JP2012528576A - 液面下に沈める灌流バイオリアクター - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば細胞を培養するため、特に三次元構造で細胞を培養するために灌流を得るための装置に関する。さらに、細胞を培養する方法、特に三次元構造で細胞を培養する方法が提供される。本発明はまた、組織工学及び人工臓器を目的として細胞を培養する装置の利用に関する。
細胞の培養は極めて複雑な課題である。細胞の最適な増殖を得るために、異なる種類の細胞には、異なる種類の液体媒体、及び異なる増殖条件が必要とされるからである。増殖条件は、化学的組成、媒体の流速、機械的刺激、電磁的刺激を含む。
本発明の目的は、上記の問題を減少させる細胞培養法を作り出すことである。したがって本発明の目的は、設備が単純であり、灌流システムを得るのに外付けの送りこみ(pumping)機構を必要としないコンパクトな装置を作り出すことである。
本発明は、生物学的用途、例えば細胞培養、酵素反応、又は流体濾過のための装置であって、
− 第1の表面及び第2の表面を有する本体;ここで前記2つの表面の間で本体の厚さが規定され、前記本体は枠(rim)によって境界が定められている;
− 前記本体の中心にあり、前記第1の表面及び前記第2の表面において第1のプレート(plate)及び第2のプレートによって覆われたアパーチャ(aperture);ここで前記第1のプレート及び/又は第2のプレートは、液体媒体が前記アパーチャへ入ることを可能とする入口オリフィス(inlet orifice)を含む;
− 前記第1のプレートと前記第2のプレートとの間の前記アパーチャに配置された回転手段;
− 細胞培養のための、少なくとも1つの凹部を含む前記枠;ここで前記凹部は、前記本体の枠中に存在するキャビティ(cavity)であって、前記液体媒体が前記本体外へ流出することを可能とする第1の出口オリフィス(outlet orifice)を含み;ここで第1の壁部(wall)が、前記キャビティに沿って前記凹部の境界を定める;
− 前記アパーチャを細胞培養のための前記凹部と接続する、少なくとも1つの出口チャンネル(outlet channel)
を含む、前記装置を提供することによってこれらの問題に対処する。
− 第1の表面、前記第1の表面に存在し、第1のプレートで覆われた第1のアパーチャ;ここで前記第1のプレートは、アパーチャ中に液体媒体が入ることを可能とする入口オリフィスを含む;
− 凹部において、前記頂部部品の縁部から内側に延びるように配置されている、トンネル形状区画の上部(upper part);
− 前記第1のアパーチャを前記少なくとも1つの凹部と接続する、少なくとも1つの出口チャンネルの上部;
を含み、前記底部部品は、
− 第2の表面、前記第2の表面に存在し、第2のプレートで覆われた第2のアパーチャ;
− 大きさと形が前記上部の前記凹部に対応する少なくとも1つの凹部の下部(lower part);
− 第2のアパーチャを前記少なくとも1つの凹部と接続する少なくとも1つの出口チャンネルの下部
を含み、ここで前記頂部部品及び前記底部部品が、組み合わせ手段を含み、
− それにより、前記少なくとも1つの凹部の下部は、前記少なくとも1つの凹部の前記上部と重ねられ、前記少なくとも1つの出口チャンネルの前記下部は、前記少なくとも1つの出口チャンネルの前記上部と重ねられ、前記第1及び第2のアパーチャは、重ねられて1つのアパーチャを形成し、回転手段が前記アパーチャに配置される
前記装置をさらに記載する。
− 第1及び第2の表面を有する本体;ここで前記2つの表面の間で本体の厚さが規定され、前記表面は実質的に平行であり、前記本体は枠によって境界が定められている;
− 前記本体の中心にあり、前記第1及び前記第2の表面において第1及び第2のプレートによって覆われたアパーチャ;ここで前記第1及び/又は第2のプレートは、液体媒体が前記アパーチャへ入ることを可能とする入口オリフィスを含む;
− 前記第1のプレートと前記第2のプレートとの間の前記アパーチャに配置された回転手段;
