(57)【要約】  本開示は、細胞培養装置のための濾過システムおよび細胞培養方法を提供する。濾過システムは、バイオリアクタ容器と、並列に連結された２つまたはそれ以上の交互タンジェンシャルフロー（ＡＴＦ）フィルタとを含む。いずれのフィルタの障害も、インラインセンサによって検出され、自動化された応答システムが、フィルタを通る液体媒体の流れを止めることによって、動作不良を生じているフィルタを隔離するように機能する。バイオリアクタを通る灌流の速度が比較的変化しないままになるように、残りの動作可能なフィルタを通る媒体の流れを増大させることができる。そのようなシステムは、従来の灌流バイオリアクタでＡＴＦフィルタ障害から生じる問題を防止し、それによって細胞培養の長期的な生存能力を改善することができる。【選択図】図２
2021522794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
灌流細胞培養装置であって：
（ａ）液体媒体を受けるように構成されたバイオリアクタ容器と；
（ｂ）該バイオリアクタ容器に流体連通している第１の濾過アセンブリであって：
（ｉ）第１の濾過システム；
（ｉｉ）該第１の濾過システムと直列に連結されており、該バイオリアクタ容器から該第１の濾過システムを通って該液体媒体を圧送するように構成された第１のハーベストポンプ；および
（ｉｉｉ）該第１の濾過アセンブリ内で該液体媒体と相互作用するように構成されたセンサを含む第１の濾過アセンブリと；
（ｃ）該第１の濾過アセンブリと並列に動作するように構成された第２の濾過アセンブリであって、該バイオリアクタ容器に流体連通しており：
（ｉ）第２の濾過システム；および
（ｉｉ）該第２の濾過システムと直列に連結されており、該バイオリアクタ容器から該第２の濾過システムを通って該液体媒体を圧送するように構成された第２のハーベストポンプを含む第２の濾過アセンブリと；
（ｄ）コントローラであって：
（ｉ）該センサから、該第１の濾過システムの動作状態を示す情報を受けること；
（ｉｉ）少なくとも受けた情報に基づいて、該第１の濾過システムが動作可能な状態にあるかどうかを判定すること；および
（ｉｉｉ）該第１の濾過システムが動作可能な状態にないという判定に応答して、該第１のハーベストポンプに、該第１の濾過システムを通って液体媒体を圧送するのを止めさせることを含む動作を実行するコントローラとを含む、前記灌流細胞培養装置。
【請求項２】
第１の濾過システムおよび第２の濾過システムのうちの少なくとも１つは、交互タンジェンシャルフローフィルタを含む、請求項１に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項３】
第１の濾過システムおよび第２の濾過システムのうちの少なくとも１つは、タンジェンシャルフローフィルタを含む、請求項１に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項４】
第１の濾過システムおよび第２の濾過システムの各々は、約０．１ミクロン〜約１ミクロンの孔径を含む、請求項１に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項５】
センサは圧力センサを含み、第１の濾過システムが動作可能な状態にないと判定することは、第１の濾過アセンブリ内の圧力が閾値より大きいと判定することを含む、請求項１に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項６】
センサは静電容量センサを含む、請求項１に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項７】
センサは光センサを含む、請求項１に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項８】
コントローラは：
第１の濾過システムが動作可能な状態にないという判定に応答して、第２のハーベストポンプに、第２の濾過システムを通る液体媒体の流量を増大させるようにさらに構成される、請求項１に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項９】
第２のハーベストポンプに第２の濾過システムを通る液体媒体の流れを増大させることは、流量を約２倍にすることを含む、請求項８に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項１０】
コントローラは：
第１の濾過システムが動作可能な状態にないという判定に応答して、通知を出力するようにさらに構成される、請求項１に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項１１】
通知は、視覚アラートまたは聴覚アラートを含む、請求項１０に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項１２】
第１の濾過アセンブリと直列に連結された隔離弁をさらに含み、該弁は、第１の濾過アセンブリを通る液体媒体の流れを制御するように構成され、コントローラは：
第１の濾過システムが動作可能な状態にないという判定に応答して、該隔離弁を閉じるようにさらに構成される、請求項１に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項１３】
第１の濾過アセンブリは、第１の濾過システムと直列に連結されたガードフィルタをさらに含み、該ガードフィルタは、第１の濾過システムおよびセンサの下流に連結される、請求項１に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項１４】
ガードフィルタは、約０．１ミクロン〜約１ミクロンの孔径を含む、請求項１３に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項１５】
液体媒体から生成物を収集するように構成された捕捉動作をさらに含み、該捕捉動作は、少なくとも第１の濾過アセンブリによって、バイオリアクタ容器に流体連通している、請求項１に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項１６】
捕捉動作は、周期的連続カウンタクロマトグラフィスキッドを含む、請求項１５に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項１７】
灌流細胞培養装置であって：
（ａ）液体媒体を受けるように構成されたバイオリアクタ容器と；
（ｂ）該バイオリアクタ容器に流体連通している濾過アセンブリであって：
（ｉ）濾過システム；
（ｉｉ）該濾過システムと直列に連結されており、バイオリアクタ容器から濾過システムを通って液体媒体を圧送するように構成されたハーベストポンプ；および
（ｉｉｉ）濾過アセンブリ内で液体媒体と相互作用するように構成されたセンサを含む濾過アセンブリと；
（ｃ）コントローラであって：
（ｉ）センサから、濾過システムの動作状態を示す情報を受けること；
（ｉｉ）少なくとも受けた情報に基づいて、濾過システムが動作可能な状態にあるかどうかを判定すること；および
（ｉｉｉ）濾過システムが動作可能な状態にないという判定に応答して、ハーベストポンプに、濾過システムを通って液体媒体を圧送するのを止めさせることを含む動作を実行するコントローラとを含む、前記灌流細胞培養装置。
【請求項１８】
濾過システムは、交互タンジェンシャルフローフィルタを含む、請求項１７に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項１９】
濾過システムは、タンジェンシャルフローフィルタを含む、請求項１７に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項２０】
濾過システムは、約０．１ミクロン〜約１ミクロンの孔径を含む、請求項１７に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項２１】
センサは圧力センサを含み、濾過システムが動作可能な状態にないと判定することは、濾過アセンブリ内の圧力が閾値より大きいと判定することを含む、請求項１７に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項２２】
センサは静電容量センサを含む、請求項１７に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項２３】
センサは光センサを含む、請求項１７に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項２４】
コントローラは：
濾過システムが動作可能な状態にないという判定に応答して、通知を出力するようにさらに構成される、請求項１７に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項２５】
通知は、視覚アラートまたは聴覚アラートを含む、請求項２４に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項２６】
濾過システムと直列に連結された隔離弁をさらに含み、該隔離弁は、濾過アセンブリを通る液体媒体の流れを制御するように構成され、コントローラは：
