WO2021039416A1 - 細胞培養槽、及び細胞培養装置 - Google Patents

細胞培養槽、及び細胞培養装置 Download PDF

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WO2021039416A1
WO2021039416A1 PCT/JP2020/030765 JP2020030765W WO2021039416A1 WO 2021039416 A1 WO2021039416 A1 WO 2021039416A1 JP 2020030765 W JP2020030765 W JP 2020030765W WO 2021039416 A1 WO2021039416 A1 WO 2021039416A1
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WO
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medium
tank body
lid
tank
cell culture
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/030765
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English (en)
French (fr)
Inventor
絢音 渡邊
浩介 石井
Original Assignee
株式会社Ihi
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 株式会社Ihi filed Critical 株式会社Ihi
Priority to JP2021542730A priority Critical patent/JPWO2021039416A1/ja
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M3/00—Tissue, human, animal or plant cell, or virus culture apparatus

Definitions

  • the present disclosure relates to a cell culture tank and a cell culture device.
  • Patent Document 1 discloses a cell culture device for culturing cells using a so-called plug flow.
  • a lid is provided at the upper end of the cell culture vessel, and the bottom surface of the lid is inclined downward toward the aeration tank, and the bottom surface of the lid is inclined.
  • One end of the medium outflow tube communicates with the lowest position. The medium overflows from the upper end of the cell culture tank to the lid and flows out to the aeration tank through the medium outflow tube.
  • the present disclosure discloses a cell culture tank and a cell culture device capable of stabilizing the plug flow of the medium.
  • the cell culture tank which is one form of the present disclosure, includes a tank body, a lid, and a culture medium outflow tube.
  • the main body of the tank has a tubular shape, and receives the medium containing the cells to be cultured from the lower end and discharges it from the upper end.
  • the lid is connected to the opening on the upper end side of the tank body and closes the opening.
  • the medium outflow pipe is connected to the lid and discharges the medium contained in the tank body.
  • the medium outflow pipe is connected to the lid so that the axis of the medium outflow pipe is along the axial direction of the tank body.
  • the plug flow of the medium can be stabilized.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the cell culture apparatus of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram showing details of the cell culture tank of the cell culture apparatus of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing a cell culture tank of Modification 1.
  • FIG. 4 is a diagram showing a cell culture tank of Modification 2.
  • FIG. 5 is a diagram showing a cell culture tank of Modification 3.
  • FIG. 6 is a diagram showing a cell culture tank of the modified example 4.
  • the cell culture tank which is one form of the present disclosure, includes a tank body, a lid, and a culture medium outflow tube.
  • the main body of the tank has a tubular shape, and receives the medium containing the cells to be cultured from the lower end and discharges it from the upper end.
  • the lid is connected to the opening on the upper end side of the tank body and closes the opening.
  • the medium outflow pipe is connected to the lid and discharges the medium contained in the tank body.
  • the medium outflow pipe is connected to the lid so that the axis of the medium outflow pipe is along the axial direction of the tank body.
  • a flow of medium occurs along the axial direction of the tank body.
  • a plug flow of the medium along the axial direction is formed inside the tank body.
  • the medium moves from the lower end side of the tank body toward the opening on the upper end side along the path of the plug flow.
  • the medium that has moved to the opening of the tank body is discharged to the outside of the tank body via the medium outflow pipe.
  • the medium outflow pipe is connected to the lid so that the axis of the medium outflow pipe is along the axial direction of the tank body. Therefore, the medium is discharged from a specific position where the medium outflow tube is provided. As a result, it is suppressed that the medium overflows from an unspecified region. Therefore, the plug flow of the medium is stabilized.
  • the medium outflow tube may overlap the axis of the tank body when viewed from the axial direction. According to this configuration, the plug flow of the medium is more stabilized.
  • the lid may airtightly close the opening.
  • the lid may have an inner wall that forms a space that opens to the tank body side.
  • the lower end of the medium outflow tube may protrude toward the tank body side from the inner wall.
  • the medium flows into the medium outflow pipe from the lower end of the medium outflow pipe and then is discharged to the outside of the tank body.
  • a space is formed between the liquid level of the medium and the inner wall of the lid. That is, the medium flows into the medium outflow pipe in a state where a gas-liquid interface (gas-liquid interface) between the gas in the space and the medium is formed.
  • a gas-liquid interface gas-liquid interface
  • the position of the lower end of the medium outflow tube may coincide with the position of the end of the lid on the tank body side in the axial direction. According to this configuration, since the liquid level of the medium does not come into contact with the inner wall of the lid, the instability of the plug flow of the medium is further suppressed. Further, since the position of the liquid level of the medium can be matched with the position of the end portion of the lid on the tank body side, the amount of the medium contained in the tank body can be increased.
  • the inner wall of the lid may have a shape in which the cross-sectional area of the space portion in the cross section perpendicular to the axial direction gradually decreases toward the direction away from the tank body.
  • the inner wall of the lid has a shape in which the cross-sectional area of the space portion in the cross section perpendicular to the axial direction gradually increases toward the direction away from the tank body.
  • the plug flow of the medium is further stabilized.
  • the inner wall of the tank body in the cross section perpendicular to the axial direction may have a circular shape. According to this configuration, the plug flow of the medium can be stabilized.
  • the cell culture apparatus includes any of the above cell culture tanks and a medium circulation unit.
  • the medium circulation section is connected to the lower end of the medium outflow tube and the lower end of the cell culture tank, respectively, and the medium is circulated by providing the medium received through the medium outflow tube to the lower end of the cell culture tank.
  • the plug flow of the medium can be stabilized.
  • a static culture using a petri dish or the like there are a suspension culture in which the cells are suspended in a medium in a culture tank. .. Suspension culture is suitable for mass culture of cells.
  • the cell culture tank and cell culture device according to the present disclosure are used for suspension culture.
  • the cell culture device 1 shown in FIG. 1 is a device for culturing animal and plant cells for the production of biopharmacy and regenerative medicine. Further, the cell culture device 1 may be used as a three-dimensional tissue culture device and an organ culture device for regenerative medicine. The cell culture device 1 may be used as an allowable shearing stress measuring device for optimizing animal cell culture. Further, the cell culture apparatus 1 may be used as a reactor for a chemical reaction.
  • the cell culture device 1 has a culture tank (cell culture tank) 10, a medium circulation unit (medium circulation unit) 20, a medium supply unit 30, and a control unit (not shown).
  • the culture tank 10 contains a medium M1a containing cells to be cultured.
  • the cells are cultured inside the medium M1a housed in the culture tank 10.
  • a cell or a carrier to which the cell is attached is suspended in the medium M1a.
  • the carrier is a fine granular material also called a microcarrier.
  • the carrier is the attachment base of the cell. The cells then proliferate on the surface of the carrier.
  • a medium circulation unit 20 is connected to the culture tank 10.
  • the medium circulation unit 20 is provided for the circulation operation of the medium M1a.
  • the medium circulation unit 20 returns the medium M1a discharged from the culture tank 10 to the culture tank 10 again.
  • a medium supply unit 30 is further connected to the culture tank 10.
  • the medium supply unit 30 contains a medium M1b different from the circulating medium M1a. Then, the medium supply unit 30 provides the culture medium M1b containing the medium M1b to the culture tank 10 as needed.
  • the control unit controls the operation of the medium circulation unit 20 and the medium supply unit 30.
  • a part of the culture tank 10 and the medium circulation unit 20 is housed in the incubator 5.
  • the culture tank 10 has a tank body 11, a lid 12, a medium receiving section 13, a medium discharging section 14, and a medium outflow tube 15.
  • a medium receiving portion 13 is provided at the lower end 11b of the tank body 11.
