JP2005168344A - 細胞培養装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 培養途中の細胞の移動や振動、および周囲の環境変化を低減して、細胞の培養を効率よく行う。
【解決手段】
搬入出口２ａを有する密閉された空間Ｓ内に、細胞を収容した複数の培養容器３を収納可能な細胞培養部５と、該空間Ｓ内を移動可能に設けられ、前記細胞培養部５と搬入出口２ａとの間で培養容器３を移動可能な搬送装置６と、該搬送装置６による培養容器３の移動経路に配置され培養容器３内部の細胞を観察可能な観察装置７とを備える細胞培養装置１を提供する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、細胞培養装置に関するものである。

骨腫瘍摘出や外傷等によって生じる骨の欠損部に、骨補填材を補填して骨を修復させる技術がある。しかしながら、骨粗鬆症のように、骨が次第にもろくなっていく場合や、欠損部が非常に広域である場合等には、上記方法では問題を解決することが難しい。

そこで、近年、患者から骨髄を採取し、この採取した骨髄に含まれる間葉系幹細胞から人為的に骨芽細胞を十分に増殖させた後に、再び患者の体内に戻すという新たな試みが要請されている。この場合、患者自身から採取した骨髄から骨芽細胞を増殖させ、該患者の体内に戻すため、免疫反応を生じることなく骨の形成を活性化させることができる（例えば、非特許文献１参照。）。
吉川，「骨髄間葉系細胞による培養真皮、培養骨−骨髄間葉系細胞による再生医療−」，バイオインダストリー，株式会社シーエムシー出版，２００１年，第１８巻，第７号，ｐ．４６−５３

間葉系肝細胞のような細胞の培養には、種々の行程が必要である。すなわち、所定の培地とともに培養容器内に投入して、所定の培養条件下に維持する行程、培養途中において、複数回にわたり培地を交換する行程、種々の成長因子や、分化誘導因子を供給する行程および細胞の成長状態を検査する行程等である。

培養条件下に配する行程は、密閉されたインキュベータ内において、温度、湿度およびＣＯ_２濃度等を維持することにより行われ、他の行程は、インキュベータから取り出して他の処理装置において行わなれなければならない。このため、細胞を投入した培養容器は、種々の移動経路を経て処理装置間を移動させられることになる。

しかしながら、培養中の細胞に回転や振動が加わると、細胞の成長が阻害される場合がある。また、培養容器の配置されている環境の変化も細胞の成長に影響を及ぼす可能性がある。したがって、細胞の培養を効率よく行うためには、培養途中の細胞の移動や振動、および周囲の環境変化を可能な限り低減することが必要となる。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、培養途中の細胞の移動や振動、および周囲の環境変化を低減して、細胞の培養を効率よく行うことができる細胞培養装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、搬入出口を有する密閉された空間内に、細胞を収容した複数の培養容器を収納可能細胞培養部と、該空間内を移動可能に設けられ、前記細胞培養部と搬入出口との間で培養容器を移動可能な搬送装置と、該搬送装置による培養容器の移動経路に配置され培養容器内部の細胞を観察可能な観察装置とを備える細胞培養装置を提供する。

この発明によれば、培養容器内に収容された細胞は、細胞培養部内に収納されることにより、所定の培養条件に維持されて培養される。培養途中において、細胞に対し必要な処理、例えば、培地の交換等が行われる場合には細胞培養部内から取り出されて、搬送機構により搬入出口に搬送され、搬入出口から空間外部に取り出されて処理が行われる。必要な処理が終了した時点で、搬入出口から空間内部に搬入され、再度、搬送機構の作動によって細胞培養部内に搬入され、細胞の培養が継続される。

処理が必要となった細胞のみが搬送機構によって移動させられるので、他の細胞については静止状態に維持され、振動や回転により成長が阻害されることを防止することができる。

この場合において、培養途中の細胞の状態、特に、細胞が十分に成長しているか否か、細胞の活性が高いか否か、細胞がどの分化段階にあるか、他の微生物が混入していないかどうかについて、定期的に、または必要に応じて検査を行う必要がある。本発明によれば、細胞培養部の配置されている密閉された空間内における搬送機構による培養容器の移動経路に観察装置が設けられているので、培養容器は上記空間内から取り出されることなく内部の細胞の状態を観察することが可能となる。その結果、検査結果によっては、そのまま細胞培養部に戻すことが可能となり、周囲環境の変化する搬入出口外に頻繁に出すことを回避することができる。また、そのための移動経路も短くて済み、細胞に、回転や振動等の負担をかけることがなく、効率よく成長させることができる。