濾過システムが動作可能な状態にないという判定に応答して、隔離弁を閉じるようにさらに構成される、請求項１７に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項２７】
第１の濾過アセンブリと直列に連結されたガードフィルタをさらに含み、該ガードフィルタは、第１の濾過アセンブリの下流に連結される、請求項１７に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項２８】
ガードフィルタは、約０．１ミクロン〜約１ミクロンの孔径を含む、請求項２７に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項２９】
液体媒体から生成物を収集するように構成された捕捉動作をさらに含み、該捕捉動作は、少なくとも濾過アセンブリによって、バイオリアクタ容器に流体連通しており、したがってハーベストポンプは、濾過システムを通って捕捉動作内へ液体媒体を圧送するように構成される、請求項１７に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項３０】
捕捉動作は、周期的連続カウンタクロマトグラフィスキッドを含む、請求項２９に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項３１】
コントローラは：
濾過システムが動作可能な状態にないという判定に応答して、捕捉動作に、液体媒体から生成物を収集するのを止めさせるようにさらに構成される、請求項２９に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項３２】
濾過アセンブリは、濾過システムと直列に連結された逃がし弁をさらに含み、該逃がし弁は、液体媒体を廃棄物回収システム内へそらすように構成され、コントローラは：
濾過システムが動作可能な状態にないという判定に応答して、逃がし弁を開くようにさらに構成される、請求項１７に記載の灌流細胞培養装置。
【請求項３３】
細胞を培養する方法であって：
（ａ）バイオリアクタ容器を細胞および液体媒体で少なくとも部分的に充填する工程であって、バイオリアクタ容器が、第１の濾過システムおよび該第１の濾過システムに並列に連結された第２の濾過システムに流体連通している、工程と；
（ｂ）第１のハーベストポンプを使用して、バイオリアクタ容器から第１の濾過システムを通って液体媒体を圧送する工程であって、第１のハーベストポンプが、第１の濾過システムと直列に連結される、工程と；
（ｃ）第２のハーベストポンプを使用して、バイオリアクタ容器から第２の濾過システムを通って液体媒体を圧送する工程であって、第２のハーベストポンプが、第２の濾過システムと直列に連結される、工程と；
（ｄ）液体媒体と相互作用するように構成されたセンサから、第１の濾過システムの動作状態を示す情報を受ける工程と；
（ｅ）少なくとも受けた情報に基づいて、第１の濾過システムが動作可能な状態にあるかどうかを判定する工程と；
（ｆ）第１の濾過システムが動作可能な状態にないという判定に応答して、第１のハーベストポンプに、第１の濾過システムを通って液体媒体を圧送するのを止めさせる工程とを含む、前記方法。
【請求項３４】
第１の濾過システムおよび第２の濾過システムのうちの少なくとも１つは、交互タンジェンシャルフローフィルタを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
センサは圧力センサを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
受けた情報は、第１の濾過システムの下流の液体媒体の圧力に関する情報を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
受けた情報は、第１の濾過システムの膜圧に関する情報を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
第１の濾過システムが動作可能な状態にあるかどうかを判定する工程は、液体媒体の圧力が所定の閾値を上回ると判定することを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
バイオリアクタ容器から第１の濾過システムを通って液体媒体を圧送する工程は、液体媒体を第１の流量で圧送することを含み、バイオリアクタ容器から第２の濾過システムを通って液体媒体を圧送する工程は、液体媒体を第２の流量で圧送することを含み、第１の流量は、第２の流量にほぼ等しい、請求項３３に記載の方法。
【請求項４０】
第１の濾過システムが動作可能な状態にないという判定に応答して、第２のハーベストポンプに、第２の濾過システムを通る液体媒体の流量を増大させる工程
をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４１】
第２のハーベストポンプに第２の濾過システムを通る液体媒体の流量を増大させる工程は、第２の濾過システムを通る液体媒体の流量を約２倍にすることを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
第１の濾過システムが動作可能な状態にないという判定に応答して、通知を出力する工程
をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、灌流細胞培養装置および細胞培養方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
体外細胞培養は、細胞の自然環境外の制御された条件下で細胞を成長させる複雑なプロセスである。培養条件は、細胞のタイプごとに異なり、所望の生成物の正しい細胞表現型および／または発現を確保するために、精密に制御されなければならない。
【０００３】
バイオリアクタは、細胞の温度、ｐＨ、栄養、ガス、および他の必要に応じて細胞を成長させて維持するために、制御された環境を提供する。長期間にわたって細胞を培養するためには、新しい媒体を連続して細胞に供給しなければならず、使用済み媒体は、ほぼ同じ速度で除去しなければならない。バイオリアクタ内の細胞培養の生成持続時間を延ばすために、新しい媒体に細胞を連続して灌流し、バイオリアクタ内で細胞を保持しながら所望の生成物を取り入れる灌流バイオリアクタが開発されてきた。そのようなバイオリアクタは、能動的灌流システムのないバイオリアクタに比べて、より高い細胞濃度で細胞を成長させ、より長い期間にわたって細胞を維持することを可能にする。
【０００４】
図１は、当業者には知られている典型的な現況技術の灌流バイオリアクタ１００の概略図を示す。灌流バイオリアクタは、バイオリアクタ容器１１０、交互タンジェンシャルフロー（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ  ｆｌｏｗ）（ＡＴＦ）フィルタ１２０、ハーベストポンプ１３０、および連続捕捉動作１６０を含む。灌流バイオリアクタ１００は、（ｉ）ＡＴＦフィルタデバイス１２０をバイオリアクタ容器１１０に取り付け；（ｉｉ）バイオリアクタ容器１１０を新しい媒体で充填し；（ｉｉｉ）バイオリアクタ容器１１０に細胞を接種し；（ｉｖ）新しい媒体をバイオリアクタ容器１１０内へ灌流し、ＡＴＦフィルタ１２０と直列のハーベストポンプ１３０を介して使用済み媒体を除去することによって動作することができる。
【０００５】
これらの条件下で、細胞をより長い期間にわたって培養および維持することができる。媒体を絶えず加えることで、細胞が成長するために必要とする栄養分を細胞に与え、使用済み媒体を除去することで、細胞性廃棄物および副生成物をシステムから除去し、それらが有害なレベルに到達することを防止することを可能にする。ＡＴＦフィルタは、バイオリアクタ内に細胞を保持しながら、使用済み媒体をバイオリアクタから除去することを可能にする。他の細胞培養パラメータはまた、典型的に、温度、溶存酸素、ｐＨ、ｐＣＯ２、および細胞密度を含む性能および丈夫さを改善するように制御される。
【０００６】
図１に示すように、灌流バイオリアクタ１００は、連続して動作する捕捉動作１６０と一体化することができる。このシナリオでは、バイオリアクタ容器１１０から除去される使用済み媒体は、関心生成物を含んでおり、連続捕捉動作１６０へ連続して送出され、連続捕捉動作１６０において何らかの形で処理および精製される。
【０００７】
図１に示すバイオリアクタなどの標準的な灌流バイオリアクタは、長い持続時間（短くても３０〜６０日）にわたって動作することが意図される。しかし、機器の丈夫さは限定的であるとわかることがある。特に、ＡＴＦフィルタは障害をきたし、プロセスの崩壊または混乱を招く可能性がある。場合によって、ＡＴＦフィルタは破局的な障害をきたし、細胞がフィルタを通過しハーベストポンプに入ることを可能にする可能性がある。そのような出来事は、様々な悪影響を与える可能性がある。第１に、細胞がＡＴＦによってバイオリアクタ内に保持されなくなるため、細胞はバイオリアクタからすぐに流出する可能性があり、バイオリアクタの細胞密度および生産率が減少することがある。第２に、下流の連続精製工程と一体化されたシステムでは、細胞がその動作内へ直接流れ込み、精製システムを損傷することがある。一例では、細胞は、周期的連続カウンタクロマトグラフィ（ｐｅｒｉｏｄｉｃ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｃｏｕｎｔｅｒ−ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）（ＰＣＣ）スキッド上のカラムへ進み、詰まり、加圧、および不純物の侵入の増大を招くことがある。そのような状況では、問題を迅速に識別し、ＡＴＦを迅速に交換してバイオリアクタを保護しなければならない。それとは独立して、下流の動作を停止して清浄にすることが必要になる可能性が高く、使い捨ての部材は交換することが必要になることがある。完全に応答するには数日の生産損失を招き、最悪の場合は完全な動作停止を招く可能性もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
