JP2024032920A - Closed 3D fractal culture system and its culture - Google Patents

Closed 3D fractal culture system and its culture Download PDF

Info

Publication number
JP2024032920A
JP2024032920A JP2024013088A JP2024013088A JP2024032920A JP 2024032920 A JP2024032920 A JP 2024032920A JP 2024013088 A JP2024013088 A JP 2024013088A JP 2024013088 A JP2024013088 A JP 2024013088A JP 2024032920 A JP2024032920 A JP 2024032920A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
culture
control
microorganisms
cells
culture tank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2024013088A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
浩邦 宮本
浩明 児玉
靖彦 岩▲崎▼
壽高 中里
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
B. E. MARUBISHI CO., LTD.
JAPAN ECO-SCIENCE CO., LTD.
Chiba University NUC
Original Assignee
B. E. MARUBISHI CO., LTD.
JAPAN ECO-SCIENCE CO., LTD.
Chiba University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by B. E. MARUBISHI CO., LTD., JAPAN ECO-SCIENCE CO., LTD., Chiba University NUC filed Critical B. E. MARUBISHI CO., LTD.
Priority to JP2024013088A priority Critical patent/JP2024032920A/en
Publication of JP2024032920A publication Critical patent/JP2024032920A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Landscapes

  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Prostheses (AREA)
  • Biological Treatment Of Waste Water (AREA)

Abstract

【課題】任意のガス雰囲気下、あるいは任意の圧力下において微生物、並びに細胞を培養し、付着性微生物、バイオフィルム形成微生物、好気性と嫌気性の複合微生物群、並びに接触性を必要とする細胞を組織化し、大量に任意の用途利用が可能な装置を提供すること。【解決手段】任意のガスの供給、あるいは任意の圧力の提供が可能な装置であるとともに、装置内に微生物、あるいは細胞を分離可能な緩衝領域、並びに支持体を備え、任意の微生物、細胞、あるいはそれらの代謝物を効率的に回収するラインを備える。【選択図】図1[Problem] Cultivating microorganisms and cells under any gas atmosphere or under any pressure, culturing adherent microorganisms, biofilm-forming microorganisms, complex aerobic and anaerobic microorganism groups, and cells that require contact. To provide a device that can be organized in large quantities and used for any purpose. [Solution] The device is capable of supplying any gas or providing any pressure, and is equipped with a buffer region and a support that can separate microorganisms or cells within the device, so that any microorganisms, cells, Alternatively, it is equipped with a line that efficiently collects those metabolites. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、好気性微生物、極限環境微生物、腸内フローラを形成する有効微生物群からなる複合微生物、環境浄化用複合微生物などの培養、並びに特殊な細胞の効率的な培養などに応用可能な新規の培養システムに関する。 The present invention is a novel technology that can be applied to the cultivation of aerobic microorganisms, extremophilic microorganisms, complex microorganisms consisting of effective microbial groups forming intestinal flora, complex microorganisms for environmental purification, and the efficient cultivation of special cells. Regarding the culture system.

自然界には多種多様な微生物が存在しており、1gの土壌当たり数十億個を超える微生物が、100万種を超えて生息していると言われており、その中で、その多く(99%以上)が培養することが困難な難培養性微生物であることが知られている。また、高温高圧の深海や逆に寒冷な地域には、その環境条件に適応した様々な極限環境微生物が生息している。このような中で、地球環境の保全や生命活動に貢献しうる様々な微生物群を探索する技術が求められている。 A wide variety of microorganisms exist in the natural world, and it is said that more than one million types of microorganisms, with billions of microorganisms living in each gram of soil, are present. % or more) are known to be difficult-to-cultivate microorganisms that are difficult to cultivate. In addition, various extremophile microorganisms that have adapted to the environmental conditions inhabit the deep sea, where the temperature and pressure are high, and the cold regions. Under these circumstances, there is a need for technology to search for various microbial groups that can contribute to the preservation of the global environment and life activities.

一方、納豆、酵母、乳酸菌などの比較的培養が簡便な微生物については、食品産業を中心に様々な産業利用が進んでおり(非特許文献1参照)、これらの常温で増殖する微生物群の培養技術についてはほぼ確立していると言える(例えば、特許文献1-3参照)。 On the other hand, microorganisms that are relatively easy to culture, such as natto, yeast, and lactic acid bacteria, are being used in various industries, mainly in the food industry (see Non-Patent Document 1). It can be said that the technology is almost established (for example, see Patent Documents 1 to 3).

しかしながら、動物では体重60kgでは、1-2kg程度の微生物が存在し、その数は体細胞数を上回ると言われている。例えば、ヒトでは、腸管には1000種類以上、総数40兆個以上の腸内細菌が生息していると言われており、ヒトの体細胞数37兆個を上回っている。このように生体の細胞よりも多くの腸内フローラを制御するためには、腸内における微生物の理解が必要であるが、従来技術では、単一の微生物の培養を目的とした技術が中心となっており、腸内を模倣した複合微生物の挙動解析は難しく、さらに、模倣された腸内フローラ自体を培養する技術も確立していない。 However, in an animal weighing 60 kg, there are about 1-2 kg of microorganisms, and it is said that the number of microorganisms exceeds the number of somatic cells. For example, in humans, it is said that more than 1,000 types of intestinal bacteria, totaling more than 40 trillion, live in the intestinal tract, which exceeds the 37 trillion human body cells. In order to control more intestinal flora than the cells of a living body, it is necessary to understand the microorganisms in the intestine, but conventional technology focuses on culturing a single microorganism. Therefore, it is difficult to analyze the behavior of complex microorganisms that mimic the intestine, and furthermore, there is no established technology to culture the mimicked intestinal flora itself.

非特許文献2-6に示されるように、腸内フローラの重要性は、近年、生態系のバランスが乱れると、いわゆるdysbiosisによって、さまざま疾患、例えば炎症性腸疾患やがん、あるいはアレルギーなどの発症につながることが知られている。疫学的知見としては、例えば、ヒトの糞便中の微生物構造では、居住地域や食事の内容によってグループ分けされるとともに、その他の要因として、疾患、栄養条件、炎症の指標分子、あるいは糞便中の代謝産物などの解析データとの相関といった知見が報告されている。宿主の遺伝的背景を考慮したタイプ別の腸内細菌叢の制御については加味されていない。近年、食餌と性差の双方が、腸内微生物叢の構成に影響を及ぼすことを世界的に示した研究データが報告されており、また、腸内細菌叢の多様性がヒトのメタボローム対策に重要であることが指摘されている。このような理由から、健康なヒトの便を移植する治療方法として、糞便移植が臨床応用されている。 As shown in Non-Patent Documents 2-6, the importance of intestinal flora has been recognized in recent years, and when the balance of the ecosystem is disrupted, so-called dysbiosis can cause various diseases such as inflammatory bowel disease, cancer, and allergies. It is known to lead to the onset of the disease. As for epidemiological findings, for example, the microbial structure in human feces is divided into groups based on the area of residence and the content of the diet, and other factors include diseases, nutritional conditions, indicator molecules of inflammation, and metabolism in the feces. Knowledge such as correlation with analysis data of products etc. has been reported. It does not take into account the control of intestinal flora by type, taking into account the genetic background of the host. In recent years, research data has been reported worldwide showing that both diet and gender influence the composition of the intestinal microbiota, and the diversity of the intestinal microbiota is important for controlling the human metabolome. It has been pointed out that For these reasons, fecal transplantation has been clinically applied as a therapeutic method of transplanting feces from healthy humans.

