JP6554602B2

JP6554602B2 - 培養容器、培養装置、培養方法

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Publication number: JP6554602B2
Application number: JP2018503906A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　大介; 大介鈴木; 広斌周
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2019-07-31
Anticipated expiration: 2036-03-09
Also published as: JPWO2017154123A1; WO2017154123A1

Description

本発明は、培養容器、培養装置、培養方法に関するものである。

本技術分野の背景技術として、特表２００８−５０５６２９号公報（特許文献１）がある。この公報には、「細胞を培養する基礎構造は互いに分離したウェル様の培養位置（１０）を含む。培養位置（１０）に共通している空気空間を基礎構造と共に限定する蓋体（３ｂ）であって、ガス注入口およびガス注出口を有する蓋体で上方から培養基礎構造は密封して閉鎖される。空気空間の湿度を保つために、水は培養位置の外側の領域の培養基礎構造の底上に添加される。」と記載されている（要約参照）。

特表２００８−５０５６２９号公報

特許文献１に記載の構成では、培養容器内の培養領域に細胞懸濁液を播種する操作や、培養領域内の培地を交換する操作を行った後に、ガス注入排出口を有する蓋部材で密閉し、培養容器をガス源と接続するようになっている。

しかし、培養操作を実施する空間とガス源を有する空間とが別の空間で有る場合、培養容器を移動させる必要があり、例えば清浄度の高い培養操作空間からこれよりも清浄度の低い空間へ培養容器を移動させることによって、培養容器の外表面が汚染される可能性がある。
特許文献１の構成に限らず、例えば清浄度の高い領域から、これよりも低い領域へ培養容器を移動させる必要がある場合、移動後にガス源や培地等の供給源と接続し培養を行う操作を実施すると、培養容器内の培養領域も汚染される可能性がある。

そこで、本発明は清浄度の高い空間から、これよりも清浄度の低い空間へ培養容器を移動させた場合であっても、培養状態に影響を及ぼさずに、移動後の培養操作を可能にする培養容器、培養装置、培養方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、培養領域を有し、開口部が形成された第一の容器と、前記第一の容器を収容する第二の容器と、前記第二の容器の外部から操作されて動作することで前記第一の容器の前記開口部を閉止する蓋部と、を有する培養容器を特徴とする。

本発明によれば、清浄度の高い空間から、これよりも清浄度の低い空間へ培養容器を移動させた場合であっても、培養状態に影響を及ぼさずに、移動後の培養操作を可能にする培養容器、培養装置、培養方法を提供することができる。

培養容器の断面図である。蓋部を閉じた状態の培養容器の断面図である。培養容器の鳥瞰図である。蓋部、第一の容器、液体供給管の配置を示す培養容器の断面図である。フィルター付き培養容器の断面図である。第一の容器と蓋部の構成を示す培養容器の断面図である。培養制御システム装置の構成を示す図である。培養制御システム装置での滅菌処理を示す図である。培養制御システム装置での洗浄処理を示す図である。培養制御システム装置内の各タンク及び流路を示す図である。蓋部の開閉機構を示す図である。培養容器を用いて、通常環境下にある培養制御システム装置を用いて培養を行うときのフローチャートである。培養容器の第一の容器の開口部の端部形状を示す図である。培養容器の蓋部の第一の突出部端部の形状を示す図である。蓋部の部材に蛇腹等を用いた培養容器の断面図である。蓋部の開閉機構の変形例を示す図である。

以下、図１から図１６を参照して、この実施の形態に係る培養容器、培養装置、培養方法を具体的に説明する。以下の実施例においては、培養容器は特に細胞培養に利用するものとして説明するが、これに限定されるものではない。

図１に容器を縦に分割した断面構造を示す。本実施例に示す培養容器１０は２重構造の容器になっており、外側の第二の容器２の内部に、細胞を収容して培養するための第一の容器１が複数個配置された構造となっている。第一の容器１の上部面は開口しており、この開口部から培地等を供給・排出可能となっている。

なお、培地とは細胞の生存、増殖に必要な糖、蛋白質、アミノ酸、酸素などの物質を細胞へ供給し、細胞から排出される代謝物を受け取る働きをする液体であり、細胞を培養するに当たり、定期的に容器内の培地は交換する必要がある。