− 少なくとも1つの凹部を含む前記枠;ここで前記凹部は、前記本体の枠中に存在するキャビティであって、前記液体媒体が前記本体外へ流出することを可能とする第1の出口オリフィスを含み;ここで第1の壁部が、前記キャビティに沿って前記凹部の境界を定める;
− 円形アパーチャを前記少なくとも1つの凹部と接続する、少なくとも1つの出口チャンネル
− 場合により、前記凹部と係合し、入口開口部及び第2の出口開口部を含み、並びに前記入口開口部と前記第2の出口開口部との間の流体接続を含む外部手段;ここで前記外部手段は、前記外部手段の外面を規定する第2の壁部によって境界が定められた三次元形状の要素である;
− 前記凹部または前記外部手段に配置された足場
を含み、
ここで液体媒体は、前記回転手段の回転によって、前記入口オリフィスを通過して前記本体の円形アパーチャへと送りこまれ、前記少なくとも1つの出口チャンネルを通過し、前記凹部又は前記外部手段にある足場を通り抜け、前記第1及び/又は第2の出口オリフィスから排出される、
前記方法が記載される。
− 第1の濃度C1の指示薬を含む指示薬溶液を含む、漏れの無い外部区画を、入口オリフィスにある接続手段に取り付け;
− 前記指示薬溶液を前記アパーチャの中に送り込み、少なくとも1つの出口チャンネルを通過させ;
− 所定の体積Vの前記液体媒体中の、前記指示薬の第2の濃度C2を所定の時間dtの後に測定し;
− 流速Qを、式:Q=−(C2*V)/((C2−C1)*dt)によって計算すること
によって測定される方法が記載される。
Q=−(C2,dtV2)/((C2,dt−C1)dt)
によって計算される。ここでdtは、流れが始まってから指示薬の濃度C2,dtを測定するまでの時間である。
図1は、装置の本体1を上から見た図を示している。この特定の実施形態において、本体1のアパーチャ3は、低くなった円形オリフィス5の中に配置されている。本体1の枠7には8つの凹部9が存在しており、そのうちの5つを図に見ることができる。それに加え、出口チャンネル11が本体1のアパーチャ3に見られる。本体1の表面13には4つのオリフィス15が設けられている。これらのオリフィス15にはピンを差し込むことができ、そのピンが、複数の装置を互いの上に載った状態で結合させることができる。
Claims (37)
- 生物学的用途、例えば細胞培養、酵素反応、又は流体濾過のための装置であって、
− 第1の表面及び第2の表面を有する本体;ここで前記2つの表面の間で本体の厚さが規定され、前記本体は枠によって境界が定められている;
− 前記本体の中心にあり、前記第1の表面及び前記第2の表面において第1のプレート及び第2のプレートによって覆われたアパーチャ;ここで前記第1のプレート及び/又は第2のプレートは、液体媒体が前記アパーチャへ入ることを可能とする入口オリフィスを含む;
− 前記第1のプレートと前記第2のプレートとの間の前記アパーチャに配置された回転手段;
− 少なくとも1つの凹部を含む前記枠;ここで前記凹部は、前記本体の枠中に存在するキャビティであって、前記液体媒体が前記本体外へ流出することを可能とする第1の出口オリフィスを含み;ここで第1の壁部が、前記キャビティに沿って前記凹部の境界を定める;
− 前記アパーチャを前記凹部と接続する、少なくとも1つの出口チャンネル
を含むことを特徴とする前記装置。 - 前記第1の表面及び前記第2の表面が実質的に平行であることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 液体媒体を収容する容器中で、前記装置を中心に配置させ且つ水平にする手段を含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の装置。
- 前記第1のプレート及び/又は前記第2のプレートが、前記装置と一体化した部分であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の装置。
- 容器と一体化した部分であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の装置。
- 前記第1のプレート又は前記第2のプレートに実質的に平行な平面に沿って頂部部品及び底部部品の2つの部品に分割され、前記平面がさらに、前記少なくとも1つの凹部及び前記少なくとも1つの出口チャンネルを分割することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の装置。
