技术领域
[0001] 本
发明涉及一种生物反应器系统以及一种用于调节设置在生物反应器系统的同一摇摆部件上的至少两个生物反应器袋的参数的方法。
背景技术
[0002] 常用类型的用于培养细胞的生物反应器被设置在
摇臂单元上。培养物的混合通过由摇臂单元所执行的波引发的搅动来实现。在细胞培养物中的条件可通过不同手段来调节，例如
温度可通过提供热来调节，pH可通过添加酸或
碱来调节并且可控制液体/介质的量。
[0003] 通常设置一个生物反应器袋在摇臂单元上并且在摇臂单元上某处设置一个或更多个测
力计以便测量生物反应器袋的内含物的重量。如上所述例如液体的量、温度和pH的调节那么可适应于不同的重量。如果细胞培养物的重量在培养时间期间改变(例如通过添加例如介质或酸或碱)，适合于使调节/控制活动另外适应于这些新的重量条件。例如需要更多热量以对于更大量的细胞培养物增加温度并且需要更多碱以对于更大量的细胞培养物增加pH。
[0004] 之前用于能够单独控制设置在相同的摇臂单元上的两个生物反应器的方法是假设在这两个袋之间的初始重量关系将在整个过程中被维持。
[0005] 之前使用的该方法的问题是，如果这两个生物反应器被单独地控制这两个生物反应器的内含物也会单独地变化并且在这两个袋之间的初始重量关系将不被维持。如果假设了错误的重量，该控制方法将不是最佳的。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种用于单独控制设置在生物反应器系统的一个摇摆部件上的至少两个生物反应器的改进的方法。
[0007] 本发明的另一目的是提供一种方法和一种生物反应器系统用于单独地控制设置在一个摇摆部件上的两个生物反应器袋，在此在运行期间该控制单独地适应于每个生物反应器袋。
[0008] 这通过一种用于单独调节至少两个生物反应器袋的参数的方法来实现，这些生物反应器袋被设置在生物反应器系统的同一摇摆部件上，所述方法包括以下步骤：-确定在处理期间在不同时间点在每个生物反应器袋中的内含物的单独的重量；
-根据单独的重量调节在每个生物反应器袋中的一个或更多个参数。
[0009] 这也通过一种生物反应器系统来实现，其包括称为摇臂
基座(rocker base)的静止部件和可旋转地附连至静止部件的称为托盘的摇摆部件，至少两个生物反应器袋被设置到该摇摆部件上，所述系统此外包括：-确定器件，其用于确定在处理期间在不同时间点在每个生物反应器袋中的内含物的单独的重量；和
-调节器件，其被连接至确定器件并且被布置成根据单独的重量调节在每个生物反应器袋中的一个或更多个参数。
[0010] 因此，这两个袋可基于其在不同时间点实际的重量单独地来控制。这提供了改进的
精度和效率。
[0011] 在本发明的一
实施例中，确定在每个生物反应器袋中的内含物的单独的重量的步骤包括：-使生物反应器系统的静止部件配备有测量生物反应器袋、摇摆部件和可能还有静止部件自身的重量的测力计(load cell)；
-将每个生物反应器袋的内含物的初始重量(WIL,WIR)提供至系统的控制单元；
-存储由测力计所测量的重量减去生物反应器袋的内含物的重量所得的值；
-利用所存储的由测力计所测量的重量减去生物反应器袋的内含物的重量所得的值和力矩平衡的方程以及所有力和为零的事实来推导在不同时间点每个生物反应器袋的内含物的单独的重量。
[0012] 在一实施例中，由所述测力计所测量的重量减去生物反应器袋的内含物的重量所得的值的存储通过使用在生物反应器袋的内含物仍等于所提供的每个生物反应器袋的内含物的初始重量(WIL,WIR)期间由测力计所测量的初始重量并且减去所提供的每个生物反应器袋的内含物的初始重量(WIL,WIR)来提供。
[0013] 在本发明的一实施例中，该方法此外包括以下步骤：通过利用力矩平衡的方程和所有力和为零的事实以及每个生物反应器袋的内含物的初始重量来确定静止部件和摇摆部件连同生物反应器袋的质心的
