JP2011152076A

JP2011152076A - ウェーブ型培養装置

Info

Publication number: JP2011152076A
Application number: JP2010015842A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sugaya; 和夫菅谷; Naoki Yumiza; 直樹弓座
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2011-08-11

Abstract

【課題】培養液を適切な温度に制御することができる、動物細胞等のウェーブ型培養装置を提供する。
【解決手段】培養容器が載置された培養台２をシーソー運動させるウェーブ型培養装置Ａであって、培養台の一端に培養容器１に接するように配置された温度計２ｂと、培養台の一端が下げた状態で当該培養台をシーソー運動と直交する方向にシーソー運動させる駆動部３と、温度計の測定結果基づいて培養容器の温度を制御する温度制御手段４とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シーソー運動で培養容器の中の培養液を攪拌するとともに酸素供給及び炭酸ガス供給あるいは除去を行うウェーブ型培養装置に関する。

従来、動物細胞、昆虫細胞等を大量に培養する装置としては通気装置及び／又は攪拌機を備えると共にガラス或いは金属製の竪型円筒構造である培養槽を用いた培養装置が使用されていた。このような培養装置では、攪拌機の攪拌翼の回転で生じる対流、また、通気装置のみの場合は、槽内の気泡の上昇によって培養液を均一に混合するとともに、培養液に供給される気泡を通して酸素の供給及び炭酸ガスの供給あるいは除去を行う。
そして、近年、コスト低減、操作性の向上、コンタミネーションの低減を主たる目的として、ウェーブ型培養装置が使用されるようになっている。ウェーブ型培養槽とは、シーソー運動で培養液が入った枕形状のビニール袋等の培養容器を揺動させることで、培養液に供給された栄養源等を均一に混合するとともに液表面から酸素の供給及び炭酸ガスの供給あるいは除去を行うものである。

このウェーブ型培養槽は、培養可能な液量範囲が広いことが特徴のひとつである。その為、竪型円筒構造培養槽を使用する場合は複数の培養槽を必要としたプロセスでも、ひとつの培養槽でプロセスを構築できるという大きなメリットがある。なお、この際、増殖可能な最少細胞濃度があるため、培養開始時の細胞濃度を一定以上とする必要がある。
このウェーブ型培養装置については、下記特許文献１、非特許文献１、非特許文献２及び非特許文献３に開示されている、

特開２００６−５４０３２３号公報

ザルトリウス（株）「シングルユース培養装置バイオスタットカルチバックＲＭ２０／５０製品仕様書」ザルトリウス（株）「バイオスタットカルチバックＲＭ２０／５０ベイシック‐操作マニュアル‐」ＧＥヘルスケアバイオサイエンス（株）「GROWCELLS CELLCULTURE WAVEBIOREACTOR」

ところで、上記従来技術のウェーブ型培養装置は、構造的に、液量が多いときと比較して、培養液の液量が少ない状態で培養する場合の温度制御の性能が悪くなってしまう。これは、ウェーブ型培養装置では、培養容器の培養液の温度を培養容器の中央部に外接するように取り付けられた温度計で測定しているが、シーソー運動中に培養液が培養容器の端に寄ってしまい、特に培養液の量が少ない場合に、培養容器内の培養液の温度ではなく、培養容器内の気体の温度を測定してしまうからである。そして、このように測定した温度に基づいて温度制御を行うと、当然、適切な温度制御ができない。この結果、ウェーブ型培養装置では、培養液の液量が多いときと少ないときとで、培養温度制御値の上限、下限が異なってしまい、特に温度に敏感な培養ではその生産性に差が出てしまう。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも培養液を適切な温度に制御することができるウェーブ型培養装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、ウェーブ型培養装置に係る第１の解決手段として、培養容器が載置された培養台をシーソー運動させるウェーブ型培養装置であって、前記培養台の一端に前記培養容器に接するように配置された温度計と、前記培養台の一端が下げた状態で当該培養台を前記シーソー運動と直交する方向にシーソー運動させる駆動部と、前記温度計の測定結果基づいて前記培養容器の温度を制御する温度制御手段とを具備するという手段を採用する。

