Apparatus and methods for cellular processing

Abstract

A cellular processing apparatus (10) includes a body portion (12) having an inlet (14) and an outlet (16) and an interior cavity (20) containing magnetic beads (6) and configured to receive cellular material. The apparatus (10) further includes a barrier (22) within the inner cavity (20) configured to retain magnetic beads (6) within the cavity (20), while allowing cellular material to pass through the barrier (22), and at least one magnet (18, 118) in operative proximity to the body portion (12). A controller (17) operatively connected to the at least one magnet (18, 118) is included, the controller (17) configured to selectively apply a magnetic field. In use, the beads (6) form a filter (6) such that when cellular material passes through the body portion (12), cells are trapped within the accumulated beads (6), while cell material may pass through the barrier (22) and outlet (16). The at least one magnet (18, 118) may selectively apply a magnetic field to the accumulated beads (6) to allow trapped cells to pass through the barrier (22) and outlet (16).

Description

APPARATUS AND METHODS FOR CELLULAR PROCESSING  BACKGROUND  TECHNICAL FIELD

[0001] Embodiments of the invention relate generally to cellular processing,  and, more particularly, to the filtration of cellular material utilizing magnetic beads.   DISCUSSION OF ART

[0002] Cellular processing devices such as bioreactors, mixers, and fermenters  are often employed to carry out biochemical and / or biological processes and / or  manipulate liquids and other products of such processes.  Such devices often include  flexible or collapsible single‐use disposable bags / vessels that are supported by an  outer rigid structure.  The vessels are filled with the desired fluid for processing.   The fluid within the vessles may require mixing or agitation to prevent settling of  particulates at the bottom of the vessel which may be accomplished through the use  of, for example, an impeller located proximate to a bottom surface of the vessel or a  rocking platform.

[0003] Fluids typically introduced into vessels include liquids, such as cell  culture media, serum, salt solutions, buffers, and water, as well as gases such as air,  oxygen, carbon dioxide, nitrogen, or mixtures thereof.  As will be appreciated, fluids  are added to establish and maintain suitable growth and / or reaction conditions for  producing a product from cellular material within the vessel.

[0004] Sampling and analysis of cellular material from within the vessel is  important to ensure conditions are optimal for growth.  In particular, it may be  desireable to sample and analyze cell culture media for metabolites / nutrients.

[0005] In other instances, sampling of cells present in the cell culture media  may be desireable.  Analysis or further processing of such cells may, however,  require removal of cell culture media so the media does not undesireably enter  downstream devices.  The cell culture media may be discarded in these instances.

[0006] It is also often necessary to sample target proteins or other cell  components in a vessel.  This may involve the use of functionalized magnetic beads  which bind to target proteins.  The target proteins may then be removed from the  beads and routed to a downstream device for analysis or further processing, e.g.,  purification.

[0007] Typically, separate devices and / or processes are needed to accomplish  the above functions.  In order to reduce equipments costs, increase efficiency, and for  overall convenience, a need exists for a versatile apparatus for cellular processing  that allows for filtration of cells and / or cell media from a sample of cellular material  via magnetic beads, wherein the magnetic beads may also be functionalized to bind  to target proteins or cell components within the sample.    BRIEF DESCRIPTION

[0008] Certain embodiments commensurate in scope with the originally  claimed subject matter are summarized below.  These embodiments are not intended  to limit the scope of the claimed subject matter, but rather these embodiments are intended only to provide a brief summary of the possible embodiments.  Indeed, the  disclosure may encompass a variety of forms that may be similar to or different from  the embodiments set forth below.

[0009] According to an aspect of the invention, an apparatus for cellular  processing includes a body portion having an inlet and an outlet and an interior  cavity between the inlet and outlet, the interior cavity containing magnetic beads  and configured to receive cellular material.  The apparatus further includes a barrier  within the inner cavity, the barrier configured to retain magnetic beads within the  interior cavity, while allowing cellular material to pass through the barrier and out  of the interior cavity, and at least one magnet in operative proximity to the body  portion and configured to selectively apply a magnetic field to the interior cavity.  A  controller operatively connected to the at least one magnet is also included, the  controller configured to selectively apply a magnetic field to the beads via the at  least one magnet.  In use, magnetic beads accumulate on a surface of the interior  cavity to form a filter such that when cellular material passes through the body  portion, cells are trapped within the interior cavity by the accumulated magnetic  beads, while cellular material may pass through the barrier and outlet.  The at least  one magnet may selectively apply a magnetic field to disrupt the accumulated  magnetic beads to allow previously trapped cells to pass through the barrier and  outlet.

