用于生物处理的设备、系统和方法

技术领域

本发明的实施例总体上涉及生物处理，并且更具体地涉及通过在单个装置中使多个制造过程组合来便于细胞疗法的制造的设备、系统和方法。

背景技术

多种医学疗法涉及对细胞进行培养和扩增以提高细胞密度以用于下游治疗过程。例如，嵌合抗原受体细胞疗法(例如，CAR-T)涉及以使得使细胞能够识别并且攻击恶性细胞的方式从供体提取白血细胞和对细胞进行基因工程改造。一旦工程改造，细胞就转移到细胞培养/扩增器皿，以允许细胞增殖以实现特定目标剂量。

许多这样的疗法利用提供搅拌、温度控制以及气体控制以使所提取的细胞活化并且使它们扩增到期望的密度的设备(诸如，摇摆平台生物反应器)来制造。在这些过程期间，细胞可能要求洗涤来减少杂质，例如病毒载体的残留物。然而，洗涤典型地要求将细胞从最初的细胞培养/扩增器皿转移到单独的所指定的细胞洗涤装置。一旦被洗涤，细胞然后就转移到另一细胞培养器皿，以用于额外的处理。

此外，通常合乎期望的是，在细胞处理期间，使细胞浓缩，即，在不移除细胞的情况下减小液体的体积。更具体地，通过在细胞洗涤之前减小液体的体积，所要求的洗涤缓冲液的量和对于洗涤而言所必要的时间量也将减小。然而，就洗涤而言，细胞浓缩典型地要求将细胞从最初的细胞培养/扩增器皿转移到单独的装置(例如，离心机)，以减小体积。

除了要求多个生物处理装置之外，许多已知的生物反应器系统还要求大量流体管线处置来组装和操作。即，多条单独的流体管线必须由操作者导引并且连接到多个泵、袋和/或过滤器。如将认识到的，大体上合乎期望的是，减少执行细胞处理所必要的人类交互量以提供制造的简易性，并且降低与人类交互相关联的任何潜在误差的可能性。

鉴于上文，需要如下的细胞处理设备、系统和方法：其排除将细胞转移到单独的所指定的装置以用于浓缩和/或洗涤的需要，由此减少人类干预并且提供制造的简易性。

发明内容

在下文中总结在范围方面与原始要求保护的主题相称的某些实施例。这些实施例不旨在限制要求保护的主题的范围，而是这些实施例仅旨在提供可能的实施例的简要总结。实际上，本公开可包含可与下文中所阐明的实施例类似或不同的多种形式。

在实施例中，一种生物反应器器皿包括：主体，其具有上端和下端；以及空心内腔，其形成于主体中，内腔位于上端与下端之间，内腔构造成接纳用于处理的生物材料。内腔包括下边界，下边界朝向主体的下端成角度，使得器皿可倾斜，以允许内腔内的生物材料被提取和浓缩和/或洗涤，而不需要单独的生物处理装置。

在另一实施例中，一种生物处理系统包括具有内腔的生物反应器器皿，内腔具有处于大约45度至大约75度的角的下边界，器皿构造成用于与可倾斜的生物反应器平台一起使用。该系统进一步包括泵装配板，泵装配板构造成接合多个蠕动泵，使得可连接到生物反应器器皿的多条流体管线操作性地接触泵头。其中，在使生物反应器器皿倾斜到基本上直立的位置时，细胞可在蠕动泵和顺列式(inline)切向流过滤器的帮助下从生物反应器器皿被提取并且被浓缩和/或洗涤，使得可完成细胞浓缩和/或洗涤，而不需要单独的生物处理装置。

在又一实施例中，一种生物处理的方法包括：在具有内腔的生物反应器器皿中处理细胞，内腔具有处于大约45度至大约75度的角的下边界；使生物反应器器皿倾斜到基本上直立的位置，使得可从器皿提取细胞；从生物反应器器皿提取细胞；对所提取的细胞进行浓缩和/或洗涤。其中，执行对所提取的细胞进行浓缩和/或洗涤的步骤，而不需要单独的生物处理装置。

