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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen automatischen Zellkultivierungsapparat
unter Einsatz von Dampfsterilisation („Autoklaven-Sterilisation") und eine Methode
zu dessen Verwendung und insbesondere auf einen automatischen Zellkultivierungsapparat
unter Einsatz von Dampfsterilisation und eine Methode zu dessen
Verwendung, die zur vollständigen
Sterilisation, die zum vollständigen
Sterilisieren, einschließlich
der Lagereinheiten, geeignet ist, ohne eine Kreuzkontamination zu
verursachen, auch wenn sie für
die Zellkultivierung mehrerer Probanden genutzt wird.
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In
jüngster
Zeit wurde die sogenannte regenerative Medizin, bei der Teile des
menschlichen Körpers
wie Haut-, Knorpel-, Knochen-, Blutgefäßzellen und -gewebe und Organe
entnommen werden und das Material außerhalb des Körpers kultiviert
und für die
Behandlung desselben Probanden oder eines anderen Patienten verwendet
wird, entwickelt und teilweise angewandt. In der regenerativen Medizin
wird eine kleine Menge von Zellen, die aus dem menschlichen Körper entnommen
wurden, außerhalb
des Körpers
kultiviert. Bei der Zellkultivierung ist es äußerst wichtig, die Kontamination
der kultivierten Zellen zu vermeiden. Insbesondere bei der gleichzeitigen
Kultivierung von Zellen mehrerer Probanden ergibt sich das wichtige
Problem der Vermeidung einer Kreuzkontamination, z. B. wenn Zellen
eines Probanden während
der Inkubation mit Zellen anderer Probanden oder infektiösen Bakterien,
Viren oder Mycoplasma usw., die den Zellen anhaften, vermischt werden.
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Andererseits
ist für
die praktische Anwendung der regenerativen Medizin eine sichere
und kostengünstige
Zellkultivierung notwendig, und es gibt Diskussionen über die
Notwendigkeit eines automatischen Apparates für die wiederholte und automatische
Durchführung
der Schritte Inkubation, Kulturmedienaustausch und Subkultur bis
zum Ende der Zellkultivierung. Zur Automatisierung dieser Kultivierungsarbeitsgänge und
zur Vermeidung des Problems der Kreuzkontamination wird derzeit
ein Zellkultivierungsapparat bis zum Abschluss der Zellkultivierung
ausschließlich
für einen
Probanden verwendet oder der Kultivierungsapparat wird bei unzureichenden
Gegenmaßnahmen
unter Verwendung eines Ventilatorluftstroms verwendet, wobei die
Probleme jedoch nicht ausreichend gelöst werden.
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Das
heißt,
wenn ein Zellkultivierungsapparat ausschließlich für einen Probanden verwendet
wird, sind keine Zellen anderer Probanden im Apparat vorhanden,
und es ergibt sich während
der Kultivierung nicht das Problem der Kreuzkontamination. Die Kosten
sind jedoch vom Ausnutzungsgrad des Apparates her gesehen höher. Im
Zellkultivierungsapparat unter Verwendung eines Ventilatorluftstroms
können Zellen
anderer Probanden im Apparat vorhanden sein, und die Kontamination
der Behälter
für andere Probanden
mit diesen Zellen, Bakterien, Viren oder Mycoplasma kann nicht vollständig verhindert
werden, und es gibt keine ausreichenden Gegenmaßnahmen für das Problem der Kreuzkontamination.
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Um
diese Probleme zu lösen,
wurde ein Apparat zur Kultivierung von Zellen mehrerer Probanden
entwickelt, bei dem eine Kreuzkontamination verhindert wird (siehe
Internationale Veröffentlichung Nr.
2004/011593 Pamphlet 2). Dieser automatische Kultivierungsapparat
umfasst eine Vielzahl Inkubatoreinheiten und eine Arbeitseinheit,
die gewöhnlich
für Kulturarbeitsgänge wie
Kulturmediumaustausch und Subkultur verwendet wird. Am Ende der
Kulturarbeitsgänge
für einen
Probanden wird der Apparat mit Ozon oder einem anderen Gas sterilisiert,
aber wenn Restgas im Apparat vorhanden ist, können die zu inkubierenden Zellen
zerstört
werden. Dieser automatische Zellkultivierungsapparat kann die Inkubatoreinheiten
und die Arbeitseinheit im Hauptkörper
des Apparates, jedoch nicht die bei der Kultivierung verwendeten
Lagereinheiten, Lagerreagenzien und Kulturwerkzeuge oder die Einlass-Auslass-Einheit zum
Hineingeben und Herausnehmen von Reagenzien und Kulturwerkzeugen
sterilisieren. Daher kann die Kreuzkontamination nicht vollständig, einschließlich Lagereinheiten
und Einlass-Auslass-Einheit, verhindert werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist dazu bestimmt, die Probleme des Stands
der Technik zu lösen,
und es ist daher ein Ziel zumindest der bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung, einen automatischen Zellkultivierungsapparat vorzustellen,
der zur vollständigen
Sterilisierung, einschließlich
Lagereinheiten und Einlass-Auslass-Einheit, geeignet ist, ohne eine
Kreuzkontamination zu verursachen, wenn er für die Zellkultivierung mehrerer
Probanden verwendet wird.
