JP2006524322A

JP2006524322A - 分析および培養装置

Info

Publication number: JP2006524322A
Application number: JP2006505653A
Authority: JP
Inventors: コルピネン，ユハ; ヴィータネン，ヨウコ
Original assignee: Chip Man Technologies Oy
Current assignee: Chip Man Technologies Oy
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2006-10-26
Also published as: FI115060B; CN1812838A; CN100408188C; WO2004094060A1; HK1092752A1; EP1615720A1; US20060234370A1; FI20030609A0; FI20030609A

Abstract

【００３１】
分析および培養装置は、複数のウェル（１０）を有し、各ウェルには閉鎖空間を形成するためにウェルを閉鎖するカバー、ならびに物質を閉鎖空間へ導入するための少なくとも１つの入口通路（６）および閉鎖空間から物質を取り出すための少なくとも１つの出口通路（７）が設けられる。カバーは、別個のキャップ（１）として形成され、キャップはウェル（１０）に取り外し可能に取り付けられ、キャップによってウェルは閉鎖され、キャップに前記入口通路（６）および出口通路（７）が一体化されている。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、複数のウェルを有する分析および培養装置に関し、各ウェルにはウェルを閉鎖するカバー、ならびに物質を閉鎖空間へ導入するための、少なくとも１つの入口通路および閉鎖空間から物質を取り出すための少なくとも１つの出口通路が設けられる。

微生物培養および様々な種類の細胞培養において、成長条件が綿密に制御される、閉鎖培養環境を用いることが知られている。この種の装置には、厳選された培地を有する典型的にいくつかのウェルが存在する。

細胞培養装置は、米国特許第６００８０１０号明細書に提示されている。この特許では、細胞は、ウェルプレートのウェル内で培養されるが、綿密に制御された条件を維持するために、周囲環境からの隔離が、いわゆる、培養器技術によって実施され、この技術においては、ウェルプレートは閉鎖チャンバ内に配置され、その上部および下部は監視できるように透明である。ウェルは、チャンバ内で開状態である、すなわち、チャンバによって決められる同じ条件で存在する。培養環境ならびに材料の流入および出口の個々の制御は、個々のウェルプレートに対しては不可能である。

周囲環境から閉鎖されたこの種のウェルの外部から培地を供給する必要があり、同時に、過剰の培地を取り除く必要がある。培地のこの種の供給は、細胞培養に依って周期的または連続的である場合がある。

独国特許出願公開第１００１９８６２号明細書は、細胞培養中に培地を変えるための方法および装置を提示している。この装置には、下部表面が透明で平滑な灌流カバーがあり、このカバーは、同時に、ウェルプレートの複数のウェルを覆う。カバーは、その側面でウェルプレートの外周に対してシールされ、その下部表面で、各ウェルにおける供給通路および出口通路があり、これらの通路は、延長部として、ウェルに垂直方向下方に延びる供給管および出口管を有し、これら管のうち、出口管は供給管よりさらに下方に延びる。供給通路は、同じ供給接続部に接続され、したがって、ウェル内で、条件を別個に制御することはできない。加えて、カバーは、ウェルプレートの寸法に従って常に寸法決めされなければならない。１つのウェルを開ける必要がある場合には、カバー全てを取り除かなければならない。

米国特許第６２７１０２７号明細書は、細胞および組織培養装置を提示し、装置には並列の培養ウェルがあり、そこでは、ウェルは、培地の供給に関しては直列に接続される。ウェル内に設けられた可撓性リングは、ウェルの構造にとって典型的である。このリングは、ウェルの側壁に当接して設けられ、入口通路および出口通路は、リングを介して連通している。ウェルは、リング内に設けられた透明カバーによって、上部から閉鎖される。リングとカバーの両方は、周囲環境から閉鎖された空間が、ウェルの底部とカバーとの間に依然存在するように、ウェルの底部近くに置かれる。

上述の構造は細胞培養のために設計され、その目的のために、ウェル、可撓性リング、およびカバーが製造されており、これらは全て、相互に対して正確に寸法決めされなければならない。上述の構成要素から閉鎖培養空間を形成するためには、組み立て段階で多量の作業を必要とする。加えて、複数のウェルを直列に接続することは、１つのウェルで個々に条件を制御することができないことである。

