專利名稱：培養(yǎng)及/或處理細(xì)胞的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種培養(yǎng)及/或處理細(xì)胞的裝置，其型式如同在權(quán)利要求1的前言中所詳細(xì)說明的那樣，還涉及培養(yǎng)和處治細(xì)胞的方法。
DE 42 06 585 C2說明了一種在板狀細(xì)胞培養(yǎng)載體上大量培養(yǎng)細(xì)胞特別是肝細(xì)胞的裝置，其中細(xì)胞培養(yǎng)載體至少有部分表面是能透過氣體的。我們能夠使氧氣進(jìn)入到細(xì)胞培養(yǎng)載體的內(nèi)部，并將覆蓋細(xì)胞的一個膠原蛋白層敷設(shè)在細(xì)胞培養(yǎng)載體上。下一個細(xì)胞培養(yǎng)載體被直接布置在膠原蛋白層上或在該層之上一個小距離。培養(yǎng)基能進(jìn)入到膠原蛋白層內(nèi)或進(jìn)入到膠原蛋白層和下一個細(xì)胞培養(yǎng)載體之間的空間內(nèi)。該裝置被構(gòu)造得如同三明治面包那樣。這種裝置的缺點(diǎn)是總會存在精密形成的并具有特定體積的細(xì)胞室。另外，難于觀察細(xì)胞室內(nèi)的細(xì)胞來確定任何變化或發(fā)展?fàn)顟B(tài)。
DE 42 22 345 A1說明了在與肝細(xì)胞共同培養(yǎng)的方法中培養(yǎng)一種細(xì)胞類型，其中肝細(xì)胞被培養(yǎng)在三明治方法中的支承上。第一基質(zhì)層被布置在肝和支承之間以便將肝細(xì)胞栓住，而第二基質(zhì)層被設(shè)置在肝細(xì)胞之上。
WO 95/17526說明了一種用所謂空氣提升法來培養(yǎng)皮膚的方法。這要求將氣體或無菌空氣帶入到細(xì)胞成長室內(nèi)。在這種情況下細(xì)胞被設(shè)置在半滲透薄膜上。在半滲透薄膜上的基底細(xì)胞通過培養(yǎng)基室由擴(kuò)散法供以營養(yǎng)素。基底細(xì)胞顯示有向空氣相的多層成長。但缺點(diǎn)是所生成的皮膚結(jié)構(gòu)“上側(cè)向下”。這意味著其他細(xì)胞類型例如連接性組織細(xì)胞(成纖維細(xì)胞)必須在初始時種入并允許經(jīng)過一段時間，或者該皮膚必須用機(jī)械方法提升，但這會導(dǎo)致靈敏結(jié)構(gòu)的損壞。
DE 197 19 751 A1涉及一種培養(yǎng)及/或處治細(xì)胞的裝置，其中細(xì)胞室被布置在透氣的載體上。細(xì)胞室被這樣構(gòu)成用一透氣但不透液體的薄膜敷設(shè)在載體上，并用第二微孔薄膜布置在第一薄膜上或與第一薄膜成為一體。在這兩薄膜之中至少一張薄膜須有足夠的彈性使在細(xì)胞室內(nèi)的最終體積能為其初始體積的許多倍。細(xì)胞室設(shè)有至少一條供應(yīng)及/或排放管線。這個以前公開過的裝置特別適用于大量培養(yǎng)系統(tǒng)。另外，它能適應(yīng)特殊要求，因為它能用體積非常小的和數(shù)目少的細(xì)胞開始放在細(xì)胞室內(nèi)處治或培養(yǎng)，然后經(jīng)過處治將初始體積增加到許多倍。還可能將一個或多個單元一個疊一個地以三明治的形式放置在傳統(tǒng)的培育箱內(nèi)。
本發(fā)明的目的是要進(jìn)一步改進(jìn)在DE 197 19 751 A1中所公開的裝置，特別是使它進(jìn)一步簡化甚至具有較大的可變能力。
這個目的按照本發(fā)明是靠權(quán)利要求1中所提到的特點(diǎn)來達(dá)到的。
本發(fā)明的方法在權(quán)利要求37中示出。
本發(fā)明的裝置和方法的主要優(yōu)點(diǎn)之一是，一個具有最小層厚的非常淺的細(xì)胞培養(yǎng)室可這樣獲得，其外壁至少是部分透氣的。通過該細(xì)胞培養(yǎng)室的可被模壓能力，該裝置可以做到設(shè)計簡單，又具有很大的可變能力。另一個優(yōu)點(diǎn)是，由于該裝置的幾何形狀尺寸可變，細(xì)胞培養(yǎng)室的可被模壓能力實際上能適應(yīng)各種需要。
在形成細(xì)胞培養(yǎng)室和細(xì)胞培養(yǎng)的從屬權(quán)利要求中指出的框架和穩(wěn)定結(jié)構(gòu)使可被模壓能力能進(jìn)一步發(fā)展，特別是在細(xì)胞處治之前和之中都能使用。
本發(fā)明另一個改進(jìn)可包括這樣一個情況，即框架及/或穩(wěn)定結(jié)構(gòu)本身也都可被模壓，特別是在實行培養(yǎng)方法之前和之中都可進(jìn)行。
本發(fā)明另一個相當(dāng)大的優(yōu)點(diǎn)是，整個單元連同細(xì)胞都能以受控的方式被冷凍和存儲成限定的形狀。這使我們有可能還可把本發(fā)明的裝置用作運(yùn)輸系統(tǒng)。
顯然，與現(xiàn)有技術(shù)相比有相當(dāng)大的差別，其中一個差別是，現(xiàn)有技術(shù)只是具有靈活的細(xì)胞培養(yǎng)室或薄膜，而本發(fā)明不僅能具有靈活性，而且細(xì)胞培養(yǎng)室及其幾何形狀尺寸具有可被模壓能力或可被仿制能力。這樣實際上能產(chǎn)生具有任何形狀和設(shè)計的細(xì)胞培養(yǎng)室而得到切合實際的效果。
