JP7133408B2 - バイオリアクタ、細胞培養システム及び細胞培養方法 - Google Patents

Description

本発明は、細胞を培養するためのバイオリアクタ、細胞培養システム及び細胞培養方法に関する。

例えば、特許文献１には、ハウジング内に収容された複数の中空糸膜の内面に細胞を播種させた状態で複数の中空糸膜の外面側に培地を供給することにより、細胞を培養するバイオリアクタが開示されている。ハウジングの一端部には入口側キャップが連結され、ハウジングの他端部には出口側キャップが連結されている。

入口側キャップの中央部には、中空糸膜に播種するための細胞をハウジング内に導入する１つの入口ポートが設けられている。出口側キャップの中央部には、培養された細胞をハウジング内から導出させるための１つの出口ポートが設けられている。

特表２０１６－５３７００１号公報

上述した従来技術では、入口側キャップの中央部に１つの入口ポートを設けているため、複数の中空糸膜（細胞播種面）の全体に細胞を均等に播種することが容易ではない。そのため、細胞を効率的に培養することができない。また、中空糸膜全体における中央部と径方向外側では流速に差異が生じるため、培養した細胞をすべての中空糸膜から回収するために、過剰な流速を与える必要がある。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、簡易な構成により効率的に細胞を培養することができ、培養した細胞を効率的に細胞播種面から剥離して回収することができるバイオリアクタ、細胞培養システム及び細胞培養方法を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様は、細胞を培養するためのバイオリアクタであって、細胞が播種される細胞播種面を有する被播種部材と、前記被播種部材を収容するハウジングと、前記ハウジングに設けられ、細胞含有液、細胞を前記細胞播種面から剥離するための剥離液及び培地の少なくとも１つの流体を前記ハウジング内に導入する導入部と、前記ハウジングに設けられ、前記流体を前記ハウジング内から導出させる導出部と、前記導入部に設けられた回転駆動部と、を備え、前記導入部は、前記ハウジングに設けられた入口カバー部と、前記入口カバー部の周方向に沿って回転可能に前記入口カバー部内に配設された入口側回転部材と、を有し、前記入口側回転部材には、前記流体を前記ハウジング内に導入させる入口ポートが形成され、前記入口ポートは、前記入口側回転部材の回転軸線に対してずれた位置にあり、前記回転駆動部は、前記入口側回転部材を前記入口カバー部と前記ハウジングとに対して前記入口カバー部の周方向に沿って回転させる、バイオリアクタである。

本発明の第二の態様は、上述したバイオリアクタと、前記導出部から導出された前記流体を前記導入部に循環させる循環流路と、前記流体を前記循環流路に導く流体導入部と、を備える、細胞培養システムである。

本発明の第三の態様は、バイオリアクタを用いて細胞を培養する細胞培養方法であって、前記バイオリアクタは、細胞が播種される細胞播種面を有する被播種部材と、前記被播種部材を収容するハウジングと、前記ハウジングに設けられ、細胞含有液を前記ハウジング内に導入する導入部と、前記ハウジングに設けられ、細胞含有液を前記ハウジング内から導出する導出部と、前記導入部に設けられた回転駆動部と、を備え、前記導入部は、前記ハウジングに設けられた筒状の入口カバー部と、前記入口カバー部の周方向に沿って回転可能に前記入口カバー部内に配設された入口側回転部材と、を有し、前記入口側回転部材には、流体を前記ハウジング内に導入させる入口ポートが形成され、前記入口ポートは、前記入口側回転部材の回転軸線に対してずれた位置にあり、前記回転駆動部によって前記入口側回転部材を前記入口カバー部に対して前記入口カバー部の周方向に沿って回転させながら前記入口ポートから前記ハウジング内に細胞含有液を導入して細胞を前記細胞播種面に播種する播種工程を行う、細胞培養方法である。

本発明によれば、ハウジングに対する入口ポートの位置を変えながらハウジング内に流体（細胞含有液、剥離液及び培地）を導入することができるため、ハウジング内の流体の流速分布のバラツキを抑えることができる。これにより、細胞播種面の全体に略同じ流速の流体（細胞含有液、培地）を供給することができるため、簡易な構成により効率的に細胞を培養することができる。また、細胞播種面の全体に略同じ流速の剥離液を供給することができるため、培養した細胞を効率的に剥離して回収することができる。

本発明の一実施形態に係る細胞培養システムの模式的構成図である。 バイオリアクタの斜視図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。 図３のＶ－Ｖ線に沿った断面図である。 被播種部材の斜視図である。 回転駆動部の断面説明図である。 本発明の細胞培養方法を説明するフローチャートである。 細胞培養方法のプライミング工程の説明図である。 細胞培養方法の播種工程の説明図である。 細胞培養方法の接着工程の説明図である。 細胞培養方法の培養工程の説明図である。 細胞培養方法の剥離液添加工程の説明図である。 細胞培養方法の剥離工程の説明図である。 細胞培養方法の回収工程の説明図である。 第１変形例に係る回転駆動部の断面説明図である。 第２変形例に係る回転駆動部の断面説明図である。 第３変形例に係る回転駆動部の断面説明図である。 変形例に係る入口側回転部材及び出口側回転部材の断面説明図である。

以下、本発明に係るバイオリアクタ、細胞培養システム及び細胞培養方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

本発明の一実施形態に係る細胞培養システム１０は、生体組織から分離した細胞を培養して増殖するものである。本実施形態において、細胞培養システム１０に用いられる細胞は、接着細胞である。ただし、細胞は、接着細胞に限定されず、浮遊細胞であってもよいし、接着細胞と浮遊細胞とを組み合わせたものであってもよい。また、細胞としては、例えば、幹細胞（間葉細胞、造血細胞等）、繊維芽細胞、角化細胞、前駆細胞、その他の完全分化細胞又はそれらを組み合わせたものが用いられる。

図１に示すように、細胞培養システム１０は、システム本体１２と、システム本体１２に所定の流体を導入する流体導入部１４と、システム本体１２から流体を排出する排出部１６と、培養された細胞を回収する回収部１８と、制御部１９とを備える。

システム本体１２に導入される所定の流体は、細胞含有液、培地及び剥離液である。細胞含有液は、システム本体１２の後述する被播種部材６０の細胞播種面５８に細胞を播種させるための細胞懸濁液である。細胞含有液としては、例えば、適当量のFBS（ウシ血清）等を含む細胞培地（MEM、DMEM、IMDM、RPMI1640等）が用いられる。

培地は、被播種部材６０に播種された細胞に育成環境を提供する流体（培養液）である。培地としては、例えば、適当量のFBS（ウシ血清）等を含む細胞培地（MEM、DMEM、IMDM、RPMI1640等）が用いられる。剥離液は、細胞を細胞播種面５８から剥離するための液体である。剥離液としては、例えば、細胞の蛋白質を分解するトリプシン溶液及びトリプシンＥＤＴＡ溶液等が挙げられる。

システム本体１２は、細胞を培養するためのバイオリアクタ２０、循環流路２２、酸素供給部２４、複数のバルブ２６、循環ポンプ２８及び圧力センサ３０を有する。バイオリアクタ２０の詳細な構成については後述する。

循環流路２２には、流体導入部１４から所定の流体（細胞含有液、培地及び剥離液）が導入される。循環流路２２は、バイオリアクタ２０の導出部６４ｂから導出された流体をバイオリアクタ２０の導入部６４ａに循環させる。循環流路２２は、第１流路２２ａ、第２流路２２ｂ、第３流路２２ｃ、第４流路２２ｄ及びバイパス流路２２ｅを有する。

第１流路２２ａは、酸素供給部２４に連結されている。第２流路２２ｂは、酸素供給部２４とバイオリアクタ２０の導入部６４ａとを互いに連結する。第３流路２２ｃは、バイオリアクタ２０の導出部６４ｂに連結されている。第４流路２２ｄは、第３流路２２ｃと第１流路２２ａとを互いに連結する。バイパス流路２２ｅは、第１流路２２ａと第２流路２２ｂとを互いに連結する。

酸素供給部２４は、ガス交換部３２、培地入口部３４ａ、培地出口部３４ｂ、ガス入口部３６ａ及びガス出口部３６ｂを有する。ガス交換部３２は、培地に酸素を供給することにより培地の酸素濃度を高める。培地入口部３４ａには第１流路２２ａが連結され、培地出口部３４ｂには第２流路２２ｂが連結されている。ガス入口部３６ａには、所定のガス（酸素を含むガス）が導入される。ガス出口部３６ｂには、培地との間でガス交換された後の使用済みのガスが流通する。

複数のバルブ２６は、流路を開放及び閉塞する開閉弁である。複数のバルブ２６は、第１流路２２ａのうちバイパス流路２２ｅとの連結部よりも第４流路２２ｄ側に設けられたバルブ２６ａと、第１流路２２ａのうちバイパス流路２２ｅとの連結部よりも酸素供給部２４側に設けられたバルブ２６ｂと、バイパス流路２２ｅに設けられたバルブ２６ｃとを含む。