当技術分野で知られている欠点の１つまたはそれ以上を克服する細胞培養のための装置および方法が提供される。細胞培養動作を停止することなく、ＡＴＦフィルタの動作不良を自動的に検出して応答する灌流細胞培養装置のための濾過システムを準備することが可能であることがわかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の第１の実施形態では、灌流細胞培養装置が提供される。この装置は、バイオリアクタ容器、第１の濾過アセンブリ、第２の濾過アセンブリ、およびコントローラを含む。バイオリアクタ容器は、液体媒体を受けるように構成される。第１の濾過アセンブリは、バイオリアクタ容器に流体連通しており、第１の濾過システム、第１のハーベストポンプ、およびセンサを含む。第１のハーベストポンプは、第１の濾過システムと直列に連結されており、バイオリアクタ容器から第１の濾過システムを通って液体媒体を圧送するように構成される。センサは、第１の濾過アセンブリ内で液体媒体と相互作用するように構成される。第２の濾過アセンブリもまた、バイオリアクタ容器に流体連通しており、第１の濾過アセンブリと並列に動作するように構成される。第２の濾過アセンブリは、第２の濾過システムおよび第２のハーベストポンプを含む。第２のハーベストポンプは、第２の濾過システムと直列に連結され、バイオリアクタ容器から第２の濾過システムを通って液体媒体を圧送するように構成される。コントローラは、動作を実行する。動作は、センサから、第１の濾過システムの動作状態を示す情報を受けることを含む。動作は、少なくとも受けた情報に基づいて、第１の濾過システムが動作可能な状態にあるかどうかを判定することをさらに含む。動作はまた、第１の濾過システムが動作可能な状態にないという判定に応答して、第１のハーベストポンプに、第１の濾過システムを通って液体媒体を圧送するのを止めさせることを含む。
【００１０】
本開示の第２の実施形態では、灌流細胞培養装置が提供される。この装置は、バイオリアクタ容器、濾過アセンブリ、およびコントローラを含む。バイオリアクタ容器は、液体媒体を受けるように構成される。濾過アセンブリは、バイオリアクタ容器に流体連通しており、濾過システム、ハーベストポンプ、およびセンサを含む。ハーベストポンプは、濾過システムと直列に連結されており、バイオリアクタ容器から濾過システムを通って液体媒体を圧送するように構成される。センサは、濾過アセンブリ内で液体媒体と相互作用するように構成される。コントローラは、動作を実行する。動作は、センサから、濾過システムの動作状態を示す情報を受けることを含む。動作は、少なくとも受けた情報に基づいて、濾過システムが動作可能な状態にあるかどうかを判定することをさらに含む。動作は、濾過システムが動作可能な状態にないという判定に応答して、ハーベストポンプに、濾過システムを通って液体媒体を圧送するのを止めさせることをさらに含む。
【００１１】
本開示のさらに別の実施形態では、方法が提供される。この方法は、バイオリアクタ容器を細胞および液体媒体で少なくとも部分的に充填することを含む。バイオリアクタ容器は、第１の濾過システムおよび第２の濾過システムに流体連通している。第２の濾過システムは、第１の濾過システムに並列に連結される。この方法は、第１のハーベストポンプを使用して、バイオリアクタ容器から第１の濾過システムを通って液体媒体を圧送することをさらに含む。第１のハーベストポンプは、第１の濾過システムと直列に連結される。この方法はまた、第２のハーベストポンプを使用して、バイオリアクタ容器から第２の濾過システムを通って液体媒体を圧送することを含む。第２のハーベストポンプは、第１の濾過システムと直列に連結される。この方法は、追加として、液体媒体と相互作用するように構成されたセンサから、第１の濾過システムの動作状態を示す情報を受けることを含む。さらに、この方法は、少なくとも受けた情報に基づいて、第１の濾過システムが動作可能な状態にあるかどうかを判定することを含む。さらに、この方法は、第１の濾過システムが動作可能な状態にないという判定に応答して、第１のハーベストポンプに、第１の濾過システムを通って液体媒体を圧送するのを止めさせることを含む。
【００１２】
他の態様、実施形態、および実装形態は、添付の図面を適宜参照して、以下の詳細な説明および特許請求の範囲から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】標準的な灌流バイオリアクタ構成の概略図である。
【図２】本開示の一実施形態によるデュアル濾過システムおよび一体化された捕捉を有する灌流細胞培養装置の概略図である。
【図３】本開示の別の実施形態によるデュアル濾過システムおよび一体化された捕捉を有する灌流細胞培養装置の概略図である。
【図４】本開示の別の実施形態による単一の濾過システムを有する灌流細胞培養装置構成の概略図である。
【図５】本開示の一実施形態による方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示は、一般に、細胞培養装置のための濾過システムおよび細胞培養方法に関する。本開示の灌流細胞培養装置は、バイオリアクタ容器と、並列に連結された２つまたはそれ以上の濾過システム（たとえば、交互タンジェンシャルフローフィルタ）とを含む。いずれのフィルタの障害も、インラインセンサによって検出することができ、自動化された応答システムが、フィルタを通る液体媒体の流れを止めることによって、動作不良を生じているフィルタを隔離するように機能する。バイオリアクタを通る灌流の速度が比較的変化しないままになるように、残りの動作可能なフィルタを通る媒体の流れを増大させることができる。本開示の細胞培養装置は、従来の灌流バイオリアクタでフィルタ障害から生じる問題を防止し、それによって細胞培養の長期的な生存能力を改善することができる。
【００１５】
例示的な方法、デバイス、およびシステムが開示される。「例」または「例示的」という用語は、本開示では、「事例または例示として働く」ことを意味するために使用されることを理解されたい。「例示的」または「例」として開示するあらゆる実装形態または構成は、必ずしも他の実装形態または構成より好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。本開示に提示する主題の範囲から逸脱することなく、他の実装形態を利用することができ、他の変更を加えることもできる。
【００１６】
したがって、開示する例示的な実装形態は、限定的であることを意味しない。図に開示および例示する構成要素は、本開示で企図される多種多様な異なる構成で配置、置換え、組合せ、分離、および設計することができる。
【００１７】
さらに、文脈上別途示唆しない限り、各図に示す構成は、互いに組み合わせて使用することができる。したがって、これらの図は概して、１つまたはそれ以上の全体的な実装形態の構成要素として見なされるべきであり、示されるすべての構成が各実装形態に必要であるとは限らないことを理解されたい。
【００１８】
本開示に対する技術的内容を提供するための取組みとして、本章の情報は、開示する実装形態の様々な構成要素を広く説明することができる。別途定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術的および科学的用語は、当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。そのような情報は、読み手の利益のためだけに提供されており、したがって特許請求の範囲の主題を明示的に限定するものではない。さらに、図に示す構成要素は、例示のみを目的として示されている。したがって、これらの例示は、限定的であると解釈されるべきではない。理解されるように、本開示の範囲から逸脱することなく、構成要素を追加、削除、または再編成することができる。
【００１９】
Ｉ．概説
特定の応用例では、濾過システム障害を自動的に検出して応答する細胞培養装置を提供することが有利である。そのような細胞培養装置は、第１のフィルタに障害が生じた場合（たとえば、破裂、詰まり、汚損、または何らかの他の手段による）に、第２のおよび／またはさらなる濾過システムを使用することができるように、組み込まれた冗長性を含むことができる。フィルタ障害が生じたとき、自動化された応答システムは、影響を受けたフィルタへの媒体の流れを止めながら、残りの任意のフィルタを通る処理量を増大させるように機能することができる。この応答により、細胞培養装置の操作者による即時の介入を必要とすることなく、液体媒体の灌流がほぼ同じ速度で継続することを可能にすることができる。そのようなシステムは、細胞の生存能力を改善し、灌流バイオリアクタシステムにおける障害の確率を低減させることができる。
