(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞培養培地を加えることによって細胞を播種および培養するための培養容器（１０）を含み、
前記培養容器（１０）が、少なくとも１つの側壁（２０）および底面（２２）、比熱移動面積および比気体移動面積を備え、１０リットルまでの細胞培養培地体積に適合するように構成され、
前記比熱移動面積および前記比気体移動面積が一定である、
バイオリアクタ。
【請求項２】
前記比熱移動面積が方程式１により定義され、前記比気体移動面積が方程式２：
ｓＨＴＡ（ｈ）＝ＨＴＡ（ｈ）／Ｖ（ｈ）−−−−（１）
ｓＧＴＡ（ｈ）＝ＧＴＡ（ｈ）／Ｖ（ｈ）−−−−−−−（２）
により定義される、請求項１に記載のバイオリアクタ。
【請求項３】
ａ）前記培養容器（１０）が、１５ｍｌから１０リットルの間の細胞培養培地体積に適合するように構成される、
ｂ）前記培養容器（１０）が、細胞培養培地体積の拡大性に適合するように構成される、
ｃ）マルチスケーラブルバイオリアクタである、
ｄ）動作の間の一定の温度、ｐＨ、溶存酸素またはそれらの組み合わせに関する設定ポイントを維持するように構成される、および／または
ｅ）前記培養容器（１０）内の気体混合比、気体流速、加熱、撹拌またはそれらの組み合わせを制御するためのコントローラ（１１０）をさらに備える、
請求項１または２に記載のバイオリアクタ。
【請求項４】
前記培養培地を撹拌するための１または複数の羽根車（４４）をさらに備え、前記羽根車（４４）が、磁気連結、機械的連結、電気的連結および電磁気連結の１または複数によりモータに動作可能に連結される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
【請求項５】
前記培養培地を加熱するための１または複数の加熱ユニット（６２、６３）をさらに備え、前記加熱ユニット（６２、６３）の少なくとも１つが前記側壁（２０）を加熱するために使用される、および／または前記加熱ユニット（６２、６３）が、ＩＲ供給源、加熱ブランケット、ウォータジャケットまたはそれらの組み合わせを備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
【請求項６】
バイオリアクタの蓋（４０）ならびに前記バイオリアクタの蓋（４０）を加熱するための１または複数の加熱ユニット（６２、６３）および／または前記バイオリアクタの蓋（４０）の温度を制御するための１または複数の温度コントローラをさらに備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
【請求項７】
ａ）前記培養容器（１０）が、１から１００ｃｍの範囲の長さ、１から１００ｃｍの幅および１から５００ｃｍの高さを備える、
ｂ）前記培養容器（１０）が、０．３から３の範囲のアスペクト比を有する、
ｃ）前記培養容器（１０）が、ガラス、ポリマー、セラミック、金属またはそれらの組み合わせで作製される、
ｄ）前記培養容器（１０）が熱可塑性物質で作製される、
ｅ）前記培養容器（１０）が、三角形、長方形、平面四辺形、五角形、六角形、多角形、円形、楕円形または不規則形の外周（２４）を有する、
ｆ）ノッチリガンド、抗ＣＤ３抗体および抗ＣＤ２８抗体を含む生体適合性コーティングを前記培養容器（１０）の内壁にさらに備える、および／または
ｇ）撹拌タンクバイオリアクタ、揺動または回転運動によるリアクタ、１次元振とうによるリアクタ、２次元振とうによるリアクタ、３次元振とうによるリアクタまたはそれらの組み合わせである、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
【請求項８】
細胞および細胞培養培地を加えることによって細胞を播種および培養するための培養容器（１０）を含むバイオリアクタを提供するステップであって、前記培養容器（１０）が、少なくとも１つの側壁（２０）および底面（２２）、比熱移動面積および比気体移動面積を備え、１０ｍｌから１０リットルの間の体積の細胞培養培地に適合するように構成され、前記比熱移動面積および前記比気体移動面積が一定である、ステップ、
前記培養容器（１０）に前記細胞を播種するステップ、
１回目の体積の細胞培養培地を前記培養容器（１０）に加えるステップ、
前記細胞を前記培養容器（１０）において培養して、所望の細胞密度を得るステップ、ならびに
所定のレベルに前記細胞培養培地の体積を増加させるために、２回目の体積の細胞培養培地を加えて、所望の細胞密度を得るステップを含み、
前記比熱移動面積および前記比気体移動面積を異なる体積の培養培地において一定に維持することによって、前記バイオリアクタの動態が受ける影響が最小に留まる、
細胞を培養する方法。
【請求項９】
前記バイオリアクタの培養培地の１または複数の環境条件を制御するステップをさらに含み、細胞培養の前記１または複数の環境条件が、温度、ｐＨ、溶存酸素、撹拌、気体混合比、気体流速またはそれらの組み合わせを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ａ）細胞培養培地の組成物を制御するステップ、
ｂ）培養容器（１０）内の気体移動を制御するステップ、
ｃ）１または複数の温度センサ（６６）を使用して前記培養培地の温度フィードバック制御を提供するステップ、および／または
ｄ）１または複数の気体センサを使用して、前記培養培地内の気体移動を一定体積に制御するステップ、
をさらに含む、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
ａ）前記２回目の体積の細胞培養培地が漸増的に加えられ、所定のレベルで体積を増加させる、
ｂ）前記培養容器（１０）が、前記比熱移動面積および前記比気体移動面積を異なる体積において一定に維持することによって、バイオリアクタの動態に大きな変化をもたらさずに２０ｍｌから１０リットルの間の細胞培養培地体積に適合する能力を有する、
ｃ）前記細胞が、凍結保存細胞ストックから培養容器（１０）に播種される、
ｄ）前記細胞が、細菌細胞、植物細胞、真菌細胞、昆虫細胞、ウイルス、動物細胞、哺乳動物細胞、幹細胞またはそれらの組み合わせから選択される、
ｅ）前記バイオリアクタがマルチスケールバイオリアクタである、
ｆ）前記バイオリアクタが、細胞を播種および培養する間、一定な温度を維持するように構成される、
ｇ）前記バイオリアクタが、細胞を播種および培養する間、一定なｐＨを維持するように構成される、
ｈ）前記バイオリアクタが、細胞を播種および培養する間、一定な溶存酸素を維持するように構成される、
ｉ）前記培養容器（１０）が、前記培養培地を撹拌するための１または複数の羽根車（４４）をさらに備える、および／または
ｊ）前記細胞が、浮遊細胞、接着細胞、非接着細胞またはそれらの組み合わせを含む、
請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
細胞培養培地を加えることによって細胞を播種および培養するための培養容器（１０）を含み、
前記培養容器（１０）が少なくとも１つの側壁（２０）および底面（２２）、熱移動面積（２９）、気体移動面積（２６）、比熱移動面積、比気体移動面積、およびバイオリアクタの蓋（４０）を備え、
前記比熱移動面積および前記比気体移動面積が一定であり、  前記側壁が波形にうねったフレア型を有し、
ａ）前記波形が前記底面と前記上部外周（２４）の間に伸び、
ｂ）前記上部外周（２４）の直径が前記底面の直径より長い、および／または
ｃ）前記バイオリアクタが培養培地を撹拌するための１または複数の羽根車（４４）をさらに備える、
バイオリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全体として、細胞を播種および培養する方法に関し、より詳細には、培地体積の拡大性に適応するように構成された自動細胞播種および培養システムを使用する、細胞の播種および培養に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞培養技術は、この数十年にわたって非常に進歩してきており、さまざまな細胞系の増殖および対象となるさまざまな生体分子の合成によって、治療応用、臨床研究、薬学研究および開発ならびにバイオプロセス産業に大いに貢献してきた。治療用タンパク質候補（モノクローナル抗体など）または治療応用のための生存細胞（哺乳動物細胞系など）に対する要求の増加に対応するために、大量の細胞を培養するための大規模製造設備および高性能な技術開発が非常に望ましい。
【０００３】
バイオリアクタは、バイオプロセス産業において細胞増殖の好ましいスケールアップ方法として長い間実践されてきた。凍結保存接種材料由来の種系列を細胞増殖のために使用することは、大規模製造活動を開始するための重要な工程ステップである。バイオ医薬品の製造のために、細胞または生体分子の所望の品質を維持することは重要要件である。凍結保存接種材料の使用は細胞の増殖に直接使用可能であり、このことにより所望の品質を確保できるので、種系列増殖は重要である。
【０００４】
代表的な種系列増殖工程において、細胞は、まず凍結保存された少量の接種材料（例えば１−２ｍＬ）から培養される。凍結保存細胞を解凍し、Ｔ型フラスコまたはスピナーフラスコなどの培養容器に播種して、管理されたインキュベーションの下で培養培地を加えることによって培養する。所望の細胞数を得るために、通常は細胞を複数の培養容器に分配し、その後、追加の成長培地と共に大型培養容器に移す。細胞を複数の培養容器に移送し、成長培地を加え、細胞を培養する工程を、大規模生産のための所定の細胞集団が得られるまで繰り返し、最後にこれらの細胞をＷＡＶＥ  Ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ（商標）用のＣｅｌｌｂａｇ（商標）または使い捨てバッグを用いたＸＤＲ撹拌タンクバイオリアクタ用のＸｃｅｌｌｅｒｅｘ（商標）などのバイオリアクタに播種する。しかし、現行の種系列増殖工程は大きな労働力および複雑な手動操作を要し、複数の培養容器を使用し、接種材料の移送を繰り返した場合汚染のリスクが発生するので、この工程は不利である。加えて、スケールアップの間のｐＨまたは溶存酸素などのさまざまなパラメータの制御の欠落が、細胞増殖のバッチのばらつきをもたらす恐れがある。さらに、凍結保存細胞試料からの種系列増殖のための既存の工程およびセットアップは、熟練した人材を必要とする。
【０００５】
バイオリアクタにおいて、バイオリアクタ容器中の培地の体積変化は、ｐＨ、ＤＯまたは温度などのバイオリアクタの内部パラメータの変化をもたらし、この変化は、培地体積の増加を補う容器形状を有することによって補うことができ、したがって、単純なより頑強なコントローラを使用してシステムのパラメータを維持することができる。大きな体積変化のために、比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラなどの標準的コントローラの制御性能は十分ではないことがある。したがって、最小のヒトの介入で必要な生産性および所望の質を得るパラメータの最適化および培養条件を提供し、円滑なスケールアップを確保する、異なる規模における種系列増殖のための頑強なシステムおよび工程の開発の必要性が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／０３１８２２号明細書
【発明の概要】
【０００７】
一実施形態において、細胞培養培地を加えることによって細胞を播種および培養するための培養容器を含み、上記培養容器は、少なくとも１つの側壁および底面、比熱移動面積および比気体移動面積を備え、１０リットルまでの細胞培養培地体積に適合するように構成され、上記比熱移動面積および上記比気体移動面積は一定であり、それによって細胞培養培地体積とは独立している、バイオリアクタを提供する。
【０００８】
別の実施形態において、１または複数の使い捨て細管と、細胞および細胞培養培地を加えることによって細胞を播種および培養するための培養容器を含むバイオリアクタとを含み、上記培養容器は、少なくとも１つの側壁および底壁を備え、比熱移動面積および比気体移動面積を維持することによって、バイオリアクタの動態に大きな変化を導入せずに１０ｍｌから１０リットルの間の体積の細胞培養培地に適合するように構成され、式１および２により定義される上記比熱移動面積および上記比気体移動面積は一定であり、それによって細胞培養培地の体積とは独立している、キットを提供する。
【０００９】
ｓＨＴＡ（ｈ）＝ＨＴＡ（ｈ）／Ｖ（ｈ）−−−−（１）
ｓＧＴＡ（ｈ）＝ＧＴＡ（ｈ）／Ｖ（ｈ）−−−−−−−（２）
さらに別の実施形態において、細胞を培養する方法は、細胞および細胞培養培地を加えることによって細胞を播種および培養するための培養容器を含むバイオリアクタを提供し、上記培養容器は、少なくとも１つの側壁および底面、比熱移動面積および比気体移動面積を備え、１０ｍｌから１０リットルの間の体積の細胞培養培地に適合するように構成され、上記比熱移動面積および上記比気体移動面積は一定であり、それによって細胞培養培地の体積とは独立しているステップ、上記培養容器に上記細胞を播種するステップ、１回目の体積の細胞培養培地を上記培養容器に加えるステップ、上記細胞を上記培養容器において培養して、所望の細胞密度を得るステップ、ならびに所定のレベルに上記細胞培養培地の体積を増加させるために、２回目の体積の細胞培養培地を加えて、所望の細胞密度を得るステップを含み、上記比熱移動面積および上記比気体移動面積を異なる体積の培養培地において一定に維持することによって、上記バイオリアクタの動態が受ける影響は最小に留まる。
【００１０】