第二の容器２の上部面には第一の容器の個数と第二の容器内における第一の容器の配置位置に合わせて、複数の貫通口２２が形成されており、この貫通口２２には弾性体で構成された蓋部３が配置されている。この蓋部３は第一の容器１の開口部を開閉するためのものであり、培養容器１０外部から蓋部３を操作して第一の容器１の開口部を開閉することができるものである。

蓋部３は貫通口２２の個数や配置位置に合わせて、あるいは、第一の容器の個数と第二の容器内における第一の容器の配置位置に合わせて、複数の突起部からなる第一の突起部を有し、第一の突起部は貫通口２２に挿入されて、第二の容器２の内部に突出して配置される。また、蓋部３には第一の突起部の位置と対応し、第一の突起部の突出方向とは反対方向に向かって突出する第二の突起部を有している。

図２に示すように、第二の突起部を押圧することにより、弾性力によって、第一の突起部が第二の容器の内部方向へ可動することができるようになっており、第一の突起部の可動により、第一の突起部の端部が第一の容器の開口部に接触して塞ぐことで、第一の容器を密閉に保持することができるようになっている。

第二の突起部への押圧を解除すれば、第一の突起部は第二の容器２の外部方向へ可動し、第一の容器１の開口部は開放された状態となる。なお、第二の突起部は各々を独立して可動させることができ、押圧力を与えた突起部に応じて、第一の容器１の各々の開口部を閉止することができる。

図３に示すように、蓋部３の大きさは、第二の容器２に設けられた複数の貫通口を覆うのに十分な大きさであり、蓋部３と第二の容器２は、蓋部３の全周に渡って設けられた接着部６により、気密性を保持するように接合されており、第二の容器２は密閉され、第二の容器２の内部は外側の液体、気体、細菌から遮断することができる構造である。

なお、蓋部３の弾性体の材料としてはシリコーンやポリ塩化ビニルなど、細胞培養に用いても影響が発生しない材料であればよい。

図１に示すように、第二の容器２には、外部から第一の容器１の培養領域へ液体を供給することができる液体供給管４が接続されており、液体供給管４の液体排出口は、液体を第一の容器１の開口部から第一の容器１内に導入可能なように、第一の容器１の開口部上部に配置されている。液体排出口は第一の容器の個数と第二の容器内における第一の容器の配置位置に合わせて、複数個所に設けられている。

液体供給管４の液体排出口の構成の一例を図４に示す。図４は図１の断面と異なる方向の容器の縦方向の断面である。第一の容器１へ培地を入れる場合、液体供給管４を通して培地を送液し、液体供給管４から第一の容器１の開口部へ伸びている液投入管３６を介し、第一の容器１のへりを伝わせて容器内部へ液体を供給する。

なお、液体供給管４の液体排出口は第一の容器１の開口部には直接接してはいなく、蓋部３が第一の容器１の開口部を閉じる際に妨げないようになっている。蓋部３が第一の容器１の開口部を閉じた状態で液体供給管４から液体を送ると、第一の容器１の培養領域へは液体は供給されず、第二の容器内部へ供給される。

また、第二の容器２には、外部から第二の容器２の内部への気体の出し入れを行う気体供給排出管７が接続されている。また、第二の容器２には、外部から第二の容器２の内部から液体を排出する液体排出管８が接続されている。

液体供給管４、気体供給排出管７、液体排出管８には各経路を開閉できる経路開閉器５が備えてあり、経路開閉器５は第二の容器２の外側に配置されている。また、図５に示すように容器の気体供給排出管７にはフィルター２１が接続されている構成であってもよい。このフィルター２１により、送気ガスに塵や細菌などが混入していても除去され、容器内には清浄な気体を送ることができる。

図１には、複数個の第一の容器１を第二の容器内に配置した構成の例を示しているが、第一の容器１の数は１つであってもよい。なお、図６に示すように第一の容器１に複数の開口部が形成されていてもよく、この場合には、それぞれの各開口部に応じて蓋部３が複数個所に設けられていてもよい。図６では、第一の容器１に培地を充填する場合は上部開口部３４から投入し、培地を排出するときには側面下部開口部３５から排出する形態とすることができる。

