1.本发明涉及具有增强的内部结构的用于细胞培养的新颖的生物过程袋。更特别地，本发明涉及改进的生物过程袋和相关结构，包括增强和改进的管特征。
背景技术：
2.细胞治疗是生物技术中一个新的但快速扩展的领域，其涉及施用在体内执行治疗作用的自体同源的或异源的细胞。细胞治疗涉及从细胞收集至细胞注射到患者中的多个必须遵循的(mandatory)阶段。用于细胞治疗的细胞培养在清洁室环境中执行。细胞培养和清洁室具有许多必须遵循的规定，比如在清洁室中的颗粒尺寸和颗粒数、一次处理的患者样本的数量和每套的仪器的数量，以及对于无菌环境的要求等。
3.用于细胞培养的较早期的系统是独立的，需要大的空间，且不可同时处理多个患者样本。关于用于细胞治疗的细胞培养的规程涉及大量的人为干预，其可污染细胞培养物并损坏细胞生长，尤其是小尺寸细胞培养物。
4.为细胞治疗开发了一次性生物反应器或发酵器袋。一次性生物反应器袋在细胞培养中的使用通过消除耗时的清洁和设备验证来减少批次转换时间，导致更高的生产量。图1示出在题为“continuous perfusion bioreactor system(连续灌注的生物反应器系统)”的美国专利9,109,193中描述的一次性生物反应器系统。图1在
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193专利中更充分地描述，且在本文中简要地描述。某些方面包括器械100，器械100包括器皿114，其在示出的实施例中是包绕且容纳容器118的可再使用的支承结构(例如，不锈钢储箱)。器械100可以可选地包括环境封闭外壳120，其包绕器皿114的一部分。容器118可构造为可折叠袋(例如，聚合物袋)。可折叠袋118可不透流体以使它能够容纳液体122，液体122可包含反应物(例如，某些固体物体)、介质和/或对于执行期望的过程(诸如化学、生物化学和/或生物反应)所必需的其它成分。可折叠袋118还可构造成使得液体122在使用期间依然(remain)基本上仅与可折叠袋接触，且不与支承器皿114接触，使得支承结构可在没有清洁的情况下再使用。
5.图1中还示出可选的入口端口142和可选的出口端口146，其可形成在容器118和/或可再使用的支承结构114中且可有助于液体和/或气体方便地引入和从容器去除。这些端口可定位在相对于容器118的任何合适的位置中。例如，对于包括喷洒器的某些器械，容器可包括位于容器的底部部分处的再一个(one more)气体入口端口。管可连接到入口端口和/或出口端口以分别形成例如输送线和收获线来用于引入液体和从容器去除液体。一个或多个连接件164可定位在容器118的顶部部分处或在任何其它合适的位置处。连接件164可包括用于添加液体、气体等或从容器118撤回液体、气体等的开口、管和/或阀，其中的每个可以可选地包括流传感器和/或过滤器(未示出)。可选地，连接件164可与气体引入和撤回端口165流体连通。
6.对于包括多个喷洒器的系统，控制系统134可与喷洒器中的每个可操作地关联且配置成彼此独立地操作喷洒器。在一些实施例中，支承结构114和/或容器118还可包括可用于采样、分析(例如，确定液体中的溶解气体的量和/或ph)或用于其它目的的一个或多个端
口154。这些端口可与可选的环境封闭外壳120的一个或多个接入端口156对准。
7.在一些实施例中，器械100可包括用于使可再使用的支承结构114的内部(例如，间隙132)互连到第二器械内部的一个或多个连接端口180。另外或备选地，器械可包括适于将容器118内部(例如，内部56)连接到第二器械内部的一个或多个连接端口182。这些端口可有助于材料从内部56传递到第二器械或另一合适的容器(例如，密封袋)。传递可例如通过将材料泵送通过管(例如，通过蠕动泵送或通过向入口施加正压力)、通过使用重力和/或通过施加真空来实现。