さらに、バクテリオファージが病原菌の死滅に関与することが知られており、腸内においても、腸内フローラの恒常性の維持に貢献しうる(非特許文献7参照)。そこで、特定の病原菌に寄生するバクテリオファージを活用したファージ医療の応用が期待されているが、ファージを大量に培養し、維持する技術は確立していない。 Furthermore, bacteriophages are known to be involved in killing pathogenic bacteria, and can also contribute to the maintenance of intestinal flora homeostasis in the intestines (see Non-Patent Document 7). Therefore, there are expectations for the application of phage medicine, which utilizes bacteriophages that parasitize specific pathogenic bacteria, but the technology for cultivating and maintaining large quantities of phages has not been established.

生物学の進展に伴い、細胞の組織形成のスキームは明らかになりつつある。1つの受精卵から未分化な幹細胞を経て、内胚葉、中胚葉、外胚葉へと分化する段階を経て、機能分化が進んでいく。また、再生医学が進展している中で、これらの仕組みを活用し、さまざまな生命活動を理解していく必要がある。 As biology progresses, the scheme of cell tissue formation is becoming clearer. Functional differentiation progresses from a single fertilized egg through the stages of differentiation into undifferentiated stem cells, endoderm, mesoderm, and ectoderm. Furthermore, as regenerative medicine progresses, it is necessary to utilize these mechanisms to understand various life activities.

特に、細胞の機能分化の過程では、細胞間接着、酸素の濃度勾配などによる環境要因によって細胞集団の構造を規定する環境因子があり、従来の二次元培単相培養に比べて、三次元培養の方が生理的である考え方は受け入れられつつある。Spheroidと呼ばれる多細胞が集合した構造物の重要性、並びに異なる細胞群で形成されたオルガノイドにおけるモデル実験の重要性は理解されつつあるが、それらを大量に半自動的に獲得する方法、並びにそれら自体を利用する方法は確立していない。現状では目的とする細胞や組織を効率よく大量培養し、維持することは困難である。 In particular, in the process of functional differentiation of cells, there are environmental factors such as intercellular adhesion and oxygen concentration gradients that determine the structure of cell populations, and compared to conventional two-dimensional culture and single-phase culture, three-dimensional culture The idea that this is more physiological is gaining acceptance. The importance of multicellular aggregate structures called spheroids and the importance of model experiments using organoids formed by different cell groups are being understood, but there is no way to obtain them in large quantities semi-automatically, and how to use them themselves. There is no established method to use it. Currently, it is difficult to efficiently culture and maintain target cells and tissues in large quantities.

特開2001-120252号公報Japanese Patent Application Publication No. 2001-120252 特開2002-85051号公報Japanese Patent Application Publication No. 2002-85051 特開平10-191965号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-191965

堀内啓史、「ヨーグルト脱酸素発酵技術の開発」、生物工学会誌、日本生物工学会、2010年、第88巻、第11号、p.594-600Keishi Horiuchi, "Development of yogurt deoxygenation fermentation technology", Journal of the Society of Bioengineering, Japan Society of Bioengineering, 2010, Vol. 88, No. 11, p. 594-600 宮本浩邦、他、「好熱性微生物を活用した未利用バイオマス資源からの高機能性発酵製品の製造と学術的解明」、生物工学会誌、日本生物工学会、2018年、第96巻、第2号、p.56-63Hirokuni Miyamoto et al., “Production and academic elucidation of highly functional fermented products from unused biomass resources using thermophilic microorganisms,” Journal of the Society of Bioengineering, Japan Society of Bioengineering, 2018, Volume 96, No. 2 , p.56-63 福田真嗣、「メタボロゲノミクスによる腸内エコシステムの理解と制御」、生化学、公益社団法人日本生化学会、2016年、第88巻、第1号、p.61-70Shinji Fukuda, "Understanding and controlling the intestinal ecosystem through metabologenomics", Biochemistry, Japanese Biochemical Society, 2016, Vol. 88, No. 1, p.61-70 Marcus J. Claesson, et al., “Gut microbiota composition correlates with diet and health in the elderly”, Nature, 2012, Vol.488, No.7410, p.178-184Marcus J. Claesson, et al., “Gut microbiota composition correlates with diet and health in the elderly”, Nature, 2012, Vol.488, No.7410, p.178-184 Daniel I. Bolnick, et al., “Individual diet has sex-dependent effects on vertebrate gut microbiota”, Nature Communications, 2014, Vol.5, No.4500Daniel I. Bolnick, et al., “Individual diet has sex-dependent effects on vertebrate gut microbiota”, Nature Communications, 2014, Vol.5, No.4500 Emmanuelle Le Chatelier, et al., “Richness of human gut microbiome correlates with metabolic markers”, Nature, 2013, Vol.500, No.7464, p.541-549Emmanuelle Le Chatelier, et al., “Richness of human gut microbiome correlates with metabolic markers”, Nature, 2013, Vol.500, No.7464, p.541-549 Jeremy J. Barr, et al., “Bacteriophage adhering to mucus provide a non-host-derived immunity”, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2013, Vol.110, No.26, 10771-10776Jeremy J. Barr, et al., “Bacteriophage adhering to mucus provide a non-host-derived immunity”, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2013, Vol.110, No.26, 10771- 10776

上記のように、微生物を大量に培養する場合、液体培地という条件で実施されていた。そのため、固形培地でのみ培養可能な微生物は、効率的に培養できない可能性があった。また、液体培地には微生物の細胞表面の接着分子が接着しうる支持体が存在しないため、微生物由来の接着分子を活用した特性を考慮した培養は難しい。また、嫌気性と好気性の双方の微生物が存在しうる腸内フローラ形成に貢献しうる微生物の培養においても必ずしも適していない。 As mentioned above, when culturing microorganisms in large quantities, it has been carried out using liquid media. Therefore, there is a possibility that microorganisms that can be cultured only on solid media cannot be cultured efficiently. In addition, since there is no support in the liquid medium to which adhesion molecules on the cell surface of microorganisms can adhere, it is difficult to cultivate cells that take into account the characteristics of adhesion molecules derived from microorganisms. Furthermore, it is not necessarily suitable for culturing microorganisms that can contribute to the formation of intestinal flora, where both anaerobic and aerobic microorganisms may exist.

同様のことは、細胞培養においても言える。すなわち、フィーダー細胞を必要とする幹細胞、あるいは組織化の形成過程の未分化細胞、単一の細胞、あるいはオルガノイドの培養において、効率的な培養条件を検討する必要があるが、それらの条件を検討する方法が機械的に構築されていなかった。 The same can be said for cell culture. In other words, it is necessary to consider efficient culture conditions when culturing stem cells that require feeder cells, undifferentiated cells in the process of tissue formation, single cells, or organoids. There was no mechanical way to do that.

さらに、培養システムそのものを用いて、環境浄化や医療機器自体に応用を図ることもなかった。 Furthermore, there has been no attempt to use the culture system itself to purify the environment or apply it to medical equipment itself.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、任意のガス雰囲気下、あるいは任意の圧力下において微生物、並びに細胞を培養し、付着性微生物、バイオフィルム形成微生物、好気性と嫌気性の複合微生物群、並びに接触性を必要とする細胞を組織化し、大量に任意の用途利用が可能な装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and aims to cultivate microorganisms and cells in any gas atmosphere or under any pressure, and to cultivate sessile microorganisms, biofilm-forming microorganisms, aerobic and anaerobic microorganisms. The purpose of the present invention is to provide a device that organizes a complex group of microorganisms and cells that require contact, and can be used in large quantities for any purpose.

