JP2002153256A - 細胞培養容器の培地交換用システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 適宜細胞培養容器内の培地を交換することが
でき、地上での培養試験と実質同様な細胞の培養試験を
行うことができるコンパクトで作業性に優れた細胞培養
容器の培地交換用システムを提供する。 【解決手段】 新鮮な培地を蓄える培地収納手段２２お
よびこの培地収納手段２２に隣接して設けられた廃培地
収納手段２３と、培地収納手段と細胞培養容器とを連結
する培地供給管２５および細胞培養容器と廃培地収納手
段とを連結する培地排出管２７と、これら培地供給管２
５および培地排出管２７の端部に設けられて細胞培養容
器の培地注入孔・注出孔５、６に各々着脱自在に接続さ
れるコネクタ３１ａ、３１ｂと、少なくとも培地供給管
２５に介装されて培地収納手段２２内の培地を細胞培養
容器に供給する送液ポンプ２８とを備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微小重力下におい
て動物細胞等の細胞を培養試験する際に、細胞培養容器
内の０培地を交換するために使用される培地交換用シス
テムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、宇宙空間のような微小重力下で動
物細胞の培養試験を行なう場合には、培地が満液状態と
された細胞培養容器単体で当該培養試験を行なうか、あ
るいは特開平７−８２６０号公報に見られるような、細
胞培養容器に培地循環ポンプを介装した配管を接続し、
培地を連続的に循環させながら培養する方法が知られて
いる。

【０００３】ところで、一般に地上においてこの種の動
物細胞の培養試験を行なう際には、静置状態で当該動物
細胞を観察するとともに、適宜老廃成分が増加した内部
の培地を新たなものと交換するフラスコ培養が行なわれ
ており、宇宙空間においても同様の観察環境において培
養試験を行なう要請がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、細胞培
養容器に培地を循環させる方法によっては、常時培地が
流動しているために、上述したような静置状態による細
胞培養の観察を行うことができない。また、細胞培養容
器単体によって、培養試験を行なう方法にあっては、培
地交換の必要が生じた場合には、手動によって当該培地
交換を行なわなければならず、作業性に劣るという問題
点があった。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、適宜細胞培養容器内の培地を交換することができ、
地上でのフラスコ培養と実質同様な細胞の培養試験を行
うことができるコンパクトで作業性に優れた細胞培養容
器の培地交換用システムを提供することを目的とするも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
に係る細胞培養容器の培地交換用システムは、新鮮な培
地を蓄える培地収納手段およびこの培地収納手段に隣接
して設けられた廃培地収納手段と、培地収納手段と細胞
培養容器とを連結する培地供給管および当該細胞培養容
器と廃培地収納手段とを連結する培地排出管と、これら
培地供給管および培地排出管の端部に設けられて細胞培
養容器の培地注入孔および培地注出孔に各々着脱自在に
接続されるコネクタと、少なくとも培地供給管に介装さ
れて培地収納手段内の培地を細胞培養容器に供給する送
液ポンプとを備えてなることを特徴とするものである。

【０００７】ここで、請求項２に記載の発明は、請求項
１に記載の送液ポンプが、２組の吸入口と吐出口とを有
するペリスタルティックポンプであり、一方の吸入口お
よび吐出口に上記培地供給管が接続され、他方の吸入口
および吐出口に上記培地排出管が接続されていることを
特徴とするものである。

【０００８】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
または２に記載の発明において、上記細胞培養容器は、
両面間に貫通して培地が充填される空間部が形成された
板状の本体に、上記空間部に酸素を供給する酸素供給手
段が設けられてなり、かつ上記本体には、上記培地供給
管が接続されて上記空間部に上記培地を注入する上記注
入孔と、上記培地排出管が接続されて上記空間部から上
記培地を排出する上記注出孔とが穿設されていることを
特徴とするものである。ここで、上記細胞培養容器とし
ては、各種形態のものが適用可能であるが、例えば、両
面間に貫通して培地が充填される空間部が形成された板
状の本体と、この本体の一方の面に配設されて空間部を
塞ぐとともに空間部側の表面が細胞付着性を有する培養
板と、上記本体の他方の面に配設されて空間部を覆う透
明かつ酸素透過性を有する上記酸素供給手段としての膜
材とを液密的に着脱自在に一体化したものが好適であ
る。

