JP5694277B2 - 自動培養装置 - Google Patents

Description

本発明は細胞を培養する自動培養装置、特に、無菌的なクリーン度で効率よく細胞を培養する自動培養技術に関する。

従来、細胞培養の作業は限りなく除菌されたクリーンルームの中で、厳格な製造工程の下で熟練された作業者の手作業により行われていた。そのため産業化に向けて細胞を大量に培養する場合、作業者の負担の増加と作業者への教育・育成に必要な時間とコスト、人為的なミスや検体の取り違え、さらに菌などを保有しているヒトからのコンタミネーション等が生じる可能性があり、それらの対策に多大なコストを要する。そのことが細胞大量培養の産業化において大きな壁となってしまう。そのため、機器を用いて一連の培養作業を自動化することで、それら問題点を解決させることが期待されている。そこで、現在はアーム型ロボットマニピュレータを用いて、人手でおこなっている培養作業を模倣する自動培養装置が主に開発されている。そのような培養装置においては、如何に機器を用いて無菌的に培養容器のハンドリングを実施するかが課題となっている。

この課題を解決するために、例えば特許文献１は、多関節型ロボットマニピュレータを用いて培養容器の搬送操作や培地交換等を処理する例を提供している。この多関節型ロボットマニピュレータにおいては、それ自身を滅菌することを可能にしている。

また、特許文献２にあるように培養容器と流路自身を密閉系にして処理する方式が考えられる。これは、軟骨細胞に高い圧力をかけて培養する装置で、培養容器や流路内を密閉系にして、培養終了後に外気に触れないよう培養容器と一部栓をした流路を取りだす方式で、無菌的に生成した軟骨組織を回収する手段を備える。

特開２００６−１４９２６８号公報 特開２００２−３１５５６６号公報

特許文献１に記載のような自動培養装置においては、培養容器自体が密閉系でないために、フタを空けて培養容器内部を開放する動作が必要となり、自動培養装置内部の清浄性を保持せざるを得ず、人手で作業する場合ほどではないが全体システムが大きくなり、コストもかかってしまうという課題がある。

また特許文献２のような自動培養装置においては、密閉系であるために、如何に内部の無菌性を保持したまま流路を取り付け、かつ培地（培養液）や細胞（細胞懸濁液）を流路内に注入するかが課題となっている。また、複雑な培養作業を実施する際に、その密閉した流路を装置へ容易に設置ができ、かつ効率的に駆動力を与えるかが課題となっている。

現在、ヒト細胞を使用し、培養で作成した細胞や組織をヒトへ移植する再生医療において、手術室で採取した組織を無菌処理した試験管等に入れて、内部が無菌的状態で運び出し、GMP（Good Manufacturing Practice）に準拠したクリーンルームであるCPC（Cell Processing Center）内で組織を細胞にして、目的の調整を実施して培養する。採取された細胞が一切の汚染なく培養するために、とりわけ厳格なレギュレーションに適合した工程、環境下で人手により製造しなければならない。細胞の培養処理を機械により自動的におこなう自動培養装置においても、その装置で製造した細胞もしくは組織は、製造途中で一切の菌やウィルス等に汚染されてはならない。

そのような状況下で、上述の開放系培養容器を使用した自動培養装置のシステムをかんがみると、自動培養装置内部を滅菌し、内部を高度なクリーン環境の保持を可能にするためには、巨大な空調設備と滅菌設備が必要になり、その設備自身のコストと維持コストがかかってしまう可能性がある。また滅菌の際にはモータ類の駆動系はそのままではその処理に耐えられない。そこで、自動培養のための培養容器自身を密閉構造にして、内部は滅菌してあり、外部から駆動力を供給して細胞を培養するシステムができるのが好ましい。しかし、密閉構造の培養容器で培養するためには、その培養容器へ如何に無菌的に培地や細胞を入れ、培養処理を実施するかが課題になってくる。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ヒト細胞を用いて組織をつくることを可能とできる、GMP準拠を目指した自動培養装置、培養容器設置方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明においては、細胞を培養するための自動培養装置であって、培養容器と、培養容器と接続する流路と、培養容器と流路が載置されるベースと、ベースが載置されベースに駆動力を与える駆動部とを有する自動培養装置を提供する。

また、上記の目的を達成するため、本発明においては、細胞を培養するための自動培養装置であって、細胞と培養液を所定温度に保つ保温部と、培養容器を用いて細胞培養を行う細胞培養部と、細胞培養部と保温部とに空気を循環させる空気循環部と、保温部と細胞培養部と空気循環部を制御する制御部とを備え、細胞培養部は、培養容器と培養容器に接続される流路とが載置されるベースが設置され、設置されたベースに駆動力を与える駆動部を有する構成の自動培養装置を提供する。

更に、上記の目的を達成するため、本発明においては、培養容器を用いて細胞培養を行う自動培養装置の培養容器設置方法であって、培養容器と培養容器に接続される流路とが載置されるベースを機構的に着脱可能なベースセットに、培養容器と流路とが接続したベースを載置した後、ベースセットを自動培養装置内へ移動し、ベースを培養部の所定位置へ載置する培養容器設置方法を提供する。

