(57)【要約】生体の細胞を培養するための装置であって、培養液を収容するための培養槽２と、培養槽２内の培養液を外部循環させる循環手段１０と、培養液を外部循環させている間に、培養液の状態を調整する培養液調整手段２０とからなる。培養槽２内の培養液を外部循環させ、培養槽２外を循環している間に、培養液の状態を調整することができる。よって、培養槽２内の培養液の状態を、培養槽２内の細胞に最適な条件に保つことができるから、細胞を長期間連続で、かつ安定した状態で培養することができる
2003104386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の細胞を培養するための装置であって、培養液を収容するための培養槽と、該培養槽内の培養液を外部循環させる循環手段と、前記培養液を外部循環させている間に、該培養液の状態を調整する培養液調整手段とからなることを特徴とする培養装置。
【請求項２】
前記培養液調整手段が、前記培養液のガス濃度を調整するガス濃度調整手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の培養装置。
【請求項３】
前記培養液調整手段が、前記培養液を浄化する浄化手段を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の培養装置。
【請求項４】
前記培養液調整手段が、前記培養液のガス濃度を調整するガス濃度調整手段と、前記培養液を浄化する浄化手段とを備えており、該浄化手段と前記ガス濃度調整手段が直列に配置されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の培養装置。
【請求項５】
前記浄化手段が、前記培養液を透析する透析部であることを特徴とする請求項３または４記載の培養装置。
【請求項６】
前記透析部が、中空な本体ケースと、該本体ケース内に配置された中空糸とから構成されており、前記本体ケースの内面と前記中空糸の外面との間に、前記培養液が通される培養液循環通路が形成されており、前記中空糸の内部に、前記培養液を透析するための透析液が通されることを特徴とする請求項５記載の培養装置。
【請求項７】
前記培養液調整手段が、前記培養液に細胞の培養に必要な栄養分を供給する栄養分補給部を備えていることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の培養装置。
【請求項８】
前記栄養分補給部が、前記培養液が通される培養液通過部と、細胞の培養に必要な栄養分を含む栄養剤が通される栄養剤通路を備えており、該栄養剤通路と前記培養液通過部との間が、透析部材によって分離されていることを特徴とする請求項７記載の培養装置。
【請求項９】
前記培養槽から培養液を抽出する抽出手段を備えており、該抽出手段が、一端が前記培養槽内の培養液に浸漬され、他端が該培養槽外に配置された抽出経路と、該抽出経路に設けられた、前記培養液を搬送するための搬送手段と、前記抽出経路内に、無菌気体を供給する気体供給手段を備えており、該気体供給手段が、前記抽出経路において、その他端と前記搬送手段との間に無菌気体を供給することを特徴とする請求項１、２，３、４または７記載の培養装置。
【請求項１０】
前記培養槽が、その培養液の温度を制御する温度制御手段を備えていることを特徴とする請求項１、２，３、４、７または９記載の培養装置。
【請求項１１】
前記温度制御手段が、遠赤外線を放射する遠赤外線放射部を備えていることを特徴とする請求項１０記載の培養装置。
【請求項１２】
前記遠赤外線放射部が、７〜１２μｍの波長帯に、放射する遠赤外線のエネルギー密度のピークを有するように調整されていることを特徴とする請求項１１記載のインキュベータ。
【請求項１３】
前記遠赤外線放射部が、面状発熱体であることを特徴とする請求項１１または１２記載の培養装置。
【請求項１４】
前記面状発熱体が、上下一対の基材と、該上下一対の基材の間に設けられた、通電されると遠赤外線を放射する放射部と、該放射部に電力を供給する電力供給手段とから構成されており、前記放射部が、前記上下一対の基材の内面に、放射体を印刷することによって形成されていることを特徴とする請求項１３記載の培養装置。
【請求項１５】
前記放射体が、正の温度係数を有する素材であることを特徴とする請求項１４記載の培養装置。
【請求項１６】
前記培養槽、前記循環手段および前記培養液調整手段を連結した状態において、オートクレーブ装置内に収容しうる大きさに形成されていることを特徴とする請求項１、２、３、４、７、９または１０記載の培養装置。
【請求項１７】
前記循環手段が、前記培養槽から細胞が流出することを防ぐための流出防止手段を備えていることを特徴とする請求項１、２、３、４、７、９、１０または１６記載の培養装置。
【請求項１８】
前記流出防止手段が、電磁石であることを特徴とする請求項１７記載の培養装置。
【請求項１９】
前記培養槽内の培養液を外部に排出する培養液排出部と、前記循環手段に外部から新しい培養液を供給する培養液供給部とからなる培養液交換手段を備えていることを特徴とする請求項１、２、３、４、７、９、１０、１６または１７記載の培養装置。
【請求項２０】
前記培養液排出部が、前記培養槽から細胞が流出することを防ぐための流出防止手段を備えていることを特徴とする請求項１９記載の培養装置。
【請求項２１】
前記流出防止手段が、電磁石であることを特徴とする請求項２０記載の培養装置。
【請求項２２】
前記培養液供給部が、培養液を前記循環手段に供給する前に、培養液を滅菌する滅菌部を備えていることを特徴とする請求項１９、２０または２１記載の培養装置。
【請求項２３】
前記培養槽、前記循環手段および前記培養液調整手段において、前記培養液が流れる経路によって閉ループ回路が形成されており、該閉ループ回路内に加圧蒸気を供給し、該閉ループ回路内部を滅菌する加圧蒸気滅菌手段を備えていることを特徴とする請求項１、２、３、４、７、９、１０、１６、１７または１９記載の培養装置。
【請求項２４】
前記循環手段が、培養中の前記培養液を中の所望の成分を回収するための回収手段を備えていることを特徴とする請求項１、２、３、４、７、９、１０、１６、１７、１９または２３記載の培養装置。
【請求項２５】
前記培養する細胞を供給する細胞供給手段を備えており、該細胞供給手段が、培養する細胞を含有する播種液を前記培養槽に搬送する細胞搬送手段と、該細胞供給手段によって搬送された前記播種液を、前記培養槽内に排出する排出部とからなることを特徴とする請求項１、２、３、４、７、９、１０、１６、１７、１９、２３または２４記載の培養装置。
【請求項２６】
前記細胞搬送手段が、前記播種液が収容された貯蔵部と、前記排出部との間を連通させる播種液搬送経路と、該播種液を前記貯蔵部から前記排出部に向けて送るポンプと、該ポンプと前記排出部との間に設けられ、両者の間を連通遮断するバルブとからなることを特徴とする請求項２５記載の培養装置。
【請求項２７】
前記培養槽内に、培養する細胞が付着される培養器具を備えていることを特徴とする請求項１、２、３、４、７、９、１０、１６、１７、１９、２３、２４または２５記載の培養装置。
【請求項２８】
前記培養器具が、３次元構造を有することを特徴とする請求項２７記載の培養装置。
【請求項２９】
前記培養器具が、複数本の円管を連結して形成されたことを特徴とする請求項２８記載の培養装置。
【請求項３０】
前記培養器具が、その軸方向が前記培養槽の軸方向と平行となるように、前記培養槽内に配設されており、前記培養器具の表面に、培養する細胞の細胞を播種する播種手段を備えており、該播種手段が、前記培養槽を傾転させる傾転部と、前記培養器具に、細胞を含む液体を供給する細胞供給部と、前記培養槽内に設けられた前記培養器具に対して前記細胞供給部を挿入離脱させる移動部とからなることを特徴とする請求項２９記載の培養装置。
【請求項３１】
前記培養槽を、その中心軸まわりに回転させる回転部を備えたことを特徴とする請求項３０記載の培養装置。
【請求項３２】
前記培養器具の表面に培養された細胞の細胞を回収する細胞回収手段を備えており、該細胞回収手段が、前記培養器具に、細胞を培養器具から剥離させる液体を供給する剥離液供給部と、該剥離液供給部から供給された液体を回収する回収部とからなることを特徴とする請求項３０または３１記載の培養装置。
【請求項３３】
前記培養器具の素材が、チタンまたはチタン合金であることを特徴とする請求項２７記載の培養装置。
【請求項３４】
前記培養器具が、その表面にチタンを含有するチタン層を有することを特徴とする請求項２７記載の培養装置。
【請求項３５】
前記培養器具の素材が、細胞由来高分子材料であることを特徴とする請求項２７記載の培養装置。
【請求項３６】
前記培養器具が、その表面に細胞由来高分子材料の層を有することを特徴とする請求項２７記載の培養装置。
【請求項３７】
前記細胞由来高分子材料が、コラーゲンまたは細胞吸収性ポリマーであることを特徴とする請求項３５または３６記載の培養装置。
【請求項３８】
前記培養器具の素材が、カルシウム化合物であることを特徴とする請求項２７記載の培養装置。
【請求項３９】
前記培養器具が、その表面にカルシウム化合物の層を有することを特徴とする請求項２７記載の培養装置。
【請求項４０】
前記培養器具の素材が、合成生分解性ポリマーであることを特徴とする請求項２７記載の培養装置。
【請求項４１】
前記培養器具が、その表面に合成生分解性ポリマーの層を有することを特徴とする請求項２７記載の培養装置。
【請求項４２】
前記合成生分解性ポリマーが、ポリＬ乳酸またはポリグリコール酸であることを特徴とする請求項４０または４１記載の培養装置。
【請求項４３】
前記培養器具が、その表面に組織誘導能を有する組織誘導材料の層を有することを特徴とする請求項２７記載の培養装置。
【請求項４４】
前記組織誘導材料が、細胞外マトリックスであることを特徴とする請求項４３記載の培養装置。
【請求項４５】
前記培養器具の素材が、珪素含有素材であることを特徴とする請求項２７記載の培養装置。
【請求項４６】
前記培養器具が、その表面に珪素含有素材の層を有することを特徴とする請求項２７記載の培養装置。
【請求項４７】
前記珪素含有素材が、ゼオライトであることを特徴とする請求項４５または４６記載の培養装置。
【請求項４８】
前記培養器具の素材が、人工セラミックスであることを特徴とする請求項２７記載の培養装置。
【請求項４９】
前記培養器具が、その表面に人工セラミックスの層を有することを特徴とする請求項２７記載の培養装置。
【請求項５０】
前記培養器具が、多孔質体であることを特徴とする請求項２７、３３、３４、３５、３６、３８、３９、４０、４１、４３、４５、４６、４８または４９記載の培養装置。
【請求項５１】
前記培養器具が、網目構造を有することを特徴とする請求項２７、３３、３４、３５、３６、３８、３９、４０、４１、４３、４５、４６、４８または４９記載の培養装置。
【請求項５２】
前記培養液に浮遊細胞を浸漬させて培養することを特徴とする請求項１、２、３、４、７、９、１０、１６、１７、１９、２３、２４、２５または２７記載の培養装置。
【請求項５３】
前記浮遊細胞が、造血幹細胞を含むことを特徴とする請求項５２記載の培養装置。
【請求項５４】
前記浮遊細胞が、血液細胞の芽細胞を含むことを特徴とする請求項５２または５３記載の培養装置。
【請求項５５】
前記培養器具に付着された細胞と、培養液中に浮遊する浮遊細胞を混合培養することを特徴とする請求項２７、５２、５３または５４記載の培養装置。
【請求項５６】
前記培養器具に付着された細胞が、骨髄間質細胞であり、培養液中に浮遊する細胞が、造血幹細胞を含むことを特徴とする請求項５５記載の培養装置。
【請求項５７】
前記培養器具に付着された細胞が、骨髄間質細胞であり、前記浮遊細胞が、血液細胞の芽細胞を含むことを特徴とする請求項５５または５６記載の培養装置。
【請求項５８】
請求項１、２、３、４、７、９、１０、１６、１７、１９、２３、２４、２５または２７記載の培養装置によって造血幹細胞を培養したときに、前記培養液中に生成される血液成分を含むことを特徴とする血液製剤。
【請求項５９】
請求項１、２、３、４、７、９、１０、１６、１７、１９、２３、２４、２５または２７記載の培養装置において、前記培養器具に播種した細胞を培養して形成されたことを特徴とする人工組織。
【請求項６０】
前記細胞が、未分化な細胞であることを特徴とする請求項５９記載の人工組織。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、培養装置、人工組織および血液製剤に関する。
浮遊細胞や細菌等の生体は、細胞に必要な栄養分や酸素を含んだ培養液中に浸漬された状態で培養される。ところで、培養液に含まれる酸素は時間とともに消費されるから、細胞を長時間培養する場合、ガス供給手段によって培養液に酸素を補給し、培養液中の酸素濃度が一定に保たれる。本発明は、培養液中の酸素濃度が一定に保つことができるガス供給手段を備えた培養装置に関する。
また、近年、人体の損傷したり欠損したりした組織や臓器を回復させるために、組織や臓器を移植する再生医療が行われているが、通常、人体等の細胞から採取されたものが使用されている。同様に、輸血に使用される血液や血液中の成分なども献血によってまかなわれており、慢性的に不足している。かかる組織や臓器、血液等を人工的に培養し製造することができれば、需要を満たすことができるものの、組織や臓器、血液等を、移植や輸血が可能な細胞数まで培養するには、大量の細胞を長時間連続して培養しなければならないため、人工的に培養された組織や臓器、血液等は実用化されていない。本発明は、上記培養装置によって人工的に培養された再生医療に使用可能な人工組織、および、上記培養装置によって人工的に培養された血液細胞から製造される血液製剤に関する。
背景技術
ガス供給手段を備えた培養装置として、従来例１、２（特許文献１、２）に開示された培養装置がある。
従来例１の培養ユニットは、細胞を培養する培養容器と、この培養容器内の培養液を外部循環させる循環経路とを備えたものであり、この循環経路に、培養液のガス交換を行なうガス交換部を設けたものである。このガス交換部では、循環される培養液にテフロンチューブが浸漬されており、このテフロンチューブ内を流れるガスと培養液との間でガス交換が行なわれている。
このため、ガスの流量を調整すれば培養液に供給する酸素や栄養分の量、培養液から排出される二酸化炭素や窒素化合物の量を調整することができる。よって、培養液中の酸素濃度等を一定に保つことができるから、細胞を、長期間連続で培養することができる。
従来例２の培養ユニットは、培養槽が、中空な筒状体と、この筒状体内に収容された中空糸とから構成されており、中空糸と筒状体の間に細胞を培養するための増殖培地が収容されたものである。そして、筒状体内に収容されている中空糸は、培養槽外に設けられた培地交換装置およびガス供給装置と連通されており、中空糸内には、培地交換装置およびガス供給装置との間を循環する循環培地が流されている。そして、循環培地は、ガス供給装置および培地交換装置に通すことによって、循環培地に含まれる細胞の培養に必要な成分の濃度や酸素濃度を、増殖培地よりも高濃度に保っている。
このため、循環培地が培養槽の中空糸内を通るときに、培養に必要な成分や酸素が循環培地から増殖培地に供給され、細胞が排出した老廃物や二酸化炭素が増殖培地から循環培地に排出される。よって、循環培地の流量を調整すれば培養液中の酸素濃度や二酸化炭素の濃度等を一定に保つことができるから、細胞を、長期間連続で培養することができる。
特許文献１
特開平０７−８２６０号公報
特許文献２
特開平０９−９８７６９号公報
しかるに、従来例１の培養ユニットは、培養液中の気体成分の濃度は調整することはできるが、細胞の栄養分となるアミノ酸、ホルモン、ビタミンはガスから培養液に供給することができないので、これらの栄養分が消費されてしまえば、細胞はそれ以上増殖することができない。そして、細胞が排出するアンモニア、尿素などの窒素化合物等を培養液から除去することはできないから、これらの成分濃度が一定の量以上になると、細胞は増殖を阻害する。したがって、従来例１の培養ユニットでは、ある程度の期間、つまり培養液中の窒素化合物等の濃度が細胞の培養に適した条件にある間は細胞を培養することができるが、それ以上の期間は細胞を培養できない。そして、細胞を培養することができる期間は、培養ユニットを循環する培養液の量によって制限されてしまい、長期間培養する場合には、装置が大型化してしまう。
また、従来例２の培養ユニットでは、循環されているのは循環培地であって、細胞が浸漬されている増殖培地自体は培養槽内に保持されたままである。すると、増殖培地のうち、中空糸と接触している部分はガス交換等が有効に行なわれるものの、中空糸と隔離している部分はほとんどガス交換等が行なわれないため、培養槽内の増殖培地が不均一な状態となる。そして、中空糸近傍の増殖培地と循環培地との濃度差が小さくなればガス交換効率が低くなるから、中空糸近傍が循環培地と同等の条件になれば、増殖培地全体で見れば培養に適していない条件になっていてもガス交換等が行なわれなくなってしまう。すると、従来例２の培養ユニットでは、長期間培養する内に、中空糸近傍では細胞が増殖していても、他の部分では細胞が死滅してしまう可能性がある。そして、死滅した細胞が増加すれば、これらの細胞によって中空糸が目詰まりしてしまう可能性があり、もし目詰まりが発生すれば、ガス交換等の効率がさらに低下するため、中空糸近傍であっても培養液の状態が悪化し、細胞が増殖できなくなってしまう可能性がある。
発明の開示
第１発明の培養装置は、生体の細胞を培養するための装置であって、培養液を収容するための培養槽と、該培養槽内の培養液を外部循環させる循環手段と、前記培養液を外部循環させている間に、該培養液の状態を調整する培養液調整手段とからなることを特徴とする。
第１発明によれば、培養槽内の培養液を外部循環させ、培養槽外を循環している間に、培養液の状態を調整することができる。よって、培養槽内の培養液の状態を、培養槽内の細胞に最適な条件に保つことができるから、細胞を長期間連続で、かつ安定した状態で培養することができる。
第２発明の培養装置は、第１発明において、前記培養液調整手段が、前記培養液のガス濃度を調整するガス濃度調整手段を備えていることを特徴とする。
第２発明によれば、培養槽外を循環している間に、ガス濃度調整手段によって培養液を所望のガス濃度に飽和させることができるから、培養液のガス濃度を均一かつ細胞の培養に適した状態に保つことができる。よって、細胞を長期間連続で、かつ安定した状態で培養することができる。しかも、培養槽外でガス濃度に飽和させるから、培養槽の大きさに係わらず、所望の能力を有するガス濃度調整手段を採用することができる。そして、培養槽内には気泡が発生しないので、気泡によって培養細胞を損傷することを防ぐことができるし、培養細胞に与えるストレスを軽減することができる。さらに、培養槽の外部においてガスを飽和させているから、ガス濃度調整手段においてはガスを直接培養液に供給しても細胞の培養に悪影響を与える心配がない。よって、培養液にガスを飽和させるときに、空気透過性のチューブを用いる必要がないから、装置の製造コストを低く抑えることができる。
第３発明の培養装置は、第１または２発明において、前記培養液調整手段が、前記培養液を浄化する浄化手段を備えていることを特徴とする。
第３発明によれば、培養槽外を循環している間に、細胞が排出した老廃物や細胞に有害な物質を除去することができるから、培養液の劣化を防ぐことができ、常に、細胞の培養に適した状態に保つことができる。よって、細胞を長期間連続で、かつ安定した状態で培養することができる。
第４発明の培養装置は、第１、２または３発明において、前記培養液調整手段が、前記培養液のガス濃度を調整するガス濃度調整手段と、前記培養液を浄化する浄化手段とを備えており、該浄化手段と前記ガス濃度調整手段が直列に配置されていることを特徴とする。
第４発明によれば、ガス濃度調整手段と浄化手段とを直列に配置している、つまり外部循環する培養液を、ガス濃度調整手段と浄化手段の両方を通過させてから培養槽に戻すので、培養槽内の培養液の状態を、細胞の培養に適した状態に確実に保つことができる。しかも、コンパクトで一括操作できるので、使い捨てのセットとして製造することが可能である。そして、使い捨てのセットという構成を採用すれば、ガス濃度調整手段と浄化手段とを直列に配置したときに生じる接続部でのコンタミネーションが起こりやすいという問題が生じることも防ぐことができる。
第５発明の培養装置は、第３または４発明において、前記浄化手段が、前記培養液を透析する透析部であることを特徴とする。
第５発明によれば、透析によって培養液を浄化するから、循環する培養液中に細胞が含まれていても、透析部を通過するときの細胞の損傷を少なくすることができる。しかも、培養槽外で透析しているから、培養槽の大きさに係わらず、所望の透析能力を有する透析部を採用することができる。また、中空糸間空間を広くとる構成にすれば、培養する細胞等が詰まって透析能力が低下することも防ぐことができる。
第６発明の培養装置は、第５発明において、前記透析部が、中空な本体ケースと、該本体ケース内に配置された中空糸とから構成されており、前記本体ケースの内面と前記中空糸の外面との間に、前記培養液が通される培養液循環通路が形成されており、前記中空糸の内部に、前記培養液を透析するための透析液が通されることを特徴とする。
第６発明によれば、中空糸の内部に透析液を流し、本体ケースと中空糸との間に透析する培養液を流すから、培養液が透析部を流れるときの流動抵抗を少なくすることができる。よって、培養液を、スムースに外部循環させることができる。しかも、循環する培養液中に細胞が含まれていても、透析部を通過するときに透析部から細胞が受ける抵抗をさらに小さくすることができるから、透析部を通過するときの細胞の損傷を少なくすることができる。また、細胞もスムースに通過することができる。
第７発明の培養装置は、第１、２、３または４発明において、前記培養液調整手段が、前記培養液に細胞の培養に必要な栄養分を供給する栄養分補給部を備えていることを特徴とする。
第７発明によれば、培養槽外を循環している間に、栄養分補給部によって、細胞によって消費された栄養分を培養液に補給することができるから、細胞を長期間連続で、かつ安定した状態で培養することができる。
第８発明の培養装置は、第７発明において、前記栄養分補給部が、前記培養液が通される培養液通過部と、細胞の培養に必要な栄養分を含む栄養剤が通される栄養剤通路を備えており、該栄養剤通路と前記培養液通過部との間が、透析部材によって分離されていることを特徴とする。
第８発明によれば、培養液通過部と栄養剤通過部が透析部材によって分離されているから、栄養剤に含まれる栄養分のうち、培養液中の濃度が低下した成分だけを培養液に供給することができる。よって、必要以上の栄養分が培養液に供給されることによって生じる細胞障害という問題が生じることを防ぐことができる。
第９発明の培養装置は、第１、２，３、４または７発明において、前記培養槽から培養液を抽出する抽出手段を備えており、該抽出手段が、一端が前記培養槽内の培養液に浸漬され、他端が該培養槽外に配置された抽出経路と、該抽出経路に設けられた、前記培養液を搬送するための搬送手段と、前記抽出経路内に、無菌気体を供給する気体供給手段を備えており、該気体供給手段が、前記抽出経路において、その他端と前記搬送手段との間に無菌気体を供給することを特徴とする。
第９発明によれば、搬送手段によって培養液を他端部に向けて搬送すれば、培養槽内の培養液を抽出することができるから、培養槽内の細胞の培養状況を確認することができる。しかも、搬送手段と抽出経路の他端部との間には、無菌気体が供給されているから、常に無菌気体を供給しておけば、抽出経路の他端から抽出経路内に雑菌が侵入することを防ぐことができる。すると、抽出経路を通過する培養液が雑菌に汚染されることを防ぐことができる。そして、抽出経路内に残っている培養液も雑菌に汚染されていないから、この培養液を培養槽に戻すことができ、培養液を有効活用することができる。
第１０発明の培養装置は、第１、２，３、４、７または９発明において、前記培養槽が、その培養液の温度を制御する温度制御手段を備えていることを特徴とする。
第１０発明によれば、温度制御手段によって、培養槽内の培養液の温度を、細胞の培養に適した温度に保持しておくことができるから、細胞を長期間連続で、かつ安定した状態で培養することができる。
第１１発明の培養装置は、第１０発明において、前記温度制御手段が、遠赤外線を放射する遠赤外線放射部を備えていることを特徴とする。
第１１発明によれば、培養液だけでなく、培養液中の細胞も遠赤外線によって加温することができる。そして、細胞が直接加温されるから、培養液の温度変化が細胞の温度に与える影響を少なくすることができる。そして、細胞の温度を、遠赤外線放射部とほぼ同等の温度に保持することができるから、細胞の温度調整を容易かつ確実に行なうことができる。
第１２発明のインキュベータは、第１１発明において、前記遠赤外線放射部が、７〜１２μｍの波長帯に、放射する遠赤外線のエネルギー密度のピークを有するように調整されていることを特徴とする。
第１２発明によれば、遠赤外線による細胞の増殖や分化を促進させることができる。よって、細胞の培養効率を向上させることができる。