8.器械100可以可选地包括混合系统，诸如定位在容器118内的叶轮151，其可使用可在容器外部(或内部)的马达152来旋转(例如，围绕单个轴线)。混合系统可由控制系统134来控制。可选地，容器和/或支承结构可包括有用的(utility)塔状物150，其可提供成有助于在容器和/或支承结构内部的一个或多个装置与一个或多个泵、控制器和/或电子器件(例如，传感器电子器件、电子接口和加压气体控制器)或其它装置的互连。此类装置可使用控制系统134来控制。
9.图2示出2005年6月6日提交的且题为“disposable bioreactor system and methods(一次性生物反应器系统和方法)”的美国专利7,629,167中描述的另一个一次性生物反应器系统。图2在
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167专利中更充分地描述，且在本文中简要地描述。如示出的，生物反应器200包括可用来添加气体和/或流体或者从生物反应器撤回气体和/或流体的一个或多个端口202。收获端口或排出端口204大体上设在袋的底部处，使得可使用重力来将内容物引导到生物反应器外。探头和/或传感器206可与生物反应器的侧部成整体，使得传感器和/或探头也可为一次性的。在本发明的一个实施例中，传感器/探头可为以视觉方式呈现输出的光学探头。因此，传感器/探头端口206可用来视觉地监测传感器/探头的状态。
10.混合系统的一部分可与生物反应器成整体。特别地，如图2中示出的，包括于生物反应器的混合系统的部分可包括混合系统的一部分208——叶轮板和叶轮毂。叶轮板连接到马达的驱动系统来为叶轮提供功率，且还在马达与生物反应器内部之间提供密封。本发明的一些实施例提供一个或多个特殊的混合系统，其为系统提供一种用于向生物反应器的内容物提供搅拌的廉价方法。此类混合系统可利用诸如hdpe(高密度聚乙烯)和/或其它可伽马辐射的生物相容性塑料之类的材料。混合系统的一个或多个构件可通过机加工材料块来制造，但也可模制和/或铸造。
11.图3示出在题为“flexible bag for cultivation of cells(用于细胞培养的柔性袋)”的美国专利9,550,969中描述的另一个一次性生物反应器系统。图3在
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969专利中更充分地描述，且在本文中简要地描述。如示出的，用于细胞培养的可充胀的生物反应器袋1包括柔性材料的顶部片2和底部片3，它们连结在一起以形成两个端部边缘4和两个侧部边缘5，其中，一个挡板6或多个挡板6在其中到两个端部边缘4中任何一个(即，最接近的端部边缘)的最短距离大于两个端部边缘4之间最短距离d的约四分之一的底部片3的区域中从底部片3延伸。袋可为大体上矩形的，在该情况下，对于底部片3上的任何点，到端部边缘4中任何一个(最接近的一个)的最短距离将决不大于d/2。因此，挡板6可在其中到端部边缘4的最短距离是端部边缘4之间最短距离d的约四分之一与二分之一之间(即，d/4与d/2之间)的区域中从底部片3延伸。
12.袋1可围绕大体上平行于端部边缘4的可移动轴线7枢转地安装到基部9。可移动轴
线7可位于袋1下方，且袋可安装在支承件8上，例如其中在每个边缘4至可移动轴线7在底部片3上的投影之间的距离大致等于d/2。安装在可移动轴线上的合适的可枢转支承件可为例如wave bioreactor
