JP2011521641A - 細胞培養装置および方法 - Google Patents

Abstract

細胞培養装置は、筐体（１０）、バッグ（５０ａ〜ｅ）、および膨張可能な空気袋（４０）を備える。バッグは、筐体内に配置され、細胞を培養するためのチャンバを画成する内表面を有する。空気袋は、筐体内かつバッグの外部に配置され、チャンバが実質的に流体を含まない場合に、バッグに圧力を印加するのに十分に膨張可能かつ拡張可能である。空気袋は、筐体内のバッグの動きを低減するために膨張および拡大されうる。あるいは、または加えて、空気袋は、バッグのチャンバ内で培養する細胞に機械的応力を印加するために、膨張および拡大されてもよい。

Description

関連出願の相互参照

本願は、２００８年５月３０日出願の米国仮特許出願第６１／１３０，４００号、および２００８年９月３０日出願の米国特許出願第１２／２４１，５２２号の利益を主張する。この文献の内容および本発明に記載される刊行物、特許、および特許文献の開示全体は、参照することによって援用される。

本開示は、細胞を培養するための装置に関し、さらに具体的には、柔軟性のあるバッグタイプの容器など、可変の体積または流体を含む装置に関する。

柔軟性のあるバッグタイプの細胞培養チャンバを含む細胞培養容器は、それらが剛性の筐体によって支持されない場合、操作するのが困難な場合がある。柔軟性のあるバッグタイプの細胞培養チャンバがぴったりフィットした剛性の筐体によって支持される場合、筐体は、拡大するバッグが満たされるとすぐにそれを適合させるように調整しなければならない。筐体が定容量を有するように構成される場合、不十分に充填されたバッグは、輸送または他の操作の間に筐体内を自由に動き回る。

バッグは本質的に柔軟であることから、バッグ様の細胞培養装置内での多数の接着に依存する細胞の増殖は、非常に困難である。この特徴は、細胞の付着能力を危うくし、容器をロボット制御で操作する可能性を低下させる。多数の細胞を増殖させるためには、大きい表面積が必要とされる。バッグ様の装置の表面積の増大は、取り扱いを複雑にする。幾つかの、より小さいバッグ様の容器の積み重ねは、典型的には、容器を支持しうるシェルフを備えた独立したユニットを必要とする。容器を積み重ねて一体的ユニットを形成する場合、固定体積は、通常、剛性の支持体の提供を必要とする。これは、バッグ様の装置の可変体積の利益を崩壊させるものである。

ほとんどの細胞型は、バッグ様の細胞培養装置で培養されうる。例えば、心臓、肺、筋肉、骨および軟骨の細胞などの細胞は、これらの装置内で培養されて構わない。これらの細胞は、インビトロにおいて一種の機械的応力が培養細胞に印加される条件下で増殖させる場合、表現型の上ではそれらのインビボにおける対応物のように分化する。これらの印加応力なしでは、これら細胞は、典型的には、分化のための可溶性因子を必要とする。機械的応力および歪みを通じて分化を誘発するため、多くの研究者は、彼ら自身の装置を寄せ集めて、特定の系統に沿った細胞の分化を促すように要求された物理的刺激を提供する。機械的応力および歪みの印加のための市販の装置は、高精度かつ、非常に少数の細胞の培養に限られる傾向にある。

細胞培養装置の筐体内に膨張可能な空間充填型の空気袋を採用する、装置および方法が本明細書に記載される。細胞を培養する装置も、装置の筐体内に配置される。空気袋の体積は、装置の輸送または操作に役立てるため、筐体内の細胞培養容器の体積とは反対に変更されうる。さまざまな実施の形態では、空気袋は、装置内で培養した細胞に圧縮応力を印加するために用いられうる。

ある実施の形態では、細胞培養装置が開示される。装置は、筐体、バッグおよび膨張可能な空気袋を備える。バッグは、筐体内に配置され、細胞を培養するためのチャンバを画成する内表面を有する。空気袋は、筐体内かつバッグの外部に配置され、チャンバが実質的に流体を含まない場合に、バッグに圧力を印加するのに十分に膨張および拡張可能である。空気袋は、筐体内のバッグの動きを低減するために膨張および拡大されて差し支えない。あるいは、または加えて、空気袋は、バッグのチャンバ内で培養する細胞に機械的応力を印加するために、膨張および拡大されて差し支えない。

