(57)【要約】【課題】本発明は、インキュベータ内部の雰囲気の安定性に優れた細胞培養装置およびその細胞培養装置を備えた細胞培養システムを提供すること。【解決手段】細胞培養装置において、密閉容器と、密閉容器内に回転自在に設けられた回転軸と、回転軸に多段に取り付けられ、各々が培養容器を載置するための載置棚とを備え、密閉容器の壁面に培養容器に対応する形状を持ち、培養容器を密閉容器内へ挿入し取り出す窓を設け、回転軸はその軸方向に沿って移動し、かつ、回転軸が回転することにより、所望の培養容器を窓を介して密閉容器から取り出し、あるいは、培養容器を窓を介して載置棚の所望の位置へ挿入可能となる、細胞培養装置。【選択図】図１
2015065823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞培養装置において、
密閉容器と、
密閉容器内に回転自在に設けられた回転軸と、
回転軸に多段に取り付けられ、各々が培養容器を載置するための載置棚と、
前記回転軸を回転させる駆動機構と、
密閉容器の壁面に培養容器に対応する形状を持ち、培養容器を密閉容器内へ挿入し取り出す窓と、
を備え、
下記の（１）および（２）から選択される少なくとも一方の構造を更に備えた細胞培養装置：
（１）前記駆動機構が、前記回転軸をその軸方向に沿って移動させる機構をさらに備える、
（２）前記密閉容器内に、前記載置棚と前記窓との間で所望の前記培養容器を移載させる室内移載機構を設ける。
【請求項２】
密閉容器の窓は、複数の処理モジュール毎に設けられている、
請求項１に記載の細胞培養装置。
【請求項３】
窓を開閉する開閉機構を備えた、請求項１に記載の細胞培養装置。
【請求項４】
密閉容器内の圧力を制御する圧力制御機構を備えた、請求項１に記載の細胞培養装置。
【請求項５】
ダウンフロー方式で密閉容器１１内の雰囲気を循環させる送風機構を備えた、請求項１に記載の細胞培養装置。
【請求項６】
密閉容器１１内にガスを供給するガス供給機構を備えた、請求項１に記載の細胞培養装置。
【請求項７】
請求項１に記載の細胞培養装置と、細胞培養装置の窓に隣接して培養容器に対して所望の処理を施す処理モジュールとを備え、
細胞培養装置と処理モジュールとの間で培養容器を移載する室外移載機構を設けた、
細胞培養システム。
【請求項８】
２つ以上の処理モジュールを備えた、請求項７に記載の細胞培養システム。
【請求項９】
細胞培養装置と、
複数の処理モジュールと、
前記培養容器を搬送するための室外移載機構と、
を備え、
前記細胞培養装置と前記複数の処理モジュールのうち少なくとも１つとが接続され、前記複数の処理モジュールのうち少なくとも１つと前記室外移載機構とが接続されることを特徴とする細胞培養システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞培養装置および細胞培養システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
再生医療分野の発展や研究の多様化により、細胞が大量に必要とされる場面が急激に増加している。細胞培養は大変な労力を要求するため、細胞培養の全自動化が試みられ、細胞培養を全自動化した様々な細胞培養システムが開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９１１０４号公報
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、インキュベータ内部の雰囲気の安定性に優れた細胞培養装置およびその細胞培養装置を備えた細胞培養システムを提供する。
【０００５】
本発明によれば以下の発明が提供される。
（１）細胞培養装置において、
密閉容器と、
密閉容器内に回転自在に設けられた回転軸と、
回転軸に多段に取り付けられ、各々が培養容器を載置するための載置棚と、
を備え、
密閉容器の壁面に培養容器に対応する形状を持ち、培養容器を密閉容器内へ挿入し取り出す窓を設け、
回転軸をその軸方向に沿って移動させ、かつ回転軸を回転させる駆動機構を設け、この駆動機構により回転軸を回転軸をその軸方向に沿って移動させ、かつ回転させることにより、所望の培養容器を窓を介して密閉容器から取り出し、あるいは、培養容器を窓を介して載置棚の所望の位置へ挿入可能となる、
細胞培養装置。
（２）細胞培養装置において、
密閉容器と、
密閉容器内に回転自在に設けられた回転軸と、
回転軸に多段に取り付けられ、各々が培養容器を載置するための載置棚と、
を備え、
密閉容器の壁面に培養容器に対応する形状を持ち、培養容器を密閉容器内へ挿入し取り出す窓を設け、
密閉容器内に、載置棚と窓との間で所望の培養容器を移載させる室内移載機構を設けた、
細胞培養装置。
（３）密閉容器の窓は、複数の処理モジュール毎に設けられている、
上記（１）または（２）に記載の細胞培養装置。
（４）窓を開閉する開閉機構を備えた、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の細胞培養装置。
（５）密閉容器内の圧力を制御する圧力制御機構を備えた、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の細胞培養装置。
（６）ダウンフロー方式で気体を送風する気体送風機構を備えた、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の細胞培養装置。
（７）気体が、殺菌ガスである、上記（６）に記載の細胞培養装置。
（８）上記（１）〜（７）のいずれかに記載の細胞培養装置と、細胞培養装置の窓に隣接して培養容器に対して所望の処理を施す処理モジュールとを備え、
細胞培養装置と処理モジュールとの間で培養容器を移載する室外移載機構を設けた、
細胞培養システム。
