-
Die Erfindung betrifft einen neuartigen Bioreaktor-Typ, mit dem es gelingt, in einem einzigen geschlossenen Verfahrensschritt aus kleingeschnittenen Gewebestücken bestimmte Zellen sowohl in das im Bioreaktor befindliche Medium auswachsen zu lassen, als auch die Zellen gleichzeitig zu aktivieren, zu vermehren und dann von Geweberesten abzutrennen. Insbesondere können auf diese Weise tumorinfiltrierende autologe T- Lymphozyten (TIL) aus Tumorgewebe, Metastasengewebe, deren Umgebungsgewebe und aus Lymphknoten, die von Tumorzellen befallenen sind, gewonnen werden.
-
Die
DE 695 34 132 T2 beschreibt eine Zellkulturvorrichtung, die einen Behälter mit einem Zellkulturabteil umfasst, wobei der Behälter für die Zellvermehrung von einer unteren, gasdurchlässigen, bevorzugt für Sauerstoff durchlässigen Schicht und einer oberen Folie, die selektiv für Substanzen einer vorgegebenen Größe durchlässig und für Zellen undurchlässig ist, begrenzt wird. Der Behälter ist dafür ausgelegt, ein Kulturmedium zwischen der oberen Folie und der unteren gasdurchlässigen Schicht aufzunehmen.
-
Der Behälter besteht aus
- - einem Basalmediumabteil , von dem sich mindestens ein Teil über der oberen Folie befindet, wobei ein Basalmedium auf der oberen Folie liegen kann;
- - nur einer einzigen Zugangsöffnung zu dem Zellkulturabteil;
- - einer Zugangsöffnung zu dem Basalmediumabteil;
und
- - einem gasdurchlässigen Schichtträger , der unterhalb der gasdurchlässigen Schicht angeordnet ist und mit dieser teilweise in Kontakt steht, wodurch der größte Teil der gasdurchlässigen Schicht in einer im Wesentlichen horizontalen Lage gehalten wird, so dass sich Zellen einer Suspension entlang des horizontalen Abschnitts der gasdurchlässigen Schicht verteilen können und ein Gasaustausch mit dem Zellkulturabteil nicht wesentlich behindert wird.
-
Die Versorgung der Zellen mit Medium erfolgt ungeregelt, die Überströmung der Zellen ist nicht gerichtet.
-
In der
DE 693 32 374 T2 wird ein Bioreaktor zum Kultivieren von Humanzellen und/oder -gewebe, einschließlich humaner Stammzellen oder humaner hämatopoetischer Zellen beschrieben, der aus einem Gehäuse , das eine Zellkulturkammer definiert, in die Humanzellen und/oder -gewebe, einschließlich humaner Stammzellen oder humaner hämatopoetischer Zellen, eingebracht und worin sie kultiviert werden können, wobei diese Zellkulturkammer so ausgebildet ist, das sie eine Vielzahl von Einlassöffnungen im Wesentlichen äquidistant zu einer Vielzahl von Auslassöffnungen enthält, damit Zellkulturmedium hindurchströmen kann, besteht. Der Bioreaktor beschreibt weiterhin
- • Mittel zum Perfundieren eines flüssigen Zellkulturmediums durch die Zellkulturkammer;
- • Mittel zum In-Kontakt-Bringen des flüssigen Zellkulturmediums, das durch die Zellkulturkammer perfundiert wird, mit einer Sauerstoffquelle, so dass das flüssige Zellkulturmedium, das durch die Zellkulturkammer perfundiert wird, mit Sauerstoff angereichert wird, wobei diese Mittel zum In-Kontakt-Bringen eine für Gas permeable und für Flüssigkeit impermeable Membran enthalten;
und
- • Mittel zum kontinuierlichen, periodischen oder diskontinuierlichen Ernten nicht adhärenter Zellen aus der Zellkulturkammer durch die Strömung des Kulturmediums.
