(57)【要約】  バイオリアクタシステム(10)用のインペラ(18)(たとえば、ラシュトンインペラ)が開示される。このインペラ(18)は、任意選択としてスロット(168)を含むハブ(44)、複数のブレード(46)、および1つまたは複数の乱流生成器(64)を備える。複数のブレード(46)は、ハブ(44)の円周方向(48)に沿って配設され、互いに離隔している。複数のブレード(46)はそれぞれ、ハブ(44)の円周(50)および/または上面(1351、1451、1551)の少なくとも一部に結合されている。複数のブレード(46)はそれぞれ、圧力面(52)および負圧面(54)を含む。1つまたは複数の乱流生成器(64)は、複数のブレード(46)のうちの1つのブレードの負圧面(54)、圧力面(52)、または両方の少なくとも一部に配設されている。
2020500700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオリアクタシステム(10、1300)用のインペラ(18、208、1318、1418、1518)であって、
スロット(168)を任意に含むハブ(44、144、244)と、
前記ハブ(44、144、244)の円周方向(48)に沿って配設され、互いに離隔した複数のブレード(46、146、246)であって、前記複数のブレード(46、146、246)のそれぞれが前記ハブ(44、144、244)の円周(50、150、250)若しくは上面(1351、1451、1551)又はその両方の少なくとも一部に結合され、前記複数のブレード(46、146、246)の各ブレードが圧力面(52、152、252)および負圧面(54、154、254)を含む、複数のブレード(46、146、246)と、
前記複数のブレード(46、146、246)のうちの1つのブレードの前記負圧面(54、154、254)若しくは前記圧力面(52、152、252)又はその両方の少なくとも一部に配設された1つまたは複数の乱流生成器(64、164、264)と、
を備えるインペラ(18、208、1318、1418、1518)。
【請求項２】
前記インペラ(18、208)が、ラシュトンインペラ等のラジアルインペラである、請求項1に記載のインペラ(18、208、1418)。
【請求項３】
前記1つまたは複数の乱流生成器(64)が、前記負圧面(54、154)に結合されたリブ(164)を備えた、請求項1または2に記載のインペラ(18、208)。
【請求項４】
前記リブ(164)が、前記ハブ(44、144)の半径方向軸(166)に対して、約30°から約150°までの範囲の角度で傾斜した、請求項3に記載のインペラ(18、208)。
【請求項５】
前記複数のブレードのうちの前記1つのブレード(846)が、前記負圧面(854)と前記圧両面(852)との間で延びた第1の貫通開口(853)を含み、前記リブ(864a)が、第2の貫通開口(855)を含み、前記リブ(864a)が、前記第2の貫通開口(855)が前記第1の貫通開口(853)と位置合わせされるように、前記負圧面(854)に結合された、請求項3または4に記載のインペラ(18、208)。
【請求項６】
前記1つまたは複数の乱流生成器(64)が、波形面または平坦円滑面を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載のインペラ(18、208)。
【請求項７】
前記1つまたは複数の乱流生成器(64)が、前記負圧面(354)と前記圧両面(352)との間で延びた貫通開口(364)を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載のインペラ(18、208)。
【請求項８】
前記1つまたは複数の乱流生成器(64)が、窪み(464)を含む、請求項1から7のいずれか一項に記載のインペラ(18、208)。
【請求項９】
前記1つまたは複数の乱流生成器(64)が、突起(564)を含む、請求項1から8のいずれか一項に記載のインペラ(18、208)。
【請求項１０】
前記1つまたは複数の乱流生成器(964)が、リブ(964a)、貫通開口(964b)、窪み(964c)、突起(964d)、溝(964e)を含む、請求項1から9のいずれか一項に記載のインペラ(18、208)。
【請求項１１】
前記1つまたは複数の乱流生成器(64)が、リブアレイ(164)、窪みアレイ(464)、貫通開口アレイ(364)、突起アレイ(564)、またはこれらの組み合わせを含む、請求項1から10のいずれか一項に記載のインペラ(18、208)。
【請求項１２】
前記1つまたは複数の乱流生成器(164)が、前記複数のブレード(146)のうちの前記1つのブレードの先端縁(170)に近接して配設された、請求項1から11のいずれか一項に記載のインペラ(18、208)。
【請求項１３】
前記1つまたは複数の乱流生成器(264)が、前記複数のブレード(264)のうちの1つおきのブレード(246a、246b、246c)に配設された、請求項1から12のいずれか一項に記載のインペラ(18、208)。
【請求項１４】
細胞培地(22)に分散した複数の細胞(20)の培養に用いられる培養容器(12、1312)と、
前記培養容器(12、1312)内に配設され、前記細胞培地(22)および前記複数の細胞(20)を撹拌するように構成された少なくとも1つのインペラ(18、208、1318、1418、1518)と、
を備えるバイオリアクタサブシステム(19)であって、
前記少なくとも1つのインペラ(18、208、1318、1418、1518)が、
スロット(168)を任意に含むハブ(44、144、244)と、
前記ハブ(44、144、244)の円周方向(48)に沿って配設され、互いに離隔した複数のブレード(46、146、246)であって、前記複数のブレード(46、146、246)のそれぞれが前記ハブ(44、144、244)の円周(50、150、1450、1550)若しくは上面(1351、1451、1551)又はその両方の少なくとも一部に結合され、前記複数のブレード(46、146、246)の各ブレードが圧力面(52、152、252)および負圧面(54、154、254)を含む、複数のブレード(46、146、246)と、
前記複数のブレード(46、146、246)のうちの1つのブレードの前記負圧面(54、154、254)若しくは前記圧力面(52、152、252)又はその両方の少なくとも一部に配設された1つまたは複数の乱流生成器(64、164、264)と、
を備える、バイオリアクタサブシステム(19)。
【請求項１５】
前記インペラ(18、208)が、ラシュトンインペラ等のラジアルインペラである、請求項14に記載のバイオリアクタサブシステム(19)。
【請求項１６】
前記1つまたは複数の乱流生成器(964)が、リブ(964a)、貫通開口(964b)、窪み(964c)、突起(964d)、溝(964e)、またはこれらの組み合わせを含む、請求項14または15に記載のバイオリアクタサブシステム(19)。
【請求項１７】
細胞培地(22)に分散した複数の細胞(20)の培養に用いられる培養容器(12、1312)と、
前記培養容器(12)に結合されて前記細胞培地(22)を所定の温度に維持する加熱アセンブリ(14)と、
前記培養容器(12、1312)に対して動作可能に結合され、空気(40)を前記培養容器(12、1312)に注入するように構成された空気導入ユニットまたはスパージャ(16、1566)と、
前記培養容器(12、1312)内に配設され、前記細胞培地(22)および前記複数の細胞(20)を撹拌するように構成された少なくとも1つのインペラ(18、208、1318、1418、1518)と、を備えるバイオリアクタシステム(10、1300)であって、
前記少なくとも1つのインペラ(18、208、1318、1418、1518)が、
スロット(168)を任意に含むハブ(44、144、244)と、
前記ハブ(44、144、244)の円周方向(48)に沿って配設され、互いに離隔した複数のブレード(46、146、246)であって、前記複数のブレード(46、146、246)のそれぞれが前記ハブ(44、144、244)の円周(50、150、1450、1550)若しくは上面(1351、1451、1551)又はその両方の少なくとも一部に結合され、前記複数のブレード(46、146、246)の各ブレードが圧力面(52、152、252)および負圧面(54、154、254)を含む、複数のブレード(46、146、246)と、
前記複数のブレード(46、146、246)のうちの1つのブレードの前記負圧面(54、154、254)若しくは前記圧力面(52、152、252)又はその両方の少なくとも一部に配設された1つまたは複数の乱流生成器(64、164、264)と、
を備える、バイオリアクタシステム(10、1300)。
【請求項１８】
前記インペラ(18、208)が、ラシュトンインペラ等のラジアルインペラである、請求項17に記載のバイオリアクタシステム(10、1300)。
【請求項１９】