すなわち、上記目的を達成するために、本発明の自動培養装置ではベースと呼ぶ機構を用いる。このベースは培養容器や密閉系流路の最適な配置を可能にし、自動培養装置の内部の駆動部と容易に接続して、流路に駆動力を供給することを可能にするものである。

本発明の自動培養装置によれば、密閉系培養容器や密閉系流路により、クリーン度をヒト細胞培養可能なGMPレベルに保つことができ、かつ効率よい細胞の自動培養を図ることができる。

本発明の第１の実施例のベースを設置した自動培養装置の全体概略構成を示す図である。 第１の実施例に係る、扉を閉めた自動培養装置の外観を示す図である。 第１の実施例に係る、ベースを外した自動培養装置の内部の状態を示す図である。 第１の実施例に係る、ベースと流路の接続前の状態を示す構成図である。 第１の実施例に係る、ベースと流路の接続後の状態を示す構成図である。 第１の実施例に係る、細胞培養室と冷蔵庫のシールを設置する前の状態を示す構成図である。 第１の実施例に係る、細胞培養室と冷蔵庫のシールを設置した後の状態を示す構成図である。 第１の実施例に係る、ベースセットがベースとの接続前の状態を示す構成図である。 第１の実施例に係る、ベースセットがベースとの接続後の状態を示す構成図である。 第１の実施例に係る、ベースセットがベースを自動培養装置に挿入する状態を示す構成図である。 第１の実施例に係る、ベースセットを搬送する搬送具の構成を示す構成図である。 第１の実施例に係る、ベースセットにベースを置く前の状態を示す側面図である。 第１の実施例に係る、ベースセットにベースを置いた後の状態を示す側面図である。 第１の実施例に係る、駆動機構にベースを挿入した状態を示す側面図である。 第１の実施例に係る、ベースセットからベースを外すためにツメを外した状態を示す側面図である。 第１の実施例に係る、ベースセットからベースを外した後の状態を示す側面図である。 第１の実施例に係る、３方弁と駆動機構（モータ）が接続する前の状態を示す側面図である。 第１の実施例に係る、３方弁とモータが接続する前の状態を示す側面図である。 第１の実施例に係る、ベースと３方弁とモータが接続した後の状態を示す側面図である。 第１の実施例に係る、モータによりベースの３方弁を切り替えた状態を示す側面図である。 第１の実施例に係る、ベースのチューブが接続した３方弁と駆動機構（ソレノイド）が接続する前の状態を示す側面図である。 第１の実施例に係る、ソレノイドによりベースの３方弁を切り替えた状態を示す側面図である。 第１の実施例に係る、流路のついたベースを接続する前の自動培養装置正面構成を示す図である。 第１の実施例に係る、流路のついたベースを接続した後の自動培養装置正面構成を示す図である。 第１の実施例に係る、培養容器を垂直にして液を注入する際の自動培養装置正面構成を示す図である。 第１の実施例に係る、培養容器を垂直にして液を排出する際の自動培養装置正面構成を示す図である。 第１の実施例に係る、自動培養装置全体の制御の構成を示すブロック図である。 第２の実施例に係る、駆動系を内包したベースを設置した自動培養装置の全体概略構成を示す図である。 第２の実施例に係る、駆動系を内包したベースを設置していない自動培養装置の全体概略構成を示す図である。 第２の実施例に係る、駆動系を内包したベースと流路の接続前の状態を示す構成図である。 第２の実施例に係る、駆動系を内包したベースと流路の接続後の状態を示す構成図である。 第２の実施例に係る、駆動系を内包したベースのチューブが接続した３方弁で駆動機構（ソレノイド）が動作する前の状態を示す側面図である。 第２の実施例に係る、動作したソレノイドにより駆動系を内包したベースの３方弁を切り替えた状態を示す側面図である。

種々の実施形態を説明するに先立ち、本発明のベースを用いた自動培養装置の好適的な構成について以下概説する。

最初に、培養準備段階でベースのない自動培養装置は滅菌ガス等で内部を滅菌処理することができる。その後、自動培養装置内部の環境保持機構が動作し、保温部として機能する冷蔵庫はおよそ４℃を保持し、培養部である細胞培養室内部は３７℃、５％二酸化炭素、湿度100％の状態を保持する。同時に、無菌処理をおこなった密閉系培養容器を含めた密閉系流路と、その培養容器と流路を設置できる滅菌処理をおこなったベースと、そのベースを自動培養装置に設置するための搬送手段を備えたベースセット、それらを極めて粒子や菌が少ない高クリーン環境下で設置する。流路のベースへの設置にはガイドなどで、間違えないよう視覚的にわかりやすくおこなうことができる。この中で、細胞懸濁液と培地も流路内に設置することが可能である。これで流路は、細胞懸濁液と培地を入れた状態で、密閉構造を保持した状態にできる。ベースセット上にすべてを設置したら、それをクリーンルーム内もしくはその外の自動培養装置へ移動し、その扉を開ける。ベースセットを用いて、ベースを駆動機構に接続させる。ベースセットの機構により、ベースセットからベースを取り外す。ここで、ベースと駆動機構が接続して３方弁やシリンジポンプ（syringe pump, syringe driver）が駆動可能となる。または、駆動機構と分離せずに駆動機構を内包したベース構成も利用できる。

