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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】P2023140872
(43)【公開日】2023-10-05
(54)【発明の名称】細胞培養装置および細胞培養方法
(51)【国際特許分類】
C12M 1/04 20060101AFI20230928BHJP
C12M 1/36 20060101ALI20230928BHJP
C12M 1/34 20060101ALI20230928BHJP
【ＦＩ】
C12M1/04
C12M1/36
C12M1/34 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022046917
(22)【出願日】2022-03-23
(71)【出願人】
【識別番号】000224101
【氏名又は名称】藤森工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(74)【代理人】
【識別番号】100155066
【弁理士】
【氏名又は名称】貞廣 知行
(72)【発明者】
【氏名】都倉 知浩
(72)【発明者】
【氏名】松田 博行
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 将太
【テーマコード（参考）】
4B029
【Ｆターム（参考）】
4B029AA01
4B029AA11
4B029BB01
4B029DB11
4B029DF04
4B029DF08
(57)【要約】
【課題】培養液の溶存酸素濃度を適正に調整することが可能な細胞培養装置および細胞培養方法を提供する。
【解決手段】細胞培養装置１０は、培養槽１と、駆動部２と、制御部３とを備える。培養槽１は、細胞を含む培養液１１を貯留する。駆動部２は、培養槽１を振とう動作させることによって培養液１１を培養槽１内の気体１２と接触させつつ流動させる。制御部３は、培養槽１の振とう速度が、時間と共に連続的又は断続的に増加するように駆動部２の動作を制御する。
【選択図】図１
【解決手段】細胞培養装置１０は、培養槽１と、駆動部２と、制御部３とを備える。培養槽１は、細胞を含む培養液１１を貯留する。駆動部２は、培養槽１を振とう動作させることによって培養液１１を培養槽１内の気体１２と接触させつつ流動させる。制御部３は、培養槽１の振とう速度が、時間と共に連続的又は断続的に増加するように駆動部２の動作を制御する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
細胞を含む培養液を貯留する培養槽と、
前記培養槽を振とう動作させることによって前記培養液を前記培養槽内の気体と接触させつつ流動させる駆動部と、
前記培養槽の振とう速度が、時間と共に連続的又は断続的に増加するように前記駆動部の動作を制御する制御部と、
を備える、細胞培養装置。
前記培養槽を振とう動作させることによって前記培養液を前記培養槽内の気体と接触させつつ流動させる駆動部と、
前記培養槽の振とう速度が、時間と共に連続的又は断続的に増加するように前記駆動部の動作を制御する制御部と、
を備える、細胞培養装置。
【請求項2】
前記培養液の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素計をさらに備え、
前記制御部は、前記溶存酸素計による溶存酸素濃度の検出値に基づいて前記培養槽の振とう速度を制御する請求項１記載の細胞培養装置。
前記制御部は、前記溶存酸素計による溶存酸素濃度の検出値に基づいて前記培養槽の振とう速度を制御する請求項１記載の細胞培養装置。
【請求項3】
前記培養槽に酸素を供給する複数の供給系をさらに備え、
複数の前記供給系は、第１供給系と第２供給系とを含み、
前記制御部は、前記培養槽の振とう速度が特定の値に達したことに基づいて前記第１供給系を駆動させ、前記第１供給系による酸素供給量が最大又は設定した値に達したことに基づいて前記第２供給系を駆動させる、請求項１または２記載の細胞培養装置。
複数の前記供給系は、第１供給系と第２供給系とを含み、
前記制御部は、前記培養槽の振とう速度が特定の値に達したことに基づいて前記第１供給系を駆動させ、前記第１供給系による酸素供給量が最大又は設定した値に達したことに基づいて前記第２供給系を駆動させる、請求項１または２記載の細胞培養装置。
【請求項4】
前記第２供給系は、前記第１供給系に比べて、前記培養液中に溶け込む酸素の供給能力が高い、請求項３記載の細胞培養装置。
【請求項5】
前記培養槽に酸素を供給する複数の供給系と、
前記培養液の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素計と、をさらに備え、
前記供給系は、第１供給系と第２供給系とを含み、
前記制御部は、前記溶存酸素計による前記溶存酸素濃度の検出値に基づいて前記第１供給系の駆動および停止を制御し、前記溶存酸素計による前記溶存酸素濃度の検出値に基づいて前記第２供給系の駆動および停止を制御する、請求項１記載の細胞培養装置。
前記培養液の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素計と、をさらに備え、
前記供給系は、第１供給系と第２供給系とを含み、
前記制御部は、前記溶存酸素計による前記溶存酸素濃度の検出値に基づいて前記第１供給系の駆動および停止を制御し、前記溶存酸素計による前記溶存酸素濃度の検出値に基づいて前記第２供給系の駆動および停止を制御する、請求項１記載の細胞培養装置。
【請求項6】
前記第１供給系は、前記培養槽の気相空間に酸素含有ガスを供給し、
前記第２供給系は、前記培養液中に酸素含有ガスを供給するガス分散器を備える、請求項３～５のうちいずれか１項に記載の細胞培養装置。
前記第２供給系は、前記培養液中に酸素含有ガスを供給するガス分散器を備える、請求項３～５のうちいずれか１項に記載の細胞培養装置。
【請求項7】
前記ガス分散器に供給される前記酸素含有ガスの酸素濃度を調整する第３供給系をさらに備える、請求項６記載の細胞培養装置。
【請求項8】
細胞を含む培養液を貯留する培養槽を振とう動作させることによって前記培養液を前記培養槽内の気体と接触させつつ流動させ、
前記培養槽を振とう動作させるにあたって、前記培養槽の振とう速度が、時間と共に連続的又は断続的に増加するように前記培養槽を動作させる、細胞培養方法。
前記培養槽を振とう動作させるにあたって、前記培養槽の振とう速度が、時間と共に連続的又は断続的に増加するように前記培養槽を動作させる、細胞培養方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、細胞培養装置および細胞培養方法に関する。
【背景技術】
【0002】
動物細胞などを培養する培養装置は、医薬品、食品、化粧品、これらの原材料などとして有用な各種物質の生産に広く用いられている。培養装置は、例えば、液体容器と、液体容器を揺動させる揺動装置と、を備える（例えば、特許文献１を参照）。この培養装置では、液体容器を揺動させることによって、液体容器中の培養液を揺動させる。これにより、空気中の酸素は液面から培養液に取り込まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－１４５５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
