JP4323320B2 - 容器内で細胞を育成または培養するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも基底部と少なくとも１つの蓋部から構成される容器内で、細胞を育成または培養するための装置に関する。

一般的に知られているのは、浅い容器または皿状容器で細胞培養を育成または培養する方法で、研究室の要件のためにただ容器の中に細胞が置かれ培養基が加えられるというものである。そしてその容器の上には蓋が被せられる。

この方法の不利な点は、容量の少ない場合にしか用いることができない点である。とりわけ、このような周知の方法は細胞を大量に育成または培養する場合には適さない。さらに、この方法では生体内の状態を得ることは不可能であり、無菌状態であることも保証されない。

上記の方法の代案は、蓋部または密閉部品を有する容器からなり、容認できる無菌性を有する密閉式のシステムを用いることであった。しかし、このシステムは細胞培養を取り出すのに手間と時間を非常に要する点が不利であった。

よって、冒頭で説明したような類の装置を、とりわけ大容量を培養する作業において、細胞を培養するのに非常に多目的な方法で用いることが可能になるよう改良することを目的とし、さらにこれによって生体内の状態と無菌性をできる限り得ることを目的とする。さらに、細胞が培養された後、細胞培養を容器から取り出す際にさほどの努力を要さず、細胞を傷つけることなく行うことが可能でなければならない。

本発明によると、この目的は請求項１の特徴部分に記載された特性によって達成することができる。

本発明による装置において、容器内に置かれる細胞はもはや「そのまま放置」されることはなく、積極的な工程が実施される。培養基が継続的または断続的に加えられてもよく、一方で形成する細胞培養に圧力による作用を与えることも可能である。このような圧力作用は、できる限り自然条件をシミュレートするように、さらに交互圧力によって影響を与えることもできる。

細胞は別々の細胞培養として育成または培養されることを可能である。これと同様に、移植物を形成するために組織に形成されることも可能である。

本発明による容器を用いることによって、剪断力または圧力にもさらされることが可能となる。また本発明による装置を用いることで、非常に多目的な方法で、様々な種類の細胞培養を育成または培養することが可能となる。

この用途のために、容器自体には１つまたは２つの蓋部が様々に備わっていてもよい。同様に、培養基の供給およびその排出のために共通な接続口が設けられてもよい。もちろん、接続口を個別にすることも可能であり、その場合接続口の配置によっては平行な流入（パラレル・フロー）または貫流も可能となる。

本発明による、１つまたは２つの蓋部と基底部を備え、その間に上面部と下面部が開口した円筒状部品の容器が配置されるという構成のおかげで、細胞培養が生成または培養されると、さほど努力せずとも細胞を傷つけることなく容器から簡単に取り出すことが可能となる。

本発明によると、細胞は底面蓋部、底面部または上面蓋部の下方部（例えば上面蓋部に接続された台）で育成または培養されるため、形成されるとすぐに容器から簡単に取り出すことができる。どのような場合においても、着脱可能な蓋部または基底部のおかげでアクセスがより間単になる。

圧力を加えるために、例えば円筒状の容器の円周を囲む璧部等の容器部品は弾力性を有するように形成されてもよい。

１つまたは複数の接続口は１つの蓋部に、また蓋部が２つ備わる場合においてはその両方に配置されてもよい。同様に、接続口を円筒状の中間部品に形成することもまた可能である。接続口の数量及び配置は用途、及び育成または培養される細胞によって異なる。

１つまたは複数の蓋部と容器とを堅固に接続するために、密閉リングまたは内面及び外面のネジ山によるネジ接続が備えられてもよい。

非常によい密閉状態とそのための圧力状態は、容器の円筒状の中間部品を外部から密閉するように包囲する延長リングが１つまたは複数の蓋部に備わってなることで得られる。

本発明による装置に回転または転向動作が行われた場合、装置に引張リングを横方向に装着することで、１つまたは複数の蓋部と容器をしっかりと把持されるので、その後に回転または転向動作が行われることができる。

細胞培養室を形成する容器の内面に圧力を加えるための加圧手段として様々な物を用いることができる。この用途に適する装置の一例には、例えば交互圧力負荷のためにパルス・モードでも操作が行えるシリンダ・ピストン装置などがある。

必要であれば、２つの異なる細胞または２つの同一の細胞が相互から隔離されて育成または培養できるように、容器は２室システムとして形成されることもできる。

本件の場合、容器の蓋部に細胞を置くための棚部が設けられた懸架手段が備わってなるととりわけ有利となる。このようにすることで、１つの細胞種が棚部で育成される一方、別の細胞種を容器の基底部において培養することが可能となる。