- 前記本体の凹部と係合し、入口開口部及び第2の出口開口部を含み、並びに前記入口開口部と前記第2の出口開口部との間の流体接続を含む外部手段;ここで前記外部手段は、前記外部手段の外面を規定する第2の壁部によって境界が定められた三次元形状の要素である、をさらに含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の装置。
- 前記外部手段が外ネジを含み、前記外部手段が前記凹部と係合するとき、前記外ネジが、内部手段に設けられた内ネジと係合することを特徴とする、請求項7に記載の装置。
- 前記出口チャンネルが円錐形であり、前記円錐形の出口チャンネルの最小断面領域が前記アパーチャに接続されていることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の装置。
- 前記出口チャンネルの円錐形が、前記凹部の少なくとも一部及び/又は前記外部手段の少なくとも一部へと連続し;凹部の前記部分及び/又は外部手段の前記部分が前記出口チャンネルと接触していることを特徴とする、請求項9に記載の装置。
- 前記入口オリフィスを1又は2以上の挿入物と係合させることによって、前記入口オリフィスの大きさが調節され得ることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の装置。
- 前記凹部及び/又は前記外部手段が、前記出口開口部の大きさを調節する第1の調節機構を含むことを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の装置。
- 前記回転手段が磁性を帯びていることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか1項に記載の装置。
- 前記本体又は装置が、電場を発生させる手段を含むことを特徴とする、請求項1〜13のいずれか1項に記載の装置。
- 前記凹部及び/又は前記外部手段が、足場を保持する手段を含むことを特徴とする、請求項1〜14のいずれか1項に記載の装置。
- 2又は3以上の装置が、それらの表面が実質的に平行となるように積み重ねられ得、前記装置がスペーサによって分離され、前記スペーサが前記装置に取り付けられていることを特徴とする、請求項1〜15のいずれか1項に記載の装置。
- 前記入口オリフィスが接続手段を含み;前記接続手段が外部区画を前記入口オリフィスに接続し;前記外部区画が、所定の濃度の指示薬を含有する指示薬溶液を含んでいることを特徴とする、請求項1〜16のいずれか1項に記載の装置。
- 前記第1の壁部及び/又は前記第2の壁部が部分的に中断されていることを特徴とする、請求項1〜17のいずれか1項に記載の装置。
- 薬物送達手段、例えば分配システムを少なくとも1つの小さな開口部に接続する手段であって、好ましくは前記第2のプレート中に存在する前記薬物送達手段;ここで、前記少なくとも1つの小さな開口部は前記アパーチャに接続されている
をさらに含むことを特徴とする、請求項1〜18のいずれか1項に記載の装置。 - 前記薬物送達手段が、浸出材料に埋め込まれた薬物溶液を含み;好ましくは前記浸出材料が、前記アパーチャに接続された第2のプレートに取り付けられていることを特徴とする、請求項1〜19のいずれか1項に記載の装置。
- 前記凹部及び/又は前記外部手段が透明であることを特徴とする、請求項1〜20のいずれか1項に記載の装置。
- 前記第1の壁部及び/又は第2の壁部が、少なくとも部分的に多孔性材料を含むことを特徴とする、請求項1〜21のいずれか1項に記載の装置。
- 前記外部手段の前記入口開口部が、その入口開口部の大きさを調節する第2の調節機構を含むことを特徴とする、請求項7に記載の装置。
- 液体媒体中に置かれた、請求項1〜23のいずれか1項に記載の装置の使用方法であって、ここで前記装置は:
− 第1の表面及び第2の表面を有する本体;ここで前記2つの表面の間で本体の厚さが規定され、前記表面は実質的に平行であり、前記本体は枠によって境界が定められている;
