JP2022123160A - Culture device and culture method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、培養液を用いて細胞の培養を行う培養装置および培養方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a culture apparatus and culture method for culturing cells using a culture solution.
従来より、細胞の大量培養では、例えば、1ミリリットルあたり104から107個の細胞密度の培養液を数ミリリットルの少量の細胞から培養を開始し、109から1010個の多量の細胞となるまで増殖することが行われている。まず、例えばシャーレ内で数ミリリットルの培養液を用いて細胞の培養を行う。シャーレ内の細胞密度が所定密度に達すると、シャーレ内の細胞を、複数のシャーレに分割播種して培養し、これを繰り返し、トータル数十ミリリットルの培養液量とすることで、シャーレに比べて大容量の培養容器、例えばフラスコに移し替えることが可能になる。このように容量が大きい培養容器への移し替えが何回か行われた後、細胞は、最終的には、例えば、特許文献1に記載するような、大容量の培養液を収容可能な培養バッグに移し替えられる。その培養バッグ内で、例えば50リットルの培養液を用いて、細胞が必要数に達するまで培養が行われる。このような培養は、拡大培養と呼ばれている。 Conventionally, in large-scale cell culture, for example, culture medium with a density of 10 4 to 10 7 cells per milliliter is started from a small amount of cells of several milliliters, and then cultured with a large amount of cells of 10 9 to 10 10 cells. It is being propagated until First, cells are cultured using several milliliters of culture solution in a Petri dish, for example. When the cell density in the petri dish reaches a predetermined density, the cells in the petri dish are divided and seeded in multiple petri dishes for culturing. It becomes possible to transfer to a large-capacity culture vessel, such as a flask. After being transferred to a large-capacity culture vessel several times in this way, the cells are finally placed in a culture capable of accommodating a large-capacity culture medium, as described in Patent Document 1, for example. transferred to the bag. Cultivation is performed in the culture bag using, for example, 50 liters of culture medium until the required number of cells is reached. Such culture is called expansion culture.
しかしながら、このような拡大培養においては、容量の大きい培養容器への細胞の移し替えが複数回行われるため、移し替え中にコンタミネーションが発生するリスクがある。また、複数の培養容器それぞれについて、その培養容器内の培養液を撹拌するための装置が必要となる。 However, in such expansion culture, cells are transferred to a large-capacity culture vessel a plurality of times, so there is a risk of contamination occurring during the transfer. Moreover, for each of the plurality of culture vessels, a device for stirring the culture solution in the culture vessel is required.
そこで、本発明は、細胞の拡大培養において、コンタミネーションの発生のリスクを低減しつつ、培養容器内の培養液を撹拌するための装置数を低減することを課題とする。 Accordingly, it is an object of the present invention to reduce the number of devices for agitating the culture medium in the culture vessel while reducing the risk of contamination in cell expansion culture.
上記技術的課題を解決するために、本発明の一態様によれば、
培養液内で細胞の拡大培養を行う培養装置であって、
培養液を収容する培養容器と、
前記培養容器内の培養液が撹拌されるように前記培養容器を駆動する培養容器駆動部と、
培養液内の細胞の増加にともなって前記培養容器に培養液を追加する培養液供給部と、を有し、
前記培養容器駆動部が、前記培養容器内の培養液の量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される前記培養容器の表面の部分が小さくなるように、前記培養容器を駆動する、培養装置が提供される。
In order to solve the above technical problems, according to one aspect of the present invention,
A culture device for expanding culture of cells in a culture solution,
a culture vessel containing a culture solution;
a culture vessel driving unit that drives the culture vessel so that the culture solution in the culture vessel is agitated;
a culture solution supply unit for adding culture solution to the culture container as the number of cells in the culture solution increases;
The culture vessel driving unit drives the culture vessel such that the smaller the amount of the culture medium in the culture vessel, the smaller the portion of the surface of the culture vessel that is in contact with the culture medium that moves due to stirring. A culture device is provided.
また、本発明の別態様によれば、
培養容器に収容された培養液内で細胞の拡大培養を行う細胞の培養方法であって、
前記培養容器内の培養液が撹拌されるように前記培養容器を駆動し、
培養液内の細胞の増加にともなって前記培養容器に培養液を追加し、
培養液の量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される前記培養容器の表面の部分が小さくなるように、前記培養容器を駆動する、培養方法が提供される。
Also, according to another aspect of the present invention,
A method for culturing cells in which cells are expanded and cultured in a culture medium contained in a culture vessel,
driving the culture vessel so that the culture solution in the culture vessel is agitated;
adding a culture medium to the culture vessel as the number of cells in the culture medium increases;
A culturing method is provided in which the culture vessel is driven such that the smaller the amount of culture medium, the smaller the portion of the surface of the culture vessel that is in contact with the culture medium that is moved by agitation.
本発明によれば、細胞の拡大培養において、コンタミネーションの発生のリスクを低減しつつ、培養容器内の培養液を撹拌するための装置数を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the number of devices for agitating the culture medium in the culture vessel while reducing the risk of contamination in cell expansion culture.