如果在本發(fā)明的設(shè)計中細(xì)胞培養(yǎng)室的形式為薄層結(jié)構(gòu)，那么就可有極小的氧氣擴(kuò)散路徑，特別是在培養(yǎng)開始時。
從從屬的權(quán)利要求和示范的實施例中可明白地看到本發(fā)明的有效的設(shè)計和另外一些發(fā)展。下面將根據(jù)附圖從原理上說明本發(fā)明的實施例。
在附圖中


圖1為本發(fā)明的裝置的載體板的概略的頂視圖2為
圖1中載體板連同柔性薄膜和蓋板在沿II-II線切開時的剖面圖；圖3為圖2中所示裝置的配置在轉(zhuǎn)過180°時的情況；圖4為框架狀載體板的透視圖；圖5為圖4中沿V-V切開的放大的剖面圖；圖6為生物反應(yīng)器的略圖；圖7為載體板卷曲成圓形的透視圖；圖8為載體板卷曲成螺旋形的透視圖；圖9為心閥結(jié)構(gòu)的頂視圖；
圖10為心閥結(jié)構(gòu)的縱向剖面圖；
圖11為用來在容器內(nèi)構(gòu)成心閥的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的裝置具有一個可模壓的、主要由塑料構(gòu)成的載體板1。有一可透氣的、柔性塑料薄膜鋪設(shè)在載體板1上并被緊密地連接在載體板1的邊緣上。
載體板1在其邊緣區(qū)域內(nèi)的一個端面上設(shè)有一個流入連接管4，通過該管例如可將營養(yǎng)基喂入到一條沿著載體板1的側(cè)壁延伸的流入溝道5內(nèi)。營養(yǎng)基在導(dǎo)向載體板1表面的流入溝道5內(nèi)朝向與流入側(cè)相對的端面流動。流入溝道5在這端面上開啟到一條至少大約延伸到載體板1整個寬度的橫向溝道6內(nèi)，該橫向溝道設(shè)有多個伸出部7，該伸出部各有一段從橫向溝道6導(dǎo)向載體板1上側(cè)的向上傾斜的路程。
如從
圖1可見，伸出部7的長度，如果合適的話，還有其寬度可隨離開流入溝道距離的增加而增加，使?fàn)I養(yǎng)基可均勻地分布在載體板1的表面上。這樣便可有一個移向流出溝道8的均勻流動，該流出溝道同樣有一橫向溝道，為了產(chǎn)生一個均勻的流出，同樣可設(shè)有多個伸出部如同伸出部7的鏡中映像?；蛘咭部赡懿辉O(shè)伸出部而是將橫向溝道8不斷地放寬一直到一個流出孔9如
圖1所示。流出孔9通過載體板1內(nèi)部的孔與放置在載體板1上的流出連接管連通。兩條橫向溝道6和8及伸出部7只是示出作為例子。唯一重要的點(diǎn)是要在載體板1的整個寬度上造成營養(yǎng)基的均勻而連續(xù)的流動。
柔性薄膜2可用任何一種合適的方式如夾緊、粘結(jié)、焊接或用螺栓連接到載體板1的邊緣上。細(xì)胞培養(yǎng)物11可連同營養(yǎng)基或在細(xì)胞培養(yǎng)室11a內(nèi)的另一個載體液被放置在載體板1上。細(xì)胞培養(yǎng)室11a是由載體薄膜3和細(xì)胞培養(yǎng)薄膜2構(gòu)成的薄層結(jié)構(gòu)。
當(dāng)然，也可能預(yù)先把細(xì)胞培養(yǎng)物11分布在載體板1上，并且培養(yǎng)物11同樣能通過流入連接管4引入。按照圖2畫出的實施例，細(xì)胞培養(yǎng)物11可直接沉積在載體板1的表面上。為了防止剪切應(yīng)力和流動應(yīng)力，載體板1的表面可制成這樣的結(jié)構(gòu)使細(xì)胞安頓在表面內(nèi)的小凹部12內(nèi)。為此目的，載體板1的表面可具有棋盤結(jié)構(gòu)例如具有相應(yīng)的凹部12和升高到與載體板1表面齊平的側(cè)壁13。這個結(jié)構(gòu)在
圖1中的虛線圓圈X內(nèi)被放大地畫出。為了在各凹部也就是在各細(xì)胞之間造成合適的連通，在壁13上也可設(shè)有小孔成為迷宮型式。也可能在薄膜本身上制出輪廓形狀例如棋盤樣式，或者含有玻璃纖維或另外的材料形成一個特定結(jié)構(gòu)而該結(jié)構(gòu)能用熔融的方法合適地予以更換。
從圖4可見載體板1也可只由一個框架1a構(gòu)成，其上連接著柔性薄膜2。在該柔性薄膜2的下方以同樣方式連接在框架狀載體板1a上的還有一張載體薄膜3，該載體薄膜3可被用來填沒框架中間的空檔并形成外面的薄膜。載體薄膜3可以是，但并非必需是柔性的及/或透氣的。在圖2和圖4所示例子中都有氧氣通過彈性薄膜2供到細(xì)胞培養(yǎng)物11上。
框架1a可設(shè)有多個凸鈕27用來夾緊或固緊敷設(shè)的柔性薄膜。為此目的，框架1a也可被設(shè)計成與放映機(jī)滑動架的兩半部相似，在該情況下柔性薄膜2可被放置和夾緊在兩個框架之間。
