(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質足場の表面を処理する方法であって、
多孔質足場を第１チャンバ内に収容すること、
細胞を含む治療活性成分（ＴＡＩ）、ＴＡＩ培地、およびガスを、それぞれＴＡＩ保管装置、少なくとも１つの第２チャンバ、およびガス入口から、流れ回路を介して前記足場に送達すること、
流れ回路においてＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスの内の少なくとも１つをポンプによって送り込むこと、
前記第２チャンバからのＴＡＩ培地の送達を調節するための培地バルブをプロセッサにより制御すること、
前記ガス入口からのガスの送達を調節するためのガスバルブをプロセッサにより制御すること、
前記ＴＡＩ保管装置からのＴＡＩの送達を調節するためのＴＡＩバルブをプロセッサにより制御すること、
前記第１チャンバへのガスの送達を調節するための第１チャンババルブをプロセッサにより制御すること、および
前記第１チャンバからの流れを調節するための廃棄バルブをプロセッサにより制御すること
を含み、
前記プロセッサにより、前記足場をＴＡＩ培地で事前に湿潤させる事前湿潤プロセスが実行され、該事前湿潤プロセスは、
（ｉ）ガスバルブおよびＴＡＩバルブを閉位置にした状態で、培地バルブ、第１チャンババルブおよび廃棄バルブを開位置にして、ＴＡＩ培地を第１チャンバに送り込むステップ、
（ｉｉ）培地バルブおよびＴＡＩバルブを閉位置にした状態で、ガスバルブ、第１チャンババルブおよび廃棄バルブを開位置にして、ガスを第１チャンバに送り込むステップ、
（ｉｉｉ）培地バルブおよびＴＡＩバルブを閉位置にした状態で、ガスバルブ、第１チャンババルブおよび廃棄バルブのそれぞれを開位置と閉位置との間で繰り返し交互に入れ替えることにより、前記足場を通る加圧ガスバーストのパルス化を調節するステップ
を含み、加圧ガスバーストのパルス化の調節は、
ガスバルブを開位置に切り替え、かつ第１チャンババルブを閉位置に切り替えて、加圧ガスバーストを放出する前に加圧ガスを作成すること、および
前記ガスバルブを閉位置に切り替え、かつ前記第１チャンババルブを開位置に切り替えて、加圧ガスバーストを第１チャンバに放出すること
を含む、方法。
【請求項２】
前記プロセッサは、ＴＡＩバルブおよび廃棄バルブが開位置にあり、残りのバルブが閉位置にあるように前記バルブを調整することにより、ＴＡＩ保管装置からのＴＡＩの放出を調節する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プロセッサは、培地バルブ、第１チャンババルブおよび廃棄バルブが開位置にあり、残りのバルブが閉位置にあるように前記バルブを調整することにより、第１チャンバへのＴＡＩの送り込みを調節する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
モータによって駆動される足場ターナーによって、第１チャンバ内に収容された前記足場を複数の位置に回転させることをさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記プロセッサは、前記足場を複数の位置に回転させるように前記足場ターナーを駆動するモータに命令することにより、前記足場へのＴＡＩの接着を調節する、請求項４に記載の方法。  
【請求項６】
前記ＴＡＩは、薬物、タンパク質、およびヒドロゲルのうちの１つまたはそれらの組合せをさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
この出願は、２０１７年４月７日に出願された米国仮出願第６２／４８３，０３１号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、一般に組織生物工学に関し、より詳細には、他の可能性もあるが、骨、軟骨、靭帯、筋肉、脂肪、歯および腱の組織工学のための多孔質足場（porous scaffold）を播種および培養するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
骨形成の足場でのヒト幹細胞のバイオリアクタ培養は、細胞の生存、分化、成熟、および骨基質の沈着をサポートする一方で、望ましくない系統の発生を制限し、移植後の継続的なリモデリングと血管新生を促進することが示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、足場を培養する従来の方法には、多くの場合、ペトリ皿の培地に足場を浸す、足場を乾燥させる、足場に細胞を配置する、および培地槽に足場を浸して細胞増殖を促すなど、多様な手段または装置を使用して検査技師が手作業で行う操作が含まれる。したがって、多大な労力なしに足場の培養を処理するための費用効率が高くかつ簡素化された機構が必要とされている。本明細書で説明する開示技術は、この必要性に対処するものである。加えて、本明細書に記載のシステムは、プロセスにおけるユーザによる操作を減らすことで、堅牢なプロセス制御および無菌性の維持を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
開示の技術は、治療活性成分（ＴＡＩ）を多孔質足場に播種するためのシステムに関する。システムは、足場を収容するための第１チャンバ、ＴＡＩを保管するためのＴＡＩ保管装置、ＴＡＩ培地を保管するための少なくとも１つの第２チャンバ、および圧縮源からガスを受け取るためのガス入口を備える。流れ回路は、（ｉ）第１チャンバ、（ｉｉ）ＴＡＩ保管装置、（ｉｉｉ）第２チャンバ、および（ｉｖ）ガス入口に連結されている。流れ回路は、ガスをＴＡＩ、ＴＡＩ培地および足場に送達する。ポンプは、流れ回路においてＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスの内の少なくとも１つを送り込む(pump)。システムは、足場へのＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスの送達を調節するための複数のバルブも備える。
【０００６】
一部の実施形態において、流れ回路は、第１チャンバと第２チャンバとの間の培地供給ラインおよび培地戻りライン、ＴＡＩを送達するためにＴＡＩ保管装置に接続されたＴＡＩ供給ライン、およびガスを送達するためにガス入口に接続されたガス供給ラインを含む。
【０００７】
一部の実施形態では、複数のバルブは、第２チャンバから足場へのＴＡＩ培地の送達を調節するための培地バルブ、ガス入口からのガスの送達を調節するためのガスバルブ、ＴＡＩ保管装置からのＴＡＩの送達を調節するためのＴＡＩバルブ、第１チャンバへのガスの送達を調節するための第１チャンババルブ、および第１チャンバからの流れを調節するための廃棄バルブを含む。
【０００８】
一部の実施形態では、システムは、１つまたは複数のバルブを開位置と閉位置との間で切り替えることにより足場の播種および培養を調節するためのプロセッサを備える。プロセッサは、ポンプによるポンプ速度を調整するように構成される。
【０００９】
一部の実施形態では、プロセッサは、バルブを操作してＴＡＩ培地およびＴＡＩの流れを制御することにより、ＴＡＩ培地での足場の処理を調節する。
【００１０】
一部の実施形態では、プロセッサは、ガスバルブ、第１チャンババルブ、および廃棄バルブが開位置にあり、残りのバルブが閉位置にあるようにバルブを調整することにより、ガスを用いた足場からの過剰量のＴＡＩ培地の除去を調節する。
【００１１】
一部の実施形態では、プロセッサは、残りのバルブを閉位置にした状態で、ガスバルブ、第１バルブ、および廃棄バルブのそれぞれを開位置と閉位置との間で繰り返し交互に入れ替えることにより、足場を通る加圧ガスバーストのパルス化を調節する。
【００１２】
一部の実施形態では、プロセッサは、ガスバルブを開位置に切り替え、かつ第１チャンババルブを閉位置に切り替えて、加圧ガスバーストを放出する前に加圧ガスを生成する。
【００１３】
一部の実施形態では、プロセッサは、ガスバルブを閉位置に切り替え、かつ第１チャンババルブを開位置に切り替えて、加圧ガスバーストを第１チャンバに放出する。
【００１４】
一部の実施形態において、プロセッサは、ＴＡＩバルブおよび廃棄バルブが開位置にあり、残りのバルブが閉位置にあるようにバルブを調整することにより、ＴＡＩ保管装置からのＴＡＩの放出を調節する。
【００１５】