図７に本発明の実施例にかかる容器を培養制御システム装置１５内に設置して培養を行う場合の構成を示す。培養制御システム装置１５は培地タンク１１、洗浄液タンク１２、滅菌剤タンク１３が設置されており、各タンクは液体供給管２６に接続されている。

また各タンクと液体供給管２６の間には管バルブ１７が設置されており、管の開閉を制御できる構造となっている。培地タンク１１は培養する細胞に適した培地が充填されている。洗浄液タンク１２には純水、リン酸緩衝生理食塩水（PBS）など細胞に影響がない洗浄液が充填されている。滅菌剤タンク１３には化学滅菌剤（グルタルアルデヒド製剤、オルトフタルアルデヒド製剤、次亜塩素酸製剤、過酢酸製剤など）が充填されている。

培養容器１０の液体供給管４は培養制御システム装置１５の液体供給管２６と接続される。また装置内には気体供給排出管２７、液体排出管２８が設置してあり、それぞれ、容器の気体供給排出管７、液体排出管８と接続される。

培養容器１０の設置個所には、蓋部３の第二の突起部に対して押圧力を加えて第一の容器１の開閉を行うための容器蓋開閉機１４が設置されている。培養制御システム装置１５は制御コントローラ１６により制御され、培養プロセスの実行を行う。

図８は清浄環境下（Cell Processing Center、清浄度として、ISOクラス 5、EU-GMPグレード A程度）で蓋部３の第二の突起部を押圧して、第一の容器１の開口部を閉じ、第一の容器内が密閉された状態で、当該清浄環境外の通常環境下（清浄度として、ISOクラス7 程度）に移動し、培養に必要な気体や液体を供給する液体供給管２６、気体供給排出管２７、液体排出管２８に接続した後の、滅菌工程を示している。

通常環境下で培養容器１０の液体供給管４、気体供給排出管７、液体排出管８に液体供給管２６、気体供給排出管２７、液体排出管２８を接続したときに、第二の容器２の容器内部および、液体供給管４と気体供給排出管７と液体排出管８の内部、および液体供給管２６と気体供給排出管２７と液体排出管２８の内部の無菌性は維持できていない。

培養容器１０の液体供給管４、気体供給排出管７、液体排出管８および液体供給管２６、気体供給排出管２７、液体排出管２８内部を滅菌するため、滅菌剤タンク１３から滅菌剤を充填した状態を示す。このとき第一の容器１の内部は蓋部３の第一の突起部により密閉されているので第一の容器１の内部に滅菌剤が混入することなく、第二の容器２の内部を滅菌することができる。

図９は図８で示した滅菌工程の後、滅菌剤を液体排出管２８から排出し、残った滅菌剤を洗浄液で除去している状態を示している。滅菌剤は培養する細胞も殺す作用があるので、わずかでも残っていると、培養に影響が生じる。そのため、滅菌剤は完全に除去する必要がある。

洗浄液タンク１２から洗浄液を培養容器１０の液体供給管４、気体供給排出管７、液体排出管８および培養制御システム装置１５の液体供給管２６、気体供給排出管２７、液体排出管２８内部へ充填して、滅菌剤を洗い流す。

なお、培養制御システム装置１５の各タンクは必ずしも共通する液体供給管で接続されている必要はなく、場合によっては、図１０に示すように、滅菌剤を送液する専用の滅菌剤供給管３０を有する形態であってもよい。

図１１は図１で示した培養容器１０に蓋部３の押圧機構の詳細を示したものである。図１１は培養容器１０を縦方向に分割した断面図を示している。

押圧部３１は可動するようになっており、押しバネ９によって蓋部３を押し、第一の容器１を密閉する構造となっている。蓋部３への押圧を解除し、第一の容器１の開放を維持する場合は、押圧部３１を引き上げ、止め金２３を掛け、押圧部３１を動かない状態にする。なお、図示してはいないが、押圧部３１や止め金２３の動作は制御機構により制御可能である。