動物細胞などの培養において、培養液の溶存酸素の濃度は、細胞の生理学的状態に大きな影響を与える。前記培養装置では、培養液の溶存酸素濃度が大きくなりやすく、溶存酸素濃度を適正に調整するのは容易ではなかった。特に、槽振とう方式の培養装置では、培養液の液面が大きく動くため、培養液の液面からの酸素供給量が他の撹拌方式よりも多くなりやすく、培養初期の細胞数が少ない期間に溶存酸素濃度が高くなりすぎて、細胞が酸素障害を受けやすいことが問題であった。
【0005】
本発明の一態様は、培養液の溶存酸素濃度を適正に調整することが可能な細胞培養装置および細胞培養方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様は、細胞を含む培養液を貯留する培養槽と、前記培養槽を振とう動作させることによって前記培養液を前記培養槽内の気体と接触させつつ流動させる駆動部と、前記培養槽の振とう速度が、時間と共に連続的又は断続的に増加するように前記駆動部の動作を制御する制御部と、を備える、細胞培養装置を提供する。
【0007】
前記細胞培養装置は、前記培養液の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素計をさらに備え、前記制御部は、前記溶存酸素計による溶存酸素濃度の検出値に基づいて前記培養槽の振とう速度を制御することが好ましい。
【0008】
前記細胞培養装置は、前記培養槽に酸素を供給する複数の供給系をさらに備え、複数の前記供給系は、第１供給系と第２供給系とを含み、前記制御部は、前記培養槽の振とう速度が特定の値に達したことに基づいて前記第１供給系を駆動させ、前記第１供給系による酸素供給量が最大又は設定した値に達したことに基づいて前記第２供給系を駆動させることが好ましい。
【0009】
前記第２供給系は、前記第１供給系に比べて、前記培養液中に溶け込む酸素の供給能力が高いことが好ましい。
【0010】
前記細胞培養装置は、前記培養槽に酸素を供給する複数の供給系と、前記培養液の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素計と、をさらに備え、前記供給系は、第１供給系と第２供給系とを含み、前記制御部は、前記溶存酸素計による前記溶存酸素濃度の検出値に基づいて前記第１供給系の駆動および停止を制御し、前記溶存酸素計による前記溶存酸素濃度の検出値に基づいて前記第２供給系の駆動および停止を制御することが好ましい。
【0011】
前記第１供給系は、前記培養槽の気相空間に酸素含有ガスを供給し、前記第２供給系は、前記培養液中に酸素含有ガスを供給するガス分散器を備えることが好ましい。
【0012】
前記細胞培養装置は、前記ガス分散器に供給される前記酸素含有ガスの酸素濃度を調整する第３供給系をさらに備えることが好ましい。
【0013】
本発明の他の態様は、細胞を含む培養液を貯留する培養槽を振とう動作させることによって前記培養液を前記培養槽内の気体と接触させつつ流動させ、前記培養槽を振とう動作させるにあたって、前記培養槽の振とう速度が、時間と共に連続的又は断続的に増加するように前記培養槽を動作させる、細胞培養方法を提供する。
【発明の効果】
【0014】
本発明の一態様によれば、培養液の溶存酸素濃度を適正に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】第１実施形態の細胞培養装置を示す概略図である。
【図2】振とう速度の経時変化の第１の例を示す図である。
【図3】振とう速度の経時変化の第２の例を示す図である。
【図4】振とう速度の経時変化の第３の例を示す図である。
【図5】第２実施形態の細胞培養装置を示す概略図である。
【図6】第３実施形態の細胞培養装置を示す概略図である。
【図7】第４実施形態の細胞培養装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
【0017】
［細胞培養装置］（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の細胞培養装置１０を示す概略図である。
図１に示すように、細胞培養装置１０は、培養槽１と、駆動部２と、制御部３と、を備える。
培養槽１は、培養液１１を貯留できる。培養槽１は、外気に開放された構造であってもよいが、密閉されていることが好ましい。培養槽１の中に、シングルユースバッグ（単回使用バッグ）などを取り付けて、その中で細胞培養することもできる。
図１は、第１実施形態の細胞培養装置１０を示す概略図である。
図１に示すように、細胞培養装置１０は、培養槽１と、駆動部２と、制御部３と、を備える。
培養槽１は、培養液１１を貯留できる。培養槽１は、外気に開放された構造であってもよいが、密閉されていることが好ましい。培養槽１の中に、シングルユースバッグ（単回使用バッグ）などを取り付けて、その中で細胞培養することもできる。
【0018】
培養液１１は、例えば、細胞を含む液体培地である。培養槽１内の培養液１１の量は、培養槽１の内部空間の全容積より少ない。そのため、培養槽１内には、培養液１１の液面Ｌより上に空間（気相空間）が確保されている。この空間には気体１２がある。気体１２は、空気などの酸素含有ガスである。なお、気体１２は、酸素濃度が空気の酸素濃度より高くてもよいし、低くてもよい。酸素含有ガスの酸素濃度は、０％を越え、１００％以下であってよい。酸素含有ガスの酸素濃度は、例えば、約２１％～１００％であってもよい。酸素濃度の「％」は標準状態（０℃、１００ｋＰａ）における体積比率（ｖｏｌ％）である。
【0019】
培養液１１と気体１２との容量比（気液容量比）は特に限定されない。培養液１１の容量は気体１２の容量より多くてもよい。培養液１１の容量は気体１２の容量より少なくもよい。培養液１１と気体１２は、容量が互いに等しくてもよい。気液容量比は、例えば、１：９～９：１の範囲であってよい。
【0020】
培養槽１の形状は、特に限定されず、例えば、直方体状、円筒状、角筒状などであってよい。培養槽１の材質は、特に限定されず、樹脂、ゴム、ガラス、金属等であってよい。
【0021】
駆動部２は、培養槽１を振とう動作させることによって、培養液１１を気体１２と接触させつつ流動させる。これにより、駆動部２は、培養液１１に接触せずに培養液１１を撹拌することができる。駆動部２を用いるため、撹拌翼、撹拌棒、撹拌子等の撹拌部材を使用する場合と比べて、撹拌部材による培養液１１の汚染を回避できる。撹拌部材の交換などの手間が不要となる点も、駆動部２の利点として挙げられる。駆動部２は、例えば、モータなどの駆動部本体と、駆動部本体の動作を往復運動や回転運動等に変換する変換機構とを備える。
【0022】
駆動部２が培養槽１に加える振とう動作は、往復運動、回転運動などであってよい。往復運動の方向は、例えば、水平方向（左右方向）、鉛直方向（上下方向）、またはこれらの間の傾斜方向であってよい。回転運動は、回転軸が培養液１１の重心を通る自転運動であってもよい。回転運動は、回転軸が培養液１１の重心から離れた位置を通る公転運動であってもよい。駆動部２は、運動の種類または方向が異なる２種類以上の運動を同時に培養槽１に作用させてもよい。駆動部２は、時間経過とともに、運動の種類または方向を変更してもよい。