（９）２つ以上の処理モジュールを備えた、上記（８）に記載の細胞培養システム。
（１０）細胞培養装置と、
複数の処理モジュールと、
前記培養容器を搬送するための室外移載機構と、
を備え、
前記細胞培養装置と前記複数の処理モジュールのうち少なくとも１つとが接続され、前記複数の処理モジュールのうち少なくとも１つと前記室外移載機構とが接続されることを特徴とする細胞培養システム。
【０００６】
本発明の細胞培養装置は、密閉容器（インキュベータ部）に培養容器を挿入し取り出す窓が小さいため、密閉容器内の雰囲気を維持しやすい点で有利である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の第一の実施形態における細胞培養装置の図である。
【図２】図２は、本発明の第二の実施形態における細胞培養装置の図である。
【図３】図３は、本発明の第一の実施形態における細胞培養システムの概略図である。
【図４】図４は、本発明の第一の実施形態における細胞培養システムの変形例を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明の第一の実施形態における細胞培養システムの動作の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の実施形態においては、矛盾のない範囲ですべてのあらゆる組み合わせが可能である。
【０００９】
第一の実施形態
以下、図１および３により第一の実施形態について説明する。
【００１０】
（細胞培養装置）
まず、図１により第一の実施形態における細胞培養装置を説明する。本実施形態における細胞培養装置１０は、図１に示されるように、密閉容器１１と、密閉容器１１内に回転自在に設けられた回転軸１２と、回転軸１２に多段に取り付けられ、各々が培養容器１８を載置するための載置棚１３とを備えている。
【００１１】
細胞培養容器１０には、密閉容器１１の壁面に限られた大きさ、例えば、培養容器１８に対応する形状を持ち、培養容器を密閉容器内へ挿入し取り出す窓１４が設けられている。そして、回転軸１２がその軸方向に沿って移動し、かつ、回転軸が回転することにより、所望の培養容器１８を窓１４を介して密閉容器１１から取り出し、あるいは、培養容器１８を窓１４を介して載置棚１３の所望の位置へ挿入可能となる。
【００１２】
各載置棚１３は、好ましくは、図１に示されるように円盤形状を有し、細胞培養容器１８は各載置棚１３上に回転軸１２を中心として放射状に載置される。このようにすることで、回転軸を回転させることにより、ある載置棚１３に載置されたいずれの細胞培養容器にも窓１４を介してアクセスすることが容易になる。
【００１３】
なお、各窓１４には、窓を開閉する開閉機構１６が設けられている。開閉機構は、特に限定されないが、例えば、図１のように蓋および蓋の駆動部１６Ａを備えた開閉機構とすることができる。
【００１４】
本実施形態における細胞培養装置１０では、回転軸１２がその軸方向に沿って移動することで、異なる所望の段の載置棚１３に載置された細胞培養容器１８にアクセスすることが可能である。また、このような構造の細胞培養装置１０では、回転軸１２が回転することにより、載置棚１３上の所望の培養容器１８にアクセスすることが可能である。従って、本実施形態における細胞培養装置１０では、回転軸１２はその軸方向に沿って移動し、かつ、回転軸が回転することにより、所望の載置棚１３上の所望の培養容器１８を窓１４を介して密閉容器１１から取り出し可能となり、あるいは、培養容器１８を窓１４を介して載置棚１３の所望の位置へ挿入可能となる。回転軸は、駆動機構１２Ａにより回転させることができる。本実施形態では、駆動機構１２Ａは、回転軸をその軸方向に沿って移動させることができる。
【００１５】
本実施形態における細胞培養装置１０ではまた、回転軸１２がその軸方向に沿って移動し、または、回転軸１２が回転することにより、密閉容器内の空気は攪拌され、密閉容器内の雰囲気を均一化することも可能である。
【００１６】
ところで、密閉容器１１の窓１４は、好ましくは、密閉容器１１に複数設けられている。特に窓１４は、細胞培養装置の窓に隣接して培養容器に対して所望の処理を施す処理モジュールと接続するために、複数の処理モジュール毎に設けることができる。本発明の細胞培養装置では、限られた大きさの窓１４を有するため、複数の窓１４が開いていても密閉容器１１内の雰囲気を維持しやすい利点を有する。また、各窓１４には、処理モジュールを接続することができるため、本実施形態における細胞培養装置は、複数の処理モジュールを窓に隣接して備えることができる。従って、本実施形態における細胞培養装置は、様々な処理モジュールを同時に接続することが可能である。
【００１７】
また、開閉機構１６は、例えば、培養容器１８を窓１４を介して載置棚１３の所望の位置に挿入する際、および、所望の培養容器１８を窓１４を介して密閉容器１１から取り出す際に窓を開き、培養容器１８の取り出し挿入が完了したら閉じることができる。開閉機構１６は、培養容器１８に対して所望の処理を行う処理モジュールが窓１４にアクセスする際にも窓１４を開くことができ、処理後、窓１４を閉じることができる。
【００１８】
本実施形態における細胞培養装置１０では、密閉容器１１内の圧力を陽圧とすることができる。密閉容器１１内の圧力を陽圧とすることにより、密閉容器１１内に微生物またはごみが混入することを防ぐことができる。上述のように、細胞培養装置１０の窓１４は限られた大きさ、すなわち、細胞培養容器１８に対応する大きさを有するため、窓１４が開いても密閉容器１１内の陽圧を維持しやすい。また、温度変化等の内部環境の変動を最小限とすることができるため、培養する細胞に対して悪影響を与える恐れが少ない。なお、図１に示す細胞培養装置１０の構成要素、例えば、回転軸の駆動機構１２Ａおよび蓋の駆動部１６Ａは、制御機構１Ａにより駆動制御される。また、本実施形態の細胞培養装置１０には、密閉容器１１内の圧力を測定する圧力計２並びに温度計および湿度計などの測定装置３が設置されている。制御機構１Ａは、圧力計２および測定装置３からの信号に基づいて、密閉容器１１内の圧力が陽圧となり、かつ、密閉容器１１内の温度および湿度が一定範囲のときにのみ、蓋の駆動部１６Ａおよび回転軸の駆動機構１２Ａを駆動するようにしてもよい。