本発明の目的は、上述の欠点を含まない分析および培養装置を提供することである。この目的を達成するためには、装置は、カバーが別個のキャップとして形成され、キャップは取り外し可能にウェルに取り付けられ、キャップによって、ウェルは閉鎖され、キャップに入口通路および出口通路が一体化されていることを主として特徴とする。

入口および出口通路とシーリング構造物を有するプラグ型キャップを用いた場合には、ウェルは、難しい組立段階なしに閉鎖培養空間を形成するために一体構造によって周囲環境から、密閉することができる。キャップの直径を適切に寸法決めすることによって、既存のマイクロタイタープレートのために用いることができる。たとえば、１２、２４、４８または９６個のウェルの標準プレートは、同数の同一キャップによって相当する数の閉鎖培養空間を有する培養装置に形成可能であり、入口および出口通路は既製品である。入口および出口通路が接続されたキャップの外部表面に、供給管と出口管をそれぞれ連結することができる。個々の供給管と出口管とをそれぞれのキャップに連結することができ、その場合には、特に、供給管の供給は、他のキャップの供給から、ならびに、これに相応して、ウェルの供給管の供給から、完全に独立させることができる。したがって、それぞれのウェルにおける条件は、必要な場合には、９６ウェルプレートにおいてさえ、個々に制御することができる。

構造的に良好な解決方法は、キャップがウェル内に置かれた挿入部を含み、そのキャップは有利には円筒状であるようにキャップを形成することによって達成される。１つ以上の入口通路、および１つ以上の出口通路は、この挿入部を介して深さ方向に（ウェルの深さ方向に）貫通していてもよい。入口および出口通路は、剛体材料のキャップに形成された穴によって形成することができ、その場合には、ウェル内の培養空間にアクセスするために、別個の管または他のチャネルを用いる必要がない。これらの孔は、キャップの外表面の接続開口部に接続することができ、キャップに上述の供給および出口管が接続される。

挿入部の外部表面上に、たとえば、その周りの溝に、シールを設けることによって、シーリングが最も簡単な方法で与えられ、キャップをウェルの側壁に当接してシールする。

好ましくは、挿入部上方に肩部があり、肩部はプレートの上部表面に当接し、キャップの挿入深さを決定する。この肩部は、キャップの上部を形成するフランジ部の下部表面から形成することができる。上述の供給および出口通路の接続開口部は、このフランジ部の外部表面上、たとえば、その周縁上に、開口させることができる。

培養空間の監視を最適化するために、キャップの中間部に透明な窓があり、これによって、少なくとも上方からの監視を可能にする。対応するウェルの底が透明である場合には、このウェルは、双方向に垂直に、透明にすることができ、たとえば、監視方向と反対方向からの照明、たとえば、下部からの照明を可能にする。
その他の有利な構造選択肢を、添付の請求項および以下の明細書に提示する。

図１は、本発明に従う分析および培養装置を対象とするキャップの側面図を提示する。本明細書における分析および培養装置は、所望日程に従って所定の組成を有する培地を供給でき、培養の様々な段階で必要な物質を加えることができる程度にまで、細胞が、複数の閉鎖培養空間を形成することによって制御された条件で培養される、装置に関する。本発明は、特定の種類の細胞だけの培養に限られず、たとえば、様々な微生物の培養、および、より高度の生物の細胞の維持および培養が例として挙げられ得る。これらの一例として、配偶子の維持が、たとえば、体外受精または幹細胞株における目的のために、挙げることができる。この装置の使用の実質的な部分もまた、たとえば、何らかの画像検査法によって、連続監視することであり、監視中に入手した画像は、ウェルの閉鎖培養空間内の生活環境を制御する際に貯蔵、分析または使用することができる。これらの方法は、本発明の一部ではないので、さらに詳細に説明しない。