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Der
automatische Zellkultivierungsapparat der Erfindung unter Einsatz
von Dampfsterilisation umfasst eine Arbeitseinheit zur Durchführung der
für die
Kultivierung der Zellen der Probanden notwendigen Arbeitsgänge, eine
oder mehrere Inkubatoreinheiten zur Kultivierung der Zellen, eine
oder mehrere Lagereinheiten zur Lagerung der für die Kultivierung notwendigen
Reagenzien und Werkzeuge und eine Dampfzufuhreinheit zur Dampfsterilisation,
wobei die Inkubatoreinheiten und Lagereinheiten mit der Arbeitseinheit
verbunden sind und Verschlusstüren
aufweisen, die jeweils zur Arbeitseinheit führen und durch die Auswahl
der Verschlusstür
und deren Öffnen
oder Schließen
Sterilisierdampf aus der Dampfzufuhreinheit in die Arbeitseinheiten
eingeleitet wird und wobei alle ausgewählten Inkubatoreinheiten und die
ausgewählten
Lagereinheiten mit der Arbeitseinheit verbunden sind.
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Im
automatischen Zellkultivierungsapparat der Erfindung besteht keine
Gefahr des Vorhandenseins von Restgas, da Dampfsterilisation und
keine Gassterilisation eingesetzt wird, und der Sterilisationsvorgang
ist in kurzer Zeit abgeschlossen. Überdies wird die Dampfsterilisation
bei Sterilisationsapparaten eingesetzt, die in der Regel in Krankenhäusern und
anderen klinischen Einrichtungen verwendet werden, wobei eine hohe
Sterilisationswirkung erreicht wird und eine Kreuzkontamination
sicher verhindern werden kann.
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Die
mit der Arbeitseinheit verbundenen Inkubatoreinheiten und Lagereinheiten
können
zur Arbeitseinheit hin geöffnet
werden, indem die Verschlusstüren
geöffnet
werden, und können
gemeinsam mit der Arbeitseinheit sterilisiert werden, wenn eine
Sterilisation erforderlich ist.
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Der
automatische Zellkultivierungsapparat umfasst außerdem vorzugsweise eine Einlass-Auslass-Einheit
zum Hineingeben und Herausnehmen von Reagenzien und Kulturwerkzeugen,
wobei die Einlass-Auslass-Einheit mit der Arbeitseinheit verbunden
ist und eine Verschlusstür
hat, die zur Arbeitseinheit führt,
und durch Öffnen
und Schließen der
Verschlusstür
Sterilisierdampf aus der Dampfzufuhreinheit zugeführt wird.
Somit wird durch Öffnen der
Verschlusstür
die Einlass-Auslass-Einheit mit der Arbeitseinheit verbunden, und
sie kann gemeinsam mit der Arbeitseinheit sterilisiert werden, wenn
eine Sterilisation erforderlich ist.
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Der
automatische Zellkultivierungsapparat umfasst außerdem vorzugsweise eine Filtereinheit zur
Reinigung und Sterilisation eines Luftstroms, der in die Arbeitseinheit
eingeleitet wird, und eine Verschlusstür, die zwischen der Filtereinheit und
der Arbeitseinheit eingebaut wird, wobei die Filtereinheit zum Zeitpunkt
der Dampfsterilisation von der Arbeitseinheit isoliert ist.
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Damit
wird die Filtereinheit während
der Dampfsterilisation vor Hitze und Dampf geschützt.
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Die
Arbeitseinheit kann einen Arbeitsroboter, einen Zentrifugalseparator
und für
die Zellkultivierung notwendige Kultivierungsarbeitsgeräte umfassen,
und die Arbeitseinheit kann eine Geräteeinbaueinheit mit Arbeitsroboter
und Zentrifugalseparator und eine Kultivierungsarbeitseinheit mit
den Kultivierungsarbeitsgeräten
umfassen, wobei zwischen der Geräteeinbaueinheit
und der Kultivierungsarbeitseinheit eine Absperrvorrichtung vorgesehen
werden kann. Somit ist es möglich,
nur die Kultivierungsarbeitseinheit zu sterilisieren.
