JP6889723B2 - 細胞培養装置 - Google Patents
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Description
1.本発明の細胞培養バッグの独特な構造によれば、少量培養液条件であったとしても、培養要求が達成されるまで持続的にサンプルの投入及び培養が可能である。
2.本発明で設計される独特な3D形状の細胞培養バッグによれば、細胞培養過程において培養バッグブラケットの揺動に伴う剪断力が最小限に抑えられるため、剪断力による細胞の損傷もまた最小限となる。
3.本発明の細胞培養バッグにおけるすべてのコネクタには無菌高速接続方式が採用されるため、培養操作に伴う細胞汚染リスクが最大限低減される。
4.本発明の細胞培養バッグの体積は、培養所要量に応じて無限に拡大可能である。
(1)細胞の連続培養が実現されるとともに、加熱、揺動、サンプル投入の連続実行が実現される。
(2)手動での液交換が不要である。また、細胞液の温度をスマート制御可能であり、液体の自動追加を実現可能となる。
(3)使用者が細胞の培養状態に応じてシェーカーの揺動頻度と角度を調整することで、細胞が最適な成長環境に置かれるよう確実に保証可能となる。
(4)各種検知器のプローブによって細胞培養バッグ内の各種パラメータの検出を実現可能である。
(5)サンプルを抽出することなく、細胞サンプルを観察することから、細胞の連続的且つリアルタイムでの観察を実現可能となる。
(6)細胞培養バッグの独特な構造により、少量培養液条件であったとしても、培養要求が達成されるまで持続的にサンプルの投入及び培養が可能である。
(7)本発明で設計される独特な3D形状の細胞培養バッグによれば、細胞培養過程において培養バッグブラケットの揺動に伴う剪断力が最小限に抑えられるため、剪断力による細胞の損傷もまた最小限となる。
(8)細胞培養バッグのコネクタに無菌高速接続方式を採用しているため、培養操作に伴う細胞汚染リスクを最大限低減可能である。
(9)細胞培養バッグの体積は、培養所要量に応じて無限に拡大可能である。
(1)交換不要の連続培養条件が満たされる:細胞は培養開始時には少量であるが、培養による細胞密度の増加に伴い、絶えず細胞培養液を増加せねばならない。本発明の細胞培養バッグによれば、細胞培養開始時の少量下であっても、細胞培養バッグ内で培養することが可能である。
(2)細胞培養の温度条件が満たされる:培養開始時の細胞量に関わらず、本発明の細胞培養バッグで培養しつつ、細胞培養バッグを加温処理することが可能である。
(3)細胞培養時のpHや溶存酸素(DO)等の条件が満たされる:3D培養バッグとして設計されているため、細胞培養に必須のガス装置を接続し、雰囲気を調整することで培養液のpH値や溶存酸素を修正可能である。
(4)細胞培養過程におけるpH、溶存酸素の非接触検知に対応:培養バッグに特殊な無害・非毒性の光化学反応材料を設置することで、細胞培養バッグを通して培養液のpH、溶存酸素(DO)を監視・測定可能である。
(5)細胞培養の無菌条件が満たされる:培養バッグ上の培養液入口、回収管接続口、ガス出入口といったすべての接続口に無菌高速接続方式を実施するとともに、ガス出入口にガスフィルタを装着することで、無菌状態での細胞培養が保証される。
(6)細胞培養装置の揺動中に培養バッグ内の細胞が受ける剪断力が小さくなるため、細胞の成長に有利である。
全自動細胞培養システムにおける細胞培養用シェーカーは、図4〜6に示すように、培養バッグブラケット1、揺動台2及び揺動装置3を含む。前記培養バッグブラケット1には、弧状の底板11と細胞培養バッグ固定部材12が設けられている。前記揺動台2は揺動ベース21を含み、前記揺動ベース21には支持アーム211が設けられている。前記培養バッグブラケット1と前記揺動台2は支持アーム211を介して固定接続される。前記揺動装置3は台座32を含み、台座に揺動ユニット31が設けられている。また、前記揺動ベース21と揺動ユニット31が接続される。
