(57)【要約】【課題】幹細胞等の細胞培養を効率良く実施し、高品質な培養細胞を安定して得ることが可能な細胞培養装置を提供する。【解決手段】細胞培養装置は、培養液中に懸濁した細胞の三次元培養を行う培養槽、及び、培養槽内で培養液が上昇流を成すように培養液を循環させる循環手段を含む培養ユニットと、培養槽内の細胞分布を検出する細胞分布検出ユニットと、細胞分布検出ユニットで検出された細胞分布に基づいて、循環手段による培養液の循環速度を制御する制御ユニットと、を備える。【選択図】図１
2018000130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液中に懸濁した細胞の三次元培養を行う培養槽、及び、前記培養槽内で前記培養液が上昇流を成すように前記培養液を循環させる循環手段を含む培養ユニットと、
前記培養槽内の細胞分布を検出する細胞分布検出ユニットと、
前記細胞分布検出ユニットで検出された細胞分布に基づいて、前記循環手段による前記培養液の循環速度を制御する制御ユニットと、
を備える、細胞培養装置。
【請求項２】
前記細胞分布検出ユニットは、前記培養槽内の前記培養液の濁度を鉛直方向の複数箇所で測定する濁度測定手段を含む、請求項１に記載の細胞培養装置。
【請求項３】
前記培養ユニットが、前記培養槽内の培養環境を検出する培養環境検出手段と、前記培養槽内の培養環境を調整する培養環境調整手段と、を含む、請求項１又は２に記載の細胞培養装置。
【請求項４】
前記培養ユニットに前記培養液を供給する培養液供給ユニットと、
前記培養ユニットに洗浄液を供給する洗浄液供給ユニットと、
前記培養ユニットから前記培養液又は前記洗浄液を含む廃液を回収する廃液回収ユニットと、
を更に備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の細胞培養装置。
【請求項５】
前記制御ユニットが、前記培養液供給ユニットから前記培養ユニットへの前記培養液の送液、前記洗浄液供給ユニットから前記培養ユニットへの前記洗浄液の送液、及び、前記培養ユニットから前記廃液回収ユニットへの前記廃液の送液をそれぞれ制御する、請求項４に記載の細胞培養装置。
【請求項６】
前記培養液供給ユニットが、前記培養液を所定温度で保管する培養液保管手段と、前記培養液を前記所定温度以上の温度に加温する培養液加温手段と、を含む、請求項４又は５に記載の細胞培養装置。
【請求項７】
前記培養槽内の前記培養液の液量を検出する液量検出手段を更に備え、
前記制御ユニットが、前記液量検出手段で検出された液量に基づいて、前記培養液供給ユニットから前記培養ユニットへの前記培養液の送液を制御する、請求項４〜６のいずれか一項に記載の細胞培養装置。
【請求項８】
前記培養ユニットに酵素を含む酵素液を供給する酵素供給ユニットを更に備え、
前記制御ユニットが、前記酵素供給ユニットから前記培養ユニットへの前記酵素液の送液を制御する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の細胞培養装置。
【請求項９】
前記酵素供給ユニットが、前記酵素液を所定温度で保管する酵素保管手段を含む、請求項８に記載の細胞培養装置。
【請求項１０】
前記培養ユニット内で循環する前記培養液の溶存酸素量を検出する溶存酸素量検出手段を更に備え、
前記培養ユニットが、前記培養液に酸素を供給する酸素供給手段を更に含み、
前記制御ユニットが、前記溶存酸素量検出手段で検出された溶存酸素量に基づいて、前記酸素供給手段による酸素の供給量を制御する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の細胞培養装置。
【請求項１１】
前記培養槽内の前記培養液のｐＨを検出するｐＨ検出手段を更に備え、
前記制御ユニットが、前記ｐＨ検出手段で検出されたｐＨに基づいて、前記培養液の交換時期を判断し、ユーザへの通知又は前記培養液の交換を行う、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の細胞培養装置。
【請求項１２】
前記培養ユニットにＲｈｏキナーゼ阻害剤を供給する阻害剤供給ユニットを更に備え、
前記制御ユニットが、前記培養槽内における前記培養液中の前記Ｒｈｏキナーゼ阻害剤の濃度が所定の濃度となるように、前記阻害剤供給ユニットによる前記Ｒｈｏキナーゼ阻害剤の供給量を制御する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の細胞培養装置。
【請求項１３】
前記阻害剤供給ユニットが、前記Ｒｈｏキナーゼ阻害剤を所定温度で保管する阻害剤保管手段を含む、請求項１２に記載の細胞培養装置。
【請求項１４】
前記培養ユニットに薬液を供給する薬液供給ユニットを更に備え、
前記制御ユニットが、前記薬液供給ユニットから前記培養ユニットへの前記薬液の送液を制御する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の細胞培養装置。
【請求項１５】
前記薬液供給ユニットが、前記薬液を所定温度で保管する薬液保管手段を含む、請求項１４に記載の細胞培養装置。
【請求項１６】
前記培養ユニットから前記細胞の一部を回収する撮影用細胞回収ユニットと、
