JP5106527B2 - 細胞または微生物の培養装置 - Google Patents

Description

本発明は、細胞培養の分野に関し、特に微生物培養に適用されるものである。しかしながら、本発明は特定の用途に限定されるものではなく、各種細胞（植物細胞、昆虫細胞または動物細胞）の培養にも拡大適用されるものである。

当業者においては、天然物質由来の興味深い分子の研究開発は、治療学分野における大きな課題であることが知られている。この研究には、微生物の培養を可能にする装置が必要である。これを目的として、すでに多くの装置が提案されている（特許文献１等）。
ＥＰ−Ａ−１１３１４０４

特許文献１には、公知の装置の一例が記載されているが、この装置には限界がある。具体的には、液体培地で培養することができないので、昆虫細胞または動物細胞の培養が除外されてしまう。

いずれにせよ、異なる種類の細胞に適用する場合、栄養寒天培地で培養を行う場合、異なる細胞培養工程を組み合わせる場合などに、十分に満足の得られる装置がない。

この点に関し、本発明の目的は、このような状況を改善することのできる新規な装置を提案することである。

この目的は、本発明により、細胞または微生物の培養を対象とした次なる特徴を有する装置によって達成することができる。

同装置は、タンクおよび蓋で構成され、閉状態において圧力制御された密閉空間を区画するチャンバと、前記チャンバの内部に配置され、前記蓋を開けた時に、前記チャンバから取り外すことができるアセンブリとを備える。前記アセンブリは、支持フレームと、前記支持フレームに支持された複数のプレートとを備える。前記チャンバは、細胞または微生物を培養するために、チャンバ内容物の滅菌、前記プレート中の培養培地への接種および前記チャンバ内の雰囲気制御が連続的に行える手段を備えている。

下記において詳述するように、本発明が提案する構成では、チャンバ内において、微生物培養に不可欠な全ての工程を実行することが可能である。したがって、本発明によれば、培養前および培養中の異物混入を回避することができる。

本発明の別の利点によれば、本発明の装置は、培養後の処理として、好ましくは前記培養培地および培養された細胞または微生物を乾燥させるための熱処理が可能な手段をさらに備えている。

本発明のさらに別の利点によれば、前記チャンバの前記タンクおよび前記蓋の境界面は、環状封止材を備えた境界面となっている。

本発明のさらに別の利点によれば、前記支持フレームは、前記チャンバの前記蓋に結合されている。

本発明のさらに別の利点によれば、前記チャンバは、前記タンクに注入される気体の流れ、特に、水蒸気、空気、酸素またはその他の気体の流れを制御し、この流れによって微生物の浮遊運搬のリスクなしに最適な状態で培養が行なえるようになっている。

本発明のその他の特徴、目的および利点は、非限定的な例を示す添付の図面を参照する以下の詳細な記載によって明らかにされる。

上記のように、本発明の装置は、基本的に、チャンバ１００および着脱可能なアセンブリ２００で構成されている。

チャンバ１００は、タンク１１０および蓋１５０で構成されている。アセンブリ２００は、支持フレーム２１０および複数のプレート２５０で構成されている。チャンバ１００は、縦軸Ｏ−Ｏを中心に回転対称となっている。

タンク１１０は、軸Ｏ−Ｏを中心とする円筒状壁部１１２で構成され、その底部は、外側に凹状であって一般的に略半球状であるドーム１１４によって閉じられている。

円筒状壁部１１２は、ほぼ全高において、その外面が、二重ケーシングを形成する環状筐体１１３によって覆われていることが好ましい。この筐体により、温度制御された流体が供給された時に、チャンバ内部の温度を均一に制御することができる。

この温度制御は、滅菌、接種、培養、または乾燥等の後工程といった、行われる全ての工程において、筐体１１３に供給される流体の温度を適応および変化させることによって行われてもよい。

具体的には、添付の図面に示すように、環状筐体１１３は、タンク１１２の全周を覆っていないことが好ましい。環状筐体１１３は、Ｃ字状の水平断面形状を有し、壁部１１２の周囲のうち、約３１０〜３２０°を覆っている。