【０００９】さらに、請求項４に記載の発明は、請求項
３に記載の発明において、細胞培養容器の注入孔および
注出孔は、それぞれ一端が上記空間部の相対向する端部
に開口し、かつ他端が上記本体の同一側面に隣接して開
口するように穿設されているとともに、上記培地供給管
および培地排出管の接続端部には、一の操作によって同
時に両方の当該接続端部を上記注入孔および排出孔に接
続するコネクタが設けられていることを特徴とするもの
である。また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４
のいずれかに記載の培地供給管には、ガス分離手段が介
装されていることを特徴とするものである。

【００１０】請求項１〜５のいずれかに記載の発明にお
いては、細胞培養容器の培地注入孔および注出孔に、そ
れぞれ培地供給管および培地排出管のコネクタを接続
し、送液ポンプを作動させると、培地収納手段内の新鮮
な培地が培地供給管から細胞培養容器内に供給されると
ともに、細胞培養容器内の古い培地が、培地排出管から
廃培地収納手段へと排出される一方向の培地の流れが形
成されることにより培地交換が行なわれる。

【００１１】この際に、送液ポンプを作動させるという
一の操作によって、培地交換を行うことができるため
に、作業性に優れるとともに、培地収納手段と廃培地収
納手段とが隣接して配設されているために、培地交換に
よって重心の大きな移動が発生することがない。しか
も、培地供給管および培地排出管の端部に、細胞培養容
器の培地注入孔および培地注出孔に各々着脱自在に接続
されるコネクタを設けているので、地上等において、培
養板の表面に細胞を付着させた細胞培養容器を準備し、
これを宇宙空間に打ち上げて、宇宙船等の実験施設に設
置されている上記培地交換用システムに搬入し、上記コ
ネクタと接続することにより、種々の細胞に対する培養
試験を行うことが可能になる。

【００１２】また、請求項２に記載の発明によれば、上
記送液ポンプとして２組の吸入口と吐出口とを有するペ
リスタルティックポンプを用い、一方の吸入口および吐
出口に上記培地供給管を接続し、他方の吸入口および吐
出口に上記培地排出管を接続しているので、上述した一
方向の培地の流れを円滑に形成することができる。

【００１３】なお、動物細胞の培養試験を行なう場合に
は、何等かの方法によって上記動物細胞に酸素を供給す
る必要があるが、周知のように宇宙空間のような微小重
力下においては、気液が実質的に二層分離することが無
いために、地上におけるような気液が二層分離した状態
での静置観測による試験を行なうことができない。そこ
で、本発明に使用される細胞培養容器としては、請求項
３に記載の発明のように、細胞培養容器の本体に、空間
部に酸素を供給する膜材等の酸素供給手段を設けること
が好適である。

【００１４】上記細胞培養容器によれば、酸素供給手段
によって常時細胞を培養する空間部に酸素が供給される
ため、前述した特開平７−８２６０号公報に見られるシ
ステムのように、別途酸素供給用の設備を要することが
無く、付帯設備の簡易化が図られる。また、例えば、上
述した本体の一方の面に表面が細胞付着性を有する培養
板を設け、他方の面に酸素供給手段として上記空間部を
覆う透明かつ酸素透過性を有する膜材を配設したものを
用いれば、地上等において、予め培養板の表面に細胞を
付着させておき、これを本体および膜材と一体化させた
後に、内部に培地を供給することが可能であるために、
培地供給後に透明な膜材から空間部内の細胞を観察する
ことにより、容易に地上でのフラスコを模擬した液体満
液状態における静置試験を行なうことができる。