この状況となると、例えば、流路駆動機構のシリンジポンプ等を用い、冷蔵庫より細胞（細胞懸濁液）や培地（培養液）を流路ベースにあるタンクへ移動させて、温度を３７℃にする。その際、温度帯や湿度の異なる細胞培養室と冷蔵庫の間にシールを設け、流路はそのシールの貫通穴に設置される。流路駆動機構と流路ベース、培養容器駆動機構と培養容器ベースの３方弁やシリンジポンプで流路を制御して、培養容器内に細胞懸濁液もしくは培地を供給する。その際に、回転軸モータにより、培養容器を回転（自動培養装置正面から見て時計回りに）させて垂直に立て、培養容器下部より細胞懸濁液もしくは培地を供給する。培地交換などのときには回転軸モータにより、培養容器を回転（自動培養装置正面から見て反時計回りに）させて垂直に立て、培養容器下部より細胞懸濁液もしくは培地を排出し、それを検査装置へ移動する。そして、速やかに回転軸モータにより、培養容器を回転（自動培養装置正面から見て時計回りに）させて垂直に立て、培養容器下部より細胞懸濁液もしくは培地を供給することで、培養容器内の液の流れが一方通行でクリーン度を保ちつつ、効率よい培地交換を可能にできる。培養中は別途設置した顕微鏡などで、培養容器中の細胞の状態を観察できる。所定の処理をおこなった後、細胞が増殖もしくは組織となったら、ベースセットを用いるもしくは単独で培養容器を取り出し、所望の用途で使用する。流路は用途に応じて廃棄し、ベースセットとベースはオートクレーブなどで滅菌して再利用し、自動培養装置内部は内部を滅菌ガスなどで滅菌処理して、再度使用する。

続いて、添付図面を参照して種々の実施形態について説明する。ただし、以下に説明する実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。

図１から図９は第１の実施例に係る自動培養装置を説明するための図である。図１は第１の実施例に係る自動培養装置１０の全体概略図である。図２は細胞培養室扉１１と冷蔵庫扉１２を閉じたときの自動培養装置１０の外観の概略図である。図３は自動培養装置１０内部にある流路付ベース５１を取り除いた場合の自動培養装置１０の全体概略図である。図４Ａ〜図４Ｄは流路２７とベース１８の着脱に関する概略図である。図５Ａ〜図５Ｄはベースセット５０に関する概略図である。図６Ａ〜図６Ｅはベースセット５０によるベース１８の処理に関する側面図である。図７Ａ〜図７Ｄはベース１８の弁２４と駆動部１９の接続と動作に関する側面図である。図８Ａ〜図８Ｄは回転機構１７による培養容器２０へ注液動作に関する正面図である。図９は自動培養装置１０を動作させるための回路を示すブロック図である。

＜自動培養装置の構成＞
図１、図２及び図３を用いて、自動培養装置１０の全体構成について説明する。自動培養装置１０は基本的な構成要素として、培養部である細胞培養室１３、保温部として機能する冷蔵庫１４、制御部１５、空気循環部である清浄空気循環部１６によって構成されている。以下、それぞれの基本構成について説明する。

図１に示されるように、自動培養装置１０全体は細胞培養室１３、冷蔵庫１４、制御部１５、清浄空気循環部１６の４区画によって構成されており、細胞培養室扉１１と冷蔵庫扉１２を開けることで自動培養装置１０内部とアクセスすることが可能である。細胞培養室１３には、培養容器２０がある培養容器ベース２１とそれに接続する培養容器駆動部２２、それらを回転させる回転機構１７とモータ２３、弁２４やモータ２５、タンク２６で流路２７を構成する流路ベース２８とそれに接続する流路駆動部２９、そして細胞培養室１３内環境を調整する二酸化炭素供給機構３０、二酸化炭素センサ３１、湿度調整機構に温度センサ３２、湿度センサ３３、ファン３４で構成している。

なお、図１に示すように、培養容器ベース２１、流路ベース２８、培地ベース３５を纏めて、ベース１８と称し、培養容器駆動部２２と流路駆動部２９を纏めて、駆動部１９と称する。

細胞培養時には、細胞培養室１３内部は、例えば温度３７℃、湿度１００％、５％二酸化炭素の環境を保持する。冷蔵庫１４には培地ベース２１を入れることができ、冷蔵庫につけてあるツメ部３６により、流路２７を冷蔵庫１２から出しつつ、シール４６により内部の温度を保持することを可能にする。清浄空気循環部１６は排気口３７から出た細胞培養室１３内空気をヒータ３９で温めてファン３８にてHEPA（High Efficiency Particulate Air）フィルタなどの清浄フィルタを介して細胞培養室１３へ供給し、細胞培養室１３内部の清浄度を保持する。制御部１５は他の区画から独立しており、細胞培養室１３内の温度、湿度、二酸化炭素を遮断している。