上記課題を解決するために、本発明に係る任意のガスの供給、あるいは任意の圧力の提供が可能な装置であるとともに、装置内に微生物、あるいは細胞を分離可能な緩衝領域、並びに支持体を備え、任意の微生物、細胞、あるいはそれらの代謝物を効率的に回収するラインを備えるシステムであることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention is a device capable of supplying any gas or providing any pressure, and also includes a buffer region and a support that can separate microorganisms or cells in the device. The system is characterized by being equipped with a line for efficiently collecting any microorganisms, cells, or their metabolites.

好ましくは、液体培地の中に多孔質の担体、あるいは支持体を含むことを特徴とする。 Preferably, the liquid medium is characterized by containing a porous carrier or support.

好ましくは、多孔質の担体として、熱可塑性、あるいは自然界において緩徐に分解できる特性を有する有機物、生分解性プラスチックを含むことを特徴とする。支持体として、好ましくは、寒天、アガー、ゼラチン、セルロース混合エステルなどを活用することを特徴とする。 Preferably, the porous carrier is characterized by containing thermoplasticity, an organic material having the property of being slowly decomposed in nature, or a biodegradable plastic. Preferably, agar, agar, gelatin, cellulose mixed ester, etc. are used as the support.

関連して、微生物としては、腸内フローラを形成する有用微生物群、単一で機能しない環境浄化微生物、排水処理などに貢献しうる複合微生物・バイオフィルム、あるいは特殊環境下のみで増殖しうる難培養性微生物、並びに極限環境微生物として、深海に生息する好熱菌、好冷菌、好塩菌、好アルカリ菌、好酸菌、高圧菌、有機溶媒耐性菌などの特殊な微生物群などが挙げられる。 Related microorganisms include useful microorganisms that form intestinal flora, environmental purification microorganisms that do not function alone, complex microorganisms/biofilms that can contribute to wastewater treatment, and difficult microorganisms that can only grow in special environments. Cultivable microorganisms and extremophiles include special groups of microorganisms that live in the deep sea, such as thermophiles, psychrophiles, halophiles, alkaliphiles, acidophiles, hyperbaric bacteria, and organic solvent-resistant bacteria. It will be done.

また、細胞、並びに組織としては、好ましくは、単一の細胞、オルガノイド、フィーダー細胞と未分化細胞の混合培養系が選択できることを特徴とする。また、中胚葉系の体性幹細胞である間葉系の幹細胞のみならず、内胚葉、外胚葉系の分化段階における刺激を複数回繰り返しために培養槽、あるいは支持体などが選択できることを特徴とする。 Furthermore, as the cells and tissues, preferably single cells, organoids, and a mixed culture system of feeder cells and undifferentiated cells can be selected. In addition, culture vessels or supports can be selected in order to repeat stimulation multiple times at the differentiation stages of not only mesenchymal stem cells, which are somatic stem cells of the mesodermal lineage, but also endodermal and ectodermal lineages. do.

これらによって、モデル系としてのデータ収集が可能である。さらに、それ自体をデータベースとして蓄積し、既存の生体における反応情報と照合し、モデル人工臓器の素養を有する医療機器として活用できることが期待される。 These allow data collection as a model system. Furthermore, it is expected that it will be able to accumulate itself as a database, compare it with reaction information in existing living organisms, and utilize it as a medical device that has the potential to serve as a model artificial organ.

本発明に係る培養システムは、培養諸条件の設定によって、培養後の目的とする各生体が、それぞれの生体が本来、生息している環境に適合し、生理学的にも、自己相似的、すなわちフラクタル的に培養できることを目的としている。そのために、例えば、任意のガス雰囲気下で多孔質担体と共存した生体の培養できるとともに、支持体に接着した形、あるいは固形培養が可能であるとともに、支持体の気液界面において、代謝物、並びにホルモンなどの生理活性物質の物質交換を可能とすることによって、効率的な大量培養が可能であることを特徴としている。また、これらによって、温度、pH、圧力、ガス雰囲気下などについて、複数種の培養条件が設定できる培養槽を連結できることによって、異なる微生物、あるいは細胞を培養することが可能であり、連結部、あるいは支持体にポアサイズなどの特性の調整によって、異なる微生物、あるいは細胞を分離することが可能であることを特徴としている。さらに、細胞組織、オルガノイドについては、生理反応のモデル系としての運用のみならず、人工臓器などの医療機器としての活用の可能性が期待される。 The culture system according to the present invention allows each target organism after culture to adapt to the environment in which each organism originally inhabits, and to be physiologically self-similar, that is, by setting culture conditions. The purpose is to be able to culture in a fractal manner. For this purpose, for example, it is possible to culture living organisms coexisting with a porous carrier under any gas atmosphere, and it is also possible to culture them in a form that is adhered to the support or on a solid state. In addition, by enabling the exchange of physiologically active substances such as hormones, efficient mass culture is possible. In addition, by connecting culture tanks that can set multiple types of culture conditions such as temperature, pH, pressure, and gas atmosphere, it is possible to culture different microorganisms or cells. A feature of this method is that it is possible to separate different microorganisms or cells by adjusting properties such as pore size of the support. Furthermore, cell tissues and organoids are expected to be used not only as model systems for physiological reactions, but also as medical devices such as artificial organs.

本発明に関する概念図。A conceptual diagram regarding the present invention. 連続式シャーレ培養装置を示す概念図。A conceptual diagram showing a continuous petri dish culture device. 多孔質担体活用型の連続式培養装置を示す概念図。A conceptual diagram showing a continuous culture device utilizing a porous carrier. 膜モジュール活用型の連続式培養装置を示す概念図。A conceptual diagram showing a continuous culture device utilizing a membrane module. 培養システムの支持体の役割を示す概念図。Conceptual diagram showing the role of the support in the culture system. 培養システムの連結様式を示す概念図。FIG. 2 is a conceptual diagram showing the connection mode of the culture system. 培養システムの培養槽外の連結様式を示す概念図。The conceptual diagram which shows the connection style of the culture system outside the culture tank. 制御システムの情報処理階層構造を示す概念図。FIG. 2 is a conceptual diagram showing the information processing hierarchical structure of the control system. 土壌改良用の用途を示す概念図。Conceptual diagram showing usage for soil improvement. 排水処理の用途を示す概念図。Conceptual diagram showing the uses of wastewater treatment. 排水処理施設内の用途を示す概念図。A conceptual diagram showing the uses within the wastewater treatment facility. 移植用腸内フローラカクテルの用途を示す概念図。Conceptual diagram showing the use of intestinal flora cocktail for transplantation. 医療用バクテリオファージの用途を示す概念図。Conceptual diagram showing the uses of medical bacteriophage. 一般的な細胞分化と組織形成の概念図。Conceptual diagram of general cell differentiation and tissue formation. 一般的な内胚葉由来前駆細胞の消化管と肺の組織形成の概念図。Conceptual diagram of gastrointestinal and lung tissue formation by common endoderm-derived progenitor cells.

本発明の一実施形態について、以下、図面を参照しつつ説明する。ただし、以下はあくまで本発明の一実施形態を例示的に示すものであり、本発明の範囲は以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the following is merely an illustrative example of an embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following embodiment, and may be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention. It is.