環状筐体１１３の２つの末端部分の間の開放された部位において、つまり壁部１１２に直接接することができる部位において、壁部１１２は、窓１２０と、プレート２５０に支持されている培養培地に接種を行うための複数の手段１３０とを備えていることが好ましい。窓１２０は、長円形状であって、その長手方向がプレート２５０と対面する壁部１１２の全長にわたって垂直に伸びているのが好ましい。

手段１３０には、種々の変形例があってもよい。手段１３０は、適当な注射針を貫通させることのできるエラストマー材料等で構成されたストッパ１３２で形成されることが好ましい。注射針は、チャンバの外側で接種材料源に接続され、プレート２５０に支持されている培養培地に、微生物を制御接種する。このため、チャンバの内側に入れられた注射針の先端は、プレート２５０の上方に位置しなければならず、正確に制御された領域内にあることが好ましい。この注射針または長さの異なる注射針を用いることにより、プレートに溶液を付与することもできるし、またプレートの内容物の全部または一部を、滅菌状態で吸引除去することもできる。

このような制御は、一方では、窓１２０によって視覚的に行うことができる。なぜなら、図１および図２に示すように、窓１２０は上記手段１３０に隣接しているからである。他方では、例えば注射針に設けた基準マークのストッパ１３０に対する位置を監視し、チャンバに挿入された注射針の長さを慎重に精密調節することによって行うこともできる。

図７に示すように、各手段１３０は、軸Ｏ−Ｏに対して半径方向に伸び、軸Ｏ−Ｏに接近するにつれて水平からわずかに下方に傾斜している軸１３４を中心とする、略円筒形状のエラストマーブロック１３２で構成されている。エラストマーブロック１３２は、着脱可能なリング１３６に結合されたケージ１３５の内側に配置することが有利である。これにより、数回使用後にブロック１３２を交換することが可能になる。

当業者において理解されるように、注射針を取り外す時には、エラストマー材料で構成されるこのストッパ１３０によって、チャンバが自動的に封止される。

タンク１１０の高さにわたって、複数の手段１３０が配置されているが、その数は、支持フレーム２１０に支持されるプレート２５０の数に等しい。

当然のことながら、一変形例として、壁部１１２の全周を覆う環状筐体１１３を設けて、この筐体１１３に窓１２０および手段１３０を配置し、この個所において確実に封止を行ってもよい。

下部のドーム１１４は、それぞれ底部に車輪１４２を備えた一組の足部１４０（一般的には３本の足部１４０）に取り付けられている。この構成により、例えばアセンブリ２００の取り付けおよび取り外しを行うために高さが要求される場所（図２に示す）と、閉状態で培養または貯蔵を行う場合の設置高さが小さくてもよい場所（図１に示す）とに、装置を容易に移動させることができる。

この移動を容易にするために、タンク１１０は、例えば環状筐体１１３の外側に設置されたハンドル１４４を備えていることが好ましい。

ドーム１１４は、その底部において、必要に応じて開放できる適当な手段によって閉じられる排水用の開口部１１５を備えていることが好ましい。

培養物および培養工程の種類に応じて、ドーム１１４の内部に、チャンバ内部の雰囲気制御に関連する流体を供給してもよい。

開口部１１５により、そのような流体を容易に排出することができ、また、この流体のサンプルを取得して分析することもできる。

タンク１１２は、滅菌、接種、培養またはその他の工程中、特にその後に行われる乾燥工程中に、適当な流体または気体（酸素、圧縮空気、水蒸気等）を注入することを可能にする少なくとも１つの注入口１６０をさらに有している。注入口１６０は、ドーム１１４に近接している壁部１１２の下側部分に設けられることが好ましい。

添付の図面はまた、壁部１１２のドーム１１４に近接する個所に設けられ、チャンバの内部温度を測定する温度プローブ１１８を備えた装置を示している。

このプローブ１１８は、いずれの適当な手段と置き換えることも可能である。この手段は、例えばプレート２５０に支持される培養培地中に配置するのに適した温度測定手段等であってもよいが、これに限定されない。この場合、この温度測定手段は、ワイヤレス伝送式であることが好ましい。

添付の図面に示すように、タンク１１０は、その上部において、蓋１５０を支持する鍔部１８０と、蓋１５０を封止し、加圧した状態でロックするのに適した一連の手段１８２とを備えている。この手段１８２は、それ自体で公知であるので、その説明は省略する。

