專利名稱：細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及細(xì)胞組織工程學(xué)或作為基因治療等的應(yīng)用的組織工程中所使用的細(xì)胞·組織培養(yǎng)技術(shù)，用于體外培養(yǎng)修復(fù)人體缺損組織等所需要的細(xì)胞和組織的、細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法及其裝置。
背景技術(shù)：
對活體的缺損部位或異常部位進(jìn)行修復(fù)的方法有以下幾種。其第1種方法是，作為缺損部位或異常部位的修復(fù)機(jī)構(gòu)，以塑料、金屬、陶瓷等非活體材料進(jìn)行代用。作為代用品，有骨用陶瓷、不銹鋼、關(guān)節(jié)用聚乙烯樹脂、血管用乙烯樹脂等。第2種方法是，以其它動(dòng)物、其它部位等活體材料進(jìn)行代用。該代用品例如有皮膚等。而第3種方法是移植他人的臟器。
第1種方法存在著這樣的問題，即，隨著塑料、金屬、陶瓷等非活體材料的磨損、消耗，需要定期進(jìn)行更換，磨損所產(chǎn)生的分離物質(zhì)會對活體產(chǎn)生不良影響。另外，關(guān)于合成樹脂血管，已有報(bào)告列舉出，血管經(jīng)過長期使用，其內(nèi)部會逐漸發(fā)生堵塞的事例。而第3種方法，若沒有移植臟器的提供者，則無法實(shí)施修復(fù)，即使能夠?qū)嵤?，也存在著臟器間發(fā)生排斥反應(yīng)的問題。
而一種能夠達(dá)到人們所期望的實(shí)用化的修復(fù)方法，是對活體細(xì)胞在其體內(nèi)或體外進(jìn)行細(xì)胞或組織的培養(yǎng)，將所得到的細(xì)胞和組織用于缺陷部位的修復(fù)。目前的研究報(bào)告表明，皮膚、軟骨、血管、肝臟、胰臟等許多組織存在著上述可能性。若將取自活體的細(xì)胞在患者的體內(nèi)、體外進(jìn)行細(xì)胞或組織的培養(yǎng)，將培養(yǎng)得到的細(xì)胞和組織用于缺陷部位的修復(fù)，則能夠使得在體內(nèi)無法再生的組織再生，而且，用于修復(fù)的組織具有患者本身的基因因而不會發(fā)生排斥反應(yīng)，而且，也不會產(chǎn)生諸如合成樹脂等那樣非活體材料的化學(xué)物質(zhì)可能造成的不良影響。能夠得到理想的治療效果。
作為這種技術(shù)，過去有特開平9-313166號公報(bào)的“細(xì)胞培養(yǎng)裝置”。采用該技術(shù)時(shí)，每進(jìn)行一次培養(yǎng)，都要將各零部件拆解，經(jīng)過清洗、滅菌后再組裝成裝置，因而有可能在滅菌之后又被細(xì)菌污染。雖說為了防止污染可以在組裝成裝置后以高壓滅菌器(121℃、絕對壓力2個(gè)大氣壓)等進(jìn)行滅菌處理，但由于泵和壓力傳感器包含有許多電子元器件和特殊的樹脂、油等，因此從防止污染的角度來說，無法加以使用。為此，要對泵和壓力傳感器進(jìn)行局部拆解，僅將培養(yǎng)基的通路部分取出后以藥品進(jìn)行滅菌，而對其它零部件以高壓滅菌器滅菌，之后再組裝成泵和壓力傳感器以及裝置，因此，不僅費(fèi)事而且雜菌污染的危險(xiǎn)性很大。此外，若使用培養(yǎng)器(培養(yǎng)庫)進(jìn)行培養(yǎng)，泵和控制裝置容易受到溫度、濕度的不良影響，容積有限的培養(yǎng)器中無法容納全部裝置。因此，需要使配管和電源、以及控制用電線從培養(yǎng)器的通孔中穿過，因而必須在培養(yǎng)器與外部空氣連通的狀態(tài)下進(jìn)行裝置的組裝。另外，由于整個(gè)培養(yǎng)基回路要承受壓力，因此，包括泵和配管等零部件在內(nèi)，要整體做成耐壓結(jié)構(gòu)，但要想設(shè)定較高的壓力(例如1MPa以上)是非常困難的，要施加高壓，必須整體做成高耐壓結(jié)構(gòu)，這將導(dǎo)致成本增加。
此外，在邊施加壓力以實(shí)施物理刺激邊進(jìn)行活體組織的培養(yǎng)方面，Harvard medical school的水野秀一博士等人曾發(fā)表研究報(bào)告(Materials Science and Engineering C6 301-306)，根據(jù)該研究，可構(gòu)成圖26所示的培養(yǎng)裝置，下面對該培養(yǎng)裝置的各要素及其功能進(jìn)行說明，泵400，起著驅(qū)使培養(yǎng)基402進(jìn)行循環(huán)、以及、對培養(yǎng)腔室404內(nèi)部加壓以對細(xì)胞406或組織施加靜壓的作用，例如使用的是液體色譜用泵，內(nèi)裝有使流量保持一定的控制裝置。
背壓調(diào)節(jié)器408在壓力達(dá)到對細(xì)胞406或組織所需施加的壓力以上時(shí)，將閥410打開以泄放壓力，使培養(yǎng)腔室404內(nèi)部的壓力保持一定。根據(jù)對細(xì)胞406所需施加的壓力的大小來選擇背壓調(diào)節(jié)器408并安裝之。
培養(yǎng)腔室404構(gòu)成了培養(yǎng)細(xì)胞406或組織的培養(yǎng)空間，該培養(yǎng)腔室404中容放有，由膠原形成的海綿體所構(gòu)成的、接種有細(xì)胞406或組織的基質(zhì)412。使細(xì)胞406或組織在由膠原海綿體構(gòu)成的基質(zhì)412上增殖。壓力傳感器414對培養(yǎng)腔室404內(nèi)的壓力進(jìn)行檢測，壓力監(jiān)視器416顯示壓力傳感器414的壓力檢測值。以該壓力檢測值對泵400進(jìn)行控制，當(dāng)該壓力檢測值過大時(shí)，使泵400停止運(yùn)行。
培養(yǎng)基槽418內(nèi)蓄存有適合于培養(yǎng)待培養(yǎng)細(xì)胞406或組織的培養(yǎng)基402，該培養(yǎng)基402例如由氨基酸類、糖類、鹽類等構(gòu)成。培養(yǎng)基槽418通過貫穿封閉塞420的通氣管422與外部空氣連通，通氣過濾器424能夠防止外部空氣的污染。
該培養(yǎng)裝置放置在作為密閉空間的培養(yǎng)器中。該培養(yǎng)器形成具有舒適的培養(yǎng)氛圍的空間，維持對于細(xì)胞、組織來說最適宜的溫度、濕度以及氣體濃度(氧氣、二氧化碳?xì)?。并且，在泵400的作用下，培養(yǎng)基402充滿回路426并在其內(nèi)循環(huán)。氧氣、二氧化碳?xì)鈴耐膺^濾器424通過后溶解到培養(yǎng)基402中，使培養(yǎng)基402保持適度的氧氣濃度和二氧化碳?xì)鉂舛?。?dāng)泵400運(yùn)行時(shí)，培養(yǎng)腔室404中的壓力逐漸升高，一旦達(dá)到背壓調(diào)節(jié)器408的設(shè)定壓力以上時(shí)，背壓調(diào)節(jié)器408的閥410打開，排放培養(yǎng)基402，培養(yǎng)基402的壓力將隨著培養(yǎng)基402的排放而相應(yīng)地降低，因而閥410關(guān)閉。通過重復(fù)進(jìn)行上述動(dòng)作，可使壓力保持一定，同時(shí)，一定量的培養(yǎng)基402往復(fù)進(jìn)行循環(huán)。細(xì)胞400或組織在受到這種壓力刺激的情況下增殖。
該培養(yǎng)裝置雖然能夠維持固定的壓力，但不能實(shí)現(xiàn)壓力的往復(fù)升降。壓力的升高要靠泵400，壓力升高的速率決定于泵400的能力，當(dāng)培養(yǎng)基402的循環(huán)量增加時(shí)，壓力升高速率加快，當(dāng)將其循環(huán)量設(shè)定得較小時(shí)，壓力的升高將變得緩慢。因此，在使壓力周期連續(xù)重復(fù)的場合，要想降低壓力，可以如圖27所示，采用這樣一種方法，即，與背壓調(diào)節(jié)器408相并聯(lián)地設(shè)置具有旁路閥428和節(jié)流閥(針閥)430的旁路路徑432。采用這種方法，雖然能夠降低壓力，但存在著如下缺點(diǎn)，即，不僅完成一個(gè)周期所需的時(shí)間變長，而且無法使重復(fù)周期的設(shè)定和培養(yǎng)基420的循環(huán)量相互獨(dú)立，并且，節(jié)流閥430的調(diào)節(jié)作用變得很微小，產(chǎn)生導(dǎo)致壓力降低的變化率變得不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。
并且，每進(jìn)行一次培養(yǎng)，都要拆解各零部件進(jìn)行清洗、滅菌，之后再組裝成裝置，進(jìn)行滅菌后有可能再被細(xì)菌污染。雖說為防止污染可以考慮將組裝后的裝置以高壓滅菌器(121℃、絕對壓力為2個(gè)大氣壓)等進(jìn)行滅菌處理，但由于泵和壓力傳感器包含有許多電子元器件和特殊的樹脂、油等，因而無法做到。因此，目前的現(xiàn)狀是，不得不對泵和壓力傳感器進(jìn)行局部拆解，僅將培養(yǎng)基的通路部分取出而使用藥品進(jìn)行滅菌，其它零部件則以高壓滅菌器滅菌，之后，組裝成泵和壓力傳感器以及裝置，因此，不僅費(fèi)事而且雜菌污染的危險(xiǎn)性很大。
向培養(yǎng)基中引入氧氣、二氧化碳?xì)鈺r(shí)雖然通過過濾器，但由于是從周圍氛圍中直接進(jìn)行引入的，因此也存在著污染的可能。另外，雖然該培養(yǎng)裝置被放置在培養(yǎng)器中，但泵單元和壓力監(jiān)視器容易受到溫度、濕度的不良影響，而且由于容積的原因，要想將泵單元和壓力監(jiān)視器放置在培養(yǎng)器中是困難的。為此，不得不使配管用管材和電源、以及控制用電線從培養(yǎng)器的通孔中穿過而進(jìn)行其內(nèi)部和外部的連接從而完成裝置的組裝。
此外，對壓力的設(shè)定，是根據(jù)設(shè)定壓力選擇并裝入適當(dāng)?shù)谋硥赫{(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)的，因而要改變壓力的設(shè)定值，必須更換背壓調(diào)節(jié)器，因此，不僅費(fèi)事而且雜菌污染的危險(xiǎn)性也很大。
在需要改變壓力循環(huán)的場合，圖27所示的培養(yǎng)裝置無法進(jìn)行低壓的設(shè)定，即便節(jié)流閥430能夠在一定程度上調(diào)整壓力，所設(shè)定的壓力也將隨著泵400的循環(huán)流量的改變而改變。
如上所述，現(xiàn)有的活體的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法，是將培養(yǎng)器(培養(yǎng)庫)內(nèi)的溫度、濕度、二氧化碳濃度、氧濃度設(shè)定為最佳條件而在其中培養(yǎng)細(xì)胞的。這種利用培養(yǎng)器進(jìn)行的培養(yǎng)，是在培養(yǎng)皿的平面上(2維)進(jìn)行的，而人們正在嘗試進(jìn)行3維培養(yǎng)。而且，采用這種培養(yǎng)方法時(shí)，與外部空氣相接觸的培養(yǎng)基和細(xì)胞或組織容易被細(xì)菌污染，難以穩(wěn)定地進(jìn)行培養(yǎng)。
并且，活體的細(xì)胞總是處在物理刺激之下，雖然這些刺激對細(xì)胞代謝機(jī)能的控制、細(xì)胞分裂周期、生物刺激的濃度梯度和分散等具有間接的影響，但難以使之穩(wěn)定，要對物理刺激的大小、變化、周期等進(jìn)行設(shè)定和加以改變是非常困難的。因此，進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)需要對壓力進(jìn)行細(xì)微的設(shè)定和調(diào)整，要求培養(yǎng)操作人員能夠熟練操作。
因此，以往在進(jìn)行活體細(xì)胞的體外培養(yǎng)時(shí)，要使之成長為待修復(fù)部位大小需要較長的時(shí)間，有時(shí)因污染等原因還會影響培養(yǎng)的正常進(jìn)行。
為此，本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種能夠在防止污染的同時(shí)有效地實(shí)現(xiàn)體外培養(yǎng)的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法及其裝置。
發(fā)明的公開作為本發(fā)明，在模仿活體環(huán)境等的可任意進(jìn)行控制的環(huán)境下設(shè)置培養(yǎng)位置(培養(yǎng)腔室)，并且，在將細(xì)胞或組織保持在所說培養(yǎng)位置上的情況下供給培養(yǎng)基，在位于理想環(huán)境下的所說培養(yǎng)位置上進(jìn)行所說細(xì)胞或所說組織的培養(yǎng)，不僅能夠防止污染，而且實(shí)現(xiàn)了所說細(xì)胞或所說組織的高效率的體外培養(yǎng)。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法，其特征是，將活體的細(xì)胞或組織保持在特定的培養(yǎng)位置(培養(yǎng)腔室)上，在將所說細(xì)胞或所說組織設(shè)定在模仿活體環(huán)境下的同時(shí)向所說細(xì)胞或所說組織供給培養(yǎng)基，在所說培養(yǎng)位置進(jìn)行所說細(xì)胞或所說組織的培養(yǎng)。
