(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面に物質透過膜を有する細胞培養容器を複数個保持可能な培養容器であって、
培地を注入する培地注入領域と、
前記細胞培養容器を保持し、前記物質透過膜の下部から培地を供給及び交換することが可能な培養領域と、
培地を排出する培地排出領域と、
前記培地注入領域から前記培養領域に培地を供給する、複数個の注入穴が形成された注入口壁と、
前記培養領域から前記培地排出領域に培地を排出する、複数個の排出穴が形成された排出口壁を備え、
前記注入口壁と前記排出口壁とは対向して配置されている
ことを特徴とする培養容器。
【請求項２】
請求項１記載の培養容器であって、
前記培地注入領域は、外部から培地を注入する培地注入口を有し、
前記培地注入口より注入された前記培地を、複数個の前記注入穴へ供給可能である
ことを特徴とする培養容器。
【請求項３】
請求項２記載の培養容器であって、
前記培地排出領域は、外部へ培地を排出する培地排出口を有し、
複数個の前記排出穴から排出された前記培地を排出可能である
ことを特徴とする細胞培養容器。
【請求項４】
請求項１記載の培養容器であって、
前記培養領域は、前記注入口壁から前記排出口壁に至る、並列に配置された複数の仕切り壁で仕切られた、複数の培養ゾーンを有する
ことを特徴とする細胞培養容器。
【請求項５】
請求項２記載の培養容器であって、
前記注入穴の中心の高さが、前記培地注入口の中心の高さより高い
ことを特徴とする細胞培養容器。
【請求項６】
請求項３記載の培養容器であって、
前記注入穴の中心の高さが、前記物質透過膜の底面の高さより高く、前記物質透過膜の底面の高さは、前記培地排出口の中心の高さより高いか、或いは等しく、前記注入穴の中心の高さは、前記排出穴の高さより高い
ことを特徴とする細胞培養容器。
【請求項７】
請求項４記載の培養容器であって、
前記仕切り壁は、複数個の前記細胞培養容器の設置位置を調整して保持するガイドを有する
ことを特徴とする細胞培養容器。
【請求項８】
請求項４記載の培養容器であって、
複数の前記培養ゾーン各々は、前記注入口壁と前記排出口壁にそれぞれ一個の前記注入穴と前記排出穴を備え、
複数の前記細胞培養容器を一列に保持可能である
ことを特徴とする細胞培養容器。
【請求項９】
請求項７記載の培養容器であって、
複数の前記培養ゾーン各々は、前記注入口壁と前記排出口壁にそれぞれ一個の前記注入穴と前記排出穴を備え、
複数の前記細胞培養容器を前記ガイドにより一列に保持可能である
ことを特徴とする細胞培養容器。
【請求項１０】
培養容器を用いて細胞を培養する自動培養装置であって、
前記培養容器を、底面に物質透過膜を有する細胞培養容器を複数個保持可能であって、培地を注入する培地注入領域と、前記細胞培養容器を保持し、前記物質透過膜の下部から培地を供給及び交換することが可能な培養領域と、培地を排出する培地排出領域と、前記培地注入領域から前記培養領域に培地を供給する、複数個の注入穴が形成された注入口壁と、前記培養領域から前記培地排出領域に培地を排出する、複数個の排出穴が形成された排出口壁を備え、前記注入口壁と前記排出口壁とは
対向して配置されている構成とし、
前記培養容器を保持し、当該培養容器への培地の供給及び交換を行う培地供給機構と、前記培養容器の細胞が培養可能な環境を保持する調整機構を有する第一の培養環境と、
清浄な環境を保持し、前記第一の培養環境へ前記培養容器を搬送可能とする第二の培養環境と、
前記第一の培養環境と前記第二の培養環境を制御する制御系とを有する
ことを特徴とする自動培養装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の自動培養装置であって、
前記第一の培養環境の前記培地供給機構は、複数個の前記細胞培養容器の前記物質透過膜上部へ、前記培地を供給及び交換可能とするマニピュレーターを備える
ことを特徴とする自動培養装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の自動培養装置であって、
前記第一の培養環境と前記第二の培養環境との間の扉と、当該扉の開放時に当該扉を保管する中間室とを更に有する
ことを特徴とする自動培養装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の自動培養装置であって、
前記第二の培養環境は、
前記細胞培養容器へ供給するための前記培地を保管する冷蔵保管部と、当該培地を送液する培地送液機構を備える培地供給システムを設置可能である
ことを特徴とする自動培養装置。
【請求項１４】
細胞を培養する自動培養装置の培地供給方法であって、
その底面に物質透過膜を有する細胞培養容器を複数個保持可能であって、培地を注入する培地注入領域と、前記細胞培養容器を保持し、前記物質透過膜の下部から培地を供給及び交換することが可能な培養領域と、培地を排出する培地排出領域と、前記培地注入領域から前記培養領域に培地を供給する、複数個の注入穴が形成された注入口壁と、前記培養領域から前記培地を排出する、複数個の排出穴が形成された排出口壁を備え、前記注入口壁と前記排出口壁とは対向して配置されている構成の培養容器を用い、
