JP5814594B2 - Cell culture equipment - Google Patents

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Description

本発明は、細胞を培養する細胞培養装置に係り、特に無菌的なクリーン度で効率よく細胞を培養する自動培養技術に関する。   The present invention relates to a cell culturing apparatus for culturing cells, and particularly to an automatic culture technique for efficiently culturing cells with aseptic cleanness.

従来、細胞培養の作業は限りなく除菌されたクリーンルームの中で、厳格な製造工程の下で熟練された作業者の手作業により行われていた。そのため産業化に向けて細胞を大量に培養する場合、作業者の負担の増加と作業者への教育・育成に必要な時間とコスト、人為的なミスや検体の取り違え、さらに菌などを保有するヒトによる生物学的汚染(コンタミネーション)等が生じる可能性があり、それらの対策に多くのコストを要する。そのことが細胞大量培養の産業化において大きな壁となっている。   Conventionally, cell culture work has been performed manually by skilled workers under a strict manufacturing process in a clean room that is sterilized without limit. Therefore, when cultivating a large amount of cells for industrialization, the burden on the worker is increased and the time and cost required for education and training of the worker, human error and sample misconception, and possessing bacteria etc. There is a possibility that biological contamination (contamination) by humans may occur, and a lot of cost is required for the countermeasures. This is a major barrier in the industrialization of cell mass culture.

そのため、機器により一連の培養作業を自動化することで、それら問題点を解決させることが期待されている。そこで、現在は多関節型ロボットマニピュレータを用いて、人手の培養作業を模倣する自動化された細胞培養装置が主に開発されている。しかし、人手での培養作業は煩雑な動作によってなされているため、自動培養装置では、人手と同等もしくは単純化し、如何に無菌的に培養容器や培養液のハンドリングを実施する必要がある。   Therefore, it is expected that these problems can be solved by automating a series of culture operations using an instrument. Therefore, at present, an automated cell culture device that mimics the culture work of human hands using an articulated robot manipulator is mainly developed. However, since the manual culturing operation is a complicated operation, it is necessary to perform handling of the culture vessel and the culture solution aseptically in an automatic culture apparatus, which is equivalent or simplified to that of manual operation.

このために、例えば特許文献1は、多関節型ロボットマニピュレータにより培養容器の搬送操作や培地交換等を処理する例を提供している。この多関節型ロボットマニピュレータにおいては、それ自身を滅菌することが可能な構成を提示している。   For this purpose, for example, Patent Document 1 provides an example in which a culture container transport operation, a medium exchange, and the like are processed by an articulated robot manipulator. This articulated robot manipulator presents a configuration that can sterilize itself.

また、例えば特許文献2は培養容器と流路自身を密閉系にして処理する方式を提供している。これは、軟骨細胞に高い圧力をかけて培養する装置で、培養容器や流路内を密閉系にして、培養終了後に外気に触れないよう培養容器と一部栓をした流路を取りだす方式で、無菌的に生成した軟骨組織を回収する手段を備える。   Further, for example, Patent Document 2 provides a method in which the culture vessel and the flow path itself are closed. This is a device that cultivates chondrocytes under high pressure. The culture vessel and flow channel are sealed, and the culture vessel and partly plugged flow channel are taken out so as not to touch the outside air after the culture is completed. Means for recovering aseptically generated cartilage tissue.

特開2006−149268号公報JP 2006-149268 A 特開2002−315566号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-315566

特許文献1に記載のような自動培養装置においては、培養容器自身が開放系であるために、フタをあけて培養容器内部を開放する動作が必要となる。そのため、自動培養装置内部の清浄性を保持するため空調機器の大型化を伴う。それにより全体システムが大きくなり、コストがかかる課題がある。   In the automatic culture apparatus as described in Patent Document 1, since the culture container itself is an open system, an operation of opening the lid and opening the inside of the culture container is required. Therefore, in order to maintain the cleanliness inside the automatic culture apparatus, the size of the air conditioner is increased. As a result, there is a problem that the entire system becomes large and costs high.

特許文献2のような自動培養装置においては、密閉系であるために、内部の無菌性を保持したまま流路を取り付け、かつ培地(培養液)や細胞(細胞懸濁液)を流路内に注入するかが課題である。また、複雑な培養作業を実施する際に、その密閉した流路を装置へ容易に設置ができ、かつ効率的に駆動力を与えるかが課題である。   In an automatic culture apparatus such as Patent Document 2, since it is a closed system, a flow path is attached while maintaining the sterility of the inside, and a medium (culture solution) or a cell (cell suspension) is placed in the flow path. The problem is whether to inject it. In addition, when carrying out complicated culture work, it is a problem whether the sealed flow path can be easily installed in the apparatus and the driving force is efficiently given.

現在、ヒト細胞を使用し、培養で作成した細胞や組織をヒトへ移植する再生医療では、手術室で採取した組織を無菌処理した試験管等に入れて、内部が無菌的状態で運び出し、適正製造基準(GMP:Good Manufacturing Practice)に準拠したクリーンルーム(CPC: Cell Processing Center)内で組織から必要な細胞を単離し、目的の調整を実施して培養する。採取された細胞が製造工程内で一切の汚染なく培養するために、とりわけ厳格なレギュレーションに適合した工程、環境下で人手により製造しなければならない。細胞の培養処理を機械により自動的におこなう自動培養装置においても、その装置で製造した細胞もしくは組織は、製造工程内で一切の菌やウィルス等による生物学的汚染があってはならない。そのような状況下で、上述の開放系培養容器を使用した自動培養装置のシステムをかんがみると、自動培養装置内部を滅菌し、内部を高度なクリーン環境の保持を可能にするには、巨大な空調設備と滅菌設備を要し、その設備自身の製造コストと維持コストが必要となる。また滅菌処理の際にはモーター類の駆動系が耐えられない。   Currently, in regenerative medicine that uses human cells and transplants cells and tissues prepared in culture to humans, the tissues collected in the operating room are placed in aseptically treated test tubes, etc. Necessary cells are isolated from tissues in a clean room (CPC: Cell Processing Center) compliant with manufacturing standards (GMP: Good Manufacturing Practice). In order for the collected cells to be cultured without any contamination within the production process, it must be produced manually in a process and environment that meets particularly strict regulations. Even in an automatic culture apparatus that automatically cultivates cells by a machine, the cells or tissues produced by the apparatus must not be biologically contaminated by any bacteria or viruses in the production process. Under such circumstances, looking at the system of the automatic culture apparatus using the above-mentioned open culture vessel, it is enormous to sterilize the interior of the automatic culture apparatus and to maintain a highly clean environment inside. Air conditioning equipment and sterilization equipment are required, and the manufacturing cost and maintenance cost of the equipment itself are required. Also, the motor drive system cannot withstand sterilization.

そこで、自動培養のための培養容器自身を閉鎖系構造とし、その内部は滅菌処理可能で、外部から駆動力を供給して細胞を培養するシステムが好ましい。しかし、閉鎖系構造の培養容器で培養するためには、流路の構成が必須となり、この閉鎖系流路の製造エラーを最小とし、更に閉鎖系流路を効率的、安全に、かつ無菌的に設置するかが課題となる。   Therefore, a system in which the culture vessel for automatic culture itself has a closed system structure, the inside of which can be sterilized, and a cell is cultured by supplying driving force from the outside is preferable. However, in order to culture in a culture vessel with a closed system structure, the configuration of the flow path is essential, minimizing the manufacturing error of this closed system flow path, and making the closed system flow path efficient, safe and aseptic. It will be a problem whether to install it in

本発明の目的は、上記の課題を解決するため、取り違えを防止し、かつ効率的に閉鎖系流路を無菌的に駆動系に設置する機構を備えた細胞培養装置を提供することにある。   In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a cell culture apparatus provided with a mechanism for preventing a mistake and efficiently installing a closed system flow path in a drive system aseptically.

上記の目的を達成するため、本発明においては、培地を用いて細胞を培養する細胞培養装置であって、培地及び細胞を有する複数のバッグと、複数のバッグの一部から培地及び細胞を供給し、複数のバッグの他の一部へ培地及び細胞を排出する第一の流路群を有する第一のモジュールと、細胞を培養する培養容器と、培養容器に培地及び細胞を供給し、培養容器から培地及び細胞を排出する第二の流路群を有する第二のモジュールと、第一の流路群内の流路から流入する培地及び細胞を保持し、保持した培地及び細胞を、培養容器へ供給するため、第二の流路群内の流路へ流出する注入タンクと、培養容器から排出され、第二の流路群内の流路から流入する培地及び細胞を保持し、保持した培地及び細胞を、複数のバッグの他の一部へ排出するため、第一の流路群内の流路へ流出する廃液タンクを有するタンク部と、第一、第二の流路群内の流路の内部における培地及び細胞の送液の量と、タンク部の内部に保持される培地及び細胞の量を制御するポンプ部を有する第三のモジュールと、を備える構成の細胞培養装置を提供する。   In order to achieve the above object, in the present invention, a cell culture apparatus for culturing cells using a culture medium, wherein the culture medium and cells are supplied from a plurality of bags having the culture medium and cells, and a part of the plurality of bags. A first module having a first flow path group for discharging the culture medium and cells to the other part of the plurality of bags, a culture container for culturing the cells, supplying the culture medium and cells to the culture container, and culturing A second module having a second flow path group for discharging the culture medium and cells from the container, and the culture medium and cells flowing in from the flow path in the first flow path group are retained, and the retained culture medium and cells are cultured. In order to supply to the container, the infusion tank that flows out to the flow path in the second flow path group, and the medium and cells that are discharged from the culture container and flow in from the flow path in the second flow path group are held and held. The spent media and cells into other parts of the bags Therefore, a tank portion having a waste liquid tank that flows out to the flow path in the first flow path group, the amount of the medium and cells fed inside the flow paths in the first and second flow path groups, and the tank And a third module having a pump unit for controlling the amount of the culture medium and cells held inside the unit.