前記1つまたは複数の乱流生成器(964)が、リブ(964a)、貫通開口(964b)、窪み(964c)、突起(964d)、溝(964e)、またはこれらの組み合わせを含む、請求項17または18に記載のバイオリアクタシステム(10、1300)。
【請求項２０】
前記ハブ(44、144、244)を介して、および任意でシャフト(60、1357、1457、1465)を介して、前記少なくとも1つのインペラ(18、208、1318、1418、1518)に対して動作可能に結合された駆動ユニット(58、1355、1455、1555)をさらに備えた、請求項17から19のいずれか一項に記載のバイオリアクタシステム(10、1300)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的にはバイオリアクタシステム用インペラに関し、より詳細には、このようなインペラのブレードの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞培養技法は、ここ数十年で大幅に進歩を遂げ、治療用途、臨床研究、薬学研究・開発、およびバイオプロセス産業において貢献してきた。細胞の培養には一般的に、バイオリアクタシステムが用いられる。通常、バイオリアクタシステムは、当該バイオリアクタシステムの培養容器に存在する細胞培地に「スタータ細胞(starter cell)」と称する複数の細胞を受容して成長させるように構成されている。バイオリアクタシステムの効率は、細胞培地の水素イオン指数(pH)レベル、溶存酸素(DO)レベル、および温度等の1つまたは複数のパラメータに大きく依存する。
【０００３】
動作時、培養容器が加熱されて促進温度を与えることにより、複数の細胞を成長させるとともに、培養容器の側壁への水分凝縮を防止する。さらに、培養容器に空気が注入され、インペラを用いて細胞培地とともに撹拌されることにより、細胞培地中に空気が均一に分散するとともに、細胞培地のpHおよびDOの望ましいレベルが維持されて細胞成長が促進される。インペラは、複数のブレードを具備する。通常は、培養容器への空気の注入によって、細胞培地内に気泡が発生する。気泡は、インペラの複数のブレードの対応する負圧面(suction face)上に集まる傾向にある。さらに、気泡は、合体してより大きな気泡を形成する傾向も示す。一般的に、大きな気泡の場合は、空気と細胞培地との間の界面積(すなわち、面密度)が小さくなる。界面積が小さくなると、ひいては細胞培地に存在する複数の細胞への酸素(すなわち、空気)移動速度に悪影響が及ぶため、細胞成長およびバイオリアクタシステムの性能が影響を受ける。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インペラは、高速で回転して大型の気泡を剪断するとともに、空気と細胞培地との間の面密度を増加させ得る。ただし、インペラの増速によって、複数の細胞が不必要に剪断されてしまう可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態によれば、バイオリアクタシステム用のインペラ(たとえば、ラシュトンインペラ(Rushton impeller))が開示される。本技法の態様によれば、このインペラは、ハブ、複数のブレード、1つまたは複数の乱流生成器、およびハブに任意に含まれるスロットを備える。複数のブレードは、ハブの円周方向に沿って配設され、互いに離隔しており、それぞれがハブの円周の少なくとも一部に結合され、それぞれが圧力面および負圧面を含む。1つまたは複数の乱流生成器は、複数のブレードのうちの1つのブレードの負圧面、圧力面、または両方の少なくとも一部に配設されている。
【０００６】
別の実施形態によれば、バイオリアクタサブシステムが開示される。本技法の態様によれば、このバイオリアクタサブシステムは、培養容器および少なくとも1つのインペラを備える。培養容器は、細胞培地に分散した複数の細胞の培養に用いられる。少なくとも1つのインペラは、培養容器内に配設され、細胞培地および複数の細胞を撹拌するように構成されている。少なくとも1つのインペラは、ハブ、複数のブレード、1つまたは複数の乱流生成器、およびハブに任意に含まれるスロットを備える。複数のブレードは、ハブの円周方向に沿って配設され、互いに離隔しており、それぞれがハブの円周の少なくとも一部に結合され、それぞれが圧力面および負圧面を含む。1つまたは複数の乱流生成器は、複数のブレードのうちの1つのブレードの負圧面、圧力面、または両方の少なくとも一部に配設されている。
【０００７】
さらに別の実施形態によれば、バイオリアクタシステムが開示される。本技法の態様によれば、このバイオリアクタシステムは、培養容器、加熱アセンブリ、空気導入ユニットまたはスパージャ、および少なくとも1つのインペラを備える。培養容器は、細胞培地に分散した複数の細胞の培養に用いられる。加熱アセンブリは、培養容器に結合されて細胞培地を加熱する。空気導入ユニットまたはスパージャは、培養容器に対して動作可能に結合され、空気または気体を培養容器に注入するように構成されている。少なくとも1つのインペラは、培養容器内に配設され、細胞培地および複数の細胞を撹拌するように構成されている。少なくとも1つのインペラは、ハブ、複数のブレード、1つまたは複数の乱流生成器、およびハブに任意に含まれるスロットを備える。複数のブレードは、ハブの円周方向に沿って配設され、互いに離隔しており、それぞれがハブの円周の少なくとも一部に結合され、それぞれが圧力面および負圧面を含む。1つまたは複数の乱流生成器は、複数のブレードのうちの1つのブレードの負圧面、圧力面、または両方の少なくとも一部に配設されている。
【０００８】
本技法の実施形態の上記および他の特徴および態様については、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことによって、理解が深まるであろう。図面全体を通して、同様の文字記号は同様の部品を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本技法の態様に係る、バイオリアクタシステムの模式側面図である。
【図２】本技法の態様に係る、図1のバイオリアクタシステムの模式上面図である。
【図３】本技法の態様に係る、リブ等の1つまたは複数の乱流生成器が複数のブレードの負圧面に配設されたインペラの斜視図である。
【図４】本技法の態様に係る、1つまたは複数の乱流生成器が複数のブレードのうちの1つおきのブレードに配設されたインペラの斜視図である。
【図５】本技法の態様に係る、1つまたは複数の貫通開口を有するブレードの斜視図である。
【図６】本技法の態様に係る、1つまたは複数の窪みを有するブレードの斜視図である。
【図７】本技法の態様に係る、1つまたは複数の突起を有するブレードの斜視図である。
【図８】本技法の態様に係る、ブレードおよび1つまたは複数の溝の斜視図である。
【図９】本技法の態様に係る、2つの異なる乱流生成器を有するブレードの斜視図である。
【図１０Ａ】本技法の態様に係る、複数の第1の開口を有するブレードの斜視図である。
【図１０Ｂ】本技法の態様に係る、複数の第2の開口を有する乱流生成器の斜視図である。
【図１１】本技法の態様に係る、複数の乱流生成器が配設されたブレードの斜視図である。
【図１２】本技法の態様に係る、ブレードおよび当該ブレードに配設され、それぞれが第1の規定角で傾斜した複数のリブの模式図である。
【図１３】本技法の態様に係る、それぞれが第2の規定角で傾斜した複数のリブが配設されたブレードの模式図である。
【図１４】本技法の態様に係る、波形面を含むリブを有するブレードの模式図である。
【図１５】本技法の態様に係る、可撓性バッグの培養容器および下部取り付け式磁気インペラを備えたバイオリアクタシステムの模式側面図である。
【図１６】本技法の態様に係る、磁気駆動インペラの模式側面図である。
【図１７】本技法の態様に係る、多孔性スパージャプレートを備えた磁気駆動インペラの模式側面図および上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
定義
特許請求される発明の主題をより明確かつ簡潔に記述および指摘するため、以下の説明および添付の特許請求の範囲で使用する特定の用語に対して、以下の定義を与える。
【００１１】
単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈上の別段の明確な指定がない限り、複数の指示対象を含む。本明細書および特許請求の範囲全体で使用するような近似表現は、関連する基本機能の変更なく許容範囲で変動し得る任意の定量的表現の修飾に適用され得る。したがって、「約(about)」等の用語により修飾された値は、指定の厳密な値に制限されるものではない。
【００１２】
このことから、逆の指定がない限り、以下の明細書および添付の特許請求の範囲に記載の数値パラメータは、本発明の実施形態により得ようとする所望の特性によって変動し得る近似値である。各数値パラメータは少なくとも、報告の有効桁数に照らして、通常の丸め技法の適用により解釈されるものとする。