第１３発明の培養装置は、第１１または１２発明において、前記遠赤外線放射部が、面状発熱体であることを特徴とする。
第１３発明によれば、遠赤外線放射部が面状発熱体であるから、装置をよりコンパクトに構成することができる。
第１４発明の培養装置は、第１３発明において、前記面状発熱体が、上下一対の基材と、該上下一対の基材の間に設けられた、通電されると遠赤外線を放射する放射部と、該放射部に電力を供給する電力供給手段とから構成されており、前記放射部が、前記上下一対の基材の内面に、放射体を印刷することによって形成されていることを特徴とする。
第１４発明によれば、電力供給手段によって放射部に電力を供給すれば、放射部から遠赤外線を放射させることができる。しかも、放射部が上下一対の基材の内面に放射体を印刷することによって放射部を形成しているので、面状発熱体の製造が容易になるし、安価に製造することができる。
第１５発明の培養装置は、第１４発明において、前記放射体が、正の温度係数を有する素材であることを特徴とする。
第１５発明によれば、放射体が、正の温度係数を有する素材である、つまり、自己温度調整機能を有しているから、細胞に放射される遠赤外線の状態を一定に保つことができる。よって、遠赤外線放射部の温度変化によって、細胞に照射される遠赤外線の状態が変化することを防ぐことができるから、細胞の温度変化を防ぐことができ、安定した状態で細胞を培養することができる。
第１６発明の培養装置は、第１、２、３、４、７、９または１０発明において、前記培養槽、前記循環手段および前記培養液調整手段を連結した状態において、オートクレーブ装置内に収容しうる大きさに形成されていることを特徴とする。
第１６発明によれば、装置を分解することなくオートクレーブ装置内に入れることができるから、オートクレーブ装置によって殺菌された状態のまま使用することができ、培養液や細胞が雑菌に汚染される確率を非常に低くすることができる。
第１７発明の培養装置は、第１、２、３、４、７、９、１０または１６発明において、前記循環手段が、前記培養槽から細胞が流出することを防ぐための流出防止手段を備えていることを特徴とする。
第１７発明によれば、浮遊細胞や細菌を培養した場合、浮遊細胞等が培養槽から流出することを防ぐことができるから、培養液を外部循環させながら培養槽内の浮遊細胞等を確実に培養させることができ、長時間連続して細胞を培養することができる。また、死亡した細胞が流出して循環手段内で閉塞することを防ぐことができる。
第１８発明の培養装置は、請求項１７記載の発明において、前記流出防止手段が、電磁石であることを特徴とする。
第１８発明によれば、培養液の循環する経路の内部に設置する必要がない、つまり電磁石は培養液と接触しないので、培養液がコンタミネーションされることを防ぐことができ、しかも、培養液の流れを阻害しないので、培養液をスムーズに外部循環させることができる。また、電磁石は培養する細胞と物理的な接触によって流出を防ぐものではない。つまり培養している細胞と接触しないから、細胞膜の非常に弱い細胞であっても、培養槽からの流出を防ぎ、かつ損傷することなく培養することができる。
第１９発明の培養装置は、第１、２、３、４、７、９、１０、１６または１７発明において、前記培養槽内の培養液を外部に排出する培養液排出部と、前記循環手段に外部から新しい培養液を供給する培養液供給部とからなる培養液交換手段を備えていることを特徴とする。
第１９発明によれば、培養液排出部によって使用中の培養液を培養槽から排出させながら、培養液供給部によって培養槽に新しい培養液を供給することができる。このため、培養を継続したままで培養液を交換できるから、長期間の培養が必要である接着細胞や造血細胞であっても培養することができる。しかも、培養液排出部と培養液供給部を同期して作動させるだけで、使用中の培養液と新しい培養液の交換を自動的に行うことができる。よって、培養液の交換に人手が不要となり、培養液や培養中の細胞がコンタミネーションされる危険性を減らすことができる。
第２０発明の培養装置は、第１９発明において、前記培養液排出部が、前記培養槽から細胞が流出することを防ぐための流出防止手段を備えていることを特徴とする。
第２０発明によれば、培養槽内の培養液を排出するときに、浮遊細胞等が培養槽から流出することを防ぐことができるから、細胞の培養を中止することなく、培養液を交換することができる。よって、細胞をより長期間連続で培養することができる。
第２１発明の培養装置は、第２０発明において、前記流出防止手段が、電磁石であることを特徴とする。
第２１発明によれば、培養液の循環する経路の内部に設置する必要がない、つまり電磁石は培養液と接触しないので、培養液がコンタミネーションされることを防ぐことができる。また、電磁石は培養する細胞と物理的接触して流出を防ぐものではない。つまり培養している細胞と接触しないから、細胞膜の非常に弱い細胞であっても、培養槽からの流出を防ぐことができる。
第２２発明の培養装置は、第１９、２０または２１発明において、前記培養液供給部が、培養液を前記循環手段に供給する前に、培養液を滅菌する滅菌部を備えていることを特徴とする。
第２２発明によれば、新しい培養液は滅菌部によって滅菌されてから培養槽に供給されるので、培養液を交換するときに、雑菌が混入することを防ぐことができ、培養中の培養液がコンタミネーションされることを防ぐことができる。
第２３発明の培養装置は、第１、２、３、４、７、９、１０、１６、１７または１９発明において、前記培養槽、前記循環手段および前記培養液調整手段において、前記培養液が流れる経路によって閉ループ回路が形成されており、該閉ループ回路内に加圧蒸気を供給し、該閉ループ回路内部を滅菌する加圧蒸気滅菌手段を備えていることを特徴とする。
第２３発明によれば、加圧蒸気滅菌手段によって閉ループ回路内に加圧蒸気を供給すれば、各手段を分解することなく、閉ループ回路内を滅菌することができる。よって、培養装置を容易かつ迅速に装置全体を滅菌することができる。そして、各手段を分解しない、つまり培養装置の滅菌作業において、人手で行う作業をなくすことができるので、培養槽等がコンタミネーションされる危険性を低くすることができる。また、加圧蒸気滅菌手段を作動させるだけで培養装置を滅菌することができるので、培養装置の滅菌も自動化でき、培養装置の運転を完全に自動化することも可能である。
第２４発明の培養装置は、第１、２、３、４、７、９、１０、１６、１７、１９または２３発明において、前記循環手段が、培養中の前記培養液を中の所望の成分を回収するための回収手段を備えていることを特徴とする。
第２４発明によれば、培養液が循環経路を循環されている間に、培養液中の有効成分である蛋白質や培養される細胞が産生する成分を回収することができるので、有効成分等、所望の成分を高効率かつ確実に回収することできる。
第２５発明の培養装置は、第１、２、３、４、７、９、１０、１６、１７、１９、２３または２４発明において、前記培養する細胞を供給する細胞供給手段を備えており、該細胞供給手段が、培養する細胞を含有する播種液を前記培養槽に搬送する細胞搬送手段と、該細胞供給手段によって搬送された前記播種液を、前記培養槽内に排出する排出部とからなることを特徴とする。
第２５発明によれば、細胞搬送手段によって播種液を培養槽に搬送し、排出部によって培養槽内に排出すれば、播種液に含まれる細胞を培養液に供給することができる。
第２６発明の培養装置は、第２５発明において、前記細胞搬送手段が、前記播種液が収容された貯蔵部と、前記排出部との間を連通させる播種液搬送経路と、該播種液を前記貯蔵部から前記排出部に向けて送るポンプと、該ポンプと前記排出部との間に設けられ、両者の間を連通遮断するバルブとからなることを特徴とする。
第２６発明によれば、バルブを閉めた状態でポンプを作動させれば播種液搬送経路内の播種液の圧力が高くなる。その状態でバルブを開けば、播種液を培養槽内に射出させることができる。すると、培養槽内に細胞を培養する足場となる細胞培養器具などを設けておけば、細胞培養器具の表面に播種液、つまり細胞を播種させることができる。よって、浮遊細胞だけでなく、接着細胞であっても自動的、言い換えれば培養槽を開閉することなく播種することができるから、細胞を播種するときに細胞や培養液等が汚染されることを防ぐことができる。
第２７発明の培養装置は、第１、２、３、４、７、９、１０、１６、１７、１９、２３、２４または２５発明において、前記培養槽内に、培養する細胞が付着される培養器具を備えていることを特徴とする。
第２７発明によれば、組織や臓器を構成している細胞であっても、培養器具に付着させれば、培養槽内で培養することができる。このため、従来の培養装置では不可能であった組織や臓器を構成している接着細胞であっても大量に培養をすることができる。
第２８発明の培養装置は、第２７発明において、前記培養器具が、３次元構造を有することを特徴とする。
第２８発明によれば、培養器具の表面に細胞を培養させれば、種々の細胞から３次元組織を構築することができるので、再生医療に必要な３次元の組織や臓器を大量に供給することが可能となる。また、培養器具の形状に沿って細胞を培養させることができるから、培養器具を所望の形状に成形しておけば、所望の形状の組織や臓器を形成することができる。
第２９発明の培養装置は、第２８発明において、前記培養器具が、複数本の円管を連結して形成されたことを特徴とする。
第２９発明によれば、培養器具が円管であるから、培養器具の表面積を大きくすることができるので、大量の細胞を培養することができる。しかも、円管内を培養液が流れるので、全ての細胞に新鮮な培養液を供給することができる。このため、培養される細胞の全ての細胞に栄養分や酸素を効率よく供給することができるので、培養液の循環効率が上がり、培養条件を飛躍的に亢進することが可能となる。
第３０発明の培養装置は、第２９発明において、前記培養器具が、その軸方向が前記培養槽の軸方向と平行となるように、前記培養槽内に配設されており、前記培養器具の表面に、培養する細胞の細胞を播種する播種手段を備えており、該播種手段が、前記培養槽を傾転させる傾転部と、前記培養器具に、細胞を含む液体を供給する細胞供給部と、前記培養槽内に設けられた前記培養器具に対して前記細胞供給部を挿入離脱させる移動部とからなることを特徴とする。
第３０発明によれば、傾転部によって培養槽を傾けた状態で、移動部によって細胞供給部を培養器具内に挿入し、細胞供給部から培養器具内に培養する細胞の細胞を含む液体を垂らせば、培養器具内面に液体を流すことができるので、培養器具内面に細胞を播種することができる。また、傾転部や移動部、細胞供給部の作動を自動化することが可能となるので、培養装置による細胞の培養を自動化することができる。しかも、自動化すれば、人手による作業をなくすことができるので、培養された細胞や、培養液などがコンタミネーションされるのを防ぐことができる。
第３１発明の培養装置は、第３０発明において、前記培養槽を、その中心軸まわりに回転させる回転部を備えたことを特徴とする。
第３１発明によれば、細胞の播種しているときに、培養槽を傾転させた状態で回転させれば、培養器具の内面全体に液体を流すことができるので、培養器具の内面全体に細胞を播種することができる。
第３２発明の培養装置は、第３０または３１発明において、前記培養器具の表面に培養された細胞の細胞を回収する細胞回収手段を備えており、該細胞回収手段が、前記培養器具に、細胞を培養器具から剥離させる液体を供給する剥離液供給部と、該剥離液供給部から供給された液体を回収する回収部とからなることを特徴とする。
第３２発明によれば、剥離液供給部を培養器具内に挿入して、その状態で剥離液を供給し、回収部によって剥離液とともに回収すれば、剥離液とともに培養器具から剥離した細胞を回収することができる。また、剥離液供給部や回収部の作動を自動化することが可能となるので、培養装置による細胞の回収を自動化することができる。しかも、自動化すれば、人手による作業をなくすことができるので、培養された細胞がコンタミネーションされるのを防ぐことができる。
第３３発明の培養装置は、第２７発明において、前記培養器具の素材が、チタンまたはチタン合金であることを特徴とする。
第３３発明によれば、培養器具の素材が、生体親和性の高いチタンまたはチタン合金であるから、培養器具の表面に、直接、培養する細胞を播種しても細胞が汚染されたり、傷害を与えられたりすることがないので、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。しかも、培養器具と細胞の間には細胞外マトリックスが形成され、さらに石灰化層が形成される。このため、培養する細胞を確実に培養器具に付着させておくことができるから、細胞を安定した状態で培養することができる。また、長期間使用しても、培養器具が変質したり腐食したりしないので、培養器具を長期間利用することができ、細胞を培養するコストを低下させることができる。
第３４発明の培養装置は、第２７発明において、前記培養器具が、その表面にチタンを含有するチタン層を有することを特徴とする。
第３４発明によれば、培養器具の基材の表面に、生体親和性の高いチタンやチタン合金を含有する層を形成しているので、培養器具の表面に、直接、培養する細胞を播種しても培養器具によって細胞が汚染されたり、損傷したりすることがなく、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。また、培養器具はチタンやチタン合金を含有する層に完全に覆われており、しかも、このチタン等の層は、細胞の培養の経過とともに、細胞外マトリックスによって完全に覆われる。このため、基材が全く細胞と接触しないので、細胞を安定した状態で培養することができる。さらに、長期間使用しても培養器具が変質したり腐食したりしない。よって、培養器具を長期間利用することができ、細胞を培養するコストを低下させることができる。
第３５発明の培養装置は、第２７発明において、前記培養器具の素材が、細胞由来高分子材料であることを特徴とする。
第３５発明によれば、培養器具の素材が、細胞由来高分子材料であるから、培養器具の表面に、直接、培養する細胞を播種しても、培養器具によって細胞が汚染されたり、損傷したりすることがなく、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。しかも、培養器具と細胞の間には細胞外マトリックスが形成され、さらに石灰化層が形成される。このため、培養する細胞を確実に培養器具に付着させておくことができるから、細胞を安定した状態で培養することができる。また、培養器具全体が細胞由来高分子材料で形成されており、この細胞由来高分子材料は生体に吸収されるから、培養器具のまま移植することができるので、移植を確実かつ簡単に行うことができる。
第３６発明の培養装置は、第２７発明において、前記培養器具が、その表面に細胞由来高分子材料の層を有することを特徴とする。
第３６発明によれば、培養器具の基材の表面に、細胞由来高分子材料の層が形成されているので、培養器具の表面に、直接、培養する細胞を播種しても、培養器具によって細胞が汚染されたり、損傷したりすることがないので、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。また、培養器具は細胞由来高分子材料の層に完全に覆われており、しかも、この細胞由来高分子材料の層は細胞外マトリックスによって完全に覆われる。このため、基材が全く細胞と接触しないので、細胞を安定した状態で培養することができる。さらに、長期間使用しても培養器具が変質したり腐食したりしないから、培養器具を、長期間利用することができ、細胞を培養するコストを低下させることができる。
第３７発明の培養装置は、第３５または３６発明において、前記細胞由来高分子材料が、コラーゲンまたは細胞吸収性ポリマーであることを特徴とする。
第３７発明によれば、コラーゲンや細胞吸収性ポリマーは、細胞との細胞親和性が非常に高いので、接着細胞の培養環境をさらに改善することができる。そして、培養器具と細胞の親和性がさらに高まるので、大量の細胞を効率よく、低コストで培養することが可能となる。
第３８発明の培養装置は、第２７発明において、前記培養器具の素材が、カルシウム化合物であることを特徴とする。
第３８発明によれば、培養器具の素材が、カルシウム化合物であるから、培養器具の表面に、直接、培養する細胞を播種しても、培養器具の表面に、直接、培養する細胞を播種しても、培養器具によって細胞が汚染されたり、損傷したりすることがないので、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。しかも、培養器具全体がカルシウム化合物で形成されており、このカルシウム化合物は生体に吸収されるから、培養器具のまま移植することができるので、移植を確実かつ簡単に行うことができる。
第３９発明の培養装置は、第２７発明において、前記培養器具が、その表面にカルシウム化合物の層を有することを特徴とする。
第３９発明によれば、培養器具の基材の表面に、カルシウム化合物の層が形成されているので、培養器具の表面に、直接、培養する細胞を播種しても、培養器具によって細胞が汚染されたり、損傷したりすることがないので、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。また、培養器具はカルシウム化合物の層に完全に覆われており、しかも、このカルシウム化合物の層は細胞外マトリックスによって完全に覆われる。このため、基材が全く細胞と接触しないので、細胞を安定した状態で培養することができる。さらに、長期間使用しても培養器具が変質したり腐食したりしない。よって、培養器具を、長期間利用することができ、細胞を培養するコストを低下させることができる。
第４０発明の培養装置は、第２７発明において、前記培養器具の素材が、合成生分解性ポリマーであることを特徴とする。
第４０発明によれば、培養器具の素材が、合成生分解性ポリマーであるから、培養器具の表面に、直接、培養する細胞を播種しても、培養器具によって細胞が汚染されたり、損傷したりすることがないので、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。しかも、培養器具全体が合成生分解性ポリマーで形成されており、この合成生分解性ポリマーは生体に吸収されるから、培養器具のまま移植することができるので、移植を確実かつ簡単に行うことができる。
第４１発明の培養装置は、第２７発明において、前記培養器具が、その表面に合成生分解性ポリマーの層を有することを特徴とする。
第４１発明によれば、培養器具の基材の表面に、合成生分解性ポリマーの層が形成されているので、培養器具の表面に、直接、培養する細胞を播種しても、培養器具によって細胞が汚染されたり、損傷したりすることがないので、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。また、培養器具は合成生分解性ポリマーの層に完全に覆われており、しかも、この合成生分解性ポリマーの層は細胞外マトリックスによって完全に覆われる。このため、基材が全く細胞と接触しないので、細胞を安定した状態で培養することができる。さらに、長期間使用しても培養器具が変質したり腐食したりしない。よって、培養器具を、長期間利用することができ、細胞を培養するコストを低下させることができる。
第４２発明の培養装置は、第４０または４１発明において、前記合成生分解性ポリマーが、ポリＬ乳酸またはポリグリコール酸であることを特徴とする。
第４２発明によれば、ポリＬ乳酸やポリグリコール酸は、細胞との細胞親和性が非常に高いので、接着細胞の培養環境をさらに改善することができる。そして、培養器具と細胞の親和性がさらに高まるので、大量の細胞を効率よく、低コストで培養することが可能となる。
第４３発明の培養装置は、第２７発明において、前記培養器具が、その表面に組織誘導能を有する組織誘導材料の層を有することを特徴とする。
第４３発明によれば、培養器具の表面に組織誘導材料の層を有しているので、培養器具と細胞との細胞親和性が高く、培養器具の表面に、直接、培養する細胞を播種しても、培養器具によって細胞が汚染されたり、損傷したりすることがないので、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。また、接着細胞の培養環境を改善するとともに、再生医療のために、生体に直接利用することができ、細胞を培養するコストを低下させることができる。しかも、組織誘導材料の影響により細胞の増殖が促進されるだけでなく、未分化間葉系細胞の種々の組織への分化誘導が可能となる。
第４４発明の培養装置は、第４３発明において、前記組織誘導材料が、細胞外マトリックスであることを特徴とする。
第４４発明によれば、組織液等材料が細胞外マトリックスであり、培養器具と細胞との細胞親和性が非常に高いので、接着細胞の培養環境をさらに改善することができる。そして、培養器具と細胞の親和性をさらに高まるので、大量の細胞を効率よく、低コストで培養することが可能となる。しかも、細胞外マトリックスの影響により細胞の増殖が促進されるだけでなく、未分化間葉系細胞の種々の組織への分化誘導が可能となる。よって、細胞の分化状態を維持したまま培養が可能なだけではなく、再生医療に必要な細胞を容易に供給することができる。
第４５発明の培養装置は、第２７発明において、前記培養器具の素材が、珪素含有素材であることを特徴とする。
第４５発明によれば、珪素は石灰化能を有しており細胞との細胞親和性が非常に高いので、培養器具の表面に、直接、培養する細胞を播種しても細胞が汚染されたり、傷害を与えられたりすることがなく、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。しかも、培養器具と細胞の間には細胞外マトリックスが形成され、さらに石灰化層が形成される。このため、培養する細胞を確実に培養器具に付着させておくことができるから、細胞を安定した状態で培養することができる。また、長期間使用しても、培養器具が変質したり腐食したりしないので、培養器具を長期間利用することができ、細胞を培養するコストを低下させることができる。さらに、珪素含有素材は珪素を含んでいるため、温度が高くなると遠赤外線を放出するから、細胞の分化や増殖を促進効果も得られる。
第４６発明の培養装置は、第２７発明において、前記培養器具が、その表面に珪素含有素材の層を有することを特徴とする。
第４６発明によれば、珪素は石灰化能を有しており細胞との細胞親和性が非常に高いので、培養器具の表面に、直接、培養する細胞を播種しても培養器具によって細胞が汚染されたり、損傷したりすることがなく、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。また、培養器具は珪素含有素材の層に完全に覆われており、しかも、この珪素含有素材の層は、細胞の培養の経過とともに、細胞外マトリックスによって完全に覆われる。このため、基材が全く細胞と接触しないので、細胞を安定した状態で培養することができる。さらに、長期間使用しても培養器具が変質したり腐食したりしない。よって、培養器具を長期間利用することができ、細胞を培養するコストを低下させることができる。さらに、珪素含有素材は珪素を含んでいるため、温度が高くなると遠赤外線を放出するから、細胞の分化や増殖を促進効果も得られる。
第４７発明の培養装置は、第４５または４６発明において、前記珪素含有素材が、ゼオライトであることを特徴とする。
第４７発明によれば、ゼオライトは細胞との細胞親和性が非常に高いので、培養器具の表面に、直接、培養する細胞を播種しても培養器具によって細胞が汚染されたり、損傷したりすることがなく、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。そして、ゼオライトは珪素を含んでいるため、温度が高くなると遠赤外線を放出するから、細胞の分化や増殖を促進効果も得られる。
第４８発明の培養装置は、第２７発明において、前記培養器具の素材が、人工セラミックスであることを特徴とする。
第４８発明によれば、人工セラミックスは細胞との細胞親和性が非常に高いので、培養器具の表面に、直接、培養する細胞を播種しても細胞が汚染されたり、傷害を与えられたりすることがなく、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。しかも、培養器具と細胞の間には細胞外マトリックスが形成され、さらに石灰化層が形成される。このため、培養する細胞を確実に培養器具に付着させておくことができるから、細胞を安定した状態で培養することができる。また、長期間使用しても、培養器具が変質したり腐食したりしないので、培養器具を長期間利用することができ、細胞を培養するコストを低下させることができる。さらに、人工セラミックスは温度が高くなると遠赤外線を放出するから、細胞の分化や増殖を促進効果も得られる。
第４９発明の培養装置は、第２７発明において、前記培養器具が、その表面に人工セラミックスの層を有することを特徴とする。
第４９発明によれば、人工セラミックスは細胞との細胞親和性が非常に高いので、培養器具の表面に、直接、培養する細胞を播種しても培養器具によって細胞が汚染されたり、損傷したりすることがなく、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。また、培養器具は人工セラミックスの層に完全に覆われており、しかも、この人工セラミックスの層は、細胞の培養の経過とともに、細胞外マトリックスによって完全に覆われる。このため、基材が全く細胞と接触しないので、細胞を安定した状態で培養することができる。さらに、長期間使用しても培養器具が変質したり腐食したりしない。よって、培養器具を長期間利用することができ、細胞を培養するコストを低下させることができる。さらに、人工セラミックスは温度が高くなると遠赤外線を放出するから、細胞の分化や増殖を促進効果も得られる。
