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JP2009100652A - Fluid feeding device and cell culture apparatus using the same - Google Patents

Fluid feeding device and cell culture apparatus using the same Download PDF

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JP2009100652A
JP2009100652A JP2007272933A JP2007272933A JP2009100652A JP 2009100652 A JP2009100652 A JP 2009100652A JP 2007272933 A JP2007272933 A JP 2007272933A JP 2007272933 A JP2007272933 A JP 2007272933A JP 2009100652 A JP2009100652 A JP 2009100652A
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JP
Japan
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fluid
culture
rotor
storage chamber
discharge port
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007272933A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Ijima
博之 井嶋
Yasuo Kaketani
泰雄 掛谷
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Kyushu University NUC
Original Assignee
Kyushu University NUC
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Publication date
Application filed by Kyushu University NUC filed Critical Kyushu University NUC
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/02Stirrer or mobile mixing elements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluid feeding device having a simple constitution, and to provide a cell culture apparatus that uses the device. <P>SOLUTION: A rotor 1 of a stirrer is rotatably housed in a housing chamber 2, and a suction port 3 and a discharge port 4 for making a fluid go in and out are provided in the housing chamber 2. The discharge port is provided at a position where the fluid can be made to discharge from the discharge port to the outside of the housing chamber by the inertial force produced in the fluid in the housing chamber in the inner sidewall of the housing chamber. The suction port is provided at (a) a position where only the force that causes inflow as a result of the discharge from the discharge port would operate, or at (b) a position where a larger force that causes inflow as a result of discharge from the discharge port operates, even though the force operates so as to discharge the fluid by the inertial force produced in the fluid in the housing chamber, when the rotor is rotated. Furthermore, the compact cell culture apparatus is obtained, by connecting a culture flow channel to the suction port and the discharge port of the fluid feeding device. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、一定の方向に流体の流れを作り出す流体送り装置、および該流体送り装置を用いた細胞培養装置、該細胞培養装置を用いた細胞培養方法並びに薬物代謝シミュレーション方法に関するものである。   The present invention relates to a fluid feeder that generates a fluid flow in a certain direction, a cell culture device using the fluid feeder, a cell culture method using the cell culture device, and a drug metabolism simulation method.

通常の動物細胞は壁付着性を有しており、何かに付着しなければ増殖・機能発現のみならず生存も出来なくなる。そのため通常、細胞付着処理されたポリスチレンなどの培養基材に付着させた単層培養(二次元細胞培養)法が用いられている。一方、近年、三次元細胞培養技術が注目されている。三次元細胞培養とは、立体的環境下において行う細胞培養であって、これによって、細胞自体の持つ機能を向上させ、臓器・器官でみられる機能を持った組織や細胞の培養が可能となる(例えば、非特許文献1〜4)。ただし、機能性培養基材を用いたり培養培地の最適設計により二次元細胞培養でも三次元細胞培養と変わらない培養を行うことも可能である(例えば、特許文献1,2)。   Ordinary animal cells have wall-adhesive properties. If they do not attach to anything, they cannot survive as well as proliferate and function. For this reason, a single-layer culture (two-dimensional cell culture) method in which cells are attached to a culture substrate such as polystyrene subjected to a cell adhesion treatment is usually used. On the other hand, in recent years, three-dimensional cell culture technology has attracted attention. Three-dimensional cell culture is a cell culture performed in a three-dimensional environment, which improves the functions of the cells themselves and enables the culture of tissues and cells with functions found in organs and organs. (For example, non-patent documents 1 to 4). However, it is also possible to perform culture that is the same as three-dimensional cell culture even in two-dimensional cell culture by using a functional culture substrate or by optimal design of the culture medium (for example, Patent Documents 1 and 2).

細胞培養を行なうために、製薬会社などでは大規模な培養プラントが開発されているが、他方、研究開発や検査のレベルでは、比較的小規模な細胞培養システムが重要である。そのような比較的小規模なシステムとしては、例えば、次のものが挙げられる。
ホローファイバー・バイオリアクター:SciMedia社製のものが知られており、中空糸膜を用いて栄養分を供給し、インキュベーター、培養器具、電極類、各種ポンプなどから構成される装置である。
大量培養用セルキューブシステム:Corning社製のものが知られており、システムコントローラー、還流ポンプ、培地ポンプ、酸素ジェネーターなどによって構成された装置である。
メンブレンバイオリアクター:ザルトリウス社製のものが知られており、培養器を回転させることにより大量培養を可能としたものである。
RCCS(Rotary Cell Culture System):三次元培養システムの1つであって、Synthecon社製のものが知られており、通常のインキュベーター内で、回転制御装置を用いて培養容器自体を回転させるもので、pHや酸素電極を必要としないものである。
その他、特殊処理により細胞塊(細胞塊の中で細胞が三次元培養される)を形成させる培養プレート製品があるが、培養液を流動させるものではないため、長期間の培養や細胞機能の維持は困難である。また、細胞外マトリックスを用いた三次元培養組織構築プレート製品、抗体や組換えタンパク質の生産を行えるCELLineフラスコ(BD社)など、生体内に近い立体的環境での細胞形態観察を可能にしたバイオ製品が開発されている。
In order to perform cell culture, large-scale culture plants have been developed by pharmaceutical companies and the like. On the other hand, a relatively small-scale cell culture system is important at the level of research and development. Examples of such a relatively small system include the following.
Hollow fiber bioreactor: A product manufactured by SciMedia is known, which supplies nutrients using a hollow fiber membrane and is composed of an incubator, a culture instrument, electrodes, various pumps, and the like.
Cell Cube System for Mass Culture: A product made by Corning is known, and is an apparatus constituted by a system controller, a reflux pump, a medium pump, an oxygen generator, and the like.
Membrane bioreactor: A product made by Sartorius is known, which enables mass culture by rotating an incubator.
RCCS (Rotary Cell Culture System): One of the three-dimensional culture systems known from Synthecon, which rotates the culture vessel itself using a rotation control device in a normal incubator. , PH and oxygen electrodes are not required.
In addition, there is a culture plate product that forms a cell mass (cells are three-dimensionally cultured in the cell mass) by special treatment, but it does not flow the culture solution, so it can maintain long-term culture and cell function. It is difficult. In addition, 3D culture tissue construction plate products using extracellular matrix, CELLine flask (BD) capable of producing antibodies and recombinant proteins, etc. The product is being developed.

様々な細胞種に対する培養技術は、細胞自身が持つ組織形成能力や修復能力、または医療用タンパク質などの物質生産能力などを飛躍的に向上させることができるため、再生医療分野における人工臓器や幹細胞治療、さらには、医療用タンパク質生産、バイオデバイス(細胞を組み込んだ医療器具)の開発などを行うためのバイオツールとして非常に注目されている。   Culture technology for various cell types can dramatically improve the ability of cells themselves to form and repair tissues, or the ability to produce substances such as medical proteins, so artificial organs and stem cell treatment in the field of regenerative medicine Furthermore, it has attracted much attention as a biotool for producing protein for medical use and developing biodevices (medical instruments incorporating cells).

しかしながら、従来の培養装置は、医療用タンパク質の生産細胞などの特定の細胞種に対して開発されたものであり、そのような専用装置は、各種細胞の持つ足場依存性、細胞観察が困難であること、高い流速による細胞へのストレス、高価な培養液の大量の使用などの理由から、胚性幹細胞や神経幹細胞、初代培養細胞など、多様な細胞種には適応することができない。
また、大量の試験数を一度に処理するためには、多数の装置を並列に配置しなければならないが、装置の占有場所や、コストの面から、容易に実現できることではない。
However, conventional culture devices have been developed for specific cell types such as cells producing protein for medical use, and such dedicated devices are difficult to observe due to anchorage and cell observation of various cells. For some reasons, stress on cells due to a high flow rate, and the use of a large amount of expensive culture solution, it cannot be applied to various cell types such as embryonic stem cells, neural stem cells, and primary cultured cells.
In order to process a large number of tests at once, a large number of devices must be arranged in parallel. However, this is not easily realized from the viewpoint of the occupied area of the device and the cost.

従って、簡単な構成によって小型化も可能な培養装置、さらには安価である培養装置が開発できれば、立体的環境下で多様な細胞種の培養が可能になり、また多くの試験処理が並列的に達成できるようになり、培養技術の発展に大きく貢献できるようになる。
この点に関して、本発明者等が従来の培養装置を検討したところ、従来の装置は、主として、培養液を送るためのポンプ装置とチューブとを組み合わせた構成をとるために、それに起因して次の問題が存在することがわかった。
(a)ポンプ装置とチューブとを組み合わせた構成では、装置全体が複雑かつ大掛かりにならざるを得ず、また、装置自体の価格も高価である。
(b)多検体処理には多くのポンプとチューブを並列的に配置しなければならず、装置の占有面積、コストがさらに増大する。
(c)ポンプ、チューブの内部を満たすために、多量の培養液が必要である。
(d)ポンプ圧力によって気泡が発生し易く、該気泡によって培養体積が減少したり、ポンプが正常に作動しなくなるので、これを解消するために、培養液の流速を高く保ち、常に培養層やチューブ内からエアーを抜かなければならない。しかし、正常細胞や幹細胞培養、組織培養において、流速を高くすると、細胞はダメージを受ける。
Therefore, if a culture device that can be miniaturized with a simple configuration and a culture device that is inexpensive can be developed, various cell types can be cultured in a three-dimensional environment, and many test processes can be performed in parallel. And will be able to contribute greatly to the development of culture technology.
In this regard, the present inventors have examined a conventional culture device, and the conventional device mainly has a combination of a pump device for feeding a culture solution and a tube. It was found that there was a problem.
(A) In the structure which combined the pump apparatus and the tube, the whole apparatus must be complicated and large, and the price of the apparatus itself is also expensive.
(B) For multi-sample processing, many pumps and tubes must be arranged in parallel, which further increases the occupation area and cost of the apparatus.
(C) A large amount of culture solution is required to fill the inside of the pump and tube.
(D) Bubbles are easily generated by the pump pressure, and the culture volume is reduced by the bubbles or the pump does not operate normally. To solve this, the flow rate of the culture solution is kept high, and the culture layer or Air must be evacuated from the tube. However, in normal cells, stem cell cultures, and tissue cultures, cells are damaged when the flow rate is increased.

上記のような問題は、細胞培養だけでなく、マイクロリアクターなどを用いた流体化学的試験、核酸やたんぱく質、糖、脂質などの生体分子間の相互作用試験、酵素反応試験、化学合成、結合反応試験、薬物代謝試験などにおいても、同様に存在する問題である。   The above problems are not only in cell culture, but also in fluid chemical tests using microreactors, interaction tests between biomolecules such as nucleic acids, proteins, sugars, and lipids, enzyme reaction tests, chemical synthesis, binding reactions The same problem exists in tests, drug metabolism tests, and the like.

生体内における薬物代謝をシミュレートすることは、医薬品開発段階における薬効持続性や副作用の評価などにおいてきわめて重要であるが、生体内の薬物代謝を再現しているというに足るような、有用なインビトロの評価系は未だに得られていない。ハイスループット化が可能な小スケールの評価系としては、マルチウェルプレートを用いた静置培養が最も良好であるが、生体内の薬物代謝挙動を予測するには程遠いというのが現状である。したがって、生体内における薬物代謝挙動をシミュレートするに足る、ハイスループット可能なインビトロの細胞機能評価系が切望されている。
特開2004-166717公報 特開2004-267207公報 Bell E, IvarssonB, Merrill C (1979) Proc Natl AcadSciUSA. Mar; 76(3): 1274-8. Chen SS, RevoltellaRP, Papini S, Michelini M, Fitzgerald W, Zimmerberg J, MargolisL(2003) Stem Cells. 21(3): 281-95. Saito N, Okada T, Horiuchi H, Murakami N, Takahashi J, NawataM, Ota H, Nozaki K, Takaoka K. (2001) Nat Biotechnol. Apr; 19(4): 332-5. Evans GR, Brandt K, Widmer MS, Lu L, MeszlenyiRK, Gupta PK, Mikos AG, Hodges J, Williams J, GurlekA, Nabawi A, Lohman R, Patrick CW Jr. (1999) Biomaterials. Jun; 20(12): 1109-15.
Simulating in vivo drug metabolism is extremely important in evaluating drug efficacy and side effects at the drug development stage, but it is useful in vitro to reproduce drug metabolism in vivo. No evaluation system has yet been obtained. As a small-scale evaluation system capable of achieving high throughput, stationary culture using a multiwell plate is the best, but it is far from predicting drug metabolism behavior in vivo. Therefore, an in vitro cell function evaluation system capable of high throughput that is sufficient for simulating drug metabolism behavior in vivo is eagerly desired.
JP 2004-166717 A JP 2004-267207 A Bell E, IvarssonB, Merrill C (1979) Proc Natl AcadSciUSA. Mar; 76 (3): 1274-8. Chen SS, RevoltellaRP, Papini S, Michelini M, Fitzgerald W, Zimmerberg J, MargolisL (2003) Stem Cells. 21 (3): 281-95. Saito N, Okada T, Horiuchi H, Murakami N, Takahashi J, NawataM, Ota H, Nozaki K, Takaoka K. (2001) Nat Biotechnol. Apr; 19 (4): 332-5. Evans GR, Brandt K, Widmer MS, Lu L, MeszlenyiRK, Gupta PK, Mikos AG, Hodges J, Williams J, GurlekA, Nabawi A, Lohman R, Patrick CW Jr. (1999) Biomaterials. Jun; 20 (12): 1109-15.

本発明の目的は、上記問題を解決し、簡単な構成を有する流体送り装置を提供し、かつ、該流体送り装置を用いた細胞培養装置を提供することにある。本発明のさらなる目的は、該細胞培養装置を用いて、従来よりも優れた細胞の薬物代謝シミュレーションシステムを提供することである。   An object of the present invention is to solve the above-described problems, provide a fluid feeder having a simple configuration, and provide a cell culture device using the fluid feeder. A further object of the present invention is to provide a cell drug metabolism simulation system that is superior to the conventional one using the cell culture apparatus.

本発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、スターラーの回転により生じる回転駆動部周りの流体の慣性力を利用することで、一定方向に流体の流れを作り出すことにより、簡便且つ省スペースで、静置培養よりも優れた細胞培養結果を得ることに成功した。さらに、該流体送り装置を用いた細胞培養を薬物代謝シミュレーションに適用したところ、従来よりも顕著な薬物クリアランスが得られることを見出して本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventors have created a fluid flow in a certain direction by utilizing the inertial force of the fluid around the rotation drive unit generated by the rotation of the stirrer. It succeeded in obtaining cell culture results superior to static culture in a simple and space-saving manner. Furthermore, when cell culture using the fluid feeder is applied to a drug metabolism simulation, it has been found that a marked drug clearance can be obtained as compared with the prior art, and the present invention has been completed.