本開示のこれらおよび他の特色、態様および有利性は、図面全体において数字により相当するパーツが表される添付の図面を参照しながら下記の詳細な説明を読んだ場合、より良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本明細書の一実施形態に従った培養容器の概略図である。
【図１Ｂ】本明細書の一実施形態に従った離散化培養容器の設計の概略図である。
【図２】本明細書の一実施形態に従った培養容器の外周設計の平断面図の概略図である。
【図３】本明細書の一実施形態に従った、円筒形、円錐形またはフレア型を有する異なる培養容器を使用した、比気体移動面積の変化と液体培地の体積変化とを示すグラフである。
【図４】本明細書の一実施形態に従った、円筒形、円錐形またはフレア型もしくは波状壁設計（花型）を有する培養容器における、比熱移動面積の変化と液体培地の体積変化とを示すグラフである。
【図５】本明細書の一実施形態に従った、円筒形培養容器および波状壁（花型）設計を有するフレア型の容器を使用した、熱移動の時定数測定（τ）と培養培地の体積変化とを示すグラフである
【図６Ａ】本明細書の一実施形態に従った、円筒形および波状壁（花型）設計を有するフレア型の培養容器における、酸素ガス移動の時定数測定値（τ）と培養培地の体積変化との実験グラフを表す。
【図６Ｂ】本明細書の一実施形態に従った、円筒形および波状壁（花型）設計を有するフレア型の培養容器における、酸素ガス移動の時定数測定値（τ）と培養培地の体積変化との理論グラフを表す。
【図７】本明細書の一実施形態に従った、蓋およびさまざまなコンポーネントを備えた培養容器設計の断面図である。
【図８Ａ】本明細書の一実施形態に従った、培養容器に使用する羽根車の正面概略図である。
【図８Ｂ】本明細書の一実施形態に従った、中心に取り付けられた図８Ａの羽根車を備えた培養容器の側面断面図である。
【図８Ｃ】本明細書の一実施形態に従った、中心に取り付けられた図８Ａの羽根車を備えた培養容器の正面断面図である。
【図９】本明細書の態様に従った、磁気撹拌機、供給ポート、サンプリングポートおよび気体フィルタポートを備えた蓋を有する細胞培養容器の透視図である。
【図１０】本明細書の一実施形態に従った、中心に取り付けられた羽根車、センサ、サンプリングパス、サイドヒータ、オフガスコンデンサ、蓋ヒータ、磁気撹拌器の位置を示す、培養容器の側面断面図である。
【図１１】本明細書の一実施形態に従った、容器の蓋に配置されたツードアカバーを有する細胞培養容器の透視断面図である。
【図１２】本明細書の一実施形態に従った、容器の蓋に配置されたツードアカバーを有する細胞培養容器の透視断面図である。
【図１３】本技術の一実施形態に従った、バイオリアクタシステムの組立て方法の概略図である。
【図１４】本明細書の一実施形態に従った、細胞を播種および培養する方法の例示的フローチャートの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書の実施形態は、接種材料から出発する自動細胞播種および細胞増殖のためのデバイス、システムおよび方法に関する。特定の実施形態において、この自動細胞増殖は、細胞の種系列増殖を使用して達成される。いくつかの実施形態において、自動細胞増殖のためのデバイス、システムおよび方法は、細胞の凍結保存試料から出発する、自動接種材料の培養容器への移送をさらに含むことができる。一実施例において、哺乳動物細胞の集団を、本明細書のデバイス、システムおよび方法を使用して増殖させることができる。
【００１３】
１または複数の実施形態において、細胞および細胞培養培地を加えることによって細胞を播種および培養するための培養容器を備えたバイオリアクタを提供する。この培養容器は、少なくとも１つの側壁および底面を備えることができる。培養容器は、比熱移動面積および比気体移動面積を維持することによって、２０ｍｌから１０リットルの間の体積の細胞培養培地に適合するように構成され、上記比熱移動面積および上記比気体移動面積は細胞培養培地の体積とは独立している。
【００１４】
培養容器は、細胞を播種し、その後培養培地を加えることによって、同じ容器において細胞を培養するために使用する容器またはコンテナを備えることができる。図１Ａに例示するように、培養容器１０の一実施形態は、少なくとも１つの側壁２０および底面２２を備える。該容器は外周２４を備える。細胞培養培地の上表面積は、本明細書において該容器の高さ「ｈ０」における気体移動面積（ＧＴＡ）２６と称することができる。細胞培養容器は、内表面２８と外表面２０とを備えることができる。細胞培養の間に培養培地と接触している該容器の表面積は、本明細書において高さ「ｈ０」における熱移動面積（ＨＴＡ）２９と称することができる。
【００１５】
培養容器は、容器中の培地体積の大きな変化に適合するように設計することができ、培地体積の変化はバイオリアクタの動態に影響を与えない。「バイオリアクタの動態」という用語は、外部パラメータの変化に対してバイオリアクタの内部パラメータがどれぐらい速く変化するかを表す。例えば、加熱ブランケットの温度が変化した場合、バイオリアクタ容器中に存在する培地の温度がそれに応じて変化する。さらに、バイオリアクタシステムは、細胞成長を促す環境を維持するために、複数のパラメータを制御する必要がある複雑な工学デバイスである。細胞培養のための重要なパラメータとしては、ｐＨ、溶存酸素（ＤＯ）、温度、混合／撹拌速度および時定数が挙げられる。
【００１６】
記載したように、いくつかの実施形態において、本培養容器は、バイオリアクタの動態に大きな変化を導入せずに、細胞培養培地の体積の大きな変化に適合するように設計することができる。例えば、本培養容器は、バイオリアクタの動態に大きな変化を導入せずに、約１０００倍の体積増加に適合可能である。記載したように、本培養容器は、１ｍｌから１００リットルの間の体積の細胞培養培地に適合するように構成することができる。いくつかの実施形態において、培養容器は、１０ｍｌから１０リットルの間の体積の細胞培養培地に適合するように構成される。いくつかの実施形態において、培養容器は、２０ｍｌから５リットルの間の細胞培養培地体積に適合するように構成される。いくつかの他の実施形態において、培養容器は、５０ｍｌから１．５リットルの間の細胞培養培地体積に適合するように構成される。これらの実施形態において、一定またはほぼ一定の比熱移動面積および比気体移動面積を維持することによって、該培養容器中の体積変化にもかかわらず、バイオリアクタの動態を一定またはほぼ一定に維持することができる。
【００１７】
「マルチスケール」または「マルチスケーラブル」バイオリアクタは、比熱移動面積および比気体移動面積が一定またはほぼ一定であり、それによって体積変化に対して不変なバイオリアクタとして定義される。マルチスケールバイオリアクタは、最適またはほぼ最適な細胞成長環境を作り出すための異なる体積範囲のために設計された、通常複数の容器を必要とするリアクタとは異なり、さまざまな体積範囲にわたって細胞を成長させるために使用可能である。バイオリアクタは、本明細書において種系列バイオリアクタまたはマルチスケーラブルバイオリアクタと同じ意味で称され、これらは、培養容器の比熱移動面積および比気体移動面積に影響を与えずにさまざまな培養培地体積に適合するバイオリアクタを指す。マルチスケーラブルバイオリアクタは、種系列工程の間の細胞培養フラスコまたはローラーボトルなどの多代継代用の複数のコンテナの利用を排除し、該工程を単純化する。本バイオリアクタは、大規模細胞培養が必要とされる場合に、培養培地のスケールアップを可能にする。いくつかの実施形態において、培養容器は、工程の要件に応じて、培地を複数回または連続して加えることによって、比熱移動面積および比気体移動面積に影響を与えずに該容器によって培養培地体積が拡張可能である、細胞培養培地体積の拡張性に適合するように構成される。例えば、細胞播種は、１０ｍｌの培養培地と細胞とから開始でき、大量の細胞を成長させるため培養培地をスケールアップさせるために、培地体積を５０ｍｌ、１００ｍｌ、５００ｍｌ、１リットルまたは１０リットルに増加させることができる。別の実施例において、細胞播種は、５０ｍＬの培養培地と細胞とから開始でき、培地を５０ｍＬから１００ｍＬ、２００ｍＬ、４００ｍＬ、８００ｍＬおよび１．６Ｌに増加させることができる。これらの実施例において、細胞播種は、５０ｍＬの培養培地と細胞とから出発でき、細胞数が２倍に増えた時に、培養培地をスケールアップするため、培地体積を出発培地の体積に対して２倍に増加させることができる。細胞数が２倍に増加した場合、漸増数の細胞に培地を比例的に（おそらく２Ｘ）加え、細胞密度を出発細胞密度と同じに調整する。このステップを１または複数回繰り返し、培養液をスケールアップさせ、大量の細胞を成長させることができる。比熱移動面積および比気体移動面積は一定であり、それによって、上記の実施例の細胞培養培地体積とは独立することができる。
【００１８】
気体移動面積、ＧＴＡは、全培地体積が「Ｖ」である場合、培養容器中に存在する培養培地の上表面積として定義される。培地の上表面積は混合気体と接触しており、上表面積を介して気体が交換可能である。ＧＴＡは培地体積（Ｖ）に従って変動し得る。比気体移動面積、ｓＧＴＡは、気体移動面積（ＧＴＡ）と全培養培地体積（Ｖ）との比として定義される。ｐＨおよび溶存酸素（ＤＯ）は、バイオリアクタのヘッドスペースから細胞培養培地へのＣＯ２およびＯ２の気体移動を介して制御されるので、比気体移動面積は、バイオリアクタにおける気体移動の動態に影響を与え、したがって、ｐＨおよびＤＯの制御の動態に影響を与える。
【００１９】
熱移動面積、ＨＴＡは、容器と培地との接触面積として定義され、この培地を介して熱流束は容器の培養培地に流動するか、または熱流束は培養培地から容器の外側に流動する。加熱ブランケットが、容器および／または培地を加熱するために用いられる場合、体積「Ｖ」において培地と接触している容器の側面表面積または容器の側壁がＨＴＡである。ＨＴＡは培地体積（Ｖ）の変動に応じて変動し得る。比熱移動面積、ｓＨＴＡは、熱移動面積（ＨＴＡ）と全培地体積（Ｖ）との比として定義される。比熱移動面積は熱移動の動態に影響を与え、したがってバイオリアクタにおける温度調節の動態に影響を与え得る。
【００２０】
マルチスケーラブルバイオリアクタは、異なる体積において２つのパラメータ：比熱移動面積および比気体移動面積を一定に維持するように設計することができる。記載したように、ｓＧＴＡおよびｓＨＴＡは、それぞれＧＴＡ／ＶおよびＨＴＡ／Ｖとして定義される。１または複数の実施形態において、比熱移動面積は方程式１で表すことができ、比気体移動面積は方程式２で表すことができる。
【００２１】
ｓＨＴＡ（ｈ）＝ＨＴＡ（ｈ）／Ｖ（ｈ）（１）
ｓＧＴＡ（ｈ）＝ＧＴＡ（ｈ）／Ｖ（ｈ）（２）
ｓＧＴＡおよびｓＨＴＡは重要なパラメータであり、これらは、気体供給、細胞培養代謝産物の産生ならびにヒータ温度および環境温度の所与の変化に応答する動態システムによって必要とされる時間を決定し得る。容器は、さまざまな培地体積または一定範囲の培地体積において一定のｓＧＴＡおよびｓＨＴＡを有するように設計することができ、容器の動態特徴は動作期間の間不変であり得、これによりこのシステムは単純で一貫となる。
【００２２】
気体移動面積が培地の高さ「ｈ」、ＧＴＡ（ｈ）の関数として定義される場合、培地体積「Ｖ」は以下のように表すことができる：
【００２３】
【数１】
0006671726.tif 000002
【００２４】
比気体移動面積の定義を使用すると以下のようになる：
ｓＧＴＡ（ｈ）＝ＧＴＡ（ｈ）／Ｖ（ｈ）
または
【００２５】
【数２】
0006671726.tif 000003
【００２６】
容器の外周が（図１Ａに示すように）Ｐ（ｈ）として定義され、培地と接触する容器の側壁と、高さ「ｈ」における気体移動表面（または液体表面）との間の角度がθｈとして定義される場合、高さ「ｈ」までの熱移動面積は以下のように表すことができる：
【００２７】
【数３】
0006671726.tif 000004
【００２８】
上記の定義を使用すると、比熱移動面積：
【００２９】
【数４】
0006671726.tif 000005
【００３０】
となる。
【００３１】
この工程を体積独立性にするために、ｓＧＴＡ（ｈ）およびｓＨＴＡ（ｈ）が初回体積より大きな範囲の体積にわたって一定またはほぼ一定であるような要件を満たすように、容器を設計することができ、このことはＧＴＡ（ｈ）およびＰ（ｈ）の設計を含み得る。初回体積の高さはゼロではなく、初回体積によりｓＧＴＡおよびｓＨＴＡの目標値が決定される。正弦波などの波動関数がＰ（ｈ）に当てはめられ、空間定義域において周期的であり、一周期のその面積の和がゼロである場合、ＧＴＡ（ｈ）およびＰ（ｈ）を独立に設計することができる。ＧＴＡまたはｓＧＴＡを変化させずに波動関数を容器の外周に独立して加えられることは、ＨＴＡまたはｓＨＴＡを、ＧＴＡまたはｓＧＴＡに影響を与えずに独立して増減できるので有利である。したがって、容器の形状は、ｓＧＴＡまたはｓＨＴＡを別々に変化させるように変化させることができるが、ｓＧＴＡおよびｓＨＴＡの双方を変化させることはできないことがある。１つのパラメータの増加は多くの場合別のパラメータの減少をもたらすが、この容器の設計は、バイオリアクタシステムの性能を犠牲にすることなく、複数のパラメータを独立して設計可能なように採択することができる。
【００３２】
ＧＴＡ（ｈ）およびＰ（ｈ）は、ｓＧＴＡおよびｓＨＴＡが、任意の区間（０、無限）の高さｈに対して一定のままであるように設計することができる。３ステップを使用して、以下に例示するような、ｓＧＴＡおよびｓＨＴＡが一定であるような容器を設計した。
【００３３】
第１の例示的ステップにおいて、高さｈにおける気体移動面積、ＧＴＡの設計を決定する。図１Ａを参照すると、高さ「ｈ０」におけるＧＴＡ（ｈ）の設計を使用して、ｓＧＴＡ（ｈ０）または
【００３４】
【数５】
0006671726.tif 000006
【００３５】