必要であれば、培養基及び／または、例えば空気や酸素などの気体媒質がその面から運び込まれるように、容器または容器の円筒状の円周の璧部は多孔性または気体透過性になるよう形成されてもよい。

好適な発展案及び構造は、従属する残りの請求項及び図面を参照として以下に説明された具体案から明白となる。

本発明による装置の基本構造を示す図１に描かれた具体案によると、外面ネジ山２を有する容器１が備わる。内面ネジ山４を有する蓋部３は容器１にネジ接続によって接続され、容器１の内面に配置された細胞７のために、密閉リング５は細胞培養室を圧密に密閉する。

蓋部３には、培養基及び適切であれば酸素を対応する線または管を介して細胞培養室に送り込むために、流入接続口８及び流出接続口９が設けられる。

より簡単な取り扱いのために、育成または培養される細胞７の挿入及び取り出しが簡単に行えるように、容器１にはトレイ１０が差し入れられてもよい。このために、トレイ１０の上方部に設けられた押縁部、輪縁部１１またはその類が、挿入及び取り出しをより簡単に行うために用いられてもよい。図１でのみ開示されているトレイ１０は、その他の具体案においても同様の方法または類似した方法で備えられてもよい。

図２において、容器１は図１における具体案と同様に上面蓋部３によって閉じられるよう形成された円筒状の中間部品を形成する。その下面には、容器１の基底部を形成するさらなる底面蓋部１２が備わり、同様に中間部品の外面ネジ山２と対応する内面ネジ山４が設けられ、本件においてその中間部品には１つの継続的なネジ山が存在しない限り、２つの外面ネジ山２が設けられる。図２からさらに明白なように、流入接続口８及び流出接続口９が蓋部３、１２の両方に備えられる。

図３には、上面蓋部３のみに流入接続口８及び流出接続口９が設けられた図２で開示されたものと類似した構造が示されている。図２で示された具体案と同様に、密閉リング５は容器１の円筒状の中間部品の両方の端部に備わる。

図４には、容器１として備わった円筒状の中間部品に上面蓋部３及び底面蓋部１２における外面ネジ山４’と対応する内面ネジ山２’が設けられた具体案が示されている。この場合においても、密閉リング５は容器１の両端部に備わってなる。また、この場合、流入接続口８は上面蓋部３に設けられ、流出接続口９は底面蓋部１２に設けられる。

図５には、図４と類似した構造が開示されている。この主な違いは、流入接続口８及び流出接続口９が容器１の円筒状の中間部品において、相互とは逆の面にそれぞれ設けられるということだけである。

図６には、容器１として備わった円筒状の中間部品、上面蓋部３及び底面蓋部１２を有する具体案を示す。両方の蓋部３、１２には、容器１における内面ネジ山２’と対応する外面ネジ山４’が設けられる。それに加えて、両方の蓋部３、１２には放射状伸縮部１３が設けられ、延長リング１４はその外側の端部から容器１の縦方向の軸に平行に容器１に向かって軸方向に延長する。延長リング１４は容器１の外側の璧部を包囲し、付加的なさらなる密閉リング５’と共に細胞培養室６の圧密な接続を形成する。上面蓋部には、培養基の供給及び取り出しのために共通の接続口８，９が備わってなる。

図７には、図６と類似した構造が開示されている。この主な違いは、細胞培養室６の圧密な閉鎖は、ネジ接続２’、４’の代わりに延長リング１４と容器１の外側の壁部の間のクランプ連接によって形成されることのみである。

図８には、図６及び図７と類似した構造が開示されている。この主な違いは、容器１と蓋部３、１２の間のネジ接続が、延長リング１４における内面ネジ山４’が容器１における内面ネジ山２’と連動して形成されるということだけである。

図９には、図８で示された具体案と類似した容器１と上面蓋部３とを有する具体案が開示されるが、培養基の供給及び取り出しを行うための共通の接続口８，９の代わりに、容器１の円周の壁部に流入接続口８及び流出接続口９が配置されてなる。それに加えて、図９では、容器１と蓋部３とで構成された装置が、回転または転向手段（図示なし）を用いて横方向の軸に沿って矢印１６の方向に回転または転向されてもよいように、矢印の方向に容器１と蓋部３の周りを締め付ける２つの縦方向の引張リング１５が開示されている。

図１０には、図９と類似した構造の具体案が示されている。本案の場合、容器１の内部に隔たれ細胞培養室６が形成されてなる。細胞培養室６の代わりに、細胞７の育成が可能な構造を用いることもまたできる。隔たれた細胞培養室６または構造は、本案においてはシリンダ・ピストン装置として形成された加圧手段１７によって加圧される。