全自動細胞培養システムにおいて細胞培養のオンライン観察に用いられる暗視野顕微鏡は、図15に示すように、照明部材、可動式ブラケット9、支持ベース5、対物レンズ61、感光部材10、管径ユニット6、A/D変換ユニットを含むが、これらに限らない。照明部材は可動式ブラケット9の先端部に設けられ、可動式ブラケット9は支持ベース5に設けられる。管径ユニット6は可動式ブラケット9の下部に設けられ、対物レンズ61は管径ユニット6に設けられて照明部材の下方に対応している。感光部材10は管径ユニット6内に設けられて対物レンズ61の光源信号を収集する。A/D変換ユニットは感光部材10と支持ベース5に接続されており、制御モジュールはA/D変換ユニットに接続されている。
全自動細胞培養システムで用いる細胞培養バッグを図10及び11に示す。細胞培養バッグ4は、密封式バッグ体41と、バッグ体の両側に設けられる固定部材42を含む。前記密封式バッグ体41の天井面には、外部液体サンプル投入口411、外部液体注入口412、ガス入口414及びガス出口413が設けられている。また、前記密封式バッグ体41の底面には、液体回収口415及び少なくとも1つのセンサコネクタ417が設けられている。前記外部液体サンプル投入口411、外部液体注入口412、ガス入口414、ガス出口413及び液体回収口415には、いずれも無菌高速コネクタ418が設けられている。
(1)交換不要の連続培養条件が満たされる:細胞は培養開始時には少量であるが、培養による細胞密度の増加に伴い、絶えず細胞培養液を増加せねばならない。本発明の細胞培養バッグによれば、細胞培養開始時の少量下であっても、細胞培養バッグ内で培養することが可能である。
(2)細胞培養の温度条件が満たされる:培養開始時の細胞量に関わらず、本発明の細胞培養バッグで培養しつつ、細胞培養バッグを加温処理することが可能である。
(3)細胞培養時のpHや溶存酸素(DO)等の条件が満たされる:3D培養バッグとして設計されているため、細胞培養に必須のガス装置を接続し、雰囲気を調整することで培養液のpH値や溶存酸素を修正可能である。
(4)細胞培養過程におけるpH、溶存酸素の非接触検知に対応:培養バッグに特殊な無害・非毒性の光化学反応材料を設置することで、細胞培養バッグを通して培養液のpH、溶存酸素(DO)を監視・測定可能である。
(5)細胞培養の無菌条件が満たされる:培養バッグ上の培養液入口、回収管接続口、ガス出入口といったすべての接続口に無菌高速接続方式を実施するとともに、ガス出入口にガスフィルタを装着することで、無菌状態での細胞培養が保証される。
(6)細胞培養装置の揺動中に培養バッグ内の細胞が受ける剪断力が小さくなるため、細胞の成長に有利である。
全自動細胞培養システムにおける制御プラットフォームには集積回路基板が設けられている。集積回路基板は、少なくとも暗視野顕微鏡と細胞培養用シェーカーにそれぞれ接続されている。且つ、集積回路基板は制御モジュールに接続されている。集積回路基板は、暗視野顕微鏡の開閉及び/又は照明部材を制御可能であるとともに、細胞培養用シェーカーの頻度、幅及び加熱温度を制御可能である。
全自動細胞培養システムにおける制御モジュールについて図19〜22を参照する。制御モジュール400は、制御プラットフォーム300に接続されている。
11 弧状の底板
111 付属品固定孔
112 対物レンズ挿入開口
113 ガードプレート
114 加熱プレート
12 細胞培養バッグ固定部材
121 平台
122 固定ロッド冶具
123 固定ロッド挿入機構
124 高架ブラケット
2 揺動台
21 揺動ベース
211 支持アーム
3 揺動装置
31 揺動ユニット
311 ヒンジ接続ベース
312 上下往復運動機構
32 台座
4 細胞培養バッグ
41 密封式バッグ体
411 外部液体サンプル投入口
412 外部液体注入口
413 ガス出口
414 ガス入口
415 液体回収口
4161 上バッグシート
4162 下バッグシート
4163 左側バッグシート
4164 右側バッグシート
417 センサコネクタ
4171 pH値センサプローブ接続用センサコネクタ
4172 溶存酸素(DO)センサプローブ接続用センサコネクタ
41701 基板
41702 センサプローブ収容室
41703 透明な仕切り
41704 雌ネジ
41705 突縁
418 無菌高速コネクタ
419 透明な観察領域
42 固定部材
431 シリコーンチューブ
432 ルアーテーパー
433 三方弁
434 無針サンプル採取器
435 空気フィルタ
436 空気遮断弁
437 クリップ
438 結束バンド
44 密封領域
5 支持ベース
501 ステッピングモータ
502 スライドブロック
503 ベース
6 管径ユニット