框架1a也可被設(shè)計成一種夾緊框架或夾緊彈簧的型式。夾緊框架是用框架將連接在其上的薄膜2夾緊，這樣來防止生成環(huán)狀或袋狀。由于薄膜2具有彈性，因此在培養(yǎng)室細(xì)胞培養(yǎng)室能合適地成長。一個相應(yīng)地開啟的夾緊框架的設(shè)計在圖4中示出，該框架在一側(cè)上開有一條縫隙28使當(dāng)將力作用在箭頭所示方向能將設(shè)在其間的薄膜2夾緊。在本例中在合適的地點(diǎn)，取代長方形的設(shè)計也可使用一個開啟的圓形夾緊框架，因為薄膜2的完全圓形的夾緊更容易做到。
凸鈕27也可被設(shè)計成孔眼，要夾緊時，薄膜2被下降到孔眼內(nèi)從而被適當(dāng)?shù)貖A緊。
圖5示出圖4中沿V-V線切開的剖面圖的放大(特別是薄膜的放大)。如可見到，在本例中框架1a或邊條一個向下向內(nèi)的斜度。這個斜度當(dāng)薄膜2和薄膜3在適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)被適當(dāng)?shù)胤胖脮r可防止在細(xì)胞培養(yǎng)室11a內(nèi)產(chǎn)生閉塞的空間。在這情況下，可將圖2所示蓋板17放置在薄膜2的頂上以資準(zhǔn)確地導(dǎo)引并設(shè)置，蓋板17具有一個與框架1a的斜度合適地互補(bǔ)的形狀。蓋板17的目的及其形狀將在下面更詳細(xì)地說明。
圖3示出培養(yǎng)或處治細(xì)胞培養(yǎng)物11的一個顛倒的布置，在這情況下，載體板1放在頂上而彈性薄膜2掛在下面。由于細(xì)胞培養(yǎng)物11內(nèi)的細(xì)胞在重力的方向下沉積，在本例中它們沉積在彈性薄膜2的內(nèi)側(cè)。在本例中如果需要，該彈性薄膜2能夠如同
圖1中載體板1的表面設(shè)計那樣制出結(jié)構(gòu)。由于表面制出結(jié)構(gòu)，營養(yǎng)劑能夠流遍在凹部12內(nèi)的細(xì)胞形成一層薄膜。在圖3所示布置內(nèi)的彈性薄膜可被適當(dāng)?shù)匚g刻例如形成一個蜂窩狀結(jié)構(gòu)。兩張薄膜2和3與框架狀載體板1a的連接例如可用螺栓或夾緊，最好用一適當(dāng)?shù)拿芊饧鳛橹虚g層。
從圖3中虛線所畫還可明白在載體板1上還可反映出一個單元，因此能夠使用單個載體板1來構(gòu)成兩個細(xì)胞培養(yǎng)室11a。在這情況下兩個單元可互相分開操作，或者它們能通過一個或多個孔2b互相連通。在這情況下能在適當(dāng)?shù)牡胤皆O(shè)置公用的流入管和公用的流出管。在這情況下細(xì)胞可放置在細(xì)胞培養(yǎng)薄膜2上和載體板1上。這樣在材料和費(fèi)用上都可顯著地節(jié)省。
當(dāng)然，也可能簡單地用流入連接管4使?fàn)I養(yǎng)基從流入側(cè)流向?qū)?cè)直接流遍載體板1而排放。在這情況下，流入溝道5可省去，橫向溝道8將不再流出而被設(shè)計成流入溝道。并在另一側(cè)將有一條合適的流出溝道插置在載體板1內(nèi)。但為了便于實際使用，所提供的流動方向?qū)⑷?br> 圖1所示，因為在這情況下，所有進(jìn)入和輸出的管線將都集中在一側(cè)，這樣就都可從一側(cè)來接近。這種設(shè)計特別適用于圖6所示的情況。其中型式如同一垂直塔的生物反應(yīng)器14具有多個裝置要安排在其內(nèi)。為此目的，該生物反應(yīng)器設(shè)有多個可滑入的隔間15，這些隔間被合適地一個疊一個地堆起來，而
圖1到4所示的裝置能夠滑入到隔間內(nèi)。在這情況下所有流入和流出都可集中在一側(cè)。各該模塊組件還可直接互相連接。
這種做法對于邊靠邊排列在生物反應(yīng)器14內(nèi)的多排可滑入的隔間15也是可能的。生物反應(yīng)器14一般還可設(shè)有輪子16以便搬運(yùn)。
蓋板17在圖2中示出，這是處治細(xì)胞培養(yǎng)物11另一種可能的方法。蓋板17被放置在薄膜2上。體積能被蓋板17壓縮到極小。間隔還能被靈活地調(diào)節(jié)。這在準(zhǔn)備階段例如在第一個48小時內(nèi)特別有利，在這階段人們希望細(xì)胞培養(yǎng)物11不被干擾，而這可在系統(tǒng)上造成并不太大的閉塞空間，同時卻可增加擴(kuò)散交換。蓋板17還設(shè)有溝道18或在側(cè)邊上開放的蜂窩結(jié)構(gòu)使空氣或氧氣可通過溝道18供應(yīng)并可通過可透空氣的薄膜2供到細(xì)胞培養(yǎng)物11。蓋板17的連接到載體板1及薄膜2和載體薄膜3合適時的緊密連接到邊緣上可由未被畫出的夾子或合適的螺釘連接來完成。
圖2所示的蓋板17還可這樣設(shè)計使溝道18的一側(cè)被連接到一個氧載體(未示出)的供應(yīng)側(cè)面在其他邊緣上被封閉。這樣便能為細(xì)胞產(chǎn)生一個單獨(dú)的氧氣供應(yīng)。這種自給裝置的優(yōu)點(diǎn)是空氣能以特定的溫度及/或濕度供應(yīng)，并且這樣能產(chǎn)生一個單獨(dú)的“生物圈”。這種設(shè)計的另一個優(yōu)點(diǎn)為，如果需要，空氣還能在壓力下送入，使它有可能增加質(zhì)量轉(zhuǎn)移和分壓力。當(dāng)然，在原則上還可能相應(yīng)地增加氧的濃度，只是某些細(xì)胞培養(yǎng)物對過高的氧含量會起不良反應(yīng)。但在提高的壓力下進(jìn)行處治是可得到良好的效果的，這取決于被處治的細(xì)胞培養(yǎng)物。