【0023】
制御部３は、駆動部２の動作を制御する。制御部３は、例えば、駆動部２が培養槽１に加える振とう動作の単位時間あたりの数を制御することができる。制御部３は、振とう動作の大きさ、種類、方向などを制御することもできる。制御部３は、伝送線路３１を介して制御信号を駆動部２に送信し、駆動部２を動作させる。「振とう動作の単位時間あたりの数」は、振とう速度である。
【0024】
制御部３は、受信した情報に基づいて機器を制御するため、コントローラー等の処理装置を備えてもよい。制御部３は、記憶装置、入力装置、出力装置、処理用プログラム等を備えてもよい。制御部３を用いることにより、自動制御が可能になる。制御信号の送受信方式は特に限定されないが、無線でも有線でもよい。
【0025】
［細胞培養方法］（第１実施形態）
細胞培養装置１０を用いて細胞を培養する方法を説明する。
培養液１１に含まれる細胞は、動物細胞、植物細胞、昆虫細胞、細菌、酵母などであってよい。動物細胞としては、バイオ医薬製造用のＣＨＯ（Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｈａｍｓｔｅｒ Ｏｖａｒｙ）細胞、ＨｅＬａ細胞、ＣＯＳ細胞、再生医療用途のｉＰＳ細胞、間葉系幹細胞などの幹細胞、分化させた組織細胞などが挙げられる。細胞は、例えば、医薬品、食品、化粧品、これらの原材料などとして有用な各種物質を生産することができる。
細胞培養装置１０を用いて細胞を培養する方法を説明する。
培養液１１に含まれる細胞は、動物細胞、植物細胞、昆虫細胞、細菌、酵母などであってよい。動物細胞としては、バイオ医薬製造用のＣＨＯ（Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｈａｍｓｔｅｒ Ｏｖａｒｙ）細胞、ＨｅＬａ細胞、ＣＯＳ細胞、再生医療用途のｉＰＳ細胞、間葉系幹細胞などの幹細胞、分化させた組織細胞などが挙げられる。細胞は、例えば、医薬品、食品、化粧品、これらの原材料などとして有用な各種物質を生産することができる。
【0026】
付着依存性（足場依存性）を有する細胞を培養する場合は、他の細胞または細胞外基質の代わりとなる足場の確保が必要になることがある。その場合、培養液１１には、液中で浮遊することができる足場材（マイクロキャリアー）が含まれていてもよい。細胞はマイクロキャリアーに付着することができる。マイクロキャリアーは、多孔質、カプセル、中空糸等であってよい。
【0027】
マイクロキャリアーは、ナノファイバー等の繊維状足場材でもよく、マイクロビーズ等の粒子状足場材でもよい。マイクロキャリアーの材質は、セルロース、ヘミセルロース、キチン、キトサン、デキストラン、アガロース、アルギン酸塩等の多糖類；コラーゲン、ゼラチン等の蛋白質；ポリスチレン、ポリアクリルアミド、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、シリコーン等の合成ポリマー；ガラス、シリカ、アルミナ等の無機物などが挙げられる。マイクロキャリアーの表面は、細胞の種類、培養条件等に応じて、被覆材を用いてコーティングしてもよい。被覆材としては、コラーゲン、ゼラチン、ケラチン等のタンパク質が挙げられる。
【0028】
制御部３が駆動部２によって培養槽１に振とう動作を加えると、培養液１１は揺動し、液面Ｌにおいて気体１２と接触しつつ流動する。例えば、培養液１１は、静止した状態の水平な液面Ｌに対して、液面ＬＡ，ＬＢのように傾斜した状態となる。液面Ｌは、例えば、時間経過とともに、液面Ｌ，ＬＡ，Ｌ，ＬＢを繰り返すように連続的に変化する。培養槽１を振とう動作させることによって行う培養方式を「振とう培養」という。
【0029】
培養液１１が流動することにより、培養液１１に対する気体１２（空気などの酸素含有ガス）の溶解が促進される。そのため、培養液１１には酸素が供給される。供給された酸素の少なくとも一部は細胞によって消費される。
【0030】
制御部３は、培養槽１の振とう速度が時間経過とともに連続的又は断続的に増加するように駆動部２の動作を制御する。
【0031】
図２は、振とう速度の経時変化の第１の例を示す図である。図２に示す例では、振とう速度は連続的に増加する。詳しくは、振とう速度は一次関数的（直線的）に増加する。時系列が異なる第１期間Ｐ１と第２期間Ｐ２とを対比すると、第２期間Ｐ２における振とう速度は、第１期間Ｐ１における振とう速度より高い（速い）。第２期間Ｐ２は、時系列において第１期間Ｐ１より後の期間である。
【0032】
図３は、振とう速度の経時変化の第２の例を示す図である。図３に示す例では、振とう速度は断続的（不連続的）に増加する。詳しくは、振とう速度は、増加する期間と、一定となる期間（振とう速度が増加しない期間）とを繰り返す。この例では、振とう速度が増加する期間は間隔をおいて現れる。第１期間Ｐ１および第２期間Ｐ２は、いずれも振とう速度が一定となる期間である。この例においても、第２期間Ｐ２における振とう速度は、第１期間Ｐ１における振とう速度より高い（速い）。
【0033】
図４は、振とう速度の経時変化の第３の例を示す図である。図４に示す例では、振とう速度は連続的に増加する。第１期間Ｐ１は、いわゆる誘導期に相当する。第２期間Ｐ２は、いわゆる対数増殖期に相当する。第２期間Ｐ２では、振とう速度は指数関数的に増加する。この例においても、第２期間Ｐ２における振とう速度は、第１期間Ｐ１における振とう速度より高い（速い）。この例では、細胞の増殖過程が誘導期、対数増殖期、静止期、および死滅期を含むことを想定している。
【0034】
振とう動作数の増加速度（振とう加速度）については、予備試験を行うことによって、過不足なく細胞に酸素を供給できるような振とう動作数の増加速度を求めておくことが望ましい。細胞培養条件において許容できる培養槽１の最大振とう速度についても、予備試験を行うことによって、過不足なく細胞に酸素を供給できるような培養槽１の最大振とう速度を求めておくことが望ましい。振とう加速度については、培養液１１中の溶存酸素濃度の変化に伴って振とう加速度を決めることもできる。培養液１１中の溶存酸素濃度は、溶存酸素計（図６参照）用いて測定できる。
【0035】
［第１実施形態の細胞培養装置および細胞培養方法が奏する効果］
細胞培養装置１０によれば、培養槽１の振とう速度が連続的又は断続的に増加するように駆動部２の動作を制御する制御部３を備える。
制御部３は、培養液１１中の細胞数が少ない培養工程の早期において、培養槽１の振とう速度を遅くするため、過剰な酸素によって細胞が影響を受けるのを抑制できる。例えば、細胞が酸素障害を受けるのを回避できる。培養液１１中の細胞は時間経過とともに増殖するため、細胞による酸素の消費量は増大するが、制御部３による培養槽１の振とう速度の制御によって、培養液１１の溶存酸素濃度は適正となり、細胞には十分な酸素が与えられる。このように、細胞培養装置１０によれば、培養液１１中の細胞の数に合わせて過不足なく酸素を供給できる。よって、細胞の生理学的状態を良好に維持することができる。
細胞培養装置１０によれば、培養槽１の振とう速度が連続的又は断続的に増加するように駆動部２の動作を制御する制御部３を備える。