各ウェルは、入口通路を介してのみ、かつ注入状況においてのみ培地を通過させることを可能にする注入口を介して、周囲環境からの接続部が存在する、閉鎖培養空間を形成することは重要である。これは、ウェル(図１)内に導入することができ、挿入部２を有するキャップ１によって実施され、挿入方向に垂直な挿入部の断面は、ウェル内部の水平部分に相当する。マイクロタイタープレートのウェルは、通常円形の水平断面を有しているので、挿入部２は円筒状である。水平肩部３ａは、挿入部の上方で挿入部を循環する。肩部の目的は、キャップがウェルに導入されたとき、ウェルの上部端面に当接させることである。肩部は、挿入部２の上方に位置するより幅広のフランジ部３の下部面から形成される。

肩部３ａから、少し離れて下方に、挿入部２の側面に形成され、側面を循環する溝４がある。Ｏリングシール４ａ（側面図で提示されている）が、この溝に設けられる。

少なくとも１つの入口通路６および出口通路７が長手方向に挿入部を貫通し、その通路は、挿入部の材料に形成された穴として形成される。本明細書で穴とは、断面で閉鎖されたチャネルの形式の構造物をいい、必ずしも機械加工によって形成されないが、成形に関連してもよい。入口通路および出口通路の両方が、フランジ部３の半径方向に開口している接続開口部６ａおよび７ａにそれぞれ接続され、これらの開口部はフランジ部３の円筒状の外部表面上に開口している。

図２に示されるように、１以上の出口通路７が存在する。これに相応して、１以上の入口通路６があってもよい。特に図１においては、出口通路７は、挿入部２の下部表面で、入口通路６より高い位置で、垂直方向に開いていることが示されている。このために、たとえば、ガスは、閉鎖培養空間からさらに容易に抜けることができ、この空間に滞留して気泡を生成することがない。

加えて、挿入部２の下部表面が含まれ、下部位置にあり、入口通路６が開いている水平下部表面から始まり、垂直段階で終端し、その上端に水平下部表面があり、その表面上に出口通路７が開いている。

開口部８は、フランジ部３および挿入部２の中央を通り、フランジ部の上部表面から挿入部の下部表面に及んでおり、開口部は、挿入部２の外周と同軸である。透明な窓９が開口部８に設けられ、窓の下部表面は、挿入部の下部表面の一部を形成する。このようにして、窓は、窓を取り囲む不透明な材料から成る挿入部２の下部表面とともに、後述の方法で、培養空間を上方から規定する。窓９は、開口部８の下端に位置している。したがって、開口部を介して培養空間に視覚的接続が作り出される。すなわち、キャップは、キャップの上部表面から挿入部の下部表面にまで延びている部位に対しては、透明される。窓は挿入部２の下部表面の残部によって、リング状に囲まれており、その表面は、本明細書で上述したように、入口通路から出口通路に向かって斜め上方に向いている。

図３は、ウェルプレートの１つのウェル１０の所定場所に導入されたキャップ１を提示している。ウェルは、平底と、平底から上方に立ち上がり水平断面で円形形状を有する側壁とを有する。したがって、ウェル１０の内部は、円筒状であり、キャップ１の挿入部２は、挿入部２の上方に設けられた肩部３ａによって規定される深さでこの容積で設けられる。肩部は、ウェルの上部端面に当接して、すなわち、ウェルプレートの上部表面に当接して設けられる。挿入部２がウェルの側壁によって規定された空間内でウェル内に配置され、挿入部２の下部表面がウェル１０の底から底と反対方向に一定の距離をあけて配置されるように、キャップ１を上方からウェル１０に挿入することができる。

ウェル１０の底も透明で、その場合には、底と窓９との間で規定された培養空間を、ウェルの上方および下方から覗き込むことができ、このことは、ウェルがカメラ技術によって連続的にまたは周期的に撮像される場合には、背景照明を可能にする。ウェルおよびキャップによって生成された培養空間は、窓の下部表面９が培養空間内の液体の上部表面が培養空間内の上部表面を定めるように用いられてもよい。したがって、液体表面の上方に窓９の端面の外側に自由ガス空間が存在する。この空間では、リング状に窓９を囲む部分の傾斜の結果、ガスは出口通路の方に向けられる。

