KR20080072022A - 세포배양장치, 세포배양방법, 세포배양프로그램, 및세포배양시스템 - Google Patents

세포배양장치, 세포배양방법, 세포배양프로그램, 및세포배양시스템 Download PDF

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KR20080072022A KR1020087013010A KR20087013010A KR20080072022A KR 20080072022 A KR20080072022 A KR 20080072022A KR 1020087013010 A KR1020087013010 A KR 1020087013010A KR 20087013010 A KR20087013010 A KR 20087013010A KR 20080072022 A KR20080072022 A KR 20080072022A
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Abstract

조작자의 노력을 경감시키면서, 세포의 배양상황에 따른 적절한 배양을 실현할 수 있는 세포배양장치를 제공한다. 세포를 증식하기 위한 배양백(18)과, 증식을 위하여 유도인자에 의해 세포를 자극하는 세포접종카세트(19)(또는 항체자극 및 증식용 배양용기로서의 배양백(242)과, 이들 배양백(18), 세포접종카세트(19)로 공급되는 배지를 저류하는 배지카세트(20)와, 세포접종카세트 내의 세포의 화상을 취득하는 CCD카메라(88)와, 이 CCD카메라로 취득한 세포의 화상으로부터 당해 세포의 배양상황(세포의 증식가능성과 증식능력)을 판정하고, 이 판정에 기초하여 배양조작을 실행시키는 화상처리용 컴퓨터 및 운전제어용 컴퓨터를 구비한다.
세포배양장치, 세포배양프로그램, 세포배양시스템

Description

세포배양장치, 세포배양방법, 세포배양프로그램, 및 세포배양시스템{CELL CULTURE APPARATUS, CELL CULTURE METHOD, CELL CULTURE PROGRAM AND CELL CULTURE SYSTEM}
본 발명은, 세포의 배양상황을 평가하여 세포를 배양하는 세포배양장치, 세포배양방법, 세포배양프로그램, 및 세포배양시스템에 관한 것이다.
세포배양, 특히 면역세포요법에 사용되는 부유계(浮遊系) 세포의 세포배양은, 종래 거의 대부분이 인위적 조작에 의해 실시되고 있다. 예를 들면, 환자로부터 채취한 세포를, 항체(유도인자)가 부착된 플라스크에 배지와 함께 접종하여 항온조에 수납하고, 이 플라스크를 매일 항온조에서 인출하여, 현미경 등을 사용하여 배양상황(예를 들면 증식상황)을 관찰하고, 증식 등이 관찰되었을 때, 또는 세포접종으로부터 소정의 기간이 경과한 후에, 상기 플라스크에 배지를 첨가하여 세포를 배양(예를 들면 증식)하고 있다.
상술한 바와 같은 인위적인 세포배양에서는, 배양기술자의 경험에 의존한 배양평가에 기초하여 하루(일)단위의 조작이 실시되거나, 미리 정해진 매뉴얼에 따라서 모든 세포에 대하여 획일적으로 배양조작이 실시되기 때문에, 채취한 세포에 따라서는, 세포증식 등의 배양이 불충분하게 돼버리는 경우가 있었다. 환자에 따라 다른 세포의 증식능력을 최대한으로 끌어내기 위해서는, 객관적인 배양평가와, 이 평가에 기초한 시간단위에서의 배양조작이 필요하게 된다.
이와 같은 과제는, 접착의존성 세포의 배양에 있어서는, 특허문헌1에 기재된 바와 같이 그 일부가 해결되어 있다. 즉, 특허문헌1에서는, 개개의 접착의존성 세포를 무침습, 비파괴로 화상에 의해 형태관찰하는 것에 의해, 그 세포집단 전체의 증식능력을 파악하고 있다.
또, 상술한 바와 같은 인위적 세포배양에 사용되는 것으로서, 특허문헌2에, 1대의 항온조(배양실)내에 복수개의 캐니스터(수용부)가 배치되며, 각 캐니스터에 배양용기를 1개씩 수납하여 세포를 배양하는 세포의 배양시스템이 개시되어 있다. 이 배양시스템에서는, 1대의 항온조의 모든 캐니스터에 대하여 배양환경이 동일하게 설정되어 있다.
특허문헌1 : 일본국 특개2002-218995호 공보
특허문헌2 : 일본국 특개2005-73566호 공보
그러나, 면역세포요법에 사용되는 부유계 세포의 배양에 관해서는, 세포의 배양상황을 객관적으로 평가하거나, 또는 그 평가에 기초하여 세포를 배양하는 장치 등이 존재하고 있지 않다.
또, 상기 특허문헌2에 기재된 세포배양시스템을 포함하는 인위적 세포배양에있어서는, 항온조나 캐니스터 내의 배양환경 데이터의 수집, 배지교환 등의 배양조작 등을, 배양에 종사하고 있는 조작자가 기록으로 남기지 않으면 안되기 때문에 대단히 번잡한 작업으로 되어 있다. 또, 세포배양에 있어서의 이상 유·무를 정확하게 파악하지 못할 우려가 있다.
본 발명의 목적은, 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 조작자의 노력을 경감시키면서, 세포의 배양상황에 맞는 적절한 배양을 실현할 수 있는 세포배양장치, 세포배양방법 및 세포배양프로그램을 제공하는 데에 있다.
또, 본 발명의 또 다른 목적은, 세포의 배양에 관련된 세포배양관련 데이터를 자동으로 수집하여 축적할 수 있는 것과 동시에, 상기 세포배양관련 데이터에 기초하여 세포의 배양을 감시하고 관리할 수 있는 세포배양시스템, 세포배양방법 및 세포배양프로그램을 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 청구항1에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 세포를 배양하는 배양용기와, 이 배양용기에 공급되는 배지를 저류(貯溜)시키는 배지저류수단과, 상기 배양용기 내의 세포의 화상을 취득하는 화상취득수단과, 이 화상취득수단으로 취득한 세포의 화상으로부터 당해 세포의 배양상황을 판정하고, 이 판정에 기초하여 배양조작을 실행시키는 제어수단을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항2에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기의 청구항1에 기재된 발명에 있어서, 상기 배양용기는, 세포를 증식시키기 위한 증식용 배양용기와, 세포에 기능을 발현시키기 위한 기능발현용 배양용기이며, 상기 기능발현용 배양용기 내의 세포의 화상을 화상취득수단이 취득하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항3에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항2에 기재된 발명에 있어서, 상기 기능발현용 배양용기는, 증식을 위하여 유도인자에 의해 세포를 자극하는 유도인자자극용 배양용기이며, 제어수단은, 상기 유도인자자극용 배양용기내의 세포의 화상에 기초하여, 세포의 증식가능성과 세포의 증식능력을 판정하고, 상기 유도인자자극용 배양용기로부터 증식용 배양용기로 세포를 이행시킬 타이밍, 배지저류수단으로부터 상기 증식용 배양용기로의 배지의 공급 등의 배양조작을 제어하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항4에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항2에 기재된 발명에 있어서, 상기 기능발현용 배양용기는, 세포를 분화시키는 분화유도용 배양용기이며, 제어수단은, 상기 분화유도용 배양용기내의 세포의 화상에 기초하여, 분화유도조작을 제어하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항5에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항1 내지 4항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 배지저류수단은 카세트구조로 구성되어, 배양용기에 접속되는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항6에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항5에 기재된 발명에 있어서, 상기 기능발현용 배양용기는 카세트구조로 구성되어, 증식용 배양용기 및 배지저류수단에 접속되는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항7에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 청구항2 내지 6항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 배지저류수단, 기능발현용 배양용기 및 증식용 배양용기가 폐쇄계로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항8에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항2 내지 7항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 증식용 배양용기에는 액체고임부가 형성되도록 하여, 당해 증식용 배양용기 내에서의 배양초기단계에 있어서, 상기 액체고임부에 세포 및 배지가 저류되는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항9에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항2 내지 8항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 증식용 배양용기 내에서 증식된 세포를 기능발현용 배양용기내로 유도하고, 이 세포의 화상이 화상취득수단에 의해 취득되는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항10에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항2 내지 9항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 배지저류수단에는, 사용이 끝난 배지를 저류할 수 있는 사용이 끝난 배지저류용기가, 배양용기로 공급하는 배지를 저류할 수 있는 배지저류용기와 함께 설치되고, 증식용 배양용기내의 사용이 끝난 배지가 상기 사용이 끝난 배지저류용기로 배출되어 저류되도록 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항11에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항2 내지 10항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 배지저류수단에는, 세포를 회수하는 세포회수용기를 장착할 수가 있으며, 증식용 배양용기 내에서 농축된 세포가 상기 세포회수용기내로 회수되도록 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항12에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항1 내지 11항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 세포가 부유계 세포인 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항13에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항1 내지 12항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 세포가 면역세포요법에서 사용되는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항14에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 세포를 배양하는 배양용기 내의 세포의 화상을 화상취득수단이 취득하고, 이 화상취득수단으로 취득한 세포의 화상으로부터 당해 세포의 배양상황을 판정하고, 이 판정에 기초하여 상기 배양용기에 배양조작을 실행시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항15에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 청구항14에 기재된 발명에 있어서, 상기 배양용기는, 세포를 증식시키기 위한 증식용 배양용기와, 세포에 기능을 발현시키기 위한 기능발현용 배양용기로서, 이 기능발현용 배양용기 내의 세포의 화상을 화상취득수단이 취득하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항16에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 청구항15에 기재된 발명에 있어서, 상기 기능발현용 배양용기는, 증식을 위하여 유도인자에 의해 세포를 자극하는 유도인자자극용 배양용기이며, 상기 유도인자자극용 배양용기 내의 세포의 화상에 기초하여, 세포의 증식가능성과 세포의 증식능력을 판정하고, 상기 유도인자자극용 배양용기로부터 증식용 배양용기에로 세포를 이행시킬 타이밍, 배양저류수단으로부터 상기 증식용 배양용기에로의 배지의 공급 등의 배양조작을 실행시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항17에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 청구항15에 기재된 발명에 있어서, 상기 기능발현용 배양용기는, 세포를 분화시키는 분화유도용 배양용기이며, 상기 분화유도용 배양용기 내의 세포의 화상에 기초하여, 분화유도조작을 실행하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항18에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 상기 청구항15 내지 17항 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 증식용 배양용기 내에서의 배양초기단계에서는, 상기 증식용 배양용기의 액체고임부에 세포 및 배지를 저류시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항19에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 상기 청구항15 내지 18항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 증식용 배양용기 내에서 증식된 세포를 기능발현용 배양용기 내부로 도입하고, 이 세포의 화상을 화상취득수단이 취득하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항20에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 상기 청구항15 내지 19항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 증식용 배양용기 내의 사용이 끝난 배지를, 배지저류수단의 사용이 끝난 배지저류용기로 배출하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항21에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 상기 청구항15 내지 20항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 증식용 배양용기 내에서 농축된 세포를, 배지저류수단의 세포회수용기 내부로 회수하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항22에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 상기 청구항14 내지 21항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 세포가 부유계 세포인 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항23에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 상기 청구항14 내지 22항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 세포가 면역세포요법에서 사용되는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항24에 기재된 발명에 있어서의 세포배양프로그램은, 세포의 배양을 실행하기 위하여 컴퓨터에 기억시킨 세포배양프로그램으로서, 세포를 배양하는 배양용기 내의 세포의 화상을 화상취득수단이 취득하는 순서와, 이 화상취득수단으로 취득한 세포의 화상으로부터 당해 세포의 배양상황을 판정하는 순서와, 이 판정에 기초하여 상기 배양용기에 배양조작을 실행시키는 순서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
청구항25에 기재된 발명에 있어서의 세포배양프로그램은, 세포의 배양을 실행하기 위하여 컴퓨터에 기억시킨 세포배양프로그램으로서, 세포에 기능을 발현시키기 위한 기능발현용 배양용기 내의 세포의 화상을 화상취득수단이 취득하는 순서와, 이 화상취득수단으로 취득한 세포의 화상으로부터 당해 세포의 배양상황을 판정하는 순서와, 이 판정에 기초하여 상기 기능발현용 배양용기, 및/또는 세포를 증식시키기 위한 증식용 배양용기에 배양조작을 실행시키는 순서를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항26에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항1 내지 3항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 배양용기는 재치대(載置台)에 재치되고, 상기 재치대의 일부를 승강시키는 것에 의해 배양면적을 변화시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항27에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항1 내지 13항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 단순 유가배양(流加培養) 및 관류배양(灌流培養) 중 어느 한쪽을 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항28에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항27에 기재된 발명에 있어서, 간헐식 관류배양 및 연속식 관류배양 중 어느 한쪽을 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항29에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 상기 청구항14 내지 16항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 배양용기는 재치대에 재치되고, 상기 재치대의 일부를 승강시키는 것에 의해 배양면적을 변화시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항30에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 상기 청구항14 내지 23항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 단순 유가배양 및 관류배양 중 어느 한쪽을 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항31에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 상기 청구항30에 기재된 발명에 있어서, 간헐식 관류배양 및 연속식 관류배양 중 어느 한쪽을 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항32에 기재된 발명에 있어서의 세포배양시스템은, 세포를 배양하고, 그 배양을 감시하고 관리하는 세포배양시스템으로서, 세포를 배양하는 배양용기를 각각 설치하는 복수의 배양유니트가 서로 격리되어 배치되고, 상기 배양유니트마다 독립적인 배양환경하에서 세포를 배양하는 항온조와, 이 항온조의 상기 배양유니트마다, 세포의 배양에 관한 세포배양관련 데이터를 수집하여 축적하고, 상기 세포배양관련 데이터에 기초하여 상기 배양유니트마다, 세포의 배양상태를 감시하고, 세포의 배양조작을 관리하는 관리수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
청구항33에 기재된 발명에 있어서의 세포배양시스템은, 상기 청구항32에 기재된 발명에 있어서, 상기 관리수단은 항온조와 함께 배양실 내에 설치되고, 상기 항온조의 각 배양유니트에 있어서의 배양을 제어하는 기능을 겸비한 운전제어반과, 상기 배양실 이외에 설치되며, 상기 운전제어반이 갖는 데이터를 수신하여 표시하는 감시용 컴퓨터를 구비하여 구성된 것을 특징으로 한다.
청구항34에 기재된 발명에 있어서의 세포배양시스템은, 상기 청구항32 또는 33항에 기재된 발명에 있어서, 상기 세포배양관련 데이터는, 세포, 배지, 배양용기, 항온조, 배양유니트 및 조작자의 식별부호와, 항온조 및 배양유니트 내의 배양환경 데이터와, 배양용기 내의 세포의 화상데이터의 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
청구항35에 기재된 발명에 있어서의 세포배양시스템은, 상기 청구항33 또는 34항에 기재된 발명에 있어서, 상기 항온조가 복수대 설치되며, 각 항온조에 운전제어반이 접속됨과 동시에, 이들 복수대의 운전제어반에 1대의 감시용 컴퓨터가 접속된 것을 특징으로 한다.
청구항36에 기재된 발명에 있어서의 세포배양시스템은, 상기 청구항33 내지 35항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 감시용 컴퓨터에, 공중통신회선을 통해서 원격감시용 컴퓨터가 접속된 것을 특징으로 한다.
청구항37에 기재된 발명에 있어서의 세포배양시스템은, 상기 청구항32 내지 36항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 배양유니트를 구성하는 항온조의 캐니스터는, 각각 세균 등이 출입할 수 없는 상태로 격리되어 구성된 것을 특징으로 한다.
청구항38에 기재된 발명에 있어서의 세포배양시스템은, 상기 청구항32 내지 37항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 배양유니트를 구성하는 항온조의 캐니스터에는, 상기 항온조 내의 공기를 상기 캐니스터로 도입하는 팬이 설치되고, 하나의 항온조에 있어서의 모든 캐니스터의 상기 팬은, 당해 항온조의 도어가 개방되었을 때에 정지하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
청구항39에 기재된 발명에 있어서의 세포배양시스템은, 상기 청구항32 내지 38항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 배양유니트를 구성하는 항온조의 캐니스터에서는, 하나의 항온조에 있어서의 각 캐니스터의 도어가 어느 1개만 개방되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
청구항40에 기재된 발명에 있어서의 세포배양시스템은, 상기 청구항32 내지 39항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 세포가 부유계 세포인 것을 특징으로 한다.
청구항41에 기재된 발명에 있어서의 세포배양시스템은, 상기 청구항32 내지 40항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 세포가 면역세포요법에서 사용되는 것을 특징으로 한다.
청구항42에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 세포를 배양하고, 그 배양을 감시하고 관리하는 세포배양방법으로서, 세포를 배양하는 배양용기를 각각 설치하는 복수의 배양유니트가 서로 격리되어 배치되고, 상기 배양유니트마다 독립적인 배양환경하에서 세포를 배양하는 항온조를 사용하며, 이 항온조의 상기 배양유니트마다, 세포의 배양에 관한 세포배양관련 데이터를 수집하여 축적하고, 상기 세포배양관련 데이터에 기초하여 상기 배양유니트마다, 세포의 배양상태를 감시하고, 세포의 배양조작을 관리하는 것을 특징으로 한다.
청구항43에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 상기 청구항42에 기재된 발명에 있어서, 상기 세포배양관련 데이터는, 세포, 배지, 배양용기, 항온조, 배양유니트 및 조작자의 식별부호와, 항온조 및 배양유니트 내의 배양환경데이터와, 배양용기 내 세포의 화상데이터의 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
청구항44에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 상기 청구항42 또는 43항 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 세포가 부유계 세포인 것을 특징으로 한다.
청구항45에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 상기 청구항42 내지 44항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 세포가 면역세포요법에서 사용되는 것을 특징으로 한다.
청구항46에 기재된 발명에 있어서의 세포배양프로그램은, 세포를 배양하고, 그 배양을 감시하고 관리하기 위하여 컴퓨터에 기억시킨 세포배양프로그램으로서, 세포를 배양하는 배양용기를 각각 설치하는 복수의 배양유니트가 서로 격리되어 배치되며, 상기 배양유니트마다 독립적인 배양환경하에서 세포를 배양하는 항온조의 상기 배양유니트마다, 세포의 배양에 관한 세포배양관련 데이터를 수집하여 축적하는 순서와, 상기 세포배양관련 데이터에 기초하여 상기 배양유니트마다 세포의 배양상태를 감시하는 순서와, 상기 세포배양관련 데이터에 기초하여 상기 배양유니트마다 세포의 배양조작을 관리하는 순서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
청구항47에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 세포를 배양하는 복수의 배양용기가 순차적으로 접속되고, 각 배양용기는, 각각 다른 배양환경에서 세포를 배양하여, 하류측의 상기 배양용기에 배양한 세포를 이행시켜 배양하는 구성으로 한 것을 특징으로 한다.
청구항48에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항47에 기재된 발명에 있어서, 상기 배양용기는 2개 설치되고, 하나의 배양용기는 세포에 기능을 발현시키는 배양환경을 갖는 기능발현용 배양용기이며, 다른 배양용기는 세포를 증식시키는 배양환경을 갖는 증식용 배양용기인 것을 특징으로 한다.
청구항49에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항48에 기재된 발명에 있어서, 상기 기능발현용 배양용기는, 증식을 위하여 유도인자에 의해 세포에 자극을 가하는 배양환경을 갖는 유도인자자극용 배양용기인 것을 특징으로 한다.
청구항50에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항48에 기재된 발명에 있어서, 상기 기능발현용 배양용기는, 증식한 세포를 분화시키는 배양환경을 갖는 분화유도용 배양용기인 것을 특징으로 한다.
청구항51에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 청구항47 내지 50 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 세포는 부유계 세포인 것을 특징으로 한다.
청구항52에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항47 내지 51항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 세포가 면역세포요법에서 사용되는 것을 특징으로 한다.
청구항53에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 복수의 배양용기에 있어서, 각각 다른 배양환경으로 세포를 배양시키고, 하나의 배양용기에서 배양한 세포를 하류측의 다른 배양용기로 순차적으로 이행시켜 배양을 실시하는 것을 특징으로 한다.
청구항54에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 상기 청구항53에 기재된 발명에 있어서, 상기 배양용기는 2개이며, 하나의 배양용기에서 증식을 위하여 유도인자에 의해 세포를 자극시킨 후에, 다른 배양용기에서 세포를 증식시키는 것을 특징으로 한다.
청구항55에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 상기 청구항53에 기재된 발명에 있어서, 상기 배양용기는 2개이며, 하나의 배양용기에서 세포를 증식시킨 후에, 다른 배양용기에서 세포를 분화시키는 것을 특징으로 한다.
청구항56에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 상기 청구항53 내지 55항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 세포는 부유계 세포인 것을 특징으로 한다.
청구항57에 기재된 발명에 있어서의 세포배양방법은, 상기 청구항53 내지 56항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 세포가 면역세포요법에서 사용되는 것을 특징으로 한다.
청구항58에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 세포를 배양하는 배양용기와, 상기 배양용기를 재치하는 재치대를 구비한 세포배양장치로서, 상기 재치대는 승강이 가능한 부분을 가지며, 상기 승강이 가능한 부분이 승강하는 것에 의해, 재치된 배양용기의 배양가능한 면적이 변화하는 것을 특징으로 한다.
청구항59에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항58에 기재된 발명에 있어서, 상기 세포가 부유계 세포인 것을 특징으로 한다.
청구항60에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항58 또는 59항에 기재된 발명에 있어서, 상기 세포가 면역세포요법에 사용되는 것을 특징으로 한다.
청구항61에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항58 내지 60항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 배양용기에, 이 배양용기로 공급되는 배지를 저류하는 배지저류수단이 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항62에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항61에 기재된 발명에 있어서, 상기 배지저류수단과 배양용기가 폐쇄계로 구성된 것을 특징으로 한다.
청구항63에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항61 또는 62항에 기재된 발명에 있어서, 상기 배지저류수단에는, 사용이 끝난 배지를 저류할 수 있는 사용이 끝난 배지저류용기가, 배양용기에 공급되는 배지를 저류할 수 있는 배지저류용기와 함께 설치되며, 증식용 배양용기 내의 사용이 끝난 배지를 상기 사용이 끝난 배지저류용기로 배출하여 저류하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
청구항64에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항58 내지 63항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 배양용기 내의 세포의 화상을 취득하기 위한 화상촬영수단과, 상기 화상취득수단으로 취득한 세포의 화상으로부터 당해 세포의 배양상황을 판정하고, 이 판정에 기초하여 배양조작을 실행하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항65에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항58에 기재된 발명에 있어서, 상기 배양용기는, 세포를 증식시키기 위한 증식용 배양용기와, 세포에 기능을 발현시키기 위한 기능발현용 배양용기이며, 이 기능발현용 배양용기 내의 세포의 화상을 화상취득수단이 취득하는 것을 특징으로 한다.
청구항66에 기재된 발명에 있어서의 세포배양장치는, 상기 청구항65에 기재된 발명에 있어서, 상기 기능발현용 배양용기는, 증식을 위하여 유도인자에 의해 세포를 자극하는 유도인자자극용 배양용기이며, 제어수단은, 상기 유도인자자극용 배양용기 내의 세포의 화상에 기초하여, 세포의 증식가능성과 세포의 증식능력을 판정하고, 배양가능한 면적을 변화시킬 타이밍, 배지저류수단으로부터 상기 증식용 배양용기에로의 배지의 공급 등의 배양조작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
도 1은, 본 발명의 세포배양장치에 있어서의 제1실시형태를 나타내는 구성 도.
도 2는, 도 1의 항온조를 나타내는 사시도.
도 3은, 도 1의 항온조에 있어서의 캐니스터 내에 수납되는 배양카세트를 나타내는 사시도.
도 4는, 도 3의 배양백 트레이, 배지카세트 및 세포접종카세트를 각각 나타내는 사시도.
도 5는, 도 2의 항온조에 있어서의 하나의 캐니스터와, 이 캐니스터 내에 수납되는 배양카세트로 이루어지는 배양유니트의 구성을 나타내는 레이아웃 도면.
도 6은, 도 5의 배양유니트 제어계통을 나타내는 블록도면.
도 7은, 도 5의 진탕장치의 진탕기구를 나타내며, (A)는 사시도, (B)는 측면도.
도 8은, 도 5의 배양유니트에 있어서의 배양순서를 나타내는 공정도.
도 9는, 도 5의 배양유니트에 있어서의 배양순서를 나타내며, 도 8에 이어지는 공정도.
도 10은, 도 5의 배양유니트에 있어서의 배양순서를 나타내며, 도 9에 이어지는 공정도.
도 11은, 도 5의 배양유니트에 있어서의 배양순서를 나타내며,도 10에 이어지는 공정도.
도 12는, 도 5의 배양유니트에 있어서의 유도인자자극 간헐식 관류배양공정의 처리동작을 나타내는 플로우차트.
도 13은, 도 12의 처리동작의 연속을 나타내는 플로우차트.
도 14는, 도 5의 배양유니트에 있어서의 유도인자자극 간헐식 관류배양공정(세포회수백에 의한 세포회수처리를 포함한다)의 처리동작을 나타내는 플로우차트.
도 15는, 도 14의 처리동작의 연속을 나타내는 플로우차트.
도 16은, 도 5의 배양유니트에 있어서의 유도인자자극 연속식 관류배양공정의 처리동작을 나타내는 플로우차트.
도 17은, 도 16의 처리동작의 연속을 나타내는 플로우차트.
도 18은, 도 1의 세포배양시스템의 세포배양 전에 있어서의 세포배양관련 데이터의 흐름을 나타내는 도면.
도 19는, 도 1의 세포배양시스템의 세포배양중에 있어서의 세포배양관련 데이터의 흐름을 나타내는 도면.
도 20은, 도 1의 세포배양시스템의 세포배양 후에 있어서의 세포배양관련 데이터의 흐름을 나타내는 도면.
도 21은, 본 발명에 있어서의 세포배양장치의 제2실시형태에 있어서의 배양유니트의 구성(분화유도상태)을 나타내는 레이아웃 도면.
도 22는, 도 21의 배양유니트의 분화유도 전 상태의 구성을 나타내는 레이아웃 도면.