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Das
für die
Kultivierung der Zellen notwendige Kultivierungsarbeitsgerät kann einen
Drehteller, ein Pipettiergerät
und ein Gerät
zur Handhabung der Zentrifugenröhrchen
umfassen, und die zur Kultivierung der Zellen notwendigen Arbeitsgänge können einen
Arbeitsgang zum Austausch des Kulturmediums und einen Subkulturarbeitsgang
umfassen.
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Die
Methode zur Verwendung des automatischen Zellkultivierungsapparats
der Erfindung kann eine Methode zur Verwendung eines jeden der oben genannten
automatischen Zellkultivierungsapparate sein.
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Die
Methode kann die Schritte Kultivierung der Zellen für einen
Probanden, dann Schließen
aller Verschlusstüren
und Sterilisation nur der Arbeitseinheit umfassen.
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Somit
können
die Zellen von mehreren Probanden einzeln in den Inkubatoreinheiten
kultiviert werden, mit den Zellen eines Probanden in einer Inkubatoreinheit,
und einzelne Kultivierungsarbeitsgänge für mehrere Probanden können von
einer gemeinsamen Arbeitseinheit durchgeführt werden, wobei eine Kreuzkontamination
verhindert wird.
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Die
Methode kann auch die Schritte Fertigstellung der Zellkultur für einen
Probanden, dann Öffnen
der Verschlusstür
zwischen der Inkubatoreinheit des Probanden und der Arbeitseinheit,
Schließen
aller anderen Verschlusstüren
und Sterilisation nur der Inkubatoreinheit des Probanden und der
Arbeitseinheit umfassen.
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Somit
können
die Inkubatoreinheiten unabhängig
voneinander für
mehrere Probanden genutzt werden, und der Ausnutzungsgrad des automatischen
Zellkultivierungsapparates kann gesteigert werden.
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Die
Methode zur Verwendung des automatischen Zellkultivierungsapparates
der Erfindung kann auch eine Methode zur Wartung des oben genannten automatischen
Zellkultivierungsapparates sein.
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Die
Methode kann das Öffnen
der Verschlusstüren
zwischen der Arbeitseinheit und den zu sterilisierenden Inkubatoreinheiten
und der Verschlusstüren
zwischen der Arbeitseinheit und den zu sterilisierenden Lagereinheiten
und die gleichzeitige Sterilisation der Inkubatoreinheiten gemeinsam
mit den Lagereinheiten umfassen.
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Daher
kann die Wartung der zu sterilisierenden Innenteile im automatischen
Zellkultivierungsapparat leicht durchgeführt werden.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst die Methode zur Verwendung
des automatischen Zellkultivierungsapparates die Schritte Öffnen der
Verschlusstür
zwischen der Einlass-Auslass-Einheit und der Arbeitseinheit und
gleichzeitige Sterilisation der Einlass-Auslass-Einheit gemeinsam
mit der Arbeitseinheit.
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Im
automatischen Zellkultivierungsapparat, in dem eine Absperrvorrichtung
zwischen der Geräteinbaueinheit
und der Kultivierungsarbeitseinheit vorgesehen ist, ist es möglich, durch
Schließen
dieser Absperrvorrichtung nur die Kultivierungsarbeitseinheit zu
sterilisieren.
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Da
im automatischen Zellkultivierungsapparat der Erfindung Dampfsterilisation
und keine Gassterilisation eingesetzt wird, besteht keine Gefahr
von Restgas, und der Sterilisationsvorgang ist in kurzer Zeit abgeschlossen. Überdies
wird beim Einsatz der Dampfsterilisation eine hohe Sterilisationswirkung
erwartet, wie bei Sterilisationsapparaten, die in der Regel in Krankenhäusern und
anderen klinischen Einrichtungen verwendet werden.
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Ferner
ist es möglich,
durch das selektive Öffnen
und Schließen
der Verschlusstüren
nur die für den
jeweiligen Probanden und den jeweiligen Kultivierungsarbeitsgang
notwendigen Teile zu sterilisieren und die Zellen von mehreren Probanden
in einem Apparat zu kultivieren und dabei eine Kreuzkontamination
sicher zu verhindern.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird nun anhand eines Beispiels und mit Bezug auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine
Draufsicht eines automatischen Zellkultivierungsapparats einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
Perspektivansicht ist, geschnitten entlang der Linie P-P von 1,
gesehen von der oberen rechten Seite der von den Pfeilen angegebenen
Richtung;
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3 eine
Schnittansicht ist, die in Richtung der Pfeile im Wesentlichen entlang
der Linie Q-Q von 1 erfolgt;
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4 eine
Schnittansicht ist, die in Richtung der Pfeile im Wesentlichen entlang
der Linie Q-Q von 1 erfolgt;
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5 eine
Schnittansicht ist, die in Richtung der Pfeile im Wesentlichen entlang
der Linie P-P von 1 erfolgt;
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6 einen
Fall zeigt, wo Sterilisierdampf aus der Dampfzufuhreinheit 22 in 5 in
die Arbeitseinheit 11 geleitet wird; und
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7 eine
Schnittansicht entlang der Linie P-P von 1 ist, die
einen Fall zeigt, wo die Kühllagereinheit 16 und
die Arbeitseinheit 11 sterilisiert werden.