另一個設(shè)計可包括在細(xì)胞室11a內(nèi)存在的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如同人們所熟知的那樣，骨髓是在骨內(nèi)生長的，而骨狀結(jié)構(gòu)或相應(yīng)地一種型式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或一種細(xì)胞外基質(zhì)能被放置在內(nèi)，這樣來給細(xì)胞提供一種與正常環(huán)境接近的微環(huán)境，從而提高效果。這樣一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可被自由地放置在細(xì)胞室空間11a內(nèi)，或者它可被引入到薄膜2或載體薄膜3內(nèi)。這樣便能夠例如將含鈣結(jié)構(gòu)(磷酸三鈣)放置到細(xì)胞室11a內(nèi)。
如果使用彈性薄膜2，那么載體薄膜3在邊緣區(qū)域能被適當(dāng)增強(qiáng)使它們不會被撕裂。而流入及/或流出連接管也可密封在這個增強(qiáng)的薄膜內(nèi)，從而可替代載體板1的流入連接管4和回流連接管10。當(dāng)使用圖4所示的載體板1a時，載體薄膜3和彈性薄膜2構(gòu)成細(xì)胞培養(yǎng)室11a。正如
圖1到3所示的設(shè)計，有可能使框架狀載體板1a連同固緊在其上的薄膜2和3根據(jù)需要一個疊一個地堆積起來，這時便可如上所述將流入和流出連接管密封在薄膜2和3內(nèi)。
各個裝置連同其載體板1也可連接在一起成為配裝在一起的系統(tǒng)以便給出具有任何長度的單元。在這種情況下，可用適當(dāng)?shù)目缀弯N釘來連接。然后為此目的只需把各個流入連接管4和流出連接管10適當(dāng)?shù)剡B接起來。
載體板1a除了采用圖4所示的框架形式外，還可能用任何形狀如長方形、方形或圓形的夾緊框或夾緊線來替代將兩個薄膜2和3連接在一起。換句話說，圖4所示的框架構(gòu)造在原理上可被卷曲形成一個圓如圖7或形成一個螺旋形如圖8，為了這個目的在該情況下所用材料可被模壓或具有彈性。圖7和8特別是圖7的設(shè)計可造成一個靈活系統(tǒng)，其形式為一具有切口的管子，在每一情況下都有一個載體板或載體環(huán)16將薄膜2和3夾緊在其間而在其內(nèi)具有細(xì)胞培養(yǎng)物11a。在這情況下如果所選的起始材料為如圖4所示的框架狀載體板1a，在其上固緊著兩張薄膜2和3，那么加固環(huán)只要設(shè)在管子的兩個端面上并沿著表面線用兩條連接帶邊靠邊地連接在一起即可。否則管子的周壁將太柔順。但也可能，如果合適，將這兩條連接帶一并省去，這樣就只有兩個加固環(huán)設(shè)在兩個端面上。
圖7畫出的環(huán)狀結(jié)構(gòu)只是代表一種原理上的設(shè)計，實際應(yīng)用時可從這基本形狀有效地作出修改。一種可能的應(yīng)用領(lǐng)域例如為冠狀動脈的旁路，過去曾需要從病人的腿靜脈去除這條旁路。但這樣做的缺點(diǎn)是靜脈使用數(shù)年后常會重新閉合因為它們經(jīng)受不住心臟上動脈血流區(qū)域的較高壓力。
采用圖7所示的本發(fā)明的實施例就可能用病人自己的細(xì)胞來培養(yǎng)脈管，在該情況下可將連接性組織細(xì)胞與膠原蛋白混合物一起注射到薄膜2和3之間的細(xì)胞培養(yǎng)室11a內(nèi)然后使細(xì)胞成長一段特定時間一直到能使用。
另一個可能的應(yīng)用是用于神經(jīng)細(xì)胞上。這種細(xì)胞也能被放置在管內(nèi)這樣生產(chǎn)，但在這情況下必需防止它們在某些培養(yǎng)階段發(fā)生粘結(jié)。管子在這里只是用來繁殖神經(jīng)細(xì)胞，因此這些細(xì)胞隨后能被移走并用于神經(jīng)病患者。
圖9概略地示出具有三個可向內(nèi)拉動的“活瓣19的管子的頂視圖。這個設(shè)計可產(chǎn)生一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)能用作心閥。
圖10畫出能構(gòu)成心閥的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的縱向剖面圖。如可見到，該管具有向內(nèi)的突出部20。取決于這種管子的使用目的，該向內(nèi)的突出部也可向內(nèi)突出到這么遠(yuǎn)以致它們互相接觸或者甚至在環(huán)狀細(xì)胞培養(yǎng)室11a內(nèi)形成橫向連接。