도 23은, 도 21 및 도 22의 배양유니트에 있어서의 분화유도 간헐식 관류배양공정의 처리동작을 나타내는 플로우차트.
도 24는, 도 23의 처리동작의 연속을 나타내는 플로우차트.
도 25는, 본 발명에 있어서의 세포배양시스템에 있어서의 제3실시형태를 나타내는 구성도.
도 26은, 본 발명에 있어서의 세포배양장치의 제4실시형태를 나타내는 구성도.
도 27은, 제4실시형태에 있어서의 세포배양장치에 있어서의 하나의 공간적으로 독립된 배양실과 저온실, 이 배양실 내에 수납되는 배양백 트레이와 저온실에 수납되는 배지백·폐액백 트레이로 이루어지는 배양유니트의 구성을 나타내는 레이아웃 도면.
도 28은, 도 27에 있어서의 재치대의 구성을 나타내는 사시도.
도 29는, 제4실시형태의 변형예에 있어서의 재치대의 구성을 나타내는 평면도이며, (a)는 승강하지 않는 파트와 모든 면적변화파트가 동일한 평면상에 있는 상태를 나타내는 도면, (b)는 면적변화파트를 하강시킨 상태를 나타내는 도면.
도 30은, 도 29(a)의 IIIX-IIIX선을 따른 일부 단면도로서, (a)는 면적변화파트를 하강시켜서, 하강하지 않는 파트와 면적변화파트를 계단형상으로 별도의 평면상에 배치한 상태를 나타내는 도면, (b)는 4개의 면적변화파트 가운데 3개의 면적변화파트가 동일한 평면상에 있는 상태를 나타내는 도면, (c)는 승강하지 않는 파트와 모든 면적변화파트가 동일한 평면상에 있는 상태를 나타내는 도면.
도 31은, 도 27의 배양유니트에 있어서의 항체자극 간헐식 관류배양공정에 있어서, 배양백에 세포를 회수하는 처리가 포함되는 경우의 처리동작을 나타내는 플로우차트.
도 32는, 도 31의 처리동작의 연속을 나타내는 플로우차트.
도 33은, 도 27의 배양유니트에 있어서의 항체자극 간헐식 관류배양공정에 있어서, 세포회수백에 세포를 회수하는 처리가 포함되는 경우의 처리동작을 나타내는 플로우차트.
도 34는, 도 33의 처리동작의 연속을 나타내는 플로우차트.
도 35는, 도 27의 배양유니트에 있어서의 항체자극 연속식 관류배양공정의 처리동작을 나타내는 플로우차트.
도 36은, 도 35의 처리동작의 연속을 나타내는 플로우차트.
도 37은, 도 27의 배양유니트에 있어서의 항체자극 단순 유가배양공정의 처리동작을 나타내는 플로우차트.
도 38은, 도 37의 처리동작의 연속을 나타내는 플로우차트.
도 39는, 도 27의 배양유니트에 있어서의 항체자극 단순 유가배양공정에 있어서, 세포회수백에 의해 세포를 회수하는 처리가 포함되는 경우의 처리동작을 나타내는 플로우차트.
도 40은, 도 39의 처리동작의 연속을 나타내는 플로우차트.
(부호의 설명)
10 …… 세포배양장치(세포배양시스템)
11 …… 항온조
12 …… 배양유니트
13 …… 운전제어반
14 …… 화상처리용 컴퓨터
15 …… 감시용 컴퓨터
16 …… 캐니스터
17 …… 배양카세트
18 …… 배양백(증식용 배양용기)
19 …… 세포접종카세트(기능발현용 배양용기, 유도인자자극용 배양용기)
20 …… 배지카세트(배지저류수단)
46 …… 재치대
47 …… 배양백 트레이
48 …… 제1펌프
49 …… 제2펌프
65 …… 유도인자 자극용기
67 …… 배지백(배지저류용기)
68 …… 사용이 끝난 배지백(사용이 끝난 배지저류용기)
72 …… 세포회수백(세포회수용기)
80 …… 진탕장치
85 …… 작동판
86 …… 돌출부
87 …… 조명용 LED
88 …… CCD카메라(화상취득수단)
89 …… 화상메모리회로
91 …… 진탕기구(압박수단)
94 …… 배양실
95 …… 감시실
100 …… 세포배양장치
101 …… 분화유도카세트(분화유도용 배양용기)
104 …… 공중통신회로
105 …… 원격감시용 컴퓨터
200 …… 세포배양장치
212 …… 배양유니트
221 …… 화상처리용 유니트
230 …… 저온실
231 …… 배지백 트레이
232 …… 폐액백 트레이
233 …… 배지백(배지저류수단, 배지저류용기)
234 …… 폐액백(폐액저류수단, 사용이 끝난 배지저류용기)
240 …… 배양실
241 …… 배양백 트레이
242 …… 배양백(항체자극용 배양용기, 증식용 배양용기)
252 …… 재치대
252b …… 면적변화파트
252c …… 면적변화파트
261 …… 공급펌프
271 …… 배출펌프
290 …… 진탕장치
291 …… 진탕기구
291a …… 작동판(압박수단)
291b …… 돌출부
302 …… CCD카메라(화상취득수단)
352 …… 재치대
354 …… 면적변화파트
355 …… 면적변화파트
356 …… 면적변화파트
357 …… 면적변화파트
370 …… 높이조정판
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
[A] 제1실시형태(도 1~도 20)
도 1(a)는, 본 발명에 있어서의 세포배양장치에 있어서의 제1실시형태를 나타내는 구성도이며, 도 1(b)는, 본 발명에 있어서의 세포배양시스템에 있어서의 제 1실시형태를 나타내는 구성도이다. 도 2는, 도 1의 항온조를 나타내는 사시도이다. 도 5는, 도 2의 항온조에 있어서의 하나의 캐니스터와, 이 캐니스터 내에 수납되는 배양카세트로 이루어지는 배양유니트의 구성을 나타내는 레이아웃 도면이다.
도 1(a)에 나타내는 세포배양장치(10)는, 특히, 면역세포요법에 사용되는 부유계 세포를 배양하는 것이며, 복수개(예를 들면 8개)의 배양유니트(12)를 구비한 항온조(11)와, 이 항온조(11) 및 배양유니트(12)의 운전을 제어하는 운전제어반(13)과, 세포의 화상을 처리하기 위한 화상처리용 컴퓨터(14)와, 운전제어반(13) 및 화상처리용 컴퓨터(14)에 접속되어, 항온조(11) 및 배양유니트(12)를 감시하기 위한 감시용 컴퓨터(15)로 구성된다. 상기 운전제어반(13) 및 화상처리용 컴퓨터(14)가 제어수단으로서 기능한다.
상기 세포배양장치(10)는 세포배양시스템으로서 실현할 수도 있고, 이 세포배양시스템(10)은, 특히, 면역세포요법에 사용되는 부유계 세포를 배양하고, 그 배양을 감시하고 관리하는 것이며, 상기 세포배양장치와 마찬가지로, 항온조(11), 운전제어반(13), 화상처리용 컴퓨터(14) 및 감시용 컴퓨터(15)로 구성된다. 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 상기 항온조(11), 운전제어반(13) 및 화상처리용 컴퓨터(14)는, 세포의 배양에 적합한 배양실(클린룸)(94) 내에 설치되며, 감시용 컴퓨터(15)는, 이 배양실(94) 이외의 감시실(95)에 설치된다. 상기 항온조(11)는, 세포를 배양하는 배양용기(후술하는 증식용 배양용기, 유도인자자극 배양용기)를 각각 설치하는 복수개(예를 들면 8개)의 배양유니트(12)가 서로 격리되어 배치된 것이다. 이 항온조(11)에서는, 배양유니트(12)마다 독립적인 배양환경하에서 상기 배양 용기 내의 세포가 배양된다.
상기 운전제어반(13)은, 항온조(11) 및 배양유니트(12)의 운전을 제어함과 동시에, 세포의 배양을 항온조(11)의 배양유니트(12)마다 감시하고 관리한다. 또, 상기 화상처리용 컴퓨터(14)는, 항온조(11)의 배양유니트(12)마다 배양중인 세포의 화상을 처리하고, 운전제어반(13)과 함께, 배양조작을 제어하는 제어수단으로서 기능한다. 또한, 상기 감시용 컴퓨터(15)는, 운전제어반(13) 및 화상처리용 컴퓨터(14)에 접속되며, 이들 운전제어반(13) 및 화상처리용 컴퓨터(14)가 갖는 데이터를 수신하여 보존함과 동시에 표시(열람)가능하게 하며, 운전제어반(13)과 함께, 세포의 배양을 감시하고 관리하는 관리수단으로서 기능한다.
여기서, 상기 부유계 세포로서는, 말초혈 단핵구, LAK세포(Lymphokine Activated Killer 세포), 신경간세포, ES세포 등이 알려져 있다. 이들 부유계 세포를 이하에서는 간단히 세포라고 칭한다. 또한, 이들 세포를 각각의 세포에 있었던 유도인자로 자극하여 배양한다. 각 유도인자는 세포마다 다르고, 예를 들면, LAK세포에서는 항 인간 CD3항체 등이며, 신경간세포의 유도인자에서는 EGF 등의 상피성장인자이며, ES세포의 유도인자에서는 FGF-8b 등의 섬유아세포 증식인자이다. 또, 본 세포배양장치(10)는, 상기 부유계 세포 이외의 접착의존성 세포를 배양하는 경우에도 적용할 수가 있다.
상기 배양유니트(12)는, 항온조(11) 내에서 서로 격리되어 분리된 복수개(예를 들면 8개)의 캐니스터(16)(도 2 및 도 5)와, 각 캐니스터(16) 내에 수납되는 배양카세트(17)(도 2 및 도 3)로 이루어진다. 상기 배양카세트(17)는, 뒤에 상세히 설명하는 바와 같이, 증식용 배양용기로서의 배양백(18), 유도인자자극용 배양용기로서의 세포접종카세트(19), 및 배지저류수단으로서의 배지카세트(20)를 구비한다. 이들 배양용기(배양백(18), 세포접종카세트(19)) 내의 세포는, 캐니스터(16)마다 독립적인 배양환경하에서 배양된다.
상기 항온조(11)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 개폐가 가능한 본체 도어(21)를 구비한 항온조 본체(22) 내에 복수단의 선반(23)이 설치되며, 각 선반(23)에 캐니스터(16)가 1개씩 배치되어 이루어진다. 상기 항온기(11)는, 본체 도어(21)를 닫은 상태에서, 항온조 본체(22) 내의 환경(온도, 온도 및 CO2 농도)을, 세포를 배양하기 위해서 필요한 환경으로 유지한다.
이와 같은 이유로, 항온조 본체(22) 내에는, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 온도센서(24), CO2센서(25), 도어센서(26) 및 히터(27)가 설치되고, 또한 상기 항온조 본체(22)에, 외부에 설치된 가스봄베(28)가 연결된다. 온도센서(24), CO2센서(25) 및 도어센서(26)로부터의 신호는, 운전제어반(13)으로 송신된다. 이 운전제어반(13)은, 온도센서(24)로부터의 온도신호에 기초하여 히터(27)를 제어하고, CO2센서(25)로부터의 CO2의 농도신호에 기초하여, 가스봄베(28)로부터 항온조 본체(22)의 내부로 공급되는 CO2가스량을 제어한다.
상기 캐니스터(16)는, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 캐니스터 본체(30)에 개폐가 가능한 캐니스터 도어(31)가 설치되고, 캐니스터 본체(30)에 흡기필터(32) 및 배기필터(33)가 설치됨과 동시에, 캐니스터 본체(30)의 흡기필터(32) 측에 송풍팬(34)이 설치된 것이다.
흡기필터(32) 및 배기필터(33)는, 세균을 제거하는 필터이며, 송풍팬(34)의 운전에 의해 항온조 본체(22) 내의 공기 및 CO2가스가 캐니스터(16)의 내부로 도입될 때에, 항온조 본체(22)로부터 캐니스터(16) 내부로 세균이 유입하는 것을 방지한다. 또, 송풍팬(34)의 운전은 운전제어반(13)에 의해 제어되며, 항온조(11)의 본체 도어(21)가 열렸다는 신호가 도어센서(26)로부터 운전제어반(13)으로 송신되었을 때에, 송풍팬(34)의 운전이 정지되어, 캐니스터(16)의 밀폐상태가 확보된다.
흡기필터(32) 및 배기필터(33)에 의한 항온조 본체(22)로부터 캐니스터(16) 내부로의 세균유입방지기능과, 송풍팬(34)의 운전정지에 의한 캐니스터(16)의 밀폐성 확보에 의해, 각 캐니스터(16)의 내부가 각각 독립적인 배양환경이 된다. 이에 의해, 항온조(11)에 있어서의 하나의 캐니스터(16)에 수납되는 배양카세트(17) 내의 세포가 다른 캐니스터(16) 내의 세포에 대하여 격리됨과 동시에, 이 캐니스터(16)에 수납되는 배양카세트(17) 내의 세포가 잡균에 의해 오염되는 일이 방지된다. 또, 다른 환자의 세포에 의해 오염되는 이른바 교차오염도 방지된다.
캐니스터 본체(30)에는, 다시 도어센서(35), 도어록센서(36), 온도센서(37), 습도센서(38), 도어록기구(39), 히터(40) 및 순환팬(41)이 설치되어 있다. 운전제어반(13)은, 온도센서(37)로부터의 온도신호에 기초하여 히터(40)를 제어한다. 또, 운전제어반(13)은, 순환팬(41)의 운전을 제어하여, 캐니스터(16) 내에서 공기 및 CO2가스를 순환시킨다. 상기 습도센서(38)는, 캐니스터(16) 내의 습도를 검출하여 운전제어반(13)으로 송신하고, 그 이상 유·무를 검출한다. 이와 같이 하여, 캐니스터(16)의 내부는 세포를 배양하기 위한 가장 적합한 환경으로 유지된다.
또, 운전제어반(13)은, 하나의 항온조(11)에 있어서 2 이상의 캐니스터 도어(31)가 동시에 열림동작을 하지 않도록 도어록기구(39)의 동작을 제어한다. 이에 의해, 다른 캐니스터(16)와의 사이에서 세포나 배지 등이 잘못 반입되는 일이 방지된다. 상기 도어록기구(39)의 잠금동작은 도어록센서(36)에 의해 검출되어, 운전제어반(13)으로 송신된다. 또, 캐니스터 도어(31)의 개폐상태는 도어센서(35)에 의해 검출되어, 운전제어반(13)으로 송신된다.
도 5에 나타내는 캐니스터 본체(30)내의 하부에는, 캐니스터(16) 내에 수납되는 배양카세트(17)를 지지하는 스테이지(42)가 형성되고, 이 스테이지(42)에 중량계(43)가 설치된다. 상기 중량계(43)는, 캐니스터(16) 내에 수납된 배양카세트(17)의 배양백(18)의 중량을 계측하는 것이며, 실제로는, 배지카세트(20)로부터 배양백(18)에 공급되는 배지의 양을 계측한다. 이 중량계(43)의 계측값도 운전제어반(13)으로 송신된다. 또, 캐니스터 본체(30)에는, 표시등(44)이 설치되어 있다. 캐니스터(16) 내에서 자동배양을 실시하고 있을 때에, 상기 캐니스터(16)의 표시등(44)을, 예를 들면 적색점등시켜, 조작지령이 출력된 캐니스터(16)와, 내부에 배양카세트(17)가 수납되어 있지 않은 캐니스터(16)의 표시등(44)을 녹색점등시킨다. 이에 의해, 자동배양을 실시하고 있는 캐니스터(16)에 대해서는 다른 캐니스터(16)와는 독립적인 배양환경이 확보되며, 다른 캐니스터(16)에 수납되어 있는 검체(세포)와의 교차오염이나 뒤바뀌는 것을 방지할 수가 있게 된다.
여기서, 상기 배양카세트(17)에 대하여 설명한다.
이 배양카세트(17)는, 도 3 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 라지트레이(45) 에 배양백(18), 세포접종카세트(19) 및 배지카세트(20)가 장착된 것이며, 배양백(18) 및 세포접종카세트(19)가 세포를 배양하는 배양용기이다. 이 가운데, 세포접종카세트(19)는, 세포에 기능을 발현시키기(예를 들면, 세포를 증식시키거나, 세포를 분화(후술함)시키는 등) 위한 기능발현용 배양용기이며, 본 실시형태에서는, 증식을 위하여 유도인자에 의해 세포를 자극하는 유도인자자극용 배양용기이다. 또, 배양백(18)은, 세포접종카세트(19)에 있어서 유도인자에 의해 자극된 세포를 증식시키기 위한 증식용 배양용기이다.
배양백(18)은, 세포가 접종된 배양액을 수용하는 가요성의 일회용 용기이며, 재치대(46)(도 5)에 의해, 도 4(A)에 나타내는 배양백 트레이(47)에 재치되고, 이 배양백 트레이(47)가 도 3 및 도 5에 나타내는 라지트레이(45)에 착탈이 가능하도록 장착된다. 상기 배양백(18)은, 예를 들면, 산소투과성 재질로 이루어지는 백이다. 상기 라지트레이(45)에는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1펌프(48), 제2펌프(49) 및 제3펌프(50)가 배치된다. 배양백(18)의 1단측은, 튜브(63)를 사용하여 제2펌프(49)를 거쳐서 제7커넥터(57)에 접속된다. 또, 배양백(18)의 타단측은, 튜브(60)를 사용하여 제1커넥터(51)에 접속된다. 상기 제1펌프(48), 제2펌프(49), 제3펌프(50)는, 멸균튜브교환의 편리성때문에, 연동형(peristaltic) 펌프로 하는 것이 바람직하다.
상기 라지트레이(45)에서는, 튜브(61)의 일단은 제3커넥터(53)에 접속되고, 타단은 제5커넥터(55)에 접속된다. 이 튜브(61)는, 제1펌프(48)의 도시하지 않는 회전구동부에 배치되어 있다. 튜브(63)의 일단은, 상술한 바와 같이 제7커넥터(57) 에 접속되고, 타단은 배양백(18)에 접속된다. 이 튜브(63)는, 제2펌프(49)의 도시하지 않는 회전구동부에 배치되어 있다. 튜브(62)는, 일단이 커넥터(X)에 의해 튜브(61)에 접속되며, 타단이 커넥터(Y)에 의해 튜브(63)에 접속된다. 이 튜브(62)는, 제3펌프(50)의 도시하지 않는 회전구동부에 배치되어 있다.
상기 세포접종카세트(19)는, 도 4(C)에 나타내는 바와 같이, 유도인자 자극용기(65)의 저면 내부측에 유도인자를 고층화(固層化)하고, 이 유도인자 자극용기(65) 내에 배지를 투입하고, 이 배지에 세포를 접종하고, 이 유도인자 자극용기(65)를 카세트프레임(66)에 설치하여, 카세트구조로 구성한 것이다. 상기 유도인자 자극용기(65)에 유도인자, 배지 및 세포를 넣는 작업은, 클린벤치 또는 안전 캐비넷(이하, 본 실시형태에 있어서, 클린벤치 등이라고 한다) 내에서 무균상태로 실시된다. 또한, 배지 및 세포의 혼합액을 배양액이라고 칭한다.
상기 세포접종카세트(19)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 라지트레이(45)에 착탈이 가능하게 장착된다. 이 때에는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 세포접종카세트(19)의 제2커넥터(52) 및 제4커넥터(54)가 라지트레이(45)의 제1커넥터(51), 제3커넥터(53)의 각각에 무균적으로 결합된다. 즉, 제1커넥터(51)와 제2커넥터(52)는, 예를 들면, 한쪽의 고무형상 결합부에 다른 쪽의 바늘형상 결합부가 삽입되는 것에 의해, 무균적으로 결합된다. 제3커넥터(53)와 제4커넥터(54)의 결합에 있어서도 동일하다.
제1커넥터(51)와 제2커넥터(52)의 결합에 의해 튜브(60)를 사용하여, 다른 배양환경의 세포접종카세트(19)와 배양백(18), 즉 세포를 유도인자에 의해 자극하 여 당해 세포에 증식기능을 발현시키기 위한 배양환경을 갖는 세포접종카세트(19)와, 세포를 증식시키기 위한 배양환경을 갖는 배양백(18)이 접속되게 된다. 따라서, 세포접종카세트(19)에 있어서 유도인자에 의해 자극되어, 증식을 개시하기 시작한 세포를 배양백(18)으로 이행시켜서, 이 배양백(18)에 있어서 증식만을 실시하도록 할 수가 있게 된다.
상기 배지카세트(20)는, 도 4(B)에 나타내는 바와 같이, 배지저류용기로서의 배지백(67), 및 사용이 끝난 배지저류용기로서의 사용이 끝난 배지백(68)이, 배지백 트레이(69)에 재치되어 카세트구조로 구성된 것이다. 상기 배지백(67)은, 배양백(18), 세포접종카세트(19)에 공급되는 배지를 저류하는 것이다. 또, 상기 사용이 끝난 배지백(68)은, 배양백(18)으로부터 배출되는 사용이 끝난 배지(상청)를 저류하는 것이다. 배지카세트(20)가 카세트구조로 구성되는 것에 의해, 배양백(18)을 캐니스터(16) 내에 유지한 상태에서, 당해 캐니스터(16) 내의 배양카세트(17)에 배지카세트(20)를 장착하는 것만으로 배지의 교환과 공급이 가능해진다.
상기 배지카세트(20)는, 라지트레이(45)(도 3)에 착탈이 가능하게 장착된다. 이때, 도 5에 나타내는 바와 같이, 배지카세트(20)의 제6커넥터(56), 제8커넥터(58)가 라지트레이(45)의 제5커넥터(55), 제7커넥터(57)의 각각에, 제1커넥터(51) 및 제2커넥터(52)의 경우와 동일하게 하여 무균적으로 결합된다. 제6커넥터(56)와 제5커넥터(55)의 결합에 의해, 배지백(67)과 세포접종카세트(19)가 접속된다. 또, 제7커넥터(57)와 제8커넥터(58)의 결합에 의해, 사용이 끝난 배지백(68)과 배양백(18)이 접속된다.
배양백(18), 세포접종카세트(19) 및 배지카세트(20)가 상술한 바와 같이 접속되는 것에 의해, 배지카세트(20)에 있어서의 배지백(67) 내의 배지가, 제1펌프(48)의 기동에 의해 세포접종카세트(19)를 거쳐서 배양백(18)으로 공급되며, 이 배양백(18) 내부의 사용이 끝난 배지가, 제2펌프(49)의 기동에 의해 배지카세트(20)의 사용이 끝난 배지백(68)으로 배출되는 폐쇄계가 구성된다. 이 폐쇄계의 구성에 의해, 상기 계통(배양백(18), 세포접종카세트(19) 및 배지카세트(20))이 무균상태로 유지된다.
또한, 상기 세포접종카세트(19)는, 내부에 세포가 없어진 단계에서 더미카세트(70)로 환치된다. 이에 의해, 세포접종카세트(19) 내의 유도인자가 배양백(18) 내부로 이행하는 것이 방지된다. 또, 배지카세트(20)는, 배지백(67)이 비워진 단계에서, 배지가 채워진 배지백(67)과 사용이 끝난 빈 배지백(68)을 구비하는 새로운 배지카세트(20)로 교환된다. 이 교환은 조작자에 의해 실시된다. 상기 더미카세트(70)는, 단순히, 배지를 유동시키는 유로로서 기능하는 것이다.
배양백(18) 내에서의 배양(세포증식)에는, 제1펌프(48)를 기동시켜서, 배지카세트(20)의 배지백(67) 내의 배지를 배양백(18)으로 공급(유가(流加))하는 것에 의해 세포를 증식시키는 유가배양(流加培養)과, 제1펌프(48) 및 제2펌프(49)를 기동시켜서, 배양백(18) 내부의 사용이 끝난 배지를 배지카세트(20)의 사용이 끝난 배지백(68)으로 배출하고, 또, 배지백(67) 내의 배지를 배양백(18)으로 공급하는 것에 의해 세포를 증식시키는 관류배양(灌流培養)과, 후술하는 진탕장치(80)를 사용한 진탕배양과, 진탕을 실시하지 않는 정치배양이 있다. 이 가운데 관류배양에 는, 사용이 끝난 배지의 배출과 배지의 공급을 교대로 실시하는 간헐식 관류배양과, 사용이 끝난 배지의 배출과 배지의 공급을 동시에 실시하는 연속식 관류배양이 있다. 이 연속식 관류배양에서는, 통상적으로, 튜브(63) 중 배양백(18)과 제2펌프(49) 사이에, 세포의 이동을 저지하는 필터(71)가 설치되어, 배양백(18) 내부의 세포가 사용이 끝난 배지백(68)으로 배출되는 일을 방지한다.
상기 제3펌프(50)는, 배양백(18) 내에서 증식된 세포를 화상에 의해 관찰하는 등의 경우에 기동된다. 즉, 배양백(18) 내부의 세포는, 튜브(63)에 필터(71)가 설치되어 있지 않은 경우에는, 배양백(18)으로부터 튜브(63), 튜브(62) 및 튜브(61)를 거쳐서, 세포접종카세트(19) 또는 더미카세트(70)로 유도되고, 후술하는 CCD카메라(88)에 의해 촬영되어, 증식된 세포수 등이 관찰된다. 상기 튜브(63)에 필터(71)가 설치되어 있는 경우에는, 제3펌프(50)의 상류측이 바이패스 튜브(73)에 의해 배양백(18)에 접속되며, 배양백(18) 내부의 세포는, 상기 바이패스 튜브(73) 및 튜브(62)를 거쳐서, 세포접종카세트(19) 또는 더미카세트(70)의 내부로 유도되고, CCD카메라(88)를 사용하여 관찰된다.
