DE102022115737B3 - Device and method for automated cell cultivation - Google Patents
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Abstract
Das beanspruchte Inkubator-System umfasst einen Inkubator mit einem festgelegten inneren Volumen; mehrere flexible, schwimmend in einem entsprechenden Rahmen eingespannte Zellkulturbeutel für jede der mehreren Zellkulturen; mehrere, mit den jeweiligen Zellkulturbeuteln in Verbindung stehende Prozessschleusen mit manuell oder automatisch betätigbaren inneren und äußeren Schleusentüren; eine mit jedem der flexiblen Zellkulturbeutel verbundene automatische Agitationsvorrichtung; ein inneres und ein äußeres Inkubator-Achssystem zur automatischen Anbindung mehrerer in das Inkubator-System integrierter Hardware-Komponenten an die mehreren Zellkulturen; einen außerhalb des Inkubators auf dem äußeren Inkubator-Achssystem montierten Zellzähler mit einer für jeden Zellkulturbeutel separat vorgesehen Messküvette, wobei der Zellzähler mithilfe des äußeren Inkubator-Achssystems vor den Prozessschleusen positionierbar ist; ein mit dem inneren Inkubator-Achssystem verbundenes automatisches Wägesystem mit Wägezellen; und ein mit jeder der mehreren Zellkulturen verbundenes Nährmittel-Reservoir, wobei jedem Zellkulturbeutel ein eigenes Nährmittel-Reservoir zugeordnet ist.The claimed incubator system comprises an incubator with a fixed internal volume; multiple flexible cell culture bags floating in a respective frame for each of the multiple cell cultures; several process locks connected to the respective cell culture bags, with inner and outer lock doors that can be actuated manually or automatically; an automatic agitation device associated with each of the flexible cell culture bags; an inner and an outer incubator axis system for automatically connecting multiple hardware components integrated into the incubator system to the multiple cell cultures; a cell counter mounted outside the incubator on the outer incubator axis system with a measuring cuvette provided separately for each cell culture bag, wherein the cell counter can be positioned in front of the process locks with the aid of the outer incubator axis system; an automatic weighing system with load cells connected to the inner incubator axis system; and a nutrient reservoir associated with each of the plurality of cell cultures, each cell culture bag being associated with its own nutrient reservoir.
Description
Gebiet der Erfindungfield of invention
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Inkubator-System zur automatisierten Zellkultivierung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein solches Inkubator-System zur gleichzeitigen automatisierten Kultivierung mehrerer Zellkulturen. Ganz speziell betrifft die Erfindung ein Inkubator-System zur Kultivierung mehrerer Zellkulturen, die identische, kontrollierbare Umgebungsbedingungen aufweisen.The present invention generally relates to an incubator system for automated cell cultivation. In particular, the invention relates to such an incubator system for the simultaneous, automated cultivation of a plurality of cell cultures. The invention relates very specifically to an incubator system for cultivating a number of cell cultures which have identical, controllable environmental conditions.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur gleichzeitigen automatisierten Zellkultivierung mehrerer Zellkulturen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Inkubator-Systems.Furthermore, the present invention also relates to a method for the simultaneous automated cell cultivation of a plurality of cell cultures using the incubator system according to the invention.
Hintergrund der Erfindung/Stand der TechnikBackground of the Invention/Prior Art
In der Biotechnologie existieren mehrere Systeme bzw. Prozesse, um Zellkulturen zu vermehren, d.h., zu kultivieren. Hierbei ist es das Ziel, Zellen einer Ausgangs-Zellkultur die Zellteilung zu ermöglichen, um eine gewünschte Zellkulturgröße (d.h., ein bestimmtes Volumen) und/oder eine gewünschte Zelldichte (bspw. Zellen/ml) zu erhalten. Zellen als biologische Systeme stellen hierbei je nach Typ ganz verschiedene Anforderungen an die Umgebung bzw. an das sie umgebende Medium, bspw. hinsichtlich Temperatur, Luftfeuchte, pH-Wert, Volumen-Oberflächen-Verhältnis, Agitation, etc. Die Einflüsse sind dabei teilweise unterschiedlich:
- - Temperatur Es ist nachgewiesen, dass bspw. bei Säuger-Zellen eine Temperaturabweichung von weniger als 1°C von der Solltemperatur einen Effekt auf die Zellkultivierung hat. Teilweise wird das bewusst dazu benutzt, ein Wachstum bspw. zu verlangsamen oder die Zellreaktion zu beeinflussen. In Inkubatoren wird dies bspw. mittels Peltier-Elementen, geregelter Warmluft oder einem geregelten Wassermantel eingestellt.
- - pH-Wert Zellen bzw. Zellkulturen sind pH-Wert-sensitiv. Es existieren verschiedene Möglichkeiten, diesen Wert zu regulieren. Sofern es notwendig ist, wird dem Zellkultur-Medium ein Puffer hinzugefügt, der in Reaktion mit der äußeren Atmosphäre die Regulierung einstellt (bspw. durch die Zugabe von Carbonat in Verbindung mit einer CO2angereicherten Atmosphäre). Eingestellt wird dies systemspezifisch über der Suspension hinzugefügte Puffer und die äußere Atmosphäre, bspw. über den CO2-Gehalt, der z.B. mittels Masseflussreglern eingestellt wird. Es kann aber auch dem Inkubatorvolumen eine vorgefertigte Gasmischung hinzugefügt werden.
- - Agitation Zellen neigen dazu, zu sedimentieren. Dadurch werden „überschichtete“ Zellen weniger gut mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt. Es existieren verschiedene Ansätze, die Zellen zu agitieren, bspw. die Zell-Suspension mit Gas zu durchspülen und dadurch die Suspension zu durchmischen, es können Rührer benutzt werden oder der ZellkulturBehälter kann geschüttelt oder gewippt werden. Die Art der Agitation hängt sowohl vom Zellkulturbehälter (Beutel, Tank, Hohlfasern, Flasche, etc.) als auch von der Zellkultur selbst ab. So besitzen Säugerzellen keine stabile Zellwand, sondern nur eine Zellmembran. Hierdurch sind sie empfindlich für Scherkräfte, eingebracht durch die Agitationsmethode, die die Zellen schädigen können. Bei einer Wippe (engl. wave reactor) stellen der Kippwinkel und die Frequenz die Freiheitsgrade dar. Andere Methoden werden bspw. über die Geometrie und die Drehzahl des Rührers definiert.
- - Sauerstoffsättigung Zellen benötigen zum Wachstum eine ausreichende Sauerstoffversorgung. Abgeschlossene Zellkulturbeutel bieten diverse Vorteile, da diese steril verpackt geliefert werden, und sowohl kostengünstig als auch in verschiedenen Volumina einfach verfügbar und nach Gebrauch einfach entsorgbar sind (was Kreuzkontamination verhindert). Der Austausch von Gasen, hier Sauerstoff und CO2, erfolgt dabei mittels Diffusion durch die Beutelwand hindurch. Aus diesem Grund ist eine möglichst große bzw. definierte Oberfläche pro Volumen wichtig und ein entscheidendes Kriterium. Durch die Diffusion der Gasmoleküle durch die Wand des Zellkulturbeutels findet der Gasaustausch bei der Zellkultivierung statt. Ein großes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen des Beutels ist daher grundlegend von Vorteil, da dann mehr Fläche für den besagten Austausch zur Verfügung steht. Sollen die Diffusionsprozesse zeitlich gesteuert werden, kann die Kontrolle des Verhältnisses Oberfläche zu Volumen ganz allgemein von Vorteil sein. Das Material des Zellkulturbeutels kann bspw. Polyethylen, PE; Polypropylen, PP; oder Polytetrafluorethylen, PTFE) sein.
