JP2021000005A - 細胞培養装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】装置の大型化を抑制しつつ、継代回数の制限が不要となる、閉鎖系での細胞培養装置の提供。【解決手段】開閉可能な第１開閉部２１及び第２開閉部２２を有する部屋と、部屋に収容された密閉容器５０及び６０を互いに接続し、内部が無菌状態である接続経路３０と、接続経路３０を介して密閉容器５０から密閉容器６０へ細胞を移動させる駆動部４０と、容器脱着装置１４とを含む。容器脱着装置１４は、細胞が密閉容器５０から密閉容器６０へと移動した後において、密閉容器６０及び接続経路３０の内部の無菌状態を維持しながら、密閉容器５０を接続経路３０から取り外すとともに、部屋に搬入された新しい密閉容器を、内部の無菌状態を維持しながら、接続経路３０に接続する、内部が無菌状態に維持された密閉容器内で細胞を培養する細胞培養装置。【選択図】図２

Description

本発明は、細胞を培養する細胞培養装置に関する。
一般に、細胞培養の際には、古い培地を排出し新しい培地を注入する培地交換が定期的に行われている。また、培養の進行により細胞が増殖すると、増殖した細胞を所定の密度で新しい培地に移し替え、再度培養を行う継代が行われる。
このような細胞培養においては、無菌状態を維持することが求められる。特に、培地交換や継代を作業者が行う場合、培養系に雑菌が混入するリスクは増大する。そのため、従来から、無菌性を維持できる閉鎖系の細胞培養装置が開発されている。例えば、特許文献１には、作業者が介在することなく、無菌条件下において自動で培地交換及び継代を行うことのできる細胞培養装置が開示されている。
特開２０１７−６０５８
特許文献１の構成では、はじめに細胞を培養する培養容器及び継代によって細胞が移し替えられる培養容器を、装置の内部に予め設置し、それぞれの培養容器をチューブなどで接続することで、無菌状態を維持する閉鎖系を作り出している。そして、継代を含む細胞培養の全工程は、無菌状態が維持された閉鎖系の中で行われる。このため、全工程が完了するまで、すべての培養容器の装置内外への搬入及び搬出を行うことができない。つまり、予め装置内に設置した継代用の培養容器の数が、継代の限度回数となる。
ここで、細胞培養工程における継代の回数は、細胞の種類、容器の大きさ、培養環境、培養の目的など、培養の条件によって異なる。様々な条件下での細胞培養に対応するには、複数回の継代を想定した自動培養方法が求められる。特許文献１の装置において、こうしたニーズに応えるためには、継代回数分の培養容器を予め装置内に設置することとなるが、この場合、継代用の培養容器の設置スペースを装置内に確保する必要があり、装置が大型化してしまう。
そこで、本発明の目的は、装置の大型化を抑制しつつ、継代回数の制限が不要となる、閉鎖系の細胞培養装置を提供することである。
本発明に係る細胞培養装置は、内部が無菌状態に維持された密閉容器内で細胞を培養する細胞培養装置であって、開閉可能な開閉部を有する部屋と、前記部屋に収容された少なくとも２つの密閉容器を互いに接続し、内部が無菌状態である接続経路と、前記接続経路を介して前記少なくとも２つの密閉容器間で前記細胞を移動させる駆動部と、前記駆動部によって前記細胞が移された前記密閉容器及び前記接続経路の内部の無菌状態を維持しながら、前記細胞の移動元である前記密閉容器を前記接続経路から取り外すとともに、前記開閉部を介して前記部屋に搬入された新しい密閉容器及び前記接続経路の内部の無菌状態を維持しながら、前記新しい密閉容器を前記取り外された密閉容器に代わって前記接続経路に接続する容器脱着手段と、を備えることを特徴とする。
上記構成によれば、何れかの密閉容器において細胞の培養が終了すると、駆動部を駆動させることで、その密閉容器から他の密閉容器に接続経路を介して細胞を移動させることができ、こうして継代を行うことができる。継代が終われば、空になった密閉容器を開閉部を介して部屋の外部に搬出できるとともに、新しい密閉容器を開閉部を介して部屋に搬入できる。新しい密閉容器は、容器脱着手段を用いることで、無菌状態を維持しながら接続経路に接続することができる。したがって、継代が複数回行われる場合でも、２回目以降の継代に用いられる密閉容器を予め部屋に用意しておく必要がなく、装置の大型化を抑制することができる。また、密閉容器の交換を繰り返すことで、継代回数の増加にも対応できるので、実質的に継代回数の制限がなくなる。
また、上記細胞培養装置において、前記部屋は、第１開閉部を有し、内部に少なくとも１つの前記密閉容器が収容されている第１部屋と、第２開閉部を有し、内部に少なくとも１つの前記密閉容器が収容されている第２部屋とを含み、前記第１部屋及び前記第２部屋の内部環境を調整する環境調整部がさらに設けられていることが好ましい。
一般に、細胞は培養環境の影響を受ける。このため、適切に細胞培養を行うには、装置の内部の環境を一定に保つことが求められる。ここで、本発明に係る細胞培養装置では、密閉容器を交換する際には部屋の開閉部が開かれるため、装置の部屋の内部環境を一定に保つことは困難となる。
そこで、上記構成とすることで、例えば、１部屋に収容されている密閉容器から第２部屋に収容されている密閉容器への継代が行われた場合、第１部屋の第１開閉部のみを開いて、密閉容器を交換することができる。このとき、第２部屋の第２開閉部を閉じた状態としておけば、継代後の細胞培養が行われている密閉容器が設置された第２部屋の内部環境は、装置の外部からの影響を受けることなく、一定に保つことができる。