制御部３は、培養液１１中の細胞数が少ない培養工程の早期において、培養槽１の振とう速度を遅くするため、過剰な酸素によって細胞が影響を受けるのを抑制できる。例えば、細胞が酸素障害を受けるのを回避できる。培養液１１中の細胞は時間経過とともに増殖するため、細胞による酸素の消費量は増大するが、制御部３による培養槽１の振とう速度の制御によって、培養液１１の溶存酸素濃度は適正となり、細胞には十分な酸素が与えられる。このように、細胞培養装置１０によれば、培養液１１中の細胞の数に合わせて過不足なく酸素を供給できる。よって、細胞の生理学的状態を良好に維持することができる。
【0036】
［細胞培養装置］（第２実施形態）
図５は、第２実施形態の細胞培養装置１１０を示す概略図である。なお、他の実施形態との共通構成については同じ符号を付して説明を省略する。
図５は、第２実施形態の細胞培養装置１１０を示す概略図である。なお、他の実施形態との共通構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【0037】
図５に示すように、細胞培養装置１１０は、培養槽１と、駆動部２と、制御部３と、第１供給系４と、第２供給系５とを備える。細胞培養装置１１０は、第１供給系４および第２供給系５を備える点で、第１実施形態の細胞培養装置１０（図１参照）と異なる。
制御部３は、駆動部２、第１供給系４および第２供給系５の動作を制御する。
制御部３は、駆動部２、第１供給系４および第２供給系５の動作を制御する。
【0038】
第１供給系４は、供給管路１３（供給経路）と、流量調整部１４とを備える。
供給管路１３は、培養槽１の上部に接続されている。供給管路１３は、培養槽１の気相空間に、供給源（図示略）から供給された酸素含有ガスを供給する。酸素含有ガスの酸素濃度は、０％を越え、１００％以下とすることができる。前記酸素濃度は、空気の酸素濃度（約２１％）より高くてもよく、低くてもよい。
培養槽１には、培養槽１内の気体を排出する排出孔（図示略）が形成されている。
供給管路１３は、培養槽１の上部に接続されている。供給管路１３は、培養槽１の気相空間に、供給源（図示略）から供給された酸素含有ガスを供給する。酸素含有ガスの酸素濃度は、０％を越え、１００％以下とすることができる。前記酸素濃度は、空気の酸素濃度（約２１％）より高くてもよく、低くてもよい。
培養槽１には、培養槽１内の気体を排出する排出孔（図示略）が形成されている。
【0039】
流量調整部１４は、供給管路１３を通した酸素含有ガスの供給量を調整する。流量調整部１４は、例えば、バルブ、ポンプなどである。流量調整部１４がバルブである場合、流量調整部１４は、流路開口面積を調整することによって、供給管路１３を通した酸素含有ガスの供給量を調整する。制御部３は、伝送線路３２を介して制御信号を流量調整部１４に送信し、流量調整部１４を動作させる。
【0040】
第２供給系５は、ガス分散器１５と、供給管路１６（供給経路）と、流量調整部１７とを備える。
ガス分散器１５は、培養槽１内の培養液１１中に設置される。ガス分散器１５は、例えば、多孔質材で構成された管体である。ガス分散器１５は、散気（バブリング）によって酸素含有ガスを培養液１１中に供給できる。酸素含有ガスは培養液１１に気泡として供給される。第２供給系５は、第１供給系４に比べて、培養液１１に酸素を供給する能力（培養液１１中に溶け込む酸素を供給する能力）が高いことが望ましい。
ガス分散器１５は、培養槽１内の培養液１１中に設置される。ガス分散器１５は、例えば、多孔質材で構成された管体である。ガス分散器１５は、散気（バブリング）によって酸素含有ガスを培養液１１中に供給できる。酸素含有ガスは培養液１１に気泡として供給される。第２供給系５は、第１供給系４に比べて、培養液１１に酸素を供給する能力（培養液１１中に溶け込む酸素を供給する能力）が高いことが望ましい。
【0041】
供給管路１６は、ガス分散器１５に、供給源（図示略）から供給された酸素含有ガスを供給する。酸素含有ガスは、例えば、空気である。酸素含有ガスの酸素濃度は、空気の酸素濃度より高くてもよいし、低くてもよい。酸素含有ガスに含まれる酸素の濃度は、０％を越え、１００％以下であってよい。酸素含有ガスの酸素濃度は、例えば、約２１％～１００％であってもよい。
【0042】
流量調整部１７は、供給管路１６を通した酸素含有ガスの供給量を調整する。流量調整部１７は、例えば、バルブ、ポンプなどである。流量調整部１７がバルブである場合、流量調整部１７は、流路開口面積を調整することによって、供給管路１６を通した酸素含有ガスの供給量を調整する。制御部３は、伝送線路３３を介して制御信号を流量調整部１７に送信し、流量調整部１７を動作させる。
【0043】
制御部３は、第１供給系４と第２供給系５のうち少なくとも１つの動作を、培養液１１中の溶存酸素濃度の検出値に基づいて制御することもできる。
例えば、ＰＩＤ制御（proportional integral differential control）によって第１供給系４と第２供給系５のうち少なくとも１つを制御する場合は、培養液１１中の溶存酸素濃度が設定された値より低い際は酸素濃度が高い酸素含有ガスを供給して溶存酸素濃度を上昇させ、培養液１１中の溶存酸素濃度が設定された値より高い際は酸素濃度が低い酸素含有ガスを供給して溶存酸素濃度を下降させることができる。培養液１１中の溶存酸素濃度は、溶存酸素計（図６参照）用いて測定できる。
例えば、ＰＩＤ制御（proportional integral differential control）によって第１供給系４と第２供給系５のうち少なくとも１つを制御する場合は、培養液１１中の溶存酸素濃度が設定された値より低い際は酸素濃度が高い酸素含有ガスを供給して溶存酸素濃度を上昇させ、培養液１１中の溶存酸素濃度が設定された値より高い際は酸素濃度が低い酸素含有ガスを供給して溶存酸素濃度を下降させることができる。培養液１１中の溶存酸素濃度は、溶存酸素計（図６参照）用いて測定できる。
【0044】
［細胞培養方法］（第２実施形態）
細胞培養装置１１０を用いて細胞を培養する方法を説明する。
細胞培養装置１１０を用いて細胞を培養する方法を説明する。
【0045】
（第１工程：槽振とう動作による酸素供給）
制御部３は駆動部２によって培養槽１に振とう動作を加え、培養液１１を揺動させる。制御部３は、例えば、培養槽１の振とう速度（単位時間あたりの振とう動作数）が時間経過とともに増加するように駆動部２の動作を制御する（図２～図４参照）。培養槽１の振とう速度の増加は、連続的であってもよく、断続的であってもよい。培養液１１が流動することにより、培養液１１に対する気体１２（空気などの酸素含有ガス）の溶解が促進される。供給された酸素の少なくとも一部は細胞によって消費される。
制御部３は駆動部２によって培養槽１に振とう動作を加え、培養液１１を揺動させる。制御部３は、例えば、培養槽１の振とう速度（単位時間あたりの振とう動作数）が時間経過とともに増加するように駆動部２の動作を制御する（図２～図４参照）。培養槽１の振とう速度の増加は、連続的であってもよく、断続的であってもよい。培養液１１が流動することにより、培養液１１に対する気体１２（空気などの酸素含有ガス）の溶解が促進される。供給された酸素の少なくとも一部は細胞によって消費される。