- - Temperature It has been proven that, for example in mammalian cells, a temperature deviation of less than 1°C from the target temperature has an effect on cell cultivation. This is sometimes used deliberately, for example to slow down growth or to influence the cell reaction. In incubators, this is set, for example, by means of Peltier elements, controlled warm air or a controlled water jacket.
- - pH value Cells or cell cultures are pH value sensitive. There are various ways to regulate this value. If necessary, a buffer is added to the cell culture medium, which stops regulating in reaction to the external atmosphere (e.g. by adding carbonate in connection with a CO 2 -enriched atmosphere). This is set system-specifically via the buffers added to the suspension and the external atmosphere, for example via the CO 2 content, which is set, for example, by means of mass flow controllers. However, a ready-made gas mixture can also be added to the incubator volume.
- - Agitation Cells tend to sediment. As a result, "overlayered" cells are less well supplied with nutrients and oxygen. There are various approaches to agitating the cells, for example flushing the cell suspension with gas and thus mixing the suspension, stirrers can be used or the cell culture container can be shaken or rocked. The type of agitation depends both on the cell culture container (bag, tank, hollow fibers, flask, etc.) and on the cell culture itself. Mammalian cells do not have a stable cell wall, only a cell membrane. This makes them sensitive to shear forces introduced by the agitation method, which can damage the cells. In the case of a wave reactor, the tilt angle and the frequency represent the degrees of freedom. Other methods are defined, for example, via the geometry and the speed of the stirrer.
- - Oxygen saturation Cells need an adequate supply of oxygen to grow. Sealed cell culture bags offer several advantages as they are supplied in sterile packaging, are inexpensive, are readily available in various volumes and are easily disposable after use (which prevents cross-contamination). The exchange of gases, in this case oxygen and CO 2 , takes place by means of diffusion through the bag wall. For this reason, the largest possible or defined surface per volume is important and a decisive criterion. The gas exchange during cell cultivation takes place through the diffusion of the gas molecules through the wall of the cell culture bag. A large surface area to volume ratio of the bag is therefore fundamentally advantageous, since more surface area is then available for said exchange. In general, controlling the surface-to-volume ratio can be beneficial if the diffusion processes are to be time controlled. The material of the cell culture bag can be, for example, polyethylene, PE; Polypropylene, PP; or polytetrafluoroethylene, PTFE).
Sind diese zellspezifischen Bedingungen nicht gegeben bzw. nicht hinreichend erfüllt, stellt sich eine verminderte Zellteilungsrate bzw. ein Zellsterben ein.If these cell-specific conditions are not present or not sufficiently met, a reduced rate of cell division or cell death occurs.
Zwei bekannte und effektiv genutzte Prozesse, um eine Zellkultivierung durchzuführen, sind das Batch- bzw. das Fed-Batch-Verfahren. Im Batch-Verfahren wird die Ausgangszellkultur mit einer gewissen Menge an Nährstoffen in ein bestimmtes Volumen gegeben. Sofern die Umgebungsbedingungen geeignet sind, vermehren sich die Zellen so lange, bis das Nährmedium aufgebraucht ist. Beim Fed-Batch-Verfahren wird das singuläre Batch-Verfahren mehrfach durchlaufen, indem der Zellkultur zu geeigneten Zeitpunkten weitere Nährstoffe zugegeben werden, um einen weiteren Kultivierungs-Zyklus zu durchlaufen. Dieser Prozess endet in der Regel bei Erreichen der gewünschten Kultur-Größe und/oder der gewünschten Zelldichte. Um eine optimale Nährstoffzugabe zu ermitteln, wird in der Regel eine Probe der aktuellen Zellkultur gezogen, welche über bestimmte Verfahren auf die aktuelle Zelldichte und die Zellvitalität schließen lässt. Dabei werden Apparate zur Bestimmung der Zellanzahl und somit der Zelldichte (Anzahl bezogen auf ein definiertes Prüfvolumen) verwendet, diese basieren zumeist auf optischen Messverfahren (bspw. Aufnahme einer mikroskopischen Abbildung mittels einer Digitalkamera mit anschließender automatischer Bildauswertung). Durch die Aufnahme aufeinanderfolgender Bilder kann zudem auf die Zelldynamik bzw. Vitalität geschlossen werden. Viele Systeme lassen sich effektiver durch ein Fed-Batch-Verfahren als durch ein singuläres Batch-Verfahren kultivieren.Two well-known and effectively used processes for cultivating cells are the batch and fed-batch processes. in batch In this method, the starting cell culture is placed in a specific volume with a specific amount of nutrients. If the environmental conditions are suitable, the cells multiply until the nutrient medium is used up. In the fed-batch process, the singular batch process is run through several times by adding further nutrients to the cell culture at suitable times in order to run through another cultivation cycle. This process usually ends when the desired culture size and/or cell density is reached. In order to determine an optimal addition of nutrients, a sample is usually taken from the current cell culture, which allows conclusions to be drawn about the current cell density and cell vitality using certain methods. Apparatuses are used to determine the number of cells and thus the cell density (number in relation to a defined test volume). These are mostly based on optical measuring methods (e.g. recording a microscopic image using a digital camera with subsequent automatic image evaluation). By recording consecutive images, conclusions can also be drawn about the cell dynamics or vitality. Many systems can be cultivated more effectively by a fed batch process than by a single batch process.
