JPH04234979A - 細胞培養装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、細胞培養装置、特に、
細胞及び培養液を容器内に収納して細胞培養を行う細胞
培養装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の細胞培養装置として、細胞及び培
養液を収納する細胞培養容器を備えたものが知られてい
る。その装置は、新鮮な培養液を培養容器内に補給する
ため、古い培養液と細胞とを分離するための分離装置（
フィルター）とペリスタリックポンプとを備えた循環経
路を有している。その循環経路では、ペリスタリックポ
ンプを用いて細胞培養容器から培養液を抜き出し、分離
装置を通して古い培養液を回収するようになっている。 また、回収された古い培養液の量に対応する量の新しい
培養液が、別の経路から細胞培養容器内に供給され得る
ようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の細胞培養装
置では、ペリスタリックポンプを用いて培養液を細胞培
養容器から抜き出す構成を採用している。このペリスタ
リックポンプは、可撓性のチューブを扱くことによって
液体を循環させる構成を有しているので、外部から雑菌
が混入しにくい等といった利点を有している。しかしな
がら、細胞壁のない動物細胞や、キャリアビーズを用い
なければならない細胞等の培養を行う場合には、それら
の細胞が剪断力に弱いため、ポンプの扱き動作が細胞に
悪影響を及ぼす。

【０００４】本発明の目的は、培養液の交換の際に培養
細胞に対して与える剪断力を低減できる細胞培養装置を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る細胞培養装
置は、細胞及び培養液を収納するための細胞培養容器と
、細胞培養容器に対して培養液制御用加圧ガスを供給す
るためのガス供給手段と、古い培養液と細胞とを分離す
るための分離装置と、細胞培養容器内の培養液を分離装
置に搬送するための培養液搬送手段と、細胞培養容器に
新たな培養液を供給するための培養液供給手段とを備え
ている。そして、この細胞培養装置では、培養液搬送手
段が、ガス供給手段からの加圧力を用いて培養液を搬送
する。

【０００６】

【作用】本発明に係る細胞培養装置では、細胞培養容器
に細胞及び培養液が収納される。そして、細胞培養容器
内の培養液は、ガス供給手段からの制御用加圧ガスによ
って、その状態が制御される。

【０００７】細胞培養容器内の培養液を交換する際には
、培養液搬送手段が、ガス供給手段からの加圧力を用い
て、細胞培養容器内の培養液を分離装置に搬送する。 分離装置では、古い培養液を細胞から分離する。古い培
養液が抜き取られた細胞培養容器には、培養液供給手段
が新たな培養液を供給する。

【０００８】この場合には、培養液搬送手段がガス供給
手段からの加圧力を用いて分離装置に培養液を搬送する
ので、培養細胞に対して剪断力を与えるポンプを使用す
る必要がなくなり、培養液の交換の際に培養細胞に対す
る剪断力を低減できる。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明の一実施例としての細胞培養
装置を示している。この細胞培養装置は、細胞及び培養
液が収納された培養容器１と、新たな培養液が溜められ
た容器２と、古い培養液が溜められた容器３とを有して
いる。

【００１０】培養容器１は、上端開口が蓋４によって密
閉されている。蓋４には、温度センサ５、ｐＨセンサ６
及びＤＯセンサ７が取り付けられている。また、培養容
器１の側面には、容器１内の培養液量を検出するための
液面センサ８が設けられている。容器１内には、撹拌用
のスターラ９が配置されており、容器１の下方には加熱
用のヒータ１０が設けられている。

【００１１】培養容器１と容器２とは管路１１によって
連結されており、管路１１を通じて新たな培養液が容器
２から培養容器１へ供給され得る。管路１１の途中には
、ペリスタリックポンプからなる第２ポンプ１２が設け
られている。また、培養容器１には、培養液制御用の加
圧ガスを供給するための管路１３の一端が接続されてい
る。管路１３の他端は、二股に分岐している。一方の分
岐路１４には、エアフィルタ１５及び電磁弁１６を介し
て、Ｎ２　ボンベ、Ｏ２　ボンベ、ＣＯ２　ボンベ（図
示せず）がそれぞれ接続されている。

【００１２】管路１３の他方の分岐路１５と培養容器１
との間には、培養液交換路２０が設けられている。交換
路２０には、分岐路１５側から順に、液溜２１及びクロ
スフィルタ２２が設けられている。クロスフィルタ２２
は、培養液から細胞を分離するためのものである。細胞
が分離された古い培養液が取り出されるクロスフィルタ
２２の出口２２ａと容器３との間には管路２３が設けら
れている。管路２３の途中には、ペリスタリックポンプ
からなる第１ポンプ２４が配置されている。