前記撮影用細胞回収ユニットにより回収された前記細胞の顕微鏡写真を取得する撮影ユニットと、
を更に備える、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の細胞培養装置。
【請求項１７】
前記制御ユニットが、前記撮影用細胞回収ユニットによる前記細胞の回収、及び、前記撮影ユニットによる前記顕微鏡写真の取得を制御する、請求項１６に記載の細胞培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、細胞培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞培養装置として、例えば、特許文献１には、三次元培養を行う細胞培養ユニットと、各種の薬液、培養液、廃液等を送液するユニットとを有する細胞培養装置が開示されている。この細胞培養装置は、培養液中に懸濁した担体上で細胞を培養するための装置であり、従来は作業者の手作業で実施していた培地交換、継代等の作業を自動的に行うために、各ユニットを制御する制御ユニットが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１３６３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、医療分野への応用が拡大したことで、細胞培養装置には、培養の効率化や、得られる培養細胞の高品質化及び均質化が求められている。
【０００５】
本開示は、幹細胞等の細胞培養を効率良く実施し、高品質な培養細胞を安定して得ることが可能な細胞培養装置を説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る細胞培養装置は、培養液中に懸濁した細胞の三次元培養を行う培養槽、及び、培養槽内で培養液が上昇流を成すように培養液を循環させる循環手段を含む培養ユニットと、培養槽内の細胞分布を検出する細胞分布検出ユニットと、細胞分布検出ユニットで検出された細胞分布に基づいて、循環手段による培養液の循環速度を制御する制御ユニットと、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の一態様に係る細胞培養装置によれば、幹細胞等の細胞培養を効率良く実施し、高品質な培養細胞を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の一実施形態に係る細胞培養装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の細胞培養装置における循環速度制御の実行手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の一態様に係る細胞培養装置は、培養液中に懸濁した細胞の三次元培養を行う培養槽、及び、培養槽内で培養液が上昇流を成すように培養液を循環させる循環手段を含む培養ユニットと、培養槽内の細胞分布を検出する細胞分布検出ユニットと、細胞分布検出ユニットで検出された細胞分布に基づいて、循環手段による培養液の循環速度を制御する制御ユニットと、を備える。
【００１０】
この細胞培養装置では、細胞は培養液中に懸濁しており、循環手段による上昇流と自重との均衡によって培養液中に浮遊しながら培養される。細胞分布検出ユニットは、培養槽内の培養液中に浮遊する細胞の分布を検出することで、循環手段による上昇流と細胞の自重との均衡状態を検知することができる。制御ユニットは、循環手段による培養液の循環速度を制御することで、循環手段による上昇流と細胞の自重との均衡状態を調節し、培養槽内における細胞分布を適切に保持できる。
【００１１】
ここで、従来の細胞培養装置では、培養液中の細胞分布が培養槽内の適切な位置より下段又は上段に偏ることで、培養細胞が過度に集塊するなどして均質な培養が困難となる場合があった。また、培養過程で、細胞塊のサイズの変化等によって細胞分布が徐々に変化するため、培養槽内の適切な位置に細胞分布を保持することが難しかった。
【００１２】
上記態様に係る細胞培養装置では、細胞分布検出ユニットが細胞分布を検出し、その検出結果に基づいて制御ユニットが培養液の循環速度を制御する。また、培養過程で細胞のサイズの変化等により細胞分布が変化しても、細胞分布検出ユニットによる検出及び制御ユニットによる制御によって、循環手段による上昇流と細胞の自重との均衡状態が調節される。このため、上記態様に係る細胞培養装置では、細胞分布を適切に維持して、均質な培養を実施することができる。
【００１３】
いくつかの態様において、細胞分布検出ユニットは、培養槽内の培養液の濁度を鉛直方向の複数箇所で測定する濁度測定手段を含んでいる。この場合、複数の測定箇所で測定される濁度の高低によって、培養液中の細胞分布を検出できる。また、細胞分布の検出と併せて、培養開始時からの濁度変化を基に培養液中の細胞数の増加量を推測することもできる。
【００１４】
