JP5813680B2 - Cell culture equipment - Google Patents
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Description
本発明は、細胞を培養する細胞培養装置、特に、無菌的なクリーン度で効率よく多量の細胞を培養する自動培養技術に関する。 The present invention relates to a cell culture apparatus for culturing cells, and more particularly to an automatic culture technique for culturing a large amount of cells efficiently with aseptic cleanness.
現在、再生医療のための細胞培養の作業は限りなく除菌されたクリーンルームの中で、厳格な製造工程の下で熟練された作業者の手作業により行われている。特に、筋肉から採取した細胞による心不全治療などの再生医療においては、患者1名あたりタタミ1畳ほどの面積の培養面で多量の細胞を培養しなければならない。そのため、作業者の負担の増加と作業者への教育・育成に必要な時間とコスト、人為的なミスや検体の取り違え、さらに菌などを保有するヒトによる生物学的汚染(コンタミネーション)等が生じ易くなり、それらの対策に多くのコストを要する。そのことが細胞大量培養の普及や産業化において大きな壁となっている。そのため、機器により一連の培養作業を自動化することで、それら問題点を解決させることが期待されている。 Currently, cell culture work for regenerative medicine is performed by a skilled worker under a strict manufacturing process in a clean room sterilized without limit. In particular, in regenerative medicine such as heart failure treatment using cells collected from muscles, a large amount of cells must be cultured on a culture surface having an area of about 1 tatami per patient. For this reason, there is an increase in the burden on workers and the time and cost required for education and training of workers, human error and sample misconception, and biological contamination (contamination) by humans with bacteria etc. It becomes easy to occur, and a lot of cost is required for these measures. This is a big barrier in the spread and industrialization of cell mass culture. Therefore, it is expected that these problems can be solved by automating a series of culture operations using an instrument.
しかし、多量の細胞の培養処理では、細胞にダメージを与える浮遊状態で大量の細胞浮遊液をハンドリングするため、処理時間を可能な限り短くする必要がある。さらに、密になった細胞を別の培養容器へ疎の状態で播きなおす継代作業や、培養終了時に大量の培地内に浮遊している細胞を回収するための濃縮作業が必要となる。多量の細胞を培養処理する培養装置では、清潔性を保持しつつ、それらを如何に満たすかが課題である。 However, in the culture treatment of a large amount of cells, since a large amount of the cell suspension is handled in a suspended state that damages the cells, it is necessary to shorten the treatment time as much as possible. Furthermore, a subculture work for re-seeding dense cells into another culture container in a loose state and a concentration work for collecting cells floating in a large amount of medium at the end of the culture are required. In a culture apparatus that cultures a large amount of cells, it is a problem how to satisfy them while maintaining cleanliness.
この課題を解決するために、例えば特許文献1は、各処理要素間の細胞懸濁液の移動にポンプを使用して、送液することが可能な構成を提示している。これにより処理要素間の距離を短くしている。また、特許文献2は一つのポンプで複数の処理要素へ細胞懸濁液を移動させる方式を提供している。これは、処理要素の組み合わせを可能にし、効率的な細胞懸濁液の送液が可能となる。
In order to solve this problem, for example,
特許文献1に記載のような自動培養装置においては、各処理要素間の細胞懸濁液の送液には、各々独立したポンプを使用しており、ポンプの設置機構や制御機構の大型化と、流路設置の煩雑化を伴う。それにより、処理する細胞が多量になるほど全体システムが大きく煩雑になり、コストがかかる課題がある。
In the automatic culture apparatus as described in
特許文献2のような自動培養装置においては、ポンプを介して各処理要素へ細胞懸濁液や各種溶液を送液する構成になっているものの、ポンプを含めて各処理要素の配置まで規定していない。例えば4℃で保管する培地や、37℃で培養する培養空間といったように使用温度帯が異なる処理要素を1つのポンプで処理する場合、ポンプの位置により、各処理要素間のチューブが長くなる。それにより、温度ならびに細胞浮遊状態による細胞へ与えるダメージが増加することが課題となる。最適なポンプの設置場所を規定することで、流路を装置へ容易に設置ができ、かつ細胞に対する影響を最小とするかが課題である。
In an automatic culture apparatus such as
現在、ヒト細胞を使用し、培養で作成した細胞や組織をヒトへ移植する再生医療では、手術室で採取した組織を無菌処理した試験管等に入れて、内部が無菌的状態で運び出し、適正製造基準(GMP:Good Manufacturing Practice)に準拠したクリーンルーム(CPC: Cell Processing Center)内で組織から必要な細胞を単離し、目的の調整を実施して培養する。採取された細胞が製造工程内で一切の汚染なく培養するために、とりわけ厳格なレギュレーションに適合した工程、環境下で人手により製造しなければならない。細胞の培養処理を機械により自動的におこなう自動培養装置においても、その装置で製造した細胞もしくは組織は、製造工程内で一切の菌やウィルス等による生物学的汚染があってはならない。そのような状況下で、自動培養のための培養容器自身を閉鎖系構造とし、その内部は滅菌処理可能で、外部から駆動力を供給して細胞を培養するシステムが開発されている。 Currently, in regenerative medicine that uses human cells and transplants cells and tissues prepared in culture to humans, the tissues collected in the operating room are placed in aseptically treated test tubes, etc. Necessary cells are isolated from the tissue in a clean room (CPC: Cell Processing Center) compliant with manufacturing standards (GMP: Good Manufacturing Practice), and subjected to the desired adjustment and cultured. In order for the collected cells to be cultured without any contamination within the production process, it must be produced manually in a process and environment that meets particularly strict regulations. Even in an automatic culture apparatus that automatically cultivates cells by a machine, the cells or tissues produced by the apparatus must not be biologically contaminated by any bacteria or viruses in the production process. Under such circumstances, a system has been developed in which a culture vessel itself for automatic culture has a closed structure, the inside of which can be sterilized, and a cell is cultured by supplying driving force from the outside.
