1.本发明涉及一种用于细胞处理的生物反应器。特别地，本发明涉及一种具有光学元件的用于细胞处理的生物反应器。
背景技术：2.细胞和基因治疗生产过程通常非常复杂，并包括跨多个装置的手动或半自动步骤。在基于细胞的治疗产品(ctp)制造的各个步骤(即单元操作)中使用的设备系统可以包括用于细胞收集、细胞分离/选择、细胞扩增、细胞洗涤和体积减少、细胞储存和运输的装置。基于制造模型(即自体与异体)、细胞类型、预期目的以及其他因素，单元操作可能有很大不同。此外，细胞为“活性”实体，即使对最简单的操作(比如细胞转移过程中的差异)也非常敏感。细胞制造设备在确保可扩展性和可再现性方面的作用是细胞和基因治疗制造的一个重要因素。
3.此外，基于细胞的治疗产品(ctp)已获得显著进展，因此需要用于各种细胞制造过程的改进细胞制造设备，例如但不限于干细胞富集、嵌合抗原受体(car)t细胞的产生，以及各种细胞制造过程，比如收集、纯化、基因修饰、孵育/恢复、洗涤、注入患者和/或冷冻。
4.细胞的培养或处理通常需要使用装置以容纳细胞，例如当培养细胞时，将细胞置于合适的培养基中。已知装置包括摇动烧瓶、滚瓶、t形烧瓶和袋。这种瓶或烧瓶被广泛使用，但也有一些缺点。主要的问题是当传代或随后处理时需要无污染地转移细胞，以及无菌添加补充剂和因子。现有细胞培养装置需要重新供应培养基和氧气，以便继续细胞生长。us 8415144中描述了气体可渗透的细胞培养装置。然而，这种装置也需要将培养基和/或细胞移入和移出装置。
5.在用于医学的细胞或基因治疗的生产中的关键限制因素是，缺乏紧凑、自动化的封闭系统来执行无污染的单元操作。例如在细胞培养、细胞的上游或后续加工过程中，当向培养器皿中添加、或者当移除细胞或移除液体样品时，存在污染的风险。操作系统大部分为手动的，并且因此操作成本昂贵。通常需要多台设备来覆盖所有的非细胞培养步骤，这涉及许多转移，每一个转移都可能导致操作者的失误和污染的发生。此外，随着手动操作的增加，出现手动错误的风险也在增加，因此当前劳动密集型工艺缺乏制造临床级治疗所需的鲁棒性。
6.因此，需要细胞处理装置(例如多步细胞处理器),其允许这种处理避免了将细胞不断移入新装置的要求。例如，当任何给定培养物的细胞群体增加时，如果可以在不将细胞转移到更大装置中的情况下实现培养物中细胞的放大，这将是有利的。
7.先前的细胞制造装置使用复杂的设备，该设备较大且难以组装。这些装置使用复杂的管道、阀和泵的网络以将设备的元件链接在一起。
技术实现要素：8.本发明的某些方面的目的是提供对上述技术和已知技术的改进；尤其是提供有助
于细胞的监测的生物反应器和系统。
9.根据本发明的第一方面，提供了一种用于细胞处理的生物反应器。生物反应器包括容器，该容器具有包括透明或半透明的传感器窗口的基底部段、与基底部段相对布置并包括流体入口和流体出口的顶部部段、以及在基底部段和顶部部段之间延伸并限定容器的适于容纳细胞悬浮液的内部容积的侧壁。至少一个光学元件在内部容积内设置在传感器窗口上，光学元件适于响应于入射光发射荧光信号，荧光信号与细胞悬浮液的一个或更多个参数相关联。
10.根据本发明的第二方面，提供了一种细胞处理系统。细胞处理系统包括生物反应器，该生物反应器包括容器，该容器具有包括透明或半透明的传感器窗口的基底部段、与基底部段相对布置并包括流体入口和流体出口的顶部部段、以及在基底部段和顶部部段之间延伸并限定容器的适于容纳细胞悬浮液的内部容积的侧壁。至少一个光学元件在内部容积内设置在传感器窗口上，光学元件适于响应于入射光发射荧光信号，荧光信号与细胞悬浮液的一个或更多个参数相关联。光学传感器靠近传感器窗口的外表面定位，以感测由光学元件发射的与细胞悬浮液的一个或更多个参数相关联的荧光信号。控制器被配置为从光学传感器接收传感器信号，信号对应于细胞悬浮液的一个或更多个参数。
11.根据本发明的第三方面，提供了一种细胞处理方法。该方法包括提供细胞处理系统。细胞处理系统包括生物反应器，该生物反应器包括容器，该容器具有包括透明或半透明的传感器窗口的基底部段、与基底部段相对布置并包括流体入口和流体出口的顶部部段、以及在基底部段和顶部部段之间延伸并限定容器的适于容纳细胞悬浮液的内部容积的侧壁。至少一个光学元件在内部容积内设置在传感器窗口上，光学元件适于响应于入射光发射荧光信号，荧光信号与细胞悬浮液的一个或更多个参数相关联。光学传感器靠近传感器窗口的外表面定位，以感测由光学元件发射的与细胞悬浮液的一个或更多个参数相关联的荧光信号。控制器被配置为从光学传感器接收传感器信号，信号对应于细胞悬浮液的一个或更多个参数。该方法进一步包括使用光学传感器感测由光学元件发射的与细胞悬浮液的一个或更多个参数相关联的荧光信号。
12.根据本发明的第四方面，提供了一种用于细胞处理的生物反应器。生物反应器包括容器，该容器具有基底部段、与基底部段相对布置并包括流体入口和流体出口的顶部部段、以及在基底部段和顶部部段之间延伸并限定容器的适于容纳细胞悬浮液的内部容积的侧壁。生物反应器进一步包括至少一个化学传感器，该至少一个化学传感器在内部容积内设置在基底部段上用于感测细胞悬浮液的一个或更多个参数。
13.适当地，此类生物反应器、传感器布置、细胞处理系统和细胞处理方法适用于自动化细胞处理方法，并允许连续或周期性监测细胞悬浮液的参数。
14.生物反应器还可以包括至少一个光学传感器，该至少一个光学传感器靠近传感器窗口的外表面定位。这提供了细胞悬浮液的参数的非侵入性检测，并因此保持无菌环境，同时可以感测细胞悬浮液的所需参数。光学传感器可以定位在光纤电缆的一端。光纤电缆的相反端可以与光学元件对准。这使得将光学传感器定位成远离生物反应器的基底。光纤电缆可以将led光传输到光学元件，并将由光学元件发射的荧光信号传输到光学传感器。
