(57)【要約】【課題】  コストアップを招くことなく簡単な構成で培養に必要なガスをせん断力を上げずに多量に供給する。【解決手段】  細胞を培養する培養領域３２を有する培養槽２と、培養領域３２に供給される培地のガス濃度を調整する調整領域１２を有する調整槽３とを有し、調整領域１２は細胞の培養が行われない非培養領域に設けられる。【選択図】      図１
2005348672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞を培養する培養領域を有する培養槽と、
前記培養領域に供給される培地のガス濃度を調整する調整領域を有する調整槽とを有し、
前記調整領域は、前記細胞の培養が行われない非培養領域に設けられることを特徴とする細胞培養装置。
【請求項２】
請求項１記載の細胞培養装置において、
前記培地の少なくとも一部は、前記培養領域と前記調整領域との間で循環することを特徴とする細胞培養装置。
【請求項３】
請求項２記載の細胞培養装置において、
前記調整槽の内部を、前記培養領域から導入した前記培地を貯留する第１貯溜部と、前記ガス濃度が調整され前記培養領域に送出される前記培地を貯溜する第２貯溜部とに、前記第１貯溜部と前記第２貯溜部との下部を連通させた状態で仕切る仕切部材を備えることを特徴とする細胞培養装置。
【請求項４】
請求項３記載の細胞培養装置において、
前記第１貯溜部には、オーバーフローした前記培地を排出する排出部と、前記培養槽から前記培地を導入する導入部とが設けられ、
前記導入部は、前記排出部よりも上方に離間して配置されることを特徴とする細胞培養装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の細胞培養装置において、
前記調整領域から前記培養領域への前記培地の流路に除菌フィルタが設けられることを特徴とする細胞培養装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の細胞培養装置において、
前記培養槽と前記調整槽とが分離して設けられることを特徴とする細胞培養装置。
【請求項７】
請求項１または２記載の細胞培養装置において、
前記調整槽は、前記培養槽内に配設され内部に前記培養領域と区画された前記非培養領域を形成する筒体を有することを特徴とする細胞培養装置。
【請求項８】
請求項７記載の細胞培養装置において、
前記筒体の下端開口部と前記培養槽の底部との間に、回転駆動源の駆動により略鉛直軸線回りに回転して前記筒体内部の培地を前記培養領域に送出させる回転体が設けられることを特徴とする細胞培養装置。
【請求項９】
請求項８記載の細胞培養装置において、
前記回転体は、前記回転駆動源に対して非接触で回転することを特徴とする細胞培養装置。
【請求項１０】
培地により細胞を培養する培養槽を有する細胞培養装置であって、
前記培養槽の底部に前記培地が注入される注入部を有し、
前記培養槽は内部の水平方向断面積が上方に向かうに従って漸次大きくなるように形成されていることを特徴とする細胞培養装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の細胞培養装置において、
前記培養槽の底部または天部には、前記細胞を付着させる繊維状媒体の一端が固定されていることを特徴とする細胞培養装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の細胞培養装置において、
前記培養槽には、前記培地と略同一の比重を有し前記細胞を付着させる粒状媒体が投入されていることを特徴とする細胞培養装置。
【請求項１３】
請求項１０から１２のいずれかに記載の細胞培養装置において、
前記細胞の位置に基づいて前記培地の流速を制御する制御装置を備えることを特徴とする細胞培養装置。
【請求項１４】
培養領域で培地により細胞を培養する細胞培養方法であって、
前記細胞の培養が行われない非培養領域で前記培養槽に供給される前記培地のガス濃度を調整する工程と、
前記ガス濃度を調整した培地を前記非培養領域から前記培養領域に供給する工程とを有することを特徴とする細胞培養方法。
【請求項１５】
培養槽内で培地により細胞を培養する細胞培養方法であって、
内部を水平方向断面積が上方に向かうに従って漸次大きくなるように形成した前記培養槽に対して、前記培地を前記培養槽の底部から注入する工程を有することを特徴とする細胞培養方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動物細胞や植物細胞等の細胞を培養する細胞培養装置及び細胞培養方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
動物細胞や植物細胞等の細胞は、有用物質の生産等に広く利用されている。
これらの細胞、例えば動物細胞を培養する方法としては、以下のものが挙げられる。
（１）シャーレを使った液体培養法
シャーレで外界から雑菌の混入を遮断し、シャーレ内に培養液と細胞とを入れる方法であり、細胞に必要な酸素は水面から拡散によって供給される。
（２）シャーレを使った寒天培養法
培養液を寒天等により固化させ、細胞を固体に付着させて増殖可能にしたものであり、細胞は常に空気と接するため、酸素の供給を受けやすいという長所がある。
（３）回転培養法
蓋付きのボトル（容器）に培養液と細胞を入れ、ボトルを回転させながら酸素を供給してボトルの内壁に細胞を付着させる方法であり、シャーレを用いる方法よりも大量に培養可能である。
（４）撹拌培養法
蓋付きのボトルに培養液と細胞を入れ、マグネティックスターラ等で撹拌するものであり、主に浮遊性細胞の増殖に用いられ、シャーレを用いる方法よりも大量に培養可能である。
【０００３】
これらの培養法においては、細胞が必要とする酸素を水面からの拡散や強制通気等により送り込んでいるが、酸素を多量に供給しようとすると、撹拌による場合でも散気による場合でも細胞に強いせん断力が加わり細胞を破壊する虞がある。また、細胞破壊を防ぐために酸素供給を制限した場合には、細胞濃度を一定以上に上げられなくなるという問題が生じる。
そこで、特許文献１には、酸素透過膜を使用することにより、せん断力を上げずに多量の酸素を供給する技術が記載されている。
【０００４】
一方、動物細胞培養においては、細胞から組織や器官を形成させる場合、細胞をなるべく動かさずに一定位置に留めておく必要がある。この場合、足場を設けておき、この足場に細胞を付着させ増殖させることは可能であるが、組織や器官に必要とされる３次元での培養はできない。そのため、円板型の液体培養容器を回転させる回転培養装置を用いて３次元培養を可能とする技術も開発されている。
【特許文献１】特開平５−３０４９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。
多量の酸素を供給するために酸素透過膜を使用した場合、装置が複雑化してコストアップ要因になるという問題が生じてしまう。
また、回転培養装置を用いての３次元培養の場合、ごく小型の装置しか完成していないため、多量の培養が困難であるという問題が生じる。
【０００６】
一方、特に動物細胞は長期間の培養が必要になるため、培養の途中で培地交換の必要がある。ところが、その際には細胞を含まない培養液を短時間で抜き出す必要があるため、濾過装置が必要となり、また抜き出し量と同量の新しい培地を供給するための流量調整等、煩雑な操作が生じ作業性が悪いという不都合がある。さらに、培養液の抜き出しと培地投入とを連続的に行うことは、投入した培地が培養液とともに抜き出される可能性があるため、効率が悪いという不都合がある。
【０００７】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、コストアップを招くことなく簡単な構成で酸素等の培養に必要なガスを、細胞に加わるせん断力を上げずに多量に供給できる細胞培養装置及び細胞培養方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明の別の目的は、多量の３次元培養を可能とする細胞培養装置及び細胞培養方法を提供することである。
さらに、本発明の別の目的は、培地交換の煩雑さを解消し、培地の連続交換を効率的に行える細胞培養装置及び細胞培養方法を提供することである。
なお、以下の説明においては、細胞が複数に増殖して一体的な塊となったものを細胞塊と称するものとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
本発明の細胞培養装置は、細胞を培養する培養領域を有する培養槽と、前記培養領域に供給される培地のガス濃度を調整する調整領域を有する調整槽とを有し、前記調整領域は、前記細胞の培養が行われない非培養領域に設けられることを特徴とするものである。
また、本発明の細胞培養方法は、培養領域で培地により細胞を培養する細胞培養方法であって、前記細胞の培養が行われない非培養領域で前記培養槽に供給される前記培地のガス濃度を調整する工程と、前記ガス濃度を調整した培地を前記非培養領域から前記培養領域に供給する工程とを有することを特徴とするものである。
【００１０】
従って、本発明の細胞培養装置及び細胞培養方法では、予め細胞の培養が行われない非培養領域において酸素等のガス濃度を調整された培地を培養領域に供給すればよいため、培地にガスを供給する際に細胞にせん断力を加えずに済み、細胞を破壊してしまうことを防止できる。また、本発明では、培地のガス濃度を調整する調整槽を設けるだけなので、酸素透過膜を用いる場合のように装置が複雑化してコストアップ要因となることを防止することも可能になる。
【００１１】
前記培地としては、少なくとも一部が前記培養領域と前記調整領域との間で循環する構成であることが好ましい。
これにより、連続的な培地交換を効率的、且つ容易に実施することが可能になる。また、本発明では、培養領域から導入されて培養領域で消費しきれなかった培地成分を含む培地を少なくとも一部用いるため、調整領域で新たに加える培地の量を減らすことができ、コスト上昇を抑えることができる。
【００１２】
培地の少なくとも一部を前記培養領域と前記調整領域との間で循環させる場合、前記調整槽の内部を、前記培養領域から導入した前記培地を貯留する第１貯溜部と、前記ガス濃度が調整され前記培養領域に送出される前記培地を貯溜する第２貯溜部とに、前記第１貯溜部と前記第２貯溜部との下部を連通させた状態で仕切る仕切部材を備えることが好ましい。
【００１３】
これにより、本発明では、ガス濃度を調整した培地が培養領域から導入した古い培地の大部分と混ざらないようにすることができるとともに、培養領域から第１貯溜部と第２貯溜部との連通部を介して第２貯溜部に導入された培養領域で消費しきれなかった培地成分を含む培地を少なくとも一部を用いることで、調整領域で新たに加える培地の量を減らすことができ、コスト上昇を抑えることができる。
【００１４】
また、本発明では、オーバーフローした前記培地を排出する排出部と、前記培養槽から前記培地を導入する導入部とが前記第１貯溜部に設けられ、前記導入部が前記排出部よりも上方に離間して配置される構成も好適に採用できる。
これにより、本発明では、第１貯溜部の培地の高さは培地がオーバーフローする排出部の高さに抑えられるため、雑菌が第１貯溜部から導入部を介して培養槽に逆流することを防止できる。
さらに、前記調整領域から前記培養領域への前記培地の流路に除菌フィルタを設ける構成も培養領域への雑菌混入を防止するために好ましい。
【００１５】
また、本発明では、培養槽と調整槽とが分離して設けられる構成や、調整槽が培養槽内に配設される構成を採用可能である。
調整槽が培養槽内に配設される場合は、内部に前記培養領域と区画された前記非培養領域を形成する筒体を有する構成を好適に採用できる。
この構成では、筒体により培養領域と区画された非培養領域においてガス濃度を調整するため、細胞にせん断力を加えることなく培地にガスを供給でき、細胞を破壊してしまうことを防止できる。また、この構成では、調整槽が培養槽内に配設されることから、装置の小型化及び低価格化を実現できるとともに、使用する培地の量を削減でき、培地のコストダウンを実現できる。
【００１６】
また、調整槽が培養槽内に配設される場合、前記筒体の下端開口部と前記培養槽の底部との間に、回転駆動源の駆動により略鉛直軸線回りに回転して前記筒体内部の培地を前記培養領域に送出させる回転体が設けられる構成も採用できる。
この構成では、回転体の回転による遠心力で筒体の下端開口部と回転体との間の培地が外側に送出され、これに伴って筒体内部でガス濃度が調整された培地が下端開口部から導出されて培養領域に供給される。
【００１７】
回転体としては、マグネティックスターラ等を用いる場合のように、回転駆動源に対して非接触で回転する構成を好適に採用できる。
この構成では、回転体と回転駆動源との連結部等から雑菌等が混入することを防止できる。
【００１８】
一方、本発明の細胞培養装置は、培地により細胞を培養する培養槽を有する細胞培養装置であって、前記培養槽の底部に前記培地が注入される注入部を有し前記培養槽は内部の水平方向断面積が上方に向かうに従って漸次大きくなるように形成されていることを特徴としている。
また、本発明の細胞培養方法は、培養槽内で培地により細胞を培養する細胞培養方法であって、内部を水平方向断面積が上方に向かうに従って漸次大きくなるように形成した前記培養槽に対して、前記培地を前記培養槽の底部から注入する工程を有することを特徴としている。
【００１９】
従って、本発明の細胞培養装置及び細胞培養方法では培養槽の底部から注入されて上昇する培地の上昇流速が下部ほど大きく上部ほど小さくなるように速度勾配を付与することができる。そのため、細胞の沈降速度が上部における上昇流速と下部における上昇流速との間になるように培地の流速を調整することによって、細胞を培地中の一定位置に留めた状態で３次元培養できる。この場合、培養槽を大きくすることで多量の３次元培養を実現することが可能になる。
【００２０】
前記培養槽の底部または天部に前記細胞を付着させる繊維状媒体の一端が固定される構成や、前記培養槽に前記培地と略同一の比重を有し前記細胞を付着させる粒状媒体が投入される構成も、細胞が付着性を有する場合、培地中に線状に留まる繊維状媒体や培地中に浮遊する粒状媒体に細胞を付着させることが可能になる。
【００２１】
また、前記細胞の位置に基づいて前記培地の流速を制御する制御装置を備える構成も好適に採用可能である。
この場合、細胞の沈降速度が上記の速度勾配では対応できない場合でも、細胞の沈降速度が上部における上昇流速と下部における上昇流速との間になるように培地の流速を制御することにより、細胞を培地中の一定位置に留めた状態で３次元培養することが可能になる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、酸素透過膜を用いる場合のように装置構成が複雑化することなく酸素等のガスを多量に培地に供給することが可能になり、コストダウンを実現できるという効果を奏する。また、本発明では、細胞塊の大きさが変化していった場合でも、細胞塊の大きさに応じた高さの一定位置に細胞を留めて、多量の３次元培養を実現できる。さらに、本発明では、連続的な培地交換を効率的、且つ容易に実施することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の細胞培養装置及び細胞培養方法の実施の形態を、図１ないし図４を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る細胞培養装置１の概略的な構成を示す図である。
この細胞培養装置１は、液体の培地（培養液）Ｂを用いて細胞を培養するための培養槽２、培養槽２と分離して設けられ培養槽２に供給される培地Ｂのガス濃度を調整するための調整槽３、調整槽３から培養槽２に培地Ｂを供給するための供給管（流路）４、培養槽２から排出された古い培地Ｂを調整槽３に導入するための導入管５等を主体に構成されている。
【００２４】
培養槽２は、内部に培養領域３２を有するものであり、水平方向断面積が底部から上方へ向かうに従って漸次大きくなる略円錐台状に形成されるとともに、その上端部は円筒状に形成されており、開口する上端部は箱状の閉塞部材６により閉塞されている。閉塞部材６の天壁部６ａには培養する細胞を接種したり抜き出すための操作口７が設けられており、培養槽２の上端部よりも低い位置にある底壁部６ｂには鉛直方向に沿って配置された導入管５の上端が閉塞部材６の内部に開口するように固定されている。また、閉塞部材６の天壁部６ａには、円筒状の注入管（注入部）８が挿通して固定されている。注入管８は鉛直方向に沿って配置されており、その下端部は培養槽２の内部の底部にて開口し、上端部には供給管４の一端が接続されている。
【００２５】
調整槽３は、断面視矩形の箱形状を呈しており、天壁部３ａから下方に向けて鉛直方向に垂設された仕切壁（仕切部材）９によって、培養槽２から導入した培地Ｂを貯溜する第１貯溜部１１と、ガス濃度が調整されて培養槽２に送出される培地Ｂを貯留する調整領域（細胞培養を行わない非培養領域）としての第２貯溜部１２とに、第１貯溜部１１と第２貯溜部１２との下部を連通させた状態で仕切られている。第１貯溜部１１の上側には、培養槽２から導入された古い培地Ｂをオーバーフローさせて排出するオーバーフロー管（排出部）１３の一端が接続されている。オーバーフロー管１３の他端は、交換可能な無菌容器１４に接続されている。無菌容器１４には、空気逃がし用のフィルタ１５が設けられている。
【００２６】
また、第１貯溜部１１の上側には、上述した導入管５の下端部（導入部）５ａが設けられている。導入管５の下端部５ａは、オーバーフロー管１３の高さ方向位置（オーバーフローライン）よりも上方に離間して配置されている。
【００２７】
一方、第２貯溜部１２には、新しい培地Ｂを供給する培地供給管１６と、この培地Ｂに対して細胞培養に必要な酸素やｐＨ調整用に気相中に例えば５％程度混合された二酸化炭素を含むガスを供給するガス供給管１７と、ガス排気管２１とが接続されている。培地供給管１６の先端は、オーバーフローラインで規定される調整槽３内の液面位置よりも上方に位置するように接続されている。ガス供給管１７の先端は、供給するガスと培地Ｂとの混合性が向上するように、上述した調整槽３内の液面位置よりも下方に位置するように接続されている。また、ガス供給管１７の途中には、調整槽３に供給するガスを除菌するための除菌フィルタ１８が介装されている。
【００２８】
調整槽３における第２貯溜部１２の下部には、上記の供給管４が接続されている。供給管４には、培地Ｂを培養槽２に供給する際の駆動源となるポンプ１９が介装されるとともに、培養槽２に供給する培地Ｂを除菌するための除菌フィルタ２０が２重で介装されている。
【００２９】
続いて、上記構成の細胞培養装置１の動作について以下に説明する。
まず、調整槽３においては、培地供給管１６から新しい培地Ｂが供給されるとともに、ガス供給管１７から除菌されたガス（酸素、二酸化炭素）が供給されることにより、第２貯溜部１２には細胞培養に適した酸素濃度及びｐＨの培地（培養液）が貯留されることになる。このとき、第２貯溜部１２は、仕切壁９によって第１貯溜部１１と仕切られているため、ガス濃度が調整された新しい培地は、第１貯溜部１１にある古い培地と混じらずに貯溜される。
【００３０】
そして、ガス濃度が調整された培地Ｂは、ポンプ１９の駆動により第２貯溜部１２から送出されて除菌フィルタ２０により除菌された後に供給管４から注入管８を介して培養槽２内（培養領域３２）の底部に注入される。培養槽２の底部に供給された培地Ｂは上昇するが、培養槽２の内部の水平方向断面積が上方へ向かうに従って漸次大きくなっているので、培地Ｂの上昇流速が下部ほど大きく上部ほど小さくなるように速度勾配が付与される。ここで、高さ方向の異なる複数の点で培養液をサンプリングし、その点の上昇流速と細胞の平均粒径との関係を測定したところ、図２に示されるように、上昇流速は細胞の粒径の２乗に比例する関係が得られた。
【００３１】
そのため、細胞の沈降速度が培養槽２の上部における培地Ｂの上昇流速と下部における上昇流速との間になるように培地Ｂの流速（培養槽２への単位時間あたりの供給量）を調整することによって、培地Ｂ内の細胞を培地中の一定位置に留めることができる。従って、細胞を３次元的に培養することが可能になる。
【００３２】
なお、細胞の培養が進み細胞がより大きな塊（細胞塊）となった場合、細胞塊の沈降速度も大きくなり培養槽２内で下降するが、下降するのに伴って培地Ｂの上昇流速も大きくなるため、細胞塊の沈降速度と培地Ｂの上昇流速が均衡した高さの一定位置で細胞を留めておくことができる。つまり、細胞塊の大きさに応じて沈降速度にばらつきが生じている場合でも、沈降速度に応じた上昇流速が生じている高さに各粒径の細胞塊を留めることができ、各位置で細胞塊の３次元培養が可能となっている。
【００３３】
そして、培養槽２内を上昇した培地Ｂは、培養槽２の上端部からオーバーフローして閉塞部材６へ漏出し、導入管５の下端部５ａから落下して調整槽３の第１貯溜部１１へと導入される。培養槽２で酸素を消費され調整槽３の第１貯溜部１１へ導入された古い培地Ｂは、この後第１貯溜部１１をオーバーフローすることにより、オーバーフロー管１３から無菌容器１４へ排出される。
【００３４】
以上のように、本実施の形態では、細胞を培養する培養槽２と培地Ｂのガス濃度を調整する調整槽３とを分離し、非培養領域である第２貯溜部１２において培地Ｂのガス濃度を調整するという簡単な構成によって、ガス供給時に細胞にせん断力が加わって細胞破壊を起こすことを防止できるので、酸素透過膜を用いる場合のように装置構成が複雑化することなく酸素等のガスを多量に培地Ｂに供給することが可能になる。従って、本実施形態では、コストダウンを実現できるという効果を奏する。
また、本実施の形態では、培養槽２（の培養領域３２）と調整槽３との間で培地Ｂの一部を循環させているので、連続的な培地交換を効率的、且つ容易に実施することが可能になるとともに、培養槽２から導入された培地Ｂが調整槽３に加えられるため、新たに加える培地Ｂの量を減らすことができ、さらにコスト上昇を抑えることができる。
【００３５】
そして、本実施の形態では、仕切壁９によって調整槽３を第１貯溜部１１と第２貯溜部１２とに仕切っているので、ガス濃度が調整された新しい培地Ｂに培養槽２から導入された古い培地Ｂを混ざらせることなく、無菌容器１４に排出することが可能になり、連続的に新しい培地Ｂを培養槽２に供給することができる。さらに、本実施の形態では、培養槽２から調整槽３へ培地Ｂを導入するための導入管５の下端部５ａをオーバーフロー管１３よりも上方に離間して設けているので、雑菌が第１貯溜部１１から導入管５（の下端部５ａ）を介して培養槽２に逆流して汚染することを防止できる。加えて、本実施の形態では、調整槽３から培養槽２へ培地Ｂを供給する供給管４に除菌フィルタ２０を設けているので、培養槽２に雑菌が混入することをより確実に阻止することが可能になる。
【００３６】
また、本実施の形態では、培養槽２内の水平方向断面が上方に向かうに従って漸次大きくなっているので、底部から注入した培地Ｂの流速に速度勾配を付与することが可能になる。そのため、細胞塊の大きさが変化していった場合でも、細胞塊の大きさに応じた高さの一定位置に細胞塊を留めて３次元培養することが可能であり、この場合、培養槽２の大きさに応じて多量の３次元培養を実現できる。また、このように細胞塊の大きさに応じて留まる高さ（位置）が決まることから、特定の大きさの細胞を選択して採取することが容易になる。
【００３７】
（第２実施形態）
続いて、本発明に係る細胞培養装置の第２実施形態について図３を参照して説明する。この図において、図１に示す第１の実施の形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
第２の実施の形態と上記の第１の実施の形態とが主に異なる点は、培養槽２に繊維状の媒体が設けられたこと、及び培養槽２に培地Ｂの注入部が設けられたことである。
【００３８】
図３に示すように、培養槽２の底壁２ａには培養槽２の高さと同等の長さを有し培地Ｂと同等以下の比重を持つ糸等の繊維状媒体３０の一端が固定されている。また、培養槽２の側壁２ｂの底部近傍には、供給管４に接続されて内部に培地Ｂが注入される注入口（注入部）２２が側壁２ｂに沿って、且つ鉛直軸線に対して交差する斜め上方に開口するように設けられている。
【００３９】
本実施の形態では、上記第１実施形態と同様の作用・効果が得られることに加えて、繊維状媒体３０が足場として機能するため、付着性細胞を培養する場合でも、この細胞を付着させて３次元培養を実施することが可能になる。
また、注入口２２から培養槽２の内部に注入された培地Ｂは、鉛直軸線周り方向成分を有しているため、螺旋状に上昇することになり、培地Ｂには旋回流が生じる。そのため、遠心力により外側の培地Ｂの圧力が高まり、中心側の圧力が減じ、結果として培養液中の細胞は中心側に集まって繊維状媒体３０に付着させやすくなる。また、繊維状媒体３０が培養槽２の高さと同等の長さであるため、細胞塊の大きさにばらつきがあっても、その大きさに応じた位置に細胞塊を付着させることができる。
なお、本実施の形態でも、培養槽２の内部に注入する培地Ｂの流速は、細胞培養に好ましい流速（流量）に制御する。
【００４０】
なお、本実施の形態では、繊維状媒体３０が培地Ｂと同等以下の比重を有するため、この繊維状媒体３０の一端を培養槽２の底壁２ａに固定する構成としたが、繊維状媒体３０が培地Ｂと同等以上の比重を有する場合には、繊維状媒体３０の一端を閉塞部材６の天壁部（天部）６ａに固定して吊り下げればよい。
【００４１】
（第３実施形態）
続いて、付着性細胞を付着させるための媒体の形態が異なる第３実施形態について図４を参照して説明する。
この図においても、図３に示す第２の実施の形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
図４に示すように、第３実施形態では、培養槽２の内部にビーズ等からなる粒状媒体３１が投入されている。粒状媒体３１は、培地Ｂと略同一の比重を有することで、培地Ｂに対して浮遊性を有している。
【００４２】
本実施の形態でも、上記第２実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。
なお、細胞塊の大きさのばらつきに対応するために、培地Ｂに対して浮遊性を有しつつ、比重が異なる複数種類の粒状媒体を用いることにより、粒状媒体が培養槽２の高さ方向に亘って分散し、細胞塊の大きさに応じた位置に足場として細胞塊を付着させることが可能になる。
【００４３】
（第４実施形態）
続いて、本発明に係る細胞培養装置の第４実施形態について図５を参照して説明する。この図において、図１に示す第１の実施の形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
第４の実施形態と上記の第１の実施形態とが主に異なる点は、調整槽３が培養槽２内に配設されたことである。
【００４４】
図５に示す細胞培養装置１は、培養槽２の内部に鉛直方向に沿って調整槽３としての筒体３３が配設された構成となっている。調整槽３の内部には筒体３３によって培養領域３２と区画されることにより、細胞培養が行われない非培養領域３４となっている。また、筒体３３内には、注入管８が下端を筒体３３の下端開口部３３ａよりも上方に位置するように配置されている。この注入管８には除菌フィルタ１８を介在するガス供給管１７が接続されるとともに、除菌フィルタ２０を介在する培地供給管４が培養槽２の外部で接続されている。
【００４５】
また、筒体３３の下端開口部３３ａと培養槽２の底部２ａとの間には撹拌子（回転体）３５が設けられている。撹拌子３５は、永久磁石をプラスチックでコーティングしたものであり、培養槽２の下方に設置されたマグネティックスターラ（回転駆動源）３６の駆動により、筒体３３と培養槽２の底部２ａとの間でマグネティックスターラ３６に対して非接触で略鉛直軸線回りに回転する構成となっている。
【００４６】
また、培養槽２の近傍には、排出管３７で接続された無菌容器１４が設置されている。培養槽２内の培養領域３２に臨む排出管３７の端部は、培養領域３２の上方で筒体３３の上端開口部３３ｂよりも高い位置で開口しており、無菌容器１４内に臨む排出管３７の端部は、培養領域３２に臨む端部よりも低い位置で開口している。無菌容器１４の天部には、除菌フィルタ３８が介在する排気管３９が接続されている。
【００４７】
上記の構成の細胞培養装置１においては、除菌されたガスと新しい培地とが混合された状態で筒体３３内の調整領域３４内に供給される。そして、筒体３３の下端開口部３３ａ近傍ではマグネティックスターラ３６の駆動により撹拌子３５が回転することにより、遠心力により撹拌子３５と下端開口部３３ａとの間の培地が外側（撹拌子３５の外周側）へ送出され、これに伴って（撹拌子３５と下端開口部３３ａとの間の培地の減少による圧力低下に伴って）、筒体３３内でガス濃度が調整された培地が下端開口部３３ａから培養領域３２に導入され、培養槽２の水平方向断面積に応じた速度勾配をもって上昇する。
これにより、上述したように、細胞塊の大きさに応じた高さ（位置）に各粒径の細胞塊を留めて３次元培養を行うことが可能である。
【００４８】
このとき、筒体３３内の調整領域３４は筒体３３で培養領域３２と区画されており、また筒体３３の上端開口部３３ｂは、培養槽２の傾斜部よりも高い位置、すなわち培養槽２の水平方向断面積が一定となっている高さに位置しているため、培地の流速が遅くて細胞が沈降しており、筒体３３内には細胞が流入せずに古い培地のみが上端から流入することになる。従って、細胞にせん断力を加えることなくガス濃度の調整を行いながら培地を循環させることができる。
【００４９】
また、新しい培地及びガスの供給が進むと培養槽２の内圧が高まり、培養槽２の上方の古い培地及びガスが排出管３７から無菌容器１４に排出される。そして、無菌容器１４内のガスは、排気管３９から排気される。
【００５０】
このように、本実施の形態では、上記第１実施形態と同様の作用・効果が得られることに加えて、調整槽３（筒体３３）が培養槽２内に配設されているので、装置の小型化が実現する。また、使用する培地の量を削減することが可能になるため、培地のコストダウンも実現することができる。また、培地の循環も撹拌子３５を回転させるという簡単な構成で実現しているので、一層のコストダウンに寄与できる。さらに、本実施の形態では、撹拌子３５がマグネティックスターラ３６に対して非接触で回転しているので、連結された構成の場合のように連結部から雑菌等が混入することを防止できる。
【００５１】
（第５実施形態）
続いて、本発明に係る細胞培養装置の第５実施形態について図６を参照して説明する。この図において、図５に示す第４の実施の形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
第５の実施形態と上記の第４の実施形態とが主に異なる点は、筒体３３内にガスと新しい培地とを個別に導入する構成としたことである。
【００５２】
すなわち、筒体３３内にはガス供給管１７と培地供給管４とがそれぞれ個別に導入されている。また、ガス供給管１７の端部には、調整領域３４へ供給するガスの気泡を細かくするための散気板４０が設けられており、導入したガスを効果的に培地に溶解させることが可能となっている。
【００５３】
第４実施形態ではガスと新しい培地とが混在した状態で調整領域３４に供給されるため、注入管８の端部に散気板を設けても、培地が抵抗となってしまい効果的な散気が困難になるが、本実施の形態では、培地供給管４とは別にガス供給管１７を筒体３３内に導入しているので、気泡を細かくして効果的なガス濃度調整を実現することができる。
【００５４】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００５５】
例えば、上記実施の形態では、細胞培養装置１が培養槽２及び調整槽３とを備える構成として説明したが、これに限定されるものではなく、多量の３次元培養を実施するためには、調整槽３は必ずしも必要ではなく、調整槽３を設けずに培養槽２に対して酸素等を含むガスを供給する構成としてもよい。
また、上記実施の形態では培養槽２と調整槽３との間で培地Ｂを循環させる構成としたが、これに限られず、培養槽２へは全て新しい培地Ｂを供給する構成とすることも可能である。
また、図５及び図６の排出管３７は、培地の水面から一旦上方に立ち上がって無菌容器１４に至っているように見えるが、これは培養槽２の側壁から水平に出て下方に曲がって無菌容器１４に接続する形でもよい。これにより、培養槽２の内部の圧力を常圧のまま運転することができる。
【００５６】
また、上記実施の形態では、細胞塊の沈降速度が培養槽２の上部における培地Ｂの上昇流速と下部における上昇流速との間になるように培地Ｂの流速（流量）を設定しているが、例えば培養槽２に細胞塊の位置を検出するセンサを設け、ポンプ１９にこのセンサの検出結果（すなわち細胞塊の位置）に基づいて培養槽２へ送出する培地Ｂの流量（流速）を制御する制御装置を設ける構成としてもよい。
この場合、細胞塊の大きさが、培養槽２により形成される培地Ｂの速度勾配では対応できない場合に、細胞塊の沈降速度が培養槽２の上部における上昇流速と下部における上昇流速との間になるように培地Ｂの流速を制御することにより、細胞塊を培地中の一定位置に留めた状態で３次元培養することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態を示す図であって、第１実施形態に係る細胞培養装置の概略的な構成を示す図である。
【図２】細胞塊の平均粒径と上昇流速との関係を示す図である。
【図３】第２実施形態に係る細胞培養装置の概略的な構成を示す図である。
【図４】第３実施形態に係る細胞培養装置の概略的な構成を示す図である。
【図５】第４実施形態に係る細胞培養装置の概略的な構成を示す図である。
【図６】第５実施形態に係る細胞培養装置の概略的な構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
Ｂ  培地（培養液）
１  細胞培養装置
２  培養槽
２ａ  底部
３  調整槽
４  供給管（流路）
５ａ  下端部（導入部）
６ａ  天壁部（天部）
８  注入管（注入部）
９  仕切壁（仕切部材）
１１  第１貯溜部
１２  第２貯溜部（調整領域）
１３  オーバーフロー管（排出部）
２０  除菌フィルタ
２２  注入口（注入部）
３０  繊維状媒体
３１  粒状媒体
３２  培養領域
３３  筒体
３３ａ  下端開口部
３４  非培養領域（調整領域）
３５  撹拌子（回転体）
３６  マグネティックスターラ（回転駆動源）
【図１】
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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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