JP2005080606A - 細胞培養装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波振動を所定の周波数により細胞を与えることで、インビトロにおける細胞培養細胞の増殖速度を促進することが可能な細胞培養装置を提供する。
【解決手段】 本発明の細胞培養装置は、培養液６及び培養細胞２が封入され、培養液６の中に培養細胞２を浮遊した状態で保持する培養容器１と、この培養容器１外面が、内面に密着されて収納されている、ゲル状物質により満たされたケース４と、ケース４の外面に取り付けられた超音波発信器７とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、培養液中にて細胞を培養する細胞培養装置に関する。

現在組織工学分野の研究では生物組織の修復あるいは再生を促進するために、インビトロで生きた細胞（移植細胞など）の培養が行われている。
例えば、細胞培養法に従来用いられている環境酸素条件に比べて、細胞を低酸素中で増殖した場合に、増殖を促進させアポトーシスを減少させることが行われている（特許文献１）。
しかしながら、本発明に用いているように、培養細胞に超音波の振動を付与し、培養細胞の増殖を促進することが考えられるが、このように培養細胞に超音波を印加する細胞培養器の先行文献は見あたらないのが現状である。
特表２００２−５３００６７号公報

上述した、低酸素中で培養を行うという従来例においても、細胞を高密度で生産する場合、十分な培養の促進に対して十分ではないため、火傷の治療に用いる人工皮膚の培養（移植細胞の培養）など、細胞を高密度で生産するためにインビトロで生きた細胞の増殖を促進する細胞培養装置の開発が望まれている。
このために、本発明で用いられるように、培養細胞に超音波を印加させて、培養細胞に増殖及び分化を活発に行うようにさせ、細胞培養の速度を促進させる細胞培養装置が有効であると考えられる。

また、細胞培養における細胞の増殖速度を促進させるためには、培養栄養培地の個々の成分が、細胞層を通って固まりの内部を拡散して、培養細胞の固まりの内部を含めて、培養細胞内の全ての細胞に到達しなければならない。
ところが、細胞が増殖するに従い、培養細胞の固まりが大きくなり、細胞層の厚さが増大するので、一層困難になる。
また、細胞の増殖速度を向上させるためには、細胞の成育に関する適当な環境、すなわち、ある種の細胞を成育するために核となる適当な材料を用いると、培養が促進される効果がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、超音波振動を所定の周波数により細胞を与えること細胞の増殖を促進する事実を利用して、インビトロにおける細胞培養細胞の増殖を促進することが可能な細胞培養装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明の細胞培養装置は、培養液及び培養細胞が封入され、前記培養液の中に前記培養細胞を、底部に接触させた状態で保持する培養容器と、この培養容器外面が、内面に密着されて収納されている、ゲル状物質により満たされたケースと、該ケースの外面に取り付けられた超音波発信器とを有することを特徴とする。

本発明の細胞培養装置は、前記培養容器内に設けられ、前記培養細胞に接触し、該培養細胞に超音波による振動を効果的に伝達するための振動部を有することを特徴とする。

本発明の細胞培養装置は、前記振動部が前記培養細胞と培養器底部との間に設けられる振動板であることを特徴とする。

本発明の細胞培養装置は、前記振動部が培養器底部設置され、複数の棒が直立しており、前記培養細胞を該棒の頂部に点接触をさせて載置する振動器であることを特徴とする。

本発明の細胞培養装置は、前記棒の全体または培養細胞と点接触する１部分が、人体組織としてそのまま利用可能な生体適合性を有する材料であることを特徴とする。

本発明の細胞培養装置は、前記ケース内のゲルが、前記培養溶液を一定の温度に保つために、所定の温度に調整されて循環されていることを特徴とする。

以上説明したように、本発明の細胞培養装置によれば、インビトロにおける細胞培養において、ゲルにより細胞培養容器に超音波の振動が効果的に伝達され、培養細胞の固まりの中央部を含めた全体に超音波の振動が伝達され、細胞の増殖を促進するとともに、超音波の振動により、培養液の培養栄養物質個々の成分が、細胞層を通って、拡散して、培養細胞の全ての細胞に到達して、細胞の増殖及び分化を促進させて、細胞の培養を促進させ、培養時間の短縮化を図ることができるという効果が得られる。