いくつかの態様において、培養ユニットは、培養槽内の培養環境を検出する培養環境検出手段と、培養槽内の培養環境を調整する培養環境調整手段と、を含んでいる。この場合、培養環境検出手段により培養槽内の培養環境を検出することで、所期の培養環境が維持されているか否かを容易に確認することができ、必要に応じて培養環境調整手段により培養槽内の培養環境を容易に調整できる。培養環境調整手段は、制御ユニットによって制御されていてよく、制御ユニットは、培養環境検出手段で検出された培養環境に基づいて、培養環境調整手段による培養環境の調整を制御していてよい。
【００１５】
いくつかの態様において、細胞培養装置は、培養ユニットに培養液を供給する培養液供給ユニットと、培養ユニットに洗浄液を供給する洗浄液供給ユニットと、培養ユニットから培養液又は洗浄液を含む廃液を回収する廃液回収ユニットと、を更に備えていてよい。この場合、細胞培養における培養液交換、継代等の作業を、各ユニットの操作により容易に実施できる。
【００１６】
いくつかの態様において、制御ユニットは、培養液供給ユニットから培養ユニットへの培養液の送液、洗浄液供給ユニットから培養ユニットへの洗浄液の送液、及び、培養ユニットから廃液回収ユニットへの廃液の送液をそれぞれ制御する。この場合、細胞培養における培養液交換、継代等の作業を制御ユニットによって一括して実施でき、作業の自動化を図ることができる。
【００１７】
いくつかの態様において、培養液供給ユニットは、培養液を所定温度で保管する培養液保管手段と、培養液を所定温度以上の温度に加温する培養液加温手段と、を含む。培養液は、培養液保管手段において保管に適した温度で保管され、培養液加温手段において培養に適した温度に加温されて、培養槽に供給される。この場合、培養槽に培養液を供給する必要が生じた際に、培養液保管手段で保管された培養液を培養液加温手段で加温して使用できるため、装置外から培養液を補充する場合と比較して作業手順が簡略化される。
【００１８】
いくつかの態様において、細胞培養装置は、培養槽内の培養液の液量を検出する液量検出手段を更に備えており、制御ユニットは、液量検出手段で検出された液量に基づいて、培養液供給ユニットから培養ユニットへの培養液の送液を制御する。この場合、液量検出手段によって培養槽内の液量が検出され、その検出結果に基づいて、制御ユニットの制御により培養槽内に培養液が供給される。これにより、培養液の供給量が緻密に制御され、培養液の供給量の多寡による培養細胞への悪影響が避けられる。
【００１９】
いくつかの態様において、細胞培養装置は、培養ユニットに酵素を含む酵素液を供給する酵素供給ユニットを更に備えており、制御ユニットは、酵素供給ユニットから培養ユニットへの酵素液の送液を制御する。この場合、制御ユニットによる制御によって、必要なタイミングで必要量の酵素液を容易に培養ユニットへ供給することができる。
【００２０】
いくつかの態様において、酵素供給ユニットは、酵素液を所定温度で保管する酵素保管手段を含む。これにより、酵素液が保管に適した温度で保管される。
【００２１】
いくつかの態様において、細胞培養装置は、培養ユニット内で循環する培養液の溶存酸素量を検出する溶存酸素量検出手段を更に備えており、培養ユニットは、培養液に酸素を供給する酸素供給手段を更に含んでおり、制御ユニットは、溶存酸素量検出手段で検出された溶存酸素量に基づいて、酸素供給手段による酸素の供給量を制御する。この場合、制御ユニットの制御により、必要量の酸素が培養液に供給されるため、一定の溶存酸素量を維持した細胞培養を容易に実施することができる。
【００２２】
いくつかの態様において、細胞培養装置は、培養槽内の培養液のｐＨを検出するｐＨ検出手段を更に備えており、制御ユニットは、ｐＨ検出手段で検出されたｐＨに基づいて、培養液の交換時期を判断し、ユーザへの通知又は培養液の交換を行う。この場合、培養液のｐＨの変化をｐＨ検出手段が検出し、検出結果に基づいて自動的に制御ユニットが培養液の交換時期を判断することから、交換時期の徒過による培養細胞の品質低下等が防止される。制御ユニットは、インターフェースユニット等を介して交換時期をユーザに通知してよい。また、制御ユニットは、上述の培養液供給ユニット、洗浄液供給ユニット及び廃液供給ユニットの制御により、交換時期の判断後に自動的に培養液の交換を行ってもよい。
【００２３】
いくつかの態様において、細胞培養装置は、培養ユニットにＲｈｏキナーゼ阻害剤を供給する阻害剤供給ユニットを更に備えていてよく、制御ユニットは、培養槽内における培養液中のＲｈｏキナーゼ阻害剤の濃度が所定の濃度となるように、阻害剤供給ユニットによるＲｈｏキナーゼ阻害剤の供給量を制御する。この場合、制御ユニットによる制御によって、必要なタイミングで必要量のＲｈｏキナーゼ阻害剤を容易に培養ユニットへ供給できる。
【００２４】
いくつかの態様において、阻害剤供給ユニットは、Ｒｈｏキナーゼ阻害剤を所定温度で保管する阻害剤保管手段を含む。これにより、Ｒｈｏキナーゼ阻害剤が保管に適した温度で保管される。
【００２５】
いくつかの態様において、細胞培養装置は、培養ユニットに薬液を供給する薬液供給ユニットを更に備えており、制御ユニットは、薬液供給ユニットから培養ユニットへの薬液の送液を制御する。この場合、制御ユニットによる制御によって、必要なタイミングで必要量の薬液を容易に培養ユニットへ供給できる。
【００２６】
いくつかの態様において、薬液供給ユニットは、薬液を所定温度で保管する薬液保管手段を含む。これにより、薬液が保管に適した温度で保管される。