[0010] In an embodiment, the at least one magnet may be least one  electromagnet in operative proximity to the body portion.

[0011] In an embodiment, the at least one electromagnet may be a first  electromagnet and a second electromagnet, the first and second electromagnets  located on opposite sides of the body portion, and the controller may be configured  to alternatively magnetize the first and second electromagnets to release cells or cell  components from the magnetic beads.

[0012] In an embodiment, the controller alternatively magnetizes the first and  second electromagnets every five seconds.

[0013] In an embodiment, the at least one magnet may be a first permanent  magnet and a second permanent magnet, the first and second permanent magnets  located on opposite sides of the body portion, and the controller may be configured  to alternatively move the first and second permanent magnets toward and / or away  from the body portion to selectively apply a magnetic field to the interior cavity.

[0014] In an embodiment, the controller may be configured to periodically  reverse the polarity of the electromagnet to release cells or cell components from the  magnetic beads.

[0015] In an embodiment, the magnetic beads may be not functionalized to  bind to the cells.

[0016] In an embodiment, the magnetic beads may be functionalized to bind  to a target protein or cell component.

[0017] According to another aspect of the invention, a method of cellular  processing may include transferring cellular material into an interior cavity of a  body portion of a cellular processing apparatus, via an inlet of the body portion, the interior cavity containing magnetic beads that are accumulated on a surface of the  interior cavity, the barrier retaining the magnetic beads within the interior cavity  while allowing the cellular material to pass through the barrier and through an  outlet in the body portion.  The method may further include retaining cells present  in the cellular material within the interior cavity using the magnetic beads, and  removing cellular material that has passed through the accumulated magnetic beads  and the barrier from the interior cavity via the outlet.

[0018] In an embodiment, the method may include selectively applying a  magnetic field to the interior cavity via at least one magnet in operative proximity to  the body portion to disrupt the accumulated magnetic beads so that the cells  retained within the accumulated magnetic beads may pass through the barrier, and  removing the cells from the interior cavity via the outlet.

[0019] In an embodiment, the step of selectively applying a magnetic field to  the interior cavity may include alternatively magnetizing first and second  electromagnets to disrupt the accumulated magnetic beads, the first and second  electromagnets being located on opposite sides of the body portion.

[0020] In an embodiment, the step of selectively applying a magnetic field to  the interior cavity may include alternatively moving first and second permanent  magnets toward and / or away from the body portion to disrupt the accumulated  magnetic beads, the first and second permanent magnets being located on opposite  sides of the body portion.

[0021] In an embodiment, the method may include analyzing the cell media  after it has been removed from the interior cavity.

[0022] In an embodiment, the magnetic beads may be not functionalized to  bind to the cells.

[0023] In an embodiment, the the magnetic beads may be functionalized to  bind to target proteins or cell components, and the method may further include  releasing the target proteins or cell components that are bound to the magnetic  beads from the magnetic beads.

[0024] In an embodiment, the method may include removing the target  proteins or other cell components from the interior cavity via the outlet, after they  have been released from the magnetic beads.

[0025] In an embodiment, the method may include analyzing the target  proteins or other cell components after they have been removed from the interior  cavity.

[0026] Features which are described in the context of separate aspects and  embodiments of the invention may be used together and / or be interchangeable.  Similarly, features described in the context of a single embodiment may also be  provided separately or in any suitable sub‐combination.   DRAWINGS

[0027] The present invention will be better understood from reading the  following description of non‐limiting embodiments, with reference to the attached  drawings, wherein below:

[0028] FIG. 1 is a simplified schematic of a bioprocessing system that includes  an apparatus for cellular processing according to an embodiment of the invention.

[0029] FIG. 2 is an illustration of an apparatus for cellular processing  according to an embodiment of the invention.

[0030] FIG. 3 is an illustration of an apparatus for cellular processing  according to an alternative embodiment of the invention.    DETAILED DESCRIPTION

[0031] Reference will be made below in detail to exemplary embodiments of  the invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.   Wherever possible, the same reference characters used throughout the drawings  refer to the same or like parts.