蓋１５０は、基本的には、外側に凸状のドームで形成され、ドーム１１４と対称性を有している。つまり、実質的に半球状である。

添付の図面に詳細に示してはいないが、封止材を、適当な方法によって、タンク１１２の鍔部１８０と、蓋１５０の底部の外周部との間に挿入してもよい。当業者において理解されるように、本発明によれば、完全密閉性および完全整合性の両方、または滅菌を確実にする簡素な構成の環状の境界面が規定される。ヒンジ等を要する回動式ドア等のチャンバを開ける手段ではこの特徴は得ることができないし、また封止や滅菌を行うのも難しい。

蓋１５０は、数個の取り付け個所１５２を有している。これを使って蓋を持ち上げることができ、必要な場合には、昇降機等を使ってアセンブリ２００ごと持ち上げることができる。

図示のように、蓋１５０は、必要に応じて開けたり密閉したりすることのできるハッチ１６２で構成される、マンホール型等の接近手段１６１を有している。

蓋１５０は、その他のアクセサリを備えていてもよい。添付の図面においては、特に、軸Ｏ−Ｏを中心として配置され、必要に応じてロッド２９０を回転駆動させて、ブレード２８０を回転駆動させる手段１７０が示されている。

この手段１７０は、図示のようなクランクで構成される手動の駆動手段で形成されていてもよいし、速度、時間および回転の順序を制御することのできるプログラムと協働するモータ駆動手段で形成されていてもよい。

蓋１５０は、例えば添加時または接種時に、あるいは必要であれば微生物培養の間中、チャンバの内部に選択的に光を当てることができる照明手段を備えていてもよい。また、蓋１５０は、タンク内部を観察する手段をさらに備えていてもよい。タンク１１０がステンレス製である場合には、その内側表面は、蓋に設けられた１つだけの光源からの光を、チャンバの内部全体に均一に当てることができるリフレクタとなる。

必要であれば、照明システムを窓にも設けて、チャンバ内部をより容易に観察できるようにしてもよい。このような照明手段は、窓１２０の全長に及ぶランプによって形成されていてもよいし、また好ましくは、複数のプレート２５０のうちの１つに選択的に光が当てられるように、タンク１１０の外面に、窓１２０に沿って平行移動するように取り付けられる、１つの限定部分用の光源によって形成されていてもよい。

支持フレーム２１０には、種々の変形例があってもよい。支持フレーム２１０は、複数の垂直な支柱２２０で構成されていることが好ましい。一般的には、３本の支柱２２０が等角度で配置され、プレート２５０を支持する一組のクロスバーまたは水平バー２２２によって互いに結合されている。

添付の図面に示した非限定的な実施形態によれば、上記バー２２２は、１０個の支持段を規定しており、それぞれの段に１つのプレート２５０が受け止められるようになっている。

フレーム２１０およびそれに支持されたプレート２５０の取り出しは、適当な手段によって行われる。例えば、蓋１５０を取り外してから、支柱２２０の上端部を昇降機に接続することによって行ってもよい。しかしながら、図３〜図５に示すように、例えばピン等の、支柱２２０の上端部と蓋１５０とを結合する手段を設けることが好ましい。支持フレーム２１０およびプレート２５０は、図２に示すように、蓋１５０を持ち上げて取り出される。

支柱２２０の上端部と蓋１５０とを結合する手段は、図４に示すように、支持フレーム２２０と蓋１５０とを分離させることができる着脱可能な手段であることが有利である。

各プレート２５０は、一般的に円筒形状であることが好ましい。プレート２５０は、周縁に円筒状の縁部２５４が設けられた円形の平らな台部２５２で構成されている。縁部２５４の高さは変更可能である。一般的には、プレートの直径が約５０ｃｍの場合、縁部の高さは約５ｃｍである。このようなプレート構造は、各種の培養培地、固体物、半固体物または液体物を収容するのに好適であるが、本発明では、栄養寒天培地での培養にのみ用いられることが好ましい。

当業者において理解されるように、上記プレートの寸法および数は、当然ながら限定的なものではなく、現在最も標準的なペトリ皿式の装置と比較してはるかに大きい約２ｍ^２の表面積を使って同時に培養を行うことができる。