Die Kultivierungs-Zyklen eines Fed-Batch-Verfahrens hängen sehr stark vom Einsatzzweck bzw. der Zellkultur selbst ab. Dies bedeutet, dass für eine effektive Kultivierung der jeweilige Zyklus unabhängig von Tageszeit bzw. Wochentag durchgeführt werden muss. Da sich im Laufe der Zellkultivierung auch das Kulturvolumen erhöht, erfordert die Erfüllung der Bedingung eines konstanten bzw. eingestellten Volumen-Oberflächen-Verhältnisses (hier geht es um den für die Zellkultivierung dringend erforderlichen Gasaustausch zwischen Zellkultur im Beutel und der Umgebung - über das möglichst genaue Einstellen des Verhältnisses Oberfläche des Beutels zu Volumen des Beutels lässt sich der Gasaustausch und somit einer der wesentlichen Parameter der Zellkultivierung selbst steuern - vgl. weiter oben) in der Regel die Umfüllung der Zellsuspension in ein größeres Volumen. Hierzu muss das sterile Umfeld aufgebrochen und es müssen neue sterile Verbindungen hergestellt werden. Diese regelmäßigen Arbeiten können derzeit nicht oder nur mit sehr hohem technischen Aufwand automatisiert durchgeführt werden, insbesondere, wenn mehrere Zellkulturen gleichzeitig kultiviert werden sollen. Weiterhin ist eine Zellkultivierung stark von der Ausgangs-Zellkultur abhängig, weswegen eine vorbereitete, standardisierte, sterile Verbindung wirtschaftlich nur schwer abbildbar ist. Dies führt dazu, dass solche Arbeiten manuell mit hohem Aufwand und einem regelmäßig wiederkehrenden Kontaminations-Risiko behaftet sind.The cultivation cycles of a fed-batch process depend very much on the intended use or the cell culture itself. This means that for effective cultivation, the respective cycle must be carried out regardless of the time of day or day of the week. Since the culture volume also increases in the course of cell cultivation, the fulfillment of the condition requires a constant or set volume-to-surface ratio (here it is about the gas exchange between the cell culture in the bag and the environment, which is urgently required for cell cultivation - via the most precise possible By adjusting the ratio of the surface of the bag to the volume of the bag, the gas exchange and thus one of the essential parameters of the cell cultivation itself can be controlled - cf. above), usually the decanting of the cell suspension into a larger volume. To do this, the sterile environment must be broken and new sterile connections must be made. This regular work cannot currently be carried out automatically, or only with a very high level of technical effort, especially if several cell cultures are to be cultivated at the same time. Furthermore, cell cultivation is heavily dependent on the starting cell culture, which is why a prepared, standardized, sterile connection is difficult to reproduce economically. As a result, such manual work is associated with a great deal of effort and a regularly recurring risk of contamination.
Bisher im Stand der Technik beschriebene bzw. kommerziell erhältliche Systeme bieten sowohl automatisierte Zellkultivierungen als auch expandierbare Zellkulturbeutel an.Systems that have been described in the prior art or are commercially available offer both automated cell cultivation and expandable cell culture bags.
So offenbart bspw. die
In der
In der
Aus der
Schließlich offenbart die
Nachteilig an den Systemen des Standes der Technik ist vor allem, dass sich diese überwiegend auf eine einzelne Zellkultur zur gleichen Zeit beschränken bzw. bei Verwendung von mehreren Zellkulturbehältern sich diese nicht getrennt voneinander in jeweils geschlossenen Systemen befinden, so dass es zu Kreuzkontaminationen kommen kann. Zudem ist eine Bewahrung der sterilen Barriere während des gesamten Kultivierungsprozesses (auch über mehrere Tage) nicht möglich. Die Systeme des Standes der Technik verfügen zudem über einen geringen Automatisierungsgrad und machen hohe Werkereingriffe notwendig. Zudem ermöglichen Sie nur eine geringe Kontrolle über den Kultivierungsprozess (Erfassung des IST-Zustand, Nachregeln des Nährmediums, Kontrolle des Gasaustauschs, etc.).The main disadvantage of the systems of the prior art is that they are predominantly limited to a single cell culture at the same time or, when using several cell culture containers, they are not located separately from each other in closed systems, so that cross-contamination occurs can. In addition, it is not possible to maintain the sterile barrier during the entire cultivation process (even over several days). The systems of the prior art also have a low degree of automation and require a high level of worker intervention. In addition, they allow only little control over the cultivation process (recording of the actual state, readjustment of the nutrient medium, control of the gas exchange, etc.).
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Inkubator-System zur gleichzeitigen automatisierten Kultivierung mehrerer Zellkulturen so weiterzuentwickeln, dass die geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.The invention is therefore based on the object of further developing an incubator system for the simultaneous automated cultivation of a plurality of cell cultures in such a way that the disadvantages of the prior art described are avoided.
Diese und weitere Aufgaben werden durch das Inkubator-System nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 17 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.These and other objects are solved by the incubator system according to
Figurenlistecharacter list
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt
-
1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Inkubator-Systems; -
2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen in einem Rahmen gefassten Zellkulturbeutels mit einem Zellzähler-Kreislauf; -
3 eine schematische Schnittzeichnung des teilweise gefülltem Zellkulturbeutels aus2 mit Quetschrollen und der Nährmittel-Zufuhr; und -
4 eine schematische Schnittzeichnung eines Ausschnitts aus1 .
-
1 a schematic representation of the incubator system according to the invention; -
2 a schematic representation of the cell culture bag according to the invention, framed in a frame, with a cell counter circuit; -
3 a schematic sectional drawing of the partially filledcell culture bag 2 with squeeze rollers and the nutrient feeder; and -
4 a schematic sectional drawing of asection 1 .
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Gegenüber dem beschriebenen Stand der Technik bietet die Erfindung die Möglichkeit, mehrere Zellkulturen, getrennt in einem jeweils geschlossenen System, zu kultivieren. Hierbei ist sowohl das Batch- als auch Fed-Batch-Verfahren anwendbar. Die Zellkulturen sind dabei nicht auf eine spezielle Art von Zellen, bspw. CAR-T-Zellen, eingeschränkt. Um eine gemeinsame Kultivierung zu ermöglichen, müssen die jeweiligen Zellkulturen identische, ideale Umgebungsbedingungen besitzen (bspw. Temperatur, pH-Wert, Luftfeuchte, etc.). Kern der Erfindung ist die entsprechende Ausrüstung eines Inkubators mit entsprechenden automatisierten Hardware-Komponenten, durch die die jeweiligen Umgebungsbedingungen bereitgestellt werden und eine vollautomatische Zellkultivierung möglich wird, ohne dass die Beutel wie bisher während des Prozesses immer wieder aus dem Inkubator entnommen und manuell manipuliert werden müssen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die in-situ-Integration von Messverfahren in den laufenden Zellkultivierungsprozess, ohne dabei die Gefahr bzw. das Risiko einer Kontamination zu erhöhen. Das innere Volumen des Inkubators, d.h., dessen gesamter Innenbereich, wird dabei mithilfe entsprechender Prozesstechnik hinsichtlich Temperatur, Luftfeuchte sowie Zusammensetzung der Gasatmosphäre genau auf die zu prozessierende(n) Zellkultur(en) eingestellt.Compared to the prior art described, the invention offers the possibility of cultivating several cell cultures separately in a closed system in each case. Both the batch and the fed-batch method can be used here. The cell cultures are not limited to a specific type of cell, such as CAR-T cells. In order to enable joint cultivation, the respective cell cultures must have identical, ideal environmental conditions (e.g. temperature, pH value, humidity, etc.). The core of the invention is the corresponding equipment of an incubator with corresponding automated hardware components, through which the respective environmental conditions are provided and a fully automatic cell cultivation becomes possible without the bags having to be removed from the incubator again and again during the process and manipulated manually . The present invention enables the in situ integration of measurement methods into the ongoing cell cultivation process without increasing the danger or risk of contamination. The inner volume of the incubator, i.e. its entire interior, is adjusted precisely to the cell culture(s) to be processed with the help of appropriate process technology in terms of temperature, humidity and composition of the gas atmosphere.