本発明の一態様の培養装置は、培養液内で細胞の拡大培養を行う培養装置であって、培養液を収容する培養容器と、前記培養容器内の培養液が撹拌されるように前記培養容器を駆動する培養容器駆動部と、培養液内の細胞の増加にともなって前記培養容器に培養液を追加する培養液供給部と、を有し、前記培養容器駆動部が、前記培養容器内の培養液の量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される前記培養容器の表面の部分が小さくなるように、前記培養容器を駆動する。 A culture apparatus according to one aspect of the present invention is a culture apparatus that performs expansion culture of cells in a culture medium, and includes a culture vessel containing a culture medium and the culture medium in the culture vessel so that the culture medium is agitated. a culture vessel driving unit for driving a container; and a culture medium supply unit for adding culture medium to the culture container as the number of cells in the culture medium increases. The culture vessel is driven such that the smaller the amount of the culture medium, the smaller the portion of the surface of the culture vessel that is in contact with the culture medium that is moved by agitation.
この態様によれば、細胞の拡大培養において、コンタミネーションの発生のリスクを低減しつつ、培養容器内の培養液を撹拌するための装置数を低減することができる。 According to this aspect, in cell expansion culture, the number of devices for stirring the culture solution in the culture vessel can be reduced while reducing the risk of contamination.
例えば、前記培養容器が、円形状の底面と前記底面の外周縁から立設する円筒状の内周面とを含んでいる。この場合、前記培養容器駆動部が、前記底面と前記内周面とに挟まれたコーナーに培養液が溜まるように前記培養容器を傾けつつ、前記コーナーに沿って培養液が往復動するように前記培養容器の傾き方向を変化させ、培養液の量が少ないほど、培養液の往復範囲が小さくされる。これにより、培養液を、その蒸発を抑制しつつ撹拌することができる。 For example, the culture vessel includes a circular bottom surface and a cylindrical inner peripheral surface standing from the outer peripheral edge of the bottom surface. In this case, the culture vessel driving unit tilts the culture vessel so that the culture medium is accumulated in the corner sandwiched between the bottom surface and the inner peripheral surface, and the culture medium reciprocates along the corner. By changing the inclination direction of the culture vessel, the reciprocation range of the culture medium is reduced as the amount of the culture medium is reduced. Thereby, the culture solution can be stirred while suppressing its evaporation.
例えば、前記培養容器駆動部は、培養液の量が少ないほど、前記培養容器を大きく傾ける。これにより、培養液の表面積が小さくなるため、培養液のその液面からの蒸発を抑制することができる。 For example, the culture vessel drive unit tilts the culture vessel more as the amount of culture solution decreases. As a result, since the surface area of the culture solution is reduced, the evaporation of the culture solution from the liquid surface can be suppressed.
例えば、前記培養装置は、前記培養容器内の湿度を測定する湿度センサを有する。この場合、前記培養容器駆動部が、前記湿度センサによって検出された湿度が低下すると、培養液の液面の面積が小さくなるように前記培養容器の傾き角度を大きくする。これにより、培養液のその液面からの蒸発を抑制することができる。 For example, the culture apparatus has a humidity sensor that measures the humidity inside the culture container. In this case, when the humidity detected by the humidity sensor decreases, the culture vessel driving section increases the inclination angle of the culture vessel so that the surface area of the culture solution becomes smaller. This makes it possible to suppress the evaporation of the culture solution from the liquid surface.
例えば、前記培養装置は、前記培養容器内の培養液に溶存する酸素の量を測定する溶存酸素センサを有する。この場合、前記培養容器駆動部が、前記溶存酸素センサによって検出された溶存酸素の量が低下すると、培養液の往復動の周期および往復範囲の少なくとも一方が増加するように前記培養容器を駆動する。これにより、培養液がより撹拌され、培養液に十分な酸素供給と均質化が行われ、細胞のダメージを抑制することができる。 For example, the culture apparatus has a dissolved oxygen sensor that measures the amount of oxygen dissolved in the culture solution in the culture vessel. In this case, the culture vessel drive unit drives the culture vessel such that at least one of the reciprocation period and the reciprocation range of the culture solution increases when the amount of dissolved oxygen detected by the dissolved oxygen sensor decreases. . As a result, the culture solution is more agitated, sufficient oxygen is supplied to the culture solution and homogenization is performed, and cell damage can be suppressed.
例えば、前記培養容器駆動部が、前記培養容器内の培養液の量が所定のしきい量を超えると、前記コーナーに沿って培養液が周回するように前記培養容器の傾き方向を変化させる。これにより、多量の培養液を十分に撹拌することができる。 For example, when the amount of culture solution in the culture container exceeds a predetermined threshold amount, the culture container driving section changes the tilt direction of the culture container so that the culture solution circulates along the corner. Thereby, a large amount of culture solution can be sufficiently stirred.
例えば、前記培養液供給部が、前記培養容器内の1リットル未満の培養液が50リットルになるまで、細胞密度が上限値に近づくタイミングに前記培養容器に培養液を追加してもよい。 For example, the culture solution supply unit may add culture solution to the culture container at the timing when the cell density approaches the upper limit until the culture solution from less than 1 liter in the culture container reaches 50 liters.
本発明の別態様の培養方法は、培養容器に収容された培養液内で細胞の拡大培養を行う細胞の培養方法であって、前記培養容器内の培養液が撹拌されるように前記培養容器を駆動し、培養液内の細胞の増加にともなって前記培養容器に培養液を追加し、培養液の量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される前記培養容器の表面の部分が小さくなるように、前記培養容器を駆動する。 A culture method according to another aspect of the present invention is a cell culture method in which cells are expanded and cultured in a culture solution contained in a culture container, wherein the culture container is agitated so that the culture solution in the culture container is agitated. and add the culture medium to the culture vessel as the number of cells in the culture medium increases. The culture vessel is driven to become smaller.