本発明の装置は、培養培地および／または接種材料を均質化する手段をさらに備えていることが好ましい。この手段には、種々の変形例があってもよい。この手段は、上記の垂直な中央のロッド２９０から半径方向に伸びる第２ロッド２８２によってそれぞれ保持されているブレードまたはスクレーパ２８０で形成されることが好ましい。

このように、ロッド２９０の全長にわたり、各プレート２５０に対して少なくとも１本のロッド２８２および少なくとも１つの対応するブレード２８０が配置されている。図６に示すように、ロッド２８２の半径方向外側の自由端部は、プレート２５０に対してブレード２８０を正確に位置合わせするために、プレート２５０の縁部２５４の上縁部に載置されていてもよい。

ブレード２８０は、ロッド２８２の所定位置に固定されていてもよい。しかしながら、ブレード２８０は、培養培地を貫通せずにその表面を掃くことができるように、ロッド２８２の縦軸を中心として自由に回動可能に取り付けられることが好ましい。

必要であれば、培養倍地表面に接種材料を塗り広げるための上記ブレード２８０に替えて、攪拌手段を用いてもよい。この場合には、ブレード２８０の代わりとなる手段は、支持ロッド１８２にその縦軸に対して回動しないようにしっかりと結合される。

添付の図面に示すように、手段２９０、２８２、２８０を設けるためには、主たるロッド２９０がプレート２５０を貫通する必要がある。このため、プレート２５０は、その中心の位置に、外周縁の縁部２５４と同じ高さの円筒状縁部２５６の上部に設けられた開口２５５を有している。

プレート２５０の取り外しは、蓋１５０および支持フレーム２１０を取り外した後、基本的に以下のように行われる。まず、蓋１５０を支持フレーム２１０から外す（図４）。ブレード２８０および支持ロッド２８２は、主たるロッド２９０から外すことが好ましい（図４）。最後に、ロッド２９０を上方向に取り外す（図５）。こうすると、プレート２５０を水平移動させて取り外すことができる。

変形例として、各プレート２５０の台部２５２に、中央の開口２５５とプレートの外周部分とをつなぐように、半径方向に伸びる溝を設けてもよい。この構成によれば、垂直ロッド２９０を取り外さなくても各プレート２５０を取り出すことができる。当然のことながら、この場合には、半径方向内側の円筒状縁部２５６は３６０°にわたって形成されず、この円筒状縁部と同じ高さを有し、直線状の溝を形成している２つの垂直な壁部によって半径方向外側の縁部２５４に接続されている。

チャンバ１００およびアセンブリ２００を構成する全ての手段は、金属製であることが好ましく、ステンレス製であることが有利である。チャンバの内容積は、約５００リットルであることが好ましい。

当業者において理解されるように、本発明によれば、滅菌、接種および培養の全ての工程を密閉環境で行うことができ、異物の混入を防止することができる。しかしながら、本発明の装置は、これらの工程を行うことのみに限定されるものでない。また、一般にはチャンバの内部温度を４〜１２０℃の範囲で制御しながら、乾燥、中和等の特定の培養後工程を行うことも可能である。

本発明によれば、チャンバ内で、異なる細胞または微生物を、それぞれ異なるプレート上で同時に培養することが可能である。この目的に関して、１つの培養物に別のプレートから細胞が混入するのを防止するために、このチャンバは、タンクに注入される気体の流れ、特に酸素の流れが制御できるようになっている。この流れによって、チャンバ内で微生物を運んだり移動させたりする、別の気体の流れを生じさせることなく、最適な状態で培養が行えるようになっている。

当然のことながら、チャンバから取り出される流体および気体は、環境汚染を防ぐために全てろ過されることが好ましい。

さらに、２種類の流体または気体の切り替えを行うことのできるチャンバの全ての注入口および排出口には、二重バルブまたはマルチバルブを設け、異なる流体および気体の切り替え操作を確実に同期させることが好ましい。

当然のことながら、本発明は、上記のような特定の実施形態に限定されず、その趣旨の範囲内において、全ての変形例に適用されるものである。

特に、図８に示すように、チャンバに対し、非限定的な例として、装置の正常運転を監視するためのその他の装置（マノメータ、注入または排出用のバルブ、フィルタ、プローブ等）を追加してもよい。