循環ポンプ２８は、第４流路２２ｄに設けられている。循環ポンプ２８は、第１方向と第２方向（第１方向とは反対方向）とに流体をポンピング可能に構成されている。つまり、循環ポンプ２８は、第１流路２２ａ、酸素供給部２４（バイパス流路２２ｅ）、第２流路２２ｂ、バイオリアクタ２０、第３流路２２ｃ及び第４流路２２ｄの順番（第１方向）に流体を流通させる。また、循環ポンプ２８は、第１流路２２ａ、第４流路２２ｄ、第３流路２２ｃ、バイオリアクタ２０、第２流路２２ｂ、バイパス流路２２ｅの順番（第２方向）に流体を流通させることができる。

圧力センサ３０は、第４流路２２ｄに設けられ、循環流路２２内の流体の圧力を検出する。循環ポンプ２８及び圧力センサ３０は、第４流路２２ｄに設けられた例に限定されず、循環流路２２の任意の位置に設けることができる。

流体導入部１４は、第１導入流路３８ａ、第２導入流路３８ｂ、第３導入流路３８ｃ、複数の導入バルブ４０及び導入ポンプ４２を有する。第１導入流路３８ａは、細胞含有液を収容可能な第１収容部４４ａ（細胞含有液収容バッグ）と第１流路２２ａとを互いに連結する。第２導入流路３８ｂは、剥離液を収容可能な第２収容部４４ｂ（剥離液収容バッグ）と第１導入流路３８ａとを互いに連結する。第３導入流路３８ｃは、培地を収容する第３収容部４４ｃ（培地収容バッグ）と第２導入流路３８ｂとを互いに連結する。

複数の導入バルブ４０は、流路を開放及び閉塞する開閉弁である。複数の導入バルブ４０は、第１導入流路３８ａのうち第２導入流路３８ｂとの連結部よりも第１収容部４４ａ側に設けられた導入バルブ４０ａと、第２導入流路３８ｂのうち第３導入流路３８ｃとの連結部よりも第２収容部４４ｂ側に設けられた導入バルブ４０ｂと、第３導入流路３８ｃに設けられた導入バルブ４０ｃとを含む。

導入ポンプ４２は、第１導入流路３８ａにおける第２導入流路３８ｂとの連結部よりも循環流路２２側に設けられている。導入ポンプ４２は、第１～第３収容部４４ａ～４４ｃから循環流路２２に流体（細胞含有液、剥離液及び培地）を導く。

第２導入流路３８ｂは、第１導入流路３８ａに連結された例に限定されず、循環流路２２に直接連結されていてもよい。第３導入流路３８ｃは、第２導入流路３８ｂに連結された例に限定されず、循環流路２２に直接連結されていてもよい。

排出部１６は、排出流路４６及び排出バルブ４８を有する。排出流路４６は、第３流路２２ｃと廃棄収容部５０（廃棄バッグ）とを互いに連結する。排出バルブ４８は、排出流路４６に設けられ、排出流路４６を開放及び閉塞する開閉弁である。

回収部１８は、回収流路５２及び回収バルブ５４を有する。回収流路５２は、培養された細胞を収容可能な回収収容部５６（回収バッグ）と第３流路２２ｃとを互いに連結する。回収バルブ５４は、回収流路５２を開放及び閉塞する開閉弁である。

図２～図７において、バイオリアクタ２０は、細胞が播種される細胞播種面５８を有する被播種部材６０（図３～図６参照）と、被播種部材６０を収容するハウジング６２と、ハウジング６２に設けられた導入部６４ａ、導出部６４ｂ及び回転駆動部６６を含む。

図３～図６に示すように、被播種部材６０は、いわゆるシャーレ積層型として構成されており、矢印Ｚ方向に互いに積層された複数の板状部材６８を有する。板状部材６８は、細胞が播種可能な材料（例えば、硬質樹脂材料）によって一体的に成形されている。板状部材６８は、矩形状に形成されており、一方向（矢印Ｘ方向）に延在している。

板状部材６８の表面６８ａ（矢印Ｚ２方向の面）には、複数の突起７０が複数の板状部材６８の積層方向に沿って（矢印Ｚ２方向に向かって）突出している。各突起７０は、例えば、板状部材６８の全長に亘って（図４の導入部６４ａから導出部６４ｂに向かう方向）に沿って直線状に延在している。

図４～図６において、複数の突起７０は、複数の板状部材６８の積層方向と突起７０の延在方向とに交差する方向（矢印Ｙ方向）に互いに離間した状態で並んでいる。換言すれば、複数の突起７０は、板状部材６８の短手方向に等間隔に設けられている。図３、図５及び図６に示すように、複数の突起７０の突出端面７０ａは、突起７０の突出方向（矢印Ｚ２方向）に隣接する板状部材６８の裏面６８ｂに接触している。つまり、複数の突起７０は、複数の板状部材６８を支持する。

板状部材６８の表面６８ａのうち互いに隣接する突起７０の間には、平面状の細胞播種面５８が形成されている。細胞播種面５８は、板状部材６８の全長に亘って板状部材６８の直線状に延在している（図６参照）。図３～図６において、互いに対向する板状部材６８において、細胞播種面５８と板状部材６８の裏面６８ｂとの間には、流体（細胞含有液、培地及び剥離液）が流通する複数の流路７２が形成されている。換言すれば、各板状部材６８には、流体（細胞含有液、剥離液及び培地）が流通する複数の流路７２が形成されている。つまり、流路７２は、互いに隣接する突起７０と細胞播種面５８とによって形成されている。流路７２は、導入部６４ａ側（矢印Ｘ１方向）に向けて開口する第１開口部７２ａと、導出部６４ｂ側（矢印Ｘ２方向）に向けて開口する第２開口部７２ｂとを有する（図３及び図４参照）。

突起７０の数、形状、位置は、任意に設定可能である。例えば、突起７０は、直線状に延在したものに限定されず、湾曲していてもよいし、点状に形成されていてもよい。

図３～図５に示すように、ハウジング６２は、被播種部材６０を覆うように構成されている。ハウジング６２の全長（矢印Ｘ方向の寸法）は、被播種部材６０の全長（矢印Ｘ方向の寸法）よりも長い。ハウジング６２は、例えば、硬質樹脂によって成形されている。ハウジング６２は、ハウジング６２の外側から内部の被播種部材６０を視認可能なように、透明に形成されていてもよい。

図２～図５において、ハウジング６２は、被播種部材６０を矢印Ｚ方向から覆う２つの壁部７４ａ、７４ｂと、被播種部材６０を矢印Ｙ方向から覆う２つの壁部７４ｃ、７４ｄと、矢印Ｘ方向から覆う２つの壁部７４ｅ、７４ｆとを含む。図５において、壁部７４ａは、最も矢印Ｚ１方向に位置する板状部材６８の裏面６８ｂに接触している。壁部７４ｂは、最も矢印Ｚ２方向に位置する板状部材６８の各突起７０の突出端面７０ａに接触している。各壁部７４ｃ、７４ｄは、各板状部材６８の側面に接触している。

図２～図４に示すように、壁部７４ｅは、ハウジング６２の一端（矢印Ｘ１方向の端）に位置し、壁部７４ｆは、ハウジング６２の他端（矢印Ｘ２方向の端）に位置する。図２及び図４に示すように、壁部７４ａ、７４ｂの一端部は、壁部７４ｅに向かって幅狭に形成されている。壁部７４ａ、７４ｂの他端部は、壁部７４ｆに向かって幅狭に形成されている。

図３及び図４に示すように、導入部６４ａは、第２流路２２ｂの流体をハウジング６２内に導入する。導入部６４ａは、円筒状の入口カバー部７６ａ、入口接続部７８ａ及び入口側回転部材８０ａを有する。

入口カバー部７６ａは、ハウジング６２に設けられている。詳細には、入口カバー部７６ａは、ハウジング６２の一端面から矢印Ｘ１方向に突出している。換言すれば、入口カバー部７６ａは、ハウジング６２に一体的に設けられている。入口カバー部７６ａの内周面には、入口側回転部材８０ａを支持するための環状溝８２ａが形成されている。

入口接続部７８ａは、入口カバー部７６ａの矢印Ｘ１方向の開口部に嵌入された装着部８６ａと、装着部８６ａから矢印Ｘ１方向に突出した管状突出部８８ａとを含む。管状突出部８８ａは、入口カバー部７６ａの中心軸ＣＬ１上に位置している。管状突出部８８ａは、第２流路２２ｂに接続される。

図３、図４及び図７において、入口側回転部材８０ａは、入口カバー部７６ａの周方向に沿って回転可能に入口カバー部７６ａ内に配設されている。入口側回転部材８０ａの回転軸線Ａｘ１は、入口カバー部７６ａの中心軸ＣＬ１上に位置する（図３及び図４参照）。入口側回転部材８０ａは、ハウジング６２の入口側の開口部９０ａを覆うように円板状に形成されている。入口側回転部材８０ａには、流体をハウジング６２内に導入させる入口ポート９２ａが形成されている。入口ポート９２ａは、入口側回転部材８０ａの回転軸線Ａｘ１に対してずれた位置にある。

入口ポート９２ａは、入口側回転部材８０ａの径方向に沿って延在したスリット９４である。スリット９４は、矢印Ｘ方向からの平面視で略三角形状に形成されている（図７参照）。スリット９４は、入口側回転部材８０ａの中心から入口側回転部材８０ａの外周面の手前の位置まで入口側回転部材８０ａの径方向に沿って延びている。

