JP7040228B2 - 細胞培養槽 - Google Patents

Description

本発明は、細胞培養槽に関する。

特許文献１～４は、細胞培養に関する技術を開示する。特許文献１は、培養槽内の細胞塊の分布を制御する技術を開示する。特許文献２は、培地を利用して細胞を培養する装置を開示する。特許文献３、４は、液体に含まれる所望の細胞を分離する技術を開示する。具体的には、特許文献３は、細胞濃縮液の製造に用いる細胞分離フィルタを開示する。特許文献４は、液体から所望の細胞を分離するための装置及び方法を開示する。

特開２０１５－１４２５５０号公報 特開２００５－３４８６７２号公報 特開２０１６－１９５５８９号公報 特開２０１５－７７１５４号公報

特許文献１、２が開示する細胞培養技術では、細胞が培養されるに従って、当該細胞の集合体である細胞塊が次第に大きくなる。細胞塊が大きくなりすぎると、細胞品質が低下する傾向にある。そこで、細胞品質を維持するために、細胞塊を分断するなどして大きさを制御することがある。しかし、細胞塊の大きさを制御するときに細胞がストレスを受けることがあり、このストレスによって細胞品質が低下してしまう。

本発明は、細胞品質の低下を抑制しつつ細胞塊の大きさを確実に制御することが可能な細胞培養槽を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る細胞培養槽は、培養対象である細胞を含む培地を収容し、底部が閉鎖された筒状の槽本体と、槽本体に設けられ、槽本体内において培地が旋回流を生じるように培地を受け入れる培地受入部と、細胞により形成された細胞塊を切断する刃先を有し、刃先が培地の旋回流の向きに対面するように配置された切断部と、を備え、槽本体は、底部に形成された溝部を有し、切断部は、溝部に配置される。

細胞培養槽は、細胞を含む培地を槽本体が収容し、当該槽本体において細胞が培養される。細胞の培養によって成長した細胞塊は、槽本体の底部に沈降する。沈降した細胞塊は、槽本体の底部に設けられた溝部に入り込む。そして、細胞塊は、旋回流によって溝部の形状に沿って旋回する。ここで、溝部には、細胞塊を切断する切断部が設けられている。そうすると、旋回中の細胞塊は、切断部によって切断される。切断部による切断によれば、細胞塊がストレスを受ける期間を、細胞塊が刃先に接触している期間に限定できる。従って、切断に伴うストレスが低減する。さらに、溝部に沈降した細胞塊は、溝部の形状に沿って案内される。そうすると、細胞塊は、溝部に沿って旋回する間に切断部によって切断される。その結果、切断に伴う細胞品質の低下が抑制され、細胞塊の大きさを確実に制御することができる。

一形態において、切断部の基端は、溝部の底部に配置され、刃先は、溝部の底部から離間する方向に延びてもよい。この構成によれば、切断部は、細胞塊を溝部の底部から離間する方向に分割する。従って、細胞塊を互いに概ね大きさが等しい２個の細胞塊に切断することができる。

一形態において、溝部は、断面形状がＶ字状の部分を含んでもよい。この構成によれば、切断対象とする細胞塊の大きさの範囲を拡大することができる。

一形態において、溝部は、互いに対面する第１の壁面及び第２の壁面を含み、第１の壁面から槽本体の軸線までの長さは、第２の壁面から槽本体の軸線までの長さより大きく、第１の壁面には、培地受入部の開口が設けられてもよい。この構成によれば、培地受入部の開口から培地が供給されると、当該培地は、まず溝部の内部において旋回流を生じ、徐々に旋回と上昇とを伴う流れに移行する。従って、溝部において旋回流を確実に生じさせることができる。

一形態において、切断部は、開口と対面してもよい。この構成によれば、開口から供給された培地の流れによって細胞塊を切断部に向けて効率よく押圧することができる。

一形態において、切断部は、複数の刃先と、複数の刃先を連結する連結部と、を有し、複数の刃先は、連結部に対して一体化されていてもよい。培養槽内では、培地受入部によって培地の旋回流が生じている。この旋回流の状態は、切断部における刃先位置の影響を受け得る。この構成によれば、複数の刃先が連結部を介して一体化されている。そうすると、培養槽の組立て時において、刃先同士の位置関係を維持したまま、切断部を培養槽に取り付けることが可能になる。従って、所望の位置に配置された刃先部によれば、旋回流への意図しない影響が抑制されるので、旋回流の状態を所望の状態に近づけることができる。その結果、培養槽内における培地の流れが安定化するので、細胞品質の低下を抑制することができる。

一形態において、連結部は、槽本体に固定されてもよい。旋回流の状態は、切断部と槽本体との位置関係の影響も受ける。この構成によれば、切断部と槽本体との位置関係が所定の位置精度に収まる。従って、旋回流の状態を所望の状態にさらに近づけることができる。その結果、培養槽内における培地の流れが安定化するので、細胞品質の低下をさらに抑制し得る。