ある実施の形態では、細胞培養装置が開示される。装置は、（ｉ）実質的に固定体積を有するチャンバを画成する筐体、（ｉｉ）筐体内に配置され、筐体チャンバの体積の可変部分を占有するように構成された１つ以上の構成要素、および（ｉｉｉ）筐体内に配置された空気袋を備えている。１つ以上の構成要素のうち少なくとも１つは、細胞培養チャンバを画成する内表面を有するバッグである。バッグは、バッグの細胞培養チャンバが実質的に流体を含まない場合には、筐体チャンバ体積の第１の体積を占有し、バッグの細胞培養チャンバが実質的に流体で満たされた場合には、筐体チャンバ体積の第２の体積を占有する。第２の体積は、第１の体積より大きい。空気袋の体積は、（ｉ）バッグが第１の体積を占有する場合に、筐体チャンバの残りの体積の実質的にすべてを占有する体積と、（ｉｉ）バッグが第２の体積を占有する場合に、筐体チャンバの残りの体積の実質的にすべてを占有する体積の間で調節できる。

ある実施の形態では、細胞培養装置の筐体内の細胞培養チャンバを画成するバッグの動きを低減する方法が記載される。本方法は、筐体に配置された空気袋を膨張させてバッグに圧力を印加し、バッグが筐体内を移動するのを防ぐ工程を有してなる。

ある実施の形態では、細胞培養装置の筐体に配置されたバッグ内で細胞を培養する方法が記載される。本方法は、筐体に配置された空気袋を縮小して筐体内に十分な空間を提供し、細胞培養の流体をバッグ内に導入する工程を有してなる。本方法は、さらに、細胞培養の流体をバッグ内に導入する工程を有してなる。

ある実施の形態では、細胞培養装置の筐体に配置されたバッグで培養された細胞に応力を印加する方法が記載される。本方法は、筐体に配置された空気袋を膨張させてバッグに圧力を印加する工程を有してなる。

本明細書に記載の培養装置および方法は、筐体内に配置されたバッグタイプの細胞培養チャンバを備えた、先に記載の細胞培養装置に対し、１つ以上の利点を有しうる。例えば、さまざまな実施の形態では、装置および方法は、筐体内にバッグを備えた、構成要素の動きを低減するための空間充填型の空気袋を採用する。さまざまな実施の形態では、空気袋は、制御可能かつ費用効率が高い方法で、バッグ内で培養された細胞に圧縮応力を導入するために用いられうる。これらおよび他の利点は、添付の図面と組み合わせて読む場合に、以下の詳細な説明から容易に理解されよう。

図面は、必ずしも縮尺比に従うことは必要ではない。図面に用いられる同様の数字は、同様の構成要素、工程などを表す。しかしながら、所定の図における構成要素に言及するための数字の使用は、同一の数字を付された別の図における構成要素制限することを意図していないことが理解されるべきである。加えて、異なる数字を使用する構成要素への言及は、異なる番号の構成要素が同一または同様ではありえないことを示すことを意図していない。

代表的な細胞培養装置の概略的な斜視図。 線１ｂ-ｆ−１ｂ-ｆで切り取った図１Ａの細胞培養装置の一部の代表的な構成要素の概略的な断面図。 線１ｂ-ｆ−１ｂ-ｆで切り取った図１Ａの細胞培養装置の一部の代表的な構成要素の概略的な断面図。 線１ｂ-ｆ−１ｂ-ｆで切り取った図１Ａの細胞培養装置の一部の代表的な構成要素の概略的な断面図。 線１ｂ-ｆ−１ｂ-ｆで切り取った図１Ａの細胞培養装置の一部の代表的な構成要素の概略的な断面図。 線１ｂ-ｆ−１ｂ-ｆで切り取った図１Ａの細胞培養装置の一部の代表的な構成要素の概略的な断面図。 代表的な細胞培養装置の一部の代表的な構成要素の概略的な断面図。 図２Ａに示した剛性のシェルフ・スペーサーの概略的な上面図。 代表的な細胞培養装置の通気型筐体の概略的な側面図。 代表的な細胞培養装置の一部の代表的な構成要素の概略的な断面図。 代表的な細胞培養装置の一部の代表的な構成要素の概略的な断面図。 代表的な細胞培養装置の一部の代表的な構成要素の概略的な断面図。 代表的な細胞培養装置の一部の代表的な構成要素の概略的な断面図。 代表的な細胞培養装置の一部の代表的な構成要素の概略的な断面図。 代表的な細胞培養システムの一部の構成要素の概略的なブロック図。 代表的な細胞培養システムの一部の構成要素の概略的なブロック図。 代表的な細胞培養システムの一部の構成要素の概略的なブロック図。 代表的な細胞培養装置の一部の代表的な構成要素の概略的な断面図。 代表的な細胞培養装置の一部の代表的な構成要素の概略的な断面図。 代表的な細胞培養装置の一部の代表的な構成要素の概略的な断面図。 代表的な細胞培養装置の一部の代表的な構成要素の概略的な断面図。 代表的な細胞培養装置の一部の代表的な構成要素の概略的な断面図。