【００１３】
本発明の説明のために本明細書で使用する場合、「上方(up)」、「下方(down)」、「上部(top)」、「下部(bottom)」、「垂直(vertical)」、「水平(horizontal)」等の方向用語のほか、その他任意の方向用語についても、添付の図面に示すような方向を表す。これらは、通常の動作位置で用いられる場合のリアクタ容器またはバイオリアクタの方向でもある。
【００１４】
本明細書で論じられた実施形態は、インペラ(たとえば、ラシュトンインペラ)を開示しており、タンク撹拌バイオリアクタシステム等のバイオリアクタシステム用ではあるが、これに限定されない。動作時、酸素を含む空気または気体/気体混合物が細胞培養容器に導入されて、細胞培地に存在する複数の細胞の細胞成長を促進する。以下、用語「空気(air)」は、酸素を含む気体または気体混合物(たとえば、窒素/酸素混合物)に対して使用する。空気の細胞との混合を改善することにより、バイオリアクタシステムの性能も向上する。いくつかの実施形態において、インペラは、当該インペラの1つまたは複数のブレードの一方側または一方面に近接して乱流を生成することにより、導入空気の複数の細胞との混合を改善するように構成された1つまたは複数の乱流生成器を具備する。この一方側は、1つまたは複数のブレードの負圧面と称する場合もあるし、規定する場合もある。特定の実施形態において、乱流生成器は、1つまたは複数のブレードの一方面の周りに渦を生成するように構成されている。渦の生成により、気泡の合体および/または付着が抑制または最小化されるとともに、気泡の分解が促進される。したがって、本明細書のインペラは、空気と細胞培地との間の界面積(すなわち、面密度)を大きくするように構成されている。その結果、本明細書のバイオリアクタシステムは、細胞培地に存在する複数の細胞の細胞成長のため、酸素移動速度を向上させるように構成されている。
【００１５】
いくつかの実施形態において、インペラは、ハブ、複数のブレード、および1つまたは複数の乱流生成器を具備する。複数のブレードは、ハブの円周に沿って配設され、ハブの円周方向に沿って互いに離隔している。複数のブレードはそれぞれ、先端縁およびハブ縁を含む。さらに、複数のブレードはそれぞれ、ハブ縁の少なくとも一部を介してハブの円周の少なくとも一部に結合されている。さらに、複数のブレードはそれぞれ、圧力面および負圧面を含み、これら圧力面および負圧面が先端縁とハブ縁との間に配設されている。さらに、圧力面および負圧面は、複数のブレードのうちの1つのブレードの反対面を形成する。1つまたは複数の乱流生成器は、複数のブレードのうちの1つまたは複数のブレードに配設されている。さらに、乱流生成器は、複数のブレードのうちの1つまたは複数のブレードの負圧面の少なくとも一部に配設されている。
【００１６】
特定の実施形態において、乱流生成器は、ブレードの負圧面の少なくとも一部に存在または配設された物理的機構を具備していてもよい。乱流生成器の物理的機構は、バイオリアクタシステムの動作中に渦または乱流渦を細胞培地に生成するように構成されている。いくつかの実施形態において、乱流生成器の非限定的な例としては、リブ、溝、窪み、貫通開口、突起、畝、波形面、またはこれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態において、1つまたは複数の乱流生成器は、ブレードのハブ縁よりも先端縁の近くに配設されていてもよい。特定の実施形態において、1つまたは複数の乱流生成器は、ブレードの負圧面の非平面性に寄与することにより、気泡の合体/負圧面への付着を防止するようになっていてもよい。
【００１７】
ブレードの圧力面には、負圧面よりも相対的に高い圧力が加わる。ブレードの負圧面および圧力面は、当該ブレードを採用するインペラの回転方向に基づいて規定される。本明細書で使用される場合、用語「先端縁(tip edge)」は、インペラの回転中に細胞培地に対向するブレードの最前縁または最前側を表す。さらに、用語「ハブ縁(hub edge)」は、先端縁の反対に配設され、インペラのハブに結合されたブレードの縁部を表す。
【００１８】
図1は、本技法の例示的な一実施形態に係る、バイオリアクタシステム10の一実施形態の模式図である。バイオリアクタシステム10(たとえば、タンク撹拌バイオリアクタシステム)は、培養容器12、加熱アセンブリ14、空気導入ユニットまたはスパージャ16、および少なくとも1つのインペラ18を具備する。
【００１９】
いくつかの実施形態において、バイオリアクタシステム10は、複数の細胞20の培養に用いられる。一実施形態において、バイオリアクタシステム10は、規定量の複数の細胞20を培養容器12において培養するように構成可能なバッチ処理システムである。ただし、いくつかの他の実施形態において、バイオリアクタシステム10は、連続処理システムであってもよい。このような連続処理バイオリアクタシステム10は、培養容器12に結合され、複数の細胞20、細胞培地22、養分、酸、塩基、またはこれらの組み合わせを培養容器12に(または、培養容器12から)連続して追加または除去する1つまたは複数の導管(図1には示さず)を具備していてもよい。いくつかの実施形態において、1つまたは複数の導管は、培養容器12に予め結合されていてもよく、また、システム10の動作開始に先立って殺菌されていてもよい。
【００２０】
培養容器12は、複数の細胞20および細胞培地22を受容して格納するとともに、培養容器12における複数の細胞20の成長のための促進環境を提供するように構成された生体適合性コンテナである。図示の実施形態において、培養容器12は、円筒構造を有し、側壁24、上部26、および下部28を含む。上部26および下部28は、側壁24に結合されている。いくつかの実施形態において、側壁24、上部26、および下部28は、培養容器12の物理的に別個の部分であってもよいし、物理的に別個の部分でなくてもよい。図示はしていないものの、培養容器12は、円筒形状以外の形状を有していてもよく、一例として、いくつかの実施形態においては、用途および設計基準に応じて、円錐構造または花形構造を有していてもよい。培養容器12は、約20ミリリットル〜約10リットルまたは約10リットル〜約2m3等、約20ミリリットル〜2m3の範囲の容積を有していてもよく、また、複数の細胞20の成長のため、特定の伝熱面積および特定の気体移動面積を維持するように構成されていてもよい。さらに、培養容器12は、バイオリアクタ動力学に影響を及ぼすことなく、細胞培地22の体積の大きな変化に対応するように設計されていてもよい。用語「バイオリアクタ動力学(bioreactor dynamics)」は、バイオリアクタシステム10の外部パラメータの変化に対するバイオリアクタシステム10の内部パラメータの変化率を表す。特定の実施形態において、バイオリアクタシステム10の内部パラメータとしては、pH、溶存酸素(DO)の濃度、温度、混合/撹拌速度、および時定数が挙げられる。外部パラメータの非限定的な例としては、周囲温度、細胞培地の体積、空気量、および空気流量が挙げられる。
【００２１】
特定の実施形態において、バイオリアクタシステム10は、培養容器12の内側に配設されたバッグまたは可撓性コンテナをさらに具備していてもよい。このような実施形態において、バッグまたは可撓性コンテナは、培養容器12の内部を補強していてもよく、複数の細胞20および細胞培地22を受容するように構成されている。一実施形態において、バッグまたは可撓性コンテナは、複数の細胞20が予め充填され(すなわち、細胞接種)、その後、培養容器12内に置かれた後、細胞培地22がバッグに追加されるようになっていてもよい。いくつかの実施形態において、バッグは、Wave(商標)またはXcellerex(登録商標)(GE Healthcare Bio-Sciences、Marlborough、MA)による培養バッグ等、使い捨ての培養バッグであってもよい。このような実施形態において、バッグまたは可撓性コンテナは、培養容器12の無菌状態を維持するのに役立ち得る。特定の実施形態において、バイオリアクタシステム10は、培養容器12の内側面23に沿って配設された生体分子被膜等の生体適合性被膜(図1には示さず)をさらに具備していてもよい。いくつかの実施形態において、生体適合性被膜は、生物学的に誘導されたタンパク質またはペプチド、特定の細胞集団の増殖または分化を活性化、促進する組み換えタンパク質、合成ペプチド、または成長因子で構成されていてもよい。
【００２２】
