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特開2019-141034細胞培養モジュール、細胞培養システムおよび細胞培養方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2019-141034(P2019-141034A)
(43)【公開日】2019年8月29日
(54)【発明の名称】細胞培養モジュール、細胞培養システムおよび細胞培養方法
(51)【国際特許分類】
C12M 3/00 20060101AFI20190802BHJP
【ＦＩ】
C12M3/00 A
【審査請求】有
【請求項の数】23
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
【全頁数】25
(21)【出願番号】特願2018-239098(P2018-239098)
(22)【出願日】2018年12月21日
(31)【優先権主張番号】62/610,909
(32)【優先日】2017年12月27日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】107145323
(32)【優先日】2018年12月14日
(33)【優先権主張国】TW
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．マジックテープ
(71)【出願人】
【識別番号】390023582
【氏名又は名称】財團法人工業技術研究院
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100134577
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 雅章
(72)【発明者】
【氏名】王 英凱
(72)【発明者】
【氏名】沈 盈▲文▼
(72)【発明者】
【氏名】▲登▼ 雅姿
(72)【発明者】
【氏名】林 登泰
(72)【発明者】
【氏名】劉 育秉
(72)【発明者】
【氏名】謝 幸英
(72)【発明者】
【氏名】葉 維洲
(72)【発明者】
【氏名】楊 孟華
(72)【発明者】
【氏名】許 祥俊
(72)【発明者】
【氏名】簡 ▲瑩▼君
【テーマコード（参考）】
4B029
【Ｆターム（参考）】
4B029AA02
4B029AA09
4B029BB11
4B029CC02
4B029DG08
4B029HA10
(57)【要約】 （修正有）
【課題】細胞培養モジュール、細胞培養システム及び細胞培養方法を提供する。【解決手段】細胞培養システムは、セルタンク、培養液モジュール及び細胞培養モジュール１００Ｈを含む。セルタンクと培養液モジュールは、夫々細胞培養モジュールに接続され、細胞培養モジュールはケーシング１１１、第１固定部材１２０、第２固定部材１３０及びシート状担体部材１４を含む。ケーシングは、チャンバＣ１０とそれに接続する少なくとも1つの出入口Ｔ１２〜１８を有する。第１固定部材は、ケーシングに固定され、チャンバ内に配置される。第２固定部材はチャンバ内に配置され、第１固定部材に対して移動可能である。シート状担体部材は、複数の細胞培養担体１４０が配列配置されて成り、両端が夫々第１、第２固定部材に固定される。第２固定部材の移動に伴って、第１、第２固定部材間の距離が変化すると、シート状担体部材は、展開状態又は折り曲げ状態を呈する。
【選択図】図１０
【特許請求の範囲】
【請求項1】
チャンバ及び少なくとも１つの出入口を有し、前記少なくとも１つの出入口が前記チャンバに接続されるケーシングと、
前記ケーシングに固定され、前記チャンバ内に配置される第１固定部材と、
前記チャンバ内に配置され、前記第１固定部材に対して移動可能である第２固定部材と、
複数の細胞培養担体が配列配置されて成り、両端がそれぞれ前記第１固定部材と前記第２固定部材に固定され、前記第２固定部材の移動に伴って前記第１固定部材と前記第２固定部材との間の距離が変化すると、展開状態または折り曲げ状態を呈するシート状担体部材と、を備える細胞培養モジュール。
前記ケーシングに固定され、前記チャンバ内に配置される第１固定部材と、
前記チャンバ内に配置され、前記第１固定部材に対して移動可能である第２固定部材と、
複数の細胞培養担体が配列配置されて成り、両端がそれぞれ前記第１固定部材と前記第２固定部材に固定され、前記第２固定部材の移動に伴って前記第１固定部材と前記第２固定部材との間の距離が変化すると、展開状態または折り曲げ状態を呈するシート状担体部材と、を備える細胞培養モジュール。
【請求項2】
前記細胞培養担体の軸延在方向で相対する両端が、それぞれ前記第１固定部材と前記第２固定部材とに固定される、請求項１に記載の細胞培養モジュール。
【請求項3】
前記シート状担体部材が更に、第１接続部と第２接続部を含み、前記細胞培養担体の相対する両端がそれぞれ前記第１接続部と前記第２接続部に固定され、かつ前記第１接続部および前記第２接続部は、前記第１固定部材と前記第２固定部材に隣接して接続される、請求項１に記載の細胞培養モジュール。
【請求項4】
前記第１接続部と前記第２接続部が、鋸歯状又は波状の外形である、請求項３に記載の細胞培養モジュール。
【請求項5】
前記シート状担体部材が更に、第３接続部を含み、前記第３接続部は、前記第１接続部と前記第２接続部との間に配置され、前記細胞培養担体の一端が前記第１接続部に固定され、前記細胞培養担体の他端が前記第３接続部まで延伸し、前記第３接続部を介してから前記第２接続部まで延伸する、請求項３に記載の細胞培養モジュール。
【請求項6】
前記第２固定部材の移動方向が、前記シート状担体部材における前記細胞培養担体の軸延在方向と直交である、請求項１に記載の細胞培養モジュール。
【請求項7】
前記ケーシングはテーパー部を有し、前記少なくとも１つの出入口が前記テーパー部に設けられる、請求項１に記載の細胞培養モジュール。
【請求項8】
前記少なくとも１つの出入口の数が複数であり、それぞれ前記テーパー部及び前記ケーシングの前記テーパー部に相対する他の側に配置される、請求項１に記載の細胞培養モジュール。
【請求項9】
前記第２固定部材が磁性を有し、前記第２固定部材の移動を磁気制御する磁気制御部材を更に含む、請求項１に記載の細胞培養モジュール。
【請求項10】
更に、前記ケーシングが更に弾性波形構造を有し、前記第２固定部材は前記ケーシングに固定され、かつ前記弾性波形構造が前記第１固定部材と前記第２固定部材の間に位置し、前記弾性波形構造の伸張状態と圧縮状態の間の変換を制御する固定部材を含み、
前記弾性波形構造が前記伸張状態にあるとき、前記シート状担体部材は展開状態を呈し、
前記弾性波形構造が前記圧縮状態にあるとき、前記シート状担体部材は折り曲げ状態を呈する、請求項１に記載の細胞培養モジュール。
前記弾性波形構造が前記伸張状態にあるとき、前記シート状担体部材は展開状態を呈し、
前記弾性波形構造が前記圧縮状態にあるとき、前記シート状担体部材は折り曲げ状態を呈する、請求項１に記載の細胞培養モジュール。
【請求項11】
更に、前記ケーシングに移動可能に貫通配置され、前記第２固定部材に接続して、前記第２部材の移動を制御するロッドを含む、請求項１に記載の細胞培養モジュール。
【請求項12】
更に、前記ケーシングに設けられ、かつ前記チャンバ内に位置する流体圧力制御部を含み、
前記第２固定部材が前記流体圧力制御部と前記第１固定部材との間に位置し、前記流体圧力制御部が前記第２固定部材の移動を制御する、請求項１に記載の細胞培養モジュール。
前記第２固定部材が前記流体圧力制御部と前記第１固定部材との間に位置し、前記流体圧力制御部が前記第２固定部材の移動を制御する、請求項１に記載の細胞培養モジュール。
【請求項13】
セルタンクと、
培養液モジュールと、
請求項１から１２のいずれかに記載の細胞培養モジュールと、を含み、
前記セルタンクと前記培養液モジュールがそれぞれ前記細胞培養モジュールと接続する細胞培養システム。
培養液モジュールと、
請求項１から１２のいずれかに記載の細胞培養モジュールと、を含み、
前記セルタンクと前記培養液モジュールがそれぞれ前記細胞培養モジュールと接続する細胞培養システム。
【請求項14】
更に、ポンプを含み、
前記セルタンクと前記培養液モジュールがそれぞれ前記ポンプを介して前記細胞培養モジュールに接続する、請求項１３に記載の細胞培養システム。
