintenance of cells in accordance with their requirements for temperature, pH, nutrition, gas and other needs. For culturing cells for a long period of time, cells must be continuously supplied with fresh nutrient medium, and depleted nutrient medium must be removed at approximately the same rate. To increase the productive duration of cell culture in the bioreactor, perfusion bioreactors have been developed that continuously feed the cells with fresh nutrient medium and collect the required product, while keeping the cells in the bioreactor. Such bioreactors have made it possible to grow cells at higher concentrations and maintain them for longer periods of time relative to bioreactors without active perfusion systems.

На фиг. 1 показана схема обычного современного перфузионного биореактора 100, известного специалистам в данной области техники. Перфузионный биореактор содержит сосуд 110 биореактора, фильтр 120 с переменным тангенциальным потоком (ATF), насос 130 для сбора и операцию 160 непрерывного захвата. Перфузионный биореактор 100 можно эксплуатировать путем (i) прикрепления фильтрующего устройства 120 ATF к сосуду 110 биореактора; (ii) наполнения сосуда 110 биореактора свежей питательной средой; (iii) посева клеток в сосуд 110 биореактора; и (iv) перфузии свежей питательной среды в сосуд 110 биореактора и удаления истощенной питательной среды через насос 130 для сбора, последовательно соединенный с фильтром 120 ATF.In FIG. 1 is a diagram of a conventional modern perfusion bioreactor 100 known to those skilled in the art. The perfusion bioreactor comprises a bioreactor vessel 110, a variable tangential flow (ATF) filter 120, a collection pump 130, and a continuous capture operation 160. The perfusion bioreactor 100 can be operated by (i) attaching an ATF filter device 120 to the bioreactor vessel 110; (ii) filling the bioreactor vessel 110 with fresh nutrient medium; (iii) seeding the cells in the vessel 110 of the bioreactor; and (iv) perfusing fresh culture medium into the bioreactor vessel 110 and removing the depleted culture medium through a collection pump 130 connected in series with the ATF filter 120.

В этих условиях клетки можно культивировать и поддерживать в течение длительного промежутка времени. Непрерывно добавляемая питательная среда предоставляет клеткам питательные вещества, необходимые для их роста, а удаляемая истощенная питательная среда позволяет удалять из системы продукты жизнедеятельности клеток и побочные продукты с целью предотвращения достижения ими вредоносных уровней. Фильтр ATF позволяет удалять из биореактора истощенную питательную среду, в то же время удерживая клетки в биореакторе. Для повышения эффективности и устойчивости обычно также контролируют и другие параметры культивирования клеток, в том числе температуру, количество растворенного кислорода, pH, pCO₂ и плотность клеток.Under these conditions, cells can be cultured and maintained for a long period of time. The continuously added nutrient medium provides the cells with the nutrients they need to grow, while the depleted nutrient medium that is removed allows cellular waste products and by-products to be removed from the system to prevent them from reaching harmful levels. The ATF filter allows depleted nutrient media to be removed from the bioreactor while retaining the cells in the bioreactor. Other cell culture parameters are usually also controlled to increase efficiency and stability, including temperature, dissolved oxygen, pH, pCO ₂ and cell density.

Как показано на фиг. 1, в перфузионный биореактор 100 может быть добавлена непрерывно действующая операция 160 захвата. В этом сценарии истощенная питательная среда, удаляемая из сосуда 110 биореактора и содержащая представляющий интерес продукт, непрерывно подается в операцию 160 непрерывного захвата, где она некоторым образом обрабатывается и очищается.As shown in FIG. 1, a continuous capture operation 160 may be added to the perfusion bioreactor 100. In this scenario, the depleted growth medium removed from the bioreactor vessel 110 and containing the product of interest is continuously fed into the continuous capture operation 160 where it is processed and purified in some way.

Стандартный перфузионный биореактор, такой как биореактор, показанный на фиг. 1, может быть предназначен для эксплуатации в течение длительных промежутков времени (30-60 дней, если не более). Однако ограничивающей может оказаться устойчивость оборудования. В частности, может отказывать фильтр ATF, приводя к сбою или расстройству процесса. В некоторых случаях фильтр ATF может испытывать катастрофический отказ, и, таким образом, позволять клеткам проходить через фильтр в сбор. Такое происшествие может оказывать множество отрицательных воздействий. Во-первых, по причине того, что клетки больше не удерживаются в биореакторе фильтром ATF, они могут быстро вытекать из биореактора, и плотность клеток и производительность биореактора могут уменьшаться. Во-вторых, в системе с добавленным ниже по потоку этапом непрерывной очистки клетки могут втекать непосредственно в эту операцию, причиняя вред системе очистки. В одном примере клетки могут переноситься на колонки станции непрерывной периодической противоточной хроматографии (PCC), приводя к забиванию, созданию давления и усиленному введению примесей. В такой ситуации для сбережения биореактора проблему необходимо быстро идентифицировать и быстро заменить фильтр ATF. Независимо от этого, операцию ниже по потоку, вероятно, необходимо остановить и очистить, а одноразовые детали могут потребовать замены. В целом ответная реакция может приводить к потере нескольких дней производственного времени, а в худшем случае к полному прекращению эксплуатации.A standard perfusion bioreactor, such as the bioreactor shown in FIG. 1 may be designed to operate for long periods of time (30-60 days if not more). However, the stability of the equipment can be limiting. In particular, the ATF filter may fail, leading to a failure or breakdown of the process. In some cases, the ATF filter may experience a catastrophic failure, and thus allow cells to pass through the filter to collection. Such an incident can have many negative impacts. First, because the cells are no longer held in the bioreactor by the ATF filter, they can quickly leak out of the bioreactor and cell density and bioreactor productivity can decrease. Second, in a system with a continuous purification step added downstream, cells can flow directly into this operation, causing harm to the purification system. In one example, cells can be transferred to the columns of a continuous periodic counter current chromatography (PCC) station, resulting in plugging, pressurization, and increased incorporation of impurities. In such a situation, in order to conserve the bioreactor, the problem must be quickly identified and the ATF filter replaced quickly. Regardless, the downstream operation will likely need to be stopped and cleaned, and disposable parts may need to be replaced. In general, the response can lead to the loss of several days of production time, and in the worst case, to a complete cessation of operation.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕSHORT DESCRIPTION

Предусматривается устройство и способ культивирования клеток, которые преодолевают один или несколько недостатков, известных в данной области техники. Было обнаружено, что можно подготовить систему фильтрации для перфузионного устройства для культивирования клеток, которая автоматически обнаруживает неисправность фильтра ATF и ответно реагирует на нее без необходимости в остановке операции культивирования клеток.An apparatus and method for culturing cells is provided that overcomes one or more of the disadvantages known in the art. It has been found that it is possible to prepare a filtration system for a cell culture perfusion device that automatically detects and responds to ATF filter failure without the need to stop the cell culture operation.

В первом варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено перфузионное устройство для культивирования клеток. Устройство содержит сосуд биореактора, первый фильтрационный узел, второй фильтрационный узел и устройство управления. Сосуд биореактора выполнен с возможностью вмещения жидкой питательной среды. Первый фильтрационный узел находится в сообщении по текучей среде с сосудом биореактора и содержит первую систему фильтрации, первый насос для сбора и датчик. Первый насос для сбора последовательно соединен с первой системой фильтрации и выполнен с возможностью перекачивания жидкой питательной среды из сосуда биореактора через первую систему фильтрации. Датчик выполнен с возможностью взаимодействия с жидкой питательной средой в первом фильтрационном узле. Второй фильтрационный узел также находится в сообщении по текучей среде с сосудом биореактора и выполнен с возможностью эксплуатации параллельно с первым фильтрационным узлом. Второй фильтрационный узел содержит вторую систему фильтрации и второй насос для сбора. Второй насос для сбора последовательно соединен со второй системой фильтрации и выполнен с возможностью перекачивания жидкой питательной среды из сосуда биореактора через вторую систему фильтрации. Устройство управления выполняет операции. Операции включают прием из датчика информации, указывающей рабочее состояние первой системы фильтрации. Операции дополнительно включают определение на основе по меньшей мере принятой информации того, находится ли первая система фильтрации в работоспособном состоянии. Операции также включают, в ответ на определение того, что первая система фильтрации находится в неработоспособном состоянии, инициирование прекращения перекачивания первым насосом для сбора жидкой питательной среды через первую систему фильтрации.In a first embodiment of the present invention, a cell culture perfusion device is provided. The device contains a vessel of the bioreactor, the first filtration unit, the second filtration unit and the control device. The bioreactor vessel is configured to contain a liquid nutrient medium. The first filtration unit is in fluid communication with the bioreactor vessel and contains the first filtration system, the first collection pump and the sensor. The first collection pump is connected in series with the first filtration system and is configured to pump liquid nutrient medium from the bioreactor vessel through the first filtration system. The sensor is configured to interact with the liquid nutrient medium in the first filtration unit. The second filtration unit is also in fluid communication with the bioreactor vessel and is configured to operate in parallel with the first filtration unit. The second filtration unit contains a second filtration system and a second collection pump. The second collection pump is connected in series with the second filtration system and is configured to pump the liquid nutrient medium from the bioreactor vessel through the second filtration system. The control device is performing operations. The operations include receiving from the sensor information indicative of the operating state of the first filtration system. The operations further include determining, based on at least the received information, whether the first filtering system is in a healthy state. The steps also include, in response to determining that the first filtration system is inoperable, causing the first pump to stop pumping the liquid growth medium through the first filtration system.

Во втором варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено перфузионное устройство для культивирования клеток. Устройство содержит сосуд биореактора, фильтрационный узел и устройство управления. Сосуд биореактора выполнен с возможностью вмещения жидкой питательной среды. Фильтрационный узел находится в сообщении по текучей среде с сосудом биореактора и содержит систему фильтрации, насос для сбора и датчик. Насос для сбора последовательно соединен с системой фильтрации и выполнен с возможностью перекачивания жидкой питательной среды из сосуда биореактора через систему фильтрации. Датчик выполнен с возможностью взаимодействия с жидкой питательной средой в фильтрационном узле. Устройство управления выполняет операции. Операции включают прием из датчика информации, указывающей рабочее состояние системы фильтрации. Операции дополнительно включают определение на основе, по меньшей мере, принятой информации того, находится ли система фильтрации в работоспособном состоянии. Операции дополнительно включают, в ответ на определение того, что тангенциальный поток находится в неработоспособном состоянии, инициирование прекращения перекачивания насосом для сбора жидкой питательной среды через систему фильтрации.In a second embodiment of the present invention, a cell culture perfusion device is provided. The device contains a bioreactor vessel, a filtration unit and a control device. The bioreactor vessel is configured to contain a liquid nutrient medium. The filtration assembly is in fluid communication with the bioreactor vessel and contains a filtration system, a collection pump, and a sensor. The collection pump is connected in series with the filtration system and is configured to pump the liquid nutrient medium from the bioreactor vessel through the filtration system. The sensor is configured to interact with the liquid nutrient medium in the filtration unit. The control device is performing operations. The operations include receiving information from the sensor indicative of the operating status of the filtration system. The operations further include determining, based on at least the received information, whether the filtering system is in a healthy state. The steps further include, in response to determining that the tangential flow is in an inoperable state, causing the pump to stop pumping to collect the liquid nutrient medium through the filtration system.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрен способ. Способ включает, по меньшей мере, частичное наполнение сосуда биореактора клетками и жидкой питательной средой. Сосуд биореактора находится в сообщении по текучей среде с первой системой фильтрации и второй системой фильтрации. Вторая система фильтрации соединена параллельно с первой системой фильтрации. Способ дополнительно включает перекачивание жидкой питательной среды из сосуда биореактора через первую систему фильтрации с использованием первого насоса для сбора. Первый насос для сбора последовательно соединен с первой системой фильтрации. Способ также включает перекачивание жидкой питательной среды из сосуда биореактора через вторую систему фильтрации с использованием второго насоса для сбора. Второй насос для сбора соединен последовательно с первой системой фильтрации. Способ дополнительно включает прием из датчика, выполненного с возможностью взаимодействия с жидкой питательной средой, информации, указывающей рабочее состояние первой системы фильтрации. Кроме того, способ включает определение на основе по меньшей мере принятой информации того, находится ли первая система фильтрации в работоспособном состоянии. Кроме того, способ включает, в ответ на определение того, что первая система фильтрации находится в неработоспособном состоянии, инициирование прекращения перекачивания первым насосом для сбора жидкой питательной среды через первую систему фильтрации.In another embodiment of the present invention, a method is provided. The method includes at least partial filling of the bioreactor vessel with cells and liquid nutrient medium. The bioreactor vessel is in fluid communication with the first filtration system and the second filtration system. The second filtration system is connected in parallel with the first filtration system. The method further includes pumping the liquid growth medium from the bioreactor vessel through the first filtration system using the first collection pump. The first collection pump is connected in series with the first filtration system. The method also includes pumping the liquid nutrient medium from the bioreactor vessel through a second filtration system using a second collection pump. The second collection pump is connected in series with the first filtration system. The method further includes receiving, from a sensor configured to interact with the liquid nutrient medium, information indicative of the operating state of the first filtration system. In addition, the method includes determining, based on at least the received information, whether the first filtering system is in an operable state. In addition, the method includes, in response to determining that the first filtration system is in an inoperative state, causing the first pump to stop pumping the liquid growth medium through the first filtration system.