特定の実施形態において、培養容器12は、ガラス、ポリマー、セラミック、金属、またはこれらの組み合わせで作られている。いくつかの実施形態において、培養容器12は、アルミニウム、銅等の金属で作られている。特定の実施形態において、培養容器12は、伝熱性非金属材料で作られている。いくつかの実施形態において、バイオリアクタの培養容器12は、熱可塑性物質で作られている。いくつかの実施形態において、培養容器12は、生分解性材料で作られている。これらの実施形態の一部において、培養容器12は、1回だけ使用して使い捨てされる培養容器であってもよい。このような実施形態において、培養容器12は、たとえば1枚または複数枚の可撓性プラスチックフィルムまたは可撓性プラスチックラミネートから製造された可撓性バッグであってもよい。いくつかの他の実施形態において、培養容器12は、たとえば耐久性のある剛性材料(たとえば、ガラス、ポリマー、または金属が挙げられるが、これらに限定されない)で作られた複数回使用の容器である。特定の実施形態において、培養容器12は、積層造形を用いて(たとえば、3次元(3D)印刷技法)、成型技法、機械加工、鋳造等により製造される。
【００２３】
加熱アセンブリ14は、培養容器12に結合され、培養容器12を介して細胞培地22を加熱する。いくつかの実施形態において、加熱アセンブリ14は、加熱コンポーネント30と、有線または無線接続を介して加熱コンポーネント30に結合された電源32とを具備する。図示の実施形態において、電源32は、電力ケーブル34を用いて加熱コンポーネント30に結合されている。図示の実施形態において、加熱コンポーネント30は、培養容器12の側壁24に結合されている。具体的に、加熱コンポーネント30は、培養容器12の側壁24の外側面25に沿って配設されている。この追加または代替として、加熱コンポーネント30は、用途および設計基準に応じて、培養容器12の上部26および/または下部28に結合されていてもよい。特定の実施形態において、加熱コンポーネント30は、培養容器12の形状に適合する。特定の実施形態において、加熱コンポーネント30は、接着剤等の適当なメカニズムを介して培養容器12に結合されていてもよい。電源32は、電力を加熱コンポーネント30に供給して、培養容器12を加熱し、それによって細胞培地22を加熱するように構成されている。加熱コンポーネント30の非限定的な例としては、赤外線(IR)ヒータ等の非接触ヒータ、温度調整された流体が培養容器内を循環する弾性容器等が挙げられる。図示の実施形態において、加熱コンポーネント30は、培養容器の周りに共形配設され、培養容器12との熱的接触を与えている。一例において、加熱コンポーネント30は、可撓性の共形構造を有していてもよい。非限定的な一例において、加熱コンポーネント30は、薄膜ヒータであってもよい。一実施形態において、加熱コンポーネント30は、金属(たとえば、アルミニウム、銅等)、導電性セラミック複合材、導電性ポリマー等、およびこれらの組み合わせの、1枚または複数枚の導電性材料の薄いシートで作られている。あるいは、加熱コンポーネント30は、たとえば二重壁培養容器のジャケット等、培養容器12の不可欠な部分を形成していてもよい。そして、温度制御液体をジャケットに循環させることで必要に応じて加熱および/または冷却を施すことにより、培養容器の内側の一定の所定温度を維持することができる。容器で微生物細胞が培養される場合は、細胞代謝により生成される熱のため、主に冷却が必要となる。
【００２４】
空気導入ユニットまたはスパージャ16は、培養容器12に対して動作可能に結合され、空気40を培養容器12に注入するように構成されている。一実施形態において、空気導入ユニットまたはスパージャ16は、少なくとも1つの空気導入ノズル36と、空気導入ノズル36に結合された少なくとも1つの導管38とを具備する。あるいは、空気導入ユニットまたはスパージャ16は、1つまたは複数の多孔性体と、1つまたは複数の多孔性体に結合された少なくとも1つの導管とを備えていてもよい。図示の実施形態において、少なくとも1つの導管38は、培養容器12に形成されたポートまたは孔(図1には示さず)を介して挿入されている。導管38は、空気または気体源41から空気40を受容し、空気導入ノズル36あるいは1つまたは複数の多孔性体を用いて空気40を培養容器12に注入するように構成されている。図示の実施形態において、空気導入ノズル36は、培養容器12の下部28に配設されている。ただし、本明細書の範囲内で、空気導入ノズル36および導管38の他の配置も考えられる。
【００２５】
1つまたは複数の実施形態においては、培養容器12に注入された空気40によって、培養容器12内に気泡42が形成される。少なくとも1つのインペラ18は、培養容器12内に配設され、細胞培地22および複数の細胞20の少なくとも一部を撹拌することにより、培養容器12中の気泡42の均一な分散を容易化するように構成されている。いくつかの他の実施形態において、インペラ18は、ハブ44と、ハブ44に結合された複数のブレード46とを具備する。図示の実施形態において、複数のブレード46は、ハブ44(または、培養容器12)の円周方向48に沿って配設され、互いに離隔している。複数のブレード46はそれぞれ、ハブ44の円周50の少なくとも一部に結合されている。さらに、各ブレード46は、圧力面52および負圧面54を含む。本明細書においては、インペラ18の回転方向56に対して、圧力面52および負圧面54が規定されることに留意されたい。
【００２６】
いくつかの実施形態において、少なくとも1つのインペラ18は、たとえばシャフト60を介して、モータまたは磁気ドライブ等の駆動ユニット58に対して動作可能に結合されている。具体的に、ハブ44は、シャフト60を受容するように構成されたスロット、開口、または孔(図1には示さず)を含んでいてもよい。少なくとも1つのインペラ18が磁気的に駆動される場合は、スロット/開口/孔が不要と考えられ、培養容器の内側の無菌状態を維持するのに都合が良い。図示の実施形態において、駆動ユニット58は、培養容器12の上部26に配設されており、シャフト60は、培養容器12に形成されたポートまたは孔(図1には示さず)を介して挿入されている。図示はしていないものの、別の実施形態において、駆動ユニット58は、培養容器12の下部28に配設され、シャフト60を介してインペラ18に結合されていてもよい。駆動ユニット58は、加熱アセンブリ14の電源32にさらに結合されている。駆動ユニット58は、電源32から電力を受け、円周方向に沿ってインペラ18を回転させるように構成されている。駆動ユニットおよび加熱コンポーネント30は、共通の電源32を共有していてもよいし、共有していなくてもよい。特定の実施形態において、バイオリアクタシステム10は、シャフト60および電源32に結合された電磁石を具備していてもよい。これらの実施形態の一部において、電源32は、電力を電磁石に供給して、インペラ18を回転させるように構成されている。
【００２７】
特定の実施形態において、バイオリアクタシステム10は、当該バイオリアクタシステム10の軸方向162に沿って互いに離隔し、シャフト60に結合された複数のインペラ18a、18b、18cを具備していてもよい。このような実施形態において、複数のインペラはそれぞれ、細胞培地22および複数の細胞20と接触するように構成されていてもよい。
【００２８】
図示の実施形態において、少なくとも1つのインペラ18は、ラジアルフローインペラである。この場合、ブレード46は、垂直方向に適当に配向していてもよい。特定の実施形態において、ラジアルフローインペラは、改良型ラシュトンインペラである。従来、ラシュトンインペラは、平坦ブレードのラジアルフローインペラである。1つまたは複数の実施形態において、ハブ44は、平面状または非平面状の表面を有していてもよい。さらに、複数のブレード46は、平面状または非平面状の表面を有していてもよい。図示の実施形態において、ハブ44は、平坦ディスク状構成要素であり、複数のブレード46はそれぞれ、平坦正方形状または平坦長方形状構成要素であり、ハブ44に対して垂直方向に取り付けられている。図1に示すハブ44およびブレード46の図示の形状は例示であり、本明細書を制限するものと解釈すべきではない。一例として、図示はしていないものの、特定の実施形態において、ハブ44は、平坦正方形状または平坦長方形状構成要素であってもよく、各ブレード46は、用途および設計基準に応じて、平坦ディスク状構成要素であってもよい。いくつかの実施形態において、培養容器12およびインペラ18は、一体となってバイオリアクタサブシステム19を構成する。1つまたは複数の実施形態において、インペラ18は、複数のブレード46のうちの1つのブレードの負圧面54の少なくとも一部に配設された1つまたは複数の乱流生成器64を具備する。特定の実施形態において、1つまたは複数の乱流生成器64としては、リブ、溝、窪み、貫通開口、突起、またはこれらの組み合わせが挙げられる。1つまたは複数の乱流生成器64については、以下でより詳細に論じる。
【００２９】
なお、本明細書においては、ブレード46に配設された1つまたは複数の乱流生成器64が互いに平行であってもよいし、平行でなくてもよい。さらに、1つまたは複数の乱流生成器64は、先端縁に平行に配設されていてもよいし、先端縁に対して約0°〜約90°の範囲の角度であってもよい。加えて、1つまたは複数の乱流生成器64はそれぞれ、連続部を含んでいてもよいし、単一の構成要素を含んでいてもよい。ただし、図示はしていないものの、いくつかの他の実施形態において、1つまたは複数の乱流生成器64は、一体となって1つまたは複数の乱流生成器64を構成する不連続部またはパターン化部を含んでいてもよい。さらに、1つまたは複数の乱流生成器64は、単一の層で構成されていてもよいし、複数の層で作られていてもよい。
