CN111601878B - 培养用添加剂扩散机构、培养用容器、培养系统及细胞制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种培养用添加剂扩散机构(23)，具备：保持用于培养的添加剂(21)的添加剂保持部(20)、以及调节上述添加剂(21)从上述添加剂保持部(20)内向上述添加剂保持部(20)外的扩散速度的扩散调节部(22)。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年1月24日在日本提交的日本专利申请2018-009460号、以及2018年12月7日在日本提交的日本专利申请2018-230328号的优先权，这些先前申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及培养用添加剂扩散机构、培养用容器、培养系统及细胞制造方法。
背景技术
近年来，随着再生医学技术的发展，需要有效培养细胞的技术。为了有效地培养细胞从而良好地形成组织，需要以适当的时机和用量向培养基添加各种添加剂。因此，已经尝试了在培养期间有效添加添加剂的技术的开发。
非专利文献1公开了一种将添加剂手动添加到培养基中的方法。非专利文献2公开了一种使用分配器将添加剂自动添加到培养基中的方法。专利文献1公开了一种培养基交换系统，其具备将培养基输送至细胞培养容器的供给侧液体输送泵、以及将培养液从细胞培养容器输送至排液容器的排出侧液体输送泵。专利文献2公开了一种生长诱导系统，其将含有分泌体所分泌的细胞因子的培养液供给至生长诱导目标。专利文献3公开了一种方法，其中通过由多个通孔导入不同组成的液体，从而在培养细胞的微小空间部分中产生物质的浓度梯度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开第2014-113109号公报
专利文献2：日本专利第6111510号公报
专利文献3：日本专利第5594658号公报
非专利文献
非专利文献1：Kevin A D’Amour et al.,‘Nature Biotechnology；2006；Production of pancreatic hormone-expressing endocrine cells from humanembryonic stem cells.’,nature biotechnology,2006年10月19日、volume 24number11,1392-1401.
非专利文献2：“サイエンスアゴラあなたと創るこれからの科学と社会”，[在线],独立行政法人日本科学技术振兴机构首页，[2018年11月2日检索]，互联网<http://www.jst.go.jp/ips-trend/column/event_report/no04.html>
发明内容
发明要解决的课题
然而，在非专利文献1和2所记载的方法中，存在着由于添加剂被吸附于芯片而造成的损失，并且还存在被污染的风险。在专利文献1和2所记载的技术中为了添加添加剂，需要设置用于输送添加有添加剂的培养基的流路，存在有装置构成变得复杂的缺点。在专利文献3所记载的方法中使用的微流体设备的制造成本高，且需要大量的微细的流路，因而存在漏液的风险。
于是，本公开的目的在于提供一种可以通过利用扩散现象添加添加剂来有效且简便地控制添加剂向培养基的添加的技术。
用于解决课题的方案
根据一些实施方式的培养用添加剂扩散机构具备：保持用于培养的添加剂的添加剂保持部、以及调节所述添加剂从所述添加剂保持部内向所述添加剂保持部外的扩散速度的扩散调节部。如此地，通过设置扩散调节部并利用扩散现象来添加添加剂，从而可以有效且简便地控制添加剂向培养基的添加。
在一个实施方式中，在培养用添加剂扩散机构中，所述扩散调节部可以根据至少一个环境参数的变化而改变所述添加剂的扩散速度。如此地，通过利用环境参数来改变添加剂的扩散速度，从而可以在不采用复杂的装置构成的情况下以简便的构成来控制添加剂的添加。
在根据一个实施方式的培养用添加剂扩散机构中，所述扩散调节部可以包含刺激响应性材料，并且可以根据至少一种刺激而改变所述添加剂的扩散速度。如此地，通过使用刺激响应性材料来改变添加剂的扩散速度，从而可以在不采用复杂的装置构成的情况下以简便的构成来控制添加剂的添加。
在根据一个实施方式的培养用添加剂扩散机构中，所述扩散调节部还可以包含吸收近红外线的近红外线吸收体，所述刺激响应性材料可以是温度响应性材料，所述温度响应性材料可以根据所述近红外线吸收体的温度变化而改变所述添加剂的扩散速度。如此地，若使用吸收近红外线的近红外线吸收体、以及根据近红外线吸收体的温度变化而改变添加剂的扩散速度的温度响应性材料，则可以利用由近红外线的照射所带来的对存在于近红外线吸收体及其附近的温度响应性材料的局部加热而调节添加剂的扩散速度，因而能够以对被培养的细胞等培养对象的侵袭性低的方式控制添加剂的添加。
在一个实施方式中，培养用容器具备：根据本公开的培养用添加剂扩散机构、以及导入有培养对象和培养基的培养部，所述培养部和所述培养用添加剂扩散机构经由所述扩散调节部而连接。根据这样的培养用容器，在利用通过扩散调节部的添加剂的扩散现象以有效且简便地调节添加剂向培养基的添加的同时，还可以培养细胞等培养对象。
在一个实施方式中，培养用容器可以具备多个所述培养部。如此地，通过培养用容器具备多个培养部，从而可以在多个培养部中同时培养细胞，因此可以有效且大量地制造细胞等培养对象。
在一个实施方式中，培养用容器可以具备多个所述培养用添加剂扩散机构。如此地，通过使培养用容器具备多个培养用添加剂扩散机构，从而可以更自由地调节要添加的添加剂的量及时机。
在一个实施方式中，在培养用容器中，多个所述培养用添加剂扩散机构中所保持的所述添加剂的种类可以彼此不同。如此地，通过使多个所述培养用添加剂扩散机构保持彼此不同种类的添加剂，从而可以在调节多种添加剂的添加的同时进行培养，因而在需要多种添加剂的培养时是有用的。
在一个实施方式中，培养系统具备根据一些实施方式的培养用容器、以及培养管理装置，所述培养管理装置具备获取部、控制部和发送信号部，所述获取部至少获取规定所述添加剂的添加程序的培养方案，所述控制部参照所述培养方案而生成发送信号部控制信息，所述发送信号部基于所述发送信号部控制信息而向所述扩散调节部发送调节所述添加剂的扩散速度的控制信号，所述扩散调节部基于所述控制信号而调节所述添加剂的扩散速度。根据这样的培养系统，在有效且简便地控制添加剂向培养基的添加的同时，还可以培养细胞等培养对象。
在根据一个实施方式的培养系统中，所述培养方案可以规定选自由所述添加剂的添加量、添加时间和时机所组成的组中的至少一种信息。如此地，通过使培养方案规定选自由所述添加剂的添加量、添加时间和时机所组成的组中的至少一种信息，使得培养系统获取培养方案，可以调节选自由添加剂的添加量、添加时间和时机所组成的组中的至少一者。
在根据一个实施方式的培养系统中，用于向所述扩散调节部发送所述控制信号的信号传输路径可以连接到所述发送信号部。如此地，通过使用于向扩散调节部发送控制信号的信号传输路径连接到发送信号部，从而可以将控制信号准确地发送至扩散调节部。
在一个实施方式中，培养系统具备多个所述培养用容器，并且还具备将多个所述培养用容器当中的至少一个移动至预定位置的搬送部，所述控制部参照所述培养方案而分别生成用于向多个所述培养用容器添加所述添加剂的发送信号部控制信息，所述发送信号部可以基于与存在于所述位置的所述培养用容器相对应的所述发送信号部控制信息而向移动至所述位置处的所述培养用容器的所述扩散调节部发送所述控制信号。如此地，通过对多个培养用容器分别生成发送信号部控制信息，并向搬送至预定位置处的各培养用容器发送控制信号，从而可以有效且大量地自动制造细胞等培养对象。
在一个实施方式中，培养系统进一步具备向所述培养部供给培养基的培养基供给部，所述培养基供给部具备培养基存储部、培养基保存部、培养基转移部和培养基转移路径，所述培养方案规定所述培养基的供给程序，所述控制部参照所述培养方案而生成培养基供给部控制信息，所述培养基供给部可以基于所述培养基供给部控制信息而向所述培养部供给所述培养基。如此地，通过使培养基供给部基于培养基供给部控制信息而向培养部供给培养基，使得培养基的供给也可以自动化，因而可以更有效地培养细胞等培养对象。
在一个实施方式中，培养系统进一步具备向所述培养部供给培养基的培养基供给部，所述培养基供给部具备培养基存储部、培养基保存部、培养基转移部和培养基转移路径，所述培养用容器的至少一部分是由半透膜构成的半透膜部，所述培养用容器与所述培养基转移路径经由所述半透膜部而流体连接，经由所述半透膜部而由所述培养基供给部所供给的培养基与所述培养用容器中的培养基的成分可以交换。如此地，由培养基供给部所供给的培养基与培养用容器中的培养基的成分通过半透膜部而交换，从而可以降低发生污染的风险，另外可以有效地使用培养基。
在一个实施方式中，培养系统进一步具备测定所述培养部中的所述培养对象的状态的培养对象状态测量部，所述控制部可以进一步参照根据所述培养对象状态测量部的所述培养对象的状态的测量结果而生成所述发送信号部控制信息。如此地，通过参照培养对象的状态的测量结果而生成发送信号部控制信息，从而可以依据细胞等培养对象的状态来适当地添加添加剂。
在一个实施方式中，培养系统进一步具备测量所述培养部中的所述培养基中所包含的所述添加剂的浓度的添加剂测量部，所述控制部可以进一步参照根据所述添加剂测量部的所述添加剂浓度的测量结果而生成所述发送信号部控制信息。如此地，通过参照添加剂浓度的测量结果而生成发送信号部控制信息，从而可以在监控添加剂浓度的同时进行添加，因而可以确保添加适当量的添加剂。
在一个实施方式中，培养系统具备用于将培养部内的物理参数维持在一定范围内的培养环境维持部。如此地，通过培养环境维持部而将培养部内的物理参数维持在一定范围内，从而可以在适当地维持培养环境的同时进行培养。
在一个实施方式中，培养系统具备培养用容器和培养管理装置，所述培养用容器具备导入有培养对象及培养基的多个培养部、以及针对该多个培养部而设置的多个培养用添加剂扩散机构，所述培养用添加剂扩散机构具备扩散调节部及添加剂保持部，所述培养管理装置具备获取部、控制部和发送信号部，所述获取部至少获得规定所述添加剂的添加程序的培养方案，所述控制部参照所述培养方案而生成发送信号部控制信息，所述发送信号部基于所述发送信号部控制信息而将调节所述添加剂的扩散速度的控制信号发送至多个所述扩散调节部，所述扩散调节部可以基于所述控制信号而调节所述添加剂向多个所述培养部的扩散速度。根据这样的培养系统，可以有效且简便地控制添加剂向多个培养部的培养基的添加，因而可以有效且大量地培养细胞等培养对象。
在一个实施方式中，培养系统具备培养用容器和培养管理装置，所述培养用容器具备多个培养用添加剂扩散机构、以及导入有培养基的培养部，所述培养用添加剂扩散机构具备扩散调节部及添加剂保持部，所述培养管理装置具备获取部、控制部和发送信号部，用于将控制信号发送至多个所述扩散调节部的信号传输路径分别连接到所述发送信号部，所述获取部至少获得规定所述添加剂的添加程序的培养方案，所述控制部参照所述培养方案而生成发送信号部控制信息，所述发送信号部基于所述发送信号部控制信息将调节所述添加剂的扩散速度的控制信号通过多个所述信号传输路径而发送至多个所述扩散调节部，所述扩散调节部基于所述控制信号而调节所述添加剂向多个所述培养部的扩散速度。根据这样的培养系统，即使在多个扩散调节部彼此靠近的情况下，也可以在没有串扰的情况下发送控制信号，因而可以更准确地控制添加剂的扩散。
在一个实施方式中，细胞的制造方法是使用了根据一些实施方式的培养系统的细胞制造方法。根据这样的细胞制造方法，可以在有效且简便地调节添加剂向培养基的添加的同时制造细胞。
在一个实施方式中，细胞的制造方法是使用了培养系统的细胞制造方法，该培养系统具备根据本公开的培养用容器和培养管理装置，所述培养管理装置具备获取部、控制部和发送信号部，所述细胞制造方法可以包括：所述获取部至少获得规定添加剂的添加程序的培养方案的步骤，所述控制部参照所述培养方案而生成发送信号部控制信息的步骤，所述发送信号部基于所述发送信号部控制信息而将调节所述添加剂的扩散速度的控制信号发送至所述扩散调节部的步骤，以及所述扩散调节部基于所述控制信号而调节所述添加剂的扩散速度的步骤。根据这样的细胞制造方法，可以在有效且简便地调节添加剂向培养基的添加的同时制造细胞。
[1]另外，根据一些实施方式的培养用添加剂扩散机构是用于培养细胞的细胞培养用载体，该细胞培养用载体在具有刺激响应性高分子和控制信号接收材料的细胞培养用刺激响应性基材上负载了作为活性物质的添加剂。
[2]在根据一个实施方式的细胞培养用载体中，所述添加剂内包在多孔材料中，可以在所述细胞培养用刺激响应性基材上负载所述多孔材料和所述添加剂。
[3]在根据一个实施方式的细胞培养用载体中，所述刺激响应性高分子材料可以是温度响应性高分子材料。