しかし、閉鎖系構造の培養容器で培養するためには、培養処理を実施する機構と制御方法を如何に効率化するかが課題である。特に、多量の細胞を処理するため、培養容器が大型化し、培養工程が複雑化した場合に一層の効率化が求められる。培養容器を入れ替える継代作業と細胞濃度調整作業(細胞濃縮)を有し、拡大培養によって多量の細胞を回収する自動培養装置において、大面積の培養容器を含めて各要素を有する流路での製造エラーを最小とし、効率的かつ安全に装置内部へ流路を無菌的に設置する構成を要する。 However, in order to culture in a culture vessel having a closed system structure, how to improve the efficiency of the mechanism and control method for performing the culture process is a problem. In particular, in order to process a large amount of cells, further increase in efficiency is required when the culture vessel becomes large and the culture process becomes complicated. In an automatic culture device that has subculture work to replace culture vessels and cell concentration adjustment work (cell concentration), and collects a large amount of cells by expansion culture, in a flow path having each element including a large area culture vessel A configuration that minimizes manufacturing errors and efficiently and safely installs the flow path inside the apparatus is required.
本発明の目的は、上述の状況に鑑み、細胞のダメージを少なくして培養処理することを可能とする細胞培養装置を提供することにある。 In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a cell culture device capable of performing culture treatment while reducing cell damage.
本発明においては、上記課題を解決するため、細胞培養装置であって、
細胞と培地を給排するポンプ部と、細胞と培地を保持して細胞を培養する培養容器部と、細胞と培地を保持する培地保管部と、細胞を濃縮させる細胞濃縮部と、ポンプ部と、培養容器部、培地保管部、及び細胞濃縮部それぞれとを接続するモジュールで構成される流路と、ポンプ部を制御する制御部とを備え、ポンプ部を中心としてその周囲に、培養容器部、培地保管部、細胞濃縮部が配置される構成の細胞培養装置を提供する。
In the present invention, in order to solve the above problems, a cell culture device,
A pump unit for supplying and discharging cells and medium, a culture container unit for culturing cells by holding cells and medium, a medium storage unit for retaining cells and medium, a cell concentration unit for concentrating cells, a pump unit, , A culture vessel section, a culture medium storage section, and a flow path composed of modules for connecting each of the cell concentration sections and a control section for controlling the pump section, and the culture container section around the pump section A cell culture device having a configuration in which a medium storage unit and a cell concentration unit are arranged is provided.
本発明の構成により、装置全体としての流路を短くでき、細胞ダメージを最小として効率よく細胞を培養することのできる細胞培養装置の提供を可能にする。 According to the configuration of the present invention, it is possible to provide a cell culture device that can shorten the flow path of the entire device and can efficiently culture cells with minimal cell damage.
以下、添付図面の図1〜図8を参照して本発明の実施例について説明する。ただし、以下に説明する実施例は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. However, it should be noted that the embodiments described below are merely examples for realizing the present invention and do not limit the technical scope of the present invention. In each drawing, the same reference numerals are assigned to common components.
本発明の細胞培養装置にあっては、装置内部にあるポンプと電磁弁からなるポンプ部を中心として、その周辺に培養要素を配置する。本発明の細胞培養装置の好適な実施の態様の概略構成について以下に説明する。 In the cell culture device of the present invention, the culture element is arranged around the pump part including the pump and the electromagnetic valve inside the device. A schematic configuration of a preferred embodiment of the cell culture device of the present invention will be described below.
多量の細胞培養に必要な、細胞播種、培養、継代、細胞濃縮工程を実現するため、細胞培養装置に、ポンプ部、一次培養容器部、二次培養容器部、培地保管部、細胞濃縮部の5つ培養要素を構成し、それに対応して流路を5つのモジュールから構成する。まず、各培養要素の中心に位置して、細胞懸濁液や培地等の各溶液を送液するポンプと、送液先を規定する電磁弁、更には培養要素間の移動時に溶液を保持するタンク等からなるポンプ部、第一のモジュールとした。そしてこのポンプ部、第一のモジュールを中心としてその周辺に、細胞培養面積を拡大する継代のための一次培養容器部、第二のモジュール、及び二次培養容器部、第三のモジュールを配置した。 In order to realize the cell seeding, culture, passage, and cell concentration steps necessary for large-scale cell culture, the cell culture device includes a pump unit, a primary culture container unit, a secondary culture container unit, a medium storage unit, and a cell concentration unit. The five culture elements are configured, and the flow path is configured from five modules correspondingly. First, a pump that feeds each solution such as cell suspension and culture medium, a solenoid valve that defines the feeding destination, and also holds the solution when moving between the culture elements. A pump unit including a tank and the like and a first module were used. And the primary culture container part, the second module, the secondary culture container part, and the third module for the passage to expand the cell culture area are arranged around the pump part and the first module. did.
一次培養容器部と二次培養容器部は37℃内にあり、培養容器内部は37℃、5%二酸化炭素濃度、湿度100%に近い状態を保持する。一次培養容器部で培養した細胞はポンプ部中のタンクで保持した後、培養面がより大面積な二次培養容器部へ送られ継代培養がなされて、より多くの細胞を培養が可能となる。好適には、一次培養容器部、二次培養容器部の周辺には顕微鏡があり、各々の培養容器内部の細胞を撮像できる。更に、ポンプ部、第一のモジュールを中心としてその周辺に、略4℃で細胞懸濁液や培地等の各溶液、廃液を保管する培地保管部、第四のモジュールを配した。この培地保管部と、一次培養容器部、二次培養容器部とは温度を異ならせる。 The primary culture vessel portion and the secondary culture vessel portion are within 37 ° C., and the inside of the culture vessel maintains a state close to 37 ° C., 5% carbon dioxide concentration, and humidity 100%. After the cells cultured in the primary culture container part are held in the tank in the pump part, the culture surface is sent to a secondary culture container part with a larger area, and subculture is performed, so that more cells can be cultured. Become. Preferably, there are microscopes around the primary culture container part and the secondary culture container part, and the cells inside each culture container can be imaged. Furthermore, a pump storage unit, a first module, and a peripheral module, a medium storage unit for storing each solution such as a cell suspension and a medium, and a waste solution at about 4 ° C., and a fourth module are arranged around the first module. The temperature of the culture medium storage unit is different from that of the primary culture container unit and the secondary culture container unit.
