(57)【要約】【課題】  細胞にダメージを与える浮遊状態で細胞浮遊液をハンドリングする自動培養装置で、処理時間を短くし、清潔性を保持しつつ、培養処理の効率化を図る。【解決手段】  ポンプ部３１を中心として、各培養要素である一次培養容器部２０、二次培養容器部２１、細胞濃縮部１６、培地保管部１４を配置し、培養要素ごとに流路４０をモジュール化して、培養要素間の流路４０のチューブ４５の長さが最小となり、自動培養装置１０内の省スペース化、制御方法の簡潔化、浮遊状態が与える細胞ダメージの最小化を図り、清浄な環境下で高品質の細胞を多量に処理することが可能な自動培養装置を構成する。【選択図】図１
2014166144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞培養装置であって、
細胞と培地を給排するポンプ部と、
前記細胞と培地を保持して前記細胞を培養する培養容器部と、
前記細胞と培地を保持する培地保管部と、
前記細胞を濃縮させる細胞濃縮部と、
前記ポンプ部と、前記培養容器部、前記培地保管部、及び前記細胞濃縮部とを接続する複数のモジュールで構成される流路と、
前記ポンプ部を制御する制御部とを備え、
前記ポンプ部を中心としてその周囲に、前記培養容器部、前記培地保管部、前記細胞濃縮部が配置される、
ことを特徴とする細胞培養装置。
【請求項２】
請求項１に記載の細胞培養装置であって、
前記培養容器部は、
第一培養容器と、前記第一培養容器で培養された細胞を培養する第二培養容器を含む、
ことを特徴とする細胞培養装置。
【請求項３】
請求項２に記載の細胞培養装置であって、
前記ポンプ部は、前記流路の内部で送液を行うポンプと電磁弁と駆動機構を含み、
前記流路は前記ポンプと前記電磁弁に着脱可能であり、前記電磁弁と前記駆動機構は当該装置に着脱可能である、
ことを特徴とする細胞培養装置。
【請求項４】
請求項２に記載の細胞培養装置であって、
前記細胞と培地は、前記流路を介して前記ポンプ部を経由して、前記培地保管部、前記第一培養容器、前記第二培養容器、前記細胞濃縮部の順に移動する、
ことを特徴とする細胞培養装置。
【請求項５】
請求項３に記載の細胞培養装置であって、
前記ポンプ部は前記流路に接続されるアキュムレータを含み、
複数の前記モジュールは、
前記アキュムレータと前記ポンプと前記電磁弁に接続される第一のモジュールと、
前記第一培養容器に接続される第二のモジュールと、
前記第二培養容器に接続される第三のモジュールと、
前記培地保管部に接続される第四のモジュールと、
前記細胞濃縮部に接続される第五のモジュールと、を備える、
ことを特徴とする細胞培養装置。
【請求項６】
請求項５に記載の細胞培養装置であって、
前記アキュムレータは、前記第二のモジュールと第三のモジュールの間、又は、前記第二のモジュールと第五のモジュールの間に接続可能であり、前記第四のモジュールから前記細胞と培地が供給可能である、
ことを特徴とする細胞培養装置。
【請求項７】
請求項１に記載の細胞培養装置であって、
前記培養容器部に環境保持用の気体を供給するガス供給部を更に備える、
ことを特徴とする細胞培養装置。
【請求項８】
請求項１に記載の細胞培養装置であって、
前記培養容器部は、前記培地保管部とは異なる温度環境に置かれる、
ことを特徴とする細胞培養装置。
【請求項９】
請求項１に記載の細胞培養装置であって、
前記培養容器部を設置する空間と、前記培地保管部を設置する空間それぞれと、前記細胞濃縮部を設置する空間との間に設置されるシール機構を備える、
ことを特徴とする細胞培養装置。
【請求項１０】
請求項５に記載の細胞培養装置であって、
前記第一のモジュール、前記第二のモジュール、前記第三のモジュール、前記第四のモジュール、前記第五のモジュールと前記駆動機構とを、当該装置の外部へ移動可能である、
ことを特徴とする細胞培養装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の細胞培養装置であって、
前記培養容器部は、
第一培養容器部と、前記第一培養容器部で培養された細胞を培養する第二培養容器部とを備え、
前記第二培養容器は、前記ポンプ部を介して、前記細胞濃縮部の反対側に設置される、
ことを特徴とする細胞培養装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の細胞培養装置であって、
前記ポンプ部と前記培養容器部とを設置する細胞培養装置本体を備える、
ことを特徴とする細胞培養装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の細胞培養装置であって、
前記培養容器部は、
第一培養容器部と、前記第一培養容器部で培養された細胞を培養する第二培養容器部とを備え、
前記細胞培養装置本体内で、前記第一培養容器部は、前記ポンプ部の上方に、前記第二培養容器部は前記ポンプ部の側方に設置される、
ことを特徴とする細胞培養装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の細胞培養装置であって、
