JP5995397B2 - Cell culture method and cell culture apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、細胞や組織、微生物等の細胞を培養するための細胞培養方法、及び細胞培養装置に関する。 The present invention relates to a cell culture method and a cell culture apparatus for culturing cells such as cells, tissues, and microorganisms.
近年、医薬品の生産や、遺伝子治療、再生医療、免疫療法等の分野において、細胞や組織、微生物などを人工的な環境下で効率良く大量に培養することが求められている。
このような細胞の大量培養で、特に浮遊系細胞を培養する際は、通常、撹拌翼を備えた培養槽を用いての撹拌培養が一般的である。しかし、特に外力によるダメージに弱い細胞や、凝集塊を形成しながら増殖する細胞の場合、撹拌翼を用いず、細胞を培養容器に封入し、静置して(細胞が底面に沈んだ状態で)培養を行い、細胞の増殖に応じて、容器底面積の大きなものへの移し替えや、容器の数を増やしていく方法が広く用いられている。しかし、この静置培養では、細胞の増殖に伴い細胞の凝集塊が大きくなると、次第に各細胞への酸素や栄養分の供給が不足していき、増殖効率が低下するという問題があった。
また、容器を移し替える際に、一旦培養液は撹拌され、酸素や栄養分の偏りは解消されるが、その都度、移し替えに操作時に生じる細胞へダメージよって増殖効率が低下するといった問題があった。
In recent years, in the fields of pharmaceutical production, gene therapy, regenerative medicine, immunotherapy, and the like, it has been required to efficiently culture a large amount of cells, tissues, microorganisms, and the like in an artificial environment.
In culturing such cells in large quantities, especially when culturing suspension cells, stirring culture using a culture tank equipped with a stirring blade is generally used. However, in the case of cells that are particularly vulnerable to damage due to external forces or cells that grow while forming aggregates, do not use a stirring blade and enclose the cells in a culture vessel and leave them still (with the cells sinking to the bottom). ) A method of culturing and transferring to a larger container bottom area or increasing the number of containers according to cell growth is widely used. However, in this stationary culture, when the aggregate of cells increases with the proliferation of cells, there is a problem that the supply of oxygen and nutrients to each cell gradually becomes insufficient and the proliferation efficiency decreases.
In addition, when the container is transferred, the culture solution is once agitated, and the unevenness of oxygen and nutrients is resolved. .
一方、培養容器の攪拌を常時行う振とう培養も広く行われている。
例えば、特許文献1に記載の細胞培養装置によれば、回転や振とうなど種々のパターンで培養容器を積載した台を動かすことができ、培養容器内の培養液を攪拌することが可能である。
また、特許文献2や特許文献3に記載の細胞培養装置は、培養容器内の液体培地を気泡が発生しないように振とうさせ、細胞が損傷しないように、波の動きにより酸素を供給するしくみになっている。
これらのような細胞培養装置による振とう方法では、培地全体が激しく攪拌されるため、細胞は個々バラバラに分離し、酸素や栄養分は全体に拡散されて、各細胞に十分に供給することが可能となっている。
On the other hand, shaking culture in which the culture vessel is constantly stirred is also widely performed.
For example, according to the cell culture device described in Patent Document 1, it is possible to move the stage on which the culture container is loaded in various patterns such as rotation and shaking, and to stir the culture solution in the culture container. .
The cell culture apparatus described in
In such a shaking method using a cell culture device, the entire medium is vigorously stirred, so that the cells are separated individually, and oxygen and nutrients are diffused throughout and can be sufficiently supplied to each cell. It has become.
しかしながら、細胞の種類によっては、細胞の増殖は、細胞が個々バラバラの状態ではおこりにくく、個々の細胞が接着して、適正なサイズの凝集塊を形成したときに、増殖効率が向上するものがある。具体的には神経幹細胞や胚性幹細胞、肝細胞、角膜幹細胞、膵島細胞等の接着細胞の他、血球細胞などの浮遊細胞も挙げられる。
そのような細胞の場合、従来の静置培養では、移し替えタイミングごとに、培養容器を激しく攪拌するため、その度に細胞は個々バラバラとなり、細胞の増殖効率が低下するという問題があった。
また、従来の振とう培養を行う場合も、同様に培地全体が激しく攪拌され、培地中にバラバラに浮遊した状態となるため、細胞は適正なサイズの凝集塊になりにくく、細胞の増殖効率を最適化することは困難であるという問題があった。
However, depending on the type of cell, cell growth is unlikely to occur when the cells are in pieces, and the growth efficiency is improved when the individual cells adhere to form an appropriately sized aggregate. is there. Specific examples include adhering cells such as neural stem cells, embryonic stem cells, hepatocytes, corneal stem cells, islet cells, and floating cells such as blood cells.
In the case of such cells, in the conventional static culture, since the culture vessel is vigorously stirred at each transfer timing, each time the cells are separated, there is a problem that the proliferation efficiency of the cells is lowered.
In addition, when performing conventional shaking culture, the whole medium is similarly vigorously stirred and floats apart in the medium, so that the cells are less likely to form an appropriately sized aggregate and the cell growth efficiency is improved. There was a problem that it was difficult to optimize.
本発明は、上記の事情にかんがみなされたものであり、培養容器内における細胞の凝集塊の形成制御、凝集塊の分解制御を行うことで、凝集塊を適正なサイズに調整し、細胞の増殖効率を向上させることが可能な細胞培養装置、及び細胞培養方法の提供を目的とする。 The present invention has been considered in view of the above circumstances, and by controlling the formation of aggregates of cells in a culture vessel and controlling the decomposition of aggregates, the aggregates are adjusted to an appropriate size, and cell proliferation An object is to provide a cell culture apparatus and a cell culture method capable of improving efficiency.