[0032] While embodiments of the invention are described and depicted in  connection with vessels and associated equipment used in bioprocessing, e.g.,  bioreactors and mixers, they are not limited to particular type of bioprocessing  device or apparatus.  Embodiments may be suitable for use with, for example,  stirred tank or wave bioreactors, mixers, and fermenters.  In certain embodiments,  samples may not be drawn from tank or wave bioreactors, rather they may originate  from a flask or other vessel.  Embodiments may be utilized in connection with a  wide variety of bioprocesses including cellular growth (cell expansion) generally,  protein purification, and the like.

[0033] While embodiments are described for use in connection with biological  or biochemical processing, embodiments may also be utilized in other industries where sampling and / or analysis of fluid (or materials within a fluid) is desirable.   Similarly, embodiments may be utilized for a variety of purposes, e.g., assessing  contaminants, growth media, metabolites, nutrient levels, etc., and are not limited in  this regard.

[0034] Referring to FIG. 1, an apparatus 10 for cellular processing according to  an embodiment of the invention is depicted in simplified schematic form.  The  apparatus 10 is configured to receive a sample of cellular material from a  bioprocessing device (e.g., a stirred tank bioreactor 2).  The cellular material may  include cell media, cells, proteins and / or other cellular components.  The apparatus  10 may be selectively connected to one or more downstream devices 4 for  analysis / processing of the cellular material.  Similarly, the apparatus 10 may be  connected to one or more upstream devices, e.g., bioreactors or other sources of  cellular materials, or sources of eluents, buffer, and the like.

[0035] As will be described in greater detail herein, the apparatus 10 may be  used to receive a sample of cellular material from the bioreactor 2, trap cells from the  sample in a filter of magnetic beads 6 within a body portion 12, while allowing the  remaining cellular material (e.g., cell media, expressed proteins, cell fragments) to  pass through the apparatus 10 to a downstream device 4.  After the remaining  cellular material has been removed, the trapped cells may be removed from the filter  6 by agitating the magnetic beads via one or more magnets 18, 19.  The cells can then  be passed back to the bioreactor 2, a waste container, or another device for analysis.

[0036] In embodiments, the magnetic beads may also be functionalized to  bind to target proteins or other cellular components for subsequent elution and  routing to a device for analysis or other process.

[0037] Referring now to FIG. 2, an embodiment of the apparatus 10 generally  includes a body portion 12 that has an open inlet 14 and outlet 16 located on  opposite ends of the body potion 12.  The apparatus 10 further includes at least one  magnet that is in operative proximity to the body portion 12, i.e., close enough to  applying a magnetic field sufficient to disrupt the beads and free trapped cells.  In  the depicted embodiment, two electromagnets 18, 19 are utilized, with each  electromagnet 18, 19 being located on an opposite side of the body portion 12.

[0038] The body portion 12 includes an interior cavity 20 that is located  between the inlet 14 and outlet 16 and is configured to receive cellular material and  contain magnetic beads.  In embodiments, the inlet 14 and / or outlet 16 include hose  barbs, threads, or other attachment mechanisms (on an interior or exterior surface) to  allow tubing / fittings and the like to be removably secured to inlet 14 and outlet 16 of  the body portion 12.

[0039] As depicted, the inlet 14 and outlet 16 may be equipped with fittings  21, which allow for the removable connection of tubing / fluid lines.  While the fittings  21 are depicted as “fingertight” type threaded fittings, the invention is not limited in  this regard and various other fittings may be employed.

[0040] As depicted, the body portion 12 may be generally cylindrical in shape,  though other shapes are possible without departing from the scope of the invention.  The body portion 12 may be manufactured from a variety of materials including  polymers, glass, and the like, via additive processes, molding, and other techniques.  In preferred embodiments, the material is sterilizable such that the cells or cellular  material can be passed to the bioreactor 2 without compromising the sterility of the  bioreactor 2.

[0041] In certain embodiments, the body portion 12 may be transparent or  semi‐opaque such that a user can visualize cellular material, e.g., cell media, within  the body portion 12 during use.   The body portion 12 may further be graduated or  volumetric and include one or more etchings or markings to define specific fill levels  or sample volumes.  In a specific embodiment, the body portion 12 has a 1ml  capacity.

[0042] Referring again to FIG. 2, in an embodiment, the body portion 12  further includes a barrier 22 and magnetic beads 6.  The barrier 22 is configured to  retain the magnetic beads 6 within the interior cavity 20 while allowing cellular  material to pass through the barrier 22 and out of the interior cavity.  To this end, the  barrier 22 includes one or more openings or apertures that are sized to retain  magnetic beads within the interior cavity 20.  As will be appreciated, the apertures  will be smaller than the beads, and may be sized based on desired bead size / type.  In  an embodiment, the barrier 22 is a mesh filter or screen.  The size and shape of the  apertures may vary, and embodiments of the invention are not limited in this regard.   Likewise, the barrier 22 may be manufactured from a variety of materials including  polymers.