[4]在根据一个实施方式的细胞培养用载体中，所述控制信号接收材料可以是有机化合物、金属结构体或碳材料。
[5]在根据一个实施方式的细胞培养用载体中，所述金属结构体可以是金纳米棒。
[6]在根据一个实施方式的细胞培养用载体中，所述添加剂可以是酶、细胞因子、分化诱导因子、抗体等蛋白质；激素等肽类；抗生素、氨基酸或葡萄糖、视黄酸等低分子量化合物；DNA等核酸；纳米颗粒或脂质体。
[7]在根据一个实施方式的细胞培养用载体中，所述控制信号接收材料所接收的控制信号可以是近红外光。
[8]根据一些实施方式的培养用容器是用于培养细胞的细胞培养用容器，可以在具有刺激响应性高分子材料和控制信号接收材料的细胞培养用刺激响应性基材上具备负载有添加剂的细胞培养用载体、以及作为用于培养细胞的培养部的细胞培养部。
[9]在根据一个实施方式的细胞培养用容器中，所述添加剂内包在多孔材料中，可以在所述细胞培养用刺激响应性基材上负载所述多孔材料和所述添加剂。
[10]在根据一个实施方式的细胞培养用容器中，所述刺激响应性高分子材料可以是温度响应性高分子材料。
[11]在根据一个实施方式的细胞培养用容器中，所述控制信号接收材料可以是有机化合物、金属结构体或碳材料。
[12]在根据一个实施方式的细胞培养用容器中，所述金属结构体可以是金纳米棒。
[13]在根据一个实施方式的细胞培养用容器中，所述添加剂可以是酶、细胞因子、分化诱导因子、抗体等蛋白质；激素等肽类；抗生素、氨基酸或葡萄糖、视黄酸等低分子量化合物；DNA等核酸；
纳米颗粒或脂质体。
[14]在根据一个实施方式的细胞培养用容器中，所述控制信号接收材料所接收的控制信号可以是近红外光。
根据上述[1]至[14]，可以提供一种细胞培养用载体或细胞培养用容器，它们能够控制添加剂的具体供给，可以大量地培养细胞，并且可以低成本制造。
发明的效果
根据本公开，可以提供一种通过调节添加剂的扩散速度来有效且简便地控制添加剂向培养基的添加的技术。
附图简要说明
[图1]是表示添加剂扩散机构的方式的一个例子的剖视图，(a)为添加剂保持部的外周被不透过部和扩散调节部所包围的方式；(b)为添加剂保持部的整个外周被扩散调节部所包围的方式；(c)为使刺激响应性材料兼具起到添加剂保持部及扩散调节部的作用的方式。
[图2]是用于说明通过包含温度响应性材料的膜结构体的添加剂的扩散速度变化的图。
[图3]是用于说明通过向包含温度响应性材料和近红外线吸收体的膜结构体发送近红外线而使通过膜结构体的添加剂的扩散速度变化的图。
[图4]是表示培养用容器的方式的一个例子的示意图。
[图5]是表示具备多个培养部的培养用容器的一个例子的示意图，(a)为以包围培养用添加剂扩散机构的方式设置多个培养部的方式；(b)为在培养用添加剂扩散机构的单个面上设置多个培养部的方式。
[图6]是表示具备多个添加剂扩散机构的培养用容器的一个例子的示意图。
[图7]是表示具备多个培养部及添加剂扩散机构的培养用容器的一个例子的示意图。
[图8]是表示具备球状的添加剂扩散机构的培养用容器的一个例子的示意图。
[图9]是表示培养系统的一个例子的示意性构成的图。
[图10]是表示培养系统的基本构成的一个例子的功能框图。
[图11]是表示具备培养用容器信号传输路径的培养系统的一个例子的示意性构成的图，其中该培养用容器信号传输路径具备多个培养部和添加剂扩散机构。
[图12]是表示具备信号传输路径的培养系统的一个例子的示意性构成的图。
[图13]是表示使用了具备多个培养部的培养用容器的培养系统的一个例子的示意性构成的图。
[图14]是表示使用了具备多个添加剂扩散机构的培养用容器的培养系统的一个例子的示意性构成的图。
[图15]是表示具备搬送部的培养系统的一个例子的示意性构成的图。
[图16]是表示具备由半透膜构成的半透膜部的培养系统的一个例子的示意性构成的图。
[图17]是表示通过培养系统调节添加剂扩散速度的方法的一个例子的流程图。
[图18]是表示在盖子的内侧设置有添加剂扩散机构的培养用容器的一个例子的示意图。
[图19]是用于说明通过包含温度响应性材料的膜结构体的添加剂的扩散速度变化的图。
[图20]是用于说明通过向包含温度响应性材料和近红外线吸收体的膜结构体发送近红外线而使通过膜结构体的添加剂的扩散速度变化的图。
[图21]是表示细胞培养用载体的一个例子的示意图。
[图22]是表示细胞培养用载体的一个例子的示意图。
[图23]是表示细胞培养用载体的一个例子的示意图。
[图24]是表示细胞培养用载体的一个例子的示意图。
[图25]是表示细胞培养用载体的一个例子的示意图。
[图26]是表示细胞培养用载体的一个例子的示意图。
[图27]是说明使用了细胞培养用容器的一个例子的细胞培养方法的示意图。
[图28]是表示细胞培养用容器的一个例子的示意图。
[图29]是表示细胞培养用容器的一个例子的示意图。
[图30]是表示细胞培养用容器的一个例子的示意图。
[图31]是表示细胞培养用容器的一个例子的示意图。
[图32]是表示细胞培养用容器的一个例子的示意图。
[图33]是表示细胞培养用容器的一个例子的示意图。
[图34]是表示细胞培养用容器的一个例子的示意图。
[图35]是表示细胞培养用容器的一个例子的示意图。
具体实施方式
以下，基于附图对本公开的实施方式进行说明。在各个附图中个，相同的附图标记表示相同或等同的构成要素。
[培养用添加剂扩散机构]
本公开的培养用添加剂扩散机构可以在向培养细胞等培养对象的培养基中添加添加剂时使用，并且具备：保持用于培养对象的培养的添加剂的添加剂保持部、以及调节添加剂从添加剂保持部内向添加剂保持部外的扩散速度的扩散调节部。如此地，通过设置调节添加剂从添加剂保持部内向添加剂保持部外的扩散速度的扩散调节部，从而可以适当地调节通过扩散调节部而向添加剂保持部外扩散的添加剂的量及添加的时机，因此，如同后面对该培养用添加剂扩散机构进行说明的那样，通过具备(例如)培养用容器，从而可以控制添加剂向培养基的添加。
如上所述，以往，添加剂向培养基的添加主要是以下方法：向流体中添加添加剂，并通过该液体的对流来添加添加剂。与此相对，根据本公开的培养用添加剂扩散机构，不依靠流体的流动，而是利用分子的扩散现象来添加添加剂，因而与常规技术不同，不需要设计用于使流体流动的流路。因此，根据本公开的培养用添加剂扩散机构，通过比常规更简便的装置构成，可以控制添加剂的添加。另外，与通过手动或分配器来添加添加剂的方法不同，没有添加剂被吸附到芯片上的风险。此外，在通过手动或分配器来添加添加剂的方法中，存在有芯片被污染所造成的污染风险，但是根据本公开的培养用添加剂扩散机构，在培养期间可以在不从培养用容器等中取出培养用添加剂扩散机构的情况下控制添加剂的添加，因而降低了由添加剂的添加所引起的污染风险。因此，根据本公开的培养用添加剂扩散机构，与通过手动或分配器来添加添加剂的方法相比，可以有效地控制添加剂的添加。
进一步讲，根据本公开的培养用添加剂扩散机构，可以以更接近于向生物体内的细胞供给物质的状态的形式向细胞添加添加剂。也就是说，在大量的多细胞生物的生物体内，为了向细胞供给物质，并用了以下系统：(i)为了供给全身所需要的物质而通过心脏等泵机构以使包含物质的体液遍及全身的系统、以及(ii)为了供给局部所需要的物质而通过扩散将细胞所分泌的微量物质供给至其他细胞的系统。以往，虽然存在有如前者(i)的系统那样地通过使包含添加剂的流体对流以向细胞添加添加剂的技术，但是尚未研究将如后者(ii)的系统那样地利用扩散现象的添加剂添加方法应用于培养的方法。本发明人研究了后者(ii)的系统，发现通过利用扩散现象来添加添加剂，可以以更接近于向生物体内的细胞供给物质的状态的形式来添加在生物体内由局部扩散所供给的分化诱导因子及细胞增殖因子等添加剂，从而完成了根据本公开的培养用添加剂扩散机构。根据本公开的培养用添加剂扩散机构，由于可以以更接近于向生物体内的细胞供给物质的状态的形式向细胞添加添加剂，因而能够进行更忠实模仿生物体内的环境的培养。
使用图1(a)及(b)，对培养用添加剂扩散机构的具体方式的一个例子进行说明。图1是示意性地表示培养用添加剂扩散机构23的一个例子的截面的图。如图1(b)所示，添加剂保持部20的整个外周可以被扩散调节部22包围，如图1(a)所示，添加剂保持部20的外周也可以被扩散调节部22以及不使添加剂扩散或透过的不透过部41所包围。
(添加剂保持部)
添加剂保持部20将添加剂保持在添加剂保持部20内，以使得添加剂不经由扩散调节部22就不会扩散到添加剂保持部20外。需要说明的是，在本说明书中，所谓的添加剂不扩散，指的是添加剂的扩散被认为基本上为零的状态。添加剂保持部20的具体方式没有特别限定，但是为了使添加剂经由扩散调节部22而逐渐地向添加剂保持部20的外部扩散，优选至少部分地包含可将添加剂内包起来的多孔材料。更优选地，添加剂保持部20全部由多孔材料20形成。多孔材料可以是基于共价键的化学凝胶或基于非共价分子间力等的物理凝胶等高分子凝胶，也可以是其中共价键及非共价分子间力有助于形成凝胶结构的高分子凝胶。具体地，作为多孔材料，可以使用由琼脂糖、糊精、果胶、海藻酸钠、黄原胶等糖链形成的水凝胶；由胶原蛋白、透明质酸、弹性蛋白、明胶等蛋白质形成的水凝胶；由聚丙烯酰胺、聚乙二醇、有机硅等合成高分子形成的水凝胶；以及介孔碳、介孔硅铝酸盐、介孔二氧化硅等无机材料。由于容易形成与各种添加剂相同程度的微孔，因而更优选添加剂保持部部分地包含水凝胶。
为了提高与要保持的添加剂的亲和性，上述多孔材料可以通过适当官能团来进行修饰。为了防止添加剂的不必要的扩散，通过官能团修饰多孔材料，使该官能团与添加剂反应以形成共价键或非共价键，从而可将添加剂固定在多孔材料上。需要说明的是，从适当地扩散添加剂的观点出发，官能团与添加剂的键优选为非共价键。作为附加至多孔材料的官能团，可列举出：羟基、氨基、亚氨基、磺基、活性酯基及羧基等亲水基团；以及烷基、苯基及氟代烷基等疏水基团。
此外，在上述多孔材料上可以结合有能够特异性识别添加剂并与其结合的分子。例如，多孔材料上可以结合有：特异性结合蛋白质等特定分子的抗体或适体；特异性结合具有特定碱基序列的核酸的单链DNA；以及特异性结合糖链的凝集素等。另外，多孔材料也可以包含特异性识别添加剂的分子印迹材料。
(扩散调节部)
扩散调节部22调节添加剂从添加剂保持部20内到添加剂保持部20外的扩散速度。作为扩散速度的调节，只要至少切换添加剂向添加剂保持部20外的扩散得以促进的状态/添加剂向添加剂保持部20外的扩散受到抑制的状态(包括扩散基本上为零的状态)这2个状态即可。扩散调节部22例如可以通过利用电磁阀等物理屏障的方法来控制扩散速度，或者也可以通过使用刺激响应性材料等化学物质的状态变化的方法来控制扩散速度。另外，扩散调节部22可以通过改变添加剂保持部20内的表面与添加剂的亲和性来调节扩散速度。
在一个实施方式中，培养用添加剂扩散机构23可根据至少一个环境参数的变化来改变添加剂的扩散速度。根据该构成，通过使环境参数改变，例如使添加剂对扩散调节部22的透过性、添加剂保持部20内的表面与添加剂的亲和性、或者电磁阀等阀门的打开关闭，从而可以改变添加剂的扩散速度，因此，可以在不采用复杂的装置构成的情况下利用简便的构成来控制添加剂的添加。
优选地，扩散调节部22是至少部分地包含环境响应性材料的膜结构体或阀门。作为环境响应性材料，可列举出刺激响应性材料、形状记忆聚合物、形状记忆合金及弹性体等。通过改变环境参数，这些环境响应性材料的结构发生变化，添加剂对膜结构体的透过性发生变化，或者构成阀门的部件发生伸缩或弯曲等变形，使得阀门打开或关闭，从而添加剂的扩散速度发生变化。
环境响应性材料所响应的环境参数没有特别限定，例如在环境响应性材料是刺激响应性材料的情况下，可列举出温度、光、pH、磁场、电场、声波、氧化还原及分子浓度等刺激；在环境响应性材料是形状记忆聚合物的情况下，可列举出光及温度；在环境响应性材料是形状记忆合金的情况下，可列举出温度；或者在环境响应性材料是弹性体的情况下，可列举出压力。
扩散调节部22优选在上述环境响应性材料当中特别包含刺激响应性材料。由于扩散调节部22包含刺激响应性材料，通过控制施加至扩散调节部22的刺激，使得(例如)添加剂对扩散调节部22的透过性、添加剂保持部20内的表面与添加剂的亲和性发生变化，从而可以改变添加剂的扩散速度。因此，与需要复杂的流路来控制添加剂的添加的现有技术相比，可以在不采用复杂的装置构成的情况下利用简便的构成来控制添加剂的添加。
优选地，扩散调节部22是至少部分地包含刺激响应性材料的膜结构体或阀门。刺激响应性材料的种类没有特别限制，可以适当地使用对上述特定刺激做出响应的材料。由于这些刺激响应性材料受到刺激而发生结构变化，因而添加剂对膜结构体的透过性发生变化，或者构成阀门的部件发生伸缩或弯曲等变形，使得阀门打开或关闭。因此，可以调节添加剂通过扩散调节部22的扩散速度。
