JP2011160729A - ガス条件を任意に変更可能とした組織培養装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１台の培養器において、ガス環境、特に酸素濃度の個別管理を行うことの出来る組織培養装置を得る。
【解決手段】酸素濃度等の培養ガス条件により培養状態に影響のある組織細胞培養を行う培養装置において、１台の密閉培養器内の同温度条件下で、数種類の酸素濃度等の培養ガス条件を変更でき、かつ、該培養ガス条件の切換え時間を予め設定し得る切換部材を設け、１つの組織細胞に対し時間経過ごとに酸素濃度等の培養ガス条件を自動的に切換えることを可能とした。また、組織細胞培養を行うシャーレ等を個々の専用の密閉容器に入れ、その密閉容器へはガスラインヘパフィルターを介した無菌の培養ガスを供給することで、シャーレ等の上蓋やキャップをせず無菌状態を維持し培養ができ、組織細胞間の交叉汚染を防止することが図れ、かつ密閉容器内に供給される培養ガス濃度と組織細胞の培養ガス濃度を瞬時に平衡化することを可能とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、任意の酸素濃度等のガス条件下において、細胞操作，培養を行うことを可能とした組織培養装置に関する。

現行の低酸素培養を含む、酸素濃度が管理できる培養方法はＣＯ₂培養器等へ所定のガス濃度（例Ｏ₂：２%、ＣＯ₂：５％等）を供給し、それぞれの細胞培養に最適なガス平衡状態に置換していた。
しかし、従来方式の培養方法は、所定のガス濃度に混合された１種類の培養ガスを連続的に供給するため、同一培養器内にある全ての細胞に対する培養環境が同条件となり（特許文献１）、１台の培養器においてガス環境、とくに酸素濃度の個別管理はできなかった。
また、初代細胞，幹細胞においては、発生，分化誘導の過程で新たな遺伝子発現が起こり、代謝系の変化が誘導される。この現象はエネルギー代謝の変化、すなわち栄養要求性、環境要求性の変化が誘起する。すなわち初代細胞、幹細胞においては物理環境の経時的変更が求められ、とくに酸素濃度の変更は大きな課題であった。

更に、従来式の場合は、培養器内のガス濃度が最適な培養環境に置換されたとしても細胞培養用ディッシュには落下菌等による汚染防止するため蓋をする（特許文献２）が、間隙は最小とされ、平衡化に４０〜６０分程度の時間を必要とする。さらに液体培地専用の組織培養フラスコ（特許文献３）は、細胞、培養液をフラスコ内に収納した後、ガスの侵透を促すため、キャップを半開の状態にして培養液内に設置する。わずかな隙間を介したガス侵透は平衡までに約２０時間を要する。さらにキャップ部にフィルターを装着したフラスコにおいても同様の結果であった。

特開２００３−１２５７５６号公報 特開２０１０−８０号公報 特開平８−３０８５５６号公報

本発明は上記の点を鑑みて、１台の培養器において、ガス環境、特に酸素濃度の個別管理を行うことの出来る組織培養装置を得ることを目的とする。

請求項１記載の発明にあっては、酸素濃度等の培養ガス条件により培養状態に影響のある組織細胞培養を行う培養装置において、１台の密閉培養器内の同温度条件下で、数種類の酸素濃度等の培養ガス条件を変更でき、かつ、該培養ガス条件の切換え時間を予め設定し得る切換部材を設けてなり、１つの組織細胞に対し時間経過ごとに酸素濃度等の培養ガス条件を自動的に切換えることを可能としている。
請求項２記載の発明にあっては、組織細胞培養を行うディッシュやシャーレ及び液体培地用フラスコ等を個々の専用の密閉容器に入れ、その密閉容器へはガスラインヘパフィルターを介した無菌の培養ガスを供給することで、ディッシュやシャーレ及び液体培地用フラスコ等の上蓋やキャップをせず無菌状態を維持して培養ができ、組織細胞間の交叉汚染を防止することが図れ、かつ密閉容器内に供給される培養ガス濃度と組織細胞の培養ガス濃度を瞬時に平衡化することを可能としている。

本組織細胞培養装置の発明により、酸素濃度により培養状態に影響のある組織細胞培養において、培養ガスを間欠供給することで１台の培養装置内の同温度条件下で、数種類の酸素濃度等の培養ガス条件を変更でき、かつ１つの組織細胞に対しても培養の時間経過に伴う組織細胞の分裂や分化の状態に最適な酸素濃度等の培養ガス条件を自動的に切換えることが可能となった。

組織細胞培養を行うディッシュやシャーレ及び液体培地用フラスコ等を個々の専用の密閉容器に入れ、その密閉容器へはヘパフィルターを介した無菌の培養ガスを供給しているので、専用の密閉容器内を無菌状態に維持することができ、ディッシュやシャーレ及び液体培地用フラスコ等の上蓋やキャップをせずに培養ができ、よって、密閉容器内に供給される培養ガス濃度と実際の組織細胞に接触する周囲環境（培養ガス環境）を瞬時に平衡化することが可能な組織細胞培養装置を得ることができた。