上記発明においては、前記空間内に清浄な下降空気流を送る空気清浄部を有することが好ましい。空気清浄部の作動により、清浄な下降空気流が空間内に送られ、空間内を移動する培養容器の周囲環境が清浄な状態に維持される。その結果、搬送機構等の可動部により発生する塵埃が培養容器内に混入する不都合を回避できる。
また、上記発明においては、前記細胞培養部が、水平方向および垂直方向に複数の培養容器を収容可能であることが好ましい。

本発明によれば、細胞にかかる回転や振動等の負担を軽減し、また、周囲環境の急激な変化を防止して、安定した成長を促し、効率的に培養を行うことができるという効果を奏する。

次に、この発明の一実施形態に係る細胞培養装置について図１を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る細胞培養装置１は、図１に示されるように、外部から観察可能な透明な壁材２により密閉された空間Ｓの内部に、複数の培養容器３を１つずつ収容可能な複数の培養室４を備えた細胞培養部５と、前記空間Ｓ内を走行可能な走行台車（搬送機構）６と、該走行台車６による培養容器３の移動経路に配置された観察部７とを備えている。
図中符号８は、空間Ｓ内部に清浄な下降空気流を送る空気清浄部を示している。

培養容器３は、例えば、上方に開口する円形シャーレ状の容器であって、内部に培地および細胞を収容できるようになっている。各培養容器３には、固有の識別情報が、識別コード等の識別符号（図示略）により与えられている。また、培養容器３は、細胞の培養過程に応じて最適な環境を細胞に与えるため、培養工程が進行するにつれて底面積の広いものに移し替えられるように、種々の大きさのものが用意されている。

前記透明な壁材２により密閉された空間Ｓには、開閉可能に設けられ、外部との間で培養容器３を搬入出可能な搬入出口２ａが設けられている。また、空気清浄部８の作動により、空間Ｓ内の空気は清浄な状態に維持され、走行台車６やその他の可動部より発生する塵埃等が、舞い上がって培養容器３内に入ることのないようになっている。

前記細胞培養部５の各培養室４は、走行台車６側の開閉扉および区画壁によって密閉されることにより、他の培養室４等から隔離されるようになっている。また、各培養室４内は、所定の温度（例えば、３７±０．５℃）、湿度（例えば、１００％）およびＣＯ_２濃度（例えば、５％）等の培養条件が維持されるようになっている。また、これらの培養室４内の実際の温度、湿度およびＣＯ_２濃度等の培養室４内情報を検出するセンサ（図示略）がそれぞれ備えられている。
さらに、各培養室４には、固有の識別情報を記録した識別コード（図示略）が付されている。

前記走行台車６には、培養容器３を搭載する載置台９と、該載置台９を昇降させる昇降機構１０と、載置台９に搭載された図示しない移載機構と、同じく載置台９に搭載された図示しない識別コードリーダ（入力手段）とが設けられている。移載機構は、載置台９が培養室４に位置決めされたときに、培養室４に対して培養容器３を出し入れするように構成されている。また、識別コードリーダは、培養容器３を培養室４に出し入れする毎に、あるいは、少なくとも培養容器３を培養室４に入れる際に、培養容器３に付されている識別コードと、該培養容器３が収容される、あるいは収容されていた培養室４に付されている識別コードとをそれぞれ読み込むように構成されている。

前記観察部７は、例えば、倒立型顕微鏡であって、前記走行台車６によって搬送されてきた培養容器３を載置することにより、培養容器３の内部に収容している細胞を観察することができるようになっている。なお、観察部７は、倒立型顕微鏡に代えて、位相差顕微鏡、蛍光顕微鏡、共焦点顕微鏡、実態顕微鏡等任意の顕微鏡を採用することができる。また、ＴＶカメラ観察することにしてもよい。

この観察部７は、前記培養室４と図１に示す例では、走行台車６の一端側に配置されており、培養室４から取り出された培養容器３が搬入出口２ａへ移動される経路の途中において載置されることにより、内部の細胞の状態を検査することができるようになっている。

また、本実施形態に係る細胞培養装置１においては、図示しない制御装置が、各細胞に対する培養のメニューを記憶しているとともに、各メニュー項目に対応して、走行台車６等の動作を制御するようになっている。また、制御装置には、データベース（図示略）が備えられ、識別コードリーダにより入力された培養容器３および培養室４の識別情報を細胞毎に関連付けて記憶するようになっている。また、制御装置には、カレンダー機能が搭載されていて、メニュー項目に対応して細胞に対して行われた培地交換等の作業の日付をデータベースに記憶することができるようになっている。また、培地交換の際には、交換された培地、供給された成長因子、ビタミン等の量や種類等を含む培地交換情報が、メニュー項目から抽出されて、培養容器３の識別情報と関連付けて記憶されるようになっている。