一形態において、槽本体は、槽本体内における刃先の位置を規定するために、連結部を位置決めする位置決め部を有してもよい。この構成によれば、槽本体に対する切断部の取付精度がさらに高まる。従って、旋回流の状態を所望の状態に好適に近づけることができる。その結果、培養槽内における培地の流れが安定化するので、細胞品質の低下をより抑制し得る。

一形態において、溝部は、互いに対面する第１の壁面及び第２の壁面を含み、位置決め部は、第１の壁面又は第２の壁面に設けられてもよい。この構成によれば、切断部を槽本体に容易に取り付けることができる。

一形態において、複数の刃先は、槽本体の軸線のまわりに等間隔に配置されてもよい。この構成によれば、細胞塊が刃先に接触する機会を好適に制御することができる。

本発明によれば、細胞品質の低下を抑制しつつ細胞塊の大きさを確実に制御することが可能な細胞培養槽が提供される。

図１は、本実施形態に係る細胞培養装置の構成を示す図である。 図２は、細胞培養槽を分解して示す図である。 図３は、細胞培養槽の下部を分解して示す図である。 図４は、カッターを示す図である。 図５は、切断溝の断面を示す図である。 図６は、カッターと培地導入部とを示す図である。 図７の（ａ）部は変形例１に係る細胞培養装置の切断溝の断面を示す図であり、図７の（ｂ）部は変形例２に係る細胞培養装置の切断溝の断面を示す図であり、図７の（ｃ）部は変形例３に係る細胞培養装置の切断溝の断面を示す図である。 図８は、変形例４に係る細胞培養槽が備えるカッターを示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

動物細胞を培養する手法として、シャーレ等を用いた静置培養と、培養槽内において細胞を培地に浮遊させて培養する浮遊培養とがある。浮遊培養は、細胞の大量培養に適する。本実施形態に係る細胞培養装置は、浮遊培養のための装置である。

図１に示すように、気密構造を有する細胞培養装置１は、細胞培養槽２と、曝気ユニット３と、廃液ユニット４と、を有する。細胞培養槽２は、培地流出管６及び培地導入管７によって曝気ユニット３と接続される。また、曝気ユニット３は、培地排出管８によって廃液ユニット４と接続される。

細胞培養槽２は、培養対象である細胞を培養する容器である。細胞培養槽２は、培地Ｍを収容する。培地Ｍは、細胞或いは細胞が付着した担体を含む。担体は、マイクロキャリアとも称される微小な粒体である。担体は、細胞の付着基盤となる。そして細胞は担体上で増殖する。細胞培養槽２の上部には、気密構造の蓋９が設けられる。細胞培養槽２の上縁には開口が形成され、当該開口は蓋９によって気密に閉鎖される。蓋９は、培地流出管６によって、曝気ユニット３に繋がる。培地流出管６の一端は、蓋９の底面における最も下方の位置に連結される。培地流出管６の他端は、曝気ユニット３に連結される。

細胞培養槽２のさらに詳細な説明は、後述する。

曝気ユニット３は、細胞培養槽２に供給する培地Ｍを貯溜する。また、曝気ユニット３は、培地排出管８を介して余剰の培地Ｍを廃液ユニット４に排出する。曝気ユニット３には、さらに、ガス供給管１１及び培地供給管１２が接続される。これらの管から供給されるガスによって、曝気ユニット３は、培地Ｍのガス濃度を調整する。曝気ユニット３には、培地導入管７の他端が接続される。

廃液ユニット４は、曝気ユニット３から排出された培地Ｍを貯溜する。廃液ユニット４には、培地排出管８の一端が接続される。培地排出管８の一端の位置は、廃液ユニット４に貯溜されている培地Ｍの液面より上方である。

図２に示すように、細胞培養槽２は、主要な構成要素として、槽本体１４と、中心棒１６と、カッター１７と、を有する。

槽本体１４は、容器部１８と、スペーサ１９と、底板２１と、を有する。容器部１８は、培地Ｍを収容する培養領域Ｓを形成する。容器部１８の水平断面は、上方に向かって次第に拡大する。例えば、容器部１８は、略逆円錐状の筒状である。また、容器部１８の上縁には上縁開口１８ａが形成されている。下端には下端開口１８ｂとフランジ１８ｃとが設けられている。フランジ１８ｃは、スペーサ１９との連結に用いられる。

