JP5707601B2 - 細胞培養装置 - Google Patents

Description

本発明は、細胞培養装置に関し、特に、培養すべき細胞を含む培養液が入れられた細胞培養器を収容するための無菌空間が設けられたアイソレータを備えた細胞培養装置に関する。

再生医療や人工授精などの分野において細胞の培養やサンプリングに用いられ得る培養装置やサンプリング装置が種々提案されている（例えば特許文献１および特許文献２参照）。このような装置の類型として、無菌状態に保たれたインキュベータ内に複数の細胞培養器を収容可能なアイソレータ方式の培養装置も提案されている。

特許登録第４３６５７８３号公報 特開２００９−１８０５９４号公報

このようなアイソレータ方式の培養装置では、無菌空間内を無菌状態に維持すべく外部と高度に隔離する必要があることから、例えば細胞培養器内の培養液のサンプリングを行う場合は、無菌空間であるインキュベータに隣接して設けられたパスボックスなどにインキュベータ内の細胞培養器を一旦搬出してから外部に取り出す必要があり、サンプリングに手間と時間がかかっていた。

上記課題を解決するために、本発明は、培養すべき細胞を含む培養液が入れられた細胞培養器を収容するための無菌空間が設けられたアイソレータと、前記細胞培養器内の前記培養液をサンプリング（吸引・吐出）するサンプリングユニットと、前記無菌空間の内外を連通する送出流路と、前記送出流路内の流れを前記無菌空間の内部から外部へ向かう方向に限定しつつ、前記サンプリングされた前記培養液を、前記送出流路を介して前記無菌空間の外部に送出する培養液送出部と、を備えることを特徴とすることを特徴とする細胞培養装置を提供する。

また、上記細胞培養装置における前記送出流路には、前記無菌空間の内部から外部へ向けた流れを許容し、前記無菌空間の外部から内部へ向けた流れを遮断する一方向弁が設けられていることが好ましい。

また、上記細胞培養装置において、前記培養液送出部は、サンプリングされた前記培養液を前記無菌空間の外部へ送出する際の緩衝物質を供給する緩衝物質供給部を有することが好ましい。

また、上記細胞培養装置において、前記緩衝物質供給部は、前記無菌空間の内部に設けられ、前記送出流路における前記内部側の端部が接続されていてもよい。また、これに替えて、前記緩衝物質供給部は、前記無菌空間の外部に設けられ、前記緩衝物質供給部と前記無菌空間は無菌状態を保持して接続されていてもよい。

また、上記細胞培養装置において、前記培養液送出部は、前記サンプリングユニットによってサンプリングされた前記培養液を、前記送出流路における前記無菌空間の外部側から吸引する吸引ポンプをさらに有することが好ましい。

また、上記細胞培養装置において、前記吸引ポンプは、前記外部側又は内部側のいずれかの前記流路上に配されたペリスタポンプであってもよく、また、前記送出流路における前記外部側の端部が接続された引圧ポンプであってもよい。

また、上記細胞培養装置は、前記無菌空間の内部に設けられ、前記送出流路に連通する吐出部をさらに備え、前記サンプリングユニットは、前記細胞培養器内の前記培養液を所定量吸引し、前記吐出部内に吐出してもよい。

また、上記細胞培養装置は、前記送出流路を介して前記無菌空間の外部に送出された前記培養液を計測する計測機を更に備えてもよい。

また、上記細胞培養装置は、前記緩衝物質供給部と無菌状態を保持して接続し、かつ、前記無菌空間の内外を連通した校正用流路を更に備え、前記計測機は、前記校正用流路を介して前記無菌空間の外部に送出された前記緩衝物質を計測可能とすることが好ましい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

上記の本発明によれば、パスボックスを介して細胞培養器を取り出すことなく細胞培養器内の培養液のサンプリングを行うことができるので、サンプリングに要する手間や時間が大幅に軽減される。また、アイソレータの無菌空間と外部（非無菌空間）とを連通する送出流路内の流れを無菌空間の内部から外部へ向かう方向に限定しているので、非無菌空間で発生した汚染物質が無菌空間へ浸入することがない。よって、サンプリングを行う際などに無菌空間が汚染されるのを防ぐことができ、安全な細胞培養環境を実現できる。

