(57)【要約】【課題】被培養物に損傷を与えることを抑制した培養装置を提供する。【解決手段】培養装置１０は、被培養物８ａを含む培養液８を収容する袋本体１１と、袋本体１１の外方から当該袋本体１１内の培養液８を加熱して、当該袋本体１１内で培養液８を対流させる加熱部３０と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被培養物を含む培養液を収容する袋本体と、
前記袋本体の外方から当該袋本体内の前記培養液を加熱して、当該袋本体内で前記培養液を対流させる加熱部と、を備える、培養装置。
【請求項２】
前記加熱部は、前記袋本体の底部に対面し当該袋本体の底部を介して前記培養液を加熱する底部加熱要素を有している、請求項１に記載の培養装置。
【請求項３】
前記加熱部は、前記袋本体の側部を環状に取り囲み当該側部を介して前記培養液を加熱する側部加熱要素をさらに有している、請求項２に記載の培養装置。
【請求項４】
前記袋本体を収容する袋本体収容体をさらに備え、
前記袋本体収容体内に前記加熱部が配置されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項５】
前記袋本体に取り付けられ、前記袋本体内の培養液の物性を検出する物性検出部をさらに備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項６】
前記物性検出部は、互いに間隔を空けて前記袋本体に取り付けられ、前記袋本体内の前記培養液の温度を計測する複数の温度センサを有しており、
各温度センサが前記培養液の温度を計測した結果に基づいて、前記加熱部を制御する制御部をさらに備えている、請求項５に記載の培養装置。
【請求項７】
前記制御部は、加熱部を作動させた後、前記複数の温度センサから選択されるいずれの２つの温度センサの組み合わせにおいても、当該２つの温度センサが計測した培養液の温度の差が予め定められた第１しきい値以下になると、前記加熱部による加熱を停止させるようになっている、請求項６に記載の培養装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記加熱部による加熱を停止させた後、前記複数の温度センサから選択される２つの温度センサの組み合わせのうちの少なくとも１組において、当該２つの温度センサが計測した培養液の温度の差が前記第１しきい値よりも大きい第２しきい値以上になると、前記加熱部による加熱を再開させるようになっている、請求項７に記載の培養装置。
【請求項９】
被培養物を含む培養液を収容した袋本体の外方から当該袋本体内の前記培養液を加熱して、当該袋本体内で前記培養液を対流させる工程を備える、培養方法。
【請求項１０】
前記袋本体内の互いに異なる複数の位置における培養液の温度を計測する工程と、
前記複数の位置から選択されるいずれの２つの位置の組み合わせにおいても、当該２つの位置における培養液の温度の差が予め定められた第１しきい値以下になると、前記袋本体の外方からの加熱を停止する工程と、
をさらに備える、請求項９に記載の培養方法。
【請求項１１】
前記加熱を停止する工程の後に、前記袋本体内の互いに異なる複数の位置における培養液の温度をさらに計測する工程と、
前記複数の位置から選択される２つの位置の組み合わせのうちの少なくとも１組において、当該２つの位置における培養液の温度の差が前記第１しきい値よりも大きい第２しきい値以上になると、前記袋本体の外方からの加熱を再開する工程と、
をさらに備える、請求項１０に記載の培養方法。
【請求項１２】
被培養物を含む培養液を収容する袋本体を収容する袋本体収容体であって、
前記袋本体を収容した状態において、当該袋本体の底部を介して当該袋本体内の前記培養液を加熱する加熱部を備える、袋本体収容体。
【請求項１３】
筒状に形成された収容体胴部と、
胴部に接続された収容体底部と、をさらに備え、
前記袋本体を収容した状態において、前記収容体胴部は、前記袋本体の側部に対面し、前記収容体底部は、前記袋本体の底部に対面する、請求項１２に記載の袋本体収容体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被培養物を含む培養液を収容して被培養物を培養する培養装置及びこの培養装置に用いられる袋本体収容体に関する。また、本発明は、被培養物を培養する培養方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医薬品産業の大部分を占める新薬市場の主流が、低分子医薬品からバイオ医薬品へ移行している。このバイオ医薬品の生産には、微生物、細胞、菌等の被培養物を培養する培養法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
培養法には、従来からステンレス製の培養容器を有する培養システムが用いられてきた。この培養容器には被培養物を含む培養液が収容され、撹拌器によって培養液が撹拌される。このようにして、被培養物の培養が行われるようになっている。この培養システムにおいて新たに培養を行う際には、培養液を培養容器に収容する前に、培養容器や撹拌器等を洗浄し、滅菌を行っている。
【０００４】