15.光学传感器可以与光学元件对准。
16.光学传感器可以包括被布置成将光发射到光学元件上的led。光学传感器可以被
配置为接收由光学元件发射的荧光信号。应当理解，由光学元件发射的荧光信号将根据容纳在容器中的细胞悬浮液的分析物对来自光学元件的一些激发分子的能量的吸收而改变。因此，在光学传感器接收的荧光信号对应于细胞悬浮液的一个或更多个参数。特别地，细胞悬浮液的一个或更多个参数可以是溶解氧浓度、和/或ph、和/或溶解二氧化碳浓度。
17.至少两个光学元件可以设置在传感器窗口上。每个光学元件可以具有相应的光学传感器。可选地，一个光学传感器可以为可移动的，以与不同的光学元件对准，使得一个光学传感器可以与多个光学元件一起使用。
18.至少一个光学元件可以具有圆形或基本圆形形状。至少一个光学元件可以具有菜豆形状或环形形状。适当地，菜豆形状或环形形状允许至少一个光学传感器在生物反应器的旋转期间保持与至少一个光学元件对准。
19.至少一个光学元件可以定位在基底部段的中心位置处或其附近。这提供了对低体积的细胞溶液的精确测量，只要容器中的低体积的细胞溶液仍覆盖光学元件。
20.生物反应器可以进一步包括至少一个化学传感器。至少一个化学传感器可以为葡萄糖传感器和/或乳酸盐传感器。至少一个化学传感器可以为酶基传感器。
21.化学传感器可以包括电极和连接线材。连接线材可以延伸穿过生物反应器的基底部段的狭缝。基底部段中的狭缝可以围绕连接线材密封。连接线材可以延伸穿过在生物反应器的顶部部段中的开口。
22.生物反应器可以进一步包括温度传感器。由温度传感器检测的温度可以用于补偿光学传感器中的热漂移。
23.生物反应器可以进一步包括选自压力传感器、流量传感器、加速度计、电容传感器、氨传感器、光学传感器和/或摄像机中的一个或更多个的传感器。
24.容器的侧壁可以包括可压缩壁元件。可压缩壁元件可以具有波纹管结构。基底部段可以与搅动器接合或连接，搅动器可操作以相对于顶部部段移动基底部段，从而压缩或延伸可压缩壁。这提供了容器的压缩和延伸，以促进生物反应器的内容物的混合，并进一步提供了生物反应器的受控搅动，包括压缩和延伸。
25.在示例中，透明或半透明的传感器窗口可以基本上为平面的(即，平坦的)。在其他示例中，透明或半透明的传感器窗口可以为斜面的或截头圆锥形的。透明或半透明的传感器窗口可以定位在容器的最底点。这提供了对低体积的细胞溶液的精确测量。
26.基底部段和/或顶部部段可以基本上为圆形的，从而提供基本上柱形的生物反应器。可选地，基底部段和/或顶部部段可以是任何合适的形状，例如方形、三角形、卵形或任何多边形形状。
27.细胞处理系统还可以包括搅动器，该搅动器被布置成接合生物反应器的基底部段。搅动器可操作以相对于顶部部段移动基底部段，从而压缩或延伸可压缩壁。
28.搅动器可以包括搅动板，该搅动板被布置成接合容器的基底部段。搅动板可以具有用于接收光学传感器的孔。适当地，这种布置保持光学传感器与容器的基底部段上的光学元件对准。
29.容器的侧壁可以包括可压缩壁元件。控制器可以被配置为控制搅动器以相对于顶部部段移动基底部段，从而促进生物反应器内流体的混合。这提供了对生物反应器中流体混合的控制，这可以增加细胞悬浮液中溶解氧的水平。
30.控制器可以被配置为基于所接收的荧光信号来调节生物反应器内的条件。控制器可以被配置为调节生物反应器内的条件，直到参数等于目标参数。这提供了基于由生物反应器的一个或更多个传感器感测的参数对生物反应器的自动控制。
31.控制器可以通过调节进入生物反应器的气体流量来调节生物反应器内的条件。这可以提供对生物反应器中气体浓度的控制。
32.该方法可以进一步包括基于感测荧光信号调节生物反应器内的条件。
33.调节生物反应器内的条件可以包括调节进入生物反应器的气体流量。这提供了对生物反应器中气体浓度的控制。
34.容器的侧壁可以包括可压缩壁元件。调节生物反应器内的条件可以包括相对于顶部部段移动基底部段以促进生物反应器内流体的混合。这提供了对生物反应器中流体的混合的控制，这可以增加细胞悬浮液中溶解氧的水平。
35.生物反应器可以适于容纳生物反应器流体。生物反应器流体可以包括细胞悬浮液。适当地，细胞悬浮液包含存在于液体培养基中的细胞群。
36.适当地，细胞群可以包括任何细胞类型。适当地，细胞群可以包括同质细胞群。或者，细胞群可以包括混合细胞群。
37.适当地，细胞群可以包括任何人或动物细胞类型，例如：任何类型的成体干细胞或原代细胞、t细胞、car-t细胞、单核细胞、白细胞、红细胞、nk细胞、γ-δt细胞、肿瘤浸润性t细胞、间充质干细胞、胚胎干细胞、诱导多能干细胞、脂肪衍生干细胞、中国仓鼠卵巢细胞、ns0小鼠骨髓瘤细胞、hela细胞、成纤维细胞、hek细胞、昆虫细胞、细胞器等。适当地，细胞群可以包括t细胞。
38.或者，细胞群可以包括任何微生物细胞类型，例如：细菌、真菌、古生菌、原生动物、藻类细胞。
39.适当地，液体培养基可以是能够维持细胞的任何无菌液体。适当地，液体培养基可以选自：生理盐水或者可以是细胞培养基。适当地，液体培养基为选自任何合适培养基的细胞培养基，例如：dmem，xvivo 15，texmacs。适当地，液体培养基适合于群体中存在的细胞类型。本领域技术人员清楚在培养细胞时使用合适的培养基。
40.例如，细胞群包含t细胞且液体培养基包含xvivo 10。
41.适当地，液体培养基可以进一步包含添加剂，例如：生长因子、营养物、缓冲剂、矿物质、刺激物、稳定剂等。