以下の詳細な説明では、添付の図面への言及は、図面の一部を形成し、装置、システム、および方法の幾つかの特定の実施の形態の例証の目的で示される。他の実施の形態も意図されており、本開示の範囲および精神から逸脱することなく、成されうることが理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味に取るべきではない。

本明細書に用いられるすべての科学的および技術的用語は、他に特に規定がなければ、当技術分野で一般に用いられる意味を有する。定義は、本明細書で頻繁に用いられる、ある特定の用語の理解を促進するために提供されるのであり、本開示の範囲を限定することは意味しない。

本明細書では、「有する」、「有している」、「備える」、「備えている」、「含む」、「含んでいる」などは、制約のない意味で用いられ、一般に、「含むが、それらの限定されない」ことを意味する。

「上面」、「底面」、「左」、「右」、「上方」、「下方」、および他の方向および位置づけなど、本明細書で言及する任意の方向は、図面に関する明確さのために本明細書に記載され、実際の装置またはシステム、または装置またはシステムの使用に限定されるべきではなく、本明細書に記載の装置またはシステムは、多数の方向および位置づけに用いられうる。

本開示は、とりわけ、装置の筐体内に膨張可能な空間充填型の空気袋を採用する細胞培養装置について説明する。細胞を培養する装置も、筐体内に配置される。空気袋の体積は、筐体内の細胞培養容器の体積とは反対に変化して差し支えなく、装置の輸送または操作に役立つ。あるいは、または加えて、空気袋は、装置で培養した細胞に圧縮応力を印加するために用いられる。

図１Ａ〜Ｆを参照すると、代表的な細胞培養装置の概略的な斜視図（１Ａ）および概略的な断面（１Ｂ〜Ｄ）が示されている。図１Ａに示す装置は、剛性の筐体１０、空気袋のポート２０、および細胞培養バッグのポート３０を備えている。さまざまな実施の形態では、筐体は、随意的に、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリスチレン共重合体、フッ素重合体、ポリエステル、ポリアミド、ポリスチレン・ブタジエン共重合体、十分に水素添加されたスチレン重合体、ポリカーボネートＰＤＭＳ共重合体、および、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリプロピレン共重合体および環状オレフィン共重合体などのポリオレフィン類など、透明なポリマー材料から形成される。選択されるポリマー材料の性質に加えて、筐体１０の剛性は、筐体１０の厚さ、および当業者に既知の他の因子に基づいて変化しうることが理解されよう。さまざまな実施の形態では、筐体１０の厚さは、約１ｍｍ〜約２．５ｍｍの範囲である。例えば、筐体の厚さは、約１．５ｍｍ〜約２ｍｍの間でありうる。さまざまな実施の形態では、筐体を形成する材料は、光透過性を提供するように選択される。

筐体１０は、任意の適切な寸法を有しうる。例えば、筐体１０は、一部の実施の形態では５０ｍｍ×７５ｍｍであってよく、他の実施の形態では約４５０ｍｍ×７７５ｍｍでありうる。

図１Ａに示す空気袋のポート２０および細胞培養バッグのポート３０は、筐体１０を通じて延在し、それぞれ、筐体１０内に配置される膨張可能な空気袋４０および細胞培養バッグ５０へのアクセスを可能にする（例えば、図１Ｂ〜Ｄ参照）。ポートは、任意の適切な材料で作られて差し支えなく、剛性または柔軟であるか、または剛性または柔軟な部分を有しうる。当然ながら、空気袋のポート２０または細胞培養バッグのポート３０は、筐体１０から伸びる必要はないことが理解されよう。多くの実施の形態では、空気袋のポート２０またはバッグのポート３０は、筐体１０内に形成される開口部（図示せず）である。隔壁、バルブ、キャップ（図示せず）などは、空気袋４０またはバッグ５０からの意図的ではない流体の漏れを防ぐために、ポート２０、３０またはその周辺に配置されて差し支えない。さまざまな実施の形態では、バッグのポート３０の空気袋のポート２０は、ポンプ（図１Ａには図示せず）に接続されるように配置され、ポンプまたはポンプに接続するためのアダプタに接続する連結金具（図示せず）を備えていて差し支えない。ポート２０，３０は、例えば、加熱封止または高周波溶接など、任意の適切なメカニズムを通じて、流動性を持って空気袋４０またはバッグ５０で封止されて差し支えない。