【００２０】
本開示の装置および方法は、一般に、改善されたタンジェンシャルフロー濾過システムを有する灌流細胞培養装置に関する。この装置は、細胞集団および液体成長媒体を収容するように構成されたバイオリアクタ容器を含むことができる。バイオリアクタ容器には新しい液体媒体を提供することができ、使用済み液体媒体は、ほぼ等しい速度で一連の濾過アセンブリを通って除去することができる。各濾過アセンブリは、濾過システム、ハーベストポンプ、センサ、および／またはガードフィルタを含むことができる。
【００２１】
通常動作中、使用済み液体媒体は、濾過アセンブリの１つまたはそれ以上を通って除去され、下流の捕捉動作へ圧送される。各濾過アセンブリ内に設けられたセンサは、濾過アセンブリの動作を連続して監視し、動作不良（たとえば、破裂、詰まり、または何らかの他の障害モード）が濾過システムのうちの１つで生じたことを判定することができる。
【００２２】
センサのうちの１つまたはそれ以上によって動作不良が検出されたとき、自動化された応答システムは、液体媒体の灌流が中断なく継続するように、装置の動作パラメータを変化させるように作用する。自動化された応答システムは、センサおよびハーベストポンプと通信しているコントローラによって実施される。濾過システムのうちの１つまたはそれ以上が動作可能な状態にないと判定したことに応答して、コントローラは、動作可能でないフィルタに関連するハーベストポンプに、影響を受けたフィルタへの液体媒体の圧送を中止させることができる。追加として、コントローラは、たとえば関連するハーベストポンプに、動作可能な濾過システムへの液体媒体の流れを増大させることによって、残りの動作可能な濾過アセンブリに、増大された量の液体媒体を処理させることができる。コントローラはまた、この装置に、通知、たとえばアラーム、インジケータ光、または何らかの他のアラートを出力させることができる。コントローラはまた、濾過システムを停止することができる（たとえば、濾過システムのタンジェンシャルフローポンプに、フィルタ膜を横切って液体媒体を圧送するのを止めさせることによる。）いくつかのシナリオでは、コントローラはまた、下流の捕捉動作を止めることができ、または弁を作動させて、液体媒体の流れを止めかつ／もしくは液体媒体を廃棄物容器へそらすことができる。さらに別のシナリオでは、コントローラは、バイオリアクタセンサ（たとえば、静電容量、光学密度、酸素吸収速度など）が特定の閾値を下回る場合、バイオリアクタ容器に出入りする流れを完全に停止することができる。他の自動化された応答も企図される。
【００２３】
ＩＩ．細胞培養装置
本開示の一実施形態による細胞培養装置が、図２に示されている。細胞培養装置２００は、バイオリアクタ容器２１０、連続捕捉動作２６０、ならびにバイオリアクタ容器２１０の少なくとも１つの出口と連続捕捉動作２６０の入口との間に並列に連結された少なくとも第１の濾過アセンブリ２０６および第２の濾過アセンブリ２０８を含む。細胞培養装置２００のバイオリアクタ容器２１０は、容器内で細胞集団を維持するために、新しい液体媒体を受けるように構成される。本明細書では、液体媒体は、細胞の成長を支持するように設計された栄養成長媒体または培養媒体を指すことができる。ほぼ等しい流れの使用済み液体媒体が、バイオリアクタ容器２１０から複数の濾過アセンブリ２０６、２０８を通って圧送され、それによって代謝およびタンパク質廃棄物質を除去しながら、バイオリアクタ容器２１０内で一定の体積の媒体を維持する。細胞培養の環境を監視するために、バイオリアクタセンサ２１５は、バイオリアクタ容器２１０内で液体媒体と相互作用するように位置することができる。そのようなバイオリアクタセンサ２１５は、バイオリアクタ容器２１０および／またはバイオリアクタ容器２１０内の液体媒体の温度、溶存酸素、ｐＨ、ｐＣＯ２、および／または細胞密度を測定するように構成することができる。
【００２４】
細胞培養装置２００は、液体媒体から生成物（たとえば、所望の生物学的または治療用生成物）を収集するように構成された連続して動作する捕捉動作２６０と一体化することができる。捕捉動作２６０は、少なくとも第１の濾過アセンブリ２０６によって、バイオリアクタ容器２１０に流体連通している。捕捉動作２６０は、並列の濾過アセンブリ２０６、２０８を通過した後、使用済み液体媒体を受けて、媒体を処理および／または精製して、所望の関心生成物を取り入れることができる。様々な実施形態では、捕捉動作２６０は、様々な技法を用いて関心生成物を取り入れることができる。たとえば、いくつかの例では、捕捉動作２６０は、１つまたはそれ以上のクロマトグラフィカラムを含む連続クロマトグラフィシステムを含むことができる。特定の例では、捕捉動作２６０は、周期的連続カウンタクロマトグラフィ（ＰＣＣ）スキッド、または擬似移動床（ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  ｍｏｖｉｎｇ  ｂｅｄ）（ＳＭＢ）スキッドを含むことができる。他の例では、捕捉動作２６０は、マルチクロマトグラフィ（ＭＣＣ）スキッド（すなわち、複数のカラムを含む連続クロマトグラフィシステム）を含むことができる。当業者であれば、他の精製方法を考えることができる。
【００２５】
連続捕捉動作２６０に到達する前に、液体媒体は、バイオリアクタ容器２１０内で細胞を保持するように設計された１つまたはそれ以上の濾過アセンブリ２０６、２０８を通って流れる。各濾過アセンブリ２０６、２０８は、バイオリアクタ容器２１０に流体連通しており、容器２１０と連続捕捉動作２６０との間で容器２１０の出口に連結することができる。図２に示すように、いくつかの例では、２つの濾過アセンブリを並列に連結して、２つの並列の流体経路を提供することができる。第１の濾過アセンブリ２０６は、第１の濾過システム２２０、第１のハーベストポンプ２３０、第１のセンサ２４０、および第１のガードフィルタ２５０を含む。同様に、第２の濾過アセンブリ２０８は、第２の濾過システム２２２、第２のハーベストポンプ２３２、第２のセンサ２４２、および第２のガードフィルタ２５２を含む。各濾過アセンブリ２０６、２０８の要素は、１つまたはそれ以上の導管、滅菌した管材、または別の連結手段を介して、直列に連結することができる。図２に示すように、第１のハーベストポンプ２３０は、第１の濾過システム２２０の下流に連結することができ、センサ２４０は、第１のハーベストポンプ２３０の下流に位置することができ、第１のハーベストポンプ２３０と、さらに下流に連結されたガードフィルタ２５０との間に配置することができる。この文脈で、「下流」は、濾過アセンブリ２０６、２０８を通る液体媒体の流れに対する要素の相対的な位置または向きを指し、「下流」は概して、バイオリアクタ容器２１０から離れて捕捉動作２６０に向かう方向を指す。しかし、第１の濾過アセンブリ２０６の要素は、任意の数の構成で連結することができる。第２の濾過アセンブリ２０８および／またはさらなる濾過アセンブリを配置することができ、第２の濾過アセンブリ２０８および／またはさらなる濾過アセンブリは、第１の濾過アセンブリ２０６と実質上同じ構成または完全に異なる構成の要素を有することができる。
【００２６】
いくつかの例では、第２の濾過アセンブリ２０８は、第１の濾過アセンブリ２０６と並列（すなわち、同時）に動作するように構成される。細胞培養装置２００の通常動作中、第１の濾過アセンブリ２０６および第２の濾過アセンブリ２０８を通る液体媒体の流量は、ほぼ等しくすることができる。言い換えれば、各濾過アセンブリ２０６、２０８は、ほぼ等しい流量の使用済み液体媒体をバイオリアクタ容器２１０から受けることができる。しかし、他の実施形態では、一度に単一の濾過アセンブリ（たとえば、第１の濾過アセンブリ２０６）が動作することができ、第２の濾過アセンブリ２０８および／またはさらなる濾過アセンブリは、予備として動作することができる。
【００２７】
いくつかの例では、処理量を増大させ、システム障害の場合の追加の予備濾過手段を提供し、または何らかの他の利益を提供するために、第３のまたはさらなる濾過アセンブリを、第１の濾過アセンブリ２０６および第２の濾過アセンブリ２０８に並列に連結することができる。
【００２８】
第１の濾過アセンブリ２０６および第２の濾過アセンブリ２０８は、第１の濾過システム２４０および第２の濾過システム２４２をそれぞれ含む。第１および第２の濾過システム２２０、２２２は、バイオリアクタ容器２１０内の細胞が連続捕捉動作２６０に入ることを防止しながら、細胞性廃棄物および１つまたはそれ以上の所望の関心生成物の自由な通過を可能にするように構成することができる。本明細書では、「濾過システム」という用語は、バイオリアクタ容器２１０内で細胞を保持するためのフィルタに基づく手段を指すために使用される。いくつかの例では、第１の濾過システム２２０および第２の濾過システム２２２は、フィルタ膜を横切って接線方向に流体（たとえば、液体媒体）を流すことによって機能するフィルタを含むことができる。そのような濾過システム２２０、２２２は、従来のタンジェンシャルフロー濾過（ＴＦＦ）システム、クロスフローフィルタ（ｃｒｏｓｓ−ｆｌｏｗ  ｆｉｌｔｅｒ）、および類似の細胞保持手段を含むことができる。別の例では、第１の濾過システム２２０および第２の濾過システム２２２のうちの少なくとも１つが、交互タンジェンシャルフロー（ＡＴＦ）フィルタを含む。そのようなフィルタは典型的に、フィルタ膜と、フィルタ膜を横切って接線方向に流体を誘導するように構成されたタンジェンシャルフローポンプ（たとえば、ダイアフラムポンプ）とを含む。タンジェンシャルフローポンプは、バイオリアクタ容器２１０からフィルタ膜の表面を横切って繰返し前後パターンで液体媒体を流すように作動するダイアフラムを含むことができる。フィルタ膜付近で流体が繰返し摂動することで、細胞の蓄積を防止し、動作中のフィルタ表面の汚損を最小限にすることができる。いくつかの例では、第１の濾過システムによって提供される第１のタンジェンシャルフローポンプは、第２の濾過システムによって提供される第２のタンジェンシャルフローポンプから独立して動作することができる。しかし、他の実施形態では、２つまたはそれ以上のタンジェンシャルフローポンプを一様に制御することができ、したがってそれらの圧送動作は、完全に同期化または非同期化される。