在制造這種形式時為了穩(wěn)定起見，例如可將環(huán)21分別布置在向內(nèi)突出部20之上和之下。夾緊撐22也可放置在內(nèi)側(cè)的向內(nèi)突出部之上以便用準(zhǔn)確地確定形狀(由虛線代表)。作為外側(cè)載體的載體薄膜3和在內(nèi)側(cè)的載體薄膜3都是能透空氣并能模壓的。外側(cè)薄膜3和彈性薄膜2被布置得只相互間隔開一個小距離，而營養(yǎng)基在它們之間流動。其時由于彈性薄膜2具有微孔，因此營養(yǎng)劑或營養(yǎng)基能夠擴(kuò)散到位在內(nèi)側(cè)并具有細(xì)胞11設(shè)置在其內(nèi)的細(xì)胞培養(yǎng)室11內(nèi)。
引入適宜用于特定用途的細(xì)胞的細(xì)胞培養(yǎng)室11a也可由具有微孔的細(xì)胞以“噴射模塑法”制成的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在這情況下，該結(jié)構(gòu)在實際上代表細(xì)胞11的載體部，并且其形狀與以后使用的形狀相當(dāng)，例如為一心閥或一個用來為腫瘤病人更換自己膀胱用的膀胱。
在后一種情況下，細(xì)胞可在一種雙重空氣囊的特定形狀內(nèi)培養(yǎng)，該氣囊有一進(jìn)口和一出口并且是有彈性的。外側(cè)薄膜3在每一種情況下都是透氣的并且在合適時是有彈性的，而微孔薄膜是在內(nèi)側(cè)。
該結(jié)構(gòu)例如可包括一個殼體，該殼體或者是生物降解的因此能分解，或者它由塑料構(gòu)成而在以后可重新移走。該殼體應(yīng)該是柔性的，其形狀應(yīng)與要被更換或構(gòu)成的器官的形狀相當(dāng)。這樣細(xì)胞便在實際上設(shè)有一個模型，然后將連接性的組織基質(zhì)或膠原蛋白基質(zhì)連同細(xì)胞一起噴射進(jìn)去。整個系統(tǒng)會變成固態(tài)并能形成網(wǎng)絡(luò)，而且在三維方向上成長，并在這個過程中吸收基質(zhì)。
作為另一種有效的使用，微孔薄膜2也可用本身在經(jīng)歷一定時間后會溶化的材料制成。這適用于特殊的聚合物，例如聚交酯、鏈烷酸酯或丁酸酯在經(jīng)歷數(shù)星期后便會溶化。如果例如在一基質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)，連接性組織細(xì)胞已構(gòu)成框架，那么就必須連結(jié)上許多器官的“內(nèi)部襯里”，這一工作是用內(nèi)皮細(xì)胞來完成的。這些內(nèi)皮細(xì)胞例如可在微孔薄膜2溶化時敷設(shè)上去。在這情況下，分開流入到細(xì)胞培養(yǎng)室11a總還是可能的。一般地說，細(xì)胞11往往連同基質(zhì)例如膠原蛋白一同被引入到細(xì)胞培養(yǎng)室11a內(nèi)，在那里它們可合適地繁殖。在更換心閥時，內(nèi)皮細(xì)胞被施加在內(nèi)側(cè)，而連接性組織細(xì)胞連同肌被施加在外側(cè)。這意為內(nèi)皮細(xì)胞被施加在薄膜2上指向管內(nèi)的一側(cè)。薄膜2同樣能被設(shè)計成可溶化的或可移走的。
薄膜有彈性可為被培養(yǎng)的細(xì)胞11提供一個基本上為自然的環(huán)境，因為心臟在搏動時會造成壓力波相應(yīng)地作用到細(xì)胞11上。
當(dāng)培養(yǎng)完成時，環(huán)21在合適的情況下和夾緊撐能被移走，因為這時該單元已能自己穩(wěn)定并且它能被插置在所需的地點(diǎn)。
圖11示出產(chǎn)生心閥或另外一種結(jié)構(gòu)的另一種可能的方法。在這情況下，具有向內(nèi)突出部20的管子被放置在一個具有營養(yǎng)基的容器23內(nèi)。設(shè)有未被畫出的流入孔和流出孔的容器可設(shè)有一蓋使結(jié)構(gòu)“飄浮”在營養(yǎng)基內(nèi)或懸掛在其內(nèi)。在這情況下，兩個外側(cè)薄膜3可被省略，只剩下兩個微孔彈性薄膜2，具有向內(nèi)突出部20的環(huán)狀細(xì)胞培養(yǎng)室11a就位在其間。氧氣或空氣也可引入到容器23內(nèi)，在容器23內(nèi)可能要設(shè)置一個攪拌元件25以便均勻地攪拌或分布，該元件25在圖中沒有詳細(xì)畫出。
為了使
圖11畫出的結(jié)構(gòu)和由此而引出的方法簡化，外側(cè)薄膜3也可被設(shè)計得只能透過空氣并如同載體薄膜那樣作用。在這情況下，容器內(nèi)營養(yǎng)基的供應(yīng)只是從內(nèi)側(cè)通過微孔內(nèi)側(cè)薄膜2供入。
在細(xì)胞培養(yǎng)室11a內(nèi)所有上述示范實施例的細(xì)胞培養(yǎng)和細(xì)胞處治方法在原理上都可按照下列途徑進(jìn)行在第一步驟中，先在外面將基質(zhì)或膠原蛋白準(zhǔn)備好，然后將它們注射到細(xì)胞培養(yǎng)室的11a內(nèi)。結(jié)構(gòu)或細(xì)胞培養(yǎng)室11a可以已被細(xì)胞覆蓋，或者細(xì)胞11可連同膠原蛋白或基質(zhì)一起直接噴射到細(xì)胞培養(yǎng)室11a內(nèi)。
在下一步驟中進(jìn)行細(xì)胞的仿制或繁殖階段，細(xì)胞相應(yīng)地將基質(zhì)轉(zhuǎn)變。這時可能，如果需要的話，將另外一些細(xì)胞類型加入，例如當(dāng)一個薄膜被適當(dāng)?shù)厝芑蛞谱邥r。