Beansprucht wird ein Inkubator-System zur gleichzeitigen automatisierten Kultivierung mehrerer Zellkulturen, wobei die mehreren Zellkulturen jeweils in einem geschlossenen System angeordnet sind und identische, kontrollierbare Umgebungsbedingungen aufweisen. Das Inkubator-System umfasst dabei einen Inkubator mit einem festgelegten inneren Volumen; mehrere flexible, schwimmend in einem entsprechenden Rahmen eingespannte Zellkulturbeutel für jede der mehreren Zellkulturen, wobei die jeweiligen Rahmen für die mehreren Zellkulturen in den Inkubator einbringbar sind, und wobei jeder Rahmen an entsprechenden im Inkubator angebrachten Haltepunkten aufnehmbar ist; mehrere, mit den jeweiligen Zellkulturbeuteln in Verbindung stehende Prozessschleusen mit manuell oder automatisch betätigbaren inneren und äußeren Schleusentüren zur Anbindung von Komponenten an jeden bzw. Probeentnahme aus jedem der mehreren flexiblen Zellkulturbeutel; eine mit jedem der flexiblen Zellkulturbeutel verbundene automatische Agitationsvorrichtung, wodurch jeder der mehreren Zellkulturbeutel entweder einzeln oder im Verbund agitierbar ist; ein inneres und ein äußeres Inkubator-Achssystem zur automatischen Anbindung mehrerer in das Inkubator-System integrierter Hardware-Komponenten an die mehreren Zellkulturen; einen außerhalb des Inkubators auf dem äußeren Inkubator-Achssystem montierten Zellzähler zur Messung des Zellkultur-Volumens bzw. der Zelldichte mit einer durch ein Teleskopschienensystem mit dem Inkubator verbundenen, automatisch in den Zellzähler ein- und wieder ausführbaren, für jeden Zellkulturbeutel separat vorgesehenen Messküvette, wobei der Zellzähler mithilfe des äußeren Inkubator-Achssystems vor den Prozessschleusen positionierbar ist; ein mit dem inneren Inkubator-Achssystem verbundenes automatisches Wägesystem mit Wägezellen; und ein mit jeder der mehreren Zellkulturen verbundenes Nährmittel-Reservoir, wobei jedem Zellkulturbeutel ein eigenes Nährmittel-Reservoir zugeordnet ist.An incubator system for the simultaneous, automated cultivation of a number of cell cultures is claimed, with the number of cell cultures each being arranged in a closed system and having identical, controllable environmental conditions. The incubator system comprises an incubator with a fixed internal volume; a plurality of flexible cell culture bags floatingly clamped in a respective frame for each of the plurality of cell cultures, the respective frames for the plurality of cell cultures being insertable into the incubator and each frame being receivable at respective mounting points provided in the incubator; a plurality of process airlocks connected to the respective cell culture bags with manually or automatically operable inner and outer airlock doors for connecting components to or sampling from each of the plurality of flexible cell culture bags; an automatic agitation device connected to each of the flexible cell culture bags whereby each of the plurality of cell culture bags is agitatable either individually or in combination; an inner and an outer incubator axis system for automatically connecting multiple hardware components integrated into the incubator system to the multiple cell cultures; a cell counter mounted outside of the incubator on the outer incubator axis system for measuring the cell culture volume or the cell density with a measuring cuvette connected to the incubator by a telescopic rail system, which can be automatically inserted and removed from the cell counter and is provided separately for each cell culture bag, wherein the cell counter can be positioned in front of the process locks using the external incubator axis system; an automatic weighing system with load cells connected to the inner incubator axis system; and a nutrient reservoir associated with each of the plurality of cell cultures, each cell culture bag being associated with its own nutrient reservoir.
Eine bzw. mehrere Zellkulturen 6 werden in einem flexiblen Zellkulturbeutel 8, welcher in einem Zellkulturbeutel-Rahmen 10 eingespannt ist (vgl.
Um ein passendes Volumen-Oberflächen-Verhältnis für Fed-Batch-Prozesse bereit zu stellen („passend“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass beim Nachfüllen der Nährmittel auch das Beutelvolumen so nachgestellt bzw. angepasst wird, dass das neue Prozessvolumen unter Erhaltung des entsprechenden Volumen-Oberflächenverhältnisses ausreichend dimensioniert ist), sind in den Rahmen 10 Quetschrollen 14 integriert, welche den Zellkulturbeutel 8 in ein jeweils einstellbares Nutz- und ein Reservevolumen teilen. Der Ansatz Nutz- und Reservevolumen des Zellkulturbeutels 8 ergibt sich aus dem Ansatz des Pre-Batch-Verfahrens, im Verlauf der Kultivierung Nährmittel nachzufüllen. Hierzu wird das Nutzvolumen zu Lasten des Reservevolumens entsprechend vergrößert. Dies geschieht mit Hilfe der Quetschrollen 14, die Nutz- und Reservevolumen des Beutels voneinander abgrenzen. Die gewählte Beutelgröße (Volumen) hängt dabei von dem jeweiligen gewünschten Kultivierungsprozess ab. Die vorliegende Erfindung kann mit einer Vielzahl unterschiedlicher, industrieüblicher Beutelgrößen umgehen. Die Quetschrollen 14 werden zum Einstellen eines neuen (vergrößerten) Nutzvolumens angehoben (geöffnet) und mittels einer Aktorik an die neue Position zur Abtrennung zwischen Nutz- und Reservevolumen bewegt. An der neuen Position werden die Quetschrollen 14 anschließend wieder abgesenkt (verriegelt), um die Abtrennung von Nutz- und Reservevolumen des jeweiligen Zellkulturbeutels 8 zu erreichen. Der beschriebene verriegelte Zustand der Quetschrollen 14 wird durch auf mechanische, elektrische, magnetische oder eine entsprechende andere Art erhalten.In order to provide a suitable volume-to-surface ratio for fed-batch processes ("suitable" in this context means that when the nutrients are refilled, the bag volume is also readjusted or adjusted in such a way that the new process volume is maintained while maintaining the corresponding volume -Surface ratio is sufficiently dimensioned), 10 squeezing
Damit die Packungsdichte der in den Rahmen 10 aufgenommenen Zellkulturbeutel 8 im Inkubator 4 erhöht werden kann (der nutzbare Raum im Inneren des Inkubators soll bei der vorliegenden Erfindung optimal zur Unterbringung von Beuteln für die Zellkultivierung verwendet werden können), sind darin keine fest installierten und/oder herausnehmbare Ebenen-Bleche oder -gitter integriert, sondern es sind links und rechts an den Seitenwänden in einem entsprechenden Raster Montage- bzw. Haltepunkte 12 zur Aufnahme der Zellkulturbeutel 8 angebracht.So that the packing density of the
Jeder in den Inkubator 4 eingespannte Zellkulturbeutel 8 weist ein eigenes Nährmittel-Reservoir 36 auf (vgl.
