WO2019138796A1 - 細胞培養装置及び細胞培養方法 - Google Patents
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Definitions
- the disclosed technology relates to a cell culture apparatus and a cell culture method.
- Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-198626 is an apparatus for subculturing adherent cells, in which a plurality of culture vessels are disposed, and one common processing vessel is connected to these culture vessels.
- a valve means is interposed between each culture vessel and the processing vessel, and the processing vessel is provided with a filter means through which the culture medium, the washing solution and the peeling solution can pass and which blocks the passage of cells.
- a drainage port for discharging the culture medium, the washing solution and the stripping solution which has passed through the filter means to the outside is opened.
- JP-A-2016-131538 discloses a culture vessel for culturing cells, a storage vessel for storing cells cultured in the culture vessel, and a division processing unit which performs division processing for dividing cell masses. And a cell culture device comprising
- a cell culture apparatus that automates at least a part of the treatment required in cell culture is, for example, contained in a culture vessel containing the cell suspension, and the cell suspension or cell suspension contained in the culture vessel. And a transfer control unit that controls transfer of the cell suspension from the culture vessel to the processing unit.
- the cell suspension is divided into a plurality of culture vessels and housed in an incubator.
- a method of culture is conceivable.
- a predetermined amount of the cell suspension separately stored in the plurality of culture vessels is extracted from the culture vessel according to the processing capacity of the processing unit and sequentially transferred to the processing unit.
- the processing unit processes cell suspensions transferred stepwise from the culture vessel in the order of transfer.
- the processing state in the processing unit may change as the cumulative processing amount of the cell suspension in the processing unit or the cumulative number of cells processed increases.
- the processing unit includes a filtration device provided with a filtration membrane, which performs a membrane separation process on the cell suspension
- dead cells and the like are accompanied by an increase in the cumulative throughput of the cell suspension in the filtration device.
- Debris may accumulate on the filtration membrane, which may change the filtration performance of the filtration membrane.
- the quality of cells after processing may change. That is, there is a possibility that the quality may differ between the cells previously treated in the treatment section and the cells treated later.
- the disclosed technology aims at absorbing differences between culture vessels in a culture state when culturing a cell by dividing the cell suspension into a plurality of culture vessels.
- a cell culture apparatus includes a plurality of culture vessels for separately containing cell suspensions, a cell suspension contained in each of the plurality of culture vessels, and a cell suspension contained in the plurality of culture vessels.
- a treatment unit for treating at least one of the cells contained in the solution for each treatment unit and a cell suspension corresponding to each of the plurality of treatment units treated in the treatment unit are mixed
- the mixing unit includes: a stirring unit that stirs the cell suspension mixed in the mixing unit; and a transfer control unit that controls transfer of the cell suspension to the processing unit, the mixing unit, and the stirring unit.
- the cell culture device may further include a temperature control unit that controls the temperature of the cell suspension mixed in the mixing unit. According to this aspect, since the cell suspension can be prevented from being exposed to a temperature environment which is not suitable for culturing the cells for a long time, cell viability can be enhanced.
- the mixing unit and the stirring unit may be integrally configured. According to this aspect, downsizing of the device can be realized. In addition, since it is not necessary to transfer the cell suspension between the mixing unit and the stirring unit, damage to cells associated with the transfer of the cell suspension can be reduced.
- the mixing unit preferably mixes the cell suspensions corresponding to all of the plurality of processing units processed in the processing unit. According to this aspect, the effect of suppressing the variation in the quality of the cells due to the temporal variation of the treatment state in the treatment unit is promoted.
- the cell culture device may further include a plurality of collection vessels for collecting the cell suspension stirred in the stirring unit.
- the transfer control unit further controls transfer of the cell suspension to each of the plurality of collection containers. According to this aspect, a state in which the quality of the cells is substantially uniform among the collection vessels is provided.
- the transfer control unit may further perform control of transferring the cell suspension stirred in the stirring unit to each of the plurality of culture vessels. According to this aspect, it is possible to reuse the plurality of cell culture vessels to continue cell culture.
- the mixing unit stores the cell suspension processed in the processing unit or the cell suspension containing the cells processed in the processing unit for each processing unit in the processing unit. And a confluence part for confluence of the cell suspension extracted from each of the plurality of storage parts by a predetermined amount.
- the stirring unit since the stirring unit does not have to have a volume capable of containing the whole amount of the cell suspension accommodated in the plurality of culture vessels, the volume of the stirring unit can be reduced.
- the cell suspension corresponding to all of the plurality of processing units processed in the processing unit be stored in any of the plurality of storage units. According to this aspect, the effect of suppressing the variation in the quality of the cells due to the temporal variation of the treatment state in the treatment unit is promoted.
- a cell culture method comprises treating a plurality of cell units and / or cells contained in the cell suspension by treating each of the cells in an amount corresponding to the treatment unit. Mixing the cell suspension corresponding to each of and mixing the mixed cell suspension. According to the cell culture method according to the disclosed technology, it is possible to absorb the difference between the culture vessels in the culture state when culturing the cells by dividing the cell suspension into a plurality of culture vessels. .
- FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a cell culture device 1 according to a first embodiment of the disclosed technology.
- the cell culture apparatus 1 includes a plurality of culture vessels 10, a processing unit 20, a mixing unit 30, a temperature control unit 40, a stirring unit 50, a plurality of collection containers 60, and a transfer control unit 70.
- the plurality of culture vessels 10 are vessels for separately containing a cell suspension containing cells to be cultured.
- the plurality of culture vessels 10 may each have the form of a bag made of a film having gas permeability.
- the total volume of the plurality of culture vessels 10 is, for example, a volume that can accommodate 10 10 or more cells together with the culture medium.
- the plurality of culture vessels 10 are housed inside the incubator 11.
- the temperature inside the incubator 11 is maintained at a temperature (eg, 37 ° C.) suitable for culturing the cells contained in the culture vessel 10.
- Each of the plurality of culture vessels 10 is connected to the processing unit 20 via the individual channel F1 and the channel F2.
- a valve V1 is provided in each of the individual flow paths F1.
- Each of the individual flow paths is connected to the flow path F2, and the pump P1 is provided on the flow path F2.
- the pump P1 is driven when transferring the cell suspension contained in each of the culture vessels 10 to the processing unit 20.
- the processing unit 20 is predetermined for each predetermined processing unit for at least one of the cell suspension contained in each of the culture containers 10 and the cells contained in the cell suspension contained in each of the culture containers 10. Apply the processing of That is, the processing unit 20 does not process the whole amount of the cell suspension stored in each of the plurality of culture vessels 10 at once, but processes the processing amount according to the processing capacity of the processing unit 20 as one processing unit I do.
- the process performed in the processing unit 20 is not particularly limited, and may include, for example, a membrane separation process of a cell suspension, and an aggregate (sphere) in which a plurality of cells are aggregated is more numbered than the number of cells. A splitting process may be included that splits into smaller, smaller aggregates.
- the processing unit 20 is connected to the mixing unit 30 via the flow path F3.
- a pump P2 is provided on the flow path F3. The pump P2 is driven when transferring the cell suspension processed in the processing unit 20 to the mixing unit 30.
- the mixing unit 30 has a form of a container having a volume capable of containing the whole amount of the cell suspension accommodated in each of the plurality of culture vessels 10, and each of the plurality of processing units processed in the processing unit 20. Mix the cell suspension corresponding to That is, the cell suspension for which the processing has been completed in the processing unit 20 is sequentially transferred to the mixing unit 30 for each processing unit, and the cell suspension corresponding to each of the plurality of processing units is mixed in the mixing unit 30. It will be in the state.
- the temperature control unit 40 controls the temperature of the cell suspension mixed in the mixing unit 30 to a temperature (for example, 37 ° C.) suitable for cell culture.
- the temperature control unit 40 may include, for example, a heater and a cooler for controlling the ambient temperature in the mixing unit 30.
- the temperature control unit 40 controls the temperature of the cell suspension based on a temperature detection signal from a temperature sensor (not shown) that detects the temperature of the cell suspension contained in the mixing unit 30. Good.
- the mixing unit 30 is connected to the stirring unit 50 via the flow path F4.
- a pump P3 is provided on the flow path F4. The pump P3 is driven when transferring the cell suspension mixed in the mixing unit 30 to the stirring unit 50.
- the stirring unit 50 stirs the cell suspension mixed in the mixing unit 30. That is, the stirring unit 50 stirs the mixture in which the cell suspension corresponding to each of the plurality of processing units is mixed.
- the stirring unit 50 equalizes the density of cells and cell aggregates contained in the cell suspension and the size distribution of cell aggregates when the cells mixed in the mixing unit 30 are sent to the collection container 60, and the collection container It is processed for the purpose of equalizing cell quality among 60.
- the stirring system in the stirring part 50 is not specifically limited, For example, the system which uses a stirring blade, a siphon system, a vertical motion stirring system, etc. are applicable.
- the plurality of recovery containers 60 are containers for separately containing the cell suspension stirred in the stirring unit 50.
- the form of the recovery container 60 may be the same as that of the culture container 10.