をコンピュータにより計算することができる。コンピュータにより計算されたｈ０におけるｓＧＴＡは、所望の範囲の高さ［ｈ０，ｈ＿ｍａｘ］にわたるｓＧＴＡの目標値を表すことになり、ｈ＿ｍａｘは容器に対して可能な高さの最大値を表す。容器は、ＧＴＡまたはｓＧＴＡをコンピュータにより計算するためのいくらかの有限な初回液体体積を有してよく、選択されたｓＧＴＡ値は、体積とは独立した所望の細胞培養の動態を支持する値を表すことができ、したがってすべての容器体積に使用することができる。いくつかの実施形態において、容器の形状は、比気体移動面積が０．２−０．８ｃｍ−１の範囲内であり得るように設計することができる。限定されない実施例において、区間［ｈ０，ｈ＿ｍａｘ］の異なる高さにおける断面積を表す基底関数は、図１Ｂに示す断面積を有する、異なる半径の円形状を有する。所与の高さｈにおける半径は、所与の半径および高さに付随するそれぞれの個別の位置に対して確実にｓＧＴＡが一定またはほぼ一定であるように決定することができる。したがって、所望の高さ範囲にわたって十分な数の個別の高さポイントを使用して円形断面を決定し、各高さに対してコンピュータにより計算されたｓＧＴＡが一定を保つ場合、その後、このｓＧＴＡは、対象の高さ範囲に付随する所与の体積範囲に対しても一定またはほぼ一定であり得る。さらに、高さに依存する円形断面の半径を表す連続解析関数もまた導くことができる。解析関数は、区間［ｈ０，ｈ＿ｍａｘ］の高さｈに対して一定のｓＧＴＡ値を、特に提供する。したがって、第１の設計ステップにおいて、ｓＧＴＡが一定またはほぼ一定であるように対象の高さ範囲にわたって容器の形状を決定する。
【００３６】
第２の設計ステップにおいて、ｓＨＴＡまたは
【００３７】
【数６】
0006671726.tif 000007
【００３８】
を一定に維持するような高さ「ｈ」における外周Ｐ（ｈ）の設計（図１Ａ）が決定される。いくつかの実施形態において、容器の形状は、比熱移動面積が０．４−１．２ｃｍ−１の範囲であり得るように設計することができる。当業者は、高さｈに対するＰ（ｈ）が２＊ｐｉ＊ｒ、および高さｈに対するθｈが９０°に等しいと定義される単純な円筒状壁の容器が、すべての高さｈ候補を表す高さｈに対して一定のｓＨＴＡを有し、したがって、円筒壁容器が、容器中のすべての体積候補に対して一定のｓＨＴＡを有するという事実を理解すると思われる。しかし、単純な円筒壁形状を有する容器は、コンピュータ計算されたｓＧＴＡが、体積の増加に伴い減少する１／ｈという形態を有すると思われる。
【００３９】
第１の設計ステップ由来の限定されない実施例を続けると、（第１の実施例において設計された）高さ「ｈ」における円形断面図形状の半径は、基本の外周および外周関数をもたらす。外周は、所与の高さにおける断面積は変わらないが、外周の長さが所与の高さにおける基本外周に対して増減し得るように改変することができる。さらに、外周は、容器の高さの関数として増減し得る。断面積がすべての高さｈに影響を受けない場合、すべての高さに対するコンピュータ計算されたｓＧＴＡは不変なままであってよい。外周の長さまたは形状は、所与の周波数の周期関数を重ねることによって改変でき、周期関数の大きさは高さに依存してよく、それによって容器の体積に依存してよい。
【００４０】
第３の設計ステップにおいて、培養容器の３次元形状を、第１設計ステップによるｓＧＴＡ（ｈ）および第２設計ステップによるＰ（ｈ）を使用して決定することができる。容器設計は、容器パラメータｓＧＴＡおよびｓＨＴＡが一定の値を維持することを考慮して決定することができる。より詳細には、基底関数が区間［ｈ０，ｈ＿ｍａｘ］の異なる高さにおける断面積を表すことを所与として、区間［ｈ０，ｈ＿ｍａｘ］の異なる高さにおける容器の形状は、ｓＧＴＡが区間［ｈ０，ｈ＿ｍａｘ］の異なる高さにおける液体体積に対して一定であるように決定することができる。（個別のポイントにより表されるか、または解析関数により表されるかいずれかの）異なる高さにおける断面の形状を所与として、（個別のポイントにより表されるか、または解析関数により表されるいずれかの）外周の改変は、ｓＨＴＡもまた、区間［ｈ０，ｈ＿ｍａｘ］の容器内の異なる高さにおける液体体積に対して一定なままであるように決定することができる。第２設計ステップ由来の限定されない実施例の継続において、パラメータｈと一緒に変動する振幅を有し、一定の周波数を有する正弦関数を、円形外周を表す関数に乗じることができる。一例示実施形態において、図１Ａに示すように区間［ｈ０，ｈ＿ｍａｘ］のすべての高さｈから、一定なｓＧＴＡおよびｓＨＴＡの設計基準を満たす側壁形状を有する容器の高さおよび幅は、それぞれ４．５インチ（１１．４ｃｍ）および１４インチ（３５．６ｃｍ）に最適化される。
【００４１】
当業者は、このことが、容器の高さおよび容器の外周にわたった個別のポイントにおける一定なｓＧＴＡおよびｓＨＴＡの設計基準を満足させ得るという事実を理解されると思われる。さらに、任意の関数または近似が、離散化された設計ポイントの間で使用可能である。しかし、極限において（すなわち、十分な離散的設計ポイントにより）、離散化設計された容器は、上記のステップを使用して設計された容器と実質的に同様であり得る。
【００４２】
容器の気体移動面積（ＧＴＡ）および熱移動面積（ＨＴＡ）が、設計された初回または出発体積より大きいすべての体積に対して依然として同時に一定なままである動態不変な容器の設計を決定することができる。気体移動および熱移動の動態不変のために、パラメータであるＧＴＡ（ｈ）およびＰ（ｈ）は、下記のパラメータが出発体積より大きいすべての体積に対して一定であるように決定することができる。
【００４３】
１）
【００４４】
【数７】
0006671726.tif 000008
【００４５】
および２）
【００４６】
【数８】
0006671726.tif 000009
【００４７】
容器は、任意の可能な形状、例えば円形、三角形、正方形または長方形の底部を備えてよい。当業者は、容器が、対象の体積範囲内の離散ポイントにおいて、一定またはほぼ一定のｓＧＴＡを有するように設計できることを理解するであろう。該体積範囲内の追加のポイントが離散形状に追加可能な場合、この容器の形状は、基底関数形状、所望のｓＧＴＡおよび初回体積によって決定可能である。半径および高さの関数は、ｓＧＴＡおよびｓＨＴＡの両方が、範囲［ｈ＿ｍｉｎからｈ＿ｍａｘ］（ｈ＿ｍｉｎはゼロに等しくはない）におけるｈの範囲に対して一定となるようなものである。
【００４８】
一実施形態において、容器の設計に関する円形形状の基底関数を所与として、高さは、関数、ｈｋ＝ｈ０＋ｋ・δｈにより表すことができ、高さｈｋにおける半径は、関数、
【００４９】
【数９】
0006671726.tif 000010
【００５０】
によって表すことができる。
【００５１】
パラメータｈ０およびｒ０は、初回または出発体積Ｖ０、
【００５２】
【数１０】
0006671726.tif 000011
【００５３】
をもたらし、所与の初回体積が所与のｓＧＴＡおよびｓＨＴＡである。この様式で定義されたｈｋおよびｒｋに関する関数により、ｓＧＴＡおよびｓＨＴＡは初回液体体積に加えられた任意の所与の液体体積に対して同じであり得る。ｈｋおよびｒｋを所与として、気体移動面積、培地体積、熱移動面積、比気体移動面積および比熱移動面積はそれぞれ：
【００５４】
【数１１】
0006671726.tif 000012
【００５５】
【数１２】
0006671726.tif 000013
【００５６】
【数１３】
0006671726.tif 000014
【００５７】
【数１４】
0006671726.tif 000015
【００５８】
および
【００５９】
【数１５】
0006671726.tif 000016
【００６０】
である。
【００６１】
容器設計の別の実施例において、容器の外周Ｐ（ｈ）は、不変な熱移動動態の要件を満たすように構成することができる。加熱に使用される容器側壁の表面積は、ｈ０より大きいすべてのｈに対して、高さｈにおける外周Ｐ（ｈ）により決定される。不変な熱移動動態の要件を満たすように外周を改変するために、上記の不変な気体移動設計を妨げずに、任意の周期関数を側表面に加えることができる。外周Ｐ（ｈ）に適用されたこのような周期関数の１つを図２に例示する。
【００６２】
一実施形態において、Ｐ（ｈ）は：
【００６３】
【数１６】
0006671726.tif 000017
【００６４】
（式中、ａｉはｉ番目の高さにおける外周の倍率であり、再帰的にコンピュータ計算できる）
【００６５】
【数１７】
0006671726.tif 000018
【００６６】
（式中、ｓＨＴＡは一定であると考えられる）
であるように定義することができる。
【００６７】
細胞の種系列増殖のためのマルチスケーラブルバイオリアクタの設計は、上記の計算を使用して決定される。ｈｋ、ｒｋおよびＰ（ｈ）の上記の計算および関数形式は、図２に示す波形の外周２４を有する、図１Ａに示す花様形状の培養容器をもたらし得る。さらに、この工程の開始時に存在したレベルｈ０に満たされた初回液体体積を含有する容器に加えられた漸増体積の液体に対して、一定なｓＧＴＡおよびｓＨＴＡを同時に得ることができる。
【００６８】
異なる形状の一般的培養容器を使用して、体積独立性の比気体移動面積および比熱移動面積を同時に得るための試みに関連する、通常の設計制約を例示する。定義に従って、円筒形容器に対する気体移動面積は、体積の漸増に従って増加しないので、図３に示す円筒形培養容器３２に関する比気体移動面積は体積の漸増に伴い減少する。円錐形容器３４の場合、比気体移動面積は体積の漸増に伴い常に減少する（図３）。上記の第１設計ステップを使用して設計されたフレア型容器３６に関しては、フレア型容器の気体移動面積は体積の漸増に伴い増加するので、比気体移動面積は体積の漸増に伴い依然として一定なままである（図３）。
【００６９】
一般的培養容器の形状および体積の関数としての関連する比熱移動面積を図４にさらに例示する。フレア型開口容器３６に関する比熱移動面積は、フレア型容器の熱移動面積が体積の増加と同じ割合で増加しないので、図４に示すように体積に伴い減少する。比気体移動面積および比熱移動面積の双方を体積変化に対して一定にするために、上記の第２設計ステップを使用して波形形状設計を、フレア型開口設計３６に加えて、体積または気体移動面積を変化させずにさらなる熱移動面積を提供することができる。このことにより、図１Ａにさらに示す花様形状容器１０（図４）をもたらすことができる。花型（波状壁を有するフレア型設計）培養容器１０（図１Ａおよび図４）の設計は、体積変化に対して不変な比気体移動面積および不変な比熱移動面積をもたらす。培養容器の設計において不変な比熱移動面積および比気体移動面積を維持することによって、体積−不変熱移動および気体移動の動態が、異なる体積規模において得られる。花型容器１０の側壁は、一般に上部が底部より広く、底面から上部外周２４に延びる波形にうねったフレア型を有してよい。バイオリアクタの蓋４０は、通常上部外周に取り付けられる。
【００７０】
花型１０および円筒形３２の容器は双方とも、体積変化に付随する不変な熱移動の動態を有し、より詳細には、図４に示すように双方とも対象となる体積に関して一定のｓＨＴＡを有する。さらに、異なる体積における温度変化の時定数τを測定することによって、それぞれの容器設計に関して熱移動の動態を測定した。τは、５Ａに示す円筒形容器と比較して、図５Ｂに示す花型容器に関してほぼ不変である。低体積におけるτのわずかな減少（図５Ａおよび５Ｂ）は、容器底部における熱損失をもたらす不完全な絶縁によるものであった。記載したように、特定のシステムが変化に応答できる時間を表す時定数τは、一般に特殊化されたパラメータが１から１／ｅ（およそ０．６３２１）倍に変動するためにかかる時間に等しい。言い換えれば、システムがステップの変化の６３％に応答するのにかかる時間量である。
【００７１】
温度（Ｔ）、ｐＨおよび溶存酸素（ＤＯ）は、自動種系列バイオリアクタにおいて細胞を培養するための３つの重要な環境パラメータであると考えることができる。比気体移動面積は、気体移動の動態に関連している。比熱移動面積は熱移動の動態に関連している。いくつかの実施形態において、バイオリアクタは、動作の間の一定の温度、ｐＨ、溶存酸素またはそれらの組み合わせに関する設定ポイントを維持するように構成される。いくつかの他の実施形態において、温度、ｐＨおよび溶存酸素の設定ポイントは、培養工程の間に変動されてもよい。温度、ｐＨおよび溶存酸素などのパラメータは、バイオリアクタにおいて積極的に制御されてよい。
【００７２】
培養培地のｐＨは、培養培地からまたは培養培地への気体ＣＯ２の移動を介して制御することができる。いくつかの実施形態において、バイオリアクタは１または複数のｐＨセンサおよび／または溶存酸素センサをさらに備える。さらに別の実施形態において、培養容器の培養培地に酸または塩基を加えることによって、培地のｐＨを所望のｐＨ値に調整することができる。細胞培養工程の収量は、一般に細胞の播種および細胞培養の間維持されることが望ましい最適なｐＨにおいて最大である。
【００７３】
培地中に存在する溶存酸素もまた、培養培地からまたは培養培地への気体Ｏ２の移動を介して制御することができる。溶存酸素について述べたように、「溶存酸素」は、所与の培地中に溶解または担持される酸素量の相対測定を指し、溶存酸素の量は百分率で表すことができる。気体移動の動態は、一定の撹拌速度におけるバイオリアクタのヘッドスペースのＯ２百分率の変化を用いてＤＯ（溶存酸素）の変化を測定することによって測定され、これにより時定数τがもたらされる。異なる体積の培養培地における溶存酸素の時定数τに関する実験データ（図６Ａ）および理論予測（図６Ｂ）は、図６Ａおよび６Ｂに示すように、花型容器を使用するとほぼ同じであるが、円筒形容器では体積に大きく依存している。
