JP4378514B2 - Cell culture vessel - Google Patents
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Description
本発明は、微小重力下において動物細胞等の細胞を培養試験する際に用いて好適な細胞培養容器に関するものである。 The present invention relates to a cell culture vessel suitable for use in culturing cells such as animal cells under microgravity.
宇宙空間のような微小重力下で動物細胞の培養試験を行なう場合には、何等かの方法によって上記動物細胞に酸素を供給する必要がある。ところが、周知のように、上記微小重力下においては、気液が実質的に二層分離することが無いために、地上におけるような気液が二層分離した状態での静置観測による試験を行なうことができない。そこで、一般に微小重力下において動物細胞の培養試験を行なうに際しては、培養容器内に満液状態に培養液を充填するとともに、外部から連続的にあるいは間欠的に、所定の酸素を含有する新たな培養液を循環供給する方法が採用されている。 When performing animal cell culture tests under microgravity such as in outer space, it is necessary to supply oxygen to the animal cells by some method. However, as is well known, under the above-mentioned microgravity, the gas-liquid is not substantially separated into two layers. I can't do it. Therefore, in general, when performing an animal cell culture test under microgravity, the culture vessel is filled with the culture solution in a full state, and a new oxygen-containing solution is continuously or intermittently added from the outside. A method of circulating and supplying the culture solution is employed.
しかしながら、上記培養容器において、培養液中の酸素濃度を一定範囲に保持するためには、比較的頻繁に培養液を交換する必要があり、そのためには培養液循環ポンプや酸素供給用の設備を外部に別途設置する必要があることから、特に極力狭い空間での試験の実施が要請される宇宙空間にあっては、実施上の制約が大きくなるという問題点があった。 However, in order to maintain the oxygen concentration in the culture solution within a certain range in the culture vessel, it is necessary to replace the culture solution relatively frequently. For this purpose, a culture solution circulation pump and an oxygen supply facility are required. Since it is necessary to install it separately outside, there is a problem that the restriction on the implementation becomes large especially in the space where the execution of the test in the narrowest space is required.
そこで、本発明者等は、先に、上記問題点を解消するために、図3に示すように、両面間に貫通して培養液が充填される空間部1Aが形成された板状の本体1と、この本体1の一方の面に配設されて上記空間部1Aを塞ぐとともに上記空間部1A側の表面が細胞付着性を有する培養板2と、上記本体1の他方の面に配設されて上記空間部1Aを覆う透明かつ酸素透過性を有する膜材3とが液密的に着脱自在に一体化されてなる細胞培養容器を開発するとともに、これを特許文献1において開示している。
Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present inventors previously formed a plate-like main body in which a space 1A that penetrates between both surfaces and is filled with a culture solution is formed as shown in FIG. 1, a
上記構成からなる細胞培養容器によれば、膜材3を通じて空間部1A内に常時一様の酸素が供給されるために、酸素供給用の設備が不要となり、付帯設備の簡易化を図ることができる。
しかしながら、上記従来の細胞培養容器においては、周囲の相対湿度が低い場合に、培養液中に気泡が発生するという現象が起こり、その気泡が細胞の観察を妨げるだけでなく、気泡周囲の培養環境の均一性を損ない、細胞培養の障害になるという問題点があった。そのため、上記従来の細胞培養容器においては、高相対湿度の環境のみでしか使用することができず、低相対湿度の環境下で使用する際には、保湿用の設備が別途必要になるという問題点があった。
また、培養容器に対して加速度が加わった場合あるいは意図的に加速度を負荷しようとする場合に、気泡と培養液の密度差によって培養液が不規則に流動し、培養条件の均一性が損なわれるという問題点もあった。
However, in the above conventional cell culture container, when the surrounding relative humidity is low, a phenomenon occurs in which bubbles are generated in the culture solution, which not only hinders the observation of cells but also the culture environment around the bubbles. There is a problem that the uniformity of the cell is impaired and the cell culture becomes an obstacle. Therefore, the conventional cell culture vessel can be used only in an environment with a high relative humidity, and when used in an environment with a low relative humidity, a separate facility for moisturizing is required. There was a point.
