CN108779421A - 细胞培养装置以及细胞培养方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的细胞培养装置具备具有一个或多个细胞培养单元的贮存槽。所述细胞培养单元具有：主培养液室，具有供细胞的培养液流通的流通空间；透过性的隔膜，能粘接所述细胞的一面面向所述流通空间；气密结构的第一培养液贮存室，贮存所述培养液；第二培养液贮存室，贮存所述培养液；培养液导入流路，将所述培养液从所述第一培养液贮存室引导至所述主培养液室的所述流通空间；以及培养液导出流路，将所述培养液从所述流通空间引导至所述第二培养液贮存室。所述贮存槽具有对所述第一培养液贮存室供给以及排出气体的通气孔。

Description

细胞培养装置以及细胞培养方法
技术领域
本发明涉及培养细胞的装置以及使用该装置来培养细胞的方法。
本申请基于2016年3月8日在日本提出申请的日本特愿2016-45024号主张优先权，并将其内容引用于此。
背景技术
如非专利文献1、2中所观察到的那样，近年来的药品开发成本呈指数函数增加，临床试验的成功率也逐年下降。另外，在化妆品等化学合成品开发中也同样地发生了开发成本的增加。作为其原因，可列举出由于动物和人类的物种差异而无法将动物实验结果直接外推至临床试验中。另外，在化妆品等化学合成品开发中，以欧洲为中心也有时难以使用实验动物。在这种状况中，对使用了源自人类的培养细胞的药品候选化合物、化学合成品的invitro(体外)细胞分析(assay)的期待正在提高。
另一方面，就以往的细胞分析中利用的单层培养而言，包围细胞的环境与生物体内大不相同，在培养细胞中，在体内表达的功能大多丧失，这一点常常成为问题。随着近年来的微细加工技术、三维培养技术的进步，期待该问题得以克服，细胞分析的吞吐量(throughput)和可靠性同时得以提高(例如，非专利文献3、4)。特别是，像一个脏器那样对在in vitro再现了生理学的三维培养环境的微流体器件进行处理的Organ-on-a-chip(器官芯片)这一概念得以扩展，意识到应用于药品开发的研究正在全世界广泛开展(例如，非专利文献5、6)。而且，还提倡了通过微流路等将在in vitro重构的多个脏器模型连接，以个体响应的再现为目标的Body-on-a-chip(人体芯片)这一概念，并引起迅速的关注(例如，非专利文献7)。
如上所述，期待通过在生物体外重构由源自人类的培养细胞构成的脏器模型，再现生理学功能，来提高细胞分析的可靠性。
在此，构成生物体的脏器多数采用隔膜型的结构。例如，在小肠中，隔着肠系膜吸收营养成分，在肾脏中，经由肾小管上皮细胞膜排泄代谢产物、废物。另外，在环绕全身的血管中，也经由血管壁向周围的组织供给氧、营养素，排泄废物。为了在生物体外重构这种隔膜型的脏器功能，利用了博伊登室(boyden chamber)、穿透小室(Transwell)这样的隔膜型的培养容器。然而，在这些培养容器中，由于无法使液体在隔膜的一面侧以及另一面侧流动，因此，存在无法表达生理功能、膜下部的细胞的状态恶化、无法适用于连结了多个脏器的Body-on-a-chip这样的问题。
为了解决该问题，报告了在微流路中配置有隔膜的Organ-on-a-chip。例如，报告了关于肠(非专利文献8、9)、肾脏(非专利文献10)、以及脑内血管(非专利文献11)的生物体外模型。报告了，通过在微流路中配置隔膜，并一边附加生理学的剪切应力(shear stress)一边进行培养，这些脏器模型的阻隔能力提高，能够实现更高精度的分析(非专利文献10、11)。为了将内置有这种隔膜的Organ-on-a-chip作为动物实验的代替利用于药物研发，需要能同时评价多种化合物的系统。另一方面，在上述的现有研究中，由于使用注射泵、蠕动泵来输送液体，因此，培养系统的并行化困难。
本发明人等已经在之前的研究中开发出能简便地处理许多药剂溶液的“压力驱动型的灌注培养微腔阵列”(非专利文献12、13)，之后，开发出具备使用方便的平台的循环培养系统并达到实施用于实用化的用户评价(非专利文献14以及专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-073468号公报
非专利文献
非专利文献1：Scannell,J.W.et al.Nat.Rev.Drug Discov.,11,191(2012)
非专利文献2：Pammolli,F.et al.Nat.Rev.Drug Discov.,10,428(2011)
非专利文献3：van Midwoud,P.M.et al.Integr.Biol.,3,509(2012)
非专利文献4：Ghaemmaghami,A.M.et al.Drug Discov.Today,17,173(2012)
非专利文献5：Bhatia,S.N.et al.Nat.Biotechnol.,32,760(2014)
非专利文献6：Baker,M.Nature,471,661(2011)
非专利文献7：Sung,J.H.et al.Lab Chip,13,1201(2013)
非专利文献8：H.J.Kim,D.Huh,G.Hamilton and D.E.Ingber,,Lab Chip,12,2165-2174(2012).
非专利文献9：M.B.Esch,J.H.Sung,J.Yang,C.H.Yu,J.J.Yu,J.C.March andM.L.Shuler,Biomed.Microdevices,14,895-906(2012).
非专利文献10：K.-J.Jang,A.P.Mehr,G.A.Hamilton,L.A.McPartlin,S.Chung,K.-Y.Suh and D.E.Ingber,Integr.Biol.,5,1119-1129(2013).
非专利文献11：R.Booth and H.Kim,Lab Chip,12,1784-1792(2012).