次に、培養容器１０を搭載した通常環境下にある培養制御システム装置１５を用いて培養を行うときの操作フローについて、図１２を用いて説明する。工程１では、清浄空間で、第一の容器１内部に細胞を播種し、播種した細胞に応じた適切な培地を供給する。
工程２では、培養容器１０の第二の容器２に接続されている液体供給管４、気体供給排出管７、液体排出管８において、各管の経路開閉器５を閉じ、第二の容器２の内部が閉鎖された状態にする。

工程３では、蓋部３の第二の突出部を押しこみ、第一の容器１の開口部を閉じ、第一の容器１を閉鎖する。工程４では、蓋部３を押圧し、第一の容器１を閉じた状態で、培養制御システム装置１５内へ培養容器１０を設置し、容器に接続されている液体供給管４と培養制御システム装置側の液体供給管２６、容器に接続されている気体供給排出管７と培養制御システム装置側の気体供給排出管２７、容器に接続されている液体排出管８と培養制御システム装置側の液体排出管２８それぞれを接続する。

工程５では、第一の容器１の開口部を蓋部３で閉じた状態を保持し、培養容器１０の第二の容器２に接続されている気体供給排出管７と液体供給管４のそれぞれの経路開閉器５を開ける。工程６では、第一の容器１の開口部を蓋部３で閉じた状態を保持し、培養制御システム装置１５側の液体供給管２６に接続されている滅菌剤タンク１３の管バルブ１７を開け、第二の容器２の内部および、液体供給管２６内部および、液体供給管４と液体供給管２６の接続部内部に滅菌剤を充填し、滅菌剤タンク１３の管バルブを閉じ、充填された空間が十分滅菌される時間を保持する。

工程７では、滅菌後、第一の容器１の開口部を蓋部３で閉じた状態を保持し、培養容器１０の第二の容器２に接続されている液体排出管８の経路開閉器５を開け、充填した滅菌剤を排出する工程８では、第一の容器１の開口部を蓋部３で閉じた状態を保持し、培養容器１０の第二の容器２内および、液体供給管２６内部に残渣した滅菌剤を洗浄するために洗浄液タンク１２の管バルブ１７を開け、第二の容器２内部および、液体供給管２６内部および、液体供給管４と液体供給管２６の接続部内部を洗浄する。洗浄は液体排出管８の経路開閉器５を閉じ、滅菌剤に触れた空間に洗浄液を保持し、洗浄液タンク１２の管バルブ１７を閉じ、その後、洗浄は液体排出管８の経路開閉器５を開け、洗浄液を排出する工程を、２〜１０回程度繰り返す方法や、洗浄空間に洗浄液を保持した後、液体排出管８の経路開閉器５を開け、洗浄液を洗浄空間の体積の２〜１０倍程度の体積を貫流させる方法をとる。

工程９では、滅菌剤の洗浄後、培養容器１０の第二の容器２に接続されている液体供給管４および、液体排出管８の経路開閉器５を閉じ、第二の容器２内部および、培養制御システム装置１５側の液体供給管２６に残渣した洗浄剤を乾燥により除去するため、乾燥空気を培養容器１０の第二の容器２に接続されている気体供給排出管７より導入する。

工程１０では、乾燥終了後、培養容器１０の第二の容器２に接続されている気体供給排出管７より培養条件に適した気体を貫流し、培養容器１０の第二の容器２内部を培養環境条件に整えた後、第一の容器１の開口部を閉じていた蓋部３を開け、第一の容器１の内部の培養を培養制御システム装置１５内での培養工程を開始する。

工程１１では、第一の容器１内部の培地の交換は、蓋部３を開け、培養容器１０を傾けて、第一の容器１内部から第二の容器２内部へ排出させ、その後、培養容器１０を正常姿勢に戻し、培地タンク１１から液体供給管４を経て、培養容器１０の第二の容器に接続されている液体供給管４から第一の容器１内部へ培地を充填する。第二の容器２内部へ排出した、培地は培養容器１０の第二の容器２に接続されている液体排出管８より培養容器外へ排出する。第二の容器２内部に残渣した培地は、第一の容器１の開口部を蓋部３で閉じた後、残渣した滅菌剤の洗浄工程と同じように洗浄、乾燥工程をへて培養を継続する。

