一次性细胞培养装置及培养袋的制作方法

本发明涉及一次性细胞培养装置及培养袋。

背景技术：

在生物医药品的生产中使用培养微生物、动物细胞、植物细胞、菌类等生物体细胞的培养法。在以往的生物体细胞的培养方法中，使用不锈钢制的培养槽。在培养槽中收容生物体细胞和培养液，通过搅拌工具搅拌培养液。

在结束培养重新进行培养时，在将培养液收容于培养槽之前，将培养槽、搅拌器等洗净，进行灭菌。该情况下，需要用于将培养槽内部灭菌的蒸气供给装置、用于洗净的洗净机构等附带设备，操作也不容易。

近年来，已知使用一次性的柔性袋进行生物体细胞的培养的一次性的培养系统(即，单次使用的(仅使用1次)培养系统)。通常，培养系统由具有柔性的一次性培养袋和收容该培养袋并保持形状的支撑体(外壳部)构成，该一次性培养袋由塑料制的膜等构成。

培养袋预先照射紫外线、γ射线等来进行灭菌，维持在洁净的状态，因此，可以不需要在使用上述的不锈钢制的培养槽时那样的灭菌、洗净的工序以及附带设备等。与一次性培养系统有关的发明例如记载于专利文献1、2。

具体说明时，在专利文献1中记载了一种培养袋，其收容含有被培养物的培养液以培养被培养物，其特征在于，具备：由塑料材料形成的袋主体、旋转自由地设置在所述袋主体内并搅拌所述培养液的搅拌器以及设置在所述袋主体内的挡板，所述挡板在所述搅拌器的旋转轴线方向延长并由塑料材料形成，在所述挡板上设有所述被培养物能通过的挡板开孔。

而且，该专利文献1中记载了培养袋的挡板与构成培养袋的膜一同进行热封而一体地接合的主旨。另外，作为其它方案，记载了通过设置于袋主体的外侧的挡板保持部来保持培养袋内的挡板的主旨。

另外，专利文献2中记载了一种搅拌罐反应器系统，其具备以下：(i)柔性袋，其具备至少1个开口部，且该袋作为用于流体介质的灭菌容器起作用；(ii)配置于该袋内的轴；(iii)可安装于该轴的叶轮，该叶轮用来搅拌该流体介质以提供流体力学环境；及(iv)安装于该轴及该袋的开口部的轴承。

而且，该专利文献2中记载了外壳具备多个挡板，袋在该挡板的周围被折叠的主旨。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-121302号公报

专利文献2：日本特表2007-534335号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

专利文献1所记载的挡板是为了在培养液中促进上下方向的流动、使搅拌效率改善而设置的。

但是，如专利文献1所记载的发明那样，在将挡板与构成培养袋的膜一同进行热封而接合时，担心在因施加于挡板的流体力等而对接合部分施加压力时该接合部分被破坏、或剥离，培养液漏出。另外，在接合温度、接合时间不适当地进行，接合不完全时，还担心从该接合不完全的部位漏出培养液。进而，在专利文献1所记载的其它方案中，还担心在对由挡板保持部保持的部分施加了压力时培养袋被破坏，培养液漏出。

在专利文献2所记载的发明中，由于在设置于外壳的多个挡板的周围袋被折叠，因此担心在对该折叠的部分施加了压力时袋被破坏。因此，该专利文献2所记载的发明也与专利文献1所记载的发明同样，担心培养液漏出。

本发明是鉴于上述状况而完成的，课题在于，提供一种能使培养液的搅拌效率改善、进一步减少培养液漏出的担心的一次性细胞培养装置及培养袋。

用于解决课题的手段

解决了上述课题的本发明涉及的一次性细胞培养装置的特征在于，具备收容培养袋的外壳部，该培养袋具有柔性且可在内部封入培养液，在所述外壳部的内面，在与所述培养袋抵接的抵接面的一部分设有弯曲凸状的突起部。

另外，本发明涉及的培养袋的特征在于，收容于一次性细胞培养装置的外壳部，具有柔性且可在内部封入培养液，设有与设置于所述外壳部的一部分的弯曲凸状的突起部相对应的形状的凹部。

