JP6828681B2 - 濃縮装置及び細胞懸濁液の濃縮方法 - Google Patents
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Description
図1に示されるように、濃縮装置10は、制御部11、冷蔵保存部12、常温保存部13及び2つの培養部14を備える。冷蔵保存部12及び常温保存部13は、培養部14の外部に設けられている。2つの培養部14は、上下に分かれて配置されている。制御部11は、ディスプレイ15を備えている。ディスプレイ15は、濃縮装置10の前面に配置されている。制御部11は、不図示のデータ入力部を有しており、データ入力部を通じて制御部11に細胞培養に関する種々の条件などが入力される。
2つの培養部14は、装置における配置が異なる他は同様の構造なので、以下、1つの培養部14を例に詳細な構成が説明される。培養部14は、濃縮装置10の内部に形成された空間であり、当該空間は、濃縮装置10の筐体フレームと、トレイ17(図2参照)により区画されている。トレイ17は、濃縮装置10の前面から手前へ引き出し可能である。トレイ17が引き出されることにより、培養部14が開放され、培養部14に設けられた各構成にアクセス可能となる。
第1バッグ保持部31、第2バッグ保持部32、及び第3バッグ保持部33は、配置及び寸法が異なる他は、基本的に同様の構成なので、以下には、第3バッグ保持部33を一例として詳細な構成が説明される。なお、第1バッグ保持部31、第2バッグ保持部32、及び第3バッグ保持部33の外形及び寸法は、保持可能な培養バッグの外形に合わせて設計されている。
図6に示されるように、ろ過装置支持部104は、第1バッグ保持部31の前後方向103の後方に配置されている。ろ過装置支持部104は、第1バッグ保持部31と一体に連結されている。したがって、ろ過装置支持部104は、回転軸48,49周りに第1バッグ保持部31と一体に回転する。ろ過装置支持部104は、ろ過装置120を支持する。ろ過装置支持部104に支持されたろ過装置120は、流入ポート110及び第1流出ポート111が、回転軸48,49による回転軸と交差する方向(本実施形態では直交する方向)をそれぞれ向くように配置される。これにより、ろ過装置支持部104と共にろ過装置120が回転軸48,49周りに回転すると、流入ポート110及び第1流出ポート111の上下方向101の位置が変わる。また、ろ過装置支持部104に支持されたろ過装置120の流入ポート110及び第1流出ポート111がそれぞれ延びる方向と、第1バッグ保持部31に保持された培養バッグ70のポート73,74がそれぞれ延びる方向とは、合致している。
図2及び図3に示されるように、トレイ17において、各軸受部24の前後方向103のそれぞれ後方には、回転機構34がそれぞれ設けられている。回転機構34は、回転軸支持部16及び不図示のステッピングモータを有する。回転軸支持部16は、前後方向103の後方に向かって延びており、各軸受部24に支持された回転軸49と同軸に連結されている。各図には示されていないが、ステッピングモータには、電源から電力が供給されている。また、ステッピングモータと回転軸支持部16とは、公知の減速ギアなどによって駆動伝達されている。回転制御部20から出力される制御信号に基づいた電力がステッピングモータに供給されることにより、回転軸支持部16が所定の回転角だけ回転する。なお、ステッピングモータには、原点位置、すなわち第1バッグ保持部31、第2バッグ保持部32、及び第3バッグ保持部33の保持板42,43の支持面65,66が水平方向に沿った状態となる回転位置を検出するためのセンサが設けられていてもよい。回転制御部20は、このセンサの出力に基づいて、支持面65,66が水平方向に沿った状態となるようにステッピングモータを駆動することができる。同様に、ろ過装置120の流入ポート110及び第1流出ポート111が水平方向に延びる状態となるようにステッピングモータを駆動することができる。なお、ステッピングモータは回転機構34の駆動源の一例であり、ステッピングモータに代えて、例えば回転量を検出可能なエンコーダを有する直流モータなど他の駆動源が採用されてもよい。また、駆動源の回転位置はレゾルバなどの他の検知手段により検知されてもよいし、第1バッグ保持部31などの回転位置を直接検出できるセンサが設けられてもよい。