また、データベースには、前記センサにより検出された培養室４内の実際の温度、湿度およびＣＯ_２濃度等の培養室４内情報も、培養容器３の識別情報と関連付けて記憶されるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る細胞培養装置１の作用について以下に説明する。
患者から採取された骨髄液は、本実施形態に係る細胞培養装置１に投入される前に、所定の遠心分離容器（図示略）に収容された状態で、図示しない遠心分離機まで搬送され、そこで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。

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適当な培養容器３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。そして、骨髄細胞および培地を投入した培養容器３は、搬入出口２ａから細胞培養装置１内に供給され、走行台車６の載置台９に搭載されて、空いている培養室４まで搬送される。

培養室４に投入される際に、載置台９に設けられている識別コードリーダにより培養容器３および培養室４に付されている識別コードから識別情報が読みとられ、これらの識別情報が関連付けられて制御装置のデータベースに記憶される。なお、感染検査の結果は、適宜上記識別情報に関連付けてデータベースに記憶される。

この状態で、培養室４内においては骨髄液および培地が、所定の温度、湿度およびＣＯ_２濃度等の培養条件に維持される。このときの培養室４内の温度等の培養室内情報は、連続的にあるいは所定のタイミングでセンサにより検出されて、培養室４の識別情報と関連付けてデータベースに記憶される。そして、これにより、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３が移載機構の作動により培養室４から取り出される。この際に、培養容器３および培養室４の識別情報が読みとられる。読みとられた培養容器３または培養室４のいずれかの識別情報が、既に記憶されている識別情報と一致する場合には、データベースへの新たな書き込みは行われず、一致しない識別情報が存在している場合には、その識別情報が他の識別情報に関連付けてデータベースに新たに追加記憶される。

培養室４から取り出された培養容器３は、走行台車６によって搬送されて、搬入出口２ａから細胞培養装置１の外部に搬出され、培地交換が行われる。培地等が供給されたときには、その量および種類、培地情報検出手段により検出された培地内の溶存酸素濃度や糖度等の培地情報が、培養容器３の識別情報と関連付けてデータベースに記憶されてもよい。そして、新たな培地が供給された培養容器３は、再度、走行台車６によって空いている培養室４まで運ばれ、培養室４に入れられる際に、識別情報の入力が行われる。

上記状態において、培養容器３を変えることが必要となった場合には、培養容器３は、走行台車６によって、細胞培養装置１の外部に搬出され、トリプシンのようなタンパク質分解酵素の作用により培養容器３の底面から剥離される。剥離された細胞は、用意された新たな培養容器３内に投入され、新たな培地が供給された後に、走行台車６の作動により、空いている培養室４まで搬送され、そこで、識別コードリーダの作動により識別情報を読みとられてから培養室４内に収容される。読みとられた識別情報は、データベースに追加されることになる。なお、供給されたトリプシン、培地等の種類および量、培地情報等もデータベースに記憶されることとしてもよい。

これらの場合において、本実施形態に係る細胞培養装置１によれば、定期的に、あるいは培養容器３内の細胞の成長の度合や、分化段階、あるいは、微生物の混入等の状況を検査する必要が生じた場合、走行台車６により培養室４から取り出された培養容器３を観察部７に載置することにより、検査を行うことができる。そして、検査の結果、培地交換や培養容器交換の段階に達していないことが判明した場合には、搬入出口２ａから細胞培養装置１の外部に取り出すことなく、再度、培養室４に戻して、培養を継続することができる。

なお、観察部７による検査が終了したときは、その検査結果を培養容器３の識別情報に関連付けて記憶することにしてもよい。このようにすることにより、培養過程における感染症の発生の時期を履歴として残すことができる。

すなわち、本実施形態に係る細胞培養装置１によれば、検査の結果、培養容器３内の細胞に対する処理が必要ではない場合に、空間Ｓから外部に取り出すことなく、培養室４内に戻すことができる。したがって、培養容器３の周囲環境を急激に変化させることがなく、また、細胞培養装置１外に一旦搬出してから検査する場合と比較すると、培養容器３の移動距離も少なくて済むので、細胞に対して振動や回転等の負荷がかかることを防止することができる。その結果、細胞の効率的な成長を促進して、培養の効率化を図ることができるという効果がある。

