KR20120071356A

KR20120071356A - 세포 배양 장치

Info

Publication number: KR20120071356A
Application number: KR1020110139163A
Authority: KR
Inventors: 도요시게 고바야시; 료오따 나까지마; 다까유끼 노자끼; 시즈 마쯔오까
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2012-07-02
Also published as: JP2012130297A; EP2468844B1; US8883492B2; US20120164721A1; JP5714316B2; CN102533548A; EP2468844A1; KR101357418B1; CN102533548B

Abstract

본 발명의 과제는, 자동 배양을 위한 배양 용기 자신을 폐쇄계 구조로 하고, 내부는 멸균 처리 가능하고, 외부로부터 구동력을 공급하여 세포를 배양하는 세포 배양 장치를 제공하는 것이다.
모듈마다의 폐쇄계 유로 구성과, 구동 베이스를 중심으로 한 기기의 배치, 냉장고와 세포 배양실 사이에 있는 중간실을 사용한다. 즉, 자동 배양 장치(10)는, 배지와 세포액을 보내는 복수의 유로(40)와, 제1 공간 내에 배치되고, 펌프(23), 밸브(24), 탱크(25)가 설치된 구동 베이스(27)와, 구동 베이스와 유로를 통해 접속되는 배양 용기(20)와, 제1 공간에 대한 제2 상한에 배치되고, 배양 용기가 설치되는 배양 용기 베이스(21)와, 배지와 세포액을 냉장하는 냉장고(14)와, 구동 베이스의 하방에서 제1 공간에 대한 제4 상한에 위치하고, 내부에 설치되는 냉장고(14)와 세포 배양실(13)을 구획하는 중간실(16)을 구비한다.

Description

세포 배양 장치{CELL CULTURING DEVICE}

본 발명은, 세포를 배양하는 세포 배양 장치에 관한 것으로, 특히 무균적인 청정도로 효율적으로 세포를 배양하는 자동 배양 기술에 관한 것이다.

종래, 세포 배양의 작업은 더없이 제균된 클린룸 내에서, 엄격한 제조 공정하에서 숙련된 작업자의 수작업에 의해 행해지고 있었다. 그로 인해 산업화를 위해 세포를 대량으로 배양하는 경우, 작업자의 부담의 증가와 작업자에의 교육?육성에 필요한 시간과 비용, 인위적인 오류나 검체의 혼동, 또한 균 등을 보유한 사람에 의한 생물학적 오염(콘타미네이션) 등이 발생할 가능성이 있어, 그들의 대책에 많은 비용을 필요로 한다. 그것이 세포 대량 배양의 산업화에 있어서 큰 벽이 되고 있다.

그로 인해, 기기에 의해 일련의 배양 작업을 자동화함으로써, 그들 문제점을 해결시키는 것이 기대되고 있다. 따라서, 현재는 다관절형 로봇 머니퓰레이터를 사용하여, 사람의 손에 의한 배양 작업을 모방하는 자동 배양 장치가 주로 개발되고 있다. 그러나 사람의 손에 의한 배양 작업은 번잡한 동작에 의해 행해진다. 그러한 배양 장치에서는, 사람의 손과 동등 혹은 단순화하여, 어떻게 무균적으로 배양 용기나 배양액의 핸들링을 실시할 필요가 있다.

이를 위해, 예를 들어 특허 문헌 1은, 다관절형 로봇 머니퓰레이터에 의해 배양 용기의 반송 조작이나 배지 교환 등을 처리하는 예를 제공하고 있다. 이 다관절형 로봇 머니퓰레이터에 있어서는, 그것 자신을 멸균하는 것이 가능한 구성을 제시하고 있다.

또한, 예를 들어 특허 문헌 2는 배양 용기와 유로 자신을 밀폐계로 하여 처리하는 방식을 제공하고 있다. 이것은, 연골 세포에 높은 압력을 가하여 배양하는 장치로, 배양 용기나 유로 내를 밀폐계로 하여, 배양 종료 후에 외기에 접촉하지 않도록 배양 용기와 일부 마개를 덮은 유로를 취출하는 방식이며, 무균적으로 생성된 연골 조직을 회수하는 수단을 구비한다.

일본 특허 출원 공개 제2006-149268호 공보 일본 특허 출원 공개 제2002-315566호 공보

특허 문헌 1에 기재된 바와 같은 자동 배양 장치에 있어서는, 배양 용기 자신이 개방계이므로, 덮개를 열어 배양 용기 내부를 개방하는 동작이 필요해진다. 그로 인해, 자동 배양 장치 내부의 청정성을 유지하기 위해 공조 기기의 대형화를 수반한다. 그것에 의해 전체 시스템이 커져, 비용이 드는 과제가 있다.

특허 문헌 2와 같은 자동 배양 장치에 있어서는, 밀폐계이므로, 내부의 무균성을 유지한 상태에서 유로를 장착하고, 또한 배지(배양액)나 세포(세포 현탁액)를 유로 내에 어떻게 주입할지가 과제이다. 또한, 복잡한 배양 작업을 실시할 때에, 그 밀폐된 유로를 장치에 용이하게 설치할 수 있고, 또한 어떻게 효율적으로 구동력을 부여할지가 과제이다.