【００１９】
本実施形態における細胞培養装置１０は、ダウンフロー方式で密閉容器１１内の雰囲気を循環させる送風機構１５を備えていてもよい。本実施形態における細胞培養装置１０はまた、過酸化水素ガスおよびエチレンオキサイドガスなどの殺菌ガス、哺乳細胞の培養に用いられる５％ＣＯ２ガスなどを密閉容器１１内に供給するガス供給機構１５Ａを備えていてもよい。本実施形態における細胞培養装置１０はまた、密閉容器１１内の雰囲気を制御する雰囲気制御機構１５Ｂ（例えば、密閉容器１１内を細胞培養に適した温度および湿度を維持する温度および湿度制御機構並びに密閉容器１１内の圧力を制御する圧力制御機構など）を備えていてもよい。制御機構１５Ｂは、制御機構１Ａに接続され、圧力計２または温度計および湿度計などの測定装置３からの信号に基づいて制御され得る。
【００２０】
また、本実施形態における細胞培養装置１０において、回転軸１２の基端には駆動機構１２Ａが設けられ、この駆動機構１２Ａによって回転軸１２はその軸方向に沿って移動し、また、回転するようになっている。
【００２１】
（細胞培養システム）
次に、図３により、第一の実施形態における細胞培養システムについて説明する。本実施形態の細胞培養システムは、本実施形態の細胞培養装置１０と、細胞培養装置の窓１４に隣接して培養容器１８に対して所望の処理を施す処理モジュール（例えば、３１，３２，３４，３５）とを備える。本実施形態の細胞培養システムはまた、細胞培養装置１０と処理モジュールとの間で培養容器１８を移載する室外移載機構３３を設けた、細胞培養システムである。本実施形態の細胞培養システムは、１以上、好ましくは２以上または３以上の処理モジュールを備えている。
【００２２】
本実施形態における細胞培養システム３０は、図３に示すように、図１に示す細胞培養装置１０と、細胞培養装置１０の窓１４の外部に隣接して培養容器１８に対して所望の処理を施す後述の処理モジュール３１，３２，３５とを備える。本実施形態における細胞培養システム３０はまた、細胞培養装置１０と処理モジュール３１，３２，３５との間で培養容器１８を移載する後述の室外移載機構３３とを備える。本実施形態における細胞培養システム３０はさらに、細胞培養容器１８を細胞培養システム３０内に搬入し、細胞培養システム３０外に搬出するための培養容器の出し入れモジュール３４を備える。
【００２３】
本実施形態における細胞培養システム３０において、２つ以上の処理モジュール、例えば、培地交換モジュール３１と、細胞播種および細胞回収モジュール３２とが設けられている。このように本実施形態における細胞培養システムは、２つ以上の処理モジュール３１，３２を同時に細胞培養装置１０に接続することができるため、例えば、細胞培養装置１０を中心として２つ以上の処理モジュール３１，３２を接続することが可能である。そのため、本実施形態における細胞培養システム３０は、細胞培養装置１０と処理モジュール３１，３２のレイアウトの自由度が高いという利点を有する。そして、設計の自由度が高いことにより、細胞培養システム３０をコンパクトに設計することができる。２つ以上の処理モジュール３１，３２を備える場合、本実施形態における細胞培養システム３０は、好ましくは、窓１４は処理モジュール３１，３２毎に設けられており、窓１４を介して細胞培養装置１０と各処理モジュール３１，３２との間で細胞培養容器１８を無菌的に移載することができる。本実施形態における細胞培養システム３０では、細胞培養装置１０と室外移載機構３３とが窓１４を介してさらに接続されていてもよく、その場合、細胞培養装置１０と室外移載機構３３との間で細胞培養容器１８を移載することができる。
【００２４】
本実施形態における細胞培養システム３０において、各処理モジュール３１，３５は、細胞培養装置１０と室外移載機構３３との間で細胞培養容器１８を移載できるように、細胞培養装置１０および室外移載機構３３に接続されていてもよい。また、室外移載機構３３は、処理モジュール３１，３２，３４，３５との間で細胞培養容器１８を移載できるように、各処理モジュールと接続されていてもよい。また、本実施形態における細胞培養システム３０では、細胞培養装置１０は、処理モジュール３１，３２，３４，３５との間で細胞培養容器１８を移載することができるように、直接、または、処理モジュール若しくは室外移載機構３３を介して、処理モジュール３１，３２，３４，３５のいずれにも接続されていてもよい。同様に、本実施形態における細胞培養システム３０では、室外移載機構３３は、処理モジュール３１，３２，３４，３５との間で細胞培養容器１８を移載することができるように、直接、または、処理モジュール若しくは細胞培養装置１０を介して、処理モジュール３１，３２，３４，３５のいずれにも接続していてもよい。
【００２５】
本実施形態における細胞培養システムは、好ましくは、継代に必要なすべての工程（例えば、培地交換、細胞播種および細胞回収）を担う処理モジュール、および、各処理モジュール間で培養容器を移載する上述する室外移載機構３３を備え、細胞の自動培養および自動継代が可能となっている。
【００２６】
次に、本実施形態における処理モジュール３１，３２，３５および室外移載機構３３，３４についてさらに述べる。
【００２７】
