JP2009118820A - Compact rotary culture system and culture vessel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンパクト回転培養システム及び培養容器に関し、具体的には、再生医療に用いるヒト正常細胞を3次元高密度培養法で増殖させるためのコンパクトな回転培養システム及び培養容器に関する。 The present invention relates to a compact rotating culture system and a culture container, and more particularly to a compact rotating culture system and a culture container for growing normal human cells used for regenerative medicine by a three-dimensional high-density culture method.
再生医療においてヒト正常細胞又は組織を移植するためには、3次元高密度細胞培養を行う必要がある。例えば、特許文献1には、多孔質ハイドロキシアパタイト・ブロック体に細胞を播種、培養し石灰化を誘導することを特徴とする培養人工骨の作成方法が説明される。
しかし、従来の3次元高密度細胞培養用培養システムは汎用型バイオリアクタを使用するため、装置設備の設置に場所をとり、大量の培養液を消費し、操作及びメンテナンスが煩雑であり、装置及び消耗品の経費が高額になるという欠点がある。かかるバイオリアクタを使用せずに、通常のCO2インキュベータ内に攪拌器と培養用フラスコを設置したり、回転培養装置を設置することも考えられる。その場合でも、攪拌器や回転培養装置を収容可能なサイズのCO2インキュベータはCO2ボンベを含めて広い占有面積(最低でも3m2)を必要とし、導入コストも100万円程度は必要である。これは施設及び予算の制約が厳しい中小病院や診療所にとって再生医療を導入するうえで大きな障害である。 However, since the conventional culture system for three-dimensional high-density cell culture uses a general-purpose bioreactor, it takes a lot of space to install the equipment, consumes a large amount of culture solution, and is complicated in operation and maintenance. There is a disadvantage that the cost of consumables becomes high. It is also conceivable to install a stirrer and a culture flask in a normal CO 2 incubator without using such a bioreactor, or install a rotary culture apparatus. Even in such a case, a CO 2 incubator of a size that can accommodate a stirrer and a rotary culture apparatus requires a large occupied area (at least 3 m 2 ) including the CO 2 cylinder, and an introduction cost of about 1 million yen is necessary. . This is a major obstacle to the introduction of regenerative medicine for small and medium-sized hospitals and clinics where facilities and budget constraints are severe.
そこで、再生医療のさらなる普及を図るため、中小病院や診療所でも負担できるように、低コストで、省スペースかつ操作が容易な3次元高密度細胞培養用培養システムを開発する必要がある。 Therefore, in order to further promote regenerative medicine, it is necessary to develop a low-cost, space-saving and easy-to-operate culture system for three-dimensional high-density cell culture that can be borne by small and medium hospitals and clinics.
本発明は、キャップ付の試験管であって、該試験管の側壁には1個又は2個以上の貫通孔が設けられ、該貫通孔は、通気性があり、かつ、透水性のない膜で閉塞されていることを特徴とする試験管を提供する。 The present invention is a test tube with a cap, wherein one or two or more through holes are provided in a side wall of the test tube, and the through hole is a membrane having air permeability and no water permeability. A test tube characterized in that it is closed with is provided.
本発明は、本発明の試験管を1本又は2本以上装架することができるローテータと、該ローテータを駆動するモータとを含むことを特徴とする回転培養装置を提供する。 The present invention provides a rotating culture apparatus comprising a rotator capable of mounting one or more test tubes of the present invention, and a motor for driving the rotator.
本発明の回転培養装置は電源としての電池を含む場合がある。 The rotary culture device of the present invention may include a battery as a power source.
本発明は、前記本発明の試験管と、前記本発明の回転培養装置と、前記試験管及び回転培養装置を収容する気密容器と、該気密容器内のガス組成及び/又は圧力の制御装置と、前記気密容器内温度の制御装置とを含む回転培養システムを提供する。 The present invention includes a test tube according to the present invention, a rotary culture device according to the present invention, an airtight container containing the test tube and the rotary culture device, and a gas composition and / or pressure control device in the airtight container; And a rotary culture system including the air-tight container internal temperature control device.
本発明の回転培養システムにおいて、前記試験管及び気密容器はプラスチックでできており、前記ガス組成及び圧力の制御装置はガス発生剤である場合がある。 In the rotary culture system of the present invention, the test tube and the airtight container may be made of plastic, and the gas composition and pressure control device may be a gas generating agent.
