JP2009291097A - Cell culture apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は細胞培養装置に関するものである。 The present invention relates to a cell culture apparatus.
従来、骨髄液中の間葉系幹細胞等の接着細胞を濃縮・分離してから培養する方法としては、採取した骨髄液を遠心した後に、その上澄み液を除去し、残った沈殿部分のみを播種する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この方法においては、播種の際に間葉系幹細胞が均一になるように、前記沈殿部分を一旦容器に取ってから培養容器に播種する。こうして播種された間葉系幹細胞は、培養容器中で培養される。骨髄液中の間葉系幹細胞は、培養容器の底面に付着して増殖する性質を有している。
Conventionally, as a method of culturing after concentrating and separating adherent cells such as mesenchymal stem cells in bone marrow fluid, the collected bone marrow fluid is centrifuged, the supernatant is removed, and only the remaining precipitate is seeded Is known (see, for example, Patent Document 1).
In this method, in order to make the mesenchymal stem cells uniform at the time of seeding, the precipitate is once taken up in a container and then seeded in a culture container. The mesenchymal stem cells thus seeded are cultured in a culture vessel. Mesenchymal stem cells in the bone marrow fluid have the property of growing by attaching to the bottom of the culture vessel.
しかし、上記の方法を採用した場合、沈殿部分には間葉系幹細胞が濃縮されるほかに、骨髄液中の赤血球も大量に集められる。このため、播種した際に培養容器中に赤血球が大量に散在することになる。赤血球は浮遊細胞であるが、静置された培養容器中で沈降し、培養容器の底一面を覆うため、間葉系幹細胞が培養容器の底に接着するのを阻害する。 However, when the above method is employed, mesenchymal stem cells are concentrated in the precipitated portion, and a large amount of red blood cells in the bone marrow fluid is also collected. For this reason, a large amount of red blood cells are scattered in the culture container when seeded. Although erythrocytes are floating cells, they settle in a stationary culture vessel and cover the entire bottom surface of the culture vessel, thus preventing mesenchymal stem cells from adhering to the bottom of the culture vessel.
従って、骨髄播種後、間葉系幹細胞を回収できるまでの初代培養期間は早くても10日、遅い場合は約2週間かかっていた。このため、より短期間で効率よく間葉系幹細胞を培養・回収できるようにするために、赤血球等の浮遊細胞を除去して、より高濃度の間葉系幹細胞液を培養する培養装置が望まれていた。 Therefore, after bone marrow seeding, the primary culture period until the mesenchymal stem cells could be recovered took 10 days at the earliest and about 2 weeks at the latest. For this reason, a culture apparatus that removes floating cells such as erythrocytes and cultures a higher concentration of mesenchymal stem cell solution is desired in order to cultivate and collect mesenchymal stem cells efficiently in a shorter period of time. It was rare.
この発明は上述した事情に鑑みてなされてものであって、細胞懸濁液内から不要細胞を除外して必要な細胞を高濃度で培養する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。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a cell culture apparatus capable of culturing necessary cells at a high concentration by removing unnecessary cells from the cell suspension. Yes.
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、細胞懸濁液を貯留する培養容器と、該培養容器に接続され、該培養容器内に貯留されている細胞懸濁液を循環させる循環流路と、該循環流路の途中位置に設けられ、循環流路内に高周波不平等電界を形成して、誘電泳動力により培養に不要な細胞を吸着する電極を有する不要細胞吸着部とを備える細胞培養装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention relates to a culture container that stores a cell suspension, a circulation channel that is connected to the culture container and circulates the cell suspension stored in the culture container, and an intermediate position of the circulation channel. And a cell culturing apparatus provided with an unnecessary cell adsorbing part having an electrode that forms a high-frequency unequal electric field in the circulation channel and adsorbs cells unnecessary for culture by dielectrophoretic force.
本発明によれば、培養容器内に貯留されている細胞懸濁液が循環流路内を循環させられる際に、循環流路の途中位置に設けられた電極によって循環流路内に形成されている高周波不平等電界中を通過させられる。細胞懸濁液内の細胞は、その種類に基づいて異なる誘電泳動特性を有しているので、高周波不平等電界の作用により異なる誘電泳動力を受ける。 According to the present invention, when the cell suspension stored in the culture vessel is circulated in the circulation channel, the cell suspension is formed in the circulation channel by the electrode provided in the middle of the circulation channel. Is allowed to pass through a high-frequency unequal electric field. Since the cells in the cell suspension have different dielectrophoretic characteristics based on the type, they receive different dielectrophoretic forces due to the action of the high-frequency unequal electric field.
