JPWO2012098931A1 - 細胞培養処理システム及び細胞培養処理システムのモジュール接続方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたものである。本発明の細胞培養処理システムは、多種多様な培養プロセスを低コストで処理できるシステムを提供することを目的とする。また使用目的に応じて多種の細胞・組織等の培養プロセスに柔軟に対応できる合理的な細胞培養処理システムを提供することを目的とする。
搬出入モジュールは、機材搬入用のドアを備え、培養に必要な細胞や培養液、薬剤、培養皿や遠沈管などの機材は、このドアから搬出入モジュールに導入される。
搬出入モジュールには、作業者が搬出入モジュールの外側から機材の移動や開封、開栓などを行うための、材質がエラストマからなる操作用グローブが備えて、モジュール内部に持ち込んだ機材を、操作用グローブを使って手動的に培養処理モジュール付近まで移動・設置できるようになっている。作業者の代わりに、ベルトコンベヤやロボットを使用して、移動を行ってもよい。
単離初代培養モジュールは、組織片を細分化するための細分化モジュールを備える。組織片の他、遠沈管やシャーレ、培養液などが導入される。細分化の手段は限定しないが、細胞に与えるダメージを最小に押さえる方法をとる。また、細胞を取り出すための細胞分離モジュールを備える。細胞分離モジュールは、細分化された組織片の細胞外組織を酵素で分解し、(分解しつつ)回転させ、細胞を単離する。更に細胞の接着性や、細胞の大きさ形などの違いを利用して、目的の細胞を取り出すことができる。
継代培養モジュールは、初代培養後の細胞の数を更に増やして、治療に足るだけの細胞数まで、増殖させるモジュールである。
本実施例では、細胞は、閉鎖形の密閉容器の中で培養される。細胞を大量に培養することにより、大きなモジュールとなるため直接培養処理システムへの結合はせず、閉鎖形の密閉容器と単離初代培養処理モジュールでできた細胞懸濁液を、チューブの結合によって、初代培養処理モジュール内の閉鎖形の密閉容器に搬送する。むろんモジュール同士を結合して、搬送ロボットによる移送を行ってもよい。必要に応じて、同じモジュールを複数台連結して培養してもよい。
継代培養モジュールが備える恒温モジュールの中で、適切な環境下で、定期的な培養液の交換を行い、増殖させることができる。
分注モジュールは、大量に増幅した細胞の懸濁液を所定の枚数の温度応答性培養皿に均一かつ正確に播種し、必要に応じて培養皿の培地を取り除き、所定の量の新鮮な培地を添加するモジュールである。
継代培養モジュールからチューブで搬送された細胞懸濁液は、積層処理モジュール内に貯蔵されそこから複数の温度応答性培養皿に播種されるか、貯蔵モジュール等に経由して貯蔵されることなく複数の皿に播種される。播種された懸濁液内の細胞は、温度応答性培養皿に均一に接着する。
細胞シート積層化モジュールは、シート状になった細胞シートを複数枚重ね合わせ、細胞密度の非常に高い、移植用新生組織を作成するモジュールである。
温度応答性培養皿の細胞接着面上に形成した薄いシート状の細胞は、温度を変える(低下させる)ことによって皿から離れる。そのため、培養皿の温度をクーラ(ペルチェ)等によって低下させて細胞シートを取り出し、これを、ロボットやアクチュエータによって複数枚を重ね合わせる。重ね合わされた細胞シートは、一体化し、細胞密度の非常に高い新生組織となる。この様に、細胞シート積層化モジュールは、細胞の播種、細胞シート化、細胞シートの剥離、を経て複数の細胞シートを積層化して、移植可能な新生組織を作る工程を担っている。
恒温モジュール(インキュベータ)は、細胞を増殖させたり、新生組織を移植までの間、保存したりするための、ガス濃度、温度、湿度を適切に維持するためにある。
チューブ連結ロボットは、閉鎖空間内にある細胞懸濁液等を他の処理モジュールの閉鎖空間に移動するものである。このチューブ連結モジュールにより一方の処理モジュールと他方のモジュール間のチューブを連結または離脱させることができる。このモジュールによれば、ソケット(接続部又は接続コネクタ)の連結または離脱時も無菌性、密閉性を維持する。なお、このモジュールは、チューブにより処理モジュール間等で懸濁液を輸送する場合に使用することができる。