図１Ｂを参照すると、細胞培養バッグ５０は、空っぽで収縮しているように図示されている；すなわち、実質的に細胞培養流体などの流体を含まない。空気袋４０は膨張し、バッグ５０に圧力を印加する。膨張した空気袋４０は、筐体１０内の培養バッグ５０の動きを制限できることから、このような配置は、物品中で細胞を培養する前の、細胞培養物品１００の輸送および取り扱いの目的には望ましいであろう。

空気袋４０は、膨張可能なパウチ、バッグなどに成形されうる任意の適切な材料で作られて差し支えない。例えば、空気袋４０は、薄いポリマー材料または金属箔から形成されうる。さまざまな実施の形態では、空気袋４０は、培養バッグ５０も随意的に透明であることを条件に、随意的に、培養バッグ５０内で培養された細胞の外観検査を可能にする透過材料でできている。随意的に、空気袋４０を形成するために用いられうる透過材料の例としては、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリスチレン共重合体、フッ素重合体、ポリエステル、ポリアミド、ポリスチレン・ブタジエン共重合体、十分に水素添加されたスチレン重合体、ポリカーボネートＰＤＭＳ共重合体、および、ポリエチレンポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリプロピレン共重合体および環状オレフィン共重合体などのポリオレフィン類が挙げられる。空気袋４０は、加熱封止、レーザー溶接、接着剤の施用、または膨張可能なバッグの製造の分野で既知の任意の他の方法を通じて形成されうる。空気袋４０は、気体または液体を用いて拡大させて差し支えない。ポンプは、バルブと連結させて、気体または液体で満たし、かつその膨張を除去するため、または機械的に閉塞させて流れを制御するために使用して差し支えない。

培養バッグ５０は、細胞が培養されうる膨張可能なパウチ、バッグなどに成形されうる任意の適切な材料でできていて差し支えない。さまざまな実施の形態では、バッグ５０は、随意的に、バッグ内で培養された細胞５０の外観検査を可能にする透過材料でできている。バッグ５０は、細胞が培養される際に、バッグのガス交換を可能にするように、ガス透過性であることが好ましい。バッグ５０の形成に用いられうる、随意的に透明で、ガス透過性の材料の例としては、ポリスチレン、ポリカーボネート、エチレン酢酸ビニル、ポリスルホン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）または適合性のフッ素重合体、シリコーンゴムまたは共重合体、ポリ（スチレン−ブタジエン−スチレン）、またはポリエチレンまたはポリプロピレンなどのポリオレフィン類、またはこれらの材料の組合せが挙げられる。フィルム１００は、フィルムに対する気体の効率的移動を可能にする厚さであることが好ましい。所望の厚さは、フィルム１００を形成する材料に応じて異なることが理解されよう。例として、フィルムは、約０.０２ミリメートル〜０.８ミリメートルの厚さでありうる。空気袋４０と同様に、バッグ５０は、加熱封止、レーザー溶接、接着剤の施用、または膨張可能なバッグの製造の分野で既知の任意の他の方法を通じて形成して差し支えない。バッグを封止または成形する前に、成形後に細胞を培養するであろう材料部分を処理またはコーティングすることが望ましいであろう。処理またはコーティングは、細胞培養を促進しうる。処理は、プラズマ放電、コロナ放電、ガスプラズマ放電、イオン衝撃、イオン化放射、および高強度の紫外線光を含めた当技術分野で既知の多くの方法によって達成して差し支えない。コーティングは、印刷、噴霧、圧縮、放射エネルギー、イオン化技術または浸漬を含めた当技術分野で既知の任意の適切な方法によって導入して差し支えない。コーティングは、共有または非共有結合部位のいずれかを提供して差し支えない。これらの部位は、細胞培養成分などの部分を結合させるのに用いることができる（例えば、増殖または付着を促進するタンパク質）。さらには、コーティングはまた、細胞の付着を促進するために使用して差し支えない（例えば、ポリリジン）。バルブと連結させたポンプ、または流れを制御するための機械的な閉塞は、充填およびバッグ５０から培養液、細胞などを除去するために用いられうる。

図１Ｃを参照すると、細胞培養バッグ５０は、膨張状態を示しており、ここで、バッグは、細胞培養液などの流体（図示せず）を含む。バッグ５０は、外壁面５２および内壁面５４を備える。内壁面５４は、可変の体積チャンバ５５を画成する。バッグ５０が膨張するとき、チャンバ５５の体積は増大する。チャンバ５５は、細胞を培養するための任意の適切な体積でありうる。さまざまな実施の形態では、チャンバ５５は、約０.１ｍｌ／ｃｍ²〜約０．５ｍｌ／ｃｍ²の体積まで膨張しうる。例えば、チャンバ５５は、約０.２ｍｌ／ｃｍ²〜約０.３ｍｌ／ｃｍ²の体積まで膨張して差し支えない。