スペーサ１９は、円環状の形状を呈する。スペーサ１９の上端面１９ａは、容器部１８のフランジ１８ｃに連結される。下端面１９ｂは、底板２１に連結される。つまり、スペーサ１９は、容器部１８と底板２１の間に挟まれている。この構成によって、容器部１８から底板２１までの間隔を所望の長さに設定できる。なお、スペーサ１９は、上端面１９ａから下端面１９ｂに至るスペーサ穴１９ｈを有する。スペーサ穴１９ｈの中心軸線は、容器部１８の軸線Ｚに一致する。従って、スペーサ穴１９ｈは、容器部１８の培養領域Ｓと連通する。さらには、スペーサ穴１９ｈの直径は、培養領域Ｓの下端開口１８ｂの直径と略一致する、或いは、下端開口１８ｂの直径よりも大きい。この構成によれば、容器部１８とスペーサ１９との接続部において、容器部１８からスペーサ１９に向かう方向に見たとき、段差が生じない。従って、沈降する細胞塊ＣＭを、容器部１８の培養領域Ｓからスペーサ穴１９ｈに好適に導くことができる。なお、スペーサ１９は、必要に応じて設ければよく、容器部１８のフランジ１８ｃに底板２１を直接に連結してもよい。

底板２１は、円盤状の形状を呈し、スペーサ１９の下端面１９ｂに固定される。つまり、底板２１は、槽本体１４の底部を構成する。底板２１は、スペーサ穴１９ｈを介して容器部１８の下端開口１８ｂを閉鎖する。

底板２１は、円盤部２２と、柱体部２３と、を有する。底板２１は、円盤部２２と柱体部２３との間に形成される切断溝２４（溝部、図１参照）を有する。つまり、槽本体１４の底部を構成する底板２１は、切断溝２４を有する。

図３に示すように、円盤部２２には、培地受入部２６が設けられる。培地受入部２６は、曝気ユニット３から培地Ｍを受け入れる。培地受入部２６には、培地導入管７の一端が接続される。つまり、培地受入部２６は、培地導入管７を介して曝気ユニット３と接続される。培地導入管７には、ポンプ７Ｐが設けられる。曝気ユニット３内の培地Ｍは、ポンプ７Ｐが作動することにより培地導入管７を介して槽本体１４に供給される。

培地受入部２６は、円盤部２２の外周面２２ｓから後述する壁面２８に至る貫通孔である。外周面２２ｓには外周開口２６ａが形成され、ポンプ７Ｐから延びる培地導入管７が接続される。壁面２８には、流出開口２６ｂが形成されている。つまり、培地Ｍは、流出開口２６ｂから切断溝２４に排出される。従って、切断溝２４には、軸線Ｚまわりの旋回流ＳＦが生じる。具体的には、流出開口２６ｂは、外肩面２８ｂから上面２８ａに亘って形成されている。

円盤部２２は、スペーサ１９と接する上端面２２ａに設けられた円盤穴２７を有する。円盤穴２７は、壁面２８（第１の壁面）と底面２９とに囲まれた領域である。従って、円盤穴２７は、貫通穴ではない。壁面２８は、直径が異なる３個の壁面（上面２８ａ、外肩面２８ｂ、外挟持面２８ｃ）を含む。

上面２８ａは、軸線Ｚに対して平行な面である。従って、上面２８ａに囲まれた空間は、円柱状である。上面２８ａの上縁は、上端面２２ａと連続する。上面２８ａの下縁は、外肩面２８ｂの上縁と連続する。

外肩面２８ｂは、後述する内肩面２３ｂと協働して切断溝２４の一部を構成する。外肩面２８ｂの上縁は、上面２８ａの下縁と連続する。従って、外肩面２８ｂの上縁がなす直径は、上面２８ａの下縁がなす直径と等しい。また、外肩面２８ｂの下端は、外挟持面２８ｃの上縁と連続する。従って、外肩面２８ｂの下縁がなす直径は、外挟持面２８ｃの上縁がなす直径と等しい。ここで、外肩面２８ｂは、軸線Ｚに対して傾く。換言すると、外肩面２８ｂは、上面２８ａ及び外挟持面２８ｃに対して傾く。例えば、外肩面２８ｂが上面２８ａに対してなす角度は、鈍角（例えば１３５度）である。従って、外肩面２８ｂの上縁がなす直径は、外肩面２８ｂの下縁がなす直径よりも大きい。換言すると、上面２８ａに囲まれた空間の直径は、外挟持面２８ｃに囲まれた空間の直径よりも大きい。

外挟持面２８ｃの上縁は、外肩面２８ｂの下縁と連続する。外挟持面２８ｃの下縁は、底面２９と連続する。従って、外挟持面２８ｃの下縁がなす直径は、底面２９の直径と等しい。また、外挟持面２８ｃは、上面２８ａと同様に、軸線Ｚに対して平行な面である。従って、外挟持面２８ｃに囲まれた空間は、円柱状である。

柱体部２３は、中心棒１６を円盤部２２に連結する。

中心棒１６は、軸線Ｚの方向に延びる。中心棒１６は、円筒又は円錐といった柱状の形状を呈し、中心棒１６の軸線は容器部１８の軸線Ｚに一致する。なお、中心棒１６は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。