Um noch größere Zellkultur-Volumen (> 50 Liter) prozessieren zu können, kann die jeweilige Zellkultur ab einem einstellbaren Volumen (Zwischenvolumen - die Einstellung dieses Volumens (Parametrierung) erfolgt dabei über die Steuerung des Systems) automatisch in einen bisher leeren, entsprechend größeren Zellkulturbeutel 8, welcher bereits im Inkubator eingespannt und steril mit dem Ausgangs-Zellkulturbeutel verbunden ist, umgepumpt werden (Kaskadierung). Der Prozess der Kaskadierung erfolgt automatisch durch die Systemsteuerung beim Erreichen des eingestellten Werts für das Zwischenvolumen. Als Ausgangs-Zellkulturbeutel wird hierbei der erste Zellkulturbeutel 8 im Rahmen der Kaskadierung bezeichnet, üblicherweise der an der obersten Position des Inkubators 4 eingespannte Beutel. Der Ausgangsbeutel sowie die ihm in der Kaskadierungsreihe nachfolgenden Beutel sind bereits beim Start des Kultivierungsprozesses über entsprechende Schlauchverbindungen, Ventile und eine Pumpe miteinander verbunden (vgl.
Der Kaskadierungsprozess selbst startet wie oben beschrieben automatisch beim Erreichen des eingestellten Zwischenvolumens im Ausgangsbeutel.As described above, the cascading process itself starts automatically when the set intermediate volume in the initial bag is reached.
Beim Umpumpen wird vollautomatisch ein Ventil zwischen Ausgangsbeutel und nachfolgendem (größerem, zunächst leeren) Beutel geöffnet und die gesamte im Ausgangsbeutel enthaltene Flüssigkeit inkl. Der darin enthaltenen Zellkultur(en) in den nachfolgenden Beutel umgepumpt. Danach wird das Ventil wieder geschlossen und der Kultivierungsprozess wird in dem nachfolgenden größeren Beutel weiter- bzw. zu Ende geführt. Dieser Vorgang ist generell auch für mehrere Zellkulturen parallel möglich, d.h., es ist möglich, mehrere sog. Kaskaden in einem Inkubator unterzubringen. Jede dieser Kaskaden stellt ein eigenes, abgeschlossenes System zur Kultivierung der jeweiligen Zellkultur dar. Limitierend ist dabei lediglich die Größe des Inkubator-Innenraums und die Tragkraft des inneren Inkubator-Achssystems.When pumping over, a valve between the starting bag and the following one is fully automatic (larger, initially empty) bag is opened and the entire liquid contained in the starting bag, including the cell culture(s) contained therein, is pumped into the following bag. The valve is then closed again and the cultivation process is continued or completed in the following larger bag. This process is generally also possible for several cell cultures in parallel, ie it is possible to accommodate several so-called cascades in one incubator. Each of these cascades represents its own, closed system for cultivating the respective cell culture. The only limitations are the size of the incubator interior and the load-bearing capacity of the inner incubator axis system.
Die Zellkulturbeutel-Rahmen 10 bzw. deren Zu- und Abführungen weisen neben den Quetschrollen 14 zur Nutzvolumenänderung auch Quetschventile auf (bspw. das in
Die Zellkulturbeutel 8 sind, wie bereits erwähnt, jeweils mit mehreren Zu- bzw. Abläufen (Schlauchsystem 18, vgl.
Über jeweils zwei steril miteinander verbundene Schläuche des Schlauchsystems 18 (
In dem o.g. geschlossenen Kreislauf ist neben der Messküvette 20 auch eine Pumpe 24 (Membran- oder peristaltische Pumpe) integriert, welche die Zellkultur-Suspension in der Messküvette 20 umwälzt. Um eine stabile Messung des Zellkultur-Volumens bzw. der Zelldichte und somit eine entsprechende Überwachung der Zellen bzw. des Zellkultivierungsprozesses sicherzustellen, wird die Zellkultur-Suspension vor der Messung zur Erneuerung umgewälzt und die Pumpe 24 zur Messung deaktiviert sowie die jeweiligen Quetschventile im Rahmen 10 geschlossen.In addition to the measuring
Produkt- bzw. Zellkultur-berührende Oberflächen, also alle Schläuche 18, die Messküvette 20, das jeweilige Nährstoff-Reservoir 36 (vgl.
Jede Öffnung des Inkubators 4, welche die innere Umgebungsbedingungen bzw. Atmosphäre verändert, kann Einfluss auf die Zellkulturen haben. In vielen Prozessen müssen aber immer wieder Proben der Zellkulturen genommen werden, um weitergehende Untersuchungen durchführen zu können. Um eine Zellkultur entnehmen zu können und gleichzeitig die inneren Umgebungsbedingungen konstant zu halten, ist für jede in einem entsprechenden Zellkulturbeutel 8 eingebrachte Zellkultur 6 eine Prozessschleuse 26 in der Inkubator-Wand vorgesehen. Die Prozessschleuse 26 weist eine innere und eine äußere Schleusentür 28 bzw. 30 (sogenannte Doppelschleuse - vgl.
Die Schleusentüren 28, 30 können sowohl manuell als auch automatisch betätigbar ausgeführt sein. Der Inkubator sowie die Schleusen werden über eine externe Systemsteuerung kontrolliert. Zum Austausch mit dem Werker (Anzeigen von Informationen, Zurverfügungstellen von Bedienelementen) wird ein an die Steuerung angeschlossenes Human-Machine-Interfaces (HMI) verwendet.The
Um die Zellkulturen 6 agitieren, d.h., die Flüssigkeit in den Zellkulturbeuteln 8 in Bewegung versetzen zu können, sind die Zellkulturbeutel-Rahmen 10 schwimmend aufgehängt. Hierdurch ist es möglich, die Zellkulturen 6 einzeln oder im Verbund mittels wippender Bewegungen über die Agitationsvorrichtung (nicht gezeigt) zu agitieren (bspw. mittels eines Drehantriebs mit einer Excenterscheibe), um eine Zellagglomeration zu verhindern. Hierbei können Amplitude (Größe der Verkippung), Frequenz (Anzahl der Kippbewegungen pro Zeiteinheit) und Pause-Zeiten (entweder permanentes Wippen oder Unterbrechung des Wippvorgangs nach jedem Wippzyklus) des Antriebs, der die Wippbewegung ausführt über eine übergeordnete Steuerung parametrisiert werden.In order to agitate the
Einzelne Zellkulturbeutel-Rahmen 10 können wahlweise aus der wippenden Bewegung ausgeklammert werden, bspw. um einen Wiege-Prozess durchzuführen (vgl. weiter unten). Dazu verfügt entweder jeder Zellkulturbeutel-Rahmen 10 über einen eigenen Wippantrieb, der individuell aktiviert bzw. deaktiviert werden kann, oder es existiert nur ein zentraler Wippantrieb, an den alle Zellkulturbeutel-Rahmen individuell an- oder abgekoppelt werden können.Individual cell culture bag frames 10 can optionally be excluded from the seesaw movement, for example in order to carry out a weighing process (cf. further below). For this purpose, either each cell
Das erfindungsgemäße Inkubator-System 2 ist mit einem inneren 32 und einem äußeren Inkubator-Achssystem 44 ausgestattet, welches jeweils erlaubt, Hardware-Komponenten mehrfach für unterschiedliche Zellkulturen 6 zu nutzen. Das innere Inkubator-Achssystem 32 ist dabei innerhalb und das äußere Inkubator-Achssystem 44 außerhalb des Inkubators 4 angeordnet. Im inneren Inkubator-Achssystem 32 sind folgende Komponenten integriert:
- - Antriebssystem und Kupplungen für die
Quetschrollen 14 zur Teilung des Zellkulturbeutels 8 in ein Nutz- und Reservevolumen; - - Wägezellen 34 (vgl. weiter unten), welche
den im Rahmen 10gefassten Zellkulturbeutel 8 wiegen können. Hierdurch kann gewichtsgesteuert auf 1 ml genau bspw. Nährmedium dem Zellkultur-Volumen hinzugefügt, bzw. Zellkultur-Suspension abgepumpt werden.Die Wägezellen 34 enthalten einen (unter Einfluss der zu bestimmenden Masse) verformbaren Federkörper. Die bei Belastung mit dem Gewicht auftretende Verformung wird mit Hilfe elektrischer oder optischer Sensoren sehr präzise gemessen. Über eine entsprechende Kalibrierung wird aus der mechanischen Verformung die Masse bzw. Gewichtskraft des Objektes (hier der Zellkulturbeutel 8) ermittelt. - - Aktuatoren (nicht gezeigt), um passive Quetschventile, d.h., Quetschventile, die die Schläuche abklemmen, wenn sie geschlossen sind, im Zellkulturbeutel-
Rahmen 10 zu betätigen; - - Komponenten zur maschinenlesbaren Identifikation von Zellkulturbeuteln zur GMP (Good Manufacturing Practice) - gerechten Dokumentation, bspw. im medizinischen Sektor.