61 対物レンズ
7 制御システム
701 暗視野顕微鏡照明部材制御ユニット
702 暗視野顕微鏡可動式ブラケット制御ユニット
703 暗視野顕微鏡チェックユニット
704 暗視野顕微鏡蓄積ユニット
8 ソケット
81 LEDライト
82 レンズ
83 真中の光線
9 可動式ブラケット
10 感光部材(CCDセンサ)
13 制御盤
1301 第1ぜん動ポンプ
1302 第2ぜん動ポンプ
1303 pH値検出コネクタ
1304 溶存酸素検出コネクタ
1305 ガス出口
1306 外部の細胞培養液
1307 第2配管
1308 第1配管
1309 予熱バッグ
100 細胞培養用シェーカー
200 暗視野顕微鏡
300 制御プラットフォーム
400 制御モジュール
410 可動式ブラケット制御ユニット
420 照明部材制御ユニット
430 チェックユニット
440 蓄積ユニット
450 ガス制御ユニット
460 細胞培養液制御ユニット
470 細胞培養用シェーカー制御ユニット
480 制御プラットフォーム表示ユニット
Claims (12)
- 少なくとも、制御モジュール、制御プラットフォーム、細胞培養用シェーカー、細胞培養バッグ及び電源モジュールを含み、
前記細胞培養用シェーカーは、培養バッグブラケット、揺動台、揺動装置及び温度制御加熱部材を含み、前記培養バッグブラケットには弧状の底板と細胞培養バッグ固定部材が設けられており、前記揺動台は揺動ベースを含み、前記揺動ベースには支持アームが設けられており、前記培養バッグブラケットと前記揺動台は前記支持アームを介して固定接続され、前記揺動装置は台座を含み、前記台座には揺動ユニットが設けられており、前記揺動ベースと前記揺動ユニットが接続されており、前記弧状の底板の凹陥した底部領域には対物レンズ挿入開口が設けられており、前記弧状の底板の下方で前記揺動台との間に前記支持アームにより空間を保持し、
前記揺動ユニットは、ヒンジ接続ベース及び少なくとも1つの上下往復運動機構を含み、前記ヒンジ接続ベースは台座に設けられ、前記揺動ベースと前記ヒンジ接続ベースはヒンジ接続されて揺動中心をなし、前記上下往復運動機構は前記揺動ベースに対し接続又は押圧されて上下往復運動することにより前記揺動ベースを前記揺動中心の周りに往復揺動運動させるように構成され、
前記細胞培養バッグは密封式バッグ体を含み、前記密封式バッグ体の底面中央には透明な観察領域が設けられており、前記密封式バッグ体は前記細胞培養用シェーカーに設置され、前記透明な観察領域は前記対物レンズ挿入開口に位置合わせされて、前記培養バッグブラケットに細胞形態観察装置を設ければ前記弧状の底板の底部領域から前記対物レンズ挿入開口に挿入される対物レンズによって前記密封式バッグ体内の細胞の状況を観察できるように構成され、
前記細胞培養バッグはさらに、前記密封式バッグ体両側の固定部材を含み、前記密封式バッグ体の天井面には、外部液体サンプル投入口、外部液体注入口、ガス入口及びガス出口が設けられており、前記密封式バッグ体の底面には液体回収口及び少なくとも1つの非接触式のセンサコネクタが設けられており、前記センサコネクタは基板及びセンサプローブ収容室を含み、前記センサプローブ収容室に外部からセンサプローブを挿入可能であり、前記基板には透明な仕切りが設けられており、前記センサプローブ収容室と前記基板は互いに接続されると共に前記透明な仕切りの一方の側に位置しており、前記透明な仕切りの他方の側には変換膜が設けられ、前記変換膜は前記細胞培養バッグ内の培養液と接触可能であると共に前記挿入されたセンサプローブは前記細胞培養バッグ内の培養液と隔離されるように構成され、前記変換膜はpH誘導性変色膜又は溶存酸素誘導性変色膜であり、前記外部液体サンプル投入口、外部液体注入口、ガス入口、ガス出口及び液体回収口にはいずれも無菌高速コネクタが設けられており、
前記制御プラットフォームには、前記細胞培養用シェーカーに接続されると共に前記制御モジュールに接続された集積回路基板、pH検出器、溶存酸素検出器、及び細胞培養液を予熱する自動加熱ユニットが設けられ、かつ、前記細胞培養バッグに細胞培養液を供給する細胞培養液管路の流量制御部材と、前記細胞培養バッグにガス管路を通してガスを供給するものであってガス流量制御部材が設けられるガス混合ユニットと、ディスプレイとから選択された1以上が設けられ、前記集積回路基板は前記細胞培養用シェーカーの前記上下往復運動機構を制御して、前記揺動ベースを前記揺動中心の周りに往復揺動運動させながら前記細胞培養バッグに接続したセンサプローブによる検出を可能にすると共に、前記密封式バッグ体内の細胞の状況を観察するために揺動を停止することができるように構成され、
