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(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】P2022123160
(43)【公開日】2022-08-24
(54)【発明の名称】培養装置および培養方法
(51)【国際特許分類】
C12M 1/00 20060101AFI20220817BHJP
【ＦＩ】
C12M1/00 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2019125174
(22)【出願日】2019-07-04
(71)【出願人】
【識別番号】000141886
【氏名又は名称】株式会社京都製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100101454
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 卓二
(74)【代理人】
【識別番号】100132241
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 博史
(72)【発明者】
【氏名】樋口 朗
【テーマコード（参考）】
4B029
【Ｆターム（参考）】
4B029AA02
4B029AA08
4B029AA11
4B029BB11
4B029CC01
4B029DB19
4B029DF09
4B029DF10
4B029GA01
(57)【要約】
【課題】細胞の拡大培養において、コンタミネーションの発生のリスクを低減しつつ、培養容器内の培養液を撹拌するための装置数を低減する。
【解決手段】培養装置は、培養液を収容する培養容器１２と、培養容器１２内の培養液ＣＳが撹拌されるように培養容器１２を駆動する培養容器駆動部と、培養液ＣＳ内の細胞の増加にともなって培養容器１２に培養液ＣＳを追加する培養液供給部とを有する。培養容器駆動部が、培養容器１２内の培養液ＣＳの量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液ＣＳに接触される培養容器１２の表面の部分が小さくなるように、培養容器１２を駆動する。
【選択図】図７
【解決手段】培養装置は、培養液を収容する培養容器１２と、培養容器１２内の培養液ＣＳが撹拌されるように培養容器１２を駆動する培養容器駆動部と、培養液ＣＳ内の細胞の増加にともなって培養容器１２に培養液ＣＳを追加する培養液供給部とを有する。培養容器駆動部が、培養容器１２内の培養液ＣＳの量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液ＣＳに接触される培養容器１２の表面の部分が小さくなるように、培養容器１２を駆動する。
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
培養液内で細胞の拡大培養を行う培養装置であって、
培養液を収容する培養容器と、
前記培養容器内の培養液が撹拌されるように前記培養容器を駆動する培養容器駆動部と、
培養液内の細胞の増加にともなって前記培養容器に培養液を追加する培養液供給部と、を有し、
前記培養容器駆動部が、前記培養容器内の培養液の量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される前記培養容器の表面の部分が小さくなるように、前記培養容器を駆動する、培養装置。
培養液を収容する培養容器と、
前記培養容器内の培養液が撹拌されるように前記培養容器を駆動する培養容器駆動部と、
培養液内の細胞の増加にともなって前記培養容器に培養液を追加する培養液供給部と、を有し、
前記培養容器駆動部が、前記培養容器内の培養液の量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される前記培養容器の表面の部分が小さくなるように、前記培養容器を駆動する、培養装置。
【請求項2】
前記培養容器が、円形状の底面と前記底面の外周縁から立設する円筒状の内周面とを含み、
前記培養容器駆動部が、前記底面と前記内周面とに挟まれたコーナーに培養液が溜まるように前記培養容器を傾けつつ、前記コーナーに沿って培養液が往復動するように前記培養容器の傾き方向を変化させ、
培養液の量が少ないほど、培養液の往復範囲が小さくされる、請求項１に記載の培養装置。
前記培養容器駆動部が、前記底面と前記内周面とに挟まれたコーナーに培養液が溜まるように前記培養容器を傾けつつ、前記コーナーに沿って培養液が往復動するように前記培養容器の傾き方向を変化させ、
培養液の量が少ないほど、培養液の往復範囲が小さくされる、請求項１に記載の培養装置。
【請求項3】
