專利名稱：細胞或組織的培養(yǎng)裝置和培養(yǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在再生醫(yī)療領(lǐng)域、組織工程領(lǐng)域中的細胞或組織的培 養(yǎng)，還涉及用于三維組織或器官再生的三維組織培養(yǎng)方法，具體來說，
涉及含有細胞、細胞載體(scaffold)、細胞產(chǎn)生的胞外基質(zhì)的任意種類 作為細胞構(gòu)成體(Cell construct),根據(jù)情況添加培養(yǎng)液或其它添加物、 或生長因子或藥品等進行的培養(yǎng)中所使用的培養(yǎng)裝置和培養(yǎng)方法。
簡而言之，本發(fā)明的培養(yǎng)裝置和培養(yǎng)方法與以往的靜置培養(yǎng)不 同，是涉及物理作用并用的三維培養(yǎng)的培養(yǎng)裝置，該培養(yǎng)裝置是對 細胞構(gòu)成體的細胞施加主動刺激，同時使細胞構(gòu)成體位移，促進增殖、 細胞移動、物質(zhì)移動，通過促進或停止分化來實現(xiàn)目標再生組織。
背景技術(shù)：
細胞或組織的培養(yǎng)中，對于對要培養(yǎng)的細胞或組織施加壓力或張 力等物理刺激的方法進行了研究，提出了各種生物反應(yīng)器等。二元培 養(yǎng)(平面培養(yǎng))是使用平底培養(yǎng)基材的培養(yǎng)方法，通常是在培養(yǎng)箱內(nèi)靜
置培養(yǎng)。懸浮培養(yǎng)是使非貼壁細胞懸浮培養(yǎng)的方法，也是在培養(yǎng)箱內(nèi) 靜置培養(yǎng)。三維培養(yǎng)的常規(guī)方法是將接種了細胞的細胞載體在培養(yǎng)箱 內(nèi)靜置，進行培養(yǎng)。三維培養(yǎng)(使用生物反應(yīng)器)通常是使細胞粘附或 包含在細胞載體上，進行培養(yǎng)液的攪拌等處理，但是細胞載體的三維 培養(yǎng)中也有對細胞施加加壓、壓縮、張力、剪切等物理作用的培養(yǎng)方 法。
施加物理性作用的培養(yǎng)裝置被稱為"生物反應(yīng)器"、"組織工程處理 器，，等，作為用于組織工程的培養(yǎng)實驗或再生醫(yī)療的體外細胞、組織的 培養(yǎng)裝置，有望得到實際應(yīng)用。關(guān)于上述細胞或組織的培養(yǎng)、該培養(yǎng)中所使用的具有施加物理性 位移或應(yīng)力、刺激的功能的生物反應(yīng)器，采用壓力、振動(超聲波)的
例子有專利文獻l中公開的細胞或組織的培養(yǎng)方法及其裝置；采用壓 力的例子有專利文獻2中公開的生物體內(nèi)、生物體外和試管內(nèi)的軟骨 和膠原的修復(fù)和再生以及骨再形成的方法；采用剪切力的例子有專利 文獻3中公開的細胞、組織培養(yǎng)裝置；采用拉伸力的例子有專利文獻 4中公開的細胞、組織培養(yǎng)裝置；采用壓縮力的例子有專利文獻5中 公開的細胞、組織培養(yǎng)裝置；采用剪切力的例子有專利文獻6中公開 的細胞培養(yǎng)裝置；采用拉伸力的例子有專利文獻7中公開的使用硅膠 帶的培養(yǎng)細胞用伸縮刺激負荷裝置；并用拉伸力和剪切力的例子有專 利文獻8中公開的對組織、合成或天然血管移植片進行滅菌、接種、 培養(yǎng)、保存、運輸以及檢查的裝置和方法。專利文獻9中公開了通過 膜體使保持膜體狀的細胞產(chǎn)生變形的培養(yǎng)方法等。專利文獻10和專 利文獻11中公開培養(yǎng)中利用半透膜。人們對于各種物理性作用和 刺激的施加或利用半透膜的細胞等的培養(yǎng)進行了嘗試。 專利文獻1:日本特開2001-238663號公報(摘要等) 專利文獻2:日本特表2004-512031號公報(摘要等) 專利文獻3:日本特開2002-315566號公報(摘要等) 專利文獻4:日本特開2003-061642號公報(摘要等) 專利文獻5:日本特開2003-180:331號公報(摘要等) 專利文獻6:日本特開平09-313166號公報(摘要等) 專利文獻7:日本特開平10-155475號公報(摘要等) 專利文獻8:日本特表平11-504216號公報(摘要等) 專利文獻9:日本特開2005-143343號公報(摘要等) 專利文獻10: WO 2006-015304A2 (摘要等) 專利文獻11:日本特表2000-513214號公報(摘要等)
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明所要解決的課題
但是，人體存在承受各種應(yīng)力的部位，這些部位的修復(fù)中所使用 的組織根據(jù)其部位不同而不同。例如，在推間板、半月板、骨骼、纖 維軟骨、心臟瓣膜處，在體內(nèi)承受彎曲力。該彎曲力與單純的壓力、 壓縮、拉伸、剪切等不同。對于所述承受彎曲力的部位，采用通過單 純的壓力、壓縮、拉伸、剪切等刺激因素培養(yǎng)的組織并不足夠。
因此，本發(fā)明人等認識到，作為施加給要培養(yǎng)的細胞或組織的刺 激或負荷，彎曲對于細胞或組織的增殖等極為有利。上述課題在專利 文獻1 ~ 11中沒有公開，也沒有任何啟示。