本發(fā)明另一個十分大的優(yōu)點(diǎn)是完成的結(jié)構(gòu)隨后能被冷凍。采用本發(fā)明的裝置和方法便可能做到這一點(diǎn)，因為本發(fā)明有一個實在的薄層系統(tǒng)，與其他的反應(yīng)器系統(tǒng)截然不同。當(dāng)細(xì)胞被冷凍時細(xì)胞內(nèi)的熱量被釋出，形成相關(guān)的晶體。這個釋出的熱量必須被冷卻抵消。因此已知的反應(yīng)器系統(tǒng)不可能以協(xié)調(diào)的方式來冷凍細(xì)胞。但在本發(fā)明，由于具有薄層系統(tǒng)，能夠多少均勻地冷凍所有的細(xì)胞，能夠以特定的和均勻的方式抵消在形成晶體時產(chǎn)生的熱。這樣便能以協(xié)調(diào)的方式冷凍所有的細(xì)胞，實際上還能以簡單的引入氣體例如氮?dú)獾姆椒▉淼窒a(chǎn)生的熱。
這樣冷凍的結(jié)構(gòu)能按需要長時間保存以便以后使用及/或被運(yùn)輸、適當(dāng)?shù)乩鋮s、進(jìn)入臨床使用，在融化后及如果合適，在進(jìn)一步洗凈后立即被植入病人體內(nèi)。這意味著本發(fā)明的裝置和方法不僅是一個培養(yǎng)系統(tǒng)還是一個運(yùn)輸系統(tǒng)，可使無菌鏈不被中斷。
當(dāng)用于肝細(xì)胞時體外的連接或使用也是可能的。
采用本發(fā)明還能以非常有效的方式產(chǎn)生并繁殖皮膚細(xì)胞。在這情況下，皮膚的連接性組織細(xì)胞，例如與膠原蛋白一起被引入到圖3的細(xì)胞培養(yǎng)物11a內(nèi)。在第二階段，添加含有表皮的角蛋白細(xì)胞或角質(zhì)化細(xì)胞使整個系統(tǒng)向內(nèi)生長成多個層次。在該培養(yǎng)方法完成后，薄膜可被切除或拉掉。為了確保無菌，該結(jié)構(gòu)也可放置在一殼體內(nèi)或制成一個小的封閉匣。這樣便可有控制地接著皮膚。
與現(xiàn)有技術(shù)截然不同的是，在本例中皮膚是這樣構(gòu)成的，它必須在以后使用。這意味著角質(zhì)化是在外側(cè)而不是在內(nèi)側(cè)進(jìn)行的，在這情況下并沒有初始的連接性組織被生產(chǎn)出來而是首先將表皮細(xì)胞直接施加在薄膜上，然后注入膠原蛋白。
采用本發(fā)明的裝置還可能使用胚胎細(xì)胞。胚胎細(xì)胞是那些還沒有發(fā)展其自身表現(xiàn)模式的細(xì)胞。微環(huán)境和基質(zhì)能為這些細(xì)胞提供可能性使它們轉(zhuǎn)變成相應(yīng)于終端分化即最終分化的組織表現(xiàn)。其時能敷上一層肽(縮氨酸)。
能被使用的薄膜為PTFE(聚四氟乙烯)、硅氧烷、聚交酯、多羥基鏈烷酸酯和多氫氧化物-丁酸酯。重要的是它們一般都屬于可生物降解的聚合物這一族，即其結(jié)構(gòu)能被水解或酶裂解，因此使它們能被植入人體內(nèi)。
所有載體結(jié)構(gòu)和載體1的各種設(shè)計的基本特點(diǎn)是它們能被模塑或仿制。除了系統(tǒng)和細(xì)胞培養(yǎng)室的體積能被改變外，這樣還能改變生物反應(yīng)器或裝置的幾何形狀尺寸。在操作時通過所充壓力的更換還可使系統(tǒng)向反方向改變，這是因為所用材料具有彈性(能記憶的作用)。
能被細(xì)胞培養(yǎng)室11a仿制的細(xì)胞11可連同基質(zhì)引入到細(xì)胞培養(yǎng)室內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用來培養(yǎng)及/或處理細(xì)胞的裝置，具有下列特點(diǎn)1.1一個可模塑的細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)設(shè)置在一載體(1)上，并由在一側(cè)的載體(1)或放置在載體(1)上的載體薄膜(3)與在另一側(cè)覆蓋在其上的細(xì)胞培養(yǎng)薄膜(2)構(gòu)成，1.2細(xì)胞培養(yǎng)薄膜(2)具有彈性，因此細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)的最終體積能比其初始體積大出許多倍，1.3在每一種情況下細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)都設(shè)有流入管線和流出管線(4、10)，及1.4氧氣或空氣可通過載體(1)或載體薄膜(3)及/或細(xì)胞培養(yǎng)薄膜(2)被引入到細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)內(nèi)
2.權(quán)利要求1的裝置，其特征為，細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)由載體(1)及/或載體薄膜(3)和細(xì)胞培養(yǎng)薄膜(2)構(gòu)成薄層結(jié)構(gòu)。
