JP2008086264A - 細胞培養液供給排出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】顕微鏡下での細胞長期観察時に、細胞培養に必要な各種の液体または気体を細胞への刺激を低減した状態で供給排出できるようにすること。
【解決手段】実質的に気密構造であり、気体と培養液28が接触して貯められた培養液貯留タンク46と、圧力的に大気に開放された気体層と細胞26を含む培養液28の層とを保持する細胞培養容器24と、上記培養液貯留タンク46から上記細胞培養容器24に培養液28を供給する供給配管44と、上記細胞培養容器24から上記培養液貯留タンク46に向けて上記細胞培養容器24内の気体又は培養液28を排出する排出配管48と、上記細胞培養容器24から上記培養液貯留タンク46に至る上記排出配管48の経路の途中に設けられ、上記排出配管48内に存在する気体又は培養液28を上記培養液貯留タンク46に流入させる圧力を生じさせるベリスタポンプ50と、を備える。
【選択図】図1
【解決手段】実質的に気密構造であり、気体と培養液28が接触して貯められた培養液貯留タンク46と、圧力的に大気に開放された気体層と細胞26を含む培養液28の層とを保持する細胞培養容器24と、上記培養液貯留タンク46から上記細胞培養容器24に培養液28を供給する供給配管44と、上記細胞培養容器24から上記培養液貯留タンク46に向けて上記細胞培養容器24内の気体又は培養液28を排出する排出配管48と、上記細胞培養容器24から上記培養液貯留タンク46に至る上記排出配管48の経路の途中に設けられ、上記排出配管48内に存在する気体又は培養液28を上記培養液貯留タンク46に流入させる圧力を生じさせるベリスタポンプ50と、を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、顕微鏡上で細胞を生きたまま観察する観察システムにおいて、生細胞を含む培養液層を保持する細胞培養容器内の培養液を交換するための細胞培養液供給排出装置に関する。
近年、遺伝子解析技術が進み、ヒトを含む多くの生物における遺伝子配列が明らかにされ、解析された遺伝子産物(タンパク質)と疾病との因果関係についても少しずつ解明されてきた。今後さらに、各種のタンパク質や遺伝子を網羅的に統計的に解析するため、細胞などの生体試料を用いる検査装置の研究開発が鋭意進められている。
通常、細胞は、プラスチック製又はガラス製のディッシュやフラスコ等に播種され、インキュベータ内で培養されている。このインキュベータは、内部が例えば、二酸化炭素濃度5%、温度37℃、湿度100%に設定され、細胞の育成に適した環境に保たれている。このような培養中の細胞を観察する方法は、いくつかの方法が知られている。
その一つとして、インキュベータから上述したディッシュやフラスコ等を取り出し、位相差顕微鏡等の倒立型顕微鏡を用いて観察を行う方法が知られている。上記の方法では、可能な限り速やかに細胞の観察を行い、観察終了後、細胞をインキュベータ内に戻す必要がある。これは、細胞が通常環境下に長く置かれることにより、細胞の活性が損なわれるのを防止するためである。即ち、細胞の活性が不安定であると、正確な評価を行うことが困難であるためである。また、細胞をインキュベータから取り出す際は、コンタミネーション等が起こらないように十分注意して行われている。
一方、観察光学系のステージ上で長期間培養をしながら細胞を観察する生体試料培養観察システムも提案されてきた。このような検査装置においては、細胞などの生体試料を長期間培養しながら所定の情報を検出する事が行われている。この場合、培養液中の細胞からの老廃物(乳酸等)がある一定以上の濃度にならないように、観察途中で培養液の交換が必要となる。
しかし、清浄に保たれていないステージ上で、培養容器を開放して培養液を交換すると、培養容器内が汚染されるおそれがある。当然、汚染された状態で観察を続けても正確な情報は得られない。また、ステージ上とは別個所に設けられたクリーンベンチ上で培養液の交換を行えば、汚染は避けられるものの、観察位置が培養液交換の前後でずれるため、継続的な観察を行うことができない。一方、細胞からの伝達物質等が所定値以上の濃度にならないほどの大量の培養液を使用して培養しようとしても、細胞の増殖能を低下させてしまう。
そこで、顕微鏡等の観察光学系下に細胞培養チップを配置し、細胞培養チップ内のウェルへ供給口から新たな培養液を供給しながら、排出口からウェルの培養液を排出することにより、ウェル内を一定の環境に保ち、この状態で、細胞培養チップ内の細胞の観察を行うことができる、生体試料培養観察システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−113092号公報
しかしながら、前述した特許文献1に開示されているような生体試料培養観察システムにあっては、次のような問題があった。
即ち、このシステムでは、ウェル内が密閉した小空間であるため、ウェルの内圧が培養液の供排液によって変動する。つまり、細胞は培養液の交換時に圧力の変動という物理的刺激を受けることとなる。細胞は微細な刺激に対してさまざまな反応を起こすため、内圧の変動による影響も無視できない場合がある。
また、供給される培養液の流速も細胞に刺激を与える要因となり、細胞活性を左右することになるため、注意が必要である。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、顕微鏡下での細胞長期観察時に、細胞培養に必要な各種の液体または気体を細胞への刺激を低減した状態で供給排出できる細胞培養液供給排出装置を提供することを目的とする。
本発明の細胞培養液供給排出装置の一態様は、
実質的に気密構造であり、気体と培養液が接触して貯められた培養液貯留タンクと、
圧力的に大気に開放された気体層と生細胞を含む培養液層とを保持する細胞培養容器と、