在一个例子中，刺激响应性材料可以是通过刺激而从凝集状态变为膨润状态的刺激响应性材料。作为这样的刺激响应性材料，可以使用温度响应性材料、pH响应性材料、分子响应性材料、光响应性材料、氧化还原响应性材料及声波响应性材料等。
作为刺激响应性材料，在上述各种刺激当中，由于通过刺激响应性材料的局部加热及热扩散，能够将细胞等培养对象的周围的温度上升控制在基本上不对培养产生不利影响的范围内，因而优选使用对细胞的不利影响少的温度响应性材料。作为温度响应性材料，例如可以使用最低临界溶解温度(LCST；Lower Critical Solution Temperature)型高分子以及最高临界溶解温度(UCST；Upper Critical Solution Temperature)型高分子。在水溶液中，LCST型高分子在LCST以下的温度下为亲水性(卷曲状；膨润状态)，若为高于LCST的温度，则相转变为疏水性(球状；凝集状态)。在水溶液中，UCST型高分子在低于UCST的温度下为疏水性(球状；凝集状态)，若为UCST以上的温度，则相转变为亲水性(卷曲状；膨润状态)。
作为上述LCST型高分子，可以使用聚酰胺类LCST型高分子、聚醚类LCST型高分子、磷酸酯类LCST型高分子、以及掺入有蛋白质的聚合物等。更具体地，可以使用聚(N-异丙基丙烯酰胺)、泊洛沙姆(Poloxamer)、聚(N-乙烯基己内酰胺)、聚甲基乙烯基醚、甲基纤维素、由Conrad等人报道的含弹性蛋白的聚合物(Conrad et al.,(2009))。作为UCST型高分子，可以使用聚(烯丙胺-co-烯丙基脲)、聚(丙烯酰胺-co-丙烯腈)、羟丙基纤维素、泊洛沙姆407等泊洛沙姆、甲基丙烯酰胺聚合物、以及具有磺基甜菜碱基的聚甲基丙烯酸酯等。这些高分子可以单独或组合多种使用。另外，LCST型高分子或UCST型高分子也可以是使用选自由异丙基丙烯酰胺、己内酰胺、烯丙胺、烯丙基脲、磺基甜菜碱、乙二醇、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、降冰片烯、磷腈、甲基乙烯基醚、丙烯腈以及丙交酯组成的组中的2种以上的单体所形成的嵌段共聚物。这些嵌段共聚物的相变温度可以根据所使用的单体的种类和比例来调整。此外，也可以将LCST型高分子和UCST型高分子组合用作刺激响应性材料。这些温度响应性材料的相变温度可以根据要引入的官能团的量等适当地调节。例如，作为要引入的官能团，可以使用烷基、酰胺基、哌嗪基、吡咯烷基、缩醛基、缩酮基、噁唑啉基、氧乙烯基、磺酸酯基、醇基、磺基甜菜碱基、尿嘧啶基、脲基以及甘氨酰胺基等。为了适当地控制添加剂的扩散，温度响应性材料的相变温度优选在与培养温度不同的温度范围内。另外，温度响应性材料的相变温度优选为不会对培养造成不利影响的温度。在一个例子中，温度响应性材料的相变温度优选在20℃至60℃的范围内。当以人类等的动物细胞作为培养对象时，为了成为与作为培养温度的37℃左右不相同的温度范围，相变温度优选为38℃以上50℃以下。
使用图2，对通过包含从凝集状态变为膨润状态的刺激响应性材料的膜结构体的添加剂的扩散速度变化进行说明。在图2中，列举包含LCST型高分子或UCST型高分子的膜结构体作为例子来说明。在图2的例子中，放大示出了在保持添加剂38的添加剂保持部20与添加剂保持部20外(在图2的例子中为后述的培养用容器所具备的培养部11)的边界处设置有包含LCST型高分子或UCST型高分子的膜结构体作为扩散调节部22的构成。如图2所示，膜结构体中所含的LCST型高分子在高于LCST的温度下为凝集状态(状态X)，膜结构体中所含的UCST型高分子在低于UCST的温度下为凝集状态(状态X)。关于LCST型高分子，通过使温度成为小于LCST，从而相变为膨润状态(状态Y)，另外关于UCST型高分子，通过使温度成为UCST以上，从而相变为膨润状态(状态Y)。在亲水性的膨润状态下，添加剂保持部20内的添加剂38能够透过添加剂保持部20(膜结构体)。因此，根据添加剂保持部20内外的添加剂38的浓度差，添加剂38扩散到添加剂保持部20外(培养部11内)。如上所述，通过温度控制，可以使添加剂38的扩散速度发生变化(在图2的例子中，扩散被认为基本为零的状态/发生扩散的状态这两个阶段)。
需要说明的是，尽管不希望受到理论的束缚，但是作为添加剂38在刺激响应性材料的膨润状态(状态Y)下能够透过添加剂保持部20(膜结构体)的原因，假定为以下方面：(i)在膨润状态下，构成添加剂保持部20(膜结构体)的刺激响应性材料的凝胶的密度低，因此添加剂能够透过凝胶的间隙；以及(ii)在膨润状态下，刺激响应性材料成为亲水性的，使得成为扩散驱动力的水分子能够透过添加剂保持部20(膜结构体)。
需要说明的是，虽然未图示，但是当将如图2所示的膜结构体作为扩散调节部22时，优选的是，事先假定刺激响应性材料的收缩量，在膨润状态下仍具有裕度的情况下设计培养用添加剂扩散机构23。
此外，如图19所示，可以将从凝集状态向膨润状态可逆地变化的刺激响应性材料49的末端结合到添加剂保持部20，形成覆盖添加剂保持部20的膜结构体，从而作为扩散调节部22。在图19中放大示出了将刺激响应性材料49的末端结合到保持添加剂38的添加剂保持部20、并在与添加剂保持部20外(在图19的例子中为后述培养用容器所具备的11)的边界处设置膜结构体的构成。凝集状态(状态X)的刺激响应性材料49通过刺激而相变为膨润状态(状态Y)。在膨润状态下，添加剂保持部20内的添加剂38透过添加剂保持部20(膜结构体)，向添加剂保持部20外(在图19的例子中为培养部11内)扩散。由此，可以通过刺激来改变添加剂38的扩散速度。
此外，对于通过包含从凝集状态变为膨润状态的刺激响应性材料的阀门的添加剂的扩散速度变化进行说明。通过刺激，刺激响应性材料从凝集状态变为膨润状态，使得刺激响应性材料的体积发生变化。由此，构成阀门的部件发生伸缩或弯曲等变形，阀门打开或关闭，添加剂的扩散速度发生变化。
另外，作为上述pH响应性材料，例如可以使用聚氰胺(polycyamine)。通过降低pH使氨基质子化，主链变硬，使得包含聚氰胺的凝胶从凝集状态变为膨润状态。因此，通过将包含pH响应性材料的膜结构体或阀门作为扩散调节部22，并调节扩散调节部22外部的pH，从而可以调节通过扩散调节部22的添加剂的扩散速度。
作为上述分子响应性材料，例如可以使用将凝集素等具有分子识别能力的分子固定而得的凝胶、或者将酶固定而得的凝胶。包含这些分子响应性材料的凝胶根据分子结合的有无而从凝集状态变为膨润状态。由此，通过将包含分子响应性材料的膜结构体或阀门作为扩散调节部22，并调节扩散调节部22外部的分子浓度，从而可以调节通过扩散调节部22的添加剂的扩散速度。
作为上述光响应性材料，例如可以使用包含偶氮苯基和环糊精基的聚合物、与偶氮苯键合的聚丙烯酸、以及硝基肉桂酸酯化聚乙二醇。由这些光响应性材料构成的凝胶通过各种波长的光的照射而从凝集状态变为膨润状态。由此，通过将包含光响应性材料的膜结构体或阀门作为扩散调节部22，并调节对扩散调节部22的光的照射，从而可以调节通过扩散调节部22的添加剂的扩散速度。
刺激响应性材料可以是对氧化还原做出响应的氧化还原响应性材料。作为氧化还原响应性材料，例如可以使用将主体分子环糊精(CD)和氧化还原响应性客体分子二茂铁(Fc)引入至侧链而得的聚合物或高分子凝胶。这些氧化还原响应性材料对氧化还原做出响应，随着凝胶内部的交联密度的变化而从凝集状态变为膨润状态。由此，通过将包含氧化还原响应性材料的膜结构体或阀门作为扩散调节部22，并调节扩散调节部22外部的氧化剂和/或还原剂的量，或者施加电位等的刺激，从而使氧化还原响应性材料的氧化还原状态发生变化，可以调节通过扩散调节部22的添加剂的扩散速度。
刺激响应性材料可以是对声波做出响应的声波响应性材料。在一个例子中，声波响应性材料是超声波响应性材料。作为超声波响应性材料，例如可以使用Isozaki等人所报道的具有五亚甲基链的抗型双核钯配合物anti-1a(Isozaki et al.,(2007))。这些超声波响应性材料根据有无超声波照射而从凝集状态变为膨润状态。由此，通过将包含声波响应性材料的膜结构体或阀门作为扩散调节部22，并调节声波对扩散调节部22的辐射，从而可以调节通过扩散调节部22的添加剂的扩散速度。
另外，刺激响应性材料可以是对电场做出响应的电场响应性高分子材料。作为电场响应性高分子材料，例如可以使用聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸-η-甲基丙烯酸正丁酯)。聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸-η-甲基丙烯酸正丁酯)具有负电荷，与添加物发生静电相互作用，该静电相互作用受到电场极大影响。由此，通过将包含聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸-η-甲基丙烯酸正丁酯)的膜结构体作为扩散调节部22，并施加电场，从而可以调节通过膜结构体的添加物的透过性，进而调节扩散速度。
此外，刺激响应性材料可以是对磁场做出响应的磁场响应性高分子材料。作为磁场响应性高分子材料，例如可以使用将磁性颗粒混合或固定至具有弹性的材料而得的材料。通过由包含这些磁场响应性高分子材料的凝胶构成作为扩散调节部22的阀门的部件，由于固定于内部弹性材料的磁性颗粒被磁场所吸引，因而阀门的部件发生伸缩或弯曲等变形，使得阀门打开或关闭。由此，通过施加磁场，从而可以调节通过扩散调节部22的添加剂的添加速度。
当刺激响应性材料为高分子材料时，刺激响应性材料可以是(例如)直链状的聚合物或分支状的聚合物。刺激响应性材料也可以是环状的聚合物。刺激响应性材料的分子之间可以是交联的。刺激响应性材料可以形成聚合物刷结构。需要说明的是，当添加剂的分子尺寸小时，为了防止添加剂的不必要的扩散，优选通过交联、聚合物刷结构等来使刺激响应性材料成为高密度。
除了如上所述的刺激响应性材料之外，环境响应性材料还可以包含将特定的控制信号转换为刺激响应性材料会做出响应的刺激的控制信号接收材料。通过环境响应性材料包含控制信号接收材料，可以将特定的控制信号转换为刺激响应性材料会做出响应的刺激，因而可以通过给予特定的控制信号来控制扩散速度。
优选地，扩散调节部22是部分地包含刺激响应性材料和控制信号接收材料的膜结构体或阀门。在该膜结构体或阀门内，刺激响应性材料和控制信号接收材料可以被构造成使得刺激响应性材料可以接收由控制信号接收材料发出的刺激。在一个例子中，刺激响应性材料和控制信号接收材料是交联的。另外，在使刺激响应性材料固化之前混合控制信号接收材料并进行混炼，随后使刺激响应性材料固化，从而可以使刺激响应性材料和控制信号接收材料成为控制信号接收材料不能从刺激响应性材料扩散的方式。
作为控制信号接收材料，可以进行选择以使得其与刺激响应性材料成为适当的组合，例如可以使用吸收近红外线而产生热量的近红外线吸收体、通过施加交流磁场而产生热量的磁性纳米颗粒、以及吸收光而表现出氧化还原能力的以氧化钛为代表的光催化剂等。
作为刺激响应性材料，可以使用上述各种刺激响应性材料。在上述刺激响应性材料当中，通过刺激而从凝集状态变为膨润状态的刺激响应性材料是优选的。
作为刺激响应性材料，在从凝集状态变为膨润状态的刺激响应性材料当中，温度响应性材料是特别优选的。在一个例子中，环境响应性材料包含作为刺激响应性材料的温度响应性材料、以及作为控制信号接收材料的吸收近红外线的近红外线吸收体，并且温度响应性材料根据近红外线吸收体的温度变化而使添加剂的扩散速度发生变化。在该构成中，使用近红外线作为控制信号，使用近红外线吸收体作为控制信号接收材料。近红外线吸收体吸收被照射的近红外射线作为控制信号，放出热量。通过该热量，近红外线吸收体附近的温度响应性材料的结构发生变化，例如改变添加剂对扩散调节部22的透过性、阀门的打开和关闭，从而可以改变添加剂的扩散速度。需要说明的是，由于温度响应性材料的结构根据温度而可逆地变化，因而当停止近红外线的照射，并且近红外线吸收体不发出热量时，温度降低导致温度响应性材料的结构恢复到初始的状态，添加剂的扩散速度恢复到原来的状态。近红外线不会对细胞等培养对象造成不利影响，仅加热近红外线吸收体附近，并且仅在不会因热扩散而造成不利影响的范围内加热培养对象周围。由此，根据本构成，可以以对培养对象的侵袭性低的形式控制添加剂的添加。
作为近红外线，优选使用水分子难以吸收的波长，例如可以使用650nm以上、1000nm以上、1500nm以上，950nm以下、1350nm以下、1800nm以下的波长。
作为近红外线吸收体，可以使用有机化合物、金属结构体、碳结构体等。需要说明的是，作为近红外线吸收体，优选即使在制造时与温度响应性材料混合也难以沉降的吸收体，并且为了有效地吸收近红外线，表面积大的吸收体是优选的，因此，优选使用尺寸小的吸收体。