即，作為局部修復(fù)缺損活體等所需要的組織，以使用該活體的細(xì)胞和組織最為理想。正是為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，使用采自活體的細(xì)胞和組織進(jìn)行體外培養(yǎng)。進(jìn)行這種體外培養(yǎng)，重要的是要防止污染和提供與活體同等的培養(yǎng)環(huán)境，即，人工實(shí)現(xiàn)活體模仿環(huán)境。為此，將培養(yǎng)位置設(shè)定在人工形成的環(huán)境中，通過將細(xì)胞或組織保持在該培養(yǎng)位置上并供給培養(yǎng)基，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞或組織的體外培養(yǎng)。在這里，所說環(huán)境是指，以由細(xì)胞或組織形成的活體為基準(zhǔn)，包括健康維持其生命所必需的體內(nèi)、體外的刺激在內(nèi)的生存條件。而培養(yǎng)基，包含有維持細(xì)胞或組織的生命以及進(jìn)行繁殖所必需的營養(yǎng)源。在這種場合，通過供給培養(yǎng)基，可對細(xì)胞或組織施加靜壓以及使之流動(dòng)而產(chǎn)生的物理刺激，使細(xì)胞或組織受到代謝機(jī)能、分裂周期、生物刺激的濃度梯度和分散的影響，促進(jìn)細(xì)胞或組織所培養(yǎng)，從而，能夠培養(yǎng)出與體內(nèi)組織相近、或者、與體內(nèi)組織易于融合的細(xì)胞或組織。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法，其特征是，將活體的細(xì)胞(5)或組織保持在特定的培養(yǎng)位置(培養(yǎng)腔室20)上，在將所說細(xì)胞或所說組織設(shè)定在活體模仿環(huán)境下的同時(shí)向所說細(xì)胞或所說組織通過培養(yǎng)回路(培養(yǎng)回路單元4)連續(xù)或斷續(xù)地供給培養(yǎng)基，并且對所說細(xì)胞或所說組織施加連續(xù)的、間斷的或周期性變化的壓力，在所說培養(yǎng)位置上進(jìn)行所說細(xì)胞或所說組織的培養(yǎng)。
關(guān)于培養(yǎng)位置的設(shè)定和環(huán)境的設(shè)定，如前已述。向設(shè)定在培養(yǎng)位置上的細(xì)胞或組織，通過培養(yǎng)回路連續(xù)或斷續(xù)地供給培養(yǎng)基。通過以與外界分離或隔離的培養(yǎng)回路供給培養(yǎng)基，能夠以連續(xù)或斷續(xù)的供給形式供給培養(yǎng)基，同時(shí)，能夠防止污染。對于培養(yǎng)基的供給形式，也根據(jù)活體的環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)的控制，從而能夠?qū)铙w進(jìn)行模仿，高效率地進(jìn)行細(xì)胞或組織的培養(yǎng)。并且，在培養(yǎng)過程中，使所希望的壓力作用于細(xì)胞或組織以施加物理刺激，通過使該壓力的施加形式為連續(xù)、間歇或者周期性變化，從而對活體進(jìn)行模仿，使得培養(yǎng)出的細(xì)胞或組織獲得必要的柔軟性和耐久性等活體所必需的物理和機(jī)械強(qiáng)度。這將有助于培養(yǎng)出，能夠與待修復(fù)活體的部位相適應(yīng)的理想且實(shí)用的細(xì)胞或組織，即，與體內(nèi)組織相近、或者、與體內(nèi)組織易于融合的細(xì)胞或組織。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法，其特征是，所說培養(yǎng)位置上具有使待培養(yǎng)的所說細(xì)胞或所說組織在所說培養(yǎng)基中保持浮游狀態(tài)或者非浮游狀態(tài)的保持機(jī)構(gòu)。即，通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，使待培養(yǎng)的細(xì)胞或組織保持靜態(tài)，對于提高培養(yǎng)效率是必要的。為此，通過使細(xì)胞或組織在培養(yǎng)基中保持浮游或非浮游的狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的培養(yǎng)。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法，其特征是，所說保持機(jī)構(gòu)，使用的是，使所說細(xì)胞或所說組織在所說培養(yǎng)基中保持浮游狀態(tài)的水凝膠，或者，對所說細(xì)胞或所說組織進(jìn)行保持并隨著其成長可被所說細(xì)胞或所說組織吸收的基質(zhì)。即，對待培養(yǎng)細(xì)胞或組織怎樣進(jìn)行保持均可，在這里，水凝膠和基質(zhì)就是例子。水凝膠，是包容待培養(yǎng)細(xì)胞或組織使之保持浮游狀態(tài)的機(jī)構(gòu)，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)可從該水凝膠中將細(xì)胞和組織取出。而基質(zhì)，可以由蛋白質(zhì)形成的多孔體構(gòu)成，培養(yǎng)的細(xì)胞或組織得到該基質(zhì)的保持，而在成長的同時(shí)將基質(zhì)作為養(yǎng)分吸收。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法，其特征是，由各種氨基酸、糖類、鹽類以及蛋白質(zhì)中的1種或2種以上構(gòu)成上述培養(yǎng)基。即，根據(jù)待培養(yǎng)的細(xì)胞或組織采用相應(yīng)的培養(yǎng)基。例如，可以使用含有各種氨基酸、糖、蛋白質(zhì)中的一種或從中選出2種以上物質(zhì)或者全部含有作為培養(yǎng)基，培養(yǎng)基選擇是以能夠有效形成高質(zhì)量的細(xì)胞或組織為主要要素的。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法，其特征是，培養(yǎng)所說細(xì)胞或所說組織的所說環(huán)境，是根據(jù)所說活體的部位的生理?xiàng)l件、或者在該生理?xiàng)l件之外再加上年齡、身長、體重、性別、及其它每一所說活體的固有信息進(jìn)行設(shè)定的。即，用于修復(fù)活體的局部的細(xì)胞或組織，最重要的是能夠與該活體匹配，利用該活體的固有信息作為一個(gè)要素設(shè)定培養(yǎng)環(huán)境。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法，其特征是，所說環(huán)境，是通過所說培養(yǎng)基供給氮、氧或者二氧化碳等氣體、溫度或者濕度而進(jìn)行設(shè)定的。即，培養(yǎng)細(xì)胞或組織的環(huán)境最好與活體相適應(yīng)，因此，通過向培養(yǎng)空間供給例如氮、氧、二氧化碳，將溫度、濕度設(shè)定為適于進(jìn)行培養(yǎng)的溫度、濕度，能夠?qū)⒒铙w環(huán)境控制在所希望的狀態(tài)。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法，其特征是，對所說細(xì)胞或所說組織施加的所說壓力，可根據(jù)所說細(xì)胞或所說組織的所說部位任意進(jìn)行設(shè)定。即，根據(jù)待修復(fù)活體的部位施加相應(yīng)的壓力，能夠形成理想且實(shí)用的細(xì)胞或組織。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法，其特征是，對所說細(xì)胞或所說組織施加的所說壓力，是連續(xù)的、間歇的或周期性變化的壓力或者由它們組合而成的壓力。即，有連續(xù)、間歇和周期性變化等壓力模式，通過對它們進(jìn)行選擇或者進(jìn)行組合，能夠?qū)崿F(xiàn)理想的物理刺激，對細(xì)胞的代謝機(jī)能和分裂周期、生物刺激的濃度梯度和分散產(chǎn)生影響，促進(jìn)培養(yǎng)的進(jìn)行。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，具有具有容放細(xì)胞或組織的培養(yǎng)腔室的、供給培養(yǎng)基的培養(yǎng)單元(培養(yǎng)回路單元)；對所說培養(yǎng)腔室內(nèi)的所說細(xì)胞或所說組織施加壓力的加壓機(jī)構(gòu)(壓力施加裝置)；向所說培養(yǎng)單元間歇地或連續(xù)性地供給所說培養(yǎng)基的培養(yǎng)基供給機(jī)構(gòu)(培養(yǎng)基供給裝置)。
即，作為培養(yǎng)單元，可將待培養(yǎng)細(xì)胞或組織放置在培養(yǎng)腔室中，向與外部空氣隔離的細(xì)胞或組織供給所需要的培養(yǎng)基。與外部空氣隔離的細(xì)胞或組織，可免受菌體等的污染，其結(jié)果，可成長為質(zhì)量良好的組織。此外，對于細(xì)胞或組織，通過培養(yǎng)基所產(chǎn)生的靜壓和流動(dòng)施加物理刺激，通過加壓機(jī)構(gòu)施加所希望的壓力。其結(jié)果，對細(xì)胞的代謝機(jī)能、分裂周期、生物刺激的濃度梯度和分散產(chǎn)生影響，促進(jìn)細(xì)胞或組織的培養(yǎng)。此外，向細(xì)胞或組織供給培養(yǎng)基的供給形式，可由培養(yǎng)基供給機(jī)構(gòu)任意設(shè)定，可間歇或連續(xù)供給，因此，能夠通過可變化的物理刺激促進(jìn)培養(yǎng)的進(jìn)行。培養(yǎng)基的供給形式包括，新的培養(yǎng)基的經(jīng)常性供給、以及、培養(yǎng)基的往復(fù)循環(huán)供給這兩種供給形式中的某一種或二者。循環(huán)供給形式，不僅能夠節(jié)省培養(yǎng)基，而且在單向供給的場合還能夠防止培養(yǎng)基濃度發(fā)生變化，這也許是其有利之處。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，具有控制所說加壓機(jī)構(gòu)或者所說培養(yǎng)基供給機(jī)構(gòu)的控制機(jī)構(gòu)。即，對于加壓機(jī)構(gòu)或培養(yǎng)基供給機(jī)構(gòu)，可任意進(jìn)行控制，而采用計(jì)算機(jī)等控制機(jī)構(gòu)，則能夠?qū)崿F(xiàn)反饋控制、前饋控制等各種控制，以及，程序控制等。當(dāng)然，還可以增加插入式人工修正控制，并不排除進(jìn)行修正控制。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，由所說加壓機(jī)構(gòu)對所說細(xì)胞或所說組織施加的所說壓力，可根據(jù)所說細(xì)胞或所說組織任意進(jìn)行設(shè)定。根據(jù)不同的細(xì)胞或組織設(shè)定相應(yīng)的壓力施加方法即壓力模式，使得能夠以更高的效率進(jìn)行培養(yǎng)。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，由所說加壓機(jī)構(gòu)對所說細(xì)胞或所說組織施加的所說壓力，呈斷續(xù)狀態(tài)、每隔一定時(shí)間連續(xù)往復(fù)、每隔一定時(shí)間增減。即，壓力模式可以是能夠想到的任何一種模式，通過對其進(jìn)行選擇，能夠高效率地進(jìn)行細(xì)胞或組織的培養(yǎng)。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，所說培養(yǎng)單元能夠從培養(yǎng)裝置本體上獨(dú)立地分離。即，由于具有容放有經(jīng)過培養(yǎng)的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)腔室的培養(yǎng)單元能夠與培養(yǎng)裝置本體獨(dú)立地分離、進(jìn)行拆裝，因此，能夠?qū)⒓?xì)胞或組織同與外部空氣相分離的培養(yǎng)單元一起移動(dòng)，移動(dòng)過程中保護(hù)細(xì)胞或組織免受菌體等的污染。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，在與外部空氣隔離的密閉空間內(nèi)容放所說培養(yǎng)單元而成。即，密閉空間是培養(yǎng)空間，由于與外部空氣隔離，因此，不僅能夠通過供給所希望的氣體來設(shè)定培養(yǎng)環(huán)境，而且能夠保護(hù)細(xì)胞或組織免受來自外部空氣的污染。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，具有能夠吸收氮、氧或者二氧化碳等氣體的氣體吸收機(jī)構(gòu)。即，向放置在密閉空間內(nèi)的培養(yǎng)單元供給氮、氧或者二氧化碳等氣體，并且培養(yǎng)單元中還具有氣體吸收機(jī)構(gòu)，因此，能夠?qū)怏w供給細(xì)胞或組織，通過氣體的供給及其控制而模仿活體環(huán)境。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，在所說密閉空間內(nèi)填充氮、氧或者二氧化碳等氣體而成。即，由于向以密閉空間形成的培養(yǎng)空間內(nèi)填充氮、氧或者二氧化碳等氣體，因此，能夠模仿出活體環(huán)境。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，具有蓄存有待向所說培養(yǎng)單元供給的所說培養(yǎng)基的培養(yǎng)基槽。即，為了向培養(yǎng)單元供給所需要的培養(yǎng)基或使之循環(huán)，需要有培養(yǎng)基供給源，培養(yǎng)基槽就是該供給源。特別是，若在與外部空氣隔離的密閉空間內(nèi)設(shè)置培養(yǎng)基槽，則能夠防止保存中的培養(yǎng)基被污染。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，所說培養(yǎng)腔室具有接受來自外部的壓力的受壓膜。即，由于設(shè)置了受壓膜，對于放置在培養(yǎng)腔室內(nèi)的細(xì)胞或組織，不僅能夠在與外部空氣隔離的狀態(tài)下施加加壓刺激，而且能夠?qū)崿F(xiàn)模仿活體環(huán)境下的刺激等所希望的加壓刺激。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，所說培養(yǎng)單元具有壓力緩沖機(jī)構(gòu)。即，在對培養(yǎng)單元的局部進(jìn)行加壓的場合，若通過壓力緩沖機(jī)構(gòu)對該壓力進(jìn)行調(diào)整，則能夠?qū)崿F(xiàn)與活體環(huán)境相接近的物理刺激，可促進(jìn)細(xì)胞或組織的培養(yǎng)。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，在所說培養(yǎng)腔室上安裝有經(jīng)由所說受壓膜安裝的壓力腔室，通過使水壓、油壓或者空氣壓作用于該壓力腔室而對所說培養(yǎng)腔室內(nèi)的所說細(xì)胞或所說組織施加壓力。即，作為壓力形成機(jī)構(gòu)，無論使用水壓、油壓或空氣壓的任何一種均能夠?qū)崿F(xiàn)所希望的加壓刺激，能夠以良好的精度模仿活體環(huán)境。