所定の培養期間が終了すると、上記と同様にして、培養容器３内から培地が廃棄された後に、培養容器３内にトリプシンが投入・混合される。これにより、培養容器３の底面に付着して成長していた間葉系幹細胞が、培養容器３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。

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３内に混合される。骨補填材は、予めそれを収容した培養容器３を用意しておいてもよい。培養容器３内に投入した骨補填材の種類および量については、培養容器３の識別情報と関連付けて記憶しておく。

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、湿度およびＣＯ_２濃度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。

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、感染検査に送られる。また、必要に応じて細胞の分化の程度が検査される。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が行われる。これらの場合においても、培養容器３を細胞培養装置１の外部に搬出することなく、観察部７において各種検査を行うことができる。したがって、これらの場合にも、細胞の効率的かつ安定した成長を促すことができるという効果がある。

なお、出荷用の品質検査および感染検査に合格した場合には、走行台車６の作動によって、搬入出口２ａから搬出され、製造された培養骨は所定の密封容器（図示略）に密封されて製品として提供される。密封容器にも識別情報が識別コードにより付されており、封入される際に、図示しない識別コードリーダにより読みとられる。培地交換情報、培地情報、培養室内情報、感染検査結果、密封容器の識別情報等はその都度、培養容器３の識別情報と関連付けてデータベースに記憶される。

このように、本実施形態に係る細胞培養装置１によれば、多数の細胞である細胞が同時に培養され、各細胞から製品としての培養骨が自動的に製造されることになる。この際に、製造された培養骨は、所定の密封容器に密封されて出力されるが、該密封容器に付されている識別コードを所定の識別コードリーダにより読みとることにより、その識別情報に関連する情報として、培養工程において用いられた全ての培養容器３、培養室４、培養室内情報、培地交換情報、培地情報、感染検査結果等をデータベースから引き出すことが可能となる。

その結果、細胞を抽出した患者と、その細胞から製造された培養骨の照合が簡単に行えるので、患者と細胞の取り違えを防止することができるとともに、培養工程中において細胞に対してなされた作業の全てを履歴として残すことができるという効果を奏する。したがって、事後的に感染症が問題となった場合に、その原因を追跡することができるとともに、その原因を除去して、後続の培養骨の健全性を確保することが可能となる。

また、細胞培養装置１の細胞培養部５において、一の細胞と同時に培養されている他の細胞の培養容器３の識別情報も、一の細胞の培養容器３の識別情報に関連付けて記憶することにしてもよい。このようにすることにより、一の細胞に感染症が生じた場合に、他の細胞への感染の影響あるいは、他の細胞からの感染の可能性を事後的に特定することが可能となる。

さらに、上記実施形態においては、識別情報を識別コードによって提示することとしたが、これに代えて、識別情報を特定の電波信号として発することができる電波信号発生手段や、識別情報を光信号として発することができる光信号発生手段、識別情報を音波信号として発することができる音波信号発生手段、識別情報を電磁波信号として発することができる電磁波信号発生手段等を採用することにしてもよい。

また、本実施形態に係る細胞培養装置１によれば、細胞培養部５の培養室４から搬入出口２ａまでの経路に観察部７を配置しているので、培養中の細胞の検査を細胞培養装置１内から取り出すことなく行うことができる。その結果、行程を簡略化して、時間的に効率化を図ることができるとともに、移動距離を短くして細胞にかかる振動等を低減して細胞の効率的な成長を図ることができるという効果がある。

なお、本実施形態に係る細胞培養装置１においては、細胞培養部５が複数の培養室４を有することとしたが、これに限定されるものではなく、区画されていない単一の培養室内に複数の培養容器３を収容して培養することとしてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る細胞培養装置の全体構成を示す概略図である。

符号の説明

Ｓ 空間
１ 細胞培養装置
２ａ 搬入出口
３ 培養容器
５ 細胞培養部
６ 走行台車（搬送装置）
７ 観察部（観察装置）
８ 空気清浄部

Claims (3)

1. 搬入出口を有する密閉された空間内に、細胞を収容した複数の培養容器を収納可能な細胞培養部と、該空間内を移動可能に設けられ、前記細胞培養部と搬入出口との間で培養容器を移動可能な搬送装置と、該搬送装置による培養容器の移動経路に配置され培養容器内部の細胞を観察可能な観察装置とを備える細胞培養装置。
2. 前記空間内に清浄な下降空気流を送る空気清浄部を有する請求項１に記載の細胞培養装置。
3. 前記細胞培養部が、水平方向および垂直方向に複数の培養容器を収容可能である請求項１または請求項２に記載の細胞培養装置。

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