そして、細胞培養装置本体内に一次培養容器部、二次培養容器部を配置し、外部に培地保管部を配置する場合、細胞培養装置本体の扉などに、送液用のチューブを通すシール機構を設けることで区域を分けられる。更に、二次培養容器部での拡大培養終了後に、多量の細胞を次の工程もしくは治療に使用する場合、遠心分離等で細胞懸濁液中の細胞の濃縮を要することが多い。そこで、ポンプ部、第一のモジュールを中心としてその周辺に、細胞懸濁液で細胞密度を上げるための細胞濃縮部、第五のモジュールを配した。二次培養容器部で培養した細胞はポンプ部中のタンクで保持した後、この細胞濃縮部に送られ、細胞の濃縮が行われる。 And when a primary culture container part and a secondary culture container part are arranged in the cell culture apparatus main body, and a medium storage part is arranged outside, a seal mechanism for passing a liquid-feeding tube through the door of the cell culture apparatus main body, etc. Can be divided into areas. Furthermore, when a large amount of cells are used for the next step or treatment after the expansion culture in the secondary culture container portion, it is often necessary to concentrate the cells in the cell suspension by centrifugation or the like. Therefore, a cell concentrating unit and a fifth module for increasing the cell density with the cell suspension are arranged around the pump unit and the first module. The cells cultured in the secondary culture container section are held in a tank in the pump section, and then sent to the cell concentration section to concentrate the cells.
多量の細胞培養を行う場合、細胞培養装置内の流路を細胞が移動する一連の流れは、好適には、第四のモジュール、第一のモジュール、第二のモジュール、第一のモジュール、第三のモジュール、第一のモジュール、第五のモジュールの順であり、各培養要素もしくは各モジュール間の移動には全てポンプ部、第一のモジュール、好適にはその内部のアキュムレータであるタンクを介した。そこで、一次培養容器部と第二のモジュール、二次培養容器部と第三のモジュール、培地保管部と第四のモジュール、細胞濃縮部と第五のモジュールは、ポンプ部、第一のモジュールを中心として配置した。 When a large amount of cell culture is performed, a series of flows in which the cells move through the flow path in the cell culture apparatus are preferably the fourth module, the first module, the second module, the first module, the first module, The third module, the first module, and the fifth module are all in this order, and all the culture elements or movements between the modules are all via the pump unit, the first module, and preferably the tank that is the accumulator inside. did. Therefore, the primary culture container part and the second module, the secondary culture container part and the third module, the medium storage part and the fourth module, the cell concentration part and the fifth module, the pump part and the first module Arranged as center.
これにより、各培養要素のモジュールの流路のチューブ長さが最小となり、細胞にダメージを与える送液時間の短縮、チューブ内培地残液量の最小化、流路設置の容易性の向上が可能となる。ポンプも1台で全ての処理を可能として、関連機器構成の簡略と省スペース化、制御方法の簡潔化できる。更にポンプ部を中心とした培養要素の配置で、配置の自由度が増し、細胞処理内容に応じた配置が可能になり、汎用性を有することができる。また、流路のモジュール化により、モジュール単位での流路製造や設置が可能となり、また流路構成の簡素化とそれに伴う誤接続防止や省スペース化が可能となる。 This minimizes the tube length of the channel of each culture element module, shortens the time for feeding liquid that damages cells, minimizes the amount of medium remaining in the tube, and improves the ease of channel installation. It becomes. One pump can perform all processing, simplifying the configuration of related equipment, saving space, and simplifying the control method. Furthermore, the arrangement of the culture elements around the pump part increases the degree of freedom of arrangement, enables the arrangement according to the contents of cell treatment, and has versatility. In addition, the modularization of the flow path makes it possible to manufacture and install the flow path in module units, simplify the flow path configuration, and prevent erroneous connection and space saving.
さらなる本発明の特徴は、以下に説明する種々の実施例の説明、添付図面によって明らかになるものである。 Further features of the present invention will become apparent from the following description of various embodiments and the accompanying drawings.
実施例1として、多量の細胞の培養処理の効率化を図ることが可能な自動培養装置の実施例を説明する。 As Example 1, an example of an automatic culture apparatus capable of improving the efficiency of culturing a large amount of cells will be described.
まず、実施例1に係る自動培養装置の一構成例を示す図1、その自動培養装置の扉を閉めた状態の全体概略を示す図2、自動培養装置内部の流路を外した状態の全体概略を示す図3、自動培養装置に設置する流路の構成に関する概略を示す図4等を用いて、実施例1の自動培養装置の全体構成を説明する。 First, FIG. 1 which shows one structural example of the automatic culture apparatus according to Example 1, FIG. 2 which shows the overall outline of the state where the door of the automatic culture apparatus is closed, and the whole state where the flow path inside the automatic culture apparatus is removed The overall configuration of the automatic culture apparatus of Example 1 will be described with reference to FIG. 3 showing the outline, FIG. 4 showing the outline of the configuration of the flow path installed in the automatic culture apparatus, and the like.