[0043] As shown, the barrier 22 is located in a position within the interior  cavity 20 of the body portion 12 that is close to the outlet 16.  In certain  embodiments, the barrier 22 may be incorporated into or may be a part of the outlet  16 or may be part of a fitting that is secured to the outlet 16 during use.

[0044] The body portion 12 may be an assemblage of multiple components,  e.g., the outlet 16 may be a separate component from the remainder of the body  portion 12 such that, during manufacture, a barrier 22 may be placed within the  interior cavity 20, and the outlet 16 may then be secured to the body portion 12 via a  thermal weld or the like.

[0045] In certain embodiments, the barrier 22 may be removed / replaced to  facilitate use of the apparatus 10 with larger or smaller beads, or beads that are  functionalized to bind to specific target proteins or other cellular components.  In  such embodiments, a fitting (or the outlet itself) may be removably secured to the  body portion 12 via a variety of attachment mechanisms, threads, press / snap fit, and  the like, and may be selectively removed to access and replace the barrier 22.

[0046] In certain embodiments, the barrier 22 may be secured to or contact a  shoulder or flange of the body portion 12 that extends into the interior cavity 20 to  limit travel of the barrier 22 and fix it in place.  The barrier 22 may also be  melted / welded in place within the body portion 12.  In other embodiments, the  barrier 22 may be modular or otherwise removable / replaceable such that the body  portion 12 can reused for subsequent bioprocessing campaigns.  For large volumes,  chromatography column packing procedures may be utilized to place the beads and / or barrier within the body portion 12, which may be at least partially  automated.

[0047] As mentioned, the apparatus 10 further includes at least one magnet,  which may be first and second electromagnets 18, 19 as depicted in FIG. 2.  The first  and second electromagnets 18, 19 are in operative proximity to the body portion 12,  such that they may selectively apply a magnetic field to the interior cavity 20 to  disrupt magnetic beads to allow previously trapped cells to pass through the barrier  22 and outlet 16.

[0048] In embodiments, the electromagnets 18, 19 are located on opposite  sides of the body portion.  As will be appreciated, the electromagnets 18, 19 need not  physically contact the body portion 12, as long as they are close enough to disrupt  the magnetic beads to free the trapped cells.

[0049] In a specific embodiment, the first and second electromagnets 18, 19  have a working voltage of 6V DC and a load weight of 1kg.  The electromagnets 18,  19 have a circuit board 23 that allows for connection to a power source and to one or  more controllers 17 configured to selectively magnetize the electromagents, such as,  for example, an Arduino board.

[0050] As will be appreciated, the electromagnets 18, 19 may have different  working voltages and load weights and may be used with various controllers and  software without departing from the scope of the invention.  Working voltages and  load weights may be selected in view of various factors such as the size of the body  portion 12 and / or quantity of beads, or other considerations.  In certain embodiments, the controller 17 may be incorporated into the electromagnet and  need not be a separate component.

[0051] Referring again to FIG. 2, the apparatus 10 may further include a  housing 30 having an open interior 32 that is shaped to removably receive the body  portion 12 as well as at least one magnet.  In the depicted embodiment, the housing  30 accomodates the first and second electromagnets 18, 19 and related components,  e.g., circuit boards 23 and cabling 25 .  The housing 30 has openings 34 proximal to  the inlet 14 and outlet 16 of the body portion 12 that allow for the connection of  lines / tubing.  At least one of the openings 34 also allows for the passage of wiring to  power and / or control the electromagnets 18, 19.

[0052] As will be appreciated, the housing 30 may be manufactured from a  variety of materials including polymers / plastics and may be additively  manufactured or molded.  The shape and form of the housing 30 may vary and the  housing need not have a open interior 32.  In embodiments, the housing 30 may be a  substantially flat surface that the apparatus 10 is mounted or fixed to via fasteners or  the like.

[0053] In use, a volume of cellular material is transferred into the body  portion 12 from, for example, a bioreactor vessel, through the inlet 14.  To  accomplish this, a sample of cellular material may be withdrawn from the vessel and  pumped or otherwise injected into the body portion 12.  The volume withdrawn  from the vessel (or other device) may vary based on whatever volume is necessary  or optimal for the intended analysis or use of the sample.