非专利文献12：S.Sugiura,et al.,Anal.Chem.,82,8278(2010)
非专利文献13：S.Sugiura,et al.,Biotechnol.Bioeng.,100,1156(2008)
非专利文献14：K.Hattori,et al.,J.Biosci.Bioeng.,118,327(2014)
发明内容
发明所要解决的问题
在以往的细胞培养装置中，由于配管等的结构复杂，因此，存在装置大型化、以及操作复杂等许多问题。
本发明的目的在于，提供一种装置结构简单且操作容易的细胞培养装置以及细胞培养方法。
用于解决问题的方案
(1)一种细胞培养装置，具备具有一个或多个细胞培养单元的贮存槽，所述细胞培养单元具有：主培养液室，具有供细胞的培养液流通的流通空间；透过性的隔膜，能粘接所述细胞的一面面向所述流通空间；气密结构的第一培养液贮存室，贮存所述培养液；第二培养液贮存室，贮存所述培养液；培养液导入流路，将所述培养液从所述第一培养液贮存室引导至所述主培养液室的所述流通空间；以及培养液导出流路，将所述培养液从所述流通空间引导至所述第二培养液贮存室，所述贮存槽具有对所述第一培养液贮存室供给以及排出气体的通气孔。
(2)根据(1)所述的细胞培养装置，其中，多个所述细胞培养单元的所述第一培养液贮存室中的至少两个以气体能流通的方式相互连通。
(3)根据(1)或(2)所述的细胞培养装置，其中，所述细胞培养单元具有：气密结构的第一液体贮存室，贮存液体；第二液体贮存室，贮存所述液体；以及液体导出流路，将以所述第一液体贮存室为供给源的所述液体从所述隔膜的另一面侧的空间引导至所述第二液体贮存室，所述贮存槽具有对所述第一液体贮存室供给以及排出气体的通气孔。
(4)根据(3)所述的细胞培养装置，其中，多个所述细胞培养单元的所述第一液体贮存室中的至少两个以气体能流通的方式相互连通。
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的细胞培养装置，其中，所述第一培养液贮存室和所述第二培养液贮存室具有保持所接种的细胞的细胞保持部。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的细胞培养装置，其中，进一步具备对所述培养液从所述培养液导出流路向所述第二培养液贮存室的流动进行控制的逆流防止机构。
(7)根据(6)所述的细胞培养装置，其中，所述逆流防止机构是允许从所述培养液导出流路朝向所述第二培养液贮存室的方向的所述培养液的流动，且阻止其相反方向的流动的止回阀。
(8)根据(1)至(5)中任一项所述的细胞培养装置，其中，进一步具备对所述培养液从所述第一培养液贮存室向所述培养液导入流路的流动进行控制的逆流防止机构。
(9)根据(8)所述的细胞培养装置，其中，所述逆流防止机构是允许所述培养液从所述第一培养液贮存室向所述培养液导入流路的流动，且阻止气体从所述第一培养液贮存室向所述培养液导入流路的流动的拉普拉斯阀。
(10)根据(1)至(9)中任一项所述的细胞培养装置，其中，所述培养液导入流路和培养液导出流路中的至少任一方具有流路截面积与其他部位相比为1/10以下的阻力流路部位。
(11)根据(1)至(10)中任一项所述的细胞培养装置，其中，所述流通空间的所述隔膜的厚度方向的距离为1μm～1000μm。
(12)根据(1)至(11)中任一项所述的细胞培养装置，其中，所述贮存槽具有：容器状的槽主体，形成有所述主培养液室、所述第一培养液贮存室以及所述第二培养液贮存室；以及盖部，开闭自如且气密地封闭所述主培养液室、所述第一培养液贮存室以及所述第二培养液贮存室的开口。
(13)根据(12)所述的细胞培养装置，其中，进一步具备将所述盖部朝向所述槽主体按压并保持的盖部按压部，所述盖部按压部具有朝向所述槽主体按压所述盖部的按压构件。
(14)根据(12)或(13)所述的细胞培养装置，其中，所述槽主体具备：底部板，具有所述液体导出流路；以及壁部，设于所述底部板的一面，所述主培养液室、所述第一培养液贮存室以及所述第二培养液贮存室是由所述底部板和所述壁部划分出的空间。
(15)根据(14)所述的细胞培养装置，其中，进一步具备将所述壁部朝向所述底部板按压并保持的壁部按压部，所述壁部按压部具有朝向所述底部板按压所述壁部的按压构件。
(16)根据(1)至(15)中任一项所述的细胞培养装置，其中，进一步具备能对所述第一培养液贮存室内进行加压的加压部。
(17)一种细胞培养方法，其中，使用细胞培养装置，所述细胞培养装置具备具有一个或多个细胞培养单元的贮存槽，所述细胞培养单元具有：主培养液室，具有供细胞的培养液流通的流通空间；透过性的隔膜，能粘接所述细胞的一面面向所述流通空间；气密结构的第一培养液贮存室，贮存所述培养液；第二培养液贮存室，贮存所述培养液；培养液导入流路，将所述培养液从所述第一培养液贮存室引导至所述主培养液室的所述流通空间；以及培养液导出流路，将所述培养液从所述流通空间引导至所述第二培养液贮存室，所述贮存槽具有对所述第一培养液贮存室供给以及排出气体的通气孔，通过所述通气孔向所述第一培养液贮存室供给气体而对所述第一培养液贮存室进行加压，通过所述第一培养液贮存室内的压力上升，将所述第一培养液贮存室内的培养液通过所述培养液导入流路引导至所述主培养液室，并且将所述主培养液室内的培养液通过所述培养液导出流路引导至所述第二培养液贮存室。
发明效果
根据本发明的一方案，通过对第一培养液贮存室进行加压，能将培养液从第一培养液贮存室通过培养液导入流路引导至主培养液室，并且在主培养液室中，一边将隔膜上的细胞暴露于流体剪切应力一边进行培养，将主培养液室内的培养液通过培养液导出流路引导至第二培养液贮存室。因此，能简化用于输送液体的流路的结构。由此，能简化装置结构而使装置小型化，并且使操作变得容易。
根据具有多个细胞培养单元的细胞培养装置，能通过容易的操作并行地进行多个试验。因此，能高效地评价许多被检体(药剂等)。
附图说明
图1是示意性地表示第一实施方式的细胞培养装置的剖面图。
图2是示意性地表示图1的细胞培养装置的立体图。
图3是示意性地表示第二实施方式的细胞培养装置的立体图。
图4是示意性地表示第三实施方式的细胞培养装置的剖面图。
图5是示意性地表示第四实施方式的细胞培养装置的剖面图。
图6是表示第三实施方式的细胞培养装置的立体图。
图7是表示图6的细胞培养装置的分解立体图。
图8A是图6的细胞培养装置的分解状态的主视剖面图。
图8B是图6的细胞培养装置的主视剖面图。
图9A是图6的细胞培养装置的分解状态的侧视剖面图。
图9B是图6的细胞培养装置的侧视剖面图。
图10A是拉普拉斯阀的说明图。详细而言，是设有拉普拉斯阀的液体贮存室的局部放大图。
图10B是拉普拉斯阀的说明图。详细而言，是培养基经由拉普拉斯阀从下游口流入连通流路的情况的示意图。
图10C是拉普拉斯阀的说明图。详细而言，表示空气流入下游口时、拉普拉斯阀发挥功能时的示意图。
具体实施方式
(第一实施方式)
[细胞培养装置]
参照附图，对第一实施方式的细胞培养装置10进行说明。
图1是示意性地表示细胞培养装置10的剖面图。图2是示意性地表示细胞培养装置10的立体图。
如图1以及图2所示，细胞培养装置10具备贮存槽11以及加压泵14。贮存槽11具备一个细胞培养单元9。贮存槽11具备容器状的槽主体12以及盖部13。
细胞培养单元9具有主培养液室3、第一培养液贮存室1、第二培养液贮存室2、隔膜4、培养液导入流路5、培养液导出流路6、以及连通流路7。
主培养液室3具有主室3c以及形成于主室3c的底面3e的凹部3d。