前記セルタンクと前記培養液モジュールがそれぞれ前記ポンプを介して前記細胞培養モジュールに接続する、請求項１３に記載の細胞培養システム。
【請求項15】
更に、前記細胞培養モジュールに接続する洗浄液タンクを含む、請求項１３に記載の細胞培養システム。
【請求項16】
更に、前記細胞培養モジュールに接続する細胞剥離酵素タンクを含む、請求項１３に記載の細胞培養システム。
【請求項17】
更に、前記セルタンク、前記培養液モジュール及び前記細胞培養モジュールに接続するコントローラを含む、請求項１３に記載の細胞培養システム。
【請求項18】
細胞を折り曲げ状態の前記シート状担体部材上に付着させ、
前記細胞培養モジュール中で培養液を循環潅流するとともに、前記細胞の培養を開始し、
前記培養液を排出するとともに洗浄液を注入して、浸漬洗浄で残留した前記培養液を除去し、
細胞剥離酵素を注入するとともに、前記シート状担体部材が展開状態を呈するとき、前記細胞を前記シート状担体部材から剥離させ、前記細胞培養モジュール懸濁液に懸濁させ、
前記細胞を含有する前記懸濁液を回収する、ことを含む、
請求項１から１２のいずれかに記載の細胞培養モジュールを使用する、細胞培養方法。
前記細胞培養モジュール中で培養液を循環潅流するとともに、前記細胞の培養を開始し、
前記培養液を排出するとともに洗浄液を注入して、浸漬洗浄で残留した前記培養液を除去し、
細胞剥離酵素を注入するとともに、前記シート状担体部材が展開状態を呈するとき、前記細胞を前記シート状担体部材から剥離させ、前記細胞培養モジュール懸濁液に懸濁させ、
前記細胞を含有する前記懸濁液を回収する、ことを含む、
請求項１から１２のいずれかに記載の細胞培養モジュールを使用する、細胞培養方法。
【請求項19】
前記細胞を折り曲げ状態の前記シート状担体部材上に付着させる工程が更に、
先に、前記細胞培養モジュールの前記シート状担体部材を折り曲げ状態とし、それから前記細胞を折り曲げ状態の前記シート状担体部材上に注入接種することを含む、請求項１８に記載の細胞培養方法。
先に、前記細胞培養モジュールの前記シート状担体部材を折り曲げ状態とし、それから前記細胞を折り曲げ状態の前記シート状担体部材上に注入接種することを含む、請求項１８に記載の細胞培養方法。
【請求項20】
前記細胞を折り曲げ状態の前記シート状担体部材上に付着させる工程が更に、
前記細胞を展開状態の前記シート状担体部材上に注入接種し、それから前記細胞培養モジュールの前記シート状担体部材を折り曲げ状態とすることを含む、請求項１８に記載の細胞培養方法。
前記細胞を展開状態の前記シート状担体部材上に注入接種し、それから前記細胞培養モジュールの前記シート状担体部材を折り曲げ状態とすることを含む、請求項１８に記載の細胞培養方法。
【請求項21】
前記細胞を折り曲げ状態の前記シート状担体部材上に付着させる工程が更に、
前記第２固定部材を前記第１固定部材の近くの位置まで移動させ、前記細胞培養モジュールの前記シート状担体部材を折り曲げ状態とすることを含む、請求項１８に記載の細胞培養方法。
前記第２固定部材を前記第１固定部材の近くの位置まで移動させ、前記細胞培養モジュールの前記シート状担体部材を折り曲げ状態とすることを含む、請求項１８に記載の細胞培養方法。
【請求項22】
前記細胞剥離酵素を注入するとともに、前記シート状担体部材が展開状態を呈するとき、前記細胞を前記シート状担体部材から剥離させ、前記細胞培養モジュールの懸濁液に懸濁させる工程が、更に、先に前記細胞剥離酵素を注入してから、前記シート状担体部材を折り曲げ状態から展開状態に変換させることを含む、請求項１８に記載の細胞培養方法。
【請求項23】
前記細胞剥離酵素を注入するとともに、前記シート状担体部材が展開状態を呈するとき、前記細胞を前記シート状担体部材から剥離させ、前記細胞培養モジュールの懸濁液に懸濁させる工程が、更に、先に前記シート状担体部材を折り曲げ状態から展開状態に変換してから、前記細胞剥離酵素を注入することを含む、請求項１８に記載の細胞培養方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、培養モジュール、培養システム、および培養方法に関するものであり、特に細胞培養モジュール、細胞培養システム、および細胞培養方法に関する。
【背景技術】
【0002】
現在、細胞量産に使用される担体足場は、２つのタイプ、すなわちコラーゲン（collagen）、キトサン（chitosan）またはゼラチン（gelatin）などの天然材料、或いはポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）またはポリ乳酸-ポリグリコール酸コポリマー（ＰＬＧＡ）などの合成材料に分類することができる。天然材料の多くは動物性材料由来であり、動物性材料は細胞毒性が低く、かつ生体適合性が高いが、動物性材料は検出不可能な動物性汚染を有する可能性があるため、現在は、汚染のリスクを減らすために、動物性材料の使用を減らす、または使用さえもしないという傾向にある。
【0003】
また、現在市場にある細胞担体はアルギン酸塩（Alginate）を基材とする関連製品を除き、その他の合成材料はどれも分解（degradation）が非常に困難であり、よって細胞を円滑に回収することが困難である。アルギン酸塩を基材とする関連製品は細胞培養中に高濃度のカルシウムイオンを必要とするため、細胞を損傷したり、ある種の細胞を分化させたりする可能性があり（例、間葉系幹細胞）、アルギン酸塩を分解するときにも、カルシウムイオンキレート剤（chelator）の使用が必要であり、不適切な使用により容易に細胞を損傷してしまう。また、細胞を集めるための担体足場の重要な技術はまだ大きな発展が望まれている状態であり、よって現在、細胞量産の技術は従来の二次元フラットプレートの培養方法に留まっており、製造工程を円滑に拡大することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
したがって、動物性汚染源を有さず、急速な細胞の大量増殖や成長に適した担体材料をどのように見つけるか、及び如何に細胞回収率と細胞品質を向上させるかは研究者が現在解決を切望している課題である。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、細胞回収率および細胞品質が良好でない問題を解決することができる細胞培養モジュール、細胞培養システムおよび細胞培養方法を提供する。
【0006】
本発明の細胞培養モジュールは、ケーシング、第１固定部材、第２固定部材、およびシート状の担体部材を含む。ケーシングはチャンバと少なくとも1つの出入口を有する。出入口はチャンバに接続されている。第１固定部材はケーシングに固定され、チャンバ内に配置されている。第２固定部材はチャンバ内に配置され、第１固定部材に対して移動可能である。シート状担体部材は複数の細胞培養担体が配列配置されて成り、シート状担体部材の両端はそれぞれ第１固定部材と第２固定部材に固定されている。第２固定部材の移動に伴って第１固定部材と第２固定部材との間の距離が変化すると、シート状担体部材は展開状態または折り曲げ状態を呈する。
【0007】
本発明の細胞培養システムは、セルタンク、培養液モジュールおよび細胞培養モジュールを含む。セルタンクと培養液モジュールはそれぞれ細胞培養モジュールに接続され、細胞培養モジュールはケーシング、第１固定部材、第２固定部材およびシート状担体部材を含む。ケーシングはチャンバと少なくとも1つの出入口を有する。出入口はチャンバに接続される。第１固定部材はケーシングに固定され、チャンバ内に配置される。第２固定部材はチャンバ内に配置され、第１固定部材に対して移動可能である。シート状担体部材は複数の細胞培養担体が配列配置されて成り、シート状担体部材の両端はそれぞれ第１固定部材、第２固定部材に固定される。第２固定部材の移動に伴って第１固定部材と第２固定部材との間の距離が変化すると、シート状担体部材は展開状態または折り曲げ状態を呈する。
【0008】
本発明の細胞培養方法は、上記細胞培養モジュールを用い、そのステップは、折り曲げ状態のシート状担体部材に細胞を付着させることを含む。細胞培養モジュールに培養液を循環灌流し、細胞の培養を開始する。培養液を排出し、洗浄液を注ぎ、残留した培養液を浸漬洗浄により除去する。細胞剥離酵素を注ぎ、シート状担体部材を展開状態とすると、細胞がシート状担体部材から剥離し、細胞培養モジュールの懸濁液に懸濁する。そして、細胞を含む懸濁液を回収する。