上記培養液貯留タンクから上記細胞培養容器に培養液を供給する供給配管と、
上記細胞培養容器から上記培養液貯留タンクに向けて上記細胞培養容器内の気体又は培養液を排出する排出配管と、
上記細胞培養容器から上記培養液貯留タンクに至る上記排出配管の経路の途中に設けられ、上記排出配管内に存在する気体又は培養液を上記培養液貯留タンクに流入させる圧力を生じさせるポンプ手段と、
を具備することを特徴とする。
実質的に気密構造であり、気体と培養液が接触して貯められた培養液貯留タンクと、
圧力的に大気に開放された気体層と生細胞を含む培養液層とを保持する細胞培養容器と、
上記培養液貯留タンクから上記細胞培養容器に培養液を供給する供給配管と、
上記細胞培養容器から上記培養液貯留タンクに向けて上記細胞培養容器内の気体又は培養液を排出する排出配管と、
上記細胞培養容器から上記培養液貯留タンクに至る上記排出配管の経路の途中に設けられ、上記排出配管内に存在する気体又は培養液を上記培養液貯留タンクに流入させる圧力を生じさせるポンプ手段と、
を具備することを特徴とする。
本発明によれば、細胞培養に必要な各種の液体または気体を細胞への刺激を低減した状態で供給排出できるので、細胞活性を維持した状態で、顕微鏡下での細胞長期観察が実現できる細胞培養液供給排出装置を提供することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る細胞培養液供給排出装置と顕微鏡とからなる観察システムの構成を示す図である。
図1は、本発明の第1実施形態に係る細胞培養液供給排出装置と顕微鏡とからなる観察システムの構成を示す図である。
顕微鏡は、対物レンズ10、撮像するためのCCD12、透過観察(位相差観察)を行うためのランプ14及びコンデンサレンズ16等、試料を観察するため光学系を搭載している。また、この顕微鏡には、試料をのせるためのステージ18が配置される。このステージ18には、試料を観察するための穴が設けられており、対物レンズ10が試料観察位置(焦点位置)までZ方向に移動すると共に、ステージ18がXY方向に移動して所望の位置を観察できるようになっている。ステージ18外周には筐体20が設けられ、該筐体20内の温度を37度に維持するために、筐体20の側面部にヒータ22が設置されている。なお、この筐体20は、特に図示しないが、蓋を有しており、この蓋を開けて、ステージ18の観察位置に細胞培養容器24を設置するようになっている。
図2(A)及び(B)は、上記細胞培養容器24の断面図及び蓋を取り除いて示す平面図である。
上記細胞培養容器24の中に、観察試料となる細胞26が底面に貼り付いて播種されている。この細胞培養容器24には、培養液28を供給する供給口30、培養液28を排出する排出口32、5%CO2混合ガスを供給するガス供給口34、細胞培養容器24内の空間を大気に開放する大気開放口36が設置されている。また、上記細胞培養容器24内の上記供給口30近傍には、微小な間隔が空けられた複数のスリットが形成されており、供給口30から細胞培養容器24の内部に供給される培養液28は、この複数のスリットが整流子38となり、細胞培養容器24内に均一に流し込まれ、細胞26が播種されている細胞播種領域40に供給される。
なお、供給口30は細胞培養容器24の底面付近に設置され、排出口32はこの供給口30よりも上に設置される。そして、ガス供給口34と大気開放口36は、さらに上に(細胞培養容器24の蓋42付近)に設置される。
細胞培養容器24は、細胞26に毒性を与えない透明な樹脂で構成されている。好ましくは、細胞播種領域40は、光学的な観察が行えるように、ガラスの材質で構成されている。また、細胞培養容器24の蓋42は、内部を露出できるように、細胞培養容器24の底面積と略同一面積の着脱可能な透明な材質(樹脂又はガラス)で構成されている。これら細胞培養容器24と蓋42は、完全な密閉構造でも、接触するだけの略密閉構造でも良い。
本実施形態に係る細胞培養液供給排出装置では、上記のような細胞培養容器24の供給口30に、オートクレープ滅菌処理可能な供給配管(テフロン(登録商標)製配管等)44が接続されている。そして、この供給配管44の配管口は、所定温度(37度又は4度)に恒温化された培養液貯留タンク46内の培養液28に浸積されている。
また、細胞培養容器24の排出口32には、オートクレープ滅菌処理可能な排出配管(テフロン製配管等)48が接続されている。この排出配管48は、回転方向が可逆できるベリスタポンプ50を経由して、上記培養液貯留タンク46内に接続されている。但し、上記供給配管44とは異なり、この排出配管48は、培養液貯留タンク46内の培養液28には接触していない。
培養液貯留タンク46は、培養液28が内部に入れられるように着脱式の蓋や開閉できる供給口があるものが望ましいが、完全に内部が密閉構造にする事ができ、オートクレープ滅菌処理可能なガラスやテフロン材質で構成されている。培養液送液初期状態では、内部に、クリーンな空気と培養液28が充填されている。
また、上記細胞培養容器24のガス供給口34には、オートクレープ滅菌処理可能なガス供給配管(テフロン製配管等)52が接続され、加湿瓶54を経由して5%CO2混合ガス発生器(ボンベ)56に接続される。この5%CO2混合ガス発生器(ボンベ)56からのガスは、図示しない滅菌フィルタを経由して、細胞培養に影響を与えないクリーンなガスが発生される。加湿瓶54は、滅菌水が入れられており、5%CO2混合ガス発生器(ボンベ)56からの配管が滅菌水に接続され、多数の泡を発生させる。これにより、加湿された5%CO2混合ガスが、ガス供給口34より上記細胞培養容器24内に流入する。
上記細胞培養容器24は、上述した筐体20内のヒータ22により37度に加温され、さらに、この加湿された5%CO2混合ガスにより、該細胞培養容器24の蓋42の内側が曇らないようになっている。