作为近红外线吸收体，在金属结构体当中，金属纳米棒是优选的，这是因为其可以通过调整纵横比来改变吸收光谱，从稳定性的观点出发，金纳米棒是更优选的。作为金属纳米棒，可以使用横向方向上的直径为5nm至100nm左右的金属纳米棒。
作为有机化合物，有机染料是优选的，作为有机染料，可以适当地使用花青染料、酞菁染料、萘酞菁化合物、镍连二硫烯(nickeldithiolene)配合物、方酸鎓染料、醌类化合物、二亚胺盐化合物、偶氮化合物、卟啉化合物、二硫醇金属配合物、萘醌化合物以及二亚胺盐化合物等。
另外，作为有机化合物，也可以使用含有有机染料的树脂制的颗粒。需要说明的是，含有有机染料的树脂的形状不限于颗粒状。通过在树脂中含有有机染料，可以抑制有机染料向培养液中的泄漏，因而在避免有机染料对细胞等培养对象造成影响的方面是有效的。
作为碳结构体，可以适当地使用碳纳米管、富勒烯及碳纳米线等。作为碳纳米管，可以使用直径为0.4nm至50nm左右的碳纳米管。
这些近红外线吸收体可以单独或组合多种使用。
可以通过修饰以将适当的官能团附加到这些近红外线吸收体中，从而使其与温度响应性材料交联。特别地，作为近红外线吸收体，当使用金属结构体或碳结构体时，为了与温度响应性材料交联，优选通过修饰将官能团附加到表面上。附加到金属结构体上的官能团可以是(例如)甲基、氨基及羧基等。另外，附加到碳结构体上的官能团可以是(例如)羟甲基、硝基、羧基、酰氯基、硼酸基等。
优选地，扩散调节部22是至少部分地包含温度响应性材料和近红外线吸收体的膜结构体或阀门。在一个例子中，膜结构体或阀门包含通过交联剂而将温度响应性材料和近红外线吸收体交联而得的交联体，通过由近红外线的照射所引起的该交联体的结构变化，从而改变添加物的扩散速度。
使用图3，对通过包含从凝集状态变为膨润状态的刺激响应性材料、以及控制信号接收材料的膜结构体的添加剂的扩散速度变化进行说明。在图3中，列举了通过向包含温度响应性材料和近红外线吸收体的膜结构体发送近红外线而使通过膜结构体的添加剂的扩散速度发生变化的构成作为例子来进行说明。在图3的例子中，放大示出了在保持添加剂38的添加剂保持部20与添加剂保持部20外(在图3中为后述的培养用容器所具备的培养部11)的边界处设置有包含UCST型高分子和近红外线吸收体39的膜结构体作为扩散调节部22的构成。需要说明的是，虽然未图示，但是近红外线吸收体39和UCST型高分子是交联的。如图2所示，膜结构体中所含的UCST型高分子在低于UCST的温度下为凝集状态(状态X)。当向该膜结构体照射近红外线(控制信号34)时，近红外线吸收体39吸收近红外线而产生热量，近红外线吸收体39周围的温度局部地升高。由于该温度升高，温度成为UCST以上，使得UCST型高分子相变为膨润状态(状态Y)。在亲水性的膨润状态下，添加剂保持部20内的添加剂38能够透过添加剂保持部20(膜结构体)。由此，根据添加剂保持部20内外的添加剂38的浓度差，添加剂38扩散到添加剂保持部20外(培养部11内)。如上所述，通过照射近红外线，从而可以改变添加剂38的扩散速度。
虽然未图示，但是在膜结构体包含LCST型高分子的情况下，与上述相反地，通过近红外线的照射，使得膜结构体中所含的LCST型高分子从膨润状态(状态Y)相变为凝集状态(状态X)，从而可以改变添加剂38的扩散速度。
另外，如图20所示，使从凝集状态向膨润状态可逆地变化的刺激响应性材料49的一端结合至添加剂保持部20，且使控制信号接收材料(图20的例子中为近红外线吸收体39)结合到另一端，从而形成覆盖添加剂保持部20的膜结构体，并可以设为扩散调节部22。在图20中，放大示出了使刺激响应性材料49的一端结合至保持添加剂38的添加剂保持部20且使控制信号接收材料(图20的例子中为近红外线吸收体39)结合到另一端、并且在与添加剂保持部20外(图20的例子中为后述的培养用容器所具备的11)的边界处设置有膜结构体的构成。当向该膜结构体照射近红外线等控制信号34时，控制信号接收材料(在图20的例子中为近红外线吸收体39)接收控制信号34，将控制信号34转换为刺激响应性材料49会做出响应的刺激。凝集状态(状态X)的刺激响应性材料49收到由控制信号接收材料所转换的刺激，从而相变为膨润状态(状态Y)。在膨润状态下，添加剂保持部20内的添加剂38透过添加剂保持部20(膜结构体)，扩散至添加剂保持部20外(在图19的例子中为培养部11内)。由此，通过刺激，可以改变添加剂38的扩散速度。
需要说明的是，添加剂保持部20和扩散调节部22可以包含相同的材料。在一个实施方式中，如图1(c)所示，培养用添加剂扩散机构23包含通过刺激而从凝集状态变为膨润状态的刺激响应性材料。通过使添加剂直接负载于该刺激响应性材料，从而可以使该刺激响应性材料兼具添加剂保持部20和扩散调节部22的作用。通过对该培养用添加剂扩散机构23施加刺激，使得刺激响应性材料从凝集状态变为膨润状态。在发生这种变化时，凝集状态下负载于刺激响应性材料的添加剂在膨润状态下能够从刺激响应性材料扩散出来。由此，通过刺激，可以控制添加剂的扩散。如此地，通过采用相同材料来构成添加剂保持部20和扩散调节部22，从而可以更简便地制造培养用添加剂扩散机构23。
此外，在图1(c)的方式中，培养用添加剂扩散机构23包含对电场做出响应的电场响应性高分子材料作为刺激响应性材料，通过将添加剂内包在该电场响应性高分子材料中，从而可以使该电场响应性高分子材料兼具添加剂保持部20和扩散调节部22的作用。作为电场响应性高分子材料，例如可以使用聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸-η-甲基丙烯酸丁酯)。聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸-η-甲基丙烯酸丁酯)具有负电荷，与添加剂发生静电相互作用，该静电相互作用受到电场的极大影响。由此，通过将添加剂内包在聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸-η-甲基丙烯酸丁酯)等电场响应性高分子材料中，通过施加电压来改变添加物和电场响应性高分子材料的静电相互作用，可以改变添加物的扩散系数扩散阻力，因而可以调节来自培养用添加剂扩散机构23的添加物的扩散速度。
在本方式中，作为通过刺激而从凝集状态变为膨润状态的刺激响应性材料，可以适当地使用上述的温度响应性材料、pH响应性材料、分子响应性材料、光响应性材料、氧化还原响应性材料及声波响应性材料等。另外，在本方式中，除了刺激响应性材料以外，培养用添加剂扩散机构23还可以包含控制信号接收材料。需要说明的是，刺激响应性材料和控制信号接收材料的细节如上所述，因此在此省略其描述。
(不透过部)
不透过部41不会使添加剂扩散或透过。不透过部41的具体方式没有特别限定，但是优选由对添加剂没有亲和性的材料构成。不透过部41由(例如)疏水性高分子等有机材料、或者金属薄膜等无机材料构成。在通过控制信号34来调节扩散速度的方式中，不透过部41优选由非疏水性高分子构成，这是因为其不阻挡控制信号34。另外，可以将用作添加剂保持部20的多孔材料的表面交联以形成不透过部41。
需要说明的是，虽然未图示，但是添加剂保持部20外部侧的表面可以被覆有与构成添加剂保持部20的材料不同的材料。通过采用与构成添加剂保持部20的材料不同的材料来覆盖添加剂保持部20外部侧的表面，从而可以防止诸如以下情况：添加剂或培养基中的成分吸附至不透过部41；或者添加剂保持部20的成分泄漏到培养基中。
另外，虽然在图1(a)至(c)中图示了将培养用添加剂扩散机构23的整体形状设为长方体的例子，但是培养用添加剂扩散机构23的整体形状不限于此。例如，培养用添加剂扩散机构23的整体形状可以是球形。通过使培养用添加剂扩散机构23的整体形状为球形，使得培养用添加剂扩散机构23的制造变得特别容易。例如，图1(b)或(c)所示方式的球形的培养用添加剂扩散机构23可以通过(例如)在不使用模具的情况下将材料溶液滴加至液体中(液体中滴加法)以将整体形状制成球形。
(添加剂)
添加剂可以根据培养对象和培养目的而选择，例如可以是低分子量化合物、核酸、脂质、蛋白质、糖、氨基酸等。作为蛋白质，可以将已知具有生物学信号功能的分化诱导因子、细胞增殖因子、抗体、激素及趋化因子等作为添加剂。作为低分子量化合物，可以将与酶或受体等结合并抑制其活性的抑制剂和抗生素等作为添加剂。添加剂可以是人工化学合成的物质，也可以是天然获得的物质。根据培养方案，可以将表面活性剂作为添加剂。另外，添加剂可以是包含多种成分的外泌体或脂质体等囊泡、生物材料提取物或细胞分泌物。添加剂不限于化学物质，也可以是病毒。
需要说明的是，除了使添加剂自身保持在添加剂保持部20中以外，还可以设为将无细胞蛋白质合成系统内包在添加剂保持部20中、并添加由该合成系统所合成的蛋白质作为添加剂的方式。除了核糖体、tRNA、氨基酰化tRNA合成酶、翻译起始因子、翻译延伸因子及翻译终止因子等翻译成分以外，无细胞蛋白质合成系统还可以包含氨基酸、ATP和GTP等能量分子、镁离子等盐类、以及DNA或mRNA等模板。根据本方式，即使在蛋白质稳定性低的情况下，或者即使在难以分离蛋白质的情况下，也可以适当地用作添加剂。
另外，可以设为以下方式：将微生物或动物细胞内包在添加剂保持部20中，并且添加来自微生物或动物细胞的分泌物作为添加剂。根据本方式，即使在分泌物的稳定性低的情况下，或者即使在难以分离分泌物的情况下，也可以适当地用作添加剂。此外，即使要添加的成分是未知的，也可以通过将分泌该成分的微生物或动物细胞内包在添加剂保持部20中而适当地作为添加剂添加。
上述添加剂可以单独或组合多种使用。当组合多种添加剂进行添加时，可以使多种添加剂保持在1个添加剂保持部20中，或者如下文所述，也可以对1个培养用容器设置多个培养用添加剂扩散机构23，且使各种类型的添加剂保持在该多个培养用添加剂扩散机构23的细胞保持部中。
(培养对象)
对于可使用培养用添加剂扩散机构23进行培养的培养对象物，没有特别限定。优选地，可以培养细胞作为培养对象。作为细胞，可以培养粘附性细胞及浮游性细胞中的任一者。另外，作为细胞，可以是单细胞生物、动物细胞、植物细胞、昆虫细胞及肿瘤细胞中的任一者。此外，也可以是干细胞及来自于器官的细胞。作为干细胞，可列举出iPS细胞、ES细胞、间充质干细胞、造血干细胞、神经干细胞及Muse细胞等。
另外，培养用添加剂扩散机构23不仅可以用于单细胞的培养，而且也可以用于多个细胞集合而形成的组织、以及多细胞微生物的培养。
<细胞培养用载体>
在一个实施方式中，培养用添加剂扩散机构是在具有高分子的刺激响应性材料(即刺激响应性高分子材料)和控制信号接收材料的细胞培养用刺激响应性基材上负载有作为活性物质的添加剂的用于培养细胞的细胞培养用载体。
在本实施方式的细胞培养用载体中，在细胞培养用刺激响应性基材上负载有添加剂。对于细胞培养用载体，在接收控制信号之前，细胞培养用刺激响应性基材中的刺激响应性高分子材料凝集在一起。在该凝集状态下，由于聚合物的密度高或疏水性高，使得聚合物在水中的溶解度低，所负载的添加剂不会扩散至载体外，因此继续负载在载体上。成为了添加剂存储在细胞培养用载体中的状态。
当接收控制信号时，细胞培养用刺激响应性基材中的刺激响应性高分子材料的凝集变得松散。因此，在水中的溶解性提高并发生膨润，所负载的添加剂扩散至载体外。此外，当停止控制信号的输入时，细胞培养用刺激响应性基材再次成为凝集状态，添加剂的扩散停止。通过控制控制信号的输入，从而可以可逆地控制刺激响应性高分子材料的凝集。也就是说，本实施方式的细胞培养用载体可以通过控制控制信号的输入来具体地控制添加剂的扩散。
以下，对本实施方式的细胞培养用载体进行详细说明。
首先，对细胞培养用载体的第1实施方式进行说明。
图21中示出了第1实施方式的细胞培养用载体23a的截面的示意图。图21所示的细胞培养用载体23a处于添加剂38负载在细胞培养用刺激响应性基材60上的状态。通过将添加剂38直接负载在细胞培养用刺激响应性基材60上，使得结构变得简便，可以有效地进行制造。当向细胞培养用载体23a输入控制信号时，成为整体膨润的膨润状态63。
图21中的附图标记(X)是刺激响应性高分子材料凝集且添加剂的扩散停止了的状态。另外，图21中的附图标记(Y)是刺激响应性高分子材料膨润且添加剂能够扩散的状态。在本实施方式中，通过控制控制信号的输入，从而可以可逆地控制添加剂的扩散状态(Y)和扩散停止(X)。在以下附图中，(X)和(Y)表示同样的状态。
当列举一个例子时，在输入控制信号之前为附图标记(X)所示的凝集状态的情况下，若细胞培养用刺激响应性基材60中的刺激响应性高分子材料接收控制信号而成为非凝集状态63(或膨润状态)，则在水中的溶解性提高。由此，所负载的添加剂38扩散至载体外。
当列举另一个例子时，在输入控制信号之前为附图标记(Y)所示的非凝集状态的情况下，若细胞培养用刺激响应性基材60中的刺激响应性高分子材料接收控制信号而成为凝集状态，则在水中的溶解性降低。由此，所负载的添加剂38继续保持在载体内。
