JP2015000025A - 培養装置および培養方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、培養液を培養容器に注入する際、大量の培養液を泡立てずに迅速に注入できる培養装置などを提供する。
【解決手段】 培養装置１０であって、培養液を収容可能な培養容器２と、培養容器２の上面に設けられた培養液注入部５０と、培養液注入部５０の鉛直軸ｚ方向に培養容器２の側面が位置するように培養容器２を傾斜可能な傾斜保持部７とを備えることにより、上記課題を解決することができた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、細胞や微生物等の被培養物を培養する培養装置および培養方法に関する。

近年、新薬市場の主流が、低分子医薬品からバイオ医薬品へ移行している。このバイオ医薬品の生産には、微生物や細胞等の被培養物を大量に培養する培養法が用いられている。

培養法には、従来から培養容器を有する培養システムが用いられてきた。この培養容器には細胞や微生物等の被培養物と培養液が収容され、撹拌器によって培養液が撹拌される。このようにして、被培養物の培養が行われるようになっている。

しかしながら、被培養物の培養を行う上で、泡立ちによって生じた気泡が被培養物に接触することで被培養物が損傷してしまい、培養が不十分となる問題がある。

特許文献１には、培養液の撹拌時に小さい気泡は、細胞に損傷を与えるため、２０立方ミリメートル以上の大きさの気泡とすることで細胞に損傷を与えないようにする方法が提案されている。

また、特許文献２には、培養液の撹拌時にローターによって、液上に生じた泡を破壊することができる培養装置が提案されている。

特表２０１０−５２５８３３号公報 特開昭５８−９８０８３号公報

しかしながら、泡立ちは撹拌時だけでなく、培養液を培養容器に注入する際にも生じる。特許文献１に示す培養袋及び特許文献２に示す培養装置の場合、培養液を培養容器に注入する際に生じる培養液の泡立ちを抑えるという課題は解決されていない。
また、培養容器に培養液を注入時に泡を発生させないようにする方法として、培養液を少しずつ培養溶液に注入する方法があるが、大量の培養液を注入する場合、注入時間がかかりすぎるという問題がある。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、培養液を培養容器に注入する際、大量の培養液を泡立てずに迅速に注入できる培養装置および培養方法を提供することを目的とする。

上記目的は以下の本発明によって達成される。即ち、本発明は、培養液を収容可能な培養容器と、前記培養容器の上面に設けられた培養液注入部と、前記培養液注入部の鉛直軸方向に前記培養容器の側面が位置するように前記培養容器を傾斜可能な傾斜保持部と、を備えることを特徴とする培養装置である。

また、本発明は、培養液を収容可能な培養容器内で行う培養方法において、前記培養液を前記培養容器に注入する工程であって、前記培養容器の上面に設けられた培養液注入部の鉛直軸方向に前記培養容器の側面が位置するように前記培養容器を傾ける工程と、前記培養容器を傾けた状態で前記培養液注入部から前記培養液を注入する工程と、を具備する培養方法である。

上記の培養容器は、上面と、底面と、前記上面から前記底面まで延びる側面とを有する培養袋であってもよい。

本発明によれば、培養液を培養容器に供給する際、培養容器の側面の内壁を伝わらせて大量の培養液を泡立てずに迅速に注入できる培養方法および培養装置を提供することができる。

本発明の実施の形態による培養装置を示す概略図である。 本発明の実施の形態による培養液を収容した培養袋を示す概略図である。

本実施形態に係る培養装置１０は、図1および図２に示すように、培養液を収容可能な培養容器２と、培養容器２の上面に設けられた培養液注入部５０と、培養液注入部５０の鉛直軸方向に培養容器２の側面が位置するように培養容器２を傾斜可能な傾斜保持部7と、を備えることを特徴とするものである。
本実施形態に係る培養装置１０は、培養液を培養容器２に供給する際、培養容器２の側面の内壁を伝わらせて大量の培養液を泡立てずに迅速に注入できる培養装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、本明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺及び縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