42.适当地，液体培养基包含生长因子，比如细胞因子和/或趋化因子。适当地，生长因子适用于群体中存在的细胞类型和待进行的所需过程。适当地，液体培养基包含刺激物，比如抗原或抗体，该刺激物可以安置在载体上。适当地，刺激物适合于群体中存在的细胞类型和待进行的所需过程。适当地，例如，当培养t细胞时，在液体培养基中提供抗体作为刺激物。适当地，将所述抗体安置在惰性载体上，比如磁珠，例如：免疫磁珠(dynabead)。
43.适当地，添加剂以有效浓度存在于液体培养基中。有效浓度可以由本领域技术人员根据细胞群和使用本领域已知的教导和技术进行的所需过程来确定。
44.适当地，将细胞群以1
×
104cfu/ml至1
×
108cfu/ml的浓度接种在液体培养基中。
附图说明
45.下文参照附图进一步描述本发明的实施例，其中：
46.图1示出了根据本发明的第一实施例的生物反应器的透视图。
47.图2示出了根据本发明的第二实施例的生物反应器的透视图。
48.图3(a)示出了根据第一实施例的生物反应器的横截面透视图。
49.图3(b)示出了根据第一实施例的生物反应器的基底的放大横截面透视图。
50.图4示出了根据第一实施例的生物反应器连接到搅动板的横截面透视图。
51.图5示出了根据第二实施例的生物反应器连接到搅动板的的近视图。
52.图6(a)示出了根据第二实施例的生物反应器连接到处于降低位置的搅动板的侧视图。
53.图6(b)示出了根据第二实施例的生物反应器连接到处于升起或搅动位置的搅动板的侧视图的示意图。
54.图7示出了根据第三实施例的生物反应器在连接搅动板之前位于细胞处理单元内的横截面透视图。
55.图8示出了根据第三实施例的生物反应器在连接搅动板之前位于细胞处理单元内的透视图。
56.图9示出了根据第二实施例的细胞处理单元中的搅动机构的透视图。
57.图10示出了根据第三实施例的细胞处理单元中的生物反应器和搅动机构的透视图。
58.图11示出了根据第三实施例的细胞处理单元中的生物反应器和搅动板的横截面透视图。
59.图12示出了根据第三实施例的生物反应器和搅动板的横截面视图。
60.图13(a)示出了根据本发明的第四实施例的生物反应器的横截面透视图。
61.图13(b)示出了根据本发明的第五实施例的生物反应器的横截面透视图。
62.图14示出了根据本发明的第六实施例的生物反应器的横截面透视图。
63.图15示出了根据本发明的第七实施例的生物反应器的横截面透视图。
具体实施方式
64.现在将参照附图描述本发明的具体实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应解释为限于本文阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将变得彻底和完整，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在附图中所示的实施例的详细描述中使用的术语不旨在限制本发明。在附图中，相同的数字表示相同的元件。
65.本文中使用的术语仅仅是为了描述本公开的特定方面的目的，而不是为了限制本公开。除非上下文另有明确规定，如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。
66.在附图和说明书中，已公开本公开的示例性方面。然而，在基本上不脱离本公开的原理的情况下，可以对这些方面进行许多变化和修改。因此，本公开应当视为说明性而非限制性的，并且不限于上文讨论的特定方面。因此，尽管使用了特定术语，但是它们仅用于一般和描述性意义，而不是为了限制性目的，例如，尺寸(比如宽度或广度或高度或长度或直
径)的定义取决于如何描述示例性方面，因此，如果以不同方式描述，在一个描述中示出的宽度或直径为在另一个描述中的长度或厚度。
67.应当注意，词语“包括”、“具有”或“包含”不一定排除所列元素或步骤之外的其他元素或步骤的存在，并且元素前面的词语“一”或“一个”不排除多个这种元素的存在。还应当注意，任何附图标记都不限制权利要求的范围，示例性方面可以至少部分地借助于硬件和软件来实施，并且多个“器件”、“单元”或“装置”可以由相同的硬件项来表示。
68.结合本发明的特定方面，实施方案或示例描述的特征、整体、特性、化合物、化学成分或基团应理解为适用于本文描述的任何其它方面，实施方案或示例，除非与其不相容。本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合来组合，除了这样的特征和/或步骤中的至少一些是互斥的组合。本发明不限于任何上述实施例的细节。本发明延伸至本说明书(包括任何所附权利要求书、摘要和附图)中所公开的特征的任何新颖特征或任何新颖组合，或者延伸至所公开的任何方法或流程的步骤的任何新颖流程或任何新颖组合。
69.图1和图2示出了包括容器110的生物反应器100。容器具有顶部部段101、基底部段102和侧壁105，该侧壁在基底部段102和顶部部段101之间延伸并限定容器110的内部容积。顶部部段101与基底部段102相对设置。顶部部段101可以基本平行于基底部段102。
70.基底部段102为平面的，即平坦的。然而，基底部段102可以替代地为斜面的和/或弯曲的。在一个示例中，基底部段为截头圆锥形。基底部段102可以包括从平面的、倾斜的、截头圆锥形的或弯曲的基底延伸的壁的下部部分，或者基底部段可以包括附接的或一体形成的附接特征。
71.基底部段102具有透明、半透明的传感器窗口103。传感器窗口103是非不透明的。特别地，传感器窗口103对于由光学传感器的led发射的光为透明或半透明的，并且对于由光学元件106、107发射的荧光为透明或半透明的，如下文进一步解释的。