また、上記細胞培養容器24の大気開放口36は、上記流入する5%CO2混合ガスにより、該細胞培養容器24の内部の圧力が上がらないように、大気に内部のガスを放出する。つまり、細胞培養容器24周辺の環境空気は細胞培養容器24内には流入してこない。なお、細胞培養容器24の大気開放口36は、大きな開放口である必要は無く、φ0.5mm程度の穴で良い。
次に、上記のような構成の本実施形態に係る細胞培養液供給排出装置の動作を説明する。
図3(A)は、ベリスタポンプ50の動作タイミングチャートを示す図であり、図3(B)乃至(D)はそれぞれ、図3(A)中の各状態における細胞培養容器24の培養液水面58の動きを示す図である。
ステージ18上に最初に細胞培養容器24が設置されるときは、図3(B)に示す状態であり、排出口32よりも、細胞培養容器24内の培養液水面58が下に形成して設置される。
この状態で、ベリスタポンプ50を図1に矢印で示すような正転方向に駆動(ON)し、細胞培養容器24の空間の5%CO2混合ガス(又は空気を含む)を培養液貯留タンク46内に送る。すると、培養液貯留タンク46は密閉されているために、培養液貯留タンク46内の圧力が上昇する(正圧となる)。培養液28を供給する供給配管44が培養液貯留タンク46内の培養液28に浸積されているため、この圧力上昇により、培養液貯留タンク46内の培養液28が供給配管44内に流入し、細胞培養容器24内に培養液28を送液する。
図3(C)に示すように、細胞培養容器24内の培養液水面58が上昇し、排出口32の高さまで来ると、培養液28が排出口32より排出され、培養液貯留タンク46内に培養液28(液体)を戻す流路系に切り替わる。
このようにして、細胞培養器内の培養液28の供給量と排出量がつりあい、培養液水面58の高さが一定となる。この一定水面を維持した状態で、細胞培養容器24内の培養液28を細胞26に影響を与えない緩やかな流れにより、培養液28を交換することができる。
細胞培養容器24への培養液28供給は、培養液貯留タンク46の気体部分がダンピング作用を生み、ベリスタポンプ50の脈動成分を除去した培養液28供給が実現でき、脈動流れによる細胞26への影響を低減できる。
そして、ベリスタポンプ50を停止(OFF)すると、図3(D)に示すように、培養液貯留タンク46内の残存圧力により、培養液28の供給が継続され、細胞培養容器24内の培養液水面58はさらに上昇するが、培養液貯留タンク46内の残存圧力が大気圧に近づくにつれ、培養液28の供給は少なくなり、最後には、一定水面を維持した状態で、細胞培養容器24内に培養液28が保持される。
以上のようにして、本実施形態に係る細胞培養液供給排出装置は、培養液28を循環させる循環培養装置として動作する。
一般的な細胞26(Hela細胞、HEK細胞、COS細胞等)の活性を維持するためには、培養液28の流入量は0.1〜1mL/分が望ましいが、観察する細胞26の種類に応じて、ベリスタポンプ50の回転速度を変更すれば、培養液28の流入排出速度が変更でき、最適な培養液28の交換流速を選択できる。
また、ベリスタポンプ50は常時動作させる必要も無く、間欠動作で動作させても良い。培養している細胞26の種類、個数にもよるが、1〜3日間間隔でベリスタポンプ50を動作させ、細胞培養容器24内の全培養液総量分を置換する動作を行っても良い。
細胞培養容器24に流入する5%CO2混合ガスにより、培養液28のペーハ(PH)は所定値に整えられ、細胞活性を維持できる。一般に、細胞26種類に応じて、CO2混合ガスの濃度は変更されるべきであり、5%が必須ではない。
培養液28を細胞培養容器24から排出する場合は、図4に示すように、ベリスタポンプ50を逆転駆動することにより、培養液貯留タンク46内の空間のガス(又は空気)を細胞培養容器24に供給する。このため、培養液貯留タンク46内の圧力が低下し(負圧となり)、細胞培養容器24の培養液28を供給口30より吸引して培養液貯留タンク46に戻すように流路系が切り替わる。この動作を継続する事により、培養液28を吸引することが可能となる。なお、図面の簡略化のため、図4では、顕微鏡の図示を省略している。
細胞培養容器24に培養液28を供給するために、供給配管44側にベリスタポンプ50を配置して供給する方法が一般的に用いられているが、培養液28が脈動して細胞培養容器24内に流入する。細胞26の培養において、培養液28の流れは細胞26に刺激を与える事になり、増殖効率が低下する原因と考えられている。本実施形態では、培養液貯留タンク46内の圧力上昇により、培養液28を送液するため、流入する培養液28の脈動成分は非常に少ない。また、非常に均一で低速な流れを形成できるため、培養液28流入による細胞26への刺激を極限まで低く抑えることができる。
培養液貯留タンク46内は正圧になるが、大気に開放されている穴(大気開放口36)が形成されているため、細胞培養容器24内は大気圧とほぼ同じであり、細胞活性に影響を与えない。
これに対して、流路系は密閉されているために、外部の環境雰囲気中のゴミや細菌等が入りづらく、コンタミネーションが少ない培養を維持し、長時間継続できる。
また、培養液28の供給排出は、ベリスタポンプ50のみの動作で実現できるため、コンピュータ(図示せず)との接続により、自動動作が可能となり、観察時の使用者負担を低減できる。
[第2実施の形態]
図5は、本発明の第2実施形態に係る細胞培養液供給排出装置の構成を示す図で、図4と同様に図面の簡略化のため、本細胞培養液供給排出装置が適用される観察システムにおける顕微鏡の図示は省略している。
図5は、本発明の第2実施形態に係る細胞培養液供給排出装置の構成を示す図で、図4と同様に図面の簡略化のため、本細胞培養液供給排出装置が適用される観察システムにおける顕微鏡の図示は省略している。
なお、上記第1実施形態に係る細胞培養液供給排出装置と同様の機能を果たすものには同じ参照番号を付すことで、その説明は省略するものとし、第1実施形態と異なる部分のみ説明する。