〔培養装置〕
図１は、本実施の形態による培養装置１０を示す概略図であり、図２は本実施形態による培養袋を示す概略図である。
培養装置１０は、ベース１１と、ベース１１上に、供給装置１と、培養容器２と、培養容器２を傾ける傾斜保持部７と、制御装置9とを備えている。
供給装置1は、導液管４を介して、培養容器２の上面２３に設けられた培養液注入部５０に接続されており、ポンプ５によって押し出された被培養物と培養液３とを、培養容器２に注入するためのものである。
培養容器２は、支持体２２の内部に、図２に示す培養袋２０を取り付けるものである。支持体２２は、培養袋２０を支持するとともに、培養容器２の上方の攪拌駆動装置６を支持する。攪拌駆動装置６は、培養容器２の上側軸受部４０に接続して、攪拌器３０を駆動する。
傾斜保持部７は、培養容器２を傾斜させるものである。
制御装置９は、培養容器２に培養液を注入する際の傾斜や、培養装置１０における培養を制御するものである。

（供給装置）
供給装置1は、導液管４を介して、培養容器２の上面２３に設けられた培養液注入部５０に接続されており、ポンプ５によって押し出された被培養物と培養液３とを培養容器２に注入するためのものである。
ポンプ５から押し出された被培養物と培養液３は、培養容器２の上方に設けられた培養液注入部５０から注入される。このことにより、供給装置１は、供給装置１に貯蔵された被培養物と培養液３を培養容器２に注入することができる。

（培養容器）
培養容器２は、支持体２２の内部に培養袋２０を取り付けるものであり、培養袋２０に被培養物と培養液３を収容して、培養物の培養を行うためのものである。

培養容器２の上方には、支持体２２に取り付けられ培養容器２内の撹拌器３０を駆動する撹拌駆動装置６が設けられている。攪拌駆動装置６は、培養容器２の上側軸受部４０に接続して、攪拌器３０を駆動する。

＜培養袋＞
図２に示すように、培養袋２０は、上面２３と、底面２５と、前記上面から前記底面まで延びる側面２４とを有する。さらに、培養袋２０は、袋本体２１と、袋本体２１内に回転自在に設けられ、培養液３を撹拌する撹拌器３０とを備えている。
袋本体２１は、一対の胴部フィルム１２と、各胴部フィルム１２の上縁部に接合された上面フィルム１４と、各胴部フィルム１２の下縁部に接合された下面フィルム１５とを有している。このうち、一対の胴部フィルム１２は、それらの両側縁部において互いに接合されている。袋本体２１は、そのフィルムの厚さが１００μｍ〜３５０μｍ程度、袋の容量が５リットル〜３０００リットル程度、形状が円筒状であり、培養容器２の支持体２２の形状に適合させて、培養液の収集効率を向上させている。

撹拌器３０は、袋本体２１の上下方向に延びる回転シャフト３１に設けられた撹拌用羽根３２を有している。袋本体２１の上面フィルム１４には、回転シャフト３１の上端部を回転自在に支持する上側軸受部４０が設けられ、袋本体２１の下面フィルム１５には、回転シャフト３１の下端部を回転自在に支持する下側軸受部４１が設けられている。撹拌器３０の回転シャフト３１の上端部には、上述した培養装置１０の撹拌駆動装置６から磁気カップリング方式で駆動力が伝達されるようになっている。このようにして、撹拌駆動装置６によって、攪拌器３０の回転シャフト３１および撹拌用羽根３２が回転するようになっている。

袋本体２１の上面フィルム１４には、被培養物と培養液３を注入する培養液注入部５０が設けられている。この培養液注入部５０には、培養装置１０の培養液供給装置１から、導液管４を通してポンプ５で被培養物と培養液３が供給されて、被培養物と培養液３が袋本体２１内に注入されるようになっている。袋本体２１の上面フィルム１４には、培養液注入部５０から袋本体２１に被培養物と培養液３を注入する際、袋本体２１内の気体を排出する気体排出部５１が設けられている。なお、上述した下側軸受部４１が、袋本体２１から被培養物と培養液３を排出する機能を有している。

袋本体２１内に、袋本体２１内に収容された被培養物と培養液３に空気などを導入する気体導入部５３を設け、気体導入部５３から袋本体２１の上面フィルム１４を貫通して気体供給チューブ５４を延設している。
さらに、温度センサ、ｐＨセンサおよび溶存酸素センサ等のセンサ５２と、が取り付けられている。