スリット９４のうち入口側回転部材８０ａの最も径方向外方に位置する部分は、円弧状に延在している。スリット９４は、入口側回転部材８０ａの径方向外方に向かって開口幅（入口側回転部材８０ａの回転方向に沿った寸法）が大きくなるように形成されている。スリット９４の中心角θは、鋭角に設定されている。ただし、スリット９４の中心角θは、９０°であってもよいし、鈍角であってもよい。スリット９４の形状、大きさ、位置は、任意に設定可能である。

入口ポート９２ａ（スリット９４）の開口部の総面積は、入口カバー部７６ａの流路断面積の１／３以下である。入口ポート９２ａの開口部の総面積は、入口カバー部７６ａの流路断面積の１／５以下であるのが好ましい。この場合、入口ポート９２ａの回転位置によらず、略一定の流速の流体を入口ポート９２ａに流通させることができるからである。

図３及び図４に示すように、導出部６４ｂは、流体をハウジング６２内から導出させる。導出部６４ｂは、円筒状の出口カバー部７６ｂ、出口接続部７８ｂ及び出口側回転部材８０ｂを有する。

出口カバー部７６ｂは、ハウジング６２に設けられている。詳細には、出口カバー部７６ｂは、ハウジング６２の他端面から矢印Ｘ２方向に突出している。換言すれば、出口カバー部７６ｂは、ハウジング６２に一体的に設けられている。出口カバー部７６ｂの内周面には、出口側回転部材８０ｂを支持するための環状溝８２ｂが形成されている。

出口接続部７８ｂは、出口カバー部７６ｂの矢印Ｘ２方向の開口部に嵌入された装着部８６ｂと、装着部８６ｂから矢印Ｘ２方向に突出した管状突出部８８ｂとを含む。管状突出部８８ｂは、出口カバー部７６ｂの中心軸線ＣＬ２上に位置している。管状突出部８８ｂは、第３流路２２ｃに接続される。

図３、図４及び図７において、出口側回転部材８０ｂは、出口カバー部７６ｂの周方向に沿って回転可能に出口カバー部７６ｂ内に配設されている。出口側回転部材８０ｂの回転軸線Ａｘ２は、出口カバー部７６ｂの中心軸線ＣＬ２上に位置する（図３及び図４参照）。出口側回転部材８０ｂは、ハウジング６２の出口側の開口部９０ｂを覆うように円板状に形成されている。出口側回転部材８０ｂには、流体をハウジング６２から導出させる出口ポート９２ｂが形成されている。出口ポート９２ｂは、出口側回転部材８０ｂの回転軸線Ａｘ２に対してずれた位置にある。出口ポート９２ｂは、入口ポート９２ａと同様に形成されたスリット９４である。そのため、出口ポート９２ｂの形状の詳細な説明については省略する。

図２及び図７において、回転駆動部６６は、磁力を利用して入口側回転部材８０ａを入口カバー部７６ａに対して回転させるとともに出口側回転部材８０ｂを出口カバー部７６ｂに対して回転させる。回転駆動部６６は、入口側駆動部１００ａ及び出口側駆動部１００ｂを有する。

入口側駆動部１００ａは、内側磁石部１０２ａ、外側磁石部１０４ａ及び駆動部本体１０６ａを有する。内側磁石部１０２ａは、入口側回転部材８０ａに固定されている。具体的には、内側磁石部１０２ａは、円環状の永久磁石であって、入口側回転部材８０ａの外周面に固着されている。内側磁石部１０２ａは、入口カバー部７６ａ（入口側回転部材８０ａ）の周方向に沿って配置された複数組（図７の例では４組）のＮ極とＳ極を有する。換言すれば、内側磁石部１０２ａでは、入口カバー部７６ａの周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に配置されている。内側磁石部１０２ａの極数は、任意に設定可能である。

外側磁石部１０４ａは、内側磁石部１０２ａに対して磁石の吸引力が作用するように入口カバー部７６ａの外側に設けられている。外側磁石部１０４ａは、円環状の永久磁石であって、入口カバー部７６ａの外周面に対して入口カバー部７６ａの周方向に回転可能に設けられている。外側磁石部１０４ａは、入口カバー部７６ａ（入口側回転部材８０ａ）の周方向に沿って配置された複数組（図７の例では４組）のＮ極とＳ極とを有する。換言すれば、外側磁石部１０４ａでは、入口カバー部７６ａの周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に配置されている。外側磁石部１０４ａの極数は、内側磁石部１０２ａの極数と同じである。

駆動部本体１０６ａは、外側磁石部１０４ａを入口カバー部７６ａの周方向に沿って回転させる。駆動部本体１０６ａは、従動プーリ１０８ａ、駆動プーリ１１０ａ、モータ１１２ａ及び動力伝達部１１４ａを有する。従動プーリ１０８ａは、円環状に形成されており、外側磁石部１０４ａの外周面に固着されている。従動プーリ１０８ａの外周面には、全周に亘って複数の歯１１６ａが形成されている。駆動プーリ１１０ａは、従動プーリ１０８ａから離間した位置に設けられている。駆動プーリ１１０ａの外周面には、全周に亘って複数の歯１１８ａが形成されている。モータ１１２ａは、駆動プーリ１１０ａを回転させる。モータ１１２ａの回転軸１２０ａは、駆動プーリ１１０ａの中央部に連結されている。

動力伝達部１１４ａは、環状に形成された駆動ベルトである。動力伝達部１１４ａの内周面には、全周に亘って複数の内歯１２２ａが形成されている。内歯１２２ａは、従動プーリ１０８ａの歯１１６ａと駆動プーリ１１０ａの歯１１８ａに噛合している。動力伝達部１１４ａは、例えば、ゴム材料によって構成されている。ただし、動力伝達部１１４ａは、チェーン等であってもよい。

出口側駆動部１００ｂは、内側磁石部１０２ｂ、外側磁石部１０４ｂ及び駆動部本体１０６ｂを有する。内側磁石部１０２ｂは、出口側回転部材８０ｂに固定されている。具体的には、内側磁石部１０２ｂは、円環状の永久磁石であって、出口側回転部材８０ｂの外周面に固着されている。内側磁石部１０２ｂは、出口カバー部７６ｂ（出口側回転部材８０ｂ）の周方向に沿って配置された複数組（図７の例では４組）のＮ極とＳ極を有する。換言すれば、内側磁石部１０２ｂでは、出口カバー部７６ｂの周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に配置されている。内側磁石部１０２ｂの極数は、任意に設定可能である。

外側磁石部１０４ｂは、内側磁石部１０２ｂに対して磁石の吸引力が作用するように出口カバー部７６ｂの外側に設けられている。外側磁石部１０４ｂは、円環状の永久磁石であって、出口カバー部７６ｂの外周面に対して出口カバー部７６ｂの周方向に回転可能に設けられている。外側磁石部１０４ｂは、出口カバー部７６ｂ（出口側回転部材８０ｂ）の周方向に沿って配置された複数組（図７の例では４組）のＮ極とＳ極とを有する。換言すれば、外側磁石部１０４ｂでは、出口カバー部７６ｂの周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に配置されている。外側磁石部１０４ｂの極数は、内側磁石部１０２ｂの極数と同じである。

駆動部本体１０６ｂは、外側磁石部１０４ｂを出口カバー部７６ｂの周方向に沿って回転させる。駆動部本体１０６ｂは、従動プーリ１０８ｂ、駆動プーリ１１０ｂ、モータ１１２ｂ及び動力伝達部１１４ｂを有する。従動プーリ１０８ｂは、円環状に形成されており、外側磁石部１０４ｂの外周面に固着されている。従動プーリ１０８ｂの外周面には、全周に亘って複数の歯１１６ｂが形成されている。駆動プーリ１１０ｂは、従動プーリ１０８ｂから離間した位置に設けられている。駆動プーリ１１０ｂの外周面には、全周に亘って複数の歯１１８ｂが形成されている。モータ１１２ｂは、駆動プーリ１１０ｂを回転させる。モータ１１２ｂの回転軸１２０ｂは、駆動プーリ１１０ｂの中央部に連結されている。

動力伝達部１１４ｂは、環状に形成された駆動ベルトである。動力伝達部１１４ｂの内周面には、全周に亘って複数の内歯１２２ｂが形成されている。内歯１２２ｂは、従動プーリ１０８ｂの歯１１６ｂと駆動プーリ１１０ｂの歯１１８ｂに噛合している。動力伝達部１１４ｂは、例えば、ゴム材料によって構成されている。ただし、動力伝達部１１４ｂは、チェーン等であってもよい。

回転駆動部６６は、入口側駆動部１００ａのモータ１１２ａと出口側駆動部１００ｂのモータ１１２ｂを別々に設けた構成に限定されず、１つのモータで入口側駆動部１００ａ及び出口側駆動部１００ｂのそれぞれの駆動プーリ１１０ａ、１１０ｂを回転させるように構成してもよい。これにより、モータの数を少なくすることができる。なお、この場合、モータと各駆動プーリ１１０ａ、１１０ｂとの間には、歯車機構等が設けられる。

回転駆動部６６は、入口側回転部材８０ａ及び出口側回転部材８０ｂを同一方向（例えば、矢印Ｘ１方向）から視て同じ方向（反時計回り）に回転させる。ただし、回転駆動部６６は、入口側回転部材８０ａ及び出口側回転部材８０ｂを同一方向から視て互いに逆方向に回転させてもよい。つまり、回転駆動部６６は、入口側回転部材８０ａを時計回りに回転させるとともに出口側回転部材８０ｂを反時計回りに回転させてもよい。