即ち、本発明は、
[1]スターラーの回転子が回転可能に収容された収容室を有し、該収容室には、流体を出入りさせるための吸入口と吐出口とが設けられており、
吐出口は、収容室の内部側壁のうち、回転子を回転させたときに、収容室内の流体に生じる慣性力によって該流体が吐出口から収容室外へ流出し得る位置に設けられており、
吸入口は、回転子を回転させたときに、
(イ)吐出口からの流出に起因して流入しようとする力だけが作用する位置、または、
(ロ)収容室内の流体に生じる慣性力によって該流体が流出しようとする力が作用するが、その力よりも、吐出口からの流出に起因して流入しようとする力の方が大きく作用するような位置
に設けられており、
それによって、回転子を回転させたときに、収容室外の流体が吸入口から収容室内に流入し吐出口から収容室外に流出する流体送り作用が生じるものである、
流体送り装置、
[2]吐出口が、収容室の内部側壁のうち、回転子の回転によって描かれる回転円を取り巻く部分を少なくとも含む位置に設けられている、上記[1]記載の流体送り装置、
[3]吐出口が、収容室の内部側壁のうち、回転子の回転によって描かれる回転円を取り巻く部分を含まない位置に設けられている、上記[1]記載の流体送り装置、
[4]吸入口が、収容室の内部側壁に設けられている、上記[1]記載の流体送り装置;
[5]吸入口が、吸入口と吐出口とを結ぶ直線状もしくは円弧状の流路を想定したときに、該流路が回転子の回転軸方向にある壁と平行になるような位置に設けられており、且つ流路の中心軸が回転子の回転中心を通過しない、上記[4]記載の流体送り装置;
[6]回転子の回転円によって描かれる回転円が、吸入口と吐出口とを結ぶ流路の側面に外接するか、一方の側面を横切るが他方の側面を横切らない、上記[5]記載の流体送り装置;
[7]収容室の内部側壁を、回転子の回転によって描かれる回転円に沿って流路内に延長することを想定したときに、内部側壁が流路の側面に内接する、上記[6]記載の流体送り装置;
[8]吸入口が、吐出口に対して段違いとなる位置で、且つ、内部側壁の、回転子の回転によって描かれる回転円を取り巻く部分を含まない位置に設けられている、上記[2]記載の流体送り装置;
[9]スターラーの回転子が、水平回転可能に収容室に収容されている、上記[1]〜[8]のいずれかに記載の流体送り装置;
[10]スターラーがマグネチックスターラーであって、回転子が、収容室外に配置されたスターラー本体駆動装置から発せられる磁気の作用によって回転するものである、上記[1]〜[9]のいずれかに記載の流体送り装置;
[11]上記[1]〜[10]のいずれかに記載の流体送り装置と、該流体送り装置の収容室外に設けられた培養流路とを含む細胞培養装置であって、
培養流路の一端部が流体送り装置の吸入口に、他端部が該流体送り装置の吐出口にそれぞれ接続されており、
前記流体送り装置の流体送り作用によって、培養液が培養流路を通過する構成とされていることを特徴とする、細胞培養装置;
[12]流体送り装置のスターラーがマグネチックスターラーであり、回転子が、収容室外に配置されたスターラー本体駆動装置から発せられる磁気の作用によって水平回転するものであって、
該スターラー本体駆動装置は、1台で、複数の回転子を回転させ得るように構成されたものであり、
上記流体送り装置と上記培養流路とが接続された構成を含むユニットが、前記スターラー本体駆動装置上に複数配置され、1台のスターラー本体駆動装置によって前記複数のユニットが稼動する構成とされている、上記[11]記載の細胞培養装置;
[13]細胞の薬物代謝シミュレータである、上記[11]または[12]記載の細胞培養装置;
[14]
上記[11]または[12]記載の細胞培養装置の培養流路内に培養基材を配置し、培養流路および流体送り装置の収容室内に培地を添加し、細胞を播種して該細胞を該培養基材内もしくはその表面上に保持させた後、流体送り装置のスターラー回転子を回転させることにより、培養流路内を培地が一定方向に流通するようにすることを特徴とする、細胞培養方法;および
[15]上記[11]または[12]記載の細胞培養装置の培養流路内に培養基材を配置し、培養流路および流体送り装置の収容室内に培地を添加し、細胞を播種して該細胞を該培養基材内もしくはその表面上に保持させた後、薬物を含有する培地を、流体送り装置のスターラー回転子を回転させることにより流通させ、該薬物濃度の変化を測定することを含む、細胞の薬物代謝のシミュレーション方法;
を提供する。
That is, the present invention
[1] The stirrer rotor has a storage chamber in which the rotor is rotatably stored, and the storage chamber is provided with a suction port and a discharge port for allowing fluid to enter and exit,
The discharge port is provided on the inner side wall of the storage chamber at a position where the fluid can flow out of the storage chamber from the discharge port due to inertial force generated in the fluid in the storage chamber when the rotor is rotated.
When the rotor is rotated, the suction port
(B) A position where only the force to flow in due to outflow from the discharge port acts, or
(B) Although the force of the fluid trying to flow out is exerted by the inertial force generated in the fluid in the storage chamber, the force of flowing in due to the outflow from the discharge port acts more than that force. It is provided in such a position,
Thereby, when the rotor is rotated, a fluid feeding action in which the fluid outside the storage chamber flows into the storage chamber from the suction port and flows out of the storage chamber from the discharge port,
Fluid feeder,
[2] The fluid feeding device according to [1], wherein the discharge port is provided at a position including at least a portion surrounding a rotation circle drawn by rotation of the rotor, on the inner side wall of the storage chamber.
[3] The fluid feeding device according to the above [1], wherein the discharge port is provided at a position not including a portion surrounding a rotation circle drawn by rotation of the rotor on the inner side wall of the storage chamber.
[4] The fluid feeding device according to the above [1], wherein the suction port is provided on the inner side wall of the storage chamber;
[5] When the suction port is assumed to be a straight or arc-shaped flow path connecting the suction port and the discharge port, the flow path is positioned so as to be parallel to the wall in the rotation axis direction of the rotor. The fluid feeding device according to [4], wherein the fluid feeding device is provided and the center axis of the flow path does not pass through the rotation center of the rotor;
[6] The above-mentioned [5], wherein the rotation circle drawn by the rotation circle of the rotor circumscribes the side surface of the flow path connecting the suction port and the discharge port, or crosses one side surface but does not cross the other side surface. Fluid feeding device;
[7] The above [6], wherein the internal side wall is inscribed in the side surface of the flow path when the internal side wall of the storage chamber is assumed to extend into the flow path along a rotation circle drawn by rotation of the rotor. A fluid feeder as described;
[8] The above [2], wherein the suction port is provided at a position different from the discharge port and not including a portion surrounding the rotation circle drawn by rotation of the rotor on the inner side wall. A fluid feeder as described;
[9] The fluid feeding device according to any one of [1] to [8], wherein the stirrer rotor is housed in the housing chamber so as to be horizontally rotatable.
[10] Any of the above [1] to [9], wherein the stirrer is a magnetic stirrer, and the rotor is rotated by the action of magnetism emitted from a stirrer main body driving device arranged outside the storage chamber. A fluid feeder according to claim 1;
[11] A cell culture apparatus comprising the fluid feeder according to any one of [1] to [10] above and a culture channel provided outside a storage chamber of the fluid feeder,
One end of the culture channel is connected to the inlet of the fluid feeder, and the other end is connected to the outlet of the fluid feeder,
A cell culture device, wherein the culture solution is configured to pass through a culture flow path by a fluid feed action of the fluid feed device;
[12] The stirrer of the fluid feeding device is a magnetic stirrer, and the rotor rotates horizontally by the action of magnetism emitted from the stirrer body driving device disposed outside the storage chamber,
The stirrer main body driving device is configured to be capable of rotating a plurality of rotors by one unit.
A plurality of units including a configuration in which the fluid feeding device and the culture channel are connected are arranged on the stirrer body driving device, and the plurality of units are operated by one stirrer body driving device. The cell culture device of [11] above;
[13] The cell culture device according to [11] or [12] above, which is a drug metabolism simulator for cells;
[14]
A culture substrate is disposed in the culture channel of the cell culture device described in [11] or [12] above, a medium is added to the culture channel and the chamber of the fluid feeder, the cells are seeded, and the cells are seeded. A cell characterized in that, after being held in or on the surface of the culture substrate, the medium is circulated in the culture channel in a certain direction by rotating the stirrer rotor of the fluid feeder. A culture method; and [15] a culture substrate is disposed in the culture flow path of the cell culture device according to [11] or [12] above, a medium is added to the culture flow path and the accommodation chamber of the fluid feeder, and the cell The medium containing the drug is retained in or on the surface of the culture substrate, and then the drug-containing medium is circulated by rotating the stirrer rotor of the fluid feeder to change the drug concentration. Measuring cells, including measuring Simulation method of things metabolism;
I will provide a.

本来、スターラーの回転子は液体をかき混ぜるための部材であるから、液体中で該回転子をそのまま単純に回転させただけでは、液槽内には渦巻き状の流れが生じるだけである。これに対し、本発明の流体送り装置では、図1に示すように、スターラーの回転子1と収容室2とを組み合わせ、これに特定の開口3、4を加えることによって、ポンプのような一定方向への流体送り作用(吸入と吐出)を生じさせる。この一定方向への流体送り作用は、スターラーの回転子による全方向的な攪拌作用とは根本的に異なるものである。   Originally, the Stirrer rotor is a member for stirring the liquid, so that if the rotor is simply rotated as it is in the liquid, only a spiral flow is generated in the liquid tank. On the other hand, in the fluid feeding device of the present invention, as shown in FIG. 1, a stirrer rotor 1 and a storage chamber 2 are combined, and specific openings 3 and 4 are added thereto, thereby providing a constant like a pump. It causes fluid feeding action (intake and discharge) in the direction. This fluid feeding action in a certain direction is fundamentally different from the omnidirectional stirring action by the stirrer rotor.

当該流体送り装置による流体送り作用の発生原理は、以下の通りである。
即ち、図1に示すように、収容室2にスターラーの回転子1を回転可能に収容し、該収容室2に吸入口3と吐出口4を設ける。ここで回転子を回転させると、流体は回転円の半径方向と周方向に力を受けるが、慣性力により吐出口4から収容室外への流れが支配的となり、結果として、流体が吸入口3から収容室内に流入し吐出口4から収容室外に流出する流体送り作用が生じ、一定方向の流れが得られることになる。
The generation principle of the fluid feeding action by the fluid feeding device is as follows.
That is, as shown in FIG. 1, a stirrer rotor 1 is rotatably accommodated in an accommodation chamber 2, and a suction port 3 and a discharge port 4 are provided in the accommodation chamber 2. Here, when the rotor is rotated, the fluid receives a force in the radial direction and the circumferential direction of the rotation circle, but the flow from the discharge port 4 to the outside of the storage chamber becomes dominant due to the inertial force, and as a result, the fluid flows into the suction port 3. Thus, a fluid feeding action of flowing into the storage chamber and flowing out of the storage chamber from the discharge port 4 occurs, and a flow in a certain direction is obtained.

本発明による流体送り装置は、スターラーの回転子の回転により生じる流体の慣性力を利用して一定方向への流体の流れ(流体送り作用)を作り出す装置である。本装置は磁力などを用いることで、駆動装置本体とは非接触的に培地を流動させることができ、簡便に流通培養が可能である上に、雑菌汚染の危険性が大幅に低減されるという効果をも奏する。
さらに、従来より多検体評価に用いられるマルチウェルプレートによる静置培養と同等のスケールでの流通培養が可能となり、細胞の機能評価などをハイスループットで行うことができる。
The fluid feeding device according to the present invention is a device that creates a fluid flow (fluid feeding action) in a certain direction by using the inertia force of the fluid generated by the rotation of the stirrer rotor. By using magnetic force etc., this device can flow the culture medium in a non-contact manner with the drive device main body, and can be easily distributed and cultured, and the risk of contamination is greatly reduced. There is also an effect.
Furthermore, flow culture on the same scale as stationary culture using a multi-well plate conventionally used for multi-sample evaluation is possible, and cell function evaluation and the like can be performed with high throughput.

以下に、本発明の流体送り装置の構成を説明する。
図1は、当該流体送り装置の一例を示す模式図であって、装置の内部構造および動作原理を概略的に示している。図1は、当該装置を上から見た図である。天板はあってもよいが必須ではなく、ここでは収容室内を見せるために描いていない。回転子の回転中心1aは、図の理解を容易にするために書き加えたものであり、実在の回転シャフトである必要はない。また、図2は、図1のX−Yの方向に切ったときの当該装置の断面図を示している。
これら図1、2に示すように、当該流体送り装置は、スターラーの回転子1が回転可能に収容された収容室2を有する。該収容室2には、流体を出入りさせるための吸入口3と吐出口4とが設けられる。同図の例では、吸入口3と吐出口4とは、いずれも、該収容室2の内部側壁(即ち、回転子1の回転によって描かれる回転円あるいは該回転円およびその回転軸方向の延長1bを取り巻く壁)2aに設けられている。
吐出口が流体を吐出する開口として作用する理由は、上述のとおり、回転子の回転によって生じる流体の慣性力にある。即ち、回転子1を回転させたときに、収容室内の流体は慣性力により、吐出口4から収容室外への流れが支配的となり、その結果、流体は、矢印L1で示すように、吸入口3から収容室内に流入し、矢印L2で示すように、吐出口4から収容室外に流出する。
吐出口に接続される流路(即ち、吐出口から収容室外への向かう流路)の方向は、特に限定されないが、図1に示されるように、回転円の接線方向とすれば、収容室内にて回転運動する流体の接線方向の慣性力を吐出力として効率よく利用することができる。
Below, the structure of the fluid feeder of this invention is demonstrated.
FIG. 1 is a schematic view showing an example of the fluid feeding device, and schematically shows the internal structure and operating principle of the device. FIG. 1 is a top view of the apparatus. There may be a top plate, but it is not essential and is not drawn here to show the interior of the containment room. The rotation center 1a of the rotor is added for easy understanding of the drawing, and does not need to be an actual rotation shaft. FIG. 2 shows a cross-sectional view of the device when cut in the XY direction of FIG.
As shown in FIGS. 1 and 2, the fluid feeder includes a storage chamber 2 in which a stirrer rotor 1 is rotatably stored. The storage chamber 2 is provided with a suction port 3 and a discharge port 4 for allowing fluid to enter and exit. In the example of the figure, both the suction port 3 and the discharge port 4 are the inner side walls of the storage chamber 2 (that is, the rotation circle drawn by the rotation of the rotor 1 or the rotation circle and its extension in the direction of the rotation axis). Wall 1b) 2a.
The reason why the discharge port acts as an opening for discharging fluid is the inertial force of the fluid generated by the rotation of the rotor, as described above. That is, when the rotor 1 is rotated, the fluid flowing from the discharge port 4 to the outside of the storage chamber becomes dominant due to the inertial force of the fluid in the storage chamber. As a result, the fluid flows into the suction port as indicated by the arrow L1. 3 flows into the storage chamber and flows out of the storage chamber from the discharge port 4 as indicated by an arrow L2.
The direction of the flow path connected to the discharge port (that is, the flow path from the discharge port to the outside of the storage chamber) is not particularly limited. However, as shown in FIG. It is possible to efficiently use the tangential inertia force of the fluid that rotates and efficiently as the discharge force.

