JP2004097046A - Culture container - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、細胞を培養する培養装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
細胞を培養するには、患者から抽出された骨髄液等の体液から培養すべき細胞を抽出する抽出工程、培養すべき細胞に適した培地を調製する培地調製工程、抽出された細胞を適当な培養容器内に培地とともに投入して所定の培養条件下に配する一次培養工程、一次培養された細胞を生体組織補填材と混合してさらに培養する二次培養工程等、複数の工程が順次行われる。
【0003】
従来、この種の細胞の培養は、全体を密封して内部の塵埃量を管理したクリーンベンチにおいて行うことが考えられている(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
【特許文献1】
特公平3−57744号公報(第2頁第3欄等)
【0005】
すなわち、クリーンベンチ内においては、例えば、天井側から床側に向かって流れる空気流が形成されており、各処理工程において塵埃等が生じた場合には、空気流によって塵埃等が床側に流され、床下に配置された集塵機によって回収されることになる。クリーンベンチ内にはロボットアームが配置されていて、各工程間において細胞を移動させることができるようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように全ての処理工程を比較的大きなクリーンベンチ内で行う場合には、各工程が行われる空間が連続しているために、一の工程において発生する塵埃が、他の工程に配されている細胞に混入する可能性がある。したがって、複数の細胞を同時に培養する場合には、細胞間の混合が生じたり、添加する物質が汚染されたりしないように充分に気を付ける必要がある。
【0007】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成によって、各処理工程における塵埃や細菌等による汚染を低減することができる培養容器および培養装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、以下の手段を提供する。
請求項1に係る発明は、少なくとも1つの主培養容器と、培地を封入した少なくとも1つの培地容器と、前記主培養容器内の流体を収容可能な少なくとも1つの廃棄培地容器とを、相互間の流体の流動を制限可能な連結管により、外部に対して密封状態に連結した培養容器と、前記主培養容器に対する培地容器および廃棄培地容器の高さをそれぞれ調節可能な高低差調整手段とを備える培養装置を提供する。
【0009】
この発明によれば、主培養容器内に細胞を封入して、培地容器と主培養容器との間の連結管における流体の流動の制限を解除するとともに、高低差調整手段を作動させて、培地容器を主培養容器より高い位置に配置することにより、培地容器から連結管を通して主培養容器内に培地が流入する。この状態で上記連結管における流体の流動を再度制限することにより、主培養容器内部が他の容器に対して密封される。これにより、外部に対して密封された主培養容器内において細胞を培養することが可能となる。
【0010】
また、所定時間が経過した後に主培養容器内の培地を交換する必要が生じた場合には、主培養容器と廃棄培地容器との間の連結管の流動制限を解除するとともに、高低差調整手段を作動させて主培養容器を廃棄培地容器よりも高い位置に配置することにより、主培養容器から廃棄培地容器に向けて培地が流動させられる。これにより、主培養容器内において不要となった廃棄培地を廃棄培地容器に排出することが可能となる。
【0011】
その後、再度培地容器から主培地容器に向けて培地を流入させて連結管における流体の流動を制限することにより、細胞の培養が継続されることになる。
このように、この発明に係る培養容器によれば、完全に密封された容器内において、細胞の培養と、細胞の培養に必要な培地の供給・廃棄による交換を重力によって行うことが可能となる。
【0012】
請求項2に係る発明は、請求項1記載の培養装置において、前記高低差調整手段が、長手軸を水平に配した状態で長手軸回りに回転可能に設けられ、前記主培養容器、培地容器および廃棄培地容器を、それぞれ異なる周方向位置に固定する回転ドラムからなる培養装置を提供する。
この発明によれば、回転ドラムの回転により、異なる周方向位置に固定されている主培養容器、培地容器および廃棄培地容器の高低差を簡易に調整することが可能となる。また、回転ドラムを連続回転させることで、遠心分離機としても利用することが可能となる。
【0013】
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の培養装置において、前記培養容器が、前記回転ドラムの外面に装着可能に設けられている培養装置を提供する。
この発明によれば、培養容器を回転ドラムの外面に装着可能とすることにより、共通の回転ドラムに対し多数の培養容器を入れ替えて培養を行う際の入れ替え作業を容易にすることが可能となる。
【0014】
請求項4に係る発明は、請求項2または請求項3に記載の培養装置において、前記主培養容器に、前記培養容器が回転ドラムに固定された状態で、半径方向外方に配される位置に、内部の細胞を取り出し可能な取り出し口が設けられている培養装置を提供する。
この発明によれば、培養された細胞を最終的に主培養容器から回収する際に、回転ドラムを回転させて、主培養容器内の細胞を他の流体から遠心分離することにするだけで、主培養容器の半径方向外方に配されている取り出し口に細胞を集めることが可能となる。
【0015】
請求項5に係る発明は、請求項1から請求項4のいずれかに記載の培養装置において、前記連結管がバルブを備え、該バルブにより連結管内の流体の流動が許容または制限される培養装置を提供する。
この発明によれば、バルブの制御により連結管内の流体の流動制御を行うことが可能となる。これにより、簡易に連結管の開閉を行い、培地容器から主培養容器への培地の流入、主培養容器から廃棄培地容器への培地の排出、主培養容器内における細胞の培養等の工程を切り替えることが可能となる。
【0016】
請求項6に係る発明は、請求項1から請求項4のいずれかに記載の培養装置において、前記連結管が、柔軟な材質からなり、潰れることで内部の流体の流動が制限されるチューブからなり、該チューブを外部から径方向に挟むことにより流体の流動を制限し、チューブを開放することで流体の流動を許容するピンチバルブを備える培養装置を提供する。
この発明によれば、ピンチバルブの作動により、連結管が外部から径方向に押されると、柔軟な材質からなる連結管は潰れ、内部の流路が閉じられる。これにより、流体の流動が制限される。したがって、連結管にバルブを設けることなく、培養容器の構成を簡易にすることができる。培養容器が、細胞毎に使い捨てされる場合には、コストを低減することができるので好ましい。
【0017】
請求項7に係る発明は、請求項1から請求項6のいずれかに記載の培養装置において、前記主培養容器に、蛋白質分解酵素を封入した少なくとも1つの酵素容器が、相互間の流体の流動を制限可能な連結管により、外部に対して密封状態に連結され、前記高低差調整手段が、前記主培養容器に対する酵素容器の高さをも調整可能である培養装置を提供する。
【0018】
