JP2023089892A - 細胞培養システム、細胞培養システムの使用方法、及び細胞培養ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 培養バッグを設置して細胞を培養でき、その培養に必要な各種用具をひとまとまりにした状態で容易に持ち運びすることができ、培養バッグを汎用の顕微鏡による観察に供することの可能な細胞培養システムを提供する。【解決手段】 軟包材からなる培養バッグにより細胞を培養する細胞培養システムであり、バッグを押圧する押圧部材を備えたバッグ収容具を載置する切り欠き部を有する培養ユニットを備え、ユニット上にバッグ収容具に配置されたバッグと、バッグに培地を供給する培地容器と、バッグから培地が排出される廃液容器と、バッグと培地容器を接続する部材に配設された送液手段と、バッグと廃液容器を接続する部材に配設された送液手段とを備え、ユニットの底面から培養面までの距離が２０ｍｍ未満であり、バッグを押圧部材が押圧することで培地の液厚が均一化され、ユニットの表面、押圧部材の上面及び下面、バッグの上面及び培養面が略平行となる。【選択図】 図１２

Description

本発明は、細胞培養技術に関し、特に細胞を培養して観察するための細胞培養システムに関する。

培養容器を用いて細胞を培養するにあたり、顕微鏡やカメラで培養容器内の培養中の細胞の状態を観察することは、培養作業をする上で非常に重要である。また、細胞の大量培養を行うにあたっては、培養面積の大きい培養容器を容易に製造可能な軟包材からなる培養バッグを用いることが好ましい。

培養中の細胞の状態を観察可能にするための技術としては、専用のインキュベータ内に専用の観察機構を設置した培養装置がある。また、汎用の顕微鏡上に載置可能な小型の培養装置も存在している。

国際公開第２００５／０５９０９１号パンフレット 実用新案登録第３１１５６７３号公報

特許文献１に記載の細胞培養装置は、専用のインキュベータ内に専用の観察機構を設置した培養装置である。
このような培養装置においては、手動で観察操作ができないため、例えばピント合わせのような人が手動で行えば簡単な動作であっても、自動で動作可能な観察機構が必要となる。このため、装置が大掛かりとなり、また観察機構が非常に高額になるという問題があった。

また、複数の培養容器を用いて細胞培養を行い、培養容器内の細胞を観察するためには、各培養容器にそれぞれ個別に観察機構を設けるか、あるいは自動で培養容器又は顕微鏡を移動させる機構が必要になるため、益々高額になるという問題があった。
さらに、このような培養装置において、軟包材からなる培養バッグを用いる場合は、そのままでは光の乱反射が生じ易く、培養バッグ内の細胞の観察を行うことが難しいという問題もあった。

また、特許文献２に記載のシャーレは、汎用の顕微鏡上に載置可能な小型の培養装置である。
このような培養装置によれば、シャーレ内における培養中の細胞の観察は可能であるものの、シャーレの蓋に培地の排出や充填を行うためのパイプを固定する必要がある。このため、パイプの先端の位置が培養面から離れている場合は、培地の排出時の残量が多くなって培地交換率が上げられないという問題があった。

また、パイプの先端が培養面に近い場合は、培地の排出時に細胞を吸い出してしまうおそれがあり、また培養面に凹凸を備えてスフェア細胞を培養する際には、培地の充填時にスフェア細胞が移動してしまう問題もあった。
さらに、この培養装置は、軟包材からなる培養バッグを用いて細胞培養を行う場合には、適用することができないという問題もあった。

そこで、本発明者らは鋭意研究して、これらの問題を解消可能な細胞培養システムを開発することに成功した。
すなわち、本発明は、培養バッグを設置して細胞を培養でき、その培養に必要な各種用具をひとまとまりにした状態で容易に持ち運びすることができ、培養バッグを汎用の顕微鏡による観察に供することの可能な細胞培養システム、細胞培養システムの使用方法、及び細胞培養ユニットの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の細胞培養システムは、軟包材からなる培養バッグにより細胞を培養する細胞培養システムであって、前記培養バッグを押圧する押圧部材を備えたバッグ収容具を載置する切り欠き部又は透明な載置部を有する培養ユニットを備えると共に、前記培養ユニット上に、前記バッグ収容具に配置された培養バッグと、前記培養バッグに培地を供給する培地容器と、前記培養バッグから培地が排出される廃液容器と、前記培養バッグと前記培地容器を接続する第一管状部材に配設された第一送液手段と、前記培養バッグと前記廃液容器を接続する第二管状部材に配設された第二送液手段とを備え、前記培養ユニットの底面から前記培養バッグの培養面までの距離が２０ｍｍ未満であり、培地が充填された前記培養バッグを前記押圧部材が押圧することで、前記培養バッグ内の培地の液厚が均一化され、前記培養ユニットの表面、前記押圧部材の上面及び下面、並びに前記培養バッグの上面及び培養面が略平行となる構成としてある。

また、本発明の細胞培養システムを、前記培養ユニットが、前記第一送液手段を収容する第一送液手段収容部と、前記第二送液手段を収容する第二送液手段収容部を有する構成とすることが好ましい。
また、本発明の細胞培養システムを、前記培養ユニットの底面から、前記第一送液手段収容部の上面、及び／又は、前記第二送液手段収容部の上面までの距離が６５ｍｍ以下である構成とすることが好ましい。