-
Die für das Gas permeable und für Flüssigkeit impermeable Membran wird so in das Gehäuse eingebaut, dass das Gehäuse in die Zellkulturkammer auf der einen Seite der Membran und in eine Gaskammer auf der anderen Seite der Membran unterteilt wird. Der Bioreaktor umfasst Mittel zum Perfundieren von Atmungsgasen durch diese Zellkultur, die Mittel zum Zuführen der Atmungsgase zu der Gaskammer umfassen, wodurch die Atmungsgase durch die Membran strömen und dabei durch die Zellkulturkammer hindurchtreten und Mittel zum Abziehen verbrauchter Atmungsgase aus der Gaskammer.
-
Die Erfindung gemäß der
DE 69614535 T2 betrifft allgemein eine Vorrichtung zum ex vivo Aufbewahren und zur ex vivo Züchtung von biologischen Zellen und insbesondere eine Vorrichtung dieser Art, die die Zellen in einer tragbaren Kassette aufbewahrt und züchtet, während ein steriles System aufrechterhalten wird, das von der äußeren Umwelt abgeschlossen ist.
-
Die Vorrichtung zur ex vivo Aufbewahrung und Züchtung von biologischen Zellen, umfasst eine tragbare Zellwachstumskassette, die einschließt
- • ein Gehäuse,
- • eine Zellwachstumskammer innerhalb des Gehäuses, konfiguriert um eine Menge von biologischen Zellen und ein Wachstumsmedium zu tragen, wobei die Zellwachstumskammer eine Medium-Einlassöffnung und eine Medium-Auslassöffnung aufweist,
- • einen Mediumbehälter, der mit der Medium-Einlassöffnung der Zellwachstumskammer verbunden und konfiguriert ist, ein Wachstumsmedium zu enthalten,
und
- • einen Abfallbehälter, der mit der Medium-Auslassöffnung der Zellwachstumskammer verbunden und konfiguriert ist, von der Wachstumskammer abgelassenes Medium aufzunehmen, wobei die Zellwachstumskammer, der Mediumbehälter und der Abfallbehälter ein von der äußeren Umwelt abgeschlossenes steriles System bilden;
-
Die Zellwachstumskammer enthält eine bevorzugt für Sauerstoff permeable und Flüssigkeiten impermeable Membran, die einen Teil der Zellwachstumskammer definiert und eine Gaskammer, die auf der der Zellwachstumskammer gegenüberliegenden Seite der Membran lokalisiert ist. Die tragbare Zellwachstumskassette schließt weiterhin einen Gaszufuhranschluss ein, der von einer Rückwand des Gehäuses getragen wird, und eine Gaszufuhrleitung, welche den Gaszufuhranschluss mit der Gaskammer verbindet, um so Gas zur Gaskammer zur Permeation durch die Membran zu der Zellwachstumskammer zu liefern.
-
Die Erfindung gemäß der
CN1699558 (A ) betrifft eine großtechnische Kultivierungstechnologie für Killerzellen zur Induktion von Zellfaktoren für hämatopoetische Stammzellen unter Verwendung eines Bioreaktors, der das Erhalten von Nabelschnurblut-hämatopoetischen Stammzellen, das Induzieren der hämatopoetischen Stammzellen in DC-Zellen mit Cytokin, das Vervollständigen der die Funktion des Tumorantigens zu präsentieren, die ausgewählte Aktivierung von Killer-T-Lymphozyten mit spezifischer Abtötungswirkung an Tumoren zu vervollständigen, umfasst. Die Herstellung des Gelose-Mikroträgers für den monoklonalen Antikörper (CD3McAb), die Aktivierung der CIK-Zellen und die kontinuierliche Kultivierung von CIK-Zellen im Bioreaktor werden verknüpft.