また、上記の目的を達成するため、本発明においては、培地を用いて細胞を培養する細胞培養装置であって、培地及び細胞を有する複数のバッグと、複数のバッグの一部から培地及び細胞を供給し、複数のバッグの他の一部へ培地及び細胞を排出する第一の流路群を有し、保持ベースに保持される第一のモジュールと、細胞を培養する培養容器と、培養容器に培地及び細胞を供給し、培養容器から培地及び細胞を排出する第二の流路群を有し、保持ベースに保持される第二のモジュールと、第一の流路群内の流路から流入する培地及び細胞を保持し、保持した培地及び細胞を、培養容器へ供給するため、第二の流路群内の流路へ流出する注入タンクと、培養容器から排出され、第二の流路群内の流路から流入する培地及び細胞を保持し、保持した培地及び細胞を、複数のバッグの他の一部へ排出するため、第一の流路群内の流路へ流出する廃液タンクを有するタンク部と、第一、第二の流路群内の流路の内部における培地及び細胞の送液の量と、タンク部の内部に保持される培地及び細胞の量を制御するポンプ部を有し、保持ベースに保持される第三のモジュールと、を備えた構成の細胞培養装置を提供する。   In order to achieve the above object, in the present invention, a cell culture apparatus for culturing cells using a medium, a plurality of bags having the medium and cells, and the medium and cells from a part of the plurality of bags. A first module that has a first flow path group for discharging the culture medium and cells to the other part of the plurality of bags, is held by the holding base, a culture vessel for culturing the cells, and culture A second module that has a second flow path group for supplying the culture medium and cells to the container and discharging the culture medium and the cells from the culture container, and the flow path in the first flow path group; In order to hold the culture medium and cells flowing in from, and to supply the retained culture medium and cells to the culture container, the injection tank that flows out to the flow path in the second flow path group and the culture container are discharged from the culture container. Holds and holds media and cells flowing in from the channels in the channel group In order to discharge the culture medium and cells to the other part of the plurality of bags, a tank unit having a waste liquid tank that flows out to the flow path in the first flow path group, and the first and second flow path groups A third module that has a pump unit that controls the amount of the medium and cells fed inside the flow path and the amount of the medium and cells held inside the tank unit, and is held by the holding base; A cell culture apparatus having a configuration comprising:

すなわち、上記の目的を達成するため、本発明の好適な態様において、閉鎖系流路は3つのモジュール群から構成される。このモジュール群は、冷蔵保存が必要な細胞液や培地、洗浄液や廃液等による培地モジュール、それら液体をポンプで培養室内へ送液してタンクで温めるポンプモジュール、細胞液や培地をタンクから培養容器内部の培養空間へ送り培養処理をおこなう培養容器モジュールからなる。培養容器モジュール周辺には顕微鏡があり、培養面の細胞を撮像できる。各モジュールは各々保持ベースと呼ぶ、一部に駆動機構を有する保持具に設置する。この保持ベースを脱着可能な搬送治具により、閉鎖系流路は一体で培養装置内部から出入できる。全てのモジュールは、タンクに接続しており、モジュール同士は直接接続しない。   That is, in order to achieve the above object, in a preferred embodiment of the present invention, the closed system flow path is composed of three module groups. This module group includes cell modules and media that need to be refrigerated, medium modules using washing liquid and waste liquid, pump modules that pump these liquids into the culture chamber and heat them in the tank, and cell solutions and culture media from the tank to the culture vessel It consists of a culture vessel module that feeds into the internal culture space and performs culture processing. There is a microscope around the culture container module, and the cells on the culture surface can be imaged. Each module is installed in a holder called a holding base and having a drive mechanism in part. The closed system flow path can be integrated and removed from the inside of the culture apparatus by the transport jig capable of detaching the holding base. All the modules are connected to the tank, and the modules are not connected directly.

本発明により、培養容器を有する閉鎖系流路の設置容易性を備え、かつ流路製造時や設置時の取り違えを防止し、更には、細胞を適正製造基準レベルの無菌的なクリーン度で無菌的に効率よく培養する細胞培養装置を実現することができる。   According to the present invention, it is easy to install a closed flow channel having a culture vessel, prevents mistakes during flow channel production and installation, and further sterilizes cells with aseptic cleanliness at an appropriate production standard level. It is possible to realize a cell culturing apparatus that can efficiently cultivate.

第一の実施例に係る、駆動ベースを設置した自動培養装置の全体概略構成を示す図である。It is a figure which shows the whole schematic structure of the automatic culture apparatus which installed the drive base based on a 1st Example. 第一の実施例に係る、扉を開けた自動培養装置を示す正面図である。It is a front view which shows the automatic culture apparatus which opened the door based on a 1st Example. 第一の実施例に係る、自動培養装置の内部を示す側面図である。It is a side view which shows the inside of the automatic culture apparatus based on a 1st Example. 第一の実施例に係る、ツメにシール機構を接続前の状態を示す構成図である。It is a block diagram which shows the state before connecting a sealing mechanism to the nail | claw based on a 1st Example. 第一の実施例に係る、ツメにシールを接続後の状態を示す構成図である。It is a block diagram which shows the state after connecting a seal | sticker to the nail | claw based on a 1st Example. 第一の実施例に係る、流路を駆動ベースに設置した状態を示す上面構成図である。It is a top surface lineblock diagram showing the state where the channel was installed in the drive base concerning the 1st example. 第一の実施例に係る、タンクの構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the tank based on a 1st Example. 第一の実施例に係る、ポンプがシリンジと接続する前の状態を示す上面図である。It is a top view which shows the state before a pump connects with a syringe based on a 1st Example. 第一の実施例に係る、ポンプがシリンジと接続した後の状態を示す上面図である。It is a top view which shows the state after the pump connected with the syringe based on a 1st Example. 第一の実施例に係る、ポンプがシリンジと接続する前の状態を示す側面図である。It is a side view which shows the state before a pump connects with a syringe based on a 1st Example. 第一の実施例に係る、ポンプがシリンジと接続している状態を示す側面図である。It is a side view showing the state where the pump concerning the 1st example is connected with the syringe. 第一の実施例に係る、ポンプがシリンジと接続した後の状態を示す側面図である。It is a side view which shows the state after the pump connected with the syringe based on a 1st Example. 第一の実施例に係る、搬送治具に載った状態で細胞バッグへ細胞懸濁液を注入していない状態を示した側面構成図である。It is the side block diagram which showed the state which is not inject | pouring the cell suspension into a cell bag in the state mounted on the conveyance jig based on a 1st Example. 第一の実施例に係る、搬送治具に載った状態で細胞バッグへ細胞懸濁液を注入している状態を示した側面構成図である。It is the side block diagram which showed the state which is inject | pouring the cell suspension into a cell bag in the state mounted on the conveyance jig based on a 1st Example. 第一の実施例に係る、自動培養装置全体の制御の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of control of the whole automatic culture apparatus based on a 1st Example.

以下、添付図面を参照して本発明の一実施例について説明するが、実施例を詳細に説明する前に、本発明を概説すると以下の通りである。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Before describing the embodiment in detail, the present invention will be outlined as follows.

