JP4200444B2

JP4200444B2 - 培養設備

Info

Publication number: JP4200444B2
Application number: JP2004277122A
Authority: JP
Inventors: 弘夫境; 伸夫妻木; 松雄神谷; 雅史木下
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2024-09-24
Also published as: JP2006087351A

Description

本発明は培養設備に係り、特に継代培養によって生産されるウイルスや細胞など（以下、細胞等という）の量産に適した培養設備に関する。

ワクチンや再生医療用組織などを工業的な規模で生産するためにはウイルスや幹細胞などの大量培養が必要である。しかしながら、付着依存性の細胞等は大量培養が難しく、継代培養によって生産する以外には有効な方法がない。従来、継代培養では安全キャビネット内でシャーレなどの培養器に培地を入れ、培地に種ウイルスや種細胞を植付ける。培養器内の温湿度、ガス組成などをウイルスの増殖や細胞分裂に適した環境に調整し、培養を行う。そして、増殖、分裂した細胞等を別培養器の培地に再播種することを繰り返すことによって継代培養を行う（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。このような、継代培養では各操作のたびに安全キャビネットへの培養器の出し入れが頻繁に行われる。
特開平１０−３１３８５２号公報特開２００４−１６１９４号公報

しかしながら、従来の継代培養では安全キャビネットへの培養器の出し入れや搬送を主に手作業で行っており、作業能率が悪い。また、安全キャビネットへの培養器の出し入れや搬送並びに培地の交換、再播種などの各操作の過程でクロスコンタミネーションが発生し易い問題点があった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を改善し、培養器の出し入れや搬送を機械化して作業能率を向上させるとともに、クロスコンタミネーションが発生し難い培養設備を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る培養設備は、培養器を収納した移動容器を多数収容可能な培養室と、前記培養室に第１の気密ドアを介して隣接する中継室と、前記中継室に第２の気密ドアを介して隣接する処理室とを具備し、前記培養室と中継室との間では前記移動容器の搬送によって前記培養器を間接移送し、前記中継室では前記移動容器に対して前記培養器を出し入れ可能とするとともに、前記中継室と処理室との間では前記培養器を直接移送するようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係る培養設備は、培養器を収納した移動容器を多数収容可能な培養室と、前記培養室に第１の気密ドアを介して隣接する中継室と、前記中継室に第２の気密ドアを介して隣接する処理室と、前記中継室に第３の気密ドアを介して隣接する容器パスボックスと、前記処理室に第４の気密ドアを介して隣接する培養器パスボックスと、前記移動容器を前記培養室と中継室と容器パスボックスとの間で受け出しする容器搬送手段と、前記中継室内の移動容器に対して前記培養器を出し入れするとともに当該培養器を前記中継室と処理室との間で受け出しする培養器搬送手段とを具備したことを特徴とする。

また、本発明に係る培養設備は、前記中継室の圧力が前記培養室、処理室、容器パスボックスの圧力よりも高く、前記処理室の圧力が前記培養器パスボックスよりも高く制御されたことを特徴とする。また、前記移動容器は開閉ドアを備えており、前記培養器搬送手段は当該開閉ドアの開閉機能を有しており、前記中継室及び処理室に滅菌手段を設けたことが望ましい。

本発明の培養設備によれば、培養室と中継室との間では移動容器の搬送によって培養器を間接移送し、中継室では移動容器に対して培養器を出し入れ可能とするとともに、中継室と処理室との間では培養器を直接移送するようにした。このため、培養器の移送を効率的に行うことができ、クロスコンタミネーションを抑制した細胞等の大量培養が可能になる。

また、本発明の培養設備によれば、移動容器や培養器の出し入れや搬送を機械化し、人手による作業を可及的に少なくしたので作業能率がよく、細胞等の大量培養に好適である。また、各室及びパスボックス間の移動容器や培養器の受け出しを気密ドアを介して行うようにしたので、クロスコンタミネーションが発生し難い。また、中継室の圧力を培養室、処理室、容器パスボックスの圧力よりも高く、処理室の圧力を培養器パスボックスよりも高くなるように制御すると、外部からの雑菌の侵入を防ぐことができクロスコンタミネーションが発生し難い。さらに、中継室及び処理室に滅菌手段を装備すると、より一層、クロスコンタミネーションを抑制することができる。