当該培養容器への培地の供給及び交換する培地供給機構と、前記培養容器の細胞が培養可能な環境を保持する調整機構を有する第一の培養環境に前記培養容器を設置し、
清浄な環境を保持し、前記細胞培養容器に培地を供給する培地供給システムが設置された第二の培養環境の当該培地供給システムから、前記第一の培養環境に設置された前記培養容器の前記培地注入領域に前記培地を注入する
ことを特徴とする培地供給方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の培地供給方法であって、
前記第二の培養環境の前記培地供給システムから、前記第一の培養環境の前記培地供給機構に前記培地を供給し、前記培地供給機構により、前記細胞培養容器の前記物質透過膜上部、及び前記物質透過膜下部へ前記培地を供給する
ことを特徴とする培地供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞を培養する培養容器と自動培養装置、特に大量の細胞から効率よく組織を製造する培養技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、体外で細胞を培養することで、体内の臓器の一部機能を有した生体組織を再構築させる技術の開発が盛んである。再構築された生体組織は、病気の治療に使用されるだけでなく、薬剤等の効果を評価する試験に使用されることもある。例えば、化粧品や経皮薬などの薬剤効果試験では、既に培養皮膚上皮が実用化されていが、その培養皮膚上皮の製造には厳格な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。そのため、培養皮膚上皮を大量に製造する場合には、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、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）等が生じる可能性があり、それらの対策に多くのコストを要する。そのことが大量製造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】
現在、培養皮膚上皮を製造する培養容器は、各ウェルにセルカルチャーインサートを設置した６ウェルプレートを主に使用する。各ウェルは独立している。ウェルとセルカルチャーインサートそれぞれに培養液を供給する。しかし、６ウェルプレート１枚あたり、６個の培養皮膚上皮を製造するため、数百〜数千個の培養皮膚上皮の大量製造を想定すると、装置で処理すべき培養容器の数が多くなってしまう。そこで、１枚の培養容器あたりのセルカルチャーインサートの数を如何に多くし、人手では困難なセルカルチャーインサートへの培養液の同時処理を装置で実現することが求められている。
【０００４】
この課題を解決するために、例えば特許文献１は独立したウェルを一つとし、ウェル部分の培養液を同時に処理することが可能な構成を提示している。
【０００５】
また、例えば特許文献２は独立していないウェル部分に培養液の送液、排出を可能とする手段を提示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００４−５２１６４５号公報
【特許文献２】特表２００５−５２６５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載のような培養容器においては、培養容器が大型化すると、培養容器の変形から各セルカルチャーインサート周辺の培地量に差が生じ、細胞へ供給する培地成分に差が生じ、均一の品質を有した培養皮膚上皮とならない課題がある。また、培養容器の変形に伴う各セルカルチャーインサートの位置にばらつきが生じ、ロボット等の処理が再現を有して正確におこなえない課題がある。
【０００８】
特許文献２のような培養容器においては、培養液の送液口、排出口が同一面にあることから、培養容器が大型化すると、よどみが生じて、周辺の培地が交換されないセルカルチャーインサートが生じ、細胞への新規培地供給が均一とならない課題がある。
【０００９】
現在、細胞から体内の臓器の一部機能を有した生体組織を再構築させる技術の開発が盛んである。例えば、培養皮膚上皮は商品として製造され、新たに開発された化粧品や経皮薬の薬剤評価試験に使用されつつある。しかし、その製造は高い技術を有する技術者による手作業でなされている。
【００１０】