柱体部２３は、テーパ面２３ａと、内肩面２３ｂと、内挟持面２３ｃと、を有する。このうち、テーパ面２３ａ及び内肩面２３ｂは、第２の壁面２３ｓを構成する。テーパ面２３ａは、上面２８ａに囲まれる領域に配置される。テーパ面２３ａの上縁は、中心棒１６に連結されている。テーパ面２３ａの下縁は、内肩面２３ｂの上縁に連続する。内肩面２３ｂの下縁は、内挟持面２３ｃの上縁に連続する。内肩面２３ｂの上縁は、外肩面２８ｂの上縁と面一である。

テーパ面２３ａ及び内肩面２３ｂは、底板２１に向かう方向に直径が次第に拡大する。
内肩面２３ｂは、外肩面２８ｂに囲まれる領域に配置される。つまり、内肩面２３ｂと外肩面２８ｂとの間の領域は、切断溝２４の一部を構成する。

カッター１７は、底板２１に設けられる。

図４に示すように、カッター１７（切断部）は、４個のブレード３１、３１Ａ（刃先）と、ブレード３１同士を連結する連結部３２と、を有する。ブレード３１、３１Ａは、小径（例えば数十マイクロメートル以上数百マイクロメートル以下）の細胞塊ＣＭを切断するので、その厚みは極めて薄い。例えば、ブレード３１、３１Ａの厚みは、一例として１００マイクロメートル以上２００マイクロメートル以下である。連結部３２は、円板状の基体３３と、基体３３から軸線Ｚと交差する方向に延びる４個のアーム部３４と、を有する。アーム部３４は、軸線Ｚのまわりに等間隔（９０度）に設けられる。アーム部３４の基端は、基体３３と連続する。アーム部３４の先端は、ブレード３１と連続する。つまり、アーム部３４及び基体３３（つまり、連結部３２）と、ブレード３１と、は、一体化されている。

なお、カッター１７が有するブレード３１の数、配置及び形状は上記の構成に限定されない。

この一体化とは、例えば、カッター１７を単品で取り出した場合に、連結部３２及びブレード３１が既に連結された状態をいう。例えば、カッター１７は、薄板の金属板を打ち抜き加工などによって基体３３及びアーム部３４を含む展開形状を形成し、その後、アーム部３４の先端を９０度折り曲げることよってブレード３１を形成することによって得られる。

図５に示すように、カッター１７は、柱体部２３に対して位置決めされながら固定される。具体的には、カッター１７は、ブレード３１Ａの基端が内挟持面２３ｃに接している。従って、実施形態においては、内挟持面２３ｃは、位置決め部１４ｓである。カッター１７の基体３３及びアーム部３４は、柱体部２３の下端面２３ｄと円盤部２２の底面２９との間に挟まれる。そして、ブレード３１は、内挟持面２３ｃと外挟持面２８ｃとの間から、軸線Ｚの方向に延びる。ブレード上端３１ａは、スペーサ１９の上端面１９ａより低い位置に配置される。つまり、ブレード３１は、スペーサ１９から突出しない。

切断溝２４は、上部領域２４ａと下部領域２４ｂとを含む。上部領域２４ａは、上面２８ａとテーパ面２３ａとの間の領域である。上面２８ａの直径は一定であり、テーパ面２３ａの直径は、下方に向かって大きくなる。従って、上部領域２４ａの幅は、下方に向かって次第に狭くなる。下部領域２４ｂは、外肩面２８ｂと内肩面２３ｂとの間の領域である。外肩面２８ｂの直径は下方に向かって小さくなる。内肩面２３ｂの直径は下方に向かって大きくなる。従って、下部領域２４ｂの幅は、下方に向かって次第に狭くなる。例えば、下部領域２４ｂの断面形状は、Ｖ字状を呈する。

より詳細には、本実施形態において、切断溝２４とは、上部領域２４ａ及び下部領域２４ｂを含む領域において、ブレード上端３１ａよりも下に形成される領域として定義してもよい。さらに、切断溝幅２４Ｗは、切断後の細胞塊ＣＭの大きさに対して概ね２倍程度としてもよい。ここで言う切断溝幅２４Ｗとは、テーパ面２３ａからブレード上端３１ａを介して上面２８ａに至る長さとしてよい。

一つのブレード３１Ａは、培地受入部２６の流出開口２６ｂの近傍に配置される。より具体的には、流出開口２６ｂの流出軸線２６Ｚに沿って流出開口２６ｂを見たとき、ブレード３１Ａは、流出開口２６ｂに対して重なる。つまり、流出軸線２６Ｚにおいて、ブレード３１Ａは、流出開口２６ｂと対面する。また、図６に示すように、ブレード３１Ａは、流出開口２６ｂの流出軸線２６Ｚに対して平行であり、流出軸線２６Ｚ上に配置されている。なお、流出開口２６ｂの高さは、切断溝２４の谷部（最も低い位置）とほぼ等しいとしてもよい。この配置によれば、沈降した細胞塊ＣＭを培地Ｍの流体力で加速し、カッター１７に当ててより確実に切断することができる。

