JP2023161962A - 培養装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】培養容器内で培養液を用いて細胞を培養する細胞培養において、培養容器から培養液を回収するときに生じる細胞へのストレスを低減する。【解決手段】培養装置は、細胞Ｃを培養する培養液Ｓ１を収容する培養容器１２と、培養容器１２を上方視で異なる複数の方向に傾け可能な傾動装置と、培養容器１２内の培養液Ｓ１を吸引する吸引口４０ａが培養容器１２内に配置されている吸引ノズル４０とを有する。吸引ノズル４０が培養容器１２内の培養液Ｓ１を吸引するとき、吸引ノズル４０の吸引口４０ａの吸引範囲から離れた位置が培養液Ｓ１の液深が最も深い場所となるように、傾動装置が培養容器１２を傾ける。【選択図】図６Ｂ

Description

本開示は、培養液を用いて細胞を培養する培養装置に関する。
従来より、培養容器内の培養液を適宜交換して細胞の培養を行う培養方法が行われている。例えば、特許文献１には、試料出入口を備え、傾けることによって試料出入口を介して培養液を回収することができる培養容器が開示されている。
国際公開２０１７／０７８００７号
しかしながら、特許文献１の培養容器の場合、培養液の回収時に培養容器内の培養液に乱流が生じて細胞にストレスが作用し、その結果として細胞がダメージを受ける可能性がある。
そこで、本開示は、培養容器内で培養液を用いて細胞を培養する細胞培養において、培養容器から培養液を回収するときまたは培養容器に培養液を供給するときに生じる細胞へのストレスを低減することを課題とする。
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、
細胞を培養する培養液を収容する培養容器と、
前記培養容器を上方視で異なる複数の方向に傾け可能な傾動装置と、
前記培養容器内の培養液を吸引する吸引口が前記培養容器内に配置されている吸引ノズルと、を有し、
前記吸引ノズルが前記培養容器内の培養液を吸引するとき、前記吸引ノズルの吸引口の吸引範囲から離れた位置が培養液の液深が最も深い場所となるように、前記傾動装置が前記培養容器を傾ける、培養装置が提供される。
また、本発明の別態様によれば、
細胞を培養する培養液を収容する培養容器と、
前記培養容器を上方視で異なる複数の方向に傾け可能な傾動装置と、
前記培養容器内に培養液を供給する供給口が前記培養容器内に配置されている供給ノズルと、を有し、
前記供給ノズルが前記培養容器内に培養液を供給するとき、前記供給ノズルの供給口から離れた位置が培養液の液深が最も深い場所となるように、前記傾動装置が前記培養容器を傾ける、培養装置が提供される。
本開示によれば、培養容器内で培養液を用いて細胞を培養する細胞培養において、培養容器から培養液を回収するときまたは培養容器に培養液を供給するときに生じる細胞へのストレスを低減することができる。
本開示の一実施の形態に係る培養装置の構成を示す概略図 培養装置における傾動装置の概略的部分断面図 傾動装置の一部を異なる方向から見た概略的部分断面図 ステージが傾いた状態の傾動装置の概略的部分断面図 培養容器内の培養液の交換に関連する培養装置の制御系を示すブロック図 培養液を交換中の培養容器の上面図 培養液を交換中の培養容器の断面図 図６Ａに続く、培養液を交換中の培養容器の上面図 図６Ｂに続く、培養液を交換中の培養容器の断面図 図７Ａに続く、培養液を交換中の培養容器の上面図 図７Ｂに続く、培養液を交換中の培養容器の断面図 図８Ａに続く、培養液を交換中の培養容器の上面図 図８Ｂに続く、培養液を交換中の培養容器の断面図 図９Ａに続く、培養液を交換中の培養容器の上面図 図９Ｂに続く、培養液を交換中の培養容器の断面図 本開示の別の実施の形態に係る培養装置の構成を示す概略図
本開示の一態様の培養装置は、細胞を培養する培養液を収容する培養容器と、前記培養容器を上方視で異なる複数の方向に傾け可能な傾動装置と、前記培養容器内の培養液を吸引する吸引口が前記培養容器内に配置されている吸引ノズルと、を有し、前記吸引ノズルが前記培養容器内の培養液を吸引するとき、前記吸引ノズルの吸引口の吸引範囲から離れた位置が培養液の液深が最も深い場所となるように、前記傾動装置が前記培養容器を傾ける。
この態様によれば、培養容器内で培養液を用いて細胞を培養する細胞培養において、吸引ノズルの吸引口の吸引範囲から離れた培養容器から培養液を回収するときに生じる細胞へのストレスを低減することができる。
例えば、前記吸引ノズルの吸引によって低下し続ける培養液の液面の下に前記吸引口が位置し続けるように、前記傾動装置が前記培養容器の傾き方向を変化させてもよい。
例えば、培養装置が、前記培養容器の重量を測定する重量センサをさらに有してもよい。この場合、前記重量センサの測定結果に基づいて、前記傾動装置が前記培養容器の前記傾き方向を変化させる。