また、本発明の細胞培養システムを、前記培地容器が２つのポートを備え、１つのポートを介して前記培地容器が前記培養バッグに接続された状態で、他の１つのポートを介して前記培地容器における培地を交換できる構成とすることが好ましい。

また、本発明の細胞培養システムを、前記バッグ収容具に液厚計測部が備えられ、当該液厚計測部が制御装置に接続され、前記培養バッグ内の培地の液厚が、前記液厚計測部によって測定された値にもとづき前記制御装置によって算出される構成とすることが好ましい。
また、本発明の細胞培養システムを、前記制御装置が前記第一送液手段及び前記第二送液手段に接続され、前記第一送液手段及び前記第二送液手段が、前記培養バッグ内の培地の液厚にもとづき前記制御装置により制御される構成とすることが好ましい。

また、本発明の細胞培養システムの使用方法は、上記のいずれかに記載の細胞培養システムの使用方法であって、前記細胞培養システムをインキュベータ内に配置し、前記第一送液手段により前記培地容器から培地を前記培養バッグに供給して細胞培養を行い、前記細胞培養システムをインキュベータ外に運び出して顕微鏡に配置し、前記培養バッグを前記押圧部材により押圧して前記培養バッグ内の培地の液厚を均一化した状態で、前記培養バッグ内の細胞を、前記切り欠き部又は前記透明な載置部を介して前記顕微鏡を用いて観察する方法としてある。

また、本発明の細胞培養システムの使用方法を、前記培地容器から前記培養バッグに培地を送液し、かつ、前記培養バッグから前記廃液容器へ培地を送液させた状態で、前記培養バッグ内の細胞を、前記顕微鏡を用いて観察する方法とすることが好ましい。

また、本発明の細胞培養ユニットは、培養バッグを設置して細胞培養が行われる細胞培養ユニットであって、前記細胞培養ユニットは、前記培養バッグを収容する培養バッグ収容具が載置される切り欠き部又は透明な載置部を有すると共に、前記培養バッグに管状部材を介して接続される送液手段を設置できる２つの送液手段収容部を有する本体部と、一方の送液手段に管状部材を介して接続される培地供給バッグを傾斜可能に載置できる載置板とを備え、他方の送液手段に管状部材を介して接続される廃液バッグを前記載置板の下側に載置できる構成としてある。

また、本発明の細胞培養ユニットを、前記培養バッグを収容した培養バッグ収容具、前記培地供給バッグ、及び前記廃液バッグが備えられ、前記培養バッグ、前記培地供給バッグ、及び前記廃液バッグの配置が維持されたまま持ち運びできる構成とすることが好ましい。

本発明によれば、培養バッグを設置して細胞を培養でき、その培養に必要な各種用具をひとまとまりにした状態で容易に持ち運びすることができ、培養バッグを汎用の顕微鏡による観察に供することの可能な細胞培養システム、細胞培養システムの使用方法、及び細胞培養ユニットの提供が可能となる。

本発明の実施形態に係る細胞培養ユニットの構成を示す模式図（斜視図）である。 本発明の実施形態に係る細胞培養ユニットの構成を示す模式図（正面図）である。 本発明の実施形態に係る細胞培養ユニットの構成を示す模式図（背面図）である。 本発明の実施形態に係る細胞培養ユニットの構成を示す模式図（平面図）である。 本発明の実施形態に係る細胞培養ユニットの構成を示す模式図（底面図）である。 本発明の実施形態に係る細胞培養ユニットの構成を示す模式図（右側面図）である。 本発明の実施形態に係る細胞培養ユニットの構成を示す模式図（左側面図）である。 本発明の実施形態に係る細胞培養ユニットの構成を示す模式図（培養バッグ収容具を載置した図）である。 本発明の実施形態に係る細胞培養ユニットの使用状態を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る細胞培養ユニットに載置できる培養バッグ収容具を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る細胞培養ユニットの制御機構を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る細胞培養システムの構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る細胞培養システムにおける培養ユニットの底面から培養バッグの培養面までの距離（Ｌ１）を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る細胞培養システムにおける培養ユニットの底面から送液手段収容部の上面までの距離（Ｌ２）を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る細胞培養システムを顕微鏡に配置した状態を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る細胞培養システムの制御機構を示す模式図である。

以下、本発明の細胞培養システム、細胞培養システムの使用方法、及び細胞培養ユニット等の実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態の具体的な内容に限定されるものではない。

［細胞培養ユニット］
はじめに、本実施形態の細胞培養ユニットについて説明する。本実施形態の細胞培養ユニットは、培養バッグを設置して細胞培養が行われる治具である。
図１～７に示すように、本実施形態の細胞培養ユニット１は、本体部１１と、載置板１２とを備えている。
本体部１１は、培養バッグを収容する培養バッグ収容具が載置される切り欠き部１１１と、培養バッグにチューブなどの管状部材を介して接続されるポンプ２０などの送液手段を設置できる２つの送液手段収容部１１２を有している。
切り欠き部１１１の周縁部には、培養バッグ収容具を支持可能な支持溝が形成されている。

載置板１２には、一方のポンプ２０に管状部材を介して接続される培地供給バッグを傾斜可能に載置することができる。
すなわち、図２に示すように、載置板１２には載置板支持部１２１が備えられており、この載置板支持部１２１によって載置板１２の傾斜角度を水平な状態から傾けた状態にまで調節することが可能になっている。