培養皮膚上皮の製造には、上述した６ウェルプレートの独立したウェルにセルカルチャーインサートを設置した培養容器を使用する。細胞はセルカルチャーインサートの上に播種する。そして、各セルカルチャーインサートと各ウェルへ所定の時期に培養液をそれぞれ供給及び交換することで、細胞培養がなされる。１枚の培養容器で製造できる最大の培養皮膚上皮は６個である。人手では複数のセルカルチャーインサートを同時に作業ができない。そのため、数百〜数千の培養皮膚上皮を製造するためには、大量の培養容器が必要になり、膨大な作業時間が必要になる。そのため、培養皮膚上皮の製造は少量生産で、品質が安定せず、それにより製造コスト高を生じている。
【００１１】
大量生産をするため、１つの培養容器に可能な限りセルカルチャーインサートを設置可能とし、人手で不可能な複数のセルカルチャーインサートを装置で同時処理するシステムが望ましい。しかし、培養容器が大型化すると、培養容器の剛性が低くなり変形する。それにより、各セルカルチャーインサート周辺の培地量が均一でなくなり、位置による培養皮膚上皮の影響供給に差が生じて、品質が不安定になる。さらに、セルカルチャーインサート上部の液交換を実施する装置の位置精度が悪くなり、処理が困難になる。そこで、大型化した培養容器の変形を抑え、培養容器の位置による培養液交換の不均一を如何になくすかが課題である。
【００１２】
本発明の目的は、このような課題を解決し、細胞を用いて組織が大量製造可能な培養容器、自動培養装置、及び培地供給方法等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明においては、底面に物質透過膜を有する細胞培養容器を一つもしくは複数個保持可能な培養容器であって、培地を注入する培地注入領域と、細胞培養容器を保持し、物質透過膜の下部から培地を供給及び交換することが可能な培養領域と、培地を排出する培地排出領域と、培地注入領域から培養領域に培地を供給する、一つもしくは複数個の注入穴が形成された注入口壁と、培養領域から培地排出領域に培地を排出する、一つもしくは複数個の排出穴が形成された排出口壁を備える培養容器を提供する。
【００１４】
また、上記の目的を達成するため、本発明においては、培養容器を用いて細胞を培養する自動培養装置であって、培養容器を、底面に物質透過膜を有する細胞培養容器を一つもしくは複数個保持可能であって、培地を注入する培地注入領域と、細胞培養容器を保持し、物質透過膜の下部から培地を供給及び交換することが可能な培養領域と、培地を排出する培地排出領域と、培地注入領域から培養領域に培地を供給する、一つもしくは複数個の注入穴が形成された注入口壁と、培養領域から培地排出領域に培地を排出する、一つもしくは複数個の排出穴が形成された排出口壁を備える構成とし、培養容器を保持し、当該培養容器への培地の供給及び交換を行う培地供給機構と、培養容器の細胞が培養可能な環境を保持する調整機構を有する第一の培養環境と、清浄な環境を保持し、第一の培養環境へ培養容器を搬送可能とする第二の培養環境と、第一の培養環境と第二の培養環境を制御する制御系とを有する構成の自動培養装置を提供する。
【００１５】
更に、上記の目的を達成するため、本発明においては、細胞を培養する自動培養装置の培地供給方法であって、その底面に物質透過膜を有する細胞培養容器を一つもしくは複数個保持可能であって、培地を注入する培地注入領域と、細胞培養容器を保持し、物質透過膜の下部から培地を供給及び交換することが可能な培養領域と、培地を排出する培地排出領域と、培地注入領域から培養領域に培地を供給する、一つもしくは複数個の注入穴が形成された注入口壁と、培養領域から培地を排出する、一つもしくは複数個の排出穴が形成された排出口壁を備える構成の培養容器を用い、当該培養容器への培地の供給及び交換する培地供給機構と、培養容器の細胞が培養可能な環境を保持する調整機構を有する第一の培養環境に当該培養容器を設置し、清浄な環境を保持し、細胞培養容器に培地を供給する培地供給システムが設置された第二の培養環境の当該培地供給システムから、第一の培養環境に設置された培養容器の培地注入領域に培地を注入する培地供給方法を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
大型化した培養容器のたわみを最小とし、ロボットによる細胞播種・培地交換時の培地供給量の均一化ができ、自動培養で製造する生体組織の品質の安定化を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施例に係る、培養容器の概略構成図である。
【図２】第１の実施例に係る、培養容器の上面図である。
【図３Ａ】第１の実施例に係る、細胞液・培地供給前の培養容器の内部構成を示した正面図である。
【図３Ｂ】第１の実施例に係る、セルカルチャーインサートを設置した培養容器の正面図である。
【図３Ｃ】第１の実施例に係る、セルカルチャーインサートの物質透過膜下部に培地を供給した状態の正面図である。
【図３Ｄ】第１の実施例に係る、セルカルチャーインサートの物質透過膜上部に培地を供給前の状態の正面図である。
【図３Ｅ】第１の実施例に係る、セルカルチャーインサートの物質透過膜上部に培地を供給中の状態の正面図である。
【図３Ｆ】第１の実施例に係る、セルカルチャーインサートの物質透過膜上部に培地を供給後の状態の正面図である。