また、本発明の細胞培養装置によれば、超音波に共振する振動部を設けることにより、超音波の振動を培養容器から、効率よく培養細胞に伝達させることができ、より細胞の培養を促進することができるという効果が得られる。

さらに、本発明の細胞培養装置によれば、前記振動部が前記培養細胞を該棒の頂部に点接触をさせて載置しているため、培養細胞内部にも効果的に超音波による振動を伝達することができるため、より細胞の培養を促進することができるという効果が得られる。

また、さらに、本発明の細胞培養装置によれば、前記棒が生体材料としてそのまま用いることができ、細胞培養において細胞生育の核となり、より細胞の培養を促進することができるとともに、そのまま人体組織として生体に移植することができ、振動板との分離の必要が無いので、細胞培養の工程を簡略化できるという効果が得られる。

加えて、本発明の細胞培養装置によれば、ケース内のゲルが、前記培養溶液を一定の温度に保つために、所定の温度に調整されて循環されているので、高価な恒温槽を用いて、この恒温槽内部で培養する必要が無く、いずれの場所においても、複数の装置を用いることで、同一の部屋で同時に複数の異なった温度の環境下で細胞培養を容易に行うことができ、実験の効率化を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態による細胞培養装置を図面を参照して説明する。図１は同実施形態の構成例を示す、側壁を透視化して内部の構造を示す概念図である。
シャーレ１には蓋１ａがされ、培養する培養細胞２（移植に用いられる移植細胞など）に対応する培養栄養物質が含まれた培養液６が、内部に封入されている。
また、シャーレ１は、外部表面がケース４の内面に密着されており、内部の底部に振動板３が設けられている。そして、培養細胞２は、この振動板３上面に、この面に接触した状態で載置されている（底部以外は浮遊した状態で振動板３に乗せられている）。

ケース４の少なくとも内面部は、シャーレ１の外部表面に対して、面と面とが完全に密着するように、弾力性を有した材質、すなわちゴム、ビニルまたは軟性のプラスチックなどにより構成されている。
ケース４内には、粘性の高い物質であり、熱伝導性が高い材料としてゲル５が封入されており、細胞培養に必要な所定の値に設定されている外部の温度を、ケース内部に効果的に伝達し、培養液の温度を一定とすることを可能としている。

ゲル５はケース４内部全体で均一に振動を伝達するため、上記弾力性を有したケース４の内面部を介してシャーレ４に、完全に密着していることもあり、ケース４の外面の振動、すなわち、後に述べる超音波発振器７の振動子の発生する超音波の振動を、よくシャーレ４に伝達することができる。
また、ゲル５は、アクリル酸エステル，イソブチレン，無水マイレン酸共重合物のナトリウム塩架橋物，無機材料等を材料にした保冷剤等を用いることができる。

また、ケース４には、図１に示すように、超音波発振器７の振動子が外面に密着された状態で接続されている（設けられている）。
図１において、超音波発振器７の振動子は、ケース４の底部に設けられているが、上述したようにケース４内部全体で均一に振動を伝達するため、ケース４の外面において、側面や上面のいずれの位置に配置することも可能である。
上記超音波発振器７は、振動子により、培養する培養細胞２に適した周波数の超音波を発振して、ケース４にこの超音波の振動を伝達する（供給する）。

振動板３は、チタン（Ｔi）などの、培養液６に対して耐性の強い材料が用いられ、超音波発振器７の発振する周波数に共振特性を有する共振板として設計されており、ケース５のゲル５を介してシャーレ４に伝達される超音波の振動に共振して増幅することで、超音波の振動を効果的に培養細胞２に与えることができる。

次に、振動板３に棒状の突起部３ａを複数設けて、この突起部３ａの頂部に培養細胞を載置するようにしてもよい。
こうすることにより、突起部３ａの頂部が培養細胞２の固まりの内部に入り込み、振動板３の上部に直接密着させておく場合に比較して、より培養細胞の固まりの内部、すなわち、培養細胞２の細胞全体に超音波の振動を伝達することができる。

ここで、突起部３ａの材料は、上述したように、培養液６に対する耐性が強く、すなわち培養液６に対して安定した特性を有するチタン，ハイドロアパタイト，カーボネイトアパタイト，ポリ乳酸などが用いられる。
特に、ハイドロアパタイト，カーボネイトアパタイト，ポリ乳酸は、組織構造が高密度懸濁細胞の培養に効率的な、多面体構造をしており、細胞の培養には好適である。