현재, 인간 세포를 사용하여, 배양으로 작성한 세포나 조직을 인간에게 이식하는 재생 의료에서는, 수술실에서 채취한 조직을 무균 처리한 시험관 등에 넣어, 내부가 무균적 상태로 반출되고, 적정 제조 기준(GMP : Good Manufacturing Practice)에 준거한 클린룸(CPC : Cell Processing Center) 내에서 조직으로부터 필요한 세포를 단리하여, 원하는 조정을 실시하여 배양한다. 채취된 세포가 제조 공정 내에서 일절 오염 없이 배양되기 위해, 특히 엄격한 레귤레이션에 적합한 공정, 환경하에서 사람의 손에 의해 제조해야 한다. 세포의 배양 처리를 기계에 의해 자동적으로 행하는 자동 배양 장치에 있어서도, 그 장치에서 제조한 세포 혹은 조직은, 제조 공정 내에서 일절 균이나 바이러스 등에 의한 생물학적 오염이 있어서는 안 된다. 그러한 상황하에서, 상술한 개방계 배양 용기를 사용한 자동 배양 장치의 시스템을 감안하면, 자동 배양 장치 내부를 멸균하여, 내부를 고도의 클린 환경의 유지를 가능하게 하기 위해서는, 거대한 공조 설비와 멸균 설비를 필요로 하여, 그 설비 자신의 제조 비용과 유지 비용이 필요해진다. 또한 멸균 처리시에는 모터류의 구동계가 견딜 수 없다.

따라서, 자동 배양을 위한 배양 용기 자신을 폐쇄계 구조로 하고, 그 내부는 멸균 처리 가능하고, 외부로부터 구동력을 공급하여 세포를 배양하는 시스템이 바람직하다. 그러나 폐쇄계 구조의 배양 용기에서 배양하기 위해서는, 그 내부에 무균적으로 배지나 세포를 넣고, 배양 처리를 실시하는 기구와 제어 방법을 어떻게 효율화할지가 과제이다.

본 발명의 목적은, 상기한 과제를 해결하기 위해, 세포 등을 사용하여 조직을 만들 수 있는 적정 제조 기준의 준거를 목표로 한 세포 배양 장치, 나아가서는 요소 기기와 폐쇄계 유로의 구성과 공간 절약 배치, 유로를 위한 무균적인 송액 기구를 구비한 세포 배양 장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 있어서는, 배지를 사용하여 세포를 배양하는 세포 배양 장치이며, 배지와 세포를 보내는 복수의 유로와, 제1 공간 내에 배치되는 구동 베이스와, 구동 베이스와 유로를 통해 접속되는 배양 용기와, 배양 용기를 보유 지지하는 보유 지지 부재와, 구동 베이스보다도 하방에 형성되고, 냉장 공간을 형성하는 냉장부와, 제1 공간과 냉장 공간을 구획하는 중간실을 구비하는 구성의 세포 배양 장치를 제공한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 있어서는, 세포를 배양하는 세포 배양 장치이며, 배지와 세포액을 보내는 복수의 유로와, 제1 공간 내에 배치되는 구동 베이스와, 구동 베이스와 유로를 통해 접속되는 배양 용기와, 제1 공간에 대한 제2 상한(象限)에 배치되고, 배양 용기가 설치되는 배양 용기 베이스와, 배지와 세포액을 냉장하는 냉장부와, 구동 베이스보다도 하방이며, 제1 공간에 대한 제4 상한에 위치하고, 그 내부에 설치되는 냉장부와 제1 공간을 구획하는 중간실을 구비하는 구성의 세포 배양 장치를 제공한다.

본 발명에 의해, 배양 용기를 갖는 폐쇄계 유로의 설치 용이성을 구비하고, 세포를 적정 제조 기준 레벨의 무균적인 청정도로 무균적으로 효율적으로 배양하는 세포 배양 장치를 실현할 수 있다.

도 1은 제1 실시예에 관한 구동 베이스를 설치한 자동 배양 장치의 전체 개략 구성을 도시하는 도면.
도 2는 제1 실시예에 관한 도어를 개방한 자동 배양 장치를 도시하는 정면도.
도 3은 제1 실시예에 관한 자동 배양 장치의 내부를 도시하는 측면도.
도 4a는 제1 실시예에 관한 갈고리에 시일 기구를 접속 전의 상태를 도시하는 구성도.
도 4b는 제1 실시예에 관한 갈고리에 시일을 접속 후의 상태를 도시하는 구성도.
도 5는 제1 실시예에 관한 유로를 구동 베이스에 설치한 상태를 도시하는 상면 구성도.
도 6은 제1 실시예에 관한 탱크의 구성을 도시하는 측면도.
도 7a는 제1 실시예에 관한 펌프가 시린지와 접속하기 전의 상태를 도시하는 상면도.
도 7b는 제1 실시예에 관한 펌프가 시린지와 접속한 후의 상태를 도시하는 상면도.
도 7c는 제1 실시예에 관한 펌프가 시린지와 접속하기 전의 상태를 도시하는 측면도.
도 7d는 제1 실시예에 관한 펌프가 시린지와 접속하고 있는 상태를 도시하는 측면도.
도 7e는 제1 실시예에 관한 펌프가 시린지와 접속한 후의 상태를 도시하는 측면도.
도 8a는 제1 실시예에 관한 반송 지그에 탑재된 상태에서 세포 백에 세포 현탁액을 주입하고 있지 않은 상태를 도시한 측면 구성도.
도 8b는 제1 실시예에 관한 반송 지그에 탑재된 상태에서 세포 백에 세포 현탁액을 주입하고 있는 상태를 도시한 측면 구성도.
도 9는 제1 실시예에 관한 자동 배양 장치 전체의 제어의 구성을 도시하는 블록도.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대해 설명하지만, 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명을 개략적으로 설명하면 이하와 같다.

