JPH0191771A - 細胞増殖装置 - Google Patents

細胞増殖装置

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JPH0191771A
JPH0191771A JP24873087A JP24873087A JPH0191771A JP H0191771 A JPH0191771 A JP H0191771A JP 24873087 A JP24873087 A JP 24873087A JP 24873087 A JP24873087 A JP 24873087A JP H0191771 A JPH0191771 A JP H0191771A
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culture
cell
cells
signal
pump
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JP24873087A
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Fumihiko Yonemori
米森 文彦
Yutaka Shibata
豊 柴田
Akira Nishimura
昭 西村
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
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    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は目的とする細胞群を分離し、該細胞群を増殖
して該細胞の特定の機能を高めて活性化する細胞増殖装
置に関する。
[従来の技術] 体外における動物細胞の培養は、その細胞が産生ずる生
理活性物質たとえばモノクロ−ノル抗体、リンホカイン
、ホルモン等を得るために用いられるだけでなく、癌等
の機構解明の研究のためや、また、DNAのクローニン
グや活性化1分化の研究に用いられる。また、リンパ球
を体外でリンホカイン等とともに培養し、増殖活性化さ
れた細胞(lymphokine activated
 killer :LAK)や腫瘍組織片と共に培養し
増殖、活性化した細胞(cytot。
xic T lymphocyte:CTL)を体内に
戻すことによって腫瘍等を消滅せしめる治療のために培
養細胞が用いられている。
上記の様に、動物細胞の体外培養は、その応用範囲が広
範にわたっている。
従来、動物細胞の体外培養は、例えば以下のしAK細胞
(群)の培養がある。
採取した末梢血(peripheral blood)
を、ファイコール・ベークのような薬品で比重差を用い
て(密度勾配遠心法)リンパ球分画とそれ以外の分画と
に分ける。
リンパ球分画近傍を、ピペットにより採取し、11AN
K’S BI35のような緩衝塩溶液に再浮遊させ、遠
心分離、分画採取、再浮遊を2回繰り返してリンパ球を
洗浄する。次にインターロイキン2等のリンホカインを
含む培養液例えばRPMI−1640(含血清)に浮遊
させる。
上記リンパ球を浮遊させた細胞液を、ローラーボトル内
に封入し、回転培養を行ったり、培養ボトル内で静置培
養、あるいはホロファイバーを用いた培養器で培養する
必要に応じて、培養液を新鮮なものと交換する。
また、培養容器は37℃に保温し、必要に応じてCO,
を通気してpHを保つ。
以上の操作により、リンパ球の数が増加するほかに形状
が不定形となり、キラー活性を持つ細胞が出現する。
上記の活性化された細胞を治療に用いる場合、培養容器
より細胞浮遊液を回収し、遠心、細胞分画を採取、前出
緩衝塩溶液に再浮遊し、遠心、採取、再浮遊を2回繰り
返して、細胞を洗浄する。
再度遠心後、採取した細胞分画を生理食塩水に浮遊させ
る。更に、サンプリングして細胞数やそのフェノタイプ
、及びキラー活性等の活性を測定する場合が多い。
上記の様にして得られた活性化されたリンパ球を治療に
用いる場合は、そのリンパ球溶液を体内に注入する。
[従来技術の問題点コ 従来、上述のように採血から、回収までのリンパ球細胞