この態様によれば、細胞の拡大培養において、コンタミネーションの発生のリスクを低減しつつ、培養容器内の培養液を撹拌するための装置数を低減することができる。 According to this aspect, in cell expansion culture, the number of devices for stirring the culture solution in the culture vessel can be reduced while reducing the risk of contamination.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態に係る培養装置の構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a culture device according to one embodiment of the present invention.
図1に示すように、培養装置10は、細胞を含んだ培養液CSを収容する培養容器12と、培養容器12内の培養液CSを撹拌するために培養容器12を駆動する培養容器駆動部14と、培養容器12に培養液CSを供給する培養液供給部16とを有する。
As shown in FIG. 1, the
また、本実施の形態の場合、培養装置10は、培養容器12内の湿度を測定する湿度センサ18と、培養容器12内の培養液CSに溶存する酸素量を測定する溶存酸素センサ20とを有する。
In addition, in the case of the present embodiment, the
なお、培養装置10は、加湿された酸素、二酸化炭素、窒素の混合ガスを培養容器12に供給するガス供給部17を有する。
The
さらに、培養装置10は、予め決められた培養プログラムに基づいて培養容器駆動部14および培養液供給部16を制御するとともに、湿度センサ18および溶存酸素センサ20それぞれの検出結果に基づいて培養容器駆動部14を制御する制御部22を有する。
Furthermore, the
培養容器12は、培養液CSを収容する容器であって、この内部で培養液CSを用いた細胞の培養が行われる。この培養容器12では、細胞の増加にともなって、少量(1リットル未満、例えば50ミリリットル)から段階的に培養液CSを追加しながら、その培養液を用いた細胞の培養、すなわち拡大培養が行われる。そのため、培養容器12は、培養に使用される最大量(例えば50リットル)の培養液を収容して撹拌可能な容量を備える。
The
図2は、培養容器の一例の形状を示す斜視図である。なお、図面においてX-Y-Z直交座標系が示されているが、これは発明の実施の形態の理解を容易にするためのものであって発明を限定するものではない。また、X軸方向およびY軸方向は水平方向であって、Z軸方向は鉛直方向である。 FIG. 2 is a perspective view showing the shape of an example of the culture vessel. Although an XYZ orthogonal coordinate system is shown in the drawings, this is for facilitating understanding of the embodiments of the invention and does not limit the invention. Also, the X-axis direction and the Y-axis direction are horizontal directions, and the Z-axis direction is a vertical direction.
図2に示すように、本実施の形態の場合、培養容器12は、円盤状の底板部12aと、底板部12aの外周縁から立設する円筒状の側壁部12bと、側壁部12bに支持される天板部12cとを備える。すなわち、培養容器12は、いわゆるたらい状である。側壁部12bの高さは、底板部12aの半径に比べて小さくされている。また、天板部12cは、着脱可能であって蓋として機能する。
As shown in FIG. 2, in the case of the present embodiment, the
図3は、培養装置における培養容器駆動部の概略的部分断面図である。また、図4は、図3に示す培養容器駆動部の一部を異なる方向から見た概略的部分断面図である。 FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view of a culture vessel drive section in the culture apparatus. Moreover, FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view of part of the culture vessel drive unit shown in FIG. 3 as seen from a different direction.
図3および図4に示すように、培養装置10における培養容器駆動部(培養容器駆動装置)14は、培養容器12を保持するステージ30と、鉛直方向(Z軸方向)に延在する回転中心軸C0を中心にして回転する回転テーブル32を備えるロータリーアクチュエータ34とを備える。
As shown in FIGS. 3 and 4, the culture vessel driving unit (culture vessel driving device) 14 in the
ステージ30とロータリーアクチュエータ34は、揺動ヘッド36と傾動機構38とを介して駆動連結されている。
The
揺動ヘッド36は、ステージ30を支持し、水平方向(X軸方向)に延在する揺動軸C1と水平方向(Y軸方向)に延在して該揺動軸C1に直交する揺動軸C2を中心にして揺動可能に、培養容器駆動装置14に設けられている。また、揺動ヘッド36は、その下部に、傾動機構38を介してロータリーアクチュエータ34と駆動連結するための連結シャフト40を備えている。ステージ30が水平姿勢をとるとき、揺動ヘッド36の連結シャフト40は鉛直方向(Z軸方向)に延在している。
The
傾動機構38は、揺動ヘッド36を介してステージ30を傾ける、すなわちステージ30上の培養容器12を水平方向に対して傾けるためのリンク機構である。そのために、傾動機構38は、ベース部42と、揺動ヘッド36に連結する揺動ヘッド連結部44と、ベース部42と揺動ヘッド連結部44とを連結するリンクアーム46とを含んでいる。
The
傾動機構38のベース部42は、ロータリーアクチュエータ34の回転テーブル32に取り付けられている。そのため、ロータリーアクチュエータ34が駆動すると、ベース部42は、回転テーブル32とともに、回転中心軸C0を中心にして回転する。
A