前記培地保管部と、前記細胞濃縮部は、前記細胞培養装置本体の外に設置される、ことを特徴とする細胞培養装置。
【請求項１５】
請求項１２に記載の細胞培養装置であって、
前記細胞培養装置本体は、前記細胞濃縮部、あるいは前記培地保管部を更にその内部に備え、
前記細胞培養装置本体内で、前記細胞濃縮部、あるいは前記培地保管部は、前記ポンプ部の下方に設置される、
ことを特徴とする細胞培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞を培養する細胞培養装置、特に、無菌的なクリーン度で効率よく多量の細胞を培養する自動培養技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、再生医療のための細胞培養の作業は限りなく除菌されたクリーンルームの中で、厳格な製造工程の下で熟練された作業者の手作業により行われている。特に、筋肉から採取した細胞による心不全治療などの再生医療においては、患者１名あたりタタミ１畳ほどの面積の培養面で多量の細胞を培養しなければならない。そのため、作業者の負担の増加と作業者への教育・育成に必要な時間とコスト、人為的なミスや検体の取り違え、さらに菌などを保有するヒトによる生物学的汚染（コンタミネーション）等が生じ易くなり、それらの対策に多くのコストを要する。そのことが細胞大量培養の普及や産業化において大きな壁となっている。そのため、機器により一連の培養作業を自動化することで、それら問題点を解決させることが期待されている。
【０００３】
しかし、多量の細胞の培養処理では、細胞にダメージを与える浮遊状態で大量の細胞浮遊液をハンドリングするため、処理時間を可能な限り短くする必要がある。さらに、密になった細胞を別の培養容器へ疎の状態で播きなおす継代作業や、培養終了時に大量の培地内に浮遊している細胞を回収するための濃縮作業が必要となる。多量の細胞を培養処理する培養装置では、清潔性を保持しつつ、それらを如何に満たすかが課題である。
【０００４】
この課題を解決するために、例えば特許文献１は、各処理要素間の細胞懸濁液の移動にポンプを使用して、送液することが可能な構成を提示している。これにより処理要素間の距離を短くしている。また、特許文献２は一つのポンプで複数の処理要素へ細胞懸濁液を移動させる方式を提供している。これは、処理要素の組み合わせを可能にし、効率的な細胞懸濁液の送液が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５−０５９０９１号公報
【特許文献２】米国公開２０１１−０２０７２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のような自動培養装置においては、各処理要素間の細胞懸濁液の送液には、各々独立したポンプを使用しており、ポンプの設置機構や制御機構の大型化と、流路設置の煩雑化を伴う。それにより、処理する細胞が多量になるほど全体システムが大きく煩雑になり、コストがかかる課題がある。
【０００７】
特許文献２のような自動培養装置においては、ポンプを介して各処理要素へ細胞懸濁液や各種溶液を送液する構成になっているものの、ポンプを含めて各処理要素の配置まで規定していない。例えば４℃で保管する培地や、３７℃で培養する培養空間といったように使用温度帯が異なる処理要素を１つのポンプで処理する場合、ポンプの位置により、各処理要素間のチューブが長くなる。それにより、温度ならびに細胞浮遊状態による細胞へ与えるダメージが増加することが課題となる。最適なポンプの設置場所を規定することで、流路を装置へ容易に設置ができ、かつ細胞に対する影響を最小とするかが課題である。
【０００８】
現在、ヒト細胞を使用し、培養で作成した細胞や組織をヒトへ移植する再生医療では、手術室で採取した組織を無菌処理した試験管等に入れて、内部が無菌的状態で運び出し、適正製造基準（ＧＭＰ：Good Manufacturing Practice）に準拠したクリーンルーム（ＣＰＣ: Cell Processing Center）内で組織から必要な細胞を単離し、目的の調整を実施して培養する。採取された細胞が製造工程内で一切の汚染なく培養するために、とりわけ厳格なレギュレーションに適合した工程、環境下で人手により製造しなければならない。細胞の培養処理を機械により自動的におこなう自動培養装置においても、その装置で製造した細胞もしくは組織は、製造工程内で一切の菌やウィルス等による生物学的汚染があってはならない。そのような状況下で、自動培養のための培養容器自身を閉鎖系構造とし、その内部は滅菌処理可能で、外部から駆動力を供給して細胞を培養するシステムが開発されている。
【０００９】
しかし、閉鎖系構造の培養容器で培養するためには、培養処理を実施する機構と制御方法を如何に効率化するかが課題である。特に、多量の細胞を処理するため、培養容器が大型化し、培養工程が複雑化した場合に一層の効率化が求められる。培養容器を入れ替える継代作業と細胞濃度調整作業（細胞濃縮）を有し、拡大培養によって多量の細胞を回収する自動培養装置において、大面積の培養容器を含めて各要素を有する流路での製造エラーを最小とし、効率的かつ安全に装置内部へ流路を無菌的に設置する構成を要する。
