JP5283816B2 - 培養皿およびバイオリアクタシステム - Google Patents

Description

本発明は、生きている組織を支持し且つ培養するためのバイオリアクタとして機能できる培養皿に関する。

培養皿は、栄養素を保持するためのウェル画成用基材と、そのウェル中に置かれている薄い膜であって、その上に生物材料が存在している膜を有する底壁を含む皿、およびそのウェルおよび皿を覆う一体カバーを有している。

バイオリアクタの一実施形態では、ウェルを画成する基材、生物材料を保持するためのウェル上に支持された皿、およびウェルおよび皿の上の蓋が含まれる。その蓋には、ウェルまたは皿から材料を導入するまたは取り出すためのおよび圧力解放のための少なくとも一つの密封用開口部が含まれる。ウェルは、栄養素を保持するのに用いることができるが、皿は、それら栄養素と接触している膜を有する。蓋は、好ましくは、皿およびウェルから材料を導入するおよび／または取り出すために、皿の上の一つと、ウェルの一部分の上にあって皿の上にはないもう一つを含む少なくとも二つの密封可能開口部を有する。蓋には、好ましくは、通気用の少なくとも一つの気体透過性膜が含まれる。一体的なカバーを、貯蔵または輸送などのために、蓋の上に与えることもできる。開口部は各々、好ましくは、シリンジ若しくはピペットまたは他の適当なサイズの供給ノズルの周囲をシールするのに役立つように、一つまたは多数の例えばＸ形のスリットを有する隔壁である。

本発明の一実施形態は、蓋の取り外しを必要とすることなく、バイオリアクタのいろいろな部分で、内容物への好都合な外部からの接近を可能にする。このような接近容易性は、汚染の危険を減少させ、そしてそのシステムを、あまり労力を要するものでなくさせ且つ一層自動化しやすくさせることができる。他の特徴および利点は、次の詳細な説明、図面および請求の範囲から明らかになるであろう。

図１は、本発明の一実施形態に係る構成要素を示す横断面図である。バイオリアクタ（１０）は、ウェル（１４）を画成する基材（１２）を有する。基材（１２）は、更に、棚（２２）を有するが、それらは、好ましくは、基材の他の部分と一体成形されることが望ましい。

皿（２４）は、基材（１２）の棚（２２）の上に置かれる一つまたはそれを超えるフランジ（１８）を有する。皿（２４）の底には、ポリカーボネート膜のような膜（２０）が設けられている。細胞、組織または他の生きている生物材料は、皿（２４）中に配置されるので、その材料は、膜（２０）の上に置かれることになる。栄養素は、ウェル（１４）中の栄養素が膜（２０）を介して生物材料と接触するように、少なくとも膜（２０）のレベルまでウェル（１４）中に与えられる。

ここまで記載された構造は、概して、知られている。更に、皿および基材を覆う一体の蓋を提供することも知られている。このような蓋は、皿中の膜上の細胞または組織に、そして更には、基材のウェル中の栄養素に接触するために取り外すことができる。

本発明の実施形態によれば、蓋（２６）は、図１にポート（２８）および（３０）として二つのものが示されている少なくとも一つの密封可能なポートと、防湿気体透過性膜（３２）とを有する。膜（３２）には、ＴＹＶＥＫ（登録商標）（ＴＹＶＥＫは、E.I. duPont de Nemours and Company の登録商標である）のシートが含まれうる。このシートは、紙の外観を有するが、不織高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）製である。膜（３２）は、通気を可能にするし、しかもその一部分が皿（２４）の上にあり且つ一部分が基材（１２）の上にあるように置かれている。一つの気体透過性膜が、この図１に示されているが、下の図６に示されるように、蓋に配置されるきわめて多数のものがありうるし、更に通気が望まれる場合、膜を追加しうると考えられる。