<自動培養装置の全体構成>
自動培養装置10は、基本的な構成要素として、細胞培養室を含む細胞培養装置本体、培地保管部、制御部、細胞濃縮部を備える構成となっている。以下、それぞれの基本構成について説明する。
<Overall configuration of automatic culture device>
The
図1に示すように、自動培養装置10全体は、細胞培養室13とその内部の培養要素を含む自動培養装置本体11、培地保管部14、制御部15、細胞濃縮部16からなり、それに流路40を設置した状態で細胞培養処理をおこなう。自動培養装置本体11の内部である細胞培養室13内には、種々の培養要素、すなわち一次培養容器41を保持する一次培養容器部20、二次培養容器42を保持する二次培養容器部21、チューブ45で構成される流路40、流路40内の送液を可能にするポンプ部31が配置される。このポンプ部31は、ポンプ23、流路40内の切り替えを可能にする電磁弁24と電磁弁ベース25、細胞懸濁液を内部に保持可能にするアキュムレータであるタンク26とタンクを設置するタンク保持部27が配置される。なお、一次培養容器41内部と二次培養容器42内部へ混合ガスを送気するガス供給部22が自動培養装置本体11の上部に配置されており、ガスコネクタ28に接続されている。
As shown in FIG. 1, the entire
自動培養装置本体11内の培養要素の中で、ポンプ部31内の電磁弁ベース25は、後で説明するように自動培養装置本体11と着脱可能である。ガス供給部22は、細胞培養環境で必須である大気に5%二酸化炭素濃度の混合ガスを送気するためのものである。ガス供給部22で混合したガスはフィルタや無菌接続コネクタ等からなるガスコネクタ28を介して、自動培養装置本体11内の一次培養容器41および二次培養容器42へ送られる。ガス供給部22には例えば37℃にする熱交換機能や加湿機能も有する。
Among the culture elements in the automatic culture apparatus
本実施例の構成にあっては自動培養装置本体11の外部に設置された培地保管部14は、内部が冷蔵庫29になっており、細胞浮遊液、培地、洗浄液、細胞剥離液、廃液等の培地要素43を保管することができる。培地保管部14の内部温度は例えば4℃程度に保持することが可能である。
In the configuration of the present embodiment, the culture
同じく自動培養装置本体11の外部に設置された、培養した細胞を濃縮する細胞濃縮部16では、例えば遠心分離機やろ過膜などを用いて、細胞濃度を調整することが可能な細胞濃縮要素44を保持することができる。
Similarly, in the
自動培養装置本体11、細胞濃縮部16および培地保管部14は、それぞれ自動培養装置本体扉12、細胞濃縮部扉17、培地保管部扉18を有し、開閉することができる。
図2が、図1の自動培養装置10の全ての扉を閉じた状態図であり、それぞれの扉に取手19が設置されている。自動培養装置10は、細胞培養状態もしくは、自動培養準備時の一部では図2に示す状態となる。
The automatic culture device
FIG. 2 is a state diagram in which all the doors of the
自動培養装置10の制御部15は、後で説明するように、ポンプ部を始めとする自動培養装置本体11、培地保管部14、細胞濃縮部16それぞれの動作制御や、センサ値等の基づく培養スケジュール管理等の各種プログラムを実行する。制御部15は、入力部81と表示部80を有しており、自動培養装置10全体の統合制御を可能とする。
As will be described later, the
自動培養装置本体11の細胞培養室13と細胞濃縮部16の間、細胞濃縮部16と培地保管部14の間には各々の内部を流路40のチューブ45を介して接続できるように、ツメ32とシール33からなるシール機構を構成している。これにより、細胞培養室13と細胞濃縮部16、培地保管部14の内部温度をそれぞれ保持することを可能にする。
Claws are connected between the
図5A、及び図5Bは、細胞培養室13と細胞濃縮部16、および細胞濃縮部16と培地保管部14間のシールとツメから構成されるシール機構に関する概略図である。図5Aのようなシール33の溝34に流路40のチューブ45を通して、図5Bのようにツメ32にはめ込むことで、例えば両者の温度帯が異なる状態でも細胞培養室13と細胞濃縮部16、細胞濃縮部16と培地保管部14の空間を分離して、培地や洗浄液、細胞懸濁液、廃液等の培地要素43を清潔な状態を保持したまま送液可能になる。
FIG. 5A and FIG. 5B are schematic diagrams relating to a seal mechanism including a seal and a claw between the
図3に、流路40を自動培養装置10から外した状態で、それぞれの扉を開けた状態の自動培養装置10の正面からみた各培養要素の配置を示した。自動培養装置本体11内部の細胞培養室13には、内部温度を37℃に保持し、培養容器部を構成する、一次培養容器部20と二次培養容器部21、更にポンプ23、電磁弁ベース設置部30(電磁弁ベース25含む)、およびタンク保持部27からなるポンプ部31が配置する。一次培養容器部20では、一次培養容器41を保持し、揺動機構46から一次培養容器41の揺動や水平維持を可能にする。また、図示を省略した観察機構を備え、一次培養容器41内部の細胞状態を観察することができる。
FIG. 3 shows the arrangement of each culture element as viewed from the front of the
二次培養容器部21の二次培養容器42は、一次培養容器41からの継代による拡大培養を行うため、培養面積が一次培養容器41に対して、二次培養容器42では同等もしくは大きくなる。そのため、二次培養容器部21では、例えばリンク機構等による二次培養容器42の多段化機能を有することができる。さらに、二次培養容器部21では、二次培養容器42を保持し、揺動機構47から二次培養容器42の揺動や水平維持を可能にする。また、図示を省略した観察機構を備え、二次培養容器42内部の細胞状態を観察することができる。
Since the
ポンプ部31において、例えばペリスタポンプ23などのチューブの45外部から無菌的に駆動力を供給する機構を用いる。また、ポンプ23の回転が正転および逆転切り替え可能、回転数変更可能、複数チューブ45処理可能な機能をそれぞれの状況に応じて有する。電磁弁ベース25には、一つもしくは複数の電磁弁24が設置し、流路40の切り替えをおこなう。後で説明するように、電磁弁ベース25は細胞培養室13から着脱可能で、自動培養装置10外部で流路40を電磁弁24に設置可能とする。図面から明らかなように電磁弁ベース設置部30は細胞培養室13内部にある。タンク保持部27は一次培養容器41や二次培養容器42から出た細胞浮遊液を内包可能なタンク26を保持し、図示を省略したセンサを有して、タンク26の重量を計測することが可能である。
In the
本実施例における培地保管部14の内部は冷蔵庫29の構造となり、培地要素43に対し、例えば4℃程度を保持することができる。また、その内部に培地要素43の重量を計測するセンサも設けて、使用量を求めることができる。細胞濃縮部16には細胞濃縮要素44を保持する。細胞濃縮部16内部の温度は細胞に応じて、4℃程度から室温、あるいは37℃に保持することができる。これにより、細胞濃縮要素44内部に細胞が接着するのを防止し、培地要素44を細胞培養室13内部へ送液する際に、温度緩衝を可能にする。この細胞濃縮要素44として、市販されている各種の細胞濃縮装置を利用することができる。
The inside of the culture
図4に本実施例の自動培養装置の流路40の全体配置を示した。培養要素機器に応じて、流路40は複数のモジュールで構成している。流路40は閉鎖系構造を有しており、主にチューブ45やコネクタ、フィルタ、逆止弁、フィッティング類で構成される。構成が煩雑なため、EOG滅菌(Ethylene Oxide Gas Sterilization)、ガンマ線滅菌、電子線滅菌による処理が望ましい。流路40は、モジュールごとに組立てて、モジュール間を無菌接続コネクタ等で接続することもでき、流路40の設置容易性を向上できる。