- the total volume of the plurality of collection vessels 60 may be equal to or greater than the total volume of the plurality of culture vessels 10. Further, the total volume of the plurality of collection containers 60 may be smaller than the total volume of the plurality of culture containers 10.
- Each of the collection vessels 60 is housed inside an incubator 11 which houses the culture vessel 10.
- Each of the collection containers 60 may be accommodated inside a freezer for cryopreserving the cell suspension.
- Each of the recovery containers 60 is connected to the stirring unit 50 via the individual flow path F6 and the flow path F5.
- Each of the individual flow paths F6 is provided with a valve V2.
- Each of the individual channels F6 is connected to the channel F5, and the pump P4 is provided on the channel F5. The pump P4 is driven when transferring the cell suspension stirred in the stirring unit 50 to the collection container 60.
- the transfer control unit 70 transfers the cell suspension from the culture vessel 10 to the processing unit 20, transfers the cell suspension from the processing unit 20 to the mixing unit 30, and suspends the cells from the mixing unit 30 to the stirring unit 50.
- the transfer of the liquid and the transfer of the cell suspension from the stirring unit 50 to the collection container 60 are controlled.
- the transfer control unit 70 controls transfer of the cell suspension by performing opening / closing control of the valves V1 and V2 and drive control of the pumps P1, P2, P3 and P4.
- FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the processing unit 20. As shown in FIG. In addition, in FIG. 2, illustration is abbreviate
- the processing unit 20 includes, for example, a filtration device 21, a dividing device 22, and a culture medium addition device 23.
- the filtration apparatus 21 includes a filtration membrane (not shown), and performs a membrane separation process (concentration process) on the cell suspension supplied via the flow path F2.
- the membrane separation process is a process of separating cells contained in the cell suspension and debris containing used medium, dead cells and the like by a filtration membrane.
- the cell suspension concentrated by passing through the filtration device 21 is discharged to the flow path F11.
- bypass flow passage F12 One end of the bypass flow passage F12 is connected to the flow passage F2, and the other end is connected to the flow passage F11.
- the bypass channel F12 is used when transferring the cell suspension flowing into the processing unit 20 via the channel F2 to the dividing device 22 without passing through the filtering device 21.
- the bypass flow path F12 can also be used when the membrane separation process by the filtration device 21 is performed again on the cell suspension discharged to the flow path F11.
- the medium addition device 23 supplies fresh medium to the cell suspension concentrated by the membrane separation treatment (concentration treatment) by the filtration device 21.
- the medium addition device 23 By cooperation of the filtration device 21 and the medium addition device 23, it is possible to perform medium exchange in which the used medium is replaced with fresh medium.
- the dividing device 22 performs a dividing process of dividing an aggregate (sphere) in which a plurality of cells contained in the cell suspension is aggregated into small-scale aggregates having a smaller number of cells.
- the dividing device 22 includes a mesh having a plurality of meshes formed by weaving fibrous members. Cell masses larger than the mesh size of the mesh are divided into cell masses of a size corresponding to the mesh size of the mesh by passing through the mesh.
- bypass flow passage F13 One end of the bypass flow passage F13 is connected to the flow passage F11, and the other end is connected to the flow passage F3.
- the bypass flow path F13 is used, for example, when transferring the cell suspension subjected to the membrane separation process by the filtration device 21 to the mixing unit 30 without passing through the dividing device 22.
- the bypass flow paths F12 and F13 can also be used when the membrane separation process by the filtration device 21 is performed after the division process by the dividing device 22 is performed.
- FIG. 3 is a diagram showing another example of the configuration of the processing unit 20.
- the processing unit 20 may be configured to include a plurality of filtration devices 21, a plurality of dividing devices 22, and distribution devices 24, 25.
- the distribution device 24 distributes the cell suspension, which has flowed into the processing unit 20 via the flow path F2, to each of the plurality of filtration devices 21.
- Each of the plurality of filtration devices 21 subjects the cell suspension distributed by the distribution device 24 to a membrane separation treatment (concentration treatment).
- the membrane separation process can be parallelized by cooperation of the distribution device 24 and the plurality of filtration devices 21. This makes it possible to shorten the process time of the membrane separation process (concentration process).
- the distribution device 25 distributes the cell suspension discharged from the filtration device 21 or the cell suspension supplied via the bypass channel F12 to each of the plurality of dividing devices 22.
- the plurality of dividing devices 22 respectively perform dividing processing on the cells contained in the cell suspension distributed by the distribution device 25.
- the cooperation of the distribution device 25 and the plurality of dividing devices 22 makes it possible to parallelize the division processing, thereby shortening the processing time of the division processing.
- FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of an operation sequence of the transfer control unit 70.
- a cell suspension containing cells to be cultured is assumed to be accommodated in each of a plurality of culture vessels 10 disposed in the incubator 11.
- step S1 the transfer control unit 70 selectively controls one of the valves V1 to be in the open state and drives the pump P1. That is, of the cell suspensions contained in each of the plurality of culture vessels 10, the transfer control unit 70 selects one of the cell suspensions corresponding to one processing unit in the processing unit 20 as one of the culture vessels 10. Remove from At this time, a portion of the cell suspension may be withdrawn from each of all the culture vessels 10, or a portion or all of the cell suspension may be withdrawn from at least one portion of the culture vessel 10. The cell suspension extracted from the culture vessel 10 is transferred to the processing unit 20 and subjected to predetermined processing in the processing unit 20.
- step S2 the transfer control unit 70 determines whether the processing in the processing unit 20 is completed. For example, the transfer control unit 70 may determine that the processing in the processing unit 20 is completed when a predetermined time has elapsed since the transfer of the cell suspension to the processing unit 20. When the processing unit 20 supplies a signal notifying that the processing is completed, the processing unit 20 may determine that the processing is completed based on the above signal. When the transfer control unit 70 determines that the processing has been completed in the processing unit 20, the process proceeds to step S3.
- step S3 the transfer control unit 70 transfers the amount of cell suspension corresponding to one processing unit processed in the processing unit 20 to the mixing unit 30 by driving the pump P2.
- step S4 the transfer control unit 70 determines whether the cell suspension remains in any of the culture vessels 10. For example, the transfer control unit 70 determines whether the accumulated amount of cell suspensions extracted from the culture container 10 has reached the total amount of cell suspensions contained in each of the culture containers 10 in the initial state. By doing this, the presence or absence of the cell suspension in the culture vessel 10 may be determined. When information indicating the weight of the cell suspension contained in the culture vessel 10 is provided in real time, the presence or absence of the cell suspension remaining in the culture vessel 10 is determined based on the above information. May be
- step S1 the transfer control unit 70 extracts the cell suspension of the amount corresponding to one processing unit in the processing unit 20 from the culture container 10 and transfers it to the processing unit 20, and after the processing in the processing unit 20 is completed, the mixing unit The process of transferring to 30 is repeated until no cell suspension remains in all the culture vessels 10.
- a cell suspension corresponding to each processing unit (processing unit 1, processing unit 2,..., Processing unit n) processed in the processing unit 20 Will be accommodated. That is, in the mixing part 30, the state in which the cell suspension corresponding to each process unit was mixed is formed.
- processing unit 1 corresponds to the cell suspension processed first in the processing unit 20
- processing unit 2 corresponds to the cell suspension processed second in the processing unit 20
- processing unit n corresponds to the n-th (last) processed cell suspension in the processing unit 20.
- the mixing unit 30 mixes cell suspensions corresponding to all of the plurality of processing units processed in the processing unit 20.
- FIG. Discharge of air from the mixing unit 30, which is necessary for injection of the cell suspension into the mixing unit 30, is performed through a pipe (not shown) provided at the top of the container constituting the mixing unit 30. It will be.
- the piping is provided with a sterile connector, and it is preferable that the flow direction of the air passing through the piping is always one direction.
- the temperature of the cell suspension mixed in the mixing unit 30 is controlled by the temperature control unit 40 to a temperature (eg, 37 ° C.) suitable for culturing the cells. That is, the temperature environment of the cell suspension accommodated in the mixing unit 30 may be the same as the temperature environment in the incubator 11. Therefore, the cell suspension accommodated in the mixing unit 30 waits in a preferable temperature environment suitable for culture until the nth (last) processed cell suspension is accommodated in the mixing unit 30. Do.
- step S5 the transfer control unit 70 transfers the cell suspension from the mixing unit 30 to the stirring unit 50 by driving the pump P3.
- the cell suspension corresponding to each processing unit (processing unit 1, processing unit 2,..., Processing unit n) is transferred to the stirring unit 50.
- the stirring unit 50 stirs the mixture obtained by mixing the cell suspension corresponding to each processing unit.
- the stirring unit 50 stirs the cell suspension corresponding to all of the plurality of processing units processed in the processing unit 20.
- step S6 the transfer control unit 70 determines whether the stirring process has been completed in the stirring unit 50. For example, the transfer control unit 70 may determine that the stirring process is completed in the stirring unit 50 when a predetermined time has elapsed since the cell suspension is transferred to the stirring unit 50. Moreover, when the signal which notifies completion of stirring is supplied from the stirring part 50, you may determine with what the stirring process in the stirring part 50 completed based on said signal. When the transfer control unit 70 determines that the stirring process is completed in the stirring unit 50, the process proceeds to step S7. Note that it may be determined by the observation device provided in the stirring unit 50 whether the number per unit area of cells contained in the cell suspension has been made uniform by the stirring process in the stirring unit 50.