図２に細胞培養室扉１１、冷蔵庫扉１２を閉めた自動培養装置１０の状態を示している。自動培養装置１０は内部の密閉性を保持し、断熱機構により内部の温度を保持する構成になっている。さらに細胞培養室扉１１と冷蔵庫扉１２にはそれぞれ閉めたら密閉するストッパや断熱機構が備えられており、それら扉が閉じたときに、自動培養装置１０の内部の密閉性や温度を保持することができる。制御部１５には状態を表示する表示部４２、制御に関する操作をするための入力部４３、ＰＣや記録装置など外部機器と内部の制御用機器とアクセスできるような通信部４４で構成している。

また、冷蔵庫扉１２のツメ部３６−１、２は流路２７がついていない場合は、冷蔵庫扉１２を閉じた自動培養装置１０内部で細胞培養室１３と空間が通じている。そのため、細胞培養室扉１１と冷蔵庫扉１２が閉じた状態で滅菌ガス供給口４０から滅菌ガスを供給して、細胞培養室１３、冷蔵庫１４、清浄空気循環部１６を一度に滅菌することが可能である。ここで、装置が密閉されているために滅菌ガスは自動培養装置１０の外部に漏れない。このとき、制御部１５内部に滅菌ガスが入らない構成になっている。終了後、滅菌ガス排気口４１から残留している滅菌ガスを排出した後に、所定の時間エアレーションを実施して、次の培養に備えることを可能にする。

図３に示したように、細胞培養室１３、冷蔵庫１４にある流路２７と、培養容器ベース２１、流路ベース２８、培地ベース３５の各ベースはそれぞれ培養容器駆動部２２、流路駆動部２９、冷蔵庫１４から取り外すことが可能で、細胞培養終了後に内部をこの状態にして、図２を用いて説明した滅菌処理を実施する。培養容器駆動部２２や流路駆動部２９には滅菌処理の際に駆動機構への腐食や防水等を防ぐために、駆動シール７４を設けた。この自動培養装置１０内部には、各ベース１８を設置するための溝４５がある。これらの溝４５を用い、ベース１８を設置した際、それぞれの駆動部１９とベース１８が接続して、駆動力をベース１８にもたらして、流路２７を制御する。

本実施例の自動培養装置は以上のような全体構成になっている。以下、実施例１の自動培養装置の主要構成要素について説明する。

＜ベースの構成＞
図４Ａ〜４Ｄ、図５Ａ〜５Ｄ、図６Ａ〜６Ｅを用いて、ベース１８の構成について説明する。

図４Ａ、４Ｂは流路２７とベース１８の構成を示した概略図であり、図４Ｃ、４Ｄは細胞培養室１３と冷蔵庫１４間のシールの構造を示す図である。図４Ａ〜図４Ｄの個々の要素については、順次説明する。

図４Ａにおいて、左側に図示した流路２７と、右側に図示したベース１８が分離した状態を示し、図４Ｂは流路２７とベース１８が一体になった状態である流路付ベース５１を示している。図４Ａ、４Ｂにおける４６は、細胞培養室１３と冷蔵庫１４をシールするためのシールを示し、図４Ｃはシール４６の細胞培養室１３と冷蔵庫１４の壁に設けられたツメ部３６−２への設置前の構造を示し、図４Ｄはそのシール４６のツメ部３６−２への設置状況を示している。シール４６には穴４７と切り込み４８が設けられている。

図５Ａ〜５Ｄはベース１８を自動培養装置に設置するために用いるベースセット及びその搬送具と、ベース１８がベースセット５０に接続される工程を示した概略図である。同図におけるベースセット５０の挿入機構６１は、レバー５２、ツメ５３、スライド６０、クランプ６２から構成されている。

図５Ａはベースセット５０単体の状態を示し、図５Ｂは流路２７と一体になった流路付ベース５１がベースセット５０に接続している状態を示している。一方、図５Ｃは流路付ベース５１を駆動部１９にセットしている途中の状態を示している。図５Ｄはベースセット５０を搬送する搬送具９０の構成を示している。

図６Ａ〜６Ｅはベースセット５０を用いたベース１８の設置に関する側面図であり、図６Ａはベース１８がベースセット５０に接続していない状態を示し、図６Ｂはベース１８がベースセット５０に接続した状態を示し、図６Ｃはベース１８を図３に示した駆動部１９へ移動させた状態を示し、図６Ｄはレバー５２をあげて、ベース１８のツメ５３を外して溝４５に入れた状態を示し、図６Ｅはベース１８を図１に示すように駆動部１９に設置した後の、ベースセット５０の状態を示している。

続いて、本実施例において、ベースセット５０を用いて、ベース１８を自動培養装置１０の内部へ設置する方法について説明する。自動培養装置１０は細胞を培養する前では、内部が図３の状態で細胞培養室扉１１と冷蔵庫扉１２を閉めた図２の状態となっている。そして、内部を過酸化水素水やオゾンなどの滅菌ガスで滅菌処理をおこなう。

一方、流路２７とベース１８については図４Ａのように分離しており、流路２７は最初、一体で無菌的に製造し、滅菌バック等に入っている。ベース１８は個別に滅菌できる構成になっており、滅菌バック等に入れて滅菌する。また、設置する際にベース１８をセットして駆動部１９へのガイドとして使用する図５Ａに示すベースセット５０もベース１８と同様に個別に滅菌できる構成になっており、これも滅菌バック等に入れて滅菌する。