当該装置に用いられるスターラーは、モーターなどの駆動原と回転子とを回転シャフトによって直接接続したシャフトドライブ型のスターラーであってもよいが、マグネチックスターラーを用いれば、回転シャフトやそれを通過させる貫通孔や軸受け構造が省略でき、装置の構成がより簡単になる。また、外気との接触がないので、雑菌による内部の汚染の危険がきわめて低い。
以下の説明では、全て、スターラーとしてマグネチックスターラーを用いる態様を用いて本発明を説明するが、シャフトドライブ型のスターラーなど、他の駆動型のものと適宜置き換えてよい。
The stirrer used in the apparatus may be a shaft drive type stirrer in which a driving source such as a motor and a rotor are directly connected by a rotating shaft. However, if a magnetic stirrer is used, the rotating shaft and the shaft are allowed to pass therethrough. A through-hole or a bearing structure can be omitted, and the configuration of the apparatus becomes simpler. Moreover, since there is no contact with outside air, the risk of internal contamination by various bacteria is extremely low.
In the following description, the present invention will be described using an embodiment in which a magnetic stirrer is used as a stirrer. However, the present invention may be appropriately replaced with another driving type such as a shaft drive type stirrer.

マグネチックスターラー自体は、図11(a)に示すように、スターラー本体駆動装置Sから発せられる磁界の作用によって、回転子(攪拌子とも言う)1を回転させるよう構成された公知の攪拌装置である。
スターラー本体駆動装置Sの上面には、攪拌すべき槽を置くためのステージS1が設けられ、該ステージS1の下側に磁界発生装置が収容されている。通常、回転子の回転平面は、該ステージS1の面に平行な面となる。
スターラー本体駆動装置SのステージS1の面をどの方向に向けるか(水平面で上向き、水平面で下向き、垂直面、任意の傾きを持って上方または下方を向いた面など)、また、それによって、回転子の回転中心軸をどの方向に向けるかは自由である。以下の説明では、特に断らない限り、ステージS1の面を水平面で上向きまたは下向きとし、回転子を水平に回転させる態様を代表として本発明を説明する。回転子を水平に回転させる態様は、装置構成が簡単になり、本発明の特徴が最も顕著となる。ステージS1の面の傾き、回転子の回転中心軸の傾きは、適宜変更してよい。
回転子は、通常、攪拌すべき流体に対して安定であり、耐磨耗性の優れた材料(例えば、テフロン(登録商標)、ポリスチレン、ガラス、ポリプロピレン、ポリエチレンなど)からなる外層を有し、内部には、スターラー本体駆動装置Sから発せられる磁界の作用によって回転し得るように、永久磁石や磁性体が埋め込まれた構成を有する。
同図のマグネチックスターラーは、1つのスターラー本体駆動装置Sで、1つの回転子1を回転させるシングルタイプであるが、1つのスターラー本体駆動装置のステージ上で複数の回転子を同時に回転させ得るマルチタイプのものを構成し用いてもよい。
As shown in FIG. 11A, the magnetic stirrer itself is a known stirrer configured to rotate a rotor (also referred to as a stirrer) 1 by the action of a magnetic field generated from a stirrer main body driving device S. is there.
On the upper surface of the stirrer body driving device S, a stage S1 for placing a tank to be stirred is provided, and a magnetic field generator is accommodated below the stage S1. Usually, the rotation plane of the rotor is a plane parallel to the surface of the stage S1.
In which direction the surface of the stage S1 of the stirrer body drive device S is directed (upward on the horizontal surface, downward on the horizontal surface, vertical surface, upward or downward with an arbitrary inclination, etc.) The direction in which the rotation center axis of the child is directed is free. In the following description, unless otherwise specified, the present invention will be described with an aspect in which the surface of the stage S1 is upward or downward on a horizontal plane and the rotor is rotated horizontally. The aspect in which the rotor is rotated horizontally simplifies the apparatus configuration, and the features of the present invention are most remarkable. You may change suitably the inclination of the surface of stage S1, and the inclination of the rotation center axis | shaft of a rotor.
The rotor is usually stable to the fluid to be stirred and has an outer layer made of a material with excellent wear resistance (for example, Teflon (registered trademark), polystyrene, glass, polypropylene, polyethylene, etc.), The interior has a configuration in which a permanent magnet or a magnetic material is embedded so that it can be rotated by the action of a magnetic field generated from the stirrer main body driving device S.
The magnetic stirrer of the figure is a single type in which one rotor 1 is rotated by one stirrer body driving device S, but a plurality of rotors can be simultaneously rotated on the stage of one stirrer body driving device. Multi-types may be configured and used.

回転子の形状は、特に限定されず、従来公知のマグネチックスターラーの回転子を用いてよいが、回転で描かれる円の外周囲に流れを生じさせる形状が好ましい。そのような形状としては、棒状、十字状、放射状などが挙げられる。また、回転が滑らかになるように、胴体の中央部分が膨らんだものであってもよい。
回転子が棒状である場合、その長手方向に垂直な断面形状は、円形、三角形、方形、多角形などであってよい。回転子が、十字状、放射状などの場合も同様である。
回転子の回転によって描かれる回転円(回転子の回転動作を上方から見たときに、回転子によって占有される円形領域の外形線の円)の直径は、特に限定はされないが、0.1mm〜200mm、特に1mm〜10mmであれば、当該流体送り装置自体ひいてはそれを用いた細胞培養装置がコンパクトになり、同時に多数の該培養装置を並列配置することが可能となる。
The shape of the rotor is not particularly limited, and a conventionally known magnetic stirrer rotor may be used, but a shape that generates a flow around the outer circumference of a circle drawn by rotation is preferable. Examples of such a shape include a rod shape, a cross shape, and a radial shape. Moreover, the center part of the trunk | drum may swell so that rotation may become smooth.
When the rotor has a rod shape, the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction may be a circle, a triangle, a rectangle, a polygon, or the like. The same applies when the rotor has a cross shape, a radial shape, or the like.
The diameter of the rotation circle drawn by the rotation of the rotor (the circle of the outline of the circular area occupied by the rotor when the rotation of the rotor is viewed from above) is not particularly limited, but is 0.1 mm. If it is -200 mm, especially 1 mm-10 mm, the said fluid feeder itself and by extension the cell culture apparatus using it will become compact, and it will become possible to arrange many said culture apparatuses in parallel simultaneously.

回転子の回転数は、回転円の直径、回転子の形状、吸入口と吐出口の配置(即ち、培養流路のどの位置に収容室が配置されるか)、培養すべき細胞の種類などによっても異なるが、毎分1〜1000回転程度、特に毎分10〜100回転程度が好ましい範囲である。
また、回転子の回転方向は、時計回りでも、反時計回りでもよい。
The number of rotations of the rotor is the diameter of the rotation circle, the shape of the rotor, the arrangement of the inlet and outlet (ie, where in the culture channel the storage chamber is located), the type of cells to be cultured, etc. However, it is preferably about 1 to 1000 revolutions per minute, particularly about 10 to 100 revolutions per minute.
Further, the rotation direction of the rotor may be clockwise or counterclockwise.

当該流体送り装置の収容室の大きさは、スターラーの回転子を回転可能に収容し得るものであればよいが、収容室の大きさが回転円に対して過度に大きいと、吸入口と吐出口とが回転子から遠く離れることになり、慣性力による流体送り作用が得られ難くなる。
このような点からは、図3に示すように、回転円1bと内部側壁面との隙間g1、g2およびg3は、0.1mm〜10mm程度、特に0.2mm〜5mmが好ましい値である。
The size of the storage chamber of the fluid feeder is not limited as long as it can rotatably store the stirrer rotor. However, if the size of the storage chamber is excessively large with respect to the rotation circle, the suction port and the discharge port may be used. Since the outlet is far away from the rotor, it is difficult to obtain a fluid feeding action by inertial force.
From such a point, as shown in FIG. 3, the gaps g1, g2, and g3 between the rotating circle 1b and the inner side wall surface are about 0.1 mm to 10 mm, and particularly preferably 0.2 mm to 5 mm.

収容室を回転子の回転軸方向から見たときの基本形状は、図3(a)のような円形、図3(b)のような方形など、回転円を適度にはめ込むことができる形状が好ましい。特に、円形は、回転円と内部側壁面との隙間が全周にわたって均一であり、意図せぬ乱流を生じさせることなく、また、回転子を外周で保持できるので好ましい形状である。   The basic shape when the storage chamber is viewed from the direction of the rotation axis of the rotor is a shape that can fit the rotation circle appropriately, such as a circle as shown in FIG. 3A or a rectangle as shown in FIG. preferable. In particular, the circular shape is a preferable shape because the gap between the rotating circle and the inner side wall surface is uniform over the entire circumference, and the rotor can be held on the outer circumference without causing unintended turbulence.

図3(a)などに示すように、収容室を回転軸の方向からみたときの室内形状を、回転円に適合した円形とすることによって、回転子は、中心に回転シャフトを持たずとも、壁面に保持され安定して回転することが可能となる。このような態様は、より簡単な構成とする点からは好ましい。回転円の直径によっても異なるが、収容室の直径と、回転円の直径との差が、0.5mm〜2mm程度であればガタつきがなく好ましい。
また、図3(b)に示すように、収容室を回転軸方向から見たときの室内の形状が方形である場合、例えば、停止時に内部の回転子が自由に移動したのでは、回転がスムーズに始動し難い場合がある。そのような場合には、回転子の回転中心軸線に沿って回転シャフトを適宜設けてもよい。
As shown in FIG. 3A and the like, by making the chamber shape when the storage chamber is viewed from the direction of the rotation axis into a circular shape adapted to the rotation circle, the rotor does not have a rotation shaft at the center. It is held on the wall surface and can be rotated stably. Such an aspect is preferable from the viewpoint of a simpler configuration. Although it depends on the diameter of the rotating circle, it is preferable that the difference between the diameter of the storage chamber and the diameter of the rotating circle is about 0.5 mm to 2 mm without backlash.
Further, as shown in FIG. 3B, when the interior shape of the storage chamber is a square when viewed from the direction of the rotation axis, for example, if the internal rotor freely moves at the time of stoppage, It may be difficult to start smoothly. In such a case, a rotation shaft may be provided as appropriate along the rotation center axis of the rotor.

当該流体装置の吐出口4は、内部側壁2aのうち、回転子を回転させたときに、収容室内の流体に生じる慣性力によって該流体が吐出口4から収容室外へ流出し得る位置に設けられていればよい。好ましい一実施態様においては、吐出口4は、図4(a)に示されるように、内部側壁2aの、回転子1の回転によって描かれる回転円を取り巻く部分2a1の一部2a3を少なくとも含む位置に設けられる。図4(a)では、吐出口4は、内部側壁の、回転円の回転軸方向の延長を取り巻く部分2a2にまで延びている。かかる位置に吐出口を設けることにより、回転子を回転させたときに、収容室内の流体に生じる慣性力によって該流体が吐出口から収容室外へ流出し得る構成となっている。尚、図4(a)においては、内部側壁2aの、回転子1の回転によって描かれる回転円を取り巻く部分2a1のうち、その一部である2a3のみが吐出口として開口しているが、2a1全部が開口した形状、即ち、収容室2の底面と吐出口4の下底とがフラットな状態のものであってもよい。また、図4(a)には流体の液面を示していないが、液面の高さは、回転子が完全に隠れてもよいし、回転子の一部が液面より出ていてもよい。
別の実施態様においては、吐出口4は、図6(d)に示されるように、内部側壁2aの、回転子1の回転によって描かれる回転円を取り巻く部分を含まない位置に設けられる。このような場合でも、回転子が時計回りに回転することにより収容室内の流体に生じる慣性力によって該流体が吐出口から収容室外へ流出する一方、収容室内の流体に生じる慣性力によって該流体が吸入口から流出しようとする力よりも、吐出口からの流出に起因して収容室外から吸入口へ流体が流入しようとする力の方が大きいので、結果として、回転子を回転させたときに、収容室外の流体が吸入口から収容室内に流入し吐出口から収容室外に流出する流体送り作用が生じる。
The discharge port 4 of the fluid device is provided in the inner side wall 2a at a position where the fluid can flow out of the storage chamber from the discharge port 4 due to inertial force generated in the fluid in the storage chamber when the rotor is rotated. It only has to be. In a preferred embodiment, as shown in FIG. 4A, the discharge port 4 includes at least a part 2a3 of the part 2a1 surrounding the rotation circle drawn by the rotation of the rotor 1 of the inner side wall 2a. Provided. In Fig.4 (a), the discharge outlet 4 is extended to the part 2a2 surrounding the extension of the rotating circle direction of a rotation circle of an internal side wall. By providing the discharge port at such a position, when the rotor is rotated, the fluid can flow out of the storage chamber from the discharge port due to inertial force generated in the fluid in the storage chamber. In FIG. 4A, only a part 2a3 of the inner wall 2a surrounding a rotation circle drawn by the rotation of the rotor 1 is opened as a discharge port. The entire shape may be open, that is, the bottom of the storage chamber 2 and the bottom of the discharge port 4 may be flat. Although the fluid level of the fluid is not shown in FIG. 4 (a), the height of the fluid level may be such that the rotor may be completely hidden or a part of the rotor may protrude from the fluid level. Good.
In another embodiment, as shown in FIG. 6 (d), the discharge port 4 is provided at a position on the inner side wall 2 a that does not include a portion surrounding the rotation circle drawn by the rotation of the rotor 1. Even in such a case, while the rotor rotates clockwise, the fluid flows out of the storage chamber from the discharge port due to the inertial force generated in the fluid in the storage chamber, while the fluid is generated by the inertial force generated in the fluid in the storage chamber. Because the force that the fluid tries to flow into the suction port from outside the storage chamber due to the outflow from the discharge port is larger than the force that tries to flow out from the suction port, as a result, when the rotor is rotated Thus, a fluid feeding action occurs in which the fluid outside the storage chamber flows into the storage chamber from the suction port and flows out of the storage chamber through the discharge port.