図１Ｃにおける空気袋４０は、流体を含むバッグ５０に実質的に圧力を印加していない、収縮した状態で示されている。バッグ５０が満たされると、またはバッグ５０を満たす前に、空気袋４０は収縮されうる。筐体１０中の空間的間隙６０が最小限に抑えられるように、空気袋４０の中身を空にすると共に、バッグ５０の充填を調整することが望ましいであろう。例えば、図１Ｄ〜Ｅを参照すると、空気袋４０にとって、培養バッグ５０が膨張および拡大する量に実質的に等しい量で収縮および縮小することが望ましいであろう。バッグ５０の充填および空気袋４０の排出の調整は、手動で行って差し支えなく、筐体１０が随意的に透明であることを条件として、外観検査を含みうる。あるいは、または加えて、調整過程は自動化されてもよい（例えば、図７に関して後述するように）。一部の実施の形態では、空気袋４０は、感圧性のバルブ（図示せず）と流体連通する。バルブは、拡大するバッグ５０によって圧力が空気袋４０に印加される際に開き、流体が空気袋４０から逃げることを可能にし、空気袋４０の縮小を可能にする。手動、自動、またはバルブ通じて制御されるかどうかにかかわらず、空気袋４０は、拡大するバッグ５０上に任意の所望の圧力を印加するように、収縮されうる。多くの実施の形態では、空気袋４０は、バッグ４０上に実質的に圧力を印加せず（例えば、０.１ｐｓｉまたは７０００パスカル未満）、細胞はバッグ５０内で培養される。

一部の実施の形態では、細胞培養時にバッグ５０上に圧力を印加するために、流体が空気袋４０に加えられうる。このような方法で、バッグ内で培養された細胞５０に、よく制御された機械的および物理的応力が印加されうる。心臓、肺、筋肉、骨および軟骨の細胞を含めた、ある特定の型の細胞が、培養細胞に印加される条件下で、インビトロで増殖する際に、一種の機械的応力は、表現型の上ではインビボにおける対応物に似るように分化するように印加される。ところが、印加応力なしに増殖させたこれらの細胞型は、この分化を生じさせるのに可溶性因子を必要とする。本明細書に記載のバッグ５０内で培養した細胞に応力を印加するために空気袋４０を使用することにより、多数の細胞が応力を受け、先に達成されたよりも高度なスループット分析が可能になりうる。

さまざまな実施の形態では、図１Ｆを参照すると、バッグ５０に圧力を印加するために空気袋４０に流体を加え、培養バッグ４０からの流体の排出を促進して差し支えない。

代表的な細胞培養物品１００の概略的な断面を示す図２を参照すると、物品１００は、バッグ５０のガス交換のための空隙を作り出すためのスペーサー７０を含みうる。このように、チャンバ５５内の細胞培養培地のガスをバッグ５０の外部のガスと交換して、チャンバ５５内の望ましい培養条件を維持して差し支えない。好ましくは、スペーサー７０は、バッグ５０の両側に配置されて（すなわち、バッグ５０は、２つのスペーサー７０の間に配置される）、バッグ５０と接触する空隙の表面積を増大させて差し支えない。しかしながら、スペーサー７０は、バッグ５０の片側にのみ配置されて差し支えなく、または、意図する細胞培養目的にとってバッグ５０の空気の十分な交換が達成される場合には、スペーサー７０は、備えていなくてもよいことが理解されよう。スペーサー７０は、織物のメッシュ（図示せず）または図２に示す剛性のシェルフなど、任意の適切な形状を取りうる。これらの剛性のシェルフは、成形されるか、または、ほとんど、ポリマー材料などの任意の適切な材料の別の形状を取りうる。成形されたシェルフは、バッグ４５の外表面と接触する、大きい表面積の空隙を作り出すため、複数の隆起した形状７５を含みうる。図２Ａに示すスペーサーの上面図を図２Ｂに示す。

多くの実施の形態ではスペーサー７０とバッグ５０の間に形成される通路を通じて、細胞培養チャンバ５５と筐体１０の外部の間でガス交換される。一部の実施の形態では、筐体は、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、エチレン酢酸ビニル、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）または適合性のフッ素重合体、シリコーンゴムまたは共重合体、ポリ（スチレン−ブタジエン−スチレン）またはこれらの材料の組合せなど、ガス透過性の材料から形成して差し支えない。筐体１０の厚さは、筐体１０のガス透過性の特性を変えるように変化させて差し支えない。しかしながら、筐体１０は、十分な剛性を維持するのに十分な厚さであるべきである。