図１において、制御部１９は、マイクロコンピュータを含む計算機であり、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリであるＲＯＭ、ＲＡＭ等を有しており、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部（機能実現手段）として機能する。なお、各種機能実現部は、ハードウエアとしての機能実現器により構成することもできる。

制御部１９は、酸素供給部２４の駆動を制御する。また、制御部１９は、ポンプ制御部１２４、バルブ制御部１２６及び回転制御部１２８を備える。ポンプ制御部１２４は、導入ポンプ４２及び循環ポンプ２８の駆動を制御する。バルブ制御部１２６は、複数のバルブ２６、複数の導入バルブ４０、排出バルブ４８及び回収バルブ５４を開閉制御する。回転制御部１２８は、モータ１１２ａ、１１２ｂの駆動を制御する。

次に、上記のように構成された本実施形態に係る細胞培養システム１０を用いた細胞培養方法について説明する。

図８のステップＳ１の準備工程において、各収容部（第１収容部４４ａ、第２収容部４４ｂ、第３収容部４４ｃ、廃棄収容部５０及び回収収容部５６）を所定の流路に接続する。なお、第１収容部４４ａには、細胞含有液が収容され、第２収容部４４ｂには剥離液が収容され、第３収容部４４ｃには培地が収容されている。また、準備工程の状態で、複数のバルブ２６、複数の導入バルブ４０、排出バルブ４８及び回収バルブ５４は閉状態になっている。

続いて、ステップＳ２のプライミング工程において、細胞培養システム１０のプライミング処理を行う。具体的には、図９に示すように、バルブ制御部１２６は、複数のバルブ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、導入バルブ４０ｃ及び排出バルブ４８を開状態にする。また、ポンプ制御部１２４は、導入ポンプ４２を連続的又は間欠的に駆動させるとともに循環流路２２を第１方向に流体（培地）が流通するように連続的又は間欠的に循環ポンプ２８を駆動させる。なお、制御部１９は、酸素供給部２４を駆動しない。

さらに、回転制御部１２８は、モータ１１２ａ、１１２ｂを駆動させる。図７において、モータ１１２ａが駆動すると、入口側駆動部１００ａの駆動プーリ１１０ａが回転する。この際、駆動プーリ１１０ａの回転力は、動力伝達部１１４ａを介して従動プーリ１０８ａに伝達されるため、従動プーリ１０８ａが外側磁石部１０４ａとともに入口カバー部７６ａに対して回転する。そうすると、外側磁石部１０４ａに対して磁力によって吸引されている内側磁石部１０２ａが入口側回転部材８０ａとともに入口カバー部７６ａに対して回転する。これと同様に、モータ１１２ａが駆動すると、出口側駆動部１００ｂの作用によって出口側回転部材８０ｂが出口カバー部７６ｂに対して回転する。

そうすると、第３収容部４４ｃから第３導入流路３８ｃ、第２導入流路３８ｂ及び第１導入流路３８ａを介して第１流路２２ａに培地が導入される。第１流路２２ａに導入された培地は、酸素供給部２４を介して第２流路２２ｂに導かれるとともにバイパス流路２２ｅを介して第２流路２２ｂに導かれる。

そして、第２流路２２ｂに導かれた培地は、回転している入口側回転部材８０ａの入口ポート９２ａを介してハウジング６２内の入口側空間８５ａに導かれる。この際、入口ポート９２ａは、入口カバー部７６ａの周方向に移動する。つまり、ハウジング６２に対する入口ポート９２ａの位置が変化する。そのため、ハウジング６２内の培地の流速分布のバラツキが抑えられる。これにより、ハウジング６２内の全体に略同じ流速の培地が供給される。

ハウジング６２内の入口側空間８５ａに導かれた培地は、被播種部材６０の複数の流路７２を介して出口側空間８５ｂまで流れる。出口側空間８５ｂまで流れた培地は、回転している出口側回転部材８０ｂの出口ポート９２ｂを介して第３流路２２ｃに導出される。この際、出口ポート９２ｂは、出口カバー部７６ｂの周方向に移動する。つまり、ハウジング６２に対する出口ポート９２ｂの位置が変化する。そのため、ハウジング６２内の培地が出口ポート９２ｂを介して第３流路２２ｃに効率的に導出される。

第３流路２２ｃに導出された培地は、第４流路２２ｄを通り第１流路２２ａに戻される。つまり、培地は、循環ポンプ２８の作用下に循環流路２２を第１方向に循環する。なお、循環流路２２に供給された培地の過剰分は、排出流路４６に排出されて廃棄収容部５０に収容される。プライミング工程は、ハウジング６２内が培地で満たされるまで行われる。

次いで、図８のステップＳ３の播種工程において、被播種部材６０の細胞播種面５８に細胞を播種させる。具体的には、図１０に示すように、バルブ制御部１２６は、バルブ２６ｂ及び導入バルブ４０ｃを閉状態にするとともに導入バルブ４０ａを開状態にする。なお、バルブ２６ａ、２６ｃ、排出バルブ４８は、開状態に維持される。ポンプ制御部１２４は、導入ポンプ４２を連続的又は間欠的に駆動させるとともに循環流路２２を第１方向に流体（細胞含有液）が流通するように循環ポンプ２８を連続的又は間欠的に駆動させる。回転制御部１２８は、モータ１１２ａ、１１２ｂを駆動し続ける。

この場合、培地の第１流路２２ａへの導入が停止され、第１収容部４４ａから第１導入流路３８ａを介して第１流路２２ａに細胞含有液が導入される。第１流路２２ａに導かれた細胞含有液は、バイパス流路２２ｅを介して第２流路２２ｂに導かれる。

第２流路２２ｂの細胞含有液は、回転している入口側回転部材８０ａの入口ポート９２ａを介してハウジング６２内の入口側空間８５ａに導かれる。入口側空間８５ａに導かれた細胞含有液は、被播種部材６０の複数の流路７２を介して出口側空間８５ｂまで流れる。この際、細胞含有液は、細胞播種面５８に接触する。そのため、細胞含有液中の細胞が細胞播種面５８に接着（播種）する。

出口側空間８５ｂまで流れた細胞含有液は、出口ポート９２ｂ及び出口接続部７８ｂを介して第３流路２２ｃに導かれる。第３流路２２ｃに導出された細胞含有液は、第４流路２２ｄを介して第１流路２２ａに戻される。つまり、細胞含有液は、循環流路２２を第１方向に循環する。

これにより、細胞播種面５８に播種されなかった細胞を再び細胞播種面５８に導くことができる。なお、第３流路２２ｃに導出された細胞含有液の一部は、プライミング時に循環流路２２及びハウジング６２内を満たしていた培地とともに排出流路４６を流れて廃棄収容部５０に収容される。これにより、第１収容部４４ａの細胞含有液を循環流路２２に円滑に導入することができる。播種工程は、被播種部材６０の細胞播種面５８の全体に均等に細胞が播種されるまで所定時間行われる。

続いて、図８のステップＳ４の接着工程において、細胞播種面５８に細胞を接着させる。具体的には、図１１に示すように、バルブ制御部１２６は、導入バルブ４０ａ及び排出バルブ４８を閉状態にする。また、ポンプ制御部１２４は、導入ポンプ４２及び循環ポンプ２８の駆動を停止させる。これにより、循環流路２２内の流体の流れが完全に止まり、細胞が細胞播種面５８に接着される。

なお、接着工程において、ポンプ制御部１２４は、循環ポンプ２８の駆動を一定時間停止させた後（ハウジング６２内の細胞が細胞播種面５８に接着された後）、循環流路２２内に残っている細胞を細胞播種面５８へと送るために循環ポンプ２８を駆動し、再度、循環ポンプ２８の駆動を一定時間停止させてもよい。この場合、循環流路２２内の細胞についても細胞播種面５８に接着させることができる。接着工程において、循環ポンプ２８の駆動を停止させている時間は、４～１０分程度が好ましい。

その後、図８のステップＳ５の培養工程において、細胞播種面５８に播種（接着）された細胞を培養する。具体的には、図１２に示すように、バルブ制御部１２６は、バルブ２６ｃ及び導入バルブ４０ａを閉状態にするとともにバルブ２６ｂ、導入バルブ４０ｃ及び排出バルブ４８を開状態にする。なお、バルブ２６ａは、開状態に維持される。回転制御部１２８は、モータ１１２ａを駆動し続ける。

ポンプ制御部１２４は、導入ポンプ４２を連続的又は間欠的に駆動させるとともに循環流路２２を第１方向に流体（培地）が流通するように循環ポンプ２８を連続的又は間欠的に駆動させる。さらに、制御部１９は、酸素供給部２４を駆動させて酸素を含む所定のガスをガス交換部３２に流通させる。

この場合、細胞含有液の第１流路２２ａへの導入が停止され、第３収容部４４ｃから第３導入流路３８ｃ、第２導入流路３８ｂ及び第１導入流路３８ａを介して第１流路２２ａに培地が導入される。第１流路２２ａに導入された培地は、酸素供給部２４で酸素が供給された状態で第２流路２２ｂに導かれる。