·刺激响应性高分子材料
通过外部刺激，刺激响应性高分子材料的结构发生变化，添加剂的透过性发生变化。刺激响应性高分子材料可以是直链状的聚合物，也可以是分支的聚合物。可以使刺激响应性高分子材料分子间交联后使用。也可以形成使用了刺激响应性高分子材料的聚合物刷结构后使用。当添加剂的分子尺寸小时，从密封效率的观点出发，优选的是刺激响应性高分子材料通过交联或聚合物刷结构等而具有高密度。
刺激响应性高分子材料可以适当地使用对温度、光、pH、磁场、电场、超声波、氧化还原、分子浓度等各种刺激做出响应的材料。在本实施方式中，优选使用温度响应性高分子材料，这是因为其即使被局部加热，也可以通过热平衡而恢复至培养温度，并且由于对培养环境的影响小，因而对细胞也没有不良影响。
作为温度响应性高分子材料，可以使用最低临界溶解温度(LCST)型的聚(N-异丙基丙烯酰胺)，最高临界溶解温度(UCST)型的聚(烯丙胺-co-烯丙基脲)、聚(丙烯酰胺-co-丙烯腈)等在生理条件下表现出响应的聚合物。作为刺激响应温度，优选在20℃至60℃的范围内。特别地，在人类等的动物细胞的培养中，由于培养温度为37℃，因此刺激响应温度优选为38℃以上50℃以下。通过分开使用LCST型和UCST型，从而可以可逆地控制控制信号的输入前后的状态(X)和(Y)。
·控制信号
从不需要配线的观点来看，控制信号优选是光或磁场。作为光，优选难以影响细胞的近红外光。其中，波长优选为650nm以上950nm以下，更优选为1000nm以上1350nm以下，优选为1500nm以上1800nm以下，这是因为这些波长是水分子难以吸收的波长。
·控制信号接收材料
控制信号接收材料根据控制信号和刺激响应性高分子材料的组合而适当地确定。例如，当将近红外光用于控制信号并且将温度响应性高分子材料用于刺激响应性高分子材料时，可以使用能够有效地将近红外光转换为热量的有机材料和无机材料作为控制信号接收材料。作为这样的材料，可列举出有机化合物、微细的金属结构体、或微细的碳结构体(即碳微细结构体)。
通过将这样的材料用作控制信号接收材料，使得信号被接收，温度响应性高分子材料的结构由于控制信号接收材料周围被局部加热而发生变化，能够可逆地控制添加剂的扩散和扩散停止。
·有机化合物
在本实施方式中，作为有机化合物，有机染料是优选的，作为有机染料，可列举出花青染料、酞菁染料、萘酞菁化合物、镍连二硫烯配合物、方酸鎓染料、醌类化合物、二亚胺盐化合物、偶氮化合物、卟啉化合物、二硫醇金属配合物、萘醌化合物、二亚胺盐化合物等。
··金属结构体
在本实施方式中，作为金属结构体，金属纳米棒是优选的，这是因为其可以通过纵横比来控制光的吸收波长，金纳米棒是特别优选的。
··碳材料
作为碳材料，微细的碳结构体即碳微细结构体是优选的，作为碳微细结构体，可以使用碳纳米管、富勒烯、碳纳米线等。
当控制信号使用磁场时，优选的是，控制信号接收物质使用磁性纳米颗粒等磁性体。磁性纳米颗粒通过交流磁场的负载而产生热量。
在刺激响应性高分子材料与控制信号接收材料的接合、刺激响应性高分子材料的分子间的交联、以及细胞培养用刺激响应性基材与添加剂的固定当中，可以通过使用各种官能团以及与该官能团反应的交联剂来进行。
在本实施方式中，交联剂可以是同双官能团交联剂，可以是异双官能团交联剂，也可以是三官能团以上的交联剂。
当官能团是伯胺时，可以使用包含NHS酯、碳二亚胺、醛、异硫氰酸酯、异氰酸酯、酰基叠氮化物、磺酰氯、乙二醛、环氧化物、环氧乙烷、碳酸盐、芳基卤化物、酰亚胺酯、酸酐、氟代酯等的交联剂。
当官能团是羧基时，可以使用碳二亚胺等。
当官能团是巯基时，可以使用包含马来酰亚胺、卤代乙酸、吡啶基二硫化物、硫代砜(thiosulfone)、乙烯基砜等的交联剂。
当官能团是醛基时，可以使用包含酰肼、烷氧基胺等的交联剂。当官能团是醛基时，可以使用包含酰肼、烷氧基胺等的交联剂。
另外，可以使用双吖丙啶、芳基叠氮等光反应性基团。可以使用叠氮-炔之间、叠氮-膦之间等的化学选择性的连接反应。可以使用聚乙二醇或DNA等分子作为间隔体。
另外，可以通过赋予电子束照射等能量来激活各种部件并将其用于接合或交联。
·添加剂
在本实施方式中，作为添加剂22，没有特别的限制，可以利用酶、细胞因子、分化诱导因子、抗体等蛋白质；激素等肽类；抗生素、氨基酸或葡萄糖、视黄酸等低分子量化合物；DNA等核酸；纳米颗粒、脂质体等。
接下来，对细胞培养用载体的第2实施方式进行说明。
图22中示出了第2实施方式的细胞培养用载体23a的截面的示意图。图22所示的细胞培养用载体23a具备：细胞培养用刺激响应性基材60、多孔材料62、添加剂38、以及作为不透过部的添加剂不透过层61。添加剂38内包在多孔材料62中。在本实施方式中，包含添加剂38的多孔材料62的一部分被细胞培养用刺激响应性基材60覆盖，除此以外的部分被添加剂不透过层61覆盖。添加剂不透过层61优选为疏水性的聚合物，并且优选的是添加剂38不会从除了被细胞培养用刺激响应性基材60覆盖的部分以外的部分释放出来。添加剂不透过层61只要不透过且不吸附添加剂即可，并且除了疏水性聚合物以外，还可以使用金属薄膜等无机材料，也可以采用交联剂对多孔材料进行交联。根据需要，可以施加亲水化等的涂层。
通过分别调整配置细胞培养用刺激响应性基材60的位置和覆盖面积，从而可以将添加剂38的扩散量和扩散方向控制为所需的供给量。
如图22(Y)所示，当向细胞培养用载体23a输入控制信号时，只有配置有细胞培养用刺激响应性基材60的位置成为膨润状态60a。由于添加剂38仅从成为膨润状态60a的部分扩散释放出来，因此可以将添加剂38的扩散量和扩散方向控制为所需的供给量。
·多孔材料
在本实施方式中，添加剂38内包在基材中。作为该基材，多孔材料是优选的。作为多孔材料，可以使用琼脂糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶等水凝胶；介孔碳、介孔硅铝酸盐、介孔二氧化硅等无机材料。
在本实施方式中，添加剂38优选内包在多孔材料62中。
接下来，对细胞培养用载体的第3实施方式进行说明。
图23中示出了第3实施方式的细胞培养用载体23a的截面的示意图。图23所示的细胞培养用载体23a具备：细胞培养用刺激响应性基材60、多孔材料62以及添加剂38。添加剂38内包在多孔材料62中。在本实施方式的细胞培养用载体23a中，添加剂38被细胞培养用刺激响应性基材60覆盖，并被储存起来。
图23中的附图标记(X)是刺激响应性高分子材料凝集、且添加剂的扩散停止了的状态。另外，图23中的附图标记(Y)是刺激响应性高分子材料膨润、且添加剂能够扩散的状态。在本实施方式中，通过控制控制信号的输入，可以可逆地控制添加剂的扩散状态(Y)和扩散停止(X)。
当列举一个例子时，在输入控制信号之前为附图标记(X)所示的凝集状态的情况下，若细胞培养用刺激响应性基材60中的刺激响应性高分子材料接收控制信号而成为非凝集状态60a，则在水中的溶解性提高。由此，所负载的添加剂38扩散至载体外。
当列举另一个例子时，在输入控制信号之前为附图标记(Y)所示的非凝集状态的情况下，若细胞培养用响应性基材60中的刺激响应性高分子材料接收控制信号而成为凝集状态，则在水中的溶解性降低。由此，所负载的添加剂38继续保持在载体内。
·多孔材料
在本实施方式中，添加剂38负载在基材上。作为该基材，多孔材料是优选的。作为多孔材料，可以使用琼脂糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶等水凝胶；介孔碳、介孔硅铝酸盐、介孔二氧化硅等无机材料。
在本实施方式中，添加剂38优选内包在多孔材料62中。
接下来，对细胞培养用载体的第4实施方式进行说明。
图24中示出了第4实施方式的细胞培养用载体23a的截面的示意图。图24所示的细胞培养用载体23a是以下方式：将控制信号接收材料混合至细胞培养用刺激响应性基材60中以形成浓度分布，并覆盖包含添加剂38的多孔材料62。附图标记51a表示浓度分布的梯度。通过存在浓度分布，使得即使是相同的控制信号输入，也可以使添加剂38的扩散速度不同。因此，可以在后述的细胞培养用容器内控制添加剂38在空间上的浓度分布。
接下来，对细胞培养用载体的第5实施方式进行说明。
图25中示出了第5实施方式的细胞培养用载体23a的截面的示意图。在图25所示的细胞培养用载体23a中，添加剂91被细胞培养用刺激响应性基材60所覆盖。添加剂38内包在多孔材料62中。添加剂38以多种类型的添加剂38a、添加剂38b混合的状态而被储存起来。
接下来，对细胞培养用载体的第6实施方式进行说明。
图26中示出了第6实施方式的细胞培养用载体23a的截面的示意图。在图26所示的细胞培养用载体23a中，包含添加剂的多孔材料62被细胞培养用刺激响应性基材60所覆盖。细胞培养用载体23a在表面处具备注入口102，可以注入所需的添加剂38。当在注入添加剂之后采用由疏水性聚合物等添加剂不透过性的材料形成的密封部105对注入口102进行密封时，可以获得减少添加剂38的泄漏的作用和效果。
[培养用容器]
图4示意性地示出了培养用容器的一个例子。如图4所示，培养用容器10具备：上述培养用添加剂扩散机构23、以及导入有细胞等培养对象12和培养基13的培养部11。在培养时，如图4所示，扩散调节部22与培养基13接触。当培养基13是液体(培养液)时，培养液从培养部11渗透到扩散调节部22并与添加剂保持部20接触，添加剂能够从添加剂保持部20扩散至培养基13。由此，通过扩散调节部22调节添加剂从添加剂保持部20内向添加剂保持部20外的扩散速度，从而可以有效且简便地控制添加剂向培养基13的添加。根据这样的培养用容器10，在有效且简便地调节添加剂向培养基13的添加的同时，可以培养细胞。需要说明的是，虽然未图示，但是培养部11可以适当地设置有盖子。
培养用容器10中的培养用添加剂扩散机构23的位置没有特别限定，但是在培养时，扩散调节部22需要与培养基13接触。此外，虽然培养用添加剂扩散机构23可以被构成为无法从培养用容器10上拆卸下来，但是培养用添加剂扩散机构23也可以是能够从培养用容器10上拆卸下来的交换部件。如此地，通过将培养用添加剂扩散机构23设为能够从培养用容器10上拆卸下来的交换部件，从而可以根据培养的目的而容易地构成培养用容器10。
根据培养的目的，培养部11可以构成为与一般的培养用容器相同。培养部11的材质没有特别的限定，例如可以使用塑料或玻璃。培养部11可以设置有用于防止添加剂吸附的涂层。根据该构成，可以减少由于添加剂被培养部11吸附而引起的损失。另外，从提高便利性的观点出发，培养部11可以是一次性的。
导入至培养部11中的培养基13没有特别限定，可以根据细胞的种类和培养目的进行选择。例如，可以使用MEM培养基、DMEM培养基及RPMI-1640培养基等公知的培养基，也可以使用在公知的论文中记载的特定小组所开发使用的培养基。不需要具体控制添加的添加剂可以预先与培养基混合后使用。另外，培养基可以是液体形式，也可以是凝胶形式。
需要说明的是，当培养基为凝胶形式时，在一个例子中，将扩散调节部22预先浸渍在培养液、生理盐水等具有生物相容性的液体中。通过将扩散调节部22预先浸渍在具有生物相容性的液体中，使得该液体渗透至扩散调节部22并且与添加剂保持部20接触，添加剂从添加剂保持部20适当地扩散至培养基13。
以上是培养用容器10的基本构成，但是培养用容器10也可以具有下述所说明的构成。
图5(a)示意性地示出了培养用容器的另一实施方式。需要说明的是，图5(a)是从上方观察根据本实施方式的培养用容器10的一个例子而得的示意图。如图5(a)所示，培养用容器10可以具备多个培养部11。通过使1个培养用容器10具备多个培养部11，使得可以在多个培养部11中同时培养细胞，因而可以有效且大量地制造细胞。
如图5(a)所示，在一个例子中，多个培养部11被设置成包围培养用添加剂扩散机构23。在培养用添加剂扩散机构23中，为了将添加剂扩散至各培养部11中，多个扩散调节部22被设置成与导入至各培养部11中的培养基接触。具体而言，图5(a)所示的培养用容器10具备：多个(在图示的例子中为4个)培养部11、以及对于1个添加剂保持部设置多个(与培养部11相同的数量)扩散调节部而得的培养用添加剂扩散机构，并且各添加剂保持部与各培养部11经由扩散调节部22而接触。
图5(b)是表示培养用容器10的另一个例子的截面的示意图。如图5(b)所示，可以在培养用添加剂扩散机构23的一侧上设置多个培养部11。
图6示意性地示出了培养用容器10的另一实施方式。如图6所示，培养用容器10中，可以对于1个培养部11而具备多个培养用添加剂扩散机构23。通过使培养用容器10具备多个培养用添加剂扩散机构23，使得可以相互独立地控制来自多个培养用添加剂扩散机构23的添加剂的添加，因而可以更自由地控制添加剂的添加。