本実施形態に係る培養システムは、任意のガス雰囲気下、あるいは任意の圧力下、又は任意の温度下で、支持体の特性に依存した上で、目的とする生体を効率的に培養するとともに、安定的に維持することができる。本実施形態に係る培養システムでは、耐圧ガラスをはじめとした耐圧性の高い素材を培養装置に用いることによって、任意のガスの供給、あるいは任意の圧力の提供が可能な装置としていることから、通常気圧から、深海3000m~6000mの圧力と同等の30MPa~60MPa、最
大では略100MPaまで圧力が可変となっている。また、本実施形態に係る培養システムの装置内には、中空糸膜、人工細胞膜、カーボンナノチューブなどを活用するとともに、水圏においてガス成分を溶解し、濃度差を作ることによって、微生物、あるいは細胞を分離可能な緩衝領域、並びに支持体を備えている。本実施形態に係る培養システムは、さらに任意の微生物、細胞、あるいはそれらの代謝物を効率的に回収するラインを備えており、支持体によって分離された回収側の領域について、培地溶液、回収用の滅菌水、あるいは滅菌生理食塩水など活用し、それらをラインを通じて装置内に流し込み、それらを回収する。そのため、図1に示すように、本実施形態に係る培養装置は、微生物培養においては、従来装置では培養、並びに組織維持が困難であったプロバイオティクス、プレバイオティクス、移植用に活用可能な、腸内の有効微生物の複合カクテル、病原菌の死滅に関わるバクテリオファージ、環境浄化に貢献しうるバイオフィルム、高温・高圧下、あるいは低温下などで生息しうる極限環境微生物を生産、あるいは維持することができうる。又、当該装置自体が、環境浄化システムとして活用することが期待されうる。細胞培養においては、従来の古典的な培養装置と異なり、ガス交換や支持体の特性を個別の細胞、並びに組織において適切な生理的条件を模倣することができうるので、オルガノイドなどの組織培養を安定的に、かつ大量に実施すること、並びにそれらを用いて、モデル系としての評価系の構築、あるいはそれらのデータに基づいて、移植組織の生産などに活用できることが期待される。又、当該装置自体が、生体反応の一部を模倣した医療機器として用いることが期待できる。
The culture system according to this embodiment efficiently cultivates the target organism under any gas atmosphere, under any pressure, or under any temperature, depending on the characteristics of the support, and Can be maintained stably. In the culture system according to this embodiment, by using a highly pressure-resistant material such as pressure-resistant glass for the culture device, it is possible to supply any gas or provide any pressure. The pressure can be varied from 30 MPa to 60 MPa, equivalent to the pressure at depths of 3000 m to 6000 m, up to approximately 100 MPa at the maximum. In addition, the culture system according to the present embodiment utilizes hollow fiber membranes, artificial cell membranes, carbon nanotubes, etc. in the device, and also dissolves gas components in the hydrosphere and creates a concentration difference to eliminate microorganisms or cells. It includes a separable buffer area as well as a support. The culture system according to this embodiment is further equipped with a line for efficiently collecting any microorganisms, cells, or their metabolites, and in a region on the collection side separated by the support, a culture medium solution, a collection Use sterile water or sterile saline, flow them into the device through a line, and collect them. Therefore, as shown in FIG. 1, the culture device according to this embodiment can be used for probiotics, prebiotics, and transplants, which have been difficult to culture and maintain with conventional devices. , producing or maintaining a complex cocktail of effective microorganisms in the intestine, bacteriophages that are involved in killing pathogenic bacteria, biofilms that can contribute to environmental purification, and extremophiles that can live under high temperature, high pressure, or low temperature. can be done. Further, the device itself can be expected to be utilized as an environmental purification system. In cell culture, unlike traditional culture devices, gas exchange and support properties can be adapted to mimic the physiological conditions appropriate for individual cells and tissues, making it possible to culture tissues such as organoids. It is expected that they will be implemented stably and in large quantities, and that they will be used to construct an evaluation system as a model system, or to produce transplanted tissues based on the data. Furthermore, the device itself can be expected to be used as a medical device that imitates some of the biological reactions.

本実施形態に係る培養装置の素材としては、耐熱性・耐圧性ガラス、ステンレス、及び耐熱性のポリカーボネートのいずれかが好適である。 As the material for the culture device according to this embodiment, any one of heat-resistant/pressure-resistant glass, stainless steel, and heat-resistant polycarbonate is suitable.

次に、設計例を示して、本発明を更に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Next, the present invention will be further explained by showing design examples, but the present invention is not limited thereto.

(実施例1) 図2には本実施例で用いる培養装置10を示している。培養装置10は、ステンレス製の培養タンク11と、支持体12と、培養物を回収するための回収溶液の送液管13と、培養タンク11内を攪拌する撹拌翼14とを備える。培養タンク11に、支持体12としてオートクレーブにおいて滅菌した多孔質体であるコーヒー粕の入った微生物発酵溶液とを封入し、1mlあたり10に調整された芽胞菌である有胞子性バシラス菌Bacillus coagulansを添加し、液体培養において酸素雰囲気下において2日間培養し、面状ヒーターによって加熱温度として60℃下で維持した上で、滅菌酵母エキスを原料として、1mlあたり10以上の多孔質体に付着、混合したBacillus coagulansの菌体培養物を回収することが可能となった。なお、滅菌した微生物発酵溶液としては、ATCCに国際寄託された寄託番号PTA-1773を用いた。また、Bacillus coagulansとしては、2015年6月17日に本発明者の一人である宮本が寄託した製品評価技術基盤機構における寄託番号BP-02066を用いた。滅菌したPTA-1773という菌が死んだ状態の溶液自体を用いて、クオラムセンシング機能を活用して、他の微生物の培養を制御しながら、目的とする複合微生物を複合微生物として培養することができた。 (Example 1) FIG. 2 shows a culture apparatus 10 used in this example. The culture device 10 includes a culture tank 11 made of stainless steel, a support 12 , a recovery solution feeding pipe 13 for recovering the culture, and a stirring blade 14 for stirring the inside of the culture tank 11 . A microbial fermentation solution containing coffee grounds, which is a porous material sterilized in an autoclave, is sealed in a culture tank 11 as a support 12, and a spore-forming bacillus, Bacillus coagulans, is prepared at a concentration of 10 6 per ml. was added, cultured in an oxygen atmosphere for 2 days in a liquid culture, maintained at a heating temperature of 60°C using a planar heater, and adhered to a porous body of 10 8 or more per ml using sterilized yeast extract as a raw material. It became possible to collect a mixed bacterial culture of Bacillus coagulans. The sterilized microbial fermentation solution used was deposit number PTA-1773, which was internationally deposited with the ATCC. Furthermore, as Bacillus coagulans, the deposit number BP-02066 at the National Institute of Technology and Evaluation deposited by Miyamoto, one of the inventors of the present invention, was used on June 17, 2015. Using a sterilized solution containing dead bacteria called PTA-1773, it is possible to culture the target complex microorganism as a complex microorganism while controlling the culture of other microorganisms by utilizing the quorum sensing function. did it.