さらに、上記突起部３ａの全体または培養細胞２内部に入り込む部分の材質を、コラーゲン（繊維性構造であり、間質性マトリクスを形成しており、皮膚組織を含む培養に対して効果的），セルロース（繊維性構造であり、間質性マトリクスを形成しており、皮膚組織を含む細胞培養に対して）などを用いてもよい。
すなわち、培養細胞育成の核（または芯）として、そのまま人体組織として利用できる、上述した材質の生体材料を用いて、細胞培養を行うようにしても良い。

これにより、生体材料の核に対して細胞が付着して、細胞の生育に細胞の増殖を促進することが可能となる。
例えば、コラーゲンの複合体であるコラーゲン複合体スキャホールドは、上皮細胞、ニューロン，内皮細胞，骨芽細胞，軟骨細胞，繊維芽細胞，及び平滑筋細胞を含む様々な細胞の増殖及び分化に適している。

すなわち、コラーゲンは生物由来であることに特徴があり、すでに述べたように、単なる培養細胞の固定と超音波振動を伝達するのみの材料ではない。
コラーゲンが本来もっている生物学的機能により、他の材料と異なり、生体によくなじみ、線維芽細胞や内皮細胞などの増殖侵入を促進して、コラーゲン自身がホスト組織に置換されていくという性質を持っており、生体成分とくに細胞との相互作用においてコラーゲンは独特の特徴を有しており、細胞を育成する核として用いるには好適である。

次に、図３に示すように、サーキュレータ８を用いて、ケース４内のゲル５を循環させるようにしても良い。
このとき、サーキュレータ８は、内部において、培養細胞２に適した所定の温度に設定することができケース４から送出されるゲル５を、、設定された温度とするために、冷却または加熱し、一定温度に調整した後に、この調整済みのゲル５をケース４へ送出する。
これにより、サーキュレータ８は、常に一定の温度に調整されたゲル５をケース４へ供給することとなる。

そして、培養液６は、シャーレ１を介して、一定の温度に調整されたゲル５と熱量の授受を行い、ゲル５と略同様の所定の温度に常に調整されることとなり、培養液６の温度を一定に保つことができる。
さらに、ゲル４はシャーレ１や培養液６に比較して、熱容量の高い物質を用いることにより、容易にシャーレ１内の培養液６の温度を一定に保つことができる。

本発明の一実施形態による細胞培養装置の構造を示す、側面を透視化した概念図である。 本発明の振動板３の他の形態を示す図である。 本発明のケース４の他の形態を示す図である。

符号の説明

１・・・シャーレ
１ａ・・蓋（シャーレの蓋）
２・・・培養細胞
３・・・振動板
３ａ・・突起部
４・・・ケース
５・・・ゲル
６・・・培養液
７・・・超音波発振器
８・・・サーキュレータ

Claims (6)

1. 培養液及び培養細胞が封入され、前記培養液の中に前記培養細胞を底部に接触させた状態で保持する培養容器と、
   この培養容器外面が、内面に密着されて収納されている、ゲル状物質により満たされたケースと、
   該ケースの外面に取り付けられた超音波発信器と
   を有することを特徴とする細胞培養装置。
2. 前記培養容器内に設けられ、前記培養細胞に接触し、該培養細胞に超音波による振動を効果的に伝達するための振動部を有することを特徴とする請求項１記載の細胞培養装置。
3. 前記振動部が前記培養細胞と培養器底部との間に設けられる振動板であることを特徴とする請求項２記載の細胞培養装置。
4. 前記振動部が培養器底部設置され、複数の棒が直立しており、前記培養細胞を該棒の頂部に点接触をさせて載置する振動器であることを特徴とする請求項２記載の細胞培養装置。
5. 前記棒の全体または培養細胞と点接触する１部分が、人体組織としてそのまま利用可能な生体適合性を有する材料であることを特徴とする請求項４記載の細胞培養装置。
6. 前記ケース内のゲルが、前記培養溶液を一定の温度に保つために、所定の温度に調整されて循環されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の細胞培養装置。
   

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