【００７４】
上述の実験データにより、花型培養容器（図１Ａ）が、一定またはほぼ一定な比熱移動面積および一定またはほぼ一定な比気体移動面積を、容器内の体積範囲にわたって確実に同時に維持する設計を備え得るという推論が導かれる。培養容器の一実施形態の詳細な設計を図７に示す。図７は、蓋４０を有し、容器設計の内部もさらに描いた、培養容器の３次元構造の断面を例示している。容器は３次元構造を有するので、容器は、長さ、幅および高さという３つの主要な次元を備える。容器の主軸は、高さとして定義でき、容器の短軸は長さおよび幅として定義できる。例えば、円形の外周を有する容器では、容器の短軸は円の直径（外周）と同じ平面にある。１または複数の実施形態において、培養容器（図１Ａ、図７）は、直径（幅）が１から１００ｃｍの間の範囲または２０から４００ｍｍの間の範囲である外周を有する。容器の深さ、例えば、底面と上面との間の距離は、本明細書において高さと称される。これらの実施形態において、容器は１から１００ｃｍの間の範囲または２０から４００ｍｍの間の範囲にある高さを有する。一実施形態において、長さと幅とのアスペクト比は、０．３から３の間の範囲である。容器設計の一実施形態において、長さと幅とのアスペクト比は１である。バイオリアクタの培養容器は、三角形、長方形、平面四辺形、五角形、六角形、多角形、円形、楕円形または不規則形の外周を有してよい。
【００７５】
一定なｓＧＴＡを維持する設計を所与として、一定なｓＨＴＡを同時に維持するような容器設計を可能にする側壁の外周形状に重ねられた特徴は、純正弦波を含む正弦な周期的波動関数またはフーリエ級数展開であり得る。さらに、波動関数は、正弦関数、三角関数、三角形、正方形、長方形、スパイク付き、台形、パルスまたはのこぎり歯であってよい。さらに、外周に適用される関数は非周期的であってもよい。ｓＧＴＡを変化させずにｓＨＴＡを改変する側壁外周形状に適用される任意の特徴または関数は、元の外周によって画定される面積がこの関数の適用により増減してはならないので、所与の高さ「ｈ」において改変された外周形状により画定される面積が、所与のｓＧＴＡに対して設計された元の値から不変なままであるように適用可能である。外周に適用された空間定義域の周期関数では、一周期の面積の和はゼロにならなければならない。外周に適用された非周期関数では、外周の長さにわたって積分された面積の和はゼロにならなければならない。
【００７６】
適切なコントローラの選択は、最適な細胞成長のためのバイオリアクタの内部環境を維持するための要件の１つである。マルチスケーラブルバイオリアクタのさまざまな動態を扱うための複雑な制御アルゴリズムの設計に代わって、いくつかの実施形態において、バイオリアクタの動態が体積の変化に対して不変であるように、マルチスケーラブルリアクタを設計する。バイオリアクタのさまざまなパラメータを制御するために、バイオリアクタは、該バイオリアクタにおいて一定な動態の維持を支援する１または複数のコントローラを備えることができる。１または複数の実施形態において、バイオリアクタは、気体混合比、気体の流速、バイオリアクタ内部の加熱、培養培地の撹拌またはそれらの組み合わせを制御するための１または複数のコントローラを備える。一実施例において、コントローラは１または複数のパラメータを制御するためのＰＩＤ制御法則を用いてよい。
【００７７】
培養容器は、培養培地、栄養、溶存酸素または細胞培養に必要とされる他の気体を混合するために撹拌する必要がある。いくつかの実施形態において、培養容器は、培養培地を撹拌するための１または複数の羽根車をさらに備える。一実施形態において、図７に示すように、羽根車４４は容器１０の蓋４０と連結される。１または複数の羽根車は、容器の蓋、底または両方と連結されてよい。１または複数の羽根車は、容器の上部の蓋もしくは底面のいずれか、または上部の蓋および底面の両方とさらに結合された羽根車支持体と連結されてもよい。一実施形態において、図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃに示すように、羽根車支持体５２は上部の蓋に連結される。羽根車の設計は、羽根車が培養培地中に存在する細胞に最小のせん断を提供するように選択可能である。羽根車の設計の限定されない実施例は、単一ユニットの羽根車設計を備えても、または複数パーツの設計を備えてもよい。海洋羽根車は、他のタイプの羽根車（例えば、ラシュトンタイプの羽根車）と比較してせん断を低下させるので、そのタイプの羽根車も採用可能である。羽根車４４（図８Ａ）は、培地、栄養または溶存気体を混合するために使用可能である。さらに詳細には、羽根様構造５０および軸５１を有する羽根車４４を図８Ａにより例示する。図８Ｂおよび８Ｃに示すように軸５１の上部分は上部の蓋と連結可能である。図８Ｂは、一実施形態において、容器全体に対する羽根車の位置の側面図を例示する。図８Ｃは、同じ実施形態において、容器中の羽根車の位置の前面図を例示する。
【００７８】
いくつかの実施形態において、１または複数の羽根車は、磁気連結、機械的連結、電気的連結、電磁気連結またはそれらの組み合わせの１または複数により、モータに動作可能に連結される。一実施形態において、羽根車は磁気連結によりモータに動作可能に連結される。図９は、磁気撹拌器に連結された羽根車を有する培養容器の一実施形態を示す。磁気撹拌器６０は、図９に示すように、培養容器１０の蓋４０の上に配置されてもよい。磁気撹拌器６０は、図９にさらに示すように、連結磁石６１と連結されてもよい。磁気撹拌器は、細胞培養の間に容器中の羽根車を駆動するために、羽根車とさらに連結される。この実施形態において、機械トルクは磁場を介して伝達され、羽根車を駆動させる。
【００７９】
本バイオリアクタは、１または複数の加熱ユニットを含む加熱アセンブリを備えてもよい。いくつかの実施形態において、培養容器は、培養培地、容器および該容器の他のコンポーネントを加熱するための１または複数の加熱ユニットをさらに備える。加熱ユニットは、培養容器の底部に存在して、底部壁に接触する培養培地を均一に加熱してよい。加熱ユニットは、容器の側壁に存在して、側壁に接触する培養培地を均一に加熱してよい。１または複数の加熱ユニットは、容器の蓋および側壁に存在してもよい。
【００８０】
一実施例において、加熱ユニットは可撓性および整合可能な構造を有することができる。限定されない実施例において、加熱ユニットは薄膜ヒータであってよい。ヒータの他の限定されない実施例としては、コンテナに適合可能な加熱された（または温度制御された）ブラダ（ｂｌａｄｄｅｒ）または容器本体に直接接触しないヒータを挙げることができる。コンテナは、コンテナを通って循環する温度制御流体（ブランケットまたはジャケットなど）を含むことができ、容器本体または細胞培養培地の加熱を助ける。いくつかの他の実施形態において、加熱ユニットは、ＩＲ供給源、加熱ブランケット、ウォータジャケットまたはそれらの組み合わせを備えてもよい。ウォータジャケット４６は、一例示実施形態において、図７に示すように加熱ユニットとして使用可能である。ウォータジャケットは、さらに絶縁のために使用することもできる。ウォータジャケットは、部分的または完全のいずれかで培養容器の外壁を囲んでもよい。いくつかの他の実施形態において、培養容器は、ウォータジャケットに加えて１または複数の加熱ユニットをさらに備えてもよい。
【００８１】
記載したように、一実施形態において、加熱ユニットの少なくとも１つは培養容器の側壁を加熱するために使用する。側壁と接触している培養培地部分は、この加熱ユニットの使用により均一またはほぼ均一に加熱することができる。容器の側面に存在する加熱ユニットは、本明細書において「サイドヒータ」と称することができる。図１０は、培養容器１０へのサイドヒータ６２の統合をさらに示している。いくつかの実施形態において、加熱ユニット（サイドヒータ）６２の一部は、容器本体１０の少なくとも一部分を加熱するように構成する。例としては、まず、加熱コンポーネント６２は培養容器の側壁を加熱するように構成可能であり、伝達された熱が培養培地をさらに加熱する。サイドヒータ６２を使用して、培養培地を３７℃に加熱することができる。サイドヒータ６２のさまざまな設計が可能である。サイドヒータ６２は使い捨て培養容器に直接接着してもよく、このヒータも使い捨て可能である。サイドヒータ６２は、非使い捨てシステムに一体化して、該ヒータが容器の側壁を加熱可能なように位置付けしてもよい。一実施形態において、使い捨て容器の外表面の輪郭と一致する構造を有する外郭をヒータと該容器との間に配置してもよい。この実施形態において、フォーム層をヒータと容器との間に配置して、エアギャップを低減してもよい。さらに、この外郭は、容器の表面温度勾配を低下させ、容器の加熱または冷却による熱時定数を低減させる、優れた熱伝導体となり得る。さらに、加熱ユニットは、ヒータ６２から容器の本体１０への熱の移動を容易にするように構成可能な熱伝導体を備えてもよい。さらに、熱伝導体は、容器本体１０に対する均等な熱分布を容易にすることができる。一実施形態において、加熱ユニットは１または複数のパーツで作製可能である。さらに、加熱コンポーネント６２の１または複数のパーツは、容器の底を含む容器本体１０の所定の部分の周りに、整合可能に配置されるように構成することができる。加熱アセンブリは、容器の蓋４０を加熱するための蓋ヒータ６３をさらに備えることができる。蓋ヒータ６３は、図１０に示すように、蓋４０の上部に配置された薄層であってよい。別の実施例としては、加熱コンポーネント６３を使用して、培養容器が一様な内部温度を有するように蓋を加熱することも可能である。
【００８２】
培養培地の温度を制御して、細胞培養動作の間に温度を一定に維持することができる。いくつかの実施形態において、バイオリアクタは、図１０に示すように、１または複数の温度センサ６６をさらに備える。例示の実施形態において、温度センサ６６は、容器壁を介して容器内部の培地温度と動作可能に連結される。さらに別の実施形態において、温度センサは容器に直接一体化され、直接温度測定を提供し、該温度センサは使い捨てすることができる。一実施形態において、加熱ユニットは、サイドヒータ６２、蓋ヒータ６３、容器本体１０またはそれらの組み合わせと動作可能に連結された温度センサを備えてもよい。その結果として、温度センサは、加熱ユニット６２、６３および／または本体１０の温度を感知するように構成することができる。温度センサの限定されない例としては、熱電温度計、サーミスタ、抵抗温度装置（すなわち、ＲＴＤ）を挙げることができる。一実施形態において、バイオリアクタは、図１０に示すようにバイオリアクタの容器の底に連結された非侵襲性温度センサ６６を備える。
【００８３】
さらに、加熱ユニットは、温度センサに動作可能に連結された、および加熱ユニットに連結された温度センサに動作可能に連結された温度コントローラ（図示せず）をさらに備え、加熱ユニットおよび／または容器本体の温度を制御することができる。温度センサは、温度フィードバックを培養培地のコントローラに提供して、温度を制御することができる。いくつかの実施形態において、温度センサを温度コントローラに連結して、温度フィードバック制御機構を提供することができる。１または複数の実施形態において、バイオリアクタは、培養培地の温度を維持するための１または複数の温度コントローラをさらに備える。バイオリアクタは、バイオリアクタの蓋４０の温度を制御するための１または複数の温度コントローラをさらに備える。
【００８４】
バイオリアクタ容器内部において、温度は所望の温度、例えば３７℃に制御される。容器壁の定期的な加熱は、培養培地および培養容器の他のコンポーネントを温める。培地の加熱は培養培地からの水の蒸発をもたらす。培養培地からの水の蒸発は、培地体積の変化を発生し得る。例えば、液体培地からの水の蒸発により、有効体積の培地が減少する。容器から喪失された水蒸気の体積が大きい場合、培養培地体積は大きく減少するものと思われる。培養培地からの水の減少は、培地の浸透圧が増加するため細胞に負の影響を与える可能性がある。例えば、細胞培養培地体積が５０ｍＬである場合、２−５ｍｌの水の喪失は、培地の浸透圧に大きな変化を発生すると思われ、このことは細胞成長に影響を与える可能性がある。発生した水蒸気は、２つの異なる機構により細胞培養培地の体積を減少させ得る。第１の機構は、培養培地表面からの水の蒸発であり、培養培地は容器の蓋４０の内表面においてさらに凝縮されるであろう。水の喪失の第２の機構は、図１０に示すように、気体出口ポート７６を介した培養容器からの気体放出によると思われる。
【００８５】
いくつかの実施形態において、培養培地からの液体の蒸発または減少を回避するために、バイオリアクタ容器に蓋を使用することができる。いくつかの実施形態において、バイオリアクタは、図７、９および１０に示すように、バイオリアクタの蓋４０をさらに備える。蓋の温度が培養培地の温度より低い、または培地から蒸発した液体の温度より低い場合、その際は、蒸発した液体は蓋４０と接触して凝縮され、蓋４０の内面において水滴を形成すると思われる。例えば、容器が内部温度３７℃を有する場合、蓋内面の温度は３７℃未満である。この条件において、バイオリアクタの内側の水蒸気は、蓋の内面において凝縮され、内面にぶら下がる水滴を形成し、この培養培地から有効に除去される。蓋内面からぶら下がる水滴の全体積は、大きいと思われる（例えば、初期培養培地体積の最大２０％）。
【００８６】
液体培地の蒸発を回避するために、培地から蒸発する液体が蓋の内面で凝縮されないように、蓋の温度を維持することが可能である。蓋の上の抗凝縮ヒータは、バイオリアクタの蓋の内面において水の凝縮を取り除くように設計することができる。蓋の温度を３７℃より高く（例えば、３７．５℃）に上昇させることによって、凝縮問題は回避可能である。培養容器１０は、図１０に示すように、蓋４０に蓋ヒータ６３をさらに備える。