また、傾斜させた載置板１２に培地供給バッグを載置することで、培地供給バッグ内の気泡を上方に集めることができ、培養バッグに気泡が送られることを防止できるようになっている。
載置板１２の下側には、他方のポンプ２０に管状部材を介して接続される廃液バッグを載置することができる。

また、ポンプ２０を設置できる２つの送液手段収容部１１２が本体部１１の背面側両端部に備えられ、培養バッグ収容部３０を本体部１１の正面側中央部に載置でき、２つの送液手段収容部１１２の間に載置板１２が備えられている。このため、載置板１２の上に培地供給バッグ５０を載置し、載置板１２の下側に廃液バッグ６０を載置することで、これらのバッグを細胞培養ユニットにおいてコンパクトに配置できると共に、細胞培養に必要な各種用具をバランス良く持ち運ぶことが可能になっている。

また、本体部１１には、センサコード孔１１３及びセンサコード孔１１４が設けられており、後述する培養バッグ収容部３０に備えられる測長センサなどの液厚計測部３１から延びるコード（信号線など）が、これらのコード孔を通じて制御装置７０に接続され、液厚計測部３１からの信号が制御装置７０に送信されるようになっている。

さらに、本体部１１には、コネクタ接続部１１５が設けられており、ポンプ２０から延びるコード（電源線など）がコネクタ接続部１１５に接続されるコネクタを介して制御装置７０に接続され、制御装置７０によってポンプ２０を制御できるようになっている。
ポンプ２０としては、例えばペリスタポンプやシリンジポンプのような低速で高精度な送液を行うことが可能なポンプを用いることが好ましい。

図８に示すように、本体部１１の切り欠き部１１１には、培養バッグを収容する培養バッグ収容部３０を載置することができる。
このように切り欠き部１１１に培養バッグ収容部３０を載置することで、培養バッグ収容部３０の下方から培養バッグ内の細胞を顕微鏡で観察できるようになっている。
また、この切り欠き部１１１に代えて、本体部１１に透明な載置部を設け、この載置部に培養バッグ収容部３０を設置する構成にして、培養バッグ収容部３０の下方から培養バッグ内の細胞を観察可能にすることもできる。

図９は、本実施形態の細胞培養ユニット１に、培養バッグ４０を収容した培養バッグ収容具３０と、培地供給バッグ５０と、廃液バッグ６０とを載置して、培養バッグ４０と培地供給バッグ５０をポンプ２０を介してチューブ２１で接続し、培養バッグ４０と廃液バッグ６０をポンプ２０を介してチューブ２１で接続した状態を示している。培養バッグ収容部３０には液厚計測部３１が備えられ、この液厚計測部３１からセンサコード３２が延びている。
このような細胞培養ユニットによれば、培養バッグ４０、培地供給バッグ５０、及び廃液バッグ６０の配置を維持したまま持ち運びすることが可能である。

また、このような培養に必要な各種用具をひとまとまりに配置した細胞培養ユニットをインキュベータ内において積層させて細胞培養を行うことも好ましい。
このように、本実施形態の細胞培養ユニットをインキュベータ内において積層させて細胞培養を行うことによって、培養面積を容易に拡張させることが可能である。

培養バッグ４０は、細胞と培地が充填されて細胞培養が行われるガス透過性に優れた軟包材からなる袋状で閉鎖系の培養容器である。
培養バッグ４０の材料としては、樹脂フィルムなどを好適に用いることができ、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂等を用いることができる。例えば、ポリエチレン、エチレンとα－オレフィンの共重合体、エチレンと酢酸ビニルの共重合体、エチレンとアクリル酸やメタクリル酸共重合体と金属イオンを用いたアイオノマー等を挙げることができる。また、ポリオレフィン、スチレン系エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー等を用いることもできる。さらに、軟質塩化ビニル樹脂、ポリブタジエン樹脂、エチレン－酢酸ビニル共重合体、塩素化ポリエチレン樹脂、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、シリコーン系熱可塑性エラストマー、スチレン系エラストマー、例えば、ＳＢＳ（スチレン・ブタジエン・スチレン）、ＳＩＳ（スチレン・イソプレン・スチレン）、ＳＥＢＳ（スチレン・エチレン・ブチレン・スチレン）、ＳＥＰＳ（スチレン・エチレン・プロピレン・スチレン）、ポリオレフィン樹脂、フッ素系樹脂等を用いてもよい。

培養バッグ４０を用いて培養する細胞は、特に限定されず、浮遊性細胞、接着性細胞、スフェア（細胞塊）、又は数種類の細胞を凝集させて作成されるオルガノイドであってもよい。
具体的には、神経細胞、膵島細胞、腎細胞、肝細胞、筋肉細胞、心筋細胞、角膜内皮細胞、血管内皮細胞、間葉系幹細胞、リンパ球等の細胞を挙げることができる。また、人工多能性幹細胞(ｉＰＳ細胞）、胚性幹細胞（ＥＳ細胞）、及びそれらの幹細胞から上記各種細胞に分化誘導された細胞を挙げることもできる。さらに、分化誘導の過程で発生する前駆細胞などの中間体を培養することも可能である。

本実施形態において、培養バッグ４０には、培地の供給に用いられるポート４１と、培地の排出に用いられるポート４１が備えられている。なお、培養バッグ４０に３つ以上のポートを備えてもよい。