これらベース１８と流路２７、ベースセット５０は、例えばＣＰＣ（Cell Processing Center）内のクリーンベンチやセルアイソレータのような高クリーン環境で滅菌バックから出して、無菌的にベースセット５０上にベース１８と流路２７、すなわち流路付きベース５１を設置する。培養容器２０もこの高クリーン環境で流路２７に接続してその内部を密閉状態にする。また、培地５４は培地容器５５、細胞懸濁液５６は細胞懸濁液容器５７といったように、必要な試薬類や洗浄液類を流路２７内へ供給できるよう接続する。

まず、ベースセット５０にベース１８を設置する。ベースセット５０のツメ５３がベース１８のツメ受け５８に引っかかり位置を固定する。そして、流路２７のチューブなどはベース１８に設置するための溝形状などのガイド５９（色、数字による認証を含む）があり、それに沿って接続することで間違いなく設置できる。

この培養容器と流路とを接続した状態で、その内部が密閉構造を有する。また、培養容器と前記流路とを接続し、細胞、培養液、洗浄液を導入した状態でも、その内部が密閉構造を有する。

流路２７が図４Ａに示したガイド５９に設置された状態を図４Ｂに、流路付きベース５１をベースセット５０に設置した状態を図５Ｂに示す。流路２７は上述の通り密閉構造になっており、この状態になれば、外部環境のクリーン度が下がっても、内部は高クリーン環境を保持した状態になっている。そのため、ベースセット５０ごと高クリーン環境から出してもかまわない。

そして、図３の状態になった自動培養装置１０へ移動させ、ベースセット５０を設置し、溝４５とスライド６０でベース１８を駆動部１９につなげる。その接続をもたらすスライド６０とレバー５２とツメ５３からなる挿入機構６１の側面図を用いて次に説明する。

まず、図５Ａのようにベースセット５０へベース１８が設置されていない時は、挿入機構６１は図６Ａの状態になっている。挿入機構６１はレバー５２を押し引きすることでスライド６０を出し入れすることができる。またスライド６０にＬ字クランプ６２があり、一端にはツメ５３、もう一端にはバネ６３がある。通常はツメ５３が出ている状態である。図５Ｂ、図６Ｂは、ベース１８がベースセット５０に設置された状態を示している。図５Ｂや図６Ｂに示すように、このツメ５３がベース１８のツメ受け５８に合うように設置する。このときベース１８は固定されている状態になる。

続いて、ベースセット５０を図３の自動培養装置１０へ移動して、自動培養装置１０の溝４５にスライド６０を設置し、レバー５２を押して、図６Ｃのようにスライド６０を出す。スライド６０が出たら、図６Ｄのようにレバー５２を上にたおしてツメ５３をツメ受け５８から外す。このときの状態を図５Ｃに示す。ここで、ベース１８は図３の駆動部１９に接続する。このとき、ストッパなどを用いてベース１８を駆動部１９に固定することができる。レバー５２を倒したまま、レバー５２を引き、スライド６０を入れて図６Ｅの状態にしたら、レバー５２を戻して、図６Ａの状態にして、ベースセット５０を自動培養装置１０から取り外す。方式によっては置いてくることも可能である。

ここで、図４Ｃのように、培地ベース３５と流路ベース２８の間の流路２７に細胞培養室１３と冷蔵室１４をシールするシール４６がある。このシール４６には切り込み４８があり、ここを通って流路２７が穴４７にセットしてある。このシール４６を図４Ｄのように、ツメ３６へセットすると切り込み４８が閉じ、穴４７により、シールをしたまま流路２７を通すことができるようになる。その後、細胞培養室扉１１、冷蔵庫扉１２を閉めて、培養を開始する。ベース１８を取り外す場合は、上記方法を逆に実行すればよい。

ここで、ベースセット５０の搬送具９０について図５Ｄを用いて説明する。搬送具９０にはハンドル９３を回してベースセット５０を上下に移動させる移動機構９１と、搬送を容易にするための取手９２が設置してある。流路２７をセットしたベース１８、すなわち流路付ベース５１をベースセット５０へ設置し、作業者がそれを自動培養装置１０へ移動して、ベース１８を駆動部１９等へセットさせる作業を容易にすることができる。
＜ベースと機構部の接続＞
図７Ａ〜図７Ｆを用いて、ベース１８上の流路の弁の駆動方法について説明する。

図７Ａは流路２７が弁２４に接続していないベース１８と駆動部１９の状態を示し、図７Ｂは流路２７がベース１８の弁２４に接続し、ベース１８と駆動部１９が接続していない状態を示し、図７Ｃは図１に見るように、ベース１８と駆動部１９が接続した状態を示す。さらに、図７Ｄは駆動部１９から駆動力を与え、ベース１８の弁２４を駆動した状態を示した状態を示す。本構成においては、駆動力を与えるためにモータ６９を使用した構成をとる。

