JP4966632B2

JP4966632B2 - 細胞培養施設

Info

Publication number: JP4966632B2
Application number: JP2006325569A
Authority: JP
Inventors: 敦中尾; 弘樹毒島
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2026-12-01
Also published as: JP2008136414A

Description

本発明は、細胞や微生物、細菌等（以下、細胞と総称する）が外部に漏れ出ないように構成され、細胞を凍結保存する凍結保存容器や細胞を培養するインキュベータ等が設置される細胞培養施設（ＣＰＣ：ＣｅｌｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＣｅｎｔｅｒ）に関するものである。

近年、細胞を利用した再生医療に関する研究開発が進められており、その成果に大きな期待が寄せられている。再生医療では幹細胞が様々な材料と複合されて増殖され、分化誘導、細胞を張り付かせる等の種々の技術を経て、所定の臓器のかたちへと導かれる。作製された臓器や組織は、個々の患者に移植・輸注されるため、係る細胞の培養操作は、所定の基準、例えば、ＧＭＰ（ＧｏｏｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＰｒａｃｔｉｃｅ）基準に定められている封じ込めレベルを充足した環境にて行われることが必要条件とされる。

従来より係る細胞の培養操作等を行う細胞培養施設には、室内を所定の清浄度を有する環境とすると共に、作業に従事する関係者や担当者をウイルスから保護し、且つ、室内空気を封じ込めることで、周辺環境の汚染を防止することができる施設が提案されている（特許文献１参照。）。

この細胞培養施設では、上述したように再生治療で使用することのできる細胞の培養が行われるので、無菌的管理・無菌操作が必要となる。そのため、当該細胞培養施設内に形成される各室は、空気の清浄度を維持するため、通常、使用されているクリーンルームの構造が採用されており、外気を導入するための給気系には、中性能フィルタや高性能フィルタ等のフィルタを用いることで、清浄な空気の供給を行っていた。

また、この種細胞培養施設には細胞を超低温で凍結保存するために、液体窒素の気相を利用して保存する凍結保存容器が設置されると共に、細胞培養に必須であるマルチガスインキュベータ等も設置されている。このマルチガスインキュベータでは、窒素ガスや二酸化炭素ガスの供給量が制御され、所定のガス濃度に調整される。このマルチガスインキュベータに供給する窒素ガス源として、従来では窒素ガスボンベが使用されていた。
特開２００３−４７４５７号公報特開２００６−８１９９４号公報

ここで、上述した細胞培養施設では空気の清浄度を維持するために室内の空気を高性能フィルタで清浄化しながら循環させ、空調機で室温調整を行うと共に、外気導入量分を排気する方式が採られるため、室内の湿度が高くなってしまい、コンタミネーションによる作業環境の悪化が危惧される。そのため、室内の空調機に導入する以前の外気を処理する外気処理ユニットを設け、この外気処理ユニットにて外気中の水分をできるだけ除去するようにしているが、室内の湿度上昇を抑えるには依然不充分な場合が多かった。

一方、凍結保存容器に液体窒素を供給するための液体窒素タンクでは、常時窒素ガスが発生しているため、この液体窒素タンクは大気開放とされている。そこで、前記特許文献２ではこの大気中に排出されている窒素ガスをマルチガスインキュベータに供給することで、窒素ガスの有効利用を図り、窒素ガスボンベを小型化し、ガス使用量を抑制できるようにしている。

本発明は、係る従来の状況を踏まえて成されたものであり、液体窒素タンクを使用する細胞培養施設における室内の湿度上昇を効果的に抑制することを目的とするものである。

請求項１の発明の細胞培養施設は、液体窒素タンクから液体経路を介して液体窒素が供給される凍結保存容器と、少なくとも窒素ガスの供給量が制御されてガス濃度が調整されるインキュベータが設置され、細胞調整に関わる作業が行われる施設であって、室内を空調する空調機と、外気を空調機に導入する以前に処理する外気処理ユニットと、液体窒素タンク内に発生した窒素ガスをインキュベータに供給するためのガス経路とを備え、このガス経路を流通する窒素ガスと外気処理ユニットにて処理される外気とを熱交換させることを特徴とする。