【発明の効果】
【0009】
以上のことから、本発明の細胞培養モジュール、細胞培養システムおよび細胞培養方法では、第２固定部材によって、細胞培養担体をねじれのない状態とねじれ状態、或いは展開状態と折り曲げ状態との間での変換を制御することができ、それによって細胞回収および細胞品質を向上することができる。
【0010】
本発明の上記特徴と優れた点を更に明確に理解できるよう、以下において実施形態を例示するとともに、図面と併せて以下のように詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明の上記特徴と優れた点を更に明確に理解できるよう、以下において実施形態を例示するとともに、図面と併せて以下のように詳細に説明する。以下において実施形態を例示するとともに、図面と併せて詳細に説明するが、本発明は様々な異なる形態で具現化することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されるものではない。図面中の同一または類似の符号番号は、同一または類似の部材を示し、以下の段落では逐一説明は行わない。
【0013】
図1Ａと図１Ｂは本発明の実施形態の一つによる細胞培養モジュールの細胞培養担体のねじれ状態およびねじれのない状態をそれぞれ示す概略図である。図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、本実施形態の細胞培養モジュール１００Aは、外側スリーブ１１０と、第１固定部材１２０と、第２固定部材１３０Aと、複数の細胞培養担体１４０とを含む。外側スリーブ１１０はチャンバＣ１０と少なくとも１つの出入口Ｔ１２を有する。チャンバＣ１０は細胞培養のためのスペースを提供するために用いる。出入口Ｔ１２はチャンバＣ１０に接続される。第１固定部材１２０は外側スリーブ１１０に固定され、かつチャンバＣ１０内に配置される。第２固定部材１３０ＡはチャンバＣ１０に配置され、第１固定部材１２０に対して移動可能である。細胞培養担体１４０の両端はそれぞれ第１固定部材１２０と第２固定部材１３０Ａに固定される。第２固定部材１３０Ａの移動に伴って第１固定部材１２０と第２固定部材１３０Ａとの間の距離が変化すると、図１Ａに示すように細胞培養担体１４０はねじれた状態となり、或いは図１Ｂに示すように細胞培養担体１４０はねじれがない状態となる。
【0014】
言い換えれば、第２固定部材１３０Ａの移動に伴って第１固定部材１２０と第２固定部材１３０Ａとの間の距離が、細胞培養担体１４０の伸展長さより短いとき、図１Ａに示されるように、細胞培養担体１４０はねじれ状態となる。細胞培養担体１４０は帯状でもよい。この状態では、限られたスペースで複数本の細胞培養担体１４０を使用して細胞付着面積を大きくして培養可能な細胞数を増やすことができる。
【0015】
また、第２固定部材１３０Ａの移動に伴って第１固定部材１２０と第２固定部材１３０Ａの間の距離が細胞培養担体１４０の伸展長さにほぼ等しいとき、図１Ｂに示すように、細胞培養担体１４０はねじれがない状態になる。この状態で、細胞培養担体１４０から細胞を剥離させることができる酵素などの物質作用と組み合わせて、細胞培養担体１４０がねじれ状態からねじれのない状態に変換する過程で細胞を細胞培養担体１４０から剥離させることができる。また、細胞培養担体１４０の間の距離が広がるため、本来細胞培養担体１４０内部の酵素が作用しにくい細胞にも酵素などを充分に作用させることができ、細胞回収率の向上に寄与することができる。
【0016】
本実施形態では、第２固定部材１３０ＡがチャンバＣ１０内に移動可能に配置されているので、外側スリーブ１１０が図１Ａの状態にあるとき、第２固定部材１３０Ａは自重により第１固定部材１２０に近い位置まで下向きに移動する。細胞培養担体１４０をねじれのない状態に変換しようとするときには、図１Ｂに示すように、外側スリーブ１１０を図１Ａの状態に対して上下逆にすることができる。その結果、第２固定部材１３０Ａは自重により第１固定部材１２０から離れた位置まで下向きに移動し、細胞培養担体１４０は第１固定部材１２０と第２固定部材１３０Ａによって引き伸ばされてねじれのない状態になる。さらに、第２固定部材１３０Ａの移動能力を高めるために、ウェイトブロックを第２固定部材１３０Ａに付けて、第２固定部材１３０Ａの自重での移動を確保することができる。
【0017】
別の観点から、細胞培養担体１４０がねじれのない状態にあるとき、各細胞培養担体１４０は二次元構造に相当する。細胞培養担体１４０がねじれた状態にあるとき、交差する細胞培養担体１４０は三次元構造に相当する。図１Ａでは、ねじれ状態の各細胞培養担体１４０は規則的な螺旋形状であるが、無秩序なねじれ状態でもよく、複数のねじれ状態の細胞培養担体１４０が巻き形状を呈していてもよいが、これらに限定されない。図１Ｂでは、ねじれのない状態の各細胞培養担体１４０は直線状であり、よって複数のねじれのない状態の細胞培養担体１４０は平行な線配列を呈してもよいが、互いに平行でなくてもよく、或いは細胞培養担体１４０の一部がわずかに湾曲した状態を呈してもよく、しかしこれらに限定されない。
【0018】
細胞培養担体１４０の材料は、例えば、ポリエステル（Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ；PET）、ナイロン（Nylon）、ポリエチレン（Polyethylene；PE）、ポリプロピレン（Polypropylene；PP）、ポリ塩化ビニル（polyvinyl chloride；PVC）、ポリスチレン（polystyrene；PS）、ポリカーボネート（Polycarbonate；PC）、エチレン-酢酸ビニル共重合体（Ethylene Vinyl Acetate；EVA）またはポリウレタン（polyurethane；PU）などである。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、糸引き特性を有する任意の材料を本発明の細胞培養担体の材料として使用することができる。さらに、各細胞培養担体１４０は、帯状シート、線状シート、またはその他の適切な形状の形態であり得る。
【0019】
細胞培養担体１４０は、細胞が付着可能な材料または処理後に細胞付着性を有する材料であり得る。前記処理の方法としては、表面改質、表面コーティングまたは表面微細構造化などが挙げられる。表面改質は、例えば、細胞付着性材料または細胞非付着性材料の表面にプラズマ処理（plasma modification）を行い、細胞付着を容易にするために表面に細胞付着性を具えさせる。表面コーティング（coating）は、細胞付着を促進するために、細胞付着性材料、または細胞非付着性材料の表面に、例えばコラーゲン（collagen）、キトサン（chitosan）、ゼラチン（gelatin）もしくはアルギン酸塩（Alginate）などをコーティングするが、これらに限定されない。表面微細構造化（micro-structured）は、細胞付着を容易にするために、たとえば細胞付着性材料または細胞非付着性材料の表面上にレーザー切断により微細孔を形成する。しかし、本発明の処理方法は、これらに限定されるものではなく、細胞付着性を改善することができる任意の処理方法を本発明に適用することができる。
【0020】
外側スリーブ１１０、第１固定部材１２０、第２固定部材１３０Ａの材料は、例えば、ポリエステル（Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ；PET）、ナイロン（Nylon）、ポリエチレン（Polyethylene；PE）、ポリプロピレン（Polypropylene；PP）、ポリ塩化ビニル（polyvinyl chloride；PVC）、ポリスチレン（polystyrene；PS）、エチレン-酢酸ビニル共重合体（Ethylene Vinyl Acetate；EVA）、ポリウレタン（polyurethane；PU）、ポリカーボネート（Polycarbonate；PC）又はガラスなどであるが、本発明は、これらに限定されない。
【0021】