Другие аспекты, варианты осуществления и реализации станут очевидными из следующего подробного описания и формулы изобретения со ссылкой, где необходимо, на сопроводительные графические материалы.Other aspects, embodiments and implementations will become apparent from the following detailed description and claims, with reference where necessary to the accompanying drawings.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВBRIEF DESCRIPTION OF GRAPHICS

На фиг. 1 показана схема стандартной установки перфузионного биореактора.In FIG. 1 shows a diagram of a typical perfusion bioreactor setup.

На фиг. 2 показана схема перфузионного устройства для культивирования клеток со сдвоенными системами фильтрации и добавленным захватом согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.In FIG. 2 shows a schematic of a cell culture perfusion device with dual filtration systems and added capture according to one embodiment of the present invention.

На фиг. 3 показана схема перфузионного устройства для культивирования клеток со сдвоенными системами фильтрации и добавленным захватом согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.In FIG. 3 shows a schematic of a cell culture perfusion device with dual filtration systems and added capture according to another embodiment of the present invention.

На фиг. 4 показана схема установки перфузионного устройства для культивирования клеток с одной системой фильтрации согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.In FIG. 4 is a schematic diagram of a cell culture perfusion device with a single filtration system according to another embodiment of the present invention.

На фиг. 5 показана блок-схема способа согласно варианту осуществления настоящего изобретения. In FIG. 5 shows a flow diagram of a method according to an embodiment of the present invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

Настоящее изобретение в целом относится к системе фильтрации для устройства для культивирования клеток и к способу культивирования клеток. Перфузионное устройство для культивирования клеток согласно настоящему изобретению содержит сосуд биореактора и две или более систем фильтрации (например, фильтров с переменным тангенциальным потоком), соединенных параллельно. Отказ любого из двух фильтров может быть обнаружен встроенным датчиком, и система автоматического ответного реагирования действует с целью изоляции неисправного фильтра путем прекращения течения жидкой питательной среды через фильтр. Поток питательной среды через оставшиеся работоспособные фильтры можно увеличить так, что скорость перфузии через биореактор остается относительно неизменной. Устройство для культивирования клеток согласно настоящему изобретению выполнено с возможностью предотвращения проблем, возникающих из-за отказов фильтров в традиционных перфузионных биореакторах, за счет чего увеличивается долгосрочная жизнеспособность клеточных культур.The present invention generally relates to a filtration system for a cell culture apparatus and a method for culturing cells. The cell culture perfusion device of the present invention comprises a bioreactor vessel and two or more filtration systems ( eg variable tangential flow filters) connected in parallel. A failure of either of the two filters can be detected by the built-in sensor and an automatic response system operates to isolate the failed filter by stopping the flow of liquid culture medium through the filter. The flow of growth medium through the remaining operable filters can be increased so that the perfusion rate through the bioreactor remains relatively unchanged. The cell culture apparatus of the present invention is designed to prevent problems arising from filter failures in traditional perfusion bioreactors, thereby increasing the long-term viability of cell cultures.

В данном документе описаны примерные способы, устройства и системы. Следует понимать, что термины «пример» и «примерный» используются в настоящем описании как означающие «служащий в качестве примера или иллюстрации». Любую реализацию или характерный признак, описанный как «примерный» или представляющий собой «пример», необязательно следует толковать как предпочтительный или преимущественный над другими реализациями или характерными признаками. Без выхода за пределы объема предмета изобретения, представленного в настоящем описании, могут использоваться другие реализации и могут осуществляться другие изменения.This document describes exemplary methods, devices and systems. It should be understood that the terms "example" and "exemplary" are used in the present description as meaning "serving as an example or illustration." Any implementation or feature described as "exemplary" or constituting an "example" should not necessarily be construed as being preferred or advantageous over other implementations or features. Without departing from the scope of the subject matter provided herein, other implementations may be used and other changes may be made.

Таким образом, реализации, описанные в настоящем описании, не подразумеваются как ограничивающие. Описанные в настоящем описании и изображенные на фигурах компоненты могут быть расположены, замещены, объединены, отделены и спроектированы в самых различных конфигурациях, которые предусматриваются в настоящем изобретении.Thus, the implementations described herein are not intended to be limiting. The components described herein and depicted in the figures may be arranged, replaced, combined, separated, and designed in a wide variety of configurations contemplated by the present invention.

Кроме того, если контекст не предполагает иное, характерные признаки, изображенные на каждой из фигур, можно использовать в комбинации друг с другом. Таким образом, фигуры следует в целом рассматривать как компоненты одной или нескольких общих реализаций при условии понимания того, что не все изображенные характерные признаки являются необходимыми для каждой реализации.In addition, unless the context suggests otherwise, the features depicted in each of the figures may be used in combination with each other. Thus, the figures should generally be considered as components of one or more general implementations, with the understanding that not all depicted features are necessary for every implementation.

В попытке обеспечить технический контекст настоящего изобретения, информация в данном разделе в широком смысле описывает различные компоненты реализаций, описанные в настоящем описании. Если не определено иначе, все технические и научные термины, используемые в данном документе, имеют такие же значения, как и обычно понимаемые специалистом в данной области техники. Данная информация представлена только для пользы читателя и как таковая в явном виде не ограничивает заявленный предмет изобретения. Дополнительные компоненты, показанные на фигурах, показаны лишь в иллюстративных целях. Как таковые иллюстрации не следует толковать как ограничивающие. Понятно, что компоненты можно добавлять, удалять или перегруппировывать без выхода за пределы объема настоящего изобретения.In an attempt to provide a technical context for the present invention, the information in this section broadly describes the various components of the implementations described in this specification. Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used in this document have the same meanings as commonly understood by a person skilled in the art. This information is presented for the benefit of the reader only and as such does not expressly limit the claimed subject matter. Additional components shown in the figures are shown for illustrative purposes only. As such, the illustrations should not be construed as limiting. It is understood that components can be added, removed or rearranged without departing from the scope of the present invention.

I. ОбзорI. Overview

Для частных применений может быть преимущественно предоставлено устройство для культивирования клеток, автоматически обнаруживающее и ответно реагирующее на отказ системы фильтрации. Указанное устройство для культивирования клеток может содержать встроенную избыточность, и поэтому вторую и/или дальнейшую систему фильтрации можно использовать, если и когда отказывает первый фильтр (например, из-за разрыва, забивания, засорения или каких-либо иных состояний). При отказе фильтра система автоматического ответного реагирования может действовать с целью прекращения течения питательной среды в поврежденный фильтр, в то же время увеличивая пропускную способность через любые оставшиеся фильтры. Это ответное реагирование может обеспечивать возможность продолжения перфузии жидкой питательной среды с приблизительно такой же скоростью без необходимости в немедленном вмешательстве оператора устройства для культивирования клеток. Такая система может увеличивать жизнеспособность клеток и уменьшать вероятность отказа в системах перфузионного биореактора.For private applications, a cell culture apparatus can advantageously be provided to automatically detect and respond to failure of the filtration system. Said cell culture apparatus may include built-in redundancy so that a second and/or further filtration system may be used if and when the first filter fails ( eg , due to rupture, clogging, clogging, or some other condition). In the event of a filter failure, an automatic response system can act to stop the flow of growth media into the damaged filter while increasing throughput through any remaining filters. This response may allow perfusion of the liquid growth medium to continue at approximately the same rate without the need for immediate intervention by the operator of the cell culture apparatus. Such a system can increase cell viability and reduce the chance of failure in perfusion bioreactor systems.

Устройство и способы настоящего изобретения обычно относятся к перфузионному устройству для культивирования клеток с усовершенствованной системой фильтрации с тангенциальным потоком. Указанное устройство может содержать сосуд биореактора, выполненный с возможностью размещения популяции клеток и жидкой питательной среды для выращивания. Доставлять свежую жидкую питательную среду в сосуд биореактора и удалять истощенную жидкую питательную среду можно с приблизительно равными скоростями через последовательность фильтрационных узлов. Каждый фильтрационный узел может содержать систему фильтрации, насос для сбора, датчик и/или защитный фильтр.The apparatus and methods of the present invention generally relate to a cell culture perfusion apparatus with an improved tangential flow filtration system. Said device may comprise a bioreactor vessel configured to accommodate a population of cells and a liquid growth medium. Delivering fresh liquid culture medium to the bioreactor vessel and removing depleted liquid culture medium can be done at approximately equal rates through a series of filtration assemblies. Each filtration unit may include a filtration system, a collection pump, a sensor, and/or a protective filter.

В ходе нормальной эксплуатации истощенную жидкую питательную среду удаляют через один или несколько фильтрационных узлов и перекачивают в операцию захвата ниже по потоку. Датчики, предусмотренные в каждом фильтрационном узле, могут непрерывно осуществлять мониторинг эксплуатации фильтрационных узлов и определять, когда возникает неисправность (например, разрыв, забивание или какой-либо иной тип отказа) в одной из систем фильтрации.During normal operation, the depleted liquid nutrient medium is removed through one or more filter assemblies and pumped to a downstream capture operation. Sensors provided in each filtration unit can continuously monitor the operation of the filtration units and determine when a malfunction ( eg , rupture, plugging, or some other type of failure) occurs in one of the filtration systems.

При обнаружении неисправности одним или несколькими датчиками система автоматического ответного реагирования действует с целью изменения эксплуатационных параметров устройства так, что перфузия жидкой питательной среды продолжается без перерыва. Система автоматического ответного реагирования осуществляется устройством управления в сообщении с датчиком и насосом для сбора. В ответ на определение того, что одна или несколько систем фильтрации находятся в неработоспособном состоянии, устройство управления инициирует прекращение перекачивания насосом для сбора, связанным с неработоспособным фильтром, жидкой питательной среды в поврежденный фильтр. Дополнительно, устройство управления может инициировать обработку оставшимся работоспособным фильтрационным узлом увеличенного объема жидкой питательной среды, например, путем инициирования увеличения связанным насосом для сбора потока жидкой питательной среды в работоспособную систему фильтрации. Устройство управления может инициировать вывод устройством уведомления, например, сигнала тревоги, светового индикатора или какого-либо иного предупреждения. Устройство управления также может останавливать систему фильтрации (например, путем инициирования прекращения перекачивания насосом с тангенциальным потоком жидкой питательной среды через фильтрующую мембрану). В некоторых сценариях устройство управления также может прекращать операцию захвата ниже по потоку или приводить в действие клапаны для прекращения течения жидкой питательной среды и/или отведения жидкой питательной среды в контейнер для отходов. В еще одном сценарии устройство управления может полностью останавливать потоки в сосуд биореактора и из него, если показания датчика биореактора (например, емкость, оптическая плотность, скорость поглощения кислорода и т.д.) падают ниже определенного порогового значения. Также предусмотрены и другие автоматические ответные реакции.When a malfunction is detected by one or more sensors, the automatic response system operates to change the operating parameters of the device so that the perfusion of the liquid growth medium continues without interruption. The automatic response system is carried out by the control device in communication with the sensor and the collection pump. In response to determining that one or more filtration systems are in an inoperable state, the control device causes the collection pump associated with the inoperative filter to stop pumping liquid nutrient medium into the damaged filter. Additionally, the control device may cause the remaining operational filtration assembly to process an increased volume of liquid nutrient medium, for example , by initiating an increase in the associated pump to collect the flow of liquid nutrient medium into the operational filtration system. The control device may cause the device to issue a notification, such as an alarm, indicator light, or some other warning. The control device can also stop the filtration system ( for example by causing the pump to stop pumping with a tangential flow of liquid nutrient medium through the filter membrane). In some scenarios, the control device may also terminate the downstream capture operation or actuate valves to stop the flow of the liquid medium and/or divert the liquid medium to the waste container. In yet another scenario, the control device may completely stop flows to and from the bioreactor vessel if bioreactor sensor readings (eg, capacitance, absorbance, oxygen uptake rate, etc.) fall below a certain threshold. Other automatic responses are also provided.

II. Устройство для культивирования клетокII. Cell Culture Device

Устройство для культивирования клеток согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения изображено на фиг. 2. Устройство 200 для культивирования клеток содержит сосуд 210 биореактора, операцию 260 непрерывного захвата, по меньшей мере первый фильтрационный узел 206 и второй фильтрационный узел 208, соединенные параллельно между по меньшей мере одним выпуском сосуда 210 биореактора и впуском операции 260 непрерывного захвата. Сосуд 210 биореактора устройства 200 для культивирования клеток выполнен с возможностью вмещения свежей жидкой питательной среды с целью поддержки популяции клеток в сосуде. В рамках данного документа термин «жидкая питательная среда» может относиться к питательной среде для выращивания или культуральной среде, рассчитанной на поддержку роста клеток. Из сосуда 210 биореактора через множество фильтрационных узлов 206, 208 выкачивается приблизительно равный поток истощенной жидкой питательной среды, за счет чего отходы метаболизма и белковые отходы удаляются, в то же время сохраняя постоянный объем питательной среды в сосуде 210 биореактора. Для мониторинга условий культивирования клеток датчик 215 биореактора может быть расположен так, что он взаимодействует с жидкой питательной средой в сосуде 210 биореактора. Такой датчик 215 биореактора может быть выполнен с возможностью измерения температуры, количества растворенного кислорода, pH, pCO₂ и/или плотности клеток в сосуде 210 биореактора и/или жидкой питательной среде в сосуде 210 биореактора. A cell culture apparatus according to one embodiment of the present invention is shown in FIG. 2. The cell culture apparatus 200 includes a bioreactor vessel 210, a continuous capture operation 260, at least a first filtration assembly 206 and a second filtration assembly 208 connected in parallel between at least one outlet of the bioreactor vessel 210 and an inlet of the continuous capture operation 260. The bioreactor vessel 210 of the cell culture apparatus 200 is configured to contain fresh liquid growth medium to maintain the population of cells in the vessel. As used herein, the term "liquid medium" may refer to a growth medium or culture medium designed to support cell growth. From the bioreactor vessel 210, an approximately equal flow of depleted liquid nutrient medium is pumped through a plurality of filtration units 206, 208, thereby removing metabolic waste and protein waste while maintaining a constant volume of nutrient medium in the bioreactor vessel 210. To monitor cell culture conditions, the bioreactor sensor 215 may be positioned to interact with the liquid growth medium in the bioreactor vessel 210. Such bioreactor sensor 215 may be configured to measure temperature, dissolved oxygen, pH, pCO ₂ , and/or cell density in bioreactor vessel 210 and/or liquid growth medium in bioreactor vessel 210.