また、上記細胞培養装置は、前記第１部屋及び前記第２部屋の内部の温度を検知する温度センサをさらに備え、前記環境調整部は、前記第１部屋及び前記第２部屋の内部の温度を調整するように構成され、前記接続経路を介した前記細胞の移動が行われるときに、前記環境調整部は、前記第１部屋及び前記第２部屋の内部の温度をともに所定値に調整することが好ましい。
上記構成によれば、第１部屋及び第２部屋の内部の温度がともに所定の温度となっているときに、それぞれの部屋に設置された密閉容器間で細胞を移動させることにより、継代前後において細胞の培養温度を一定に保つことができる。
装置の大型化を抑制しつつ、継代回数の制限が不要となる、閉鎖系の細胞培養装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係る細胞培養装置の構成を示した概略正面図である。 培養部の構成を示す正面図である。 細胞培養装置の内部に形成される培養回路を示した図である。 細胞培養装置による細胞培養の各工程を示すフローチャートである。
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
本実施形態に係る細胞培養装置１は、図１に示すように、冷蔵保存部２と、加温保管部３と、培養部４と、制御部５とを含んでいる。細胞培養装置１は、制御部５に入力され保存されたデータに従い、細胞を培養する装置である。なお、以下の説明において、図１の紙面に垂直な方向に沿って前後方向が定義される。
冷蔵保存部２及び加温保管部３は、内部に培地又は試薬が収容された容器を配置する棚が形成された筐体である。また、図示は省略するが、冷蔵保存部２及び加温保管部３の前面には、筐体の前面に設けられた開口を開閉可能な扉が設けられている。冷蔵保存部２は、冷却機構（不図示）を備え、内部の温度は常温より低い任意の温度に保たれている。加温保管部３は、培養部４の内部に配置され、加温保管部３の内部の温度は、培養部４の内部の温度とほぼ等しい。また、冷蔵保存部２の内部に配置された容器及び加温保管部３の内部に配置された容器は、内部の液体が流出可能となるようにチューブが接続されており、後述のポンプ１０２によって流出可能である。冷蔵保存部２の内部に配置された容器は、例えば、タンクなど大型のものである。また、加温保管部３の内部に配置された容器としては、例えば、ボトル、バッグなどが挙げられる。
培養部４は、図１及び図２に示すように、前面に第１開閉部２１を有する第１部屋１１と、前面に第２開閉部２２を有する第２部屋１２と、環境調整部１３と、容器脱着装置１４と、を含む。第１部屋１１及び第２部屋１２の壁面、並びに、第１開閉部２１及び第２開閉部２２は、それぞれ断熱材からなる。これにより、第１部屋１１及び第２部屋１２の内部の温度は、第１開閉部２１及び第２開閉部２２が閉じられている状態において、一定に維持される。また、図２に示すように、第１部屋１１の内部には密閉容器５０が設置され、第２部屋１２の内部には密閉容器６０が設置されている。密閉容器５０及び６０は内部が無菌状態であり、容器としては、フラスコや多層容器、バッグなどが挙げられる。また、密閉容器６０の容積は、密閉容器５０の容積よりも大きい。これは、密閉容器５０で培養され濃度が高くなった細胞を、密閉容器６０に移してさらに培養する場合、密閉容器６０に収容される培地の量は、密閉容器５０に収容される培地の量より多くする必要があるためである。なお、図２における点線部分は、第１部屋１１及び第２部屋１２の内部に配置されていることを意味する。
また、図３に示すように、密閉容器５０には、外気と連通するガス抜き部５１が取り付けられており、密閉容器６０には、外気と連通するガス抜き部６１が取り付けられている。密閉容器５０とガス抜き部５１との間にはバルブＶ１８が配置されており、バルブＶ１８が開状態のとき、密閉容器５０の内部の気体は、ガス抜き部５１を通って大気開放される。また、密閉容器６０とガス抜き部６１との間にはバルブＶ１９が配置されており、バルブＶ１９が開状態のとき、密閉容器６０の内部の気体は、ガス抜き部６１を通って大気開放される。バルブＶ１８及びバルブＶ１９としては、例えば、ピンチバルブが採用される。
環境調整部１３は、加温装置及びＣＯ２供給装置を内蔵しており、制御部５から送られた信号に従い、第１部屋１１及び第２部屋１２の内部の温度及びＣＯ２濃度を調整可能である。また、第１部屋１１及び第２部屋１２の内部には、温度及びＣＯ２濃度を検知するセンサ２３が配置されている。センサ２３が検知した情報は、制御部５へ出力される。なお、環境調整部１３には、その他の内部環境を調整する装置が内蔵されていてもよい。この場合、センサ２３は、その他の内部環境を併せて検知可能なセンサである。
さらに、培養部４は、図２に示すように、密閉容器５０と密閉容器６０とを互いに接続する接続経路３０と、接続経路３０を介して密閉容器５０と密閉容器６０との間で細胞を移動させる駆動部４０とを備えている。接続経路３０は、内部が無菌状態であるチューブ７１及び７２と、内部が無菌状態である攪拌部３２及び攪拌部１３２とからなる。攪拌部３２は、第１部屋１１の内部に配置され、チューブ７１を介して密閉容器５０及び６０と接続されている。攪拌部１３２は、第２部屋１２の内部に配置され、チューブ７２を介して容器５０及び６０と接続されている。また、駆動部４０は、ポンプ１０１と、ポンプ１０１に接続され、内部に気体が収容されたガスタンク３３とからなる。ガスタンク３３は、チューブ７３を介して攪拌部３２、１３２、密閉容器５０及び６０と接続されている。なお、ガスタンク３３の内部に収容された気体は、例えば、ＣＯ２が挙げられるが、その他の気体でもよく、複数種類の気体からなる混合気体でもよい。なお、図２では、ガスタンク３３と攪拌部３２及び１３２とを接続するチューブ７３の記載を省略しており、詳細は図３を参照されたい。