工程１２では、培養を終了し、細胞を回収するときは、第一の容器１の開口部を蓋部３で閉じた状態を保持し、第一の容器１内部を閉鎖し、培養容器１０本体の第二の容器２に接続されている液体供給管４、気体供給排出管７、液体排出管８において、各管の経路開閉器５を閉じ、第二の容器２内部が閉鎖された状態にする。

工程１３では、第二の容器２の内部が閉鎖された状態を保持しながら、培養制御システム装置１５から培養容器１０を取り外し、培養容器１０外側を滅菌してから、清浄環境へ移動する。清浄環境へ移動したのちは、蓋部３および各管の経路開閉器５は開けた状態にしてもかまわない。
工程１４では、培養容器１０の第二の容器２から、第一の容器１を取り外し、第一の容器１内部で培養した細胞を回収する。

以上のように、本発明の実施例１にかかる培養容器、培養装置、培養方法によれば、清浄度の高い空間から、これよりも清浄度の低い空間へ培養容器を移動させた場合であっても、培養状態に影響を及ぼさずに、移動後の培養操作を可能にすることができる。また、培養容器を清浄度の低い空間へ移動した後に、例えば、培養容器を滅菌処理等して清浄度を保つことができる構成を有しているため、培養容器を導入する培養装置自体を清浄度の高い空間に限らずに設置することができ、細胞加工施設内の構成やレイアウトの自由度を高めることができる。

図１３は、培養容器１０の第一の容器１の開口端部の構造を示したものである。図１３に示すように第一の容器１の開口端部の一部が突起した壁構造を有している。この壁構造は開口部端部の前記端部の全周に渡って形成されている。

図１に示した第一の容器１の平坦な開口端部と比較し、同じ力で蓋部３を押しつけた場合、開口端部に突起部２９が有る場合は、突起部２９の上部の表面積が小さいために、単位面積当たりの押しつける力が高くなる。

以上のことから、実施例１に記載の効果に加え、蓋部３による培養容器１０の密閉性を向上するという効果を有する。

図１４は、培養容器１０の蓋部３に設けられた第一の突出部の端部形状を示すものである。蓋部３に設けられた第一の突出部の端部に凸部を有し、この凸部が第一の容器１の開口部との位置合わせのためのガイドとしての機能を有し、また、蓋部３と接触する凸部の面積が小さいため、同じ力で蓋部３を押しても、接触する圧力が高くなるため、第一の容器１の密閉性も向上する。

蓋部３の第一の突出部の端部中央に設けられた凸部の直径をＤｒ、第一の容器１の開口部側の直径をＤｃ、凸部の高さをＨｐとすると、例えば、Ｄｒは第一の容器１の開口部の内径Ｄｖよりもわずかに小さく、比率にして９９％から９０％程度、ＤｃはＤｖの８９％から７０％程度、ＨｐはＤｖの１０％から５０％程度であればよい。

図１５では、蓋部３と第二の容器２とを蛇腹部１９を介して接続する実施例を示す。蛇腹部１９と蓋部３および蛇腹部１９と第二の容器２とは気密接着されており、第二の容器２の気密性は保持できる構造となっている。

図１５の蓋部３は第一の容器１の開口部と接触する部分が弾性体２０で構成されており、その他の部分はポリスチレンなどのプラスチック材料から構成されている。

以上のことから、実施例１に記載の効果に加え、蓋部３の可動距離を実施例１より多く取ることが可能となる。

図１６は図１１で示した押圧機構の変形例である。培養容器１０に蓋部３の開閉状態を保持する状態保持具１８を取り付けた例を示す。図１６は培養容器１０を縦方向に分割した断面図を示している。

図１６では押圧部３１に引きバネ３２が配置されており、押圧部３１は上に引き上げられた状態となる。蓋部３を閉じる場合は押圧部３１の上部に配置してある固定ねじ３３を回して押し下げることにより押圧部３１を押し下げる構成となっている。