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Der
automatische Zellkultivierungsapparat der Erfindung, der Dampfsterilisation
einsetzt, und die Methode zu dessen Herstellung wird nachstehend
mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen erläutert,
wobei die Erfindung jedoch nicht auf die folgende Erläuterung
beschränkt
ist.
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1 ist
eine Draufsicht eines automatischen Zellkultivierungsapparats in
einer Ausführungsform
der Erfindung. 2 ist eine Perspektivansicht,
geschnitten entlang der Linie P-P von 1, gesehen
von der oberen rechten Seite der von den Pfeilen angegebenen Richtung. 3 und 4 sind
Schnittansichten, die in Richtung der Pfeile im Wesentlichen entlang
der Linie Q-Q von 1 erfolgen. Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst
der automatische Zellkultivierungsapparat der Erfindung eine Arbeitseinheit 11,
eine Vielzahl von Inkubatoreinheiten 14, eine Kühllagereinheit 16 und
eine Normaltemperaturlagereinheit 17 als Lagereinheiten,
eine Einlass-Auslass-Einheit 15 und
eine Dampfzufuhreinheit 22.
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Die
Arbeitseinheit 11 ist ein Raum für die Kultivierungsarbeitsgänge, die
für die
Kultivierung der Zellen der Probanden notwendig sind, und besteht, wie
in 1 gezeigt, aus einer Kultivierungsarbeitseinheit 13 und
einer Geräteeinbaueinheit 12,
die von Einheit 13 verschieden ist. Die Kultivierungsarbeitseinheit 13 umfasst,
wie in 1 gezeigt, einen Drehteller 31, ein Pipettiergerät 32,
ein Gerät
zur Handhabung der Zentrifugenröhrchen 33 und
eine Entsorgungseinheit für
verbrauchte Medizin, die nicht gezeigt wird. Die Geräteeinbaueinheit 12 umfasst
einen Arbeitsroboter, der konkrete Kultivierungsarbeitsgänge anstelle
von Arbeitskräften
ausführt,
und einen Zentrifugalseparator 21. Der Arbeitsroboter 19, der
Zentrifugalseparator 21, der Drehteller 31, dass Pipettiergerät 32 und
das Gerät
zur Handhabung der Zentrifugenröhrchen 33 wird
unter Steuerung der in 1 gezeigten Steuereinheit 23 betrieben.
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Die
Inkubatoreinheit 14 ist ein Raum zur Kultivierung von Zellen,
und, wie in 3 und 4 gezeigt,
befindet sich im Inneren jeder Inkubatoreinheit 14 ein
mehrstufiger Schalenständer 35 zum
Halten einer Vielzahl von Petrischalen 34, die bei der Zellkultivierung
verwendet werden. Wie auch in 1 gezeigt,
ist jede Inkubatoreinheit an eine Leitung 14 zur Zufuhr
von Kohlendioxid zur Regulierung der Kulturatmosphäre angeschlossen.
Obwohl in 2 nur zwei Leitungen 14a gezeigt
werden, werden die Leitungen 14a zur Zufuhr von Kohlendioxid tatsächlich an
alle Inkubatoreinheiten 14 angeschlossen. In dieser Ausführung sind
die Kulturzellen, die in einer Inkubatoreinheit 14 kultiviert
werden, auf nur einen Probanden beschränkt, und in den einzelnen Inkubatoreinheiten 14 können jeweils
Kulturzellen verschiedener Probanden kultiviert werden.
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Die
Kühllagereinheit 16 ist
ausgestattet, um die für
die Kultivierung notwendigen Reagenzien zu kühlen; die Reagenzien umfassen
zum Beispiel das Kulturmedium, Trypsinlösung zur Exfoliation der kultivierten
Zellen usw. Die sterilisierten Reagenzien werden in der Kühllagereinheit 16 gelagert.
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Die
Normaltemperaturlagereinheit 17 ist ausgestattet, um die
bei der Zellkultivierung verwendeten Kulturwerkzeuge und die bei
Normaltemperatur zu lagernden Chemikalien zu lagern; zu diesen Kulturwerkzeugen
gehören
die beim Austausch des Kulturmediums verwendeten Pipetten und Zentrifugenröhrchen.