72.在图1和图2所示的示例中，整个基底部段102由透明或半透明材料形成，并且基底部段102的一部分提供传感器窗口103。在另一示例中，如图13(b)至15所示，传感器窗口103可以仅为由透明或半透明材料形成的基底部段102的中心部分。在其他示例中，基底部段102的非中心部分由透明或半透明材料形成。基底部段102可以由具有透明或半透明材料的不透明材料形成，以形成传感器窗口103。透明或半透明材料可以与基底部段102一体模制。传感器窗口103可以为平面的(即，平坦的)。
73.顶部部段101可以包括细胞处理平台104。如本文所用，术语“细胞处理平台”为用于描述允许在其上执行各种单元操作的界面。细胞处理平台可以是允许将材料引入到与该细胞处理平台接合或以其他方式可操作地联接的一个或更多个容器中或从中提取材料的界面。
74.细胞处理平台104包括具有上表面和下表面的主体。细胞处理平台104具有流体入口111和流体出口112。细胞处理平台104可以具有多个流体入口和/或多个流体出口。细胞处理平台104的主体113示出为大致圆形和平面的。主体113包括围绕主体113径向间隔开的一个或更多个可再密封端口。可再密封端口从上表面延伸，穿过主体113，并到达下表面。可再密封端口可以包括隔膜密封件。
75.附件114可以安置到细胞处理平台，该细胞处理平台可以被致动以刺穿至少一个
可再密封端口，从而提供穿过其中的流体通道。附件114可以是具有穿刺元件的灭菌连接器114a(见图8),并且在致动时，灭菌连接器114a可以提供从附接到灭菌连接器的附件容器到连接到细胞处理平台104的容器100的无菌流体通道。附接到灭菌连接器114a的附件容器可以容纳细胞、培养基、磁珠或病毒。附接到灭菌连接器114a的附件容器可以有助于取样、废料提取或细胞提取。灭菌连接器114a可以是申请人的共同待决专利申请pct/gb2020/053229中描述的灭菌连接器。
76.例如，当输入到控制面板时，细胞处理系统的控制器可以使驱动仪器致动，导致细胞处理平台104移动，例如绕中心纵向轴线旋转。控制器可以导致细胞处理平台104移动，使得细胞处理平台104的特定可再密封端口与灭菌连接器114a的穿刺构件对准，从而能够在灭菌连接器114a致动时穿刺可再密封端口。一旦同轴地对准，细胞处理平台104可以升高或附件安装构件可以降低，从而导致附件与特定的一个或至少一个可再密封端口的面对面接合。以这种方式，使得至少一个可再密封端口的无菌纸密封件115(见图7和图8)与安装到附件安装构件的附件的相应的无菌纸密封件相配合。随后，控制器导致附件安装构件的一部分致动，以移除两个无菌纸密封件，从而在附件和至少一个可再密封端口之间提供无菌连接。随后，细胞处理系统使得附件进行预期操作，其示例在下文提供。
77.替代地，细胞处理系统也可以手动控制。用户可以旋转细胞处理平台104以暴露特定可再密封端口。随后，灭菌连接器114a可以连接到可再密封端口，使得至少一个可再密封端口的无菌纸密封件115被导致与安装到附件安装构件的附件的相应的无菌纸密封件配合。随后，可以将合适的附件容器连接到灭菌连接器114a。随后可以将无菌纸密封件115移除，并且灭菌连接器114a致动以在附件容器和容器110的内部容积之间提供流体连接。
78.如图1和图2所示，侧壁为柔性或可压缩壁105。可压缩壁105可以采取手风琴或类似物的形式。容器110可以认为是基于波纹管的容器。如在下文中参考图13(a)至图15进一步解释的，可压缩壁105可以具有平行于基底部段102布置的多个侧向刚性部段301。每对邻近侧向刚性部段301与可变形区域302交替，从而允许生物反应器沿纵向轴线压缩。可变形区域302可以为向内和向外交替的铰链，以提供容器110的可折叠性。铰链可以通过减薄侧壁105的材料来形成。铰链的方向性可以通过减薄侧壁105的内侧或外侧来提供。侧向刚性部段301和可变形区域302从容器的顶部部段101延伸到基底部段102，以允许容器的完全压缩。
79.在图1和图2的示例中，生物反应器100具有两个光学元件106、107，这两个光学元件粘附到基底部段102的传感器窗口103。所示的光学元件为光学点106、107。光学点106、107定位在基底部段102的中心部分。在该示例中，整个基底部段102为透明或半透明的，因此基底部段102的一部分设置了传感器窗口103。基底部段102可以包括在制造期间(例如，通过模制)形成的接缝，例如中心接缝108。光学点106、107可以定位在生物反应器100的中心接缝108的相对侧。
80.光学点106、107具有嵌入的荧光染料。与光学传感器结合，光学点106、107用于测量包含在生物反应器中的细胞悬浮液的ph和溶解氧。光学点也可以用于测量溶解二氧化碳。光学点106、107可以是自粘附的，或者替代地，可以使用任何适当的粘合剂将光学点106、107附接到基底部段102。可选地，光学点106、107可以一体形成在传感器窗口中。根据一个示例，传感器窗口103可以包覆成型到光学点上，或者传感器窗口103和光学点可以共
同注射。根据另一个示例，如图3(a)和图3(b)所示，基底部段在基底部段102的内表面上可以具有两个凹槽126、127。每个凹槽的尺寸被确定成容纳光学点106或107中的一个。光学点106、107可以粘附到凹槽126、127的内表面。凹槽可以允许光学点106、107固接到基底部段126、127，使得光学点106、107的上表面与基底部段102的内表面齐平，从而提供基底部段102的平滑内表面。