[0054] In certain embodiments, the sample may be substantially the entirety  of, for example, cells within a vessel, rather than a subset thereof.  In other words,  the apparatus may be used separate and route a population of cells, specific cell  types, or other cellular components from a vessel to a downstream device where  another process can be carried out.

[0055] In embodiments, the cellular material may be pushed through the body  portion 12 using, for example, a pump.  Cellular material is passed through the  magnetic beads, which have accumulated in the interior cavity 20 forming a bed  (which functions as filter 6), and through the barrier 22, and outlet 16.  The cellular  material may then be routed (e.g., pumped) to a downstream device 4 for analysis,  such as a metabolite / nutrient analysis, or routed to a waste receptacle.

[0056] Once the cellular material, e.g., cell media, cell fragments, expressed  proteins, has been removed, cells present in the cellular material remain trapped in  the magnetic bead filter 6.  In this manner, the magnetic beads function as a depth  filter.  In embodiments, the size of the bed of beads may vary based on function  and / or volume of the body portion 12.  For example, for sample preparation or  process development, the bed may have a volume of about 1 ml to about 2 ml.  For  midstream filtering, the bed might be several liters in volume.

[0057] To remove the cells from the magnetic beads, the at least one magnet,  e.g., the first and second electromagnets 18, 19, are selectively magnetized to  physically move the magnetic beads, disrupting and freeing the trapped cells.  In this way, the magnetic beads function as a depth filter than can be selectively  activated / engaged.

[0058] In the embodiment of FIG. 2, this involves alternatively activating or  toggling the first and second electromagnets 18, 19 to disrupt the beads and free the  cells.  In a specific embodiment, wherein the body portion had a 1 mL capacity, the  first and second electromagnets 18, 19 were alternatively toggled on and off every 5  seconds, that is, one magnet was on for 5 seconds while the other was off and vice  versa.  Of course, the frequency and duration of the toggling may vary based on the  volume of cellular material, the strength of the magnet, the volume of beads and  other factors.

[0059] In certain embodiments, the apparatus 10 may include only a single  electromagnet the polarity of which may be reversed to move the magnetic beads  back and forth thereby dislodging the cells.  In such embodiments, the polarity may  be toggled with a frequency and duration based on the aforementioned factors.

[0060] Once freed from the magnetic beads, the cells may then be flushed out  of the body portion 12 through the outlet 16 using, for example, a buffer solution  introduced through the inlet 14.  The cells may then be routed (e.g., pumped) to  waste, back to the bioreactor or to a device for a subsequent processing or analysis.

[0061] In certain embodiments, the magnetic beads may be functionalized.   That is, they may be configured to bind to specific proteins or other targeted cellular  components present in the cellular materials.  In such embodiments, after the cells  have been removed from the interior cavity 20, the electromagnets 18, 19 are shut off, and target proteins or other cellular components bound to the magnetic beads may  be removed via elution.

[0062] Once removed, the proteins / cellular components may be routed  through the outlet 16 to a downstream device 4 for processing / analysis.  In aspects of  the invention, such functionalized beads may be repeatedly used until they are no  longer capable of binding protein or other target components.

[0063] In embodiments, the above described processes for sampling, filtration,  and routing of cells, cell media, and / or target proteins or other cellular components  via magnetic beads may be automated.  In such embodiments, the inlet 14 may be  connected to an inlet fluid control manifold allowing for the selective introduction of  samples (potentially from multiple bioreactors), buffer solutions, eluents, and the  like.  The outlet 16, in turn, may connected to multiple downstream devices (such as  waste receptacles and analysis / processing devices) via an outlet fluid control  manifold to selectively route cellular materials.  In such embodiments, the inlet and  outlet manifolds, as well as the at least one magnet, and any pumping devices,  valves, etc. would be operatively connected to one or more controllers that would  execute whatever the process, sampling source, etc., selected by a user.

[0064] As mentioned, the magnetic bead size may vary, and, in embodiments,  relatively large beads having a particle size of 100 ‐ 200μm may be utilized.  In other  embodiments, the magnetic beads may have an average bead size of approximately  1μm.  While embodiments may be particularly suitable for use with relatively large magnetic beads, the invention is not so limited, and smaller scale beads may  potentially be utilized.