図３に示すように、加温保管部３の内部に配置された培地容器３４は、チューブ７４を介して、攪拌部３２、１３２、密閉容器５０及び６０と接続されている。また、ポンプ１０２が、培地容器３４と、攪拌部３２、１３２、密閉容器５０及び６０との間に配置されている。ポンプ１０２を駆動させることにより、培地容器３４の内部に収容された培地を、攪拌部３２、１３２、密閉容器５０及び６０へと供給することが可能である。なお、培地容器３４は、チューブを介して冷蔵保存部２の内部に配置された培地タンク（不図示）と接続されており、冷蔵保存部２に保存されている培地が、適宜、加温保管部３に配置された培地容器３４に供給される。
また、廃液容器３５が、チューブ７５を介して、攪拌部３２及び密閉容器５０と接続されている。さらに、廃液用意１３５が、チューブ７６を介して、攪拌部１３２及び密閉容器６０と接続されている。また、ポンプ１０１を駆動させることにより、攪拌部３２及び密閉容器５０の内部の液体を廃液容器３５に排出することが可能であり、攪拌部１３２及び密閉容器６０の内部の液体を廃液容器１３５に排出することが可能である。廃液容器３５には、外気と連通するガス抜き部３６が形成されており、廃液容器３５の内部の気体は、ガス抜き部３６を通って大気開放される。廃液容器１３５には、外気と連通するガス抜き部１３６が形成されており、廃液容器１３５の内部の気体は、ガス抜き部１３６を通って大気開放される。なお、廃液容器３５とガス抜き部３６との間、及び、廃液容器１３５とガス抜き部１３６との間には、それぞれ逆止弁（不図示）が設けられており、外気の廃液容器３５及び１３５への侵入を防いでいる。
なお、以下において、攪拌部３２及び１３２、ガスタンク３３、培地容器３４、廃液容器３５及び１３５、密閉容器５０及び６０、並びに、これらを接続するチューブ７１〜７６に囲まれた内部空間を培養回路８１と称する。液体又は気体は、培養回路８１を流れる。
チューブ７３の、ガスタンク３３と密閉容器５０との間にはバルブＶ１が設けられ、ガスタンク３３と密閉容器６０との間にはバルブＶ２が設けられている。また、チューブ７３の、ガスタンク３３と攪拌部３２との間にはバルブＶ１２が設けられ、ガスタンク３３と攪拌部１３２との間にはバルブＶ１３が設けられている。チューブ７１の、攪拌部３２と密閉容器５０との間にはバルブＶ３が設けられ、攪拌部３２と密閉容器６０との間にはバルブＶ４が設けられている。また、チューブ７２の、攪拌部１３２と密閉容器６０との間にはバルブＶ５が設けられ、攪拌部１３２と密閉容器５０との間にはバルブＶ６が設けられている。チューブ７４の、培地容器３４とポンプ１０２との間にはバルブＶ７が設けられ、密閉容器５０とポンプ１０２との間にはバルブＶ８が設けられ、攪拌部３２とポンプ１０２との間にはバルブＶ９が設けられ、密閉容器６０とポンプ１０２との間にはバルブＶ１０が設けられ、攪拌部１３２とポンプ１０２との間にはバルブＶ１１が設けられている。チューブ７５の、密閉容器５０と廃液容器３５との間にはバルブＶ１４が設けられ、攪拌部３２と廃液容器３５との間にはバルブＶ１５が設けられている。チューブ７６の、密閉容器６０と廃液容器１３５との間にはバルブＶ１６が設けられ、攪拌部１３２と廃液容器１３５との間にはバルブＶ１７が設けられている。バルブＶ１〜Ｖ１７の開閉によって、チューブ７１〜７６を流れる液体及び気体の流れを開閉することができる。バルブＶ１〜Ｖ１７としては、例えば、ピンチバルブが採用される。
容器脱着装置１４は、図２に示すように、第１部屋１１及び第２部屋１２の内部に、それぞれ配置されている。容器脱着装置１４は、前述した培養回路８１の内部の無菌状態を維持しながら、密閉容器５０又は６０を培養回路８１から取り外すとともに、別の新しい密閉容器を、内部の無菌状態を維持しながら、培養回路８１に接続する装置である。具体的には、例えば、密閉容器５０を取り外す場合、密閉容器５０が、チューブ７２、７３及び７４から取り外され、攪拌部３２が、チューブ７３、７４及び一端が密閉容器６０と接続されているチューブ７１から取り外される。これによって、密閉容器５０と攪拌部３２と廃液容器３５とが一体的に、培養回路８１から取り外される。同時に、新しい密閉容器が、チューブ７２、７３及び７４に取り付けられ、新しい攪拌部が、チューブ７３、７４及び一端が密閉容器６０と接続されているチューブ７１に取り付けられる。これによって、新しい密閉容器と攪拌部と廃液容器とが一体的に、培養回路８１に接続される。容器脱着装置１４としては、ＢｉｏＷｅｌｄｅｒ（ザルトリウス・ステディム・ジャパン社製）、ＯＰＴＡ無菌コネクタ―（ザルトリウス・ステディム・ジャパン社製）などが挙げられる。なお、容器脱着装置１４は、培養部４の外部に配置されていてもよい。この場合、容器脱着装置１４は、密閉容器の交換が行われるときに、第１部屋１１又は第２部屋１２の内部に搬入される。容器脱着装置１４の搬入は、作業者によって行われてもよく、自動で行われてもよい。自動で行われる場合、例えば、ロボットアームなどが別途配置される。また、容器脱着装置１４が培養部４の外部に配置される場合、容器脱着装置１４は１つのみ配置されていてもよい。
制御部５は、作業者によって予め入力された設定に基づいて、環境調整部１３による第１部屋１１及び第２部屋１２の内部環境の制御、ポンプ１０１及び１０２の駆動制御、バルブＶ１〜Ｖ１９の開閉制御、第１開閉部２１及び第２開閉部２２の開閉制御、などを行う。