  • a medium supply unit 30 is connected to the lower end 11b of the tank body 11 via a medium receiving portion 13.
  • a lid 12 is provided on the upper end 11a of the tank body 11.
  • the lid 12 is provided with a culture medium discharge portion 14.
  • a medium outflow pipe 15 is connected to the lid 12.
  • a medium circulation unit 20 is connected to the medium outflow pipe 15.
  • the medium circulation unit 20 is connected to the medium outflow pipe 15 and the medium receiving portion (lower end of the culture tank 10) 13, respectively.
  • the medium circulation unit 20 receives the medium M1a via the medium outflow pipe 15.
  • the medium circulation unit 20 performs a predetermined treatment on the medium M1a.
  • the medium circulation unit 20 circulates the medium M1a by providing the treated medium M1a to the medium receiving unit 13.
  • the medium circulation unit 20 has a buffer tank 21, a valve 22, and a pump 23.
  • the buffer tank 21 is connected to the medium discharge section 14 via the medium outflow pipe 15.
  • the valve 22 is connected to the buffer tank 21 via a pipe.
  • the pump 23 is connected to the valve 22 via a pipe and is connected to the culture medium receiving unit 13 via another pipe. Therefore, the medium circulation unit 20 forms a flow path from the medium discharge section 14 to the medium receiving section 13. Further, the medium circulation unit 20 transports the medium M1a from the buffer tank 21 to the medium receiving unit 13.
  • the buffer tank 21 temporarily houses the medium M1a.
  • the buffer tank 21 performs a predetermined treatment on the contained medium M1a. For example, the buffer tank 21 bleeds air from the medium M1a.
  • the buffer tank 21 supplies gas to the medium M1a.
  • the mode of gas supply may be surface ventilation.
  • a sparger may be used for gas supply.
  • a waste liquid tank 25 is connected to the medium circulation unit 20.
  • the waste liquid tank 25 receives the used medium M1a that has become waste liquid.
  • the waste liquid tank 25 is connected to the valve 22 via a pump 26.
  • the valve 22 switches between the flow path from the buffer tank 21 to the culture medium receiving portion 13 and the flow path from the buffer tank 21 to the waste liquid tank 25. For example, when the valve 22 constitutes a flow path from the buffer tank 21 to the medium receiving portion 13, the medium M1a does not flow toward the waste liquid tank 25. Further, when the valve 22 constitutes a flow path from the buffer tank 21 to the waste liquid tank 25, the medium M1a does not flow toward the medium receiving portion 13.
  • the medium supply unit 30 accommodates a medium M1b different from the circulating medium M1a.
  • the other medium M1b may mean the same type of medium as the circulating medium M1a, or may mean a different type of medium from the circulating medium M1a. That is, another medium M1b does not need to be different in type and composition from each other, and distinguishes between a circulating medium M1a and a medium M1b stored in a tank or the like without circulation.
  • the medium supply unit 30 provides the medium M1b to the culture tank 10 when it becomes necessary to replace the circulating medium M1a with another medium M1b.
  • the culture medium supply unit 30 has a tank 31, a valve 32, and a pump 33.
  • the tank 31 contains a medium M1b of the same type as the medium M1a.
  • the valve 32 is connected to the culture medium receiving portion 13 via a pipe. This pipe has a connection point with the pipe connected to the pump 23 of the medium circulation unit 20.
  • the pump 33 controls the flow rate of the medium M1b supplied to the medium receiving unit 13. For example, the pump 33 can reduce the amount of the medium M1b provided to the medium receiving unit 13, or can increase the amount of the medium M1b provided to the medium receiving unit 13.
  • the medium supply unit 30 may have a plurality of other tanks in addition to the tank 31.
  • the other tank contains a medium of the same type as the medium M1a or a type different from the medium M1a.
  • the other tank may contain a treatment solution different from that of the medium M1b, and may contain a buffer solution such as Phosphate buffered saline (PBS).
  • PBS Phosphate buffered saline
  • any one of the plurality of tanks (including the tank 31 and other tanks) of the culture medium supply unit 30 is connected to the culture medium receiving portion 13 by a valve, a pump, or the like. That is, any one of the plurality of tanks forms a flow path connected to the medium receiving portion 13. Then, the contents are transported from the plurality of tanks to the culture medium receiving unit 13.
  • the cell seeding line 36 may be connected to the medium supply unit 30.
  • the cell seeding line 36 is connected to the valve 32 via a pump 35.
  • the control unit controls the operation of the medium circulation unit 20 and the medium supply unit 30. Specifically, the control unit switches between the circulation operation by the medium circulation unit 20 and the replacement operation by the medium circulation unit 20 and the medium supply unit 30.
  • the control unit is a so-called computer.
  • the control unit includes a CPU (Central Processing Unit), RAM (RandomAccessMemory) and ROM (ReadOnlyMemory) that are main storage devices, a communication module that communicates with other devices, and auxiliary storage devices such as hard disks. Has the hardware of. The function of the control unit is exhibited by the operation of these components.
  • the control unit provides control signals to each of the valve 22, the pump 23, the pump 26, the valve 32, the pump 33, and the pump 35. As a result, the control unit executes the circulation operation and the replacement operation.
  • the circulation operation the medium M1a is circulated between the culture tank 10 and the medium circulation unit 20.
  • the replacement operation includes an operation of discharging the medium M1a from the culture tank 10 to the waste liquid tank 25, and an operation of providing another medium M1b from the medium supply unit 30 to the culture tank 10.
  • suspension culture continuous culture of cells consumes nutrients, so medium replacement is required.
  • the old medium M1a can be extruded with the new medium M1b while culturing the cells.
  • the medium M1a or the medium M1b provided to the medium receiving unit 13 flows from the lower end to the upper end inside the culture tank 10 to form a plug flow P (see FIG. 2).
  • the tank body 11 is a container having a tubular shape.
  • the tank body 11 has a truncated cone-like outer shape.
  • the tank body 11 is arranged so that the axial direction (direction along the axis X1 of the tank body 11) D is along the vertical direction.
  • the upper end 11a of the tank body 11 is a large diameter portion, and the lower end 11b is a small diameter portion.
  • the tank body 11 has an inner wall 11c that forms a space S1 that houses the medium M1a.
  • the inner wall 11c has a truncated cone shape.
  • the inner wall 11c in the cross section perpendicular to the axial direction D of the tank body 11 has a circular shape.
  • the inner diameter of the tank body 11 gradually increases from the lower end 11b of the tank body 11 toward the upper end 11a.
  • the cross-sectional area of the space portion S1 in the cross section perpendicular to the axial direction D gradually increases from the lower end 11b of the tank body 11 toward the upper end 11a.
  • the inner wall 11c may include a portion where the cross-sectional area increases from the lower end 11b toward the upper end 11a and a portion where the cross-sectional area does not increase and has a uniform cross-sectional area.
  • the tank body 11 configured in this way forms a plug flow of the medium M1a from the lower end 11b to the upper end 11a.
  • the lower end 11b of the tank body 11 is open and closed by the medium receiving portion 13.
  • the tank body 11 receives the medium M1a from the lower end 11b and discharges it from the medium outflow pipe 15.
  • the lid 12 is connected to the opening 11d on the upper end 11a side of the tank body 11.
  • the lid 12 has a truncated cone-like outer shape.
  • the lid 12 is arranged so that the axis X2 of the lid 12 coincides with the axis X1 of the tank body 11.
  • the upper end 12a of the lid 12 is a small diameter portion, and the lower end 12b is a large diameter portion.
  • the lid 12 has an inner wall 12c that forms a space S2 that opens on the tank body 11 side.
  • the inner wall 12c has a truncated cone shape.
  • the inner wall 12c in the cross section perpendicular to the axial direction D has a circular shape.