図2,3に示されるように、液体給排機構37は、供給ポンプ91、排出ポンプ92、及び複数のバルブV1〜V18を有する。供給ポンプ91及び排出ポンプ92は、チューブ内の液体を送液可能な公知のものが採用される。このようなポンプとして、例えば軟質のチューブを回動するローラによって扱くことにより送液する所謂チューブポンプが挙げられる。供給ポンプ91及び排出ポンプ92には電源から電力が供給されている。給排制御部22は、供給ポンプ91及び排出ポンプ92に供給される電力を制御することにより、供給ポンプ91及び排出ポンプ92を一定時間駆動させることができる。
図3に示されるように、培養回路は、3つの培養バッグ70,80,90と、2つのサーババッグ39,40(第1貯留容器の一例)と、回収バッグ41(回収容器の一例)と、ろ過装置120と、冷蔵保存部12又は常温保存部13に保持される貯留容器116,117(第2貯留容器、第3貯留容器の一例)と、これらを液体が流通可能に連結する複数のチューブ38と、を有する。培養バッグ70は、第1バッグ保持部31に設置されるものである。培養バッグ80は、第2バッグ保持部32に設置されるものである。培養バッグ90は、第3バッグ保持部33に設置されるものである。ろ過装置120は、ろ過装置支持部104に設置されるものである。回収バッグ41は、培養部14内に設置されるものである。培養バッグ70が、培養バッグ80,90と比べて容量が小さいほかは、各培養バッグ70,80,90は同様の構成なので、以下、培養バッグ90を例に詳細な構成が説明される。
図7(A)に示されるように、ろ過装置120は、本体106(筐体の一例)、キャップ107、キャップ108、及び中空糸束109(ろ過膜の一例)を有する。本体106は、概ね円筒形状である。本体106は、軸線方向(図7(A)における上下方向に沿った方向)の両側において開口している。本体106の各開口には、キャップ107及びキャップ108がそれぞれ螺合されている。キャップ107には、ろ過装置120の内部空間と外部空間とを連通する流入ポート110が、本体106の軸線方向に沿って延びるように形成されている。キャップ108には、ろ過装置120の内部空間と外部空間とを連通する第1流出ポート111が、本体106の軸線方向に沿って延びるように形成されている。
以下に、濃縮装置10を用いた細胞培養方法が説明される。濃縮装置10を用いた細胞培養は、培養バッグ70,80,90のいずれか一つ又は複数を任意に選択して行うことができるが、以下には、培養バッグ70のみを用いた細胞培養方法が説明される。濃縮装置10を用いた細胞培養方法は、以下に示される各ステップを含む。
(1)培養バッグ70内で細胞を増幅する培養ステップ。
(2)培養バッグ70内の培地を交換する培地交換ステップ。
(3)培養バッグ70内の細胞懸濁液を回収する細胞懸濁液回収ステップ。
(4)サーババッグ40内の細胞懸濁液を濃縮する細胞懸濁液濃縮ステップ。
温度が37℃に、二酸化炭素の濃度が5%に調節される(ステップS11)。続いて、回転制御部20は、第1バッグ保持部31が第1姿勢であるか否かを判定する(ステップS12)。第1バッグ保持部31が第1姿勢でない場合、すなわち回転機構34におけるステッピングモータが原点位置にないと回転制御部20が判定したときは(ステップS12:No)、回転制御部20が回転機構34のステッピングモータを原点位置となるまで回転する。これにより、図12に示されるように、第1バッグ保持部31が、支持面65,66を水平方向に沿った第1姿勢で停止する(ステップS13)。第1バッグ保持部31が第1姿勢であるときは(ステップS12:Yes)、回転制御部20は回転機構34を駆動しない。なお、第1姿勢における支持面65,66は、ほぼ水平方向に沿っていればよく、厳密に水平方向に沿っている必要はない。また、各バルブV1〜V18は、チューブ38を閉状態とする。