즉, 자동 배양 장치의 가장 적합한 형태에 있어서는, 폐쇄계 유로와 그 폐쇄계 유로 내의 송액을 위한 구동 베이스라 칭하는 기구를 사용하여, 장치 내부의 냉장실 내(4℃ 정도)에 있는 세포액이나 배지를, 배양실 내(37℃ 정도)에서 데워, 배양 용기 내 세포 배양 공간에 공급한다. 그것을 위해, 폐쇄계 유로는 주로 3개의 모듈로 구성하였다. 5℃로 냉장 보존이 필요한 세포액이나 배지, 세정액이나 폐액 등에 의한 배지 모듈과, 그들 액체를 펌프에 의해 배양실 내로 송액하여, 탱크에서 37℃까지 데우는 구동 모듈, 세포액이나 배지를 탱크로부터 배양 용기 내부의 배양 공간으로 보내 배양 처리를 행하는 배양 용기 모듈이다. 배양 용기 모듈 주변에는 현미경이 있어, 배양면의 세포를 촬상할 수 있다. 각 모듈은 각각 베이스라 칭하는, 일부에 구동 기구를 갖는 보유 지지구에 설치한다. 이 베이스를 탈착 가능한 반송 지그에 의해, 폐쇄계 유로는 일체로 배양 장치 내부로부터 출입할 수 있다. 자동 배양 장치의 내부는 배양실과 냉장실, 그 중간실로 이루어지고, 각각에 도어가 있다. 냉장실은 약 4℃를 유지하고, 배양실 내부는 37℃, 5％ 이산화탄소 농도, 습도 100％에 가까운 상태를 유지한다. 냉장실 내에 세포 현탁액이나 배지, 세정액과 폐액을 넣고, 역지 밸브가 장착된 폐액 회수구를 갖는다. 환경이 전혀 다른 배양실 내부와 냉장실 내부 각각이 직접 접속하여 결로와 온도 불균일이 발생하지 않도록, 사이에 중간실을 설치함으로써, 송액용의 튜브 이외에는 고무 마개 등의 시일부로 구역을 나눈다. 또한 중간실에는 필터가 장착된 팬이 설치되어, 자동 배양 장치 외부의 환경을 유지하는 것이 가능하다. 이에 의해, 동일 장치 내에 전혀 다른 환경이지만 세포에 있어서 최량의 환경을 설치할 수 있어, 공간 절약화가 가능해진다.

또한, 베이스를 반송 지그에 의해 안전 캐비닛(혹은 클린벤치) 부근으로 이동시키고, 내부가 멸균된 폐쇄계 유로 내의 빈 백을 소독하여 안전 캐비닛 내부에 넣고, 세포 현탁액(혹은, 배지나 세정액 등)을 백 내부에 주입하여, 주입구를 시일함으로써, 폐쇄계 유로 외부의 환경에 상관없이 폐쇄계 유로 내부는 무균 상태를 유지할 수 있다. 본 발명의 방식에서는, 그 폐쇄계 유로를 베이스째 자동 배양 장치에 넣으면, 구동 기구는 폐쇄계 유로 외부에 설치되어 있으므로, 자동 배양 장치의 설치 장소에 상관없이, 폐쇄계 유로 내부는 무균 상태를 유지하면서, 세포 파종, 배지 교환, 현미경 관찰, 검사를 위한 폐액 회수와 같은 자동 세포 배양 작업의 실시를 가능하게 할 수 있다.

또 다른 본 발명의 특징은, 첨부 도면을 사용하여 구체적으로 설명하는 이하의 실시예에 의해 명백해질 것이다. 단, 본 실시예는 본 발명을 실현하기 위한 일례에 불과하며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것이 아닌 것에 주의해야 한다. 또한, 각 도면에 있어서 공통의 구성에 대해서는 동일한 참조 번호가 부여되어 있다.

[제1 실시예]

도 1은 제1 실시예에 관한 자동 배양 장치(10)의 전체 개략도이다. 도 2는 자동 배양 장치(10)의 정면도이다. 도 3은 자동 배양 장치(10)의 측면도이다. 도 4a 및 도 4b는 세포 배양실(13)과 냉장고(14) 사이의 시일부(33)에 관한 개략도이다. 도 5는 유로(40)의 구성에 관한 개략도이다. 도 6은 유로(40)의 구성 부품 중 하나인 탱크(25)에 관한 개략도이다. 도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d 및 도 7e는, 유로(40)의 구성 부품 중 하나인 펌프(23)에 관한 개략도이다. 도 8a 및 도 8b는 유로(40) 내에 무균적인 세포액이나 배지의 공급에 관한 개략도이다. 도 9는 자동 배양 장치(10)를 동작시키기 위한 회로를 도시하는 블록도이다.

<자동 배양 장치의 구성>

도 1, 도 2, 도 3 및 도 4a, 도 4b를 사용하여, 자동 배양 장치(10)의 전체 구성에 대해 설명한다. 자동 배양 장치(10)는 기본적인 구성 요소로서, 세포 배양실(13), 냉장고(14), 제어부(15), 중간실(16)에 의해 구성되어 있다. 이하, 각각의 기본 구성에 대해 설명한다.

도 1에 도시되는 바와 같이, 자동 배양 장치(10) 전체는 세포 배양실(13), 냉장부를 구성하는 냉장고(14), 제어부(15), 중간실(16)의 4 구획에 의해 구성되어 있고, 세포 배양실 도어(11)와 냉장고 도어(12), 중간실 도어(17)를 개방함으로써 자동 배양 장치(10) 내부와 액세스하는 것이 가능하다. 세포 배양실(13)에는, 배양 용기(20)를 보유 지지, 설치하는 보유 지지 부재인 배양 용기 베이스(21)와 그것에 접속하여 회전하는 회전 기구(22), 배양 용기(20) 내의 세포 화상을 촬상하는 현미경(28)과 그 스테이지(29), 펌프(23)나 밸브(24) 등의 구동 기구를 갖고 탱크(26)를 포함하는 폐쇄계 구조의 유로(40)와 접속하는 구동 베이스(27)로 구성되어 있다. 또한 내부의 구동 기구 모두에 접속하여 제어부(15)와 배선하는 커넥터 보드(30)가 있다. 또한, 제어부(15)와 커넥터 보드(30) 사이의 배선은 도시를 생략하였다. 세포 배양시에는, 세포 배양실(13) 내부는 온도 37℃, 습도 100％, 5％ 이산화탄소에 가까운 환경을 유지한다. 단, 필요에 따라서 배양 용기(20)를 포함하는 주변 부분만 전술한 환경을 유지하는 구조로 할 수 있다. 냉장고(14)에는 배지 베이스(32)를 넣을 수 있고, 세포 배양실(13), 냉장고(14), 중간실(16)의 3 구획을 독립한 상태로 유로(40)의 튜브(41)만 통과시키는 시일부(33)에 의해, 세포 배양실(13)과 냉장실(14) 내부의 온도를 유지하여 결로를 방지하는 것을 가능하게 한다. 중간실(16)에는 필터(51)가 장착된 팬(50)이 있다. 필터(51)는 배기구에 설치된다. 이 팬(50)에 의한 기류의 움직임을 일으켜 습도 상승을 방지할 수 있다. 또한, 이후에 상세하게 설명하는 중간실(16)의 입구에는, 세포 배양실(13) 내부와 냉장고(14) 내부를 차단하고, 배양액만 흘리는 시일 기구가 사용된다.