【００２９】
第１の濾過アセンブリ２０６および第２の濾過アセンブリ２０８について、ＡＴＦまたは他のタンジェンシャルフローに基づくフィルタを含む限りにおいて説明してきたが、バイオリアクタ容器２１０内で細胞を保持するために、他の濾過手段を実施することもできる。たとえば、他の実施形態では、第１の濾過システム２２０および第２の濾過システム２２２は、内部スピンフィルタ（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｓｐｉｎ  ｆｉｌｔｅｒ）（ＩＳＦ）、中空糸フィルタ、多孔膜フィルタ、デプスフィルタ、および／または他の精密濾過もしくは限外濾過システムを含むことができる。
【００３０】
第１の濾過システム２２０および第２の濾過システム２２２は、第１のフィルタ膜および第２のフィルタ膜をそれぞれ含む。フィルタ膜の孔径は、細胞はバイオリアクタ容器２１０内に保持されたまま、所望の関心生成物、細胞性廃棄物、および使用済み液体媒体が膜を通って自由に流れるように選択することができる。濾過システム２２０、２２２のフィルタ膜は、好適な孔径を有する任意の材料、たとえば多孔質ポリマー膜から構成することができる。いくつかの例では、フィルタ膜は、ハウジングまたはカートリッジの内側に平行配列で組織された一連の選択的透過性中空糸から構成される。中空糸膜の孔径は、濾過システム２２０、２２２の所望の透過性を実現するように選択することができる。いくつかの例では、第１の濾過システム２２０および第２の濾過システム２２２は各々、約５００キロダルトン〜約１０ミクロン、またはより好ましくは約０．１ミクロン〜約１ミクロンの範囲の孔径を含む。
【００３１】
本開示の装置による各濾過アセンブリ２０６、２０８は、ハーベストポンプ２３０、２３２を含む。第１の濾過アセンブリ２０６は、第１の濾過システム２２０と直列に連結された第１のハーベストポンプ２３０を含む。同様に、第２の濾過アセンブリ２０８は、第２の濾過システム２２２と直列に連結された第２のハーベストポンプ２３２を含む。第１のハーベストポンプ２３０および第２のハーベストポンプ２３２は、バイオリアクタ容器２１０からそれぞれ第１の濾過システム２２０および第２の濾過システム２２２を通って下流の捕捉動作２６０内へ液体媒体を圧送するように構成される。様々な例では、第１のハーベストポンプ２３０および／または第２のハーベストポンプ２３２は、蠕動ポンプ、ベアリングレスポンプ、ダイアフラムポンプ、または遠心ポンプを含むことができる。しかし、他のポンプを使用して、濾過アセンブリ２０６、２０８を通って媒体を引き込みながら、液体媒体の滅菌状態を維持することもできる。
【００３２】
第１のハーベストポンプ２３０は、バイオリアクタ容器２１０から第１の濾過システム２２０を通って第１の流量で液体媒体を圧送する。第２のハーベストポンプ２３２も同様に、バイオリアクタ容器２１０から第２の濾過システム２２２を通って第２の流量で液体媒体を圧送する。いくつかの例では、第１の流量は、第２の流量にほぼ等しくすることができる。言い換えれば、第１のハーベストポンプ２３０および第２のハーベストポンプ２３２は、それぞれの濾過システム２２０、２２２を通ってほぼ等しい量の液体媒体を圧送するように構成することができ、したがって濾過アセンブリは、正常動作条件下で、等しい量の使用済み液体媒体を処理する。しかし、別の実施形態では、第１の流量および第２の流量が異なってもよい。特定の例では、第１のハーベストポンプ２３０は、単独で独立して動作することができ、第２のハーベストポンプ２３２（すなわち、第２のまたはさらなる濾過装置に連結された第２のまたはさらなるハーベストポンプ）は、第１のハーベストポンプ２３０、第１の濾過システム２２０、および／または第１の濾過アセンブリ２０６が動作可能な状態にないという判定に応答して動作するように構成することができる。
【００３３】
濾過アセンブリ２０６、２０８を通る液体媒体の流量は、バイオリアクタ容器２１０に入る新しい媒体の流量にほぼ等しくすることができ、したがって灌流中に容器２１０内では安定した量の液体媒体が維持される。言い換えれば、第１の流量と第２の流量との和は、バイオリアクタ容器２１０に入る液体媒体の流量（すなわち、供給動作によって容器２１０へ導入される媒体の流量）にほぼ等しくすることができる。
【００３４】
各濾過システム２２０、２２２を通る液体媒体の流量（すなわち、第１の流量および第２の流量）は、第１のハーベストポンプ２３０および第２のハーベストポンプ２３２と通信しているコントローラ２７０によって独立して制御することができる。コントローラ２７０は、第１のハーベストポンプ２３０および／または第２のハーベストポンプ２３２に、装置２００の動作条件に応じて、第１の濾過システム２４０および／または第２の濾過システム２４２を通る液体媒体の流れを増大、減少、または停止させるように構成することができる。たとえば、濾過システム２２０、２２２の１つまたはそれ以上に障害が生じたとき、影響を受けたアセンブリのハーベストポンプの電源を切ることができ、残りの濾過アセンブリを通る液体媒体の流量は、動作不良が生じている濾過アセンブリを補償するように増大させることができる。
【００３５】
灌流バイオリアクタシステムは典型的に、より長い期間にわたって動作するように構成されるが、機器障害が予想される。特に、濾過システム２２０、２２２は動作不良を受けやすく、ともすれば下流の捕捉動作２６０で問題を生じ、ハーベスト内で不純物を増大させ、場合によって完全な動作停止を招く可能性がある。濾過システム２２０、２２２を破った細胞が連続捕捉動作２６０に干渉することを防止するために、ガードフィルタ２５０、２５２を第１の濾過システム２２０および／または第２の濾過システム２２２と直列に連結することができる。そのようなガードフィルタ２５０、２５２は、細胞および細胞片が下流に捕捉動作２６０へ進むことを防止しながら、栄養分、代謝生成物、および液体媒体の拡散は自由に可能にするように構成することができる。図２に示すように、ガードフィルタ２５０は、第１の濾過システム２２０および／または第１の濾過アセンブリ２０６と直列に連結することができる。いくつかの例では、ガードフィルタ２５０は、第１の濾過システム２２０および／またはセンサ２４０の下流に連結される。第２の濾過アセンブリ２０８もまた、濾過システム２２２の下流で第２の濾過システム２２２と直列に連結されたガードフィルタ（すなわち、第２のガードフィルタ２５２）を含むことができる。しかし、他の実施形態では（図３に示すように）、複数の濾過アセンブリが、たとえば連続捕捉動作２６０の入口に位置する単一の共用ガードフィルタに集まることができる。ガードフィルタ２５０の他の位置および構成も考えられる。
【００３６】
ガードフィルタ２５０、２５２は、好適な多孔率を有する任意の材料、たとえば多孔質ポリマー膜および／または中空糸膜から構成することができる。場合によって、ガードフィルタ２５０は、約５００キロダルトン〜約１０ミクロン、またはより好ましくは約０．１ミクロン〜約１ミクロンの孔径を含む。ガードフィルタ２５０は、第１の濾過システム２２０および／または第２の濾過システム２２２の孔径にほぼ等しい孔径を有するように（すなわち、濾過システム２２０、２２２の選択的透過性を模倣するように）構成することができる。しかし、他の場合、ガードフィルタ２５０は、濾過システム２２０、２２２より小さいまたは大きい孔径を含むことができ、それによって追加の代謝生成物の選択的な濾過を可能にすることができる。
【００３７】