发明效果

根据本发明，可提供能使培养液的搅拌效率改善、进一步减少培养液漏出的担心的一次性细胞培养装置及培养袋。

附图说明

图1是说明本发明涉及的一次性细胞培养装置的一实施方式的构成略图。

图2是说明图1所示的突起部的一方案的外壳部的切口图。

图3是图1的iii-iii线剖面图。

图4a是说明突起部的其它方案的剖面图。

图4b是说明突起部的其它方案的剖面图。

图4c是说明突起部的其它方案的剖面图。

图5是说明突起部的其它方案的外壳部的切口图。

图6是说明突起部的其它方案的外壳部的切口图。

图7是表示外壳部和突起物的其它方案的切口图。

图8是说明本发明涉及的一次性细胞培养装置的其它实施方案的构成略图。

图9a是表示设置于外壳部的底部的突起部的一例的略图。

图9b是表示设置于外壳部的底部的突起部的另一例的略图。

图10a是说明突起部的具体形状的立体图。

图10b是说明突起部的具体形状的剖面图。

图10c是说明突起部的具体形状的剖面图。

图10d是说明突起部的具体形状的剖面图。

图10e是说明突起部的具体形状的剖面图。

图11是说明本发明涉及的细胞培养装置的其它实施方案的构成略图。

具体实施方式

以下，适当参照附图，对本发明涉及的一次性细胞培养装置(以下称为“细胞培养装置”。)及培养袋的实施方式进行详细说明。

予以说明，本发明涉及的细胞培养装置及培养袋可在对生产成为医药品、健康食品等的主原料的物质的微生物、动植物的细胞进行培养时应用。在本发明中，作为生产对象的物质，没有任何限定，可举出例如：抗体、酶等蛋白质，低分子化合物、高分子化合物等生理活性物质以及病毒等。另外，可举出β-胡萝卜素、虾青素等类胡罗卜素，叶绿素、细菌叶绿素等色素，食品或化妆品等的着色等中所使用的藻青苷等藻胆色素蛋白质、脂肪酸等生理活性物质。

另外，作为培养对象的细胞，可举出动物细胞、植物细胞、光合成细菌、微细藻类、蓝藻类、昆虫细胞、细菌、酵母、真菌和藻类等。特别优选将生产抗体、酶等蛋白质的动物细胞作为培养对象。另外，对用于培养的培养基也没有特别限定，可使用以往的所有的培养基。

(细胞培养装置的一实施方式)

图1是说明本发明涉及的细胞培养装置的一实施方式的构成略图。

如图1所示，细胞培养装置100具备收容培养袋1的外壳部2。而且，该外壳部2在与培养袋1抵接的抵接面的一部分设有弯曲凸状的突起部4、4。予以说明，图1图示了在外壳部2内收容了封入有培养液7的培养袋1的情形。另外，如图1所示，细胞培养装置100具备对收容于培养袋1的培养液7进行搅拌的搅拌工具。作为搅拌工具，具体而言，在外壳部2的下方设有固定于支撑架台3的搅拌驱动装置5。该搅拌驱动装置5通过使外壳部2偏离中心轴旋转以对收容于培养袋1的培养液7进行搅拌。

予以说明，虽然图1中未图示，但细胞培养装置100具备在培养设备中不可缺少的空气、氧、氮及二氧化碳等的气体供给设备、温水冷水供给设备、给排水设备。另外，细胞培养装置100具备：为了培养目标细胞而预先制备了组成的培养基、在分批补料培养时在培养中进行添加的添加培养基的供给设备等。

(外壳部·支撑架台)

外壳部2及支撑架台3均只要具有能支撑充填有培养液7的培养袋1的重量、压力而维持形状程度的强度即可，金属制、硬质塑料制等材质都没问题。

(突起部)

在此，图2是说明图1所示的突起部4的一方案的外壳部2的切口图。另外，图3是图1的iii-iii线剖面图。予以说明，图3中，在说明及图示的方便上，使外壳部2的内壁浮起来地图示培养袋1，但实际上，因封入的培养液7的压力而压接于外壳部2的内壁面和突起部4。另外，图4a～c分别是说明突起部4的其它方案的剖面图。

如图2及图3所示，突起部4可采用大致三棱柱状，但并不限于此，可如图4a所示那样采用大致半圆柱状，或如图4b所示那样采用与培养袋1抵接的两个面稍微隆起的大致三棱柱状，或如图4c所示那样采用大致半椭圆柱状。即，本发明中的突起部4只要以在培养袋1被施加了压力时不被破坏的方式使成为边的部分4a带一些圆(弯曲)而形成即可。通过具备这样的突起部4，细胞培养装置100在被搅拌的培养液7接触该突起部4时能促进上下方向的流动。因此，细胞培养装置100能使培养液7的搅拌效率改善。予以说明，图2所示的突起部4的上端部分4b及下端部分4c均可设为开口状态，但也可使用板材、盖部件等堵塞开口部分，设为闭口状态(在后述的图5、图6、图7所示的方案中也同样。)。另外，形成上端部分4b及下端部分4c的边4d优选以带圆的方式进行加工。这样，能更难以破坏培养袋1。