主室3c的内部空间是供培养液C1流通的流通空间3a。凹部3d的内部空间中的隔膜4的内表面4a侧的空间是流通空间3a的一部分。凹部3d的内部空间中的隔膜4的外表面4b侧的空间是外表面侧空间3b。在图1中，外表面侧空间3b位于流通空间3a的下方。在贮存槽11能形成与外表面侧空间3b连通的采样孔(省略图示)。由此，能通过采样孔来采集外表面侧空间3b内的液体。主培养液室3是形成于贮存槽11内的中空部。
(关于剪切应力的设计)
流通空间3a的高度(隔膜4的厚度方向的距离)如下确定，由此，能提高在流通空间3a中流动的培养液C1的流速，对隔膜4上的细胞20附加充分的剪切应力。
如图2所示，所附加的剪切应力(τ)可以基于流通空间3a的宽度(w0)、高度(h0)、培养液C1的流量(Q)、以及培养液C1的粘度(μ)，通过式(1)进行推算(参照非专利文献15：F.M.White,ViscousFluidFlow,McGraw-HillCompanies,Inc,Boston,2006.)。
[数式1]
用于提高细胞功能的适当的剪切应力根据细胞而不同，但例如已知在血管内皮细胞的情况下为1～10dyn/cm2(参照非专利文献16：K.Hattori,Y.Munehira,H.Kobayashi,T.Satoh,S.SugiuraandT.Kanamori,"Microfluidicperfusionculturechipprovidingdifferentstrengthsofshearstressforanalysisofvascularendothelialfunction",J.Biosci.Bioeng.,118,327-332(2014).)，已知在肾上皮细胞的情况下为0.2dyn/cm2(参照非专利文献10)。
另一方面，当考虑到培养液的成本和处理时，用于药品候选化合物、化学合成品的in vitro细胞分析时的每一次分析的培养液量为10μl～10ml左右是实际的。由此，为了实现适当的剪切应力，根据上述(1)式，流通空间3a的高度优选在1μm～1000μm的范围。
需要说明的是，流通空间3a的高度h0是隔膜4的内表面4a(上表面)与流通空间3a的内顶面的距离(隔膜4的厚度方向的距离)。
规定大小以下的物质能在厚度方向透过隔膜4。透过隔膜4的物质移动例如通过扩散而发生。物质移动也有时会通过附着于隔膜4的细胞20的作用而促进。隔膜4例如可以是多孔质膜。隔膜4的平均细孔径例如为0.1μm～10μm。隔膜4的材质可以是聚碳酸酯、聚酯、有机硅树脂(silicone resin)中的任一种。隔膜4例如也可以是半透膜。需要说明的是，细胞20无法透过隔膜4。隔膜4优选内表面4a由细胞粘接性材料涂敷。细胞粘接性材料优选胶原蛋白、明胶、纤连蛋白、层粘连蛋白、玻连蛋白、基质胶、以及聚赖氨酸中的一种或两种以上。
隔膜4以隔开流通空间3a和外表面侧空间3b的方式设置在凹部3d内。隔膜4位于比凹部3d的底面高的位置，可以设置为与主室3c的底面3e平行地堵塞凹部3d。隔膜4的内表面4a(一面)面向流通空间3a，外表面4b(另一面)面向外表面侧空间3b。
第一培养液贮存室1以及第二培养液贮存室2是由形成于贮存槽11的槽主体12的上表面的凹部形成的空间，能贮存培养液C1。
第一培养液贮存室1具有主室1c以及形成于主室1c的底面1e的细胞保持凹部1d(细胞保持部)。第一培养液贮存室1的内部空间是培养液贮存空间1a。
第二培养液贮存室2具有主室2c以及形成于主室2c的底面2e的细胞保持凹部2d(细胞保持部)。第二培养液贮存室2的内部空间是培养液贮存空间2a。
培养液导入流路5的一端与第一培养液贮存室1的主室1c的底部连接，另一端与主培养液室3的主室3c的底部连接。培养液导入流路5能将培养液C1从第一培养液贮存室1引导至主培养液室3的流通空间3a。
培养液导出流路6的一端与主培养液室3的主室3c的底部连接，另一端与第二培养液贮存室2的主室2c的底部连接。培养液导出流路6能将培养液C1从主培养液室3的流通空间3a引导至第二培养液贮存室2。
连通流路7的一端与第二培养液贮存室2的主室2c的底部连接，另一端与第一培养液贮存室1的主室1c的底部连接。连通流路7能将培养液C1从第二培养液贮存室2引导至第一培养液贮存室1。
盖部13能开闭自如且气密地封闭槽主体12的开口。详细而言，盖部13能分别气密地封闭第一培养液贮存室1以及第二培养液贮存室2的上部开口1b、2b。作为盖部13气密地封闭上部开口1b、2b的结构，例如可举例示出盖部13经由以分别包围上部开口1b、2b的方式提供的密封件15抵接于槽主体12的上表面的结构。需要说明的是，在图1中，盖部13以与槽主体12分离的方式示出。
盖部13在相当于第一培养液贮存室1、第二培养液贮存室2的位置分别具有通气孔1h、2h。通气孔1h、2h能分别对第一培养液贮存室1以及第二培养液贮存室2供给气体(例如空气)，以及从第一培养液贮存室1以及第二培养液贮存室2中排出气体(例如空气)。优选在通气孔1h、2h分别设有空气过滤器16。通过空气过滤器16，能防止异物混入第一培养液贮存室1以及第二培养液贮存室2。
在第一培养液贮存室1中，在培养液导入流路5的一端设有拉普拉斯阀31，该拉普拉斯阀31允许液体从第一培养液贮存室1向培养液导入流路5的流动，且阻止气体从第一培养液贮存室1向培养液导入流路5的流入。
在第一培养液贮存室1中，在连通流路7的另一端设有止回阀32，该止回阀32允许从连通流路7朝向第一培养液贮存室1的方向的液体的流动，且阻止其相反方向的流动。
在第二培养液贮存室2中，在培养液导出流路6的另一端设有止回阀34，该止回阀34允许从培养液导出流路6朝向第二培养液贮存室2的方向的液体的流动，且阻止其相反方向的流动。
(止回阀)
作为止回阀32、34，例如可举例示出具备具有阀孔的阀座以及阀芯的结构的止回阀。该止回阀在液体顺向流动时，通过阀芯从阀座离开而打开阀孔，因此，液体从阀孔通过而顺向流动。在液体逆向流动时，阀芯抵接于阀座而封闭阀孔，因此，会阻止该方向的液体的流动。
止回阀32、34是对液体的流动进行控制的逆流防止机构的例子。
(拉普拉斯阀)
使用图10A～图10C对拉普拉斯阀31的结构和功能进行说明。图10A表示设有拉普拉斯阀117的液体贮存室的局部放大图。图10B表示培养基131经由拉普拉斯阀117从下游口114流入连通流路115的情况的示意图。图10C表示空气流入下游口114时、拉普拉斯阀117发挥功能时的示意图。如图10C所示，在微细的流路内，在培养基131与空气之间产生由界面张力引起的压力差、即拉普拉斯压力(Laplace-pressure)。在流路的表面被液体培养基润湿的情况下，在小于拉普拉斯压力的气压条件下，空气无法流入充满液体的微细流路。在这种条件下，微细流路可以视为被动的空气流入防止机构。
以下，对拉普拉斯阀的设计进行说明。
空气流入拉普拉斯阀的压力(拉普拉斯压力、极限压力)(ΔPLap)可以根据界面张力(γ)以及构成拉普拉斯阀的微流路的宽度(wL)以及深度(hL)，通过以下的式(2)来计算。
[数式2]
ΔPLap＝2γ(1/wL+1/hL)…(2)
用于驱动细胞培养装置的实际的压力范围可认为是由能通过市售的压力控制装置进行调整的压力范围以及细胞的耐压性来决定的。
假设将细胞的耐压性设为生物体内的血压的上限程度(30kPa＝225mmHg)，则用于驱动实施方式的细胞培养装置的实际的压力范围为1kPa～30kPa左右。培养液的界面张力为60mN/m左右，在构成拉普拉斯阀的微流路的截面为正方形的情况下，就是说在wL＝hL的情况下，根据上述式(2)，空气以30kPa流入的微流路的尺寸推算为wL＝hL＝8μm左右，空气以1kPa流入的微流路的尺寸推算为wL＝hL＝240μm左右。
通过使构成拉普拉斯阀的微流路的尺寸小于上述尺寸(30kPa时的wL＝hL＝8μm、1kPa时的wL＝hL＝240μm)，能防止在假定的压力下运用时空气流入拉普拉斯阀。