In der Normaltemperaturlagereinheit 17 werden bereits sterilisierte
Kulturwerkzeuge gelagert. In der Normaltemperaturlagereinheit 17 werden
außerdem
die bei Normaltemperatur zu lagernden Chemikalien (zum Beispiel
Phosphatpufferlösung
(PBS) und physiologische Kochsalzlösung gelagert.
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Die
Einlass-Auslass-Einheit 15 ist ausgestattet, um die zu
kultivierenden Zellen, die Zellen nach der Kultivierung, die Reagenzien
und Kulturwerkzeuge hineinzugeben und herauszunehmen. Die Einlass-Auslass-Einheit 15 kann
auch als Einlass für
die zu kultivierenden Zellen und als Auslass nach der Kultivierung
genutzt werden.
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Die
Dampfzufuhreinheit 22 ist ausgestattet, um Dampf für die Dampfsterilisation
zuzuführen,
so dass zum Beispiel gesättigter
Dampf (Sterilisierdampf) mit 121°C
zugeführt
werden kann.
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In
dieser Ausführungsform
wird eine Vielzahl von Inkubatoreinheiten 14 und eine Einlass-Auslass-Einheit 15 an
der Arbeitseinheit 11 angebracht, so dass eine Vielzahl
von vertikalen Reihen gebildet wird, die, wie in 2 gezeigt,
vertikal in drei Stufen vorgesehen werden. Die Einlass-Auslass-Einheit 15 befindet
sich, wie in 2 gezeigt, in der Mitte der vertikalen
Reihen der drei vertikalen Stufen. Die Kühllagereinheit 16 und
die Normaltemperaturlagereinheit 17 bilden vertikale Reihen
in zwei vertikalen Stufen; die Kühllagereinheit 16 befindet
sich auf der oberen Stufe, und die Normaltemperaturlagereinheit 17 befindet
sich auf der unteren Stufe.
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Im
automatischen Zellkultivierungsapparat der Ausführungsform wird, wie in 2 bis 4 gezeigt, über der
Geräteeinbaueinheit 12 der
Arbeitseinheit 11 eine Filtereinheit 20a und über der
Kultivierungsarbeitseinheit 13 eine Filtereinheit 20b vorgesehen.
Die Filtereinheiten 20a und 20b haben HEPA-Filter
(Hochleistungsschwebstofffilter).
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Im
Apparat der Erfindung wird zwischen der Arbeitseinheit 11 und
der Inkubatoreinheit 14 eine automatisch öffen- und
schließbare
Verschlusstür 18a und
zwischen der Arbeitseinheit 11 und der Einlass-Auslass-Einheit 15 eine
automatisch öffen-
und schließbare
Verschlusstür 18b und
zwischen der Arbeitseinheit 11 und der Kühllagereinheit 16 eine
automatisch öffen-
und schließbare
Verschlusstür 18c und
zwischen der Arbeitseinheit 11 und der Normaltemperaturlagereinheit 17 eine
automatisch öffen- und
schließbare
Verschlusstür 18d vorgesehen.
Außerdem
werden, wie in 3 und 4 gezeigt, zwischen
der Filtereinheit 20a und der Geräteeinbaueinheit 12 und
zwischen der Filtereinheit 20b und der Kultivierungsarbeitseinheit 13 jeweils
die automatisch öffen-
und schließbaren Verschlusstüren 30a und 30b vorgesehen.
Außerdem
wird zwischen der Geräteeinbaueinheit 12 und
der Kultivierungsarbeitseinheit 13 der Arbeitseinheit 11 eine
Absperrung 28 als Absperrungsvorrichtung vorgesehen. Diese
Verschlusstüren 18a bis 18d, 30a und 30b und
die Absperrung 28 werden aus Materialien mit hoher Luftdichtigkeit
und Wärmedämmung hergestellt,
so dass bei der Dampfsterilisation ein Austreten von Dampf aus der
Arbeitseinheit 11 verhindert und die Wärmeleitung aus der Arbeitseinheit 11 so
weit wie möglich unterbunden
wird.
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Wenn
die Verschlusstüren 18a bis 18d offen sind,
sind die Inkubatoreinheit 14, die Einlass-Auslass-Einheit 15,
die Kühllagereinheit 16 und
die Normaltemperaturlagereinheit 17 daher räumlich mit
der Arbeitseinheit verbunden und werden gemeinsam mit der Arbeitseinheit 11 durch
den Dampf aus der Dampfzufuhreinheit 22 sterilisiert, wohingegen
die Inkubatoreinheit 14, die Einlass-Auslass-Einheit 15, die Kühllagereinheit 16 und
die Normaltemperaturlagereinheit 17 fast vollkommen von
der Arbeitseinheit isoliert sind, wenn die Verschlusstüren 18a bis 18d geschlossen
sind, und nicht der Einwirkung des Sterilisierdampfes unterliegen.