本実施形態に係る細胞培養液供給排出装置は、上記第1実施形態のようなベリスタポンプ50の代わりに、2個の電磁弁60,62とシリンジピストンポンプ64とを用いている。
即ち、細胞培養容器24の排出口32には、オートクレープ滅菌処理可能な排出配管(テフロン製配管等)48が接続され、電磁弁60を経由して、シリンジピストンポンプ64に接続されている。そして、シリンジピストンポンプ64より、新たな配管66により、電磁弁62を経由して、培養液貯留タンク46内に接続されている。この場合、配管66は、培養液貯留タンク46内の培養液28には接触していない。
シリンジピストンポンプ64のピストン68は、ラックピニオン機構70やボールネジ等の往復−回転動作変換部を介して、モータ72の可逆回転動作により、ピストン68を往復動作し、シリンジ74内の容積を変化させることができる。
次に、上記のような構成の本実施形態に係る細胞培養液供給排出装置の動作を説明する。
まず、電磁弁60を開き且つ電磁弁62を閉じて、シリンジピストンポンプ64のピストン68を下降させて、シリンジ74内の容積を膨張させると、細胞培養容器24内の培養液28(又はガス又は空気)がシリンジ74内に吸引される。
次に、電磁弁60を閉じ、電磁弁62を開いて、シリンジピストンポンプ64のピストン68を上昇させ、シリンジ74内の容積を収縮させると、上記シリンジ74内に補給された培養液28(又はガス又は空気)が培養液貯留タンク46内に送液される。すると、培養液貯留タンク46内の圧力が上昇し、該培養液貯留タンク46内の培養液28が供給配管44を通じて、細胞培養容器24に送液される。
また、上記電磁弁60、62とシリンジピストンポンプ64のピストン68の動作を逆転すると、培養液貯留タンク46内の空気を細胞培養容器24に送り、培養液貯留タンク46の圧力が低下し、細胞培養容器24の培養液28を抜き取る事ができる。
上記第1実施形態においては、細胞培養容器24の排出口32を経由してベリスタポンプ50で培養液28を排出する際に、排出流速に脈動成分が潜在的に残っている。本実施形態では、シリンジピストンポンプ64が一定流速で、培養液28を細胞培養容器24から吸引するため、排出流速が均一となり、より、流速による細胞刺激が少なくできる。
また、上記第1実施形態においては、細胞培養容器24に培養液28を供給する際に、ベリスタポンプ50で培養液28を培養液貯留タンク46に供給する際の脈動成分が潜在的に残っている。本実施形態では、シリンジピストンポンプ64が定流速で、培養液28を培養液貯留タンク46に送液するため、細胞培養容器24への供給流速が均一となり、より、流速による細胞刺激が少なくできる。
[第3実施形態]
図6は、本発明の第3実施形態に係る細胞培養液供給排出装置の構成を示す図で、図4と同様に図面の簡略化のため、本細胞培養液供給排出装置が適用される観察システムにおける顕微鏡の図示は省略している。
図6は、本発明の第3実施形態に係る細胞培養液供給排出装置の構成を示す図で、図4と同様に図面の簡略化のため、本細胞培養液供給排出装置が適用される観察システムにおける顕微鏡の図示は省略している。
ここで、上記第1実施形態に係る細胞培養液供給排出装置と同様の機能を果たすものには同じ参照番号を付すことで、その説明は省略するものとし、第1実施形態と異なる部分のみ説明する。
本実施形態に係る細胞培養液供給排出装置は、上記第1実施形態の構成において、培養液貯留タンク46に新たに、大気に開放する大気開放配管76を接続し、弁78により開閉可能となっているものである。なお、弁78は、電磁弁あるいはマニュアル弁どちらでも良い。
次に、上記のような構成の本実施形態に係る細胞培養液供給排出装置の動作を説明する。
上記第1実施形態では、細胞培養容器24の培養液水面58は、細胞培養容器24に供給される培養液28の供給量と排出される排出量が釣り合うことにより、一定となっていた。このため、培養液水面58の高さは、培養液貯留タンク46の内部に形成される空間(空気又はガス)の容積により支配的となっていた。また、培養液貯留タンク46と細胞培養容器24の設置位置関係(水頭値)によっても支配されていた。
上記第1実施形態の構成では、通常、最初に、細胞培養液28内の5%CO2混合ガス又は空気が培養液貯留タンク46に流入し、内部圧力を上昇させ、この後に、培養液28が培養液貯留タンク46に送液されるため、初期の圧力上昇は培養液貯留タンク46内に維持されたままとなる。このため、上記の支配的なパラメータによっては、細胞培養容器24に多めの培養液28を供給することになり、培養液水面58が高いまま(培養液28総量が多いまま)に維持される場合がある。
この場合、細胞培養容器24の培養液水面58の高さが一定となった後に、培養液貯留タンク46の弁78を開け、該培養液貯留タンク46内部を大気に開放する事により、細胞培養容器24への培養液28の供給が停止し、(細胞培養容器24の培養液28の排出は継続されるため)培養液水面58を下げる(細胞培養容器24内の培養液28の総量を減少させる)ことができる。
また、細胞培養容器24よりも培養液貯留タンク46を、位置的に下に構成した場合、培養液貯留タンク46内部を大気に開放する事により、細胞培養容器24への培養液28の供給が停止後、排出側に切り替える(逆流する)ことができる。この場合は、ベリスタポンプ50を停止していても、細胞培養容器24内の培養液28を減少させることができる。
そして、細胞培養容器24の培養液水面58の高さが所望の高さとなったところで、弁78を閉じることで、その高さを維持することができる。
なお、上記弁78の開閉は、細胞培養容器24を配置した筐体20の図示しない蓋を開けて、細胞培養容器24の培養液水面58の高さを観察しながら行う。勿論、光学的手段等により、培養液水面58の高さを計測して自動的に弁78の開閉を行わせるようにしても構わない。
以上のように、本実施形態によれば、細胞活性にもっとも最適な培養液28量を細胞培養容器24内に形成することができる。
[第4実施形態]
図7は、本発明の第4実施形態に係る細胞培養液供給排出装置の構成を示す図で、図4と同様に図面の簡略化のため、本細胞培養液供給排出装置が適用される観察システムにおける顕微鏡の図示は省略している。
図7は、本発明の第4実施形態に係る細胞培養液供給排出装置の構成を示す図で、図4と同様に図面の簡略化のため、本細胞培養液供給排出装置が適用される観察システムにおける顕微鏡の図示は省略している。
なお、上記第3実施形態に係る細胞培養液供給排出装置と同様の機能を果たすものには同じ参照番号を付すことで、その説明は省略するものとし、第3実施形態と異なる部分のみ説明する。
細胞培養容器24の供給口30にオートクレープ滅菌処理可能な供給配管(テフロン製配管等)44が接続され、所定温度(37度又は4度)に恒温化された培養液貯留タンク46内の培養液28に配管口が浸積されていることは、上記第3実施形態と同様であるが、本実施形態に係る細胞培養液供給排出装置では、細胞培養容器24の排出口32には、オートクレープ滅菌処理可能な排出配管(テフロン製配管等)48が接続され、回転方向が可逆できるベリスタポンプ50を経由して、培養液排出タンク80内に接続されている。この培養液貯留タンク46と培養液排出タンク80の間は、新たな接続配管82にて接続される。この接続配管82の口は何れもタンク内部の培養液28には接触しないように構成されている。
次に、上記のような構成の本実施形態に係る細胞培養液供給排出装置の動作を説明する。
上記第1実施形態は、細胞培養容器24に培養液28を循環する循環培養装置として構成した場合であるが、本実施形態に係る細胞培養液供給排出装置は、培養液28を灌流する灌流培養装置として構成した場合の例である。
即ち、ベリスタポンプ50により、培養液排出タンク80内の圧力が上昇し、同時に、接続配管82で接続された培養液貯留タンク46内の圧力も上昇する。よって、上記第1実施形態で説明したように、細胞培養容器24に培養液貯留タンク46内の培養液28を送液できる。
培養液貯留タンク46からの培養液28の供給量と、細胞培養容器24からの培養液28の排出量が釣り合うと、培養液水面58は上昇を停止し、一定高さを維持する。その後、培養液貯留タンク46に構成された大気に開放する弁78を開け、細胞培養容器24内の培養液水面58の高さ(培養液28の総量)を任意の高さに調整する。
本実施形態に係る細胞培養液供給排出装置では、細胞培養容器24から排出される培養液28は、培養液貯留タンク46には戻らない。従って、細胞培養容器24には、常に新鮮な培養液28が供給される。細胞伝達物質などが細胞26から生成され、細胞増殖時に有利に働く場合も有るが、使用者の実験系によっては、培養液28を循環させない用途も存在する。本実施形態ではそれらに対応することができる。
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
(付記)
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。
(1) 実質的に気密構造であり、気体と培養液が接触して貯められた培養液貯留タンクと、
圧力的に大気に開放された気体層と生細胞を含む培養液層とを保持する細胞培養容器と、
上記培養液貯留タンクから上記細胞培養容器に培養液を供給する供給配管と、
上記細胞培養容器から上記培養液貯留タンクに向けて上記細胞培養容器内の気体又は培養液を排出する排出配管と、
上記細胞培養容器から上記培養液貯留タンクに至る上記排出配管の経路の途中に設けられ、上記排出配管内に存在する気体又は培養液を上記培養液貯留タンクに流入させる圧力を生じさせるポンプ手段と、
を具備することを特徴とする細胞培養液供給排出装置。
圧力的に大気に開放された気体層と生細胞を含む培養液層とを保持する細胞培養容器と、
上記培養液貯留タンクから上記細胞培養容器に培養液を供給する供給配管と、
上記細胞培養容器から上記培養液貯留タンクに向けて上記細胞培養容器内の気体又は培養液を排出する排出配管と、
上記細胞培養容器から上記培養液貯留タンクに至る上記排出配管の経路の途中に設けられ、上記排出配管内に存在する気体又は培養液を上記培養液貯留タンクに流入させる圧力を生じさせるポンプ手段と、
を具備することを特徴とする細胞培養液供給排出装置。
(対応する実施形態)
この(1)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第1乃至第4実施形態が対応する。それらの実施形態において、培養液28が上記培養液に、培養液貯留タンク46が上記培養液貯留タンクに、細胞26が上記生細胞に、細胞培養容器24が上記細胞培養容器に、供給配管44が上記供給配管に、排出配管48が上記排出配管に、ベリスタポンプ50又はシリンジピストンポンプ64が上記細ポンプ手段に、それぞれ対応する。
この(1)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第1乃至第4実施形態が対応する。それらの実施形態において、培養液28が上記培養液に、培養液貯留タンク46が上記培養液貯留タンクに、細胞26が上記生細胞に、細胞培養容器24が上記細胞培養容器に、供給配管44が上記供給配管に、排出配管48が上記排出配管に、ベリスタポンプ50又はシリンジピストンポンプ64が上記細ポンプ手段に、それぞれ対応する。
(作用効果)
この(1)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、細胞培養に必要な各種の液体または気体を細胞への刺激を低減した状態で供給排出できるので、細胞活性を維持した状態で、顕微鏡下での細胞長期観察が実現できる。