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，在所說培養(yǎng)單元中設(shè)置輸液腔室，而以將取入該輸液腔室中的所說培養(yǎng)基通過加壓送出的輸液裝置構(gòu)成所說培養(yǎng)基供給機(jī)構(gòu)。即，培養(yǎng)基供給機(jī)構(gòu)，是向培養(yǎng)單元供給培養(yǎng)基或使之循環(huán)的機(jī)構(gòu)，可以有多種設(shè)計(jì)形式，而若例如，設(shè)置輸液腔室而以將取入該輸液腔室中的所說培養(yǎng)基通過加壓送出的輸液裝置構(gòu)成，則能夠通過控制加壓量而將輸液量設(shè)定為所希望的值。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，所說培養(yǎng)單元中設(shè)置有泄壓閥，當(dāng)所說培養(yǎng)基的壓力超過由所說泄壓閥所任意設(shè)定的固定壓力時(shí)，所說泄壓閥打開而使所說培養(yǎng)基的壓力降低。即，對施加在培養(yǎng)基上的壓力進(jìn)行緩沖，對于向細(xì)胞或組織施加理想的加壓刺激極為重要，作為其一種機(jī)構(gòu)，若使用泄壓閥而使得在所說培養(yǎng)基的壓力超過由泄壓閥所任意設(shè)定的固定壓力時(shí)，所說泄壓閥打開而降低培養(yǎng)基的壓力，則能夠在不污染培養(yǎng)基的情況下，通過控制得到理想的壓力狀態(tài)。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，所說密閉空間，具有加熱機(jī)構(gòu)或者加濕機(jī)構(gòu)，能維持和控制在所希望的溫度或者濕度上。即，能夠?qū)θ莘排囵B(yǎng)單元的密閉空間的溫度及濕度進(jìn)行控制，形成與活體環(huán)境一致的培養(yǎng)空間。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，具有對所說培養(yǎng)單元的所說培養(yǎng)腔室施加超聲波等聲波的聲波發(fā)生裝置。即，活體會受到來自外界的聲音的刺激，而通過并用聲波發(fā)生裝置，使得能夠在聲音方面模仿活體環(huán)境。此外，在將待培養(yǎng)細(xì)胞或組織注入培養(yǎng)腔室內(nèi)時(shí)，通過一并使用超聲波，能夠高效率且高可靠性地進(jìn)行注入。
本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，具有控制供給所說密閉空間的氣體的濃度的控制機(jī)構(gòu)。即，通過以控制機(jī)構(gòu)控制供給密閉空間的氣體的濃度，可以模仿活體環(huán)境，促進(jìn)細(xì)胞或組織的培養(yǎng)。
對于本發(fā)明的目的、特點(diǎn)、利益等，通過第1至第4實(shí)施形式、詳細(xì)的說明以及附圖可進(jìn)一步加以了解。
附圖的簡單說明

圖1是本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法及其裝置的第1實(shí)施形式的框圖。
圖2是對細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法及其裝置加以展示的附圖。
圖3是對培養(yǎng)裝置的部分培養(yǎng)回路單元、培養(yǎng)基供給裝置、壓力施加裝置以及壓力緩沖裝置放大后加以展示的附圖。
圖4是對培養(yǎng)裝置和培養(yǎng)回路單元二者的分離狀態(tài)加以展示的附圖。
圖5是控制裝置的框圖。
圖6是對本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法加以展示的流程圖。
圖7是對本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法中的初始化設(shè)定加以展示的流程圖。
圖8是對本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法中的初始化設(shè)定加以展示的流程圖。
圖9是對本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法中的初始化設(shè)定加以展示的流程圖。
圖10是對壓力施加裝置中加壓活塞的位移和移動(dòng)量與壓力腔室內(nèi)的壓力之間的關(guān)系加以展示的附圖。
圖11是對泄壓閥中執(zhí)行器的位移與閥的調(diào)整壓力之間的關(guān)系加以展示的附圖。
圖12是壓力可變培養(yǎng)模式的實(shí)施形態(tài)的時(shí)序圖。
圖13是壓力可變培養(yǎng)模式的另一個(gè)實(shí)施形態(tài)的時(shí)序圖。
圖14是本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法及其裝置的第2實(shí)施形式的培養(yǎng)裝置的主視圖。
圖15是圖14的培養(yǎng)裝置的側(cè)視圖。
圖16是對培養(yǎng)裝置本體的局部以及培養(yǎng)回路單元加以展示的附圖。
圖17是對自培養(yǎng)裝置本體分離的培養(yǎng)回路單元加以展示的附圖。
圖18是拆下培養(yǎng)回路單元后的培養(yǎng)裝置本體的局部的局部剖視圖。
圖19是培養(yǎng)回路單元中的壓力施加裝置的局部剖視圖。
圖20是培養(yǎng)回路單元中的培養(yǎng)基供給裝置的局部剖視圖。
圖21是培養(yǎng)回路單元中的壓力緩沖裝置的局部剖視圖。
圖22是培養(yǎng)回路單元中的培養(yǎng)基供給裝置的另一個(gè)構(gòu)成例的局部剖視圖。
圖23是對本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法及其裝置的第3實(shí)施形式加以展示的附圖。
圖24是對本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法及其裝置的第4實(shí)施形式加以展示的附圖。
圖25是對加壓控制加以展示的附圖。
圖26是對現(xiàn)有的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法及其裝置加以展示的附圖。
圖27是對現(xiàn)有的另一個(gè)細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法及其裝置加以展示的附圖。
發(fā)明的最佳實(shí)施形式圖1示出本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法及其裝置的第1實(shí)施形式。
實(shí)施細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法的培養(yǎng)裝置1，作為其培養(yǎng)空間具有密閉空間2，該密閉空間2中設(shè)有作為向待培養(yǎng)細(xì)胞或組織供給培養(yǎng)基3的培養(yǎng)單元的培養(yǎng)回路單元4。可將該培養(yǎng)回路單元4設(shè)計(jì)成能夠與裝置本體部分分離、自由進(jìn)行拆裝。該培養(yǎng)回路單元4，具有培養(yǎng)基槽9、培養(yǎng)基供給裝置6、培養(yǎng)加壓裝置8、氣體吸收裝置10以及閥11，并具有分支路13，該分支路13中設(shè)有閥15。培養(yǎng)基3是向待培養(yǎng)的細(xì)胞或組織提供養(yǎng)分的介質(zhì)，是含有所需要的氨基酸或各種氨基酸和葡萄糖(糖類)的液體，與所培養(yǎng)的細(xì)胞或組織相對應(yīng)地，有時(shí)再添加Na+、Ca++等無機(jī)物或者血清等蛋白質(zhì)。此外，這些裝置，由氟樹脂、PEEK、高耐熱等級聚丙烯、硅酮、不銹鋼等具有足夠耐熱性的、不會溶解出對活體產(chǎn)生不良影響的物質(zhì)的樹脂材料構(gòu)成，這樣，能夠防止結(jié)構(gòu)部件本身造成污染。
閥11、閥15可以由套筒節(jié)流閥等構(gòu)成；而作為培養(yǎng)回路單元4，在關(guān)閉閥15、打開閥11時(shí)可形成閉環(huán)回路，打開閥15、關(guān)閉閥11時(shí)可形成全開環(huán)回路，而使閥11、閥15均打開時(shí)可形成局部開環(huán)回路。此外，作為培養(yǎng)回路單元4，也可以具有雙點(diǎn)劃線所示的氣體吸收部41、以及、實(shí)線所示的耐壓部43以替代局部設(shè)置的氣體吸收裝置10；氣體吸收部41是使密閉空間2中所充滿的氣體能夠被培養(yǎng)基3吸收的部分，耐壓部43是對應(yīng)于經(jīng)過加壓的培養(yǎng)基3能夠保證可靠地進(jìn)行輸液的防止漏液的部分。氣體吸收部41，例如可以使用由CO2、O2氣體等氣體易于透過的彈性材料等形成的管子。
培養(yǎng)基槽9，是放置在密閉空間2內(nèi)的、蓄存培養(yǎng)細(xì)胞或組織所需要的培養(yǎng)基3的蓄存機(jī)構(gòu)。而培養(yǎng)基供給裝置6，是向培養(yǎng)回路單元4供給培養(yǎng)基3的機(jī)構(gòu)，對插入培養(yǎng)回路單元4中的輸液裝置12以驅(qū)動(dòng)裝置14進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，將既定量的培養(yǎng)基3供給培養(yǎng)回路單元4。培養(yǎng)加壓裝置8，是對待培養(yǎng)細(xì)胞5(圖3)或組織加壓的機(jī)構(gòu)，具有壓力施加裝置16和壓力緩沖裝置18。作為壓力施加裝置16，是在培養(yǎng)回路單元4的培養(yǎng)腔室20上安裝壓力容器22，通過驅(qū)動(dòng)裝置24可使任意大小的壓力作用于培養(yǎng)腔室20。培養(yǎng)腔室20中，容放有培植在由膠原等形成的基質(zhì)上的待培養(yǎng)細(xì)胞或組織，與外界隔離。
壓力緩沖裝置18，是對經(jīng)過培養(yǎng)加壓裝置8加壓的培養(yǎng)基3的壓力進(jìn)行緩沖的機(jī)構(gòu)，對于超過既定值的培養(yǎng)基3的壓力，是通過驅(qū)動(dòng)裝置28對插入培養(yǎng)回路單元4的泄壓閥26進(jìn)行驅(qū)動(dòng)而設(shè)定最大壓力值的，當(dāng)作用有超過該最大壓力值的培養(yǎng)基3的壓力時(shí)，通過泄放培養(yǎng)基3而對壓力進(jìn)行緩沖。此外，通過并排設(shè)置在培養(yǎng)加壓裝置8上的加壓用液體注入裝置30，向壓力容器22中注入加壓用液體。
此外，該培養(yǎng)裝置1中還設(shè)置有濕度調(diào)節(jié)裝置32、溫度調(diào)節(jié)裝置34以及氣體混合·濃度調(diào)節(jié)裝置36，對環(huán)境的濕度、溫度及氣體混合·濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)。而操作裝置38是供管理人員按照要求進(jìn)行調(diào)整操作，控制裝置40是通過對操作裝置38進(jìn)行輸入操作和對程序進(jìn)行控制而對培養(yǎng)基供給裝置6、培養(yǎng)加壓裝置8、加壓用液體注入裝置30、濕度調(diào)節(jié)裝置32、溫度調(diào)節(jié)裝置34以及氣體混合·濃度調(diào)節(jié)裝置36等進(jìn)行控制的機(jī)構(gòu)。
下面，對使用該裝置時(shí)的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法進(jìn)行說明，作為培養(yǎng)準(zhǔn)備工作，通過操作操作裝置38等向控制裝置40輸入培養(yǎng)條件等必要的事項(xiàng)。在這里，所說必要的事項(xiàng)，是指將培養(yǎng)基3設(shè)定在何種壓力，其設(shè)定狀態(tài)有，最大壓力、最小壓力、升壓或降壓等壓力變化、加壓周期、培養(yǎng)基3的流量、培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)時(shí)間等等。此外，對于培養(yǎng)回路單元4，通過切換閥11、閥15的開閉狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)使之處于閉環(huán)還是開環(huán)的選擇。
其次，將膠原海綿體等基質(zhì)7(圖3)放置在培養(yǎng)腔室20中，在該基質(zhì)上接種待培養(yǎng)細(xì)胞5(圖3)或組織。膠原海綿體，也可以是在培養(yǎng)腔室20內(nèi)使膠原液凍結(jié)干燥而形成。
其次，向培養(yǎng)基槽9內(nèi)放入規(guī)定量的培養(yǎng)基3，將密閉空間2封閉后接通運(yùn)行開關(guān)，經(jīng)過培養(yǎng)運(yùn)行準(zhǔn)備(自動(dòng)運(yùn)行)，將加壓用液體從加壓用液體注入裝置30供向壓力容器22側(cè)。
當(dāng)培養(yǎng)基供給裝置6受到驅(qū)動(dòng)時(shí)，培養(yǎng)基3經(jīng)由輸液裝置12向培養(yǎng)腔室20側(cè)流動(dòng)，向待培養(yǎng)細(xì)胞或組織供給培養(yǎng)基3。該培養(yǎng)基3的供給形態(tài)，可以是連續(xù)的、間斷的或周期性變化的或者從它們的組合中任選一種。
此外，在充滿培養(yǎng)基3的培養(yǎng)腔室20中，收容有被保持在基質(zhì)上的細(xì)胞或組織，使來自壓力容器22的壓力作用于該細(xì)胞或組織。該壓力由在培養(yǎng)準(zhǔn)備中所設(shè)定的壓力模式?jīng)Q定。
而當(dāng)施加于培養(yǎng)基3的壓力超過設(shè)定壓力時(shí)，培養(yǎng)基3經(jīng)由泄壓閥26從耐壓部43流出，從而實(shí)現(xiàn)對壓力的調(diào)整。
通過使上述動(dòng)作在既定的培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)反復(fù)進(jìn)行，可使細(xì)胞或組織在培養(yǎng)腔室20成長為所希望的大小。在基質(zhì)使用膠原的海綿體的場合，待培養(yǎng)的細(xì)胞或組織將該膠原吸收，基質(zhì)將自然消失。