この発明によれば、例えば、間葉系幹細胞のような付着性の細胞を培養する場合に、所定の培養期間経過後には、主培養容器の内壁に細胞が付着して成長している。したがって、このような細胞を回収する場合に、主培養容器内の培地を廃棄培地容器内に排出した後に、酵素容器と主培養容器との間の連結管の流動制限を解除するとともに、高低差調整手段を作動させて、酵素容器を主培養容器より高い位置に配置させる。これにより、蛋白質分解酵素を主培養容器内に供給して、細胞を主培養容器の内壁から剥離させることが可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を説明する前に、生体組織補填体としての骨補填体の製造工程について概略的に説明する。骨補填体を製造するには、図17に示されるように、まず、患者の腸骨等から骨髄液を採取する。採取された骨髄液は遠心分離機にかけられて、旋回されることにより、比重の重い骨髄細胞を抽出される。
【0020】
抽出された骨髄細胞は、予め調製されている培地とともに培養容器内に投入され混合される。培地の一部は取り出されて感染検査に回される。
この後に、混合された骨髄液および培地を所定の温度(例えば、37±0.5℃)、湿度(例えば、100%)およびCO2濃度(例えば5%)等の培養条件に維持することにより所定時間にわたって一定培養条件下で細胞が一次培養される。細胞の培養途中の所定の交換時期には、培養容器内から培地が廃棄される。そして、再度培地を混合されて培養工程が繰り返し継続される。廃棄された培地の一部は感染検査に回される。
【0021】
所定の培養期間が終了すると、培養容器内から培地が廃棄された後に、培養容器内にトリプシンのような蛋白質分解酵素が投入・混合される。これにより、培養容器の底面に付着して成長していた間葉系幹細胞が、主培養容器の底面から剥離される。そして、このように剥離された間葉系幹細胞は、遠心分離機にかけられることにより抽出される。
【0022】
抽出された間葉系幹細胞は、細胞数調整が行われた後に、骨補填材と適当な培地が投入された培養容器内に混合される。実際には、間葉系幹細胞を骨補填材に付着させ、培地内に投入する。そして、上記と同様にして、混合された間葉系幹細胞と培地を所定の温度(例えば、37±0.5℃)、湿度(例えば、100%)およびCO2濃度(例えば5%)等の培養条件に維持することにより、所定時間にわたって一定培養条件下で細胞が二次培養される。
【0023】
二次培養工程においても、一次培養工程と同様にして、定期的に培地の交換が行われ、投入される培地の一部および廃棄される培地の一部がそれぞれ、感染検査に回される。そして、所定の培養期間が経過したところで、出荷用の品質検査と感染検査のための検体抽出が行われ、製造された骨補填体は密封されて製品として提供される。
【0024】
次に、この発明の第1の実施形態に係る培養装置について、図面を参照して、以下に説明する。
本実施形態に係る培養装置1は、上述した培養工程の内、特に、一次培養工程に利用される。
【0025】
本実施形態に係る培養装置1は、図1および図2に示されるように、培養容器2と、該培養容器2を外周面に取り付ける回転ドラム(高低差調整手段)3とから構成されている。培養容器2は、図3に示されるように、1つの主培養容器4と、1つの培地容器5と、1つの廃棄培地容器6と、主培養容器4と培地容器5とを連結する第1の連結管7と、主培養容器4と廃棄培地容器6とを連結する第2の連結管8とから構成されている。
【0026】
主培養容器4、培地容器5および廃棄培地容器6は、それぞれ硬質のポリスチレン等の材料により構成されている。また、第1および第2の連結管7,8は、塩化ビニルのような柔軟なチューブにより構成されている。これにより、各連結管7,8を撓ませて各容器4,5,6を任意の位置に配置することが可能となるとともに、連結管7,8の長さ方向の途中位置を半径方向に挟むクリップやピンチバルブによって潰されることで、内部の流体の流動を制限することができるようになっている。なお、第1、第2の連結管7,8は、回転ドラム3に取り付けられる前の状態においては、流体の流動を制限するために、例えば、取り外し可能なクリップ(図示略)によって閉鎖されている。
【0027】
また、培地容器5は主培養容器4側に、主培養容器4は廃棄培地容器6側に、それぞれ、培地容器5内の流体が主培養容器4へ、主培養容器4内の流体が廃棄培地容器6へ流れ込み易いようにする傾斜面5a,4aを備えている。図3中、符号9は、回転ドラム3へ各容器4,5,6を装着するための取付孔である。
【0028】
また、前記主培養容器4内および培地容器5内には、例えば、MEM(MinimalEssential Medium:最小必須培地)、FBS(Fetal Bovine Serum:ウシ胎児血清)、抗生剤等を所定の配合比率、例えば、84:15:1で調整した培地が封入されている。FBSに代えて、ヒト血清を採用してもよい。抗生剤としては、ペニシリン系抗生物質の他、セフェム系、マクロライド系、テトラサイクリン系、ホスホマイシン系、アミノグリコシド系、ニューキノロン系等任意の抗生物質を採用することができる。
前記廃棄培地容器6には、無菌状態のガス、例えば、5%濃度のCO2ガスが封入されている。
【0029】
前記主培養容器4は、例えば、注射針を貫通可能で、かつ、注射針を引き抜いた後には弾性により閉塞される注入部10を備えている。これにより、体液、例えば、骨髄液を採取した注射器の注射針を注入部10に刺すことで、主培養容器4内に骨髄液を投入し、注射針を注入部10から引き抜くことで、主培養容器4内を外部に対して遮断することができるようになっている。
【0030】
前記回転ドラム3は、水平回転軸線を中心とする円筒面を有し、モータ(図示略)のような回転駆動源に接続されている。また、回転ドラム3の外周面である円筒面の外面には、前記各容器4,5,6を装着する容器装着部11,12,13が設けられている。主培養容器4の容器装着部11は、培地容器5の容器装着部12と廃棄培地容器6の容器装着部13との間に配置されており、それぞれ、回転ドラム3の周方向に間隔をあけた位置に配置されている。例えば、図1および図2に示す例では、回転ドラム3の周方向に90°ずつ間隔をおいて配置されている。
回転ドラム3への各容器4,5,6の装着は、例えば、ボルト14を用いて行われる。ボルト14に代えて、蝶ネジ、ベルト、フック等任意の固定手段を用いてもよい。
【0031】
また、各容器装着部11,12,13に各容器4,5,6を装着したときに、容器4,5,6間の連結管7,8が配されることとなる連結管経路には、各連結管7,8の長さ方向の途中位置を半径方向に挟むピンチバルブ15,16が備えられている。ピンチバルブ15,16は、それぞれ、回転ドラム3の内部から円筒面外方に向けて半径方向外方に延びる2本にピン15a,16aを備え、これらのピン15a,16aの間に連結管7,8を挿入するだけで、ピン15a,16aの距離を切り替えて連結管7,8を開閉することができるようになっている。各ピンチバルブ15,16は図示しないコントローラによって開閉制御されるようになっている。
【0032】
このように構成された本実施形態に係る培養装置1の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る培養装置1を用いて細胞を培養するには、まず、上述したように、骨髄液を採取した注射器の注射針を注入部10に貫通させて主培養容器4内に骨髄液を注入する。
【0033】