この(1)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、細胞培養に必要な各種の液体または気体を細胞への刺激を低減した状態で供給排出できるので、細胞活性を維持した状態で、顕微鏡下での細胞長期観察が実現できる。
(2) 上記細胞培養容器は、気体層と大気を連通する大気開放口を有することを特徴とする(1)に記載の細胞培養液供給排出装置。
(対応する実施形態)
この(2)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第1乃至第4実施形態が対応する。それらの実施形態において、大気開放口36が上記大気開放口に対応する。
この(2)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第1乃至第4実施形態が対応する。それらの実施形態において、大気開放口36が上記大気開放口に対応する。
(作用効果)
この(2)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、細胞培養容器内部の圧力をほぼ大気圧と同じにすることができ、圧力が細胞活性に影響を及ぼさないようにすることができる。
この(2)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、細胞培養容器内部の圧力をほぼ大気圧と同じにすることができ、圧力が細胞活性に影響を及ぼさないようにすることができる。
(3) 上記細胞培養容器の大気開放口は、上記供給配管との接続口及び上記排出配管の接続口より、鉛直方向上方に位置することを特徴とする(2)に記載の細胞培養液供給排出装置。
(対応する実施形態)
この(3)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第1乃至第4実施形態が対応する。それらの実施形態において、供給口30が上記供給配管との接続口に、排出口32が上記排出配管の接続口に、それぞれ対応する。
この(3)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第1乃至第4実施形態が対応する。それらの実施形態において、供給口30が上記供給配管との接続口に、排出口32が上記排出配管の接続口に、それぞれ対応する。
(作用効果)
この(3)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、培養液を排出することなく、培養液層の上に存在する気体層の気体のみを排出できる。
この(3)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、培養液を排出することなく、培養液層の上に存在する気体層の気体のみを排出できる。
(4) 上記細胞培養容器は、所定の圧力で培養ガスが供給されるガス供給口を有することを特徴とする(1)に記載の細胞培養液供給排出装置。
(対応する実施形態)
この(4)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第1乃至第4実施形態が対応する。それらの実施形態において、5%CO2混合ガスが上記培養ガスに、ガス供給口34が上記ガス供給口に、それぞれ対応する。
この(4)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第1乃至第4実施形態が対応する。それらの実施形態において、5%CO2混合ガスが上記培養ガスに、ガス供給口34が上記ガス供給口に、それぞれ対応する。
(作用効果)
この(4)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、細胞の育成に適した培養ガスを細胞培養容器内に供給できる。
この(4)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、細胞の育成に適した培養ガスを細胞培養容器内に供給できる。
(5) 上記培養液貯留タンク側の上記供給配管の先端は、常に上記培養液貯留タンク内の培養液に接触していることを特徴とする(1)に記載の細胞培養液供給排出装置。
(対応する実施形態)
この(5)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第1乃至第4実施形態が対応する。
この(5)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第1乃至第4実施形態が対応する。
(作用効果)
この(5)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、上記ポンプ手段による培養液貯留タンク内の圧力上昇により、培養液貯留タンク内の培養液を上記供給配管内に流入させ、細胞培養容器内に培養液を送液することができる。
この(5)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、上記ポンプ手段による培養液貯留タンク内の圧力上昇により、培養液貯留タンク内の培養液を上記供給配管内に流入させ、細胞培養容器内に培養液を送液することができる。
(6) 上記培養液貯留タンクは、当該培養液貯留タンク内の気体を圧力的に大気に開放する弁を有することを特徴とする(1)に記載の細胞培養液供給排出装置。
(対応する実施形態)
この(6)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第3及び第4実施形態が対応する。それらの実施形態において、弁78が上記弁に対応する。
この(6)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第3及び第4実施形態が対応する。それらの実施形態において、弁78が上記弁に対応する。
(作用効果)