- step S7 the transfer control unit 70 selectively controls one of the valves V2 to be open and drives the pump P4.
- the cell suspension stirred in the stirring unit 50 is accommodated in the plurality of collection containers 60.
- the cell suspension may be accommodated collectively in a plurality of recovery containers 60 or may be accommodated sequentially.
- a weight sensor may be provided in each of the individual recovery containers 60, and the open / close timing of the valve V2 may be determined based on the output of the weight sensor.
- FIG. 5C illustrates how a cell suspension is stored in a plurality of recovery containers 60.
- the cells contained in the cell suspension contained in each of the plurality of collection containers 60 may be continuously cultured in the incubator 11. Continuation of the culture using a recovery container 60 separate from the culture container 10 as a new culture container can reduce the risk of contaminating cells with bacteria or the like as compared to the case where the original culture container 10 is reused. It can be reduced.
- transfer control of the cell suspension by the transfer control unit 70 ends.
- the cumulative processing amount of the cell suspension in the processing unit 20 or the increase in the cumulative number of processing of the cells may be remarkable.
- the processing unit 20 includes the filtration device 21
- debris such as dead cells may be deposited on the filtration membrane as the cumulative processing amount of the cell suspension increases, and the filtration performance of the filtration membrane may change.
- the processing unit 20 includes the dividing device 22, cell aggregates may be deposited on the mesh as the number of accumulated cell processing increases, and the pressure difference on the surface of the mesh may change. Thereby, there is a possibility that the size of the aggregate of cells after division processing may change.
- the cell suspensions corresponding to each of the plurality of processing units processed in the processing unit 20 are mixed in the mixing unit 30, and the mixed cell suspension is stirred in the stirring unit 50.
- each of the plurality of recovery containers 60 is accommodated.
- the cell suspension corresponding to each of a plurality of processing units (processing unit 1, processing unit 2,..., Processing unit n) is accommodated in each of a plurality of collection containers 60 in a substantially evenly dispersed state Be done. Therefore, it is possible to suppress the difference in cell quality among the collection containers 60. That is, according to the cell culture device 1 according to the embodiment of the disclosed technology, it is possible to absorb temporal variations in the processing state in the processing unit 20 and improve the uniformity of the quality of the cells among the collection containers 60. It becomes possible.
- the treatment time in the treatment section is enormous, and the cell suspension is exposed to a temperature environment which is not suitable for culturing the cells for a long time, resulting in a decrease in cell viability or a decrease in cell quality.
- the temperature of the cell suspension it is conceivable to keep the temperature of the cell suspension at a temperature similar to the temperature in the incubator (culture temperature) while the treatment is being performed in the treatment unit.
- the concentration of the cell suspension is in a high state, and in this state, when the temperature of the cell suspension is maintained at a temperature similar to the culture temperature , Cells are activated.
- the temperature control unit 40 controls the temperature of the cell suspension mixed in the mixing unit 30, so that the activation of the cells is not promoted. It is possible to prevent the cell suspension from being exposed to a temperature environment which is not suitable for cell culture for a long time. This can improve cell viability.
- the volume of the culture vessel is increased. Therefore, in this case, it is difficult to keep the supply state of oxygen, which is introduced into the culture container through the surface of the culture container, good to each cell.
- the cell culture device 1 since the cell suspension is divided and stored in the plurality of culture vessels 10, the volume of each culture vessel 10 can be reduced. As a result, in the individual culture vessels 10, it is possible to maintain good supply of oxygen introduced into the culture vessel 10 through the surface of the culture vessel 10 to each cell.
- the case of transferring the cell suspension using the pumps P1 to P4 respectively disposed on the flow paths F2 to F5 has been exemplified. It is not limited.
- transfer of the cell suspension is performed using a pressurizing mechanism for pressurizing the liquid surface of the cell suspension, provided in association with each of the culture vessel 10, the processing unit 20, the mixing unit 30, and the stirring unit 50, respectively.
- FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of a cell culture device 1A according to a second embodiment of the disclosed technology.
- the cell culture device 1A differs from the cell culture device 1 (see FIG. 1) according to the first embodiment in that the mixing unit 30 and the stirring unit 50 are integrally configured. That is, the mixing unit 30 is configured as a processing container that performs the stirring process in the stirring unit 50.
- the temperature control unit 40 controls the temperature of the cell suspension contained in the mixing unit 30 functioning as a processing container of the stirring unit 50 to a temperature (for example, 37 ° C.) suitable for cell culture.
- the mixing unit 30 and the stirring unit 50 are integrally configured, so the device can be miniaturized.
- damage to cells associated with the transfer of the cell suspension can be reduced.
- FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of a cell culture device 1B according to a third embodiment of the disclosed technology.
- the cell culture apparatus 1B according to the first embodiment is characterized in that the cell culture apparatus 1B includes the channel F7 for returning the cell suspension stirred in the stirring unit 50 to the culture container 10 (FIG. 1). Different from One end of the flow path F7 is connected to the flow path F5, and the other end of the flow path F7 is connected to the flow path F2.
- the transfer control unit 70 controls the valve V1 to an open state and drives the pump P4 in step S7 of the flowchart shown in FIG.
- the cell suspension stirred in the stirring unit 50 is accommodated in the plurality of culture vessels 10.
- the cell suspension may be accommodated in a batch in the plurality of culture vessels 10, or may be accommodated sequentially.
- the cells contained in the cell suspension contained in each of the plurality of culture vessels 10 may be continuously cultured. By reusing culture container 10 and continuing the culture, costs can be reduced as compared to the case where a new culture container is used.
- FIG. 8 is a diagram showing an example of the configuration of a cell culture device 1C according to a fourth embodiment of the disclosed technology.
- the cell culture device 1C includes a mixing unit 30C.
- FIG. 9 is a diagram showing an example of the configuration of the mixing unit 30C.
- the mixing unit 30C includes a plurality of storage units 31_1, 31_2,..., 31 — n that store the cell suspension processed in the processing unit 20 for each processing unit in the processing unit 20.
- the cell suspension corresponding to “processing unit 1” processed first in the processing unit 20 is stored in the storage unit 31_1.
- the cell suspension corresponding to the “processing unit 2” processed second in the processing unit 20 is stored in the storage unit 31_2.
- the cell suspension corresponding to the “processing unit n” processed nth (last) in the processing unit 20 is stored in the storage unit 31 — n.
- the temperature control unit 40 controls the temperature of the cell suspension stored in each of the storage units 31_1 to 31 — n to a temperature (eg, 37 ° C.) suitable for cell culture.
- the mixing unit 30C further includes a merging unit 32 that merges cell suspensions extracted from the storage units 31_1 to 31 — n by a predetermined amount.
- the distribution of the cell suspension to the storage sections 31_1 to 31_n is performed by opening / closing control of a valve V11 provided in the vicinity of the inflow port of each of the storage sections 31_1 to 31_n.
- the transfer of the cell suspension from each of the reservoirs 31_1 to 31 — n to the merging portion 32 is performed by opening / closing control of a valve V12 provided in the vicinity of the outlet of each of the reservoirs 31_1 to 31 — n.
- the transfer control unit 70 performs open / close control of the valves V11 and V12.
- FIG. 10 is a flowchart showing an example of an operation sequence of the transfer control unit 70 according to the present embodiment.
- a cell suspension containing cells to be cultured is assumed to be accommodated in each of a plurality of culture vessels 10 disposed in the incubator 11.
- step S11 the transfer control unit 70 selectively controls one of the valves V1 to be in the open state and drives the pump P1. That is, of the cell suspensions contained in each of the plurality of culture vessels 10, the transfer control unit 70 selects one of the cell suspensions corresponding to one processing unit in the processing unit 20 as one of the culture vessels 10. Remove from At this time, the cell suspension may be withdrawn from all the culture vessels 10, or the cell suspension may be withdrawn from at least one part of the culture vessel 10. The cell suspension extracted from the culture vessel 10 is transferred to the processing unit 20 and subjected to predetermined processing in the processing unit 20.
- step S12 the transfer control unit 70 determines whether the processing in the processing unit 20 is completed. For example, the transfer control unit 70 may determine that the processing in the processing unit 20 is completed when a predetermined time has elapsed since the transfer of the cell suspension to the processing unit 20. When the processing unit 20 supplies a signal notifying that the processing is completed, the processing unit 20 may determine that the processing is completed based on the above signal. If the transfer control unit 70 determines that the processing has been completed in the processing unit 20, the process proceeds to step S13.
- step S13 the transfer control unit 70 selectively controls one of the valves V11 to be in the open state and drives the pump P2. As a result, the cell suspension of the amount corresponding to one processing unit processed in the processing unit 20 is transferred to the corresponding storage unit among the storage units 31_1 to 31_n.