例えば、培養装置が、前記培養容器内に培養液を供給する供給口が前記培養容器内に配置されている供給ノズルをさらに有してもよい。この場合、前記供給ノズルが前記培養容器内に培養液を供給するとき、前記供給ノズルの供給口から離れた位置が培養液の液深が最も深い場所となるように、前記傾動装置が前記培養容器を傾ける。
例えば、前記吸引ノズルが前記培養容器内の培養液を吸引した後に、前記供給ノズルが培養液を前記培養容器内に供給してもよい。
例えば、前記吸引ノズルと前記供給ノズルそれぞれからの距離が最も遠い前記培養容器内の位置が培養液の液深が最も深い場所となるように、前記傾動装置が前記培養容器を傾け、前記吸引ノズルが前記培養容器内の培養液を吸引しつつ、前記供給ノズルが培養液を前記培養容器内に供給してもよい。
例えば、培養装置が、前記吸引ノズルによって吸引された培養液のみを濾過するフィルタをさらに有し、前記フィルタによってろ過された培養液を含む液体を、前記供給ノズルから前記培養容器内に供給してもよい。
例えば、培養装置が、前記培養容器の重量を測定する重量センサをさらに有してもよい。この場合、前記重量センサの測定値の時間的変化率が所定の範囲内にあるように、前記フィルタによってろ過された培養液を含む液体の前記培養容器への供給量が調整される。
例えば、前記傾動装置が、前記培養容器が載置されるステージと、鉛直方向に延在する回転中心軸を中心にして回転する回転テーブルを備えるロータリーアクチュエータと、前記ステージを支持し、水平方向に延在する第１の揺動軸と水平方向に延在して且つ第１の揺動軸に直交する第２の揺動軸とを中心にして揺動可能であって、且つ連結シャフトを備える揺動ヘッドと、前記揺動ヘッドの前記連結シャフトに摺動可能に外挿されて前記揺動ヘッドに連結する揺動ヘッド連結部、前記ロータリーアクチュエータの前記回転テーブルに取り付けられるベース部、および前記揺動ヘッド連結部に回動可能に固定された一端と前記ベース部に回動可能に固定された他端とを備えるリンクアームを含む傾動機構と、前記ロータリーアクチュエータを鉛直方向に昇降させるロータリーアクチュエータ昇降機構と、を備えてもよい。
また、本開示の別態様の培養装置は、細胞を培養する培養液を収容する培養容器と、前記培養容器を上方視で異なる複数の方向に傾け可能な傾動装置と、前記培養容器内に培養液を供給する供給口が前記培養容器内に配置されている供給ノズルと、を有し、前記供給ノズルが前記培養容器内に培養液を供給するとき、前記供給ノズルの供給口から離れた位置が培養液の液深が最も深い場所となるように、前記傾動装置が前記培養容器を傾ける。
この態様によれば、培養容器内で培養液を用いて細胞を培養する細胞培養において、培養容器に培養液を供給するときに生じる細胞へのストレスを低減することができる。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本開示の一実施の形態に係る培養装置の構成を示す概略図である。なお、図に示すＸ－Ｙ－Ｚ直交座標系は、本開示の実施の形態の理解を容易にするためのものであって、本開示の実施の形態を限定するものではない。Ｚ軸方向は鉛直方向を示し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向は水平方向を示している。
図１に示すように、培養装置１０は、細胞Ｃを含んだ培養液Ｓ１を収容する培養容器１２を有する。また、本実施の形態の場合、培養装置１０は、培養容器１２に供給する新しい培養液Ｓ１を貯留する培養液供給容器１４、培養容器１２内の細胞Ｃを洗浄するための洗浄液Ｓ２を貯留する洗浄液供給容器１６、培養容器１２内の培養液Ｓ１または洗浄液Ｓ２を回収する廃液回収容器１８、中空糸膜フィルタ２０、複数のポンプ２２、２４、２６、および複数の開閉バルブ２８、３０、３２、３４、３６を有する。
培養容器１２は、細胞Ｃを含んだ培養液Ｓ１を収容する容器であって、吸引ノズル４０と供給ノズル４２が設けられている。
吸引ノズル４０は、培養容器１２内の培養液Ｓ１（または洗浄液Ｓ２）を吸引する吸引口４０ａを備える。本実施の形態の場合、吸引ノズル４０は、培養容器１２の側壁部１２ａに沿って設けられている。その吸引口４０ａは、培養容器１２内の底面１２ｂ近くに配置されている。
また、吸引ノズル４０は、ポンプ２２に接続されている。ポンプ２２は、例えばローラポンプであって、吸引ノズル４０を介して培養容器１２内の培養液Ｓ１（または洗浄液Ｓ２）を吸引する。また、ポンプ２２は、吸引した培養液Ｓ１（または洗浄液Ｓ２）を廃液回収容器１８または中空糸膜フィルタ２０に送出する。なお、ポンプ２２と廃液回収容器１８との間には開閉バルブ２８が設けられ、ポンプ２２と中空糸膜フィルタ２０との間には開閉バルブ３０が設けられている。これらの開閉バルブ２８、３０により、ポンプ２２は、中空糸膜フィルタ２０への培養容器１２内の培養液Ｓ１の送出と廃液回収容器１８への培養容器１２内の培養液Ｓ１（または洗浄液Ｓ２）の送出を選択的に実行することができる。