而將水凝膠作為保持機(jī)構(gòu)使用的場合，是將細(xì)胞或組織以浮游狀態(tài)收容保持在該水凝膠(ハィドロジェル)內(nèi)的。
此外，在關(guān)閉閥15、打開閥11而使得培養(yǎng)回路單元4成為閉環(huán)的場合，培養(yǎng)基3在培養(yǎng)回路單元4內(nèi)循環(huán)，向待培養(yǎng)的細(xì)胞或組織側(cè)供給培養(yǎng)基3。而關(guān)閉閥11、打開閥15而使得培養(yǎng)回路單元4成為開環(huán)的場合，培養(yǎng)基3流向分支路13側(cè)，流向加壓用液體注入裝置30側(cè)即加壓水槽68(圖2)側(cè)，向待培養(yǎng)的細(xì)胞或組織側(cè)始終供給新鮮的培養(yǎng)基3。
并且，在培養(yǎng)進(jìn)行過程中，在培養(yǎng)回路單元4的氣體吸收裝置10或者氣體吸收部41中，所流過的培養(yǎng)基3從密閉空間2內(nèi)吸收氮、氧或者二氧化碳等氣體，將活體所同樣進(jìn)行的氣體交換所需要的氣體通過培養(yǎng)基3供給細(xì)胞或組織。
如上所述，對于細(xì)胞或組織，能夠設(shè)定成模仿活體的培養(yǎng)環(huán)境而在不受菌體等的污染的情況下高效率地進(jìn)行體外培養(yǎng)。即，對于細(xì)胞或組織，在培養(yǎng)腔室20內(nèi)利用培養(yǎng)基3的靜壓和流動(dòng)施加物理刺激，因此，能夠受到代謝機(jī)能、分裂周期、生物刺激的濃度梯度和分散的影響，促進(jìn)培養(yǎng)的進(jìn)行。而作為細(xì)胞或組織，能夠受到與壓力施加裝置16所施加的壓力的大小及其加壓形態(tài)相應(yīng)的物理刺激。其結(jié)果，可促進(jìn)對細(xì)胞或組織的培養(yǎng)，培養(yǎng)出與體內(nèi)的組織相近的、或者、與體內(nèi)組織易于融合的組織。此外，通過局部設(shè)置耐壓部43，可降低耐壓結(jié)構(gòu)所需成本。
其次，圖2示出培養(yǎng)裝置1的具體的實(shí)施形式，圖3示出經(jīng)過放大的培養(yǎng)裝置1的培養(yǎng)回路單元4的局部、培養(yǎng)基供給裝置6、培養(yǎng)加壓裝置8的壓力施加裝置16以及壓力緩沖裝置18。培養(yǎng)裝置1如圖4所示，其培養(yǎng)回路單元4可自由進(jìn)行拆裝。
該培養(yǎng)裝置1具有可密閉的培養(yǎng)庫42，門270(圖14)的開閉狀態(tài)由門開關(guān)44檢測。該培養(yǎng)庫42中，容納有供給培養(yǎng)基3的培養(yǎng)回路單元4。該培養(yǎng)回路單元4，是將經(jīng)由培養(yǎng)腔室20、輸液裝置12、泄壓閥26蓄存培養(yǎng)基3的、作為培養(yǎng)基槽的培養(yǎng)基袋48以管子50A、50B、50C、50D、50E連結(jié)起來而成的可拆裝的管子單元。管子50A、50D、50E是氣體吸收部41(圖1)，是由能夠吸收培養(yǎng)庫42內(nèi)的氣體的彈性材料等構(gòu)成的透氣管子構(gòu)成，而管子50B、50C是耐壓部43(圖1)，由能夠耐受培養(yǎng)基3的壓力的耐壓管構(gòu)成。并且，管子50E形成有將50E彎曲而形成的、吸收培養(yǎng)回路單元4內(nèi)氣體的氣體吸收部52。
培養(yǎng)基袋48被鉤子56保持在培養(yǎng)庫42的壁上，而該鉤子56具有作為重量檢測機(jī)構(gòu)的檢測開關(guān)54，對培養(yǎng)基袋48內(nèi)的培養(yǎng)基3的內(nèi)容量，是通過檢測開關(guān)54檢測其重量而進(jìn)行檢測的。當(dāng)該檢測開關(guān)54檢測到培養(yǎng)基袋48減少到既定重量時(shí)，由控制裝置40通過顯示機(jī)構(gòu)(顯示裝置232)和電話等告知其異常。在氣體吸收部52與輸液裝置12之間的管子50A、50E上設(shè)有分路設(shè)置的培養(yǎng)基排出部58，通過檢驗(yàn)用閥59實(shí)現(xiàn)其開閉。該檢驗(yàn)用閥59，是用來采取培養(yǎng)回路單元4內(nèi)的培養(yǎng)基3的機(jī)構(gòu)，從培養(yǎng)基排出部58采取的培養(yǎng)基3，可用來對其性態(tài)、即是否被菌體等物質(zhì)污染、pH值、濃度、生成物、氧濃度、二氧化碳濃度等進(jìn)行檢驗(yàn)。
待培養(yǎng)細(xì)胞5被著床于以膠原等形成的基質(zhì)7上，與基質(zhì)7一起放置在培養(yǎng)腔室20內(nèi)。該培養(yǎng)腔室20由培養(yǎng)容器61構(gòu)成，培養(yǎng)容器61是通過多個(gè)螺栓62等固定機(jī)構(gòu)而可拆卸地安裝在壓力腔室60上的，具有注射端口63。該注射端口63，在從外部利用注射器等使待培養(yǎng)細(xì)胞5著床于設(shè)置在培養(yǎng)腔室20內(nèi)的基質(zhì)7上時(shí)使用。培養(yǎng)腔室20的固定，也可以使用例如夾持器等其它固定機(jī)構(gòu)。壓力腔室60和培養(yǎng)容器61通過O型環(huán)等密封件進(jìn)行密封。培養(yǎng)腔室20的壓力腔室60側(cè)一面被受壓膜64封閉而形成密閉空間，壓力腔室60內(nèi)的加壓水65經(jīng)由該受壓膜64作用于培養(yǎng)腔室20。
在壓力腔室60上，連結(jié)有通過給水管路66連結(jié)的加壓水(液)槽68，給水管路66上設(shè)置有流水傳感器70、泵80、旁路閥82以及密封閥84，旁路閥82上設(shè)置有中間部位具有節(jié)流孔86的旁路管路88。即，通過打開旁路閥82及密封閥84并驅(qū)動(dòng)泵80，可將加壓水65從加壓水槽68填充到壓力腔室60內(nèi)。對加壓水槽68的加壓水位以水位傳感器96進(jìn)行檢測，因此，根據(jù)其水位的高低開閉給水閥92，便能夠通過給水管路94向給加壓水槽68補(bǔ)充加壓水65，因此，能夠使加壓水槽68的水位總是保持最佳水位。此外，在加壓水槽68的給水管路66上設(shè)置有分支的排水管路98，細(xì)胞5的培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，打開排水閥1000將加壓水65排出。
此外，壓力腔室60上設(shè)置有朝向加壓水槽68側(cè)的回收管路102，該回收管路102上設(shè)置有密封閥104及循環(huán)泵106?；厥展苈?02的端部浸在加壓水槽68內(nèi)的加壓水65中。即，當(dāng)打開密封閥84并關(guān)閉旁路閥82后對循環(huán)泵106進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，壓力腔室60內(nèi)的壓力降低，可將附著在壓力腔室60和各管路66、102等的內(nèi)壁上的氣泡等向加壓水槽68側(cè)排出。此外，也可以使該壓力腔室60的加壓水65，隨著泵80、106的同時(shí)驅(qū)動(dòng)，在從加壓水槽68通過給水管路66供給壓力腔室60的同時(shí)，通過回收管路102返回加壓水槽68使之在加壓水槽68之間循環(huán)。
在壓力腔室60的壁部上設(shè)置有加熱器108、溫度傳感器110、壓力傳感器112以及聲波發(fā)生器114，能夠?qū)λ菁{的加壓水65進(jìn)行加熱、檢測其溫度和壓力，并能夠根據(jù)需要以聲波發(fā)生器114對壓力腔室60發(fā)射超聲波等聲波。
并且，在壓力腔室60上作為加壓機(jī)構(gòu)設(shè)有可自由進(jìn)退的加壓活塞116，加壓活塞116得到從壓力腔室60的壁部突出的支持筒部117的支持，支持筒部117與加壓活塞116之間通過作為密封機(jī)構(gòu)的O型環(huán)119進(jìn)行密封。在該加壓活塞116上，經(jīng)由加壓用彈簧118安裝有作為加壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的執(zhí)行器120及馬達(dá)122。馬達(dá)122例如由步進(jìn)馬達(dá)構(gòu)成，該馬達(dá)122的旋轉(zhuǎn)經(jīng)過執(zhí)行器120轉(zhuǎn)換為進(jìn)退動(dòng)作而施加在加壓用彈簧118上，可通過加壓活塞116的進(jìn)退使壓力腔室60內(nèi)的壓力增減，加壓活塞116前進(jìn)時(shí)產(chǎn)生高壓，加壓活塞116后退時(shí)產(chǎn)生低壓，該壓力的變化通過受壓膜64對基質(zhì)7上的細(xì)胞5施加加壓刺激。此外，加壓活塞116的位置由位置傳感器123進(jìn)行檢測，其檢測數(shù)據(jù)用來控制加壓活塞116的進(jìn)退，即，控制加壓刺激。
此時(shí)，壓力腔室60中填充有加壓水65，加壓活塞116所施加的壓力，通過加壓水65作用在受壓膜64的整個(gè)面上，該壓力從受壓膜64通過培養(yǎng)基3能夠使靜壓均勻地作用于細(xì)胞5和組織，應(yīng)變(位移)也能夠同樣均勻地起作用。而且，通過對加壓活塞116的移動(dòng)量進(jìn)行控制，能夠加大壓力變化量的動(dòng)態(tài)范圍，能夠從較小的值到較大的值細(xì)微地進(jìn)行控制。并且，對加壓活塞116的移動(dòng)以位置傳感器123進(jìn)行檢測并通過控制裝置40進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)其移動(dòng)量達(dá)到極限位置時(shí)，即認(rèn)為培養(yǎng)裝置1異常而由控制裝置40報(bào)警，使與控制裝置40相連接的顯示機(jī)構(gòu)(圖5的顯示裝置232)進(jìn)行報(bào)警顯示，或者，通過電話等通信線路告知管理人員。
此外，向培養(yǎng)腔室20連續(xù)或間歇輸送培養(yǎng)基3的輸液裝置12，具有在其出入側(cè)具有輸出側(cè)逆止閥124、吸入側(cè)具有吸入側(cè)逆止閥126的輸液腔室128，通過螺釘130可拆卸地安裝在培養(yǎng)庫42上。輸液腔室128上安裝有可自由進(jìn)退的輸液活塞132，在該輸液活塞132的中途部位除了設(shè)有滅菌液槽134之外，還安裝有加壓用彈簧136。在輸液活塞132和輸液腔室128的本體之間設(shè)有作為密封機(jī)構(gòu)的O型環(huán)133、135。滅菌液槽134中填充有滅菌劑、消毒液或青霉素等抗生物質(zhì)，以阻止外部的菌體和異物等進(jìn)入。加壓用彈簧136放置在防護(hù)筒137內(nèi)。
在輸液活塞132的后端部上，作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝有執(zhí)行器138及馬達(dá)140。馬達(dá)140例如由步進(jìn)馬達(dá)構(gòu)成，該馬達(dá)140的旋轉(zhuǎn)通過執(zhí)行器138轉(zhuǎn)換為進(jìn)退動(dòng)作而施加在加壓用彈簧136上，隨著輸液活塞132的進(jìn)退，輸液腔室128內(nèi)的壓力發(fā)生增減變化，該壓力的變化施加在各逆止閥124、126的閥體142、144上。當(dāng)輸液活塞132從輸液腔室128中伸出時(shí)，與輸液活塞132的伸出量相應(yīng)地，輸液腔室128內(nèi)變成負(fù)壓，因而閥體142在彈簧143的復(fù)原力的作用下下移而使輸出側(cè)逆止閥124關(guān)閉，同時(shí)，閥體144克服彈簧145的加壓力上移而使吸入側(cè)逆止閥126打開，于是，培養(yǎng)基3被吸入輸液腔室128內(nèi)。而當(dāng)輸液活塞132進(jìn)入輸液腔室128內(nèi)時(shí)，輸液腔室128內(nèi)被加壓，因而閥體144下移而使吸入側(cè)逆止閥126關(guān)閉，閥體142上移而使輸出側(cè)逆止閥124打開，因此，輸液腔室128內(nèi)的培養(yǎng)基3被送往培養(yǎng)腔室20側(cè)。
此外，培養(yǎng)基3的壓力緩沖裝置18具有泄壓閥26，泄壓閥26是通過螺釘146可拆卸地安裝在培養(yǎng)庫42上的。該泄壓閥26，其閥室148內(nèi)安裝有可進(jìn)退從而實(shí)現(xiàn)開閉的閥體150，在該閥體150的柱塞152的中途部位設(shè)有滅菌液槽153。柱塞152與閥室148的本體之間設(shè)置有作為密封機(jī)構(gòu)的O型環(huán)155、157。滅菌液槽153中填充有滅菌劑、消毒液或青霉素等抗生物質(zhì)，以阻止外部的菌體和異物進(jìn)入。此外，在閥體150的柱塞152的后端部上，通過緩沖彈簧154安裝有作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的執(zhí)行器156及馬達(dá)158。馬達(dá)158例如由步進(jìn)馬達(dá)構(gòu)成，該馬達(dá)158的旋轉(zhuǎn)通過執(zhí)行器156轉(zhuǎn)換為進(jìn)退動(dòng)作而施加在緩沖彈簧154上，使閥體150打開的工作壓力是根據(jù)緩沖彈簧154的壓縮度進(jìn)行調(diào)整的。即，當(dāng)緩沖彈簧154的壓縮度高時(shí)，打開閥體150所需要的來自培養(yǎng)基3的壓力要高，而當(dāng)緩沖彈簧154的壓縮度低時(shí)，打開閥體150所需要的來自培養(yǎng)基3的壓力變低。之所以設(shè)置這種壓力緩沖裝置18，是為了對施加在培養(yǎng)腔室20的培養(yǎng)基3上的壓力在培養(yǎng)回路單元4側(cè)進(jìn)行緩沖。