제어부(15)는 다른 구획으로부터 독립되어 있고, 세포 배양실(13)이나 중간실(16)의 하방에 설치된다. 이에 의해, 세포 배양실(13) 내의 온도, 습도, 이산화탄소를 차단하여, 내부의 전기 기기류를 보호하고 있다. 제어부(15)에는, 팬(52)이 있어 흡기용 필터(53)와 배기용 필터(54)로 무균적으로 내부의 열을 외부로 달아나게 하는 것을 가능하게 한다. 팬(52)과 필터(53, 54)로 제어부(15)의 냉각부를 구성하고 있는 것으로 된다. 부호 57은 제어부(15)의 제어용 패널이며, 통상의 조작 패널 마찬가지로, 각종 버튼이나 표시부 등을 구비하고 있고, 제어부(15)의 조작에 사용한다. 제어부(15)는, 도시를 생략한 처리부인 중앙 처리부(CPU)나, 제어 프로그램이나 데이터를 기억하는 기억부인 메모리 등으로 구성되는 것은 물론이다.

도 2에 세포 배양실 도어(11), 냉장고 도어(12)를 개방한 상태의 자동 배양 장치(10)의 정면으로부터 본 각 요소 기기의 배치를 도시하고 있다. 세포 배양실(13) 내부의 구동 베이스(27)를 중심으로 하여, 수평 방향으로, 회전을 가능하게 한 배양 용기(20), 수직 방향으로, 세포액이나 배지가 들어간 배지 베이스(32)를 설치할 수 있는 냉장고(14)에 의해 구성되어 있다. 도 2나 도 1로부터 명백한 바와 같이, 본 실시예의 자동 배양 장치(10)에 있어서는, 구동 베이스(27)가 설치되는 공간(제1 공간)을 제1 상한으로 하면, 제1 공간과 냉장부인 냉장고(14)를 구획하는 중간실(16)이 제4 상한에, 배양 용기(20)가 보유 지지, 적재되는 보유 지지 부재인 배양 용기 베이스(21)가 제2 상한, 혹은 회전에 의해 제3 상한에 위치하게 된다. 본 실시예의 배치 구성에 의해, 공간 절약으로, 각 기기간 거리가 짧은 구성으로 되어, 제4 상한에 위치하는 냉장고(14)에서 4℃ 전후로 보존한 배지를, 제1 상한에 위치하는 구동 베이스(27) 상의 탱크(25)에서 데워, 신속하게 제2 상한에 위치하는 배양 공간으로 공급할 수 있어, 이동에 의한 세포의 손상을 최소로 할 수 있다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 세포를 촬상하는 현미경(28)은 정면에서 볼 때 제2 상한에 위치하는 배양 용기(20)로부터 연직 방향으로 구성되어 있다. 현미경(28)은, 이동이나 포커스 맞춤을 위한 스테이지(29)에 고정되어 있다. 이들의 배치에 관해서는, 제1 상한에 위치하는 구동 베이스(27)를 중심으로 하여, 모두 수평 방향으로 배치나 모두 연직 방향으로 배치 등도 가능하게 하지만, 배양하는 세포에 따라서 최적의 배치를 선택할 수 있다. 냉장고(14)는, 제4 상한에 위치하는 중간실(16) 내부에 있고, 시일부(33)에 의해 각각의 구간을 분리하고 있으므로, 유로(40) 내부 이외에는 세포 배양실(13)과 공간이 분리되어 있다. 이 구성에 대해서는 도 3에서 상세를 기재하였으므로 이후에 설명한다.

구동 베이스(27)에는 유로(40) 내의 송액을 하는 펌프(23), 송액의 회로를 전환하는 밸브(24), 배지 등을 모아 데우거나 액의 흐름 방향을 바꾸는 탱크(25) 등의 구동 기구가 배치되어 있다. 이것에 대해서는 상세를 후술한다. 구동 기구를 동작시키므로, 구동 베이스(27) 배면에 커넥터 보드(30)가 있어, 구동 베이스(27)의 커넥터(31)에 접속할 수 있다. 커넥터 보드(30)로부터 제어부(15)로 배선할 수 있다. 그때, 커넥터 보드(30)는 세포 배양실(13) 내부의 환경을 유지한 상태에서, 커넥터(31) 배선을 외부의 제어부(15)와 접속하기 위해, 단열?방수 구조를 갖고 있다. 본 도면에서 제어부(15)는 세포 배양실(13)의 연직 방향으로 기재하고 있지만, 예를 들어 탁상에서 사용할 때에는 수평 방향으로 설치나, 잉여 공간에 설치해도 된다.