81.图4和图5示出了两个光学传感器116、117，其靠近传感器窗口103的外表面定位并且分别与相应的光学点106、107对准。光学传感器116、117安装在细胞处理单元200的壳体的一部分上，生物反应器100形成该细胞处理单元的一部分。例如，光学传感器116、117可以定位在光学传感器安装块208上，该光学传感器安装块安装至搅动板201，如下文进一步描述的。
82.可选地，如图7所示，可以使用单个光学传感器116。通过基底部段102和光学传感器116的相对运动，单个光学传感器可以依次与每个光学点对准。
83.光学传感器116、117可以保持静止，以便为了测量细胞悬浮液的参数，光学点106、107和光学传感器116、117必须旋转对准。或者，光学传感器116、117可以旋转地安装在细胞处理单元200中。这允许传感器116、117旋转，以便在生物反应器100旋转时与光学点106、107对准。
84.优选地，当进行光学测量时，光学传感器116、117位于距生物反应器的基底小于5mm处，更优选地，光学传感器位于距生物反应器的基底2至4mm之间。
85.每个光学传感器116、117包括led。每个光学传感器116、117可以包括读取器。如图4所示，每个光学传感器还可以包括光纤118，以将来自led的光传输到光纤118a的与光学点106、107对准的端部，并将检测到的光传输回读取器。优选地，光学传感器116、117与光学点106、107同轴地对准。光学传感器116、117为非侵入性的，并且无需与生物反应器中的细胞悬浮液直接接触。具体地，如下文所述，光学传感器116、117通过发射光穿过透明或半透明的传感器窗口103并穿过透明或半透明的传感器窗口接收荧光来操作。
86.为测量细胞悬浮液的参数，例如溶解氧、ph或溶解二氧化碳，来自光学传感器116、117中的led的光被引导向光学点106、107。来自led的光穿过基底部段102中的透明或半透明的传感器窗口103。入射光引起荧光染料中分子的激发，这引起分子发射荧光作为响应。来自激发分子的能量由与光学点接触的分析物吸收，比如细胞悬浮液中的氧气或二氧化碳，从而猝灭荧光。光学传感器中的读取器测量穿过透明或半透明的传感器窗口103的荧光信号，以便确定由于细胞悬浮液中的分析物吸收激发分子而引起的信号随时间的猝灭。因此，荧光信号与细胞悬浮液的参数相关。
87.图1和图2所示的光学点106、107为圆形的。然而，应当理解，光学点(光学元件)106、107可以是任何合适的形状，比如三角形或方形。光学点(光学元件)106、107可以具有菜豆形状或者可以具有环形形状。这允许光学传感器116、117在生物反应器100的旋转期间保持与光学点106、107对准。
88.光学点106、107和光学传感器116、117可以是光学氧气、光学ph或光学二氧化碳测量系统。
89.图1和图2进一步示出了生物反应器100，该生物反应器具有连接到基底部段102的内表面的化学传感器120。化学传感器120包括电极122和连接线材123。每个示出的化学传
感器可以是单独的葡萄糖或乳酸盐传感器，或者可以是组合的葡萄糖和乳酸盐传感器。生物反应器100可以包括用于测量葡萄糖的第一化学传感器和用于测量乳酸盐的第二化学传感器。化学传感器120可以是酶基传感器。化学传感器可以是来自c-cit sensors ag的化学传感器120粘附到基底部段102的内表面。可以使用任何适当的粘合剂。优选地，粘合剂在室温下固化。化学传感器120可以连接到蓝牙装置，该蓝牙装置可以将传感器读数发送到控制器(未示出)。
90.在图1的示例中，每个化学传感器120的连接线材123延伸穿过生物反应器100的顶部部段101中的开口。根据如图2所示的另一个第二示例，化学传感器120的连接线材123延伸穿过生物反应器的基底部段102中的狭缝109。一旦插入化学传感器120，狭缝可以通过任何合适的粘合剂围绕连接线材123密封，以密封基底部段102。
91.图1和图2所示的生物反应器100包括光学点106、107和化学传感器120的组合。根据其他示例，生物反应器仅包括光学点或化学传感器中的一个。
92.生物反应器100可以进一步包括温度传感器121，例如热电偶，如图6(a)和图6(b)所示。生物反应器温度的测量允许调整从光学传感器116、117和/或化学传感器120接收的数据，以补偿光学传感器116、117和/或化学传感器120中的热漂移，从而提高传感器读数。温度传感器121可以定位成在生物反应器100的外表面上与细胞悬浮液接触，或者连接到搅动板201，如下文将讨论的。
93.任何其它合适的传感器都可以用于生物反应器。此类传感器的示例包括但不限于压力传感器、流量传感器、加速度计、电容传感器、氨传感器、光学传感器、摄像机等。可以感测的其他参数的示例包括但不限于光密度、光散射、细胞的图像、代谢更新、细胞消耗的速率、电容、压力、流速、生物反应器基底的移动等。
94.本文所述的传感器可以连接到或集成到生物反应器100的任何部分，比如基底部段102、顶部部段101和/或侧壁105。
95.图8和图9示出了细胞处理系统，该细胞处理系统包括细胞处理平台104和装载到细胞处理单元200中的生物反应器100。细胞处理系统适于执行或实现细胞处理的一个或更多个单元操作，例如细胞和/或基因治疗制造。细胞处理系统可以适于执行或实现细胞收集、细胞分离、细胞选择、细胞扩增、细胞洗涤、体积减少或消耗、细胞储存或细胞运输。细胞处理单元200是用于封装如本文所述的细胞处理系统的部件的壳体。细胞处理单元200可以采取培养箱等的形式。细胞处理单元200可以在其中提供受控环境，包括温度、二氧化碳浓度和/或氧气浓度，其适于在细胞处理中执行一个或更多个单元操作。