ポート（２８）および（３０）は、利用可能であるが、好ましくは、使用中でない場合は密閉されるように設計される。これらポートは、材料を与えるまたは抜き取るのに用いられる針、シリンジ、ノズルまたは他の適当なサイズの管状装置の出入りを可能にし、しかもその周囲をシールすることができる。中心のポート（３０）は、細胞または組織を皿（２４）に供給するのに用いることができる。外側のポート（２８）は、ウェル（１４）へ栄養素を導入し、またはウェル（１４）から栄養素を抽出するのに用いることができる。シーリングは不可欠ではないが、好ましくは、管が挿入された場合、追加の作業を必要とすることなく、その周囲をポートがシールする（すなわち、それがセルフシールする）ように自動的に起こることが望ましい。

以下の図２〜１２は、本発明の実施形態を更に詳細に示す。各々の図面は、一定の縮尺で描かれているが、それら図面は、必ずしも同じ縮尺で描かれていない。図面は、代表的である形状および寸法などの多数の具体的な特徴を有するが、多数の変更がありうる。

図２および図３は、栄養素のためのウェルを画成し、しかも培養されている細胞または組織を保持するための皿を支持する基材（１２）を示す。基材（１２）は、好ましくは、一体成形プラスチック製品から形成されていて、三つの僅かに高い支持リブ（４４）を含む床（４２）と、棚（４８）の壁を形成する三つの半径方向内側に伸長している部分を有する外側壁（４６）とを含む。外側壁（４６）は、蓋（図６）に関して基材（４０）の向きを定めるのに用いることができる少なくとも一つの小さいくぼみを有する。各々の棚（４８）は、その半径方向内端に小さいノッチ（５０）を有する。側壁（４６）の上端において、フランジ（５２）は、半径方向外側に伸長後、外側に傾斜する下方伸長部分（５６）および外側伸長部分（５８）を有する。フランジ（５２）は、更に、フランジ（５２）の周囲に（好ましくは、均等に）分布する上端に小さいノッチ（５４）を有する。目安として、全体の直径は約１４〜１５ｃｍであってよい。

図４および図５を参照すると、培養される生物材料を保持するための皿（２４）は、側壁（６２）、フランジ（１８）および膜（２０）を有する。フランジ（１８）は、切り取られたノッチ（６８）を有してもよいが、図２および図３に示される基材（１２）の棚（２２）の上に置かれる。基材中の場合、膜（６６）は、支持リブ（４４）の上端の直ぐ上にある。基材（１２）によって作られるウェル中に栄養素を入れることにより、それら栄養素は、膜（２０）を介して生物材料へと通過することができる。側壁およびフランジは、一体プラスチック成形体であってよく、膜は、ポリカーボネート製であってよい。

図６を参照すると、蓋（２６）は、実質的に平らな部分（７２）およびポート（２８、２９および３０）を有する。これらポートは、蓋（２６）の半径に沿って、蓋（２６）の中心にあるポート（３０）、外縁付近のポート（２８）およびそれらの間のポート（２９）として配置されている。蓋（２６）は、図１に関して上に定義されているような、好ましくはＨＤＰＥ製の気体透過性膜（８０、８２および８６）を支持している。蓋（２６）が皿（２４）の上に与えられ、その皿がウェルの上にある場合、ポート（３０）は、皿の中心の上に位置し、ポート（２８）は、皿の膜の外縁にあり、そしてポート（２９）は、ウェルの一部分の上にあり、皿の上にはない。気体透過性膜（８０、８２および８６）は、それらの一部分がウェルの上および皿の上にあり、一部分は皿の上にないように置かれている。蓋（２６）の外縁において、リムは、上方、水平方向外側、下方、次に水平方向外側に伸長している。外径部分は、その外フランジに形成されるノッチ（８４）も有する。蓋のリムのサイズは、基材（１２）のフランジ（５２）の上に滑り摩擦嵌めできるようなサイズおよび形状にされ、ノッチ（８４）は、ノッチ（５４）と一致するサイズにされる。