FIG. 4 shows the overall arrangement of the
図4に示すように、本実施例の自動培養装置10の流路は、5つの破線で囲む5つのモジュールに分けることができる。一次培養容器要素部20に設置する一次培養容器41を含む流路構成部分を一次培養容器モジュール35とする。二次培養容器要素部21に設置する二次培養容器42を含む流路構成部分を二次培養容器モジュール36とする。継代による拡大培養のため二次培養容器モジュール36は一次培養容器モジュール35とサイズで比較して、同等もしくは大型になる。タンク保持部27に設置する流路構成部分をポンプモジュール37とする。このポンプモジュール37は、ポンプ部31に設置するため、接続するためにポンプ23に適合したチューブ45や、電磁弁24に設置するチューブ45、および細胞懸濁液を一時的に内包するアキュムレータであるタンク26に接続するチューブからなる。ポンプ23用のチューブ45は複数に分岐してもよい。更に、ポンプモジュール37内に培地を温めるためヒータなどの熱交換機構を設置できる。タンク26には細胞が接着しにくい加工をした培地バッグ等を使用することもできる。
As shown in FIG. 4, the flow path of the
また、細胞濃縮要素44からなり細胞濃縮部16に設置する流路構成部分を細胞濃縮モジュール38とする。細胞濃縮で溶媒の量の変化に対応する培地バッグ等や、ポンプのための流路構成も含む。細胞浮遊液、培地、洗浄液、細胞剥離液、廃液等の培地要素43からなり培地保管部14に設置する流路構成部分を培地モジュール39とする。
In addition, a flow path component portion that is composed of the
図4から明らかなように、本実施例の自動培養装置10は、ポンプモジュール37を中心として、一次培養容器モジュール35、二次培養容器モジュール36、細胞濃縮モジュール38、培地モジュール39を配置することができ、モジュール接続の自由度が増し、細胞に応じたモジュール配置が可能となり、汎用性が向上する。また、設置容易性や、接続間違い防止、設置ミスによる汚染を防止することも可能になる。なお、以上説明した、ポンプモジュール37、一次培養容器モジュール35、二次培養容器モジュール36、培地モジュール39、細胞濃縮モジュール38それぞれを、第一のモジュール、第二のモジュール、第三のモジュール、第四のモジュール、第五のモジュールと呼ぶ場合がある。
As is clear from FIG. 4, the
すなわち、本実施例のモジュールは、アキュムレータとポンプと電磁弁に接続される第一のモジュールと、第一培養容器に接続される第二のモジュールと、第二培養容器に接続される第三のモジュールと、培地保管部に接続される第四のモジュールと、細胞濃縮部に接続される第五のモジュールとから構成される
<流路の設置に関する一連の動作>
図6Aおよび図6Bを用いて、搬送冶具50を用いた自動培養装置10への複数のモジュールからなる流路40の設置方法の一例について説明する。図6Aに示すように、搬送冶具50は流路40を設置するためのフレームによって構成している。上述した一次培養容器モジュール35を設置する第一フレーム51、二次培養モジュール36を設置する第二フレーム52、及び、電磁弁ベース25を含むポンプモジュール37と、細胞濃縮モジュール38と培地モジュール39を設置する第三フレーム53を有する。
That is, the module of the present embodiment includes a first module connected to the accumulator, pump, and solenoid valve, a second module connected to the first culture vessel, and a third module connected to the second culture vessel. It is composed of a module, a fourth module connected to the culture medium storage unit, and a fifth module connected to the cell concentration unit.
With reference to FIGS. 6A and 6B, an example of a method for installing the
第二フレーム52には一つもしくは複数の二次培養容器42を保持することができる。第一フレーム51、第二フレーム52、第三フレーム53に重量物が載った場合に、搬送を容易かつ安定にするため、土台54には車輪やカウンターウェイトを設置する。第一フレーム51、第二フレーム52には、上下動55を可能とする、図示を省略した機構が付属される。また、必要に応じ第三フレー53も上下動55ができることとする。
One or more
図6Bが本実施例の搬送冶具50に流路40を設置した状態を示す図である。培地モジュール39は必要に応じて、第三フレーム53につり下げることができる。図6Bの状態の搬送冶具50を、図2に示した状態の自動培養装置10へ移動させ、流路40を設置した状態が図1になる。各扉を閉めて、図3の状態で細胞培養処理をおこなう。搬送冶具50により、大型化した流路40構成でも容易かつ正確に自動培養装置10に流路40を設置する一連の動作を可能にする。
FIG. 6B is a diagram illustrating a state where the
<モジュールを含む培養要素の配置構成>
続いて、図7A−図7Dを用いて、本実施例の自動培養装置10の培養要素、モジュール化された流路の設置配置を説明する。本実施例の構成では、ポンプ23を中心とした流路40のモジュール化とそれに対応した培養要素機器の配置から、自動培養装置10への流路40設置に汎用性が実現可能である。
<Arrangement configuration of culture elements including modules>
Then, the installation arrangement | positioning of the culture | cultivation element of the
図7Aは図で説明した実施例1の培養要素機器の配置の一例を示し、図7B、図7C、図7Dは培養要素機器の配置の変形実施例を示している。各図の配置構成においては、ポンプ部31を中心とし、ポンプ部31に一次培養容器部20、二次培養容器部21、細胞濃縮部16、培地保管部14がそれぞれ接続している。その結果、それぞれの接続間は最小にすることができる。なお、図4で説明した流路40の各モジュール35−39は各々の培養要素機器の配置に対応しているものとする。特に一次培養容器部20と二次培養容器部21の内部は37℃、5%二酸化炭素濃度、湿度100%に近い状態を保持する。また、培地保管部14の内部は例えば4℃とする。
FIG. 7A shows an example of the arrangement of the culture element devices according to the first embodiment described in the figure, and FIGS. 7B, 7C, and 7D show modified embodiments of the arrangement of the culture element devices. In the arrangement configuration of each figure, the primary
図7Aの配置構成では、自動培養装置本体11内部の細胞培養室13に、一次培養容器部20、二次培養容器部21、ポンプ部31があり、自動培養装置本体11外部に細胞濃縮部16、培地保管部14がある。同図では、流路40がポンプ部31から直接細胞濃縮部16、培地保管部14に接続されているが、培地保管部14への流路40が細胞濃縮部16の一部を通る場合も含む。
7A, the