場合によって、１つまたはそれ以上の濾過システム２２０、２２２の動作の監視および／またはフィルタ障害の検出のために、少なくとも１つのセンサ２４０を濾過アセンブリ２０６、２０８内に設けることができる。特に、第１の濾過アセンブリ２０６は、センサ２４０を含むことができる。いくつかの例では、第２の濾過アセンブリ２０８は、さらなるセンサ（たとえば、第２のセンサ２４２）を含むことができる。センサ２４０は、濾過アセンブリ２０６、２０８の導管に沿って位置することができ、濾過アセンブリ２０６、２０８内で液体媒体と相互作用するように、すなわち濾過アセンブリ２０６、２０８を通過する液体媒体の様々な態様を検出するように構成することができる。図２に示すように、第１の濾過システム２２０の下流およびガードフィルタ２５０の上流に、センサ２４０を配置することができる。場合によって、センサ２４０は、圧力センサ、またはより詳細には、圧電抵抗式圧力センサを含むことができる。センサ２４０は、ガードフィルタ２５０の詰まりおよび／または上流の第１の濾過システム２２０内の破裂を示すことができる第１の濾過アセンブリ２０６内の圧力（たとえば、第１の濾過アセンブリ２０６内の液体媒体の圧力）を検出するように構成することができる。様々な例では、センサ２４０は、第１のガードフィルタ２５０の上流もしくは下流の圧力、第１の濾過システム２２０の上流もしくは下流の圧力、および／または第１の濾過システム２２０もしくはガードフィルタ２５０の膜圧を検出するように構成することができる。他の例では、センサ２４０は、光センサ（たとえば、光学密度プローブ）とすることができ、センサ２４０は、第１の濾過アセンブリ２０６を通って流れる液体媒体中の細胞密度を判定するように構成することができる。さらなる例では、センサ２４０は、濾過システム２２０、２２２および／または濾過アセンブリ２０６、２０８を通る液体媒体の流量を測定するように動作可能な流量計を含むことができる。さらなる例では、センサ２４０は、静電容量センサ、ラマンセンサ、またはＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外）センサを含むことができる。別の例では、センサ２４０は、連続捕捉動作内へ（たとえば、捕捉カラムの上流の圧力センサとして）一体化することができる。他のセンサのタイプおよび応用例も考えられる。
【００３８】
図２のセンサ２４０、２４２について、第１の濾過アセンブリ２０６および第２の濾過アセンブリ２０８内に含まれている（すなわち、濾過システム２２０、２２２とガードフィルタ２５０、２５２との間の導管内に配置される）ものとして示すが、センサは様々な位置に配置することができる。たとえば、いくつかの例では、バイオリアクタセンサ２１５は、バイオリアクタ容器２１０内で液体媒体と相互作用するように構成することができ、したがってバイオリアクタセンサ２１５は、容器２１０内の液体媒体の圧力、温度、ｐＨ、溶存酸素、ｐＣＯ２、細胞密度、または他の特性の変化を監視することができる。
【００３９】
フィルタ障害から生じる潜在的な問題を軽減するために、細胞培養装置２００は、自動化された応答システムを含むことができる。この応答システムを使用して、細胞灌流を比較的変化しない状態で継続するために、濾過システム障害（たとえば、フィルタ膜の破裂）の検出、動作不良が生じている濾過システムの隔離、および／または装置２００の動作パラメータの調整を行うことができる。自動化された応答システムは、少なくともハーベストポンプ２３０、２３２およびセンサ２４０、２４２と通信しているコントローラ２７０によって実施することができる。本明細書に記載するように、コントローラ２７０は、動作（たとえば、コントローラのデータ記憶部内にプログラム命令として記憶された動作）を実行するように構成された少なくとも１つのプロセッサを含むことができる。しかし、他の例では、コントローラ２７０は、比較器または別の簡略化された制御システムを含むことができる。
【００４０】
コントローラ２７０は、センサ２４０、２４２から、第１の濾過システム２２０および／または第２の濾過システム２２２の動作状態を示す情報を受けるように構成することができる。そのような情報は、第１の濾過アセンブリ２０６および／または第２の濾過アセンブリ２０８を通って流れる液体媒体の特性を含むことができる。たとえば、この情報は、濾過アセンブリ２０６、２０８内の液体媒体の流体圧力、液体媒体の細胞密度、液体媒体の流量、液体媒体内の被検体の存在、または何らかの他の情報を含むことができる。他の例では、前述のように、バイオリアクタセンサ２１５は、バイオリアクタ容器２１０内の液体媒体に関する情報、たとえば細胞密度または別の特性を収集するように構成することができる。
【００４１】
コントローラ２７０は次いで、少なくともセンサ２４０、２４２から受けた情報に基づいて、第１の濾過システム２２０および／または第２の濾過システム２２２が動作可能な状態にあるかどうかを判定することができる。この文脈で、「動作可能」という用語は、意図されたとおり、すなわち細胞性廃棄物および関心生成物を含む液体媒体を選択的に通過させながら、バイオリアクタ容器２１０内で細胞を保持するように機能している濾過システムを指すために使用される。逆に、動作可能な状態にない濾過システム２２０、２２２は、所望または予期の流量の液体媒体を通過させることができない（すなわち、フィルタ膜の詰まりまたは汚損を示す）、または細胞を保持することができない（すなわち、フィルタが破裂したことを示す）可能性がある。濾過システム２２０、２２２が動作可能な状態にあるかどうかを判定することは、受けた情報が予期の値範囲内にあるか、それとも所定の閾値を上回るまたは下回るかを判定することを含むことができる。
【００４２】
特定の例では、第１の濾過システム２２０は破裂している可能性があり、それによって細胞が第１の濾過システム２２０を破ってガードフィルタ２５０上に集まることが可能になる。コントローラ２７０は次いで、細胞がガードフィルタ２５０に詰まったことによって液体媒体内の圧力が増大したことを示す情報を、センサ２４０から受けることができる。このとき、第１の濾過システム２２０が動作可能な状態にあるかどうかを判定することは、第１の濾過アセンブリ２０６内の圧力（すなわち、第１の濾過アセンブリ２０６内の液体媒体の圧力）が閾値より大きいかどうかを判定することを含むことができる。類似の例では、センサ２４０の１つまたはそれ以上は、光センサ（たとえば、光学密度プローブ）を含むことができ、濾過システムが動作可能な状態にあるかどうかを判定することは、第１の濾過アセンブリ２０６内の液体媒体の細胞密度が閾値レベルを上回ると判定することを含むことができ、これは細胞が第１の濾過システム２２０を破ったことを示す。さらに別の例では、バイオリアクタセンサ２１５は、光センサとすることができ、濾過システム２２０、２２２が動作可能な状態にあるかどうかを判定することは、バイオリアクタ容器２１０内の液体媒体の細胞密度が閾値レベルを下回ると判定することを含むことができる。
【００４３】
他の障害モードも予想される。たとえば、第１の濾過システム２２０は、第１のタンジェンシャルフローポンプの障害および／またはフィルタ膜の汚損により、動作可能でない状態になる可能性がある（たとえば、第１の濾過システム２２０がＡＴＦまたは他のタンジェンシャルフローに基づくフィルタである場合）。そのような状況では、細胞がフィルタ膜上に蓄積し、第１の濾過システム２２０を通る液体媒体の流れを阻止しまたは減少させることがある。そのような例では、センサ２４０は、第１の濾過システム２２０の膜圧を測定するように構成することができる。第１の濾過システム２２０が動作可能な状態にあるかどうかを判定することは、濾過システム２２０の膜圧が閾値を上回ると判定することを含むことができる。さらなる例では、センサ２４０は、流量計を含むことができ、第１の濾過システム２２０が動作可能な状態にあるかどうかを判定することは、第１の濾過システム２２０（および／または第１の濾過アセンブリ２０６）を通る液体媒体の流れが閾値レベルを下回ると判定することを含むことができる。当業者であれば、他の障害モード、センサパラメータ、および決定要因を考えることができる。
【００４４】
１つまたはそれ以上の濾過システム障害を検出した後、自動化された応答システム（すなわち、コントローラ２７０）は、液体媒体が影響を受けた濾過システム２２０、２２２を通って流れることを防止することによって、動作不良が生じている濾過アセンブリ２０６、２０８を隔離するように機能することができる。言い換えれば、第１の濾過システム２２０が動作可能な状態にないという判定に応答して、コントローラ２７０は、第１のハーベストポンプ２３０に、たとえばハーベストポンプ２３０への電力を切断することによって、第１の濾過システム２２０を通って液体媒体を圧送するのを止めさせることができる。コントローラ２７０は、濾過システム２２０のタンジェンシャルフローポンプに、フィルタ膜を横切って液体媒体を圧送するのを止めさせることによって、第１の濾過システム２２０を停止するようにさらに構成することができる（すなわち、濾過システム２２０がＡＴＦを含む場合）。他の例では、コントローラ２７０は、第１の濾過システム２２０または第２の濾過システム２２２と直列に連結された逃がし弁を作動させることによって、液体媒体を廃棄物回収システムへそらすように構成することができる。さらに別のシナリオでは、コントローラ２７０は、バイオリアクタセンサ２１５からの情報（たとえば、バイオリアクタ容器２１０内の液体媒体の静電容量、光学密度、酸素吸収速度、または他の態様）が特定の閾値を上回るまたは下回る場合、バイオリアクタ容器２１０に出入りする流れを完全に停止することができる。
【００４５】