第２流路２２ｂの培地は、回転している入口側回転部材８０ａの入口ポート９２ａを介してハウジング６２内の入口側空間８５ａに導かれる。入口側空間８５ａに導かれた培地は、被播種部材６０の複数の流路７２を介して出口側空間８５ｂまで流れる。この際、培地は、細胞播種面５８に播種されている細胞に接触する。換言すれば、細胞播種面５８に播種されている細胞に酸素（栄養）が供給される。そのため、被播種部材６０に播種されている細胞に良好な育成環境が提供される。

出口側空間８５ｂまで流れた播種は、回転している出口側回転部材８０ｂの出口ポート９２ｂを介して第３流路２２ｃに導かれる。第３流路２２ｃに導出された播種は、第４流路２２ｄを介して第１流路２２ａに戻される。つまり、培地は、循環流路２２を第１方向に循環する。

これにより、使用済み（細胞に酸素を供給した後）の培地は、酸素供給部２４で再び酸素が取り込まれた状態でハウジング６２内に導入されるため、充分な酸素を含有した培地を被播種部材６０に播種された細胞に供給することができる。なお、第３流路２２ｃに導出された培地の一部は、排出流路４６を流れて廃棄収容部５０に収容される。培養工程は、細胞播種面５８に播種されている細胞が充分に培養されるまで所定時間行われる。

そして、図８のステップＳ６の剥離液添加工程において、剥離液をハウジング６２内に添加して細胞播種面５８に均一に分散させる。具体的には、図１３に示すように、バルブ制御部１２６は、バルブ２６ｂ及び導入バルブ４０ｃを閉状態にするとともにバルブ２６ｃ及び導入バルブ４０ｂを開状態にする。なお、バルブ２６ａ、排出バルブ４８は、開状態に維持される。回転制御部１２８は、モータ１１２ａ、１１２ｂを駆動し続ける。

また、ポンプ制御部１２４は、導入ポンプ４２を連続的又は間欠的に駆動させるとともに循環流路２２を第１方向に流体（剥離液）が流通するように循環ポンプ２８を連続的又は間欠的に駆動させる。さらに、制御部１９は、酸素供給部２４の駆動を停止させる。

この場合、第３収容部４４ｃから第１流路２２ａへの培地の流入が停止され、第２収容部４４ｂから第２導入流路３８ｂ、第１導入流路３８ａを介して第１流路２２ａに剥離液が導入される。第１流路２２ａに導入された剥離液は、バイパス流路２２ｅを介して第２流路２２ｂに導かれる。

第２流路２２ｂの剥離液は、回転している入口側回転部材８０ａの入口ポート９２ａを介してハウジング６２内の入口側空間８５ａに導かれる。入口側空間８５ａに導かれた剥離液は、被播種部材６０の複数の流路７２を介して出口側空間８５ｂまで流れる。

出口側空間８５ｂまで流れた剥離液は、回転している出口側回転部材８０ｂの出口ポート９２ｂを介して第３流路２２ｃに導かれる。第３流路２２ｃに導出された剥離液は、第４流路２２ｄを介して第１流路２２ａに戻され、再利用される。これにより、循環流路２２内及びハウジング６２内に剥離液が添加される。

その後、図８のステップＳ７の剥離工程において、培養された細胞を細胞播種面５８から剥離させる。具体的には、図１４に示すように、バルブ制御部１２６は、導入バルブ４０ｂ及び排出バルブ４８を閉状態にする。なお、バルブ２６ａ、２６ｃは、開状態に維持される。

ポンプ制御部１２４は、導入ポンプ４２の駆動を停止させるとともに循環流路２２を第１方向に流体（剥離液）が循環するように循環ポンプ２８を連続的又は間欠的に駆動させる。この際、流体は、例えば、図示しないヒータ等によって所定温度（酵素反応が行われる温度、例えば、３７℃）に維持される。

この場合、剥離液が細胞の蛋白質を分解するため、細胞が細胞播種面５８から化学的に剥離される。また、入口ポート９２ａを通る際に圧力が高められた剥離液が細胞播種面５８と細胞との接着部分に直接的に当たるため、細胞が細胞播種面５８から物理的に剥離される。

剥離工程において、ポンプ制御部１２４は、剥離液が第１方向と第２方向の両方向に交互に流通するように循環ポンプ２８を連続的又は間欠的に駆動させてもよい。この場合、細胞を被播種部材６０から効果的に剥離させることができる。

続いて、図８のステップＳ８の回収工程において、剥離された細胞を回収する。具体的には、図１５に示すように、バルブ制御部１２６は、導入バルブ４０ｃ及び回収バルブ５４を開状態にする。なお、バルブ２６ａ、２６ｃは、開状態に維持される。回転制御部１２８は、モータ１１２ａ、１１２ｂを駆動し続ける。

ポンプ制御部１２４は、導入ポンプ４２を連続的又は間欠的に駆動させるとともに循環流路２２を第１方向に流体（細胞含有液）が流通するように循環ポンプ２８を連続的又は間欠的に駆動させる。

この場合、第２収容部４４ｂから第１流路２２ａへの剥離液の流入が停止され、第３収容部４４ｃから第３導入流路３８ｃ、第２導入流路３８ｂ及び第１導入流路３８ａを介して第１流路２２ａに培地が導入される。第１流路２２ａに導入された培地は、バイパス流路２２ｅを介して第２流路２２ｂに導かれる。

第２流路２２ｂの培地は、回転している入口側回転部材８０ａの入口ポート９２ａを介してハウジング６２内の入口側空間８５ａに導かれる。入口側空間８５ａに導かれた培地は、被播種部材６０の複数の流路７２を介して出口側空間８５ｂまで流れる。この際、培地は、被播種部材６０の複数の流路７２に存在する細胞を出口側空間８５ｂに流す。

出口側空間８５ｂまで流れた培地（細胞を含んだ培地、細胞懸濁液）は、回転している出口側回転部材８０ｂの出口ポート９２ｂを介して第３流路２２ｃに導かれる。第３流路２２ｃに導出された細胞を含む培地は、回収流路５２を流れて回収収容部５６に収容される。培地の一部は、第４流路２２ｄを介して第１流路２２ａに戻され、ハウジング６２内の細胞の回収に再利用される。ハウジング６２内及び循環流路２２の細胞の回収が完了すると、一連の動作フローが終了する。

このバイオリアクタ２０、細胞培養システム１０及び細胞培養方法は、以下の効果を奏する。

バイオリアクタ２０において、入口側回転部材８０ａには、流体をハウジング６２内に導入させる入口ポート９２ａが形成され、入口ポート９２ａは、入口側回転部材８０ａの回転軸線Ａｘ１に対してずれた位置にある。回転駆動部６６は、入口側回転部材８０ａを入口カバー部７６ａに対して入口カバー部７６ａの周方向に沿って回転させている。

このような構成によれば、ハウジング６２に対する入口ポート９２ａの位置を変えながらハウジング６２内に流体（細胞含有液、剥離液及び培地）を導入することができるため、ハウジング６２内の流体の流速分布のバラツキを抑えることができる。これにより、細胞播種面５８の全体に略同じ流速の流体（細胞含有液、培地）を供給することができるため、簡易な構成により効率的に細胞を培養することができる。また、細胞播種面５８の全体に略同じ流速の剥離液を供給することができるため、培養した細胞を効率的に剥離して回収することができる。

入口ポート９２ａの開口部の総面積は、入口カバー部７６ａの流路断面積の１／３以下である。このような構成によれば、入口側回転部材８０ａの回転位置によって入口ポート９２ａを流通する流体の流速が変化することを抑えることができる。よって、ハウジング６２内の流体の流速分布のバラツキを一層抑えることができる。

入口側回転部材８０ａは、ハウジング６２の入口側の開口部９０ａを覆うように円板状に形成されている。このような構成によれば、導入部６４ａの構成を簡素化することができる。

入口ポート９２ａは、入口側回転部材８０ａの径方向に沿って延在したスリット９４である。このような構成によれば、ハウジング６２内の流体の流速分布のバラツキを一層抑えることができる。

スリット９４は、入口側回転部材８０ａの径方向外方に向かって開口幅が大きくなるように形成されている。このような構成によれば、ハウジング６２内の流体の流速分布のバラツキをより一層抑えることができる。

回転駆動部６６は、磁力を利用して入口側回転部材８０ａを回転させている。このような構成によれば、簡易な構成により入口側回転部材８０ａを確実に回転させることができる。

回転駆動部６６は、入口側回転部材８０ａに固定された内側磁石部１０２ａと、内側磁石部１０２ａに対して磁石の吸引力が作用するように入口カバー部７６ａの外側に設けられた外側磁石部１０４ａと、外側磁石部１０４ａを入口カバー部７６ａの周方向に沿って回転させる駆動部本体１０６ａと、を有する。

このような構成によれば、駆動部本体１０６ａによって外側磁石部１０４ａを入口カバー部７６ａの周方向に沿って回転させることにより、入口カバー部７６ａ内に配設された入口側回転部材８０ａを内側磁石部１０２ａとともに回転させることができる。