[0065] In certain embodiments, a mix of magnetic beads having different  particle sizes may be utilized.  By way of non‐limiting example, a mixture having  particle sizes in a range of from about 20μm to about 200μm may be employed.  By  utilizing different particle sizes in the filter 6, cavities of various sizes may be  created.  This in turn, may allow for the entrapment of not only cells, but also  smaller cell fragments / debris, or other materials having varying or disparate sizes.

[0066] In other embodiments, a single particle size may be employed.  In such  embodiments, particle size may be selected to trap specific cells or cellular material  while allowing other material, that is small enough to pass through the cavities  formed between beads, to exit through the barrier 22.

[0067] Likewise, beads may be functionalized via various surface structures  (e.g., carboxylic groups, etc.) to bind to target cellular components.

[0068] In embodiments, the outlet 16 may be connected to multiple  downstream devices via a fluid control valve (e.g., 3 or 4‐way valve) or a fluid  control manifold to route cellular materials to various downstream devices.

[0069] Similarly, the inlet 14 may be coupled to a fluid control valve or  manifold allowing the introduction of a variety of fluids from a variety of sources  such as samples, buffer solutions and eluents without having to repeatedly connect  fluid lines to the inlet 14.  A manifold or the like may also allow the apparatus 10 to be fluidly connected to multiple bioreactors for sampling, analysis, and cellular  material routing.

[0070] Referring now to FIG. 3, in certain embodiments, the apparatus 100  may utilize at least one permanent magnet that is moved towards or away from the  body portion 112. In particular, first and second permanent magnets 118, 119 may be  utilized.  The first and second permanent magnets 118, 119 may be located on  opposite sides of the body portion 112.

[0071] As shown, the first and second permanent magnets 118, 119 may be  operatively connected or mounted to a track or guide 120 that defines a travel path  for the magnets 118, 119 toward and / or away from the body portion 112.  To this  end, the guide 120 may have a channel extending along its length configured to  receive a protrusion on the underside of the magnet 118, 119.  The guide 120 may be  mounted to a housing 130.

[0072] In embodiments, the magnets 118, 119 may be operatively connected to  linear actuators 140 which can bidirectly move the magnets 118, 119 along the guides  120.  As will be appreciated, the guides 120 need not be perpendicular to the body  portion 112 as shown, but may be parallel or in various other orientations, as long as  they are capable of moving the magnets 118, 119 in and out of operative proximity to  the body portion 112, such that a magnetic field may be selectively applied to the  beads to free cells trapped therein so that they may pass through the barrier 122.

[0073] Although described in connection with linear actuators, other  mechanisms capable of moving the magnets relative to the body portion 112 may be  employed without departing from the scope of the invention.

[0074] The linear actuators 140 (or other mechanisms) may be connected to  one or more controllers (not shown) configured to alternatively move each of the the  permanent magnets 118, 119 into magnetic contact with the beads to disrupt the  magnetic beads to free trapped cells.  As with the embodiment of FIG. 2, the rate and  frequency of the movement may be based on the volume of cellular material, the  strength of the magnet, the volume of beads and other factors.

[0075] In yet other embodiments, the body portion 112 itself may be moved  toward or away from at least one magnet.  In such embodiments, the body portion  112 itself may be moveably secured to a track / guide or other structure that defines a  travel path toward and / or away from magnets 118, 119.

[0076] In certain embodments, magnets may not be utilized, rather a  mechanical agitation device / shaker, may be employed to disrupt the beads.

[0077] Embodiments of the invention also contemplate a method of cellular  processing.  In an embodiment of the method, cellular material is transferred into the  interior cavity of the body portion 12 of a cellular processing apparatus 10, via an  inlet 14 of the body portion 12, the interior cavity containing magnetic beads that are  accumulated on a surface of the interior cavity, the barrier 22 retaining the magnetic  beads within the interior cavity 20, while allowing the cellular material to pass  through the barrier and through the outlet 16 in the body portion 12.

[0078] The method further includes retaining cells present in the cellular  material within the interior cavity 20 using the magnetic beads and removing other  (e.g., unwanted) cellular material, including, but not limited to, cell media, cell  fragments / debris, and expressed proteins, that has passed through the accumulated  magnetic beads and the barrier 22 from the interior cavity 20 via the outlet 16.