図７Ａ〜図７Ｄを用いて、弁２４の構成、動作について説明する。最初にモータ６９を使用して、弁２４が分離できる場合について説明する。ベース１８は弁機構６５、バネ６６、切替機構６７がある。これらは滅菌可能な材質である。弁機構６５と切替機構６７の間にそれぞれ１本ずつ流路２７のチューブ６８を差し込み、切替機構６７の上下で片側のチューブ６８を押して一方を閉じる構成になっている。

チューブ６８を差し込む前は図７Ａ、チューブ６８を差し込んだ後は図７Ｂのようになっている。チューブ６８を通常、切替機構６７はバネ６６で押されていて、図７Ｂのように下側のチューブ６８が押されている。駆動部１９には、モータ６９、エンコーダ７０、ロッド７１、カム７２が入っている。カム７２の保護のため弾性を有する駆動シール７４により保護されている。モータ６９、エンコーダ７０、配線７９等は滅菌処理に耐えられないため、駆動部１９内と外部は隔離され内部の電子部品は外部を滅菌処置しても影響がない。図７Ｂのように通常、ベース１８と駆動部１９が接続する前は、カム７２は駆動部１９上面から出ないようになっている。７４は弾性体からなる駆動シールを示している。

そして、前述のとおりにベース１８を駆動部１９に接続させた状態を図７Ｃに示す。カム７２が切替機構６７の下端の位置に来るようになっている。ここで、モータ７０をエンコーダ７１で測りながら所定量を回転させると、カム７２が切替機構６７を押し上げ、弁機構６５それまで閉じていたチューブ６８が開き、開いていたチューブ６８が閉じて、流路の切り替えが実行される。その状態を図７Ｄに示した。駆動シール７４がカム７２の上昇により、伸張する。

この状態でモータ６９を元の状態に回転させることで、図７Ｃの初期状態に戻すことができ、また、図７Ｂのようにベース１８を外すことが可能になる。

以上の構成は、ベースのチューブの切替えにモータ６９を使用したが、その変形例としてモータを使用する代わりにソレノイドを使用することもできる。

図７Ｅ、図７Ｆにおいて、７５はソレノイド、７６はロッド、７７はバネ、７８はコネクタ、７９は配線を示す。図７Ｅは弁２４のソレノイド７５が分離している状態を示し、図７Ｆは接続して、ソレノイド７５が動作し，チューブ６８を切替えた状態を示している。

図７Ａと同様の状態では、図７Ｅのようにロッド７６はバネ７７により、引っ張られている。ベース１８が駆動部１９と接続して、ソレノイド７５を作動させると、図７Ｄに対応する状態となり、ロッド７６がバネ６６を押し出し、図７Ｆのようにチューブ６８の切り替えをおこなう。ここで使用するソレノイド７５はプッシュソレノイドと同じ働きをする。

＜培養容器への細胞懸濁液もしくは培地の注入＞
図８Ａ〜８Ｄにおいて、自動培養装置１０による培養容器２０への細胞、すなわち細胞懸濁液５６、もしくは培養液、すなわち培地５４の注入方法について説明する。図８Ａはベース１８を接続する前の状態を示し、図８Ｂはベース１８を接続した後の状態を示し、図８Ｃは培養容器ベース２１を垂直に立てた状態を示し、図８Ｄは培養容器ベース２１を垂直に下げた状態を示している。

自動培養装置１０の内部は、内部の滅菌後は図８Ａのように駆動部１９には流路２７とベース１８がセットされていない。前述の図５に示したベースセット５０にて、流路２７をセットしたベース１８を、シール４６を用いて自動培養装置１０の内部へ取り付けると、図８Ｂのようになる。この状態で、通常は培養容器２０内の細胞を培養する。保温部である冷蔵庫１４内はおよそ４℃を保持する。また、細胞培養室１３は３７℃、５％の二酸化炭素濃度、湿度１００％するために、ヒータ３９、二酸化炭素供給機構３０、湿度発生機構７３とそれぞれのセンサがあり、ファン３８と排気口３７で内部空気を循環させて細胞培養室１３内部の環境が均一になるように保つ。ファン３８の周辺には必要に応じて、ＨＥＰＡフィルタなどをかませて細胞培養室１３内部の清浄度を保つことが可能である。この環境を保持するために、制御部１５や制御部１５が内蔵された筐体の壁部に設置された表示部４２、入力部４３などで内部環境のモニタリングと調整、制御をおこなう。また、自動培養装置１５の内部に別途用意している、図示を省略した顕微鏡や培地センサなどからなる検査機構により、細胞の状態を把握できる。

次に、培養容器２０へ細胞懸濁液５６や培地５４を供給する方法について説明する。まず、回転機構１７のモータ２３を駆動させて、図８Ｃのように培養容器ベース２１と培養容器駆動部22を垂直に立てる。その際に、冷蔵庫１４内の細胞懸濁液５６や培地５４は流路ベース２８と流路駆動部２９、すなわちその弁２４、モータ２５、シリンジポンプ６４を制御して、流路ベース２８内のタンク２６へ移動して、３７℃になるよう温めておく。そして、温められた細胞懸濁液５６や培地５４は流路ベース２８と流路駆動部２９、培養容器ベース２１と培養容器駆動部２２により、流路２７を制御して垂直となった培養容器２０の下側から供給する。これにより、培養容器２０内部に入ってしまった気泡を上側から排除し、内部を効率よく液で満たすことができる。所望する量の細胞懸濁液５６や培地５４が供給されたら、モータ２３を駆動させて、図８Ｂのようにし、細胞を培養する。この際、培養容器２０内の廃液を回収することができれば、別途用意している培地センサ等の検査機構へ移動させる。