多くの培養装置では、培養容器や撹拌器等を分解することなく洗浄する定置洗浄（CIP：Clean in place）が可能になっている。このことにより、比較的容易に洗浄を行うことが可能になっている。しかしながら、このような定置洗浄を行う場合であっても、人手による作業は依然として残っている。また、バリデーションとして、定期的に洗浄性や洗浄後の培養液の残存量の確認を行い、洗浄性の検証を行っている。このため洗浄に多くの時間が費やされているという問題がある。なお、定置洗浄では洗浄性が不十分となる場合には、分解洗浄が行われ、この場合には、更に多くの時間が費やされる。このため、バイオ医薬品の生産工程の短縮化が困難になっている。
【０００５】
このことに対処するために、培養液を収容する使い捨て可能な可撓性バッグを用いて被培養物の培養を行う培養装置が知られている（例えば、特許文献２及び３参照）。この可撓性バッグは、滅菌されて清浄な状態に維持されているため、上述したステンレス製の培養容器を用いる場合のような洗浄、滅菌、定期バリデーションといった工程等を不要とすることができる。このため、バイオ医薬品の生産工程を短縮し、単位時間あたりのバイオ医薬品の生産量を増大させることを可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１６８３４１号公報
【特許文献２】特表２００７−５３４３３５号公報
【特許文献３】特開２００９−７２１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、特許文献２または３に示す培養装置は、洗浄、滅菌、定期バリデーションといった工程等を不要にすることはできるものの、依然として、可撓性バッグ内に配置された撹拌器によって培養液を撹拌している。この場合、培養装置内の培養液に撹拌によるせん断力が作用してしまい、培養液中の被培養物に損傷を与えてしまう場合がある。被培養物が損傷を受けると、被培養物から得られると期待された収率に影響を及ぼしてしまい好ましくない。
【０００８】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、被培養物に損傷を与えることを抑制した培養装置及びこの培養装置に用いられる袋本体収容体を提供することを目的とする。また、本発明は、被培養物に損傷を与えることを抑制した培養方法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】
【０００９】
本発明による培養装置は、被培養物を含む培養液を収容する袋本体と、
前記袋本体の外方から当該袋本体内の前記培養液を加熱して、当該袋本体内で前記培養液を対流させる加熱部と、を備える。
【００１０】
本発明による培養装置において、前記加熱部は、前記袋本体の底部に対面し当該袋本体の底部を介して当該袋本体内の前記培養液を加熱する底部加熱要素を有していてもよい。
【００１１】
本発明による培養装置において、前記加熱部は、前記袋本体の側部を環状に取り囲み当該側部を介して当該袋本体内の前記培養液を加熱する側部加熱要素をさらに有していてもよい。
【００１２】
本発明による培養装置は、前記袋本体を収容する袋本体収容体をさらに備え、
前記袋本体収容体内に前記加熱部が配置されていてもよい。
【００１３】
本発明による培養装置は、前記袋本体に取り付けられ、前記袋本体内の培養液の物性を検出する物性検出部をさらに備えてもよい。
【００１４】
本発明による培養装置において、前記物性検出部は、互いに間隔を空けて前記袋本体に取り付けられ、前記袋本体内の前記培養液の温度を計測する複数の温度センサを有しており、
本発明による培養装置は、各温度センサが前記培養液の温度を計測した結果に基づいて、前記加熱部を制御する制御部をさらに備えていていてもよい。
【００１５】
本発明による培養装置において、前記制御部は、加熱部を作動させた後、前記複数の温度センサから選択されるいずれの２つの温度センサの組み合わせにおいても、当該２つの温度センサが計測した培養液の温度の差が予め定められた第１しきい値以下になると、前記加熱部による加熱を停止させるようになっていてもよい。
【００１６】
本発明による培養装置において、前記制御部は、前記加熱部による加熱を停止させた後、前記複数の温度センサから選択される２つの温度センサの組み合わせのうちの少なくとも１組において、当該２つの温度センサが計測した培養液の温度の差が前記第１しきい値よりも大きい第２しきい値以上になると、前記加熱部による加熱を再開させるようになっていてもよい。
【００１７】
本発明による培養方法は、被培養物を含む培養液を収容した袋本体を準備する工程と、被培養物を含む培養液を収容した袋本体の外方から当該袋本体内の前記培養液を加熱して、当該袋本体内で前記培養液を対流させる工程と、を備える。
【００１８】
本発明による培養方法は、前記袋本体内の互いに異なる複数の位置における培養液の温度を計測する工程と、
前記複数の位置から選択されるいずれの２つの位置の組み合わせにおいても、当該２つの位置における培養液の温度の差が予め定められた第１しきい値以下になると、前記袋本体の外方からの加熱を停止する工程と、
をさらに備えてもよい。
【００１９】
本発明による培養方法は、前記加熱を停止する工程の後に、前記袋本体内の互いに異なる複数の位置における培養液の温度をさらに計測する工程と、
前記複数の位置から選択される２つの位置の組み合わせのうちの少なくとも１組において、当該２つの位置における培養液の温度の差が前記第１しきい値よりも大きい第２しきい値以上になると、前記袋本体の外方からの加熱を再開する工程と、
をさらに備えてもよい。
【００２０】
本発明による袋本体収容体は、被培養物を含む培養液を収容する袋本体を収容する袋本体収容体であって、前記袋本体を収容した状態において、当該袋本体の底部を介して当該袋本体内の前記培養液を加熱する加熱部を備える。
【００２１】