第５０発明の培養装置は、第２７、３３、３４、３５、３６、３８、３９、４０、４１、４３、４５、４６、４８または４９発明において、前記培養器具が、多孔質体であることを特徴とする。
第５０発明によれば、培養器具が多孔質であるから、培養器具の表面に付着している細胞において、その表面の部分の細胞だけでなく、培養器具に付着している部分の細胞にも新鮮な培養液を供給することができる。このため、培養される細胞の全ての細胞に栄養分や酸素を効率よく供給することができるので、培養液の循環効率が上がり、培養条件を飛躍的に亢進することが可能となる。
第５１発明の培養装置は、第２７、３３、３４、３５、３６、３８、３９、４０、４１、４３、４５、４６、４８または４９発明において、前記培養器具が、網目構造を有することを特徴とする。
第５１発明によれば、培養器具が網目構造を有しているので、培養器具の表面に付着している細胞において、その表面の部分の細胞だけでなく、培養器具に付着している部分の細胞にも新鮮な培養液を供給することができる。このため、培養される細胞の全ての細胞に栄養分や酸素を効率よく供給することができるので、培養液の循環効率が上がり、培養条件を飛躍的に亢進することが可能となる。
第５２発明の培養装置は、第１、２、３、４、７、９、１０、１６、１７、１９、２３、２４、２５または２７発明において、前記培養液に浮遊細胞を浸漬させて培養することを特徴とする。
第５２発明によれば、浮遊細胞を大量に培養することができるから、浮遊細胞の培養過程で産生される様々な有効成分を回収することができる。よって、この回収した成分から、医薬品や抗体、ワクチン等を製造することができる。
第５３発明の培養装置は、第５２発明において、前記浮遊細胞が、造血幹細胞を含むことを特徴とする。
第５３発明によれば、造血幹細胞を含んでいれば、赤芽球、骨髄芽球、巨核芽球、単芽球、リンパ芽球に分化した後血液細胞である赤血球、有核白血球である好中球、好酸球、好塩基球、血小板、単球やリンパ球を産生することができる。したがって、輸血用製剤として使用することができる混合液を製造することができる。
第５４発明の培養装置は、第５２または５３発明において、前記浮遊細胞が、血液細胞の芽細胞を含むことを特徴とする。
第５４発明によれば、赤芽球、骨髄芽球、巨核芽球、単芽球、リンパ芽球等を含んでいれば、直接血液細胞である赤血球、有核白血球である好中球、好酸球、好塩基球、血小板、単球やリンパ球を産生することができる。したがって、輸血用製剤として使用することができる混合液を製造することができる。
第５５発明の培養装置は、第２７、５２、５３または５４発明において、前記培養器具に付着された細胞と、培養液中に浮遊する浮遊細胞を混合培養することを特徴とする。
第５５発明によれば、培養槽内に設けられた培養器具で接着細胞を培養しながら、培養液中では浮遊する細胞を培養する、いわゆる混合培養を行うことができる。このため、接着細胞から、浮遊細胞を活性化したり分化を促進したりする因子が産生、分泌されるので、浮遊細胞の培養を促進することができる。また、浮遊細胞が生理活性因子を産生するので、この生理活性因子の働きで接着細胞の活性や分化を促進することができる。したがって、浮遊細胞や接着細胞のみを培養した場合に比べて、各細胞の培養を促進することができるので、各細胞を効率よく培養することができる。
第５６発明の培養装置は、第５５発明において、前記培養器具に付着された細胞が、骨髄間質細胞であり、培養液中に浮遊する細胞が、造血幹細胞を含むことを特徴とする。
第５６発明によれば、培養器具によって骨髄間質幹細胞を培養しながら、培養液中で造血幹細胞を混合培養すれば、骨髄間質幹細胞から造血幹細胞を活性化したり、分化を促進する因子が産生、分泌されるため、造血幹細胞から赤血球、有核白血球である好中球、好酸球、好塩基球、血小板、単球やリンパ球の産生が促進される。また、造血幹細胞が産生する生理活性因子の働きで骨髄間質幹細胞から骨芽細胞、軟骨芽細胞、線維芽細胞、脂肪細胞やその他の細胞への分化が促進される。このため、造血幹細胞や骨髄間質幹細胞を単独で培養するよりも、より早く効率的にしかも活性の高い血液細胞である赤血球等を産生することができ、効率的良く骨芽細胞等を分化誘導することができる。
第５７発明の培養装置は、第５５または５６発明において、前記培養器具に付着された細胞が、骨髄間質細胞であり、前記浮遊細胞が、血液細胞の芽細胞を含むことを特徴とする。
第５７発明によれば、培養器具によって骨髄間質幹細胞を培養しながら、培養液中で、赤芽球や骨髄芽球、巨核芽球、単芽球、リンパ芽球等の血液芽細胞を含んだ骨髄組織を混合培養すれば、骨髄間質幹細胞から赤芽球等を活性化したり、分化を促進する因子が産生、分泌されるため、骨髄組織から赤血球、有核白血球である好中球、好酸球、好塩基球、血小板、単球やリンパ球の産生が促進される。また、赤芽球等が産生する生理活性因子の働きで間質幹細胞から骨芽細胞、軟骨芽細胞、線維芽細胞、脂肪細胞やその他の細胞の分化が促進される。このため、骨髄組織や骨髄間質幹細胞を単独で培養するよりも、より早く効率的にしかも活性の高い血液細胞である赤血球等を産生することができ、効率的良く骨芽細胞等を分化誘導することができる。
第５８発明の血液製剤は、第１、２、３、４、７、９、１０、１６、１７、１９、２３、２４、２５または２７発明の培養装置によって造血幹細胞を培養したときに、前記培養液中に生成される血液成分を含むことを特徴とする。
第５８発明によれば、少量の造血幹細胞から大量の血液成分を製造することができるから、所望の成分を含む血液製剤を、大量かつ容易に製造することができる。しかも、輸血や血液製剤が必要とされる人から造血幹細胞を摂取し、その造血幹細胞を培養して輸血用血液や血液製剤を製造することができるから、安全な輸血用血液等を製造することができる。
第５９発明の人工組織は、第１、２、３、４、７、９、１０、１６、１７、１９、２３、２４、２５または２７発明の培養装置において、前記培養器具に播種した細胞を培養して形成されたことを特徴とする。
第５９発明によれば、少量の細胞から所望の組織を製造することができるから、再生医療などに必要とされる臓器などを、安価かつ大量に製造することができる。しかも、移植が必要とされる人から所望の組織の細胞を摂取し、その細胞を培養して臓器を製造することができるから、生体との適合性を高くすることができ、拒絶反応が起こることも防ぐことができる。
第６０発明の人工組織は、第５９発明において、前記細胞が、未分化な細胞であることを特徴とする。
第６０発明によれば、培養条件を調整すれば、所望の細胞に分化させることができるから、再生医療などに必要とされる臓器などを、安価かつ大量に製造することができる。しかも、移植が必要とされる人から摂取した細胞を使用すれば、生体との適合性を高くすることができ、拒絶反応が起こることも防ぐことができる。
発明を実施するための最良の形態
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の培養装置は、細胞を培養するための装置であって、培養液を収容するための培養槽と、培養液を外部循環させる循環手段と、培養液が外部循環する経路に設けられた培養液調整手段を備えたものであり、培養液を外部循環させることおよび外部循環している間に培養液調整手段によって培養液の状態を調整するようにしたことが特徴である。
図１は本実施形態の培養装置１の概略説明図である。同図において、符号２は、本実施形態の培養装置１の培養槽を示している。この培養槽２は、例えばガラスやステンレス製の容器であり、培養液を収容するための本体部２ａと、本体部２ａの内部を密閉することができる蓋部２ｂとから構成されており、蓋部２ｂを本体部２ａに取り付けると培養槽２内を外部から気密に密封することができるように構成されている。
なお、培養槽２の素材は上記のものに限られず、長期間使用しても腐食せず、また、培養液を変質させない素材であれば特に限定はない。
図１および図２に示すように、前記培養槽２の蓋２ｂには、この蓋２ｂを貫通する循環手段１０の配管１１の一端部が気密に取り付けられており、この配管１１の他端はポンプ１１ｐの吸入口に接続されている。一方、ポンプ１１ｐの吐出口には、配管１２の一端が取り付けられており、この配管１２の他端部は、蓋２ｂに気密に取り付けられている。そして、配管１１の一端、および配管１２の他端はいずれも培養槽２内の培養液に浸漬されている。このため、ポンプ１１ｐを作動させれば、培養槽２内の培養液を、配管１１，１２を通して培養槽２の外部を循環させることができる。
また、図１に示すように、配管１２には、配管１２内を流れる培養液の状態を調整する培養液調整手段２０が介装されている。この培養液調整手段２０は、培養液に含まれる老廃物等を除去する透析部２１と、培養液のガス濃度を調整するガス濃度調整手段２２と、培養液に細胞の培養に必要な栄養分を供給する栄養分補給部２３を備えている。
このため、ポンプ１１ｐを作動させて培養槽２内の培養液を外部循環させて、培養液を培養液調整手段２０に供給することができる。すると、培養槽２内において細胞を培養しながら培養液を外部循環させれば、培養液が培養液調整手段２０を通過するときに、細胞が排出した老廃物は透析部２１によって培養液から除去され、培養液中の酸素濃度や窒素、二酸化炭素等の濃度はガス濃度調整手段２２によって調整され、細胞が消費した栄養分は栄養分補給部２３によって培養液に補給されるから、培養液を外部循環させることによって、培養液を、細胞の培養を開始する前の状態、言い換えれば細胞の培養に適した状態に調整して培養槽２内に戻すことができる。
よって、本実施形態の培養装置１によれば、培養槽２内の培養液の状態を、細胞の培養に最適な条件に保つことができるから、細胞を長期間連続で、かつ安定した状態で培養することができる。そして、長期間連続して培養することができるから、細胞を大量に培養することが可能である。
そして、図１に示すように、配管１１の一端を培養槽２の上部に配置し、配管１２の他端を培養槽２の下部に配置すれば、培養液を外部循環させるだけで、培養槽２内には、底部から上部に向かう流れを生じさせることができる。また、培養槽２の本体部２ａの底部に、軸方向の両端部に金属が取り付けられた回転子４を配置し、培養槽２の外部における回転子４の直下に主軸に磁石５ｂが取り付けられたモータ５を設けておけば、モータ５を駆動すれば、磁石５ｂが回転し、その磁石５ｂの磁力によって培養槽２内の回転子４を回転させることができるので、培養槽２内の培養液に水平面内で旋回する流れを発生させることができる。すると、培養液を外部循環させながら回転子４を回転させれば、２つの流れの作用によって、外部循環して培養槽２内に戻された培養液と、培養槽２内に保持されている培養液との混合を促進することができるから、培養槽２内の培養液の状態を均一に近づけることができる。しかも、培養槽２内に保持されたまま外部循環されない培養液をなくすことができるから、培養液の状態、つまり細胞の培養条件を良好に保つことができる。そして、培養液の混合に培養液を外部循環させたことによって生じる流れを利用するから、回転子４の回転数を低くしても培養液の混合を促進することができる。すると、回転子４の回転だけで培養槽２内に対流を発生させて混合する場合に比べて、培養槽２内の培養液の流速を低くできるから、非常に外圧に弱い細胞であっても、培養槽２内の培養液の状態を均一に保ったまま培養することができる。
なお、回転子４は設けなくてもよいが、回転子４を設けておけば、培養液の均一化を迅速かつ効率よく行なうことができる。
また、図１および図２に示すように、浮遊細胞や細菌等のように、培養液とともに流動する細胞を培養する場合には、配管１１における培養槽２内の一端に、流出防止手段として電磁石６を設けると好適である。通常、浮遊細胞や細菌は帯電しているため、電磁石６と反発するので、浮遊細胞等が電磁石を設けた位置を通過することを防ぐことができる。
すると、培養液を外部循環させながら浮遊細胞や細菌等を培養した場合であっても、浮遊細胞等を培養槽２内に滞留させておくことができ、死亡した細胞が流出して配管１１，１２内で閉塞することも防ぐことができる。
しかも、電磁石６は配管１１の外周面に取り付ければよいので、培養液の流れが阻害されることもない。そして、電磁石６はフィルタのように物理的接触によって流出を防ぐものではない。つまり培養している細胞と接触しないから、細胞膜の非常に弱い、赤血球やマクロファージ、血しょう板等の細胞でも培養槽２からの流出を防ぎ、かつ損傷することなく培養することができる。
なお、培養する浮遊細胞が外圧に強いものであれば、流出防止手段としてフィルタや膜等のように、物理的な接触によって浮遊細胞等の流出を防ぐものを使用してもよい。
つぎに、培養液調整手段２０について詳細に説明する。
図１および図３に示すように、前記配管１２には、培養液調整手段２０の透析部２１が介装されている。この透析部２１は、中空な本体ケース２１ａと、この本体ケース２１ａ内に配置された中空糸２１ｂとから構成されている。
本体ケース２１ａは、その内部が配管１２と連通されており、その内面と前記中空糸２１ｂとの間の培養液循環通路２１ｈを培養液が流れるように構成されている。
中空糸２１ｂは、例えば、ポリプロピレンやセルロースジアステート、シリコンゴム等の半透性という機能を有する素材によって形成されたものであり、その内部には、重炭酸緩衝液、燐酸緩衝液等の透析液が通されている。
このため、培養液が培養液循環通路２１ｈを通過するときに、培養液が中空糸２１ｂを介して透析され、培養液に含まれるアンモニア、窒素化合物等の老廃物が透析液に移動するから、培養液を浄化することができる。よって、培養液の劣化を防ぐことができ、常に、細胞の培養に適した状態に保つことができるから、細胞を長期間連続で、かつ安定した状態で培養することができる。
しかも、透析部２１が培養槽２の外に設けられている、つまり、培養槽２外で培養液を透析しているから、透析部２１の大きさや透析部２１に使用する素材などを、培養槽２の大きさや培養液の性質等に係わらず、自由に選択することができる。よって、所望の透析能力を有する透析部２１を採用することができるから、確実に培養液を所望の条件まで透析して浄化することができる。そして、透析部２１として、その透析能力が培養槽２の大きさに比べて十分に高いものを使用すれば、細胞数の増加量に合わせて透析能力を高くすることができるから、大量の細胞を連続して培養することも十分に可能である。
また、中空糸２１ｂの内部に透析液を流し、培養液を培養液循環通路２１ｈに通しているから、培養液が透析部２１を流れるときの流動抵抗を少なくすることができ、培養液をスムースに外部循環させることができる。そして、透析部２１を流れるときの流動抵抗が小さいから、循環する培養液中に細胞が含まれていても、透析部２１を通過するときに細胞が受ける抵抗を小さくすることができ、透析部２１を通過するときに、損傷を受ける細胞を少なくすることができる。
さらに、透析部２１が広い中空糸間空間を備えていれば、培養する細胞等が中空糸２１ｂに詰まって透析能力が低下することも防ぐことができる。
なお、培養液を中空糸２１ｂ内に通し、透析液を培養液循環通路２１ｈに通してもよいが、本願のごとき構成とすれば、中空糸２１ｂ内に通す場合に比べて、培養液の流動抵抗が少なくなるので、透析効率を高くすることができ、また、循環する培養液に細胞が含まれている場合に、細胞の損傷を少なくすることができる。そして、中空糸２１ｂの内径を大きくしておけば、培養する細胞等が中空糸２１ｂに詰まって透析能力が低下することも防ぐことができる。
さらになお、中空糸２１ｂに代えて、透析膜等によって、本体ケース２１ａ内を、培養液が通される経路と透析液が通される経路を分離する構成としてもよい。
さらになお、培養液を浄化する方法は、上記のごとき透析によって消化する方法に限られず、アンモニア吸着カラムやアフィニティカラム、分子ふるい等の方法を用いてもよい。
図１および図３に示すように、前記配管１２において、前記透析部２１の下流側には、ガス濃度調整手段２２が介装されている。このガス濃度調整手段２０は、中空なケース２２ａを備えており、このケース２２ａの内部が配管１２と連通されている。そして、ケース２２ａの上部から供給された培養液が、ケース２２ａの下部から排出されるように構成されている。そして、ケース２２ａの上部には、他端がガス供給手段Ｇに接続された配管２６の一端が配置されている。このガス調整手段Ｇは、所望のガス濃度、例えばＣＯ２が５％、空気が９５％となるように調整された飽和ガスをケース２２ａ内に供給するものである。
なお、飽和ガスのガス濃度は、上記の濃度に限られず、酸素濃度を高くしてもよく、培養する細胞の状態に最適なガス濃度とすればよい。例えば、酸素濃度を３０％としたり、窒素を６５％としてもよい。
ガス供給手段Ｇからガス濃度調整手段２０のケース２２ａ内に飽和ガスを送れば、ケース２２ａ内の培養液に飽和ガスを接触させることができるから、培養液中のガス濃度が飽和ガスと同等のガス濃度となるように調整することができる。よって、培養液を所望のガス濃度に飽和させることができ、培養液のガス濃度を均一かつ細胞の培養に適した状態に保つことができるから、細胞を長期間連続で、かつ安定した状態で培養することができる。
しかも、ガス濃度調整手段２２が培養槽２の外に設けられている、つまり、培養槽２外で培養液のガス濃度を調整することができるから、ガス濃度調整手段２２の大きさを、培養槽２の大きさに係わらず、自由に選択することができる。よって、所望のガス交換能力を有するガス濃度調整手段２２を採用することができるから、確実に培養液を所望のガス濃度に調整することができる。そして、ガス濃度調整手段２２として、そのガス交換能力が培養槽２の大きさに比べて十分に高いものを使用すれば、細胞数の増加量に合わせてガス交換能力を高くすることができるから、大量の細胞を連続して培養することも十分に可能である。
さらに、循環する培養液に細胞が含まれていない場合には、配管２６の一端に多数の細孔が形成された曝気部２２ｂが設け、この曝気部２２をケース２２ａ内の培養液に浸漬させ、この曝気部２２ｂの多数の細孔から培養液中にガスを排出させるような構成としてもよい（図４（Ａ）参照）。この場合、ガス供給手段Ｇから曝気部２２ｂに飽和ガスを送れば、ケース２２ａ内の培養液を曝気することができるので、培養液と飽和ガスの接触面積が大きくなるので、培養液に酸素等を溶解させる効率を高くすることができ、ガス交換効率を高くすることができる。そして、培養液には細胞が含まれていないので、曝気したときに発生する気泡が細胞を傷つけたりストレスを与えたりすることがない。
なお、ケース２２ａとガス供給手段Ｇとの間の配管２６には、飽和ガスを滅菌する滅菌フィルタ２７を設けておけば、飽和ガスに雑菌等が含まれていても培養液が汚染されることを防ぐことができる。
さらになお、図４（Ｂ）に示すように、ケース２２ａ内に空気透過性のチューブ２２ｄ（例えば、テフロン（デュポン社の登録商標）を素材とするチューブ）設け、このチューブ内に培養液を通し、ケース２２ａ内に飽和ガスを供給するような構成とした場合には、培養液と飽和ガスが直接接触することを防ぐことができるから、培養液が汚染されることをより確実に防ぐことができる
そして、配管１２に、透析部２１とガス濃度調整手段２２を直列に配置している、つまり外部循環する培養液を、透析部２１とガス濃度調整手段２２の両方に通過させてから培養槽２に戻すので、培養槽２内の培養液の状態を、細胞の培養に適した状態に確実に保つことができる。しかも、コンパクトで一括製造できるので使い捨てのセットとして製造することが可能である。とくに、使い捨てのセットという構成を採用すれば、透析部２１とガス濃度調整手段２２とを直列に配置したときに生じる接続部からのコンタミネーションという問題が生じることも防ぐことができる。
図１および図３に示すように、前記配管１２において、ガス濃度調整手段２２の下流側には、栄養剤補給部２３が介装されている。この栄養剤補給部２３は、培養液が流れる培養液通過部２３ａと、細胞の培養に必要なサイトカインやホルモン、ビタミン等の栄養分を含む栄養剤が流れる栄養剤通路２３ｂを備えており、両通路の間が、例えば例えば、ポリプロピレンやセルロースジアステート、シリコンゴム等の半透性という機能を有する素材によって形成された透析部材によって分離されている。
このため、培養液が培養液通過部２３ａを通過するときに、細胞が消費して濃度が減少した栄養分が、透析部材２３ｃを介して栄養剤から培養液に移動するから、培養液に細胞の培養に必要な栄養分を補給することができる。よって、培養液の栄養分の枯渇を防ぐことができ、常に、細胞の培養に適した状態に保つことができるから、細胞を長期間連続で、かつ安定した状態で培養することができる。
しかも、栄養剤補給部２３が培養槽２の外に設けられている、つまり、培養槽２外で培養液に栄養分を補給しているから、栄養剤補給部２３の大きさやその能力を、培養槽２の大きさ等に係わらず、自由に選択することができる。よって、所望の能力を有する栄養剤補給部２３を採用することができるから、培養液に含まれる栄養分の濃度を、確実に所望の濃度まで補給することができる。そして、栄養剤補給部２３として、その能力が培養槽２の大きさに比べて十分に高いものを使用すれば、細胞数の増加量に合わせて培養液に供給する栄養分の量を調整することができるから、大量の細胞を連続して培養することも十分に可能である。
また、培養液通過部２３ａと栄養剤通過部２３ｂが透析部材２３ｃによって分離されているから、栄養剤に含まれる栄養分のうち、培養液中の濃度が低下した成分だけを培養液に供給することができる。よって、必要以上の栄養分が培養液に供給されることによって生じる細胞障害を防ぐことができる。
なお、栄養剤補給部２３の構成を、透析部２１と実質同様の構成とし、中空糸の内部に栄養剤を流してもよい。
なお、培養液調整手段２０に、培養液中の所望の成分を回収する、例えば透析器やアフィニティカラム、分子ふるい等の回収手段２８を設けておけば、培養液が外部循環している間に、培養液中の有効成分である蛋白質や培養される細胞が産生する成分を回収することができるので、有効成分等、所望の成分を高効率かつ確実に回収することできるし、培養を停止することなく、所望の成分のみを回収することができる。
また、長期間培養すると、たとえ透析部２１によって浄化したり、栄養剤補給部２３によって栄養分の補給しても、培養液は劣化してしまうが、以下のごとき構成を有する培養液供給部３０と培養液排出部４０とを備えた培養液交換手段を設けておけば、細胞の培養を継続しながら培養液を、新鮮な培養液に交換することができる。
図１に示すように、配管１２には、連通弁３１を介して、培養液供給部３０の配管３３の一端が取り付けられている。この配管３３の他端には、図示しない培養液貯蔵部に連通されている。この配管３１には、培養液貯蔵部と連通弁３１の間には、培養液貯蔵部から供給された培養液を３５℃近傍まで温める加熱器３４、ポンプ３５、滅菌フィルター３２が介装されており、培養液貯蔵部からその順で取り付けられている。
一方、培養槽２の蓋２ｂには、培養液排出部４０の配管４１が気密に取り付けられており、その一端が培養槽２内の培養液に浸漬されている。この配管４１の他端部にはポンプ４２が介装されており、このポンプ４２と培養槽２との間には、滅菌フィルター４３が介装されている。
このため、連通弁３１によって培養液供給手段３０と配管１２を連通させて、ポンプ３５によって培養液貯蔵部から加熱器３４、減菌フィルタ３２を通して、新鮮な培養液を配管１２に供給し、同時に培養液排出器４０によって使用中の培養液を培養槽２から排出させれば、培養槽２内における培養を中断しなくても、培養液の交換を行うことができる。よって、培養を継続したままで培養液を交換できるから、長期間の培養が必要である接着細胞や造血細胞であっても培養することができる。しかも、培養液排出部４０と培養液供給部３０を同期して作動させるだけで、使用中の培養液と新しい培養液の交換を自動的に行うことができる。よって、培養液の交換に人手が不要となり、培養液や培養中の細胞がコンタミネーションされる危険性を減らすことができる。
しかも、各配管３３，４１には、いずれも滅菌フィルター３２，４３が設けられているから、交換作業中に培養液が雑菌に汚染されることをより確実に防ぐことができる。
そして、浮遊細胞を培養する場合には、電磁石６を配管４１の一端部に設けておけば、培養槽２内の培養液を排出するときに、その培養液とともに浮遊細胞等が培養槽２から流出することを防ぐことができるから、浮遊細胞であっても培養を中止することなく、培養液を交換することができる。
なお、培養液供給部３０だけ、または培養液排出部４０だけを作動させれば、培養槽２内の培養液の量を調整することも可能である。
細胞を長期間培養する場合には、定期的に培養液を抽出して、細胞や培養液の状態を調べる必要があるが、以下の構成を有する抽出手段５０を設ければ、培養液が汚染されることなく、また、培養液を無駄にすることなく抽出することができる。