すなわち、自動培養装置の最も好適な態様においては、閉鎖系流路とその閉鎖系流路内の送液のための駆動ベースと呼ぶ機構を用いて、装置内部の冷蔵室内(4℃程度)にある細胞液や培地を、培養室内(37℃程度)で温めて、培養容器内細胞培養空間に供給する。そのため、閉鎖系流路は主に3つのモジュールから構成した。5℃で冷蔵保存が必要な細胞液や培地、洗浄液や廃液等による培地モジュールと、それら液体をポンプで培養室内へ送液して、タンクで37℃まで温めるポンプモジュール、細胞液や培地をタンクから培養容器内部の培養空間へ送り培養処理をおこなう培養容器モジュールである。培養容器モジュール周辺には顕微鏡があり、培養面の細胞を撮像できる。各モジュールは各々ベースと呼ぶ、その一部に駆動機構を有する保持具に設置する。このベースを脱着可能な搬送治具により、閉鎖系流路は一体で培養装置内部から出入できる。自動培養装置の内部は培養室と冷蔵室、その中間室からなり、各々に扉がある。冷蔵室はおよそ4℃を保持し、培養室内部は37℃、5%二酸化炭素濃度、湿度100%に近い状態を保持する。冷蔵室内に細胞懸濁液や培地、洗浄液と廃液入れ、逆止弁がついた廃液回収口を有する。全く環境の異なる培養室内部と冷蔵室内部それぞれが直接接続して結露と温度ムラが発生しないように、間に中間室を設けることで、送液用のチューブ以外はゴム栓等のシールで区域を分けられる。また中間室にはフィルタ付ファンが設けられ、自動培養装置外部の環境を保持することが可能である。これにより、同一装置内に全く異なる環境であるが細胞にとって最良の環境を設置でき、省スペース化が可能となる。   That is, in the most preferable mode of the automatic culture apparatus, a mechanism called a drive base for the closed system flow path and the liquid feeding in the closed system flow path is used, and the inside of the refrigerator inside the apparatus (about 4 ° C.). A certain cell solution or medium is heated in a culture chamber (about 37 ° C.) and supplied to the cell culture space in the culture vessel. Therefore, the closed system flow path is mainly composed of three modules. Medium module with cell solution and culture medium, washing solution and waste liquid that needs to be refrigerated at 5 ° C, pump module that pumps these liquids into the culture chamber by pump and warms to 37 ° C in tank, cell solution and medium tank It is a culture container module which is sent to the culture space inside the culture container and performs culture processing. There is a microscope around the culture container module, and the cells on the culture surface can be imaged. Each module is called a base and is installed in a holder having a drive mechanism in a part thereof. The closed system flow path can be integrated into and out of the culture apparatus by the transport jig capable of removing the base. The interior of the automatic culture device consists of a culture room, a refrigerator room, and an intermediate room, each with a door. The refrigerator compartment maintains approximately 4 ° C., and the culture chamber interior maintains a state close to 37 ° C., 5% carbon dioxide concentration, and humidity 100%. It has a waste liquid recovery port with a check valve in the cell compartment, cell suspension, medium, washing liquid and waste liquid. In order to prevent condensation and temperature non-uniformity by directly connecting the culture chamber and the refrigeration chamber with completely different environments, an intermediate chamber is provided between them, and the area other than the tube for feeding liquid is sealed with a rubber plug or other seal. Can be divided. In addition, a fan with a filter is provided in the intermediate chamber, and the environment outside the automatic culture apparatus can be maintained. As a result, although the environment is completely different in the same apparatus, the best environment for the cells can be installed, and space saving is possible.

また、ベースを搬送治具にて安全キャビネット(もしくはクリーンベンチ)近くへ移動し、内部が滅菌済みの閉鎖系流路内の空のバッグを消毒して安全キャビネット内部に入れ、細胞懸濁液(もしくは、培地や洗浄液など)をバッグ内部に注入して、注入口をシールすることで、閉鎖系流路外部の環境を問わず、閉鎖系流路内部は無菌状態を保持することができる。本発明の方式では、その閉鎖系流路をベースごと自動培養装置に入れると、駆動機構は閉鎖系流路外部に設置してあるため、自動培養装置の設置場所を問わず、閉鎖系流路内部は無菌状態を保持しながら、細胞播種、培地交換、顕微鏡観察、検査のための廃液回収といった自動細胞培養作業の実施を可能にできる。   In addition, the base is moved to the vicinity of the safety cabinet (or clean bench) with the transfer jig, the empty bag in the closed system flow path that has been sterilized inside is sterilized and placed inside the safety cabinet, and the cell suspension ( Alternatively, the inside of the closed system flow path can be maintained in a sterile state regardless of the environment outside the closed system flow path by injecting a medium, a washing solution, or the like) into the bag and sealing the injection port. In the method of the present invention, when the closed system flow path is put together with the base into the automatic culture apparatus, the drive mechanism is installed outside the closed system flow path. While keeping the inside sterile, it is possible to perform automatic cell culture operations such as cell seeding, medium exchange, microscopic observation, and collection of waste liquid for inspection.

更なる本発明の特徴は、添付図面を用いて具体的に説明する以下の実施例によって明らかされる。ただし、本実施例は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。なお、本明細書において、上述した駆動ベースに加え、培養容器ベース、培地ベースという用語を用いるが、上述のように保持具としての機能を有するので保持ベースと総称する場合がある。   Further features of the present invention will become apparent from the following examples which will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it should be noted that the present embodiment is merely an example for realizing the present invention and does not limit the technical scope of the present invention. In each drawing, the same reference numerals are assigned to common components. In this specification, the terms culture vessel base and culture medium base are used in addition to the drive base described above, but the term “holding base” is sometimes used because it has a function as a holding tool as described above.

図1は、第一の実施例に係る自動培養装置10の全体概略図である。図2は自動培養装置10の正面図である。図3は自動培養装置10の側面図である。図4A及び4Bは細胞培養室13と冷蔵庫14間のシール33に関する概略図である。図5は流路40の構成に関する概略図である。
図6は流路40の構成部品の一つであるタンク25に関する概略図である。図7A、7B、7C、7D、及び7Eは流路40の構成部品の一つであるポンプ23に関する概略図である。図8A,及び8Bは流路40内へ無菌的な細胞液や培地の供給に関する概略図である。図9は自動培養装置10を動作させるための回路を示すブロック図である。
FIG. 1 is an overall schematic diagram of an automatic culture apparatus 10 according to the first embodiment. FIG. 2 is a front view of the automatic culture apparatus 10. FIG. 3 is a side view of the automatic culture apparatus 10. 4A and 4B are schematic diagrams relating to the seal 33 between the cell culture chamber 13 and the refrigerator 14. FIG. 5 is a schematic diagram regarding the configuration of the flow path 40.
FIG. 6 is a schematic view relating to the tank 25 which is one of the components of the flow path 40. 7A, 7B, 7C, 7D, and 7E are schematic diagrams relating to the pump 23 that is one of the components of the flow path 40. FIG. 8A and 8B are schematic diagrams relating to the supply of aseptic cell solution and medium into the flow path 40. FIG. FIG. 9 is a block diagram showing a circuit for operating the automatic culture apparatus 10.

以下、順次説明するように、本実施例の自動培養装置においては、冷蔵保存が必要な細胞液や培地、洗浄液や廃液等による培地モジュール、それら液体をポンプで培養室内へ送液してタンクで温めるポンプモジュール、細胞液や培地をタンクから培養容器内部の培養空間へ送り培養処理をおこなう培養容器モジュールを備えている。各モジュールは、タンクに接続しており、基本的にモジュール同士は接続しない。これにより、モジュール単位での流路製造や、各保持ベースへの設置が可能となり、また各モジュールが独立することで流路の整理とそれに伴う誤接続防止や省スペース化が可能となる。   Hereinafter, as will be described in order, in the automatic culture apparatus of the present embodiment, cell modules and media that need to be refrigerated, medium modules such as washing liquid and waste liquid, and such liquids are pumped into the culture chamber and stored in a tank. A pump module for heating, and a culture container module for sending a cell solution and a medium from a tank to a culture space inside the culture container and performing a culture process are provided. Each module is connected to the tank, and basically the modules are not connected to each other. As a result, it is possible to manufacture a flow channel in units of modules and install it on each holding base. Also, since each module is independent, it is possible to organize the flow channel and prevent erroneous connection and space saving.

<自動培養装置の構成>
図1、図2、図3及び図4A、図4Bを用いて、自動培養装置10の全体構成について説明する。自動培養装置10は基本的な構成要素として、細胞培養室13、冷蔵庫14、制御部15、中間室16によって構成されている。以下、それぞれの基本構成について説明する。
<Configuration of automatic culture device>
The overall configuration of the automatic culture apparatus 10 will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3, 4 </ b> A, and 4 </ b> B. The automatic culture apparatus 10 includes a cell culture chamber 13, a refrigerator 14, a control unit 15, and an intermediate chamber 16 as basic components. Each basic configuration will be described below.

図1に示されるように、自動培養装置10全体は細胞培養室13、冷蔵部を構成する冷蔵庫14、制御部15、中間室16の4区画によって構成されており、細胞培養室扉11と冷蔵庫扉12、中間室扉17を開けることで自動培養装置10内部とアクセスすることが可能である。細胞培養室13には、培養容器20を保持、設置する保持ベース、保持具である培養容器ベース21と、それに接続して回転する回転機構22、培養容器20内の細胞画像を撮像する顕微鏡28とそのステージ29、ポンプ23や弁24といった駆動機構を有してタンク25を含む閉鎖系構造の流路40と接続する、保持ベースとしての駆動ベース27で構成している。回転機構22は駆動ベース27の一端に固定され、回転機構22を介して培養容器ベース21と駆動ベース27は接続されている。さらに内部の駆動機構全てに接続して制御部15と配線するコネクタボード30がある。なお、制御部15とコネクタボード30間の配線は図示を省略した。細胞培養時には、細胞培養室13内部は温度37℃、湿度100%、5%二酸化炭素に近い環境を保持する。ただし、必要に応じて培養容器20を含む周辺部分だけ前述の環境を保持する構造とすることができる。冷蔵庫14には培地ベース32を入れることができ、細胞培養室13、冷蔵庫14、中間室16の3区画を独立したまま流路40のチューブ41のみ通すシール33で、細胞培養室13と冷蔵室14内部の温度を保持して結露を防止することを可能にする。中間室16にはフィルタ51付ファン50がある。フィルタ51は排気口に設置される。このファン50による気流の動きを起し湿度上昇を防止することができる。また、後で詳細に説明する中間室16の入り口には、細胞培養室13内部と冷蔵庫14内部を遮断し、培養液だけ流すシール機構が用いられる。培地ベース32は、シール33を通るチューブ41により、駆動ベース27に接続されている。   As shown in FIG. 1, the automatic culture apparatus 10 as a whole is composed of a cell culture chamber 13, a refrigerator 14 constituting a refrigeration unit, a control unit 15, and an intermediate chamber 16. It is possible to access the inside of the automatic culture apparatus 10 by opening the door 12 and the intermediate chamber door 17. In the cell culture chamber 13, a holding base for holding and setting the culture container 20, a culture container base 21 that is a holder, a rotating mechanism 22 that rotates by being connected thereto, and a microscope 28 that captures a cell image in the culture container 20. And a drive base 27 as a holding base that has a drive mechanism such as a stage 29, a pump 23, and a valve 24 and is connected to a flow path 40 having a closed system structure including a tank 25. The rotation mechanism 22 is fixed to one end of the drive base 27, and the culture vessel base 21 and the drive base 27 are connected via the rotation mechanism 22. Furthermore, there is a connector board 30 that is connected to all the internal drive mechanisms and wired to the control unit 15. The wiring between the control unit 15 and the connector board 30 is not shown. During cell culture, the inside of the cell culture chamber 13 maintains an environment close to a temperature of 37 ° C., humidity of 100%, and 5% carbon dioxide. However, only the peripheral part including the culture vessel 20 can be configured to maintain the aforementioned environment as necessary. The culture medium base 32 can be placed in the refrigerator 14, and the cell culture chamber 13 and the refrigerator compartment are provided with a seal 33 that allows only the tube 41 of the flow path 40 to pass while the three sections of the cell culture chamber 13, the refrigerator 14, and the intermediate chamber 16 are independent. It is possible to keep the temperature inside 14 and prevent condensation. The intermediate chamber 16 has a fan 50 with a filter 51. The filter 51 is installed at the exhaust port. It is possible to prevent an increase in humidity by causing movement of the airflow by the fan 50. In addition, a seal mechanism that shuts off the inside of the cell culture chamber 13 and the inside of the refrigerator 14 and flows only the culture solution is used at the entrance of the intermediate chamber 16 described in detail later. The culture medium base 32 is connected to the drive base 27 by a tube 41 that passes through the seal 33.