位置，所述质心的位置在确定在不同时间在每个生物反应器袋上的内含物的单独的重量中被使用。
[0014] 在从属
权利要求中说明了另外的实施例。
附图说明
[0015] 图1示出了根据本发明的一实施例的摇摆生物反应器系统。
[0016] 图2示意性地示出了根据本发明的一实施例的摇摆生物反应器系统。
[0017] 图3示意性地示出了根据本发明的另一实施例的摇摆生物反应器系统。
[0018] 图4示意性地示出了根据本发明的一实施例的控制单元。
具体实施方式
[0019] 图1示出了根据本发明的一实施例的摇摆生物反应器系统1。该生物反应器系统包括静止部件(也称摇臂基座11)和摇摆部件(也称托盘13)，该摇摆部件可旋转地且可能还可分离地被附连至静止部件用于围绕轴线的往复运动。生物反应器系统也包括设置在托盘13上的第一及第二生物反应器袋15、17。摇臂基座11被布置成给托盘13提供摇摆运动。生物反应器系统另外包括连接至摇臂基座11和第一及第二生物反应器袋15、17的一个或更多个控制单元19a、19b。控制单元被用于控制培养的不同参数诸如pH、DO、培养介质体积等。摇臂单元包括测力计(在图中不可见)。在一实施例中，摇臂单元立于测力计上，由此测力计记录摇臂基座11、托盘13、第一及第二生物反应器袋15、17和生物反应器袋的内含物所有的重量。在本发明的一实施例中设置有四个测力计，在摇臂单元的每个
角落中(或靠近每个角落)有一个。然而，三个或者多于四个测力计也将是可能的。而且，摇臂基座不需要是正方形或矩形，而是也可以是圆形或椭圆形或者具有任何其它合适的形状。无论如何，测力计应在摇臂单元之下分布成使得摇臂单元稳定地且以便记录重量地靠放。
[0020] 在另一实施例中，测力计而被设置在摇臂基座与托盘之间的
铰链中。这接下来关于图3更详细地来说明。在该实施例中需要仅仅两个测力计。在该实施例中由这两个测力计所记录的重量因此显然不包括摇臂基座的重量，而仅包括托盘和带有内含物的生物反应器袋的重量。
[0021] 根据本发明，来自这些测力计的重量测量连同在生物反应器系统中的大量内部距离并且还连同整个系统的初始重量测量减去初始所提供的细胞培养物(在生物反应器袋中的内含物)的重量被用于确定在不同时间点这两个生物反应器袋的内含物的单独的重量。如接下来关于图2将详细所讨论的那样，力矩平衡的方程被用于这些计算。
[0022] 第一及第二生物反应器袋15、17的内含物的单独的重量根据本发明将被用于控制/调节细胞培养物的参数。例如，温度可由温度
传感器来测量并且由加热器来调节。在一实施例中，控制单元19a、19b因此被连接至与生物反应器袋相连地设置的这样的温度传感器和至也与生物反应器袋相连地设置的加热器。在另一实施例中，温度调节被集成到摇臂单元中。所有调节机构可被设置在一个或更多个独立提供的控制单元中而或者这些功能中的一些或全部可被设置在摇臂基座本身中。事实上，选择在哪设置控制功能是可选的并且对于本发明不重要。需要用于调整温度的热量取决于细胞培养物的量/重量并且因此利用本发明当对于不同时间点使用对于每个生物反应器袋的精确的重量测量时
温度控制将更有效和精确。利用本发明的另一优点是不需要在两个袋中具有近似相同的培养体积。而且，在生物反应器袋中可通过添加酸或碱来调节pH。为了该目的，控制单元19a、19b被连接至在每个生物反应器袋中的pH传感器。而且，控制单元19a、19b被连接至
泵，泵又通过管被连接至酸/碱容器和至生物反应器袋用于输送酸和碱来调节在细胞培养物中的pH。根据本发明，该pH调节也利用了在不同时间点这两个生物反应器袋的单独的重量测量以便改善效率和精度。单独重量测量被适宜地使用的另一类型的控制是在生物反应器袋中的介质的量的控制。单独地控制在每个袋中的介质的量在补料分批培养(fed batch culture)中特别重要并且在此利用根据本发明的方法也将改善控制的效率和精度。细胞袋培养的其他参数的控制也可基于单独的重量单独地完成。
