JP7488544B2 - 浮遊培養装置及び浮遊培養方法 - Google Patents
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Description
本実施形態に係る浮遊培養装置1は、図1に示すように、培養液10と、培養槽11と、ポンプ20と、インキュベータ30と、流路40と、位置検出機器50と、を有する。
本実施形態に係る培養液10は、ポリエチレングリコールとデキストランの組み合わせにより得られるポリエチレングリコール相(以下、「PEG相」と記載する場合がある)及びデキストラン相(以下、「DEX相」と記載する場合がある)からなる水性二相培養液であることが好ましい。更に、外相101をPEG相とし、培養相としての内相102をDEX相とすることが好ましい。
水性二相培養液の調製方法について、PEG相及びDEX相からなる水性二相培養液を例に挙げて以下説明する。まず、ポリエチレングリコールを、培地に溶解することでPEG溶液が調製される。ポリエチレングリコールの分子量及び濃度は特に制限されないが、例えば、分子量8000~200000、濃度2.5~14重量%のものを用いることができる。同様に、デキストランを、培地に溶解することでDEX溶液が調製される。デキストランの分子量及び濃度は特に制限されないが、例えば、分子量20000~500000、濃度3.2~14重量%のものを用いることができる。上記調製されたPEG溶液及びDEX溶液に対し、オートクレーブ滅菌を行った後、PEG溶液及びDEX溶液を混合し、遠心分離等により二相に分離させる。これにより、ポリエチレングリコールが多く含まれるPEG相と、デキストランが多く含まれるDEX相との二相に分離した溶液が得られる。そして、例えば上記作製したPEG相で満たされた容器に、DEX相を滴下することで、PEG相を外相、DEX相を内相とする水性二相培養液が得られる。
内相102は、培養槽11において外相101中で浮遊する。内相102は、図1に示すように、球状又は長球状の液滴を形成して浮遊する。内相102の大きさや数は特に制限されない。内相102は、例えば、外相101よりも比重が大きく、内相102に働く重力は浮力よりも大きい。この場合、内相102は培養槽11内で徐々に沈降する。しかし、外相101がポンプ20等の浮遊手段により培養槽11内で流動することで、内相102に対し上向きの抗力が働き、内相102の浮遊状態が維持される。
ポンプ20としては、例えばローラーポンプが用いられる。ローラーポンプは、内部にローラーと、ローラーが取り付けられた回転体と、回転体を回転させるモーターと、ハウジングを有する(図示省略)。ローラーポンプは、該回転体が回転する際に、ローラーにより液体が流通するチューブをしごいてハウジングに押し付け、チューブ内の液体を送液する。このようなローラーポンプとしては、特に制限されず、従来公知のものが用いられる。
気泡除去部42は、第1流路41とリザーバ32との間に配置されるベント配管である。気泡除去部42の上流側端部は第1流路41の途中の任意箇所に接続され、下流側端部はリザーバ32に接続される。気泡除去部42の内径は、第1流路41の内径よりも大きいことが好ましい。これにより、気泡除去部42内の流速が低下し、第1流路41中の気泡をより確実に除去できる。
第2流路43は、培養槽11とリザーバ32との間に配置される。第2流路43の上流側端部は培養槽11の流出口112に接続され、下流側端部はリザーバ32に接続される。
第3流路44は、リザーバ32とポンプ20との間に配置される。第3流路44の上流側端部はリザーバ32に接続され、下流側端部はポンプ20に接続される。
ポンプ20を用いて外相101を圧送すると、外相101は矢印132の方向に流れ、第1流路41を通じて培養槽11に流入する。この際、外相101に混入した気泡は、培養槽11に流入する前に気泡除去部42に流入して除去される。なお、気泡除去部42はインキュベータ30内のリザーバ32に通じており、気泡と共に回収された外相101はリザーバ32に流入する。培養槽11の下方に設けられた流入口111から培養槽11に流入した外相101は、重力方向121に逆らって、下方から上方に向けて流動し、培養槽11中の内相102を浮遊させる。外相101は、培養槽11の上方に設けられた流出口112から流出する。培養槽11から流出した外相101は、第2流路43を通じて矢印131の方向に流れ、インキュベータ30内のリザーバ32に流入する。リザーバ32に流入した外相101は、リザーバ32内で所定の条件に保たれ、貯留される。リザーバ32内に貯留された外相101は、第3流路44を通じてポンプ20に供給される。