在連結(jié)該泄壓閥26的閥室148與培養(yǎng)基袋48的管子50D上，設(shè)置有分路設(shè)置的套筒節(jié)流閥162以及吸引管164，該吸引管164上設(shè)有套筒節(jié)流閥166、逆止閥168及培養(yǎng)基蓄留器170，培養(yǎng)基蓄留器170通過吸引管154連結(jié)在回收管路102上。套筒節(jié)流閥162用來打開和關(guān)閉管子50D，而套筒節(jié)流閥166用來打開和關(guān)閉吸引管164。作為逆止閥168，在彈簧171的加壓力的作用下其閥體169關(guān)閉，當(dāng)培養(yǎng)基3的壓力超過彈簧171的加壓力時(shí)，培養(yǎng)基3經(jīng)由吸引管164流向培養(yǎng)基蓄留器170側(cè)。對于套筒節(jié)流閥166，能夠與逆止閥168不相關(guān)地進(jìn)行操作而將吸引管164關(guān)閉，通過將其關(guān)閉，可阻止培養(yǎng)基3的流通。此外，在套筒節(jié)流閥166打開時(shí)，由于培養(yǎng)基蓄留器170是密閉容器，因而若關(guān)閉密封閥104并驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵106工作，則培養(yǎng)基蓄留器170內(nèi)將減壓，因此，能夠使閥體169克服彈簧171的加壓力而移動(dòng)，將逆止閥168打開，此時(shí)，能夠?qū)⑴囵B(yǎng)基3引入培養(yǎng)基蓄留器170一側(cè)。
此外，在培養(yǎng)庫42上，作為氣體混合·濃度調(diào)節(jié)裝置36，通過各自的管路178、180、182分別連結(jié)有N2氣瓶172、O2氣瓶174、CO2氣瓶，各管路178、180、182上設(shè)置有氣體通斷閥184、186、188，流量調(diào)節(jié)閥190、192、194，流量計(jì)196、198、200，壓力調(diào)整器202、204、206，以及，閥208、210、212。即，通過有選擇地開閉氣體通斷閥184～188，能夠供給N2、O2或CO2中的一種或兩種以上并使之混合。
此外，在培養(yǎng)庫42上，作為加濕機(jī)構(gòu)的濕度調(diào)節(jié)裝置32設(shè)置有用來蓄存加濕用水214的加濕用水接盤216及攪拌用風(fēng)扇218，并且，作為加熱機(jī)構(gòu)的溫度調(diào)節(jié)裝置34設(shè)置有氣體加熱用加熱器220、庫內(nèi)溫度傳感器222及攪拌用風(fēng)扇218。攪拌用風(fēng)扇218由風(fēng)扇馬達(dá)224進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
另外，前面曾談及培養(yǎng)裝置1出現(xiàn)異常時(shí)報(bào)警，而為了在管理人員進(jìn)行必要的處理之前，能夠與所發(fā)生異常的種類無關(guān)地保存正在培養(yǎng)中的細(xì)胞5或組織，控制裝置40繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)庫42內(nèi)的保溫控制、氣體濃度的控制，使輸液運(yùn)行繼續(xù)進(jìn)行。處于這種繼續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，即使既定的培養(yǎng)時(shí)間已到或者正常運(yùn)行結(jié)束，培養(yǎng)庫42的保溫控制、氣體濃度的控制、輸液運(yùn)行仍同樣繼續(xù)進(jìn)行。
其次，圖5示出操作裝置38及控制裝置40的構(gòu)成例。操作裝置38及控制裝置40，具有由個(gè)人計(jì)算機(jī)等構(gòu)成的主控制裝置230。主控制裝置230上連接有顯示器、液晶等的顯示裝置232，硬盤、光盤、軟盤、IC卡等外存儲裝置234，鍵盤等輸入裝置236。輸入裝置236構(gòu)成操作裝置38的一部分或全部。
向主控制裝置230輸入的信號有通過溫度檢測電路238輸入的溫度傳感器110的檢測輸出信號，通過溫度檢測電路240輸入的庫內(nèi)溫度傳感器222的檢測輸出信號，通過壓力檢測電路242輸入的壓力傳感器112的檢測輸出信號、位置傳感器123的檢測輸出信號及檢測開關(guān)54的檢測輸出信號；而所輸出的驅(qū)動(dòng)功率有由驅(qū)動(dòng)電路244輸出的馬達(dá)122驅(qū)動(dòng)功率，由驅(qū)動(dòng)電路246輸出的馬達(dá)140驅(qū)動(dòng)功率，由驅(qū)動(dòng)電路248輸出的馬達(dá)158驅(qū)動(dòng)功率，由驅(qū)動(dòng)電路250輸出的加熱器108驅(qū)動(dòng)功率，由驅(qū)動(dòng)電路252輸出的閥184、閥186及閥188驅(qū)動(dòng)功率，由驅(qū)動(dòng)電路254輸出的風(fēng)扇馬達(dá)224驅(qū)動(dòng)功率，由驅(qū)動(dòng)電路256輸出的加熱器220驅(qū)動(dòng)功率，還能夠輸出聲波發(fā)生器114驅(qū)動(dòng)功率。
下面，對本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法結(jié)合圖6所示的工作流程圖進(jìn)行說明。
步驟S1是初始設(shè)定模式。該初始設(shè)定模式包括將培養(yǎng)回路單元4安裝后，向壓力腔室60內(nèi)加滿加壓水65，向培養(yǎng)回路單元4內(nèi)加滿培養(yǎng)基3的工序，以及，將與所輸入的壓力設(shè)定值相應(yīng)的培養(yǎng)加壓裝置8的壓力施加裝置16和壓力緩沖裝置18的動(dòng)作量通過采樣而加以儲存的工序。構(gòu)成培養(yǎng)回路單元4和受壓膜64的材質(zhì)的延伸率不同，并且殘留于壓力腔室60內(nèi)的氣泡等會使產(chǎn)生設(shè)定壓力的動(dòng)作量發(fā)生變化。為此，在初始設(shè)定模式中，還要對這些設(shè)定值進(jìn)行修正。
裝上培養(yǎng)回路單元4之后，使氣體混合·濃度調(diào)節(jié)裝置36、濕度調(diào)節(jié)裝置32及溫度調(diào)節(jié)裝置34工作，向培養(yǎng)庫42內(nèi)部填充氣體的同時(shí)將濕度和溫度控制在最佳值。并且，打開給水閥92向加壓水槽68補(bǔ)充由凈水等構(gòu)成的加壓水65一直達(dá)到設(shè)定水位為止，打開旁路閥82、密封閥84、104，使泵80工作，向壓力腔室60內(nèi)供給加壓水65。向壓力腔室60供給的加壓水65供給量由流水傳感器70進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測到既定量的加壓水65時(shí)，使泵80停止工作，切換為以循環(huán)泵106進(jìn)行的循環(huán)工作狀態(tài)。
進(jìn)行循環(huán)工作時(shí)，將旁路閥82關(guān)閉而向通向旁路管路88的路徑一側(cè)進(jìn)行切換。此時(shí)，加壓水65的流通量受到節(jié)流孔86的限制，在循環(huán)泵106的抽吸力的作用下，壓力腔室60內(nèi)部變成負(fù)壓，將殘留于壓力腔室60內(nèi)的氣泡向加壓水槽68側(cè)排出。此時(shí)，關(guān)閉套筒節(jié)流閥162、打開套筒節(jié)流閥166，利用通過循環(huán)泵106而產(chǎn)生的負(fù)壓將培養(yǎng)基袋48內(nèi)的培養(yǎng)基3經(jīng)由管子50E、50A、50B填充到培養(yǎng)腔室20內(nèi)。在循環(huán)泵106工作既定時(shí)間而將培養(yǎng)基3填充于培養(yǎng)腔室20內(nèi)之后，關(guān)閉套筒節(jié)流閥166、打開套筒節(jié)流閥162和旁路閥82，解除因循環(huán)流動(dòng)而產(chǎn)生的負(fù)壓，并使循環(huán)泵106停止工作。接下來，將密封閥84、104關(guān)閉后，以加熱器108加熱壓力腔室60內(nèi)的加壓水65，對其溫度以溫度傳感器110進(jìn)行檢測從而開始進(jìn)行溫度控制。
其次，使壓力緩沖裝置18的馬達(dá)158工作，關(guān)閉泄壓閥26，以一定的壓力使管子50C關(guān)閉。使馬達(dá)122工作，直到檢測到預(yù)先設(shè)定的最大壓力Pmax之前使壓力施加裝置16工作。當(dāng)檢測到最大壓力Pmax時(shí)，將馬達(dá)122的脈沖計(jì)數(shù)值存儲在主控制裝置230的存儲器中。其次，使壓力緩沖裝置18的馬達(dá)158一直工作到當(dāng)前的壓力值降低為止，將該壓力值作為最大壓力Pmax的位置而將馬達(dá)158的脈沖計(jì)數(shù)值存儲在主控制裝置230的存儲器中。
其次，使壓力施加裝置16的馬達(dá)122運(yùn)轉(zhuǎn)到檢測到預(yù)先設(shè)定的最小壓力Pmin為止。當(dāng)檢測到最小壓力Pmin時(shí)，將馬達(dá)122的脈沖計(jì)數(shù)值存儲到主控制裝置230的存儲器中。其次，運(yùn)轉(zhuǎn)壓力緩沖裝置18的馬達(dá)158，在開始比最小壓力Pmin減少的位置停止馬達(dá)158，此時(shí)，將馬達(dá)158的脈沖計(jì)數(shù)值存儲到主控制裝置230的存儲器中。
其次，在該初始設(shè)定模式之后，轉(zhuǎn)移到步驟S2，判斷是否為壓力可變培養(yǎng)模式。即，是否周期性改變壓力進(jìn)行培養(yǎng)，在壓力可變時(shí)轉(zhuǎn)移到步驟S3的壓力可變培養(yǎng)模式，而以固定壓力進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)轉(zhuǎn)移到步驟S7的固定壓力培養(yǎng)模式。
在進(jìn)行步驟S3的壓力可變培養(yǎng)模式時(shí)，在每一周期T內(nèi)重復(fù)進(jìn)行加壓、壓力保持、減壓、壓力保持，對培養(yǎng)腔室20的細(xì)胞5進(jìn)行加壓刺激，并且進(jìn)行培養(yǎng)基3的輸送。
在步驟S4，判斷隨著壓力施加裝置16、壓力緩沖裝置18的工作而形成的壓力與Pmax、Pmin之間的誤差是否在既定值以上。當(dāng)產(chǎn)生既定值以上的誤差時(shí)，轉(zhuǎn)移到步驟S5，對與最大壓力Pmax和最小壓力Pmin的值相一致的壓力施加裝置16、壓力緩沖裝置18的移動(dòng)量進(jìn)行采樣以對主控制裝置230的存儲器的存儲值進(jìn)行修正。
其次，在步驟S6，到既定的培養(yǎng)時(shí)間t為止重復(fù)步驟S3～S6，當(dāng)達(dá)到既定的培養(yǎng)時(shí)間t時(shí)，即認(rèn)為培養(yǎng)結(jié)束，轉(zhuǎn)移到步驟S11。
而進(jìn)行步驟S7的固定壓力培養(yǎng)模式時(shí)，以固定的壓力刺激細(xì)胞5或組織，并且進(jìn)行培養(yǎng)基3的輸送。即，在步驟S8，判斷隨著壓力施加裝置16、壓力緩沖裝置18的工作而形成的壓力與設(shè)定壓力Ps之間的誤差是否在既定值以上。當(dāng)產(chǎn)生既定值以上的誤差時(shí)，轉(zhuǎn)移到步驟S9，對與設(shè)定壓力Ps相一致的壓力施加裝置16、壓力緩沖裝置18的移動(dòng)量進(jìn)行采樣以對主控制裝置230的存儲器的存儲值進(jìn)行修正。并且，在步驟S10，當(dāng)達(dá)到既定的培養(yǎng)時(shí)間t時(shí)，即認(rèn)為培養(yǎng)結(jié)束，轉(zhuǎn)移到步驟S11。
其次，在步驟S11實(shí)施活體細(xì)胞保存運(yùn)行模式。即使細(xì)胞5或組織的培養(yǎng)結(jié)束，即組織已生成，但在開始送去進(jìn)行移植之前，需要健全地保存該細(xì)胞5乃至組織。在進(jìn)行活體細(xì)胞保存運(yùn)行時(shí)，使細(xì)胞5維持既定溫度并進(jìn)行培養(yǎng)基3的供給以使活體細(xì)胞保持健全的狀態(tài)。
其次，在步驟S12，判斷活體細(xì)胞是否移植，即為進(jìn)行由細(xì)胞5構(gòu)成的組織的移植是否輸入了停止運(yùn)行的指令，通過停止運(yùn)行指令使培養(yǎng)基3的循環(huán)和溫度控制停止。將培養(yǎng)回路單元4拆下，將細(xì)胞5乃至組織與培養(yǎng)回路單元4一起送走。
其次，圖7、圖8和圖9示出初始設(shè)定模式中的設(shè)定值輸入操作，代號a、b、c、d及e代表分開繪制的流程圖的各個(gè)接口，代號a～e在一起時(shí)為接口部。
在步驟S21，選擇是進(jìn)行對培養(yǎng)腔室20周期性加壓下的培養(yǎng)，還是固定壓力下的培養(yǎng)。在步驟S22中，當(dāng)壓力周期性可變時(shí)，轉(zhuǎn)移到步驟S24而顯示“壓力可變”。而進(jìn)行固定壓力下的培養(yǎng)時(shí)，轉(zhuǎn)移到步驟S23而顯示“壓力固定”。
在步驟S25，輸入壓力可變的周期T。在步驟S26，判斷所輸入的周期T是否在可實(shí)施的范圍內(nèi)，當(dāng)在可實(shí)施范圍之外時(shí)，轉(zhuǎn)移到步驟S27顯示“再次輸入周期T”以告知，并轉(zhuǎn)移到步驟S25以再次進(jìn)行輸入。若在可實(shí)施范圍內(nèi)，則轉(zhuǎn)移到步驟S28，顯示已設(shè)定的“周期T”，并存儲在主控制裝置230的存儲器中。
在步驟S29，輸入最大壓力Pmax的保持時(shí)間t1。在步驟S30，判斷所輸入的時(shí)間t1是否在周期T的工作范圍之內(nèi)。若在工作范圍之外，則轉(zhuǎn)移到步驟S31，顯示“再次輸入t1”以告知，并轉(zhuǎn)移到步驟S29以再次進(jìn)行輸入。若在工作范圍之內(nèi)，則轉(zhuǎn)移到步驟S32，顯示“最大壓力保持時(shí)間t1”并存儲在主控制裝置230的存儲器中。
在步驟S33，輸入最小壓力Pmin的保持時(shí)間t2。在步驟S34，判斷所輸入的時(shí)間t2是否在周期T的工作范圍之內(nèi)。若在工作范圍之外，則轉(zhuǎn)移到步驟S35，顯示“再次輸入t2”，并轉(zhuǎn)移到步驟S33以再次進(jìn)行輸入。若在工作范圍之內(nèi)，則轉(zhuǎn)移到步驟S36，顯示“最小壓力保持時(shí)間t2”并存儲在主控制裝置230的存儲器中。