一部の実施形態では、プロセッサは、培地バルブ、第１チャンババルブ、および廃棄バルブが開位置にあり、残りのバルブが閉位置にあるようにバルブを調整することにより、ＴＡＩの第１チャンバへの送り込みを調節する。
【００１６】
一部の実施形態では、システムは、第１チャンバ内に収容された足場を複数の位置を通して回転させるための、モータ（ロータリーアクチュエータ、ステッパ、ブラシ付き、ブラシレス、空気圧式、油圧式などの様々なタイプのモータを含む）によって駆動される足場ターナーを備える。
【００１７】
一部の実施形態では、プロセッサは、足場を複数の位置を通して回転させるように足場ターナーを駆動するモータに命令することにより、足場へのＴＡＩの接着を調節する。
【００１８】
一部の実施形態では、システムは、ポンプを駆動するためのモータを備える。
【００１９】
一部の実施形態では、プロセッサは、所定の期間、ＴＡＩ培地を第１チャンバに送り込むようにポンプを駆動するモータに命令することにより、ＴＡＩ培養を調節する。
【００２０】
一部の実施形態では、移植片は、以下の組織：骨、軟骨、靭帯、筋肉、脂肪、皮膚、神経、リンパ節、骨髄、歯および腱：の内の１つまたは複数を含む。特定の実施形態では、移植片は骨移植片である。
【００２１】
一部の実施形態では、圧縮源は、ＣＯ２、Ｎ２または混合ガスを提供する。
【００２２】
開示技術の別の態様は、多孔質足場にＴＡＩを播種して培養する方法に関する。
この方法は、第１チャンバ内に足場を収容することを含む。流れ回路は、ＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスを、ＴＡＩ保管装置、少なくとも１つの第２チャンバ、およびガス入口から足場に送達する。ポンプは、流れ回路においてＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスの内の少なくとも１つを送り込む。プロセッサは、複数のバルブを介して、足場へのＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスの送達を調節する。
【００２３】
一部の実施形態では、複数のバルブは、第２チャンバからのＴＡＩ培地の送達を調節するための培地バルブ、ガス入口からのガスの送達を調節するためのガスバルブ、ＴＡＩ保管装置からのＴＡＩの送達を調節するためのＴＡＩバルブ、第１チャンバへのガスの送達を調節するための第１チャンババルブ、および第１チャンバからの流れを調節するための廃棄バルブを含む。
【００２４】
一部の実施形態では、プロセッサは、残りのバルブを閉位置にした状態で、ガスバルブ、第１チャンババルブ、および廃棄バルブのそれぞれを開位置と閉位置との間で繰り返し交互に入れ替えることにより、足場を通る加圧ガスバーストのパルス化を調節する。
【００２５】
一部の実施形態では、プロセッサは、ガスバルブを開位置に切り替え、かつ第１チャンババルブを閉位置に切り替えて、加圧ガスバーストを放出する前に加圧ガスを生成する。
【００２６】
一部の実施形態において、プロセッサは、ガスバルブを閉位置に切り替え、かつ第１チャンババルブを開位置に切り替えて、加圧ガスバーストを第１チャンバ内に放出する。
【００２７】
一部の実施形態では、移植片は、以下の組織：骨、軟骨、靭帯、筋肉、脂肪、皮膚、神経、リンパ節、骨髄、歯および腱：の内の１つまたは複数を含む。特定の実施形態では、移植片は骨移植片である。
【００２８】
開示技術のさらなる態様は、多孔質足場の表面を処理する方法に関する。この方法は、液体および気体の圧力を利用して、多孔質足場の表面を薄層で濡らしてコーティングし、細胞溶液のウィッキング（吸上げ）を促進して、均一な播種足場をもたらすことを含む。
【００２９】
一部の実施形態では、その方法は、多孔質足場を第１チャンバ内に収容するステップ；ＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスを、ＴＡＩ保管装置、少なくとも１つの第２チャンバおよびガス入口から、流れ回路を介して足場に送達するステップ；流れ回路においてＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスの内の少なくとも１つをポンプによって送り込むステップ；および複数のバルブを介して、プロセッサにより足場へのＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスの送達を調節するステップを含む。
【００３０】
開示技術の別の態様は、足場の播種および培養のための自動化システムに統合するための事前組み立てキットに関する。事前組み立てキットは、足場、足場を収容するための第１チャンバ、保管目的のための第２チャンバ、およびバイオリアクタをリザーバに接続するための流れ回路を含む。足場、第１チャンバ、第２チャンバおよび流れ回路は、足場の播種および培養のための自動化システムへの入力を形成するように組み立てられる。事前組み立てキットと統合した後の自動化システムは、足場を収容するための第１チャンバ；ＴＡＩ培地を保管するための第２チャンバ；治療活性成分（ＴＡＩ）を保管するためのＴＡＩ保管装置；圧縮源からガスを受け取るためのガス入口；（ｉ）第１チャンバ、（ｉｉ）ＴＡＩ保管装置、（ｉｉｉ）第２チャンバ、および（ｉｖ）ガス入口に連結された流れ回路であって、ＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスを足場に送達する流れ回路；流れ回路においてＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスの内の少なくとも１つを送り込むためのポンプ；および足場へのＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスの送達を調節するための複数のバルブ；を備える。
【００３１】
記載の例示的な実施形態の様々な態様を、他の例示的な実施形態の態様と組み合わせて、さらなる実施形態を実現することができる。任意の１つの例の１つまたは複数の特徴を、他の例の１つまたは複数の特徴と組み合わせることができることを理解されたい。さらに、１つまたは複数の例の単一の機能または機能の組合せが特許性のある主題を構成する場合がある。この技術の他の特徴は、以下の詳細な説明に含まれる情報を考慮することで明らかになる。
【００３２】
以下の技術の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むとよりよく理解される。例示の目的で、図面では例示的実施形態を示しているが、主題は、開示されている特定の要素および手段に限定されない。図中の構成要素は、単に説明目的のために示されており、縮尺通りに描かれていない場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本技術の一実施形態による自動播種および培養システムの概略図である。
【図２】本技術の一実施形態による足場ターナーによる旋回機構の概略図である。
【図３】本技術の一実施形態による自動播種および培養システムの流体回路の概略図である。
【図４】本技術の一実施形態による、自動播種および培養システムの流体回路に連結した電気回路の概略図である。
【図５】本技術の一実施形態による、（ａ）事前湿潤プロセス中、ならびに（ｂ）ＴＡＩ送達および接着プロセス中の足場の概略図である。
【図６】本技術の一実施形態による、培地の流れを第１チャンバに導入するための自動播種および培養システムの回路構成の概略図である。
【図７】本技術の一実施形態による、第１チャンバにガスを導入するための自動播種および培養システムの回路構成の概略図である。
【図８】本技術の一実施形態による、加圧ガスバーストを第１チャンバに導入するための自動播種および培養システムの回路構成の概略図である。
【図９】本技術の一実施形態による、事前湿潤プロセス中の足場の概略図である。
【図１０】本技術の一実施形態による、第１チャンバの直前地点にＴＡＩ溶液を導入するための自動播種および培養システムの回路構成の概略図である。
【図１１】本技術の一実施形態による、ＴＡＩ溶液を第１チャンバにポンプで送り込むための自動播種および培養システムの回路構成の概略図である。
【図１２】本技術の一実施形態による、足場を様々な（異なる）位置を通して回転させるための自動播種および培養システムの回路構成の概略図である。
【図１３】本技術の一実施形態による、異なる回転位置にある足場を示す概略図である。