あるいは、または加えて、および、代表的な細胞培養物品１００の概略的な側面図を示す図３に関して、筐体１０は、スロット、穴などの形態を取りうる一連の開口部１５を備えるように形成されうる。１つ以上の開口部１５は、スペーサー７０と細胞培養バッグ５０の間に形成される通路と流体連通する（例えば、図２Ａ参照）。

図４Ａ〜Ｃを参照すると、代表的な細胞培養装置の概略的な断面図が示されている。図示する実施の形態では、物品は、複数の細胞培養バッグ５０ａ〜ｆおよび、バッグ５０ａ〜ｆの間に配置される、剛性のシェルフの形態で示す、複数のスペーサー７０ａ〜ｆを含む。スペーサー７０ａは、空気袋４０および、空気袋４０に最も近接したバッグ５０ａの間に配置される。スペーサー７０ｆは、筐体１０の底面と、筐体１０の底面に最も近接して配置されるバッグ５０ｅの間に配置される。上述のように、例えば図１Ｂに関して、空気袋４０は、バッグ５０ａ〜ｅおよびスペーサー７０ａ〜ｆに圧力を印加するために膨張させて差し支えなく、バッグ５０ａ〜ｅおよびスペーサー７０ａ〜ｆが剛性の筐体１０内を移動するのを妨げる。空気袋４０は、図４Ａに示すように、バッグが実質的に流体を含まない場合に、バッグ５０ａ〜ｅおよびスペーサー７０ａ〜ｆに圧力を印加するのに十分に膨張および拡張可能である。空気袋４０は、流体で満たされた場合に、バッグ５０ａ〜ｅの拡大を可能にするために、十分に収縮および縮小可能である（例えば、図４Ｂ参照）。空気袋４０は、バッグ５０ａ〜ｅで細胞を培養する時に、バッグ５０ａ〜ｅ上に任意の適切なレベルの圧力を印加しうる。例えば、空気袋４０は、バッグ５０ａ〜ｅ上に実質的に圧力を印加しなくてもよく、または、バッグ５０ａ〜ｅ内に細胞を生じさせるために十分な量の圧力を印加して、所望の機械的または物理的応力を経験させて差し支えない。一部の実施の形態では、バッグ５０ａ〜ｅは、個別に充填されるか、あるいは排出されるようにキャップすることができる。例えば、および図４Ｃを参照すると、バッグ５０ｂおよび５０ｄには、流体で満たされているところが示されている。本明細書では「満たされた」とは、容量まで充填されているか、または、部分的な容量まで充填されていることを意味することが理解されよう。さまざまな実施の形態では、バッグ５０ａ〜ｅおよびスペーサー・シェルフ７０は、バッグ５０ａ〜ｅが空っぽの場合には、筐体１０の内部体積の半分未満（例えば約３分の１）を占め、バッグ５０ａ〜ｅが満たされている場合には、半分を超えて占有する（例えば約３分の２より大きい）。

図５Ａ〜Ｂを参照すると、複数の空気袋４０ａ〜ｃおよびバッグ５０ａ〜ｃを備えた、代表的な細胞培養装置の概略的な断面図が示されている。当然ながら、多数の空気袋またはバッグが、本明細書に提示される教示に従って用いられうる。図示する実施の形態では、バッグ５０ａ〜ｃは、筐体１０内の空気袋４０ａ〜ｃを用いて交互に配置される。すなわち、バッグ（例えばバッグ５０ｂ）は、２つの空気袋（例えば、空気袋４０ｂと４０ｃ）の間に配置され、空気袋（例えば、空気袋４０ｂ）は、２つのバッグ（例えば、バッグ５０ａと５０ｂ）の間に配置され、バッグ−空気袋−バッグ−空気袋−バッグ−空気袋の配置で形成される。各バッグ５０ａ〜ｃは、２つのスペーサーの間に配置される。しかしながら、バッグの細胞培養チャンバとバッグの外部の十分なガス交換が達成されれば、スペーサーなし、１つのスペーサー、または多くのスペーサーを用いて差し支えないことが理解されよう。空気袋４０ａ〜ｃまたはバッグ５０ａ〜ｃは、独立して、または一致して、満たされるか、または空であって差し支えない。