上記目的を達成するため、本発明の細胞の培養方法は、培養容器を用いた細胞の培養方法であって、培養容器へ外力を与えることにより、培養容器内における細胞の凝集塊の形成制御及び凝集塊の分解制御の少なくとも一方の制御を行って細胞の培養を行う方法としてある。 In order to achieve the above object, the cell culturing method of the present invention is a cell culturing method using a culture container, and controls the formation of aggregates of cells in the culture container by applying an external force to the culture container. This is a method for culturing cells by controlling at least one of the degradation control of aggregates.
また、本発明の細胞培養装置は、培養容器を用いて細胞を培養する細胞培養装置であって、培養容器を載置する積載台と、培養容器を所定の押込量で押し当て、所定の速度で水平方向に移動可能な攪拌部材とを備え、攪拌部材を移動させて培養容器内へ外力を与えることで、培養容器内の細胞の凝集塊の形成及び分解の少なくとも一方を制御する構成としてある。 Further, the cell culture device of the present invention is a cell culture device for culturing cells using a culture vessel, pressing a culture vessel with a predetermined pushing amount, And a stirring member that can move in the horizontal direction, and by applying an external force to the culture vessel by moving the stirring member, it is configured to control at least one of the formation and decomposition of the cell clumps in the culture vessel .
本発明によれば、細胞や組織、微生物等の細胞培養を行うにあたり、凝集塊を適正なサイズに調整し、細胞の増殖効率を向上させることが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when performing cell culture of a cell, a structure | tissue, microorganisms, etc., it becomes possible to adjust an aggregate to an appropriate size and to improve the proliferation efficiency of a cell.
以下、本発明の細胞培養方法及び細胞培養装置の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the cell culture method and the cell culture apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第一実施形態]
まず、図1〜図4を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。図1は、本実施形態の細胞培養装置の構成を示す図である。図2は、本実施形態の細胞培養装置における駆動装置の構成を示す図である。図3は、本実施形態の細胞培養装置の概略側面図である。図4は、本発明における細胞の凝集塊の形成と細胞の凝集塊の分解を示す図である。
[First embodiment]
First, with reference to FIGS. 1-4, 1st embodiment of this invention is described. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the cell culture device of the present embodiment. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a driving device in the cell culture device of the present embodiment. FIG. 3 is a schematic side view of the cell culture device of the present embodiment. FIG. 4 is a diagram showing the formation of cell aggregates and the decomposition of cell aggregates in the present invention.
[細胞培養装置10]
図1に示すように、本実施形態の細胞培養装置10は、培養容器11、積載台13、攪拌部材14を備えており、培養容器11における収容部11−1には培養液(培地)と細胞が封入され、チューブ12が接続されている。
[Cell culture device 10]
As shown in FIG. 1, the cell culture device 10 of the present embodiment includes a culture vessel 11, a loading table 13, and a stirring
培養容器11は、軟包材を材料として、袋状(バック型)に形成した容器である。このように、培養容器11の材料として軟包材を用いることで、培養容器11に可撓性・柔軟性を付与することができる。軟包材としては、例えば、特開2002−255277号公報(軟包材フィルムシートを用いた食品包装体及び食品の取り出し方法)や、特開2004−323077号公報(加圧抽出形の袋状容器)に記載されているものなどを用いることができる。 The culture container 11 is a container formed in a bag shape (back shape) using a soft packaging material. Thus, by using a soft wrapping material as the material of the culture vessel 11, flexibility and softness can be imparted to the culture vessel 11. Examples of the soft packaging material include, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-255277 (a food packaging body using a soft packaging material film sheet and a method for taking out food), and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-323077 (a pressure extraction type bag shape). Those described in (Containers) can be used.
また、培養容器11は、細胞培養に必要なガス透過性を有しており、内容物を確認できるように、一部又は全部が透明性を有している。このような条件を満たす培養容器の材料としては、例えばポリオレフィン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン系エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、シリコーン系熱可塑性エラストマー、シリコーンゴム等を挙げることができる。 The culture vessel 11 has gas permeability necessary for cell culture, and part or all of the culture vessel 11 is transparent so that the contents can be confirmed. Examples of the material for the culture container satisfying such conditions include polyolefin, ethylene-vinyl acetate copolymer, styrene elastomer, polyester thermoplastic elastomer, silicone thermoplastic elastomer, and silicone rubber.
