細(xì)胞培養(yǎng)物用于制藥和生物技術(shù)工業(yè)中用于生產(chǎn)雙分子物質(zhì)。 這些分子從修飾或引入生產(chǎn)性細(xì)胞如細(xì)菌，酵母和哺乳動(dòng)物細(xì)胞如CHO細(xì)胞和雜交瘤細(xì)胞的特定基因組翻譯。 這些工廠(chǎng)的**終產(chǎn)品是要純化的分子的溶液或通過(guò)裂解從中獲得分子提取物的細(xì)胞。 

這些細(xì)胞培養(yǎng)物中的大多數(shù)基于懸浮的生長(zhǎng)細(xì)胞，不附著于底物。 實(shí)際上，工業(yè)生物反應(yīng)器的含量是可擴(kuò)展體積的細(xì)胞懸浮液，從0.1升**10,000升或更多，含有數(shù)十億個(gè)細(xì)胞。 其他較小規(guī)模的生物反應(yīng)器是能夠處理標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞培養(yǎng)裝置以用于高通量協(xié)議中的細(xì)胞測(cè)試的自動(dòng)儀器。 

細(xì)胞培養(yǎng)物用于再生醫(yī)學(xué)的越來(lái)越多的應(yīng)用引入了關(guān)于如何工業(yè)化生產(chǎn)用于臨床應(yīng)用的足夠特異性細(xì)胞的新挑戰(zhàn)和觀(guān)點(diǎn)。 **個(gè)難題是多少細(xì)胞是“足夠”。 

制藥行業(yè)的慣性表明“越多越好”，數(shù)十億或數(shù)萬(wàn)億。 對(duì)于某些可能的應(yīng)用，例如體外器官繁殖（填充特定細(xì)胞的支架），可預(yù)測(cè)數(shù)十億細(xì)胞的需要。 但在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)之前還有一些障礙： 

器官重建所需的大多數(shù)細(xì)胞類(lèi)型是錨定依賴(lài)性的，如果它們沒(méi)有與基質(zhì)（Anoikis）的生理接觸，則死亡; 因此，在施加到支架上之前難以在懸浮液中生長(zhǎng)它們。 

單罐生物反應(yīng)器（例如200升）只能生長(zhǎng)具有特異性相容性抗原的單細(xì)胞類(lèi)型，因此其將僅對(duì)單一相容性患者有用，否則異源器官移植和排斥的相同困難將是存在于這種新的治療溶液中。 

3. - 大量細(xì)胞的產(chǎn)生需要長(zhǎng)時(shí)間的孵育階段（可以是數(shù)周），直到細(xì)胞達(dá)到所需數(shù)量，然后過(guò)量的細(xì)胞需要儲(chǔ)存或丟棄。 要放棄價(jià)格昂貴，儲(chǔ)存需要低溫保存設(shè)施也很昂貴和風(fēng)險(xiǎn)，而且凍存細(xì)胞具有的后果在這一*域仍然不明 （1）。 

4. - 每個(gè)患者的臨床計(jì)劃和干預(yù)需要根據(jù)生物反應(yīng)器的生產(chǎn)靈活性進(jìn)行調(diào)整，創(chuàng)建類(lèi)似于器官可用性限制產(chǎn)生的等待名單。 

所有這些麻煩在某些情況下是可以接受的，但是大多數(shù)預(yù)期的醫(yī)療應(yīng)用需要更多的靈活性和更少的細(xì)胞。 

這是預(yù)見(jiàn)到再生醫(yī)學(xué)的**臨床應(yīng)用只需要合適的細(xì)胞的公平植入物在正確的位置，有或無(wú)載體 （2）（3），這植入會(huì)導(dǎo)致器官不足的再生和重塑在生理方式。 此外，**近的研究表明，干在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的細(xì)胞植入誘導(dǎo)再生不僅由于干細(xì)胞的增殖，而且由這些干細(xì)胞“分泌組”對(duì)旁觀(guān)者細(xì)胞的刺激作用 （4）。 這些植入物可以是成功的具有有限數(shù)目的細(xì)胞，不超過(guò)5**10元 （5）（6）。 這些量可以在常規(guī)組織培養(yǎng)裝置中的任何地方生長(zhǎng)。 此外，對(duì)于大多數(shù)可能的治療，廣泛接受的是，從100,000**10億的任何量的干細(xì)胞是**適合的（7）。 那么，為什么200個(gè)垃圾生物反應(yīng)器？ 