以下、培養ステップが説明される。培養ステップが行われるときには、培養制御部21は、第1情報を回転制御部20及び給排制御部22に出力する。図12及び図16に示されるように、回転制御部20は、回転機構34を駆動させて、第1バッグ保持部31を第1姿勢とする(ステップS24)。これにより、図17(A)に示されるように、培養バッグ70において、内面71が上方となり、内面72が下方となる。培養バッグ70の内部空間75には、培養すべき細胞と培地とを含む細胞懸濁液が貯留されている。内部空間75において、細胞は、細胞懸濁液を重力により降下して内面72に接触する。これにより、内面72に細胞が付着して培養される。
以下、培地交換ステップが説明される。培地交換ステップが行われるときには、培養制御部21は、第2情報を回転制御部20及び給排制御部22に出力する。冷蔵保存部12又は常温保存部13に保存された新鮮培地を貯留する貯留容器117と接続されているチューブ38が通されたバルブV1とバルブV7を開状態として、供給ポンプ91を駆動して、サーババッグ39に新鮮培地を供給する。その後、給排制御部22は、供給ポンプ91を停止し、バルブV1を閉状態とし、バルブV6を開状態とする。給排制御部22は、サーババッグ39,40と接続されているチューブ38が通されたバルブV6,V7を開状態として、供給ポンプ91を逆向きに駆動して、サーババッグ40に新鮮培地を供給する。その後、給排制御部22は、供給ポンプ91を停止し、バルブV6,V7を閉状態とする。新鮮培地は、サーババッグ40において37℃に加温されるべく保持される。
以下、細胞懸濁液回収ステップについて説明する。細胞懸濁液回収ステップが行われるときには、培養制御部21は、第3情報を回転制御部20及び給排制御部22に出力する。
図23に示されるように、回転制御部20は、回転機構34を駆動して、第4姿勢の第1バッグ保持部31を、濃縮装置10の前方から視て反時計回りに90度回転する。これにより、図24及び図25に示されるように、第1バッグ保持部31は、支持面65,66が鉛直方向に沿っており、かつポート73が上方にあり、ポート74が下方にある第3姿勢となる(ステップS41)。なお、本実施形態においては、第1バッグ保持部31の支持面65,66が鉛直方向に沿っている姿勢であれば、ポート73,74のいずれが上方又は下方にあっても、第3姿勢と称している。
以下、細胞懸濁液濃縮ステップ(ステップS23)が説明される。ろ過装置120を用いた細胞懸濁液の濃縮方法は、以下に示される各ステップを含む。
(4−1)培養バッグ70からサーババッグ40に細胞懸濁液を移動する移動ステップ。
(4−2)ろ過装置120へプライミング液を供給するプライミングステップ。
(4−3)ろ過装置120へ細胞懸濁液を供給するろ過ステップ。
(4−4)ろ過装置120から細胞懸濁液を回収する回収ステップ。
本実施形態によれば、培養バッグ70やろ過装置120への液体の流入や流出が液体供給回路と液体排出回路とに分かれているので、培養バッグ70やろ過装置120へ流入される液体に、培養バッグ70やろ過装置120から流出された液体が混入するおそれが抑制される。他方、ろ過装置120のプライミングにおいては、プライミング液がろ過装置120の下方に位置する流入ポート110から流入され、ろ過装置120の上方に位置する第1流出ポート110から気体などが排出される。細胞懸濁液の濃縮においては、ろ過装置120の上方に位置する流入ポート110から細胞懸濁液が流入され、中空糸束109により細胞懸濁液が濃縮される。そして、ろ過装置120の下方に位置する第1流出ポート110から濃縮された細胞懸濁液が流出される。これにより、培養バッグ70において培養された細胞を含む細胞懸濁液を簡易且つ効率的に濃縮できる。
なお、前述された実施形態では、培養容器として培養バッグ70,80,90が説明されたが、培養容器はバッグ形状のものに限定されず、可撓性を有するボトルやカセットなどの形状のものが採用されてもよい。同様に、サーババッグ39,40なども、バッグ形状のものに限定されず、可撓性を有するボトルやカセットなどの形状のものが採用されてもよい。