即，若以用于使拉普拉斯阀发挥功能的极限压力即拉普拉斯压力ΔPLap大于在实施方式的细胞培养装置中使用的压力范围的方式来形成构成拉普拉斯阀的微流路，则能防止空气流入拉普拉斯阀。
需要说明的是，在wL与hL的比率不是1：1的情况下，也同样地能基于式(2)来设计流路的尺寸。
在细胞培养装置10中，例如能将培养液导入流路5的宽度以及深度分别设计为200μm以及25μm，拉普拉斯压力推算为5.4kPa，以压力为该值以下的方式使液体流至培养液导入流路5。
拉普拉斯阀31是对液体的流动进行控制的逆流防止机构的例子。
(阻力流路)
在截面为矩形的微流路中流动的液体的流量(Q)和压力损失(ΔP)具有以下的关系(参照F.M.White,ViscousFluidFlow,McGraw-HillCompanies,Inc,Boston,2006)。
[数式3]
ΔP＝R×Q…(3)
[数式4]
在上述式(3)以及式(4)中，ΔP是微流路的入口与出口的压力差，R是流路阻力，μ是流体的粘度，l是微流路的长度，w是微流路的宽度，h是微流路的深度。该式(3)以及式(4)在w＞h的条件下成立。
例如，在细胞培养装置10中，培养液导入流路5、培养液导出流路6、以及连通流路7也可以具备为了调节流量而使流路截面积为1/10以下的阻力流路部位5a、6a、7a。
在流路5、6、7中，考虑阻力流路部位与其以外部分的部位的长度相等的情况。当阻力流路的截面积为其他部位的截面积的1/10时，宽度w、深度h为1/100.5，式(4)的阻力流路的流路阻力R为阻力流路以外的部位的流路阻力R的100倍。
根据式(3)，对于压力损失而言，也是阻力流路的压力损失为阻力流路以外的部位的压力损失的100倍。推算在整个流路中流动的流量时，仅考虑阻力流路的阻力和施加于整个流路的压力来推算流量的情况下的推算误差为1/100，这可以说是可允许的误差。
即，在流路的一部分设有为了调节流量而使流路截面积为1/10以下的阻力流路部位的情况下，存在通过仅考虑阻力流路的压力损失来进行流路设计而使流路网的设计变得容易的优点。
需要说明的是，阻力流路部位也可以仅形成于培养液导入流路5以及培养液导出流路6的一方。
加压泵14例如是压缩机。
[细胞培养方法]
接着，对使用细胞培养装置10来培养细胞的方法的一个例子进行说明。
需要说明的是，在本实施方式中培养的细胞并无特别限定，例如可以根据目的使用源自包含人类的动物的细胞、源自植物的细胞、源自微生物的细胞等。
(1)工序1
如图1以及图2所示，将细胞20接种并粘接于隔膜4的内表面4a。可以将培养液C1导入至主培养液室3的流通空间3a。
作为接种于隔膜4的细胞20，可以使用肾小管细胞、脑血管内皮细胞等。通过使用肾小管细胞，可得到肾脏模型。通过使用脑血管内皮细胞，可得到血脑屏障模型。
将培养液C1导入至第一培养液贮存室1。可以将细胞接种于第一培养液贮存室1的凹部1d。培养液C1也可以导入至第二培养液贮存室2。可以将细胞接种于第二培养液贮存室2的凹部2d。然后，将盖部13压靠于密封件15而关闭，至少气密地封闭第一培养液贮存室1的上部开口1b。
(2)工序2
使加压泵14运转，通过通气孔1h向第一培养液贮存室1供给气体(例如空气)而对第一培养液贮存室1内进行加压。此时，优选第二培养液贮存室2预先通过通气孔2h向大气敞开。
通过第一培养液贮存室1内的压力上升，第一培养液贮存室1内的培养液C1穿过培养液导入流路5导入至主培养液室3的流通空间3a。流通空间3a内的培养液C1穿过培养液导出流路6导入至第二培养液贮存室2。
培养液C1从第一培养液贮存室1经过主培养液室3的流通空间3a流向第二培养液贮存室2，因此，能在施加有剪切应力的环境下进行细胞20的培养。
(3)工序3
当利用加压泵14通过通气孔2h向第二培养液贮存室2供给气体(例如空气)而对各室内进行加压时，通过第二培养液贮存室2内的压力上升，第二培养液贮存室2内的培养液C1穿过连通流路7导入至第一培养液贮存室1。需要说明的是，此时，优选第一培养液贮存室1预先向大气敞开。
通过反复进行工序2、3，能使培养液C1在第一培养液贮存室1、主培养液室3(流通空间3a)、第二培养液贮存室2之间循环。
通过向系统内(例如主培养液室3的流通空间3a)添加作为被检体的物质，能评价该物质对细胞20的影响。对于作为被检体的物质，可列举出利用于药品候选化合物、食品添加物、化妆品原料、涂料、农药这样的各种化学合成品的化学物质。需要说明的是，被检体并不限定于这些。
在细胞培养装置10中，能简化用于输送液体的流路的结构，因此，能简化装置结构而使装置小型化，并且能容易地进行装置的设定等操作。例如，在非专利文献8、10、11等所示的装置中，分别采用使用注射泵、筒式(cartridge type)的蠕动泵来输送液体的结构，用于输送液体的配管连接比本实施方式复杂，并且装置大型化，试验的操作也更复杂。
(第二实施方式)
[细胞培养装置]
参照附图，对第二实施方式的细胞培养装置10A进行说明。以下，对与已有的构成相同的构成标注相同的附图标记并省略说明。
如图3所示，在细胞培养装置10A中，贮存槽11A具有多个细胞培养单元9。细胞培养单元9的数量可以是两个以上的任意数量。
多个细胞培养单元9中的相邻的两个细胞培养单元9、9的第一培养液贮存室1、1通过气体流路18(连接流路)相互连通。
气体流路18的一端以及另一端与第一培养液贮存室1、1内的上部气相空间1f、1f连接，因此，气体流路18以气体能流通的方式连接第一培养液贮存室1、1。
在细胞培养单元9的数量为三个以上的情况下，至少两个细胞培养单元9的第一培养液贮存室1通过气体流路18相互连通即可。
在细胞培养装置10A中，通过对多个第一培养液贮存室1中的一部分的第一培养液贮存室1进行加压，能对经由气体流路18连接的所有第一培养液贮存室1一并进行加压，并将培养液C1从第一培养液贮存室1经过主培养液室3的流通空间3a输送至第二培养液贮存室2。因此，在细胞培养装置10A中，能通过容易的操作并行地进行多个试验。
另外，由于能通过较少数量的加压泵14(参照图1)来输送液体，因此，能简化装置的结构。因此，能简化装置结构而使装置小型化，并且能容易地进行装置的设定等操作。
在上述的非专利文献8、10、11等所示的装置中，分别采用使用注射泵、筒式的蠕动泵来输送液体的结构，使用一台泵和一个Organ-on-a-chip来评价一个被检体。
当想要用该结构来评价多个被检体时，需要按照作为对象的被检体的数量增设泵、蠕动泵的筒(cartridge)，因此，用于输送液体的配管连接增加。
图3所示的细胞培养装置10A在能通过容易的操作高效地评价许多被检体(药剂等)这一点上，优于非专利文献8、10、11等所示的装置。
(第三实施方式)
[细胞培养装置]
参照附图，对第三实施方式的细胞培养装置10B进行说明。
图4是示意性地表示细胞培养装置10B的剖面图。
如图4所示，细胞培养装置10B具备贮存槽11B以及加压泵(省略图示)。贮存槽11B具备一个细胞培养单元9B。贮存槽11B具备槽主体12B以及盖部13B。
细胞培养单元9B具有主培养液室3、第一培养液贮存室1、第二培养液贮存室2、隔膜4、培养液导入流路5、培养液导出流路6、连通流路7、第一液体贮存室21、第二液体贮存室22、液体导入流路25、液体导出流路26、以及连通流路27。
第一液体贮存室21以及第二液体贮存室22是由形成于贮存槽11B的槽主体12B的上表面的凹部形成的空间，能贮存培养液C2。
第一液体贮存室21具有主室21c以及形成于主室21c的底面21e的细胞保持凹部21d(细胞保持部)。第一液体贮存室21的内部空间是培养液贮存空间21a。
第二液体贮存室22具有主室22c以及形成于主室22c的底面22e的细胞保持凹部22d(细胞保持部)。第二液体贮存室22的内部空间是培养液贮存空间22a。