前記培養容器駆動部は、培養液の量が少ないほど、前記培養容器を大きく傾ける、請求項２に記載の培養装置。
【請求項4】
前記培養容器内の湿度を測定する湿度センサを有し、
前記培養容器駆動部が、前記湿度センサによって検出された湿度が低下すると、培養液の液面の面積が小さくなるように前記培養容器の傾き角度を大きくする、請求項２または３に記載の培養装置。
前記培養容器駆動部が、前記湿度センサによって検出された湿度が低下すると、培養液の液面の面積が小さくなるように前記培養容器の傾き角度を大きくする、請求項２または３に記載の培養装置。
【請求項5】
前記培養容器内の培養液に溶存する酸素の量を測定する溶存酸素センサを有し、
前記培養容器駆動部が、前記溶存酸素センサによって検出された溶存酸素の量が低下すると、培養液の往復動の周期および往復範囲の少なくとも一方が増加するように前記培養容器を駆動する、請求項２から４のいずれか一項に記載の培養装置。
前記培養容器駆動部が、前記溶存酸素センサによって検出された溶存酸素の量が低下すると、培養液の往復動の周期および往復範囲の少なくとも一方が増加するように前記培養容器を駆動する、請求項２から４のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項6】
前記培養容器駆動部が、前記培養容器内の培養液の量が所定のしきい量を超えると、前記コーナーに沿って培養液が周回するように前記培養容器の傾き方向を変化させる、請求項２から５のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項7】
前記培養液供給部が、前記培養容器内の１リットル未満の培養液が５０リットルになるまで、細胞密度が上限値に近づくタイミングに前記培養容器に培養液を追加する、請求項１から６のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項8】
培養容器に収容された培養液内で細胞の拡大培養を行う細胞の培養方法であって、
前記培養容器内の培養液が撹拌されるように前記培養容器を駆動し、
培養液内の細胞の増加にともなって前記培養容器に培養液を追加し、
培養液の量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される前記培養容器の表面の部分が小さくなるように、前記培養容器を駆動する、細胞の培養方法。
前記培養容器内の培養液が撹拌されるように前記培養容器を駆動し、
培養液内の細胞の増加にともなって前記培養容器に培養液を追加し、
培養液の量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される前記培養容器の表面の部分が小さくなるように、前記培養容器を駆動する、細胞の培養方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、培養液を用いて細胞の培養を行う培養装置および培養方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、細胞の大量培養では、例えば、１ミリリットルあたり１０４から１０７個の細胞密度の培養液を数ミリリットルの少量の細胞から培養を開始し、１０９から１０１０個の多量の細胞となるまで増殖することが行われている。まず、例えばシャーレ内で数ミリリットルの培養液を用いて細胞の培養を行う。シャーレ内の細胞密度が所定密度に達すると、シャーレ内の細胞を、複数のシャーレに分割播種して培養し、これを繰り返し、トータル数十ミリリットルの培養液量とすることで、シャーレに比べて大容量の培養容器、例えばフラスコに移し替えることが可能になる。このように容量が大きい培養容器への移し替えが何回か行われた後、細胞は、最終的には、例えば、特許文献１に記載するような、大容量の培養液を収容可能な培養バッグに移し替えられる。その培養バッグ内で、例えば５０リットルの培養液を用いて、細胞が必要数に達するまで培養が行われる。このような培養は、拡大培養と呼ばれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特表２０１４－５０７９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、このような拡大培養においては、容量の大きい培養容器への細胞の移し替えが複数回行われるため、移し替え中にコンタミネーションが発生するリスクがある。また、複数の培養容器それぞれについて、その培養容器内の培養液を撹拌するための装置が必要となる。
【0005】
そこで、本発明は、細胞の拡大培養において、コンタミネーションの発生のリスクを低減しつつ、培養容器内の培養液を撹拌するための装置数を低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記技術的課題を解決するために、本発明の一態様によれば、