図５に示すように、培養槽２の蓋２ｂには、抽出経路８１の一端部が気密に取り付けられており、その一端は培養槽２内の培養液に浸漬されている。この抽出経路８１の他端部は、培養槽２の外部に配置されており、その他端部はシリンダ等の滅菌処理された抽出液受け容器８２内に配置されている。
この抽出経路８１には、ポンプ８３が介装されており、このポンプ８３と抽出経路８１の他端部との間には、図示しないガス供給部から滅菌フィルター５４を介して無菌気体が供給されるように構成されている。そして、この無菌気体は、常に、抽出経路８１に供給されている。介装されている。
このため、ポンプ８３を作動させれば、培養槽２内の培養液を抽出経路８１を通して抽出液受け容器８２内に排出させることができるから、この培養液を調べれば、細胞の培養状態を確認することができる。
しかも、抽出経路８１には、常に無菌気体が供給されており、その無菌気体は抽出経路８１の他端から抽出液受け容器８２内に供給され、常に、抽出液受け容器８２内を満たしている。すると、外気が抽出経路８１や抽出液受け容器８２内に侵入することができないので、抽出経路８１や抽出液受け容器８２内への雑菌の侵入を防ぐことができる。よって、抽出された培養液が抽出経路８１を通過するとき、および抽出液受け容器８２内に入ったときに雑菌等に汚染されることを防ぐことができる。
さらに、抽出経路８１や抽出液受け容器８２が確実に無菌状態に保たれているら、抽出経路８１や抽出液受け容器８２内に排出された培養液も雑菌に汚染されることはない。すると、必要以上の培養液が抽出された場合に、抽出経路８１や抽出液受け容器８２内に残った培養液を培養槽２内に戻すことができ、培養液を有効活用することができる。そして、培養液を戻すときに、抽出経路８１や抽出液受け容器８２内の気体も培養槽２内に入る可能性があるが、抽出経路８１や抽出液受け容器８２内は無菌気体によって満たされているから、雑菌が気体とともに侵入することもない。
とくに、連続して培養しながら培養液を回収する場合には、回収された培養液が汚染される心配がないので、その培養液を、安全に利用することができる。
また、図６に示すように、培養槽２内の培養液に培養する細胞を供給することができる細胞供給手段９０を設ければ、細胞の培養を完全に自動化できるので、好適である。
図１において、符号９１は培養する細胞を含有する播種液が収容された貯蔵部を示している。この貯蔵部９１には、細胞搬送経路９２の一端が取り付けられており、その一端は貯蔵部９１内の播種液に浸漬されている。この細胞搬送経路９２の他端部は、前記培養槽２の蓋２ｂに気密に取り付けられており、その一端は培養槽２内に配置されている。この細胞搬送経路９２の他端には、公知のノズルなどの排出部９３が設けられている。そして、細胞搬送経路９２には、貯蔵部９１内の播種液を排出部９３に向けて搬送するポンプ９４が介装されている。
このため、ポンプ９４を作動させれば、播種液を培養槽２に搬送することができ、排出部９３から培養槽２内に排出させて、播種液に含まれる細胞を培養液２に供給することができる。よって、細胞の供給を自動化することができるから、細胞の培養を完全に自動化することが可能となる。
そして、ポンプ９４と排出部９３との間の細胞搬送経路９２に、両者の間を連通遮断する、例えばピンチバルブ等のバルブ９５を設けておけば、バルブ９５を閉めた状態でポンプ９４を作動させれば播種液搬送経路２内の播種液の圧力が高くすることができる。そして、播種液の圧力が高くなった状態でバルブ９５を開けば、播種液を培養槽２内に勢いよく射出させることができる。すると、培養槽２内に細胞を培養する足場となる細胞培養器具などを設けておけば、細胞培養器具の表面に播種液、つまり細胞を播種させることができる。よって、浮遊細胞だけでなく、接着細胞であっても自動的、言い換えれば培養槽２を開閉することなく播種することができるから、細胞を播種するときに細胞や培養液等が汚染されることを防ぐことができる。
さらに、本実施形態の培養装置１は、インキュベータや保温器などのような培養装置１の周囲の環境を一定に保つことができる設備の内部で使用することもできるが、培養槽２に、以下のごとき温度制御手段７０を設ければ、培養装置１を所望の場所で使用することができる。
図１に示すように、前記培養槽２の外面には、温度制御手段７０の面状発熱体７１が設けられている。この面状発熱体７１は、面状発熱体７１に供給する電力を調整する制御部７８に接続されている。この制御部７８は、培養槽２内の培養液の温度に応じて、面状発熱体７１に供給する電力を調整し面状発熱体７１の温度を調整するものである。
図７に示すように、面状発熱体７１は、通電されると発熱し、かつ培養槽２の内部に向けて遠赤外線を放出する放射部７３を備えている。つまり、面状発熱体７１は、放射部７３が発生した熱だけでなく、発熱したときに放出する遠赤外線によって培養液を加熱することができるのである。
しかも、面状発熱体７１から放射された遠赤外線は、培養槽２内の培養液中を伝播し、この遠赤外線の有するエネルギの一部は細胞に直接供給されることとなる。
このため、培養する細胞を、培養液からの熱伝達だけでなく、遠赤外線によっても加温することができるから、遠赤外線が培養に照射されてさえいれば、たとえ培養する細胞の周囲の培養液の温度が変化したとしても、細胞自体の温度変化を抑えることができる。
また、培養槽２内の培養液が所定の温度まで上昇すれば、面状発熱体７１から遠赤外線の形態で放出されるエネルギのうち、培養液に吸収されるエネルギが減少する。すると、面状発熱体７１から遠赤外線として放出されるエネルギは、その大部分が培養する細胞に供給され、細胞自体の加温に使用されることとなる。そして、遠赤外線の有するエネルギは面状発熱体７１の温度に依存するから、遠赤外線によって加温される細胞の温度を、面状発熱体７１とほぼ同じ温度まで加温することができる。
また、面状発熱体７１の表面から放射される遠赤外線のエネルギー密度のピークが、７〜１２μｍの波長帯に形成されるように調整されている。この７〜１２μｍの波長は、生育光線と呼ばれる波長帯であり、植物などの成長に有効であるが、動物、特にヒトの細胞、例えば肝細胞や皮膚細胞、骨芽細胞、免疫細胞等の増殖する能力を有する細胞や、造血幹細胞や間質幹細胞等、自己増殖しかつ複数の高度な細胞に分化することができる幹細胞の培養において、培養する細胞に生育光線を照射すれば、遠赤外線を照射しない場合に比べて、細胞の増殖や分化を促進される。この細胞の増殖や分化が促進する原因としては、増殖や分化に影響する遺伝子や増殖因子や分化誘導因子を活性化させることや、逆に、増殖や分化を抑制する遺伝子や抑制因子の働きを抑えること、遠赤外線が直接増殖因子や分化誘導因子として機能することが考えられる。細胞が未分化で、各種組織の細胞に分化可能な細胞、例えば、骨髄、末梢血、臍帯血、組織由来の幹細胞や胚性幹細胞等の未分化な細胞を遠赤外線を照射した状態で培養すれば、非常に感受性が高く未分化な細胞自体の増殖を促進できることはもちろん、その未分化な細胞から所望の細胞への分化も促進させることができるから、少しの未分化な細胞から、所望の分化した細胞を容易かつ大量に培養することができる。また、肝細胞や骨芽細胞等、既に各組織に分化しているが増殖可能な細胞を、遠赤外線を照射した状態で培養すれば、長期間作用させると増殖を活性化させることができる。
つまり、本実施形態の培養装置１の培養槽２に、上記のごとき温度制御手段７０を設けておけば、温度制御手段７０を設けない場合に比べて細胞の増殖及び分化促進効率を向上させることができるのである。
なお、配管１１，１２や培養液調整手段２０を断熱材によって覆っておけば、培養液が外部循環している間にその温度が変化することを防ぐことができる。
さらになお、透析部２１やガス濃度調整手段２２、栄養剤補給部２３にも温度制御手段７０を設けておけば、培養液の温度変化をより確実に防ぐことができる。
また、面状発熱体７１に使用する放射体７５として、カーボンブラックやカーボングラファイト、セラミックスパウダー、アルミナ、ジルコン等の金属紛等遠赤外線を放射する素材と、ポリエチレングリコール等を基材とした半導体等の有する正温度係数（Ｐ．Ｔ．Ｃ：Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｎｔ）機能、いわゆる自己温度制御機能を有する素材を含むものを使用すれば、特別な制御機構やセンサを採用しなくても、ＰＴＣ素材や放射素材の温度が所定の温度近傍に確実に維持することができる。この場合、放射体７５から放射される遠赤外線の波長やエネルギー密度の分布を所定の状態に保つことができる。よって、面状発熱体７１の温度変化による遠赤外線の状態が変化、つまり細胞に放射される遠赤外線の状態を一定に保つことができるから、細胞の温度変化を防ぐことができ、安定した状態で細胞を培養することができる。
なお、遠赤外線放射部は、上記のごとき面状発熱体７１でなくてもよく、所定の波長の遠赤外線を細胞に照射できるものであれば、特に限定はない。
培養開始前、および培養が終了したのち、培養装置１内に雑菌が繁殖することを防ぐために、培養液の流れる経路や、その他の部分を滅菌する必要があるが、培養槽の容積が１０Ｌよりも小さい場合には、培養装置１を、培養槽２、循環手段、培養液調整手段２０を全て連結した状態においてオートクレーブ装置内に収容できる大きさに構成すれば、装置を分解することなくオートクレーブ装置内に入れて滅菌することができるので、培養装置１の滅菌作業が容易になる。
しかも、連結した装置を分解しなくてもよいから、培養作業を開始する前にオートクレーブ装置によって殺菌し、そのままの状態で使用すれば、培養液や細胞が雑菌に汚染される確率を非常に低くすることができる。
そして、培養槽２が２０Ｌ以上の場合には、配管１１と加圧蒸気を発生することができる図示しない加圧蒸気供給手段を連通させることができるように設けておけば、加圧蒸気滅菌手段によって閉ループ回路内に加圧蒸気を供給すれば、各手段を分解することなく、各手段を滅菌することができる。すると、培養装置１が大型化しても、容易かつ迅速に装置全体を滅菌することができるから、培養槽２等がコンタミネーションされる危険性を低くすることができる。また、加圧蒸気滅菌手段を作動させるだけで培養装置を滅菌することができるので、培養装置１の滅菌を自動化でき、培養装置１の運転を完全に自動化することができる。
また、図８および図９に示すように、本実施形態の培養装置１において、細胞を付着させることができ、かつ増殖するための足場となる培養器具５０を備えた培養槽２を使用すれば、細菌や浮遊細胞等のように短期間かつ培養液に浮遊させた状態で培養できる細胞だけでなく、骨芽細胞や皮膚繊維芽細胞等のように、培養に数週間から１ヶ月程度の期間を必要とし、かつ増殖するための足場が必要な接着細胞の培養に好適である。
図８および図９において、符号５０が、培養槽２内に設けられた培養器具を示している。この培養器具５０は、純チタンまたはチタン合金を素材とする複数本の円管を、互いに連結して形成されたものであり、支持部材５１によって培養槽２内に保持されている。
このため、培養する細胞を培養器具５０の表面に付着させた状態で培養槽２内に配置して培養液に浸漬させれば、組織や臓器を構成している接着細胞であっても培養することができる。しかも、本実施形態の培養装置１であれば、長期間連続して培養することが可能であるから、従来の培養装置では不可能であった組織や臓器を構成している接着細胞を、大量かつ所望の大きさになるまで培養することができる。
また、培養器具５０が円管を連結して形成されおり、培養器具５０の表面積、つまり細胞が足場とすることができる部分を広くすることができるから、大量の細胞を培養することができる。しかも、円管内に培養液を流すことができるから、全ての細胞に新鮮な培養液を供給することができる。このため、培養される細胞の全ての細胞に栄養分や酸素を効率よく供給することができるので、培養液の循環効率が上がり、培養条件を飛躍的に亢進することが可能となる。
なお、培養器具５０は上記の構造に限られず、様々な形状のものを使用することができる。例えば、上下方向を貫通する貫通孔を有するハニカム構造や多孔質構造の培養器具５０を使用すれば、上下方向の培養液が流れがスムースになり、培養される細胞の全ての細胞に栄養分や酸素を効率よく供給することができる。また、所望の３次元的な構造、例えば各種臓器の形状に形成された培養器具５０を使用すれば、培養器具５０の形状に沿って細胞が増殖し、所望の形状の３次元組織を構築することができるので、再生医療に必要な３次元の組織や臓器を大量に供給することが可能となる。
さらになお、培養器具５０の形状として、膜状の部材を使用してもよく、その場合には膜状の組織を形成することも可能である。とくに、網目構造を有する膜状の部材、いわゆるメッシュを使用すれば、培養器具５０を通して細胞に新鮮な培養液を供給できるから、培養器具５０の表面に付着している細胞において、その表面の部分の細胞だけでなく、培養器具５０に付着している部分の細胞にも新鮮な培養液を供給することができる。
また、培養器具５０の円管の素材として、純チタンやチタン合金を使用している。純チタンやチタン合金は細胞親和性が高いので、培養器具５０の表面に、直接、培養する細胞を播種しても、細胞が汚染されたり、傷害を与えられたりすることがないので、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。しかも、培養器具５０と細胞との間には細胞外マトリックスが形成され、さらに石灰化層が形成される。このため、培養する細胞を確実に培養器具５０に付着させておくことができるから、長期間、細胞を安定した状態で培養することができる。また、純チタンやチタン合金は化学的な安定性が非常に高く長期間使用しても変質したり腐食したりしないので、培養器具５０の腐食変質等によって細胞が損傷することを防ぐことができる。そして、何回でも同じ培養器具５０を利用することができるから、細胞を培養するコストを低下させることも可能である。
なお、培養器具５０の全体がチタンやチタン合金で形成されていなくてもよく、基材の表面にチタンやチタン合金を含有する層を形成したものを使用しても良い。この場合も、培養器具５０によって細胞が汚染されたり、損傷したりすることがないので、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。また、培養器具５０はチタンやチタン合金を含有する層に完全に覆われており、しかも、このチタン等の層は細胞外マトリックスによって完全に覆われる。このため、基材が全く細胞と接触しないので、長期間使用しても、培養器具５０が変質したり腐食したりしないので、培養器具５０を長期間利用することができ、細胞を培養するコストを低下させることができる。
さらになお、培養器具５０の素材は、コラーゲンや細胞吸収性ポリマー、キチン等の細胞由来高分子材料や、ハイドロキシアパタイトなどのリン酸カルシウム系化合物、ポリＬ乳酸やポリグリコール酸等の合成生分解性ポリマー等、細胞親和性の高い素材であれば、どのような素材を使用しても良い。
そして、培養器具５０の基材が、珪素化合物、ガラス、磁性体、セラミックス、その他細胞親和性を有しない素材であっても、その表面に、細胞由来高分子材料やリン酸カルシウム系化合物、合成生分解性ポリマー、細胞外マトリックスなどの組織誘導能を有する組織誘導材料の層を形成すれば、培養器具５０の細胞親和性を高くすることができる。
そして、培養器具５０として、その器具自体の素材が細胞由来高分子材料であったり、器具の表面に細胞由来高分子材料の層を有するものを使用した場合には、培養器具５０と細胞との細胞親和性がさらに高くなり、培養器具５０によって細胞が汚染されたり、損傷したりすることがなく、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。しかも、培養器具５０と細胞の間には細胞外マトリックスが形成され、さらに石灰化層が形成される。このため、培養する細胞を確実に培養器具５０に付着させておくことができるから、細胞を安定した状態で培養することができる。
しかも、培養器具５０全体が細胞由来高分子材料で形成されていれば、この細胞由来高分子材料は生体に吸収されるから、再生医療のために、生体に培養器具５０をそのまましようできる、つまり培養器具５０のまま移植することができるので、移植を確実かつ簡単に行うことができる。
とくに、細胞由来高分子材料がコラーゲンであれば、細胞との細胞親和性が非常に高いので、接着細胞の培養環境をさらに改善することができる。そして、培養器具５０と細胞の親和性がさらに高まるので、大量の細胞を効率よく、低コストで培養することが可能となる。
また、培養器具５０として、その器具自体の素材がリン酸カルシウム系化合物であったり、器具の表面にリン酸カルシウム系化合物の層を有するものを使用した場合には、リン酸カルシウム系化合物は細胞との細胞親和性が高いので、培養器具５０の表面に、直接、細胞外マトリックスを形成させることができる。よって、培養器具５０によって培養する細胞が汚染されたり、傷害を与えられたりすることがないので、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。しかも、培養器具５０全体がリン酸カルシウム系化合物で形成されていれば、このリン酸カルシウム系化合物は生体に吸収されるから、培養器具５０のまま移植することができるので、移植を確実かつ簡単に行うことができる。
そして、培養器具５０として、その器具自体の素材が合成生分解性ポリマーであったり、器具の表面に合成生分解性ポリマーの層を有するものを使用した場合には、合成生分解性ポリマーは細胞親和性が高いので、培養器具５０の表面には、直接、細胞外マトリックスを形成させることができる。よって、培養器具５０によって培養する細胞が汚染されたり、傷害を与えられたりすることがないので、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。しかも、培養器具５０全体がリン酸カルシウム系化合物で形成されていれば、この合成生分解性ポリマーは生体に吸収されるから、再生医療のために、生体に培養器具５０をそのまま使用できる、つまり培養器具５０のまま移植することができるので、移植を確実かつ簡単に行うことができる。
とくに、合成生分解性ポリマーがポリＬ乳酸またはポリグリコール酸であれば、培養器具５０と細胞との細胞親和性が非常に高いので、接着細胞の培養環境をさらに改善することができる。そして、培養器具５０と細胞の親和性がさらに高まるので、大量の細胞を効率よく、低コストで培養することが可能となる。
さらに、培養器具５０として、珪素を含有する素材、例えば、ガラスやゼオライト、図１４〜図１６に示すような組成を有する黒体粉末や天然セラミックス等によって形成されたものを使用してもよい。この場合、黒体粉末や天然セラミックス等に含まれる珪素が石灰化能を有しているため、培養器具５０の表面には、リン酸カルシウム系化合物等によって石灰化層が形成される。すると、培養器具５０と細胞との親和性が高くなるから、培養器具５０によって培養する細胞が汚染されたり、傷害を与えられたりすることがない。よって、臓器等の接着細胞を長期間培養することができるし、培養する細胞を確実に培養器具５０に付着させておくことができるから、長期間、細胞を安定した状態で培養することができる。
しかも、図１４〜図１７に示すように、黒体粉末、天然セラミックス、ゼオライト等は、約８３３〜１４２９ｃｍ−１の領域、つまり約７〜１２μｍ近傍の遠赤外線領域の波長を特異的に吸収する特性を有している。言い換えれば、黒体粉末、天然セラミックス、ゼオライト等は、約７〜１２μｍの遠赤外線を強く放出する性質を有しているから、培養器具５０は温度が高くなると遠赤外線を放出する。すると、培養器具５０の表面に付着している細胞に、培養器具５０から遠赤外線が供給されることになるから、細胞の分化や増殖を促進する効果を得ることができる。
そして、培養器具５０の表面に、上記のごときガラスや天然セラミックス、ゼオライトなどの粉末や黒体粉末等とシリカゲル等の接着剤とを混合したものをコーティングし、ガラスやゼオライト、黒体粉末、天然セラミックス等を含有する層、つまり珪素を含有する素材の層を形成しても、同様の効果を得ることができる。
また、培養器具５０として、人工セラミックス、例えば、図１８に示すような組成を有する人工セラミックス等によって形成されたものを使用してもよい。この場合も、培養器具５０の表面には、リン酸カルシウム系化合物等によって石灰化層が形成されるから、培養器具５０と細胞との親和性が高くなる。よって、培養器具５０によって培養する細胞が汚染されたり、傷害を与えられたりすることがなく、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。そして、培養する細胞を確実に培養器具５０に付着させておくことができるから、長期間、細胞を安定した状態で培養することができる。
しかも、図１８に示すように、人工セラミックスは、約８３３〜１４２９ｃｍ−１の領域、つまり約７〜１２μｍの遠赤外線領域の波長を特異的に吸収する特性を有している。言い換えれば、人工セラミックスは、約７〜１２μｍ近傍の遠赤外線を強く放出する性質を有しているから、培養器具５０は温度が高くなると遠赤外線を放出する。すると、培養器具５０の表面に付着している細胞に、培養器具５０から遠赤外線が供給されることになるから、細胞の分化や増殖を促進する効果を得ることができる。
そして、培養器具５０の表面に、上記のごとき人工セラミックスの粉末とシリカゲル等の接着剤とを混合したものをコーティングし、人工セラミックスの層を形成しても、同様の効果を得ることができる。
さらに、培養器具５０として、その器具の表面に組織誘導材料の層を有する場合には、細胞外マトリックス等の組織誘導材料と細胞との細胞親和性が高いから、接着細胞の培養環境を改善するとともに、再生医療のために、生体に直接利用することができ、細胞を培養するコストを低下させることができる。しかも、組織誘導材料の影響により細胞の増殖が促進されるだけでなく、未分化間葉系細胞の種々の組織への分化誘導が可能となる。よって、細胞の分化状態を維持したまま培養が可能なだけではなく、再生医療に必要な細胞を容易に供給することができる。
そして、本実施形態の培養装置１の培養器具５０に、所望の接着細胞を播種して培養すれば、培養槽２内に気泡や速度の速い対流を生じさせることがなく、培養液の状態をほぼ均一かつ細胞の培養に適した状態に保つことができ、しかも細胞を培養しながら培養液の交換が可能であるから、様々な接着細胞を非常に長期間（数週間〜数ヶ月）でも培養することができる。すると、少量の接着細胞から再生医療に使用しうる大きさの組織を製造することができるから、再生医療などに必要とされる人工臓器や人工組織を、安価かつ大量に製造することができる。しかも、移植が必要とされる人から所望の組織の細胞を摂取し、その細胞を培養して臓器を製造することができるから、生体との適合性を高くすることができ、拒絶反応が起こることも防ぐことができる。
また、培養する細胞として間質幹細胞等の未分化な細胞を使用すれば、培養条件を調整することによって所望の細胞に分化させることができるから、入手が困難な細胞から構成されている組織などを、容易に入手できる細胞から製造することができる。そして、未分化な細胞を、未分化なままで増殖させれば、どのような組織にでも適用可能な人工組織も製造することが可能である。
以下のような細胞播種手段６０に培養槽２を設置しておけば、培養器具５０への細胞の播種も自動化することができるため好適である。
なお、培養器具５０への細胞の播種は、上述した細胞供給手段９０によっても可能であるが、培養器具５０として、複数本の円管をその軸方向が一致するようにかつ横断面視で各円管が放射状に並ぶように形成したものを使用する場合には、以下のような細胞播種手段６０を使用すると、培養器具５０に対して細胞をより確実に播種することができる。
図８および図９に示すように、培養槽２内には、培養器具５０が、その中心軸が培養槽２の中心軸と一致するように取り付けられている。
同図において符号６１は、細胞播種手段６０のベースである。このベース６１の上面には、ベース６１の上面において回転可能なターンテーブル６２が設けられている。このターンテーブル６２は、前記培養槽２を支持するスタンドＳが載せられるものである。このため、ターンテーブル６２上に培養槽２を支持するスタンドＳを載せておけば、培養槽２をその軸まわりに回転させることができる。
図８および図９に示すように、前記ベース６１には、支持枠６３が立設されており、この支持枠６３には、上下方向、つまり培養槽２内に設けられた培養器具５０の軸方向に移動可能に、培養槽２の半径方向に伸ばした横軸６４が設けられている。この支持枠６３と横軸６４が特許請求の範囲にいう移動部である。
そして、この横軸６４には、細胞供給部６５が取り付けられている。この細胞供給部６５は、中空な部材であり、上部に培養する細胞が含まれた液体が供給される注入部６５ａが設けられている。一方、細胞供給部６５の下部には、前記培養器具５０の軸方向に沿って延びた、複数本の円筒状の播種部６５ｂが設けられている。
この複数本の播種部６５ｂは、全て培養器具５０の中心軸と同一平面内に並んで設けられている。しかも、培養槽２の中心軸から各播種部６５ｂまでの距離は、培養器具５０の複数の円管のうち、同一面内に位置する複数の円管と培養槽２の中心軸との距離と同じ長さになるように配設されている。
また、前記ベース６１には、前記培養槽２の中心軸に対して偏心した位置に、ベース６１の下面から出没可能に、傾転軸６６が設けられている。