本発明の実施形態に係る細胞培養装置１１の概略構成図である。 本発明の実施形態の他の例に係る細胞培養装置１２の概略構成図である。 本発明の実施形態のさらに他の例に係る細胞培養装置１３の概略構成図である。 本発明の実施形態のさらに他の例に係る細胞培養装置１４の概略構成図である。 本発明の実施形態のさらに他の例に係る細胞培養装置１５の概略構成図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の実施形態に係る細胞培養装置１１の概略構成図である。細胞培養装置１１は、アイソレータ１０１と、計測機３００と、データ管理装置４００とを備える。

アイソレータ１０１は、無菌チャンバー１２０およびパスボックス１３０を有する。無菌チャンバー１２０は、その内部スペースが培養すべき細胞を含む培養液５２０が入れられた細胞培養器５００を収容するのに適した無菌性レベルに保たれた無菌空間となっており、隣接するパスボックス１３０と開閉扉１３２によって開閉可能に隔てられている。パスボックス１３０は、上記のようにと開閉扉１３２によって無菌チャンバー１２０の内部スペースと開閉可能に隔てられているとともに、外部空間（非無菌空間）と開閉扉１３１によって開閉可能に隔てられている。

無菌チャンバー１２０の内部スペースには、培養液５２０が入れられた複数（本例では６つ）の細胞培養器５００が収容されており、それらの各細胞培養器５００内の培養液５２０をサンプリングするサンプリングユニット１４０が設けられている。このサンプリングユニット１４０は、サンプリング対象である細胞培養器５００の培養液５２０を吸引および吐出するインジェクションポート１４１と、インジェクションポート１４１を搬送する搬送装置１４２で構成されている。

また、無菌チャンバー１２０の内部スペースは、外部と送出流路１５０を介して連通している。なお、送出流路１５０の材質は、無菌チャンバー１２０内を薬剤により滅菌する場合は、当該薬剤に対して反応性の極めて低い材料が用いられる。

送出流路１５０における無菌チャンバー１２０の内部スペース側の端部は、送出流路１５０へ緩衝物質を供給するために無菌空間の内部（無菌チャンバー１２０内）に設けられた緩衝物質供給部１７１に接続されている。また、内部スペース内の送出流路１５０における上記端部近傍には、上側が開口した吐出部１６１が設けられている。一方、送出流路１５０における外部空間側の端部は、計測機３００に接続されている。また、送出流路１５０における外部空間側の流路上には、無菌チャンバー１２０により近い側から一方向弁１６５およびペリスタポンプ１７２が設けられている。なお、本実施例で説明したペリスタポンプは実施の一形態であり、これに限られず、無菌空間１６１から培養液５２０を吸引できる態様のポンプであれば良い。

この一方向弁１６５は、送出流路１５０内を無菌チャンバー１２０の内部スペースから外部空間側へ向けて流体が流れようとする場合はその流れを遮断せず、逆方向の流れ（外部空間から無菌チャンバー１２０の内部スペース側へ向けた流れ）のみを遮断する逆流防止弁である。ペリスタポンプ１７２は、無菌チャンバー１２０内側から送出流路１５０内を流れてきた流体を計測機３００側へと流す。

データ管理装置４００は、装置本体４１０と、キーボード４２０と、マウス４３０と、ディスプレイ４４０とで構成される。装置本体４１０は、通信ケーブル３１０を介して計測機３００と接続されており、計測機３００から各種の測定結果が入力される。また、装置本体４１０は、計測機３００から入力された上記測定結果や計測機３００の設定などの情報をディスプレイ４４０に表示させるととともに、キーボード４２０あるいはマウス４３０を通じて上記設定の変更などの指示入力を受け付けて、計測機３００へと出力する。

以下において説明した細胞培養装置１１を用いて無菌チャンバー１２０内に収容された特定の細胞培養器５００内の培養液５２０をサンプリングする方法について具体的に説明する。

まず、緩衝物質供給部１７１から緩衝物質を送出流路１５０へと連続的に流す。ここで、緩衝物質供給部１７１から供給される緩衝物質は、例えば滅菌処理された純水などの液体や滅菌処理された気体が好ましく用いられる。これにより、送出流路１５０内は緩衝物質で満たされるとともに、当該緩衝物質が緩衝物質供給部１７１から計測機３００へ向けて連続的に流れている状態となる。次に、サンプリング対象である細胞培養器５００まで搬送装置１４２によってインジェクションポート１４１を搬送し、インジェクションポート１４１で細胞培養器５００内の培養液５２０を吸引する。