培地供給バッグ５０は、培養バッグ４０に送液するための培地が充填された容器であり、チューブ２１とポンプ２０を介して培養バッグ４０に連通される。
廃液バッグ６０は、培養バッグ４０から使用済みの培地を送液される容器であり、チューブ２１とポンプ２０を介して培養バッグ４０に連通される。
培地供給バッグ５０と廃液バッグ６０の材料としては、培養バッグ４０と同様のものを用いることができる。なお、培地供給バッグ５０と廃液バッグ６０は、ガス透過性が低いガスバリア性のバッグとしても良く、これらの材料は、特に限定されない。

本実施形態によれば、このような細胞培養ユニットを汎用のインキュベータ内に配置して、液厚計測部３１から延びるコードとポンプ２０から延びるコードを制御装置７０に接続し、ポンプ２０を作動させて培地供給バッグ５０から培養バッグ４０に培地を供給して、細胞培養を行うことが可能になっている。また、培養バッグ４０内の培地を廃液バッグ６０へ排出することもできる。

そして、培養バッグ４０内で細胞培養が行われた細胞培養ユニットからコードを取り外して、培養バッグ４０、培地供給バッグ５０、及び廃液バッグ６０の配置を維持したまま細胞培養ユニットをインキュベータから取り出し、閉鎖系を維持したまま汎用の顕微鏡に移動させて、培養バッグ内の細胞を切り欠き部１１１を介して顕微鏡により観察することが可能になっている。

すなわち、このような細胞培養ユニットによれば、大掛かりで高額な観察機構を必要とせず、軟包材からなる培養バッグ４０を設置して細胞を培養でき、その培養に必要な各種用具をひとまとまりにした状態で閉鎖系を維持したまま容易に持ち運びすることができ、培養バッグ４０を顕微鏡による観察に供することが可能になっている。

次に、図１０を参照して、培養バッグ４０を収容した培養バッグ収容部３０の構成について説明する。
培養バッグ収容具３０には、押圧部材３３が備えられており、培地が充填された培養バッグ４０を押圧部材３３が押圧することによって、培養バッグ４０内における培地の液厚（培養バッグ４０の上面フィルムの内面から下面フィルムの内面（培養面）までの距離）を均一化することが可能になっている。

図１０において、押圧部材３３は、押圧部３３１と取付部３３２とからなっており、天板部の周辺部にガイドピン３３３が備えられ、ガイドピン３３３が取付部３３２に設けられたガイド穴に貫通し、押圧部材３３は、ガイドピン３３３に沿って垂直方向に移動可能になっている。

この押圧部材３３は、永久磁石や押圧部材３３の自重などにより、培養バッグ４０の上面フィルムに対して垂直に押圧した状態で、垂直方向に移動可能になっている。
すなわち、培養バッグ４０内に培地が充填されているときは、培養バッグ４０により押圧部材３３が押し上げられた状態となり、培養バッグ４０から培地が排出されると、それに従って、培養バッグ４０における培地の液厚は減少し、これに伴って押圧部材３３は下降する。

このような培養バッグ収容部３０を用いれば、培養バッグ４０における培地の液量に応じて押圧部材３３が培養バッグ４０の上面フィルムに追従して押圧することができるため、培地の送液中であっても培養バッグ４０の細胞を観察することが可能である。
また、このような培養バッグ収容部３０を用いることにより、例えば培養バッグ４０内の培地の液厚を１ｍｍ以下の小さい状態にした場合でも、培養バッグ４０の上面フィルムと下面フィルムが接触しないようにすることが可能になっている。

押圧部材３３は、例えば、ポリカーボネートのような合成樹脂で形成してもよいし、ガラスで形成してもよい。また、押圧部材３３は、一部又は全部が透明性を有している。
培養バッグ収容部３０の天 板部には、天板開口部が設けられており、この天板開口部を通じて培養バッグ収容部３０の内部が視認できるようになっている。

また、本実施形態の細胞培養ユニットにおいて、本体部１１の表面と、押圧部材３３の上面及び下面、並びに培養バッグ４０の上面及び培養面が略平行になっている。
このため、培養バッグ４０の上方から光りを照射して、培養バッグ４０内の細胞を下方から顕微鏡で観察するに際して、光が乱反射することを防止でき、好適に観察することが可能になっている。

また、本実施形態の細胞培養ユニットにおいて、本体部１１の底面から培養バッグ４０内の培養面までの距離（本体部１１の架台の厚み＋培養バッグ収容部３０の載置台の厚み＋培養バッグ４０の下面フィルムの厚み）が、２０ｍｍ未満であることが好ましく、１０ｍｍ未満であることがより好ましく、５～６ｍｍ程度であることが特に好ましい。
本実施形態の細胞培養ユニットをこのような構成にすれば、培養バッグ４０内の細胞を汎用の位相差顕微鏡などを用いて好適に観察することが可能である。

また、培養バッグ収容部３０の天板部に液厚計測部３１が固定されており、これに対面するように、押圧部材３３の取付部３３２に金属部材３３２１が取り付けられている。
そして、液厚計測部３１によって金属部材３３２１までの距離が測定されて制御装置７０へ出力され、制御装置７０により培養バッグ４０における培地の液厚が算出されるようになっている。