窓９の下部表面も、出口通路７に向かって立ち上がるように、幾分傾斜してもよい。このようにして、気泡が窓９の下部表面に滞留しないように確実にされ得る。

加えて、特殊注入通路５を用いることができ、この通路を介して、供給通路とは独立して、培地を培養空間に導入することができる。特殊注入通路は、フランジ部３および挿入部２を通り、深さ方向に及ぶ穴から形成されてもよく、この穴は、可撓性材料で閉鎖されている。通常の状態では、この材料は、培養空間を環境から隔離しているが、注射針を通過させ得る、すなわち、いわゆる注入ゴム栓である。

キャップは、通常のプラスチック機械加工方法によってプラスチック材料から作ることができる。透明なプラスチックから成るキャップ１全体を製造することができ、その場合には、開口部８および窓９は、キャップを垂直方向に透明にするために、キャップ中に別個に形成されるに必要はない。

図４は、複数のウェルを備えた装置におけるキャップの使用を示す。各キャップ１およびそれに相当する各ウェル１０には、それ自体の供給管１１が割り当てられ、入口通路６を介して液体を培養空間に供給するために、供給管は相当する入口通路６に接続される。各キャップから、少なくとも１つの出口管１２が存在し、出口管はキャップ中の対応する出口通路７に接続される。出口管によって、出口通路を介して、ガスまたは液体を吸引することができる。キャップが必要のない接続開口部を有している場合、これらの開口部は、栓をして塞ぐことができる。管壁は、管が管壁を扁平に押圧することによって閉鎖され得る程度にまで可撓性を有する。したがって、管の外側で単に押圧操作をすることによって、管内を移動する物質に接触することなく、弁として機能することができる。いわゆる蠕動ポンプが管と接触して配置され、ポンプが停止されたときに、ポンプのロールの少なくとも１つが管を閉じさせる場合には、同じ効果が、蠕動ポンプによって到達することができる。出口管は、培養空間ウェルを周囲環境から隔離するために、同じような方法で閉鎖することができる。ウェル１０の一部を空のままにすることができることも図４に示される。キャップ内に２つの入口通路が存在する、または、出口通路の１つが入口通路として選ばれた場合は、異なる物質を各自の管を介して培養空間に供給するために、２つの入口管を各キャップ１に取り付けることができる。

個々のウェル１０は、キャップ１を引き抜くことによって、他のウェルの操作を妨げずに、全開にすることができる。同様に、広いウェルプレートの一部のみを使用することが目的である場合は、選択されたウェルのみをキャップ１で閉じる必要があり、プレート全体をカバーすること（カバー解決手段）、または閉鎖チャンバ内に配置すること（培養器解決手段）は必要ない。

図５および図６は、図１および図３と同様の（図５には、窓がない）図でキャップを提示し、このキャップの設計は、その他の点では同じであるが、入口通路６および出口通路７は、接続開口部６ａおよび７ｂが、穴の軸方向延長部を形成し、周縁表面の代わりにフランジ部３の上部表面上に開口しているようにキャップを軸方向（挿入部の挿入方向）全体に貫通している。これは、製造技術に鑑みて、特に、キャップが圧縮成形技術によって製造される場合には、実施するのがより容易である。図５のキャップは、設計は同じままで、窓を有し、同一の透明なプラスチック材料から全て製造されてもよいことは、明らかである。同様に、注入ゴム栓で塞ぐことによって、１つの通路の注入通路を形成することが可能であり、これは、キャップの外部表面から培養空間まで直線になっており、この直線を通じて、針を導入できるからである。図７は、ウェルプレートのウェル１０への、図５および図６に従うキャップ１の取付けを平面図で提示する。