【図４】第１の実施例に係る、自動培養装置の全体概略構成の一例を示す図である。
【図５Ａ】第１の実施例に係る、培養容器を設置する前の自動培養装置の状態を示す構成図である。
【図５Ｂ】第１の実施例に係る、培養容器を設置する前の自動培養装置の状態を示す側面構成図である。
【図６Ａ】第１の実施例に係る、培養容器を設置する前のインキュベーター内部の状態を示す構成図である。
【図６Ｂ】第１の実施例に係る、培養容器を設置する前のインキュベーター内部の状態を示す側面構成図である。
【図７Ａ】第１の実施例に係る、培養容器を自動培養装置内部へ挿入時の状態を示す構成図である。
【図７Ｂ】第１の実施例に係る、培養容器を自動培養装置内部へ挿入時の状態を示す側面構成図である。
【図８Ａ】第１の実施例に係る、培養容器を設置時の自動培養装置の状態を示す構成図である。
【図８Ｂ】第１の実施例に係る、培養容器を設置時の自動培養装置の状態を示す側面構成図である。
【図９Ａ】第１の実施例に係る、培地供給システムを自動培養装置内部へ挿入時の状態を示す構成図である。
【図９Ｂ】第１の実施例に係る、培地供給システムを自動培養装置内部へ挿入時の状態を示す側面構成図である。
【図１０】自動培養装置全体の制御システムの構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明するが、本実施形態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。なお、本明細書において、セルカルチャーインサート等の細胞培養容器を一つもしくは複数個を保持可能な容器構造体を培養容器と称する。
【００１９】
本発明の自動培養装置に使用する培養容器においては、セルカルチャーインサートを多数設置可能とし、セルカルチャーインサート下部から栄養を供給するための培地を同時に供給更には交換可能とする構成を備える。
【００２０】
本発明の好適な実施態様においては、培養容器は、培地注入領域（エリア）、培養領域（エリア）、培地排出領域（エリア）の３つのエリアで構成される。培地注入エリアと、培地排出エリアは、培養容器の一辺に平行に位置し、その２つのエリアの間に、複数の壁を有する培養エリアがある。培地注入エリアは、１つもしくは複数の注入口となるポートがあり、ポートから培地をそのエリアに注入する。培地排出エリアは、１つもしくは複数の排出口となるポートがあり、そのエリアの培地をポートから排出する。
【００２１】
培養エリアは、複数のセルカルチャーインサートを一列で並べることが可能な壁を一つもしくは複数有している。培地注入エリアと培養エリア間の壁に複数の注入穴があり、その穴を通って培地が培養エリアに供給される。また、培養エリアと培地排出エリア間の壁に複数の排出穴があり、その穴を通って培地排出エリアに培地が送られる。培地排出エリアの廃液は排出口であるポートより外部へ移動する。その培地の流れを一方向にするため、培地注入エリア側の注入穴は培地排出エリア側の排出穴より高く位置する。複数の壁に挟まれる培養ゾーンには複数のセルカルチャーインサートが設置可能で、その設置場所にはガイドが設けられる。培養ゾーンを囲む複数の壁は培養容器の剛性を上げて、たわみの発生を防止することができ、これにより、全てのセルカルチャーインサートへ均一に培地を供給でき、品質の安定が可能となる。
【００２２】
また、この培養容器を設置する自動培養装置の好適な態様においては、第二の培養環境と称する安全キャビネット、もしくはクリーンベンチやセルアイソレーターと、第一の培養環境と称する、培地供給機構を有するインキュベーターが一体となった構成を有する。滅菌包装した培養容器を、第二の培養環境である安全キャビネット、もしくはクリーンベンチやセルアイソレーター内に入れ、その包装をはずす。自動培養装置内の第一の培養環境であるインキュベーターの扉を開け、その内部にある設置台に培養容器をセットする。続いて、培地供給機構を当該培養容器にセットする。この自動培養装置では、その培地供給機構でセルカルチャーインサートの培養上面、培養下面それぞれに細胞液や培地を同時処理で供給することができるため、大量のセルカルチャーインサートへ細胞播種、培地供給、培地切り替えといった自動細胞培養作業の実施を可能にできる。
【実施例１】
【００２３】
順次図面を参照しながら、第１の実施例の培養容器、自動培養装置、培養容器設置方法、及び培地供給方法等を説明する。
【００２４】
＜培養容器の構成＞
まず、図１、図２及び図３Ａ〜図３Ｆを用いて、培養容器１０の構成とその細胞液供給、培地供給方法について説明する。図１は実施例１に係る培養容器の概略構成図、図２は実施例１の培養容器の上面図である。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、図３Ｅ、及び図３Ｆはそれぞれ実施例１の自動培養装置の正面図である。
【００２５】