-
Die
DE 10 2011 106 914 B4 /
EP25 43 719 A1 offenbart einen Mäander-Bioreaktor zur dynamischen und stressfreien Expansion, Differenzierung und Ernte der Gesamtfraktion hämatopoetischer Zellen, Stammzellen, Progenitorzellen, aber auch von isolierten, stimulierten, aktivierten Fraktionen dieser Zellen, außer embryonalen Zellen, wobei der Bioreaktor im Perfusionsbetrieb arbeitet. Der Bioreaktor besteht aus einem Bioreaktorgefäß, dessen Bodenfläche mit versetzt angeordneten Trennwänden versehen ist, die eine mäanderartige Führung der Medien mit einer laminaren Strömung bewirken. Der Mäander-Bioreaktor kann über Absperrventile mit anderen Mäander-Bioreaktoren modulartig in Reihe geschaltet werden. Die Zellen bilden nach dem Zuführen in das Bioreaktorgefäß eine zusammenhängende, die Bodenfläche des Mäander-Bioreaktors nahezu bedeckende Zellschicht, wobei die Zellen untereinander vielfach engen Kontakt zueinander haben. Die bei der Expansion entstehenden Zellklumpen werden durch Rütteln aufgelöst und geerntet oder werden einem nachfolgenden modulartigen Bioreaktor mit einer der Expansionsrate des vorherigen Bioreaktors entsprechenden größeren Bodenfläche des Bioreaktorgefäßes zur weiteren Expansion zugeführt.
-
Es ist im Stand der Technik kein Bioreaktor beschrieben, mit dem Zellen und insbesondere TIL steril technisch sicher und aufgrund ihrer hohen Zytotoxizität in therapeutisch sinnvollen Mengen hergestellt werden können.
-
In keinem, im Stand der Technik dargestellten Bioreaktoren zur Züchtung von Gewebe oder Zellen wurden bisher ex- vivo aus Geweben Zellen gleichzeitig isoliert, gezüchtet, aktiviert, expandiert und geerntet.
-
Aufgabe der Erfindung ist, ein Mäander- Bioreaktor zu schaffen, der es ermöglicht, aus kleingeschnittenen Gewebestücken (die aus anfallenden OP-Gewebeteilen oder aus Biopsien stammen) Zellen in einem geschlossenen Perfusions-Verfahren anfangs auswachsen, sich fortlaufend vermehren, dabei aktiviert werden und nach Erreichen einer bestimmten Zelldichte geerntet werden können.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird einen Mäander- Bioreaktor gelöst, in dem aus zerkleinerten Gewebeteilen Zellen in das in einem Mäander- Bioreaktor befindliche Medium auswachsen, gleichzeitig aktiviert und vermehrt werden und nach Erreichen einer bestimmten Dichte an ausgewachsenen und expandierten Zellen von den Gewebeteilen separiert werden.
-
Der erfindungsgemäße Mäander- Bioreaktor besteht aus einem rechteckigen Bioreaktorgefäß (1) aus vorzugsweise klarem Polymermaterial, das mit einem Deckel (2) steril verschlossen ist. Das Bioreaktorgefäß (1) ist in drei übereinander angeordneten Kammern (3, 4, 5) unterteilt, wobei die unterste Kammer (3) als Unterlay-Kammer, die über der Unterlay-Kammer (3) angeordnete Kammer als Mäander- Perfusions- Kammer (4) und die über der Mäander- Perfusions- Kammer (4) angeordnete Kammer (5) als Overlay-Kammer ausgebildet sind.
-
Die Unterlay- Kammer(3) und die Mäander- Perfusions- Kammer (4) sind durch eine gelochte Bodenplatte (6) mit einer darauf dicht befestigten und für Sauerstoff permeablen Folie (7) voneinander getrennt. An der Unterlay-Kammer (3) sind Zu- und Abführungen vorhanden (9, 10), die eine Durchströmung mit Gasen, insbesondere mit Gemischen aus Luft und Sauerstoff oder mit Stickstoff und Sauerstoff ermöglichen, in denen der Anteil an Sauerstoff regelbar ist. Der Sauerstoff diffundiert bevorzugt gegenüber Stickstoff durch die Gas-permeable Folie (7), die dicht auf der gelochten Bodenplatte (6) der Mäander- Perfusions- Kammer (4) befestigt ist. Bei der Durchströmung der Mänder- Perfusions- Kammer (4) gelangen während der Expansion der Zellen sowohl aus dem Overlay als auch aus dem Unterlay (durch Diffusion) geregelte Mengen an Sauerstoff in das Kulturmedium.