【００１０】
本発明の目的は、上述の状況に鑑み、細胞のダメージを少なくして培養処理することを可能とする細胞培養装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明においては、上記課題を解決するため、細胞培養装置であって、
細胞と培地を給排するポンプ部と、細胞と培地を保持して細胞を培養する培養容器部と、細胞と培地を保持する培地保管部と、細胞を濃縮させる細胞濃縮部と、ポンプ部と、培養容器部、培地保管部、及び細胞濃縮部それぞれとを接続するモジュールで構成される流路と、ポンプ部を制御する制御部とを備え、ポンプ部を中心としてその周囲に、培養容器部、培地保管部、細胞濃縮部が配置される構成の細胞培養装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の構成により、装置全体としての流路を短くでき、細胞ダメージを最小として効率よく細胞を培養することのできる細胞培養装置の提供を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１に係る、流路を設置した自動培養装置の一例の概略を示す正面図である。
【図２】実施例１に係る、扉を閉めた自動培養装置の概略を示す正面図である。
【図３】実施例１に係る、流路を外した自動培養装置の内部を示す正面図である。
【図４】実施例１に係る、複数のモジュールからなる流路の構成を示す構成図である。
【図５Ａ】実施例１に係る、シール機構のツメにシールを接続前の状態を示す構成図である。
【図５Ｂ】実施例１に係る、シール機構のツメにシールを接続後の状態を示す構成図である。
【図６Ａ】実施例１に係る、自動培養装置用の搬送冶具の一構成を示す正面図である。
【図６Ｂ】実施例１に係る、流路を設置した搬送冶具の一構成を示す正面図である。
【図７Ａ】実施例１に係る、培養要素機器の配置の一例を示す構成図である。
【図７Ｂ】実施例１に係る、培養要素機器の配置の他の例を示す構成図である。
【図７Ｃ】実施例１に係る、培養要素機器の配置の他の例を示す構成図である。
【図７Ｄ】実施例１に係る、培養要素機器の配置の他の例を示す構成図である。
【図８】自実施例１に係る、動培養装置全体の制御構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面の図１〜図８を参照して本発明の実施例について説明する。ただし、以下に説明する実施例は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。
【００１５】
本発明の細胞培養装置にあっては、装置内部にあるポンプと電磁弁からなるポンプ部を中心として、その周辺に培養要素を配置する。本発明の細胞培養装置の好適な実施の態様の概略構成について以下に説明する。
【００１６】
多量の細胞培養に必要な、細胞播種、培養、継代、細胞濃縮工程を実現するため、細胞培養装置に、ポンプ部、一次培養容器部、二次培養容器部、培地保管部、細胞濃縮部の５つ培養要素を構成し、それに対応して流路を５つのモジュールから構成する。まず、各培養要素の中心に位置して、細胞懸濁液や培地等の各溶液を送液するポンプと、送液先を規定する電磁弁、更には培養要素間の移動時に溶液を保持するタンク等からなるポンプ部、第一のモジュールとした。そしてこのポンプ部、第一のモジュールを中心としてその周辺に、細胞培養面積を拡大する継代のための一次培養容器部、第二のモジュール、及び二次培養容器部、第三のモジュールを配置した。
【００１７】
一次培養容器部と二次培養容器部は３７℃内にあり、培養容器内部は３７℃、５％二酸化炭素濃度、湿度１００％に近い状態を保持する。一次培養容器部で培養した細胞はポンプ部中のタンクで保持した後、培養面がより大面積な二次培養容器部へ送られ継代培養がなされて、より多くの細胞を培養が可能となる。好適には、一次培養容器部、二次培養容器部の周辺には顕微鏡があり、各々の培養容器内部の細胞を撮像できる。更に、ポンプ部、第一のモジュールを中心としてその周辺に、略４℃で細胞懸濁液や培地等の各溶液、廃液を保管する培地保管部、第四のモジュールを配した。この培地保管部と、一次培養容器部、二次培養容器部とは温度を異ならせる。
【００１８】
そして、細胞培養装置本体内に一次培養容器部、二次培養容器部を配置し、外部に培地保管部を配置する場合、細胞培養装置本体の扉などに、送液用のチューブを通すシール機構を設けることで区域を分けられる。更に、二次培養容器部での拡大培養終了後に、多量の細胞を次の工程もしくは治療に使用する場合、遠心分離等で細胞懸濁液中の細胞の濃縮を要することが多い。そこで、ポンプ部、第一のモジュールを中心としてその周辺に、細胞懸濁液で細胞密度を上げるための細胞濃縮部、第五のモジュールを配した。二次培養容器部で培養した細胞はポンプ部中のタンクで保持した後、この細胞濃縮部に送られ、細胞の濃縮が行われる。
【００１９】