チューブ12は、培養容器11内の培養液及び細胞を外部から注入し、又は、外部へ回収するためのものであり、培養容器11の四方各辺は密封されているが、少なくとも2本以上のチューブ12が接続されている。このうち1本は培養細胞や培地を外部から培養容器11に注入するための注入用、他の1本は培養細胞や培地を培養容器11から回収するための回収用である。また、図1に示すように、チューブ12が3本取り付けられているときは、3本目は、培養細胞や培地をサンプルとして培養容器11から取り出すためのサンプリング用として使用することができる。
The
このチューブ12の材質としては、適宜使用環境に合わせて選択すれば良い。例えば、シリコーンゴム、軟質塩化ビニル樹脂、ポリブタジエン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化ポリエチレン樹脂、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、シリコーン系熱可塑性エラストマー、スチレン系エラストマー、例えば、SBS(スチレン・ブタジエン・スチレン)、SIS(スチレン・イソプレン・スチレン)、SEBS(スチレン・エチレン・ブチレン・スチレン)、SEPS(スチレン・エチレン・プロピレン・スチレン)、ポリオレフィン樹脂、フッ素系樹脂等を用いることができる。
The material of the
積載台13は、その上面に培養容器11が載置され、さらにその培養容器11の上面に攪拌部材14が配設される平面の台である。
この積載台13の上面のうち、培養容器11が載置される部分の四隅には止め部材13−1が立設されている。一方、培養容器11の四隅には、止め部材13−1が係入する孔11−2が穿設されている。
止め部材13−1のそれぞれに培養容器11の各孔11−2を通すことで、培養容器11を積載台13の上面に定置させることができる。また、攪拌部材14の移動にともなって培養容器11がずれるのを防ぐことができる。
なお、止め部材は、上記部材に限る必要はなく、培養容器11がずれるのを防ぐ機構を有するものであれば種々のものを用いることができる。
The loading table 13 is a flat table on which the culture vessel 11 is placed on the upper surface, and the stirring
Stop members 13-1 are erected at the four corners of the portion on which the culture vessel 11 is placed on the upper surface of the loading table 13. On the other hand, at the four corners of the culture vessel 11, holes 11-2 into which the stopper members 13-1 are engaged are formed.
By passing each hole 11-2 of the culture vessel 11 through each of the stopper members 13-1, the culture vessel 11 can be placed on the upper surface of the loading table 13. Further, it is possible to prevent the culture vessel 11 from being displaced with the movement of the stirring
The stop member is not limited to the above member, and various members can be used as long as they have a mechanism for preventing the culture vessel 11 from shifting.
攪拌部材14は、培養容器11へ外力を与えることにより、培養容器11内における細胞の凝集塊の形成と、細胞の凝集塊の分解を制御する。
本実施形態の細胞培養方法では、図3に示すように、攪拌部材14により培養容器11を所定の押込量で押し当てつつ、この攪拌部材14を積載台13と平行に所定の速度で移動させる。この移動は、所定のサイクルで繰り返し実行される。この攪拌部材14としては、例えばローラを使用することができる。
The stirring
In the cell culture method of the present embodiment, as shown in FIG. 3, the stirring
このように、本実施形態によれば、攪拌部材14を用いることによって培養容器へ外力を与え、培養容器11内の攪拌を微調整することができ、細胞の凝集塊の形成に適切な攪拌を行うこと、及び、細胞の凝集塊の分解に適切な攪拌を行うことが可能になっている。
As described above, according to the present embodiment, the stirring
支持台15は、図1に示すように、積載台13の両側に一箇所ずつ上方に向かって立設した、攪拌部材14の両端を回転自在に支持する軸受部と、これら軸受部を連結する連結部によって形成されている。
As shown in FIG. 1, the support table 15 connects the bearing units to a bearing unit that is erected upward on each side of the loading table 13 and supports both ends of the stirring
この支持台15は、図2に示すように、連結部下に取り付けたロッド型電動シリンダ17(垂直方向動作用アクチュエータ)によって上下に移動させることができ、支持台15に取り付けられた撹拌部材14による培養容器11に対する押込量を0.1ミリ単位できめ細かく調整することが可能となっている。
As shown in FIG. 2, the
また、ロッド型電動シリンダ17は、スライダ型電動シリンダ21(水平方向動作用アクチュエータ)上の移動台16に取り付けられており、積載台13に対して水平方向に移動する。また、移動台16の水平方向への移動速度をコントロールすることによって、支持台15に取り付けられた攪拌部材14の移動速度を調整する。
本実施形態の細胞培養装置10における駆動装置は、支持台15、移動台16、ロッド型電動シリンダ17、スライダ型電動シリンダ21等によって構成されている。
The rod-type
The drive device in the cell culture device 10 of the present embodiment includes a
このように、本実施形態の細胞培養装置10によれば、ロッド型電動シリンダ17及びスライダ型電動シリンダ21を用いて、攪拌部材14による培養容器11に対する押込量や攪拌部材14の移動速度を調整することができ、これによって培養容器11内の培養液の攪拌を制御して、細胞の凝集塊のサイズを最適に調整することが可能となっている。
なお、撹拌部材の動作制御には、ロッド型電動シリンダ17やスライダ型電動シリンダ21のような電動アクチュエータにかえて、空気圧や油圧、電磁力を利用したアクチュエータを使用したり、モータやカムを用いた構成にしたりすることもできる。
As described above, according to the cell culture device 10 of the present embodiment, the rod-type
For the operation control of the stirring member, an actuator using air pressure, hydraulic pressure, electromagnetic force, or a motor or cam is used instead of the electric actuator such as the rod type
<細胞の凝集塊の形成>
ここで、図4に示すように、細胞培養においては、細胞の種類に応じて培養に適切な細胞の凝集塊のサイズがある。
すなわち、培養細胞には、単体での分裂速度は低く、互いに接着して一定の凝集塊を形成してはじめて十分な分裂を開始するという性質がある。
通常の静置培養において、培養初期の細胞密度が低い状態では、拡散により細胞が接着して次第に凝集塊を形成するが、その速度は比較的遅い。
<Formation of cell aggregates>
Here, as shown in FIG. 4, in cell culture, there is a size of a cell aggregate suitable for culture depending on the cell type.
That is, a cultured cell has a property that a single cell has a low division rate, and it only starts to divide enough when it adheres to each other to form a certain aggregate.
In normal static culture, when the cell density at the initial stage of culture is low, the cells adhere to each other by diffusion and gradually form aggregates, but the rate is relatively slow.