- step S14 the transfer control unit 70 determines whether the cell suspension remains in any of the culture vessels 10. For example, the transfer control unit 70 determines whether the accumulated amount of cell suspensions extracted from the culture container 10 has reached the total amount of cell suspensions contained in each of the culture containers 10 in the initial state. By doing this, the presence or absence of the cell suspension in the culture vessel 10 may be determined. When information indicating the weight of the cell suspension contained in the culture vessel 10 is provided in real time, the presence or absence of the cell suspension remaining in the culture vessel 10 is determined based on the above information. May be
- step S11 the transfer control unit 70 determines that the cell suspension remains in any of the culture vessels 10. That is, the transfer control unit 70 extracts the cell suspension of the amount corresponding to one processing unit in the processing unit 20 from the culture container 10 and transfers it to the processing unit 20, and after the processing in the processing unit 20 is completed, the storage unit The process of transferring to any of 31_1 to 31 — n is repeated until there is no cell suspension remaining in the culture vessel 10.
- the cell suspension subjected to the treatment in the treatment unit 20 is stored in a separate storage unit for each treatment unit. If the transfer control unit 70 determines that the cell suspension does not remain in any of the culture vessels 10, the process proceeds to step S15.
- step S15 the transfer control unit 70 transfers a predetermined amount of cell suspension from each of the storage units 31_1 to 31_n to the merging unit 32 by opening all the valves V12 and driving the pump P2. Do. A part of the cell suspension stored in each of the storage units 31_1 to 31 — n is transferred to the merging unit 32.
- the cell suspensions corresponding to the respective processing units are mixed by merging in the merging section 32.
- step S16 the transfer control unit 70 transfers the cell suspension from the mixing unit 30C to the stirring unit 50 by driving the pump P3.
- the cell suspension corresponding to each processing unit (processing unit 1, processing unit 2, ..., processing unit n) is transferred to the stirring unit 50.
- the stirring unit 50 stirs a mixture of cell suspensions corresponding to the respective processing units.
- step S17 the transfer control unit 70 determines whether the stirring process has been completed in the stirring unit 50. For example, the transfer control unit 70 may determine that the stirring process is completed in the stirring unit 50 when a predetermined time has elapsed since the cell suspension is transferred to the stirring unit 50. Moreover, when the signal which notifies completion of stirring is supplied from the stirring part 50, you may determine with what the stirring process in the stirring part 50 completed based on said signal. When the transfer control unit 70 determines that the stirring process is completed in the stirring unit 50, the process proceeds to step S18.
- step S18 the transfer control unit 70 controls the valve V2 to an open state and drives the pump P4. Thereby, the cell suspension stirred in the stirring unit 50 is accommodated in one or more collection containers 60.
- the transfer control unit 70 determines whether or not the cell suspension remains in each of the storage units 31_1 to 31 — n.
- the transfer control unit 70 may determine, for example, the presence or absence of the cell suspension in the reservoirs 31_1 to 31_n, based on the accumulated amount of cell suspensions extracted from each of the reservoirs 31_1 to 31_n.
- the remaining cell suspension in the storage units 31_1 to 31_n is based on the above information. The presence or absence may be determined.
- the process returns to step S15. That is, the transfer control unit 70 extracts a predetermined amount of cell suspension from each of the storage units 31_1 to 31_n, transfers the cell suspension to the stirring unit 50 through the merging unit 32, and after the stirring process in the stirring unit 50 is completed, The process of transferring to the collection container 60 is repeatedly performed until there is no cell suspension remaining in each of the storage sections 31_1 to 31 — n.
- the transfer control unit 70 determines that the cell suspension does not remain in each of the storage units 31_1 to 31 — n, the transfer control of the cell suspension by the transfer control unit 70 ends.
- the transfer of the cell suspension from the mixing unit 30C to the stirring unit 50 is performed in stages. Therefore, the stirring unit 50 does not have to have a volume capable of containing the whole amount of the cell suspension contained in the plurality of culture vessels 10. Therefore, the volume of the stirring unit 50 can be reduced.