供給ノズル４２は、培養容器１２内に培養液Ｓ１（または洗浄液Ｓ２）を供給する供給口４２ａを備える。本実施の形態の場合、供給ノズル４２は、培養容器１２の側壁部１２ａに沿って設けられている。その供給口４２ａは、培養容器１２内の底面１２ｂ近くに配置されている。なお、本実施の形態の場合、吸引ノズル４０と供給ノズル４２それぞれは、培養容器１２内において最大距離をあけて対向配置されている。
また、供給ノズル４２は、ポンプ２４を介して、培養液供給容器１４および洗浄液供給容器１６に接続されている。ポンプ２４は、例えばローラポンプであって、供給ノズル４２を介して培養容器１２内に培養液供給容器１４内の培養液Ｓ１または洗浄液供給容器１６内の洗浄液Ｓ２を供給する。なお、ポンプ２４と培養液供給容器１４の間には開閉バルブ３２が設けられ、ポンプ２４と洗浄液供給容器１６の間には開閉バルブ３４が設けられている。これらの開閉バルブ３２、３４により、ポンプ２４は、培養液供給容器１４内の培養液Ｓ１の培養容器１２への供給と洗浄液供給容器１６内の洗浄液Ｓ２の培養容器１２への供給を選択的に実行することができる。
中空糸膜フィルタ２０は、ポンプ２２からの培養液Ｓ１をろ過するフィルタである。ろ過された、すなわち清澄化された培養液Ｓ１は、供給ノズル４２を介して培養容器１２内に戻される。ろ過されていない培養液Ｓ１は、ポンプ２６を介して廃液回収容器１８に送られる。
また、培養装置１０は、培養容器１２を上方視（Ｚ軸方向視）で異なる複数の方向に傾けることができる傾動装置５０を有する。そして、傾動装置５０はこの機能を有することにより培養容器１２内の培養液Ｓ１を撹拌する撹拌装置として用いられる。
図２は、培養装置における傾動装置の概略的部分断面図である。また、図３は、傾動装置の一部を異なる方向から見た概略的部分断面図である。さらに、図４は、ステージが傾いた状態の傾動装置の概略的部分断面図である。
図３および図４に示すように、傾動装置５０は、培養容器１２が載置されるステージ５２と、鉛直方向（Ｚ軸方向）に延在する回転中心軸Ｒ０を中心にして回転する回転テーブル５４を備えるロータリーアクチュエータ５６とを備える。
ステージ５２とロータリーアクチュエータ５６は、揺動ヘッド５８と傾動機構６０とを介して駆動連結されている。
揺動ヘッド５８は、ステージ５２を支持し、水平方向（Ｘ軸方向）に延在する揺動軸Ｒ１と水平方向（Ｙ軸方向）に延在して該揺動軸Ｒ１に直交する揺動軸Ｒ２を中心にして揺動可能に、傾動装置５０に設けられている。また、揺動ヘッド５８は、その下部に、傾動機構６０を介してロータリーアクチュエータ５６と駆動連結するための連結シャフト６２を備えている。ステージ５２が水平姿勢をとるとき、揺動ヘッド５８の連結シャフト６２は鉛直方向（Ｚ軸方向）に延在している。
傾動機構６０は、揺動ヘッド５８を介してステージ５２を傾ける、すなわちステージ５２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６０は、ベース部６４と、揺動ヘッド５８に連結する揺動ヘッド連結部６６と、ベース部６４と揺動ヘッド連結部６６とを連結するリンクアーム６８とを含んでいる。
傾動機構６０のベース部６４は、ロータリーアクチュエータ５６の回転テーブル５４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５６が駆動すると、ベース部６４は、回転テーブル５４とともに、回転中心軸Ｒ０を中心にして回転する。
傾動機構６０の揺動ヘッド連結部６６は、揺動ヘッド５８の連結シャフト６２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。
傾動機構６０のリンクアーム６８は、ベース部６４と揺動ヘッド連結部６６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６８は、揺動ヘッド連結部６６に回動可能に固定された一端と、ベース部６４に回動可能に固定された他端とを備える。リンクアーム６８の一端の回動軸Ｒ３と他端の回転軸Ｒ４それぞれは、水平方向に延在し、互いに平行である。
傾動機構６０のベース部６４が取り付けられているロータリーアクチュエータ５６は、ボールねじ機構７０によって鉛直方向（Ｚ軸方向）に昇降される。
ボールねじ機構７０は、鉛直方向（Ｚ軸方向）に延在するねじシャフト７２と、ねじシャフト７２に係合するナット７４と、ねじシャフト７２を回転させるモータ７６とを含んでいる。ナット７４は、昇降ブラケット７８に取り付けられている。その昇降ブラケット７８にロータリーアクチュエータ５６が取り付けられている。
ボールねじ機構７０のモータ７６が駆動すると、ねじシャフト７２とナット７４を介して、昇降ブラケット７８とともにロータリーアクチュエータ５６が昇降する。例えば、図４に示すように、ボールねじ機構７０によってロータリーアクチュエータ５６が上昇すると、傾動機構６０を介してステージ５２が傾く。具体的には、ロータリーアクチュエータ５６に取り付けられた傾動機構６０のベース部６４が上昇し、それによりリンクアーム６８が揺動ヘッド連結部６６を押す。それにより、揺動ヘッド連結部６６とともに揺動ヘッド５８が、揺動軸Ｒ１、Ｒ２の少なくとも一方（図５では揺動軸Ｒ２）を中心として回転する。それにより、ステージ５２が傾き、そのステージ５２上の培養容器１２も傾く。その結果、培養容器１２が、水平方向に対して傾く。