В устройство 200 для культивирования клеток может быть добавлена непрерывно действующая операция 260 захвата, приспособленная для сбора продукта (например, требуемого биологического или терапевтического продукта) из жидкой питательной среды. Операция 260 захвата находится в сообщении по текучей среде с сосудом 210 биореактора посредством по меньшей мере одного фильтрационного узла 206. Операция 260 захвата может принимать истощенную жидкую питательную среду после ее прохождения через параллельные фильтрационные узлы 206, 208 и обрабатывать и/или очищать питательную среду с целью сбора требуемого представляющего интерес продукта. В различных вариантах осуществления в операции 260 захвата можно использовать множество методик сбора представляющего интерес продукта. Например, в некоторых примерах операция 260 захвата может предусматривать систему непрерывной хроматографии, содержащую одну или несколько хроматографических колонок. В частных примерах операции 260 захвата могут предусматривать станцию непрерывной периодической противоточной хроматографии (PCC) или станцию хроматографии с псевдодвижущимся слоем (SMB). В других примерах операция 260 захвата может предусматривать станцию многоколоночной хроматографии (MCC) (т.е. систему непрерывной хроматографии, содержащую множество колонок). Специалисты в данной области техники могут представить себе и другие способы очистки.A continuously operating capture operation 260 adapted to collect a product ( eg , a desired biological or therapeutic product) from a liquid culture medium can be added to the cell culture device 200. The capture operation 260 is in fluid communication with the bioreactor vessel 210 via at least one filtration assembly 206. The capture operation 260 may receive the depleted liquid nutrient medium after it has passed through the parallel filtration assemblies 206, 208 and process and/or purify the nutrient medium with the purpose of collecting the desired product of interest. In various embodiments, capture operation 260 may utilize a variety of techniques for collecting the product of interest. For example, in some examples, capture operation 260 may include a continuous chromatography system comprising one or more chromatographic columns. In specific examples, capture operations 260 may include a continuous periodic countercurrent chromatography (PCC) station or a pseudo moving bed (SMB) chromatography station. In other examples, capture operation 260 may include a multi-column chromatography (MCC) station ( ie, a continuous chromatography system containing multiple columns). Those skilled in the art can imagine other cleaning methods.

Перед достижением операции 260 непрерывного захвата жидкая питательная среда течет через один или несколько фильтрационных узлов 206, 208, рассчитанных на удержание клеток в сосуде 210 биореактора. Каждый фильтрационный узел 206, 208 находится в сообщении по текучей среде с сосудом 210 биореактора и может быть соединен с выпуском сосуда 210 между сосудом 210 и операцией 260 непрерывного захвата. Как показано на фиг. 2, в некоторых примерах фильтрационные узлы могут быть соединены параллельно с целью обеспечения двух параллельных путей текучей среды. Первый фильтрационный узел 206 содержит первую систему 220 фильтрации, первый насос 230 для сбора, первый датчик 240 и первый защитный фильтр 250. Аналогично, второй фильтрационный узел 208 содержит вторую систему 222 фильтрации, второй насос 232 для сбора, второй датчик 242 и второй защитный фильтр 252. Элементы каждого фильтрационного узла 206, 208 могут быть соединены последовательно одним или несколькими трубопроводами, стерильными трубками или другими соединительными средствами. Как показано на фиг. 2, первый насос 232 для сбора может быть присоединен ниже по потоку относительно первой системы 220 фильтрации, и датчик 240 может быть размещен ниже по потоку относительно первого насоса 230 для сбора и расположен между первым насосом 230 для сбора и защитным фильтром 250, присоединенным еще ниже по потоку. В данном контексте термин «ниже по потоку» относится к относительному положению или ориентации элемента относительно потока жидкой питательной среды через фильтрационные узлы 206, 208, при этом «ниже по потоку» в целом относится к направлению в сторону операции 260 захвата и в сторону от сосуда 210 биореактора. Однако элементы первого фильтрационного узла 206 могут быть соединены в любом количестве конфигураций. Второй фильтрационный узел 208 и/или дополнительный фильтрационный узел может быть обеспечен элементами в по существу такой же конфигурации, как у первого фильтрационного узла 206, или в полностью отличающейся конфигурации.Prior to reaching the continuous capture operation 260, the liquid growth medium flows through one or more filtration units 206, 208 designed to retain the cells in the bioreactor vessel 210. Each filtration assembly 206, 208 is in fluid communication with the bioreactor vessel 210 and may be connected to the outlet of the vessel 210 between the vessel 210 and the continuous capture operation 260. As shown in FIG. 2, in some examples, the filter assemblies may be connected in parallel to provide two parallel fluid paths. The first filter assembly 206 includes a first filter system 220, a first collection pump 230, a first sensor 240, and a first safety filter 250. Similarly, the second filter assembly 208 includes a second filter system 222, a second collection pump 232, a second sensor 242, and a second safety filter. 252. The elements of each filtration unit 206, 208 may be connected in series with one or more pipelines, sterile tubes, or other connecting means. As shown in FIG. 2, a first collection pump 232 may be coupled downstream of the first filtration system 220, and a sensor 240 may be positioned downstream of the first collection pump 230 and positioned between the first collection pump 230 and a protective filter 250 coupled downstream. along the stream. In this context, the term "downstream" refers to the relative position or orientation of the element with respect to the flow of liquid nutrient medium through the filtration units 206, 208, while "downstream" generally refers to the direction towards the capture operation 260 and away from the vessel. 210 bioreactor. However, the elements of the first filter node 206 can be connected in any number of configurations. The second filter assembly 208 and/or the additional filter assembly may be provided with elements in substantially the same configuration as the first filter assembly 206, or in a completely different configuration.

В некоторых примерах второй фильтрационный узел 208 выполнен с возможностью эксплуатации параллельно (т.е. одновременно) с первым фильтрационным узлом 206. В ходе нормальной эксплуатации устройства 200 для культивирования клеток расходы жидкой питательной среды через первый фильтрационный узел 206 и второй фильтрационный узел 208 могут быть приблизительно равны. Иными словами, каждый фильтрационный узел 206, 208 может принимать приблизительно равные расходы истощенной жидкой питательной среды из сосуда 210 биореактора. Однако в других вариантах осуществления может единовременно эксплуатироваться один фильтрационный узел (например, первый фильтрационный узел 206), а второй фильтрационный узел 208 и/или дополнительный фильтрационный узел может эксплуатироваться как резервный.In some examples, the second filtration unit 208 is configured to operate in parallel ( ie , simultaneously) with the first filtration unit 206. approximately equal. In other words, each filtration unit 206, 208 can receive approximately equal flow rates of depleted liquid nutrient medium from the bioreactor vessel 210. However, in other embodiments, one filter assembly may be operated at a time ( eg , the first filter assembly 206), and the second filter assembly 208 and/or additional filter assembly may be operated as a standby.

В некоторых вариантах осуществления, для увеличения пропускной способности, третий или четвертый фильтрационный узел может быть присоединен параллельно первому фильтрационному узлу 206 и второму фильтрационному узлу 208, обеспечивая дополнительные резервные средства фильтрации в случае отказа системы или обеспечения какой-либо иной выгоды.In some embodiments, to increase throughput, a third or fourth filter node may be connected in parallel with the first filter node 206 and the second filter node 208, providing additional redundant filtering means in the event of a system failure or providing some other benefit.

Первый фильтрационный узел 206 и второй фильтрационный узел 208 содержат первую систему 240 фильтрации и вторую систему 242 фильтрации соответственно. Первая и вторая системы 220, 222 фильтрации могут быть выполнены с возможностью предотвращения попадания клеток из сосуда 210 биореактора в операцию 260 непрерывного захвата, в то же время обеспечивая свободное прохождение продуктов жизнедеятельности клеток и одного или нескольких требуемых представляющих интерес продуктов. В рамках данного документа термин «система фильтрации» используется для обозначения средств на основе фильтра для удержания клеток в сосуде 210 биореактора. В некоторых примерах первая система 220 фильтрации и вторая система 222 фильтрации могут содержать фильтры, действующие за счет тангенциального течения текучей среды (например, жидкой питательной среды) через фильтрующую мембрану. Такая система 220, 222 фильтрации может содержать традиционные системы фильтрации с тангенциальным потоком (TFF), фильтры с перекрестным током и аналогичные средства удержания клеток. В другом примере по меньшей мере одна из первой системы 220 фильтрации и второй системы 222 фильтрации содержит фильтры с переменным тангенциальным потоком (ATF). Такие фильтры обычно содержат фильтрующую мембрану и насос с тангенциальным потоком (например, диафрагменный насос), выполненный с возможностью направления текучей среды тангенциально через фильтрующую мембрану. Насос с тангенциальным потоком может содержать диафрагму, приводимую в действие для течения жидкой питательной среды из сосуда 210 биореактора через поверхность фильтрующей мембраны по повторяющейся возвратно-поступательной схеме. Повторяющееся возмущение текучей среды вблизи фильтрующей мембраны может предотвращать накопление клеток и засорение поверхности фильтра в ходе эксплуатации. В некоторых примерах первый насос с тангенциальным потоком, предусматриваемый первой системой фильтрации, может эксплуатироваться независимо от второго насоса с тангенциальным потоком, предусматриваемого второй системой фильтрации. Однако в других вариантах осуществления два или более насосов с тангенциальным потоком могут управляться унифицированным образом так, что их перекачивающее действие является полностью синхронизированным или асинхронизированным.The first filtration unit 206 and the second filtration unit 208 comprise a first filtration system 240 and a second filtration system 242, respectively. The first and second filtration systems 220, 222 may be configured to prevent cells from entering the bioreactor vessel 210 into the continuous capture operation 260 while allowing free passage of cell waste and one or more desired products of interest. As used herein, the term "filtration system" is used to refer to filter-based means for retaining cells in the bioreactor vessel 210. In some examples, the first filtration system 220 and the second filtration system 222 may include filters that operate by tangentially flowing a fluid ( eg , liquid growth medium) through a filter membrane. Such a filtration system 220, 222 may include conventional tangential flow filtration (TFF) systems, cross-flow filters, and similar cell retention means. In another example, at least one of the first filter system 220 and the second filter system 222 comprises variable tangential flow (ATF) filters. Such filters typically comprise a filter membrane and a tangential flow pump ( eg , diaphragm pump) configured to direct fluid tangentially through the filter membrane. The tangential flow pump may include a diaphragm actuated to flow liquid nutrient medium from the bioreactor vessel 210 across the surface of the filter membrane in a repetitive reciprocating pattern. Repeated perturbation of the fluid near the filter membrane can prevent the accumulation of cells and clogging of the filter surface during operation. In some examples, the first tangential flow pump provided by the first filtration system may be operated independently of the second tangential flow pump provided by the second filtration system. However, in other embodiments, two or more tangential flow pumps may be controlled in a unified manner such that their pumping action is fully synchronized or asynchronous.

Несмотря на то, что первый фильтрационный узел 206 и второй фильтрационный узел 208 до этого были описаны как содержащие фильтры ATF или другие фильтры на основе тангенциального потока, для удержания клеток в сосуде 210 биореактора могут быть реализованы и другие средства фильтрации. Например, в других вариантах осуществления первая система 220 фильтрации и вторая система 222 фильтрации может содержать внутренние центробежные фильтры (ISF), фильтры с полыми волокнами, пористые мембранные фильтры, объемные фильтры и/или другие системы микро- или ультрафильтрации.Although the first filter assembly 206 and the second filter assembly 208 have previously been described as containing ATF filters or other tangential flow filters, other filtering means may be implemented to retain the cells in the bioreactor vessel 210. For example, in other embodiments, the first filtration system 220 and the second filtration system 222 may include internal centrifugal filters (ISFs), hollow fiber filters, porous membrane filters, volumetric filters, and/or other micro- or ultrafiltration systems.

Первая система 220 фильтрации и вторая система 222 фильтрации содержат первую фильтрующую мембрану и вторую фильтрующую мембрану соответственно. Размер пор фильтрующих мембран можно выбрать так, что требуемый представляющий интерес продукт, продукты жизнедеятельности клеток и истощенная жидкая питательная среда свободно текут через мембрану, в то время как клетки удерживаются в сосуде 210 биореактора. Фильтрующая мембрана систем 220, 222 фильтрации может быть выполнена из любого материала с подходящим размером пор, например, из пористой полимерной мембраны. В некоторых примерах фильтрующая мембрана содержит последовательность полых волокон с избирательной проницаемостью, организованных в параллельную структуру внутри корпуса или картриджа. Размер пор мембраны из полых волокон можно выбрать для достижения требуемой проницаемости систем 220, 222 фильтрации. В некоторых примерах каждая из первой системы 220 фильтрации и второй системы 222 фильтрации имеет размер пор в диапазоне от приблизительно 500 килодальтон до приблизительно 10 микрон или, более предпочтительно, от приблизительно 0,1 микрона до приблизительно 1 микрона.The first filtration system 220 and the second filtration system 222 comprise a first filtration membrane and a second filtration membrane, respectively. The pore size of the filter membranes can be selected such that the desired product of interest, cell waste products, and depleted nutrient medium flow freely through the membrane while the cells are retained in the bioreactor vessel 210. The filter membrane of the filtration systems 220, 222 can be made from any material with a suitable pore size, such as a porous polymer membrane. In some examples, the filter membrane comprises a series of permeation-selective hollow fibers arranged in a parallel structure within a housing or cartridge. The pore size of the hollow fiber membrane can be selected to achieve the desired permeability of the filtration systems 220, 222. In some examples, each of the first filter system 220 and the second filter system 222 has a pore size in the range from about 500 kilodaltons to about 10 microns, or more preferably from about 0.1 micron to about 1 micron.