本構成において、例えば、細胞培養室13内は温度37℃、細胞濃縮部16および自動培養装置本体11外部は室温(20℃前後を想定)とする。また、本構成により、多量の細胞培養に必要な、細胞播種、培養、継代、細胞濃縮の工程を実現することとする。一次培養容器部20の一次培養容器41への細胞播種では、培地保管部14の細胞懸濁液がポンプ部31を介して一次培養容器部20へ送液して培養する。培地などを用いて細胞濃度を変更できる。この際、細胞濃縮部16もしくは自動培養装置本体11外部の室温の下を経過するため、温度上昇を緩衝して、細胞へのダメージを最小にすることができる。また、経路40を構成するチューブ45の距離を短くして送液時間を短縮可能で、浮遊状態での細胞ダメージを最小化することができる。
In this configuration, for example, the temperature inside the
図7Aの構成において、継代作業のため、一次培養容器部20の一次培養容器41で培養した細胞は懸濁液状態にして、ポンプ部31のタンク26へ移動し、その後、二次培養容器部21の二次培養容器42へ送液する。細胞剥離液などで細胞の剥離や、培地などで細胞濃度を変更(細胞濃縮以外)できる。この際、細胞培養室13内の同一温度下で細胞懸濁液が移動するため、温度の細胞ダメージがない。また、チューブ45距離を短くして送液時間を短縮可能で、浮遊状態での細胞ダメージを最小化することができる。
7A, the cells cultured in the
次に、培養時の培地交換では一次培養容器部20、二次培養容器部21から出た廃液はポンプ部31を介して培地保管部14へ移動する。そして、培地保管部14から培地などを、ポンプ部31を介して一次培養容器部20、二次培養容器部21へ送液する。二次培養容器部21の二次培養容器42で培養した細胞は懸濁液状態にして、ポンプ部31内のタンク26へ移動し、細胞濃縮部16へ送液する。細胞剥離液などで細胞の剥離や、培地などで細胞濃度を変更(細胞濃縮以外の変更)ができる。
Next, in the medium exchange at the time of culture, the waste liquid discharged from the primary
細胞濃縮部16の細胞濃縮要素44で細胞濃縮がなされる。細胞濃縮要素44内での細胞接着を防止し、細胞ダメージを最小にするため、室温付近での細胞濃縮がなされる。細胞濃縮終了後は細胞濃縮部16内に設置する培地バッグ等に細胞懸濁液を保管する。細胞濃縮部16から培地保管部14に送液もしくは搬送して、培地保管部14で細胞懸濁液を保管してもよい。
Cell concentration is performed by the
以上説明した図7Aにおける一例の工程を、細胞懸濁液の移動を中心としてまとめると、培地保管部14→ポンプ部31→一次培養容器部20→ポンプ部31→二次培養容器部21→ポンプ部31→細胞濃縮部16、更に、→培地保管部14となる。ここで、→は細胞懸濁液の移動方向を示す。
The example process in FIG. 7A described above is summarized with a focus on the movement of the cell suspension.
上記の通り、本実施例の自動培養装置10にあっては、培養要素間の移動時にポンプ部31を介するため、ポンプ部31の配置を中心とし、その周囲に一次培養容器部20、二次培養容器部21、培地保管部14、及び細胞濃縮部16を配置することで、各培養要素もしくはモジュール間の流路40のチューブ45長さが最小となり、細胞にダメージを与える送液時間の短縮、チューブ45内培地残液量の最小化、流路40設置の容易性の向上が可能となる。ポンプ23も1台で全ての処理を可能として、関連機器構成の簡略と省スペース化、制御方法の簡潔化できる。また、ポンプ23を中心とした培養要素の配置で、配置の自由度が増し、細胞処理内容に応じた配置が可能になり、汎用性を有することができる。
As described above, in the
図7B−図7Dを用いて、その他の変形例の培養要素の配置構成について説明する。以下に示す各変形例においても、ポンプ部31を中心としてその周囲に、培養容器部20、21、培地保管部14、細胞濃縮部16が配置されることにより、装置全体として流路を短くできる構成となる。
The arrangement of the culture elements according to other modified examples will be described with reference to FIGS. 7B to 7D. Also in each modification shown below, the flow path can be shortened as a whole apparatus by arranging the
図7Bについては、培地保管部14以外を自動培養装置本体11内部で構成した場合を示している。図7Aの配置構成と比較して、図7Bの配置は、更に省スペース化が可能になる。本配置構成では、自動培養装置本体11の細胞培養室13内に、細胞濃縮部16を設置する。すなわち、細胞培養室13内の37℃環境下に、ポンプ部31、細胞濃縮部16、一次培養容器部20、二次培養容器部21を設置することにより、播種後の全ての工程において細胞に対する温度のダメージを無くすことができ、温度の細胞への影響を防止した培養に有効である。ただし、必要に応じてポンプ部31と細胞濃縮部16とは、細胞培養室13内に別温度帯を設けて設置することも可能である。
About FIG. 7B, the case where it comprises except the culture
図7Cの配置構成については、図7Bの一次培養容器部20を二次培養容器部21の一部に組み込む場合を示している。この場合は、図7Bの配置構成において、二次培養容器42の一部面積を一次培養容器41としての使用することで省スペース化を図ることを想定している。更に、一次培養容器部20とポンプ部31の流路40を二次培養容器部21とポンプ部31の流路40と併用することで、より省スペース化を可能にすることができる。
7C shows a case where the primary
図7Dの配置構成は、全ての培養要素を自動培養装置本体11内部に配置した場合を示しており、最も省スペース化を図ることができる。ただし、自動培養装置本体11内部に、培地保管部14を設置する異なる温度帯の領域を内包するために、例えば図7Dの様に、一次培養容器部20と二次培養容器部21、更に必要に応じ細胞濃縮部16とポンプ部31を隣接し、ポンプ部31に隣接して培地保管部14を設けることで可能となる。
The arrangement configuration of FIG. 7D shows a case where all the culture elements are arranged inside the automatic culture apparatus
<自動培養装置の制御システム構成>
図8は、自動培養装置10における内部機器を制御するための制御部15等の制御システムの構成の一例を示すブロック図である。この制御システムの構成は、上述した実施例並びに種々の変形例の装置構成全てにおいて利用できるものである。
<Control system configuration of automatic culture device>
FIG. 8 is a block diagram showing an example of the configuration of a control system such as the
同図において、自動培養装置10の制御系の構成は、データや指示を入力するための入力部(キーボード、マウス等)81と、自動培養装置10内のポンプ部31、揺動機構46、47等の装置内の制御対象機器の各動作や、環境保持装置等を制御する動作制御部82と、制御の状況をユーザに示す表示部80と、制御部82等の動作プログラムやパラメータ等を格納するROM85と、一時的にデータや処理結果を格納するRAM86と、キャッシュ等の動作を行うためのメモリ85と、ヒータ、ファン、二酸化炭素供給、水供給等の処理をおこない、それらのセンサによる細胞培養室13内の環境保持装置87と、細胞濃縮部16の環境を制御する細胞濃縮部環境制御部88、培地保管部14の環境を制御する培地保管部環境制御部89を備えている。
In the figure, the configuration of the control system of the