図１は本発明に係る培養設備の第１実施形態を示す平面図である。培養室１０には多数の棚１２が設けられており、図２に示した移動容器１４を各棚１２に収容することができる。培養室１０には第１の気密ドア１６が設けられ、この気密ドア１６を介して中継室１８が培養室１０に隣接している。中継室１８には第２の気密ドア２０と第３の気密ドア２２が設けられ、第２の気密ドア２０を介して処理室２４が中継室１８に隣接している。また、第３の気密ドア２２を介して容器パスボックス２６が中継室１８に隣接している。処理室２４には第４の気密ドア２８が設けられ、この第４の気密ドア２８を介して培養器パスボックス３０が中継室１８に隣接している。容器パスボックス２６には第５の気密ドア２２が設けられ、この第５の気密ドア３２を介して移動容器１４を外部との間で出し入れすることができる。培養器パスボックス３０には第６の気密ドア３４が設けられ、この第６の気密ドア３４を介して後述の培養器４０などを外部との間で出し入れすることができる。なお、培養室１０にはメンテナンス用の第７の気密ドア３５が設けられている。

移動容器１４は内部に培養棚３７を有し、この培養棚３７に複数の培養器４０を収納可能とされ、側面に開閉ドア３６を、天井面にフィルタ３８を備えている。培養室１０内には走行台車４２が二点鎖線ａで示したルートを自在に走行し、培養室１０内の指定された任意の棚１２に収容された移動容器１４をピッキングして搬送し、第１の気密ドア１６を介して中継室１８に送り出すことができる。また、走行台車４２は第１の気密ドア１６を介して中継室１８から受け入れた移動容器１４を指定された任意の棚１２に収容することができる。

中継室１８には搬送ロボット４４が配設されている。この搬送ロボット４４は複数の機能を備えている。第１の機能は第１の気密ドア１６を介し走行台車４２との間で移動容器１４の受け出しを行う。第２の機能は移動容器１４の開閉ドア３６を開閉して移動容器１４から培養棚３７又は培養器４０を出し入れする。第３の機能は第２の気密ドア２０を介し処理室２４との間で培養棚３７又は培養器４０の受け出しを行う。第４の機能は第３の気密ドア２２を介し容器パスボックス２６との間で培養器４０が収納されていない空の移動容器１４の受け出しを行う。すなわち、搬送ロボット４４は二点鎖線ｂで示した複雑な動線によって、移動容器１４を培養室１０及び容器パスボックス２６に受け出す容器搬送手段としての機能と、移動容器１４に対する培養棚３７又は培養器４０の出し入れ、培養棚３７又は培養器４０を処理室２４へ受け出す培養器搬送手段としての機能の両方を併せ持つ。

なお、搬送ロボット４４の上記機能を２つに分けて、図３に示したように中継室１８に第１の搬送ロボット４４Ａと第２の搬送ロボット４４Ｂを配設してもよい。第１の搬送ロボット４４Ａは容器搬送手段であり、動線ｃで示したように第１の気密ドア１６を介し培養室１０との間で培養器４０を収納した移動容器１４の受け出しを行うとともに、第３の気密ドア２２を介し容器パスボックス２６との間で培養器４０が収納されていない空の移動容器１４の受け出しを行う。第２の搬送ロボット４４Ｂは培養器搬送手段であり、中継室１８内の移動容器１４の開閉ドア３６を開閉して移動容器１４に対して培養棚３７又は培養器４０を出し入れするとともに、動線ｄで示したように第２の気密ドア２０を介し処理室２４との間で培養棚３７又は培養器４０の受け出しを行う。

容器パスボックス２６には容器搬送機４６が配置され、この容器搬送機４６によって動線ｅで示したように第３の気密ドア２２を介し中継室１８との間で空の移動容器１４の受け出しを行うとともに、第５の気密ドア３２を介し外部との間で空の移動容器１４の受け出しを行う。また、培養器パスボックス３０には培養器搬送機４８が配置され、この培養器搬送機４８によって動線ｆで示したように第４の気密ドア２８を介し処理室２４との間で培養器４０などの受け出しを行うとともに、第６の気密ドア３４を介し外部との間で培養器１４などの受け出しを行う。