本発明では、ウェーブ型培養装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記培養台の一端に複数の温度計を設け、前記温度制御手段は、複数の温度計の平均値に基づいて前記培養容器の温度を制御するという手段を採用する。

本発明によれば、ウェーブ型培養装置が、培養容器が載置された培養台をシーソー運動させるウェーブ型培養装置であって、培養台の一端に培養容器に接するように配置された温度計と、培養台の一端が下げた状態で当該培養台をシーソー運動と直交する方向にシーソー運動させる駆動部と、温度計の測定結果基づいて培養容器の温度を制御する温度制御手段とを具備する。

これにより、培養液が一端の方向に寄った状態になり、常に温度計が培養容器を介して培養液Ｌに隣接することができる為、従来の温度計が培養容器の中央に配置されていたものと比較して、培養液の液量が少なくても培養液の温度を正確に測定することができる。そして、ウェーブ型培養装置では、この温度計の測定結果に基づいて培養液をより適切な温度に制御することができる。

本発明の一実施形態に係るウェーブ型培養装置Ａの外観を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係るウェーブ型培養装置Ａの培養台２の斜視図である。本発明の一実施形態に係るウェーブ型培養装置Ａの培養台２に配置した温度計２ｂの正面断面図である。本発明の一実施形態に係るウェーブ型培養装置Ａの培養台２のシーソー運動を示す右側面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、シーソー運動で培養液が入った培養容器を揺動することで培養液を攪拌するウェーブ型培養装置に関する。

まず、本実施形態に係るウェーブ型培養装置Ａの概略構成について、図１を参照して、説明する。図１は、本実施形態に係るウェーブ型培養装置Ａの外観を示す斜視図である。ウェーブ型培養装置Ａは、例えば医薬用抗体の生成に用いられるものであり、微生物、動／植物細胞を用いることによって、細胞の培養を行うものである。すなわち、このウェーブ型培養装置Ａは、培養液Ｌ中に酸素を供給しつつ、当該溶存酸素及び栄養素などを均一に混合させて、さらに炭酸ガスの供給あるいは除去を行いながら細胞の培養を行うものである。

このようなウェーブ型培養装置Ａは、図１に示すように、培養容器１、培養台２、駆動部３、コントローラ４、吸気チューブ５及び排気チューブ６を備えている。
培養容器１は、ポリプロピレンまたはポリエチレン等のプラスチック部材からなるビニール袋であり、内部に培養液Ｌを貯留する。この培養容器１は、枕形状であることが好ましいが、他の形状であってもよく、使用者の要求に応じて適宜寸法を変えることができる。このような培養容器１は、使い捨てが可能であり、産業上の利用において生産コストを低減させるのに優れている。

そして、培養容器１には、図１に示すように、吸気チューブ５及び排気チューブ６が接続され、吸気チューブ５を介して酸素または炭酸ガスが供給されると共に排気チューブ６を介して内部の不要なガスが排出される。また、培養容器１は培養台２に着脱可能であり、培養容器１が培養台２に固定された状態で培養台２がシーソー運動すると、内部の培養液Ｌに波が生じる。そして、培養容器１内の培養液Ｌは、当該波で攪拌されて酸素及び炭酸ガスが供給または除去されるとともに、栄養素が均一に混合される。なお、上記培養液Ｌとは、培養対象となる細胞と共に当該細胞を培養する上で必要となる栄養源等を含むものである。

次に、培養台２について、図２を参照して、説明する。図２は、本実施形態に係るウェーブ型培養装置Ａの培養台２の斜視図である。
培養台２は、コントローラ４の制御の下、前後にシーソー運動（図２の両矢印方向の運動）することで自身に固定された培養容器１の培養液Ｌに波を生じさせ、当該培養液Ｌを攪拌する。この培養台２は、図１に示すように、右端側に下がった状態である。