当該流体送り装置の吸入口は、流体の吐出口からの流出に起因して、流体が流入しようとする力が作用し得る位置に設けられている。「流体が流入しようとする力が作用し得る位置」とは、言い換えれば、上記流体の吐出口からの流出を引き起こす慣性力を打ち消さない位置であり、
(イ)吐出口からの流出に起因して流入しようとする力だけが作用する位置、または、
(ロ)収容室内の流体に生じる慣性力によって該流体が流出しようとする力が作用するが、その力よりも、吐出口からの流出に起因して流入しようとする力の方が大きく作用するような位置が挙げられる。かかる条件を満たす限り、吸入口は、収容室の内部側壁に設けられても、あるいは回転子の回転軸方向にある壁に設けられてもよいが、好ましくは、内部側壁に設けられる。
本発明の流体送り装置は、吸入口と吐出口との位置関係により大きく2つの態様に分けることができる。
1つは、上記[5]の態様(第一態様)であり、例えば、図1、2に示される装置がこれに該当する。即ち、第一態様においては、吸入口は、吸入口と吐出口とを結ぶ直線状もしくは円弧状の流路を想定したときに、該流路が回転子の回転軸方向にある壁と平行になるような位置に設けられている。例えば、図1、2においては、吸入口3と吐出口4とを結ぶ直線状の流路5を想定することができるが、この流路5は、収容室の、回転子の回転軸方向にある壁2bに対して平行である。
当該態様においては、回転子の回転により一定方向の流体の流れを作り出すためには、図5(a)に示すように、回転子の回転中心1aが流路5の中心軸m上にあるような位置関係であってはならない。したがって、第一態様においては、収容室と想定される流路(したがって、吸入口と吐出口)との位置関係は、図5(b)〜(e)に示されるような範囲で適宜選択される。尚、図5の(d)および(e)においては、流路に対して収容室の内部側壁が開口している部分の流れの上流側が吸入口、下流側が吐出口であるとみなされる。
尚、吸入口と吐出口とが同じ高さの位置に設けられているが、それらを結ぶ直線状もしくは円弧状の流路が想定し得ないような位置に設けられている場合であっても、吐出口が、回転子を回転させたときに、収容室内の流体に生じる慣性力によって該流体が吐出口から収容室外へ流出し得る位置に設けられており、かつ吸入口が、収容室内の流体に生じる慣性力によって該流体が流出しようとする力が作用するが、その力よりも、吐出口からの流出に起因して流入しようとする力の方が大きく作用するような位置に設けられている限り(例えば、図5(f)の場合など)、本発明に包含され得る。
The suction port of the fluid feeding device is provided at a position where a force for inflow of the fluid can act due to the outflow of the fluid from the discharge port. In other words, the “position at which the force that the fluid tries to flow in can act” is a position that does not cancel the inertial force that causes the fluid to flow out from the discharge port.
(B) A position where only the force to flow in due to outflow from the discharge port acts, or
(B) Although the force of the fluid trying to flow out is exerted by the inertial force generated in the fluid in the storage chamber, the force of flowing in due to the outflow from the discharge port acts more than that force. Such positions are mentioned. As long as this condition is satisfied, the suction port may be provided on the inner side wall of the storage chamber or on the wall in the direction of the rotation axis of the rotor, but is preferably provided on the inner side wall.
The fluid feeding device of the present invention can be roughly divided into two modes depending on the positional relationship between the suction port and the discharge port.
One is the aspect (first aspect) of the above [5], for example, the apparatus shown in FIGS. That is, in the first aspect, when the suction port is assumed to be a linear or arc-shaped channel connecting the suction port and the discharge port, the channel is parallel to the wall in the direction of the rotation axis of the rotor. It is provided in such a position. For example, in FIGS. 1 and 2, a linear flow path 5 connecting the suction port 3 and the discharge port 4 can be assumed, and this flow path 5 is arranged in the direction of the rotation axis of the rotor in the housing chamber. It is parallel to a certain wall 2b.
In this aspect, in order to create a fluid flow in a certain direction by the rotation of the rotor, the rotation center 1a of the rotor is located on the central axis m of the flow path 5 as shown in FIG. It should not be a serious positional relationship. Therefore, in the first aspect, the positional relationship between the envisaged chamber and the flow path (and hence the suction port and the discharge port) is appropriately selected within a range as shown in FIGS. The 5D and 5E, it is considered that the upstream side of the flow of the portion where the inner side wall of the storage chamber is open with respect to the flow path is the suction port and the downstream side is the discharge port.
Although the suction port and the discharge port are provided at the same height, even if the linear or arc-shaped flow path connecting them is provided at a position that cannot be assumed. The discharge port is provided at a position where the fluid can flow out of the storage chamber from the discharge port due to the inertial force generated in the fluid in the storage chamber when the rotor is rotated, and the suction port is The inertial force generated in the fluid exerts a force that causes the fluid to flow out, but it is provided at a position where the force that flows in due to the outflow from the discharge port acts more than the force. As long as it is (for example, the case of FIG. 5 (f)), it can be included in the present invention.

他の1つは、上記[8]の態様(第二態様)であり、例えば、図6(a)〜(c)に示される装置がこれに該当する。即ち、第二態様においては、吸入口は、吐出口に対して段違いとなる位置で、且つ、内部側壁の、回転子の回転によって描かれる回転円を取り巻く部分を含まない位置に設けられている。回転子を回転させると、慣性力によって、内部側壁の回転円を取り巻く部分を含む位置に設けられた吐出口から収容室外への流れが支配的となる。その結果、流体は、矢印L1で示すように、内部側壁の回転円を取り巻く部分を含まない位置に設けられた吸入口から収容室内に流入し、矢印L2で示すように、吐出口から収容室外に流出する。
尚、吸入口が、吐出口に対して段違いとなる位置で、且つ、内部側壁の、回転子の回転によって描かれる回転円を取り巻く部分を含む位置に設けられている場合であっても、例えば図6(d)に示されるように、回転子が時計回りに回転することにより収容室内の流体に生じる慣性力によって該流体が吐出口から収容室外へ流出する一方、収容室内の流体に生じる慣性力によって該流体が吸入口から流出しようとする力よりも、吐出口からの流出に起因して収容室外から吸入口へ流体が流入しようとする力の方が大きい場合は、結果として、回転子を回転させたときに、収容室外の流体が吸入口から収容室内に流入し吐出口から収容室外に流出する流体送り作用が生じるので、本発明に包含され得る。
The other one is the above-described aspect [8] (second aspect), and, for example, the apparatus shown in FIGS. 6A to 6C corresponds to this. That is, in the second aspect, the suction port is provided at a position different from the discharge port and at a position not including a portion surrounding the rotation circle drawn by the rotation of the rotor on the inner side wall. . When the rotor is rotated, the flow from the discharge port provided at the position including the portion surrounding the rotation circle of the inner side wall becomes dominant due to the inertial force. As a result, the fluid flows into the accommodation chamber from the suction port provided at a position not including the portion surrounding the rotation circle of the inner side wall as indicated by the arrow L1, and from the discharge port to the outside of the accommodation chamber as indicated by the arrow L2. To leak.
Even when the suction port is provided at a position different from the discharge port, and at a position including the portion surrounding the rotation circle drawn by the rotation of the rotor on the inner side wall, for example, As shown in FIG. 6 (d), the fluid flows out of the storage chamber from the discharge port due to the inertial force generated in the fluid in the storage chamber due to the rotation of the rotor clockwise, while the inertia generated in the fluid in the storage chamber. If the force by which the fluid tries to flow into the suction port from outside the storage chamber due to the outflow from the discharge port is larger than the force by which the fluid tries to flow out from the suction port, Since the fluid feeding action in which the fluid outside the storage chamber flows into the storage chamber from the suction port and flows out of the storage chamber from the discharge port when the is rotated, it can be included in the present invention.

以下、第一態様と第二態様とに分けて、本発明の流体送り装置の構成をさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the configuration of the fluid feeding device of the present invention will be described more specifically by dividing it into a first mode and a second mode.

上述のとおり、図1および2は、本発明の流体送り装置の第一態様の一例を示す。本態様は、吸入口と吐出口とが、それらを結ぶ直線状もしくは円弧状の流路を想定したときに、該流路が回転子の回転軸方向にある壁と平行になるような位置関係にあることを特徴とする。したがって、回転子が水平回転可能に収容されている場合は、吸入口と吐出口を結ぶ水平流路が想定される。図1および2においては、直線状の流路5が想定されるが、例えば、図7に示されるような円弧状の流路を想定してもよい。想定される流路の形状は、当該流体送り装置を細胞培養装置として使用する際に、吸入口および吐出口に接続される培養流路の形状に合わせて適宜選択され得る。   As described above, FIGS. 1 and 2 show an example of the first aspect of the fluid feeder of the present invention. In this aspect, when the suction port and the discharge port are assumed to be a linear or arcuate flow path connecting them, the positional relationship is such that the flow path is parallel to the wall in the rotation axis direction of the rotor. It is characterized by that. Therefore, when the rotor is accommodated so as to be horizontally rotatable, a horizontal flow path connecting the suction port and the discharge port is assumed. 1 and 2, a linear flow path 5 is assumed, but for example, an arc-shaped flow path as shown in FIG. 7 may be assumed. The assumed shape of the channel can be appropriately selected according to the shape of the culture channel connected to the suction port and the discharge port when the fluid feeder is used as a cell culture device.

回転子を水平回転可能に収容する場合、収容室の深さは、回転子が回転可能であればよく、収容室の天板はあってもよい。但し、流体上下面が回転子の上下面に対してより過度に離れていると、渦など意図せぬ流れが生じ、慣性力による流体送り作用が得られ難くなる。このような点から、図4(b)における回転子と収容室の天井(あるいは流体の液面)との間の隙間d2は、0.1mm〜10mm程度、特に1mm〜5mmが好ましい値である。また、流体の液面は回転子の上面より低くてもよい。   When the rotor is accommodated so as to be horizontally rotatable, the depth of the accommodation chamber is not limited as long as the rotor is rotatable, and the top plate of the accommodation chamber may be provided. However, if the upper and lower surfaces of the fluid are more excessively separated from the upper and lower surfaces of the rotor, an unintended flow such as a vortex occurs, and it becomes difficult to obtain a fluid feeding action by inertial force. From such a point, the gap d2 between the rotor and the ceiling of the storage chamber (or the fluid level) in FIG. 4B is a preferable value of about 0.1 mm to 10 mm, particularly 1 mm to 5 mm. . Further, the fluid level may be lower than the upper surface of the rotor.

上述のとおり、本発明の好ましい一実施態様においては、吐出口は、収容室の内部側壁の、回転子の回転によって描かれる回転円を取り巻く部分を少なくとも含む位置に設けられるので、想定される流路の深さd3は、回転子と収容室の天井との間の隙間d2と、収容室の深さd1の間で適宜選択され得るが、当該流体送り装置を細胞培養装置の一部として使用する場合には、通常、吸入口および吐出口に接続される培養流路の底面に細胞が保持されるので、流路の深さは、細胞への十分な酸素供給が達成される範囲に設定することが望ましい。具体的には、図4(b)の例において、回転子の厚みが3mm、収容室の深さd1が4mmである場合、流路の深さ(したがって、吸入口および吐出口の深さ)d3は、1〜4mm、好ましくは1.5〜3mmである。   As described above, in a preferred embodiment of the present invention, the discharge port is provided at a position including at least a portion surrounding the rotation circle drawn by the rotation of the rotor on the inner side wall of the storage chamber. The depth d3 of the path can be appropriately selected between the gap d2 between the rotor and the ceiling of the storage chamber and the depth d1 of the storage chamber, but the fluid feeder is used as a part of the cell culture device. In general, the cells are held on the bottom surface of the culture channel connected to the suction port and the discharge port, so the depth of the channel is set within a range where sufficient oxygen supply to the cells is achieved. It is desirable to do. Specifically, in the example of FIG. 4B, when the thickness of the rotor is 3 mm and the depth d1 of the storage chamber is 4 mm, the depth of the flow path (therefore, the depth of the suction port and the discharge port). d3 is 1 to 4 mm, preferably 1.5 to 3 mm.

想定される流路の幅は、回転子の回転円の直径、培養する細胞の種類などに応じて適宜選択され得るが、例えば、図1の例において、回転円1bの直径が6mm、収容室の内部側壁の直径が6.5mmである場合、0.5〜5mm程度、好ましくは1〜3mmである。   The assumed width of the flow path can be appropriately selected according to the diameter of the rotating circle of the rotor, the type of cells to be cultured, and the like. For example, in the example of FIG. When the inner side wall has a diameter of 6.5 mm, it is about 0.5 to 5 mm, preferably 1 to 3 mm.