次に、細胞培養装置１の動作について説明する。本実施形態では、培地Ｍに担体を浮遊させ、担体を足場にして細胞の増殖を行う細胞培養を例示する。なお、細胞培養装置１は、担体を用いない細胞培養にも適用可能である。

まず、新しい培地Ｍが培地供給管１２から曝気ユニット３に供給される。供給された培地Ｍは、曝気ユニット３に貯溜される。また、ガス供給管１１を介してエアフィルタ１３により除菌された酸素や二酸化炭素等のガスが曝気ユニット３に供給される。ガス供給管１１により供給されたガスは、曝気ユニット３に貯溜された培地Ｍの酸素濃度及び水素イオン濃度（ｐＨ）を細胞培養の好気性培養に適した条件に調整する。条件調整がなされた培地Ｍは、ポンプ７Ｐによって、曝気ユニット３から培地導入管７を介して細胞培養槽２へ供給される。

培地Ｍが細胞培養槽２に供給されると、培地Ｍは上方に向けて旋回しながら流れる。細胞培養槽２の高さ方向の一定範囲の領域では、当該範囲内の所定水平面において上昇方向に略一定の流速分布を有する流れ（プラグフロー）が形成される。なお、培地Ｍの流れの状態は、細胞培養槽２における培地導入管７の連結位置、単位時間あたりに導入される培地Ｍの量及びカッター１７の構成によって制御される。

細胞培養槽２は、既に述べたように次第に水平断面積が大きくなるので、培地Ｍが細胞培養槽２の上方に進むに従って、プラグフローの流速は次第に低下する。細胞培養槽２の内部では、細胞集合体がそれぞれの大きさに応じて異なる高さで浮遊している。細胞集合体とは、例えば、培養によって増殖した細胞が互いに付着して集合しているもの（つまり担体を含まない）や、担体に対して増殖した細胞が担持、固定、或いは、付着したものとしてよい。また、細胞塊は、細胞と担体とを含んで構成されるものとしてもよいし、担体を含まず細胞のみによって構成されるものとしてもよい。従って、複数の集合体の夫々を細胞培養槽２内の所定の高さに浮遊させながら留め置くことができる。その間、集合体に対し、細胞の３次元的な培養が進行し、細胞塊ＣＭが成長する。

ここで、細胞塊ＣＭが成長して、その塊径が大きくなると、細胞塊ＣＭの沈降速度が大きくなる。細胞塊ＣＭの沈降速度が培地Ｍの上昇速度よりも大きくなると、細胞塊ＣＭは沈降を始める。沈降した細胞塊ＣＭは、切断溝２４にたどり着き、当該切断溝２４に生じている旋回流ＳＦに乗って旋回する。つまり、培地Ｍの流量を制御することにより、上昇流の流速が制御できる。従って、所望の大きさを有する細胞塊ＣＭを選択的に切断溝２４へ導くことができる。例えば、比較的小径及び大径の細胞塊ＣＭを分断したいとき、培地Ｍの流量は少なくすればよい。一方、比較的大径の細胞塊ＣＭを分断したいとき、培地Ｍの流量は多くすればよい。培地Ｍの流量を多くすれば上昇流の流速が高まるので、小径の細胞塊ＣＭは切断溝２４に到達しない。この旋回中において、細胞塊ＣＭは、ブレード３１に接触する機会が生じる。従って、細胞塊ＣＭは、ブレード３１によって分断される。

分断された細胞塊ＣＭは、沈降速度が小さくなるので、培地Ｍの上昇流に乗って再び細胞培養槽２の上部へ移動する。細胞培養槽２の上部において、細胞塊ＣＭは、分断されることなく細胞の培養が進行する。

さらに、細胞の培養が進行すると、培地Ｍでは、酸素等の培地成分が減少する一方で、細胞から排出された老廃物が増加する。培地Ｍは、細胞培養槽２の上端部から蓋９へと導かれ、培地流出管６を介して曝気ユニット３に流出する。曝気ユニット３に流出した培地Ｍは、曝気ユニット３において再び酸素等の培地成分の供給を受ける。そして、再び曝気ユニット３から培地導入管７を介して細胞培養槽２へ供給される。一方、培地供給管１２より新しい培地Ｍを追加した場合には、余剰となる培地Ｍが生じる。余剰となった培地Ｍは、培地排出管８を介して廃液ユニット４に排出される。