つぎに、細胞播種手段６０によって、細胞を播種する作業を説明する。
図１０は細胞播種手段６０が傾転した状態の概略説明図である。まず、培養槽２内の培養液を全て排出し、その後培養槽２の蓋２ａを取り外す。
ついで、横軸６４を支持枠６３に沿って下降させると、細胞供給部６５の播種部６５ｂが培養器具５０の各円管内に挿入される。その状態で、傾転軸６６をベース６１の下面から突出させると、傾転軸６６が設けられた部分のベース６１が浮き上がり、ベース６１とともに培養槽２が傾く（図１０）。
そして、細胞供給部６５の注入部６５ａから培養する細胞が含まれた液体を流し込むと、細胞供給部６５内を通って播種部６５ｂから前記液体が培養器具５０内に流入する。
このとき、培養槽２が傾いているので、液体は培養器具５０内面をつたって流れるので、培養器具５０内面に細胞を播種することができる。
ついで、横軸６４を支持枠６３に沿って上昇させると、細胞供給部６５が培養器具５０から離脱する。その後、ターンテーブル６２を回転させて、円管の列が播種部６５ｂと同じ面内に位置させる。そして、再び横軸６４を支持枠６３に沿って下降させると、細胞供給部６５の播種部６５ｂが培養器具５０の各円管内に挿入される。そして、細胞供給部６５の注入部６５ａから培養する細胞が含まれた液体を流し込むと、播種部６５ｂから前記液体が培養器具５０内に流入し、培養器具５０内面をつたって流れる。
上記作業を繰り返すと、全ての円管内面に細胞を播種することができるし、円管内面を液体がながれているときにターンテーブル６２を回転させれば、培養器具５０の円管の内面全体に細胞を播種することができる。
また、培養する細胞の細胞を含む液体に代えて、細胞供給部６５の注入部６５ｂに、培養器具５０から剥離させる剥離液（トリプシンＥＤＴＡ）を注入し、播種部６５ｂから培養器具５０内に垂らせば、細胞を培養器具５０から剥離させることができる。
そして、培養槽２の底部などに、剥離液を回収する回収部６７を設けておけば、剥離液とともに培養器具５０から剥離した細胞を回収することができる。
つまり、細胞播種手段６０は、細胞回収手段として使用することができ、この場合、細胞供給部６５が特許請求の範囲にいう剥離液供給部となるのである。
なお、細胞播種手段６０は、図１１〜図１３に示すような構造でもよく、培養槽２の底部に、培養器具５０の下端に接近離間して、培養器具５０の下端を気密に密閉したり開放したりすることができる底蓋６８を設けておけば、培養器具５０の内部に剥離液をためることができるので、細胞の剥離を確実にすることができるし、また、剥離液の消費量を少なくすることができる。
さらになお、培養槽２は、播種回収を行っている間だけでなく、細胞の培養行っているときも、細胞播種手段６０のターンテーブル６２に上に設置していてもよいし、細胞の播種回収を行うときのみ細胞播種手段６０上に設置するようにしてもよい。
上述したように、本実施形態の培養装置１を用いた場合、培養槽２内に気泡や速度の速い対流を生じさせることがなく、培養液の状態をほぼ均一かつ細胞の培養に適した状態に保つことができ、しかも細胞を培養しながら培養液の交換が可能であるため、様々な浮遊細胞を非常に長期間（数週間〜数ヶ月）でも培養することができる。すると、浮遊細胞自体を大量に製造することができるだけでなく、浮遊細胞が増殖する過程で産生される様々な有効成分を回収することができるから、この回収した成分から、抗体やワクチン、医薬品等を製造することができる。
とくに、浮遊細胞が造血幹細胞を含んでいる場合、造血幹細胞は、自己増殖するだけでなく様々な血液細胞に分化して、培養液内には、血液に含まれるほとんど全ての細胞、例えば赤芽球、骨髄芽球、巨核芽球、単芽球、リンパ芽球に分化した後血液細胞である赤血球、有核白血球である好中球、好酸球、好塩基球、血小板、単球やリンパ球等が産生される。そして、長期間培養を連続して行なえば、培養液には、大量の血液成分が産生される。
すると、培養液を処理すれば、所望の成分を抽出することができるので、所望の成分を含む血液製剤を容易に製造することができる。しかも、本実施形態の培養装置１は、細胞の培養を継続しながら、培養液の抽出および交換、追加が可能であるから、培養液に含まれる血液細胞等を回収しながら、連続して細胞を培養することも可能である。
そして、輸血や血液製剤が必要とされる人から造血幹細胞を摂取し、その造血幹細胞を培養して輸血用血液や血液製剤を製造することができるから、拒絶反応を起こす心配のない安全な輸血用血液等を製造することができる。
また、浮遊細胞が赤芽球、骨髄芽球、巨核芽球、単芽球、リンパ芽球等を含んでいれば、血液細胞である赤血球、有核白血球である好中球、好酸球、好塩基球、血小板、単球やリンパ球を産生することができるから、輸血用製剤として使用することができる混合液を製造することができる。
また、培養２槽内に設けられた培養器具５０で接着細胞を培養しながら、培養液中では浮遊細胞を培養する、いわゆる混合培養を行うことも可能である。この場合、接着細胞から、浮遊細胞を活性化したり分化を促進したりする因子が産生、分泌されるので、浮遊細胞の培養を促進することができる。また、浮遊細胞が生理活性因子を産生するので、この生理活性因子の働きで接着細胞の活性や分化を促進することができる。したがって、浮遊細胞や接着細胞のみを培養した場合に比べて、各細胞の培養を促進することができるので、各細胞を効率よく培養することができる。
例えば、培養器具５０によって骨髄間質幹細胞を培養しながら、培養液中で造血幹細胞を混合培養すれば、骨髄間質幹細胞から造血幹細胞を活性化したり、分化を促進する因子が産生、分泌されるため、造血幹細胞から赤血球、有核白血球である好中球、好酸球、好塩基球、血小板、単球やリンパ球の産生が促進される。また、造血幹細胞が産生する生理活性因子の働きで骨髄間質幹細胞から骨芽細胞、軟骨芽細胞、線維芽細胞、脂肪細胞やその他の細胞への分化が促進される。このため、造血幹細胞や骨髄間質幹細胞を単独で培養するよりも、より早く効率的にしかも活性の高い血液細胞である赤血球等を産生することができ、効率的良く骨芽細胞等を分化誘導することができる。
また、培養器具５０によって骨髄間質幹細胞を培養しながら、培養液中で、赤芽球や骨髄芽球、巨核芽球、単芽球、リンパ芽球等の血液芽細胞を含んだ骨髄組織を混合培養すれば、骨髄間質幹細胞から赤芽球等を活性化したり、分化を促進する因子が産生、分泌されるため、骨髄組織から赤血球、有核白血球である好中球、好酸球、好塩基球、血小板、単球やリンパ球の産生が促進される。また、赤芽球等が産生する生理活性因子の働きで間質幹細胞から骨芽細胞、軟骨芽細胞、線維芽細胞、脂肪細胞やその他の細胞の分化が促進される。このため、骨髄組織や骨髄間質幹細胞を単独で培養するよりも、より早く効率的にしかも活性の高い血液細胞である赤血球等を産生することができ、効率的良く骨芽細胞等を分化誘導することができる。
そして、本実施形態の培養装置１は、上記のごとき構成を有しているから、混合培養したときの問題である培養液の劣化等を生じることを防ぐことができる。
【実施例】
以下に、本発明の培養装置によって細胞を培養する実施例を説明する。
以下の実施例において、培養槽の容積が１０Ｌ以下の場合には、上述したの各手段や装置（例えば、循環手段やガス濃度調整手段等）を連結した状態でオートクレーブ内に収容しうるように構成した培養装置を使用し、１２１度、２０分間滅菌してから培養を行なった。
なお、オートクレーブ内に収容するときには、培養装置の上部構造であるｐＨメーターや溶存酸素計の電気系統部分は、非耐熱性で非耐湿性のゆえ取り外される。そして、培養液交換装置やサンプリング装置における各培養液やガスの注入あるいは排出チューブは、コンタミネーションを防ぐために、アルミ箔で覆った状態でオートクレーブ内に収容される。
また、以下の実施例における培養液循環装置、ガス飽和装置、温度制御装置、漏出防止装置、培養液交換装置、細胞回収装置、は、それぞれ上述した循環手段１０、培養液調整手段２０、温度制御手段７０、電磁石６、培養液供給手段、細胞回収手段に該当する。
（実施例１）
本発明の培養装置を使用して、形質転換された大腸菌を培養しサイトカインを製造する実施例を説明する。なお、この実施例では、培養槽として、その容積が１Ｌのものを使用している。
また、比較例として、フラスコ内で形質転換された大腸菌を培養しサイトカインを製造した場合と比較した。
なお、サイトカインの製造量の比較は、培養液の濁度を比較して行なった。濁度の比較は、ベックマン吸光光度計（ＤＵシリーズ５００、Ｂｅｃｋｍａｎ，Ｆｕｌｌｅｒｔｏｎ，ＣＡ）によって行なった。
（１）まず、培養装置をオートクレイブにて滅菌したのち、培養液（乾燥ブイヨン「ニッスイ」０５５１１、日水製薬株式会社、東京）を培養装置に供給し、その後、形質転換により特定のサイトカインを発現する大腸菌８００μｌを培養槽に注入した。（濃度ＯＤ５５０＝０．０３２）
（２）この状態で、３時間連続で培養し、ＯＤ５５０＝０．５３５まで増殖させた。
（３）図１９（Ａ）に示すように、本発明の培養装置に使用された培養液の濁度は、培養フラスコ内の培養液に比べて、培養開始後２時間で約３倍になり、培養開始後２時間では４倍以上となった。つまり、本発明の培養装置では、同じ時間であっても、フラスコ培養に比べて大量かつ効率よく大腸菌が培養されていることが確認できる。
（４）そして、ＯＤ５５０＝０．５３５まで増殖させたのち、ＩＰＴＧ終濃度０．５ｍＭで蛋白質発現の誘導を行い、４時間発現誘導した後、回収装置にて細菌を回収すれば、サイトカインを精製することができる。
（５）上記のごとく、本発明の培養装置によれば、大量かつ効率よく大腸菌が培養することができ、サイトカインを大量かつ効率よく製造することができるから、サイトカインのリコンビナント淡白質を製剤化することができ、種々のサイトカインのリコンビナント医薬品として臨床応用できる。
（実施例２）
本発明の培養装置を使用して、遺伝子導入した酵母を培養しサイトカインを製造する実施例を説明する。なお、この実施例では、培養槽として、その容積が１Ｌのものを使用している。
また、比較例として、ディッシュ内で形質転換された酵母を培養しサイトカインを製造した場合と比較した。
なお、酵母の量の比較は、培養液の濁度を比較して行なった。濁度の比較は、ベックマン吸光光度計（ＤＵシリーズ５００、Ｂｅｃｋｍａｎ，Ｆｕｌｌｅｒｔｏｎ，ＣＡ）によって行なった。
（１）まず、培養装置をオートクレイブにて滅菌したのち、培養液（ＹＰＤ  ＢＲＯＴＨ  ＳＩＧＭＡ−ＡＬＤＲＩＣＨ）を培養装置に供給し、その後、形質転換により特定のサイトカインを発現する酵母２００μｌ（濃度ＯＤ５５０＝２．１３０）を培養槽に注入した。（濃度ＯＤ５５０＝０．０７８）（２）この状態で、２日間連続で培養し、ＯＤ５５０＝１．７８４まで増殖させた。
（３）培養開始後２４時間経過すると、本発明の培養装置に使用された培養液の濁度は、ディッシュ培養に使用された培養液に比べて、約２２倍となった。そして、図１９（Ｂ）に示すように、濁度と培養容量を掛けた総酵母量を比較すると、本発明の培養装置に使用された培養液中の総酵母量は１７８．３８３となり、ディッシュ培養に使用された培養液中の総酵母量の約９５．５倍となった。つまり、本発明の培養装置では、ｄｉｓｈ培養に比べて大量かつ効率よく酵母が培養されていることが確認できる。
（４）ＯＤ５５０＝１．７８４まで増殖させたのち、回収装置にて細菌を回収すれば、サイトカインを精製することができる。
（５）上記のごとく、本発明の培養装置によれば、大量かつ効率よく酵母が培養することができ、サイトカインを大量かつ効率よく製造することができるから、サイトカインのリコンビナント淡白質を製剤化することができ、種々のサイトカインのリコンビナント医薬品として臨床応用できる。
（実施例３）
本発明の培養装置を使用して、ハイブリドーマ細胞を培養し医薬品として利用可能な抗体を製造する実施例を説明する。なお、この実施例では、培養槽として、その容積が１００Ｌのものを使用している。
（１）まず、培養槽に純チタン製チューブが組み合わされた細胞担体を挿入して、加圧蒸気滅菌装置にて、培養装置の培養槽、循環装置、ガス飽和装置を滅菌した。
（２）そして、医薬品として利用可能な抗体を産生するハイブリドーマ細胞を５０，０００個／ｍｌに懸濁し、細胞担体のチューブ内に細胞播種装置を用いて各１００μｌ注入した。
（３）図２０（Ａ）に示すように、ハイブリドーマ細胞を連続して培養すると、経時的に細胞数は増加していくことが確認できる。そして、図２０（Ｂ）に示すように、ハイブリドーマ細胞の増加に伴って、抗体産生量も飛躍的に増加していくことが確認できる。
（４）培養後１週間で培養液を排出口から取り出し、限外ろ過装置に連結して濾過すれば、抗体を得ることができる。
（５）上記のごとく、本発明の培養装置によれば、大量かつ効率よくハイブリドーマ細胞が培養することができ、医薬品として利用可能な抗体を大量かつ効率よく製造することができるから、医薬品として利用可能な抗体を製剤化することができ、種々の抗体医薬品として臨床応用できる。
（実施例４）
本発明の培養装置を使用して、造血幹細胞を培養し、血小板を製造する実施例を説明する。なお、この実施例では、培養槽として、その容積が１Ｌのものを使用している。
また、比較例として、ディッシュ内で造血幹細胞を培養し血小板を製造した場合と比較した。
なお、血小板の製造量の比較は、培養液の総量に対する血小板の数を比較した。
（１）培養装置をオートクレイブにて滅菌し、ウサギ大腿骨および血液を摘出し、その大腿骨から注射筒を用いて骨髄を吸い出しＭＥＭ培地に懸濁後、コラーゲンゲルと混合し細胞担体のチタンメッシュにのせて滅菌した培養槽の中央に内蔵した。
（２）培養槽内に、満タンになるまで培養液を自動で注入し、循環装置によって環流しながら培養を行い、１週間後に細胞を含んだ培養液を回収し、フィコールを用いた密度勾配遠心法にて血小板分画をして得た。
（３）図２１に示すように、本発明の培養装置では、ディシュで培養する場合に比べて、遙かに大量の血小板を生成することができることが確認できる。
（４）本発明の培養装置によれば、少量の造血幹細胞から大量の血小板を効率よく製造することができるから、本実施例により作成された血小板を製剤化することにより、外科手術や血小板減少症などの治療としての他家および自家の血小板移植を可能とすることができる。
産業上の利用可能性
本発明の培養装置によれば、細菌や浮遊細胞だけでなく、組織や臓器を形成する接着細胞であっても長期間効率よく培養することができるため、再生医療に使用可能な組織や臓器等を大量かつ効率よく製造することができる。とくに、少量の造血幹細胞から大量の血液細胞を培養することができるから、輸血用血液製剤の製造も可能である。また、細胞を大量に培養することができるから、細胞が産生する医薬品として利用可能な抗体を大量かつ効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本実施形態の培養装置１の概略ブロック図である。
図２は、本実施形態の培養装置１に設置した培養槽２の概略説明図である。
図３は、培養液調整手段２０の詳細説明図である。
図４は、他の実施形態のガス濃度調整手段２２の概略説明図である。
図５は、抽出手段８０を備えた培養装置１の概略ブロック図である。
図６は、細胞供給手段９０を備えた培養装置１の概略ブロック図である。
図７は、面状発熱体７１の概略説明図である。
図８は、細胞播種手段６０の概略正面縦断面図である。
図９は、細胞播種手段６０の概略側面縦断面図である。
図１０は、細胞播種手段６０が傾転した状態の概略説明図である。
図１１は、他の実施形態の細胞播種手段６０の概略正面縦断面図である。
図１２は、他の実施形態の細胞播種手段６０の概略側面縦断面図である。
図１３は、他の実施形態の細胞播種手段６０が傾転した状態の概略説明図である。
図１４は、（Ａ）黒体粉末の各成分重量割合を示したグラフであり、（Ｂ）黒体粉末をＦＴ−ＩＲ分析した結果を示すグラフである。
図１５は、（Ａ）黒体粉末の各成分重量割合を示したグラフであり、（Ｂ）黒体粉末をＦＴ−ＩＲ分析した結果を示すグラフである。
図１６は、（Ａ）天然セラミックスの各成分重量割合を示したグラフであり、（Ｂ）天然セラミックスをＦＴ−ＩＲ分析した結果を示すグラフである。
図１７は、ゼオライトをＦＴ−ＩＲ分析した結果を示すグラフである。
図１８は、（Ａ）人工特殊セラミックスの各成分重量割合を示したグラフであり、（Ｂ）人工特殊セラミックスをＦＴ−ＩＲ分析した結果を示すグラフである。
図１９は、（Ａ）本発明の培養装置およびフラスコを使用して大腸菌を培養したときにおいて、培養液の濁度を比較した図であり、（Ｂ）本発明の培養装置およびディッシュを使用して酵母を培養したときにおいて、培養液中の総酵母量を比較した図である。
図２０は、本発明の培養装置およびディッシュを使用してハイブリドーマ細胞を培養したときにおいて、（Ａ）培養液中の細胞数を比較した図であり、（Ｂ）抗体産生量を比較した図である。
図２１は、本発明の培養装置およびディッシュを使用して造血幹細胞を培養したときにおいて、（Ａ）培養液トータル量あたりの血小板数を比較した図であり、（Ｂ）造血幹細胞数あたりの血小板数を比較した図である。
【図１】
2003104386.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年2月18日(2005.2.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の細胞を培養するための装置であって、培養液を収容するための培養槽と、該培養槽内の培養液を外部循環させる循環手段と、前記培養液を外部循環させている間に、該培養液の状態を調整する培養液調整手段とからなり、該培養液調整手段が、前記培養液のガス濃度を調整するガス濃度調整手段と、前記培養液を浄化する浄化手段とを備えており、該浄化手段と前記ガス濃度調整手段が直列に配置されており、前記浄化手段が、前記培養液を透析する透析部である
ことを特徴とする培養装置。
【請求項２】
前記ガス濃度調整手段が、前記培養液が上部から供給され下部から排出される、該培養液を貯留しうるケースと、該ケース上部に連通され、該ケース内の前記培養液の液面より上部に所定の濃度に調整された飽和ガスを供給するガス供給手段とからなる
ことを特徴とする請求項１記載の培養装置。
【請求項３】
前記循環手段が、前記培養槽から細胞が流出することを防ぐための流出防止手段を備えており、
該流出防止手段が、電磁石である
ことを特徴とする請求項２記載の培養装置。
【請求項４】
前記透析部が、中空な本体ケースと、該本体ケース内に配置された中空糸とから構成されており、前記本体ケースの内面と前記中空糸の外面との間に、前記培養液が通される培養液循環通路が形成されており、前記中空糸の内部に、前記培養液を透析するための透析液が通される
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の培養装置。
【請求項５】
前記培養槽から培養液を抽出する抽出手段を備えており、
該抽出手段が、
一端が前記培養槽内の培養液に浸漬され、他端が該培養槽外に配置された抽出経路と、該抽出経路に設けられた、前記培養液を搬送するための搬送手段と、
前記抽出経路内に、無菌気体を供給する気体供給手段を備えており、
該気体供給手段が、前記抽出経路において、その他端と前記搬送手段との間に常時無菌気体を供給している
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の培養装置。
【請求項６】
前記培養槽内の培養液を外部に排出する培養液排出部と、
前記循環手段に外部から新しい培養液を供給する培養液供給部とからなる培養液交換手段を備えており、
前記培養液排出部が、前記培養槽から細胞が流出することを防ぐための流出防止手段を備えており、
該流出防止手段が、電磁石である
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の培養装置。
【請求項７】
前記培養する細胞を供給する細胞供給手段を備えており、
該細胞供給手段が、
培養する細胞を含有する播種液を前記培養槽に搬送する細胞搬送手段と、
該細胞供給手段によって搬送された前記播種液を、前記培養槽内に排出する排出部とからなり、
前記細胞搬送手段が、
前記播種液が収容された貯蔵部と、
前記排出部との間を連通させる播種液搬送経路と、該播種液を前記貯蔵部から前記排出部に向けて送るポンプと、該ポンプと前記排出部との間に設けられ、両者の間を連通遮断するバルブとからなり、
該バルブによって前記ポンプと前記排出部との間を遮断した状態において前記ポンプを作動させ、前記細胞搬送手段内の前記播種液の圧力を上昇させてから、前記バルブによって前記ポンプと前記排出部との間を連通させる
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の培養装置。
【請求項８】
前記培養槽内に、複数本の円管を連結して形成された３次元構造を有する、培養する細胞が付着される培養器具を備えており、
該培養器具が、その軸方向が前記培養槽の軸方向と平行となるように、前記培養槽内に配設されており、
前記培養器具の表面に、培養する細胞の細胞を播種する播種手段を備えており、
該播種手段が、
前記培養槽を傾転させる傾転部と、
前記培養器具に、細胞を含む液体を供給する細胞供給部と、
前記培養槽内に設けられた前記培養器具に対して前記細胞供給部を挿入離脱させる移動部とからなる
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の培養装置。
【請求項９】
前記培養槽を、その中心軸まわりに回転させる回転部を備えており、
該回転部によって培養槽を回転させながら細胞を播種する
ことを特徴とする請求項８記載の培養装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、培養装置、人工組織および血液製剤に関する。
浮遊細胞や細菌等の生体は、細胞に必要な栄養分や酸素を含んだ培養液中に浸漬された状態で培養される。ところで、培養液に含まれる酸素は時間とともに消費されるから、細胞を長時間培養する場合、ガス供給手段によって培養液に酸素を補給し、培養液中の酸素濃度が一定に保たれる。本発明は、培養液中の酸素濃度が一定に保つことができるガス供給手段を備えた培養装置に関する。
また、近年、人体の損傷したり欠損したりした組織や臓器を回復させるために、組織や臓器を移植する再生医療が行われているが、通常、人体等の細胞から採取されたものが使用されている。同様に、輸血に使用される血液や血液中の成分なども献血によってまかなわれており、慢性的に不足している。かかる組織や臓器、血液等を人工的に培養し製造することができれば、需要を満たすことができるものの、組織や臓器、血液等を、移植や輸血が可能な細胞数まで培養するには、大量の細胞を長時間連続して培養しなければならないため、人工的に培養された組織や臓器、血液等は実用化されていない。本発明は、上記培養装置によって人工的に培養された再生医療に使用可能な人工組織、および、上記培養装置によって人工的に培養された血液細胞から製造される血液製剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス供給手段を備えた培養装置として、従来例１、２（特許文献１、２）に開示された培養装置がある。
従来例１の培養ユニットは、細胞を培養する培養容器と、この培養容器内の培養液を外部循環させる循環経路とを備えたものであり、この循環経路に、培養液のガス交換を行なうガス交換部を設けたものである。このガス交換部では、循環される培養液にテフロンチューブが浸漬されており、このテフロンチューブ内を流れるガスと培養液との間でガス交換が行なわれている。
このため、ガスの流量を調整すれば培養液に供給する酸素や栄養分の量、培養液から排出される二酸化炭素や窒素化合物の量を調整することができる。よって、培養液中の酸素濃度等を一定に保つことができるから、細胞を、長期間連続で培養することができる。
従来例２の培養ユニットは、培養槽が、中空な筒状体と、この筒状体内に収容された中空糸とから構成されており、中空糸と筒状体の間に細胞を培養するための増殖培地が収容されたものである。そして、筒状体内に収容されている中空糸は、培養槽外に設けられた培地交換装置およびガス供給装置と連通されており、中空糸内には、培地交換装置およびガス供給装置との間を循環する循環培地が流されている。そして、循環培地は、ガス供給装置および培地交換装置に通すことによって、循環培地に含まれる細胞の培養に必要な成分の濃度や酸素濃度を、増殖培地よりも高濃度に保っている。
このため、循環培地が培養槽の中空糸内を通るときに、培養に必要な成分や酸素が循環培地から増殖培地に供給され、細胞が排出した老廃物や二酸化炭素が増殖培地から循環培地に排出される。よって、循環培地の流量を調整すれば培養液中の酸素濃度や二酸化炭素の濃度等を一定に保つことができるから、細胞を、長期間連続で培養することができる。
【０００３】
しかるに、従来例１の培養ユニットは、培養液中の気体成分の濃度は調整することはできるが、細胞の栄養分となるアミノ酸、ホルモン、ビタミンはガスから培養液に供給することができないので、これらの栄養分が消費されてしまえば、細胞はそれ以上増殖することができない。そして、細胞が排出するアンモニア、尿素などの窒素化合物等を培養液から除去することはできないから、これらの成分濃度が一定の量以上になると、細胞は増殖を阻害する。したがって、従来例１の培養ユニットでは、ある程度の期間、つまり培養液中の窒素化合物等の濃度が細胞の培養に適した条件にある間は細胞を培養することができるが、それ以上の期間は細胞を培養できない。そして、細胞を培養することができる期間は、培養ユニットを循環する培養液の量によって制限されてしまい、長期間培養する場合には、装置が大型化してしまう。