実施形態の一つでは、出入口Ｔ１２の細胞培養モジュール１００を外側スリーブ１１０の一端に配置することができ、細胞培養モジュール１００が単一の出入口Ｔ１２のみを備える場合、培地、緩衝液、および細胞の収集などは、どれも出入口Ｔ１２を通して液体の進出を行うことができる。しかしながら、他の実施形態では、モジュール全体の汚染を防止するとの観点から、培地、緩衝液の進出および細胞の収集などを異なる導管を介して行ってもよい。詳細には、実施形態の細胞培養モジュール１００は、複数の出入口Ｔ１２、Ｔ１４、Ｔ１６、Ｔ１８（図示せず）、Ｔ２１、Ｔ２３を有してもよく、このうち、出入口Ｔ１２は外側スリーブ１１０の端部に設置され、出入口Ｔ１２の設置を介して細胞の収集ができる。出入口Ｔ１４、Ｔ１６、Ｔ１８は外側スリーブ１１０の側面の出入口Ｔ１２が設けられる外側スリーブ１１０端部の近くに配置して、それぞれ異なる緩衝液及び培地の進入に供してもよい。なお、出入口Ｔ１４、Ｔ１６、Ｔ１８の数は、実際に注入する液体の種類に応じて異なる配置数に変化し得るものであり、列挙されたものに限定されない。出入口Ｔ２１、Ｔ２３は外側スリーブ１１０の出入口Ｔ１２に相対する他端部に設けられ、出入口Ｔ２１は培地、緩衝液等の液体の進出に供され、出入口Ｔ２３は予備孔とし、出入口Ｔ２１は出入口Ｔ１４、Ｔ１６及びＴ１８と相対する位置に設計され、チャンバＣ１０での液体の分配及び流動を容易なものとするようにしてもよい。
【0022】
この実施形態の細胞培養モジュール１００は、チャンバＣ１０内に配置され出入口Ｔ１２と第１固定部材１２０との間に配置されたスポイラー１５０をさらに含んでもよい。また、スポイラー１５０は、出入口Ｔ１４、Ｔ１６、Ｔ１８と同じ平面高さに配置することができる。出入口Ｔ１４、Ｔ１６およびＴ１８から進入した液体は、スポイラー１５０の回転により、チャンバＣ１０内の液体が流動するように動かされ、その結果、チャンバＣ１０内の液体中の物質が均一に分配される。
【0023】
細胞培養モジュールは繰り返し使用されるかどうかによって異なる設計を有する。細胞培養モジュールが繰り返し使用されるとき、本実施の形態のような細胞培養モジュール１００の外側スリーブ１１０は、本体１１２とカバー１１４をさらに含み、本体１１２とカバー１１４は接続されてチャンバＣ１０を形成する。カバー１１４が開かれることにより、チャンバＣ１０と接続し、細胞培養担体１４０を交換することができる。さらに、本体１１２とカバー１１４との間に更にシール部１１６を配置して、チャンバＣ１０の密封性を維持することができる。細胞培養モジュールを一度の使用とするとき、外側スリーブ１１０は一体成形される。
【0024】
図２Ａと図２Ｂは、本発明の別の実施形態による、細胞培養モジュールの細胞培養担体のねじれのない状態およびねじれた状態をそれぞれ示す概略図である。図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、本実施形態の細胞培養モジュール１００Ｂは、図１Ａの細胞培養モジュール１００Ａと類似であるが、本実施形態の細胞培養モジュール１００Ｂは、磁気制御部材１６０Ａをさらに含むことに留意されたい。これに対し、本実施形態の第２固定部材１３０Ｂは磁性を有する。したがって、磁気制御部材１６０Ａは、磁気吸引力や磁気反発力などの磁力によって第２固定部材１３０Ｂの移動を制御することができる。図２Ａに示すように、磁気制御部材１６０Ａが第２固定部材１３０Ｂを第１固定部材１２０から離れた位置まで移動するよう磁気制御すると、細胞培養担体１４０はねじれていない状態を呈する。図２Ｂに示すように、磁気制御部材１６０Ａが第２固定部材１３０Ｂを第１固定部材１２０に近い位置まで移動するように制御すると、細胞培養担体１４０はねじれた状態となる。本実施形態の磁気制御部材１６０Ａの外形は、外側スリーブ１１０の外形とほぼマッチするものであり、磁気制御部材１６０Ａ自体が移動して第２固定部材１３０Ｂの移動を駆動するが、本発明はこれに限定されない。
【0025】
図３は本発明のさらに別の実施形態による細胞培養モジュールの概略図である。図３を参照すると、本実施形態の細胞培養モジュール１００Ｃは図２Ａの細胞培養モジュール１００Ｂに類似しているが、本実施形態の磁気制御部材１６０Ｂは第２固定部材１３０Ｂの移動を制御するとき、外側スリーブ１１０上の第１固定部材１２０から離れた側まで直接移動し、磁気吸引を利用して第２固定部材１３０Ｂを第１固定部材１２０から離れた位置まで移動させる。反対に、磁気制御部材１６０Ｂが取り除かれた後、第２固定部材１３０Ｂは自重により第１固定部材１２０に近い位置まで移動する。
【0026】
図４Ａおよび図４Ｂは、本発明のさらに別の実施形態による細胞培養モジュールの細胞培養担体のねじれの状態とねじれのない状態を示す概略図である。図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、本実施形態の細胞培養モジュール１００Ｄは図１Ａの細胞培養モジュール１００Ａと類似であるが、本実施形態の細胞培養モジュール１００Ｄはさらに留め具１７０を含むことに留意されたい。また、外側スリーブ１１０Ａはさらに弾性波形構造１１０Ａ１を有する。力が加わっていない状態では、弾性波状構造１１０Ａ１は、例えば、図４Ｂの伸張状態である。留め具１７０は、弾性波形構造１１０Ａ１が圧縮状態を維持するか否かを制御するのに用いられ、図４Ｂの伸張状態と図４Ａの圧縮状態とを切り替える。本実施形態の第２固定部材１３０Ｃは外側スリーブ１１０Ａに固定され、弾性波形構造１１０Ａ１は第１固定部材１２０と第２固定部材１３０Ｃの間に位置する。留め具１７０が係合しているとき、弾性波形構造１１０Ａ１は圧縮状態にあるので、第１固定部材１２０と第２固定部材１３０Ｃは互いに接近しており、細胞培養担体１４０はねじれた状態を呈する。留め具１７０が解放されると、弾性波形構造１１０Ａ１は伸張状態にあるので、第１固定部材１２０と第２固定部材１３０Ｃは互いに離れており、細胞培養担体１４０はねじれのない状態を呈する。なお、本実施形態では、留め具１７０を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、留め具１７０は、マジックテープ、ネジ、ロープなどの他の固定部材と任意に置き換えることができる。
【0027】
図５は、本発明のさらに別の実施形態による細胞培養モジュールの概略図である。図５を参照すると、本実施形態の細胞培養モジュール１００Ｅは図１Ａの細胞培養モジュール１００Ａと類似しているが、本実施形態の細胞培養モジュール１００Ｅはさらにロッド１８０およびガイド孔１８２を含むことに留意されたい。ガイド孔１８２は、外側スリーブ１１０Ｂの第１固定部材１２０に相対する一端に配置され、ロッド１８０が外側スリーブ１１０Ｂに移動可能に貫通配置されるように案内する。ロッド１８０は、第２固定部材１３０Ａに連結され、第２固定部材１３０Ａの移動を制御するのに用いられる。外側スリーブ１１０Ｂへのロッド１８０の挿入程度を制御することによって、第２固定部材１３０Ｂの第１固定部材１２０の近く或いは離れた位置への移動を制御することが可能である。
【0028】
図６は、本発明の別の実施形態による細胞培養モジュールの概略図である。図６を参照すると、本実施形態の細胞培養モジュール１００Ｆは、図１Ａの細胞培養モジュール１００Ａと同様であるが、本実施形態の細胞培養モジュール１００Ｆは、外側スリーブ１１０に設けられかつチャンバＣ１０内に配置された流体圧力制御部１９０をさらに含むことに留意されたい。第２固定部材１３０Ａは流体圧力制御部材１９０と第１固定部材１２０との間に配置される。流体圧力制御部１９０は第２固定部材１３０Ａの移動を制御するために用いられる。例えば、流体圧力制御部１９０は、流体を収容する袋体に適用することができるが、これに限定されない。流体圧力制御部１９０に充填される気体、水、油、又はその他の流体が増加すると、流体圧力制御部１９０の体積も伴って増加し、第１固定部材１２０に近づく方向へ向けて移動するよう第２固定部材１３０Ａを押動かすことができる。流体圧力制御部１９０に充填される気体、水、油または他の流体の量が減少すると、流体圧力制御部１９０の体積も伴って減少し、第２固定部材１３０Ａが第１固定部材１２０から離れる方向に移動することを可能にする。
【0029】