傾動機構38の揺動ヘッド連結部44は、揺動ヘッド36の連結シャフト40に、例えば軸受を介することなどにより、摺動可能に外挿されている。
The swinging
傾動機構38のリンクアーム46は、ベース部42と揺動ヘッド連結部44とを連結するように構成されている。具体的には、リンクアーム46は、揺動ヘッド連結部44に回動可能に固定された一端と、ベース部42に回動可能に固定された他端とを備える。リンクアーム46の一端の回動軸C3と他端の回転軸C4それぞれは、水平方向に延在し、互いに平行である。
A
傾動機構38のベース部42が取り付けられているロータリーアクチュエータ34は、ボールねじ機構48によって鉛直方向(Z軸方向)に昇降される。
The
ボールねじ機構48は、鉛直方向(Z軸方向)に延在するねじシャフト50と、ねじシャフト50に係合するナット52と、ねじシャフト50を回転させるモータ(図示せず)とを含んでいる。ナット52は、昇降ブラケット54に取り付けられている。その昇降ブラケット54にロータリーアクチュエータ34が取り付けられている。
The
ボールねじ機構48が駆動すると、ナット52を介して、昇降ブラケット54とともにロータリーアクチュエータ34が昇降する。例えば、図5に示すように、ボールねじ機構48によってロータリーアクチュエータ34が上昇すると、傾動機構38を介してステージ30が傾く。具体的には、ロータリーアクチュエータ34に取り付けられた傾動機構38のベース部42が上昇し、それによりリンクアーム46が揺動ヘッド連結部44を押す。それにより、揺動ヘッド連結部44とともに揺動ヘッド36が、揺動軸C1、C2の少なくとも一方(図13では揺動軸C2)を中心として回転する。それにより、ステージ30が傾き、そのステージ30上の培養容器12も傾く。
When the
図5に示すように、ステージ30が傾いた状態でロータリーアクチュエータ34が駆動して回転テーブル32が回転すると、傾動機構38が回転中心軸C0を中心にして回転し、それによりステージ30の傾き方向が変化する。その結果、培養容器12内の培養液CSが撹拌され、培養液CS内の細胞が培養される。
As shown in FIG. 5, when the
なお、このような培養容器駆動装置14においては、ロータリーアクチュエータ34が傾動機構38を例えば一回転させても、ステージ30自体は回転せず、その代わりにステージ30の傾き方向が一回転するだけである。すなわち、ステージ30上の培養容器12における最も低い部分が、順次、別の部分に変更されていくだけである。
In the culture
図1に戻って、本実施の形態の場合、培養容器12に培養液CSを供給する培養液供給部16は、培養液CSを収容する培養液タンク60と、培養液タンク60内の培養液CSを培養容器12内に送出する供給ポンプ62とから構成されている。供給ポンプ62は、制御部22によって制御される。
Returning to FIG. 1, in the case of the present embodiment, the culture
また、培養液CSに加えて、ガス供給部17によって混合ガスが培養容器12に供給される。例えば、ガス供給部17は、酸素、二酸化炭素、窒素を混合し、その混合ガスを加湿ユニット(図示せず)によって加湿するように構成されている。その加湿された混合ガスは、雑菌の混入を防ぐフィルター(図示せず)と、培養容器12に設けられたガス導入ポート(図示せず)とを通過して培養容器12内に導入される。なお、培養容器12には、その内部のガスを排気するためのガス排気ポートが設けられ、そのガス排気ポートを通過したガスがフィルターを介して大気に排出される。また、ガス供給部17は、そのガスの供給タイミングや供給量が制御部22によって制御される。
In addition to the culture solution CS, a mixed gas is supplied to the
湿度センサ18は、培養容器12内、具体的には培養液CSに浸からないように例えば内周面12dに取り付けられ、培養容器12内の湿度を測定する。また、湿度センサ18は、測定した湿度に対応する信号を制御部22に出力する。
The
溶存酸素センサ20は、培養容器12内の培養液CSに溶存する酸素の量を測定する。例えば、溶存酸素センサ20として、蛍光式の溶存酸素センサが使用される。例えば、蛍光式の溶存酸素センサは、培養容器12の底面12eに配置されて蛍光物質が塗布されたチップと、チップに対して培養容器12の外部から紫外線等を照射する光源と、チップから放射された蛍光を受光する受光素子とを備える。
The dissolved
蛍光物質が光源からの紫外線等の光エネルギーを吸収すると、基底状態から励起状態に遷移する。励起した蛍光物質の分子は、通常、蛍光を放射して基底状態に戻る。しかし、このとき、励起状態の分子の周りに酸素分子が存在すると、励起エネルギーが酸素分子に奪われ、蛍光の放射強度が低下する、いわゆる酸素消光が生じる。この酸素消光を利用して、すなわち蛍光の放射強度が酸素分子濃度に反比例することを利用して、蛍光式の溶存酸素センサは、培養容器内の培養液の溶存酸素量を測定する。 When a fluorescent substance absorbs light energy such as ultraviolet light from a light source, it transitions from the ground state to the excited state. Excited fluorophore molecules typically emit fluorescence and return to the ground state. At this time, however, if oxygen molecules are present around the molecules in the excited state, the excitation energy is taken away by the oxygen molecules, and so-called oxygen quenching occurs, in which the emission intensity of fluorescence decreases. Utilizing this oxygen quenching, that is, utilizing the fact that the emission intensity of fluorescence is inversely proportional to the concentration of oxygen molecules, the fluorescence type dissolved oxygen sensor measures the amount of dissolved oxygen in the culture medium in the culture vessel.