11・・・制御部
22・・・給排制御部
31,32,33・・・バッグ保持部
34・・・回転機構
37・・・液体給排機構
38・・・チューブ
40・・・サーババッグ
41・・・回収バッグ
48,49・・・回転軸
70,80,90・・・培養バッグ
73,74・・・ポート
91・・・供給ポンプ
92・・・排出ポンプ
95〜98・・・ポート
106・・・本体
109・・・中空糸束
110・・・流入ポート
111・・・第1流出ポート
112・・・第2流出ポート
116,117・・・貯留容器
120・・・ろ過装置
V1〜V18・・・バルブ
Claims (12)
- 内部空間にろ過膜が設けられた筐体、当該ろ過膜の内方と当該筐体の外部と連通する流入ポート及び第1流出ポート、及び当該ろ過膜の外方と外部と連通する第2流出ポートを有するろ過装置と、
内部空間と外部とを連通する第3ポートを有する第1貯留容器と、
内部空間と外部とを連通する第4ポートを有する回収容器と、
上記流入ポート及び上記第3ポートに流路を切替可能に接続された液体供給回路と、
上記第1流出ポート、上記第2流出ポート及び上記第4ポートに流路を切替可能に接続された液体排出回路と、
上記液体供給回路及び上記液体排出回路における各流路の切替を行う切換機構、上記液体供給回路において液体を流通させる第1ポンプ、及び上記液体排出回路において流体を流通させる第2ポンプを有する液体給排機構と、
上記流入ポートと上記第1流出ポートとの上下方向の位置が変更可能に上記ろ過装置を回転する第1回転機構と、を具備する濃縮装置。 - 内部空間と外部とを連通する第1ポート及び第2ポートを有する培養容器と、を更に具備しており、
上記液体供給回路は、上記第1ポート、上記流入ポート、及び上記第3ポートに流路を切替可能に接続されており、
上記液体排出回路は、上記第2ポート、上記第1流出ポート、上記第2流出ポート、及び上記第4ポートに流路を切替可能に接続されている請求項1に記載の濃縮装置。 - 上記第1ポートと上記第2ポートとの上下方向の位置を変更可能に上記培養容器を回転する第2回転機構を更に有する請求項2に記載の濃縮装置。
- 上記第1回転機構は、上記第1ポートと上記第2ポートとの上下方向の位置を変更可能に上記培養容器を回転するものであって、上記培養容器と上記ろ過装置とを一体に回転するものである請求項2に記載の濃縮装置。
- 内部空間と外部とを連通する第5ポートを有しており、当該内部空間にプライミング液が貯留可能な第2貯留容器と、
内部空間と外部とを連通する第6ポートを有しており、当該内部空間に培地が貯留可能な第3貯留容器と、
上記液体給排機構及び上記第1回転機構の動作を制御する制御部と、を更に備えており、
上記液体供給回路は、上記第5ポート及び上記第6ポートと各流路を切替可能に接続されており、
上記制御部は、
上記液体給排機構により上記第2ポートと上記第3ポートを連通させて、上記第1ポンプを駆動させることにより、上記培養容器から上記第1貯留容器へ細胞懸濁液を移動させる移動ステップと、
上記第1回転機構により、上記ろ過装置を、上記流入ポートが上記第1流出ポートより下方になる第1状態として、上記液体給排機構により、上記第5ポートと上記流入ポートとを連通させ、且つ上記流入ポートを開放させて、少なくとも上記第1ポンプを駆動させることにより、上記第2貯留容器から上記ろ過装置へプライミング液を供給するプライミングステップと、
上記第1回転機構により、上記ろ過装置を、上記流入ポートが上記第1流出ポートより上方になる第2状態として、上記液体給排機構により、上記第3ポートと上記流入ポートとを連通させ、上記第1流出ポートを閉塞させ、且つ上記第2流出ポートを開放させて、少なくとも上記第1ポンプを駆動させることにより、上記第1貯留容器から上記ろ過装置へ細胞懸濁液を供給するろ過ステップと、
上記液体給排機構により、上記第6ポートと上記流入ポートとを連通させ、上記第2