このことを利用して、細胞懸濁液中に存在する不要な細胞は、誘電泳動力により不要細胞吸着部の電極に吸着され、必要な細胞は電極に吸着されることなく循環流路を循環させられて培養容器に戻るようにすることができる。
発明者らは、研究の結果、電極に吸着された細胞が死滅することを発見した。したがって、循環流路を循環させられる間に電極に接着した細胞を死滅させることにより、培養容器内に存在する不要な細胞の濃度を低下させることができ、必要な細胞を高濃度で培養することが可能となる。
By utilizing this, unnecessary cells existing in the cell suspension are adsorbed to the electrode of the unnecessary cell adsorption part by the dielectrophoretic force, and the necessary cells circulate in the circulation channel without being adsorbed to the electrode. And returned to the culture vessel.
As a result of research, the inventors have found that cells adsorbed to the electrode die. Therefore, it is possible to reduce the concentration of unnecessary cells present in the culture vessel by killing the cells adhered to the electrode while circulating in the circulation channel, and to culture the necessary cells at a high concentration. Is possible.
上記発明においては、前記細胞懸濁液が、接着性の細胞と浮遊性の細胞とを含み、前記不要細胞吸着部が、浮遊性の細胞を電極に吸着することとしてもよい。
このようにすることで、培養容器内の浮遊性の細胞の濃度を低減し、接着性の細胞の濃度を増大させて、培養容器の底面等の接着面を浮遊性の細胞に占有されることを防止して、接着性の細胞を効率よく培養することができる。
In the above invention, the cell suspension may include an adhesive cell and a floating cell, and the unnecessary cell adsorption unit may adsorb the floating cell to the electrode.
By doing this, the concentration of floating cells in the culture vessel is reduced, the concentration of adhesive cells is increased, and the adhesive surface such as the bottom surface of the culture vessel is occupied by the floating cells. And adherent cells can be efficiently cultured.
本発明によれば、細胞懸濁液内から不要細胞を除外して必要な細胞を高濃度で培養することができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that unnecessary cells can be excluded from the cell suspension and necessary cells can be cultured at a high concentration.
本発明の一実施形態に係る細胞培養装置1について、図1〜図6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、例えば、骨髄液を培地に混合して得られた細胞懸濁液Aを貯留する培養容器2と、該培養容器2に接続された循環流路3と、該循環流路3に設けられ、循環流路3内の細胞懸濁液Aを流動させるポンプ4と、循環流路3の途中位置に配置され、細胞懸濁液A内の浮遊性の細胞を吸着し、接着性の細胞を通過させる誘電フィルタ5とを備えている。
A
As shown in FIG. 1, the
循環流路は、培養容器2から流出させた細胞懸濁液Aを培養容器2の外部で循環させて培養容器2内に戻すように環状に形成されている。
誘電フィルタ5は、フィルタ容器6と、該フィルタ容器6内を2つの領域6a,6bに区画するように配置される電極7と、該電極7に高周波電圧を加える電圧供給部8と、培養容器2側から流れてくる細胞懸濁液Aを一方の領域6aに流入させる流入口6cと、該一方の領域6aを通過した細胞懸濁液Aをフィルタ容器6外に流出させる第1の流出口6dと、前記一方の領域6aから電極7を通過して他方の領域6bに流入した細胞懸濁液Aをフィルタ容器6外に流出させる第2の流出口6eとを備えている。
The circulation channel is formed in an annular shape so that the cell suspension A that has flowed out of the
The
また、第2の流出口6eには該第2の流出口6eから流出する細胞懸濁液Aの流量を調節するバルブ9が設けられている。
第1,第2の流出口6d,6eに接続する配管10,11は、前記ポンプ4に接続する前に合流されている。これにより、ポンプ4による吸引力によって、細胞懸濁液Aは第1、第2の流出口6d,6eの両方からそれぞれ吸引されて循環流路3内を流通させられるようになっている。
The
The