多量の細胞培養を行う場合、細胞培養装置内の流路を細胞が移動する一連の流れは、好適には、第四のモジュール、第一のモジュール、第二のモジュール、第一のモジュール、第三のモジュール、第一のモジュール、第五のモジュールの順であり、各培養要素もしくは各モジュール間の移動には全てポンプ部、第一のモジュール、好適にはその内部のアキュムレータであるタンクを介した。そこで、一次培養容器部と第二のモジュール、二次培養容器部と第三のモジュール、培地保管部と第四のモジュール、細胞濃縮部と第五のモジュールは、ポンプ部、第一のモジュールを中心として配置した。
【００２０】
これにより、各培養要素のモジュールの流路のチューブ長さが最小となり、細胞にダメージを与える送液時間の短縮、チューブ内培地残液量の最小化、流路設置の容易性の向上が可能となる。ポンプも１台で全ての処理を可能として、関連機器構成の簡略と省スペース化、制御方法の簡潔化できる。更にポンプ部を中心とした培養要素の配置で、配置の自由度が増し、細胞処理内容に応じた配置が可能になり、汎用性を有することができる。また、流路のモジュール化により、モジュール単位での流路製造や設置が可能となり、また流路構成の簡素化とそれに伴う誤接続防止や省スペース化が可能となる。
【００２１】
さらなる本発明の特徴は、以下に説明する種々の実施例の説明、添付図面によって明らかになるものである。
【実施例１】
【００２２】
実施例１として、多量の細胞の培養処理の効率化を図ることが可能な自動培養装置の実施例を説明する。
【００２３】
まず、実施例１に係る自動培養装置の一構成例を示す図１、その自動培養装置の扉を閉めた状態の全体概略を示す図２、自動培養装置内部の流路を外した状態の全体概略を示す図３、自動培養装置に設置する流路の構成に関する概略を示す図４等を用いて、実施例１の自動培養装置の全体構成を説明する。
【００２４】
＜自動培養装置の全体構成＞
自動培養装置１０は、基本的な構成要素として、細胞培養室を含む細胞培養装置本体、培地保管部、制御部、細胞濃縮部を備える構成となっている。以下、それぞれの基本構成について説明する。
【００２５】
図１に示すように、自動培養装置１０全体は、細胞培養室１３とその内部の培養要素を含む自動培養装置本体１１、培地保管部１４、制御部１５、細胞濃縮部１６からなり、それに流路４０を設置した状態で細胞培養処理をおこなう。自動培養装置本体１１の内部である細胞培養室１３内には、種々の培養要素、すなわち一次培養容器４１を保持する一次培養容器部２０、二次培養容器４２を保持する二次培養容器部２１、チューブ４５で構成される流路４０、流路４０内の送液を可能にするポンプ部３１が配置される。このポンプ部３１は、ポンプ２３、流路４０内の切り替えを可能にする電磁弁２４と電磁弁ベース２５、細胞懸濁液を内部に保持可能にするアキュムレータであるタンク２６とタンクを設置するタンク保持部２７が配置される。なお、一次培養容器４１内部と二次培養容器４２内部へ混合ガスを送気するガス供給部２２が自動培養装置本体１１の上部に配置されており、ガスコネクタ２８に接続されている。
【００２６】
自動培養装置本体１１内の培養要素の中で、ポンプ部３１内の電磁弁ベース２５は、後で説明するように自動培養装置本体１１と着脱可能である。ガス供給部２２は、細胞培養環境で必須である大気に５％二酸化炭素濃度の混合ガスを送気するためのものである。ガス供給部２２で混合したガスはフィルタや無菌接続コネクタ等からなるガスコネクタ２８を介して、自動培養装置本体１１内の一次培養容器４１および二次培養容器４２へ送られる。ガス供給部２２には例えば３７℃にする熱交換機能や加湿機能も有する。
【００２７】
本実施例の構成にあっては自動培養装置本体１１の外部に設置された培地保管部１４は、内部が冷蔵庫２９になっており、細胞浮遊液、培地、洗浄液、細胞剥離液、廃液等の培地要素４３を保管することができる。培地保管部１４の内部温度は例えば４℃程度に保持することが可能である。
【００２８】
同じく自動培養装置本体１１の外部に設置された、培養した細胞を濃縮する細胞濃縮部１６では、例えば遠心分離機やろ過膜などを用いて、細胞濃度を調整することが可能な細胞濃縮要素４４を保持することができる。
【００２９】
自動培養装置本体１１、細胞濃縮部１６および培地保管部１４は、それぞれ自動培養装置本体扉１２、細胞濃縮部扉１７、培地保管部扉１８を有し、開閉することができる。
図２が、図１の自動培養装置１０の全ての扉を閉じた状態図であり、それぞれの扉に取手１９が設置されている。自動培養装置１０は、細胞培養状態もしくは、自動培養準備時の一部では図２に示す状態となる。
【００３０】
自動培養装置１０の制御部１５は、後で説明するように、ポンプ部を始めとする自動培養装置本体１１、培地保管部１４、細胞濃縮部１６それぞれの動作制御や、センサ値等の基づく培養スケジュール管理等の各種プログラムを実行する。制御部１５は、入力部８１と表示部８０を有しており、自動培養装置１０全体の統合制御を可能とする。
【００３１】
自動培養装置本体１１の細胞培養室１３と細胞濃縮部１６の間、細胞濃縮部１６と培地保管部１４の間には各々の内部を流路４０のチューブ４５を介して接続できるように、ツメ３２とシール３３からなるシール機構を構成している。これにより、細胞培養室１３と細胞濃縮部１６、培地保管部１４の内部温度をそれぞれ保持することを可能にする。
【００３２】