図３Ａは細胞液・培地供給前の培養容器１０の状態を示した正面図を示し、図３Ｂはセルカルチャーインサート１１を設置した培養容器１０の状態の正面図を示し、図３Ｃはセルカルチャーインサート１１下部に培地１２を供給した状態の正面図を示し、図３Ｄはセルカルチャーインサート１１上部に培地１２を供給前の状態の正面図を示し、図３Ｅはセルカルチャーインサート１１上部に培地１２を供給中の状態の正面図を示し、図３Ｆはセルカルチャーインサート１１上部に培地１２を供給後の状態の正面図を示している。
【００２６】
まず、図１、図２で本実施例の培養容器１０の構成について説明する。培養容器１０は、主に注入口エリア１３、培養エリア１４、排出口エリア１５からなる。注入口エリア１３には一つもしくは複数の注入口１６がある。排出口エリア１５には一つもしくは複数の排出口１７がある。図示の都合上、注入口１６、排出口１７はそれぞれ一個のみ図示したが、一個に限定されない。
【００２７】
培養エリア１４には注入口エリア１３と排出口エリア１５をつなぐ壁１８がある。この壁１８の上にセルカルチャーインサート１１を載せて、細胞を培養する。壁１８上部にガイド１９があり、壁１８と共に細胞培養容器保持部材として機能し、セルカルチャーインサート１１を載せる位置（縦、横、高さ、傾き）を決めることができる。隣接する壁１８同士の幅はセルカルチャーインサート１１が一つ入る分であり、その幅はセルカルチャーインサート１１の大きさに依存する。本明細書において、隣接する壁１８に挟まれた領域を培養ゾーンと呼ぶ。
【００２８】
注入口エリア１３と培養エリア１４の間の注入口壁２０には注入穴２１があり、排出口エリア１５と培養エリア１４の間の排出口壁２２には排出穴２３がある。なお、これら注入口壁２０と排出口壁２２と区別するため、壁１８を仕切り壁と称する場合がある。注入口壁２０と排出口壁２２、仕切り壁１８は培養容器底面２４に接合しているため、これらの壁１８、２０、２２は培養容器１０の剛性を上げて、培養容器１０全体のたわみの発生を防いでいる。隣接する２枚の仕切り壁１８と注入口壁２０、排出口壁２２、培養容器底面２４に囲まれ、一個もしくは複数のセルカルチャーインサート１１を一列に配置可能な場所が培養ゾーン２５となる。図１に示す通り、培養容器１０の培養エリア１４には、一つもしくは複数の培養ゾーン２５が形成される。
【００２９】
次に、図３Ａ〜図３Ｆを用いて、本実施例における、培養容器１０への培地供給・排出方法を説明する。培養容器１０はセルカルチャーインサート１１を使用する培養方法を例とする。
【００３０】
図３Ａに示すように、培養容器１０の内部は仕切り壁１８、注入口壁２０、排出口壁２２、注入口１６、排出口１７、注入穴２１、排出穴２３、ガイド１９、培養容器底面２４からなる。なお、ガイド１９は２個のみ図示し、残りは図示の都合上省略してある。セルカルチャーインサート１１の挿入時には、ガイド１９との位置関係は、図３Ｂに示す通りとなる。
【００３１】
図３Ｂに示すように、セルカルチャーインサート１１には物質透過膜２６が張られており、その物質透過膜２６の上部２７で細胞を培養する。物質透過膜２６の下部２８に培地１２を注入すると、その培地１２は物質透過膜２６を通り、物質透過膜上部２７で培養している細胞へ培地内成分を供給し、細胞の成長を促進させる。
【００３２】
図３Ａに示した通り、培養容器底面下部２８を基準として、注入口１６の中心の高さをh1、排出口１７の中心の高さをh2、注入穴２１の高さをh3、排出穴２３の高さをh4、物質透過膜２６底面の高さをh5とする。培養容器底面２４の厚さをtとする。
【００３３】
それぞれの位置関係は以下の式（１）〜式（３）とする。
h3＞h1≧t           ……………式（１）
h5≧h2≧t 、h3＞h5  ……………式（２）
h3＞h4                …………式（３）
図３Ｃを用いて、本実施例の培養容器１０の物質透過膜下部２８への培地供給方法について説明する。まず、注入口１６より注入口エリア１３に、培地１２を供給する。その際、排出口１７は閉じる。注入口エリア１３に培地１２が溜まり、注入穴２１まで水位が上がる（h3）と、式（１）に従い、培養エリア１４に培地１２が移動する。その後、培養エリア１４の培地１２は式（２）、（３）に従い、排出穴２３を通り、排出口エリア１５に入る。
【００３４】
もし、培養エリア１４内の他の培養ゾーン２５の培地１２が少ない場合、排出口エリア１５の培地１２が排出穴２３から培地１２を供給する。これにより、全ての培養ゾーン２５の培地１２は均一の高さとなる。ただし、物質透過膜２６から培地１２を供給するために、培地１２の液面はよりh5も高くなるようにする。ここで、培養容器１０に例えば位置センサを設置して、液面の位置を計測することもできる。
【００３５】
必要に応じて、余分な培地１２は排出口１７から抜いて、調節することが可能である。さらに、注入口エリア１３の培地１２は注入口１６で培地１２を吸引することで、培地１２を排除することができる。また、例えば培地交換で古い培地１２を排除したい場合には、排出口１７より培地を吸引することで、式（２）により培養エリア１４と排出口エリア１５の培地１２を抜くことができる。その後、前記の培地供給方法により、新しい培地１２に交換する。