本発明による袋本体収容体において、筒状に形成された収容体胴部と、胴部に接続された収容体底部と、をさらに備え、前記袋本体を収容した状態において、前記収容体胴部は、前記袋本体の側部に対面し、前記収容体底部は、前記袋本体の底部に対面し、前記加熱部は、前記収容体底部内に配置されていてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、加熱部によって袋本体内の培養液を当該袋本体の外方から加熱して当該袋本体内で培養液を対流させることができるため、従来よりも被培養物に損傷を与えることを抑制して被培養物を培養することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態による培養装置を概略的に示す分解斜視図。
【図２】図１に示す培養装置の要部を示す図。
【図３】図１に示す培養装置の袋本体を示す斜視図。
【図４】図２に示す線IV−IVに沿った培養装置の断面を示す断面図。
【図５】図４に対応する図であって、図２に示す培養装置の加熱部の他の例を示す断面図。
【図６】図４に対応する図であって、図２に示す培養装置の加熱部のさらに他の例を示す断面図。
【図７】図４に対応する図であって、図２に示す培養装置の加熱部のさらに他の例を示す断面図。
【図８】図２に示す培養装置に側部加熱部がさらに配置された例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、本明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺及び縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
【００２５】
図１乃至図３は本発明による一実施の形態を説明するための図である。このうち図１は、本発明の一実施の形態による培養装置を概略的に示す分解斜視図であり、図２は、図１に示す培養装置の要部を示す図である。
【００２６】
図１及び図２に示す培養装置１０は、細胞、微生物、菌等の被培養物８ａを含む培養液８を収容して被培養物８ａを培養するためのものである。図１及び図２に示すように、培養装置１０は、被培養物８ａを含む培養液８を収容する袋本体１１と、袋本体１１を収容する袋本体収容体６０と、袋本体収容体６０内に設けられ、袋本体１１を当該袋本体１１の外方から加熱する加熱部３０と、を備えている。
【００２７】
先ず、袋本体１１について図３を参照して説明する。図３は、図１に示す袋本体１１を拡大して示す斜視図である。袋本体１１は、全体として、円筒状に形成されている。図３に示すように、袋本体１１は、当該袋本体１１の軸方向ｄ１に対向する上部１１ａ及び底部１１ｂと、上部１１ａと底部１１ｂとの間を環状に延びる側部１１ｃと、を含んでいる。なお、図１乃至図３に示す例では、袋本体１１の軸方向ｄ１が上下方向と平行となっており、上部１１ａ側となる軸方向ｄ１における一側が上方に対応し、底部１１ｂ側となる軸方向ｄ１における他側が下方に対応する。具体的な構成として、袋本体１１は、一対の胴部フィルムをなす第１胴部フィルム１２及び第２胴部フィルム１３と、各胴部フィルム１２、１３の上縁部に接合された上面フィルム１４と、各胴部フィルム１２、１３の下縁部に接合された下面フィルム１５と、を有している。この場合、袋本体１１の上部１１ａは、上面フィルム１４と、第１胴部フィルム１２の上縁部近傍の領域と、第２胴部フィルム１３の上縁部近傍の領域と、により構成される。袋本体１１の底部１１ｂは、下面フィルム１５と、第１胴部フィルム１２の下縁部近傍の領域と、第２胴部フィルム１３の下縁部１８近傍の領域と、により構成される。袋本体１１の側部１１ｃは、第１胴部フィルム１２及び第２胴部フィルム１３のうち、上部１１ａ及び底部１１ｂを構成しない残りの領域により構成される。
【００２８】
各フィルム１２、１３、１４、１５の縁部は、ヒートシールにより接合されている。すなわち、第１胴部フィルム１２の両側縁部と第２胴部フィルム１３の両側縁部とがヒートシールにより接合されて、側部接合部１６がそれぞれ形成されている。図３に示す例では、側部接合部１６は、鉛直方向に沿って略直線状に延びている。また、各胴部フィルム１２、１３の上縁部と上面フィルム１４の周縁部とがヒートシールにより接合されて、上部接合部１７が形成され、各胴部フィルム１２、１３の下縁部と下面フィルム１５の周縁部とがヒートシールにより接合されて、下部接合部１８が形成されている。
【００２９】
なお、各胴部フィルム１２、１３の上縁部は、図３に示すように、上方に凸となるように湾曲状に形成されている。このことにより、当該上縁部に接合される上面フィルム１４は、上方に凸となるように湾曲状に形成されている。同様に、各胴部フィルム１２、１３の下縁部は、下方に凸となるように湾曲状に形成されており、当該下縁部に接合される下面フィルム１５は、下方に凸となるように湾曲状に形成されている。
【００３０】
また、図３に示すように、第１胴部フィルム１２には、複数の物性用開孔１９ａ〜ｅが互いに間隔を空けて配置されている。各物性用開孔１９ａ〜ｅは、袋本体１１内の培養液の物性を検出する物性検出部５５を袋本体１１に取り付けられるためのものである。物性検出部５５にて検出される培養液の物性として、例えば温度、ＰＨ及び溶存酸素量が挙げられる。図２に示す例では、これらの物性を計測すべく、物性検出部５５は、温度センサ５６、ｐＨセンサ５７およびＤｏ（溶存酸素）センサ５８を含んでいる。温度センサ５６は、当該温度センサ５６が設けられた位置における袋本体１１内の培養液８の温度を計測し、ｐＨセンサ５７は、当該ｐＨセンサ５７が設けられた位置における袋本体１１内の培養液８のｐＨを計測し、Ｄｏセンサ５８は、当該Ｄｏセンサ５８が設けられた位置における袋本体１１内の培養液８の溶存酸素量を計測するためのものである。