【0046】
（第２工程：第１供給系による酸素供給）
制御部３は、駆動部２による培養槽１の振とう速度（単位時間あたりの振とう動作数）が特定の値に達したことを検知すると、第１供給系４を駆動させる。詳しくは、駆動部２による培養槽１の振とう速度が特定の値に達したり、培養液１１中の溶存酸素濃度が設定した値に達したことを制御部３が検知すると、制御部３は流量調整部１４を操作し、供給管路１３を通して高酸素濃度の酸素含有ガスを培養槽１内に供給する。
高酸素濃度の酸素含有ガスを培養槽１内に供給するため、培養槽１内の気体１２の酸素濃度は高くなる。そのため、培養液１１への酸素の供給量は増加する。供給された酸素の少なくとも一部は細胞によって消費される。
第２工程では、駆動部２による培養槽１の振とう速度は最大値又は設定値に維持される。
制御部３は、駆動部２による培養槽１の振とう速度（単位時間あたりの振とう動作数）が特定の値に達したことを検知すると、第１供給系４を駆動させる。詳しくは、駆動部２による培養槽１の振とう速度が特定の値に達したり、培養液１１中の溶存酸素濃度が設定した値に達したことを制御部３が検知すると、制御部３は流量調整部１４を操作し、供給管路１３を通して高酸素濃度の酸素含有ガスを培養槽１内に供給する。
高酸素濃度の酸素含有ガスを培養槽１内に供給するため、培養槽１内の気体１２の酸素濃度は高くなる。そのため、培養液１１への酸素の供給量は増加する。供給された酸素の少なくとも一部は細胞によって消費される。
第２工程では、駆動部２による培養槽１の振とう速度は最大値又は設定値に維持される。
【0047】
制御部３は、例えば、酸素含有ガスの流量が時間経過とともに増加するように流量調整部１４の動作を制御する。酸素含有ガスの流量の時間経過に伴う増加は、連続的でもよく、断続的でもよい。例えば、時系列が異なる第１期間と、前記第１期間より後の第２期間とを対比すると、第２期間における酸素含有ガスの流量は、第１期間における酸素含有ガスの流量より多い。酸素含有ガスの流量が時間経過とともに増加するように流量調整部１４を操作するには、例えば、流量調整部１４における流路開口面積を時間経過とともに大きくすればよい。
【0048】
酸素含有ガスの流量の増加速度については、予備試験を行うことによって、過不足なく細胞に酸素を供給できるような増加速度を求めておくことが望ましい。培養液１１中の溶存酸素濃度変化に伴って酸素含有ガスの流量の増加速度を決めることもできる。
【0049】
「駆動部２による振とう速度が特定の値に達する」とは、例えば、（ｉ）駆動部２の駆動部本体（モータ）の回転数が駆動部本体の動作能の上限に達する、（ｉｉ）槽振とう速度が設定した値に達する、（ｉｉｉ）培養液１１中の溶存酸素濃度が設定した値に達する、ことなどをいう。このとき、培養槽１の槽振とう動作による酸素供給量は特定の値（例えば、最大値）となる。
【0050】
（第３工程：第２供給系による酸素供給）
制御部３は、第１供給系４による酸素供給量が最大又は設定した値に達したことに基づいて第２供給系５を駆動させる。詳しくは、制御部３は、（ｉ）第１供給系４による酸素含有ガスの供給量が供給能力の最大に達した、（ｉｉ）酸素含有ガスの供給量が設定した値に達した、（ｉｉｉ）培養液１１中の溶存酸素濃度が設定した値に達した、ことなどを検知すると、第２供給系５を駆動させる。具体的には、（ｉ）～（ｉｉｉ）の少なくとも１つを制御部３が検知すると、制御部３は流量調整部１７を操作し、供給管路１６を通して酸素含有ガス（例えば、空気）をガス分散器１５に供給する。ガス分散器１５は、散気（バブリング）によって酸素含有ガスを培養液１１中に供給する。
酸素含有ガスを培養液１１中に供給するため、培養液１１への酸素の供給量は増加する。
制御部３は、第１供給系４による酸素供給量が最大又は設定した値に達したことに基づいて第２供給系５を駆動させる。詳しくは、制御部３は、（ｉ）第１供給系４による酸素含有ガスの供給量が供給能力の最大に達した、（ｉｉ）酸素含有ガスの供給量が設定した値に達した、（ｉｉｉ）培養液１１中の溶存酸素濃度が設定した値に達した、ことなどを検知すると、第２供給系５を駆動させる。具体的には、（ｉ）～（ｉｉｉ）の少なくとも１つを制御部３が検知すると、制御部３は流量調整部１７を操作し、供給管路１６を通して酸素含有ガス（例えば、空気）をガス分散器１５に供給する。ガス分散器１５は、散気（バブリング）によって酸素含有ガスを培養液１１中に供給する。
酸素含有ガスを培養液１１中に供給するため、培養液１１への酸素の供給量は増加する。
【0051】
制御部３は、例えば、酸素含有ガスの流量が時間経過とともに連続的に又は断続的に増加するように流量調整部１７の動作を制御する。例えば、時系列が異なる第１期間と、前記第１期間より後の第２期間とを対比すると、第２期間における酸素含有ガスの流量は、第１期間における酸素含有ガスの流量より多いことが好ましい。
酸素含有ガスの流量が時間経過とともに増加するように流量調整部１７を操作するには、例えば、流量調整部１７における流路開口面積を時間経過とともに大きくすればよい。
酸素含有ガスの流量が時間経過とともに増加するように流量調整部１７を操作するには、例えば、流量調整部１７における流路開口面積を時間経過とともに大きくすればよい。
【0052】
酸素含有ガスの流量の増加速度については、予備試験を行うことによって、過不足なく細胞に酸素を供給できるような増加速度を求めておくことが望ましい。培養液１１中の溶存酸素濃度変化に伴って酸素含有ガスの流量の増加速度を決めることもできる。
【0053】
第３工程では、駆動部２による培養槽１の単位時間あたりの振とう動作数は最大値又は設定値に維持される。第１供給系４による酸素含有ガスの供給量も最大値又は設定値に維持される。
【0054】
「第１供給系４による酸素含有ガスの供給量が供給能力の最大に達する」とは、例えば、供給管路１６を通して酸素含有ガスを送るためのポンプが動作能の上限に達したり、培養条件や培養槽１の構造に基づく酸素含有ガス供給量の上限に達することなどをいう。このとき、第１供給系４による酸素供給量は最大となる。
【0055】
［第２実施形態の細胞培養装置および細胞培養方法が奏する効果］
細胞培養装置１１０は、第１実施形態と同様の効果に加え、次の効果を奏する。
制御部３は、駆動部２に基づく槽振とう速度が特定の値に達した後、第１供給系４を用いて高濃度の酸素含有ガスを供給する。第１供給系４の酸素供給量が最大又は特定の値に達した後、第２供給系５を用いてさらに酸素含有ガスを供給する。培養液１１中の細胞による酸素の消費量は増大するが、第１供給系４および第２供給系５によって酸素を供給できるため、培養液１１の溶存酸素濃度は適正となり、細胞には十分な酸素が与えられる。よって、細胞の生理学的状態を良好に維持することができる。
細胞培養装置１１０は、第１実施形態と同様の効果に加え、次の効果を奏する。
制御部３は、駆動部２に基づく槽振とう速度が特定の値に達した後、第１供給系４を用いて高濃度の酸素含有ガスを供給する。第１供給系４の酸素供給量が最大又は特定の値に達した後、第２供給系５を用いてさらに酸素含有ガスを供給する。培養液１１中の細胞による酸素の消費量は増大するが、第１供給系４および第２供給系５によって酸素を供給できるため、培養液１１の溶存酸素濃度は適正となり、細胞には十分な酸素が与えられる。よって、細胞の生理学的状態を良好に維持することができる。