  • the inner diameter of the lid 12 gradually decreases from the lower end 12b of the lid 12 toward the upper end 12a.
  • the cross-sectional area of the space portion S2 gradually decreases from the lower end 12b of the lid 12 toward the upper end 12a. In other words, the cross-sectional area of the space portion S2 in the cross section perpendicular to the axial direction D gradually decreases toward the direction away from the tank body 11.
  • the outer diameter of the lower end 12b of the lid 12 is the same as the outer diameter of the upper end 11a of the tank body 11.
  • the inner diameter of the lower end 12b of the lid 12 is the same as the inner diameter of the upper end 11a of the tank body 11.
  • the lower end 12b of the lid 12 is airtightly connected to the upper end 11a of the tank body 11 by, for example, adhesion, screwing, or a flange structure. That is, the lid 12 airtightly closes the opening 11d of the tank body 11.
  • a medium discharge portion 14 is provided at the upper end 12a of the lid 12.
  • the upper end 12a of the lid 12 is open and closed by the medium drainage unit 14.
  • the medium discharge portion 14 is airtightly connected to the upper end 12a of the lid 12 by, for example, adhesion or screwing.
  • a through hole 14a is formed in the culture medium discharge portion 14.
  • the inner diameter of the through hole 14a is the same as the outer diameter of the medium outflow pipe 15.
  • the medium outflow pipe 15 discharges the medium M1a contained in the tank body 11.
  • the medium outflow tube 15 has a pipe shape.
  • the medium outflow pipe 15 is connected to the lid 12 so that the axis X3 of the medium outflow pipe 15 is along the axial direction D of the tank body 11.
  • the culture medium outflow pipe 15 is inserted into the through hole 14a of the culture medium discharge portion 14.
  • the medium outflow pipe 15 overlaps the axis X1 of the tank body 11 when viewed from the axial direction D.
  • the axis X1 is located inside the outer edge of the portion inserted into the through hole 14a of the culture medium outflow tube 15.
  • the axis X1 When viewed from the axial direction D, the axis X1 may overlap with the outer edge of the portion inserted into the through hole 14a of the medium outflow tube 15.
  • the axis X3 of the medium outflow pipe 15 coincides with the axis X1 of the tank body 11.
  • the medium outflow pipe 15 and the medium discharge portion 14 are airtightly connected in the through hole 14a by, for example, adhesion or screwing.
  • screwing For "screwing", the medium outflow pipe 15 is pushed into the through hole 14a so that the outer surface of the medium outflow pipe 15 and the through hole 14a are in close contact with each other, and the medium outflow pipe 15 and the through hole are used by using a screw joint. It includes connecting to 14a.
  • the medium outflow pipe 15 and the medium outflow portion 14 may be airtightly connected by pushing the medium outflow pipe 15 into the through hole 14a via an elastic material (soft material) such as an O-ring.
  • the medium outflow pipe 15 may be directly connected to the lid 12 without going through the medium discharge unit 14.
  • the medium outflow pipe 15 penetrates the medium discharge portion 14 and the lid 12. That is, the lower end 15b of the culture medium outflow pipe 15 protrudes toward the tank body 11 from the inner wall 12c of the lid 12.
  • protruding toward the tank body 11 side from the inner wall 12c means that the lower end 15b of the medium outflow pipe 15 protrudes toward the tank body 11 side from at least a part of the inner wall 12c of the lid 12. means. That is, the lower end 15b of the culture medium outflow pipe 15 is located in the space portion S2 or the space portion S1.
  • the position of the lower end 15b of the culture medium outflow pipe 15 coincides with the position of the lower end 12b of the lid 12 (the end of the lid 12 on the tank body 11 side) in the axial direction D.
  • the lower end 15b of the medium outflow pipe 15, the lower end 12b of the lid 12, and the upper end 11a of the tank body 11 are located on substantially the same plane.
  • the liquid level Mc of the medium M1a is in contact with the lower end 15b of the medium outflow pipe 15.
  • the liquid level Mc of the medium M1a is not in contact with the inner wall 12c of the lid 12.
  • the medium outflow pipe 15 includes an outer portion on the opposite side (outer side) of the space portion S2.
  • the outer part is bent. That is, the outer portion of the culture medium outflow tube 15 has a portion where the axis line coincides with the axis line X1 and a portion where the axis line X1 intersects. According to this configuration, it is possible to prevent the position of the medium M1a from becoming high inside the medium outflow pipe 15. As a result, the amount of energy consumed for discharging the medium M1a to the outside of the tank body 11 is suppressed. For example, the amount of electric power for driving the pump is suppressed.
  • the material of the medium outflow tube 15 is, for example, autoclaved glass, polyether sulfone, polypropylene, etc., or polystyrene that can be used for single use.
  • the medium outflow tube 15 may have flexibility.
  • the material of the medium outflow pipe 15 is, for example, a silicone or a thermoplastic elastomer-based material.
  • the medium outflow tube 15 is flexible, the outer portion of the medium outflow tube 15 can be easily bent. Even when the medium outflow pipe 15 has flexibility, the axis of the portion of the medium outflow pipe 15 located inside the space S2 coincides with the axis X1.
  • the medium extruded from the lower end to the upper end of the culture tank overflows to the rear lid beyond the upper end of the wall surface of the culture tank.
  • the medium often flows out from a specific region at the upper end of the culture tank. Therefore, as a result of the laterally biased flow of the medium, the plug flow of the medium becomes unstable, and it is difficult to maintain a clean plug flow up to the upper end of the culture tank.
  • the plug flow of the medium can be stabilized by at least the following first action.
  • the flow of the medium M1a along the axial direction D of the tank body 11 occurs. Due to this flow, a plug flow P of the medium M1a along the axial direction D is formed inside the tank body 11.
  • the medium M1a moves from the lower end 11b side of the tank body 11 toward the opening 11d on the upper end 11a side along the path of the plug flow P.
  • the medium M1a that has moved to the opening 11d of the tank body 11 is discharged to the outside of the tank body 11 via the medium outflow pipe 15.
  • the medium outflow pipe 15 is connected to the lid 12 so that the axis X3 of the medium outflow pipe 15 is along the axial direction D of the tank body 11.
  • the medium M1a is discharged from a specific position where the medium outflow pipe 15 is provided (first action). That is, the medium M1a flows into the medium outflow pipe 15 from the lower end 15b of the medium outflow pipe 15 whose position is fixed without overflowing from the upper end 11a of the tank body 11. As a result, it is suppressed that the medium M1a overflows from the unspecified region, and it becomes difficult for the medium M1a to flow laterally biased. Therefore, the plug flow P of the medium M1a is stabilized. Since the inner diameter of the tank body 11 gradually increases from the lower end 11b of the tank body 11 toward the upper end 11a, the swirling flow of the plug flow P tends to weaken as it approaches the upper end 11a. In such a case, the above-mentioned effect is particularly effective.
  • the culture tank 10 exerts the second to sixth actions shown below in addition to the first action described above. By adding these second to sixth actions to the first action, it becomes possible to further stabilize the plug flow.
  • the medium outflow pipe 15 overlaps the axis X1 of the tank body 11 when viewed from the axial direction D.
  • the flow of the medium M1a is axisymmetric with respect to the axis X1. That is, the flow of the medium M1a is not biased at the liquid level Mc of the medium M1a (second action). Therefore, the plug flow P of the medium M1a is more stabilized. That is, for example, the plug flow P of the medium M1a is stabilized as compared with the case where the medium M1a flows into the medium outflow pipe 15 at a position away from the axis X1.
  • the lid 12 airtightly closes the opening 11d.
  • the lid 12 has an inner wall 12c that forms a space S2 that opens on the tank body 11 side.