상기 배지카세트(20)의 사용이 끝난 배지백(68)에는, 배양백(18)에 있어서의 세포의 증식이 종료된 후에, 배양백(18) 내부의 사용이 끝난 배지가 배출되어, 이 배양백(18) 내부의 세포가 농축된다. 이 사용이 끝난 배지의 배출은 제2펌프(49)의 기동에 의해 실시되며, 중량계(43)의 계측값에 기초하여 운전제어반(13)의 제어에 의해, 배양백(18) 내부의 배양액의 용량이 약 1/2~1/3 정도가 될 때까지 실시된다. 이 배양백(18) 내에서의 세포의 농축에 의해, 그 후에 실시되는 세포의 세정·농축 을 목적으로 한 원심분리기에 의한 원심분리의 횟수가 줄어든다.
또, 배지카세트(20)에서는, 배양백(18)에 있어서의 세포가 상술한 바와 같이 농축된 후에, 사용이 끝난 배지백(68)을, 원심분리기에 장착이 가능한 세포회수용기로서의 세포회수백(72)으로 환치하고, 이 세포회수백(72)의 내부로, 배양백(18) 내에서 세포가 농축된 배양액(배지 및 세포)을, 제2펌프(49)의 기동에 의해 공급하여도 좋다. 이 경우에는, 튜브(63)에 필터(71)가 설치되어 있지 않는 것을 조건으로 한다. 이에 의해, 원심분리기에 장착할 수 있는 백에서의 세포의 회수를, 폐쇄계 공간인 캐니스터(16) 내에서 실시할 수가 있어서, 세포의 회수작업이 간편화된다.
캐니스터(16) 내에 수납되는 배양카세트(17)의 라지트레이(45)에는, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 세포접종카세트(19) 또는 더미카세트(70)가 라지트레이(45)에 장착된 것을 검출하는 세포접종카세트 센서(74)와, 배지카세트(20)가 라지트레이(45)에 장착된 것을 검출하는 배지카세트 센서(75)가 설치되어 있다. 이들 센서(74 및 75)의 신호는 운전제어반(13)으로 송신된다. 이 운전제어반(13)은, 배양카세트(17)의 라지트레이(45)에 세포접종카세트(19) 또는 더미카세트(70)가 장착되었으며, 또 배지카세트(20)가 창작된 것을 확인하고, 제1펌프(48), 제2펌프(49) 및 제3펌프(50)를 기동시킨다.
그러나, 도 5에 나타내는 바와 같이, 캐니스터(16) 내에는 배양카세트(17)가 수납되고, 이 배양카세트(17)가 캐니스터(16)의 스테이지(42)에 지지되어 있는바, 이 스테이지(42)에는, 배양카세트(17)의 배양백 트레이(47)가 배치되는 하방의 위 치에 경사 모터(76), 캠기구(79) 및 위치결정 센서(77)가 설치된다. 배양백 트레이(47) 상에서 배양백(18)을 직접 올려놓는 재치대(46)는, 그 일부(도시하지 않는 승강부)가 승강이 가능하게 구성된다. 상기 경사 모터(76)는 캠기구(79)를 회전시켜서, 재치대(46)의 상기 승강부를 승강시킨다. 이 승강부의 위치가 위치결정 센서(77)에 의해 검출되어, 운전제어반(13)으로 송신된다. 경사 모터(76)는 운전제어반(13)에 의해 제어되며, 배양백(18)에 있어서의 배양초기단계에서, 재치대(46)의 승강부를 하강시키도록 제어된다. 이에 의해, 배양백(18)에 액체고임부(78)(도 8 및 도 9)가 형성된다.
배양백(18)에 있어서의 배양초기단계에서, 세포접종카세트(19)로 부터의 배양액(배지 및 세포)이 액체고임부(78)에 저류되는 것에 의해, 배양백(18) 내부의 면적당 세포밀도가 증식에 적합한 밀도로 유지되어, 배양초기에 세포가 효율적으로 증식된다. 배양백(18) 내에 배양액이 소정의 양 a(후술함) 이상이 되는 배양중기 및 후기에는, 경사 모터(76)가 캠기구(79)에 의해 재치대(46)의 승강부를 상승시켜, 배양백(18)을 수평상태로 하여 상기 액체고임부(78)를 해소한다.
또한, 캐니스터(16) 내에는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 배양카세트(17)의 배양백 트레이(47)가 배치되는 상방의 위치에, 진탕장치(80)의 진탕기구(91)가 압박수단으로서 설치된다. 이 진탕장치(80)는, 상기 진탕기구(91), 작동모터(81), 캠기구(90) 및 위치결정 센서(82)를 갖는다. 진탕기구(91)는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 장치프레임(83)에, 가이드로드(84)를 통해 작동판(85)이 상·하로 이동이 자유롭게 설치되고, 이 작동판(85)의 저면에 복수의 돌출부(86)가 돌출형성되도록 설 치된 것이다. 작동판(85)이 작동모터(81)에 의해, 캠기구(90)(도 5)의 작용으로 상방 또는 하방으로 교대로 이동되는 것에 의해, 이 작동판(85)의 돌출부(86)가, 진탕기구(91)의 하방에 위치하는 배양백(18)을 반복하여 압박, 즉 배양백(18)에 대하여 압박과 압박해제를 반복한다. 이에 의해, 배양백(18) 내부의 배양액이 교반되어, 배양백(18) 내부의 세포가 배양액의 내부에서 부유하여 이동하고, 이 배양백(18) 내에서의 세포의 분포 및 배지의 성분농도가 균일화되며, 또 산소공급능도 향상되는 것에 의해 세포의 증식이 촉진된다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 상기 위치결정 센서(82)에 의해 작동판(85)의 위치가 검출되어 운전제어반(13)으로 송신되고, 이 운전제어반(13)에 의해 작동모터(81)가 제어된다. 상기 진탕장치(80)를 사용한 배양백(18) 내에서의 세포배양(진탕배양)은, 배양백(18) 내에 배양액이 가득 채워지기 전에 실시되어도 좋고, 또는 가득 채워진 후에 실시되어도 좋다.
또, 캐니스터(16) 내에는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 배양카세트(17)의 세포접종카세트(19) 또는 더미카세트(70)가 배치되는 위치의 상방에 조명용 LED(87)가, 하방에 화상취득수단으로서의 CCD카메라(88)가 설치된다. 조명용 LED(87)는, 세포접종카세트(19) 또는 더미카세트(70)를 상방으로부터 조명하는 것이다. CCD카메라(88)는, 세포접종카세트(19) 또는 더미카세트(70) 내의 세포를 하방에서 촬영하여, 그 화상을 취득하는 것이다. 이들 조명용 LED(87)의 조명동작과 CCD카메라(88)의 촬영동작은 운전제어반(13)(도 6)에 의해 제어되고, 소정의 시간(예를 들면 6시간)마다 세포접종카세트(19) 또는 더미카세트(70) 내의 세포의 화상이 취득 된다. 소정의 시간마다 취득되는 세포화상은, 화상처리용 컴퓨터(14)의 화상메모리회로(89)에 기억된다.
상기 화상처리용 컴퓨터(14)는, 화상메모리회로(89) 내에 기억된 소정의 시간마다 세포화상을 화상처리, 예를 들면, 2치화처리나 다치화처리하여, 단일세포의 투영면적의 평균값과, 단일세포가 응집한 세포응집 덩어리인 비단일세포의 증가속도를 세포배양의 평가 파라미터로서 산출한다. 단일세포의 투영면적의 평균값(단일세포의 평균투영면적)은, 세포접종카세트(19)를 배양카세트(17)에 장착하고, 이 배양카세트(17)를 캐니스터(16) 내에 수납하여 배양을 개시했을 때부터, 예를 들면 24시간 경과한 후의 세포화상으로부터 산출한다.
또, 상술한 비단일세포인지 아닌지의 여부는, 배양 초기의 단일세포의 투영면적이 100μ㎡ 미만이기 때문에, 투영면적이 100μ㎡ 이상인 경우를 비단일세포로 판단한다. 세포의 경시적인 화상(예를 들면, 배양개시로부터 24시간, 48시간, 72시간 경과한 후의 화상)으로부터, 전체 세포에 대한 비단일세포의 비율의 변화를 연산하여, 비단일세포의 증가속도를 산출한다.
화상처리용 컴퓨터(14)는, 단일세포의 평균 투영면적으로부터 래그타임(lag time)을 산출하여, 상기 세포의 증식개시시기를 추정한다. 여기서, 상기 래그타임이란, 세포접종카세트(19)의 유도인자 자극용기(65)에 세포를 접종한 후, 증식이 개시될 때까지 필요한 유도기의 시간이다. 화상처리용 컴퓨터(14)는, 세포의 증식개시시기로부터 상기 세포의 배양상황, 즉 상기 세포가 유도인자의 자극에 의해 증식의 가능성이 있는지 없는지의 여부를 판단한다. 그리고, 화상처리용 컴퓨터(14) 는, 상기 세포의 판정결과(예를 들면, 상기 세포가 증식할 가능성이 있는 경우에는「YES」, 그렇지 않은 경우에는 「NO」 등의 신호)를 운전제어반(13)에 대하여 송신한다. 운전제어반(13)은, 세포접종카세트(19)의 유도인자 자극용기(65) 내의 세포에 대하여 증식의 가능성이 현저히 낮다고 판단했다는 신호를 받았을 때에는, 당해 세포에 대하여, 그 상태를 표시한다. 또한, 래그타임이 너무 긴 세포는, 유도인자에 의한 자극이 현저히 작용하기 어려운 세포이며, 증식의 가능성이 낮다고 판단된다.
또, 화상처리용 컴퓨터(14)는, 비단일세포의 증가속도로부터 상기 세포의 최소 배화시간을 산출한다. 여기서, 배화시간이란, 어떤 시간에 있어서의 세포의 세포수가 배의 세포수가 될 때까지 필요로 하는 시간을 말한다. 화상처리용 컴퓨터(14)는, 이 최소 배화시간으로부터 당해 세포의 배양상황, 즉 당해 세포의 증식능력을 판단하여 운전제어반(13)으로 송신한다. 그리고, 화상처리용 컴퓨터(14)로부터 신호를 받은 운전제어반(13)은, 상기 세포의 증식능력에 기초하여, 세포접종카세트(19)로부터 배양백(18)으로 세포를 이동시킬 타이밍이나, 배양백(18)으로 배지를 유가시키는 유가속도 등을 결정한다. 또한, 최소 배화시간이 너무 긴 세포는, 증식능력이 현저히 낮은 세포라고 판단된다.
제어수단으로서 기능하는 운전제어반(13) 및 화상처리용 컴퓨터(14)는, 도시하지 않으나, 연산이나 제어를 실행하는 CPU와, 처리프로그램이나 데이터를 기억하는 기억장치(메모리)와, 데이터나 지령 등을 입력하기 위한 키보드, 마우스 또는 터치패널 등의 입력장치나 모니터 등의 출력장치와의 접속을 실시하는 입출력회로 로 구성된다. 또한, 화상처리용 컴퓨터(14)에 있어서는, CCD카메라(88)로부터의 화상데이터를 기억하는 화상메모리회로(89)를 구비한다.
화상처리용 컴퓨터(14)의 기억장치에는, CCD카메라(88)가 소정의 시간마다 촬영한 세포접종카세트(19) 내의 세포의 화상을 화상처리(예를 들면, 2치화처리나 다치화처리)하여, 세포배양의 평가 파라미터(단일세포의 평균 투영면적, 비단일세포의 증가속도) 등을 산출하고, 이 세포배양의 평가 파라미터로부터 세포의 배양상황(세포의 증식가능성, 세포의 증식능력)을 판정하기 위한 프로그램이 기억되어 있다.
또, 운전제어반(13)의 기억장치에는, 세포의 배양상황에 맞추어 항온조(11), 캐니스터(16) 및 배양카세트(17)에 관한 기기(예를 들면 제1펌프(48), 제2펌프(49) 등)을 제어하여, 배양조작을 실행하기 위한 프로그램이 기억되어 있다. 또한, 이 운전제어반(13)의 기억장치에는, CCD카메라(88)를 소정의 시간마다 제어하여 세포의 화상을 취득하는 등, 항온조(11), 캐니스터(16) 및 배양카세트(17)의 각종 센서로부터의 신호에 기초하여, 이들 항온조(11), 캐니스터(16) 및 배양카세트(17)에 관한 기기를 제어하는 기기제어용 프로그램도 기억되어 있다.
세포배양시스템(10)에 있어서는, 관리수단으로서의 상기 운전제어반(13) 및 감시용 컴퓨터(15) 중, 운전제어반(13)의 기억장치에는, 항온조(11)의 캐니스터(16) 마다, 및 상기 캐니스터(16) 내에 수납된 배양카세트(17) 마다, 세포의 배양에 관한 세포배양관련 데이터를 수집하여 축적하는 프로그램과 상기 세포배양관련 데이터에 기초하여 캐니스터(16) 및 배양카세트(17) 마다 세포의 배양상태를 감 시하는 프로그램과, 상기 세포배양관련 데이터에 기초하여 캐니스터(16) 및 배양카세트(17)마다 세포의 배양조작을 관리하는 프로그램이 기억되어 있다.
여기서, 상기 세포배양관련 데이터는, 세포, 배지, 유도인자, 배양백(18), 라지트레이(45), 배지백(67), 배지카세트(20), 유도인자 자극용기(65), 세포접종카세트(19), 세포회수백(72), 조작자 각각의 ID나, 항온조(11), 캐니스터(16)의 각 어드레스 등과 같이, 예를 들면, 바코드 리더로 판독이 가능한 식별부호나, 항온조(11), 캐니스터(16) 및 배양카세트(17)의 각종 센서(온도센서(24), 도어센서(35), 배지카세트센서(75), 중량계(43) 등)가 검출하고, 또는 각종 기기(제1펌프(48), 제2펌프(49), 송풍팬(34), 작동모터(81) 등)의 동작상태를 나타내는 배양환경 데이터와, 화상처리용 컴퓨터(14)가 취득한 세포의 화상데이터(CCD카메라(88)에 의한 화상데이터, 이 화상을 2치화 등의 처리를 한 후의 화상데이터, 이 화상데이터로부터 도출한 평가 파라미터 등)의 적어도 하나이다.
따라서, 운전제어반(13)은, 상술한 프로그램에 기초하여, 항온조(11)의 캐니스터(16) 및 배양카세트(17) 마다, 세포배양관련 데이터를 소정의 시간(예를 들면, 1분마다)에 취득하여 수집하고 축적한다. 이에 의해, 항온조(11)의 임의의 캐니스터(16) 및 배양카세트(17)에서 배양된 세포에 관한 배양이력이 조작자에 의해서가 아니라 자동으로 취득된다. 또, 운전제어반(13)은, 마찬가지로 하여, 항온조(11)의 캐니스터(16) 및 배양카세트(17)마다, 배양관련 데이터에 기초하여 세포의 배양상태를 관찰하여, 이상의 유무를 감시한다. 또한, 운전제어반(13)은, 동일하게 하여, 항온조(11)의 캐니스터(16) 및 배양카세트(17)마다, 배지카세트(20)의 교환조작(배 지교환조작), 더미카세트(70)로의 환치조작, 세포회수백(72)으로의 환치조작 등의 각종 배양조작을 관리하여, 그들 조작을 촉구하는 내용을 조작자 등에게 고지한다. 이 관리에 의해, 이력 등을 자동적으로 기록·보관하고, 인위적인 변조나 기록실수를 방지할 수가 있다.
또, 감시용 컴퓨터(15)는, 상기 운전제어반(13)이 갖는 항온조(11)의 캐니스터(16) 및 배양카세트(17)마다의 세포배양관련 데이터, 배양이력 데이터, 이상의 유무에 관한 데이터, 배양조작에 관한 데이터를 운전제어반(13)으로부터 수신하여 보존하고, 모니터상에서 표시(열람)할 수 있도록 한다. 이에 의해, 조작자는, 항온조(11)가 설치된 배양실(94) 이외의 감시실(95)에 있어서, 당해 항온조(11)에서 배양되고 있는 세포의 배양을 관찰하여 감시하고, 관리할 수가 있게 된다. 이 관리에 의해, 이력 등을 자동적으로 기록·보관하여, 인위적인 변조나 기록실수를 방지할 수가 있다.
상기 세포배양관련 데이터의 취득을, 세포배양전, 세포배양중, 세포배양후의 경우에 대하여, 도 18~도 20을 참조하여 설명한다.
도 18에 나타내는 바와 같이, 세포배양전에 클린벤치 등의 내부에서, 유도인자 자극용기(65)에 유도인자 및 배지를 첨가하고, 세포를 접종할 때에는, 바코드리더를 사용하여 유도인자 자극용기(65)의 ID, 유도인자 및 배지의 각 수납용기에 부여된 ID, 세포의 시료 ID, 조작자 ID가 조작일시와 함께 운전제어반(13)에 취득되어 감시용 컴퓨터(15)로 송신된다. 그리고, 이 유도인자 자극용기(65)를 세포접종카세트(19)에 장착할 때에는, 유도인자 자극용기(65)의 ID, 세포접종카세트(19)의 ID, 및 조작자 ID가 조작일시와 함께, 바코드리더를 사용하여 운전제어반(13)에 취득되어 감시용 컴퓨터(15)로 송신된다. 또한, 배양백(18)을 라지트레이(45)에 장착할 때에는, 배양백(18)의 ID, 라지트레이(45)의 ID, 및 조작자 ID가 조작일시와 함께, 바코드리더를 사용하여 운전제어반(13)에 취득되어 감시용 컴퓨터(15)로 송신된다. 또, 배지백(67) 및 사용이 끝난 배지백(68)을 배지카세트(20)에 장착할 때에는, 배지백(67)의 ID, 배지카세트(20)의 ID 및 조작자 ID가 조작일시와 함께, 바코드리더를 사용하여 운전제어반(13)에 취득되어 감시용 컴퓨터(15)로 송신된다.
마찬가지로, 세포배양전에, 항온조(11)의 캐니스터(16) 내에 라지트레이(45)를 반입할 때에는, 항온조(11) 및 캐니스터(16)의 어드레스, 라지트레이(45)의 ID 및 조작자 ID가 조작일시와 함께, 바코드리더를 사용하여 운전제어반(13)에 취득되어 감시용 컴퓨터(15)로 송신된다. 세포배양전에, 상기 항온조(11)의 캐니스터(16) 내에 수납된 라지트레이(45)에 배지카세트(20)를 장착할 때에는, 항온조(11) 및 캐니스터(16)의 어드레스, 배지카세트(20)의 ID 및 조작자 ID가 조작일시와 함께, 바코드리더를 사용하여 운전제어반(13)에 취득되어 감시용 컴퓨터(15)로 송신된다. 세포배양전에, 상기 항온조(11)의 캐니스터(16) 내에 수납된 라지트레이(45)에 세포접종카세트(19)를 장착할 때에는, 항온조(11) 및 캐니스터(16)의 어드레스, 세포접종카세트(19)의 ID 및 조작자 ID가 조작일시와 함께, 바코드리더를 사용하여 운전제어반(13)에 취득되어 감시용 컴퓨터(15)로 송신된다.
도 19에 나타내는 바와 같이, 세포배양중에는, 일시 및 항온조(11)의 어드레스와 함께, 상기 항온조(11)의 운전·정지상태나, 당해 항온조(11)의 각종 센서(온 도센서(24) 등)의 계측 데이터가 운전제어반(13)에 취득되어 감시용 컴퓨터(15)로 송신된다. 또, 이 세포배양중에는, 일시 및 캐니스터(16)의 어드레스와 함께, 당해 항온조(11), 상기 캐니스터(16) 및 이 캐니스터(16) 내의 배양카세트(17)의 운전·정지상태나, 당해 캐니스터(16) 및 배양카세트(17)에 있어서의 각종 기기(송풍팬(34), 제1펌프(48) 등)의 운전·정지상태, 당해 캐니스터(16) 및 배양카세트(17)의 각종 센서(온도센서(37), 중량계(43) 등)의 계측 데이터가 운전제어반(13)에 취득되어 감시용 컴퓨터(15)로 송신된다. 또한, 이 세포배양중에는, 일시 및 캐니스터(16)의 어드레스와 함께, CCD카메라(88)에 의해 촬영된 세포의 화상데이터, 당해 화상데이터를 2치화 처리하는 등의 처리데이터 및 평가 파라미터가, 화상처리용 컴퓨터(14)로부터 운전제어반(13)에 취득되어 감시용 컴퓨터(15)로 송신된다. 이때 운전제어반(13)은, 항온조(11), 캐니스터(16) 및 배양카세트(17)에 대하여, 각종 기기 등을 제어하기 위한 제어신호를 상술한 바와 같이 출력한다.
이 세포배양중에 세포접종카세트(19) 내에 세포가 없어져서 더미카세트(70)로 환치할 때에는, 상기 항온조(11) 및 캐니스터(16)의 어드레스, 라지트레이(45)의 ID, 세포접종카세트(19)의 ID 및 조작자 ID가, 조작일시와 함께 운전제어반(13)에 취득되어 감시용 컴퓨터(15)로 송신된다. 또, 세포배양중에 배지카세트(20)의 배지백(67)의 내부가 비워져서, 배지가 채워진 배지백(67)을 구비하는 새로운 배지카세트(20)로 교환할 때(배지 교환시)에는, 상기 항온조(11) 및 캐니스터(16)의 어드레스, 배지카세트(20)의 ID, 배지백(67)의 ID 및 조작자 ID가, 조작일시와 함께 운전제어반(13)에 취득되어 감시용 컴퓨터(15)로 송신된다.
또한, 세포를 배양백(18)이 아닌 세포회수백(72)으로 회수할 경우에는, 세포배양중에 배양백(18)내에서 세포가 농축되어, 배지카세트(20)의 사용이 끝난 배지백(68)을 세포회수백(72)으로 환치할 때에, 상기 항온조(11) 및 캐니스터(16)의 어드레스, 라지트레이(45)의 ID, 배지카세트(20)의 ID, 세포회수백(72)의 ID 및 조작자 ID가, 조작일시와 함께 운전제어반(13)에 취득되어 감시용 컴퓨터(15)로 송신된다. 또한, 이들 더미카세트(70)로의 환치나, 배지카세트(20)의 교환(배지교환), 세포회수백(72)으로의 환치시에, 운전제어반(13)은, 상기 항온조(11)의 캐니스터(16)에 있어서의 도어록기구(39)를 작동하여 도어록을 해제시키고, 세포접종카세트 센서(74) 또는 배지카세트 센서(75)로부터의 신호에 의해, 상기 더미카세트(70)로의 환치, 배지카세트(20)의 교환(배지교환), 세포회수백(72)으로의 환치를 확인한다.
도 20(A)에 나타내는 바와 같이, 세포배양이 종료된 후에 배양백(18)에서 세포를 회수하는 경우에는, 라지트레이(45)를 분리할 때에, 상기 항온조(11) 및 캐니스터(16)의 어드레스, 라지트레이(45)의 ID 및 조작자 ID가, 조작일시와 함께 운전제어반(13)에 취득되어 감시용 컴퓨터(15)로 송신된다. 그 후, 클린벤치 등에서 라지트레이(45)로부터 배양백(18)을 인출할 때에는, 상기 라지트레이(45)의 ID, 배양백(18)의 ID 및 조작자 ID가, 조작일시와 함께 운전제어반(13)에 취득되어 감시용 컴퓨터(15)로 송신된다. 또한, 이 라지트레이(45) 및 배양백(18)의 분리시에, 운전제어반(13)은, 당해 항온조(11)의 캐니스터(16)에 있어서의 도어록기구(39)를 작동하여 도어록을 해제시킨다.
도 20(B)에 나타내는 바와 같이, 세포배양이 종료된 후에 세포회수백(72)으 로 세포를 회수하는 경우에는, 세포회수백(72)을 구비한 배지카세트(20)를 분리할 때에, 당해 항온조(11) 및 캐니스터(16)의 어드레스, 배지카세트(20)의 ID, 세포회수백(72)의 ID 및 조작자 ID가, 조작일시와 함께 운전제어반(13)에 취득되어 감시용 컴퓨터(15)로 송신된다. 그 후, 클린벤치 등에서 배지카세트(20)로부터 세포회수백(72)을 분리할 때에는, 당해 배지카세트(20)의 ID, 세포회수백(72)의 ID 및 조작자 ID가, 조작일시와 함께 운전제어반(13)에 취득되어 감시용 컴퓨터(15)로 송신된다.
이어서, 운전제어반(13) 및 화상처리용 컴퓨터(14)가 상기 프로그램을 실행하여 세포를 배양하는 공정을, 도 8~도 11의 공정도 및 도 12~도 17에 나타내는 플로우차트를 사용하여 설명한다. 이 세포배양공정에 있어서, 운전제어반(13) 및 화상처리용 컴퓨터(14)는, 항온조(11)의 캐니스터(16)마다 독립적으로 배양환경을 설정하고 제어하여, 각 캐니스터(16)에 수납된 배양카세트(17)에 있어서의 세포를 배양한다.
도 8 내지 도 13은, 유도인자자극 간헐식 관류배양공정을 나타내며, 배양백(18)에 세포를 회수하는 경우이다. 우선, 도 8(A) 및 12에 나타내는 바와 같이, 조작자는, 비어 있는 배양백(18)을 재치대(46)에 의해 배양백 트레이(47)에 올려놓고, 이 배양백 트레이(47)를 라지트레이(45)에 장착하고, 배양백(18)을 제1펌프(48), 제2펌프(49) 및 제3펌프(50)에 접속시킨다.
이어서, 조작자는, 상기 라지트레이(45)를 항온조(11)의 표시등(44)이, 예를들면 녹색으로 점등된 단일의 캐니스터(16) 내에 반입하고, 그 스테이지(42)에 지 지시킨다. 그리고, 조작자는, 클린벤치 등의 내부에서 유도인자 자극용기(65)에 유도인자를 고층화시키고, 배지를 투입하며, 세포를 접종시킨 세포접종카세트(19)를, 도 8(B)에 나타내는 바와 같이, 상기 캐니스터(16) 내의 상기 라지트레이(45)에 장착한다. 이어서 조작자는, 클린벤치 등의 내부에서 배지백(67)에 배지를 투입한 배지카세트(20)를, 상기 캐니스터(16) 내의 상기 라지트레이(45)에 장착한다(도 12의 S1).