【００３１】
本実施の形態では、物性用開孔１９ａ〜ｃは、温度センサ５６を袋本体１１に取り付けられるために設けられている。物性用開孔１９ａ〜ｃは、袋本体１１の軸方向ｄ１に沿って並べて配置されている。したがって、物性用開孔１９ａ〜ｃに挿入される温度センサ５６も、袋本体１１の軸方向ｄ１に沿って並べて配置される。一方、物性用開孔１９ｄは、ｐＨセンサ５７を袋本体１１に取り付けられるために設けられており、物性用開孔１９ｅは、Ｄｏセンサ５８を袋本体１１に取り付けられるために設けられている。本実施の形態では、温度センサ５６用の１つの物性用開孔１９ｃ、ｐＨセンサ５７用の１つの物性用開孔１９ｄ、及びＤｏセンサ５８用の１つの物性用開孔１９ｅが水平方向に並べて設けられている。
【００３２】
加えて、これら３つの開孔１９ｃ〜１９ｅに並べてサンプリング用開孔２３が配置されている。サンプリング用開孔２３には、サンプリングチューブ５９が挿入されている。第１胴部フィルム１２にサンプリングチューブ５９が取り付けられていることにより、培養中の培養液８をサンプリングチューブ５９から取り出し可能となる。
【００３３】
図２及び図３に示すように、袋本体１１の上面フィルム１４には、培養液注入部５０、気体排出部５１及び気体供給チューブ５３を取り付けるための上面開孔２１が設けられている。培養液注入部５０は、不図示の培養液供給部から供給される被培養物８ａを含む培養液８を、袋本体１１内に注入するべく設けられている。気体排出部５１は、培養液注入部５０から袋本体１１に培養液８を注入する際に、袋本体１１内の気体を排出するべく設けられている。
【００３４】
一方、気体供給チューブ５３は、不図示の気体供給部から袋本体１１内の培養液８に空気９を供給するためのものである。気体供給チューブ５３は、上面開孔２１を通って側部接合部１６に沿って延び、袋本体１１内に配置された気体導入部５２に接続されている。気体導入部５２は、スパージャーとも呼ばれる。気体導入部５２は、袋本体１１内に収容された培養液８に、気体供給チューブ５３から供給される空気９等の気体を導入するためのものである。
【００３５】
また、図２及び図３に示すように、下面フィルム１５に、培養液排出チューブ５４を取り付けるための下面開孔２２が設けられている。培養液排出チューブ５４は、袋本体１１から培養液８を排出するべく設けられている。本実施の形態の培養液排出チューブ５４は、袋本体１１の軸方向ｄ１に沿って延びている。
【００３６】
なお、上述した培養注入部５０、温度センサ５６のような各チューブやセンサ類の配置は、図２及び図３に示すような配置に限られることはなく、任意に設定可能である。
【００３７】
このような袋本体１１をなす各フィルム１２、１３、１４、１５に用いる材料としては、可撓性を有するとともに耐ガンマ線滅菌性を有するプラスチック材料であれば特に限定されることはない。例えば、各フィルム１２、１３、１４、１５には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン、（ＯＮ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、ポリエチレン（ＰＥ）等を用いることができる。また、袋本体１１の各フィルム１２、１３、１４、１５の厚さは、例えば１００μｍ〜３５０μｍ程度に設定される。
【００３８】
次に、袋本体１１を収容する袋本体収容体６０について説明する。袋本体収容体６０は、袋本体１１を支持すると共に、外的要因から袋本体１１内の培養液８を保護するために設けられている。袋本体１１に及ぼし得る外的要因としては、例えば紫外線等の外光や周囲の温度による熱の影響が挙げられる。本実施の形態の袋本体収容体６０は、筒状の形状を有し、その内面が袋本体１１の形状に対応した形状に成形されている。具体的な構成として、袋本体収容体６０は、図１及び図２に示すように、筒状に形成された収容体胴部６１と、収容体胴部６１に接続された円盤状の収容体底部６２と、を有している。袋本体収容体６０内に袋本体１１を収容した状態において、袋本体収容体６０の収容体胴部６１は、袋本体１１の側部１１ｃに対面し、袋本体収容体６０の収容体底部６２は、袋本体１１の底部１１ｂに対面する。なお、図２において、袋本体収容体６０の軸方向ｄ２が袋本体１１の軸方向ｄ１と平行になるようにして、袋本体１１が袋本体収容体６０内に収容されている。
【００３９】
収容体胴部６１には、袋本体収容体６０の軸方向ｄ２における一端側に開口６４が形成されている。上述した袋本体１１は、開口６４から袋本体収容体６０内に挿入されて収容される。一方、収容体底部６２は、袋本体収容体６０の軸方向ｄ２における他端側で収容体胴部６１に接続している。
【００４０】
上述のように、袋本体１１の第１胴部フィルム１２には、物性検出部５５が取り付けられている。この点、袋本体収容体６０の収容体胴部６１には、袋本体１１の物性用開孔１９に対応する位置に、物性検出部５５が通るための物性用逃げ孔６５が設けられている。さらに、上述のように、袋本体１１の下面フィルム１５には、培養液排出チューブ５４が取り付けられている。この点、袋本体収容体６０の収容体底部６２には、袋本体１１の下面開孔２２に対応する位置に、培養液排出チューブ５４が通るための排出チューブ用逃げ孔６６が設けられている。
【００４１】