在第一液体贮存室21以及第二液体贮存室22中，也可以培养与主培养液室3的细胞20不同的细胞。例如，在主培养液室3中培养血管内皮细胞，在第一液体贮存室21中培养肝实质细胞，在第二液体贮存室22中培养神经细胞，并将被检体物质添加至第一培养液贮存室1，由此，能评价透过了在规定的生理学条件(例如剪切应力负荷条件)下培养出的血管壁的被检体物质对肝脏、神经带来的影响。
液体导入流路25的一端与第一液体贮存室21的主室21c的底部连接，另一端与主培养液室3的凹部3d的底部连接。液体导入流路25能将培养液C2从第一液体贮存室21引导至主培养液室3的外表面侧空间3b。
液体导出流路26的一端与主培养液室3的凹部3d的底部连接，另一端与第二液体贮存室22的底部连接。液体导出流路26能将培养液C2从主培养液室3的外表面侧空间3b引导至第二液体贮存室22。
连通流路27的一端与第二液体贮存室22的主室22c的底部连接，另一端与第一液体贮存室21的主室21c的底部连接。连通流路27能将培养液C2从第二液体贮存室22引导至第一液体贮存室21。
盖部13B能开闭自如且气密地封闭槽主体12B的开口。例如，盖部13B能分别气密地封闭第一培养液贮存室1以及第二培养液贮存室2的上部开口1b、2b、第一液体贮存室21以及第二液体贮存室22的上部开口21b、22b。
作为盖部13B气密地封闭上部开口1b、2b、21b、22b的结构，例如可举例示出盖部13经由以分别包围上部开口1b、2b、21b、22b的方式提供的密封件15抵接于槽主体12B的上表面的结构。
盖部13B在相当于第一培养液贮存室1、第二培养液贮存室2、第一液体贮存室21、以及第二液体贮存室22的位置分别具有通气孔1h、2h、21h、22h。通气孔1h、2h、21h、22h能分别对贮存室1、2、21、22供给气体(例如空气)，以及从贮存室1、2、21、22中排出气体(例如空气)。优选在通气孔1h、2h、21h、22h分别设有空气过滤器16。
在第一液体贮存室21中，在液体导入流路25的一端设有拉普拉斯阀35，该拉普拉斯阀35允许液体从第一液体贮存室21向液体导入流路25的流动，且阻止气体从第一液体贮存室21向液体导入流路25的流入。
在第一液体贮存室21中，在连通流路27的另一端设有止回阀36，该止回阀36允许从连通流路27朝向第一液体贮存室21的方向的液体的流动，且阻止其相反方向的流动。
在第二液体贮存室22中，在连通流路27的一端设有拉普拉斯阀37，该拉普拉斯阀37允许液体从第二液体贮存室22向连通流路27的流动，且阻止气体从第二液体贮存室22向连通流路27的流入。
在第二液体贮存室22中，在液体导出流路26的另一端设有止回阀38，该止回阀38允许从液体导出流路26朝向第二液体贮存室22的方向的液体的流动，且阻止其相反方向的流动。
在液体导入流路25、液体导出流路26、以及连通流路27分别形成有阻力流路部位25a、26a、27a。
[细胞培养方法]
接着，对使用了细胞培养装置10B的细胞培养方法的一个例子进行说明。
(1)工序1
将细胞20A接种并粘接于主培养液室3的隔膜4的内表面4a。将细胞20B接种于第二液体贮存室22的凹部22d。
(2)工序2
将培养液C1导入至第二培养液贮存室2，并且将培养液C2导入至第二液体贮存室22，关闭盖部13B。
(3)工序3
通过通气孔2h、22h向第二培养液贮存室2以及第二液体贮存室22供给气体(例如空气)而对各室内进行加压。此时，优选第一培养液贮存室1以及第一液体贮存室21预先向大气敞开。
通过第二培养液贮存室2内的压力上升，第二培养液贮存室2内的培养液C1穿过连通流路7导入至第一培养液贮存室1。通过第二液体贮存室22内的压力上升，第二液体贮存室22内的培养液C2穿过连通流路27导入至第一液体贮存室21。
(4)工序4
通过通气孔1h、21h向第一培养液贮存室1以及第一液体贮存室21供给气体(例如空气)而对各室内进行加压。此时，优选第二培养液贮存室2以及第二液体贮存室22预先向大气敞开。
通过第一培养液贮存室1内的压力上升，第一培养液贮存室1内的培养液C1穿过培养液导入流路5并经过主培养液室3的流通空间3a流向第二培养液贮存室2。通过第一液体贮存室21内的压力上升，第一液体贮存室21内的培养液C2穿过液体导入流路25并经过主培养液室3的外表面侧空间3b流向第二液体贮存室22。
通过反复进行工序3、4，能使培养液C1在第一培养液贮存室1、主培养液室3(流通空间3a)、第二培养液贮存室2之间循环。另外，能使培养液C2在第一液体贮存室21、主培养液室3(外表面侧空间3b)、培养液导出流路22之间循环。如此，能使培养液C1、C2循环，因此，能在施加有剪切应力的环境下进行细胞20A、20B的培养。
在细胞培养装置10B中，能简化用于输送液体的流路的结构，因此，能简化装置结构而使装置小型化，并且能容易地进行装置的设定等操作。
细胞培养装置10B通过使用脑血管内皮细胞作为细胞20A、使用脑神经细胞作为细胞20B，能用作对脑的药物输送/药效表达评价模型。
(第四实施方式)
[细胞培养装置]
参照附图，对第四实施方式的细胞培养装置10C进行说明。
图5是示意性地表示细胞培养装置10C的剖面图。
如图5所示，细胞培养装置10C具备贮存槽11C以及加压泵(省略图示)。贮存槽11C具备一个细胞培养单元9C。贮存槽11C具备槽主体12C以及盖部13C。
细胞培养单元9C具有主培养液室3、第一培养液贮存室1、第二培养液贮存室2、第三培养液贮存室8、主培养液室3内的隔膜4(4C1)、第三培养液贮存室8内的隔膜4(4C2)、培养液导入流路5C、培养液导出流路6、第一连通流路7C1、第二连通流路7C2、第一液体贮存室21、第二液体贮存室22、液体导入流路25、液体导出流路26、以及连通流路27。
第三培养液贮存室8具有主室8c以及形成于主室8c的底面8e的凹部8d。主室8c的内部空间是贮存培养液C3的贮存空间8a。凹部8d的内部空间中的设于凹部8d内的隔膜4(4C2)的内表面4a侧的空间是贮存空间8a的一部分。凹部8d的内部空间中的隔膜4(4C2)的外表面4b侧的空间是外表面侧空间8b。
隔膜4(4C2)以隔开贮存空间8a和外表面侧空间8b的方式设置。隔膜4(4C2)的内表面4a(一面)面向贮存空间8a，外表面4b(另一面)面向外表面侧空间8b。
培养液导入流路5C的一端与第三培养液贮存室8的凹部8d的底部连接，另一端与主培养液室3的主室3c的底部连接。培养液导入流路5C能将培养液C1从第三培养液贮存室8的外表面侧空间8b引导至主培养液室3的流通空间3a。
第一连通流路7C1的一端与第二培养液贮存室2的主室2c的底部连接，另一端与第一培养液贮存室1的主室1c的底部连接。第一连通流路7C1能将培养液C1从第二培养液贮存室2引导至第一培养液贮存室1。
第二连通流路7C2的一端与第一培养液贮存室1的主室1c的底部连接，另一端与第三培养液贮存室8的凹部8d的底部连接。第二连通流路7C2能将培养液C1从第二培养液贮存室2引导至第三培养液贮存室8的外表面侧空间8b。
在培养液导入流路5C、第一连通流路7C1、以及第二连通流路7C2分别形成有阻力流路部位5Ca、7C1a、7C2a。
接着，对使用了细胞培养装置10C的细胞培养方法的一个例子进行说明。
(1)工序1
将细胞20A接种并粘接于第三培养液贮存室8的隔膜4(4C2)的内表面4a。将细胞20B接种于第一培养液贮存室1的凹部1d。将细胞20C接种于第二培养液贮存室2的凹部2d。将细胞20D接种并粘接于主培养液室3的隔膜4(4C1)的内表面4a。
(2)工序2
将培养液C1导入至第二培养液贮存室2，并且将液体培养基M1(液体)导入至第二液体贮存室22，关闭盖部13C。
(3)工序3
向第二培养液贮存室2以及第二液体贮存室22供给气体而对各室内进行加压。