上述のとおり、本発明の流体送り装置の第一態様においては、吸入口と吐出口とを結ぶ、回転子の回転軸方向にある壁に平行な(回転子が水平回転可能に収容されている場合は水平な)流路が想定されるので、図5(a)のように、回転子の回転中心1aが想定される流路の中心軸5a上にある場合には、回転子を回転させても慣性力による一定方向への流体の流れは生じない。したがって、本態様においては、想定される流路の中心軸が回転子の回転中心を通過しないことが必要となる。
このような条件を満たす実施態様としては、収容室の内部側壁が流路の両側端に存在する場合(図5(b);この場合、吸入口と吐出口とは明瞭に区別される)、回転子の回転によって描かれる回転円が、吸入口と吐出口とを結ぶ流路の側面に外接するか、一方の側面を横切るが他方の側面を横切らない(図5(c)は、特に、収容室の内部側壁を、回転子の回転によって描かれる回転円に沿って流路内に延長することを想定したときに、内部側壁が流路の側面に内接する場合を描写している)、および回転子の回転によって描かれる回転円が、吸入口と吐出口とを結ぶ流路に接しない場合(図5(e))等が挙げられる。図5(c)〜(e)に代表される態様においては、吸入口と吐出口は視覚的には区別できないが、収容室の内部側壁の開口部の流体が流入する側を吸入口、流体が流出する側を吐出口とみなすものとする。
図5(b)のような態様では、回転子の回転による慣性力は効率よく一定方向への流体の流れを生じさせず、また、図5(e)のような態様では、吸入口と吐出口が回転子から遠く離れることにより、十分な流体送り作用が得られ難い場合がある。したがって、吸入口と吐出口とを結ぶ想定される流路と収容室との位置関係としては、回転子の回転によって描かれる回転円が、該流路の側面に外接するか、一方の側面を横切るが他方の側面を横切らないことが好ましく、収容室の内部側壁を回転円に沿って流路内に延長することを想定したときに、内部側壁が流路の側面に内接することがより好ましい。
図5(e)のような態様においては、収容室の内部側壁の開口部と回転円との最短距離が0mm〜回転子の直径程度が好ましく、0mm〜回転子直径の4分の1がより好ましい。
回転子の描く回転円の直径および収容室の内部側壁の直径は、吸入口と吐出口とを結ぶ、想定される流路の幅に応じて適宜選択することができる、例えば、流路の幅が3mmである場合、回転円の直径としては4〜10mm程度、好ましくは5〜8mmが挙げられる。内部側壁の直径としては、該回転円の直径よりも0.2〜5mm程度、好ましくは0.5〜2mm大きな値が選択され得る。
As described above, in the first aspect of the fluid feeder of the present invention, the rotor is accommodated so as to be parallel to the wall in the direction of the rotation axis of the rotor that connects the suction port and the discharge port. Since the flow path is assumed to be horizontal, the rotor is rotated when the rotation center 1a of the rotor is on the assumed flow path center axis 5a as shown in FIG. However, no fluid flows in a certain direction due to inertial force. Therefore, in this aspect, it is necessary that the central axis of the assumed flow path does not pass through the rotation center of the rotor.
As an embodiment satisfying such conditions, when the inner side walls of the storage chamber are present at both ends of the flow path (FIG. 5B; in this case, the suction port and the discharge port are clearly distinguished), The rotation circle drawn by the rotation of the rotor circumscribes the side surface of the flow path connecting the suction port and the discharge port, or crosses one side surface but does not cross the other side surface (see FIG. It depicts the case where the inner side wall is inscribed in the side surface of the flow path when the inner side wall of the storage chamber is assumed to extend into the flow path along the rotation circle drawn by the rotation of the rotor). The rotation circle drawn by the rotation of the rotor does not come into contact with the flow path connecting the suction port and the discharge port (FIG. 5E). 5 (c) to 5 (e), the suction port and the discharge port are not visually distinguishable. However, the side on which the fluid flows in the opening of the inner side wall of the storage chamber is the suction port, the fluid The side from which the gas flows out is regarded as the discharge port.
In the embodiment as shown in FIG. 5B, the inertial force due to the rotation of the rotor does not efficiently cause the fluid flow in a certain direction. In the embodiment as shown in FIG. If the outlet is far from the rotor, it may be difficult to obtain a sufficient fluid feeding action. Therefore, the positional relationship between the assumed flow path connecting the suction port and the discharge port and the storage chamber is such that the rotation circle drawn by the rotation of the rotor circumscribes the side surface of the flow path or one side surface. It is preferable to cross the other side but not the other side surface, and it is more preferable that the inner side wall is inscribed in the side surface of the flow path when it is assumed that the inner side wall of the storage chamber extends into the flow path along the rotation circle. .
In the embodiment as shown in FIG. 5 (e), the shortest distance between the opening of the inner side wall of the storage chamber and the rotation circle is preferably about 0 mm to the diameter of the rotor, and 0 mm to a quarter of the rotor diameter is more preferable. preferable.
The diameter of the rotation circle drawn by the rotor and the diameter of the inner side wall of the storage chamber can be appropriately selected according to the assumed width of the flow path connecting the suction port and the discharge port, for example, the width of the flow path Is 3 mm, the diameter of the rotating circle is about 4 to 10 mm, preferably 5 to 8 mm. As the diameter of the inner side wall, a value about 0.2 to 5 mm, preferably 0.5 to 2 mm larger than the diameter of the rotating circle can be selected.

次に、本発明による流体送り装置の第二態様の構成を説明する。
図6(a)〜(c)は、当該流体送り装置の第二態様の例を示す模式図である。上述のとおり、本態様は、吸入口が、吐出口に対して段違いとなる位置で、且つ、内部側壁の、回転子の回転によって描かれる回転円を取り巻く部分を含まない位置に設けられていることを特徴とする。吸入口は、回転子の回転軸方向について上記の位置関係を有する限り、回転子の回転面方向については、収容室の内部側壁のどの位置に設けられていてもよい。図6(a)〜(c)は、その典型例として、当該流体送り装置を上から見た場合に、吐出口に対して(a)180°、(b)90°、(c)0°(360°)の位置関係となるように、吸入口が設けられたものを、それぞれ示している。各図とも、上段が装置を上から見た図であり、下段が、回転子の回転中心を通過するように、紙面の横方向に装置を切ったときの断面図を示している。
吸入口は、回転子の回転軸方向について、吐出口と段違いの位置関係にあり、回転子が水平回転可能に収容室に収容されている場合は、吐出口よりも高い位置に吸入口が設けられていることになる。吐出口は、内部側壁の、回転子の回転によって描かれる回転円を取り巻く部分の一部を少なくとも含む位置に設けられているのに対し、吸入口は、内部側壁の、該回転円を取り巻く部分を含まない位置に設けられているので、回転子を回転させると、慣性力により吐出口から収容室外への一定方向への流れが支配的となり、その結果、流体は吸入口から収容室内へ流入し、吐出口から収容室外へ流出して、流体送り作用が生じる。
上記第一態様に対する、第二態様の相違点は、吸入口と吐出口とが、収容室の回転軸方向にある壁と平行な流路で結ばれるのではなく、段違いの位置関係にあることである。
Next, the configuration of the second aspect of the fluid feeder according to the present invention will be described.
FIGS. 6A to 6C are schematic views showing examples of the second mode of the fluid feeder. As described above, in this aspect, the suction port is provided at a position different from the discharge port and at a position not including a portion surrounding the rotation circle drawn by the rotation of the rotor on the inner side wall. It is characterized by that. As long as the suction port has the above positional relationship with respect to the rotation axis direction of the rotor, the suction port may be provided at any position on the inner side wall of the storage chamber with respect to the rotation surface direction of the rotor. 6 (a) to 6 (c) show, as a typical example, when the fluid feeder is viewed from above, (a) 180 °, (b) 90 °, (c) 0 ° with respect to the discharge port. Each of them is provided with a suction port so as to have a positional relationship of (360 °). In each figure, the upper part is a view of the apparatus as viewed from above, and the lower part is a cross-sectional view when the apparatus is cut in the lateral direction of the paper surface so as to pass through the rotation center of the rotor.
The suction port has a different positional relationship with the discharge port in the rotation axis direction of the rotor, and when the rotor is accommodated in the storage chamber so as to be horizontally rotatable, the suction port is provided at a position higher than the discharge port. Will be. The discharge port is provided at a position including at least a part of a portion surrounding the rotation circle drawn by the rotation of the rotor on the inner side wall, whereas the suction port is a portion of the inner side wall surrounding the rotation circle. When the rotor is rotated, the flow from the discharge port to the outside of the storage chamber is dominant due to the inertial force when the rotor is rotated. As a result, the fluid flows from the suction port into the storage chamber. Then, the fluid flows out from the discharge port to the outside of the storage chamber, and a fluid feeding action occurs.
The difference between the first mode and the second mode is that the suction port and the discharge port are not connected by a flow path parallel to the wall in the rotation axis direction of the storage chamber, but are in a different positional relationship. It is.

一方、図6(d)においては、吸入口と吐出口の上下関係が上記第一態様とは逆転している。即ち、吐出口は、内部側壁の、回転子の回転によって描かれる回転円を取り巻く部分を含まない位置に設けられているのに対し、吸入口は、内部側壁の、該回転円を取り巻く部分を含む位置に設けられている。しかしながら、この場合、吐出口に接続される流路(即ち、吐出口から収容室外への向かう流路)が回転円の接線方向であるため、収容室内にて回転運動する流体の接線方向の慣性力を吐出力として効率よく利用することができ、一方、吸入口に作用する慣性力は、吐出口からの流出に起因して収容室外から吸入口へ流体が流入しようとする力に比べて小さいので、結果的に、流体は吸入口から収容室内へ流入し、吐出口から収容室外へ流出して、流体送り作用が生じる。   On the other hand, in FIG. 6D, the vertical relationship between the suction port and the discharge port is reversed from that in the first mode. That is, the discharge port is provided at a position on the inner side wall that does not include a portion surrounding the rotation circle drawn by the rotation of the rotor, whereas the suction port is a portion of the inner side wall that surrounds the rotation circle. It is provided in the position including. However, in this case, since the flow path connected to the discharge port (that is, the flow path from the discharge port toward the outside of the storage chamber) is the tangential direction of the rotation circle, the inertia of the tangential direction of the fluid rotating in the storage chamber Force can be efficiently used as the discharge force, while the inertial force acting on the suction port is smaller than the force of fluid flowing from the outside of the storage chamber to the suction port due to the outflow from the discharge port. Therefore, as a result, the fluid flows from the suction port into the storage chamber and flows out from the discharge port to the outside of the storage chamber, thereby causing a fluid feeding action.

第二態様における吸入口および吐出口の開口面積は、収容室の深さ、回転子の描く回転円の直径などによっても異なるが、例えば、回転円の直径が6mm、収容室の内部側壁の直径が6.5mm、収容室の深さが5mmである場合、吸入口幅(回転子の回転面方向の長さ)としては1〜5mm程度、好ましくは2〜4mm、吸入口の高さ(回転子の回転軸方向の長さ)としては0.5〜5mm程度、好ましくは1〜3mm、吐出口幅(回転子の回転面方向の長さ)としては1〜5mm程度、好ましくは2〜4mm、吐出口の高さ(回転子の回転軸方向の長さ)としては0.5〜5mm程度、好ましくは1〜3mmである。   The opening areas of the suction port and the discharge port in the second aspect vary depending on the depth of the storage chamber, the diameter of the rotation circle drawn by the rotor, and the like, for example, the diameter of the rotation circle is 6 mm, and the diameter of the inner sidewall of the storage chamber Is 6.5 mm and the depth of the storage chamber is 5 mm, the suction port width (the length of the rotor in the direction of the rotation surface) is about 1 to 5 mm, preferably 2 to 4 mm, and the height of the suction port (rotation) The length of the rotor in the rotation axis direction) is about 0.5 to 5 mm, preferably 1 to 3 mm, and the discharge port width (the length of the rotor in the rotation surface direction) is about 1 to 5 mm, preferably 2 to 4 mm. The height of the discharge port (the length of the rotor in the rotation axis direction) is about 0.5 to 5 mm, preferably 1 to 3 mm.

次に、本発明による流体送り装置を用いて構成された細胞培養装置を説明する。
便宜上、第一態様の流体送り装置を用いた例によって、詳細な説明を行なうが、第二態様の流体送り装置、あるいは図5(f)や図6(d)に示される本発明のその他の態様の流体送り装置と適宜置き換えてよい。
当該細胞培養装置は、図8、9に構成を示すように、本発明による流体送り装置と培養流路とを接続したもので構成される。培養流路内には、培養基材を配置することができ、目的の細胞を培養流路に播種すると、培養基材内もしくはその表面上に該細胞が保持され、培養流路内を培養液が流通することによって、該細胞が培養される構成となっている。培養流路内を培養液が流通するように、培養流路の一方の端部(第一端部)は流体送り装置の吸入口に、他方の端部(第二端部)は吐出口に、それぞれ接続されている。
Next, a cell culture apparatus configured using the fluid feeder according to the present invention will be described.
For convenience, an example using the fluid feeding device of the first aspect will be described in detail, but the fluid feeding device of the second aspect or the other of the present invention shown in FIGS. 5 (f) and 6 (d) The fluid feeding device according to the aspect may be appropriately replaced.
As shown in FIGS. 8 and 9, the cell culture device is configured by connecting a fluid feeding device according to the present invention and a culture channel. A culture substrate can be disposed in the culture channel, and when cells of interest are seeded in the culture channel, the cells are retained in the culture substrate or on the surface thereof. The cell is cultured by being distributed. One end (first end) of the culture channel is at the suction port of the fluid feeder and the other end (second end) is at the discharge port so that the culture fluid flows through the culture channel. , Each connected.

当該細胞培養装置の重要な特徴は、流体送り装置が充分に簡単な構成となっておりかつ小型化されているために、該流体送り装置と培養流路とが小さい培養槽内の培養液中に完全に収容され、培養槽外の循環路を経ることなく、培養槽内だけで一定方向に培養液を移動させる循環培養が成立している点にある。
当該細胞培養装置には、厳密には、スターラー本体駆動装置が外部に付帯するが、マグネチックスターラーを用いる場合には、回転子は機械的に接続されていないため、実質的に、培養槽内だけの循環培養装置と見なすことが可能である。
また、スターラー本体駆動装置を含めても、装置全体がコンパクトであるため、スターラー本体駆動装置を含めた装置全体を、炭酸ガスインキュベータや恒温培養器など、種々の装置の槽内へそのまま配置することも可能である。
特に、培養液を水平方向に吸入し水平方向に吐出するものは、薄くコンパクトな構造であるため、これに水平な培養流路を組み合わせると、シャーレ(ペトリ皿)やウェルといった極めて浅い皿状の培養槽内で水平に培養液を循環させることが可能となる。流体送りの駆動に関する外界との機械的な接続は何も無く、薄く小径のシャーレの内部だけで、二次元もしくは三次元における細胞培養が行なわれる。
An important feature of the cell culture device is that the fluid feeding device has a sufficiently simple structure and is miniaturized, so that the fluid feeding device and the culture channel are small in the culture solution in the culture tank. The circulation culture in which the culture solution is moved in a certain direction only in the culture tank without passing through the circulation path outside the culture tank is established.
Strictly speaking, the cell culture device has a stirrer main body driving device attached to the outside. However, when a magnetic stirrer is used, the rotor is not mechanically connected. It can be considered as only a circulating culture device.
Even if the stirrer body drive device is included, the entire device is compact, so the entire device including the stirrer body drive device should be placed as it is in the tanks of various devices such as carbon dioxide incubators and thermostats. Is also possible.
In particular, the one that inhales the culture solution horizontally and discharges it horizontally has a thin and compact structure. When this is combined with a horizontal culture channel, it becomes a very shallow dish like a petri dish or well. It becomes possible to circulate the culture solution horizontally in the culture tank. There is no mechanical connection with the outside world related to the driving of the fluid feed, and cell culture in two or three dimensions is performed only inside a thin, small-diameter petri dish.