そして、培養台２には、図２に示すように、ヒータ２ａが埋め込まれ、温度計２ｂが配置される。図３は、本実施形態に係るウェーブ型培養装置Ａの培養台２に配置された温度計２ｂの正面断面図（図１の正面方向の断面図）である。
ヒータ２ａは、図２に示すように、培養台２の内部の一面に埋め込まれ、コントローラ４の制御の下、培養容器１を下から温めることで培養液Ｌを培養に最適な温度に制御する。

温度計２ｂは、図２に示すように、培養容器１の右端に接するように培養台２の右端に配置される。この温度計２ｂは、図３に示すように、その中央に温度センサ２ｂ‐１を備えており、温度センサ２ｂ‐１で培養容器１を介して培養液Ｌの温度を測定する。

温度センサ２ｂ‐１は、測定した温度を示す温度検出信号をコントローラ４に出力する。そして、温度センサ２ｂ‐１は、温度計２ｂの下方に埋め込まれたヒータ２ａの熱の直接的な影響を受けないように、その下側に断熱材が配置される。
そして、コントローラ４は、温度センサ２ｂ‐１から入力される温度検出信号に基づいて培養液Ｌの温度を判断し、培養液Ｌが適切な温度になるようにヒータ２ａの温度を制御する。

駆動部３は、右側が下げた状態である共に、コントローラ４の制御の下、扇形を描きながら前後に振動する。駆動部３がこの前後振動を繰り返すことで、培養台２に連続的にシーソー運動させる。
コントローラ４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成される制御回路及び操作表示部等を備えており、上記ＲＯＭに記憶されている制御プログラム、温度計２ｂの温度センサ２ｂ‐１から入力される温度検出信号及び操作表示部が受け付ける操作指示に基づいて、ウェーブ型培養装置Ａの全体の動作を制御するものである。

上記操作表示部は、タッチパネルから構成されており、各種画面を表示すると共に操作指示を受け付ける操作ボタンを表示する。なお、コントローラ４の動作の詳細については、以下にウェーブ型培養装置Ａの動作として説明する。
なお、ヒータ２ａ及びコントローラ４が、本実施形態の温度制御手段を構成する。

吸気チューブ５は、培養容器１の上側に取り付けられており、培養容器１の中に酸素を供給する。また、排気チューブ６は、吸気チューブ５に並ぶように培養容器１の上側に取り付けられており、培養容器１の中の不要になったガスを外部に排出する。そして、これら吸気チューブ５及び排気チューブ６には、例えば０．２２μｍフィルタが取り付けられており、このフィルタで通過するガスに含まれる汚染物質等を除去する。

次に、このように構成された本実施形態に係るウェーブ型培養装置Ａの動作について、図４を参照して、詳しく説明する。図４は、本実施形態に係るウェーブ型培養装置Ａの培養台２のシーソー運動を示す右側面図である。なお、図４の太矢印は、培養台２の移動方向を示す。
まず、培養しようとするユーザは、ウェーブ型培養装置Ａのコントローラ４の操作表示部の培養開始ボタンを押下する。

そして、コントローラ４は、培養開始ボタンの押下で操作表示部が培養開始指示を受け付けると、培養台２のシーソー運動を駆動部３に開始させる。培養台２は、シーソー運動を開始すると、図４の（ａ）と（ｂ）との動作を繰り返す、すなわち、駆動部３を中心に前後にシーソー運動する。このように培養台２の前後が交互に持ち上げられることで、培養容器１内の培養液Ｌに、図４の（ａ）及び（ｂ）のような波が生じて、攪拌される。