在另一实施例中，一种用于使生物反应器器皿操作性地连接到至少一个蠕动泵的泵装配板包括：至少一个孔口，蠕动泵可延伸通过至少一个孔口，从而便于将泵装配板安装到蠕动泵；以及多个泵环路支架，其构造成接纳连接到器皿的流体管线并且对流体管线进行定位，使得流体管线与蠕动泵的泵头操作性地接触。装配板进一步包括过滤器支架，过滤器支架构造成使过滤器可移除地固定到泵装配板。泵装配板构造成预装载有流体管线，以提供用于细胞处理的器皿的安装和使用的简易性。

附图说明

通过参考附图来阅读非限制性实施例的以下描述，将更好地理解本发明，其中，在下文中：

图1是根据本发明的实施例的组装于波浪生物反应器平台上的生物处理系统的描绘；

图2描绘了没有波浪生物反应器平台并且添加废物袋的图1的生物处理系统；

图3是构造成用于与图1的生物处理系统一起使用的生物反应器器皿的图解性图示；

图4是构造成用于与图1的生物处理系统一起使用的泵装配板的图解性图示；

图5A-5E描绘了根据本发明的实施例的使装配板固定到多个蠕动泵的过程；

图6是根据本发明的实施例的生物处理系统的示意图；以及

图7是图示根据本发明的实施例的生物处理系统的效力的图表。

具体实施方式

将在下文中详细地参考本发明的示例性实施例，在附图中图示这些实施例的示例。在任何可能的情况下，贯穿附图而使用的相同的参考字符指代相同或相似的部分，而不重复描述。

如本文中所使用的，以单数形式叙述并且以词语“一”、“一种”、“该”或“所述”开头的元件或步骤应当被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确地陈述这样的排除。此外，对本发明的“一个实施例”或“实施例”的引用不旨在被解释为排除也将所叙述的特征并入的额外的实施例的存在。此外，除非明确地相反陈述，否则“包含”、“包括”或“具有”具有特定性质的元件或多个元件的实施例可包括不具有该性质的额外的这样的元件。

如本文中所使用的，用语“基本上”、“大体上”以及“大约”指示相对于适合于实现构件或组件的功能性目的的理想的期望条件而处于可合理地实现的制造和组装公差内的条件。

如本文中所使用的，“生物反应器器皿”包括构造成接纳用于生物处理(例如，细胞培养)的生物材料的一次性和非一次性的塑料制品、袋和/或容器。该用语包括单次使用式塑料制品、袋和/或容器和多次使用式塑料制品、袋和/或容器。

如本文中所使用的，“生物处理装置”指代适合于处理生物材料(例如，使细胞扩增、使细胞浓缩和/或洗涤细胞)的设备、装置、套件或组件。这样的装置包括但不限于生物反应器、生物反应器器皿、离心机、洗涤套件、过滤器等。

如本文中所使用的，“封闭系统”、“封闭生物反应器系统”或“封闭生物处理系统”指代已在被封闭和/或密封时被预灭菌并且保持完整性和/或无菌性的细胞培养/生物反应器系统、器皿以及附属构件。系统、器皿以及构件在不破坏系统的完整性的情况下被利用，容许流体在维持无菌的同时转入和/或转出，并且可在不丧失完整性的情况下连接到其它封闭系统。封闭系统生物反应器和/或器皿指代如下的系统：其中，在不破坏系统的完整性(例如，通过打开管的帽或将盖从细胞培养板或盘提起)的情况下，无菌地添加、移除和/或操纵细胞、细胞培养基、化学品以及试剂。封闭系统中的单次使用式或多次使用式袋和/或容器和/或生物反应器例如通过在器皿或生物反应器的部位处进行的无菌管焊接来添加到封闭系统上或封闭系统中。

如本文中所使用的“单独的生物处理装置”指代如下的生物处理装置：其与封闭生物反应器/生物处理系统或为封闭生物反应器/生物处理系统的构件的生物反应器器皿分开(例如，不连接到其)或在其它情况下与其部分分开。