【００８７】
記載したように、水喪失の第２の機構は、気体出口ポートからの放出気体によるものであると思われる。細胞培養工程の間、１または複数の気体が気体入口ポートを使用してバイオリアクタ容器内に供給され得る。気体は、気体出口ポートからバイオリアクタ容器を出て行くことができる。培養容器に供給された気体は乾燥している（水蒸気を含まない）と思われる。容器から気体が出て行く時、出て行く気体は培地から発生した水蒸気を担持していると思われる。培養培地からの大きな水の喪失は細胞成長に影響を与え得る。この問題に対処するために、オフガス管または気体出口細管７６の周りに巻かれ、容器からの排気中の水分を凝縮させるために使用される（図１１）オフガスコンデンサ８４を用いることができる。このコンデンサは、本明細書において「オフガスコンデンサ」または「出口コンデンサ」とほぼ同じ意味を指す。オフガスコンデンサは、いくつかの実施形態において、例えば、水冷ループまたは熱電ペルチェクーラーを使用することによって、気体出口細管の周りまたはこれに隣接して物理的に実装できる。重力により、水滴はバイオリアクタ容器に回収され得る。オフガスコンデンサは、低温（例えば、５℃）に維持され得る。気体が気体出口を通過する時、出口細管の低温により、水蒸気が出口細管の冷却された側壁において凝縮され、重力によりバイオリアクタ容器に戻る。このようにして、放出気体からの水の喪失はゼロまたは無視できる量に減少させることができる。いくつかの実施例において、オフガスコンデンサを使用しないと、気体流速１００ｍｌ／分において、水の喪失は約５ｍｌ／日であると思われる。一例示的実施形態において、流速１００ｍｌ／分を使用して、オフガスコンデンサを使用した際の水の喪失は約１．３ｍｌ／日であった。流速１００ｍｌ／分の同じ条件下で、オフガスコンデンサを使用すると、出口気体流に付随する水の喪失は、１ｍＬ／日未満に減少させることができる。
【００８８】
いくつかの実施形態において、培養容器は、図１０に示すように、底部ドットセンサ７０などの１または複数のセンサを備え、ｐＨおよびＤＯを測定することができる。培地のｐＨおよびＤＯは、流入する混合気体流の相対百分率を変化させることによって調整可能である。さらに、ｐＨセンサを使用することによって、培地のｐＨ状態を決定でき、規定量の酸または塩基を要件に応じて加えることができる。一実施例において、培地のｐＨを調整するために、１または複数の導管を介して酸または塩基が培養培地に加えられる。培地がより酸性であることが要求される場合に酸が加えられ、センサが培養培地の実際のｐＨを検出する助けをする。培地がより塩基性であることを要求される場合、センサはシグナルを提供し、塩基が加えられ、所望のｐＨを得ることができる。
【００８９】
バイオリアクタは、培養培地、栄養、細胞、気体、酸、塩基またはそれらの組み合わせを容器に加える、または除去するために使用される１または複数の導管をさらに備えることができる。細胞、培養培地、栄養または気体を加える、または除去するために使用される導管は、バイオリアクタに連結する前に滅菌されてもよい。細胞、培養培地、栄養または酸素を加えるために使用される導管は、バイオリアクタと事前に連結されてもよく、使用前に滅菌されてもよい。さらに、導管との連結は、通常バイオセーフティーキャビネットにおいて実施される標準無菌技術（標準ルアー、ルアー活性化拭き取り可能ポート、スパイクおよび膜など）を使用して行うことができる。導管と他の導管との連結は、無菌状態を維持するために管融着装置を使用して行うことができる。
【００９０】
導管は、細胞を容器に加えるためにも使用可能である。いくつかの実施形態において、培地および凍結保存細胞を担持する培地を細胞懸濁液として、導管を使用して容器に添加可能である。培養培地、栄養、気体への導管の連結は、バイオリアクタに結合された導管がインラインの滅菌フィルタ（例えば、０．２μｍフィルタ）を有する場合、非無菌環境においてなされてもよい。
【００９１】
バイオリアクタは、入口ポートおよび出口ポートを含み得る複数のポートを備えてよく、これらのポートは蓋、容器側壁または容器底面に位置付けることができる。これらのポートは流体、栄養、または気体がバイオリアクタ容器に進入または該容器から出て行くための導管に連結される。培養培地または栄養を加えるために使用される導管は、本明細書において「供給ライン」（図示せず）と称することができる。供給ラインは、図１０に示すように、バイオリアクタの「供給ポート」７４に連結される。記載したように、バイオリアクタは、追加の培養培地を、供給ポート７４を介して１または複数の供給ラインにより培養容器に加えることができる、培地体積の拡大性に適合するように構成される。
【００９２】
バイオリアクタは、気体入口ポート７８に連結可能な、流入気体を供給するための１または複数の導管をさらに備えてよい（図１１）。バイオリアクタは、図１０および１１に示すように、気体出口ポート７６に連結可能な、流出気体を放出するための１または複数の導管をさらに備えてよい。記載したように、蓋４０の出口ポート７６は、図９に示すように、培養容器からの気体出口に使用可能である。いくつかの実施形態において、気体入口ポート７８および／または気体出口ポート７６（図１１）は、１または複数のフィルタを備える。十分小さい細孔径により、このフィルタユニットは無菌状態の維持を助け、望ましくない粒子または意図しない微生物の進入を回避する。気体出口ポートが、気体出口細管の末端おいて気体出口管に直接連結されるいくつかの実施形態において、該細管は、０．２２ミクロンのフィルタなどのフィルタを備えて、バイオリアクタ容器中の無菌環境と該容器の外側の非無菌環境とを分離する障壁を作り出すことができる。図１１に例示するように、気体入口ポート７８は、流入する１または複数種の気体を加熱するためのヒータ８２を備えてもよく、気体出口ポート７６は、培養培地から発生する退出蒸気を凝縮するためのオフガスコンデンサ８４を備えてもよい。コンデンサを使用する上記の凝縮のために、液体は培養容器中に留まり、水の喪失は防止される。周囲温度の存在下で、出口気体導管のフィルタは、バイオリアクタを退出する水蒸気の一部を凝縮することがある。さらに、水滴はフィルタユニットに蓄積され、フィルタを封鎖することがある。この問題への対処を助けるために、オフガスコンデンサ８４を、容器と、出口ポート７６に連結された気体出口細管の０．２ミクロンフィルタ７７との間に取り付けてもよく（図１１）、オフガスコンデンサ８４は水滴を形成して、放出される気体がフィルタユニットに到達する前に水蒸気を除去する。放出される気体流中の水分を除去することによって、オフガスコンデンサ８４は、フィルタユニットの封鎖防止も助けることになる。
【００９３】
１または複数の実施形態において、容器は、サンプリングのため、および／または細胞を含む細胞培養培地を下流のコンテナ、容器もしくはデバイスに無菌条件下で移送するために、該容器から培養培地を取り出すための導管をさらに備える。分析、継代培養のために容器から細胞移送するために使用される導管は、本明細書において、「サンプリングポート」に連結された「サンプリングライン」と称され、サンプリングされた液体は本明細書において「試料」と見なされる。サンプリングポートは、概して少量の細胞培養液を容器の外に取り出すために使用される。サンプリングされた培養液は無菌であっても、または無菌でなくてもよく、試料培養液は通常オフライン測定に使用される。サンプリングポート７２は、図１０に示すように、容器の側壁に設置可能である。別の実施形態において、サンプリングポートは、該ポートの内側部分に連結された、容器中の液体レベルより低く伸びる容器内部の導管を用いて、容器の上部に設置可能である。導管は、ポリマー、ガラスまたは鋼で作製可能である。導管は、１または複数のバルブを備えて、培養培地、気体、細胞懸濁液、栄養、酸または塩基の流動を制御することができる。さらに別の実施形態において、サンプリングポートは容器の底面に設置してもよい。
【００９４】
いくつかの実施形態において、バイオリアクタシステムは、図１１に示すように、ツードアカバー８０を容器蓋４０の上にさらに備え、ツードアカバー８０の分解図を図１２に示す。１または複数の実施形態において、ツードアカバーは入口気体ヒータ８２を備える。いくつかの実施形態において、ツードアカバーはオフガスコンデンサ８４を備える。他の実施形態において、ツードアカバーは、入口気体ヒータおよびオフガスコンデンサの両方を備える。出口ポート７６から蒸発して出て行くと思われる蒸発した液体蒸気は、該出口がオフガスコンデンサ８４を備えているので、凝縮により再度液体に変換される。このドアは、図１２に示すように、ドアの内面にあり、容器が蓋およびドアで覆われると蓋の上面と接触する加熱面８６を、蓋表面を加熱して、容器体積の内側にある蓋表面における凝縮を防止する目的でさらに備えてよい。
【００９５】
１または複数の実施形態において、培養容器は、細胞を内部で成長させるバッグまたフレキシブルコンテナを、該培養容器の内部に配置するように備えてもよい。これらの実施形態において、凍結保存細胞を培養バッグまたはフレキシブルコンテナに加え、その後培養培地が細胞培養のために加えることができる。いくつかの他の実施形態において、このバッグに細胞接種材料をあらかじめ充填し、その後培養容器中に置き、次いで細胞成長のために培養培地をバッグに加える。バッグは、Ｗａｖｅ（商標）またはＸｃｅｌｌｅｒｅｘ（登録商標）による培養バッグなどの使い捨て培養バッグであってよい。バッグまたはフレキシブルコンテナの使用は、培養容器の無菌状態を維持する助けになる。さらに、大型の培養容器のオートクレーブ処理または滅菌を、細胞培養バッグまたはフレキシブルコンテナを使用することによって回避できる。
【００９６】
１または複数の実施形態において、バイオリアクタの容器、培養バッグまたは細胞培養のためのフレキシブルな使い捨てコンテナは、生体分子コーティングなどの生体適合性コーティングをさらに備える。バイオリアクタ容器の一実施形態は、培養容器の内壁に生体適合性コーティングを備える。生体分子コーティングは、さまざまな細胞系の要件に応じて選択することができる。１または複数の実施形態において、培養容器は、生体由来タンパク質もしくはペプチド、組み換えタンパク質もしくは合成ペプチドまたは特定の細胞集団の増殖もしくは分化を活性化、促進する成長因子から構成される生体分子コーティングを備える。タンパク質としては、限定するものではないが、ノッチリガンド、抗ＣＤ３抗体および抗ＣＤ２８抗体を挙げることができる。容器のための材料選択は、細胞培養中の適切な量の加熱および連続撹拌に耐える材料の特徴に基づいてよい。いくつかの実施形態において、培養容器は、ガラス、ポリマー、セラミック、金属またはそれらの組み合わせで作製される。一実施形態において、バイオリアクタの培養容器は熱可塑性物質で作製される。いくつかの他の実施形態において、容器の異なるパーツは異なる材料で作製可能であり、例えば、温度センサポートはガラスまたはステンレス鋼で作製可能である。気体出口管は、金属またはポリマーで作製可能である。容器中に配置された羽根車アセンブリは、永久磁石材料を含むことができる。いくつかの実施形態において、容器は、ポリマー材料で作製された複数の細管またはフィルタユニットをさらに備える。
【００９７】
いくつかの実施形態において、培養容器はプラスチック材料で作製され、使い捨てである。バイオリアクタの使い捨てパーツは、プラスチック容器および蓋（図７）、供給ポートなどの導管、サンプリングポート、気体通過ポート、気体または蒸気を運ぶポートなどのさまざまな通路に配置されたフィルタまたは接種材料輸送のための導管を挙げることができる。
【００９８】
いくつかの他の実施形態において、培養容器は非使い捨てであってよい。非使い捨て培養容器は、限定するものではないが、例えばガラス、ポリマーまたは金属で作製可能である。非使い捨て容器はオートクレーブ処理可能、またはガンマ線滅菌または気体滅菌（例えば、過酸化水素またはエチレンオキシド）により滅菌可能である。この容器の蓋および他のコンポーネントは再使用も可能であってよい。
【００９９】
１または複数の実施形態において、バイオリアクタは、１次元振とうにより撹拌されるリアクタ、２次元振とうにより撹拌されるリアクタ、３次元振とうにより撹拌されるリアクタまたはそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態において、バイオリアクタは、撹拌タンクバイオリアクタ、揺動または回転運動によるリアクタ、潅流バイオリアクタまたはそれらの組み合わせである。
【０１００】
１または複数の実施形態において、キットは、使い捨てバッグ、１または複数の使い捨て細管および上記の培養容器を備えるバイオリアクタを含む。いくつかの実施形態において、バッグは細胞を培養するための培地を含む。
【０１０１】
１または複数の実施形態において、培養容器はバイオリアクタシステムに一体化されてもよい。バイオリアクタシステムは、手作業で動作されても、または自動的に動作されてもよい。図１３は、バイオリアクタシステムの一体化工程の一例示的実施形態を例示しており、ステップ１（図１３）において培養容器１０および試料充填バイアル９０を１つに連結し、ステップ２において無菌管融着のためのブレード９２がシステム９４に挿入される。ステップ３において培養容器および試料充填バイアルがシステム９４にさらに連結され、図１３のステップ４に示すように全一体化システム９６が形成される。このシステム９６のバイオリアクタ容器は、培地バッグ１００（図１３）にさらに連結されてよい。一体化システムは、バイオリアクタシステムを制御するスイッチ（図示せず）を使用して、自動化が可能である。
【０１０２】