以下に、本実施形態に係る細胞培養装置１を用いた細胞培養方法について、図４を参照しつつ説明する。細胞培養装置１を用いた細胞培養方法は、培養工程と、培地交換工程と、細胞懸濁液回収工程と、継代工程と、を含む。培養工程は、所定の温度及びＣＯ２濃度において、密閉容器５０又は６０の内部で細胞を培養する工程である。培地交換工程は、細胞が培養されている密閉容器５０又は６０の内部の培地を交換する工程である。細胞懸濁液回収工程とは、密閉容器５０又は６０の内部から細胞と培地とを含む細胞懸濁液を回収する工程である。継代工程は、密閉容器５０から密閉容器６０へと細胞懸濁液を移動させる工程である。
細胞培養装置１には、予め培養回路８１がセットされる。詳細には、図３に示されるように、第１部屋１１の内部に密閉容器５０が設置され、第２部屋１２の内部に密閉容器６０が設置され、培地容器３４が加温保管部３の内部に配置される。また、密閉容器５０の内部には、細胞懸濁液が収容されている。加温保管部３に配置された培地容器３４は、冷蔵保存部２に配置された培地タンクと不図示のチューブを介して接続される。また、チューブ７１〜７６が、攪拌部３２及び１３２、ガスタンク３３、培地容器３４、廃液容器３５及び１３５、密閉容器５０及び６０、バルブＶ１〜Ｖ１７、ポンプ１０１〜１０２にセットされることで培養回路８１が構成される（図３を参照）。このとき、培養回路８１の内部は無菌状態となっており、全てのバルブは閉状態となっている。
なお、培養工程における培養時間や、培地交換工程における培地の交換量、継代工程における培地の供給量などの各種設定は、実験に応じて作業者が予め制御部５に入力する。制御部５は、入力された設定に基づき、各工程を自動で行う。
上述の培養回路８１がセットされ、第１部屋１１の第１開閉部２１及び第２部屋の第２開閉部２２を閉じた状態において、培養開始の入力を受けると、細胞培養装置１の制御部５は、培養工程の前段階としての予備動作を行う。具体的には、図４に示すように、センサ２３によって第１部屋１１及び第２部屋１２の内部の温度及びＣＯ２濃度が所定値であるか否か確認する（ステップＳ１）。第１部屋１１及び第２部屋１２の内部の温度又はＣＯ２濃度が所定値でない場合（Ｓ１：ＮＯ）、環境調整部１３によって温度及びＣＯ２濃度の調整が行われる（ステップＳ２）。なお、温度の所定値とは、例えば３７℃であって、ＣＯ２濃度の所定値とは、例えば５％である。
第１部屋１１及び第２部屋１２の内部の温度及びＣＯ２濃度が所定値である場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、制御部５は、バルブＶ１８を開状態とする。これにより、密閉容器５０の内部に余計な気体（ＣＯ２）が残っているときには、密閉容器５０に取り付けられたガス抜き部５１から気体が排出される（ステップＳ３）。その後、制御部５が、バルブＶ１８を閉状態とすることで、予備動作が終了する。
なお、ステップＳ１とステップＳ３との間において、密閉容器５０に細胞懸濁液を収容させてもよい。この場合、例えば、加温保管部３の内部に配置されており、チューブを介して密閉容器５０と接続された容器に、予め細胞と培地とを含む細胞懸濁液を収容しておく。そして、ステップＳ１の後で、予め加温保管部３の内部に配置された容器に収容された細胞懸濁液が、前述のチューブを介して密閉容器５０に送られる。
（培養工程）
細胞培養装置１は、センサ２３によって、第１部屋１１の内部の温度及びＣＯ２濃度をモニタリングし、環境調整部１３によって、第１部屋１１の内部の温度及びＣＯ２濃度を所定値に保ちつつ、細胞の培養を行う（ステップＳ４）。予め設定した培養時間を経過すると、培養工程が終了する。
ここで、培養工程の終了前において、培地交換工程の前段階として、培制御部５は、培地交換の際に必要な量の新鮮培地を、冷蔵保存部２の内部に配置されている培地タンク（不図示）から、チューブを介して加温保管部３の内部に配置されている培地容器３４に供給する。培地容器３４に供給された新鮮培地は、加温保管部３において、培養が行われている第１部屋１１の内部の所定の温度と同様になるまで加温される。
（培地交換工程）
培養工程の終了後、培地交換工程（ステップＳ５）が行われる。まず、制御部５は、バルブＶ１及び１４を開状態として、ポンプ１０１を駆動し、ガスタンク３３の内部のＣＯ２を密閉容器５０に流し込む。これによって、密閉容器５０の内部の培地は、チューブ７５を通って、廃液容器３５へと排出される。このとき、廃液容器３５の内部の気体は、ガス抜き部３６を通って大気開放される。その後、制御部５は、ポンプ１０１を停止し、バルブＶ１及びＶ１４を閉状態とする。次に、制御部５は、バルブＶ７及びＶ８を開状態として、ポンプ１０２を駆動し、培地容器３４から密閉容器５０へとチューブ７４を介して新鮮培地を供給する。新鮮培地の供給後、制御部５は、ポンプ１０２を停止し、バルブＶ７及びＶ８を閉状態とする。
新鮮培地を密閉容器５０に供給した後、制御部５は、バルブＶ１８を開状態とする。これにより、密閉容器５０の内部に気体が残っているときには、密閉容器５０に取り付けられたガス抜き部５１から気体が排出される。その後、制御部５が、バルブＶ１８を閉状態とすることで、培地交換工程（ステップＳ５）は終了する。なお、密閉容器５０からチューブ７５を介して廃液容器３５へ排出される培地の量及び培地容器３４からチューブ７４を介して密閉容器５０へ供給される新鮮培地の量は、予め設定されている。