図５Ａ、及び図５Ｂは、細胞培養室１３と細胞濃縮部１６、および細胞濃縮部１６と培地保管部１４間のシールとツメから構成されるシール機構に関する概略図である。図５Ａのようなシール３３の溝３４に流路４０のチューブ４５を通して、図５Ｂのようにツメ３２にはめ込むことで、例えば両者の温度帯が異なる状態でも細胞培養室１３と細胞濃縮部１６、細胞濃縮部１６と培地保管部１４の空間を分離して、培地や洗浄液、細胞懸濁液、廃液等の培地要素４３を清潔な状態を保持したまま送液可能になる。
【００３３】
図３に、流路４０を自動培養装置１０から外した状態で、それぞれの扉を開けた状態の自動培養装置１０の正面からみた各培養要素の配置を示した。自動培養装置本体１１内部の細胞培養室１３には、内部温度を３７℃に保持し、培養容器部を構成する、一次培養容器部２０と二次培養容器部２１、更にポンプ２３、電磁弁ベース設置部３０（電磁弁ベース２５含む）、およびタンク保持部２７からなるポンプ部３１が配置する。一次培養容器部２０では、一次培養容器４１を保持し、揺動機構４６から一次培養容器４１の揺動や水平維持を可能にする。また、図示を省略した観察機構を備え、一次培養容器４１内部の細胞状態を観察することができる。
【００３４】
二次培養容器部２１の二次培養容器４２は、一次培養容器４１からの継代による拡大培養を行うため、培養面積が一次培養容器４１に対して、二次培養容器４２では同等もしくは大きくなる。そのため、二次培養容器部２１では、例えばリンク機構等による二次培養容器４２の多段化機能を有することができる。さらに、二次培養容器部２１では、二次培養容器４２を保持し、揺動機構４７から二次培養容器４２の揺動や水平維持を可能にする。また、図示を省略した観察機構を備え、二次培養容器４２内部の細胞状態を観察することができる。
【００３５】
ポンプ部３１において、例えばペリスタポンプ２３などのチューブの４５外部から無菌的に駆動力を供給する機構を用いる。また、ポンプ２３の回転が正転および逆転切り替え可能、回転数変更可能、複数チューブ４５処理可能な機能をそれぞれの状況に応じて有する。電磁弁ベース２５には、一つもしくは複数の電磁弁２４が設置し、流路４０の切り替えをおこなう。後で説明するように、電磁弁ベース２５は細胞培養室１３から着脱可能で、自動培養装置１０外部で流路４０を電磁弁２４に設置可能とする。図面から明らかなように電磁弁ベース設置部３０は細胞培養室１３内部にある。タンク保持部２７は一次培養容器４１や二次培養容器４２から出た細胞浮遊液を内包可能なタンク２６を保持し、図示を省略したセンサを有して、タンク２６の重量を計測することが可能である。
【００３６】
本実施例における培地保管部１４の内部は冷蔵庫２９の構造となり、培地要素４３に対し、例えば４℃程度を保持することができる。また、その内部に培地要素４３の重量を計測するセンサも設けて、使用量を求めることができる。細胞濃縮部１６には細胞濃縮要素４４を保持する。細胞濃縮部１６内部の温度は細胞に応じて、４℃程度から室温、あるいは３７℃に保持することができる。これにより、細胞濃縮要素４４内部に細胞が接着するのを防止し、培地要素４４を細胞培養室１３内部へ送液する際に、温度緩衝を可能にする。この細胞濃縮要素４４として、市販されている各種の細胞濃縮装置を利用することができる。
【００３７】
図４に本実施例の自動培養装置の流路４０の全体配置を示した。培養要素機器に応じて、流路４０は複数のモジュールで構成している。流路４０は閉鎖系構造を有しており、主にチューブ４５やコネクタ、フィルタ、逆止弁、フィッティング類で構成される。構成が煩雑なため、ＥＯＧ滅菌(Ethylene Oxide Gas Sterilization)、ガンマ線滅菌、電子線滅菌による処理が望ましい。流路４０は、モジュールごとに組立てて、モジュール間を無菌接続コネクタ等で接続することもでき、流路４０の設置容易性を向上できる。
【００３８】
図４に示すように、本実施例の自動培養装置１０の流路は、５つの破線で囲む５つのモジュールに分けることができる。一次培養容器要素部２０に設置する一次培養容器４１を含む流路構成部分を一次培養容器モジュール３５とする。二次培養容器要素部２１に設置する二次培養容器４２を含む流路構成部分を二次培養容器モジュール３６とする。継代による拡大培養のため二次培養容器モジュール３６は一次培養容器モジュール３５とサイズで比較して、同等もしくは大型になる。タンク保持部２７に設置する流路構成部分をポンプモジュール３７とする。このポンプモジュール３７は、ポンプ部３１に設置するため、接続するためにポンプ２３に適合したチューブ４５や、電磁弁２４に設置するチューブ４５、および細胞懸濁液を一時的に内包するアキュムレータであるタンク２６に接続するチューブからなる。ポンプ２３用のチューブ４５は複数に分岐してもよい。更に、ポンプモジュール３７内に培地を温めるためヒータなどの熱交換機構を設置できる。タンク２６には細胞が接着しにくい加工をした培地バッグ等を使用することもできる。
【００３９】
また、細胞濃縮要素４４からなり細胞濃縮部１６に設置する流路構成部分を細胞濃縮モジュール３８とする。細胞濃縮で溶媒の量の変化に対応する培地バッグ等や、ポンプのための流路構成も含む。細胞浮遊液、培地、洗浄液、細胞剥離液、廃液等の培地要素４３からなり培地保管部１４に設置する流路構成部分を培地モジュール３９とする。