이어서, 조작자는, 라지트레이(45)에 배양백(18), 세포접종카세트(19) 및 배지카세트(20)가 장착된 배양카세트(17)를 수납한 캐니스터(16)에 있어서의 CCD카메라(88)의 화상출력을 확인한다(도 12의 S2). 이 화상출력을 확인하기 전 또는 후에, 조작자는 당해 캐니스터(16)의 경사모터(76)를 기동시켜서 재치대(46)의 승강부를 하강시키고, 배양백(18)에 액체고임부(78)를 형성해 둔다. 또한 조작자는, 당해 캐니스터(16)의 중량계(43)에 의해, 비어 있는 배양백(18)의 중량을 계측해 둔다.
그 후, 도 9(A)에 나타내는 바와 같이, 조작자는, 캐니스터(31)를 닫고 당해 캐니스터(16) 내에서 세포의 배양을 개시하게 한다(도 12의 S3). 이에 의해, 세포접종카세트(19)의 유도인자 자극용기(65)에 있어서, 증식을 위하여 유도인자에 의해 세포가 자극된다(도 12의 S4). 당해 캐니스터(16)의 CCD카메라(88)는, 세포접종카세트(19)의 유도인자 자극용기(65) 내의 세포를 소정의 시간(예를 들면 6시간)마다 촬영하고, 화상처리용 컴퓨터(14)는, 상기 촬영된 화상으로부터 세포배양의 평가 파라미터를 산출한다. 또한, 화상처리용 컴퓨터(14)는, 이 평가 파라미터로부터 래그타임을 산출하여, 당해 세포가 유도인자에 의해 자극을 받아서 증식의 가능성이 있는지 없는지의 여부를 판정하고, 다시 최소 배화시간을 산출하여, 당해 세포의 증식능력을 판정한다(도 12의 S5).
운전제어반(13)은, 화상처리용 컴퓨터(14)로부터, 세포가 세포접종카세트(19)의 유도인자 자극용기(65) 내에서 유도인자에 의해 자극된 후, 소정의 시간(예를 들면 72시간)이 경과하여도 증식의 가능성이 인정되지 않는다고 판단한 신호를 받았을 때에는, 그 내용을 표시한다. 또, 운전제어반(13)은, 화상처리용 컴퓨터(14)로부터 세포접종카세트(19)의 유도인자자극용기(65) 내의 세포에 증식의 가능성이 있다고 판단한 신호를 받았을 때에는, 당해 세포의 증식능력에 기초하여, 당해 세포를 배양백(18)으로 이행시키는 타이밍이나, 배양백(18) 내부로의 배지의 유가속도 등을 결정한다. 운전제어반(13)은, 이 결정에 기초하여 제1펌프(48)를 작동시켜, 도 9(B)에 나타내는 바와 같이, 배지카세트(20)의 배지백(67) 내의 배지를 세포접종카세트(19)로 유가시키고, 이 세포접종카세트(19)의 유도인자 자극용기(65) 내의 세포를 배양백(18)으로 이행시킴과 동시에, 배지백(67) 내의 배지를 배양백(18)으로 유가시킨다(도 12의 S6).
상기 제1펌프(48)의 작동에 의해, 배양백(18)의 액체고임부(78) 내에서의 세포의 정치배양이 개시된다(도 12의 S7). 운전제어반(13)은, 프로그램에 따라, 배지를 유가하면서 유가배양하고, 중량계(43)에 의해 계측되는 배양백(18) 내부의 배양액의 중량이 소정의 값 a 이상이 되었는지 아닌지의 여부를 판단한다(도 12의 S8). 운전제어반(13)은, 소정의 값 a 이상이 된 시점에서 경사모터(76)를 기동시키고, 캠기구(79)에 의해 재치대(46)의 승강부를 상승시켜, 도 10(A)에 나타내는 바와 같이, 배양백(18)을 수평상태로 하여 액체고임부(78)를 해소시킨다(도 12의 S9).
그 후, 운전제어반(13)은, 중량계(43)에 의해 계측되는 배양백(18) 내부의 배양액의 중량이 소정의 값 b 이상이 되었는지 아닌지의 여부를 판단하고(도 12의 S10), 소정의 값 b 이상이 된 시점에서 작동모터(81)를 기동시킨다. 이에 의해, 도 10(B)에 나타내는 바와 같이 진탕장치(80)가 작동하여, 진탕장치(80)의 진탕기구(91)에 있어서의 작동판(85)이 배양백(18)을 반복적으로 압박하는 진탕배양을 개시한다(도 12의 S11). 운전제어반(13)은, 이어서, 중량계(43)에 의해 계측되는 배양백(18) 내부의 배양액의 중량이 소정의 값 c 이상이 되었는지 아닌지의 여부를 판단하고(도 12의 S12), 소정의 값 c 이상이 된 시점에서, 제1펌프(48)를 정지하여 배지카세트(20)의 배지백(67)으로부터 배양백(18)으로의 배지의 유가를 정지하고, 작동모터(81)를 정지하여, 배양백(18) 내에서의 진탕배양을 정지한다(도 13의 S13).
운전제어반(13)은, 배양백(18) 내에서 세포가 침강된 후에, 제2펌프(49)를 작동시켜서, 도 11(A)에 나타내는 바와 같이, 배양백(18) 내부의 사용이 끝난 배지(배양백(18) 내부의 상청)를 배지카세트(20)의 사용이 끝난 배지백(68)으로 배출한다(도 13의 S14). 그 후, 운전제어반(13)은, 제1펌프(48)를 기동하여 배지카세트(20)의 배지백(67)으로부터 배양백(18)으로 배지를 유가시키고, 작동모터(81)를 기동하여, 진탕장치(80)에 의해 배양백(18) 내에서 진탕배양을 실시한다(도 13의 S15). 소정의 시간이 경과한 후, 운전제어반(13)은, 제1펌프(48)를 정지하여 배지 카세트(20)의 배지백(67)으로부터 배양백(18)으로의 배지유가를 정지하고, 작동모터(81)를 정지하여 배양백(18) 내에서의 진탕배양을 정지한다(도 13의 S16).
운전제어반(13)이, 증식되는 세포의 사용일시에 따라서 소망하는 배양기간에 이르렀는지 아닌지의 여부를 판단하거나, 또는, 화상처리용 컴퓨터(14)가, 배양백(18) 내에서의 세포가 소망하는 세포수에 이르렀는지 아닌지를 판단한다(도 13의 S17). 배양백(18) 내에서 세포가 소망하는 세포수에 이르렀는지 아닌지의 여부를 판단할 때에는, 운전제어반(13)은, 제3펌프(50)(도 11(A))를 기동시키고, 배양백(18) 내부의 세포의 일부를 세포접종카세트(19) 또는 더미카세트(70)(대부분의 경우에는 더미카세트(70))로 이행시키고, 이 세포를 CCD카메라(88)로 촬영한다. 이 세포의 화상을 화상처리용 컴퓨터(14)가 화상처리하고, 세포수가 규정값 이상인지 아닌지의 여부를 판단하여 운전제어반(13)으로 송신한다. 그리고, 운전제어반(13)은, 이들이 배양기간 또는 세포수에 이르지 않은 경우에는, 스텝 S14~S17의 처리동작을 반복한다.
상기 스텝 S13~S17은, 배양백(18) 내에서 사용이 끝난 배지의 배출과, 배양백(18) 내부에로의 새로운 배지의 공급(유가)을 교대로 실시하는 간헐식 관류배양이다.
또, 스텝 S9~S17에 있어서, 세포접종카세트(19)의 유도인자 자극용기(65) 내에서의 세포의 유무는 CCD카메라(88)로 확인되며, 운전제어반(13)은, 유도인자 자극용기(65) 내에 세포가 존재하지 않을 경우에는, 이 유도인자 자극용기(65)로부터 배양백(18) 내부로 유도인자가 유입하지 않도록, 세포접종카세트(19)를 더미카세 트(70)로 환치하도록 조작자에게 지시한다. 이 더미카세트(70)로 환치할 때에는, 운전제어반(13)은, 배지카세트(20)로부터 배양백(18)으로의 배지의 유가와, 진탕장치(80)에 의한 진탕배양을, 더미카세트(70)에로의 환치가 완료할 때까지 일시 중단시킨다.
또한, 스텝 S9~S17에 있어서, 운전제어반(13)은, 중량계(43)의 계측값으로부터 배지카세트(20)의 배지백(67)에 배지가 없어졌다고 판단한 경우에는, 배지카세트(20)를 새로운 배지카세트(20)로 교환하도록 조작자에게 지시한다. 이 새로운 배지카세트(20)로의 교환에 있어서도, 운전제어반(13)은, 배지카세트(20)로부터 배양백(18)으로의 배지의 유가와, 진탕장치(80)에 의한 진탕배양을, 배지카세트(20)로의 교환이 완료될 때까지 일시 중단시킨다.
운전제어반(13)은, 스텝 S17에 있어서 소망하는 배양기간에 이르거나, 또는 소망하는 세포수에 도달한 시점에서, 진탕을 정지하고, 세포가 침강된 후, 도 11(B)에 나타내는 바와 같이 제2펌프(49)를 기동시키고, 배양백(18) 내부의 사용이 끝난 배지를 배지카세트(20)의 사용이 끝난 배지백(68)으로 배출하여, 중량계(43)의 계측값에 기초하여, 배양백(18) 내부의 배양액이 약 1/2~1/3 정도가 될 때까지 세포를 농축시킨다(도 12의 S18).
운전제어반(13)은, 그 후 제2펌프(49)를 정지하고 세포배양을 종료시킨다(도 12의 S19). 이 배양종료 후에, 조작자에 의해 배양백(18) 내부의 세포가 클린벤치 등의 내부에서 원심분리기용 용기로 옮겨지며, 그 후, 원심분리에 의해 세포가 회수된다(도 12의 S20).
이어서, 동일한 유도인자자극 간헐식 관류배양공정에 있어서, 세포회수백(72)(도 5)에 의해 세포를 회수하는 처리가 포함되는 경우를 도 14 및 도 15에 나타낸다. 따라서, 상기 도 14 및 도 15에 나타내는 공정의 스텝 S21~S38은, 도 12 및 도 13의 스텝 S1~S18과 동일하므로 설명을 생략한다.
도 15에 나타내는 스텝 S38에 있어서, 제2펌프(49)의 기동에 의해 배양백(18) 내부의 세포가 농축된 후, 운전제어반(13)은, 제2펌프(49)를 정지시키고, 배지카세트(20)의 사용이 끝난 배지백(68)을 세포회수백(72)(도 5)으로 교환하도록 조작자에게 지시한다(도 13의 S39). 상기 세포회수백(72)은, 원심분리기에 장착되어 원심분리에 사용될 수 있는 백이다.
배지카세트(20)의 사용이 끝난 배지백(68)이 세포회수백(72)으로 교환된 후, 운전제어반(13)은, 제2펌프(49) 및 작동모터(81)를 기동시키고, 진탕장치(80)에 의해 배양백(18) 내부를 진탕시키면서, 이 배양백(18) 내부의 세포를 배지와 함께, 배지카세트(20)에 장착된 세포회수백(72)으로 이행시킨다(도 15의 S40). 운전제어반(13)은, 그 후 제2펌프(49) 및 작동모터(81)를 정지시켜 세포배양을 정지시킨다(도 15의 S41). 이 배양이 종료된 후, 조작자에 의해 세포회수백(72)이 원심분리기에 장착되어, 원심분리에 의해 세포가 회수된다(도 15의 S42).
이어서, 유도인자자극 연속식 관류배양공정을, 도 16 및 도 17에 기초하여 설명한다. 이 도 16 및 도 17에 나타내는 유도인자자극 연속식 관류배양공정에 있어서의 스텝 S51~S62는, 도 12 및 도 13의 유도인자자극 간헐식 관류배양공정에 있어서의 스텝 S1~S12와 동일하므로 설명을 생략한다. 이 유도인자자극 연속식 관류 배양공정에서는, 배양백(18)과 제2펌프(49)의 사이에 필터(71)가 배치되어 있다.
운전제어반(13)은, 배양백(18) 내부로 배지카세트(20)의 배지백(67)으로부터 배지가 유가되어(도 16의 S56), 배양백(18) 내에서의 진탕장치(80)에 의한 진탕배양중에(도 16의 S61), 배양백(18) 내부의 배양액의 중량이 소정의 값 c 이상이 된 시점에서(도 16의 S62) 제2펌프(49)를 기동시켜서, 배양백(18) 내부의 사용이 끝난 배지를 배지카세트(20)의 사용이 끝난 배지백(68)으로 배출시킨다. 이에 의해, 배양백(18)으로의 배지의 유가와 배양백(18)으로부터의 사용이 끝난 배지의 배출을 동시에 실시하는 연속식 관류배양이 배양백(18) 내에서 개시된다(도 17의 S63). 이때, 배양백(18) 내부의 세포는, 필터(71)에 의해 유동이 저지되어 사용이 끝난 배지백(68)의 내부로 유동하지 않는다. 상기 연속식 관류배양중에는, 진탕장치(80)에 의한 진탕배양도 동시에 실시되고 있다.
운전제어반(13)이, 증식되는 세포의 사용일시에 따른 소망하는 배양기간에 이르렀는지 아닌지의 여부를 판단하고, 또는, 화상처리용 컴퓨터(14)가, 배양백(18) 내에서의 세포가 소망하는 세포수에 이르렀는지 아닌지의 여부를 판단한다(도 17의 S64). 배양백(18) 내에서 세포가 소망하는 세포수에 이르렀는지 여부를 판단할 때에는, 운전제어반(13)은, 제3펌프(50)를 기동시키고, 배양백(18) 내부의 세포의 일부를 세포접종카세트(19) 또는 더미카세트(70)(대부분의 경우에는 더미카세트(70))로 이행시켜서, 이 세포를 CCD카메라(88)로 촬영한다. 이 세포의 화상을 화상처리용 컴퓨터(14)가 화상처리하고, 세포수가 규정값 이상인지 아닌지를 판단하여 운전제어반(13)으로 송신한다. 그리고, 운전제어반(13)은, 이들이 배양기간 또는 세포수에 도달하지 않고 있는 경우에는, 스텝 S63의 연속식 관류배양을 반복한다.
여기서, 스텝 S59~S64에 있어서, 세포접종카세트(19)의 유도인자 자극용기(65) 내에서의 세포의 유무는 CCD카메라(88)로 확인되며, 운전제어반(13)은, 유도인자 자극용기(65) 내에 세포가 존재하지 않는 경우에는, 이 유도인자 자극용기(65)로부터 배양백(18) 내부로 유도인자가 유입하지 않도록, 세포접종카세트(19)를 더미카세트(70)로 환치하도록 조작자에게 지시한다. 이 더미카세트(70)로의 환치시에는, 운전제어반(13)은, 배지카세트(20)로부터 배양백(18)으로의 배지의 유가와, 진탕장치(80)에 의한 진탕배양을, 더미카세트(70)로의 환치가 완료될 때까지 일시 중단시킨다.
또, 스텝 S59~S64에 있어서, 운전제어반(13)은, 중량계(43)의 계측값으로부터 배지카세트(20)의 배지백(67)에 배지가 없어졌다고 판단한 경우에는, 배지카세트(20)를 새로운 배지카세트(20)로 교환하도록 조작자에게 지시한다. 이 새로운 배지카세트(20)에로의 교환시에도, 운전제어반(13)은, 배지카세트(20)로부터 배양백(18)으로의 배지의 유가와, 진탕장치(80)에 의한 진탕배양을 배지카세트(20)로의 교환이 완료될 때까지 일시 중단시킨다.
운전제어반(13)은, 스텝 S64에 있어서의 소망하는 배양기간에 이르거나, 또는 소망하는 세포수에 도달한 시점에서, 제1펌프(48), 제2펌프(49) 및 작동모터(81)를 정지시켜서, 관류배양 및 진탕배양을 정지시킨다(도 17의 S65).
운전제어반(13)은, 그 후 제2펌프(49)를 기동시키고, 배양백(18) 내부의 사 용이 끝난 배지를 배지카세트(20)의 사용이 끝난 배지백(68)으로 배출시키고, 중량계(43)의 계측값에 기초하여, 배양백(18) 내부의 배양액이 약 1/2~1/3 정도가 될 때까지 세포를 농축시킨다(도 17의 S66). 농축과정에 있어서 진탕장치를 정지시키는 것은 다량의 세포가 튜브에 유입하고, 필터가 막히는 것을 방지하기 위해서이다.
운전제어반(13)은, 그 후 제2펌프(49)를 정지시켜 세포배양을 종료한다(도 17의 S67). 이 배양이 종료된 후에, 조작자에 의해 배양백(18) 내부의 세포가 클린벤치 등의 내부에서 원심분리기용 용기로 이동되며, 그 후, 원심분리에 의해 세포가 회수된다(도 17의 S68).
이상과 같이 구성되게 함으로서, 상기 실시형태에 의해, 다음과 같은 효과 (1)~(8)을 나타내게 된다.
(1) CCD카메라(88)가 촬영한 세포접종카세트(19) 내의 세포의 화상을, 화상처리용 컴퓨터(14)가 화상처리하여 세포배양의 평가 파라미터(단일 세포의 평균 투영면적, 비단일 세포의 증가속도)를 취득하여, 당해 세포의 배양상황(세포의 증식가능성 및 증식능력)을 판정평가한다. 운전제어반(13)은 이 배양상황에 맞는 배양조작(세포접종카세트(19)로부터 배양백(18)으로의 세포이행의 타이밍이나, 배지카세트(20)로부터 배양백(18)으로의 소정의 유가속도로의 배지 유가 등)을 실시한다. 그 결과, 세포의 배양상황을 비접촉·비침습 상태로 판정할 수가 있기 때문에 당해 세포에 손상을 주지 않고, 샘플링에 의한 오염의 위험성 및 세포의 손실을 회피할 수가 있다.
또, 배양조작을 조작자가 순차적으로 실시할 필요가 없기 때문에 조작자의 노력을 경감시킬 수가 있으며, 배양상황을 관찰하기 위하여 항온조(11)의 본체도어(21) 및 캐니스터(16)의 캐니스터 도어(31)를 개폐할 필요가 없기 때문에, 항온조(11) 및 캐니스터(16) 내의 배양환경을 양호하게 유지할 수가 있다.
또한, 한 환자의 세포를 단일의 캐니스터(16) 내에 수납되는 배양카세트(17)의 세포접종카세트(19)에 접종시키고, 이 세포마다, 세포의 배양상황에 맞는 배양조작을 실시할 수가 있기 때문에, 각각의 환자에게 적절한 배양조작을 실현할 수가 있으며, 교차오염을 회피할 수가 있다. 이 세포의 배양상황에 맞는 적절한 배양조작을 실현할 수 있는 것에 의해, 시간단위에서의 배양조작이 가능해지고, 배양이 촉진되어 배양기간을 단축시킬 수가 있다.
(2) 배지카세트(20)가 카세트구조로 구성되고, 배양백(18), 및 마찬가지로 카세트구조로 구성된 세포접종카세트(19)에 접속되는 것에 의해, 특히 배양백(18)을 배양에 가장 적절한 환경의 캐니스터(16) 내에 항상 유지할 수가 있다. 또, 항온조(11)의 본체도어(21) 및 캐니스터(16)의 캐니스터 도어(31)를, 한번 개폐하는 것 만으로 배지를 교환할 수가 있게 되기 때문에, 상기 양 도어(21 및 31)의 개폐회수를 저감시킬 수가 있고, 항온조(11) 및 캐니스터(16) 내의 배양환경의 변동을 억제할 수가 있다. 이 결과, 환경변화에 따른 배양백(18) 내부의 세포에 대한 손상을 저감시킬 수가 있으며, 동시에 클린벤치 등의 내부에서 배양백(18)에 배지를 공급하는 무균조작을 생략할 수가 있다.
(3) 배지카세트(20), 세포접종카세트(19) 및 배양백(18)이 접속되어 폐쇄계 가 구성된 점에서, 이들 배지카세트(20), 세포접종 카세트(19) 및 배지카세트(20)를 무균상태로 유지할 수가 있다.
(4) 배양백(18) 내에서의 배양초기단계에, 이 배양백(18)의 액체고임부(78) 내에 배양액이 저류되는 것에 의해, 면적당 세포밀도를 증식에 적합한 밀도로 유지할 수가 있기 때문에, 배양초기단계에서 세포를 효율적으로 증식시킬 수가 있다.
(5) 배양백(18) 내에서 증식된 세포를 세포접종카세트(19) 또는 더미카세트(70) 내부로 도입하고, 이 세포의 화상이 CCD카메라(88)에 의해 취득되는 경우에는, 배양백(18) 내에서 증식된 세포를 화상으로서 취득하는 것에 의해 샘플링하지 않고, 그 세포수나 세포의 형태를 관찰할 수가 있다.
(6) 배양백(18) 내부의 사용이 끝난 배지가 배지카세트(20)의 사용이 끝난 배지백(68)으로 배출되어 저류되는 것에 의해, 배양백(18) 내부의 세포밀도를 높여서 농축할 수가 있기 때문에, 세포의 회수를 위한 원심분리조작의 횟수를 저감시킬 수가 있다. 이 결과, 세포회수작업시의 노력을 저감시킬 수가 있으며, 원심분리에 따른 세포의 손상도 저감시킬 수가 있다.
(7) 배양백(18) 내부에서 농축된 세포를, 배지카세트(20)에 장착된 세포회수백(72)에 전량을 회수하는 경우에는, 이 세포회수백(72)을 원심분리기에 직접 장착하여 세포를 회수할 수가 있기 때문에, 세포회수작업시의 노력을 저감시킬 수가 있다.
(8) 세포가 접종된 배지를 수용하는 가요성의 배양백(18)을, 진탕장치(80)의 진탕기구(91)에 있어서의 작동판(85)의 돌출부(86)가 반복적으로 압박하여, 당해 배양백(18) 내부의 배양액을 교반하는 것에 의해, 이 배양백(18) 내부의 세포의 분포 및 배지의 성분농도가 균일화되고, 또 산소공급능도 향상되기 때문에 세포의 증식이 촉진되어, 세포의 배양효율을 향상시킬 수가 있다.
또, 세포는, 진탕장치(80)의 작동판(85)에 의해 반복적으로 압박되어 교반된 배양액 내부를 부유하는 것 뿐이기 때문에, 손상을 입는 것이 방지된다.
(9) 운전제어반(13) 및 감시용 컴퓨터(15)가, 항온조(11)의 배양유니트(12)(캐니스터(16) 및 배양카세트(17))마다, 세포의 배양에 관한 세포배양관련 데이터를 수집하여 축적하는 것에 의해, 임의의 배양유니트(12)에서 배양된 세포에 관한 배양이력을 정확하게 파악할 수가 있다.
또, 운전제어반(13) 및 감시용 컴퓨터(15)가, 항온조(11)의 배양유니트(12)(캐니스터(16) 및 배양카세트(17))마다, 세포배양관련 데이터에 기초하여 세포의 배양상태를 감시하는 것에 의해, 배양유니트(12)마다 배양상태의 이상 유·무를 감시할 수가 있다.
또한, 운전제어반(13) 및 감시용 컴퓨터(15)가, 항온조(11)의 배양유니트(12)(캐니스터(16) 및 배양카세트(17))마다, 세포배양관련 데이터에 기초하여, 배지의 교환(배지카세트(20)의 교환)이나 배양 종료후의 세포회수(배양백(18) 또는 세포회수백(72)에 의한 세포회수) 등의 세포배양조작을 관리하는 것에 의해, 항온조(11)의 배양유니트(12)마다 조작자가 실시하는 조작(작업)을 위한 작업 스케쥴을 용이하게 작성할 수가 있다.
(10) 관리수단은, 항온조(11)와 함께 배양실(94) 내에 설치되며, 항온조(11) 의 각 배양유니트(12)(캐니스터(16) 및 배양카세트(17))에 있어서의 배양을 제어하는 기능을 겸비한 운전제어반(13)과, 상기 배양실(94) 이외의 감시실(95)에 설치되고, 상기 운전제어반(13)이 갖는 데이터를 수신하여 보존하고 표시(열람)할 수 있도록 하는 감시용 컴퓨터(15)로 구성되는 것에 의해, 배양실(94) 내의 항온조(11)에 있어서의 배양유니트(12) 내에서의 세포의 배양상태를, 감시용 컴퓨터(15)를 사용하여 배양실(94) 이외의 감시실(95)에 있어서 관찰하여 감시하고, 관리할 수가 있다. 이 관리에 의해, 이력 등을 자동적으로 기록·보관하여, 인위적인 변조나 기록실수를 방지할 수가 있다.
(11) 배양유니트(12)를 구성하는 항온조(11)의 캐니스터(16)는, 각각이 흡기필터(32) 및 배기필터(33)에 의해 세포 또는/및 세균의 출입이 없는 상태로 격리되어 구성되는 것에 의해, 각 캐니스터(16) 내에 수납되는 배양백(18) 및 세포접종카세트(19) 내의 세포가 세균에 오염되는 것을 방지할 수가 있다.
(12) 하나의 항온조(11)에 있어서의 모든 캐니스터(16)의 송풍팬(34)이, 당해 항온조(11)의 본체도어(21)가 개방되었을 때에 정지하도록 구성되는 것에 의해, 항온조(11)의 본체도어(21)의 개방시에, 당해 항온조(11)에 있어서의 각 캐니스터(16)의 밀폐상태를 유지할 수가 있기 때문에, 각 캐니스터(16)에 대하여 독립적인 배양환경을 확보할 수가 있으며, 캐니스터(16) 내의 배양환경의 변동을 억제할 수가 있다.