- the cell suspension stored in each of the storage sections 31_1 to 31_n is merged and mixed in the merging section 32, so that the stirring unit 50 Even when the whole volume of the suspension is not contained, the cell suspension corresponding to each of a plurality of treatment units (treatment unit 1, treatment unit 2, ..., treatment unit n) is substantially It is accommodated in each of the plurality of recovery containers 60 in a uniformly dispersed state. Therefore, it is possible to suppress the difference in cell quality among the collection containers 60.
- the stirring unit 50 and the mixing unit 30C may be integrally configured according to the example of the cell culture apparatus 1A shown in FIG. Further, in the cell culture apparatus 1C, according to the example of the cell culture apparatus 1B shown in FIG. 7, the cell suspension stirred in the stirring unit 50 may be accommodated in each of the plurality of culture vessels 10.
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Abstract
細胞培養装置は、細胞懸濁液を分割収容する複数の培養容器と、培養容器に収容された細胞懸濁液及び培養容器に収容された細胞懸濁液に含まれる細胞の少なくとも一方に対して、処理単位に対応する分量毎に処理を施す処理部と、処理部において処理された、複数の処理単位の各々に対応する細胞懸濁液を混合する混合部と、混合部において混合された細胞懸濁液を撹拌する撹拌部と、処理部、混合部及び撹拌部への細胞懸濁液の移送を制御する移送制御部と、を含む。
Description
開示の技術は、細胞培養装置及び細胞培養方法に関する。
細胞培養装置に関する技術として、以下の技術が知られている。例えば特開2005-198626号公報には、付着系細胞の継代培養を行なう装置であって、複数の培養容器が配置され、これらの培養容器に、1つの共通の処理容器が接続されており、各培養容器と処理容器との間にはバルブ手段が介在し、処理容器内には、培地、洗浄液及び剥離液が通過可能であって細胞の通過を阻止するためのフィルタ手段が設けられると共に、該処理容器には、フィルタ手段を通過した培地、洗浄液及び剥離液を外部へ排出するための排水口が開設された装置が記載されている。
また、特開2016-131538号公報には、細胞を培養するための培養容器と、培養容器で培養される細胞を貯留するための貯留容器、細胞塊を分割する分割処理を行う分割処理部と、を含む細胞培養装置が記載されている。
細胞培養において必要とされる処理の少なくとも一部を自動化した細胞培養装置は、例えば、細胞懸濁液を収容する培養容器と、培養容器に収容された細胞懸濁液または細胞懸濁液に含まれる細胞に対して所定の処理を施す処理部と、培養容器から処理部への細胞懸濁液の移送を制御する移送制御部と、を含んで構成され得る。上記のような構成を有する細胞培養装置を用いて、例えば1010個以上の細胞を培養する大量培養を行う場合、細胞懸濁液を、複数の培養容器に小分けした状態でインキュベータ内に収容して培養する方法が考えられる。複数の培養容器に分割収容された細胞懸濁液は、処理部の処理能力に応じた所定量が培養容器から抜き出され、処理部に順次移送される。処理部は、培養容器から段階的に移送される細胞懸濁液を移送された順に処理する。
上記の細胞培養装置を用いて製造された細胞は、例えば、所定量ずつ回収容器に収容され、製品として出荷されることが想定される。例えば、製造された細胞を、再生医療の用途で用いる場合、回収容器間で細胞の品質が均一であることが要求される。しかしながら、細胞懸濁液を複数の培養容器に小分けして細胞の培養を行うと、例えば、インキュベータ内の僅かな温度差等に起因して、細胞の品質が培養容器間で異なってしまうおそれがある。更に、上記の構成の細胞培養装置によれば、処理部における細胞懸濁液の累積処理量または細胞の累積処理数の増加に伴って、処理部における処理状態が変化するおそれがある。例えば、処理部が、細胞懸濁液に対して膜分離処理を施す、濾過膜を備えた濾過装置を含む場合、濾過装置における細胞懸濁液の累積処理量の増加に伴って、死細胞等のデブリスが濾過膜に堆積し、濾過膜の濾過性能が変化するおそれがある。処理部における処理状態が変化すると、処理後の細胞の品質が変化するおそれがある。すなわち、処理部において先に処理された細胞と、後に処理された細胞とで品質が異なるおそれがある。
開示の技術は、細胞懸濁液を複数の培養容器に小分けして細胞の培養を行う場合における、培養状態の培養容器間での差を吸収することを目的とする。
開示の技術に係る細胞培養装置は、細胞懸濁液を分割収容する複数の培養容器と、複数の培養容器の各々に収容された細胞懸濁液及び複数の培養容器に収容された細胞懸濁液に含まれる細胞の少なくとも一方に対して、処理単位に対応する分量毎に処理を施す処理部と、処理部において処理された、複数の処理単位の各々に対応する細胞懸濁液を混合する混合部と、混合部において混合された細胞懸濁液を撹拌する撹拌部と、処理部、混合部及び撹拌部への細胞懸濁液の移送を制御する移送制御部と、を含む。開示の技術に係る細胞培養装置によれば、細胞懸濁液を複数の培養容器に小分けして細胞の培養を行う場合における、培養状態の培養容器間での差を吸収することが可能となる。
開示の技術に係る細胞培養装置は、混合部において混合される細胞懸濁液の温度を制御する温度制御部を更に含んでいてもよい。この態様によれば、細胞懸濁液が長時間に亘り細胞の培養に適さない温度環境下に晒されることを防止することができるので、細胞の生存率を高めることができる。
開示の技術に係る細胞培養装置において、混合部と撹拌部とが一体的に構成されていてもよい。この態様によれば、装置の小型化を実現することができる。また、混合部と撹拌部との間で、細胞懸濁液の移送を行うことを要しないので、細胞懸濁液の移送に伴う細胞へのダメージを小さくすることができる。
開示の技術に係る細胞培養装置において、混合部は、処理部において処理された、複数の処理単位の全てに対応する細胞懸濁液を混合することが好ましい。この態様によれば、処理部における処理状態の経時的な変動に伴う細胞の品質のばらつきを抑制する効果が促進される。
開示の技術に係る細胞培養装置は、撹拌部において撹拌された細胞懸濁液を回収する複数の回収容器を更に含んでいてもよい。この場合、移送制御部は、複数の回収容器の各々への細胞懸濁液の移送を更に制御する。この態様によれば、回収容器間において細胞の品質が略均一である状態が提供される。
開示の技術に係る細胞培養装置において、移送制御部は、撹拌部において撹拌された細胞懸濁液を、複数の培養容器の各々に移送する制御を更に行ってもよい。この態様によれば、複数の細胞培養容器を再利用して細胞の培養を継続することが可能となる。
開示の技術に係る細胞培養装置において、混合部は、処理部において処理された細胞懸濁液または処理部において処理された細胞を含む細胞懸濁液を、処理部における処理単位毎に貯留する複数の貯留部と、複数の貯留部の各々から所定量ずつ抜き出された細胞懸濁液を合流させる合流部と、を含んでいてもよい。この態様によれば、撹拌部は、複数の培養容器に収容された細胞懸濁液の全量を収容可能な容積を有することを要しないので、撹拌部の容積を小さくすることができる。
開示の技術に係る細胞培養装置において、処理部において処理された、複数の処理単位の全てに対応する細胞懸濁液が、複数の貯留部のいずれかに貯留されることが好ましい。この態様によれば、処理部における処理状態の経時的な変動に伴う細胞の品質のばらつきを抑制する効果が促進される。
開示の技術に係る細胞培養方法は、細胞懸濁液及び細胞懸濁液に含まれる細胞の少なくとも一方に対して、処理単位に相当する分量毎に処理を施し、処理された、複数の処理単位の各々に対応する細胞懸濁液を混合し、混合された細胞懸濁液を撹拌することを含む。開示の技術に係る細胞培養方法によれば、細胞懸濁液を複数の培養容器に小分けして細胞の培養を行う場合における、培養状態の培養容器間での差を吸収することが可能となる。
開示の技術によれば、処理部における処理状態の経時的な変動に伴う細胞の品質のばらつきを抑制することが可能となる。
以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与し、重複する説明は適宜省略する。
[第1の実施形態]
図1は、開示の技術の第1の実施形態に係る細胞培養装置1の構成の一例を示す図である。細胞培養装置1は、複数の培養容器10、処理部20、混合部30、温度制御部40、撹拌部50、複数の回収容器60及び移送制御部70を含んで構成されている。
図1は、開示の技術の第1の実施形態に係る細胞培養装置1の構成の一例を示す図である。細胞培養装置1は、複数の培養容器10、処理部20、混合部30、温度制御部40、撹拌部50、複数の回収容器60及び移送制御部70を含んで構成されている。
複数の培養容器10は、培養の対象とされる細胞を含む細胞懸濁液を分割収容する容器である。複数の培養容器10は、それぞれ、ガス透過性を有するフィルムからなるバッグの形態を有していてもよい。複数の培養容器10の総容積は、例えば、1010個以上の細胞を培地とともに収容可能な容積とされている。1010個以上の細胞を含む大量の細胞懸濁液を、複数の培養容器10に分割収容することで、個々の培養容器10の容積を小さくすることができる。これにより、個々の培養容器10において、培養容器10の表面を透過して培養容器10の内部に導入される酸素の、各細胞への供給状態を良好に保つことが可能となる。