前述したように、本装置は、生体細胞の多くの培養方法のために用いられる。培養空間への物質の供給および培養空間からの取り出しは、培養細胞の種類および／または生体の段階に依って、連続的または周期的であってもよい。純粋に培養または維持の目的の代わりに、装置は、たとえば、異物（薬品、有害物など）が異なる細胞培養および微生物などの細胞に、いかに影響を及ぼすかを調べるために、分析のために用いられてもよい。また、任意の数の入口通路および出口通路があってもよく、たとえば、２つ以上の入口通路もあってもよい。同様に、２つ以上の出口通路の少なくとも１つが、必要により、出口通路としても用いられてもよく、さらに、必要により、管との接続部を変えることによって、２つ以上の入口通路の少なくとも１つが出口通路としても用いられてもよい。このことにより、異なる物質の取り出しと供給とにおける適応性および選択肢を向上させる。

キャップの側面図を示す。下部から見たキャップを示す。対応するウェルに組み込まれたキャップを示す。複数のウェルを備えた装置におけるキャップの使用を示す。第２の実施形態に従うキャップの側面図を示す。対応するウェルに組み込まれた図５のキャップを示す。複数のウェルを備えた装置における図５のキャップの使用を示す。

Claims

複数のウェル（１０）を有する分析および培養装置であって、各ウェルには閉鎖空間を形成するためにウェルを閉鎖するカバー、ならびに物質を閉鎖空間へ導入するための少なくとも１つの入口通路（６）および閉鎖空間から物質を取り出すための少なくとも１つの出口通路（７）が設けられる、分析および培養装置において、カバーは別個のキャップ（１）として形成され、キャップはウェル（１０）に取り外し可能に取り付けられ、キャップによってウェルは閉鎖され、キャップに前記入口通路（６）および出口通路（７）が一体化されていることを特徴とする分析および培養装置。
キャップ（１）は、ウェル（１０）に配置可能な挿入部（２）と、ウェルの上部端面によって支持される肩部（３ａ）とを有することを特徴とする請求項１記載の分析および培養装置。
肩部（３ａ）は、挿入部（２）よりも幅広のフランジ部（３）の下部表面から成ることを特徴とする請求項２記載の分析および培養装置。
挿入部（２）の周りにシール（４ａ）があり、該シールは、ウェル（１０）の側壁に当接して設けられることを特徴とする請求項２または３記載の分析および培養装置。
入口通路（６）および出口通路（７）は、挿入部（２）の下部表面上で開口していることを特徴とする請求項２，３または４記載の分析および培養装置。
入口通路（６）は、出口通路（７）よりも下部の位置で開口していることを特徴とする請求項５記載の分析および培養装置。
キャップ（１）に入口および出口チャネルを連結するために、フランジ部（３）の外部表面上に接続開口部（６ａ，７ａ）が存在することを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の分析および培養装置。
挿入部（２）の下部表面上に傾斜部が存在することを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の分析および培養装置。
キャップ（１）は、ウェルの深さ方向に透明であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の分析および培養装置。
流入管（１１）のような別個の流入チャネルが、ウェル（１０）に設けられたキャップ（１）に導入されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の分析および培養装置。
複数のウェルを有する分析および培養装置のためのカバーであって、カバーは、物質をウェルに導入するための入口通路（６）およびウェルから物質を取り出すための出口通路（７）を有するカバーにおいて、カバーは、別個のキャップ（１）であり、キャップは個々のウェルを閉鎖するために個々のウェルに取り外し可能に取り付けることができ、キャップに、前記入口通路（６）および出口通路（７）が一体化されていることを特徴とするカバー。
キャップ（１）には、挿入部（２）と、挿入部の上方の肩部（３ａ）とが存在し、挿入部はウェルに取り付けられるように構成され、肩部はウェルの上部端面によって支持されるように構成されることを特徴とする請求項１１記載のカバー。
肩部（３ａ）は、挿入部（２）よりも幅広のフランジ部（３）の下部表面から形成されることを特徴とする請求項１２記載のカバー。
挿入部（２）の周りにシール（４ａ）があり、該シールは、ウェル（１０）の側壁に当接して設けられることを特徴とする請求項１２または１３記載のカバー。
入口通路（６）および出口通路（７）は、キャップ（１）において挿入部（２）の下部表面上に開口していることを特徴とする請求項１２，１３または１４記載のカバー。