【図１４】足場を様々な位置に回転させた結果としての異なる効果を比較する概略図である。
【図１５】本技術の一実施形態による、培養プロセス中に連続培地流を第１チャンバに導入するための自動播種および培養システムの回路構成の概略図である。
【図１６】本技術の一実施形態による自動播種および培養システムの代替回路構成の概略図である。
【図１７】大きな多孔質足場全体にわたるＡＴＩの均質な送達および付着を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下の詳細な説明では、関連する教示の完全な理解を提供するために、例として、多数の具体的な詳細を示している。しかしながら、このような詳細なしに本教示を実施できることは当業者に明らかである。本教示の態様を不必要に曖昧にすることを避けるために、他の例では、周知の方法、手順、構成要素、および／または回路を詳細なしで比較的高レベルで説明した。
【００３５】
１．概要
本技術は、骨形成の足場でヒト幹治療活性成分（ＴＡＩ）を培養することにより、カスタム設計された自己移植片を設計することに関する。ＴＡＩには、他の可能性もあるが、細胞、薬物、タンパク質、およびヒドロゲルの１つまたは組合せを含んでいてよい。移植片は、他の可能性もあるが、以下の組織：骨、軟骨、靭帯、筋肉、脂肪、皮膚、神経、リンパ節、骨髄、歯、および腱：の内の１つまたは複数を含んでいてよい。患者固有の移植片は、患者のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンからの解剖学的欠陥の正確な３次元（３Ｄ）モデルに基づいて設計できる。３Ｄ画像を使用して、解剖学的形状の足場を作成できる。
【００３６】
本技術は、足場を播種および培養することにより、移植の準備ができた移植片を培養（cultivate）するためのシステム１００に関する。図１は、一実施形態によるシステム１００の概略図を提供する。システム１００は、足場の播種および培養を処理するオールインワンデバイスであってよい。例えば、システム１００は、それらに限定はされないが、以下のすべてを実施することができる：ガスパージを含む、足場の事前湿潤、足場へのＴＡＩの含浸、足場の回転による均一な播種の提供、ＴＡＩ培地の送達によるＴＡＩへの栄養供給、およびＴＡＩによって生成される廃棄物の除去。
【００３７】
図１を参照して、システム１００は、足場を移植片に成長させるための環境を提供する第１チャンバ１０２を備えていてよい。第１チャンバは、足場を収容するための型を含むことができる。金型は、足場の構成に適合するように３Ｄ画像に基づいてカスタム構築することができる。
【００３８】
システム１００は、足場にＴＡＩ溶液を送達することにより、足場にＴＡＩを灌流してもよい。ＴＡＩ溶液は、ＴＡＩ保管装置１０６内に格納され得る。ＴＡＩ保管装置１０６はシリンジであってもよい。ＴＡＩ溶液には、ＴＡＩの濃縮懸濁液が含まれ得る。ＴＡＩは、患者自身の組織に由来してよく、または患者自身の組織から抽出されてもよい。足場にＴＡＩを含浸させるために、ＴＡＩ溶液は第１チャンバ１０２に送達され得る。ＴＡＩは、実行可能な移植片を形成するために、足場内で増殖し、十分な量まで拡大することができる。
【００３９】
システム１００は、ＴＡＩに栄養を供給するために、第１チャンバ１０２に送達されるＴＡＩ培地などのＴＡＩの食物源を保管するための１つ以上の第２チャンバ１０８も備えていてよい。第２チャンバ１０８は、ＴＡＩ培地チャンバ１０８であってよい。システム１００は、圧縮源からガスを受け取るためのガス入口１１０を備えていてよく、ガスは第１チャンバ１０２に送達されることになる。圧縮源は、ＣＯ２、Ｎ２、または混合ガスを提供してよい。
【００４０】
第１チャンバ１０２は、チャンバ内に保管された足場を播種および培養するためにＴＡＩ培地、ＴＡＩおよびガスを受け取るための入口１０２ａを備えていてよい。第１チャンバは、気泡を含むガス、過剰なＴＡＩ培地、およびＴＡＩによって生成される廃棄物を放出するための出口１０２ｂを備えていてよい。
【００４１】
ＴＡＩ培地チャンバ１０８は、第１チャンバ１０２内のＴＡＩに栄養を供給するためにＴＡＩ培地を放出するための、培地供給ライン１２０に連結された出口１０８ａを有してもよい。ＴＡＩ培地チャンバ１０８は、第１チャンバ１０２から戻ってくるＴＡＩ培地、ならびに第１チャンバ１０２内のＴＡＩによって生成される廃棄物を受け取るための、培地戻りライン１２２に連結された入口１０８ｂを有してもよい。ＴＡＩ培地チャンバ１０８は、ＴＡＩによって生成される廃棄物を保管することができる。ＴＡＩ培地チャンバ１０８は、培地戻りライン１２２を介して第１チャンバ１０２によって生成される気泡も受け取り収集することができる。
【００４２】
培地供給ライン１２０は、ＴＡＩ培地チャンバ１０８の出口１０８ａを第１チャンバ１０２の入口１０２ａに接続することができる。培地供給ライン１２０は、培地供給ライン１２０内での流体の動きを調節するためのモータ１１４によって駆動されるポンプ１１２を通って進むことができる。ポンプ１１２は、他の可能性もあるが、ペリスタポンプ、シリンジ、またはダイアフラムポンプであってよい。モータ１１４は、他の可能性もあるが、ロータリーアクチュエータ、ステッパ、ブラシ付き、ブラシレス、空気圧式および油圧式モータなどの様々なタイプのモータから選択することができる。さらに、培地供給ライン１２０は、培地バルブ１２４および第１チャンババルブ１２６を通って進むことができる。各バルブは、培地供給ライン１２０を通る流れを可能にする開位置と、流れを遮断する閉位置とを有することができる。例えば、培地バルブ１２４は、ＴＡＩ培地チャンバ１０８とポンプ１１２との間の流れを調節することができ、一方、第１チャンババルブ１２６は、ポンプ１１２と第１チャンバ１０２との間の流れを調節することができる。培地バルブ１２４は、ＴＡＩ培地チャンバ１０８から足場へのＴＡＩ培地の送達を調節することができる。
【００４３】
培地戻りライン１２２は、ＴＡＩ培地チャンバ１０８の入口１０８ｂを第１チャンバ１０２の出口１０２ｂに接続することができる。さらに、培地戻りライン１２２は、廃棄バルブ１２８を通って進むことができる。廃棄バルブ１２８は、第１チャンバ１０２からＴＡＩ培地チャンバ１０８への流れを調節することができる。例えば、廃棄バルブ１２８は、培地戻りライン１２０を通る流れを可能にする開位置と、流れを遮断する閉位置とを有することができる。培地戻りライン１２２は、再利用のために、第１チャンバ１０２からＴＡＩ培地をＴＡＩ培地チャンバに運び戻すことができる。
【００４４】
ＴＡＩ保管装置１０６は、ＴＡＩ供給ライン１３４に連結してよい。ＴＡＩ供給ライン１３４は、ＴＡＩバルブ１３６を通って進むことができる。ＴＡＩバルブ１３６は、ＴＡＩ供給ライン１３４内でのＴＡＩの流れを調節することができる。例えば、ＴＡＩバルブ１３６は、ＴＡＩ供給ライン１３４を通るＴＡＩの流れを可能にする開位置と、ＴＡＩの流れを遮断する閉位置とを有することができる。ＴＡＩ供給ライン１３４は、ＴＡＩ供給ライン１３４からのＴＡＩが培地供給ライン１２０に流入する連結点１３１ａで培地供給ライン１２０と出会うことができる。
【００４５】
ガス入口１１０は、ＰＴＦＥメンブレンフィルタまたは高効率微粒子エア（ＨＥＰＡ）フィルタ付き入口などの滅菌ガスフィルタであってもよい。ガス入口１１０は、温度および雰囲気が制御され得る。ガス入口１１０は、ガス供給ライン１３０に連結されてよい。ガス供給ライン１３０は、ガスバルブ１３２を通って進むことができる。ガスバルブ１３２は、ガス供給ライン１３０内でのガス流を調節することができる。例えば、ガスバルブ１３２は、ガス供給ライン１３０を通るガスの流れを可能にする開位置と、ガスの流れを遮断する閉位置とを有することができる。ガス供給ライン１３０は、ガス供給ライン１３０からのガスが培地供給ライン１２０に流入する連結点１３１ｂで培地供給ライン１２０と出会うことができる。培地供給ライン１２０がガスを運ぶ場合、ポンプ１１２および第１チャンババルブ１２６は、第１チャンバ１０２にガスを充填し、また第１チャンバ１０２からガスをパージすることができる。
【００４６】
本明細書に記載のライン１２０、１２２、１３０、および１３４は、プラチナ硬化シリコーンチューブなどのソフトチューブであってよい。ライン１２０、１２２、１３０、および１３４は、流れ回路を形成することができる。本明細書に記載のバルブ１２４、１２６、１２８、１３２および１３６は、ピンチバルブなどのソレノイドバルブであってよい。バルブは、ラインまたは流れ回路を通る流れを制御できる。一実施形態では、ピンチバルブは、ソフトチューブを通る流れを制限するようにソフトチューブを圧迫することができる。