処理モジュール３１，３２，３５としては、特に限定されないが、例えば、培地交換モジュール３１、細胞播種および細胞回収モジュール３２、および細胞検査および細胞除去モジュール３５が挙げられる。このうち、培地交換モジュール３１は、細胞培養容器１８内の細胞培養培地を交換するためのモジュールである。細胞播種および細胞回収モジュール３２は、培養液に懸濁した細胞を細胞培養容器１８内に導入することにより細胞を細胞培養容器１８内に播種し、培養した細胞を細胞培養容器１８から回収するためのモジュールである。細胞検査および細胞除去モジュール３５は、細胞培養容器１８内で培養されている細胞を検査し、不良な細胞を除去するためのモジュールである。
【００２８】
細胞培養装置１０、各処理モジュール（例えば、処理モジュール３１、３２および３５）、室外移載機構３３並びに培養容器１８の出し入れモジュール３４には、それぞれＩＤ情報取得部（図示せず）が設置されていてもよい。細胞培養装置１０、処理モジュール３１、３２および３５、室外移載機構３３並びに培養容器１８の出し入れモジュール３４に設置されたＩＤ情報取得部は、細胞培養装置１０、各処理モジュール、室外移載機構３３および培養容器１８の出し入れモジュール３４内に送られる細胞培養容器１８に付されたバーコード等のＩＤ情報を読み取り、このＩＤ情報を制御部１Ｃに送る。次に、制御部１Ｃは、細胞培養容器１８のＩＤ情報を得て、それぞれの細胞培養容器１８を識別して管理することができる。この場合、ＩＤ情報取得部としては、バーコードを読み取るバーコードリーダーを用いることができる。また、ＩＤ情報取得部は、細胞培養装置１０内に１つ設置されていれば十分であり、他のモジュールには設置しなくてもよい。この場合であっても、制御部１Ｃにより各モジュールおよび室外移載機構の動きを制御またはモニターすることにより、各細胞培養容器１８の位置を管理することができる。制御部１Ｃは、好ましくは、例えば、細胞検査および細胞除去モジュール３５から細胞培養容器１８における細胞の増殖状況等を取得し、該細胞培養容器１８の培養時間を調整する、例えば、スケジューリングすることができる。
【００２９】
室外移載機構３３としては、細胞培養容器１８を各処理モジュール３１，３２，３５間で搬送するための搬送用アーム３３が用いられる。この搬送アーム３３は、各処理モジュール３１，３２，３５と培養容器の出し入れモジュール３４との間で細胞培養容器１８を搬送することもできる。
【００３０】
本実施形態における細胞培養システム３０では、細胞培養装置１０は、培地交換モジュール３１と細胞培養装置１０とを連通させるための窓１４、並びに細胞検査および細胞除去モジュール３５と細胞培養装置１０とを連通させるための窓１４を備え、培地交換モジュール３１並びに細胞検査および細胞除去モジュール３５の両方と接続されている。
【００３１】
本実施形態における細胞培養システムは、好ましくは、自動細胞培養システムである。
【００３２】
（第一の実施形態における作用）
次に、図１により、第一の実施形態における細胞培養装置１０の作動方法を説明する。
【００３３】
まず、（１）回転軸の駆動機構１２Ａを駆動させて回転軸１２が回転軸に沿って上下に移動する。所望の細胞培養容器１８の高さと窓１４の高さが揃ったところで、この上下の移動を終了させる。次に、（２）回転軸の駆動機構１２Ａを駆動させて回転軸１２を回転させ、所望の細胞培養容器１８が窓１４から細胞培養装置１０外に移載可能な位置にまで移動する。さらに、（３）窓の開閉機構１６の蓋が開き、所望の細胞培養容器１８が細胞培養装置１０外に移載される。
【００３４】
（１）と（２）の工程は順不同である。すなわち、工程（２）において回転軸１２を回転させてから工程（１）において所望の細胞培養容器１８の高さと窓１４の高さを揃え、その後、所望の細胞培養容器１８が窓１４から細胞培養装置１０外に移載可能な位置にまで移動させてもよいし、工程（１）と（２）を同時並行で進めてもよい。工程（３）は、特に限定されないが、細胞培養装置１０内の雰囲気を保つ観点では、工程（１）および（２）が終了した後に行うことが好ましい。
【００３５】
次に、図１および図３により、第一の実施形態における細胞培養システム３０の作動方法を説明する。
【００３６】
まず、細胞培養容器１８が培養容器の出し入れモジュール３４から細胞培養システム３０内に挿入される。培養容器の出し入れモジュール３４は、ＵＶ照射若しくはガンマ線などの放射線照射、または、過酸化水素若しくはエチレンオキサイドなどの殺菌ガスにより、細胞培養容器１８を殺菌する殺菌部を備えていてもよい。培養容器の出し入れモジュール３４から細胞培養システム３０内に搬入された細胞培養容器１８は、搬送アーム３３によって、細胞播種および細胞回収モジュール３２に移載され、細胞が細胞培養容器１８内に播種される。その後、細胞培養容器１８は、搬送アーム３３によって、培地交換モジュール３１若しくは細胞検査および細胞除去モジュール３５を経由して細胞培養装置１０内に移載され、載置棚１３に移載される。
【００３７】
細胞培養後、１〜３日毎に細胞培養容器１８は、細胞培養装置１０から培地交換モジュール３１に移載され、培地交換がなされ得る。また、細胞培養後、１〜３日毎に細胞培養容器１８は、細胞培養装置１０から細胞検査および除去モジュール３５に移載され、細胞検査により不良な細胞が検出された場合には、不良な細胞が除去され得る。なお、細胞培養後、細胞培養容器１８から回収された細胞は、更なる培養に用いることができる。目的とする細胞数が得られるまで、上記処理は繰り返され得る。
【００３８】
培養が終了したら、細胞培養容器１８は、細胞培養装置１０から培地交換モジュール３１若しくは細胞検査および細胞除去モジュール３５を経由して、搬送アーム３３によって、細胞播種および細胞回収モジュール３２に移載され、細胞が回収される。
【００３９】