In addition, when acceleration is applied to the culture vessel or when the acceleration is intentionally applied, the culture fluid flows irregularly due to the density difference between the bubbles and the culture fluid, and the uniformity of the culture conditions is impaired. There was also a problem.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、ガス透過性の膜材を利用して培養液に酸素供給を行う場合においても、周囲の相対湿度に関わりなく、培養過程で培養液中に気泡が発生するのを防止することができ、これによって、付帯設備の簡易化を図ることができる細胞培養容器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and even when oxygen is supplied to a culture solution using a gas-permeable membrane material, the culture solution can be used in the culture process regardless of the relative humidity of the surroundings. It is an object of the present invention to provide a cell culture container that can prevent the generation of bubbles and thereby simplify the incidental equipment.
本発明者等は、培養液中に気泡が発生するメカニズムについて鋭意研究を重ねた結果、次のような知見を得るに至った。すなわち、空気中の水蒸気が飽和状態でないときには、空気中の水蒸気の分圧が気泡中の水蒸気の分圧よりも低くなる分、その他のガス成分(酸素、窒素など)の分圧が気泡中よりも空気中の方が高くなるために、上記その他のガス成分が膜材を通じて気泡に輸送されて、気泡が徐々に大きくなるという現象が発生する。例えば37℃における飽和水蒸気圧はTetens(1930)の式から求められ6.276kPaとなる。つまり相対湿度100%と50%での圧力差0.03気圧が輸送の原動力となる。これに対して、空気中の水蒸気が飽和状態にあるときには、各ガス成分の分圧が空気中と気泡中とでほぼ等しくなるために、上述したような気泡へのガスの輸送が発生せず、よって気泡が成長するという現象も起こらないと考えられる。 As a result of intensive studies on the mechanism by which bubbles are generated in the culture solution, the present inventors have obtained the following knowledge. That is, when the water vapor in the air is not saturated, the partial pressure of the water vapor in the air is lower than the partial pressure of the water vapor in the bubble, and the partial pressure of other gas components (oxygen, nitrogen, etc.) However, since the air is higher, the other gas components are transported to the bubbles through the membrane material, and the phenomenon that the bubbles gradually increase occurs. For example, the saturated water vapor pressure at 37 ° C. is obtained from the equation of Tetens (1930) and is 6.276 kPa. That is, the pressure difference of 0.03 atm between the relative humidity of 100% and 50% is the driving force for transportation. In contrast, when the water vapor in the air is in a saturated state, the partial pressure of each gas component is almost equal in the air and in the bubbles, so that the gas transport to the bubbles as described above does not occur. Therefore, it is thought that the phenomenon of bubbles growing does not occur.
本発明者等は、このような気泡発生メカニズムに着目して、更なる研究を進めた結果、上記膜材の外面側に水溶液の層を形成して、培養液のガス交換を水溶液中の溶存ガスとの間で行うようにすれば、培養液中に気泡が発生するのを効果的に防止できることを見出し、本発明を完成させたものである。 As a result of further research focusing on such a bubble generation mechanism, the present inventors formed an aqueous solution layer on the outer surface side of the membrane material, and the gas exchange of the culture solution was dissolved in the aqueous solution. It has been found that if it is carried out between gases, bubbles can be effectively prevented from being generated in the culture solution, and the present invention has been completed.