【0056】
［細胞培養装置］（第３実施形態）
図６は、第３実施形態の細胞培養装置２１０を示す概略図である。なお、他の実施形態との共通構成については同じ符号を付して説明を省略する。
図６は、第３実施形態の細胞培養装置２１０を示す概略図である。なお、他の実施形態との共通構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【0057】
図６に示すように、細胞培養装置２１０は、培養槽１と、駆動部２と、制御部３と、第１供給系４と、第２供給系５と、溶存酸素計６とを備える。細胞培養装置２１０は、溶存酸素計６を備える点で、第２実施形態の細胞培養装置１１０（図５参照）と異なる。溶存酸素計６は、例えば、隔膜式の溶存酸素計である。
【0058】
溶存酸素計６は、溶存酸素濃度センサ６ａが培養槽１内の下部に配置されるように設置される。これにより、溶存酸素濃度センサ６ａは培養液１１に浸漬される。溶存酸素濃度センサ６ａは培養液１１の溶存酸素濃度を検出し、伝送線路３４を介して検出信号を制御部３に送信する。
【0059】
［細胞培養方法］（第３実施形態）
細胞培養装置２１０を用いて細胞を培養する方法を説明する。
細胞培養装置２１０を用いて細胞を培養する方法を説明する。
【0060】
（第１工程：槽振とう動作による酸素供給）
制御部３は駆動部２によって培養槽１に振とう動作を加え、培養液１１を揺動させる。制御部３は、例えば、培養槽１の振とう速度が時間経過とともに連続的に又は断続的に増加するように駆動部２の動作を制御する（図２～図４参照）。
制御部３は駆動部２によって培養槽１に振とう動作を加え、培養液１１を揺動させる。制御部３は、例えば、培養槽１の振とう速度が時間経過とともに連続的に又は断続的に増加するように駆動部２の動作を制御する（図２～図４参照）。
【0061】
制御部３は、溶存酸素計６による溶存酸素濃度の検出値に基づいて、培養槽１の振とう速度を制御することもできる。例えば、検出値が設定された値よりも低い際は培養槽１の振とう速度を上昇させ、検出値が設定された値よりも高い際は培養槽１の振とう速度を下降させることができる。
【0062】
制御部３は、溶存酸素計６による溶存酸素濃度の検出値に基づいて、第１供給系４の駆動および停止を制御する。例えば、溶存酸素濃度の検出値が予め設定された設定値以上であれば、制御部３は第１供給系４を駆動しない。
【0063】
（第２工程：第１供給系による酸素供給）
制御部３は、溶存酸素濃度の検出値が予め設定された設定値を下回った場合、第１供給系４を駆動させる。詳しくは、制御部３は流量調整部１４を操作し、供給管路１３を通して高酸素濃度の酸素含有ガスを培養槽１内に供給する。制御部３は、例えば、酸素含有ガスの流量が時間経過とともに連続的に又は断続的に増加するように流量調整部１４の動作を制御する。
制御部３は、溶存酸素濃度の検出値が予め設定された設定値を下回った場合、第１供給系４を駆動させる。詳しくは、制御部３は流量調整部１４を操作し、供給管路１３を通して高酸素濃度の酸素含有ガスを培養槽１内に供給する。制御部３は、例えば、酸素含有ガスの流量が時間経過とともに連続的に又は断続的に増加するように流量調整部１４の動作を制御する。
【0064】
制御部３は、溶存酸素計６による溶存酸素濃度の検出値に基づいて、第２供給系５の駆動および停止を制御する。例えば、溶存酸素濃度の検出値が予め設定された設定値以上であれば、制御部３は第２供給系５を駆動しない。
【0065】
（第３工程：第２供給系による酸素供給）
溶存酸素濃度の検出値が予め設定された設定値を下回った場合、制御部３は、第２供給系５を駆動させる。詳しくは、制御部３は流量調整部１７を操作し、供給管路１６を通して酸素含有ガス（例えば、空気）をガス分散器１５に供給する。制御部３は、例えば、酸素含有ガスの流量が時間経過とともに連続的に又は断続的に増加するように流量調整部１７の動作を制御する。
溶存酸素濃度の検出値が予め設定された設定値を下回った場合、制御部３は、第２供給系５を駆動させる。詳しくは、制御部３は流量調整部１７を操作し、供給管路１６を通して酸素含有ガス（例えば、空気）をガス分散器１５に供給する。制御部３は、例えば、酸素含有ガスの流量が時間経過とともに連続的に又は断続的に増加するように流量調整部１７の動作を制御する。
【0066】
［第３実施形態の細胞培養装置および細胞培養方法が奏する効果］
細胞培養装置２１０は、第１実施形態と同様の効果に加え、次の効果を奏する。
制御部３は、溶存酸素計６による溶存酸素濃度の検出値に基づいて、第１供給系４および第２供給系５を用いて高濃度の酸素含有ガスを供給する。培養液１１中の細胞による酸素の消費量は増大するが、第１供給系４および第２供給系５によって酸素を供給できるため、培養液１１の溶存酸素濃度は適正となる。
細胞培養装置２１０は、第１実施形態と同様の効果に加え、次の効果を奏する。
制御部３は、溶存酸素計６による溶存酸素濃度の検出値に基づいて、第１供給系４および第２供給系５を用いて高濃度の酸素含有ガスを供給する。培養液１１中の細胞による酸素の消費量は増大するが、第１供給系４および第２供給系５によって酸素を供給できるため、培養液１１の溶存酸素濃度は適正となる。
【0067】
制御部３は、溶存酸素計６による溶存酸素濃度の検出値に基づいて、第１供給系４および第２供給系５の駆動および停止を制御するため、培養液１１の溶存酸素濃度は適正となり、細胞には過不足なく酸素が与えられる。よって、細胞の生理学的状態を良好に維持することができる。
【0068】
［細胞培養装置］（第４実施形態）
図７は、第４実施形態の細胞培養装置３１０を示す概略図である。なお、他の実施形態との共通構成については同じ符号を付して説明を省略する。
図７は、第４実施形態の細胞培養装置３１０を示す概略図である。なお、他の実施形態との共通構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【0069】
図７に示すように、細胞培養装置３１０は、培養槽１と、駆動部２と、制御部３と、第１供給系４と、第２供給系５と、溶存酸素計６と、第３供給系７とを備える。細胞培養装置３１０は、第３供給系７を備える点で、第３実施形態の細胞培養装置２１０（図６参照）と異なる。
制御部３は、駆動部２、第１供給系４、第２供給系５および第３供給系７の動作を制御する。
制御部３は、駆動部２、第１供給系４、第２供給系５および第３供給系７の動作を制御する。
【0070】
制御部３は、例えば、溶存酸素計６による溶存酸素濃度の検出値に基づいて、ＰＩＤ制御によって駆動部２、第１供給系４、第２供給系５および第３供給系７の動作を制御することができる。
制御部３は、例えば、培養液１１中の溶存酸素濃度の検出値が設定された値よりも低い際は駆動部２の駆動速度を上昇させ、培養液１１中の溶存酸素濃度の検出値が設定された値より高い際は駆動部２の駆動速度を下降させることができる。
制御部３は、例えば、培養液１１中の溶存酸素濃度の検出値が設定された値よりも低い際は駆動部２の駆動速度を上昇させ、培養液１１中の溶存酸素濃度の検出値が設定された値より高い際は駆動部２の駆動速度を下降させることができる。