処理室２４は例えばグローブボックス方式とされ、処理員が培養器４０に対して種々の処理を施すためのグローブ５０が設けられている。培養室１０は空気調和装置５２によって細胞等の培養に適した温湿度、ガス組成に環境が調整され、空気中に塵埃や雑菌がほとんど浮遊しないハイクラスなクリーン環境に維持される。同様に中継室１８、処理室２４、容器パスボックス２６、培養器パスボックス３０も空気調和装置５２によってそれぞれの目的に合致するように温湿度、ガス組成、クリーン度が管理、調整される。

クロスコンタミネーションを防止するためには、外部からの雑菌類の侵入を防ぐことが重要である。そのため、本実施形態では各室及びパスボックスの室内圧が外部よりも高く維持され、中継室１８内の圧力が隣接する培養室１０、処理室２４、容器パスボックス２６よりも僅かに高く、処理室２４内の圧力が培養器パスボックス３０よりも僅かに高くなるように制御されている。すなわち、中継室１８が外部に対して＋３０Ｐａ、培養室１０と処理室２４が＋２０Ｐａ、容器パスボックス２６が＋１５Ｐａ、培養器パスボックス３０が＋１０Ｐａ程度に制御される。前記各気密ドアを開閉した際には各室、ボックス、外部との間には空気の出入が生じる。本実施形態では各室、ボックス、外部との間の圧力関係が上記のように制御されているので、各気密ドアを開閉した際には中継室１８を中心として、中継室１８→培養室１０→外部の流れ、中継室１８→処理室２４→培養器パスボックス３０→外部の流れ、中継室１８→容器パスボックス２６→外部の流れが生じることになり、外部から雑菌類が侵入する可能性が低い。このため、クロスコンタミネーションの防止を図ることができる。

上記構成の培養設備において新規に目的の細胞等を培養する場合には、培養器パスボックス３０の第６の気密ドア３４を開けて、培養対象の細胞等が入った細胞容器、培養用培地が入った培地容器、シャーレなどの培養器４０を外部から培養器パスボックス３０内に挿入する。次いで、第６の気密ドア３４を閉じ、第４の気密ドア２８を開ける。次いで、培養器搬送機４８によって細胞容器、培地容器、培養器４０を第４の気密ドア２８から処理室２４内に運び入れ、搬送が完了すると第４の気密ドア２８を閉じる。次いで、処理室２４では処理員がグローブ５０に手を挿入して培養器４０に培地を入れ、この培地に細胞等を播種する。処理室２４での処理によって用済みとなった細胞容器と培地容器は前記とは逆の経路で培養器パスボックス３０を経て外部に取り出す。なお、処理室２４内での各種処理及び容器類のハンドリングは処理員がグローブ５０を介して行うが、これらの操作を自動化して無人で行うこともできる。

細胞等の播種が済んだ培養器４０は中継室１８を経て、培養室１０に送る。すなわち、第２の気密ドア２０を開けて処理室２４内の培養器４０を中継室１８に送り出す。中継室１８には容器パスボックス２６を介して外部から搬入した移動容器１４が開閉ドア３６を開けた状態で待機しており、搬送ロボット４４は処理室２４から次々に送り出されてくる培養器４０を順次、移動容器１４内に収納する。なお、移動容器１４内の培養棚３７を中継室１８を介して処理室２４内に入れ、この培養棚３７に複数の培養器４０を搭載した状態で中継室１８に戻し、搬送ロボット４４が培養器４０を搭載した培養棚３７を移動容器１４内に収納するようにしてもよい。

次いで、搬送ロボット４４は移動容器１４の開閉ドア３６を閉め、移動容器１４を第１の気密ドア１６の位置に搬送する。次いで、第１の気密ドア１６を開いて培養室１０内で待機していた走行台車４２に移動容器１４を受け渡す。走行台車４２は移動容器１４を培養室１０内の指定された棚１２の位置まで搬送し、当該棚１２内に移動容器１４を収容する。棚１２に収容した移動容器１４を所定日数の間、培養に適した環境で静置することによって移動容器１４に収納した培養器４０内では細胞等の培養が進行し完了する。