- - Drive system and couplings for the squeezing
rollers 14 for dividing thecell culture bag 8 into a useful and reserve volume; - - Weighing cells 34 (cf. below), which can weigh the
cell culture bag 8 held in theframe 10 . In this way, nutrient medium can be added to the cell culture volume or the cell culture suspension can be pumped out, for example, weight-controlled to within 1 ml. Theload cells 34 contain a spring body that is deformable (under the influence of the mass to be determined). The deformation that occurs when the weight is loaded is measured very precisely using electrical or optical sensors. The mass or weight of the object (here the cell culture bag 8) is determined from the mechanical deformation via a corresponding calibration. - - actuators (not shown) to operate passive pinch valves, ie pinch valves that pinch off the tubing when closed, in the cell
culture bag frame 10; - - Components for machine-readable identification of cell culture bags for GMP (Good Manufacturing Practice) - compliant documentation, e.g. in the medical sector.
Auf dem äußeren Inkubator-Achssystem 44 ist der Zellzähler 22 (zu dessen Funktion vgl. weiter oben) angeordnet und somit in das Inkubator-System 2 integriert.The cell counter 22 (for its function cf. further above) is arranged on the outer
Es existieren verschiedene Verfahren zur Zellzählung, hauptsächlich basierend auf optischen Messmethoden. Die vorliegende Erfindung geht bevorzugt von einem Messmikroskop aus, welches ein hochauflösendes Bild von der Zellkulturprobe in der Messküvette aufnimmt und anschließend auswertet (Anzahl Zellen, Dichte Zellen im Prüfvolumen, aus zeitlichem Verlauf (mehrere Bildaufnahmen nacheinander) auch Zellaktivität). Dabei wird die Zeit, in der die Messküvette 20 aus dem Inkubator 4 in den Zellzähler 22 positioniert werden muss, auf die Zeit zur Bildaufnahme reduziert. Die Messküvette 20 kann direkt danach in den Inkubator 4 zurück transferiert werden, die Auswertung erfolgt asynchron. Die normale Position der Messküvette 20, d.h., immer wenn keine Zellzählung vorgenommen wird (Grundstellung), befindet sich somit im Inneren des Inkubators hinter der inneren Schleusentür 28. Wenn ein Messvorgang durchgeführt werden muss, wird die innere Schleusentür 28 geöffnet, die Messküvette 20 in das Innere der Schleuse bewegt und anschließend die innere Schleusentür 28 geschlossen. Erst dann öffnet sich die äußere Schleusentür 30 und die Messküvette 20 wird nach außen zum Zellzähler 22 bewegt.There are various cell counting methods, mainly based on optical measuring methods. The present invention is preferably based on a measuring microscope, which takes a high-resolution image of the cell culture sample in the measuring cuvette and then evaluates it (number of cells, cell density in the test volume, cell activity over time (several image recordings in succession)). The time in which the measuring
Der Zellzähler 22 basiert bevorzugt auf einem Lichtmikroskop (es besteht auch die Möglichkeit, auf Lasertechnik basierende Verfahren zu verwenden) und kann für mehrere Zellkulturen 6 genutzt werden. Die Anordnung auf dem außerhalb des Inkubators 4 montierten Achsensystem 44 erlaubt es, den Zellzähler 22 automatisch vor den jeweiligen Prozessschleusen 26 in der Inkubator-Wand zu positionieren.The
Innerhalb der Prozessschleuse 26 wird die Messküvette 20 auf einem Teleskopschienensystem (nicht gezeigt) geführt, welches aktiv (mit eigenem permanent verbauten Antrieb zum Ein- und Ausfahren der Messküvette 20 auf der Teleskopschiene) oder passiv (die Messküvette 20 sitzt auf der beweglichen Teleskopschiene - wenn die Küvette in den Schleusenbereich bewegt werden soll, muss zunächst ein Antrieb an die Teleskopschiene angekoppelt werden) ausgefahren werden kann, um die Messküvette 20 in den Zellzähler 22 einzuführen. Nach der Messung wird die Messküvette 20 über das Teleskopschienensystem wieder aus dem Zellzähler 22 zurückgefahren und die äußere Schleusentür 30 geschlossen.Within the
In der Regel benötigt die Auswertung der Messung ein Vielfaches der Zeit, die die eigentliche Messung benötigt. Durch das erfindungsgemäße System kann die Zeit, in welcher die Messküvette 20 mit der darin befindlichen Zellkultur-Suspension sich im Bereich der Schleuse 26 in einer nicht optimalen Umgebung (verglichen mit der Umgebung innerhalb des Inkubators) befindet, minimiert werden. Die Auswertung kann durchgeführt werden, wenn die Messküvette 20 schon wieder vom Zellzähler 22 getrennt ist und sich innerhalb des Inkubators 4 befindet. Die Messküvette wird nur zur Bildaufnahme zur Durchführung der Zellzählung vom Inneren des Inkubators in den Schleusenbereich - und weiter zum Zellzähler 22 - gebracht. Hier wird dann mit Hilfe des Zellzählers 22 die notwendige Messung vorgenommen, anschließend wird die Messküvette 20 wieder in den Inkubator-Innenraum (hinter die innere Schleusentür 28) zurückgeführt. In der Schleuse selbst befinden sich keine Komponenten - sie dient lediglich der Durchführung der Teleskopschiene sowie der zur Messküvette 20 führenden Schläuche (Schlauchsystem 18) während des Zählvorgangs.As a rule, the evaluation of the measurement requires a multiple of the time that the actual measurement requires. The system according to the invention makes it possible to minimize the time in which the measuring
Diese Anordnung, bei der sich der Zellzähler 22 außerhalb des Inkubators 4 befindet, erlaubt den Betrieb bei optimalen LaborBedingungen, ohne dass die Zellkultur 6 oder die Isolator-Atmosphäre, d.h., die Gasatmosphäre im Inneren des Inkubators 4 kontaminiert wird.This arrangement, in which the
Der Inkubator 4 verfügt in seinem Innenraum über ein inneres Inkubator-Achssystem 32 zur automatischen Positionierung mehrerer Endeffektoren 46 in drei Achsen (im Folgenden als x-, y- und z-Achse bezeichnet, vgl.