[0023] 图2示意性地示出了根据本发明的一实施例的摇摆生物反应器系统。在该实施例中，摇臂基座11(其是该系统的静止部件)立于四个测力计上，在每个角落中或靠近角落有一个，其布置成测量整个系统的重量。然而，为了使用力矩平衡的方程来计算生物反应器袋内含物的单独的重量，假设这两个左边(指的是附图中的方向)的测力计由一个想象的左测力计22a来代表，其在摇臂基座的两个左边角落之间位于中间并且示出这两个左边的测力计的测量值的总和。同样地假设这两个右边的测力计由一个想象的右边的测力计22b来代表，其在摇臂基座的两个右边角落之间位于中间并且示出这两个右边的测力计的测量值的总和。可见托盘13(系统的摇摆部件)设置在摇臂基座11之上。该托盘13适用于保持两个生物反应器袋，第一生物反应器袋15(在图中在左边)和第二生物反应器袋17(在图中在右边)。而且，在该视图中，作用在装置上的力由在竖直方向上的箭头示出而用于计算的距离由
水平的箭头示出，定义如下：WL：左袋(第一生物反应器)内含物的重量。可随时间变化。
[0024] WR：右袋(第二生物反应器)内含物的重量。可随时间变化。
[0025] WI：仪器包括托盘、空袋、摇臂基座和任何盖(如果使用的话)的重量。也就是说除了袋的内含物之外影响测力计的一切。
[0026] LL：由这两个左测力计所测量的总重量。
[0027] LR：由这两个右测力计所测量的总重量。
[0028] DA：在想象的左测力计22a与想象的右测力计22b之间的距离。该值恒定并且在系统中被限定。
[0029] DL：从想象的左测力计22a至第一生物反应器袋15的质心的距离。该值被假设为恒定但是如果袋未正确
定位可有差别。
[0030] DR：从想象的左测力计22a至第二生物反应器袋17的质心的距离。该值被假设为恒定但是如果袋未正确定位可有差别。
[0031] DI：从想象的左测力计22a至仪器的质心的距离。该值略微取决于选择了什么类型的袋并且对于不同的仪器可能会不同。
[0032] 根据本发明，应动态地来确定WL和WR的值。为了计算这个，需要利用所有力的和应为零(方程1)的事实和围绕想象的左测力计22a的力矩平衡的方程(方程3)。当然，力矩平衡的方程可围绕另一点来建立。
[0033] (方程1)方程1可被写成：
(方程2)
转矩方程：
(方程3)
这可被写成：
(方程4)
结合方程2和4得出：
最后得出
(方程5)
DI和WI的值需要被确定。为了做到这一点，使用者需要输入WL和WR的起始值。如果生物反应器袋从开始是空的，这些值应被设为零。
[0034] WI的值使用以下公式来计算：(方程6)
其中，WIL和WIR是如由使用者输入的WL和WR的起始值。该公式由方程1推导出。在计算WI时，需要在已知WL和WR的时间点获取LL和LR的值，在该情况中如在该过程开始时、也就是说在对于生物反应器袋执行任何控制之前已知地使用WIL和WIR。在方程6中，当生物反应器袋内含物仍如由使用者作为WIL和WIR所输入那样时使用LL和LR的初始值。这以下将被称为由测力计测量的初始重量。
[0035] 此外，围绕所想象的左测力计22a由方程3得出的力矩平衡的方程给出(方程7)因此，WR和WL可在不同的时间点使用上面给出的方程5和2来计算。DI和WI将通过方程6和7给出。
[0036] 图3示意性地示出了根据本发明的另一实施例的摇摆生物反应器系统。在该实施例中，测力计32a、b设置在铰链31上，铰链设置在摇臂基座11与托盘13之间。因此，仅需要两个测力计，如果希望的话甚至也可以设置更多测力计。一个测力计适合地设置在每个铰链的中间并且因此这些测力计测量托盘13和生物反应器袋15、17(以及可能所使用的盖)的重量。以与关于在图2中示出的实施例所说明的相同的方式，作用在装置上的力由在竖直方向上的箭头示出而用于计算的距离由水平的箭头示出，定义如下：WL：左袋(第一生物反应器)内含物的重量。可随时间改变。