在步驟S37，將所輸入的周期T與時(shí)間(t1+t2)的時(shí)間差值除2后進(jìn)行加壓、減壓時(shí)間t3的計(jì)算。在步驟S38，判斷時(shí)間t3是否在工作范圍之內(nèi)。當(dāng)在工作范圍之外時(shí)，則判斷為周期T、時(shí)間t1、t2的值不合適，返回步驟S25。當(dāng)時(shí)間t3在工作范圍之內(nèi)時(shí)，將計(jì)算出來的時(shí)間t3存儲在主控制裝置230的存儲器中，在步驟S39顯示“加壓、減壓時(shí)間t3”。在步驟S40，輸入是否在加壓、減壓時(shí)附加緩急的變化。在步驟S41，若附加緩急變化，則轉(zhuǎn)移到步驟S42，若不附加緩急變化則轉(zhuǎn)移到步驟S46。在步驟S42，輸入進(jìn)行加壓、減壓時(shí)附加緩急所必要的變化量。在步驟S43，判斷所輸入的變化量是否能夠?qū)崿F(xiàn)。不能實(shí)現(xiàn)時(shí)轉(zhuǎn)移到步驟S44，顯示“再次輸入加壓、減壓變化量”并轉(zhuǎn)移到步驟S42以再次進(jìn)行輸入。而若能夠?qū)崿F(xiàn)則轉(zhuǎn)移到步驟S45，顯示“加壓、減壓量”并存儲在主控制裝置230存儲器中。此時(shí)，也可以做成顯示模擬壓力位移的畫面。
在步驟S46，輸入最小壓力Pmin。在步驟S47，判斷是否在壓力施加裝置16可實(shí)現(xiàn)的范圍內(nèi)。若在可實(shí)現(xiàn)范圍之外，則轉(zhuǎn)移到步驟S48，顯示“再次輸入最小壓力Pmin”并在步驟S46再次進(jìn)行輸入。而若在可實(shí)現(xiàn)范圍之內(nèi)，則轉(zhuǎn)移到步驟S49，顯示“最小壓力Pmin”并存儲在主控制裝置230的存儲器中。
在步驟S50，輸入最大壓力Pmax，在步驟S51判斷是否在壓力施加裝置16可實(shí)現(xiàn)的范圍內(nèi)。若在可實(shí)現(xiàn)范圍之外，則轉(zhuǎn)移到步驟S52，顯示“再次輸入最大壓力Pmax”并在步驟S50再次進(jìn)行輸入。而若在可實(shí)現(xiàn)范圍之內(nèi)，則轉(zhuǎn)移到步驟S53，顯示“最大壓力Pmax”并存儲在主控制裝置230的存儲器中。
在步驟S54，輸入壓力腔室60的控制溫度ct。在步驟S55判斷是否在可實(shí)現(xiàn)范圍內(nèi)。若在可實(shí)現(xiàn)范圍之外，則轉(zhuǎn)移到步驟S56，顯示“再次輸入溫度ct”并在S54再次進(jìn)行輸入。而若在可實(shí)現(xiàn)范圍之內(nèi)，則轉(zhuǎn)移到步驟S57，顯示“溫度ct”并存儲在主控制裝置230的存儲器中。
在步驟S58，輸入培養(yǎng)回路單元4的培養(yǎng)基3的循環(huán)流量f。在步驟S59判斷是否在可實(shí)現(xiàn)范圍內(nèi)。若在可實(shí)現(xiàn)范圍之外，則轉(zhuǎn)移到步驟S60，顯示“再次輸入循環(huán)流量f”加以告知，在步驟S58再次進(jìn)行輸入。而若在可上述范圍之內(nèi)，則轉(zhuǎn)移到步驟S61，顯示“循環(huán)流量f”并存儲在主控制裝置230的存儲器中。
在步驟S62輸入運(yùn)行時(shí)間。在步驟S63，顯示“運(yùn)行時(shí)間”并存儲在主控制裝置230的存儲器中。
在這里，對壓力施加裝置16中的加壓活塞116與施加在細(xì)胞5或組織上的壓力之間的關(guān)系進(jìn)行說明；若加壓活塞116的截面面積為A(cm2)、壓力為P(kg/cm2)、力為F(kgf)，則F＝P×A，若加壓用彈簧118的彈簧常數(shù)為K(kgf/mm)、其彈簧壓縮量為L2(mm)，則力F為F＝K×L2，因此，有K×L2＝P×AL2＝(P×A)/K……(1)即，在加壓活塞116移動(dòng)時(shí)，加壓用彈簧118的彈性力將作用于加壓活塞116，加壓活塞116對壓力腔室60內(nèi)的加壓水65進(jìn)行壓縮。由于受到壓縮，壓力腔室60內(nèi)的壓力升高，由壓力傳感器112對該壓力進(jìn)行檢測。該加壓活塞116的位移，即移動(dòng)量(mm)與壓力P(kg/cm2)之間的關(guān)系，將例如圖10所示。圖10中，L1是馬達(dá)122作用下的移動(dòng)量，L2是加壓用彈簧118的壓縮量，L3是不使用加壓用彈簧118時(shí)的加壓活塞116的移動(dòng)量，L4是由于所混入的空氣被壓縮而引起的加壓活塞116的移動(dòng)量，L5是由于水被壓縮而引起的加壓活塞116的移動(dòng)量，L6是由于培養(yǎng)腔室20及壓力腔室60的容器的變形而引起的加壓活塞116的移動(dòng)量。L3是L4、L5、L6的總和，L1是L2和L3的總和。該壓力施加裝置16作用下的加壓活塞116的移動(dòng)量與壓力傳感器112的壓力值被存儲在主控制裝置230的存儲器中。
下面，就空氣收縮而引起的加壓活塞116的移動(dòng)量進(jìn)行說明，即，若空氣的體積(1個(gè)大氣壓時(shí))為V(cm3)、空氣的體積(加壓時(shí))為Va(cm3)，1×V＝(Pa+1)×Va＝定值，則空氣的體積Va＝V/(Pa+1)，因空氣收縮而引起的加壓活塞116的移動(dòng)量L4(mm)將為L4＝10×{(V-Va)/A}＝[{V-V/(Pa+1)}/A]×10……(2)此外，水及培養(yǎng)基3的壓縮而引起的加壓活塞116的移動(dòng)量可如下式所示。即，若水及培養(yǎng)基3的體積為W(cm3)、水的壓縮率(40℃)為0.44×(cm2/kg)，則水及培養(yǎng)基3的壓縮量ΔW(cm3)為ΔW＝0.44×10-5×P×W，水及培養(yǎng)基3壓縮而引起的加壓活塞116的移動(dòng)量L5(mm)為L5＝ΔW/A×10＝10×{(0.44×10-5×P×W)}/A……(3)在這里，若設(shè)因壓力容器22即培養(yǎng)容器61的變形而產(chǎn)生的視在收縮率為Ct，則壓縮量ΔWt將為ΔWt＝W×Ct，因此，容器變形而引起的加壓活塞116的移動(dòng)量L6為L6＝(ΔWt/A)×10＝10×{(W×Ct)/A}……(4)因此，加壓活塞116的總移動(dòng)量為式(1)、(2)、(3)及(4)相加而得到的值L1。
此外，在壓力緩沖裝置18側(cè)，若使施加在緩沖彈簧154上的壓力減小，則培養(yǎng)腔室20內(nèi)的壓力將超過施加在泄壓閥26上的壓力，泄壓閥26打開，培養(yǎng)基3從泄壓閥26中通過，培養(yǎng)腔室20側(cè)壓力降低。當(dāng)緩沖彈簧154的加壓力與培養(yǎng)基3側(cè)壓力平衡時(shí)穩(wěn)定下來。下面，對施加在壓力緩沖裝置18的泄壓閥26上的力進(jìn)行說明，即，若泄壓閥26的封閉面積為B(cm2)、壓力為P(kg/cm2)、與壓力P平衡的力為F(kgf)，則F＝P×B，若緩沖彈簧154的彈簧常數(shù)為K(kgf/mm)、緩沖彈簧154的壓縮量為m(mm)，則平衡力F將為F＝K×m，緩沖彈簧154的壓縮量m可以用m＝P×B/K表示。圖11示出施加在泄壓閥26側(cè)的壓力，即執(zhí)行器156側(cè)的移動(dòng)量(緩沖彈簧154的壓縮量)與作用于泄壓閥26的壓力即調(diào)整壓力之間的關(guān)系。圖11中，m1表示使用單個(gè)緩沖彈簧154時(shí)的曲線，m2表示使用不同于緩沖彈簧154兩個(gè)彈簧時(shí)的曲線。
由于輸液裝置12的容積較小，因此，對于培養(yǎng)基3的壓縮、容器的變形以及氣體的壓縮等幾乎可忽略不計(jì)。為此，作為輸液活塞132的輸液量V(m1)，若輸液活塞132的截面面積為C(cm2)、移動(dòng)量為1(cm)，則V＝C×1，因此，移動(dòng)量1將為1＝V/C，移動(dòng)量由輸液量決定。在輸液裝置12的輸液活塞132的移動(dòng)量較大的場合，輸液活塞132移動(dòng)后將立即回到原來位置，但在培養(yǎng)基3的移動(dòng)量較小的場合不返回，在進(jìn)行下一個(gè)輸液動(dòng)作時(shí)使輸液活塞132從該位置進(jìn)一步移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)到不可移動(dòng)的位置上時(shí)返回原來的位置。此時(shí)，在壓力高于所設(shè)定的下降壓力的允許值時(shí)，需要在進(jìn)行運(yùn)行前對所存儲的泄壓閥26的執(zhí)行器156的移動(dòng)量與壓力之間關(guān)系的數(shù)據(jù)以該值為基礎(chǔ)進(jìn)行修正。
其次，圖12示出在圖6的步驟S3所實(shí)施的壓力可變培養(yǎng)模式的實(shí)施形態(tài)。即，圖12是對培養(yǎng)腔室20的壓力狀態(tài)與加壓時(shí)序加以展示的時(shí)序圖，(a)示出培養(yǎng)腔室20的壓力變化，(b)示出壓力緩沖裝置18的動(dòng)作時(shí)序，(c)示出壓力施加裝置16的加壓時(shí)序，(d)示出培養(yǎng)基供給裝置6的輸液時(shí)序。
對于培養(yǎng)腔室20，在一個(gè)周期T內(nèi)反復(fù)以最大壓力Pmax和最小壓力Pmin進(jìn)行加壓、減壓。t1是最大壓力Pmax的保持時(shí)間，t2是最小壓力Pmin的保持時(shí)間。而t3是進(jìn)行加壓、減壓時(shí)的動(dòng)作時(shí)間。對于上述最大壓力Pmax、最小壓力Pmin、時(shí)間t1、t2、t3，可根據(jù)活體內(nèi)的進(jìn)行外部培養(yǎng)的部位任意改變之。此外，還可以根據(jù)待培養(yǎng)細(xì)胞5的活體的年齡、性別、身長、體重、活體內(nèi)的部位等數(shù)據(jù)選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)值進(jìn)行加壓、減壓。
對于壓力緩沖裝置18，在開始加壓之前，以時(shí)間t5使之以最大速率動(dòng)作到可得到最大壓力Pmax的位置上而將管子50C封閉。之后，經(jīng)過延遲時(shí)間t4后使壓力施加裝置16開始動(dòng)作，以與時(shí)間t2相當(dāng)?shù)乃俣冗M(jìn)行從最小壓力Pmin到最大壓力Pmax的加壓。
使最大壓力Pmax保持時(shí)間t1后，壓力施加裝置16再次動(dòng)作，以與時(shí)間t3相當(dāng)?shù)乃俣乳_始進(jìn)行從最大壓力Pmax到最小壓力Pmin的減壓。在壓力施加裝置16動(dòng)作后延遲一段時(shí)間t6之后，壓力緩沖裝置18在時(shí)間t7期間進(jìn)行動(dòng)作，抵消管子50C的封閉力。
此外，在壓力控制開始時(shí)，壓力從0附近增加到最大壓力Pmax。此時(shí)，壓力緩沖裝置18以最大速度移動(dòng)到封閉位置，經(jīng)過時(shí)間t9后使壓力施加裝置16動(dòng)作，在以與時(shí)間t3相當(dāng)?shù)乃俣冗_(dá)到最大壓力Pmax為止的時(shí)間t8期間進(jìn)行加壓。
在最小壓力Pmin保持時(shí)間t11后，培養(yǎng)基供給裝置6在時(shí)間t12期間進(jìn)行動(dòng)作而將培養(yǎng)基3向培養(yǎng)腔室20送出。通過改變時(shí)間t12可任意設(shè)定輸液量。輸液后，經(jīng)過時(shí)間t13后在與時(shí)間t12大致相等的時(shí)間t14期間，使輸液活塞132后退。在該例中，是在最小壓力Pmin的保持時(shí)間t2期間進(jìn)行輸液的，但也可以在最大壓力Pmax的保持時(shí)間t1或加壓、減壓時(shí)間t3期間進(jìn)行輸液。
其次，圖13示出在圖6的步驟S3實(shí)施的壓力可變培養(yǎng)模式的另一個(gè)實(shí)施形態(tài)。即，圖13是對培養(yǎng)腔室20的壓力狀態(tài)與加壓時(shí)序加以展示的時(shí)序圖，(a)示出培養(yǎng)腔室20的壓力變化，(b)示出壓力緩沖裝置18的動(dòng)作時(shí)序，(c)示出壓力施加裝置16的加壓時(shí)序，(d)示出培養(yǎng)基供給裝置6的輸液時(shí)序，即，對培養(yǎng)腔室20施加壓力的另一種壓力施加模式的例子。
在該例中，實(shí)施這樣一種壓力施加模式，即，在加壓、減壓時(shí)間t3內(nèi)，使加壓速度、減壓速度呈二次函數(shù)變化而具有緩急變化；通過使壓力的變化有緩有急，從而能夠再現(xiàn)例如步行時(shí)施加在膝軟骨上的壓力。此時(shí)，壓力施加裝置16的動(dòng)作速度將如時(shí)間t15、t16、t17所示的那樣改變，在時(shí)間t3期間使加壓力具有緩急變化。其它的動(dòng)作與圖12的動(dòng)作相同，故將其說明省略。
其次，圖14至圖21示出本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置的第2實(shí)施形式，圖14是培養(yǎng)裝置的主視圖，圖15是培養(yǎng)裝置的側(cè)視圖，圖16示出培養(yǎng)裝置的主要部分，圖17示出培養(yǎng)回路單元4，圖18示出培養(yǎng)回路單元4拆下后的培養(yǎng)裝置的主要部分，圖19示出壓力施加裝置16，圖20示出培養(yǎng)基供給裝置6，圖21示出壓力緩沖裝置18。凡與第1實(shí)施形式相同的部分賦予相同的編號。
該培養(yǎng)裝置由一個(gè)殼體260構(gòu)成，殼體260被分為培養(yǎng)室262、機(jī)械室264以及控制·電源室266。在培養(yǎng)室262的內(nèi)部容放有培養(yǎng)庫42，培養(yǎng)庫42內(nèi)的結(jié)構(gòu)與第1實(shí)施形式相同，不同之處在于，培養(yǎng)基供給裝置6、壓力施加裝置16以及壓力緩沖裝置18由一個(gè)處理部268構(gòu)成。
培養(yǎng)室262及機(jī)械室264上設(shè)有獨(dú)立開閉的門270、272，機(jī)械室264內(nèi)除了容放有培養(yǎng)基供給裝置6、壓力施加裝置16及壓力緩沖裝置18的機(jī)構(gòu)部分之外還容放有加壓水槽68等，各執(zhí)行器120、138、156如圖15所示，通過公用的安裝板269被支持在機(jī)械室264的背面一側(cè)。在機(jī)械室264的壁上，設(shè)有給水口274、排水口276?？刂啤る娫词?66中容放有控制裝置40及電源裝置，在其面板上，除了顯示裝置232之外還設(shè)置有電源開關(guān)278。