Wie bereits vorstehend erwähnt, ist es für die Durchführung der Kultivierung in einem Fed-Batch-Prozess von Zeit zu Zeit notwendig, den Zellkulturen 6 ein Nährmedium zuzuführen. Nährmedien müssen, um eine erhöhte Lagerfähigkeit zu erzielen, überwiegend kühl aufbewahrt werden. Um die Zellkulturen 6 regelmäßig mit Nährmedium versorgen zu können, wird ein gekühltes, in Bezug auf das Volumen ausreichendes Nährmediums-Reservoir 36 (vgl.
Um einen thermischen Schock der Zellkulturen 6 zu verhindern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Nährmedium in einer Wärmestrecke 40 auf Inkubator-Temperatur zu temperieren (vgl.
Der Prozess der Zellkultivierung läuft wie folgt ab:
- Zur Vorbereitung des Prozesses wird zunächst das Nährmediums-
Reservoir 36 in einen Kälteschrank eingebracht und eine entsprechende Schlauchverbindung nach außen geführt. Nun wird die Schlauchverbindung des Nährmediums-Reservoirs 36 inein Quetschventil 48, dieperistaltische Pumpe 38 und dieWärmestrecke 40 eingelegt bzw. eingeführt (vgl.3 ). Der expandierbare Zellkulturbeutel 8 wird anschließend auf einem Tischarbeitsplatz in den Zellkulturbeutel-Rahmen 10 eingespannt, wobei dieser auf einer Wägevorrichtung (bspw. Wägezellen) ruht. Der geschlossene Kreislauf der Messküvette 20 (Küvette incl. Zuführ- und Ablaufschlauch, vgl. weiter oben) fürden Zellzähler 22 ist dabei bereits sterilmit dem Zellkulturbeutel 8 verbunden. Gewichtsgesteuert (vgl. die Beschreibung des Wägesystems weiter oben) wird anschließend der Zellkulturbeutel 8 mit der initialen Zellkultur 6 über eine sterile Verbindung befüllt.Die beiden Quetschrollen 14, die das Gesamtvolumen des Zellkulturbeutels 8 in ein Nutz- und ein Reserve-Volumen teilen, werden dabei über eine externe übergeordnete Steuerung (das hier beschriebene Gesamtsystem verfügt über einen externen Schaltschrank, in dem alle elektrotechnischen Komponenten untergebracht sind. Hierzu zählt auch die Systemsteuerung bspw. eine speicherprogrammierbare Steuerung) entsprechend des Gewichtssignals aus der Wägevorrichtung (entspricht dem Zellkultur-Suspensions-Volumen) angesteuert, um das gewünschte Nutzvolumen bereitzustellen. Anschließend wird das initiale Zellkultur-Volumen im Zellkulturbeutel 8 über das Schließen des Quetschventils 48 steril vom Nährmediums-Reservoir 36 abgetrennt.
- To prepare for the process, the
nutrient medium reservoir 36 is first placed in a cold cabinet and a corresponding hose connection is routed to the outside. The hose connection of thenutrient medium reservoir 36 is now inserted or introduced into apinch valve 48, theperistaltic pump 38 and the heating section 40 (cf.3 ). The expandablecell culture bag 8 is then clamped into the cellculture bag frame 10 on a table workstation, with the frame resting on a weighing device (for example load cells). The closed circuit of the measuring cuvette 20 (cuvette including the feed and drain hose, see above) for thecell counter 22 is already sterilely connected to thecell culture bag 8 . Thecell culture bag 8 is then filled with theinitial cell culture 6 via a sterile connection under weight control (cf. the description of the weighing system further above). The two squeezingrollers 14, which divide the total volume of thecell culture bag 8 into a useful volume and a reserve volume, are controlled via an external higher-level control (the overall system described here has an external control cabinet in which all electrical components are housed. This includes the system controller (e.g. a programmable logic controller) is also controlled according to the weight signal from the weighing device (corresponds to the cell culture suspension volume) in order to provide the desired usable volume. The initial cell culture volume in thecell culture bag 8 is then separated in a sterile manner from thenutrient medium reservoir 36 by closing thepinch valve 48 .
Das innere Inkubator-Achssystem 32 verfügt zusätzlich über ein integriertes Wegemesssystem (nicht gezeigt). Hierdurch lässt sich das Inkubator-Achssystem mit einer sehr hohen Genauigkeit positionieren, bspw. um über das Verschieben der Quetschrollen 14 das neue Nutzvolumen einzustellen.The inner
Der vorgefüllte Zellkulturbeutel 8 wird nunmehr in den Inkubator 4 eingebracht, die Messküvette 20 auf der Teleskopschiene der zugehörigen Prozessschleuse 26 montiert und die sterile Verbindung zur Leitung des Nährmediums-Reservoirs 36 hergestellt.The pre-filled
Im darauffolgenden eigentlichen Kultivierungsprozess werden zunächst, sofern prozesstechnisch vorgesehen, die im Inkubator 4 befindlichen Zellkulturen 6 kontinuierlich über die Agitations-Vorrichtung (beispielhaft mittels einer Wippbewegung) agitiert. Diese Funktion kann frei parametrisiert bzw. auch für spezielle Zellkulturen ausgeschaltet werden.In the subsequent actual cultivation process, the
Der Zustand der jeweiligen Zellkultur 6 wird über den Zellzähler 22 ermittelt. Hierfür wird der externe Zellzähler 22 auf dem äußeren Inkubator-Achssystem 44 der jeweiligen Prozessschleuse 26 zugestellt, diese geöffnet und die Messküvette 20 automatisch in den Zellzähler 22 eingeführt. Nach der Zellzählung bzw. der Bildaufnahme (vgl. weiter oben) wird die Messküvette 20 wieder in den Inkubator-Innenraum zurückgeführt und beide Schleusentüren 28, 30 geschlossen. Aufgrund der Zellkultur-Überwachung wird anschließend die nächste Rate an Nährmediums-Zufuhr bestimmt. Diese wird dann wie folgt gewichtsgesteuert zugeführt.The condition of the
Zunächst wird das innere Inkubator-Achsensystem 32 der jeweiligen Zellkultur 6 zugestellt und der Zellkulturbeutel-Rahmen 10 mittel der Endeffektoren 46 zur Wägung durch die auf den Endeffektoren 46 angebrachten Wägezellen 34 angehoben. Das Nährmedium wird dann so lange durch die peristaltische Pumpe 38 in den Zellkulturbeutel 8 gepumpt, bis die Zielmenge erreicht ist. Das Nährmedium wird dabei, wie bereits angedeutet, durch einen im Leitungsweg angeordneten Wärmetauscher (Wärmestrecke 40 in
Dieser Kultivierungsprozess wird im Fed-Batch-Verfahren so lange wiederholt, bis das gewünschte Zellkultur-Volumen und/oder die gewünschte Zell-Dichte erreicht wurde.This cultivation process is repeated using the fed-batch method until the desired cell culture volume and/or cell density has been reached.