ところで、動物細胞を浮遊培養によって培養するとき、細胞の培養に伴って細胞同士が凝集した細胞塊ＣＭが大きくなる。細胞塊ＣＭが肥大化すると、細胞の増殖が鈍化し、さらには拡大培養も阻害されてしまう。また、ｉＰＳ細胞、ＥＳ細胞、その他の幹細胞のような動物細胞が細胞塊ＣＭを形成し、当該細胞塊ＣＭが肥大化すると分化が生じたり、内部が死滅したりする。従って、細胞の品質が低下することがあった。このような事情から、細胞塊ＣＭの大きさを所定の範囲に制御する必要があった。

例えば、肥大化した細胞塊ＣＭの大きさを小さくする技術として、培地の流れを乱して乱流を生じさせるものがある。当該乱流に起因するせん断力を利用して肥大化した細胞塊ＣＭを分断する。しかし、ｉＰＳ細胞のような動物細胞は、せん断力に弱く、ストレスを受けやすい。さらに、細胞塊ＣＭが乱流中に存在する期間において、細胞塊ＣＭは常にせん断力に起因するストレスを受け続ける。また、肥大化した細胞塊ＣＭを酵素や非酵素の分散剤を用いて、細胞塊ＣＭを分解する技術もある。しかし、この技術の適用にあたっては、工程の自動化が煩雑になる傾向にあった。

また、ｉＰＳ細胞のような動物細胞は、その細胞塊径が小さすぎることも望ましくない。従って、細胞塊ＣＭの分断は、あらゆる細胞塊ＣＭに適用されるべきではなく、細胞の品質に影響を与えうる程度の大きさを有する細胞塊ＣＭに選択的に適用されることが望まれる。

上記の事情に鑑み、細胞培養槽２は、所望の大きさを有する細胞塊ＣＭを選択的且つ確実に切断するものである。

具体的には、細胞培養槽２では、槽本体１４は培地Ｍを収容し、当該槽本体１４において細胞が培養される。細胞の培養によって成長した細胞塊ＣＭは、槽本体１４の底部に沈降する。沈降した細胞塊ＣＭは、槽本体１４の底部に設けられた切断溝２４に入り込む。そして、細胞塊ＣＭは、旋回流ＳＦによって切断溝２４の形状に沿って旋回する。ここで、切断溝２４には、細胞塊ＣＭを切断するカッター１７が設けられている。そうすると、旋回中の細胞塊ＣＭは、カッター１７によって切断される。カッター１７による細胞塊ＣＭの切断によれば、細胞塊ＣＭがストレスを受ける期間を細胞塊ＣＭがブレード３１に接触している期間に限定することができる。従って、切断に伴うストレスが低減する。さらに、沈降した細胞塊ＣＭが切断溝２４に案内されて、切断溝２４に沿って旋回する間にカッター１７によって切断される。その結果、細胞塊ＣＭを確実に切断することができる。

より詳細には、細胞塊ＣＭが切断溝２４にはまり込んで旋回するとき、細胞塊ＣＭは、外肩面２８ｂ及び内肩面２３ｂに接触することがあり得る。そして、細胞塊ＣＭがブレード３１に接すると、細胞塊ＣＭは、外肩面２８ｂからブレード３１までの間に対応する第１の部分と、内肩面２３ｂからブレード３１までの間に対応する第２の部分と、に分割される。ここで、ブレード３１は、外肩面２８ｂから内肩面２３ｂまでの距離を略等分する位置に配置されている。そうすると、ブレード３１は、細胞塊ＣＭの略中央に接する。つまり、切断溝２４によってブレード３１への細胞塊ＣＭの接し方を制御することができる。その結果、第１の部分及び第２の部分の大きさは、概ね均等となり得る。つまり、細胞塊ＣＭの切断において、切断後の細胞塊ＣＭの大きさに極端な差異が生じることを抑制し得る。

ブレード３１の基端は、切断溝２４の底部に配置され、ブレード３１は、切断溝２４の底部から離間する方向に延びる。この構成によれば、ブレード３１は、細胞塊ＣＭを切断溝２４の底部から離間する方向に分割する。従って、細胞塊ＣＭを互いに概ね大きさが等しい２個の細胞塊ＣＭに切断することができる。

切断溝２４は、断面形状がＶ字状の部分を含む。この構成によれば、切断対象とする細胞塊ＣＭの大きさの範囲を拡大することができる。

切断溝２４は、互いに対面する第１の壁面２８及び第２の壁面２３ｓを含み、第１の壁面２８から槽本体１４の軸線Ｚまでの長さは、第２の壁面２３ｓから槽本体１４の軸線Ｚまでの長さより大きい。そして、第１の壁面２８には、培地受入部２６の流出開口２６ｂが設けられる。この構成によれば、培地受入部２６の流出開口２６ｂから培地Ｍが供給されると、当該培地Ｍは、まず切断溝２４の内部において旋回流ＳＦを生じ、徐々に旋回と上昇とを伴う流れに移行する。従って、切断溝２４において確実に旋回流ＳＦを生じさせることができる。