Wenn die Verschlusstüren 30a und 30b der
Filtereinheiten 20a und 20b bei der Sterilisation
der Arbeitseinheit 11 geschlossen sind, werden die Filtereinheiten 20a und 20b vor
dem Sterilisierdampf geschützt.
Außerdem
ist es möglich, durch
Schließen
der Absperrung 28 nur die Geräteeinbaueinheit 12 oder
nur die Sterilisationsarbeitseinheit 13 zu sterilisieren.
In dieser Ausführungsform wird
das Öffnen
oder Schließen
der Verschlusstüren 18a bis 18d, 30a und 30b und
das Öffnen
und Schließen
der Absperrung 28 ebenfalls von der Steuereinheit 23 gesteuert.
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Wie
in 3 und 4 gezeigt, wird in dieser Ausführungsform
ein Ventilatorluftstrom durch einen Ansaugventilator 24 und
einen Abluftventilator 25 in die Geräteinbaueinheit 12 und
die Sterilisationsarbeitseinheit 13 der Arbeitseinheit 11 geleitet.
Dieser Luftstrom wird vom Ansaugventilator 24 durch einen
Vorfilter 24a angesaugt, wovon der größte Teil einer Staubentfernung
durch die Filtereinheit 20a unterzogen wird und in die
Geräteeinbaueinheit 12 geleitet
wird und vom Abluftventilator 25 von unterhalb der Kultivierungsarbeitseinheit 13 durch
einen Vorfilter 25a nach außen abgeleitet wird. Ein Teil
des vom Ansaugventilator 24 angesaugten Luftstroms wird
einer Staubentfernung durch die Filtereinheit 20b unterzogen
und in die Kultivierungsarbeitseinheit 13 eingeleitet und
vom Abluftventilator 25 von unterhalb der Geräteeinbaueinheit 12 nach
außen
abgeleitet. Der durch den Filter 25a fließende Luftstrom
kann, ohne nach außen
abgeleitet zu werden, später
durch den Ansaugfilter 24a in den HEPA-Filter 20a oder 20b eingeleitet
und dann in den Apparat zurückgleitet werden,
so dass eine interne Zirkulationsschleife gebildet werden kann.
Die Menge des in die Geräteinbaueinheit 12 und
die Sterilisationsarbeitseinheit 13 eingeleiteten Luftstroms
wird durch die Absperrung 26 und die Drosselklappe 27 geregelt.
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Im
Apparat der Ausführungsform
werden die für
die Zellkultivierung notwendigen Arbeitsgänge Kulturmedienaustausch und
Subkultur automatisch durchgeführt.
Im automatischen Zellkultivierungsapparat der Ausführungsform
wird der Arbeitsgang Kulturmedienaustausch wie folgt durchgeführt. Zuerst nimmt
der Arbeitsroboter 19, wie in 3 gezeigt, die
im Schalenständer 35 im
Inkubator 14 stehende Petrischale 34, in der die
Zellkultivierung stattfindet, heraus, dreht sie, wie in 4 gezeigt,
in Richtung der Kultivierungsarbeitseinheit 13 und stellt
die Petrischale 34 auf den Drehteller 31 der Kultivierungsoperationseinheit 13.
Als nächstes öffnet der
Arbeitsroboter 19 den Deckel der Petrischale 34.
Dann saugt das Pipettiergerät 32 das
Kulturmedium aus der Petrischale, entfernt es und gibt ein neues
Kulturmedium in die Petrischale. Der Arbeitsroboter 19 schließt den Deckel
der Petrischale 34 und kehrt in die Ausgangsposition im
Schalenständer 35 in
der Inkubatoreinheit 14 zurück. Diese Reihe von Arbeitsgängen wird
von der Steuereinheit 23 gesteuert.
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Als
nächstes
wird der Subkulturarbeitsgang im automatischen Zellkultivierungsapparat
der Ausführungsform
wie folgt beschrieben. Zuerst nimmt der Arbeitsroboter, in der gleichen
Art und Weise wie vorstehend beschrieben, die im Schalenständer 35 in der
Inkubatoreinheit 14 stehende Petrischale 34, in der
die Zellkultivierung stattfindet, heraus, stellt die Petrischale 34 auf
den Drehteller 31 der Kultivierungsarbeitseinheit 13 und öffnet den
Deckel der Petrischale 34. Das Pipettiergerät 32 saugt
den Brei aus der Petrischale und entfernt ihn. Das Pipettiergerät 32 tröpfelt Trypsinlösung zur
Exfoliation der kultivierten Zellen in die Petrischale. Der Arbeitsroboter 19 neigt
und dreht die Petrischale, so dass die Trypsinlösung über die gesamte Petrischale 34 verteilt
wird. Wenn die Zellen aus der Petrischale exfoliiert sind, was von
einer TV-Kamera oder Ähnlichem
(nicht gezeigt) überwacht
wird, transferiert das Pipettiergerät 32 die Zellen enthaltende
Lösung
aus der Petrischale 34 in ein Zentrifugenröhrchen,
das von der Vorrichtung zur Handhabung der Zentrifugenröhrchen 33 gehalten
wird. Die Vorrichtung zur Handhabung der Zentrifugenröhrchen 33 verschließt das Zentrifugenröhrchen und
setzt es in den Zentrifugalseparator 21. Wenn die Zentrifugalseparation
durch den Zentrifugalseparator 21 beendet ist, entfernt
die Vorrichtung zur Handhabung der Zentrifugenröhrchen 33 den Deckel
vom Zentrifugenröhrchen.