如图6所示，当培养用容器10具备多个培养用添加剂扩散机构23时，多个培养用添加剂扩散机构23所保持的添加剂的种类可以彼此不同。如此地，通过多个培养用添加剂扩散机构23保持彼此不同种类的添加剂，从而可以彼此独立地控制多种类型的添加剂的添加，并且在需要在独立的时机点添加多种类型的添加剂的培养时是有用的。
图7示意性地示出了培养用容器10的另一实施方式的截面。如图7所示，培养用容器10具备多个培养部11，并且对于各培养部11可以分别具备1个以上(在图示的例子中为1个)的培养用添加剂扩散机构23。如此地，通过对于各培养用容器10具备1个以上的培养用添加剂扩散机构23，从而容易在多种类型的培养条件下并行地进行培养。
图8示意性地示出了培养用容器10的另一实施方式的截面。如图8所示，可以设为这样的构成，其中培养用添加剂扩散机构23不固定在培养用容器10上，而是被配置在培养部11内的所需位置处。培养用添加剂扩散机构23例如是球状的，并且放置或漂浮在培养部11中。培养用添加剂扩散机构23可以是将图1(a)至(c)中任一者所示的方式构成为球状而得的结构。培养用添加剂扩散机构23的数量以及保持在内部的添加剂的种类可以根据培养目的而适当选择。如此地，通过在不将培养用添加剂扩散机构23固定于培养用容器10的情况下根据需要将培养用添加剂扩散机构23配置在培养部11内，从而容易根据培养目的来构成培养用容器10。
图18示意性地示出了培养用容器10的另一实施方式的截面。如图18所示，培养用添加剂扩散机构23可以设置在设于培养部11上的盖子50的内侧(培养部内侧)。培养基13以与扩散调节部22接触的方式被导入。如此地，通过将培养用添加剂扩散机构23设置在盖子50的内侧，从而容易根据培养目的来构成培养用容器10。此外，根据本实施方式，可以通过将一般的培养用容器的盖子与在内侧设置有培养用添加剂扩散机构23的盖子50进行交换来构成培养用容器10，因而可以容易地制造培养用容器10。
以下，对培养用容器的另一实施方式进行说明。
本实施方式的培养用容器是用于培养细胞的细胞培养用容器，其具备上述细胞培养用载体、以及作为用于培养细胞的培养部的细胞培养部。
图27(a)中示出了本实施方式的细胞培养用容器10a的一个例子的剖视图的示意图。细胞培养用容器10a具备细胞培养部11a以及细胞培养用载体23a和23b。细胞培养部11a具备细胞容纳部2。
关于细胞容纳部2，可以使用现有的培养皿、培养板孔、芯片实验室(Lab-on-a-chip)等公知的材料。细胞容纳部2的表面可以设置用于细胞的粘附及分离、防止蛋白质的非特异性吸附等的涂层。
一边对本实施方式的细胞培养用容器10a进行说明，一边对使用了本实施方式的细胞培养用容器10a的细胞培养方法进行说明。
在图27(a)所示的细胞培养用容器10a中，使作为添加剂的细胞诱导因子38c负载在附图标记23a所示的细胞培养用载体上，将作为添加剂的增殖因子38d负载在附图标记23b所示的细胞培养用载体上。
接下来，如图27(b)所示，使用移液管6将悬浮液6a导入至细胞容纳部2中。随后，如图27(c)所示，用盖子50覆盖细胞培养部11a，进行细胞培养，然后如图27(d)所示，细胞粘附于细胞容纳部2，形成了细胞群8。
附图标记23a所表示的细胞培养用载体包含在780nm附近的波长处具有吸收峰的金纳米棒作为控制信号接收物质。附图标记23b所表示的细胞培养用载体包含在900nm附近的波长处具有吸收峰的金纳米棒作为控制信号接收物质。
如图27(e)所示，当照射780nm的近红外光A作为控制信号时，细胞诱导因子38c从附图标记23a所表示的细胞培养用载体处扩散，当停止照射时，则扩散停止。
如图27(f)所示，由于细胞诱导因子38c的扩散，细胞群8向附图标记23a的方向移动。
如图27(g)所示，当照射900nm的近红外光B作为控制信号时，增殖因子38d从附图标记23b所表示的细胞培养用载体处扩散，当停止照射时，则扩散停止。
通过增殖因子38d的扩散，细胞发生增殖。
·细胞
作为培养对象的细胞，可以是间充质干细胞、ES细胞、iPS细胞等干细胞及前体细胞、肝脏等的分化细胞、来自于肿瘤等的株化细胞等中的任一者，也可以是哺乳动物细胞以外的细胞。可以是细菌、酵母或真菌。
《细胞培养用容器的另一实施方式》
图28中示出了细胞培养用容器的一个实施方式。细胞培养用容器10a在盖子50的容器内侧具备细胞培养用刺激响应性基材60、以及包含添加剂的多孔材料62。多孔材料62以与盖子50接触的方式进行配置，细胞培养用刺激响应性基材60以与细胞培养部11a内的细胞悬浊液6a接触的方式进行配置。
多孔材料62中所含的添加剂可以在多孔材料62内具有浓度梯度。可以通过从细胞培养用容器10a的盖部50侧输入控制信号来供给添加剂。
图29中示出了细胞培养用容器的一个实施方式。在细胞培养用容器10a中，在细胞培养部11a中设置有多个珠状的细胞培养用载体23a。通过将各自不同的添加剂负载在细胞培养用载体23a上，从而可以提供各种类型的添加剂。
图30中示出了细胞培养用容器的一个实施方式。当将细胞培养用载体23a设置于细胞培养部11a时，可以安装在细胞群8的上部。
图31中示出了细胞培养用容器的一个实施方式。细胞群可以是存在于细胞培养部11a内的三维细胞群8a。细胞培养用载体23a可以不与三维细胞群8a接触。如图32所示，多个细胞培养用载体23a也可以与三维细胞群8a接触。
图33中示出了细胞培养用容器的一个实施方式。细胞培养用容器10a具备细胞培养部11a、细胞培养用载体23a、具有半透膜的半透膜部43、培养基13以及细胞悬浊液6a。培养基13在半透膜部43上回流。根据本实施方式，营养素及废物之类的小分子能够经由半透膜进行交换。由此，可以将细胞培养部11a内的环境维持在适合于细胞存活的状态。另外，由于培养基13在半透膜部43上回流，因此不需要培养基的更换。无法透过半透膜的高分子材料可以通过负载于细胞培养用载体23a的方式来进行供给。
图34中示出了细胞培养用容器的一个实施方式。使细胞容纳部14的底部呈凹型形状。利用了细胞容纳部14的凹型形状的三维细胞群8a的形成、以及来自于细胞培养用载体23a的刺激可以连续。
图35中示出了细胞培养用容器的一个实施方式。通过在存在于细胞培养部11a内的三维细胞群8a与细胞培养用载体23a之间设置间隔体层152，使得细胞难以受到由输入控制信号时的加热所带来的影响。
根据本实施方式的细胞培养用容器，由于培养空间以外的部分小，因此可以确保宽阔的培养空间，可以大量地培养细胞。此外，由于结构并不复杂，因此可以低成本地制造。另外，通过调整控制信号的输入，从而可以具体地控制添加剂的添加量、添加的时机、种类等。
本实施方式的细胞培养用容器适用于进行长时间的复杂方案的培养并需要高效的大量生产的再生医疗制品的细胞制造。
例如，在将iPS细胞分化为肝细胞的过程中，需要进行30天以上的长期培养，并且同时需要根据日期来改变大约3至5种细胞因子的种类。另外，当假定肝衰竭的移植治疗时，所需的细胞数量经计算为约109至1010个，期望高密度且有效的细胞生产。本实施方式的细胞培养用容器中配线和流路不是必须的构成，即使对于需要各种添加剂的复杂方案，也可以通过简单的机构来应对，能够进行大量的培养。
[培养系统]
接下来，对于使用了本公开的上述培养用容器(细胞培养用容器)的培养系统进行说明。根据本公开的培养系统用于培养细胞等培养对象，并且是能够在有效且简便地控制添加剂向培养基13的添加的同时培养细胞的系统。图9中示出了培养系统的一个例子的示意性构成。如图9所示，培养系统100具备上述培养用容器10(细胞培养用容器)以及培养管理装置30。需要说明的是，在图9以后的附图中，对于培养用容器10，示意性地示出了截面。培养用容器10具有上述培养用添加剂扩散机构23、以及用于导入培养基13以培养细胞12的培养部11。培养用添加剂扩散机构23具备：用于保持添加剂的添加剂保持部20、以及调节添加剂从添加剂保持部20内到添加剂保持部20外的扩散速度的扩散调节部22。培养管理装置30具备发送控制信号34的发送信号部33。需要说明的是，培养用添加剂扩散机构23可以是上述细胞培养用载体23a。
[培养系统的构成]
以下，对于培养系统的基本构成，参照图10来进行说明。图10是示出了培养系统的基本构成的一个例子的功能框图。如图10所示，培养管理装置30具有获取部35、控制部36以及发送信号部33。
一边参照图10的示意性构成以及图17的流程图，一边对培养系统100的操作的概要进行说明。获取部35获取存储在存储部37中的培养方案，并将该培养方案供给至控制部36(步骤S100)。控制部36参照培养方案，生成用于控制从发送信号部33发送控制信号34的发送信号部控制信息，并将该发送信号部控制信息供给至发送信号部33(步骤S102)。发送信号部33基于发送信号部控制信息，将用于调节添加剂的扩散速度的控制信号34发送至培养用容器10的扩散调节部22(步骤S106)。扩散调节部22通过接收控制信号34而被驱动(结构变化)，并且使添加剂经由扩散调节部22而从添加剂保持部20内到添加剂保持部20外的扩散速度发生改变(步骤S108)。发送信号部33基于发送信号部控制信息，使控制信号34的发送停止(步骤S110)。通过使来自发送信号部33的控制信号34的传输停止，扩散调节部22停止驱动(改变为接收控制信号34之前的状态)，并且添加剂经由扩散调节部22而从添加剂保持部20内到添加剂保持部20外的扩散速度恢复到初始状态(步骤S112)。如此地，通过调节添加剂从添加剂保持部20内到添加剂保持部20外的扩散速度，从而可以适当地控制扩散到添加剂保持部20外的添加剂的量以及添加的时机。
接下来，对上述培养系统100的各构成要素进行具体说明。
上述存储部37可以是(例如)SSD(Solid State Drive；固态驱动器)、HDD(HardDisk Drive；硬盘驱动器)、光盘等能够随时写入及读取的非易失性存储器或存储介质。存储部37可以设置在培养管理装置30内。另外，存储部37也可以设置在经由网络连接的计算机上。
培养管理装置30具有构成计算机的CPU(Central Processing Unit；中央处理单元)以及程序存储器，如上所述，具备控制部36以及获取部35作为执行用于实施本实施方式所需的控制的部分。这些部分均是通过使上述CPU执行上述程序存储器中存储的程序来实现的。
发送信号部33发送作为控制信号34的光信号、电信号、声信号及磁信号等。作为控制信号34，从提高控制的自由度这方面考虑，优选使用无线地、非接触地、或远程地发挥作用的信号。在一个例子中，发送信号部33基于发送信号部控制信息而发送特定的种类、强度及发送时间的控制信号34。当使用近红外线等光信号作为控制信号34时，在一个例子中，发送信号部33基于发送信号部控制信息而发送特定波长的控制信号34。
如图9所示，发送信号部33可以以通过添加剂保持部20的形式将控制信号34发送到扩散调节部22，也可以以不通过添加剂保持部20的方式将控制信号34发送到扩散调节部22。从尽可能减少对保持在添加剂保持部20中的添加剂的影响的观点来看，优选的是，发送信号部33通过不经过添加剂保持部20内的路径而将控制信号34发送至扩散调节部22。
需要说明的是，培养管理装置30可以具备用于在培养系统100内移动发送信号部33的运送装置。通过在培养系统100内移动发送信号部33，使得即使在如后所述地具有多个扩散调节部22的情况下，也可以将发送信号部33适当地移动到适合于发送控制信号34的位置处，因此可以适当地发送控制信号34。
在本培养系统中，可以使用上述培养用容器10中的任一者。例如，如图6所示，在使用了相对一个培养部11具备多个培养用添加剂扩散机构23的培养用容器10的方式中，控制部36参照培养方案而生成发送信号部控制信息，该发送信号部控制信息用于向多个扩散调节部22当中的预定扩散调节部22发送控制信号34，发送信号部33基于与预定的扩散调节部22相对应的发送信号部控制信息而将调节添加剂扩散速度的控制信号34发送至该预定的扩散调节部22，预定的扩散调节部22可以基于控制信号34而调节添加剂向培养部11的扩散速度。根据该构成，可以相互独立地控制来自于多个培养用添加剂扩散机构23的添加剂的添加，因此可以更自由地控制添加剂向培养部11的添加。例如，通过将彼此不同类型的添加剂保持在多个扩散调节部22的添加剂保持部20中，从而可以在独立的时机控制多种类型的添加剂的添加、同时进行培养。另外，即使在将相同类型的添加剂保持在多个扩散调节部22的添加剂保持部20中的情况下，由于可以控制来自于多个扩散调节部22的添加剂的扩散，因而可以适当地调节培养部11内的添加剂的浓度梯度。需要说明的是，作为对于多个扩散调节部22中的每一个的控制信号，可以使用波长、照射时间、照射强度、照射位置(发送控制信号34时的发送信号部33的位置)及照射范围等彼此不同的控制信号。