複数の培養容器10は、インキュベータ11の内部に収容されている。インキュベータ11の内部の温度は、培養容器10に収容された細胞の培養に適した温度(例えば37℃)に保持されている。
複数の培養容器10の各々は、個別流路F1及び流路F2を介して処理部20に接続されている。個別流路F1の各々にはバルブV1が設けられている。個別流路の各々は、流路F2に接続されており、流路F2上にはポンプP1が設けられている。ポンプP1は、培養容器10の各々に収容された細胞懸濁液を処理部20に移送する場合に駆動される。
処理部20は、培養容器10の各々に収容された細胞懸濁液及び培養容器10の各々に収容された細胞懸濁液に含まれる細胞の少なくとも一方に対して、所定の処理単位毎に所定の処理を施す。すなわち、処理部20は、複数の培養容器10の各々に収容された細胞懸濁液の全量を一括で処理するのではなく、処理部20の処理能力に応じた処理量を1処理単位として処理を行う。処理部20において実施される処理は、特に限定されないが、例えば、細胞懸濁液の膜分離処理を含んでいてもよく、また、複数の細胞が凝集した凝集体(スフェア)を細胞数がより少ない小規模な凝集体に分割する分割処理を含んでいてもよい。
処理部20は、流路F3を介して混合部30に接続されている。流路F3上には、ポンプP2が設けられている。ポンプP2は、処理部20において処理された細胞懸濁液を混合部30に移送する場合に駆動される。
混合部30は、複数の培養容器10の各々に収容された細胞懸濁液の全量を収容可能な容積を有する容器の形態を有し、処理部20において処理された、複数の処理単位の各々に対応する細胞懸濁液を混合する。すなわち、処理部20において処理が完了した細胞懸濁液は、処理単位毎に混合部30に順次移送され、混合部30において、複数の処理単位の各々に対応する細胞懸濁液が混合された状態とされる。
温度制御部40は、混合部30において混合される細胞懸濁液の温度を、細胞の培養に適した温度(例えば37℃)に制御する。温度制御部40は、例えば、混合部30内の雰囲気温度を制御するヒータ及びクーラを含んで構成されていてもよい。温度制御部40は、例えば、混合部30に収容された細胞懸濁液の温度を検出する温度センサ(図示せず)からの温度検出信号に基づいて細胞懸濁液の温度を制御してもよい。
混合部30は、流路F4を介して撹拌部50に接続されている。流路F4上には、ポンプP3が設けられている。ポンプP3は、混合部30において混合された細胞懸濁液を撹拌部50に移送する場合に駆動される。
撹拌部50は、混合部30において混合された細胞懸濁液を撹拌する。すなわち、撹拌部50は、複数の処理単位の各々に対応する細胞懸濁液が混在した混合物を撹拌する。撹拌部50は、混合部30で混合された細胞を回収容器60に送液する際、細胞懸濁液に含まれる細胞や細胞凝集体の密度、細胞凝集体のサイズ分布を均一化し、回収容器60間での細胞の品質を均一化する目的で処理される。撹拌部50における撹拌方式は、特に限定されないが、例えば、撹拌翼を使用する方式、サイフォン方式及び上下動撹拌方式などを適用することができる。
複数の回収容器60は、撹拌部50において撹拌された細胞懸濁液を分割収容する容器である。回収容器60の形態は、培養容器10と同じであってもよい。複数の回収容器60の総容量は、複数の培養容器10の総容量と同等以上とされていてもよい。また、複数の回収容器60の総容量は、複数の培養容器10の総容量よりも少なくてもよい。回収容器60の各々は、培養容器10を収容するインキュベータ11の内部に収容されている。なお、回収容器60の各々は、細胞懸濁液を冷凍保存するための冷凍庫の内部に収容されていてもよい。
回収容器60の各々は、個別流路F6及び流路F5を介して撹拌部50に接続されている。個別流路F6の各々にはバルブV2が設けられている。個別流路F6の各々は、流路F5に接続されており、流路F5上にはポンプP4が設けられている。ポンプP4は、撹拌部50において撹拌された細胞懸濁液を回収容器60に移送する場合に駆動される。
移送制御部70は、培養容器10から処理部20への細胞懸濁液の移送、処理部20から混合部30への細胞懸濁液の移送、混合部30から撹拌部50への細胞懸濁液の移送、及び撹拌部50から回収容器60への細胞懸濁液の移送をそれぞれ制御する。移送制御部70は、バルブV1、V2の開閉制御及びポンプP1、P2、P3、P4の駆動制御を行うことで、細胞懸濁液の移送を制御する。
図2は、処理部20の構成の一例を示す図である。なお、図2において、細胞懸濁液の送液を行うポンプ等の送液手段、細胞懸濁液が通過する経路を規制するバルブ等の経路規制手段については図示を省略している。処理部20は、一例として、濾過装置21、分割装置22及び培地添加装置23を含んで構成されている。
濾過装置21は、濾過膜(図示せず)を備えており、流路F2を介して供給される細胞懸濁液に対して膜分離処理(濃縮処理)を施す。膜分離処理(濃縮処理)は、細胞懸濁液に含まれる細胞と、使用済みの培地及び死細胞等を含むデブリスとを濾過膜によって分離する処理である。濾過装置21を通過することにより濃縮された細胞懸濁液は、流路F11に排出される。
バイパス流路F12は、一端が流路F2に接続され、他端が流路F11に接続されている。バイパス流路F12は、流路F2を介して処理部20に流入する細胞懸濁液を、濾過装置21を介さずに分割装置22に移送する場合に使用される。また、流路F11に排出された細胞懸濁液に対して濾過装置21による膜分離処理を再度行う場合にもバイパス流路F12を使用することが可能である。
培地添加装置23は、濾過装置21による膜分離処理(濃縮処理)によって濃縮された細胞懸濁液に、新鮮な培地を供給する。濾過装置21及び培地添加装置23の連携により、使用済みの培地を新鮮な培地に置換する培地交換を行うことが可能である。
分割装置22は、細胞懸濁液に含まれる複数の細胞が凝集した凝集体(スフェア)を、細胞数がより少ない小規模な凝集体に分割する分割処理を行う。分割装置22は、繊維状部材を編み込むことで形成された複数の網目を有するメッシュを備えている。メッシュの網目サイズよりも大きい細胞塊は、メッシュを通過することで、メッシュの網目サイズに応じた大きさの細胞塊に分割される。
例えば、多能性幹細胞の培養においては、細胞を培養することによって生じる細胞の凝集体のサイズが過大となると、凝集体同士が接着融合し、細胞が分化を開始したり、凝集体の中心部の細胞が壊死したりするといった問題が生じる。従って、凝集体のサイズが過大となることを防止するために、培養期間中の適切な時期に、凝集体を分割(解砕)する分割処理が必要となる。分割装置22を通過することにより分割された細胞塊は、流路F3に排出される。
バイパス流路F13は、一端が流路F11に接続され、他端が流路F3に接続されている。バイパス流路F13は、例えば、濾過装置21による膜分離処理が施された細胞懸濁液を、分割装置22を介さずに混合部30に移送する場合に使用される。また、バイパス流路F12及びF13は、分割装置22による分割処理を実施した後に濾過装置21による膜分離処理を実施する場合に使用することも可能である。
図3は、処理部20の構成の他の例を示す図である。図3に示すように、処理部20は、複数の濾過装置21及び複数の分割装置22、及び分配装置24、25を含んで構成されていてもよい。
分配装置24は、流路F2を介して処理部20に流入した細胞懸濁液を、複数の濾過装置21の各々に分配する。複数の濾過装置21は、それぞれ、分配装置24により分配された細胞懸濁液に対して膜分離処理(濃縮処理)を施す。分配装置24及び複数の濾過装置21の連携により膜分離処理(濃縮処理)を並列化することができ、これにより膜分離処理(濃縮処理)の処理時間を短縮することが可能となる。
分配装置25は、濾過装置21から排出された細胞懸濁液またはバイパス流路F12を介して供給される細胞懸濁液を複数の分割装置22の各々に分配する。複数の分割装置22は、それぞれ、分配装置25により分配された細胞懸濁液に含まれる細胞に対して分割処理を施す。分配装置25及び複数の分割装置22の連携により、分割処理を並列化することができ、これにより分割処理の処理時間を短縮することが可能となる。
以下において、細胞培養装置1の動作を図4を参照しつつ説明する。図4は、移送制御部70の動作シーケンスの一例を示すフローチャートである。なお、初期状態において、培養対象とされる細胞を含む細胞懸濁液は、インキュベータ11内に配置された複数の培養容器10の各々に収容されているものとする。
ステップS1において、移送制御部70は、バルブV1のいずれかを選択的に開状態に制御するとともにポンプP1を駆動させる。すなわち、移送制御部70は、複数の培養容器10の各々に収容された細胞懸濁液のうち、処理部20における1処理単位に対応する分量の細胞懸濁液を、培養容器10のいずれかから抜き出す。このとき、全ての培養容器10の各々から細胞懸濁液の一部を抜き出してもよいし、少なくとも1つの一部の培養容器10から細胞懸濁液の一部または全部を抜き出してもよい。培養容器10から抜き出された細胞懸濁液は、処理部20に移送され、処理部20において所定の処理が施される。
ステップS2において、移送制御部70は、処理部20において処理が完了したか否かを判定する。移送制御部70は、例えば、細胞懸濁液を処理部20に移送してから所定時間が経過したことをもって処理部20において処理が完了したものと判定してもよい。また、処理部20から処理完了を通知する信号が供給される場合には、上記の信号に基づいて処理部20において処理が完了したものと判定してもよい。移送制御部70は、処理部20において処理が完了したものと判定すると、処理をステップS3に移行する。
ステップS3において、移送制御部70は、ポンプP2を駆動させることにより、処理部20において処理が施された一処理単位に対応する分量の細胞懸濁液を混合部30に移送する。
ステップS4において、移送制御部70は、培養容器10のいずれかに細胞懸濁液が残留しているか否かを判定する。移送制御部70は、例えば、培養容器10から抜き出した細胞懸濁液の累積量が、初期状態において培養容器10の各々に収容されていた細胞懸濁液の総量に達したか否かを判定することで、培養容器10における細胞懸濁液の残留の有無を判定してもよい。また、培養容器10に収容されている細胞懸濁液の重量を示す情報がリアルタイムに提供される場合には、上記の情報に基づいて培養容器10における細胞懸濁液の残留の有無を判定してもよい。
移送制御部70は、培養容器10のいずれかに細胞懸濁液が残留しているものと判定した場合、処理をステップS1に戻す。すなわち、移送制御部70は、処理部20における1処理単位に対応する分量の細胞懸濁液を、培養容器10から抜き出し、処理部20に移送し、処理部20における処理の完了後、混合部30に移送する処理を、全ての培養容器10において残留する細胞懸濁液がなくなるまで繰り返し実施する。