3.權(quán)利要求1或2的裝置，其特征為，載體(1)是可模塑的。
4.權(quán)利要求1、2或3的裝置，其特征為，載體(1)設(shè)有流入管線和流出管線(4、10)，分別連接到布置在載體(1)上側(cè)的溝道(5、6、8)上，以便將細(xì)胞培養(yǎng)物(11)分布在細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)內(nèi)。
5.權(quán)利要求4的裝置，其特征為，從流入溝道(5)開始的橫向溝道(6)至少延伸到大致越過細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)的寬度，通過該溝道(5)細(xì)胞培養(yǎng)物(11)至少可大致均勻地分布，并且至少可大致均勻地流過細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)。
6.權(quán)利要求5的裝置，其特征為，橫向溝道(6)設(shè)有多個導(dǎo)向載體(1)上側(cè)的突出部(7)，其長度及/或?qū)挾入S著離開流入溝道距離的增加而增加。
7.權(quán)利要求5或6的裝置，其特征為，在載體(1)內(nèi)的流出溝道(8)在流出方向上逐漸放寬。
8.權(quán)利要求1到7中任一項的裝置，其特征為，載體(1)及/或載體薄膜(3)及/或細(xì)胞培養(yǎng)薄膜(2)在其面向細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)的一側(cè)設(shè)有結(jié)構(gòu)。
9.權(quán)利要求8的裝置，其特征為，該結(jié)構(gòu)為由多個凹部構(gòu)成的[sic]。
10.權(quán)利要求9的裝置，其特征為，在多個凹部(12)之間的壁(13)設(shè)有孔眼。
11.權(quán)利要求10的裝置，其特征為，多個凹部(12)和壁(13)構(gòu)成迷宮的型式。
12.權(quán)利要求1到11中任一項的裝置，其特征為，有一蓋板(17)布置在細(xì)胞培養(yǎng)薄膜(2)之上。
13.權(quán)利要求12的裝置，其特征為，蓋板(17)在面向細(xì)胞培養(yǎng)薄膜(2)的一側(cè)設(shè)有溝道及/或凹槽(18)。
14.權(quán)利要求13的裝置，其特征為，蓋板(17)在其邊緣被氣密地封閉，而溝道或凹槽(18)可供應(yīng)空氣或氧氣。
15.權(quán)利要求1到14中任一項的裝置，其特征為，載體(1)被布置在細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)之上，在生長階段細(xì)胞培養(yǎng)物(11)被粘附在細(xì)胞培養(yǎng)薄膜(2)上。
16.權(quán)利要求1到14中任一項的裝置，其特征為，設(shè)在框架狀的載體(1a)。
17.權(quán)利要求1到16中任一項的裝置，其特征為，載體(1、1a、1b)被制成管子形狀或螺旋形狀。
18.權(quán)利要求17的裝置，其特征為，載體(1)在其兩個端面上設(shè)有載體環(huán)(16)，在兩個環(huán)之間形成細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)。
19.權(quán)利要求17或18的裝置，其特征為，管狀細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)的圓筒形表面由載體薄膜(3)和細(xì)胞培養(yǎng)薄膜(2)構(gòu)成。
20.權(quán)利要求1到19中任一項的裝置，其特征為，能被細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)仿制的細(xì)胞連同基質(zhì)被引入到細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)內(nèi)
21.權(quán)利要求20的裝置，其特征為，細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)由于結(jié)構(gòu)而造成的形狀至少大致相當(dāng)于以后的使用形狀。
22.權(quán)利要求21的裝置，其特征為，所說結(jié)構(gòu)至少大致相當(dāng)于心閥、膀胱或脈管的形狀。
23.權(quán)利要求20到22中任一項的裝置，其特征為，連接性組織細(xì)胞被引入到細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)內(nèi)。
24.權(quán)利要求20到22中任一項的裝置，其特征為，皮膚細(xì)胞被引入到細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)內(nèi)。