流出ポートを閉塞し、且つ上記第1流出ポートと上記第4ポートとを連通させて、少なくとも上記第1ポンプを駆動させることにより、上記ろ過装置から上記回収容器へ細胞懸濁液を供給する回収ステップと、を実行する請求項2から4のいずれかに記載の濃縮装置。 - 上記制御部は、上記移動ステップにおいて、第1回転機構又は上記第2回転機構により、上記培養容器を、上記第2ポートより上記第1ポートが下方となる第3状態とする請求項5に記載の濃縮装置。
- 上記培養容器は、可撓性のシートにより内部空間が形成されたバッグ形状である請求項2から6のいずれかに記載の濃縮装置。
- 上記培養容器において上記内部空間を画定する内面は、接着性細胞を培養するに適した細胞接着性を有する請求項7に記載の濃縮装置。
- 上記第1ポンプ及び上記第2ポンプがチューブポンプである請求項1から8のいずれかに記載の濃縮装置。
- 内部空間にろ過膜が設けられた筐体、当該ろ過膜の内方と当該筐体の外部と連通する流入ポート及び第1流出ポート、及び当該ろ過膜の外方と外部と連通する第2流出ポートを有するろ過装置と、
上記流入ポートに接続された液体供給回路と、
上記第1流出ポート及び上記第2流出ポートに接続された液体排出回路と、
上記流入ポートと上記第1流出ポートとの上下方向の位置が変更可能に上記ろ過装置を回転する回転軸と、
上記回転軸を回転する第1回転機構と、
上記第1回転機構の動作を制御する制御部と、を具備し、
上記制御部は、
上記第1回転機構により、上記ろ過装置を、上記流入ポートが上記第1流出ポートより下方になる状態として、上記ろ過装置へプライミング液を供給するプライミングステップと、
上記ろ過装置を、上記流入ポートが上記第1流出ポートより上方になる状態として、上記ろ過装置へ細胞懸濁液を供給するろ過ステップと、を実行する濃縮装置。 - 上記ろ過膜は、中空糸である請求項1から10のいずれかに記載の濃縮装置。
- 培養容器の内部空間と外部とを連通する第1ポート、内部空間にろ過膜が設けられた筐体を有するろ過装置の当該ろ過膜の内方と当該筐体の外部と連通する流入ポート、第1貯留容器の内部空間と外部とを連通する第3ポート、内部空間にプライミング液が貯留可能な第2貯留容器の当該内部空間と外部とを連通する第5ポート、及び内部空間に培地が貯留可能な第3貯留容器の当該内部空間と外部とを連通する第6ポートに流路を切替可能に接続された液体供給回路、及び、上記培養容器の内部空間と外部とを連通する第2ポート、上記ろ過装置の上記ろ過膜の内方と上記筐体の外部と連通する第1流出ポート、上記ろ過装置の上記ろ過膜の外方と外部と連通する第2流出ポート、及び回収容器の内部空間と外部とを連通する第4ポートに流路を切替可能に接続された液体排出回路における各流路の切替を行う切換機構、上記液体供給回路において液体を流通させる第1ポンプ、及び上記液体排出回路において液体を流通させる第2ポンプを有する液体給排機構、及び上記流入ポートと上記第1流出ポートとの上下方向の位置が変更可能に上記ろ過装置を回転する第1回転機構を用いる細胞懸濁液の濃縮方法であって、
上記第2ポートと上記第3ポートを連通させて、上記第1ポンプを駆動させることにより、上記培養容器から上記第1貯留容器へ細胞懸濁液を移動させる移動ステップと、
上記ろ過装置を、上記流入ポートが上記第1流出ポートより下方になる第1状態として、上記第5ポートと上記流入ポートとを連通させ、且つ上記流入ポートを開放させて、少なくとも上記第1ポンプを駆動させることにより、上記第2貯留容器から上記ろ過装置へプライミング液を供給するプライミングステップと、
上記ろ過装置を、上記流入ポートが上記第1流出ポートより上方になる第2状態として、上記第3ポートと上記流入ポートとを連通させ、上記第1流出ポートを閉塞させ、且つ上記第2流出ポートを開放させて、少なくとも上記第1ポンプを駆動させることにより、上記第1貯留容器から上記ろ過装置へ細胞懸濁液を供給するろ過ステップと、
上記第6ポートと上記流入ポートとを連通させ、上記第2流出ポートを閉塞し、且つ上記第1流出ポートと上記第4ポートとを連通させて、少なくとも上記第1ポンプを駆動させることにより、上記ろ過装置から上記回収容器へ細胞懸濁液を供給する回収ステップと、を含む細胞懸濁液の濃縮方法。
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