【００１５】さらに、請求項４に記載の発明において
は、細胞培養容器における注入孔および注出孔の一端
を、上記空間部の相対向する端部に開口するように穿設
しているので、空間部の一方に開口する注入孔から新た
な培地を注入することにより、当該空間部の他方に開口
する注出孔から古い培地を円滑に排出することができ
る。加えて、注入孔および注出孔の接続端部を、本体の
同一側面に開口するように形成し、かつこれらと接続す
るコネクタとして、一の操作によって同時に両方の接続
端部に接続可能なものを用いているので、宇宙空間にお
ける狭い試験室内においても、培地を交換する際に、注
入孔および注出孔に培地供給管および培地排出管を接続
する作業が容易になる。

【００１６】また、請求項１〜４のいずれかに記載の発
明においては、上述したように培地交換が一方向の培地
の流れ方向によって円滑に行なわれるために、細胞培養
容器やコネクタ等の気密性が保持されている限り、シス
テム内に気体が混入する虞はないが、請求項５に記載の
発明のように、培地供給管にガス分離手段を介装してお
けば、万一当該システム内に気体が混入した場合におい
ても、上記ガス分離手段によって上記気体を除去するこ
とができ、システムの安定性を確保することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１〜図３は、本発明に係る細胞
培養容器の培地交換用システムの一実施形態を示すもの
である。先ず、図２および図３に基づいて、この培地交
換システムに好適に用いられる細胞培養容器の構成につ
いて説明すると、図中符号１が、フッ素樹脂やポリカー
ボネート、アセタール等の所定の強度と耐食性を有する
合成樹脂によって長方形の板状に形成された本体であ
る。

【００１８】この本体１の中央部には、上下面間に貫通
する孔部が形成されており、この孔部に培地が充填され
る空間部２が形成されるようになっている。ここで、孔
部は、その稜線が、長手方向の中央部において互いに平
行になるとともに、両端部においてＶ字状に傾斜する６
角形状に形成されている。さらに、この稜線部分には、
上下面側にそれぞれ全周にわたって段部３ａ、３ｂが形
成され、この段部３ａ、３ｂの外周側には、溝部４ａ、
４ｂが形成されている。

【００１９】また、本体１には、一端が空間部２の長手
方向一端２ａに開口し、他端が本体の側面１ａに開口す
る注入・注出孔５と、一端が空間部２の長手方向他端２
ｂに開口し、本体１の側部に沿って延びて同様に本体の
側面１ａに開口する注入・注出孔６とが穿設されてい
る。また、注入・注出孔５、６の側面１ａにおける開口
部分には、必要に応じて培地交換を行なう際に、後述す
る培地供給管２５および培地排出管２７を接続するため
の接続具５ａ、６ａが嵌合されており、さらに側面１ａ
にはビス１８を介して金属性の取付板１９が設けられて
いる。なお、本実施形態においては、本体１の製作が容
易となるように、注入・注出孔６は、本体１の上面に開
口する溝状に形成されており、この開口は本体１の上面
に配設された本体１と同平面形状のシリコンゴム製のガ
スケット７によって塞がれている。

【００２０】そして、本体１の下面側に形成された段部
３ｂには、溝部４ｂに嵌合されたシリコンゴム製のガス
ケット８を介して培養板９が設けられている。この培養
板９は、表面が細胞付着性を有するポリスチレン等の素
材によって板状に形成されたもので、段部３ｂに係合し
て空間部２を塞ぐように、空間部２よりも僅かに大きな
相似形の６角形状に形成されている。そしてさらに、こ
の培養板９の下面側（外面側）には、下部支持板１０が
配置されている。

【００２１】この下部支持板１０は、チタン、ステンレ
スあるいはアルミニウム等によって外形が本体１と同寸
法に形成された板状部材で、その中央部には、本体１の
空間部２と同形状の開口が形成されている。この開口に
は、培養板９と略同寸法の段部１０ａが形成されてお
り、この段部１０ａによって、培養板９の外周部が支承
されている。他方、本体１の上面側には、段部３ａの溝
部４ａに嵌合されたシリコンやバイトン等からなるガス
ケット１１を介して膜材１２が設けられている。そし
て、本体１の厚さ寸法は、培養板９と膜材１２との間が
５ｍｍ以下になるように設定されている。