このため、従来は、培養初期には例えばウェルプレートを使用して強制的に細胞を一箇所に高密度に集めることで細胞が接着しやすくしたり、少容量の容器を用い、細胞が増殖するに従ってより大きな容器を使用したりすることで、細胞密度の低下を防止しつつ培養するということが行われていた。
これに対し、本実施形態では、攪拌することにより培養容器11内の底面に漂う細胞を積極的に動かして、細胞同士が接着する確率を高め、適正なサイズの凝集塊をより早く形成可能にしている。
For this reason, conventionally, at the initial stage of culture, for example, a well plate is used to forcibly collect cells in one place at a high density to facilitate cell adhesion, or a small volume container is used to proliferate cells. Therefore, the culture was performed while preventing a decrease in cell density by using a larger container.
On the other hand, in this embodiment, the cells floating on the bottom surface in the culture vessel 11 are actively moved by stirring, the probability that the cells adhere to each other is increased, and an appropriately sized aggregate can be formed more quickly. ing.
これにより、本実施形態の細胞培養装置10を用いた細胞培養方法によれば、細胞培養の開始時において、細胞が個々バラバラの状態の時に、細胞が接触して適切なサイズの凝集塊が形成されるのを促進でき、細胞増殖効率を向上させることが可能となっている。
また、このような細胞の凝集塊の形成制御は、培養の初期(播種時)に限られるものではなく、例えば細胞の培養中に培養容器11に対して過剰な外力を加えた結果、凝集塊が崩壊し、細胞が個々バラバラになってしまった場合などにおいても好適に行うことができ、細胞増殖効率を向上させることが可能となっている。
Thereby, according to the cell culture method using the cell culture apparatus 10 of the present embodiment, when the cells are in an individual state at the start of the cell culture, the cells come into contact with each other to form an appropriately sized aggregate. Can be promoted, and cell proliferation efficiency can be improved.
In addition, the control of the formation of the aggregate of cells is not limited to the initial stage of culture (during seeding). For example, as a result of applying an excessive external force to the culture vessel 11 during cell culture, the aggregate Can be suitably performed even when the cells have collapsed and the cells have become individual, and the cell proliferation efficiency can be improved.
<細胞の凝集塊の分解>
一方、細胞の凝集塊が大きくなりすぎると、凝集塊の内部が酸素不足かつ栄養不足となり、増殖効率は低下する。
このため、凝集塊が巨大化したときは、培養液に強い流れ(乱流)を起こして凝集塊を分解させることが好ましい。
本実施形態の細胞培養装置10を用いた培養方法によれば、凝集塊が巨大化したときは、攪拌部材14の押込量と移動速度を調整することで、培養液に強い流れを起こせるように攪拌を制御し、凝集塊を適切なサイズに分解することが可能となっている。
<Decomposition of cell clumps>
On the other hand, if the cell aggregate is too large, the inside of the aggregate becomes oxygen deficient and nutrient deficient, and the growth efficiency decreases.
For this reason, when the aggregate is enlarged, it is preferable to cause a strong flow (turbulent flow) in the culture solution to decompose the aggregate.
According to the culture method using the cell culture device 10 of the present embodiment, when the agglomerate is enlarged, the strong amount of the culture solution can be generated by adjusting the pushing amount and the moving speed of the stirring
以上説明したように、本実施形態の細胞培養装置10及びこれを用いた細胞培養方法によれば、攪拌部材14により培養容器11を所定の押込量で押し当てつつ、この攪拌部材14を積載台13と平行に所定の速度で移動させることができ、培養容器に与える外力の強さを適切に制御することができる。
このため、培養容器11内における攪拌を微調整して細胞の凝集塊の形成に適する攪拌を行うことができるとともに、細胞が個々バラバラにならないように凝集塊を分解することもでき、細胞の凝集塊を増殖に適するサイズに調整することが可能となっている。
As described above, according to the cell culture device 10 and the cell culture method using the same according to the present embodiment, the stirring
For this reason, the agitation in the culture vessel 11 can be finely adjusted to perform agitation suitable for the formation of cell agglomerates, and the agglomerates can be decomposed so that the cells do not fall apart. It is possible to adjust the mass to a size suitable for growth.
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態について、図5を参照して説明する。同図は、本実施形態の細胞培養装置の構成を示す図である。
本実施形態は、培養容器11を仕切部材を用いて培養部と拡張可能部とに分割し、培地容積を細胞の増殖に合わせて適切な大きさに調整可能な細胞培養装置10において、培養部を攪拌部材(撹拌ローラ)14により攪拌可能とした点で第一実施形態と異なる。また、本実施形態では、培養容器11の両端をクランプ部材23で固定している。その他の点については、第一実施形態と同様である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This figure is a diagram showing the configuration of the cell culture device of the present embodiment.
In this embodiment, in the cell culture device 10 in which the culture vessel 11 is divided into a culture part and an expandable part using a partition member, and the culture medium volume can be adjusted to an appropriate size according to cell growth, the culture part Is different from the first embodiment in that it can be stirred by a stirring member (stirring roller) 14. In the present embodiment, both ends of the culture vessel 11 are fixed by the
すなわち、図5に示すように、本実施形態の細胞培養装置10は、培養容器11を仕切ローラ(仕切部材)22を用いて分割し、培養液と細胞を封入する培養部と、仕切ローラ22を移動して培養部の容積を拡張させるための拡張可能部とを設けている。この仕切ローラ22は、攪拌部材(撹拌ローラ)14と平行に設けられ、積載台13と平行に移動することができるようになっている。
このような仕切ローラ22を用いることで、培養部の容積を連続的に変化させることができ、細胞増殖に伴って仕切ローラ22を移動させ、培養部の容積を増やすことで、細胞密度を適正な範囲内に維持することが可能となっている。
That is, as shown in FIG. 5, the cell culture device 10 of the present embodiment divides the culture vessel 11 using a partition roller (partition member) 22, a culture unit that encloses the culture solution and cells, and the partition roller 22. And an expandable part for expanding the volume of the culture part. The partition roller 22 is provided in parallel with the stirring member (stirring roller) 14 and can move in parallel with the loading table 13.