【0071】
制御部３は、例えば、培養液１１中の溶存酸素濃度の検出値が設定された値よりも低い際は前記各供給系から供給する酸素含有ガスの供給量を上昇させ、培養液１１中の溶存酸素濃度の検出値が設定された値よりも高い際は前記各供給系から供給する酸素含有ガスの供給量を下降させることができる。
制御部３は、例えば、培養液１１中の溶存酸素濃度の検出値が設定された値よりも低い際は酸素濃度が高い酸素含有ガスを供給して溶存酸素濃度を上昇させ、培養液１１中の溶存酸素濃度の検出値が設定された値より高い際は酸素濃度が低い酸素含有ガスを供給して溶存酸素濃度を下降させることができる。
制御部３は、例えば、培養液１１中の溶存酸素濃度の検出値が設定された値よりも低い際は酸素濃度が高い酸素含有ガスを供給して溶存酸素濃度を上昇させ、培養液１１中の溶存酸素濃度の検出値が設定された値より高い際は酸素濃度が低い酸素含有ガスを供給して溶存酸素濃度を下降させることができる。
【0072】
第３供給系７は、調整部２０と、第１供給管路２１と、第２供給管路２２と、第１流量調整部２３と、第２流量調整部２４と、を備える。第３供給系７は、供給管路１６を通してガス分散器１５に供給される酸素含有ガスの酸素濃度を調整する。
【0073】
第１供給管路２１は、調整部２０に、供給源（図示略）から供給された第１ガスを供給する。第１ガスは、例えば、空気である。第１ガスは、酸素含有ガスでもよいし、酸素を含まないガスでもよい。
【0074】
第１流量調整部２３は、第１供給管路２１を通した第１ガスの供給量を調整する。第１流量調整部２３は、例えば、バルブ、ポンプなどである。第１流量調整部２３がバルブである場合、第１流量調整部２３は、流路開口面積を調整することによって、第１供給管路２１を通した第１ガスの供給量を調整する。制御部３は、伝送線路３５を介して制御信号を第１流量調整部２３に送信し、第１流量調整部２３を動作させる。
【0075】
第２供給管路２２は、調整部２０に、供給源（図示略）から供給された第２ガスを供給する。第２ガスは、酸素含有ガスである。第２ガスの酸素濃度は、第１ガスの酸素濃度より高くてもよく、低くてもよい。第２ガスの酸素濃度は、例えば、０％を越え、１００％以下であってもよく、約２１％～１００％であってよい。
【0076】
第２流量調整部２４は、第２供給管路２２を通した第２ガスの供給量を調整する。第２流量調整部２４は、例えば、バルブ、ポンプなどである。第２流量調整部２４がバルブである場合、第２流量調整部２４は、流路開口面積を調整することによって、第２供給管路２２を通した第２ガスの供給量を調整する。制御部３は、伝送線路３６を介して制御信号を第２流量調整部２４に送信し、第２流量調整部２４を動作させる。
【0077】
調整部２０には、供給管路１６の基端と、第１供給管路２１の先端と、第２供給管路２２の先端とが接続されている。調整部２０は、第１供給管路２１からの第１ガスと、第２供給管路２２からの第２ガスとの混合ガスを、供給管路１６を通してガス分散器１５に送ることができる。
【0078】
制御部３は、第１流量調整部２３および第２流量調整部２４を操作し、第１ガスと第２ガスとの混合比率を調整することによって、混合ガスの酸素濃度を調整することができる。
【0079】
［細胞培養方法］（第４実施形態）
細胞培養装置３１０を用いて細胞を培養する方法を説明する。
細胞培養装置３１０を用いて細胞を培養する方法を説明する。
【0080】
（第１工程：槽振とう動作による酸素供給）
制御部３は駆動部２によって培養槽１に振とう動作を加え、培養液１１を揺動させる。制御部３は、例えば、培養槽１の振とう速度が時間経過とともに連続的に又は断続的に増加するように駆動部２の動作を制御する（図２～図４参照）。供給された酸素の少なくとも一部は細胞によって消費される。
制御部３は駆動部２によって培養槽１に振とう動作を加え、培養液１１を揺動させる。制御部３は、例えば、培養槽１の振とう速度が時間経過とともに連続的に又は断続的に増加するように駆動部２の動作を制御する（図２～図４参照）。供給された酸素の少なくとも一部は細胞によって消費される。
【0081】
（第２工程：第１供給系による酸素供給）
制御部３は、駆動部２による培養槽１の振とう速度が最大又は設定した値に達したことを検知すると、第１供給系４を駆動させる。詳しくは、駆動部２による培養槽１の振とう速度が最大又は設定した値に達したことを検知すると、制御部３は流量調整部１４を操作し、供給管路１３を通して高酸素濃度の酸素含有ガスを培養槽１内に供給する。制御部３は、例えば、酸素含有ガスの流量が時間経過とともに連続的に又は断続的に増加するように流量調整部１４の動作を制御する。供給された酸素の少なくとも一部は細胞によって消費される。
第２工程では、駆動部２による単位時間あたりの振とう動作数は最大値又は設定値に維持される。
制御部３は、駆動部２による培養槽１の振とう速度が最大又は設定した値に達したことを検知すると、第１供給系４を駆動させる。詳しくは、駆動部２による培養槽１の振とう速度が最大又は設定した値に達したことを検知すると、制御部３は流量調整部１４を操作し、供給管路１３を通して高酸素濃度の酸素含有ガスを培養槽１内に供給する。制御部３は、例えば、酸素含有ガスの流量が時間経過とともに連続的に又は断続的に増加するように流量調整部１４の動作を制御する。供給された酸素の少なくとも一部は細胞によって消費される。
第２工程では、駆動部２による単位時間あたりの振とう動作数は最大値又は設定値に維持される。
【0082】
（第３工程：第２供給系による酸素供給）
制御部３は、第１供給系４による酸素含有ガスの供給量が供給能力の最大に達したか、培養液１１中の溶存酸素濃度が設定した値に達したことを検知すると、第２供給系５を駆動させる。詳しくは、第１供給系４による酸素含有ガスの供給量が供給能力の最大に達したか、培養液１１中の溶存酸素濃度が設定した値に達したことを制御部３が検知すると、制御部３は流量調整部１７を操作し、供給管路１６を通して酸素含有ガス（例えば、空気）をガス分散器１５に供給する。ガス分散器１５は、散気（バブリング）によって酸素含有ガスを培養液１１中に供給する。制御部３は、例えば、酸素含有ガスの流量が時間経過とともに連続的に又は断続的に増加するように流量調整部１７の動作を制御する。供給された酸素の少なくとも一部は細胞によって消費される。
制御部３は、第１供給系４による酸素含有ガスの供給量が供給能力の最大に達したか、培養液１１中の溶存酸素濃度が設定した値に達したことを検知すると、第２供給系５を駆動させる。詳しくは、第１供給系４による酸素含有ガスの供給量が供給能力の最大に達したか、培養液１１中の溶存酸素濃度が設定した値に達したことを制御部３が検知すると、制御部３は流量調整部１７を操作し、供給管路１６を通して酸素含有ガス（例えば、空気）をガス分散器１５に供給する。ガス分散器１５は、散気（バブリング）によって酸素含有ガスを培養液１１中に供給する。制御部３は、例えば、酸素含有ガスの流量が時間経過とともに連続的に又は断続的に増加するように流量調整部１７の動作を制御する。供給された酸素の少なくとも一部は細胞によって消費される。
【0083】