培养液C1按照第二培养液贮存室2、第一连通流路7C1、第一培养液贮存室1的顺序流动。
液体培养基M1按照第二液体贮存室22、连通流路27、第一液体贮存室21的顺序流动。
(4)工序4
向第一培养液贮存室1以及第一液体贮存室21供给气体而对各室内进行加压。
培养液C1按照第一培养液贮存室1、第三培养液贮存室8的外表面侧空间8b、主培养液室3的流通空间3a、第二培养液贮存室2的顺序流动。
液体培养基M1按照第一液体贮存室21、主培养液室3的外表面侧空间3b、第二液体贮存室22的顺序流动。
通过反复进行工序3、4，能使培养液C1在第二培养液贮存室2、第一培养液贮存室1、第三培养液贮存室8(外表面侧空间8b)、主培养液室3(流通空间3a)之间循环。另外，能使培养液在第二液体贮存室22、第一液体贮存室21、主培养液室3(外表面侧空间3b)之间循环。因此，能在施加有剪切应力的环境下进行细胞20A～20D的培养。
在细胞培养装置10C中，能简化用于输送液体的流路的结构，因此，能简化装置结构而使装置小型化，并且能容易地进行装置的设定等操作。
细胞培养装置10C通过使用肠道上皮细胞(小肠模型)作为细胞20A、使用肝细胞(肝脏模型)作为细胞20B、使用癌细胞(癌模型)作为细胞20C、使用肾小管细胞(肾脏模型)作为细胞20D，能用作由肠吸收、由肝脏代谢、由肾脏排泄的药剂的药代动力学评价、全身性的抗癌作用表达评价模型。
参照附图，对第三实施方式的细胞培养装置10B的具体例进行说明。
图6是表示细胞培养装置10B的立体图。图7是细胞培养装置10B的分解立体图。图8A是细胞培养装置10B的分解状态的主视剖面图。图8B是细胞培养装置10B的主视剖面图。图9A是细胞培养装置10B的分解状态的侧视剖面图。图9B是细胞培养装置10B的侧视剖面图。
如图6～图9B所示，细胞培养装置10B的贮存槽11B具备多个细胞培养单元9B(参照图4)。
贮存槽11B具备槽主体12B、盖部13B、基体部40、盖部按压部41、以及壁部按压部47。
基体部40具备底板51、从底板51的侧缘向上方突出而形成的厚壁部52、52、以及从底板51的端缘向上方突出而形成的端壁部53、53。底板51、厚壁部52、52以及端壁部53、53划分出容纳底部板45的容纳空间54。在厚壁部52的两端面形成有供按压杆43的端部插入的插入孔52a、以及供按压杆48的端部插入的插入孔52b。基体部40支承放置在底板51上的槽主体12C。
盖部按压部41具有朝向槽主体12B按压盖部13的一对按压杆43(按压构件)。按压杆43在将两端部插入至插入孔52a的状态下，能以该插入部分为支点，在沿着厚壁部52的中心轴的绕轴方向转动。按压杆43能卡定于在盖部13B的上表面的两侧部形成的卡定凹部55。由此，能将盖部13B以对槽主体12B进行按压的状态保持，并且密封槽主体12B的内部空间。
槽主体12B具备底部板45以及设于底部板45的上表面45a(一面)的块状的壁部46。
壁部46具有在厚度方向贯通而形成的多个贯通孔部50。第一培养液贮存室1、第二培养液贮存室2、主培养液室3、第一液体贮存室21、以及第二液体贮存室22是由贯通孔部50和底部板45划分出的空间，俯视形状分别为椭圆形。
在底部板45形成有培养液导入流路5、培养液导出流路6、连通流路7、液体导入流路25、液体导出流路26、以及连通流路27(参照图4)。
壁部按压部47具有朝向底部板45按压壁部46的按压杆48(按压构件)。按压杆48例如由金属等构成，在将两端部插入至插入孔52b的状态下，能以该插入部分为支点，在沿着厚壁部52的中心轴的绕轴方向转动。按压杆48能卡定于在壁部46的两侧部形成的卡定凹部56。由此，能将壁部46按压于底部板45，使壁部46无间隙地紧贴于底部板45。壁部按压部47能通过按压杆48将壁部46以朝向底部板45按压的状态保持。
如图8A以及图8B所示，在细胞培养装置10B中，优选多个细胞培养单元9B的第一培养液贮存室1中的至少两个通过气体流路18相互连通。另外，优选多个细胞培养单元9B的第二培养液贮存室2中的至少两个通过气体流路(省略图示)相互连通。另外，优选多个细胞培养单元9B的第一液体贮存室21中的至少两个通过气体流路(省略图示)相互连通。另外，优选多个细胞培养单元9B的第二液体贮存室22中的至少两个通过气体流路(省略图示)相互连通。
在细胞培养装置10B中，多个细胞培养单元9B通过形成于盖部13B的气体流路18相互连通，因此，能对多个细胞培养单元9B的贮存室一并进行加压。例如，能对多个第一培养液贮存室1一并进行加压。同样地，对于第二培养液贮存室2、第一液体贮存室21、以及第二液体贮存室22也能一并进行加压。因此，在细胞培养装置10B中，能通过容易的操作并行地进行多个细胞培养单元9B中的试验。
槽主体12B以及盖部13B例如可以使用树脂(塑料)、玻璃等。从容易在光学上观察细胞的方面考虑，所述材料优选为透明材料，具体而言，优选树脂以及玻璃。
作为树脂，存在有机硅系树脂(例如聚二甲基硅氧烷(PDMS))、丙烯酸系树脂(例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))、苯乙烯系树脂(例如聚苯乙烯)、聚乙烯基吡啶系树脂(聚(4-乙烯基吡啶)、4-乙烯基吡啶-苯乙烯共聚物等)、聚烯烃系树脂(例如聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚甲基戊烯树脂)、聚酯树脂(聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(PET))、聚碳酸酯系树脂、环氧系树脂等。
其中，有机硅系树脂(例如聚二甲基硅氧烷(PDMS))、丙烯酸系树脂(例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))、苯乙烯系树脂(例如聚苯乙烯)具有高透明性，因此优选。
在细胞培养装置10B中，具有多个细胞培养单元9B，因此，能并行地进行多个试验。另外，由于能简化装置的结构，因此，能简化装置结构而使装置小型化，并且能容易地进行装置的设定等操作。
细胞培养装置10B在能通过容易的操作高效地评价许多被检体的影响这一点上优异。
上述实施方式中的各构成以及它们的组合等是一个例子，在不脱离本发明的主旨的范围内，能进行构成的附加、省略、置换以及其他变更。另外，本发明并不受各实施方式的限定，而仅由权利要求(claim)的范围限定。
例如，图4等所示的细胞培养装置10B的贮存槽11B虽然具有槽主体12B和盖部13B，但并不限定于此，也可以采用一体型的贮存槽。
本实施方式在细胞工程领域、再生医疗领域、生物相关工业领域、组织工程领域等中是有用的。特别是对药品的开发、细胞生物学的基础研究是有用的。
附图标记说明
1 第一培养液贮存室
1d、2d、3d、21d、22d 细胞保持凹部(细胞保持部)
1h、2h、21h、22h 通气孔
2 第二培养液贮存室
3 主培养液室
3a 流通空间
4 隔膜
4a 内表面(一面)
5 培养液导入流路
6 培养液导出流路
5a、6a 阻力流路部位
9、9B、9C 细胞培养单元
10、10A、10B、10C 细胞培养装置
11、11A、11B、11C 贮存槽
12、12B、12C 槽主体
13、13B、13C 盖部
14 加压泵(加压部)
21 第一液体贮存室
22 第二液体贮存室
25 液体导入流路
26 液体导出流路
32、34、36、38 止回阀
31、35、37 拉普拉斯阀
41 盖部按压部
43 按压杆(按压构件)
45 底部板
46 壁部
47 壁部按压部
48 按压杆(按压构件)
C1、C2 培养液
M1 液体培养基(液体)

Claims (17)

1.一种细胞培养装置，具备具有一个或多个细胞培养单元的贮存槽，