【００３０】
バイオリアクタシステム10の動作時、加熱コンポーネント30は、培養容器12を介して熱を細胞培地22に伝達する。空気導入ノズル36は、空気40を細胞培地22に注入するが、この結果、気泡42が形成される。インペラ18は、円周方向に沿って細胞培地22および複数の細胞20を回転させて撹拌することにより、空気40を(すなわち、気泡42によって)均一に分散させることにより、複数の細胞20を成長させる。このような実施形態において、1つまたは複数の乱流生成器64は、負圧面54に乱流を生成して、気泡42の合体および/または負圧面54への付着を防止するように構成されている。このため、バイオリアクタシステム10は、空気40と細胞培地22との間の界面積(すなわち、面密度)を大きくすることにより、細胞培地22における複数の細胞20の成長のための酸素(すなわち、空気40中に存在する)の移動速度を向上させるように構成されている。
【００３１】
図2は、本明細書のいくつかの実施形態に係る、図1のバイオリアクタシステム10の模式上面図である。図示の実施形態において、複数の細胞20および細胞培地22は、培養容器12に充填されている。加熱コンポーネント30は、培養容器12を取り囲んでいる。空気導入ノズル36は、培養容器12内に配設されている。図示の実施形態において、空気導入ノズル36は、円形断面を有するが、本明細書の範囲内で、空気導入ノズル36の断面の他の形状も考えられる。一例として、空気導入ノズル36の断面の形状は、培養容器12の断面に基づいていてもよい。さらに、インペラ18は、複数のブレード46およびハブ44が複数の細胞20および細胞培地22の少なくとも一部と接触するように、シャフト60を介して、培養容器12に対して動作可能に結合されていてもよい。動作時には、気泡42が負圧面54に蓄積する傾向にあり、1つまたは複数の乱流生成器64が負圧面54に乱流を生成するように構成されており、乱流生成器により生成された渦の形態の乱流によって、気泡42の合体および/または負圧面54への付着が防止される。いくつかの実施形態において、インペラ18および加熱コンポーネント30は、細胞培地22のpHレベル、DOレベル、および温度等、1つまたは複数の内部パラメータの維持を容易化する。内部パラメータを望ましい値に維持することによって、バイオリアクタシステム10の効率が向上する。
【００３２】
図3は、本技法の例示的な一実施形態に係る、例示的なインペラ108の斜視図である。図示の実施形態において、インペラ108は、ハブ144および複数のブレード146を具備する。
【００３３】
いくつかの実施形態において、ハブ144は、厚さ「T1」が直径「D」よりも小さな平坦ディスク状構成要素である。ハブ144は、モータまたは磁気ドライブに結合されたシャフトを受容するように中心に配設されたスロット168等のシャフト取り付け部を含んでいてもよい。複数のブレード146はそれぞれ、厚さ「T2」が長さ「L1」よりも小さな平坦正方形状または平坦長方形状構成要素である。各ブレード146は圧力面152および負圧面154を含むが、これらは、インペラ108の回転方向156に対して規定されている。さらに、各ブレード146は、先端縁170およびハブ縁172を含む。各ブレード146は、最大で規定の距離「L2」までハブ縁172から先端縁170まで延びたスロット174を含む。図示の実施形態において、スロット174は、ハブ縁172の中心から延びている。ブレード146は互いに離隔し、ハブ144の円周150の少なくとも一部に結合されている。一実施形態において、スロット174は、ハブ144の円周150にスナップ嵌合している。図示の実施形態において、インペラ108は、複数のブレード146それぞれの負圧面154の少なくとも一部に配設された1つまたは複数のリブ164を具備する。1つまたは複数のリブ164は、ろう付け、溶接等によって負圧面154に結合されている。このような実施形態において、1つまたは複数のリブ164は、第1の材料で作られており、複数のブレード146は、第1の材料と異なる第2の材料で作られている。いくつかの実施形態において、1つまたは複数のリブ164および各ブレード146は、ブレード146の不可欠な構成要素である。このような実施形態において、1つまたは複数のリブ164および複数のブレード146は、同じ材料で作られている。図示の実施形態において、各ブレード146は、先端縁170に近接して配設され、負圧面154に結合された3つのリブ164を具備する。1つまたは複数のリブ164は、リブアレイの形態で負圧面154上に配置されている。乱流生成器アレイの非限定的な例としては、渦の望ましい量および乱流生成器のサイズに基づいて、1×2、2×2、2×3、2×4等が挙げられる。図示の実施形態において、1つまたは複数のリブ164はそれぞれ、滑らかな縁部を有する。滑らかな縁部は、インペラ108の回転中の複数の細胞の望ましくない剪断を回避しつつ、気泡の合体の防止を容易化するため都合が良い。特定のブレード146に配設されたさまざまなリブ164は、寸法が同じであってもよいし、異なっていてもよい。一例においては、特定のブレード146の1つまたは複数のリブ164のうちの少なくとも1つのリブが、1つまたは複数のリブ164の他のリブの厚さ、長さ、または両方と異なる厚さ、長さ、または両方を有していてもよい。たとえば、ブレード146aは、長さ「L2」および厚さ「T3」のリブ164aと、長さ「L2」および厚さ「T3」と異なる長さ「L3」および厚さ「T4」のリブ164bとを具備する。ただし、ブレード146bは、複数のリブ164c、164d、164e具備しており、複数のリブ164c、164d、164eがそれぞれ、実質的に同じ長さ「L4」および厚さ「T5」を有する。一実施形態において、特定のブレード146上のリブ164は、当該ブレード146の負圧面等の単一表面の面積の約20%〜約40%を占めていてもよい。
【００３４】
なお、任意特定のブレード146に配設されたリブ164は、互いに平行であってもよいし、平行でなくてもよい。さらに、リブ164は、先端縁170に平行に配設されていてもよいし、先端縁170に対して約30°〜約150°の範囲の角度であってもよい。加えて、各リブ164は、図4に示すような連続部を含んでいてもよいが、図示はしていないものの、いくつかの他の実施形態において、1つまたは複数のリブ164は、一体となってリブ164を構成する不連続またはパターン化部を含んでいてもよい。さらに、リブ164は、単一の層で作られていてもよいし、複数の層で作られていてもよい。
【００３５】
動作時、インペラ108が回転すると、気泡が混入するとともに、負圧面154の圧力が低いことから、負圧面154に付着する傾向にある。さらに、気泡は、負圧面154上で互いに合体する傾向にある。リブ164は、負圧面154における気泡の合体を最小化または防止するのに用いられる。特に、リブ164によれば、細胞培地の一部がバイオリアクタシステム100の半径方向166に沿って流れる。半径方向166に沿った細胞培地の流れによって、負圧面154の周りに渦(参照番号176により大略表される)が発生するため、気泡の合体および/またはブレード146の負圧面154への付着が防止される。渦176によって、複数の細胞が損傷(剪断等)を受けることなく、気泡が分解されるため都合が良い。
【００３６】
図4は、本技法の例示的な一実施形態に係る、例示的なインペラ208の斜視図である。図示の実施形態において、インペラ208は、ハブ244と、互いに離隔し、ハブ244の円周250の少なくとも一部に結合された複数のブレード246とを具備する。
【００３７】
一実施形態において、インペラ208は、複数のブレード246のうちの1つおきのブレード246a、246b、および246cに配設された1つまたは複数の乱流生成器264を具備する。さらに、乱流生成器を有する1つおきのブレード246a、246b、および246cは、乱流生成器が同じであってもよいし、異なっていてもよい。図示の実施形態において、インペラ208は、複数のブレード246のうちのブレード246aの負圧面254に結合された1つまたは複数のリブ264aを具備する。インペラ208は、複数のブレード246のうちのブレード246bの負圧面254と圧力面252との間で延びた1つまたは複数の貫通開口264bを具備する。さらに、インペラ208は、複数のブレード246のうちのブレード246cの負圧面254に結合された1つのリブ264aと、ブレード246cの負圧面254と圧力面252との間で延びた1つの貫通開口264bとを具備する。図示の実施形態において、1つまたは複数のリブ264aは、リブアレイの形態でブレード246aの負圧面254上に配置されており、1つまたは複数の貫通開口264bは、貫通開口アレイの形態でブレード246bの負圧面254上に配置されている。
【００３８】