すなわち、請求項1に記載の本発明に係る細胞培養容器は、両面間に貫通し、内部に培養液が充填されて細胞培養が行われる培養空間とされる孔部が形成された第1板状部材と、両面間に貫通し、内部に水または水溶液が充填されて水溶液充填空間とされる孔部が形成された第2板状部材とを有し、上記第1板状部材の外面側に、上記培養空間を塞ぐとともに内面が細胞付着性を有する培養板が配設され、上記第1および第2板状部材の対向面間に、上記培養空間と上記水溶液充填空間とを隔てるとともにガス透過性を有する第1膜材が介装され、かつ上記第2板状部材の外面側に、上記水溶液充填空間を密閉するとともにガス透過性を有する第2膜材が配設されていることを特徴とするものである。なお、上記水には純水も含まれる。
That is, the cell culture vessel according to the present invention as set forth in
請求項1に記載の発明によれば、第2膜材を介して外部の空気と水溶液中の溶存ガスとの間でガス交換が行われ、その際に、空気中の水蒸気分圧が低いと、その分他のガス分圧が上がって飽和を超えることとなり、水溶液中に気泡が発生することとなるが、培養液のガス交換が第1膜材を介して水溶液中の溶存ガスとの間で行われ、この水溶液中のガス分圧が平衡となるために、培養液においては気泡が発生しなくなる。 According to the first aspect of the present invention, gas exchange is performed between the external air and the dissolved gas in the aqueous solution via the second membrane material, and at that time, if the water vapor partial pressure in the air is low Therefore, the gas partial pressure increases and exceeds saturation, and bubbles are generated in the aqueous solution. However, gas exchange of the culture solution is performed between the dissolved gas in the aqueous solution via the first membrane material. Since the gas partial pressure in this aqueous solution is in equilibrium, no bubbles are generated in the culture solution.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の細胞培養容器において、上記水溶液として、上記培養液またはそのベースとなる基礎培養液を用いたことを特徴とするものである。
The invention described in
本発明によれば、ガス透過性の膜材を利用して培養液に酸素供給を行う場合においても、周囲の相対湿度に関わりなく、培養過程で培養液中に気泡が発生するのを防止することができる。したがって、気泡の発生を防止するための保湿用の設備を別途設ける必要がなくなり、付帯設備の簡易化を図ることができる。また、培養液に気泡が発生しなくなることから、培養環境の均一性や観察性の向上を図ることができ、気泡発生に起因する種々の問題点を解消することができる。 According to the present invention, even when oxygen is supplied to a culture solution using a gas permeable membrane material, bubbles are prevented from being generated in the culture solution during the culture process, regardless of the relative humidity of the surroundings. be able to. Accordingly, it is not necessary to separately provide a moisturizing facility for preventing the generation of bubbles, and the incidental facility can be simplified. In addition, since no bubbles are generated in the culture solution, the uniformity of the culture environment and the observability can be improved, and various problems caused by the generation of bubbles can be solved.
図1および図2は、本発明に係る細胞培養容器の一実施形態を示すもので、図中符号10が、フッ素樹脂やポリカーボネート、アセタール等の所定の強度と耐食性を有する合成樹脂によって矩形板状に形成された第1板状部材である。この第1板状部材10の中央部には、両面間に貫通する孔部11が形成されており、この孔部11に、培養液を充填して細胞培養を行うための培養空間12が形成されるようになっている。ここで、孔部11は、その稜線が、長手方向の中央部において互いに平行になるとともに、両端部においてV字状に傾斜する6角形状に形成されている。また、第1板状部材10には、一端が培養空間12の長手方向一端に開口し、他端が第1板状部材10の側面に開口する培養液供給孔(図示省略)と、一端が培養空間12の長手方向他端に開口し、第1板状部材10の側部に沿って延びて同様に第1板状部材10の側面に開口する培養液排出孔(図示省略)とが穿設されている。
1 and 2 show an embodiment of a cell culture container according to the present invention. In the figure,
この第1板状部材10の一方の面側(外面側)には、表面が細胞付着性を有するポリスチレン等の素材によって矩形状に形成された培養板30が設けられ、他方の面側(内面側)には、例えばフッ素樹脂、シリコーン、ポリメチルペンテン等からなる透明でかつガス透過性を有する薄肉素材によって矩形状に形成された第1膜材31が設けられている。これら培養板30および第1膜材31は、第1板状部材10の外面全体および内面全体を覆うように、何れも外形が第1板状部材10とほぼ同寸法に設定されている。すなわち、第1板状部材10の孔部11の両開口が培養板30と第1膜材31とによって塞がれることにより、密閉状態の培養空間12が形成されるようになっている。なお、本実施形態では、第1板状部材10の厚さ寸法が約3mm、培養板30の厚さ寸法が約1.5mm、各膜材31、32の厚さ寸法が約0.1mm、後述する第2板状部材20の厚さ寸法が約2mmにそれぞれ設定されている。