另外，如图11所示，在使用了具备导入有培养对象和培养基13的多个培养部11、以及对该多个培养部11设置有多个培养用添加剂扩散机构23的培养用容器10的方式中，控制部36参照培养方案而生成发送信号部控制信息，该发送信号部控制信息用于将控制信号34发送至多个培养用添加剂扩散机构23所具备的多个扩散调节部22，发送信号部33基于发送信号部控制信息而将调节添加剂扩散速度的控制信号34分别传输到多个扩散调节部，扩散调节部可以基于控制信号34而调节添加剂向多个培养部11的扩散速度。需要说明的是，虽然在图11中示出了发送信号部33从一个位置向扩散调节部22发送控制信号34的例子，但是发送信号部33也可以具备运送装置并在移动的同时向各扩散调节部22发送控制信号34。根据这样的培养系统，可以有效且简便地并行控制添加剂向多个培养部11的培养基13的添加，因此可以有效且大量地培养细胞等培养对象。
需要说明的是，在使用了图11所示的培养用容器10的方式中，控制部36参照培养方案而生成发送信号部控制信息，该发送信号部控制信息用于将控制信号34发送至多个培养用添加剂扩散机构23所具备的多个扩散调节部22当中的预定的扩散调节部22，发送信号部33基于与预定的扩散调节部22相对应的发送信号部控制信息而将调节添加剂扩散速度的控制信号34分别传输至该预定的扩散调节部22，扩散调节部22可以基于控制信号34而调节添加剂从预定的扩散调节部22向培养部11的扩散速度。根据该构成，可以相互独立地控制添加剂向多个培养部11的培养基13的添加，因此在多种类型的培养条件下有效地对培养对象进行并行培养，从而可以有效地研究和选择适当的培养条件。
如图12所示，用于向扩散调节部22发送控制信号34的信号传输路径42可以连接到发送信号部33。如此地，通过将用于向扩散调节部22发送控制信号34的信号传输路径42连接到发送信号部33，使得控制信号34不会被外部因素阻断或干扰，因此可以更准确地将控制信号34发送至扩散调节部22。
在图12的例子中，信号传输路径42的一端连接到发送信号部33，另一端连接到扩散调节部22，但是该另一端也可以不连接到扩散调节部22。在一个例子中，连接到发送信号部33的信号传输路径42的另一端被设置在扩散调节部22的附近。如此地，即使不将信号传输路径42的另一端连接到扩散调节部22，而是将信号传输路径42设置在扩散调节部22的附近，从而与不存在信号传输路径42的情况相比，可以防止控制信号34的阻断、干扰等。
在一个例子中，信号传输路径42的另一端不连接到扩散调节部22，而是被设置在培养用容器10的外侧。通过不将信号传输路径42的另一端连接到扩散调节部22而是将其设置在培养用容器10的外侧，经由信号传输路径42而防止了控制信号34的阻断、干扰等，并且使培养用容器10与信号传输路径42分离，因而可以容易地更换培养用容器10。由此，当在设置信号传输路径42的同时将培养用容器10制成用后抛弃式时，优选的是，不将信号传输路径42的另一端连接到扩散调节部22，而是将其设置在培养用容器10的外侧。另外，如后所述，在搬运培养用容器10的方式中，若信号传输路径42的另一端连接到扩散调节部22，则可能会妨碍培养用容器10的搬运。因此，当在搬送培养用容器10的方式中设置信号传输路径42时，优选的是设为不将信号传输路径42的另一端连接到扩散调节部22、而是将其设置在培养用容器10的外侧的方式。
信号传输路径42的种类可以根据控制信号34的种类而适当地选择。例如，当使用电信号作为控制信号34时，可以使用导线作为信号传输路径42，当控制信号34是光信号时，可以使用光纤等光导波路。
培养方案至少规定了添加剂的添加程序。在一个例子中，培养方案规定了选自由添加剂的添加量、添加时间(进行添加的时间段)、时机以及添加浓度所组成的组中的至少一种信息(A)。需要说明的是，在此，添加的时机指的是开始及结束添加剂的添加的时机。获取部35获取上述信息(A)并供给至控制部36。控制部36参照信息(A)而生成发送信号部控制信息并将其供给至发送信号部33，该发送信号部控制信息包含选自由发送信号部33所生成的控制信号34的强度、发送信号部33的驱动时间(进行驱动的时间段)以及驱动的时机所组成的组中的至少一种信息(B)。发送信号部33参照上述信息(B)而以预定的强度、时间(时间段)或时机向扩散调节部22发送控制信号34。扩散调节部22接收控制信号34，并且以预定的量、时间(时间段)、时机以及添加浓度向培养基13供给添加剂。如此地，培养方案规定了选自由添加剂的添加量、添加时间以及时机所组成的组中的至少一种信息，使得培养系统可以获取培养方案以调节选自由添加剂的添加量、添加时间以及时机所组成的组中的至少一者。
此外，如图6所示，当培养用容器10具备多个培养用添加剂扩散机构23、且多个培养用添加剂扩散机构23中所保持的添加剂的种类彼此不同时，培养方案可以规定要添加的添加剂的种类(信息(C))。在这种情况下，获取部35获取关于要添加的添加剂的种类的信息并供给至控制部36。另外，获取部35进一步获取多个培养用添加剂扩散机构23的位置、以及与各培养用添加剂扩散机构23中所保持的添加剂的种类相关联的信息(信息(D))并供给至控制部36。需要说明的是，在一个例子中，信息(D)根据所使用的培养用容器10的种类而事先规定，并被保存在存储部37中。控制部36参照信息(C)和(D)而生成包含关于发送控制信号34的培养用添加剂扩散机构23的信息的发送信号部控制信息并供给至发送信号部33。发送信号部33参照上述发送信号部控制信息而将控制信号34发送至保存预定种类的添加剂的培养用添加剂扩散机构23的扩散调节部22。预定的扩散调节部22接收控制信号34，并将预定的添加剂供给至培养基13。
需要说明的是，如后所述，当培养系统通过培养对象状态测量部等来获取培养对象的分化程度(培养对象的分化阶段和生长阶段等)时，培养方案可以通过培养对象的分化阶段和成长阶段来规定添加剂的添加时机。也就是说，培养方案可以在培养对象的特定分化阶段和生长阶段中规定添加的开始和结束。在一个例子中，培养用容器10具备多个培养用添加剂扩散机构23，且多个培养用添加剂扩散机构23所保持的添加剂的种类彼此不同，培养方案根据细胞等的分化阶段和成长阶段而规定了优选的添加剂的种类、添加剂和添加时间，并将它们与培养对象的各分化阶段和成长阶段相关联。
图13中示意性地示出了培养系统的另一实施方式。如图13所示，培养用容器10具备多个培养用添加剂扩散机构23，并且用于向多个该培养用添加剂扩散机构23的各个扩散调节部22发送控制信号34的信号传输路径42可以连接到发送信号部33。如此地，通过经由信号传输路径42来发送控制信号34，从而可以防止控制信号34相对于多个扩散调节部22发生混线。因此，如图13所示，即使当扩散调节部22位于相近的位置处时，也可以防止控制信号34被发送到相近的扩散调节部22，因此可以相互独立地控制各扩散调节部22。需要说明的是，虽然在图13中示出了不同的发送信号部33分别连接到各信号传输路径42的方式，但是也可以是这样的构成，其中对于一个发送信号部33设置多个信号传输路径42，使用快门或掩蔽物等来切断针对不发送控制信号34的扩散调节部22的信号传输路径42，并且发送信号部33将控制信号34发送到特定的扩散调节部22。
图14中示意性地示出了培养系统的另一实施方式。如图14所示，培养系统具备多个培养用容器10，并且可以进一步具备将多个培养用容器10中的至少一者从位置A移动到预定位置的搬送部40。在图14的例子中，搬送部40从多个培养用容器10中搬送一个培养用容器10A，并将其移动到预定的位置A。为了说明，将移动到位置A’的培养用容器10A设为培养用容器10A’。控制部36对于多个培养用容器10A、10B、10C、10D中的每一个制作了发送信号部控制信息a、b、c、d。发送信号部33基于与移动到预定位置的培养用容器10A’相对应的发送信号部控制信息a，将控制信号34发送至培养用容器10A’的扩散调节部22。如此地，通过将培养用容器10移动到预定位置并将控制信号34发送至已移动到预定位置的培养用容器10，从而可以高效且大量地自动制造细胞。
需要说明的是，在发送控制信号34以后，培养用容器10被搬送部40返回到初始的位置(A)。
搬送部40的具体方式没有特别的限定，可以是(例如)图11所示的自动机械手以及带式输送机等。
如图15所示，培养系统还可以具备将培养基13导入至培养部11中的培养基供给部44。培养基供给部44具备：用于储存培养基13的培养基存储部45、用于适当地储存培养基13的培养基保存部47、用于将培养基13供给至培养部11的培养基转移路径48、以及为了经由培养基转移路径48供给培养基13而进行驱动的培养基转移部46。在图12的例子中，进一步具备培养基13。如此地，通过培养基供给部44基于培养基供给部控制信息而将培养基13供给至培养部11，从而也可以使培养基13的供给自动化，因此可以更高效地培养细胞等培养对象。特别地，如图5所示，当培养用容器10具备多个培养部11时，或者当使用多个培养用容器10时，若通过手动来供给培养基13，则费时费力，但是如本实施方式这样地，通过使培养基13的供给自动化，从而可以高效地将培养基13导入至培养部11中。
培养基存储部45的方式没有特别的限定，可以使用一般用于储存培养基13的容器等。
为了防止培养基成本的劣化，培养基保存部47可以具备用于冷藏和冷冻的机构。另外，培养基保存部47以干燥固态的方式保存培养基13，并且在必要时可以向该干燥固态的培养基13中添加适当的溶剂。
培养基转移部46只要能够将所需容量的培养基13供给至培养部11即可，可以是(例如)分配器、喷墨器及泵等。
培养基转移路径48可以是一般的硅胶管及管道等。
需要说明的是，虽然未图示，但是培养系统也可以进一步具备将不需要的培养基13从培养部11中排出的培养基排出部。
在培养系统具备培养基供给部44的方式中，如图16所示，培养用容器10的至少一部分可以是由半透膜构成的半透膜部43。需要说明的是，在图13中，省略了培养基存储部45、培养基保存部47及培养基转移部46的图示。在图13所示的例子中，在半透膜部43的上部设置了培养基转移路径48，培养基13a沿箭头方向在培养基转移路径48中回流。填充在培养部11中的培养基13b与在培养基转移路径48中回流的培养基13a经由半透膜部43而流体连接。培养对象通过培养而吸收培养基13b中的营养，另外排出废物，使得培养部11中的培养基13b的各成分的浓度与在培养基转移路径48中回流的培养基13a不同。通过该浓度差，经由半透膜部43，由培养基供给部44供给的培养基与培养用容器中的培养基的成分进行交换。需要说明的是，无法透过半透膜部43的高分子被保持在培养部11内。通过成分的交换，培养基13b中的废物移动至培养基13a，另一方面，营养素从培养基13a移动至培养基13b。
构成半透膜部43的半透膜可以根据在新鲜培养基中想要交换的成分和培养的细胞种类来选择。半透膜可以是(例如)再生纤维素(玻璃纸)、乙酰纤维素、聚丙烯腈、Teflon(注册商标)、聚酯类聚合物合金、以及聚砜等的多孔膜。
培养系统可以进一步具备测定培养部11中的细胞等培养对象的状态的培养对象状态测量部。获取部35获取了通过培养对象状态测量部得到的培养对象的状态的测定结果，并将其供给至控制部36。除了上述培养方案以外，控制部36进一步参照培养对象的状态的测量结果，判断培养对象的状态，计算出与培养对象的状态相对应的添加剂的添加程序，生成发送信号部控制信息。如此地，通过参照培养对象的状态的测量结果以生成发送信号部控制信息，从而可以根据培养对象的状态来适当地添加添加剂。
在一个例子中，培养对象是细胞，并且培养对象状态测量部测定细胞的分化程度。控制部36参照细胞分化程度的测定结果而生成发送信号部控制信息，以便添加与该分化程度相对应的种类和量的添加剂。发送信号部33参照发送信号部控制信息而将预定长度的控制信号34发送至保持有预定种类的添加剂的培养用添加剂扩散机构23的扩散调节部22。接收了控制信号34的扩散调节部22根据控制信号34的长度进行预定时间的驱动以使添加剂扩散。如此地，通过根据细胞的分化程度而适当地添加添加剂，可以更适当地控制细胞的分化。根据这样的培养系统100，也可以(例如)根据分化程度容易地进行切换添加剂种类的操作。
作为培养对象状态测量部，只要根据培养对象来选择适当的测量装置即可。培养对象状态测量部优选利用对细胞等培养对象的侵袭性低、且对培养及添加剂的扩散控制没有不利影响的测定方法。培养对象状态测量部可以通过(例如)将测量用的试剂导入至培养部11中来测量培养对象的状态。另外，也可以通过从培养部11中对培养基13进行采样并采用分析仪器分析该采样来测量培养对象的状态。此外，依照培养对象和培养目的，培养对象状态测量部可以通过细胞成像、荧光测量、拉曼光谱、红外光谱、超声波检查等各种测量方法来测量培养对象的状态。需要说明的是，这些测量方法可以单独使用或组合多种使用。
需要说明的是，用于通过控制部36来判断培养对象状态的分类和学习处理的具体构成不限于本实施方式，例如可以单独或组合使用以下的机器学习方法。