電極7は、例えば、図2に示されるように、複数の直棒状電極部7a,7bを平行に間隔をあけて配列してなる2つの櫛歯状電極7A,7Bを、各櫛歯状電極7A,67の直棒状電極部7a,7bが交互に配置されるように配置することにより構成されている。
For example, as shown in FIG. 2, the
このような櫛歯状電極7A,7Bに高周波電圧を加えると、図3に示されるように、電界強度の勾配を有する高周波不平等電界Eが発生するようになっている。図3は電界強度を等高線により示しており、電界強度は、直棒状電極部7a,7bに近いほど強く、離れる程弱くなっている。
When a high frequency voltage is applied to such comb-
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。
本実施形態に係る細胞培養装置1によれば、細胞懸濁液Aを培養容器2内に貯留した状態で、ポンプ4を作動させることにより、培養容器2内の細胞懸濁液Aが循環流路3内に吸引されて循環させられる。そして、電圧供給部8の作動により、フィルタ容器6内の櫛歯状電極7A,7Bに高周波電圧を加えることによって、直棒状電極部7a,7bの周囲に高周波不平等電界Eを発生させる。これにより、細胞懸濁液A内に含まれている各細胞が高周波不平等電界E中を流動させられる際に、各細胞の誘電泳動特性に応じた誘電泳動力を受ける。
The operation of the
According to the
この場合に、細胞懸濁液A中の不要な浮遊性の細胞、例えば、血球系の細胞が正の誘電泳動特性を有し、必要な接着性の細胞、例えば、間葉系幹細胞等の非血球系の細胞が負の誘電泳動特性を有するような周波数の高周波不平等電界Eに調節しておくことにより、循環経路3を流動してきた細胞懸濁液Aがフィルタ容器6内に流入すると、血球系の細胞は、高周波不平等電界Eの電界強度が高くなる方向、すなわち、直棒状電極部7a,7bに向かう方向に引き寄せられて、あるものは直棒状電極部7a,7bに接触し、あるものは直棒状電極部7a,7b間の隙間を通過して第2の流出口6eからフィルタ容器6外に流出する。一方、細胞懸濁液A中に含まれる非血球系の細胞は、直棒状電極部7a,7bから離れる方向に移動して直棒状電極部7a,7bに接触することなく、第1の流出口6dからフィルタ容器6外に流出する。
In this case, unnecessary floating cells in the cell suspension A, such as blood cells, have positive dielectrophoretic properties, and necessary adherent cells such as mesenchymal stem cells, etc. When the cell suspension A that has flowed through the
血球系の細胞が櫛歯状電極7A,7Bに捉えられることなく透過するためには、櫛歯状電極7A,7B近傍に引き留めようとする誘電泳動力より細胞懸濁液Aの流れにより受ける力を大きくしておく必要があり、バルブ9の開度を適宜調節することで、この条件を設定することができる。
In order for blood cells to permeate without being caught by the comb-
図4および図5に、80kHz20Vppと40Vppの高周波電圧を加えた誘電フィルタ5に流入して、電極7を透過した透過液内の細胞、電極7を透過することなくフィルタ容器6から流出した保持液内の細胞および直棒状電極部7a,7bに接触した細胞(いずれも細胞は3−2H3)を5×105cells/mLの細胞密度で、8.5重量%濃度のスクロース+0.3重量%濃度のグルコース溶液内で培養したときの培養1日目と2日目の比増殖速度を示す。
In FIG. 4 and FIG. 5, it flows into the
また、誘電フィルタ5を通過させない細胞3−2H3の通常濃度(5×105cells/mL)での培養時の比増殖速度および低濃度(4×104cells/mL)での培養時の比増殖速度を図6に示す。通常の濃度での培養時には、図5の透過液および保持液内の細胞と同様に1日目の比増殖速度が2日目の比増殖速度より高いことがわかる。一方、低濃度での培養時には、図5のフィルタに接触した細胞と同様の比増殖速度の変化が示されている。
In addition, the specific growth rate at the time of culturing at a normal concentration (5 × 10 5 cells / mL) of cells 3-2H3 not allowed to pass through the
この図5から、発明者らは、研究の結果、電極7に吸着された細胞が、電極7に接触することなく透過あるいは保持された細胞と比較して培養1日目の比増殖速度が著しく低くなることを発見した。特に、電極7に加える高周波電圧の電圧値が高い40Vppの方が20Vppよりも培養1日目の比増殖速度が著しく低くなることを発見した。
From FIG. 5, the inventors found that the specific growth rate on the first day of culture was remarkably higher as compared with the cells permeated or retained without contacting the
また、電極7に接触させることなく低濃度で培養した場合においては、培養1日目で1.5程度の比増殖速度を示しているのに対し、電極7に接触した細胞は、培養1日目で0.5〜0.9の比増殖速度しか示していないことがわかる。この結果、電極7に接触した細胞は、その電圧が高い程、ダメージを受けて死滅あるいは活性が低下することがわかった。
In addition, when the cells are cultured at a low concentration without being brought into contact with the
本実施形態に係る細胞培養装置1は、この現象を利用して、誘電フィルタ5内に流入した細胞の誘電泳動特性の差に基づいて不要な血球系の細胞を電極7に接触させ、必要な非血球系の細胞を電極7に接触させることなくフィルタ容器6内から流出させて、循環経路3を介して培養容器2内に戻す。この動作を繰り返すことにより、血球系の細胞については電極7に接触させてダメージを与え、死滅あるいは活性を低下させる一方、非血球系の細胞についてはダメージを与えることなく培養容器2に戻すことができる。そして、これにより、培養容器2内の不要な血球系の浮遊性の細胞の濃度を下げ、必要な非血球系の接着性の細胞の濃度を増大させて、純度の高い接着性の細胞群が得られるように培養することができるという利点がある。
The
なお、接着性の細胞を十分に増殖させるためには、該細胞を培養容器2の底面等に接着させる必要があるため、循環流路3を循環させて不要な細胞を死滅あるいは活性を低下させる工程と、ポンプ4を停止して循環を停止し、細胞を沈降させて培養容器2の底面に接着させる工程とを繰り返し行うことが有効である。所定時間、例えば、1日静置することにより、接着性の細胞は培養容器2の底面に接着するが、一旦沈降した浮遊性の細胞はポンプ4の作動により再度舞い上がって循環流路3に流入する。
したがって、その後の循環動作においては、接着性の細胞の多くを循環させずに済み、浮遊性の細胞のみについて誘電フィルタ5による活性の低下処理を繰り返すことができる。
In order to sufficiently grow the adhesive cells, it is necessary to adhere the cells to the bottom surface of the
Therefore, in the subsequent circulation operation, it is not necessary to circulate many of the adherent cells, and the activity reduction process by the
なお、本実施形態においては、骨髄液を培地に混合して得られた細胞懸濁液Aについて、必要な接着性の細胞の高純度に増殖させる場合について説明したが、細胞ソースは骨髄液に限定されるものではなく、臍帯血、末梢血、脂肪組織等の生体組織を分解して得られた細胞懸濁液A等の他の任意の細胞ソースを使用してもよい。 In the present embodiment, the cell suspension A obtained by mixing the bone marrow fluid with the culture medium has been described for the case where the necessary adherent cells are grown to high purity. However, the cell source is the bone marrow fluid. Without limitation, any other cell source such as cell suspension A obtained by decomposing biological tissue such as umbilical cord blood, peripheral blood, and adipose tissue may be used.
A 細胞懸濁液
E 高周波不平等電界
1 細胞培養装置
2 培養容器
3 循環流路
5 誘電フィルタ(不要細胞吸着部)
7 電極
A Cell suspension E High frequency unequal
7 electrodes
Claims (2)
該培養容器に接続され、該培養容器内に貯留されている細胞懸濁液を循環させる循環流路と、
該循環流路の途中位置に設けられ、循環流路内に高周波不平等電界を形成して、誘電泳動力により培養に不要な細胞を吸着する電極を有する不要細胞吸着部とを備える細胞培養装置。 A culture vessel for storing the cell suspension;
A circulation channel connected to the culture vessel and circulating the cell suspension stored in the culture vessel;
A cell culturing apparatus provided with an unnecessary cell adsorbing portion provided at an intermediate position of the circulation channel, and having an electrode that forms a high-frequency unequal electric field in the circulation channel and adsorbs cells unnecessary for culture by dielectrophoretic force .
前記不要細胞吸着部が、浮遊性の細胞を電極に吸着する請求項1に記載の細胞培養装置。 The cell suspension includes adhesive cells and floating cells,
The cell culture apparatus according to claim 1, wherein the unnecessary cell adsorption unit adsorbs floating cells to an electrode.
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