（傾斜保持部）
傾斜保持部７は、培養容器２の支持体２２に連結されており、培養袋２０を保持しながら、培養袋の支持体２２の傾斜角度θを変更することで、培養液注入部５０の鉛直軸ｚ方向と培養容器２の側面２４が交差するように、培養容器２を傾斜可能にするものである。このことにより、培養容器２に被培養物と培養液を注入する際、被培養物と培養液が培養液注入部５０から培養容器の側面２４に流下し、側面２４に沿って流下する角度を調整することができるので、培養容器２の側面の内壁を伝わらせて大量の培養液を泡立てずに迅速に注入できる。

また、傾斜保持部７には、回転駆動モータが収納されており、培養袋の支持体２２はその中央を中心にして左右いずれの方向にも傾斜回転できる。

さらに、傾斜保持部７には、培養容器２の傾斜角度が鉛直軸の垂直面ｘに対して９０度以上に傾斜するのを規制する規制手段を設けることができる。このことにより、傾斜使用状態において９０度以上に培養容器２が傾斜して被培養物と培養液が溢れることなく、被培養物と培養液を注入することができる。

培養容器２の傾斜角度θは、鉛直軸の垂直面ｘに対して、培養容器２の底面２５を側面２４側の方向へ０度を超えて９０度未満の角度を有していることが好ましく、０度以上６０度以下までの範囲がより好ましい。このことにより、培養液注入部５０より被培養物と培養液３が培養容器２の側面２４に流下し、側面２４の内壁の上で分散され、側面２４に沿って被培養物と培養液３を鉛直方向に流下させる場合より流速を遅くすることができるので、大量の被培養物と培養液３の泡立ちを抑えて短時間で培養容器２内に収容することができる。なお、傾斜角度が９０度を超えると、被培養物と培養液が培養容器から溢れるおそれがあるため好ましくない。

（制御装置）
制御装置９は、培養袋２０への被培養物と培養液の注入及び排出、培養液への空気の導入、培養容器２の傾斜の制御等、培養容器２による培養に必要な処理を制御するためのものである。

〔培養方法〕
次に、本実施の形態における培養方法について、図１、図２を参照して説明する。

培養液を収容可能な培養容器２内で行う培養方法は、培養液を培養容器２に注入する工程において、培養容器２の上面２３に設けられた培養液注入部５０の鉛直軸ｚ方向に培養容器２の側面２４が位置するように培養容器２を傾ける工程と、培養容器２を傾けた状態で培養液注入部５０から培養液を注入する工程とを備える。
また、本培養方法は、培養容器２が、上面２３と、底面２５と、上面２３から底面２５まで延びる側面２４とを有する培養袋であることを特徴とする。

（使用前準備）
まず、培養袋２０は、予めガンマ線で殺菌しておく。微生物、細胞等の被培養物および培養液を準備する。

（培養装置への袋の設置）
支持体２２内に、殺菌後の培養袋２０が取り付けられ、センサ５２等が夫々配置される。

まず、供給装置１を導液管４で接続する。そして、培養袋２０の上面２３に設けられた培養液注入部５０から培養液３を注入するための導液管４を予め挿入しておく。

次に、気体供給チューブ５４から袋本体２１内に空気を供給し、培養袋２０を膨らませておく。

（培養容器を傾ける工程）
次に、使用者は、入力部を介して傾斜保持部７に収納された回転駆動モータの制御データを入力し、入力された制御データに従って、回転駆動モータを回転させる。そして、回転駆動モータの駆動力が、傾斜保持部７の可動部２７に伝達され、回転軸２６を中心に回転する。そして、培養容器２の上面２３に設けられた培養液注入部５０の鉛直軸ｚ方向に培養容器２の側面２４が位置するように培養容器２を傾け、傾けた状態を保持する。
なお、使用者は、入力部を介して回転駆動モータの回転角度、回転速度、停止時間等の制御データを入力し、入力された制御データに従って制御装置９は、回転駆動モータの動作を制御することができる。

（培養液を培養容器に注入する工程）
次に、供給装置１から培養容器２の上面２３に設けられた培養液注入部５０を介して培養容器２の側面２４に培養液が注入される。その後、上記と同様に培養液注入部５０から被培養物が注入される。その結果、培養容器２の側面２４の内壁を伝って流下し、泡立たずに培養容器２に収容される。
この際、気体排出部５１から、袋本体２１内の気体が排出される。このことにより、袋本体２１内にスムーズに泡立たずに被培養物と培養液を注入することができる。