培養液内で細胞の拡大培養を行う培養装置であって、
培養液を収容する培養容器と、
前記培養容器内の培養液が撹拌されるように前記培養容器を駆動する培養容器駆動部と、
培養液内の細胞の増加にともなって前記培養容器に培養液を追加する培養液供給部と、を有し、
前記培養容器駆動部が、前記培養容器内の培養液の量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される前記培養容器の表面の部分が小さくなるように、前記培養容器を駆動する、培養装置が提供される。
培養液内で細胞の拡大培養を行う培養装置であって、
培養液を収容する培養容器と、
前記培養容器内の培養液が撹拌されるように前記培養容器を駆動する培養容器駆動部と、
培養液内の細胞の増加にともなって前記培養容器に培養液を追加する培養液供給部と、を有し、
前記培養容器駆動部が、前記培養容器内の培養液の量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される前記培養容器の表面の部分が小さくなるように、前記培養容器を駆動する、培養装置が提供される。
【0007】
また、本発明の別態様によれば、
培養容器に収容された培養液内で細胞の拡大培養を行う細胞の培養方法であって、
前記培養容器内の培養液が撹拌されるように前記培養容器を駆動し、
培養液内の細胞の増加にともなって前記培養容器に培養液を追加し、
培養液の量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される前記培養容器の表面の部分が小さくなるように、前記培養容器を駆動する、培養方法が提供される。
培養容器に収容された培養液内で細胞の拡大培養を行う細胞の培養方法であって、
前記培養容器内の培養液が撹拌されるように前記培養容器を駆動し、
培養液内の細胞の増加にともなって前記培養容器に培養液を追加し、
培養液の量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される前記培養容器の表面の部分が小さくなるように、前記培養容器を駆動する、培養方法が提供される。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、細胞の拡大培養において、コンタミネーションの発生のリスクを低減しつつ、培養容器内の培養液を撹拌するための装置数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の一実施の形態に係る培養装置の構成を示すブロック図
【図2】培養容器の一例の概略的斜視図
【図3】培養装置における培養容器駆動部の概略的部分断面図
【図6A】培養液が相対的に少量であるときの培養容器の傾き状態を示す断面図
【図6B】培養液が相対的に少量であるときの培養容器の傾き状態を示す上面図
【図7】培養液が相対的に少量であるときの培養液の撹拌を示す図
【図8A】培養液が相対的に多量であるときの培養容器の傾きの状態を示す断面図
【図8B】培養液が相対的に多量であるときの培養容器の傾きの状態を示す上面図
【図9】培養液が相対的に多量であるときの培養液の撹拌を示す図
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の一態様の培養装置は、培養液内で細胞の拡大培養を行う培養装置であって、培養液を収容する培養容器と、前記培養容器内の培養液が撹拌されるように前記培養容器を駆動する培養容器駆動部と、培養液内の細胞の増加にともなって前記培養容器に培養液を追加する培養液供給部と、を有し、前記培養容器駆動部が、前記培養容器内の培養液の量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される前記培養容器の表面の部分が小さくなるように、前記培養容器を駆動する。
【0011】
この態様によれば、細胞の拡大培養において、コンタミネーションの発生のリスクを低減しつつ、培養容器内の培養液を撹拌するための装置数を低減することができる。
【0012】
例えば、前記培養容器が、円形状の底面と前記底面の外周縁から立設する円筒状の内周面とを含んでいる。この場合、前記培養容器駆動部が、前記底面と前記内周面とに挟まれたコーナーに培養液が溜まるように前記培養容器を傾けつつ、前記コーナーに沿って培養液が往復動するように前記培養容器の傾き方向を変化させ、培養液の量が少ないほど、培養液の往復範囲が小さくされる。これにより、培養液を、その蒸発を抑制しつつ撹拌することができる。
【0013】