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systems (ge healthcare)。顶部片2和底部片3的柔性材料可为聚合物材料，诸如，具有例如在50-500微米范围内的厚度的塑料膜或层压物。除了一种或多种聚合物材料外，层压物可包括例如沉浸(bather)层，沉浸层可为聚合物或无机氧化物或金属。特别地，顶部片2可为透明的以保证对袋中的可见性。顶部片2和底部片3是相对于袋使用期间的位置来限定的，即，在使用中顶部片2位于底部片3上方。顶部片和底部片的区别还可在于，端口11优选地位于顶部片2上，提供适于靠置在支承件8上的底部片3的平滑外表面。侧部边缘5可比端部边缘4更长。
13.挡板6的中心位置的优点在于，当袋部分地填充有细胞悬浮物，充胀并围绕轴线7摇摆时，基本上所有的细胞悬浮物将反复地经过挡板。这增加搅拌强度并改进空气-液体界面中的气体交换，同时搅拌仍足够和缓以不对易损的细胞引起任何损坏。
14.在一些实施例中，挡板6中的至少一个(诸如两个挡板)是管状的。这样的一个优点在于，挡板可制得足够柔性以允许在使用之前容易包装和存储经折叠的袋，但足够刚性以在袋操作期间承受流体力学的力。另外的优点在于，管状结构允许材料通过挡板运输到袋中或到袋外。管状挡板可例如由弹性体材料制备，这些弹性体材料允许结构在袋包装期间折叠，但为足够有弹性的以当袋填充和/或充胀时给予开放管状形状的完全恢复。弹性体材料可例如为交联的硅橡胶或其它硫化的橡胶材料。如果使用具有厚壁和/或高刚度的管，管状挡板还可用作柱，保持袋的顶部片和底部片在袋充胀之前和期间分离。
15.对于能够经受灭菌、包装、装运、设置和使用的改进的生物反应器或发酵器袋，依然是需要的。
技术实现要素：
16.本发明包括与改进的生物过程袋和相关结构相关的方面，包括增强和改进的管特征。在一方面，本发明涉及一种改进的生物过程袋，其包括：袋壁，该袋壁限定用于保持生物材料的封闭体积，该袋壁包括至少一个入口端口和至少一个出口端口；以及管结构，该管结构包括接近袋壁的第一开放端部以及第二远侧端部，管延伸到封闭体积中，且该管结构包括接近第一开放端部的增强部分。增强区段可包括相对于管外表面隆起(raise)的一型式(pattern)的区段，且当管结构弯曲时，隆起的区段接触彼此。接触可防止管结构在装运、设置或操作期间卷曲。
17.在另一方面，本发明涉及一种生物过程袋，其包括：袋壁，该袋壁限定用于保持生物材料的封闭体积，该袋壁包括至少一个入口端口和至少一个出口端口；以及管结构，该管结构包括接近袋壁的第一开放端部和远离袋壁的第二闭合端部，管延伸到封闭体积中，该管结构包括主要为圆柱形的内壁和延伸内壁长度至少一部分的凹口，其中该凹口限定当探头插入到管结构中时允许空气流出的通道。
18.生物过程袋的这些方面可包括在混合器、生物反应器和其它相关应用中使用的其它特征。那些特征可包括叶轮、加热器和气体出口。管结构可适于接收探头，诸如，具有热电偶或电阻温度检测器(rtd)的探头。备选地或另外，管结构可适于接收喷洒杆。设想到根据本发明的实施例的任何数量的管结构可与单个生物过程袋中的其它管结构一起或结合地
使用。管结构可包括主要为圆柱形的内壁和延伸内壁长度至少一部分的凹口。凹口可适于限定当探头插入到管结构中时允许空气流出的通道。
19.在一方面，本发明包括增强的探头壳体，该探头壳体包括：末端部分，其具有限定厚度的第一外径和第一内径，该内径适于接收探头，该探头壳体具有接近末端部分的闭合端部；增强部分，其共有(share)与末端部分相同的内径，其中增强部分的外径包括隆起的区段，当探头壳体弯曲时，隆起的区段通过彼此接触来提供增强，该探头壳体具有接近增强部分的开放端部，该开放端部适于接收探头。增强的探头壳体可包括于生物过程袋或独立地使用。探头壳体可适于接收热电偶或电阻温度检测器(rtd)。
附图说明
20.图1示出现有技术的一次性大规模生物反应器系统的示例。