このような袋本体収容体６０内に袋本体１１が収容され、袋本体収容体６０は、袋本体１１を覆う。袋本体収容体６０が袋本体１１を覆うことで、袋本体１１を周囲環境から隔離することができる。とりわけ、袋本体収容体６０として、紫外線を吸収する部材を採用することで、紫外線が袋本体１１に到達することを効果的に抑制することができる。また、袋本体収容体６０として、断熱性の高い部材を採用することで熱が周囲から袋本体１１に伝わること、あるいは袋本体１１から周囲に伝わっていくことを効果的に抑制することができる。このような観点から、袋本体収容体６０を構成する材料として、ステレンスが好ましく用いられる。
【００４２】
さらに、このような袋本体収容体６０内に加熱部３０が配置されている。具体的には、袋本体収容体６０の収容体底部６２に加熱部３０を収容するための収容空間Ｓが設けられており、当該収容空間Ｓ内に加熱部３０が配置されている。加熱部３０は、袋本体１１内の培養液８を袋本体収容体６０側つまり袋本体１１の外方側から加熱して、当該袋本体１１内で培養液８を対流させるために設けられている。加熱部３０によって培養液８を袋本体１１内で対流させることで、袋本体１１内の培養液８にムラなく酸素を行き渡らせることができる。
【００４３】
図２に示すように、本実施の形態の加熱部３０は、袋本体収容体６０の収容体底部６２内に収容された底部加熱要素３１を含んでいる。加熱部３０の底部加熱要素３１は、袋本体１１の底部１１ｂに対面し当該袋本体１１の底部１１ｂを介して袋本体１１内の培養液８を加熱するようになっている。周知の通り、暖められた液体は上方に向かっていくため、袋本体１１の底部１１ｂを介して袋本体１１内の培養液８を加熱することにより、当該底部１１ｂの周りの培養液８が暖められて、袋本体１１の上部１１ａの方に向かっていく。一方、袋本体１１の上部１１ａは、底部１１ｂよりも温度が低くなっているため、暖められた培養液８は、その後上部１１ａで冷まされて底部１１ｂの方に戻されていく。このように、底部加熱要素３１によって袋本体１１の底部１１ｂを介して袋本体１１内の培養液８を加熱することにより、上下方向における対流を効果的に発生させることができ、袋本体１１内の培養液８に一層ムラなく酸素を行き渡らせることができる。
【００４４】
図４は、底部加熱要素３１を拡大して示す平面図である。図４に示すように、底部加熱要素３１は、袋本体１１の軸方向ｄ１からみて環状の形状を有し、袋本体１１の底部１１ｂに挿入された培養液排出チューブ５４を取り囲んでいる。図４に示す例では、袋本体収容体６０の底部加熱要素３１を収容する収容空間Ｓは、底部加熱要素３１よりも大きく形成されている。したがって、収容空間Ｓを規定する袋本体収容体６０の壁面と、底部加熱要素３１と、の間に、隙間が存在している。隙間があることにより、温度のムラが生じ、さらに複数の対流が生じることになる。また、本実施の形態では、袋本体１１の軸方向ｄ１からみたときに、底部加熱要素３１の外形は、袋本体１１の底部１１ｂの外形よりも小さくなっている。底部加熱要素３１の外形は、袋本体１１の底部１１ｂの外形よりも小さくなっていると、本体側面が加温されることによる温度ムラが生じにくくなり、対流が起きにくくなる。
【００４５】
このような加熱部３０として、それ自体既知の種々の加熱装置を適用することが可能である。例えば、ニクロム線のような電熱線を内部に収容したヒートプレートや、温水を内部に収容した加温袋にて加熱部３０が実現され得る。なお、加熱部３０による加熱によって袋本体１１内の培養液８は、例えば３７℃〜４７℃程度に加熱される。
【００４６】
また、本実施の形態の培養装置１０は、各温度センサ５６が培養液８の温度を計測した結果に基づいて、加熱部３０を制御する制御部７０をさらに備えている。本実施の形態の制御部７０は、加熱部３０を作動させた後、任意の２つの温度センサ５６が計測した培養液８の温度の差が予め定められた第１しきい値以下になると、加熱部３０による加熱を停止させるようになっている。ここでいう「任意の２つの温度センサ５６が計測した培養液８の温度の差が第１しきい値以下になる」とは、複数の温度センサ５６から選択されるいずれの２つの温度センサ５６の組み合わせにおいても、当該２つの温度センサ５６が計測した培養液８の温度の差が第１しきい値以下になることを意味する。さらに、制御部７０は、加熱部３０による加熱を停止させた後、或る２つの温度センサ５６が計測した培養液８の温度の差が予め定められた第２しきい値以上になると、加熱部３０の加熱を再開させるようになっている。ここでいう「或る２つの温度センサ５６が計測した培養液８の温度の差が第２しきい値以上になる」とは、複数の温度センサ５６から選択される２つの温度センサ５６の組み合わせのうちの少なくとも１組において、当該２つの温度センサ５６が計測した培養液８の温度の差が第２しきい値以上になることを意味する。前記第２しきい値は、前記第１しきい値よりも大きい。これら第１しきい値及び第２しきい値は、袋本体１１の大きさ、培養液８や被培養物の種類等に応じて設定される。一例として、被培養物が動物細胞からなる場合、第１しきい値を０．１℃とし、第２しきい値を１．０℃とすることができる。
【００４７】
次に、以上のような構成からなる本実施の形態の培養装置１０の使用方法について説明する。
【００４８】
まず、培養液注入部５０から袋本体１１内に被培養物８ａを含む培養液８が注入される。この際、気体排出部５１から、袋本体１１内の気体が排出される。このことにより、袋本体１１内にスムーズに培養液８を注入することができる。
【００４９】
続いて、加熱部３０の底部加熱要素３１を作動させ袋本体１１の外方側から袋本体１１内の培養液８を加熱し、当該袋本体１１内で培養液８を対流させる工程を行う。とりわけ、本実施の形態では、加熱部３０は、袋本体１１の底部１１ｂを介して袋本体１１内の培養液８を加熱する底部加熱要素３１を有している。このため、袋本体１１の底部１１ｂの周りの培養液８が暖められて、袋本体１１の上部１１ａの方に向かっていく。一方、袋本体１１の上部１１ａは、底部１１ｂよりも温度が低くなっているため、暖められた培養液８は、その後上部１１ａで冷まされて底部１１ｂの方に戻されていく。このように、底部加熱要素３１によって袋本体１１の底部１１ｂを介して袋本体１１内の培養液８を加熱することにより、上下方向における対流が有効に生成される。
【００５０】
培養を行っている間、培養システム１の気体供給部（図示せず）から気体供給チューブ５３を通って気体導入部５２に空気９が供給され、気体導入部５２から、対流している培養液８に空気９が導入される。このことにより、培養液８中の被培養物８ａに、むらなく酸素を供給することができ、培養効率を向上させることができる。
【００５１】
次に、本実施の形態では、袋本体１１内の互いに異なる複数の位置における培養液８の温度を計測する第１工程と、任意の２つの位置における培養液８の温度の差が予め定められた第１しきい値以下になると、袋本体１１の外方からの加熱を停止する第２工程と、を行う。具体的には、袋本体１１の軸方向ｄ１に沿って並べて配置された複数の温度センサ５６によって、各温度センサ５６が設けられた位置における袋本体１１内の培養液８の温度を計測する。続いて、制御部７０は、任意の２つの温度センサ５６が計測した培養液８の温度の差と、第１しきい値と、を対比する。２つの温度センサ５６が計測した培養液８の温度の差が第１しきい値を越えるような２つの温度センサ５６の組み合わせがある場合、袋本体１１内の各位置において培養液８に温度差が形成されており、この温度差に基づく対流が袋本体１１内の培養液８に生じていると考えられる。この場合、制御部７０は、加熱部３０による加熱を維持させる。一方、任意の２つの温度センサ５６が計測した培養液８の温度の差がいずれも第１しきい値以下になると、袋本体１１内の各位置における培養液８の温度に差がないため、制御部７０は、加熱部３０による加熱を停止させる。加熱停止後、袋本体１１内の培養液８の温度は、加熱部３０によって暖められたため、袋本体１１外部の外気よりも温度が高くなっている。したがって、袋本体１１内の培養液８は、袋本体１１外部の外気により冷やされて、袋本体１１内の培養液８に自然対流が生じていく。この自然対流によって、相対的に暖かい培養液８の部分は袋本体１１の上部１１ａの方に向かっていき、相対的に冷たい培養液８の部分は底部１１ｂの方に向かっていく。したがって、袋本体１１内の培養液８と袋本体１１外部の外気との温度差に基づく自然対流により、上下方向における対流を発生させることができ、袋本体１１内の培養液８にムラが生じないように酸素が行き渡らせられる。また、この自然対流に伴い、袋本体１１の上部１１ａの周りの培養液８と、底部１１ｂの周りの培養液８と、の間に温度差が徐々に形成されていく。
【００５２】
次に、加熱部３０の加熱を停止させた後に、袋本体１１内の互いに異なる複数の位置における培養液８の温度を再び計測する第３工程と、或る２つの位置における培養液の温度の差が第１しきい値よりも大きい第２しきい値以上になると、袋本体１１の外方からの加熱を再び開始させる第４工程を行う。具体的には、袋本体１１の軸方向ｄ１に沿って並べて配置された複数の温度センサ５６によって、各温度センサ５６が設けられた位置における袋本体１１内の培養液８の温度を再び計測する。続いて、制御部７０は、任意の２つの温度センサ５６が計測した培養液８の温度の差と、第２しきい値と、を対比する。任意の２つの温度センサ５６が計測した培養液８の温度の差がいずれも第２しきい値未満となる場合、制御部７０は、加熱部３０による加熱を停止させた状態を維持し、上述した自然対流による上下方向における対流を維持させる。２つの温度センサ５６が計測した培養液８の温度の差が予め定められた第２しきい値以上となるような２つの温度センサ５６の組み合わせがある場合、袋本体１１内の各位置における培養液８の温度に差が有効に生じてきたため、制御部７０は、加熱部３０による加熱を再び開始させる。これにより、袋本体１１の底部１１ｂの周りの培養液８が暖められて、袋本体１１の上部１１ａの方に向かっていく。暖められた培養液８は、その後上部１１ａで冷まされて底部１１ｂの方に戻されていく。このように、底部加熱要素３１によって袋本体１１の底部１１ｂを介して袋本体１１内の培養液８を加熱することにより、上下方向における対流が有効に生成される。この結果、袋本体１１内の培養液８に対流を持続的に発生させることができ、袋本体１１内の培養液８にムラなく酸素を行き渡らせた状態を安定して維持することに寄与する。以降については、被培養物８ａの培養が完了するまで、上述した第１工程〜第４工程が繰り返し行われていく。
【００５３】
なお、培養を行っている間、ｐＨセンサ５７およびＤｏセンサ５８により、培養中の培養液８のｐＨ、溶存酸素量も計測される。また、必要に応じて、サンプリングチューブ５９から培養中の培養液８が取り出されて、培養状態の確認が行われる。
【００５４】
培養が終了すると、加熱部３０を停止させ、袋本体１１内での培養液８の対流が止まる。その後、袋本体１１から培養液排出チューブ５４を介して培養液８が排出される。培養液８が排出された後、袋本体収容体６０から袋本体１１が取り外されて廃棄される。次の培養を行う際には、新たな袋本体１１が袋本体収容体６０に取り付けられる。
【００５５】
以上のように、本実施の形態の培養装置１０によれば、被培養物８ａを含む培養液８を収容する袋本体１１と、袋本体１１の外方から袋本体１１内の培養液８を加熱して、当該袋本体１１内で培養液８を対流させる加熱部３０と、を備える。このような培養装置１０によれば、袋本体１１に収容された被培養物８ａを含む培養液８を当該袋本体１１の外方から加熱して、当該袋本体１１内で培養液８を対流させることができる。このように、加熱部３０によって袋本体１１内で培養液８を対流させることで、袋本体１１内の培養液８にムラなく酸素を行き渡らせることができる。したがって、従来のように、袋本体１１内の培養液８に撹拌によるせん断力が作用することはない。このため、培養液８中の被培養物８ａに損傷を与えてしまうおそれを効果的に低減することができる。
【００５６】
また、本実施の形態の培養装置１０によれば、加熱部３０は、袋本体１１の底部１１ｂを介して袋本体１１内の培養液８を加熱する底部加熱要素３１を有している。このような形態によれば、袋本体１１の底部１１ｂの周りの培養液８が暖められて、袋本体１１の上部１１ａの方に向かっていく。一方、袋本体１１の上部１１ａは、底部１１ｂよりも温度が低くなっているため、暖められた培養液８は、その後上部１１ａで冷まされて底部１１ｂの方に戻されていく。このように、底部加熱要素３１によって袋本体１１の底部１１ｂを介して袋本体１１内の培養液８を加熱することにより、上下方向における対流を効果的に発生させることができ、袋本体１１内の培養液８に一層ムラなく酸素を行き渡らせることができる。
【００５７】
また、本実施の形態の培養装置１０によれば、袋本体１１は、袋本体１１を収容する袋本体収容体６０をさらに備え、袋本体収容体６０内に加熱部３０が配置されている。袋本体収容体６０に袋本体１１を収容することで、袋本体１１を支持すると共に、袋本体１１内の培養液８を保護することもできる。加えて、袋本体収容体６０内に加熱部３０が配置されるため、袋本体１１と加熱部３０と袋本体収容体６０とをコンパクトに配置することができる。結果として、培養装置１０をコンパクトに構成することができる。さらに、加熱部３０が外部に露出しないため、熱源に対する取り扱いの点においても優れている。
【００５８】
また、本実施の形態の培養装置１０によれば、物性検出部５５は、互いに間隔を空けて袋本体１１に取り付けられ、袋本体１１内の培養液８の温度を計測する複数の温度センサ５６を有しており、各温度センサ５６が培養液８の温度を計測した結果に基づいて、加熱部３０を制御する制御部７０をさらに備えている。このような形態によれば、各温度センサ５６によって袋本体１１内の各位置における温度分布を特定することができる。さらに、特定された温度分布に基づいて、袋本体１１内で培養液８の対流が効果的に生じるように制御部７０が加熱部３０を制御することにより、袋本体１１内での培養液８の対流を効果的に発生させることができる。この結果、袋本体１１内の培養液８にムラなく酸素を行き渡らせた状態を安定して維持することに寄与する。
【００５９】
また、本実施の形態の培養装置１０によれば、制御部７０は、加熱部３０を作動させた後、任意の２つの温度センサ５６が計測した培養液８の温度の差が予め定められた第１しきい値以下になると、加熱部３０による加熱を停止させるようになっている。任意の２つの温度センサ５６が計測した培養液８の温度の差がいずれも第１しきい値以下になると、袋本体１１内の各位置における培養液８の温度に差がないと考えられるため、制御部７０は加熱部３０による加熱を停止させる。加熱停止後、袋本体１１内の培養液８の温度は、加熱部３０によって暖められたため、袋本体１１外部の外気よりも温度が高くなっている。したがって、袋本体１１内の培養液８は、袋本体１１外部の外気により冷やされて袋本体１１内で自然対流が生じていく。この自然対流によって、相対的に暖かい培養液８の部分は袋本体１１の上部１１ａの方に向かっていき、相対的に冷たい培養液８の部分は底部１１ｂの方に向かっていく。したがって、袋本体１１内の培養液８と袋本体１１外部の外気との温度差に基づく自然対流により、上下方向における対流を生じさせることができ、袋本体１１内の培養液８にムラが生じないように酸素を行き渡らせることができる。また、この自然対流により、袋本体１１の上部１１ａの周りの培養液８と、底部１１ｂの周りの培養液８と、の間に温度差が徐々に形成されていく。さらに、制御部７０は、或る２つの温度センサ５６が計測した培養液８の温度の差が前記第１しきい値よりも大きい第２しきい値以上になると、加熱部３０による加熱を開始させるようになっている。これにより、袋本体１１の底部１１ｂの周りの培養液８が暖められて、袋本体１１の上部１１ａの方に向かっていき、暖められた培養液８は、その後上部１１ａで冷まされて底部１１ｂの方に戻されていく。このように、底部加熱要素３１によって袋本体１１の底部１１ｂを介して袋本体１１内の培養液８を加熱することにより、上下方向における対流が有効に生成される。したがって、このような制御によれば、袋本体１１内の培養液８に対流を持続的に発生させることができ、袋本体１１内の培養液８にムラなく酸素を行き渡らせた状態を安定して維持することに寄与する。
【００６０】
≪変形例≫
なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。
【００６１】