96.细胞处理单元200包括搅动器，该搅动器包括搅动板201、基板202和一个或更多个线性致动器203，该线性致动器作用在搅动板201的下表面上，以便相对于生物反应器100升高和降低搅动板201。搅动机构可以进一步包括可枢转杆204，使得搅动板201可以围绕可枢转杆204枢转。生物反应器100可以预组装到搅动板201，或者替代地，搅动板201移动到与基底部段102接触，以便将生物反应器100组装到搅动板201(见图11)。生物反应器100可以邻接搅动板201或者联接到搅动板201。
97.根据如图10所示的线性致动器的另一示例，线性致动器203包括轨道和托架。托架连接到搅动板201的边缘，并且轨道朝向生物反应器100的顶部部段101向上延伸。托架沿轨道的移动升高和降低搅动板201。
98.图11和图12示出了生物反应器100的基底部段102和搅动板201之间的联接的一个示例。基底部段102具有附接特征119，并且搅动板201具有相应的附接特征219。此类联接可以在生物反应器基底的传感器和细胞处理单元的控制器等之间提供电连接。
99.或者，如图5所示，生物反应器100的基底部段102固定在安装件206上。安装件206和搅动板201每个都具有相应的固定孔，固定孔可以接收螺钉或其他固定器件，以将安装件206安装到搅动板201。
100.图4、图5和图7示出了安装在搅动板201的孔中的光学传感器116、117。图7示出了在搅动板201和基板202之间延伸的竖柱207。竖柱207将光学传感器116、117定位在靠近生物反应器的基底部段102处并且包括光学传感器安装块208。该安装块208固定光学传感器116、117，使得该光学传感器正确地倾斜并与光学点106、107对准。
101.在一个示例中，如图6(a)和图6(b)所示，竖柱207为固定的，且不随搅动板201移动。因此，在生物反应器的搅动期间，光学传感器116、117不在光学点106、107的范围内，并且当进行测量时，搅动板201降低到光学点106、107在光学传感器116、117的范围内的位置。
102.在另一个示例中，光学传感器116、117安装在搅动板201上，使得光学传感器116、117与搅动板201一起移动，并且相对于光学点106、107保持静止。在这种布置中，光学传感器116、117可以在生物反应器的搅动期间连续或周期性地进行测量。
103.温度传感器121可以连接到搅动板201。以这种方式，温度传感器121可以检测生物反应器100的外部的温度。
104.在使用中，生物反应器100可以旋转。图7示出了结合到搅动板201中的旋转电气连接件209(例如滑环)，以提供细胞处理单元200和生物反应器100之间的电气连接。旋转电气连接件209可以提供与化学传感器120的连接。当生物反应器100旋转时，旋转电气连接件209提供电气连接。
105.如本文所述，可以包括光学传感器106、107、化学传感器120和/或温度传感器121的传感器联接到控制器(未示出)。控制器可以与细胞处理单元200分离或集成，并且传感器可以经由有线或无线(例如蓝牙)连接联接至控制器。控制器可以连接到用户界面，以允许用户监测由传感器测量的各种参数，比如氧气浓度、二氧化碳浓度、ph、葡萄糖、乳酸盐和/或温度。
106.细胞处理单元200和生物反应器100可以相应于测量的参数进行手动控制。例如，用户可以通过调节细胞处理单元200内的气体浓度或温度来改变细胞处理单元200和/或生物反应器100的参数。用户可以附加地或替代地启动搅动板201的致动，以混合生物反应器100的内容物。用户可以附加地或替代地将附件连接到细胞处理平台104，以将细胞、培养基、磁珠和/或病毒添加到生物反应器，或者用户可以将附件连接到细胞处理平台104，以从生物反应器提取废培养基或提取样品用于进一步测试。
107.在实施例中，控制器可以自动控制细胞处理单元200的一个或更多个操作，以改变此类参数，并因此调节生物反应器100内的条件。例如，控制器可以具有预编程目标参数，或者用户可以输入目标参数。控制器将控制细胞处理单元200的操作，直到测量参数等于目标参数。
108.根据一个示例，光学传感器116、117将光导向光学点106、107。例如，光学传感器116、117具有将光引导到光学点106、107的led。光学点106、107响应于入射光发射荧光。该
荧光响应随后被光学传感器116、117检测为荧光信号。所接收的荧光信号与溶解氧参数、ph参数和/或溶解二氧化碳参数中的一个或更多个相关联。该感测参数涉及生物反应器100内的条件，比如气体含量、细胞悬浮液中溶解气体含量、细胞悬浮液ph等。感测参数被发送到控制器。随后，控制器控制细胞处理单元200的操作，以调节生物反应器100内的条件，直到感测参数等于目标参数。
109.细胞处理单元200的操作可以由用户手动控制或由控制器自动控制，以改变进入生物反应器100的氧气的流速或浓度，从而调节生物反应器100中的气体浓度。替代地或附加地，细胞处理单元200可以被控制以调节细胞处理单元200中的气体浓度，细胞处理单元200中的气体可以通过容器110的气体可渗透材料与生物反应器100中的气体平衡，以调节生物反应器中的气体浓度。替代地或附加地，细胞处理单元200可以被控制以移动搅动板201，使得生物反应器的基底部段102朝向生物反应器的顶部部段101移动，从而压缩可压缩壁105并刺激生物反应器中内容物的混合。这种混合可以增加细胞悬浮液中的溶解氧含量。搅动板201也可以被控制以提供生物反应器100的压缩、摆动、涡旋和/或旋转。可以控制特定搅动参数，比如生物反应器的压缩速率、单位时间内生物反应器的摆动、基底部段102相对于顶部部段101的纵向位移(即压缩过程中的位移)等。还可以控制细胞处理单元200以向生物反应器100中添加新培养基和/或移除废培养基。也可以控制细胞处理单元200以调节细胞处理单元200内的温度，例如使用加热器和/或冷却器。