  • the lower end 15b of the culture medium outflow pipe 15 protrudes toward the tank body 11 from the inner wall 12c.
  • the medium M1a flows into the medium outflow pipe 15 from the lower end 15b of the medium outflow pipe 15 and then is discharged to the outside of the tank body 11.
  • a space corresponding to the space portion S2 is formed between the liquid level Mc of the medium M1a and the inner wall 12c of the lid 12.
  • the medium M1a flows into the medium outflow pipe 15 in a state where a gas-liquid interface between the gas (air) in the space and the medium is formed, that is, in a state where the medium M1a is in contact with air (third). Action).
  • the liquid level Mc of the medium M1a is in contact with air. Therefore, for example, when the liquid level Mc of the medium M1a comes into contact with the inner wall 12c of the lid 12 and receives resistance such as friction from the inner wall 12c. In comparison, the instability of the plug flow P of the medium M1a is suppressed.
  • the position of the lower end 15b of the medium outflow pipe 15 coincides with the position of the lower end 12b of the lid 12 in the axial direction D. According to this configuration, the liquid level Mc of the medium M1a does not come into contact with the inner wall 12c of the lid 12 (fourth action). Therefore, the instability of the plug flow P of the medium M1a is further suppressed. Further, since the position of the liquid level Mc of the medium M1a can be matched with the position of the lower end 12b of the lid 12 (that is, the upper end 11a of the tank body 11), the amount of the medium M1a contained in the tank body 11 can be increased. Can be done.
  • the inner wall 12c of the lid 12 has a shape in which the cross-sectional area of the space portion S2 in the cross section perpendicular to the axial direction D gradually decreases toward the direction away from the tank body 11.
  • the inner wall 12c of the lid 12 has a shape in which the cross-sectional area of the space portion S2 in the cross section perpendicular to the axial direction D gradually increases in the direction away from the tank body 11. The shaking of M1a can be suppressed. As a result, the plug flow P of the medium M1a is further stabilized.
  • the inner wall 11c of the tank body 11 in the cross section perpendicular to the axial direction D has a circular shape. According to this configuration, the inner wall 11c of the tank body 11 is smoother than the case where the inner wall 11c of the tank body 11 in the cross section perpendicular to the axial direction D has a rectangular shape, for example. As a result, the flow of the medium M1a, which is a spiral ascending flow, is not obstructed (sixth action). Therefore, the plug flow P of the medium M1a is stabilized.
  • the plug flow P of the medium M1a can be stabilized.
  • the cell culture tank and the cell culture apparatus of the present disclosure are not limited to the above embodiments.
  • the cell culture tank may have at least a configuration for exerting the first action in order to stabilize the plug flow. That is, the cell culture tank may add a configuration that exerts the second to sixth actions arbitrarily selected to the configuration for exerting the first action.
  • the culture tank 10A of the modified example 1 has a medium outflow tube 15A.
  • the lower end 15b of the culture medium outflow pipe 15A does not have to protrude toward the tank body 11 from the inner wall 12c of the lid 12.
  • the position of the lower end 15b of the medium outflow tube 15A may coincide with the position of the upper end 12a of the lid 12 in the axial direction D.
  • the space S2 is filled with the medium M1a. According to this configuration, the plug flow P of the medium M1a can be stabilized by the first action, the second action, the fifth action, and the sixth action.