そして、回転ドラム3を所定角度回転させて、主培養容器4が最上位に水平に配される位置において回転ドラム3を固定する。この状態で、主培養容器4を所定の培養条件、例えば、温度(例えば、37±0.5℃)、湿度(例えば、100%)およびCO2濃度(例えば5%)等の条件下に配することにより、培養を行う。そして、CO2濃度条件は、培地にCO2を溶解させたり、主培養容器4の一部または全部をCO2透過フィルタにより構成したりすることで達成可能である。
【0034】
その後、所定の培地交換時期に達した時点で、図4に示されるように、回転ドラム3を所定角度回転させて、主培養容器4が廃棄培地容器6よりも上位に配されるようにする。本実施形態の場合には、培養中に主培養容器4が最上位に配されているので、回転ドラム3を回転させなくてもよい。しかし、よりスムーズに、主培養容器4内の培地を廃棄培地容器6へ移動させるために、例えば、図4に示されるように、主培養容器4が斜め上向き、廃棄培地容器6が斜め下向きになるような配置とすることが好ましい。
【0035】
この状態で、第2の連結管8を閉鎖していたピンチバルブ16を開く。これにより、主培養容器4から第2の連結管8を介して廃棄培地容器6内に不要となった培地が重力により排出される。主培養容器4内の所定量の培地が排出された時点で、ピンチバルブ16を作動させて第2の連結管8を再度閉鎖する。
【0036】
次いで、回転ドラム3を所定角度回転させて、図5に示されるように、主培養容器4が培地容器5よりも下位に配されるようにする。すなわち、主培養容器4が斜め下向き、培地容器5が斜め上向きになるように配置する。そして、第1の連結管7を閉鎖していたピンチバルブ15を開く。これにより、培地容器5から主培養容器4へ第1の連結管7を介して新たな培地が供給される。これにより培地交換工程が終了するので、回転ドラム3を所定角度回転させて、主培養容器4が最上位となる位置に戻し、培養を継続する。
【0037】
そして、このような培地交換工程を複数回繰り返しつつ培養を継続することにより、主培養容器4の底面に間葉系幹細胞が充分に成長する。成長した間葉系幹細胞を収容した主培養容器4は、該主培養容器4に連結している全ての連結管7,8を熱により密封して切断することにより単独で搬送可能となる。
【0038】
このように、本実施形態に係る培養装置1によれば、培養に必要な培地等を予め封入しておき、一次培養工程の培養期間中を通じて、外部に対して培養容器2の内部を密封状態に遮断することができる。これにより、外部からの塵埃等の混入を防止することができる。また、培地の飛沫が飛散しやすい培地交換作業も、回転ドラム3を回転させて各容器4,5,6を所定の位置に配置するだけで、各容器4,5,6および連結管7,8の内部に培地を密封した状態のまま、重力により容器4,5,6間において移動させることができる。したがって、外部の他の細胞に対しても混入等の影響を与えることがない。
【0039】
なお、本実施形態における培養容器2は、所定の時期に複数回にわたり培地の交換を行いながら間葉系幹細胞を成長させる一次培養工程に適用可能なものとして説明したが、主培養容器4に、例えば、βリン酸三カルシウム多孔体等の骨補填材を封入しておき、一次培養工程において培養された間葉系幹細胞を投入できるようにしておくことにより、二次培養工程に適用可能に構成してもよい。
また、主培養容器4に採血管(図示略)を接続しておき、該採血管によって患者から採取した骨髄液を直接、主培養容器4内に投入することにしてもよい。
【0040】
また、回転ドラム3に設けたピンチバルブ15,16により連結管7,8を開閉することとしたが、これに代えて、連結管7,8自体に開閉可能なバルブを設けることにしてもよい。
【0041】
また、上記実施形態に係る培養装置1においては、主培養容器4、培地容器5、廃棄培地容器6を連結管7,8により相互に連結した培養容器2を例に挙げて説明したが、図6に示されるように、各種容器4,5,6および連結管7,8を、湾曲可能な柔軟なシート17に一体的に取り付けることにしてもよい。シート17には、回転ドラム3への取り付けようのボルト取付孔18や、ピンチバルブ15,16のピンを貫通させる貫通孔19を設けておく。
【0042】
このように構成することで、回転ドラム3に培養容器2を取り付ける際には、各種容器4,5,6および連結管7,8を一体化したシート17を図7に示すように円筒状に湾曲させて、回転ドラム3の外面に取り付けるだけで済む。したがって、各種容器4,5,6や連結管7,8ごとの位置決めを不要とすることができ、取付作業を容易にすることができる。
【0043】
次に、この発明の第2の実施形態に係る培養装置について、図8を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態に係る培養装置20の説明において、上述した第1の実施形態に係る培養装置1と構成を共通する箇所には同一符号を付して説明を簡略化することにする。
【0044】
本実施形態に係る培養装置20の培養容器21は、図8に示されるように、主培養容器22に第3の連結管23を介して連結された酵素容器24を備えている点、主培養容器22に細胞回収管25が設けられている点において、上記第1の実施形態における培養容器2と相違している。
酵素容器24には、例えば、トリプシンのような蛋白質分解酵素が封入されており、第3の連結管23は、取り外し可能なクリップによって閉鎖されている。酵素容器24は、例えば、培地容器5と同じ周方向位置に、長手方向に並んで回転ドラム26に装着されている。
【0045】
回転ドラム26には、酵素容器24を装着する容器装着部27が設けられているとともに、酵素容器24が装着されたときに、第3の連結管23を半径方向に挟んで閉鎖するピンチバルブ28が設けられている。
【0046】
前記細胞回収管25は、主培養容器22が回転ドラム25に取り付けられたときに、半径方向外方に配されることとなる面の中央部に設けられている。また、この細胞回収管25が設けられている主培養容器22の面は、図9に示されるように、周辺から中央の細胞回収管25に向かって漸次窄む漏斗状に形成されている。細胞回収管25は、連結管7,8,23と同様の塩化ビニルのような柔軟なチューブにより構成され、先端が閉塞された閉塞管である。
【0047】
このように構成された本実施形態に係る培養装置20の作用について、以下に説明する。
定期的な培地交換を行いながら細胞が培養されるまでの作用は第1実施形態に係る培養装置1と同様である。
【0048】
本実施形態に係る培養装置20よれば、主培養容器22内に間葉系幹細胞が付着状態に成長した後に、回転ドラム26を所定角度回転させることにより、主培養容器22を斜め上向きに、廃棄培地容器6を斜め下向きになるように配置する。そして、第2の連結管8を閉鎖していたピンチバルブ16を作動させて、第2の連結管8を開放することにより、主培養容器22内の廃棄すべき培地を所定量、重力によって廃棄培地容器6へ排出する。
【0049】
その後に、再度、回転ドラム26を所定角度回転させることにより、酵素容器24を主培養容器22よりも上位に配する。そして、第3の連結管23を閉鎖していたピンチバルブ28を作動させて第3の連結管23を開放することにより、酵素容器24内に貯留していたトリプシンを、第3の連結管23を介して主培養容器22へ重力により供給する。
【0050】
そして、ピンチバルブ28を作動させて第3の連結管23を再度閉鎖した状態で、所定時間放置し、あるいは、回転ドラム26の揺動動作によって、主培養容器22に振動を加えることにより、主培養容器22の底面に付着していた間葉系幹細胞を剥離させる。これにより、剥離された間葉系幹細胞は、細胞間の接着を切断された状態でトリプシンおよび培地からなる流体内に混合される。