【００４７】
システム１００は、足場ターナーまたはロータリーホルダ１１６を備えていてよい。足場ターナー１１６は、第１チャンバ１０２を保持するためのクランプとして機能することができる。足場ターナー１１６は、様々な形状などの様々な構成の第１チャンバを保持するためにフレキシブルアーム１１６ａを有してもよい。モータ１１８によって駆動される足場ターナー１１６は、均一な足場播種を可能にするために、第１チャンバ１０２を回転させることができる。モータ１１８は、他の可能性もあるが、ロータリーアクチュエータ、ステッパ、ブラシ付き、ブラシレス、空気圧式および油圧式モータなどの様々なタイプのモータから選択することができる。図２は、第１チャンバ１０２ならびにその中に含まれる足場１０４を回転させる動作中の足場ターナー１１６の概略図を提供する。
【００４８】
図３は、本技術の一実施形態によるシステム１００の流体回路の概略図である。図３において、ガス、ＴＡＩ培地およびＴＡＩ溶液を含む３つの別個の入力が、それぞれガス入口１１０、ＴＡＩ培地チャンバ１０８、およびＴＡＩ保管装置１０６から、足場を収容する第１チャンバ１０２に導入される。これら入力のそれぞれは、１つまたは複数の専用バルブによって第１チャンバ１０２から隔離されていてもよい。例えば、ガス、ＴＡＩ培地、およびＴＡＩ溶液は、それぞれガスバルブ１３２、培地バルブ１２４、およびＴＡＩバルブ１３６によって、第１チャンバ１０２から隔離することができる。ポンプ１１２および第１チャンババルブ１２６は、第１チャンバ１０２にガスを充填し、また第１チャンバ１０２からガスをパージすることができる。廃棄物バルブ１２８は、第１チャンバ１０２からＴＡＩ培地チャンバ１０８への流れを調節することができる。
【００４９】
図４は、本技術の一実施形態によるシステム１００の流体回路に連結された電気回路の概略図である。図４に示すように、各バルブ１２４、１２６、１２８、１３２および１３６の動作は、プロセッサまたはマイクロコントローラ１４０によって制御することができる。プロセッサ１４０は、ユーザがユーザインターフェース１４８を介してアップロードまたは編集することができる事前ロードされたコードを含んでいてよい。プロセッサ１４０は、足場１０４および第１チャンバ１０２の、空隙容積などの幾何学的特性を受け取ることができる。そのような情報は、ユーザインターフェース１４８を介してユーザによって提供されてもよい。幾何学的特性に基づいて、プロセッサ１４０は、流量を制御するために各バルブをその開位置と閉位置との間で切り替えるための時間を決定し、リレーボード１４２を介して切り替えを行うように各バルブに命令することができる。
【００５０】
さらに、プロセッサ１４０は、ポンプ１１２を駆動するモータ１１４、および足場ターナー１１６を駆動するモータ１１８を制御することができる。プロセッサは、モータを動作させるためのパラメータを決定し、それぞれのモータドライバ１４４を介してモータと通信することができる。プロセッサは、ポンプ１１２によるポンプ速度を調整してもよい。
【００５１】
システム１００は、システム１００内の流れから化学的および物理的読み取り値を取得するまたはサンプルを採取するための１つまたは複数のセンサまたはサンプリングポート１４６を備えていてよい。プロセッサ１０４は、読み取り値を分析して、システム１００に何らかの障害が発生したか否かを判定することができる。プロセッサ１０４は、読み取り値に基づき実験データを生成することもできる。
【００５２】
ユーザインターフェース１４８は、システム１００の動作情報を表示するスクリーンを提供することができる。ユーザインターフェース１４８は、ユーザ入力を受信するためのスイッチも提供することができる。ユーザインターフェース１４８は、システム１００を制御するためのアルゴリズムを受信するためのＵＳＢポートを有してもよい。
【００５３】
簡略化するために、電源は図４に示していない。
【００５４】
２．播種および培養プロセス
システム１００は、以下に記載する実施形態に従って、足場の播種および培養を調節することができる。
【００５５】
２．１  初期化
初期化時に、プロセッサ１４０は、モータ仕様に従ってモータ１１４および１１８を動作させるための一定のパラメータで設定してよい。プロセッサ１４０のピンも初期化され得る。初期化時に、プロセッサ１０４は、培地が循環される時間、第１チャンバの回転速度と位置、および加圧時間を記述する変数などの、播種パラメータで設定することもできる。さらに、プロセッサ１０４は、様々な機能のためのポンプ速度およびポンプ容積で設定してもよい。モータの位置とプログラムの場所も初期化できる。
【００５６】
初期化時に、プロセッサ１４０は、すべてのバルブを閉位置に切り替えてよい。ユーザインターフェース１４８は、以下のような指示をユーザに表示することができる：（１）ユーザに第１チャンバ１０２、ならびにライン１２０、１２２、１３０および１３４を装填することを求める、（２）ユーザに培地流動をロック解除することを求める、（３）ユーザに第１チャンバタイプを入力することを求める。第１チャンバのタイプに基づいて、プロセッサは、第１チャンバの容積およびＴＡＩ培地を灌流するための流量を決定することができる。一実施形態では、第１チャンバの容積および流量をユーザが提供してもよい。
【００５７】
２．２  播種
播種プロセスは、（１）事前湿潤(pre-wetting)プロセス（以下で説明する第１〜第３段階）、（２）ＴＡＩ送達プロセス（以下で説明する第４〜第５段階）、および（３）ＴＡＩ接着プロセス（以下で説明する第６段階）を含んでいてよい。
【００５８】
図５に示すように、事前湿潤プロセス中に、ＴＡＩ培地が足場に送達され、その壁を含めて足場の空隙を満たす。事前湿潤プロセスの一部として、ガスが足場に導入され、足場の空隙を満たす。事前湿潤（または予備湿潤）は、足場へのＴＡＩの接着に重要である。ＴＡＩ送達プロセス中に、ＴＡＩは足場に送達される。ＴＡＩ接着プロセス中に、ＴＡＩは足場の事前に濡れた壁の隙間に上昇して入り込むことができる。
【００５９】
事前湿潤プロセスは、足場のすべての内面を濡らすことができる。事前湿潤プロセスは、ＴＡＩ送達プロセスおよびＴＡＩ接着プロセスに恩恵をもたらすことができる。例えば、事前湿潤プロセスの結果として、毛細管現象と表面張力によって、ＴＡＩ溶液が足場の壁の隙間に上昇して入り込むように促される。したがって、ＴＡＩ溶液は、ＴＡＩ溶液がその自然経過を通して到達しない場所に移動することができる。結果として、事前湿潤プロセスは、最終的にＴＡＩ溶液が足場のより多くの表面領域をカバーして接着を形成することを可能にする。多孔質構造は、潜在的に小さな入口と流体の流れを妨げるシャープな特徴とを持つ多くの丸みを帯びた空洞を含んでいるため、事前湿潤プロセスは、多孔質構造を有する足場にとって特に重要である。事前湿潤の恩恵により、入力されたＴＡＩは、事前に濡れた壁の隙間に容易に上昇して入り込むことができる。
【００６０】
播種プロセスの各段階の詳細について以下に説明する。
【００６１】
２．２．１  第１段階：培地すすぎ処理（事前湿潤の第１部分）
事前湿潤プロセスの前に、完全に乾燥した足場を第１チャンバ１０２に配置してよい。足場は３Ｄ多孔質構造を有してもよい。図６は、事前湿潤プロセスの第１段階におけるシステム１００の回路構成を示す。プロセッサは、バルブを操作してＴＡＩ培地およびＴＡＩの流れを制御することにより、ＴＡＩ培地で足場を処理することを調節することができる。図６に示すように、プロセッサ１４０は、ガスバルブ１３２およびＴＡＩバルブ１３６を閉位置にした状態で、培地バルブ１２４、第１チャンババルブ１２６、および廃棄バルブ１２８を開位置に切り替えてよい。ＴＡＩ培地チャンバ１０８から所定量のＴＡＩ培地が、ポンプ１１２を介して第１チャンバ１０２に送り込まれる。ＴＡＩ培地が第１チャンバ１０２にポンプにより送り込まれると、ＴＡＩ培地は、その壁を含めて足場の空隙を満たすことができる。結果として、第１チャンバ１０２に保管された足場は、ＴＡＩ培地の強制流ですすがれてその中に浸され得る。ＴＡＩ培地の強制流は、ＴＡＩ培地によって濡れる足場の表面積の量を増加させることができる。例えば、足場のすべての表面がＴＡＩ培地によって濡らされ得る。
【００６２】
ＴＡＩ培地が第１チャンバ１０２に送達された後、プロセッサ１４０は、培地バルブ１２４、第１チャンババルブ１２６、および廃棄物バルブ１２８をそれらの閉位置に切り替えてよい。