-
Die Mäander- Perfusions- Kammer (4) ist mit Zu- und Abführungen für Kulturmedien (11, 12) versehen, ebenso sind in der Overlay- Kammer (5) Zu- und Abführung (13,14) für die Overlay- Atmosphäre sowie ein Auslassstutzen (15) angeordnet. Am Auslassstutzen (15) ist im Innern der Overlay Kammer (5) vor dem Auslauf ein Siebgewebe (16) angeordnet. An der Abführung (12) der Mäander- Perfusions-Kammer (4) ist weiter ein Überlauf (17) für die Abführung der verbrauchten Zellbrühe vorhanden. Der Überlauf ist in seiner Höhe verstellbar.
-
Die Mänder- Perfusions- Kammer (4) besteht aus der Bodenplatte (6) mit auf der Oberseite (8) angeordneten streifenförmigen , die Bodenplatte (6) unterteilenden und eine mäanderförmigen Durchströmung der Mäander- Perfusions-Kammer (4) mit Gasen und Medium erzwingenden Trennwänden (8), wobei der Abstand (A) der Trennwände (8) voneinander sowie von den Seiten- und Stirnwänden der Mäander-Perfusions- Kammer (4) so gewählt ist, dass sich in dem Stromfaden, in dem durch die Trennwände (8) gebildeten Gerinne, eine gemittelte laminare Oberströmung mit einer Froudezahl < 0,005 bildet. Mit zunehmender Zellzahl im Verlauf der Vermehrung der Zellmenge (TIL oder andere Zellen) wird die Zufuhr von frischem Medium kontinuierlich erhöht, wobei das erhöhte Zuführen von frischem Medium durch einen entsprechenden Algorithmus automatisch gesteuert wird. Die Bodenströmung verbleibt dabei nahe einer Froudezahl 0, wodurch eine Aufwirbelung der Zellen vermieden wird. Die beschriebenen Strömungsverhältnisse verhindern Zellstress und sorgen für eine homogene Versorgung mit Nährstoffen über die gesamte am Boden des Gerinnes aufwachsende Zellschicht.
-
Die Overlay-Kammer (5) besitzt Zu- und Abführungen (12, 14) für die Überströmung mit Gasen. Die Overlay-Kammer (5) wird jeweils mit dem gleichen Gas/Gasgemisch wie die Unterlay-Kammer (5) durchströmt.
-
In einem Kultivierungslauf wachsen üblicherweise 7 bis 14 Tage lang Zellen aus den Gewebestücken aus, die ausgewachsenen Zellen vermehren sich gleichzeitig. So können TIL in größerer Menge aus Tumorgewebe hergestellt werden. Aber auch tumorinfiltrierende Natural- Killerzellen (TINK) und weitere Zellen lassen sich so aus Geweben gewinnen. Wenn der Glukoseverbrauch im Bioreaktor pro Tag 100 bis 300 mg erreicht, werden die TIL über den mit Siebgewebe (16) versehenen Auslassstutzen (15) des Bioreaktorgefäßes (1) als Filtrat von den Geweberesten abgetrennt.
-
Der Mäander -Bioreaktor zur ex- vivo Gewinnung und Vermehrung von Zellen aus Gewebeteilen werden nachfolgend näher erläutert, wobei die 1 eine schematische Schnittdarstellung des Mäander- Bioreaktors und die 2 eine schematische Draufsicht auf den Mäander- Bioreaktor zeigen, wobei die Bezugszeichen 1 bis 17 die in der nachfolgenden Liste aufgeführten KonstruktionsTeile der Bioreaktoren markieren:
- 1 Bioreaktorgefäß
- 2 Deckel
- 3 Unterlay- Kammer
- 4 Mänder- Perfusions- Kammer
- 5 Overlay- Kammer
- 6 Bodenplatte
- 7 Folie
- 8 Trennwand
- 9 Zuführung Unterlay- Atmosphäre
- 10 Abführung Unterlay- Atmosphäre
- 11 Zuführung Kulturmedium
- 12 Abführung Kulturmedium
- 13 Zuführung Overlay- Atmosphäre
- 14 Abführung Overlay- Atmosphäre
- 15 Auslaufstutzen
- 16 Siebgewebe
- 17 Überlauf für Zellbrühe
-
Ausgangsmaterial für die Herstellung von TIL oder TINK und anderen Zellen sind Gewebeanteile, die z.B. bei der operativen Entfernung solider Organtumoren, ihrer Metastasen oder ihres unmittelbar umgebenden Gewebes anfallen oder für diesen Zweck entnommen werden. Eine Gewebemenge mit etwa 1 ml Volumen ist in der Regel ausreichend als Ausgangsmaterial. Die Gewebeproben werden in ein Transportgefäß mit Medium verbracht. Das Gefäß wird verschlossen bei Raumtemperatur gehalten und vom Ort der Gewebeentnahme in den Reinraumbereich für die Herstellung der Immunzell-Präparate transportiert. Die OP-Gewebestücke werden in einem Reinraum unter einer LFB in Stücke von 1 bis 2 mm3 Größe zerkleinert und in einen Mäander- Bioreaktor transferiert. Die zerkleinerten Gewebestücke werden im Bioreaktor gleichmäßig verteilt und im Perfusionsbetrieb kultiviert. Der Bioreaktor ist in einem GMP Breeder betriebsbereit angeschlossen und wird von der Control Unit kontinuierlich überwacht, weitgehend automatisch gesteuert und dokumentiert.