所述细胞培养单元具有：
主培养液室，具有供细胞的培养液流通的流通空间；
透过性的隔膜，能粘接所述细胞的一面面向所述流通空间；
气密结构的第一培养液贮存室，贮存所述培养液；
第二培养液贮存室，贮存所述培养液；
培养液导入流路，将所述培养液从所述第一培养液贮存室引导至所述主培养液室的所述流通空间；以及
培养液导出流路，将所述培养液从所述流通空间引导至所述第二培养液贮存室，
所述贮存槽具有对所述第一培养液贮存室供给以及排出气体的通气孔。
2.根据权利要求1所述的细胞培养装置，其中，
多个所述细胞培养单元的所述第一培养液贮存室中的至少两个以气体能流通的方式相互连通。
3.根据权利要求1或2所述的细胞培养装置，其中，
所述细胞培养单元具有：
气密结构的第一液体贮存室，贮存液体；
第二液体贮存室，贮存所述液体；以及
液体导出流路，将以所述第一液体贮存室为供给源的所述液体从所述隔膜的另一面侧的空间引导至所述第二液体贮存室，
所述贮存槽具有对所述第一液体贮存室供给以及排出气体的通气孔。
4.根据权利要求3所述的细胞培养装置，其中，
多个所述细胞培养单元的所述第一液体贮存室中的至少两个以气体能流通的方式相互连通。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的细胞培养装置，其中，
所述第一培养液贮存室和所述第二培养液贮存室具有保持所接种的细胞的细胞保持部。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的细胞培养装置，其中，
进一步具备对所述培养液从所述培养液导出流路向所述第二培养液贮存室的流动进行控制的逆流防止机构。
7.根据权利要求6所述的细胞培养装置，其中，
所述逆流防止机构是允许从所述培养液导出流路朝向所述第二培养液贮存室的方向的所述培养液的流动，且阻止其相反方向的流动的止回阀。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的细胞培养装置，其中，
进一步具备对所述培养液从所述第一培养液贮存室向所述培养液导入流路的流动进行控制的逆流防止机构。
9.根据权利要求8所述的细胞培养装置，其中，
所述逆流防止机构是允许所述培养液从所述第一培养液贮存室向所述培养液导入流路的流动，且阻止气体从所述第一培养液贮存室向所述培养液导入流路的流动的拉普拉斯阀。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的细胞培养装置，其中，
所述培养液导入流路和培养液导出流路中的至少任一方具有流路截面积与其他部位相比为1/10以下的阻力流路部位。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的细胞培养装置，其中，
所述流通空间的所述隔膜的厚度方向的距离为1μm～1000μm。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的细胞培养装置，其中，
所述贮存槽具有：容器状的槽主体，形成有所述主培养液室、所述第一培养液贮存室以及所述第二培养液贮存室；以及盖部，开闭自如且气密地封闭所述主培养液室、所述第一培养液贮存室以及所述第二培养液贮存室的开口。
13.根据权利要求12所述的细胞培养装置，其中，
进一步具备将所述盖部朝向所述槽主体按压并保持的盖部按压部，
所述盖部按压部具有朝向所述槽主体按压所述盖部的按压构件。
14.根据权利要求12或13所述的细胞培养装置，其中，
所述槽主体具备：底部板，具有所述液体导出流路；以及壁部，设于所述底部板的一面，
所述主培养液室、所述第一培养液贮存室以及所述第二培养液贮存室是由所述底部板和所述壁部划分出的空间。
15.根据权利要求14所述的细胞培养装置，其中，
进一步具备将所述壁部朝向所述底部板按压并保持的壁部按压部，
所述壁部按压部具有朝向所述底部板按压所述壁部的按压构件。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的细胞培养装置，其中，
进一步具备能对所述第一培养液贮存室内进行加压的加压部。
17.一种细胞培养方法，其中，
使用细胞培养装置，所述细胞培养装置具备具有一个或多个细胞培养单元的贮存槽，所述细胞培养单元具有：主培养液室，具有供细胞的培养液流通的流通空间；透过性的隔膜，能粘接所述细胞的一面面向所述流通空间；气密结构的第一培养液贮存室，贮存所述培养液；第二培养液贮存室，贮存所述培养液；培养液导入流路，将所述培养液从所述第一培养液贮存室引导至所述主培养液室的所述流通空间；以及培养液导出流路，将所述培养液从所述流通空间引导至所述第二培养液贮存室，所述贮存槽具有对所述第一培养液贮存室供给以及排出气体的通气孔，
通过所述通气孔向所述第一培养液贮存室供给气体而对所述第一培养液贮存室进行加压，通过所述第一培养液贮存室内的压力上升，将所述第一培养液贮存室内的培养液通过所述培养液导入流路引导至所述主培养液室，并且将所述主培养液室内的培养液通过所述培养液导出流路引导至所述第二培养液贮存室。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114341341A (zh) * 2019-08-29 2022-04-12 发那科株式会社 细胞制造装置及其制造方法
CN114341337A (zh) * 2019-08-29 2022-04-12 发那科株式会社 细胞制造装置
TWI772190B (zh) * 2021-09-25 2022-07-21 林宏惲 個人化精準醫學治療系統及其方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3428265A4 (en) 2016-03-08 2019-10-23 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology CELL CULTURE DEVICE AND CELL CULTURE PROCEDURE
WO2017154899A1 (ja) * 2016-03-08 2017-09-14 国立研究開発法人産業技術総合研究所 細胞培養装置および細胞培養方法
US11584907B2 (en) 2017-09-13 2023-02-21 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Cell culture apparatus and cell culture method
JP7223311B2 (ja) * 2018-08-21 2023-02-16 ウシオ電機株式会社 細胞培養チップ、及びこれを用いた細胞培養方法
CN109439535B (zh) * 2018-12-04 2023-09-26 南昌大学 一种微藻培养装置
JPWO2021038998A1 (zh) 2019-08-29 2021-03-04
JP2022029150A (ja) * 2020-08-04 2022-02-17 浜松ホトニクス株式会社 暴露ユニット、観察装置及び暴露方法
NL2026633B1 (en) * 2020-10-06 2022-06-03 Micronit Holding B V Microfluidic cell culture device
TWI780616B (zh) * 2021-03-04 2022-10-11 國立清華大學 灌流式細胞培養裝置及灌流式細胞培養系統