混合部30には、図5Aに示すように、処理部20において処理が施された、各処理単位(処理単位1、処理単位2、・・・、処理単位n)に対応する細胞懸濁液が収容される。すなわち、混合部30において、各処理単位に対応する細胞懸濁液が混在した状態が形成される。ここで、「処理単位1」は、処理部20において1番目に処理された細胞懸濁液に対応し、「処理単位2」は、処理部20において2番目に処理された細胞懸濁液に対応し、「処理単位n」は、処理部20においてn番目(最後)に処理された細胞懸濁液に対応する。本実施形態において、混合部30は、処理部20において処理された、複数の処理単位の全てに対応する細胞懸濁液を混合する。なお、混合部30への細胞懸濁液の注入は、混合部30を構成する容器の底部から行うことが好ましい。混合部30への細胞懸濁液の注入に伴って必要となる混合部30からの空気の排出は、混合部30を構成する容器の上部に設けられた配管(図示せず)を介して行われる。上記配管には無菌コネクタが設けられていることが好ましく、上記配管を通過する空気の流れ方向は常に一方向であることが好ましい。
混合部30において混合される細胞懸濁液の温度は、温度制御部40によって細胞の培養に適した温度(例えば37℃)に制御される。すなわち、混合部30に収容された細胞懸濁液の温度環境は、インキュベータ11内の温度環境と同じであってもよい。従って、混合部30に収容される細胞懸濁液は、n番目(最後)に処理された細胞懸濁液が混合部30に収容されるまでの間、培養に適した好ましい温度環境下で待機する。
移送制御部70は、培養容器10のいずれにも細胞懸濁液が残留していないものと判定した場合、処理をステップS5に移行する。ステップS5において、移送制御部70は、ポンプP3を駆動させることにより、細胞懸濁液を混合部30から撹拌部50に移送する。撹拌部50には、図5Bに示すように、各処理単位(処理単位1、処理単位2、・・・、処理単位n)に対応する細胞懸濁液が移送される。撹拌部50は、各処理単位に対応する細胞懸濁液を混合した混合物を撹拌する。本実施形態において、撹拌部50は、処理部20において処理された、複数の処理単位の全てに対応する細胞懸濁液を撹拌する。
ステップS6において、移送制御部70は、撹拌部50において撹拌処理が完了したか否かを判定する。移送制御部70は、例えば、細胞懸濁液を撹拌部50に移送してから所定時間が経過したことをもって撹拌部50において撹拌処理が完了したものと判定してもよい。また、撹拌部50から撹拌完了を通知する信号が供給される場合には、上記の信号に基づいて撹拌部50において撹拌処理が完了したものと判定してもよい。移送制御部70は、撹拌部50において撹拌処理が完了したものと判定すると、処理をステップS7に移行する。なお、撹拌部50に設けられた観察装置により、撹拌部50における撹拌処理により細胞懸濁液に含まれる細胞の単位面積あたりの数が均一化されたかどうかを判定してもよい。
ステップS7において、移送制御部70は、バルブV2のいずれかを選択的に開状態に制御するとともにポンプP4を駆動させる。これにより、撹拌部50において撹拌された細胞懸濁液が、複数の回収容器60に収容される。このとき、複数の回収容器60に対して細胞懸濁液を一括で収容してもよいし、順次収容してもよい。複数の回収容器60に対して細胞懸濁液を順次収容する場合、個々の回収容器60の各々に重量センサを設け、重量センサの出力に基づいてバルブV2の開閉タイミングを決定してもよい。図5Cには、複数の回収容器60に対して細胞懸濁液が収容されている様子が例示されている。なお、複数の回収容器60の各々に収容された細胞懸濁液に含まれる細胞を、インキュベータ11内部において継続して培養してもよい。培養容器10とは別の回収容器60を新たな培養容器として用いて培養を継続することで、元の培養容器10を再利用する場合と比較して、細胞が細菌などによって汚染されるリスクを低減することができる。細胞懸濁液が、複数の回収容器60の各々に収容されると、移送制御部70による細胞懸濁液の移送制御が終了する。
細胞培養装置1を用いて、例えば1010個以上の細胞を培養する大量培養を行った場合には、処理部20における細胞懸濁液の累積処理量または細胞の累積処理数の増加に伴って、処理部20における処理状態の変化が顕著となるおそれがある。例えば、処理部20が濾過装置21を含む場合、細胞懸濁液の累積処理量の増加に伴って、死細胞等のデブリスが濾過膜に堆積し、濾過膜の濾過性能が変化するおそれがある。また、処理部20が分割装置22を含む場合、細胞の累積処理数の増加に伴って、細胞の凝集体がメッシュに堆積し、メッシュの膜面差圧が変化するおそれがある。これにより、分割処理後における細胞の凝集体のサイズが変化するおそれがある。
このように、細胞培養装置1を用いて大量培養を行うと、処理部20における処理状態の経時的な変動が顕著となり、処理部20において先に処理された細胞と、後に処理された細胞とで品質が異なるおそれがある。一方、細胞培養装置1を用いて製造された細胞を、例えば、再生医療の用途で用いる場合、回収容器60間で細胞の品質が均一であることが要求される。
細胞培養装置1によれば、処理部20において処理された、複数の処理単位の各々に対応する細胞懸濁液が混合部30において混合され、混合された細胞懸濁液が撹拌部50において撹拌された後、複数の回収容器60の各々に収容される。これにより複数の処理単位(処理単位1、処理単位2、・・・、処理単位n)の各々に対応した細胞懸濁液が、略均等に分散した状態で複数の回収容器60の各々に収容される。従って、回収容器60間での細胞の品質差を抑制することができる。すなわち、開示の技術の実施形態に係る細胞培養装置1によれば、処理部20における処理状態の経時的な変動を吸収し、回収容器60間での細胞の品質の均一性を向上させることが可能となる。
ここで、大量の細胞懸濁液の全量を、処理部において一括処理する場合について考える。この場合、処理部における処理時間が膨大となり、細胞懸濁液が長時間に亘り、細胞の培養に適さない温度環境下に晒され、細胞の生存率が低下したり、細胞の品質が低下したりするおそれがある。そこで処理部において処理が施されている間、細胞懸濁液の温度を、インキュベータ内の温度(培養温度)と同程度の温度に保持する対応が考えられる。しかしながら、例えば、膜分離処理(濃縮処理)中においては、細胞懸濁液の濃度が高い状態となり、この状態において、細胞懸濁液の温度が、培養温度と同程度の温度に保持されると、細胞が活性化される。細胞が活性化されると、細胞による栄養及び酸素の消費が促進され、栄養及び酸素が枯渇状態となり、細胞が死滅するおそれがある。開示の技術の実施形態に係る細胞培養装置1によれば、温度制御部40は、混合部30において混合される細胞懸濁液の温度を制御するので、細胞の活性化を促進させることなく、細胞懸濁液が長時間に亘り細胞の培養に適さない温度環境下に晒されることを防止することができる。これにより、細胞の生存率を高めることができる。
また、大量の細胞懸濁液の全量を、単一の培養容器に収容して培養を行う場合、培養容器の容積が大きくなる。従って、この場合、培養容器の表面を透過して培養容器の内部に導入される酸素の、各細胞への供給状態を良好に保つことが困難となる。開示の技術の実施形態に係る細胞培養装置1によれば、細胞懸濁液は、複数の培養容器10に分割収容されるので、個々の培養容器10の容積を小さくすることができる。これにより、個々の培養容器10において、培養容器10の表面を透過して培養容器10の内部に導入される酸素の、各細胞への供給状態を良好に保つことが可能となる。
なお、本実施形態では、細胞懸濁を移送する手段として流路F2~F5上にそれぞれ配置されたポンプP1~P4を用いて、細胞懸濁液を移送する場合を例示したが、この態様に限定されない。例えば、培養容器10の各々、処理部20、混合部30及び撹拌部50にそれぞれ付随して設けられた、細胞懸濁液の液面を加圧する加圧機構を用いて細胞懸濁液の移送を行ってもよい。
[第2の実施形態]
図6は、開示の技術の第2の実施形態に係る細胞培養装置1Aの構成の一例を示す図である。細胞培養装置1Aは、混合部30と撹拌部50とが一体的に構成されている点が、第1の実施形態に係る細胞培養装置1(図1参照)と異なる。すなわち、混合部30は、撹拌部50において撹拌処理を行う処理容器として構成されている。
図6は、開示の技術の第2の実施形態に係る細胞培養装置1Aの構成の一例を示す図である。細胞培養装置1Aは、混合部30と撹拌部50とが一体的に構成されている点が、第1の実施形態に係る細胞培養装置1(図1参照)と異なる。すなわち、混合部30は、撹拌部50において撹拌処理を行う処理容器として構成されている。
温度制御部40は、撹拌部50の処理容器として機能する混合部30に収容された細胞懸濁液の温度を、細胞の培養に適した温度(例えば37℃)に制御する。
開示の技術の第2の実施形態に係る細胞培養装置1Aによれば、混合部30と撹拌部50とが一体的に構成されているので、装置の小型化を実現することができる。また、混合部30と撹拌部50との間で、細胞懸濁液の移送を行うことを要しないので、細胞懸濁液の移送に伴う細胞へのダメージを小さくすることできる。
[第3の実施形態]
図7は、開示の技術の第3の実施形態に係る細胞培養装置1Bの構成の一例を示す図である。細胞培養装置1Bは、撹拌部50において撹拌された細胞懸濁液を、培養容器10に戻すための流路F7を備えている点が、第1の実施形態に係る細胞培養装置1(図1参照)と異なる。流路F7の一端は、流路F5に接続され、流路F7の他端は、流路F2に接続されている。
図7は、開示の技術の第3の実施形態に係る細胞培養装置1Bの構成の一例を示す図である。細胞培養装置1Bは、撹拌部50において撹拌された細胞懸濁液を、培養容器10に戻すための流路F7を備えている点が、第1の実施形態に係る細胞培養装置1(図1参照)と異なる。流路F7の一端は、流路F5に接続され、流路F7の他端は、流路F2に接続されている。
細胞培養装置1Bにおいて、移送制御部70は、図4に示すフローチャートのステップS7において、バルブV1を開状態に制御するとともにポンプP4を駆動させる。これにより、撹拌部50において撹拌された細胞懸濁液が、複数の培養容器10に収容される。このとき、複数の培養容器10に対して細胞懸濁液を一括で収容してもよいし、順次収容してもよい。複数の培養容器10の各々に収容された細胞懸濁液に含まれる細胞を継続して培養してもよい。培養容器10を再利用して培養を継続することで、新たな培養容器を利用する場合と比較してコストを抑えることが可能となる。
[第4の実施形態]
図8は、開示の技術の第4の実施形態に係る細胞培養装置1Cの構成の一例を示す図である。細胞培養装置1Cは、混合部30Cを備える。
図8は、開示の技術の第4の実施形態に係る細胞培養装置1Cの構成の一例を示す図である。細胞培養装置1Cは、混合部30Cを備える。