-
Der Mäander- Bioreaktor besteht aus einem rechteckigen Bioreaktorgefäß (1) aus vorzugsweise klarem Polymermaterial, das mit einem Deckel (2) steril verschlossen ist. Das Bioreaktorgefäß (1) ist in drei übereinander angeordneten Kammern (3, 4, 5) unterteilt, wobei die unterste Kammer als Unterlay-Kammer(3), die über der Unterlay-Kammer (3) angeordnete Kammer als Mäander- Perfusions- Kammer (4) und die über der Mäander- Perfusions- Kammer (4) angeordnete Kammer als Overlay-Kammer (5) ausgebildet sind.
-
Die Unterlay- Kammer(3) und die Mäander- Perfusions- Kammer (4) sind durch eine gelochte Bodenplatte (6) mit einer darauf dicht befestigten und für Sauerstoff permeablen Folie (7) voneinander getrennt. An der Unterlay-Kammer (3) sind Zu- und Abführungen vorhanden (9, 10), die eine Durchströmung mit Gasen, insbesondere mit Gemischen aus Luft und Sauerstoff oder mit Stickstoff und Sauerstoff ermöglichen, in denen der Anteil an Sauerstoff regelbar ist. Der Sauerstoff diffundiert bevorzugt gegenüber Stickstoff durch die Gas-permeable Folie (7), die dicht auf der gelochten Bodenplatte (6) der Mäander- Perfusions- Kammer (4) befestigt ist. Bei der Durchströmung der Mänder- Perfusions- Kammer (4) gelangen während der Expansion der Zellen sowohl aus dem Overlay- als auch aus dem Unterlay- Kammer (durch Diffusion) geregelte Mengen an Sauerstoff in das Kulturmedium.
-
Die Mäander- Perfusions- Kammer (4) ist mit Zu- und Abführungen für Kulturmedien (11, 12) versehen, ebenso sind in der Overlay- Kammer (5) Zu- und Abführung (13, 14) für die Overlay- Atmosphäre sowie ein Auslassstutzen (15) vorhanden. Am Auslassstutzen (15) ist im Innern der Overlay- Kammer (5) vor dem Auslauf ein Siebgewebe (16) angeordnet. An der Abführung (12) der Mäander- Perfusions-Kammer (4) ist weiter ein Überlauf (17) für die Abführung der verbrauchten Zellbrühe vorhanden. Der Überlauf ist in seiner Höhe verstellbar.