追加または別法として、第１の濾過アセンブリ２０６は、第１の濾過システム２２０と直列に連結された１つまたはそれ以上の第１の隔離弁２６５を含むことができる。第１の隔離弁２６５は、第１の濾過システム２２０を通る液体媒体の流れを制御するように構成することができる。第１の濾過システム２２０が動作可能な状態にないという判定に応答して、コントローラ２７０は、第１の隔離弁２６５を閉じるように動作可能とすることができる。第２の濾過システム２２２と直列に第２の隔離弁２６７をさらに連結することができ、第２の隔離弁２６７は、第２の濾過システム２２２を通る液体媒体の流れを制御するように構成される。図２に示すように、場合によって隔離弁２６５、２６７は、第１の濾過アセンブリ２０６および／または第２の濾過アセンブリ２０８と連続捕捉動作２６０との間に直列に連結することができる。しかし、そのような１つまたはそれ以上の隔離弁２６５、２６７は、第１の濾過アセンブリ２０６または第２の濾過アセンブリ２０８の前、後、または中の任意の場所に位置することができる。たとえば、第１の隔離弁２６５および／または第２の隔離弁２６７は、バイオリアクタ容器２１０と、それぞれの濾過アセンブリ２０６、２０８との間に位置することができ、濾過システム２２０、２２２の下流に位置することができ、ガードフィルタ２５０、２５２の下流に位置することができ、または連続捕捉動作２６０の入口に連結することができる。フィルタの動作不良を検出したとき、隔離弁２６５、２６７は、影響を受けた濾過システム２２０、２２２を通る液体媒体および細胞性生成物の流れを防止するように作動することができ、それによって細胞および汚染物質が連続捕捉動作２６０に到達することを防止し、障害のあるあらゆる機器の交換を容易にすることができる。
【００４６】
故障した濾過システム２２０、２２２を隔離することに加えて、コントローラ２７０はまた、フィルタ障害後に細胞培養装置２００の様々な動作パラメータを変化させるように動作可能とすることができる。前述のように、安定した流量の液体媒体がバイオリアクタ容器２１０へ供給されるべきであり、バイオリアクタ容器２１０内の細胞の増殖を促進するために、ほぼ等しい流量の廃棄物を含む使用済み媒体を連続して除去することができる。第１の濾過システム２２０内の障害の検出後、コントローラ２７０は、追加として、バイオリアクタ容器２１０内で液体媒体の安定した灌流が維持されるように、残りの動作可能な第２の濾過システム２２２を通る液体媒体の流量を増大させるように構成することができる。残りの動作可能な濾過システム（たとえば、第２の濾過システム２２２）を通る増大させた流量は、元の濾過システム２２０、２２２を通る障害前の全流量（たとえば、第１の濾過システム２２０を通る第１の流量と第２の濾過システム２２２を通る第２の流量との和）にほぼ等しくなるべきである。一例では、コントローラ２７０は、第１の濾過システム２２０が動作可能な状態にないという判定に応答して、第２のハーベストポンプ２３２に、第２の濾過システム２４２を通る液体媒体の流量を増大させるように動作可能とすることができる。いくつかの例では、第２のハーベストポンプ２３２に第２の濾過システム２４２を通る液体媒体の流れを増大させることは、流量を約２倍にすることを含むことができる。
【００４７】
場合によって、細胞培養装置２００は、並列に連結された同時に動作する複数の濾過アセンブリ（すなわち、少なくとも第１の濾過アセンブリ２０６および第２の濾過アセンブリ２０８）を含むことができる。たとえば、いくつかの実施形態では、細胞培養装置２００は、所望の灌流速度を実現するために、３つ、４つ、６つ、またはそれ以上の濾過アセンブリを含むことができる。濾過アセンブリ２０６、２０８の濾過システム２２０、２２２のうちの１つまたはそれ以上に障害が生じたとき、コントローラ２７０は、システム内の液体媒体の安定した灌流を維持するように、任意の数の残りの動作可能なフィルタアセンブリを通る流量を調整するように動作可能とすることができる。たとえば、第１の濾過システム２２０が動作可能な状態にないと判定したことに応答して、コントローラ２７０は、１つまたはそれ以上のさらなる濾過アセンブリに関連する１つまたはそれ以上のハーベストポンプに、それぞれの濾過システムを通る液体媒体の流量を増大させることができる。
【００４８】
いくつかの例では、フィルタの動作不良が検出されたとき、細胞培養装置２００の操作者に通知することが望ましい。たとえば、第１の濾過システム２２０が動作可能な状態にないという判定に応答して、コントローラ２７０は、通知を出力するように構成することができる。そのような通知は、視覚アラート、たとえば明滅光、着色光、視覚メッセージ、ディスプレイ上の文字または図形情報を含むことができる。追加または別法として、通知は、アラーム音、ブザー音、ベル音、聴覚メッセージ、または何らかの他の聴覚構成要素などの聴覚アラートを含むことができる。さらに別の例では、通知は、細胞培養装置に関連する受取人へ送られる文字メッセージ、電話の呼出し、または電子メールを含むことができる。
【００４９】
図２に示す細胞培養装置２００は、別個の濾過システム２２０、２２２、センサ２４０、２４２、およびガードフィルタ２５０、２５２を含む２つの濾過アセンブリ２０６、２０８を含むが、より簡単な細胞培養装置も本開示の範囲内に包含することができる。たとえば、図３は、共用のセンサ３４０、ガードフィルタ３５０、および捕捉動作３６０に集まるデュアル濾過システム３２０、３２２を含む細胞培養装置３００を示す。第１の濾過システム３２０は、第１のハーベストポンプ３３０と直列に連結され、第２の濾過システム３２２は、第２のハーベストポンプ３３２と直列に連結される。そのような構成は、センサ３５０による細胞培養装置３００の全体的な障害の検出を可能にすることができる。たとえば、第１の濾過システム３２０または第２の濾過システム３２２に破裂が生じたとき、バイオリアクタ容器３１０からの細胞は、すぐに濾過システム３２０、３２２を通って流れ、ガードフィルタ３５０上に集まる可能性がある。ガードフィルタ３５０の詰まりは、ガードフィルタ３５０の上流で液体媒体の圧力の増大を引き起こし、圧力センサ（たとえば、センサ３４０）によってこれを検出することができる。しかし、下流センサ３４０を共用しているため、そのようなシステムは、第１の濾過システム３２０内の障害と第２の濾過システム３２２内の障害とを見分けることができない。そのような例示的なシステムでは、自動化された応答システムは、たとえば通知を出力することによって細胞培養装置３００の操作者に警告し、液体媒体を廃棄物回収システムへそらし、または連続捕捉動作を止めるように機能することができる。他の自動化された応答も企図される。
【００５０】
図３に示すバイオリアクタ容器３１０、第１および第２の濾過システム３２０、３２２、第１および第２のハーベストポンプ３３０、３３２、センサ３４０、ガードフィルタ３５０、ならびに捕捉動作３６０は、図２に関連して上述した対応する構成要素と同様に構成することができる。
【００５１】
いくつかの他の例では、細胞培養装置は、使用済み液体媒体を処理するための単一の濾過アセンブリに依拠することができる。図４は、そのような細胞培養装置４００の一例を示す。ここでは、バイオリアクタ容器４１０が、単一の濾過システム４２０、ハーベストポンプ４３０、センサ４４０、およびガードフィルタ４５０によって、捕捉動作４６０に流体連通している。少なくともセンサ４４０およびハーベストポンプ４３０には、コントローラ４７０を通信可能に接続することができる。そのような例では、フィルタの動作不良（たとえば、濾過システム４２０の破裂、詰まり、または別の欠陥）により、細胞培養装置４００の濾過機構全体が動作可能でない状態になる可能性がある。濾過システム４２０が動作可能な状態にないという判定に応答して、コントローラ４７０は、捕捉動作４６０に、液体媒体からの生成物を収集するのを止めさせるように動作可能とすることができる。
【００５２】
細胞培養装置のすべての濾過アセンブリが動作可能でない状況では（たとえば、唯一の濾過システム４２０に障害が生じたとき、または複数の濾過システムのすべてに障害が生じたとき）、液体媒体の流れを廃棄物回収システム４８０へそらすことが有利である。そのようなシナリオを提供するために、１つまたはそれ以上の濾過アセンブリは、濾過システム４２０と直列に連結された逃がし弁４８５を含むことができる。逃がし弁４８５は、液体媒体の流れを廃棄物回収システム４８０へそらすように構成することができる。逃がし弁４８５は、３方弁とすることができるが、他の例では、逃がし弁４８５は、１つまたはそれ以上の２方弁を含むことができる。そのような逃がし弁４８５は、好ましくは、ハーベストポンプ４３０の下流およびガードフィルタ４５０の上流に連結することができるが、様々な位置を考えることができる。濾過システム４２０が動作可能な状態にないという判定に応答して、コントローラ４７０は、逃がし弁４８５を開くように構成することができ、それによって液体媒体を廃棄物へそらすことができる。
【００５３】
液体媒体を廃棄物回収システム４８０へそらすことで、細胞培養システム４００を通る灌流の一時的な継続を可能にすることができる。しかし、最終的に、より多くの細胞が廃棄物へ圧送されると、バイオリアクタ容器４１０内の細胞密度は、許容できないレベルまで低下することがある。望ましくない量の細胞密度の損失を防止するために、センサ（たとえば、センサ４４０またはさらなるバイオリアクタセンサ）が、バイオリアクタ容器４１０内の液体媒体との相互作用および／または容器４１０内の細胞密度の監視を行うように構成することができる。細胞密度が閾値を下回るという判定に応答して、コントローラ４７０は、たとえば逃がし弁４８５を閉じること、隔離弁を閉じること、１つまたはそれ以上のハーベストポンプ４３０に、１つまたはそれ以上の濾過システム４２０を通って液体媒体を圧送するのを止めさせること、または何らかの他の手段によって、灌流を完全に止めるように構成することができる。
【００５４】