JP2024018571A (ja) * 2022-07-29 2024-02-08 国立研究開発法人産業技術総合研究所 細胞培養装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008086264A (ja) * 2006-10-02 2008-04-17 Olympus Corp 細胞培養液供給排出装置
CN101346167A (zh) * 2005-12-28 2009-01-14 株式会社岛津制作所 压力差气泡移动控制方法以及使用了该方法的气体交换装置、导电率测定装置、总有机碳测定装置、反应装置及细胞培养装置
JP2009109249A (ja) * 2007-10-26 2009-05-21 National Institute Of Advanced Industrial & Technology マイクロチップ、マスターチップ
JP2009527225A (ja) * 2006-02-17 2009-07-30 バイオプロセッサーズ コーポレイション 補助的な流体移動制御によるマイクロ反応器
JP2011257238A (ja) * 2010-06-08 2011-12-22 Sekisui Chem Co Ltd 微量液滴秤取構造、マイクロ流体デバイス及び微量液滴秤取方法
CN202369581U (zh) * 2011-11-30 2012-08-08 镇江绿能环保科技有限公司 用于产业化养殖微藻的薄膜光生物反应器和反应器单元
CN103068962A (zh) * 2010-08-12 2013-04-24 株式会社日立制作所 自动培养装置
WO2013086329A1 (en) * 2011-12-08 2013-06-13 Research Triangle Institute Human emulated response with microfluidic enhanced systems

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6230103B2 (ja) 2013-10-08 2017-11-15 国立研究開発法人産業技術総合研究所 細胞培養装置および細胞培養方法
EP3279310B1 (en) * 2015-04-03 2021-05-05 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Cell culture apparatus and cell culture method
WO2017154899A1 (ja) * 2016-03-08 2017-09-14 国立研究開発法人産業技術総合研究所 細胞培養装置および細胞培養方法
EP3428265A4 (en) 2016-03-08 2019-10-23 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology CELL CULTURE DEVICE AND CELL CULTURE PROCEDURE

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101346167A (zh) * 2005-12-28 2009-01-14 株式会社岛津制作所 压力差气泡移动控制方法以及使用了该方法的气体交换装置、导电率测定装置、总有机碳测定装置、反应装置及细胞培养装置
JP2009527225A (ja) * 2006-02-17 2009-07-30 バイオプロセッサーズ コーポレイション 補助的な流体移動制御によるマイクロ反応器
JP2008086264A (ja) * 2006-10-02 2008-04-17 Olympus Corp 細胞培養液供給排出装置
JP2009109249A (ja) * 2007-10-26 2009-05-21 National Institute Of Advanced Industrial & Technology マイクロチップ、マスターチップ
JP2011257238A (ja) * 2010-06-08 2011-12-22 Sekisui Chem Co Ltd 微量液滴秤取構造、マイクロ流体デバイス及び微量液滴秤取方法
CN103068962A (zh) * 2010-08-12 2013-04-24 株式会社日立制作所 自动培养装置
CN202369581U (zh) * 2011-11-30 2012-08-08 镇江绿能环保科技有限公司 用于产业化养殖微藻的薄膜光生物反应器和反应器单元
WO2013086329A1 (en) * 2011-12-08 2013-06-13 Research Triangle Institute Human emulated response with microfluidic enhanced systems

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANA RUBINA PERESTRELO等: "Microfluidic Organ/Body-on-a-Chip Devices at the Convergence of Biology and Microengineering", 《SENSORS》 *
KOJIHATTORI等: "Microfluidic perfusion culture chip providing different strengths of shear stress for analysis of vascular endothelial function", 《JOURNAL OF BIOSCIENCE AND BIOENGINEERING》 *
SHINJI SUGIURA等: "Pressure-Driven Perfusion Culture Microchamber Array for a Parallel Drug Cytotoxicity Assay", 《BIOTECHNOLOGY AND BIOENGINEERING》 *
YUKI IMURA等: "Micro Total Bioassay System for Ingested Substances: Assessment of Intestinal Absorption, Hepatic Metabolism, and Bioactivity", 《ANAL. CHEM.》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114341341A (zh) * 2019-08-29 2022-04-12 发那科株式会社 细胞制造装置及其制造方法
CN114341337A (zh) * 2019-08-29 2022-04-12 发那科株式会社 细胞制造装置
TWI772190B (zh) * 2021-09-25 2022-07-21 林宏惲 個人化精準醫學治療系統及其方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP6823792B2 (ja) 2021-02-03
EP3428265A1 (en) 2019-01-16
CN108779421B (zh) 2022-04-19
US10995309B2 (en) 2021-05-04
US20190093059A1 (en) 2019-03-28
EP3428265A4 (en) 2019-10-23
WO2017154880A1 (ja) 2017-09-14
JPWO2017154880A1 (ja) 2019-01-17

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