通过背景的方式，CAR-T涉及从受试者(例如，人类，或更一般地，脊椎动物)提取白血细胞并且以使得白血细胞可识别并且攻击恶性细胞的方式对白血细胞进行基因工程改造。典型的CAR-T上游过程包括在最终扩增阶段之前进行的外周血单核细胞的富集、T-细胞的分离、活化以及转导。对于该后者的阶段，工程改造的CAR-T细胞转移到扩增装置，以允许工程改造的CAR-T细胞增殖以满足剂量目标。用于CAR-T细胞的细胞培养/处理装置包括如下的波浪生物反应器：其通过产生波浪运动来不断地搅拌细胞培养物，同时主动地使气体流动，并且任选地交换细胞培养基。

CAR-T过程典型地要求将T细胞从最初的细胞培养/扩增器皿转移到用于细胞浓缩和洗涤的单独的所指定的装置，以移除例如在转导中使用的病毒载体的残留物。此外，许多已知的细胞培养/处理装置还要求大量流体管线处置来组装和操作。本发明的实施例提供一种易于使用、封闭的生物处理系统，在其中细胞可被浓缩和/或洗涤，而不需要单独的生物处理装置。

现在参考图1和图2，根据本发明的实施例的生物处理系统10的构件示出为安装于生物反应器平台20上。特别地，系统10大体上包括流体联接的生物反应器器皿12、泵装配板14以及顺列式过滤器17。生物反应器器皿12示出为装配于生物反应器平台20的可倾斜的托盘22上。生物反应器平台20可为波浪生物反应器(诸如，Xuri

泵装配板14示出为安装于多个蠕动泵15(例如，Xuri

如将在下文中更详细地讨论的，生物反应器器皿12包括歪斜接缝/下边界48，当器皿基本上直立时，歪斜接缝/下边界48将器皿12中的流体朝向具有汲取管72(图3)的出口端口62引导。歪斜下边界48、出口端口62以及汲取管72允许流体使用泵15、过滤器17以及多条流体管线来容易地并且迅速地提取以用于浓缩和/或洗涤。此外，器皿12实现如下的封闭的生物处理系统：在其中可对细胞进行浓缩和/或洗涤，而不必利用单独的生物处理装置。

现在参考图3，在实施例中，生物反应器器皿12具有带有基本上矩形的形状的柔性透明主体30。主体30具有上端32和下端34，上端32和下端34分别由顶部边缘部分36和底部边缘部分38限定。当生物反应器器皿12通过可倾斜的生物反应器平台等而放置于基本上直立的位置中时，上端32位于下端34上方。生物反应器器皿主体30进一步分别包括第一侧部边缘部分40和第二侧部边缘部分42。

如所示出的，主体30还包括构造成接纳用于处理的生物材料(例如，T细胞)的空心内腔44。空心内腔44由上边界46、下边界48以及侧边界50、52限定。内腔44包括流体入口端口60和流体出口端口62，在某些实施例中，流体入口端口60和流体出口端口62接近主体30的下端34，并且，在具体实施例中可基本上平行于下边界48。在某些实施例中，腔44还可包括气体入口端口64和气体出口端口66。端口可以以多种方式(包括将端口焊接就位)形成于腔44中，并且，端口可有倒钩。

重要的是，如所提到的，下边界48朝向主体30的下端34向下歪斜或成角度。在实施例中，下边界48相对于竖直面处于大约45度至大约75度的角。在具体实施例中，下边界48的角相对于竖直面为大约62度。在实施例中，下边界48可为限定或形成主体30的内腔44的至少部分的柔性聚合物片材之间的焊接接缝。在其它实施例中，下边界48可为与内腔44分开的材料或结构件。尽管上边界46也被描绘为朝向下端34向下成角度，但上边界46可处于多种取向。

流体入口端口60和流体出口端口62包括定位成在例如细胞洗涤期间使混合最大化的汲取管。更具体地，入口端口60具有入口汲取管70，并且，出口端口62具有出口汲取管72。如所示出的，入口汲取管70基本上平行于内腔44的下边界48，并且沿着内腔44的下边界48延伸，使得通过入口端口60流动到空心内腔44中的液体生成涡流以便于混合。入口汲取管70通过焊接到内腔中的一个或多个膜带而维持为接近下边界48。如将认识到的，在某些实施例中，入口汲取管70可通过诸如粘附剂等的其它手段而固定就位。在实施例中，入口汲取管70沿着下边界48延伸2''至6''的距离并且与下边界48近似地隔开在大约1''内。