例えば、前記培養容器駆動部は、培養液の量が少ないほど、前記培養容器を大きく傾ける。これにより、培養液の表面積が小さくなるため、培養液のその液面からの蒸発を抑制することができる。
【0014】
例えば、前記培養装置は、前記培養容器内の湿度を測定する湿度センサを有する。この場合、前記培養容器駆動部が、前記湿度センサによって検出された湿度が低下すると、培養液の液面の面積が小さくなるように前記培養容器の傾き角度を大きくする。これにより、培養液のその液面からの蒸発を抑制することができる。
【0015】
例えば、前記培養装置は、前記培養容器内の培養液に溶存する酸素の量を測定する溶存酸素センサを有する。この場合、前記培養容器駆動部が、前記溶存酸素センサによって検出された溶存酸素の量が低下すると、培養液の往復動の周期および往復範囲の少なくとも一方が増加するように前記培養容器を駆動する。これにより、培養液がより撹拌され、培養液に十分な酸素供給と均質化が行われ、細胞のダメージを抑制することができる。
【0016】
例えば、前記培養容器駆動部が、前記培養容器内の培養液の量が所定のしきい量を超えると、前記コーナーに沿って培養液が周回するように前記培養容器の傾き方向を変化させる。これにより、多量の培養液を十分に撹拌することができる。
【0017】
例えば、前記培養液供給部が、前記培養容器内の１リットル未満の培養液が５０リットルになるまで、細胞密度が上限値に近づくタイミングに前記培養容器に培養液を追加してもよい。
【0018】
本発明の別態様の培養方法は、培養容器に収容された培養液内で細胞の拡大培養を行う細胞の培養方法であって、前記培養容器内の培養液が撹拌されるように前記培養容器を駆動し、培養液内の細胞の増加にともなって前記培養容器に培養液を追加し、培養液の量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される前記培養容器の表面の部分が小さくなるように、前記培養容器を駆動する。
【0019】
この態様によれば、細胞の拡大培養において、コンタミネーションの発生のリスクを低減しつつ、培養容器内の培養液を撹拌するための装置数を低減することができる。
【0020】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0021】
図１は、本発明の一実施の形態に係る培養装置の構成を示すブロック図である。
【0022】
図１に示すように、培養装置１０は、細胞を含んだ培養液ＣＳを収容する培養容器１２と、培養容器１２内の培養液ＣＳを撹拌するために培養容器１２を駆動する培養容器駆動部１４と、培養容器１２に培養液ＣＳを供給する培養液供給部１６とを有する。
【0023】
また、本実施の形態の場合、培養装置１０は、培養容器１２内の湿度を測定する湿度センサ１８と、培養容器１２内の培養液ＣＳに溶存する酸素量を測定する溶存酸素センサ２０とを有する。
【0024】
なお、培養装置１０は、加湿された酸素、二酸化炭素、窒素の混合ガスを培養容器１２に供給するガス供給部１７を有する。
【0025】
さらに、培養装置１０は、予め決められた培養プログラムに基づいて培養容器駆動部１４および培養液供給部１６を制御するとともに、湿度センサ１８および溶存酸素センサ２０それぞれの検出結果に基づいて培養容器駆動部１４を制御する制御部２２を有する。
【0026】
培養容器１２は、培養液ＣＳを収容する容器であって、この内部で培養液ＣＳを用いた細胞の培養が行われる。この培養容器１２では、細胞の増加にともなって、少量（１リットル未満、例えば５０ミリリットル）から段階的に培養液ＣＳを追加しながら、その培養液を用いた細胞の培養、すなわち拡大培養が行われる。そのため、培養容器１２は、培養に使用される最大量（例えば５０リットル）の培養液を収容して撹拌可能な容量を備える。
【0027】
図２は、培養容器の一例の形状を示す斜視図である。なお、図面においてＸ－Ｙ－Ｚ直交座標系が示されているが、これは発明の実施の形態の理解を容易にするためのものであって発明を限定するものではない。また、Ｘ軸方向およびＹ軸方向は水平方向であって、Ｚ軸方向は鉛直方向である。
【0028】
図２に示すように、本実施の形態の場合、培養容器１２は、円盤状の底板部１２ａと、底板部１２ａの外周縁から立設する円筒状の側壁部１２ｂと、側壁部１２ｂに支持される天板部１２ｃとを備える。すなわち、培養容器１２は、いわゆるたらい状である。側壁部１２ｂの高さは、底板部１２ａの半径に比べて小さくされている。また、天板部１２ｃは、着脱可能であって蓋として機能する。
【0029】
【0030】
図３および図４に示すように、培養装置１０における培養容器駆動部（培養容器駆動装置）１４は、培養容器１２を保持するステージ３０と、鉛直方向（Ｚ軸方向）に延在する回転中心軸Ｃ０を中心にして回転する回転テーブル３２を備えるロータリーアクチュエータ３４とを備える。