【００３６】
図３Ｄを用いて、本実施例における、培養容器１０の物質透過膜上部２７への培地供給方法について説明する。図３Ｄに示すように、後述の図４等で説明するマニピュレーターに着脱可能な注液ノズル４６とチューブ４８、注液ノズルセット４７がある。注液ノズルセット４７は一つまたは複数の送液ノズル４６からなる。これらはマニピュレーター４５により、移動可能である。
【００３７】
図３Ｅのように、マニピュレーター４５で注液ノズル４６の先端を物質透過膜２６の上部２７へ移動できる。そして、後で説明するペリスタポンプ５１等で細胞懸濁液や培地等がチューブ４８を通って送液して注液ノズル４６から排出でき、またペリスタポンプ５１等により、注液ノズル４６から培地１２を吸引することができる。注液ノズル４６より所定量の培地１２を送液した後、マニピュレーター４５で注液ノズル４６を移動し培養をおこなう。
【００３８】
細胞播種時は、図３Ｄ→図３Ｅ→図３Ｆを繰り返す。培地交換時は図３Ｆ→図３Ｅ→図３Ｄ→（必要に応じて注液ノズル４６の交換）→図３Ｄ→図３Ｅ→図３Ｆを繰り返す。この処理を複数の注液ノズル４６を使用して、複数のセルカルチャーインサート１１の細胞播種・培地交換を同時に実施することができる。
【００３９】
＜自動培養装置の構成＞
図４を用いて、本実施例の自動培養装置４０の全体構成の一例について説明する。自動培養装置４０は基本的な構成要素として、安全キャビネット、セルアイソレーターを含むクリーンベンチ４１、第一の培養環境を形成するインキュベーター４２、制御部４３によって構成されている。なお、本明細書において、インキュベーター４２は、一つもしくは複数の培養容器を保持して、細胞を培養する第一の培養環境と、クリーンベンチ４１は、清浄な環境を保持する機構を有し、第一の培養環境へ一つもしくは複数の培養容器を搬送可能とする第二の培養環境として機能する。以下、それぞれの基本構成について説明する。
【００４０】
まず、第二の培養環境であるクリーンベンチ４１について説明する。クリーンベンチ４１はHEPA（High Efficiency Particulate Air）フィルタなどにより内部の清浄度を保持することができる。クリーンベンチ４１正面には上下スライド式の扉４４があり、ここの一部を開放することで、クリーンベンチ４１内に消毒済みの手もしくはグローブを入れることができる。
【００４１】
クリーンベンチ４１内部には、培地供給システム４９が設置される。これは例えばペルチェ等による、培地等を保管する冷蔵保管部として機能する冷蔵庫５０を有して、その中に細胞懸濁液や培地を保存する。培地等は、培地供給システム４９を構成するペリスタポンプ５１で送液され、第一の培養環境であるインキュベーター４１内に設置された培養容器１０へ供給される。培地供給システム４９の第二の培養環境への設置方法は後で説明する。
【００４２】
クリーンベンチ４１奥に、第一の培養環境であるインキュベーター４２が接続している。第二の培養環境であるクリーンベンチ４１と、第一の培養環境であるインキュベーター４２間は開閉式の扉５２を設置し、培養時には扉５２を閉めて、第一の培養環境であるインキュベーター４２内で細胞を培養する。図４に示す通り、開いた扉５２はクリーンベンチ４１とインキュベーター４２の間にある中間室５３に収納される。埃等が発生しないように、扉５２は下側にスライドし、中間室５３が陰圧になることが望ましい。
【００４３】
次に第一の培養環境であるインキュベーター４２について説明する。インキュベーター４２内部は、図示を省略した調整機構により、温度３７℃、湿度１００％、５％二酸化炭素に近い環境を保持する。また、同じく図示を省略した、外部から所定のガスを供給するためのポートがある。培養容器１０を設置時に前方へスライドし、上面に培養容器１０の位置決め用ガイド５４を有する培養容器台５５がある。培養容器１０を培養容器台５５に載せた後、押し込んでインキュベーター４２内に設置する。また、インキュベーター４２内部には、培養容器１０のセルカルチャーインサート１１へ培地１２等の送排液をおこなう注液ノズル４６を複数セットした注液ノズルセット４７を保持可能なマニピュレーター４５がある。
【００４４】
第一の培養環境に設置されるマニピュレーター４５は、先に説明した注液ノズルセット４７をX-Y-Z方向へ移動させることが可能である。さらに、廃液を回収する廃液パッド５６、湿度を保持するため水をはることが可能な湿度パッド５７がある。これらは全て、高湿度に耐えられる材質で製造され、必要に応じて、過酸化水素ミストや過酢酸による除染が可能な機構とする。
【００４５】
制御部４３は第二の培養環境であるクリーンベンチ４１と、第一の培養環境であるインキュベーター４２と一体になって、これらを制御する。すなわち、インキュベーター４２内の環境モニタリングと各種センシングデーターの保存、マニピュレーター４５の制御や、クリーンベンチ４１内の培地供給システム４９の制御を統合しておこなう。制御部４３のデーターの表示や操作は、例えばクリーンベンチ４１正面にあるタッチパネル型の表示・操作部５８でなされる。この制御部４３の詳細は、後で図１０を用いて説明する。