도 3에 자동 배양 장치(10)의 측면으로부터 본 각 요소 기기의 배치를 도시하고 있다. 온도, 습도 등의 환경이 전혀 다른 세포 배양실(13)과 냉장고(14)를 동일 장치 내에 배치하여, 유로(40)를 연결할 수 있으므로, 중간실(16)과 시일부(33)를 설치하였다. 세포 배양실(13)은 일반적으로 37℃, 100％ 습도를 갖고 있고, 냉장고(14)는 일반적으로 내부를 4 내지 5℃로 유지하고 있으므로, 세포 배양실(13) 바로 근처에 설치하면 결로를 발생하고, 또한 세포 배양실(13) 내부의 온도 불균일을 발생한다. 일반적인 인큐베이터(세포 배양실)나 냉장고는 실온이나 실내의 습도에서 사용하는 것을 상정하여 설계하고 있다. 따라서, 실내의 환경을 유지하는 중간실(16)을 냉장고(14)와 세포 배양실(13) 사이에 설치함으로써, 급격한 온도 변화에 의한 결로의 발생을 방지한다. 그러나 냉장고(14) 내의 배지나 세정액, 세포 현탁액은 유로(40)를 구성하는 튜브(41)를 통해 세포 배양실(13) 내에 송액 가능하게 하고자 한다.

따라서, 도 4a, 도 4b에 도시하는 바와 같은 시일부(33)의 홈(42)에 튜브(41)를 통해, 갈고리(34)에 끼워 넣음으로써 냉장고(14), 중간실(16), 세포 배양실(13)의 공간을 분리하여, 배지나 세정액, 세포 현탁액을 냉장고(14)로부터 세포 배양실(13)로 송액 가능해진다. 갈고리(34)는, 세포 배양 장치(13)와 중간실(16)을 구획하는 벽(13A)과, 냉장고(14)와 중간실(16)을 구획하는 벽(14A)에 각각 설치된다.

도 3에 있어서, 냉장고(14)에는 그 내부를 냉각하기 위한 냉각기(18)가 있다. 이것은 냉각한 만큼의 열을 냉장고(14) 외부로 배출한다. 중간실(14) 내부의 온도가 상승하지 않도록 하기 위해, 팬(50)에 의해 자동 배양 장치(10) 외부로부터 필터(51)를 통과한 공기를 흡입하여 냉각기(18)에 닿게 하고, 또한 필터(51)를 통과시켜 자동 배양 장치(10) 외부로 방출하는 구성으로 하였다. 즉, 냉각기(18)와 팬(50), 또한 필터(51)에 의해 중간실의 냉각부가 구성되게 된다.

도 3의 화살표(55)로 공기의 흐름을 나타냈다. 이에 의해 중간실(16) 내부의 기온과 습도는 자동 배양 장치(10) 외부와 동일한 상태를 유지할 수 있다. 제어부(15) 내부는 컴퓨터나 전원 등 발열하는 것이 많이 존재하여, 내부의 열을 방출해야 한다. 제어부(15) 내부에 먼지가 들어가지 않도록 흡기용 필터(53)를 통해 팬(52)에 의해 제어부(15) 외부의 공기를 넣고, 또한 배기용 필터(54)를 통해 제어부(15) 외부로 복귀시킨다. 공기의 흐름(56)을 도 3의 화살표로 나타냈다. 이에 의해, 예를 들어 클린룸의 청정 구역에서, 먼지 등이 흩날리는 것을 방지하여, 청정도를 유지 가능하다.

<유로와 구동 베이스의 구성>

도 5, 도 6 및 도 7a 내지 도 7e를 사용하여, 유로(40)의 구성과 그 구동 방법에 대해 설명한다. 도 5는 유로(40)와 구동 베이스(27)의 전체 구성을 도시한 개략도이다. 도 6은 탱크(25)의 구성을 도시한 정면도이다. 도 7a는 시린지(43)와 펌프(23)가 분리된 상태의 상면도를 도시하고, 도 7b는 시린지(43)와 펌프(23)가 일체로 된 상태의 상면도를 도시하고, 도 7c는 시린지(43)와 펌프(23)가 분리된 상태의 측면도를 도시하고, 도 7d는 시린지(43)를 펌프(23)에 세트하고 있는 상태의 측면도를 도시하고, 도 7e는 시린지(43)와 펌프(23)가 일체로 시린지 펌프(44)로 된 상태의 측면도를 도시하고 있다. 시린지(43)는 동일축 상을 병진할 수 있다.

우선, 도 5에서 폐쇄계 구조의 유로(40)의 구성에 대해 설명한다. 유로(40)는, 교환 가능한 튜브(41), 배양 용기(20), 시린지(43), 필터(45), 피팅(46), 탱크(25), 세포 백(60), 배지 백(61), 세정액 백(62), 폐액 백(63), 회수 백(64)으로 구성되어 있다. 그 유로(40)는 구동 기구인 흐름의 방향을 바꾸는 밸브(24), 송액을 행하는 펌프(23), 제2 상한에 위치하는 수평 방향으로부터, 제3 상한에 위치하는 수직 방향으로 회전하여 배양 용기(20) 내의 기포를 배제하는 회전 기구(22)와 접속함으로써, 배양 용기(20) 내에 세포액이나 배지의 송액에 의한 세포 파종과 배지 교환, 세정액에 의한 유로 세정을 행하는 것이 가능해진다. 여기서, 배양 용기(20)가 설치되는 배양 용기 베이스(22)의 제2 상한으로부터 제3 상한으로의 회전은, 도 2에 도시하는 수평 위치로부터 배양 용기 베이스를 회전 기구(22)에 의해, 시계 반대 방향으로 하방으로 회전시킴으로써 실현할 수 있다.

구동 기구는 구동 베이스(27)에 배치되어 있고, 습도 등에 노출시킬 수 없는 배선이나 기구는 모두 구동 베이스(27) 내부에 넣어, 고습도 환경에 설치할 수 있다. 제어부(15)와 접속하기 위해, 구동 베이스(27)에는 방수 대응의 커넥터(31)가 있고, 구동 베이스(27)를 자동 배양 장치(10) 내부에 설치하였을 때에 이 커넥터(31)와 접속함으로써, 구동 기구를 동작시킬 수 있다. 유로(40)의 배치에 대해서는, 탱크(25)를 중심으로 하여, 배양 용기(20)로 송액하는 배양 용기 모듈(35), 냉장고(14) 내의 배지류를 탱크(25)로 송액하는 배지 모듈(36), 유로(40) 내부의 송액을 하기 위해 기체의 흐름(방향, 유속)을 제어하는 펌프 모듈(37)의 독립된 3개의 모듈로 나뉜다. 이 모듈화에 의해, 구동 기구의 최적의 배치와 유로의 설치 용이성을 향상시킬 수 있다.