また、従来例２の培養ユニットでは、循環されているのは循環培地であって、細胞が浸漬されている増殖培地自体は培養槽内に保持されたままである。すると、増殖培地のうち、中空糸と接触している部分はガス交換等が有効に行なわれるものの、中空糸と隔離している部分はほとんどガス交換等が行なわれないため、培養槽内の増殖培地が不均一な状態となる。そして、中空糸近傍の増殖培地と循環培地との濃度差が小さくなればガス交換効率が低くなるから、中空糸近傍が循環培地と同等の条件になれば、増殖培地全体で見れば培養に適していない条件になっていてもガス交換等が行なわれなくなってしまう。すると、従来例２の培養ユニットでは、長期間培養する内に、中空糸近傍では細胞が増殖していても、他の部分では細胞が死滅してしまう可能性がある。そして、死滅した細胞が増加すれば、これらの細胞によって中空糸が目詰まりしてしまう可能性があり、もし目詰まりが発生すれば、ガス交換等の効率がさらに低下するため、中空糸近傍であっても培養液の状態が悪化し、細胞が増殖できなくなってしまう可能性がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−８２６０号公報
【特許文献２】特開平０９−９８７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事情に鑑み、培養装置、人工組織および血液製剤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明の培養装置は、生体の細胞を培養するための装置であって、培養液を収容するための培養槽と、該培養槽内の培養液を外部循環させる循環手段と、前記培養液を外部循環させている間に、該培養液の状態を調整する培養液調整手段とからなり、該培養液調整手段が、前記培養液のガス濃度を調整するガス濃度調整手段と、前記培養液を浄化する浄化手段とを備えており、該浄化手段と前記ガス濃度調整手段が直列に配置されており、前記浄化手段が、前記培養液を透析する透析部であることを特徴とする。
第２発明の培養装置は、第１発明において、前記ガス濃度調整手段が、前記培養液が上部から供給され下部から排出される、該培養液を貯留しうるケースと、該ケース上部に連通され、該ケース内の前記培養液の液面より上部に所定の濃度に調整された飽和ガスを供給するガス供給手段とからなることを特徴とする。
第３発明の培養装置は、第１または第２発明において、前記循環手段が、前記培養槽から細胞が流出することを防ぐための流出防止手段を備えており、該流出防止手段が、電磁石であることを特徴とする。
第４発明の培養装置は、第１、２または第３発明において、前記透析部が、中空な本体ケースと、該本体ケース内に配置された中空糸とから構成されており、前記本体ケースの内面と前記中空糸の外面との間に、前記培養液が通される培養液循環通路が形成されており、前記中空糸の内部に、前記培養液を透析するための透析液が通されることを特徴とする。
第５発明の培養装置は、第１、２または第３発明において、前記培養槽から培養液を抽出する抽出手段を備えており、該抽出手段が、一端が前記培養槽内の培養液に浸漬され、他端が該培養槽外に配置された抽出経路と、該抽出経路に設けられた、前記培養液を搬送するための搬送手段と、前記抽出経路内に、無菌気体を供給する気体供給手段を備えており、該気体供給手段が、前記抽出経路において、その他端と前記搬送手段との間に常時無菌気体を供給していることを特徴とする。
第６発明の培養装置は、第１、２または第３発明において、前記培養槽内の培養液を外部に排出する培養液排出部と、前記循環手段に外部から新しい培養液を供給する培養液供給部とからなる培養液交換手段を備えており、前記培養液排出部が、前記培養槽から細胞が流出することを防ぐための流出防止手段を備えており、該流出防止手段が、電磁石であることを特徴とする。
第７発明の培養装置は、第１、２または第３発明において、前記培養する細胞を供給する細胞供給手段を備えており、該細胞供給手段が、培養する細胞を含有する播種液を前記培養槽に搬送する細胞搬送手段と、該細胞供給手段によって搬送された前記播種液を、前記培養槽内に排出する排出部とからなり、前記細胞搬送手段が、前記播種液が収容された貯蔵部と、前記排出部との間を連通させる播種液搬送経路と、該播種液を前記貯蔵部から前記排出部に向けて送るポンプと、該ポンプと前記排出部との間に設けられ、両者の間を連通遮断するバルブとからなり、該バルブによって前記ポンプと前記排出部との間を遮断した状態において前記ポンプを作動させ、前記細胞搬送手段内の前記播種液の圧力を上昇させてから、前記バルブによって前記ポンプと前記排出部との間を連通させることを特徴とする。
第８発明の培養装置は、第１、２または第３発明において、前記培養槽内に、複数本の円管を連結して形成された３次元構造を有する、培養する細胞が付着される培養器具を備えており、該培養器具が、その軸方向が前記培養槽の軸方向と平行となるように、前記培養槽内に配設されており、前記培養器具の表面に、培養する細胞の細胞を播種する播種手段を備えており、該播種手段が、前記培養槽を傾転させる傾転部と、前記培養器具に、細胞を含む液体を供給する細胞供給部と、前記培養槽内に設けられた前記培養器具に対して前記細胞供給部を挿入離脱させる移動部とからなることを特徴とする。
第９発明の培養装置は、第８発明において、前記培養槽を、その中心軸まわりに回転させる回転部を備えており、該回転部によって培養槽を回転させながら細胞を播種することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１発明によれば、培養槽内の培養液を外部循環させ、培養槽外を循環している間に、培養液の状態を調整することができる。つまり、ガス濃度調整手段によって培養液を所望のガス濃度に飽和させることができるから、培養液のガス濃度を均一な状態に保つことができ、浄化手段によって細胞が排出した老廃物や細胞に有害な物質を除することができるから、培養液の劣化を防ぐことができる。よって、培養槽内の培養液の状態を、培養槽内の細胞に最適な条件に保つことができるから、細胞を長期間連続で、かつ安定した状態で培養することができる。しかも、培養槽外でガス濃度に飽和させるから、培養槽の大きさに係わらず、所望の能力を有するガス濃度調整手段を採用することができる。そして、培養槽内には気泡が発生しないので、気泡によって培養細胞を損傷することを防ぐことができるし、培養細胞に与えるストレスを軽減することができる。さらに、ガス濃度調整手段と浄化手段とを直列に配置している、つまり、外部循環する培養液を、ガス濃度調整手段と浄化手段の両方を通過させてから培養槽に戻すので、培養槽内の培養液の状態を、細胞の培養に適した状態に確実に保つことができる。しかも、ガス濃度調整手段と浄化手段とを直列に配置すれば、コンパクトで一括操作できるので、使い捨てのセットとして製造することが可能である。そして、使い捨てのセットという構成を採用すれば、ガス濃度調整手段と浄化手段とを直列に配置したときに生じる接続部でのコンタミネーションが起こりやすいという問題が生じることも防ぐことができる。さらに、透析によって培養液を浄化するから、循環する培養液中に細胞が含まれていても、透析部を通過するときの細胞の損傷を少なくすることができる。しかも、培養槽外で透析しているから、培養槽の大きさに係わらず、所望の透析能力を有する透析部を採用することができる。また、中空糸間空間を広くとる構成にすれば、培養する細胞等が詰まって透析能力が低下することも防ぐことができる。
第２発明によれば、ガス供給手段からケース内に飽和ガスを送れば、ケース内の培養液に飽和ガスを接触させることができるから、培養液中のガス濃度が飽和ガスと同等のガス濃度となるように調整することができる。よって、培養液を所望のガス濃度に飽和させることができ、培養液のガス濃度を均一かつ細胞の培養に適した状態に保つことができるから、細胞を長期間連続で、かつ安定した状態で培養することができる。
第３発明によれば、浮遊細胞や細菌を培養した場合、浮遊細胞等が培養槽から流出することを防ぐことができるから、培養液を外部循環させながら培養槽内の浮遊細胞等を確実に培養させることができ、長時間連続して細胞を培養することができる。また、死亡した細胞が流出して循環手段内で閉塞することを防ぐことができる。さらに、外部循環する培養液中に細胞が含まれないから、ガス濃度調整手段においてはガスを直接培養液に供給しても細胞の培養に悪影響を与える心配がない。よって、培養液にガスを飽和させるときに、空気透過性のチューブを用いる必要がないから、装置の製造コストを低く抑えることができる。しかも、培養液の循環する経路の内部に設置する必要がない、つまり電磁石は培養液と接触しないので、培養液がコンタミネーションされることを防ぐことができ、しかも、培養液の流れを阻害しないので、培養液をスムーズに外部循環させることができる。また、電磁石は培養する細胞と物理的な接触によって流出を防ぐものではない。つまり培養している細胞と接触しないから、細胞膜の非常に弱い細胞であっても、培養槽からの流出を防ぎ、かつ損傷することなく培養することができる。
第４発明によれば、中空糸の内部に透析液を流し、本体ケースと中空糸との間に透析する培養液を流すから、培養液が透析部を流れるときの流動抵抗を少なくすることができる。よって、培養液を、スムースに外部循環させることができる。しかも、循環する培養液中に細胞が含まれていても、透析部を通過するときに透析部から細胞が受ける抵抗をさらに小さくすることができるから、透析部を通過するときの細胞の損傷を少なくすることができる。また、細胞もスムースに通過することができる。
第５発明によれば、搬送手段によって培養液を他端部に向けて搬送すれば、培養槽内の培養液を抽出することができるから、培養槽内の細胞の培養状況を確認することができる。しかも、搬送手段と抽出経路の他端部との間には、無菌気体が供給されているから、常に無菌気体を供給しておけば、抽出経路の他端から抽出経路内に雑菌が侵入することを防ぐことができる。すると、抽出経路を通過する培養液が雑菌に汚染されることを防ぐことができる。そして、抽出経路内に残っている培養液も雑菌に汚染されていないから、この培養液を培養槽に戻すことができ、培養液を有効活用することができる。
第６発明によれば、培養液排出部によって使用中の培養液を培養槽から排出させながら、培養液供給部によって培養槽に新しい培養液を供給することができ、しかも、流出防止手段によって浮遊細胞等が培養槽から流出することを防ぐことができる。このため、培養を継続したままで培養液を交換できるから、長期間の培養が必要である接着細胞や造血細胞であっても培養することができる。しかも、培養液排出部と培養液供給部を同期して作動させるだけで、使用中の培養液と新しい培養液の交換を自動的に行うことができる。よって、培養液の交換に人手が不要となり、培養液や培養中の細胞がコンタミネーションされる危険性を減らすことができる。しかも、培養液の循環する経路の内部に設置する必要がない、つまり電磁石は培養液と接触しないので、培養液がコンタミネーションされることを防ぐことができる。また、電磁石は培養する細胞と物理的接触して流出を防ぐものではない。つまり培養している細胞と接触しないから、細胞膜の非常に弱い細胞であっても、培養槽からの流出を防ぐことができる。
第７発明によれば、細胞搬送手段によって播種液を培養槽に搬送し、排出部によって培養槽内に排出すれば、播種液に含まれる細胞を培養液に供給することができる。また、バルブを閉めた状態でポンプを作動させれば播種液搬送経路内の播種液の圧力が高くなる。その状態でバルブを開けば、播種液を培養槽内に射出させることができる。すると、培養槽内に細胞を培養する足場となる細胞培養器具などを設けておけば、細胞培養器具の表面に播種液、つまり細胞を播種させることができる。よって、浮遊細胞だけでなく、接着細胞であっても自動的、言い換えれば培養槽を開閉することなく播種することができるから、細胞を播種するときに細胞や培養液等が汚染されることを防ぐことができる。
第８発明によれば、組織や臓器を構成している細胞であっても、培養器具に付着させれば、培養槽内で培養することができる。このため、従来の培養装置では不可能であった組織や臓器を構成している接着細胞であっても大量に培養をすることができる。また、培養器具の表面に細胞を培養させれば、種々の細胞から３次元組織を構築することができるので、再生医療に必要な３次元の組織や臓器を大量に供給することが可能となる。また、培養器具の形状に沿って細胞を培養させることができるから、培養器具を所望の形状に成形しておけば、所望の形状の組織や臓器を形成することができる。そして、培養器具が円管であるから、培養器具の表面積を大きくすることができるので、大量の細胞を培養することができる。しかも、円管内を培養液が流れるので、全ての細胞に新鮮な培養液を供給することができる。このため、培養される細胞の全ての細胞に栄養分や酸素を効率よく供給することができるので、培養液の循環効率が上がり、培養条件を飛躍的に亢進することが可能となる。さらに、傾転部によって培養槽を傾けた状態で、移動部によって細胞供給部を培養器具内に挿入し、細胞供給部から培養器具内に培養する細胞の細胞を含む液体を垂らせば、培養器具内面に液体を流すことができるので、培養器具内面に細胞を播種することができる。また、傾転部や移動部、細胞供給部の作動を自動化することが可能となるので、培養装置による細胞の培養を自動化することができる。しかも、自動化すれば、人手による作業をなくすことができるので、培養された細胞や、培養液などがコンタミネーションされるのを防ぐことができる。
第９発明によれば、細胞の播種しているときに、培養槽を傾転させた状態で回転させれば、培養器具の内面全体に液体を流すことができるので、培養器具の内面全体に細胞を播種することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の培養装置は、細胞を培養するための装置であって、培養液を収容するための培養槽と、培養液を外部循環させる循環手段と、培養液が外部循環する経路に設けられた培養液調整手段を備えたものであり、培養液を外部循環させることおよび外部循環している間に培養液調整手段によって培養液の状態を調整するようにしたことが特徴である。
【０００９】
図１は本実施形態の培養装置１の概略説明図である。同図において、符号２は、本実施形態の培養装置１の培養槽を示している。この培養槽２は、例えばガラスやステンレス製の容器であり、培養液を収容するための本体部２ａと、本体部２ａの内部を密閉することができる蓋部２ｂとから構成されており、蓋部２ｂを本体部２ａに取り付けると培養槽２内を外部から気密に密封することができるように構成されている。
なお、培養槽２の素材は上記のものに限られず、長期間使用しても腐食せず、また、培養液を変質させない素材であれば特に限定はない。
【００１０】
図１および図２に示すように、前記培養槽２の蓋２ｂには、この蓋２ｂを貫通する循環手段１０の配管１１の一端部が気密に取り付けられており、この配管１１の他端はポンプ11pの吸入口に接続されている。一方、ポンプ11pの吐出口には、配管１２の一端が取り付けられており、この配管１２の他端部は、蓋２ｂに気密に取り付けられている。そして、配管１１の一端、および配管１２の他端はいずれも培養槽２内の培養液に浸漬されている。このため、ポンプ11pを作動させれば、培養槽２内の培養液を、配管１１ ,１２を通して培養槽２の外部を循環させることができる。
【００１１】
また、図１に示すように、配管１２には、配管１２内を流れる培養液の状態を調整する培養液調整手段２０が介装されている。この培養液調整手段２０は、培養液に含まれる老廃物等を除去する透析部２１と、培養液のガス濃度を調整するガス濃度調整手段２２と、培養液に細胞の培養に必要な栄養分を供給する栄養分補給部２３を備えている。
このため、ポンプ11pを作動させて培養槽２内の培養液を外部循環させて、培養液を培養液調整手段２０に供給することができる。すると、培養槽２内において細胞を培養しながら培養液を外部循環させれば、培養液が培養液調整手段２０を通過するときに、細胞が排出した老廃物は透析部２１によって培養液から除去され、培養液中の酸素濃度や窒素、二酸化炭素等の濃度はガス濃度調整手段２２によって調整され、細胞が消費した栄養分は栄養分補給部２３によって培養液に補給されるから、培養液を外部循環させることによって、培養液を、細胞の培養を開始する前の状態、言い換えれば細胞の培養に適した状態に調整して培養槽２内に戻すことができる。
【００１２】
よって、本実施形態の培養装置１によれば、培養槽２内の培養液の状態を、細胞の培養に最適な条件に保つことができるから、細胞を長期間連続で、かつ安定した状態で培養することができる。そして、長期間連続して培養することができるから、細胞を大量に培養することが可能である。
【００１３】
そして、図１に示すように、配管１１の一端を培養槽２の上部に配置し、配管１２の他端を培養槽２の下部に配置すれば、培養液を外部循環させるだけで、培養槽２内には、底部から上部に向かう流れを生じさせることができる。また、培養槽２の本体部２ａの底部に、軸方向の両端部に金属が取り付けられた回転子４を配置し、培養槽２の外部における回転子４の直下に主軸に磁石５ｂが取り付けられたモータ５を設けておけば、モータ５を駆動すれば、磁石５ｂが回転し、その磁石５ｂの磁力によって培養槽２内の回転子４を回転させることができるので、培養槽２内の培養液に水平面内で旋回する流れを発生させることができる。すると、培養液を外部循環させながら回転子４を回転させれば、２つの流れの作用によって、外部循環して培養槽２内に戻された培養液と、培養槽２内に保持されている培養液との混合を促進することができるから、培養槽２内の培養液の状態を均一に近づけることができる。しかも、培養槽２内に保持されたまま外部循環されない培養液をなくすことができるから、培養液の状態、つまり細胞の培養条件を良好に保つことができる。そして、培養液の混合に培養液を外部循環させたことによって生じる流れを利用するから、回転子４の回転数を低くしても培養液の混合を促進することができる。すると、回転子４の回転だけで培養槽２内に対流を発生させて混合する場合に比べて、培養槽２内の培養液の流速を低くできるから、非常に外圧に弱い細胞であっても、培養槽２内の培養液の状態を均一に保ったまま培養することができる。
なお、回転子４は設けなくてもよいが、回転子４を設けておけば、培養液の均一化を迅速かつ効率よく行なうことができる。
【００１４】
また、図１および図２に示すように、浮遊細胞や細菌等のように、培養液とともに流動する細胞を培養する場合には、配管１１における培養槽２内の一端に、流出防止手段として電磁石６を設けると好適である。通常、浮遊細胞や細菌は帯電しているため、電磁石６と反発するので、浮遊細胞等が電磁石を設けた位置を通過することを防ぐことができる。
すると、培養液を外部循環させながら浮遊細胞や細菌等を培養した場合であっても、浮遊細胞等を培養槽２内に滞留させておくことができ、死亡した細胞が流出して配管１１ ,１２内で閉塞することも防ぐことができる。
しかも、電磁石６は配管１１の外周面に取り付ければよいので、培養液の流れが阻害されることもない。そして、電磁石６はフィルタのように物理的接触によって流出を防ぐものではない。つまり培養している細胞と接触しないから、細胞膜の非常に弱い、赤血球やマクロファージ、血しょう板等の細胞でも培養槽２からの流出を防ぎ、かつ損傷することなく培養することができる。
なお、培養する浮遊細胞が外圧に強いものであれば、流出防止手段としてフィルタや膜等のように、物理的な接触によって浮遊細胞等の流出を防ぐものを使用してもよい。
【００１５】
つぎに、培養液調整手段２０について詳細に説明する。
図１および図３に示すように、前記配管１２には、培養液調整手段２０の透析部２１が介装されている。この透析部２１は、中空な本体ケース21aと、この本体ケース21a内に配置された中空糸21bとから構成されている。
本体ケース21aは、その内部が配管１２と連通されており、その内面と前記中空糸21bとの間の培養液循環通路21hを培養液が流れるように構成されている。
中空糸21bは、例えば、ポリプロピレンやセルロースジアステート、シリコンゴム等の半透性という機能を有する素材によって形成されたものであり、その内部には、重炭酸緩衝液、燐酸緩衝液等の透析液が通されている。
【００１６】
このため、培養液が培養液循環通路21hを通過するときに、培養液が中空糸21bを介して透析され、培養液に含まれるアンモニア、窒素化合物等の老廃物が透析液に移動するから、培養液を浄化することができる。よって、培養液の劣化を防ぐことができ、常に、細胞の培養に適した状態に保つことができるから、細胞を長期間連続で、かつ安定した状態で培養することができる。
【００１７】
しかも、透析部２１が培養槽２の外に設けられている、つまり、培養槽２外で培養液を透析しているから、透析部２１の大きさや透析部２１に使用する素材などを、培養槽２の大きさや培養液の性質等に係わらず、自由に選択することができる。よって、所望の透析能力を有する透析部２１を採用することができるから、確実に培養液を所望の条件まで透析して浄化することができる。そして、透析部２１として、その透析能力が培養槽２の大きさに比べて十分に高いものを使用すれば、細胞数の増加量に合わせて透析能力を高くすることができるから、大量の細胞を連続して培養することも十分に可能である。
【００１８】
また、中空糸21bの内部に透析液を流し、培養液を培養液循環通路21hに通しているから、培養液が透析部２１を流れるときの流動抵抗を少なくすることができ、培養液をスムースに外部循環させることができる。そして、透析部２１を流れるときの流動抵抗が小さいから、循環する培養液中に細胞が含まれていても、透析部２１を通過するときに細胞が受ける抵抗を小さくすることができ、透析部２１を通過するときに、損傷を受ける細胞を少なくすることができる。
さらに、透析部２１が広い中空糸間空間を備えていれば、培養する細胞等が中空糸21b に詰まって透析能力が低下することも防ぐことができる。
【００１９】
なお、培養液を中空糸21b内に通し、透析液を培養液循環通路21hに通してもよいが、本願のごとき構成とすれば、中空糸21b内に通す場合に比べて、培養液の流動抵抗が少なくなるので、透析効率を高くすることができ、また、循環する培養液に細胞が含まれている場合に、細胞の損傷を少なくすることができる。そして、中空糸21bの内径を大きくしておけば、培養する細胞等が中空糸21bに詰まって透析能力が低下することも防ぐことができる。
さらになお、中空糸21b に代えて、透析膜等によって、本体ケース21a内を、培養液が通される経路と透析液が通される経路を分離する構成としてもよい。
さらになお、培養液を浄化する方法は、上記のごとき透析によって消化する方法に限られず、アンモニア吸着カラムやアフィニティカラム、分子ふるい等の方法を用いてもよい。
【００２０】
図１および図３に示すように、前記配管１２において、前記透析部２１の下流側には、ガス濃度調整手段２２が介装されている。このガス濃度調整手段２０は、中空なケース22aを備えており、このケース22aの内部が配管１２と連通されている。そして、ケース22a の上部から供給された培養液が、ケース22aの下部から排出されるように構成されている。そして、ケース22aの上部には、他端がガス供給手段Ｇに接続された配管２６の一端が配置されている。このガス調整手段Ｇは、所望のガス濃度、例えばＣＯ２が５％、空気が９５％となるように調整された飽和ガスをケース22a内に供給するものである。
なお、飽和ガスのガス濃度は、上記の濃度に限られず、酸素濃度を高くしてもよく、培養する細胞の状態に最適なガス濃度とすればよい。例えば、酸素濃度を３０％としたり、窒素を６５％としてもよい。
【００２１】
ガス供給手段Ｇからガス濃度調整手段２０のケース22a内に飽和ガスを送れば、ケース22a内の培養液に飽和ガスを接触させることができるから、培養液中のガス濃度が飽和ガスと同等のガス濃度となるように調整することができる。よって、培養液を所望のガス濃度に飽和させることができ、培養液のガス濃度を均一かつ細胞の培養に適した状態に保つことができるから、細胞を長期間連続で、かつ安定した状態で培養することができる。
【００２２】
しかも、ガス濃度調整手段２２が培養槽２の外に設けられている、つまり、培養槽２外で培養液のガス濃度を調整することができるから、ガス濃度調整手段２２の大きさを、培養槽２の大きさに係わらず、自由に選択することができる。よって、所望のガス交換能力を有するガス濃度調整手段２２を採用することができるから、確実に培養液を所望のガス濃度に調整することができる。そして、ガス濃度調整手段２２として、そのガス交換能力が培養槽２の大きさに比べて十分に高いものを使用すれば、細胞数の増加量に合わせてガス交換能力を高くすることができるから、大量の細胞を連続して培養することも十分に可能である。
【００２３】
