JPH03228672A - 細胞培養・分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、細胞培養・分離装置、特に、細胞を培養液中
で培養するとともに培養液から分離するための細胞培養
・分離装置に関する。

〔従来の技術及びその課題〕

モノクローナル抗体の採取、拡散や細胞内成分の大量採
取、細胞培養条件の研究及び細胞産生物の大量採取等を
目的として、連続的に細胞の培養を行う細胞培養装置が
既に知られている。この種の細胞培養装置は、培養条件
がコントロールされる培養槽と、新鮮な液体培地を収納
した新鮮培地槽と、使用済の液体培地を貯留するための
回収培地槽と、培養槽と回収培地槽との間に配置された
細胞分離装置と、細胞分離装置で分離された細胞を培養
液に戻すための循環経路等を備えている。

この細胞培養装置では、ポンプ機構を用いて新鮮培地槽
から培養槽に新鮮な液体培地を必要に応して供給する。

そして、培養装置内で撹拌を行いつつ、細胞の培養を行
う。また、ポンプ機構により、培養槽内の細胞を含む液
体培地を細胞分離装置に導入し、老廃物及び有用産生物
を含む液体培地と細胞とを分離する。分離された細胞は
、循環経路を通じて培養槽に戻される。一方、残りの液
体培地は、回収培地槽に回収される。

上述の細胞分離装置とし°ζは、多孔質の膜やセラミッ
ク製円筒を用いたフィルターが一般に使用されている。

この場合には、膜やセラミック製円筒は細胞が通過し得
ない程度の小さな孔を有しており、使用済みの液体培地
のみを通過させることにより、液体培地と細胞とを分離
する。

ところが、この構成では、膜やセラミック製の円筒が目
詰まりを起こしやすく、当該膜や円筒を高頻度で交換し
なければならない。このため、膜やセラミック製円筒を
用いた装置では、交換に手間がかかる。

また、重力沈降管を用いることも一般に行われている。

この重力沈降管は、その上下端にそれぞれ培地導出口及
び培地導入口を有している。前記培地導出口は回収培地
槽に接続されζいる。

この場合には、培地導入口から細胞を含んだ液体培地を
導入する。液体培地よりも細胞の方が比重が大であるこ
とから、重力沈降管内では、細胞が余り上昇せず、理想
的には液体培地のみが培地導出口から回収培地槽に導出
される。

ところが、一般に細胞の沈降力は極めて小さく、−旦、
重力沈降管内に導入された細胞は培地導入口から下方に
落下しにくい。また、培養液内に熱対流やポンピングに
よる流れが少しでもある場合には、分離能がさらに悪化
する。このため、長時間使用すれば、重力沈降管内に細
胞が充満してしまう。そして、重力沈降管内にトラップ
された細胞に関しては、酸素濃度、ｐ　Ｈや温度の制御
が困難となり、効率よく細胞培養を行うことができなく
なる。

また、遠心力を用いて培養液から細胞を分離−づること
も行われている。この場合には、回転機構が必要となり
、装置が複雑になるという問題が生しる。

本発明の目的は、簡単な構造を有し、自動化による作業
の高効率化が図れ、しかも確実に細胞が分離できる細胞
培養・分離装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る細胞培養・分離装置は、細胞を培養液中で
培養するとともに、細胞を培養液から分離するための装
置である。この装置は、培養槽と、撹拌手段と、培養液
導出手段と、導出タイミング決定手段と、導出量決定手
段と、制御手段とを備えている。

前記培養槽は、培養液が貯留されるものである。

前記撹拌手段は、培養液を撹拌するための手段である。

前記培養液導出手段は、培養液の上部に配置された、培
養液を導出するだめの手段である。

前記導出タイミング決定手段は、培養液の導出タイミン
グを決定する手段である。前記導出量決定手段は、培養
液の導出量を決定する手段である。

前記制御手段は、前記培養液の導出時に、導出タイミン
グ決定手段により決定された導出タイミング及び導出量
決定手段により決定された導出量に基づいて、撹拌手段
を所定時間停止させた後に所定量の培養液が導出される
よう、撹拌手段及び培養液導出手段を制御する手段であ
る。

〔作用〕

本発明に係る細胞培養・分離装置では、予め、導出タイ
ミング決定手段及び導出量決定手段において、導出タイ
ミング及び導出量が決定される。

次に、培養槽内に細胞を含む培養液が貯留され、撹拌手
段により培養液を撹拌しつつ細胞の培養を行う。

培養液の導出時には、まず導出量・イミング決定手段に
より決定された導出タイミングに基づいて、制御手段の
制御により撹拌手段は所定時間停止する。次に、導出量
決定手段により決定された導出量に基づいて、制御手段
の制御により、培養液導出手段が培養液を導出する。

このようにして、培養液の導・出を自動的に行うことが
でき、作業の高効率化を図ることができる。

この場合には、撹拌停止後に、対象となる細胞の分離に
適した所定タイミングで培養液を導出できるので、確実
な細胞分離が行える。ここでは、多量の細胞がトラップ
されるという問題は生じない。

また、多孔質セラミック製の部材等を用いる必要がない
ので、部材の取替え等の頻繁なメンテナンスが不要とな
る。しかも、蝮雑な回転機構等は不要であり、装置の構
造は簡素である。

〔実施例］ 本発明の一実施例による細胞培養・分離装置を第１１ｋ
に示す。第１図において、細胞培養゛・分離装置１は、
培養槽２と、培養槽２に新鮮な液体培地を供給するため
の新鮮培地槽３と、老廃物を含む液体培地を培養槽２か
ら回収するだめの回収培地槽４とを主として有している
。

培養槽２は、上端の開口がＭ６によって閉しられた密閉
容器である。培養槽２内の底部には、培養槽２内に貯留
された培養液２０を撹拌するための撹拌羽根５が配置さ
れている。この撹拌羽根５には、Ｍ６を貫通して回転自
在に設けられた軸１８の一端が固定されている。一方、
培養槽２の外部にはモータ７が配置されている。このモ
ータ７の回転軸８は、カップリング１９を介して軸１８
に連結されている。

また、培養槽２内には、蓋６を貫通して設けられた培養
液導入パイプ９と、培養液排出パイプｌＯとが配置され
ている。培養液導入パイプ９の上端には、途中にしごき
ポンプ（供給ポンプ）１１を有するチューブ２１の一端
が連結されている。

培養液排出パイプＩＯの上端には、途中にしごきポンプ
（排出ポンプ）１３を有するチューブ１２の一端が連結
されている。また、培養液排出パイプＩＯの上部には、
排出パイプｌＯ用の昇降機構１６が設けられている。こ
の昇降機構１６は、排出パイプ１０の上部に取付けられ
たラック１４と、ラック１４と噛み合うピニオン１５と
から構成されている。ピニオン１５は、図示しないステ
ッピングモータに連結されている。さらに、培養槽２の
側壁には、液面センサ１７が設けられている。

この液面センサ１７は、複数の検出部が上下１列に配列
された構成を有している。

なお、チューブ２１の他端は、新鮮培地槽３に連結され
ている。新鮮培地槽３には新鮮な液体培地が貯留され得
るようになっている。チューブ１２の他端は、回収培地
槽４に連結されている。回収培地槽４内には、培養槽２
内で使用された古い培養液が回収され得るようになって
いる。

この細胞培養・分離装置ｌは、第２図に示すような制御
装置を有している。第２図において、制御装置３０は、
ＣＰＵ３１．ＲＡＭ３２及びＲＯＭ３３等を含むマイク
ロコンピュータを備えている。制御装置３０のＩ１０ボ
ート３４には、キーボード３５と、液面センサ１７と、
排出パイプ昇降機構１６と、供給ポンプ１１と、排出ポ
ンプ１３と、モータ７と、温度センサ、ｐＨセンサ、Ｄ
Ｏセンサ等のその他の入力部３６と、酸素供給源。

二酸化炭素供給源、チッ素ガス供給源、と−タ等のその
他の出力部３７とが接続されている。

前述の細胞培養・分離装置ｌは、制御装置３０によって
制御され、以下に説明するように作動する。第３図はそ
の動作タイミングを示すタイミングチャート、また第４
Ａ図及び第４Ｂ図はその制御フローチャートである。

プログラムがスタートすると、第４Ａ図のステップＳ１
において、排出パイプの昇降機構１６の駆動により排出
パイプ１０を初期位置に設定する等の初期設定が行われ
る。

次に、ステップＳ２では、キーボード３５を通じてオペ
レーターにより培養液の導出周期ｔ（第３図）の設定が
行われる。この周期ｔは、培養液２０の量や細胞の性質
等に応じて、例えば１〜４８時間に設定される。次に、
ステップＳ３では、導出周期を毎の吸引遅れ時間（導出
タイミング）１、が設定される。この吸引遅れ時間ｔ１
としては、経験値等に基づいて細胞と培養液とを分離す
るのに充分な時間に決定され、例えば５〜１０分に決定
される。次に、ステップＳ４では、排出ポンプ１３によ
る培養液２０の吸引時間り、が設定される。この吸引時
間ｔｈは、排出すべき培養液の量等に基づいて決定され
る。次に、ステップＳ５では、供給ポンプ１１を駆動し
て、培養槽２内に初期量の液体培地を入れる。そして、
ステップＳ６において、作業開始指令を待つ。

