[发明专利]用于细胞培养的微流控装置和方法

说明书

本发明涉及用于培养细胞的多层微流控生物反应器和方法。带凹槽的半透性基底可以使用灌注培养方法来捕获细胞和使细胞生长。微流控几何形状引导流体在凹槽上流动以用于细胞扩增并沿凹槽流动以用于细胞收获。一些实施方案被优化成用于对细胞的生长的高密度和自动化处理。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年5月13日提交的澳大利亚临时专利申请2019901630的优先权，其内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于细胞培养的微流控生物反应器和方法。本发明特别但不限于涉及用于高密度细胞培养的微流控生物反应器，其允许将多个细胞培养过程集成到单个装置中。

背景技术

细胞和基因疗法涉及对从患者血液中提取的细胞进行修饰，并且可以在单次治疗中提供对一些癌症和遗传疾病的治愈。随着细胞和基因疗法从临床概念证明进展到监管批准和产品许可，主要障碍将是患者特异性的治疗的超出规模。据估计，美国和欧盟的细胞和基因疗法市场每年将增长超过200,000次患者特异性治疗。用于用治疗性基因修饰人类细胞的目前方法包括以下步骤：a)从人类血液中纯化血干细胞或免疫细胞；b)使用病毒或非病毒递送系统将治疗性DNA或RNA引入靶细胞；c)通过组织培养若干天使得经转导细胞的有丝分裂活化，以促进病毒进入和稳定的基因组整合。慢病毒载体是临床试验中较常使用的载体之一，因为它们相对安全，对细胞的毒性最小，并且基因转移率高。传统过程涉及对大规模集中制造设施的大量投资，其利用人工、基于烧瓶的培养工艺。这些工艺不仅复杂且劳动密集，而且它们容易出现操作错误，并且由于使用开放式烧瓶而带来污染风险。此外，这些过程不容易扩展到临床疗法。

目前在组织培养物中培养细胞的方法由于缺乏扩大规模或由于不利的氧梯度限制了可以生长的细胞的数量，其可能是低效的，特别是对于具有高需氧量的细胞类型，例如肝细胞。这些规模有限的生产过程繁琐且成本高昂。此外，已知的组织培养设备可能因流体剪切应力导致大量介质流中非黏附细胞的损失而是低效的，特别是具有对剪切应力的低耐久性的细胞类型，例如人类胚胎细胞。这可能由于对最大灌注速率的限制而限制细胞可以生长的密度。

期望的是，克服或改善以上问题中的一个或更多个，或者至少提供有用的替选方案。

本文中包括的本发明的背景的讨论包括对文件、法案、材料、装置、物品等的引用，以解释本发明的上下文。这不应被视为承认或建议所引用的任何材料在任何权利要求的优先权日已公布、已知或属于公知常识。

发明内容

从一个方面来看，本公开内容提供了用于细胞培养的多层微流控生物反应器，该多层微流控生物反应器包括集箱(header)层、基础层和在集箱层与基础层之间的流体可渗透的流动层。流动层包含上表面和下表面，并且上表面包含用于保留细胞的一个或更多个凹槽。基础层提供用于在流动层中进行气体交换的气体流动路径。集箱层被配置成在流动层上表面上限定流动通道，并且集箱层包括：(i)第一入口端口；(ii)第一出口端口；(iii)一个或更多个第一流体入口，其提供第一入口端口与流动通道之间的流体连通；以及(iv)一个或更多个第一流体出口，其提供流动通道与第一出口端口之间的流体连通。一个或更多个流体入口和一个或更多个流体出口位于集箱中，使得从一个或更多个流体入口进入流动通道的流体以第一流动方向朝向一个或更多个流体出口移动，该第一流动方向交叉于至少一个凹槽以使至少一个凹槽中接收到的细胞的破坏最小化。在这样的布置中，细胞和培养基可以进入第一入口端口并流过凹槽，在第一出口端口处以第一流动方向离开，该第一流动方向是横向流动方向。