また、溶存酸素センサ20は、測定した溶存酸素量に対応する信号を制御部22に出力する。
The dissolved
制御部22は、例えば、メモリやCPUが搭載された制御基板から構成される。メモリに記憶されたプログラムにしたがって動作することにより、CPUは、後述する細胞の培養に関連する動作を実行する。
The
まず、制御部22は、予め決められた培養プログラムにしたがって培養液供給部16の供給ポンプ62を制御する。
First, the
制御部22によって制御されることにより、供給ポンプ62は、培養容器12の培養液CS内の細胞の増加にともなって培養容器12に培養液CSを追加する。例えば、培養容器12内の1リットル未満(例えば200ミリリットル)の培養液CSが50リットルになるまで、供給ポンプ62は培養液CSを培養容器12に段階的に追加する。具体的には、培養容器12内の培養液CSの細胞密度が所定の上限値に近づくタイミングに培養液CSを追加するように、制御部22は供給ポンプ62を制御する。なお、所定の上限値は、細胞がダメージを受けうる細胞密度である。また、培養液の供給タイミングは、細胞や使用する培養液に基づいて、培養プログラムの情報として、予め決定されている。
Under the control of the
また、制御部22は、培養容器12内の培養液CSの量に基づいて、培養容器駆動装置14(そのロータリーアクチュエータ34およびボールねじ機構48)を制御する。
Also, the
制御部22によって制御されることにより、培養容器駆動装置14は、培養容器12内での培養液CSの蒸発が抑制されつつ、その培養液CSが撹拌されるように培養容器12を駆動する。具体的には、培養容器駆動装置14は、培養容器12内の培養液CSの量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される培養容器12の表面の部分が小さくなるように、培養容器12を駆動する。その培養容器12の駆動、すなわち培養液CSの撹拌について説明する。
Under the control of the
図6Aは、培養液が相対的に少量であるときの培養容器の傾き状態を示す断面図である。また、図6Bは、培養液が相対的に少量であるときの培養容器の傾き状態を示す上面図である。 FIG. 6A is a cross-sectional view showing the tilted state of the culture vessel when the amount of culture solution is relatively small. Also, FIG. 6B is a top view showing the tilted state of the culture vessel when the amount of the culture solution is relatively small.
図6Aおよび図6Bに示すように、培養液の撹拌は、培養容器12が傾いた状態で行われる。その培養容器12の傾き角度θ(水平状態の培養容器12に対する角度)は、培養容器12内の培養液CSの量が少ないほど大きくされている。
As shown in FIGS. 6A and 6B, agitation of the culture solution is performed with the
このように培養液CSの量が少ないほど、培養容器12を大きく傾けることにより、培養液CSの液面LSの面積の大きさが小さくなる。液面LSの面積の大きさが小さくなることにより、その液面LSからの培養液CSの蒸発を抑制することができる。
Thus, the smaller the amount of the culture medium CS, the smaller the size of the area of the liquid surface LS of the culture medium CS by tilting the
ここで、「培養液の蒸発」について説明する。培養液CSが蒸発すると、培養液CS内の細胞密度が上昇する。培養液CSが多量(例えば1リットル以上)である場合には、培養液CSの蒸発による細胞密度の上昇量は比較的小さく、密度上昇による細胞への影響は小さい。一方、培養液CSが少量(例えば1リットル未満)である場合には、培養液CSの蒸発による細胞密度の上昇量は比較的大きく、密度上昇による細胞への影響は大きい。培養液CSが少量であるほど、その蒸発による細胞への影響は大きくなり、場合によっては細胞の一部が死滅するまたはダメージを受ける。 Here, "evaporation of the culture solution" will be explained. When the culture medium CS evaporates, the cell density in the culture medium CS increases. When the amount of the culture solution CS is large (for example, 1 liter or more), the amount of increase in cell density due to evaporation of the culture solution CS is relatively small, and the effect of the increase in density on the cells is small. On the other hand, when the amount of the culture solution CS is small (for example, less than 1 liter), the increase in cell density due to evaporation of the culture solution CS is relatively large, and the effect of the increase in density on the cells is large. The smaller the amount of the culture medium CS, the greater the effect of its evaporation on the cells, and in some cases, some of the cells die or are damaged.
したがって、培養液CSの量が少ないほど、培養容器12を大きく傾けることにより(傾き角度θを大きくすることにより)、培養液CSの蒸発による細胞への影響を低減している。
Therefore, the smaller the amount of the culture medium CS, the more the
なお、培養容器12内の培養液CSの量がその培養液CSの蒸発による細胞への影響が十分に小さい量以上である場合には、培養容器12の傾き角度θは一定であってもよい。
If the amount of the culture medium CS in the
培養容器12が傾くことにより、図6Bに示すように、培養液CSが、培養容器12の円形状の底面12eとその底面12eの外周縁から立設する円筒状の内周面12dとに挟まれたコーナー12fに溜まる。この状態で培養容器12の傾き方向が変化される。
By tilting the
図7は、培養液が相対的に少量であるときの培養液の撹拌を示す図である。図7は、撹拌中の培養容器12を上方から見た(Z軸方向視)状態を示している。
FIG. 7 is a diagram showing agitation of the culture medium when the amount of culture medium is relatively small. FIG. 7 shows the
図7に示すように、相対的に少量な(例えば1リットル未満の)培養液CSは、培養容器12の底面12eと内周面12dとに挟まれたコーナー12fに沿って往復動される。例えば、ロータリーアクチュエータ34が90度の角度範囲で傾動機構38の正転および逆転を繰り返すことにより、培養容器12の傾き方向が90度の角度範囲で変化する。それにより、培養液CSが90度の角度範囲で往復動される。その結果、培養液CSは撹拌される。なお、図7に示すように、Z軸を基準としてY軸プラス方向を0度方向と設定した場合、例えば、0度の位置を中心として-45度(315度)の位置から+45度の位置の間で、培養液CSが往復動される。
As shown in FIG. 7, a relatively small amount (for example, less than 1 liter) of culture medium CS is reciprocated along
培養液CSの量が少ないほど、培養液CSの往復範囲(角度範囲)が小さくされる。その理由は、培養液CSの蒸発を抑制するためである。 The smaller the amount of the culture medium CS, the smaller the reciprocation range (angular range) of the culture medium CS. The reason is to suppress the evaporation of the culture solution CS.