  • the culture tank 10B of the modified example 2 has a lid 12A.
  • the lid 12A does not have to have a truncated cone shape.
  • the inner wall 12c of the lid 12A does not have to have a truncated cone shape.
  • the lid 12A may have a cylindrical shape.
  • the lower end 15b of the culture medium outflow pipe 15 may protrude toward the tank body 11 from the bottom wall 12d of the lid 12A. According to this configuration, the plug flow P of the medium M1a can be stabilized by the first action, the second action, the third action, the fourth action, and the sixth action.
  • the culture tank 10C of the modified example 3 has a lid 12B and a medium outflow tube 15B.
  • the lid 12B has a cylindrical shape similar to the lid 12A of the second modification.
  • the medium outflow pipe 15B does not have to overlap the axis X1 of the tank body 11 when viewed from the axial direction D.
  • the culture medium outflow pipe 15B may be arranged at a position away from the axis X1 of the tank body 11. According to this configuration, the plug flow P of the medium M1a can be stabilized by the first action, the third action, the fourth action, and the sixth action.
  • the culture tank 10D of the modified example 4 has a lid 12D.
  • the lid 12D may have a plate shape.
  • the inner wall 12c of the lid 12D is flat, and the outer edge portion 12e of the lid 12D is connected to the upper end 11a of the tank body 11.
  • the space portion S2 is a part of the space portion S1 of the tank body 11. According to this configuration, the plug flow P of the medium M1a can be stabilized by the first action, the second action, the third action, the fourth action, and the sixth action.
  • a central rod extending along the axial direction D may be provided inside the tank body 11.
  • the central rod has a columnar, cylindrical or conical shape, and the axis of the central rod coincides with the axis X1 of the tank body 11.

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Abstract

細胞培養槽は、槽本体と、蓋と、培地流出管と、を備える。槽本体は、筒状を呈し、培養対象である細胞を含む培地を下端から受け入れて上端から排出する。蓋は、槽本体の上端側の開口部に接続され、開口部を閉鎖する。培地流出管は、蓋に接続され、槽本体に収容された培地を排出させる。培地流出管は、培地流出管の軸線が槽本体の軸方向に沿うように、蓋に接続されている。

Description

細胞培養槽、及び細胞培養装置
　本開示は、細胞培養槽、及び細胞培養装置に関する。
　特許文献１は、いわゆるプラグフロー（plug　Flow）を用いて細胞を培養する細胞培養装置（cell　culture　device）を開示する。特許文献１に記載の細胞培養装置では、細胞培養槽（cell　culture　vessel）の上端部には蓋が設けられ、蓋の底面は曝気槽（aeration　tank）に向かって下り傾斜しており、底面の最下位置に培地流出管の一端が連通している。培地（medium）は、細胞培養槽の上端部から蓋へと溢れ出し、培地流出管を介して曝気槽に流出する。
特開２０１５－１４２５５０号公報
　しかしながら、上述したような細胞培養装置では、細胞培養槽の上端部の全域から培地を均一に溢れ出させることが困難であり、培地が細胞培養槽の上端部における不特定の領域から溢れ出す場合がある。このような場合には、培地のプラグフローが不安定となるおそれがある。
　本開示は、培地のプラグフローを安定化することができる細胞培養槽、及び細胞培養装置を開示する。
　本開示の一形態である細胞培養槽は、槽本体と、蓋と、培地流出管と、を備える。槽本体は、筒状を呈し、培養対象である細胞を含む培地を下端から受け入れて上端から排出する。蓋は、槽本体の上端側の開口部に接続され、開口部を閉鎖する。培地流出管は、蓋に接続され、槽本体に収容された培地を排出させる。培地流出管は、培地流出管の軸線が槽本体の軸方向に沿うように、蓋に接続されている。
　本開示の細胞培養槽、及び細胞培養装置によれば、培地のプラグフローを安定化することができる。
図１は、本開示の細胞培養装置の構成を示す図である。 図２は、図１の細胞培養装置の細胞培養槽の詳細を示す図である。 図３は、変形例１の細胞培養槽を示す図である。 図４は、変形例２の細胞培養槽を示す図である。 図５は、変形例３の細胞培養槽を示す図である。 図６は、変形例４の細胞培養槽を示す図である。
　本開示の一形態である細胞培養槽は、槽本体と、蓋と、培地流出管と、を備える。槽本体は、筒状を呈し、培養対象である細胞を含む培地を下端から受け入れて上端から排出する。蓋は、槽本体の上端側の開口部に接続され、開口部を閉鎖する。培地流出管は、蓋に接続され、槽本体に収容された培地を排出させる。培地流出管は、培地流出管の軸線が槽本体の軸方向に沿うように、蓋に接続されている。
　細胞培養槽では、槽本体の軸方向に沿った培地の流れが生じる。これにより、槽本体の内部においては、軸方向に沿った培地のプラグフローが形成される。培地は、プラグフローの経路に沿って槽本体の下端側から上端側の開口部に向かって移動する。槽本体の開口部まで移動した培地は、培地流出管を介して槽本体の外部に排出される。ここで、培地流出管が、培地流出管の軸線が槽本体の軸方向に沿うように、蓋に接続されている。そのため、培地は、培地流出管が設けられた特定の位置から排出されることとなる。その結果、培地が不特定の領域から溢れ出すことが抑制される。したがって、培地のプラグフローが安定化される。
　上記の形態において、培地流出管は、軸方向から見た場合に、槽本体の軸線に重複してもよい。この構成によれば、培地のプラグフローがより安定化される。
　上記の形態において、蓋は、開口部を気密に閉鎖してもよい。蓋は、槽本体側に開口する空間部を形成する内壁を有してもよい。培地流出管の下端は、内壁よりも槽本体側に突出していてもよい。この場合、培地は、培地流出管の下端から培地流出管に流入した後、槽本体の外部に排出される。この際、培地の液面と蓋の内壁との間には、空間が形成される。つまり、培地は、上記空間内の気体と培地との気液界面（gas-liquid　interface）が形成された状態で、培地流出管に流入する。気液界面においては、例えば培地の液面が蓋の内壁と接触する場合に比べて、培地のプラグフローが不安定となることが抑制される。