の活性化増殖は、人手によって行われていた。治療の為
に必要な活性化リンパ球の数は、例えば、腫瘍細胞数に
比べ多く必要で、例えば、直径1cm程度の腫瘍を消滅
せしめようとすると、IQ11個オーダー以上の活性化
リンパ球が必要であると言われている。
ところが、患者から1度に採取できるリンパ球の数は、
108個オーダーであり人手による培養、例えば、ロー
ラーボトルを用いた培養では、2倍程度の個数の、細胞
数しか得られない。
治療に十分な個数の活性化リンパ球を得ようとすると、
数ケ月にわたって何度も採血、培養を繰り返さなければ
ならないため、膨大な作業量となる。
また、体外で培養するが、人手による作業が多いため雑
菌等の混入の危険が多々有り、安全なものとは言えず、
医師が上記作業を行うことが多い。
上記の理由により、1人の医師が扱える患者数が1人〜
数人と少なく、多くの患者を治療することができない。
また、人手で培養を行うので、培養中の細胞が、雑菌で
汚染される可能性が高いとともに患者血液を扱うため研
究者(医師)自身が病原菌等に感染する恐れもあった。
さらに患者により細胞(リンパ球)の培養条件が異るう
え、研究者(医師)による作業のバラツキがあり、毎回
培養細胞の特性が異り、安定して、細胞を取得すること
ができなかった。
上記作業量の膨大なこと及び危険なこと、安定して細胞
を取得できないことは、研究に用いる場合にも同様で研
究の進展をはばんでいる。また、人手による増殖は、適
時に増殖状態や活性化状態を測定することはできなかっ
た。従って最適な培養条件を見つけることができず、そ
の結果活性の高い細胞を簡単に得ることができなかった
[解決すべき問題点] この発明は上述の種々の問題点を解決するためになされ
たもので、雑菌の混入がなく、細胞増殖を自動的に行え
る細胞増殖装置を提供することを目的とする。
[問題点を解決する手段] この発明の細胞増殖装置は、培養部、培養モニター部9
分離部及びコントローラーより構成され、入力した細胞
群の内必要な細胞群を分離部で分離し、培養部で培養し
、培養モニター部で、細胞の培養状態をモニターし、コ
ントローラーで細胞培養状態のモニター結果をらとに培
養条件の変更及び細胞を回収すべき時点の判断を行いさ
らにコントローラーよりの信号をもとに、培養部で、生
理活性物質等の投与制御を行い、コントローラーよりの
信号をもとに、分離部で細胞の回収操作を行うことを特
徴とする。
さらに分離部に密度勾配遠心法を用いることができる。
さらに分離部に膜による分離法を用いることができる。
さらに分離部に電気泳動法を用いることもできる。さら
に培養部に連続培養方法を用いることができる。さらに
培養モニター部に培養細胞のアクティビティ−をモニタ
ーする細胞障害活性測定を用いることができる。さらに
培養モニター部に培養細胞のアクティビティ−(幼若化
)のモニターあるいは特定の亜群の細胞を区別する画像
処理を用いることができる。
[実施例] 第1図と第2図に示すように、この発明の装置は培養部
10と、分離部20と、モニター部30と、各部を制御
するたとえばマイクロコンピュータにてなる制御部ある
いはコントローラ一部50とを備えている。培養部10
において所定の培養液を所有している培養液槽11から
導管11aでとり出された培養液は、混合器11bで、
添加液槽12からとり出された添加液と混合され、ポン
プ13により培養槽I4に送られる。不要な液はポンプ
15により廃液槽16に排出される。
分離部20には種々の培養溶液を入れた複数の容器21
を有し、各容器21は遠心装置22に装着されている。
゛ピペット24はマニピュレータ23に装着され、ピペ
ット24を上下に移動することにより、該ピペット24
を容器21から抜き出し、あるいは挿入して、所望の培
養溶液をポンプ29によりとり出して、培養槽■4内の
培養管17に送り込むようになっている。
遠心装置22の1つの回転アーム22aに吊りかけられ
た容器(21Xで示す)の内容を監視するために、モニ
ター用のテレビカメラ又は、ポジションセンシティブダ
イオード(PSD)25が設けられており、該テレビカ
メラ又は、PSD25がら得られる映像信号はコントロ
ーラー50のモニターテレビ51に接続され、容器21
Xの内容をこのモニターテレビ51で見ることができる
ようになっている。
モニター部30において、ポンプ31によって、培養管
17でつくられた細胞を含む培養液をとり出して、該培
養液をマニピュレータ32によって、X−Y方向に可動
なX−Yテーブル33上に載置されている貯留器34に
所定量ずつ移送する。
貯留器34はX−Yテーブル33によって、図上右方向
に送られ、ストック35に順次貯えられ、あるいは、取
り出される。
このX−Yテーブル33の移送経路上には染色液注入用
のマニピュレータ36が設けられ、このマニピュレータ
36によって、上記のように貯留器34に入れられた培
養液に染色液をポンプ37を用いて注入できるようにな
っている。
顕微鏡38が上記X−Yテーブル33移送用の搬送路3
3aからY方向にずれた位置に設けられており、貯留器
34を顕微鏡用テーブル39に送ることによって該容器
34内の培養液を拡大して、見ることができるようにし
ている。顕微鏡38で拡大された像はテレビカメラ40
によって撮像されその画像信号は画像処理装置41に送
られ、画像処理装置41で得られた信号はコントローラ
ー50のモニターテレビ5Iにより映出される。
第1図に示すように、分離部20として遠心装置22を
用いた場合の培養溶液の分離動作を以下に述べる。
[遠心動作] 複数容器21にそれぞれ分離しようとする培養液を貯入
してから、遠心装置22をコントローラー50からの指
令により駆動して、アーム22aを回転して容器21を
回転遠心力によって水平にする(第3図a)、これによ
って細胞を分画する。
そして、必要細胞の分画位置をセンシングする。
テレビカメラ又は、ポジションセンシティブダイオード
(PSD)25からセンス信号と分画位置とを取得する
。(第3図b)。コントローラー50はセンス位置情報
をもとにマニピュレータ23を駆動し、必要細胞分画位
置にピペット24の先端をもっていく。そして細胞をポ
ンプ29により吸引する。次に別の遠心管位置にピペッ
ト2・1の先端を持っていく。ポンプにより吐出する。
さらに、平衡塩溶液槽より液を吸引する。
次にB遠心管に平衡塩溶液を吐出して、攪拌し、遠心し
、細胞分画位置をセンスする。
さらに上澄液を吸引・廃棄する。培養液を、培養液槽よ
り吸引しB遠心管に吐出する。さらに攪拌し、ピペット
遠心管底位置へ移動させ食細胞培養液吸引する。(第3
図c、d、e参照)[回収動作コ 電磁バルブ26を開とし、ピペット遠心管24へ培養槽
17より細胞液を送液する。
以下遠心1分画プロセス、洗浄プロセスは上述の分離プ
ロセスと同様である。
次に分離部として、第4図に示す連続遠心装置を用いた
場合を説明する。
(イ)遠心準備 ;ポンプ206を介して液槽200よ
りファイコール・ベーク 等の密度勾配遠心用物質をロー タ201内チヱンバー202に 注入する。液槽203又は、培 養管夏7より食細胞溶液をチエ レバー202内に注入する。
(ロ)遠  心 :連続遠心ロータ201を駆動する。
(ハ)センス開始:センサ204により必要細胞群のセ
ンシングを開始する。
(ニ)送  液 :ポンプ208によりチェンバー20
2内より分画液を送り出 す。
(ホ)分  画 :不要な分画は、バルブ207を切り
換えて、廃液槽205へ 送り、一方必要な分画はポンプ 208を介して次の工程へ送液 する。
次に分離部20として、第5図に示した膜分離装置を用
いた場合について説明する。
(イ)液流路設定:コントローラー50よりの信号にて
、分離操作の場合は、液 槽605→ろ連槽601→廃液 槽606(電磁バルブ600開、 603閉)、回収操作の場合は、 培養槽14→ろ過槽601→廃 液槽606となるよう三方活栓 608.609.610を設定 する。各三方活栓は図示しない 電磁ソレノイドにより切り換え られる。
(ロ)フィルトレ:コントローラー50よりの信−ショ
ン 号によりポンプ629及びポンプ604を駆動し、
液槽605 又は培養槽17よりフィルター 602を通過するよう細胞を含 む液を流す。このとき細胞は膜 状のフィルター602の前段側 に残る。
(ハ)逆  洗 :液の流路がバッファー液槽607→
フイルター602→電磁 バルブ603となるようコント ローラー50よりの信号で切り 換える。電磁バルブ600は閉、 603は開とする。コントロー ラー50よりの信号でポンプ6 04及びポンプ613を駆動し、 細胞を培養槽17(分離の場合) 又は、液槽605(回収の場合) に送る。
第6図は電気泳動装置を用いて分離を行なう場合を示す
液槽301からポンプ302でとり出された細胞溶液は
電磁バルブ303、三方活栓304を介して、電気泳動
槽305へ送られる。電気泳動槽305内に対立して設
けられた電極306aと306bとの間に細胞が注出さ
れる。これらの電極306aと306bとの間には所定
の直流電圧が印加されている。細胞の種類に応じて、電
気泳動の原理により細胞は分離され分離室307a〜3
07eのどれかに落ちる。そして、分離室307a〜3
07eのそれぞれに設けられた電磁バルブ308a〜3
08eを択一的に開くことによって、所望の細胞を分離
してとり出すことができる。
とり出された細胞はポンプ309により三方活栓310
へ送られ電磁バルブ311を開くことによって、上記の
分離されとり出した細胞を三方活栓312を介して培養
槽14内の培養管17(第1図)へ送る。
なお、分離中は、ポンプ313を停止、電磁バルブ31
4を閉、回収槽315への電磁バルブ3!6を閉として
おく。
細胞を電気泳動槽305から回収するときは、電磁バル
ブ311を閉、電磁バルブ316を開とすることにより
、電気泳動槽305からの細胞は回収槽315へ送られ
る。
次に培養部IOの動作を第7図を参照して説明する。
(イ)細胞入庫 :ポンプ29(31図)を駆動して、
電磁バルブ401を開いて 分離部20より、培養する細胞 を培養槽14内の培養管17に 入庫する。
(ロ)培養開始 :ポンプI3を駆動して培養液を培養
槽14に連続的に注入す る。不要になった培養液はポン プ15を駆動して廃液槽I6に すてる。
培養槽17−ポンプ15−三方 活栓403→三方活栓404→ ポンプ13→培養槽14の順序 で培養液を培養槽に注入後一定 期間は、同−液を順回してもよ い。
培養管17の表面は、細胞は 通過させないが、培養液、老廃 物は通過させろ半透膜又は、メツ シュを用いることが好ましい。
(ハ)生理活性 :細胞活性データにより添加液物質添
加 を混合割合いを変えて培養液に混合してもよい。こ
の場合添加 液は、複数種であってもよい。
(ニ)サンプリンニ一定期間ごとに電磁バルブ4グ  
  05を開いて培養槽14内の培養管17より培養中
の食細胞液 をモニターのためサンプルする。
(ホ)回  収 :細胞活性データにより(例えば細胞
濃度)、培養槽14中の含 細胞液を分離部20に送液する。
次に培養モニター部30の動作を第1図をもとに説明す
る。
(イ)サンプリン;搬送路信号X−Yテーブル信グ準備
  号により搬送路33a及びX−Yテーブル33を駆
動しストン ク位置に持っていく。
固定チャック信号により固定チャ ツクにて、測定容器をストック 35より取り出し固定する。
搬送路信号X−Yテーブル信号 により測定容器34を分注位置 へ移動する。
(ロ)サンプリン二分注用マニピュレータ信号、グ分注
  ポンプ信号によりポンプ31を駆動し、培養槽14
内の培養管 17より食細胞液送液をピペッ トマニピュレータ32により、 所定位置にある測定容器34に 分注する。
(ハ)染  色 :ポンプ3フ及び染色用マニピュレー
タ36にてサンプル溶液上 澄を除去する。(固定液の分注。
吸引除去が入ってもよい)ポン プ37及び染色用マニピュレー タ36にて染色液を測定容器に 分注する。
ポンプ37及び染色用マニピュ レータ36にて染色液を吸引除 去する。
ポンプ37及び染色用マニピュ レータ36にて洗浄液を分注し 及び吸引除去する。
(ニ)測定準備 :搬送路信号、X−Yテーブル信号、
光源信号、画像処理装置 駆動信号により測定容器34を、 顕微鏡ステージ39に搬送する。
光源39aを点灯する。画像処 理装置41を駆動してテレビ力 メラ40で得られた画像情報を モニター51で観測する。
(ホ)測  定 二側像処理信号、X−Yテーブル光源