【００１３】さらに、培養容器１には、排気用管路２５
が接続されている。管路２５の先端は大気に開放されて
おり、途中には逆止弁２６及び電磁弁２７が設けられて
いる。

【００１４】交換路２０の培養容器１とクロスフィルタ
２２との間の部分、及び管路２５の逆止弁２６と電磁弁
２７との間の部分には、ピンチバルブからなる第１バル
ブ３０が取り付けられている。また、分岐路１４，１５
には、第１バルブ３０と同一の構造を有する第２バルブ
３１が取り付けられている。

【００１５】次に、第２バルブ３１の構造について説明
する。なお、第１バルブ３０は第２バルブ３１と同一の
構造を有しているので、ここでは説明を省略する。

【００１６】図２に示すように、第２バルブ３１は分岐
路１４，１５を開閉するためのバルブ本体３２と、バル
ブ本体３２を駆動するための駆動部３３とを有している
。図３に示すように、バルブ本体３２は、概ね円筒状の
ケース３４と、ケース３４内に収納された駆動部材３５
と、ケース３４内にその直径方向に固定された１対のピ
ン３６とを有している。分岐路１４，１５は、ケース３
４内において駆動部材３５とピン３６との間に挟まれた
状態で配置されている。

【００１７】駆動部３３は、ケース３４が固定されたケ
ース３７と、ケース３７内に配置されたソレノイド３８
と、ソレノイド３８内においてソレノイド３８によって
駆動されるロッド３９とを有している。ロッド３９の先
端には、駆動部材３５が固定されている。すなわち、ロ
ッド３９が軸方向に移動することによって、駆動部材３
５はケース３４内で軸方向に移動する。

【００１８】さらに、この細胞培養装置は、図４に示す
ような制御部４０を有している。制御部４０は、ＣＰＵ
，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを含
んでいる。制御部４０のＩ／Ｏポート４１には、上述の
スターラ９と、ヒータ１０と、センサ５，６，７，８と
、第１バルブ３０と、第２バルブ３１と、第１ポンプ２
４と、第２ポンプ１２と、電磁弁１６，２７とが接続さ
れている。さらに、Ｉ／Ｏポート４１には、操作者が指
令を入力するための入力パネル４２と、その他の入出力
部とが接続されている。

【００１９】次に、上述の実施例の動作を、図５及び図
６に示す制御フローチャートにしたがって説明する。プ
ログラムがスタートすると、図５のステップＳ１におい
て、各種センサの動作チェック等の初期設定が行われる
。初期設定が済めば、ステップＳ２において、入力パネ
ル４２からの動作開始指令を待つ。操作者は、培養容器
１内に培養液及び細胞を入れる等のセッティング操作を
行った後、入力パネル４２を通じて動作開始指令を行う
。これにより、プログラムはステップＳ２からステップ
Ｓ３に移行する。

【００２０】ステップＳ３では、バルブ３０，３１を駆
動し、管路２５及び分岐路１４を開け、交換路２０及び
分岐路１５を閉じる。すなわち、図１において第１バル
ブ３０の■側を開け、第２バルブ３１の■側を開ける。 これにより、同時に、第１バルブ３０の■側及び第２バ
ルブ３１の■側が閉じる。

【００２１】ステップＳ４では、スターラ９を駆動し、
撹拌を開始する。ステップＳ５では、温度センサ５から
の検出結果に基づいて、ヒータ１０を用いて培養容器１
内の温度制御を行う。ステップＳ６では、ｐＨセンサ６
からの検出結果に基づいて、ｐＨ制御を行う。また、ス
テップＳ７では、ＤＯセンサ７からの検出結果に基づい
て、ＤＯ制御を行う。ステップＳ６及びステップＳ７で
の制御は、電磁弁１６の開閉により、Ｎ２　ガス、Ｏ２
　ガスまたはＣＯ２　ガスを培養容器１に供給すること
によって行われる。

【００２２】ステップＳ８では、培地交換の時期がきた
か否かを判断する。この判断は、培養の開始（ステップ
Ｓ２）から所定の時間が経過したか否か、または前回の
培地交換から所定時間が経過したか否かの判断に基づい
て行われる。その所定時間が経過していなければ、プロ
グラムはステップＳ８からステップＳ９に移行する。ス
テップＳ９では、操作者により、培養動作の終了指令が
入力パネル４２を介して入力されたか否かを判断する。 終了指令が入力されていなければ、プログラムはステッ
プＳ５に戻り、以下の処理を繰り返す。入力パネル４２
から培養動作の終了指令が入力されれば、プログラムは
ステップＳ９からステップＳ１０に移行し、スターラ９
を停止させる。ステップＳ１０での処理が終わればステ
ップＳ２に戻る。