本発明による装置の概略外観図である。 蓋を開けて、支持フレームおよびプレートで構成されるアセンブリをタンクから取り出す様子を示す図である。 プレートに接近するためにアセンブリを分解する３つの工程の１つを示す図である。 プレートに接近するためにアセンブリを分解する３つの工程の１つを示す図である。 プレートに接近するためにアセンブリを分解する３つの工程の１つを示す図である。 プレートに収容されている培地を均質化するために、またはプレート上に前培養物を塗り広げるために用いられるブレードの側面図である。 プレートに接種するためにタンクに設けられている手段を示す概略図である。 本発明の装置の垂直断面を示す概略図である。 同装置の水平断面を示す概略図である。

Claims (19)

1. タンクと、蓋とを有し、閉状態において圧力制御された密閉空間を区画するチャンバと、
   前記チャンバの内部に配置され、前記蓋を開けた時に前記チャンバから取り外すことができるアセンブリと、
   を備え、
   前記アセンブリは、
   支持フレームと、
   前記支持フレームに支持されるとともに、培養培地を収容する複数のプレートと、
   を有し、
   前記チャンバは、前記プレート中の培養培地および／または接種材料を均質化する均質化手段を備え、
   前記均質化手段は、
   前記タンク内を垂直に延びる回転可能なロッドと、
   前記ロッドから半径方向に延びる第２ロッドと、
   を有し、
   前記プレートは、
   その周縁に設けられた筒状の縁部と、
   前記縁部と同じ高さでその中心に位置する開口と、
   を有し、
   前記ロッドが前記開口を通じて前記プレートを貫通し、前記第２ロッドの自由端部が前記プレートの縁部に載置されることを特徴とする細胞または微生物の培養装置。
2. 請求項１の培養装置において、
   前記チャンバの前記タンクおよび前記蓋の境界面は、環状封止材を備えた境界面である培養装置。
3. 請求項１又は２の培養装置において、
   前記支持フレームは、前記蓋に着脱可能に結合されている培養装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つの培養装置において、
   温度制御された流体の供給によって前記チャンバの内部温度を均一に制御することができる二重ケーシングを形成する筐体が、前記タンクの外面に備えられている培養装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つの培養装置において、
   前記チャンバは、前記アセンブリの全長に及ぶ窓を備えている培養装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つの培養装置において、
   前記チャンバが、注射針の挿入が可能な手段として、エラストマー材料で構成されたストッパを備えている培養装置。
7. 請求項６の培養装置において、
   前記ストッパは、着脱可能に取り付けられている培養装置。
8. 請求項６の培養装置において、
   前記ストッパの数が前記プレートの数に等しい培養装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１つの培養装置において、
   前記チャンバは、底部に排水用の開口部を備えている培養装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１つの培養装置において、
    前記チャンバは、流体または気体の注入を可能にする、少なくとも１つの注入口を備えている培養装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１つの培養装置において、
    前記チャンバは、前記チャンバの内部温度を測定するための、少なくとも１つの温度プローブを備えている培養装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１つの培養装置において、
    前記チャンバは、前記プレートに収容された培養培地中に配置される温度測定手段を備えている培養装置。
13. 請求項１２の培養装置において、
    前記温度測定手段は、ワイヤレス伝送式である培養装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか１つの培養装置において、
    前記チャンバの内部を照明する照明手段を備えている培養装置。
15. 請求項１４の培養装置において、
    前記蓋に前記照明手段が設けられている培養装置。
16. 請求項１４の培養装置において、
    前記タンクに設けられた窓の部分に前記照明手段が備えられている培養装置。
17. 請求項１〜１６のいずれか１つの培養装置において、
    前記支持フレームが、前記プレートを支持する一組のクロスバーまたは水平バーによって互いに結合された複数の垂直な支柱で構成されている培養装置。
18. 請求項１〜１７のいずれか１つの培養装置において、
    前記均質化手段は、回転駆動可能なブレードまたはスクレーパを有している培養装置。
19. 請求項１〜１８のいずれか１つの培養装置において、
    各プレートは、半径方向に伸びる溝を有している培養装置。

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