また、流体送り装置の第二態様およびその他の態様も、吸入口に水平な培養流路を接続すれば、同様に浅い培養槽中で循環する細胞培養が可能となる。
また、流体送り装置の第一態様、第二態様、その他の態様であっても、回転子の回転姿勢や、吸入口、吐出口の取り方によっては、垂直方向の吐出や吸入を利用することになる。よって、垂直方向に細長い培養流路・培養槽を用いて、全体として、例えば、試験管やメスシリンダーの如く縦に細長い細胞培養装置を構成することができる。
また、いずれの態様でも、培養槽自体は、蓋の無い開放容器でよいので、気泡が発生しても槽内に溜まることがない。
また、栄養因子や酸素を含んだ培養液の一定方向への流れを発生させ、常に細胞や組織にこれらを供給することができる構造であるために、立体的環境下で問題となる、増殖因子、アミノ酸、酸素等の不可欠な培養成分の枯渇を抑えることができ、長期間の培養および細胞機能の維持が可能となる。
Further, in the second mode and other modes of the fluid feeding device, cell culture that circulates in a shallow culture tank can be similarly performed by connecting a horizontal culture channel to the suction port.
Further, even in the first aspect, the second aspect, and other aspects of the fluid feeding device, depending on the rotational posture of the rotor and how to take the suction port and the discharge port, the vertical discharge and suction may be used. become. Therefore, a vertically elongated cell culture device such as a test tube or a graduated cylinder can be configured as a whole by using a culture channel / culture tank elongated in the vertical direction.
In any embodiment, since the culture tank itself may be an open container without a lid, it does not accumulate in the tank even if bubbles are generated.
In addition, it is a structure that can generate a flow of a culture solution containing nutrient factors and oxygen in a certain direction and always supply them to cells and tissues. In addition, depletion of essential culture components such as amino acids and oxygen can be suppressed, and long-term culture and cell function can be maintained.

培養流路の断面形状(流れの方向に垂直に切断したときの断面の形状)は、特に限定はされず、上記流体送り装置の吸入口および吐出口と適合する限り、円形、方形、長円形などのいずれであってもよい。
培養流路は筒状の管路であってもよいが、水平流路の場合には、酸素供給が良好である等の理由で、上面(天井部分)などが開放されていてもよい。
断面形状が方形の場合の、該断面の好ましい寸法例を挙げると、流路幅0.1mm〜10mm、流路深さ0.1mm〜10mm程度がコンパクトである。
The cross-sectional shape of the culture channel (the cross-sectional shape when cut perpendicular to the flow direction) is not particularly limited, and may be circular, square, or oval as long as it matches the inlet and outlet of the fluid feeder. Any of these may be used.
The culture channel may be a tubular channel, but in the case of a horizontal channel, the upper surface (ceiling portion) or the like may be open for reasons such as good oxygen supply.
When the example of a preferable dimension of the cross section when the cross-sectional shape is a square, a flow path width of 0.1 mm to 10 mm and a flow path depth of 0.1 mm to 10 mm are compact.

図8、図9に示すような、水平方向に延在する細胞培養装置を構築する場合、流体送り装置の収容室と、培養流路とを、1つの部材から一体的に形成すれば、構成がより簡単になる。そのような部材としては、例えば、アクリル板、ステンレス、ポリスチレン、ポリカーボネート、ヒドロキシアパタイト等が挙げられるが、加工の容易さ、耐久性、透明で観察が容易などの観点からアクリル板やポリスチレンがより好ましく使用され得る。
また、図10に示すような、吐出口に直結する培養流路が下方に開放しているように形成される場合、形成された部材をシャーレ、ウェルプレート、ステンレス板などの底面に、適当なポッティング剤を用いて接着することにより、培養装置を構築することもできる。
When constructing a cell culture device extending in the horizontal direction as shown in FIG. 8 and FIG. 9, if the storage chamber of the fluid feeder and the culture channel are integrally formed from one member, the configuration Becomes easier. Examples of such a member include an acrylic plate, stainless steel, polystyrene, polycarbonate, and hydroxyapatite, but an acrylic plate and polystyrene are more preferable from the viewpoints of ease of processing, durability, transparency, and easy observation. Can be used.
In addition, when the culture channel directly connected to the discharge port as shown in FIG. 10 is formed to open downward, the formed member is placed on the bottom surface of a petri dish, well plate, stainless steel plate, etc. A culture device can also be constructed by bonding using a potting agent.

図8〜図10に示すような、水平方向に延在する細胞培養装置を構築する場合、流体送り装置のコンパクトさを生かすには、培養槽の形状は、内径(または一辺)5mm〜35mm、深さ5mm〜20mm程度の円柱(四角柱)状のものが挙げられる。
培養槽の液面高さは、流体送り装置の収容室および培養流路の上面(天井)よりも、0mm〜3mm、特に0mm〜1mm程度低くなるように設定すればよい。
When constructing a cell culture device extending in the horizontal direction as shown in FIGS. 8 to 10, in order to make use of the compactness of the fluid feeding device, the shape of the culture tank has an inner diameter (or one side) of 5 mm to 35 mm, A cylinder (quadrangular prism) shape having a depth of about 5 mm to 20 mm is exemplified.
What is necessary is just to set the liquid level height of a culture tank so that it may be 0 mm-3 mm, especially about 0 mm-1 mm lower than the storage chamber of a fluid feeder, and the upper surface (ceiling) of a culture flow path.

培養流路の一方の端部(第一端部)は、流体送り装置の吸入口に、他方の端部(第二端部)は吐出口にそれぞれ接続される。図8〜図10に示すように、培養流路5の第一端部を流体送り装置の吸入口に、第二端部を吐出口にそれぞれ接続して、回転子を回転させれば、収容室内で生じる培養液の慣性力によって、培養液は吐出口から培養流路内に流入し、培養流路を循環して吸入口から再び収容室内に流入する。   One end (first end) of the culture channel is connected to the suction port of the fluid feeder, and the other end (second end) is connected to the discharge port. As shown in FIGS. 8 to 10, if the first end of the culture channel 5 is connected to the suction port of the fluid feeder and the second end is connected to the discharge port, and the rotor is rotated, the rotor is rotated. Due to the inertial force of the culture solution generated in the room, the culture solution flows into the culture channel from the discharge port, circulates through the culture channel, and flows again into the accommodation chamber from the suction port.

培養流路としては、図8に示すような屈曲状流路や、図9に示すような環状流路、図10に示すような直線状流路などを適宜組み合わせて使用することができる。培養流路を略水平に延在するように培養槽に配置することで、薄くコンパクトな細胞培養装置を構成することができる。
図8は、流体送り装置の第一態様と四角型の屈曲状培養流路5とを組み合わせたものである。図8(a)は装置を上から見た図であり、図8(b)はX1−Y1で切った断面図であり、図8(c)は収容室の断面図である。
また、図9は、流体送り装置の第一態様と、環状の培養流路5とを組み合わせたものである。図9(a)は装置を上から見た図であり、図8(b)は収容室の断面図である。培養流路を環状とすることにより、よどみなくスムーズな培養液の流れが達成され得る。
図10は、流体送り装置の第二態様に、(a)ヘアピン型の屈曲状流路5、あるいは(b)直線状流路5と半環状流路6を組み合わせたものである。各図とも、上段が装置を上から見た図であり、下段は装置をX2−Y2、X3−Y3でそれぞれ切ったときの断面図である。
As the culture channel, a bent channel as shown in FIG. 8, an annular channel as shown in FIG. 9, a linear channel as shown in FIG. 10, and the like can be used in appropriate combination. By disposing the culture channel in the culture tank so as to extend substantially horizontally, a thin and compact cell culture device can be configured.
FIG. 8 is a combination of the first embodiment of the fluid feeder and the square bent culture channel 5. 8A is a view of the apparatus as viewed from above, FIG. 8B is a cross-sectional view taken along X1-Y1, and FIG. 8C is a cross-sectional view of the storage chamber.
FIG. 9 is a combination of the first embodiment of the fluid feeder and the annular culture channel 5. FIG. 9A is a view of the apparatus from above, and FIG. 8B is a cross-sectional view of the storage chamber. By making the culture channel annular, a smooth flow of the culture solution can be achieved without stagnation.
FIG. 10 shows a combination of (a) a hairpin-type bent channel 5 or (b) a straight channel 5 and a semi-annular channel 6 in the second mode of the fluid feeder. In each figure, the upper part is a view of the apparatus viewed from above, and the lower part is a cross-sectional view when the apparatus is cut along X2-Y2 and X3-Y3.

培養基材は、培養流路内に適宜配置することができる。培養基材は培養流路の全範囲に配置してもよいし、一部分に配置してもよい。第二態様の流体送り装置を用いる場合には、吐出口に直結する培養流路部分に培養基材を配置するのは手間がかかるので、上面が開放された吸入口に直結した部分に培養基材を配置することが好ましい。一方、流体送り装置の第一態様を用いる場合は、上面が開放された水平な培養流路を用いることができるので、容易に培養流路全体に培養基材を配置することができる。
培養基材は、各種細胞・組織に適した足場材料となるものであればよく、公知のものが利用可能である。
また、培養基材は、培養中において、培養液が該培養基材(培養されている細胞がその内部または表面上に含まれている)を通過し得るように培養流路内に配置されていればよい。培養液が培養基材を通過するとは、培養液が培養基材と流路との隙間を通過すること、および/または、培養液が培養基材内を通過することを意味する。特に、培養基材を多孔質の基材として構成し、培養液が培養基材内の隅々の細胞に接するように通過する態様が好ましい。
3次元培養可能な培養基材は、主として多孔質の部材であるため、本発明には好ましい基材である。
The culture substrate can be appropriately disposed in the culture channel. The culture substrate may be arranged in the entire range of the culture channel or may be arranged in a part. In the case of using the fluid feeding device of the second aspect, it is troublesome to arrange the culture substrate in the culture flow path portion directly connected to the discharge port, so that the culture medium is placed in the portion directly connected to the suction port whose upper surface is open. It is preferable to arrange the material. On the other hand, when the first aspect of the fluid feeder is used, since a horizontal culture channel having an open upper surface can be used, the culture substrate can be easily disposed in the entire culture channel.
The culture substrate is not particularly limited as long as it is a scaffold material suitable for various cells and tissues, and known materials can be used.
The culture substrate is arranged in the culture channel so that the culture solution can pass through the culture substrate (the cultured cells are contained inside or on the surface) during the culture. Just do it. The phrase “the culture solution passes through the culture substrate” means that the culture solution passes through the gap between the culture substrate and the flow path, and / or the culture solution passes through the culture substrate. In particular, a mode in which the culture substrate is configured as a porous substrate and the culture solution passes so as to contact the cells in every corner of the culture substrate is preferable.
A culture base material capable of three-dimensional culture is a porous base material because it is mainly a porous member.

本発明に利用可能な培養基材は、特に限定されず、接触面に細胞や組織を固定可能な多孔性担体や、中空糸などであってよい。より詳細には、セルロース、セラミックス、ウレタン、ポリスチレン、金属、ガラス、ポリプロピレン、コラーゲン、フィブロネクチン、ポリリジン、ラミン、デキストランなどが挙げられる。
培養される細胞は、通常、培養基材内(又は表面)に留まり、培養液はその細胞の周囲を通過する。
The culture substrate that can be used in the present invention is not particularly limited, and may be a porous carrier capable of fixing cells and tissues on the contact surface, a hollow fiber, or the like. More specifically, cellulose, ceramics, urethane, polystyrene, metal, glass, polypropylene, collagen, fibronectin, polylysine, lamin, dextran and the like can be mentioned.
The cells to be cultured usually remain in the culture substrate (or the surface), and the culture solution passes around the cells.

本発明の細胞培養装置において培養可能な細胞は、特に限定されず、どの生物(原核生物、真核生物等)由来の細胞でもよい。また、細胞培養には、単なる細胞の培養だけでなく、組織や臓器の培養も含まれる。
原核生物としては、大腸菌等の細菌等が挙げられる。真核生物としては、真菌(酵母(分裂酵母、発芽酵母等)等)、植物(単子葉植物、双子葉植物等)、動物(無脊椎動物、脊椎動物等)等が挙げられる。無脊椎動物としては、甲殻類(昆虫等)等が挙げられる。脊椎動物としては、メクラウナギ類、ヤツメウナギ類、軟骨魚類、硬骨魚類、両生類、爬虫類、鳥類、哺乳動物等が挙げられる。
The cells that can be cultured in the cell culture apparatus of the present invention are not particularly limited, and may be cells derived from any organism (prokaryotes, eukaryotes, etc.). Cell culture includes not only simple cell culture but also tissue and organ culture.
Prokaryotes include bacteria such as E. coli. Examples of eukaryotes include fungi (yeast (fission yeast, germinating yeast, etc.)), plants (monocotyledonous plants, dicotyledonous plants, etc.), animals (invertebrates, vertebrates, etc.) and the like. Examples of invertebrates include crustaceans (insects, etc.). Examples of vertebrates include eel eels, lampreys, cartilaginous fish, teleosts, amphibians, reptiles, birds, mammals and the like.

本発明において利用可能な培養液に限定はなく、上記培養基材と組合わせて所望の細胞を培養可能なものを適宜選択することができる。例えば、本発明の細胞培養装置を用いて哺乳動物細胞を培養する際には、自体公知の培養液、例えばDMEM、EMEM、RPMI−1640、α−MEM、F−12、F−10、M−199、HAM等を用いることが出来る。培養液には、適宜自体公知の添加物(血清、成長因子、抗生物質、緩衝剤、還元剤等)を加えてもよい。   There is no limitation on the culture medium that can be used in the present invention, and a culture medium that can culture desired cells in combination with the above culture substrate can be appropriately selected. For example, when culturing mammalian cells using the cell culture apparatus of the present invention, culture media known per se, such as DMEM, EMEM, RPMI-1640, α-MEM, F-12, F-10, M- 199, HAM, etc. can be used. A known additive (serum, growth factor, antibiotic, buffer, reducing agent, etc.) may be appropriately added to the culture solution.