(実施例2) 図3には本実施例で用いる培養装置20を示している。培養装置20は、培養タンク21と、固形培地用のステンレス皿22と、培養物を回収するための回収溶液の送液管23と、培地溶液などを攪拌する攪拌翼24とを備える。ステンレス皿22のみを有し、撹拌翼24を底部に1つだけ有し、送液管23を有しないタンクを用いて、ステンレス皿22の表面に、支持体としてオートクレーブにおいて加熱滅菌したアガー溶液を投入した。ステンレス皿22の表面において、支持体であるアガーを常温下で固形化し、その上で、1mlあたり10に調整された芽胞菌であるバシラス菌を冷水に混合した上で、固形化したアガー上に添加し、菌体入り冷水を回収し、加熱温度を50℃以上に設定して、さらに、滅菌フィルターを介した空気を入れて好気培養することによって、1mlあたり10以上の当該菌体を24時間で培養することが可能となった。菌体の回収のためには、冷水を投入し、菌体入り冷水を遠心することによって、濃縮菌体を入手することが可能である。又、アガーを除去するためには、70℃以上の滅菌水を循環させることによって、回収することが可能である。なお、ステンレス皿22上における条件を均一化するために、各ステンレス皿22に撹拌翼24を設置するとともに、菌体の投入量を調整し均一化するために、送液管23を有する構造を有することも可能である。 (Example 2) FIG. 3 shows a culture apparatus 20 used in this example. The culture device 20 includes a culture tank 21, a stainless steel plate 22 for a solid medium, a liquid supply pipe 23 for a recovery solution for recovering the culture, and an agitation blade 24 for stirring the medium solution and the like. Using a tank that has only a stainless steel dish 22, only one stirring blade 24 at the bottom, and no liquid feed pipe 23, an agar solution that has been heat sterilized in an autoclave is placed on the surface of the stainless steel dish 22 as a support. I put it in. On the surface of the stainless steel plate 22, agar as a support is solidified at room temperature, and then Bacillus bacteria, which is a spore bacteria adjusted to 10 6 per ml, is mixed with cold water, and then the solidified agar is mixed with cold water. 10 8 or more of the bacteria per ml can be obtained by adding the bacteria to the water, collecting the cold water containing the bacteria, setting the heating temperature to 50°C or higher, and then introducing air through a sterile filter for aerobic culture. It became possible to culture in 24 hours. In order to collect the bacterial cells, it is possible to obtain concentrated bacterial cells by pouring cold water and centrifuging the cold water containing the bacterial cells. In addition, in order to remove agar, it is possible to recover it by circulating sterilized water at 70° C. or higher. In addition, in order to equalize the conditions on the stainless steel dishes 22, stirring blades 24 are installed on each stainless steel dish 22, and in order to adjust and equalize the amount of bacterial cells input, a structure having a liquid feeding pipe 23 is provided. It is also possible to have

本実施形態に係る支持体としては、微生物の大きさよりも小さく、0.22μmから10μmの間の直径と深さである窪みを多数有する皿、あるいは、実施例2に示したように、温度依存的に形状を変化しうる熱可塑性の素材として、固体化と液体化が可変であるアガー、寒天、ゼラチンは、次の用途において適している。すなわち、固形化した条件下において表面に目的とする生物を付着させて、任意のガス雰囲気下で培養が可能であり、かつ培地を混合することができるため、都合が良い。また、支持体の両面を使用して培養する場合には、図4に示したように、支持体としてポアサイズによる選別が可能な素材として、中空糸膜、カーボンナノチューブ、フィルターポアを有するセルロース混合エステルなどが適当である。これによって、培養系Xと培養系Yのポアサイズの異なる有用微生物や代謝物の交換などが可能となる。また、生体膜、人工生体膜、あるいはその特性を有する素材を支持体に含めば、浸透圧、ガス分圧等によって、任意のガス交換が可能である。 The support according to this embodiment may be a dish having a large number of depressions smaller than the size of the microorganism and having a diameter and depth between 0.22 μm and 10 μm, or a temperature-dependent support as shown in Example 2. Agar, agar, and gelatin, which have variable solidification and liquefaction properties, are suitable as thermoplastic materials that can change their shape in the following applications: That is, it is convenient because the target organism can be attached to the surface under solidified conditions and cultured in any gas atmosphere, and the culture medium can be mixed. In addition, when culturing using both sides of the support, as shown in Figure 4, materials that can be selected by pore size include hollow fiber membranes, carbon nanotubes, and cellulose mixed esters with filter pores. etc. are appropriate. This makes it possible to exchange useful microorganisms and metabolites with different pore sizes between culture system X and culture system Y. Further, if a biological membrane, an artificial biological membrane, or a material having such characteristics is included in the support, arbitrary gas exchange is possible by osmotic pressure, gas partial pressure, etc.

(実施例3) 前述の考え方を応用し、図5で示した培養装置30を構築することによって、液体状の培養系と任意のガス雰囲気下において任意のガス雰囲気下で培養可能な菌体と液体内でのみ培養可能な菌体の複合微生物を培養することも可能である。培養装置30は、培養タンク31と、支持体としてチューブ32とを備える。具体的には、pHの調整、あるいはチューブ32の先端36を密閉し、微細なポアサイズ(直径として0.22μm以下)でポア間1mm以上の間隔で数少ないポア数のポアがチューブ32に設けられており、チューブ32内部に任意のガス条件で培養可能な菌体を満たし、チューブ32に当該ガスを強制的に投入し、チューブ32の外部37は粘性の高い液体培地で満たし、微量の当該ガス成分が、粘性の高い液体培地に混入する条件下に適合する菌体を培養するとともに、複数種の菌体を同時に維持管理することが期待される。培養装置30を用いて、Bacillus subtilisの近縁種であるNP-1株とBacillus coagulans BP-02066との培養物が、前者の菌株が優先の形で培養することができた。その結果を表1に示す。 (Example 3) By applying the above-mentioned concept and constructing the culture apparatus 30 shown in FIG. It is also possible to culture complex microorganisms whose cells can only be cultured in liquid. The culture device 30 includes a culture tank 31 and a tube 32 as a support. Specifically, the pH is adjusted, or the tip 36 of the tube 32 is sealed, and a small number of pores are provided in the tube 32 with a fine pore size (0.22 μm or less in diameter) and an interval of 1 mm or more between the pores. The inside of the tube 32 is filled with bacterial cells that can be cultured under arbitrary gas conditions, the gas is forcibly introduced into the tube 32, the outside 37 of the tube 32 is filled with a highly viscous liquid medium, and a trace amount of the gas component is However, it is expected that it will be possible to cultivate bacterial cells that are compatible with the conditions in which they are mixed into a highly viscous liquid medium, and to simultaneously maintain and manage multiple types of bacterial cells. Using the culture device 30, it was possible to culture a culture of NP-1 strain, which is a closely related species of Bacillus subtilis, and Bacillus coagulans BP-02066, with the former strain being preferential. The results are shown in Table 1.

Figure 2024032920000002
Figure 2024032920000002

このような微生物群として、腸内フローラを形成する有用微生物群、単一で機能しない環境浄化微生物、排水処理などに貢献しうる複合微生物・バイオフィルム、あるいは特殊環境下のみで増殖しうる難培養性微生物、並びに極限環境微生物として、好熱菌、好冷菌、好塩菌、好アルカリ菌、好酸菌、高圧菌、有機溶媒耐性菌などが期待される。また、多孔質体として、生分解性プラスチックを用いた場合、当該原料であるL型乳酸、あるいはコハク酸を分解しうる微生物を培養することによって、生分解性プラスチック、あるいは温度依存的に形状変化が可能なアガー、寒天、ゼラチンなどと微生物の共培養体を効率的に生産できることが可能であり、農業、畜産、あるいは環境浄化などにおける多分野で利用できる資材を構築することが期待される。 These microorganism groups include useful microorganisms that form intestinal flora, environmental purification microorganisms that do not function as a single group, complex microorganisms/biofilms that can contribute to wastewater treatment, and difficult-to-cultivate microorganisms that can only grow in special environments. Thermophilic bacteria, psychrophilic bacteria, halophilic bacteria, alkaliphilic bacteria, acidophilic bacteria, hyperbaric bacteria, and organic solvent-resistant bacteria are expected to be active microorganisms and extremophilic microorganisms. In addition, when biodegradable plastic is used as a porous material, by culturing microorganisms that can decompose L-type lactic acid or succinic acid, which are the raw materials, biodegradable plastic or temperature-dependent shape change can be achieved. It is possible to efficiently produce co-cultures of microorganisms with agar, agar, gelatin, etc., which are capable of oxidation, and is expected to create materials that can be used in many fields such as agriculture, livestock, and environmental purification.

