(57)【要約】  細胞培養モジュールに栄養を供給するためのデバイスは、チャネルと、ポンプと、弁とがプレートの内部又は上に配置されている。弁は、管路の弾性セクションを変形することによって操作されるピンチ弁であってよく、ポンプはピンチ弁ポンプであってよい。チャネルは、少なくとも部分的にプレートによって画成できる。ポンプと、チャネルと、弁とは、プレートの厚さ内部に配置できる。本デバイスは、潅流操作、再循環操作及び／又は両方の組合せによって細胞培養モジュールに栄養を供給するのに使用できる。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞培養システム内部で栄養液を輸送するための複数の輸送要素を備える装置であって、上記輸送要素が、栄養容器及び廃棄物容器用の接続部と、輸送デバイスと、弁と、１以上のポンプとを備えており、上記輸送要素がプレートの内部又は上に平らに配置されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
プレートの内部又は上に平らに配置される細胞培養モジュールをさらに備える、請求項１記載の装置。
【請求項３】
細胞培養モジュールに栄養を供給するための装置であって、１以上のピンチ弁ポンプと、輸送管と、輸送路と、逆止め弁と、栄養容器及び廃棄物容器用の接続部と、細胞培養モジュール用の接続部とを、プレートの内部又は上に平らに配置してなる装置。
【請求項４】
任意の細胞培養モジュールの一体化のための汎用接続部をさらに備える、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記プレートが、ピンチ弁ポンプの領域に開口を備えることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記プレートが、サンプリング用接続部、内臓トランスデューサー、センサー取付部又は流量計の少なくともいずれかをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記プレートが熱的要素又は気体導入要素をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
前記輸送管をホースピンチ弁として使用することができることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
前記輸送要素の構成が、細胞培養モジュールを通して一方向に流すことができることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
前記輸送要素の構成が、細胞培養モジュールを通して栄養を再循環することができることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
前記ピンチ弁とピンチ弁ポンプとの操作によって、再循環及び／又は一方向の流れの組合せが可能となることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
前記輸送プレートが、ピンチ弁ポンプアクチュエータ上に個々に又は複数積層して配置できることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
プロセス制御用の要素を備える、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項記載の装置。
【請求項１４】
プロセス管理用の要素を備える、請求項１乃至請求項１３のいずれか１項記載の装置。
【請求項１５】
すべての要素がγ線滅菌可能な材料からなることを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか１項記載の装置。
【請求項１６】
前記栄養輸送プレートが、小型の細胞培養モジュールも収容できることを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれか１項記載の装置。
【請求項１７】
前記細胞培養モジュールが、国際公開第２００４／０２４３０３号に記載の中空繊維カセットであることを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれか１項記載の装置。
【請求項１８】
高密度細胞培養に栄養を供給するための請求項１乃至請求項１７のいずれか１項記載の装置の使用。
【請求項１９】
培養組織の反応性について物質を自動並列試験するためのの請求項１乃至請求項１８のいずれか１項記載の装置の使用。
【請求項２０】
細胞の産生物、部分、成分もしくは分泌物、ウイルス、タンパク質又は低分子物質の自動並列産生及び回収のための請求項１乃至請求項１９のいずれか１項記載の装置の使用。
【請求項２１】
ピンチ弁アクチュエータを備える、請求項１乃至請求項２０のいずれか１項記載の装置。
【請求項２２】
ピンチ弁アクチュエータ用の制御装置を備える、請求項１乃至請求項２１のいずれか１項記載の装置。
【請求項２３】
栄養容器を備える、請求項１乃至請求項２２のいずれか１項記載の装置。
【請求項２４】
廃棄物容器を備える、請求項１乃至請求項２３のいずれか１項記載の装置。
【請求項２５】
剛性中実体と、剛性中実体の表面と可撓体の可撓性表面によって画成される管路と、逆止め弁と、コネクタとを備える装置であって、上記管路が、栄養コネクタと廃棄物コネクタとの間の第１の流路と、細胞培養領域の一端又は細胞培養領域とのコネクタから細胞培養領域の他端又は細胞培養領域との別のコネクタへの第２の流路との１以上を画成する、装置。
【請求項２６】
１以上の可撓体が管路を閉じるように変形できる、請求項２５記載の装置。
【請求項２７】
２つの弁間の管路の内容積が減少するように変形できる可撓体の上流及び下流に弁を有するポンプを備える、請求項２５又は請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
請求項２６記載の装置に栄養液を輸送する方法であって、上流及び下流の弁に逆止め弁を用意し、それらの中間の可撓体を交互に変形及び開放することを含む方法。
【請求項２９】
１以上の弾性体の変形によって一方の流路を開き、他方の流路を閉じることができるように構成された２つのの流路を有する、請求項２５記載の装置。
【請求項３０】
第１の流路の一部が、第２の流路の一部でもある管路の一部をなす、請求項２５又は請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
中実体を含む平坦な要素の厚さの実質的に内部に、ピンチ弁又はピンチ弁ポンプを備える、請求項２５乃至請求項３０のいずれか１項記載の装置。
【請求項３２】
請求項２５乃至請求項３１のいずれか１項記載の装置と、アクチュエータ、制御装置、栄養供給部又は廃棄物容器の１以上とを備える隔壁。
【請求項３３】
本願に記載されたすべての要素及び段階の組から選択されるいずれか１以上の要素又は段階を有する方法又は装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は細胞培養のためのデバイス又は方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この背景技術の記載は、この項目に記載した事項が、いずれかの国において従来技術又は当業者の技術常識の一部として引用できることを認めたものではない。
【０００３】
細胞培養のためのシステムが幾つか開発されており、何らかの方法で細胞培養に培養液を供給し、細胞培養からの代謝廃棄産物を除去する。あるシステムでは、細胞はバイオリアクター内部の中空プラスチック繊維上に支持される。細胞培養について記載された文献としては、（１）Sauer, I. M. et al.: The Slide Reactor - a simple hollow fiber based bioreactor suitable for light microscopy; Artificial Organs 29 (3): 264-267, 2005；（２）Sauer, I. M. et al.: Development of a hybrid liver support system. Ann N Y Acad Sci 944: 308-19, (2001)；（３）Millis, J. M: et al.: Initial experience with the modified extracorporeal liver-assist device for patients with fulminant hepatic failure: system modifications and clinical impact. Transplantation 74: 1735-46; (2002)；及び（４）Gloeckner, H. et al.: New miniaturized hollow fiber bioreactor for in vivo like cell culture, cell expansion and production of cell-derived products. Biotechnol Prog 17: 828-31 (2001)が挙げられる。
【０００４】
国際公開第２００４／０２４３０３号及び関連米国特許公開第２００６／００１４２７４号には、２つの合同なベース面と１以上の外周面とで画成され、内部に１以上のキャビティを有するハウジングを有する繊維カセットが開示されている。ハウジング内部に、繊維の１以上の層がハウジングの１以上の中心平面と実質的に平行に配置され、繊維の端部はハウジングの内部に固定されている。１以上のキャビティの第１のものは繊維を外側から取り囲む外側コンパートメントを画成する。１以上の中心平面は外側コンパートメント内部でベース面と交差しない。繊維はＵ字形又は互いに実質的に平行に配置され、その端部はハウジング内部にある。ハウジングは流体を供給及び／又は除去するための１以上の開口を有する。国際公開第２００４／０２４３０３号及び米国特許公開第２００６／００１４２７４号の開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。
【特許文献１】国際公開第２００４／０２４３０３号パンフレット
【特許文献２】米国特許公開第２００６／００１４２７４号明細書
【非特許文献１】Sauer, I. M. et al.: The Slide Reactor - a simple hollow fiber based bioreactor suitable for light microscopy; Artificial Organs 29 (3): 264-267, 2005
【非特許文献２】Sauer, I. M. et al.: Development of a hybrid liver support system. Ann N Y Acad Sci 944: 308-19, (2001)
【非特許文献３】Millis, J. M: et al.: Initial experience with the modified extracorporeal liver-assist device for patients with fulminant hepatic failure: system modifications and clinical impact. Transplantation 74: 1735-46; (2002)
【非特許文献４】Gloeckner, H. et al.: New miniaturized hollow fiber bioreactor for in vivo like cell culture, cell expansion and production of cell-derived products. Biotechnol Prog 17: 828-31 (2001)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以下の概要は、読者に本明細書の内容を紹介するためのものであり、発明を定義するものではない。発明の要旨は、本明細書に記載した装置の要素又は方法の段階の組合せ又は部分的な組合せに存することもある。本願で特許を受けようとする発明は特許請求の範囲に記載される。本明細書に開示した１以上の発明について、特許請求の範囲に発明が記載されていないというだけではそれらに関する権利を放棄しない。
【０００６】
本発明者は、従来の細胞培養システムが、細胞培養領域に栄養を輸送するための輸送ホースとポンプと弁とコネクタと他の要素との複雑な構成を含んでいることを見出した。これは、細胞培養システムの経済的製造、特に、例えば薬物スクリーニング用の産生量を増すための並列産生その他複数の培養物を同時に増殖させることが望まれる用途のため複数の同一の培養領域からなるシステムの経済的製造の障害となる。また、従来のシステムの空間条件が大きいこともある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書に開示する装置では、複数の栄養又は廃棄物輸送要素が、平坦な輸送プレート（栄養輸送プレートともいう。）の上又は内側、或いは平坦な輸送プレートの想定外面の内部に設けられる。輸送プレートは、中実体とその他の部品とを含む要素の集成体であって、これらの要素は共同して、細胞培養領域又はモジュールへの栄養の輸送或いは細胞培養領域又はモジュールからの廃棄物の輸送に役立つように構成される。輸送プレートは、その一組の要素が仮想平面の±２ｃｍ以内に位置しているという点で平坦である。輸送プレートの想定外面とは、三次元体（例えば輸送面を含む平行六面体）の外面をいう。一組の輸送要素に関して記載する輸送プレートは、輸送プレートに他の要素が取り付けられて想定外面の外に延在していたとしても、依然として平坦であり、輸送プレートの想定外面の内部に輸送要素を有する。かかる装置は、従来の栄養輸送システムの短所の１以上を軽減し、少なくとも従来の栄養輸送システム又はバイオリアクターに対する有用な代替物を与える。
【０００８】
本明細書では、剛性中実体によって少なくとも部分的に形成されているか或いは剛性中実体に取り付けられた１以上の要素を、１以上の細胞培養モジュールに対する培養液の供給、除去又は再循環の１以上が行えるように構成してなる装置についても開示する。栄養輸送のための１以上の要素としては、輸送管、弁、逆止め弁、新鮮培地用容器又は廃棄物容器の接続部、ポンプ、細胞培養モジュール又は一体化細胞培養領域用の接続部の１以上が挙げられる。輸送管は、中実体の表面によって少なくとも部分的に形成してもよい。輸送管は、栄養供給路又は栄養再循環路或いはその両方の一部であってもよい。弁、ポンプ又は接続部は中実体に取り付けてもよい。弁は、可撓体で少なくとも部分的に形成された輸送管の一部からなるものでもよく、可撓体を輸送管のその部分で押圧すれば流れを防止又は阻止できる。ポンプは、２つの弁又は逆止め弁の間の可撓体によって少なくとも部分的に形成された輸送管の一部からなるものでもよい。可撓体を輸送管のその部分で押圧すると輸送管のその部分に含まれる流体が一方の弁から輸送管部分の外に移動し、可撓体を開放すると流体は他方の弁から輸送管部分に流れ込む。弁又はポンプの一部である輸送管の一部は、可撓性ホースの部分を含んでいてもよい。輸送管はシリコーン表面を有していてもよい。
【０００９】
装置は、適宜、サンプリング用接続部、トランスデューサー、センサー取付部、計器、熱的要素又は気体導入要素の１以上を含んでいてもよい。センサーは、栄養液に接触しないように配置できる。コネクタは、栄養輸送プレートへの任意の細胞培養モジュールの一体化を容易にするため、標準コネクタ、汎用コネクタ又は多用されるコネクタでよい。装置は、プラスチックのような滅菌可能な材料から製造できる。これによって、対応細胞培養モジュールが取外し可能又は使捨て可能であれば、装置を使い捨て可能な輸送システムとして使用できる。金属、ガラス、セラミックその他の材料も使用できる。装置は、原生動物、細菌、酵母菌、菌類、植物又は脊椎動物（例えば哺乳類）の細胞を収容又は培養するモジュールへの栄養輸送に適しており、方法はかかる栄養輸送のための装置の使用を含む。装置は、国際公開第２００４／０２４３０３号に記載の細胞培養モジュール又は他の細胞培養モジュール（例えば管状、平板状、長方形、星形その他の形状でよい。）と組み合わせることができる。
【００１０】
本明細書では、潅流、再循環又はこれら２つの操作モードの組合せで細胞培養モジュールを通して栄養を輸送するために上述の装置を用意する段階と、例えば装置の可撓体を移動させることによって装置を使用する段階とを含む方法についても開示する。
【００１１】
以下、装置及び方法の具体例を添付の図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、特許請求の範囲に記載された各発明の実施形態の例を示すために、様々な装置又は方法について説明する。以下に記載する実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明は、以下で説明しない方法又は装置を包含することもある。特許請求の範囲に記載された発明は、以下に記載するいずれかの装置又は方法の特徴のすべて或いは以下に記載する複数又はすべての装置に共通する特徴を有する装置又は方法に限定されない。以下に記載する装置又は方法は、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態ではない可能性もある。本願出願人、本発明者及び権利者は、以下に記載されているが本願の特許請求の範囲には記載されていない装置又は方法に開示された発明に関するすべての権利を留保し、本願での開示によって、かかる特許請求の範囲に記載されていない発明を放棄するものでも、一般公衆に開放するものでもない。
【００１３】
図１Ａを参照すると、バイオリアクター１０は、栄養輸送プレート１２と、細胞培養モジュール７とを備える。細胞培養モジュール７は、細胞培養モジュール接続部６にプラグ接続され、適宜、細胞培養モジュール接続部６から取り外すことができる。細胞培養モジュール接続部６は、中実体９に機械加工された穴であってもよく、適宜、その内部に取付け具（図示せず）が挿入される。細胞培養モジュール７の例を図１Ｂにさらに詳しく示す。図に示す通り、細胞培養モジュール７からはカバーが取り外されており、カバーが取り付けられた状態では、外側コンパートメント１６と、内側コンパートメント１５の部材とを取り囲む。内側コンパートメント１５は中空繊維膜１２の内腔も含んでいる。中空繊維膜１２の壁及びポッティング化合物１３、並びにベース構造１１及びカバー（図示せず）によって内側コンパートメント１５が外側コンパートメント１６から分離される。細胞は膜１２上で増殖させてもよいし、さもなくば第２のコンパートメント１６内で増殖させてもよい。栄養は、第１のコンパートメント１５及び膜１２の壁を通して細胞に供給することができる。特に、栄養液は、供給ポート１７に供給し、第１のコンパートメント１５の第１のチャネル１９部分、膜１２の内腔を通って第１のコンパートメント１５の第２のチャネル２０部分に流し、廃棄ポート１８から外に排出させることができる。この経路を通過する際に、栄養（例えば炭水化物又は気体）が膜１２の壁を通過し、第２のコンパートメント１６内で細胞によって消費される。細胞から放出される何らかの廃棄産物が、第２のコンパートメント１６から膜１２の壁を通過して栄養液と共に搬送除去される。細胞培養モジュール７は、供給ポート１７及び廃棄ポート１８を細胞培養モジュール接続部６に挿入することによって、栄養輸送プレート１２に取り付けられる。ポート１７及び１８は、永久取付けのために接続６に接着してもよいし、或いは圧入その他の嵌合によって着脱可能に互いに封着してもよい。適宜、細胞培養モジュール７は、物質を膜１２の壁を通さずに第２のコンパートメント１６に追加又は除去できるように、補助ポート２１を有していてもよい。補助ポート２１は、例えば、細胞又は細胞の産生物、分泌物、ウイルス、タンパク質又は低分子量物質の抽出に使用できる。従って、バイオリアクター１０は、例えば、高密度細胞培養の増殖、細胞培養物の様々な物質との反応に関する試験又はスクリーニング、或いは細胞によって産生される産生物の回収を始めとする様々な用途に使用できる。
【００１４】
栄養輸送プレート１２の中実体９は、例えば厚さ３ｍｍ〜１０ｍｍの剛性材料（例えば硬質プラスチック）のシートから作成できる。中実体９は、材料シートを例えば３ｃｍ〜１５ｃｍの所定の幅及び長さにカットすることによって作成できる。開口２２は、シート材料の穿孔、切削、フライス削りその他の方法で作成できる。輸送路２は、中実体９の縁部を穿孔することによって作成できる。穿孔作業でできたが輸送路２には必要ない穴の部分を閉じるため、必要に応じてプラグ２４を輸送路２に挿入してもよい。開口間の流路の中断部は輸送管３によって橋渡しされ、例えば可撓性チューブを、開口２２の境界と接する輸送路２に挿入された取付け具（図示せず）にかぶせて接続する。輸送路２と輸送管３は共に管路又は通路を共に形成して、以下で説明する流路を作り上げる。輸送管３は、細胞への酸素送達が望まれるときにはシリコーンから作成してもよいし、或いは酸素送達が望まれない場合又は酸素送達が栄養供給その他で供給される場合には、他の材料から作成してもよい。栄養供給は、栄養コネクタ１を介して栄養輸送プレート１２に接続され、栄養コネクタ１は輸送路２又は剛性本体９の大きな穴に滑入される取付け具を備えていてもよい。廃棄物溶液は、廃棄物コネクタ２４を通して輸送プレート１２から排出すればよく、廃棄物コネクタ２４は、栄養コネクタ１に関して説明した通り作成できる。サンプルは、サンプル弁８から抽出でき、サンプル弁８は、例えば実際の弁でも、着脱可能な蓋を有する開口でも、自己封止隔壁でもよい。
【００１５】
栄養輸送プレート１２は、２つの基本流路を与える。第１の流路は、栄養コネクタ１から始まり、廃棄栄養を含む領域（例えば、細胞培養モジュール７の第１のコンパートメント１５又は一体化細胞培養領域、或いは以下で説明する第２の流路の一部）を通過した後、廃棄物コネクタ２４で終わる。第２の流路は、栄養輸送プレート１２内のループを通して細胞培養モジュールの第１の接続部６からもう一方の接続部へと進み、次いで細胞培養モジュール７の第１のコンパートメント１５（或いは一体化細胞培養領域の同様の経路）を通って細胞培養モジュールの第１の接続部６へと戻る。栄養が第２の流路を流れる間、細胞によって消費された栄養を置き換えるための栄養が取り込まれるように、栄養コネクタ１への接続は開放したままにしておいてもよい。２つの流路の間で、新鮮栄養液を栄養源から膜１２に流し、古い栄養液を廃棄物容器又は排管に排出してもよいし、或いは膜１２を通して栄養液を再循環させてもよい。さらに、バイオリアクター１０は周期的に動作させることもでき、例えば、流れを第１の流路に流す期間と、次いで第２の流路に流す期間とを何サイクルも繰り返してもよい。これらの流路を通しての制御及び推進を以下で説明する通り行ってもよい。
【００１６】
幾つか又はすべての輸送管３の一部が、ピンチ弁体４の一部をなしていてもよい。ピンチ弁体４は、挟圧ユニット（図３の要素４６参照）の挟圧デバイス（図３の要素４４参照）で動作する。挟圧デバイスは、輸送管３を挟圧して輸送管３の内部ボアを完全に又は部分的に閉じ、栄養の流れを防止又は阻止して弁作用を与えるように動作できる。挟圧デバイスはアクチュエータを有していてもよく、例えば輸送管３の他端の中実固定面又は可動面に向けて移動できるソレノイド又は空気圧若しくは水圧ピストンを有していてもよい。２以上の栄養輸送プレート１２を互いに積層してもよく、挟圧機械で２以上の栄養輸送プレートの輸送管３を同時に挟圧できるように、挟圧デバイスの動作部がスタックの開口２２を通して延在していてもよい。例えば、輸送管３ａｉｉが閉じて輸送管３ｂ（及び適宜、輸送管３ａｉｉ）が開いているとき、第２の流路を与える。輸送管３ｂが閉じて輸送管３ａが開いているとき、第１の流路を与える。第１の流路を通る流れは、以下で説明するポンプ２５の動作の一部として輸送管３ｃを挟圧した状態で輸送管３ａｉ及び３ｂを閉じて輸送管３ａｉｉを開き、輸送管３ｃを挟圧したまま輸送管３ａｉｉを閉じて輸送管３ａｉ及び３ｂを開き、次いで輸送管３ｃを開放することによっても与えられる。この操作によれば、輸送管３ａｉ及び３ｂは同時に操作され、以下でさらに説明する１つの挟圧デバイス４４で付勢してもよい。
【００１７】
栄養輸送プレート１２は、開口２２の両側に通じる輸送路２に挿入又は接続された一対の逆止め弁５を備えるポンプ２５を有する。この一対の逆止め弁５は、開口２２を橋渡ししてピンチ弁体４の一部をなす輸送管３ｃで接続される。ただし、逆止め弁５によって、輸送管３ｃを挟圧すると輸送管の内容積が減少し、栄養液が細胞培養モジュールコネクタ６の一方へと押し進められる。輸送管３ｃが開放又は挟圧解除されると、輸送管３ｃはその弾性壁によってその完全な体積に戻り、圧迫されていない状態へと戻る。これによって、輸送管３ａ又は３ｂがどちらが開いているかによって、細胞培養モジュールのもう一方の接続部６又は栄養コネクタ１から栄養が引き込まれる。輸送管３ａが開いて輸送管３ｂが閉じている場合、輸送管３ｃを挟圧すると、栄養液が第１の流路を流れる。輸送管３ａが閉じて輸送管３ｂが開いている場合、輸送管３ａを挟圧すると栄養液が第２の流路を循環する。この流路を流体を移動するとき、輸送管３ｃの挟圧によって押しのけられた栄養液の体積を受け取るように輸送管３ｂ又は他の輸送管の一部が一時的に膨張する。バイオリアクター１０は、流路を交互に変えることによって操作してもよい。例えば、廃棄産物を含む古い栄養液を追い出し、新鮮栄養液を取り入れるため、第１の流路が開いている間に輸送管３ｃを１回以上挟圧してもよい。次いで、栄養液を再循環させるために輸送管３ｃを１回以上挟圧してもよい。次いで、これら２つの段階を繰り返して、栄養液の更新と再循環とを交互に反復する。例えば、サイクルは、栄養を更新するために輸送管３ｃを１回挟圧した後、栄養液を再循環させるために輸送管３ｃを２回〜１０回挟圧することの繰返しを含んでいてもよい。或いは、栄養液が栄養コネクタ１に入るが栄養コネクタ１から出ないようにするため、追加の逆止め弁を栄養コネクタ１に挿入してもよい。すると、輸送管３ａｉ及び３ｂを開いたままにしておくと、輸送管３ａｉｉを挟圧しても依然としてわずかに開いたままである。この構成では、輸送管３ｃの挟圧によって、連続的な再循環が起こるが、継続的な廃棄物の排出及び新鮮栄養液の供給を伴う。逆止め弁５は、適宜、ピンチ弁４の作用を模倣するように動作する他の弁、例えばピンチ弁で置き換えてもよい。
【００１８】
図２は、第２のバイオリアクター１００を示す。第２のバイオリアクター１００は、図１Ａのバイオリアクター１０の構成要素を備えている。ただし、第２のバイオリアクター１００は、プロセス実施、監視又は制御のための様々な追加の構成要素も有する。気体導入要素３は、酸素透過性の高い材料（例えばシリコーン）でできたチューブの一区分である。温度要素３１は、細胞培養モジュール７を加熱又は冷却できる。温度センサー３４は、輸送路２と公差する中実体９の縁部に穿孔された穴に挿入される。温度センサー３４は栄養液温度を測定し、制御又はフィードバックループ内の温度要素３１と接続してもよい。１以上の光学センサー５を、輸送路２の近くに位置するが輸送路２とは流体接続しないように中実体９の縁部に穿孔された穴に挿入してもよい。光学センサー３５は、ｐＨ感受性トランスデューサー３６又は溶存酸素レベル感受性トランスデューサーを備えていてもよい。
【００１９】
図３は、１以上の積層した栄養輸送プレート１２を有する集成細胞培養システム１１１を示す。栄養輸送プレート１２は、栄養容器２及び廃棄物容器４３と並列に接続される。図１について説明した弁操作及びポンピングを与えるため栄養輸送プレート１２の輸送管３を挟圧することができるように、栄養輸送プレートの上に挟圧デバイス４４が配置される。挟圧デバイス４４は、挟圧ユニット４６の一部であるか或いは挟圧ユニット４６に取り付けられ、挟圧ユニット４６で挟圧デバイス４４に電力供給又は挟圧デバイス４４を駆動する。挟圧ユニット４６は制御ユニット４７によって制御される。制御ユニット４７は、図２の様々なセンサー、計器又はトランスデューサーに接続してもよいし、栄養輸送プレート１２に接続した追加のセンサー又は制御装置、或いは容器４２、４３に接続又はライン上にある流量計若しくは体積計などのシステム制御又は監視要素に接続してもよい。制御ユニット４７は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、例えば「Ｃ」制御ユニットであってよい。システム１１１は、適宜、環境制御チャンバ８内に配置される。
【００２０】
バイオリアクターの使用の一例では、国際公開第２００４／０２４３０３号に記載の細胞培養モジュールは、中空繊維膜を通して栄養が供給される０．５ｍｌの細胞培養空間と細胞培養空間に細胞を接種するための接続部を有していた。このモジュールを、平坦なプラスチック栄養輸送プレートと一体化した。細胞培養モジュール用の栄養及び廃棄物の供給及び除去は、モジュールを輸送プレートに一体化することによって設けた。サンプリングは、輸送プレートと一体化した隔壁を通して可能にした。システム全体をγ線で滅菌した。
【００２１】
細胞培養空間に、チャイニーズハムスター卵巣細胞株を接種した。細胞を栄養液輸送プレートで培養し、０．０２％ヒト血清アルブミンを添加した市販の細胞培養培養液の入った容器を栄養液輸送プレートの入口に接続し、廃棄栄養液のための廃棄物回収容器を輸送プレートの出口に接続した。培養モジュールの細胞培養室に、生存率７５．６％で総細胞数４．５１Ｅ６で接種した後、培養を行った。ポンピング／弁操作ユニットを含むバイオリアクターを、環境制御室、具体的には温度３７℃で５％ＣＯ２のＣＯ２インキュベータ内に配置した。毎作業日に、再循環栄養液のサンプルを、輸送プレートに一体化された隔壁から採取した。グルコース値を求め、グルコース消費量に応じて、培養モジュール内の細胞にグルコースが適切に供給されるように供給率を調節した。培養は３０日間行った。次いで、細胞をグルタルジアルデヒドで固定し、合成樹脂で包埋した。この時点での細胞量の増加は巨視的にもグルコース消費からも検知できた。３０日間の培養での、細胞培養モジュール出口での供給栄養液中のグルコース濃度、並びに供給率を図４に示す。
【００２２】
全期間を通して培養細胞は継続的にグルコースを消費した。プロセス制御、例えばグルコースの供給率及び濃度によって、細胞培養モジュール内部の細胞の状態に影響を与えることができる。細胞の集積は、培養期間の最初の１／３で明確に視認できた。細胞培養モジュールの透明プラスチックカバーを通して器官様構造を確認することができた。中空繊維膜が組み込まれた培養モジュール内部での細胞の配置を図５に示す。細胞のグルコース消費及び断面における密な配置は、平坦な栄養輸送プレートが、バイオリアクター輸送システムの必要な機能を果たすことができることを実証している。具体的には、輸送プレートは、例えば酸素又は二酸化炭素を始めとする栄養を細胞培養モジュールに供給し、廃棄物を細胞培養モジュールから排出することができる。好ましいが任意構成要素である細胞培養モジュールの下流のセンサー又はサンプリングポートによって、最新の栄養液パラメータ、従って細胞の状態を正確に検出することができる。
【００２３】
図６及び図７は、第３のバイオリアクター１２０、第２の挟圧デバイス１４６を有する第２のシステム１１２を示す。制御装置も第２のシステム１１２の一部であるが、図示していない。第２のシステム１１２は、１０枚の第３のバイオリアクター１２０を同時に操作できる能力を有する。ただし、同様のシステムをその他の数（例えば１〜１００枚）のバイオリアクターを操作できるように作成することもできる。第２のシステム１１２では、第３のバイオリアクター１２０は、第２の挟圧デバイス１４６の上面に水平に展開されるグリッドの形で配列される。第３のバイオリアクター１２０の各々に関して、第２の挟圧デバイス１４６は３つの第２の挟圧機構１４４を有しており、その各々が輸送管３を収容できる水平方向スロットの設けられた円筒体を備えており、スロット内の輸送管３を挟圧するように動作し得るソレノイドを備えている。第３のバイオリアクター１２０の開口２２は、第３のバイオリアクター１２０を第２の挟圧機構４４の上に垂直に降ろし、水平方向に摺動させて、互いに平行な輸送管３を水平スロット内に配置できる寸法と形状に設定されている。第３のバイオリアクター１２０を取り外すには、上記と逆に移動させればよい。他の第３のバイオリアクター１２０で培養を継続しながら、しかも、適宜、第２の挟圧機構４４の動きを休止させずに、所定の第３のバイオリアクター１２０を取り外すことができる。第３のバイオリアクター１２０を水平方向にわずかに移動させれば、輸送管３を第２の挟圧機構４４のスロットの外に移動させることができるからである。第３のバイオリアクター１２０は、幾つかの点で、前述のバイオリアクター１０，１００とは異なる。例えば、第３のバイオリアクター１２０は垂直ではなく水平に配列されるので、様々な構成要素は中実体９の上面に配置されるか或いは上面から突出する。特に、輸送管３ｂは、輸送管３ａｉの横ではなく上に位置する。さらに例を挙げると、第３のバイオリアクター１２０は、別個の細胞培養モジュール７ではなく、一体化された細胞培養領域１０７を有する。さらに例を挙げると、廃棄物コネクタ２４は、細胞培養領域１０７の下流ではなく上流に配置される。他の点では、第３のバイオリアクター１２０はバイオリアクター１０、１００と同様であり、同様の構成要素には同じ符号を付し、これらの構成要素についての上述の説明が第３のバイオリアクター１２０にも当てはまるが、修正点は図６又は図７或いはその説明から明らかである。図８は、第３のバイオリアクター１２０に対応する概略図である。
【００２４】
第２のシステム１１２は、挟圧デバイス１４６と一体化された第３のバイオリアクター１２０に供給するための通路を有するように修正することもできる。例えば光学システムを用いた自動サンプリング又はモニタリングも可能である。細胞培養領域１０７の透明上面部によって、細胞培養空間の視覚モニタリングが可能となり、マシンビジョンモニタリングの使用も可能とする。
【００２５】
本願で特許を受けようとする１以上の発明は特許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】栄養輸送プレート及び着脱可能な細胞培養モジュールの図。
【図１Ｂ】図１Ａの栄養輸送プレートとの使用に適した着脱可能な細胞培養モジュールを示す図。
【図２】追加のプロセス監視又は制御要素の具体例を有する栄養輸送プレートを示す図。
【図３】温度制御キャビネット内に、複数の垂直に積層した栄養輸送プレートと栄養液容器と廃棄物容器とポンピング／弁操作ユニットと制御ユニットとを備えるシステムを示す図。
【図４】培養期間を通して栄養液中のグルコース濃度と栄養液の供給率とを示すグラフ。
【図５】細胞固定後の細胞培養モジュールの細胞の１０μｍ厚スライスの写真であって、中空繊維膜（大きな円が繊維壁と内腔を示す）と、ヘマトキシリン−エオシン染色した細胞の組織の４０倍の拡大写真。
【図６】別のポンピング／弁操作ユニット上での別の輸送プレートの写真。
【図７】図６の写真の一部の拡大図。
【図８】図７及び図８に示すバイオリアクターに対応する概略図。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【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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【国際調査報告】
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