自動倉庫モジュールは、培養する細胞や組織に必要な、培養液(培地)、グロースファクター、薬剤、細胞、容器等を保管し、培養する細胞等に応じて、自動的に出庫し、搬出入モジュールや各処理モジュールの機器搬入様ドア部から各処理モジュールに供給する。
搬送用レーンモジュールは、各モジュールの閉鎖空間やチューブ連結モジュールのチューブを結合させるために所定の場所に誘導するためのガイドである。このガイドは、金属性のテープあるいは、レール、ガイドポストなどが使われる。なお、このようなモジュールは、自動でチューブを接続する場合に使用することができる。
その他モジュールは、三次元スキャフォルドを用いて三次元新生組織を形成する三次元化モジュール処理モジュール、種々のバイオリアクタや圧力、引っ張り、圧縮などのストレス・ストレインを与えるモジュール、輸送のためのパッケージングを行う包装モジュールなどを付加する場合がある。
本発明の統合制御装置について図9を参照して以下に説明する。
本実施例のモジュールは、他のモジュールとの間で電気信号を送受信する制御装置を備える。また、制御装置は、統合制御装置との間で電気信号を送受信することができる。
統合制御装置は、各モジュールの動作の連係をとり(プログラムに従って、個別の処理モジュールに電気的な命令を送受信して動作させ)もしくは、培養の経過や環境状態の変化を記録し、データベースを管理する(各処理モジュールの制御装置からの情報を収集して管理する)。さらに統合制御装置は、前記データを、外部のプリンタやコンピュータ、記憶装置にユーザの要求に応じて電気信号を出力する。
A1.操作者は入力モジュールによりIDおよびパスワードを入力する。入力モジュールからの電気的信号を統合制御装置が受ける。統合制御装置は、操作者の権限によって可能な操作内容を区別する。さらに、権限のある操作者は、入力モジュールから患者ID、培養条件、等の必要な項目を入力する。
これによって、操作者は、統合制御装置内に組み込まれた種々の運転手順のプログラムの中から、適切な運転手順のプログラムが選択することができる。
A2.運転に使われる各モジュールは、運転準備が完了している旨の信号をそれぞれ統合制御装置に発信する。
A3.統合制御装置は運転に関与する各モジュールからの運転準備完了信号を確認する。
A4.確認ができたら、統合制御装置は、モジュールの第1の閉鎖空間V1同士を接続する指令を各モジュールに出す。
A5.接続したモジュールの制御装置は、確実に接続をしたことをセンサ等でチェックする。
A6.確実に接続の完了をしたことを確認したらモジュールの制御装置から統合制御装置に発信する。
A7.統合制御装置は、除染剤供給モジュールに除染工程開始の指示を出す。
A8.除染剤供給モジュールにより第1の閉鎖空間V1および第2の閉鎖空間V2の除染が実行される。
A9.除染が完了すると除染剤供給モジュールから統合制御装置に除染完了信号が発信される。(各モジュールの除染状態(除染済みか未除染か)はモジュールIDとともに統合制御装置に記憶される。
A7.除染・除菌完了の信号を受けた統合制御装置は、最初に運転するモジュールにプログラムによる運転の指令を与える。
A8.運転指令を受けたモジュールは、指示されたプログラムで運転する。
A9.運転中のモジュールは、動作の時刻、環境データ、チェックポイントの確認結果など、あらかじめ定められた項目のデータを定期的に統合制御装置に送る。これらのデータは、各モジュールでも保存してもよい。
A10.統合制御装置は送られてきたデータをデータベースに保存する。
A11.モジュールの運転中に不具合や異常が発生したことが検知された場合、このデータは統合制御装置に発信される。この内容によっては、モジュール内部で復旧作業が自動で行われる。復旧した場合は、そのデータ(内容や時刻など)を統合制御装置に発信する。
A12.統合制御装置は、異常データや修復データをデータベースに保存する。
A13.モジュール内のプログラムが終了したら、終了信号を統合制御装置に発信する。