(13) 하나의 항온조(11)에 있어서의 각 캐니스터(16)의 캐니스터 도어(31)가, 어느 하나만 개방되도록 구성되는 것에 의해, 하나의 항온조(11)에 있어서 각 캐니스터(16)의 캐니스터 도어(31)가 동시에 2개 이상 개방되지 않기 때문에, 캐니스터(16) 내에서의 배양백(18) 및 세포접종카세트(19)가 잘못 반입·반출되는 것을 방지할 수가 있으며, 또한 세포끼리가 서로 오염되는 교차오염을 방지할 수가 있다.
[B] 제2의 실시형태(도 21~도 24)
도 21은, 본 발명에 있어서의 세포배양장치의 제2실시형태에 있어서의 배양유니트의 구성(분화유도상태)을 나타내는 레이아웃 도면이다. 도 22는, 도 21의 배양유니트의 분화유도전 상태의 구성을 나타내는 레이아웃 도면이다. 이 제2실시형태에 있어서, 상기 제1실시형태와 동일한 부분은, 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
이 제2실시형태의 세포배양장치(100)는, 제1실시형태의 세포배양장치(10)에 있어서의 세포접종카세트(19)(도 5)를, 분화유도인자가 미리 첨가된 분화유도배양용기로서의 분화유도카세트(101)로 환치한 것이다. 그리고, 이 세포배양장치(100)에서는, 배지카세트(20)의 배지백(67)으로부터 배양백(18)으로 제2펌프(49)의 기동에 의해 배지를 도입하여 세포를 증식시킨 후에, 이 증식된 세포를 제1펌프(48)의 기동에 의해 분화유도카세트(101)로 도입하여 당해 세포에 역할을 부여한다. 즉 당해 세포를 분화시킨다. 여기서, 분화란, 세포에 심장 세포로서의 역할을 부여하거나, 간장의 세포로서의 역할을 갖게 하는 것 등이다. 배양백(18)에서 증식된 세포를 분화유도카세트(101)에서 분화시키기 전까지는, 도 22에 나타내는 바와 같이,상기 분화유도카세트(101) 대신에 더미카세트(102)가 배치되어, 배양백(18) 내부의 사용이 끝난 배지가, 제1펌프(48)의 기동에 의해 더미카세트(102)를 거쳐 배지카세트(20)의 사용이 끝난 배지백(68)으로 배출된다. 상기 더미카세트(102)는, 더미카세트(70)(도 5)와 마찬가지로, 단순히 배지를 유동시키기 위한 유로로서 기능한다.
이 제2실시형태에서는, 도 21에 나타내는 바와 같이, 분화유도카세트(101) 내에서 분화되어 있는 세포의 화상을 CCD카메라(88)가 소정의 시간마다 촬영한다. 이 촬영을 실행하기 위한 프로그램이, 운전제어반(13)의 기록장치에 기억되어 있다. 화상처리용 컴퓨터(14)는, 이 세포의 화상을 예를 들면 2치화 처리나 다치화 처리하여, 세포의 형태를 평가 파라미터로서 취득한다. 이 평가 파라미터의 취득을 실행하기 위한 프로그램이 화상처리용 컴퓨터(14)의 기록장치에 기억되어 있다. 화상처리용 컴퓨터(14)는, 세포 형태의 경시적 변화로부터 당해 세포가 분화되었는지 아닌지의 여부를 판정한다. 화상처리용 컴퓨터(14)로부터의 신호를 받은 운전제어반(13)은, 이 분화유도카세트(101)에 의한 분화유도조작을 제어한다. 예를 들면, 운전제어반(13)은, 화상처리용 컴퓨터(14)가, 당해 세포에 분화의 가능성이 있다고 판단한 경우에는 분화유도조작을 계속하고, 그렇지 않을 경우에는, 그 내용을 표시한다. 상술한 분화의 판정을 실행하기 위한 프로그램이 화상처리용 컴퓨터(14)의 기록장치에 기록되고, 분화유도조작을 실행하기 위한 프로그램이, 운전제어반(13)의 기록장치에 기억되어 있다.
또한, 운전제어반(13)의 기록장치에는, 상기 제1실시형태의 경우와 거의 동일하게, 항온조(11)의 캐니스터(16) 및 배양카세트(17)마다, 세포배양관련 데이터를 취득하는 프로그램, 세포의 배양상태를 감시하는 프로그램, 세포의 배양조작을 관리하는 프로그램이 기억되어 있다. 운전제어반(13)은, 상술한 프로그램에 기초하여, 제1실시형태의 경우와 거의 동일하게, 항온조(11)의 캐니스터(16) 및 배양카세트(17)마다, 세포배양관련 데이터를 수집하여 축적하고, 이상의 유무를 감시하며, 배지카세트(20)의 교환조작(배지의 교환조작), 더미카세트(102)로부터 분화유도카세트(101)로의 환치조작 등의 배양조작을 관리한다. 또, 감시용 컴퓨터(15)는, 상기 제1실시형태의 경우와 동일하게, 항온조(11)의 캐니스터(16) 및 배양카세트(17)마다의 세포배양관련 데이터, 배양이력 데이터, 이상의 유무에 관한 데이터, 배양조작에 관한 데이터를 운전제어반(13)으로부터 수신하여 보존하고, 모니터상에 표시(열람)할 수 있도록 한다.
상기 세포배양관련 데이터의 취득도, 제1실시형태와 동일하게 실시되나, 분화유도카세트(101)에 관한 경우가 상이하다. 즉, 세포배양전에는(도 18 참조), 클린벤치 등의 내부에서 분화유도카세트(101)의 분화유도용기(103)(도 21)에 분화유도인자를 첨가할 때에, 이 분화유도용기(103)의 ID, 분화유도인자의 ID 및 조작자 ID가, 조작일시와 함께 운전제어반(13)에 취득되어 감시용 컴퓨터(15)로 송신된다. 그리고, 이 분화유도용기(103)를 분화유도카세트(101)에 장착할 때에, 분화유도용기(103)의 ID, 분화유도카세트(101)의 ID 및 조작자 ID가, 조작일시와 함께 운전제어반(13)에 취득되어 감시용 컴퓨터(15)로 송신된다. 세포배양중에는(도 19 참조), 더미카세트(102)를 분리하여 분화유도카세트(101)로 환치할 때에, 항온조(11) 및 캐니스터(16)의 어드레스, 분화유도카세트(101)의 ID, 라지트레이(45)의 ID 및 조작자 ID가, 조작일시와 함께 운전제어반(13)에 취득되어 감시용 컴퓨터(15)로 송신 된다.
이어서, 상기 세포배양장치(100)에 의한 분화유도 간헐식 관류배양공정을, 도 23 및 도 24를 참조하여 설명한다.
우선, 조작자는, 클린벤치 등의 내부에서 배양백(18)에 배지 및 세포를 첨가하고(도 23의 S71), 이 배양백(18)을 재치대(46)에 의해 배양백 트레이(47)에 재치하고, 이 배양백 트레이(47)를 라지트레이(45)에 장착한다(도 23의 S72). 그리고, 조작자는, 이 라지트레이(45)를 항온조(11)의, 표시등(44)이 예를 들면 녹색으로 점등된 단일의 캐니스터(16) 내에 반입한다.
이어서, 조작자는, 상기 캐니스터(16) 내의 라지트레이(45)에 배지카세트(20)를 장착하고, 더미카세트(102)(도 22)를 장착한다(도 23의 S73). 그리고, 조작자에 의해 상기 캐니스터(16)의 캐니스터 도어(31)가 닫히고, 배양백(18) 내에서의 세포의 정치배양이 개시된다(도 23의 S74). 이 정치배양시에, 당초 배양백(18) 내에 배양액이 적을 경우에는, 조작자는, 경사모터(76)를 기동시켜서 재치대(46)의 승강부를 하강시켜, 배양백(18)에 액체고임부(78)(도 8)를 형성해 둔다.
정치배양개시 후, 운전제어반(13)은, 제2펌프(49)를 기동시켜서 배지카세트(20)의 배지백(67)으로부터의 배지를 배양백(18)으로 유가시킨다(도 23의 S75). 운전제어반(13)은, 배양백(18) 내부의 배양액이 소정의 값 a 이상이 되었는지 아닌지의 여부를, 중량계(43)의 계측값으로부터 확인하고(도 23의 S76), 중량계의 계측값이 상기 소정의 값 a 이상이 된 경우에, 경사모터(76)를 기동시켜서 재치대(46)의 승강부를 상승시켜, 배양백(18)을 수평상태로 하여 액체고임부(78)를 해소한다 (도 23의 S77).
그 후, 운전제어반(13)은, 중량계(43)에 의해 계측되는 배양백(18) 내부의 배양액의 중량이 소정의 값 b 이상이 되었는지 아닌지의 여부를 판단하고(도 23의 S78), 소정의 값 b 이상이 된 시점에서 작동모터(81)를 기동시키고, 진탕장치(80)를 작동시켜서 진탕배양을 개시한다(도 23의 S79). 운전제어반(13)은, 계속해서, 중량계(43)에 의해 계측되는 배양백(18) 내부의 배양액의 중량이 소정의 값 c 이상이 되었는지 아닌지의 여부를 판단하고(도 23의 S80), 소정의 값 c 이상이 된 시점에서, 제2펌프(49)를 정지하여, 배지카세트(20)의 배지백(67)으로부터 배양백(18)으로의 배지의 유가를 정지하고, 작동모터(81)를 정지하여, 배양백(18) 내에서의 진탕배양을 정지한다(도 23의 S81).
운전제어반(13)은, 배양백(18) 내에서 세포가 침강된 후에, 제1펌프(48)를 작동시켜서, 배양백(18) 내부의 사용이 끝난 배지(배양백(18) 내부의 상청)를 배지카세트(20)의 사용이 끝난 배지백(68)으로 배출한다(도 24의 S82). 그 후, 운전제어반(13)은 제2펌프(49)를 기동하여, 배지카세트(20)의 배지백(67)으로부터 배양백(18)으로 배지를 유가시키고, 작동모터(81)를 기동하여, 진탕장치(80)에 의해 배양백(18) 내에서 진탕배양을 실시한다(도 24의 S83). 소정의 시간이 경과한 후, 운전제어반(13)은, 제2펌프(49)를 정지하여, 배지카세트(20)의 배지백(67)으로부터 배양백(18)으로의 배지의 유가를 정지하고, 작동모터(81)를 정지하여 배양백(18) 내에서의 진탕배양을 정지한다(도 24의 S84).
운전제어반(13)이, 증식되는 세포의 사용일시에 따른 소망하는 배양기간에 이르렀는지 아닌지의 여부를 판단하고, 또는, 화상처리용 컴퓨터(14)가, 배양백(18) 내에서의 세포가 소망하는 세포수에 도달하였는지의 여부를 판단한다(도 24의 S85). 배양백(18) 내에서 세포가 소망하는 세포수에 도달했는지 아닌지 여부를 판단할 때에는, 운전제어반(13)은, 제3펌프(50)를 기동시켜, 배양백(18) 내부의 세포의 일부를 더미카세트(102)로 이행시키고, 이 세포를 CCD카메라(88)로 촬영하도록 한다. 이 세포의 화상을 화상처리용 컴퓨터(14)가 화상처리하고, 세포수가 규정값 이상인지 아닌지의 여부를 판단하여 운전제어반(13)으로 송신한다. 운전제어반(13)은, 이들 배양기간 또는 세포수에 도달되어 있지 않은 경우에는, 스텝 S82~S85의 조작을 반복한다.
상기 스텝 S81~S85는, 배양백(18) 내에서 사용이 끝난 배지의 배출과, 배양백(18) 내부로의 새로운 배지의 공급(유가)을 교대로 실시하는 간헐식 관류배양이다.
여기서, 스텝 S77~S85에 있어서, 운전제어반(13)은, 중량계(43)의 계측값으로부터 배지카세트(20)의 배지백(67)에 배지가 없어졌다고 판단한 경우에는, 배지카세트(20)를 새로운 배지카세트로 교환하도록 조작자에게 지시한다. 이 새로운 배지카세트(20)로의 교환시에도, 운전제어반(13)은, 배지카세트(20)로부터 배양백(18)으로의 배지의 유가와, 진탕장치(80)에 의한 진탕배양을 배지카세트(20)의 교환이 완료될 때까지 일시 중단시킨다.
운전제어반(13)은, 스텝 S85에 있어서 소망하는 배양기간에 이르거나, 또는 소망하는 세포수에 도달한 시점에서, 제1펌프(48)를 기동시켜서, 배양백(18) 내부 의 사용이 끝난 배지를 배지카세트(20)의 사용이 끝난 배지백(68)으로 배출하여, 중량계(43)의 계측값에 기초하여, 배양백(18) 내부의 배양액이 약 1/2~1/3 정도가 될 때까지 세포를 농축시킨다(도 24의 S86).
그 후, 운전제어반(13)에 의해 제1펌프(48)가 정지된 후에, 조작자는, 도 21에 나타내는 바와 같이, 더미카세트(102)를 분화유도카세트(101)로 교환한다(도 24의 S87).
분화유도카세트(101)로의 교환이 완료된 후에, 운전제어반(13)은, 제2펌프(49)를 기동하여, 배지카세트(20)의 배지백(67) 내의 배지를 배양백(18)으로 유가시키고, 작동모터(81)를 기동하여 배양백(18) 내부를 진탕장치(80)에 의해 진탕배양시킨다(도 24의 S88). 이어서, 운전제어반(13)은, 제1펌프(48)를 기동시켜, 배양백(18) 내에서의 진탕배양 및 배지카세트(20)로부터의 배지의 유가를 계속하면서, 배양백(18) 내부의 배양액을 분화유도카세트(101)로 이동시킨다(도 24의 S89). 이에 의해, 이 분화유도카세트(101) 내에서 분화유도배양이 개시된다(도 24의 S90).
운전제어반(13)은, 상기 분화유도 배양중에, 분화유도카세트(101) 내의 세포를 CCD카메라(88)에 의해 소정의 시간(예를 들면 6시간)마다 촬영한다. 화상처리용 컴퓨터(14)는, 이 촬영화상을 화상처리하여, 세포의 형태를 평가 파라미터로서 취득하고, 이 세포의 형태의 경시적 변화로부터, 당해 세포가 분화유도카세트(101) 내에서 분화되었는지 아닌지의 여부를 판단한다(도 24의 S91).
운전제어반(13)은, 스텝 S91에서 화상처리용 컴퓨터(14)로부터 세포가 분화 되었다고 판단한 신호를 받았을 때에, 제2펌프(49), 제1펌프(48) 및 작동모터(81)를 정지하여 분화유도배양을 정지하고, 세포배양을 종료한다(도 24의 S92). 이 배양이 종료된 후에, 조작자는 클린벤치 등의 내부에서의 세포회수 조작에 의해, 분화유도카세트(101) 내의 세포를 회수한다(도 24의 S93).
이상과 같이 구성된 상기 제2실시형태에 의하면, 상기 제1실시형태의 효과 (2)~(6) 및 (8)과 동일한 효과(단, 세포접종카세트(19)를 분화유도카세트(101)로 환치한다)를 나타내는 것 외에, 다음의 효과 (9)를 나타낸다.
(9) 분화유도카세트(101) 내의 세포의 화상을 화상처리하여 세포배양의 평가 파라미터(세포의 형태)를 취득하여, 당해 세포의 배양상황(세포가 분화되었는지 아닌지)을 판정하고, 이 배양상황에 맞는 배양조작(배지카세트(20)로부터 배양백(18)으로의 소정의 유가속도로의 배지유가나 배양백(18)으로부터 분화유도카세트(101)로의 세포이행의 타이밍 등)을 실시하는 것에 의해, 세포의 배양상황을 비접촉·비침습 상태로 판정할 수가 있기 때문에 당해 세포에 손상을 주지 않으며, 샘플링에 의한 오염의 위험성 및 세포의 손실을 회피할 수가 있고, 또, 조작자의 노력을 경감시킬 수가 있다. 또한, 한 환자의 세포를 단일의 캐니스터(16) 내에 수납되는 배양카세트(17)의 배양백(18)에서 증식시켜, 분화유도카세트(101)에 있어서 분화시키기 때문에, 환자마다 세포의 배양을 적절하게 실시할 수가 있으므로, 교차오염을 회피할 수가 있다.
또, 상기 제1 및 제2의 실시형태에 있어서의 세포배양장치(10 및 102)에 의하면, 다음의 효과(10)를 얻을 수가 있다.
(10) 세포배양장치(10 및 100)는, 모두, 다른 배양환경에서 세포를 배양하는 복수의 배양용기 가운데, 하나의 배양용기에서 배양된 세포가, 하류측의 다른 배양용기로 이행되고 있다. 즉, 세포배양장치(10)에서는, 하나의 배양용기인 세포접종카세트(19)에서 증식을 위하여 유도인자에 의해 세포를 자극하고, 그 후, 이 세포접종카세트(19)로부터 다른 배양용기인 배양백(18)으로 상기 세포를 이행시켜, 당해 세포를 증식시키고 있다. 또, 세포배양장치(100)에서는, 하나의 배양용기인 배양백(18)에서 세포를 증식시킨 후에, 이 배양백(18)으로부터 다른 배양용기인 분화유도카세트(101)로 상기 세포를 이행하여, 당해 세포를 분화시키고 있다. 이와 같이, 세포배양장치(10 및 100)에 의하면, 세포 배양형태의 베리에이션(변형)을 확대할 수가 있다.
이상, 본 발명을 상기 실시형태에 기초하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 상기 양 실시형태에서는, 화상처리용 컴퓨터(14)가 CCD카메라(88)의 화상을 화상처리하여 평가 파라미터를 산출하고, 당해 평가 파라미터로부터 세포의 배양상황(세포의 증식가능성, 세포의 증식능력)을 판정하는 것을 기술하였으나, 이 화상처리용 컴퓨터(14)의 기능을 운전제어반(13)이 실시하여도 좋다.
또, CCD카메라(88)에 의한 세포화상의 촬영은, 배양백(18)에 있어서 실시하여도 좋다. 또한, 유도인자자극 연속식 관류배양공정(도 16 및 도 17)에 있어서, 진탕장치(80)에 의한 진탕배양을 실시하지 않는 경우에는, 제2펌프(49)와 배양백(18)의 사이에 필터(71)를 배치하지 않아도 좋다.
상기, 양 실시형태에서는, 세포를 증식시키기 위하여, 진탕장치(80)를 사용하여, 배양액을 교반하는 것을 기술하였으나, 배양백(18)을 상하방향으로 진동시키거나, 또는 좌우방향으로 진동시켜서 배양액을 유동시켜, 세포의 분포 및 배지의 성분농도를 균일화하고, 또 산소공급능을 향상시켜도 좋다.
또, 양 실시형태에서는, 운전제어반(13) 및 화상처리용 컴퓨터(14)가 하나의 항온조 내의 각 캐니스터에 대하여 제어하는 것을 기술하였으나, 동일한 항온조가 복수개 있고, 이들 항온조의 각 캐니스터에 대하여, 운전제어반(13) 및 화상처리용 컴퓨터(14)가 제어를 실행하여도 좋다.
[C] 제3실시형태(도 25)
또, 제1 및 제2실시형태에서는, 1대의 항온조(11)의 각 캐니스터(16)에 대하여, 각각 1대의 운전제어반(13) 및 화상처리용 컴퓨터(14)가 운전을 제어하고, 각각 1대의 운전제어반(13) 및 감시용 컴퓨터(15)가 세포배양을 감시하고 관리하는 것을 기술하였으나, 도 25에 나타내는 제3실시형태와 같이, 항온조(11)가 복수대 설치되고, 각 항온조(11)에 운전제어반(13)이 한대씩 배치되고, 각 운전제어반(13)에 1대의 화상처리용 컴퓨터(14), 및 1대의 감시용 컴퓨터(15)가 각각 접속되고, 감시용 컴퓨터(15)에 의해 복수대의 항온조(11)의 각 캐니스터(16) 내에서 실시되고 있는 세포의 배양을 관찰하여 감시하고, 관리할 수 있도록 하여도 좋다. 이 관리에 의해, 이력 등을 자동적으로 기록·보관하여 인위적인 변조나 기록실수를 방지할 수가 있다.
또, 제1, 제2실시형태(도 1) 또는 제3실시형태(도 25)에 있어서, 1대의 감시 용 컴퓨터(15)에 공중통신회선(104)을 사용하여 원격감시용 컴퓨터(105)가 접속되어도 좋다. 이 경우에는, 예를 들면, 특정 항온조(11)의 특정의 캐니스터(16) 내에 있어서의 배양이상 등을, 원격감시용 컴퓨터(105)를 사용하여 원격지에 있어서 신속하게 파악할 수가 있다는 이점이 있다.
[D] 제4실시형태(도 26~도 38)
도 26은, 본 발명에 있어서의 세포배양장치의 제4실시형태를 나타내는 구성도이다. 도 27은, 제4실시형태에 있어서의 세포배양장치(200)에 있어서의 하나의 공간적으로 독립된 배양실(240)과 저온실(230), 이 배양실(240) 내에 수납되는 배양백 트레이(241)와 저온실(230)에 수납되는 배지백 트레이(231), 폐액백 트레이(232)로 구성되는 배양유니트(212)의 구성을 나타내는 레이아웃 도면이다.
도 26에 나타내는 세포배양장치(200)는, 특히, 면역세포요법에 사용되는 부유계 세포를 배양하는 것이며, 복수개(예를 들면 3개)의 배양유니트(212)를 구비한 배양장치(210)와, 이 복수개의 배양유니트(212)의 운전을 제어하는 운전제어용 PLC(programable logic controller)(223)와, 세포의 화상을 처리하기 위한 화상처리용 유니트(221)와, 모든 데이터를 수집하는 데이터수집장치(224)와, 운전제어용 PLC(223)와 화상처리용 유니트(221)의 정보표시 및 제어입력하는 터치패널(222)과, 허브(225)에 의해 운전제어용 PLC(223), 화상처리용 유니트(221), 데이터수집장치(224)에 접속되어, 세포배양장치(200) 및 배양유니트(212)를 감시하기 위한 감시용 컴퓨터(226)로 구성된다. 상기 운전제어용 PLC(223) 및 화상처리용 유니트(221)가 제어수단으로서 기능한다. 복수개의 배양유니트(212)는 각각 관찰용 카메라(CCD 카메라)(302)를 구비하고 있다.
여기서, 상기 부유계 세포로서는, 말초혈 단핵구, LAK세포(Lymphokine Activated Killer세포), 신경간세포, ES세포 등이 알려져 있다. 이들 부유계 세포를 이하 간단히 세포라고 칭한다. 본 세포배양장치(200)는, 상기 부유계 세포 이외의 접착의존성 세포(예를 들면, 간엽계 간세포)를 배양하는 경우에도 적용할 수 있다.
상기 세포배양장치(200)는, 공간적·구성적으로 독립된 복수개(예를 들면 3개)의 배양유니트(212)가 겹쳐진 구조로서, 각 배양유니트(212)는 도 27에 나타내는 바와 같이 저온실(230)과 배양실(240)로 분리된다. 이 세포배양장치(200) 내에는, 배양백 트레이(241), 배지백 트레이(231) 및, 폐액백 트레이(232)가 수납되어 있다. 배양백 트레이(241)에는, 뒤에서 상세히 설명하는 바와 같이, 항체자극 및 증식용 배양용기로서의 배양백(242)을 올려놓고, 배지백 트레이(231), 및 폐액백 트레이(232)에는, 배지저류수단으로서의 배지백(새로운 배지백)(233) 및 폐액저류수단으로서의 폐액백(폐배지백)(234)을 각각 재치한다.
상기 배양유니트(212)는, 배양실(240) 및 저온실(230)에 개폐가 가능한 도어(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 이 배양유니트(212)는, 도어를 닫은 상태에서, 배양실(240) 내의 환경(온도 및 CO2 농도)을, 세포를 배양하는데 필요한 환경으로 유지하고, 저온실(230) 내의 환경(온도)을, 배지를 보존하기에 가장 적합한 환경으로 유지한다.
이를 위해, 배양유니트(212)에는, 온도센서(236,243), CO2센서(244), 도어센 서(도시하지 않음) 및 히터(도시하지 않음)가 배치되어 있다. 또, 세포배양장치(200)(배양유니트(212))에는, CO2공급계(245)를 경유하여, 외부에 설치된 가스봄베(도시하지 않음)가 연결된다. 온도센서(236,243), CO2센서(244) 및 도어센서로부터의 신호는, 운전제어용 PLC(223)로 송신된다. 이 운전제어 PLC(223)는, 온도센서(236,243)로부터의 온도신호에 기초하여 히터를 제어하고, CO2센서(244)로부터의 CO2농도신호에 기초하여, 가스봄베로부터 각 배양유니트(212) 내부로 공급되는 CO2가스의 양을 제어한다. 실내의 CO2는 순환펌프(246)에 의해, 미리 설정된 일정량씩 배출된다.
교반팬(247)의 운전은 운전제어용 PLC(223)에 의해 제어되고, 배양유니트(212)의 도어가 열렸다는 신호가 도어센서로부터 운전제어용 PLC(223)로 송신되었을 때에, 교반팬(247)의 운전이 정지되어, 배양유니트(212) 내의 환경변화가 완화된다.
이 세포배양장치(200)는 건열멸균기능을 가지고 있으며, 배양백 트레이, 배지백 트레이, 폐액백 트레이를 각각 설정한 상태에서, 장치 내의 멸균 및 각 트레이를 멸균할 수가 있으며, 배양유니트(212) 내에서의 세균증식을 방지할 수가 있다. 또, 각 배양유니트(212)가 각각 독립된 공간구조로 구성되어 있기 때문에, 다른 배양유니트(212) 내의 세포에 대하여 격리됨과 동시에, 배양유니트(212)에 수납되는 배양백(242), 배지백(233), 폐액백(234)은, 클린벤치 등의 내부에서 접속된 후, 배양유니트(212)에 설치되기 때문에, 이 배양유니트(212)에 수납되는 배양백(242)은 폐쇄계(비개방계)로 확보되고, 배양백(242) 내의 세포가 잡균에 의해 오 염되는 것이 방지된다.