流入口の地点において逆止弁１９によって閉鎖することが可能な流入接続口８は、シリンダ・ピストン装置１７のピストン室１８に開口する。流入接続口８を通って加えられる培養基は、シリンダ・ピストン装置１７におけるピストン２０によって加圧され、ここで加えられた圧力は容器１の内部にまで続いて伝わる。培養基は、容器１側の流入接続口８真向かいの側に設けられた流出接続口９から取り出される。容器１の内部に、もし適切であれば交互の、超過圧力が加えられた場合、培養基の逆流は収縮されるか、または流出接続口９が対応して閉鎖される。

培養基を流入接続口８から供給する代わりに、２つの蓋部３または１２のいずれか、または容器１の円周の壁部に別個の孔が備えられてもよい。本案の場合、例えば空気などの気体を容器１及びひいては細胞培養室６に圧力を加えるために用いることも可能である。

図１１には、上面蓋部３と底面蓋部１２と容器１の円筒状の中間部品とが備わった具体案である。本案の場合、上面蓋部３には円周に周りに分布して配置され、容器１の縦方向の軸と平行に容器１の内部に向かって延長する幾つかのロッド２１の形態をした懸架手段が備わってなる。ロッド２１の下方の先端部には、その上で細胞７を育成または培養するための棚部２２が取り付けられる。流入接続口８及び流出接続口９は、容器１の円周の壁部にそれぞれ配置されてもよい。上記接続口を、点線で示されるように２つの蓋部３、１２のいずれかに配置することももちろん可能である。また本案においても、流入及び流出のために別々の接続口を設けることももちろん可能である。

ロッド２１によって形成された懸架手段を有する具体案の有利な点は、このような構造によって細胞７を容器１へ入れ易くなり、またそこから取り出し易くもなる点である。

必要であれば、ロッド２１と棚部２２との接続は着脱可能に形成されてもよい。この着脱性は、装置の取り扱いをさらに容易にする、例えばクランプ連接などによって得ることができる。

図１２には、図１１で示された構造と類似した具体案が開示されている。説明されるように、上面蓋部３と、蓋部３を１つのみ備えたその他の具体案と同様に基底部２３を有する容器１のみが備わってなる。本案においても、棚部２２はロッド２１を介して上面蓋部３に接続される。

図１１及び図１２による具体案のさらなる有利な点は、容器１の基底部２３または底面蓋部１２の内側によって、細胞７を育成または培養するためのさらなる可能性を提供する点である。このような構造によって、２つの細胞培養を培養するための２室システムが形成される。

培養基を出し入れするための流入接続口８及び流出接続口９を用いる代わりに、培養基は容器１に継続的に供給されることももちろん可能であり、その場合流入接続口８及び流出接続口９は酸素供給のためのみに用いられる。

代案的に、酸素と培養基のためのそれぞれ別の接続口を設けることも可能である。

棚部２２は一体型の部品として形成されることも可能である。このために代案として、例えば多孔性膜などの酸素を通すことができる膜が備わって形成されてもよい。

図１３から図２０には、容器１と２つの蓋部３、１２及び／または基底部２３が取り付けられた装置の基本構造が示されており、説明を簡略的に行うために以下の説明文においては関連する符合のみが記載される。

図１３には、例えば電流が流れる磁気コイルなどの磁気手段２４が上面蓋部３部分に組み込まれた容器１が開示されている。磁気手段２４の下方には、磁化が可能な圧縮ディスク２５が、詳細には開示されていないが容器１に弾力的に接続される。

交流方向によって生じる磁気手段の活性化による圧縮ディスク２５の運動によって、細胞７に例えば内部圧力負荷などが加えられる。

図１３aには、容器１の中に配置された細胞培養が通過できるように小さな孔部２６が設けられた圧縮ディスク２５の断面の平面図が開示されている。

図１３b及び図１３cには、細胞培養が通過できるようにメッシュ状または格子型の構造に形成された代案的な圧縮ディスク２５が開示されている。

もちろん磁気手段としての役割を持つ磁気コイルは蓋部３の上方部などの外側に配置されることも可能である。このような構造の場合、蓋部３はもちろん例えばプラスチックなどの磁化が不可能な素材で形成されなくてはいけない。本案の場合、適切な大きさの磁気手段２４が備わってなり、それに対応するだけの高圧力が発生する。