-
Die Mänder- Perfusions- Kammer (4) besteht aus der Bodenplatte (6) mit auf der Oberseite (8) angeordneten streifenförmigen , die Bodenplatte (6) unterteilenden und eine mäanderförmigen Durchströmung der Mäander- Perfusions-Kammer (4) mit Gasen und Medium erzwingenden Trennwänden (8), wobei der Abstand (A) der Trennwände (8) voneinander sowie von den Seiten- und Stirnwänden der Mäander-Perfusions- Kammer (4) so gewählt ist, dass sich in dem Stromfaden, in dem durch die Trennwände (8) gebildeten Gerinne, eine gemittelte laminare Oberströmung mit einer Froudezahl < 0,005 bildet. Mit zunehmender Zellzahl im Verlauf der Vermehrung der Zellmenge (TIL oder andere Zellen) wird die Zufuhr von frischem Medium kontinuierlich erhöht, wobei dies durch einen entsprechenden Algorithmus automatisch gesteuert wird. Die Bodenströmung verbleibt dabei nahe einer Froudezahl 0, wodurch eine Aufwirbelung der Zellen vermieden wird. Die beschriebenen Strömungsverhältnisse verhindern Zellstress und sorgen für eine homogene Versorgung mit Nährstoffen über die gesamte am Boden des Gerinnes aufwachsende Zellschicht.
-
Die Overlay-Kammer (5) besitzt Zu- und Abführungen (13,14) für die Überströmung mit Gasen. Die Overlay-Kammer (5)wird jeweils mit dem gleichen Gas/Gasgemisch durchströmt wie die Unterlay-Kammer (5).
-
In einem Kultivierungslauf wachsen üblicherweise 7 bis 14 Tage lang Zellen aus den Gewebestücken aus, die ausgewachsenen Zellen vermehren sich gleichzeitig. So können TIL in größerer Menge aus Tumorgewebe hergestellt werden. Aber auch TINK und weitere Zellen lassen sich so aus Geweben gewinnen. Wenn der Glukoseverbrauch im Bioreaktor pro Tag 100 bis 300 mg erreicht, werden die TIL über den mit Siebgewebe (16) versehenen Auslassstutzen (15) des Bioreaktorgefäßes (1) als Filtrat von den Geweberesten abgetrennt.
-
Ab der Verbringung der Gewebstücke in das Bioreaktorgefäß (1) verläuft der gesamte Prozess bis zur Abfüllung aktivierter und expandierter Zellen in einem völlig geschlossenen Gefäßsystem. Kultiviert wird in geeignetem Medium, das mit einem spezifischen Gemisch aus AB Humanserum, Cytokinen, Antikörpern und irradiierten humanen Feederzellen zeitweilig supplementiert ist. Schnellere Vermehrung und Aktivierungen gelingen fallweise durch Supplemente, die auf den Oberflächen des Bioreaktorgerinnes fixiert sind. Im Fall von TIL und anderen Immunzellen werden die vermehrten und separierten TIL zentrifugiert, in Einfriermedium resuspendiert und aliquotiert (rund 50 Mio. TIL pro Vial). Die Proben werden in der Gasphase über flüssigem Stickstoff gelagert.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Mäander Bioreaktor zur Isolierung und Vermehrung von Zellen aus Gewebeteilen von Tumoren, Metastasen und anderen Geweben es gelingt es, in einem einzigen geschlossenen Verfahrensschritt aus kleingeschnittenen Gewebestücken bestimmte Zellen sowohl in das im Bioreaktor befindliche Medium auswachsen zu lassen, als auch die Zellen gleichzeitig zu aktivieren, zu vermehren und dann abzutrennen von Geweberesten. Insbesondere können auf diese Weise tumorinfiltrierende autologe T- Lymphozyten (TIL) aus Tumorgewebe, Metastasengewebe, deren Umgebungsgewebe und aus Lymphknoten, die von Tumorzellen befallenen sind, gewonnen werden. Die gerichtete laminare Überströmung der Zellen mit Medium im Mäander- Bioreaktor führt zu schnellem Wachstum der Zellen. Im Fall von TIL werden dabei besonders die Zellen bevorzugt expandiert, die spezifische Zytotoxizität gegenüber den Tumorzellen besitzen, aus denen oder deren Umgebung sie gewonnen werden In einem zweiten Verfahrensschritt können in einem Bioreaktor, der dem Mäander-Bioreaktor des ersten Verfahrensschritts gleicht, der aber eine größere Besiedlungsfläche besitzt, therapeutisch sinnvolle Mengen an TIL für klinische Anwendungen produziert werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 69534132 T2 [0002]
- DE 69332374 T2 [0005]
- DE 69614535 T2 [0007]
- CN 1699558 A [0010]
- DE 102011106914 B4 [0011]
- EP 2543719 A1 [0011]