さらに、循環する培養液に細胞が含まれていない場合には、配管２６の一端に多数の細孔が形成された曝気部22bが設け、この曝気部２２をケース22a内の培養液に浸漬させ、この曝気部22bの多数の細孔から培養液中にガスを排出させるような構成としてもよい（図４（Ａ）参照）。この場合、ガス供給手段Ｇから曝気部22bに飽和ガスを送れば、ケース22a内の培養液を曝気することができるので、培養液と飽和ガスの接触面積が大きくなるので、培養液に酸素等を溶解させる効率を高くすることができ、ガス交換効率を高くすることができる。そして、培養液には細胞が含まれていないので、曝気したときに発生する気泡が細胞を傷つけたりストレスを与えたりすることがない。
【００２４】
なお、ケース22aとガス供給手段Ｇとの間の配管２６には、飽和ガスを滅菌する滅菌フィルタ２７を設けておけば、飽和ガスに雑菌等が含まれていても培養液が汚染されることを防ぐことができる。
さらになお、図４（Ｂ）に示すように、ケース22a内に空気透過性のチューブ22d（例えば、テフロン（デュポン社の登録商標）を素材とするチューブ）設け、このチューブ内に培養液を通し、ケース22a内に飽和ガスを供給するような構成とした場合には、培養液と飽和ガスが直接接触することを防ぐことができるから、培養液が汚染されることをより確実に防ぐことができる
【００２５】
そして、配管１２に、透析部２１とガス濃度調整手段２２を直列に配置している、つまり外部循環する培養液を、透析部２１とガス濃度調整手段２２の両方に通過させてから培養槽２に戻すので、培養槽２内の培養液の状態を、細胞の培養に適した状態に確実に保つことができる。しかも、コンパクトで一括製造できるので使い捨てのセットとして製造することが可能である。とくに、使い捨てのセットという構成を採用すれば、透析部２１とガス濃度調整手段２２とを直列に配置したときに生じる接続部からのコンタミネーションという問題が生じることも防ぐことができる。
【００２６】
図１および図３に示すように、前記配管１２において、ガス濃度調整手段２２の下流側には、栄養剤補給部２３が介装されている。この栄養剤補給部２３は、培養液が流れる培養液通過部23aと、細胞の培養に必要なサイトカインやホルモン、ビタミン等の栄養分を含む栄養剤が流れる栄養剤通路23b を備えており、両通路の間が、例えば例えば、ポリプロピレンやセルロースジアステート、シリコンゴム等の半透性という機能を有する素材によって形成された透析部材によって分離されている。
【００２７】
このため、培養液が培養液通過部23aを通過するときに、細胞が消費して濃度が減少した栄養分が、透析部材23cを介して栄養剤から培養液に移動するから、培養液に細胞の培養に必要な栄養分を補給することができる。よって、培養液の栄養分の枯渇を防ぐことができ、常に、細胞の培養に適した状態に保つことができるから、細胞を長期間連続で、かつ安定した状態で培養することができる。
しかも、栄養剤補給部２３が培養槽２の外に設けられている、つまり、培養槽２外で培養液に栄養分を補給しているから、栄養剤補給部２３の大きさやその能力を、培養槽２の大きさ等に係わらず、自由に選択することができる。よって、所望の能力を有する栄養剤補給部２３を採用することができるから、培養液に含まれる栄養分の濃度を、確実に所望の濃度まで補給することができる。そして、栄養剤補給部２３として、その能力が培養槽２の大きさに比べて十分に高いものを使用すれば、細胞数の増加量に合わせて培養液に供給する栄養分の量を調整することができるから、大量の細胞を連続して培養することも十分に可能である。
【００２８】
また、培養液通過部23aと栄養剤通過部23bが透析部材23cによって分離されているから、栄養剤に含まれる栄養分のうち、培養液中の濃度が低下した成分だけを培養液に供給することができる。よって、必要以上の栄養分が培養液に供給されることによって生じる細胞障害を防ぐことができる。
なお、栄養剤補給部２３の構成を、透析部２１と実質同様の構成とし、中空糸の内部に栄養剤を流してもよい。
【００２９】
なお、培養液調整手段２０に、培養液中の所望の成分を回収する、例えば透析器やアフィニティカラム、分子ふるい等の回収手段２８を設けておけば、培養液が外部循環している間に、培養液中の有効成分である蛋白質や培養される細胞が産生する成分を回収することができるので、有効成分等、所望の成分を高効率かつ確実に回収することできるし、培養を停止することなく、所望の成分のみを回収することができる。
【００３０】
また、長期間培養すると、たとえ透析部２１によって浄化したり、栄養剤補給部２３によって栄養分の補給しても、培養液は劣化してしまうが、以下のごとき構成を有する培養液供給部３０と培養液排出部４０とを備えた培養液交換手段を設けておけば、細胞の培養を継続しながら培養液を、新鮮な培養液に交換することができる。
【００３１】
図１に示すように、配管１２には、連通弁３１を介して、培養液供給部３０の配管３３の一端が取り付けられている。この配管３３の他端には、図示しない培養液貯蔵部に連通されている。この配管３１には、培養液貯蔵部と連通弁３１の間には、培養液貯蔵部から供給された培養液を３５℃近傍まで温める加熱器３４、ポンプ３５、滅菌フィルター３２が介装されており、培養液貯蔵部からその順で取り付けられている。
一方、培養槽２の蓋２ｂには、培養液排出部４０の配管４１が気密に取り付けられており、その一端が培養槽２内の培養液に浸漬されている。この配管４１の他端部にはポンプ４２が介装されており、このポンプ４２と培養槽２との間には、滅菌フィルター４３が介装されている。
【００３２】
このため、連通弁３１によって培養液供給手段３０と配管１２を連通させて、ポンプ３５によって培養液貯蔵部から加熱器３４、減菌フィルタ３２を通して、新鮮な培養液を配管１２に供給し、同時に培養液排出器４０によって使用中の培養液を培養槽２から排出させれば、培養槽２内における培養を中断しなくても、培養液の交換を行うことができる。よって、培養を継続したままで培養液を交換できるから、長期間の培養が必要である接着細胞や造血細胞であっても培養することができる。しかも、培養液排出部４０と培養液供給部３０を同期して作動させるだけで、使用中の培養液と新しい培養液の交換を自動的に行うことができる。よって、培養液の交換に人手が不要となり、培養液や培養中の細胞がコンタミネーションされる危険性を減らすことができる。
しかも、各配管３３，４１には、いずれも滅菌フィルター３２，４３が設けられているから、交換作業中に培養液が雑菌に汚染されることをより確実に防ぐことができる。
そして、浮遊細胞を培養する場合には、電磁石６を配管４１の一端部に設けておけば、培養槽２内の培養液を排出するときに、その培養液とともに浮遊細胞等が培養槽２から流出することを防ぐことができるから、浮遊細胞であっても培養を中止することなく、培養液を交換することができる。
なお、培養液供給部３０だけ、または培養液排出部４０だけを作動させれば、培養槽２内の培養液の量を調整することも可能である。
【００３３】
細胞を長期間培養する場合には、定期的に培養液を抽出して、細胞や培養液の状態を調べる必要があるが、以下の構成を有する抽出手段５０を設ければ、培養液が汚染されることなく、また、培養液を無駄にすることなく抽出することができる。
【００３４】
図５に示すように、培養槽２の蓋２ｂには、抽出経路８１の一端部が気密に取り付けられており、その一端は培養槽２内の培養液に浸漬されている。この抽出経路８１の他端部は、培養槽２の外部に配置されており、その他端部はシリンダ等の滅菌処理された抽出液受け容器８２内に配置されている。
この抽出経路８１には、ポンプ８３が介装されており、このポンプ８３と抽出経路８１の他端部との間には、図示しないガス供給部から滅菌フィルター５４を介して無菌気体が供給されるように構成されている。そして、この無菌気体は、常に、抽出経路８１に供給されている。介装されている。
【００３５】
このため、ポンプ８３を作動させれば、培養槽２内の培養液を抽出経路８１を通して抽出液受け容器８２内に排出させることができるから、この培養液を調べれば、細胞の培養状態を確認することができる。
【００３６】
しかも、抽出経路８１には、常に無菌気体が供給されており、その無菌気体は抽出経路８１の他端から抽出液受け容器８２内に供給され、常に、抽出液受け容器８２内を満たしている。すると、外気が抽出経路８１や抽出液受け容器８２内に侵入することができないので、抽出経路８１や抽出液受け容器８２内への雑菌の侵入を防ぐことができる。よって、抽出された培養液が抽出経路８１を通過するとき、および抽出液受け容器８２内に入ったときに雑菌等に汚染されることを防ぐことができる。
【００３７】
さらに、抽出経路８１や抽出液受け容器８２が確実に無菌状態に保たれているら、抽出経路８１や抽出液受け容器８２内に排出された培養液も雑菌に汚染されることはない。すると、必要以上の培養液が抽出された場合に、抽出経路８１や抽出液受け容器８２内に残った培養液を培養槽２内に戻すことができ、培養液を有効活用することができる。そして、培養液を戻すときに、抽出経路８１や抽出液受け容器８２内の気体も培養槽２内に入る可能性があるが、抽出経路８１や抽出液受け容器８２内は無菌気体によって満たされているから、雑菌が気体とともに侵入することもない。
とくに、連続して培養しながら培養液を回収する場合には、回収された培養液が汚染される心配がないので、その培養液を、安全に利用することができる。
また、図６に示すように、培養槽２内の培養液に培養する細胞を供給することができる細胞供給手段９０を設ければ、細胞の培養を完全に自動化できるので、好適である。
【００３８】
図１において、符号９１は培養する細胞を含有する播種液が収容された貯蔵部を示している。この貯蔵部９１には、細胞搬送経路９２の一端が取り付けられており、その一端は貯蔵部９１内の播種液に浸漬されている。この細胞搬送経路９２の他端部は、前記培養槽２の蓋２ｂに気密に取り付けられており、その一端は培養槽２内に配置されている。この細胞搬送経路９２の他端には、公知のノズルなどの排出部９３が設けられている。そして、細胞搬送経路９２には、貯蔵部９１内の播種液を排出部９３に向けて搬送するポンプ９４が介装されている。
このため、ポンプ９４を作動させれば、播種液を培養槽２に搬送することができ、排出部９３から培養槽２内に排出させて、播種液に含まれる細胞を培養液２に供給することができる。よって、細胞の供給を自動化することができるから、細胞の培養を完全に自動化することが可能となる。
そして、ポンプ９４と排出部９３との間の細胞搬送経路９２に、両者の間を連通遮断する、例えばピンチバルブ等のバルブ９５を設けておけば、バルブ９５を閉めた状態でポンプ９４を作動させれば播種液搬送経路２内の播種液の圧力が高くすることができる。そして、播種液の圧力が高くなった状態でバルブ９５を開けば、播種液を培養槽２内に勢いよく射出させることができる。すると、培養槽２内に細胞を培養する足場となる細胞培養器具などを設けておけば、細胞培養器具の表面に播種液、つまり細胞を播種させることができる。よって、浮遊細胞だけでなく、接着細胞であっても自動的、言い換えれば培養槽２を開閉することなく播種することができるから、細胞を播種するときに細胞や培養液等が汚染されることを防ぐことができる。
【００３９】
さらに、本実施形態の培養装置１は、インキュベータや保温器などのような培養装置１の周囲の環境を一定に保つことができる設備の内部で使用することもできるが、培養槽２に、以下のごとき温度制御手段７０を設ければ、培養装置１を所望の場所で使用することができる。
【００４０】
図１に示すように、前記培養槽２の外面には、温度制御手段７０の面状発熱体７１が設けられている。この面状発熱体７１は、面状発熱体７１に供給する電力を調整する制御部７８に接続されている。この制御部７８は、培養槽２内の培養液の温度に応じて、面状発熱体７１に供給する電力を調整し面状発熱体７１の温度を調整するものである。
【００４１】
図７に示すように、面状発熱体７１は、通電されると発熱し、かつ培養槽２の内部に向けて遠赤外線を放出する放射部７３を備えている。つまり、面状発熱体７１は、放射部７３が発生した熱だけでなく、発熱したときに放出する遠赤外線によって培養液を加熱することができるのである。
しかも、面状発熱体７１から放射された遠赤外線は、培養槽２内の培養液中を伝播し、この遠赤外線の有するエネルギの一部は細胞に直接供給されることとなる。
【００４２】
このため、培養する細胞を、培養液からの熱伝達だけでなく、遠赤外線によっても加温することができるから、遠赤外線が培養に照射されてさえいれば、たとえ培養する細胞の周囲の培養液の温度が変化したとしても、細胞自体の温度変化を抑えることができる。
また、培養槽２内の培養液が所定の温度まで上昇すれば、面状発熱体７１から遠赤外線の形態で放出されるエネルギのうち、培養液に吸収されるエネルギが減少する。すると、面状発熱体７１から遠赤外線として放出されるエネルギは、その大部分が培養する細胞に供給され、細胞自体の加温に使用されることとなる。そして、遠赤外線の有するエネルギは面状発熱体７１の温度に依存するから、遠赤外線によって加温される細胞の温度を、面状発熱体７１とほぼ同じ温度まで加温することができる。
【００４３】
また、面状発熱体７１の表面から放射される遠赤外線のエネルギー密度のピークが、７〜１２μｍの波長帯に形成されるように調整されている。この７〜１２μｍの波長は、生育光線と呼ばれる波長帯であり、植物などの成長に有効であるが、動物、特にヒトの細胞、例えば肝細胞や皮膚細胞、骨芽細胞、免疫細胞等の増殖する能力を有する細胞や、造血幹細胞や間質幹細胞等、自己増殖しかつ複数の高度な細胞に分化することができる幹細胞の培養において、培養する細胞に生育光線を照射すれば、遠赤外線を照射しない場合に比べて、細胞の増殖や分化を促進される。この細胞の増殖や分化が促進する原因としては、増殖や分化に影響する遺伝子や増殖因子や分化誘導因子を活性化させることや、逆に、増殖や分化を抑制する遺伝子や抑制因子の働きを抑えること、遠赤外線が直接増殖因子や分化誘導因子として機能することが考えられる。細胞が未分化で、各種組織の細胞に分化可能な細胞、例えば、骨髄、末梢血、臍帯血、組織由来の幹細胞や胚性幹細胞等の未分化な細胞を遠赤外線を照射した状態で培養すれば、非常に感受性が高く未分化な細胞自体の増殖を促進できることはもちろん、その未分化な細胞から所望の細胞への分化も促進させることができるから、少しの未分化な細胞から、所望の分化した細胞を容易かつ大量に培養することができる。また、肝細胞や骨芽細胞等、既に各組織に分化しているが増殖可能な細胞を、遠赤外線を照射した状態で培養すれば、長期間作用させると増殖を活性化させることができる。
つまり、本実施形態の培養装置１の培養槽２に、上記のごとき温度制御手段７０を設けておけば、温度制御手段７０を設けない場合に比べて細胞の増殖及び分化促進効率を向上させることができるのである。
なお、配管１１ ,１２や培養液調整手段２０を断熱材によって覆っておけば、培養液が外部循環している間にその温度が変化することを防ぐことができる。
さらになお、透析部２１やガス濃度調整手段２２、栄養剤補給部２３にも温度制御手段７０を設けておけば、培養液の温度変化をより確実に防ぐことができる。
【００４４】
また、面状発熱体７１に使用する放射体７５として、カーボンブラックやカーボングラファイト、セラミックスパウダー、アルミナ、ジルコン等の金属紛等遠赤外線を放射する素材と、ポリエチレングリコール等を基材とした半導体等の有する正温度係数（P.T.C:PositiveTemperature Coefficiennt）機能、いわゆる自己温度制御機能を有する素材を含むものを使用すれば、特別な制御機構やセンサを採用しなくても、ＰＴＣ素材や放射素材の温度が所定の温度近傍に確実に維持することができる。この場合、放射体７５から放射される遠赤外線の波長やエネルギー密度の分布を所定の状態に保つことができる。よって、面状発熱体７１の温度変化による遠赤外線の状態が変化、つまり細胞に放射される遠赤外線の状態を一定に保つことができるから、細胞の温度変化を防ぐことができ、安定した状態で細胞を培養することができる。
なお、遠赤外線放射部は、上記のごとき面状発熱体７１でなくてもよく、所定の波長の遠赤外線を細胞に照射できるものであれば、特に限定はない。
【００４５】
培養開始前、および培養が終了したのち、培養装置１内に雑菌が繁殖することを防ぐために、培養液の流れる経路や、その他の部分を滅菌する必要があるが、培養槽の容積が１０Ｌよりも小さい場合には、培養装置１を、培養槽２、循環手段、培養液調整手段２０を全て連結した状態においてオートクレーブ装置内に収容できる大きさに構成すれば、装置を分解することなくオートクレーブ装置内に入れて滅菌することができるので、培養装置１の滅菌作業が容易になる。
しかも、連結した装置を分解しなくてもよいから、培養作業を開始する前にオートクレーブ装置によって殺菌し、そのままの状態で使用すれば、培養液や細胞が雑菌に汚染される確率を非常に低くすることができる。
【００４６】
そして、培養槽２が２０Ｌ以上の場合には、配管１１と加圧蒸気を発生することができる図示しない加圧蒸気供給手段を連通させることができるように設けておけば、加圧蒸気滅菌手段によって閉ループ回路内に加圧蒸気を供給すれば、各手段を分解することなく、各手段を滅菌することができる。すると、培養装置１が大型化しても、容易かつ迅速に装置全体を滅菌することができるから、培養槽２等がコンタミネーションされる危険性を低くすることができる。また、加圧蒸気滅菌手段を作動させるだけで培養装置を滅菌することができるので、培養装置１の滅菌を自動化でき、培養装置１の運転を完全に自動化することができる。
【００４７】
また、図８および図９に示すように、本実施形態の培養装置１において、細胞を付着させることができ、かつ増殖するための足場となる培養器具５０を備えた培養槽２を使用すれば、細菌や浮遊細胞等のように短期間かつ培養液に浮遊させた状態で培養できる細胞だけでなく、骨芽細胞や皮膚繊維芽細胞等のように、培養に数週間から１ヶ月程度の期間を必要とし、かつ増殖するための足場が必要な接着細胞の培養に好適である。
【００４８】
図８および図９において、符号５０が、培養槽２内に設けられた培養器具を示している。この培養器具５０は、純チタンまたはチタン合金を素材とする複数本の円管を、互いに連結して形成されたものであり、支持部材５１によって培養槽２内に保持されている。
このため、培養する細胞を培養器具５０の表面に付着させた状態で培養槽２内に配置して培養液に浸漬させれば、組織や臓器を構成している接着細胞であっても培養することができる。しかも、本実施形態の培養装置１であれば、長期間連続して培養することが可能であるから、従来の培養装置では不可能であった組織や臓器を構成している接着細胞を、大量かつ所望の大きさになるまで培養することができる。
【００４９】
また、培養器具５０が円管を連結して形成されおり、培養器具５０の表面積、つまり細胞が足場とすることができる部分を広くすることができるから、大量の細胞を培養することができる。しかも、円管内に培養液を流すことができるから、全ての細胞に新鮮な培養液を供給することができる。このため、培養される細胞の全ての細胞に栄養分や酸素を効率よく供給することができるので、培養液の循環効率が上がり、培養条件を飛躍的に亢進することが可能となる。
【００５０】
なお、培養器具５０は上記の構造に限られず、様々な形状のものを使用することができる。例えば、上下方向を貫通する貫通孔を有するハニカム構造や多孔質構造の培養器具５０を使用すれば、上下方向の培養液が流れがスムースになり、培養される細胞の全ての細胞に栄養分や酸素を効率よく供給することができる。また、所望の３次元的な構造、例えば各種臓器の形状に形成された培養器具５０を使用すれば、培養器具５０の形状に沿って細胞が増殖し、所望の形状の３次元組織を構築することができるので、再生医療に必要な３次元の組織や臓器を大量に供給することが可能となる。
さらになお、培養器具５０の形状として、膜状の部材を使用してもよく、その場合には膜状の組織を形成することも可能である。とくに、網目構造を有する膜状の部材、いわゆるメッシュを使用すれば、培養器具５０を通して細胞に新鮮な培養液を供給できるから、培養器具５０の表面に付着している細胞において、その表面の部分の細胞だけでなく、培養器具５０に付着している部分の細胞にも新鮮な培養液を供給することができる。
【００５１】
また、培養器具５０の円管の素材として、純チタンやチタン合金を使用している。純チタンやチタン合金は細胞親和性が高いので、培養器具５０の表面に、直接、培養する細胞を播種しても、細胞が汚染されたり、傷害を与えられたりすることがないので、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。しかも、培養器具５０と細胞との間には細胞外マトリックスが形成され、さらに石灰化層が形成される。このため、培養する細胞を確実に培養器具５０に付着させておくことができるから、長期間、細胞を安定した状態で培養することができる。また、純チタンやチタン合金は化学的な安定性が非常に高く長期間使用しても変質したり腐食したりしないので、培養器具５０の腐食変質等によって細胞が損傷することを防ぐことができる。そして、何回でも同じ培養器具５０を利用することができるから、細胞を培養するコストを低下させることも可能である。
【００５２】
なお、培養器具５０の全体がチタンやチタン合金で形成されていなくてもよく、基材の表面にチタンやチタン合金を含有する層を形成したものを使用しても良い。この場合も、培養器具５０によって細胞が汚染されたり、損傷したりすることがないので、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。また、培養器具５０はチタンやチタン合金を含有する層に完全に覆われており、しかも、このチタン等の層は細胞外マトリックスによって完全に覆われる。このため、基材が全く細胞と接触しないので、長期間使用しても、培養器具５０が変質したり腐食したりしないので、培養器具５０を長期間利用することができ、細胞を培養するコストを低下させることができる。
さらになお、培養器具５０の素材は、コラーゲンや細胞吸収性ポリマー、キチン等の細胞由来高分子材料や、ハイドロキシアパタイトなどのリン酸カルシウム系化合物、ポリＬ乳酸やポリグリコール酸等の合成生分解性ポリマー等、細胞親和性の高い素材であれば、どのような素材を使用しても良い。
【００５３】
そして、培養器具５０の基材が、珪素化合物、ガラス、磁性体、セラミックス、その他細胞親和性を有しない素材であっても、その表面に、細胞由来高分子材料やリン酸カルシウム系化合物、合成生分解性ポリマー、細胞外マトリックスなどの組織誘導能を有する組織誘導材料の層を形成すれば、培養器具５０の細胞親和性を高くすることができる。
【００５４】
そして、培養器具５０として、その器具自体の素材が細胞由来高分子材料であったり、器具の表面に細胞由来高分子材料の層を有するものを使用した場合には、培養器具５０と細胞との細胞親和性がさらに高くなり、培養器具５０によって細胞が汚染されたり、損傷したりすることがなく、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。しかも、培養器具５０と細胞の間には細胞外マトリックスが形成され、さらに石灰化層が形成される。このため、培養する細胞を確実に培養器具５０に付着させておくことができるから、細胞を安定した状態で培養することができる。
【００５５】
しかも、培養器具５０全体が細胞由来高分子材料で形成されていれば、この細胞由来高分子材料は生体に吸収されるから、再生医療のために、生体に培養器具５０をそのまましようできる、つまり培養器具５０のまま移植することができるので、移植を確実かつ簡単に行うことができる。
【００５６】
とくに、細胞由来高分子材料がコラーゲンであれば、細胞との細胞親和性が非常に高いので、接着細胞の培養環境をさらに改善することができる。そして、培養器具５０と細胞の親和性がさらに高まるので、大量の細胞を効率よく、低コストで培養することが可能となる。
【００５７】
また、培養器具５０として、その器具自体の素材がリン酸カルシウム系化合物であったり、器具の表面にリン酸カルシウム系化合物の層を有するものを使用した場合には、リン酸カルシウム系化合物は細胞との細胞親和性が高いので、培養器具５０の表面に、直接、細胞外マトリックスを形成させることができる。よって、培養器具５０によって培養する細胞が汚染されたり、傷害を与えられたりすることがないので、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。しかも、培養器具５０全体がリン酸カルシウム系化合物で形成されていれば、このリン酸カルシウム系化合物は生体に吸収されるから、培養器具５０のまま移植することができるので、移植を確実かつ簡単に行うことができる。
【００５８】
そして、培養器具５０として、その器具自体の素材が合成生分解性ポリマーであったり、器具の表面に合成生分解性ポリマーの層を有するものを使用した場合には、合成生分解性ポリマーは細胞親和性が高いので、培養器具５０の表面には、直接、細胞外マトリックスを形成させることができる。よって、培養器具５０によって培養する細胞が汚染されたり、傷害を与えられたりすることがないので、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。しかも、培養器具５０全体がリン酸カルシウム系化合物で形成されていれば、この合成生分解性ポリマーは生体に吸収されるから、再生医療のために、生体に培養器具５０をそのまま使用できる、つまり培養器具５０のまま移植することができるので、移植を確実かつ簡単に行うことができる。