図４に示すバイオリアクタ容器４１０、濾過システム４２０、ハーベストポンプ４３０、センサ４４０、ガードフィルタ４５０、捕捉動作４６０、およびコントローラ４７０は、図２に関連して上述した対応する構成要素と同様に構成することができる。
【００５５】
ＩＩＩ．細胞培養方法
図５は、図２、図３、または図４に示した本明細書に記載する装置のいずれかなどの細胞培養装置を動作させる方法５００の流れ図である。例示の目的で、方法５００で動作する細胞培養装置は：（ｉ）バイオリアクタ容器と；（ｉｉ）バイオリアクタ容器に流体連通している第１の濾過システムと；（ｉｉ）バイオリアクタ容器に流体連通している第２の濾過システムと；（ｉｉｉ）第１の濾過システムと直列に連結された第１のハーベストポンプと；（ｉｖ）第２の濾過システムと直列に連結された第２のハーベストポンプと；（ｖ）少なくとも第１の濾過システムを通って流れる液体媒体と相互作用するように構成されたセンサとを含む。
【００５６】
方法５００のブロック５０１は、バイオリアクタ容器を細胞および液体媒体で少なくとも部分的に充填することを含む。バイオリアクタ容器は、第１の濾過システムおよび第１の濾過システムに並列に連結された第２の濾過システムに流体連通している。バイオリアクタ容器を細胞および液体媒体で少なくとも部分的に充填することは、細胞を人工基質上に単層として提供することを含むことができる（すなわち、接着培養）。他の例では、バイオリアクタ容器を細胞および液体媒体で少なくとも部分的に充填することは、媒体中に自由に浮遊する細胞を提供することを含むことができる（すなわち、懸濁培養）。連続する灌流のための液体媒体は、新しい液体媒体をバイオリアクタ容器へ連続して導入するように構成された供給動作によって提供することができる。供給動作からの液体媒体は、バイオリアクタ容器内の細胞の栄養の必要に合わせて調節された所定の流量で提供することができる。
【００５７】
方法５００のブロック５０２は、第１のハーベストポンプを使用してバイオリアクタ容器から第１の濾過システムを通って液体媒体を圧送することを含む。方法５００のブロック５０３は、第２のハーベストポンプを使用してバイオリアクタ容器から第２の濾過システムを通って液体媒体を圧送することを含む。第１のハーベストポンプは、第１のタンジェンシャルフローと直列に連結することができる。同様に、第２のハーベストポンプは、第２の濾過システムと直列に連結することができる。
【００５８】
第１の濾過システムを通って液体媒体を圧送することは、液体媒体を第１の流量で圧送することを含むことができる。第２の濾過システムを通って液体媒体を圧送することは、液体媒体を第２の流量で圧送することを含むことができる。いくつかの例では、第１の流量は、正常動作条件下で、第２の流量に実質上等しくすることができる。しかし、他の例では、第１の濾過システムを通る液体媒体の流量は、第２の濾過システムを通る液体媒体の流量とは異なってもよい。追加または別法として、第１の流量と第２の流量との和は、供給動作（たとえば、方法５００のブロック５０１に関連して上述した供給動作）によってバイオリアクタ容器に入る媒体の流量にほぼ等しくすることができる。
【００５９】
方法５００のブロック５０４は、少なくとも第１の濾過システムを通って流れる液体媒体と相互作用するように構成されたセンサから、第１の濾過システムの動作状態を示す情報を受けることを含む。そのようなセンサは、第１の濾過システム、第１のハーベストポンプ、および／または他の要素を含む濾過アセンブリ内に位置することができる。追加または別法として、センサは、第１の濾過システムおよび／または第１のハーベストポンプと直列に連結された導管内に配置することができる。
【００６０】
いくつかの例では、センサは圧力センサ（たとえば、圧電抵抗式圧力センサ）である。第１の濾過システムの動作状態を示す情報は、第１の濾過システムを通って流れる液体媒体の圧力に関する情報を含むことができる。より詳細には、情報は、第１の濾過システムの上流の液体媒体の圧力、第１の濾過システムの下流の液体媒体の圧力、または第１の濾過システムの液体媒体の膜差圧を含むことができる。いくつかの例では、細胞培養装置は、第１の濾過システム下流で第１の濾過システムと直列に連結されたガードフィルタを含む。そのような例では、情報は、ガードフィルタの上流の液体媒体の圧力を含むことができる。追加または別法として、センサは、静電容量センサ、ラマンプローブ、ＦＴＩＲプローブ、または光学密度プローブを含むことができる。そのような例では、情報は、液体媒体（たとえば、第１の濾過システムの下流の液体媒体）中の細胞の細胞密度に関する情報を含むことができる。
【００６１】
方法５００のブロック５０５は、少なくとも受けた情報に基づいて、第１の濾過システムが動作可能な状態にあるかどうかを判定することを含む。第１の濾過システムが動作可能な状態にないとき、フィルタは、所望または予期の流量の液体媒体を通過させることができない（すなわち、フィルタ膜の詰まりまたは汚損を示す）、または細胞を保持することができない（すなわち、フィルタが破裂したことを示す）可能性がある。濾過システムが動作可能な状態にあるかどうかを判定することは、センサから受けた情報が予期の値範囲内にあるか、それとも所定の閾値を上回るまたは下回るかを判定することを含むことができる。いくつかの例では、センサは圧力センサであり、第１の濾過システムが動作可能な状態にあるかどうかを判定することは、液体媒体の圧力が所定の閾値を上回ると判定することを含む。場合によって、第１の濾過システムが動作可能な状態にあるかどうかを判定することは、第１の濾過システムの膜圧が所定の閾値を上回ると判定することを含むことができる。さらなる例では、第１の濾過システムが動作可能な状態にあるかどうかを判定することは、液体媒体（たとえば、バイオリアクタ容器内の液体媒体、または第１の濾過システムを通って流れる液体媒体）の細胞密度が所定の閾値範囲外であると判定することを含むことができる。
【００６２】
方法５００のブロック５０６は、第１の濾過システムが動作可能な状態にないという判定に応答して、第１のハーベストポンプに、第１の濾過システムを通って液体媒体を圧送するのを止めさせることを含む。そのような応答は、第１の濾過システムを通る液体媒体の流れを実際上止めることができる。追加または別法として、第１の濾過システムと直列に隔離弁を連結することができ、隔離弁は、第１の濾過システムを通る液体媒体の流れを制御するように構成することができる。そのような例では、方法５００は、第１の濾過システムが動作可能な状態にないという判定に応答して、隔離弁を閉じることを含むことができる。フィルタの動作不良に対する他の応答も予想される。
【００６３】
いくつかの例では、方法５００は、１つまたはそれ以上の残りの動作可能なフィルタの流量を調整することをさらに含むことができる。たとえば、方法５００は、第１の濾過システムが動作可能な状態にないという判定に応答して、第２のハーベストポンプに、第２の濾過システムを通る液体媒体の流量を増大させることをさらに含むことができる。第２の濾過システムを通る液体媒体の流量を増大させることで、バイオリアクタ容器を通る液体媒体の灌流が、フィルタ障害後に安定した速度で継続することを可能にすることができる。言い換えれば、第２の濾過システムを通る液体媒体の調整された流量は、動作可能な第１および第２の濾過システムを通る液体媒体の流量にほぼ等しくすることができる。いくつかの例では、第２のハーベストポンプに第２の濾過システムを通る液体媒体の流量を増大させることは、第２の濾過システムを通る液体媒体の流量を約２倍にすることを含むことができる。
【００６４】
いくつかの例では、方法５００は、第１の濾過システムが動作可能な状態にないという判定に応答して、通知を出力することをさらに含む。通知は、視覚アラート（たとえば、明滅光、着色光、視覚メッセージ、ディスプレイ上の文字または図形情報）および／または聴覚アラート（たとえば、アラーム音、ブザー音、ベル音、聴覚メッセージ、または何らかの他の聴覚構成要素）を含むことができる。さらなる例では、方法５００は、液体媒体を廃棄物回収システムへそらすこと、下流の捕捉動作を止めること、または細胞培養装置の動作の他の態様に影響を与えることを含むことができる。
【００６５】
図５に示す例示的な方法５００は、例示的で非限定的な例であることを意味する。本明細書に記載するブロックおよび工程は、順次または並行して実施することができる。さらに、様々なブロックおよび工程を、本明細書に記載するものとは異なる順序で実施することができ、いくかのブロックおよび工程を削除、省略、および／または反復することができる。方法の追加または代替の要素およびシステムの追加または代替の構成要素も企図される。
【００６６】
本明細書に開示する装置および方法について、様々な実施形態の点から説明したが、変形形態および修正形態が当業者には想到されることが理解されよう。したがって、添付の特許請求の範囲は、請求する装置および方法の範囲内のそのようなすべての均等な変形形態も包含することが意図される。追加として、本明細書に使用する項目名は、編成のみを目的とし、記載する主題を限定すると解釈されるべきではない。
【００６７】
本出願に引用されるすべての参照文献は、参照により本明細書に明示的に組み込まれている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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