図１３dは移植物の構造を示し、軟骨断面２７が骨移植のための支持構造２７aとしてミネラル・マトリックス上に配置される。本案では２つの支持構造は一方の上にもう一方が配置され、それぞれに圧縮ディスク２５が備わってなる。ミネラル・マトリックスは、例えばリン酸カルシウムなどからなる例えば骨構造などであってもよい。

ミネラル・マトリックスは、例えば関節構造などの移植に必要とされるその他の断面を有することも可能である。円形の形状とは異なる形状であってももちろんよい。原則的には、容器１に関しても同様のことが言える。

図１４には、圧縮ディスク２５と同様の方法で容器１または蓋部３に移動可能に配置されたプレート部２９を軸上に移動させ、これによって交互圧力を細胞７に与えることが可能な伸長部品２８を有する構造が開示されている。用いられる伸長部品２８は、変形しても元の形状に戻ることが可能な、例えば形状記憶金属やプラスチックなどであってもよい。また、例えば電気的な変化によって伸長するプラスチックもある。形状記憶機能を持つ部品は、例えばある特定の温度または超音波などに反応することによってそれらの状態を変え、それによってプレート部３０を移動させる。蓄圧器またはバッテリーを備えたモーターやバネ装置を備えることもまた可能である。

図１５には、容器１または蓋部３に配置された水圧・油圧式または空気圧式手段３０によって細胞７に内部加圧が加えられた図が示されている。説明されるように、上記手段３０は可動式のフィルム、プレート部または膜３１を有し、その後方には流体として機能する水圧・油圧式の液体または気体が配置される。水圧式の液体または気体媒質は、加圧手段Ｐ（詳細には図示されていない）による交互圧力の影響を受け、その結果交互圧力負荷が細胞７にも及ぶ。弾性プレート部または膜３１の代わりに、より多種の形態のヴァリエーションを作り出す可能性を得るために、必要であれば風船を用いることもまた可能である。一例としては、容器１の全ての璧部の内側を上記のような袋状部品または風船で覆いことも可能であり、その場合移植物または細胞培養はその内部に配置される。このようにすることで、外側の周囲一帯から交互圧力負荷が加えられる。

図１６には、細胞７がゲル３２上に配置された上記と類似した構造が開示されている。

図１７には、同様に図１６で示されたものと類似した構造が開示されており、上面蓋部３と底面蓋部１２との密閉は密閉リング３３及び３４によって保持されている。

図１８には、 容器の基底部が例えばポリテトラフルオロエチレンまたはシリコンなどの気体透過性の膜３５によって形成された構造が開示されている。ここで重要なのは、酸素が上記膜３５を通過することが可能となる点である。この構造においてもまた、容器の内部で育成される移植物は容易に取り出すことができる。このような構造は、例えば膜３５の表皮３６、すなわち皮膚の最も上にある層を生成するために適する。細胞は空気と共に気体透過性の膜３５を通って供給される。本案における目的は、細胞を底面から上方に向かって育成させるところにある。これに加えて、真皮３７がその上に配置され、細胞はコラーゲン構造または線維素に配置または成形される。真皮３７の上方に位置する最上層には、空気、酸素及び／または二酸化炭素が供給される清潔区域３８が存在する。ここにおいても加圧を行うことは可能である。

このようにすることで、実際と同様の形態の皮膚構造を得ることができる。必要であれば、上面において脈管化を行うために、例えば内皮の細胞などのその他の様々な種類の細胞が加えられてもよい。

上記膜３５の無菌性を確保し保護を行うために、必要であれば被覆構造３９が底面にしっかりとはめ込まれるか、またはネジ接続で取り付けられてもよい。

容器の内側には、移植のために剥離フィルム４０が備わってもよい。細胞培養が完了すると、被覆構造３９は取り外されフィルム４０も絆創膏のように剥離される。このようにすることで、移植物を容易に取り出し、そして使用することができる。そして真皮３７は傷口の正しい位置に配置され、フィルム４０が剥離されると表皮３６が最上部に位置される。

被覆構造３９の代わりに、外側口を有する室を備えることもまた可能であり、その場合無菌濾紙が取り付けられる。

図１９には、図１８で示されたものと類似した構造が開示されている。対照的に、この場合においては上方室４１、中間室４２及び下方室４３を有する多室システムが形成される。３つ全ての空間にそれぞれ個別の流入接続口及び流出接続口が備えられてもよい。一例として、表皮３６は上方室４１に配置され、真皮３７は中間室４２に配置され、下方室４３は空気または空気の供給に用いられてもよい。第１の工程として、培養基は上方室４１に供給される。そして細胞７が育成された後の第２工程として、もし分化が求められるならば、表皮３６の細胞が乾燥した環境に置かれ徐々に乾燥し角質化されるように、酸素または空気を上方室４１に供給することも可能である。このようにすることで、皮膚の上層部を形成することができる。構成物全体の移植が求められる場合には、容器を容易に開き、移植物を取り出すことができる。