By using such a partition roller 22, the volume of the culture part can be continuously changed, and the cell density can be adjusted appropriately by moving the partition roller 22 along with cell proliferation and increasing the volume of the culture part. It is possible to maintain within the range.
同図の例では、二つの仕切ローラ22を用いて培養容器11を上下方向から挟み込んで仕切る構成としてあるが、これに限定されるものではなく、一つの仕切ローラ22により培養容器11を上方から積載台13に対して押し付けることで、培養容器11を培養部と拡張可能部とに仕切る構成にすることも可能である。
なお、このような仕切部材を用いて培養容積を制御し、培養効率を向上させる技術については、本出願人による国際公開WO2008/136371号公報及び国際公開WO2008/136339号公報に詳細に記載されている。
In the example of the figure, the culture vessel 11 is sandwiched and partitioned from above and below using two partition rollers 22, but the present invention is not limited to this, and the culture vessel 11 is viewed from above by one partition roller 22. It is also possible to have a configuration in which the culture vessel 11 is partitioned into a culture part and an expandable part by pressing against the loading table 13.
The technology for controlling the culture volume and improving the culture efficiency using such a partition member is described in detail in International Publication WO2008 / 136371 and International Publication WO2008 / 136339 by the applicant. Yes.
本実施形態の細胞培養装置10及びこれを用いた細胞培養方法によれば、仕切ローラ22を用いて、培養容積の大きさを、高い細胞増殖効率が得られるように制御でき、かつ、培養部における細胞の凝集塊のサイズを、高い細胞増殖効率が得られるように調整することができる。
このため、細胞の増殖効率をより一層向上させることが可能となっている。
According to the cell culture apparatus 10 and the cell culture method using the same according to the present embodiment, the size of the culture volume can be controlled using the partition roller 22 so that high cell proliferation efficiency can be obtained, and the culture unit The size of the cell aggregates in can be adjusted so as to obtain high cell growth efficiency.
For this reason, it is possible to further improve the cell proliferation efficiency.
[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態について、図6を参照して説明する。同図は、本実施形態の細胞培養装置10の構成を示す図である。
本実施形態は、培養容器11内の細胞を撮影して凝集塊のサイズが所定の範囲内であるかを自動判定し、この判定結果にもとづき凝集塊を適切なサイズに調整する点で第一実施形態と異なる。その他の点については、第一実施形態と同様である。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of the cell culture device 10 of the present embodiment.
This embodiment is the first in that the cells in the culture vessel 11 are photographed to automatically determine whether the size of the aggregate is within a predetermined range, and the aggregate is adjusted to an appropriate size based on the determination result. Different from the embodiment. About another point, it is the same as that of 1st embodiment.
すなわち、本実施形態の細胞培養装置10は、図6に示すように、第一実施形態の構成に加え、撮影装置30と制御装置40を備えている。
撮影装置30は、制御装置40から撮影の指示情報を受信すると、培養容器11内の細胞を撮影し、得られた画像を制御装置40へ送信する。撮影装置30による撮影の指示情報は所定のタイミングで制御装置40から自動的に送信することができる。
この撮影装置30としては、例えば位相差顕微鏡の鏡筒にCCDカメラを取り付けて用いることができる。
That is, the cell culture device 10 of this embodiment is provided with the imaging device 30 and the control device 40 in addition to the configuration of the first embodiment, as shown in FIG.
When receiving imaging instruction information from the control device 40, the imaging device 30 images the cells in the culture vessel 11 and transmits the obtained image to the control device 40. The instruction information for photographing by the photographing device 30 can be automatically transmitted from the control device 40 at a predetermined timing.
As the photographing apparatus 30, for example, a CCD camera can be attached to a lens barrel of a phase contrast microscope.
制御装置40は、細胞培養装置10における攪拌部材14を移動させるための駆動装置と、撮影装置30とを制御する情報処理装置である。図6に示すように、制御装置40は、撮影装置制御部41、凝集塊サイズ判定部42、及び駆動装置制御部43を備えている。
撮影装置制御部41は、所定のタイミングで、撮影装置30に対して撮影を行わせるための指示情報を送信し、撮影装置30から撮影された画像を受信する。
The control device 40 is an information processing device that controls the driving device for moving the stirring
The imaging
凝集塊サイズ判定部42は、撮影装置制御部41に画像が受信されると、この画像情報における細胞の凝集塊のサイズが、所定の範囲内であるか否かを判定する。この所定の範囲としては、例えば100μm〜600μmとすることができる。この凝集塊のサイズとしては、撮影された凝集塊の平均値などを用いることができる。
そして、判定の結果、細胞の凝集塊のサイズが、所定範囲よりも小さい場合又は大きい場合に、その判定結果を駆動装置制御部43へ出力する。
When an image is received by the imaging
Then, as a result of the determination, when the size of the cell aggregate is smaller or larger than the predetermined range, the determination result is output to the drive
駆動装置制御部43は、凝集塊サイズ判定部42から入力した判定結果にもとづいて、攪拌部材14の押込量、移動速度、及び移動させるサイクルを決定し、これらの駆動条件に従ってロッド型電動シリンダ17、及びスライダ型電動シリンダ21を制御する。
これによって、細胞の凝集塊のサイズが、所定範囲よりも小さい場合は、培養容器11内の細胞の凝集塊を適切なサイズにまで形成し、細胞の凝集塊のサイズが、所定範囲よりも大きい場合は、これを適切なサイズにまで分解して、増殖に最適なサイズに調整することができる。
Based on the determination result input from the agglomerate
Thereby, when the size of the cell aggregate is smaller than the predetermined range, the cell aggregate in the culture vessel 11 is formed to an appropriate size, and the size of the cell aggregate is larger than the predetermined range. If so, it can be broken down to the appropriate size and adjusted to the optimal size for growth.