【００２７】
いくつかの態様において、細胞培養装置は、培養ユニットから細胞の一部を回収する撮影用細胞回収ユニットと、撮影用細胞回収ユニットにより回収された細胞の顕微鏡写真を取得する撮影ユニットと、を更に備えている。この場合、細胞培養装置内で培養終了後又は培養途中の細胞の顕微鏡写真を容易に取得できるため、培養した細胞の評価、培養条件の評価等をより正確に行うことができる。
【００２８】
いくつかの態様において、制御ユニットは、撮影用細胞回収ユニットによる細胞の回収、及び、撮影ユニットによる顕微鏡写真の取得を制御する。この場合、制御ユニットによる制御によって、所望のタイミングでの顕微鏡写真を容易に（場合により、自動的に）取得できる。
【００２９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３０】
図１を参照して、本発明の一実施形態に係る細胞培養装置１について説明する。細胞培養装置１は、培養液Ｆ１中に懸濁した細胞の三次元培養を行う培養槽１１と、培養槽内で培養液Ｆ１が上昇流を成すように培養液Ｆ１を循環させる循環用ポンプ１２と、培養液Ｆ１の循環途中に設けられ、培養液Ｆ１に酸素を供給する酸素供給槽１３と、を備えている。細胞培養装置１では、培養槽１１と、循環用ポンプ１２と、酸素供給槽１３と、これらを互いに接続するライン（配管又は管路）とにより、培養ユニットが構成されている。培養槽１１と酸素供給槽１３とは第一循環ラインＬ１により接続されており、培養槽１１の上段部から抜き出された培養液Ｆ１が第一循環ラインＬ１を介して酸素供給槽１３へ送液される。酸素供給槽１３と循環用ポンプ１２とは第二循環ラインＬ２により接続されており、酸素供給槽１３内で必要に応じて酸素を供給された培養液Ｆ１が、第二循環ラインＬ２を介して循環用ポンプ１２へ送液される。循環用ポンプ１２と培養槽１１とは第三循環ラインＬ３により接続されており、循環用ポンプ１２から送液された培養液Ｆ１が第三循環ラインＬ３を介して培養槽１１の下段部へ供給される。第三循環ラインＬ３を介して供給された培養液Ｆ１は、培養槽１１の下段部から上段部へ上昇流を成して移動し、第一循環ラインＬ１から培養槽１１外へ送液される。
【００３１】
細胞培養装置１には、培養槽１１内の培養液Ｆ１の濁度を鉛直方向の複数箇所で測定する濁度計１５が設けられている。細胞培養装置１では、濁度計１５によって、培養槽１１内における培養液Ｆ１中の細胞分布が検出される。なお、細胞培養装置１は、細胞分布検出ユニットとして濁度計１５を備えるが、細胞分布検出ユニットはこれに限定されず、例えば、培養液Ｆ１の画像を取得するカメラ等を備えるものであってよい。
【００３２】
細胞培養装置１には、酸素供給槽１３における培養液Ｆ１への酸素の供給を補助する補助手段として、マイクロバブルポンプ１４が設けられている。マイクロバブルポンプ１４は、第二循環ラインＬ２から分岐する第四循環ラインＬ４と、第一循環ラインＬ１に接続する第五循環ラインＬ５とを介して酸素供給槽１３と接続されている。第二循環ラインＬ２を通過する培養液Ｆ１の一部は、第四循環ラインＬ４を介してマイクロバブルポンプ１４へ送液され、マイクロバブルポンプ１４から第五循環ラインＬ５及び第一循環ラインＬ１を介して酸素供給槽１３へ返送される。マイクロバブルポンプ１４は、培養液Ｆ１にマイクロバブルを発生させ、培養液Ｆ１への酸素の溶解を促進する。また、細胞培養装置１は、培養槽１１内の培養液Ｆ１における溶存酸素量を検出する溶存酸素計１６を備えている。溶存酸素計１６は、培養開始前に溶存酸素量を検出してよく、培養途中に常時溶存酸素量を検出してよく、培養途中に所定の間隔で溶存酸素量を検出してもよい。
【００３３】
細胞培養装置１は、培養槽１１内の培養液Ｆ１のｐＨを検出するｐＨ計１７を更に備えている。ｐＨ計１７は、培養開始前にｐＨを検出してよく、培養途中に常時ｐＨを検出してよく、培養途中に所定の間隔でｐＨを検出してもよい。ｐＨ計によるｐＨの検出結果は培養液Ｆ１の交換時期の判断基準になり得る。
【００３４】
培養槽１１は、培養槽１１内の培養環境を一定に保持するためのインキュベータ２１内に配置されている。インキュベータ２１は、内部を所定の培養環境（例えば、温度３５〜３８℃、二酸化炭素濃度５％）に調整及び維持しており、外的環境によって培養環境が変動することを防止している。細胞培養装置１では、酸素供給持の培養液Ｆ１の温度変化を避けるため、酸素供給槽１３もインキュベータ内に配置されている。細胞培養装置１は、培養槽１１内の温度又は培養槽１１内の培養液Ｆ１の温度を測定する温度計２２を備えていてよく、この場合、温度計２２によって培養槽１１内が所定の培養環境に調整され、維持されていることが確認できる。なお、細胞培養装置１は、温度計２２の他に、温度以外の培養環境を検出する検出手段を更に備えていてもよい。
【００３５】