請求項２の発明の細胞培養施設は、液体窒素タンクから液体供給経路を介して液体窒素が供給される凍結保存容器が設置され、細胞調整に関わる作業が行われる施設であって、室内を空調する空調機と、外気を空調機に導入する以前に処理する外気処理ユニットと、液体窒素タンク内に発生した窒素ガスを排出するためのガス経路とを備え、このガス経路を流通する窒素ガスと外気処理ユニットにて処理される外気とを熱交換させることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、液体窒素タンクから液体経路を介して液体窒素が供給される凍結保存容器と、少なくとも窒素ガスの供給量が制御されてガス濃度が調整されるインキュベータが設置され、細胞調整に関わる作業が行われる細胞培養施設において、室内を空調する空調機と、外気を空調機に導入する以前に処理する外気処理ユニットと、液体窒素タンク内に発生した窒素ガスをインキュベータに供給するためのガス経路とを備えているので、従来単に排出されていた液体窒素タンク内の窒素ガスをインキュベータに供給して有効利用を図り、インキュベータに通常備え付けられている窒素ガスボンベの小型化や、窒素使用量の削減を図ることができるようになる。

特に、インキュベータに窒素ガスを供給するガス経路を流通する窒素ガスと、外気処理ユニットにて処理される外気とを熱交換させるようにしたので、室内に導入される外気中の湿気を、ガス経路内を流れる極低温の窒素ガスにより冷却して凝結させ、除去することができるようになる。これにより、細胞培養施設の室内湿度の上昇を効果的に抑制し、清浄且つ快適な作業環境を実現することができるようになる。

また、インキュベータに供給される窒素ガスの温度を上昇させることができるので、低温の窒素ガスがインキュベータに供給されることによって生じる培養環境への悪影響も解消できる効果がある。

請求項２の発明によれば、液体窒素タンクから液体供給経路を介して液体窒素が供給される凍結保存容器が設置され、細胞調整に関わる作業が行われる細胞培養施設において、室内を空調する空調機と、外気を空調機に導入する以前に処理する外気処理ユニットと、液体窒素タンク内に発生した窒素ガスを排出するためのガス経路とを備え、このガス経路を流通する窒素ガスと外気処理ユニットにて処理される外気とを熱交換させるようにしたので、室内に導入される外気中の湿気を、ガス経路内を流れる極低温の窒素ガスにより冷却して凝結させ、除去することができるようになる。これにより、従来単に排出されていた液体窒素タンク内の窒素ガスを有効利用して、細胞培養施設の室内湿度の上昇を効果的に抑制し、清浄且つ快適な作業環境を実現することができるようになる。

以下、図面に基づき本発明の一実施形態を詳述する。図１は本発明を適用した細胞培養施設１の液体窒素供給、窒素ガス供給、並びに、空調方式を説明する概略説明図、図２は同細胞培養施設１全体のレイアウトを説明する平面図をそれぞれ示している。

図２において、細胞培養施設１は例えば大学の研究室や病院等再生医療や体外受精医療の現場となる建物に設置されるものであり、その内部には再生医療や体外受精医療における目的検体となる細胞（例えば、ドナー細胞）を凍結保存する凍結保存容器２・・や超低温フリーザ３が設置された細胞保存室４や、細胞培養を行うためのマルチガスインキュベータ６が設置された複数の細胞培養室７・・の他、エントランス室８、モニタリング室９、一次ガウニング室１１、サプライ室１２、アイソレータ室１３、二次ガウニング室１４、デガウニング室１６等が区画形成されている。

各室は空気清浄度がＡ乃至Ｄの４つに分けられたグレードで区別され、グレードＤは清浄度が最も高くＣＬＡＳＳ１００未満、グレードＣは清浄度がＤの次に高くＣＬＡＳＳ１００００未満、グレードＢは清浄度がＣの次に高くＣＬＡＳＳ１０００００未満、グレードＡは清浄度が最も低くＣＬＡＳＳ１０００００以上とされる（図２参照）。各室内の空気清浄と空調は後述する如く各室毎の空調機２１とその前段の外気処理ユニット２２によって行われることになる。また、各室のレイアウトは人と物の動線を考慮し、コンタミネーションや空気清浄度の変化を極力抑制するべく設計されている。