前記電源モジュールはシステム全体に対し電力を供給することを特徴とする細胞培養装置。 - 前記弧状の底板には1又は複数の付属品固定孔が設けられており、前記弧状の底板の下方に保持された空間に外付けの付属品を装着又は挿入可能にされたことを特徴とする請求項1に記載の細胞培養装置。
- 前記弧状の底板には加熱プレートが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の細胞培養装置。
- 前記弧状の底板の辺縁にはガードプレートが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の細胞培養装置。
- 前記細胞培養バッグ固定部材は前記弧状の底板の両側に設けられるとともに、前記弧状の底板の両側から双方向に延伸する平台を含み、前記平台には固定ロッド冶具及び/又は固定ロッド挿入機構が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の細胞培養装置。
- 前記揺動ベースは平板であり、両端に支持アームが設けられており、前記培養バッグブラケットと前記揺動ベースは接触していないことを特徴とする請求項1に記載の細胞培養装置。
- 前記密封式バッグ体は、上バッグシート、下バッグシート、左側バッグシート及び右側バッグシートにより立体的なバッグ内腔を囲繞しており、前記左側バッグシートと前記右側バッグシートの下底辺は弧状をなしており、前記左側バッグシートと前記右側バッグシートはいずれも楕円形をなしており、前記上バッグシートと前記下バッグシートは矩形をなしていることを特徴とする請求項1に記載の細胞培養装置。
- 前記密封式バッグ体の最内層はポリエチレン層であることを特徴とする請求項1に記載の細胞培養装置。
- 前記密封式バッグ体に使用される材質は5層複合構造をなしており、内から外に向かって順に、ポリエチレン層、接着層、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂層、接着層及びポリエチレン層とすることを特徴とする請求項1に記載の細胞培養装置。
- 前記集積回路基板はさらに、前記温度制御加熱部材に接続されて前記温度制御加熱部材に設定温度にしたがって前記細胞培養バッグを加熱させる制御を行うと共に、前記細胞培養用シェーカーの揺動頻度と幅の制御を行い、かつ、
前記流量制御部材に接続された場合における、前記細胞培養液管路の液体流量の制御と、
前記ガス流量制御部材に接続された場合における、前記ガス管路のガス流量の制御と、
前記ディスプレイに接続された場合における、設定パラメータやシステムのリアルタイムパラメータの前記ディスプレイへの表示の制御とから選択した1以上の制御を行えるように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の細胞培養装置。 - 前記制御プラットフォームはさらに制御盤、予熱バッグ及びぜん動ポンプを含み、前記自動加熱ユニットは前記制御盤に設けられ、
前記自動加熱ユニットは予熱プレートを含み、前記予熱バッグは前記予熱プレートに設けられ、前記ぜん動ポンプは第1ぜん動ポンプ及び第2ぜん動ポンプを含み、前記予熱バッグの入口は第1配管を介して外部の細胞培養液に連通し、前記予熱バッグの出口は第2配管を介して前記細胞培養バッグに連通し、前記第1ぜん動ポンプは前記第1配管に接続され、前記第2ぜん動ポンプは前記第2配管に接続され、前記自動加熱ユニット、前記第1ぜん動ポンプ及び前記第2ぜん動ポンプは前記制御モジュールに接続されている
ことを特徴とする請求項1に記載の細胞培養装置。 - 前記制御盤にはpH値検出コネクタ及び溶存酸素検出コネクタがさらに設けられ、前記pH値検出コネクタと溶存酸素検出コネクタは前記制御モジュール及び前記細胞培養バッグに接続されていることを特徴とする請求項11に記載の細胞培養装置。
Applications Claiming Priority (13)
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