·支持向量机(SVM：Support Vector Machine)
·聚类(Clustering)
·归纳逻辑编程(ILP：Inductive Logic Programming)
·基因编程(GP：Genetic Programming)
·贝叶斯网络(BN：Baysian Network)
·神经网络(NN：Neural Network)
当使用神经网络时，可以预先处理数据以输入到神经网络中。关于这种处理，除了数据的一维排列化或多维排列化以外，例如还可以使用数据增强(Data Argumentation)等方法。
另外，当使用神经网络时，也可以使用包含卷积处理的卷积神经网络(CNN：Convolutional Neural Network)。更具体地，作为神经网络中所含的1层或多层(layer)，可以为这样的构成，其中设置进行卷积运算的卷积层、并对输入到该层的输入数据进行滤波运算(积和运算)。另外，当进行滤波运算时，可以并用填充等处理，或者也可以采用适当设定的步幅宽度。
此外，作为神经网络，可以使用数十到数千层的多层型或超多层型的神经网络。
另外，通过控制部36而用于培养对象状态的判断处理的机器学习可以是有监督学习，也可以是无监督学习。
如此地，在一个例子中，控制部36具备机器学习机构，并且可以参照由该机器学习机构得到的学习结果来判定培养对象的状态。根据该构成，控制部36可以更准确地执行培养对象的状态的判断处理。
培养系统可以进一步具备对培养部11中的培养基13中所含的添加剂的浓度进行测量的添加剂测量部。需要说明的是，作为添加剂的浓度，除了培养部11中的添加剂的平均浓度以外，添加剂测量部还可以测量培养部11中的局部添加剂浓度、以及培养部11内的浓度分布等。获取部35获取由培养对象状态测量部得到的添加剂浓度的测定结果，并将其供给至控制部36。除了上述培养方案以外，控制部36还进一步参照添加剂浓度的测量结果而生成发送信号部控制信息。如此地，通过参照添加剂浓度的测量结果而生成发送信号部控制信息，从而可以一边监视添加剂的浓度一边进行添加，因而可以准确地添加适当量的添加剂，进而可以提高培养对象12的生产稳定性。
添加剂测量部的种类根据添加剂的种类适当地选择即可。例如，添加剂测量部可以包含采样装置及高效液相色谱或质谱分析等测量仪器、并且通过测量仪器来测量由采样装置所采样的培养部11内的培养基13。另外，添加剂测量部可以通过不需要采样的光谱分析等方法来测量添加剂的浓度。通过使用附加了荧光分子等标识的添加剂作为添加剂，可以使添加剂的测量变得容易。此外，通过使扩散系数类似于作为测定对象的添加剂的物质与添加剂同时扩散、并且测量该类似物质，从而可以进行添加剂浓度的估算等。
培养系统可以具备用于将培养部11内的物理参数维持在一定范围内的培养环境维持部。通过将培养部11内的物理参数维持在一定范围内，从而可以适当地维持培养环境，因此即使是对物理参数的变化敏感的细胞，也可以高效地进行培养。另外，一般而言，据认为，培养后的细胞的性质由于培养环境的差异而不同，但是由于培养系统具备培养环境维持部，因而可以在维持适合于培养的条件的同时进行培养。
作为通过培养环境维持部而维持在一定范围内的物理参数，可列举出温度、湿度、以及氧和二氧化碳等的气体分压、气压。培养环境维持部可以通过作为对象的物理参数来适当地选择，例如可以是恒温器及多气体培养箱等。
接下来，对根据本公开的细胞的制造方法的一个例子进行说明。细胞的制造方法是使用了上述培养系统的细胞制造方法。更具体地，细胞的制造方法是使用了这样的培养系统的细胞制造方法，该培养系统具备根据本公开的培养用容器10和培养管理装置30，所述培养管理装置30具备获取部35、控制部36和发送信号部33，所述细胞制造方法包括：所述获取部35至少获得规定所述添加剂的添加程序的培养方案的步骤、所述控制部36参照所述培养方案而生成发送信号部控制信息的步骤、所述发送信号部33基于所述发送信号部控制信息而将调节所述添加剂的扩散速度的控制信号34发送至所述扩散调节部22的步骤、以及所述扩散调节部22基于所述控制信号34而调节所述添加剂的扩散速度的步骤。根据这样的细胞制造方法，可以在有效且简便地调节添加剂向培养基13的添加的同时制造细胞。
需要说明的是，根据本公开的培养系统不仅可以用于细胞的制造，而且也可以用于包含多个细胞的组织的制造。
实施例
接下来，通过实施例对根据本公开的细胞培养用载体和细胞培养用容器进行更详细的说明。
《实施例1》
在实施例1中使用的各材料如下所述。
·多孔材料
作为多孔材料，使用了表面存在有羧基的4％琼脂糖凝胶颗粒(CarboxyLink；Thermo Fisher Scientific)。
·刺激响应性高分子材料
作为刺激响应性高分子材料，使用了聚(烯丙胺-co-烯丙基脲)。参照DDS载体制作规程集(CMC出版)的第182至184页，对于分子量15,000的聚(烯丙胺)(日東紡メディカル)，将脲基导入至93％的烯丙胺的伯胺中，从而制作了该凝胶。由于脲基中也包含氨基，因此可以通过经由戊二醛仅将一部分的分子内/分子间的氨基彼此交联来进行凝胶化。
该凝胶富含氨基。因此，取决于温度，这些氢键的配偶体切换为聚(烯丙胺-co-烯丙基脲)分子中的氨基、或者溶剂中的水分子，从而可以产生凝集和膨润的相变。
该凝胶的相变温度在150mM的NaCl浓度且pH值为7.5的生理条件下为44℃。通过设为相变温度以上的温度，从而发生膨润，物质的透过性增加，在水中的溶解性提高。
·控制信号接收材料
作为控制信号接收材料，使用了在波长808nm处具有吸收峰、且表面经过氨基修饰了的直径10nm的金纳米棒(Sigma-Aldrich)。
·控制信号
作为控制信号源，使用了大功率光纤输出LD光源808nm(アズワン)。
·细胞容纳部
作为细胞容纳部，使用了经过TC处理的96孔板(Corning)。
·添加剂和培养细胞
作为添加剂，使用了作为血管内皮细胞增殖因子的VEGF-A。
培养细胞使用了人脐带静脉内皮细胞HUVEC。HUVEC用于血液凝固、血管形成等生理学和药理学试验。培养基使用了未添加VEGF的EBMTM内皮细胞基础培养基(LONZA)。
·细胞培养用载体的制造
通过EDC和磺基-NHS使多孔材料的琼脂糖凝胶颗粒表面的羧基活化。活化反应在室温下在pH 6.0的MES缓冲液中进行。由此，能够通过共价键将包含氨基的物质固定在琼脂糖凝胶颗粒上。
采用MES缓冲液将所得的琼脂糖凝胶颗粒洗涤后，使氨基修饰的金纳米棒在pH7.2的磷酸缓冲生理盐水中反应。
接下来，使合成的聚(烯丙胺-co-烯丙基脲)凝胶反应，经由凝胶中的一部分氨基，将金纳米棒和聚(烯丙胺-co-烯丙基脲)凝胶固定在琼脂糖凝胶颗粒表面上。通过洗涤除去未反应的金纳米棒和凝胶。由此，形成了细胞培养用刺激响应性基材和多孔材料的复合体1。
将所得的复合体1浸渍在添加有10mM的NaCl的pH为7.5的10mM的HEPES缓冲液中。在本条件下，相变温度降低，刺激响应性高分子材料在室温下膨润，能够摄入添加剂。
除去上清液以使颗粒残留，添加溶解有VEGF的HEPES缓冲液作为添加剂。VEGF通过扩散而透过膨润状态的刺激响应性高分子材料，并摄入至多孔材料内。由此，制造了细胞培养用载体1。
接下来，将细胞培养用载体1转移至培养基。由此，NaCl浓度上升，相变温度变为40℃以上，使得VEGF能够保留在多孔材料内。摄入有VEGF的颗粒保存在4℃下直至使用。
·细胞培养
将悬浮在培养基中的HUVEC接种在培养板上，并在5％CO2、37℃下在培养箱内进行培养以使细胞粘附。
交换为新鲜培养基后，导入细胞培养用载体1。通过近红外光照射，使刺激响应性高分子材料局部加热，膨润，在水中的溶解性增大。
因此，当内包的VEGF扩散从而释放到培养基中时，HUVEC促进了增殖。在VEGF扩散量达到所需量以后，为了防止VEGF对细胞代谢的作用而影响实验结果，当停止近红外光的照射时，可以使VEGF的释放停止。
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工业适用性
根据本公开的培养用添加剂扩散机构、培养用容器、培养系统以及细胞制造方法可以用于再生医学、药物研发以及细胞农业领域。
符号说明
10、10A、10A’培养用容器；100培养系统；11培养部；12培养对象；13培养基；20添加剂保持部；22扩散调节部；23培养用添加剂扩散机构；30培养管理装置；33发送信号部；34控制信号；35获取部；36控制部；37存储部；38、38a至d添加剂；39近红外线吸收体；40搬送部；41不透过部；42信号传输路径；43半透膜部；44培养基供给部；45培养基存储部；46培养基转移部；47培养基保存部；48培养基转移路径；49刺激响应性材料；50盖子；10a细胞培养用容器；11a细胞培养部；23a、b细胞培养用载体；60细胞培养用刺激响应性基材；61添加剂不透过层；62多孔材料。
Claims (14)
1.一种培养用添加剂扩散机构，具备：
保持培养所用的添加剂的添加剂保持部、以及
调节所述添加剂从所述添加剂保持部内向所述添加剂保持部外的扩散速度的扩散调节部，
(i)所述扩散调节部仅由刺激响应性材料和吸收近红外线的近红外线吸收体构成，所述刺激响应性材料是温度响应性材料，所述温度响应性材料根据所述近红外线吸收体的温度变化而改变所述添加剂的扩散速度，
或者
(ii)所述扩散调节部包含刺激响应性材料和吸收近红外线的近红外线吸收体，所述刺激响应性材料是温度响应性材料，所述温度响应性材料根据所述近红外线吸收体的温度变化而改变所述添加剂的扩散速度，所述添加剂保持部包含多孔材料。
2.一种培养用容器，具备：权利要求1所述的培养用添加剂扩散机构、以及导入有培养对象和培养基的培养部，所述培养部和所述培养用添加剂扩散机构经由所述扩散调节部而连接。
3.根据权利要求2所述的培养用容器，其具备多个所述培养部。
4.根据权利要求2或3所述的培养用容器，其具备多个所述培养用添加剂扩散机构。
5.根据权利要求4所述的培养用容器，其中，多个所述培养用添加剂扩散机构中所保持的所述添加剂的种类彼此不同。
6.一种培养系统，具备权利要求2至5中任一项所述的培养用容器、以及培养管理装置，其中，
所述培养管理装置具备获取部、控制部和发送信号部，
所述获取部至少获取规定所述添加剂的添加程序的培养方案，
所述控制部参照所述培养方案而生成发送信号部控制信息，
所述发送信号部基于所述发送信号部控制信息而向所述扩散调节部发送调节所述添加剂的扩散速度的控制信号，
所述扩散调节部基于所述控制信号而调节所述添加剂的扩散速度。
7.根据权利要求6所述的培养系统，其中，所述培养方案规定选自由所述添加剂的添加量、添加时间和时机所组成的组中的至少一种信息。
8.根据权利要求6或7所述的培养系统，其中，用于向所述扩散调节部发送所述控制信号的信号传输路径连接到所述发送信号部。
9.根据权利要求6或7所述的培养系统，其具备多个所述培养用容器，并且
进一步具备将多个所述培养用容器当中的至少一个移动至预定位置的搬送部，
所述控制部参照所述培养方案而分别生成用于向多个所述培养用容器添加所述添加剂的发送信号部控制信息，
所述发送信号部基于与存在于所述位置的所述培养用容器相对应的所述发送信号部控制信息而向已移动至所述位置处的所述培养用容器的所述扩散调节部发送所述控制信号。
10.根据权利要求6或7所述的培养系统，其进一步具备向所述培养部供给培养基的培养基供给部，
所述培养基供给部具备培养基存储部、培养基保存部、培养基转移部和培养基转移路径，
所述培养方案规定所述培养基的供给程序，
所述控制部参照所述培养方案而生成培养基供给部控制信息，
所述培养基供给部基于所述培养基供给部控制信息而向所述培养部供给所述培养基。
11.根据权利要求6或7所述的培养系统，其进一步具备向所述培养部供给培养基的培养基供给部，
所述培养基供给部具备培养基存储部、培养基保存部、培养基转移部和培养基转移路径，
所述培养用容器的至少一部分是由半透膜构成的半透膜部，
所述培养用容器与所述培养基转移路径经由所述半透膜部而流体连接，
经由所述半透膜部而由所述培养基供给部所供给的培养基与所述培养用容器中的培养基的成分进行交换。
12.根据权利要求6或7所述的培养系统，其进一步具备测定所述培养部中的所述培养对象状态的培养对象状态测量部，
所述控制部进一步参照由所述培养对象状态测量部得到的所述培养对象的测量结果而生成所述发送信号部控制信息。
13.根据权利要求6或7所述的培养系统，其进一步具备测量所述培养部中的所述培养基中所包含的所述添加剂的浓度的添加剂测量部，
所述控制部进一步参照由所述添加剂测量部得到的所述添加剂浓度的测量结果而生成所述发送信号部控制信息。
14.一种细胞制造方法，其使用了权利要求6至13中任一项所述的培养系统。
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