Каждый фильтрационный узел 206, 208 в соответствии с устройством согласно настоящему изобретению содержит насос 230 для сбора. Первый фильтрационный узел 206 содержит первый насос 230 для сбора, последовательно соединенный с первой системой 220 фильтрации. Аналогично, второй фильтрационный узел 208 содержит второй насос 232 для сбора, последовательно соединенный со второй системой 222 фильтрации. Первый насос 230 для сбора и второй насос 232 для сбора выполнены с возможностью перекачивания жидкой питательной среды из сосуда 210 биореактора через первую систему 220 фильтрации и вторую систему 222 фильтрации соответственно в операцию 260 захвата ниже по потоку. В различных примерах первый насос 230 для сбора и/или второй насос 232 для сбора могут включать перистальтические насосы, бесподшипниковые насосы, диафрагменные насосы или центробежные насосы. Однако можно использовать и другие насосы, поддерживающие стерильность жидкой питательной среды при перемещении питательной среды через фильтрационные узлы 206, 208. Each filter unit 206, 208 according to the apparatus of the present invention includes a collection pump 230. The first filtration unit 206 includes a first collection pump 230 connected in series with the first filtration system 220 . Similarly, the second filtration unit 208 includes a second collection pump 232 connected in series with the second filtration system 222. The first collection pump 230 and the second collection pump 232 are configured to pump the liquid nutrient medium from the bioreactor vessel 210 through the first filtration system 220 and the second filtration system 222, respectively, to the downstream capture operation 260 . In various examples, the first collection pump 230 and/or the second collection pump 232 may include peristaltic pumps, bearingless pumps, diaphragm pumps, or centrifugal pumps. However, other pumps can be used to maintain the sterility of the liquid nutrient medium while moving the nutrient medium through the filtration units 206, 208.

Первый насос 230 для сбора перекачивает жидкую питательную среду из сосуда 210 биореактора через первую систему 220 фильтрации с первым расходом. Второй насос 232 для сбора аналогично перекачивает жидкую питательную среду из сосуда 210 биореактора через вторую систему 222 фильтрации со вторым расходом. В некоторых примерах первый расход может быть приблизительно равен второму расходу. Иными словами, первый насос 230 для сбора и второй насос 232 для сбора могут быть выполнены с возможностью перекачивания приблизительно равного объема жидкой питательной среды через соответствующие им системы 220, 222 фильтрации, и, таким образом, фильтрационные узлы в нормальных условиях эксплуатации обрабатывают равные объемы истощенной жидкой питательной среды. Однако в другом варианте осуществления первый расход и второй расход могут различаться. В частном примере первый насос 230 для сбора может эксплуатироваться автономно и независимо, тогда как второй насос 232 для сбора (т.е. второй или дополнительный насос для сбора, соединенный со вторым или дополнительным устройством фильтрации) может быть выполнен с возможностью эксплуатации в ответ на определение того, что первый насос 230 для сбора, первая система 220 фильтрации и/или первый фильтрационный узел 206 находится в неработоспособном состоянии.The first collection pump 230 pumps the liquid nutrient medium from the bioreactor vessel 210 through the first filtration system 220 at the first flow rate. The second collection pump 232 similarly pumps the liquid nutrient medium from the bioreactor vessel 210 through the second filtration system 222 at a second flow rate. In some examples, the first flow rate may be approximately equal to the second flow rate. In other words, the first collection pump 230 and the second collection pump 232 can be configured to pump an approximately equal volume of liquid nutrient medium through their respective filtration systems 220, 222, and thus the filtration assemblies, under normal operating conditions, process equal volumes of depleted liquid nutrient medium. However, in another embodiment, the first flow rate and the second flow rate may be different. In a particular example, the first collection pump 230 may be operated autonomously and independently, while the second collection pump 232 ( i.e. , a second or additional collection pump connected to a second or additional filtration device) may be configured to operate in response to determining that the first collection pump 230, the first filtration system 220, and/or the first filtration unit 206 is in an inoperative state.

Расход жидкой питательной среды через фильтрационные узлы 206, 208 может быть приблизительно равен расходу свежей питательной среды в сосуд 210 биореактора, так что в сосуде 210 в ходе перфузии поддерживается неизменный объем жидкой питательной среды. Иными словами, сумма первого расхода и второго расхода может быть приблизительно равна расходу жидкой питательной среды в сосуд 210 биореактора (т.е. расходу питательной среды, вводимой в сосуд 210 при помощи операции подачи).The flow rate of liquid growth medium through the filtration units 206, 208 can be approximately equal to the flow rate of fresh growth medium into the bioreactor vessel 210 such that a constant volume of liquid growth medium is maintained in the vessel 210 during perfusion. In other words, the sum of the first flow rate and the second flow rate may be approximately equal to the flow rate of the liquid nutrient medium into the bioreactor vessel 210 ( ie , the flow rate of the nutrient medium introduced into the vessel 210 by the feeding operation).

Расходом жидкой питательной среды через каждую систему 220, 222 фильтрации (т.е. первым расходом и вторым расходом) можно управлять независимо при помощи устройства 270 управления в сообщении с первым насосом 230 для сбора и вторым насосом 232 для сбора. Устройство 270 управления может быть выполнено с возможностью инициирования увеличения, уменьшения или прекращения первым насосом 230 для сбора и/или вторым насосом 232 для сбора течения жидкой питательной среды через первую систему 240 фильтрации и/или вторую систему 242 фильтрации в зависимости от условий эксплуатации устройства 200. Например, при отказе одной или нескольких систем 220, 222 фильтрации насос для сбора поврежденного узла можно остановить и одновременно увеличить расход жидкой питательной среды через оставшийся фильтрационный узел с целью компенсации неисправного фильтрационного узла.The flow of liquid growth medium through each filtration system 220, 222 ( i.e. , the first flow and the second flow) can be controlled independently by a control device 270 in communication with the first collection pump 230 and the second collection pump 232. The control device 270 may be configured to cause the first collection pump 230 and/or the second collection pump 232 to initiate an increase, decrease, or stop in the flow of liquid nutrient medium through the first filtration system 240 and/or the second filtration system 242 depending on the operating conditions of the device 200 For example, if one or more of the filtration systems 220, 222 fails, the collection pump for the damaged assembly may be stopped and simultaneously the flow of liquid growth medium through the remaining filtration assembly increased to compensate for the failed filtration assembly.

Так как перфузионные биореакторные системы обычно выполнены с возможностью эксплуатации в течение длительного промежутка времени, можно ожидать отказов оборудования. В частности, системы 220, 222 фильтрации могут быть предрасположены к неисправностям, что потенциально ведет к проблемам в операции 260 захвата ниже по потоку, увеличению количества примесей в сборе и, в некоторых случаях, к полному прекращению эксплуатации. Для предотвращения помех для операции 260 непрерывного захвата, создаваемых клетками, преодолевающими систему (системы) 220, 222 фильтрации, последовательно с первой системой 220 фильтрации и/или второй системой 222 фильтрации может быть присоединен защитный фильтр 250, 252. Такой защитный фильтр 250, 252 может быть выполнен с возможностью предотвращения прохождения клеток и фрагментов клеток вниз по потоку в операцию 260 захвата и одновременного обеспечения свободной диффузии питательных веществ, продуктов метаболизма и жидкой питательной среды. Как изображено на фиг. 2, защитный фильтр 250 может быть последовательно соединен с первой системой 220 фильтрации и/или первым фильтрационным узлом 206. В некоторых примерах защитный фильтр 250 присоединен ниже по потоку относительно первой системы 220 фильтрации и/или датчика 240. Второй фильтрационный узел 208 может также содержать защитный фильтр (т.е. второй защитный фильтр 252), последовательно соединенный со второй системой 222 фильтрации ниже по потоку относительно системы 222 фильтрации. Однако в других вариантах осуществления (и как изображено на фиг. 3) несколько фильтрационных узлов могут сходиться в одном совместно используемом защитном фильтре, расположенном, например, на впуске операции 260 непрерывного захвата. Предполагаются и другие расположения и конфигурации защитного фильтра 250.Since perfusion bioreactor systems are typically designed to operate for long periods of time, equipment failures can be expected. In particular, filtration systems 220, 222 can be prone to failure, potentially leading to problems in downstream capture operation 260, increased contaminant collection, and, in some cases, complete loss of service. A guard filter 250, 252 may be connected in series with the first filter system 220 and/or the second filter system 222 to prevent interference to the continuous capture operation 260 by cells passing through the filter system(s) 220, 222. Such a guard filter 250, 252 may be configured to prevent cells and cell fragments from passing downstream into capture operation 260 while allowing free diffusion of nutrients, metabolic products, and liquid nutrient medium. As shown in FIG. 2, the guard filter 250 may be connected in series with the first filter system 220 and/or the first filter assembly 206. In some examples, the guard filter 250 is connected downstream of the first filter system 220 and/or sensor 240. The second filter assembly 208 may also include a safety filter ( ie , a second safety filter 252) connected in series with a second filter system 222 downstream of the filter system 222. However, in other embodiments (and as depicted in FIG. 3), multiple filter assemblies may converge on a single shared security filter located at the inlet of continuous capture operation 260, for example . Other locations and configurations of the guard filter 250 are contemplated.

Защитные фильтры 250, 252 могут быть выполнены из любого материала с подходящей пористостью, например, из пористой полимерной мембраны и/или мембраны из полых волокон. В некоторых случаях защитный фильтр 250 имеет размер пор от приблизительно 500 килодальтон до приблизительно 10 микрон или, более предпочтительно, от приблизительно 0,1 микрона до приблизительно 1 микрона. Защитный фильтр 250 может быть выполнен с размером пор, приблизительно равным размеру пор первой системы 220 фильтрации и/или второй системы 222 фильтрации (т.е. для имитации избирательной проницаемости систем 220, 222 фильтрации). Однако в других случаях защитный фильтр 250 может иметь поры с размером меньше или больше, чем в системах 220, 222 фильтрации, что, таким образом, обеспечивает возможность избирательной фильтрации дополнительных продуктов метаболизма.The protective filters 250, 252 can be made of any material with a suitable porosity, such as a porous polymeric membrane and/or a hollow fiber membrane. In some cases, the protective filter 250 has a pore size of from about 500 kilodaltons to about 10 microns, or more preferably from about 0.1 micron to about 1 micron. The protective filter 250 can be made with a pore size approximately equal to the pore size of the first filter system 220 and/or the second filter system 222 ( ie , to simulate the selective permeability of the filter systems 220, 222). However, in other cases, the protective filter 250 may have pores smaller or larger than those in the filtration systems 220, 222, thus allowing additional metabolic products to be selectively filtered.

В некоторых случаях в фильтрационном узле 206, 208 может быть предусмотрен по меньшей мере один датчик 240 для мониторинга эксплуатации одной или нескольких систем 220, 222 фильтрации и/или обнаружения отказа фильтра. В частности, датчик 240 может содержаться в первом фильтрационном узле 206. В некоторых примерах второй фильтрационный узел 208 может содержать дополнительный датчик (например, второй датчик 242). Датчик 240 может быть расположен вдоль трубопровода фильтрационного узла 206, 208 и может быть выполнен с возможностью взаимодействия с жидкой питательной средой в фильтрационном узле 206, 208, т.е. так, чтобы обнаруживать различные аспекты жидкой питательной среды, проходящей через фильтрационный узел 206, 208. Как показано на фиг. 2, датчик 240 может быть расположен ниже по потоку относительно первой системы 220 фильтрации и выше по потоку относительно защитного фильтра 250. В некоторых случаях датчик 240 может включать датчик давления или, в частности, пьезорезистивный датчик давления. Датчик 240 может быть выполнен с возможностью обнаружения давления в первом фильтрационном узле 206 (например, давления жидкой питательной среды в первом фильтрационном узле 206), которое может указывать забитый защитный фильтр 250 и/или разрыв в первой системе 220 фильтрации выше по потоку. В различных примерах датчик 240 может быть выполнен с возможностью обнаружения давления выше по потоку или ниже по потоку относительно первого защитного фильтра 250, давления выше по потоку или ниже по потоку относительно первой системы 220 фильтрации и/или перепада давления на мембране в первой системе 220 фильтрации или защитном фильтре 250. В других примерах датчик 240 может представлять собой оптический датчик (например, зонд для измерения оптической плотности), и датчик 240 может быть выполнен с возможностью определения плотности клеток в жидкой питательной среде, текущей через первый фильтрационный узел 206. В дальнейших примерах датчик 240 может включать расходомер, выполненный с возможностью измерения расхода жидкой питательной среды через системы 220, 222 фильтрации и/или фильтрационные узлы 206, 208. В других дальнейших примерах датчик 240 может включать емкостный датчик, рамановский датчик или датчик FTIR (инфракрасного излучения с преобразованием Фурье). В другом примере датчик 240 может быть добавлен в операции непрерывного захвата (например, как датчик давления выше по потоку относительно колонки для захвата). Предполагаются и другие типы датчиков и их применения.In some cases, at least one sensor 240 may be provided in the filtration assembly 206, 208 to monitor the operation of one or more filtration systems 220, 222 and/or detect filter failure. In particular, sensor 240 may be included in first filter assembly 206. In some examples, second filter assembly 208 may include an additional sensor ( eg , second sensor 242). The sensor 240 may be located along the pipeline of the filtration unit 206, 208 and may be configured to interact with the liquid nutrient medium in the filtration unit 206, 208, i . so as to detect various aspects of the liquid growth medium passing through the filter assembly 206, 208. As shown in FIG. 2, sensor 240 may be located downstream of first filter system 220 and upstream of protective filter 250. In some instances, sensor 240 may include a pressure sensor, or in particular a piezoresistive pressure sensor. The sensor 240 may be configured to detect pressure in the first filtration assembly 206 ( e.g. , liquid nutrient pressure in the first filtration assembly 206), which may indicate a clogged guard filter 250 and/or a rupture in the first upstream filtration system 220. In various examples, the sensor 240 may be configured to detect pressure upstream or downstream of the first protective filter 250, pressure upstream or downstream of the first filtration system 220, and/or differential pressure across the membrane in the first filtration system 220 or guard filter 250. In other examples, sensor 240 may be an optical sensor ( eg , an optical density probe), and sensor 240 may be configured to determine the density of cells in a liquid growth medium flowing through first filter assembly 206. In the following, In other examples, sensor 240 may include a flow meter configured to measure the flow of liquid growth media through filtration systems 220, 222 and/or filtration assemblies 206, 208. In other further examples, sensor 240 may include a capacitance sensor, a Raman sensor, or an FTIR sensor. Fourier transform). In another example, sensor 240 may be added in a continuous capture operation ( eg as a pressure sensor upstream of the capture column). Other types of sensors and their applications are contemplated.