細(xì)胞產(chǎn)量取決于初始種子中的細(xì)胞數(shù)量，細(xì)胞類(lèi)型和培養(yǎng)時(shí)間。 此外，生物反應(yīng)器的介質(zhì)組成和流體動(dòng)力學(xué)將起決定性作用。 

假設(shè)細(xì)胞治療可以并且將被個(gè)性化，因?yàn)榛诠撬瑁?）和其他成人組織處理（9）的自體干細(xì)胞生產(chǎn)的新技術(shù)是可能的并且快速改善。 使用自體細(xì)胞避免了從傳染性疾病傳播到種植體排斥的各種各樣的健康風(fēng)險(xiǎn)。 此外，正常成人細(xì)胞中多能性誘導(dǎo)的方法快速變得更安全和更有效（11），這意味著所有分化細(xì)胞??的品種可以從自體誘導(dǎo)多能干細(xì)胞獲得。 這些選項(xiàng)當(dāng)然意味著從患者獲得初始細(xì)胞的限制，并且需要用于處理和擴(kuò)增這些細(xì)胞的專(zhuān)用個(gè)性化程序。 然而，細(xì)胞的**終數(shù)量不會(huì)很大; 將根據(jù)治療策略，時(shí)間表和方案進(jìn)行調(diào)整。 

可以預(yù)期，細(xì)胞治療過(guò)程將以某種方式類(lèi)似于任何當(dāng)前和傳統(tǒng)的治療過(guò)程。 將診斷患者，并針對(duì)每種具體情況設(shè)計(jì)治療計(jì)劃，包括治療產(chǎn)品的選擇，醫(yī)療干預(yù)和具有反饋和隨訪(fǎng)的治療計(jì)劃。 因此，時(shí)間和患者反應(yīng)是該過(guò)程的重要部分。 今天的治療是在**和廣泛的醫(yī)療保健專(zhuān)業(yè)人員的指導(dǎo)下進(jìn)行的，他們接受過(guò)患者安全，醫(yī)療儀器使用和維護(hù)，治療控制和進(jìn)展評(píng)估的培訓(xùn)。 獲得來(lái)自患者的細(xì)胞樣品，如活檢樣品，并且充分加工以確保不存在污染，靶細(xì)胞的選擇和所選細(xì)胞的活力維持。 為了保存細(xì)胞數(shù)量和活力，立即執(zhí)行這些操作很重要。 但是這些行動(dòng)可以并且應(yīng)該在健康設(shè)施或健康專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室由訓(xùn)練有素的實(shí)驗(yàn)室和輔助醫(yī)務(wù)人員在專(zhuān)門(mén)儀器的幫助下直接處理。 用戶(hù)友好和安全的半自動(dòng)細(xì)胞處理器已經(jīng)存在，安裝在醫(yī)療設(shè)施中用于處理通過(guò)脂肪抽吸獲得的血液，骨髓和脂肪組織的液體組織，產(chǎn)生準(zhǔn)備培養(yǎng)或儲(chǔ)存冷凍的間充質(zhì)干細(xì)胞（12）（13）。 類(lèi)似的儀器現(xiàn)在考慮到用于處理固體組織的生物學(xué)家，醫(yī)生和工程師，例如真皮活組織檢查，成纖維細(xì)胞來(lái)源，其可以是誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的底物。 