制御部15は他の区画から独立しており、細胞培養質13や中間室16の下方に設置される。これにより、細胞培養室13内の温度、湿度、二酸化炭素を遮断して、内部の電気機器類を保護している。制御部15には、ファン52があり吸気用フィルタ53と排気用フィルタ54で無菌的に内部の熱を外部に逃がすことを可能にする。ファン52とフィルタ53、54で制御部15の冷却部を構成していることになる。57は制御部15の制御用パネルであり、通常の操作パネル同様、各種ボタンや表示部などを備えており、制御部15の操作に用いる。制御部15は、図示を省略した処理部である中央処理部(CPU)や、制御プログラムやデータを記憶する記憶部であるメモリ等で構成されることはいうまでもない。   The control unit 15 is independent of other compartments and is installed below the cell culture quality 13 and the intermediate chamber 16. As a result, the temperature, humidity, and carbon dioxide in the cell culture chamber 13 are blocked to protect the internal electrical equipment. The control unit 15 includes a fan 52 that allows the intake heat 53 and the exhaust filter 54 to dissipate internal heat to the outside aseptically. The fan 52 and the filters 53 and 54 constitute a cooling unit of the control unit 15. Reference numeral 57 denotes a control panel of the control unit 15, which includes various buttons, a display unit, and the like, similar to a normal operation panel, and is used for operation of the control unit 15. Needless to say, the control unit 15 includes a central processing unit (CPU) that is a processing unit (not shown), a memory that is a storage unit that stores control programs and data, and the like.

図2に細胞培養室扉11、冷蔵庫扉12を開けた状態の自動培養装置10の正面からみた各要素機器の配置を示している。細胞培養室13内部の駆動ベース27を中心として、水平方向に、回転を可能とした培養容器20、垂直方向に、細胞液や培地が入った培地ベース32を設置できる冷蔵庫14により構成している。同図や図1から明らかなように、本実施例の自動培養装置10においては、駆動ベース27が設置される空間(第一空間)を第一象限とすると、第一空間と冷蔵部である冷蔵庫14とを仕切る中間室16が第四象限に、培養容器20が保持、戴置される保持部材である培養容器ベース21が第二象限、あるいは回転により第三象限に位置することになる。本実施例の配置構成により、省スペースで、各機器間距離が短い構成となり、第四象限に位置する冷蔵庫14で4℃前後に保存した培地を、第一象限に位置する駆動ベース27上のタンク25で温めて、素早く第二象限に位置する培養空間へ供給することができ、移動による細胞のダメージを最小にすることができる。   FIG. 2 shows the arrangement of each component device as viewed from the front of the automatic culture apparatus 10 with the cell culture chamber door 11 and the refrigerator door 12 opened. Centering around the drive base 27 inside the cell culture chamber 13, the culture vessel 20 is configured to be rotated in the horizontal direction, and the refrigerator 14 is provided with a culture medium base 32 containing the cell solution and culture medium in the vertical direction. . As is clear from FIG. 1 and FIG. 1, in the automatic culture apparatus 10 of the present embodiment, if the space (first space) in which the drive base 27 is installed is the first quadrant, the first space and the refrigeration unit. The intermediate chamber 16 that partitions the refrigerator 14 is positioned in the fourth quadrant, and the culture container base 21 that is a holding member on which the culture container 20 is held and placed is positioned in the second quadrant or the third quadrant by rotation. According to the arrangement configuration of the present embodiment, a space-saving configuration with a short distance between each device is obtained, and the medium stored at around 4 ° C. in the refrigerator 14 located in the fourth quadrant is placed on the drive base 27 located in the first quadrant. It can be warmed in the tank 25 and quickly supplied to the culture space located in the second quadrant, and cell damage due to movement can be minimized.

さて、図2に見るように、細胞を撮像する顕微鏡28は正面から見て第二象限に位置する培養容器20から鉛直方向に構成している。顕微鏡28は、移動やピント合わせのためのステージ29に固定している。これらの配置に関しては、第一象限に位置する駆動ベース27を中心として、全て水平方向に配置や全て鉛直方向に配置なども可能とするが、培養する細胞に応じて最適な配置を選択することができる。冷蔵庫14は、第四象限に位置する中間室16内部にあり、シール33により各々の区間を切り離しているため、流路40内部以外は細胞培養室13と空間が分離している。この構成については図3で詳細を記載したので後で説明する。   Now, as shown in FIG. 2, the microscope 28 for imaging the cells is configured in the vertical direction from the culture vessel 20 located in the second quadrant when viewed from the front. The microscope 28 is fixed to a stage 29 for movement and focusing. With regard to these arrangements, it is possible to arrange them all in the horizontal direction or all in the vertical direction with the drive base 27 located in the first quadrant as the center, but select the optimum arrangement according to the cells to be cultured. Can do. Since the refrigerator 14 is inside the intermediate chamber 16 located in the fourth quadrant and separates each section by the seal 33, the cell culture chamber 13 and the space are separated except for the inside of the flow path 40. Since this configuration has been described in detail with reference to FIG. 3, it will be described later.

駆動ベース27には流路40内の送液をするポンプ23、送液の回路を切り替える弁24、培地等をためて温めや液の流れ方向を変えるタンク25といった駆動機構が配置している。これについては詳細を後述する。駆動機構を動作させるため、駆動ベース27背面にコネクタボード30があり、駆動ベース27のコネクタ31に接続できる。コネクタボード30から制御部15へ配線できる。その際、コネクタボード30は細胞培養室13内部の環境を保持したまま、コネクタ31配線を外部の制御部15と接続するため、断熱・防水構造を有している。本図で制御部15は細胞培養室13の鉛直方向に記載しているが、例えば卓上で使用する際には水平方向に設置や、余剰空間に設置してもよい。   The drive base 27 is provided with a drive mechanism such as a pump 23 for feeding the liquid in the flow path 40, a valve 24 for switching a liquid feed circuit, and a tank 25 for warming the culture medium and changing the flow direction of the liquid. Details will be described later. In order to operate the drive mechanism, a connector board 30 is provided on the back surface of the drive base 27 and can be connected to the connector 31 of the drive base 27. Wiring from the connector board 30 to the control unit 15 is possible. At that time, the connector board 30 has a heat insulation / waterproof structure in order to connect the wiring of the connector 31 to the external control unit 15 while maintaining the environment inside the cell culture chamber 13. Although the control unit 15 is described in the vertical direction of the cell culture chamber 13 in this figure, for example, when used on a tabletop, it may be installed in a horizontal direction or in an extra space.