動作時、1つまたは複数のリブ264aによれば、細胞培地の一部がバイオリアクタシステムの半径方向166に沿って流れる。半径方向166に沿った細胞培地の流れによって、ブレード246a、246cの負圧面254の周りに渦176が発生する。同様に、1つまたは複数の貫通開口264bによれば、細胞培地の一部が1つまたは複数の貫通開口264bを介して、圧力面252から負圧面254まで流れる。1つまたは複数の貫通開口264bを通る細胞培地の流れによって、ブレード246b、246cの負圧面254の周りに渦176が発生する。このように、渦176によって、気泡の合体および/または負圧面254への付着が防止される。渦176によって、複数の細胞が損傷(剪断等)を受けることなく、気泡が分解されるため都合が良い。
【００３９】
図3および図4は、本明細書のインペラの代替の実施形態を示している。ただし、本明細書の範囲内で、ブレードおよび乱流生成器に関するいくつかの他の構成も考えられることに留意すること。一例として、図3のインペラ108においては、異なるブレード146が異なる数、サイズ、パターン、配向、およびこれらの組み合わせのリブ164aを有していてもよい。同様に、図4のインペラ208においては、ブレード246a、246b、および246cが図示と異なる乱流生成器を有していてもよく、たとえば、ブレード246cが窪み、突起等を有していてもよい。
【００４０】
図5は、本技法の例示的な一実施形態に係る、例示的なブレード346および1つまたは複数の貫通開口364の斜視図である。1つまたは複数の貫通開口364は、ブレード346の負圧面354と圧力面352との間で延びている。図示の実施形態において、貫通開口364は、貫通開口アレイの形態で負圧面354上に配置されている。図示の実施形態において、1つまたは複数の貫通開口364はそれぞれ、直径が等しい。いくつかの他の実施形態において、1つまたは複数の貫通開口364はそれぞれ、直径が異なる値であってもよい。さらに、1つまたは複数の貫通開口364は、円形状のプロファイルを有するように示しているが、長方形、正方形、長円形等、他の断面を有していてもよい。動作時には、細胞培地の一部が1つまたは複数の貫通開口364を介して、圧力面352から負圧面354まで流れる。1つまたは複数の貫通開口364を通る細胞培地の流れによって、負圧面354の周りに渦176が発生するため、気泡の合体および/または負圧面354への付着が防止される。渦176によって、複数の細胞が損傷(剪断等)を受けることなく、気泡が分解されるため都合が良い。
【００４１】
図6は、本技法の例示的な一実施形態に係る、例示的なブレード446および1つまたは複数の窪み464の斜視図である。1つまたは複数の窪み464は、ブレード446の負圧面454に配設されている。図示の実施形態において、1つまたは複数の窪み464は、窪みアレイの形態で負圧面454上に配置されている。一実施形態において、1つまたは複数の窪み464はそれぞれ、寸法および断面が類似であってもよいし、類似でなくてもよい。たとえば、特定の実施形態において、1つまたは複数の窪み464はそれぞれ、深さが異なっていてもよい。動作時、1つまたは複数の窪み464によれば、細胞培地の一部が半径方向166に沿って流れ、ブレード446の負圧面454の周りに渦176が発生するため、気泡の合体および/または負圧面454への付着が防止される。渦176によって、複数の細胞が損傷(剪断等)を受けることなく、気泡が分解されるため都合が良い。
【００４２】
図7は、本明細書の例示的な一実施形態に係る、例示的なブレード546および1つまたは複数の突起564の斜視図である。1つまたは複数の突起564は、ブレード546の負圧面554に配設されている。図示の実施形態において、1つまたは複数の突起564は、突起アレイの形態で負圧面454上に配置されている。特定の実施形態において、突起564は、厚さが同じであってもよい。特定の他の実施形態において、突起564のうちの1つまたは複数は、他の突起564の厚さと異なる厚さを有していてもよい。動作時、1つまたは複数の突起564によれば、細胞培地の一部が半径方向166に沿って流れ、それによってブレード546の負圧面554の周りに渦176が発生するため、気泡の合体および/または負圧面554への付着が防止される。渦176によって、複数の細胞が損傷(剪断等)を受けることなく、気泡が分解されるため都合が良い。
【００４３】
図8は、本明細書の例示的な一実施形態に係る、例示的なブレード646および1つまたは複数の溝664の斜視図である。1つまたは複数の溝664は、ブレード646の負圧面654に配設されている。図示の実施形態において、1つまたは複数の溝664は、溝アレイの形態で負圧面654上に配置されている。特定の実施形態において、溝664はそれぞれ、寸法が同じである。特定の他の実施形態において、1つまたは複数の溝664は、他の溝664の寸法と異なる寸法を有していてもよい。動作時には、溝664によって細胞培地の一部が半径方向166に沿って流れるため、ブレード646の負圧面654の周りに渦176が発生する。負圧面654に近接して渦が存在することにより、気泡の合体および/または負圧面654への付着が防止される。渦176によって、複数の細胞が損傷(剪断等)を受けることなく、気泡が分解されるため都合が良い。
【００４４】
図9は、本明細書の例示的な一実施形態に係る、例示的なブレード746および複数の乱流生成器764の斜視図である。図示の実施形態において、複数の乱流生成器764には、貫通開口764aおよび突起764bを含む。貫通開口764aは、負圧面754と圧力面752との間で延び、突起764bは、ブレード746の負圧面754に配設されている。図示の実施形態において、複数の乱流生成器764は、ブレード746の中心線780から先端縁770に向かって、ブレード746の表面積の50%にしか配設されていない。動作時には、1つまたは複数の乱流生成器764が負圧面754の周りに乱流を生成し、この乱流によって、細胞培地中の複数の細胞との空気の混合が改善される。
【００４５】
図10Aおよび図10Bは、本明細書の例示的な一実施形態に係る、リブ864を有する例示的なブレード846の斜視図である。一実施形態において、インペラは、複数の第1の貫通開口853を有するブレード846を具備しており、第1の貫通開口853がそれぞれ、ブレード846の負圧面854と圧力面852との間で延びている。リブ864は、複数の第2の貫通開口855を含む。図示の実施形態において、第1および第2の貫通開口853、855は、長方形状を有する。リブ864aは、第2の貫通開口855がそれぞれ対応する第1の貫通開口853と位置合わせされるように、負圧面854に結合されるように構成されている。動作時、第1および第2の貫通開口853、855それぞれによれば、細胞培地の一部が圧力面852から負圧面854まで流れる。第1および第2の貫通開口853、855を通る細胞培地の流れによって、負圧面854の周りに渦176が発生するため、気泡の合体および/または負圧面854への付着が防止される。渦176によって、複数の細胞が損傷(剪断等)を受けることなく、気泡が分解されるため都合が良い。図3〜図10の各実施形態において論じたような1つまたは複数の乱流生成器は、ブレードの負圧面に対して非平面状の表面を規定することにより、負圧面の周りに乱流を生成して、気泡の合体および/または負圧面への付着を防止するように構成されている。
【００４６】
図11は、本明細書の例示的な一実施形態に係る、例示的なブレード946および当該ブレード946に配設された複数の乱流生成器964の斜視図である。一実施形態において、複数の乱流生成器964には、異なる種類の乱流生成器の組み合わせを含む。異なる種類の乱流生成器は、細胞の体積、培地の体積、望ましい渦の数、インペラの回転速度等の因子に基づいて選択されるようになっていてもよいが、これらに限定されない。図示の実施形態において、複数の乱流生成器964には、リブ964a、貫通開口964b、窪み964c、突起964d、および溝964eを含む。一実施形態において、リブ964aは、ブレード946の負圧面954に結合されている。貫通開口964bは、ブレード946の負圧面954と圧力面952との間に延びている。窪み964c、突起964d、および溝964eは、ブレード946の負圧面954に配設されている。動作時、複数の乱流生成器964は、負圧面954に乱流を生成して、気泡の合体および/または負圧面954への付着を防止するように構成されている。
【００４７】