さらに、培養容器２０内の培地を効率よく排出するための一つの手段について説明する。モータ２３を駆動させて、図８Ｄのように培養容器ベース２１と培養容器駆動部22を図８Ｃの逆方向に垂直に立てる。そして、この状態の培養容器２０の下側から廃液を出すことで、培養容器２０内の廃液をすべて排出することが可能である。また、図８Ｃと図８Ｄの培養容器２０において培養容器２０内の液の注入、排出では、ともに図８Ｂの状態の培養容器２０で右から左へ一方通行で液が流れる。それにより、廃液が培養容器２０内の培養空間に戻らずに細胞には常に清潔で新鮮な培地が供給されるため、菌等が入らずクリーンな環境を保持することを可能にする。

＜自動培養装置の回路構成＞
図９は、自動培養装置１０における内部機器を制御するための制御部１５内の制御系回路の構成を示すブロック図である。

自動培養装置１０の制御部１５の制御系回路は、データや指示を入力するための入力部（キーボード、マウス等）８１と、自動培養装置１０の各動作を制御する例えば、中央処理部（Central Processing Unit：ＣＰＵ）から構成される制御処理部８２と、制御の状況をユーザに示す表示部８０と、プログラムやパラメータ等を格納するＲＯＭ８５と、一時的にデータや処理結果を格納するＲＡＭ８６と、キャッシュ等の動作を行うためのメモリ８５と、滅菌処理、ヒータ、ファン、二酸化炭素供給、水供給等の処理をおこない、それらの状況を監視するセンサによる環境保持装置８７と、ベース１８と接続して培養容器駆動部２２、流路駆動部２９、冷蔵庫内の環境を制御する冷蔵庫制御８８、培養容器駆動部２２を回転させるモータ２３を備えている。

ユーザが入力部８１や通信部８４から処理するべき培養工程を指示すると、制御処理部８２は、ＲＯＭ８５に格納された培養準備プログラムに従って、環境保持装置８７の滅菌機能で自動培養装置１０の内部を滅菌し、処理終了後に培養環境保持処理を進め、温度３７℃、５％二酸化炭素濃度、湿度１００％、清潔環境野とし、同時に冷蔵庫制御８８をおこなう。そして、制御処理部８２は、ＲＯＭ８５に格納された自動培養プログラムに従って、ベース１８のセットを位置センサで感知したら、培養容器駆動部２２、流路駆動部２９、回転軸機構１７のモータ２３からなる駆動部１９により、培養容器２０での細胞培養処理を実施する。随時、表示部８０と通信部８４でその処理状況をユーザに示すことができる。細胞培養処理が終了したら、表示部８０と通信部８４で終了をユーザに示し、ベース１８の脱着を感知したら、制御処理部８２は、ＲＯＭ８５に格納された終了プログラムに従い、終了処理をおこなう。以上により、自動培養装置１０による一連の細胞培養処理を実現することが可能となる。

以上、第１の実施例を詳述したが、引き続きベースの構成が異なる第２の実施例の自動培養装置を図１０Ａ〜図１０Ｄに従い説明する。なお、説明にあたっては、第１の実施例との差分のみを説明し、第１の実施例と同一の部分の説明は省略する。本実施例においては、弁が分離しないベースを使用する自動培養装置の構成を説明する。

図１０Ａ、１０Ｂにおいて、分離しない弁２４の場合のベース１８‘の設置方法について説明する。図１０Ａはベース１８’が自動培養装置１０内部に設置してある状態を示し、図１０Ｂはベース１８‘を取り外した場合について示している。

図１、図２と比較して、弁２４やモータ２５はベース１８’の培養容器ベース２１‘と流路ベース２８’に内包してあるため、図１に示すような駆動部１９は存在せず、溝４５を備えた培養容器ベース台座９４、流路ベース台座９５を備える。さらに、弁２４のカム７２やロッド７６を保護するための駆動シール７４も存在しない。しかし、ベース１８‘は分離が可能であるため、弁２４やモータ２５のための配線７９とそれをつなぐコネクタ７８が必要である。このコネクタ７８は搬送具９０とベースセット５０により、ベース１８を設置した際に接続する。

図１０Ｃ、１０Ｄは、それぞれ第１の実施例の図４Ａ、図４Ｂに対応し、ベース１８‘に駆動部を構成する弁２４、モータ２５を内包した場合の構成を示している。図１０Ｃは流路２７とベース１８’が分離した状態を示し、図１０Ｄは流路２７とベース１８‘が一体になった状態を示している。

本実施例によれば、図１に示した形の駆動部１９が自動培養装置１０に不要であるため、設置の際には精密な位置精度が不要になり、より容易に設置することが可能である。但し、設置の際に弁２４やモータ２５用の配線が必要なため、コネクタ７８を接続する必要があり、このコネクタ７８は防水、防ガス性能を有することが望ましい。