図７は、本発明のさらに別の実施形態による細胞培養モジュールの概略図である。図７を参照すると、本実施形態の細胞培養モジュール１００Ｇは、図１Ａの細胞培養モジュール１００Ａと類似であるが、本実施形態の細胞培養モジュール１００Ｇでは、第２固定部材１３０Ｄが外側スリーブ１１０Ｃの孔壁にねじ止めされていることに留意されたい。言い換えれば、第２固定部材１３０Ｄと外側スリーブ１１０Ｃの両方の接触面には、互いに一致するねじ山が設けられている。したがって、第２固定部材１３０Ｄが外側スリーブ１１０Ｃに対して回転すると、第２固定部材１３０Ｄは第１固定部材１２０に接近する、或いは第１固定部材１２０から離れるように移動する。実施形態の第２固定部材１３０Ｄは、使用者が第２固定部材１３０Ｄを回転させるために力を加えるのを容易にするためのノブ１３０Ｄ１をさらに有する。
【0030】
図８Ａから図８Ｆは本発明の実施形態のひとつによる、細胞培養システムで細胞培養を行う複数の段階の概略図である。まず図８Ａを参照すると、本実施形態の細胞培養システム１０００は、セルタンク２００、培養液モジュール３００、および細胞培養モジュール４００を含む。セルタンク２００と培養液モジュール３００は、それぞれ細胞培養モジュール４００に接続される。細胞培養モジュール４００は、前述の実施形態の細胞培養モジュールまたは本発明の精神に適合する他の細胞培養モジュールでもよく、細胞培養モジュール４００の詳細な説明はここでは省略する。本実施形態の細胞培養システム１０００は、前述の各実施形態の細胞培養モジュールと同じ細胞培養モジュール４００を使用しているので、本実施形態の細胞培養システム１０００は細胞培養の産量および回収率を増加させることができる。また、本実施形態の細胞培養システム１０００は、さらにポンプ５００、洗浄液タンク６００及び細胞剥離酵素タンク７００を選択的に含んでいてもよい。セルタンク２００および培養液モジュール３００は、それぞれポンプ５００を介して細胞培養モジュール４００に接続される。洗浄液タンク６００および細胞剥離酵素タンク７００も、細胞培養モジュール４００と接続し、例えばポンプ５００を介して細胞培養モジュール４００に接続される。
【0031】
本実施形態のセルタンク２００、培養液モジュール３００、洗浄液タンク６００、細胞剥離酵素タンク７００は、全てポンプ５００を介して細胞培養モジュール４００に接続される。セルタンク２００は、ポンプ５００を介して、細胞培養モジュール４００の出入口Ｔ１２に接続される。洗浄液タンク６００は、ポンプ５００を介して、細胞培養モジュール４００の出入口Ｔ１４に接続される。細胞剥離酵素タンク７００は、ポンプ５００を介して、細胞培養モジュール４００の出入口Ｔ１６に接続される。培養液モジュール３００は、ポンプ５００を介して、細胞培養モジュール４００の出入口Ｔ１８に接続される。培養液モジュール３００の培養液は、出入口Ｔ１８から細胞培養モジュール４００に進入した後、細胞培養モジュール４００の他端の出入口Ｔ２１から培養液モジュール３００に逆流する。したがって、培養液モジュール３００の培養液をリサイクルすることができる。培養液モジュール３００の培養液の品質を監視するために、培養液モジュール３００の培養液タンク３１０には、培養液センサ３１４が設けられる。培養液センサ３１４は、例えば、ｐＨ計、温度計、または溶存酸素計である。また、培養液タンク３１０内には、培養物質の培養液中への均一な分散を保持するための撹拌棒３１２が配置されている。また、培養液モジュール３００は更にポンプ３２０とレギュレータ３３０を有する。培養液センサ３１４が培養液タンク３１０内の培養液の品質が臨界値より低いことを感知すると、ポンプ３２０はレギュレータ３３０の調整物質を培養液タンク３１０に放出して培養液の品質を改善させる。本実施形態の細胞培養システム１０００は、コントローラ８００を更に含み、コントローラ８００はそれぞれポンプ５００、培養液センサ３１４及びポンプ３２０を介してセルタンク２００、洗浄液タンク６００、細胞剥離酵素タンク７００、細胞培養モジュール４００および培養液モジュール３００に接続され、ポンプ５００、ポンプ３２０、レギュレータ３３０および培養液センサ３１４を制御するのに用いる。また、本実施形態の細胞培養システム１０００は、必要に応じて細胞培養モジュール４００内の物質を調整するために細胞培養モジュール４００に実装されるレギュレータ９００をさらに含んでもよい。
【0032】
図９は本発明の実施形態の一つの細胞培養システムおよび細胞培養モジュールにより行う細胞培養方法のフローチャートである。図８Ａおよび図９を参照すると、細胞培養を行う際には、まず、ステップＳ１１０では、細胞培養モジュール４００の細胞培養担体１４０をねじれ状態とし、システムの管線の設置を完了させる。前述の各実施形態で説明したように、細胞培養モジュール４００の細胞培養担体１４０をねじれ状態にする方法は、第２固定部材を第１固定部材１２０に近い位置に移動させる方法であるが、これはどの方法で行うかは限定されず、前述の実施形態のように重力や磁力、或いはその他の機械的力などを利用して第２固定部材を移動させることができ、磁気制御部材１６０Ａにより第２固定部材１３０Ｂの移動制御を補助させてもよく、ただしこれに限定されない。
【0033】
図８Ａおよび図９を参照すると、ステップＳ１２０では、続いてポンプ５００を利用して、セルタンク２００で培養対象の細胞を細胞培養モジュール４００に送り込み、培養対象の細胞をねじれ状態の細胞培養担体１４０に注入接種する。培養細胞は、例えば幹細胞または分化細胞であるが、本発明はこれらに限定されず、具体的には、培養細胞は、例えば、ベロ細胞（VERO, an African green monkey kidney cell line）、脂肪幹細胞（ADSC, Human Adipose-Derived Stem Cell）、間葉系幹細胞（MSC, Mesenchymal Stem Cell）、MDCK細胞（MDCK, Madin-Darby Canine Kidney）或いはヒト胎児腎細胞２９３ （HEK293, Human Embryonic Kidney 293）などであるが、これらに限定されない。この実施例では、まず、培地を細胞培養担体１４０に加え、そして細胞を細胞培養担体１４０に接種する。別の実施形態では、細胞を含む細胞培地を細胞培養担体１４０に直接加えてもよい。培地は、細胞培養に通常使用される標準的な増殖培地、例えば、ウシ胎児血清（ＦＢＳ）を含む培地または無血清培地であるが、本発明はこれらに限定されない。また、細胞培養液の濃度に対する要求は細胞の特性によって異なるので、細胞の特性に応じて濃度を調節することができ、必要に応じて増殖因子または抗生物質などを培地に添加することができることを理解すべきである。そして細胞を細胞培養担体に付着させる。この実施形態では、細胞を細胞培養担体１４０に付着させるために、細胞培養担体１４０を特定の増殖条件（例えば、特定の温度、湿度、または二酸化炭素濃度）下で細胞培養モジュール４００中に入れる。
【0034】
他の実施形態では、細胞培養担体１４０がねじれのない状態にあるとき、システムの各管線を先に設置し、その後、細胞をねじれのない細胞培養担体１４０に注入接種し、細胞が付着した後に細胞培養担体１４０をねじる動作を行ってもよいが、以上は例を挙げたものであり、これに限るものではない。
【0035】
図８Ｂおよび図９を参照すると、ステップＳ１３０では、細胞を付着させた後、培養液を循環潅流して、細胞培養を開始する。すなわち、上記ステップ終了後、ポンプ５００を起動して培養液モジュール３００の培養液を細胞培養モジュール４００内に導入し、培養液モジュール３００と細胞培養モジュール４００との間で培養液の循環を持続させながら細胞を培養することができる。細胞培養の方法は、例えば、静置培養または動的培養である。動的培養は、細胞培養担体の周囲の培養液をかき混ぜてもよく、培養液をかき混ぜる方法は、例えば図１Ａのようなスポイラー１５０を使用することができるが、この実施形態には図示されない。実施形態の一つでは、培養後の細胞数は元の量の１００倍を超えるまで増加させることができる。別の実施形態では、培養後の細胞数は元の量の２０００倍を超えるまで増加することができる。
【0036】
異なる細胞は異なる特性を有するので、異なる細胞の種類に従って細胞培養条件を調整することができることに留意すべきである。例えば、哺乳動物の細胞を培養するとき、３７℃および５％ＣＯ２の条件下で細胞培養を実施することができるとともに、培養液のｐＨはその生理学的範囲内に維持され、たとえば大多数の動物細胞から言えば、培養液はｐＨ７．２〜７．４が適切である。