Das Pipettiergerät 32 entfernt
die obere Schicht im Zentrifugenröhrchen, saugt die am Boden
des Zentrifugenröhrchens
abgesetzten Zellen heraus und verteilt sie in kleinen Mengen in
eine Vielzahl neuer Petrischalen auf dem Drehteller 31.
Der Arbeitsroboter 19 schließt die Deckel dieser Petrischalen
und stellt eine nach der anderen in den Schalenständer 35 im
Inkubator 14, und ihre Positionen werden in der Steuereinheit
für den nächsten Kulturmedienaustausch-
und Subkulturarbeitsgang gespeichert.
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Im
automatischen Zellkultivierungsapparat der Ausführungsform wird die Dampfsterilisation nach
den Kultivierungsarbeitsgängen
für einen
Probanden, nach Abschluss der Zellkultivierung für einen Probanden, zur Zeit
der Wartung des automatischen Zellkultivierungsapparates und bei
der Beförderung
der Kulturzellen, Reagenzien und Kulturwerkzeuge in den und aus
dem Apparat durchgeführt.
Die Methode der Dampfsterilisation unter Verwendung des automatischen
Zellkultivierungsapparates der Ausführungsform wird noch erklärt.
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5 bis 7 sind
Schnittsansichten, die in Richtung der Pfeile im Wesentlichen entlang der
Linie P-P von 1 erfolgen; der Arbeitsroboter wird
in diesen Zeichnungen nicht dargestellt. Nach den Kultivierungsarbeitsgängen für einen
Probanden, wie z. B. dem Kulturmedienaustausch- oder Subkulturarbeitsgang,
wird die Dampfsterilisation nach dem folgenden Verfahren durchgeführt, bevor die
Kultivierungsarbeitsgänge
für einen
anderen Probanden beginnen. In diesem Fall ist nur die Arbeitseinheit 11 zu
sterilisieren, und die Verschlusstür 18a jeder Inkubatoreinheit 14,
die Verschlusstür 18b der Einlass-Auslass-Einheit 15,
die Verschlusstür 18c der
Kühllagereinheit 16,
die Verschlusstür 18d der Normaltemperaturlagereinheit 17 und
die Verschlusstüren 30a und 30b der
Filter 20a und 20b sind geschlossen. Dann wird
gesättigter
Dampf, zum Beispiel mit 121°C,
aus der Dampfzufuhreinheit 22 in die Arbeitseinheit 11 (6)
geleitet. Da die Verschlusstüren 18a bis 18d,
wie oben erwähnt,
eine hohe Luftdichtigkeit und Wärmedämmung aufweisen,
werden die Kulturzellen in der Inkubatoreinheit 14, die
in der Kühllagereinheit 16 gelagerten
Reagenzien und Kulturwerkzeuge und die Normaltemperaturlagereinheit 17 nicht
geschädigt.
Nach einer ausreichenden Sterilisationszeit wird die Dampfzufuhr gestoppt,
und wenn die Arbeitseinheit 11 ihre Normaltemperatur wieder
erreicht hat, können
die Zellkultivierungsarbeitsgänge
für den
nächsten
Probanden begonnen werden.
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Als
nächstes
wird die nach dem Abschluss der Zellkultivierung für einen
Probanden durchgeführte
Dampfsterilisation erklärt.