其次，如圖16所示，培養(yǎng)室262中容放有培養(yǎng)庫42，培養(yǎng)庫42中容放有培養(yǎng)回路單元4及處理部268。在處理部268中，如圖17和圖18所示，具有可自由拆裝的培養(yǎng)回路單元4側(cè)處理單元280。
其次，圖19示出包括構(gòu)成培養(yǎng)腔室20的培養(yǎng)容器61、壓力容器22在內(nèi)的壓力施加裝置16。在這里，壓力施加裝置16的執(zhí)行器120，是在殼體282中安裝滾珠絲杠284，使馬達(dá)122通過連結(jié)器286與該滾珠絲杠284的后端部相連結(jié)而成的。滾珠絲杠284上設(shè)有隨著旋轉(zhuǎn)可前后移動(dòng)的移動(dòng)塊288，在該移動(dòng)塊288與設(shè)置于滾珠絲杠284的前端側(cè)的支持用凸緣290之間，設(shè)置有重疊的兩個(gè)加壓用彈簧118A、118B。即，加壓用彈簧118A、118B，在隨著滾珠絲杠284旋轉(zhuǎn)而移動(dòng)的移動(dòng)塊288的作用下改變其被壓縮狀態(tài)，各加壓用彈簧118A、118B的彈性特性將作用于加壓活塞116側(cè)。也可以替代滾珠絲杠284而以帶和凸輪等構(gòu)成執(zhí)行器120。
其次，圖20示出培養(yǎng)基供給裝置6。執(zhí)行器138，是在殼體291中安裝滾珠絲杠292，使馬達(dá)140通過連結(jié)器294與滾珠絲杠292的后端部相連結(jié)而成的。滾珠絲杠292上設(shè)有隨著旋轉(zhuǎn)可前后移動(dòng)的移動(dòng)塊296，安裝在該移動(dòng)塊296上的活塞壓板298的前面部上有輸液活塞132的后端部與之接觸。即，當(dāng)隨著滾珠絲杠292在馬達(dá)140驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)而移動(dòng)的移動(dòng)塊296前進(jìn)時(shí)，加壓用彈簧136受到壓縮，使得輸液活塞132前進(jìn)，而移動(dòng)塊296后進(jìn)時(shí)，加壓用彈簧136解除受壓狀態(tài)，在加壓用彈簧136的恢復(fù)力的作用下，輸液活塞132將后退。可通過輸液活塞132的進(jìn)退將培養(yǎng)基3送出。
其次，圖21示出壓力緩沖裝置18。執(zhí)行器156，是在殼體300中安裝滾珠絲杠302，使馬達(dá)158通過連結(jié)器304與該滾珠絲杠302的后端部相連結(jié)而成的。滾珠絲杠302上設(shè)有隨著旋轉(zhuǎn)可前后移動(dòng)的移動(dòng)塊306，在該移動(dòng)塊306上，通過重疊的緩沖彈簧154A、154B而安裝有柱塞壓板308，在該柱塞壓板308的前表面上，有泄壓閥26的柱塞152的后端部與之接觸。即，當(dāng)隨著滾珠絲杠302在馬達(dá)158驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)而移動(dòng)的移動(dòng)塊306前進(jìn)時(shí)，使柱塞壓板308與緩沖彈簧154A、154B一起前進(jìn)，緩沖彈簧154A、154B改變其被壓縮狀態(tài)。即，閥體150受到處于壓縮狀態(tài)的緩沖彈簧154A、154B的推壓，泄壓閥26被保持在關(guān)閉狀態(tài)。該被保持狀態(tài)將隨著滾珠絲杠302的旋轉(zhuǎn)以及隨之產(chǎn)生的緩沖彈簧154A、154B的壓縮狀態(tài)的改變而改變。
其次，圖22示出培養(yǎng)基供給裝置6的變型例。圖2、圖3及圖14所示培養(yǎng)基供給裝置6，是在輸液活塞132上設(shè)置加壓用彈簧136的，但也可以去掉加壓用彈簧136，而在隨著執(zhí)行器138的滾珠絲杠292進(jìn)行移動(dòng)的移動(dòng)塊296上安裝連接軸310，將輸液活塞132的后端部通過固定銷312等固定機(jī)構(gòu)連結(jié)在該連接軸310的前端。做成這樣的結(jié)構(gòu)，也能夠通過滾珠絲杠292的正反轉(zhuǎn)使輸液活塞132進(jìn)退。
其次，圖23示出本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置的第3實(shí)施形式。該實(shí)施形式中，使來自未圖示的空壓機(jī)的加壓空氣如箭頭Pr所示，通過具有壓力調(diào)整器314、升壓閥316及針閥318的管路67而作用于壓力施加裝置16的由壓力容器22所形成的壓力腔室60內(nèi)部，使壓力腔室60內(nèi)的加壓空氣通過具有針閥320及減壓閥322的回收管路102排出，在管子50D側(cè)，也可以不安裝閥11(圖1)或套筒節(jié)流閥162(圖2)而代之以設(shè)置可隨著執(zhí)行器321的旋轉(zhuǎn)而開閉的閥323。通過使閥322進(jìn)行間歇性關(guān)閉動(dòng)作、以及、以加壓空氣作用于受壓膜64使之動(dòng)作，可對細(xì)胞5施加加壓刺激。在這里，要使加壓刺激具有變化，可通過控制升壓閥316及減壓閥322的開閉實(shí)現(xiàn)之。使用這樣的空氣，不僅能夠做到壓力較低時(shí)單位移動(dòng)量所對應(yīng)的壓力變化量小，壓力較高時(shí)單位移動(dòng)量所對應(yīng)的壓力變化量大，而且在對細(xì)胞或組織施加壓力時(shí)能夠?qū)ⅠR達(dá)和執(zhí)行器等所產(chǎn)生的不需要的振動(dòng)吸收，使得對細(xì)胞或組織所施加的加壓刺激的精度得到提高。
其次，圖24和圖25示出本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置的第4實(shí)施形式。待培養(yǎng)細(xì)胞5被移植在由膠原等成形的基質(zhì)7上，以基質(zhì)7為單位放置在培養(yǎng)腔室20內(nèi)。培養(yǎng)基3是從培養(yǎng)基槽49經(jīng)由培養(yǎng)回路單元4向培養(yǎng)腔室20供給的。培養(yǎng)回路單元4構(gòu)成閉環(huán)，該培養(yǎng)回路單元4中，設(shè)置有作為輸液裝置12的泵324、壓力傳感器326及壓力緩沖裝置18。壓力傳感器326的壓力檢測信號輸入給壓力控制器328，與該壓力檢測值相應(yīng)的控制功率由壓力控制器328輸入給泵324。即，培養(yǎng)基3的壓力P被控制為固定大小。
此外，壓力緩沖裝置18，是在局部插入培養(yǎng)回路單元4中的泄壓閥26的閥體150的柱塞152上經(jīng)由緩沖彈簧154安裝執(zhí)行器156，在該執(zhí)行器156上連結(jié)馬達(dá)158而成的。對馬達(dá)158的旋轉(zhuǎn)，即正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止及旋轉(zhuǎn)速度由控制裝置40控制。即，馬達(dá)158的旋轉(zhuǎn)傳遞到滾珠絲杠302上，隨著滾珠絲杠302的旋轉(zhuǎn)，移動(dòng)塊306與其旋轉(zhuǎn)方向相應(yīng)地向前后移動(dòng)。該移動(dòng)將經(jīng)由緩沖彈簧154傳遞到閥體150的柱塞152上，因此，閥體150的關(guān)閉力可由移動(dòng)塊306的位置及緩沖彈簧154的壓縮力進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)由泵324所產(chǎn)生的培養(yǎng)基3的壓力大于閥體150的閉止力時(shí)，閥體150打開，可使培養(yǎng)基3從泄壓閥26通過。
并且，培養(yǎng)基槽49中，設(shè)有取入氧或二氧化碳等氣體的空氣管路330，空氣管路330中設(shè)有防止雜菌、異物等進(jìn)入的過濾器332。即，從空氣管路330取入的氧或二氧化碳與培養(yǎng)基3一起送給培養(yǎng)腔室20的細(xì)胞5。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，通過驅(qū)動(dòng)泵324，可將培養(yǎng)基3供給培養(yǎng)回路單元4并流入培養(yǎng)腔室20，向細(xì)胞5供給所需要的養(yǎng)分和氧或二氧化碳等氣體。通過驅(qū)動(dòng)壓力緩沖裝置18，可將培養(yǎng)回路單元4封閉起來，在由泵324施加在培養(yǎng)基3上的壓力的作用下使培養(yǎng)腔室20內(nèi)的壓力升高。通過調(diào)整壓力緩沖裝置18的緩沖力，即閥體150的閉止力，能夠得到與泵324所施加的壓力平衡的任意大小的壓力。
圖25示出該加壓動(dòng)作曲線。通過使壓力緩沖裝置18進(jìn)行周期性動(dòng)作，能夠?qū)?xì)胞5交替施加最大壓力Pmax和最小壓力Pmin。即，對于細(xì)胞5，能夠設(shè)定最大壓力Pmax的時(shí)間t1、最小壓力Pmin的時(shí)間t2、還有升壓時(shí)間t3和降壓時(shí)間t3，能夠使培養(yǎng)基3的壓力與活體同樣地循環(huán)變化，創(chuàng)建與活體同等的成長環(huán)境。而且，通過控制壓力緩沖裝置18的動(dòng)作速度，可任意調(diào)整t1、t2、t3，達(dá)到與所培養(yǎng)的細(xì)胞5的特性和活體部位相適應(yīng)的最佳狀態(tài)。
如以上所說明的，根據(jù)本發(fā)明，可得到如下效果。
a能夠在對活體內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行模仿的環(huán)境下不受污染地高效率地進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)出與體內(nèi)組織相近的、或者、與體內(nèi)組織易于融合的細(xì)胞或組織。
b將活體的細(xì)胞或組織保持在特定的培養(yǎng)位置上，設(shè)定為活體模仿環(huán)境，連續(xù)地或斷續(xù)地供給培養(yǎng)基，施加連續(xù)的、間斷的或周期性變化的壓力，從而，能夠?qū)崿F(xiàn)與待修復(fù)活體的部位相適應(yīng)的理想且實(shí)用的組織，即與體內(nèi)組織相近、與體內(nèi)組織易于融合的組織的培養(yǎng)。
c將待培養(yǎng)細(xì)胞或組織在培養(yǎng)基中以浮游或非浮游的狀態(tài)進(jìn)行保持，能夠在極為穩(wěn)定的狀態(tài)下進(jìn)行高效率的培養(yǎng)。
d以水凝膠或基質(zhì)將細(xì)胞或組織在培養(yǎng)基中呈浮游狀態(tài)進(jìn)行保持，因此，能夠促進(jìn)細(xì)胞或組織的培養(yǎng)。
e培養(yǎng)基使用的是，與待培養(yǎng)細(xì)胞或組織相適應(yīng)的、例如包含有各種氨基酸、糖類、鹽類和蛋白質(zhì)中的一種或從中選擇的兩種以上的物質(zhì)或者全部包括的培養(yǎng)基，因此，能夠高效率地進(jìn)行培養(yǎng)并培養(yǎng)出質(zhì)量良好的細(xì)胞或組織。
f培養(yǎng)環(huán)境是根據(jù)活體部位的生理?xiàng)l件、或者在該生理?xiàng)l件之外再加上年齡、身長、體重、性別、及其它個(gè)體活體所固有的信息進(jìn)行設(shè)定的，因此，能夠培養(yǎng)出與體內(nèi)組織易于融合的細(xì)胞或組織。
g由于是通過氮、氧或二氧化碳的氣體的供給及其控制、溫度或濕度的設(shè)定及其控制進(jìn)行活體環(huán)境的設(shè)定的，因此，能夠控制成接近于活體的環(huán)境，有助于培養(yǎng)出與體內(nèi)組織相近、并且、與體內(nèi)組織易于融合的細(xì)胞或組織。
h由于是根據(jù)待修復(fù)活體的部位施加相應(yīng)的壓力的，因此，能夠形成理想且實(shí)用的細(xì)胞或組織。
i壓力模式有連續(xù)的、間斷的或周期性變化等形態(tài)，通過對上述壓力形態(tài)進(jìn)行選擇或?qū)⑺鼈兘M合，能夠?qū)崿F(xiàn)理想的物理刺激，能夠?qū)?xì)胞的代謝機(jī)能和分裂周期、生物刺激的濃度梯度和分散產(chǎn)生影響，促進(jìn)培養(yǎng)的進(jìn)行。
j培養(yǎng)單元，是將待培養(yǎng)細(xì)胞或組織放置在培養(yǎng)腔室中向與外部空氣隔離的細(xì)胞或組織供給所需要的培養(yǎng)基的，因此，與外部空氣隔離的細(xì)胞或組織，能夠受到保護(hù)而免受菌體等的污染，其結(jié)果，能夠培養(yǎng)出質(zhì)量良好的組織。此外，對于細(xì)胞或組織，通過培養(yǎng)基所產(chǎn)生的靜壓或流動(dòng)施加物理刺激，通過加壓機(jī)構(gòu)施加所所希望的壓力，因此，能夠受到細(xì)胞的代謝機(jī)能、分裂周期、生物刺激的濃度梯度和分散的影響，促進(jìn)細(xì)胞或組織的培養(yǎng)。此外，向細(xì)胞或組織供給培養(yǎng)基的供給形態(tài)可通過培養(yǎng)基供給機(jī)構(gòu)任意進(jìn)行設(shè)定，能夠間歇或連續(xù)地供給培養(yǎng)基，因此，能夠通過具有變化的物理刺激促進(jìn)培養(yǎng)的進(jìn)行。
k加壓機(jī)構(gòu)或培養(yǎng)基供給機(jī)構(gòu)能夠任意地進(jìn)行控制，通過使用計(jì)算機(jī)等控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行反饋控制、前饋控制等各種程序控制，不僅能夠模仿活體環(huán)境，而且能夠設(shè)定所希望的環(huán)境，高效率地進(jìn)行培養(yǎng)。
l對于壓力施加方式，即壓力模式能夠與待培養(yǎng)的細(xì)胞或組織相適應(yīng)地進(jìn)行設(shè)定，因而能夠以更高的效率進(jìn)行培養(yǎng)。
m壓力模式可設(shè)定為一切形態(tài)，通過對該形態(tài)進(jìn)行選擇或組合能夠高效率地進(jìn)行細(xì)胞或組織的培養(yǎng)。
n具有收容培養(yǎng)出來的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)腔室的培養(yǎng)單元，可相對于培養(yǎng)裝置本體獨(dú)立分開并且能夠自由進(jìn)行拆裝，因此，能夠?qū)⒓?xì)胞或組織同與外部空氣分離的培養(yǎng)單元一起移送，保護(hù)細(xì)胞或組織防止其在移送過程中被菌體等污染，能夠提高活體修復(fù)等的可靠性。