図３に示すように、細胞培養装置１０を培地交換モジュール３１と直結させ、細胞培養装置１０と培地交換モジュール３１間の細胞培養容器１８の移載を培地交換モジュール３１に備わる室内移載機構により行うと、室外移載機構３３の稼働の時間および負荷を低減することができる。すなわち、最も頻度高く行われる培地交換の際に、細胞培養装置１０と培地交換モジュール３１間の細胞培養容器１８の移載に室外移載機構３３による移載を必要としなくなるため、室外移載機構３３の稼働の時間および負荷を低減することができる。一般的な細胞培養システムでは、装置稼働時間が長くなるにつれ、処理する細胞培養容器の数が増加する。従って、装置稼働時間が長くなると、一般的に、細胞培養容器の移載が頻繁になり、室外移載機構の稼働時間が長くなる傾向がある。室外移載機構の負荷の増大は、細胞培養システムの培養の律速となり得る。上述の通り、本実施形態の細胞培養システムでは、室外移載機構３３の稼働時間および負荷を低減することができる。そして、本実施形態の細胞培養システムでは、これにより室外移載機構３３が全体の培養の律速となることを防ぐことができる。本実施形態の細胞培養システムではまた、室外移載機構３３として高価で高性能な移載機構を採用する必要が無い点で製造コスト面の利点もある。
【００４０】
本実施形態における細胞培養システム３０では、細胞培養装置１０から細胞培養容器１８を各処理モジュールに移載し、その後、各処理モジュール内で細胞培養容器１８に所望の処理を行うことができるが、これに限定されるものではない。本実施形態における細胞培養システム３０では、例えば、処理モジュール内の処理ユニットを細胞培養装置１０内で細胞培養容器１８に対して所望の処理を行ってもよい。具体的には、細胞培養装置１０と隣接する処理モジュール（例えば、処理モジュール３１および３５）は、処理モジュールと同様の処理を行うことができる処理ユニット３９を細胞培養装置１０の窓１４を介して細胞培養装置１０内に挿入し、細胞培養装置１０内で細胞培養容器１８に対して所望の処理を行ってもよい（例えば、図５を参照）。
ここで、図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、処理ユニット３９を細胞培養容器内に挿入して、細胞培養容器１８に対して所望の処理を行う際の細胞培養システムの動作の一例を細胞培養装置１０の部分断面図により示す。まず、図５（ａ）に示すように、処理を受ける細胞培養容器１８は、窓１４に隣接する位置に載置されているか、窓１４に隣接する位置に移載されている。次に、図５（ｂ）に示すように、窓１４が開き、細胞培養装置１０の外部において処理ユニット３９が窓１４に隣接する位置まで移動する。その後、図５（ｃ）に示すように、処理ユニット３９が細胞培養装置１０内に挿入され、細胞培養容器１８に対して所望の処理を行う。このようにして、本実施形態における細胞培養システム３０では、処理ユニット３９を細胞培養装置１０の窓１４を介して細胞培養装置１０内に挿入し、細胞培養装置１０内で細胞培養容器１８に対して所望の処理を行うこともできる。ここで、処理ユニット３９による細胞培養容器１８の処理中は、窓１４は処理ユニット３９により占有される。窓１４が占有される時間を短縮する観点では、上記で説明した図５に示す処理は、処理時間の短い処理に対して適用することが好ましい。具体的には、例えば、処理時間が短い場合は、処理ユニットを細胞培養装置１０の窓を介して細胞培養装置１０内に挿入して細胞培養装置１０内で細胞培養容器１８に対して所望の処理を行うことができる。また、処理時間が長い場合は、細胞培養容器１８を各処理モジュールに移載してから各処理モジュール内で細胞培養容器１８に所望の処理を行ってもよい。より具体的には、例えば、細胞検査および細胞除去モジュール３５による細胞検査および細胞除去処理は、細胞培養容器１８を細胞検査および細胞除去モジュール３５に移載してから行い、培地交換処理は、培地交換処理ユニットを窓１４を介して細胞培養装置１０内に挿入し、細胞培養装置１０内で行ってもよい。
【００４１】
（第一の実施形態の変形例）
次に第一の実施形態の変形例を説明する。第一の実施形態の変形例では、細胞培養システムの構成が異なるのみであり、その他の部分は、図１に示す細胞培養装置１０と同一である。従って、細胞培養装置１０についての説明は省略する。
【００４２】
本変形例における細胞培養システム４０は、細胞培養装置１０に加えて、図４に示されるように、処理モジュール４１，４２，４４，４５および４６、並びに室外移載機構４３を備え得る。本変形例における細胞培養システムでは、細胞培養装置１０は、少なくとも窓１４を３つ以上備え、処理モジュールから選択される２以上（例えば、図４に示されるように処理モジュール４１および４６）および室外移載機構４３のそれぞれと直接接続されている。図４中の双方向の矢印は、一例であるが、細胞培養装置１０と処理モジュール４１との間、細胞培養装置１０と処理モジュール４６との間、および、細胞培養装置１０と室外移載機構４３との間で、それぞれ細胞培養容器１８を相互に移載可能であることを示し、室外移載機構４３により２つの隣接する処理モジュール４２，４４，４５間で細胞培養容器が相互に移送可能であることを示す。
【００４３】