細胞培養室７に設置されたマルチガスインキュベータ６は、前面に開口を有する断熱箱体と、この開口を開閉自在に閉塞する断熱扉とでその内部に培養室を構成しており、培養室内の温度、二酸化炭素濃度、酸素濃度などのガス濃度を一定に保持し、内部を無菌状態として培養対象である細胞（試料）の培養を行う。窒素ガスはこのガス濃度の制御のために用いられる。また、細胞の培養に当たっては培養室内の温度調節のための加熱ヒータや制御装置が設けられている。この培養室の内部は複数の棚により上下に区画されており、培養室の底面には加湿のための水が貯留された加湿皿が配置され、ステンレス製の内箱外側に設けられたヒータによって加熱されて水を蒸発させる。また、断熱扉の内側には内扉が設けられる。

細胞培養室７内には係るマルチガスインキュベータ６の他、薬品を保冷する薬用保冷庫２３や作業空間内がＣＬＡＳＳ１００未満とされるバイオハザードキャビネット２４、遠心分離器２６等が設置されている。

この細胞培養施設１の屋外には、−１９５．８℃の沸点を有する液体窒素を圧力を加えて保存する液体窒素タンク３１が設置され、その内底部まで差し込まれた液体経路（真空断熱配管から成る）３２を介して細胞保存室４内の凍結保存容器２及び超低温フリーザ３に分岐接続されている。液体窒素タンク３１内では常に液体窒素が自然蒸発しているので、内部の圧力は高くなっており、液体経路３２にはこの蒸発圧力で液体窒素が押し出され、各凍結保存容器２や超低温フリーザ３に液体窒素が搬送されることになる（液体窒素タンク３１には所定の危険圧力以上で大気開放する図示しない圧力弁（安全弁）が設けられている）。この場合、分岐した一方の液体経路３２にはバルブ３３が介設されており、自動供給制御装置３６がこのバルブ３３を制御することで、液体窒素タンク３１から各凍結保存容器２への液体窒素（ＬＮ２）の供給が制御される。即ち、自動供給制御装置３６はバルブ３３を制御して凍結保存容器２内の液体窒素の液位を所定の値に制御する。凍結保存容器２は真空断熱容器から構成されており、内部に収納された細胞（試料）は、蒸発した極低温の窒素ガスによって−１９０℃程で凍結保存される。

また、分岐した他方の液体経路３２にはバルブ３４が介設されており、超低温フリーザ３がこのバルブ３４を制御することで、液体窒素タンク３１から当該超低温フリーザ３への液体窒素の供給が制御される。この超低温フリーザ３はコンプレッサを備えた多元多段冷媒回路によって貯蔵室内を−１５０℃以下の極低温に冷却するものであるが、この冷媒回路に故障が発生した場合、超低温フリーザ３はバルブ３４を開いて貯蔵室内に液体窒素を供給する。これにより、貯蔵室内を引き続き極低温に維持して係る非常事態に対処できるように構成されている。

尚、超低温フリーザ３には従来より係る異常事態に対処するための液体窒素タンクが別途備えられていたが、実施例のように凍結保存容器２用の液体窒素タンク３１から液体窒素を供給できるようにしたことにより、係る超低温フリーザ用の液体窒素タンクを使用する必要が無くなった。

ここで、屋外の温度を平均＋２０℃と考えた場合、液体窒素タンク３１内外の温度差は実に２２０ｄｅｇ程になるため、前述した如く液体窒素タンク３１内の液体窒素は常に自然蒸発している。しかも、液体窒素タンク３１内の圧力が上昇し過ぎると爆発の危険性があるため、所定圧力以上となった場合には、この自然蒸発で発生した窒素ガスを定期的に排出する必要があった。

そこで、本発明では液体窒素タンク３１内上部と各マルチガスインキュベータ６・・とを連通するガス経路３７を設ける。このガス経路３７は更に凍結保存容器２内上部にも連通しており、液体窒素タンク３１と凍結保存容器２の双方の内部で蒸発発生した窒素ガスが流入する構成とされる。そして、前述したマルチガスインキュベータ６の制御装置によりこのガス経路３７からの窒素ガス供給量を制御することで、各マルチガスインキュベータ６内のガス濃度が制御される。