細胞培養装置１は、培養液Ｆ１を保管する培養液保管タンク３１と、培養液Ｆ１を加温する培養液加温タンク３２と、培養液保管タンク３１と培養液加温タンク３２とを接続する培養液送液ラインＬ６とを更に備えており、培養液送液ラインＬ６には培養液送液ポンプ３３が設けられている。培養液保管タンク３１中に保管されている培養液Ｆ１は、必要に応じて培養液送液ラインＬ６を介して培養液加温タンク３２に送液され、培養液加温タンク３２内で培養に適した温度に加温される。培養液加温タンク３２で加温された培養液Ｆ１は、培養液加温タンク３２と培養槽１１とを接続する加温済み培養液送液ラインＬ７を介して、培養液加温タンク３２から培養槽１１へ送液される。培養液保管タンク３１と培養液送液ラインＬ６とは、無菌コネクタ３４を介して接続されている。これにより、培養液保管タンク３１の交換に際して、培養液送液ラインＬ６以降の無菌状態を容易に維持できる。培養液保管タンク３１は、冷蔵ユニット３５内に配置されている。冷蔵ユニット３５は、培養液保管タンク３１を、培養液Ｆ１の保管に適した温度（例えば、２〜６℃）下に保持している。培養液加温タンク３２はインキュベータ２１内に配置されており、インキュベータ２１は、培養液加温タンク３２内の培養液Ｆ１を培養に適した温度（例えば、３５〜３８℃）に加温する。
【００３６】
細胞培養装置１は、培養槽１１内から培養した細胞を回収する回収経路となる細胞回収ラインＬ８を更に備えており、細胞回収ラインＬ８には細胞回収ポンプ４１が設けられている。細胞回収ラインＬ８の出口には無菌コネクタ４２が設けられており、細胞回収バイアル４３と無菌的に接続可能になっている。細胞培養装置１では、無菌コネクタ４２に細胞回収バイアル４３を接続後、細胞回収ポンプ４１の作動によって培養槽１１内から細胞回収ラインＬ８に細胞を流通させることで、培養した細胞を回収できる。
【００３７】
細胞培養装置１は、洗浄液Ｆ２を保管する洗浄液保管タンク５１と、洗浄液保管タンク５１から洗浄液Ｆ２を培養槽１１へ送液する洗浄液送液ポンプ５２とを更に備えている。洗浄液保管タンク５１は洗浄液送液ラインＬ９を介して培養槽１１と接続されており、洗浄液保管タンク５１に保管されている洗浄液Ｆ２は、必要に応じて洗浄液送液ポンプ５２により洗浄液送液ラインＬ９を介して培養槽１１へ送液される。洗浄液送液ラインＬ９は、培養ユニットの循環経路である第三循環ラインＬ３に接続されており、洗浄液Ｆ２は洗浄液送液ラインＬ９及び第三循環ラインＬ３を経由して培養槽１１に送液され、場合により培養ユニットの循環経路に流通した後、廃液として培養ユニットから排出される。洗浄液保管タンク５１と洗浄液送液ラインＬ９とは、無菌コネクタ５３を介して接続されている。これにより、洗浄液保管タンク５１の交換に際して、洗浄液送液ラインＬ９以降の無菌状態を容易に維持できる。
【００３８】
洗浄液Ｆ２は特に限定されず、細胞培養に使用される公知の洗浄液であってよい。例えば洗浄液Ｆ２は、Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  Ｂｕｆｆｅｒｅｄ  Ｓａｌｉｎ（ＰＢＳ）であってよい。また、洗浄液Ｆ２は、培養する細胞に適切な基礎培地等であってもよい。例えば、ＤＭＥＭ、Ｆ−１２、ＲＰＭＩ等が代表的な培地である。
【００３９】
細胞培養装置１は、培養ユニットから回収された廃液Ｆ３を貯留する廃液貯留タンク６１を更に備えている。また、細胞培養装置１は、第一廃液経路として培養槽１１と廃液貯留タンク６１とを接続する第一廃液ラインＬ１０、また、第二廃液経路として酸素供給槽１３と廃液貯留タンク６１とを接続する第二廃液ラインＬ１１をそれぞれ備えている。第一廃液ラインＬ１０には、培養槽１１から排出される廃液を廃液貯留タンク６１に送液する第一廃液ポンプ６２が設けられており、第二廃液ラインＬ１１には、酸素供給槽１３から排出される廃液を廃液貯留タンク６１に送液する第二廃液ポンプ６３が設けられている。第一廃液ラインＬ１０及び第二廃液ラインＬ１１は、廃液貯留タンク６１に到達する前に合流し、無菌コネクタ６４を介して廃液貯留タンク６１と接続されている。無菌コネクタ６４により、第一廃液ラインＬ１０及び第二廃液ラインＬ１１の無菌状態を容易に維持しつつ、廃液貯留タンク６１を交換できる。廃液貯留タンク６１に貯留される廃液は、培養液又は洗浄液を含む廃液であってよく、例えば、培養液交換時の使用済み培養液、細胞回収又は継代前に廃棄される使用済み培養液、洗浄液による洗浄後に生じた廃液等であってよい。
【００４０】
細胞培養装置１は、酵素を含む酵素液Ｆ４を保管する酵素液保管タンク７１と、酵素液保管タンク７１から酵素液Ｆ４を培養槽１１へ送液する酵素液送液ポンプ７２とを更に備えている。酵素液保管タンク７１は酵素液送液ラインＬ１２を介して培養槽１１と接続されており、酵素液保管タンク７１に保管されている酵素液Ｆ４は、必要に応じて酵素液送液ポンプ７２により酵素液送液ラインＬ１２を介して培養槽１１へ送液される。酵素液保管タンク７１と酵素液送液ラインＬ１２とは無菌コネクタ７３を介して接続されており、これにより酵素液保管タンク７１の交換に際して、酵素液送液ラインＬ１２以降の無菌状態を容易に維持できる。酵素液保管タンク７１は、冷蔵ユニット３５内に配置され、培養液保管タンク３１と共に所定の温度（例えば、２〜６℃）下に保持されている。なお、酵素液Ｆ４の保管に適する温度が培養液Ｆ１の保管に適する温度と異なる場合、酵素液保管タンク７１は、冷蔵ユニット３５内で培養液保管タンク３１とは異なる温度下に保持されていてよく、冷蔵ユニット３５とは異なる他の冷蔵ユニット内に配置されていてもよい。酵素は細胞分散に用いられる既知の薬液であってよい。たとえば酵素としてはＡｃｃｕｔａｓｅ、Ｔｒｙｐｓｉｎ−ＥＤＴＡ、Ｄｉｓｐａｓｅ、Ｃｏｌｌａｇｅｎａｓｅがあげられる。また、一態様では、酵素に代えて、細胞分散の機能のある薬剤を用いてもよい。このような薬剤としては、ＥＤＴＡ溶液等があげられる。