細胞培養装置が２つ以上のバッグまたは空気袋を備える実施の形態では、バッグまたは空気袋は、マニホルドを通じて、一致して操作して差し支えない。例えば、図６Ａを参照すると、ポンプ２００は、２つ以上の空気袋４０ａ、４０ｂまたはバッグ５０ａ、５０ｂと、マニホルド３００を介して動作可能に接続されうる。当然ながら、マニホルドは、空気袋４０ａ、４０ｂまたはバッグ５０ａ、５０ｂの独立した膨張または収縮を可能にする、制御可能なバルブを備えていて差し支えない。あるいは、または加えて、図６Ｂを参照すると、空気袋４０ａ、４０ｂまたはバッグ５０ａ、５０ｂは、独立して、満たされるか、または空であって差し支えない。例えば、第１の空気袋４０ａまたはバッグ５０ａは、第１のポンプ２００ａと動作可能に接続されて差し支えなく、第２の空気袋４０ｂまたはバッグ５０ｂは、第２のポンプ２００ｂと動作可能に接続されうる。蠕動ポンプなどの任意の適切なポンプを使用して構わない。

図７を参照すると、制御装置または処理装置４００は、本明細書に記載の細胞培養装置１００内に空気袋４０およびバッグ５０の共同的な充填および排出を制御するために用いられうる。第１のポンプ２００ａは、空気袋４０と動作可能に接続されて差し支えなく、空気袋４０を充填および拡大し、または排出および縮小する。第２のポンプ２００ｂは、細胞培養バッグ５０から流体を挿入または抜き出すために、バッグ５０と動作可能に接続されて差し支えない。流体をバッグ５０に加える際、またはバッグ５０から抜き出す際、バッグ５０は、バッグ５０の既知の特性に基づいて、経験的にまたは理論的に容易に計算することができる予測可能な量で拡大または縮小されうる。ポンプ２００ｂによって、細胞培養バッグ５０に加えられる流体の体積、または、細胞培養バッグ５０から取り出される流体の体積は、処理装置４００によって制御されて差し支えなく、次いで、処理装置４００は、装置１００内のバッグ５０の空気袋４０に対する所望の体積比を維持するように、同時に、ポンプ２００ａに、所望の量の流体を空気袋４０から取り出す（または空気袋４０に加える）ように指示しうる。バッグ５０または空気袋４０に加えた流体の量、または取り出す流体の量は、処理装置４００がアクセス可能な記憶装置（図示せず）に保管されうる。同様に、空気袋４０またはバッグ５０の体積に対する流体の量の比は、処理装置または制御装置４００がバッグ５０または空気袋４０に加えるべき、または取り出すべき流体の量を計算できるように、処理装置４００がアクセス可能な記憶装置における参照テーブルに保管されうる。キーボードまたはモニターなどのユーザー・インターフェース（図示せず）を使用して、バッグ５０に加えるべき、または取り出すべき流体の量に関して、ユーザーがシステムに指示することができるようにしてもよい。次に、処理装置４００は、空気袋４０に加えるべき、または取り出すべき流体の量を決定することができる。さまざまな実施の形態では、ユーザーは、バッグ５０上に規定の量の圧力を印加するように、システムに指示して差し支えない。次に、処理装置４００は、バッグ５０上に規定の圧力を生じさせるのに十分に、空気袋４０を膨張（または収縮）させうる。１つ以上の圧力センサ（図示せず）を用いて、適度な圧力が印加されることを確実にするために、フィードバックを提供してもよい。

図８Ａ〜Ｄを参照すると、複数の区画４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄを備えた空気袋４０を有する代表的な細胞培養装置の概略的な断面が示されている。区画化された空気袋４０は、空および縮小された各区画４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄと共に図８Ａに示されている。図８Ｂでは、空気袋４０は膨張しており、区画４１０ａは区画４１０ｂよりも膨張し、区画４１０ｂは区画４１０ｃよりも膨張し、区画４１０ｃは区画４１０ｄよりも膨張している。このような段階的な膨張は、区画間に流動性を持って配置された、感圧性または制御可能なバルブ（図示せず）などの任意の適切なメカニズムを通じて達成されうる。これらのバルブは、空気袋４０の区画間に配置されるポート（図示せず）に配置されて差し支えない。図８Ｃでは、空気袋の各区画４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄは、実質的に同程度まで膨張している。図８Ｄでは、空気袋４０は、収縮される過程で示されている。感圧性のバルブなどの段階的な膨張に関係するメカニズムを、段階的な収縮のために採用して差し支えない。図８Ａ〜Ｄに図示するように、空気袋の区画４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄのこれらの圧延膨張および収縮は、薄い細胞培養バッグ５０内で培養した細胞の個体群におけるこのような圧力の作用の研究を可能にしうる。例えば、空気袋の区画４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄは、培養における細胞の所望の分化を誘発する力を提供するため、同調して、または非同調で拡大および縮小して差し支えない。