ブレード３１は、流出開口２６ｂと対面する。この構成によれば、流出開口２６ｂから供給された培地Ｍの流れによって細胞塊ＣＭをブレード３１に向けて効率よく押圧することができる。

カッター１７は、複数のブレード３１と、複数のブレード３１を連結する連結部３２と、を有する。旋回流ＳＦの状態は、ブレード３１が配置された位置の影響を受け得る。この構成によれば、ブレード３１同士の位置関係が所定の位置精度に収まる。従って、旋回流ＳＦの状態を所望の状態に近づけることができる。さらに、厚みが薄いブレード３１を槽本体１４に対して容易に取り付けることができる。

連結部３２は、槽本体１４に固定される。旋回流ＳＦの状態は、さらにカッター１７と槽本体１４との位置関係の影響も受け得る。この構成によれば、カッター１７と槽本体１４との位置関係が所定の位置精度に収まる。従って、旋回流ＳＦの状態を所望の状態にさらに近づけることができる。

槽本体１４は、槽本体１４内におけるブレード３１の位置を規定するために、連結部３２を位置決めする位置決め部１４ｓを有する。この構成によれば、槽本体１４に対するカッター１７の取付精度がさらに高まる。従って、旋回流ＳＦの状態を所望の状態に好適に近づけることができる。

切断溝２４は、互いに対面する第１の壁面２８及び第２の壁面２３ｓを含み、位置決め部１４ｓは、第２の壁面２３ｓの内挟持面２３ｃとされる。この構成によれば、カッター１７を槽本体１４に容易に取り付けることができる。

複数のブレード３１は、槽本体１４の軸線Ｚのまわりに等間隔に配置される。この構成によれば、細胞塊ＣＭがブレード３１に接触する機会を好適に制御することができる。

本発明は、上記の実施形態に限定されない。

図７の（ａ）部に示すように変形例１の切断溝２４Ａは、実施形態とは異なる下部領域２４ｂ１を有していてもよい。下部領域２４ｂ１は、断面形状が円弧形状である点で、実施形態の下部領域２４ｂと相違する。具体的には、外肩面２８ｂ１が凹形状の曲面である。また、内肩面２３ｂ１も凹形状の曲面である。このような円弧形状の断面を有する切断溝２４Ａによれば、下部領域２４ｂ１の幅の幅が大きく保たれる。そうすると、比較的小径（例えば、切断溝幅２４Ｗの半分程度）の細胞塊ＣＭは、ブレード３１Ａに接触する機会が低減する。従って、比較的大径（例えば、切断溝幅２４Ｗと同程度）の細胞塊ＣＭを選択的に分断することができる。なお、円弧状の部分は、外肩面２８ｂ１から上面２８ａに亘って連続してもよい。同様に、円弧状の部分は、内肩面２３ｂ１からテーパ面２３ａに亘って連続してもよい。

図７の（ｂ）部に示すように、変形例２の切断溝２４Ｂは、下部領域２４ｂ２を有していてもよい。下部領域２４ｂ２の断面形状は、第１のＶ字状断面の部分Ｇ１と、第２のＶ字状断面の部分Ｇ２と、を有する。つまり、内肩面２３ｂ２は、互いに異なる傾きを有する面Ｅ１、Ｅ２を含む。同様に、外肩面２８ｂ２は、互いに異なる傾きを有する面Ｆ１、Ｆ２を含む。このような断面形状を有する切断溝２４Ｂによれば、比較的大径の細胞塊ＣＭは、切断溝２４Ｂの部分Ｇ２に入り込むことができず、比較的小径の細胞塊ＣＭが選択的に部分Ｇ２に入り込む。従って、比較的小径の細胞塊ＣＭを選択的に分断することができる。

なお、図７の（ｂ）部に示す例では、第１のＶ字状断面の部分Ｇ１及び第２のＶ字状断面の部分Ｇ２は、内肩面２３ｂ２及び外肩面２８ｂ２の間に設けられた。例えば、部分Ｇ１、Ｇ２は、上面２８ａ及び外肩面２８ｂと、テーパ面２３ａ及び内肩面２３ｂと、の間に設けられてもよい。例えば、上面２８ａと外肩面２８ｂとで互いに傾きを異ならせて、部分Ｇ１、Ｇ２を形成する構成としてもよい。

図７の（ｃ）部に示すように、変形例３の切断溝２４Ｃは、下部領域２４ｂ３を有していてもよい。下部領域２４ｂ３の断面形状は、Ｖ字形状であるが内周側に傾いている。具体的には、外肩面２８ｂ３の傾きは、内肩面２３ｂ３の傾きよりも小さい。そして、ブレード３１Ａ１は、外肩面２８ｂ３からの距離と内肩面２３ｂ３からの距離とが略等距離となる位置に設けられる。つまり、アーム部３４とブレード３１Ａ１との間の角度は、垂直ではなく、鋭角である。つまり、ブレード３１Ａ１は、内周側に傾いている。旋回する細胞塊ＣＭは、その遠心力によって外側に引きずられる。その結果、切断溝２４Ｃにおいて、細胞塊ＣＭは外周側に片寄りやすい。換言すると、旋回する細胞塊は、遠心力で外周寄りに行きやすくなる。垂直配置のカッターである場合には、二等分になり難い。つまり、垂直配置のカッターである場合には、外周寄りが大きめとなり、内周寄りが小さめに切れてしまう。変形例３の切断溝２４Ｃ及びブレード３１Ａ１によれば、二等分に近づけることができる。