Несмотря на то, что датчики 240, 242 на фиг. 2 изображены как содержащиеся в первом фильтрационном узле 206 и втором фильтрационном узле 208 (т.е. расположенные в трубопроводе между системами 220, 222 фильтрации и защитными фильтрами 250, 252), датчики могут быть расположены во множестве положений. Например, в некоторых примерах датчик 215 биореактора может быть выполнен с возможностью взаимодействия с жидкой питательной средой в сосуде 210 биореактора так, что датчик 215 биореактора может осуществлять мониторинг изменений давления, температуры, pH, количества растворенного кислорода, pCO₂, плотности клеток или других характеристик жидкой питательной среды в сосуде 210.Although the sensors 240, 242 in FIG. 2 are depicted as being contained in a first filter assembly 206 and a second filter assembly 208 ( ie , located in the conduit between the filter systems 220, 222 and the guard filters 250, 252), the sensors may be located in a variety of positions. For example, in some examples, the bioreactor sensor 215 may be configured to interact with the liquid growth medium in the bioreactor vessel 210 such that the bioreactor sensor 215 can monitor changes in pressure, temperature, pH, dissolved oxygen, pCO ₂ , cell density, or other characteristics. liquid nutrient medium in vessel 210.

Для частичного устранения потенциальных проблем, возникающих в результате отказа фильтра, устройство 200 для культивирования клеток может содержать систему автоматического ответного реагирования. Систему ответного реагирования можно использовать для обнаружения отказа системы фильтрации (например, разрыва фильтрующей мембраны), изоляции неисправной системы фильтрации и/или регулировки эксплуатационных параметров устройства 200 с целью продолжения перфузии клеток относительно без изменений. Система автоматического ответного реагирования может быть реализована при помощи устройства 270 управления в сообщении с по меньшей мере насосами 230, 232 для сбора и датчиками 240, 242. Как описано в данном документе устройство 270 управления может содержать по меньшей мере один процессор, выполненный с возможностью выполнения операций (например, операций, хранящихся в виде программных команд в устройстве хранения данных устройства управления). Однако в других примерах устройство 270 управления может включать компаратор или другую упрощенную систему управления.To partially eliminate potential problems resulting from filter failure, cell culture apparatus 200 may include an automatic response system. The feedback system can be used to detect failure of the filtration system ( eg , rupture of the filtration membrane), isolate the failed filtration system, and/or adjust device 200 operating parameters to continue cell perfusion relatively unchanged. The automatic response system may be implemented by control device 270 in communication with at least collection pumps 230, 232 and sensors 240, 242. As described herein, control device 270 may include at least one processor configured to perform operations ( for example , operations stored as program instructions in the storage device of the control device). However, in other examples, control device 270 may include a comparator or other simplified control system.

Устройство 270 управления может быть выполнено с возможностью приема из датчиков 240, 242 информации, указывающей рабочее состояние первой системы 220 фильтрации и/или второй системы 222 фильтрации. Такая информация может содержать характеристики жидкой питательной среды, текущей через первый фильтрационный узел 206 и/или второй фильтрационный узел 208. Например, информация может содержать давление текучей среды для жидкой питательной среды в фильтрационных узлах 206, 208, плотность клеток жидкой питательной среды, расход жидкой питательной среды, присутствие анализируемого вещества в жидкой питательной среде или какую-либо иную информацию. В других примерах, как описано ранее, датчик 215 биореактора может быть выполнен с возможностью сбора информации в отношении жидкой питательной среды в сосуде 210 биореактора, например, к плотности клеток или другой характеристике.The control device 270 may be configured to receive from the sensors 240, 242 information indicative of the operating status of the first filter system 220 and/or the second filter system 222. Such information may include characteristics of the liquid culture medium flowing through the first filter assembly 206 and/or the second filter assembly 208. culture medium, the presence of the analyte in the liquid culture medium, or any other information. In other examples, as previously described, the bioreactor sensor 215 may be configured to collect information regarding the liquid growth medium in the bioreactor vessel 210, such as cell density or other characteristic.

Устройство 270 управления может затем определять, находится ли первая система 220 фильтрации и/или вторая система 222 фильтрации в работоспособном состоянии, на основе по меньшей мере информации, принятой из датчика (датчиков) 240, 242. В данном контексте термин «работоспособный» используется для отсылки к системе фильтрации, действующей по назначению, т.е. избирательно пропускающей жидкую питательную среду, содержащую продукты жизнедеятельности клеток и представляющий интерес продукт, в то же время удерживая клетки в сосуде 210 биореактора. И наоборот, система 220, 222 фильтрации, находящаяся в неработоспособном состоянии, может испытывать отказ при пропускании требуемой или ожидаемого расхода жидкой питательной среды (т.е. указывать на забитую или засоренную фильтрующую мембрану), или отказ при удержании клеток (т.е. указывать на разрыв фильтра). Определение того, находится ли система 220, 222 фильтрации в работоспособном состоянии, может включать определение того, находится ли принятая информация в пределах ожидаемого диапазона значений, или попадает выше или ниже предварительно определенного порогового значения.The control device 270 may then determine whether the first filter system 220 and/or the second filter system 222 is in an operable state based on at least information received from the sensor(s) 240, 242. In this context, the term "healthy" is used for references to the filtration system acting as intended, i.e. . selectively passing liquid nutrient medium containing cell waste products and product of interest, while retaining the cells in the vessel 210 of the bioreactor. Conversely, a filtration system 220, 222 that is in an inoperable state may experience failure to pass a required or expected flow rate of liquid growth medium ( i.e. , indicate a clogged or clogged filter membrane), or failure to retain cells ( i.e. , indicate a break in the filter). Determining whether the filtering system 220, 222 is operational may include determining whether the received information is within an expected range of values, or is above or below a predetermined threshold.

В частном примере первая система 220 фильтрации может испытать разрыв, из-за которого возникает возможность преодоления клетками первой системы 220 фильтрации и их сбора на защитном фильтре 250. Тогда устройство 270 управления может принимать из датчика 240 информацию, указывающую на повышенное давление в жидкой питательной среде, вызванное клетками, забивающими защитный фильтр 250. Тогда определение того, находится ли первая система 220 фильтрации в работоспособном состоянии, может включать определение того, превышает ли давление в первом фильтрационном узле 206 (т.е. давление жидкой питательной среды в первому фильтрационном узле 206) пороговое значение давления. В аналогичном примере один или несколько из датчиков 240 могут включать оптический датчик (например, зонд для измерения оптической плотности), и определение того, находится ли система фильтрации в работоспособном состоянии, может включать определение того, что плотность клеток жидкой питательной среды в первом фильтрационном узле 206 превышает пороговый уровень, что указывает на преодоление клетками первой системы 220 фильтрации. В другом примере датчик 215 биореактора может представлять собой оптический датчик, и определение того, находятся ли системы 220, 222 фильтрации в работоспособном состоянии, может включать определение того, что плотность клеток жидкой питательной среды в сосуде 210 биореактора находится ниже порогового уровня.In a particular example, the first filtration system 220 may experience a rupture that allows cells to overcome the first filtration system 220 and collect on the protective filter 250. The control device 270 may then receive information from the sensor 240 indicative of increased pressure in the liquid nutrient medium. caused by cells clogging the protective filter 250. Then, determining whether the first filtration system 220 is operational may include determining whether the pressure in the first filtration unit 206 exceeds ( i.e. , the pressure of the liquid nutrient medium in the first filtration unit 206 ) pressure threshold value. In a similar example, one or more of the sensors 240 may include an optical sensor ( e.g. , an optical density probe), and determining if the filtration system is operational may include determining that the cell density of the nutrient medium in the first filtration assembly 206 exceeds the threshold level, indicating that the cells have overcome the first filtering system 220. In another example, the bioreactor sensor 215 may be an optical sensor, and determining if the filtration systems 220, 222 are operational may include determining that the cell density of the liquid growth medium in the bioreactor vessel 210 is below a threshold level.

Также ожидаются и другие типы отказа. Например, первая система 220 фильтрации может делаться неработоспособной из-за отказа первого насоса с тангенциальным потоком и/или засорения фильтрующей мембраны (например, в случаях, когда первая система 220 фильтрации представляет собой фильтр ATF или другой фильтр на основе тангенциального потока). В такой ситуации клетки могут накапливаться на фильтрующей мембране, препятствуя или уменьшая поток жидкой питательной среды через первую систему 220 фильтрации. В таком примере датчик 240 может быть выполнен с возможностью измерения перепада давления на мембране в первой системе 220 фильтрации. Определение того, находится ли первая система 220 фильтрации в работоспособном состоянии, может включать определение того, что перепад давления на мембране в системе 220 фильтрации находится выше порогового значения. В дальнейшем примере датчик 240 может включать расходомер, и определение того, находится ли первая система 220 фильтрации в работоспособном состоянии, может включать определение того, что поток жидкой питательной среды через первую систему 220 фильтрации (и/или первый фильтрационный узел 206) находится ниже порогового уровня. Специалисты в данной области техники могут предположить и другие типы отказа, параметры датчиков и определяющие факторы.Other types of failure are also expected. For example, the first filtration system 220 may be rendered inoperable by a failure of the first tangential flow pump and/or fouling of the filter membrane ( eg , in cases where the first filtration system 220 is an ATF filter or other tangential flow filter). In such a situation, cells can accumulate on the filter membrane, preventing or reducing the flow of liquid nutrient medium through the first filter system 220. In such an example, the sensor 240 may be configured to measure the differential pressure across the membrane in the first filtration system 220. Determining whether the first filtration system 220 is operational may include determining that the pressure drop across the membrane in the filtration system 220 is above a threshold. In a further example, the sensor 240 may include a flow meter, and determining if the first filtration system 220 is operational may include determining that the flow of liquid growth medium through the first filtration system 220 (and/or the first filtration assembly 206) is below a threshold level. Other types of failure, sensor parameters, and influencing factors can be assumed by those skilled in the art.

После определения отказа одной или нескольких систем фильтрации система автоматического ответного реагирования (т.е. устройство 270 управления) может действовать с целью изоляции неисправного фильтрационного узла 206, 208 путем предотвращения течения жидкой питательной среды через поврежденную систему 220, 222 фильтрации. Иными словами, в ответ на определение того, что первая система 220 фильтрации находится в неработоспособном состоянии, устройство 270 управления может инициировать прекращение перекачивания насосом 230 для сбора жидкой питательной среды через первую систему 220 фильтрации, например, путем отключения электропитания насоса 230 для сбора. Устройство 270 управления также может быть выполнено с возможностью остановки первой системы 220 фильтрации путем инициирования прекращения перекачивания насосом с тангенциальным потоком системы 220 фильтрации жидкой питательной среды через фильтрующую мембрану (т.е. в случаях, когда система 220 фильтрации содержит фильтр ATF). В других примерах устройство 270 управления может быть выполнено с возможностью отведения жидкой питательной среды в систему сбора отходов путем приведения в действие сливного клапана, последовательно соединенного с первой системой 220 фильтрации или второй системой 222 фильтрации. В другом сценарии устройство 270 управления может полностью останавливать потоки в сосуд 210 биореактора и из него, если информация из датчика 215 биореактора (например, емкость, оптическая плотность, скорость поглощения кислорода или другой аспект жидкой питательной среды в сосуде 210 биореактора) попадает выше или ниже определенного порогового значения. Upon detection of a failure of one or more filtration systems, the automatic response system ( i.e. , controller 270) may operate to isolate the failed filtration assembly 206, 208 by preventing liquid growth media from flowing through the damaged filtration system 220, 222. In other words, in response to determining that the first filtration system 220 is in an inoperative state, the controller 270 may cause the collection pump 230 to stop pumping liquid culture medium through the first filtration system 220, for example , by turning off the power to the collection pump 230. The controller 270 may also be configured to stop the first filtration system 220 by causing the tangential flow pump to stop pumping the liquid nutrient medium filtration system 220 through the filter membrane ( i.e. , in cases where the filtration system 220 contains an ATF filter). In other examples, control device 270 may be configured to divert liquid growth media to a waste collection system by actuating a drain valve in series with first filtration system 220 or second filtration system 222. In another scenario, control device 270 may completely stop flows into and out of bioreactor vessel 210 if information from bioreactor sensor 215 (e.g., capacity, absorbance, oxygen uptake rate, or other aspect of the liquid growth medium in bioreactor vessel 210) is above or below a certain threshold value.