【0031】
ステージ３０とロータリーアクチュエータ３４は、揺動ヘッド３６と傾動機構３８とを介して駆動連結されている。
【0032】
揺動ヘッド３６は、ステージ３０を支持し、水平方向（Ｘ軸方向）に延在する揺動軸Ｃ１と水平方向（Ｙ軸方向）に延在して該揺動軸Ｃ１に直交する揺動軸Ｃ２を中心にして揺動可能に、培養容器駆動装置１４に設けられている。また、揺動ヘッド３６は、その下部に、傾動機構３８を介してロータリーアクチュエータ３４と駆動連結するための連結シャフト４０を備えている。ステージ３０が水平姿勢をとるとき、揺動ヘッド３６の連結シャフト４０は鉛直方向（Ｚ軸方向）に延在している。
【0033】
傾動機構３８は、揺動ヘッド３６を介してステージ３０を傾ける、すなわちステージ３０上の培養容器１２を水平方向に対して傾けるためのリンク機構である。そのために、傾動機構３８は、ベース部４２と、揺動ヘッド３６に連結する揺動ヘッド連結部４４と、ベース部４２と揺動ヘッド連結部４４とを連結するリンクアーム４６とを含んでいる。
【0034】
傾動機構３８のベース部４２は、ロータリーアクチュエータ３４の回転テーブル３２に取り付けられている。そのため、ロータリーアクチュエータ３４が駆動すると、ベース部４２は、回転テーブル３２とともに、回転中心軸Ｃ０を中心にして回転する。
【0035】
傾動機構３８の揺動ヘッド連結部４４は、揺動ヘッド３６の連結シャフト４０に、例えば軸受を介することなどにより、摺動可能に外挿されている。
【0036】
傾動機構３８のリンクアーム４６は、ベース部４２と揺動ヘッド連結部４４とを連結するように構成されている。具体的には、リンクアーム４６は、揺動ヘッド連結部４４に回動可能に固定された一端と、ベース部４２に回動可能に固定された他端とを備える。リンクアーム４６の一端の回動軸Ｃ３と他端の回転軸Ｃ４それぞれは、水平方向に延在し、互いに平行である。
【0037】
傾動機構３８のベース部４２が取り付けられているロータリーアクチュエータ３４は、ボールねじ機構４８によって鉛直方向（Ｚ軸方向）に昇降される。
【0038】
ボールねじ機構４８は、鉛直方向（Ｚ軸方向）に延在するねじシャフト５０と、ねじシャフト５０に係合するナット５２と、ねじシャフト５０を回転させるモータ（図示せず）とを含んでいる。ナット５２は、昇降ブラケット５４に取り付けられている。その昇降ブラケット５４にロータリーアクチュエータ３４が取り付けられている。
【0039】
ボールねじ機構４８が駆動すると、ナット５２を介して、昇降ブラケット５４とともにロータリーアクチュエータ３４が昇降する。例えば、図５に示すように、ボールねじ機構４８によってロータリーアクチュエータ３４が上昇すると、傾動機構３８を介してステージ３０が傾く。具体的には、ロータリーアクチュエータ３４に取り付けられた傾動機構３８のベース部４２が上昇し、それによりリンクアーム４６が揺動ヘッド連結部４４を押す。それにより、揺動ヘッド連結部４４とともに揺動ヘッド３６が、揺動軸Ｃ１、Ｃ２の少なくとも一方（図１３では揺動軸Ｃ２）を中心として回転する。それにより、ステージ３０が傾き、そのステージ３０上の培養容器１２も傾く。
【0040】
図５に示すように、ステージ３０が傾いた状態でロータリーアクチュエータ３４が駆動して回転テーブル３２が回転すると、傾動機構３８が回転中心軸Ｃ０を中心にして回転し、それによりステージ３０の傾き方向が変化する。その結果、培養容器１２内の培養液ＣＳが撹拌され、培養液ＣＳ内の細胞が培養される。
【0041】
なお、このような培養容器駆動装置１４においては、ロータリーアクチュエータ３４が傾動機構３８を例えば一回転させても、ステージ３０自体は回転せず、その代わりにステージ３０の傾き方向が一回転するだけである。すなわち、ステージ３０上の培養容器１２における最も低い部分が、順次、別の部分に変更されていくだけである。
【0042】
図１に戻って、本実施の形態の場合、培養容器１２に培養液ＣＳを供給する培養液供給部１６は、培養液ＣＳを収容する培養液タンク６０と、培養液タンク６０内の培養液ＣＳを培養容器１２内に送出する供給ポンプ６２とから構成されている。供給ポンプ６２は、制御部２２によって制御される。
【0043】
また、培養液ＣＳに加えて、ガス供給部１７によって混合ガスが培養容器１２に供給される。例えば、ガス供給部１７は、酸素、二酸化炭素、窒素を混合し、その混合ガスを加湿ユニット（図示せず）によって加湿するように構成されている。その加湿された混合ガスは、雑菌の混入を防ぐフィルター（図示せず）と、培養容器１２に設けられたガス導入ポート（図示せず）とを通過して培養容器１２内に導入される。なお、培養容器１２には、その内部のガスを排気するためのガス排気ポートが設けられ、そのガス排気ポートを通過したガスがフィルターを介して大気に排出される。また、ガス供給部１７は、そのガスの供給タイミングや供給量が制御部２２によって制御される。