なお、このような処理を行うために、制御装置40又は駆動装置制御部43に、種々の凝集塊のサイズと、それぞれの場合に適する攪拌部材14の押込量、移動速度、及び移動させるサイクルを対応付けて記憶するテーブルなどを保有させることが好ましい。
In order to perform such processing, the control device 40 or the drive
以上説明したように、本実施形態の細胞培養装置10及びこれを用いた細胞培養方法によれば、培養容器11の凝集塊のサイズを自動的に調整することができ、安定的に細胞増殖効率を向上させることが可能となる。 As described above, according to the cell culture device 10 of the present embodiment and the cell culture method using the same, the size of the aggregate in the culture vessel 11 can be automatically adjusted, and the cell proliferation efficiency can be stably performed. Can be improved.
次に、第一実施形態の細胞培養装置10を使用して細胞培養を行った実施例について説明する。まず、図7及び図8を参照して、各種培養条件とそれぞれの場合の攪拌の程度について説明する。図7は、本実施形態の細胞培養装置10を使用して行った攪拌条件の種類を示す図であり、図8は、各攪拌条件による細胞状態の結果をまとめた図である。 Next, the Example which performed the cell culture using the cell culture apparatus 10 of 1st embodiment is demonstrated. First, with reference to FIG.7 and FIG.8, various culture conditions and the grade of the stirring in each case are demonstrated. FIG. 7 is a diagram showing the types of stirring conditions performed using the cell culture apparatus 10 of the present embodiment, and FIG. 8 is a diagram summarizing the results of the cell state under each stirring condition.
本発明の培養方法では、図7に示すように、攪拌部材14を用いて培養容器11を上方から押し当て、この攪拌部材14を積載台13に対して平行に移動させることで、培養容器11内の培地を攪拌する。
この攪拌部材14を培養容器11に押し当てる際の押込量は、種々の値をとることができるが、例えば同図に示すように、培養容器11の厚さが10.5mmの場合には、2mm,4mm,6mm,8mmなどの値をとることができる。
そして、各押込量に応じて、攪拌部材14の移動速度をそれぞれ調整することで培養容器11内の培養液の攪拌を、細胞の凝集塊の形成に適したもの、又は、細胞の凝集塊の分解に適したものに制御する。
In the culturing method of the present invention, as shown in FIG. 7, the culture vessel 11 is pressed from above using the stirring
The pushing amount when the stirring
And according to each pushing amount, the moving speed of the stirring
攪拌部材14の移動速度としては、例えば同図に示すように、2.5mm/s,12.5mm/s,50mm/sなどの値をとることができる。
なお、攪拌部材14の直径は、特に限定されないが、攪拌を的確に制御するため、培養容器11の厚さに対して、0.5倍〜3.0倍とすることが好ましい。
As the moving speed of the stirring
The diameter of the stirring
図8は、上記のような攪拌条件で攪拌を行った場合に、培養容器11内の培養液が、それぞれどの程度撹拌されたかを示している。
同図に示すように、押込量が2mmで移動速度が2.5mm/s,12.5mm/sのとき、及び押込量が4mmで移動速度が2.5mm/sのときは、培養容器11内の細胞は全て沈んだままであった。
本明細書において、このような攪拌を「弱撹拌」と呼ぶ。このような「弱撹拌」の攪拌を行うことで、細胞の凝集塊の形成を促すことが可能となる。
FIG. 8 shows how much the culture solution in the culture vessel 11 is stirred when stirring is performed under the stirring conditions as described above.
As shown in the figure, when the pushing amount is 2 mm and the moving speed is 2.5 mm / s, 12.5 mm / s, and when the pushing amount is 4 mm and the moving speed is 2.5 mm / s, the culture vessel 11 All of the cells remained submerged.
In the present specification, such stirring is referred to as “weak stirring”. By performing such “weak stirring” stirring, it is possible to promote the formation of cell aggregates.
また、図8において、押込量が2mmで移動速度が50mm/sのとき、押込量が4mmで移動速度が12.5mm/s,50mm/sのとき、押込量が6mmで移動速度が2.5mm/s,12.5mm/sのとき、及び押込量が8mmで移動速度が2.5mm/sのときは、培養容器11内の培養液はある程度攪拌されているが、細胞はほとんど沈んだままであった。さらに、押込量が6mmで移動速度が50mm/sのとき、及び押込量が8mmで移動速度が12.5mm/sのときは、培養容器11内の培養液はある程度攪拌されており、細胞はほとんど浮き上がっていた。
このような細胞がほとんど沈んだままである状態と、ほとんど浮き上がる状態との境界付近の攪拌条件における攪拌を本明細書において、「中撹拌」と呼ぶ。このような「中撹拌」の攪拌を行うことで、細胞の凝集塊を分解しすぎることなく、適切なサイズに調整することが可能となる。
In FIG. 8, when the pushing amount is 2 mm and the moving speed is 50 mm / s, when the pushing amount is 4 mm, the moving speed is 12.5 mm / s and 50 mm / s, the pushing amount is 6 mm and the moving speed is 2. When 5 mm / s, 12.5 mm / s, and when the pushing amount is 8 mm and the moving speed is 2.5 mm / s, the culture solution in the culture vessel 11 is agitated to some extent, but the cells are almost sunk. It was up to. Furthermore, when the pushing amount is 6 mm and the moving speed is 50 mm / s, and when the pushing amount is 8 mm and the moving speed is 12.5 mm / s, the culture solution in the culture vessel 11 is stirred to some extent, Almost lifted up.