В дополнение или в качестве альтернативы первый фильтрационный узел 206 может содержать первый изолирующий клапан 265 или клапаны, последовательно соединенные с первой системой 220 фильтрации. Первый изолирующий клапан 265 может быть выполнен с возможностью контроля течения жидкой питательной среды через первую систему 220 фильтрации. В ответ на определение того, что первая система 220 фильтрации находится в неработоспособном состоянии, устройство 270 управления может быть выполнено с возможностью перекрытия первого изолирующего клапана 265. Второй изолирующий клапан 267 может быть так же последовательно соединен со второй системой 222 фильтрации и выполнен с возможностью контроля течения жидкой питательной среды через вторую систему 222 фильтрации. Как показано на фиг. 2, в некоторых случаях изолирующий клапан (клапаны) 265, 267 может быть последовательно присоединен между первым фильтрационным узлом 206 и/или вторым фильтрационным узлом 208 и операцией 260 непрерывного захвата. Однако такой изолирующий клапан или клапаны 265, 267 могут быть расположены где угодно перед, после или в первом фильтрационном узле 206 или втором фильтрационном узле 208. Например, первый изолирующий клапан 265 и/или второй изолирующий клапан 267 может быть расположен между сосудом 210 биореактора и соответствующим фильтрационным узлом 206, 208, расположенным ниже по потоку относительно системы (систем) фильтрации 220, 222, расположенной ниже по потоку относительно защитного фильтра (фильтров) 250, 252 или соединен с впуском операции 260 непрерывного захвата. При обнаружении неисправности фильтра изолирующий клапан (клапаны) 265, 267 может быть приведен в действие для предотвращения течения жидкой питательной среды и продуктов жизнедеятельности клеток через поврежденную систему 220, 222 фильтрации, таким образом, предотвращая достижение клетками и загрязняющими веществами операции 260 непрерывного захвата и облегчая замену какого-либо дефектного оборудования.In addition or alternatively, the first filter assembly 206 may include a first isolation valve 265 or valves in series with the first filter system 220. The first isolation valve 265 may be configured to control the flow of liquid nutrient medium through the first filtration system 220. In response to determining that the first filter system 220 is in an inoperative state, the controller 270 may be configured to close the first isolation valve 265. The second isolation valve 267 may also be connected in series with the second filter system 222 and configured to control the flow of liquid nutrient medium through the second system 222 filtration. As shown in FIG. 2, in some cases, isolation valve(s) 265, 267 may be connected in series between the first filtration unit 206 and/or the second filtration unit 208 and the continuous capture operation 260. However, such isolation valve or valves 265, 267 may be located anywhere before, after, or in the first filtration unit 206 or the second filtration unit 208. For example, the first isolation valve 265 and/or the second isolation valve 267 may be located between the bioreactor vessel 210 and a respective filtration assembly 206, 208 downstream of the filtration system(s) 220, 222 downstream of the protective filter(s) 250, 252 or connected to the inlet of the continuous capture operation 260. When a filter failure is detected, isolation valve(s) 265, 267 can be actuated to prevent liquid growth media and cellular waste from flowing through the damaged filtration system 220, 222, thereby preventing cells and contaminants from reaching continuous capture operation 260 and facilitating replacement of any defective equipment.

В дополнение к изоляции сломанной системы 220, 222 фильтрации устройство 270 управления также может быть выполнено с возможностью изменения различных эксплуатационных параметров устройства 200 для культивирования клеток после отказа фильтра. Как было описано ранее, в сосуд 210 биореактора может подаваться неизменный расход жидкой питательной среды, и приблизительно равный расход содержащей отходы истощенной питательной среды может непрерывно удаляться для содействия пролиферации клеток в сосуде 210 биореактора. После обнаружения отказа в первой системе 220 фильтрации устройство 270 управления может быть дополнительно выполнено с возможностью увеличения расхода жидкой питательной среды через оставшуюся работоспособную вторую систему 222 фильтрации так, чтобы в сосуде 210 биореактора поддерживалась неизменная перфузия жидкой питательной среды. Увеличение расхода через оставшуюся работоспособную систему фильтрации (например, вторую систему 222 фильтрации) должно быть приблизительно равно суммарному расходу через исходную систему (системы) 220, 222 фильтрации до отказа (например, сумме первого расхода через первую систему 220 фильтрации и второго расхода через вторую систему 222 фильтрации). В одном примере устройство 240 управления может быть выполнено с возможностью инициирования увеличения вторым насосом 232 для сбора расхода жидкой питательной среды через вторую систему 242 фильтрации в ответ на определение того, что первая система 220 фильтрации находится в неработоспособном состоянии. В некоторых примерах инициирование увеличения вторым насосом 232 для сбора расхода жидкой питательной среды через вторую систему 242 фильтрации может включать приблизительно удвоение расхода.In addition to isolating a broken filter system 220, 222, the control device 270 can also be configured to change various operating parameters of the cell culture device 200 after a filter failure. As described previously, a constant flow of liquid nutrient medium may be supplied to the bioreactor vessel 210, and an approximately equal flow of waste-containing depleted nutrient medium may be continuously removed to promote cell proliferation in the bioreactor vessel 210. Upon detection of a failure in the first filtration system 220, the controller 270 may be further configured to increase the flow of liquid nutrient medium through the remaining operable second filtration system 222 so that the bioreactor vessel 210 maintains constant perfusion of the liquid medium. The increase in flow through the remaining operable filtration system ( eg , second filtration system 222) should be approximately equal to the total flow through the original filtration system(s) 220, 222 to failure ( eg , the sum of the first flow through the first filtration system 220 and the second flow through the second system 222 filtering). In one example, control device 240 may be configured to cause second collection pump 232 to increase the flow of fluid through second filtration system 242 in response to determining that first filtration system 220 is in an inoperative state. In some examples, initiating an increase by the second pump 232 to collect the flow of liquid nutrient medium through the second filter system 242 may include approximately doubling the flow.

В некоторых случаях устройство 200 для культивирования клеток может содержать множество фильтрационных узлов (т.е. по меньшей мере первый фильтрационный узел 206 и второй фильтрационный узел 208), соединенных параллельно и действующих одновременно. Например, в некоторых вариантах осуществления устройство 200 для культивирования клеток для достижения требуемой скорости перфузии может содержать три, четыре, шесть или более фильтрационных узлов. При отказе одной или нескольких систем 220, 222 фильтрации фильтрационных узлов 206, 208 устройство 270 управления может быть выполнено с возможностью регулировки расхода через любое количество оставшихся работоспособных фильтрационных узлов для поддержания неизменной перфузии жидкой питательной среды в системе. Например, в ответ на определение того, что первая система 220 фильтрации находится в неработоспособном состоянии, устройство 270 управления может инициировать увеличение одним или несколькими насосами для сбора, связанными с одним или несколькими дополнительными фильтрационными узлами, расхода жидкой питательной среды через соответствующие им системы фильтрации.In some instances, the cell culture device 200 may include a plurality of filter assemblies ( ie, at least a first filter node 206 and a second filter node 208) connected in parallel and operating simultaneously. For example, in some embodiments, the cell culture device 200 may comprise three, four, six, or more filtration assemblies to achieve a desired perfusion rate. In the event of failure of one or more of the filtration systems 220, 222 of the filtration units 206, 208, the controller 270 may be configured to adjust the flow through any number of remaining operable filtration units to maintain a constant perfusion of the liquid nutrient medium in the system. For example, in response to determining that the first filtration system 220 is inoperative, the controller 270 may cause one or more collection pumps associated with one or more additional filtration assemblies to increase the flow of liquid nutrient medium through their respective filtration systems.

В некоторых примерах при обнаружении неисправности фильтра может потребоваться уведомление оператора устройства 200 для культивирования клеток. Например, в ответ на определение того, что первая система 220 фильтрации находится в неработоспособном состоянии, устройство 270 управления может быть выполнено с возможностью вывода уведомления. Такое уведомление может включать видимое предупреждение, например, мигающий световой индикатор, цветной световой индикатор, видимое сообщение, текстовую или графическую информацию на дисплее. В дополнение или в качестве альтернативы уведомление может включать слуховое предупреждение, такое как звуковой сигнал тревоги, пиканье, звонок, слуховое сообщение или какой-либо иной слуховой компонент. В другом примере уведомление может включать текстовое сообщение, телефонный звонок или электронное письмо, отправленное получателю, связанному с устройством для культивирования клеток.In some instances, if a filter failure is detected, the operator of the cell culture apparatus 200 may need to be notified. For example, in response to determining that the first filtering system 220 is in an unhealthy state, the control device 270 may be configured to output a notification. Such notification may include a visible warning, such as a flashing light, a colored light, a visible message, textual or graphical information on a display. In addition or alternatively, the notification may include an auditory alert such as an audible alarm, a beep, a bell, an auditory message, or some other auditory component. In another example, the notification may include a text message, phone call, or email sent to a recipient associated with the cell culture device.

Несмотря на то, что устройство 200 для культивирования клеток, изображенное на фиг. 2, содержит два фильтрационных узла 206, 208, содержащих отдельные системы 220, 222 фильтрации, датчик (датчики) 240, 242 и защитные фильтры 250, 252, в пределах объема настоящего изобретения могут находиться и более простые устройства для культивирования клеток. Например, на фиг. 3 изображено устройство 300 для культивирования клеток, содержащее сдвоенные системы 320, 322 фильтрации, сходящиеся на совместно используемых датчике 340, защитном фильтре 350 и операции 360 захвата. Первая система 320 фильтрации последовательно соединена с первым насосом 330 для сбора, тогда как вторая система 322 фильтрации последовательно соединена со вторым насосом 332 для сбора. Такая конфигурация может обеспечивать возможность обнаружения общего отказа устройства 300 для культивирования клеток при помощи датчика 350. Например, при возникновении разрыва в любой из первой системы 320 фильтрации или второй системы 322 фильтрации клетки из сосуда 310 биореактора могут течь через системы 320, 322 фильтрации и собираться на защитном фильтре 350. Забивание защитного фильтра 350 может вызывать повышение давления в жидкой питательной среде выше по потоку относительно защитного фильтра 350, которое может быть обнаружено датчиком давления (например, датчиком 340). Однако, вследствие совместно используемого датчика 340 ниже по потоку такая система может не обладать возможностью различать отказ в первой системе 320 фильтрации и отказ во второй системе 322 фильтрации. В такой примерной системе система автоматического ответного реагирования может действовать, например, с целью предупреждения оператора устройства 300 для культивирования клеток путем вывода уведомления, отведения жидкой питательной среды в систему сбора отходов или прекращения операции непрерывного захвата. Предусматриваются и другие автоматические ответные реакции.Although the cell culture apparatus 200 shown in FIG. 2 contains two filtration assemblies 206, 208 containing separate filtration systems 220, 222, sensor(s) 240, 242, and protective filters 250, 252, simpler cell culture devices may be within the scope of the present invention. For example, in FIG. 3 depicts a cell culture apparatus 300 comprising dual filter systems 320, 322 converging on a shared sensor 340, guard filter 350, and capture operation 360. The first filter system 320 is connected in series with the first collection pump 330, while the second filter system 322 is connected in series with the second collection pump 332. Such a configuration may allow the sensor 350 to detect a general failure of the cell culture apparatus 300. For example, if a rupture occurs in either the first filtration system 320 or the second filtration system 322, cells from the bioreactor vessel 310 may flow through the filtration systems 320, 322 and collect on the guard filter 350. Clogging of the guard filter 350 may cause an increase in pressure in the liquid nutrient medium upstream of the guard filter 350, which can be detected by a pressure sensor ( eg , sensor 340). However, due to the downstream shared sensor 340, such a system may not be able to distinguish between a failure in the first filter system 320 and a failure in the second filter system 322. In such an exemplary system, the automatic response system may operate to, for example , alert the operator of the cell culture apparatus 300 by issuing a notification, diverting liquid culture medium to a waste collection system, or terminating a continuous capture operation. Other automatic responses are also provided.

Сосуд 310 биореактора, первая и вторая системы 320, 322 фильтрации, первый и второй насосы 330, 332 для сбора, датчик 340, защитный фильтр 350 и операция 360 захвата, показанные на фиг. 3, могут быть выполнены подобно соответствующим компонентам, описанным в отношении фиг. 2.Bioreactor vessel 310, first and second filtration systems 320, 322, first and second collection pumps 330, 332, sensor 340, protective filter 350, and capture operation 360 shown in FIG. 3 can be made similar to the corresponding components described with respect to FIG. 2.