導出部６４ｂは、ハウジング６２に設けられた筒状の出口カバー部７６ｂと、出口カバー部７６ｂの周方向に沿って回転可能に出口カバー部７６ｂ内に配設された出口側回転部材８０ｂと、を有する。出口側回転部材８０ｂには、流体をハウジング６２内から導出させる出口ポート９２ｂが形成され、出口ポート９２ｂは、出口側回転部材８０ｂの回転軸線Ａｘ２に対してずれた位置にある。回転駆動部６６は、出口側回転部材８０ｂを出口カバー部７６ｂに対して出口カバー部７６ｂの周方向に沿って回転させている。

このような構成によれば、ハウジング６２に対する出口ポート９２ｂの位置を変えながらハウジング６２内の流体（細胞含有液、剥離液及び培地）を外部に円滑に導出させることができる。

外側磁石部１０４ａは、円環状に形成されている。駆動部本体１０６ａは、外側磁石部１０４ａの外周面に固着された従動プーリ１０８ａと、従動プーリ１０８ａに対して離間するように配置された駆動プーリ１１０ａと、駆動プーリ１１０ａを回転させるためのモータ１１２ａと、駆動プーリ１１０ａの回転力を従動プーリ１０８ａに伝達する動力伝達部１１４ａとを有する。

このような構成によれば、簡易な構成により入口側回転部材８０ａを入口カバー部７６ａに対して回転させることができる。

細胞培養システム１０は、バイオリアクタ２０と、導出部６４ｂから導出された流体を導入部６４ａに循環させる循環流路２２と、流体を循環流路２２に導く流体導入部１４と、を備える。このような構成によれば、上述したバイオリアクタ２０と同様の効果を奏する細胞培養システム１０を得ることができる。

細胞培養方法では、回転駆動部６６によって入口側回転部材８０ａを入口カバー部７６ａに対して入口カバー部７６ａの周方向に沿って回転させながら入口ポート９２ａからハウジング６２内に細胞含有液を導入して細胞を細胞播種面５８に播種する播種工程を行っている。

このような方法によれば、被播種部材６０の細胞播種面５８の全体に効率的に細胞を均等に播種することができる。

細胞培養方法では、播種工程の後で、導入部６４ａからハウジング６２内への細胞含有液の導入を停止させた状態で細胞を被播種部材６０に接着させる接着工程を行う。

このような方法によれば、細胞を細胞播種面５８に確実に接着させることができる。

細胞培養方法では、接着工程の後で、回転駆動部６６によって入口側回転部材８０ａを入口カバー部７６ａに対して入口カバー部７６ａの周方向に沿って回転させながら入口ポート９２ａからハウジング６２内に培地を導入して細胞播種面５８に播種された細胞を培養する培養工程を行う。

このような方法によれば、細胞播種面５８に播種された細胞の全体に培地を効率的に供給することができる。

細胞培養方法では、培養工程の後で、回転駆動部６６によって入口側回転部材８０ａを入口カバー部７６ａに対して入口カバー部７６ａの周方向に沿って回転させながら入口ポート９２ａからハウジング６２内に剥離液を導入する剥離液添加工程を行う。

このような方法によれば、細胞播種面５８に接着された細胞の全体に剥離液を効率的に供給することができる。

細胞培養方法では、剥離液添加工程の後で、導出部６４ｂから導出された剥離液を導入部６４ａに循環させながら回転駆動部６６によって入口側回転部材８０ａを入口カバー部７６ａに対して入口カバー部７６ａの周方向に沿って回転させながら入口ポート９２ａからハウジング６２内に剥離液を導入して培養された細胞を被播種部材６０から剥離する剥離工程を行う。

このような方法によれば、細胞播種面５８から細胞を効率的に剥離させることができる。

細胞培養方法では、剥離工程の後で、回転駆動部６６によって入口側回転部材８０ａを入口カバー部７６ａに対して入口カバー部７６ａの周方向に沿って回転させながら入口ポート９２ａからハウジング６２内に培地を導入することにより、細胞播種面５８から剥離された細胞を導出部６４ｂから導出させて回収する回収工程を行う。

このような方法によれば、細胞を効率的に回収することができる。

次に、第１～第３変形例に係る回転駆動部６６ａ～６６ｃについて図１６～図１８を参照しながら説明する。なお、回転駆動部６６ａ～６６ｃにおいて、上述した回転駆動部６６と同一の構成には同一の参照符号を付し、その詳細な説明については省略する。

図１６に示すように、第１変形例に係る回転駆動部６６ａは、入口側回転部材８０ａを入口カバー部７６ａに対して回転させる入口側駆動部１３０ａと、出口側回転部材８０ｂを出口カバー部７６ｂに対して回転させる出口側駆動部１３０ｂとを備える。

入口側駆動部１３０ａは、内側磁石部１０２ａ、外側磁石部１０４ａ及び駆動部本体１３２ａを有する。駆動部本体１３２ａは、第１歯車１３４ａ、第２歯車１３６ａ及びモータ１３８ａを含む。第１歯車１３４ａは、円環状に形成されており、外側磁石部１０４ａの外周面に固着されている。第２歯車１３６ａは、第１歯車１３４ａに噛合している。モータ１３８ａは、第２歯車１３６ａを回転させる。モータ１３８ａの回転軸１４０ａは、第２歯車１３６ａの中央部に連結されている。

出口側駆動部１３０ｂは、内側磁石部１０２ｂ、外側磁石部１０４ｂ及び駆動部本体１３２ｂを有する。駆動部本体１３２ｂは、第１歯車１３４ｂ、第２歯車１３６ｂ及びモータ１３８ｂを有する。第１歯車１３４ｂは、円環状に形成されており、外側磁石部１０４ｂの外周面に固着されている。第２歯車１３６ｂは、第１歯車１３４ｂに噛合している。モータ１３８ｂは、第２歯車１３６ｂを回転させる。モータ１３８ｂの回転軸１４０ｂは、第２歯車１３６ｂの中央部に連結されている。

このような回転駆動部６６ａによれば、モータ１３８ａが駆動すると、入口側駆動部１３０ａの第１歯車１３４ａが回転するとともに第２歯車１３６ａが外側磁石部１０４ａとともに入口カバー部７６ａに対して回転する。そうすると、外側磁石部１０４ａに対して磁力によって吸引されている内側磁石部１０２ａが入口側回転部材８０ａとともに入口カバー部７６ａに対して回転する。これと同様に、モータ１３８ｂが駆動すると、出口側駆動部１３０ｂの作用によって内側磁石部１０２ｂが出口側回転部材８０ｂとともに出口カバー部７６ｂに対して回転する。

本変形例において、外側磁石部１０４ａは、円環状に形成されている。駆動部本体１３２ａは、外側磁石部１０４ａの外周面に固着された第１歯車１３４ａと、第１歯車１３４ａに噛合する第２歯車１３６ａと、第２歯車１３６ａを回転させるためのモータ１３８ａとを有する。

このような構成によれば、第１歯車１３４ａと第２歯車１３６ａとを直接的に噛合させているため、第１歯車１３４ａと第２歯車１３６ａとの間に動力を伝達させる部材を設ける必要がない。また、第１歯車１３４ｂと第２歯車１３６ｂとを直接的に噛合させているため、第１歯車１３４ｂと第２歯車１３６ｂとの間に動力を伝達させる部材を設ける必要がない。よって、回転駆動部６６ａの構成を簡素化することができる。

回転駆動部６６ａは、入口側駆動部１３０ａのモータ１３８ａと出口側駆動部１３０ｂのモータ１３８ｂを別々に設けた構成に限定されず、１つのモータで入口側駆動部１３０ａ及び出口側駆動部１３０ｂのそれぞれの第２歯車１３６ａ、１３６ｂを回転させるように構成してもよい。この場合、モータの数を少なくすることができる。なお、この場合、モータと各第２歯車１３６ａ、１３６ｂとの間には、歯車機構等が設けられる。

図１７に示すように、第２変形例に係る回転駆動部６６ｂは、入口側回転部材８０ａを入口カバー部７６ａに対して回転させる入口側駆動部１５０ａと、出口側回転部材８０ｂを出口カバー部７６ｂに対して回転させる出口側駆動部１５０ｂとを備える。

入口側駆動部１５０ａは、内側磁石部１０２ａ、複数（図示例では４つ）の外側磁石部１５２ａ及び駆動部本体１５４ａを有する。各外側磁石部１５２ａは、内側磁石部１０２ａに対して磁石の吸引力が作用するように入口カバー部７６ａの外側に設けられている。複数の外側磁石部１５２ａは、入口カバー部７６ａの周方向に等間隔に配置されている。各外側磁石部１５２ａは、内側磁石部１０２ａを指向する外周面１５３ａと、外周面１５３ａの周方向に沿って配置された１組のＮ極とＳ極とを含む。

駆動部本体１５４ａは、各外側磁石部１５２ａを外周面１５３ａの周方向に沿って回転させる。駆動部本体１５４ａは、各外側磁石部１５２ａの中央部に設けられた複数の回転軸１５６ａと、各回転軸１５６ａを回転させるための図示しないモータとを有する。

出口側駆動部１５０ｂは、内側磁石部１０２ｂ、複数（図示例では４つ）の外側磁石部１５２ｂ及び駆動部本体１５４ｂを有する。各外側磁石部１５２ｂは、内側磁石部１０２ｂに対して磁石の吸引力が作用するように出口カバー部７６ｂの外側に設けられている。複数の外側磁石部１５２ｂは、出口カバー部７６ｂの周方向に等間隔に配置されている。各外側磁石部１５２ｂは、内側磁石部１０２ｂを指向する外周面１５３ｂと、外周面１５３ｂの周方向に沿って配置された１組のＮ極とＳ極を含む。