図８Ａ〜Ｄに関する上記論述は区画化された空気袋に関するものであったが、単一の空気袋の区画とは対照的に、個別の空気袋は、同様の効果を達成するために用いられうることが理解されよう。個別の空気袋のそれぞれは、個別のポンプに動作可能に接続されるか、または、すべて、制御可能なバルブ付きのマニホルドを介して単一のポンプと接続されうる。

図９を参照すると、代表的な細胞培養装置の概略的な断面が示されている。組立体は、複数の区画５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄを画成する筐体１０を備えている（筐体１０内の破線の間の空間によって示される）。当然ながら、区画５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄは、筐体１０内に挿入された壁で形成されうる。各区画５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄ内には、細胞培養バッグ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄおよび空気袋４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが配置される。各バッグ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄは、２つの剛性のシェルフ・スペーサーの間に配置されて示されている。バッグの所望の空気交換が達成される限り、任意のスペーサーまたはスペーサー数を採用することができることが理解されよう。バッグ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄまたは空気袋４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、独立して、または一致して、充填または空でありうる。

図９に示す装置など、複数の区画を有する細胞培養装置は、同一の細胞培養装置内に分離して収容されたバッグにおいて、空気袋によって印加される細胞への圧力効果が良好に制御された研究を可能にする。

空気袋は、本明細書では上記バッグのように示されているが、動作中、空気袋はバッグの下に配置されて差し支えないことが理解されよう。バッグ内で培養した細胞に機械的応力を印加するなど、一部の環境では、空気袋は、バッグの下に位置することが望ましいであろう。

各図面または一連の図面は、本明細書では、個別の実施の形態として説明してきたが、特定の形状または一連の図面に関する論述は、異なる図面または一連の図面に関しての説明にも適用可能であることが理解されよう。

よって、細胞培養装置および方法の実施の形態が開示される。当業者は、本明細書に記載の細胞培養装置および方法が、開示する以外の実施の形態で実施することができることを理解するであろう。開示する実施の形態は、例証の目的で提供され、限定の目的ではない。

添付の特許請求の範囲における「第１の」、「第２の」、「第３の」などの数に関する識別子の使用は、識別および先行詞の提供の目的で用いられる。内容が明らかに示唆しない限り、数に関する識別子は、必要とされるこれら要素の数のことをいうことを暗に意味するべきではない。例えば、第１のバッグが第１のチャンバを形成し、第２のバッグが第２のチャンバを形成する場合、第２のバッグが必ずしも２つのチャンバを含むことが、暗に意味されるべきではない。

Claims (5)

1. 筐体と、
   前記筐体に配置された、外表面および内表面を有する第１のバッグであって、細胞を培養するための第１のチャンバが前記第１のバッグの内表面によって画成される、第１のバッグと、
   前記筐体内かつ前記第１のバッグの外部に配置される第１の膨張可能な空気袋であって、前記第１の空気袋が十分に膨張および拡張可能であって、前記第１のチャンバが実質的に流体を含まない場合に、前記第１のバッグに圧力を印加する、第１の膨張可能な空気袋と、
   を備えた、細胞培養装置。
2. 前記筐体内かつ前記第１のバッグの外部に配置された第１のスペーサーをさらに含み、
   前記第１のスペーサーが前記第１のバッグの外表面に沿った空気の流れのための第１の通路を提供し、
   前記第１のスペーサーが前記第１の空気袋と前記第１のバッグの間に配置されることを特徴とする請求項１記載の細胞培養装置。
3. 第１のスペーサーが、前記筐体内で移動可能であり、かつ前記バッグの長手方向に沿って実質的に配置された剛性のシェルフを備えることを特徴とする請求項２記載の細胞培養装置。
4. 前記筐体内に配置された、外表面および内表面を有する第２のバッグをさらに備え、
   ここで、細胞を培養するための第２のチャンバが前記第２のバッグの内表面によって画成され、
   前記第１のスペーサーが、前記第１のバッグの外表面と前記第２のバッグの外表面の間に配置され、
   前記第２のチャンバが実質的に流体を含まない場合に、前記第２のバッグに圧力を印加するために、前記第１の空気袋が十分に膨張可能である、
   ことを特徴とする請求項２記載の細胞培養装置。
5. 前記筐体に配置された第２の膨張可能な空気袋をさらに備え、
   ここで、前記第１のバッグは、前記第１の空気袋と前記第２の空気袋の間に配置され、
   前記第２の空気袋は、前記第１のチャンバが実質的に流体を含まない場合に、前記第１のバッグ上に圧力を印加するのに十分に膨張可能かつ拡張可能である、
   ことを特徴とする請求項１記載の細胞培養装置。

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