図４に示すように、ステージ５２が傾いた状態でロータリーアクチュエータ５６が駆動して回転テーブル５４が回転すると、傾動機構６０が回転中心軸Ｒ０を中心にして回転し、それによりステージ５２の上方視（Ｚ軸方向視）での傾き方向、すなわち培養容器１２の傾き方向ＴＤが変化する。その結果、培養容器１２内の培養液Ｓ１が撹拌され、培養液Ｓ１内の細胞Ｃが培養される。
なお、このような傾動装置５０においては、ロータリーアクチュエータ５６が傾動機構６０を例えば一回転させても、ステージ５２自体は回転せず、その代わりにステージ５２の傾き方向が一回転するだけである。すなわち、ステージ５２上の培養容器１２の底面１２ｂにおける最も低い部分が、順次、上方視（Ｚ軸方向視）で、周回するように別の部分に変更されていくだけである。その結果、培養容器１２内の培養液Ｓ１が周回して撹拌される。
このような傾動装置５０によれば、１つの培養容器１２のみで拡大培養を実行することができる。具体的には、培養容器１２内の培養液Ｓ１の液量に応じて撹拌条件（ステージ５２の傾き角度θ、ロータリーアクチュエータ５６の回転角度範囲および回転速度）を変更することにより、少量から大量の培養液Ｓ１を細胞増殖に適した撹拌条件で撹拌することができる。
ここまでは、培養装置１０の構成について説明してきた。ここからは、培養装置１０の動作、特に、培養容器１２内の培養液Ｓ１の交換について説明する。
図５は、培養容器内の培養液の交換に関連する培養装置の制御系を示すブロック図である。
図５に示すように、培養装置１０は、複数のポンプ２２、２４、２６、複数の開閉バルブ２８、３０、３２、３４、３６、および傾動装置５０（ロータリーアクチュエータ５６およびモータ７６）を制御するコントローラ８０と、重量センサ８２とを有する。
コントローラ８０は、例えば、例えば、ＣＰＵやＭＰＵなどのプロセッサと、プロセッサに様々な動作を実行させるプログラムを記憶するメモリなどの記憶デバイスと、プロセッサと複数のポンプ２２～２６、複数の開閉バルブ２８～３６、および傾動装置５０などのコントローラ８０の外部の装置とを電気的に接続する回路とから構成される。
コントローラ８０はまた、例えば、ユーザによって作成されて記憶デバイスに記憶された細胞培養スケジュールに基づいて複数のポンプ２２、２４、２６、複数の開閉バルブ２８、３０、３２、３４、３６、および傾動装置５０を制御し、それにより細胞Ｃの培養を実行する。細胞培養スケジュールには、培養容器１２内の培養液Ｓ１を交換するタイミングが含まれている。細胞培養スケジュールにしたがって、コントローラ８０は、細胞Ｃの培養中、培養容器１２内の培養液Ｓ１の交換を実行する。
重量センサ８２は、培養容器１２の重量を測定するセンサである。重量センサ８２の役割については後述する。
細胞Ｃの培養中、培養液Ｓ１の交換タイミングになると、コントローラ８０は、以下の制御を実行する。なお、本実施の形態の場合、培養液Ｓ１の交換は、培養容器１２内の培養液Ｓ１のほぼすべてを廃液回収容器１８に回収した後に、培養液供給容器１４内の培養液Ｓ１を培養容器１２内に新たに供給することによって行われる。
図６Ａ～図１０Ａは、培養液を交換中の培養容器の上面図である。また、図６Ｂ～図１０Ｂは、培養液を交換中の培養容器の断面図である。なお、図６Ｂ～図１０Ｂに示す断面は、培養容器１２の傾き方向ＴＤと鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿った断面図ある。
図６Ａおよび図６Ｂに示すように、培養液Ｓ１の交換タイミングになると、コントローラ８０は、傾動装置５０のモータ７６を制御し、培養容器１２を水平方向に対して所定の角度θ傾け、吸引ノズル４０の吸引口４０ａの吸引範囲ＳＲから離れた位置が培養液Ｓ１の液深が最も深い場所となるようにする。このように培養容器１２を傾けて、培養液Ｓ１内を漂う細胞Ｃ１を吸引ノズル４０の吸引口４０ａの吸引範囲ＳＲから離れた位置である培養容器１２における側壁部１２ａと底面１２ｂとの間のコーナー部に沈殿させる。なお、所定の角度θは、培養開始からの経過時間、すなわち培養容器１２内の細胞数によって決定される。また、培養容器１２を水平方向に対して所定の角度θ傾けるスピードは細胞にストレスを与えないように設定されている。例えば、細胞に与えるストレスを低減するように培養液Ｓ１の液面が波立たないスピードで培養容器１２を傾ければよい。また、重量センサ８２が培養液Ｓ１の液面の波動を捉えることができることを利用してもよく、重量センサ８２により重量値に対して所定周波数以下で、全重量に対して所定割合以上の変動を検知した場合に培養容器１２を傾けるスピードを落とし、細胞に与えるストレスを低減すればよい。また、レイノルズ数が所定値以下、例えば２３００以下となるように培養容器１２を傾けるスピードを設定してもよい。