そして、吸引を終えたインジェクションポート１４１は搬送装置１４２によって吐出部１６１の直上まで搬送され、ここでインジェクションポート１４１は吸引した培養液５２０を吐出部１６１へ向けて吐出する。ここで、吐出部１６１へ吐出された培養液５２０（以下、「サンプリング培養液」と称する）は、送出流路１５０内を連続的に流れる緩衝物質によって無菌チャンバー１２０外へと送られる。そして、サンプリング培養液は、一方向弁１６５およびペリスタポンプ１７２を経て計測機３００へ供給され、測定に供される。

ここで、計測機３００による測定項目は特に限定されないが、例えばサンプリング培養液のｐＨ、二酸化炭素濃度、およびグルコース含有量などが挙げられる。また、計測機３００は、これらの測定項目に加えて、あるいはこれらの測定項目に替えて、サンプリング培養液に含まれる各種の成分元素の含有量を測定してもよい。そして、計測機３００は、サンプリング培養液の測定結果をデータ管理装置４００へと出力する。そして、データ管理装置４００は、計測機３００からのサンプリング培養液の測定結果に各種の加工を施して表示および記憶する。

以上のように、本実施形態に係る細胞培養装置１１は、無菌チャンバー１２０内に収容された特定の細胞培養器５００内の培養液５２０のサンプリングおよび計測を、例えば細胞培養器５００をパスボックス１３０経由で無菌チャンバー１２０外へ出すことなく連続的に行うことができるので、サンプリングに要する手間や時間が大幅に軽減される。

また、上記のように、送出流路１５０には、無菌チャンバー１２０から外部空間側への流れは遮断せずに外部空間側から無菌チャンバー１２０側への流れを遮断する一方向弁１６５が設けられているとともに、計測機３００近傍の送出流路１５０内の流体を計測機３００へ送るペリスタポンプ１７２が設けられている。したがって、送出流路１５０内の流体は、安定して無菌チャンバー１２０から外部空間側へ流れるとともに、逆流によって無菌チャンバー１２０内が汚染される虞がない。

図２は、本発明の実施形態の他の例に係る細胞培養装置１２の概略構成図である。図２を参照して以下に説明する細胞培養装置１２において、図１を参照して説明した細胞培養装置１１と同じ構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。

本例の細胞培養装置１２は、緩衝物質供給部１７１が、無菌空間の外部（無菌チャンバー１２０外）に設けられており、送出流路１５０の一端が接続されている。なお、本例では、緩衝物質供給部１７１は無菌チャンバー１２０外に設けられているが、無菌空間（無菌チャンバー１２０内）とは無菌状態を保持して接続されている。すなわち、緩衝物質供給部１７１における緩衝物質が貯蔵されているタンクは、内部が無菌に保たれた密閉性の高い容器であり、同じく内部流路が無菌に保たれた送出流路１５０を介して無菌チャンバー１２０内の吐出部１６１と繋がっている。なお、送出流路１５０における吐出部１６１よりも計測機３００側の構成は、上記の細胞培養装置１１と同様である。

したがって、無菌チャンバー１２０外の緩衝物質供給部１７１から送出流路１５０へ供給された緩衝物質は、無菌チャンバー１２０内の吐出部１６１を経て、無菌チャンバー１２０外の計測機３００へと流れる。このような構成により、細胞培養装置１２では、緩衝物質供給部１７１が無菌チャンバー１２０内に配されている場合と比べて、緩衝物質供給部１７１への緩衝物質の供給を無菌チャンバー１２０外にて容易に行うことができる。

図３は、本発明の実施形態のさらに他の例に係る細胞培養装置１３の概略構成図である。図３を参照して以下に説明する細胞培養装置１３において、図１を参照して説明した細胞培養装置１１および図２を参照して説明した細胞培養装置１２と同じ構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。

本例の細胞培養装置１３は、上記の細胞培養装置１２と同様に、緩衝物質供給部１７１が、無菌空間の外部（無菌チャンバー１２０外）に設けられており、送出流路１５０の一端が接続されている。そして、細胞培養装置１２と同様に、緩衝物質供給部１７１における緩衝物質が貯蔵されているタンクは、内部が無菌に保たれた密閉性の高い容器であり、同じく内部流路が無菌に保たれた送出流路１５０を介して無菌チャンバー１２０内の吐出部１６１と繋がっている。なお、送出流路１５０における吐出部１６１よりも計測機３００側の構成は、上記の細胞培養装置１１，１２と同様である。