【００４１】
細胞培養装置１は、Ｒｈｏキナーゼ阻害剤を保管する阻害剤保管タンク８１と、阻害剤保管タンク８１からＲｈｏキナーゼ阻害剤を培養槽１１へ送液する阻害剤送液ポンプ８２とを更に備えている。阻害剤保管タンク８１は阻害剤送液ラインＬ１３を介して培養槽１１と接続されており、阻害剤保管タンク８１に保管されているＲｈｏキナーゼ阻害剤は、必要に応じて阻害剤送液ポンプ８２により阻害剤送液ラインＬ１３を介して培養槽１１へ送液される。阻害剤保管タンク８１と阻害剤送液ラインＬ１３とは無菌コネクタ８３を介して接続されており、これにより阻害剤保管タンク８１の交換に際して、阻害剤送液ラインＬ１３以降の無菌状態を容易に維持できる。阻害剤保管タンク８１は、冷蔵ユニット３５内に配置され、培養液保管タンク３１と共に所定の温度（例えば２〜６℃）下に保持されている。なお、Ｒｈｏキナーゼ阻害剤の保管に適する温度が培養液Ｆ１の保管に適する温度と異なる場合、阻害剤保管タンク８１は、冷蔵ユニット３５内で培養液保管タンク３１とは異なる温度下に保持されていてよく、冷蔵ユニット３５とは異なる他の冷蔵ユニット内に配置されていてもよい。
【００４２】
細胞培養装置１は、薬液を保管する薬液保管タンク９１と、薬液保管タンク９１から薬液を培養槽１１へ送液する薬液送液ポンプ９２とを更に備えている。薬液保管タンク９１は薬液送液ラインＬ１４を介して培養槽１１と接続されており、薬液保管タンク９１に保管されている薬液は、必要に応じて薬液送液ポンプ９２により薬液送液ラインＬ１４を介して培養槽１１へ送液される。薬液保管タンク９１と薬液送液ラインＬ１４とは無菌コネクタ９３を介して接続されており、これにより薬液保管タンク９１の交換に際して、薬液送液ラインＬ１４以降の無菌状態を容易に維持できる。薬液保管タンク９１は、冷蔵ユニット３５内に配置され、培養液保管タンク３１と共に所定の温度（例えば２〜６℃）下に保持されている。なお、薬液の保管に適する温度が培養液Ｆ１の保管に適する温度と異なる場合、薬液保管タンク９１は、冷蔵ユニット３５内で培養液保管タンク３１とは異なる温度下に保持されていてよく、冷蔵ユニット３５とは異なる他の冷蔵ユニット内に配置されていてもよい。薬液は、細胞培養に使用される公知の薬液であってよい。例えば薬液は、サイトカイン等の未分化の維持、分化の促進、活性化に係る薬剤等であってよく、Ａｃｔｉｖｉｎ、ｂ−ＦＧＦ、ＳＣＦ、ＴＧＦ−ｂｅｔａ等が挙げられる。
【００４３】
細胞培養装置１は、撮影ユニット１０１と、細胞回収ラインＬ８から分岐して撮影ユニット１０１に接続される撮影用送液ラインＬ１５とを更に備えており、撮影用送液ラインＬ１５には、撮影ユニット１０１に細胞を含有する測定サンプルを送液する撮影用送液ポンプ１０２が設けられている。また、撮影ユニット１０１には、撮影用バッファＦ５を保管するバッファタンク１０３が接続されている。撮影ユニット１０１は、撮影用送液ポンプ１０２により送液された測定サンプルを撮影し、測定サンプルに含まれる細胞の顕微鏡写真を取得する。顕微鏡写真取得後の測定サンプルは、撮影ユニット１０１から廃液として破棄されてよい。また、顕微鏡写真取得後の測定サンプルは、撮影用送液ラインＬ１５を介して細胞回収ラインＬ８に送液され、細胞回収バイアル４３に回収されてもよい。このとき、撮影用送液ポンプ１０２は、測定サンプルを撮影ユニット１０１から細胞回収ラインＬ８へ送液する役割を担っていてよい。撮影ユニット１０１及びバッファタンク１０３は、培養環境における細胞状態をより正確に観察するため、インキュベータ２１内に配置され、所定の温度（例えば、３５〜３８℃）下に保持されている。
【００４４】
細胞培養装置１は、制御ユニットとしてのコントローラ１１１を更に備えている。コントローラ１１１は、濁度計１５により検出される濁度の情報を取得し、当該濁度の情報に基づいて循環用ポンプ１２を制御し、培養液Ｆ１の循環速度の調整を実施する。
【００４５】
図２を参照して、コントローラ１１１による循環速度制御の実行手順について説明する。まず、コントローラ１１１は、濁度計１５から濁度に係る検出情報（入力値）を取得する（ステップＳ０１）。濁度計１５は、培養槽１１内の培養液Ｆ１の濁度を鉛直方向の複数箇所で測定しており、コントローラ１１１には、各箇所で検出された情報がそれぞれ入力される。次いで、コントローラ１１１は、濁度計１５からの複数の入力値を、それぞれ所定の工学値に変換する（ステップＳ０２）。なお、コントローラ１１１が、濁度計１５の検出情報を工学値として取得する場合、ステップＳ０２は省略されてよい。
【００４６】
次いで、コントローラ１１１は、取得した複数の工学値に基づいて、培養槽１１内の培養液Ｆ１の鉛直方向の濁度を比較し（ステップＳ０３）、濁度分布を作成し（ステップＳ０４）、濁度計１５による複数の測定位置のうち、濁度が最大となる測定位置を抽出する（ステップＳ０５）。これらのステップにより、コントローラ１１１は、培養槽１１内の培養液Ｆ１中における細胞分布の情報を得る。
【００４７】