ポンプ20から培養槽11に流入する外相101の流速は、培養槽11中の内相102の浮遊状態に応じて制御する。これにより、内相102の浮遊状態を維持できる。この際、外相101の流速を、位置検出機器50を用いて制御してもよい。
浮遊培養装置1を、外相101と、外相101中で浮遊する培養相としての内相102を含む水性二相培養液10と、培養槽11と、浮遊手段と、を備えて構成した。これにより、内相102の浮遊状態を維持でき、十分な厚みを有する3次元組織を培養できる。
第2実施形態に係る浮遊培養装置1Aは、図2に示すように、培養液10と、培養槽11Aと、回転機構12と、インキュベータ30と、を有する。
以下、本実施形態の各構成について説明するが、第1実施形態と共通の箇所については記載を省略する場合がある。
このようなガス透過性樹脂としては、特に制限されず、従来公知のものを用いることができる。例えば、低密度ポリエチレン、低密度ポリスチレン、シリコーン樹脂、ポリイソプレン、ポリブタジエン、エチレン-酢酸ビニル共重合体等が挙げられる。これらのガス透過性樹脂は、厚さが増すとガス透過性が低下する。このため、培養槽11Aの少なくとも一部を厚さの薄いガス透過性樹脂で構成することが好ましい。また、一部を強度確保用に任意の材料で構成してもよい。又は、強度確保用の枠体等の支持体を別途設けてもよい。
回転機構12は、更に、モーター等の駆動装置を備える。回転機構12は、該駆動装置により培養槽11Aを回転できる。
内相102は、外相101との比重差により、例えば外相101中で徐々に沈降する。内相102が培養槽11Aの底面に到達する前に、回転機構12を用い、培養槽11Aを回転させる。これにより、内相102が培養槽11Aの壁面に到達すること無く、内相102の浮遊状態を維持できる。回転機構12の回転数は、内相102の浮遊状態が維持されるように制御される。
浮遊培養装置1Aを、培養槽11Aを回転させる回転機構12を備えて構成した。これにより、培養槽11Aが回転されることで、培養槽11Aにおける内相102の浮遊状態を維持できる。上記構成は、内相102内での撹拌が起こり難いため、細胞同士の接着が促進される。従って十分な厚みを有する3次元組織を培養できるため好ましい。
この場合、位置検出機器50は回転機構12と通信可能に構成され、内相102の浮遊状態に応じて回転機構12の回転数が制御されるように構成できる。これにより、内相102の浮遊状態を安定して維持できる。
溶質としてPEG(分子量35000)とDEX(分子量500000)について、それぞれ培養液を媒体とした溶液(各濃度5重量%および濃度10重量%)を作製し、これらを混合して二相に分離させ、PEG相及びDEX相からなる二相培養液を作製した。
(実施例)
上記作製したDEX相に対し、2.0×106(cells/ml)となるようにマウス線維芽細胞(NIH-3T3)を懸濁させた。次に、上記懸濁させたDEX相のうち10μlを、上記作製したPEG相で満たされた円筒形の培養槽(タイゴンチューブ、内径4mm)中に滴下した。更に、PEG相に対し下方から上方に向かう流れを付与することでDEX相をPEG相中で3時間浮遊させた。流通するPEG相はインキュベータを用い、37℃、5%CO2となるように調整した。
上記作製したDEX相に対し、2.0×106(cells/ml)となるようにマウス線維芽細胞(NIH-3T3)を懸濁させた。次に、上記懸濁させたDEX相のうち10μlを、上記作製したPEG相で満たされたディッシュに滴下し、インキュベータ(37℃、5%CO2)内に3時間静置した。
上記条件で培養した実施例及び比較例のDEX相中に内在する細胞塊のうち、DEX相の中央部付近に存在する細胞塊を任意にそれぞれ5個選択し、共焦点顕微鏡を用いて撮像した。
図3は実施例の培養方法で培養した細胞塊を撮像したZスタック画像であり(128Slice、1μm/Slice)同様に図4は比較例の細胞塊を撮像したZスタック画像である(30Slice、1μm/Slice)。詳しくは、図3(A)、図4(A)は、細胞塊をZ軸方向からそれぞれ撮像した画像であり、図3(B)、図4(B)はX軸方向、図3(C)、図4(C)はY軸方向からそれぞれ細胞塊のZ軸方向の厚みを撮影したZスタック画像である。