図9は、混合部30Cの構成の一例を示す図である。混合部30Cは、処理部20において処理された細胞懸濁液を、処理部20における処理単位毎に貯留する複数の貯留部31_1、31_2、・・・、31_nを備える。貯留部31_1には、処理部20において1番目に処理された「処理単位1」に対応する細胞懸濁液が貯留される。貯留部31_2には、処理部20において2番目に処理された「処理単位2」に対応する細胞懸濁液が貯留される。貯留部31_nには、処理部20においてn番目(最後)に処理された「処理単位n」に対応する細胞懸濁液が貯留される。すなわち、複数の処理単位の全てに対応する細胞懸濁液が、貯留部31_1~31_nのいずれかに貯留される。温度制御部40は、貯留部31_1~31_nの各々に貯留される細胞懸濁液の温度を、細胞の培養に適した温度(例えば37℃)に制御する。
混合部30Cは、更に、貯留部31_1~31_nの各々から所定量ずつ抜き出される細胞懸濁液を合流させる合流部32を備える。
貯留部31_1~31_nへの細胞懸濁液の振り分けは、貯留部31_1~31_nの各々の流入口の近傍に設けられたバルブV11の開閉制御により行われる。貯留部31_1~31_nの各々から合流部32への細胞懸濁液の移送は、貯留部31_1~31_nの各々の流出口の近傍に設けられたバルブV12の開閉制御により行われる。バルブV11及びV12の開閉制御は、移送制御部70によって行われる。
図10は、本実施形態に係る移送制御部70の動作シーケンスの一例を示すフローチャートである。なお、初期状態において、培養対象とされる細胞を含む細胞懸濁液は、インキュベータ11内に配置された複数の培養容器10の各々に収容されているものとする。
ステップS11において、移送制御部70は、バルブV1のいずれかを選択的に開状態に制御するとともにポンプP1を駆動させる。すなわち、移送制御部70は、複数の培養容器10の各々に収容された細胞懸濁液のうち、処理部20における1処理単位に対応する分量の細胞懸濁液を、培養容器10のいずれかから抜き出す。このとき、全ての培養容器10から細胞懸濁液を抜き出してもよいし、少なくとも1つの一部の培養容器10から細胞懸濁液を抜き出してもよい。培養容器10から抜き出された細胞懸濁液は、処理部20に移送され、処理部20において所定の処理が施される。
ステップS12において、移送制御部70は、処理部20において処理が完了したか否かを判定する。移送制御部70は、例えば、細胞懸濁液を処理部20に移送してから所定時間が経過したことをもって処理部20において処理が完了したものと判定してもよい。また、処理部20から処理完了を通知する信号が供給される場合には、上記の信号に基づいて処理部20において処理が完了したものと判定してもよい。移送制御部70は、処理部20において処理が完了したものと判定すると、処理をステップS13に移行する。
ステップS13において、移送制御部70は、バルブV11のいずれかを選択的に開状態に制御するとともにポンプP2を駆動させる。これにより、処理部20において処理が施された1処理単位に対応する分量の細胞懸濁液を、貯留部31_1~31_nのうち対応する貯留部に移送する。
ステップS14において、移送制御部70は、培養容器10のいずれかに細胞懸濁液が残留しているか否かを判定する。移送制御部70は、例えば、培養容器10から抜き出した細胞懸濁液の累積量が、初期状態において培養容器10の各々に収容されていた細胞懸濁液の総量に達したか否かを判定することで、培養容器10における細胞懸濁液の残留の有無を判定してもよい。また、培養容器10に収容されている細胞懸濁液の重量を示す情報がリアルタイムに提供される場合には、上記の情報に基づいて培養容器10における細胞懸濁液の残留の有無を判定してもよい。
移送制御部70は、培養容器10のいずれかに細胞懸濁液が残留しているものと判定した場合、処理をステップS11に戻す。すなわち、移送制御部70は、処理部20における1処理単位に対応する分量の細胞懸濁液を、培養容器10から抜き出し、処理部20に移送し、処理部20における処理の完了後、貯留部31_1~31_nのいずれかに移送する処理を、培養容器10に残留する細胞懸濁液がなくなるまで繰り返し実施する。処理部20において処理が施された細胞懸濁液は、処理単位毎に別々の貯留部に貯留される。移送制御部70は、培養容器10のいずれにも細胞懸濁液が残留していないものと判定すると、処理をステップS15に移行する。
ステップS15において、移送制御部70は、バルブV12の全てを開状態とするとともにポンプP2を駆動することにより、所定量の細胞懸濁液を、貯留部31_1~31_nの各々から合流部32に移送する。貯留部31_1~31_nの各々に貯留された細胞懸濁液の一部が、合流部32に移送される。各処理単位(処理単位1、処理単位2、・・・、処理単位n)に対応する細胞懸濁液が、合流部32において合流することで、混合される。
ステップS16において、移送制御部70は、ポンプP3を駆動させることにより、細胞懸濁液を混合部30Cから撹拌部50に移送する。撹拌部50には、各処理単位(処理単位1、処理単位2、・・・、処理単位n)に対応する細胞懸濁液が移送される。撹拌部50は、各処理単位に対応する細胞懸濁液を混合したものを撹拌する。
ステップS17において、移送制御部70は、撹拌部50において撹拌処理が完了したか否かを判定する。移送制御部70は、例えば、細胞懸濁液を撹拌部50に移送してから所定時間が経過したことをもって撹拌部50において撹拌処理が完了したものと判定してもよい。また、撹拌部50から撹拌完了を通知する信号が供給される場合には、上記の信号に基づいて撹拌部50において撹拌処理が完了したものと判定してもよい。移送制御部70は、撹拌部50において撹拌処理が完了したものと判定すると、処理をステップS18に移行する。
ステップS18において、移送制御部70は、バルブV2を開状態に制御するとともにポンプP4を駆動させる。これにより、撹拌部50において撹拌された細胞懸濁液が、1つまたは複数の回収容器60に収容される。
ステップS19において、移送制御部70は、貯留部31_1~31_nの各々に細胞懸濁液が残留しているか否かを判定する。移送制御部70は、例えば、貯留部31_1~31_nの各々から抜き出した細胞懸濁液の累積量に基づいて、貯留部31_1~31_nにおける細胞懸濁液の残留の有無を判定してもよい。また、貯留部31_1~31_nに貯留されている細胞懸濁液の重量を示す情報がリアルタイムに提供される場合には、上記の情報に基づいて貯留部31_1~31_nにおける細胞懸濁液の残留の有無を判定してもよい。
移送制御部70は、貯留部31_1~31_nの各々に細胞懸濁液が残留しているものと判定した場合、処理をステップS15に戻す。すなわち、移送制御部70は、所定量の細胞懸濁液を、貯留部31_1~31_nの各々から抜き出し、合流部32を介して撹拌部50に移送し、撹拌部50における撹拌処理の完了後、回収容器60に移送する処理を、貯留部31_1~31_nの各々に残留する細胞懸濁液がなくなるまで繰り返し実施する。移送制御部70は、貯留部31_1~31_nの各々に細胞懸濁液が残留していないものと判定すると、移送制御部70による細胞懸濁液の移送制御が終了する。
本実施形態に係る細胞培養装置1Cによれば、混合部30Cから撹拌部50への細胞懸濁液の移送は、段階的に行われる。従って、撹拌部50は、複数の培養容器10に収容された細胞懸濁液の全量を収容可能な容積を有することを要しない。従って、撹拌部50の容積を小さくすることができる。
また、本実施形態に係る細胞培養装置1Cによれば、貯留部31_1~31_nの各々に貯留された細胞懸濁液が、合流部32において合流して混合されるので、撹拌部50が細胞懸濁液の全量を収容可能な容積を有していない場合でも、複数の処理単位(処理単位1、処理単位2、・・・、処理単位n)の各々に対応した細胞懸濁液が、略均等に分散した状態で、複数の回収容器60の各々に収容される。従って、回収容器60間での細胞の品質差を抑制することができる。
なお、細胞培養装置1Cにおいて、図6に示す細胞培養装置1Aの例に倣って、撹拌部50と混合部30Cとを一体的に構成してもよい。また、細胞培養装置1Cにおいて、図7に示す細胞培養装置1Bの例に倣って、撹拌部50において撹拌された細胞懸濁液、複数の培養容器10の各々に収容してもよい。
なお、2018年1月15日に出願された日本国特許出願2018-004222の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。また、本明細書に記載された全ての文献、特許出願および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
Claims (9)
- 細胞懸濁液を分割収容する複数の培養容器と、
前記複数の培養容器の各々に収容された細胞懸濁液及び前記複数の培養容器に収容された細胞懸濁液に含まれる細胞の少なくとも一方に対して、処理単位に対応する分量毎に処理を施す処理部と、
前記処理部において処理された、複数の処理単位の各々に対応する細胞懸濁液を混合する混合部と、
前記混合部において混合された細胞懸濁液を撹拌する撹拌部と、
前記処理部、前記混合部及び前記撹拌部への細胞懸濁液の移送を制御する移送制御部と、
を含む細胞培養装置。 - 前記混合部において混合される細胞懸濁液の温度を制御する温度制御部を更に含む
請求項1に記載の細胞培養装置。 - 前記混合部と前記撹拌部とが一体的に構成されている
請求項1または請求項2に記載の細胞培養装置。 - 前記混合部は、前記処理部において処理された、前記複数の処理単位の全てに対応する細胞懸濁液を混合する
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の細胞培養装置。 - 前記撹拌部において撹拌された細胞懸濁液を回収する複数の回収容器を更に含み、
前記移送制御部は、前記複数の回収容器の各々への細胞懸濁液の移送を更に制御する
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の細胞培養装置。 - 前記移送制御部は、前記撹拌部において撹拌された細胞懸濁液を、前記複数の培養容器の各々に移送する制御を更に行う
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の細胞培養装置。 - 前記混合部は、
前記処理部において処理された細胞懸濁液または前記処理部において処理された細胞を含む細胞懸濁液を、前記処理部における処理単位毎に貯留する複数の貯留部と、
前記複数の貯留部の各々から所定量ずつ抜き出された細胞懸濁液を合流させる合流部と、
を含む
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の細胞培養装置。 - 前記処理部において処理された、前記複数の処理単位の全てに対応する細胞懸濁液が、前記複数の貯留部のいずれかに貯留される
請求項7に記載の細胞培養装置。 - 細胞懸濁液及び細胞懸濁液に含まれる細胞の少なくとも一方に対して、処理単位に対応する分量毎に処理を施し、
処理された、複数の処理単位の各々に対応する細胞懸濁液を混合し、
混合された細胞懸濁液を撹拌する、
細胞培養方法。
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