【００４０】
図４から明らかなように、本実施例の自動培養装置１０は、ポンプモジュール３７を中心として、一次培養容器モジュール３５、二次培養容器モジュール３６、細胞濃縮モジュール３８、培地モジュール３９を配置することができ、モジュール接続の自由度が増し、細胞に応じたモジュール配置が可能となり、汎用性が向上する。また、設置容易性や、接続間違い防止、設置ミスによる汚染を防止することも可能になる。なお、以上説明した、ポンプモジュール３７、一次培養容器モジュール３５、二次培養容器モジュール３６、培地モジュール３９、細胞濃縮モジュール３８それぞれを、第一のモジュール、第二のモジュール、第三のモジュール、第四のモジュール、第五のモジュールと呼ぶ場合がある。
【００４１】
すなわち、本実施例のモジュールは、アキュムレータとポンプと電磁弁に接続される第一のモジュールと、第一培養容器に接続される第二のモジュールと、第二培養容器に接続される第三のモジュールと、培地保管部に接続される第四のモジュールと、細胞濃縮部に接続される第五のモジュールとから構成される
＜流路の設置に関する一連の動作＞
図６Ａおよび図６Ｂを用いて、搬送冶具５０を用いた自動培養装置１０への複数のモジュールからなる流路４０の設置方法の一例について説明する。図６Ａに示すように、搬送冶具５０は流路４０を設置するためのフレームによって構成している。上述した一次培養容器モジュール３５を設置する第一フレーム５１、二次培養モジュール３６を設置する第二フレーム５２、及び、電磁弁ベース２５を含むポンプモジュール３７と、細胞濃縮モジュール３８と培地モジュール３９を設置する第三フレーム５３を有する。
【００４２】
第二フレーム５２には一つもしくは複数の二次培養容器４２を保持することができる。第一フレーム５１、第二フレーム５２、第三フレーム５３に重量物が載った場合に、搬送を容易かつ安定にするため、土台５４には車輪やカウンターウェイトを設置する。第一フレーム５１、第二フレーム５２には、上下動５５を可能とする、図示を省略した機構が付属される。また、必要に応じ第三フレー５３も上下動５５ができることとする。
【００４３】
図６Ｂが本実施例の搬送冶具５０に流路４０を設置した状態を示す図である。培地モジュール３９は必要に応じて、第三フレーム５３につり下げることができる。図６Ｂの状態の搬送冶具５０を、図２に示した状態の自動培養装置１０へ移動させ、流路４０を設置した状態が図１になる。各扉を閉めて、図３の状態で細胞培養処理をおこなう。搬送冶具５０により、大型化した流路４０構成でも容易かつ正確に自動培養装置１０に流路４０を設置する一連の動作を可能にする。
【００４４】
＜モジュールを含む培養要素の配置構成＞
続いて、図７Ａ−図７Ｄを用いて、本実施例の自動培養装置１０の培養要素、モジュール化された流路の設置配置を説明する。本実施例の構成では、ポンプ２３を中心とした流路４０のモジュール化とそれに対応した培養要素機器の配置から、自動培養装置１０への流路４０設置に汎用性が実現可能である。
【００４５】
図７Ａは図で説明した実施例１の培養要素機器の配置の一例を示し、図７Ｂ、図７Ｃ、図７Ｄは培養要素機器の配置の変形実施例を示している。各図の配置構成においては、ポンプ部３１を中心とし、ポンプ部３１に一次培養容器部２０、二次培養容器部２１、細胞濃縮部１６、培地保管部１４がそれぞれ接続している。その結果、それぞれの接続間は最小にすることができる。なお、図４で説明した流路４０の各モジュール３５−３９は各々の培養要素機器の配置に対応しているものとする。特に一次培養容器部２０と二次培養容器部２１の内部は３７℃、５％二酸化炭素濃度、湿度１００％に近い状態を保持する。また、培地保管部１４の内部は例えば４℃とする。
【００４６】
図７Ａの配置構成では、自動培養装置本体１１内部の細胞培養室１３に、一次培養容器部２０、二次培養容器部２１、ポンプ部３１があり、自動培養装置本体１１外部に細胞濃縮部１６、培地保管部１４がある。同図では、流路４０がポンプ部３１から直接細胞濃縮部１６、培地保管部１４に接続されているが、培地保管部１４への流路４０が細胞濃縮部１６の一部を通る場合も含む。
【００４７】
本構成において、例えば、細胞培養室１３内は温度３７℃、細胞濃縮部１６および自動培養装置本体１１外部は室温（２０℃前後を想定）とする。また、本構成により、多量の細胞培養に必要な、細胞播種、培養、継代、細胞濃縮の工程を実現することとする。一次培養容器部２０の一次培養容器４１への細胞播種では、培地保管部１４の細胞懸濁液がポンプ部３１を介して一次培養容器部２０へ送液して培養する。培地などを用いて細胞濃度を変更できる。この際、細胞濃縮部１６もしくは自動培養装置本体１１外部の室温の下を経過するため、温度上昇を緩衝して、細胞へのダメージを最小にすることができる。また、経路４０を構成するチューブ４５の距離を短くして送液時間を短縮可能で、浮遊状態での細胞ダメージを最小化することができる。
【００４８】