本発明の組織細胞培養装置の縦断側面図。 密閉容器への培養ガスの供給配管図。 密閉容器の概略縦断面図。

本発明、組織細胞培養装置１の実施形態について図面と共に次に説明する。
組織細胞培養装置１の縦断側面図を図１に示す。組織細胞培養装置１は全体形状が箱状の函体２よりなり、函体２の正面側に開閉扉３を有する培養室４を、その奥には機器室５を、それぞれ配している。

培養室４内には、適宜の支持手段６により複数の密閉容器７を収納している。本組織細胞培養装置１に使用される専用の密閉容器７の例を図３に示す。密閉容器７は内部に入る培養用のシャーレやディッシュ又はフラスコ等７ａの大きさにより任意に決定できる。
この密閉容器７への培養ガスの供給は、本組織細胞培養装置１の庫内にあるチューブ接続口９を密閉容器のチューブ８と接続することで為し得る。また、培養ガスの供給が停止中も本密閉容器７を完全な無菌空間とするため、密閉容器７の排気口７ｂにもメンブレンフィルター７ｃを取り付ける。密閉容器７は、その内部にディッシュやシャーレ及び液体培地用フラスコ等７ａ（図３に図示）を収容し、かつ、密閉容器７内部への後述する培養ガスの供給手段として前記チューブ８及びその接続口９等を有している。
密閉容器７の容積に対する培養ガスの供給量は、例えば酸素濃度を一般環境（約２１％）より２％程度まで低下させるためには、酸素濃度が０％の培養（混合）ガスを密閉容器の内容積の約４倍の供給量が必要となり、その後の酸素濃度２％を維持する為には、酸素濃度２％の培養ガスを１時間当たり内容積の０．３５倍を供給すれば維持できる。
培養室４の最奥部の機器室５との境には機器室５内のヘパフィルター１０と対位して、ヘパフィルター１０から吹き出し培養室４内に流入する噴気流を整流するための、多孔板状体よりなる整流板１１が設けられている。

機器室５内にはヘパフィルター１０，ヒーターチャンバー１２，ファン１３が設けられ、ファン１３の気流はヒーターチャンバー１２に送り込まれ所定の温度に加熱され、ヘパフィルター１０を経て培養室４に流出する。
培養室４の開閉扉３に近い位置には、機器室５に連なる気流通路１４に開口する吸引スリット１５を設けている。これにより、前記機器室５内のファン１３で圧送された気流は、ヒーターチャンバー１２，ヘパフィルター１０，整流板１１を通り培養室４に放出される。
培養室４内のガスは吸気スリット１５，流路１４を経て循環してファン１３に戻る環状流路が構成される。

次に密閉容器７への培養ガスの供給手段につき説明する。
各密閉容器７への培養ガスの供給手段を図２に示す。予め所定の酸素濃度等に調合検定された混合ガスタンク２０（図示の例ではＡ，Ｂ，Ｃの３台）それぞれのガスライン２１をガス接続口２２を介してガス切換電磁弁２３に接続し、各ガス切換電磁弁２３を経たガスラインを流量調整弁２４に集中する。

一方、複数の密閉容器７（図示の例では、あ，いの２台）のそれぞれに設けられているチューブ８を、接続口９において、それぞれガスライン２８に接続する。各ガスライン２８はメンブレンフィルター２６，容器切換電磁弁２７を介してガスラインヘパフィルター２９に集中し、ガスラインヘパフィルター２９はガス切換電磁弁２３と、流量調整弁２４を介して連結する。ガスタンク２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃより供給される培養ガスＡＢＣは無菌ではあるが、電磁弁や配管中の菌や汚染物が混入する可能性があるので、装置内の配管中にはガスラインヘパフィルター２９を設置し、密閉容器７へ接続されるガスライン２８の直前にはメンブレンフィルター２６を設置することで、完全に無菌・清浄化された培養ガスを密閉容器７内に供給することが可能となり、また各々の組織細胞を個別の密閉容器７に入れることで試料間の交叉汚染が防止できる。よって、密閉容器７は常時、無菌・清浄化され、その中に入る培養用のシャーレやディッシュ又は培養用フラスコ等の汚染防止用の上蓋やキャップが不要となり、密閉容器内と培養用フラスコ等７ａの中のガス濃度が瞬時に平衡化できる。

ガス切換電磁弁２３と容器切換電磁弁２７の開閉はプログラマブル論理制御回路（ＰＬＣ）３０によって制御され、それら電磁弁の開閉のタイミングは操作用タッチパネル（ＴＰＤ）３１にて予め設定が可能である。