もし中間室４２に配置された細胞７に支持構造が必要であるならば、多孔質支持部品または膜４４を底面に備え、中間室４２と下方室４３との間を区切ることも可能である。

容器及び蓋部が備わった装置の第１具体案の断面図を示す。 円筒状の中間部品、上面蓋部及び底面蓋部が備わった装置の断面図を示す。 流入接続口及び流出接続口が上面蓋部に設けられた、図２と類似した構造の装置を示す。 本発明による装置のさらなる具体案を示す。 それぞれに外面ネジ山が形成された上面蓋部及び底面蓋部と、内面ネジ山が形成された円筒状の中間部品とが備わった本発明による装置を示す。 上面蓋部及び底面蓋部に延長リングが備わった具体案を示す。 クランプ連接が備わった、図６と類似した構造の装置を示す。 ネジ接続が備わった、図６及び図７と類似した構造の装置を示す。 側部に２つの引張リングが備わった装置を示す。 加圧手段が備わった、図９で示した具体案と類似した具体案を示す。 円筒状の中間部品と底面蓋部が備わり、上面蓋部には懸架手段が設けられた具体案を示す。 上面蓋部のみが備わり、幾分簡略化された形態の図１１と類似した構造を示す。 磁力による圧力が発生した状態の構造を示す。 圧縮ディスクの異なる断面図を示した図である。 ２つの圧縮ディスクを備えた支持構造としての骨移植のためのミネラル・マトリックスを示す。 圧力を発生するための伸張部品が備わった構造を示す。 圧力を発生するための水圧・油圧式または空気圧式部品が備わった構造を示す。 図１５で示した図と類似した構造を示す。 図１５及び図１６と類似したさらなる構造を示す。 基底部として気体透過性の膜が備わった構造を示す。 ３室システムが備わった構造を示す。 図１９で示した図と類似した構造を示す。

符号の説明

１ 容器
２ 外面ネジ山
２’ 内面ネジ山
３ （上面）蓋部
４ 内面ネジ山
４’ 外面ネジ山
５ 密閉リング
５’ 密閉リング
６ 細胞培養室
７ 細胞
８ 流入接続口
９ 流出接続口
１０ トレイ
１１ 縁部
１２ 底面蓋部
１３ 放射状伸縮部
１４ 延長リング
１５ 引張リング
１６ 矢印
１７ 加圧手段
１８ ピストン室
１９ 逆止弁
２０ ピストン
２１ ロッド
２２ 棚部
２３ 基底部
２４ 磁気手段
２５ 圧縮ディスク
２６ 孔部
２７ 軟骨断面
２７a 支持構造
２８ 伸長部品
２９ プレート部
３０ プレート部／水圧・油圧式手段または空気圧式手段
３１ プレート部／膜
３２ ゲル
３３ 密閉リング
３４ 密閉リング
３５ 膜
３６ 表皮
３７ 真皮
３８ 清潔区域
３９ 被覆構造
４０ フィルム
４１ 上方室
４２ 中間室
４３ 下方室
４４ 支持構造／膜

Claims (5)

1. 蓋部（３）と、基底部をなす下面蓋部（１２）と、両端面が上記蓋部に圧密的に接続された円筒状の容器（１）とから形成され、培養液を供給するための接続口（８）と培養液を排出するための接続口（９）が備わってなる、細胞を育成または培養するための装置であり、
   上記蓋部（３）及び下面蓋部（１２）と容器（１）はネジ接続（２，４）によって相互に接続され、上記蓋部（３）と下面蓋部（１２）には容器（１）を外側から密封するように少なくとも部分的に包囲する延長リング（１４）がそれぞれ備えられ、
   細胞（７）への加圧状態を変化させるためのシリンダ・ピストン装置（１７）として形成された加圧装置が上記接続口（８）に接続され、上記容器（１）の両端には該容器（１）の回転運動を始動するための引張リング（１５）が備わってなることを特徴とする細胞を培養するための装置。
2. 上記蓋部（３）と下面蓋部（１２）には内面ネジ山が施され、上記容器（１）には外面ネジ山が施されてなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 上記ネジ接続（２，４）には、少なくとも１つの密閉リング（５）が備わってなることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 上記蓋部（３）には、細胞（７）を受けるための棚部（２２）が設けられた懸架手段（２１）が備わってなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 上記細胞（７）はゲル（３２）上に配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。

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