培地交換工程（ステップＳ５）が終了すると、ステップＳ４と同様、培養工程（ステップＳ６）が行われる。培養工程（ステップＳ６）が終了した後、培地交換が予め設定した所定回数行われたか否か確認する（ステップＳ７）。培地交換が所定回数行われていなければ（Ｓ７：ＮＯ）、ステップＳ５に戻り、前述と同様に培地交換を行う。培地交換が所定回数行われている場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、以下の細胞懸濁液回収工程及び継代工程が行われる。
（細胞懸濁液回収工程）
まず、密閉容器５０において培養された細胞を含む細胞懸濁液が回収される（ステップＳ８）。細胞懸濁液が回収されるとき、制御部５は、バルブＶ１及びＶ３を開状態として、ポンプ１０１を駆動し、ガスタンク３３の内部のＣＯ２を密閉容器５０に流し込む。これによって、密閉容器５０の内部の細胞懸濁液は、チューブ７１を通って、攪拌部３２へと移動する。密閉容器５０の内部の細胞懸濁液が攪拌部３２へ移動した後、制御部５は、ポンプ１０１を停止し、バルブＶ１及びＶ３を閉状態とする。攪拌部３２で攪拌されることにより濃度が均一となった細胞懸濁液のうちの微量が不図示の細胞カウント部へと運ばれ、細胞懸濁液の濃度が測定される。続いて、制御部５は、攪拌部３２の内部に収容されている細胞懸濁液の濃度が、予め設定された濃度となるように、攪拌部３２への培地の供給、及び／又は、攪拌部３２からの過剰な細胞懸濁液の排出を行う。培地の供給を行う場合、制御部５は、バルブＶ７及びＶ９を開状態として、ポンプ１０２を駆動する。これによって、培地容器３４から所定量の培地が、チューブ７４を介して攪拌部３２に供給される。過剰な細胞懸濁液の排出を行う場合、制御部５は、バルブＶ１２及びＶ１５を開状態として、ポンプ１０１を駆動し、ガスタンク３３の内部のＣＯ２を攪拌部３２に流し込む。これによって、攪拌部３２の内部の細胞懸濁液の一部が、チューブ７５を介して廃液容器３５に排出される。なお、このとき、廃液容器３５の内部の気体はガス抜き部３６を通って大気開放される。これらにより、攪拌部３２の内部に収容されている細胞懸濁液の濃度が、予め設定された濃度となる。その後、制御部５は、ポンプ１０２を停止し、バルブＶ７及びＶ９を閉状態とする、及び／又は、ポンプ１０１を停止し、バルブＶ１２及びＶ１５を閉状態とする。これにより、細胞懸濁液回収工程（ステップＳ８）が終了する。
（継代工程）
次に、制御部５は、継代工程を行うか否か確認する（ステップＳ９）。継代工程を行う場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、まず、制御部５は、センサ２３によって第１部屋１１及び第２部屋１２の内部の温度を及びＣＯ２濃度が、ともに所定値か否か確認する（ステップＳ１０）。第１部屋１１及び第２部屋１２の内部の温度又はＣＯ２濃度が所定値ではない場合（Ｓ１０：ＮＯ）、環境調整部１３によって温度及びＣＯ２濃度の調整が行われる（ステップＳ１１）。その後、再度、ステップＳ１０が行われる。
第１部屋１１及び第２部屋１２の内部の温度又はＣＯ２濃度がともに所定値であるとき（Ｓ１０：ＹＥＳ）、攪拌部３２の内部の細胞懸濁液を密閉容器６０へ移動させる（ステップＳ１２）。具体的には、制御部５が、バルブＶ１２及びＶ４を開状態として、ポンプ１０１を駆動し、ガスタンク３３の内部のＣＯ２を密閉容器５０を経由して攪拌部３２に流し込む。これによって、攪拌部３２の内部の細胞懸濁液は、チューブ７１を通って、密閉容器６０へと移動する。細胞懸濁液が密閉容器６０へ移動した後、制御部５は、ポンプ１０１を停止し、バルブＶ１２及びＶ４を閉状態とする。続いて、制御部５は、バルブＶ１９を開状態とする。これにより、密閉容器６０の内部に気体が残っているときには、密閉容器６０に取り付けられたガス抜き部６１から気体が排出される。その後、制御部５が、バルブＶ１９を閉状態とすることで、ステップＳ１２が終了する。
細胞懸濁液が密閉容器６０へ移動した後（ステップＳ１２）、容器脱着装置１４によって、細胞懸濁液が空になった密閉容器５０と他の密閉容器との交換が行われる（ステップＳ１３）。具体的には、まず、制御部５は、第１部屋１１の第１開閉部２１を開く。続いて、内部が無菌状態であり、新しい攪拌部と廃液容器とを含む新しい密閉容器が、細胞培養装置１の外部から、第１部屋１１の内部に搬入される。なお、予め、新しい密閉容器と新しい攪拌部とはチューブを介して接続されており、新しい密閉容器と新しい廃液容器とはチューブを介して接続されており、さらに、新しい攪拌部と新しい廃液容器とはチューブを介して接続されている。そして、容器脱着装置１４は、接続経路３０を含む培養回路８１の内部の無菌状態を維持しながら、密閉容器５０をチューブ７２、７３、及び７４から取り外し、攪拌部３２をチューブ７３、７４及び一端が密閉容器６０と接続されているチューブ７１から取り外す。さらに、容器脱着装置１４は、新しい攪拌部と廃液容器とを含む新しい密閉容器の内部の無菌状態を維持しながら、新しい密閉容器をチューブ７２、７３、及び７４に接続し、新しい攪拌部をチューブ７３、７４及び一端が密閉容器６０と接続されているチューブ７１に接続する。これによって、密閉容器５０と攪拌部３２と廃液容器３５とが一体的に培養回路８１から取り外されるとともに、新しい密閉容器と攪拌部と廃液容器とが一体的に培養回路８１に接続される。その後、培養回路８１から取り外された、攪拌部３２と廃液容器３５とを含む密閉容器５０は、第１部屋１１から細胞培養装置１の外部へと搬出され、第１部屋１１の第１開閉部２１が閉じられる。これにより、密閉容器の交換（ステップＳ１３）が終了する。なお、密閉容器の搬入及び搬出は、作業者によって行われてもよく、自動で行われてもよい。自動で行われる場合、例えば、ロボットアームなどが別途配置される。また、外部から搬入する新しい容器の容積は、密閉容器６０よりも大きい。これは、前述した、密閉容器６０の容積が密閉容器５０の容積より大きい理由と同様である。さらに、継代が複数回行われる場合、新たに外部から搬入される密閉容器の容積は、第１部屋１１又は第２部屋１２の内部に収容されている密閉容器のいずれの容積よりも大きい。