В некоторых других примерах устройство для культивирования клеток может основываться на единственном фильтрационном узле для обработки истощенной жидкой питательной среды. На фиг. 4 изображен пример такого устройства 400 для культивирования клеток. В данном случае сосуд 410 биореактора находится в сообщении по текучей среде с операцией 460 захвата посредством единственной системы 420 фильтрации, насоса 430 для сбора, датчика 440 и защитного фильтра 450. Устройство 470 управления может быть соединено с возможностью связи с по меньшей мере одним датчиком 440 и насосом 430 для сбора. В таком примере неисправность фильтра (например, разрыв, забивание или другой дефект системы 420 фильтрации) может сделать неработоспособным весь механизм фильтрации устройства 400 для культивирования клеток. В ответ на определение того, что система 420 фильтрации находится в неработоспособном состоянии, устройство 470 управления может быть выполнено с возможностью инициирования прекращения сбора продукта из жидкой питательной среды операцией 460 сбора.In some other examples, the cell culture device may be based on a single filtration unit to treat depleted liquid culture media. In FIG. 4 shows an example of such a cell culture apparatus 400. In this case, the bioreactor vessel 410 is in fluid communication with the capture operation 460 via a single filtration system 420, a collection pump 430, a sensor 440, and a protective filter 450. The control device 470 may be communicatively coupled to at least one sensor 440 and pump 430 for collection. In such an example, a filter failure ( eg , a rupture, clogging, or other defect in the filter system 420) can render the entire filter mechanism of the cell culture device 400 inoperable. In response to determining that the filtration system 420 is in an inoperable state, the control device 470 can be configured to trigger a collection operation 460 to stop collecting product from the liquid medium.

В ситуациях, когда неработоспособны все фильтрационные узлы устройства для культивирования клеток (например, когда отказывает единственная система 420 фильтрации, или когда отказывают все из множества систем фильтрации), поток жидкой питательной среды может быть отведен в систему 480 сбора отходов. Для обеспечения такого сценария один или несколько фильтрационных узлов могут содержать сливной клапан 485, последовательно соединенный с системой 420 фильтрации. Сливной клапан 485 может быть выполнен с возможностью отведения потока жидкой питательной среды в систему 480 сбора отходов. Сливной клапан 485 может представлять собой трехходовой клапан, однако в других примерах сливной клапан 485 может включать одно- или двухходовые клапаны. Такой сливной клапан 485 предпочтительно может быть присоединен ниже по потоку относительно насоса 430 для сбора и выше по потоку относительно защитного фильтра 450, однако можно предположить множество положений. В ответ на определение того, что система 420 фильтрации находится в неработоспособном состоянии, устройство 470 управления может быть выполнено с возможностью открытия сливного клапана 485 и, таким образом, отведения жидкой питательной среды в слив.In situations where all of the filtration assemblies of the cell culture apparatus are inoperable ( eg , when a single filtration system 420 fails, or when all of multiple filtration systems fail), the liquid growth medium stream may be diverted to the waste collection system 480. To provide for such a scenario, one or more filtration units may include a drain valve 485 connected in series with the filtration system 420. The drain valve 485 may be configured to divert the flow of liquid nutrient medium to the waste collection system 480. Drain valve 485 may be a three-way valve, however, in other examples, drain valve 485 may include one-way or two-way valves. Such a drain valve 485 may preferably be connected downstream of the collection pump 430 and upstream of the protective filter 450, however, many positions can be assumed. In response to determining that the filtration system 420 is in an inoperable state, the control device 470 can be configured to open the drain valve 485 and thus divert the liquid nutrient medium to the drain.

Отведение жидкой питательной среды в систему 480 сбора отходов может обеспечивать возможность временного продолжения перфузии через систему 400 для культивирования клеток. Однако в конечном итоге плотность клеток в сосуде 410 реактора может падать до недопустимого уровня, так как в слив перекачивается большая часть клеток. Для предотвращения нежелательной величины потери плотности клеток, датчик (например, датчик 440 или дополнительный датчик биореактора) может быть выполнен с возможностью взаимодействия с жидкой питательной средой в сосуде 410 биореактора и/или мониторинга плотности клеток в сосуде 410. В ответ на определение того, что плотность клеток падает ниже порогового значения, устройство 470 управления может быть выполнено с возможностью прекращения перфузии совместно, например, с перекрытием сливного клапана 485, перекрытием изолирующего клапана, инициированием прекращения перекачивания одним или несколькими насосами для сбора 420 жидкой питательной среды через одну или несколько систем 420 фильтрации или какими-либо иными средствами.The diversion of liquid growth medium into the waste collection system 480 may allow perfusion to be temporarily continued through the cell culture system 400. However, eventually the cell density in the reactor vessel 410 may drop to an unacceptable level as most of the cells are pumped down the drain. To prevent an undesirable amount of cell density loss, a sensor ( e.g. , sensor 440 or optional bioreactor sensor) can be configured to interact with the liquid growth medium in the bioreactor vessel 410 and/or monitor the cell density in the vessel 410. In response to determining that cell density falls below a threshold, control device 470 may be configured to terminate perfusion in conjunction with, for example , shutting off drain valve 485, closing isolation valve, causing one or more pumps to stop pumping 420 to collect fluid through one or more systems 420 filtration or any other means.

Сосуд 410 биореактора, система 420 фильтрации, насос 430 для сбора, датчик 440, защитный фильтр 450, операция 460 захвата и устройство 470 управления, показанные на фиг. 4, могут быть выполнены аналогично соответствующим компонентам, описанным выше в отношении фиг. 2.Bioreactor vessel 410, filtration system 420, collection pump 430, sensor 440, safety filter 450, capture operation 460, and control device 470 shown in FIG. 4 can be made in a similar way to the respective components described above with respect to FIG. 2.

III. Способ культивирования клетокIII. Cell culture method

На фиг. 5 показана блок-схема способа 500 эксплуатации устройства для культивирования клеток, такого как любое из устройств, показанных на фиг. 2, 3 или 4 и описанных в данном документе. Для иллюстрации устройство для культивирования клеток, эксплуатируемое в способе 500 содержит: (i) сосуд биореактора; (ii) первую систему фильтрации в сообщении по текучей среде с сосудом биореактора; (ii) вторую систему фильтрации в сообщении по текучей среде с сосудом биореактора; (iii) первый насос для сбора, последовательно соединенный с первой системой фильтрации; (iv) второй насос для сбора, последовательно соединенный со второй системой фильтрации; и (v) датчик, выполненный с возможностью взаимодействия с жидкой питательной средой, текущей через по меньшей мере одну систему фильтрации.In FIG. 5 shows a flow diagram of a method 500 for operating a cell culture device, such as any of the devices shown in FIG. 2, 3 or 4 and described in this document. To illustrate, the cell culture apparatus operated in method 500 comprises: (i) a bioreactor vessel; (ii) a first filtration system in fluid communication with the bioreactor vessel; (ii) a second filtration system in fluid communication with the bioreactor vessel; (iii) a first collection pump connected in series with the first filtration system; (iv) a second collection pump connected in series with the second filtration system; and (v) a sensor configured to interact with the liquid nutrient medium flowing through the at least one filtration system.

Блок 501 способа 500 включает по меньшей мере частичное наполнение сосуда биореактора клетками и жидкой питательной средой. Сосуд биореактора находится в сообщении по текучей среде с первой системой фильтрации и второй системой фильтрации, соединенной параллельно с первой системой фильтрации. По меньшей мере частичное наполнение сосуда биореактора клетками и жидкой питательной средой может включать доставку клеток в виде монослоя на искусственном субстрате (т.е. адгезивной культуры). В других примерах по меньшей мере частичное наполнение сосуда биореактора клетками и жидкой питательной средой может включать доставку клеток, свободно плавающих в питательной среде (т.е. в виде суспензионной культуры). Жидкая питательная среда для непрерывной перфузии может доставляться при помощи операции подачи, выполненной с возможностью введения свежей жидкой питательной среды в сосуд биореактора. Жидкая питательная среда из операции подачи может доставляться с предварительно определенным расходом, рассчитанным на потребности в питании клеток в сосуде биореактора.Block 501 of method 500 includes at least partially filling the bioreactor vessel with cells and liquid growth medium. The bioreactor vessel is in fluid communication with the first filtration system and a second filtration system connected in parallel to the first filtration system. At least partially filling the bioreactor vessel with cells and liquid nutrient medium may include the delivery of cells as a monolayer on an artificial substrate ( ie , adherent culture). In other examples, at least partially filling the bioreactor vessel with cells and liquid nutrient medium may include the delivery of cells floating freely in the nutrient medium ( ie , in the form of a suspension culture). Liquid nutrient medium for continuous perfusion can be delivered using a supply operation configured to introduce fresh liquid nutrient medium into the bioreactor vessel. The liquid growth medium from the supply operation may be delivered at a predetermined rate, calculated on the nutritional needs of the cells in the bioreactor vessel.

Блок 502 способа 500 включает перекачивание жидкой питательной среды из сосуда биореактора через первую систему фильтрации с использованием первого насоса для сбора. Блок 503 способа 500 включает перекачивание жидкой питательной среды из сосуда биореактора через вторую систему фильтрации с использованием второго насоса для сбора. Первый насос для сбора может быть последовательно соединен с первым тангенциальным потоком. Аналогично, второй насос для сбора может быть последовательно соединен со второй системой фильтрации.Block 502 of method 500 includes pumping liquid growth medium from the bioreactor vessel through a first filtration system using a first collection pump. Block 503 of method 500 includes pumping liquid growth medium from the bioreactor vessel through a second filtration system using a second collection pump. The first collection pump may be connected in series with the first tangential flow. Likewise, a second collection pump may be connected in series with a second filtration system.

Перекачивание жидкой питательной среды через первую систему фильтрации может включать перекачивание жидкой питательной среды с первым расходом. Перекачивание жидкой питательной среды через второй тангенциальный расход может включать перекачивание жидкой питательной среды со вторым расходом. В некоторых примерах первый расход может быть по существу равен второму расходу в нормальных условиях эксплуатации. Однако в других примерах расход жидкой питательной среды через первую систему фильтрации может отличаться от расхода жидкой питательной среды через вторую систему фильтрации. В дополнение или в качестве альтернативы сумма первого расхода и второго расхода может быть приблизительно равна расходу питательной среды в сосуд биореактора при помощи операции подачи (т.е. операции подачи, описанной ранее в отношении блока 501 способа 500).Pumping the liquid nutrient medium through the first filtration system may include pumping the liquid nutrient medium at the first flow rate. Pumping the liquid nutrient medium through the second tangential flow may include pumping the liquid nutrient medium at the second flow. In some examples, the first flow rate may be substantially equal to the second flow rate under normal operating conditions. However, in other examples, the flow rate of the liquid nutrient medium through the first filtration system may be different from the flow rate of the liquid nutrient medium through the second filtration system. In addition or alternatively, the sum of the first flow rate and the second flow rate may be approximately equal to the flow rate of the nutrient medium into the bioreactor vessel by the feeding operation ( ie , the feeding operation described previously in relation to block 501 of method 500).

Блок 504 способа 500 включает прием из датчика, выполненного с возможностью взаимодействия с жидкой питательной средой, текущей через, по меньшей мере, первую систему фильтрации, информации, указывающей рабочее состояние первой системы фильтрации. Указанный датчик может быть расположен в фильтрационном узле, содержащем первую систему фильтрации, первый насос для сбора и/или другие элементы. В дополнение или в качестве альтернативы датчик может быть расположен в трубопроводе, последовательно соединенном с первой системой фильтрации и/или первым насосом для сбора.Block 504 of method 500 includes receiving from a sensor configured to interact with a liquid nutrient medium flowing through at least the first filtration system, information indicative of the operating state of the first filtration system. Said sensor may be located in a filtration assembly comprising a first filtration system, a first collection pump, and/or other elements. In addition or alternatively, the sensor may be located in a pipeline connected in series with the first filtration system and/or the first collection pump.

В некоторых примерах датчик представляет собой датчик давления (например, пьезорезистивный датчик давления). Информация, указывающая рабочее состояние первой системы фильтрации, может содержать информацию в отношении давления в жидкой питательной среде, текущей через первую систему фильтрации. В частности, информация может содержать давление в жидкой питательной среде выше по потоку относительно первой системы фильтрации, давление в жидкой питательной среде ниже по потоку относительно первой системы фильтрации или дифференциальный перепад давления жидкой питательной среды на мембране в первой системе фильтрации. В некоторых примерах устройство для культивирования клеток содержит защитный фильтр, последовательно соединенный с первой системой фильтрации ниже по потоку относительно первой системы фильтрации. В таком примере указанная информация может содержать давление в жидкой питательной среде выше по потоку относительно защитного фильтра. В дополнение или в качестве альтернативы датчик может содержать емкостный датчик, рамановский зонд, зонд FTIR или зонд для измерения оптической плотности. В таких примерах информация может содержать информацию в отношении плотности клеток в жидкой питательной среде (например, в жидкой питательной среде ниже по потоку относительно первой системы фильтрации).In some examples, the sensor is a pressure sensor ( e.g. a piezoresistive pressure sensor). The information indicative of the operating state of the first filtration system may include information regarding pressure in the liquid nutrient medium flowing through the first filtration system. In particular, the information may include the pressure in the liquid medium upstream of the first filtration system, the pressure in the liquid medium downstream of the first filtration system, or the differential pressure drop of the liquid medium across the membrane in the first filtration system. In some examples, the cell culture device includes a protective filter connected in series with the first filtration system downstream of the first filtration system. In such an example, said information may include the pressure in the liquid nutrient medium upstream of the protective filter. In addition or alternatively, the sensor may comprise a capacitive sensor, a Raman probe, an FTIR probe, or an absorbance probe. In such examples, the information may include information regarding cell density in the liquid nutrient medium ( eg , in the liquid medium downstream of the first filtration system).