根據(jù)治療策略，培養(yǎng)后的治療細(xì)胞應(yīng)以某些形式遞送; 因此，在生長(zhǎng)后，細(xì)胞需要特定的制備（單細(xì)胞懸浮液，微聚集體，貼片，平片等），其需要具有確定數(shù)量的細(xì)胞的充分培養(yǎng)過(guò)程。 這不是在放大生物反應(yīng)器概念中實(shí)現(xiàn)的。 如果大規(guī)模細(xì)胞生產(chǎn)變得與個(gè)體化應(yīng)用相容，則必須實(shí)施用于治療遞送的第二階段的制備。 

與目前的醫(yī)療程序相比，在許多情況下，治療性細(xì)胞植入物將根據(jù)患者反應(yīng)和醫(yī)院可能性而分期和施用重復(fù)劑量。 這意味著大規(guī)模細(xì)胞生產(chǎn)的另一個(gè)障礙，除非有一個(gè)二級(jí)過(guò)程。 

這種可預(yù)測(cè)的情景改變了生物反應(yīng)器技術(shù)的游戲; 小規(guī)模柔性生物反應(yīng)器作為細(xì)胞治療應(yīng)用的合格解決方案：可以想象醫(yī)療細(xì)胞生物反應(yīng)器。 這種生物反應(yīng)器應(yīng)該匯集在現(xiàn)有工業(yè)生物反應(yīng)器中難以實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)特征。 

1。     安全 

安全對(duì)于醫(yī)療應(yīng)用**關(guān)重要。 將細(xì)胞從容器更換為容器增加了污染的風(fēng)險(xiǎn)。 因此，需要封閉容器，封閉傳送系統(tǒng)和**小化傳送步驟。 

污染迫使丟棄產(chǎn)品，在單個(gè)容器生物反應(yīng)器中沒(méi)有替代品。 因此，多個(gè)復(fù)制容器提供了更安全的生產(chǎn)。 

2。     自動(dòng) 

人的錯(cuò)誤隨著嚴(yán)格的程序和疲勞的重復(fù)而增加。 自動(dòng)化是標(biāo)準(zhǔn)化程序和長(zhǎng)期過(guò)程的成熟解決方案。 

3。     使用方便 

自動(dòng)和非自動(dòng)裝置在其操作是用戶(hù)友好的并且不需要復(fù)雜的操作時(shí)更安全。 

4。     緊湊和封閉 

緊湊的尺寸對(duì)于任何診所都是理想的。 但更重要的是儀器將所有組件集成在單元中，避免附加部件，如重型燃?xì)夤蓿婵毡茫旌掀鞯取?nbsp;

關(guān)閉，不暴露于環(huán)境，在任何時(shí)候都有自己的無(wú)菌和無(wú)顆粒的環(huán)境。 

5。     **小耗材 

簡(jiǎn)化培養(yǎng)基和生物反應(yīng)修飾劑用于各種程序性細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程和細(xì)胞遞送。 

6。     靈活 

這樣的系統(tǒng)應(yīng)該允許多個(gè)患者和多個(gè)適用的方案，因?yàn)榧?xì)胞和病理，甚**在給定的醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)，可以是多樣的。

7。     全過(guò)程技術(shù) 

儀器應(yīng)執(zhí)行細(xì)胞植入過(guò)程的所有步驟，從活檢靶細(xì)胞的分離，細(xì)胞擴(kuò)增和質(zhì)量控制到在醫(yī)療條件下的治療產(chǎn)品或植入物的遞送。 

8。     信息 

儀器需要向醫(yī)療團(tuán)隊(duì)提供過(guò)程的連續(xù)或定期信息：報(bào)警，狀態(tài)，時(shí)間，用品更換警告，質(zhì)量說(shuō)明，標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)等。 

9。     可編程時(shí)間表 

過(guò)程，交付和信息應(yīng)根據(jù)醫(yī)療所需時(shí)間表進(jìn)行編程 

10。STORE長(zhǎng)期和短期的時(shí)間段。 

根據(jù)治療策略，計(jì)劃將需要臨時(shí)存儲(chǔ)步驟。 因此儀器應(yīng)包括允許自動(dòng)進(jìn)行那種暫停的設(shè)備。 