信号により画像処理装置 41を駆動して、モニターテレ ビ51の画面を見るかコントロ ーシー50内での処理により、 例えば、細胞数、異形度合、細胞 種類等を測定する。
なお、サンプル→前処理→測定は、一定期間ごとにコン
トローラー50よりの信号で行う。
さらに、画像処理により、例えば、細胞数、異形度合(
幼若化度合等)、細胞種類等を測定し、これらを細胞活
性化度合のパラメータとして、インターロイキン2等の
リンホカインなどの生理活性物質を投与制御する。
培養モニター部30の他の例を第8図を参照して説明す
る。
(イ)ターゲット:搬送路信号、搬出機構信号、細胞分
注 前処理マニピュレータ信号、ポンプ信号、前処理マ
ニピュレー タ信号、ポンプ信号により培養 中の細胞が活性を示すターゲラ トとなる細胞(例えばに−56 2cell 1ine等)を分注する。測定容器501
をストック502 より搬出し、ワーク位置に搬送 する。
マニピュレータ504、ピペッ ト503及びポンプ506によ りターゲット細胞を容器50! に分注する。同容器501に染 免液を分注する。
CO,インキュベータ507に 容器を搬入する。
以上は、■あらかじめ染色液中 の細胞を分注してもよい。■染 色ずみの細胞を以下の(ハ)より 用いてもよい。本作業の目的は、 染色物質(例えば51 CrやEuな ど)をターゲット細胞内に取り 込ませることである。
(ロ)洗  浄 :コントローラーよりの信号、搬出機
構信号、搬送路信号、前 処理マニピュレータ信号、ポン プ信号により一定期間後容器を CO,インキュベータ507よ り搬出し、ワーク位置に搬送す る。前処理用のマニピュレータ 504、ピペット503および ポンプ506にて容器内ターゲラ ト細胞液を遠心容器510に分 注する。遠心装置信号により遠 心し、細胞分画を集めるために 遠心器511を作動し、一定時 間(5分〜lO分)後停止する。
センサ40にて細胞分画センシ ングを行なう。センサ信号を分 画位置データとする。
前処理マニピュレータ信号、ポ ンプ信号によりセンシングデー タを基に上澄液をピペット50 3、マニピュレータ504、ポ ンプ506にて除去する。
前処理マニピュレータ信号、ポ ンプ信号により培養液を遠心器 器510に分注する。
前処理マニピュレータ信号、ポ ンプ信号により、ピペツ)51 0を遠心容器内に挿入し、ポン プ506を吸引・吐出すること により液を攪拌する。
(ハ)培養細胞 :(遠心容器より測定容器2にり分注
   −ゲット細胞液を移しかえ同容器2内に、培養槽
より培養中の 細胞をサンプルし注入する)。
搬送路信号、搬出機構信号によ り測定容器2をストックより搬 出ワーク位置に搬送する。
ポンプ信号、前処理用マニピュ レータ信号によりピペット50 3、ポンプ506及び前処理用 マニピュレータ504を駆動し てターゲット細胞液を遠心容器 510より測定容器2に分注す る。
ポンプ信号によりポンプ508 及び細胞液分注用マニピュレー タ505にて、培養槽I4内の 培養管17よりの培養細胞液を 分注する。
搬送路信号、搬入出機構信号に より搬送路512を用いて COtインキュベータ507内 に格納する。
(ニ)測定前処理;搬入出機構信号、搬送路信号により
搬送路512及び搬入出機 構を用いて、CO,インキュベ ータ507より測定容器2を搬 出し、ワーク位置に搬送する。
ポンプ信号、マニピュレータ信 号、ポンプ506及び前処理マ ニピュレータ503.504に て細胞混合液を遠心容器510 に移しかえる。
遠心装置信号により遠心し、細 胞分画(5〜lθ分)分離する。
センサ40にて細胞分画センシ ングをしてセンシング信号分画 位置データを送る。搬入出機構 信号、搬送路信号によりストッ ク502より測定容器3を搬出、 ワーク位置に搬送する。ポンプ 信号、前処理マニピュレータ信 号によりピペット503、ポン プ506及び前処理用マニピュ レータ504を用い細胞混合液 上澄を(分画位置データを基に) 分取し、測定容器3に分注する。  j上記の動作によ
って、コント ローラーよりの信号により一定 期間後、測定容器2を搬出し、 細胞混合液を遠心容器に移しか   ・え遠心する。
(ホ)測  定:搬送路信号により測定容器3を、測定
器509へ搬送して測定す る。
測定器信号はコントローラー 50へ送られる。染色液にEu(ユ ーロピウム)等の蛍光物質を用 いた場合は、蛍光測定する。
”Or等のようなラジオアイソ トープを用いた場合は、RI測 定器を用いる。
なお、測定原理は培養中にELIがターゲット細胞に取
り込まれる。培養中の細胞のキラー活性によりこのEu
がターゲット細胞外に放出される。
なお、Euのかわりに”Cr(R1)を用いても原理は
同じである。
培養中の細胞がキラー活性を持っているかどうかのデー
タを集める。このデータをもとに、インターロイキン2
等のリンホカインなどの生理活性物質の投与制御を行う
また一連の測定は、コントローラー50の制御により一
定期間ごとに行われる。
[発明の効果] この発明は主として以下のような効果を有する。
(1)細胞の増殖、または活性化は、各機構における条
件を設定して装置の操作を開始させるだけで、特別の技
術を有しなくとも容易に行うことができ、労働力、特に
医師の労働力を大幅に減少させることができ、治療に用
いる場合には、1人の医師が多くの患者を治療可能にな
る。
(2)装置全体をクリーンベンチや安全キャビネット内
に設置すれば無菌環境下で操作を行うことができ、人手
を介さずにすむので、雑菌混入の可能性は低く、治療に
用いる場合にも安全である。又、作業者(医師)にとっ
ても病原菌等の感染の心配がない。
(3)従来の人が手で行う細胞増殖方法では、細胞密度
や細胞の持つ活性をほとんど調べていないため、増殖あ
るいは活性化に最適な条件が得られていなかった。
本装置は設定時など適時に細胞密度及び細胞活性を測定
、培養条件をダイナミックにコントロールできるため、
最適な培養を行うことが可能で従来法に比べ細胞密度あ
るいは細胞活性を上げることも可能であり、安定して細
胞を供給することができる。
(4)患者による細胞特性のバラツキを含み、多くの種
類の細胞を培養する場合でも、培養方法をとり違える危
険性がなく、安全に同時に培養を行′うことかできる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の培養装置の一実施例の概略を示す斜
視図、第2図はこの発明の培養装置を示すブロック図、
第3図aないし第3図eは遠心部の動作の要部を示す図
、第4図は分離部の池の実施例を示す斜視図、第5図と
第6図は分離部の他の実施例を示す斜視図、第7図は培
養部の他の実施例を示す図、第8図はモニター部の他の
実施例を示す図、第9図は動作の要部を示すフローチャ
ートである。 IO・・・培養部、20・・・分離部、30・・・モニ
ター部、50・・・コントローラ一部。 特許出願人  住友電気工業株式会社 代理人 弁理士 青白  葆ほか1名 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)異種の細胞を分離する分離部と、生理活性化物質
    を含む培養液の供給口を有する培養槽を具備する培養部
    と、前記分離部と前記培養槽とを連絡し、細胞液の輸送
    方向の可変な輸送手段と、細胞特性を測定する細胞モニ
    ター部と、前記培養槽中の細胞溶液をサンプリングし、
    サンプリングされた細胞溶液を細胞モニター部に輸送す
    るサンプリング手段と、前記モニター部で測定された細
    胞特性を演算し、培養槽の培養条件を制御するとともに
    、前記分離部、前記輸送手段、サンプリング手段及び細
    胞モニター部の動作を制御するコントローラとからなる
    ことを特徴とする細胞増殖装置。
JP24873087A 1987-10-01 1987-10-01 細胞増殖装置 Pending JPH0191771A (ja)

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DE3889104T DE3889104T2 (de) 1987-10-01 1988-09-30 Zellenzuchtvorrichtung.
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