なお、吸引範囲ＳＲは、吸引ノズル４０が培養液Ｓ１を吸引することが可能な範囲であって、吸引ノズル４０の吸引口４０ａの大きさ、ポンプ２２の能力によって決まる。
本実施の形態の場合、傾動装置５０は、吸引ノズル４０の吸引口４０ａの吸引範囲ＳＲから離れた位置が培養液Ｓ１の液深が最も深い場所となるように傾き方向ＴＤに培養容器１２を傾ける。その結果、細胞Ｃは、吸引ノズル４０に対して最大距離をあけて対向する供給ノズル４２の近傍に沈殿する。
図６Ａおよび図６Ｂに示すように、培養液Ｓ１の液深が最も深い場所に細胞Ｃが十分に沈殿すると、吸引ノズル４０が培養容器１２内の培養液Ｓ１の吸引を開始する。すなわち、コントローラ８０が、開閉バルブ２８を開いた状態にしつつ開閉バルブ３０を閉じた状態にし、ポンプ２２を作動させる。これにより、培養容器１２内の培養液Ｓ１が廃液回収容器１８内に移動する。このとき、沈殿状態の細胞Ｃの周辺の培養液Ｓ１は、吸引ノズル４０の吸引口４０ａから離れているので、実質的に流動しない。その結果、培養液Ｓ１から細胞Ｃへのストレスが実質的に生じない。
吸引ノズル４０が培養容器１２内の培養液Ｓ１を吸引すると、当然ながら培養容器１２内の培養液Ｓ１が減少し、その培養液Ｓ１の液面ＦＬの上方に吸引ノズル４０の吸引口４０ａが露出する。その結果、それ以上、吸引ノズル４０が培養液Ｓ１を吸引できなくなる。その対処として、傾動装置５０は、図７Ａ～図９Ａおよび図７Ｂ～図９Ｂに示すように、吸引ノズル４０の吸引によって培養容器１２内の培養液Ｓ１が減少するにしたがって培養容器１２の傾き方向ＴＤを変化させる。具体的には、吸引ノズル４０の吸引によって低下し続ける培養液Ｓ１の液面ＦＬの下に吸引口４０ａが位置し続けるように、傾動装置５０は、培養容器１２の傾き方向ＴＤを変化させる。
本実施の形態の場合、重量センサ８２が、培養容器１２の重量を測定する。重量センサ８２の測定結果から培養容器１２の重量を引き算すると、培養液Ｓ１の重量を得ることができる。その得た重量から培養容器１２内の培養液Ｓ１の収容量を得ることができる。その培養液Ｓ１の収容量と、培養容器１２の内部形状と、培養容器１２の傾き角度θとから、培養容器１２内の培養液Ｓ１の液面ＦＬの高さ位置を得ることができる。液面ＦＬの高さ位置を得ることができれば、その液面ＦＬの下に吸引ノズル４０の吸引口４０ａが位置するために必要な培養容器１２の傾き方向ＴＤを得ることができる。言い換えると、吸引ノズル４０の吸引によって低下し続ける培養容器１２内の培養液Ｓ１の液面ＦＬの下に吸引ノズル４０の吸引口４０ａが位置し続ける場合、重量センサ８２の測定結果と培養容器１２の傾き方向ＴＤは対応関係にある。
したがって、コントローラ８０は、重量センサ８２の測定結果に基づいて傾動装置５０（そのロータリーアクチュエータ５６）を制御する。それにより、傾動装置５０は、図７Ａ～図９Ａおよび図７Ｂ～図９Ｂに示すように、吸引ノズル４０の吸引によって低下し続ける培養液Ｓ１の液面ＦＬの下に吸引口４０ａが位置し続けるように、培養容器１２の傾き方向ＴＤを変化させる。言い換えると、培養液Ｓ１の液深が最も深い場所に沈殿した細胞Ｃが吸引ノズル４０に接近するように、培養容器１２の傾き方向ＴＤが変化する。
このような吸引ノズル４０による培養容器１２内の培養液Ｓ１の回収によれば、細胞Ｃが培養液Ｓ１全体に懸濁している場合に比べて、培養液Ｓ１の流れによる細胞Ｃへのストレスが低減される。すなわち、培養液Ｓ１が吸引ノズル４０によって吸引されている間、細胞Ｃは、吸引ノズル４０の吸引口４０ａの吸引範囲ＳＲから可能な限り離れた培養液Ｓ１の液深が最も深い位置、すなわち培養液Ｓ１の流れが実質的に生じていない位置で沈殿している。そのため、細胞Ｃは、培養液Ｓ１からストレスを受けにくい。その結果、細胞Ｃのダメージが低減される。また、細胞Ｃが吸引ノズル４０に吸引されにくくなり、培養容器１２内に残る細胞数が増加する。
培養容器１２内の培養液Ｓ１の廃液回収容器１８への回収が完了すると、コントローラ８０は、培養液供給容器１４内の培養液Ｓ１の培養容器１２への供給を開始する。まず、コントローラ８０は、開閉バルブ２８を閉じた状態にし、ポンプ２２を停止させる。続いて、コントローラ８０は、開閉バルブ３２を開いた状態にし、ポンプ２４を作動させる。それにより、培養液供給容器１４内の培養液Ｓ１が、供給ノズル４２を介して培養容器１２内に供給される。
供給ノズル４２が培養容器１２内に培養液Ｓ１を供給するとき、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、傾動装置５０が、供給ノズル４２の供給口４２ａから離れた位置が培養液の液深が最も深い場所となるように培養容器１２を傾け、その位置に細胞Ｃが沈殿する。
本実施の形態の場合、傾動装置５０は、供給ノズル４２の供給口４２ａから「最も」離れた位置に細胞Ｃが沈殿する傾き方向ＴＤに培養容器１２を傾ける。その結果、細胞Ｃは、供給ノズル４２に対して最大距離をあけて対向する吸引ノズル４０の近傍に沈殿する。本実施の形態の場合、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、吸引ノズル４０と供給ノズル４２とが培養容器１２内において最大距離をあけて対向配置されているので、吸引ノズル４０による培養容器１２内の培養液Ｓ１を吸引が完了した後、供給ノズル４２の供給口４２ａは、沈殿する細胞Ｃから離れている。