したがって、無菌チャンバー１２０外の緩衝物質供給部１７１から送出流路１５０へ供給された緩衝物質は、無菌チャンバー１２０内の吐出部１６１を経て、無菌チャンバー１２０外の計測機３００へと流れる。また、本例の細胞培養装置１３では、上記の細胞培養装置１２と異なり、緩衝物質供給部１７１が無菌チャンバー１２０の壁面に取り付けられている。

このような構成により、細胞培養装置１３では、上記の細胞培養装置１２と同様に緩衝物質供給部１７１への緩衝物質の供給を無菌チャンバー１２０外にて容易に行うことができるとともに、緩衝物質供給部１７１から吐出部１６１までの送出流路１５０をより短くすることができ、省スペース化の点においても有効といえる。

図４は、本発明の実施形態のさらに他の例に係る細胞培養装置１４の概略構成図である。図４を参照して以下に説明する細胞培養装置１４において、図１乃至図３を参照して説明した細胞培養装置１１，１２，１３と同じ構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。

本例の細胞培養装置１４は、無菌チャンバー１２０内に配された緩衝物質供給部１７１と無菌チャンバー１２０外に配された計測機３００とが、内部流路が無菌に保たれた校正用流路１５１を介して接続されている。したがって、無菌チャンバー１２０内の緩衝物質供給部１７１からは、途中に吐出部１６１が設けられた送出流路１５０と校正用流路１５１との２系統の流路が無菌チャンバー１２０外の計測機３００まで延びており、緩衝物質供給部１７１は、それぞれの流路を介して無菌状態のまま（サンプリング培養液による汚染を除く）緩衝物質を計測機３００へと供給することができる。なお、校正用流路１５１上にも無菌チャンバー１２０により近い側から一方向弁１６６およびペリスタポンプ１７３が設けられているが、これらについては、送出流路１５０上に設けられた一方向弁１６５およびペリスタポンプ１７２と同じものであるのでその説明を省略する。

このような校正用流路１５１を設けて緩衝物質供給部１７１から緩衝物質を計測機３００へと供給可能とすることにより、計測機３００での測定精度の向上や維持のためのリファレンスとして利用することができる。

図５は、本発明の実施形態のさらに他の例に係る細胞培養装置１５の概略構成図である。図５を参照して以下に説明する細胞培養装置１５において、図１乃至図４を参照して説明した細胞培養装置１１，１２，１３，１４の構成と同じものについては、同じ符号を付してその説明を省略する。

本例の細胞培養装置１５は、細胞培養装置１１における吐出部１６１および緩衝物質供給部１７１に替えて、吐出部（サンプリングカップ）１６２を備える。すなわち、送出流路１５０における無菌チャンバー１２０の内部スペース側の端部は、図２に示すように、吐出部１６２に接続されている。また、細胞培養装置１５は、細胞培養装置１１におけるペリスタポンプ１７２に替えて、引圧ポンプ１７６を備える。そして、送出流路１５０における外部空間側の端部は、引圧ポンプ１７６に接続されている。この引圧ポンプ１７６は、内部に負圧を発生させることによって、送出流路１５０内の流体を吸引する。

また、細胞培養装置１５では、インジェクションポート１４１は、サンプリング対象である細胞培養器５００から吸引したサンプリング培養液を吐出部１６２に吐出する。そして、吐出部１６２に吐出されたサンプリング培養液は、送出流路１５０に接続された引圧ポンプ１７６によって吸引されることによって計測機３００へ送られ、測定に供される。

なお、引圧ポンプ１７６は、培養液５２０のサンプリングを行う際に送出流路１５０内の流体を常に吸引してもよいが、細胞培養装置１５にサンプリング培養液が吐出部１６２に吐出されるタイミングを検出する構成を設けて、当該タイミングの直前からサンプリング培養液が計測機３００へ送られるまでの間だけ吸引してもよい。

以上のように、本例の細胞培養装置１５においても、無菌チャンバー１２０内に収容された特定の細胞培養器５００内の培養液５２０のサンプリングおよび計測を、例えば細胞培養器５００をパスボックス１３０経由で無菌チャンバー１２０外へ出すことなく連続的に行うことができるので、サンプリングに要する手間や時間が大幅に軽減される。