【００４６】
＜培養容器設置等の一連の動作＞
次に、本実施例の培養容器の自動培養装置への設置の一例の動作を、図５Ａ、図５Ｂ〜図９Ａ、図９Ｂ用いて説明する。なお、図５Ａ、図６Ａ、図７Ａ、図８Ａ、図９Ａはそれぞれ、本実施例の自動培養装置へ培養容器の設置に関する概略図であり、図５Ｂ、図６Ｂ、図７Ｂ、図８Ｂ、図９Ｂはそれぞれ、それらの側面概略図である。
【００４７】
まず、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂに、培養容器１０設置前の自動培養装置４０の構成を示した。図５Ａ、図５Ｂに示すように、第二の培養環境であるクリーンベンチ４１内部はHEPAフィルタや殺菌灯、必要に応じ過酸化水素等による除染で清浄性を保持している。そして、図６Ａ、図６Ｂのように、第一の培養環境であるインキュベーター扉５２を開けると、インキュベーター４２内部とクリーンベンチ４１内部が接続する。インキュベーター４２内部にはマニピュレーター４５や培養容器台５５が設置してある。培養容器台５５には培養容器１０設置時に位置を補正するガイド５４がある。
【００４８】
次に、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、及び図８Ｂを用いて、培養容器１０のセットについて説明する。培養容器１０は包装２９されており、包装２９の内部は滅菌状態にある。クリーンベンチ４１の場合、中に入れる前にエタノール等で消毒して、クリーンベンチ扉４４を少し開けて入れる。例えばアイソレーターのようにパスボックスで除染して内部に入れてもよい。図８Ａ，８Ｂのように、インキュベーター４２内の培養容器台５５を引き出し、包装２９をはずした培養容器１０を培養容器台５５に設置する。この設置の際、ガイド５４の位置に気をつける。
【００４９】
最後に、図９Ａ，図９Ｂを用いて、培地供給システム４９等の第二の培養環境であるクリーンベンチ１０への設置について説明する。培地供給システム４９等は全て包装３０で覆われ、内部は滅菌している。培養容器１０のクリーンベンチ４１内部へ入れると同様に、培地供給システム４９等もクリーンベンチ１０内部へ入れ包装３０をはずす。図４で示したように、培地供給システム４９はクリーンベンチ４１内に設置し、コネクタをつなげ必要な電源を供給する。注液ノズルセット４７をマニピュレーター４５の固定具５９に設置する。注液ノズルセット４７は培地供給システム４９のペリスタポンプ５１につながり、冷蔵庫５０内の培地１２等の供給、廃液の回収をおこなうことができる。
【００５０】
培養容器１０の注入口１６とチューブ４８をつなぎ、ペリスタポンプ５１と接続できる。廃液パッド５６、湿度パッド５７を設置でき、廃液パッド５６はチューブ４８で培養容器１０の排出口１７とつなぎ、ペリスタポンプ５１と接続できる。クリーンベンチ４１とインキュベーター４２間にチューブ４８が設置できるように、インキュベーター扉５２の一部にチューブ４８形状の切り欠き６０を設ける。これらを設置した状態が、図４となり、その後、インキュベーター扉５２を閉めて、自動培養処理を実施することが可能となる。
【００５１】
＜自動培養装置の制御系構成＞
図１０は、自動培養装置４０における内部機器を制御するための制御系の構成の一例を示すブロック図である。
【００５２】
自動培養装置４０の制御系は、図４で示した制御部４３、マニピュレーター４５、表示・操作部５８他で構成される。同図において、制御の状況をユーザーに示す表示部８０と、データーや指示を入力するための、タッチパネル、キーボード、マウス等の入力部８１は、表示・操作部５８に対応する。
【００５３】
自動培養装置４０の各動作を制御する、中央処理部(Central Processing Unit：ＣＰＵ)等の制御処理部８２と、プログラムやパラメーター等を格納するＲＯＭ８５と、一時的にデーター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８３と、ヒーター、二酸化炭素供給等の処理をおこない、それらの各種センサ出力によるコントロールを行う環境保持装置８７は、制御部４３に対応する。培地供給システム４９は、図４に示した冷蔵庫５０内の環境を制御する冷蔵庫制御８８や、ベリスタポンプ５１を制御するポンプ制御８９を備えている。この冷蔵庫制御８８とポンプ制御８９のコントロールにより、培地供給システム４９の制御がなされる。なお、この冷蔵庫制御８８やポンプ制御８９は、制御部４３内のＣＰＵによるプログラム制御とすることも可能である。
【００５４】
ユーザーが入力部８１や通信部８４から処理するべき培養工程を指示すると、制御処理部８２のＣＰＵは、ＲＯＭ８５に格納された培養準備プログラムに従って、培養環境保持処理を進め、温度３７℃、５％二酸化炭素濃度、湿度１００％、清潔環境野とする。培地供給システム４９設置後に冷蔵庫制御８８をおこなう。