図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、供給ノズル４２の供給口４２ａから流出した培養液Ｓ１は、培養容器１２の底面１２ａ上を流れて沈殿した細胞Ｃに到達する。そして、細胞Ｃは、最終的に、供給ノズル４２から供給された培養液Ｓ１に浸される。なお、供給ノズル４２の供給口４２ａから培養容器１２に供給される培養液Ｓ１の供給スピードは、培養液Ｓ１内で細胞Ｃの沈殿状態が保たれるスピードであることが好ましい。これにより、細胞Ｃに与えるストレスを低減することができる。
このような供給ノズル４２による培養容器１２への培養液Ｓ１の供給によれば、供給ノズル４２の供給口４２ａの前方且つ近傍に細胞Ｃが存在する場合に比べて、培養液Ｓ１から細胞Ｃへのストレスが低減される。
培養液供給容器１４内の培養液Ｓ１の培養容器１２への供給が完了すると、コントローラ８０は、開閉バルブ３２を閉じ、ポンプ２４を停止する。これにより、培養容器１２内の培養液Ｓ１の交換が完了する。そして、コントローラ８０は傾動装置５０を制御し、培養容器１２内の培養液Ｓ１の撹拌を再開する。
なお、培養容器１２内の培養液Ｓ１の交換は、他の方法でも可能である。具体的には、吸引ノズル４０が培養容器１２内の培養液Ｓ１を吸引しつつ、供給ノズル４２が培養容器１２内に培養液Ｓ１を供給することにより、培養容器１２内の培養液Ｓ１を短時間で交換することが可能である。この場合、図８Ａに示すように、傾動装置５０は、吸引ノズル４０と供給ノズル４２それぞれからの距離が等しい培養容器１２内の位置が培養液の液深が最も深い場所となるように培養容器１２を傾け、その位置に細胞Ｃが沈殿する。これにより、細胞Ｃへのストレスを低減しつつ、吸引ノズル４０による培養容器１２内の培養液Ｓ１の吸引と、供給ノズル４２による培養容器１２への培養液Ｓ１の供給を同時に実行することができる。
また、吸引ノズル４０が吸引した培養液Ｓ１を含む液体を中空糸膜フィルタ２０でろ過し、ろ過された培養液Ｓ１を含む液体を、供給ノズル４２を介して培養容器１２に戻す場合も、図８Ａに示すように、傾動装置５０は、吸引ノズル４０と供給ノズル４２それぞれからの距離が最も遠くなるような培養容器１２内の位置が培養液の液深が最も深い場所となるように培養容器１２を傾け、その位置に細胞Ｃが沈殿する。これにより、細胞Ｃへのストレスを低減しつつ、培養容器１２内の培養液Ｓ１を清澄化することができる。
なお、この場合、重量センサ８２の測定結果に基づいて、中空糸膜フィルタ２０によってろ過された培養液Ｓ１を含む液体を培養容器１２に戻す量（供給量）を調整してもよい。具体的には、重量センサ８２の測定値の時間的変化率が所定の範囲内にあるように、すなわち培養容器１２内の培養液Ｓ１の量が急激に変化しないように、フィルタ２０によってろ過された培養液Ｓ１を含む液体の培養容器１２への供給量を調整してもよい。これにより、培養環境の大きな変化を抑制することができ、細胞Cへのストレスを低減することができる。
洗浄液Ｓ２による培養容器１２内の細胞Ｃの洗浄は、上述したおよび図６Ａ～図１０Ａおよび図６Ｂ～図１０Ｂに示す方法によって培養容器１２内の培養液Ｓ１を回収した後、洗浄液供給容器１６内の洗浄液Ｓ２を、供給ノズル４２を介して培養容器１２内に供給する。これにより、培養容器１２内の培養液Ｓ１が洗浄液Ｓ２に置換される。この場合も、傾動装置５０は、供給ノズル４２の供給口４２ａから離れた位置が培養液の液深が最も深い場所となるように培養容器を傾け、その位置に細胞Ｃを沈殿させる。
さらに、培養装置１０は、供給ノズル４２から培養容器１２に培養液Ｓ１を供給してから吸引ノズル４０が培養容器１２から培養液Ｓ１を適量吸引するという機能も有する。この機能を用いることにより、培養容器１２内の細胞Ｃが接する培養液Ｓ１の量を大きく減らすことなく、培養容器１２内の古い培養液Ｓ１の量を減らしつつ細胞Ｃが新しい培養液Ｓ１に接するようにすることができる。
また、培養装置１０は、培養容器１２に供給する培養液Ｓ１の供給量と、培養容器１２から吸引する培養液Ｓ１の吸引量の調整によって、古い培養液Ｓ１を新しい培養液Ｓ１で希釈しつつ、培養容器１２内の培養液Ｓ１の量を増加させる、減少させる、あるいは一定量とするという機能も有する。この機能を用いることにより、培養容器１２内の細胞Ｃに状態に応じた培養液Ｓ１の量および希釈を実現することができる。
以上のような本実施の形態によれば、培養容器内で培養液を用いて細胞を培養する細胞培養において、培養容器から培養液を回収するときまたは培養容器に培養液を供給するときに生じる細胞へのストレスを低減することができる。