培養が完了した培養器４０は移動容器１４ごと前記とは逆の順序で培養室１０から中継室１８に送り出す。中継室１８では移動容器１４から培養棚３７又は培養器４０を搬送ロボット４４によって取り出す。次いで、取り出した培養棚３７又は培養器４０を処理室２４に送り出す。処理室２４では受け入れた培養器４０を産品としてそのまま素通りさせ、次いで培養器パスボックス３０を経て外部に取り出す。又は処理室２４において培養器４０内に培養された細胞等を別の容器に詰め替え、当該容器を培養器パスボックス３０を経て外部に取り出すようにしてもよい。又は、培養器４０内に培養された細胞等の一部は新規の培地を入れた培養器４０への細胞等の再播種のために利用される。なお、複数の培養器４０を搭載した培養棚３７を処理室２４に受け入れた場合には、処理室２４において培養棚３７から培養器４０を抜き出した後、空の培養棚３７は中継室１８に戻す。中継室１８では空の培養棚３７を搬送ロボット４４によって移動容器１４に戻し、この空の移動容器１４を容器パスボックス２６に送り出す。容器パスボックス２６では容器搬送機４６によって前記受け入れた空の移動容器１４が搬送され、第５の気密ドア３２を介して外部に取り出される。この外部に取り出した空の移動容器１４を洗浄消毒した後、再び容器パスボックス２６を経て中継室１８に戻し、培養器４０を収納する移動容器１４として利用する。

上記各操作においては各室又はパスボックスに設けた気密ドアが同時に開かないようにインターロックされる。例えば、中継室１８では第１の気密ドア１６、第２の気密ドア２０、第３の気密ドア２２が、処理室２４では第２の気密ドア２０、第４の気密ドア２８が、培養器パスボックス３０では第４の気密ドア２８、第６の気密ドア３４がそれぞれ同時に開かないようにインターロックされる。このようなインターロックによって、各気密ドアを開けた時の各室、パスボックス間の空気の流通が最小限となり、クロスコンタミネーションを抑制する。

培養室１０以外の各室及びパスボックスには滅菌手段を装備することが望ましい。すなわち、容器パスボックス２６及び培養器パスボックス３０は外部と直接に通じているので外部環境に浮遊している雑菌類がパスボックス内に侵入する可能性がある。また、中継室１８及び処理室２４では培養器４０の出し入れや処理が頻繁に行われるのでクロスコンタミネーションの可能性が高い。そこで、これらの各室及びパスボックスに装備した滅菌手段によって侵入した雑菌類を殺菌し、又は雑菌類の繁殖を防ぐ。滅菌手段としては例えば紫外線やオゾンガスを用いる。ただし、処理室２４では培養対象の細胞等が周囲環境に曝される処理があるので、このような処理が行われる時間帯では滅菌手段の作動を停止する。

上述のとおり、本実施形態の培養設備によれば、移動容器１４や培養器４０の出し入れや搬送を機械化し、人手による作業を可及的に少なくしたので作業能率がよく、細胞等の大量培養に好適である。また、各室及びパスボックス間の移動容器１４や培養器４０の受け出しを気密ドアを介して行うようにしたので、クロスコンタミネーションが発生し難い。また、各室及びパスボックスを外部よりも高い圧力に維持し、中継室１８の圧力を培養室１０、処理室２４、容器パスボックス２６の圧力よりも高く、処理室２４の圧力を培養器パスボックス３０よりも高くなるように制御すると、外部からの雑菌類の侵入を防ぐことができクロスコンタミネーションが発生し難い。さらに、培養室１０以外の各室及びパスボックスに滅菌手段を装備すると、より一層、クロスコンタミネーションを抑制することができる。

図４は本発明に係る培養設備の第２実施形態を示す平面図である。図４において図１と同一の符号を付した要素は、第１実施形態で説明したものと同一の構成、機能を有しており、説明を省略する。本実施形態では培養室１０に対し、中継室１８、処理室２４、容器パスボックス２６、培養器パスボックス３０からなる処理ユニット６０、６０が２系統、それぞれ通路６２を介して隣接している。すなわち、通路６２の一側が気密ドア１６Ａを介して培養室１０に通じており、通路６２の他側が気密ドア１６Ｂを介して中継室１８に通じている。図５は通路６２の側断面図である。通路６２の天井部にはファンフィルタユニット６４が設置されており、このファンフィルタユニット６４から噴き出す清浄空気によって、通路６２内は清浄環境が維持されている。通路６２内には気密ドア１６Ａと気密ドア１６Ｂとの間を結ぶようにして搬送レール６６が敷設されており、図示しない駆動機構によって移動容器１４が搬送レール６６に沿って搬送される。