図3に自動培養装置10の側面からみた各要素機器の配置を示している。温度、湿度といった環境が全く異なる細胞培養室13と冷蔵庫14を同一装置内に配置して、流路40をつなげるため、中間室16とシール33を設置した。細胞培養室13は一般的に37℃、100%湿度を有しており、冷蔵庫14は一般的に内部を4〜5℃で保持しているため、細胞培養室13直近に設置すると結露を発生し、また細胞培養室13内部の温度ムラを生じる。一般的なインキュベーター(細胞培養室)や冷蔵庫は室温や室内の湿度で使用することを想定して設計している。そこで、室内の環境を保持する中間室16を冷蔵庫14と細胞培養室13の間に設けることで、急激な温度変化による結露の発生を防止する。しかし、冷蔵庫14内の培地や洗浄液、細胞懸濁液は流路40を構成するチューブ41を通して細胞培養室13内へ送液可能としたい。   FIG. 3 shows the arrangement of each component device viewed from the side of the automatic culture apparatus 10. The cell culture chamber 13 and the refrigerator 14 having completely different environments such as temperature and humidity are arranged in the same apparatus, and the intermediate chamber 16 and the seal 33 are installed in order to connect the flow path 40. The cell culture chamber 13 generally has a temperature of 37 ° C. and 100% humidity, and the refrigerator 14 generally holds the interior at 4 to 5 ° C. Therefore, when the cell culture chamber 13 is installed in the immediate vicinity of the cell culture chamber 13, condensation occurs. In addition, temperature unevenness inside the cell culture chamber 13 occurs. General incubators (cell culture rooms) and refrigerators are designed to be used at room temperature and indoor humidity. Therefore, by providing an intermediate chamber 16 for maintaining the indoor environment between the refrigerator 14 and the cell culture chamber 13, the occurrence of condensation due to a rapid temperature change is prevented. However, it is desired that the culture medium, the washing liquid, and the cell suspension in the refrigerator 14 can be fed into the cell culture chamber 13 through the tube 41 that constitutes the flow path 40.

そこで、図4A、図4Bに示すようなシール33の溝42にチューブ41を通して、ツメ34にはめ込むことで冷蔵庫14、中間室16、細胞培養室13の空間を分離して、培地や洗浄液、細胞懸濁液を冷蔵庫14から細胞培養室13へ送液可能になる。ツメ34は、細胞培養装置13と中間室16を仕切る壁13Aと、冷蔵庫14と中間室16とを仕切る壁14Aにそれぞれ設けられる。   Therefore, the space of the refrigerator 14, the intermediate chamber 16, and the cell culture chamber 13 is separated by inserting the tube 41 into the groove 42 of the seal 33 as shown in FIGS. The suspension can be sent from the refrigerator 14 to the cell culture chamber 13. The claws 34 are respectively provided on a wall 13 </ b> A that partitions the cell culture device 13 and the intermediate chamber 16, and a wall 14 </ b> A that partitions the refrigerator 14 and the intermediate chamber 16.

図3において、冷蔵庫14にはその内部を冷却するための冷却器18がある。これは冷却した分の熱を冷蔵庫14外部へ排出する。中間室14内部の温度が上昇しないようにするため、ファン50で自動培養装置10外部からフィルタ51を通した空気を吸入して冷却器18に当て、またフィルタ51を通して自動培養装置10外部へ放出する構成とした。すなわち、冷却器18とファン50、更にはフィルタ51で中間室の冷却部が構成されることとなる。   In FIG. 3, the refrigerator 14 has a cooler 18 for cooling the inside thereof. This discharges the cooled heat to the outside of the refrigerator 14. In order to prevent the temperature inside the intermediate chamber 14 from rising, air that has passed through the filter 51 from the outside of the automatic culture apparatus 10 is sucked by the fan 50 and applied to the cooler 18, and is discharged to the outside of the automatic culture apparatus 10 through the filter 51. It was set as the structure to do. That is, the cooler 18, the fan 50, and further the filter 51 constitute a cooling unit for the intermediate chamber.

図3の矢印55で空気の流れを示した。これにより中間室16内部の気温と湿度は自動培養装置10外部と同じ状態を保持できる。制御部15内部はコンピューターや電源等発熱するものが多く存在し、内部の熱を放出しなければならない。制御部15内部にホコリが入らないように吸気用フィルタ53を通してファン52で制御部15外部の空気を入れ、また排気用フィルタ54を通して制御部15外部に戻す。空気の流れ56を図3の矢印に示した。これにより例えばクリーンルームの清浄区域で、ホコリなどをまき散らすことを防止して、清浄度を維持可能である。   The flow of air is indicated by an arrow 55 in FIG. Thereby, the air temperature and humidity inside the intermediate chamber 16 can maintain the same state as the outside of the automatic culture apparatus 10. There are many things that generate heat, such as a computer and a power source, inside the control unit 15, and the internal heat must be released. In order to prevent dust from entering the control unit 15, air outside the control unit 15 is introduced by the fan 52 through the intake filter 53, and returned to the outside of the control unit 15 through the exhaust filter 54. The air flow 56 is shown by the arrows in FIG. Thereby, for example, dust can be prevented from being scattered in a clean area of a clean room, and the cleanliness can be maintained.

<流路と駆動ベースの構成>
図5、図6、及び図7A−7Eを用いて、本実施例の細胞培養装置における流路40の構成とその駆動方法について説明する。図5は流路40とタンク25と駆動ベース27の全体構成を示した概略図である。図6はタンク25の構成を示した正面図である。図7Aはシリンジ43とポンプ23が分離した状態の上面図を示し、図7Bはシリンジ43とポンプ23が一体になった状態の上面図を示し、図7Cはシリンジ43とポンプ23が分離した状態の側面図を示し、図7Dはシリンジ43をポンプ23にセットしている状態の側面図を示し、図7Eはシリンジ43とポンプ23が一体でシリンジポンプ44となった状態の側面図を示している。シリンジ43は同一軸上を並進することができる。なお、本実施例において、駆動用のポンプとしてシリンジポンプを用いて説明するが、駆動用のポンプとして、チューブポンプなどの他のポンプを用いることもできる。
<Configuration of flow path and drive base>
The configuration of the flow path 40 and the driving method thereof in the cell culture device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5, 6, and 7A-7E. FIG. 5 is a schematic diagram showing the overall configuration of the flow path 40, the tank 25, and the drive base 27. FIG. 6 is a front view showing the configuration of the tank 25. 7A shows a top view of a state where the syringe 43 and the pump 23 are separated, FIG. 7B shows a top view of a state where the syringe 43 and the pump 23 are integrated, and FIG. 7C shows a state where the syringe 43 and the pump 23 are separated. 7D shows a side view of the syringe 43 set in the pump 23, and FIG. 7E shows a side view of the syringe 43 and the pump 23 integrated into the syringe pump 44. Yes. The syringe 43 can translate on the same axis. In this embodiment, a syringe pump is used as the driving pump. However, other pumps such as a tube pump can be used as the driving pump.

まず、図5の概略図にて閉鎖系構造の流路40の構成について説明する。流路40は、タンク25を中心に、交換可能な、チューブ41、培養容器20、シリンジ43、フィルタ45、タンク25へのフィッティング46、細胞バッグ60、培地バッグ61、洗浄液バッグ62、廃液バッグ63、回収バッグ64から構成している。その流路40は駆動機構である流れの方向を変える弁24、送液を行うポンプ23、第二象限に位置する水平方向から、第三象限に位置する垂直方向へ回転軸22aの周りで回転して、培養容器20内の気泡を排除する回転機構22と接続することで、培養容器20内へ細胞液や培地の送液による細胞播種と培地交換、洗浄液による流路洗浄をおこなうことが可能になる。ここで、培養容器20が設置される保持ベースとしての培養容器ベース21の第二象限から第三象限への回転軸22aの周りでの回転とは、図2に見る水平位置から培養容器ベース21を回転機構22により、反時計方向回りに下方に回転させることで実現できる。   First, the configuration of the closed channel 40 will be described with reference to the schematic diagram of FIG. The flow path 40 can be exchanged around the tank 25. The tube 41, the culture container 20, the syringe 43, the filter 45, the fitting 46 to the tank 25, the cell bag 60, the medium bag 61, the washing solution bag 62, and the waste solution bag 63. , A collection bag 64. The flow path 40 rotates around the rotary shaft 22a from the horizontal direction located in the second quadrant to the vertical direction located in the third quadrant, the valve 24 that changes the flow direction as a driving mechanism, the pump 23 that feeds the liquid. Then, by connecting to the rotation mechanism 22 that eliminates bubbles in the culture vessel 20, it is possible to perform cell seeding and culture medium exchange by feeding a cell solution or culture medium into the culture vessel 20 and washing the flow path with a washing solution. become. Here, the rotation around the rotation axis 22a from the second quadrant to the third quadrant of the culture vessel base 21 as a holding base on which the culture vessel 20 is installed refers to the culture vessel base 21 from the horizontal position shown in FIG. Can be realized by rotating it downward by the rotation mechanism 22 counterclockwise.

駆動機構は駆動ベース27に配置しており、湿度等にさらすことのできない配線や機構は全て駆動ベース27内部に入れて、高湿度環境に設置できる。制御部15と接続するため、駆動ベース27には防水対応のコネクタ31があり、駆動ベース27を自動培養装置10内部へ設置した際にこのコネクタ31と接続することで、駆動機構を動作させることができる。   The drive mechanism is disposed on the drive base 27, and all wiring and mechanisms that cannot be exposed to humidity and the like can be placed inside the drive base 27 and installed in a high humidity environment. In order to connect to the control unit 15, the drive base 27 has a waterproof connector 31. When the drive base 27 is installed inside the automatic culture apparatus 10, the drive mechanism is operated by connecting the connector 31 to the connector 31. Can do.