배양유니트(212)에는, 또한 도어센서(도시하지 않음), 도어록센서(도시하지 않음), 온도센서(236,243), 도어록기구(도시하지 않음), 히터(도시하지 않음) 및 교반팬(247)이 설치되어 있다. 운전제어용 PLC(223)는, 온도센서(236,243)으로부터의 온도신호에 기초하여 히터를 제어한다. 또, 운전제어용 PLC(223)는, 교반팬(247)의 운전을 제어하여, 배양실(240) 내에서 공기 및 CO2가스를 순환시킨다. 이와 같이 하여, 배양실(240)의 내부는 세포를 배양하기에 가장 적합한 환경으로 유지된다.
또, 운전제어용 PLC(223)는, 하나의 세포배양장치(200)에 있어서 2개 이상의 배양유니트(212)의 도어가 동시에 열림동작을 실시하지 않도록 도어록기구의 동작을 제어한다. 이에 의해, 다른 배양유니트(212)와의 사이에서 세포나 배지 등이 뒤바뀌어 반입되는 것이 방지된다. 이 도어록기구의 잠금동작은 도어록센서에 의해 검출되어, 운전제어용 PLC(223)로 송신된다. 또, 배양유니트(212)의 도어의 개폐상태는 도어센서에 의해 검출되어, 운전제어용 PLC(223)로 송신된다.
도 27에 나타내는 배양유니트(212) 내의 하부에는, 배양실(240) 내에 수납되는 배양백 트레이(241)를 지지하는 프레임(250)이 설치되고, 이 프레임(250)을 배양유니트(212)의 상부에 설치한 중량계(251)가 지지하여 설치된다. 이 중량계(251)는, 배양실(240) 내에 수납된 배양백 트레이(241)의 배양백(242)의 중량을 계측하는 것이며, 실제로는, 배지백(233)으로부터 배양백(242)으로 공급되는 배지의 양을 계측하는 것과, 배양백(242)으로부터 폐액백(234)으로 배출되는 폐액량을 계측한 다. 이 중량계(251)의 계측값도 운전제어용 PLC(223)로 송신된다. 또, 배양유니트(212)의 본체에는, 배양유니트(212) 내의 배양백(242)의 유무를 표시하는 표시등(도시하지 않음)이 설치된다. 운전제어용 PLC(223)는, 배양실(240) 내에 배양백(242)이 수납되어 있을 때에, 표시등을, 예를 들면 적색 점등시키고, 배양실(240) 내에 배양백(242)이 수납되어 있지 않을 때에는, 표시등을 예를 들면 녹색점등시킨다.
여기서, 상기 배양백 트레이(241)에 대하여 설명한다.
이 배양백 트레이(241)는, 도 27에 나타내는 바와 같이 배양백(242)이 장착된 것이며, 배양백(242)이 세포를 배양하는 배양용기이다. 이 배양백(242)은, 세포에 기능을 발현시키기(예를 들면 세포를 증식시키거나, 세포를 분화시키는 등) 위한 기능발현용 배양용기이며, 본 실시형태에서는, 증식을 위하여 항체에 의해 세포를 자극하는 항체자극용 배양용기이다. 또, 동일한 배양백(242)에 있어서 항체에 의해 자극된 세포를 증식시키기 위한 증식용 배양용기이기도 하다.
배양백(242)은, 세포가 접종된 배지를 수용하는 가요성의 용기이며, 재치대(252)에 의해, 배양백 트레이(241)에 올려놓여진다. 상기 배양백(242)은, 예를 들면, 산소투과성 재질로 이루어지는 백이다.
여기서, 배양유니트(212)에 대하여 설명한다.
배양실(240)에는, 도 27에 나타내는 바와 같이, 공급펌프(261), 배출펌프(271)가 배치된다. 배양백(242)은, 일단측이 튜브(262)를 사용하여 공급펌프(261)를 거쳐 공급계 조인트(264)에 접속된다. 또, 배양백(242)의 타단측은, 튜 브(272)를 이용하여 배출펌프(271)를 거쳐 배출계 조인트(274)에 접속된다.
상기 배양유니트(212)에서는, 배양백(242)은, 튜브(262)에 의해 공급계 조인트(264)에 접속됨과 동시에, 튜브(265)에 의해 배지백(233)에 접속된다. 또, 배양백(242)은, 튜브(272)에 의해 배출계 조인트(274)에 접속됨과 동시에, 튜브(275)에 의해 폐액백(234)에 접속된다.
상기 배양백(242)은, 도 27에 나타내는 바와 같이, 배양백(242)의 공급펌프(261)에 접속되는 일부 저면의 내부측에 항체를 고층화하고, 이 배양백(242)에 배지를 투입하며, 이 배지에 세포를 접종하고, 이 배양백(242)을 배양백 트레이(241)에 설치하여, 카세트구조로 구성한 것이다. 상기 배양백(242)에 항체를 고층화하고, 배지 및 세포를 투입하는 작업은, 클린벤치 등의 내부에서 무균상태로 실시된다.
상기 배양백(242)에 있어서 일부 항체를 고층화한 것에 의해, 즉 세포를 항체에 의해 자극하여 당해 세포에 증식기능을 발현시키기 위한 배양환경과, 세포를 증식시키기 위한 배양환경을 동일한 배양백(242)에서 만들어 낼 수가 있다. 따라서, 배양백(242)의 일부에서 항체에 의해 자극되고, 증식을 개시하기 시작한 세포에, 배지를 공급하는 것에 의해 효율적으로 동일한 배양백(242)에서 증식을 실시할 수가 있게 된다.
상기 배지백 트레이(231), 및 폐액백 트레이(232)에는, 배지저류용기로서의 배지백(233), 및 사용이 끝난 배지저류용기로서의 폐액백(234)이 각각 올려놓여져서 카세트구조로 구성된다. 상기 배지백(233)은, 배양백(242)으로 공급되는 배지를 저류시키는 것이다. 또, 상기 폐액백(234)은, 배양백(242)으로부터 배출되는 사용이 끝난 배지(상청)를 저류시키는 것이다. 배지백 트레이(231)가 카세트구조로 구성되는 것에 의해, 배양백(242)을 배양실(240) 내부에 유지한 상태에서, 당해 배양유니트(212) 내의 저온실(230)에 배지백 트레이(231)를 장착하는 것 만으로 배지의 교환, 공급이 가능해진다.
상기 배양백 트레이(241)는, 배양유니트(212)에 착탈이 가능하게 장착된다. 이 때에는, 배양백(242)의 공급계 조인트(264)는, 배지백(233)의 조인트에, 배출계 조인트(274)는 폐액백(234)의 조인트에 각각 무균적으로 결합된다. 즉, 공급계 조인트(264)와 배지백(233)의 조인트는, 예를 들면, 한쪽의 고무형상 결합부에 다른 쪽의 바늘형상 결합부가 삽입되는 것에 의해, 무균적으로 결합된다. 배출계 조인트(274)와 폐액백(234)과의 결합에 있어서도 마찬가지이다. 상기 배양백(242)과, 배지백(233) 및 폐액백(234)을 결합시키는 작업은, 클린벤치 등의 내부에서 무균상태로 실시된다.
배양백(242), 배지백(233) 및 폐액백(234)이 상술한 바와 같이 접속되는 것에 의해, 배지백 트레이(231)에 있어서의 배지백(233) 내의 배지가 공급펌프(261)의 기동에 의해 배양백(242)으로 공급되고, 이 배양백(242) 내의 사용이 끝난 배지가 배출펌프(271)의 기동에 의해 폐액백 트레이(232)의 폐액백(234)으로 배출된다는 폐쇄루프(Closed Loop)가 구성된다. 이 폐쇄루프의 구성에 의해, 당해 계통(배양백(242), 배지백(233), 폐액백(234))이 무균상태로 유지된다.
배양백(242) 내에서의 배양(세포증식)에는, 공급펌프(261)를 기동시켜서, 배 지백 트레이(231)의 배지백(233) 내의 배지를 배양백(242)으로 공급(유가)하는 것에 의해 세포를 증식시키는 정치배양(단순 유가)과, 공급펌프(261) 및 배출펌프(271)를 기동시켜서, 배양백(242) 내의 사용이 끝난 배지를 폐액백 트레이(232)의 폐액백(234)으로 배출하고, 또 배지백(233) 내의 배지를 배양백(242)으로 공급하는 것에 의해 세포를 증식시키는 관류배양과, 후술하는 진탕장치(290)를 사용하는 진탕배양이 있다. 이 가운데 관류배양에는, 사용이 끝난 배지의 배출과 배지의 공급을 교대로 실시하는 간헐식 관류배양과, 사용이 끝난 배지의 배출과 배지의 공급을 동시에 실시하는 연속식 관류배양이 있다. 이 연속식 관류배양에서는, 통상적으로, 배양백(242)과 배출펌프(271) 사이의 튜브(272)에 세포의 이동을 저지하는 필터가 설치되어, 배양백(242) 내의 세포가 폐액백(234)으로 배출되는 것을 방지하고 있다.
상기 폐액백 트레이(232)의 폐액백(234)에는, 배양백(242)에 있어서의 세포의 증식이 종료된 후에, 배양백(242) 내의 사용이 끝난 배지가 배출되어, 이 배양백(242) 내의 세포가 농축된다. 이 사용이 끝난 배지의 배출은 배출펌프(271)의 기동에 의해 실시되며, 중량계(251)의 계측값에 기초하여 운전제어용 PLC(223)의 제어에 의해, 배양백(242) 내의 배지 및 세포의 용량이 약 1/2~1/3 정도가 될 때까지 실시된다. 이 배양백(242) 내에서의 세포의 농축에 의해, 그 후에 실시되는 원심분리기에 의한 원심분리의 회수가 저감된다.
또, 폐액백 트레이(232)에서는, 배양백(242)에 있어서의 세포가 상술한 바와 같이 농축된 후에, 폐액백(234)을, 원심분리기에 장착할 수 있는 세포회수용기로서 의 세포회수백으로 환치하고, 이 세포회수백의 내부로, 배양백(242) 내에서 세포가 농축된 배양액(배지 및 세포)을, 배출펌프(271)의 기동에 의해 공급하여도 좋다. 이 경우에는, 튜브(272)에 필터가 설치되어 있지 않는 것을 조건으로 한다. 이에 의해, 원심분리기에 장착할 수 있는 백에서의 세포의 회수를, 폐쇄계 공간인 배양유니트(212) 내에서 실시할 수가 있으며, 세포회수 작업시의 노력을 저감시킬 수가 있다.
여기서, 도 27에 나타내는 바와 같이, 배양유니트(212) 내에 배양백 트레이(241)가 수납되고, 이 배양백 트레이(241)가 배양실(240)의 프레임(250)에 지지되나, 이 배양백 트레이(241) 상에 배양백(242)을 직접 올려놓는 재치대(252)는, 승강하지 않는 파트(252a)와, 승강이 가능한 복수의 연결된 면적변화파트(252b,252c)로 구성된다. 이들의 면적변화파트(252b,252c)에 의해 배양백(242)의 배양면적을 제어할 수가 있다. 또, 배양백 트레이(241)의 면적변화파트(252b,252c)가 배치되는 하방의 위치에는 경사모터(승강기구)(280), 캠기구(281) 및 위치결정센서(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 상기 경사모터(280)는 캠기구(281)를 회동시켜서, 재치대(252)의 상기 면적변화파트(252b,252c)를 서로 별개 독립적으로 승강시킨다. 이 승강부의 위치가 위치결정센서에 의해 검출되어, 운전제어용 PLC(223)로 송신된다. 경사모터(280)는 운전제어용 PLC(223)에 의해 제어되고, 배양백(242)에 있어서의 배양초기단계에서, 재치대(252)의 면적변화파트(252b,252c)를 하강시키도록 제어된다. 이에 의해, 배양백(242)의 면적변화파트(252b,252c)에 대응하는 부분에 액체고임부가 형성된다. 예를 들면, 도 28에 나타낸 재치대(252) 는 면적변화파트(252b,252c)의 높이를 각각 상하로 움직이는 것에 의해 배양면적을 3단계로 변화시킬 수가 있다. 또한, 면적변화파트는 3파트 이상 설치해도 좋고, 이에 의해 배양면적의 조정을 보다 미세하게 실시할 수가 있다. 여기서, 도 28은, 도 27의 재치대(252)의 구성을 나타내는 사시도이다.
배양백(242)에 있어서의 배양초기단계에서 세포 및 배지가 액체고임부에 저류되는 것에 의해, 항체자극에 적합한 배양조건, 즉 배양백(242) 내의 세포밀도가 증식에 적합한 밀도로 유지된다. 또 배양백(242) 내에 배지 및 세포가 소정의 양 이상이 되는 배양중기 및 후기에는, 경사모터(280)가 캠기구(281)에 의해 재치대(252)의 면적변화파트(252b,252c)를 상승시키고, 배양백(242)을 소정의 면적의 파트만을 수평상태로 하는 것에 의해 상기 액체고임부의 면적을 변화시킨다. 배양의 진행에 맞추어, 세포 및 배지의 액체고임부의 면적을 변화시키는 것에 의해, 배양백(242) 내의 면적당 세포밀도가 증식에 적합한 밀도로 유지되어, 세포증식단계에서 세포가 효율적으로 증식된다.
예를 들면, 도 28에 나타내는 바와 같이, 재치대(252)가 액체고임을 2단으로 형성할 수 있는 경우, 우선 가장 낮은 도 28의 면적변화파트(252c)의 부분에 배지와 세포를 보유하고, 세포의 밀도가 낮아지지 않도록 한다.
세포가 증식을 개시하여 배지의 양을 증가시켰을 때에는 도 28의 면적변화파트(252c)의 높이를 1단계 높여서 면적변화파트(252b)와 면적변화파트(252c)를 동일한 높이로 하는 것에 의해, 배양이 가능한 배양백(242)의 면적을 일정한 양으로 확대한다. 이에 의해, 다시 증식에 적합한 세포밀도를 일정한 시간동안 보유할 수가 있다.
또한 세포가 증식하여 배지의 양을 증가시켰을 때에는 면적변화파트(252b)와 면적변화파트(252c)의 높이를 다시 1단계 높여서 파트(252a)와 동일한 높이로 하고, 배양백(242) 전체에서 배양할 수가 있도록 한다.
또한 배양실(240) 내에는, 도 27에 나타내는 바와 같이, 배양백 트레이(241)의 배양백(242)이 배치되는 상방의 위치에 진탕장치(290)의 진탕기구(291)가 압박수단으로서 설치된다. 상기 진탕장치(290)는, 상기 진탕기구(291), 작동모터(292), 캠기구(293) 및 위치결정센서(도시하지 않음)를 갖는다. 진탕기구(291)는, 도 27에 나타내는 바와 같이, 장치프레임(250)에, 가이드로드(250a)에 의해, 압박수단으로서의 작동판(291a)이 상하로 이동이 자유롭게 설치되고, 이 작동판(291a)의 저면에 복수의 돌출부(291b)가 돌출형성되어 설치된 것이다. 작동판(291a)이 작동모터(292)에 의해, 캠기구(293)의 작용으로 상방 또는 하방으로 교대로 이동되는 것에 의해, 상기 작동판(291a)의 돌출부(291b)가, 진탕기구(291)의 하방에 위치하는 배양백(242)을 반복하여 압박, 즉 배양백(242)에 대하여 압박과 압박해제를 반복한다. 이에 의해, 배양백(242) 내의 배지가 교반되고, 배양백(242) 내의 세포가 배지의 내부에서 부유하여 이동하고, 이 배양백(242) 내에서의 세포분포 및 산소농도분포가 균일화되어, 세포의 증식이 촉진된다.
상술한 재치대(252) 대신에, 도 29 및 도 30에 나타내는 재치대(352)를 사용하여, 이 재치대(352) 위에 올려놓은 배양백(242)에 있어서의 배양면적을 변화시킬 수도 있다. 여기서, 도 29는, 제4실시형태의 변형예에 있어서의 재치대(352)의 구 성을 나타내는 평면도이며, (a)는 승강하지 않는 파트(353)와 모든 면적변화파트(354,355,356,357)가 동일한 평면상에 있는 상태를 나타내는 도면, (b)는 면적변화파트를 하강시킨 상태를 나타내는 도면이다. 도 30은, 도 29(a)의 IIIX-IIIX선에 따른 일부 단면도이며, (a)는 면적변화파트를 하강시켜서, 승강하지 않는 파트(353), 면적변화파트(355), 및 면적변화파트(357)를 계단형상으로 다른 평면상에 배치한 상태를 나타내는 도면, (b)는 4개의 면적변화파트 가운데 3개의 면적변화파트(355,356,357)가 동일한 평면상에 있는 상태를 나타내는 도면, (c)는 승강하지 않는 파트(353)와 모든 면적변화파트(354,355,356,357)가 동일한 평면상에 있는 상태를 나타내는 도면이다.
재치대(352)는, 도 29에 나타내는 바와 같이, 평면으로 보았을 때 장방형의 한 각(352a)으로부터 이 각을 정점으로 하는 이등변삼각형상으로 순차 절단한 형상의 면적변화파트(357,356,355,354), 및 승강하지 않는 파트(353)를 구비한다. 승강하지 않는 파트(353)는 수평면상에 배치된다. 도 30에 나타내는 바와 같이, 승강하지 않는 파트(353)와 면적변화파트(354)는 연결부재(353a)에 의해, 면적변화파트(354)와 면적변화파트(355)는 연결부재(354a)에 의해, 면적변화파트(355)와 면적변화파트(356)는 연결부재(355a)에 의해, 면적변화파트(356)와 면적변화파트(357)는 연결부재(356a)에 의해, 각각 서로 회전운동이 가능하게 연결되어 있다. 연결부재(353a,354a,355a,356a)로서는, 예를 들면 경첩을 사용할 수가 있다.
또한, 재치대(352)에서는, 면적변화파트의 수는 4개였으나, 2~3개여도 좋고, 5개 이상이어도 좋다.
면적변화파트(355,357)의 하부면에는, 지지다리(365,367)가 각각 접착·고정되어 있다.
도 30(c)에 나타내는 바와 같이, 지지다리(365)의 하부면은, 재치대(352)의 한 각(352a)으로부터 차례로 배치된 수평면상의 평면(365a) 및 평면(365b)과, 이들 평면(365a,365b)을 연결하는 경사면(365c)으로 이루어지며, 평면(365a)은 평면(365b)보다 하방에 위치하고 있다. 한편, 지지다리(367)의 하부면은, 재치대(352)의 한 각(352a) 측으로부터 차례로 배치된 수평면상의 평면(367a,367b,367c)과, 평면(367a)과 평면(367b)을 연결하는 경사면(367d)과, 평면(367b)과 평면(367c)을 연결하는 경사면(367e)으로 이루어지며, 평면(367a)은 평면(367b)보다도, 평면(367b)는 평면(367c)보다도, 하방에 위치하고 있다. 또, 평면(365a)의 면적변화파트(355)로부터의 거리는, 평면(367a)의 면적변화파트(357)로부터의 거리와 동일하며, 평면(365b)의 면적변화파트(355)로부터의 거리는, 평면(367b)의 면적변화파트(357)로부터의 거리와 동일하다.
재치대(352)의 하방에는, 모터(380)에의해, 도 29(a)의 IIIX-IIIX선을 따라서(도 30(b)의 화살표 A방향으로) 이동이 가능한 높이조정판(370)이 배치되어 있다. 이 높이조정판(370) 상에는, 면적변화파트를 승강시키기 위한 승강부재(375,377)가 접착·고정되어 있다.
도 30(c)에 나타내는 바와 같이, 승강부재(375)의 상부면은, 재치대(352)의 한 각(352a) 측으로부터 차례로 배치된 수평면상의 평면(375b) 및 평면(375a)과, 이들 평면(375a,375b)를 연결하는 경사면(375c)으로 이루어지며, 평면(375a)은 평 면(375b)보다 상방에 위치하고 있다. 한편, 승강부재(377)의 상부면은, 재치대(352)의 한 각(352a) 측으로부터 차례로 배치된 수평면상의 평면(377c,377b,377a)과, 평면(377a)과 평면(377b)을 연결하는 경사면(377d)과, 평면(377b)과 평면(377c)을 연결하는 경사면(377e)으로 이루어지며, 평면(377a)은 평면(377b)보다도, 평면(377b)은 평면(377c)보다도, 상방에 위치하고 있다. 승강부재(377)의 상부면은 지지다리(367)의 하부면에 대응한 형상을 가지고 있으며, 경사면(377d,377e)을 지지다리(367)의 경사면(367e,367d)에 각각 맞접하게 하였을 때에, 평면(377a,377b,377c)은 지지다리(367)의 평면(367c,367b,367a)에 각각 맞접한다. 또, 평면(375a)의 높이조정판(370)의 상부면으로부터의 거리는, 평면(377a)의 높이조정판(370)의 상부면으로부터의 거리와 동일하며, 평면(375b)의 높이조정판(370)의 상부면으로부터의 거리는, 평면(377b)의 높이조정판(370)의 상부면으로부터의 거리와 동일하다.
이어서, 도 30을 참조하면서, 높이조정판(370)을 화살표 A방향으로 이동시키는 것에 의해 면적변화파트를 승강시키는 조작예에 대하여 설명한다.
도 30(a)에 나타내는 바와 같이, 지지다리(367)의 평면(367a,367b,367c), 경사면(367d,367e)을, 승강부재(377)의 평면(377c,377b,377a)에 각각 맞접촉시키면, 경사면(365c)과 경사면(375c)이 이간한 상태에서, 지지다리(365)의 평면(365a,365b)과, 승강부재(375)의 평면(375b,375a)이 각각 맞접촉한다. 이 결과, 면적변화파트(355)와 면적변화파트(357)가 수평방향을 따라서 배치됨과 동시에 면적변화파트(354)와 면적변화파트(356)가 연직방향으로 배치되어, 재치대(352)는, 재치대(352)의 한 각(352a) 측으로부터 차례로 높아지는 계단형상을 이룬다.
도 30(a)에 나타내는 상태에서, 모터(380)에 의해, 높이조정판(370)을 화살표 A방향으로 이동시켜가면, 지지다리(367)는 승강부재(377)의 상면의 형상을 따라서 상승한다(도 30(b)). 이에 의해, 지지다리(367)의 평면(367a,367b), 경사면(367d)이, 승강부재(377)의 평면(377b,377a), 경사면(377d)에 각각 맞접한다. 한편, 승강부재(375)는, 경사면(365c)과 경사면(375c)이 맞접촉할 때까지, 평면(365a,365b)과, 평면(375b,375a)이 맞접촉한 상태로 지지다리(365)에 대하여 상대이동한다. 이 결과, 도 30(b)에 나타내는 바와 같이, 4개의 면적변화파트 가운데 3개의 면적변화파트(355,356,357)가 동일한 평면상에 있는 상태로 된다.
또한, 도 30(b)에 나타내는 상태로부터, 모터(380)에 의해, 높이조정판(370)을 화살표 A방향으로 이동시켜가면, 지지다리(367)는 승강부재(377) 상부면의 형상을 따라서 더욱 상승한다(도 30(c)). 이에 의해, 지지다리(367)의 평면(367a)이, 승강부재(377)의 평면(377a)에 맞접촉한다. 한편, 지지다리(365)는, 승강부재(375)의 상부면의 형상을 따라서 상승하고, 지지다리(365)의 평면(365a)과 승강부재(375)의 평면(375a)이 맞접촉한다. 이에 의해, 도 30(c)에 나타내는 바와 같이, 승강하지 않는 파트(353)와 모든 면적변화파트(354,355,356,357)가 동일한 평면상에 배치된다.
이상과 같이, 높이조정판(370)을 이동시키는 것에 의해, 면적변화파트(354~357)를 승강제어할 수가 있기 때문에, 소망하는 부분을 액체고임부로 할 수가 있다.
또한 배양실(240) 내에는, 도 27에 나타내는 바와 같이, 배양백 트레이(241)의 배양백(242)이 배치되는 상방의 위치에 진탕장치(290)의 진탕기구(291)가 압박수단으로서 설치된다. 이 진탕장치(290)는, 상기 진탕기구(291), 작동모터(292), 캠기구(293) 및 위치결정센서(도시하지 않음)를 갖는다. 진탕기구(291)는, 도 27에 나타내는 바와 같이, 장치프레임(250)에 가이드로드(250a)에 의해 압박수단으로서의 작동판(291a)이 상하로 이동이 자유롭게 설치되고, 이 작동판(291a)의 저면에 복수의 돌출부(291b)가 돌출되어 설치된 것이다. 작동판(291a)이 작동모터(292)에 의해, 캠기구(293)의 작용으로 상방 또는 하방으로 교대로 이동되는 것에 의해, 이 작동판(291a)의 돌출부(291b)가, 진탕기구(291)의 하방에 위치하는 배양백(242)을 반복압박, 즉 배양백(242)에 대하여 압박과 압박해제를 반복한다. 이에 의해, 배양백(242) 내의 배지가 교반되어, 배양백(242) 내의 세포가 배지의 내에서 부유하여 이동하고, 이 배양백(242) 내에서의 세포분포 및 산소농도분포가 균일화되어, 세포의 증식이 촉진된다.
또, 도 27에 나타내는 바와 같이, 상기 위치결정센서에 의해 작동판(291a)의 위치가 검출되어 운전제어용 PLC(223)로 송신되고, 또 중량계(251)의 계측값이 이 PLC(223)에 의해 작동모터(292)가 제어된다. 상기 진탕장치(290)를 사용한 배양백(242) 내에서의 세포배양(진탕배양)은, 배양백(242) 내에 배지 및 세포가 가득 채워지기 전에 실시되어도 좋고, 또는 가득 채워진 후에 실시되어도 좋다. 이 진탕장치(290)는, 작동판의 검출위치 및 중량계(251)의 계측값에 기초하여, 운전제어용PLC(223)에 의해 제어된다.