この(6)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、細胞培養容器の培養液水面の高さが一定となった後に、弁を開けることで該培養液貯留タンク内部を大気に開放する事により、細胞培養容器への培養液の供給を停止させると共に、細胞培養容器の培養液の排出は継続されるため培養液水面を下げることができる。
この(6)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、細胞培養容器の培養液水面の高さが一定となった後に、弁を開けることで該培養液貯留タンク内部を大気に開放する事により、細胞培養容器への培養液の供給を停止させると共に、細胞培養容器の培養液の排出は継続されるため培養液水面を下げることができる。
(7) 上記培養液貯留タンクは、上記細胞培養容器より鉛直方向下方に位置することを特徴とする(1)に記載の細胞培養液供給排出装置。
(対応する実施形態)
この(7)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第1乃至第4実施形態が対応する。
この(7)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第1乃至第4実施形態が対応する。
(作用効果)
この(7)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、制御無しに培養液貯留タンク内の培養液が細胞培養容器内に流入してしまうことがない。
この(7)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、制御無しに培養液貯留タンク内の培養液が細胞培養容器内に流入してしまうことがない。
(8) 上記培養液貯留タンクと上記ポンプ手段との間に培養液排出タンクを更に具備し、
上記排出配管内に存在する気体は、上記培養液排出タンクを介して上記培養液貯留タンクに流入され、
上記排出配管内に存在する培養液は、上記培養液排出タンク内に留まる、
ことを特徴とする(1)に記載の細胞培養液供給排出装置。
上記排出配管内に存在する気体は、上記培養液排出タンクを介して上記培養液貯留タンクに流入され、
上記排出配管内に存在する培養液は、上記培養液排出タンク内に留まる、
ことを特徴とする(1)に記載の細胞培養液供給排出装置。
(対応する実施形態)
この(8)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第4実施形態が対応する。その実施形態において、培養液排出タンク80が上記培養液排出タンクに対応する。
この(8)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第4実施形態が対応する。その実施形態において、培養液排出タンク80が上記培養液排出タンクに対応する。
(作用効果)
この(8)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、細胞培養容器から排出される培養液は培養液貯留タンクには戻らないので、細胞培養容器に常に新鮮な培養液を供給することができる。
この(8)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、細胞培養容器から排出される培養液は培養液貯留タンクには戻らないので、細胞培養容器に常に新鮮な培養液を供給することができる。
(9) 上記ポンプ手段は、シリンジピストンポンプであることを特徴とする(1)に記載の細胞培養液供給排出装置。
(対応する実施形態)
この(9)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第2実施形態が対応する。それの実施形態において、シリンジピストンポンプ64が上記シリンジピストンポンプに対応する。
この(9)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第2実施形態が対応する。それの実施形態において、シリンジピストンポンプ64が上記シリンジピストンポンプに対応する。
(作用効果)
この(9)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、シリンジピストンポンプが一定流速で培養液を細胞培養容器から吸引するため、排出流速が均一となり、流速による細胞刺激が少なくできる。また、細胞培養容器に培養液を供給する際にシリンジピストンポンプが定流速で培養液を培養液貯留タンクに送液するため、細胞培養容器への供給流速が均一となり、より、流速による細胞刺激が少なくできる。
この(9)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、シリンジピストンポンプが一定流速で培養液を細胞培養容器から吸引するため、排出流速が均一となり、流速による細胞刺激が少なくできる。また、細胞培養容器に培養液を供給する際にシリンジピストンポンプが定流速で培養液を培養液貯留タンクに送液するため、細胞培養容器への供給流速が均一となり、より、流速による細胞刺激が少なくできる。
(10) 上記ポンプ手段は、更に、上記培養液貯留タンク内に存在する気体を上記細胞培養容器に流入させる圧力を生じさせることを特徴とする(1)に記載の細胞培養液供給排出装置。
(対応する実施形態)
この(10)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第1乃至第4実施形態が対応する。
この(10)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第1乃至第4実施形態が対応する。
(作用効果)
この(10)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、培養液貯留タンク内の空間の気体を細胞培養容器に供給することで、培養液貯留タンク内の圧力を低下させて、細胞培養容器の培養液を吸引し、細胞培養容器から培養液を排出させることができる。