此外，入口汲取管70的远端71必须与出口汲取管72的远端73间隔开，以防止液体走捷径，即，当经由入口端口60来进入空心内腔44的液体在未充分混合的情况下立即通过出口端口62从器皿12提取出时。在实施例中，入口汲取管70的远端71与出口汲取管72的远端73以大约2''至大约6''的距离间隔开。

出口汲取管72的远端73定位成接近内腔44的侧边界52与下边界48的最靠近器皿主体30的下端34的部分的交叉部。在实施例中，出口汲取管72的远端73接触该交叉部。出口汲取管72与内腔的最低点接触或紧密接近内腔的最低点，以确保可通过出口端口62从内腔提取最大体积的生物材料，例如细胞。

生物反应器器皿可为单次使用式袋或多次使用式袋，并且可由柔性塑料制造，并且，空心腔边界可为熔合接缝。在某些实施例中，生物反应器器皿可具有刚性结构。

在具体实施例中，生物反应器器皿12是大约8''×22''的柔性袋，其中，空心内腔在形状上为基本上长斜方形的，并且具有大约7.5''×15.5''的尺寸。此外，在实施例中，入口端口汲取管70在长度上为大约6''至大约8''，并且，出口端口汲取管72在长度上为大约3''至大约5''。然而，如将认识到的，器皿和腔可具有多种形状、大小以及构造，并且，端口可位于多种位置中。此外，只要汲取管的远端定位成允许功能性混合和提取，汲取管的长度就可根据端口的位置而变化。

现在转到图4，描绘了根据本发明的实施例的泵装配板14。在该图中，示出了泵装配板14的面向使用者的侧部。在实施例中，装配板14由透明材料或半透明材料制造，使得泵模块上的特征(例如，灯)可在使用期间可视化。如所示出的，板14包括多个孔口102，泵头穿过多个孔口102，从而允许板14装配于多个蠕动泵上。图4描绘了包括四个孔口102的实施例，但如将认识到的，其它实施例可包括多于或少于四个的孔口。

在实施例中，板14构造成用于装配到蠕动泵模块，各个模块包括两个泵。这样的模块可为操作性地可连接的，使得两个模块可堆叠以按比例缩放至四个泵，例如图1中所描绘的构造。

板14进一步包括泵环路支架106，泵环路支架106是位于板14上的基本上U形的支架。支架106被设定大小并且成形为接纳流体管线并且将流体管线保持就位，使得流体管线与泵头操作性地接触。如所示出的，各个孔口102包括两个支架106。在使用中，支架106接纳流体管线的泵管道区段，例如硅树脂管道，并且经由压配合来将流体管线保持就位。支架106将泵管道区段21推压到弓形路径中，使得泵管道区段接触泵头，从而允许泵恰当地运作。

在实施例中，流体管线具有不同材料的多个互连区段。例如，管线可具有由医药级热塑性弹性体、由PVC制造的区段和由硅树脂制造的区段。在实施例中，流体管线具有由硅树脂或在功能上类似的材料制造的泵管道区段21。在具体实施例中，流体管线包括6''硅树脂泵管道区段21，然而，如将认识到的，只要泵管道区段21充分地接合泵头以允许恰当的泵运作，泵管道区段就可在长度上变化并且由多种材料制造。

泵装配板14进一步包括过滤器支架108。过滤器支架108被设定大小并且成形为接纳切向流过滤器，例如空心纤维过滤器，并且经由压配合或卡扣配合来将过滤器保持就位。

现在参考图5A-5E，泵装配板14的实施例被描绘为安装于多个蠕动泵15上。在实施例中，以虚线示出的泵装配板14预装载有四条泵头接合流体管线，四条泵头接合流体管线中的两条连接到生物反应器器皿12的出口端口和废物袋19(图2)，并且，四条泵头接合流体管线中的两条可经由例如无菌管熔合来连接到接种物/缓冲液袋和培养基袋。管线也可全都经由T形连接器来操作性地连接到过滤器。