【0044】
湿度センサ１８は、培養容器１２内、具体的には培養液ＣＳに浸からないように例えば内周面１２ｄに取り付けられ、培養容器１２内の湿度を測定する。また、湿度センサ１８は、測定した湿度に対応する信号を制御部２２に出力する。
【0045】
溶存酸素センサ２０は、培養容器１２内の培養液ＣＳに溶存する酸素の量を測定する。例えば、溶存酸素センサ２０として、蛍光式の溶存酸素センサが使用される。例えば、蛍光式の溶存酸素センサは、培養容器１２の底面１２ｅに配置されて蛍光物質が塗布されたチップと、チップに対して培養容器１２の外部から紫外線等を照射する光源と、チップから放射された蛍光を受光する受光素子とを備える。
【0046】
蛍光物質が光源からの紫外線等の光エネルギーを吸収すると、基底状態から励起状態に遷移する。励起した蛍光物質の分子は、通常、蛍光を放射して基底状態に戻る。しかし、このとき、励起状態の分子の周りに酸素分子が存在すると、励起エネルギーが酸素分子に奪われ、蛍光の放射強度が低下する、いわゆる酸素消光が生じる。この酸素消光を利用して、すなわち蛍光の放射強度が酸素分子濃度に反比例することを利用して、蛍光式の溶存酸素センサは、培養容器内の培養液の溶存酸素量を測定する。
【0047】
また、溶存酸素センサ２０は、測定した溶存酸素量に対応する信号を制御部２２に出力する。
【0048】
制御部２２は、例えば、メモリやＣＰＵが搭載された制御基板から構成される。メモリに記憶されたプログラムにしたがって動作することにより、ＣＰＵは、後述する細胞の培養に関連する動作を実行する。
【0049】
まず、制御部２２は、予め決められた培養プログラムにしたがって培養液供給部１６の供給ポンプ６２を制御する。
【0050】
制御部２２によって制御されることにより、供給ポンプ６２は、培養容器１２の培養液ＣＳ内の細胞の増加にともなって培養容器１２に培養液ＣＳを追加する。例えば、培養容器１２内の１リットル未満（例えば２００ミリリットル）の培養液ＣＳが５０リットルになるまで、供給ポンプ６２は培養液ＣＳを培養容器１２に段階的に追加する。具体的には、培養容器１２内の培養液ＣＳの細胞密度が所定の上限値に近づくタイミングに培養液ＣＳを追加するように、制御部２２は供給ポンプ６２を制御する。なお、所定の上限値は、細胞がダメージを受けうる細胞密度である。また、培養液の供給タイミングは、細胞や使用する培養液に基づいて、培養プログラムの情報として、予め決定されている。
【0051】
また、制御部２２は、培養容器１２内の培養液ＣＳの量に基づいて、培養容器駆動装置１４（そのロータリーアクチュエータ３４およびボールねじ機構４８）を制御する。
【0052】
制御部２２によって制御されることにより、培養容器駆動装置１４は、培養容器１２内での培養液ＣＳの蒸発が抑制されつつ、その培養液ＣＳが撹拌されるように培養容器１２を駆動する。具体的には、培養容器駆動装置１４は、培養容器１２内の培養液ＣＳの量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される培養容器１２の表面の部分が小さくなるように、培養容器１２を駆動する。その培養容器１２の駆動、すなわち培養液ＣＳの撹拌について説明する。
【0053】
【0054】
図６Ａおよび図６Ｂに示すように、培養液の撹拌は、培養容器１２が傾いた状態で行われる。その培養容器１２の傾き角度θ（水平状態の培養容器１２に対する角度）は、培養容器１２内の培養液ＣＳの量が少ないほど大きくされている。
【0055】
このように培養液ＣＳの量が少ないほど、培養容器１２を大きく傾けることにより、培養液ＣＳの液面ＬＳの面積の大きさが小さくなる。液面ＬＳの面積の大きさが小さくなることにより、その液面ＬＳからの培養液ＣＳの蒸発を抑制することができる。
【0056】
ここで、「培養液の蒸発」について説明する。培養液ＣＳが蒸発すると、培養液ＣＳ内の細胞密度が上昇する。培養液ＣＳが多量（例えば１リットル以上）である場合には、培養液ＣＳの蒸発による細胞密度の上昇量は比較的小さく、密度上昇による細胞への影響は小さい。一方、培養液ＣＳが少量（例えば１リットル未満）である場合には、培養液ＣＳの蒸発による細胞密度の上昇量は比較的大きく、密度上昇による細胞への影響は大きい。培養液ＣＳが少量であるほど、その蒸発による細胞への影響は大きくなり、場合によっては細胞の一部が死滅するまたはダメージを受ける。
【0057】
したがって、培養液ＣＳの量が少ないほど、培養容器１２を大きく傾けることにより（傾き角度θを大きくすることにより）、培養液ＣＳの蒸発による細胞への影響を低減している。
【0058】