さらに、培養容器は、サンプリングアセンブリまたは導管に連結された出口通路を備えてもよく、この通路は、解析デバイス、細胞回収器、より大型のバイオリアクタ、クロマトグラフィーシステムまたは任意の解析システムなどの外部デバイスにさらに動作可能に連結することができる。いくつかの実施形態において、培養容器は、サンプリングアセンブリまたは導管に連結された、本明細書においてサンプリングポート７２（図１０）と称される出口通路を備えてもよく、この通路は、細胞成長のオフライン測定のための解析デバイスなどの外部デバイスにさらに動作可能に連結することができる。
【０１０３】
限定されない実施例において、外部デバイスは、細胞回収器または細胞濃縮器、バイオリアクタまたはろ過装置である。外部デバイスが細胞回収器であるいくつかの実施形態において、外部デバイスは、細胞をバイオリアクタ中で大規模に増殖させた後で、成長培地と混合された培養細胞を受容するように構成される。これらの実施形態において、培養容器は、細胞回収器に連結された、本明細書において回収ポート（図示せず）と称される出口通路を備えてもよい。回収ポートは、容器中の大量またはすべての細胞培養液を細胞回収器に移送するために使用可能である。培養細胞は、無菌条件下で回収器に移送され、その後、細胞は培地から回収され、さまざまな細胞療法用途などの下流用途のための濃縮細胞が得られる。例えば、免疫細胞（例えばＴ細胞）などの濃縮細胞は、さまざまな免疫療法用途のために患者に注入することができる。
【０１０４】
いくつかの実施形態において、外部デバイスは、１または複数の特定のタンパク質産生を主な目的とする細胞培養工程を継続するための別のバイオリアクタである。組み換えタンパク質、抗体などのタンパク質をこのバイオリアクタにおいて生産して、細胞、培地または他の不純物から該タンパク質を精製する。バイオリアクタなどの外部デバイスにおいて生産されたタンパク質は、バイオ医薬品用途にも使用可能である。
【０１０５】
いくつかの他の実施形態において、外部デバイスは、ろ過デバイスまたはクロマトグラフィーデバイスをさらに備えてもよい。ろ過デバイスまたはクロマトグラフィーデバイスは、細胞またはさらなる下流用途のためのタンパク質もしくは核酸などの任意の生体分子をろ過するために使用可能である。いくつかの実施形態において、生産されたタンパク質または核酸はクロマトグラフィー分離に供され、その後、細胞療法、バイオ医薬品、臨床または研究用途に使用される。
【０１０６】
いくつかの実施形態において、バイオリアクタシステムは、液体（培地）レベルの下に配置できるスパージングポートをさらに備えてもよい。スパージングポートは、培養液に気体を流入させるために使用される。蓋に存在する気体入口を介した気体流入は、ヘッドスペースに送達可能であるが、スパージングポートを介した気体は、液体に直接送達され、スパージングポートの設計に応じてさまざまなサイズの泡を形成する。スパージングポートは、通常高密度の細胞培養液または大量の酸素を必要とする培養液を支えるために、より速い速度で培養液に気体を供給するために開発された。
【０１０７】
いくつかの実施形態において、図１３に例示するように、このバイオリアクタは、自動バイオリアクタシステム９６の動作を制御および調節するように構成された、自動システム９６に用いられるさまざまな制御デバイスを集約的に表すために使用可能なコントローラユニット１１０を備える。例としては、例示的実施形態において、コントローラユニット１１０は、流速コントローラを使用して培養培地の入力流を制御するように構成することができる。さらに、流速コントローラは、サンプリングパス７２を介して培養細胞の流出量を制御するように構成することもできる。有利なことに、流速コントローラは、培養培地、栄養または気体の流入速度および流出速度を制御することによって、細胞、培地、栄養、酸素または他の気体の混合促進を容易にすることができる。いくつかの実施形態において、コントローラユニット１１０は、制御されるパラメータを感知するセンサを用いることができる。バイオリアクタシステムは、１または複数の加熱ユニットを使用して培地温度を制御するための１または複数のコントローラ（図示せず）をさらに備えることができる。記載したように、これらのコントローラは、蓋ヒータの温度を制御する、または流出気体に対する抗凝縮クーラーへの電力を制御するために存在してよい。
【０１０８】
バイオリアクタシステムにおいて、図１３、ステップ１−３に示すように、使い捨てコンポーネントはシステム内に垂直に負荷できる。いくつかの実施形態において、バイオリアクタシステムは、容器蓋の上面に（１または複数の）ドア／（１または複数の）カバー８０（図１１および１２）を備える。（１または複数の）ドア／（１または複数の）カバーが開いた場合、使い捨てコンポーネントはデバイスに一体化可能である。その後、（１または複数の）ドア／（１または複数の）カバーはシステムの動作のために閉じられる。使い捨てコンポーネントがシステム９４内に配置されたら、センサの整合にユーザーの行為を必要としないように、センサが自動的に使い捨てコンポーネントに整合可能である。使い捨てコンポーネントがバイオリアクタシステム９４の内部に垂直に負荷された後で、供給ポート７４が蠕動ポンプの近くに配置され、完全なシステム９６が形成される。
【０１０９】
図１３のステップ４は、コントローラユニット１１０およびプロセッサユニット１２０を備える自動システム９６の例を例示している。このシステムは、ポンプ（図示せず）をさらに備えてもよい。限定されない実施例において、ポンプは蠕動ポンプであってよい。ポンプは、培養培地供給バッグからの培養培地の移送を容易にするように構成でき、導管を介して培養容器１０に配列される。培養培地供給バッグ１００は、入口通路（図示せず）を使用して培養容器１０に動作可能に連結することができる。さらに、ポンプは、要件に応じて所定の速度において漸増的に、培養培地を培養バッグ１００から培養容器１０に移送することが容易になるように構成することができる。ポンプは、バイアル９０に包含された細胞を、バッグ１００に包含された培地を使用してポンプで送り出し、容器１０に移送するためにも使用可能である。
【０１１０】
さらに、一体化システム９６は、コントローラユニット１１０からのデータを処理するように構成可能なプロセッサユニット１２０を備える。ある実施形態において、プロセッサユニット１２０は、ユーザーからのコマンドおよび入力を受けるための１または複数のユーザー入出力デバイス（図示せず）に連結することもできる。入出力デバイスとしては、例えば、キーボード、タッチスクリーン、マイクロフォン、マウス、コントロールパネル、ディスプレイデバイス、フットスイッチ、ハンドスイッチおよび／またはボタンを挙げることができる。さらに、プロセッサユニット１２０および／またはコントローラユニット１１０は、限定するものではないが、バイオリアクタ、細胞回収器、培養培地供給バッグ、ポンプまたはそれらの組み合わせなどの他のデバイスに連結して、これらのデバイスの動作を制御またはモニターするように構成することができる。さらに、プロセッサユニット１２０および／またはコントローラユニット１１０は、サンプリングラインに動作可能に連結された自動サンプリングデバイスに連結され、限定するものではないが、細胞数、細胞生存率、グルコース、乳酸塩、ＤＯ、ｐＨ、浸透圧、ｐＯ２およびｐＣＯ２を含む細胞培養の特定のパラメータをモニターするために使用できるように構成することができる。
【０１１１】
代替の実施形態において、コントローラユニットの各コントローラは、それぞれ個別のプロセッサを有してもよい。いくつかの実施形態において、プロセッサユニット１２０および／またはコントローラユニット１１０は、関連データをストレージリポジトリ（図示せず）に保存するように構成することができる。一実施形態において、ストレージリポジトリとしては、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク−リード／ライト（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）ドライブ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）ドライブ、フラッシュドライブおよび／または固体ストレージデバイスなどのデバイスを挙げることができる。
【０１１２】
さらに、自動システム９６は、自動種系列における細胞の培養もしくは成長または自動システムの動作に適切な任意の他のパラメータの進行を表すデータを表示するように構成可能な出力デバイスを備えることができる。一実施例において、出力デバイスは、自動システム９６に用いられる１または複数のセンサにより感知された感知データを表示するように構成することができる。
【０１１３】
有利なことに、自動システム９６は、単純な凍結保存細胞の添加およびその後の培養培地の添加ならびに例えば、スイッチを使用することによる、自動種系列工程を開始するためのシステム９６への電力供給の作動の提供を含むことができる。したがって、自動システム９６は、最小のオペレータ介入で種系列工程を実施し、それによって、ヒトの介入、汚染、ヒトのエラーおよびそれらに伴う予測不能な結果を減少させる。
【０１１４】
培養容器は、オートクレーブ、ガンマ線滅菌、ＵＶ滅菌などによって、使用前に滅菌可能である。蓋、羽根車および培養容器内部に配置された１または複数の他のパーツもまた、使用前に滅菌可能である。さらに、一実施形態において、密封された導管またはフィルタユニットに合体された導管が容器に組み込まれ、単回使用の予備滅菌された使い捨てユニットであってよいバイオリアクタシステムが作製され、それによって、事前のバッチなどに由来する不純物の導入を防止することによって、自動システム９６の汚染の可能性をさらに低減させる。細胞培養に使用される培養培地は、実験室内で調製するか、または外部から購入するかのいずれかの滅菌培地である。
【０１１５】
さらに、自動システム９６は、訓練されていないオペレータによっても操作可能である。自動システム９６は、無菌バイオリアクタ環境において培養培地の添加およびその後の細胞培養液への無菌アクセスを提供可能なので、層流フードを必ずしも必要とせず、このことは床面積要件およびインフラのコストを大きく減少させることができる。
【０１１６】
いくつかの実施形態において、自動システム９６は、自動様式で効率的に動作するように構成することができる。有利なことには、システムは、凍結保存細胞および培養培地の無菌アクセスならびにさらなる細胞培養処理のためのバイオリアクタ容器への移送を可能にするように構成される。特定の実施例において、培養容器１０は、細胞を接種することによってこれらの細胞を数十億の細胞に培養し、追加の培地を単一のバイオリアクタ容器に加えることによって培養工程をスケールアップするために使用することができる。
【０１１７】
特定の実施形態において、自動種系列培養容器１０を備える自動システム９６は、冷凍または凍結保存細胞から出発し、バイオリアクタシステムを使用して増殖させた細胞培養液を生産する能力を有する、バイオ医薬品またはバイオプロセス産業のための自動生産設備を提供できる。同じ容器が、消費者の要求に応じて異なる培養液体積に使用できる。
【０１１８】
培養容器を備えたバイオリアクタを提供するステップ、上記培養容器に細胞を播種するステップ、１回目の体積の細胞培養培地を上記培養容器に加えるステップ、細胞を上記培養容器において培養して、所望の細胞密度を得るステップ、ならびに所定のレベルで細胞培養培地の体積を増加させるために、２回目の体積の細胞培養培地を加えて、所望の細胞密度を得るステップを含む、細胞を培養する方法の実施形態を提供する。この実施形態において、バイオリアクタの動態は、比熱移動面積および比気体移動面積を異なる体積の培養培地において維持することによって、受ける影響は最小に留まる。
【０１１９】
本方法のいくつかの実施形態において、２回目の体積の細胞培養培地は漸増的に加えられ、所定のレベルで体積を増加させる。「漸増的に」という用語としては、培地の容器への連続供給または添加あるいは培地の容器への非連続添加または両方を挙げることができる。記載したように、本方法のいくつかの実施形態において、培養容器は、比熱移動面積および比気体移動面積を異なる体積において維持することによって、バイオリアクタの動態に大きな変化を導入せずに２０ｍｌから５リットルの間の細胞培養培地体積に適合する能力を有する。本方法のこれらの実施形態において、細胞は、凍結保存細胞ストックから培養容器に播種される。
【０１２０】
いくつかの実施形態において、本方法のステップは、凍結保存細胞を解凍するステップ、上記細胞を培養容器に移送するステップ、その後、１回目の体積の培養培地を、細胞を培養するために加えるステップから始まり、これらのステップを含む。培養培地の２回目の体積は、大規模に細胞を培養する次のステップとして、培養容器にさらに加えることができる。本明細書に記載の方法のステップは、自動化することもできる。いくつかの実施形態において、１回目の体積は、凍結バイアル由来の細胞をバイオリアクタ容器に移送する体積であってもよい。この実施形態において、種の体積は凍結バイアル中の体積より大きく、種の体積に到達するために、２回目の体積の培地を、細胞を培養するために容器に加えることができる。
【０１２１】
いくつかの実施形態において、本方法は、培養容器内の気体流速を制御するステップをさらに含む。いくつかの他の実施形態において、本方法は、バイオリアクタの培養培地の１または複数の環境条件を制御するステップをさらに含む。細胞培養の１または複数の環境条件は、温度、ｐＨ、溶存酸素、撹拌またはそれらの組み合わせを含む。本方法は、細胞培養培地の組成物を制御するステップをさらに含んでもよい。細胞の播種および培養の間、温度は一定に維持することができる。本方法のいくつかの実施形態において、細胞の播種および培養の間、ｐＨおよび溶存酸素もまた一定に維持することができる。記載したように、培養培地中で細胞を撹拌する羽根車の速度も制御可能である。
【０１２２】