プログラムがステップＳ６にある間に、操作者は培養槽
２内に所望の細胞（必要に応じてマイクロキャリアも）
を入れる。キーボード３５のスタートボタンが押されれ
ば、プログラムはステップＳ７に移行する。ステップＳ
７では、モータ７が動作して、撹拌羽根５が回転を始め
る。ステップＳ８では、温度、ｐＨ，溶存酸素濃度等の
制御が行われる。次に、ステップＳ９において、キーボ
ード３５のストップボタンが押されたか否かを判断する
。培養動作の停止を意味するストップボタンが押されて
いなければ、ステップＳＩＯに移行する。ステップＳ１
０では、導出周期信号Ｔ１（第３図）が発せられたか否
かを判断する。導出周期信号Ｔ、が発せられるまでの間
はステップＳ８に戻り、撹拌羽根５による撹拌を行いな
がらの細胞培養が行われる。

第３図の時刻１．において、導出周期信号Ｔ１が発せら
れると、プログラムはステップＳ１０からステップＳｌ
ｌに移行して、第４Ｂ図のサブルーチンが実行される。

第４Ｂ図のステップＳ１２では、モータ７の回転を停止
させる（第３図Ｍ参照）。ステップＳ１３では、第３図
のタイマーＳを作動させ、吸引遅れ時間１．が経過する
のを待つ。時間ｔ１が経過する間に、培養槽２内におい
て、比重差により細胞が底部に移動する。タイマＳが時
刻ｔ２においてタイムアツプすると、プログラムはステ
ップＳ１４に移行する。

ステップＳ１４では、排出パイプ１０の先端開口を培養
液２０の液面レベルよりわずか下に移動させる。この移
動は、液面センサ１７の検出結果に基づいて、昇降機構
１６を駆動させることにより行う。そして、ステップＳ
１５において、排出ポンプ１３の駆動を開始する。この
排出ポンプ１３の駆動中においても、液面センサ１７の
検出結果に基づいて昇降機構１６が駆動され、パイプの
先端開口は常時液面レベルに置かれる。次にステップＳ
１６において、培養液２０の排出量が所定量に達したか
否かを判断する。この判断は、タイマＱに予め設定され
た吸引時間Ｌｂが経過したか否かにより行う。タイマＱ
が時刻ｔ、においてタイムアツプすると、ステップＳ１
６における判断がＹｅｓとなり、プログラムはステップ
３１７に移行する。ステップＳ１７では排出ポンプ１３
を停止させる。

続いて、ステップＳ１８において、供給ポンプ１１の駆
動を開始する。ステップ５１９では、新鮮培地の供給量
が所定量に達したか否かを判断する。この判断は、吸引
時間Ｌｂに対応して決定されるタイマーＲの供給時間ｔ
ｃが経過したか否かにより行う。タイマＲが時刻ｔ４に
おいてタイムアツプすると、ステップＳ１９での判断が
Ｙｅｓとなり、プログラムはステップＳ２０に移行する
。

ステップＳ２０では、供給ポンプ１１を停止させる。次
に、ステップＳ２１では、時刻も、において発せられる
モータ７の駆動タイミング信号Ｔ２に従って、モータ７
の回転を開始させる（第３図Ｍ参照）。ステップＳ２１
での処理が終わればメインルーチンに戻る。

上述のサブルーチンは１つの導出周期ｔが開始される毎
に実行される。それ以外の間は、ステップＳ８における
温度等の制御を行いつつ、撹拌羽根５による撹拌が続け
られる。

細胞培養を終了する際には、キーボード３５のスト・ン
ブボタンを押す。これにより、ステ・ンブＳ９での判断
がＹｅｓとなり、プログラムはステ・ノブＳ２２に移行
する。ステップＳ２２では、モータ７￥ｆの駆動部分が
停止される。ステップＳ２２での処理が終われば、プロ
グラムは終了する。