駆動部本体１５４ｂは、各外側磁石部１５２ｂを外周面１５３ｂの周方向に沿って回転させる。駆動部本体１５４ｂは、各外側磁石部１５２ｂの中央部に設けられた複数の回転軸１５６ｂと、各回転軸１５６ｂを回転させるための図示しないモータとを有する。

このような回転駆動部６６ｂによれば、図示しないモータが駆動すると、入口側駆動部１５０ａの各回転軸１５６ａが回転するとともに各外側磁石部１５２ａが回転する。そうすると、外側磁石部１５２ａの磁極の位置が入口カバー部７６ａの周方向に変位する。そのため、外側磁石部１５２ａに磁力によって吸引されている内側磁石部１０２ａが入口側回転部材８０ａとともに入口カバー部７６ａに対して回転する。これと同様に、出口側駆動部１５０ｂの作用によって出口側回転部材８０ｂが出口カバー部７６ｂに対して回転する。

本変形例において、回転駆動部６６ｂは、入口カバー部７６ａの周方向に沿ってＮ極とＳ極とが配置された状態で入口側回転部材８０ａに固定された内側磁石部１０２ａと、内側磁石部１０２ａに対して磁力が作用するように入口カバー部７６ａの外側に設けられた外側磁石部１５２ａと、外側磁石部１５２ａを回転させる駆動部本体１５４ａとを有する。外側磁石部１５２ａは、内側磁石部１０２ａを指向する円形状の外周面１５３ａと、外周面１５３ａの周方向に沿って配置されたＮ極とＳ極とを含む。駆動部本体１５４ａは、外側磁石部１５２ａを外周面１５３ａの周方向に沿って回転させている。

このような構成によれば、駆動部本体１５４ａによって外側磁石部１５２ａを回転させることにより内側磁石部１０２ａに対する外側磁石部１５２ａの磁極の位置を容易に変更することができる。これにより、簡易な構成により入口側回転部材８０ａを入口カバー部７６ａに対して回転させることができる。

図１８に示すように、第３変形例に係る回転駆動部６６ｃは、入口側回転部材８０ａを入口カバー部７６ａに対して回転させる入口側駆動部１６０ａと、出口側回転部材８０ｂを出口カバー部７６ｂに対して回転させる出口側駆動部１６０ｂとを備える。

入口側駆動部１６０ａは、いわゆるモータのステータとして構成されている。入口側駆動部１６０ａは、内側磁石部１０２ａ、入口カバー部７６ａの外周側に設けられた外側磁石部１６２ａと電流制御部１６４ａとを有する。外側磁石部１６２ａは、円環状のベース部１６６と、ベース部１６６に設けられた複数（図示例では６つ）の電磁石１６８とを含む。電磁石１６８は、ベース部１６６の内周面から径方向内方に突出した鉄心１７０と、鉄心１７０に対してインシュレータ１７２を介して巻回されたコイル部１７４とを有する。電流制御部１６４ａは、複数の電磁石１６８のコイル部１７４に供給する電流を制御する。

出口側駆動部１６０ｂは、いわゆるモータのステータとして構成されている。出口側駆動部１６０ｂは、内側磁石部１０２ｂ、出口カバー部７６ｂの外周側に設けられた外側磁石部１６２ｂと電流制御部１６４ｂとを有する。外側磁石部１６２ｂ及び電流制御部１６４ｂは、外側磁石部１６２ａ及び電流制御部１６４ａと同様に構成されている。そのため、外側磁石部１６２ｂ及び電流制御部１６４ｂの詳細な説明については省略する。

本変形例において、回転駆動部６６ｃは、入口カバー部７６ａの周方向に沿ってＮ極とＳ極とが配置された状態で入口側回転部材８０ａに固定された内側磁石部１０２ｂと、入口カバー部７６ａの外側に位置して入口カバー部７６ａの周方向に沿って配置された複数の電磁石１６８と、複数の電磁石１６８のコイル部１７４に供給する電流を制御する電流制御部１６４ａとを有する。

このような構成によれば、電流制御部１６４ａが複数の電磁石１６８のコイル部１７４に供給する電流を制御することにより、内側磁石部１０２ａを入口側回転部材８０ａとともに回転させることができる。

次に、変形例に係る入口側回転部材１８０ａ及び出口側回転部材１８０ｂについて図１９を参照しながら説明する。図１９に示すように、入口側回転部材１８０ａには、入口ポート１８２ａが形成されている。入口ポート１８２ａは、中央貫通孔１８４、２つの第１貫通孔１８６及び２つの第２貫通孔１８８を有する。中央貫通孔１８４、２つの第１貫通孔１８６及び２つの第２貫通孔１８８のそれぞれは、円形の孔である。

中央貫通孔１８４は、入口側回転部材１８０ａの回転軸線Ａｘ１上に位置する。各第１貫通孔１８６は、中央貫通孔１８４よりも入口側回転部材１８０ａの外周側に位置する。２つの第１貫通孔１８６は、中央貫通孔１８４を両側から挟むように位置する。第１貫通孔１８６の開口面積は、中央貫通孔１８４の開口面積よりも大きい。

各第２貫通孔１８８は、第１貫通孔１８６よりも入口側回転部材１８０ａの外周側に位置する。２つの第２貫通孔１８８は、中央貫通孔１８４及び２つの第１貫通孔１８６を両側から挟むように位置している。換言すれば、中央貫通孔１８４、２つの第１貫通孔１８６及び２つの第２貫通孔１８８は、入口側回転部材１８０ａの径方向に沿って一列に並んでいる。第２貫通孔１８８の開口面積は、第１貫通孔１８６の開口面積よりも大きい。

入口ポート１８２ａ（中央貫通孔１８４、第１貫通孔１８６及び第２貫通孔１８８）の開口部の総面積は、入口カバー部７６ａの流路断面積の１／３以下である。入口ポート１８２ａの開口部の総面積は、入口カバー部７６ａの流路断面積の１／５以下であるのが好ましい。この場合、入口ポート１８２ａの回転位置によらず、略一定の流速の流体を入口ポート１８２ａに流通させることができるからである。

出口側回転部材１８０ｂには、出口ポート１８２ｂが形成されている。出口ポート１８２ｂは、入口ポート１８２ａと同様に形成されており、中央貫通孔１８４、２つの第１貫通孔１８６及び２つの第２貫通孔１８８を有する。そのため、出口ポート１８２ｂの形状の詳細な説明については省略する。

本変形例において、入口ポート１８２ａは、第１貫通孔１８６と、第１貫通孔１８６よりも入口側回転部材１８０ａの外周側に位置する第２貫通孔１８８と、を有する。このような構成によれば、ハウジング６２内の流体の流速分布のバラツキを一層抑えることができる。

第２貫通孔１８８の開口面積は、第１貫通孔１８６の開口面積よりも大きい。このような構成によれば、ハウジング６２内の流体の流速分布のバラツキをより一層抑えることができる。

入口ポート１８２ａは、入口側回転部材１８０ａの回転軸線Ａｘ１上に位置する中央貫通孔１８４を有し、第１貫通孔１８６及び第２貫通孔１８８のそれぞれは、中央貫通孔１８４よりも入口側回転部材１８０ａの外周側に位置する。このような構成によれば、ハウジング６２内の流体の流速分布のバラツキをさらに抑えることができる。

入口ポート１８２ａ及び出口ポート１８２ｂにおいて、第１貫通孔１８６及び第２貫通孔１８８のそれぞれは、１つ又は３つ以上であってもよい。また、中央貫通孔１８４、第１貫通孔１８６及び第２貫通孔１８８のそれぞれの形状、大きさ、位置は、任意に設定可能である。

本発明は、上述した構成に限定されない。被播種部材６０は、導入部６４ａから導出部６４ｂに向かって延在した複数の中空糸膜を有していてもよい。

バイオリアクタ２０では、入口側駆動部１００ａ、１３０ａ、１５０ａ、１６０ａと出口側駆動部１００ｂ、１３０ｂ、１５０ｂ、１６０ｂとを任意に組み合わせることができる。また、バイオリアクタ２０では、入口側回転部材８０ａ、１８０ａと出口側回転部材８０ｂ、１８０ｂとを任意に組み合わせることができる。

本発明に係るバイオリアクタ、細胞培養システム及び細胞培養方法は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…細胞培養システム １４…流体導入部
２０…バイオリアクタ ２２…循環流路
５８…細胞播種面 ６０…被播種部材
６２…ハウジング ６４ａ…導入部
６４ｂ…導出部 ６６、６６ａ～６６ｃ…回転駆動部
７６ａ…入口カバー部 ７６ｂ…出口カバー部
８０ａ、１８０ａ…入口側回転部材 ８０ｂ、１８０ｂ…出口側回転部材
９２ａ、１８２ａ…入口ポート ９２ｂ、１８２ｂ…出口ポート
９４…スリット
１００ａ、１３０ａ、１５０ａ、１６０ａ…入口側駆動部
１００ｂ、１３０ｂ、１５０ｂ、１６０ｂ…出口側駆動部
１０２ａ、１０２ｂ…内側磁石部
１０４ａ、１０４ｂ、１５２ａ、１５２ｂ、１６２ａ、１６２ｂ…外側磁石部
１０６ａ、１０６ｂ、１３２ａ、１３２ｂ、１５４ａ、１５４ｂ…駆動部本体
１６８…電磁石 １７４…コイル部
１６４ａ、１６４ｂ…電流制御部 １８４…中央貫通孔
１８６…第１貫通孔 １８８…第２貫通孔