【００２２】この膜材１２は、例えばフッ素樹脂、シリ
コーン、ポリメチルペンテン等からなる透明であって、
かつ酸素透過性を有する薄肉素材であり、培養板９と同
形の６角形状に形成されることにより、空間部２の全面
を覆うように配置されている。そして、段部３ａには、
この膜材１２の外周部分を間に挟んで支持するための、
ポリカーボネート等からなる６角形の枠状に形成された
押え板１３が配設され、この押え板１３の上面に上部支
持板１４が設けられている。この上部支持板１４は、下
部支持板１０と同様のチタン、ステンレスあるいはアル
ミニウム等によって外形が本体１と同寸法に形成された
板状部材で、その中央部には、本体１の空間部２と同形
状の開口１４ａが形成されている。

【００２３】そして、以上のように積層状に配設された
膜材１２、本体１および培養板９は、上部支持板１４と
下部支持板１０とによって挟持され、かつ互いの四角隅
部に挿通された螺子１５によって、着脱自在となるよう
に一体化されている。この結果、培養板９および膜材１
２は、それぞれ上記角隅部において螺子１５が挿通され
ること無く、螺子１５の内方に位置するように配設され
ている。さらに、上部支持板１４の上面および下部支持
板１０の下面の長手方向の両側部には、それぞれ対応す
る位置に凹部１６が形成されており、これら凹部１６間
にクリップ１７が弾性的に嵌め込まれることにより、空
間部２内におけるより高い液密性が得られるようになっ
ている。

【００２４】図１は、上記構成からなる細胞培養容器の
培地を交換するための本実施形態に係るシステムであ
り、このシステムは、ガス透過フィルタ２０ａを有する
キャニスタ２０に組み込まれたラック２１に複数組（図
では上下に２組）取付けられている。図１において、符
号２２は、新鮮な培地が充填された培地収納容器（培地
収納手段）であり、この培地収納容器２２に隣接して廃
培地収納容器（廃培地収納手段）２３が設けられてい
る。そして、培地収納容器２２には、コネクタ２４を介
して培地供給管２５が着脱自在に接続され、廃培地収納
容器２３には、コネクタ２６を介して培地排出管２７が
着脱自在に接続されている。

【００２５】また、これら培地供給管２５および培地排
出管２７には、送液ポンプ２８が介装されている。この
送液ポンプ２８は、２組の吸入口２９ａ、２９ｂと吐出
口３０ａ、３０ｂとを有するペリスタルティックポンプ
であり、一方の吸入口２９ａおよび吐出口３０ａに培地
供給管２５が接続され、他方の吸入口２９ｂおよび吐出
口３０ｂに培地排出管２７が接続されている。

【００２６】さらに、これら培地供給管２５および培地
排出管２７の先端部には、それぞれ細胞培養容器の注入
・注出孔５、６に設けられた接続具５ａ、６ａに、一の
操作によって同時に各々の接続具５ａ、６ａに着脱自在
に接続可能なコネクタ３１ａ、３１ｂが取付けられてい
る。また、培地供給管２５には、このシステム内に気体
が混入した場合に当該気体を除去するための、疎水膜と
親水膜とによって構成されたガス分離器（ガス分離手
段）３２が介装されている。なお、このガス分離器３２
は省略することも可能である。なお、図中符号３３は、
細胞培養容器内の培地の性状を検出し、送液ポンプ２８
を発停させて空間２内の培地を自動的に交換するための
制御回路が組み込まれた回路基板である。

【００２７】以上の構成からなる細胞培養容器の培地交
換用システムによれば、細胞培養容器単体で、あるいは
当該細胞培養容器の注入・注出孔５、６の接続具５ａ、
６ａに、それぞれコネクタ３１ａ、３１ｂを接続した状
態で、透明な膜材１２側から培養板９上に付着した動物
細胞Ａの培養状態を静置観察することができる。この際
に、上記膜材１２は、酸素透過性を有しているととも
に、これら培養板９と膜材１２との間が５ｍｍ以下にな
るように設定しているので、膜材１２を通じて空間部２
内の培養板９に付着した細胞Ａに常時一様の酸素を供給
することができる。この結果、従来の容器のように別途
酸素供給用の設備が不要となるために、付帯設備の簡易
化を図ることができる。