【0051】
この後に、回転ドラム26を一方向に連続回転させることにより、主培養容器22内の間葉系幹細胞とトリプシンを含む培地とを遠心分離する。間葉系幹細胞はトリプシン等の物質より比重が重いので、遠心分離されることによって、半径方向外方へ移動させられる。
【0052】
本実施形態に係る培養装置20によれば、主培養容器22が漏斗状に形成されているので、半径方向外方へ移動させられた間葉系幹細胞は、漏斗状の容器壁によって中央部へ集められる。中央部には、細胞回収管25が設けられているので、集められた間葉系幹細胞は、細胞回収管25内に回収されることになる。
【0053】
また、この細胞回収管25は、熱により密封または溶着可能な塩化ビニルにより構成されているので、図10(a)に示すように、せん断方向に移動する発熱板29によって、同図(b)に示すように、溶融させられながら切断されることにより、同図(c)に示すように、内部を無菌かつ密封状態に維持しつつ、切断端部25aを閉塞することができるようになっている。以下、この切断方法を無菌的チューブ切断と言うことにする。
【0054】
また、図11(a)に示すように、平行に配した細胞回収管25と他の連結管30を同時に切断した後に、同図(b)に示すように、細胞回収管25と他の連結管30とが一致するようにずらした後、同図(c)に示すように、発熱板29を除去することにより、細胞回収管25と他の連結管30とを連結することができるようになっている。連結部分は連結時には閉鎖されているが、外力により管壁どうしを連結させたまま内部流路を連通させることができるようになっている。すなわち、内部を無菌状態に保持したまま細胞回収管25と他の連結管30とを連結することができる。以下、この接続方法を無菌的チューブ接続と言うことにする。
【0055】
すなわち、間葉系幹細胞を回収した細胞回収管25を、生体組織補填材が封入された他の主培養容器(図示略)に連絡された連結管30に、無菌的チューブ接続によって接続することにより、回収した間葉系幹細胞を無菌状態のまま、二次培養工程に引き渡すことが可能となる。
なお、細胞回収管25の内部には、間葉系幹細胞が配されているので、発熱板29により間葉系幹細胞が損傷するおそれがあるため、図12に示されるように、細胞回収管25の先端に、切断用の予備空間31を形成しておいてもよい。すなわち、この予備空間31を通過する切断線Aによって切断することにより、発熱板29が細胞回収管25内の間葉系幹細胞に直接触れることが防止され、間葉系幹細胞の健全性を保持しつつ、無菌的チューブ接続を行うことが可能となる。
【0056】
なお、本実施形態においては、酵素容器24を設け、トリプシンにより間葉系幹細胞を剥離することとしたが、これに代えて、主培養容器22の内壁に、所定の温度を境界として疎水性と親水性とが切り替わる温度応答性処理を施すことにしてもよい。
温度応答性処理は、温度応答性高分子ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)を共有結合で固定することにより行われる。温度応答性処理された領域は、32℃を境界温度として、それ以上では、市販の細胞用培養容器と同程度の弱い疎水性を呈するが、温度を境界温度以下に冷却することにより高い親水性を呈するようになる領域となる。したがって、例えば、37℃で培養した後に32℃以下に冷却することにより、主培養容器22内面を高い親水性を呈するように変化させ、非侵襲的に間葉系幹細胞を剥離させることが可能となる。
【0057】
次に、この発明の第3の実施形態に係る培養装置40について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る培養装置40は、図13および図14に示されるように、主培養容器41、該主培養容器41に連結管42,43を介して接続された培地容器44および廃棄培地容器45を有する培養容器46と、該培養容器46を搭載し、その傾斜角度を変化させる載置台(高低差調整手段)47とを備えている。
【0058】
前記主培養容器41は、平坦な薄い箱状に形成されており、比較的広い底面積を有している。前記培地容器44および廃棄培地容器45は、前記主培養容器41よりも高さの高い箱状に形成され、かつ、主培養容器41の内容積に対して数倍の大きさの内容積を有している。これら培地容器44および廃棄培地容器45は、前記主培養容器41の同一の側面に配置されている。
また、主培養容器41および培地容器44には上述したものと同様の培地が封入されており、廃棄培地容器45内は空の状態になっている。
【0059】
前記載置台47は、培養容器46を固定するトレー部48と、該トレー部48を水平軸回りに揺動させる揺動装置49とを備えている。トレー部48には、第1の実施形態と同様のピンチバルブ50,51が設けられており、各連結管42,43の長手方向の途中位置を径方向に挟んで連結管42,43を開閉することができるようになっている。揺動装置49は、ベース52と、ベース52に対してトレー部48を揺動させるモータ53とを備えている。
【0060】
このように構成された本実施形態にかかる培養装置40の作用について、以下に説明する。
本実施形態にかかる培養装置40を用いて細胞を培養するには、まず、主培養容器41内に骨髄細胞を供給し、トレー部48を水平にして、主培養容器41の底面を水平状態に保持したまま、上記実施形態に示したのと同様の所定の培養条件下において細胞を培養する。
そして、所定の培地交換時期になったときに、載置台47のモータ53を作動させてトレー部48をベース52に対して揺動させることにより、図15に示すように、主培養容器41を廃棄培地容器45よりも高い位置に配置する。
【0061】
この状態で、トレー部48に設けられているピンチバルブ50,51の内、主培養容器41と廃棄培地容器45とを連結している連結管43を閉鎖していたピンチバルブ51を開放する。これにより、主培養容器41内の廃棄すべき培地が廃棄培地容器45内へと重力により排出される。主培養容器41内には、付着性の間葉系幹細胞が底面に付着した状態で残るので、上記ピンチバルブ51を作動させて連結管43を再度閉鎖する。
【0062】
この後に、載置台47のモータ53を作動させて、図16に示されるように、培地容器44を主培養容器41よりも高い位置に配置する。そして、主培養容器41と培地容器44とを連結している連結管42を閉鎖していたピンチバルブ50を開放する。これにより、培地容器44内に封入されていた新たな培地が主培養容器41内へと重力により供給される。その結果、主培養容器41内の培地が新たな培地に入れ替えられるので、上記ピンチバルブ50を再度閉鎖することにより培地交換が終了する。
【0063】
この培地交換工程を複数回繰り返しながら培養を継続することにより、主培養容器41の底面に沿って、間葉系幹細胞が、必要数まで増殖させられる。培養を終了した主培養容器41は、無菌的チューブ切断によって連結管42,43を切断することにより、内部に間葉系幹細胞を封入した状態で、独立して搬送することが可能となる。
【0064】
このように、本実施形態に係る培養装置40によれば、トレー部48を揺動させるだけで主培養容器41内の培地交換を行い、細胞を無菌状態のまま、必要数まで増殖させることができる。また、培養容器46内部を外部に対して密封した状態で細胞の培養を行うので、外部の他の細胞等への混入等を防止することができる。さらに、トレー部48を揺動させるだけの簡易な構成を採用できるので、コストが低くて済み、また、操作も簡易である。