【００５９】
とくに、合成生分解性ポリマーがポリＬ乳酸またはポリグリコール酸であれば、培養器具５０と細胞との細胞親和性が非常に高いので、接着細胞の培養環境をさらに改善することができる。そして、培養器具５０と細胞の親和性がさらに高まるので、大量の細胞を効率よく、低コストで培養することが可能となる。
【００６０】
さらに、培養器具５０として、珪素を含有する素材、例えば、ガラスやゼオライト、図１４〜図１６に示すような組成を有する黒体粉末や天然セラミックス等によって形成されたものを使用してもよい。この場合、黒体粉末や天然セラミックス等に含まれる珪素が石灰化能を有しているため、培養器具５０の表面には、リン酸カルシウム系化合物等によって石灰化層が形成される。すると、培養器具５０と細胞との親和性が高くなるから、培養器具５０によって培養する細胞が汚染されたり、傷害を与えられたりすることがない。よって、臓器等の接着細胞を長期間培養することができるし、培養する細胞を確実に培養器具５０に付着させておくことができるから、長期間、細胞を安定した状態で培養することができる。
【００６１】
しかも、図１４〜図１７に示すように、黒体粉末、天然セラミックス、ゼオライト等は、約833 〜1429ｃｍ-1の領域、つまり約７〜１２μｍ近傍の遠赤外線領域の波長を特異的に吸収する特性を有している。言い換えれば、黒体粉末、天然セラミックス、ゼオライト等は、約７〜１２μｍの遠赤外線を強く放出する性質を有しているから、培養器具５０は温度が高くなると遠赤外線を放出する。すると、培養器具５０の表面に付着している細胞に、培養器具５０から遠赤外線が供給されることになるから、細胞の分化や増殖を促進する効果を得ることができる。
【００６２】
そして、培養器具５０の表面に、上記のごときガラスや天然セラミックス、ゼオライトなどの粉末や黒体粉末等とシリカゲル等の接着剤とを混合したものをコーティングし、ガラスやゼオライト、黒体粉末、天然セラミックス等を含有する層、つまり珪素を含有する素材の層を形成しても、同様の効果を得ることができる。
【００６３】
また、培養器具５０として、人工セラミックス、例えば、図１８に示すような組成を有する人工セラミックス等によって形成されたものを使用してもよい。この場合も、培養器具５０の表面には、リン酸カルシウム系化合物等によって石灰化層が形成されるから、培養器具５０と細胞との親和性が高くなる。よって、培養器具５０によって培養する細胞が汚染されたり、傷害を与えられたりすることがなく、臓器等の接着細胞を長期間培養することができる。そして、培養する細胞を確実に培養器具５０に付着させておくことができるから、長期間、細胞を安定した状態で培養することができる。
【００６４】
しかも、図１８に示すように、人工セラミックスは、約833〜1429ｃｍ-1の領域、つまり約７〜１２μｍの遠赤外線領域の波長を特異的に吸収する特性を有している。言い換えれば、人工セラミックスは、約７〜１２μｍ近傍の遠赤外線を強く放出する性質を有しているから、培養器具５０は温度が高くなると遠赤外線を放出する。すると、培養器具５０の表面に付着している細胞に、培養器具５０から遠赤外線が供給されることになるから、細胞の分化や増殖を促進する効果を得ることができる。
【００６５】
そして、培養器具５０の表面に、上記のごとき人工セラミックスの粉末とシリカゲル等の接着剤とを混合したものをコーティングし、人工セラミックスの層を形成しても、同様の効果を得ることができる。
【００６６】
さらに、培養器具５０として、その器具の表面に組織誘導材料の層を有する場合には、細胞外マトリックス等の組織誘導材料と細胞との細胞親和性が高いから、接着細胞の培養環境を改善するとともに、再生医療のために、生体に直接利用することができ、細胞を培養するコストを低下させることができる。しかも、組織誘導材料の影響により細胞の増殖が促進されるだけでなく、未分化間葉系細胞の種々の組織への分化誘導が可能となる。よって、細胞の分化状態を維持したまま培養が可能なだけではなく、再生医療に必要な細胞を容易に供給することができる。
【００６７】
そして、本実施形態の培養装置１の培養器具５０に、所望の接着細胞を播種して培養すれば、培養槽２内に気泡や速度の速い対流を生じさせることがなく、培養液の状態をほぼ均一かつ細胞の培養に適した状態に保つことができ、しかも細胞を培養しながら培養液の交換が可能であるから、様々な接着細胞を非常に長期間（数週間〜数ヶ月）でも培養することができる。すると、少量の接着細胞から再生医療に使用しうる大きさの組織を製造することができるから、再生医療などに必要とされる人工臓器や人工組織を、安価かつ大量に製造することができる。しかも、移植が必要とされる人から所望の組織の細胞を摂取し、その細胞を培養して臓器を製造することができるから、生体との適合性を高くすることができ、拒絶反応が起こることも防ぐことができる。
【００６８】
また、培養する細胞として間質幹細胞等の未分化な細胞を使用すれば、培養条件を調整することによって所望の細胞に分化させることができるから、入手が困難な細胞から構成されている組織などを、容易に入手できる細胞から製造することができる。そして、未分化な細胞を、未分化なままで増殖させれば、どのような組織にでも適用可能な人工組織も製造することが可能である。
【００６９】
以下のような細胞播種手段６０に培養槽２を設置しておけば、培養器具５０への細胞の播種も自動化することができるため好適である。
なお、培養器具５０への細胞の播種は、上述した細胞供給手段９０によっても可能であるが、培養器具５０として、複数本の円管をその軸方向が一致するようにかつ横断面視で各円管が放射状に並ぶように形成したものを使用する場合には、以下のような細胞播種手段６０を使用すると、培養器具５０に対して細胞をより確実に播種することができる。
【００７０】
図８および図９に示すように、培養槽２内には、培養器具５０が、その中心軸が培養槽２の中心軸と一致するように取り付けられている。
同図において符号６１は、細胞播種手段６０のベースである。このベース６１の上面には、ベース６１の上面において回転可能なターンテーブル６２が設けられている。このターンテーブル６２は、前記培養槽２を支持するスタンドＳが載せられるものである。このため、ターンテーブル６２上に培養槽２を支持するスタンドＳを載せておけば、培養槽２をその軸まわりに回転させることができる。
【００７１】
図８および図９に示すように、前記ベース６１には、支持枠６３が立設されており、この支持枠６３には、上下方向、つまり培養槽２内に設けられた培養器具５０の軸方向に移動可能に、培養槽２の半径方向に伸ばした横軸６４が設けられている。この支持枠６３と横軸６４が特許請求の範囲にいう移動部である。
【００７２】
そして、この横軸６４には、細胞供給部６５が取り付けられている。この細胞供給部６５は、中空な部材であり、上部に培養する細胞が含まれた液体が供給される注入部65a が設けられている。一方、細胞供給部６５の下部には、前記培養器具５０の軸方向に沿って延びた、複数本の円筒状の播種部65bが設けられている。
この複数本の播種部65bは、全て培養器具５０の中心軸と同一平面内に並んで設けられている。しかも、培養槽２の中心軸から各播種部65bまでの距離は、培養器具５０の複数の円管のうち、同一面内に位置する複数の円管と培養槽２の中心軸との距離と同じ長さになるように配設されている。
また、前記ベース６１には、前記培養槽２の中心軸に対して偏心した位置に、ベース６１の下面から出没可能に、傾転軸６６が設けられている。
【００７３】
つぎに、細胞播種手段６０によって、細胞を播種する作業を説明する。
図１０は細胞播種手段６０が傾転した状態の概略説明図である。まず、培養槽２内の培養液を全て排出し、その後培養槽２の蓋２ａを取り外す。
【００７４】
ついで、横軸６４を支持枠６３に沿って下降させると、細胞供給部６５の播種部65bが培養器具５０の各円管内に挿入される。その状態で、傾転軸６６をベース６１の下面から突出させると、傾転軸６６が設けられた部分のベース６１が浮き上がり、ベース６１とともに培養槽２が傾く（図１０）。
そして、細胞供給部６５の注入部65aから培養する細胞が含まれた液体を流し込むと、細胞供給部６５内を通って播種部65bから前記液体が培養器具５０内に流入する。
このとき、培養槽２が傾いているので、液体は培養器具５０内面をつたって流れるので、培養器具５０内面に細胞を播種することができる。
【００７５】
ついで、横軸６４を支持枠６３に沿って上昇させると、細胞供給部６５が培養器具５０から離脱する。その後、ターンテーブル６２を回転させて、円管の列が播種部65bと同じ面内に位置させる。そして、再び横軸６４を支持枠６３に沿って下降させると、細胞供給部６５の播種部65bが培養器具５０の各円管内に挿入される。そして、細胞供給部６５の注入部65aから培養する細胞が含まれた液体を流し込むと、播種部65bから前記液体が培養器具５０内に流入し、培養器具５０内面をつたって流れる。
【００７６】
上記作業を繰り返すと、全ての円管内面に細胞を播種することができるし、円管内面を液体がながれているときにターンテーブル６２を回転させれば、培養器具５０の円管の内面全体に細胞を播種することができる。
【００７７】
また、培養する細胞の細胞を含む液体に代えて、細胞供給部６５の注入部65bに、培養器具５０から剥離させる剥離液（トリプシンEDTA）を注入し、播種部65bから培養器具５０内に垂らせば、細胞を培養器具５０から剥離させることができる。
そして、培養槽２の底部などに、剥離液を回収する回収部６７を設けておけば、剥離液とともに培養器具５０から剥離した細胞を回収することができる。
つまり、細胞播種手段６０は、細胞回収手段として使用することができ、この場合、細胞供給部６５が特許請求の範囲にいう剥離液供給部となるのである。
【００７８】
なお、細胞播種手段６０は、図１１〜図１３に示すような構造でもよく、培養槽２の底部に、培養器具５０の下端に接近離間して、培養器具５０の下端を気密に密閉したり開放したりすることができる底蓋６８を設けておけば、培養器具５０の内部に剥離液をためることができるので、細胞の剥離を確実にすることができるし、また、剥離液の消費量を少なくすることができる。
さらになお、培養槽２は、播種回収を行っている間だけでなく、細胞の培養行っているときも、細胞播種手段６０のターンテーブル６２に上に設置していてもよいし、細胞の播種回収を行うときのみ細胞播種手段６０上に設置するようにしてもよい。
【００７９】
上述したように、本実施形態の培養装置１を用いた場合、培養槽２内に気泡や速度の速い対流を生じさせることがなく、培養液の状態をほぼ均一かつ細胞の培養に適した状態に保つことができ、しかも細胞を培養しながら培養液の交換が可能であるため、様々な浮遊細胞を非常に長期間（数週間〜数ヶ月）でも培養することができる。すると、浮遊細胞自体を大量に製造することができるだけでなく、浮遊細胞が増殖する過程で産生される様々な有効成分を回収することができるから、この回収した成分から、抗体やワクチン、医薬品等を製造することができる。
【００８０】
とくに、浮遊細胞が造血幹細胞を含んでいる場合、造血幹細胞は、自己増殖するだけでなく様々な血液細胞に分化して、培養液内には、血液に含まれるほとんど全ての細胞、例えば赤芽球、骨髄芽球、巨核芽球、単芽球、リンパ芽球に分化した後血液細胞である赤血球、有核白血球である好中球、好酸球、好塩基球、血小板、単球やリンパ球等が産生される。そして、長期間培養を連続して行なえば、培養液には、大量の血液成分が産生される。
すると、培養液を処理すれば、所望の成分を抽出することができるので、所望の成分を含む血液製剤を容易に製造することができる。しかも、本実施形態の培養装置１は、細胞の培養を継続しながら、培養液の抽出および交換、追加が可能であるから、培養液に含まれる血液細胞等を回収しながら、連続して細胞を培養することも可能である。
【００８１】
そして、輸血や血液製剤が必要とされる人から造血幹細胞を摂取し、その造血幹細胞を培養して輸血用血液や血液製剤を製造することができるから、拒絶反応を起こす心配のない安全な輸血用血液等を製造することができる。
【００８２】
また、浮遊細胞が赤芽球、骨髄芽球、巨核芽球、単芽球、リンパ芽球等を含んでいれば、血液細胞である赤血球、有核白血球である好中球、好酸球、好塩基球、血小板、単球やリンパ球を産生することができるから、輸血用製剤として使用することができる混合液を製造することができる。
【００８３】
また、培養２槽内に設けられた培養器具５０で接着細胞を培養しながら、培養液中では浮遊細胞を培養する、いわゆる混合培養を行うことも可能である。この場合、接着細胞から、浮遊細胞を活性化したり分化を促進したりする因子が産生、分泌されるので、浮遊細胞の培養を促進することができる。また、浮遊細胞が生理活性因子を産生するので、この生理活性因子の働きで接着細胞の活性や分化を促進することができる。したがって、浮遊細胞や接着細胞のみを培養した場合に比べて、各細胞の培養を促進することができるので、各細胞を効率よく培養することができる。
【００８４】
例えば、培養器具５０によって骨髄間質幹細胞を培養しながら、培養液中で造血幹細胞を混合培養すれば、骨髄間質幹細胞から造血幹細胞を活性化したり、分化を促進する因子が産生、分泌されるため、造血幹細胞から赤血球、有核白血球である好中球、好酸球、好塩基球、血小板、単球やリンパ球の産生が促進される。また、造血幹細胞が産生する生理活性因子の働きで骨髄間質幹細胞から骨芽細胞、軟骨芽細胞、線維芽細胞、脂肪細胞やその他の細胞への分化が促進される。このため、造血幹細胞や骨髄間質幹細胞を単独で培養するよりも、より早く効率的にしかも活性の高い血液細胞である赤血球等を産生することができ、効率的良く骨芽細胞等を分化誘導することができる。
また、培養器具５０によって骨髄間質幹細胞を培養しながら、培養液中で、赤芽球や骨髄芽球、巨核芽球、単芽球、リンパ芽球等の血液芽細胞を含んだ骨髄組織を混合培養すれば、骨髄間質幹細胞から赤芽球等を活性化したり、分化を促進する因子が産生、分泌されるため、骨髄組織から赤血球、有核白血球である好中球、好酸球、好塩基球、血小板、単球やリンパ球の産生が促進される。また、赤芽球等が産生する生理活性因子の働きで間質幹細胞から骨芽細胞、軟骨芽細胞、線維芽細胞、脂肪細胞やその他の細胞の分化が促進される。このため、骨髄組織や骨髄間質幹細胞を単独で培養するよりも、より早く効率的にしかも活性の高い血液細胞である赤血球等を産生することができ、効率的良く骨芽細胞等を分化誘導することができる。
そして、本実施形態の培養装置1は、上記のごとき構成を有しているから、混合培養したときの問題である培養液の劣化等を生じることを防ぐことができる。
【実施例】
【００８５】
以下に、本発明の培養装置によって細胞を培養する実施例を説明する。
以下の実施例において、培養槽の容積が１０Ｌ以下の場合には、上述したの各手段や装置（例えば、循環手段やガス濃度調整手段等）を連結した状態でオートクレーブ内に収容しうるように構成した培養装置を使用し、121度、２０分間滅菌してから培養を行なった。
なお、オートクレーブ内に収容するときには、培養装置の上部構造であるｐHメーターや溶存酸素計の電気系統部分は、非耐熱性で非耐湿性のゆえ取り外される。そして、培養液交換装置やサンプリング装置における各培養液やガスの注入あるいは排出チューブは、コンタミネーションを防ぐために、アルミ箔で覆った状態でオートクレーブ内に収容される。
また、以下の実施例における培養液循環装置、ガス飽和装置、温度制御装置、漏出防止装置、培養液交換装置、細胞回収装置、は、それぞれ上述した循環手段１０、培養液調整手段２０、温度制御手段７０、電磁石６、培養液供給手段、細胞回収手段に該当する。
【００８６】
（実施例１）
本発明の培養装置を使用して、形質転換された大腸菌を培養しサイトカインを製造する実施例を説明する。なお、この実施例では、培養槽として、その容積が1Ｌのものを使用している。
また、比較例として、フラスコ内で形質転換された大腸菌を培養しサイトカインを製造した場合と比較した。
なお、サイトカインの製造量の比較は、培養液の濁度を比較して行なった。濁度の比較は、ベックマン吸光光度計（DUシリーズ500、Beckman, Fullerton, CA）によって行なった。
（１）まず、培養装置をオートクレイブにて滅菌したのち、培養液（乾燥ブイヨン「ニッスイ」05511、日水製薬株式会社、東京）を培養装置に供給し、その後、形質転換により特定のサイトカインを発現する大腸菌800μlを培養槽に注入した。（濃度ＯＤ550 ＝0.032）
（２）この状態で、３時間連続で培養し、ＯＤ550 ＝0.535まで増殖させた。
（３）図１９（Ａ）に示すように、本発明の培養装置に使用された培養液の濁度は、培養フラスコ内の培養液に比べて、培養開始後２時間で約３倍になり、培養開始後２時間では４倍以上となった。つまり、本発明の培養装置では、同じ時間であっても、フラスコ培養に比べて大量かつ効率よく大腸菌が培養されていることが確認できる。
（４）そして、ＯＤ550 ＝0.535まで増殖させたのち、IPTG終濃度0.5ｍＭで蛋白質発現の誘導を行い、４時間発現誘導した後、回収装置にて細菌を回収すれば、サイトカインを精製することができる。
（５）上記のごとく、本発明の培養装置によれば、大量かつ効率よく大腸菌が培養することができ、サイトカインを大量かつ効率よく製造することができるから、サイトカインのリコンビナント淡白質を製剤化することができ、種々のサイトカインのリコンビナント医薬品として臨床応用できる。
【００８７】
（実施例２）
本発明の培養装置を使用して、遺伝子導入した酵母を培養しサイトカインを製造する実施例を説明する。なお、この実施例では、培養槽として、その容積が1Ｌのものを使用している。
また、比較例として、ディッシュ内で形質転換された酵母を培養しサイトカインを製造した場合と比較した。
なお、酵母の量の比較は、培養液の濁度を比較して行なった。濁度の比較は、ベックマン吸光光度計（DUシリーズ500、Beckman, Fullerton, CA）によって行なった。
（１）まず、培養装置をオートクレイブにて滅菌したのち、培養液（ＹＰＤ ＢＲＯＴＨ  SIGMA-ALDRICH）を培養装置に供給し、その後、形質転換により特定のサイトカインを発現する酵母２００μl（濃度ＯＤ550 ＝2.130）を培養槽に注入した。（濃度ＯＤ550 ＝0.078）
（２）この状態で、２日間連続で培養し、ＯＤ550 ＝1.784まで増殖させた。
（３）培養開始後２４時間経過すると、本発明の培養装置に使用された培養液の濁度は、ディッシュ培養に使用された培養液に比べて、約22倍となった。そして、図１９（Ｂ）に示すように、濁度と培養容量を掛けた総酵母量を比較すると、本発明の培養装置に使用された培養液中の総酵母量は178.383となり、ディッシュ培養に使用された培養液中の総酵母量の約９５．５倍となった。つまり、本発明の培養装置では、dish培養に比べて大量かつ効率よく酵母が培養されていることが確認できる。
（４）ＯＤ550 ＝1.784 まで増殖させたのち、回収装置にて細菌を回収すれば、サイトカインを精製することができる。
（５）上記のごとく、本発明の培養装置によれば、大量かつ効率よく酵母が培養することができ、サイトカインを大量かつ効率よく製造することができるから、サイトカインのリコンビナント淡白質を製剤化することができ、種々のサイトカインのリコンビナント医薬品として臨床応用できる。
【００８８】
（実施例３）
本発明の培養装置を使用して、ハイブリドーマ細胞を培養し医薬品として利用可能な抗体を製造する実施例を説明する。なお、この実施例では、培養槽として、その容積が100Ｌのものを使用している。
（１）まず、培養槽に純チタン製チューブが組み合わされた細胞担体を挿入して、加圧蒸気滅菌装置にて、培養装置の培養槽、循環装置、ガス飽和装置を滅菌した。
（２）そして、医薬品として利用可能な抗体を産生するハイブリドーマ細胞を50,000個／mlに懸濁し、細胞担体のチューブ内に細胞播種装置を用いて各100μl注入した。
（３）図２０（Ａ）に示すように、ハイブリドーマ細胞を連続して培養すると、経時的に細胞数は増加していくことが確認できる。そして、図２０（Ｂ）に示すように、ハイブリドーマ細胞の増加に伴って、抗体産生量も飛躍的に増加していくことが確認できる。
（４）培養後１週間で培養液を排出口から取り出し、限外ろ過装置に連結して濾過すれば、抗体を得ることができる。
（５）上記のごとく、本発明の培養装置によれば、大量かつ効率よくハイブリドーマ細胞が培養することができ、医薬品として利用可能な抗体を大量かつ効率よく製造することができるから、医薬品として利用可能な抗体を製剤化することができ、種々の抗体医薬品として臨床応用できる。
【００８９】
（実施例４）
本発明の培養装置を使用して、造血幹細胞を培養し、血小板を製造する実施例を説明する。なお、この実施例では、培養槽として、その容積が1Ｌのものを使用している。
また、比較例として、ディッシュ内で造血幹細胞を培養し血小板を製造した場合と比較した。
なお、血小板の製造量の比較は、培養液の総量に対する血小板の数を比較した。
（１）培養装置をオートクレイブにて滅菌し、ウサギ大腿骨および血液を摘出し、その大腿骨から注射筒を用いて骨髄を吸い出しMEM培地に懸濁後、コラーゲンゲルと混合し細胞担体のチタンメッシュにのせて滅菌した培養槽の中央に内蔵した。
（２）培養槽内に、満タンになるまで培養液を自動で注入し、循環装置によって環流しながら培養を行い、１週間後に細胞を含んだ培養液を回収し、フィコールを用いた密度勾配遠心法にて血小板分画をして得た。
（３）図２１に示すように、本発明の培養装置では、ディシュで培養する場合に比べて、遙かに大量の血小板を生成することができることが確認できる。
（４）本発明の培養装置によれば、少量の造血幹細胞から大量の血小板を効率よく製造することができるから、本実施例により作成された血小板を製剤化することにより、外科手術や血小板減少症などの治療としての他家および自家の血小板移植を可能とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明の培養装置によれば、細菌や浮遊細胞だけでなく、組織や臓器を形成する接着細胞であっても長期間効率よく培養することができるため、再生医療に使用可能な組織や臓器等を大量かつ効率よく製造することができる。とくに、少量の造血幹細胞から大量の血液細胞を培養することができるから、輸血用血液製剤の製造も可能である。また、細胞を大量に培養することができるから、細胞が産生する医薬品として利用可能な抗体を大量かつ効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本実施形態の培養装置１の概略ブロック図である。
【図２】本実施形態の培養装置１に設置した培養槽２の概略説明図である。
【図３】培養液調整手段２０の詳細説明図である。
【図４】他の実施形態のガス濃度調整手段２２の概略説明図である。
【図５】抽出手段８０を備えた培養装置１の概略ブロック図である。
【図６】細胞供給手段９０を備えた培養装置１の概略ブロック図である。
【図７】面状発熱体７１の概略説明図である。
【図８】細胞播種手段６０の概略正面縦断面図である。
【図９】細胞播種手段６０の概略側面縦断面図である。
【図１０】細胞播種手段６０が傾転した状態の概略説明図である。
【図１１】他の実施形態の細胞播種手段６０の概略正面縦断面図である。
【図１２】他の実施形態の細胞播種手段６０の概略側面縦断面図である。
【図１３】他の実施形態の細胞播種手段６０が傾転した状態の概略説明図である。
【図１４】（Ａ）黒体粉末の各成分重量割合を示したグラフであり、（Ｂ）黒体粉末をＦＴ−ＩＲ分析した結果を示すグラフである。
【図１５】（Ａ）黒体粉末の各成分重量割合を示したグラフであり、（Ｂ）黒体粉末をＦＴ−ＩＲ分析した結果を示すグラフである。
【図１６】（Ａ）天然セラミックスの各成分重量割合を示したグラフであり、（Ｂ）天然セラミックスをＦＴ−ＩＲ分析した結果を示すグラフである。
【図１７】ゼオライトをＦＴ−ＩＲ分析した結果を示すグラフである。
【図１８】（Ａ）人工特殊セラミックスの各成分重量割合を示したグラフであり、（Ｂ）人工特殊セラミックスをＦＴ−ＩＲ分析した結果を示すグラフである。
【図１９】（Ａ）本発明の培養装置およびフラスコを使用して大腸菌を培養したときにおいて、培養液の濁度を比較した図であり、（Ｂ）本発明の培養装置およびディッシュを使用して酵母を培養したときにおいて、培養液中の総酵母量を比較した図である。
【図２０】本発明の培養装置およびディッシュを使用してハイブリドーマ細胞を培養したときにおいて、（Ａ）培養液中の細胞数を比較した図であり、（Ｂ）抗体産生量を比較した図である。
【図２１】本発明の培養装置およびディッシュを使用して造血幹細胞を培養したときにおいて、（Ａ）培養液トータル量あたりの血小板数を比較した図であり、（Ｂ）造血幹細胞数あたりの血小板数を比較した図である。
【国際調査報告】
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