以上のことから、実施例１に記載の効果に加え、容器自体に、蓋部３の開閉め状態を保持できる効果を有する。

1 第一の容器
2 第二の容器
3 蓋部
4 液体供給管
5 経路開閉器
6 接着部
7 気体供給排出管
8 液体排出管
9 押しバネ
10 培養容器
11 培地タンク
12 洗浄液タンク
13 滅菌剤タンク
14 容器蓋開閉機
15 培養制御システム装置
16 制御コントローラ
17 管バルブ
18 状態保持具
19 蛇腹
20 弾性体
21 フィルター
30 滅菌剤用接続管
22 蓋貫通口
23 止め金
24 培養領域
25 容器開口部
26 液体供給管
27 気体供給排出管
28 液体排出管
29 突起部
30 滅菌剤供給管
31 押圧部
32 引きバネ
33 固定ねじ
34 上部開口部
35 側面下部開口部
36 液投入管

Claims

培養領域を有し、開口部が形成された第一の容器と、
前記第一の容器を収容する第二の容器と、
前記第二の容器の外部から操作されて動作することで前記第一の容器の前記開口部を閉止する蓋部と、を有し、
前記蓋部は、前記第二の容器内部方向に突出する第一の突起部と、前記第二の容器外部方向に突出する第二の突出部を有し、弾性体で形成されている、
ことを特徴とする、培養容器。
請求項１に記載の培養容器であって、
前記第一容器の前記開口部の端部には前記端部の全周に渡って形成された第三の突出部を有することを特徴とする培養容器。
請求項１または２に記載の培養容器であって、
前記蓋部の第一の突出部端部には、前記第一の容器の前記開口部の内径よりも１〜１０％ほど小さい径である第一の底と、前記第一の容器の前記開口部の内径よりも１１〜３０％ほど小さい径である第二の底とから成る第四の突出部を有することを特徴とする培養容器。
培養領域を有し、開口部が形成された第一の容器と、
前記第一の容器を収容する第二の容器と、
前記第二の容器の外部から操作されて動作することで前記第一の容器の前記開口部を閉止することができる蓋部と、を有し、
前記蓋部は、前記第二の容器内部方向に突出する第一の突起部と、前記第二の容器外部方向に突出する第二の突出部を有し、弾性体で形成されている、
ことを特徴とする培養容器と、
前記培養容器の外部から前記蓋部を動作させる操作機構と、
を有する培養装置。
請求項４に記載の培養装置であって、
前記操作機構は、前記蓋部に押圧力を加える機構であることを特徴とする培養装置。
請求項４に記載の培養装置であって、
前記培養容器の前記第一容器の前記開口部の端部には前記端部の全周に渡って形成された第三の突出部を有することを特徴とする培養装置。
請求項４〜６のいずれか一項に記載の培養装置であって、
前記培養容器の前記蓋部の第一の突出部端部には、前記第一の容器の前記開口部の内径よりも１〜１０％ほど小さい径である第一の底と、前記第一の容器の前記開口部の内径よりも１１〜３０％ほど小さい径である第二の底とから成る第四の突出部を有することを特徴とする培養装置。
請求項４に記載の培養装置であって、
培地を収容する培地タンクと、
洗浄液を収容する洗浄液タンクと、
滅菌剤を収容する滅菌剤タンクと、
前記培地タンクと、前記洗浄液タンクと、前記滅菌剤タンクとの各々に接続し、前記培養容器に接続する流路と、
を有することを特徴とする培養装置。
請求項４に記載の培養装置であって、
培地を収容する培地タンクと、
洗浄液を収容する洗浄液タンクと、
滅菌剤を収容する滅菌剤タンクと、
前記培地タンクと、前記洗浄液タンクとの各々に接続し、前記培養容器に接続する第一の流路と、
前記滅菌剤タンクと接続し、前記培養容器に接続する第二の流路と、
を有することを特徴とする培養装置。
培養領域を有し、開口部が形成された第一の容器と、
前記第一の容器を収容する第二の容器と、
前記第二の容器の外部から操作されて動作することで前記第一の容器の前記開口部を閉止する蓋部と、を有する培養容器を用い、
第一の清浄度の空間で前記第一の容器の開口部を閉止し、該開口部を閉止した状態で、前記第一の清浄度と異なる第二の清浄度の空間に前記培養容器を移動させて、
移動後に、前記培養容器の前記第一の容器の前記開口部を閉止した状態で、前記第二の容器内部を滅菌処理してから、
第二の清浄度の空間で所定の培養操作を行う工程含むことを特徴とする培養方法。