Блок 505 способа 500 включает определение на основе по меньшей мере принятой информации того, находится ли первая система фильтрации в работоспособном состоянии. Если первая система фильтрации находится в неработоспособном состоянии, фильтр может пропускать требуемый или ожидаемый расход жидкой питательной среды (т.е. указывать на забитую или засоренную фильтрующую мембрану) или испытывать отказ при удержании клеток (т.е. указывать на разрыв фильтра). Определение того, находится ли система фильтрации в работоспособном состоянии, может включать определение того, находится ли принятая из датчика информация в пределах ожидаемого диапазона значений, или попадает выше или ниже предварительно определенного порогового значения. В некоторых примерах датчик представляет собой датчик давления и определение того, находится ли система фильтрации в работоспособном состоянии, включает определение того, что давление жидкой питательной среды находится выше предварительно определенного порогового значения. В некоторых случаях определение того, находится ли первая система фильтрации в работоспособном состоянии, может включать определение того, что перепад давления на мембране в первой системе фильтрации находится выше предварительно определенного порогового значения. В других дополнительных примерах определение того, находится ли первая система фильтрации в работоспособном состоянии, может включать определение того, что плотность клеток жидкой питательной среды (например, жидкой питательной среды в сосуде биореактора или жидкой питательной среды, текущей через первую систему фильтрации) находится вне предварительно определенного диапазона пороговых значений.Block 505 of method 500 includes determining, based on at least the received information, whether the first filter system is in a healthy state. If the first filtration system is in an inoperable state, the filter may be missing the required or expected flow rate of liquid growth medium ( i.e. , indicating a clogged or clogged filter membrane) or experience cell retention failure ( i.e. , indicating a rupture of the filter). Determining whether the filtering system is in an operable state may include determining whether the information received from the sensor is within an expected range of values, or falls above or below a predetermined threshold. In some examples, the sensor is a pressure sensor, and determining if the filtration system is healthy includes determining that the pressure of the liquid growth medium is above a predetermined threshold. In some instances, determining if the first filtration system is operational may include determining that the pressure drop across the membrane in the first filtration system is above a predetermined threshold. In other additional examples, determining if the first filtration system is operational may include determining that the cell density of the liquid nutrient medium ( e.g. , liquid medium in a bioreactor vessel or liquid medium flowing through the first filtration system) is out of pre- a certain range of threshold values.

Блок 506 способа 500 включает, в ответ на определение того, что первая система фильтрации находится в неработоспособном состоянии, инициирование прекращения перекачивания первым насосом для сбора жидкой питательной среды через первую систему фильтрации. Такая ответная реакция может эффективно прекращать течение жидкой питательной среды через первую систему фильтрации. В дополнение или в качестве альтернативы с первой системой фильтрации может быть последовательно соединен изолирующий клапан, выполненный с возможностью контроля течения жидкой питательной среды через первую систему фильтрации. В таком примере способ 500 может включать, в ответ на определение того, что первая система фильтрации находится в неработоспособном состоянии, перекрытие изолирующего клапана. Также предполагаются и другие ответные реакции на неисправность фильтра.Block 506 of method 500 includes, in response to determining that the first filtration system is in an inoperative state, causing the first pump to stop pumping the liquid growth medium through the first filtration system. Such a response can effectively stop the flow of the liquid nutrient medium through the first filtration system. In addition or alternatively, an isolation valve may be connected in series with the first filtration system and configured to control the flow of the liquid nutrient medium through the first filtration system. In such an example, method 500 may include, in response to determining that the first filtration system is in an inoperable state, closing the isolation valve. Other responses to filter failure are also contemplated.

В некоторых примерах способ 500 может дополнительно включать регулировку расхода одного или нескольких оставшихся работоспособных фильтров. Например, способ 500 может дополнительно включать инициирование увеличения вторым насосом для сбора расхода жидкой питательной среды через вторую систему фильтрации в ответ на определение того, что первая система фильтрации находится в неработоспособном состоянии. Увеличение расхода жидкой питательной среды через вторую систему фильтрации может обеспечить возможность продолжения перфузии жидкой питательной среды через сосуд биореактора с неизменной скоростью после отказа фильтра. Иными словами, отрегулированный расход жидкой питательной среды через вторую систему фильтрации может быть приблизительно равен расходу жидкой питательной среды через работоспособные первую и вторую системы фильтрации. В некоторых примерах инициирование увеличения вторым насосом для сбора расхода жидкой питательной среды через вторую систему фильтрации может включать приблизительно удвоение расхода жидкой питательной среды через вторую систему фильтрации.In some examples, method 500 may further include adjusting the flow rate of one or more remaining operable filters. For example, method 500 may further include causing the second collection pump to increase the flow of liquid growth medium through the second filtration system in response to determining that the first filtration system is in an inoperative state. Increasing the flow rate of the liquid nutrient medium through the second filtration system may allow the liquid medium to be perfused through the bioreactor vessel at a constant rate after filter failure. In other words, the adjusted flow rate of the liquid nutrient medium through the second filtration system may be approximately equal to the flow rate of the liquid nutrient medium through the operable first and second filtration systems. In some examples, initiating an increase by the second collection pump in the flow of liquid nutrient medium through the second filtration system may include approximately doubling the flow of liquid medium through the second filtration system.

В некоторых примерах способ 500 дополнительно включает вывод уведомления в ответ на определение того, что первая система фильтрации находится в неработоспособном состоянии. Уведомление может включать видимое предупреждение (например, мигающий световой индикатор, цветной световой индикатор, видимое сообщение, текстовую или графическую информацию на дисплее) и/или слуховое предупреждение (например, звуковой сигнал тревоги, пиканье, звонок, слуховое сообщение или какой-либо иной слуховой компонент). В других дополнительных примерах способ 500 может включать отведение жидкой питательной среды в систему сбора отходов, прекращение операции захвата ниже по потоку или воздействие на другие аспекты эксплуатации устройства для культивирования клеток.In some examples, method 500 further includes issuing a notification in response to determining that the first filtering system is in an unhealthy state. The notification may include a visible warning ( for example , a flashing light, a colored indicator light, a visible message, text or graphics on a display) and/or an auditory warning ( for example , an audible alarm, a beep, a call, an auditory message, or some other auditory component). In other additional examples, method 500 may include diverting liquid growth media to a waste collection system, terminating a downstream capture operation, or affecting other aspects of cell culture device operation.

Примерный способ 500, изображенный на фиг. 5, подразумевается как иллюстративный, неограничивающий пример. Блоки и этапы, описанные в данном документе, могут осуществляться последовательно или параллельно. Кроме того, различные блоки и этапы могут осуществляться в порядке, отличающемся от описанного в данном документе, и некоторые блоки и этапы могут быть опущены, пропущены и/или повторены. Предусматриваются дополнительные или альтернативные элементы способа и дополнительные или альтернативные компоненты систем.The exemplary method 500 depicted in FIG. 5 is intended as an illustrative, non-limiting example. The blocks and steps described herein may be performed sequentially or in parallel. In addition, various blocks and steps may be performed in a different order from that described herein, and certain blocks and steps may be omitted, skipped, and/or repeated. Additional or alternative method elements and additional or alternative system components are contemplated.

Несмотря на то, что устройство и способы, описанные в данном документе, были описаны в том, что касается различных вариантов осуществления, понятно, что у специалистов в данной области техники появятся изменения и модификации. Поэтому предполагается, что приложенная формула изобретения охватывает все такие эквивалентные изменения, находящиеся в пределах объема заявленного устройства и способов. Кроме того, названия разделов, используемые в данном документе, представлены лишь в целях систематизации, и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие описываемый объект настоящего изобретения.While the apparatus and methods described herein have been described with respect to various embodiments, it is understood that changes and modifications will occur to those skilled in the art. Therefore, the appended claims are intended to cover all such equivalent changes falling within the scope of the claimed apparatus and methods. In addition, the section titles used herein are for systematization purposes only and should not be construed as limiting the subject matter of the present invention in any way.

Все источники литературы, цитируемые в настоящей заявке, явным образом включены посредством ссылки в данном документе.All sources of literature cited in this application are expressly incorporated by reference in this document.

Claims

1. Perfusion device for cell culture, containing:

(a) a bioreactor vessel configured to contain a liquid nutrient medium;

(b) a first filtration unit in fluid communication with the bioreactor vessel, the first filtration unit comprising:

(i) a first filtration system;

(ii) a first collection pump connected in series with the first filtration system, wherein the first collection pump is configured to pump liquid nutrient medium from the bioreactor vessel through the first filtration system; And

(iii) a sensor, wherein the sensor is configured to interact with a liquid nutrient medium in the first filtration unit; And

(c) a second filtration unit configured to operate in parallel with the first filtration unit, wherein the second filtration unit is in fluid communication with the bioreactor vessel, and the second filtration unit comprises:

(i) a second filtration system; And

(ii) a second collection pump in series with the second filtration system, wherein the second collection pump is configured to pump the liquid growth medium from the bioreactor vessel through the second filtration system; And

(d) a control device, wherein the control device performs operations including:

(i) receiving from the sensor information indicative of an operable state of the first filtration system;

(ii) determining, based on the information received from the sensor, whether the first filtration system is in a healthy state; And

(iii) in response to determining that the first filtration system is inoperable, causing the first pump to stop pumping the liquid growth medium through the first filtration system.

2. The device according to claim. 1, characterized in that one of the first filter system and the second filter system contains a filter with a variable tangential flow.

3. The device according to claim. 1, characterized in that one of the first filter system and the second filter system contains a filter with a tangential flow.

4. The device of claim. 1, characterized in that each of the first filter system and the second filter system has a pore size from about 0.1 micron to about 1 micron.

5. The device according to claim. 1, characterized in that the sensor includes a pressure sensor, and while determining that the first filtration system is in an inoperative state, includes determining that the pressure in the first filtration unit exceeds a threshold value.

6. The device according to claim. 1, characterized in that the sensor includes a capacitive sensor.

7. The device according to claim. 1, characterized in that the sensor includes an optical sensor.

8. The device according to claim. 1, characterized in that the control device is configured to:

responsive to determining that the first filtration system is inoperable, initiating an increase in the second pump to collect the liquid growth medium flow through the second filtration system.

9. Apparatus according to claim 8, wherein initiating an increase by the second pump to collect the flow of liquid nutrient medium through the second filtration system comprises approximately doubling the flow.

10. The device according to claim 1, characterized in that the control device is configured to:

in response to determining that the first filtering system is in an unhealthy state, outputting a notification.

11. The device of claim. 10, characterized in that the notification includes a visible warning or an auditory warning.

12. The device according to claim. 1, characterized in that it contains an isolating valve connected in series with the first filtration unit, while the valve is configured to control the flow of liquid nutrient medium through the first filtration unit, and the control device is configured to:

in response to determining that the first filtration system is inoperable, closing the isolation valve.

13. The device according to claim. 1, characterized in that the first filtration unit contains a protective filter connected in series with the first filtration system, while the protective filter is connected downstream of the first filtration system and the sensor.

14. The apparatus of claim. 13, wherein the protective filter has a pore size of from about 0.1 micron to about 1 micron.

15. The apparatus of claim. 1, characterized in that it provides a capture operation adapted to collect the product from the liquid nutrient medium, while the capture operation is in fluid communication with the vessel of the bioreactor through the first filtration unit.

16. The device according to claim 15, characterized in that the capture operation provides for a station for continuous periodic countercurrent chromatography.

17. A cell culture perfusion device according to claim 1, wherein the sensor is a Raman or Fourier Transform Infrared (FTIR) sensor.

18. A method for culturing cells, wherein the method includes:

(a) partially filling the bioreactor vessel with cells and liquid nutrient medium, while the bioreactor vessel is in fluid communication with the first filtration system and the second filtration system connected in parallel with the first filtration system;

(b) pumping the liquid growth medium from the bioreactor vessel through the first filtration system using the first collection pump, the first collection pump being connected in series with the first filtration system;

(c) pumping the liquid growth medium from the bioreactor vessel through the second filtration system using a second collection pump, the second collection pump being connected in series with the second filtration system;

(d) receiving from a sensor configured to interact with the liquid nutrient medium, information indicating the operational state of the first filtration system;

(e) determining, based on the received information, whether the first filtration system is in a healthy state; And

(f) in response to determining that the first filtration system is in an inoperable state, causing the first pump to stop pumping the liquid growth medium through the first filtration system.

19. The method of claim. 18, characterized in that one of the first filter system and the second filter system contains a filter with a variable tangential flow.

20. The method according to claim 18, characterized in that the sensor includes a pressure sensor.

21. The method of claim. 20, characterized in that the received information contains information in relation to the pressure of the liquid nutrient medium downstream of the first filtration system.

22. The method of claim. 20, characterized in that the received information contains information regarding the pressure drop across the membrane in the first filtration system.

23. The method of claim 20, wherein determining whether the first filtration system is operational comprises determining that the pressure of the liquid growth medium is above a predetermined threshold.

24. The method according to claim 18, characterized in that pumping the liquid nutrient medium from the bioreactor vessel through the first filtration system includes pumping the liquid nutrient medium at the first flow rate, while pumping the liquid nutrient medium from the bioreactor vessel through the second filtration system includes pumping the liquid nutrient medium with the second flow rate, and wherein the first flow rate is approximately equal to the second flow rate.

25. The method according to claim 18, characterized in that it includes:

responsive to determining that the first filtration system is in an inoperative state, initiating an increase by the second pump to collect the liquid growth medium flow through the second filtration system.

26. The method of claim 25 wherein initiating an increase by the second pump to collect the flow of liquid nutrient medium through the second filtration system comprises approximately doubling the flow of liquid medium through the second filtration system.

27. The method according to p. 18, characterized in that it includes: