(57)【要約】【課題】液流路の短縮化および自動交換が可能な細胞培養装置、培地交換用カートリッジ、および培地交換方法を提供する。【解決手段】細胞培養装置１００は、閉鎖系の培養容器７５を収容可能なインキュベータ部１０１と、培養容器７５に対して着脱可能な培地交換用カートリッジ２００と、培地交換用カートリッジ２００の液供給流路に液体培地を供給する培地供給部１０２と、培地交換用カートリッジ２００が培養容器７５に連結された状態で、液供給流路内の液体培地を培養容器７５内に流入させるとともに培養容器７５内の液体培地を液回収流路に流出させる培地交換部１０３と、培地交換用カートリッジ２００の液回収流路から液体培地を回収する培地回収部１０４と、を備える。培地交換用カートリッジ２００は、培地供給部１０２と培地交換部１０３と培地回収部１０４との間で移動可能である。
2016133209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉鎖系の培養容器を収容可能なインキュベータ部と、
液供給流路および液回収流路を有し、前記培養容器に対して着脱可能な培地交換用カートリッジと、
前記培地交換用カートリッジの前記液供給流路に液体培地を供給する培地供給部と、
前記培地交換用カートリッジが前記培養容器に連結された状態で、前記液供給流路内の液体培地を前記培養容器内に流入させるとともに前記培養容器内の液体培地を前記液回収流路に流出させる培地交換部と、
前記培地交換用カートリッジの前記液回収流路から液体培地を回収する培地回収部と、を備え、
前記培地交換用カートリッジは、前記培地供給部と前記培地交換部と前記培地回収部との間で移動可能である
ことを特徴とする細胞培養装置。
【請求項２】
前記培地交換用カートリッジを、前記培地供給部と前記培地交換部と前記培地回収部との間で移動させるカートリッジ搬送部
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の細胞培養装置。
【請求項３】
前記培地交換用カートリッジの前記液供給流路および前記液回収流路をそれぞれ洗浄する流路洗浄部をさらに備え、
前記培地交換用カートリッジは、前記培地供給部と前記培地交換部と前記培地回収部と前記流路洗浄部との間で移動可能である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の細胞培養装置。
【請求項４】
前記培地交換部は、前記インキュベータ部に隣接して設けられており、前記培養容器が前記インキュベータ部に収容されたまま、前記培地交換用カートリッジを介して前記培養容器の培地交換が可能である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の細胞培養装置。
【請求項５】
前記培地回収部には、回収された液体培地を分析する培地分析部が設けられている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の細胞培養装置。
【請求項６】
未使用の前記培地交換用カートリッジを複数保管するカートリッジ保管部と、
使用済みの前記培地交換用カートリッジを回収するカートリッジ回収部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の細胞培養装置。
【請求項７】
前記液供給流路は、前記培地供給部に連結可能な第１流入口と、前記培養容器の流入口に連結可能な第１流出口と、前記第１流入口と前記第１流出口とを連通する液貯蔵室と、前記液貯蔵室に連通する通気口と、を有し、
前記液回収流路は、前記培養容器の流出口に連結可能な第２流入口と、前記培地回収部に連結可能な第２流出口と、前記第２流入口と前記第２流出口とを連通する複数の屈曲箇所または湾曲箇所を含む曲線流路と、を有する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の細胞培養装置。
【請求項８】
前記曲線流路は、蛇行状または渦巻き状の形状を有する
ことを特徴とする請求項７に記載の細胞培養装置。
【請求項９】
前記第１流出口と前記第２流入口とは互いに隣接して設けられている
ことを特徴とする請求項７または８に記載の細胞培養装置。
【請求項１０】
液供給流路および液回収流路を備え、
閉鎖系の培養容器に対して着脱可能であるとともに、細胞培養装置の培地供給部と培地交換部と培地回収部との間で移動可能である
ことを特徴とする培地交換用カートリッジ。
【請求項１１】
前記液供給流路は、前記培地供給部に連結可能な第１流入口と、前記培養容器の流入口に連結可能な第１流出口と、前記第１流入口と前記第１流出口とを連通する液貯蔵室と、前記液貯蔵室に連通する通気口と、を有し、
前記液回収流路は、前記培養容器の流出口に連結可能な第２流入口と、前記培地回収部に連結可能な第２流出口と、前記第２流入口と前記第２流出口とを連通する複数の屈曲箇所または湾曲箇所を含む曲線流路と、を有する
ことを特徴とする請求項１０に記載の培地交換用カートリッジ。
【請求項１２】
前記曲線流路は、蛇行状または渦巻き状の形状を有する
ことを特徴とする請求項１１に記載の培地交換用カートリッジ。
【請求項１３】
前記第１流出口と前記第２流入口とは互いに隣接して設けられている
ことを特徴とする請求項１１または１２に記載の培地交換用カートリッジ。
【請求項１４】
液供給流路および液回収流路を有する培地交換用カートリッジを培地供給部に連結し、前記培地供給部から前記液供給流路に液体培地を供給し、前記培地交換用カートリッジを前記培地供給部から分離する培地供給工程と、
前記培地交換用カートリッジを閉鎖系の培養容器に連結し、前記液供給流路内の液体培地を前記培養容器内に流入させるとともに前記培養容器内の液体培地を前記液回収流路内に流出させ、前記培地交換用カートリッジを前記培養容器から分離する培地交換工程と、  前記培地交換用カートリッジを培地回収部に連結し、前記液回収流路から前記培地回収部に液体培地を回収し、前記培地交換用カートリッジを前記培地回収部から分離する培地回収工程と、
を備えたことを特徴とする培地交換方法。
【請求項１５】
前記培地回収工程の後、前記培地交換用カートリッジの前記液供給流路および前記液回収流路をそれぞれ洗浄する洗浄工程
をさらに備えたことを特徴とする請求項１４に記載の培地交換方法。
【請求項１６】
前記培地交換工程は、前記培養容器がインキュベータ部に収容された状態で行われる
ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の培地交換方法。
【請求項１７】
前記培地回収工程の後、回収された液体培地を分析する培地分析工程
をさらに備えたことを特徴とする請求項１４〜１６のいずれかに記載の培地交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞を培養する細胞培養装置に関する。また、本発明は、細胞培養装置で用いられる培地交換用カートリッジに関する。また、本発明は、培地交換用カートリッジを用いた培地交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、細胞を培養するために用いられる培養装置が知られている。この培養装置には、通常、培養容器内の培養環境が徐々に悪化することを防止するために、培養容器内の液体培地を定期的に交換するための培地交換機構が設置されている。培地交換機構の一例として、例えば特許文献１が知られている。特許文献１には、培地交換ステージ（容器積載台）に載置された培養容器と培地貯蔵容器および回収容器とをそれぞれ異なるチューブを用いて接続し、一方のチューブを介して培地貯蔵容器から培養容器に新しい培地を供給するとともに、他方のチューブを介して培養容器から回収容器に古い培地を回収する、という機構が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２７１８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来から提供されている培地交換機構では、培地交換ステージ周辺に培地貯蔵容器や回収容器、培地温度調整器、培地用時調整器などの他の機器が集中するため、物理的な制約により培養容器と培地貯蔵容器等をつなぐ液流路が冗長化する。また、この液流路の内壁には使用しているうちに徐々にタンパクが付着して汚染されるため、液流路を定期的に交換する必要があるが、この液流路がチューブであることから交換の自動化が困難であり、また機器集中のために作業性の確保も難しい。【０００５】
さらに、従来から提供されている培地交換機構では、１つの培養容器に対して培地供給、培地交換、培地回収、流路洗浄の一連の処理を終えるまで、次の培養容器に対する処理を開始することができず、複数の培養容器を処理する場合の作業時間が長時間化する。【０００６】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものである。本発明の目的は、液流路の短縮化および自動交換が可能な細胞培養装置、培地交換用カートリッジ、および培地交換方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による細胞培養装置は、
閉鎖系の培養容器を収容可能なインキュベータ部と、
液供給流路および液回収流路を有し、前記培養容器に対して着脱可能な培地交換用カートリッジと、
前記培地交換用カートリッジの前記液供給流路に液体培地を供給する培地供給部と、
前記培地交換用カートリッジが前記培養容器に連結された状態で、前記液供給流路内の液体培地を前記培養容器内に流入させるとともに前記培養容器内の液体培地を前記液回収流路に流出させる培地交換部と、
前記培地交換用カートリッジの前記液回収流路から液体培地を回収する培地回収部と、を備え、
前記培地交換用カートリッジは、前記培地供給部と前記培地交換部と前記培地回収部との間で移動可能である。【０００８】
本発明による細胞培養装置は、
前記培地交換用カートリッジを、前記培地供給部と前記培地交換部と前記培地回収部との間で移動させるカートリッジ搬送部をさらに備えてもよい。【０００９】
本発明による細胞培養装置において、
前記培地交換用カートリッジの前記液供給流路および前記液回収流路をそれぞれ洗浄する流路洗浄部をさらに備え、
前記培地交換用カートリッジは、前記培地供給部と前記培地交換部と前記培地回収部と前記流路洗浄部との間で移動可能であってもよい。【００１０】
本発明による細胞培養装置において、
前記培地交換部は、前記インキュベータ部に隣接して設けられており、前記培養容器が前記インキュベータ部に収容されたまま、前記培地交換用カートリッジを介して前記培養容器の培地交換が可能であってもよい。【００１１】
本発明による細胞培養装置において、
前記培地回収部には、回収された液体培地を分析する培地分析部が設けられていてもよい。【００１２】
本発明による細胞培養装置は、
未使用の前記培地交換用カートリッジを複数保管するカートリッジ保管部と、
使用済みの前記培地交換用カートリッジを回収するカートリッジ回収部と、
をさらに備えてもよい。【００１３】
本発明による細胞培養装置において、
前記液供給流路は、前記培地供給部に連結可能な第１流入口と、前記培養容器の流入口に連結可能な第１流出口と、前記第１流入口と前記第１流出口とを連通する液貯蔵室と、前記液貯蔵室に連通する通気口と、を有し、
前記液回収流路は、前記培養容器の流出口に連結可能な第２流入口と、前記培地回収部に連結可能な第２流出口と、前記第２流入口と前記第２流出口とを連通する複数の屈曲箇所または湾曲箇所を含む曲線流路と、を有してもよい。【００１４】
本発明による細胞培養装置において、
前記曲線流路は、蛇行状または渦巻き状の形状を有してもよい。【００１５】
本発明による細胞培養装置において、
前記第１流出口と前記第２流入口とは互いに隣接して設けられていてもよい。【００１６】
本発明による培地交換用カートリッジは、
液供給流路および液回収流路を備え、
閉鎖系の培養容器に対して着脱可能であるとともに、細胞培養装置の培地供給部と培地交換部と培地回収部との間で移動可能である。【００１７】
本発明による培地交換用カートリッジにおいて、
前記液供給流路は、前記培地供給部に連結可能な第１流入口と、前記培養容器の流入口に連結可能な第１流出口と、前記第１流入口と前記第１流出口とを連通する液貯蔵室と、前記液貯蔵室に連通する通気口と、を有し、
前記液回収流路は、前記培養容器の流出口に連結可能な第２流入口と、前記培地回収部に連結可能な第２流出口と、前記第２流入口と前記第２流出口とを連通する複数の屈曲箇所または湾曲箇所を含む曲線流路と、を有してもよい。【００１８】
本発明による培地交換用カートリッジにおいて、
前記曲線流路は、蛇行状または渦巻き状の形状を有してもよい。【００１９】
本発明による培地交換用カートリッジにおいて、
前記第１流出口と前記第２流入口とは互いに隣接して設けられていてもよい。【００２０】
本発明による培地交換方法は、
液供給流路および液回収流路を有する培地交換用カートリッジを培地供給部に連結し、前記培地供給部から前記液供給流路に液体培地を供給し、前記培地交換用カートリッジを前記培地供給部から分離する培地供給工程と、
前記培地交換用カートリッジを閉鎖系の培養容器に連結し、前記液供給流路内の液体培地を前記培養容器内に流入させるとともに前記培養容器内の液体培地を前記液回収流路内に流出させ、前記培地交換用カートリッジを前記培養容器から分離する培地交換工程と、  前記培地交換用カートリッジを培地回収部に連結し、前記液回収流路から前記培地回収部に液体培地を回収し、前記培地交換用カートリッジを前記培地回収部から分離する培地回収工程と、
を備える。【００２１】
本発明による培地交換方法は、
前記培地回収工程の後、前記培地交換用カートリッジの前記液供給流路および前記液回収流路をそれぞれ洗浄する洗浄工程をさらに備えてもよい。【００２２】
本発明による培地交換方法において、
前記培地交換工程は、前記培養容器がインキュベータ部に収容された状態で行われてもよい。【００２３】
本発明による培地交換方法は、
前記培地回収工程の後、回収された液体培地を分析する培地分析工程をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、所定量の液体培地を収容可能な培地交換用カートリッジが培地供給部と培地交換部と培地回収部との間で移動することで、培養容器が培地供給部および培地回収部から分離された状態で培地交換を行うことができる。このため、液流路の短縮化が可能である。また、液流路が培地交換用カートリッジ、すなわちカートリッジ式の部品に形成されているため、液流路の交換の自動化が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態による自動培養システムの構成を示す概略上方平面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態による自動培養システムの制御ブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態で用いられる容器搬送部を示す正面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態で用いられる液体保管供給部およびインキュベータ部近辺の構成を示す概略平面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の実施の形態で用いられる培地交換用カートリッジの構成を示す概略図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、培地交換用カートリッジの第１変形例の構成を示す概略図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、培地交換用カートリッジの第２変形例の構成を示す概略図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図５Ａの培地交換用カートリッジのバルブの構造を示す概略平面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６ＡのバルブのＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図６Ｂに対応する図面であって、バルブの動作を説明するための図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図６Ｂに対応する図面であって、バルブの動作を説明するための図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図６Ｂに対応する図面であって、バルブの動作を説明するための図である。
【図８Ａ】図８Ａは、図５Ａに対応する図面であって、培地供給工程を説明するための図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図５Ａに対応する図面であって、培地供給工程を説明するための図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図５Ａに対応する図面であって、培地交換工程を説明するための図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図５Ａに対応する図面であって、培地交換工程を説明するための図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、図５Ａに対応する図面であって、培地回収工程を説明するための図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図５Ａに対応する図面であって、培地回収工程を説明するための図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、図５Ａに対応する図面であって、流路洗浄工程を説明するための図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図５Ａに対応する図面であって、流路洗浄工程を説明するための図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、図５Ａに対応する図面であって、流路洗浄工程を説明するための図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、図５Ａに対応する図面であって、流路洗浄工程を説明するための図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、搬送容器の第１変形例の構成を示す内部上面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、搬送容器の第１変形例の構成を示す内部側面図である。
【図１３】図１３は、図１２Ｂに対応する図面であって、搬送容器の動作を説明するための図である。
【図１４】図１４は、図１２Ａに対応する図面であって、搬送容器の第２変形例の構成を示す内部上面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、細胞培養装置の変形例の構成を示す概略平面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１５Ａの細胞培養装置のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、図１５Ａの細胞培養装置のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、図１５Ａの細胞培養装置の左側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について具体例を説明する。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、適宜縮尺およ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。
【００２７】
本実施の形態による培養装置は、あらゆる細胞を培養するために用いることができ、（ヒト）ｉＰＳ細胞、（ヒト）ＥＳ細胞等の多能性幹細胞、骨髄間質細胞（ＭＳＣ）等の軟骨細胞、樹状細胞等の様々な細胞を培養する際に用いることができる。本実施の形態では、以下、ｉＰＳ細胞を自動で培養する自動培養システムを用いて説明するが、これはあくまでも一例であることには留意が必要である。つまり、本実施の形態のように自動で細胞を培養するものでなくても、本実施の形態による培養装置を用いることができることには留意が必要である。
【００２８】
＜全体構成＞
まず、本実施の形態による自動培養システムの装置構成について説明する。
【００２９】
図１に示すように、本実施の形態による自動培養システムは、原料細胞を保管する原料保管装置１０と、細胞等を密閉状態で収容した搬送容器７０（図３参照）を搬送する容器搬送部６０と、容器搬送部６０で搬送された搬送容器７０を受け取り、搬送容器７０から細胞を収容した閉鎖系の培養容器７５を取り出し、取り出した培養容器７５内の細胞を内部で培養する細胞培養装置２０，３０と、を備えている。
【００３０】
本実施の形態では、上述したようにｉＰＳ細胞を用いた態様で説明することから、原料保管装置１０はｉＰＳ細胞を樹立するｉＰＳ細胞樹立装置１１を含んでいる。なお、原料保管装置１０は、他にも、ユニット恒温槽、遠心分離機、自動血球計数装置、自動磁気細胞分離器、フローサイトメーター、遺伝子導入装置等を含んでいる。
【００３１】
本実施の形態の細胞培養装置２０，３０は、ｉＰＳ細胞を自動で培養する複数（図１に示した態様では４つ）のｉＰＳ細胞自動培養装置２０と、ｉＰＳ細胞から分化した分化細胞を自動で培養する複数（図１に示した態様では８つ）の分化細胞自動培養装置３０と、を有している。なお、本実施の形態において、単に「細胞培養装置」と述べたときは、ｉＰＳ細胞自動培養装置２０、分化細胞自動培養装置３０、又は、ｉＰＳ細胞自動培養装置２０及び分化細胞自動培養装置３０の両方のことを意味している。また、特に断りが無い限り、本実施の形態において単に「細胞」と述べたときは、ｉＰＳ細胞の元となる体細胞等の原料細胞、ｉＰＳ細胞、分化細胞、又は、原料細胞、ｉＰＳ細胞及び分化細胞のいずれか２つもしくは全部のことを意味している。
【００３２】
図３に示すように、搬送容器７０は培養容器７５を載置するための複数（図３では８つ）の棚７１を有しており、各棚７１に培養容器７５が載置される。そして、複数の培養容器７５が搬送容器７０内に収容された状態で、搬送容器７０が容器搬送部６０によって搬送されることとなる。
【００３３】
ｉＰＳ細胞自動培養装置２０は、図１に示すように筐体２２と、図２に示すように、ｉＰＳ細胞の培養に伴って変化する液体培地成分を分析する培地分析部２４と、ｉＰＳ細胞を検査するとともに状態の悪いｉＰＳ細胞の除去を行う細胞検査除去部２５と、液体培地やタンパク質分解酵素を含む液体等を保管するとともに供給し、ｉＰＳ細胞を播種する前の前処理を行ったり、ｉＰＳ細胞を播種したり、ｉＰＳ細胞を回収したりする液体保管供給部２６と、培養容器７５を保持し、温度、湿度及び気体濃度のいずれか一つ又はこれらの全てを自動で調整するインキュベータ部２７と、ｉＰＳ細胞自動培養装置２０内で用いられた使用済み液体培地、使用済み洗浄液、使用済み試薬等を含む廃液を筐体２２から下方に排出するための排出部２８と、を有している。また、ｉＰＳ細胞自動培養装置２０は、ｉＰＳ細胞自動培養装置２０内で培養容器７５等を搬送する装置内搬送部２３も有している。なお、上述した液体保管供給部２６は、培養容器７５の上下を反転させる機能も有している。ちなみに、本実施の形態のように閉鎖系の培養容器７５を用いる場合には、インキュベータ部２７内の湿度の管理に関しては開放系の培養容器を用いる場合に比べて厳密なレベルでの管理が必ずしも必要ではないことから、細胞培養環境の管理を簡素化することができる。また、このような閉鎖系の培養容器７５を採用することで、空気中からのコンタミネーションが起こるおそれがなく、搬送も容易となる。
【００３４】
上述した液体保管供給部２６は、液体培地を図示しない流入口から培養容器７５内に適宜供給することで、培養容器７５内の古い液体培地を新しい液体培地に自動で入れ替える。また、細胞検査除去部２５は、取得されたｉＰＳ細胞の情報に基づいて、培養容器７５の図示しないフィルムの表面に塗られたＥＣＭ（Ｅｘｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒ  ｍａｔｒｉｘ）から不良ｉＰＳ細胞を選択的に剥離させる。その後で、液体保管供給部２６が液体培地を流入口から培養容器７５内に供給することで、浮遊した不良ｉＰＳ細胞を図示しない流出口を介して培養容器７５から押し出す。なお、培養容器７５内のｉＰＳ細胞を選択的に剥離させる手法としては、ｉＰＳ細胞に超音波や光をあてるという手法、培養容器７５の外方から物理的な力を与える手法等をとることができる。また、このような手法を用いる際には、タンパク質分解酵素を併用してもよい。
【００３５】
また、液体保管供給部２６は、タンパク質分解酵素を流入口から培養容器７５内に適宜供給することで培養容器７５のフィルムの表面に塗られたＥＣＭからｉＰＳ細胞を剥離させる。その後で、液体保管供給部２６が液体培地を流入口から培養容器７５内に供給することで、浮遊したｉＰＳ細胞が流出口を介して培養容器７５から押し出される。押し出されたｉＰＳ細胞は、薄めて懸濁液とした後で複数の別の培養容器７５内に収容される（播種される）。このようにして、ｉＰＳ細胞自動培養装置２０はｉＰＳ細胞の継代を自動で行う。
【００３６】
ｉＰＳ細胞自動培養装置２０内の温度は、インキュベータ部２７によって、例えば温度が約３７℃となるように調整される。また、ｉＰＳ細胞自動培養装置２０内の気体濃度は、インキュベータ部２７によって、二酸化炭素や窒素を適宜加えることで調整される。また、必要に応じて、インキュベータ部３７によって湿度が約１００％となるように調整されてもよい。
【００３７】
分化細胞自動培養装置３０は、図１に示すように筐体３２と、図２に示すように、分化細胞の培養に伴って変化する液体培地成分を分析する培地分析部３４と、分化細胞を検査するとともに状態の悪い分化細胞の除去を行う細胞検査除去部３５と、液体培地やタンパク質分解酵素を含む液体等を保管するとともに供給し、分化細胞を播種する前の前処理を行ったり、分化細胞を播種したり、分化細胞を回収したりする液体保管供給部３６と、培養容器７５を保持し、温度、湿度及び気体濃度のいずれか一つ又はこれらの全てを自動で調整するインキュベータ部３７と、分化細胞自動培養装置３０内で用いられた使用済み液体培地、使用済み洗浄液、使用済み試薬等を含む廃液を筐体３２から下方に排出するための排出部３８と、を有している。また、分化細胞自動培養装置３０は、分化細胞自動培養装置３０内で培養容器７５等を搬送する装置内搬送部３３も有している。
【００３８】
上述した液体保管供給部３６は、液体培地を流入口から培養容器７５に適宜供給することで、培養容器７５内の古い液体培地を新しい液体培地に自動で入れ替える。また、細胞検査除去部３５は、取得された分化細胞の情報に基づいて、培養容器７５のフィルム７７の表面に塗られたＥＣＭから不良分化細胞を選択的に剥離させる。その後で、液体保管供給部３６が液体培地を流入口から培養容器７５内に供給することで、浮遊した不良分化細胞を流出口を介して培養容器７５から押し出す。なお、培養容器７５内の分化細胞を選択的に剥離させる手法としては、分化細胞に超音波や光をあてるという手法、培養容器７５の外方から物理的な力を与える手法等をとることができる。また、このような手法を用いる際には、タンパク質分解酵素を併用してもよい。
【００３９】
また、液体保管供給部３６は、タンパク質分解酵素を流入口から培養容器７５内に適宜供給することで培養容器７５のフィルムの表面に塗られたＥＣＭから分化細胞を剥離させる。その後で、液体保管供給部３６が液体培地を流入口から培養容器７５内に供給することで、浮遊した分化細胞が流出口を介して培養容器７５から押し出される。押し出された分化細胞は、薄めて懸濁液とした後で複数の別の培養容器７５内に収容される（播種される）。このようにして、分化細胞自動培養装置３０は分化細胞の継代を自動で行う。
【００４０】
分化細胞自動培養装置３０内の温度は、インキュベータ部３７によって、例えば温度が約３７℃となるように調整される。また、分化細胞自動培養装置３０内の気体濃度は、インキュベータ部３７によって、二酸化炭素や窒素や酸素を適宜加えることで調整される。なお、分化細胞自動培養装置３０の液体保管供給部３６は、分化を誘導させる際に、分化誘導因子を含む液体培地を供給してもよい。また、必要に応じて、インキュベータ部３７によって湿度が約１００％となるように調整されてもよい。
【００４１】
図２に示すように、ｉＰＳ細胞自動培養装置２０は、培地分析部２４、細胞検査除去部２５、液体保管供給部２６、インキュベータ部２７、排出部２８、装置内搬送部２３の各々に通信接続され、これらを制御する制御部２９を有する。この制御部２９は、ｉＰＳ細胞自動培養装置２０に関して、ステータスを管理したり、ログを管理したり、培養スケジュールを管理したり、ユーザインターフェース機能を果たしたりする。また、分化細胞自動培養装置３０は、培地分析部３４、細胞検査除去部３５、液体保管供給部３６、インキュベータ部３７、排出部３８、装置内搬送部３３の各々に通信接続され、これらを制御する制御部３９を有する。この制御部３９は、分化細胞自動培養装置３０に関して、ステータスを管理したり、ログを管理したり、培養スケジュールを管理したり、ユーザインターフェース機能を果たしたりする。
【００４２】
なお、上述したｉＰＳ細胞樹立装置１１も、ｉＰＳ細胞自動培養装置２０及び分化細胞自動培養装置３０と同様の構成となっている。つまり、ｉＰＳ細胞樹立装置１１は、図１に示すように筐体１２ｂと、図２に示すように、液体培地を分析する培地分析部１４と、原料細胞を検査するとともに状態の悪い原料細胞の除去を行う細胞検査除去部１５と、液体培地やタンパク質分解酵素を含む液体等を保管するとともに供給する液体保管供給部１６と、筐体１２ｂ内の温度、湿度及び気体濃度のいずれか一つ又はこれらの全てを自動で調整するインキュベータ部１７と、ｉＰＳ細胞樹立装置１１内で用いられた使用済み液体培地、使用済み洗浄液、使用済み試薬等を含む廃液を筐体１２ｂから下方に排出するための排出部１８と、を有している。また、ｉＰＳ細胞樹立装置１１は、ｉＰＳ細胞樹立装置１１内で培養容器７５等を搬送する装置内搬送部１３も有している。また、ｉＰＳ細胞樹立装置１１は、培地分析部１４、細胞検査除去部１５、液体保管供給部１６、インキュベータ部１７、排出部１８、装置内搬送部１３の各々に通信接続され、これらを制御する制御部１９を有する。なお、各制御部１９，２９，３９は、例えばパソコン等の外部装置９０に接続されている。
【００４３】
本実施の形態の容器搬送部６０は、図３に示すように、搬送容器７０を下方にぶら下げるようにして保持する保持部６１を有し、天井に設けられたレール６５に沿って移動するようになっている。
【００４４】
図１に示すように、ｉＰＳ細胞自動培養装置２０は、搬送容器７０から培養容器７５を搬入するための搬入部２１を有している。この搬入部２１は、培養容器７５に収容されたｉＰＳ細胞を搬入するとともに培養されたｉＰＳ細胞を搬出するための細胞用搬入出部（図示せず）と、他の密閉容器に収容された資材を搬入するための資材用搬入部（図示せず）と、を有していてもよい。同様に、図１に示すように、分化細胞自動培養装置３０は、搬送容器７０から培養容器７５を搬入するための搬入部３１を有している。この搬入部３１も、培養容器７５に収容されたｉＰＳ細胞を搬入するとともに培養された分化細胞を搬出するための細胞用搬入出部（図示せず）と、他の密閉容器に収容された資材を搬入するための資材用搬入部（図示せず）と、を有していてもよい。本実施の形態において資材とは、液体培地、試薬、洗浄液、培養プレート、バイアル、フィルタ、針等である。また、図１に示すように、ｉＰＳ細胞樹立装置１１も、搬送容器７０を搬入するための搬入部１２ａを有している。
【００４５】
本実施の形態の自動培養システムは、図１に示すように、搬送容器７０内を殺菌するための殺菌装置１と、ｉＰＳ細胞自動培養装置２０で培養されたｉＰＳ細胞を所定のタイミングで搬入部８１から受け取り、ｉＰＳ細胞を検査するｉＰＳ細胞分析装置８０と、分化細胞自動培養装置３０で培養された分化細胞を所定のタイミングで搬入部８６から受け取り、分化細胞を検査する分化細胞分析装置８５と、自動培養装置２０，３０で培養されたｉＰＳ細胞、分化細胞、又は、ｉＰＳ細胞及び分化細胞の両方を搬入部４１から受け取り冷凍保存する冷凍保存装置４０と、を備えている。なお、冷凍保存装置４０は複数個設けられていてもよいし、部屋全体が冷やされており部屋自体が冷凍庫として機能してもよい。そして、部屋に冷凍保存装置４０が複数個設けられている場合や部屋自体が冷凍庫として機能するような場合には、当該部屋の天井にレール６５が設けられ、このレール６５に沿って容器搬送部６０が移動できるようになってもよい。
【００４６】
上述した殺菌装置１の一例としては、搬送容器７０内に過酸化水素ガスや高温ガス等の殺菌ガスを供給することで殺菌するものを挙げることができる。また、殺菌装置１の別の例としては、搬送容器７０を閉状態としたまま外部から例えばγ線や紫外線を照射することで搬送容器７０内を殺菌するものも挙げることができる。ちなみに、外部から搬送容器７０が搬入される前に、搬送容器７０の内部が例えばγ線や紫外線を用いて殺菌されてもよい。なお、液体培地等はγ線や紫外線で破損してしまうタンパク質等を含有している場合がある。この場合は、過酸化水素ガスや高温ガス等の殺菌ガスで殺菌することが望ましい。
【００４７】
＜液体保管供給部およびインキュベータ部近辺の構成＞
次に、上述した液体保管供給部およびインキュベータ部近辺の構成について説明する。
【００４８】
以下では、ｉＰＳ細胞樹立装置１１の液体保管供給部１６、ｉＰＳ細胞自動培養装置２０の液体保管供給部２６及び分化細胞自動培養装置３０の液体保管供給部３６のいずれか１つ、いずれか２つ、又は、全てのことを「液体保管供給部１１０」と示して説明する。なお、本実施の形態では、ｉＰＳ細胞樹立装置１１の液体保管供給部１６、ｉＰＳ細胞自動培養装置２０の液体保管供給部２６及び分化細胞自動培養装置３０の液体保管供給部３６の各々は同様の構成となっている。
【００４９】
また以下では、ｉＰＳ細胞樹立装置１１のインキュベータ部１７、ｉＰＳ細胞自動培養装置２０のインキュベータ部２７及び分化細胞自動培養装置３０のインキュベータ部３７のいずれか１つ、いずれか２つ、又は、全てのことを「インキュベータ部１０１」と示して説明する。なお、本実施の形態では、ｉＰＳ細胞樹立装置１１のインキュベータ部１７、ｉＰＳ細胞自動培養装置２０のインキュベータ部２７及び分化細胞自動培養装置３０のインキュベータ部３７の各々は同様の構成となっている。
【００５０】
また以下では、ｉＰＳ細胞樹立装置１１の培地分析部１４、ｉＰＳ細胞自動培養装置２０の培地分析部２４及び分化細胞自動培養装置３０の培地分析部３４のいずれか１つ、いずれか２つ、又は、全てのことを「培地分析部１０６」と示して説明する。なお、本実施の形態では、ｉＰＳ細胞樹立装置１１の培地分析部１４、ｉＰＳ細胞自動培養装置２０の培地分析部２４及び分化細胞自動培養装置３０の培地分析部３４の各々は同様の構成となっている。
【００５１】
図４は、液体保管供給部１１０およびインキュベータ部１０１近辺の構成を示す概略平面図である。図４に示すように、液体保管供給部１１０は、液供給流路２０１および液回収流路２０２（図５Ａ参照）を有し培養容器７５に対して着脱可能な培地交換用カートリッジ２００と、培地交換用カートリッジ２００の液供給流路２０１に液体培地を供給する培地供給部１０２と、培地交換用カートリッジ２００が培養容器７５に連結された状態で、液供給流路２０１内の液体培地を培養容器７５内に流入させるとともに培養容器７５内の培地を液回収流路２０２に液体流出させる培地交換部１０３と、培地交換用カートリッジ２００の液回収流路２０２から液体培地を回収する培地回収部１０４と、培地供給部１０２と培地交換部１０３と培地回収部１０４との間で培地交換用カートリッジ２００を移動させるカートリッジ搬送部１０９と、を備えている。図４において、細い矢印は培地交換用カートリッジ２００の移動する向きを示しており、太い矢印は液体培地の移動する向きを示している。
【００５２】
また本実施の形態では、回収された液体培地の成分を分析する培地分析部１０６が培地回収部１０４に設けられている。
【００５３】
さらに本実施の形態では、図４に示すように、培地交換用カートリッジ２００の液供給流路２０１および液回収流路２０２をそれぞれ洗浄する流路洗浄部１０５が設けられている。カートリッジ搬送部１０９は、培地供給部１０２と培地交換部１０３と培地回収部１０４と流路洗浄部１０５との間で培地交換用カートリッジ２００を移動させるようになっている。
【００５４】
また本実施の形態では、図４に示すように、未使用の培地交換用カートリッジ２００を複数保管するカートリッジ保管部１０７と、使用済みの培地交換用カートリッジを回収するカートリッジ回収部１０８と、がさらに設けられている。カートリッジ搬送部１０９は、定期的に、使用済みの培地交換用カートリッジ２００をカートリッジ回収部１０８へ排出するとともに、未使用の培地交換用カートリッジ２００をカートリッジ保管部１０７から取り出すようになっている。
【００５５】
カートリッジ搬送部１０９としては、たとえば、カートリッジ式の部品を把持可能なハンドを有する、それ自体は公知の搬送ロボットを用いることができる。
【００５６】
＜培地交換用カートリッジの構成＞
次に、図５Ａを参照して、培地交換用カートリッジ２００の構成について詳しく説明する。
【００５７】
本実施の形態では、図５Ａに示すように、液供給流路２０１は、培地供給部１０２に連結可能な第１流入口２１１と、培養容器７５の流入口に連結可能な第１流出口２１２と、第１流入口２１１と第１流出口２１２とを連通する液貯蔵室２１３と、液貯蔵室２１３に連通する通気口２１４と、を有している。通気口２１４には外気からの異物の侵入を防止するためのフィルタ２１８が取付けられている。
【００５８】
液貯蔵室２１３の容量は、培養容器７５の容量の１〜１．５倍程度であり、培養容器７５の容量より大きいほうが好ましい。具体的には例えば３０ｍｌである。図５Ａに示すように、第１流入口２１１と液貯蔵室２１３との間の流路には開閉可能なバルブ２１５が設けられている。また、液貯蔵室２１３と第１流出口２１２との間の流路にも開閉可能なバルブ２１６が設けられている。さらに、液貯蔵室２１３と通気口２１４との間の流路にも開閉可能なバルブ２１７が設けられている。各バルブ２１５、２１６、２１７を閉じることで、液貯蔵室２１３が密閉される。
【００５９】
一方、液回収流路２０２は、培養容器７５の流出口に連結可能な第２流入口２２１と、培地回収部１０４に連結可能な第２流出口２２２と、第２流入口２２１と第２流出口２２２とを連通する、複数の屈曲箇所または湾曲箇所を含む曲線流路２２３と、を有している。曲線流路２２３は、複数の屈曲箇所または湾曲箇所を含むことで、流路口径を小さく、かつ流路長を長く形成することができ、これにより、培養容器７５から流出される古い培地と新しい培地とを流路に沿って混ざらないように回収することができる。
【００６０】
なお、図５Ａに示す例では、曲線流路２２３は蛇行状の形状を有しているが、古い培地と新しい培地とを流路に沿って混ざらないように回収できるならば、蛇行状の形状を有していることは必ずしも必須では無く、たとえば図５Ｂに示すように、渦巻き状の形状を有していてもよい。
【００６１】
曲線流路２２３の容量は、培養容器７５の容量の１〜１．５倍程度であり、培養容器７５の容量より大きいほうが好ましい。具体的には例えば３０ｍｌである。曲線流路２２３内での乱流の発生を抑制するために、曲線流路２２３の口径は４ｍｍ以下であることが好ましい。図５Ａに示すように、第２流入口２２１と曲線流路２２３との間の流路には開閉可能なバルブ２２５が設けられている。また、曲線流路２２３と第２流出口２２２との間の流路にも開閉可能なバルブ２２６が設けられている。各バルブ２２５、２２６を閉じることで、曲線流路２２３が密閉される。
【００６２】
なお図５Ａおよび図５Ｂに示す例では、第２流入口２２１から第２流出口２２２までの全体が細い曲線流路２２３となっているが、図５Ｃに示すように、古い培地と新しい培地との液の混合が起きない範囲（例えば回収容量の１／２以内）で、第２流入口２２１から第２流出口２２２までの流路の一部をタンク状の流路２２４とし、残りの部分を細い曲線流路２２３としてもよい。第２流入口２２１から第２流出口２２２までの流路のコンダクタンスを考えると、流路の一部をタンク状の流路２２４とするほうが好ましい。
【００６３】
第１流出口２１２と第２流入口２２１とは互いに隣接して設けられている。これにより、第１流出口２１２および第２流入口２２１をそれぞれ培養容器７５の流入口および流出口に容易に連結することができる。
【００６４】
以下では、第１流入口２１１と液貯蔵室２１３との間のバルブ２１５、液貯蔵室２１３と第１流出口２１２との間のバルブ２１６、液貯蔵室２１３と通気口２１４との間のバルブ２１７、第２流入口２２１と曲線流路２２３との間のバルブ２２５、および曲線流路２２３と第２流出口２２２との間のバルブ２２６のいずれか１つ、いずれか２つ以上、または全てのことを「バルブ２４０」と示して説明する。なお、本実施の形態では、各バルブ２１５、２１６、２１７、２２５、２２６は同様の構成となっている。
【００６５】
図６Ａは、バルブ２４０の構造を示す概略平面図であり、図６Ｂは、図６Ａのバルブ２４０のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００６６】
図６Ａおよび図６Ｂに示すように、バルブ２４０は、一対の流路２４３、２４４が形成された本体２４１と、本体２４１の上面に固定されたシート状の弁体２４２と、を有している。弁体２４２は、エラストマーからなり、その周縁部２４２ａにおいて本体２４１の上面に接着されている。一方の流路２４３の一端部２４３ａと他方の流路２４４の一端部２４４ａとは、それぞれ、弁体２４２の周縁部２４２ａの内側の領域において、本体２４１の上面に開口している。通常、シート状の弁体２４２の復元力（弾性力）により弁体２４２の下面が本体２４１の上面に密着されている。そのため、一方の流路２４３の一端部２４３ａと他方の流路２４４の一端部２４４ａとはそれぞれ弁体２４２により閉塞され、その結果、一方の流路２４３は他方の流路２４４から遮断されている。
【００６７】
図７Ａ〜図７Ｃを参照して、バルブ２４０の動作を説明する。
【００６８】
バルブ２４０を開く場合には、まず、図７Ａに示すように、弁体２４２の周縁部２４２ａの上面に筒状のバルブ駆動機構２４９が押し当てられ、次に、図７Ｂに示すように、バルブ駆動機構２４９の内部が真空引きされ、弁体２４２の周縁部２４２ａの内側の領域が上方に膨らむように変形される。これにより、弁体２４２が一方の流路２４３の一端部２４３ａと他方の流路２４４の一端部２４４ａとから離間され、弁体２４２の周縁部２４２ａの内側の領域において、一方の流路２４３は他方の流路２４４に連通される。
【００６９】
次に、バルブ２４０を閉じる場合には、図７Ｃに示すように、バルブ駆動機構２４９の内部が大気圧に復帰され、弁体２４２の復元力により弁体２４２の下面が本体２４１の上面に密着される。これにより、一方の流路２４３の一端部２４３ａと他方の流路２４４の一端部２４４ａとはそれぞれ弁体２４２により閉塞され、その結果、一方の流路２４３は他方の流路２４４から遮断される。
【００７０】
以上のような構成の培地交換用カートリッジ２００は、たとえばポリスチレン等の硬質樹脂を射出成形することにより製造され得る。この場合、バルブ２４０の部分は硬質樹脂とエラストマーとから二色成型法により形成することができる。なお、培地交換用カートリッジ２００の製造方法は、射出成形に限定されず、たとえば３Ｄプリンタを用いた積層造形法により製造されてもよい。
【００７１】
＜培地交換方法＞
次に、図４および図８Ａ〜図１１Ｄを参照して、培地交換用カートリッジ２００を用いた培地交換方法について説明する。図８Ａ〜図１１Ｄにおける太線は、液体が通っている状態の流路を示している。
まず、図４に示すように、カートリッジ搬送部１０９により、培地交換用カートリッジ２００がカートリッジ保管部１０７から取り出されて、培地供給部１０２へと移動される。
【００７２】
培地供給部１０２では、図８Ａに示すように、培地交換用カートリッジ２００の第１流入口２１１に培地貯蔵容器１０２ａが連結される。そして、図８Ｂに示すように、第１流入口２１１と液貯蔵室２１３との間のバルブ２１５と、液貯蔵室２１３と通気口２１４との間のバルブ２１７とが、それぞれ開かれる。一方、液貯蔵室２１３と第１流出口２１２との間のバルブ２１６は閉じられる。この状態で、培地貯蔵容器１０２ａから第１流入口２１１を介して液体培地が供給される。液貯蔵室２１３と第１流出口２１２との間のバルブ２１６が閉じられているため、供給された液体培地は液貯蔵室２１３内に貯蔵される。その後、第１流入口２１１と液貯蔵室２１３との間のバルブ２１５と、液貯蔵室２１３と通気口２１４との間のバルブ２１７も、それぞれ閉じられ、液貯蔵室２１３が密閉される。なお、培地供給部１０２にはバルブ駆動機構２４９が設けられており、ここで動作するバルブ２１５、２１７はバルブ駆動機構２４９により開閉される。
【００７３】
次に、図４に示すように、カートリッジ搬送部１０９により、培地交換用カートリッジ２００は、液貯蔵室２１３内に培地を収容した状態で、培地供給部１０２から分離されて、培地交換部１０３へと移動される。培地交換部１０３に隣接するインキュベータ部１０１には、培養容器７５が予め収容されている。
【００７４】
培地交換部１０３では、図９Ａに示すように、培地交換用カートリッジ２００の第２流出口２２２に減圧ポンプが連結される。そして、培養容器７５がインキュベータ部１０１に収容された状態で、図９Ｂに示すように、培地交換用カートリッジ２００の第１流出口２１２および第２流入口２２１がそれぞれ培養容器７５の流入口および流出口に連結される。次いで、液貯蔵室２１３と第１流出口２１２との間のバルブ２１６と、液貯蔵室２１３と通気口２１４との間のバルブ２１７と、第２流入口２２１と曲線流路２２３との間のバルブ２２５と、曲線流路２２３と第２流出口２２２との間のバルブ２２６とが、それぞれ開かれるとともに、減圧ポンプにより第２流出口２２２を介して曲線流路２２３が減圧される。これにより、培養容器７５内の古い培地が第２流入口２２１から曲線流路２２３内に流出されるとともに、液貯蔵室２１３内の新しい培地が第１流出口２１２から培養容器７５内に流入される。その後、第２流入口２２１と曲線流路２２３との間のバルブ２２５と、曲線流路２２３と第２流出口２２２との間のバルブ２２６とが、それぞれ閉じられ、曲線流路２２３が密閉される。なお、培地交換部１０３にはバルブ駆動機構２４９が設けられており、ここで動作するバルブ２１６、２１７、２２５、２２６はバルブ駆動機構２４９により開閉される。
【００７５】
本実施の形態では、培養容器７５がインキュベータ部１０１から取り出されること無く、培養容器７５がインキュベータ部１０１に収容されたまま培地交換が行われる。そのため、培養容器７５内の細胞に対する環境変動を顕著に低減することができる。
【００７６】
次に、図４に示すように、カートリッジ搬送部１０９により、培地交換用カートリッジ２００は、曲線流路２２３内に培地を収容した状態で、培地交換部１０３および培養容器７５から分離されて、培地回収部１０４へと移動される。
【００７７】
培地回収部１０４では、図１０Ａに示すように、培地交換用カートリッジ２００の第２流出口２２２に加圧ポンプ（図示せず）が連結される。培養容器７５に新しい培地を供給して培養容器７５内を完全に新しい培地に置き換えるためには、培養容器７５に供給される培地の容量は培養容器７５の容量より大きいほうが好ましい。ここで、培養容器７５へ供給される新しい培地の容量が培養容器７５の容量より大きい場合、曲線流路２２３の第２流入口２２１側には、液貯蔵室２１３から培養容器７５に供給された新しい培地が収容されている。また、新しい培地と古い培地の境界部は一部が混合状態となっている可能性がある。そのため、第２流出口２２２と曲線流路２２３との間のバルブ２２６と、曲線流路２２３と第２流入口２２１との間のバルブ２２５とが、それぞれ開かれるとともに、加圧ポンプにより曲線流路２２３が第２流出口２２２側から加圧され、曲線流路２２３の第２流入口２２１側に収容された新しい培地と、新しい培地と古い培地との混合部とが、第２流入口２２１から外部に押し出されて排出される。新しい培地を含む培地がすべて第２流入口２２１から排出された後、加圧ポンプによる加圧が停止される。
【００７８】
次に、図１０Ｂに示すように、培地交換用カートリッジ２００の第２流入口２２１に培地分析部１０６が連結される。そして、第２流出口２２２と曲線流路２２３との間のバルブ２２６と、曲線流路２２３と第２流入口２２１との間のバルブ２２５とが、それぞれ開かれた状態で、加圧ポンプにより曲線流路２２３が第２流出口２２２側から再び加圧される。これにより、曲線流路２２３内の古い培地が第２流入口２２１から培地分析部１０６へと押し出されて回収される。培地分析部１０６では回収した古い液体培地の成分が分析される。なお、培地回収部１０４にはバルブ駆動機構２４９が設けられており、ここで動作するバルブ２２５、２２６はバルブ駆動機構２４９により開閉される。
【００７９】
次に、図４に示すように、カートリッジ搬送部１０９により、培地交換用カートリッジ２００は、培地回収部１０４および培地分析部１０６から分離されて、流路洗浄部１０５へと移動される。
【００８０】
流路洗浄部１０５では、図１１Ａに示すように、培地交換用カートリッジ２００の第１流入口２１１および第２流出口２２２に三方弁１０５ｂを介して洗浄液貯蔵容器１０５ａが連結される。そして、図１１Ｂに示すように、第１流入口２１１と液貯蔵室２１３との間のバルブ２１５と、液貯蔵室２１３と通気口２１４との間のバルブ２１７とが、それぞれ開かれる。一方、液貯蔵室２１３と第１流出口２１２との間のバルブ２１６は閉じられる。この状態で、三方弁１０５ｂにより洗浄液貯蔵容器１０５ａと第１流入口２１１とが連通され、洗浄液貯蔵容器１０５ａから第１流入口２１１を介して洗浄液が供給される。液貯蔵室２１３と第１流出口２１２との間のバルブ２１６が閉じられているため、供給された洗浄液は液貯蔵室２１３内に溜められる。液貯蔵室２１３内に洗浄液が充填された後、三方弁１０５ｂにより洗浄液貯蔵容器１０５ａと第１流入口２１１との間の流路が閉じられる。
【００８１】
次に、図１１Ｃに示すように、培地交換用カートリッジ２００の第１流入口２１１および第２流出口２２２に廃液容器１０５ｃが連結されるとともに、通気口２１４に加圧ポンプ（図示せず）が連結される。次いで、液貯蔵室２１３と第１流出口２１２との間のバルブ２１６が開かれるとともに、加圧ポンプにより液貯蔵室２１３内が加圧され、液貯蔵室２１３内の洗浄液が第１流出口２１２から廃液容器１０５ｃへと押し出されて排出される。
【００８２】
次に、図１１Ｄに示すように、第２流出口２２２と曲線流路２２３との間のバルブ２２６と、曲線流路２２３と第２流入口２２１との間のバルブ２２５とが、それぞれ開かれる。この状態で、三方弁１０５ｂにより洗浄液貯蔵容器１０５ａと第２流出口２２２とが連通され、洗浄液貯蔵容器１０５ａから第２流出口２２２を介して洗浄液が供給される。第２流出口２２２から供給される洗浄液は、曲線流路２２３を通過して、第２流入口２２１から廃液容器１０５ｃへと排出される。なお、流路洗浄部１０５にはバルブ駆動機構２４９が設けられており、ここで動作するバルブ２１５、２１６、２１７、２２５、２２６はバルブ駆動機構２４９により開閉される。
【００８３】
なお、ここでは液供給流路２０１が洗浄された後に液回収流路２０２が洗浄されたが、液回収流路２０２が洗浄された後に液供給流路２０１が洗浄されてもよい。
【００８４】
次に、図４に示すように、カートリッジ搬送部１０９により、洗浄された培地交換用カートリッジ２００は、流路洗浄部１０５から分離されて、培地供給部１０２へと戻され、次の培地交換に再利用される。
【００８５】
培地交換用カートリッジ２００の再利用を繰り返すと、液供給流路２０１および液回収流路２０２に徐々にタンパクが付着して汚染される。そのため、カートリッジ搬送部１０９により、定期的に、使用済みの培地交換用カートリッジ２００がカートリッジ回収部１０８へと排出されるとともに、未使用の培地交換用カートリッジ２００がカートリッジ保管部１０７から取り出される。
【００８６】
＜効果＞
次に、上述した構成からなる本実施の形態によって達成される効果であって、まだ述べていない効果又はとりわけ重要な効果について説明する。
【００８７】
本実施の形態によれば、所定量の液体培地を収容可能な培地交換用カートリッジ２００が培地供給部１０２と培地交換部１０３と培地回収部１０４との間で移動することで、培養容器７５が培地供給部１０２および培地回収部１０４から分離された状態で培地交換を行うことができる。このため、培養容器７５の周辺に培地貯蔵容器１０２ａや回収容器などの他の機器を集中して配置する必要がなく、機器集中による物理的な制約により液流路が冗長化することがない。したがって、従来の培地交換機構に比べて、液流路の短縮化が可能である。
【００８８】
また本実施の形態によれば、液流路が培地交換用カートリッジ２００、すなわちカートリッジ状の部品に形成されているため、市販のロボットハンドであっても容易に把持して持ち運ぶことが可能であり、液流路の交換の自動化が容易である。
【００８９】
また本実施の形態によれば、複数の培地交換用カートリッジ２００を使用することで、培地供給、培地交換、培地回収、流路洗浄の各処理を同時並行で行うことができる。そのため、複数の培養容器７５を処理する場合の作業時間が長時間化することを抑制できる。
【００９０】
また本実施の形態によれば、培養容器７５がインキュベータ部１０１に収容されたまま培地交換を行うことで、培養容器７５内の細胞に対する環境変動を顕著に低減することができる。なお、本実施の形態において、培養容器７５がインキュベータ部１０１に収容されたまま培地交換が行われることは、必ずしも必須ではなく、培養容器７５がインキュベータ部１０１から取り出されて不図示の培地交換ステージ上で培地交換が行われてもよい。
【００９１】
また本実施の形態によれば、培地交換用カートリッジ２００の液回収流路２０２が流路口径を小さく、かつ流路長を長く形成した曲線流路２２３を有しているため、培養容器７５から流出される古い培地と新しい培地とを曲線流路２２３に沿って混ざらないように回収することができる。これにより、曲線流路２２３から古い培地と新しい培地とを区別して排出することができ、培養容器７５内で使用された古い培地の成分を正確に分析することができる。
【００９２】
＜変形例＞
なお、上述した本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、上述した本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。また、上述した実施の形態において得られる作用効果が変形例においても得られることが明らかである場合、その説明を省略することもある。
【００９３】
図１２Ａは、複数の培養容器７５を収容可能な搬送容器の第１変形例の構成を示す内部上面図であり、図１２Ｂは、図１２Ａの搬送容器の内部側面図である。
【００９４】
図１２Ａおよび図１２Ｂに示す搬送容器１７０は、筐体１７１と、複数の培養容器７５を保持可能なカセット１８０と、を有している。このうち筐体１７１は、下端部が開口する四角筒形状を有している。一方、カセット１８０は、筐体１７１の下端部の開口に嵌合して密閉する蓋体１７２と、蓋体１７２から鉛直上向きに延びるように設けられた支柱１７４と、支柱１７４に沿って並んで設けられた複数（図示された例では８つ）の棚１７３と、を有している。
【００９５】
各棚１７３は、円板形状を有しており、水平に向けられた姿勢で支柱１７４に対して固定されている。各棚１７３の上には、複数（図示された例では４枚）の培養容器７５が、支柱１７４を中心として回転対称（図示された例では４回対称）で載置されるようになっている。
【００９６】
図１２Ａおよび図１２Ｂに示す搬送容器１７０は、図３に示す搬送容器７０と同様に、容器搬送部６０の保持部６１によってぶら下げられた状態で、ｉＰＳ細胞自動培養装置２０の搬入部２１、分化細胞自動培養装置３０の搬入部３１、またはｉＰＳ細胞樹立装置１１の搬入部１２ａへと、レール６５に沿って搬送されることになる。
【００９７】
この搬送容器１７０から培養容器７５を取り出す際には、図１３に示すように、不図示の回転昇降機構によりカセット１８０が下方に引き下げられ、複数の培養容器７５がカセット１８０に保持された状態で筐体１７１の外側に取り出される。そして、不図示のロボットハンドにより１つの棚１７３の上から１枚の培養容器７５が把持されて取り出される。各棚１７３の上から１枚ずつ培養容器７５が取り出された後、回転昇降機構により、カセット１８０が支柱１７４を中心として９０°回転される。そして、ロボットハンドにより１つの棚１７３の上から次の培養容器７５が把持されて取り出される。ロボットハンドによる培養容器７５の取出しと、回転昇降機構によるカセット１８０の回転とが繰り返されることで、カセット１８０に保持された全ての培養容器７５がロボットハンドにより取り出され得る。
【００９８】
このような搬送容器１７０によれば、各棚１７３に複数の培養容器７５を載置できるため、図３に示す搬送容器７０に比べて培養容器７５の収納枚数を増やすことができ、より多くの培養容器７５を装置内に一括で搬送することができる。
【００９９】
また、各棚１７３の上の複数の培養容器７５は支柱１７４を中心として回転対称で載置されているため、カセット１８０を支柱１７４を中心として回転させることで、各棚１７３に対して、ロボットハンドによる培養容器１７５のアクセスポイントを一点に共通化することができる。これにより、容器取出し機構の簡素化が可能となる。
【０１００】
なお、図１２Ａおよび図１２Ｂに示す例では、各棚１７３に４枚の培養容器７５が載置されるようになっていたが、これに限定されない。たとえば図１４に示すように、各棚１７３に２枚の培養容器７５が支柱１７４を中心として２回対称で載置されてもよい。ありいは、各棚１７３にｎ枚（ｎ＝３，５，６，７…）の培養容器７５が支柱１７４を中心としてｎ回対称で載置されてもよい。
【０１０１】
次に、図１２Ａおよび図１２Ｂに示す搬送容器１７０と一緒に用いられる細胞培養装置の変形例について説明する。
【０１０２】
図１５Ａは、細胞培養装置の変形例の構成を示す概略平面図である。図１５Ｂは、図１５Ａの細胞培養装置のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図１５Ｃは、図１５Ａの細胞培養装置のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図１５Ｄは、図１５Ａの細胞培養装置の左側面図である。
【０１０３】
図１５Ａ〜図１５Ｄに示す細胞培養装置１００ｂは、図１２Ａおよび図１２Ｂに示す搬送容器１７０から複数の培養容器７５を保持するカセット１８０（図１５Ａ〜図１５Ｄでは不図示）を取り出すととともに、複数の培養容器７５を保持するカセット１８０をインキュベータ部１０１まで搬送する装置内搬送部１１１と、複数の培養容器７５をカセット１８０に保持されたまま収容可能な複数（図示された例では１６個）のインキュベータ部１０１と、を備えている。また、この細胞培養装置１００ｂは、図４に示す細胞培養装置１００と同様に、培地交換用カートリッジ２００を搬送するカートリッジ搬送部１０９と、培地供給部１０２と、培地交換部（図１５Ａ〜図１５Ｄでは不図示）と、培地回収部１０４と、流路洗浄部１０５と、をさらに備えている。なお、図１５Ａ〜図１５Ｄにおいて、培地交換用カートリッジ２００は、培養容器７５と連結可能な第１流出口および第２流入口の部分のみが図示されている。
【０１０４】
図１５Ｃに示すように、１６個のインキュベータ部１０１は、鉛直方向および水平方向に沿って４×４の行列状に設置されている。各インキュベータ部１０１は、装置内搬送部１１１とカートリッジ搬送部１０９の両方からアクセス可能となっている。また、各インキュベータ部１０１には、不図示のターンテーブルが設けられており、複数の培養容器７５を保持するカセット１８０を、支柱１７４を中心として回転できるようになっている。
【０１０５】
また、図１５Ｃに示す例において右下に位置するインキュベータ部１０１には、細胞検査除去部１１２が連結されている。細胞検査除去部１１２は、連結されたインキュベータ部１０１から培養容器７５を一枚ずつ取出して、培養容器７５内の細胞を検査するとともに状態の悪い細胞の除去を行うようになっている。
【０１０６】
次に、図１５Ａ〜図１５Ｄに示す細胞培養装置１００ｂの使用方法について説明する。
【０１０７】
まず、容器搬送部６０により搬送された搬送容器１７０が装置内搬送部１１１に連結され、複数の培養容器７５を保持するカセット１８０が搬送容器１７０から装置内搬送部１１１へと取り出される。
【０１０８】
次に、装置内搬送部１１１は、複数の培養容器７５を保持するカセットを１つのインキュベータ部１０１内に搬入する。このインキュベータ部１０１内は、温度、湿度及び気体濃度のいずれか一つ又はこれらの全てが自動で調整される。なお、ランニングコストの観点から、使用していない他のインキュベータ部１０１は、この時点では動作を停止させておくことが好ましい。
【０１０９】
次に、インキュベータ部１０１内に収容された培養容器７５に対して、上述した培地交換方法と同様にして、培地交換用カートリッジ２００を用いた培地交換が行われる。
【０１１０】
すなわち、カートリッジ搬送部１０９により搬送される培地交換用カートリッジ２００が、培地供給部１０２に連結され、培地交換用カートリッジ２００の液供給流路２０１に液体培地が供給された後、培地交換用カートリッジ２００が培地供給部１０２から分離される。
【０１１１】
次に、カートリッジ搬送部１０９により搬送される培地交換用カートリッジ２００が、インキュベータ部１０１内に収容された１つの棚１７３の上の１枚の培養容器７５に連結され、液供給流路２０１内の液体培地が培養容器７５内に供給されるとともに培養容器７５内の液体培地が液回収流路２０２内に回収される。その後、培地交換用カートリッジ２００が当該培養容器７５から分離される。
【０１１２】
次に、カートリッジ搬送部１０９により搬送される培地交換用カートリッジ２００が、培地回収部１０４に連結され、液回収流路２０２から培地回収部１０４に液体培地が回収された後、培地交換用カートリッジ２００が培地回収部１０４から分離される。
【０１１３】
次に、カートリッジ搬送部１０９により搬送される培地交換用カートリッジが、流路洗浄部１０５に連結され、液供給流路２０１および液回収流路２０２がそれぞれ洗浄される。洗浄された培地交換用カートリッジ２００は、流路洗浄部１０５から分離されて、培地供給部１０２へと戻され、次の培地交換に利用される。
【０１１４】
各棚１７３の上の１枚の培養容器７５に対して培地交換が行われた後、インキュベータ部１０１に設けられたターンテーブルにより、カセット１８０が支柱１７４を中心として９０°回転される。そして、各棚１７３の上の次の培養容器７５に対して培地交換が行われる。
【０１１５】
このように複数の培養容器７５がカセット１８０に保持された状態でインキュベータ部１０１内に収容され、カセット１８０が支柱１７４を中心として回転されることで、各棚１７３において、カートリッジ搬送部１０９による培地交換用カートリッジ２００のアクセスポイントを一点に共通化することができる。これにより、カートリッジ搬送部１０９の簡素化が可能となる。
【０１１６】
装置内搬送部１１１は、定期的に、複数の培養容器７５を保持するカセット１８０を、細胞検査除去部１１２が連結された別のインキュベータ部１０１へと搬送する。細胞検査除去部１１２は、インキュベータ部１０１から培養容器７５を一枚ずつ取出して、培養容器７５内の細胞を検査するとともに状態の悪い細胞の除去を行った後、検査済みの培養容器７５をインキュベータ部１０１内に戻す。その後、装置内搬送部１１１は、検査済みの複数の培養容器７５を保持するカセット１８０を、元のインキュベータ部１０１へと戻す。
【０１１７】
ところで、細胞培養工程においては、細胞の成長によって複数の培養容器７５に分けて培養を継続させるため、複数の培養容器７５を取り扱う必要がある。従来の細胞培養装置のように、装置内における培養容器７５の搬送が１個ずつ行われる場合、培養の進行にともなって、基を同じにする細胞であっても、最初の培養容器７５と最後の培養容器７５との間に時間差が生じてしまい、培養条件が大きく異なってしまう。
【０１１８】
一方、図１５Ａ〜図１５Ｄに示す細胞培養装置１００ｂによれば、複数の培養容器７５がカセット１８０に保持された状態で一括で搬送されるため、培養時間の差異を低減することができる。
【０１１９】
なお、図１５Ａ〜図１５Ｄに示す細胞培養装置１００ｂにおいて細胞の継代を行う場合には、増加する培養容器７５の数に合わせて、使用するインキュベータ部１０１の数を増やしていくことが好ましい。使用するインキュベータ部１０１の数を徐々に増やしていくことで、ランニングコストを低減できる。
【０１２０】
最後になったが、上述した実施の形態の記載及び図面の開示は、特許請求の範囲に記載された発明を説明するための一例に過ぎず、上述した実施の形態の記載又は図面の開示によって特許請求の範囲に記載された発明が限定されることはない。また、各実施の形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【０１２１】
７５      培養容器
１００、１００ｂ    細胞培養装置
１０１    インキュベータ部
１０２    培地供給部
１０３    培地交換部
１０４    培地回収部
１０５    流路洗浄部
１０６    培地分析部
１０７    カートリッジ保管部
１０８    カートリッジ回収部
１０９    カートリッジ搬送部
２００    培地交換用カートリッジ
２０１    液供給流路
２０２    液回収流路
２１１    第１流入口
２１２    第１流出口
２１３    液貯蔵室
２１４    通気口
２２１    第２流入口
２２２    第２流出口
２２３    曲線流路
２２４    タンク状の流路
【図１】
2016133209.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
2016133209.tif 000007
【図５Ｂ】
2016133209.tif 000008
【図５Ｃ】
2016133209.tif 000009
【図６Ａ】
2016133209.tif 000010
【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
2016133209.tif 000012
【図７Ｂ】
2016133209.tif 000013
【図７Ｃ】
2016133209.tif 000014
【図８Ａ】
2016133209.tif 000015
【図８Ｂ】
2016133209.tif 000016
【図９Ａ】
2016133209.tif 000017
【図９Ｂ】
2016133209.tif 000018
【図１０Ａ】
2016133209.tif 000019
【図１０Ｂ】
2016133209.tif 000020
【図１１Ａ】
2016133209.tif 000021
【図１１Ｂ】
2016133209.tif 000022
【図１１Ｃ】
2016133209.tif 000023
【図１１Ｄ】
2016133209.tif 000024
【図１２Ａ】
2016133209.tif 000025
【図１２Ｂ】
2016133209.tif 000026
【図１３】
2016133209.tif 000027
【図１４】
2016133209.tif 000028
【図１５Ａ】
2016133209.tif 000029
【図１５Ｂ】
2016133209.tif 000030
【図１５Ｃ】
2016133209.tif 000031
【図１５Ｄ】
2016133209.tif 000032
【国際調査報告】
2016133209.tif 000033
2016133209.tif 000034
2016133209.tif 000035
2016133209.tif 000036