如图2及图3所示，成为边的部分4a的圆优选例如使曲率半径相对于底边4e的长度成为0.05～0.5倍。如果将成为边的部分4a的曲率半径设为该范围，则由于成为边的部分4a带有适当的圆，因此，能难以破坏培养袋1。从更难以破坏培养袋1的观点出发，成为边的部分4a的曲率半径优选设为0.2以上，优选设为0.45以下。

如图3所示，突起部4的高度w优选相对于外壳部2的内部尺寸d，以w/d计在0.05～0.15的范围。使突起部4的高度w和内部尺寸d的关系为这样时，能对于培养液7进一步促进上下方向的流动，而不过度妨碍被搅拌的培养液7的旋涡流。因此，细胞培养装置100能使搅拌效率进一步改善。从进一步改善搅拌效率的观点出发，突起部4的高度w优选以w/d计设为0.08以上，优选设为0.13以下。

另外，如图3所示，突起部4的高度w也可设为突起部4的横截面上的底边的长度b的0.5～5倍。使突起部4的高度w和突起部4的底边的长度b的关系为这样的情形也与上述同样，能对于培养液7进一步促进上下方向的流动，而不过度妨碍被搅拌的培养液7的旋涡流。因此，细胞培养装置100能使搅拌效率进一步改善。从进一步改善搅拌效率的观点出发，突起部4的高度w优选设为突起部4的底边的长度b的1以上，优选设为3以下。

进而，如图1所示，突起部4的纵向长度l优选相对于被封入于培养袋1的培养液7的液面高度h，以l/h计在0.05～1的范围。在此，如图5所示，突起部4可在同一线上分割多个而配置，该情况的长度l设为在同一线上分割地配置的多个突起部4、4、4的长度合计而成的长度(该例中，突起部4和突起部4之间的距离不包含于长度l)。予以说明，图5是说明突起部4的其它方案的外壳部2的切口图。

将突起部4的纵向长度l和培养液7的液面高度h的关系设为上述的范围时，与上述同样，能对于培养液7进一步促进上下方向的流动，而不过度妨碍被搅拌的培养液7的旋涡流。因此，细胞培养装置100能使搅拌效率进一步改善。从进一步改善搅拌效率的观点出发，突起部4的纵向长度l优选以l/h计设为0.3以上，优选设为0.8以下。

如图1～3所示，上述的突起部4对于外壳部2的侧壁部，可设在与铅直方向平行的方向上。另外，如图6所示，突起部4也可相对于铅直方向倾斜规定角度θ地设于外壳部2的侧壁部。予以说明，图6是说明突起部4的其它方案的外壳部2的切口图。

规定角度θ可任意设定。规定角度θ例如优选在将铅直方向设为0°时，设为超过0°且45°以下。这样倾斜的情形也与上述同样，能在培养液7中促进上下方向的流动。

另外，突起部4也可装卸自由地安装。在此，图7是表示外壳部2和突起部4的其它方案的切口图。

如图7所示，作为其它方案，在外壳部2内设置具有1个以上的孔部21a的固定机构21。而且，在突起部4上设置用于固定于固定机构21的孔部21a的固定部20。

固定机构21只要能通过固定部20固定突起部4，则可以为任何固定机构，例如可以由冲孔金属、金属网形成。

固定部20优选设置于成为边的部分4a的对面侧、即突起部4的底边。这样，可避免固定部20与培养袋1接触而破坏培养袋1的情况。固定部20例如可设为与冲孔金属的孔吻合的形状的凸状体、与金属网的网眼卡定的钩等。

通过具备固定机构21和固定部20，可自由改变突起部4的安装位置及安装角度，且可装卸自由地固定突起部4。

(培养袋)

如图1所示，本发明涉及的培养袋1只要是收容于细胞培养装置100的外壳部2、具有柔性、可在内部封入培养液7的培养袋，就可使用而没有特别限定。

培养袋1可优选使用例如由乙烯·乙烯基·乙酸酯、乙基·乙烯基·醇等的多层膜构成的培养袋。这样的培养袋1由各公司市售医药品包装用途的一次性的袋，可任意选择地使用。予以说明，市售的培养袋通常预先利用γ射线、紫外线、环氧乙烷气体等进行灭菌而维持无菌状态，气体、液体等内容物几乎被抽出，以折叠的状态提供。

关于这样的培养袋1，在本发明中，优选设有与设置于外壳部2的一部分的弯曲凸状的突起部4相对应的形状的凹部1a(参照图3)。这样，在将培养袋1设置于外壳部2时，外壳部2的突起部4和培养袋1的凹部1a一致，因此不易对培养袋1施加负担。即，对培养袋1未施加多余的压力，因此可进一步防止培养袋1破坏。

在培养袋1中设有液体中通气用气体供给管8、气相用气体供给管9、培养基供给管10、培养液排出管11及气体排出管12。

在液体中通气用气体供给管8的设于培养袋1内部的前端部与用于产生气泡的散气工具13连接。予以说明，散气工具13通过熔接等设于沿着培养袋1内的侧壁部的底部。这样设置散气工具13时，利用由散气工具13产生的气泡在培养液7中产生上升流。因此，能使培养液7的搅拌效率进一步改善。

另外，在液体中通气用气体供给管8、气相用气体供给管9、培养基供给管10、培养液排出管11及气体排出管12上分别设有阀6，能适当地控制通气、通液的on/off、它们的流量。

在液体中通气用气体供给管8、气相用气体供给管9、气体排出管12上设有用于防止来自外部的微生物的侵入的气体用过滤器14。予以说明，此外也可设置取样、ph调节用试剂注入、培养基交换用配管等，但对图1中的记载省略。

另外，作为培养状态的计量工具，具备计量ph、温度、溶解氧浓度及溶解二氧化碳浓度等的装置和各自的传感器，但图1中进行简单化而作为计量工具15记载。

(操作方法)

对以上说明的细胞培养装置100和培养袋1的操作方法(培养的操作步骤)，以下参照图1进行详细说明。予以说明，以下的说明对操作的概要进行说明，不一定局限于下述的步骤。

培养袋1以折叠的状态提供，利用位置固定支撑件16a、16b，以成为外壳部2的规定安装配置的方式定位地安装。培养袋1在安装时，在外壳部2的上部设有开口部的情况下，可从上部的开口部插入进行配置，在侧壁部设有开口部的情况下，可从侧壁部插入进行配置。这样，在外壳部2的侧壁部设有开口部的情况下，优选采用公知的开闭机构。

经由培养基供给管10而在培养袋1的内部充填悬浮有目标细胞和培养基的培养液7。培养液7可以在以成为预先规定的细胞浓度的方式制备之后被充填，但也可以在充填培养基之后，播种细胞并以成为规定的细胞浓度的方式制备。予以说明，图中未记载的培养基供给槽或培养液制备槽和培养基供给管10当然无菌地连接。在任一情况下，都通过所充填的培养液7的重力引起的压力而将培养袋1压接于外壳部2的内壁面和突起部4。

其结果，在与外壳部2抵接的培养袋1的内面形成弯曲凸状的突起部4形成的挡板(障碍板)。

如上所述，在支撑架台3上，将培养袋1和外壳部2作为一体而设有基于偏离中心轴进行旋转引起的振荡方式的培养液7的搅拌驱动装置5。通过驱动搅拌驱动装置5，可使培养袋1内的培养液7流动并进行搅拌。如图3所示，利用搅拌驱动装置5，培养液7产生大致水平方向的旋涡流，但外周部的培养液7的一部分撞击由外壳部2的突起部4(图3中例示有4个突起部4)形成的挡板。由此，旋涡流的方向被转换而产生上下方向的流动，能有效地进行混合，使得培养液7变得均匀。

培养袋1经由液体中通气用气体供给管8而与液体中通气用的气体供给工具17连接，经由气相用气体供给管9与气相用的气体供给工具18连接。驱动液体中通气用的气体供给工具17和气相用的气体供给工具18而在培养袋1内通气规定浓度的氧混合气体，开始培养。

从液面或液体中通气的氧气溶解于液体中，在如上所述旋涡流的方向被转换而产生上下方向的流动时在培养袋1内流动，因此在进行培养的期间，能将氧均匀地供给至培养液7中的细胞，能使培养液的搅拌效率改善。

培养液7的ph、温度、do(溶解氧浓度)、dco2(溶解二氧化碳浓度)利用作为计量工具15而代表性记载的相应的传感器及计量器进行测定，输入控制装置19。在控制装置19中，通过调整空气和氧以及氮的混合气体的各通气量来维持规定的ph、do、dco2以继续进行培养。另外，细胞浓度、培养基成分浓度的测定可利用培养液排出管11或另外设置的取样用管(未图示)无菌地取出培养中的培养液7的一部分并进行计量。在利用光学浊度进行细胞浓度的计量的情况下，作为上述的计量工具15，可通过连接预先设置的浊度传感器而实现。由此，在进行培养的期间，能将培养液7中的培养环境维持在适于细胞培养的状态。