上記撮像した画像を分析した結果、実施例の細胞塊のZ軸方向の大きさの平均値は78.8μm(N=5)であった。また、比較例の細胞塊のZ軸方向の大きさの最大値は12μm(N=5)であった。
実施例に係る培養方法で培養した細胞塊に対し、ヨウ化プロピジウム(Propidium Iodide;PI)を用いて死細胞を染色し、顕微鏡を用いて撮像した。図5(A)は明視野像であり、図5(B)はPIにより死細胞を染色した蛍光画像である。図5(B)中の点線部は、明視野像における細胞塊の位置に対応する箇所を示す。
Claims (6)
- 外相と、前記外相中で浮遊する培養相としての内相と、を含む水性二相培養液と、
前記水性二相培養液を収容する培養槽と、
前記内相の浮遊状態を維持する浮遊手段と、
位置検出機器と、を備え、
前記外相は、ポリエチレングリコール相であり、前記内相は、デキストラン相であり、
前記浮遊手段は、ポンプであり、前記培養槽中で前記外相を流動させ、前記外相に対し下方から上方に向かう流れを付与し、
前記位置検出機器は、前記内相の浮遊状態を検出する画像センサと、前記内相の浮遊状態に応じて、前記浮遊手段を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記画像センサにより取得した前記内相の浮遊状態に応じて、前記浮遊手段による前記外相の流速を変化させ、前記内相の前記培養槽中の位置が安定化するように、前記浮遊手段を制御する、浮遊培養装置。 - 前記培養槽から流出した前記外相を回収し、再び前記培養槽に流入させて循環させる循環機構を備える、請求項1に記載の浮遊培養装置。
- 前記浮遊手段は、前記培養槽の下方から前記外相を流入させると共に、
前記培養槽の上方から前記外相を流出させることで、前記内相の浮遊状態を維持する、請求項1又は2に記載の浮遊培養装置。 - 培養液中で細胞を培養する浮遊培養方法であって、
前記培養液は、培養槽に収容され、
前記培養液は、外相と、前記外相中で浮遊する培養相としての内相と、を含む水性二相培養液であり、
前記外相は、ポリエチレングリコール相であり、前記内相は、デキストラン相であり、
ポンプにより、前記培養槽中で前記外相を流動させ、前記外相に対し下方から上方に向かう流れを付与し、
前記内相の浮遊状態を画像として検出すると共に、前記検出された前記内相の浮遊状態に応じて、前記ポンプによる前記外相の流速を変化させ、前記内相の前記培養槽中の位置が安定化するように、前記内相の浮遊状態を維持して培養を行う、浮遊培養方法。 - 前記培養槽から流出した前記外相を回収し、再び前記培養槽に流入させて循環させる、請求項4に記載の浮遊培養方法。
- 前記培養槽の下方から前記外相を流入させると共に、
前記培養槽の上方から前記外相を流出させることで、前記内相の浮遊状態を維持する、請求項4又は5に記載の浮遊培養方法。
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JP2018518194A (ja) | 2015-05-06 | 2018-07-12 | フィトプランクトン マリノ、ソシエダッド リミターダFitoplancton Marino,S.L. | スーパーオキシドジスムターゼ(sod)に富むテトラセルミス チュイイ種の微小藻類のバイオマスを得る方法 |
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2019
- 2019-10-18 JP JP2019191368A patent/JP7488544B2/ja active Active
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JP2005224787A (ja) | 2004-02-15 | 2005-08-25 | Eiichi Tamiya | 不溶性物質の分離方法及び不溶性物質分離デバイス |
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Non-Patent Citations (1)
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水溶性二相系(Aqueous Two Phase System)を用いた細胞組織構築法の基礎技術開発,日本生体医工学会大会プログラム・抄録集,2019年06月06日,1-PM-PO-B5 PO-B-035 |
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