110.可以由用户手动控制或由控制器自动控制的参数的其它示例包括但不限于，向生物反应器中加入新鲜培养基的特定时间和体积、从生物反应器中移除培养基的特定时间和体积、从生物反应器中取出测试样品的特定时间和体积、在生物反应器中洗涤细胞的特定时间、在生物反应器中分离细胞的特定时间、从生物反应器中移除(采集)细胞的特定时间等。
111.如图所示，容器110为基于波纹管的容器。图13至图15示出了包括多个侧向刚性部段301的容器的可压缩壁105。侧向刚性部段301与基底部段102平行布置。每对邻近侧向刚性部段301与可变形区域302交替，从而允许生物反应器沿纵向轴线压缩。可变形区域302可以为向内和向外交替的铰链，以提供容器110的可折叠性。铰链可以通过减薄侧壁105材料来形成，并且铰链的方向性可以通过减薄侧壁105的内侧或外侧来提供。侧向刚性部段301和可变形区域302从容器的顶部部段101延伸到基底部段102，以允许容器110的完全压缩。
112.可压缩壁105可以由热塑性弹性体(tpe)、硅树脂或低密度聚乙烯(ldpe)形成，然而可压缩壁105可以由任何合适的柔性材料形成。柔性材料可以是生物相容性材料。可压缩壁105可以通过注射成型或吹塑成型来形成。可压缩壁材料可以形成可压缩壁105和基底部段102的至少一部分或全部，该可压缩壁可由基底部段102的刚性部分支撑，如下文所述。可压缩壁材料可以为透明的、半透明的或不透明的。
113.图13至图15示出的容器110的基底部段102为刚性基底部段102。基底部段可以是附接到可压缩壁105的独立部件。刚性基底部段102为细胞粘附和生长提供了最佳表面。基底部段102可以由聚碳酸酯(pc)或高密度聚乙烯(hdpe)形成，然而基底可以由任何合适的刚性材料形成。刚性材料可以为生物相容性材料。基底部段材料优选为透明或半透明的(即，非不透明的)，然而基底部段102可以为不透明的，并且具有透明或半透明(即，非不透明的)传感器窗口103。基底部段102或传感器窗口103可以对由光学传感器116、117的led发
射的光透明，并且对由光学点106、107发射的荧光透明。传感器窗口103可以通过共注射形成，然而可以使用将传感器窗口103与基底部段102一体形成的任何其他合适的方法。基底部段102和传感器窗口103可以替代地通过流体密封件连接。基底部段102可以通过注射成型来形成。因此，光学点106、107和/或化学传感器120可以在注射成型过程中一体地形成在基底部段102中。例如，传感器窗口103可以包覆成型在光学点106、107上，或者传感器窗口103和光学点106、107可以共注射。
114.基底部段102的几何形状可以修改以提高采集，例如，基底部段102可以为斜面的或截头圆锥形的，例如朝向出口。如图15所示，基底部段102还可以包括采集阀305。采集阀305可以为隔膜密封件。采集阀305可以由tpe形成。采集阀305可以与基底部段的材料共注射。
115.可压缩壁105例如通过包覆成型部件或通过热板焊接连接到基底部段102。优选地，可压缩壁105和基底部段102以提供波纹管容器110的平滑内表面的方式连接，以防止细胞截留和流体滞留。可压缩壁105和基底部段102连接成使得最低可变形区域302直接邻近基底部段102。这允许可压缩壁105的更完全压缩，因此增加生物反应器100的混合能力。
116.基底部段102可以由内部气体可渗透材料和外部刚性气体不可渗透材料的组合形成。刚性材料可以包括多个开口，从而允许气体(包括氧气在内)渗透到细胞悬浮液中。可压缩壁105也可以由气体可渗透材料形成。气体可渗透材料可以注射成型以形成可压缩壁105和由刚性气体不可渗透材料支撑的基底部段102的一部分。气体可渗透材料可以为硅树脂。
117.以下是生物反应器材料和制造的示例性实施例：
118.示例1
119.图13(a)和图13(b)示出了波纹管容器110a的第一示例。可压缩壁105由不透明tpe通过注射成型tpe以形成波纹管结构而形成。刚性基底部段102由半透明pc通过注射成型形成。tpe波纹管壁的下端部分包覆成型在pc基底上，使得最低可变形区域302直接邻近基底部段102。
120.如图13(a)所示，tpe波纹管仅形成可压缩壁105和适于与细胞处理平台或其它封盖连接的上脊部。
121.或者，如图13(b)所示，tpe波纹管形成可压缩壁105和由刚性pc基底支撑的基底部段102的一部分。由于tpe为不透明的，因此开口303在tpe基底的中心部分形成，使得下层的pc基底提供透明或半透明的传感器窗口103。
122.示例2
123.波纹管容器的第二示例以与第一示例波纹管容器(示例1)相同的方式构造，然而可压缩壁105由硅树脂形成。硅树脂可压缩壁可以为不透明或半透明的。
124.示例3
125.图14示出了波纹管容器110b的第三示例。可压缩壁105由半透明tpe通过注射成型tpe以形成波纹管结构而形成。刚性基底部段102由共注射hdpe和pc形成，使得基底部段102的一部分由不透明hdpe形成，并且半透明pc传感器窗口103形成在基底部段102的中心部分。tpe波纹管壁的下端部分包覆成型在hdpe基底上，使得最低可变形区域302直接邻近基底部段102。
126.示例4