Such agitation under the agitation conditions in the vicinity of the boundary between the state in which the cells are mostly submerged and the state in which the cells are almost lifted is referred to as “medium agitation” in the present specification. By performing such “medium agitation” stirring, it becomes possible to adjust the cell agglomerates to an appropriate size without overly decomposing.
一方、図8において、押込量が8mmで移動速度が50mm/sのときは、培養容器11内の培養液は激しく攪拌され、細胞は全て浮き上がっていた。このような細胞が全て浮き上がる攪拌を本明細書において、「強撹拌」と呼ぶ。このような「強撹拌」では、細胞の凝集塊は個々の細胞にバラバラに分解されてしまい、「強撹拌」を繰り返すことで細胞は懸濁状態となるが、細胞は個々バラバラの状態になると増殖効率は却って低下してしまう。
従来の細胞培養における攪拌では、通常培養容器が激しく攪拌される結果、「強撹拌」に相当する攪拌が行われており、増殖効率の低下を招くという問題があったが、本発明によりこのような問題を解消することが可能となっている。
On the other hand, in FIG. 8, when the pushing amount was 8 mm and the moving speed was 50 mm / s, the culture solution in the culture vessel 11 was vigorously stirred and all the cells were lifted. Such agitation where all the cells float is referred to as “strong agitation” in the present specification. In such “strong agitation”, the aggregates of cells are broken apart into individual cells, and the cells are suspended by repeating “strong agitation”, but when the cells fall apart individually, On the other hand, the growth efficiency is lowered.
In the conventional agitation in cell culture, the culture vessel is usually vigorously agitated. As a result, agitation corresponding to “strong agitation” is performed, which causes a decrease in proliferation efficiency. It is possible to solve the problem.
本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、培養容器11をコーナー部分が生じないように角を丸くした形状としたり、攪拌部材14を円柱状ではなく、図7に示す断面を星形などの種々の形状に構成し、様々な攪拌効果が得られるようにしたりするなど適宜変更することが可能である。
It goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiment, and that various modifications can be made within the scope of the present invention.
For example, the culture vessel 11 has a shape with rounded corners so that no corner portion is generated, or the stirring
本発明は、大量の細胞を培養する必要のあるバイオ医薬や再生医療、免疫療法等の分野において、好適に利用することが可能である。 The present invention can be suitably used in the fields of biopharmaceuticals, regenerative medicine, immunotherapy and the like that require culturing a large amount of cells.
10 細胞培養装置
11 培養容器
11−1 収容部
11−2 孔
12 チューブ
13 積載台
13−1 止め部材
14 攪拌部材
15 支持台
16 移動台
17 ロッド型電動シリンダ(垂直方向動作用アクチュエータ)
18 ボールネジ
19 ガイド棒
20 基台
21 スライダ型電動シリンダ(水平方向動作用アクチュエータ)
22 仕切ローラ
30 撮影装置
40 制御装置
41 撮影装置制御部
42 凝集塊サイズ判定部
43 駆動装置制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cell culture apparatus 11 Culture container 11-1 Storage part 11-2
13-1
18 Ball screw 19
22 partition roller 30 imaging device 40
Claims (4)
培地及び接着細胞又は浮遊細胞を含む培養液を封入した、柔軟性のある軟包材を材料として袋状に形成された培養容器を平面方向に載置する積載台と、
前記培養容器の上面に所定の押込量で押し当て、所定の速度で水平方向に積載台に対して平行に、所定の移動サイクルで移動可能に構成された攪拌部材と、を備え、
前記柔軟性のある軟包材は、ポリオレフィン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン系エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、シリコーン系熱可塑性エラストマー、及びシリコーンゴムからなる群から選択され、
前記攪拌部材は、前記培養容器内の培養液を攪拌するために移動することで、前記培養容器内の細胞について、細胞凝集塊の形成又は細胞凝集塊の分解を制御するように構成され、前記攪拌部材がロール形状であり、
前記培養容器内の細胞を撮影するように構成された撮影装置と、
前記撮影装置により撮影された画像を入力して、前記細胞の凝集塊のサイズが、所定範囲内の大きさであるか否かを判定する凝集塊サイズ判定部と、
前記凝集塊サイズ判定部の判定結果入力に基づいて、押込量、移動速度、及び移動サイクルを決定し、前記攪拌部材を平面方向に載置された培養容器の上面に押し当て、前記攪拌部材を水平方向で積載台に対して平行に、所定の速度、所定の押込量、及び所定の移動サイクルで移動することで、前記細胞の凝集塊のサイズが所定範囲よりも小さい場合、前記細胞凝集塊の形成を実行させるように構成され、前記凝集塊サイズ判定部の判定結果入力に基づいて、押込量、移動速度、及び移動サイクルを決定し、前記攪拌部材を平面方向に載置された培養容器の上面に押し当て、前記攪拌部材を水平方向で積載台に対して平行に、所定の速度、所定の押込量、及び所定の移動サイクルで移動することで、前記細胞の凝集塊のサイズが所定範囲よりも大きい場合、前記細胞凝集塊の分解を実行させるように構成された駆動装置制御部と、を備えた
ことを特徴とする細胞培養装置。 An apparatus for culturing adherent cells or suspension cells,
A loading table on which a culture vessel formed in a bag shape using a flexible soft packaging material as a material is encapsulated with a culture solution containing a culture medium and adherent cells or floating cells;
A stirring member that is pressed against the upper surface of the culture vessel with a predetermined pushing amount, and is configured to be movable in a predetermined movement cycle in parallel with the loading platform in a horizontal direction at a predetermined speed,
The flexible soft packaging material is selected from the group consisting of polyolefin, ethylene-vinyl acetate copolymer, styrene elastomer, polyester thermoplastic elastomer, silicone thermoplastic elastomer, and silicone rubber,
The stirring member is configured to control the formation of the cell aggregate or the decomposition of the cell aggregate for the cells in the culture container by moving to stir the culture solution in the culture container, The stirring member has a roll shape,