本実施の形態でも行っている培地交換は、遠心分離によって細胞と分離した液体を吸引し、新たな培養液に細胞を播種する作業と同様に、超高倍率の希釈を行っていることになる。本実施の形態における培養装置では容器内の培養液の培地交換において遠心分離が行えないため、細胞の沈殿の性質を利用している。遠心分離に比べて効率が悪い低倍率の希釈ではあるが、大量培養であり、かつ単回使用の容器を用いた培地交換ではこのような培地交換作業が有効となる。例えば、１０Lの培養液を交換する場合、１０倍希釈で古い培養液の影響を無くして培養できるとしたときに、遠心分離を用いることができない通常の希釈培養あれば１００Lの新しい培養液が必要になる。そうすると高額の培養液が大量に必要となる。これに対して本実施の形態における培養装置であれば、細胞を沈殿させて古い培養液を減らすため、１０倍に薄めるための新しい培養液の量を減らすことが可能となり、極めて有用となる。さらに、本実施の形態における培養装置では、重量センサの測定結果と液体の比重によって計算された液量によって、培養液の吸引量を設定でき、培地交換のための古い培養液の吸引および新しい培養液の供給を適量に行うことができる。
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。
例えば、上述の実施の形態１の場合、吸引ノズル４０と供給ノズル４２は、１つずつ培養容器１２に設けられている。しかしながら、本開示の実施の形態はこれに限らない。
図１１は、本開示の別の実施の形態に係る培養装置の構成を示す概略図である。
図１１に示すように、別の実施の形態に係る培養装置１１０において、培養容器１２には、複数の吸引ノズル１４０Ａ～１４０Ｃと、複数の供給ノズル１４２Ａ～１４２Cが設けられている。
複数の吸引ノズル１４０Ａ～１４０Ｃは、ポンプ２２に接続されている。複数の吸引ノズル１４０Ａ～１４０Ｃそれぞれとポンプ２２との間には、開閉バルブ１４４Ａ～１４４Ｃが配置されている。また、複数の吸引ノズル１４０Ａ～１４０Ｃそれぞれの吸引口１４０ａから培養容器１２の底面１２ａまでの距離が異なる。
複数の供給ノズル１４２Ａ～１４２Ｃは、ポンプ２４に接続されている。複数の供給ノズル１４２Ａ～１４２Ｃそれぞれとポンプ２４との間には、開閉バルブ１４６Ａ～１４６Ｃが配置されている。また、複数の供給ノズル１４２Ａ～１４２Ｃそれぞれの供給口１４２ａから培養容器１２の底面１２ａまでの距離が異なる。
このような複数の吸引ノズル１４０Ａ～１４０Ｃと複数の供給ノズル１４２Ａ～１４２Ｃによれば、様々な方法で、培養容器１２内の培養液Ｓ１を交換することができる。例えば、吸引口１４０ａが培養液Ｓ１の液面ＦＬの下に位置するいずれかの吸引ノズルで培養液Ｓ１を吸引しつつ、供給口１４２ａが培養液Ｓ１から露出したいずれかの供給ノズルで培養液Ｓ１を培養容器１２に供給することができる。すなわち、細胞Ｃの種類に応じて最適な培養液Ｓ１の交換方法を実行することができる。
また、上述の実施の形態の場合、図２～図４に示すように、傾動装置５０は、駆動源としてロータリーアクチュエータ５６とモータ７６を使用することにより、また、リンク機構を採用することにより、培養容器１２を上方視で異なる複数の方向に傾けることができる装置である。しかしながら、本開示の実施の形態はこれに限らない。本開示の実施の形態に係る培養装置における傾動装置は、培養容器を上方視で異なる複数の方向に傾けることが可能な装置であれば、その構造は限らない。
さらに、上述の実施の形態の場合、培養容器１２内の培養液Ｓ１の液量は、重量センサ８２の測定結果に基づいて得ている。しかしながら、本開示の実施の形態はこれに限らない。例えば、供給ノズルによって供給された培養液の累計の供給量と吸引ノズルによって回収された培養液の累計の回収量とから、培養容器内の培養液の液量を得ることができる。累計の供給量および累計の回収量は、それぞれのポンプの駆動時間と単位時間あたりの送出量とから算出することが可能である。
すなわち、本開示の実施の形態に係る培養装置は、広義には、細胞を培養する培養液を収容する培養容器と、前記培養容器を上方視で異なる複数の方向に傾け可能な傾動装置と、前記培養容器内の培養液を吸引する吸引口が前記培養容器内に配置されている吸引ノズルと、を有し、前記吸引ノズルが前記培養容器内の培養液を吸引するとき、前記吸引ノズルの吸引口の吸引範囲から離れた位置が培養液の液深が最も深い場所となるように、前記傾動装置が前記培養容器を傾ける。
また、本開示の実施の形態に係る培養装置は、広義には、細胞を培養する培養液を収容する培養容器と、前記培養容器を上方視で異なる複数の方向に傾け可能な傾動装置と、前記培養容器内に培養液を供給する供給口が前記培養容器内に配置されている供給ノズルと、を有し、前記供給ノズルが前記培養容器内に培養液を供給するとき、前記供給ノズルの供給口から離れた位置が培養液の液深が最も深い場所となるように、前記傾動装置が前記培養容器を傾ける。
本発明は、培養液を撹拌しつつ細胞を培養する細胞培養に適用可能である。
１２ 培養容器
４０ 吸引ノズル
４０ａ 吸引口
Ｃ 細胞
Ｓ１ 培養液

Claims (10)

  1. 細胞を培養する培養液を収容する培養容器と、