図７を参照すると、外側カバー（９０）は、実質的に平らな上方部分（９２）と、安定性および支持性を提供するほぼ外縁に広がるへこみ部分（９４）を含む外縁とを有する一体プラスチック成形品である。この外蓋は、蓋（２６）の上に、貯蔵期間または他の更に長い休止期間取り付けられる。

図８〜１１は、ポート（２８、２９および３０）（図６）のような口の二つの実施形態を示す。図６に関して図８および図９を参照すると、第一の形式のポート（１００）は、蓋（７０）の上に置かれるために上端に大きい直径部分（１０２）を有する軟質で柔軟性のシリコーン製である。ポート（１００）の上端には開口部（１０４）があり、底には単一スリット（１０６）がある。その底は、Ｘ形二重スリットでもよい。

開口部（１０４）とスリット（１０６）との間には、空洞（１０８）がある。ポート（１００）は、蓋（７０）の厚みにほぼ等しい軸方向長さを有する減少した直径部分（１１２）と、下方および内側に傾斜した表面（１１０）とを有する。蓋（７０）は、減少した直径部分（１１２）の寸法である直径を有する開口部を有する。ポート（１００）は、充分に柔軟性であるので、減少した直径部分（１１２）中に蓋がスナップ嵌めするまで傾斜部分が圧縮すると、その孔に押し込むことができる。

ポートの底にあるスリットは、液体および気体が漏出するのを防ぐのに役立つ。開口部（１０４）より直径が僅かに大きい針、ノズルまたはシリンジなどの管は、皿またはウェル中に物質を与えるのにまたはそこから物質を抽出するのに用いられる。管をポートに挿入すると、それは、開口部（１０４）の周囲に柔軟性プラスチックで締り嵌めを形成するので、それが挿入されたり、抜き取られたりすると、充分なシールが維持される。

図１０および図１１を参照すると、ポートのもう一つの変型例を示す。この実施形態において、その底には、液体を導入するまたは取り出すのに用いられる管の周囲をシールすることができるＸ形開口部（１２０）がある。

図１２は、気体透過性膜を示す。その膜を、シール用部分（１１２）で加熱密封する。点線（１１４）は、膜を越えて出入り可能である膜の領域を規定している。環状領域（１１６）は、プラスチック蓋が膜（８０、８２および８６）を覆っている部分である。

本発明のバイオリアクタは、多数の異なった種類の生物材料を取り扱うまたは処理するのに用いることができる。一つの用途は、生きている皮膚同等物（ＬＳＥ）の形成にある。ＬＳＥを作るには、ヒト皮膚細胞（線維芽細胞）を、皮膚の主要タンパク質であるコラーゲンと一緒にする。線維芽細胞は、コラーゲンを介して移動して、それを再配列するが、ヒトコラーゲンも生産する。この後、ヒト表皮細胞を、皮膚層の上に置いて、それを覆う。数日後、表皮細胞を、空気への暴露によって刺激して、角質層として知られる皮膚の外側保護層の形成を完了する。これら細胞は、皿中の膜上に与えられ且つ処理されが、ウェル中に与えられた栄養素は、この処理を支援するのに役立つ。

本発明のシステムは、蓋にあるポートから生物材料を挿入し且つ取り出すために、蓋を取り外すことを必要としない、しかも典型的な現行法とは異なり、著しい労力を必要としない、一層好都合な自動化を可能にする。自動化システムにおいて、バイオリアクタは、コンベヤーで、またはバイオリアクタを一つの場所から別の場所へと移動できる機械的取扱装置で輸送しうると考えられる。ロボット工学を用いてまたはｘ−ｙ−ｚ移動機械で、シリンジまたは他のノズルを、バイオリアクタ中におよびバイオリアクタから移動させて、材料を挿入するまたは取り出すことができる。ｘ−ｙ−ｚ移動機械は、三直交方向各々の移動のためのものである三つの異なったモーターを有することができ、異なったタイプのモーターおよび駆動スクリューなどの駆動装置を含むことができる。