処理モジュール４１，４２，４５，４６としては、特に限定されないが、例えば、培地交換モジュール４１、細胞播種および細胞回収モジュール４２、細胞検査および細胞除去モジュール４５、および培地検査モジュール４６が挙げられる。培地交換モジュール４１は、細胞培養容器１８内の細胞培養培地を交換するためのモジュールである。細胞播種および細胞回収モジュール４２は、培養液に懸濁した細胞を細胞培養容器１８内に導入することにより細胞を細胞培養容器１８内に播種する機能と、培養した細胞を細胞培養容器１８から回収するための機能とを備えたモジュールである。細胞検査および細胞除去モジュール４５は、細胞培養容器１８内で培養されている細胞を検査し、不良な細胞を除去するためのモジュールである。培地検査モジュール４６は、細胞培養容器１８内の培地の成分を検査するためのモジュールである。細胞培養装置１０、各処理モジュール（例えば、処理モジュール４１，４２，４５および４６）、室外移載機構４３および培養容器１８の出し入れモジュール４４には、それぞれＩＤ情報取得部（図示せず）が設置されていてもよい。細胞培養装置１０、処理モジュール４１，４２，４５および４６、室外移載機構４３並びに培養容器１８の出し入れモジュール４４に設置されたＩＤ情報取得部は、細胞培養装置１０、各処理モジュール、室外移載機構４３および培養容器１８の出し入れモジュール４４内に送られる細胞培養容器１８に付されたバーコード等のＩＤ情報を読み取り、このＩＤ情報を制御部１Ｄに送る。次に、制御部１Ｄは、細胞培養容器１８のＩＤ情報を得て、それぞれの細胞培養容器１８を識別して管理することができる。この場合、ＩＤ情報取得部としては、バーコードを読み取るバーコードリーダーを用いることができる。また、ＩＤ情報取得部は、細胞培養装置１０内に１つ設置されていれば十分であり、他のモジュールには設置しなくてもよい。この場合であっても、制御部１Ｄにより各モジュールおよび室外移載機構の動きを制御またはモニターすることにより、各細胞培養容器１８の位置を管理することができる。制御部１Ｄは、好ましくは、例えば、細胞検査および細胞除去モジュール４５から細胞培養容器１８における細胞の増殖状況等を取得し、該細胞培養容器１８の培養時間を調整する、例えば、スケジューリングすることができる。また、制御部１Ｄは、好ましくは、例えば、培地検査モジュール４６にて異常が見つかった細胞培養容器１８に対し、優先して細胞検査および細胞除去モジュール４５にて検査するようにスケジューリングすることができる。
【００４４】
本変形例における細胞培養システム４０では、処理モジュール４５を有さない構成とすることもできる。この場合、本変形例における細胞培養システム４０は、処理モジュール４６を細胞検査および細胞除去モジュール４６とし、処理モジュール４１を培地の検査と培地の交換を行う培地検査および培地交換モジュール４１としてもよい。
【００４５】
さらに、室外移載機構４３としては、例えば、搬送アーム４３を用いることができる。そしてこの搬送アーム４３により、各処理モジュール４１，４２，４５と培養容器の出し入れモジュール４４との間で細胞培養容器１８を搬送することができる。
【００４６】
次に、図１および図４により、本変形例における細胞培養システム４０の作動方法を説明する。
【００４７】
まず、培養容器の出し入れモジュール４４から細胞培養容器１８が細胞培養システム４０内に挿入される。培養容器の出し入れモジュール４４は、ＵＶ若しくはガンマ線などの放射線、または、過酸化水素若しくはエチレンオキサイドなどの殺菌ガスにより、細胞培養容器１８を殺菌する殺菌部を備えていてもよい。培養容器の出し入れモジュール４４から細胞培養システム４０内に搬入された細胞培養容器１８は、搬送アーム４３によって、細胞播種および細胞回収モジュール４２に移載され、細胞が細胞培養容器１８内に播種される。その後、細胞培養容器１８は、搬送アーム４３によって、直接、細胞培養装置１０内に移載され、細胞培養容器１８は載置棚１３に移載される。
【００４８】
細胞培養後、１〜３日毎に細胞培養容器１８は、細胞培養装置１０から培地交換モジュール４１に移載され、培地交換がなされ得る。また、細胞培養後、１〜３日毎に細胞培養容器１８は、細胞培養装置１０から細胞検査および除去モジュール４５に移載され、細胞検査により不良な細胞が検出された場合には、細胞が除去される。また、細胞培養後、１〜３日毎に細胞培養容器１８は、細胞培養装置１０から培地検査モジュール４６に移送され、培地が検査され得る。このようにして、本変形例における細胞培養システム４０では、細胞培養容器１８は、細胞培養装置１０から隣接する３つの異なる処理モジュール４１，４６または搬送アーム４３のいずれかに直接移送され、所望の処理を受けることができる。その後、細胞培養容器１８は細胞培養装置１０内の載置棚１３に載置される。
【００４９】
培養が終了したら、細胞培養容器１８は細胞培養装置１０から、搬送アーム４３によって、細胞播種および細胞回収モジュール４２に移載され、細胞が回収される。なお、細胞培養後、細胞培養容器１８から回収された細胞は、更なる培養に用いることができる。目的とする細胞数を得るまで上記処理は、繰り返され得る。
【００５０】
図４に示すように、細胞培養装置１０を培地交換モジュール４１と直結させ、細胞培養装置１０と培地交換モジュール４１間の細胞培養容器１８の移載を培地交換モジュール４１に備わる室内移載機構により行うと、室外移載機構４３の稼働の時間および負荷を低減することができる。すなわち、最も頻度高く行われる培地交換の際に、細胞培養装置１０と培地交換モジュール４１間の細胞培養容器１８の移載に室外移載機構４３による移載を必要としなくなるため、室外移載機構４３の稼働の時間および負荷を低減することができる。一般的な細胞培養システムでは、装置稼働時間が長くなるにつれ、処理する細胞培養容器の数が増加する。従って、装置稼働時間が長くなると、一般的に、細胞培養容器の移載が頻繁になり、室外移載機構の稼働時間が長くなる傾向がある。室外移載機構の負荷の増大は、細胞培養システムの培養の律速となり得る。上述の通り、本実施形態の細胞培養システムでは、室外移載機構４３の稼働時間および負荷を低減することができる。そして、本実施形態の細胞培養システムでは、これにより室外移載機構４３が全体の培養の律速となることを防ぐことができるという利点がある。本実施形態の細胞培養システムではまた、室外移載機構４３として高価で高性能な移載機構を採用する必要が無い点で製造コスト面の利点もある。
【００５１】