Claims (22)

1. 細胞を培養するためのバイオリアクタであって、
   細胞が播種される細胞播種面を有する被播種部材と、
   前記被播種部材を収容するハウジングと、
   前記ハウジングに設けられ、細胞含有液、細胞を前記細胞播種面から剥離するための剥離液及び培地の少なくとも１つの流体を前記ハウジング内に導入する導入部と、
   前記ハウジングに設けられ、前記流体を前記ハウジング内から導出させる導出部と、
   前記導入部に設けられた回転駆動部と、を備え、
   前記導入部は、
   前記ハウジングに設けられた入口カバー部と、
   前記入口カバー部の周方向に沿って回転可能に前記入口カバー部内に配設された入口側回転部材と、を有し、
   前記入口側回転部材には、前記流体を前記ハウジング内に導入させる入口ポートが形成され、
   前記入口ポートは、前記入口側回転部材の回転軸線に対してずれた位置にあり、
   前記回転駆動部は、前記入口側回転部材を前記入口カバー部と前記ハウジングとに対して前記入口カバー部の周方向に沿って回転させる、バイオリアクタ。
2. 請求項１記載のバイオリアクタであって、
   前記入口ポートの開口部の総面積は、前記入口カバー部の流路断面積の１／３以下である、バイオリアクタ。
3. 請求項１又は２に記載のバイオリアクタであって、
   前記入口側回転部材は、前記ハウジングの入口側の開口部を覆うように円板状に形成されている、バイオリアクタ。
4. 請求項３記載のバイオリアクタであって、
   前記入口ポートは、前記入口側回転部材の径方向に沿って延在したスリットである、バイオリアクタ。
5. 請求項４記載のバイオリアクタであって、
   前記スリットは、前記入口側回転部材の径方向外方に向かって開口幅が大きくなるように形成されている、バイオリアクタ。
6. 請求項３記載のバイオリアクタであって、
   前記入口ポートは、
   第１貫通孔と、
   前記第１貫通孔よりも前記入口側回転部材の外周側に位置する第２貫通孔と、を有する、バイオリアクタ。
7. 請求項６記載のバイオリアクタであって、
   前記第２貫通孔の開口面積は、前記第１貫通孔の開口面積よりも大きい、バイオリアクタ。
8. 請求項６又は７に記載のバイオリアクタであって、
   前記入口ポートは、
   前記入口側回転部材の回転軸線上に位置する中央貫通孔を有し、
   前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔のそれぞれは、前記中央貫通孔よりも前記入口側回転部材の外周側に位置する、バイオリアクタ。
9. 請求項１～８のいずれか１項に記載のバイオリアクタであって、
   前記回転駆動部は、磁力を利用して前記入口側回転部材を回転させる、バイオリアクタ。
10. 請求項９記載のバイオリアクタであって、
    前記回転駆動部は、
    前記入口側回転部材に固定された内側磁石部と、
    前記内側磁石部に対して磁石の吸引力が作用するように前記入口カバー部の外側に設けられた外側磁石部と、
    前記外側磁石部を前記入口カバー部の周方向に沿って回転させる駆動部本体と、を有する、バイオリアクタ。
11. 請求項１０記載のバイオリアクタであって、
    前記外側磁石部は、円環状に形成され、
    前記駆動部本体は、
    前記外側磁石部の外周面に固着された従動プーリと、
    前記従動プーリに対して離間するように配置された駆動プーリと、
    前記駆動プーリを回転させるためのモータと、
    前記駆動プーリの回転力を前記従動プーリに伝達する動力伝達部と、を有する、バイオリアクタ。
12. 請求項１０記載のバイオリアクタであって、
    前記外側磁石部は、円環状に形成された、
    前記駆動部本体は、
    前記外側磁石部の外周面に固着された第１歯車と、
    前記第１歯車に噛合する第２歯車と、
    前記第２歯車を回転させるためのモータと、を有する、バイオリアクタ。
13. 請求項９記載のバイオリアクタであって、
    前記回転駆動部は、
    前記入口カバー部の周方向に沿ってＮ極とＳ極とが配置された状態で前記入口側回転部材に固定された内側磁石部と、
    前記内側磁石部に対して磁力が作用するように前記入口カバー部の外側に設けられた外側磁石部と、
    前記外側磁石部を回転させる駆動部本体と、を有し、
    前記外側磁石部は、
    前記内側磁石部を指向する円形状の外周面と、
    前記外周面の周方向に沿って配置されたＮ極とＳ極と、を含み、
    前記駆動部本体は、前記外側磁石部を前記外周面の周方向に沿って回転させる、バイオリアクタ。
14. 請求項９記載のバイオリアクタであって、
    前記回転駆動部は、
    前記入口カバー部の周方向に沿ってＮ極とＳ極とが配置された状態で前記入口側回転部材に固定された内側磁石部と、
    前記入口カバー部の外側に位置して前記入口カバー部の周方向に沿って配置された複数の電磁石と、
    前記複数の電磁石のコイル部に供給する電流を制御する電流制御部と、を有する、バイオリアクタ。
15. 請求項１～１４のいずれか１項に記載のバイオリアクタであって、
    前記導出部は、
    前記ハウジングに設けられた筒状の出口カバー部と、
    前記出口カバー部の周方向に沿って回転可能に前記出口カバー部内に配設された出口側回転部材と、を有し、
    前記出口側回転部材には、前記流体を前記ハウジング内から導出させる出口ポートが形成され、
    前記出口ポートは、前記出口側回転部材の回転軸線に対してずれた位置にあり、
    前記回転駆動部は、前記出口側回転部材を前記出口カバー部に対して前記出口カバー部の周方向に沿って回転させる、バイオリアクタ。
16. 請求項１～１５のいずれか１項に記載のバイオリアクタと、
    前記導出部から導出された前記流体を前記導入部に循環させる循環流路と、
    前記流体を前記循環流路に導く流体導入部と、を備える、細胞培養システム。
17. バイオリアクタを用いて細胞を培養する細胞培養方法であって、
    前記バイオリアクタは、
    細胞が播種される細胞播種面を有する被播種部材と、
    前記被播種部材を収容するハウジングと、
    前記ハウジングに設けられ、細胞含有液を前記ハウジング内に導入する導入部と、
    前記ハウジングに設けられ、細胞含有液を前記ハウジング内から導出する導出部と、
    前記導入部に設けられた回転駆動部と、を備え、
    前記導入部は、
    前記ハウジングに設けられた筒状の入口カバー部と、
    前記入口カバー部の周方向に沿って回転可能に前記入口カバー部内に配設された入口側回転部材と、を有し、
    前記入口側回転部材には、流体を前記ハウジング内に導入させる入口ポートが形成され、
    前記入口ポートは、前記入口側回転部材の回転軸線に対してずれた位置にあり、
    前記回転駆動部によって前記入口側回転部材を前記入口カバー部に対して前記入口カバー部の周方向に沿って回転させながら前記入口ポートから前記ハウジング内に細胞含有液を導入して細胞を前記細胞播種面に播種する播種工程を行う、細胞培養方法。
18. 請求項１７記載の細胞培養方法であって、
    前記播種工程の後で、前記導入部から前記ハウジング内への細胞含有液の導入を停止させた状態で細胞を前記被播種部材に接着させる接着工程を行う、細胞培養方法。
19. 請求項１８記載の細胞培養方法であって、
    前記接着工程の後で、前記回転駆動部によって前記入口側回転部材を前記入口カバー部に対して前記入口カバー部の周方向に沿って回転させながら前記入口ポートから前記ハウジング内に培地を導入して前記細胞播種面に播種された細胞を培養する培養工程を行う、細胞培養方法。
20. 請求項１９記載の細胞培養方法であって、
    前記培養工程の後で、前記回転駆動部によって前記入口側回転部材を前記入口カバー部に対して前記入口カバー部の周方向に沿って回転させながら前記入口ポートから前記ハウジング内に剥離液を導入する剥離液添加工程を行う、細胞培養方法。
21. 請求項２０記載の細胞培養方法であって、
    前記剥離液添加工程の後で、前記導出部から導出された剥離液を前記導入部に循環させながら前記回転駆動部によって前記入口側回転部材を前記入口カバー部に対して前記入口カバー部の周方向に沿って回転させながら前記入口ポートから前記ハウジング内に剥離液を導入して培養された細胞を前記被播種部材から剥離する剥離工程を行う、細胞培養方法。
22. 請求項２１記載の細胞培養方法であって、
    前記剥離工程の後で、前記回転駆動部によって前記入口側回転部材を前記入口カバー部に対して前記入口カバー部の周方向に沿って回転させながら前記入口ポートから前記ハウジング内に培地を導入することにより、前記細胞播種面から剥離された細胞を前記導出部から導出させて回収する回収工程を行う、細胞培養方法。

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