流路40の配置については、タンク25を中心として、培養容器20へ送液する第2のモジュールである培養容器モジュール35、冷蔵庫14内の培地類をタンク25へ送液する第1のモジュールである培地モジュール36、流路40内部の送液をするため気体の流れ(方向、流速)を制御する第3のモジュールであるポンプモジュール37、の独立した3つのモジュールに分けられる。このモジュール化により、駆動機構の最適な配置と流路の設置容易性を向上できる。なお、本実施例において、タンク25から第1、第2、第3モジュール各々に接続されたチューブ41を用いて形成される流路40を、それぞれ第1、第2、第3の流路群と呼ぶ場合がある。なお、第1、第2、第3の流路群を構成するチューブ41の途中には、それぞれ弁24からなる第1、第2、第3の弁群が駆動ベース27上に形成されている。   Regarding the arrangement of the flow path 40, the culture container module 35, which is a second module for feeding the culture container 20 around the tank 25, and the first module for feeding the medium in the refrigerator 14 to the tank 25. The medium module 36 is divided into three independent modules: a pump module 37 which is a third module for controlling the flow of gas (direction and flow velocity) for feeding the liquid inside the flow path 40. This modularization can improve the optimal arrangement of the drive mechanism and the ease of installation of the flow path. In this embodiment, the flow paths 40 formed by using the tubes 41 connected from the tank 25 to the first, second, and third modules are respectively designated as the first, second, and third flow path groups. Sometimes called. Note that first, second, and third valve groups each including a valve 24 are formed on the drive base 27 in the middle of the tubes 41 that constitute the first, second, and third flow path groups. .

図6により、本実施例の第1、第2、第3の各モジュールの中心となるタンク25の構成について説明する。タンク25には培養容器20に対して、注入タンク65と廃液タンク66がある。また、高さに応じて役割の異なるフィッティング46がある。下から第1のフィッティング67、第2のフィッティング68、第3のフィッティング69に分かれている。第1のフィッティング67は注入タンク65側が培養容器20への送液口、廃液タンク66側は廃液バッグ63や回収バッグ64への送液口である。第2のフィッティング68は注入タンク65側が培地モジュール36から送られた細胞懸濁液や培地、洗浄液を注入タンク65内部への注入口で、廃液タンク66側が培養容器20からの廃液を廃液タンク65内部への注入口である。タンク25内に入りうる液体は全てこの第2のフィッティング68に到達しない容量とする。第3のフィッティング69はポンプモジュール37と接続し流路40内送液のための気流制御に使用する。タンク25には送液時、壁面に細胞が残存しないようテーパー47がある。この傾きにより、細胞懸濁液内の細胞のタンク25内残存を防止することができる。細胞播種や培地交換の培養容器20内部へ液体を送液する際には、一度このタンク25内で周辺温度まで温めることが可能である。ヒータを注入タンク65に設置することも可能である。   With reference to FIG. 6, the configuration of the tank 25 serving as the center of each of the first, second, and third modules of this embodiment will be described. The tank 25 has an injection tank 65 and a waste liquid tank 66 for the culture container 20. Further, there is a fitting 46 having different roles depending on the height. It is divided into a first fitting 67, a second fitting 68, and a third fitting 69 from the bottom. In the first fitting 67, the injection tank 65 side is a liquid supply port to the culture container 20, and the waste liquid tank 66 side is a liquid supply port to the waste liquid bag 63 and the collection bag 64. In the second fitting 68, the cell suspension, medium, and washing solution sent from the medium module 36 are injected into the injection tank 65 on the injection tank 65 side, and the liquid waste from the culture vessel 20 is transferred to the waste liquid tank 65 on the waste liquid tank 66 side. It is an inlet to the inside. The liquid that can enter the tank 25 has a capacity that does not reach the second fitting 68. The third fitting 69 is connected to the pump module 37 and is used for air flow control for liquid feeding in the flow path 40. The tank 25 has a taper 47 so that cells do not remain on the wall surface during liquid feeding. By this inclination, it is possible to prevent the cells in the cell suspension 25 from remaining in the tank 25. When the liquid is fed into the culture container 20 for cell seeding or medium exchange, it can be once warmed to the ambient temperature in the tank 25. It is also possible to install a heater in the injection tank 65.

図7A〜図7Eにより、シリンジポンプ44を例示してポンプについて構成を説明する。シリンジポンプ44はモーター70、ボールねじ71、エンコーダ72、駆動台73、シリンジストッパ74、留め具75により図7A、7Cの状態で構成している。シリンジ43内部の気体の流れを一方にする弁76を接続したシリンジ43を2本対向でシリンジストッパ74と駆動台73に設置する。留め具75を引き上げ、図7Dのように回転させて、図7B、7Eのようにシリンジ43を固定する。モーター70の回転により、ボールねじ71で駆動台73が左右に移動することで、常に片側が吸引、一方が吐出の繰り返しが可能となり、層流に近い状態で連続送液を可能とする。ポンプモジュール37の弁24の配置方法でタンク25への気体の吐出、吸引を切り替えることが可能である。閉鎖系状態を保持したまま、シリンジポンプ44を駆動することができる。エンコーダ72による精密制御が可能なため、正確に必要量を送液できる。
<培養容器への細胞懸濁液もしくは培地の注入に関する一連の動作>
以上の各部の構成に基づき、本実施例の自動培養装置の一連の細胞培養動作の一例について説明する。細胞懸濁液もしくは培地をシリンジポンプ44でタンク25の注入タンク65側へ送液する。所定量入ったらフィルタ45から気体を通してチューブ41内の液体を排除したり、また逆向きに送り液体を原点位置まで戻す処理を施して、次回も正確に送液を可能とする。注入タンク65で細胞懸濁液もしくは培地を温める。弁24を介して、シリンジポンプ44で培養容器20へ送液する。その際、培養容器20内の気体や廃液はタンク25内の廃液タンク66側に送られる。ポンプモジュール37の弁24を切り替え、廃液を廃液バッグ63もしくは回収バック64に送る。ポンプモジュール37の弁24を切り替え、洗浄バッグ62内の洗浄液をタンク25の注入タンク65側へ送液する。所定量入ったらフィルタ45から気体を通してチューブ41内の液体を排除したり、また逆向きに送り液体を原点位置まで戻す処理を施して、次回も正確に送液を可能とする。弁24を介して、培養容器20へ洗浄液を送液しないようタンク25内の廃液タンク66側に送る。ポンプモジュール37の弁24を切り替え、廃液を廃液バッグ66に送る。以上の動作を培養期間中、所定の回数繰り返す。流路40内部特に培養容器モジュール35では一方通行で液が流れる。それにより、廃液が培養容器20内の培養空間と培地バッグ61類の回路に戻らずに細胞には常に清潔で新鮮な培地が供給されるため、菌等が入らず清浄環境を保持することを可能にする。
<閉鎖系流路内部への液体注入>
図8A,8Bにおいて、本実施例における閉鎖系構造を有した流路40内へ細胞懸濁液48の無菌的な注入方法について説明する。図8Aは流路40内部に細胞懸濁液48を注入していない駆動ベース27と培地ベース32の状態を示し、図8Bは流路40の細胞バッグ60内部に細胞懸濁液48を注入している状態を示す。
7A to 7E exemplify the syringe pump 44 and describe the configuration of the pump. The syringe pump 44 includes the motor 70, the ball screw 71, the encoder 72, the drive base 73, the syringe stopper 74, and the fastener 75 in the state shown in FIGS. 7A and 7C. Two syringes 43 connected to a valve 76 that makes the gas flow inside the syringe 43 one side are installed on the syringe stopper 74 and the drive base 73 so as to face each other. The fastener 75 is pulled up and rotated as shown in FIG. 7D, and the syringe 43 is fixed as shown in FIGS. 7B and 7E. By rotating the motor 70, the drive base 73 moves to the left and right with the ball screw 71, so that suction on one side and ejection on the other side can always be repeated, and continuous liquid feeding is possible in a state close to laminar flow. It is possible to switch the discharge and suction of gas to the tank 25 by the arrangement method of the valve 24 of the pump module 37. The syringe pump 44 can be driven while maintaining the closed system state. Since precise control by the encoder 72 is possible, the required amount can be accurately fed.
<A series of operations related to injection of cell suspension or culture medium into a culture vessel>
Based on the configuration of each part described above, an example of a series of cell culture operations of the automatic culture apparatus of the present embodiment will be described. The cell suspension or culture medium is sent to the injection tank 65 side of the tank 25 by the syringe pump 44. When a predetermined amount is entered, the liquid in the tube 41 is removed through the gas from the filter 45, or a process of returning the liquid to the origin position in the opposite direction is performed to enable accurate liquid delivery next time. Warm the cell suspension or medium in the injection tank 65. The solution is fed to the culture vessel 20 by the syringe pump 44 through the valve 24. At that time, the gas and waste liquid in the culture vessel 20 are sent to the waste liquid tank 66 side in the tank 25. The valve 24 of the pump module 37 is switched, and the waste liquid is sent to the waste liquid bag 63 or the recovery bag 64. The valve 24 of the pump module 37 is switched, and the cleaning liquid in the cleaning bag 62 is sent to the injection tank 65 side of the tank 25. When a predetermined amount is entered, the liquid in the tube 41 is removed through the gas from the filter 45, or a process of returning the liquid to the origin position in the opposite direction is performed to enable accurate liquid delivery next time. The cleaning liquid is sent to the waste liquid tank 66 side in the tank 25 so as not to send the washing liquid to the culture vessel 20 via the valve 24. The valve 24 of the pump module 37 is switched to send the waste liquid to the waste bag 66. The above operation is repeated a predetermined number of times during the culture period. In the flow path 40, particularly in the culture vessel module 35, the liquid flows in one way. As a result, a clean and fresh medium is always supplied to the cells without returning the waste liquid to the culture space in the culture vessel 20 and the circuit of the medium bag 61, so that a clean environment is maintained without entering bacteria. to enable.
<Liquid injection into the closed channel>
8A and 8B, a method for aseptically injecting the cell suspension 48 into the channel 40 having the closed system structure in the present embodiment will be described. FIG. 8A shows the state of the drive base 27 and the culture medium base 32 in which the cell suspension 48 is not injected into the flow path 40, and FIG. 8B shows that the cell suspension 48 is injected into the cell bag 60 of the flow path 40. It shows the state.