また、チューブ32のポアサイズを調節し、バクテリアが通過しないポアサイズ(直径として0.22μm以下)に設定すれば、チューブ32の内部、あるいは外部37の区域のうち、一方にバクテリア、一方に細胞、あるいはオルガノイドを培養することによって、バクテリアと細胞・オルガノイドの共生系において、チューブ32のポアの物質循環を伴い、生体内の反応に類似した系において、バクテリア、あるいは細胞・オルガノイドの培養が可能となる。当該培養系は、モデル系としても活用可能であり、かつ生体内でのみ培養可能なバクテリア、あるいは組織・オルガノイドの形成を理解することに有効である。また、これらのデータが蓄積された上であれば、人工臓器などへの応用も可能であることが期待される。 In addition, by adjusting the pore size of the tube 32 and setting it to a pore size (0.22 μm or less in diameter) that does not allow bacteria to pass through, it is possible to prevent bacteria from entering the tube 32 on one side and cells or cells on the other side. By culturing organoids, bacteria or cells/organoids can be cultured in a symbiotic system of bacteria, cells, and organoids, with material circulation through the pores of the tube 32, and in a system similar to reactions in living organisms. This culture system can also be used as a model system, and is effective in understanding the formation of bacteria or tissues/organoids that can only be cultured in vivo. It is also expected that once this data is accumulated, it will be possible to apply it to artificial organs.

さらに、任意の病原菌のみに感染しうるバクテリオファージの分離を目的として、それらを増殖させるために、一方の区域に、当該病原菌を投入し、それらが増殖しうる培地を投入し培養しながら、ポアサイズによる篩効果によって、病原菌を回収しない形で、バクテリオファージのみを効率的に分離・回収することが可能である。 Furthermore, for the purpose of isolating bacteriophages that can infect only a given pathogen, in order to propagate them, the pathogen is introduced into one area, and a medium in which they can proliferate is introduced, and while culturing, the pore size is Due to the sieving effect, it is possible to efficiently separate and collect only bacteriophages without collecting pathogenic bacteria.

任意の細胞・組織の培養と維持のために応用するのであれば、チューブ32の内部、あるいは外部37の区域において、フィーダー細胞と幹細胞を物理的に分離した形で共培養し、効率的なフィーダー細胞の培養とそれらの代謝物を活用して、幹細胞の培養、並びに幹細胞の組織化、あるいは目的とする組織のオルガノイドを培養することが可能である。 If the application is to culture and maintain arbitrary cells/tissues, feeder cells and stem cells may be co-cultivated in a physically separated form within the tube 32 or in the external area 37 to provide an efficient feeder. By utilizing cell culture and their metabolites, it is possible to culture stem cells, organize stem cells, or culture organoids of target tissues.

これらのフィーダー細胞と幹細胞のいわば分離型共培養系、並びにフィーダー細胞とオルガノイドなどとの共培養系は、動物実験に変わる実験系モデルとして活用できる。また、培養の維持をすることによって、その代謝物を効率的に入手できるとともに、実験データの集積によって、人工臓器の代替のモデル系、あるいは医療機器の一環として活用されることが期待できる。 These so-called separated co-culture systems of feeder cells and stem cells, as well as co-culture systems of feeder cells and organoids, etc., can be used as experimental models in place of animal experiments. Furthermore, by maintaining the culture, the metabolites can be obtained efficiently, and by accumulating experimental data, it is expected that it will be used as a model system for replacing artificial organs or as part of medical equipment.

また、図6に示したように、完全に培養タンクを分割し、フィルターあるいは支持体による半分離することによって、培養タンクの温度、ガス、圧力などの諸条件をドラスティックに変えた上で、共培養系を構築し、それぞれの培養物の回収はコンタミを避けた上で実施することも可能である。 In addition, as shown in Figure 6, by completely dividing the culture tank and semi-separating it using a filter or support, various conditions such as temperature, gas, and pressure of the culture tank can be dramatically changed. It is also possible to construct a co-culture system and collect each culture while avoiding contamination.

これらの培養系をシステムとして構築するためには、図7で示した培養タンク外部の装備が必要であり、制御系としては、図8で示した制御系の構築されることが好ましい。 In order to construct these culture systems as a system, equipment outside the culture tank shown in FIG. 7 is required, and as a control system, it is preferable to construct the control system shown in FIG. 8.

図7及び図8では、本実施形態に係る培養システムで用いられる制御系について説明している。図7に示すように、第1制御110において、液体の培地を供給することができる。培地において、アガーを入れることによって、供給する時には60℃以上の温度下にて、液状にて供給し、タンク内において、60℃以下に温度を下げた上で、固形化し、その固形化下培地に、必要な微生物などの生体を供給することができる。当該ラインをガス共有と併用することも可能である。ガス交換については、主に第2制御120を活用し、空気以外に任意のガス、酸素、二酸化炭素、窒素、硫化水素などの濃度勾配を変えることによって供給、あるいは排出することが可能である。第3制御130は、回収ラインであり、回収液の投入と排出を可能とする。回収液については、アガーを溶かす場合は、60℃以上の温度下の滅菌水、滅菌生理食塩水などを投入し、溶かすことなく回収する場合には、30℃以下、好ましくは、4-10℃程度の温度範囲の滅菌水、滅菌生理食塩水を投入する。培養装置連結ラインでは、複合培養をする微生物、あるいは細胞などとの関係性を考えて、送液ラインの流速などをコントロールする。第4制御140は、また、第5制御150では、対象とする培養タンクの温度、あるいは培養タンク内の攪拌条件などをコントロールし、合わせて、第1制御110、第2制御120、第3制御130及び第4制御140と連動する形態をとる。 7 and 8 illustrate a control system used in the culture system according to this embodiment. As shown in FIG. 7, in the first control 110, a liquid culture medium can be supplied. By adding agar to the culture medium, it is supplied in liquid form at a temperature of 60°C or higher, and then solidified after lowering the temperature to 60°C or lower in a tank. It is possible to supply living organisms such as necessary microorganisms to the plant. It is also possible to use the line in conjunction with gas sharing. Regarding gas exchange, mainly by utilizing the second control 120, it is possible to supply or discharge any gas other than air, such as oxygen, carbon dioxide, nitrogen, hydrogen sulfide, etc., by changing the concentration gradient. The third control 130 is a recovery line and allows input and discharge of recovery liquid. Regarding the recovery liquid, when dissolving the agar, add sterilized water or sterile physiological saline at a temperature of 60°C or higher, and when recovering without dissolving the agar, add 30°C or lower, preferably 4-10°C. Add sterile water or sterile physiological saline at a temperature range of In the culture device connection line, the flow rate of the liquid supply line is controlled by considering the relationship with the microorganisms or cells to be cultured in a complex manner. The fourth control 140 also controls the temperature of the target culture tank or the stirring conditions in the culture tank in the fifth control 150, and also controls the first control 110, second control 120, and third control. 130 and fourth control 140.

上記で示したような制御系は、図8に示すように、情報処理基部100としてまとめられている。情報処理基部100は、累積した培養条件ビッグデータに基づいて、第1制御110から第5制御150までの記載した制御系因子を包括的に制御できる。特に、情報処理基部100のビッグデータ処理は、機械学習、人工知能によって最適化を図ることが可能な条件にすることが好ましい。そのため、情報処理基部100は、インターネットにおける交信が可能なLANケーブル端子あるいはWifi、USB端子などの外部からの端子入力を備え、微生物、細胞などの最新の培養諸条件を入力できる機能を付与することによって、より効率的な培養が可能であることが好ましい。 The control system as shown above is summarized as an information processing base 100, as shown in FIG. The information processing base 100 can comprehensively control the control system factors described from the first control 110 to the fifth control 150 based on the accumulated culture condition big data. In particular, it is preferable that the big data processing of the information processing base 100 be performed under conditions that can be optimized by machine learning and artificial intelligence. Therefore, the information processing base 100 is equipped with an external terminal input such as a LAN cable terminal, Wi-Fi, or USB terminal that allows communication over the Internet, and is provided with a function that allows input of the latest culture conditions for microorganisms, cells, etc. It is preferable that more efficient culture is possible by this method.