本発明の実施形態を記載してきたが、請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく改良を行うことができることは明らかである。例えば、一部分の形状およびサイズ、並びに、棚、ポートおよび膜などの部材の数は、変更することができる。本明細書中の実施形態に一体的と規定された若干の部品は、多数の成形品から形成されうるし、互いに緩やかにまたは一体に連結されうる。

図１は、本発明の一実施形態での構成要素を示す簡単な横断面図である。 図２は、ウェル画成基材の平面図である。 図３は、ウェル画成基材の横断面図である。 図４は、本発明による皿の平面図である。 図５は、本発明による皿の横断面図である。 図６は、本発明の第一の実施形態による蓋の平面図である。 図７は、本発明による外カバーの平面図である。 図８は、隔壁の二つの実施形態の一方の平面図である。 図９は、隔壁の横断面図である。 図１０は、隔壁の二つの実施形態のもう一方の平面図である。 図１１は、隔壁の横断面図である。 図１２は、蓋に用いるための気体透過性膜の平面図である。

Claims (16)

1. バイオリアクタであって、
   栄養素を保持するためのウェルを画成する基材と、
   該基材中に支持されていて、しかも生物材料が前記栄養素と接触するように前記材料を保持するための膜を有している皿と、
   前記ウェルおよび皿を覆う蓋であって、前記生物材料を前記皿に対し導入又は取り出し、および／または栄養素を前記ウェルに対して導入または取り出すための管が出入り可能な密封ポートを有し、該ポートが、管が導入されない場合に密閉されている蓋、を含み、
   前記皿は前記基材の棚に支持されている、バイオリアクタ。
2. 前記蓋が、複数のポートを異なった半径方向の位置に有する請求項１に記載のバイオリアクタ。
3. 一つまたはそれを超える気体透過性膜を蓋中に更に含む請求項１に記載のバイオリアクタ。
4. 前記一つまたはそれを超える膜が、高密度ポリエチレン製である請求項３に記載のバイオリアクタ。
5. 前記管がシリンジである請求項１に記載のバイオリアクタ。
6. 前記管がピペットである請求項１に記載のバイオリアクタ。
7. 前記ポートが、皿の上にある請求項１に記載のバイオリアクタ。
8. 前記ポートが、ウェルの上にあるが、皿の上にない請求項１に記載のバイオリアクタ。
9. 複数のポートがあり、その一つは皿の上に位置し、そのもう一つはウェルの一部分の上に位置するが皿の上にはない請求項１に記載のバイオリアクタ。
10. 前記ポートが、該ポート中に管が挿入された場合に、管の周囲を自動的にシールする請求項１に記載のバイオリアクタ。
11. バイオリアクタであって、
    栄養素を保持するためのウェルを画成する基材と、
    前記基材中に支持されていて、しかも生物材料が前記栄養素と接触するように前記生物材料を保持するための膜を有している皿と、
    前記ウェルおよび皿を覆うと共に防湿気体透過性膜を有する蓋であって、所定の管が導入さていれない場合に密閉される密封ポートを有する蓋を含み、
    前記皿は前記基材の棚に支持されている、バイオリアクタ。
12. 前記蓋が、二つまたはそれを超える防湿気体透過性膜を有する請求項１１に記載のバイオリアクタ。
13. 前記膜が、高密度ポリエチレンを含む請求項１１に記載のバイオリアクタ。
14. 一つの膜が一部分は皿の上に、一部分はウェルの上に位置し皿の上にはない請求項１１に記載のバイオリアクタ。
15. 複数の膜が一部分は皿の上に、一部分はウェルの上に位置し皿の上にはない請求項１１に記載のバイオリアクタ。
16. 前記膜が、蓋に結合するための環状領域と、蓋に結合していない中心領域とを有する請求項１１に記載のバイオリアクタ。

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