以下に本発明の実施例によって、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples of the present invention, but the present invention is not limited to these examples.
図1は本発明の試験管10の透視図である。試験管10は、キャップ11と、試験管本体12とを含む。キャップ11は試験管本体12に固定されて試験管内部を無菌状態に保つ。キャップ11はねじ込み式で試験管本体12に固定される場合がある。キャップ11は、可撓性又は弾性のある材料でできていて、試験管本体12との摩擦係合によって試験管本体12に固定されるプッシュオン式の場合もある。
FIG. 1 is a perspective view of a
本発明の試験管10は、細胞培養に使用できるものであればいかなる材料でできていてもかまわないが、プラスチックでできていることが好ましい。好ましい試験管は、当業者に周知の使い捨て可能なプラスチック製品と同様に製造される。試験管10のサイズはいかなるものでもかまわないが、汎用の15mL又は50mLの使い捨てプラスチック製試験管と互換性のある外部寸法を有することが好ましい。試験管本体12の内壁は、培養される細胞が接着できるように表面処理を施される場合がある。あるいは試験管本体12の内壁は、前記細胞が接着できないような材質でできているか、細胞接着を阻害するように表面処理を施される場合がある。ヒト正常上皮又は繊維芽細胞のように基質との接着が培養下での増殖に必要であるか、あるいは、望ましい細胞を培養する際には、基質面積を確保するために、細胞が接着できるように処理が施された固体支持体を培養液に懸濁することが好ましい。
The
本発明の試験管10の本体12には、試験管内外のガス交換のために1個又は2個以上の貫通孔14が設けられる。該貫通孔が設けられる位置は、試験管本体12の側壁である。貫通孔13は膜14で閉塞される。貫通孔13の孔径、数及び配置は、膜14によって試験管内部へのガス交換はできるが、試験管内部の培養液の漏出が起こらず、かつ、試験管内部の無菌状態が維持されることを条件としていかなるものであってもかまわない。
The
本発明の試験管本体12の貫通孔13を閉塞する膜14は、通気性があり、かつ、透水性のないことを条件として、いかなるものであってもかまわない。好ましい膜は、米国マサチューセッツ州ボストン市のダイバーシファイド・バイオテク(Diversified Biotech)社のカタログ番号BEM−1のように、通気性があって、透水性がないだけでなく、膜の一方の面が無菌で、かつ、粘着性があって、貫通孔13を覆うように封止できるものである。しかしながら、膜14は試験管本体の外壁又は内壁に圧着又は融着される場合がある。
The
図2は本発明の回転培養装置20の透視図である。本発明の回転培養装置20は、本発明の試験管10を1本又は2本以上、好ましくは、2〜6本装架して回転することにより、試験管10内部の培養液を攪拌させてガス交換を促進させる。回転培養装置20は、ローテータ21と、電動モータ22からローテータ21への駆動伝達機構とを含む。該駆動伝達機構は、プーリーとワイヤ又はベルトとを用いる方式の他、歯車とチェーンとを用いる方式や、歯車の組合せによる方式など、当業者に周知のいかなる駆動伝達機構を用いてもかまわない。ローテータ21の回転速度は特に限定されないが、4〜8rpmの速度で回転することが好ましい。ローテータ21は図2に示すような単一の棒又は筒状の形状をとる場合の他、中空の筒か、回転軸に平行に配置された複数の棒かの形状をとる場合(図示されない)がある。ローテータが単一の棒又は筒状の形状をとる場合には、試験管10をローテータ21に装架する手段は、クランプ等で試験管の側面を把持する態様や、ローテータ21の回転軸に対して放射方向に延びる部材が、試験管のキャップと試験管の底部とを保持する態様(図示されない)をとる。これらの態様では、電動モータ22への負担を低減するために、2本又は3本以上の試験管を回転軸に対して対称に配置することが好ましい。本発明の試験管かこれと同じ重量の物体をバランス用に装架する場合もある。ローテータが、中空の筒か、回転軸に平行に配置された複数の棒かの形状をとる場合には、1本の試験管を、該試験管の長手方向の軸が回転軸に一致するように装架することができる。また、本発明の回転培養装置のローテータは、本発明の試験管に外接して該試験管を摺動させて回転させる態様をとることもある。試験管の回転培養装置20は、さらに、電源としての電池23を含む場合がある。電池23を含む回転培養装置20は密閉容器に収容できるため好ましい。電池23は充電式の場合がある。電池23は、回転培養装置を少なくとも1日間、好ましくは3日間連続して運転することができることが望ましい。また、回転培養装置20は、培養液又は電池の交換のための一時的停止を挟んで、少なくとも1ヶ月、好ましくは2ヶ月ないし3ヶ月の間連続して運転することができる程度の信頼性及び耐久性があることが好ましい。