Die Sterilisation wird nach der Entnahme der Kulturzellen nach Abschluss der
Kultivierung bis zu einem bestimmten Grad durch Wiederholung der
Kultivierungsarbeitsgänge
Kulturmedienaustausch und Subkultur durchgeführt. Da nur die Arbeitseinheit 11 und
eine bestimmte Inkubatoreinheit 14 sterilisiert werden
muss, ist in diesem Fall die Verschlusstür 18a der Inkubatoreinheit 14 geöffnet, und
alle anderen Verschlusstüren 18a bis 18d und
die Verschlusstüren 30a und 30b sind
geschlossen. Als nächstes
wird gesättigter
Dampf, zum Beispiel mit 121°C,
aus der Dampfzufuhreinheit 22 zugeführt. Da die Verschlusstür 18a der
zu sterilisierenden Inkubatoreinheit 14 geöffnet ist,
wird zu dieser Zeit nur die Arbeitseinheit 11 und die Inkubatoreinheit 14 durch
den Sterilisierdampf sterilisiert. Nach einer ausreichenden Sterilisationszeit
wird die Dampfzufuhr gestoppt, und wenn die Inkubatoreinheit 14 und die
Arbeitseinheit 11 ihre Normaltemperatur wieder erreicht
haben, können
die Zellkultivierungsarbeitsgänge
für einen
anderen Probanden unter Verwendung der sterilisierten Inkubatoreinheit
begonnen werden.
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Außerdem wird
die Dampfsterilisation auch zur Zeit der Wartung des automatischen
Zellkultivierungsapparates durchgeführt. Bei der Sterilisation
in diesem Fall wird entweder die Verschlusstür 18c der Kühllagereinheit 16 oder
die Verschlusstür 18d der Normaltemperaturlagereinheit 17 oder
beide und die Verschlusstür 18a der
zu sterilisierenden Inkubatoreinheit 14 geöffnet, und
alle anderen Verschlusstüren 18a und 18b und
die Verschlusstüren 30a und 30b sind
geschlossen. In diesem Stadium wird gesättigter Dampf, zum Beispiel
mit 121°C,
aus der Dampfzufuhreinheit 22 zugeführt. Dadurch werden die Arbeitseinheit 11,
die Kühllagereinheit 16,
die Normaltemperaturlagereinheit 17 und die zu sterilisierende
Inkubatoreinheit 14 zur gleichen Zeit sterilisiert. 7 zeigt einen
Fall, wo nur die Kühllagereinheit 16 und
die Arbeitseinheit 11 sterilisiert werden, ohne dass die
Inkubatoreinheit 14 und die Normaltemperaturlagereinheit 17 sterilisiert
wird.
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Im
automatischen Zellkultivierungsapparat der Ausführungsform wird auch die Einlass-Auslass-Einheit
gelegentlich sterilisiert. Die Einlass-Auslass-Einheit 15 kann
durch Öffnen
der Verschlusstür 18b der
Einlass-Auslass-Einheit 15 ordnungsgemäß sterilisiert werden, wenn
Kulturzellen, Reagenzien und Kulturwerkzeuge in den Apparat hineingegeben oder
herausgenommen werden. Diese Sterilisation kann zur gleichen Zeit
wie die Sterilisation der Arbeitseinheit 11 nach den Kultivierungsarbeitsgängen, wie
die Sterilisation der Arbeitseinheit 11 und der Inkubatoreinheit 14 nach
Abschluss der Zellkultivierung für
einen Probanden und wie die Sterilisation zur Zeit der Wartung des
automatischen Zellkultivierungsapparates durchgeführt werden.
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Da
die Absperrung 28 zwischen der Geräteeinbaueinheit 12 und
der Kultivierungsarbeitseinheit 13 vorgesehen wird, ist
es im automatischen Zellkultivierungsapparat außerdem möglich, wenn der Sterilisierdampf
aus der Dampfzufuhreinheit 22 nur in die Kultivierungsarbeitseinheit 13 eingeleitet
wird, durch Schließen
der Absperrung 28 nur die Kultivierungsarbeitseinheit 13 zu
sterilisieren. Oder aber, wenn der Sterilisierdampf aus der Dampfzufuhreinheit 22 nur
in die Geräteeinbaueinheit 12 eingeleitet
wird, ist es möglich,
durch Schließen
der Absperrung 28 nur die Geräteeinbaueinheit 12 zu
sterilisieren.
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Außerdem kann
im automatischen Zellkultivierungsapparat der Ausführungsform
der gesamte Innenraum sterilisiert werden. Das heißt, durch Schließen der
Verschlusstüren 30a und 30b und Öffnen aller
Verschlusstüren 18a bis 18d,
können
die Geräteeinbaueinheit 12 und
die Kultivierungsarbeitseinheit 13 der Arbeitseinheit 11,
die Inkubatoreinheit 14, die Einlass-Auslass-Einheit 15,
die Kühllagereinheit 16 und
die Normaltemperaturlagereinheit 17 gleichzeitig sterilisiert
werden.
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Gemäß dem automatischen
Zellkultivierungsapparat der Erfindung unter Einsatz von Dampfsterilisation
und der Methode zu dessen Verwendung kann die Zellkultivierung automatisch
betrieben und effektiv im Bereich der regenerativen Medizin angewendet
werden.