25.權(quán)利要求17到24中任一項的裝置，其特征為，向內(nèi)突出部(20)被引入到細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)的管狀形式內(nèi)。
26.權(quán)利要求25的裝置，其特征為，向內(nèi)突出部(20)是由夾緊撐(22)形成的。
27.權(quán)利要求25或26的裝置，其特征為，向內(nèi)突出部(20)設(shè)有穩(wěn)定環(huán)(21)。
28.權(quán)利要求20到27中任一項的裝置，其特征為，所說結(jié)構(gòu)用噴射模塑法制成。
29.權(quán)利要求20到28中任一項的裝置，其特征為，所說結(jié)構(gòu)按設(shè)計可被移走或溶化。
30.權(quán)利要求1到29中任一項的裝置，其特征為，載體(1)或載體薄膜(3)和細(xì)胞培養(yǎng)薄膜(2)連同位在其間的細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)被布置在一容器(23)內(nèi)，在容器(23)內(nèi)有營養(yǎng)基。
31.權(quán)利要求30的裝置，其特征為，容器(23)設(shè)有蓋(24)。
32.權(quán)利要求30和31的裝置，其特征為，容器(23)設(shè)有攪拌元件(25)。
33.權(quán)利要求30到32中任一項的裝置，其特征為，一個環(huán)狀細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)被引入到容器(23)內(nèi)，培養(yǎng)室的一側(cè)被可透空氣的載體薄膜(3)包圍著，另一側(cè)則被設(shè)計為微孔的細(xì)胞培養(yǎng)薄膜(2)包圍著。
34.權(quán)利要求20到33中任一項的裝置，其特征為，多個單元被布置在形式為垂直塔的生物反應(yīng)器(14)內(nèi)。
35.權(quán)利要求34的裝置，其特征為，所說垂直塔(14)設(shè)有多個可滑入的隔間(15)，所說多個單元被滑入其內(nèi)。
36.權(quán)利要求34或35的裝置，其特征為，生物反應(yīng)器(14)的四周都封閉。
37.權(quán)利要求34、35或36的裝置，其特征為，生物反應(yīng)器(14)設(shè)有輪子(16)。
38.一種在權(quán)利要求1到37中的一項或多項的裝置中培養(yǎng)及/或處理細(xì)胞的方法，其特征為，在第一步驟中將基質(zhì)或膠原蛋白噴射到細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)內(nèi)，在細(xì)胞培養(yǎng)室(11a)內(nèi)有預(yù)先覆蓋的細(xì)胞(11)，或者細(xì)胞(11)與膠原蛋白或基質(zhì)一起被噴射到培養(yǎng)室內(nèi)，在第二步驟中細(xì)胞就可轉(zhuǎn)變基質(zhì)或膠原蛋白而繁殖。
39.權(quán)利要求38的方法，其特征為，在第三步驟中，當(dāng)載體薄膜(3)及/或細(xì)胞培養(yǎng)薄膜(2)被溶化或后者被移走時，將另外一些細(xì)胞型式添加進(jìn)去。
40.權(quán)利要求38或39的方法，其特征為，整個結(jié)構(gòu)可在細(xì)胞繁殖完成之前或之后被冷凍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種培養(yǎng)及/或處治細(xì)胞的裝置,該裝置具有下列特點(diǎn):在支承(1)上有一個可展延的細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)(11a)。所說細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)由在一側(cè)的支承(1)或敷設(shè)在支承(1)上的支承薄膜(3)及在另一側(cè)的位在所說支承或支承薄膜之上的細(xì)胞培養(yǎng)薄膜(2)構(gòu)成。細(xì)胞培養(yǎng)薄膜(2)具有大的彈性以致細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)(11a)的最終體積能數(shù)倍于其初始體積。細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)(11a)設(shè)有供應(yīng)管線和輸出管線(4、10)。氧氣或空氣能通過支承(1)、支承薄膜(3)及/或細(xì)胞培養(yǎng)薄膜(2)被引入到細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)(11a)內(nèi)。
文檔編號C12M3/06GK1382209SQ00813656
公開日2002年11月27日 申請日期2000年7月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月29日
發(fā)明者奧古斯丁納斯·巴德 申請人:奧古斯丁納斯·巴德