この(10)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、培養液貯留タンク内の空間の気体を細胞培養容器に供給することで、培養液貯留タンク内の圧力を低下させて、細胞培養容器の培養液を吸引し、細胞培養容器から培養液を排出させることができる。
(11) 上記培養液貯留タンクは、当該培養液貯留タンク内の気体を圧力的に大気に開放する弁を有し、
上記培養液貯留タンクは、上記細胞培養容器より鉛直方向下方に位置する、
ことを特徴とする(10)に記載の細胞培養液供給排出装置。
上記培養液貯留タンクは、上記細胞培養容器より鉛直方向下方に位置する、
ことを特徴とする(10)に記載の細胞培養液供給排出装置。
(対応する実施形態)
この(11)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第3及び第4実施形態が対応する。
この(11)に記載の細胞培養液供給排出装置に関する実施形態は、第3及び第4実施形態が対応する。
(作用効果)
この(11)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、弁を開けて培養液貯留タンク内部を大気に開放する事により、細胞培養容器への培養液の供給が停止後、排出側に切り替える(逆流する)ことができ、この場合は、上記ポンプ手段を停止していても、細胞培養容器内の培養液を減少させることができる。
この(11)に記載の細胞培養液供給排出装置によれば、弁を開けて培養液貯留タンク内部を大気に開放する事により、細胞培養容器への培養液の供給が停止後、排出側に切り替える(逆流する)ことができ、この場合は、上記ポンプ手段を停止していても、細胞培養容器内の培養液を減少させることができる。
10…対物レンズ、 12…CCD、 14…ランプ、 16…コンデンサレンズ、 18…ステージ、 20…筐体、 22…ヒータ、 24…細胞培養容器、 26…細胞、 28…培養液、 30…供給口、 32…排出口、 34…ガス供給口、 36…大気開放口、 38…整流子、 40…細胞播種領域、 42…蓋、 44…供給配管、 46…培養液貯留タンク、 48…排出配管、 50…ベリスタポンプ、 52…ガス供給配管、 54…加湿瓶、 56…混合ガス発生器、 58…培養液水面、 60,62…電磁弁、 64…シリンジピストンポンプ、 66…配管、 68…ピストン、 70…ラックピニオン機構、 72…モータ、 74…シリンジ、 76…大気開放配管、 78…弁、 80…培養液排出タンク、 82…接続配管。
Claims (11)
- 実質的に気密構造であり、気体と培養液が接触して貯められた培養液貯留タンクと、
圧力的に大気に開放された気体層と生細胞を含む培養液層とを保持する細胞培養容器と、
上記培養液貯留タンクから上記細胞培養容器に培養液を供給する供給配管と、
上記細胞培養容器から上記培養液貯留タンクに向けて上記細胞培養容器内の気体又は培養液を排出する排出配管と、
上記細胞培養容器から上記培養液貯留タンクに至る上記排出配管の経路の途中に設けられ、上記排出配管内に存在する気体又は培養液を上記培養液貯留タンクに流入させる圧力を生じさせるポンプ手段と、
を具備することを特徴とする細胞培養液供給排出装置。 - 上記細胞培養容器は、気体層と大気を連通する大気開放口を有することを特徴とする請求項1に記載の細胞培養液供給排出装置。
- 上記細胞培養容器の大気開放口は、上記供給配管との接続口及び上記排出配管の接続口より、鉛直方向上方に位置することを特徴とする請求項2に記載の細胞培養液供給排出装置。
- 上記細胞培養容器は、所定の圧力で培養ガスが供給されるガス供給口を有することを特徴とする請求項1に記載の細胞培養液供給排出装置。
- 上記培養液貯留タンク側の上記供給配管の先端は、常に上記培養液貯留タンク内の培養液に接触していることを特徴とする請求項1に記載の細胞培養液供給排出装置。
- 上記培養液貯留タンクは、当該培養液貯留タンク内の気体を圧力的に大気に開放する弁を有することを特徴とする請求項1に記載の細胞培養液供給排出装置。
- 上記培養液貯留タンクは、上記細胞培養容器より鉛直方向下方に位置することを特徴とする請求項1に記載の細胞培養液供給排出装置。
- 上記培養液貯留タンクと上記ポンプ手段との間に培養液排出タンクを更に具備し、
上記排出配管内に存在する気体は、上記培養液排出タンクを介して上記培養液貯留タンクに流入され、
上記排出配管内に存在する培養液は、上記培養液排出タンク内に留まる、
ことを特徴とする請求項1に記載の細胞培養液供給排出装置。 - 上記ポンプ手段は、シリンジピストンポンプであることを特徴とする請求項1に記載の細胞培養液供給排出装置。
- 上記ポンプ手段は、更に、上記培養液貯留タンク内に存在する気体を上記細胞培養容器に流入させる圧力を生じさせることを特徴とする請求項1に記載の細胞培養液供給排出装置。
- 上記培養液貯留タンクは、当該培養液貯留タンク内の気体を圧力的に大気に開放する弁を有し、
上記培養液貯留タンクは、上記細胞培養容器より鉛直方向下方に位置する、
ことを特徴とする請求項10に記載の細胞培養液供給排出装置。
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JP2006271096A JP2008086264A (ja) | 2006-10-02 | 2006-10-02 | 細胞培養液供給排出装置 |
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- 2006-10-02 JP JP2006271096A patent/JP2008086264A/ja not_active Withdrawn
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