これにより、これまで定期的に排出されていた液体窒素タンク３１内の窒素ガスや凍結保存容器２内の窒素ガスをガス経路３７によりマルチガスインキュベータ６に供給して窒素ガスの有効利用を図ると共に、マルチガスインキュベータ６に常備されている窒素の圧縮ガスを封入した窒素ガスボンベの小型化と窒素使用量の削減を図ることができるようになる。

尚、ガス経路３７の途中には圧力バルブ３８が設けられ、窒素ガスの圧力が所定値以上に上昇した場合には、ガス経路３７の分岐経路３７Ａより外部に排出するように構成されている。また、ガス経路３７の後述する熱交換器３７Ｂ下流側にはバックアップ用の窒素ガスボンベ４０が連通接続される。

次に、細胞培養施設１の空調方式について説明する。外気処理ユニット２２には比較的大成る塵埃を除去するプレフィルタ４１、送風機４２、比較的小さい塵埃を除去する中性能フィルタ４３、熱交換器４４が設けられている。熱交換器４４はコンプレッサを備えた図示しない冷媒回路の蒸発器を構成する。また、この外気処理ユニット２２の空気吸込側には、前記ガス経路３７の一部を構成する熱交換器３７Ｂが配置され、送風機４２によって外気処理ユニット２２内に吸い込まれる外気と熱交換するように構成されている。尚、この熱交換器３７Ｂに至るまでのガス経路３７は断熱材３７Ｃによって断熱されている。また、４６は外気処理ユニット２２から出た空気を加熱する再熱ヒータ（電気ヒータ）である。

外気処理ユニット２２及び再熱ヒータ４６を経た空気（外気）はダクト４７を経て各室の空調機（図１では細胞培養室７の空調機を示す）２１に入る。この空調機２１は送風機４８、熱交換器４９、ＨＥＰＡフィルタ（高性能フィルタ）５１を備えている。尚、熱交換器４９はコンプレッサを備えた図示しない冷媒回路の蒸発器、若しくは、凝縮器を構成する。送風機４８はダクト４７からの空気（外気）と共に、ダクト５２から細胞培養室７内の空気を吸い込み、熱交換器４９、ＨＥＰＡフィルタ５１を経て細胞培養室７内に吐出する。また、細胞培養室７内の空気は更にダクト５３を介し、排気用の送風機５４によって外部に排出される構成とされている。

以上の構成で、送風機４２が運転されると外気が外気処理ユニット２２内に導入される。この導入外気はガス経路３７に設けられた熱交換器３７Ｂと熱交換する。この熱交換器３７Ｂ内には極低温の窒素ガスが前述した如く流通しているので、この熱交換器３７Ｂと熱交換した外気中の水分は凝結し、熱交換器３７Ｂ表面に結露として付着する。この結露は図示しない排水経路で排出されるので、外気処理ユニット２２内に導入される外気は除湿され、その絶対湿度は著しく低下することになる。

このように除湿された外気はプレフィルタ４１及び中性能フィルタ４３で塵埃が除去された後、熱交換器４４で冷却されることで更に水分が凝結除去される。そして、再熱ヒータ４６に送られ、＋２２℃程の温度まで加熱された後、空調機２１に送られる。送風機４８が運転されると、この再熱ヒータ４６からの空気（外気）が熱交換器４９に導入され、ＨＥＰＡフィルタ５１でミクロ単位の塵の除去やウイルスが除去された後、細胞培養室７内に吐出される。この細胞培養室７内の空気は更にダクト５２を介して送風機４８に吸い込まれ、熱交換器４９、ＨＥＰＡフィルタ５１を経て再度細胞培養室７に戻される循環を繰り返す。これにより、細胞培養室７内は前述した清浄度に維持されると共に、温度は熱交換器４９との熱交換で所定温度に維持されることになる。