図８に示すように、変形例４の細胞培養槽２Ａは、カッター３６を備えてもよい。カッター３６は、ブレード３７と、本体部３８と、を有する。実施形態のブレード３１が平面状であるのに対し、ブレード３７は、円板状の本体部３８と同軸の円弧状である。換言すると、複数のブレード３７は、軸線Ｚと同心に配置されている。カッター３６は、例えば、旋盤加工によって得ることができる。このような形状によれば、旋回流ＳＦへの影響を最小限に留めることができる。

また、上記実施形態では、カッター１７を柱体部２３に嵌め合せる、つまり、柱体部２３の内挟持面２３ｃを位置決め部とする構成を例示した。しかし、位置決め部の構成は、槽本体１４に対してカッター１７を位置決めできる構成であれば足りるので、上記の構成に限定されない。例えば、位置決め部の構成は、嵌め合い構造に代えて、穴及びピンを用いる構造、凹凸構造の組み合わせであるインロー構造などを利用してもよい。さらに、位置決め部は、柱体部２３とは別の部品に設けてもよい。例えば、円盤部２２の外挟持面２８ｃを位置決め部としてもよい。

１ 細胞培養装置
２，２Ａ 細胞培養槽
３ 曝気ユニット
４ 廃液ユニット
６ 培地流出管
７ 培地導入管
７Ｐ ポンプ
８ 培地排出管
９ 蓋
１１ ガス供給管
１２ 培地供給管
１４ 槽本体
１４ｓ 位置決め部
１６ 中心棒
１７，３６ カッター（切断部）
１８ 容器部
１８ａ 上縁開口
１８ｂ 下端開口
１８ｃ フランジ
１９ スペーサ
１９ａ 上端面
１９ｂ 下端面
１９ｈ スペーサ穴
２１ 底板
２２ 円盤部
２２ａ 上端面
２２ｓ 外周面
２３ 柱体部
２３ａ テーパ面
２３ｂ，２３ｂ１，２３ｂ２，２３ｂ３ 内肩面
２３ｃ 内挟持面
２３ｄ 下端面
２３ｓ 第２の壁面
２４，２４Ａ，２４Ｂ、２４Ｃ 切断溝（溝部）
２４ａ 上部領域
２４ｂ，２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３ 下部領域
２４Ｗ 切断溝幅
２６ 培地受入部
２６ａ 外周開口
２６ｂ 流出開口
２６Ｚ 流出軸線
２７ 円盤穴
２８ 壁面（第１の壁面）
２８ａ 上面
２８ｂ，２８ｂ１，２８ｂ２，２８ｂ３ 外肩面
２８ｃ 外挟持面
２９ 底面
３１，３１Ａ，３１Ａ１，３７ ブレード（刃先）
３２ 連結部
３３ 基体
３４ アーム部
３８ 本体部
ＣＭ 細胞塊
Ｍ 培地
ＳＦ 旋回流
Ｓ 培養領域
Ｚ 軸線

Claims (5)

1. 培養対象である細胞を含む培地を収容し、底部が閉鎖された筒状の槽本体と、
   前記槽本体に設けられ、前記槽本体内において前記培地が旋回流を生じるように前記培地を受け入れる培地受入部と、
   前記細胞により形成された細胞塊を切断する刃先を有し、前記刃先が前記培地の前記旋回流の向きに対面するように配置された切断部と、を備え、
   前記槽本体は、前記底部に形成された溝部を有し、
   前記切断部は、前記溝部に配置され、
   前記溝部には、前記培地受入部の開口が設けられる、細胞培養槽。
2. 前記刃先の基端は、前記溝部の底部に配置され、
   前記刃先は、前記溝部の底部から離間する方向に延びる、請求項１に記載の細胞培養槽。
3. 前記溝部は、断面形状がＶ字状の部分を含む、請求項１又は２に記載の細胞培養槽。
4. 前記溝部は、互いに対面する第１の壁面及び第２の壁面を含み、
   前記第１の壁面から前記槽本体の軸線までの長さは、前記第２の壁面から前記槽本体の軸線までの長さより大きく、
   前記第１の壁面には、前記培地受入部の開口が設けられる、請求項１～３の何れか一項に記載の細胞培養槽。
5. 前記刃先は、前記開口と対面する、請求項４に記載の細胞培養槽。

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