【0065】
また、主培養容器41を薄い箱状に形成して、必要最小限の培地深さを達成しているので、培地の使用量を抑えることが可能となる。
また、各種容器41,44,45および連結管42,43を平坦なトレー部48上に装着するので、その装着作業が容易である。
【0066】
なお、本実施形態においては、主培養容器41の同一の側面に培地容器44および廃棄培地容器45を連結したが、これに代えて異なる側面や上下面に連結してもよい。この場合には、主培養容器41とこれに取り付けられた培地容器44または廃棄培地容器45とに高低差を生ずるようにトレー部48を揺動させる機構が設けられている必要がある。また、主培養容器41に酵素容器その他の容器を接続することにしてもよい。
【0067】
また、トレー部48をその法線回りに回転させる回転機構を設けておくことにより、主培養容器41内において培養された間葉系幹細胞を遠心分離することにしてもよい。さらに、遠心分離された間葉系幹細胞を回収し、あるいは他の培養容器へ引き渡すための閉塞連結管を主培養容器41の一側面に設けておくことにしてもよい。
【0068】
また、連結管42,43を無菌的チューブ切断することによって、各容器41,44,45を分離することができるので、培養した間葉系幹細胞と、廃棄された培地等との関連が不明確となるのを防止するために、各容器41,44,45に、関連する容器であることを示す記号、特に、バーコードを付けておくことにしてもよい。バーコードは、同一のバーコードでも、相互に関連づけられたバーコードでもよい。
【0069】
また、主培養容器41の一部または全部を透明に構成し、主培養容器41を搭載するトレー部48に観察窓(図示略)を形成してもよい。これによれば、培養期間中に、観察窓を通して、例えば、倒立顕微鏡により培養状態の観察を行うことが可能となる。
【0070】
また、上記各実施形態においては、培養する細胞として間葉系幹細胞を例に挙げて説明したが、これに代えて、ES細胞、体性幹細胞、骨細胞、軟骨細胞、神経細胞等の他の体細胞を培養する場合に適用してもよい。
また、主培養容器4,22,41に供給する体液としては、骨髄液の他、末梢血、臍帯血でもよい。また、採取した骨髄液を遠心分離して得られた骨髄細胞のみを主培養容器4,22,41内に供給することにしてもよい。
また、生体組織補填材としては、βリン酸三カルシウムからなる骨補填材の他、他のセラミックスやコラーゲン、ポリ乳酸等任意の生体適合材料を使用することにしてもよい。
【0071】
また、回転ドラム3,26、載置台47や各種容器4,5,6,22,24,41,44,45の形状は、上記各実施形態に示したものに限定されるものではない。また、各容器4,5,6,22,24,41,44,45はそれぞれ1つずつ設けたものを例に挙げて説明したが、これに代えて、例えば、培地容器5,44や廃棄培地容器6,45を複数設けることにしてもよい。また、これらの各容器4,5,6,22,24,41,44,45の他に、例えば、二次培養工程の場合には、デキサメタゾンのような分化誘導因子を封入した容器等を予め連結しておき、あるいは、無菌的チューブ接続により接続することにしてもよい。
【0072】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る培養装置によれば、開閉可能な連結管によって連結した主培養容器、培地容器および廃棄培地容器に高低差を与えるだけで、重力により培地交換を行うことができる。したがって、培養容器内における密封状態を維持したまま培地交換を行うことができ、培養される細胞に、外部から塵埃等が混入することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態に係る培養装置を示す正面図である。
【図2】図1の培養装置を示す側面図である。
【図3】図1の培養装置に用いられる培養容器を示す正面図である。
【図4】図1の培養装置において、主培養容器から廃棄培地容器へ培地を排出する工程を示す正面図である。
【図5】図1の培養装置において、培地容器から主培養容器へ培地を供給する工程を示す正面図である。
【図6】図1の培養装置における培養容器の変形例を示す正面図である。
【図7】図6の培養容器を示す斜視図である。
【図8】この発明の第2の実施形態に係る培養装置を示す側面図である。
【図9】図8の培養装置を示す正面図である。
【図10】無菌的チューブ切断を説明する説明図である。
【図11】無菌的チューブ接続を説明する説明図である。
【図12】細胞回収管の端部構造を示す縦断面図である。
【図13】この発明の第3実施形態に係る培養装置を示す平面図である。
【図14】図13の培養装置を示す正面図である。
【図15】図13の培養装置において、主培養容器から廃棄培地容器へ培地を排出する工程を示す正面図である。
【図16】図13の培養装置において、培地容器から主培養容器へ培地を供給する工程を示す正面図である。
【図17】この発明を適用する培養工程を説明する説明図である。
【符号の説明】
1,20,40 培養装置
2,21,46 培養容器
3,26 回転ドラム(高低差調整手段)
4,22,41 主培養容器
5,44 培地容器
6,45 廃棄培地容器
7,8、23,30,42,43 連結管
15,16,28,50,51 ピンチバルブ
24 酵素容器
25 細胞回収管(取り出し口)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a culture device for culturing cells.
[0002]
[Prior art]
To culture the cells, an extraction step of extracting cells to be cultured from a body fluid such as a bone marrow fluid extracted from a patient, a medium preparation step of preparing a medium suitable for the cells to be cultured, and A plurality of steps are sequentially performed, such as a primary culturing step in which the medium is put into a culture vessel together with the medium and placed under predetermined culturing conditions, and a secondary culturing step in which the primary cultivated cells are mixed with a living tissue supplement and further cultured. Is
[0003]
Conventionally, it has been considered that such cells are cultured in a clean bench in which the whole is sealed and the amount of dust inside is controlled (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. Hei 3-57744 (
[0005]