まず、各要素の構成について図8Aから説明する。流路40が設置している駆動ベース27と培地ベース32は自動培養装置10に設置する前は搬送治具19に設置している。この搬送治具19は駆動ベース27等を自動培養装置10内部に設置、取出をすることが可能で、設置後には搬送治具19だけ取り出すことが可能である。培地ベース32の内部には空の細胞バッグ60が入っている。例えば細胞培養用クリーンルーム(CPC)内部であると、これら搬送治具19はクラス10,000の空間77に置ける。適正製造基準(GMP)においては、細胞直接処理区域は安全キャビネット79(クリーンベンチを含む)内部のクラス100の空間78のみである。そこで、エタノール等で入念な消毒処理した、細胞バッグ60のみを安全キャビネット79内部に入れる。   First, the configuration of each element will be described with reference to FIG. 8A. The drive base 27 and the culture medium base 32 in which the flow path 40 is installed are installed in the transport jig 19 before being installed in the automatic culture apparatus 10. The transfer jig 19 can install and remove the drive base 27 and the like inside the automatic culture apparatus 10, and after the installation, only the transfer jig 19 can be taken out. An empty cell bag 60 is contained in the medium base 32. For example, in the cell culture clean room (CPC), the transfer jig 19 can be placed in a space 77 of class 10,000. In Good Manufacturing Practice (GMP), the cell direct processing area is only the class 100 space 78 inside the safety cabinet 79 (including the clean bench). Therefore, only the cell bag 60 that has been carefully sterilized with ethanol or the like is placed in the safety cabinet 79.

図8Bのように、安全キャビネット79内で処理した細胞懸濁液48をシリンジ等で細胞バッグ60の中に注入する。注入後、注入口はシールして流路40の閉鎖系を保持する。細胞懸濁液48が入った細胞バッグ60をクラス100空間78の外に出し、培地ベース32の中に入れる。事前に流路40は滅菌処理により、クラス100空間78を保持しているため、流路40は図8Aのようにクラス10,000空間77で存在しても、その内部はクラス100空間78を保持できる。この後、自動培養装置10内へ設置をしても、駆動機構は流路40内部とは接続しないため、自動培養装置10の設置空間に関わらず、閉鎖系構造の流路40内部は常にクラス100空間78を保持することが可能である。   As shown in FIG. 8B, the cell suspension 48 processed in the safety cabinet 79 is injected into the cell bag 60 with a syringe or the like. After injection, the inlet is sealed to maintain the closed system of the flow path 40. The cell bag 60 containing the cell suspension 48 is taken out of the class 100 space 78 and placed in the medium base 32. Since the flow path 40 holds the class 100 space 78 by sterilization in advance, even if the flow path 40 exists in the class 10,000 space 77 as shown in FIG. 8A, the inside of the flow path 40 can hold the class 100 space 78. . After that, even if the automatic culture apparatus 10 is installed, the drive mechanism is not connected to the inside of the flow path 40. Therefore, regardless of the installation space of the automatic culture apparatus 10, the inside of the closed-system flow path 40 is always class 100 spaces 78 can be maintained.

<自動培養装置の回路構成>
図9は、本実施例における自動培養装置10における内部機器を制御するための制御系回路の構成を示すブロック図である。
<Circuit configuration of automatic culture equipment>
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a control system circuit for controlling internal devices in the automatic culture apparatus 10 in the present embodiment.

自動培養装置10の制御系回路は、データや指示を入力するための入力部(キーボード、マウス等)81と、自動培養装置10の各動作を制御する制御部82と、制御の状況をユーザに示す表示部80と、プログラムやパラメータ等を格納するROM85と、一時的にデータや処理結果を格納するRAM86と、キャッシュ等の動作を行うためのメモリ85と、滅菌処理、ヒータ、ファン、二酸化炭素供給、水供給等の処理をおこない、それらをのセンサによる環境保持装置87と、駆動ベース27と接続して回転機構22、駆動ベース27、冷蔵庫内の環境を制御する冷蔵庫制御88を備えている。   The control system circuit of the automatic culture apparatus 10 includes an input unit (keyboard, mouse, etc.) 81 for inputting data and instructions, a control unit 82 for controlling each operation of the automatic culture apparatus 10, and the control status to the user. A display unit 80, a ROM 85 for storing programs and parameters, a RAM 86 for temporarily storing data and processing results, a memory 85 for performing operations such as a cache, a sterilization process, a heater, a fan, and carbon dioxide Supply processing, water supply, and the like are provided, and an environment holding device 87 using these sensors and a drive base 27 are connected to the rotation mechanism 22, the drive base 27, and a refrigerator control 88 for controlling the environment in the refrigerator. .

ユーザが入力部81や通信部84から処理するべき培養工程を指示すると、制御部82は、ROM85に格納された培養準備プログラムに従って、環境保持装置87の滅菌機能で自動培養装置10の内部を滅菌し、処理終了後に培養環境保持処理を進め、温度37℃、5%二酸化炭素濃度、湿度100%、清潔環境野とし、同時に冷蔵庫制御88をおこなう。そして、制御部82は、ROM85に格納された自動培養プログラムに従って、駆動ベース27のセットを位置センサで感知し、コネクタ31の設置を感知したら、回転機構22、駆動ベース27により、培養容器20での細胞培養処理を実施する。随時、表示部80と通信部84でその処理状況をユーザに示すことができる。細胞培養処理が終了したら、表示部80と通信部84で終了をユーザに示し、駆動ベース27の脱着を感知したら、制御部82は、ROM85に格納された終了プログラムに従い、終了処理をおこなう。以上により、自動培養装置10による一連の細胞培養処理を実現することが可能となる。   When the user instructs the culture process to be processed from the input unit 81 or the communication unit 84, the control unit 82 sterilizes the inside of the automatic culture device 10 by the sterilization function of the environment holding device 87 according to the culture preparation program stored in the ROM 85. Then, after the treatment is completed, the culture environment holding treatment is advanced to a temperature of 37 ° C., a 5% carbon dioxide concentration, a humidity of 100%, and a clean environment field. At the same time, the refrigerator control 88 is performed. Then, according to the automatic culture program stored in the ROM 85, the control unit 82 senses the set of the drive base 27 with the position sensor, and when the installation of the connector 31 is sensed, the rotation mechanism 22 and the drive base 27 cause the culture vessel 20 to move. The cell culture treatment is performed. At any time, the display unit 80 and the communication unit 84 can indicate the processing status to the user. When the cell culture process is completed, the display unit 80 and the communication unit 84 indicate the completion to the user. When the removal of the drive base 27 is detected, the control unit 82 performs the termination process according to the termination program stored in the ROM 85. As described above, a series of cell culture processes by the automatic culture apparatus 10 can be realized.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。先にも述べた様に、駆動用ポンプとしてシリンジポンプに代えて、チューブポンプを用いる等、種々の変形が可能である。また、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではない。   In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. As described above, various modifications such as using a tube pump instead of a syringe pump as a driving pump are possible. Further, the above-described embodiments have been described in detail for better understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described above.

また、上述した自動培養装置の制御機構の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いし、それらの一部又は全部を処理部であるCPUで実行するプログラムを作成することによりソフトウェアで実現しても良いことは言うまでもない。   In addition, each configuration, function, processing unit, and the like of the control mechanism of the automatic culture apparatus described above may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. Needless to say, the program may be realized by creating a program that is executed by a CPU that is a processing unit for all or part of the program.