細胞懸濁液が密閉容器６０に収容された後、ステップＳ３に戻る。すなわち、制御部５によってバルブＶ１９が開状態となり、密閉容器６０の内部に余計な気体が残っているときには、密閉容器６０に取り付けられたガス抜き部６１から気体が排出される。その後、密閉容器６０の内部に収容された細胞懸濁液は、第２部屋１２の内部において、培養工程、培地交換工程及び細胞懸濁液回収工程が行われる（ステップＳ４〜Ｓ８）。
ここで、第２部屋１２に収容された密閉容器６０に対して、培地交換工程（ステップＳ５）を行う場合、まず、制御部５は、バルブＶ２及びＶ１６を開状態として、ポンプ１０１を駆動する。これによって、密閉容器６０の内部の培地は、チューブ７６を通って、廃棄容器１３５へと排出される。このとき、廃液容器１３５の内部の気体は、ガス抜き部１３６を通って大気開放される。その後、制御部５は、ポンプ１０１を停止し、バルブＶ２及びＶ１６を閉状態とする。次に、制御部５は、バルブＶ７及びＶ１０を開状態とし、ポンプ１０２を駆動することで、培地容器３４から密閉容器６０へとチューブ７４を介して新鮮培地を供給する。その後、制御部５は、ポンプ１０２を停止し、バルブＶ７及びＶ１０を閉状態とする。
また、第２部屋１２に収容された密閉容器６０に対して、細胞懸濁液回収工程（ステップＳ８）を行う場合、まず、制御部５は、バルブＶ２及びＶ５を開状態として、ポンプ１０１を駆動する。これによって、密閉容器６０の内部の細胞懸濁液は、チューブ７２を通って、攪拌部１３２へと移動する。その後、制御部５は、ポンプ１０１を停止し、バルブＶ２及びＶ５を閉状態とする。続いて、制御部５は、攪拌部１３２の内部に収容されている細胞懸濁液の濃度が、予め設定された濃度となるように、攪拌部１３２への培地の供給、及び／又は、攪拌部１３２からの過剰な細胞懸濁液の排出を行う。培地の供給を行う場合、制御部５は、バルブＶ７及びＶ１１を開状態として、ポンプ１０２を駆動する。これによって、培地容器３４から所定量の培地が、チューブ７４を介して攪拌部１３２に供給される。過剰な細胞懸濁液の排出を行う場合、制御部５は、バルブＶ１３及びＶ１７を開状態として、ポンプ１０１を駆動し、ガスタンク３３の内部のＣＯ２を攪拌部１３２に流し込む。これによって、攪拌部１３２の内部の細胞懸濁液の一部が、チューブ７６を介して廃液容器１３５に排出される。なお、このとき、廃液容器１３５の内部の気体は、ガス抜き部１３６を通って大気開放される。これらにより、攪拌部３２の内部に収容されている細胞懸濁液の濃度が、予め設定された濃度となる。
なお、ステップＳ１３と、密閉容器６０の内部の細胞の培養を行うステップＳ４とは、並行して行われてもよい。また、予め設定された継代回数と、現実に行われた継代回数とが同じである場合、ステップＳ１３は行われない。すなわち、例えば、予め設定された継代回数が２回である場合、２回目の継代工程（Ｓ１０〜Ｓ１２）の終了後、ステップＳ１３は行われない。
複数回継代が行われる場合において、奇数回目の継代工程（ステップＳ１０〜Ｓ１２）の後の培養工程（ステップＳ４、Ｓ６）及び培地交換工程（ステップＳ５）では、第２部屋１２の内部に配置された密閉容器に細胞懸濁液が収容されている。偶数回目の継代工程の後の培養工程及び培地交換工程では、第１部屋１１の内部に配置された密閉容器に細胞懸濁液が収容されている。また、奇数回目の継代工程の後、密閉容器を交換する工程（ステップＳ１３）では、第１部屋１１の内部に配置された密閉容器が新しい密閉容器と交換される。偶数回目の継代工程の後、密閉容器を交換する工程では、第２部屋１２の内部に配置された密閉容器が新しい密閉容器と交換される。
前述の細胞懸濁液回収工程（ステップＳ８）の後、予め設定された継代回数が既に行われており、これ以上継代が行なわれない場合（Ｓ９：ＮＯ）、細胞懸濁液の収穫（ステップＳ１４）が行われて、細胞培養が終了する。
本実施形態の細胞培養装置１は、培養部４に形成された部屋と、部屋の内部に収容された密閉容器５０及び６０を互いに接続する接続経路３０と、密閉容器５０と密閉容器６０との間で接続経路３０を介して細胞を移動させる駆動部４０と、駆動部４０によって細胞が移された密閉容器６０及び接続経路３０を含む培養回路８１の無菌状態を維持しながら、細胞の移動元である密閉容器５０をチューブ７２、７３及び７４から取り外すとともに、新しい密閉容器を、内部の無菌状態を維持しながら培養回路８１のチューブ７２、７３及び７４に接続する容器脱着装置１４とを含む。このような構成によれば、何れかの密閉容器において細胞の培養が終了すると、駆動部４０を駆動させることで、密閉容器５０から密閉容器６０に接続経路３０を介して細胞を移動させることができ、こうして継代を行うことができる。継代が終われば、細胞の移動元である密閉容器５０を開閉部を介して部屋の外部に搬出できるとともに、新しい密閉容器を開閉部を介して部屋に搬入できる。新しい密閉容器は、容器脱着装置１４を用いることで、無菌状態を維持しながらチューブ７２、７３及び７４に接続することができる。したがって、継代が複数回行われる場合でも、２回目以降の継代に用いられる密閉容器を予め部屋に用意しておく必要がなく、装置の大型化を抑制することができる。また、密閉容器の交換を繰り返すことで、継代回数の増加にも対応できるので、実質的に継代回数の制限がなくなる。