【0037】
図８Ｃおよび図９を参照すると、ステップＳ１４０では、続いて培養液が排出され、洗浄液が注入され、残留した培養液が浸漬洗浄により除去される。すなわち、細胞培養モジュール４００の培養液がすべて培養液モジュール３００に戻される。次に、ポンプ５００により、洗浄液タンク６００内の洗浄液を細胞培養モジュール４００に導入し、残留した培養液が浸漬洗浄により除去される。洗浄液は、例えばリン酸緩衝食塩水である。
【0038】
図８Ｄおよび図９を参照すると、ステップＳ１５０では、続いて細胞剥離酵素を注入し、その細胞培養担体および細胞をその中に浸漬する。すなわち、細胞培養モジュール４００の全ての洗浄液が洗浄液タンク６００に戻される。次に、ポンプ５００により細胞剥離酵素タンク７００中の細胞剥離酵素を細胞培養モジュール４００に導入し、ねじれ状態の細胞培養担体１４０と細胞をその中に浸漬する。細胞剥離酵素は、例えば、トリプシン（trypsin）、TrypLE、Accutase、Accumaxまたはコラゲナーゼ（collagenase）であるが、本発明はこれらに限定されず、細胞を剥離することができる他の酵素または試薬を使用することもできる。
【0039】
図８Ｅおよび図９を参照すると、ステップＳ１６０では、続いて、細胞培養担体が展開されて二次元構造に変換され、細胞の剥離が促進される。つまり、細胞培養モジュール４００の細胞培養担体１４０をねじれ状態からねじれのない状態に変化させる。前述の各実施形態で説明したように、細胞培養モジュール４００の胞培養担体１４０をねじれのない状態にする方法は、第２固定部材１３０Ａを第１固定部材１２０から離れた位置まで移動させるものであり、本実施形態では磁気制御部材１６０Ａによって補助することができる。
【0040】
図８Ｆおよび図９を参照すると、ステップＳ１７０では、続いて細胞懸濁液が回収される。すなわち、ポンプ５００を介して細胞培養モジュール４００中の細胞懸濁液をセルタンク２００に送る。細胞の回収は細胞培養担体１４０がねじれのない状態で行われるので、その開かれた構造は、細胞培養担体１４０を細胞剥離酵素を含む試薬と十分に反応させることができ、かつ細胞培養担体１４０の内層で増殖する細胞を剥離させることにも効力を発揮して、細胞回収率を効果的に高めることができる。
【0041】
なお、上記実施形態では、先に細胞剥離酵素を注入した後に、細胞培養担体１４０を開いて、細胞の収集を進めている。しかし、他の実施形態では、培養細胞の収集を容易にするため、先に細胞培養担体１４０を開いて、それを二次元状態に戻してから、細胞剥離酵素を注入しているが、上記に列挙したものに限定されない。
【0042】
上記実施形態では、細胞培養モジュールの外側スリーブは円筒形状を採用しているが、これに限定されない。別の実施形態では、必要に応じて細胞培養モジュールを他の形状で設計することもできる。異なる形状の細胞培養モジュールに合せるために、細胞培養担体も適応した異なる敷設方法を有することに注意しなければならない。
【0043】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、本発明の実施形態による、細胞培養モジュールのシート状担体部材の展開状態と折り曲げ状態をそれぞれ示す概略図である。図１０Ａ及び図１０Ｂを参照すると、本実施形態の細胞培養モジュール１００Ｈは、ケーシング１１１、第１固定部材１２０、第２固定部材１３０、及びシート状担体部材１４を含む。ケーシング１１１は、チャンバＣ１０および少なくとも１つの出入口Ｔ１２を有し、少なくとも１つの出入口Ｔ１２はチャンバＣ１０に接続する。第１固定部材１２０はケーシング１１１に固定され、チャンバＣ１０内に配置される。第２固定具１３０は、チャンバＣ１０内に配置され、第１固定具１２０に対して移動可能である。シート状担体部材１４は、複数の細胞培養担体１４０が配列配置されてなり、シート状担体部材１４の相対する両端はそれぞれ第１固定部材１２０と第２固定部材１３０に固定される。第２固定部材１３０の移動に伴って第１固定部材１２０と第２固定部材１３０との間の距離が変化すると、図１０Ａに示すようにシート状担体部材１４が展開状態を呈する、或いは図１０Ｂに示すようにシート状担体部材１４が折り曲げ状態を呈する。
【0044】
本実施形態では、ケーシング１１１は六面の箱状の外形、例えば平板状であるが、これに限定されない。複数の細胞培養モジュール１００Ｈを用いるとき、複数のケーシング１１１を互いに積み重ねることができ、全体のスペースをより効率的に利用することができる。また、細胞培養担体１４０は、ケーシング１１１の形状の変化に合わせて排列されてシート状担体部材１４を成し、シート状担体部材１４が展開状態にあるときに平板ケーシング１１１の一面を覆うことができる。
【0045】
上述したように、直線状の細胞培養担体１４０は単線、多重線または糸構造でもよく、線の形状は直線、曲線、螺旋曲線、波線、ジグザグ線、反転曲線またはシート状線などでもよいが、例に挙げられているものに限定されない。複数の直線状の細胞培養担体１４０が配列設置されてシート状担体部材１４を形成し、細胞培養担体１４０の排列方法は並列配置、或いは交互配置でもよく、配列されたシート状担体部材１４は単層でも複数層でもよく、これらに限定されない。
【0046】
本実施形態では、複数の細胞培養担体１４０を単層で並列配置してシート状担体部材１４を形成し、かつ細胞培養担体１４０の軸延在方向で相対する両端をそれぞれ第１固定部材１２０と第２固定部材１３０とに固定している。したがって、第２固定部材１３０の移動に伴って第１固定部材１２０と第２固定部材１３０との間の距離がシート状担体部材１４（または細胞培養担体１４０）の伸展長さよりも小さくなると、図１０Ｂに示すように、シート状担体部材１４（または細胞培養担体１４０）は折り曲げ状態となる。この状態で、限られたスペースで複数の細胞培養担体１４０を使用することで、細胞付着面積を大きくして培養可能な細胞数を増やすことができる。第１固定部材１２０と第２固定部材１３０との間の距離が、第２固定部材１３０の移動に伴ってシート状担体部材１４（または細胞培養担体１４０）の伸展長さにほぼ等しくなると、図１０Ａに示すように、シート状担体部材１４（または細胞培養担体１４０）が展開状態を呈する。この状態では、シート状担体部材１４が折り曲げ状態から展開状態に変換する過程で細胞を細胞培養担体１４０から剥離することができる。また、細胞培養担体１４０間の距離が広がるため、細胞培養担体１４０からの細胞の剥離を補助する酵素などの物質を再注入することができ、全細胞に到達しやすいとともに、充分な反応をさせやすく、細胞回収率の向上に寄与する。
【0047】
図１１を参照されたい。別の実施形態では、複数の細胞培養担体１４０を単層で並列配置してシート状担体部材１４を形成し、シート状担体部材１４は第１接続部１４２および第２接続部１４４をさらに含み、かつ細胞培養担体１４０の軸延在方向で相対する両端をそれぞれ第１接続部１４２と第２接続部１４４とに固定している。第１接続部１４２および第２接続部１４４は、第１固定部材１２０および第２固定部材１３０に隣接して接続される。詳細には、第１接続部１４２と第２接続部１４４はシート状担体部材１４の２つの長辺であり、シート状担体部材１４の第１固定部材１２０と第２固定部材１３０に固定される辺は、シート状担体部材１４の２つの短辺である。つまり、第１接続部１４２、第２接続部１４４、第１固定部材１２０、および第２固定部材１３０は、すべてシート状担体部材１４の異なる辺上にある。
【0048】
また、図１Ａから図１０Ｂの実施形態では、第２固定部材の移動方向Ｄは、細胞培養担体１４０の軸延在方向と略平行であるが、図１１の実施形態では、第２固定部材１３０の移動方向Ｄは、シート状担体部材１４における前記細胞培養担体１４０の軸延在方向と略直交である。他の実施形態では、第２固定部材１３０の移動方向Ｄは、シート状担体部材１４における細胞培養担体１４０の軸延在方向に対して実質的に角度を有してもよいが、それに限定されない。
【0049】