Die erfindungsgemäße Automatisierung erlaubt eine lückenlose Datenüberwachung und -abmeldung, um GMP-konforme Reports für den Zellkultivierungsprozess zu erzeugen, wobei „Datenabmeldung“ bedeutet, dass die aktuellen Daten aus der Systemsteuerung in einer angeschlossenen Datenbank oder auch in einem übergeordneten Software-System (Leitstand, MES oder ERP) abgespeichert werden und somit für spätere Auswertungen und Reports zur Verfügung stehen.The automation according to the invention allows seamless data monitoring and logging off in order to generate GMP-compliant reports for the cell cultivation process, with "data logging off" meaning that the current data from the system control is stored in a connected database or in a higher-level software system (control station, MES or ERP) and are therefore available for later evaluations and reports.
Die Automatisierung des erfindungsgemäßen Inkubator-Systems umfasst folgende Bereiche:
- - Automatisierte Zellkultivierung
- ◯ Kontrollieren und Regeln der Umgebungsbedingungen Temperatur (über Heizung) und CO2-Konzentration (Bestimmung des CO2-Gehaltes in der Inkubatoratmosphäre mittels Sensor, bei Bedarf Erhöhung des CO2-Gehaltes durch Öffnen eines Ventils und Zuführung von CO2 aus einem angeschlossenen Reservoir, bspw. einer Gasflasche);
- ◯ Automatisierte Zellmessung und
Auswertung im Zellzähler 22 nach rezeptierten Einstellungen, global für alle Zellkulturen 6 oder individuell (Intervall der Zeitmessung, Messprotokoll, Auswertung der Ergebnisse zum Ableiten weiterer Maßnahmen, bspw. Zuführung von Nährmedium); - ◯ Automatisiertes Zuführen von Nährmedium, gewichtskontrolliert, entsprechend rezeptiver Einstellungen (bspw. basierend auf der Zellmessung oder entsprechend eines Intervalls) bei gleichzeitiger Einstellung des Oberflächen-Volumen-Verhältnisses;
- ◯ Automatisierte Zell-Agitation entsprechend rezeptiver Einstellungen (Intervall, Frequenz, Amplitude);
- ◯ Meldung von Abweichungen und Störungen an eine Kundenschnittstelle zu höheren Überwachungssytemen, soweit vorhanden
- - Datenerhebung und Reporting entsprechend GMP-Normen
- - Sichere Speicherung von Los- und Prozessdaten, Rezeptwerten und -änderungen, bspw. Umgebungsbedingungen, Ergebnisse der Zellmessungen, Zuführung von Nährmedium
- - Protokollierung von Abweichungen und Compliance-Problemen, sofern von der Anlage detektierbar
- - ggf. Report-Generierung in Werker-lesbarer Form, d.h., menschenlesbarer Text
- - Automated cell cultivation
- ◯ Controlling and regulating the ambient conditions, temperature (via heating) and CO 2 concentration (determining the CO 2 content in the incubator atmosphere using a sensor, if necessary increasing the CO 2 content by opening a valve and supplying CO 2 from a connected reservoir e.g. a gas bottle);
- ◯ Automated cell measurement and evaluation in the
cell counter 22 according to prescribed settings, globally for allcell cultures 6 or individually (interval of time measurement, measurement protocol, evaluation of the results to derive further measures, e.g. supply of culture medium); - ◯ Automated supply of nutrient medium, weight-controlled, according to receptive settings (e.g. based on cell measurement or according to an interval) with simultaneous setting of the surface-to-volume ratio;
- ◯ Automated cell agitation according to receptive settings (interval, frequency, amplitude);
- ◯ Notification of deviations and faults to a customer interface to higher monitoring systems, if available
- - Data collection and reporting according to GMP standards
- - Secure storage of batch and process data, recipe values and changes, e.g. environmental conditions, results of cell measurements, supply of culture medium
- - Logging of deviations and compliance problems, if detectable by the plant
- - If necessary, report generation in worker-readable form, ie human-readable text
BezugszeichenlisteReference List
- 22
- Inkubator-Systemincubator system
- 44
- Inkubatorincubator
- 66
- Zellkulturencell cultures
- 88th
- flexible Zellkulturbeutelflexible cell culture bags
- 1010
- Zellkulturbeutel-RahmenCell Culture Bag Frame
- 1212
- Halte- bzw. MontagepunkteHolding or mounting points
- 1414
- Quetschrollenpinch rollers
- 1616
- flexible Stützbänderflexible support bands
- 1818
- Schlauchsystemhose system
- 2020
- Messküvettemeasuring cuvette
- 2222
- Zellzählercell counter
- 2424
- Pumpepump
- 2626
- Prozessschleusenprocess locks
- 2828
- innere Schleusentürinner lock door
- 3030
- äußere Schleusentürouter lock door
- 3232
- inneres Inkubator-Achssysteminternal incubator axis system
- 3434
- Wägezellenload cells
- 3636
- Nährmediums-Reservoirculture medium reservoir
- 3838
- Pumpepump
- 4040
- Wärmestreckethermal section
- 4444
- äußeres Inkubator-Achssystemexternal incubator axis system
- 4646
- Endeffektorend effector
- 4848
- Quetschventilpinch valve
Claims (23)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022115737.7A DE102022115737B3 (en) | 2022-06-24 | 2022-06-24 | Device and method for automated cell cultivation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022115737.7A DE102022115737B3 (en) | 2022-06-24 | 2022-06-24 | Device and method for automated cell cultivation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022115737B3 true DE102022115737B3 (en) | 2023-07-06 |
Family
ID=86766217
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022115737.7A Active DE102022115737B3 (en) | 2022-06-24 | 2022-06-24 | Device and method for automated cell cultivation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022115737B3 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009072003A2 (en) | 2007-12-07 | 2009-06-11 | Miltenyi Biotec Gmbh | Sample processing system and methods |
US20130157353A1 (en) | 2010-05-12 | 2013-06-20 | Xpand Biotechnology B.V. | Cell-culture-bag |
WO2015009153A1 (en) | 2013-07-18 | 2015-01-22 | Xpand Biotechnology B.V. | Bioreactor system and single-use cell culture container for use therein |
WO2015162211A1 (en) | 2014-04-24 | 2015-10-29 | Miltenyi Biotec Gmbh | Method for automated generation of genetically modified t cells |
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-
2022
- 2022-06-24 DE DE102022115737.7A patent/DE102022115737B3/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |