JP2010075091A - 細胞培養システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来のような手作業による剥離・移動作業を行う必要がなく、自動で細胞を大きく制御しながら培養することができる細胞培養システムを提供すること。
【解決手段】本発明の細胞培養システムは、第１の細胞培養担体が収容された第１の培養容器、前記第１の培養容器内に第１の培養液を供給する第１の培養液供給系及び前記第１の培養液供給系における前記第１の培養液の流動方向を制御する第１の制御手段を備える第１の細胞培養手段と、第２の細胞培養担体が収容された第２の培養容器、前記第２の培養容器内に第２の培養液を供給する第２の培養系供給系及び前記第２の培養系供給系における前記第２の培養液の流動方向を制御する第２の制御手段を備える第２の細胞培養手段と、前記第１の培養容器内で培養された細胞を前記第１の培養液ごと前記第２の培養容器に供給する供給手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、細胞を自動で培養する細胞培養システムに関する。

近年、ヒト骨髄液からの幹細胞の分離、目的とする組織細胞への分化・誘導、３次元培養技術、足場材料の開発等の進歩に伴い、細胞培養によって幹細胞から皮膚、骨、軟骨、血管、心臓弁、靭帯等の組織を作製することが可能となり、一部では、既に臨床応用が開始されている。なお、このような細胞の培養にあっては、基板表面上にアレイ状やハニカム状等に規則配列され、種細胞を凝集させて保持する細胞培養セルを備えた細胞培養チップを用いる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、細胞培養担体と細胞とを含む培養液を収納する培養容器と、培養液中で細胞培養担体を移動させるための磁場を発生する磁場発生装置とを備える細胞培養装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−２７５９８号公報 特開２００４−３１３００７号公報

上述した特許文献１及び２に示すような細胞培養技術は、細胞を培養させた後、細胞培養チップや細胞培養担体からの剥離作業が必要となる。この剥離作業は、通常、トリプシン処理等の酵素処理を用いて行う。しかしながら、このような酵素処理を長時間行うと培養した細胞はある程度劣化してしまい、最悪、細胞自体が死滅する場合がある。また、トリプシン処理等の酵素処理は、非常に作業が煩雑という問題もある。

また、細胞を所望の大きさまで培養するためには、ある一定の大きさまで培養した細胞を別の細胞培養担体に移動させ、更に培養する必要がある。従来、培養した細胞を別の細胞培養担体に移動させるときには、上述した剥離作業を行った上で、手作業によって剥離した細胞を別の細胞培養担体に移動させていた。従来、この細胞の剥離・移動作業は、全て手作業によって行われており、極めて処理が煩雑且つ非効率であった。

そこで、本発明は、従来のような手作業による剥離・移動作業を行う必要がなく、自動で細胞を大きく制御しながら培養することができる細胞培養システムを提供することを目的とする。

一実施形態に係る本発明に係る細胞培養システムは、
第１の細胞培養担体が収容された第１の培養容器、前記第１の培養容器内に第１の培養液を供給する第１の培養液供給系及び前記第１の培養液供給系における前記第１の培養液の流動方向を制御する第１の制御手段を備える第１の細胞培養手段と、
第２の細胞培養担体が収容された第２の培養容器、前記第２の培養容器内に第２の培養液を供給する第２の培養系供給系及び前記第２の培養系供給系における前記第２の培養液の流動方向を制御する第２の制御手段を備える第２の細胞培養手段と、
前記第１の培養容器内で培養された細胞を前記第１の培養液ごと前記第２の培養容器に供給する供給手段と、
を備えることを特徴としている。

前記供給手段は、前記第１の細胞培養手段の制御データに基づいて、前記供給手段の開閉動作を制御する第３の制御手段を更に備えるようにしてもよい。

前記第１の培養液供給系及び前記第１の制御手段を用いて前記第１の細胞培養担体で培養された前記細胞に付与される圧力を制御することによって、前記細胞を前記第１の細胞培養担体から剥離し、
前記第２の培養液供給系及び前記第２の制御手段を用いて前記第２の細胞培養担体で培養された前記細胞に付与される圧力を制御することによって、前記細胞を前記第２の細胞培養担体から剥離するようにしてもよい。

前記第１の培養液供給系は、前記第１の培養容器内及び前記第１の培養液供給系内で前記前記第１の培養液を循環させるようにしてもよい。

前記第１の培養液供給系は前記培養液を収容する第１の培養液収容部及び第１のポンプを含み、前記第２の培養液供給系は前記培養液を収容する第２の培養液収容部及び第２のポンプを含んでいてもよい。

前記第１の細胞培養担体は前記細胞を培養する第１の凹部を有し、前記第２の細胞培養担体は、前記第１の凹部より大きい面積を有する第２の凹部を有するようにしてもよい。

前記第１の細胞培養担体及び前記第２の細胞培養担体は多孔体からなるようにしてもよい。

本発明は、従来、手作業で行っていた細胞の剥離及び移動プロセスを培養液の流れによって自動的に制御することにより、手作業によらず実現することができる。また、段階的に大きな凹部を有する細胞培養担体上に培養した細胞を供給し細胞を培養することにより、所望の大きさの細胞を自動的に培養することができる。

以下、本発明の細胞培養システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態及び実施例においては、重複する説明は省略している。なお、本発明の細胞培養システムは以下に示す実施形態及び実施例に限定されるわけではない。

（実施形態１）
本実施形態１に係る本発明の細胞培養システム１０００の概略構成を図１に示す。図１に示すように、本実施形態の本発明に係る細胞培養システム１０００は、第１の細胞培養手段１３１０、供給手段１３５０、第２の細胞培養手段１４１０、回収手段１１００及び集中制御手段１２００を有している。

第１の細胞培養手段１３１０は、第１の制御手段１３２０、第１の培養液供給系１３３０及び第１の培養容器１３４０を有している。供給手段１３５０は、第１の供給部１３５１及び第３の制御手段１３５３を有している。第２の細胞培養手段１４１０は、第２の培養容器１４４０、第２の制御手段１４２０及び第２の培養液供給系１４３０を有している。

本実施形態１において、第１の培養容器１３４０は、細胞を培養する第１の凹部Ｓ₁₁（図示せず）を有する第１の培養細胞担体Ｓ₁（図示せず）を有している。また、第１の培養液供給系１３３０は、第１の培養容器に培養液を充填、供給する。また、第１の培養液供給系１３３０から供給される培養液によって、細胞培養担体Ｓ₁で培養された細胞が第１の培養細胞担体Ｓ₁から剥離される。また、第１の培養容器１３４０内及び第１の培養液供給系１３３０内の培養液の流動量及び流動方向は、第１の制御手段１３２０によって制御される。第１の培養容器１３４０内で剥離された細胞を第２の細胞培養容器１４４０の第２の培養細胞担体Ｓ₂（図示せず）に供給するために供給手段１３５０を有している。また、供給手段１３５０の動作を制御する第３の制御手段１３５３を有している。第２の培養容器１４４０は、細胞を培養する第２の凹部Ｓ₂₁（図示せず）を有する第２の培養細胞担体Ｓ₂（図示せず）を有している。また、第２の培養液供給系１４３０は、第２の培養容器１４４０に培養液を充填、供給する。また、第２の培養液供給系１４３０から供給される培養液によって、細胞培養担体Ｓ₂で培養された細胞が第２の培養細胞担体Ｓ₂から剥離される。また、第２の培養容器１４４０内及び第２の培養液供給系１４３０内の培養液の流動量及び流動方向は、第２の制御手段１４２０によって制御される。また、第２の培養細胞担体Ｓ₂から剥離した細胞は、回収手段１１００によって回収される。また、集中制御手段１２００は第１の制御手段１３２０、第２の制御手段１４２０及び第３の制御手段１３５３を制御データに基づいて集中制御する。なお、本実施形態においては、第１の制御手段１３２０、第２の制御手段１４２０及び第３の制御手段１３５３を集中制御手段によって集中制御する例について説明しているが、第１の制御手段１３２０、第２の制御手段１４２０及び第３の制御手段１３５３は、集中制御手段１２００を用いずに、例えば予め用意されたプログラムに基づいてそれぞれ独立して第１の培養液供給系１３３０、第１の培養液供給系１４３０、供給手段１３５０を制御するようにしてもよい。

本実施形態１においては、第１の培養液供給系１３３０は、例えば、第１の培養容器１３４０内に培養液をダウン又はアップ方向に供給する。第１の培養液供給系１３３０は、培養液が第１の培養液供給系１３３０及び第１の培養容器１３４０内を培養液が循環するように、第１の培養容器１３４０とともに閉じた系を構成するようにしてもよい。本実施形態１においては、ダウンの供給方向（培養液を循環させる場合はダウンの循環方向）とは、細胞培養担体Ｓ₁の上面（第１面）から下（第２面）に向かって培養液が流れる方向をいう。一方、アップの供給方向（培養液を循環させる場合はアップの循環方向）とは、細胞培養担体Ｓ₁の下面（第２面）から上面（第１面）に向かって培養液が流れる方向をいう。

本実施形態１の本発明に係る細胞培養装置１０００では、第１の制御手段１３２０によって第１の培養液供給系１３３０及び第１の培養容器１３４０内の培養液の供給方向がダウンとなるように第１の培養液供給系１３３０を制御する。そのとき、培養液が第１の培養液供給系１３３０と第１の培養容器１３４０との間を循環し、その循環方向（ダウン）に液圧が加わるため、第１の細胞培養担体Ｓ₁の上面（第１面）に水圧が供給される。また、第１の制御手段１３２０によって第１の培養液供給系１３３０及び第１の培養容器１３４０内の培養液の供給方向がアップとなるように第１の培養液供給系１３３０を制御すると、培養液が第１の培養液供給系１３３０と第１の培養容器１３４０との間を循環し、その循環方向（アップ）に液圧が加わるため、第１の細胞培養担体Ｓ₁の下面（第２面）に水圧が供給される。

図１に示すように、本実施形態１の供給手段１３５０は、第３の制御手段１３５３によって制御され、第１の細胞培養手段１３１０の第１の培養容器１３４０で培養された細胞を培養液ごと第２の細胞培養手段１４１０の第２の培養容器１４４０に供給する。

本実施形態１においては、第２の培養液供給系１４３０は、例えば、第２の培養容器１４４０内に培養液をダウン又はアップ方向に供給する。第２の培養液供給系１４３０は、培養液が第２の培養液供給系１４３０及び第２の培養容器１４４０内を培養液が循環するように、第２の培養容器１３４０とともに閉じた系を構成するようにしてもよい。本実施形態１においては、ダウンの供給方向（培養液を循環させる場合はダウンの循環方向）とは、細胞培養担体Ｓ₂の上面（第１面）から下（第２面）に向かって培養液が流れる方向をいう。一方、アップの供給方向（培養液を循環させる場合はアップの循環方向）とは、細胞培養担体Ｓ₂の下面（第２面）から上面（第１面）に向かって培養液が流れる方向をいう。

本実施形態１の本発明に係る細胞培養システム１０００では、第２の制御手段１４２０によって第２の培養液供給系１４３０及び第２の培養容器１４４０内の培養液の供給方向がダウンとなるように第２の培養液供給系１４３０を制御する。そのとき、培養液が第２の培養液供給系１４３０と第２の培養容器１４４０との間を循環し、その循環方向（ダウン）に液圧が加わるため、第２の細胞培養担体Ｓ₂の上面（第１面）に水圧が供給される。また、第２の制御手段１４２０によって第２の培養液供給系１４３０及び第２の培養容器１４４０内の培養液の供給方向がアップとなるように第２の培養液供給系１４３０を制御すると、培養液が第２の培養液供給系１４３０と第２の培養容器１４４０との間を循環し、その循環方向（アップ）に液圧が加わるため、第２の細胞培養担体Ｓ₂の下面（第２面）に水圧が供給される。

本実施形態１に係る本発明の細胞培養システム１０００においては、第２の細胞培養手段１４１０の第１の細胞培養担体Ｓ₂の第２の凹部Ｓ₂₁の面積は、第１の細胞培養手段１３１０の細胞培養担体Ｓ₁の第１の凹部Ｓ₁₁の面積よりも大きくなっている。よって、第１の細胞培養手段１３１０で培養された細胞を第２の細胞培養手段１４１０においてより大きな細胞に培養することができる。なお、細胞培養担体Ｓ₁の第１の凹部Ｓ₁₁の大きさは細胞を培養する大きさに合わせて適宜変更することができる。つまり、培養する細胞の大きさを制御して増殖させるために、細胞培養担体の凹部の大きさを細胞の大きさに合わせて決定することができる。

本実施形態１の回収手段１１００は、第２の細胞培養手段１４１０で培養された細胞を回収・収容するためのものである。

以上説明したとおり、本実施形態１に係る本発明の細胞培養システム１０００は、従来、手作業で行っていた細胞の剥離及び移動プロセスを培養液の流れによって自動的に制御することにより、手作業によらず実現することができる。また、段階的に大きな凹部を有する細胞培養担体上に培養した細胞を供給し細胞を培養することにより、所望の大きさの細胞を自動的に培養することができる。

次に、図１に示す本実施形態１に係る本発明の細胞培養システム１０００の動作を図２を用いて説明する。図２は、本実施形態１に係る本発明の細胞培養システム１０００の各構成の動きを横軸を時間軸として説明する図である。

（第１の細胞培養手段１３１０における培養液の充填及び細胞培養ステップ）
まず、第１の細胞培養手段１３１０の第１の培養容器１３４０の第１の細胞培養担体Ｓ₁の第１の凹部Ｓ₁₁に培養する細胞を供給する。次に、図２の時刻ｔ₀において、第１の制御手段１３２０によって第１の培養液供給系１３３０の培養液の流れを「ダウン」にし、培養容器１３４０内に培養液が完全に満たされるまで供給する。第１の培養液供給系１３３０に培養液が完全に満たされた状態で、培養液の流れをダウンに維持する。この培養液の供給を継続させることで、培養液を第１の培養液供給系１３３０と第１の培養容器１３４０との間で循環させる。このように、培養液の供給する方向をダウンに継続させることで、培養液を第１の培養液供給系１３３０と第１の培養容器１３４０との間に循環させつつ、細胞培養担体Ｓ₁の第１の凹部Ｓ₁₁方向に液圧Ｐ_１を供給する。そのため、骨細胞等の圧力に強い細胞も培養することができる。この状態を時刻ｔ_０〜ｔ_１の間維持し、細胞を培養する。

なお、時刻ｔ₀〜ｔ₁においては、第２の細胞培養手段１４１０には細胞が充填されていない。このとき、供給手段１３５０は「inactive」とし、第２の培養液供給系１４３０の培養系の流れを「ストップ」し、回収手段１１００を「inactive」とにする。

（第１の細胞培養手段１３１０における細胞剥離ステップ）
次に、第１の細胞培養手段１３１０の第１の凹部Ｓ₁₁の細胞を剥離する。図２の時刻ｔ_１において、第１の制御手段１３２０によって第１の培養液供給系１３３０の培養液の流れを「アップ（Ｕｐ）」状態とすることで、細胞培養担体Ｓ₁の第１の凹部Ｓ₁₁の細胞を剥離する。このように、培養液の供給する方向をアップとすることで、細胞培養担体Ｓ₁の第２面Ｓｂに液圧Ｐ_２が供給される。この液圧により、細胞培養担体Ｓ₁の第１の凹部Ｓ₁₁で培養された細胞は、細胞培養担体Ｓ₁の第１の凹部Ｓ₁₁から剥離され、第１の細胞培養容器１３４０内の培養液内に浮遊する。この状態を図２の時刻ｔ_１〜ｔ_２の間維持する。

（第１の細胞培養手段１３１０における細胞回収・移動・供給ステップ）
次に、剥離した細胞を供給手段１３５０によって第２の細胞培養手段１４２０に供給するステップについて説明する。時刻ｔ_２において、第１の制御手段１３２０によって第１の培養液供給系１３３０の培養系の流れを「アップ」とし、供給手段１３５０を「active」にする（即ち、第３の制御手段１３５３によって回収部１３５１を「active」にする）ことによって、第１の細胞培養手段１３１０で培養した細胞を培養液ごと第２の細胞培養手段１４１０の第２の凹部Ｓ₂₁に供給することができる。このとき、第２の細胞培養手段１４１０の第２の培養液供給系１４３０を第２の制御手段１４２０によって制御することにより、第２の培養容器１４４０内の培養液の循環方向をダウンに制御する。この状態を時刻ｔ_２〜ｔ_３の間維持する。

（第２の細胞培養手段１４１０における培養液の充填及び細胞培養ステップ）
次に、図２の時刻ｔ₃において、第２の制御手段１４２０によって第２の培養液供給系１４３０の培養液の流れを「ダウン」にし、第２の培養容器１４４０内に培養液が完全に満たされるまで供給する。第２の培養液供給系１４３０に培養液が完全に満たされた状態で、培養液の流れをダウンに維持する。この培養液の供給を継続させることで、培養液を第２の培養液供給系１４３０と第２の培養容器１４４０との間で循環させる。このように、培養液の供給する方向をダウンに継続させることで、培養液を第２の培養液供給系１４３０と第２の培養容器１４４０との間に循環させつつ、細胞培養担体Ｓ₂の第２の凹部Ｓ₂₁方向に液圧Ｐ₃を供給する。そのため、骨細胞等の圧力に強い細胞も培養することができる。この状態を時刻ｔ₃〜ｔ₄の間維持し、細胞を培養する。本実施形態１に係る本発明の細胞培養システム１０００においては、第１の細胞培養手段１３１０の第１の凹部Ｓ₁₁の面積よりも第２の細胞培養システム１４１０の第２の凹部Ｓ₂₁の面積の方が大きいため、第２の凹部Ｓ₂₁においては、第１の凹部Ｓ₁₁で培養された細胞がより大きな細胞に培養される。

なお、時刻ｔ₃〜ｔ₄においては、第１の細胞培養手段１３１０には細胞が充填されていない。このとき、供給手段１３５０は「inactive」とし、第１の培養液供給系１３３０の培養系の流れを「ストップ」し、回収手段１１００を「inactive」とにする。また、第２の細胞培養手段１４１０において細胞を培養している時刻ｔ₃〜ｔ₄に、第１の細胞培養手段１３１０の細胞培養担体Ｓ₁の第１の凹部Ｓ₁₁に新たに細胞を供給し、上述した時刻ｔ₀〜ｔ₁における同様の動作を行って細胞を培養するようにしてもよい。こうすることによって、細胞を連続的に培養することができる。

（第２の細胞培養手段１４１０における細胞剥離ステップ）
次に、第２の細胞培養手段１４１０の第２の凹部Ｓ₂₁の細胞を剥離する。図２の時刻ｔ₄において、第２の制御手段１４２０によって第２の培養液供給系１４３０の培養液の流れを「アップ（Ｕｐ）」状態とすることで、細胞培養担体Ｓ₂の第２の凹部Ｓ₂₁の細胞を剥離する。このように、培養液の供給する方向をアップとすることで、細胞培養担体Ｓ₂の第２面Ｓｂに液圧Ｐ₄が供給される。この液圧により、細胞培養担体Ｓ₂の第２の凹部Ｓ₂₁で培養された細胞は、細胞培養担体Ｓ₂の第２の凹部Ｓ₂₁から剥離され、第２の細胞培養容器１４４０内の培養液内に浮遊する。この状態を図２の時刻ｔ₄〜ｔ₅の間維持する。

（第２の細胞培養手段１４１０における細胞回収ステップ）
次に、剥離した細胞を回収手段１１００によって回収するステップについて説明する。時刻ｔ₅において、第２の制御手段１４２０によって第２の培養液供給系１４３０の培養系の流れを「アップ」とし、回収手段１１００を「active」にすることによって、第２の細胞培養手段１４１０で培養した細胞を培養液ごと回収手段１１００に回収することができる。

本実施形態１において、第１の細胞培養手段１３１０から第２の細胞培養手段１４１０に培養した細胞を供給した後、第１の細胞培養手段１３１０には再び新しい細胞を供給し、第１の細胞培養手段１３１０における培養液の充填及び細胞培養ステップｔ₀〜ｔ₁を行うようにしてもよい。以上のプロセスを繰り返すことによって、２つの第１の細胞培養手段１３１０及び第２の細胞培養手段１４１０で段階的に培養された細胞を回収部１１００で次々と得ることができる。

以上説明したとおり、本実施形態１に係る本発明の細胞培養システム１０００においては、手作業による剥離・移動作業を行う必要がなく、段階的に細胞の大きさを制御しながら自動的に培養することができる。

（実施形態２）
本実施形態２においては、実施形態１の細胞培養手段をｎ個（ｎは２以上の自然数）接続した本発明の細胞培養システム２０００について説明する。本実施形態の細胞培養システム２０００において、実施形態１の第１の細胞培養手段１３１０及び第２の細胞培養手段１４１０を有する細胞培養システム１０００と同様の構成については説明を省略する場合がある。

図３は本実施形態２に係る本発明の細胞培養システム２０００の概略構成図を示している。図３に示すように、本実施形態２に係る本発明の細胞培養システム２０００は、実施形態１の細胞培養手段をｎ個（ｎは２以上の自然数）接続して構成されている。本実施形態２に係る細胞培養システム２０００は、第１の細胞培養手段１３１０、第２の細胞培養手段１４１０、第３の細胞培養手段１５３０、・・・、第（ｎ−１）の細胞培養手段（ｎ−１）（図示せず）及び第ｎの細胞培養手段ｎを有している。

第１の細胞培養手段１３１０及び第２の細胞培養手段１４１０は、それぞれ、第１の供給手段１３５０で連結・接続されている。また、第２の細胞培養手段１４１０及び第３の細胞培養手段１５１０は、それぞれ、第２の供給手段１４５０で連結・接続されている。また、第（ｎ−１）の細胞培養手段（ｎ−１）及び第ｎの細胞培養手段ｎ（２３１０）は、それぞれ、第（ｎ−１）の供給手段１５５０（図示せず）で連結されている。このように、隣接する細胞培養手段同士が供給手段によって連結・接続されている。本実施形態２においては、実施形態１と同様、第１の供給手段１３５０、第２の供給手段１４５０、・・・、第（ｎ−１）の供給手段１５５０は、それぞれ、第１の供給部１３５１及び第３₁の制御手段１３５３、第２の供給部１４５１及び第３₂の制御手段１４５３、並びに第（ｎ−１）の供給部１５５１及び第３_(n-1)の制御手段１５５３を有している。

また、第１の細胞培養手段１３１０の細胞培養担体Ｓ₁の凹部Ｓ₁₁、第２の細胞培養手段１４１０の細胞培養担体Ｓ₂の凹部Ｓ₂₁、第３の細胞培養手段１５３０の細胞培養担体Ｓ₃の凹部Ｓ₃₁、・・・、第（ｎ−１）の細胞培養手段（ｎ−１）の細胞培養担体Ｓ_(n-1)の凹部Ｓ_(n-1)1、及び第ｎの細胞培養手段ｎの細胞培養担体Ｓ_nの凹部Ｓ_n1には、以下のような式（１）を満たす関係がある。
凹部Ｓ₁₁の面積＜凹部Ｓ₂₁の面積＜凹部Ｓ₃₁の面積
＜・・・＜凹部Ｓ_(n-1)1の面積＜凹部Ｓ_n1の面積 ・・・（１）

つまり、本実施形態２に係る本発明の細胞培養システム２０００においては、凹部Ｓ₁₁の面積、凹部Ｓ₂₁の面積、凹部Ｓ₃₁の面積、・・・、凹部Ｓ_(n-1)1の面積、凹部Ｓ_n1の面積は、この順に大きくなっている。本実施形態２においては、各細胞培養手段で培養された細胞は、各供給手段により、より大きな凹部を有する隣接する細胞培養手段に供給・移動される。細胞は、移動先の細胞培養手段でさらに大きく培養され、供給手段により、より大きな凹部を有する隣接する細胞培養手段に供給・移動される。このプロセスを繰り返すことによって、第ｎの細胞培養手段ｎの回収手段２１００からは、大きく培養された細胞を得ることができる。

ここで、図３に示す本実施形態２に係る本発明の細胞培養システム２０００の動作を図４を用いて説明する。図４は、本実施形態２に係る本発明の細胞培養システム２０００の各構成の動きを横軸を時間軸として説明する図である。なお、本実施形態２に係る本発明の細胞培養システム２０００の動作は、実施形態１に係る本発明の細胞培養システム１０００の動作と同様であるので、適宜、実施形態１を参照することができる。

本実施形態２の細胞培養システム２０００において、第１の細胞培養手段１３１０における培養液の充填及び細胞培養ステップ、第１の細胞培養手段１３１０における細胞剥離ステップ、第１の細胞培養手段１３１０における細胞回収・供給・移動ステップ、第２の細胞培養手段１４１０における培養液の充填及び細胞培養ステップ、及び第２の細胞培養手段１４１０における細胞剥離ステップは、実施形態１におけるそれぞれのステップと同様であるので、ここでは説明を省略する。

（第２の細胞培養モジュールにおける細胞回収移動ステップ）
実施形態１と同様のプロセスを経て、第２の細胞培養手段１４１０の培養容器１４４０の第２の凹部Ｓ_２１に培養された細胞が剥離される。次に、剥離した細胞を供給手段１４５０によって第３の細胞培養手段１５３０に供給・移動する。そして、第３の細胞培養手段１５３０への細胞の供給後、第３の細胞培養手段１５３０における細胞培養プロセスを行う。

なお、本実施形態２において、細胞培養システム２０００の第１の細胞培養手段１３１０で培養した細胞を第２の細胞培養手段１４１０に供給した後、新たに培養する細胞を第１の細胞培養手段１３１０に供給することができる。そして、第１の細胞培養手段１３１０において前述した時刻ｔ₀〜ｔ₁のステップを繰り返すことによって、第１の細胞培養手段１３１０において細胞を培養するようにしてもよい。つまり、培養した細胞を次の細胞培養手段に供給した後には、次に新たに培養する細胞を細胞培養手段に供給するようにしてもよい。こうすることによって、連続的に細胞を培養することができる。細胞の培養、細胞の剥離、細胞の移動の各ステップについては前述したためにここでは省略することにする。

本実施形態２に係る本発明の細胞培養システム２０００は、以上の培養液の充填・細胞培養プロセス、細胞剥離ステップ、細胞回収移動ステップを繰り返すことによって、段階的に大きく培養しながら、細胞を第ｎの細胞培養手段ｎまで移動させ、培養され、剥離される。

（第ｎの細胞培養手段ｎにおける細胞回収ステップ）
次に、第ｎの細胞培養手段ｎにおいて剥離した細胞を回収手段２３２０によって細胞を回収するステップについて説明する。時刻ｔ_n-1において、第１₂の制御手段１４２０によって第２の培養液供給系１４３０の培養系の流れを「アップ」とし、回収手段１１００を「active」にすることによって、第ｎの細胞培養手段ｎで培養した細胞を培養液ごと回収手段１１００に回収することができる。

本実施形態２に係る本発明の細胞培養システム２０００においては、上述の式（１）の条件を満たす第１の細胞培養手段１３１０、第２の細胞培養手段１４１０、第３の細胞培養手段１５３０、・・・、第ｎの細胞培養手段で順に自動的に細胞が培養される。よって、手作業による剥離・移動作業を行うことなく、段階的に細胞の大きさを制御しながら大きな細胞を培養することができる。

以上説明したとおり、本実施形態に係る本発明の細胞培養システム２０００においては、手作業による剥離・移動作業を行う必要がなく、段階的に細胞の大きさを自動制御しながら大きな細胞を自動的に培養することができる。

また、本実施形態２において、本発明の細胞培養システム２０００におけるｎ個の細胞培養手段の細胞培養担体の凹部の面積をそれぞれ適宜調整することによって、所望の大きさの細胞を得ることができる。

また、培養液の充填、細胞の培養、細胞の剥離及び細胞の移動が完了した細胞培養モジュールに、新たに培養する細胞を供給することを繰り返すことにより、第ｎの細胞培養システムｎの回収部２１００からは、次々と培養された細胞を自動的に得ることができる。

以下、本発明の細胞培養システムの実施例について説明する。なお、本発明の細胞培養システムは、以下の実施例に限定されるわけではない。
（実施例１）
本実施１に係る本発明の細胞培養システム１００を図５に示す。図５に示すように、本実施例１の本発明に係る細胞培養システム１００は、第１の細胞培養モジュール１及び第２の細胞培養モジュール２を有している。第１の細胞培養モジュール１及び第２の細胞培養モジュール２は、それぞれ、細胞回収部６０で連結されている。本実施例１においては、細胞回収部６０は、細胞供給管５０並びに２つの供給制御部５１及び６１を有している。本実施例１に係る本発明の細胞培養システム１００における細胞培養モジュール１及び細胞培養モジュール２、細胞回収部６０及び細胞回収部７０は、それぞれ、上述の実施形態１に係る本発明の細胞培養システム１０００における第１の細胞培養手段１３１０、第２の細胞培養手段１４１０、供給手段１３５０及び回収手段１１００に相当する。

図５に示すように、第１の細胞培養モジュール１は、密閉系部材１０及び培養液循環系４０を有している。

図５に示すように、本実施例１に係る密閉系部材１０は、例えば、下蓋１１と、下蓋１１上に設けられた上蓋１２と、下蓋１１と上蓋１２とを固定する固定部材１３と、を有している。

下蓋１１は、細胞培養担体Ｓ₁を保持し、かつ、培養液を収容するための凹部５４を備える凹形状で構成されている。上蓋１２は、下蓋１１上に設けられ、下蓋１１と内部空間１４を形成し、内部空間１４を密閉可能に保持するために、下蓋１１の凹部５４に密閉可能に契合する凸部１８を備えている。

図５に示すように、細胞培養担体Ｓ₁の保持は、例えば、下蓋１１の凹部５４の底部１１３の端部に○−リング１５を配置し、○−リング１５上に細胞培養担体Ｓを配置し、細胞培養担体Ｓ上の端部に○−リング１６を配置し、○−リング１５、細胞培養担体Ｓ及び○−リング１６を、下蓋１１と上蓋１２とを一体に固定する際に、上蓋１２の凸部１８で、○−リング１６を加圧することで、下蓋１１の凹部５４内に細胞培養担体Ｓを保持する。なお、下蓋１１の凹部５４に、上蓋１２の凸部１８を契合させる際には、内部空間１４が密閉可能に保持されるように、上蓋１２の凸部１８に設けられた窪みに○−リング１７を取り付けてから行う。

下蓋１１及び上蓋１２は、例えば、アクリル樹脂等で構成されている。下蓋１１及び上蓋１２は、例えば、ステンレス等の金属で構成されるようにしてもよい。固定部材１３は、例えば、ＳＵＳ３０４で構成されている。○−リング１５、１６及び１７は、例えば、フッ素系ゴムで構成されている。なお、密閉系部材１０は、本実施例１では、前述したように、下蓋１１と上蓋１２とが固定部材１３により一体に固定された構成で説明しているが、本発明は、細胞培養担体Ｓ₁を内部空間１４に密閉可能に保持することができれば、上述した構成に限定されない。

内部空間１４に密閉可能に保持される細胞培養担体Ｓ₁は、細胞培養担体Ｓ₁の表面（第１面）Ｓａに細胞を培養するための細胞培養担体Ｓ₁の第１の凹部Ｓ₁₁が設けられた多孔体で構成されている。細胞培養担体Ｓ₁は、ジルコニア、イットリア、チタニア、アルミナ、シリカ及びハイドロキシアパタイトのうちの少なくともいずれか１種のセラミックスまたはガラスにより構成される。これらのセラミックスまたはガラスは、生体安定性が高いため、本実施例１に係る本発明の細胞培養システム１００の細胞培養担体Ｓ₁に好適に用いられる。

本実施例１においては、細胞培養担体Ｓ₁を構成する多孔体の気孔の平均気孔径は１０ｎｍ以上１０μｍ以下であり、多孔体の気孔は細胞培養担体Ｓ₁の第１の凹部Ｓ₁₁の表面Ｓａから、第２面Ｓｂまで連通して設けられていることが好ましい。

本実施例１においては、培養液循環系４０は、例えば、内部空間１４内に充填された培養液を循環させる循環部３０と、循環部３０の循環方向（ダウン又はアップ）を可変させる可変部２０とで構成されている。本実施例１においては、アップの循環方向とは、細胞培養担体Ｓの上面（第１面）から下（第２面）に向かって培養液が流れる方向をいう。一方、ダウンの循環方向とは、細胞培養担体Ｓの下（第２面）から上面（第１面）に向かって培養液が流れる方向をいう。

本実施例１においては、培養液循環系４０の循環部３０は、培養液収容部３１、ポンプ４１、配管１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ及び１１６ｄ並びに循環量制御部１１８ａ及び１１８ｂを備えている。培養液収容部３１は、培養液を事前に保持すると共に、循環された培養液を一時的に収容する。ポンプ４１は、内部空間１０及び配管１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ及び１１６ｄ内の培養液の流れを形成し、培養液収容部３１に収容された培養液を内部空間１４内に供給する。配管１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ及び１１６ｄは、密閉系部材１０、培養液収容部３１及びポンプ４１間を連結する。配管１１６ａは、密閉系部材１０と、後述する可変部２０の配管１２４及び配管１１６ｄとの連結部を連結する。本実施例１においては、配管１１６ａは、配管１１６ｄよりも細い。そのため、培養液循環系４０における培養液の循環方向をダウン方向とする場合は、可変部２０の配管１２４からの空気圧が培養液のダウン方向の流れを促進する。循環量制御部１１８ａ及び１１８ｂは、それぞれ、配管１１６ａ及び１１６ｃに取り付けられ、循環部３０の循環のオン／オフ及びその循環量を制御する。

可変部２０は、循環部３０の配管１１６ｄに空気圧を供給する空気圧供給部２１と、一端が配管１１６ａに一体に又は着脱可能に連結され、他端が空気圧供給部２１に接続された配管１２４と、配管１２４に取り付けられ、配管１１６ａからの培養液の空気圧供給部２１への侵入を防止すると共に、空気圧のオン／オフを制御する空気圧制御部２２とで構成されている。可変部２０によって、培養液循環系４０における培養液の循環方向（アップ又はダウン）を制御することができる。なお、本実施例１においては、可変部２０を用いた例について説明しているが、この可変部２０を用いずに培養液循環系４０によって細胞の剥離を制御するようにしてもよい。

培養液収容部３１は、例えば、樹脂性の収容容器で構成されている。配管１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ及び１１６ｄは、例えば、樹脂性のチューブで構成されている。循環量制御部１１８ａ、１１８ｂは、例えば、電磁弁で構成されている。空気圧供給部２１は、例えば、エアーシリンダーで構成されている。配管１２４は、例えば、樹脂性のチューブで構成されている。

空気圧制御部２２は、例えば、電磁弁で構成されている。ここで、電磁弁とは、図示しない制御部により、その開閉動作及び開閉量が制御される弁であり、その開閉量によって、培養液の供給量が制御される。

本実施例１の本発明に係る細胞培養システム１００では、ポンプ４１のモータ（図示せず）を順方向又は逆方向に制御し且つ前述した制御部１１８ａ、１１８ｂ、２２の開閉動作を駆使して、密閉系部材１０と循環部３０との間の循環方向（ダウン、アップ）を制御する。循環方向がダウンとなるように制御部１１８ａ、１１８ｂ、２２の開閉動作を制御すると、培養液が密閉系部材１０と循環部３０との間を循環し、その循環方向（ダウン）に液圧が加わるため、細胞培養担体Ｓ₁の第１の凹部Ｓ₁₁に水圧が供給される。また、循環方向がアップとなるように制御部１１８ａ、１１８ｂ、２２の開閉動作を制御すると、培養液が密閉系部材１０と循環部３０との間を循環し、その循環方向（アップ）に液圧が加わるため、細胞培養担体Ｓ₁の裏面（第２面）Ｓｂに水圧が供給される。

図５に示すように、本実施例１の細胞回収部６０は、細胞供給管５０を通して第１の細胞培養モジュール１で培養された細胞を培養液ごと第２の細胞培養モジュール２に供給する。細胞供給管５０は、例えば、樹脂性のチューブで構成されている。供給制御部５１及び６１は例えば、供給量を制御する電磁弁で構成されている。電磁弁は図示しない制御部により、その開閉動作及び開閉量が制御され、その開閉量によって、排出量を制御する。なお、排出量は電磁弁を用いて制御しているが、例えば、シリンダー等で制御してもよく、単なる手動式の弁で構成してもよい。なお、本実施例１においては、供給制御部５１及び６１の２つの供給制御部を用いて細胞回収部６０の制御を行う例について説明しているが、細胞回収部６０は、少なくとも１つの供給制御部を有していればよく、供給制御部５１及び６１の何れかの供給制御部を用いて細胞回収部６０を制御するようにしてもよい。図５では細胞供給管５０は、１本しか配置していないが、細胞培養モジュールを複数配置した場合には、その数に合わせて細胞供給管を増やすことができる。

次に、本実施例１の第２の細胞培養モジュール２の構成について説明する。本実施例１の第２の細胞培養モジュール２は、第１の細胞培養モジュール１と同様の構成を有しているので、ここでは、第１の細胞培養モジュール１と同様の構成については説明を省略し、第１の細胞培養モジュール１と異なる構成のみ説明する。

本実施例１の第２の細胞培養モジュール２は密閉系部材１１０及び培養液循環系１４０を有している。密閉系部材１１０は上蓋１１２、下蓋１１１、固定部材１１３、Ｏ−リング１１５、１１６、１１７、細胞培養担体Ｓ₂を有している。密閉系部材１１０の構成及び機能は第１の細胞培養モジュール１の密閉系部材１０と同様である。培養液循環系１４０は循環部１３０及び可変部１２０を有している。循環部１３０は培養液収容部１３１、ポンプ１４１、配管１１１６ａ、１１１６ｂ、１１１６ｃ及び１１１６ｄ並びに循環量制御部１１１８ａ及び１１１８ｂを有している。可変部１２０は空気圧供給部１２１、配管１１２４及び空気圧制御部２２２を有している。培養液循環系１４０及び可変部１２０の構成及び機能は、それぞれ、第１の細胞培養モジュール１の培養液循環系４０及び可変部２０と同様である。

本実施例１の第２の細胞培養モジュール２には、第１の細胞培養モジュール１で培養された細胞を細胞回収部６０の細胞供給管５０を通して培養液ごと供給される。本実施例１に係る本発明の細胞培養システム１００においては、第２の細胞培養モジュール２の細胞培養担体Ｓ₂の第２の凹部Ｓ₂₁の面積は、第１の細胞培養モジュール１の細胞培養担体Ｓ₁の第１の凹部Ｓ₁₁の面積よりも大きくなっている。よって、第１の細胞培養モジュール１で培養された細胞を第２の細胞培養モジュール２においてより大きな細胞に培養することができる。なお、細胞培養担体Ｓ₁の第１の凹部Ｓ₁₁の大きさは細胞を培養する大きさに合わせて適宜変更することができる。つまり、培養する細胞の大きさを制御して増殖させるために、細胞培養担体の凹部の大きさを細胞の大きさに合わせて決定することができる。

本実施例１の第２の細胞培養モジュール２は、細胞回収部７０を有している。第２の細胞培養モジュール２の細胞回収部７０は、細胞収容部７８、排出量制御部７９及び細胞排出管７７を有している。

細胞収容部７８は、細胞培養担体Ｓ₂の第２の凹部Ｓ₂₁上の培養した細胞を収容するためのものである。排出量制御部７９は、細胞収容部７８に収容する細胞を制御するためのものである。

細胞回収部７０は、下蓋１１１の側面に一体に又は着脱可能に設けられ、細胞培養担体₂の第２の凹部Ｓ₂₁で培養され、細胞培養担体Ｓ₂の第２面Ｓｂに供給した水圧により、細胞培養担体Ｓ₂から剥離された細胞を培養液ごと密閉系部材１０の内部空間１４から回収する。細胞回収部７０は、例えば、図５に示すように、培養した細胞を培養液ごと収容する細胞収容部７８と、一端が側面に、他端が細胞収容部７８に取り付けられ、内部空間１４内で培養された細胞を培養液ごと内部空間１４から排出する細胞排出管７９と、細胞排出管７６に取り付けられ、内部空間１４から排出される培養液の排出量を制御する排出量制御部７９とで構成されている。

細胞収容部７８は、例えば、樹脂性の収容容器で構成されている。細胞排出管７９は、例えば、樹脂性のチューブで構成されている。排出量制御部７９は、例えば、排出量を制御する電磁弁で構成されている。電磁弁は図示しない制御部により、その開閉動作及び開閉量が制御され、その開閉量によって、排出量を制御する。なお、排出量は電磁弁を用いて制御しているが、例えば、シリンダー等で制御してもよく、単なる手動式の弁で構成してもよい。

以上説明したとおり、本実施例１に係る本発明の細胞培養システム１００は、従来、手作業で行っていた細胞の剥離及び移動プロセスを培養液の流れによって制御することにより、手作業によらず実現することができる。また、段階的に大きな凹部を有する細胞培養担体上に培養した細胞を供給し細胞を培養することにより、所望の大きさの細胞を培養することができる。

次に、図５に示す本実施例１に係る本発明の細胞培養システム１００の動作を図６〜図１１を用いて説明する。図６〜図１１においては、本実施例１の本発明に係る細胞培養システム１００における各動作における細胞、培養液及び空気の流れ（動き）を説明している。また、図１１は、本実施例１に係る本発明の細胞培養システム１００の各構成の動きを横軸を時間軸として説明する図である。図１１においては、ポンプ１４１、排出量制御部７９、循環量制御部１１１８ｂ、循環量制御部１１１８ａ、空気圧制御部２２２、供給制御部６１、ポンプ４１、供給制御部５１、循環量制御部１１８ｂ、循環量制御部１１８ａ及び空気圧制御部２２の動きを例にとって説明している。

（第１の細胞培養モジュールにおける培養液の充填及び細胞培養ステップ）
図６を参照する。まず、第１の細胞培養モジュール１の内部空間１４の第１の凹部Ｓ₁₁に培養する細胞を供給する。次に、図１１の時刻ｔ₀において、可変部２０の空気圧制御部２２を「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、第１の細胞培養モジュール１の循環量制御部１１８ａ、１１８ｂを「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、供給制御部５１を「閉（Ｃｌｏｓｅ）」状態とし、ポンプ４１を「ダウン（Ｄｏｗｎ）」状態とし、予め培養液が収容されている培養液収容部３１からポンプ４１を用いて、密閉系部材１０の内部空間１４内に培養液を完全に満たされるまで供給する。図６においては、培養液の流れる方向を矢印で示している。図６に示すように内部空間１４内に培養液が完全に満たされた状態で、培養液の流れをダウン（矢印方向）に維持する。この培養液の供給を継続させることで、培養液を密閉系部材１０の内部空間１４と循環部３０との間を循環させる。このように、培養液の供給する方向をダウンに継続させることで、培養液を密閉系部材１０と循環部３０との間に循環させつつ、細胞培養担体Ｓ₁の第１の凹部Ｓ₁₁方向に液圧Ｐ_１が供給される。そのため、骨細胞等の圧力に強い細胞も培養することができる。この状態を時刻ｔ_０〜ｔ_１の間維持し、細胞を培養する。

なお、培養液を供給する方向は、空気圧制御部２１の開閉動作により制御することができる。すなわち、空気圧制御部２１を「開」状態とすることで供給する方向をダウン、空気圧制御部２１を「閉」状態とすることで供給する方向をアップに制御することができる。内部空間１４内に培養液を供給する際の方向がダウンであった場合はそのまま継続し、方向がアップであった場合は、供給する方向をダウンに変えて継続する。

なお、時刻ｔ₀〜ｔ₁においては、第２の細胞培養モジュール２には細胞が充填されていない。よって、供給制御部６１、空気圧制御部２２２、循環量制御部１１１８ａ及び１１１８ｂ、排出量制御部７９をＣｌｏｓｅ状態とし、ポンプ１４１をストップ状態としている。

（第１の細胞培養モジュールにおける細胞剥離ステップ）
図７を参照する。次に、第１の細胞培養モジュール１の内部空間１４の第１の凹部Ｓ₁₁の細胞を剥離する。図１１の時刻ｔ_１において、可変部２０の空気圧制御部２２を「閉（Ｃｌｏｓｅ）」状態とし、第１の細胞培養モジュール１の循環量制御部１１８ａ、１１８ｂを「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、供給制御部５１を「閉（Ｃｌｏｓｅ）」状態とし、ポンプ４１を「アップ（Ｕｐ）」状態とすることで、細胞培養担体Ｓ₁の第１の凹部Ｓ₁₁の細胞を剥離する。このように、培養液の供給する方向をアップとすることで、細胞培養担体Ｓ₁の第２面Ｓｂに液圧Ｐ_２が供給される。この液圧により、細胞培養担体Ｓ₁の第１の凹部Ｓ₁₁で培養された細胞は、細胞培養担体Ｓ₁の第１の凹部Ｓ₁₁から剥離され、内部空間１４内の培養液内に浮遊する。この状態を図１１の時刻ｔ_１〜ｔ_２の間維持する。

（第１の細胞培養モジュールにおける細胞回収移動ステップ）
図８を参照する。次に、剥離した細胞を細胞回収部６０によって第２の細胞培養モジュール２に供給するステップについて説明する。時刻ｔ_２において、可変部２０の空気圧制御部２２を「閉（Ｃｌｏｓｅ）」状態とし、第１の細胞培養モジュール１の循環量制御部１１８ａ、１１８ｂを「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、供給制御部５１を「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、供給制御部６１を「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、ポンプ４１を「アップ（Ｕｐ）」状態とすることで、第１の細胞培養モジュール１で培養した細胞を培養液ごと第２の細胞培養モジュール２の第２の凹部Ｓ₂₁に供給することができる。このとき、第２の細胞培養モジュール２内の培養液の循環方向をダウン（図中矢印方向）に制御する。この状態を時刻ｔ_２〜ｔ_３の間維持する。

（第２の細胞培養モジュールにおける培養液の充填及び細胞培養ステップ）
図９を参照する。次に、細胞培養担体Ｓ₂の第２の凹部Ｓ₂₁の細胞を培養させる動作について説明する。図１１に示すように、時刻ｔ_３において、可変部１２０の空気圧制御部２２２を「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、第２の細胞培養モジュール２の循環量制御部１１１８ａ、１１１８ｂを「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、排出量制御部７９を「閉（Ｃｌｏｓｅ）」状態とし、供給制御部６１を「閉（Ｃｌｏｓｅ）」状態とし、ポンプ１４１を「ダウン（Ｄｏｗｎ）」状態とし、予め培養液が収容されている培養液収容部１３１からポンプ１４１を用いて、密閉系部材１１０の内部空間１１４内に培養液を完全に満たされるまで供給する。内部空間１１４内に培養液が完全に満たされた状態で、図９に示すように培養液を供給する方向をダウン（矢印方向）に維持する。この培養液の供給を継続させることで、培養液を密閉系部材１１０の内部空間１１４と循環部１３０との間を循環させる。このように、培養液の供給する方向をダウンに継続させることで、培養液が密閉系部材１１０と循環部１３０との間を循環させつつ、細胞培養担体Ｓ₂の第２の凹部Ｓ₂₁方向に液圧Ｐ₃が供給される。そのため、骨細胞等の圧力に強い細胞も培養することができる。この状態を時刻ｔ₃〜ｔ₄の間維持し、細胞を培養する。本実施例１に係る本発明の細胞培養システム１００においては、第１の細胞培養モジュール１の第１の凹部Ｓ₁₁の面積よりも第２の細胞培養モジュール２の第２の凹部Ｓ₂₁の面積の方が大きいため、第２の細胞モジュール２の第２の凹部Ｓ₂₁においては、第１の凹部Ｓ₁₁で培養された細胞がより大きな細胞に培養される。

なお、本実施例においては、第２の細胞培養モジュール２において細胞を培養している時刻ｔ₃〜ｔ₄には、第１の細胞培養モジュール１においては、細胞を培養しない。よって、時刻ｔ₃〜ｔ₄には、供給制御部５１、空気圧制御部２２、循環量制御部１１８ａ及び１１８ｂをＣｌｏｓｅ状態とし、ポンプ４１をストップ状態としている。一方、第２の細胞培養モジュール２において細胞を培養している時刻ｔ₃〜ｔ₄に、第１の細胞培養モジュール１の細胞培養担体Ｓ₁の第１の凹部Ｓ₁₁に新たに細胞を供給し、上述した時刻ｔ₀〜ｔ₁における同様の動作を行って細胞を培養するようにしてもよい。

（第２の細胞培養モジュールにおける細胞剥離ステップ）
図１０を参照する。次に、第２の細胞培養モジュール２の内部空間１１４の第２の凹部Ｓ₂₁の細胞を剥離する。図１１の時刻ｔ_４において、可変部１２０の空気圧制御部２２２を「閉（Ｃｌｏｓｅ）」状態とし、第２の細胞培養モジュール２の循環量制御部１１１８ａ、１１１８ｂを「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、供給制御部６１を「閉（Ｃｌｏｓｅ）」状態とし、ポンプ１４１を「アップ（Ｕｐ）」状態とすることで、細胞培養担体Ｓ₂の第２の凹部Ｓ₂₁の細胞を剥離する。このように、培養液の供給する方向をアップとすることで、細胞培養担体Ｓ₂の第２面Ｓｂに液圧Ｐ₄が供給される。この液圧により、細胞培養担体Ｓ₂の第２の凹部Ｓ₂₁で培養された細胞は、細胞培養担体Ｓ₂の第２の凹部Ｓ₂₁から剥離され、内部空間１１４内の培養液内に浮遊する。この状態を図１１の時刻ｔ_４〜ｔ_５の間維持する。

（第２の細胞培養モジュールにおける細胞回収ステップ）
次に、剥離した細胞を細胞回収部７０の細胞収容部７８に収容するステップについて説明する。図１１の時刻ｔ_５において、可変部１２０の空気圧制御部２２２を「閉（Ｃｌｏｓｅ）」状態とし、第２の細胞培養モジュール２の循環量制御部１１１８ａ、１１１８ｂを「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、排出量制御部７９を「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、ポンプ１４１を「アップ（Ｕｐ）」状態とすることで、剥離した細胞を細胞回収部７０の細胞収容部７８に収容することができる。この状態を図１１の時刻ｔ_５〜ｔ_６の間維持する。

本実施例１においては、第１の細胞培養モジュール１から第２の細胞培養モジュール２に培養した細胞を供給した後、第１の細胞培養モジュール１には再び新しい細胞を供給し、第１の細胞培養モジュール１における培養液の充填及び細胞培養ステップｔ₀〜ｔ₁を行う。以上のプロセスを繰り返すことによって、２つの細胞培養モジュール１及び２で段階的に培養された細胞を細胞回収部７０で次々と得ることができる。

以上説明したとおり、本実施例１に係る本発明の細胞培養システム１００においては、手作業による剥離・移動作業を行う必要がなく、段階的に細胞の大きさを制御しながら培養することができる。

（実施例２）
本実施例２においては、実施例１の細胞培養モジュール１をｎ個（ｎは２以上の自然数）接続した本発明の細胞培養システム２００について説明する。本実施例２の細胞培養システム２００は、上述の実施形態２に対応する実施例である。

図１２は本実施例２に係る本発明の細胞培養システム２００の概略構成図を示している。図１２に示すように、本実施例２に係る本発明の細胞培養システム２００は、実施例１の細胞培養モジュール１をｎ個（ｎは２以上の自然数）接続して構成されている。本実施例２に係る細胞培養システム２００は、第１の細胞培養モジュール１、第２の細胞培養モジュール２、第３の細胞培養モジュール３（図示せず）、・・・、第（ｎ−１）の細胞培養モジュール及び第ｎの細胞培養モジュールｎを有している。

第１の細胞培養モジュール１及び第２の細胞培養モジュール２は、それぞれ、細胞回収部６０で連結されている。また、第２の細胞培養モジュール２及び第３の細胞培養モジュール３は、それぞれ、細胞回収部６４で連結されている。また、第（ｎ−１）の細胞培養モジュール（ｎ−１）及び第３の細胞培養モジュール３は、それぞれ、細胞回収部６５で連結されている。このように、隣接する細胞培養モジュール同士が細胞回収部によって接続されている。本実施例２においては、実施例１と同様、細胞回収部６０は、細胞供給管５０並びに２つの供給制御部５１及び６１を有している。

本実施例２に係る本発明の細胞培養システム２００においては、第１の細胞培養モジュール１及び第２の細胞培養モジュール２は、それぞれ、第２の細胞培養モジュール２の細胞回収部７０を除いて、実施例１における第１の細胞培養モジュール１及び第２の細胞培養モジュール２の構成と同様の構成を有する。本実施例２に係る本発明の細胞培養システム２００の第２の細胞培養モジュール２及び第３の細胞培養モジュール３は、それぞれ、実施例１の細胞回収部６０と同様の構成の細胞回収部６４及び６５を有している。本実施例２に係る本発明の細胞培養システム２００の第３の細胞培養モジュール３は、第２の細胞培養モジュール２と同様の構成を有している。また、本実施例２に係る本発明の細胞培養システム２００の第ｎの細胞培養モジュールｎは、実施例１の細胞回収部７０と同様の構成の細胞回収部７０ｎを有している。このように、本実施例２に係る本発明の細胞培養システム２００においては、それぞれ同様の構成を有する第２の細胞培養モジュール２、第３の細胞培養モジュール３、・・・、第（ｎ−１）の細胞培養モジュール（ｎ−１）がそれぞれ接続されている。

また、第１の細胞培養モジュール１の細胞培養担体Ｓ₁の凹部Ｓ₁₁、第２の細胞培養モジュール２の細胞培養担体Ｓ₂の凹部Ｓ₂₁、第３の細胞培養モジュール３の細胞培養担体Ｓ₃の凹部Ｓ₃₁、・・・、第（ｎ−１）の細胞培養モジュール（ｎ−１）の細胞培養担体Ｓ_(n-1)の凹部Ｓ_(n-1)1、及び第ｎの細胞培養モジュールｎの細胞培養担体Ｓ_nの凹部Ｓ_n1には、以下のような式（１）を満たす関係がある。
凹部Ｓ₁₁の面積＜凹部Ｓ₂₁の面積＜凹部Ｓ₃₁の面積
＜・・・＜凹部Ｓ_(n-1)1の面積＜凹部Ｓ_n1の面積 ・・・（１）

つまり、本実施例２に係る本発明の細胞培養システム２００においては、凹部Ｓ₁₁の面積、凹部Ｓ₂₁の面積、凹部Ｓ₃₁の面積、・・・、凹部Ｓ_(n-1)1の面積、凹部Ｓ_n1の面積は、この順に大きくなっている。本実施例２においては、各細胞培養モジュールで培養された細胞は、細胞回収部により大きな凹部を有する隣接する細胞培養モジュールに移動される。細胞は、移動先の細胞培養モジュールでさらに大きく培養され、細胞回収部により大きな凹部を有する隣接する細胞培養モジュールに移動される。このプロセスを繰り返すことによって、第ｎの細胞培養モジュールｎの細胞回収部７０ｎからは、大きく培養された細胞を得ることができる。

ここで、図１２に示す本実施例２に係る本発明の細胞培養システム２００の動作を図１３を用いて説明する。図１３は、本実施例２に係る本発明の細胞培養システム２００の各構成の動きを横軸を時間軸として説明する図である。図１３においては、ポンプ４１ｎ、排出量供給部７９ｎ、循環量制御部１１８ｂｎ、循環量制御部１１８ａｎ、空気圧制御部２２ｎ、供給制御部６０ｎ、・・・ポンプ１４１、循環量制御部１１１８ｂ、循環量制御部１１１８ａ、空気圧制御部２２２、供給制御部６１、ポンプ４１、供給制御部５１、循環量制御部１１８ｂ、循環量制御部１１８ａ及び空気圧制御部２２の動きを例にとって説明している。なお、本実施例２に係る本発明の細胞培養システム２００の動作は、実施例１に係る本発明の細胞培養システム１００の動作と同様であるので、適宜、図２〜図１０を参照することができる。

本実施例２の細胞培養システム２００において、第１の細胞培養モジュール１における培養液の充填及び細胞培養ステップ、第１の細胞培養モジュール１における細胞剥離ステップ、第１の細胞培養モジュール１における細胞回収移動ステップ、第２の細胞培養モジュール２における培養液の充填及び細胞培養ステップ、及び第２の細胞培養モジュール２における細胞剥離ステップは、実施例１におけるそれぞれのステップと同様であるので、ここでは説明を省略する。

（第２の細胞培養モジュールにおける細胞回収移動ステップ）
実施例１と同様のプロセスを経て、第２の細胞培養モジュール２の内部空間１１４の第２の凹部Ｓ_２１に培養された細胞が剥離される。次に、剥離した細胞を細胞回収部６４によって第３の細胞培養モジュール３（図示せず）に供給するステップについて説明する。可変部２２０の空気圧制御部２２２を「閉（Ｃｌｏｓｅ）」状態とし、第２の細胞培養モジュール２の循環量制御部１１１８ａ、１１１８ｂを「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、供給制御部１５１を「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、供給制御部１６１を「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、ポンプ１４１を「アップ（Ｕｐ）」状態とすることで、第２の細胞培養モジュール２で培養した細胞を培養液ごと第３の細胞培養モジュール３の第３の凹部Ｓ_３１に供給することができる。このとき、第３の細胞培養モジュール３内の培養液の循環方向をダウンに制御する。

なお、本実施例２において、細胞培養システム２００の第１の細胞培養モジュール１の培養した細胞を第２の細胞培養モジュール２に供給した後、新たに培養する細胞を第１の細胞培養モジュール１に供給することができる。そして、第１の細胞培養モジュール１において前述した時刻ｔ₀〜ｔ₁のステップを繰り返すことによって、第１の細胞培養モジュール１において細胞を培養するようにしてもよい。

（第３の細胞培養モジュールにおける培養液の充填及び細胞培養ステップ）
次に、細胞培養担体Ｓ_３の第３の凹部Ｓ_３１の細胞を培養させる動作について説明する。図示しないが、可変部３２０の空気圧制御部３２２を「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、第３の細胞培養モジュール３の循環量制御部３１１８ａ、３１１８ｂを「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、供給制御部３６１を「閉（Ｃｌｏｓｅ）」状態とし、ポンプ３４１を「ダウン（Ｄｏｗｎ）」状態とし、予め培養液が収容されている培養液収容部３３１からポンプ３４１を用いて、密閉系部材３１０の内部空間３１４内に培養液を完全に満たされるまで供給する。内部空間３１４内に培養液が完全に満たされた状態で、培養液を供給する方向をダウンに維持する。この培養液の供給を継続させることで、培養液を密閉系部材３１０の内部空間３１４と循環部３３０との間を循環させる。このように、培養液の供給する方向をダウンに継続させることで、培養液が密閉系部材３１０と循環部３３０との間を循環させつつ、細胞培養担体Ｓ_３の第３の凹部Ｓ_３１方向に液圧が供給される。そのため、骨細胞等の圧力に強い細胞も培養することができる。この状態を維持し細胞を培養する。本実施例２に係る本発明の細胞培養システム２００においては、第１の細胞培養モジュール１の第１の凹部Ｓ_１１の面積よりも第２の細胞培養モジュール２の第２の凹部Ｓ_２１の面積の方が大きく、第２の細胞培養モジュール２の第２の凹部Ｓ_２１の面積よりも第３の細胞培養モジュール３の第３の凹部Ｓ_３１の面積の方が大きいため、第３の細胞モジュール３の第３の凹部Ｓ_３１においては、第２の凹部Ｓ_２１で培養された細胞がより大きな細胞に培養される。

（第３の細胞培養モジュールにおける細胞剥離ステップ）
次に、第３の細胞培養モジュール３の内部空間３１４の第３の凹部Ｓ_３１の細胞を剥離する。図示しないが、可変部３２０の空気圧制御部３２２を「閉（Ｃｌｏｓｅ）」状態とし、第３の細胞培養モジュール３の循環量制御部３１１８ａ、３１１８ｂを「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、供給制御部３６１を「閉（Ｃｌｏｓｅ）」状態とし、ポンプ３４１を「アップ（Ｕｐ）」状態とすることで、細胞培養担体Ｓ_３の第３の凹部Ｓ_３１の細胞を剥離する。このように、培養液の供給する方向をアップとすることで、細胞培養担体Ｓ_３の第２面Ｓｂに液圧が供給される。この液圧により、細胞培養担体Ｓ_３の第３の凹部Ｓ_３１で培養された細胞は、細胞培養担体Ｓ_３の第３の凹部Ｓ_３１から剥離され、内部空間３１４内の培養液内に浮遊する。この状態を維持する。

本実施例２に係る本発明の細胞培養システム２００は、以上の培養液の充填・細胞培養プロセス、細胞剥離ステップ、細胞回収移動ステップを繰り返すことによって、段階的に大きく培養しながら、細胞を第（ｎ−１）の細胞培養モジュール（ｎ−１）まで移動させ、培養され、剥離される。

本実施例２の本発明の細胞培養システム２００は、第３の細胞培養モジュール３において細胞を培養している間に、第１の細胞培養モジュール１において、培養する細胞を供給して、前述した時刻ｔ₀〜ｔ_３のプロセスである第１の細胞培養モジュールにおける培養液の充填、細胞の培養、細胞の剥離及び剥離した細胞を第２の細胞培養モジュール２に移動するステップを行うことができる。同時に第２の細胞培養モジュール２においては、第１の細胞培養モジュール１から供給された細胞を前述した時刻ｔ₃〜ｔ₅のプロセスである第２の細胞培養モジュール２における培養液の充填、細胞の培養、細胞の剥離及び剥離した細胞を第３の細胞培養モジュール３に移動するステップを行うことができる。

本実施例２の本発明に係る細胞培養システム２００は、第１の細胞培養モジュール１で培養した細胞を第２の細胞培養モジュール２に供給した後に、新たに培養する細胞を第１の細胞培養モジュール１に供給して、前述した各ステップを行うことができる。つまり、培養した細胞を次の細胞培養モジュールに供給した後には、次に新たに培養する細胞を細胞培養モジュールに供給しているようにしてもよい。細胞の培養、細胞の剥離、細胞の移動の各ステップについては前述したためにここでは省略することにする。

（第（ｎ−１）の細胞培養モジュールにおける細胞回収移動ステップ）
次に、第（ｎ−１）の細胞培養モジュール（ｎ−１）の内部空間において剥離した細胞を細胞回収部６５によって第ｎの細胞培養モジュールｎに供給するステップについて説明する。可変部２２_{（ｎ−１）}の空気圧制御部２２_{（ｎ−１）}を「閉（Ｃｌｏｓｅ）」状態とし、第ｎの細胞培養モジュールｎの循環量制御部１１８ａｎ、１１８ｂｎを「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、供給制御部５１ｎを「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、供給制御部６１ｎを「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、ポンプ４１ｎを「アップ（Ｕｐ）」状態とすることで、第（ｎ−１）の細胞培養モジュール（ｎ−１）で培養した細胞を培養液ごと第ｎの細胞培養モジュールｎの第ｎの凹部Ｓ_ｎ１に供給することができる。このとき、第ｎの細胞培養モジュールｎ内の培養液の循環方向をダウンに制御する。

（第ｎの細胞培養モジュールにおける培養液の充填及び細胞培養ステップ）
次に、細胞培養担体Ｓ_ｎの第ｎの凹部Ｓ_ｎ１の細胞を培養させる動作について説明する。図１３に示すように、時刻ｔ_ｎにおいて、可変部２０ｎの空気圧制御部２２ｎを「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、第ｎの細胞培養モジュールｎの循環量制御部１１８ａｎ、１１８ｂｎを「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、排出量制御部７９ｎを「閉（Ｃｌｏｓｅ）」状態とし、供給制御部６０ｎを「閉（Ｃｌｏｓｅ）」状態とし、ポンプ４１ｎを「ダウン（Ｄｏｗｎ）」状態とし、予め培養液が収容されている培養液収容部３１ｎからポンプ４１ｎを用いて、密閉系部材１０ｎの内部空間１４ｎ内に培養液を完全に満たされるまで供給する。内部空間１４ｎ内に培養液が完全に満たされた状態で、培養液を供給する方向をダウンに維持する。この培養液の供給を継続させることで、培養液を密閉系部材１０ｎの内部空間１４ｎと循環部３０ｎとの間を循環させる。このように、培養液の供給する方向をダウンに継続させることで、培養液が密閉系部材１０ｎと循環部３０ｎとの間を循環させつつ、細胞培養担体Ｓ_ｎの第ｎの凹部Ｓ_ｎ方向に液圧が供給される。そのため、骨細胞等の圧力に強い細胞も培養することができる。この状態を時刻ｔ_ｎ−１〜ｔ_ｎの間維持し、細胞を培養する。

（第ｎの細胞培養モジュールにおける細胞剥離ステップ）
次に、第ｎの細胞培養モジュールｎの内部空間１４ｎの第２の凹部Ｓ_ｎ１の細胞を剥離する。図１３の時刻ｔ_ｎにおいて、可変部２０ｎの空気圧制御部２２ｎを「閉（Ｃｌｏｓｅ）」状態とし、第ｎの細胞培養モジュールｎの循環量制御部１１８ａｎ、１１８ｂｎを「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、供給制御部６１ｎを「閉（Ｃｌｏｓｅ）」状態とし、ポンプ４１ｎを「アップ（Ｕｐ）」状態とすることで、細胞培養担体Ｓ_ｎの第ｎの凹部Ｓ_ｎ１の細胞を剥離する。このように、培養液の供給する方向をアップとすることで、細胞培養担体Ｓ_ｎの第２面Ｓｂに液圧が供給される。この液圧により、細胞培養担体Ｓ_ｎの第ｎの凹部Ｓ_ｎ１で培養された細胞は、細胞培養担体Ｓ_ｎの第ｎの凹部Ｓ_ｎ１から剥離され、内部空間１４ｎ内の培養液内に浮遊する。この状態を図１３の時刻ｔ_{（ｎ−１）}〜ｔ_ｎの間維持する。

（第ｎの細胞培養モジュールにおける細胞回収ステップ）
次に、剥離した細胞を細胞回収部７０ｎによって細胞を回収するステップについて説明する。可変部２０ｎの空気圧制御部２２ｎを「閉（Ｃｌｏｓｅ）」状態とし、第ｎの細胞培養モジュールｎの循環量制御部１１８ａｎ、１１８ｂｎを「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、排出量制御部７９ｎを「開（Ｏｐｅｎ）」状態とし、供給制御部６０ｎを「閉（Ｃｌｏｓｅ）」状態とし、ポンプ４１ｎを「アップ（Ｕｐ）」状態とすることで、第ｎの細胞培養モジュールｎで培養した細胞を培養液ごと細胞収容部７８に回収される。

本実施例２に係る本発明の細胞培養システム２００においては、上述の式（１）の条件を満たす第１の細胞培養モジュール１、第２の細胞培養モジュール２及び第３の細胞培養モジュール３、・・・、第ｎの細胞培養モジュールで順に細胞が培養される。よって、手作業による剥離・移動作業を行うことなく、段階的に細胞の大きさを制御しながら大きな細胞を培養することができる。

以上説明したとおり、本実施例に係る本発明の細胞培養システム２００においては、手作業による剥離・移動作業を行う必要がなく、段階的に細胞の大きさを制御しながら大きな細胞を培養することができる。

また、本実施例２において、本発明の細胞培養システム２００におけるｎ個の細胞培養モジュールの細胞培養担体の凹部の面積をそれぞれ適宜調整することによって、所望の大きさの細胞を得ることができる。

また、培養液の充填、細胞の培養、細胞の剥離及び細胞の移動が完了した細胞培養モジュールに、新たに培養する細胞を供給することを繰り返すことにより、第ｎの細胞培養モジュールｎの細胞回収部７８からは、次々と培養された細胞を得ることができる。

実施形態１に係る本発明の細胞培養システム１０００の概略構成である。 実施形態１に係る本発明の細胞培養システムの各構成要素の動作を説明する図である。 実施形態２に係る本発明の細胞培養システム２０００の概略構成である。 実施形態２に係る本発明の細胞培養システムの各構成要素の動作を説明する図である。 実施例１に係る細胞培養システムの断面構成を示す概念図である。 実施例１に係る細胞培養システムの動作の一例を説明するための概念図である。 実施例１に係る細胞培養システムの動作の一例を説明するための概念図である。 実施例１に係る細胞培養システムの動作の一例を説明するための概念図である。 実施例１に係る細胞培養システムの動作の一例を説明するための概念図である。 実施例１に係る細胞培養システムの動作の一例を説明するための概念図である。 実施例１に係る細胞培養システムの各構成要素の動作を説明する図である。 実施例２に係る細胞培養システムの断面構成を示す概念図である。 実施例２に係る細胞培養システムの各構成要素の動作を説明する図である。

符号の説明

１、２ 細胞培養モジュール
１０、１１０ 密閉系部材
２０、１２０ 可変部
３０、１３０ 循環部
４０、１４０ 培養液循環系
５０、１５０ 細胞供給管
６０、１６０ 細胞回収部
１０００ 細胞培養システム
２０００ 細胞培養システム

Claims (7)

1. 第１の細胞培養担体が収容された第１の培養容器、前記第１の培養容器内に第１の培養液を供給する第１の培養液供給系及び前記第１の培養液供給系における前記第１の培養液の流動方向を制御する第１の制御手段を備える第１の細胞培養手段と、
   第２の細胞培養担体が収容された第２の培養容器、前記第２の培養容器内に第２の培養液を供給する第２の培養系供給系及び前記第２の培養系供給系における前記第２の培養液の流動方向を制御する第２の制御手段を備える第２の細胞培養手段と、
   前記第１の培養容器内で培養された細胞を前記第１の培養液ごと前記第２の培養容器に供給する供給手段と、
   を備えることを特徴とする細胞培養システム。
2. 前記供給手段は、前記第１の細胞培養手段の制御データに基づいて、前記供給手段の開閉動作を制御する第３の制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の細胞培養システム。
3. 前記第１の培養液供給系及び前記第１の制御手段を用いて前記第１の細胞培養担体で培養された前記細胞に付与される圧力を制御することによって、前記細胞を前記第１の細胞培養担体から剥離し、
   前記第２の培養液供給系及び前記第２の制御手段を用いて前記第２の細胞培養担体で培養された前記細胞に付与される圧力を制御することによって、前記細胞を前記第２の細胞培養担体から剥離することを特徴とする請求項１又は２に記載の細胞培養システム。
4. 前記第１の培養液供給系は、前記第１の培養容器内及び前記第１の培養液供給系内で前記前記第１の培養液を循環させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の細胞培養システム。
5. 前記第１の培養液供給系は前記培養液を収容する第１の培養液収容部及び第１のポンプを含み、前記第２の培養液供給系は前記培養液を収容する第２の培養液収容部及び第２のポンプを含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載の細胞培養システム。
6. 前記第１の細胞培養担体は前記細胞を培養する第１の凹部を有し、前記第２の細胞培養担体は、前記第１の凹部より大きい面積を有する第２の凹部を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一に記載の細胞培養システム。
7. 前記第１の細胞培養担体及び前記第２の細胞培養担体は多孔体からなることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一に記載の細胞培養システム。

Images