도 6에 의해, 모듈의 중심으로 되는 탱크(25)의 구성에 대해 설명한다. 탱크(25)에는 배양 용기(20)에 대해, 주입 탱크(65)와 폐액 탱크(66)가 있다. 또한, 높이에 따라서 역할이 다른 피팅(46)이 있다. 하방으로부터 제1 피팅(67), 제2 피팅(68), 제3 피팅(69)으로 나뉘어져 있다. 제1 피팅(67)은 주입 탱크(65)측이 배양 용기(20)에의 송액, 폐액 탱크(66)측은 폐액 백(63)이나 회수 백(64)에의 송액구이다. 제2 피팅(68)은 주입 탱크(65)측이 배지 모듈(36)로부터 전달된 세포 현탁액이나 배지, 세정액을 주입 탱크(65) 내부에의 주입구이고, 폐액 탱크(66)측이 배양 용기(20)로부터의 폐액을 폐액 탱크(65) 내부에의 주입구이다. 탱크(25) 내에 들어갈 수 있는 액체는 모두 이 제2 피팅(68)에 도달하지 않는 용량으로 한다. 제3 피팅(69)은 펌프 모듈(37)과 접속하여 유로(40) 내 송액을 위한 기류 제어에 사용한다. 탱크(25)에는 송액시, 벽면에 세포가 잔존하지 않도록 테이퍼(47)가 있다. 이 경사에 의해, 세포 현탁액 내의 세포의 탱크(25) 내 잔존을 방지할 수 있다. 세포 파종이나 배지 교환의 배양 용기(20) 내부로 액체를 송액할 때에는, 한번 이 탱크(25) 내에서 주변 온도까지 데우는 것이 가능하다. 히터를 주입 탱크(65)에 설치하는 것도 가능하다.

도 7에 의해, 시린지 펌프(44)에 대해 구성을 설명한다. 펌프(23)는 모터(70), 볼 나사(71), 인코더(72), 구동대(73), 시린지 스토퍼(74), 고정구(75)에 의해 도 7a, 도 7c의 상태로 구성되어 있다. 시린지(43) 내부의 기체의 흐름을 한쪽으로 하는 밸브(76)를 접속한 시린지(43)를 2개 대향으로 시린지 스토퍼(74)와 구동대(73)에 설치한다. 고정구(75)를 끌어 올려, 도 7d와 같이 회전시켜, 도 7b, 도 7e와 같이 시린지(43)를 고정한다. 모터(70)의 회전에 의해, 볼 나사(71)에 의해 구동대(73)가 좌우로 이동함으로써, 항상 편측이 흡인, 다른 쪽이 토출의 반복이 가능해져, 층류에 가까운 상태에서 연속 송액을 가능하게 한다. 펌프 모듈(37)의 밸브(24)의 배치 방법으로 탱크(25)에의 기체의 토출, 흡인을 전환하는 것이 가능하다. 폐쇄계 상태를 유지한 채, 시린지 펌프(44)를 구동할 수 있다. 인코더(72)에 의한 정밀 제어가 가능하므로, 정확하게 필요량을 송액할 수 있다.

<배양 용기에의 세포 현탁액 혹은 배지의 주입에 관한 일련의 동작>

이상의 각 부의 구성에 기초하여, 자동 배양 장치의 일련의 세포 배양 동작의 일례에 대해 설명한다. 세포 현탁액 혹은 배지를 시린지 펌프(44)에 의해 탱크(25)의 주입 탱크(65)측으로 송액한다. 소정량 들어가면 필터(45)로부터 기체를 통과시켜 튜브(41) 내의 액체를 배제하거나, 또한 역방향으로 보내 액체를 원점 위치까지 복귀시키는 처리를 실시하여, 다음 번에도 정확하게 송액을 가능하게 한다. 주입 탱크(65)에서 세포 현탁액 혹은 배지를 데운다. 밸브(24)를 통해, 시린지 펌프(44)에 의해 배양 용기(20)로 송액한다. 그때, 배양 용기(20) 내의 기체나 폐액은 탱크(25) 내의 폐액 탱크(66)측으로 보내진다. 펌프 모듈(37)의 밸브(24)를 전환하여, 폐액을 폐액 백(63) 혹은 회수 백(64)으로 보낸다. 펌프 모듈(37)의 밸브(24)를 전환하여, 세정 백(62) 내의 세정액을 탱크(25)의 주입 탱크(65)측으로 송액한다. 소정량 들어가면 필터(45)로부터 기체를 통과시켜 튜브(41) 내의 액체를 배제하거나, 또한 역방향으로 보내 액체를 원점 위치까지 복귀시키는 처리를 실시하여, 다음 번에도 정확하게 송액을 가능하게 한다. 밸브(24)를 통해, 배양 용기(20)로 세정액을 송액하지 않도록 탱크(25) 내의 폐액 탱크(66)측으로 보낸다. 펌프 모듈(37)의 밸브(24)를 전환하여, 폐액을 폐액 백(66)으로 보낸다. 이상의 동작을 배양 기간 중, 소정의 횟수 반복한다. 유로(40) 내부 특히 배양 용기 모듈(35)에서는 일방 통행으로 액이 흐른다. 그것에 의해, 폐액이 배양 용기(20) 내의 배양 공간과 배지 백(61)류의 회로로 복귀되지 않아 세포에는 항상 청결하고 신선한 배지가 공급되므로, 균 등이 들어가지 않아 청정 환경을 유지하는 것을 가능하게 한다.