コントローラ１１１は、得られた細胞分布の情報に基づいて培養液Ｆ１の循環速度の決定及び循環用ポンプ１２の制御を行う。具体的には、まず、事前に、培養液Ｆ１中で細胞が分布すべき位置と濁度計１５による測定位置との関係を基に、各測定位置に対して、循環速度を所定の上昇量で上昇させる、循環速度を所定の下降量で下降させる、又は、循環速度を保持する旨の設定を行っておく。コントローラ１１１は、この設定を参照して、対象の測定位置（例えば、ステップＳ０５で抽出された濁度最大の測定位置）が速度上昇設定であるか否かを判断する（ステップＳ０６）。コントローラ１１１は、速度上昇設定であると判断すると（ステップＳ０６：ＹＥＳ）、設定された上昇量を参照して循環速度の上昇量を仮決定する（ステップＳ０７）。また、速度上昇設定でないと判断すると（ステップＳ０６：ＮＯ）、コントローラ１１１は、対象の測定位置が速度下降設定であるか否かを判断し（ステップＳ０８）、速度下降設定であると判断すると（ステップＳ０８：ＹＥＳ）、設定された下降量を参照して循環速度の下降量を仮決定する（ステップＳ０９）。コントローラ１１１は、ステップＳ０７で仮決定した上昇量又はステップＳ０８で仮決定した下降量と、初期の循環速度（循環速度制御の実行前の循環速度）とから、循環後の循環速度の仮値（実行前の循環速度＋上昇量、又は、実行前の循環速度−下降量）を算出する（ステップＳ１０）。なお、ステップＳ０８で速度降下設定でもないと判断した場合（ステップＳ０８：ＮＯ）は、初期の循環速度を制御後の循環速度の仮値として算出する。
【００４８】
次いで、コントローラ１１１は、算出された仮値が細胞培養装置１における循環速度の上限値を超えるか否かを判断する（ステップＳ１１）。コントローラ１１１は、仮値が上限値を超えると判断すると（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、仮値を上限値に置き換える（ステップＳ１２）。また、コントローラ１１１は、仮値が上限値を超えないと判断すると（ステップＳ１１：ＮＯ）、次いで仮値が下限値未満であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。コントローラ１１１は、仮値が下限値未満であると判断すると（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、仮値を下限値に置き換える（ステップＳ１４）。また、コントローラ１１１は、仮値が下限値未満でないと判断すると（ステップＳ１４：ＮＯ）、仮値が維持される。そしてコントローラ１１１は、ステップＳ１１〜Ｓ１４を経て設定された仮値を、制御後の循環速度として決定する（ステップＳ１５）。コントローラ１１１は、決定された循環速度に基づいて循環用ポンプ１２を制御する（ステップＳ１６）。
【００４９】
なお、コントローラ１１１による循環速度制御の実行手順は上記に限定されず、濁度計１５による検出結果に基づいて循環用ポンプ１２が制御されていればよい。また、コントローラ１１１は、濁度計１５以外の計器から測定される情報を更に取得してよく、循環用ポンプ１２以外のポンプを更に制御してもよい。
【００５０】
コントローラ１１１は、溶存酸素計１６の検出結果を取得して、取得した検出結果に基づいてマイクロバブルポンプ１４を制御してよい。コントローラ１１１は、溶存酸素量の既定値が維持されるように、溶存酸素計１６により検出された溶存酸素量が既定値を超える場合はマイクロバブルポンプ１４によるマイクロバブル発生量を減少させ、溶存酸素計１６により検出された溶存酸素量が規定値未満である場合はマイクロバブルポンプ１４によるマイクロバブル発生量を増加させてよい。
【００５１】
コントローラ１１１は、ｐＨ計１７の検出結果を取得して、取得した検出結果に基づいて培養液Ｆ１の交換時期を判断し、ユーザへの通知又は培養液Ｆ１の交換を行ってよい。また、コントローラ１１１は、培養液送液ポンプ３３、洗浄液送液ポンプ５２、第一廃液ポンプ６２、及び第二廃液ポンプ６３をそれぞれ制御してよい。この場合、コントローラ１１１は、自身の判断又はユーザの指示によって、各ポンプの制御を行い、培養液の交換、継代等の作業を実行できる。また、細胞培養装置１は、培養槽１１内の培養液Ｆ１の液量を検出する液量検出計（図示しない）を更に備えていてよく、コントローラ１１１は、液量検出計の検出結果を取得して、取得した検出結果に基づいて培養液送液ポンプ３３による培養液の送液量を制御してよい。
【００５２】
コントローラ１１１は、細胞回収ポンプ４１を制御できる。この場合、例えば、コントローラ１１１は、事前に設定された培養時間経過後に自動で細胞回収ポンプ４１（更に、必要に応じて培養液送液ポンプ３３、洗浄液送液ポンプ５２、第一廃液ポンプ６２、及び第二廃液ポンプ６３）を制御して、細胞を自動回収できる。
【００５３】