【００２３】上述の培養動作中において、培地交換時期
がきたと判断された場合には、プログラムはステップＳ
８からステップＳ１１に移行し、図６の培地交換サブル
ーチンを実行する。図６において、ステップＳ１３では
、第１バルブ３０を■側を開く方向に駆動する。これに
より、管路２５は閉じられる。次に、ステップＳ１３に
おいて電磁弁１６を開くことにより、Ｎ２　ガスを培養
容器１に供給する。これにより、培養容器１内はＮ２　
ガスによって加圧状態になる。この結果、培養容器１内
の培養液が交換路２０を通じてクロスフィルタ２２側に
搬送される。ステップＳ１４では、第１ポンプ２４が駆
動される。これにより、クロスフィルタ２２において培
養液と細胞とが分離され、古い培養液は管路２３を通じ
て容器３に溜められる。細胞密度が上昇した培養液は、
液溜２１内に溜められる。

【００２４】液溜２１内と培養容器１内との圧力がほぼ
一致するのに必要な時間が経過すると、ステップＳ１５
からステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６では、
電磁弁１６を閉じることにより、Ｎ２　ガスの培養容器
１側への供給を停止する。ステップＳ１７では、第１ポ
ンプ２４を停止する。ステップＳ１８では、第１バルブ
３０を、■側が開くように駆動する。これにより、管路
２５を通じて培養容器１内のガスが排出され、培養容器
１内は大気圧に戻る。培養容器１内が大気圧に戻るのに
要する所定時間が経過すれば、プログラムはステップＳ
１９からステップＳ２０に移行する。

【００２５】ステップＳ２０では、第２バルブ３１を■
側が開くように駆動する。この結果、高圧状態にある液
溜２１内の培養液が、管路１３を通じて大気圧となった
培養容器１内に戻される。液溜２１内の培養液が培養容
器１内に戻るのに充分な時間が経過すれば、プログラム
はステップＳ２１からステップＳ２２に移行する。ステ
ップＳ２２では、第２バルブ３１を■側が開くように駆
動する。ステップＳ２３では、第２ポンプ１２を駆動す
る。これにより、容器２内に溜められた新しい培養液が
管路１１を通じて培養容器１へ搬送される。ステップＳ
２４では、液面センサ８からの検出結果に基づいて、培
養容器１内の培養液量が所定値に達したか否かを判断す
る。培養容器１内の培養液の量が所定値に達すれば、ス
テップＳ２５に移行する。ステップＳ２５では、第２ポ
ンプ１２を停止し、培養容器１への新しい培養液の供給
を停止する。ステップＳ２５での処理が終わればプログ
ラムは図５のメインルーチンに戻る。

【００２６】以上説明したように、上述の実施例では、
古い培養液の排出にあたり、ガスの加圧力を利用してク
ロスフィルタ２２側に培養容器１から培養液を供給する
ので、交換路２０を移動する細胞に強い剪断力が加わる
ことがない。このため、剪断力に弱い細胞の培養を行っ
た場合でも、培養液の交換時に細胞が受けるダメージが
少ない。

【００２７】

【発明の効果】本発明に係る細胞培養装置では、培養液
搬送手段が、ガス供給手段からの加圧力を用いて細胞培
養容器内の培養液を分離装置に搬送する。このため、本
発明によれば、培養液の交換の際に培養細胞に対する剪
断力を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る細胞培養装置の一実施例の概略構
成図。

【図２】その液溜部分の斜視部分図。

【図３】そのピンチバルブの断面斜視部分図。

【図４】その制御部の概略ブロック図。

【図５】その制御フローチャート。

【図６】図５のサブルーチンのフローチャート。

【符号の説明】

１　　培養容器 ２，３　　容器 １２　　ポンプ １６　　電磁弁 ２２　　クロスフィルタ ３０　　第１バルブ ３１　　第２バルブ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】細胞及び培養液を収納するための細胞培養
   容器と、前記細胞培養容器に対して培養液制御用加圧ガ
   スを供給するためのガス供給手段と、古い培養液と細胞
   とを分離するための分離装置と、前記ガス供給手段から
   の加圧力を用いて、前記細胞培養容器内の培養液を前記
   分離装置に搬送するための培養液搬送手段と、前記細胞
   培養容器に新たな培養液を供給するための培養液供給手
   段と、を備えた細胞培養装置。