図７Ａの構成において、継代作業のため、一次培養容器部２０の一次培養容器４１で培養した細胞は懸濁液状態にして、ポンプ部３１のタンク２６へ移動し、その後、二次培養容器部２１の二次培養容器４２へ送液する。細胞剥離液などで細胞の剥離や、培地などで細胞濃度を変更（細胞濃縮以外）できる。この際、細胞培養室１３内の同一温度下で細胞懸濁液が移動するため、温度の細胞ダメージがない。また、チューブ４５距離を短くして送液時間を短縮可能で、浮遊状態での細胞ダメージを最小化することができる。
【００４９】
次に、培養時の培地交換では一次培養容器部２０、二次培養容器部２１から出た廃液はポンプ部３１を介して培地保管部１４へ移動する。そして、培地保管部１４から培地などを、ポンプ部３１を介して一次培養容器部２０、二次培養容器部２１へ送液する。二次培養容器部２１の二次培養容器４２で培養した細胞は懸濁液状態にして、ポンプ部３１内のタンク２６へ移動し、細胞濃縮部１６へ送液する。細胞剥離液などで細胞の剥離や、培地などで細胞濃度を変更（細胞濃縮以外の変更）ができる。
【００５０】
細胞濃縮部１６の細胞濃縮要素４４で細胞濃縮がなされる。細胞濃縮要素４４内での細胞接着を防止し、細胞ダメージを最小にするため、室温付近での細胞濃縮がなされる。細胞濃縮終了後は細胞濃縮部１６内に設置する培地バッグ等に細胞懸濁液を保管する。細胞濃縮部１６から培地保管部１４に送液もしくは搬送して、培地保管部１４で細胞懸濁液を保管してもよい。
【００５１】
以上説明した図７Ａにおける一例の工程を、細胞懸濁液の移動を中心としてまとめると、培地保管部１４→ポンプ部３１→一次培養容器部２０→ポンプ部３１→二次培養容器部２１→ポンプ部３１→細胞濃縮部１６、更に、→培地保管部１４となる。ここで、→は細胞懸濁液の移動方向を示す。
【００５２】
上記の通り、本実施例の自動培養装置１０にあっては、培養要素間の移動時にポンプ部３１を介するため、ポンプ部３１の配置を中心とし、その周囲に一次培養容器部２０、二次培養容器部２１、培地保管部１４、及び細胞濃縮部１６を配置することで、各培養要素もしくはモジュール間の流路４０のチューブ４５長さが最小となり、細胞にダメージを与える送液時間の短縮、チューブ４５内培地残液量の最小化、流路４０設置の容易性の向上が可能となる。ポンプ２３も１台で全ての処理を可能として、関連機器構成の簡略と省スペース化、制御方法の簡潔化できる。また、ポンプ２３を中心とした培養要素の配置で、配置の自由度が増し、細胞処理内容に応じた配置が可能になり、汎用性を有することができる。
【００５３】
図７Ｂ−図７Ｄを用いて、その他の変形例の培養要素の配置構成について説明する。以下に示す各変形例においても、ポンプ部３１を中心としてその周囲に、培養容器部２０、２１、培地保管部１４、細胞濃縮部１６が配置されることにより、装置全体として流路を短くできる構成となる。
【００５４】
図７Ｂについては、培地保管部１４以外を自動培養装置本体１１内部で構成した場合を示している。図７Ａの配置構成と比較して、図７Ｂの配置は、更に省スペース化が可能になる。本配置構成では、自動培養装置本体１１の細胞培養室１３内に、細胞濃縮部１６を設置する。すなわち、細胞培養室１３内の３７℃環境下に、ポンプ部３１、細胞濃縮部１６、一次培養容器部２０、二次培養容器部２１を設置することにより、播種後の全ての工程において細胞に対する温度のダメージを無くすことができ、温度の細胞への影響を防止した培養に有効である。ただし、必要に応じてポンプ部３１と細胞濃縮部１６とは、細胞培養室１３内に別温度帯を設けて設置することも可能である。
【００５５】
図７Ｃの配置構成については、図７Ｂの一次培養容器部２０を二次培養容器部２１の一部に組み込む場合を示している。この場合は、図７Ｂの配置構成において、二次培養容器４２の一部面積を一次培養容器４１としての使用することで省スペース化を図ることを想定している。更に、一次培養容器部２０とポンプ部３１の流路４０を二次培養容器部２１とポンプ部３１の流路４０と併用することで、より省スペース化を可能にすることができる。
【００５６】
図７Ｄの配置構成は、全ての培養要素を自動培養装置本体１１内部に配置した場合を示しており、最も省スペース化を図ることができる。ただし、自動培養装置本体１１内部に、培地保管部１４を設置する異なる温度帯の領域を内包するために、例えば図７Ｄの様に、一次培養容器部２０と二次培養容器部２１、更に必要に応じ細胞濃縮部１６とポンプ部３１を隣接し、ポンプ部３１に隣接して培地保管部１４を設けることで可能となる。
【００５７】
＜自動培養装置の制御システム構成＞
図８は、自動培養装置１０における内部機器を制御するための制御部１５等の制御システムの構成の一例を示すブロック図である。この制御システムの構成は、上述した実施例並びに種々の変形例の装置構成全てにおいて利用できるものである。
【００５８】
同図において、自動培養装置１０の制御系の構成は、データや指示を入力するための入力部（キーボード、マウス等）８１と、自動培養装置１０内のポンプ部３１、揺動機構４６、４７等の装置内の制御対象機器の各動作や、環境保持装置等を制御する動作制御部８２と、制御の状況をユーザに示す表示部８０と、制御部８２等の動作プログラムやパラメータ等を格納するＲＯＭ８５と、一時的にデータや処理結果を格納するＲＡＭ８６と、キャッシュ等の動作を行うためのメモリ８５と、ヒータ、ファン、二酸化炭素供給、水供給等の処理をおこない、それらのセンサによる細胞培養室１３内の環境保持装置８７と、細胞濃縮部１６の環境を制御する細胞濃縮部環境制御部８８、培地保管部１４の環境を制御する培地保管部環境制御部８９を備えている。