11. 合理的成本 

這不需要解釋。 

以這種思維方式，有不同的有前途的方法，例如：TAP生物系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)（緊湊型T選擇SC）用于生長(zhǎng)錨定干細(xì)胞，準(zhǔn)備擴(kuò)展和維護(hù)一個(gè)以上的干細(xì)胞系，使用高達(dá)90標(biāo)準(zhǔn)一次性T-75燒瓶在溫度，濕度，CO 2，N 2和O 2的環(huán)境室中溫育。 該系統(tǒng)的尺寸和操作仍然與一般臨床使用幾乎不兼容。 

另一種方法是基于已證明的裝置的進(jìn)化，其使用具有內(nèi)部一次性袋（14）的克隆小罐生物反應(yīng)器，其允許細(xì)胞從批次到批次的快速和安全的改變。 一個(gè)例子是CellReady 3L生物反應(yīng)器（Millipore Mobius），該系統(tǒng)具有6個(gè)小罐，用于生長(zhǎng)懸浮細(xì)胞或附著在懸浮微載體上的細(xì)胞。 培養(yǎng)方案由一個(gè)特殊單元控制，該單元在罐的空氣空間中調(diào)節(jié)O 2和CO 2，并將它們調(diào)節(jié)到所需的pH，溫度和溶解氧（DO）。 然而，完全細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程不是自動(dòng)執(zhí)行的; 例如，播種和收獲細(xì)胞仍然是完全手工的，并暴露于開(kāi)放大氣，需要高質(zhì)量的潔凈室。 

Celartia提出了一種完全自動(dòng)化的細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，其適用于“醫(yī)療細(xì)胞生物反應(yīng)器”的概念，用于臨床應(yīng)用，在諸如心臟病學(xué)，神經(jīng)學(xué)，牙科，眼科等醫(yī)療專(zhuān)業(yè)中的思考。這些應(yīng)用的特征在于治療多樣化的患者，反復(fù)干預(yù)和細(xì)胞數(shù)量的有限需求。 該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)用于基于單個(gè)平臺(tái)的粘附和非粘附細(xì)胞培養(yǎng)：?jiǎn)蝹€(gè)一次性生物反應(yīng)器PetakaG3，6mm薄，25ml體積，能夠生長(zhǎng)高達(dá)每千克3000個(gè)細(xì)胞。 每個(gè)這些minireactors的具有微技術(shù)生理溶解氧**控制和CO 2和脫水控制。 這消除了對(duì)氣體罐/管線(xiàn)，傳感器，全局反饋控制等的需要。微反應(yīng)器被組織在緊湊的蜂窩陣列中，每個(gè)部分在程序溫度下加熱，允許多樣化的細(xì)胞培養(yǎng)方案。 系統(tǒng)的機(jī)器人同時(shí)管理數(shù)百個(gè)這些生物反應(yīng)器，執(zhí)行不同的功能，例如細(xì)胞收獲，細(xì)胞接種，培養(yǎng)基交換，細(xì)胞計(jì)數(shù)，生長(zhǎng)因子劑量等，向用戶(hù)發(fā)送信息。 設(shè)計(jì)為桌面儀器，它將承載和處理多達(dá)每周2十億細(xì)胞，從不同的患者，從每個(gè)患者獲得10 5個(gè)細(xì)胞的種子擴(kuò)大。 

該儀器可以為每位患者分配100個(gè)微型反應(yīng)器，并且同時(shí)管理多達(dá)3個(gè)患者，每周提供高達(dá)2,000,000個(gè)細(xì)胞和患者，在封閉，無(wú)菌和固體GMP下生產(chǎn)，并且在密閉環(huán)境中遞送，在任何時(shí)候都不暴露于意外污染。 此外，該系統(tǒng)將準(zhǔn)備好由具有基本的細(xì)胞培養(yǎng)技能的受過(guò)培訓(xùn)的健康人員的**小注意處理。 

這些機(jī)器人中型全自動(dòng)細(xì)胞工廠(chǎng)作為一種新型設(shè)備，可以安裝在任何細(xì)胞治療單位，并提供研究技術(shù)和床邊應(yīng)用之間的聯(lián)系。