21.图2示出现有技术的一次性生物反应器袋的示例。
22.图3示出另一现有技术的一次性生物反应器袋的示例。
23.图4示出根据本发明的方面的具有插入在其中的热电偶插套探头的热电偶插套管。
24.图5示出根据本发明的方面的热电偶插套管的局部放大透视图。
25.图6示出弯曲的根据本发明的方面的热电偶插套管。
26.图7示出根据本发明的方面的热电偶插套管的一部分的截面。
具体实施方式
27.本发明人发现，生物反应器或发酵器袋的内部结构中的若干个易受由于灭菌和包装所造成的损坏或被觉察的损坏，且在装运、设置或使用期间可发生对这些元件的另外的损坏。用伽马辐射使袋灭菌在一些情况下可由于熔融相邻的材料件或将材料冻结为弯曲形状而使问题恶化。关于在袋内部的部分，给定需要保持无菌且不损害袋结构，这些问题有时由于无法检查袋的内部部分而加重(compound)。对内部部分损坏的觉察可导致整个袋被视为不适于使用。管结构可适于接收探头(诸如热电偶或电阻温度检测器(rtd))或喷洒杆。备选地或另外，管结构可适于引入材料或从生物过程袋撤回材料。
28.最易受该种损坏或被觉察的损坏的那些内部生物反应器袋结构是管状结构。在袋内部的这些管状结构可在供应链中的某点处变得弯曲、卷曲、折叠。
29.在现有的生物反应器袋中得到的热电偶插套管是易受损坏的一种特定结构。在题为“thermowell adapter(热电偶插套适配器)”的美国专利6,599,012中描述此类热电偶插套的一个示例，该美国专利关于它的热电偶插套结构的公开内容通过引用并入。热电偶插套管是由塑料材料制成的一件直管，其允许热电偶插套插入到生物反应器袋中而不破坏袋的密封。通常，热电偶插套由模制塑料或橡胶材料制成。刚性插入件用来防止管在伽马辐射期间折叠和内部自封。在一些情况下，刚性支承件破裂且可刺穿管。在没有支承件的情况下，管在伽马辐射期间扭结且可密封。当温度传感器405插入时，它可刺穿管。
30.在图4中示出的一个实施例中，热电偶插套管400包括末端部分401和增强部分402。末端部分401可具有大致1英寸(2.54 cm)量级上的长度，但末端401可取决于用户的需要来更长或更短。热电偶插套管400的末端部分大体上比增强部分402更薄，且设计成当它
插入到热电偶插套管400中时允许从生物反应器(未示出)的内部部分到热电偶插套远侧末端401的增强热流，如图4中示出的。增强部分402由肋部分402a限定，肋部分402a由分离部分402b(以间隔的间距)间隔开。增强部分402为热电偶插套管400提供更高的结构稳定性。
31.热电偶插套管400还可包括附接到热电偶插套凸缘404的可选的基部部分403，其可用来与生物反应器袋(未示出)形成密封。备选地，热电偶插套管可直接地模制到生物反应器袋中。当热电偶插套插入到热电偶插套管400中时，基部部分为热电偶插套提供额外的结构支承。
32.图5示出热电偶插套管400的局部放大透视图。热电偶插套管400的末端部分401具有最大限度地增加热电偶插套(未示出)在插入到热电偶插套管400中时的热暴露的形状。肋部分402a优选地以圆柱形构造存在，且由分离部分402b间隔开，分离部分402b可具有与末端部分相同的几何形状。在一方面，肋部分402a设计成具有长度406，且分离部分402b设计成具有长度407。在圆柱形构造中，肋部分向外突出至高度408，高度408由肋部分402a的外径与分离部分402b的外径上的差来限定。热电偶插套管400具有内径409，内径409适于紧密地匹配热电偶插套探头(未示出)的外径。
33.增强部分402可由若干个几何形状限定以便实现本发明的一个或多个目标。例如，在一个变型中，肋部分402a的高度408可在从末端部分401到基部部分403的方向上以连续或阶梯式的方式逐渐地增加。在一些情况下，高度408上的逐渐增加可导致从末端部分401的外径到基部部分403的更连续的过渡。其它各种增强几何形状在本发明的范围内。