図12は、本明細書のいくつかの実施形態に係る、ブレード1046および複数のリブの模式図である。図示の実施形態において、複数のリブ1064は、ブレード1046の負圧面1054に結合されている。複数のリブ1064はそれぞれ、インペラのハブの半径方向軸166に対して、規定の角度「α」で傾斜している。いくつかの実施形態において、規定角「α」は、約30°〜約150°の範囲である。図示の実施形態において、規定角「α」は、30°である。さらに、複数のリブ1064はそれぞれ、平坦円滑面を有する。一実施形態において、規定角「α」で傾斜した各リブ1064は、負圧面1054に乱流を生成して、気泡の合体および/または負圧面1054への付着を防止する。さらに、各リブ1064は、培養容器内で気泡を均一に分散させることにより、複数の細胞の成長に相当量の酸素を供給する。特定の実施形態において、インペラは、ブレード1046の負圧面1054に配設可能な複数の溝を含んでいてもよい。このような実施形態において、各溝は、ハブの半径方向軸166に対して、規定の角度「α」で傾斜していてもよい。いくつかの実施形態において、規定角「α」は、約30°〜約150°の範囲であってもよい。
【００４８】
図13は、本明細書の例示的な一実施形態に係る、ブレード1146および複数のリブ1164の模式図である。図示の実施形態において、複数のリブ1164は、ブレード1146の負圧面1154に結合されている。複数のリブ1164はそれぞれ、インペラのハブの半径方向軸166に対して、規定の角度「β」で傾斜している。いくつかの実施形態において、規定角「β」は、約30°〜約150°の範囲である。図示の実施形態において、規定角「β」は、150°である。一実施形態において、規定角「β」で傾斜した各リブ1164は、負圧面1154に乱流を生成して、気泡の合体および/または負圧面1154への付着を防止する。さらに、各リブ1164は、培養容器内で気泡を均一に分散させることにより、複数の細胞の成長に相当量の酸素を供給する。いくつかの実施形態において、規定角「α」、「β」は、望ましい渦の数、インペラの回転速度、細胞培地への空気の均一な分散、またはこれらの組み合わせに基づいて選択されるようになっていてもよい。
【００４９】
図14は、本明細書の特定の実施形態に係る、ブレード1246およびリブ1264の模式図である。図示の実施形態において、リブ1264は、ブレード1246の負圧面1254に結合されている。リブ1264は、インペラのハブの半径方向軸166に対して、規定の角度「α」で傾斜している。さらに、リブ1264は、波形面を有する。具体的に、図示の実施形態においては、リブ1264の外側面(符号なし)が一連の平行リッジおよび溝を含むことにより、リブ1264に対して非平面状の表面をさらに与えている。一実施形態において、リブ1264は、負圧面1254に乱流を生成して、気泡の合体および/または負圧面1254への付着を防止するように構成されている。
【００５０】
図5〜図14は、1つまたは複数の乱流生成器を採用したブレードのいくつかの実施形態を示しているが、本願の範囲内で、乱流生成器の異なる位置決めおよび組み合わせも考えられることが了解され得る。一例として、図5においては、ブレード346が4×4アレイの貫通開口364を採用していてもよい。別の例においては、波形リブ1264の代わりに、負圧面1254の表面自体が波形面であってもよい。
【００５１】
図15は、剛性の支持容器1305と、支持容器中に取り付けられた可撓性バッグの使い捨て培養容器1312とを備えたバイオリアクタ1300の模式図である。培養容器1312は、ハブ1344およびハブの上面1351に結合された複数のブレード1346を備えた下部取り付け式磁気駆動インペラ1318を有する。上で論じた通り、ブレードは、乱流生成器(図示せず)を備える。ブレードの配向は垂直であってもよいが、たとえば垂直面に対して1〜50°の角度(10〜45°等)で垂直面に対して傾斜していてもよい。インペラは、培養容器の底壁1359に溶接された剛性プレート1358に取り付けられたシャフト1357の周りに回転するように、支持容器の底壁1356に取り付けられ、インペラと位置合わせされた磁気ドライブ1355により駆動される。培養容器には、培養前/培養中/培養後に液体および気体を出し入れする複数のポート1352が備えられている。支持容器1305は、たとえば温度制御液体を循環させて培養容器1312中の一定の所定温度を維持する二重壁(ジャケット)の形態の加熱または温度制御コンポーネント(図示せず)をさらに有していてもよい。
【００５２】
図16は、たとえば図15のバイオリアクタに用いられる磁気駆動インペラ1418の模式図である。インペラは、複数のブレード1446が円周1450および上面1451に結合されたハブ1444を備える。上で論じた通り、ブレードが乱流生成器(図示せず)を備える一方、ハブは、複数のインペラ磁石1461を備える。ブレードの配向は垂直であってもよいが、たとえば垂直面に対して1〜50°の角度(10〜45°等)で垂直面に対して傾斜していてもよい。インペラは、可撓性の培養容器の底壁1459に溶接された剛性プレート1458に取り付けられたシャフト1457の周りに回転するように、支持容器の底壁に取り付けられ、インペラと位置合わせされた回転磁気ドライブ1455により駆動される。あるいは、インペラは、プレート1458に対して回転可能に取り付けられたシャフトへの取り付けまたはシャフトとの一体形成が可能である。磁気ドライブは、複数の駆動磁石1462を備え、駆動モータ1463および駆動シャフト1465により回転される。
【００５３】
図17は、たとえば図15のバイオリアクタに用いられる更なる飛躍磁気駆動インペラ1518を模式的に示している。インペラは、複数のブレード1546がハブの円周1550および上面1551に結合されたハブ1544を備える。上で論じた通り、ブレードは、乱流生成器(図示せず)を備える。インペラは、支持容器の底壁に取り付けられ、当該インペラと位置合わせされた回転磁気ドライブ1555により駆動される。インペラのブレードの下方に位置付けられ、導管(図示せず)を介して気体源に接続された複数の多孔性スパージャプレート1566を介して、可撓性の培養容器に空気または気体が導入される。
【００５４】
本明細書で論じた1つまたは複数の実施形態によれば、1つまたは複数のブレードの負圧面に近接して乱流を生成する1つまたは複数の乱流生成器をインペラが具備するため都合が良い。これにより、本明細書のインペラによれば、バイオリアクタシステムの性能が向上する。1つまたは複数の乱流生成器は、気泡の合体および/または負圧面への付着を防止するとともに、気泡の分解を容易化する。気泡の合体または付着を防止することにより、空気と細胞培地との間の界面積(すなわち、面密度)が大きくなるため、ひいては細胞培地中のDOレベルが高くなる。DOレベルが高いと、細胞培地に存在する複数の細胞の細胞成長のための酸素移動速度の向上が容易となる。
【００５５】
本明細書においては、実施形態の特定の特徴のみを図示および説明したが、当業者であれば、多くの修正および変更に想到し得る。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の趣旨に含まれるものとして、このようなすべての修正および変更の網羅を意図していることが了解されるものとする。
【符号の説明】
【００５６】
10、1300  バイオリアクタシステム
12、1312  培養容器
14  加熱アセンブリ
16  空気導入ユニット、スパージャ
18、18a、18b、18c、208、1318、1418、1518  インペラ
19  バイオリアクタサブシステム
20  細胞
22  細胞培地
23  内側面
24  側壁
25  外側面
26  上部
28  下部
30  加熱コンポーネント
32  電源
34  電力ケーブル
36  空気導入ノズル
38  導管
40  空気
41  気体源
42  気泡
44、144、244、1344、1444、1544  ハブ
46、146、146a、146b、246、246a、246b、246c、346、446、546、646、746、846、946、1046、1146、1246、1346、1446、1546  ブレード
48  円周方向
50、150、250、1450、1550  円周
52、152、252、352、752、852、952  圧力面
54、154、254、354、454、554、654、754、854、954、1054、1154、1254  負圧面
56、156  回転方向
58  駆動ユニット
60  シャフト
64、164、264、364、464、564、664、764、864、964、1064、1164、1264  乱流生成器(リブ、貫通開口、窪み、突起、溝)
162  軸方向
164a、164b、164c、164d、164e、264a、264b、864a、964a  リブ
166  半径方向(軸)
168  スロット
170、770  先端縁
172  ハブ縁
174  スロット
176  渦
764a、964b  貫通開口
764b、964d  突起
780  中心線
853  第1の貫通開口
855  第2の貫通開口
964c  窪み
964e  溝
1305  支持容器
1351、1451、1551  上面
1352  ポート
1355、1455、1555  磁気ドライブ
1356  底壁
1357、1457  シャフト
1358、1458  プレート
1359、1459  底壁
1461  インペラ磁石
1462  駆動磁石
1463  駆動モータ