（使用工程）
続いて、培養装置１０の撹拌駆動装置６が駆動される。図２に示す回転シャフト３１は、袋本体の上下方向に延ばされた状態である。
そして、撹拌駆動装置６の駆動力が、磁気カップリング方式により撹拌器３０の回転シャフト３１に伝達され、撹拌用羽根３２が回転する。このことにより、被培養物と培養液が培養容器２内を回転するように流れて撹拌され、培養が行われる。
培養を行っている間、培養装置１０の気体供給部から気体供給チューブ５４を通って気体導入部５３に空気等が供給され、気体導入部５３から、撹拌されている培養液３に空気５５等が導入される。このことにより、培養液中の被培養物に、均一に酸素を供給することができ、培養効率を向上させることができる。
この気体導入部５３は、袋本体２１内に収容された被培養物と培養液３に空気５５等の気体を導入するためのものである。この気体供給チューブ５４は、上述の培養装置１０の気体供給部から気体導入部５３に空気等を供給するためのものである。
また、培養を行っている間、温度センサ、ｐＨセンサおよび溶存酸素センサ等のセンサ５２により、培養中の培養液の温度、ｐＨ、溶存酸素量が計測される。

（培養袋からの取り外し）
培養が終了すると、撹拌駆動装置６が停止され、撹拌器３０の回転が止まる。その後、袋本体２１から下側軸受部４１を介して被培養物と培養液３が回収または排出される。

（廃棄）
被培養物と培養液３が排出された後、培養装置１０の支持体２２から、培養袋２０が取り外されて滅菌後、廃棄される。
次の培養を行う際には、新たな培養袋２０が支持体２２に取り付けられる。

〔変形例〕
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明してきたが、本発明による培養装置１０は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

また、上述した本実施の形態においては、被培養物と培養液の供給装置1として、ポンプ５を用いる例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、被培養物と培養液は、自然落下により培養袋２０に供給してもよく、任意である。

また、上述した本実施の形態においては、傾斜保持部７は、回転駆動モータを用いる例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、手動で傾斜保持部７の傾斜角度θを調整する構成であってもよい。

１ 供給装置
２ 培養容器
３ 被培養物と培養液
４ 導液管
５ ポンプ
６ 撹拌駆動装置
７ 傾斜保持部
９ 制御装置
１０ 培養装置
１１ ベース
１２ 胴部フィルム
１４ 上面フィルム
１５ 下面フィルム
２０ 培養袋
２１ 袋本体
２２ 支持体
２３ 上面
２４ 側面
２５ 底面
２６ 回転軸
２７ 可動部
３０ 撹拌器
３１ 回転シャフト
３２ 撹拌用羽根
３３ 撹拌用羽根の固定部材
４０ 上側軸受部
４１ 下側軸受部
５０ 培養液注入部
５１ 気体排出部
５２ センサ
５３ 気体導入部
５４ 気体供給チューブ
５５ 空気
ｚ 鉛直軸
ｘ 鉛直軸の垂直面
θ 傾斜角度

Claims (4)

1. 培養液を収容可能な培養容器と、
   前記培養容器の上面に設けられた培養液注入部と、
   前記培養液注入部の鉛直軸方向に前記培養容器の側面が位置するように前記培養容器を傾斜可能な傾斜保持部と、を備えることを特徴とする培養装置。
2. 前記培養容器が、上面と、底面と、前記上面から前記底面まで延びる側面とを有する培養袋であることを特徴とする請求項１記載の培養装置。
3. 培養液を収容可能な培養容器内で行う培養方法において、
   前記培養液を前記培養容器に注入する工程であって、
   前記培養容器の上面に設けられた培養液注入部の鉛直軸方向に前記培養容器の側面が位置するように前記培養容器を傾ける工程と、
   前記培養容器を傾けた状態で前記培養液注入部から前記培養液を注入する工程と、を具備する培養方法。
4. 前記培養容器が、上面と、底面と、前記上面から前記底面まで延びる側面とを有する培養袋であることを特徴とする請求項３記載の培養方法。
   

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