10 自動培養装置
11 細胞培養室扉
12 冷蔵庫扉
13 細胞培養室
14 冷蔵庫
15 制御部
16 中間室
17 中間室扉
18 冷却器
19 搬送治具
20 培養容器
21 培養容器ベース
22 回転機構
23 ポンプ
24 弁
25 タンク
27 駆動ベース
28 顕微鏡
29 ステージ
30 コネクタボード
31 コネクタ
32 培地ベース
33 シール
34 ツメ
35 培養容器モジュール(第2のモジュール)
36 培地モジュール(第1のモジュール)
37 ポンプモジュール(第3のモジュール)
40 流路
41 チューブ
42 溝
43 シリンジ
44 シリンジポンプ
45 フィルタ
46 フィッティング
47 テーパー
48 細胞懸濁液
50 ファン(中間室)
51 フィルタ(中間室)
52 ファン(制御部)
53 吸気用フィルタ
54 排気用フィルタ
55 空気の流れ(中間室)
56 空気の流れ(制御部)
57 制御パネル(制御部)
60 細胞バッグ
61 培地バッグ
62 洗浄液バッグ
63 廃液バッグ
64 回収バッグ
65 注入タンク
66 廃液タンク
67 第1のフィッティング
68 第2のフィッティング
69 第3のフィッティング
70 モーター
71 ボールねじ
72 エンコーダ
73 駆動台
74 シリンジストッパ
75 留め具
76 弁
77 クラス10,000の空間
78 クラス100の空間
79 安全キャビネット
80 表示部
81 入力部
82 制御部
83 メモリ
84 通信部
85 ROM
86 RAM
87 環境保持装置
88 冷蔵庫制御
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Automatic culture apparatus 11 Cell culture room door 12 Refrigerator door 13 Cell culture room 14 Refrigerator 15 Control part 16 Intermediate room 17 Intermediate room door 18 Cooler 19 Transfer jig 20 Culture container 21 Culture container base 22 Rotating mechanism 23 Pump 24 Valve 25 Tank 27 Drive base 28 Microscope 29 Stage 30 Connector board 31 Connector 32 Medium base 33 Seal 34 Claw 35 Culture vessel module (second module)
36 Medium module (first module)
37 Pump module (third module)
40 channel 41 tube 42 groove 43 syringe 44 syringe pump 45 filter 46 fitting 47 taper 48 cell suspension 50 fan (intermediate chamber)
51 Filter (intermediate chamber)
52 Fan (control unit)
53 Intake filter 54 Exhaust filter 55 Air flow (intermediate chamber)
56 Air flow (control unit)
57 Control panel (control unit)
60 Cell bag 61 Medium bag 62 Washing solution bag 63 Waste solution bag 64 Collection bag 65 Injection tank 66 Waste solution tank 67 First fitting 68 Second fitting 69 Third fitting 70 Motor 71 Ball screw 72 Encoder 73 Drive base 74 Syringe stopper 75 Fastener 76 Valve 77 Class 10,000 space 78 Class 100 space 79 Safety cabinet 80 Display unit 81 Input unit 82 Control unit 83 Memory 84 Communication unit 85 ROM
86 RAM
87 Environmental maintenance device 88 Refrigerator control

Claims (10)

培地を用いて細胞を培養する細胞培養装置であって、
前記培地及び細胞を有する複数のバッグと、前記複数のバッグの一部から前記培地及び細胞を供給し、前記複数のバッグの他の一部へ前記培地及び細胞を排出する第一の流路群を有する第一のモジュールと、
前記細胞を培養する培養容器と、前記培養容器に前記培地及び細胞を供給し、前記培養容器から前記培地及び細胞を排出する第二の流路群を有する第二のモジュールと、
前記第一の流路群内の流路から流入する前記培地及び細胞を保持し、保持した前記培地及び細胞を、前記培養容器へ供給するため、前記第二の流路群内の流路へ流出する注入タンクと、前記培養容器から排出され、前記第二の流路群内の流路から流入する前記培地及び細胞を保持し、保持した前記培地及び細胞を、前記複数のバッグの他の一部へ排出するため、前記第一の流路群内の流路へ流出する廃液タンクを有するタンク部と、
前記第一、第二の流路群内の流路の内部における前記培地及び細胞の送液の量と、前記タンク部の内部に保持される前記培地及び細胞の量を制御するポンプ部を有する第三のモジュールと、を備える
ことを特徴とする細胞培養装置。
A cell culture device for culturing cells using a medium,
A plurality of bags having the culture medium and cells, and a first flow path group for supplying the culture medium and cells from a part of the plurality of bags and discharging the culture medium and cells to the other part of the plurality of bags A first module having:
A culture container for culturing the cells; a second module having a second flow path group for supplying the culture medium and cells to the culture container and discharging the culture medium and cells from the culture container;
In order to hold the culture medium and cells flowing from the flow path in the first flow path group, and to supply the held culture medium and cells to the culture container, to the flow path in the second flow path group An infusion tank that flows out, and the culture medium and cells that are discharged from the culture container and flow in from the flow path in the second flow path group are retained, and the retained culture medium and cells are retained in the other bags of the plurality of bags. A tank part having a waste liquid tank that flows out into the flow path in the first flow path group in order to discharge to a part;
A pump unit for controlling the amount of the medium and cells fed inside the channels in the first and second channel groups and the amount of the medium and cells held in the tank unit; A cell culture device comprising: a third module.
請求項1に記載の細胞培養装置であって、
前記第一のモジュールと、前記第二のモジュールと、前記第三のモジュールとを載置する保持ベースを有する
ことを特徴とする細胞培養装置。
The cell culture device according to claim 1,
A cell culture apparatus comprising a holding base on which the first module, the second module, and the third module are placed.
請求項1に記載の細胞培養装置であって、
前記第一のモジュールと、前記第二のモジュールと、前記第三のモジュールとが、前記細胞培養装置に着脱可能である
ことを特徴とする細胞培養装置。
The cell culture device according to claim 1,
The cell culture apparatus, wherein the first module, the second module, and the third module are detachable from the cell culture apparatus.
請求項2に記載の細胞培養装置であって、
前記保持ベースは、前記細胞培養装置に着脱可能である
ことを特徴とする細胞培養装置。
The cell culture device according to claim 2,
The cell culture device, wherein the holding base is detachable from the cell culture device.
請求項2に記載の細胞培養装置であって、
前記保持ベースは、前記複数のバッグ、前記培養容器、前記ポンプ部をそれぞれ保持する、培地ベース、培養容器ベース、駆動ベースからなり、前記駆動ベースは、前記第一、第二流路群内の前記培地及び細胞の流量と流れる方向とを切り替える弁を更に保持する
ことを特徴とする細胞培養装置。
The cell culture device according to claim 2,
The holding base includes a culture medium base, a culture container base, and a driving base that hold the plurality of bags, the culture container, and the pump unit, respectively, and the driving base is in the first and second flow path groups. A cell culture device further comprising a valve for switching between the flow rate and flow direction of the culture medium and cells.
請求項5に記載の細胞培養装置であって、
前記ポンプ部及び前記弁を制御する制御部を更に有する
ことを特徴とする細胞培養装置。
The cell culture device according to claim 5,
The cell culture device further comprising a control unit for controlling the pump unit and the valve.
培地を用いて細胞を培養する細胞培養装置であって、
前記培地及び細胞を有する複数のバッグと、前記複数のバッグの一部から前記培地及び細胞を供給し、前記複数のバッグの他の一部へ前記培地及び細胞を排出する第一の流路群を有し、保持ベースに保持される第一のモジュールと、
前記細胞を培養する培養容器と、前記培養容器に前記培地及び細胞を供給し、前記培養容器から前記培地及び細胞を排出する第二の流路群を有し、前記保持ベースに保持される第二のモジュールと、
前記第一の流路群内の流路から流入する前記培地及び細胞を保持し、保持した前記培地及び細胞を、前記培養容器へ供給するため、前記第二の流路群内の流路へ流出する注入タンクと、前記培養容器から排出され、前記第二の流路群内の流路から流入する前記培地及び細胞を保持し、保持した前記培地及び細胞を、前記複数のバッグの他の一部へ排出するため、前記第一の流路群内の流路へ流出する廃液タンクを有するタンク部と、
前記第一、第二の流路群内の流路の内部における前記培地及び細胞の送液の量と、前記タンク部の内部に保持される前記培地及び細胞の量を制御するポンプ部を有し、前記保持ベースに保持される第三のモジュールと、
を備えることを特徴とする細胞培養装置。
A cell culture device for culturing cells using a medium,
A plurality of bags having the culture medium and cells, and a first flow path group for supplying the culture medium and cells from a part of the plurality of bags and discharging the culture medium and cells to the other part of the plurality of bags A first module that is held on the holding base;
A culture vessel for culturing the cells; a second channel group for supplying the culture medium and cells to the culture vessel and discharging the culture media and cells from the culture vessel; Two modules,
In order to hold the culture medium and cells flowing from the flow path in the first flow path group, and to supply the held culture medium and cells to the culture container, to the flow path in the second flow path group An infusion tank that flows out, and the culture medium and cells that are discharged from the culture container and flow in from the flow path in the second flow path group are retained, and the retained culture medium and cells are retained in the other bags of the plurality of bags. A tank part having a waste liquid tank that flows out into the flow path in the first flow path group in order to discharge to a part;
A pump unit for controlling the amount of the medium and cells fed inside the channels in the first and second channel groups and the amount of the medium and cells held in the tank unit; A third module held on the holding base;
A cell culture device comprising:
請求項7に記載の細胞培養装置であって、
前記保持ベースは、前記複数のバッグ、前記培養容器、前記ポンプ部をそれぞれ保持する、培地ベース、培養容器ベース、駆動ベースからなり、前記培地ベース、前記培養容器ベース、及び前記駆動ベースは、前記細胞培養装置に着脱可能である
ことを特徴とする細胞培養装置。
The cell culture device according to claim 7,
The holding base includes a medium base, a culture container base, and a drive base, each holding the plurality of bags, the culture container, and the pump unit. The medium base, the culture container base, and the drive base include the medium base, the culture container base, and the drive base. A cell culture device which is detachable from the cell culture device.
請求項7に記載の細胞培養装置であって、
前記第2の流路群は、前記培養容器に形成された供給口と排出口に接続される
ことを特徴とする細胞培養装置
The cell culture device according to claim 7,
The cell culture apparatus, wherein the second flow path group is connected to a supply port and a discharge port formed in the culture vessel.
請求項7に記載の細胞培養装置であって、
前記ポンプ部はシリンジポンプを備える
ことを特徴とする細胞培養装置。
The cell culture device according to claim 7,
The cell culture apparatus, wherein the pump unit includes a syringe pump.
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