127.图15示出了波纹管容器110c的第四示例。可压缩壁105由半透明ldpe通过吹塑成型ldpe以形成波纹管结构而形成。刚性基底部段102由共注射hdpe和pc形成，使得基底部段102的一部分由不透明hdpe形成，并且半透明pc传感器窗口103形成在基底部段102的中心部分。
128.tpe可压缩壁105的下端部分通过热板焊接将tpe波纹管的下端部分连接到hdpe基底部段102，该tpe波纹管的下端部分连接到基底的外周，使得tpe可压缩壁的最低可变形区域302直接邻近基底部段102。
技术特征：1.一种用于细胞处理的生物反应器，包括：容器，所述容器具有：基底部段，所述基底部段包括透明或半透明的传感器窗口，顶部部段，所述顶部部段与所述基底部段相对布置并包括流体入口和流体出口，以及侧壁，所述侧壁在所述基底部段和所述顶部部段之间延伸并限定所述容器的适于容纳细胞悬浮液的内部容积，以及至少一个光学元件，所述至少一个光学元件在所述内部容积内设置在传感器窗口上，所述光学元件适于响应于入射光发射荧光信号，所述荧光信号与所述细胞悬浮液的一个或更多个参数相关联。2.根据权利要求1所述的生物反应器，进一步包括至少一个光学传感器，所述至少一个光学传感器靠近所述传感器窗口的外表面定位。3.根据权利要求2所述的生物反应器，其中，所述光学传感器与所述光学元件对准。4.根据权利要求2或权利要求3所述的生物反应器，其中，所述光学传感器包括led，所述led被布置成将光发射到所述光学元件上，并且其中，所述光学传感器被配置为接收由所述光学元件发射的荧光信号。5.根据权利要求2至4中任一项所述的生物反应器，其中，至少两个光学元件设置在所述传感器窗口上，并且其中，每个光学元件具有对应的光学传感器。6.根据权利要求1至5中任一项所述的生物反应器，其中，所述细胞悬浮液的一个或更多个参数为溶解氧浓度、和/或ph、和/或溶解二氧化碳浓度。7.根据权利要求1至6中任一项所述的生物反应器，其中，所述至少一个光学元件定位在所述基底部段的中心位置处或附近。8.根据权利要求1至7中任一项所述的生物反应器，其中，所述生物反应器进一步包括至少一个化学传感器。9.根据权利要求8所述的生物反应器，其中，所述至少一个化学传感器为葡萄糖传感器和/或乳酸盐传感器。10.根据权利要求8或权利要求9所述的生物反应器，其中，所述至少一个化学传感器为酶基传感器。11.根据权利要求1至10中任一项所述的生物反应器，其中，所述生物反应器进一步包括温度传感器。12.根据权利要求1至11中任一项所述的生物反应器，其中，所述容器的侧壁包括可压缩壁元件。13.根据权利要求12所述的生物反应器，其中，所述基底部段能够连接至搅动器，所述搅动器能够操作以相对于所述顶部部段移动所述基底部段，从而压缩或延伸所述可压缩壁元件。14.一种细胞处理系统，包括：根据权利要求1至13中任一项所述的生物反应器，光学传感器，所述光学传感器靠近所述传感器窗口的外表面定位，以感测由所述光学元件发射的荧光信号，所述荧光信号与所述细胞悬浮液的一个或更多个参数相关联，以及控制器，所述控制器被配置为从所述光学传感器接收传感器信号，所述信号对应于所
述细胞悬浮液的一个或更多个参数。15.根据权利要求14所述的细胞处理系统，进一步包括搅动器，所述搅动器被布置成接合所述生物反应器的基底部段并且能够操作以移动所述基底部段。16.根据权利要求15所述的细胞处理系统，其中，所述搅动器包括搅动板，所述搅动板被布置成接合所述容器的基底部段，并且其中，所述搅动板具有用于接收所述光学传感器的孔。17.根据权利要求15或16所述的系统，其中，所述容器的侧壁包括可压缩壁元件，并且其中，所述控制器被配置为控制所述搅动器以相对于所述顶部部段移动所述基底部段，从而促进所述生物反应器内的流体的混合。18.根据权利要求14至17中任一项所述的细胞处理系统，其中所述控制器被配置为基于所接收的传感器信号来调节所述生物反应器内的条件。19.根据权利要求18所述的细胞处理系统，其中，所述控制器被配置为调节所述生物反应器内的条件，直到所述参数等于目标参数。20.根据权利要求18或19所述的系统，其中，所述控制器通过调节进入所述生物反应器的气体流量来调节所述生物反应器内的条件。21.一种细胞处理方法，所述方法包括：提供根据权利要求15至20中任一项所述的细胞处理系统，使用所述光学传感器感测由所述光学元件发射的与所述细胞悬浮液的一个或更多个参数相关联的荧光信号。22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括基于所感测的荧光信号调节所述生物反应器内的条件。23.根据权利要求22所述的方法，其中，调节所述生物反应器内的条件包括调节进到所述生物反应器中的气体流量。24.根据权利要求22或权利要求23所述的方法，其中，所述容器的侧壁包括可压缩壁元件，并且其中，调节所述生物反应器内的条件包括相对于所述顶部部段移动所述基底部段以促进所述生物反应器内的流体的混合。
技术总结本发明提供了一种用于细胞处理的生物反应器(100)。生物反应器(100)包括容器(110)，该容器具有包括透明或半透明的传感器窗口(103)的基底部段(102)、与基底部段(102)相对布置并包括流体入口和流体出口的顶部部段(101)、以及在基底部段(102)和顶部部段(101)之间延伸并限定容器的适于容纳细胞悬浮液的内部容积的侧壁(105)。至少一个光学元件(106，107)在内部容积内设置在传感器窗口(103)上，光学元件(106，107)适于响应于入射光发射荧光信号，该荧光信号与细胞悬浮液的一个或更多个参数相关联。关联。关联。
技术研发人员：法伦
受保护的技术使用者：奥瑞生物技术有限公司
技术研发日：2021.03.09
技术公布日：2022/11/1