为了将装配板14安装于多个泵上，使用者首先打开泵头的盖(图5A)。然后，流体管线的泵管道区段与泵头对准(图5B)，并且，装配板14被推动到位(图5C)。泵头盖然后被关闭(图5D)，并且，使用者然后可检查泵的功能性。如将认识到的，通过将流体管线预装载于泵装配板14上并且使得管线预附接到器皿12和废物袋19，该系统的实施例提供细胞疗法的安装、使用以及制造的简易性。此外，在某些实施例中，孔口中的各个被标记，使得使用者可迅速地识别连接到孔口的各条流体管线的功能，以便于附接到适当的袋。

参考图6，描绘了根据实施例的生物处理系统200的流动路径。如所示出的，生物反应器器皿12具有连接到出口端口62的出口流体管线202。出口流体管线202继而接合第一泵204并且经由T形连接器206或在功能上类似的阀来连接到过滤器17。过滤器17包括接合第二泵210并且供给到废物袋19中的废物流体管线208。

系统200进一步包括接种物/缓冲液流体管线212，接种物/缓冲液流体管线212连接到接种物或缓冲液袋214并且接合第三泵216。接种物/缓冲液流体管线212连接到过滤器17的T形连接器218。T形连接器218继而连接到入口流体管线220，以用于使流体经由入口端口60和入口汲取管70来返回到生物反应器器皿12。

系统200还包括用于培养基补给的培养基流体管线222。培养基流体管线220接合第四泵224和T形连接器206。培养基流体管线220可连接到培养基袋226。

在实施例中，器皿12可连接到测力传感器228。此外，实施例进一步包括位于例如出口流体管线202上的劈开式端口230，以便于采样以评估例如细胞群体密度。

如将认识到的，系统200构造成用于与装配板14一起使用，已从该图中的示意图省略装配板14。类似地，通过将生物反应器器皿12装配于生物反应器平台的倾斜托盘上并且使器皿12倾斜到基本上直立的位置来便于上文中所讨论的系统200的功能性。未在该图中描绘平台和基本上直立的位置。

在实施例中，提供封闭的生物处理系统，在其中可完成细胞浓缩和/或洗涤，而不需要单独的生物处理装置(例如，器皿、离心机等)。在方面中，通过图6中所示出的流动路径架构来实现该功能性。

更具体地，为了进行浓缩，生物反应器器皿12放置于基本上直立的位置中，并且，第一泵204被启动，以将细胞悬浮液经由出口端口62和出口汲取管72来从生物反应器器皿12抽吸出、抽吸通过出口流体管线202和T形连接器206并且抽吸到过滤器17中。第二泵210(即，渗透泵)被起动，以将水经由废物流体管线208来从细胞悬浮液抽吸出并且抽吸到废物袋19中。细胞通过入口流体管线220和入口端口60以及入口汲取管70来返回到器皿12中。在浓缩期间，第二泵216和第四泵224分别被关闭并且作为夹紧阀而运作。

如将认识到的，执行该过程，直到实现期望的浓缩，例如，从250 ml细胞悬浮液降至50 ml悬浮液的减少。一旦完成期望的浓缩，细胞就可被洗涤或以其它方式处理。

关于洗涤，泵204(即，主环路泵)被启动，以将细胞悬浮液经由出口端口62和出口汲取管72来从生物反应器器皿12抽吸出、抽吸通过出口流体管线202和T形连接器206并且抽吸到过滤器17中。在实施例中，泵204使流体循环通过过滤器17，同时维持一定量的剪切力，由此细胞不会被拉动到过滤器17内的多孔渗透‘迷你型隧道’中并且捕获于其内。