情報処理基部100内の制御フローについては、図8に示すように、第1制御110が、培地投入信号のスイッチを受けて(S11)、培地の安定度合いなどのチェックをし(S12)、投入信号を発し、合わせて第3制御130と連動する(S13)。次に、第2制御120では、ガスの供給のスイッチを受けて(S21)、ガスの供給濃度と頻度をチェックし(S22)、停止信号を受けるように調整可能とする(S23)。第3制御130では、培養の度合いをチェックできる指標としてOD、あるいはpHを指標として検討できるように設定され、その培養完了を受けて(S31)、回収液を投入できるようにする(S32)。また、培養物の脆弱性を考慮し、回収するスピードを調整し(S33)、回収が終了した際に停止できるようにする(S34)。第4制御140は、第2制御120と連動するとともに(S41)、第3制御130とも連動し(S42)、連結しているもう一つの培養装置と連動し(S43)、送液流量と流速を調整する。さらに、第5制御150では、第1制御110-第4制御140と連動し(S51-S54)、培養装置内の培養と回収をスムーズ実施できるようにする(S55)。 Regarding the control flow within the information processing base 100, as shown in FIG. A signal is issued, and the control is also linked with the third control 130 (S13). Next, in the second control 120, a gas supply switch is received (S21), the gas supply concentration and frequency are checked (S22), and adjustment is made possible to receive a stop signal (S23). The third control 130 is set so that OD or pH can be used as an index to check the degree of cultivation, and upon completion of the cultivation (S31), the collected liquid can be introduced (S32). In addition, the speed of collection is adjusted in consideration of the fragility of the culture (S33), and the collection can be stopped when the collection is completed (S34). The fourth control 140 is interlocked with the second control 120 (S41), with the third control 130 (S42), with another connected culture device (S43), and with the flow rate and flow rate. Adjust. Further, the fifth control 150 is linked with the first control 110 to the fourth control 140 (S51-S54), and enables smooth cultivation and recovery in the culture device (S55).

図9に示したように、多孔質化した生分解性プラスチックと微生物との混合培養体を農地に施用した場合、生分解性プラスチックの組成として乳酸、あるいはコハク酸を活用している場合、微生物の分解によって、土壌中において緩徐に酸を放出できるため、土壌の局所的なpHの酸性化によってミネラル吸収が可能となる作物によって有益となる。 As shown in Figure 9, when a mixed culture of porous biodegradable plastic and microorganisms is applied to farmland, when lactic acid or succinic acid is used as the composition of the biodegradable plastic, microorganisms The decomposition of minerals can slowly release acids in the soil, which can be beneficial to crops whose mineral uptake is enabled by acidification of the local pH of the soil.

図10に示したように、多孔質化した生分解性プラスチック、あるいは他の分解可能な担体と排水浄化バイオフィルムとの混合培養体を排水の川上に施用した場合、排水浄化に寄与する微生物が存在する比表面積が増えるため、分解効率が高まり、川下の浄化が進むことが期待される。同様に、図11に示したように、排水処理施設における曝気槽において用いれば同様に分解効率が高まり、汚泥の減容化が想定される。 As shown in Figure 10, when a mixed culture of porous biodegradable plastic or other degradable carriers and wastewater purification biofilm is applied upstream of wastewater, microorganisms that contribute to wastewater purification are As the specific surface area increases, it is expected that the decomposition efficiency will increase and downstream purification will progress. Similarly, as shown in FIG. 11, if used in an aeration tank in a wastewater treatment facility, it is expected that the decomposition efficiency will similarly increase and the volume of sludge will be reduced.

図12に示したように、腸内フローラの有効微生物で形成される複合微生物をカクテル化し利用すれば、現在の糞便移植などの代替技術として、ヒトの医療用素材として、あるいは動物の腸内フローラを改善するために、出生後間もない未熟な腸内に移植する腸内フローラカクテルとして活用できる。 As shown in Figure 12, if a complex microorganism formed by effective microorganisms of intestinal flora is used as a cocktail, it can be used as an alternative technology such as the current fecal transplantation, as a medical material for humans, or as a material for animal intestinal flora. It can be used as an intestinal flora cocktail to be transplanted into the immature intestine shortly after birth to improve the condition.

図13に示したように、腸内の病原菌に対して選択的に死滅効果を有するバクテリオファージを培養することによって、抗生物質の代替となる安全な治療に活用できる。人工抗生物質の削減は世界的な喫緊の課題であることから安全な処方箋として期待できる。 As shown in FIG. 13, by culturing bacteriophages that selectively kill pathogenic bacteria in the intestines, they can be used as a safe alternative to antibiotics. Reducing the use of artificial antibiotics is an urgent global issue, so it can be expected to be a safe prescription.

再生医学の進展に伴い、多くの技術開発が進んでいるが、細胞の組織化を自動化するシステムの構築はまだ改善の余地がある。図14は、一般的な細胞分化について示しているが、これらの細胞分化は、図15に示すように、各細胞に与える環境刺激要因によって、最終分化の形態が変わってくる。本装置を活用することによって、これらの環境刺激を改変し、目的とする組織、オルガノイドを構築し、オルガノイドモデル系、移植組織の生産、医療機器としての活用を進める。 With the progress of regenerative medicine, many technological developments are progressing, but there is still room for improvement in the construction of systems that automate cell organization. FIG. 14 shows general cell differentiation, but as shown in FIG. 15, the form of final differentiation changes depending on the environmental stimulation factors given to each cell. By utilizing this device, we will modify these environmental stimuli, construct target tissues and organoids, and proceed with the production of organoid model systems, transplanted tissues, and use as medical devices.

以上より、本発明に係る培養システムを活用することによって、微生物の培養、土壌改良、作物生産、動物生産、環境浄化、医療分野の幅広い視点で用いることができる。 As described above, by utilizing the culture system according to the present invention, it can be used in a wide range of fields such as microbial culture, soil improvement, crop production, animal production, environmental purification, and medical fields.

10、20、30 培養装置
11、21、31 培養タンク
12 支持体(多孔質体)
13 送液管
14 撹拌翼
22 ステンレス皿
23 送液管
24 撹拌翼
32 チューブ(支持体)
36 (チューブの)先端
37 (チューブの)外部
100 情報処理基部
110 第1制御(培地供給ラインに関わる制御)
120 第2制御(ガス交換ラインに関わる制御)
130 第3制御(回収ラインに関わる制御)
140 第4制御(培養装置連結ラインに関わる制御)
150 第5制御(培養タンク制御ラインに関わる制御)
10, 20, 30 Culture device 11, 21, 31 Culture tank 12 Support (porous body)
13 Liquid feeding tube 14 Stirring blade 22 Stainless steel plate 23 Liquid feeding tube 24 Stirring blade 32 Tube (support body)
36 Tip (of the tube) 37 Outside (of the tube) 100 Information processing base 110 First control (control related to the culture medium supply line)
120 Second control (control related to gas exchange line)
130 Third control (control related to collection line)
140 4th control (control related to culture device connection line)
150 Fifth control (control related to culture tank control line)

Claims (5)