On one surface side (outer surface side) of the first plate-
第2板状部材20は、第1板状部材10と同質の素材により同平面形状に形成された板状部材であって、第1板状部材10との間に第1膜材31を狭持するようになっている。この第2板状部材20の中央部には、第1板状部材10と同様に、両面間に貫通する孔部21が形成されており、この孔部21に、水または水溶液が充填される水溶液充填空間22が形成されるようになっている。この水溶液充填空間22に充填される水溶液としては、種々の水溶液を使用することが可能であるが、水溶液充填空間22と培養空間12との浸透圧の差をなくして培養空間12内の培養液の希釈を抑制するためには、培養空間12と同じ培養液や、そのベースとなる基礎培養液などを水溶液として用いることが好ましい。
The second plate-
また、第2板状部材20の外面側には、透明でガス透過性を有する第1膜材31と同様の薄肉素材によって矩形状に形成された第2膜材32が設けられている。この第2膜材32は、第2板状部材20の外面全体を覆うように、外形が第2板状部材20とほぼ同寸法に設定されている。すなわち、第2板状部材20の孔部21の両開口が第1膜材31および第2膜材32によって塞がれることにより、密閉状態の水溶液充填空間22が形成されるようになっている。
Further, on the outer surface side of the second plate-
このように本実施形態では、培養板30、第1板状部材10、第1膜材31、第2板状部材20および第2膜材32を順番に積層した状態でそれぞれを一体化することにより、培養空間12および水溶液充填空間22を有する細胞培養容器が構成されている。
Thus, in this embodiment, each is integrated in the state which laminated | stacked the
上記構成からなる細胞培養容器においては、培養板30に細胞を付着させて、培養空間12に培養液を、水溶液充填空間22に水溶液をそれぞれ充填した状態で、細胞培養が行われる。培養に伴い細胞は呼吸するが、その際に酸素を消費し、炭酸ガスを発生する。その結果、培養液中の溶存酸素は減少して、水溶液中の溶存酸素との間で濃度差が生じることにより、水溶液から溶存酸素が第1膜材31を通じて培養液中に移動する受動輸送が発生する。同様に、水溶液中の溶存酸素濃度が減少すると、空気中の酸素分圧との平衡が崩れて、酸素が水溶液中に移動する受動輸送が発生する。一方、炭酸ガスについても、培養液中の溶存濃度が増大することにより、培養液中の溶存ガスが水溶液に移動して当該水溶液中の溶存ガスが空気中に放出される受動輸送が発生する。このように各ガス成分について受動輸送が発生することにより、培養液中の各ガス成分の濃度がほぼ一定に保持されることとなる。
In the cell culture container having the above-described configuration, cell culture is performed in a state where cells are attached to the
また、空気中の水蒸気が飽和状態でないときには、その分他のガス成分(酸素、窒素など)の分圧が高くなる。このとき、水溶液中に発生した気泡中の上記他のガス成分の分圧は、同じ大気圧の場合、水蒸気の分圧が高い分低くなっている。そのため水溶液中の気泡に上記他のガスが輸送されて大きくなる。しかし水溶液中のガス分圧は平衡となるため、培養液に気泡が発生することがない。 Further, when the water vapor in the air is not saturated, the partial pressure of other gas components (oxygen, nitrogen, etc.) increases accordingly. At this time, the partial pressures of the other gas components in the bubbles generated in the aqueous solution are low because the partial pressure of water vapor is high when the atmospheric pressure is the same. Therefore, the other gas is transported to the bubbles in the aqueous solution and becomes larger. However, since the gas partial pressure in the aqueous solution is balanced, no bubbles are generated in the culture solution.
以上のように、本実施形態の細胞培養容器によれば、培養液を覆う第1膜材31の外面側に水溶液の層が形成されて、培養液のガス交換が水溶液中の溶存ガスとの間で行われることとなるので、周囲の相対湿度に関わりなく、培養過程で培養液中に気泡が発生するのを防止することができる。したがって、気泡の発生を防止するための保湿用の設備を別途設ける必要がなくなり、付帯設備の簡易化を図ることができる。また、培養液に気泡が発生しなくなることから、培養環境の均一性や観察性の向上を図ることができ、気泡発生に起因する種々の問題点を解消することができる。
As described above, according to the cell culture container of the present embodiment, the aqueous solution layer is formed on the outer surface side of the
次に、本発明の効果を実施例により明らかにする。
本発明を適用した実施例では、3cm×6cmの袋状に形成した厚さ0.2mmのシリコーンフィルムバッグの中に水を入れ、空気が入らないように封をした。そして、水を張った培養皿に、作製したシリコーンフィルムバッグを沈めて、22℃、相対湿度60%の設定条件下でインキュベータにより110時間保温し、その前後の質量を比較するとともに気泡の発生状況を観察した。なお、この実施例では、シリコーンフィルムバッグが本発明に係る細胞培養容器の第1膜材に対応し、シリコーンフィルムバッグの内部が培養空間に対応し、培養皿の内面とシリコーンフィルムバッグの外面との間に形成される空間が水溶液充填空間に対応するものである。
Next, the effect of the present invention will be clarified by examples.