　上記の形態において、培地流出管の下端の位置は、軸方向において蓋の槽本体側の端部の位置と一致していてもよい。この構成によれば、培地の液面が蓋の内壁と接触しないため、培地のプラグフローが不安定となることがより抑制される。また、培地の液面の位置を蓋の槽本体側の端部の位置と一致させることができるため、槽本体に収容される培地の量を増やすことができる。
　上記の形態において、蓋の内壁は、軸方向と垂直な断面における空間部の断面積が、槽本体と離れる方向に向かって次第に減少する形状を呈していてもよい。この構成によれば、例えば、振動等によって細胞培養槽が揺れた場合に、培地の液面の動きが蓋の内壁によって妨げられる。これにより、例えば、蓋の内壁が、軸方向と垂直な断面における空間部の断面積が槽本体と離れる方向に向かって漸増する形状を呈している場合に比べて、培地の揺れを抑制することができる。その結果、培地のプラグフローが更に安定化される。
　上記の形態において、軸方向と垂直な断面における槽本体の内壁は、円形状を呈していてもよい。この構成によれば、培地のプラグフローを安定化することができる。
　本開示の一形態である細胞培養装置は、上記のいずれかの細胞培養槽と、培地循環部と、を備える。培地循環部は、培地流出管と細胞培養槽の下端とにそれぞれ接続されて、培地流出管を介して受け入れた培地を細胞培養槽の下端に提供することによって、培地を循環させる。
　この細胞培養装置によれば、上述したように、培地のプラグフローを安定化することができる。
　以下、添付図面を参照しながら本開示の細胞培養槽及び細胞培養装置を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　動物細胞を培養する手法として、シャーレ（petri　dish）等を用いた静置培養（static　culture）と、培養槽内において細胞を培地に浮遊させた状態で培養する浮遊培養（suspension　culture）とがある。浮遊培養は、細胞の大量培養に適する。本開示に係る細胞培養槽及び細胞培養装置は、浮遊培養に用いる。
　図１に示す細胞培養装置１は、バイオ医薬品の生産や再生医療のための動植物細胞を培養するための装置である。また、細胞培養装置１は、再生医療のための三次元組織培養装置及び臓器培養装置として用いてもよい。細胞培養装置１は、動物細胞培養の最適化のための細胞の許容せん断応力測定装置（allowable　shearing　stress　measuring　device）として用いてもよい。さらに、細胞培養装置１は、化学反応向けリアクタ（reactor）として用いてもよい。
　細胞培養装置１は、培養槽（細胞培養槽）１０と、培地循環ユニット（培地循環部）２０と、培地供給ユニット３０と、制御ユニット（図示省略）と、を有する。培養槽１０は、培養対象である細胞を含む培地Ｍ１ａを収容している。培養槽１０に収容された培地Ｍ１ａの内部において、細胞が培養される。培地Ｍ１ａには、細胞或いは細胞が付着した担体（carrier）が浮遊している。担体は、マイクロキャリアとも称される微小な粒体である。担体は、細胞の付着基盤である。そして細胞は、担体の表面において増殖する。
　培養槽１０には、培地循環ユニット２０が接続されている。培地循環ユニット２０は、培地Ｍ１ａの循環動作のために設けられている。培地循環ユニット２０は、培養槽１０から排出された培地Ｍ１ａを再び培養槽１０に戻す。培養槽１０には、さらに、培地供給ユニット３０が接続されている。培地供給ユニット３０は、循環中の培地Ｍ１ａとは別の培地Ｍ１ｂを収容している。そして、培地供給ユニット３０は、必要に応じて収容している培地Ｍ１ｂを培養槽１０に提供する。制御ユニットは、培地循環ユニット２０及び培地供給ユニット３０の動作を制御する。培養槽１０及び培地循環ユニット２０の一部は、インキュベータ５に収容されている。
　培養槽１０は、槽本体１１と、蓋１２と、培地受入部１３と、培地排出部１４と、培地流出管１５と、を有する。槽本体１１の下端１１ｂには、培地受入部１３が設けられている。槽本体１１の下端１１ｂには、培地受入部１３を介して、培地供給ユニット３０が接続されている。槽本体１１の上端１１ａには、蓋１２が設けられている。蓋１２には、培地排出部１４が設けられている。蓋１２には、培地流出管１５が接続されている。培地流出管１５には、培地循環ユニット２０が接続されている。
　培地循環ユニット２０は、培地流出管１５と培地受入部（培養槽１０の下端）１３とにそれぞれ接続されている。培地循環ユニット２０は、培地流出管１５を介して、培地Ｍ１ａを受け入れる。次に、培地循環ユニット２０は、培地Ｍ１ａに対して所定の処理を施す。そして、培地循環ユニット２０は、処理後の培地Ｍ１ａを培地受入部１３に提供することによって、培地Ｍ１ａを循環させる。
　培地循環ユニット２０は、バッファタンク２１と、バルブ２２と、ポンプ２３と、を有する。バッファタンク２１は、培地流出管１５を介して培地排出部１４と接続されている。バルブ２２は、配管を介してバッファタンク２１と接続されている。ポンプ２３は、配管を介してバルブ２２と接続されると共に、別の配管を介して培地受入部１３に接続されている。従って、培地循環ユニット２０は、培地排出部１４から培地受入部１３に至る流路を形成する。また、培地循環ユニット２０は、バッファタンク２１から培地受入部１３へ培地Ｍ１ａを輸送する。バッファタンク２１は、培地Ｍ１ａを一時的に収容する。バッファタンク２１は、収容した培地Ｍ１ａに対して所定の処理を行う。例えば、バッファタンク２１は、培地Ｍ１ａに対して空気抜きを行う。また、例えば、バッファタンク２１は、培地Ｍ１ａに対してガス供給を行う。ガス供給の態様は、表面通気でもよい。更に、培地Ｍ１ａが泡の発生し難い培地であり、且つ、培地Ｍ１ａが含む細胞数が多い場合には、ガス供給には、スパージャを用いてもよい。
　培地循環ユニット２０には、廃液タンク２５が接続される。廃液タンク２５は、廃液となった使用済みの培地Ｍ１ａを受け入れる。廃液タンク２５は、ポンプ２６を介してバルブ２２に接続されている。バルブ２２は、バッファタンク２１から培地受入部１３へ至る流路と、バッファタンク２１から廃液タンク２５へ至る流路と、を相互に切り替える。例えば、バルブ２２がバッファタンク２１から培地受入部１３へ至る流路を構成するとき、培地Ｍ１ａは廃液タンク２５に向かって流れない。また、バルブ２２がバッファタンク２１から廃液タンク２５へ至る流路を構成するとき、培地Ｍ１ａは培地受入部１３に向かって流れない。
　培地供給ユニット３０は、循環中の培地Ｍ１ａとは別の培地Ｍ１ｂを収容する。この別の培地Ｍ１ｂとは、循環中の培地Ｍ１ａと同じ種類の培地を意味する場合もあるし、循環中の培地Ｍ１ａとは異なる種類の培地を意味する場合もある。つまり、別の培地Ｍ１ｂとは、互いに種類や組成が異なることを必要とせず、循環中の培地Ｍ１ａと、循環することなくタンク等に収容されている培地Ｍ１ｂと、を区別するものである。培地供給ユニット３０は、循環中の培地Ｍ１ａを別の培地Ｍ１ｂに交換する必要が生じたとき、培養槽１０に培地Ｍ１ｂを提供する。
　培地供給ユニット３０は、タンク３１と、バルブ３２と、ポンプ３３と、を有する。タンク３１は培地Ｍ１ａと同種類の培地Ｍ１ｂを収容する。バルブ３２は、配管を介して培地受入部１３に接続されている。この配管は、培地循環ユニット２０のポンプ２３に接続された配管との接続箇所を有する。ポンプ３３は、培地受入部１３へ供給する培地Ｍ１ｂの流量を制御する。例えば、ポンプ３３は、培地受入部１３へ提供される培地Ｍ１ｂの量を少なくすることもできるし、培地受入部１３へ提供される培地Ｍ１ｂの量を多くすることもできる。
　なお、培地供給ユニット３０は、タンク３１とは別に、複数の他のタンクを有していてもよい。他のタンクは、培地Ｍ１ａと同じ種類、又は培地Ｍ１ａとは異なる種類の培地を収容する。さらに他のタンクは、培地Ｍ１ｂとは異なる処理液を収容してもよく、例えば、リン酸緩衝生理食塩水（Phosphate buffered saline：PBS）といった緩衝液を収容してもよい。このような場合、培地供給ユニット３０の複数のタンク（タンク３１及び他のタンクを含む）のいずれか一つは、バルブ又はポンプ等によって、培地受入部１３に接続される。つまり、複数のタンクのいずれか一つが培地受入部１３に接続される流路を形成する。そして、複数のタンクから培地受入部１３に収容物が輸送される。また、培地供給ユニット３０には、細胞播種ライン３６が接続されてもよい。細胞播種ライン３６は、ポンプ３５を介してバルブ３２に接続されている。
　制御ユニットは、培地循環ユニット２０及び培地供給ユニット３０の動作を制御する。具体的には、制御ユニットは、培地循環ユニット２０による循環動作と、培地循環ユニット２０及び培地供給ユニット３０による入替動作とを相互に切り替える。制御ユニットは、いわゆるコンピュータである。制御ユニットは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、主記憶装置であるＲＡＭ（RandomAccess Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）、他の機器との間の通信を行う通信モジュール、並びにハードディスク等の補助記憶装置等のハードウェアを有する。これらの構成要素が動作することにより、制御ユニットの機能が発揮される。