図１１、図１２Ａおよび図１２Ｂを同時に参照されたい。なお、図示を簡略化するために、図１２Ａおよび図１２Ｂには細胞培養担体１４０を図示していないが、細胞培養担体１４０の配置は、細胞培養担体１４０の軸延在方向と第２固定部材１３０の移動方向Ｄが、互いに直交、角度を有する或いは平行でもよいことが前述の描写より理解できる。図１１の実施形態では、シート状担体部材１４が展開状態にあるとき、第１接続部１４２および第２接続部１４４は略直線である、或いはわずかに湾曲した状態であるが、図１２Ａおよび１２Ｂの異なる実施形態では、第１接続部１４２と第２接続部１４４は、成形によって鋸歯状または波状の外形を呈するように設計することができるが、これに限定されない。第１接続部１４２と第２接続部１４４の鋸歯状或いは波状の平らでない外形は、第２固定部材１３０が第１固定部材１２０に向かって移動するときに、シート状担体部材１４の均一な折り曲げをガイドすることができ、シート状担体部材１４が折り曲げ状態のとき、複数の細胞培養担体１４０の間に適度な空間を具えさせ、複数の細胞培養担体１４０の間の一部の領域が不均一に押圧されて過度に密となり細胞の増殖に不利となることを回避することができる。
【0050】
図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、細胞培養モジュール１００Ｊ中のシート状担体部材１４は、第３接続部１４６をさらに含む。第３接続部１４６は、第１接続部１４２と第２接続部１４４との間に配置され、細胞培養担体１４０の一端が第１接続部１４２に固定され、細胞培養担体１４０の他端が第３接続部１４６まで延伸し、第３接続部１４６を介してから第２接続部１４４まで延伸する。第３接続部１４６は、第１接続部１４２と第２接続部１４４と同様の折り曲げガイドの成形機能を有することに加えて、第１接続部１４２と第２接続部１４４との間の距離が長い場合、第３接続部１４６は固定支持機能を提供するよう設置ことができ、両端間の距離が長すぎることによる細胞培養担体１４０の垂れ下がりを回避する。また、第３接続部１４６の数は１つに限られない。
【0051】
実施形態の一つでは、ケーシング１１１はテーパー部１１３を有し、少なくとも１つの出入口Ｔ１２がテーパー部１１３に設けられる。テーパー部１１３は、ケーシング１１１から外側に向かって徐々に縮小して漏斗状構造を形成し、テーパー部１１３は細胞回収時に細胞回収液を流出させやすくすることで細胞の残留を減少させることができ、チャンバＣ１０内に残留するガスを排出させ易くすることもできる。もちろん、テーパー部１１３はまた、チャンバＣ１０に進入する液体を効率的に集めて排出を容易にすることも可能である。
【0052】
実施形態の一つでは、細胞培養モジュールが単一の出入口Ｔ１２のみを備える場合、培地、緩衝液、および細胞の収集などは、出入口Ｔ１２を通して液体の進出を実施することができる。しかしながら、他の実施形態では、モジュール全体が汚染されるのを予防するとの観点から、培地、緩衝液、および細胞の収集などが異なる導管を介して行えるようにしてもよい。詳細には、本実施形態の細胞培養モジュール１００Ｈ‐１００Ｊは、複数の出入口Ｔ１２、Ｔ１４、Ｔ１６、およびＴ１８を含んでもよく、出入口Ｔ１２をテーパー部１１３に設けて、出入口Ｔ１２の設置により細胞の採取を行ってもよい。出入口Ｔ１４、Ｔ１６およびＴ１８は、ケーシング１１１のテーパー部１１３に相対する他の側に配置して、それぞれ異なる緩衝液および培地の進入に供してもよい。なお、出入口Ｔ１４、Ｔ１６、Ｔ１８の数は、実際に注入する液体の種類に応じて必要により異なる配置数に変化し得るものであり、列挙されたものに限定されない。出入口Ｔ１２と出入口Ｔ１４、Ｔ１６とＴ１８は相対位置に設計され、チャンバＣ１０内の液体の分布と流動循環に寄与する。また、細胞培養モジュール１００Ｈ、１００Ｉ及び１００Ｊも繰り返し使用の要否に応じて異なる設計としてもよい。細胞培養モジュール１００Ｈ、１００Ｉおよび１００Ｊを繰り返し使用する場合、ケーシング１１１は分離可能な二つの構成部材として設計することができ、すなわちケーシング１１１はさらに本体１１２およびカバー１１４を含むか、或いは更にシール部１１６を設けることができ（１１２、１１４、１１６は図示せず、図１Ａを参考とすることができる）、その機能および目的は前述の実施形態で記載のものと同じであり、ここでは詳細に説明しない。細胞培養モジュール１００Ｈ、１００Ｉ、１００Ｊを一度だけ使用する場合、ケーシング１１１は一体成形とすることができ、２つの部材に分けて設計する必要はない。
【0053】
また、細胞培養モジュール１００Ｈ、１００Ｉ、１００Ｊの実施形態では、前述の実施形態のように、第２固定部材１３０を重力、磁力、その他の機械的力で移動させてシート状担体部材１４の状態を変化させることができる。詳細には、第２固定部材１３０を変位させるために重力を用いた場合、第２固定部材１３０はチャンバＣ１０内に移動可能に配置されるので、ケーシング１１１が直立に置かれると、第２固定部材１３０はそれ自重により下方に移動して、第１固定部材１２０の位置に近づく。シート状担体部材１４を展開状態に変換するとき、ケーシング１１１を他方の対応方向に向けて直立させ、これにより、第２固定部材１３０はそれ自重のために下向きに第１固定部材１２０から離れた位置まで移動し、シート状担体部材１４が第１固定部材１２０と第２固定部材１３０の引き伸ばしを受けて展開状態を呈する。さらに、第２固定部材１３０の移動性を高めるために、ウェイトブロックを第２固定部材１３０に付けて、第２固定部材１３０の自重での移動を確保することができる。
【0054】
図１３を参照すると、実施形態の一つでは、磁力を用いて第２固定部材１３０を変位させる場合、細胞培養モジュール１００Ｋはさらに磁気制御部材１６０Ｋを含む。これに対し、本実施形態の第２固定部材１３０Ｋは、磁気特性を有する。したがって、磁気制御部材１６０Ｋは、磁気吸引力又は磁気反発力などの磁力によって第２固定部材１３０Ｋの移動を制御することができる。第２固定部材１３０Ｋが第１固定部材１２０から離れた位置に移動するよう磁気制御部材１６０Ｋが磁気制御すると、シート状担体部材１４は展開状態になる。第２固定部材１３０Ｋが第１固定部材１２０に近い位置に移動するよう磁気制御部材１６０Ｋが磁気制御すると、シート状担体部材１４は折り曲げ状態になる。本実施形態の磁気制御部材１６０Ｋは、形状が限定されるものではなく、ケーシング１１１の表面に近づけることができ、かつ磁気制御部材１６０Ｋ自体が移動して、これにより第２固定部材１３０Ｋの移動を駆動することが出来さえすればよいものであるが、本発明はこれに限定されない。別の実施形態では、細胞培養モジュール１００Ｋを直立させることができ、第２固定部材１３０Ｋのその自重による移動変位を助けることができるものである。
【0055】
図１４を参照すると、実施形態の一つでは、細胞培養モジュール１００Ｌはさらに留め具１７０を含む。また、ケーシング１１１は弾性波形構造１１１Ａを更に有する。弾性波形構造１１１Ａは、前述の図４Ａおよび４Ｂの細胞培養モジュール１００Ｄにおける弾性波形構造１１０Ａ１と同じである。力が加わっていない状態では、弾性波形構造１１１Ａは、例えば、図１４の伸張状態である。留め具１７０は、弾性波形構造１１１Ａが圧縮状態を維持するか否かを制御するために用いられ、伸張状態と圧縮状態との間を切り替える。本実施形態の第２固定部材１３０Ｌはケーシング１１１に固定され、弾性波形構造１１１Ａは第１固定部材１２０と第２固定部材１３０Ｌとの間に位置する。留め具１７０が係合しているとき、弾性波形構造１１１Ａは圧縮状態にあるので、第１固定部材１２０と第２固定部材１３０Ｌは互いに接近し、シート状担体部材１４は折り曲げ状態を呈する。留め具１７０が解放されているとき、弾性波形構造１１１Ａは伸張状態にあるので、第１固定部材１２０と第２固定部材１３０Ｌは互いに離れ、シート状担体部材１４は展開状態を呈する。なお、本実施形態では、留め具１７０を例に挙げて説明したが、留め具１７０は、マジックテープ、ネジ、ロープなどの他の固定部材と任意に置き換えることができる。
【0056】
図１５を参照すると、実施形態の一つでは、細胞培養モジュール１００Ｍは図５の細胞培養モジュール１００Ｅと類似であるが、さらにロッド１８０およびガイド孔１８２を含む。ガイド孔１８２は、ケーシング１１１の第１固定部材１２０に相対する一端に配置され、ロッド１８０がケーシング１１１に移動可能に貫通配置されるように案内する。ロッド１８０は、第２固定部材１３０に連結され、第２固定部材１３０の移動を制御するのに用いられる。ケーシング１１１へのロッド１８０の挿入程度を制御することによって、第２固定部材１３０の第１固定部材の近く或いは離れた位置への移動を制御することが可能である。この実施形態では、第２固定部材１３０とテーパー部１１３はそれぞれケーシング１１１の相対する異なる側に配置されているが、他の実施形態では、第２固定部材１３０とテーパー部１１３はケーシングの同じ側にあってもよい（即ち、ロッド１８０とガイド孔１８２がテーパー部１１３と同じ側に設けられる）が、これに限定されない。