具体的に説明すると、撹拌によって培養液CSが培養容器12の表面上を移動すると、微少量の培養液CSが大部分(塊状)の培養液CSが通過した後の表面に残る。例えば、図7に示すように、45度の位置に培養液CSの大部分(塊)が移動した後、0度の位置に微少量の培養液CSが残る。この残された微少量の培養液CSは蒸発しやすい。したがって、この微少量の培養液CSが蒸発する前に、塊状の培養液CSが戻ってその微少量の培養液CSを吸収する。また、培養液CSの量が少ないほど、蒸発による細胞への影響が大きいため、培養液CSの往復範囲を小さくする。これにより、培養液CSが相対的に少量である場合、培養液CSの蒸発を抑制することができる。
Specifically, when the culture medium CS moves on the surface of the
なお、細胞の増加にともなって培養液CSが培養容器12に追加され、培養容器12内の培養液CSの量が増加する。その増加にしたがって培養液CSの往復範囲が拡大される。これは、培養液CSの増加によってその蒸発による細胞への影響が低減される一方で、培養液CSをより撹拌する必要があるからである。
As the number of cells increases, the culture medium CS is added to the
培養液CSが相対的に少量(例えば1リットル未満)である場合、上述したように、培養液CSは、蒸発を抑制するために、培養容器12内を往復動される。これに対して、細胞の増加にともなって培養液CSが追加され、培養液CSが相対的に多量(例えば1リットル以上)である場合、培養液CSは培養容器12内を周回される。
When the culture medium CS is relatively small (eg, less than 1 liter), the culture medium CS is reciprocated within the
図8Aは、培養液が相対的に多量であるときの培養容器の傾き状態を示す断面図である。また、図8Bは、培養液が相対的に多量であるときの培養容器の傾き状態を示す上面図である。 FIG. 8A is a cross-sectional view showing the tilted state of the culture vessel when the amount of culture solution is relatively large. FIG. 8B is a top view showing the tilted state of the culture vessel when the amount of culture solution is relatively large.
図8Aおよび図8Bに示すように、また図6Aおよび図6Bを参照すると、培養液CSが相対的に多量である場合、培養液CSが相対的に少量である場合に比べて、培養容器12の傾き角度θは小さい。これは、培養液CSの深さを小さくし、培養液CS全体に酸素などのガスを行き渡らせるためである。
As shown in FIGS. 8A and 8B, and with reference to FIGS. 6A and 6B , when the culture medium CS is relatively large, the
培養液の深さが大きくなるほど、撹拌によって培養液の液面を介して取り込まれた酸素などのガスは培養液全体に行き渡りにくい。具体的には、培養液の深部にガスは到達しにくい。その結果、培養液の深部の溶存酸素量が不足し、細胞がダメージを受けることになる可能性がある。 As the depth of the culture solution increases, gas such as oxygen taken in through the liquid surface of the culture solution by agitation becomes more difficult to spread throughout the culture solution. Specifically, it is difficult for the gas to reach the deep part of the culture solution. As a result, there is a possibility that the amount of dissolved oxygen in the deep part of the culture medium will be insufficient, and the cells will be damaged.