本変形例における細胞培養システム４０では、細胞培養装置１０から細胞培養容器１８を各処理モジュールに移載し、その後、各処理モジュール内で細胞培養容器１８に所望の処理を行うことができるが、これに限定されるものではない。本実施形態における細胞培養システム４０では、例えば、処理モジュール内の処理ユニットを細胞培養装置１０内で細胞培養容器１８に対して所望の処理を行ってもよい。具体的には、細胞培養装置１０と隣接する処理モジュール（例えば、処理モジュール４１および４６）は、各処理モジュールに備わる機能をもち、処理モジュールと同様の処理を行うことができる処理ユニットを細胞培養装置１０の窓を介して細胞培養装置１０内に挿入し、細胞培養装置１０内で細胞培養容器１８に対して所望の処理を行ってもよい（図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）参照）。ここで、処理ユニット３９による細胞培養容器１８の処理中は、窓１４は処理ユニット３９により占有される。窓１４が占有される時間を短縮する観点では、上記で説明した図５に示す処理は、処理時間の短い処理に対して適用することが好ましい。具体的には、処理時間が短い場合は、処理ユニットを細胞培養装置１０の窓を介して細胞培養装置１０内に挿入して細胞培養装置１０内で細胞培養容器１８に対して所望の処理を行い、処理時間が長い場合は、細胞培養容器１８を各処理モジュールに移載してから各処理モジュール内で細胞培養容器１８に所望の処理を行ってもよい。より具体的には、例えば、細胞検査および細胞除去モジュール４５による細胞検査および細胞除去処理は、培地交換モジュール４１による培地交換処理よりも処理時間が長いことから、細胞検査および細胞除去処理は、細胞培養容器１８を細胞検査および細胞除去モジュール４５に移載してから行い、培地交換処理は、培地交換処理ユニットを窓１４を介して細胞培養装置１０内に挿入し、細胞培養装置１０内で行ってもよい。
【００５２】
第二の実施形態
以下、第二の実施形態について説明する。
【００５３】
（細胞培養装置）
以下、図２により第二の実施形態における細胞培養装置を説明する。
【００５４】
本実施形態における細胞培養装置２０は、図２（ａ）に示されるように、密閉容器１１と、密閉容器１１内に回転自在に設けられた回転軸１２と、回転軸１２に多段に取り付けられ、各々が培養容器１８を載置するための載置棚１３とを備えている。
【００５５】
細胞培養容器２０には、密閉容器１１の壁面に限られた大きさ、例えば、培養容器１８に対応する形状を持ち、培養容器１８を密閉容器１１内へ挿入し取り出す窓１４が設けられている。また、密閉容器１１内には、載置棚１３と窓１４との間で所望の培養容器１８を移載させる室内移載機構１９が設けられている。
【００５６】
本実施形態における細胞培養装置２０では、回転軸１２は、回転軸１２は、回転可能に設置されている。回転軸１２の基端には、回転軸１２を回転させる駆動機構１２Ｂが設けられ、この駆動機構１２Ｂによって回転軸１２は回転するようになっている。駆動機構１２Ｂは、特に限定されないが、回転軸１２をその軸方向に移動させる駆動機構をさらに備えていてもよい。
【００５７】
本実施形態における細胞培養装置２０では、密閉容器１１内に、載置棚１３と窓１４との間で所望の培養容器１８を移載させる室内移載機構１９が設けられ、後述する室内移載機構１９により所望の載置棚１３に載置された所望の培養容器１８を取り出して窓１４に移載し、あるいは、培養容器１８を窓１４を介して密閉容器１１の外部から所望の載置棚１３の所望の位置に挿入することができる。
【００５８】
室内移載機構１９は、載置棚１３と窓１４との間で所望の培養容器１８を移載させることができる限り特に限定されないが、本実施形態では、図２（ｂ）に示されるように、案内ガイド２１と、案内ガイド２１に沿って移動する移動体２２とを備えている。
【００５９】
移動体２２は、培養容器１８を移載するためのグリップ２６と、グリップ用駆動部２５を備え、グリップ用駆動部２５は、少なくとも１つの関節２４を介して直列に接続された複数のアーム２３の一端に接続され、かつ、直列に接続された複数のアーム２３の他端が移動体２２に接続されている。
【００６０】
案内ガイド２１は、移動体駆動機構を有し、移動体２２を案内ガイド２１に沿って移動させることができ、かつ、移動体２２を案内ガイド２１を軸として回転させることができる。
【００６１】
関節２４は、関節２４に接続された２本のアーム２３を関節２４を軸として回転させる関節駆動機構を有する。関節２４は、この関節駆動機構により関節２４に接続された２本のアーム２３の角度を自在に調整することができる。前記関節駆動機構は、好ましくは、関節２４に接続された２本のアーム２３を水平回転軸を軸として回転させることができる。移動体２２は、アームを介して少なくとも１つの関節２４を備え、好ましくは２つの関節２４を備える。移動体２１が２つ以上の関節２４を備える場合には、２つ以上の関節はアーム２３を介して接続され得る。グリップ２６は、グリップ用駆動部２５により駆動され、グリップ２６で、載置棚１３に載置された所望の培養容器１８をつかむことができる。
【００６２】
本実施形態における細胞培養装置２０は、窓１４を１つ、好ましくは窓１４を複数備える。本実施形態における細胞培養装置２０において、室内移載機構１９は窓毎に備えられていてもよく、これにより室内移載機構１９により載置棚１３と各窓１４との間で所望の培養容器１８を移載させることが容易である。室内移載機構１９は、窓１４毎に設けることができる。
【００６３】