【００２８】そして、一定期間が経過して、空間２内の
培地に老廃物が増加した場合には、その検知信号に基づ
いて回路基板３３から送液ポンプ２８を駆動する信号が
送られて当該送液ポンプ２８が作動する。この結果、培
地収納容器２２内の新鮮な培地が培地供給管２５から注
入・注出孔６へと送られ、空間２の一端２ｂから空間２
内に流入するとともに、空間２の古い培地は、他端２ａ
から注入・注出孔５を経て培地排出管２７から廃培地収
納容器２３へと排出されて行く。

【００２９】このように、上記構成からなる細胞培養容
器の培地交換用システムによれば、細胞培養容器の培地
注入・注出孔５、６に、それぞれ培地供給管２５および
培地排出管２７のコネクタ３１ａ、３１ｂを接続し、送
液ポンプ２８を作動させると、培地収納容器２２内の新
鮮な培地が培地供給管２５から細胞培養容器内に供給さ
れ、細胞培養容器内の古い培地が培地排出管２７から廃
培地収納容器２３へと排出される、一方向の培地の流れ
が形成されて培地交換が行なわれるために、送液ポンプ
２８を作動させるという一の操作によって、円滑に上記
培地交換を行うことができ、よって作業性に優れるとと
もに、培地収納容器２２と廃培地収納容器２３とが隣接
して配設されているために、培地交換によって重心の大
きな移動が発生することがない。

【００３０】しかも、送液ポンプ２８として２組の吸入
口２９ａ、２９ｂと吐出口３０ａ、３０ｂとを有するペ
リスタルティックポンプを用い、一方の吸入口２９ａお
よび吐出口３０ａに培地供給管２５を接続し、他方の吸
入口２９ｂおよび吐出口３０ｂに培地排出管２７を接続
しているので、上述した一方向の培地の流れを円滑に形
成することができる。

【００３１】また、培地供給管２５および培地排出管２
７の端部に、細胞培養容器の培地注入・注出孔５、６に
各々着脱自在に接続されるコネクタ３１ａ、３１ｂを設
けているので、地上等において培養板１９の表面に細胞
を付着させた細胞培養容器を準備し、これを宇宙空間に
打ち上げて、宇宙船等の実験施設に設置されている上記
培地交換用システムに搬入し、コネクタ３１ａ、３１ｂ
と接続することにより、種々の細胞に対する培養試験を
行うことが可能になる。

【００３２】この際に、注入・注出孔５、６の接続具５
ａ、６ａを、本体１の同一側面１ａに開口するように形
成し、かつこれらと接続するコネクタ３１ａ、３１ｂと
して、一の操作によって同時に各々の接続具５ａ、６ａ
に接続可能なものを用いているので、宇宙空間における
狭い試験室内においても、培地を交換する際に、注入・
注出孔５、６に培地供給管２５および培地排出管２７を
接続する作業を容易に行うことができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜５のい
ずれかに記載の細胞培養容器の培地交換用システムによ
れば、コネクタを細胞培養容器に接続して、送液ポンプ
を作動させることにより、一方向の培地の流れが形成さ
れ、細胞培養容器内の培地交換を行うことができるため
に作業性に優れるとともに、培地収納手段と廃培地収納
手段とが隣接して配設されているために、培地交換によ
って重心の大きな移動が発生することがない。しかも、
上記コネクタによって、地上等において培養板の表面に
細胞を付着させた細胞培養容器を準備し、これを宇宙空
間に打ち上げて、宇宙船等の実験施設に設置されている
上記培地交換用システムに搬入し、上記コネクタと接続
することにより、種々の細胞に対する培養試験を行うこ
とができる。

【００３４】また、請求項２に記載の発明によれば、送
液ポンプとして２組の吸入口と吐出口とを有するペリス
タルティックポンプを用い、一方の吸入口および吐出口
に上記培地供給管を接続し、他方の吸入口および吐出口
に上記培地排出管を接続しているので、上述した一方向
の培地の流れを円滑に形成することができ、請求項３に
記載の発明によれば、酸素供給手段によって常時細胞を
培養する空間部に酸素が供給されるため、別途酸素供給
用の設備を要することが無く、付帯設備の簡易化が図ら
れる。