　制御ユニットは、バルブ２２、ポンプ２３、ポンプ２６、バルブ３２、ポンプ３３、及びポンプ３５のそれぞれに制御信号を提供する。これにより、制御ユニットは、循環動作及び入替動作を実行する。循環動作は、培養槽１０と培地循環ユニット２０との間で培地Ｍ１ａを循環させる。入替動作は、培養槽１０から廃液タンク２５に培地Ｍ１ａを排出させる動作と、培地供給ユニット３０から培養槽１０へ別の培地Ｍ１ｂを提供する動作と、を含む。浮遊培養においては、細胞の培養を継続すると栄養が消費されるため、培地交換が必要となる。入替動作によれば、細胞を培養しながら、古い培地Ｍ１ａを新しい培地Ｍ１ｂで押し出すことができる。培地受入部１３に提供された培地Ｍ１ａ又は培地Ｍ１ｂは、培養槽１０の内部において下端から上端に向かって流れることによりプラグフローＰ（図２参照）を形成する。
　次に、培養槽１０について、詳細に説明する。図２に示されるように、槽本体１１は、筒状を呈する容器である。槽本体１１は、円錐台状の外形を有している。槽本体１１は、軸方向（槽本体１１の軸線Ｘ１に沿った方向）Ｄが鉛直方向に沿うように配置されている。槽本体１１の上端１１ａが大径部であり、下端１１ｂが小径部である。槽本体１１は、培地Ｍ１ａを収容する空間部Ｓ１を形成する内壁１１ｃを有している。内壁１１ｃは、円錐台状を呈している。槽本体１１の軸方向Ｄと垂直な断面における内壁１１ｃは、円形状を呈している。
　槽本体１１の内径は、槽本体１１の下端１１ｂから上端１１ａに向かって次第に大きくなる。軸方向Ｄと垂直な断面における空間部Ｓ１の断面積は、槽本体１１の下端１１ｂから上端１１ａに向かって次第に大きくなる。なお、内壁１１ｃは、下端１１ｂから上端１１ａに向かって断面積が増加する部分と、断面積が増加せず一律の断面積を有する部分と、を含んでもよい。このように構成された槽本体１１は、下端１１ｂから上端１１ａに向かう培地Ｍ１ａのプラグフローを形成する。槽本体１１の下端１１ｂは開放されており、培地受入部１３によって閉鎖されている。槽本体１１は、培地Ｍ１ａを下端１１ｂから受け入れて培地流出管１５から排出する。
　蓋１２は、槽本体１１の上端１１ａ側の開口部１１ｄに接続されている。蓋１２は、円錐台状の外形を有している。蓋１２は、蓋１２の軸線Ｘ２が槽本体１１の軸線Ｘ１と一致するように配置されている。蓋１２の上端１２ａが小径部であり、下端１２ｂが大径部である。蓋１２は、槽本体１１側に開口する空間部Ｓ２を形成する内壁１２ｃを有している。内壁１２ｃは、円錐台状を呈している。軸方向Ｄと垂直な断面における内壁１２ｃは、円形状を呈している。蓋１２の内径は、蓋１２の下端１２ｂから上端１２ａに向かって次第に減少する。空間部Ｓ２の断面積は、蓋１２の下端１２ｂから上端１２ａに向かって次第に減少する。換言すると、軸方向Ｄと垂直な断面における空間部Ｓ２の断面積は、槽本体１１と離れる方向に向かって次第に減少する。
　蓋１２の下端１２ｂの外径は、槽本体１１の上端１１ａの外径と同じである。蓋１２の下端１２ｂの内径は、槽本体１１の上端１１ａの内径と同じである。蓋１２の下端１２ｂは、例えば接着、ねじ止め又はフランジ構造等によって槽本体１１の上端１１ａに気密に接続されている。つまり、蓋１２は、槽本体１１の開口部１１ｄを気密に閉鎖している。
　蓋１２の上端１２ａには、培地排出部１４が設けられている。蓋１２の上端１２ａは開放されており、培地排出部１４によって閉鎖されている。培地排出部１４は、例えば接着又はねじ止め等によって蓋１２の上端１２ａに気密に接続されている。培地排出部１４には、貫通孔１４ａが形成されている。貫通孔１４ａの内径は、培地流出管１５の外径と同じである。
　培地流出管１５は、槽本体１１に収容された培地Ｍ１ａを排出させる。培地流出管１５は、パイプ状を呈している。培地流出管１５は、培地流出管１５の軸線Ｘ３が槽本体１１の軸方向Ｄに沿うように、蓋１２に接続されている。培地流出管１５は、培地排出部１４の貫通孔１４ａに挿入されている。培地流出管１５は、軸方向Ｄから見た場合に、槽本体１１の軸線Ｘ１に重複する。軸方向Ｄから見た場合に、軸線Ｘ１は、培地流出管１５の貫通孔１４ａに挿入された部分の外縁の内側に位置している。軸方向Ｄから見た場合に、軸線Ｘ１は、培地流出管１５の貫通孔１４ａに挿入された部分の外縁と重複していてもよい。培地流出管１５の軸線Ｘ３は、槽本体１１の軸線Ｘ１と一致している。培地流出管１５と培地排出部１４とは、貫通孔１４ａにおいて例えば接着又はねじ込み等によって気密に接続されている。「ねじ込み」には、培地流出管１５の外表面と貫通孔１４ａとが密接するように、培地流出管１５を貫通孔１４ａに押し込むこと、及び、ねじ込み継手を用いて培地流出管１５と貫通孔１４ａとを接続することが含まれる。培地流出管１５と培地排出部１４とは、Ｏリング等の弾性材料（軟質の材料）を介して、培地流出管１５を貫通孔１４ａに押し込むことによって気密に接続されてもよい。なお、培地流出管１５は、培地排出部１４を介することなく、直接に蓋１２に接続されてもよい。
　培地流出管１５は、培地排出部１４及び蓋１２を貫通している。つまり、培地流出管１５の下端１５ｂは、蓋１２の内壁１２ｃよりも槽本体１１側に突出している。ここで、「内壁１２ｃよりも槽本体１１側に突出している」とは、培地流出管１５の下端１５ｂが、蓋１２の内壁１２ｃの少なくとも一部よりも槽本体１１側に突出していることを意味する。つまり、培地流出管１５の下端１５ｂは、空間部Ｓ２又は空間部Ｓ１内に位置している。培地流出管１５の下端１５ｂの位置は、軸方向Ｄにおいて蓋１２の下端１２ｂ（蓋１２の槽本体１１側の端部）の位置と一致している。培地流出管１５の下端１５ｂ、蓋１２の下端１２ｂ、及び槽本体１１の上端１１ａは、概ね同一の平面に位置している。培地Ｍ１ａの液面Ｍｃは、培地流出管１５の下端１５ｂに接触している。培地Ｍ１ａの液面Ｍｃは、蓋１２の内壁１２ｃとは接触していない。
　培地流出管１５は、空間部Ｓ２とは反対側（外側）の外側部を含む。当該外側部は、折れ曲がっている。つまり、培地流出管１５の外側部は、軸線が軸線Ｘ１と一致する部分と軸線Ｘ１と交差する部分とを有している。この構成によれば、培地流出管１５の内部における培地Ｍ１ａの位置が高くなることを抑制することができる。これにより、培地Ｍ１ａを槽本体１１の外部に排出させるためのエネルギの消費量が抑制される。例えば、ポンプを駆動させるための電力量が抑制される。
　培地流出管１５の材質は、例えば、オートクレーブ可能なガラス、ポリエーテルスルフォン又はポリプロピレン等、若しくは、シングルユースとして利用可能なポリスチレン等である。なお、培地流出管１５は、可撓性を有していてもよい。この場合、培地流出管１５の材質は、例えばシリコーン又は熱可塑性エラストマー系の材料等である。培地流出管１５が可撓性を有する場合には、培地流出管１５の外側部を容易に折り曲げることができる。培地流出管１５が可撓性を有する場合においても、培地流出管１５における空間部Ｓ２の内部に位置する部分の軸線は、軸線Ｘ１と一致する。
　従来の細胞培養装置（例えば、特許文献１参照）では、培養槽の下端部から上端部に押し出された培地が、培養槽の壁面の上端部を超えた後蓋へと溢れ出す構造となっている。このような構造では、培養槽の壁面の上端部の全域から培地を均一に流すことが難しく、培養槽の上端部におけるある特定の領域から培地が流れ出ることが多い。そのため、横向きに偏った培地の流れが生じた結果、培地のプラグフローが不安定となり、きれいなプラグフローを培養槽の上端部まで維持することが難しかった。本開示の培養槽１０によれば、少なくとも以下の第１の作用により、培地のプラグフローを安定化することができる。
　すなわち、培養槽１０では、上述したように、槽本体１１の軸方向Ｄに沿った培地Ｍ１ａの流れが生じる。この流れにより、槽本体１１の内部においては、軸方向Ｄに沿った培地Ｍ１ａのプラグフローＰが形成される。培地Ｍ１ａは、プラグフローＰの経路に沿って槽本体１１の下端１１ｂ側から上端１１ａ側の開口部１１ｄに向かって移動する。槽本体１１の開口部１１ｄまで移動した培地Ｍ１ａは、培地流出管１５を介して槽本体１１の外部に排出される。ここで、培地流出管１５が、培地流出管１５の軸線Ｘ３が槽本体１１の軸方向Ｄに沿うように、蓋１２に接続されている。そのため、培地Ｍ１ａは、培地流出管１５が設けられた特定の位置から排出されることとなる（第１の作用）。すなわち、培地Ｍ１ａは、槽本体１１の上端１１ａから溢れ出すことなく、位置が固定された培地流出管１５の下端１５ｂから培地流出管１５内に流入する。その結果、培地Ｍ１ａが不特定の領域から溢れ出すことが抑制され、横向きに偏った培地Ｍ１ａの流れが生じ難くなる。したがって、培地Ｍ１ａのプラグフローＰが安定化される。なお、槽本体１１の内径が、槽本体１１の下端１１ｂから上端１１ａに向かって次第に大きくなっているため、プラグフローＰの旋回流が上端１１ａに近づくと共に弱くなる傾向にある。このような場合には、上述したような効果が特に有効である。