<폐쇄계 유로 내부에의 액체 주입>

도 8a, 도 8b에 있어서, 폐쇄계 구조를 가진 유로(40) 내에 세포 현탁액(48)의 무균적인 주입 방법에 대해 설명한다. 도 8a는 유로(40) 내부에 세포 현탁액(48)을 주입하고 있지 않은 구동 베이스(27)와 배지 베이스(32)의 상태를 도시하고, 도 8b는 유로(40)의 세포 백(60) 내부에 세포 현탁액(48)을 주입하고 있는 상태를 도시한다.

우선, 각 요소의 구성에 대해 도 8a로부터 설명한다. 유로(40)가 설치되어 있는 구동 베이스(27)와 배지 베이스(32)는 자동 배양 장치(10)에 설치하기 전에는 반송 지그(19)에 설치하고 있다. 이 반송 지그(19)는 구동 베이스(27) 등을 자동 배양 장치(10) 내부에 설치, 취출을 하는 것이 가능하고, 설치 후에는 반송 지그(19)만 취출하는 것이 가능하다. 배지 베이스(32)의 내부에는 빈 세포 백(60)이 들어 있다. 예를 들어 세포 배양용 클린룸(CPC) 내부이면, 이들 반송 지그(19)는 클래스 10,000의 공간(77)에 배치할 수 있다. 적정 제조 기준(GMP)에 있어서는, 세포 직접 처리 구역은 안전 캐비닛(79)(클린벤치를 포함함) 내부의 클래스 100 공간(78) 뿐이다. 따라서, 에탄올 등으로 꼼꼼하게 소독 처리한, 세포 백(60)만을 안전 캐비닛(79) 내부에 넣는다.

도 8b와 같이, 안전 캐비닛(79) 내에서 처리한 세포 현탁액(48)을 시린지 등에 의해 세포 백(60) 중에 주입한다. 주입 후, 주입구는 시일하여 유로(40)의 폐쇄계를 유지한다. 세포 현탁액(48)이 들어간 세포 백(60)을 클래스 100 공간(78)의 외부로 나오게 하여, 배지 베이스(32) 내에 넣는다. 사전에 유로(40)는 멸균 처리에 의해, 클래스 100 공간(78)을 유지하고 있으므로, 유로(40)는 도 8a와 같이 클래스 10,000 공간(77)에서 존재해도, 그 내부는 클래스 100 공간(78)을 유지할 수 있다. 이후, 자동 배양 장치(10) 내에 설치해도, 구동 기구는 유로(40) 내부와는 접속하지 않으므로, 자동 배양 장치(10)의 설치 공간에 관계없이, 폐쇄계 구조의 유로(40) 내부는 항상 클래스 100 공간(78)을 유지하는 것이 가능하다.

<자동 배양 장치의 회로 구성>

도 9는, 자동 배양 장치(10)에 있어서의 내부 기기를 제어하기 위한 제어계 회로의 구성을 도시하는 블록도이다.

자동 배양 장치(10)의 제어계 회로는, 데이터나 지시를 입력하기 위한 입력부(키보드, 마우스 등)(81)와, 자동 배양 장치(10)의 각 동작을 제어하는 제어부(82)와, 제어의 상황을 사용자에게 나타내는 표시부(80)와, 프로그램이나 파라미터 등을 저장하는 ROM(85)과, 일시적으로 데이터나 처리 결과를 저장하는 RAM(86)과, 캐시 등의 동작을 행하기 위한 메모리(85)와, 멸균 처리, 히터, 팬, 이산화탄소 공급, 물 공급 등의 처리를 행하여, 그들을 센서에 의한 환경 유지 장치(87)와, 구동 베이스(27)와 접속하여 회전 기구(22), 구동 베이스(27), 냉장고 내의 환경을 제어하는 냉장고 제어(88)를 구비하고 있다.

사용자가 입력부(81)나 통신부(84)로부터 처리해야 할 배양 공정을 지시하면, 제어부(82)는, ROM(85)에 저장된 배양 준비 프로그램에 따라서, 환경 유지 장치(87)의 멸균 기능으로 자동 배양 장치(10)의 내부를 멸균하고, 처리 종료 후에 배양 환경 유지 처리를 진행하여, 온도 37℃, 5％ 이산화탄소 농도, 습도 100％, 청결 환경으로 하고, 동시에 냉장고 제어(88)를 행한다. 그리고 제어부(82)는, ROM(85)에 저장된 자동 배양 프로그램에 따라서, 구동 베이스(27)의 세트를 위치 센서로 감지하고, 커넥터(31)의 설치를 감지하면, 회전 기구(22), 구동 베이스(27)에 의해, 배양 용기(20)에서의 세포 배양 처리를 실시한다. 수시로, 표시부(80)와 통신부(84)에서 그 처리 상황을 사용자에게 나타낼 수 있다. 세포 배양 처리가 종료되면, 표시부(80)와 통신부(84)에서 종료를 사용자에게 나타내고, 구동 베이스(27)의 탈착을 감지하면, 제어부(82)는, ROM(85)에 저장된 종료 프로그램에 따라서, 종료 처리를 행한다. 이상에 의해, 자동 배양 장치(10)에 의한 일련의 세포 배양 처리를 실현하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시예는 본 발명의 보다 좋은 이해를 위해 상세하게 설명한 것이고, 반드시 설명의 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상술한 자동 배양 장치의 제어 기구의 각 구성, 기능, 처리부 등은, 그들의 일부 또는 전부를, 예를 들어 집적 회로에서 설계하는 등에 의해 하드웨어로 실현해도 되고, 그들의 일부 또는 전부를 처리부인 CPU에서 실행하는 프로그램을 작성함으로써 소프트웨어로 실현해도 되는 것은 물론이다.