34.图6示出具有末端401和连接到凸缘404的基部404的热电偶插套管，其弯曲以示出根据本发明的方面的增强部分的操作。朝向弯曲部410内部的肋部分402a可构造成同彼此接触以抵抗热电偶插套管400的另外的变形。在优选的方面，当管弯曲时，肋部分402a之间的接触增强整个结构。该增强保护热电偶插套管的内部导管409免于折叠、卷曲或其它变形。在该方面，在相邻肋部分402a之间的间隔部分402b的长度407朝向弯曲部411的外部增加。
35.图7示出热电偶插套管400的切口(cutout)，其示出根据本发明的可选方面的热电偶插套管400的内径的细节。如上文论述的热电偶插套管400具有适应圆柱形热电偶插套探头(未示出)的内径409。在该方面，热电偶插套管400的内壁设有凹口413，其中内径在长度414上增加至412。凹口形成将允许空气在传感器插入和去除期间通过的内部通道。凹口413允许空气在热电偶插套探头插入到热电偶插套管400中时从热电偶插套管400的内部逸出。将了解的是，凹口的确切的几何形状可变化以便达成本发明的一个或多个目标。此外，凹口可设计成从热电偶插套400的边缘(或可选的热电偶插套基部403的边缘)一直到热电偶插套末端401的端部，延伸热电偶插套腔的内径的整个长度。备选地，凹口可在热电偶插套管400的内径的限定部分上延伸。在一方面，凹口413延伸通过增强部分且终止于末端部分401中的某点处。备选地，凹口413延伸到增强部分402的边缘。在又一方面，凹口终止于增强部分402内的点处。
36.应了解的是，上文关于热电偶插套管400所描述的增强部分402可应用于生物反应器或发酵器袋内的任何其它结构。在管上的肋状结构可应用于其中对于管来说存在扭结并停止流体流的可能性的在单次使用的生物反应器袋上的其它应用。这些区域包括用于流体传递的任何内部管，诸如，将流体直接地输送到大量的(bulk)过程流体中的内部喷洒管或
内部汲取管。这可在生物反应器的顶部上用于排放过滤器线，因为这些典型地需要弯曲以便容纳和支承于加热器内，同时仍为冷凝物提供回到反应器的排出路径。支承且悬垂(drape)在刚性杆上的任何添加线可受益于肋状管(在其中它是弯曲的)的小区段。这可防止管增大(fatten)，管增大可引起对于流的限制和高压力事件。如同热电偶插套管一样，这些部分可直接地模制到袋中或使用凸缘来附接到袋，如用上文的热电偶插套所示出的。
37.应了解的是，本发明的增强管结构在添加到单次使用的生物反应器时将特别有用。沿着管(例如，模制的热电偶插套管400)成肋状防止由于伽马辐射所造成的扭结和自封。当与热电偶插套探头使用时，探头的温度传感器部分在热电偶插套管末端401处~1英寸(~2.54 cm)区段中，且热电偶插套管400将具有薄壁区段以促进快速的热传递响应。内部通道(或凹口413)将允许空气在温度传感器405插入和去除期间通过。
38.本发明的增强管状结构(且特别是增强的热电偶插套管)可应用于任何一次性生物过程袋(且特别是由诸如塑料之类的柔性材料制成的那些系统)。图1-3中示出的一次性袋中的任何可修改成包括使用本发明的实施例来增强的内部管状结构。另外，所示出的袋中的任何可修改成包括根据该发明的方面的增强的热电偶插套管。
39.通过考虑本文中公开的本发明的说明书和实践，本发明的其它实施例和使用对本领域技术人员来说将是清晰明了的。本文中引述的所有引用(包括所有引用的专利和专利申请)在可容许的情况下特别地且完全地由此通过引用并入本文中。意图的是，说明书和示例仅被认为是示例性的，其中本发明的真实范围和精神由以下权利要求书来指示。