本発明による細胞培養装置の用途に限定はないが、例えば、細胞の高機能化を目的とした培養、医療用タンパク質などの物質生産を目的とした培養、胚性幹細胞の培養、組織培養、細胞や組織の形態観察を目的とした培養、試験・検査を目的とした培養、抗ガン物質や抗酸化物質のスクリーニングアッセイ、その他、酵素反応試験、核酸やタンパク質などの生体分子を含む化合物の相互作用試験、物質の精製、化合物の合成など、種々の目的に用いてよい。
好ましくは、本発明の細胞培養装置は、肝細胞や腎細胞などの各種機能細胞を培養し、培養液中に薬物を添加して流通しながら、該薬物濃度の変化をモニタリングすることにより、生体内での薬物代謝シミュレータとして用いることができる。
The use of the cell culture device according to the present invention is not limited, but for example, culture for the purpose of enhancing the functionality of cells, culture for the purpose of producing substances such as medical proteins, culture of embryonic stem cells, tissue culture, cells Culture for the purpose of morphological observation of tissues and tissues, culture for the purpose of testing / inspection, screening assay for anticancer substances and antioxidants, other enzyme reaction tests, and interaction of compounds including biomolecules such as nucleic acids and proteins It may be used for various purposes such as testing, substance purification, and compound synthesis.
Preferably, the cell culture device of the present invention cultivates various functional cells such as hepatocytes and kidney cells, and monitors the change in the drug concentration while adding and distributing the drug in the culture solution. It can be used as a drug metabolism simulator in the body.

図11(b)に示すように、1つのスターラー本体駆動装置Sのステージ上で複数の回転子を同時に回転させ得るものを用いれば、図8〜図10に示したユニット〔流体送り装置と培養流路とが接続された構成を有するユニット〕を複数(A1〜A6)、前記スターラー本体駆動装置S上に配置して、1台の共通スターラー本体駆動装置によって複数のユニットA1〜A6を稼動させることができ、狭いスペースでも、多種の試料を同時に並列処理することが可能になる。図11(b)は、6穴のウエルを各培養槽として用い、スターラー本体駆動装置S上に配置した構成例である。   As shown in FIG. 11 (b), the unit shown in FIGS. 8 to 10 [fluid feeder and culture can be used if a device capable of simultaneously rotating a plurality of rotors on the stage of one stirrer body drive device S is used. A plurality of units (A1 to A6) having a configuration in which a flow path is connected are arranged on the stirrer main body driving device S, and the plurality of units A1 to A6 are operated by one common stirrer main body driving device. Therefore, even in a narrow space, it becomes possible to process various samples in parallel. FIG. 11B shows a configuration example in which 6-wells are used as each culture tank and are arranged on the stirrer main body driving device S.

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、これらは単なる例示であって、本発明を何ら限定するものではない。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, these are merely examples and do not limit the present invention.

実施例1 各種培養装置の製造
図10(a)に示す装置(Type I)、図10(b)に示す装置(Type IIおよびType III)、図8に示す装置(Type IVおよびType V)並びに図9に示す装置(Type VI)を実際に製造した。各培養装置の材質、形状(寸法)等の詳細は以下の通りである。
(Type I)
厚さ5mmのアクリル円盤の上面と下面に深さ2mm・幅2mm・長さ15mmの流路を設けた。また、アクリル円盤に貫通した2つの穴を設け、攪拌子の回転を駆動力として培地が上面流路と下面流路を循環できる構造にした。攪拌子を入れる穴(収容室)の直径は6.7mm、もう一方の穴の直径は3mmとした。
(Type II・Type III)
厚さ5mmのアクリル円盤の上面に深さ2mm・幅3mmの半環状流路を、アクリル円盤下面に深さ2mm・幅2mmの直線状流路(長さ:15mm (Type II), 20mm (Type III))を設けた。また、アクリル円盤に貫通した2つの穴を設け、攪拌子の回転を駆動力として培地が上面流路と下面流路を循環できる構造にした。攪拌子を入れる穴(収容室)の直径は6.7mm、もう一方の穴の直径は4mmとした。
(Type IV・Type V)
厚さ5mmのアクリル円盤の上面に幅3mmの四角状流路を設けた。Type IVの流路の深さは2mm、Type Vの流路の深さは4mmとした。攪拌子を入れる穴(収容室)の直径は6.5mm・深さは4mmとした。
(Type VI)
厚さ5mmのアクリル円盤の上面に深さ2mm・幅3mmの環状流路を設けた。攪拌子を入れる穴(収容室)の直径は6.5mm・深さは4mmとした。
Example 1 Manufacture of various culture apparatuses The apparatus (Type I) shown in FIG. 10 (a), the apparatus (Type II and Type III) shown in FIG. 10 (b), the apparatus (Type IV and Type V) shown in FIG. The apparatus (Type VI) shown in FIG. 9 was actually manufactured. Details of the material, shape (dimensions), etc. of each culture apparatus are as follows.
(Type I)
Channels with a depth of 2 mm, width of 2 mm, and length of 15 mm were provided on the upper and lower surfaces of a 5 mm thick acrylic disk. In addition, two holes penetrating the acrylic disk were provided so that the medium could circulate through the upper and lower flow paths using the rotation of the stirrer as a driving force. The diameter of the hole (accommodating chamber) into which the stirrer was placed was 6.7 mm, and the diameter of the other hole was 3 mm.
(Type II / Type III)
A semicircular channel with a depth of 2mm and a width of 3mm on the upper surface of a 5mm-thick acrylic disc, and a linear channel with a depth of 2mm and a width of 2mm on the lower surface of the acrylic disc (length: 15mm (Type II), 20mm (Type III)). In addition, two holes penetrating the acrylic disk were provided so that the medium could circulate through the upper and lower flow paths using the rotation of the stirrer as a driving force. The diameter of the hole (accommodating chamber) into which the stirrer was placed was 6.7 mm, and the diameter of the other hole was 4 mm.
(Type IV / Type V)
A square channel with a width of 3 mm was provided on the top surface of an acrylic disk having a thickness of 5 mm. The depth of the Type IV channel was 2 mm, and the depth of the Type V channel was 4 mm. The diameter of the hole (accommodation chamber) for containing the stirrer was 6.5 mm and the depth was 4 mm.
(Type VI)
An annular channel with a depth of 2 mm and a width of 3 mm was provided on the top surface of an acrylic disk having a thickness of 5 mm. The diameter of the hole (accommodation chamber) for containing the stirrer was 6.5 mm and the depth was 4 mm.

実施例2 各種培養装置を用いた肝細胞の培養
実施例1で製造した各種培養装置(Type I〜Type VI)を用いて肝細胞の培養を行った。
(Type I)
ステンレス製テンプレートを用いて下面流路状にコラーゲンを配置し、常法により採取したラット肝細胞懸濁液を添加して、開放系で4時間静置培養した。テンプレートを除去して、上記の通り成形したアクリル円錐を組み込んだ収容室に攪拌子を入れ、マグネチックスターラーを用いて攪拌子を時計回りに100rpmで回転させ、3日間流通培養を行った。
(Type II・Type III)
上記の通り成形したアクリル円盤をペトリ皿に接着させた。上面流路の底面に培養基材としてコラーゲンを配置し、常法により採取したラット肝細胞懸濁液を添加して4時間静置培養した後、収容室に攪拌子を入れ、マグネチックスターラーを用いて攪拌子を時計回りに100rpmで回転させ、3日間流通培養を行った。培地を流通させずに、そのまま静置培養を行ったものを対照とした。
(Type IV・Type V)
上記の通り成形したアクリル円盤の流路底面に培養基材としてコラーゲンを配置し、常法により採取したラット肝細胞懸濁液を添加して4時間静置培養した後、収容室に攪拌子を入れ、マグネチックスターラーを用いて攪拌子を時計回りに100rpmで回転させ、3日間流通培養を行った。培地を流通させずに、そのまま静置培養を行ったものを対照とした。
(Type VI)
上記の通り成形したアクリル円盤の流路底面に培養基材としてコラーゲンを配置し、円柱状部材を収容室に入れて培地を堰き止め、常法により採取したラット肝細胞懸濁液を添加して4時間静置培養した後、堰き止めを外し、収容室に攪拌子を入れ、マグネチックスターラーを用いて攪拌子を時計回りに100rpmで回転させ、3日間流通培養を行った。培地を流通させずに、そのまま静置培養を行ったものを対照とした。
各培養装置の流路の深さ、培地体積、細胞播種底面積、播種細胞数を表1にまとめた。
Example 2 Culture of Hepatocytes Using Various Culture Devices Hepatocytes were cultured using the various culture devices (Type I to Type VI) produced in Example 1.
(Type I)
Collagen was placed in the shape of the lower channel using a stainless steel template, and a rat hepatocyte suspension collected by a conventional method was added, followed by static culture for 4 hours in an open system. The template was removed, and a stirrer was placed in a storage chamber incorporating the acrylic cone formed as described above, and the stirrer was rotated clockwise at 100 rpm using a magnetic stirrer, and flow culture was performed for 3 days.
(Type II / Type III)
The acrylic disk molded as described above was adhered to a Petri dish. Collagen is placed on the bottom of the top channel as a culture substrate. After adding rat hepatocyte suspension collected by conventional methods and incubating for 4 hours, a stir bar is placed in the storage chamber and a magnetic stirrer is installed. The stirring bar was rotated clockwise at 100 rpm, and flow culture was performed for 3 days. As a control, the culture was carried out as it was without circulating the medium.
(Type IV / Type V)
Place the collagen as the culture substrate on the bottom of the acrylic disk shaped as described above, add the rat hepatocyte suspension collected by the usual method and incubate for 4 hours, then place the stir bar in the storage chamber. Then, the stirring bar was rotated clockwise at 100 rpm using a magnetic stirrer, and flow culture was performed for 3 days. As a control, the culture was carried out as it was without circulating the medium.
(Type VI)
Place collagen as a culture substrate on the bottom of the flow path of the acrylic disk molded as described above, place a cylindrical member in the accommodation chamber, dam the culture medium, and add the rat hepatocyte suspension collected by a conventional method. After stationary culture for 4 hours, the weir was removed, a stirrer was placed in the accommodation chamber, and the stirrer was rotated clockwise at 100 rpm using a magnetic stirrer, and flow culture was performed for 3 days. As a control, the culture was carried out as it was without circulating the medium.
Table 1 summarizes the channel depth, medium volume, cell seeding bottom area, and number of seeded cells of each culture apparatus.

試験例1 各種培養装置の性能
実施例2の各種培養系において、培養1日目と3日目にアルブミン合成能を測定した。結果を図12〜15に示す。Type Iは、用いた回転数では流通速度が不十分であったため、アルブミン合成能は比較的低値であった(図12)。
Type II、Type IIIでは、ともに培養1日目でのアルブミン合成速度は流通培養での値が静置培養での値を上回った(図13)。しかし、培養3日目ではType II、Type IIIともアルブミン合成速度は低下した。この理由としては、ポッティング剤を用いて培養装置をペトリディッシュに貼り付ける際に、塗布にむらができてしまったため、培地がリアクターとペトリディッシュの間にしみ込み、上面流路の液面が減少したことが考えられる。培養3日目には流路に培地がほとんど無い状態が観察された。
Type IV、Type Vでは、ともに培養1日目、3日目とも静置培養の結果を上回った(図14)。特にType IVでは、これまで静置培養で得られているアルブミン合成速度と比較して、非常に高い値が得られた。また、実験操作も簡便なことから流通型薬物代謝シミュレータへの適用が期待できた。しかし、四角状の流路を有することから、色素を添加して流動状況を観察すると流路の四隅で淀みが観察された。
Type VIでも、Type IV、Type Vと同様に、培養1日目、3日目とも静置培養の結果を上回った(図15)。培養2日目における細胞形態も良好であった(図16)。また、流路を環状にしたことで、色素を添加して流動状況を観察した時の淀みが観察されず、スムーズな培地の流動が可能となった。よってType VIの流通型薬物代謝シミュレータへの適用を試みた。
Test Example 1 Performance of Various Culture Devices In the various culture systems of Example 2, albumin synthesis ability was measured on the first and third days of culture. The results are shown in FIGS. Type I had a relatively low albumin synthesis ability because the circulation speed was insufficient at the number of rotations used (FIG. 12).
In both Type II and Type III, the rate of albumin synthesis on the first day of culture exceeded the value in static culture in the flow culture (FIG. 13). However, on the third day of culture, the albumin synthesis rate decreased for both Type II and Type III. The reason for this is that when the culture device was affixed to the Petri dish using a potting agent, the coating was uneven, and the medium soaked between the reactor and the Petri dish, resulting in a decrease in the liquid level in the upper channel. It is possible that On the third day of culture, a state in which there was almost no medium in the flow path was observed.
In Type IV and Type V, both the first and third days of culture exceeded the results of static culture (FIG. 14). In particular, in Type IV, an extremely high value was obtained as compared with the albumin synthesis rate obtained so far by static culture. In addition, since the experimental operation was simple, it was expected to be applied to a distribution-type drug metabolism simulator. However, since it has a square channel, stagnation was observed at the four corners of the channel when a dye was added and the flow state was observed.
As with Type IV and Type V, Type VI exceeded the results of static culture on day 1 and day 3 (FIG. 15). The cell morphology on the second day of culture was also good (FIG. 16). Moreover, since the flow path was made into an annular shape, no stagnation was observed when the flow condition was observed with the addition of a dye, and a smooth flow of the culture medium became possible. Therefore, we tried to apply Type VI to a distribution-type drug metabolism simulator.

試験例2 Type VI培養装置を用いた流通培養での薬物代謝能
実施例2と同様にして、Type VI培養装置で肝細胞を培養した。培地に0.25mMのリドカインを添加して流通培養もしくは静置培養を行い、6時間後および24時間後にリドカイン濃度を測定してクリアランス値をそれぞれ算出した。結果を表2に示す。流通培養で得られた生体クリアランス予測値は静置培養で得られた値に比べて約30%高かった。
Test Example 2 Drug Metabolism Ability in Flow Culture Using Type VI Culture Device In the same manner as in Example 2, hepatocytes were cultured in a Type VI culture device. Flow culture or stationary culture was performed by adding 0.25 mM lidocaine to the medium, and the lidocaine concentration was measured 6 hours and 24 hours later to calculate the clearance value. The results are shown in Table 2. The predicted value of biological clearance obtained by flow culture was about 30% higher than that obtained by static culture.