また、本例においても、送出流路１５０には、無菌チャンバー１２０から外部空間側への流れは遮断せずに外部空間側から無菌チャンバー１２０側への流れを遮断する一方向弁１６５が設けられているとともに、送出流路１５０内の流体を計測機３００へ送る引圧ポンプ１７６が設けられている。したがって、吐出部１６２に吐出されたサンプリング培養液は、安定して無菌チャンバー１２０から外部空間側へ流れるとともに、逆流によって無菌チャンバー１２０内が汚染される虞がない。

なお、細胞培養装置１１，１２，１３，１４，１５における、一方向弁１６５、緩衝物質供給部１７１、ペリスタポンプ１７２、および引圧ポンプ１７６などは、本発明における培養液送出部の一構成例であるが、培養液送出部の構成はこれに限られない。すなわち、例えば、細胞培養装置１１において、アイソレータ１０１の内側の送出流路１５０上に一方向弁１６５およびペリスタポンプ１７２を設けてもよい。

また、細胞培養装置１１，１２，１３，１４，１５における、一方向弁１６５，１６６、ペリスタポンプ１７２，１７３、および引圧ポンプ１７６などは、いずれも無菌チャンバー１２０内に設けられてもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることができることは当業者に明らかである。

１１，１２，１３，１４，１５…細胞培養装置
１０１…アイソレータ
１２０…無菌チャンバー
１３０…パスボックス
１３１，１３２…開閉扉
１４０…サンプリングユニット
１４１…インジェクションポート
１４２…搬送装置
１５０…送出流路
１５１…校正用流路
１６１，１６２…吐出部
１６５，１６６…一方向弁
１７１…緩衝物質供給部
１７２，１７３…ペリスタポンプ（吸引ポンプ）
１７６…引圧ポンプ（吸引ポンプ）
３００…計測機
３１０…通信ケーブル
４００…データ管理装置
４１０…装置本体
４２０…キーボード
４３０…マウス
４４０…ディスプレイ
５００…細胞培養器
５２０…培養液

Claims (11)

1. 培養すべき細胞を含む培養液が入れられた細胞培養器を収容するための無菌空間が設けられたアイソレータと、
   前記細胞培養器内の前記培養液をサンプリングするサンプリングユニットと、
   前記無菌空間の内外を連通する送出流路と、
   前記送出流路内の流れを前記無菌空間の内部から外部へ向かう方向に限定しつつ、前記サンプリングされた前記培養液を、前記送出流路を介して前記無菌空間の外部に送出する培養液送出部と、
   を備えることを特徴とすることを特徴とする細胞培養装置。
2. 前記送出流路には、前記無菌空間の内部から外部へ向けた流れを遮断せず、前記無菌空間の外部から内部へ向けた流れを遮断する一方向弁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の細胞培養装置。
3. 前記培養液送出部は、サンプリングされた前記培養液を前記無菌空間の外部へ送出する際の緩衝物質を供給する緩衝物質供給部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の細胞培養装置。
4. 前記緩衝物質供給部は、前記無菌空間の内部に設けられ、前記送出流路における前記内部側の端部が接続されていることを特徴とする請求項３に記載の細胞培養装置。
5. 前記緩衝物質供給部は、前記無菌空間の外部に設けられ、前記緩衝物質供給部と前記無菌空間は無菌状態を保持して接続されていることを特徴とする請求項３に記載の細胞培養装置。
6. 前記培養液送出部は、前記サンプリングユニットによってサンプリングされた前記培養液を、前記送出流路における前記無菌空間の外部側へ吸引する吸引ポンプをさらに有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の細胞培養装置。
7. 前記吸引ポンプは、前記外部側又は内部側のいずれかの前記流路上に配されたペリスタポンプであることを特徴とする請求項６に記載の細胞培養装置。
8. 前記吸引ポンプは、前記送出流路における前記外部側の端部が接続された引圧ポンプであることを特徴とする請求項６に記載の細胞培養装置。
9. 前記無菌空間の内部に設けられ、前記送出流路に連通する吐出部をさらに備え、
   前記サンプリングユニットは、前記細胞培養器内の前記培養液を所定量吸引し、前記吐出部内に吐出することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の細胞培養装置。
10. 前記送出流路を介して前記無菌空間の外部に送出された前記培養液を計測する計測機を更に備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の細胞培養装置。
11. 前記緩衝物質供給部と無菌状態を保持して接続し、かつ、前記無菌空間の内外を連通した校正用流路を更に備え、
    前記計測機は、前記校正用流路を介して前記無菌空間の外部に送出された前記緩衝物質を計測可能とすることを特徴とする請求項１０に記載の細胞培養装置。

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