培养结束时，停止搅拌驱动装置5，停止外壳部2的摇动。其后，经由设置于培养袋1的下部的培养液排出管11而排出培养液7。通过从所排出的培养液7进行目标培养生产物的回收、提纯等的后工序，结束一系列的培养生产工序。

排出培养液7之后，从外壳部2取下培养袋1将其废弃。为了开始接着的培养生产工序，在外壳部2上安装新的培养袋1。

(细胞培养装置的其它实施方式)

图8是说明本发明涉及的细胞培养装置的其它实施方式的构成略图。就图8所示的细胞培养装置200和上述细胞培养装置100而言，细胞培养装置200在外壳部2的底部设有弯曲凸状的突起部26这一点不同，其以外的结构与细胞培养装置100完全同样。因此，关于细胞培养装置200，对与细胞培养装置100不同的结构进行说明，对与细胞培养装置100同样的结构省略说明。

在此，图9a是表示设置于外壳部的底部的突起部的一例的略图。如图9a所示，突起部26可从外壳部2的底部的中心位置以辐射线状等间隔地配置4个。

另外，图9b是表示设置于外壳部的底部的突起部的其它一例的略图。如图9b所示，突起部26可从外壳部2的底部的中心位置以辐射线状等间隔地配置3个。

以图9a所示的方案或图9b所示的方案设置突起部26时，任一种情况下，在被搅拌的培养液7与该突起部26接触时，能进一步促进上下方向的流动。因此，细胞培养装置200能使培养液7的搅拌效率进一步改善。

予以说明，图10a是说明突起部26的具体形状的立体图。图10b～图10e分别是说明突起部26的具体形状的剖面图。

突起部26可如图10a或图10b所示地设为大致三棱柱状。予以说明，就图10a所示的突起部26和图10b所示的突起部26而言，图10b所示的突起部26与图10a所示的突起部相比，在成为边的部分26a的曲率半径大这一点上不同。

另外，突起部26可如图10c所示地设为大致半圆柱状，可如图10d所示地设为大致半椭圆柱状。进而，突起部26也可如图10e所示地设为一个面26c的面积和其它面26c的面积不同的非对称形状。

(细胞培养装置的其它实施方式)

对在细胞培养装置100及细胞培养装置200中将培养袋1和外壳部2作为一体、设有基于由偏离中心轴进行旋转引起的振荡方式的培养液7的搅拌驱动装置5的例子进行说明。但是，本发明中的培养液的搅拌方法并不限定于上述的方法，可应用各种方式。

在此，图11是说明本发明涉及的细胞培养装置的其它实施方式的构成略图。

图11所示的细胞培养装置300示出在搅拌驱动装置5中使用了磁耦合的例子。细胞培养装置300在收容于外壳部2内的培养袋1的上部设有顶板51。而且，在培养袋1的内部配置磁性耦合部件52，在与顶板51上的磁性耦合部件53之间构建磁耦合。在磁性耦合部件52上连接有具有刚性的旋转轴24，浸渍在培养液7中。在旋转轴24上固定有搅拌叶25a及搅拌叶25b。

因此，在接受来自控制装置19的信号而驱动搅拌驱动装置5时，磁性耦合部件53旋转。而且，其旋转力经由磁性耦合部件52而传递至旋转轴24，搅拌叶25a及搅拌叶25b旋转。根据细胞培养装置300，能搅拌培养液7而不在培养袋1上设置贯通孔。予以说明，作为用于搅拌的密封机构，并不限定于使用上述的磁耦合的方法，也可应用使用公知的机械密封(封轴装置)的机械的密封工具。予以说明，关于图11所示的细胞培养装置300中的培养的操作步骤，除培养液7的流动搅拌工具不同之外，与细胞培养装置100同样，因此省略说明。

根据以上说明的本发明涉及的细胞培养装置及培养袋，由于在外壳部上设有弯曲凸状的突起物，因此能使培养液的搅拌效率改善。另外，该突起物不需要接合、保持件，不需要折叠等操作，因此，即使施加了压力，也没有破坏培养袋的风险。因此，能进一步减少培养液漏出的担心。

根据本发明，由于培养液的搅拌效率改善，因此能促进培养细胞和培养基的混合，对培养细胞进行营养成分、及呼吸所需的溶解氧的供给，并使培养生产效率改善。

另外，由于培养液的搅拌效率改善，因此，能以少于以往的动力进行细胞培养，能降低动力成本。

附图标记说明

100、200、300细胞培养装置(一次性细胞培养装置)

1培养袋

1a凹部

2外壳部

4、26突起部