That is, in the clean bench, for example, an airflow that flows from the ceiling side to the floor side is formed, and when dust and the like are generated in each processing step, the dust and the like flow to the floor side by the airflow. And collected by a dust collector placed under the floor. A robot arm is arranged in the clean bench so that cells can be moved between each step.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when all the processing steps are performed in a relatively large clean bench as described above, since the space where each step is performed is continuous, dust generated in one step is distributed to another step. May be contaminated with cells that have been used. Therefore, when culturing a plurality of cells at the same time, it is necessary to take sufficient care not to cause mixing between the cells or to contaminate the substance to be added.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a culture vessel and a culture apparatus that can reduce contamination by dust, bacteria, and the like in each processing step with a simple configuration. I have.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The invention according to claim 1 is characterized in that at least one main culture container, at least one culture container enclosing a culture medium, and at least one waste medium container capable of containing a fluid in the main culture container, A culture vessel connected in a sealed state to the outside by a connection pipe capable of restricting the flow of a fluid, and a height difference adjusting means capable of adjusting the heights of a culture vessel and a waste culture vessel with respect to the main culture vessel, respectively. A culture device is provided.
[0009]
According to the present invention, the cells are sealed in the main culture container, the restriction on the flow of the fluid in the connection pipe between the culture container and the main culture container is released, and the height difference adjusting means is operated to adjust the culture medium. By arranging the container at a position higher than the main culture container, the medium flows into the main culture container from the medium container through the connecting pipe. In this state, by restricting the flow of the fluid in the connection pipe again, the inside of the main culture vessel is sealed from other vessels. This makes it possible to culture the cells in the main culture vessel sealed from the outside.
[0010]
Further, when it is necessary to replace the medium in the main culture vessel after a predetermined time has elapsed, the flow restriction of the connecting pipe between the main culture vessel and the waste culture vessel is released, and the height difference adjusting means is used. Is operated to arrange the main culture container at a position higher than the waste medium container, whereby the medium flows from the main culture container toward the waste medium container. Thereby, it becomes possible to discharge the waste medium that has become unnecessary in the main culture vessel to the waste culture vessel.
[0011]
Then, the culture of the cells is continued by flowing the culture medium again from the culture vessel toward the main culture vessel to restrict the flow of the fluid in the connection pipe.