    前記培養容器を上方視で異なる複数の方向に傾け可能な傾動装置と、
    前記培養容器内の培養液を吸引する吸引口が前記培養容器内に配置されている吸引ノズルと、を有し、
    前記吸引ノズルが前記培養容器内の培養液を吸引するとき、前記吸引ノズルの吸引口の吸引範囲から離れた位置が培養液の液深が最も深い場所となるように、前記傾動装置が前記培養容器を傾ける、培養装置。
  2. 前記吸引ノズルの吸引によって低下し続ける培養液の液面の下に前記吸引口が位置し続けるように、前記傾動装置が前記培養容器の傾き方向を変化させる、請求項１に記載の培養装置。
  3. 前記培養容器の重量を測定する重量センサをさらに有し、
    前記重量センサの測定結果に基づいて、前記傾動装置が前記培養容器の前記傾き方向を変化させる、請求項２に記載の培養装置。
  4. 前記培養容器内に培養液を供給する供給口が前記培養容器内に配置されている供給ノズルをさらに有し、
    前記供給ノズルが前記培養容器内に培養液を供給するとき、前記傾動装置が、前記供給ノズルの供給口から離れた位置が培養液の液深が最も深い場所となるように前記培養容器を傾ける、請求項１に記載の培養装置。
  5. 前記吸引ノズルが前記培養容器内の培養液を吸引した後に、前記供給ノズルが培養液を前記培養容器内に供給する、請求項４に記載の培養装置。
  6. 前記吸引ノズルと前記供給ノズルそれぞれからの距離が最も遠い前記培養容器内の位置が培養液の液深が最も深い場所となるように、前記傾動装置が前記培養容器を傾け、
    前記吸引ノズルが前記培養容器内の培養液を吸引しつつ、前記供給ノズルが培養液を前記培養容器内に供給する、請求項４に記載の培養装置。
  7. 前記吸引ノズルによって吸引された培養液のみを濾過するフィルタをさらに有し、
    前記フィルタによってろ過された培養液を含む液体を、前記供給ノズルから前記培養容器に供給する、請求項６に記載の培養装置。
  8. 前記培養容器の重量を測定する重量センサをさらに有し、
    前記重量センサの測定値の時間的変化率が所定の範囲内にあるように、前記フィルタによってろ過された培養液を含む液体の前記培養容器への供給量を調整する、請求項７に記載の培養装置。
  9. 前記傾動装置が、
    前記培養容器が載置されるステージと、
    鉛直方向に延在する回転中心軸を中心にして回転する回転テーブルを備えるロータリーアクチュエータと、
    前記ステージを支持し、水平方向に延在する第１の揺動軸と水平方向に延在して且つ第１の揺動軸に直交する第２の揺動軸とを中心にして揺動可能であって、且つ連結シャフトを備える揺動ヘッドと、
    前記揺動ヘッドの前記連結シャフトに摺動可能に外挿されて前記揺動ヘッドに連結する揺動ヘッド連結部、前記ロータリーアクチュエータの前記回転テーブルに取り付けられるベース部、および前記揺動ヘッド連結部に回動可能に固定された一端と前記ベース部に回動可能に固定された他端とを備えるリンクアームを含む傾動機構と、
    前記ロータリーアクチュエータを鉛直方向に昇降させるロータリーアクチュエータ昇降機構と、を備える、請求項１に記載の培養装置。
  10. 細胞を培養する培養液を収容する培養容器と、
    前記培養容器を上方視で異なる複数の方向に傾け可能な傾動装置と、
    前記培養容器内に培養液を供給する供給口が前記培養容器内に配置されている供給ノズルと、を有し、
    前記供給ノズルが前記培養容器内に培養液を供給するとき、前記供給ノズルの供給口から離れた位置が培養液の液深が最も深い場所となるように、前記傾動装置が前記培養容器を傾ける、培養装置。
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JP2010046568A (ja) * 2008-08-19 2010-03-04 Olympus Corp 遠心分離装置
WO2012128703A1 (en) * 2011-03-18 2012-09-27 Ge Healthcare Bio-Sciences Ab Flexible bag for cultivation of cells
WO2017078007A1 (ja) * 2015-11-06 2017-05-11 学校法人日本大学 培養容器
JP2022123160A (ja) * 2019-07-04 2022-08-24 株式会社京都製作所 培養装置および培養方法
JP7486160B2 (ja) * 2020-05-25 2024-05-17 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 細胞培養装置および細胞培養方法
US20230279331A1 (en) * 2020-08-04 2023-09-07 Kyoto Seisakusho Co., Ltd. Culture device

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