【００３５】さらに、請求項４に記載の発明によれば、
コネクタによる一の接続操作によって同時に両方の細胞
培養容器の接続端部に接続することができ、よって宇宙
空間における狭い試験室内においても、培地を交換する
際に、注入孔および注出孔に培地供給管および培地排出
管を接続する作業が容易になり、請求項５に記載の発明
によれば、万一システム内に気体が混入した場合におい
ても、ガス分離手段によって上記気体を除去することが
でき、システムの安定性を確保することができるといっ
た効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る細胞培養容器の培地交換用システ
ムの一実施形態を示す

【図２】図１の培地交換用システムに用いられる細胞培
養容器を示す横断面図である。

【図３】図２の分解斜視図である。

【符号の説明】

１ 本体 １ａ 本体の一側面 ２ａ、２ｂ 空間部の一端 ５、６ 注入・注出孔 ９ 培養板 １２ 膜材 ２２ 培地収納容器（培地収納手段） ２３ 廃培地収納容器（廃培地収納手段） ２４、２６、３１ａ、３１ｂ コネクタ ２５ 培地供給管 ２７ 培地排出管 ２８ 送液ポンプ ２９ａ、２９ｂ 吸入口 ３０ａ、３０ｂ 吐出口 ３２ ガス分離器（ガス分離手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 重行 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番 １号 千代田化工建設株式会社内 (72)発明者 永瀬 睦 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番 １号 千代田化工建設株式会社内 Ｆターム(参考） 4B029 AA02 BB11 CC01 CC02 DA04 DB16

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 新鮮な培地を蓄える培地収納手段および
   この培地収納手段に隣接して設けられた廃培地収納手段
   と、上記培地収納手段と細胞培養容器とを連結する培地
   供給管および当該細胞培養容器と上記廃培地収納手段と
   を連結する培地排出管と、これら培地供給管および培地
   排出管の端部に設けられて上記細胞培養容器の培地注入
   孔および培地注出孔に各々着脱自在に接続されるコネク
   タと、少なくとも上記培地供給管に介装されて上記培地
   収納手段内の培地を上記細胞培養容器に供給する送液ポ
   ンプとを備えてなることを特徴とする細胞培養容器の培
   地交換用システム。
2. 【請求項２】 上記送液ポンプは、２組の吸入口と吐出
   口とを有するペリスタルティックポンプであり、一方の
   上記吸入口および吐出口に上記培地供給管が接続され、
   他方の上記吸入口および吐出口に上記培地排出管が接続
   されていることを特徴とする請求項１に記載の細胞培養
   容器の培地交換用システム。
3. 【請求項３】 上記細胞培養容器は、両面間に貫通して
   培地が充填される空間部が形成された板状の本体に、上
   記空間部に酸素を供給する酸素供給手段が設けられてな
   り、かつ上記本体には、上記培地供給管が接続されて上
   記空間部に上記培地を注入する上記注入孔と、上記培地
   排出管が接続されて上記空間部から上記培地を排出する
   上記注出孔とが穿設されていることを特徴とする請求項
   １または２に記載の細胞培養容器の培地交換用システ
   ム。
4. 【請求項４】 細胞培養容器の上記注入孔および上記注
   出孔は、それぞれ一端が上記空間部の相対向する端部に
   開口し、かつ他端が上記本体の同一側面に隣接して開口
   するように穿設されているとともに、上記培地供給管お
   よび培地排出管の接続端部には、一の操作によって同時
   に両方の当該接続端部を上記注入孔および排出孔に接続
   するコネクタが設けられていることを特徴とする請求項
   ３に記載の細胞培養容器の培地交換用システム。
5. 【請求項５】 上記培地供給管には、ガス分離手段が介
   装されていることを特徴とする請求項１ないし４のいず
   れかに記載の細胞培養容器の培地交換用システム。