As described above, according to the culture container of the present invention, in a completely sealed container, it is possible to perform cultivation of cells and exchange by supply / discarding of a medium required for culturing cells by gravity. .
[0012]
The invention according to
According to the present invention, it is possible to easily adjust the height difference between the main culture container, the medium container, and the waste medium container fixed at different circumferential positions by the rotation of the rotary drum. Further, by continuously rotating the rotating drum, it becomes possible to use the drum as a centrifuge.
[0013]
The invention according to
According to the present invention, by allowing the culture vessel to be mounted on the outer surface of the rotating drum, it is possible to easily perform a replacement operation when performing culture by replacing a large number of culture vessels with a common rotating drum. .
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in the culturing apparatus according to the second or third aspect, a position in which the culture vessel is disposed radially outward in the main culture vessel in a state where the culture vessel is fixed to a rotating drum. And a culture device provided with a take-out port capable of taking out the cells inside.
According to the present invention, when the cultured cells are finally recovered from the main culture vessel, the rotating drum is rotated, and only the cells in the main culture vessel are centrifuged from other fluids. It is possible to collect cells at an outlet disposed radially outward of the main culture vessel.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the culture apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the connecting pipe includes a valve, and the valve allows or restricts the flow of the fluid in the connecting pipe. I will provide a.
According to the present invention, it is possible to control the flow of the fluid in the connecting pipe by controlling the valve. Thereby, the connecting pipe can be easily opened and closed, and the steps of inflow of the culture medium from the culture vessel to the main culture vessel, discharge of the culture medium from the main culture vessel to the waste culture vessel, and culture of the cells in the main culture vessel are switched. It becomes possible.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, in the culture apparatus according to any one of the first to fourth aspects, the connecting pipe is formed of a flexible material, and is formed from a tube in which the flow of an internal fluid is restricted by being crushed. The present invention provides a culture apparatus having a pinch valve that restricts the flow of a fluid by sandwiching the tube in the radial direction from the outside and allows the flow of the fluid by opening the tube.
According to this invention, when the connecting pipe is pushed in the radial direction from the outside by the operation of the pinch valve, the connecting pipe made of a flexible material is crushed, and the internal flow path is closed. This limits the flow of the fluid. Therefore, the configuration of the culture vessel can be simplified without providing a valve in the connecting tube. When the culture container is disposable for each cell, it is preferable because the cost can be reduced.
[0017]
According to a seventh aspect of the present invention, in the culturing apparatus according to any one of the first to sixth aspects, at least one enzyme container enclosing a protease is contained in the main culture container. A culture tube in which the height difference adjusting means is capable of adjusting the height of the enzyme container with respect to the main culture container, by a connection pipe capable of restricting the concentration of the enzyme container.
[0018]
According to the present invention, for example, when culturing adherent cells such as mesenchymal stem cells, the cells adhere to and grow on the inner wall of the main culture vessel after a predetermined culture period has elapsed. Therefore, when such cells are collected, after the medium in the main culture container is discharged into the waste medium container, the flow restriction of the connecting pipe between the enzyme container and the main culture container is released, and the height difference is increased. The adjusting means is operated to arrange the enzyme container at a position higher than the main culture container. Thus, the protease can be supplied into the main culture vessel to detach the cells from the inner wall of the main culture vessel.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Before describing the embodiment of the present invention, a manufacturing process of a bone filling material as a living tissue filling material will be schematically described. In order to produce a bone filling, as shown in FIG. 17, first, bone marrow fluid is collected from a patient's iliac bone or the like. The collected bone marrow fluid is centrifuged and swirled to extract bone marrow cells having a high specific gravity.
[0020]
The extracted bone marrow cells are put into a culture vessel together with a previously prepared medium and mixed. A portion of the medium is removed and sent for infection testing.
After this, the mixed bone marrow fluid and medium are brought to a predetermined temperature (eg, 37 ± 0.5 ° C.), humidity (eg, 100%) and
[0021]
After a predetermined culture period is over, after the medium is discarded from the culture vessel, a protease such as trypsin is charged and mixed into the culture vessel. As a result, the mesenchymal stem cells attached to and grown on the bottom surface of the culture container are detached from the bottom surface of the main culture container. The mesenchymal stem cells thus detached are extracted by being subjected to a centrifugal separator.
[0022]
The extracted mesenchymal stem cells are mixed in a culture vessel in which a bone filling material and an appropriate medium have been charged after the cell number is adjusted. In practice, mesenchymal stem cells are attached to a bone substitute and injected into a medium. Then, in the same manner as above, the mixed mesenchymal stem cells and the medium are brought to a predetermined temperature (for example, 37 ± 0.5 ° C.), humidity (for example, 100%) and
[0023]
In the secondary culture step as well, as in the primary culture step, the medium is changed periodically, and a part of the medium to be supplied and a part of the medium to be discarded are each sent for an infection test. Then, when a predetermined culture period has elapsed, a sample is extracted for quality inspection and infection inspection for shipping, and the manufactured bone filling material is sealed and provided as a product.
[0024]
Next, a culture device according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The culture apparatus 1 according to the present embodiment is used for the primary culture step, among the culture steps described above.
[0025]
As shown in FIGS. 1 and 2, the culture apparatus 1 according to the present embodiment includes a
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
Further, in the
The
[0029]
The
[0030]
The
The mounting of the
[0031]
In addition, when the
[0032]
The operation of the culturing apparatus 1 according to the present embodiment thus configured will be described below.
In order to culture cells using the culture apparatus 1 according to the present embodiment, first, as described above, the injection needle of a syringe from which bone marrow fluid has been collected is passed through the
[0033]
Then, the
[0034]
Thereafter, when a predetermined medium exchange time has been reached, as shown in FIG. 4, the
[0035]
In this state, the
[0036]
Next, the
[0037]
By continuing the culture while repeating such a medium exchange step a plurality of times, the mesenchymal stem cells grow sufficiently on the bottom surface of the
[0038]
As described above, according to the culture apparatus 1 of the present embodiment, the culture medium and the like necessary for the culture are sealed in advance, and the inside of the
[0039]
Although the
Alternatively, a blood collection tube (not shown) may be connected to the
[0040]
In addition, although the connecting
[0041]
In the culture apparatus 1 according to the embodiment, the
[0042]
With this configuration, when attaching the
[0043]
Next, a culture apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
In the description of the
[0044]
The
For example, a proteolytic enzyme such as trypsin is sealed in the
[0045]
The
[0046]
The
[0047]
The operation of the
The operation until the cells are cultured while performing the medium exchange periodically is the same as that of the culture apparatus 1 according to the first embodiment.