コントローラ１１１は、酵素液送液ポンプ７２を制御してよく、この場合、ユーザの指示又は事前の設定に基づいて酵素液Ｆ４を培養槽１１に送液できる。また、コントローラ１１１は、阻害剤送液ポンプ８２を制御してよく、この場合、ユーザの指示又は事前の設定に基づいてＲｈｏキナーゼ阻害剤を培養槽１１に送液できる。また、コントローラ１１１は、薬液送液ポンプ９２を制御してよく、この場合、ユーザの指示又は事前の設定に基づいて薬液を培養槽１１に送液できる。また、コントローラ１１１は、撮影用送液ポンプ１０２を制御していよく，この場合、この場合、ユーザの指示又は事前の設定に基づいて撮影ユニット１０１に測定サンプルを送液できる。さらに、コントローラ１１１は撮影ユニット１０１による顕微鏡写真の撮影を制御してよく、この場合、ユーザの指示又は事前の設定に基づいて自動的に細胞の顕微鏡写真を取得できる。
【００５４】
このような細胞培養装置１では、細胞は培養液Ｆ１中に懸濁しており、培養液Ｆ１の上昇流と自重との均衡によって培養液Ｆ１中に浮遊しながら培養される。コントローラ１１１は、循環用ポンプ１２による培養液Ｆ１の循環速度を制御することで、培養液Ｆ１の上昇流と細胞の自重との均衡状態を調節し、培養槽１１内における細胞分布を適切に保持できる。
【００５５】
また、細胞培養装置１では、濁度計１５が培養槽１１内の培養液Ｆ１の濁度を検出し、コントローラ１１１が上記実行手順で循環速度を制御する。これにより、培養過程で細胞のサイズの変化等により細胞分布が変化しても、コントローラ１１１の制御によって培養液Ｆ１の上昇流と細胞の自重との均衡状態を自動的に調節できる。このため、細胞培養装置１では、細胞分布を適切に維持して、均質な培養を実施できる。
【００５６】
また、細胞培養装置１では、濁度計１５が培養槽１１内の培養液Ｆ１の濁度を鉛直方向の複数箇所で測定している。ここで、培養槽１１内で培養される細胞数が増加すると、培養液Ｆ１の濁度が増加する。また、培養される細胞のサイズ（又は細胞塊のサイズ）が大きくなると、自重により細胞分布が徐々に鉛直方向下側に移動する。上記の濁度計１５によれば、これらの培養状態をモニターすることも可能となる。
【００５７】
また、細胞培養装置１では、溶存酸素計１６により培養液Ｆ１の溶存酸素量が検出され、コントローラ１１１はその検出結果に基づいてマイクロバブルポンプ１４を制御できる。このため、細胞培養装置１では、コントローラ１１１の制御により、一定の溶存酸素量を維持した細胞培養を容易に実施することができる。
【００５８】
また、細胞培養装置１では、ｐＨ計１７により培養液Ｆ１のｐＨが検出され、コントローラ１１１はその検出結果に基づいて培養液Ｆ１の交換時期を判断し、ユーザへの通知又は培養液Ｆ１の交換を実行できる。このような細胞培養装置１では、コントローラ１１１によって自動的に培養液Ｆ１の交換時期が判断され、交換時期の徒過による培養細胞の品質低下等が防止される。
【００５９】
また、細胞培養装置１では、コントローラ１１１が培養液送液ポンプ３３、洗浄液送液ポンプ５２、第一廃液ポンプ６２、及び第二廃液ポンプ６３をそれぞれ制御できる。このため、細胞培養装置１では、コントローラ１１１の判断又はユーザの指示に応じて、培養液Ｆ１の交換、継代等の作業を自動的に実施できる。
【００６０】
また、細胞培養装置１では、コントローラ１１１が酵素液送液ポンプ７２、阻害剤送液ポンプ８２、及び薬液送液ポンプ９２をそれぞれ制御できる。このため、細胞培養装置１では、コントローラ１１１の制御によって、事前に設定された量及びタイミングで酵素液、Ｒｈｏキナーゼ阻害剤及び薬液を培養槽１１に自動で供給できる。
【００６１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、培養槽１１は、水平方向の断面積が底部から上方へ向かうに従い大きくなる円錐台状を有していてよい。これにより、上昇流に速度勾配が設けられ、循環速度と細胞分布との相関が顕著となる。
【符号の説明】
【００６２】
１  細胞培養装置
１１  培養槽
１２  循環用ポンプ
１３  酸素供給槽
１４  マイクロバブルポンプ
１５  濁度計
１６  溶存酸素計
１７  ｐＨ計
２１  インキュベータ
２２  温度計
３１  培養液保管タンク
３２  培養液加温タンク
３３  培養液送液ポンプ
３４  無菌コネクタ
３５  冷蔵ユニット
４１  細胞回収ポンプ
４２  無菌コネクタ
４３  細胞回収バイアル
５１  洗浄液保管タンク
５２  洗浄液送液ポンプ
５３  無菌コネクタ
６１  廃液貯留タンク
６２  第一廃液ポンプ
６３  第二廃液ポンプ
６４  無菌コネクタ
７１  酵素液保管タンク
７２  酵素液送液ポンプ
７３  無菌コネクタ
８１  阻害剤保管タンク
８２  阻害剤送液ポンプ
８３  無菌コネクタ
９１  薬液保管タンク
９２  薬液送液ポンプ
９３  無菌コネクタ
１０１  撮影ユニット
１０２  撮影用送液ポンプ
１０３  バッファタンク
１１１  コントローラ
Ｆ１  培養液
Ｆ２  洗浄液
Ｆ３  廃液
Ｆ４  酵素液
Ｆ５  撮影用バッファ
Ｌ１  第一循環ライン
Ｌ２  第二循環ライン
Ｌ３  第三循環ライン
Ｌ４  第四循環ライン
Ｌ５  第五循環ライン
Ｌ６  培養液送液ライン
Ｌ７  加温済み培養液送液ライン
Ｌ８  細胞回収ライン
Ｌ９  洗浄液送液ライン
Ｌ１０  第一廃液ライン
Ｌ１１  第二廃液ライン
Ｌ１２  酵素液送液ライン
Ｌ１３  阻害剤送液ライン
Ｌ１４  薬液送液ライン
Ｌ１５  撮影用送液ライン
【図１】
2018000130.tif 000003
【図２】
2018000130.tif 000004