【0057】
図１６を参照すると、実施形態の一つでは、細胞培養モジュール１００Ｎは図６の細胞培養モジュール１００Ｆと類似であるが、ケーシング１１１に配置されかつチャンバＣ１０内に配置された流体圧力制御部１９０をさらに含む。第２固定部材１３０は流体圧力制御部１９０と第１固定部材１２０の間に位置する。流体圧力制御部１９０は第２固定部材１３０の移動を制御するために用いられる。例えば、流体圧力制御部１９０は、流体を収容する袋体に適用することができるが、本発明はこれに限定されない。流体圧力制御部１９０に充填される気体、水、油、または他の流体が増加すると、流体圧力制御部１９０の体積も増加し、第１固定部材１２０に近づく方向へ向けて移動するよう第２固定部材１３０を押動かすことができる。流体圧力制御部１９０に充填される気体、水、油、または他の流体の量が減少すると、流体圧力制御部１９０の体積も伴って減少し、第２固定部材１３０が第１固定部材１２０から離れる方向に移動することを可能にする。この実施形態では、第２固定部材１３０とテーパー部１１３はそれぞれケーシング１１１の相対する異なる側に配置されているが、他の実施形態では、第２固定部材１３０とテーパー部１１３はケーシングの同じ側にあってもよい（すなわち流体圧力制御部１９０はテーパー部１１３と同じ側に設けられる）が、これに限定されない。
【0058】
図１７は、本発明の実施形態の一つによる細胞培養システムの概略図である。本実施形態の細胞培養システム２０００は、セルタンク２００、培養液モジュール３００、細胞培養モジュール４００Ａを含む。セルタンク２００と培養液モジュール３００はそれぞれ細胞培養モジュール４００Ａに接続される。細胞培養モジュール４００Ａは、前述の各実施形態の細胞培養モジュール（例えば細胞培養モジュール１００Ｈ〜１００Ｎ）または本発明の精神に符合する他の細胞培養モジュールでもよく、細胞培養モジュール４００Ａの詳細な説明はここでは省略する。本実施形態の細胞培養システム２０００は、前述の各実施例の細胞培養モジュールと同じ細胞培養モジュール４００Ａを使用しているので、本実施例の細胞培養システム２０００は細胞培養の産量および回収率を増加させることができる。また、本実施形態の細胞培養システム２０００は、ポンプ５００、洗浄液タンク６００、細胞剥離酵素タンク７００、及びコントローラ８００をさらに選択的に含んでもよい。セルタンク２００および培養液モジュール３００はそれぞれポンプ５００を介して細胞培養モジュール４００Ａに接続される。洗浄液タンク６００および細胞剥離酵素タンク７００もどちらも細胞培養モジュール４００Ａに接続され、例えばポンプ５００を介して細胞培養モジュール４００に接続する。コントローラ８００は、ポンプ５００、培養液センサ３１４、およびポンプ３２０を介して、それぞれセルタンク２００、洗浄液タンク６００、細胞剥離酵素タンク７００、細胞培養モジュール４００Ａ、および培養液モジュール３００に接続し、ポンプ５００、ポンプ３２０、レギュレータ３３０と培養液センサ３１４を制御するのに用いられる。
【0059】
細胞培養を行う際には、まず培養する細胞を折り曲げ状態のシート状担体部材１４に付着させる。詳細には、先に細胞培養モジュール４００Ａのシート状担体部材１４を折り曲げ状態とし、システムの各管線を設定することができる。細胞培養モジュール４００Ａのシート状担体部材１４を折り曲げ状態にする方法は、第２固定部材１３０を第１固定部材１２０に近い位置に移動させる方法であるが、どのような方法によって行うかは限定されるものではなく、前述の実施形態のとおり、重力、磁力、或いはその他の機械的力などにより第２固定部材１３０を変位させることができるが、ここでは再度説明はしない。次に、ポンプ５００を用いてセルタンク２００内で培養する細胞を細胞培養モジュール４００Ａに送り、折り曲げ状態のシート状担体部材１４に培養する細胞を付着させる。他の実施形態では、細胞培養モジュール４００Ａのシート状担体部材１４が展開状態にあるとき、システムの各管線が先に設定され、次いで展開状態のシート状担体部材１４に該細胞を付着させ、それから細胞培養モジュール４００Ａのシート状担体部材１４が折り曲げ状態に収縮されて、その後の細胞培養ステップが行われるが、前述で列記するものに限られない。
【0060】
細胞を付着させた後、培養液を細胞培養モジュール４００Ａ中で循環潅流し、細胞培養を開始する。その後、培養液を排出するとともに洗浄液を注ぎ、残留した培養液を浸漬洗浄により除去する。
【0061】
続いて、細胞剥離酵素を注いでシート状担体部材１４と細胞を浸し、シート状担体部材１４を展開状態とすると、細胞がシート状担体部材１４から剥離し、細胞培養モジュール４００Ａの懸濁液に懸濁する。詳細には、実施形態の一つでは、先に細胞剥離酵素が注入され、次いでシート状担体部材１４が折り曲げ状態から展開されて二次元構造の展開状態へと変換されてもよい。他の実施形態では、先にシート状担体部材１４を折り曲げ状態から展開して二次元構造の展開状態に変換し、それから細胞剥離酵素を注入することも可能であるが、列挙されたものに限定されない。
【0062】
最後に、細胞を含む懸濁液を回収する。詳細な操作ステップは、前述の細胞培養システム１０００のものと同じであり、ここでは説明されない。
【0063】
このように、本実施の形態における細胞培養モジュールと細胞培養システムでは、第２固定部材が移動可能であるため、シート状担体部材の両端の第１固定部材と第２固定部材との間の距離が変化すると、シート状担体部材が展開状態と折り曲げ状態の間で変換できる。折り曲げ状態のシート状担体部材は細胞培養の産量を増加させるのを助け、展開状態のシート状担体部材は細胞回収率および回収された細胞の品質を向上させることができる。
【0064】
本発明において、細胞培養担体はねじれのない／ねじれた状態を呈すること、及びシート状担体部材は展開／折り曲げの状態を呈することに言及しているが、実質的には複数の細胞培養担体が作り出す細胞成長領域が二次元の面形状態/三次元の立体空間で変化する状況を意味し、細胞培養担体の異なる配置方法に応じて描写したものであり、これらに限定されない。
【0065】
以上のように、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【符号の説明】
【0066】
１００Ａ〜１００Ｎ：細胞培養モジュール１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ：外側スリーブ
１１０Ａ１、１１１Ａ：弾性波形構造
１１１：ケーシング
１１２：本体
１１３：テーパー部
１１４：カバー
１１６：シール部
１２０：第１固定部材
１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ、１３０Ｄ、１３０Ｋ、１３０Ｌ：第２固定部材
１３０Ｄ１：ノブ
１４：シート状担体部材
１４０：細胞培養担体
１４２：第１接続部
１４４：第２接続部
１４６：第３接続部
１５０：スポイラー
１６０Ａ、１６０Ｂ、１６０Ｋ：磁気制御部材
１７０：留め具
１８０：ロッド
１８２：ガイド孔
１９０：流体圧力制御部
Ｃ１０：チャンバ
Ｄ：移動方向
Ｔ１２、Ｔ１４、Ｔ１６、Ｔ１８、Ｔ２１、Ｔ２３：出入口
１０００、２０００：細胞培養システム
２００：セルタンク
３００：培養液モジュール
３１０：培養液タンク
３１２：撹拌棒
３１４：培養液センサ
３２０、５００：ポンプ
３３０、９００：レギュレータ
４００、４００Ａ：細胞培養モジュール
６００：洗浄液タンク
７００：細胞剥離酵素タンク
８００：コントローラ
Ｓ１１０〜Ｓ１７０：ステップ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図8F】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【外国語明細書】