[0048]
According to the
[0049]
After that, the
[0050]
Then, the
[0051]
Thereafter, by continuously rotating the
[0052]
According to the
[0053]
Further, since the
[0054]
Also, as shown in FIG. 11A, after the
[0055]
That is, by connecting the
Since the mesenchymal stem cells are arranged inside the
[0056]
In the present embodiment, the
The temperature-responsive treatment is performed by immobilizing a temperature-responsive polymer poly (N-isopropylacrylamide) with a covalent bond. The region subjected to the temperature responsive treatment has a boundary temperature of 32 ° C., above which a weak hydrophobicity similar to that of a commercially available cell culture vessel is exhibited, but a high hydrophilicity is obtained by cooling the temperature below the boundary temperature. . Therefore, for example, by culturing at 37 ° C. and then cooling to 32 ° C. or less, it is possible to change the inner surface of the
[0057]
Next, a
As shown in FIGS. 13 and 14, the
[0058]
The
Further, the same culture medium as described above is sealed in the
[0059]
The mounting table 47 includes a
[0060]
The operation of the
To culture cells using the
Then, when a predetermined medium exchange time comes, the
[0061]
In this state, among the
[0062]
Thereafter, the
[0063]
By continuing the culture while repeating this medium exchange step a plurality of times, mesenchymal stem cells can be grown to the required number along the bottom surface of the
[0064]
As described above, according to the
[0065]
In addition, since the
Further, since the
[0066]
In the present embodiment, the
[0067]
In addition, by providing a rotation mechanism for rotating the
[0068]
In addition, since the
[0069]
Further, a part or the whole of the
[0070]
Further, in each of the above embodiments, the mesenchymal stem cells have been described as an example of cells to be cultured. Alternatively, other cells such as ES cells, somatic stem cells, bone cells, chondrocytes, and nerve cells may be used. It may be applied when culturing somatic cells.
The body fluid supplied to the
In addition, as a living tissue replacement material, any biocompatible material such as other ceramics, collagen, and polylactic acid may be used in addition to a bone replacement material made of β-tricalcium phosphate.
[0071]
Further, the shapes of the
[0072]
【The invention's effect】
As described above, according to the culture apparatus of the present invention, the culture medium can be exchanged by gravity only by giving a height difference to the main culture vessel, the culture vessel, and the waste culture vessel connected by the openable and closable connection pipe. it can. Therefore, the medium can be exchanged while maintaining the sealed state in the culture container, and it is possible to prevent dust and the like from being mixed into the cultured cells from the outside.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a culture device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view showing the culture apparatus of FIG.
FIG. 3 is a front view showing a culture container used in the culture device of FIG. 1;
FIG. 4 is a front view showing a step of discharging a culture medium from a main culture vessel to a waste culture vessel in the culture apparatus of FIG. 1;
FIG. 5 is a front view showing a step of supplying a culture medium from a culture vessel to a main culture vessel in the culture apparatus of FIG. 1;
FIG. 6 is a front view showing a modification of the culture vessel in the culture apparatus of FIG.
FIG. 7 is a perspective view showing the culture container of FIG.
FIG. 8 is a side view showing a culture device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a front view showing the culture device of FIG. 8;
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating aseptic tube cutting.
FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating aseptic tube connection.
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing an end structure of a cell collection tube.
FIG. 13 is a plan view showing a culture device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a front view showing the culture device of FIG.
FIG. 15 is a front view showing a step of discharging a culture medium from a main culture vessel to a waste culture vessel in the culture apparatus of FIG. 13;
FIG. 16 is a front view showing a step of supplying a culture medium from a culture vessel to a main culture vessel in the culture apparatus of FIG.
FIG. 17 is an explanatory diagram illustrating a culture step to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
1,20,40 Culture device
2,21,46 culture vessel
3,26 rotating drum (level difference adjusting means)
4,22,41 Main culture vessel
5,44 medium container
6,45 Waste medium container
7, 8, 23, 30, 42, 43 Connecting pipe
15, 16, 28, 50, 51 Pinch valve
24 Enzyme container
25 Cell collection tube (extraction port)
Claims (7)
前記主培養容器に対する培地容器および廃棄培地容器の高さをそれぞれ調節可能な高低差調整手段とを備える培養装置。At least one main culture container, at least one medium container enclosing a culture medium, and at least one waste medium container capable of containing a fluid in the main culture container, a connection capable of restricting a flow of a fluid therebetween. A culture vessel connected in a sealed state to the outside by a tube,
A culture apparatus comprising a height difference adjusting means capable of adjusting heights of a medium container and a waste medium container with respect to the main culture container, respectively.
該チューブを外部から径方向に挟むことにより流体の流動を制限し、チューブを開放することで流体の流動を許容するピンチバルブを備える請求項1から請求項4のいずれかに記載の培養装置。The connection pipe is made of a flexible material, and is formed of a tube in which the flow of an internal fluid is restricted by being crushed,
The culture apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising a pinch valve that restricts the flow of the fluid by sandwiching the tube in the radial direction from the outside and allows the flow of the fluid by opening the tube.
前記高低差調整手段が、前記主培養容器に対する酵素容器の高さをも調整可能である請求項1から請求項6のいずれかに記載の培養装置。In the main culture container, at least one enzyme container enclosing the protease is connected in a hermetically sealed state to the outside by a connection pipe capable of restricting the flow of a fluid between each other,
The culture apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the height difference adjusting means can also adjust the height of the enzyme container with respect to the main culture container.
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