o由于將作為培養(yǎng)空間的密閉空間與外部空氣隔離，不僅能夠通過供給所希望的氣體對培養(yǎng)環(huán)境進(jìn)行設(shè)定，而且能夠保護(hù)細(xì)胞或組織免受外部空氣的污染。
p由于向放置在密閉空間內(nèi)的培養(yǎng)單元供給氮、氧或二氧化碳等氣體，并且培養(yǎng)單元具有氣體吸收機(jī)構(gòu)，因此，能夠向細(xì)胞或組織供給氣體，可通過氣體的供給及其控制而對活體環(huán)境進(jìn)行模仿。
q由于向由密閉空間形成的培養(yǎng)空間填充氮、氧或二氧化碳等氣體，因此，能夠模仿活體環(huán)境，形成所希望的培養(yǎng)空間。
r由于具有用來向培養(yǎng)單元供給培養(yǎng)基或使之循環(huán)的培養(yǎng)基槽，并且，在與外部空氣隔離的密閉空間內(nèi)設(shè)置有培養(yǎng)基槽，因此，能夠防止培養(yǎng)基被污染。
s通過設(shè)置受壓膜，能夠?qū)Ψ胖迷谂囵B(yǎng)腔室內(nèi)的細(xì)胞或組織，在與外部空氣隔離的狀態(tài)下施加加壓刺激，而且能夠?qū)崿F(xiàn)模仿活體環(huán)境的刺激等所希望的加壓刺激。
t對培養(yǎng)單元的局部進(jìn)行加壓的場合，若以壓力緩沖機(jī)構(gòu)進(jìn)行其壓力的調(diào)整，則能夠?qū)崿F(xiàn)與活體環(huán)境相近的物理刺激，可促進(jìn)細(xì)胞或組織的培養(yǎng)。
u作為壓力的形成機(jī)構(gòu)，無論使用水壓、油壓或空氣壓力的任何一種均能夠?qū)崿F(xiàn)所希望的加壓刺激，能夠以良好的精度模仿活體環(huán)境。
v若培養(yǎng)基供給機(jī)構(gòu)是以能夠?qū)⑷∪胼斠呵皇业呐囵B(yǎng)基經(jīng)過加壓送出的輸液裝置構(gòu)成，則能夠以高效率向培養(yǎng)單元供給培養(yǎng)基或使之循環(huán)，通過控制該加壓量能夠?qū)⑤斠毫吭O(shè)定為所希望的值。
w由于對施加在培養(yǎng)基上的壓力進(jìn)行緩沖，因此，能夠向細(xì)胞或組織施加理想的加壓刺激，例如，使用泄壓閥而通過控制泄壓閥來控制培養(yǎng)基槽的壓力，打開泄壓閥使培養(yǎng)基槽的壓力降低，則能夠在不污染培養(yǎng)基槽的情況下控制為理想的壓力狀態(tài)。
x對容放有培養(yǎng)單元的密閉空間的溫度和濕度進(jìn)行控制，能夠形成與活體環(huán)境一致的培養(yǎng)空間。
y活體總會受到來自外界的聲音的刺激，通過一并使用聲波發(fā)生器，能夠模仿活體的聲音環(huán)境，而且在向培養(yǎng)腔室內(nèi)注入待培養(yǎng)細(xì)胞或組織時(shí)，還能夠一并使用超聲波而高效率地且高可靠性地進(jìn)行注入。
z通過以控制機(jī)構(gòu)控制供給密閉空間的氣體濃度，可模仿出活體環(huán)境，有助于促進(jìn)細(xì)胞或組織的培養(yǎng)。
以上就本發(fā)明的實(shí)施形式的構(gòu)成、作用及效果進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施形式和實(shí)施例，還包括由本發(fā)明的目的、實(shí)施形式所能夠推測出來的各種構(gòu)成、變型例等本行業(yè)人員所能夠預(yù)測和推測出來的所有構(gòu)成。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如上所述，本發(fā)明的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法及其裝置，作為細(xì)胞組織工程學(xué)和基因治療等的應(yīng)用領(lǐng)域的組織工程中所采用的細(xì)胞·組織培養(yǎng)技術(shù)是具有實(shí)用性的，特別是，不僅適用于細(xì)胞和組織的體外培養(yǎng)，而且所培養(yǎng)出來的細(xì)胞和組織適用于人體的缺損組織的修復(fù)等。
權(quán)利要求
1.一種細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法，其特征是，將活體的細(xì)胞或組織保持在特定的培養(yǎng)位置上，在將所說細(xì)胞或所說組織設(shè)定在活體模仿環(huán)境下并向所說細(xì)胞或所說組織供給培養(yǎng)基，在所說培養(yǎng)位置進(jìn)行所說細(xì)胞或所說組織的培養(yǎng)。
2.一種細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法，其特征是，將活體的細(xì)胞或組織保持在特定的培養(yǎng)位置上，在將所說細(xì)胞或所說組織設(shè)定在活體模仿環(huán)境下并向所說細(xì)胞或所說組織通過培養(yǎng)回路連續(xù)或斷續(xù)地供給培養(yǎng)基，并且對所說細(xì)胞或所說組織施加連續(xù)的、間斷的或周期性變化的壓力，在所說培養(yǎng)位置進(jìn)行所說細(xì)胞或所說組織的培養(yǎng)。
3.如權(quán)利要求1或2所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法，其特征是，所說培養(yǎng)位置上具有使待培養(yǎng)的所說細(xì)胞或所說組織在所說培養(yǎng)基中保持浮游狀態(tài)或者非浮游狀態(tài)的保持機(jī)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1或2所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法，其特征是，所說保持機(jī)構(gòu)，使用的是，使所說細(xì)胞或所說組織在所說培養(yǎng)基中保持浮游狀態(tài)的水凝膠，或者，對所說細(xì)胞或所說組織進(jìn)行保持并隨著其成長可被所說細(xì)胞或所說組織吸收的基質(zhì)。
5.如權(quán)利要求1或2所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法，其特征是，所說培養(yǎng)基，以含有各種氨基酸、糖類、鹽類或蛋白質(zhì)中的一種或兩種以上而構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1或2所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法，其特征是，培養(yǎng)所說細(xì)胞或所說組織的所說環(huán)境，是根據(jù)所說活體的部位的生理?xiàng)l件、或者在該生理?xiàng)l件之外再加上年齡、身長、體重、性別、及其它所說活體的每一固有信息進(jìn)行設(shè)定的。
7.如權(quán)利要求1或2所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法，其特征是，所說環(huán)境，是通過所說培養(yǎng)基供給氮、氧或者二氧化碳等氣體、溫度或者濕度而進(jìn)行設(shè)定的。
8.如權(quán)利要求2所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法，其特征是，對所說細(xì)胞或所說組織施加的所說壓力，可根據(jù)所說細(xì)胞或所說組織的所說部位任意進(jìn)行設(shè)定。
9.如權(quán)利要求2所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法，其特征是，對所說細(xì)胞或所說組織施加的所說壓力，是連續(xù)的、間斷的或周期性變化的壓力或者由它們組合而成的壓力。
10.一種細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，具有具有容放細(xì)胞或組織的培養(yǎng)腔室而供給培養(yǎng)基的培養(yǎng)單元；對所說培養(yǎng)腔室內(nèi)的所說細(xì)胞或所說組織施加壓力的加壓機(jī)構(gòu)；向所說培養(yǎng)單元間歇或連續(xù)地供給所說培養(yǎng)基的培養(yǎng)基供給機(jī)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求10所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，具有控制所說加壓機(jī)構(gòu)或者所說培養(yǎng)基供給機(jī)構(gòu)的控制機(jī)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求10所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，由所說加壓機(jī)構(gòu)對所說細(xì)胞或所說組織施加的所說壓力，可根據(jù)所說細(xì)胞或所說組織任意進(jìn)行設(shè)定。
13.如權(quán)利要求10所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，由所說加壓機(jī)構(gòu)對所說細(xì)胞或所說組織施加的所說壓力，呈斷續(xù)狀態(tài)、每隔一定時(shí)間連續(xù)往復(fù)、每隔一定時(shí)間增減。
14.如權(quán)利要求10所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，所說培養(yǎng)單元能夠從培養(yǎng)裝置本體上獨(dú)立地分離。
15.如權(quán)利要求10所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，是在與外部空氣隔離的密閉空間內(nèi)容放所說培養(yǎng)單元而成。
16.如權(quán)利要求10所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，具有能夠吸收氮、氧或者二氧化碳等氣體的氣體吸收機(jī)構(gòu)。
17.如權(quán)利要求10所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，是在所說密閉空間內(nèi)填充氮、氧或者二氧化碳等氣體而成。
18.如權(quán)利要求10所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，具有蓄存有待向所說培養(yǎng)單元供給的所說培養(yǎng)基的培養(yǎng)基槽。
19.如權(quán)利要求10所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，所說培養(yǎng)腔室具有接受來自外部的壓力的受壓膜。
20.如權(quán)利要求10所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，所說培養(yǎng)單元具有壓力緩沖機(jī)構(gòu)。
21.如權(quán)利要求10所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，在所說培養(yǎng)腔室上安裝有經(jīng)由所說受壓膜安裝的壓力腔室，通過使水壓、油壓或者空氣壓作用于該壓力腔室而對所說培養(yǎng)腔室內(nèi)的所說細(xì)胞或所說組織施加壓力。
22如權(quán)利要求10所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，所說培養(yǎng)基供給機(jī)構(gòu)是，在所說培養(yǎng)單元中設(shè)置輸液腔室，以將取入該輸液腔室中的所說培養(yǎng)基通過加壓送出的輸液裝置構(gòu)成的。
23.如權(quán)利要求10所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，所說培養(yǎng)單元中設(shè)置有泄壓閥，當(dāng)所說培養(yǎng)基的壓力超過由所說泄壓閥所任意設(shè)定的固定壓力時(shí)，所說泄壓閥打開而使所說培養(yǎng)基的壓力降低。
24.如權(quán)利要求10所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，所說密閉空間，具有加熱機(jī)構(gòu)或者加濕機(jī)構(gòu)，被維持和控制在所希望的溫度或者濕度上。
25.如權(quán)利要求10所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，具有對所說培養(yǎng)單元的所說培養(yǎng)腔室施加超聲波等聲波的聲波發(fā)生裝置。
26.如權(quán)利要求10所說的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)裝置，其特征是，具有控制供給所說密閉空間的氣體的濃度的控制機(jī)構(gòu)。
全文摘要
一種能夠防止污染并高效率地進(jìn)行體外培養(yǎng)的細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法及其裝置。該細(xì)胞或組織的培養(yǎng)方法及其裝置中，將培養(yǎng)位置(培養(yǎng)腔室20)設(shè)置在活體模仿環(huán)境等可任意進(jìn)行控制的環(huán)境下，并且在將細(xì)胞(5)或組織保持在所說培養(yǎng)位置的情況下供給培養(yǎng)基(3)，在位于理想環(huán)境下的所說培養(yǎng)位置上進(jìn)行所說細(xì)胞或所說組織的培養(yǎng)，因此，不僅能夠防止污染，而且能夠高效率地實(shí)現(xiàn)所說細(xì)胞或所說組織的體外培養(yǎng)。
文檔編號C12M1/04GK1427888SQ01808886
公開日2003年7月2日 申請日期2001年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月2日
發(fā)明者高木多佳雄, 渡邊節(jié)雄, 高井秀忠, 木之內(nèi)伊吹, 水野秀一, J·格羅瓦基 申請人:高木產(chǎn)業(yè)株式會社, 布里格哈姆及韋門斯醫(yī)院