上述した実施の形態では、図４に示すように、１つの底部加熱要素３１が袋本体１１の底部１１ｂを介して袋本体１１内の培養液８を加熱する例を示したが、底部加熱要素３１の数は、上述した例に限定されない。図５に、底部加熱要素３１の他の構成例を示す。図５に示す例では、複数の底部加熱要素３１が袋本体１１の底部１１ｂを介して袋本体１１内の培養液８を加熱している。各底部加熱要素３１は、袋本体１１の軸方向ｄ１からみて環状の形状を有し、袋本体１１の底部１１ｂに挿入された培養液排出チューブ５４を取り囲んでいる。図５に示す例では、互いに外径の異なる２つの底部加熱要素３１が同心円状に配置されている。このような複数の底部加熱要素３１を含む加熱部３０であっても、袋本体１１の底部１１ｂを介して袋本体１１内の培養液８を有効に加熱して、袋本体１１内の培養液８に対流を効果的に生じさせることが可能である。
【００６２】
また、上述した実施の形態では、図４に示すように、底部加熱要素３１が袋本体１１の軸方向ｄ１からみて環状に成形された例を示したが、底部加熱要素３１の構成は、上述した例に限定されない。図６及び図７に、底部加熱要素３１のさらに他の構成例を示す。図６及び図７に示す例では、複数の底部加熱要素３１が袋本体１１の底部１１ｂを介して袋本体１１内の培養液８を加熱している。複数の底部加熱要素３１は、培養液排出チューブ５４の周りに配置されている。このうち、図６に示す例では、各底部加熱要素３１は、円盤状に形成されている。複数の底部加熱要素３１が周方向に並べて配置され、当該複数の底部加熱要素３１で培養液排出チューブ５４を取り囲んでいる。図６に示す例では、６つの底部加熱要素３１が、培養液排出チューブ５４の軸線、言い換えると、袋本体１１の軸線を中心として６回対称に配置されている。このような底部加熱要素３１を含む加熱部３０であっても、袋本体１１の底部１１ｂを介して袋本体１１内の培養液８を有効に加熱して、袋本体１１内の培養液８に対流を効果的に生じさせることが可能である。
【００６３】
あるいは、図７に示す例では、各底部加熱要素３１は、袋本体１１の軸方向ｄ１からみて円弧状に形成され、リングの一部をなすように配置されている。図７に示すように、８つの底部加熱要素３１が培養液排出チューブ５４の周りに配置されている。このうち、４つの底部加熱要素３１が、周方向に並べて配置され、当該４つの底部加熱要素３１で培養液排出チューブ５４を取り囲んでいる。残りの４つの底部加熱要素３１は、前者の４つの底部加熱要素３１よりも培養液排出チューブ５４から離間した位置で周方向に並べて配置され、当該残りの４つの底部加熱要素３１で培養液排出チューブ５４及び前者の４つの底部加熱要素３１を取り囲んでいる。このような底部加熱要素３１を含む加熱部３０であっても、袋本体１１の底部１１ｂを介して袋本体１１内の培養液８を有効に加熱して、袋本体１１内の培養液８に対流を効果的に生じさせることが可能である。
【００６４】
また、加熱部３０は、袋本体１１の側部１１ｃを環状に取り囲む側部加熱要素３２をさらに有していてもよい。図８に、図２に示す培養装置１０に側部加熱要素３２がさらに配置された例を示す。側部加熱要素３２は、中空の円盤状に形成され、袋本体１１の側部１１ｃを介して袋本体１１内の培養液８を加熱するようになっている。図８に示すように、袋本体収容体６０の収容体胴部６１に側部加熱要素３２を収容するための凹部６７が設けられており、当該凹部６７内に側部加熱要素３２が配置されている。図８に示す例では、側部加熱要素３２は、袋本体１１の軸方向ｄ１に沿って並べて配置された３つの温度センサ５６のうちの、最も上方に位置する温度センサ５６と中間に位置する温度センサ５６との間となる位置に、配置されている。側部加熱要素３２として、上述した底部加熱要素３１と同様なそれ自体既知の種々の加熱装置を適用することが可能である。
【００６５】
ところで、従来において、２００リットル以上の容積の培養液を収容する培養装置においては、袋本体内に大きな攪拌機を設置して袋本体内の培養液を撹拌していた。この場合、大きな攪拌機を駆動することになるため、回転中心から離れた攪拌機の羽の部分の速度は不可避的に大きくなってしまい、培養液中の被培養物に損傷を与えてしまうことを回避することが困難であった。一方、図８に示す加熱部３０によれば、底部加熱要素３１から袋本体１１内の培養液８を加熱するだけでなく、側部加熱要素３２からも袋本体１１内の培養液８を加熱することができるため、２００リットル以上の容積の培養液を収容する培養装置においても、有効に対流を生じさせることが可能である。さらに、２００リットル以上の容積の培養液を収容する培養装置においても、比較的速やかに、袋本体１１内の各位置における培養液８の温度の差を、第１しきい値以下に到達させることができるようになる。
【符号の説明】
【００６６】
８      培養液
８ａ    被培養物
１０    培養装置
１１    袋本体
１１ａ  上部
１１ｂ  底部
１１ｃ  側部
３０    加熱部
３１    底部加熱要素
３２    側部加熱要素
５５    物性検出部
５６    温度センサ
６０    袋本体収容体
７０    制御部
ｄ１    袋本体の軸方向
【図１】
2015204759.tif 000003
【図２】
2015204759.tif 000004
【図３】
2015204759.tif 000005
【図４】
2015204759.tif 000006
【図５】
2015204759.tif 000007
【図６】
2015204759.tif 000008
【図７】
2015204759.tif 000009
【図８】
2015204759.tif 000010