培養容器12が傾くことにより、図8Bに示すように、培養液CSが、培養容器12の底面12eと内周面12dとに挟まれたコーナー12fに溜まる。この状態で培養容器12の傾き方向が変化される。
By tilting the
図9は、培養液が相対的に多量であるときの培養液の撹拌を示す図である。図9は、撹拌中の培養容器12を上方から見た(Z軸方向視)状態を示している。
FIG. 9 is a diagram showing agitation of the medium when the medium is relatively large. FIG. 9 shows the
相対的に多量な(例えば1リットル以上の)培養液CSは、培養容器12の底面12eと内周面12dとに挟まれたコーナー12fに沿って周回される。例えば、ロータリーアクチュエータ34が傾動機構38を一方向に回転し続けることにより、培養容器12の傾き方向が一方向に回転し続ける。それにより、培養液CSが周回される。その結果、培養液CSは撹拌される。
A relatively large amount (for example, 1 liter or more) of the culture medium CS is circulated along the
このように、制御部22は、培養容器12内の培養液CSの量に基づいて、撹拌モードを変更する。例えば、培養容器12内の培養液CSの量が所定のしきい量(例えば1リットル)に比べて少量である場合には、図7に示すように、培養液CSを往復動させることによってその培養液CSを撹拌する。また、培養液CSの量が少ないほど、その培養液CSの往復範囲を小さくする。一方、培養容器12内の培養液CSの量が所定のしきい量を超えると、図9に示すように培養液CSを周回させることによってその培養液CSを撹拌する。なお、培養容器12内の培養液CSの量は、例えば、重量センサ(図示せず)によって測定された培養容器12内の培養液CSの重量から算出されてもよい。
Thus, the
加えて、本実施の形態の場合、制御部22は、培養液CSの撹拌中、湿度センサ18および溶存酸素センサ20の測定結果に基づいて、培養容器駆動装置14を制御するように構成されている。
In addition, in the case of the present embodiment, the
具体的には、湿度センサ18によって検出された培養液CS内の湿度が低下すると、例えば所定の適正範囲の下限値を越えて湿度が低下すると、制御部22によって制御された培養容器駆動装置14は、培養液CSの液面LSの面積が小さくなるように、培養容器12(すなわちステージ30)の傾き角度を大きくする。
Specifically, when the humidity in the culture medium CS detected by the
培養容器12内の湿度が低下すると、培養液CSがその液面LSから蒸発しやすくなる。したがって、培養液CSの液面LSの面積を小さくすることにより、その蒸発を抑制することができる。
When the humidity inside the
また、溶存酸素センサによって検出された溶存酸素の量が低下すると、例えば所定の適正範囲の下限値を越えて低下すると、制御部22によって制御された培養容器駆動装置14は、培養液CSの往復動の周期および往復範囲の少なくとも一方が増加するように、培養容器12を駆動する。なお、溶存酸素センサ20(そのチップ)は、培養容器12内の培養液CSの量にかかわらず、培養液CSに接触してその溶存酸素量を検出できる培養容器12上の位置に設けられる。本実施の形態の場合、溶存酸素センサ20は、培養容器12の底面12eの外周縁部に設けられている。また、溶存酸素センサ20が溶存酸素量を測定するとき、その溶存酸素センサ20に培養液CSが接触するように、培養容器12が培養容器駆動装置14によって駆動される。この場合、溶存酸素センサ20に培養液CSを接触させてその溶存酸素量を精度よく検出するために、培養容器12の駆動速度や駆動モードが一時的に変更されてもよい、または培養容器12の駆動が一時的に停止してもよい。
Further, when the amount of dissolved oxygen detected by the dissolved oxygen sensor decreases, for example, when it decreases beyond the lower limit of a predetermined appropriate range, the culture
培養容器12内の培養液CSの溶存酸素の量が低下すると、培養液CS内の細胞がダメージを受ける。したがって、培養液CSの往復動の周期および往復範囲の少なくとも一方を増加させることにより、培養液CSがより撹拌され、それにより培養液CS内に多くの酸素が取り込まれる。その結果、細胞のダメージを抑制することができる。
When the amount of dissolved oxygen in the culture solution CS in the
なお、培養容器12内の培養液CSが相対的に多量であって周回されている場合、その周回速度を増加させることにより、培養液CSがより撹拌され、それにより培養液CS内に多くの酸素を取り込むことができる。
In addition, when the culture medium CS in the
以上、このような実施の形態によれば、細胞の拡大培養において、コンタミネーションの発生のリスクを低減しつつ、培養容器内の培養液を撹拌するための装置数を低減することができる。 As described above, according to such an embodiment, it is possible to reduce the number of devices for stirring the culture solution in the culture vessel while reducing the risk of contamination in cell expansion culture.
すなわち、1つの培養容器を用い、その培養容器内の培養液の量に基づいて撹拌モードを変更することにより、コンタミネーションの発生のリスクが低減された拡大培養を行うことができる。また、このような拡大培養を、1つの装置(培養容器駆動装置)によって実現することができる。 That is, by using one culture container and changing the stirring mode based on the amount of the culture solution in the culture container, expansion culture can be performed with reduced risk of contamination. In addition, such expansion culture can be realized by a single device (culture vessel driving device).
以上、上述の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明の実施の形態はこれらに限らない。 Although the present invention has been described with reference to the above-described embodiments, the embodiments of the present invention are not limited to these.
例えば、上述の実施の形態の場合、培養容器は、図2に示すように、たらい状である。しかしながら、本発明の実施の形態はこれに限らない。培養容器は、例えば、大型の三角フラスコであってもよい。 For example, in the embodiment described above, the culture vessel is basin-shaped, as shown in FIG. However, embodiments of the present invention are not limited to this. The culture vessel may be, for example, a large Erlenmeyer flask.
すなわち、本発明の実施の形態に係る培養装置は、広義には、培養液内で細胞の拡大培養を行う培養装置であって、培養液を収容する培養容器と、前記培養容器内の培養液が撹拌されるように前記培養容器を駆動する培養容器駆動部と、培養液内の細胞の増加にともなって前記培養容器に培養液を追加する培養液供給部と、を有し、前記培養容器駆動部が、前記培養容器内の培養液の量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される前記培養容器の表面の部分が小さくなるように、前記培養容器を駆動する。 That is, in a broad sense, the culture apparatus according to the embodiment of the present invention is a culture apparatus that performs expansion culture of cells in a culture medium, and includes a culture vessel containing a culture medium and a culture medium in the culture vessel. and a culture medium supply unit for adding culture medium to the culture container as the number of cells in the culture medium increases, wherein the culture container The driving unit drives the culture vessel such that the smaller the amount of the culture medium in the culture vessel, the smaller the portion of the surface of the culture vessel that comes into contact with the culture medium that moves due to stirring.