制御部３は、第３実施形態の細胞培養方法と同様に、溶存酸素計６による溶存酸素濃度の検出値に基づいて、第２供給系５の駆動および停止を制御してもよい。例えば、溶存酸素濃度の検出値が予め設定された設定値以上であれば、制御部３は第２供給系５を駆動しない。溶存酸素濃度の検出値が予め設定された設定値を下回った場合は、第２供給系５を駆動させる。
【0084】
第３工程では、駆動部２による単位時間あたりの振とう動作数は最大値又は設定値に維持される。第１供給系４による酸素含有ガスの供給量も最大値又は設定値に維持される。
【0085】
（第４工程：第３供給系による酸素供給）
制御部３は、第２供給系５による酸素含有ガスの供給量が供給能力の特定の値（例えば、最大値）に達したか、設定した供給量に達したか、培養液１１中の溶存酸素濃度が設定した値に達したことを検知すると、第３供給系７を駆動させる。詳しくは、第２供給系５による酸素含有ガスの供給量が供給能力の特定の値に達したか、設定した供給量に達したか、培養液１１中の溶存酸素濃度が設定した値に達したことを制御部３が検知すると、制御部３は第１流量調整部２３および第２流量調整部２４を操作し、混合ガスの酸素濃度を調整する。具体的には、第１流量調整部２３および第２流量調整部２４における流路開口面積を調整することによって、混合ガスにおける第２ガスの比率を増加させる。例えば、第１流量調整部２３における流路開口面積を小さくするとともに、第２流量調整部２４における流路開口面積を大きくする。これにより、混合ガスにおける第２ガスの比率が増加するため、ガス分散器１５に送られる酸素含有ガスの酸素濃度が上昇する。
制御部３は、第２供給系５による酸素含有ガスの供給量が供給能力の特定の値（例えば、最大値）に達したか、設定した供給量に達したか、培養液１１中の溶存酸素濃度が設定した値に達したことを検知すると、第３供給系７を駆動させる。詳しくは、第２供給系５による酸素含有ガスの供給量が供給能力の特定の値に達したか、設定した供給量に達したか、培養液１１中の溶存酸素濃度が設定した値に達したことを制御部３が検知すると、制御部３は第１流量調整部２３および第２流量調整部２４を操作し、混合ガスの酸素濃度を調整する。具体的には、第１流量調整部２３および第２流量調整部２４における流路開口面積を調整することによって、混合ガスにおける第２ガスの比率を増加させる。例えば、第１流量調整部２３における流路開口面積を小さくするとともに、第２流量調整部２４における流路開口面積を大きくする。これにより、混合ガスにおける第２ガスの比率が増加するため、ガス分散器１５に送られる酸素含有ガスの酸素濃度が上昇する。
【0086】
酸素濃度の上昇速度については、予備試験を行うことによって、過不足なく細胞に酸素を供給できるような上昇速度を求めておくことが望ましい。
【0087】
「第２供給系５による酸素含有ガスの供給量が供給能力の特定の値に達する」とは、例えば、供給管路１６を通して酸素含有ガスを送るためのポンプが動作能の上限に達することなどをいう。このとき、第２供給系５による酸素供給量は特定の値（例えば、最大値）となる。
【0088】
制御部３は、例えば、酸素含有ガスの酸素濃度が時間経過とともに増加するように第１流量調整部２３および第２流量調整部２４の動作を制御することができる。
酸素含有ガスの酸素濃度が時間経過とともに増加するように第１流量調整部２３および第２流量調整部２４を操作するには、例えば、第１流量調整部２３の流路開口面積に対する、第２流量調整部２４の流路開口面積の比率を時間経過とともに大きくすればよい。
酸素含有ガスの酸素濃度が時間経過とともに増加するように第１流量調整部２３および第２流量調整部２４を操作するには、例えば、第１流量調整部２３の流路開口面積に対する、第２流量調整部２４の流路開口面積の比率を時間経過とともに大きくすればよい。
【0089】
第４工程では、駆動部２による培養槽１の振とう速度は最大値又は設定値に維持される。第１供給系４による酸素含有ガスの供給量も最大値又は設定値に維持される。第２供給系５による酸素含有ガスの供給量も最大値又は設定値に維持される。
【0090】
［第４実施形態の細胞培養装置および細胞培養方法が奏する効果］
細胞培養装置３１０は、第１実施形態および第２実施形態と同様の効果に加え、次の効果を奏する。
制御部３は、駆動部２による培養槽１の振とう速度が最大又は設定した値に達した後、第１供給系４を用いて高濃度の酸素含有ガスを供給する。第１供給系４の酸素供給量が最大又は設定した値に達した後、第２供給系５を用いてさらに酸素含有ガスを供給する。第２供給系５の酸素供給量が最大又は設定した値に達した後、第３供給系７を用いて酸素含有ガスの酸素濃度を高くする。
細胞培養装置３１０は、第１実施形態および第２実施形態と同様の効果に加え、次の効果を奏する。
制御部３は、駆動部２による培養槽１の振とう速度が最大又は設定した値に達した後、第１供給系４を用いて高濃度の酸素含有ガスを供給する。第１供給系４の酸素供給量が最大又は設定した値に達した後、第２供給系５を用いてさらに酸素含有ガスを供給する。第２供給系５の酸素供給量が最大又は設定した値に達した後、第３供給系７を用いて酸素含有ガスの酸素濃度を高くする。
【0091】
細胞培養装置３１０によれば、培養液１１中の細胞による酸素の消費量は増大するが、第１供給系４、第２供給系５および第３供給系７によって酸素を供給できるため、培養液１１の溶存酸素濃度は適正となり、細胞には十分な酸素が与えられる。よって、細胞の生理学的状態を良好に維持することができる。
【0092】
培養槽１に接続される供給管路は、フレキシブルなチューブ、ホース等でもよく、硬質のパイプ等でもよい。供給管路の材質としては、樹脂、ゴム、エラストマー、金属等が挙げられる。
【0093】
以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。改変としては、各実施形態における構成要素の追加、置換、省略、その他の変更が挙げられる。
【0094】
第２実施形態～第４実施形態では、酸素を供給する供給系の数が２または３である例を挙げたが、供給系の数は特に限定されない。供給系の数は１でもよいし、複数（２以上の任意の数）でもよい。例えば、第１～第３供給系に加え、第１～第３供給系とは異なる経路で酸素を培養液に供給する第４供給系を用いてもよい。
細胞培養装置は、図５に示す構成から第２供給系５を省いた構成、すなわち、培養槽１と、駆動部２と、制御部３と、第１供給系４とを備えた構成でもよい。
細胞の培養方式としては、回分培養、流加培養、灌流培養などが挙げられる。
細胞培養装置は、図５に示す構成から第２供給系５を省いた構成、すなわち、培養槽１と、駆動部２と、制御部３と、第１供給系４とを備えた構成でもよい。
細胞の培養方式としては、回分培養、流加培養、灌流培養などが挙げられる。
【0095】
駆動部２（図１参照）は、ひとつの供給系とみなすこともできる。そのため、実施形態の細胞培養装置は、細胞を含む培養液を貯留する培養槽と、前記培養槽に酸素を供給する１または複数の供給系とを備える細胞培養装置と言い換えることができる。
【符号の説明】
【0096】
１…培養槽、２…駆動部、３…制御部、４…第１供給系、５…第２供給系、６…溶存酸素計、７…第３供給系、１０，１１０，２１０，３１０…細胞培養装置、１１…培養液、１２…気体。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】