任意のガス雰囲気下、あるいは任意の圧力下、あるいは温度下において、それらを可変し、支持体の表面を介して生物を効率的に大量に連続培養する装置とともに、当該生物由来の培養物の回収を可能とする装置を含んだ培養システムであって、
前記生物を培養する2つの培養タンクと、
前記培養タンク内を攪拌する撹拌翼と、
前記培養タンクに接続され、前記培養タンク内に培地を供給する培地供給ラインと、
2つの前記培養タンク同士を接続し、2つの前記培養タンク間の送液の流速及び流量を制御する培養装置連結ラインと、
前記培養装置連結ラインに設けられた前記支持体と、
前記培養タンクに接続され、前記培養物を回収するための回収溶液の回収ライン及び回収液投入ラインと、
前記培養タンクに接続され、前記培養タンク内のガス交換を行う給気ライン及び排気ラインと、
累積した培養条件ビッグデータに基づいて制御系因子を包括的に制御する情報処理基部と、を有し、
前記情報処理基部は、前記培養タンク内において、前記培地の供給の制御を行う第1制御と、
前記培養タンク内において、ガス交換の制御を行う第2制御と、
前記培養タンク内において、前記回収溶液の投入と排出の制御を行う第3制御と、
前記第2制御及び前記第3制御の連動と前記培養装置連結ラインの制御とを行う第4制御と、
前記第1制御、前記第2制御、前記第3制御、及び前記第4制御の連動と前記培養タンクの攪拌条件の制御と前記培養タンクの温度の制御とを行う第5制御と、を有することを特徴とする培養システム。
A system for efficiently cultivating organisms in large quantities through the surface of a support under any gas atmosphere, or under any pressure or temperature, as well as recovery of cultures derived from the organisms concerned. A culture system including a device that enables
two culture tanks for culturing the organisms;
a stirring blade that stirs the inside of the culture tank;
a medium supply line connected to the culture tank and supplying the medium into the culture tank;
a culture device connection line that connects the two culture tanks and controls the flow rate and flow rate of the liquid sent between the two culture tanks;
the support provided in the culture device connection line;
A recovery solution recovery line and a recovery solution input line connected to the culture tank and for recovering the culture;
an air supply line and an exhaust line that are connected to the culture tank and perform gas exchange within the culture tank;
and an information processing base that comprehensively controls control system factors based on accumulated culture condition big data,
The information processing base includes a first control unit that controls supply of the medium in the culture tank;
a second control for controlling gas exchange in the culture tank;
a third control for controlling input and discharge of the recovery solution in the culture tank;
a fourth control that performs interlocking of the second control and the third control and control of the culture device connection line;
A fifth control that performs interlocking of the first control, the second control, the third control, and the fourth control, and controls the stirring conditions of the culture tank and the temperature of the culture tank. A culture system featuring:
好気性生物と嫌気性生物の複合生物群を培養し、維持するために、液体状の培地において嫌気性生物を連続培養する装置をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の培養システム。 2. The culture system according to claim 1, further comprising an apparatus for continuously culturing anaerobic organisms in a liquid medium in order to culture and maintain a complex group of aerobic organisms and anaerobic organisms. 支持体として、培養目的となる生物の増殖を促進する生体を使用した請求項1または2に記載の培養システム。 3. The culture system according to claim 1, wherein a living organism that promotes the growth of the organism to be cultured is used as the support. 支持体として表面積の広い多孔質担体、あるいはチューブ型濾過膜を使用した請求項1から3のいずれか一項に記載の培養システム。 4. The culture system according to claim 1, wherein a porous carrier with a large surface area or a tube-shaped filtration membrane is used as the support. 支持体、あるいはその側面が粘性の高い液状であることによって、生物の培養のために気液界面を使用できることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の培養システム。 4. The culture system according to claim 1, wherein the support or its side surfaces are in a highly viscous liquid state, so that an air-liquid interface can be used for culturing organisms.
JP2024013088A 2019-06-25 2024-01-31 Closed 3D fractal culture system and its culture Pending JP2024032920A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2024013088A JP2024032920A (en) 2019-06-25 2024-01-31 Closed 3D fractal culture system and its culture

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019117888A JP2021003023A (en) 2019-06-25 2019-06-25 Closed 3d fractal culture system and cultured object thereof
JP2024013088A JP2024032920A (en) 2019-06-25 2024-01-31 Closed 3D fractal culture system and its culture

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019117888A Division JP2021003023A (en) 2019-06-25 2019-06-25 Closed 3d fractal culture system and cultured object thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024032920A true JP2024032920A (en) 2024-03-12

Family

ID=74096920

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019117888A Pending JP2021003023A (en) 2019-06-25 2019-06-25 Closed 3d fractal culture system and cultured object thereof
JP2024013088A Pending JP2024032920A (en) 2019-06-25 2024-01-31 Closed 3D fractal culture system and its culture

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019117888A Pending JP2021003023A (en) 2019-06-25 2019-06-25 Closed 3d fractal culture system and cultured object thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (2) JP2021003023A (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3322855B2 (en) * 1999-10-21 2002-09-09 雪印乳業株式会社 Culture device for red non-sulfur bacteria and low odor wastewater treatment device
CN101679930A (en) * 2007-06-01 2010-03-24 瓦克化学股份公司 Photoreactor
JP5169035B2 (en) * 2007-06-19 2013-03-27 株式会社Ihi Pressure test method and apparatus
JP2012034589A (en) * 2010-08-04 2012-02-23 Hiroshima Univ Apparatus for culturing intestine imitation

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021003023A (en) 2021-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Schippers et al. Cultivation of sponges, sponge cells and symbionts: achievements and future prospects
Park et al. Emulating host-microbiome ecosystem of human gastrointestinal tract in vitro
US20080293135A1 (en) Co-Culture Bioreactor System
KR102059248B1 (en) Cell culture method and kit
CN108342350A (en) Harvest the method and system of cell
CN104762260A (en) Preparation method and application of adipose-derived mesenchymal stem cells and preparation thereof
CN112266898A (en) Culture method and culture solution for colorectal cancer organoid
CN105296426B (en) A kind of method for inducing and cultivating of NK cell
US20110027880A1 (en) Cell culture system for pancreatic islands
Sakib et al. Generation of porcine testicular organoids with testis specific architecture using microwell culture
US20220025310A1 (en) System for producing cultivated meats, tissues and associated products from cells
Ng et al. Dissolvable gelatin‐based microcarriers generated through droplet microfluidics for expansion and culture of mesenchymal stromal cells
Pajčin et al. Bioengineering outlook on cultivated meat production
JP2018537073A (en) Method for producing cells using hollow fiber bioreactor
Munteanu et al. Can cultured meat be an alternative to farm animal production for a sustainable and healthier lifestyle?
Kakni et al. Challenges to, and prospects for, reverse engineering the gastrointestinal tract using organoids
CN106754559A (en) A kind of probiotics preparation method for effectively purifying water
Whitford et al. Single-use, continuous processing of primary stem cells
CN105695356B (en) The method for improving the method for chlorella yield and preparing biological feedstuff is co-cultured using two-wheeled plus bacterium
JP2024032920A (en) Closed 3D fractal culture system and its culture
CN108998441A (en) A kind of three-dimensional nodule ball culture medium additive, culture medium and three-dimensional nodule ball cultural method
Ferro et al. Three-dimensional (3D) cell culture conditions, present and future improvements
CN101886059A (en) Culture solution used for embryo vitro production and method for bovine embryo vitro production
Mun et al. One-Pot fermenter processing for the mass cultivation of predatory bacteria
CN116286642A (en) Organoid cell culture system and organoid cell culture method

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240301

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240301