なお、培養容器１２内の培養液ＣＳの量がその培養液ＣＳの蒸発による細胞への影響が十分に小さい量以上である場合には、培養容器１２の傾き角度θは一定であってもよい。
【0059】
培養容器１２が傾くことにより、図６Ｂに示すように、培養液ＣＳが、培養容器１２の円形状の底面１２ｅとその底面１２ｅの外周縁から立設する円筒状の内周面１２ｄとに挟まれたコーナー１２ｆに溜まる。この状態で培養容器１２の傾き方向が変化される。
【0060】
【0061】
図７に示すように、相対的に少量な（例えば１リットル未満の）培養液ＣＳは、培養容器１２の底面１２ｅと内周面１２ｄとに挟まれたコーナー１２ｆに沿って往復動される。例えば、ロータリーアクチュエータ３４が９０度の角度範囲で傾動機構３８の正転および逆転を繰り返すことにより、培養容器１２の傾き方向が９０度の角度範囲で変化する。それにより、培養液ＣＳが９０度の角度範囲で往復動される。その結果、培養液ＣＳは撹拌される。なお、図７に示すように、Ｚ軸を基準としてＹ軸プラス方向を０度方向と設定した場合、例えば、０度の位置を中心として－４５度（３１５度）の位置から＋４５度の位置の間で、培養液ＣＳが往復動される。
【0062】
培養液ＣＳの量が少ないほど、培養液ＣＳの往復範囲（角度範囲）が小さくされる。その理由は、培養液ＣＳの蒸発を抑制するためである。
【0063】
具体的に説明すると、撹拌によって培養液ＣＳが培養容器１２の表面上を移動すると、微少量の培養液ＣＳが大部分（塊状）の培養液ＣＳが通過した後の表面に残る。例えば、図７に示すように、４５度の位置に培養液ＣＳの大部分（塊）が移動した後、０度の位置に微少量の培養液ＣＳが残る。この残された微少量の培養液ＣＳは蒸発しやすい。したがって、この微少量の培養液ＣＳが蒸発する前に、塊状の培養液ＣＳが戻ってその微少量の培養液ＣＳを吸収する。また、培養液ＣＳの量が少ないほど、蒸発による細胞への影響が大きいため、培養液ＣＳの往復範囲を小さくする。これにより、培養液ＣＳが相対的に少量である場合、培養液ＣＳの蒸発を抑制することができる。
【0064】
なお、細胞の増加にともなって培養液ＣＳが培養容器１２に追加され、培養容器１２内の培養液ＣＳの量が増加する。その増加にしたがって培養液ＣＳの往復範囲が拡大される。これは、培養液ＣＳの増加によってその蒸発による細胞への影響が低減される一方で、培養液ＣＳをより撹拌する必要があるからである。
【0065】
培養液ＣＳが相対的に少量（例えば１リットル未満）である場合、上述したように、培養液ＣＳは、蒸発を抑制するために、培養容器１２内を往復動される。これに対して、細胞の増加にともなって培養液ＣＳが追加され、培養液ＣＳが相対的に多量（例えば１リットル以上）である場合、培養液ＣＳは培養容器１２内を周回される。
【0066】
【0067】
図８Ａおよび図８Ｂに示すように、また図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、培養液ＣＳが相対的に多量である場合、培養液ＣＳが相対的に少量である場合に比べて、培養容器１２の傾き角度θは小さい。これは、培養液ＣＳの深さを小さくし、培養液ＣＳ全体に酸素などのガスを行き渡らせるためである。
【0068】
培養液の深さが大きくなるほど、撹拌によって培養液の液面を介して取り込まれた酸素などのガスは培養液全体に行き渡りにくい。具体的には、培養液の深部にガスは到達しにくい。その結果、培養液の深部の溶存酸素量が不足し、細胞がダメージを受けることになる可能性がある。
【0069】
培養容器１２が傾くことにより、図８Ｂに示すように、培養液ＣＳが、培養容器１２の底面１２ｅと内周面１２ｄとに挟まれたコーナー１２ｆに溜まる。この状態で培養容器１２の傾き方向が変化される。
【0070】
【0071】
相対的に多量な（例えば１リットル以上の）培養液ＣＳは、培養容器１２の底面１２ｅと内周面１２ｄとに挟まれたコーナー１２ｆに沿って周回される。例えば、ロータリーアクチュエータ３４が傾動機構３８を一方向に回転し続けることにより、培養容器１２の傾き方向が一方向に回転し続ける。それにより、培養液ＣＳが周回される。その結果、培養液ＣＳは撹拌される。
【0072】
このように、制御部２２は、培養容器１２内の培養液ＣＳの量に基づいて、撹拌モードを変更する。例えば、培養容器１２内の培養液ＣＳの量が所定のしきい量（例えば１リットル）に比べて少量である場合には、図７に示すように、培養液ＣＳを往復動させることによってその培養液ＣＳを撹拌する。また、培養液ＣＳの量が少ないほど、その培養液ＣＳの往復範囲を小さくする。一方、培養容器１２内の培養液ＣＳの量が所定のしきい量を超えると、図９に示すように培養液ＣＳを周回させることによってその培養液ＣＳを撹拌する。なお、培養容器１２内の培養液ＣＳの量は、例えば、重量センサ（図示せず）によって測定された培養容器１２内の培養液ＣＳの重量から算出されてもよい。