また、ポンプ２０は、培養バッグ４０における培地の液厚にもとづき制御装置７０により制御されるようになっている。
すなわち、制御装置７０は、液厚計測部３１によって測定された値（出力電圧、又は出力電流）にもとづき培養バッグ４０における培地の液厚を算出して、液厚にもとづきポンプ２０の動作の開始と停止、及び回転速度等を制御して、液厚を所望の大きさに制御することが可能になっている。

図１１に示すように、制御装置７０は、入出力部７１、制御部７２、操作部７３、及び電源部７４を有するものとすることができる。
入出力部７１は、ポンプ２０に接続され、制御部７２からの入力情報にもとづいて、ポンプ２０の動作を制御する。これによって、培養バッグ４０に培地供給バッグ５０から培地が供給され、また培養バッグ４０から使用済み培地を廃液バッグ６０に排出することができる。

制御部７２は、ＰＬＣ（programmable logic controller，プログラマブルロジックコントローラ）などにより構成され、所望の制御内容を予めプログラミングして記憶させ、これにもとづいて各部の動作を制御することができる。すなわち、制御部７２は、ポンプを制御するための情報を所定のタイミングで入出力部７１に送信する。

操作部７３は、タッチパネルなどの表示部を備え、ユーザによる入力情報を制御部７２に送信してＰＬＣの設定などを実行する。また、制御部７２からの入力情報を表示する。
電源部７４（安定化電源など）は、制御装置６０内の各部に電気を供給する。
また、図示しないが、制御装置６０において、さらに継電部（リレー）や配線遮断部（ブレーカー）を備えた構成とすることができる。また、制御装置６０における制御部７２や操作部７３などの一部又は全部の構成をマイコンやコンピュータにより実現してもよい。

［細胞培養ユニットの使用方法］
本実施形態の細胞培養ユニットの使用方法は、上述した細胞培養ユニットをインキュベータ内に配置し、一方のポンプ２０により培地供給バッグ５０からチューブ２１を介して培地を培養バッグ４０に供給して細胞培養を行う。
また、他方のポンプ２０により培養バッグ４０からチューブ２１を介して培地を廃液バッグ６０に排出することもできる。
そして、細胞培養ユニットを、培養バッグ４０、培地供給バッグ５０、及び廃液バッグ６０の配置が維持されたままインキュベータの外部に運び出し、培養バッグ４０を、切り欠き部１１１又は透明な載置部を介して細胞の顕微鏡観察に供する。

このような細胞培養ユニットの使用方法によれば、大掛かりで高額な観察機構を必要とせず、汎用のインキュベータ内に細胞培養ユニットを配置して細胞培養を行うことができる。また、細胞培養ユニットをインキュベータから取り出して、閉鎖系を維持したまま容易に持ち運びすることができ、汎用の顕微鏡に配置して培養バッグ内の細胞を観察することが可能である。

［細胞培養システム］
次に、本実施形態の細胞培養システムについて説明する。本実施形態の細胞培養システムは、上述した細胞培養ユニットと細胞培養に必要な各種用具とからなり、培養バッグで細胞培養を行っている状態のまま持ち運ぶことができ、培養バッグ内の細胞の顕微鏡観察に好適に用いることの可能な特徴を備えている。

具体的には、図１２に示すように、本実施形態の細胞培養システムは、軟包材からなる培養バッグ４０により細胞を培養する細胞培養システムであって、培養バッグ４０を押圧する押圧部材を備えたバッグ収容具３０を載置する切り欠き部１１１又は透明な載置部を有する培養ユニット１を備えている。

また、培養ユニット１上に、バッグ収容具３０に配置された培養バッグ４０と、培養バッグ４０に培地を供給する培地容器５０と、培養バッグ４０から培地が排出される廃液容器６０と、培養バッグ４０と培地容器５０を接続（連通）する第一管状部材２１－１に配設された第一送液手段２０－１と、培養バッグ４０と廃液容器６０を接続する第二管状部材２１－２に配設された第二送液手段２０－２を備えている。
なお、培地容器５０及び廃液容器６０は、軟包材からなるバッグであっても、リジッドな容器であっても良い。

また、本実施形態の細胞培養システムは、図１３に示す培養ユニット１の底面（１１ｂ）から培養バッグ４０の培養面（４０ｂ）までの距離Ｌ１（本体部１１の架台の厚み＋培養バッグ収容部３０の載置台の厚み＋培養バッグ４０の下面フィルムの厚み）が、２０ｍｍ未満であることが好ましく、１０ｍｍ未満であることがより好ましく、７～８ｍｍであることがさらに好ましく、５～６ｍｍであることが特に好ましい。
本実施形態の細胞培養システムをこのような構成にすれば、細胞培養システムを汎用の位相差顕微鏡などに配置した場合に、焦点距離を容易かつ適切に合わせることができるため、培養バッグ４０内の細胞を顕微鏡を用いて好適に観察することが可能となる。

また、本実施形態の細胞培養システムでは、図１３に示すように、培地が充填された培養バッグ４０を押圧部材３３が押圧することで、培養バッグ４０内の培地の液厚が均一化され、培養ユニット１の表面（１１ａ）、押圧部材３３の上面（３３ａ）及び下面（３３ｂ）、並びに培養バッグ４０の上面（４０ａ）及び培養面（４０ｂ）が略平行となる。
このため、培養バッグ４０の上方から光りを照射して、培養バッグ４０内の細胞を下方から顕微鏡で観察するに際して、光が乱反射することを防止でき、好適に観察することが可能になっている。

また、本実施形態の細胞培養システムは、図１４に示すように、培養ユニット１が、第一送液手段２０－１を収容する第一送液手段収容部１１２－１と、第二送液手段２０－２を収容する第二送液手段収容部１１２－２を有している。
また、培養ユニット１の底面から、第一送液手段収容部の上面、及び／又は、第二送液手段収容部の上面までの距離Ｌ２が、６５ｍｍ以下であることが好ましく、６０ｍｍ以下であることがより好ましく、５５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

すなわち、汎用の位相差顕微鏡は、一般的に、光源部にレンズと光源を備え、光が観察対象に収束するように配置されているため、光源部が固定されており、上下に移動できないようになっている。細胞培養システムを顕微鏡に設置する場合、光源部の下を通過させることが必要であるため、少なくとも一方の送液手段収容部の高さを、光源部と観察台の距離よりも小さくすることが望ましい。
そこで、本実施形態の細胞培養システムは、上記の構成によって、細胞培養システムを汎用の位相差顕微鏡などに載置するに際し、顕微鏡の光源部に遮られることなく、観察台に容易かつ適切に配置させることができ、培養バッグ４０内の細胞を顕微鏡を用いて好適に観察することが可能となっている。

本実施形態の細胞培養システムを汎用の位相差顕微鏡に配置した状態を図１５に示す。
この細胞培養システムによれば、培養バッグ４０により細胞培養を行っている状態のまま持ち運んで汎用の位相差顕微鏡Ｍ１の観察台Ｍ１０に載置し、培養バッグ４０内の細胞を容易に観察することが可能になっている。また、このとき、汎用の位相差顕微鏡Ｍ１の光源部Ｍ１１に遮られることなく、細胞培養システムを簡単に観察台Ｍ１０に配置できる。

一方、従来、培養バッグ内の細胞を観察する場合は、培養バッグを収容したバッグ収容具と培地容器と廃液容器と２つの送液手段とこれらを接続するチューブを台に載せて顕微鏡に持ち運び、培養バッグ内の細胞を観察することが必要であり、大変煩雑であった。

これに対して、本実施形態の細胞培養システムによれば、培養バッグを用いて細胞を培養するにあたり、細胞の状態を観察する作業の手間を大きく低減させることが可能になっている。このような手間の低減は、同一作業を繰り返し行う必要のある培養現場においては極めて重要である。

また、本実施形態の細胞培養システムによれば、培養中の細胞の状態をそのまま観察することが可能であり、後述の細胞培養システムの使用方法において説明しているように、培地の送液を行いながら細胞の状態を観察することも可能である。このように本実施形態の細胞培養システムによれば、従来は簡単にはなし得なかった観察方法を容易に実現することが可能となっている。

また、本実施形態の細胞培養システムは、図１２に示すように、培地容器５０が２つのポートを備えることが好ましく、１つのポートを介して培地容器５０が培養バッグ４０に接続された状態で、他の１つのポートを介して培地容器５０における培地を交換できることが好ましい。

すなわち、本実施形態の細胞培養システムを用いて、ｉＰＳ細胞のスフェアの分化誘導などを行う場合には、頻繁に培地の種類を交換する必要が生じる。分化誘導の種類によっては、毎日培地を交換する場合もある。
このとき、細胞培養システムをクリーンベンチ内などに持ち運んで、培地容器５０内の培地を全量交換することになるが、クリーンベンチ内は、空中はクリーンであるが、物に触れると汚染するリスクがあるために触れてはならず、触れてしまった場合は作業をやり直す必要がある。

本実施形態の細胞培養システムでは、図１２に示すように、培地容器５０がポート５１とポート５２を備えているため、培養バッグ４０に接続されたポート５１と反対側のポート５２を開放してシリンジなどを接続し、培地の交換を行うことができる。このように、本実施形態の細胞培養システムによれば、培地容器５０のポート５２の１カ所のみを開放すればよいため、操作が行い易く、汚染リスクを抑えることが可能となっている。

一方、本実施形態の細胞培養システムにおいて、仮に培養バッグ４０と接続するための１つのポート５１のみを備えた培地容器５０を用いる場合は、ポンプ２０－１の付近でチューブとの接続を解除して、培地交換を行う必要が生じるため、チューブが物に触れやすいという問題があった。

また、培養バッグ４０側のチューブと培地容器５０側のポート５１の２カ所が開放されてしまうと共に、チューブとポート５１の２カ所を持って作業を行う必要があるため、汚染リスクが高まるという問題もあった。さらに、入り組んだ状態での作業になるため、大変煩雑であった。
これに対して、培地容器５０が２つのポートを備えた本実施形態の細胞培養システムでは、培地容器５０内の培地交換が行い易いため、培養作業を簡便化させることが可能になっている。

また、本実施形態の細胞培養システムにおいて、汚染リスク低減の観点から、廃液容器６０に２つのポートを備えるようにすることも好ましい。勿論、大きな廃液容器６０を用いることで、廃液容器６０からの培地の排出を省略させることもできる。

また、本実施形態の細胞培養システムは、上述した細胞培養ユニットと同様に、制御装置を備えることが好ましい。
すなわち、図１６に示すように、本実施形態の細胞培養システムにおいて、バッグ収容具３０に液厚計測部３１が備えられ、当該液厚計測部３１が制御装置７０に接続され、培養バッグ４０内の培地の液厚が、液厚計測部３１によって測定された値にもとづき制御装置７０によって算出される。