送風機５４は一定風速で細胞培養室７内の空気を排出するが、この排気と外気処理ユニット２２からの外気の導入量を調整することで、実施例では図２の左右の細胞培養室７の室圧を例えば＋３０Ｐａ、中央の細胞培養室７は−１０Ｐａとなるように制御している。尚、この室力はそれに限らず、使用目的により例えば０Ｐａ（大気圧）に制御してもよい。尚、図１では細胞培養室７のみ示しているが、他の室の空調も同様である。実施例では細胞保存室４は−１０Ｐａ、エントランス室８は０Ｐａ、モニタリング室９も０Ｐａ、一次ガウニング室１１は＋５Ｐａ、サプライ室１２は＋１５Ｐａ、アイソレータ室１３は＋２０Ｐａ、二次ガウニング室１４は＋１５Ｐａ、デガウニング室１６は＋１０Ｐａとされる。

ここで、細胞培養室７等は上述したように空気を循環させながらその清浄度を維持し、略排気量分だけの外気が導入されることから、どうしても湿度が高くなり、チャタテ虫や真菌などが繁殖する問題が発生する。しかしながら、本発明では前述したように外気処理ユニット２２の空気導入側に液体窒素タンク３１や凍結保存容器２で発生した窒素ガスが流れるガス配管３７途中の熱交換器３７Ｂを配置し、マルチガスインキュベータ６に供給される窒素ガスと外気処理ユニット２２にて処理される外気とを熱交換させるようにしたので、細胞培養室７内に導入される外気中の湿気を、ガス経路３７内を流れる極低温の窒素ガスにより冷却して凝結させ、除去することができるようになる。これにより、細胞培養施設の細胞培養室７内や他の室内の湿度の上昇を効果的に抑制し、清浄且つ快適な作業環境を実現することができるようになる。

特に、マルチガスインキュベータ６に供給される窒素ガスの温度は熱交換器３７Ｂで外気から吸熱して上昇することになるので、低温の窒素ガスがマルチガスインキュベータ６に供給されて内部の温度が低下してしまう不都合を防止することもできるようになる。

尚、実施例ではインキュベータとしてマルチガスインキュベータ６を採り上げたが、それに限らず、窒素ガスを用いてガス濃度を制御するインキュベータであれば差し支えない。また、実施例ではマルチガスインキュベータ６に液体窒素タンク３１等から窒素ガスを供給する場合について説明したが、請求項２の発明ではそれに限らず、単に分岐経路３７Ａから窒素ガスを排出する（マルチガスインキュベータ６に供給せずに）場合でも、有効に外気中の水分を除去する効果を得ることができるものである。

本発明を適用した細胞培養施設の液体窒素供給、窒素ガス供給、並びに、空調方式を説明する概略説明図である。図１の細胞培養施設全体のレイアウトを説明する平面図である。

符号の説明

１細胞培養施設
２凍結保存容器
３超低温フリーザ
４細胞保存室
６マルチガスインキュベータ
７細胞培養室
２１空調機
２２外気処理ユニット
３１液体窒素タンク
３２液体経路
３７ガス経路
３７Ｂ熱交換器

Claims

液体窒素タンクから液体経路を介して液体窒素が供給される凍結保存容器と、少なくとも窒素ガスの供給量が制御されてガス濃度が調整されるインキュベータが設置され、細胞調整に関わる作業が行われる細胞培養施設であって、
室内を空調する空調機と、
外気を前記空調機に導入する以前に処理する外気処理ユニットと、
前記液体窒素タンク内に発生した窒素ガスを前記インキュベータに供給するためのガス経路とを備え、
該ガス経路を流通する窒素ガスと前記外気処理ユニットにて処理される外気とを熱交換させることを特徴とする細胞培養施設。
液体窒素タンクから液体供給経路を介して液体窒素が供給される凍結保存容器が設置され、細胞調整に関わる作業が行われる細胞培養施設であって、
室内を空調する空調機と、
外気を前記空調機に導入する以前に処理する外気処理ユニットと、
前記液体窒素タンク内に発生した窒素ガスを排出するためのガス経路とを備え、
該ガス経路を流通する窒素ガスと前記外気処理ユニットにて処理される外気とを熱交換させることを特徴とする細胞培養施設。