[0079] The method further includes, after removing the cellular material in  the previous step, the step of selectively applying a magnetic field to the interior  cavity 20 via at least one magnet 18 in operative proximity to the body portion 12 to  disrupt the accumulated magnetic beads so that the cells retained within the  accumulated magnetic beads may pass through the barrier 22 and removing the cells  from the interior cavity 20 via the outlet 16.  In addition to cells, in embodiments, the  disruption of the beads will also allow any trapped cellular material to pass through  the barrier 22.

[0080] In embodiments, the step of selectively applying a magnetic field to the  interior cavity 20 includes alternatively magnetizing first and second electromagnets  18, 19 to disrupt the accumulated magnetic beads, the first and second  electromagnets 18, 19 being located on opposite sides of the body portion 12.

[0081] In other embodiments, the step of selectively applying a magnetic field  to the interior cavity 20 includes alternatively moving first and second permanent  magnets 118, 119 toward and / or away from the body portion 112 to disrupt the  accumulated magnetic beads, the first and second permanent magnets 118, 119 being  located on opposite sides of the body portion 112.

[0082] In embodiments, the method may further include analyzing the  cellular material, e.g., media, after it has been removed from the interior cavity.

[0083] In certain embodiments, the magnetic beads are not functionalized to  bind to the cells.  In other embodiments, the magnetic beads are functionalized to  bind to target proteins or cell components and the method further includes releasing  the target proteins or cell components that are bound to the magnetic beads from the  magnetic beads and removing the target proteins or other cell components from the  interior cavity 20 via the outlet, 16, after they have been released from the magnetic  beads.

[0084] The method may further include analyzing the target proteins or other  cell components after they have been removed from the interior cavity 20.

[0085] In embodiments in which the beads are not functionalized, the method  may include analyzing the passed cellular material, e.g., cell media and / or the cells.   In embodiments where the beads are functionalized, the method may include  analyzing the cellular material, e.g., media, the cells, and / or bound proteins or other  cellular components.

[0086] As used herein, an element or step recited in the singular and  proceeded with the word “a” or “an” should be understood as not excluding plural  of said elements or steps, unless such exclusion is explicitly stated.  Furthermore,  references to “one embodiment” of the present invention are not intended to be  interpreted as excluding the existence of additional embodiments that also  incorporate the recited features.  Moreover, unless explicitly stated to the contrary, embodiments “comprising,” “including,” or “having” an element or a plurality of  elements having a particular property may include additional such elements not  having that property.

[0087] While the dimensions and types of materials described herein are  intended to define the parameters of the invention, they are by no means limiting  and are exemplary embodiments.  Many other embodiments will be apparent to  those of skill in the art upon reviewing the above description.

[0088] The scope of the invention should, therefore, be determined with  reference to the appended claims, along with the full scope of equivalents to which  such claims are entitled.  In the appended claims, the terms “including” and “in  which” are used as the plain‐English equivalents of the respective terms  “comprising” and “wherein.”

[0089] Moreover, in the following claims, terms such as “first,” “second,”  “upper,” “lower,” “bottom,” “top,” etc. are used merely as labels, and are not  intended to impose numerical or positional requirements on their objects.  Further,  the limitations of the following claims are not written in means‐plus‐function format  and are not intended to be interpreted as such, unless and until such claim  limitations expressly use the phrase “means for” followed by a statement of function  void of further structure.

[0090] This written description uses examples to disclose several  embodiments of the invention, including the best mode, and also to enable one of  ordinary skill in the art to practice the embodiments of invention, including making and using any devices or systems and performing any incorporated methods.  The  patentable scope of the invention is defined by the claims, and may include other  examples that occur to one of ordinary skill in the art.  Such other examples are  intended to be within the scope of the claims if they have structural elements that do  not differ from the literal language of the claims, or if they include equivalent  structural elements with insubstantial differences from the literal language of the  claims.

Claims

CLAIMS:

1. An apparatus for cellular processing (10) comprising:  a body portion (12) having an inlet (14) and an outlet (16) and an interior  cavity (20) between the inlet (14) and outlet (16), the interior cavity (20) containing  magnetic beads (6) and configured to receive cellular material;  a barrier (22) within the inner cavity, the barrier (22) configured to retain  magnetic beads (6) within the interior cavity (20), while allowing cellular material to  pass through the barrier (22) and out of the interior cavity (20);   at least one magnet (18, 118) in operative proximity to the body portion (12)  and configured to selectively apply a magnetic field to the interior cavity (20); and  a controller (17) operatively connected to the at least one magnet (18, 19), the  controller (17) configured to selectively apply a magnetic field to the beads (6) via  the at least one magnet (18, 118); and   wherein, in use, magnetic beads (6) accumulate on a surface of the interior  cavity (20), to form a filter (6) such that when cellular material passes through the  body portion (12), cells are trapped within the interior cavity (20) by the  accumulated magnetic beads (6), while cellular material may pass through the  barrier (22) and outlet (16); and  wherein the at least one magnet (18, 118) may selectively apply a magnetic  field to disrupt the accumulated magnetic beads (6) to allow previously trapped cells  to pass through the barrier (22) and outlet (16).