なお、動作制御部82を、更には細胞濃縮部環境制御部88、培地保管部環境制御部89を纏めて制御部と呼ぶことができ、少なくとも一個の中央処理部(CPU:Central Processing Unit)で構成可能である。また、この制御部は、図8中のメモリ83、通信部84、ROM85、RAM86を含めて、図1に示した自動培養装置10の制御部15に対応するものとすることができる。制御部15、表示部80、入力部81は、パーソナルコンピュータ等で構成可能であることは言うまでもない。
In addition, the
以上説明した本実施例の自動培養装置10により、ユーザが入力部81や通信部84から処理するべき培養工程を指示すると、動作制御部82は、ROM85に格納された培養準備プログラムに従って、初期値出し等に関係する一次培養容器部20の揺動機構46の制御、二次培養容器部21の揺動機構47の制御、ポンプ23や電磁弁24等を制御するポンプ部31の制御をおこない、流路40の設置を表示部80で通知し、その設置を検知する。そして、動作制御部82は、ROM85に格納された自動培養プログラムに従って、一次培養容器部20の揺動機構46の制御、二次培養容器部21の揺動機構47の制御、ポンプ23や電磁弁24等を制御するポンプ部31の制御をおこない、細胞培養処理を実施する。また、随時、表示部80と通信部84でその処理状況をユーザに示すことができる。細胞培養処理が終了したら、表示部80と通信部84で終了をユーザに示し、動作制御部82は、ROM85に格納された終了プログラムに従い、終了処理をおこなう。以上により、自動培養装置10による一連の細胞培養処理を実現することが可能となる。
When the user instructs the culture process to be processed from the
以上説明した種々の実施例の構成により、培養容器を有する流路の設置容易性を備え、かつ流路製造時や設置時の取り違えを防止し、無菌的なクリーン度で細胞ダメージを最小として効率よく培養する細胞培養装置を可能にする。 With the configurations of the various embodiments described above, it is easy to install a channel having a culture vessel, prevents mistakes during channel manufacturing and installation, and is efficient with aseptic cleanliness and minimal cell damage. Enables cell culture equipment to be well cultured.
なお、本発明は上記してきた実施例、変形例に限定されるものではなく、更に様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではない。すなわち、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail for better understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. That is, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of the embodiment.
更に、上述した各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を動作制御部で実現するプログラム動作を作成する例を説明したが、それらの一部又は全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。 In addition, each of the above-described configurations, functions, processing units, and the like has been described as an example of creating a program operation that realizes part or all of them by the operation control unit. Needless to say, it may be realized by hardware.
10 自動培養装置
11 自動美容装置本体
12 自動培養装置本体扉
13 細胞培養室
14 培地保管部
15 制御部
16 細胞濃縮部
17 細胞濃縮部扉
18 培地保管部扉
19 取手
20 一次培養容器部
21 二次培養容器部
22 ガス供給部
23 ポンプ
24 電磁弁
25 電磁弁ベース
26 タンク
27 タンク保持部
28 ガスコネクタ
29 冷蔵庫
30 電磁弁ベース設置部
31 ポンプ部
32 ツメ
33 シール
34 ミゾ
35 一次培養容器モジュール
36 二次培養容器モジュール
37 ポンプモジュール
38 細胞濃縮モジュール
39 培地モジュール
40 流路
41 一次培養容器
42 二次培養容器
43 培地要素
44 細胞濃縮要素
45 チューブ
46 揺動機構(一次培養容器)
47 揺動機構(二次培養容器)
50 搬送冶具
51 第一フレーム
52 第二フレーム
53 第三フレーム
54 土台
55 上下動
80 表示部
81 入力部
82 動作制御部
83 メモリ
84 通信部
85 ROM
86 RAM
87 環境保持装置
88 細胞濃縮部環境制御部
89 培地保管部環境制御部
DESCRIPTION OF
47 Oscillation mechanism (secondary culture vessel)
50
86 RAM
87
Claims (12)
細胞と培地を給排するポンプを保持するポンプ部と、
前記細胞と培地を保持して前記細胞を培養する第1培養容器部及び第2培養容器部と、
前記細胞と培地を保持する培地保管部と、
前記細胞を濃縮させる細胞濃縮部と、
前記ポンプ部と、前記第1培養容器部、前記第2培養容器部、前記培地保管部、及び前記細胞濃縮部とを接続する複数のモジュールで構成される流路と、
前記ポンプ部を制御する制御部とを備え、
前記ポンプの両側方のうち、一方側に前記第2培養容器部が配置され、他方側に前記培地保管部または前記細胞濃縮部の少なくとも何れか一つが配置され、
前記ポンプの上方側に、前記第1培養容器部が配置される、
ことを特徴とする細胞培養装置。 A cell culture device,
A pump unit for holding a pump for supplying and discharging cells and medium;
A first culture vessel portion and a second culture vessel portion for culturing the cells while holding the cells and the medium;
A medium storage unit for holding the cells and the medium;
A cell concentration unit for concentrating the cells;
A flow path constituted by a plurality of modules connecting the pump unit, the first culture container unit, the second culture container unit, the medium storage unit, and the cell concentration unit;
A control unit for controlling the pump unit,
Of the two sides of the pump, the second culture container part is disposed on one side, and at least one of the medium storage part or the cell concentration part is disposed on the other side,
The first culture vessel part is disposed on the upper side of the pump.