1465  駆動シャフト
1566  スパージャプレート
α、β  規定角
【図１】
2020500700.tif 000003
【図２】
2020500700.tif 000004
【図３】
2020500700.tif 000005
【図４】
2020500700.tif 000006
【図５】
2020500700.tif 000007
【図６】
2020500700.tif 000008
【図７】
2020500700.tif 000009
【図８】
2020500700.tif 000010
【図９】
2020500700.tif 000011
【図１０Ａ】
2020500700.tif 000012
【図１０Ｂ】
2020500700.tif 000013
【図１１】
2020500700.tif 000014
【図１２】
2020500700.tif 000015
【図１３】
2020500700.tif 000016
【図１４】
2020500700.tif 000017
【図１５】
2020500700.tif 000018
【図１６】
2020500700.tif 000019
【図１７】
2020500700.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】令和1年8月6日(2019.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオリアクタシステム(10、1300)用のインペラ(18、208、1318、1418、1518)であって、
スロット(168)を任意に含むハブ(44、144、244)と、
前記ハブ(44、144、244)の円周方向(48)に沿って配設され、互いに離隔した複数のブレード(46、146、246)であって、前記複数のブレード(46、146、246)のそれぞれが前記ハブ(44、144、244)の円周(50、150、250)若しくは上面(1351、1451、1551)又はその両方の少なくとも一部に結合され、前記複数のブレード(46、146、246)の各ブレードが圧力面(52、152、252)および負圧面(54、154、254)を含む、複数のブレード(46、146、246)と、
前記複数のブレード(46、146、246)のうちの1つのブレードの前記負圧面(54、154、254)若しくは前記圧力面(52、152、252)又はその両方の少なくとも一部に配設された1つまたは複数の乱流生成器(64、164、264)と、
を備えるインペラ(18、208、1318、1418、1518)。
【請求項２】
前記インペラ(18、208)が、ラシュトンインペラ等のラジアルインペラである、請求項1に記載のインペラ(18、208、1418)。
【請求項３】
前記1つまたは複数の乱流生成器(64)が、前記負圧面(54、154)に結合されたリブ(164)を備え、前記リブ(164)が、前記ハブ(44、144)の半径方向軸(166)に対して、約30°から約150°までの範囲の角度で傾斜した、請求項1または2に記載のインペラ(18、208)。
【請求項４】
前記複数のブレードのうちの前記1つのブレード(846)が、前記負圧面(854)と前記圧両面(852)との間で延びた第1の貫通開口(853)を含み、前記リブ(864a)が、第2の貫通開口(855)を含み、前記リブ(864a)が、前記第2の貫通開口(855)が前記第1の貫通開口(853)と位置合わせされるように、前記負圧面(854)に結合された、請求項3に記載のインペラ(18、208)。
【請求項５】
前記1つまたは複数の乱流生成器(1264、1064)が、
a) 波形面または平坦円滑面、
b) 前記負圧面(354)と前記圧両面(352)との間で延びた貫通開口(364)、
c) 窪み、
d) 突起、及び
e) リブアレイ(164)、窪みアレイ(464)、貫通開口アレイ(364)、突起アレイ(564)、またはこれらの組み合わせ、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載のインペラ(18、208)。
【請求項６】
前記1つまたは複数の乱流生成器(164)が、前記複数のブレード(146)のうちの前記1つのブレードの先端縁(170)に近接して配設された、請求項1から11のいずれか一項に記載のインペラ(18、208)。
【請求項７】
細胞培地(22)に分散した複数の細胞(20)の培養に用いられる培養容器(12、1312)と、
前記培養容器(12、1312)内に配設され、前記細胞培地(22)および前記複数の細胞(20)を撹拌するように構成された少なくとも1つのインペラ(18、208、1318、1418、1518)と、
を備えるバイオリアクタサブシステム(19)であって、
前記少なくとも1つのインペラ(18、208、1318、1418、1518)が、
スロット(168)を任意に含むハブ(44、144、244)と、
前記ハブ(44、144、244)の円周方向(48)に沿って配設され、互いに離隔した複数のブレード(46、146、246)であって、前記複数のブレード(46、146、246)のそれぞれが前記ハブ(44、144、244)の円周(50、150、1450、1550)若しくは上面(1351、1451、1551)又はその両方の少なくとも一部に結合され、前記複数のブレード(46、146、246)の各ブレードが圧力面(52、152、252)および負圧面(54、154、254)を含む、複数のブレード(46、146、246)と、
前記複数のブレード(46、146、246)のうちの1つのブレードの前記負圧面(54、154、254)若しくは前記圧力面(52、152、252)又はその両方の少なくとも一部に配設された1つまたは複数の乱流生成器(64、164、264)と、
を備え、
前記1つまたは複数の乱流生成器(964)が、リブ(964a)、貫通開口(964b)、窪み(964c)、突起(964d)、溝(964e)、またはこれらの組み合わせを任意に含む、バイオリアクタサブシステム(19)。
【請求項８】
前記インペラ(18、208)が、ラシュトンインペラ等のラジアルインペラである、請求項7に記載のバイオリアクタサブシステム(19)。
【請求項９】
細胞培地(22)に分散した複数の細胞(20)の培養に用いられる培養容器(12、1312)と、
前記培養容器(12)に結合されて前記細胞培地(22)を所定の温度に維持する加熱アセンブリ(14)と、
前記培養容器(12、1312)に対して動作可能に結合され、空気(40)を前記培養容器(12、1312)に注入するように構成された空気導入ユニットまたはスパージャ(16、1566)と、
前記培養容器(12、1312)内に配設され、前記細胞培地(22)および前記複数の細胞(20)を撹拌するように構成された少なくとも1つのインペラ(18、208、1318、1418、1518)と、を備えるバイオリアクタシステム(10、1300)であって、
前記少なくとも1つのインペラ(18、208、1318、1418、1518)が、
スロット(168)を任意に含むハブ(44、144、244)と、
前記ハブ(44、144、244)の円周方向(48)に沿って配設され、互いに離隔した複数のブレード(46、146、246)であって、前記複数のブレード(46、146、246)のそれぞれが前記ハブ(44、144、244)の円周(50、150、1450、1550)若しくは上面(1351、1451、1551)又はその両方の少なくとも一部に結合され、前記複数のブレード(46、146、246)の各ブレードが圧力面(52、152、252)および負圧面(54、154、254)を含む、複数のブレード(46、146、246)と、
前記複数のブレード(46、146、246)のうちの1つのブレードの前記負圧面(54、154、254)若しくは前記圧力面(52、152、252)又はその両方の少なくとも一部に配設された1つまたは複数の乱流生成器(64、164、264)と、
を備え、
前記1つまたは複数の乱流生成器(964)が、リブ(964a)、貫通開口(964b)、窪み(964c)、突起(964d)、溝(964e)、またはこれらの組み合わせを含む、バイオリアクタシステム(10、1300)。
【請求項１０】
前記インペラ(18、208)が、ラシュトンインペラ等のラジアルインペラである、請求項9に記載のバイオリアクタシステム(10、1300)。
【請求項１１】
前記ハブ(44、144、244)を介して、および任意でシャフト(60、1357、1457、1465)を介して、前記少なくとも1つのインペラ(18、208、1318、1418、1518)に対して動作可能に結合された駆動ユニット(58、1355、1455、1555)をさらに備えた、請求項9又は10に記載のバイオリアクタシステム(10、1300)。
【国際調査報告】
2020500700.tif 000021
2020500700.tif 000022
2020500700.tif 000023
2020500700.tif 000024
2020500700.tif 000025