バイオリアクタは、細菌細胞、動物細胞、植物細胞、真菌、昆虫細胞、微生物、ウイルス細胞、幹細胞またはそれらの組み合わせから選択される細胞を播種および培養するように構成することができる。細胞は、細菌細胞、哺乳動物細胞、幹細胞またはそれらの組み合わせから選択することができる。細胞は、幹細胞、間葉系幹細胞、人工多能性幹細胞、胚性幹細胞由来の脂肪またはそれらの組み合わせを含み得る。
【０１２３】
特定の実施例において、試料は凍結保存試料であってよい。一実施例において、凍結保存試料を解凍して細胞懸濁液を形成し、種接種材料の移送を可能にすることができる。いくつかの実施形態において、凍結保存細胞を急速に加熱して、細胞懸濁液を形成することができる。培養培地は通常約４℃で保存されることに留意されたい。しかし、約４℃以下の温度を有する細胞培養培地の使用は、細胞成長に負の影響を与えると思われる。結論として、成長培地をあらかじめ少なくとも室温に暖めて、細胞培養に使用することが望ましいと思われる。
【０１２４】
図１４は、培養培地を漸増的に加えても、バイオリアクタの動態に影響を与える重要なパラメータ、例えば比熱移動面積または比気体移動面積に影響を与えない、花型培養容器１０を備えた自動種系列バイオリアクタ使用して細胞を培養する例示的方法１３０である。容器のバイオリアクタの動態を変化させずに複数回にわたって、培養培地を培養容器に加えることができる。本方法は、要件に応じて部分的に自動化、または完全に自動化可能である。このバイオリアクタ容器の別の有利性は、複数の容器を使用せずに、複数回にわたって培養培地を培養容器に添加可能なことである。
【０１２５】
本方法の第１ステップ１３２は、細胞の成長または接種のための種系列工程の一部として、コンテナまたは容器などの細胞培養容器を提供するステップを含む。培養容器は、培養培地を漸増的に加えることがバイオリアクタの動態に影響を与えないように構成される。培養容器は、熱移動面積または気体移動面積が一定のままであるように設計される。１または複数の実施形態において、培養容器は、本明細書において「花型容器」と称される不変に設計された形状の培養容器の内部に配置するバッグまたはフレキシブルコンテナを備えてもよい。
【０１２６】
次のステップ１３４において、凍結保存細胞のアリコートなどの、細胞の少量の接種材料が細胞培養容器に加えられる。細胞の接種材料は、細胞の凍結保存または冷凍試料であってよい。一実施例において、細胞は哺乳動物細胞であってよい。いくつかの実施形態において、冷凍細胞は培養容器に加える前に解凍される。いくつかの他の実施形態において、冷凍細胞は急速に加熱され、細胞のさらなる培養のために細胞懸濁液が形成される。これらの実施形態において、加熱コンポーネントは、凍結保存細胞を含有するコンテナに連結可能である。加熱コンポーネントは、初めに−８０℃以下であると思われる凍結保存試料を、約３７℃の温度に解凍および加熱するように構成することができる。代替的に、ウォータバスまたはビーズバスを使用して、凍結保存細胞を加熱することができる。一実施形態において、細胞は、凍結保存細胞のコンテナに連結された導管を介して容器に加えることができる。別の実施形態において、細胞は、特に層流フード内の無菌条件下で、容器に存在するポートを介して容器に直接加えることができる。
【０１２７】
ブロック１３６において、１回目の体積の細胞培養培地を培養容器に加える。培養容器は、限定するものではないが、成長培地供給バッグ、ポンプ、バイオリアクタまたはそれらの組み合わせなどの１または複数の外部デバイスに動作可能に連結することができる。細胞培養培地は、バイオリアクタの外側に位置するコンテナなどの外部デバイス中に保存されてもよい。培養培地を、細胞培養培地を保存するコンテナから細胞培養工程を開始するための培養容器に移送することができる。さらに、細胞培養培地は、解凍された凍結保存細胞を凍結保存コンテナおよび／または連結されたコンテナから移送および流すために使用可能である。さらに、細胞培養培地を保存するコンテナは、培養容器に導入する前に、培養培地を事前加熱するように構成可能な加熱コンポーネントに連結することもできる。
【０１２８】
さらに、ブロック１３８において、細胞懸濁液は、容器に加えられた培養培地と完全に混合される。培養培地と細胞懸濁液との混合は、初めに細胞培養培地を、種細胞を含有する容器内に急速に流し入れ、混合を促進することによって達成することができる。さらに、培養培地と細胞懸濁液との混合は、容器内部の羽根車を使用することによって、または撹拌棒を使用することによって達成することができる。羽根車または撹拌棒の速度は、培養培地と細胞との混合を確保するが、細胞を損傷する可能性がある、細胞に対するあらゆる過剰なせん断力を回避するような速度であってよい。細胞と培養培地との混合は、断続的または連続した撹拌の下での混合であってよい。さらに、混合は培養容器の振とうによって達成することができる。振とうは、１次元または２次元の振とう、例えば容器の軌道運動、波動運動または回転および揺動運動を使用して達成することができる。
【０１２９】
さらに、ブロック１３８において、細胞の培養はこの培養容器において継続される。特に、細胞はさらに多数に増殖される。細胞成長は、所望の温度、例えば３７℃で実行される。細胞培養培地の温度は、加熱ユニット、温度センサおよび温度コントローラを使用して維持することができる。温度センサ（例えば、熱電対）を使用して、培養培地の温度を直接または間接的に、およびヒータの温度を個々に感知することができる。さらに、温度コントローラを使用して、培養培地および容器の内部環境の温度を約３７℃に調整することができる。温度を３７℃以下に維持することにより、細胞が過熱により損傷されないことを確保する。培養培地の温度は細胞型により変動可能である。細胞培養は、培地の栄養または酸素および二酸化炭素などの気体の有無によっても影響を受けることがある。細胞培養は、培地のｐＨによっても影響を受けることがある。その結果として、容器内に導入された培養培地は、所望の温度、ｐＨであってよく、細胞成長に適切な培地栄養または溶存気体（酸素、二酸化炭素）を含有する。大規模細胞培養のために、細胞および培養培地は、培地栄養または気体の適切な混合をもたらし、細胞培養を促進する定期的または断続的な撹拌の下にある。
【０１３０】
本方法の次のステップ１４２は、大規模に細胞を培養するための、２回目の体積の培養培地の培養容器への添加である。容器は、添加される培養培地の体積が、バイオリアクタの動態に影響を与えずに、または大きな影響を与えずに、容器が細胞を培養するための２回目の体積または３回目の体積または４回目の体積の培養培地に適合可能なように構成される。２回目の体積の培養培地が、滅菌導管を使用して培養容器に加えられ、移送工程は細胞培養環境の無菌状態を維持する。いくつかの実施形態において、追加の培地を加えるための導管は、種細胞および細胞培養培地を加えるために使用される導管と同じであってよい。いくつかの実施形態において、大規模細胞培養設備を提供するために必要な培養培地の流速および培養培地の体積は、１）望ましい細胞回収および２）増殖細胞の望ましい細胞密度の１または複数に基づき計算することができる。
【０１３１】
次のステップ１４４は、さらに多数の細胞を得るために細胞を増殖させる大規模細胞培養を指す。先のステップ１４２で容器に加えられた２回目の体積と同様に、３回目の体積、４回目の体積、５回目の体積などを、大規模に細胞を培養するために漸増的に容器に加えることができる。容器へ培地を漸増的に加えることは、バイオリアクタ中の細胞培養液の無菌性または動態に影響を与えない。大規模細胞培養は、バイオ医薬品、バイオプロセスまたはバイオ療法産業にとって有利である。細胞培養のために、温度、ｐＨまたは溶存酸素の所望の条件がステップ１４４において維持可能である。
【０１３２】
さらに、次のステップ１４６において、細胞培養の完了後、細胞および培養培地は外部デバイス、例えば後続のバイオリアクタまたは細胞を回収するための細胞回収器に移送することができる。増殖させた細胞は培養容器から効率的に回収され、培養容器から外部デバイスに移送可能である。特定の実施例において、細胞を培養後、蠕動ポンプが作動して、細胞および培養培地をバイオリアクタのサンプリングパスを介して送り出すことができる。
【０１３３】
いくつかの実施形態において、バイオリアクタ容器に関連する種系列ワークフローは、ローリング種系列などの生産活動の期間中細胞の連続供給装置として使用することもできる。製造スケジュールに基づき、バイオリアクタ容器由来の細胞の一部を、通常２０Ｌの培地体積を含む第１段階の種系列接種材料として接種に使用することができる。第１段階由来の細胞培養液は、後続の２つの段階、例えば接種材料系列の第２段階（１００Ｌ）および第３段階（７５０Ｌ）に加えられ、生産容器（２０００Ｌ）の運転が後に続く。新鮮な培地がバイオリアクタ容器内の培養液の残りの部分に加えられ、所望の細胞密度が得られるまで細胞を増殖させることができる。このことにより、第２の接種材料種系列のための細胞の不断の利用可能性および運転が失敗した場合に製造作業を再度確立できる予備細胞の供給が確保される。
【０１３４】
バイオリアクタシステムが完全に自動化された場合、ステップ１３４から１４６にはオペレータの介入が不要となり得る。代替的には、培養容器を提供するステップおよび凍結保存細胞を容器に加えるステップに必要なオペレータの介入が最小となり得る。いくつかの実施例において、バイオリアクタは、容器への培養培地の移送に関係するポンプおよび他のコンポーネントへの電力供給、羽根車の運転、気体混合物もしくは栄養の添加または増殖させた細胞の外部デバイスへのさらなる移送のためのスイッチを入れる、別個の独立したスイッチを必要とする。
【０１３５】
さらに、自動システムはベンチまたはカートのいずれかに設置することができ、それによって、細胞生産フロア全体の柔軟性が増加する。さらに、自動システムは、該システムを操作する技術者を必要としない。さらに、培養容器または導管の使い捨て性は、生産設備における迅速な切り替えを可能にする。さらに、本明細書の培養容器、バイオリアクタシステムおよび方法は、培養容器および凍結保存細胞を含有するバイアルの設置の後で大部分が自動化され、したがって必要な労働力が少なくなる。
【０１３６】
１または複数の異なる型の細胞を、このマルチスケール種系列バイオリアクタを使用して培養可能である。細胞としては、限定するものではないが、接着細胞、非接着細胞、浮遊細胞、浮遊適応接着細胞、免疫細胞、幹細胞、植物細胞、動物細胞、細菌細胞、真菌細胞、昆虫細胞系またはそれらの組み合わせを挙げることができる。一実施形態において、細胞は、胚性幹細胞、間葉系幹細胞または人工多能性幹細胞を含み得る接着細胞である。
【０１３７】
本開示の特定の特色だけを本明細書において例示および記載してきたが、多数の改良および変形が当業者には思いつくと思われる。したがって、添付の特許請求の範囲が、本開示の真の精神の範囲内にあるすべてのこのような改良および変形を含むことが意図されることを理解すべきである。
［実施態様１］
細胞培養培地を加えることによって細胞を播種および培養するための培養容器（１０、３２、３４、３６）を含み、
前記培養容器（１０、３２、３４、３６）が、少なくとも１つの側壁（２０）および底面（２２）、比熱移動面積および比気体移動面積を備え、１０リットルまでの細胞培養培地体積に適合するように構成され、
前記比熱移動面積および前記比気体移動面積が一定であり、細胞培養培地体積とは独立している、
バイオリアクタ。
［実施態様２］
前記比熱移動面積が方程式１により定義され、前記比気体移動面積が方程式２：
ｓＨＴＡ（ｈ）＝ＨＴＡ（ｈ）／Ｖ（ｈ）−−−−（１）
ｓＧＴＡ（ｈ）＝ＧＴＡ（ｈ）／Ｖ（ｈ）−−−−−−−（２）
により定義される、実施態様１に記載のバイオリアクタ。
［実施態様３］
前記培養容器（１０、３２、３４、３６）が、１５ｍｌから１０リットルの間の細胞培養培地体積に適合するように構成される、実施態様１または２に記載のバイオリアクタ。
［実施態様４］
前記培養容器（１０、３２、３４、３６）が、細胞培養培地体積の拡大性に適合するように構成される、実施態様１乃至３のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様５］
前記バイオリアクタがマルチスケーラブルバイオリアクタである、実施態様１乃至４のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様６］
前記バイオリアクタシステムが、動作の間の一定の温度、ｐＨ、溶存酸素またはそれらの組み合わせに関する設定ポイントを維持するように構成される、実施態様１乃至５のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様７］
前記培養容器（１０、３２、３４、３６）内の気体混合比、気体流速、加熱、撹拌またはそれらの組み合わせを制御するためのコントローラ（１１０）をさらに備える、実施態様１乃至６のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様８］
前記培養培地を撹拌するための１または複数の羽根車（４４）をさらに備える、実施態様１乃至７のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様９］
前記羽根車（４４）が、磁気連結、機械的連結、電気的連結、および電磁気連結の１または複数により、モータに動作可能に連結される、実施態様８に記載のバイオリアクタ。
［実施態様１０］
前記羽根車（４４）が、磁気連結によりモータに動作可能に連結される、実施態様８に記載のバイオリアクタ。
［実施態様１１］
前記培養培地を加熱するための１または複数の加熱ユニット（６２、６３）をさらに備える、実施態様１乃至１０のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様１２］