本実施形態では、部屋は、第１開閉部２１を有し、内部に密閉容器５０が収容されている第１部屋１１と、第２開閉部２２を有し、内部に密閉容器６０が収容されている第２部屋２１とを含み、第１部屋１１及び第２部屋１２の内部環境を調整する環境調整部１３が設けられている。一般に、細胞は培養環境の影響を受ける。このため、適切に細胞培養を行うには、細胞培養装置１の内部の環境を一定に保つことが求められる。ここで、細胞培養装置１では、密閉容器を交換する際には部屋の開閉部が開かれるため、細胞培養装置１の部屋の内部環境を一定に保つことは困難となる。そこで、上記の構成とすることで、例えば第１部屋１１に収容されている密閉容器５０から第２部屋１２に収容されている密閉容器６０への継代が行われた場合、第１部屋１１の第１開閉部２１のみを開いて、密閉容器５０を交換することができる。このとき、第２部屋１２の第２開閉部２２を閉じた状態としておけば、継代後の細胞培養が行われている密閉容器６０が設置された第２部屋１２の内部環境は、細胞培養装置１の外部からの影響を受けることなく、一定に保つことができる。
本実施形態では、第１部屋１１及び第２部屋１２の内部の温度を検知するセンサ２３を備え、環境調整部１３は、第１部屋１１及び第２部屋１２の内部の温度を調整するように構成され、接続経路３０を介した細胞の移動が行われるときに、環境調整部１３は、第１部屋１１及び第２部屋１２の内部の温度をともに所定値に調整する。この構成によれば、第１部屋１１及び第２部屋１２の内部の温度がともに所定の温度となっているときに、それぞれの部屋に設置された密閉容器間で細胞を移動させることにより、継代前後において細胞の培養温度を一定に保つことができる。
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は、これらの例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、培養部４は、第１開閉部２１を有する第１部屋１１と第２開閉部２２を有する第２部屋１２とを含んでいたが、１つの開閉部を有する１つの部屋が配置されていてよい。但し、この場合、密閉容器を交換する際に、開閉部を開いたとき、密閉容器５０及び６０が配置されている部屋の内部の温度が、細胞培養装置１の外部からの影響を受けてしまう。このため、細胞培養装置１は、密閉容器５０が配置された第１部屋１１と、密閉容器６０が配置された第２部屋１２とを備えていることが好ましい。
また、培養部４が２つの部屋を含んでいる場合、それぞれの部屋は互いに離れた位置に配置されていてもよく、１つの部屋を断熱板などで区切っているだけでもよい。また、培養部４に配置される部屋は３つ以上でもよいが、装置の大型化を抑制するためには、２つであることが好ましい。
また、第１部屋１１及び第２部屋１２の内部に配置する密閉容器は、各部屋につき１つずつである必要はなく、２つの部屋のうち少なくとも一方に複数の密閉容器が配置されていてもよい。例えば、第１部屋１１に１つ密閉容器が配置され、第２部屋１２に２つの密閉容器が配置されていてもよい。この場合、継代工程において、細胞懸濁液は、第１部屋１１に配置された密閉容器から、接続経路３０を介して、第２部屋１２の２つの密閉容器へと移動する。
また、上記実施形態において、密閉容器６０の容積の方が密閉容器５０の容積よりも大きいとした。しかしながら、密閉容器として多層式容器を用いる場合、密閉容器６０の層の数が、密閉容器５０の層の数より多い、としてもよい。また、密閉容器６０の容積は、必ずしも密閉容器５０の容積よりも大きい必要はなく、密閉容器５０の容積と密閉容器６０の容積とは同じでもよく、密閉容器５０の方が大きくてもよい。但し、前述した理由から、一般には、密閉容器６０の容積は、密閉容器５０の容積よりも大きい。
上記実施形態では、環境調整部１３は、センサ２３が検知した情報に基づいて、第１部屋１１及び第２部屋１２の内部のＣＯ２濃度を調整することが可能である。しかしながら、密閉容器５０及び６０がＣＯ２を透過しない材質からなる場合、環境調整部１３は、第１部屋１１及び第２部屋１２の内部のＣＯ２濃度を調整する必要がない。この場合、環境調整部１３は、第１部屋１１及び第２部屋１２の内部の温度のみ、又は、ＣＯ２濃度を除く所定の内部環境と内部の温度とを調整する。
また、環境調整部１３は、第１部屋１１の内部と第２部屋１２の内部とを、互いに異なる内部環境となるように調整することが可能であってもよい。これによって、例えば、継代の前後で培養環境を変化させることが可能となる。
また、上記実施形態において、廃液容器３５とガス抜き部３６との間、及び、廃液容器１３５とガス抜き部１３６との間には、それぞれ逆止弁が設けられていたが、逆止弁の代わりにエアフィルタが設けられていてもよい。この場合、装置外部から雑菌等が廃液容器３５又は廃液容器１３５に侵入することを防ぐことができ、培養回路８１に雑菌が混入するリスクを抑制できる。
また、密閉容器５０とガス抜き部５１との間、及び、密閉容器６０とガス抜き部６１との間には、さらにエアフィルタが設けられていてもよい。これにより、密閉容器５０又は６０の内部の気体を装置の外部に排気する際、バルブＶ１８又はバルブＶ１９を開状態としたときに、外気から培養回路８１に雑菌が混入するリスクを抑制できる。