[0037] WR：右袋(第二生物反应器)内含物的重量。可随时间改变。
[0038] WI：托盘、空袋和任何盖(如果使用的话)的重量。也就是说，除了袋的内含物之外影响测力计的一切。
[0039] LL：通过(多个)左测力计所测量的总重量。
[0040] LR：通过(多个)右测力计所测量的总重量。
[0041] DA：在左测力计32a与右测力计32b之间的距离。该值恒定并且在系统中被限定。
[0042] DL：从左测力计32a至第一生物反应器袋15的质心的距离。该值被假设为恒定，但是如果袋未正确定位可能有差别。
[0043] DR：从左测力计32a至第二生物反应器袋17的质心的距离。该值被假设为恒定，但是如果袋未正确定位可能有差别。
[0044] DI：从左测力计32a到仪器的质心的距离。该值略微取决于选择了什么类型的袋并且对于不同的仪器可能会不同。
[0045] 如果只使用了两个测力计，不需要用于关于在图2中所说明的实施例的计算的想象的测力计。而且，WI不包括摇臂基座的重量。其它所有的细节和计算相同而在此不进一步说明。
[0046] 在图4中更详细地示出了根据本发明的一实施例的控制单元19a、19b。如上所述，控制/调节功能可被设置在一个或更多个控制单元中或在摇臂基座本身中或在两者中。控制单元19a、19b包括：-确定器件31，其用于确定在处理期间在不同的时间点在每个生物反应器袋中的内含物的单独的重量；和
-调节器件33，其被连接至确定器件并且被布置成根据单独的重量调节在每个生物反应器袋中的一个或更多个参数。
[0047] 该调节器件例如可被连接至加热器用于调节温度以及至酸和碱输送系统用于调节pH。
[0048] 确定器件此外包括：-接收器件35，其用于接收所输入的每个生物反应器袋的内含物的初始重量的值；
-重量接收器件37，其用于从测力计接收重量测量；
-
存储器件39，其用于存储由测力计所测量的重量减去每个生物反应器袋的内含物的重量所得的值；
-推导器件41，其用于利用力矩平衡的方程和所有力的和为零的事实以及所存储的由测力计所测量的重量减去每个生物反应器袋的内含物的重量所得的值来推导在不同时间点每个生物反应器袋的内含物的单独的重量。
[0049] 在一实施例中，存储器件39被布置成使用在生物反应器袋的内含物仍等于所提供的每个生物反应器袋的内含物的初始重量WIL、WIR时由测力计所测量的初始重量并且减去所提供的每个生物反应器袋的内含物的初始重量WIL、WIR用于存储由测力计所测量的重量减去生物反应器袋的内含物的重量所得的值。
[0050] 推导器件在一实施例中被布置成围绕想象的测力计22a设立力矩平衡的方程，该想象的测力计设置在真正的测力计中的两个之间的支承上。
[0051] 在摇摆生物反应器系统中测量两个生物反应器袋的单独重量的该方法也可被用于在填充或清空生物反应器袋期间记录单独的重量。例如在灌注中，当在处理期间介质被添加和泵出时，需要在生物反应器袋中的每个中保持特定重量。这两个生物反应器袋的内含物的重量的单独的测量也可被用于两个泵的单独标定。
[0052] 该
说明书使用示例来公开本发明(包括最佳模式)并且也允许本领域技术人员实际本发明(包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何所包括的方法)。本发明的保护范围由权利要求来限定，并且可包括本领域技术人员能想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面意思没有什么区别的结构元件或者如果其包括与权利要求的字面意思无实质区别的等同的结构元件这样的其他示例意图在权利要求的范围内。