FIG. 2 is a perspective view of the
図3は本発明の回転培養システム60の断面模式図である。本発明の回転培養システム60は、1本又は2本以上の試験管10を装架した回転培養装置20が収容された気密容器30と、気密容器30内のガス組成及び/又は圧力の制御装置40と、気密装置30内の温度の制御装置50とを含む。気密容器30内のガス組成は、水蒸気、酸素、窒素及び/又は二酸化炭素の濃度を任意に調整し維持できるものであればいかなるものでもかまわない。ガス組成及び/又は圧力の制御装置40は、例えば、気密容器30の容積に対して所定のガス濃度になる量のガス発生剤の場合がある。あるいは、特定のガス組成、例えば水蒸気又は酸素を吸収するガス吸収剤の場合がある。ガス組成及び/又は圧力の制御装置40は、図3に示すように気密容器30の内部に収容される場合の他、気密容器30の外部にあって、気密容器30と連絡する圧力及び/又はガス流量の調節器と、気密容器30内部の気圧を調整するための通気口又は圧力弁と、酸素、窒素及び/又は二酸化炭素の高圧ガスボンベとを含む場合(図示されない)がある。気密容器30内の温度の制御装置50は、気密容器30全体を収容するインキュベータの場合がある。本発明のガス組成及び/又は圧力の制御装置は、本発明の温度の制御装置と一体となったCO2インキュベータとして、1個又は2個以上の気密容器30を収容する場合がある。この場合、気密容器30はガス交換のために貫通孔が設けられることがある。前記気密容器の貫通孔は、通気性のある膜で閉塞されることもある。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the
本発明の回転培養装置20のローテータ21の回転軸は水平方向と垂直方向との間のいずれの方向にあってもよい。試験管10の長手方向の軸とローテータ21の軸とは、平行の場合と、交差する場合と、同一平面には属さない場合とがある。好ましくは、本発明の試験管10は、図2に示すように、水平な回転軸を有するローテータを含む回転培養装置に装架される。この場合には、ローテータの回転につれて試験管10の内部の培養液は試験管本体の側壁全周に接するように移動する。本発明の試験管10の長手方向の軸がローテータの回転軸と交差する場合又は同一平面に属さない場合には、ローテータの回転に伴って試験管10内部の培養液は試験管の長手方向を往復するので培養液が攪拌され、ガス交換が促進される。本発明の試験管10の貫通孔13は、試験管本体12の側壁に設けられる。培養液が長手方向に往復するときには、貫通孔が試験管本体の側壁に設けられる場合の方が貫通孔がキャップに設けられる場合に比べて長期培養における培養液の漏出が起こりにくい。
The rotation axis of the
本発明の回転培養システム60では、複数個の気密容器30が単一の温度制御装置50に収容される場合がある。この場合には、気密容器ごとに異なるガス組成及び/又は圧力を設定することが可能になる。
In the
本発明の回転培養システム60は、試験管10及び気密容器30がプラスチックでできており、回転培養装置が電源としての電池23を含み、ガス組成及び/又は圧力の制御装置40がガス発生剤又はガス吸収剤の場合がある。この場合には、ガスボンベや圧力調整器のような高額の設備がなくても、ヒト正常細胞の3次元高密度培養を行うことが可能になる。そこで、本発明の回転培養システムは、施設及び予算の制約が厳しい中小病院や診療所における再生医療の普及を促進するのに役立つ。
In the
10 試験管
11 キャップ
12 試験管本体
13 貫通孔
14 膜
20 回転培養装置
21 ローテータ
22 モータ
23 電池
30 気密装置
40 ガス組成及び/又は圧力の制御装置
50 温度制御装置
60 回転培養システム
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