2. The apparatus of claim 1 wherein the at least one magnet (18, 118) is at least  one electromagnet (18) in operative proximity to the body portion (12).

3. The apparatus of claim 2 wherein the at least one electromagnet is a first  electromagnet (18) and a second electromagnet (19), the first and second  electromagnets (18, 19) located on opposite sides of the body portion (12); and  wherein the controller (17) is configured to alternatively magnetize the first  and second electromagnets (18, 19) to release cells or cell components from the  magnetic beads (6).

4. The apparatus of claim 3 wherein the controller (17) alternatively magnetizes  the first and second electromagnets (18, 19) every five seconds.

5. The apparatus (10) of claim 1 wherein the at least one magnet (18, 118) is a  first permanent magnet (118) and a second permanent magnet (119), the first and  second permanent magnets (118, 119) located on opposite sides of the body portion  (12); and   wherein the controller (17) is configured to alternatively move the first and  second permanent magnets (118, 119) toward and / or away from the body portion  (12) to selectively apply a magnetic field to the interior cavity (20).

6. The apparatus of claim 2 wherein the controller (17) is configured to  periodically reverse the polarity of the electromagnet (18) to release cells or cell  components from the magnetic beads (6).

7. The apparatus of claim 1, wherein the magnetic beads (6) are not  functionalized to bind to the cells.

8. The apparatus of claim 1, wherein the magnetic beads (6) are functionalized  to bind to a target protein or cell component.

9. A method of cellular processing comprising the steps of:    transferring cellular material into an interior cavity (20) of a body portion (12)  of a cellular processing apparatus, via an inlet (14) of the body portion (12), the  interior cavity (20) containing magnetic beads (6) that are accumulated on a surface  of the interior cavity (20), the barrier (22) retaining the magnetic beads (6) within the  interior cavity (20), while allowing the cellular material to pass through the barrier  (22) and through an outlet (16) in the body portion (12);  retaining cells present in the cellular material within the interior cavity (20)  using the magnetic beads (6); and    removing cell material that has passed through the accumulated magnetic  beads (6) and the barrier (22) from the interior cavity (20) via the outlet (16).

10. The method of claim 9 further comprising the steps of:    selectively applying a magnetic field to the interior cavity (20) via at least one  magnet (18, 118) in operative proximity to the body portion (12) to disrupt the  accumulated magnetic beads (6) so that the cells retained within the accumulated  magnetic beads (6) may pass through the barrier (22); and  removing the cells from the interior cavity (20) via the outlet (16).

11. The method of claim 10 wherein the step of selectively applying a magnetic  field to the interior cavity (20) includes alternatively magnetizing first and second  electromagnets (18, 19) to disrupt the accumulated magnetic beads (6), the first and  second electromagnets (18, 19) being located on opposite sides of the body portion  (12).

12. The method of claim 10 wherein the step of selectively applying a magnetic  field to the interior cavity (20) includes alternatively moving first and second  permanent magnets (118, 119) toward and / or away from the body portion (12) to  disrupt the accumulated magnetic beads (6), the first and second permanent  magnets (118, 119) being located on opposite sides of the body portion (12).

13. The method of claim 9 further comprising the step of:    analyzing the cell material after it has been removed from the interior cavity  (20).

14. The method of claim 9, wherein the magnetic beads (6) are not functionalized  to bind to the cells.

15. The method of claim 10, wherein the magnetic beads (6) are functionalized to  bind to target proteins or cell components, and the method further comprising:  releasing the target proteins or cell components that are bound to the  magnetic beads (6) from the magnetic beads (6).

16. The method of claim 15 further comprising the step of:    removing the target proteins or other cell components from the interior cavity  (20) via the outlet (16), after they have been released from the magnetic beads (6).

17. The method of claim 16 further comprising the step of:    analyzing the target proteins or other cell components after they have been  removed from the interior cavity (20).

Images