【００５５】
そして、制御処理部８２のＣＰＵは、ＲＯＭ８５に格納された自動培養プログラムに従って、マニピュレーター４５や培地供給システム４９のペリスタポンプ５１により、培養容器１０での細胞培養処理を実施する。随時、表示部８０と通信部８４でその処理状況をユーザー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で終了をユーザーに示し、培養容器１０の脱着もしくはインキュベーター扉５２が開いたことを感知し、制御処理部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、本実施例の自動培養装置４０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。
【００５６】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、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を分かりやすく説明する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。
【００５７】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、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よい。また、上記の各構成、機能等は、それぞれの機能を実現するプログラムを実行することによりソフトウェアで実現する場合を例示して説明したが、各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報はメモリのみならず、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体におくことができるし、必要に応じてネットワーク等を介してダウンロード、インストールすることも可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１０    培養容器
１１    セルカルチャーインサート
１２    培地
１３    注入口領域（エリア）
１４    培養領域（エリア）
１５    排出口領域（エリア）
１６    注入口
１７    排出口
１８    仕切り壁
１９    ガイド
２０    注入口壁
２１    注入穴
２２    排出口壁
２３    排出穴
２４    培養容器底面
２５    培養ゾーン
２６    物質透過膜
２７    物質透過膜上部
２８    物質透過膜下部
２９    培養容器包装
３０    培地供給システム包装
４０    自動培養装置
４１    クリーンベンチ
４２    インキュベーター
４３    制御部
４４    クリーンベンチ扉
４５    マニピュレーター
４６    注液ノズル
４７    注液ノズルセット
４８    チューブ
４９    培地供給システム
５０    冷蔵庫
５１    ペリスタポンプ
５２    インキュベーター扉
５３    中間室
５４    ガイド
５５    培養容器台
５６    廃液パッド
５７    湿度パッド
５８    表示・操作部
５９    固定具
６０    切り欠き
８０    表示部
８１    入力部
８２    制御処理部
８３    メモリ
８４    通信部
８５    ＲＯＭ
８６    ＲＡＭ
８７    環境保持装置
８８    冷蔵庫制御
８９    ポンプ制御
【図１】
0005909348.tif 000002
【図２】
0005909348.tif 000003
【図３Ａ】
0005909348.tif 000004
【図３Ｂ】
0005909348.tif 000005
【図３Ｃ】
0005909348.tif 000006
【図３Ｄ】
0005909348.tif 000007
【図３Ｅ】
0005909348.tif 000008
【図３Ｆ】
0005909348.tif 000009
【図４】
0005909348.tif 000010
【図５Ａ】
0005909348.tif 000011
【図５Ｂ】
0005909348.tif 000012
【図６Ａ】
0005909348.tif 000013
【図６Ｂ】
0005909348.tif 000014
【図７Ａ】
0005909348.tif 000015
【図７Ｂ】
0005909348.tif 000016
【図８Ａ】
0005909348.tif 000017
【図８Ｂ】
0005909348.tif 000018
【図９Ａ】
0005909348.tif 000019
【図９Ｂ】
0005909348.tif 000020
【図１０】
0005909348.tif 000021