このようにして、この実施例では、培養液の導出を自動
的に行うことができ、効率良く処理を進めることができ
る。また、撹拌停止後所定時間経過した後に培養液を排
出するので、細胞が確実に分離された状態で培養液のみ
を排出することができる。また、排出された細胞は常時
培養槽中に置かれているので、分離された細胞がトラッ
プされてしまうという問題は生じない。さらに、細胞分
離のために多孔質のフィルター等を用いてはいないので
、目詰まり等の問題や、フィルター交換等の頻繁なメン
テナンスは不要となる。さらに、複雑な回転機構は不要
であり、装置全体の構造を簡略化することができる。

〔他の実施例〕

前記実施例では、液面センサ１７及び昇降機構１６を用
いることにより、培養液排出パイプ１０の先端開口を培
養液の液面レベルに配置するようにしたが、本発明の適
用はこれに限定されない。

液面センサ１７及び昇降機構１６に代えて、例えば、第
５図や第６図に示す構成を採用してもよい。

第５図に示すものでは、排出パイプ５０は、伸縮自在に
形成されたコイル部５１を下部に有している。また、こ
の排出パイプ５０の下端は０字状に形成されている。こ
のＵ字状部５２には、フロート５３及び重り５４が取付
けられている。この場合には、コイル部５１により排出
パイプ５０は伸縮自在となっているので、培養液２０の
昇降に伴い、フロート５３とともに排出パイプ５０の下
端が昇降する。これにより、簡単な構成で排出パイプ５
０の開口５５を常時液面レベルに置くことができる。

また、第６図に示すものは、第５回のものと同様に、コ
イル部（図示せず）と０字状部６２とを有している。そ
して、０字状部６２にはフロート６５及び重り６６が装
着されている。この実施例では、さらに、重り６６の下
端に凹部６６ａが形成されている。また、フロート６５
及び重り６６を貫通して光ファイバー６３．６４が設け
られている。凹部６６ａには、光ファイバー６３．６４
の投光部６３ａ及び受光部６４ａが対向した状態で配置
されている。

この場合においても、第５図に示すものと同様にして、
簡単な構成で排出バイブロ０の先端開口６７を常時液面
レベル付近に置くことができる。

また、光ファイバー６３に光を導入することにより、投
光部６３．ａ及び受光部６４ａとの間の透光率に基づい
て培養液２０の濁度を測定することができる。これによ
り、培養液２０の汚れ具合をリアルタイムで測定するこ
とができるようになり、培養液の交換時期をそれによっ
て検知することができるようになる。従って、この場合
には、導出周期ｔ（第３図）を予めオペレータが設定す
る必要がなくなる。また、投光部６３ａ及び受光部６４
ａの間の透光率に基づいて、培養液２０の上層部分での
細胞分離状態を検出することができる。

これにより吸引遅れ時間ｔａ　　（第３図）を予めオペ
レータが設定する必要がなくなり、作業のより一層の自
動化を図ることができる。

〔発明の効果〕

本発明に係る細胞培養・分離装置によれば、上述のよう
な導出タイミング決定手段、導出量決定手段及び制御手
段を設けたので、細胞を確実に分離した状態で培養液の
みを導出することが簡単な機構で実現できる。さらに、
細胞が多量にトラップされてしまうという問題が解消さ
れ、また頻繁なメンテナンスも不要となる。これによっ
て、作業の高効率化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による細胞培養・分離装置の
概略図、第２図はその制御部の概略ブロック図、第３図
はタイミングチャート、第４Ａ図及び第４Ｂ図は制御フ
ローチャート、第５図及び第６図は排出パイプの昇降機
構の他の例を示す縦断面部分図である。 １・・・細胞培養・分離装置、２・・・培養槽、３・・
・新鮮培地槽、４・・・回収培地槽、５・・・撹拌羽根
、７・・・モータ、１１・・・供給ポンプ、１３・・・
排出ポンプ、３０・・・制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）細胞を培養液中で培養するとともに、前記細胞を
   前記培養液から分離するための細胞培養・分離装置であ
   って、 前記培養液が貯留される培養槽と、 前記培養液を撹拌するための撹拌手段と、 前記培養液の上部に配置された、前記培養液を導出する
   ための培養液導出手段と、 前記培養液の導出タイミングを決定する導出タイミング
   決定手段と、 前記培養液の導出量を決定する導出量決定手段と、 前記培養液の導出時に、前記導出タイミング決定手段に
   より決定された導出タイミング及び前記導出量決定手段
   により決定された導出量に基づいて、前記撹拌手段を所
   定時間停止させた後に所定量の培養液が導出されるよう
   、前記撹拌手段及び培養液導出手段を制御する制御手段
   と、 を備えた細胞培養・分離装置。