A14.統合制御装置は、モジュールを分離する必要があるときは分離指令を発信し、モジュールを結合する必要があるときは分離指令を発信する。途中で結合するときは、新たに結合するモジュールのモジュールIDから除染・除菌状態を確認してから実施する。
A15.以下、次の各モジュールの運転をA2〜A14まで繰り返す。
A16.全て終了したら、各モジュールから送られた各種データを検体ごとの一連のデータとして保存し、必要に応じて、他の記憶装置やプリンタなどに出力させる。
試薬ボトル81を搬送するための試薬ボトルブラケット82には、試薬ボトル81を立てた状態で搬送できるように試薬ボトルブラケット82上にガイド部材82aを取り付けている。
また、複数システムを設置して、各病院から持ち込まれる組織を引き受けて培養する、細胞、組織の培養ビジネスの創出にも寄与する。
11 搬送モジュール
12 分注モジュール
13 恒温モジュール
14 細胞シート積層化モジュール
15 培養プレート等の搬出入モジュール
16 着脱手段
Claims (6)
- 相互に接続可能である複数のモジュールと、
前記モジュールに設ける第1の閉鎖空間と、
前記第1の閉鎖空間に設ける開口部を開閉する扉と、
前記開口部の周縁部に設ける接続部材と、
除染剤を供給する除染剤供給モジュールと、
を備え、
前記徐染剤供給モジュールにより前記第1の閉鎖空間に前記除染剤を供給し、接続する一方の前記モジュールの前記接続部材及び前記扉と他方の前記モジュールの前記接続部材と前記扉で形成する第2の閉鎖空間に前記除染剤を供給し、接続した複数の前記モジュールを無菌状態に保った一体的な閉鎖空間にすることを特徴とする細胞培養処理システム。 - 命令に応じてモジュールが所定の処理を実行するよう制御するモジュール制御装置と、
前記接続部材を介して接続されている前記モジュールの前記モジュール制御装置と電気的に接続されており、前記各モジュールの動作を制御する統合制御装置と、
を備え、
前記統合制御装置により、前記接続された複数の前記モジュールと通信を行い、前記モジュールのIDを認識して、前記IDに応じた動作命令を前記モジュールに対して行うことで、接続した複数の前記モジュールを関連付けて各種培養処理の一連の処理工程を統合処理し、又は別々に各種細胞培養処理を実行することを特徴とする請求項1記載の細胞培養処理システム。 - 内部に搬送ロボットを備えており、前記各モジュールが接続される搬送モジュールを備え、
前記搬送ロボットにより、接続された1のモジュールの前記第1の閉鎖空間から他のモジュールの前記第1の閉鎖空間へ、前記第2の閉鎖空間を介して被搬送物を移動させることを特徴とする請求項1または2に記載の細胞培養処理システム。 - 前記接続部材は、内部が中空形状であるシール部材と、前記シール部材の内部に気体等注入手段とを備えており、前記シール部材を膨張させて前記第2の閉鎖空間内を密閉にシールすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の細胞培養処理システム。
- 前記接続部材を介して複数の前記モジュールを接続する工程と、
複数の前記接続部材と複数の前記扉により形成される前記第2の閉鎖空間に、前記除染剤供給モジュールより前記除染剤を供給して前記第2の閉鎖空間内を除染する工程と、
前記扉を開けて前記第1の閉鎖空間及び前記第2の閉鎖空間を連通して一体の無菌閉鎖空間を形成する工程とを備えることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の細胞培養処理システムのモジュール接続方法。 - 複数の前記モジュールを、隙間をあけて設置する工程と、複数の前記モジュールに備えるシール部材を、前記隙間を埋めるように膨張させて複数の前記モジュールを接続する工程と、複数の前記接続部材と複数の前記扉により形成される前記第2の閉鎖空間に前記除染剤供給モジュールからの前記除染剤を供給して前記第2の閉鎖空間内を除染する工程と、前記扉を開けて前記第1の閉鎖空間及び前記第2の閉鎖空間を連通して一体の無菌閉鎖空間を形成する工程とを備えることを特徴とする請求項4に記載の細胞培養処理システムのモジュール接続方法。
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