또, 배양실(240) 내에서는, 도 27에 나타내는 바와 같이, 배양백(242)의 항체를 고층화한 부위가 배치되는 위치의 상방에 조명램프(301)가, 하방에 화상취득수단으로서의 CCD카메라(302)가 설치된다. CCD카메라(302)에는, 관찰형태 등에 따라서, 렌즈, 프리즘, 경통 그 밖의 광학기기를 추가로 사용한다. 조명램프(301)는, 배양백(242)을 상방으로부터 조명하는 것이다. CCD카메라(302)는, 배양백(242) 내의 세포를 하방에서 촬영하여, 그 화상을 취득하는 것이다. 이들 조명램프(301)의 조명동작과 CCD카메라(302)의 촬영동작은 운전제어용 PLC(223)에 의해 제어되고, 소정의 시간(예를 들면 6시간)마다 배양백(242) 내의 세포의 화상이 취득된다. 소정의 시간마다의 세포화상은 화상처리용 유니트(221)의 화상메모리회로(도시하지 않음)에 기억된다.
상기 화상처리용 유니트(221)는, 화상처리용 유니트(221)의 화상메모리회로 내에 기억된 소정 시간마다의 세포화상을 화상처리, 예를 들면, 2치화 처리나 다치화 처리하여, 단일 세포의 투영면적의 평균값과, 단일 세포가 응집한 세포응집덩어리인 비단일 세포의 증가속도를 세포배양의 평가 파라미터로 하여 산출한다. 단일 세포의 투영면적의 평균값(단일 세포의 평균투영면적)은, 배양백 트레이(241)에 배양백(242)을 장착하고, 이 배양백 트레이(241)를 배양실(240) 내에 수납하여 배양을 개시하였을 때부터, 예를 들면, 24시간이 경과한 후의 세포화상으로부터 산출한다.
또, 상술한 비단일 세포인지 아닌지 여부의 판단은 투영면적이 100μ㎡을 기준으로 하여, 100μ㎡ 이상인 경우를 비단일 세포로 판단하고, 100μ㎡ 이하인 것 을 단일세포로 판단하고 있다. 이것은, 배양초기의 단일세포의 투영면적을 측정한 결과, 모두 100μ㎡ 이하였기 때문이다. 세포의 경시적인 화상(예를 들면, 배양개시로부터 24시간, 48시간, 72시간이 경과한 후의 화상)으로부터, 전체 세포에 대한 비단일 세포의 비율의 변화를 연산하여, 비단일 세포의 증가속도를 산출한다. 이 비단일 세포의 증가속도와 상기 단일세포의 평균 투영면적은, 화상처리용 유니트(221)로부터 운전제어용 PLC(223)로 출력된다.
운전제어용 PLC(223)는, 단일세포의 평균 투영면적으로부터 래그타임을 산출하여, 당해 세포의 증식개시시기를 추정한다. 여기서, 상기 래그타임이란, 배양백 트레이(241)의 항체 고층부(固層部)에 세포를 접종한 후 증식개시까지 필요로 하는 유도기의 시간이다. 운전제어용 PLC(223)는, 세포의 증식개시 시기로부터 당해 세포의 배양상황, 즉 당해 세포가 항체의 자극에 의해 증식의 가능성이 있는지 없는지의 여부를 판단하여 이 세포의 양부(良否)를 판정한다. 이 판정에 기초하여, 운전제어용 PLC(223)는 증식가능성이 현저히 낮은 세포에 대하여, 본 세포배양장치(200)에서의 배양을 중지한다.
또, 운전제어용 PLC(223)는, 비단일세포의 증가속도로부터 당해 세포의 최소 배화시간을 산출한다. 여기서, 상기 최소 배화시간이란, 어느 시간에 있어서의 세포의 세포수가 2배의 세포수가 될 때까지 필요로 하는 시간을 말한다. 운전제어용 PLC(223)는, 이 최소 배화시간으로부터 당해 세포의 배양상황, 즉 당해 세포의 증식능력을 판단하여, 배양백(242)으로 배지를 유가시키는 타이밍이나 유가속도 등을 결정한다.
제어수단으로서 기능하는 운전제어용 PLC(223) 및 화상처리용 유니트(221)는, 도시하지 않으나, 연산이나 제어를 실행하는 CPU와, 처리프로그램이나 데이터를 기억하는 기억장치(메모리)와, 데이터나 지령 등을 입력하기 위한 키보드, 마우스 또는 터치패널 등의 입력장치나 모니터 등의 출력장치와의 접속을 실시하는 입출력회로로 구성된다. 또한, 화상처리용 유니트(221)에는, CCD카메라(302)로부터의 화상데이터를 기억하는 화상메모리회로를 구비한다.
화상처리용 유니트(221)의 기억장치에는, CCD카메라(302)가 소정의 시간마다 촬영한 배양백(242) 내 세포의 화상을 화상처리(예를 들면, 2치화 처리나 다치화 처리)하여, 세포배양의 평가 파라미터(단일세포의 평균투영면적, 비단일 세포의 증가속도) 등을 산출하기 위한 프로그램이 기억되어 있다.
또, 운전제어용 PLC(223)의 기억장치에는, 세포배양의 평가 파라미터로부터 세포의 배양상황(세포의 증식가능성, 세포의 증식능력)을 판정하기 위한 프로그램과, 이 세포의 배양상황에 맞추어 세포배양장치(200) 및 배양유니트(212)에 관한 기기(예를 들면, 공급펌프(261), 배출펌프(271) 등)를 제어하고, 배양조작을 실행하기 위한 프로그램이 기억되어 있다. 또한, 이 운전제어용 PLC(223)의 기억장치에는, 세포배양장치(200) 및 배양유니트(212)의 각종 센서로부터의 신호에 기초하여, 이들 배양장치(210) 및 배양유니트(212)에 관한 기기를 제어하는 기기제어용 프로그램도 기억되어 있다. 화상처리용 유니트(221)의 기억장치에는, CCD카메라(302)를 소정의 시간마다 제어하여 세포의 화상을 취득하는 등의 기기제어용 프로그램도 기억되어 있다.
이어서, 운전제어용 PLC(223) 및 화상처리용 유니트(221)가 상기 프로그램을 실행하여 세포를 배양하는 공정을, 도 31~도 40의 공정도에 나타내는 플로우차트를 참조하여 설명한다.
도 31 및 도 32는, 항체자극 간혈식 관류배양공정을 나타내며, 배양백(242)에 세포를 회수하는 경우이다.
우선, 도 31에 나타내는 바와 같이, 조작자는, 클린벤치 등의 내부에서 배양백(242)에 항체를 고층화하고(도 31의 W01), 배지를 투입하여, 세포를 접종시킨 배양백(242)을, 배양백 트레이(241)에 장착한다. 이어서, 조작자는 클린벤치 등의 내부에서 배지를 투입한 배지백(233)을 배지백 트레이(231)에 장착하고, 폐액백(234)을 폐액백 트레이(232)에 장착하고, 배양백(242)과, 배지백(233) 및 폐액백(234)을 공급조인트(264) 및 폐액조인트(274)에 의해 각각 연결한다(도 31의 W02).
이어서, 조작자는, 이 배양백 트레이(241), 배지백 트레이(231) 및 폐액백 트레이(232)를 세포배양장치(200)의 표시등이, 예를 들면, 녹색으로 점등된 단일의 배양유니트(212) 내에 반입하고, 배양백 트레이(241)는 배양실(240)의 프레임(250)에 지지시켜서, 배지백 트레이(231) 및 폐액백 트레이(232)는 저온실(230)에 설치한다. 그리고, 조작자는, 배양백(242)의 펌프튜브(262,272)를 공급펌프(261) 및 배출펌프(271)에 각각 접속한다(도 31의 W03).
이어서, 조작자는, 배양유니트(212)에 수납한 배양백(242)에 있어서의 CCD카메라(302)의 화상출력을 확인한다(도 31의 W05). 상기 화상출력을 확인하기 전에, 조작자는 당해 배양유니트(212)의 경사모터(280)를 기동시켜서 재치대(252)의 면적 변화파트(252b,252c)를 하강시키고, 배양백(242)에 액체고임부를 형성해 둔다(도 31의 W04). 또한 조작자는, 당해 배양유니트(212)의 중량계(251)에 의해, 설치된 배양백(242)의 중량을 계측해 둔다.
그 후, 조작자는, 배양유니트 도어를 닫고 당해 배양유니트(212) 내에서 세포의 배양을 개시시킨다(도 31의 W06). 이에 의해, 배양백(242)의 액체고임부에 있어서, 증식을 위하여 항체에 의해 세포가 자극된다(도 31의 W07). 당해 배양유니트(212)의 CCD카메라(302)는, 배양백(242)의 액체고임부의 세포를 소정의 시간(예를 들면, 6시간) 마다 촬영하고, 화상처리용 유니트(221)는, 이 촬영화상으로부터 세포배양의 평가 파라미터를 산출한다. 운전제어용 PLC(223)는, 이 평가 파라미터로부터 래그타임을 산출하여, 당해 세포가 항체에 의해 자극을 받아서 증식의 가능성이 있는지 없는지의 여부를 판정하고, 다시 최소 배화시간을 산출하여, 당해 세포의 증식능력을 판정한다(도 31의 W08).
운전제어용 PLC(223)는, 세포가 배양백(242) 내에서 항체에 의해 자극된 후부터 소정의 시간(예를 들면 24시간)이 경과하여도 증식의 가능성이 인정되지 않는 경우에는, 본 세포배양장치(200)에서의 세포의 배양을 중지한다(도 31의 W08'). 운전제어용 PLC(223)는, 배양백(242) 내에서 세포에 증식의 가능성이 있다고 판단하였을 때에는, 당해 세포의 증식능력에 기초하여, 당해 배양백(242) 내부로의 배지의 유가속도나 타이밍 등을 결정한다. 운전제어용 PLC(223)는, 이 결정에 기초하여 공급펌프(261)를 작동하여, 배지백 트레이(231)의 배지백(233) 내의 배지를 배양백(242)으로 유가시킨다(도 31의 W09).
상기 공급펌프(261)의 작동에 의해, 배양백(242) 내에서 소정의 면적의 액체고임부에 있어서 세포의 정치배양이 개시된다(도 31의 W10). 운전제어용 PLC(223)는, 중량계(251)에 의해 계측되는 배양백(242) 내의 배지 및 세포의 중량이 소정의 값 a 이상이 되었는지 아닌지의 여부를 판단하고(도 31의 W11), 소정의 값 이상이 된 시점에서 경사모터(280)를 기동시키고, 캠기구(281)에 의해 재치대(252)의 면적변화파트(252b,252c)를 상승시키고, 배양백(242)의 소정의 면적을 수평상태로 하여 액체고임부를 변화시킨다(도 31의 W12). 이 공정은 재치대(252)에 형성된 단차가 모두 해소되어, 배양백(242)이 수평이 될 때까지 반복된다(도 31의 W13).
그 후, 운전제어용 PLC(223)는, 중량계(251)에 의해 계측되는 배양백(242) 내의 배지 및 세포의 중량이 소정의 값 b 이상이 되었는지 아닌지의 여부를 판단하고(도 31의 W14), 소정의 값 b 이상이 된 시점에서 작동모터(292)를 기동시킨다. 이에 의해, 진탕장치(290)가 작동하여, 진탕장치(290)의 진탕기구(291)가 배양백(242)을 반복적으로 압박하는 진탕배양을 개시한다(도 31의 W15). 운전제어용 PLC(223)는, 계속해서, 중량계(251)에 의해 계측되는 배양백(242) 내의 배지 및 세포의 중량이 소정의 값 c 이상이 되었는지의 여부를 판단하고(도 32의 W16), 소정의 값 c 이상이 된 시점에서, 공급펌프(261)를 정지(停止)하여 배지백 트레이(231)의 배지백(233)으로부터 배양백(242)으로의 배지의 유가를 정지하고(도 32의 W17), 동작모터(292)를 정지하여 배양백(242) 내에서의 진탕배양을 정지한다(도 32의 W18).
운전제어용 PLC(223)는, 배양백(242) 내에서 세포가 침강된 후에, 배출펌 프(271)를 작동시켜서, 배양백(242) 내의 사용이 끝난 배지(배양백(242) 내의 상청)를 폐액백 트레이(232)의 폐액백(234)으로 배출한다(도 32의 W19). 그 후, 운전제어용 PLC(223)는, 중량계(251)에 의해 계측되는 배양백(242) 내의 배지 및 세포의 중량이 소정의 값 d 이하가 되었는지의 여부를 판단하고(도 32의 W20), 소정의 값 d 이하가 된 시점에서, 배출펌프(271)를 정지(停止)하여 배양백(242)으로부터의 사용이 끝난 배지의 배출을 정지한다(도 32의 W21). 그리고 공급펌프(261)를 기동하여 배지백 트레이(231)의 배지백(233)으로부터 배양백(242)으로 배지를 유가시키고, 작동모터(292)를 기동하여, 진탕장치(290)에 의해 배양백(242) 내에서 진탕배양을 실시한다(도 32의 W22). 소정의 시간이 경과한 후, 운전제어용 PLC(223)는, 공급펌프(261)를 정지하여 배지백 트레이(231)의 배지백(233)으로부터 배양백(242)으로의 배지유가를 정지하고, 작동모터(292)를 기동한 상태로 진탕배양을 계속한다(도 32의 W23).
운전제어용 PLC(223)는, 증식되는 세포의 사용일시에 따른 소망하는 배양기간에 이르렀는지 아닌지의 여부를 판단하거나, 또는 화상처리용 유니트(221)가, 배양백(242) 내에서의 세포가 소망하는 세포수에 도달했는지 아닌지의 여부를 판단한다(도 32의 W24), 이들 배양기간 또는 세포수에 도달하지 않은 경우에는, 스텝 W18~W23의 처리동작을 반복한다. 세포수의 측정을 실시하는 경우는 진탕장치(290)를 한번 정지시키고, 세포가 침강할 때까지 기다린다. 이어서, CCD카메라(302)로 배양백(242) 내의 화상을 촬영한다. 화상처리용 유니트(221)는 취득한 화상으로부터 백의 내부에 존재하는 세포수를 추정·산출한다.
상기 스텝 W18~W23은, 배양백(242) 내에서 사용이 끝난 배지의 배출과, 배양백(242) 내부로의 새로운 배지의 공급(유가)을 교대로 실시하는 간헐식 관류배양이다.
운전제어용 PLC(223)는, 스텝 W24에 있어서 소망하는 배양기간 또는 세포수에 도달한 시점에서, 도 32에 나타내는 바와 같이 작동모터(292)를 정지하여, 배양백(242) 내에서의 진탕배양을 정지한다(도 32의 W25). 이어서, 배양백(242) 내에서 세포가 침강한 후에 배출펌프(271)를 기동시키고, 배양백(242) 내의 사용이 끝난 배지를 폐액백 트레이(232)의 폐액백(234)으로 배출하여, 중량계(251)의 계측값에 기초하여, 배양백(242) 내의 배지 및 세포가 약 1/2~1/3 정도가 될 때까지 세포를 농축시킨다(도 32의 W26).
운전제어용 PLC(223)는, 그 후 배출펌프(271)를 정지시켜 세포배양을 종료한다(도 32의 W27). 이 배양종료 후에, 조작자에 의해 배양백(242) 내의 세포가 클린벤치 등의 내부에서 원심분리기용 용기로 이동되고, 그 후, 원심분리에 의해 세포가 회수된다(도 32의 W28).
이어서, 동일한 항체자극 간헐식 관류배양공정에 있어서, 세포회수백에 의해 세포를 회수하는 처리가 포함되는 경우를 도 33 및 도 34에 나타낸다. 따라서, 이 도 33 및 도 34에 나타내는 공정의 스텝 W31~W56은, 도 31 및 도 32의 스텝 W01~W26과 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
도 34에 나타내는 스텝 W56에 있어서, 배출펌프(271)의 기동에 의해 배양백(242) 내의 세포가 농축된 후, 운전제어용 PLC(223)는 배출펌프(271)를 정지시키 고, 폐액백 트레이(232)의 폐액백(234)을 세포회수백으로 교환하도록 조작자에게 지시한다(도 34의 W57). 이 세포회수백은, 원심분리기에 장착되어 원심분리에 사용될 수 있는 백이다.
폐액백 트레이(232)의 폐액백(234)이 세포회수백으로 교환된 후, 운전제어용 PLC(223)는 배출펌프(271) 및 작동모터(292)를 기동한다. 이어서, 진탕장치(290)에 의해 배양백(242)의 내부를 진탕시키면서, 이 배양백(242) 내의 세포를 배지와 함께 폐액백 트레이(232)에 장착한 세포회수백으로 이행시킨다(도 34의 W58). 운전제어용 PLC(223)는, 그 후 배출펌프(271) 및 작동모터(292)를 정지시켜 배양백(242)으로부터의 세포회수를 정지하고, 세포배양을 종료한다(도 34의 W59). 이 세포회수 종료 후에, 조작자에 의해 세포회수백이 원심분리기에 장착되어, 원심분리에 의해 세포가 회수된다(도 34의 W60).
이어서, 항체자극 연속식 관류배양공정을, 이 공정의 처리동작을 나타내는 도 35 및 도 36에 기초하여 설명한다. 이 도 35 및 도 36에 나타내는 항체자극 연속식 관류배양공정에 있어서의 스텝 X01~X15는, 도 31 일 도 32의 항체자극 간헐식 관류배양공정에 있어서의 스텝 W01~W15와 동일하므로 설명을 생략한다.
이 항체자극 연속식 관류배양공정에서는, 배양백(242)과 배출펌프(271)와의 사이에 필터(도시하지 않음)가 배치되어 있다.
운전제어용 PLC(223)는, 배양백(242) 내부로 배지백 트레이(231)의 배지백(233)으로부터 배지가 유가되어, 배양백(242) 내에서의 진탕장치(290)에 의한 진탕배양이 실시되고 있는 동안에, 배양백(242) 내의 배지 및 세포의 중량이 소정의 값 c 이상이 된 시점(도 36의 X16)에서 배출펌프(271)를 기동시켜서, 배양백(242) 내의 사용이 끝난 배지를 폐액백 트레이(232)의 폐액백(234)으로 배출시킨다. 이에 의해, 배양백(242)으로의 배지의 유가와 배양백(242)으로부터의 배지의 배출을 동시에 실시하는 연속식 관류배양이 배양백(242) 내부에서 개시된다(도 36의 X17). 이때, 배양백(242) 내의 세포는, 필터에 의해 유동이 저지되어 폐액백(234)의 내부로 유동하지 않는다. 또한, 상기 연속식 관류배양중에는, 진탕장치(290)에 의한 진탕배양도 동시에 실시되고 있다.
운전제어용 PLC(223)는, 증식될 세포의 사용일시에 따른 소망하는 배양기간에 이르렀는지 아닌지를 판단하거나, 또는 화상처리용 유니트(221)가, 배양백(242) 내에서의 세포가 소망하는 세포수에 도달했는지 아닌지의 여부를 판단한다(도 36의 X18). 이들 배양기간 또는 세포수에 도달하지 않은 경우에는, 스텝 X17의 연속식 관류배양을 반복한다. 세포수의 측정을 실시하는 경우는 진탕장치(290)를 한번 정지하고, 세포가 침강할 때까지 기다린다. 이어서, CCD카메라(302)로 배양백(242) 내의 화상을 촬영한다. 화상처리용 유니트(221)는 취득한 화상으로부터 백 내에 존재하는 세포수를 추정·산출한다.
운전제어용 PLC(223)는, 스텝 X18에 있어서의 소망하는 배양기간 또는 세포수에 도달한 시점에서, 공급펌프(261), 배출펌프(271) 및 작동모터(292)를 정지시켜서, 관류배양 및 진탕배양을 정지시킨다(도 36의 X19). 운전제어용 PLC(223)는, 배양백(242) 내에서 세포가 침강한 후에, 배출펌프(271)를 기동시키고, 배양백(242) 내의 사용이 끝난 배지를 폐액백 트레이(232)의 폐액백(234)으로 배출시키 고, 중량계(251)의 계측값에 기초하여, 배양백(242) 내의 배지 및 세포가 약 1/2~1/3 정도가 될 때까지 세포를 농축시킨다(도 36의 X20). 농축과정에 있어서 진탕장치를 정지시키는 것은 다량의 세포가 튜브에 유입되어, 필터가 막히는 것을 방지하기 위해서이다.
운전제어용 PLC(223)는, 그 후 배출펌프(271)를 정지하여 세포배양을 종료한다(도 36의 X21). 이 배양종료 후에, 조작자에 의해 배양백(242) 내의 세포가 클린벤치 등의 내부에서 원심분리기용 용기로 이동되고, 그 후, 원심분리에 의해 세포가 회수된다(도 36의 X22).
이어서, 항체자극 단순 유가배양공정을, 이 공정의 처리동작을 나타내는 도 37 및 도 38에 기초하여 설명한다. 이 도 37 및 도 38에 나타내는 항체자극 연속식 관류배양공정에 있어서의 스텝 Y01~Y15는, 도 31 및 도 32의 항체자극 간헐식 관류배양공정에 있어서의 스텝 W01~W15와 동일하므로 설명을 생략한다.
운전제어용 PLC(223)는, 중량계(251)에 의해 계측되는 배양백(242) 내의 배지 및 세포의 중량이 소정의 값 c 이상이 되었는지 아닌지의 여부를 판단하고(도 38의 Y16), 소정의 값 c 이상이 된 시점에서, 공급펌프(261)를 정지하여 배지백 트레이(231)의 배지백(233)으로부터 배양백(242)으로의 배지의 유가를 정지하고, 작동모터(292)를 기동한 상태로 진탕배양을 계속한다(도 38의 Y17).
운전제어용 PLC(223)는, 증식될 세포의 사용일시에 따른 소망하는 배양기간에 도달했는지 아닌지를 판단하거나, 또는 화상처리용 유니트(221)가 배양백(242) 내에서의 세포가 소망하는 세포수에 도달했는지 아닌지를 판단한다(도 38의 Y18). 이들 배양기간 또는 세포수에 도달하지 않은 경우에는, 진탕배양을 계속한다(Y18에서 No).
세포수의 측정을 실시하는 경우는 진탕장치(290)를 한번 정지시키고, 세포가 침강할 때까지 기다린다. 이어서, CCD카메라(302)로 배양백(242) 내의 화상을 촬영한다. 화상처리용 유니트(221)는 취득한 화상으로부터 백 내에 존재하는 세포수를 추정·산출한다.
운전제어용 PLC(223)는, 스텝 Y18에 있어서 소망하는 배양기간 또는 세포수에 도달한 시점에서, 도 38에 나타내는 바와 같이 작동모터(292)를 정지시켜서, 배양백(242) 내에서의 진탕배양을 정지하고(도 38의 Y19), 배양백(242) 내에서 세포가 침강한 후에, 배출펌프(271)를 기동시키고, 배양백(242) 내의 사용이 끝난 배지를 폐액백 트레이(232)의 폐액백(234)으로 배출하여, 중량계(251)의 계측값에 기초하여, 배양백(242) 내의 배지 및 세포가 약 1/2~1/3 정도가 될 때까지 세포를 농축시킨다(도 38의 Y20).
운전제어용 PLC(223)는, 그 후 배출펌프(271)를 정지하여 세포배양을 종료한다(도 38의 Y21). 이 배양종료 후에, 조작자에 의해 배양백(242) 내의 세포가 클린벤치 등의 내부에서 원심분리기용 용기로 이동되고, 그 후, 원심분리에 의해 세포가 회수된다(도 38의 Y22).
이어서, 동일한 항체자극 단순 유가배양공정에 있어서, 세포회수백에 의해 세포를 회수하는 처리가 포함되는 경우를, 이 처리동작을 나타내는 도 39 및 도 40에 나타낸다. 따라서, 이 도 39 및 도 40에 나타내는 공정의 스텝 Y31~Y50은, 도 37 및 도 38의 스텝 Y01~Y20과 동일하므로 설명을 생략한다.
도 40에 나타내는 스텝 Y50에 있어서, 배출펌프(271)의 기동에 의해 배양백(242) 내의 세포가 농축된 후, 운전제어용 PLC(223)는, 배출펌프(271)를 정지시키고, 폐액백 트레이(232)의 폐액백(234)을 세포회수백으로 교환하도록 조작자에게 지시한다(도 40의 Y51). 이 세포회수백은, 원심분리기에 장착되어 원심분리에 사용될 수 있는 백이다.
폐액백 트레이(232)의 폐액백(234)이 세포회수백으로 교환된 후, 운전제어용 PLC(223)는 배출펌프(271) 및 작동모터(292)를 기동시켜서, 진탕장치(290)에 의해 배양백(242)의 내부를 진탕하면서, 이 배양백(242) 내의 세포를 배지와 함께, 폐액백 트레이(232)에 장착된 세포회수백으로 이행시킨다(도 40의 Y52). 운전제어용 PLC(223)는, 그 후 배출펌프(271) 및 작동모터(292)를 정지하여 배양백(242)으로부터의 세포회수를 정지하고, 세포배양을 종료한다(도 40의 Y53). 이 세포회수가 종료된 후에, 조작자에 의해 세포회수백이 원심분리기에 장착되어, 원심분리에 의해 세포가 회수된다(도 40의 Y54).
이상과 같이 구성된 것에 의해, 상기 실시형태에 의하면, 다음의 효과 (1)~(7)을 얻을 수가 있다.
(1) CCD카메라(302)가 촬영한 배양백(242) 내의 세포의 화상을, 화상처리용 유니트(221)가 화상처리하여 세포배양의 평가 파라미터(단일세포의 평균 투영면적, 비단일 세포의 증가속도)를 취득하고, 운전제어용 PLC(223)가 당해 세포의 배양상황(세포의 증식가능성 및 증식능력)을 판정 평가하고, 이 배양상황에 따른 배양조 작(배지백(233)으로부터 배양백(242)으로의 소정 유가속도에서의 배지유가나 타이밍)을 실시한다. 이 결과, 세포의 배양상황을 비접촉 상태로 판정할 수가 있기 때문에 당해 세포에 손상을 주지 않으며, 또, 배양조작을 조작자가 순차 실시할 필요가 없기 때문에 조작자의 노력을 경감시킬 수가 있다. 또한, 한 환자의 세포를 단일의 배양유니트(212) 내에 수납되는 배양백(242)에 접종시키고, 이 세포마다, 세포의 배양상황에 맞는 배양조작을 실시할 수가 있기 때문에 적절한 배양조작을 실현할 수가 있다. 이 세포의 배양상황에 맞는 적절한 배양조작을 실현할 수 있는 것에 의해, 시간단위에서의 배양조작이 가능해지고, 배양이 촉진되어 배양기간을 단축할 수가 있다.