【００６３】
２．２．２  第２段階：ガスパージ１（事前湿潤の第２部分）
図７は、事前湿潤プロセスの第２段階におけるシステム１００の回路構成の概略図である。この段階では、プロセッサ１４０は、最初に、任意選択ステップとして、第１チャンバ位置を初期化して、チューブの絡まりを防ぐことができる。例えば、プロセッサ１４０は、第１チャンバ１０２およびその中に含まれる足場を特定の位置に回転させるために足場ターナー１１６を回転させるようにモータ１１８に命令してよい。例えば、第１チャンバ１０２を、図１に示される位置まで回転させてよく、その位置では入口１０２ａは上部にあり、出口１０２ｂは底部にある。第１チャンバ１０２の回転の結果として、その中に含まれる足場は、図１３および図１４にも示されるように、位置３（１８０°回転）まで回転され得る。図１４に示すように、入口１０２ａが上部にあり、出口１０２ｂが底部にあるとき、重力は第１チャンバ内の流れを援助し、流体の排出を助ける。他の例では、第１チャンバ１０２およびその中に含まれる足場は、他の適切な位置に回転され得る。この回転ステップは任意選択であってよく、プロセッサ１４０が回転ステップを省略し、次のステップから事前湿潤プロセスの第２段階を開始してもよい。
【００６４】
次に、プロセッサ１４０は、ガスバルブ１３２、第１チャンババルブ１２６、および廃棄バルブ１２８を開いてよい。その後、ガス入口１１０からのガスは、ポンプ１１２を介して第１チャンバに送り込まれ得る。ガスが足場を通して導入されると、足場の空隙内の過剰なＴＡＩ培地が足場から除去されて、ＴＡＩ培地チャンバ１０８に戻され得る。ＴＡＩ培地の大部分が足場から取り除かれると、ＴＡＩ培地の薄層が足場の内壁と外壁に残る。短時間の後、プロセッサ１４０は、ガスバルブ１３２、第１チャンババルブ１２６、および廃棄バルブ１２８を閉じてよい。
【００６５】
第２段階は、後の段階でのＴＡＩの体積分布(volumetric ditsribution)を促進できる。
【００６６】
２．２．３  第３段階：ガスパージ２（事前湿潤の第３部分）
図８は、事前湿潤プロセスの第３段階におけるシステム１００の回路構成の概略図である。この段階では、プロセッサ１４０は、ガスバーストの数を決定することができる。
【００６７】
各ガスパージは、ガス充填ステップとガス放出ステップを含んでいてよい。ガス充填ステップでは、プロセッサ１４０は、ガスバルブ１３２および廃棄バルブ１２８を開き、他のバルブは閉じた状態することができる。ポンプ１１２の制御下で、ガスは、ガス入口１１０からガス供給ライン１３０に流れ込むことができる。第１チャンババルブ１２６はその閉位置にあるため、加圧ガスが、ガス入口１１０と第１チャンババルブ１２６との間の１つまたは複数のラインに一時的に保管され得る。加圧ガスを運ぶ１つまたは複数のラインは、柔軟な材料でできていてよく、一方の端が閉じられた状態でガスが押し込まれたときにバルーンのように膨らむことができる。
【００６８】
ガス放出ステップでは、プロセッサ１４０は、ガスバーストの前に最初にガスバルブ１３２を閉じてよい。次に、プロセッサ１４０は、廃棄物バルブ１２８を開いたままの状態にして、第１チャンババルブ１２６を開いて、１パルスの加圧ガスを第１チャンバ１０２にバースト放出することができる。このガスバーストは、第１チャンバ１０２内のＴＡＩ培地を強く圧縮することにより、第１チャンバ１０２内の足場を濡らすことができる。ガスバーストは、足場の空隙に残っているＴＡＩ培地を排出することもできる。ガスバーストが放出された後、プロセッサ１４０は、次のガスバーストに備えるために、第１チャンババルブ１２６および廃棄バルブ１２８を閉じてよい。
【００６９】
プロセッサ１４０は、決められた数のガスバーストが放出されるまで、ガス充填ステップと放出ステップを繰り返し交互に行ってよい。以下の表１は、この第３段階におけるバルブ操作の例示的な手順を示す。
【表１】
0006802586.tif 000002
【００７０】
図９は、事前湿潤プロセスの３つの段階を通した足場の変化の概略図である。図９に示すように、ステップ（ａ）は、事前湿潤プロセス前の完全に乾燥した状態の足場１０４を表す。ステップ（ｂ）は、ＴＡＩ培地が足場１０４に導入される事前湿潤プロセスの第１段階を表す。過剰／残留ＴＡＩ培地２０４とともに、ＴＡＩ培地の層２０２が足場１０４の壁上に形成される。工程（ｃ）は、事前湿潤プロセスの第２段階を表し、その段階では、過剰なＴＡＩ培地２０４がガスによって空隙から除去される。ステップ（ｃ）に示すように、いくらかの残留ＴＡＩ培地２０４は、まだ足場１０４の一部の内面に付着している場合がある。ステップ（ｄ）および（ｅ）は、事前湿潤プロセスの第３段階を表し、その段階では、加圧ガスの連続パルスが足場１０４の壁から残留ＴＡＩ培地を除去することができる。
【００７１】
ガスバーストを利用して過剰なＴＡＩ培地を排出して足場を濡らす方法は、多くの利点をもたらすことができる。ガスバーストは、細孔空間、特に、より制限され、曲がりくねっており、到達するのがより困難となり得るより小さな細孔を有する領域における流体の除去を支援することができる。ガスパージの後、足場の細孔は流体を含まず、結果としてＴＡＩ溶液の送達および分布を支援し得る濡れた表面を有する開放空間をもたらす。鋳造、塗装、および表面コーティング業界では、スプレーを使用することがあるが、スプレーは一般に遠心力と重力に依存して表面を均一にコーティングする。これらの業界では、ガスバーストの使用は非効率的である。
【００７２】
２．２．４  第４段階：ＴＡＩ送達１
事前湿潤プロセスに続いて、ＴＡＩ溶液をＴＡＩ送達プロセスによって足場に導入してよい。ＴＡＩ送達プロセスは２つの段階を含んでいてよい。図１０は、ＴＡＩ送達プロセスの第１段階におけるシステム１００の回路構成の概略図であり、この段階は、播種および培養プロセス全体の第４段階にも相当する。この段階では、プロセッサ１４０は、任意選択ステップとして、第１チャンバ１０２およびその中に含まれる足場を様々な位置に回転させるように足場ターナー１１６を回転させてよい。例えば、第１チャンバ１０２を、出口１０２ｂが上部にあり、入口１０２ａが底部にあるような位置に回転させることができる。結果として、第１チャンバ内に含まれる足場は、図１３および図１４にも示されるように、位置１に配置され得る。そのような回転は毛細管現象を促進し、重力下で培地が単一の下方向に流れるのを防ぐ。例えば、図１４に示すように、出口１０２ｂが上部にあり、入口１０２ａが底部にあるとき、ＴＡＩ培地は、重力に対抗する毛細管現象の影響下で足場の細孔を通って流れる。他の例では、第１チャンバ１０２およびその中に含まれる足場は、他の適切な位置に回転され得る。この回転ステップは任意選択であってよく、プロセッサ１４０が回転ステップを省略し、次のステップからＴＡＩ送達プロセスを開始してもよい。
【００７３】
次のステップでは、プロセッサ１４０は、ＴＡＩバルブ１３６および廃棄バルブ１２８を開いてよい。その後、プロセッサ１４０は、ＴＡＩ保管装置１０６からＴＡＩを含むＴＡＩ溶液を注入するための指示をユーザに表示するようにユーザインターフェース１４８に命令することができる。一実施形態では、手動注入の代わりに、ポンプを介してＴＡＩ溶液を注入してもよい。ＴＡＩ溶液は、ＴＡＩ供給ライン１３４を通って流れ、第１チャンバ１０２の前で停止することができる。
【００７４】
２．２．５  第５段階：ＴＡＩ送達２
図１１は、ＴＡＩ送達プロセスの第２段階におけるシステム１００の回路構成の概略図であり、この段階は、播種および培養プロセス全体の第５段階にも相当する。この段階では、プロセッサ１４０は、最初にＴＡＩバルブ１３６を閉じ、その後で培地バルブ１２４と第１チャンババルブ１２６を開く。次に、プロセッサ１４０は、モータ１１４にポンプ１１２を起動するように命令することができる。ポンプ１１２の制御下で、ＴＡＩ培地は、ＴＡＩ培地チャンバ１０８から培地供給ライン１２０に流入し、ＴＡＩ溶液を第１チャンバ１０２にポンプで送り込むことができる。その結果、濃縮されたＴＡＩ溶液が足場に置かれ、足場に吸収され得る。その後、プロセッサ１４０は廃棄バルブ１２８を閉じてよい。
【００７５】
この段階中、ＴＡＩ溶液をポンプで送り込み、慎重に配置して足場容積を満たすことができる。これは、ＴＡＩ播種の効率のために重要である。この段階は、足場ではない場所で最小限のＴＡＩしか無駄にならないことを確実にする。
【００７６】
２．２．６  第６段階：ＴＡＩ接着