前記加熱ユニット（６２、６３）の少なくとも１つが側壁（２０）を加熱するために使用される、実施態様１１に記載のバイオリアクタ。
［実施態様１３］
前記加熱ユニット（６２、６３）が、ＩＲ供給源、加熱ブランケット、ウォータジャケットまたはそれらの組み合わせを備える、実施態様１１または１２に記載のバイオリアクタ。
［実施態様１４］
前記培養培地の温度を維持するための１または複数の温度コントローラをさらに備える、実施態様１乃至１３のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様１５］
バイオリアクタの蓋（４０）をさらに備える、実施態様１乃至１４のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様１６］
前記バイオリアクタの蓋（４０）を加熱するための１または複数の加熱ユニット（６２、６３）をさらに備える、実施態様１５に記載のバイオリアクタ。
［実施態様１７］
前記バイオリアクタの蓋（４０）の温度を制御するための１または複数の温度コントローラをさらに備える、実施態様１５または１６に記載のバイオリアクタ。
［実施態様１８］
前記培養培地の温度フィードバック制御を提供するための１または複数の温度センサ（６６）をさらに備える、実施態様１乃至１７のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様１９］
１または複数のｐＨセンサおよび／または溶存酸素センサをさらに備える、実施態様１乃至１８のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様２０］
前記培養容器（１０、３２、３４、３６）が、１から１００ｃｍの範囲の長さ、１から１００ｃｍの幅および１から５００ｃｍの高さを備える、実施態様１乃至１９のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様２１］
前記培養容器（１０、３２、３４、３６）が、約０．３から約３の範囲のアスペクト比を有する、実施態様１乃至２０のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様２２］
前記培養容器（１０、３２、３４、３６）が、ガラス、ポリマー、セラミック、金属またはそれらの組み合わせで作製される、実施態様１乃至２１のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様２３］
前記培養容器（１０、３２、３４、３６）が熱可塑性物質で作製される、実施態様１乃至２２のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様２４］
前記培養容器（１０、３２、３４、３６）が、三角形、長方形、平面四辺形、五角形、六角形、多角形、円形、楕円形または不規則形の外周（２４）を有する、実施態様１乃至２３のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様２５］
ノッチリガンド、抗ＣＤ３抗体および抗ＣＤ２８抗体を含む生体適合性コーティングを前記培養容器（１０、３２、３４、３６）の内壁にさらに備える、実施態様１乃至２４のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様２６］
撹拌タンクバイオリアクタ、揺動または回転運動によるリアクタ、１次元振とうによるリアクタ、２次元振とうによるリアクタ、３次元振とうによるリアクタまたはそれらの組み合わせである、実施態様１乃至２５のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様２７］
細菌細胞、動物細胞、植物細胞、真菌、昆虫細胞、微生物、ウイルス細胞、幹細胞またはそれらの組み合わせから選択される細胞を播種および培養するように構成される、実施態様１乃至２６のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様２８］
１または複数の導管をさらに備える、実施態様１乃至２７のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様２９］
前記導管が、培養培地、栄養、細胞、気体、酸、塩基またはそれらの組み合わせを前記容器（１０、３２、３４、３６）に加えるために使用される、および／または前記導管が、無菌条件下で、サンプリングのために前記容器（１０、３２、３４、３６）から前記培養培地を取り出すため、細胞を含む前記細胞培養培地を細胞回収器に移送するため、もしくはそれらの組み合わせのために使用される、実施態様２８に記載のバイオリアクタ。
［実施態様３０］
１または複数の気体入口ポート（７８）および／または気体出口ポート（７６）をさらに備える、実施態様１乃至２９のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様３１］
前記気体入口ポート（７８）および／または気体出口ポート（７６）が滅菌フィルタ（７７）を備える、実施態様３０に記載のバイオリアクタ。
［実施態様３２］
前記気体出口ポート（７６）がオフガスコンデンサ（８４）を備える、実施態様３０または３１に記載のバイオリアクタ。
［実施態様３３］
前記気体入口ポート（７８）がヒータ（８２）を備える、実施態様３０乃至３２のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
［実施態様３４］
１または複数の使い捨て細管と、
細胞培養培地を加えることによって細胞を播種および培養するための培養容器（１０、３２、３４、３６）を含むバイオリアクタとを含み、
前記培養容器（１０、３２、３４、３６）が、少なくとも１つの側壁（２０）および底壁を備え、比熱移動面積および比気体移動面積を維持することによって、バイオリアクタの動態に大きな変化を導入せずに１０ｍｌから１０リットルの間の体積の細胞培養培地に適合するように構成され、
式１および２：
ｓＨＴＡ（ｈ）＝ＨＴＡ（ｈ）／Ｖ（ｈ）−−−−（１）
ｓＧＴＡ（ｈ）＝ＧＴＡ（ｈ）／Ｖ（ｈ）−−−−−−−（２）
により定義される前記比熱移動面積および前記比気体移動面積は一定であり、細胞培養培地体積とは独立している、
キット。
［実施態様３５］
使い捨てバッグ（１００）をさらに備える、実施態様３４に記載のキット。
［実施態様３６］
非使い捨てポンプまたは使い捨てポンプをさらに備える、実施態様３４または３５に記載のキット。
［実施態様３７］
細胞および細胞培養培地を加えることによって細胞を播種および培養するための培養容器（１０、３２、３４、３６）を含むバイオリアクタを提供し、前記培養容器（１０、３２、３４、３６）が、少なくとも１つの側壁（２０）および底面（２２）、比熱移動面積および比気体移動面積を備え、１０ｍｌから１０リットルの間の体積の細胞培養培地に適合するように構成され、前記比熱移動面積および前記比気体移動面積が一定であり、細胞培養培地の体積とは独立しているステップ、
前記培養容器（１０、３２、３４、３６）に前記細胞を播種するステップ、
１回目の体積の細胞培養培地を前記培養容器（１０、３２、３４、３６）に加えるステップ、
前記細胞を前記培養容器（１０、３２、３４、３６）において培養して、所望の細胞密度を得るステップ、ならびに
所定のレベルに前記細胞培養培地の体積を増加させるために、２回目の体積の細胞培養培地を加えて、所望の細胞密度を得るステップを含み、
前記比熱移動面積および前記比気体移動面積を異なる体積の培養培地において一定に維持することによって、前記バイオリアクタの動態が受ける影響が最小に留まる、
細胞を培養する方法。
［実施態様３８］
前記バイオリアクタの培養培地の１または複数の環境条件を制御するステップをさらに含む、実施態様３７に記載の方法。
［実施態様３９］
細胞培養の前記１または複数の環境条件が、温度、ｐＨ、溶存酸素、撹拌、気体混合比、気体流速またはそれらの組み合わせを含む、実施態様３８に記載の方法。
［実施態様４０］
細胞培養培地の組成物を制御するステップをさらに含む、実施態様３７乃至３９のいずれか１項に記載の方法。
［実施態様４１］
前記２回目の体積の細胞培養培地が漸増的に加えられ、所定のレベルで体積を増加させる、実施態様３７乃至４０のいずれか１項に記載の方法。
［実施態様４２］
前記培養容器（１０、３２、３４、３６）が、前記比熱移動面積および前記比気体移動面積を異なる体積において一定に維持することによって、バイオリアクタの動態に大きな変化を導入せずに２０ｍｌから１０リットルの間の細胞培養培地体積に適合する能力を有する、実施態様３７乃至４１のいずれか１項に記載の方法。
［実施態様４３］
前記細胞が、凍結保存細胞ストックから培養容器（１０、３２、３４、３６）に播種される、実施態様３７乃至４２のいずれか１項に記載の方法。
［実施態様４４］
前記細胞が、細菌細胞、植物細胞、真菌細胞、昆虫細胞、ウイルス、動物細胞、哺乳動物細胞、幹細胞またはそれらの組み合わせから選択される、実施態様３７乃至４３のいずれか１項に記載の方法。
［実施態様４５］
前記バイオリアクタがマルチスケールバイオリアクタである、実施態様３７乃至４４のいずれか１項に記載の方法。
［実施態様４６］
前記バイオリアクタが、細胞を播種および培養する間、一定な温度を維持するように構成される、実施態様３７乃至４５のいずれか１項に記載の方法。
［実施態様４７］
前記バイオリアクタが、細胞を播種および培養する間、一定なｐＨを維持するように構成される、実施態様３７乃至４６のいずれか１項に記載の方法。
［実施態様４８］
前記バイオリアクタが、細胞を播種および培養する間、一定な溶存酸素を維持するように構成される、実施態様３７乃至４７のいずれか１項に記載の方法。
［実施態様４９］
前記培養容器（１０、３２、３４、３６）内の気体移動を制御するステップをさらに含む、実施態様３７乃至４８のいずれか１項に記載の方法。
［実施態様５０］
前記培養容器（１０、３２、３４、３６）が、前記培養培地を撹拌するための１または複数の羽根車（４４）をさらに備える、実施態様３７乃至４９のいずれか１項に記載の方法。
［実施態様５１］
１または複数の温度センサ（６６）を使用して前記培養培地の温度フィードバック制御を提供するステップをさらに含む、実施態様３７乃至５０のいずれか１項に記載の方法。
［実施態様５２］
１または複数の気体センサを使用して、前記培養培地内の気体移動を一定体積に制御するステップをさらに含む、実施態様３７乃至５１のいずれか１項に記載の方法。
［実施態様５３］
前記細胞が、浮遊細胞、接着細胞、非接着細胞またはそれらの組み合わせを含む、実施態様３７乃至５２のいずれか１項に記載の方法。
［実施態様５４］
細胞培養培地を加えることによって細胞を播種および培養するための培養容器（１０）を含み、
前記培養容器（１０）が、少なくとも１つの側壁（２０）および底面（２２）、熱移動面積（２９）、気体移動面積（２６）およびバイオリアクタの蓋（４０）を備え、ならびに
前記側壁（２０）が波形にうねったフレア型を有する、
バイオリアクタ。
［実施態様５５］
上部外周（２４）を備え、前記波形が前記底面（２２）と前記上部外周（２４）の間に伸びる、実施態様５４に記載のバイオリアクタ。
［実施態様５６］
前記上部外周（２４）の直径が前記底面（２２）の直径より長い、実施態様５５に記載のバイオリアクタ。
［実施態様５７］
前記培養培地を撹拌するための１または複数の羽根車（４４）をさらに備える、実施態様５４乃至５６のいずれか１項に記載のバイオリアクタ。
【符号の説明】
【０１３８】
１０  培養容器
２０  外表面、側壁
２２  底面
２４  外周
２６  気体移動面積
２８  内表面
２９  熱移動面積
３２  円筒形培養容器
３４  円錐形培養容器
３６  フレア型開口容器、フレア型開口設計
４０  蓋
４４  羽根車
４６  ウォータジャケット
５０  羽根様構造
５１  軸
５２  羽根車支持体
６０  磁気撹拌器
６１  連結磁石
６２  サイドヒータ
６３  蓋ヒータ
６６  温度センサ
７０  底部ドットセンサ
７２  サンプリングポート、サンプリングパス
７４  供給ポート
７６  気体出口ポート
７７  滅菌フィルタ
７８  気体入口ポート
８０  ツードアカバー
８２  入口気体ヒータ
８４  オフガスコンデンサ
８６  加熱面
９０  試料充填バイアル
９２  ブレード
９４  バイオリアクタシステム
９６  自動バイオリアクタシステム、全一体化システム
１００  使い捨てバッグ、培地バッグ、培養バッグ、培養培地供給バッグ
１１０  コントローラユニット
１２０  プロセッサユニット
【図１Ａ】
0006671726.tif 000019
【図１Ｂ】
0006671726.tif 000020
【図２】
0006671726.tif 000021
【図３】
0006671726.tif 000022
【図４】
0006671726.tif 000023
【図５】
0006671726.tif 000024
【図６Ａ】
0006671726.tif 000025
【図６Ｂ】
0006671726.tif 000026
【図７】
0006671726.tif 000027
【図８Ａ】
0006671726.tif 000028
【図８Ｂ】
0006671726.tif 000029
【図８Ｃ】
0006671726.tif 000030
【図９】
0006671726.tif 000031
【図１０】
0006671726.tif 000032
【図１１】
0006671726.tif 000033
【図１２】
0006671726.tif 000034
【図１３】
0006671726.tif 000035
【図１４】
0006671726.tif 000036