上記ガス切換電磁弁２３の開閉のタイミング例を次に説明する。混合ガスタンク２０Ａの培養ガスＡを密閉容器７（あ）に５分間供給し、５５分間停止する間欠運転を行うとする。
この場合、操作用タッチパネル３１に入力記録しておいたデータに基づき選択されたタンク２０のいずれか（この場合Ａ）のガス切換弁２３ａ及び容器切換用電磁弁２７ａが開き、ガスタンク２０Ａ，ガス切換電磁弁２３ａ，流量調節器２４，ガスラインヘパフィルター２９，容器切換電磁弁２７ａ，メンブレンフィルター２６ａを通るガスライン２１，２８が構成される。流量調整弁２４で流量が調整された混合ガスＡを、供給されるべき密閉容器７（あ）へガスライン２１，２８で送ることになる。そして、容器切換電磁弁２７ａが開き、混合ガスタンク７０Ａの培養ガスは、流量調整弁２４で流量を規制されガスラインヘパフィルター２７で清浄化され、容器切換電磁弁２７ａ，メンブレンフィルター２６ａを通り密閉容器７（あ）に送られる。この培養ガスＡの供給は、前述の如く、５分間行われ５５分間停止する間欠運転を行うよう設定しているが、密閉容器７（あ）のガス供給が停止している５５分の間にガス切換電磁弁２３を切換え、密閉容器７（い）にガスタンク２０Ａ又はガスタンク２０Ｂ若しくはガスタンク２０Ｃの培養ガスを５分間供給することができ、本例のような最大５分の培養ガス供給時間とした場合は、最大１２個の密閉容器７にそれぞれ指定した培養ガスを供給することが可能となる。１０分の供給時間の場合は、最大６台の密閉容器７を設置可能となる。

更に、例として密閉容器（あ）にて培養する組織細胞が、培養の時間経過に伴う分裂や分化の状態に酸素濃度の変化が必要な場合、最初の３時間は培養ガスＡ（培養ガスＡを５分間供給し５５分間停止する制御を３回行う。）を供給し、その後３〜８の経過時間中は培養ガスＢ（培養ガスＢを５分間供給し５５分間停止する制御を５回行う。）を供給でき、更に８〜２４の経過時間時には培養ガスＣ（培養ガスＣを５分間供給し５５分間停止する制御を１６回行う。）を供給することで、組織細胞の分裂や分化の状態に最適な酸素濃度の培養条件にすることができる。

次に本発明組織細胞培養装置１の作用について説明する。組織細胞培養装置１の培養室５内部には、常時所定温湿度に保つべく、循環気流を発生させている。即ち、図１に示すようにファン１３によって加圧された空気はヒーターチャンバー１２内に送風され電気ヒーターチャンバーにて所定の温度に制御される。温度制御された空気は、ヘパフィルター１０にて無菌・清浄化され、整流板１１にて均一な風速となり密閉容器７のある培養室４内に送風される。また、その空気は吸込みスリット１５に吸い込まれ流路１２を経てファン１１に戻り再循環されることにて、各密閉容器７に対し無菌環境を維持でき、かつ均一で精密な温度管理が可能となる。

各密閉容器７への培養ガスの供給は次の如く行なわれる。予め所定の酸素濃度等に調合、検定された混合ガスのタンク２０より、それぞれの培養ガスＡ，Ｂ，Ｃを本組織細胞培養装置１のガス接続口２２に接続し、供給された培養ガスはガス切換電磁弁２３により供給する培養ガスの種類が切換えられ、容器切換電磁弁２７にてその培養ガスを指定の密閉容器７に切換え供給する。

１ 組織細胞培養装置
２ 函体
３ 開閉扉
４ 培養室
５ 機器室
６ 支持手段
７ 密閉容器
７ａ フラスコ等
８ チューブ
９ 接続口
１０ ガスヘパフィルター
１１ 整流板
１２ ヒーターチャンバー
１３ ファン
１４ 気流通路
１５ 吸気スリット
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 混合ガスタンク
２１，２８ ガスライン
２２ ガス接続口
２３ ガス切換電磁弁
２４ 流量調整弁
２６ メンブレンフィルター
２７ 容器切換電磁弁
２９ ガスラインヘパフィルター
３０ ＰＬＣ
３１ 操作用タッチパネル
Ａ，Ｂ，Ｃ 培養ガス

Claims (2)

1. 酸素濃度等の培養ガス条件により培養状態に影響のある組織細胞培養を行う培養装置において、１台の密閉培養器内の同温度条件下で、数種類の酸素濃度等の培養ガス条件を変更でき、かつ、該培養ガス条件の切換え時間を予め設定し得る切換部材を設けてなり、１つの組織細胞に対し時間経過ごとに酸素濃度等の培養ガス条件を自動的に切換えることを可能とした組織培養装置。
2. 組織細胞培養を行うディッシュやシャーレ及び液体培地用フラスコ等を個々の専用の密閉容器に入れ、その密閉容器へはガスラインヘパフィルターを介した無菌の培養ガスを供給することで、ディッシュやシャーレ及び液体培地用フラスコ等の上蓋やキャップをせず無菌状態を維持して培養ができ、組織細胞間の交叉汚染を防止することが図れ、かつ密閉容器内に供給される培養ガス濃度と組織細胞の培養ガス濃度を瞬時に平衡化することを可能とした組織培養装置。

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