そして、コントローラ４は、培養台２のシーソー運動の開始と共に、培養容器１をヒータ２ａに加熱させ、培養液Ｌの温度の測定を温度計２ｂに開始させる。
ウェーブ型培養装置Ａでは、培養台２が右端側に下がった状態でありながら前後にシーソー運動すると、右側に培養液Ｌが寄った状態になるが、温度計２ｂが培養容器１の右端に接するように配置されている為、温度計２ｂは常に培養容器１を介して培養液Ｌに隣接する。

そして、コントローラ４は、温度計２ｂから温度検出信号が入力されると、温度計２ｂの温度検出信号に基づいて、培養液Ｌが予め設定された温度になるようにヒータ２ａに加熱させる。

以上のような本実施形態に係るウェーブ型培養装置Ａでは、培養台２が右端側に下がった状態でありながら前後にシーソー運動し、温度計２ｂが培養容器１の右端に接するように配置される。
これにより、培養液Ｌが右側に寄った状態になり、常に温度計２ｂが培養容器１を介して培養液Ｌに隣接することができる為、従来の温度計２ｂが培養容器１の中央に配置されていたものと比較して、培養液Ｌの液量が少なくても培養液Ｌの温度を正確に測定することができる。そして、ウェーブ型培養装置Ａでは、コントローラ４が、温度計２ｂの測定結果に基づいてヒータ２ａを制御することで、培養液をより適切な温度に制御することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態では、培養台２が右端側に下がった状態でありながら前後にシーソー運動し、温度計２ｂが培養容器１の右端に接するように配置されているが、本発明はこれに限定されない。

例えば、培養台２を左端側が下がった状態にして、温度計２ｂを培養容器１の左端に接するように配置してもてもよい。また、培養台２を前端側が下がった状態にしながら左右にシーソー運動させ、温度計２ｂを培養容器１の前端に接するように配置してもよいし、培養台２を後端側が下がった状態にしながら左右にシーソー運動させ、温度計２ｂを培養容器１の後端に接するように配置してもよい。

さらに、培養液Ｌが極端に少ない場合には、培養台２の４隅のいずれが下がるように傾け、温度計２ｂを傾けた方向の培養容器１の端に接するように配置し、培養液Ｌが培養容器１内をあまり移動しないように培養台２をシーソー運動させるようにしてもよい。

（２）上記実施形態では、１個の温度計２ｂが培養容器１の右端に接するように配置されているが、本発明はこれに限定されない。

例えば、培養台２の右端側に１個だけではなく、複数の温度計２ｂを設け、コントローラ４が、複数の温度計２ｂの測定結果の平均値を算出し、当該平均値に基づいて、ヒータ２ａを制御するようにしてもよい。

（３）上記実施形態では、培養台２が右側に下がった状態でありながら前後にシーソー運動し、温度計２ｂが培養容器１の右端に接するように配置されているが、本発明はこれに限定されない。
例えば、培養台２に温度計２ｂを配置する為のレールを設け、培養台２を右側に傾けると、温度計２ｂがレールを伝って培養台２の右端に移動するようにする。これにより、培養台２を傾ける方向に応じて温度計２ｂの位置をわざわざ配置しなおす手間が省ける。

Ａ…ウェーブ型培養装置、１…培養容器、２…培養台、２ａ…ヒータ、２ｂ…温度計、３…駆動部、４…コントローラ、５…吸気チューブ、６…排気チューブ

Claims

培養容器が載置された培養台をシーソー運動させるウェーブ型培養装置であって、
前記培養台の一端に前記培養容器に接するように配置された温度計と、
前記培養台の一端が下げた状態で当該培養台を前記シーソー運動と直交する方向にシーソー運動させる駆動部と、
前記温度計の測定結果基づいて前記培養容器の温度を制御する温度制御手段と
を具備することを特徴とするウェーブ型培養装置。
前記培養台の一端に複数の温度計を設け、前記温度制御手段は、複数の温度計の平均値に基づいて前記培養容器の温度を制御することを特徴とする請求項１に記載のウェーブ型培養装置。