上記のとおり、本発明による流体送り装置は回転子と流路とを組み合わせただけの簡単な構成を有するので、ウエルプレートの如き小型の培養槽内で還流培養が可能になる。したがって、一度に多検体を処理することが可能であり、ハイスループットな細胞の機能評価等に利用することができる。   As described above, the fluid feeder according to the present invention has a simple configuration in which a rotor and a flow path are combined, and thus reflux culture can be performed in a small culture tank such as a well plate. Therefore, it is possible to process a large number of samples at a time, and it can be used for high-throughput cell function evaluation and the like.

本発明による流体送り装置の構成の一例を示し、かつ、当該流体送り装置の原理を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an example of the structure of the fluid feeder by this invention, and demonstrating the principle of the said fluid feeder. 図1に示す装置のX−Y断面を示す図である。It is a figure which shows the XY cross section of the apparatus shown in FIG. 本発明による流体送り装置における、回転円と、収容室の内部壁面との隙間を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the clearance gap between a rotation circle and the internal wall surface of a storage chamber in the fluid feeder by this invention. 本発明による流体送り装置における、吐出口の位置、回転子と収容室の天井との間の隙間等を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the position of the discharge outlet, the clearance gap between a rotor, and the ceiling of a storage chamber etc. in the fluid feeder by this invention. (a)〜(e)本発明による流体送り装置における、回転子の回転中心と、流路の中心線との位置関係を例示する図である。(f)本発明の別の態様の流体送り装置における、吸入口と吐出口との位置関係を示す図である。(A)-(e) In the fluid feeder by this invention, it is a figure which illustrates the positional relationship of the rotation center of a rotor, and the centerline of a flow path. (F) It is a figure which shows the positional relationship of the suction inlet and discharge outlet in the fluid feeder of another aspect of this invention. 本発明による流体送り装置における、吸入口と吐出口との位置関係を例示する図である。It is a figure which illustrates the positional relationship of the suction inlet and discharge outlet in the fluid feeder by this invention. 本発明による流体送り装置における流路の形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the shape of the flow path in the fluid feeder by this invention. 本発明による細胞培養装置の構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a structure of the cell culture apparatus by this invention. 本発明による細胞培養装置の構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a structure of the cell culture apparatus by this invention. 本発明による細胞培養装置において、吐出口に直結する培養流路が下方に開放している場合の構成例を示す模式図である。図10(a)は当該装置の上面図とそのX1−Y1断面を示す図であり、図10(b)は当該装置の他の例の上面図とそのX2−Y2断面を示す図である。In the cell culture apparatus by this invention, it is a schematic diagram which shows the structural example in case the culture flow path directly connected to a discharge outlet is open | released below. FIG. 10A is a top view of the device and its X1-Y1 cross section, and FIG. 10B is a top view of another example of the device and its X2-Y2 cross section. 本発明による細胞培養装置において、1つのスターラー本体駆動装置のステージ上で複数の回転子を同時に回転させ得る構成とした態様を示す図である。In the cell culture device by this invention, it is a figure which shows the aspect made into the structure which can rotate a some rotor simultaneously on the stage of one stirrer main body drive device. Type I培養装置を用いた流通培養における細胞播種面積あたりのアルブミン合成速度の経時変化(n=2)を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change (n = 2) of the albumin synthesis | combination rate per cell seed | inoculation area in the flow culture using a Type I culture apparatus. 流通培養と静置培養における細胞播種面積あたりのアルブミン合成速度の経時変化(n=2)を示す図である。(a)Type II、(b)Type IIIIt is a figure which shows a time-dependent change (n = 2) of the albumin synthesis | combination rate per cell seed | inoculation area in distribution culture and stationary culture. (a) Type II, (b) Type III 流通培養と静置培養における細胞播種面積あたりのアルブミン合成速度の経時変化(n=2)を示す図である。■:Type IV流通培養、△:Type V流通培養、●:Type IV静置培養、▽:Type V静置培養It is a figure which shows a time-dependent change (n = 2) of the albumin synthesis | combination rate per cell seed | inoculation area in distribution culture and stationary culture. ■: Type IV flow culture, △: Type V flow culture, ●: Type IV static culture, ▽: Type V static culture Type VI培養装置を用いた流通培養と静置培養における細胞播種面積あたりのアルブミン合成速度の経時変化(n=2)を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change (n = 2) of the albumin synthesis | combination rate per cell seeding | spread area | region in distribution culture and stationary culture using a Type VI culture apparatus. Type VI培養装置を用いた流通培養と静置培養における培養2日目の細胞形態を示す写真である。A:Type VI流通培養、B:Type VI静置培養、C:12ウェルディッシュを用いた静置培養It is a photograph which shows the cell form of the culture | cultivation 2nd day in distribution culture using a Type VI culture apparatus, and stationary culture. A: Type VI flow culture, B: Type VI static culture, C: static culture using 12 well dishes

符号の説明Explanation of symbols

1 回転子
2 収容室
3 吸入口
4 吐出口
1 Rotor 2 Storage chamber 3 Suction port 4 Discharge port

Claims (15)

スターラーの回転子が回転可能に収容された収容室を有し、該収容室には、流体を出入りさせるための吸入口と吐出口とが設けられており、
吐出口は、収容室の内部側壁のうち、回転子を回転させたときに、収容室内の流体に生じる慣性力によって該流体が吐出口から収容室外へ流出し得る位置に設けられており、
吸入口は、回転子を回転させたときに、
(イ)吐出口からの流出に起因して流入しようとする力だけが作用する位置、または、
(ロ)収容室内の流体に生じる慣性力によって該流体が流出しようとする力が作用するが、その力よりも、吐出口からの流出に起因して流入しようとする力の方が大きく作用するような位置
に設けられており、
それによって、回転子を回転させたときに、収容室外の流体が吸入口から収容室内に流入し吐出口から収容室外に流出する流体送り作用が生じるものである、
流体送り装置。
The stirrer rotor has a storage chamber in which the rotor is rotatably stored, and the storage chamber is provided with a suction port and a discharge port for allowing fluid to enter and exit,
The discharge port is provided on the inner side wall of the storage chamber at a position where the fluid can flow out of the storage chamber from the discharge port due to inertial force generated in the fluid in the storage chamber when the rotor is rotated.
When the rotor is rotated, the suction port
(B) A position where only the force to flow in due to outflow from the discharge port acts, or
(B) Although the force of the fluid trying to flow out is exerted by the inertial force generated in the fluid in the storage chamber, the force of flowing in due to the outflow from the discharge port acts more than that force. It is provided in such a position,
Thereby, when the rotor is rotated, a fluid feeding action in which the fluid outside the storage chamber flows into the storage chamber from the suction port and flows out of the storage chamber from the discharge port,
Fluid feeder.
吐出口が、収容室の内部側壁のうち、回転子の回転によって描かれる回転円を取り巻く部分を少なくとも含む位置に設けられている、請求項1記載の流体送り装置。   The fluid feeding device according to claim 1, wherein the discharge port is provided at a position including at least a portion surrounding a rotation circle drawn by rotation of the rotor on the inner side wall of the storage chamber. 吐出口が、収容室の内部側壁のうち、回転子の回転によって描かれる回転円を取り巻く部分を含まない位置に設けられている、請求項1記載の流体送り装置。   The fluid feeding device according to claim 1, wherein the discharge port is provided at a position not including a portion surrounding a rotation circle drawn by rotation of the rotor on the inner side wall of the storage chamber. 吸入口が、収容室の内部側壁に設けられている、請求項1記載の流体送り装置。   The fluid feeder according to claim 1, wherein the suction port is provided on an inner side wall of the storage chamber. 吸入口が、吸入口と吐出口とを結ぶ直線状もしくは円弧状の流路を想定したときに、該流路が回転子の回転軸方向にある壁と平行になるような位置に設けられており、且つ流路の中心軸が回転子の回転中心を通過しない、請求項4記載の流体送り装置。   When the suction port is assumed to be a linear or arc-shaped flow path connecting the suction port and the discharge port, the flow path is provided at a position parallel to the wall in the direction of the rotation axis of the rotor. The fluid feeder according to claim 4, wherein the central axis of the flow path does not pass through the rotation center of the rotor. 回転子の回転円によって描かれる回転円が、吸入口と吐出口とを結ぶ流路の側面に外接するか、一方の側面を横切るが他方の側面を横切らない、請求項5記載の流体送り装置。   The fluid feeding device according to claim 5, wherein the rotation circle drawn by the rotation circle of the rotor circumscribes the side surface of the flow path connecting the suction port and the discharge port, or crosses one side surface but does not cross the other side surface. . 収容室の内部側壁を、回転子の回転によって描かれる回転円に沿って流路内に延長することを想定したときに、内部側壁が流路の側面に内接する、請求項6記載の流体送り装置。   The fluid feed according to claim 6, wherein the inner side wall is inscribed in the side surface of the flow path when it is assumed that the inner side wall of the storage chamber extends into the flow path along a rotation circle drawn by rotation of the rotor. apparatus. 吸入口が、吐出口に対して段違いとなる位置で、且つ、内部側壁の、回転子の回転によって描かれる回転円を取り巻く部分を含まない位置に設けられている、請求項2記載の流体送り装置。   The fluid feed according to claim 2, wherein the suction port is provided at a position different from the discharge port and at a position on the inner side wall that does not include a portion surrounding a rotation circle drawn by rotation of the rotor. apparatus. スターラーの回転子が、水平回転可能に収容室に収容されている、請求項1〜8のいずれかに記載の流体送り装置。   The fluid feeding device according to claim 1, wherein the stirrer rotor is housed in the housing chamber so as to be horizontally rotatable. スターラーがマグネチックスターラーであって、回転子が、収容室外に配置されたスターラー本体駆動装置から発せられる磁気の作用によって回転するものである、請求項1〜9のいずれかに記載の流体送り装置。   The fluid feeding device according to any one of claims 1 to 9, wherein the stirrer is a magnetic stirrer, and the rotor is rotated by the action of magnetism emitted from a stirrer main body driving device disposed outside the storage chamber. . 請求項1〜10のいずれかに記載の流体送り装置と、該流体送り装置の収容室外に設けられた培養流路とを含む細胞培養装置であって、
培養流路の一端部が流体送り装置の吸入口に、他端部が該流体送り装置の吐出口にそれぞれ接続されており、
前記流体送り装置の流体送り作用によって、培養液が培養流路を通過する構成とされていることを特徴とする、細胞培養装置。
A cell culture device comprising the fluid feeder according to any one of claims 1 to 10 and a culture channel provided outside a storage chamber of the fluid feeder,
One end of the culture channel is connected to the inlet of the fluid feeder, and the other end is connected to the outlet of the fluid feeder,
A cell culture device, wherein the culture solution is configured to pass through a culture channel by a fluid feed action of the fluid feed device.
流体送り装置のスターラーがマグネチックスターラーであり、回転子が、収容室外に配置されたスターラー本体駆動装置から発せられる磁気の作用によって水平回転するものであって、
該スターラー本体駆動装置は、1台で、複数の回転子を回転させ得るように構成されたものであり、
上記流体送り装置と上記培養流路とが接続された構成を含むユニットが、前記スターラー本体駆動装置上に複数配置され、1台のスターラー本体駆動装置によって前記複数のユニットが稼動する構成とされている、請求項11記載の細胞培養装置。
The stirrer of the fluid feeding device is a magnetic stirrer, and the rotor rotates horizontally by the action of magnetism emitted from the stirrer main body driving device arranged outside the storage chamber,
The stirrer main body driving device is configured to be capable of rotating a plurality of rotors by one unit.
A plurality of units including a configuration in which the fluid feeding device and the culture channel are connected are arranged on the stirrer body driving device, and the plurality of units are operated by one stirrer body driving device. The cell culture device according to claim 11.
細胞の薬物代謝シミュレータである、請求項11または12記載の細胞培養装置。   The cell culture device according to claim 11 or 12, which is a drug metabolism simulator for cells. 請求項11または12記載の細胞培養装置の培養流路内に培養基材を配置し、培養流路および流体送り装置の収容室内に培地を添加し、細胞を播種して該細胞を該培養基材内もしくはその表面上に保持させた後、流体送り装置のスターラー回転子を回転させることにより、培養流路内を培地が一定方向に流通するようにすることを特徴とする、細胞培養方法。   A culture substrate is disposed in the culture channel of the cell culture device according to claim 11 or 12, a culture medium is added to the culture channel and the storage chamber of the fluid feeding device, the cells are seeded, and the cells are transformed into the culture medium. A cell culturing method, wherein the medium is circulated in a fixed direction in the culture channel by rotating the stirrer rotor of the fluid feeder after being held in the material or on the surface thereof. 請求項11または12記載の細胞培養装置の培養流路内に培養基材を配置し、培養流路および流体送り装置の収容室内に培地を添加し、細胞を播種して該細胞を該培養基材内もしくはその表面上に保持させた後、薬物を含有する培地を、流体送り装置のスターラー回転子を回転させることにより流通させ、該薬物濃度の変化を測定することを含む、細胞の薬物代謝のシミュレーション方法。   A culture substrate is disposed in the culture channel of the cell culture device according to claim 11 or 12, a culture medium is added to the culture channel and the storage chamber of the fluid feeding device, the cells are seeded, and the cells are transformed into the culture medium. The drug metabolism of the cell, which comprises circulating the medium containing the drug by rotating the stirrer rotator of the fluid feeder and measuring the change in the drug concentration after being held in or on the surface of the material Simulation method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021159008A (en) * 2020-03-31 2021-10-11 学校法人東海大学 Liquid feeding device and liquid feeding method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0441998A (en) * 1990-06-06 1992-02-12 Ebara Corp Magnet pump
JP2006162296A (en) * 2004-12-02 2006-06-22 Tokyo Keiso Co Ltd Impeller flow meter
JP2006320218A (en) * 2005-05-17 2006-11-30 Fukuoka Prefecture Fluid transfer apparatus and cell culture device using the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0441998A (en) * 1990-06-06 1992-02-12 Ebara Corp Magnet pump
JP2006162296A (en) * 2004-12-02 2006-06-22 Tokyo Keiso Co Ltd Impeller flow meter
JP2006320218A (en) * 2005-05-17 2006-11-30 Fukuoka Prefecture Fluid transfer apparatus and cell culture device using the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021159008A (en) * 2020-03-31 2021-10-11 学校法人東海大学 Liquid feeding device and liquid feeding method
JP7490216B2 (en) 2020-03-31 2024-05-27 学校法人東海大学 Liquid delivery device and liquid delivery method

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