本実施形態における細胞培養装置２０では、上述のように密閉容器１１の壁面の限られた位置に、限られた大きさ、例えば、細胞培養容器１８に対応する大きさの窓１４を有し、窓１４を開閉しても密閉容器１１内部の雰囲気を維持しやすい利点を有する。従って、本実施形態における細胞培養装置２０では、密閉容器１１内の雰囲気を維持しつつ、窓１４を介して培養容器１８を密閉容器１１内に挿入し、または、培養容器１８を密閉容器１１内から取り出すことができる。本実施形態における細胞培養装置２０は、窓１４を開閉する開閉機構１６を有していてもよい。開閉機構１６は、例えば、蓋および蓋の駆動部１６Ａを備え、必要の無い限り窓１４を閉じた状態に保つことができる。なお、図２に示す細胞培養装置１０の構成要素、例えば、蓋の駆動部１６Ａおよび回転軸の駆動機構１２Ａは、制御機構１Ｂにより駆動制御される。また、密閉容器１１内には、密閉容器１１内の圧力を測定する圧力計２および温度計または湿度計などの測定装置３が設置されている。制御機構１Ｂは、圧力計２および測定装置３からの信号に基づいて、密閉容器１１内の圧力が陽圧となり、密閉容器１１内の温度および湿度が一定範囲のときにのみ、蓋の駆動部１６Ａおよび回転軸の駆動機構１２Ｂを駆動するようにしてもよい。
【００６４】
（細胞培養システム）
以下、図３により、第二の実施形態における細胞培養システムを説明する。本実施形態における細胞培養システムは、細胞培養装置が異なるのみであり、その他の部分は、図３に示す第一の実施形態における細胞培養システム３０と同一である。すなわち、本実施形態における細胞培養システムは、図３に示す第一の実施形態における細胞培養システム３０において細胞培養装置１０を細胞培養装置２０に置き換えたシステムである。
【００６５】
（第二の実施形態における作用）
次に、以下に限られないが、一例として、図２により、本実施形態における細胞培養容器２０の作動方法を説明する。
【００６６】
まず、（１）回転軸の駆動機構１２Ａを駆動させて回転軸１２を回転させ、所望の細胞培養容器１８が室内移載機構１９のグリップ２６により細胞培養容器１８を移載できる位置にまで移動する。次に、（２）室内移載機構１９において、案内ガイド２１に沿って移動体２２が移動し、グリップ２６と所望の細胞培養容器１８との高さを揃える。次いで、移動体２２を案内ガイド２１を軸として回転させ、かつ関節２４の角度を調節して、グリップ２６を細胞培養容器１８を移載できる位置にまで移動する。さらに、グリップ用駆動部２５を駆動させてグリップ２６により細胞培養容器１８をつかむ。その後、（３）移動体２２を案内ガイド２１を軸として回転させ、かつ関節２４の角度を調節して、細胞培養容器１８を載置棚１３から取り出す。そして、（４）移動体２２が案内ガイド２１に沿って移動し、細胞培養容器１８と窓１４との高さを揃える。その後、移動体２２を案内ガイド２１を軸として回転させ、かつ関節２４の角度を調節して、細胞培養容器１８を窓１４を介して細胞培養装置２０外に移載できる位置にまで移動させる。
【００６７】
また、細胞培養装置２０外から細胞培養容器１８を載置棚１３の所望の位置に移載したい場合には、まず、（１）密閉容器１１の窓１４に細胞培養容器１８が差し込まれる。次に、（２）差し込まれた細胞培養容器１８を室内移載機構１９のグリップ２６でつかむ。この際、グリップ２６は細胞培養容器１８を培養装置２０外に移載するときと同様に駆動させることによりグリップ２６の位置を調整し、細胞培養容器１８をつかむことができる。その後、（３）室内ガイド２１に沿って移動体２２が移動し、グリップ２６の高さと細胞培養容器１８を移載したい載置棚１３との高さを揃える。その後、移動体２２を案内ガイド２１を軸として回転させ、かつ関節２４の角度を調節して、載置棚１３の所望の位置に細胞培養容器１８を差し込むことができる。なお、窓１４に細胞培養容器１８を一時的に載置可能な載置台を設けてもよい。
【００６８】
本実施形態における細胞培養装置２０では、上述のように室内移載機構１９は、各窓に対応して１つずつ備わっていることが好ましい。しかし、本実施形態における細胞培養装置２０では、必ずしもすべての窓１４に１つずつ室内移載機構１９が設置されている必要はない。例えば、図２は、２つの窓１４と、一方の窓１４と任意の載置棚１３間で細胞培養容器１８を移載できる１つの室内移載機構１９とを備えた細胞培養装置２０を示す。図２の細胞培養装置２０では、他方の窓１４は、載置棚１３を回転させることにより、他方の窓１４と同じ高さの載置棚１３の任意の細胞培養容器１８にアクセスし、載置棚１３と外部との間で細胞培養容器１８を他方の窓１４を介して移載することができる。図２の細胞培養装置２０では、他方の窓１４とは異なる高さの載置棚１３の任意の細胞培養容器１８を他方の窓１４を介して外部に移載することもできる。具体的には、室内移載機構１９により、他方の窓１４とは異なる高さの載置棚１３に載置された細胞培養容器１８を、他方の窓１４と同じ高さの載置棚１３に移載し、その後、載置棚１３を回転させて該細胞培養容器１８を他方の窓１４を外部に移載することができる。また、外部から任意の載置棚１３の任意の位置に細胞培養容器１８を移載する場合には、他方の窓１４と同じ高さの載置棚１３の空いている場所に細胞培養容器１８を載置するか、その後、載置棚１３を回転させて室内移載機構１９により任意の高さの任意の場所に細胞培養容器１８を載置することができる。
【００６９】
次に、図３および４により、本実施形態における細胞培養システム３０およびその変形例４０について説明する。本実施形態における細胞培養システム３０およびその変形例４０は、細胞培養装置が異なるのみであり、その他の部分は、それぞれ図３に示す第一の実施形態における細胞培養システム３０および図４に示す第一の実施形態における細胞培養システムの変形例４０と同一であるから、細胞培養装置内の作動方法が異なるのみであり、細胞培養システムの細胞培養装置２０外の部分の作動方法は、それぞれ図３に示す第一の実施形態における細胞培養システム３０および図４に示す第一の実施形態の変形例における細胞培養システムの作動方法と同一である。
【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１】
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