　さらに、培養槽１０は、上記の第１の作用に加えて、以下に示す第２～第６の作用を奏する。これらの第２～第６の作用が第１の作用に加わることによって、プラグフローをより安定化させることが可能になる。
　培地流出管１５は、軸方向Ｄから見た場合に、槽本体１１の軸線Ｘ１に重複している。この構成によれば、培地Ｍ１ａの流れは、軸線Ｘ１を基準とした軸対称となる。つまり、培地Ｍ１ａの流れは、培地Ｍ１ａの液面Ｍｃにおいて偏りがない（第２の作用）。そのため、培地Ｍ１ａのプラグフローＰがより安定化される。すなわち、例えば、培地Ｍ１ａが、軸線Ｘ１と離れた位置において、培地流出管１５内に流入する場合に比べて、培地Ｍ１ａのプラグフローＰが安定化される。
　蓋１２は、開口部１１ｄを気密に閉鎖している。蓋１２は、槽本体１１側に開口する空間部Ｓ２を形成する内壁１２ｃを有している。培地流出管１５の下端１５ｂは、内壁１２ｃよりも槽本体１１側に突出している。この構成では、培地Ｍ１ａは、培地流出管１５の下端１５ｂから培地流出管１５に流入した後、槽本体１１の外部に排出される。この際、培地Ｍ１ａの液面Ｍｃと蓋１２の内壁１２ｃとの間には、空間部Ｓ２に相当する空間が形成される。つまり、培地Ｍ１ａは、上記空間内の気体（空気）と培地との気液界面が形成された状態で、つまり、培地Ｍ１ａが空気に接触した状態で、培地流出管１５に流入する（第３の作用）。気液界面においては、培地Ｍ１ａの液面Ｍｃが空気と接触しているため、例えば培地Ｍ１ａの液面Ｍｃが蓋１２の内壁１２ｃと接触して、内壁１２ｃから摩擦等の抵抗を受ける場合に比べて、培地Ｍ１ａのプラグフローＰが不安定となることが抑制される。
　培地流出管１５の下端１５ｂの位置は、軸方向Ｄにおいて蓋１２の下端１２ｂの位置と一致している。この構成によれば、培地Ｍ１ａの液面Ｍｃが蓋１２の内壁１２ｃに接触しない（第４の作用）。そのため、培地Ｍ１ａのプラグフローＰが不安定となることがより抑制される。また、培地Ｍ１ａの液面Ｍｃの位置を蓋１２の下端１２ｂ（つまり、槽本体１１の上端１１ａ）の位置と一致させることができるため、槽本体１１に収容される培地Ｍ１ａの量を増やすことができる。
　蓋１２の内壁１２ｃは、軸方向Ｄと垂直な断面における空間部Ｓ２の断面積が、槽本体１１と離れる方向に向かって次第に減少する形状を呈している。この構成によれば、例えば、振動等によって培養槽１０が揺れた場合に、培地Ｍ１ａの液面Ｍｃの動きが蓋１２の内壁１２ｃによって妨げられる（第５の作用）。これにより、例えば、蓋１２の内壁１２ｃが、軸方向Ｄと垂直な断面における空間部Ｓ２の断面積が槽本体１１と離れる方向に向かって次第に大きくなる形状を呈している場合に比べて、培地Ｍ１ａの揺れを抑制することができる。その結果、培地Ｍ１ａのプラグフローＰが更に安定化される。
　軸方向Ｄと垂直な断面における槽本体１１の内壁１１ｃは、円形状を呈している。この構成によれば、軸方向Ｄと垂直な断面における槽本体１１の内壁１１ｃが例えば矩形状を呈している場合に比べて、槽本体１１の内壁１１ｃがより平滑化される。その結果、スパイラル状の上昇流である培地Ｍ１ａの流れを妨げることがない（第６の作用）。そのため、培地Ｍ１ａのプラグフローＰが安定化される。
　細胞培養装置１によれば、上述したように、培地Ｍ１ａのプラグフローＰを安定化することができる。
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示の細胞培養槽及び細胞培養装置は上記実施形態に限定されない。
　細胞培養槽は、プラグフローを安定化させるために、少なくとも上記第１の作用を奏するための構成を備えていればよい。つまり、細胞培養槽は、第１の作用を奏するための構成に対して、任意に選択した第２～第６の作用を奏する構成を追加することとしてよい。
　図３に示されるように、変形例１の培養槽１０Ａは、培地流出管１５Ａを有する。培地流出管１５Ａの下端１５ｂは、蓋１２の内壁１２ｃよりも槽本体１１側に突出していなくてもよい。培地流出管１５Ａの下端１５ｂの位置は、軸方向Ｄにおいて蓋１２の上端１２ａの位置と一致していてもよい。この場合、空間部Ｓ２は、培地Ｍ１ａによって満たされる。この構成によれば、上記第１の作用、第２の作用、第５の作用、及び第６の作用によって、培地Ｍ１ａのプラグフローＰを安定化することができる。
　図４に示されるように、変形例２の培養槽１０Ｂは、蓋１２Ａを有する。蓋１２Ａは、円錐台状の外形を有していなくてもよい。蓋１２Ａの内壁１２ｃは、円錐台状を呈していなくてもよい。蓋１２Ａは、円筒状を呈していてもよい。この場合、培地流出管１５の下端１５ｂは、蓋１２Ａの底壁１２ｄよりも槽本体１１側に突出していてもよい。この構成によれば、上記第１の作用、第２の作用、第３の作用、第４の作用、及び第６の作用によって、培地Ｍ１ａのプラグフローＰを安定化することができる。
　図５に示されるように、変形例３の培養槽１０Ｃは、蓋１２Ｂと培地流出管１５Ｂとを有する。蓋１２Ｂは、変形例２の蓋１２Ａと同様に、円筒状を呈する。培地流出管１５Ｂは、軸方向Ｄから見た場合に、槽本体１１の軸線Ｘ１に重複しなくてもよい。培地流出管１５Ｂは、槽本体１１の軸線Ｘ１と離れた位置に配置されていてもよい。この構成によれば、上記第１の作用、第３の作用、第４の作用、及び第６の作用によって、培地Ｍ１ａのプラグフローＰを安定化することができる。
　図６に示されるように、変形例４の培養槽１０Ｄは、蓋１２Ｄを有する。蓋１２Ｄは、板状を呈していてもよい。この場合、蓋１２Ｄの内壁１２ｃは、平面であり、蓋１２Ｄの外縁部１２ｅが槽本体１１の上端１１ａに接続されている。また、空間部Ｓ２は、槽本体１１の空間部Ｓ１の一部である。この構成によれば、上記第１の作用、第２の作用、第３の作用、第４の作用、及び第６の作用によって、培地Ｍ１ａのプラグフローＰを安定化することができる。
　また、槽本体１１の内部には、軸方向Ｄに沿って延びる中心棒が設けられていてもよい。中心棒は、柱状、円筒状又は円錐状を呈し、中心棒の軸線は槽本体１１の軸線Ｘ１に一致する。
１　細胞培養装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ　培養槽（細胞培養槽）
１１　槽本体
１１ａ　上端
１１ｂ　下端
１１ｃ　内壁
１１ｄ　開口部
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｄ　蓋
１２ａ　上端
１２ｂ　下端
１２ｃ　内壁
１５，１５Ａ，１５Ｂ　培地流出管
１５ｂ　下端
３０　培地供給ユニット
Ｄ　軸方向
Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ　培地
Ｓ２　空間部
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３　軸線

Claims (7)

  1. 　筒状を呈し、培養対象である細胞を含む培地を下端から受け入れて上端から排出する槽本体と、
    　前記槽本体の上端側の開口部に接続され、前記開口部を閉鎖する蓋と、
    　前記蓋に接続され、前記槽本体に収容された前記培地を排出させる培地流出管と、を備え、
    　前記培地流出管は、前記培地流出管の軸線が前記槽本体の軸方向に沿うように、前記蓋に接続されている、細胞培養槽。
  2. 　前記培地流出管は、前記軸方向から見た場合に、前記槽本体の軸線に重複する、請求項１に記載の細胞培養槽。
  3. 　前記蓋は、前記開口部を気密に閉鎖し、
    　前記蓋は、前記槽本体側に開口する空間部を形成する内壁を有し、
    　前記培地流出管の下端は、前記内壁よりも前記槽本体側に突出している、請求項１又は２に記載の細胞培養槽。
  4. 　前記培地流出管の前記下端の位置は、前記軸方向において前記蓋の前記槽本体側の端部の位置と一致している、請求項３に記載の細胞培養槽。
  5. 　前記蓋の前記内壁は、前記軸方向と垂直な断面における前記空間部の断面積が、前記槽本体と離れる方向に向かって次第に減少する形状を呈している、請求項３又は４に記載の細胞培養槽。
  6. 　前記軸方向と垂直な断面における前記槽本体の内壁は、円形状を呈している、請求項１～５のいずれか一項に記載の細胞培養槽。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載の細胞培養槽と、
    　前記培地流出管と前記細胞培養槽の下端とにそれぞれ接続されて、前記培地流出管を介して受け入れた前記培地を前記細胞培養槽の下端に提供することによって、前記培地を循環させる培地循環部と、を備える、細胞培養装置。
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