また、制御装置７０がポンプ２０－１及びポンプ２０－２に接続され、ポンプ２０－１及びポンプ２０－２が、培養バッグ４０内の培地の液厚にもとづき制御装置７０により制御される。
制御装置７０の具体的な構成については、細胞培養ユニットについての説明において上述しているため省略する。

［細胞培養システムの使用方法］
本実施形態の細胞培養システムの使用方法は、上述した細胞培養システムの使用方法であって、細胞培養システムをインキュベータ内に配置し、ポンプ２０－１により培地容器５０から培地を培養バッグ４０に供給して細胞培養を行い、細胞培養システムをインキュベータ外に運び出して顕微鏡Ｍ１に配置し、培養バッグ４０を押圧部材３３により押圧して培養バッグ４０内の培地の液厚を均一化した状態で、培養バッグ４０内の細胞を、切り欠き部１１１又は透明な載置部を介して顕微鏡Ｍ１を用いて観察することを特徴とする。

また、本実施形態の細胞培養システムの使用方法は、培地容器５０から培養バッグ４０に培地を送液し、かつ、培養バッグ４０から廃液容器５０へ培地を送液させた状態で、培養バッグ４０内の細胞を、顕微鏡Ｍ１を用いて観察する方法とすることも好ましい。

細胞培養システムをインキュベータ外に運び出すときは、培養ユニット１に接続されている、液厚計測部３１から延びるコード及びポンプ２０－１，２０－２から延びるコードを取り外し、細胞培養システムを顕微鏡Ｍ１に載置した後、これらのコードを再度培養ユニット１に接続する。
そして、ポンプ２０－１，２０－２を動作させることによって、送液中の細胞の状態を顕微鏡Ｍ１により観察することができる。

このような本実施形態の細胞培養システムの使用方法によれば、例えば送液によるスフェアの移動の有無などの挙動を観察することができるため、培養中の細胞の状態を把握できるのみならず、より良い培養バッグの開発やスフェアを移動させない送液条件の把握に活かすことも可能となる。

以上説明したように、本実施形態の細胞培養システム、細胞培養システムの使用方法、及び細胞培養ユニットによれば、大掛かりで高額な観察機構を必要とせず、汎用のインキュベータ内に細胞培養ユニットを配置して細胞培養を行うことができる。また、細胞培養ユニットをインキュベータから取り出して、閉鎖系を維持したまま容易に持ち運びすることができ、汎用の顕微鏡に配置して培養バッグ内の細胞を観察することが可能である。

また、細胞培養システムを汎用の顕微鏡などに配置した場合に、焦点距離を容易かつ適切に合わせることができ、光が乱反射することを防止でき、また観察台に容易かつ適切に配置させることができるため、培養バッグ内の細胞を好適に観察することが可能となる。
さらに、細胞の状態を観察する作業の手間を大きく低減させることができ、培地の交換の操作が行い易く、汚染リスクを抑えることも可能となっている。
また、培養中の細胞の状態を培地の送液を行いながら観察することも可能であり、送液によるスフェアの移動の有無などの挙動を観察することができるため、培養中の細胞の状態を把握できるのみならず、より良い培養バッグの開発などに活かすことも可能となっている。

なお、本発明の細胞培養ユニットを、上述した構成に加えて、以下の構成とすることも好ましい。
すなわち、本発明の細胞培養ユニットを、前記培養バッグ内の細胞が、前記切り欠き部又は前記透明な載置部を介して観察可能である構成とすることも好ましい。

また、本発明の細胞培養ユニットを、前記培養バッグ収容具に押圧部材が備えられ、培地が充填された前記培養バッグを前記押圧部材が押圧して、前記培養バッグ内における培地の液厚が均一化される構成とすることも好ましい。
また、本発明の細胞培養ユニットを、前記本体部の表面、前記押圧部材の上面及び下面、並びに前記培養バッグの上面及び培養面が略平行である構成とすることも好ましい。
また、本発明の細胞培養ユニットを、前記本体部の底面から前記培養バッグ内の培養面までの距離が２０mm未満である構成とすることも好ましい。

また、本発明の細胞培養ユニットを、前記培養バッグ収容具に液厚計測部が備えられ、当該液厚計測部が制御装置に接続され、前記培養バッグ内における培地の液厚が、前記液厚計測部によって測定された値にもとづき前記制御装置によって算出される構成とすることも好ましい。
また、本発明の細胞培養ユニットを、前記制御装置が前記送液手段に接続され、前記送液手段が、前記培養バッグ内における培地の液厚にもとづき前記制御装置により制御される構成とすることも好ましい。

また、本発明の細胞培養ユニットの使用方法は、上記のいずれかに記載の細胞培養ユニットの使用方法であって、前記細胞培養ユニットをインキュベータ内に配置し、前記一方の送液手段により前記培地供給バッグから管状部材を介して培地を前記培養バッグに供給して細胞培養を行い、前記他方の送液手段により前記培養バッグから管状部材を介して培地を前記廃液バッグに排出でき、前記細胞培養ユニットを、前記培養バッグ、前記培地供給バッグ、及び前記廃液バッグの配置が維持されたままインキュベータの外部に運び出し、前記培養バッグを、前記切り欠き部又は前記透明な載置部を介して細胞の顕微鏡観察に供する方法としてある。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。例えば、細胞培養ユニットにおける送液手段収容部や載置板、及び切り欠き部等の配置を適宜変更することなどが可能である。