− 前記本体の中心にあり、前記第1の表面及び前記第2の表面において第1のプレート及び第2のプレートによって覆われたアパーチャ;ここで前記第1のプレート及び/又は第2のプレートは、液体媒体が前記アパーチャへ入ることを可能とする入口オリフィスを含む;
− 前記第1のプレートと前記第2のプレートとの間の前記アパーチャに配置された回転手段;
− 少なくとも1つの凹部を含む前記枠;ここで前記凹部は、前記本体の枠中に存在するキャビティであって、前記液体媒体が前記本体外へ流出することを可能とする第1の出口オリフィスを含み;ここで第1の壁部が、前記キャビティに沿って前記凹部の境界を定める;
− 前記アパーチャを前記少なくとも1つの凹部と接続する、少なくとも1つの出口チャンネル
− 場合により、前記凹部と係合し、入口開口部及び第2の出口開口部を含み、並びに前記入口開口部と前記第2の出口開口部との間の流体接続を含む外部手段;ここで前記外部手段は、前記外部手段の外面を規定する第2の壁部によって境界が定められた三次元形状の要素である;
− 前記凹部または前記外部手段に配置された足場
を含み、
ここで液体媒体は、前記回転手段の回転によって、前記入口オリフィスを通過して前記本体のアパーチャへと送りこまれ、前記少なくとも1つの出口チャンネルを通過し、前記凹部及び/又は前記外部手段にある足場を通り抜け及び/又は前記足場の周囲を通り、前記第1及び/又は第2の出口オリフィスを通過して排出される、
前記方法。 - 足場を前記凹部又は前記外部手段の中に配置する前、又は配置した後に、前記足場中又は前記足場の位置に細胞を播種することを特徴とする、請求項24に記載の方法。
- タンパク質が前記足場上に固定化され、ここで前記タンパク質は前記足場を通過する前記液体媒体の成分と相互作用することができることを特徴とする、請求項24に記載の方法。
- 前記タンパク質が基質分子と相互作用する酵素であり、前記基質分子は前記酵素を含む足場を通り抜ける及び/又は前記足場の周囲を通る液体媒体の1つの成分であることを特徴とする、請求項26に記載の方法。
- 前記タンパク質が細胞と相互作用する抗体であり、前記細胞が、前記抗体を含む足場を通り抜ける液体媒体の成分であることを特徴とする、請求項26に記載の方法。
- 前記回転手段が磁石を含み、前記磁石は前記アパーチャの中に配置されており、前記磁石は、例えばマグネティック・スターラーからの外部回転磁場手段によって回転することを特徴とする、請求項24〜28のいずれか1項に記載の方法。
- 前記入口オリフィスを通過する前記媒体の流速が、以下のステップ:
− 第1の濃度C1の指示薬を含む指示薬溶液を含む外部区画を、入口オリフィスにある接続手段に取り付け;
− 前記指示薬溶液を前記アパーチャの中に送り込み、少なくとも1つの出口チャンネルを通過させ;
− 所定の体積Vの前記液体媒体中の、前記指示薬の第2の濃度C2を所定の時間dtの後に測定し;
− 流速Qを、式:Q=−(C2*V)/((C2−C1)*dt)によって計算すること
によって測定されることを特徴とする、請求項24〜29のいずれか1項に記載の方法。 - 前記媒体が、前記凹部の壁部及び/又は前記外部手段を通過することを特徴とする、請求項24〜29のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1〜31のいずれか1項に記載の装置の使用であって、前記装置が灌流を得るために使用されることを特徴とする前記使用。
- 前記装置が、細胞培養のために、又は液体からの細胞の精製のために使用されることを特徴とする、請求項32に記載の使用。
- 前記装置が、三次元培養物の培養のために使用されることを特徴とする、請求項32に記載の使用。
- 前記装置が足場のバルク処理のために使用されることを特徴とする、請求項32に記載の使用。
- 前記装置が酵素反応のために使用され、ここで固定化された酵素が、前記液体媒体によって提供されるタンパク質に作用することを特徴とする、請求項32に記載の使用。
- 手術後の自己輸血のために採取した血液が、足場を通過する流れによって濾過されることを特徴とする、請求項32に記載の使用。
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