在泵204仍然起作用的情况下，来自接种物/缓冲液袋214的洗涤缓冲液经由接种物/缓冲液流体管线212、通过T形连接器218和流体管线220来经由泵216泵送到生物反应器器皿12的入口端口60和入口汲取管70中。继泵204和216的启动之后，泵210(即，渗透泵)被启动，以将水经由废物流体管线208来从细胞悬浮液抽吸出并且抽吸到废物袋19中。细胞通过入口流体管线220返回到器皿12中，在入口流体管线220中，细胞与洗涤缓冲液混合。在实施例中，泵216和208以相同的流动速率操作，以维持平衡，即，流入的体积等于流出的体积，因此不发生进一步的浓缩或稀释，同时利用新鲜的进入的洗涤缓冲液来洗涤细胞。

如将认识到，在器皿12中除了扩增之外还进行活化或基因修饰之后，细胞可被洗涤和/或浓缩。此外，一旦被浓缩和/或洗涤的细胞返回到生物反应器器皿，细胞悬浮液的体积就可利用培养基来重组，以获得期望的细胞密度，并且，培养物内含物然后可放置于新的生物反应器器皿中，在新的生物反应器器皿中，培养物内含物可进一步扩增。

现在参考图7，提供了示出本发明的实施例在细胞浓缩和洗涤中的效力的图表300。特别地，该图表300表示本发明的实施例在细胞悬浮液的浓缩(即，脱水)和载体洗涤两者中的效率。

为了模拟用以移除在细胞工程中使用的不合期望的内含物(诸如，病毒载体)的所要求的洗涤步骤，荧光素染料添加到细胞悬浮液(150 nM)。细胞悬浮液在洗涤之前被浓缩，并且，两个单元操作利用所并入的切向流过滤器来移除不期望的内含物。贯穿过程而周期性地收集样品，并且针对荧光性而分析样品。使用对数标度来由“病毒浓度”(RFU)标绘图表示替代物荧光素浓度。在左轴线上标度的以相对荧光单位(RFU)测量的荧光素的浓度在36分钟的处理时间内显著地降低。该洗涤由“洗涤因子”线标绘图表示。测试结果在所图示的该图中示出在40分钟处理时间之后荧光素的2对数减少。

在右轴线上示出细胞活力百分比(线)、洗涤因子以及在处理之后的细胞回收率(条)。细胞活力贯穿从时间=0分钟到时间=40分钟的洗涤过程而保持处于几乎100%。类似地，实现90%的细胞回收率。回收率值和活力值两者表明也高度地高效的稳健过程。

用于计算洗涤因子的公式：

洗涤因子=(原始病毒数－当前数)*100%/原始病毒数。

将荧光素用作替代物，

病毒数=RFU浓度*当前处理体积

起初，未洗涤病毒，因此洗涤因子是0

如果洗涤因子=90%，则该洗涤是1对数洗涤

如果洗涤因子=99%，则该洗涤是2对数洗涤

如果洗涤因子是99.9%，则该洗涤是3对数洗涤。

本书面描述使用示例来公开本发明的若干实施例(包括最佳模式)，并且还使本领域中的普通技术人员能够实践本发明的实施例(包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法)。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域中的普通技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果这样的其它示例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等同结构元件，则这样的其它示例旨在处于权利要求书的范围内。

另外，虽然本文中所描述的材料类型和尺寸旨在限定本发明的参数，但它们决非限制性的，而是示例性实施例。当本领域技术人员审阅上文的描述时，许多其它实施例将对本领域技术人员显而易见。因此，应当参考所附权利要求书连同这样的权利要求书所赋予的等同体的全范围来确定本发明的范围。在所附权利要求书中，用语“包括”和“在其中”用作相应的用语“包含”和“其中”的简明英语等同体。此外，在以下权利要求书中，诸如“第一”、“第二”、“第三”、“上部”、“下部”、“底部”、“顶部”等的用语仅仅用作标记，而不旨在对其对象施加数值要求或位置要求。此外，以下权利要求书的限制不以手段加功能的格式书写，并且不旨在照此解释，除非并且直到这样的权利要求限制明确地使用后接没有另外的结构的功能陈述的短语“用于...的手段”。

由于可在不脱离本文中所涉及的本发明的精神和范围的情况下在上文中所描述的本发明中作出某些改变，因而意图的是，附图中所示出的上文的描述的所有主题都应当仅仅解释为图示本文中的发明构思的示例，而不应当解释为限制本发明。