本発明は、細胞培養に必要な各種用具をコンパクトにひとまとまりにした状態で培養を行うと共にそれらを持ち運びし、培養細胞を顕微鏡観察に供する場合に好適に利用することが可能である。

１ 細胞培養ユニット
１１ 本体部
１１１ 切り欠き部
１１２，１１２－１，１１２－２ 送液手段収容部
１１３ センサコード孔
１１４ センサコード孔
１１５ コネクタ接続部
１２ 載置板
１２１ 載置板支持部
２０，２０－１，２０－２ ポンプ（送液手段）
２１，２１－１，２１－２ チューブ（管状部材）
３０ 培養バッグ収容具（バッグ収容具）
３１ 液厚計測部
３２ センサコード
３３ 押圧部材
３３１ 押圧部
３３２ 取付部
３３２１ 金属部材
３３３ ガイドピン
４０ 培養バッグ
４１ ポート
５０ 培地供給バッグ（培地容器）
５１，５２ ポート
６０ 廃液バッグ（廃液容器）
７０ 制御装置
７１ 入出力部
７２ 制御部
７３ 操作部
７４ 電源部

Claims (10)

1. 軟包材からなる培養バッグにより細胞を培養する細胞培養システムであって、
   前記培養バッグを押圧する押圧部材を備えたバッグ収容具を載置する切り欠き部又は透明な載置部を有する培養ユニットを備えると共に、
   前記培養ユニット上に、前記バッグ収容具に配置された培養バッグと、前記培養バッグに培地を供給する培地容器と、前記培養バッグから培地が排出される廃液容器と、前記培養バッグと前記培地容器を接続する第一管状部材に配設された第一送液手段と、前記培養バッグと前記廃液容器を接続する第二管状部材に配設された第二送液手段と、を備え、
   前記培養ユニットの底面から前記培養バッグの培養面までの距離が２０ｍｍ未満であり、
   培地が充填された前記培養バッグを前記押圧部材が押圧することで、前記培養バッグ内の培地の液厚が均一化され、前記培養ユニットの表面、前記押圧部材の上面及び下面、並びに前記培養バッグの上面及び培養面が略平行となる
   ことを特徴とする細胞培養システム。
2. 前記培養ユニットが、前記第一送液手段を収容する第一送液手段収容部と、前記第二送液手段を収容する第二送液手段収容部を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の細胞培養システム。
3. 前記培養ユニットの底面から、前記第一送液手段収容部の上面、及び／又は、前記第二送液手段収容部の上面までの距離が６５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の細胞培養システム。
4. 前記培地容器が２つのポートを備え、１つのポートを介して前記培地容器が前記培養バッグに接続された状態で、他の１つのポートを介して前記培地容器における培地を交換できることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の細胞培養システム。
5. 前記バッグ収容具に液厚計測部が備えられ、当該液厚計測部が制御装置に接続され、前記培養バッグ内の培地の液厚が、前記液厚計測部によって測定された値にもとづき前記制御装置によって算出されることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の細胞培養システム。
6. 前記制御装置が前記第一送液手段及び前記第二送液手段に接続され、
   前記第一送液手段及び前記第二送液手段が、前記培養バッグ内の培地の液厚にもとづき前記制御装置により制御されることを特徴とする請求項５記載の細胞培養システム。
7. 請求項１～６のいずれかに記載の細胞培養システムの使用方法であって、
   前記細胞培養システムをインキュベータ内に配置し、前記第一送液手段により前記培地容器から培地を前記培養バッグに供給して細胞培養を行い、
   前記細胞培養システムをインキュベータ外に運び出して顕微鏡に配置し、前記培養バッグを前記押圧部材により押圧して前記培養バッグ内の培地の液厚を均一化した状態で、前記培養バッグ内の細胞を、前記切り欠き部又は前記透明な載置部を介して前記顕微鏡を用いて観察する
   ことを特徴とする細胞培養システムの使用方法。
8. 前記培地容器から前記培養バッグに培地を送液し、かつ、前記培養バッグから前記廃液容器へ培地を送液させた状態で、前記培養バッグ内の細胞を、前記顕微鏡を用いて観察することを特徴とする請求項７記載の細胞培養システムの使用方法。
9. 培養バッグを設置して細胞培養が行われる細胞培養ユニットであって、
   前記細胞培養ユニットは、前記培養バッグを収容する培養バッグ収容具が載置される切り欠き部又は透明な載置部を有すると共に、前記培養バッグに管状部材を介して接続される送液手段を設置できる２つの送液手段収容部を有する本体部と、一方の送液手段に管状部材を介して接続される培地供給バッグを傾斜可能に載置できる載置板と、を備え、他方の送液手段に管状部材を介して接続される廃液バッグを前記載置板の下側に載置できる
   ことを特徴とする細胞培養ユニット。
10. 前記培養バッグを収容した培養バッグ収容具、前記培地供給バッグ、及び前記廃液バッグが備えられ、
    前記培養バッグ、前記培地供給バッグ、及び前記廃液バッグの配置が維持されたまま持ち運びできる
    ことを特徴とする請求項９記載の細胞培養ユニット。
    

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