An imaging device configured to image cells in the culture vessel;
An image taken by the imaging device is input, and an aggregate size determination unit that determines whether the size of the aggregate of the cells is a size within a predetermined range;
Based on the determination result input of the agglomerate size determination unit, the pushing amount, the moving speed, and the moving cycle are determined, the stirring member is pressed against the upper surface of the culture vessel placed in a plane direction, and the stirring member is When the size of the cell aggregate is smaller than a predetermined range by moving at a predetermined speed, a predetermined pushing amount, and a predetermined movement cycle in parallel with the loading platform in the horizontal direction, the cell aggregate A culture vessel in which the amount of pushing, moving speed, and moving cycle is determined based on the determination result input of the agglomerate size determining unit, and the stirring member is placed in a plane direction The agitation member is moved in a horizontal direction parallel to the loading platform in a horizontal direction at a predetermined speed, a predetermined pushing amount, and a predetermined movement cycle, so that the size of the aggregate of cells is predetermined. Than range Big case, cell culture apparatus characterized by comprising a driving unit controller that is configured to perform the degradation of the cell clumps.
前記仕切部材は、前記培養容器を培養部と拡張可能部を含む二室以上に分割するように構成され、前記培養部における細胞数の増加に合わせて前記培養部の容積を拡張するように構成され、前記攪拌部材は、前記培養部内の培地を攪拌するように構成されたことを特徴とする請求項1記載の細胞培養装置。 A partition member;
The partition member is configured to divide the culture vessel into two or more chambers including a culture unit and an expandable unit, and is configured to expand the volume of the culture unit in accordance with an increase in the number of cells in the culture unit. The cell culturing apparatus according to claim 1, wherein the stirring member is configured to stir the medium in the culture unit.
前記培養容器内の細胞を撮影し、
前記撮影装置により撮影された画像を入力し、
前記細胞の凝集塊のサイズが、所定範囲内の大きさであるか否かを判定し、
前記凝集塊サイズ判定部の判定結果入力に基づいて、押込量、移動速度、及び移動サイクルを決定し、
前記凝集塊サイズ判定部の前記判定に従って、前記培養容器に外力を付与して、前記培養容器内の培養液における前記細胞について、細胞凝集塊の形成制御、又は、細胞凝集塊の分解制御を実行し、前記培養容器への外力の付与ステップは、
前記攪拌部材を、前記細胞の凝集塊のサイズが所定範囲よりも小さい場合、前記細胞の凝集塊を形成させるように、平面方向に載置された培養容器の上面に押し当て、前記攪拌部材を水平方向で積載台に対して平行に、所定の速度、所定の押込量、及び所定の移動サイクルで移動し、
前記攪拌部材を、前記細胞の凝集塊のサイズが所定範囲よりも大きい場合、前記細胞の凝集塊を分解させるように、平面方向に載置された培養容器の上面に押し当て、前記攪拌部材を水平方向で、所定の速度、所定の押込量、及び所定の移動サイクルで移動する、ことを含む
ことを特徴とする細胞の培養方法。 A method for culturing adherent cells or floating cells using the cell culture device according to claim 1,
Photograph the cells in the culture vessel,
Input an image taken by the photographing device,
Determining whether the size of the aggregate of the cells is within a predetermined range;
Based on the determination result input of the agglomerate size determination unit, determine the pushing amount, moving speed, and moving cycle,
According to the determination of the aggregate size determination unit, an external force is applied to the culture container, and control of cell aggregate formation or cell aggregate decomposition control is performed on the cells in the culture solution in the culture container. And applying the external force to the culture vessel,
When the size of the cell aggregate is smaller than a predetermined range, the stirring member is pressed against the upper surface of the culture vessel placed in a planar direction so as to form the cell aggregate, and the stirring member is Move in a horizontal direction parallel to the loading platform at a predetermined speed, a predetermined push-in amount, and a predetermined movement cycle;
When the size of the cell aggregate is larger than a predetermined range, the stirring member is pressed against the upper surface of the culture vessel placed in a plane direction so as to decompose the cell aggregate, and the stirring member is Moving in a horizontal direction at a predetermined speed, a predetermined pushing amount, and a predetermined moving cycle.
4. The cell culture method according to claim 3, wherein the formation of the cell aggregate is performed on the cells seeded in the culture container at the start of the culture.
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