また、本実施例によれば、ベース１８‘に駆動部が内包しているので、それらを一緒に自動培養装置から着脱でき、駆動シールが不要であり、滅菌処理も容易である。すなわち、培養容器２０と流路２７とベース１８‘を外した状態で、自動培養装置内部に滅菌処理や除染処理を実施しても、駆動部に対する障害をもたらすことがない。

さらに、本実施例の変形例として、弁２４を内包するベース１８‘内にソレノイド７５も内包した場合について、図１１Ａ、図１１Ｂを用いて説明する。

図１１Ａはソレノイド７５が動作していない場合の構成を示し、図１１Ｂはソレノイド７５が動作して、チューブ６８の切り替えを行った状態を示している。ここで説明する内容は、主に弁２４に関しており、図１に示したベース１８’上のシリンジポンプ６４等の駆動系に関しては図７Ａ〜図７Ｄの動作と同様の構成を有している。

本構成にあっては、図７Ａと同様の状態では、図１１Ａのようにロッド７６はバネ７７により押し出されている。ここで、ベース１８‘は配線７９と接続するためにコネクタ７８を有している。このコネクタ７８は防水・防ガス性を有することが望ましい。ソレノイド７５を作動させると、図１１Ｂのようにロッド７６がソレノイドに引っ張られ、チューブ６８の切り替えをおこなう。ここで使用するソレノイド７５はプルソレノイドと同じ働きをする。

以上、本発明の幾つかの実施形態について説明してきたが、これらの実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことは言うまでもない。

本発明は、細胞を培養する自動培養装置、特に培養容器や流路を密閉構造にして、駆動力を供給して自動培養するシステムとして有用である。

１０…自動培養装置
１１…細胞培養室扉
１２…冷蔵庫扉
１３…細胞培養室
１４…冷蔵庫
１５…制御部
１６…清浄空気循環部
１７…回転機構
１８、１８‘…ベース
１９…駆動部
２０…培養容器
２１、２１‘…培養容器ベース
２２…培養容器駆動部
２３…モータ
２４…弁
２５…モータ
２６…タンク
２７…流路
２８、２８‘…流路ベース
２９…流路駆動部
３０…二酸化炭素供給機構
３１…二酸化炭素センサ
３２…温度センサ
３３…湿度センサ
３４…ファン
３５…培地ベース
３６…ツメ部
３７…排気口
３８…ファン
３９…ヒータ
４０…滅菌ガス供給口
４１…滅菌ガス排出口
４２…表示部
４３…入力部
４４…通信部
４５…溝
４６…シール
４７…穴
４８…切り込み
５０…ベースセット
５１…流路付ベース
５２…レバー
５３…ツメ
５４…培地
５５…培地容器
５６…細胞懸濁液
５７…細胞懸濁液容器
５８…ツメ受け
５９…ガイド
６０…スライド
６１…挿入機構
６２…クランプ
６３…バネ
６４…シリンジポンプ
６５…弁機構
６６…バネ
６７…切替機構
６８…チューブ
６９…モータ
７０…エンコーダ
７１…ロッド
７２…カム
７３…湿度発生機構
７４…駆動シール
７５…ソレノイド
７６…ロッド
７７…バネ
７８…コネクタ
７９…配線
８０…表示部
８１…入力部
８２…制御処理部
８３…メモリ
８４…通信部
８５…ＲＯＭ
８６…ＲＡＭ
８７…環境保持装置
８８…冷蔵庫制御
９０…搬送具
９１…上下機構
９２…取手
９３…ハンドル
９４…培養容器ベース台座
９５…流路ベース台座。

Claims (3)

1. 自動培養装置であって、
   細胞を培養するための培地を保管する培地タンクが設置される第一室と、
   前記第一室から流路チューブを介して供給される前記培地を用い、前記第一室と温度、湿度が異なる状態で、前記細胞を培養する第二室と、
   前記第一室と前記第二室の、空間を介して対抗するそれぞれの壁面に設けられた凹部と、
   前記流路チューブが通過できる貫通穴を有し、前記凹部に着脱可能なシール部材とを備える
   ことを特徴とする自動培養装置。
2. 請求項１に記載の自動培養装置であって、
   前記第一室は冷蔵室であり、前記第二室は培養室である
   ことを特徴とする自動培養装置。
3. 冷蔵室と培養室とを有する自動培養装置であって、
   前記冷蔵室には培地タンクが設置される培地ベースが取り外し可能に設置され、
   前記培養室には流路チューブが設置される流路ベースが取り外し可能に設置され、
   前記培養室と前記冷蔵室との間に空間が設けられ、
   前記冷蔵室と前記培養室とが隣接もしくは接するそれぞれの壁面に凹部を備え、
   当該凹部に対して着脱可能なシール部材を備え、
   当該シール部材には穴部が設けられており、
   前記流路ベースに設置された前記流路チューブは、前記穴部を介して前記冷蔵室内の前記培地タンクに接続されることを特徴とする自動培養装置。

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