また、上記実施形態では、攪拌部３２、密閉容器５０及び密閉容器６０は、チューブ７３を介して、培地容器３４と接続されていたが、さらに別の試薬が収容された容器と接続されていてもよい。例えば、培養工程や継代工程において、密閉容器に試薬を添加する場合、当該試薬が収容された試薬容器と接続される。この場合、試薬容器とポンプ１０２との間にはバルブがさらに設けられる。
上記実施形態では、容器脱着装置１４は、密閉容器５０と攪拌部３２と廃液容器３５とを一体的に、培養回路８１から取り外している。しかしながら、容器脱着装置１４は、密閉容器５０のみを培養回路８１から取り外してもよい。この場合、容器脱着装置１４は、密閉容器５０を、チューブ７１〜７５から取り外すとともに、外部から搬入された新しい密閉容器をチューブ７１〜７５に接続する。また、容器脱着装置１４は、密閉容器５０と攪拌部３２とを一体的に、培養回路８１から取外し、廃液容器３５は、培養回路８１に接続したままでもよい。この場合、容器脱着装置１４は、密閉容器５０をチューブ７２〜７５から取り外し、攪拌部３２をチューブ７３〜７５から取り外す。そして、外部から搬入した新しい密閉容器をチューブ７２〜７５に接続し、新しい攪拌部をチューブ７３〜７５に接続する。
上記実施形態では、制御部５によって、第１開閉部２１及び第２開閉部２２の開閉制御が行われている。しかしながら、作業者によって第１開閉部２１及び第２開閉部２２の開閉が行われてもよい。
また、チューブ７４の内部に培地が残存することを防ぐために、培地交換工程の後、洗浄工程が行われてもよい。この場合、バルブＶ７とポンプ１０２との間には、外気と連通する気体連通部が設けられている。また、気体連通部はバルブを有しており、バルブが開状態のときに、気体連通部は外気と連通する。例えば、バルブＶ７及びＶ８が開状態のときにおいて、培地容器３４から密閉容器５０にチューブ７４を介して新鮮培地が送られた後、細胞培養装置１は、チューブ７４の内部に残存している培地を除去する洗浄工程を行う。具体的には、制御部５は、ポンプ１０２を停止し、バルブＶ７を閉状態とし、バルブＶ８を開状態のままとする。そして、制御部５は、バルブＶ７とポンプ１０２との間に設けられた気体連通部のバルブを開状態とし、再びポンプ１０２を駆動する。これにより、気体連通部からチューブ７４に気体が流入し、チューブ７４の内部の残存培地を密閉容器５０に押し出す。これによって、チューブ７４の内部の残存培地を除去することができる。なお、攪拌部３２、密閉容器６０又は攪拌部１３２に新鮮培地を供給した後も、上述の洗浄工程が行われてもよい。この場合、制御部５は、バルブＶ７とポンプ１０２との間に設けられた気体連通部のバルブを開状態とし、ポンプ１０２と新鮮培地が送られた容器との間のバルブを開状態として、ポンプ１０２を駆動することで、チューブ７４の内部を洗浄する。なお、バルブＶ７とポンプ１０２との間に設けられた気体連通部のバルブの先には、エアフィルタが設けられており、外気から培養回路８１に雑菌が混入するリスクを抑制している。
また、ガス抜き部５１、６１、３６及び１３６は、上述した気体連通部のように、排気だけでなく外気を取り込むことが可能でもよい。この場合、密閉容器５０とガス抜き部５１との間、密閉容器６０とガス抜き部６１との間、廃液容器３５とガス抜き部３６との間、及び、廃液容器１３５とガス抜き部１３６との間、のそれぞれには開閉式バルブとエアフィルタとが配置されている。
１ 細胞培養装置
２ 冷蔵保存部
３ 加温保管部
４ 培養部
５ 制御部
１１ 第１部屋
１２ 第２部屋
１３ 環境調整部
１４ 容器脱着装置
２１ 第１開閉部
２２ 第２開閉部
２３ センサ
３０ 接続経路
３２、１３２ 攪拌部
３３ ガスタンク
３５、１３５ 廃液容器
４０ 駆動部
５０、６０ 密閉容器
７１、７２、７３、７４、７５、７６ チューブ
１０１、１０２ ポンプ

Claims (3)

  1. 内部が無菌状態に維持された密閉容器内で細胞を培養する細胞培養装置であって、
    開閉可能な開閉部を有する部屋と、
    前記部屋に収容された少なくとも２つの密閉容器を互いに接続し、内部が無菌状態である接続経路と、
    前記接続経路を介して前記少なくとも２つの密閉容器間で前記細胞を移動させる駆動部と、
    前記駆動部によって前記細胞が移された前記密閉容器及び前記接続経路の内部の無菌状態を維持しながら、前記細胞の移動元である前記密閉容器を前記接続経路から取り外すとともに、前記開閉部を介して前記部屋に搬入された新しい密閉容器及び前記接続経路の内部の無菌状態を維持しながら、前記新しい密閉容器を前記取り外された密閉容器に代わって前記接続経路に接続する容器脱着手段と、
    を備えることを特徴とする細胞培養装置。
  2. 前記部屋は、
    第１開閉部を有し、内部に少なくとも１つの前記密閉容器が収容されている第１部屋と、
    第２開閉部を有し、内部に少なくとも１つの前記密閉容器が収容されている第２部屋とを含み、
    前記第１部屋及び前記第２部屋の内部環境を調整する環境調整部がさらに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の細胞培養装置。
  3. 前記第１部屋及び前記第２部屋の内部の温度を検知する温度センサをさらに備え、
    前記環境調整部は、前記第１部屋及び前記第２部屋の内部の温度を調整するように構成され、
    前記接続経路を介した前記細胞の移動が行われるときに、前記環境調整部は、前記第１部屋及び前記第２部屋の内部の温度をともに所定値に調整することを特徴とする請求項２に記載の細胞培養装置。
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