ＴＡＩが第１チャンバ１０２に送達されると、ＴＡＩは足場に接着するためにある程度の時間を必要とする。ＴＡＩ溶液を配置して安静にするこのプロセスは複数回行われてよく、足場の配向の変更に合わせてよい。図１２は、足場を様々な位置を通して回転させるためのシステム１００の回路構成の概略図である。この段階では、廃棄バルブ１２８は閉じたままであり、かつ第１チャンバ１０２は閉じた状態のままである。プロセッサ１４０は、様々な位置を通して足場を周期的に回転させるために足場ターナー１１６を回転させるようにモータ１１８に命令することができる。足場を様々な位置を通して回転させることで、ＴＡＩを足場の異なる領域に分布させて、重力の偏りを補正できる。例えば、足場のどの領域にも付着していないＴＡＩは、まだＴＡＩを有していない足場の他の領域に落下することができる。足場ターナー１１６は、回転を複数回繰り返してよい。一実施形態では、足場ターナー１１６は、１８０度で周期的に前後に動き、さらに動きと動きの間の一定期間静止したままでいて、ＴＡＩを安定させ、またはＴＡＩが足場との付着を形成できるようにする。
【００７７】
図１３は、一実施形態による足場の例示的な位置を示す概略図である。例えば、足場は、位置１に対応する０度の回転、位置２に対応する９０度の回転、位置３に対応する１８０度の回転、位置４に対応する２７０度の回転、および位置５に対応する３６０度の回転を含む、５つの別個の位置を通って回転または旋回することができる。図１３に示すように、回転または旋回機構により、足場上のＴＡＩの均一な分布および付着が達成され、回転または旋回機構がなければ生じることになるＴＡＩの不規則な分布が回避される。回転の程度は、バイオリアクタ１０２対して規定してよい。例えば、図１４に示すように、１８０度の回転は、入口１０２ａが上部にあり、出口１０２ｂが下部にある位置に対応し得る。０度の回転は、入口１０２ａが底部にあり、出口１０２ｂが頂部にある位置に対応し得る。
【００７８】
一実施形態では、廃棄バルブ１２８を閉じたままにして、閉じた廃棄バルブ１２８に対してＴＡＩ培地をポンプで送り込むことにより、第１チャンバ１０２を周期的に加圧することができる。
【００７９】
上記の段階（第１段階〜第６段階）で播種プロセスが完了する。
【００８０】
２．３  第７段階：ＴＡＩ培養
ＴＡＩ播種プロセスの結果として、ＴＡＩは足場との十分な付着を形成することができる。栄養素がＴＡＩによって消費されるため、廃棄物もＴＡＩによって生成される。したがって、第１チャンバ１０２の中のＴＡＩ培地を、時々リフレッシュする必要がある。そのため、システム１００は、ＴＡＩ培養段階に入ってＴＡＩ培地を定期的にリフレッシュし、灌流期間を継続することもできる。ＴＡＩ培養段階は数週間続く場合がある。
【００８１】
図１５は、ＴＡＩ培養段階におけるシステム１００の回路構成の概略図である。この段階では、プロセッサ１４０は、時々ＴＡＩ培地を繰り返しリフレッシュしてもよい。プロセッサ１４０は、ＴＡＩ培地をリフレッシュするために毎回以下のステップを実行してもよい。
【００８２】
プロセッサ１４０は、最初にすべてのバルブを閉じてもよい。次に、プロセッサ１４０は、足場を特定の位置に回転させるために足場ターナー１１６を回転させるようにモータ１１８に命令してよい。例えば、図１３に示すように位置３に、または他の適切な位置に足場を配置することができる。その後、プロセッサ１４０は、廃棄物バルブ１２８、第１チャンババルブ１２６、および培地バルブ１２４を開いてよい。次に、プロセッサ１４０は、ポンプ用のモータ１１４を作動させて、所定の期間、ＴＡＩ培地をＴＡＩ培地チャンバ１０８から第１チャンバ１０２にポンプで送り込んでよい。この所定の期間中に、ＴＡＩ培地を変更してもよい。
【００８３】
所定の時間が経過すると、プロセッサ１４０は、以下の内の１つまたは複数を実行してよい：（１）異なる流れ方向で足場を灌流するために培地の流れを逆にする、（２）足場を別の位置、例えば図１３に示す位置０、または他の適切な位置に回転させるために足場ターナー１１６を回転させるようにモータ１１８に命令する、（３）ポンプによる送り込みを停止する、および（４）すべてのバルブを閉じる。足場を様々な位置に回転させることにより、培地が足場内の様々な場所に流れて、均一なＴＡＩの成長が促進され、回転がない場合に生じ得る１つの集中した場所でのＴＡＩの成長が回避される。
【００８４】
３  代替実施形態
図１６は、システム１００の代替回路構成の概略図である。この構成では、廃棄物バルブ１２８は任意選択であってよい。廃棄バルブ１２８を除くと、ＴＡＩ接着段階（第６段階）でのシステム１００の性能が制限される場合がある。
【００８５】
別の代替実施形態では、ユーザは、足場ターナー１１６を回転させるかまたはポンプ１１２を作動させる手動プロセスを行ってよい。例えば、ユーザは、ユーザインターフェース１４８を通して、そのような手動操作を選択することができる。ユーザが手動操作を選択すると、プロセッサ１４０は、培地バルブ１２４、第１チャンババルブ１２６、および廃棄バルブ１２８を開く場合がある。プロセッサ１４０は、ユーザにポンプ速度を尋ねるメッセージを表示するようにユーザインターフェース１４８に命令することができる。ユーザは、スイッチを使用して、足場ターナー１１６を回転させ、またはＴＡＩ培地をユーザ規定の速度でポンプにより送り込むことができる。ユーザは、ユーザインターフェースで一時停止オプションを選択することにより、いつでもプロセスを一時停止できる。
【００８６】
一部の実施形態では、多孔質足場の表面を液体および気体の圧力を使用して処理し、多孔質足場の表面を薄層で濡らしてコーティングし、細胞溶液のウィッキングを促進して、均一な播種足場をもたらすことができる。足場は、前述の方法に従って播種され、培養され得る。
【００８７】
一部の実施形態では、足場、第１チャンバ、第２チャンバ、および流れ回路は、足場の播種および培養のための自動化システムに統合するための事前組み立てキットを形成することができる。足場、第１チャンバ、第２チャンバ、および流れ回路は、足場の播種および培養のための自動化システムへの入力を形成するように組み立てられ得る。事前組み立てキットとの統合後の自動化システムは、前述の方法に従ってＴＡＩを足場に播種することができる。
【００８８】
図１７は、例えば５ｃｍを超える直径を有し得る大きな多孔質足場１７０４全体にわたる蛍光標識ＡＴＩ  １７０２の均質な送達および付着を示す。
【００８９】
現在最も実用的でかつ様々な実装形態であると現在考えられているものに関連して、開示技術の特定の実装形態を説明したが、開示技術は記載の実装形態に限定されるべきではなく、逆に、添付の特許請求の範囲内に含まれる様々な修正形態および同等の配置も対象とすることが意図されている。本明細書では特定の用語が使用されているが、それらは一般的かつ説明的な意味でのみ使用されており、限定を目的とするものではない。
【００９０】
開示技術の特定の実装形態は、開示技術の実装例によるシステムおよび方法および／またはコンピュータプログラム製品のブロック図および流れ図を参照して上述されている。ブロック図および流れ図の１つまたは複数のブロック、およびブロック図および流れ図のブロックの組合せはそれぞれ、コンピュータ実行可能プログラム命令によって実装され得ることが理解されよう。同様に、開示技術の一部の実装形態によれば、ブロック図および流れ図の一部のブロックは、提示された順序で必ずしも実行される必要がない、または必ずしも実行される必要がない場合がある。
【００９１】
コンピュータ可読メモリに格納された命令が、流れ図のブロック（単数または複数）で指定された１つ以上の機能を実装する命令手段を含む製品を生成するように、これらのコンピュータプログラム命令を、コンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置を特定の方法で機能させるように導くことができるコンピュータ可読メモリに格納してもよい。
【００９２】
開示技術の実装は、その中に具体化されたコンピュータ可読プログラムコードまたはプログラム命令を有するコンピュータ使用可能媒体を備えるコンピュータプログラム製品を提供することができ、前記コンピュータ可読プログラムコードは、流れ図のブロック（単数または複数）で指定された１つ以上の機能を実装するために実行されるように適合されている。コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置にロードされ、一連の動作要素またはステップをコンピュータまたは他のプログラム可能装置で実行させて、コンピュータまたは他のプログラム可能装置で実行される命令が流れ図のブロック（単数または複数）で指定された機能を実装するための要素またはステップを提供するようにコンピュータ実装プロセスを生成することができる。