10 : 자동 배양 장치
11 : 세포 배양실 도어
12 : 냉장고 도어
13 : 세포 배양실
14 : 냉장고
15 : 제어부
16 : 중간실
17 : 중간실 도어
18 : 냉각기
19 : 반송 지그
20 : 배양 용기
21 : 배양 용기 베이스
22 : 회전 기구
23 : 펌프
24 : 밸브
25 : 탱크
27 : 구동 베이스
28 : 현미경
29 : 스테이지
30 : 커넥터 보드
31 : 커넥터
32 : 배지 베이스
33 : 시일부
34 : 갈고리
35 : 배양 용기 모듈
36 : 배지 모듈
37 : 펌프 모듈
40 : 유로
41 : 튜브
42 : 홈
43 : 시린지
44 : 시린지 펌프
45 : 필터
46 : 피팅
47 : 테이퍼
48 : 세포 현탁액
50 : 팬(중간실)
51 : 필터(중간실)
52 : 팬(제어부)
53 : 흡기용 필터
54 : 배기용 필터
55 : 공기의 흐름(중간실)
56 : 공기의 흐름(제어부)
57 : 제어 패널(제어부)
60 : 세포 백
61 : 배지 백
62 : 세정액 백
63 : 폐액 백
64 : 회수 백
65 : 주입 탱크
66 : 폐액 탱크
67 : 제1 피팅
68 : 제2 피팅
69 : 제3 피팅
70 : 모터
71 : 볼 나사
72 : 인코더
73 : 구동대
74 : 시린지 스토퍼
75 : 고정구
76 : 밸브
77 : 클래스 100의 공간
78 : 클래스 10,000의 공간
79 : 안전 캐비닛
80 : 표시부
81 : 입력부
82 : 제어부
83 : 메모리
84 : 통신부
85 : ROM
86 : RAM
87 : 환경 유지 장치
88 : 냉장고 제어

Claims

배지를 사용하여 세포를 배양하는 세포 배양 장치이며,
상기 배지와 상기 세포를 보내는 복수의 유로와,
제1 공간 내에 배치되는 구동 베이스와,
상기 구동 베이스와 상기 유로를 통해 접속되는 배양 용기와,
상기 배양 용기를 보유 지지하는 보유 지지 부재와,
상기 구동 베이스보다도 하방에 형성되고, 냉장 공간을 형성하는 냉장부와,
상기 제1 공간과 상기 냉장 공간을 구획하는 중간실을 구비하는 것을 특징으로 하는, 세포 배양 장치.
제1항에 있어서, 상기 냉장부는 상기 배지와 상기 세포를 보존 가능하고,
상기 냉장부와 상기 구동 베이스를 접속하는 상기 유로를 보유 지지하고, 상기 제1 공간과 상기 중간실과 상기 냉장 공간을 연결하는, 착탈 가능한 유로 보유 지지 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 세포 배양 장치.
제1항에 있어서, 상기 중간실에, 상기 중간실을 냉각하는 냉각부를 설치한 것을 특징으로 하는, 세포 배양 장치.
제1항에 있어서, 상기 보유 지지 부재는, 상기 제1 공간에 대한 제2 상한의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는, 세포 배양 장치.
제1항에 있어서, 상기 중간실은, 상기 제1 공간에 대한 제4 상한의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는, 세포 배양 장치.
제1항에 있어서, 상기 유로의 내부에서 상기 배지와 상기 세포를 보내는 펌프와 밸브와, 상기 펌프와 상기 밸브를 제어하는 제어부를 더 구비하고,
상기 펌프와 상기 밸브와 상기 유로의 일부가 상기 구동 베이스 상에 설치되는 것을 특징으로 하는, 세포 배양 장치.
제6항에 있어서, 상기 펌프는, 동일축 상을 병진 가능한 시린지를 구비하는 것을 특징으로 하는, 세포 배양 장치.
세포를 배양하는 세포 배양 장치이며,
배지와 세포액을 보내는 복수의 유로와,
제1 공간 내에 배치되는 구동 베이스와,
상기 구동 베이스와 상기 유로를 통해 접속되는 배양 용기와,
상기 제1 공간에 대한 제2 상한에 배치되고, 상기 배양 용기가 설치되는 배양 용기 베이스와,
상기 배지와 상기 세포액을 냉장하는 냉장부와,
상기 구동 베이스보다도 하방이며, 상기 제1 공간에 대한 제4 상한에 위치하고, 그 내부에 설치되는 상기 냉장부와 상기 제1 공간을 구획하는 중간실을 구비하는 것을 특징으로 하는, 세포 배양 장치.
제8항에 있어서, 상기 구동 베이스 상에 설치된, 상기 유로에 접속되는 탱크와 펌프와 상기 유로를 개폐하는 밸브 및
상기 펌프와 상기 밸브를 제어하는 제어부를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 세포 배양 장치.
제9항에 있어서, 상기 냉장부에 보유 지지된 상기 배지와 상기 세포액을, 상기 구동 베이스 상의 상기 탱크로 흘리는 상기 유로를 보유 지지하고, 상기 제1 공간과 상기 중간실과 상기 냉장부를 연결하는, 착탈 가능한 시일 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 세포 배양 장치.
제9항에 있어서, 상기 펌프는, 동일축 상을 병진하는 시린지를 구비하는 것을 특징으로 하는, 세포 배양 장치.
제9항에 있어서, 상기 유로는 상기 펌프와 상기 밸브로부터 착탈 가능한 것을 특징으로 하는, 세포 배양 장치.
제9항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제어부를 냉각하는 냉각부를 구비하고,
상기 제어부는, 상기 세포 배양실 및 상기 중간실보다 하방에 위치하는 것을 특징으로 하는, 세포 배양 장치.
제8항에 있어서, 상기 중간실은, 상기 중간실을 냉각하는 냉각부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 세포 배양 장치.
제8항에 있어서, 상기 배양 용기 베이스를, 상기 제1 공간에 대한 제2 상한으로부터 제3 상한의 위치로 회전 가능한 회전 기구를 더 갖는 것을 특징으로 하는, 세포 배양 장치.