A cell culture device.
前記培地保管部の外部に、少なくとも前記ポンプ部、前記第1培養容器部、及び前記第2培養容器部が内部に配置される筺体が配置される、
ことを特徴とする細胞培養装置。 The cell culture device according to claim 1,
Outside the medium storage unit , a housing in which at least the pump unit, the first culture container unit, and the second culture container unit are arranged is disposed.
A cell culture device.
前記細胞濃縮部は、前記筺体の外部に配置される、
ことを特徴とする細胞培養装置。 The cell culture device according to claim 2,
The cell concentrating portion is disposed outside the housing;
A cell culture device.
前記第2培養容器部は、前記第1培養容器部で培養された細胞を培養する、
ことを特徴とする細胞培養装置。 The cell culture device according to claim 1,
The second culture vessel section cultures the cells cultured in the first culture vessel section;
A cell culture device.
前記細胞と培地は、前記流路を介して前記ポンプ部を経由し、前記培地保管部、前記第1培養容器部、前記第2培養容器部、前記細胞濃縮部の順に移動する、
ことを特徴とする細胞培養装置。 The cell culture device according to claim 4,
The cells and the medium are moved in order of the medium storage unit, the first culture container unit, the second culture container unit, and the cell concentration unit through the pump unit via the channel.
A cell culture device.
細胞と培地を給排するポンプを保持するポンプ部と、
前記細胞と培地を保持して前記細胞を培養する第1培養容器部及び第2培養容器部と、
前記細胞と培地を保持する培地保管部と、
前記細胞を濃縮させる細胞濃縮部と、
前記ポンプ部と、前記第1培養容器部、前記第2培養容器部、前記培地保管部、及び前記細胞濃縮部とを接続する複数のモジュールで構成される流路と、
前記ポンプ部を制御する制御部とを備え、
前記ポンプの両側方のうち、一方側に前記第2培養容器部が配置され、他方側に前記培地保管部が配置され、前記ポンプの上方側または前記第2培養容器部の上方側に、前記第1培養容器部が配置される、
ことを特徴とする細胞培養装置。 A cell culture device,
A pump unit for holding a pump for supplying and discharging cells and medium;
A first culture vessel portion and a second culture vessel portion for culturing the cells while holding the cells and the medium;
A medium storage unit for holding the cells and the medium;
A cell concentration unit for concentrating the cells;
A flow path constituted by a plurality of modules connecting the pump unit, the first culture container unit, the second culture container unit, the medium storage unit, and the cell concentration unit;
A control unit for controlling the pump unit,
Of the two sides of the pump, the second culture container part is disposed on one side, the medium storage part is disposed on the other side, and on the upper side of the pump or the upper side of the second culture container part, A first culture vessel portion is disposed;
A cell culture device.
前記培地保持部の外部に、少なくとも前記ポンプ部、前記第1培養容器部及び前記第2培養容器部が配置される筺体が配置される、
ことを特徴とする細胞培養装置。 The cell culture device according to claim 6,
Outside the medium holding part , a housing in which at least the pump part, the first culture container part and the second culture container part are arranged is disposed.
A cell culture device.
前記細胞濃縮部は、前記ポンプの下方側に配置される、
ことを特徴とする細胞培養装置。 The cell culture device according to claim 6 or 7,
The cell concentration unit is disposed on the lower side of the pump,
A cell culture device.
前記第2培養容器部は、前記第1培養容器部で培養された細胞を培養する、
ことを特徴とする細胞培養装置。 The cell culture device according to claim 6,
The second culture vessel section cultures the cells cultured in the first culture vessel section;
A cell culture device.
前記細胞と培地は、前記流路を介して前記ポンプ部を経由し、前記培地保管部、前記第1培養容器部、前記第2培養容器部、前記細胞濃縮部の順に移動する、
ことを特徴とする細胞培養装置。 The cell culture device according to claim 9,
The cells and the medium are moved in order of the medium storage unit, the first culture container unit, the second culture container unit, and the cell concentration unit through the pump unit via the channel.
A cell culture device.
細胞と培地を給排するポンプを保持するポンプ部と、
前記細胞と培地を保持して前記細胞を培養する第1培養容器部及び第2培養容器部と、
前記細胞と培地を保持する培地保管部と、
前記細胞を濃縮させる細胞濃縮部と、
前記ポンプ部と、前記第1培養容器部、前記第2培養容器部、前記培地保管部、及び前記細胞濃縮部とを接続する複数のモジュールで構成される流路と、
前記ポンプ部を制御する制御部とを備え、
前記ポンプの側方に前記第2培養容器部が配置され、前記ポンプの上方側に細胞濃縮部が配置され、前記ポンプの下方側に前記培地保管部が配置され、前記第2培養容器部の上方側に、前記第1培養容器部が配置される、
ことを特徴とする細胞培養装置。 A cell culture device,
A pump unit for holding a pump for supplying and discharging cells and medium;
A first culture vessel portion and a second culture vessel portion for culturing the cells while holding the cells and the medium;
A medium storage unit for holding the cells and the medium;
A cell concentration unit for concentrating the cells;
A flow path constituted by a plurality of modules connecting the pump unit, the first culture container unit, the second culture container unit, the medium storage unit, and the cell concentration unit;
A control unit for controlling the pump unit,
The second culture vessel section is disposed on the side of the pump, the cell concentration section is disposed on the upper side of the pump, the medium storage section is disposed on the lower side of the pump, and the second culture container section On the upper side, the first culture container part is disposed.
A cell culture device.
前記細胞と培地は、前記流路を介して前記ポンプ部を経由し、前記培地保管部、前記第1培養容器部、前記第2培養容器部、前記細胞濃縮部の順に移動し、
前記第2培養容器部は、前記第1培養容器部で培養された細胞を培養する、
ことを特徴とする細胞培養装置。 The cell culture device according to claim 11,
The cells and the medium are moved in order of the medium storage unit, the first culture container unit, the second culture container unit, and the cell concentration unit via the pump unit via the flow path,
The second culture vessel section cultures the cells cultured in the first culture vessel section;
A cell culture device.
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