【0073】
加えて、本実施の形態の場合、制御部２２は、培養液ＣＳの撹拌中、湿度センサ１８および溶存酸素センサ２０の測定結果に基づいて、培養容器駆動装置１４を制御するように構成されている。
【0074】
具体的には、湿度センサ１８によって検出された培養液ＣＳ内の湿度が低下すると、例えば所定の適正範囲の下限値を越えて湿度が低下すると、制御部２２によって制御された培養容器駆動装置１４は、培養液ＣＳの液面ＬＳの面積が小さくなるように、培養容器１２（すなわちステージ３０）の傾き角度を大きくする。
【0075】
培養容器１２内の湿度が低下すると、培養液ＣＳがその液面ＬＳから蒸発しやすくなる。したがって、培養液ＣＳの液面ＬＳの面積を小さくすることにより、その蒸発を抑制することができる。
【0076】
また、溶存酸素センサによって検出された溶存酸素の量が低下すると、例えば所定の適正範囲の下限値を越えて低下すると、制御部２２によって制御された培養容器駆動装置１４は、培養液ＣＳの往復動の周期および往復範囲の少なくとも一方が増加するように、培養容器１２を駆動する。なお、溶存酸素センサ２０（そのチップ）は、培養容器１２内の培養液ＣＳの量にかかわらず、培養液ＣＳに接触してその溶存酸素量を検出できる培養容器１２上の位置に設けられる。本実施の形態の場合、溶存酸素センサ２０は、培養容器１２の底面１２ｅの外周縁部に設けられている。また、溶存酸素センサ２０が溶存酸素量を測定するとき、その溶存酸素センサ２０に培養液ＣＳが接触するように、培養容器１２が培養容器駆動装置１４によって駆動される。この場合、溶存酸素センサ２０に培養液ＣＳを接触させてその溶存酸素量を精度よく検出するために、培養容器１２の駆動速度や駆動モードが一時的に変更されてもよい、または培養容器１２の駆動が一時的に停止してもよい。
【0077】
培養容器１２内の培養液ＣＳの溶存酸素の量が低下すると、培養液ＣＳ内の細胞がダメージを受ける。したがって、培養液ＣＳの往復動の周期および往復範囲の少なくとも一方を増加させることにより、培養液ＣＳがより撹拌され、それにより培養液ＣＳ内に多くの酸素が取り込まれる。その結果、細胞のダメージを抑制することができる。
【0078】
なお、培養容器１２内の培養液ＣＳが相対的に多量であって周回されている場合、その周回速度を増加させることにより、培養液ＣＳがより撹拌され、それにより培養液ＣＳ内に多くの酸素を取り込むことができる。
【0079】
以上、このような実施の形態によれば、細胞の拡大培養において、コンタミネーションの発生のリスクを低減しつつ、培養容器内の培養液を撹拌するための装置数を低減することができる。
【0080】
すなわち、１つの培養容器を用い、その培養容器内の培養液の量に基づいて撹拌モードを変更することにより、コンタミネーションの発生のリスクが低減された拡大培養を行うことができる。また、このような拡大培養を、１つの装置（培養容器駆動装置）によって実現することができる。
【0081】
以上、上述の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明の実施の形態はこれらに限らない。
【0082】
例えば、上述の実施の形態の場合、培養容器は、図２に示すように、たらい状である。しかしながら、本発明の実施の形態はこれに限らない。培養容器は、例えば、大型の三角フラスコであってもよい。
【0083】
すなわち、本発明の実施の形態に係る培養装置は、広義には、培養液内で細胞の拡大培養を行う培養装置であって、培養液を収容する培養容器と、前記培養容器内の培養液が撹拌されるように前記培養容器を駆動する培養容器駆動部と、培養液内の細胞の増加にともなって前記培養容器に培養液を追加する培養液供給部と、を有し、前記培養容器駆動部が、前記培養容器内の培養液の量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される前記培養容器の表面の部分が小さくなるように、前記培養容器を駆動する。
【0084】
また、本発明の実施の形態に係る培養方法は、広義には、培養容器に収容された培養液内で細胞の拡大培養を行う細胞の培養方法であって、前記培養容器内の培養液が撹拌されるように前記培養容器を駆動し、培養液内の細胞の増加にともなって前記培養容器に培養液を追加し、培養液の量が少ないほど、撹拌によって移動する培養液に接触される前記培養容器の表面の部分が小さくなるように、前記培養容器を駆動する。
【産業上の利用可能性】
【0085】
本発明は、培養液を撹拌しつつ行う細胞培養に適用可能である。
【符号の説明】
【0086】
１２ 培養容器
ＣＳ 培養液
ＣＳ 培養液
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】