したがって、移動容器１４を培養室１０から隣接する中継室１８に送り出す場合には、まず、気密ドア１６Ａを開けて、移動容器１４を通路６２側に移す。次いで気密ドア１６Ａを閉め、移動容器１４を中継室１８側に搬送する。次いで、気密ドア１６Ｂを開けて、移動容器１４を中継室１８側に移した後に、気密ドア１６Ｂを閉める。移動容器１４を中継室１８から隣接する培養室１０に送り出す場合には、上記とは逆の順序とする。この実施形態でも中継室１８内の圧力を最も高い+３０Ｐａとし、通路６２内を+２０Ｐａ、培養室１０内を+１０Ｐａに制御し、気密ドア１６Ａと気密ドア１６Ｂが同時に開かないようにインターロックすることが好ましい。また、通路６２内にも滅菌手段を装備することが望ましい。このような配慮によって外部からの雑菌類の侵入を防止し、クロスコンタミネーションを抑制することができる。

この第２実施形態は立地条件等の理由で培養室１０と処理ユニット６０とを離して隣接させたい場合に有効である。また、培養室１０に対して複数の処理ユニット６０を接続したので、各処理ユニット６０でのタイムスケジュールに融通性ができ、かつ各処理ユニット６０の保守点検が容易になる。

本発明に係る培養設備の第１実施形態を示す平面図である。移動容器の側断面図である。搬送ロボットの変形例を示す平面図である。本発明に係る培養設備の第２実施形態を示す平面図である。通路６２の側断面図である。

符号の説明

１０………培養室、１２………棚、１４………移動容器、１６………第１の気密ドア、１８………中継室、２０………第２の気密ドア、２２………第３の気密ドア、２４………処理室、２６………容器パスボックス、２８………第４の気密ドア、３０………培養器パスボックス、３２………第５の気密ドア、３４………第６の気密ドア、３６………開閉ドア、３７………培養棚、３８………フィルタ、４０………培養器、４２………走行台車、４４………搬送ロボット、４６………容器搬送機、４８………培養器搬送機、５０………グローブ、５２………空気調和装置、６０………処理ユニット、６２………通路。

Claims

培養器を収納した移動容器を多数収容可能な培養室と、前記培養室に第１の気密ドアを介して隣接する中継室と、前記中継室に第２の気密ドアを介して隣接する処理室とを具備し、前記培養室と中継室との間では前記移動容器の搬送によって前記培養器を間接移送し、前記中継室では前記移動容器に対して前記培養器を出し入れ可能とするとともに、前記中継室と処理室との間では前記培養器を直接移送するようにしたことを特徴とする培養設備。
培養器を収納した移動容器を多数収容可能な培養室と、前記培養室に第１の気密ドアを介して隣接する中継室と、前記中継室に第２の気密ドアを介して隣接する処理室と、前記中継室に第３の気密ドアを介して隣接する容器パスボックスと、前記処理室に第４の気密ドアを介して隣接する培養器パスボックスと、前記移動容器を前記培養室と中継室と容器パスボックスとの間で受け出しする容器搬送手段と、前記中継室内の移動容器に対して前記培養器を出し入れするとともに当該培養器を前記中継室と処理室との間で受け出しする培養器搬送手段とを具備したことを特徴とする培養設備。
前記中継室の圧力が前記培養室、処理室、容器パスボックスの圧力よりも高く、前記処理室の圧力が前記培養器パスボックスよりも高く制御されたことを特徴とする請求項２に記載の培養設備。
前記移動容器は開閉ドアを備えており、前記培養器搬送手段は当該開閉ドアの開閉機能を有していることを特徴とする請求項２に記載の培養設備。
前記中継室及び処理室に滅菌手段を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の培養設備。