また、本発明の実施の形態に係る培養方法は、広義には、培養容器に収容された培養液内で細胞の拡大培養を行う細胞の培養方法であって、前記培養容器内の培養液が撹拌されるように前記培養容器を駆動し、培養液内の細胞の増加にともなって前記培養容器に培養液を追加し、培養液の量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される前記培養容器の表面の部分が小さくなるように、前記培養容器を駆動する。 Further, in a broad sense, the culture method according to the embodiment of the present invention is a cell culture method in which cells are expanded and cultured in a culture medium contained in a culture vessel, wherein the culture medium in the culture vessel is The culture vessel is driven to be stirred, and the culture medium is added to the culture vessel as the number of cells in the culture medium increases. The culture vessel is driven so that the portion of the surface of the culture vessel becomes smaller.
本発明は、培養液を撹拌しつつ行う細胞培養に適用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to cell culture in which the culture solution is stirred.
12 培養容器
CS 培養液
12 culture vessel CS culture solution
Claims (8)
培養液を収容する培養容器と、
前記培養容器内の培養液が撹拌されるように前記培養容器を駆動する培養容器駆動部と、
培養液内の細胞の増加にともなって前記培養容器に培養液を追加する培養液供給部と、を有し、
前記培養容器駆動部が、前記培養容器内の培養液の量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される前記培養容器の表面の部分が小さくなるように、前記培養容器を駆動する、培養装置。
A culture device for expanding culture of cells in a culture solution,
a culture vessel containing a culture solution;
a culture vessel driving unit that drives the culture vessel so that the culture solution in the culture vessel is agitated;
a culture solution supply unit for adding culture solution to the culture container as the number of cells in the culture solution increases;
The culture vessel drive unit drives the culture vessel such that the smaller the amount of culture solution in the culture vessel, the smaller the surface portion of the culture vessel that is in contact with the culture solution that moves due to stirring. culture equipment.
前記培養容器駆動部が、前記底面と前記内周面とに挟まれたコーナーに培養液が溜まるように前記培養容器を傾けつつ、前記コーナーに沿って培養液が往復動するように前記培養容器の傾き方向を変化させ、
培養液の量が少ないほど、培養液の往復範囲が小さくされる、請求項1に記載の培養装置。
The culture vessel includes a circular bottom surface and a cylindrical inner peripheral surface erected from the outer peripheral edge of the bottom surface,
The culture vessel drive unit tilts the culture vessel so that the culture medium is accumulated in the corner sandwiched between the bottom surface and the inner peripheral surface, and the culture vessel reciprocates along the corner. by changing the tilt direction of
2. The culture apparatus according to claim 1, wherein the smaller the amount of the culture solution, the smaller the reciprocation range of the culture solution.
The culturing apparatus according to claim 2, wherein the culturing vessel drive unit tilts the culturing vessel more as the amount of the culture solution decreases.
前記培養容器駆動部が、前記湿度センサによって検出された湿度が低下すると、培養液の液面の面積が小さくなるように前記培養容器の傾き角度を大きくする、請求項2または3に記載の培養装置。
Having a humidity sensor that measures the humidity in the culture vessel,
4. The culture according to claim 2 or 3, wherein when the humidity detected by the humidity sensor decreases, the culture vessel drive unit increases the inclination angle of the culture vessel so that the liquid surface area of the culture solution becomes smaller. Device.
前記培養容器駆動部が、前記溶存酸素センサによって検出された溶存酸素の量が低下すると、培養液の往復動の周期および往復範囲の少なくとも一方が増加するように前記培養容器を駆動する、請求項2から4のいずれか一項に記載の培養装置。
Having a dissolved oxygen sensor that measures the amount of oxygen dissolved in the culture solution in the culture vessel,
The culture vessel drive unit drives the culture vessel such that at least one of a reciprocation period and a reciprocation range of the culture solution increases when the amount of dissolved oxygen detected by the dissolved oxygen sensor decreases. 5. The culture device according to any one of 2 to 4.
4. The culture vessel drive unit changes the inclination direction of the culture vessel so that the culture medium circulates along the corner when the amount of the culture medium in the culture vessel exceeds a predetermined threshold amount. 6. The culture device according to any one of 2 to 5.
7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the culture medium supply unit adds culture medium to the culture vessel at the timing when the cell density approaches the upper limit until the culture medium in the culture vessel from less than 1 liter reaches 50 liters. The culture device according to any one of claims 1 to 3.
前記培養容器内の培養液が撹拌されるように前記培養容器を駆動し、
培養液内の細胞の増加にともなって前記培養容器に培養液を追加し、
培養液の量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される前記培養容器の表面の部分が小さくなるように、前記培養容器を駆動する、細胞の培養方法。 A method for culturing cells in which cells are expanded and cultured in a culture medium contained in a culture vessel,
driving the culture vessel so that the culture solution in the culture vessel is agitated;
adding a culture medium to the culture vessel as the number of cells in the culture medium increases;
A method of culturing cells, wherein the culture vessel is driven such that the smaller the volume of the culture medium, the smaller the portion of the surface of the culture vessel that is in contact with the culture medium that is moved by stirring.
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