【００５９】
なお、動作制御部８２を、更には細胞濃縮部環境制御部８８、培地保管部環境制御部８９を纏めて制御部と呼ぶことができ、少なくとも一個の中央処理部（ＣＰＵ：Central Processing Unit）で構成可能である。また、この制御部は、図８中のメモリ８３、通信部８４、ＲＯＭ８５、ＲＡＭ８６を含めて、図１に示した自動培養装置１０の制御部１５に対応するものとすることができる。制御部１５、表示部８０、入力部８１は、パーソナルコンピュータ等で構成可能であることは言うまでもない。
【００６０】
以上説明した本実施例の自動培養装置１０により、ユーザが入力部８１や通信部８４から処理するべき培養工程を指示すると、動作制御部８２は、ＲＯＭ８５に格納された培養準備プログラムに従って、初期値出し等に関係する一次培養容器部２０の揺動機構４６の制御、二次培養容器部２１の揺動機構４７の制御、ポンプ２３や電磁弁２４等を制御するポンプ部３１の制御をおこない、流路４０の設置を表示部８０で通知し、その設置を検知する。そして、動作制御部８２は、ＲＯＭ８５に格納された自動培養プログラムに従って、一次培養容器部２０の揺動機構４６の制御、二次培養容器部２１の揺動機構４７の制御、ポンプ２３や電磁弁２４等を制御するポンプ部３１の制御をおこない、細胞培養処理を実施する。また、随時、表示部８０と通信部８４でその処理状況をユーザに示すことができる。細胞培養処理が終了したら、表示部８０と通信部８４で終了をユーザに示し、動作制御部８２は、ＲＯＭ８５に格納された終了プログラムに従い、終了処理をおこなう。以上により、自動培養装置１０による一連の細胞培養処理を実現することが可能となる。
【００６１】
以上説明した種々の実施例の構成により、培養容器を有する流路の設置容易性を備え、かつ流路製造時や設置時の取り違えを防止し、無菌的なクリーン度で細胞ダメージを最小として効率よく培養する細胞培養装置を可能にする。
【００６２】
なお、本発明は上記してきた実施例、変形例に限定されるものではなく、更に様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではない。すなわち、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００６３】
更に、上述した各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を動作制御部で実現するプログラム動作を作成する例を説明したが、それらの一部又は全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６４】
１０  自動培養装置
１１  自動美容装置本体
１２  自動培養装置本体扉
１３  細胞培養室
１４  培地保管部
１５  制御部
１６  細胞濃縮部
１７  細胞濃縮部扉
１８  培地保管部扉
１９  取手
２０  一次培養容器部
２１  二次培養容器部
２２  ガス供給部
２３  ポンプ
２４  電磁弁
２５  電磁弁ベース
２６  タンク
２７  タンク保持部
２８  ガスコネクタ
２９  冷蔵庫
３０  電磁弁ベース設置部
３１  ポンプ部
３２  ツメ
３３  シール
３４  ミゾ
３５  一次培養容器モジュール
３６  二次培養容器モジュール
３７  ポンプモジュール
３８  細胞濃縮モジュール
３９  培地モジュール
４０  流路
４１  一次培養容器
４２  二次培養容器
４３  培地要素
４４  細胞濃縮要素
４５  チューブ
４６  揺動機構（一次培養容器）
４７  揺動機構（二次培養容器）
５０  搬送冶具
５１  第一フレーム
５２  第二フレーム
５３  第三フレーム
５４  土台
５５  上下動
８０  表示部
８１  入力部
８２  動作制御部
８３  メモリ
８４  通信部
８５  ＲＯＭ
８６  ＲＡＭ
８７  環境保持装置
８８  細胞濃縮部環境制御部
８９  培地保管部環境制御部
【図１】
2014166144.tif 000003
【図２】
2014166144.tif 000004
【図３】
2014166144.tif 000005
【図４】
2014166144.tif 000006
【図５Ａ】
2014166144.tif 000007
【図５Ｂ】
2014166144.tif 000008
【図６Ａ】
2014166144.tif 000009
【図６Ｂ】
2014166144.tif 000010
【図７Ａ】
2014166144.tif 000011
【図７Ｂ】
2014166144.tif 000012
【図７Ｃ】
2014166144.tif 000013
【図７Ｄ】
2014166144.tif 000014
【図８】
2014166144.tif 000015