【００９３】
したがって、ブロック図および流れ図のブロックは、指定された機能を実行する手段の組合せ、指定された機能を実行する要素またはステップの組合せ、および指定された機能を実行するプログラム命令手段をサポートする。また、ブロック図および流れ図の各ブロック、ならびにブロック図および流れ図のブロックの組合せは、指定された機能、要素またはステップを実行する専用のハードウェアベースのコンピュータシステム、あるいは専用ハードウェアとコンピュータ命令の組合せによって実装できることも理解される。
最後に、本発明の好ましい実施態様を項分け記載する。
［実施態様１］
治療活性成分（ＴＡＩ）を多孔質足場に播種するためのシステムにおいて、
前記足場を収容するための第１チャンバ、
前記ＴＡＩを保管するためのＴＡＩ保管装置、
ＴＡＩ培地を保管するための少なくとも１つの第２チャンバ、
圧縮源からガスを受け取るためのガス入口、
（ｉ）前記第１チャンバ、（ｉｉ）前記ＴＡＩ保管装置、（ｉｉｉ）前記第２チャンバ、および（ｉｖ）前記ガス入口に連結されている、ＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスを足場に送達する流れ回路、
前記流れ回路においてＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびのガスの内の少なくとも１つを送り込むためのポンプ、および
前記足場へのＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスの送達を調節するための複数のバルブ
を備えるシステム。
［実施態様２］
前記流れ回路は、
前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間の培地供給ラインおよび培地戻りライン、
ＴＡＩを送達するために前記ＴＡＩ保管装置に接続されたＴＡＩ供給ライン、および
ガスを送達するために前記ガス入口に接続されたガス供給ライン
を含む、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様３］
前記複数のバルブは、
前記第２チャンバから前記足場へのＴＡＩ培地の送達を調節するための培地バルブ、
前記ガス入口からのガスの送達を調節するためのガスバルブ、
前記ＴＡＩ保管装置からのＴＡＩの送達を調節するためのＴＡＩバルブ、
前記第１チャンバへのガスの送達を調節するための第１チャンババルブ、および
前記第１チャンバからの流れを調節するための廃棄バルブ
を含む、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様４］
１つまたは複数の前記バルブを開位置と閉位置との間で切り替えることにより前記足場の播種および培養を調節するためのプロセッサをさらに備える、実施態様３に記載のシステム。
［実施態様５］
前記プロセッサは、前記ポンプによるポンプ速度を調整するように構成される、実施態様４に記載のシステム。
［実施態様６］
前記プロセッサは、前記バルブを操作してＴＡＩ培地およびＴＡＩの流れを制御することにより、前記ＴＡＩ培地での足場の処理を調節する、実施態様４に記載のシステム。
［実施態様７］
前記プロセッサは、前記ガスバルブ、前記第１チャンババルブおよび前記廃棄バルブが開位置にあり、残りのバルブが閉位置にあるように前記バルブを調整することにより、ガスによる足場からの過剰量のＴＡＩ培地の除去を調節する、実施態様４に記載のシステム。
［実施態様８］
前記プロセッサは、残りのバルブを閉位置にした状態で、前記ガスバルブ、前記第１バルブおよび前記廃棄バルブのそれぞれを開位置と閉位置との間で繰り返し交互に入れ替えることにより、足場を通る加圧ガスバーストのパルス化を調節する、実施態様４に記載のシステム。
［実施態様９］
前記プロセッサは、前記ガスバルブを開位置に切り替え、かつ前記第１チャンババルブを閉位置に切り替えて、加圧ガスバーストを放出する前に加圧ガスを生成する、実施態様８に記載のシステム。
［実施態様１０］
前記プロセッサは、前記ガスバルブを閉位置に切り替え、かつ前記第１チャンババルブを開位置に切り替えて、加圧ガスバーストを前記第１チャンバに放出する、実施態様９に記載のシステム。
［実施態様１１］
前記プロセッサは、前記ＴＡＩバルブおよび前記廃棄バルブが開位置にあり、残りのバルブが閉位置にあるように前記バルブを調整することにより、前記ＴＡＩ保管装置からのＴＡＩの放出を調節する、実施態様４に記載のシステム。
［実施態様１２］
前記プロセッサは、前記培地バルブ、前記第１チャンババルブおよび前記廃棄バルブが開位置にあり、残りのバルブが閉位置にあるように前記バルブを調整することにより、前記第１チャンバへのＴＡＩの送り込みを調節する、実施態様１１に記載のシステム。
［実施態様１３］
前記第１チャンバに収容された前記足場を複数の位置を通して回転させるための、モータによって駆動される足場ターナーをさらに備える、実施態様４に記載のシステム。
［実施態様１４］
前記プロセッサは、前記足場を複数の位置を通して回転させるように前記足場ターナーを駆動するモータに命令することにより、前記足場へのＴＡＩの接着を調節する、実施態様１３に記載のシステム。
［実施態様１５］
前記ポンプを駆動するためのモータをさらに備える、実施態様４に記載のシステム。
［実施態様１６］
前記プロセッサは、所定の期間、ＴＡＩ培地を前記第１チャンバに送り込むように前記ポンプを駆動するモータに命令することにより、ＴＡＩ培養を調節する、実施態様１５に記載のシステム。
［実施態様１７］
前記圧縮源は、ＣＯ２、Ｎ２または混合ガスを提供する、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様１８］
多孔質足場に治療活性成分（ＴＡＩ）を播種して培養する方法において、
第１チャンバ内に足場を収容するステップ、
ＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスを、それぞれＴＡＩ保管装置、少なくとも１つの第２チャンバおよびガス入口から、流れ回路を介して足場に送るステップ、
流れ回路においてＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスの内の少なくとも１つをポンプによって送り込むステップ、および
複数のバルブを介して、プロセッサにより足場へのＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスの送達を調節するステップ
を含む、方法。
［実施態様１９］
前記複数のバルブは、
前記第２チャンバからのＴＡＩ培地の送達を調節するための培地バルブ、
前記ガス入口からのガスの送達を調節するためのガスバルブ、
前記ＴＡＩ保管装置からのＴＡＩの送達を調節するためのＴＡＩバルブ、
前記第１チャンバへのガスの送達を調節するための第１チャンババルブ、および
前記第１チャンバからの流れを調節するための廃棄バルブ
を含む、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２０］
前記プロセッサは、残りのバルブを閉位置にした状態で、前記ガスバルブ、前記第１チャンババルブ、および前記廃棄バルブのそれぞれを開位置と閉位置との間で繰り返し交互に入れ替えることにより、足場を通る加圧ガスバーストのパルス化を調節する、実施態様１９に記載の方法。
［実施態様２１］
前記プロセッサは、前記ガスバルブを開位置に切り替え、かつ前記第１チャンババルブを閉位置に切り替えて、加圧ガスバーストを放出する前に加圧ガスを生成する、実施態様２０に記載の方法。
［実施態様２２］
前記プロセッサは、前記ガスバルブを閉位置に切り替え、かつ前記第１チャンババルブを開位置に切り替えて、加圧ガスバーストを前記第１チャンバ内に放出する、実施態様２１に記載の方法。
［実施態様２３］
多孔質足場の表面を処理する方法において、
液体および気体の圧力を使用して、多孔質足場の表面を薄層で濡らしてコーティングし、細胞溶液のウィッキングを促進して、均一な播種足場をもたらすことを含む方法。
［実施態様２４］
多孔質足場を第１チャンバ内に収容するステップ、
ＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスを、それぞれＴＡＩ保管装置、少なくとも１つの第２チャンバおよびガス入口から、流れ回路を介して足場に送達するステップ、
流れ回路においてＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスの内の少なくとも１つをポンプによって送り込むステップ、および
複数のバルブを介して、プロセッサにより足場へのＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスの送達を調節するステップ
を含む、実施態様２３に記載の方法。
［実施態様２５］
前記複数のバルブは、
前記第２チャンバからのＴＡＩ培地の送達を調節するための培地バルブ、
前記ガス入口からのガスの送達を調節するためのガスバルブ、
前記ＴＡＩ保管装置からのＴＡＩの送達を調節するためのＴＡＩバルブ、
前記第１チャンバへのガスの送達を調節するための第１チャンババルブ、および
前記第１チャンバからの流れを調節するための廃棄バルブ
を含む、実施態様２４に記載の方法。
［実施態様２６］
前記プロセッサは、残りのバルブを閉位置にした状態で、前記ガスバルブ、前記第１チャンババルブおよび前記廃棄バルブのそれぞれを開位置と閉位置との間で繰り返し交互に入れ替えることにより、足場を通る加圧ガスバーストのパルス化を調節する、実施態様２５に記載の方法。
［実施態様２７］
前記プロセッサは、前記ガスバルブを開位置に切り替え、かつ前記第１チャンババルブを閉位置に切り替えて、加圧ガスバーストを放出する前に加圧ガスを生成する、実施態様２６に記載の方法。
［実施態様２８］
前記プロセッサは、前記ガスバルブを閉位置に切り替え、かつ前記第１チャンババルブを開位置に切り替えて、加圧ガスバーストを前記第１チャンバに放出する、実施態様２７に記載の方法。
［実施態様２９］
足場の播種および培養のための自動化システムに統合するための事前組み立てキットにおいて、
足場、
足場を収容するための第１チャンバ、
保管用の第２チャンバ、および
バイオリアクタをリザーバに接続するための流れ回路
を含む事前組み立てキット。
［実施態様３０］
前記足場、前記第１チャンバ、前記第２チャンバおよび前記流れ回路が組み立てられて、足場の播種および培養のための自動化システムへの入力を形成する、実施態様２９に記載の事前組み立てキット。
［実施態様３１］
前記事前組み立てキットと統合された後の自動化システムは、
足場を収容するための第１チャンバ、
ＴＡＩ培地を保管するための第２チャンバ、
治療活性成分（ＴＡＩ）を保管するためのＴＡＩ保管装置、
圧縮源からガスを受け取るためのガス入口、
（ｉ）前記第１チャンバ、（ｉｉ）前記ＴＡＩ保管装置、（ｉｉｉ）前記第２チャンバ、および（ｉｖ）前記ガス入口に連結された、ＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスを足場に送達する流れ回路、
前記流れ回路においてＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスの内の少なくとも１つを送り込むためのポンプ、および
前記足場へのＴＡＩ、ＴＡＩ培地およびガスの送達を調節するための複数のバルブ
を備える、実施態様２９に記載の事前組み立てキット。
［実施態様３２］
前記流れ回路は、
前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間の培地供給ラインおよび培地戻りライン、
ＴＡＩを送達するために前記ＴＡＩ保管装置に接続されたＴＡＩ供給ライン、および
ガスを送達するために前記ガス入口に接続されたガス供給ライン
を含む、実施態様３１に記載の事前組み立てキット。
［実施態様３３］
前記複数のバルブは、
前記第２チャンバから前記足場へのＴＡＩ培地の送達を調節するための培地バルブ、
前記ガス入口からのガスの送達を調節するためのガスバルブ、
前記ＴＡＩ保管装置からのＴＡＩの送達を調節するためのＴＡＩバルブ、
前記第１チャンバへのガスの送達を調節するための第１チャンババルブ、および
前記第１チャンバからの流れを調節するための廃棄バルブ
を含む、実施態様３２に記載の事前組み立てキット。
［実施態様３４］
１つまたは複数のバルブを開位置と閉位置との間で切り替えることにより前記足場の播種および培養を調節するためのプロセッサをさらに備える、実施態様３２に記載の事前組み立てキット。
［実施態様３５］
前記プロセッサは、前記ポンプによるポンプ速度を調整するように構成される、実施態様３４に記載の事前組み立てキット。
［実施態様３６］
前記プロセッサは、前記バルブを操作してＴＡＩ培地およびＴＡＩの流れを制御することにより、前記ＴＡＩ培地での足場の処理を調節する、実施態様３４に記載の事前組み立てキット。
［実施態様３７］
前記プロセッサは、前記ガスバルブ、前記第１チャンババルブおよび前記廃棄バルブが開位置にあり、残りのバルブが閉位置にあるように前記バルブを調整することにより、ガスによる足場からの過剰量のＴＡＩ培地の除去を調節する、実施態様３４に記載の事前組み立てキット。
［実施態様３８］
前記プロセッサは、残りのバルブを閉位置にした状態で、前記ガスバルブ、前記第１バルブ、および前記廃棄バルブのそれぞれを開位置と閉位置との間で繰り返し交互に入れ替えることにより、足場を通る加圧ガスバーストのパルス化を調節する、実施態様３４に記載の事前組み立てキット。
［実施態様３９］
前記プロセッサは、前記ガスバルブを開位置に切り替え、かつ前記第１チャンババルブを閉位置に切り替えて、加圧ガスバーストを放出する前に加圧ガスを生成する、実施態様３８に記載の事前組み立てキット。
［実施態様４０］
前記プロセッサは、前記ガスバルブを閉位置に切り替え、かつ前記第１チャンババルブを開位置に切り替えて、前記加圧ガスバーストを前記第１チャンバに放出する、実施態様３９に記載の事前組み立てキット。
［実施態様４１］
前記プロセッサは、前記ＴＡＩバルブおよび前記廃棄バルブが開位置にあり、残りのバルブが閉位置にあるように前記バルブを調整することにより、前記ＴＡＩ保管装置からのＴＡＩの放出を調節する、実施態様３４に記載の事前組み立てキット。
［実施態様４２］
前記プロセッサは、前記培地バルブ、前記第１チャンババルブおよび前記廃棄バルブが開位置にあり、残りのバルブが閉位置にあるように前記バルブを調整することにより、前記第１チャンバへのＴＡＩの送り込みを調節する、実施態様４１に記載の事前組み立てキット。
［実施態様４３］
前記第１チャンバ内に収容された前記足場を複数の位置を通して回転させるための、モータによって駆動される足場ターナーをさらに備える、実施態様３４に記載の事前組み立てキット。
［実施態様４４］
前記プロセッサは、前記足場を複数の位置を通して回転させるように前記足場ターナーを駆動するモータに命令することにより、前記足場へのＴＡＩの接着を調節する、実施態様４３に記載の事前組み立てキット。
［実施態様４５］
前記ポンプを駆動するためのモータをさらに備える、実施態様３４に記載の事前組み立てキット
［実施態様４６］
前記プロセッサは、所定の期間、ＴＡＩ培地を前記第１チャンバに送り込むように前記ポンプを駆動するモータに命令することにより、ＴＡＩ培養を調節する、実施態様４５に記載の事前組み立てキット。
［実施態様４７］
前記圧縮源は、ＣＯ２、Ｎ２または混合ガスを提供する、実施態様３１に記載の事前組み立てキット。
【符号の説明】
【００９４】
１００    システム
１０２    第１チャンバ
１０２ａ、１０２ｂ    第１チャンバの入口、出口
１０６    ＴＡＩ保管装置
１０８    第２チャンバまたはＴＡＩ培地チャンバ
１０８ａ、１０８ｂ    ＴＡＩ培地チャンバの出口、入口
１１０    ガス入口
１１２    ポンプ
１１４、１１８    モータ
１１６    足場ターナー
１２０    培地供給ライン
１２２    培地戻りライン
１２４    培地バルブ
１２６    第１チャンババルブ
１２８    廃棄バルブ
１３０    ガス供給ライン
１３２    ガスバルブ
１３４    ＴＡＩ供給ライン
１３６    ＴＡＩバルブ
１４０    プロセッサ
１４２    リレーボード
１４４    モータドライバ
１４８    ユーザインターフェース
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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