(2) 배지백(233), 폐액백(234) 및 배양백(242)을 클린벤치 등의 내부에서 연결하고, 배양유니트(212)에 설치하기 위하여 폐쇄루프로 구성된 것으로부터, 완전 폐쇄계의 무균상태로 유지할 수가 있다.
(3) 배양백 트레이(241), 배지백 트레이(231) 및 폐액백 트레이(232)를 배양개시시에 배양유니트(212) 내에 설치한 후에, 배양이 종료될 때까지 자동으로 배양공정이 실시되기 때문에, 환경변화에 따른 배양백(242) 내의 세포로의 손상을 저감할 수 있으며, 동시에 클린벤치 등의 내부에서 배양백(242)에 배지를 공급하는 무균조작을 생략할 수가 있다.
(4) 배양백(242) 내에서의 배양초기단계의 항체자극과 세포증식을 동일한 배양백(242) 내에서 실시하고, 이 배양백(242) 내에서 세포 및 배지가 저류되는 액체고임부를 소정의 면적으로 변화시킬 수가 있기 때문에, 배양중의 면적당 세포밀도 를 증식에 적합한 밀도로 유지하는 것에 의해, 세포를 효율적으로 증식시킬 수가 있다.
(5) 배양백(242) 내의 사용이 끝난 배지가 폐액백 트레이(232)의 폐액백(234)으로 배출되어 저류되는 것에 의해, 배양백(242)의 세포밀도를 높여서 농축할 수가 있기 때문에, 세포회수를 위한 원심분리조작의 횟수를 저감할 수가 있다. 이 결과, 세포회수작업시의 노력을 저감시킬 수가 있으며, 또한 원심분리에 따른 세포의 손상도 저감시킬 수가 있다.
(6) 배양백(242) 내에서 농축된 세포를, 폐액백 트레이(232)에 장착된 세포회수백으로 전량 회수시키는 경우에는, 이 세포회수백을 원심분리기에 직접 장착하여 세포를 회수할 수가 있기 때문에, 세포회수작업시의 노력을 경감시킬 수가 있다.
(7) 세포가 접종된 배지를 수용하는 가요성의 배지백(242)을, 진탕장치(290)의 진탕기구(291)에 있어서의 작동판(291a)의 돌출부(291b)가 반복적으로 압박하여, 당해 배양백(242) 내의 배지를 교반하는 것에 의해, 이 배양백(242) 내의 세포분포 및 산소농도의 분포를 균일화할 수 있기 때문에, 세포의 증식이 촉진되어, 세포의 배양효율을 향상시킬 수가 있다.
또, 세포는, 진탕장치(290)의 작동판(291a)에 의해 반복적으로 압박되어 교반된 배지의 내부를 부유하는 것 뿐이기 때문에, 손상을 주는 것이 방지된다.
청구항1 내지 4, 12, 13, 14 내지 17, 22 내지 25 중 어느 한 항에 기재된 발명에 의하면, 배양용기 내 세포의 화상으로부터 당해 세포의 배양상황을 판정하고, 이 배양상황에 맞는 배양조작을 실시하는 것에 의해, 세포의 배양상황을 비접촉상태에서 판정할 수 있기 때문에, 당해 세포에 손상을 주지 않고, 또, 배양조작을 조작자가 순차적으로 실시할 필요가 없기 때문에 조작자의 노력을 경감시킬 수가 있으며, 또한, 세포의 배양상황에 맞는 배양조작을 실시할 수가 있기 때문에, 적절한 배양조작을 실현할 수가 있다. 이 세포의 배양상황에 맞는 적절한 배양조작을 실현할 수 있는 것에 의해, 시간단위에서의 배양조작이 가능해지기 때문에, 배양기간을 단축시킬 수가 있다.
청구항5 또는 6에 기재된 발명에 의하면, 배지저류수단이 카세트구조로 구성되고, 배양용기(기능발현용 배양용기, 증식용 배양용기)에 접속되는 것에 의해, 배양용기를 배양에 가장 적합한 환경으로 항상 유지할 수가 있기 때문에, 환경변화에 따른 배양용기 내 세포에로의 손상을 저감시킬 수 있으며, 동시에 클린벤치 등의 내부에서 배양용기에 배지를 보급하는 무균조작을 생략할 수가 있다.
청구항7, 및 청구항47 내지 청구항57에 기재된 발명에 의하면, 배지저류수단, 기능발현용 배양용기 및 증식용 배양용기가 폐쇄계로 구성되는 것에 의해, 이들 배지저류수단, 기능발현용 배양용기 및 증식용 배양용기를 무균상태로 유지할 수가 있다.
청구항8 또는 18에 기재된 발명에 의하면, 증식용 배양용기 내에서의 배양초기단계에, 이 증식용 배양용기의 액체고임부에 세포 및 배지가 저류되기 때문에, 면적당 세포밀도를 증식에 적합한 밀도로 유지하는 것에 의해, 세포를 효율적으로 증식시킬 수가 있다.
청구항9 또는 19에 기재된 발명에 의하면, 증식용 배양용기 내에서 증식된 세포를 기능발현용 배양용기 내부로 도입하고, 이 세포의 화상이 화상취득수단에 의해 취득되는 것에 의해, 증식용 배양용기 내에서 증식된 세포를 화상으로서 취득하여, 그 세포수나 세포의 형태를 관찰할 수가 있다.
청구항10 또는 20에 기재된 발명에 의하면, 증식용 배양용기 내의 사용이 끝난 배지가 배지저류수단의 사용이 끝난 배지저류용기로 배출되어 저류되는 것에 의해, 증식용 배양용기 내의 세포밀도를 높여서 농축할 수가 있기 때문에, 세포회수를 위한 원심분리조작의 횟수를 저감시킬 수가 있다. 이 결과, 세포회수작업시의 노력을 저감시킬 수가 있으며, 동시에, 원심분리에 따른 세포에 대한 손상도 저감시킬 수가 있다.
청구항11 또는 21에 기재된 발명에 의하면, 증식용 배양용기 내에서 농축된 세포를 배지저류수단의 세포회수용기 내에 전량 회수시키는 것에 의해, 이 세포회수용기를 원심분리기에 직접 장착하여 세포를 회수할 수가 있으며, 세포회수작업시의 노력을 저감시킬 수가 있다.
청구항26 내지 청구항31이 기재된 발명에 의하면, 배양용기 내에서 세포 및 배지가 저류되는 액체고임부를 소정의 면적으로 변화시킬 수가 있기 때문에, 배양중의 면적당 세포밀도를 증식에 적합한 밀도로 유지하는 것에 의해, 세포를 효율적으로 증식시킬 수가 있다.
청구항32 내지 청구항36, 청구항42 내지 청구항46에 기재된 발명에 의하면, 운전제어반 및 감시용 컴퓨터가, 항온조의 배양유니트마다, 세포의 배양에 관한 세포배양관련 데이터를 수집하여 축적하는 것에 의해, 임의의 배양유니트에서 배양된 세포에 관한 배양이력을 정확하게 파악할 수가 있다. 또, 운전제어반 및 감시용 컴퓨터가, 항온조의 배양유니트마다, 세포배양관련 데이터에 기초하여 세포의 배양상태를 감시할 수가 있기 때문에, 배양유니트마다 배양상태의 이상을 감시할 수가 있다. 또한, 운전제어반 및 감시용 컴퓨터가, 항온조의 배양유니트(캐니스터 및 배양카세트)마다, 세포배양관련 데이터에 기초하여, 배지의 교환(배지카세트의 교환)이나 배양 종료후의 세포의 회수(배양백 또는 세포회수백에 의한 세포의 회수) 등의 세포배양조작을 관리하는 것에 의해, 항온조의 배양유니트마다 조작자가 실시하는 조작(작업)을 위한 작업스케쥴을 용이하게 작성할 수가 있다. 또, 관리수단이, 항온조와 함께 배양실 내에 설치되며, 항온조의 각 배양유니트(캐니스터 및 배양카세트)에 있어서의 배양을 제어하는 기능을 겸비한 운전제어반과, 상기 배양실 이외의 감시실에 설치되며, 상기 운전제어반이 갖는 데이터를 수신하여 보존하고 표시(열람)할 수 있도록 하는 감시용 컴퓨터로 구성된 것에 의해, 배양실 내의 항온조에 있어서의 배양유니트 내에서의 세포의 배양상태를, 감시용 컴퓨터를 사용하여 배양실 이외의 감시실에 있어서 관찰하여 감시하고, 관리할 수가 있으며, 이 관리에 의해, 이력 등을 자동적으로 기록·보관하여, 인위적인 변조나 기록실수를 방지할 수가 있다.
청구항37 내지 청구항41에 기재된 발명에 의하면, 배양유니트를 구성하는 항온조의 캐니스터는, 각각이 흡기필터 및 배기필터에 의해 세포 또는/및 세균의 출 입이 없는 상태로 격리되어 구성된 것에 의해, 각 캐니스터 내에 수납되는 배양백 및 세포접종카세트 내의 세포가 세균에 오염되는 것을 방지할 수가 있다. 하나의 항온조에 있어서의 모든 캐니스터의 송풍팬이, 당해 항온조의 본체 도어가 개방되었을 때에 정지하도록 구성되는 것에 의해, 항온조의 본체 도어의 개방시에, 당해 항온조에 있어서의 각 캐니스터의 밀폐상태를 유지할 수가 있기 때문에, 각 캐니스터에 대하여 독립적인 배양환경을 양호하게 확보할 수가 있고, 캐니스터 내의 배양환경의 변동을 억제할 수가 있다. 하나의 항온조에 있어서의 각 캐니스터의 캐니스터 도어가, 어느 하나만 개방되도록 구성된 것에 의해, 하나의 항온조에 있어서 각 캐니스터의 캐니스터 도어가 동시에 2개 이상 개방되는 일이 없기 때문에, 캐니스터 내에서의 배양백 및 세포접종카세트의 반입·반출의 착오를 방지할 수 있으며, 동시에 세포끼리 서로 오염되는 교차오염을 방지할 수가 있다.
청구항58 내지 청구항66에 기재된 발명에 의하면, 배양백 내에서의 배양초기단계의 항체자극과 세포증식을 동일한 배양백 내에서 실시하고, 이 배양백 내에서 세포 및 배지가 저류되는 액체고임부를 소정의 면적으로 변화시킬 수가 있기 때문에, 배양중의 면적당 세포밀도를 증식에 적합한 밀도로 유지하는 것에 의해, 세포를 효율적으로 증식시킬 수가 있다.

Claims (66)

  1. 세포를 배양하는 배양용기와,
    상기 배양용기에 공급되는 배지를 저류(貯溜)하는 배지저류수단과,
    상기 배양용기 내의 세포의 화상을 취득하는 화상취득수단과,
    상기 화상취득수단으로 취득한 세포의 화상으로부터 당해 세포의 배양상황을 판정하고, 이 판정에 기초하여 배양조작을 실행시키는 제어수단을 갖는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배양용기는, 세포를 증식시키기 위한 증식용 배양용기와, 세포에 기능을 발현시키기 위한 기능발현용 배양용기이며, 상기 기능발형용 배양용기 내의 세포의 화상을 화상취득수단이 취득하는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기능발현용 배양용기는, 증식을 위하여 유도인자에 의해 세포를 자극하는 유도인자자극용 배양용기이며,
    제어수단은, 상기 유도인자자극용 배양용기 내의 세포의 화상에 기초하여, 세포의 증식가능성과 세포의 증식능력을 판정하고, 상기 유도인자자극용 배양용기로부터 증식용 배양용기로 세포를 이행시킬 타이밍, 배지저류수단으로부터 상기 증 식용 배양용기에로의 배지의 공급 등의 배양조작을 제어하는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기능발현용 배양용기는, 세포를 분화시키는 분화유도용 배양용기이며,
    제어수단은, 상기 분화유도용 배양용기내 세포의 화상에 기초하여, 분화유도조작을 제어하는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배지저류수단은 카세트구조로 구성되어, 배양용기에 접속되는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기능발현용 배양용기는 카세트구조로 구성되어, 증식용 배양용기 및 배지저류수단에 접속되는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배지저류수단, 기능발현용 배양용기 및 증식용 배양용기가 폐쇄계로 구성되는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증식용 배양용기에는 액체고임부를 형성할 수 있으며, 당해 증식용 배양용기 내부에서의 배양초기단계에서, 상기 액체고임부에 세포 및 배지가 저류되는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  9. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증식용 배양용기 내에서 증식된 세포를 기능발현용 배양용기의 내부로 도입하고, 이 세포의 화상이 화상취득수단에 의해 취득되는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  10. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배지저류수단에는, 사용이 끝난 배지를 저류할 수 있는 사용이 끝난 배지저류용기가, 배양용기로 공급하는 배지를 저류가능한 배지저류용기와 함께 설치되고, 증식용 배양용기내의 사용이 끝난 배지가 상기 사용이 끝난 배지저류용기로 배출되어 저류되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  11. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배지저류수단에는, 세포를 회수하는 세포회수용기를 장착할 수가 있으며, 증식용 배양용기 내에서 농축된 세포가 상기 세포회수용기내로 회수되도록 구성된 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세포가 부유계 세포인 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세포가 면역세포요법에서 사용되는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  14. 세포를 배양하는 배양용기 내의 세포의 화상을 화상취득수단이 취득하고,
    상기 화상취득수단으로 취득한 세포의 화상으로부터 당해 세포의 배양상황을 판정하고,
    이 판정에 기초하여 상기 배양용기에 배양조작을 실행하는 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 배양용기는, 세포를 증식시키기 위한 증식용 배양용기와, 세포에 기능을 발현시키기 위한 기능발현용 배양용기이며, 이 기능발현용 배양용기 내의 세포의 화상을 화상취득수단이 취득하는 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 기능발현용 배양용기는, 증식을 위하여 유도인자에 의해 세포를 자극하 는 유도인자자극용 배양용기이며,
    상기 유도인자자극용 배양용기 내의 세포의 화상에 기초하여, 세포의 증식가능성과 세포의 증식능력을 판정하고, 상기 유도인자자극용 배양용기로부터 증식용 배양용기에로 세포를 이행시킬 타이밍, 배양저류수단으로부터 상기 증식용 배양용기에로의 배지의 공급 등의 배양조작을 실행하는 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 기능발현용 배양용기는, 세포를 분화시키는 분화유도용 배양용기이며,
    상기 분화유도용 배양용기 내의 세포의 화상에 기초하여, 분화유도조작을 실행하는 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증식용 배양용기 내에서의 배양초기단계에서는, 상기 증식용 배양용기의 액체고임부에 세포 및 배지를 저류시키는 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증식용 배양용기 내에서 증식된 세포를 기능발현용 배양용기 내부로 도입하고, 이 세포의 화상을 화상취득수단이 취득하는 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  20. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증식용 배양용기 내의 사용이 끝난 배지를, 배지저류수단의 사용이 끝난 배지저류용기로 배출하는 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  21. 제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증식용 배양용기 내에서 농축된 세포를, 배지저류수단의 세포회수용기 내로 회수하는 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  22. 제14항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세포가 부유계 세포인 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  23. 제14항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세포가 면역세포요법에서 사용되는 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  24. 세포의 배양을 실행하기 위하여 컴퓨터에 기억시켜둔 세포배양프로그램에 있어서,
    세포를 배양하는 배양용기 내의 세포의 화상을 화상취득수단이 취득하는 순서와,
    상기 화상취득수단으로 취득한 세포의 화상으로부터 당해 세포의 배양상황을 판정하는 순서와,
    이 판정에 기초하여 상기 배양용기로 배양조작을 실행하는 순서를 갖는 것을 특징으로 하는 세포배양프로그램.
  25. 세포의 배양을 실행하기 위하여 컴퓨터에 기억시켜둔 세포배양프로그램에 있어서,
    세포에 기능을 발현시키기 위한 기능발현용 배양용기 내의 세포의 화상을 화상취득수단이 취득하는 순서와,
    상기 화상취득수단으로 취득한 세포의 화상으로부터 당해 세포의 배양상황을 판정하는 순서와,
    이 판정에 기초하여 상기 기능발현용 배양용기, 및/또는 세포를 증식시키기 위한 증식용 배양용기로 배양조작을 실행하는 순서를 갖는 것을 특징으로 하는 세포배양프로그램.
  26. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배양용기는 재치대(載置台)에 올려놓고, 상기 재치대의 일부를 승강시키는 것에 의해 배양면적을 변화시키는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  27. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    단순 유가배양(流加培養) 및 관류배양(灌流培養) 중 어느 한쪽을 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  28. 제27항에 있어서,
    간헐식 관류배양 및 연속식 관류배양의 한쪽을 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  29. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배양용기는 재치대에 올려놓고, 상기 재치대의 일부를 승강시키는 것에 의해 배양면적을 변화시키는 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  30. 제14항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    단순 유가배양 및 관류배양 중 한쪽을 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  31. 제30항에 있어서,
    간헐식 관류배양 및 연속식 관류배양 중 한쪽을 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  32. 세포를 배양하고, 그 배양을 감시하고 관리하는 세포배양시스템에 있어서,
    세포를 배양하는 배양용기를 각각 배치하는 복수의 배양유니트가 서로 격리 되어 배치되고, 상기 배양유니트마다 독립적인 배양환경하에서 세포를 배양하는 항온조와,
    상기 항온조의 상기 배양유니트마다, 세포의 배양에 관한 세포배양관련 데이터를 수집하여 축적하고, 상기 세포배양관련 데이터에 기초하여 상기 배양유니트마다, 세포의 배양상태를 감시하고, 세포의 배양조작을 관리하는 관리수단을 갖는 것을 특징으로 하는 세포배양시스템.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 관리수단은 항온조와 함께 배양실 내에 설치되고, 상기 항온조의 각 배양유니트에 있어서의 배양을 제어하는 기능을 겸비한 운전제어반과,
    상기 배양실 이외에 설치되며, 상기 운전제어반이 갖는 데이터를 수신하여 표시하는 감시용 컴퓨터로 구성된 것을 특징으로 하는 세포배양시스템.
  34. 제32항 또는 제33항에 있어서,
    상기 세포배양관련 데이터는, 세포, 배지, 배양용기, 항온조, 배양유니트 및 조작자의 식별부호와, 항온조 및 배양유니트 내의 배양환경 데이터와, 배양용기 내의 세포의 화상데이터의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 세포배양시스템.
  35. 제33항 또는 제34항에 있어서,
    상기 항온조가 복수대 설치되며, 각 항온조에 운전제어반이 접속됨과 동시 에, 이들 복수대의 운전제어반에 1대의 감시용 컴퓨터가 접속되는 것을 특징으로 하는 세포배양시스템.
  36. 제33항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감시용 컴퓨터에, 공중통신회선을 거쳐서 원격감시용 컴퓨터가 접속된 것을 특징으로 하는 세포배양시스템.
  37. 제32항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배양유니트를 구성하는 항온조의 캐니스터는, 각각 세균 등의 출입이 없는 상태로 격리되어 구성되는 것을 특징으로 하는 세포배양시스템.
  38. 제32항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배양유니트를 구성하는 항온조의 캐니스터는, 상기 항온조 내의 공기를 상기 캐니스터로 도입하는 팬이 설치되고, 하나의 항온조에 있어서의 모든 캐니스터의 상기 팬은, 당해 항온조의 도어가 개방되었을 때에 정지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 세포배양시스템.
  39. 제32항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배양유니트를 구성하는 항온조의 캐니스터에서는, 하나의 항온조에 있어서의 각 캐니스터의 도어가 어느 한개만 개방되도록 구성된 것을 특징으로 하는 세포배양시스템.
  40. 제32항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세포가 부유계 세포인 것을 특징으로 세포배양시스템.
  41. 제32항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세포가 면역세포요법에서 사용되는 것을 특징으로 세포배양시스템.
  42. 세포를 배양하고, 그 배양을 감시하고 관리하는 세포배양방법에 있어서,
    세포를 배양하는 배양용기를 각각 설치하는 복수의 배양유니트가 서로 격리되어 배치되고, 상기 배양유니트마다 독립적인 배양환경하에서 세포를 배양하는 항온조를 사용하여,
    상기 항온조의 상기 배양유니트마다, 세포의 배양에 관한 세포배양관련 데이터를 수집하여 축적하고, 상기 세포배양관련 데이터에 기초하여 상기 배양유니트마다, 세포의 배양상태를 감시하고, 세포의 배양조작을 관리하는 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 세포배양관련 데이터는, 세포, 배지, 배양용기, 항온조, 배양유니트 및 조작자의 식별부호와, 항온조 및 배양유니트 내의 배양환경데이터와, 배양용기 내 의 세포의 화상데이터의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  44. 제42항 또는 제43항에 있어서,
    상기 세포가 부유계 세포인 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  45. 제42항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세포가 면역세포요법에서 사용되는 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  46. 세포를 배양하고, 그 배양을 감시하고 관리하기 위하여 컴퓨터에 기억시켜 둔 세포배양프로그램에 있어서,
    세포를 배양하는 배양용기를 각각 설치하는 복수의 배양유니트가 서로 격리되어 배치되며, 상기 배양유니트마다 독립적인 배양환경하에서 세포를 배양하는 항온조의 상기 배양유니트마다, 세포의 배양에 관한 세포배양관련 데이터를 수집하여 축적하는 순서와,
    상기 세포배양관련 데이터에 기초하여 상기 배양유니트마다 세포의 배양상태를 감시하는 순서와,
    상기 세포배양관련 데이터에 기초하여 상기 배양유니트마다 세포의 배양조작을 관리하는 순서를 갖는 것을 특징으로 하는 세포배양프로그램.
  47. 세포를 배양하는 복수의 배양용기가 순차적으로 접속되고,
    각 배양용기는, 서로 다른 배양환경에서 세포를 배양하여, 하류측의 상기 배양용기로 배양한 세포를 이행시켜 배양하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 배양용기는 2개 설치되고, 하나의 배양용기가 세포에 기능을 발현시키는 배양환경을 갖는 기능발현용 배양용기이며, 다른 배양용기가 세포를 증식시키는 배양환경을 갖는 증식용 배양용기인 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 기능발현용 배양용기는, 증식을 위하여 유도인자에 의해 세포에 자극을 가하는 배양환경을 갖는 유도인자자극용 배양용기인 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  50. 제48항에 있어서,
    상기 기능발현용 배양용기는, 증식한 세포를 분화시키는 배양환경을 갖는 분화유도용 배양용기인 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  51. 제47항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세포는 부유계 세포인 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  52. 제47항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세포가 면역세포요법에서 사용되는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  53. 복수의 배양용기에 있어서 각각 다른 배양환경에서 세포를 배양시키고,
    하나의 배양용기에서 배양한 세포를 하류측의 다른 배양용기로 순차적으로 이행시켜 배양을 실시하는 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  54. 제53항에 있어서,
    상기 배양용기는 2개이며, 하나의 배양용기에서 증식을 위하여 유도인자에 의해 세포를 자극한 후에, 다른 배양용기에서 세포를 증식시키는 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  55. 제53항에 있어서,
    상기 배양용기는 2개이며, 하나의 배양용기에서 세포를 증식시킨 후에, 다른 배양용기에서 세포를 분화시키는 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  56. 제53항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세포는 부유계 세포인 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  57. 제53항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세포가 면역세포요법에서 사용되는 것을 특징으로 하는 세포배양방법.
  58. 세포를 배양하는 배양용기와,
    상기 배양용기를 올려놓는 재치대를 구비한 세포배양장치에 있어서,
    상기 재치대는 승강이 가능한 부분을 가지며,
    상기 승강가능한 부분이 승강하는 것에 의해, 재치된 배양용기의 배양가능한 면적이 변화하는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  59. 제58항에 있어서,
    상기 세포가 부유계 세포인 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  60. 제58항 또는 제59항에 있어서,
    상기 세포가 면역세포요법에서 사용되는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  61. 제58항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배양용기에, 이 배양용기로 공급되는 배지를 저류하는 배지저류수단이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  62. 제61항에 있어서,
    상기 배지저류수단, 배양용기가 폐쇄계로 구성된 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  63. 제61항 또는 제62항에 있어서,
    상기 배지저류수단에는, 사용이 끝난 배지를 저류할 수 있는 사용이 끝난 배지저류용기가, 배양용기에 공급하는 배지를 저류할 수 있는 배지저류용기와 함께 설치되며, 증식용 배양용기 내의 사용이 끝난 배지를 상기 사용이 끝난 배지저류용기로 배출하여 저류하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  64. 제58항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배양용기 내의 세포의 화상을 취득하기 위한 화상촬영수단과, 상기 화상취득수단으로 취득한 세포의 화상으로부터 당해 세포의 배양상황을 판정하고, 이 판정에 기초하여 배양조작을 실행하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  65. 제58항에 있어서,
    상기 배양용기는, 세포를 증식시키기 위한 증식용 배양용기와, 세포에 기능을 발현시키기 위한 기능발현용 배양용기이며, 이 기능발현용 배양용기 내의 세포의 화상을 화상취득수단이 취득하는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
  66. 제65항에 있어서,
    상기 기능발현용 배양용기는, 증식을 위하여 유도인자에 의해 세포를 자극하는 유도인자자극용 배양용기이며, 제어수단은, 상기 유도인자자극용 배양용기 내의 세포의 화상에 기초하여, 세포의 증식가능성과 세포의 증식능력을 판정하고, 배양가능한 면적을 변화시킬 타이밍, 배지저류수단으로부터 상기 증식용 배양용기에로의 배지의 공급 등의 배양조작을 제어하는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
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