In the example to which the present invention was applied, water was put into a 0.2 mm thick silicone film bag formed in a 3 cm × 6 cm bag shape and sealed so as not to enter air. Then, the produced silicone film bag is submerged in a culture dish filled with water, and kept in an incubator for 110 hours under the setting conditions of 22 ° C. and a relative humidity of 60%. Was observed. In this embodiment, the silicone film bag corresponds to the first membrane material of the cell culture container according to the present invention, the interior of the silicone film bag corresponds to the culture space, the inner surface of the culture dish, the outer surface of the silicone film bag, The space formed between the two corresponds to the aqueous solution filling space.
これに対して、比較例1では、実施例と同様に作製したシリコーンフィルムバッグを、水を張らない培養皿に置くようにして、これ以外の条件を実施例と同条件とした。この比較例1は、空気中の水蒸気が飽和状態でないときに、従来の細胞培養容器(培養液を覆う膜材3の外面側に水溶液の層が形成されていない細胞培養容器)を使用した場合に対応するものである。一方、比較例2では、比較例1と同様に、水を張らない培養皿にシリコーンフィルムバッグを置いて、これを24℃、相対湿度100%の設定条件下でインキュベータにより110時間保温するようにした。この比較例2は、空気中の水蒸気が飽和状態にあるときに、従来の細胞培養容器を使用した場合に対応するものである。実施例および各比較例のシリコーンフィルムバッグの試験前後の変化を表1に示す。
On the other hand, in Comparative Example 1, the silicone film bag produced in the same manner as in the example was placed on a culture dish not filled with water, and the other conditions were the same as those in the example. In Comparative Example 1, when water vapor in the air is not saturated, a conventional cell culture vessel (a cell culture vessel in which an aqueous solution layer is not formed on the outer surface side of the
この表1からわかるように、実施例では、シリコーンフィルムバッグ内に気泡が発生せず、試験前後でシリコーンフィルムバッグの質量に僅かな変化(約2%の減少)しか見られなかったのに対して、比較例1では、シリコーンフィルムバッグ内に約2mlの気泡が発生し、シリコーンフィルムバッグの質量についても実施例よりも大きな変化(約10%の減少)が見られた。他方、比較例2では、実施例と同様に、シリコーンフィルムバッグ内に気泡が発生せず、試験前後でシリコーンフィルムバッグの質量に殆ど変化がなかった。
このように、従来の細胞培養容器に対応する比較例では、周囲の相対湿度如何によって、気泡の発生状況が大きく変化するのに対して、本発明を適用した実施例においては、周囲の相対湿度に関わりなく、気泡の発生を防止できることが確認された。
As can be seen from Table 1, in the examples, no bubbles were generated in the silicone film bag, and only a slight change (a decrease of about 2%) was observed in the mass of the silicone film bag before and after the test. In Comparative Example 1, about 2 ml of bubbles were generated in the silicone film bag, and the change of the mass of the silicone film bag was also larger (about 10% decrease) than the Example. On the other hand, in Comparative Example 2, as in the example, no bubbles were generated in the silicone film bag, and there was almost no change in the mass of the silicone film bag before and after the test.
As described above, in the comparative example corresponding to the conventional cell culture vessel, the generation state of bubbles greatly changes depending on the relative humidity of the surroundings, whereas in the example to which the present invention is applied, the relative humidity of the surroundings Regardless, it was confirmed that the generation of bubbles can be prevented.
10 第1板状部材
12 培養空間
20 第2板状部材
22 水溶液充填空間
30 培養板
31 第1膜材
32 第2膜材
DESCRIPTION OF
Claims (2)
上記第1板状部材の外面側に、上記培養空間を塞ぐとともに内面が細胞付着性を有する培養板が配設され、
上記第1および第2板状部材の対向面間に、上記培養空間と上記水溶液充填空間とを隔てるとともにガス透過性を有する第1膜材が介装され、
かつ上記第2板状部材の外面側に、上記水溶液充填空間を密閉するとともにガス透過性を有する第2膜材が配設されていることを特徴とする細胞培養容器。 A first plate-like member that has a hole that is a culture space in which cell culture is performed by filling the inside with a culture solution , and between both sides, and is filled with water or an aqueous solution inside And a second plate-like member having a hole formed as an aqueous solution filling space ,
A culture plate that closes the culture space and has cell adhesion on the outer surface side of the first plate member is disposed,
Between the opposing surfaces of the first and second plate-like members, a first membrane material having a gas permeability is provided between the culture space and the aqueous solution filling space ,
And above the outer surface of the second plate member, the cell culture vessel, wherein the second film material having a gas permeability as well as sealing the solution filling space is provided.
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