裝置和培養(yǎng)方法，提供適合人等身體部位的細胞和/或組織的培養(yǎng)裝置 和培養(yǎng)方法。
本發(fā)明的另 一 目的在于涉及適合人等身體部位的細胞和/或組織 的培養(yǎng)裝置，通過使培養(yǎng)物彎曲或伸縮，有助于適當?shù)募毎?或組織 的培養(yǎng)。
解決課題的方法
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的培養(yǎng)裝置可以使彎曲力作用于含有細 胞和/或組織的培養(yǎng)物，無需伴隨培養(yǎng)器部內(nèi)的培養(yǎng)液的增減、即，無 需使培養(yǎng)液的壓力增減，就可以對培養(yǎng)器部內(nèi)的培養(yǎng)物施加培養(yǎng)所必 須的位移。具體來說，通過彎曲，在從其凹陷部分至凸起部分的厚度 方向上產(chǎn)生連續(xù)的壓縮和伸長，對培養(yǎng)物施加以往的加壓、剪切、拉 伸中無法得到的物理性刺激或負荷，由此可以獲得適合于伴有彎曲的 部位的組織修復(fù)的培養(yǎng)物。本發(fā)明并不限于上述彎曲，無需伴有培養(yǎng) 器部內(nèi)的培養(yǎng)液的增減、即，無需使培養(yǎng)液的壓力增減，就可以對培 養(yǎng)物施加培養(yǎng)所必須的運動或刺激等。
因此，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面是含有細胞和/或組織 的培養(yǎng)物的培養(yǎng)裝置，該培養(yǎng)裝置具備收納上述培養(yǎng)物的培養(yǎng)器部、貫穿于上述培養(yǎng)器部內(nèi)外的控制桿(lever)，操作上述控制桿，對上述 培養(yǎng)物施加位移。通過所迷構(gòu)成可實現(xiàn)上述目的。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第二方面是含有細胞和/或組織的培養(yǎng) 物的培養(yǎng)裝置，該培養(yǎng)裝置具備載放上述培養(yǎng)物的培養(yǎng)床；與該培養(yǎng) 床一起收納上述培養(yǎng)物的培養(yǎng)器部；貫穿于上述培養(yǎng)器部內(nèi)外的控制 桿；操作上述桿、把持上述培養(yǎng)床、通過上述培養(yǎng)床的彎曲變形對上 述培養(yǎng)物施加位移的驅(qū)動裝置。通過所述構(gòu)成可實現(xiàn)上述目的。
為實現(xiàn)上述目的，上述培養(yǎng)裝置中可以優(yōu)選上述控制桿是以設(shè)定 在上述培養(yǎng)器部的壁部或其附近的支點為中心進行圓弧運動的構(gòu)成， 通過所述構(gòu)成可實現(xiàn)上述目的。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第三方面是含有細胞和/或組織的培養(yǎng) 物的培養(yǎng)裝置，該培養(yǎng)裝置具備載放上述培養(yǎng)物的培養(yǎng)床；與該培養(yǎng) 床一起收納上述培養(yǎng)物的培養(yǎng)器部；貫穿于上述培養(yǎng)器部的內(nèi)外、可 以以設(shè)定在上述培養(yǎng)器部的壁部或其附近的支點為中心進行圓弧運 動的控制桿；操作上述控制桿，對上述培養(yǎng)床施加伸縮力，通過上述 培養(yǎng)床的伸縮變形來使上述培養(yǎng)物伸縮的驅(qū)動工具。通過所述構(gòu)成可
實現(xiàn)上述目的。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第四方面是含有細胞和/或組織的培養(yǎng) 物的培養(yǎng)方法，該方法的構(gòu)成是將上述培養(yǎng)物收納于培養(yǎng)器部中， 以設(shè)定在上述培養(yǎng)器部的壁部或其附近的支點為中心，對貫穿于上述 培養(yǎng)器部內(nèi)外的控制桿施加圓弧運動，通過該圓弧運動對上述培養(yǎng)物 施加彎曲位移。通過所述構(gòu)成可實現(xiàn)上述目的。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，可以得到以下效果。
(1) 對正在培養(yǎng)的培養(yǎng)物施加彎曲等位移(應(yīng)力)，可以產(chǎn)生純粹的 彎曲動作。
(2) 可用于推間板等體內(nèi)承受彎曲力的組織的再生。(3) 有望防止干細胞分化、組織細胞去分化，組織結(jié)構(gòu)等具有方 向性時，可以使其排列方向一致，可獲得與體內(nèi)組織同等的培養(yǎng)物。
(4) 排除壓力等其它物理作用或使其最小化，通過彎曲作用可以 培養(yǎng)所需的組織。
(5) 有望使細胞移動變得容易。
(6) 可使營養(yǎng)物、氧滲透至三維細胞構(gòu)成體的內(nèi)部，有望排出代 謝廢物。
本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點可通過參照所附附圖和各實施方 式進一步明確。
附圖簡述


圖1是表示實施方式1的培養(yǎng)裝置的培養(yǎng)單元的縱截面圖。
圖2是表示培養(yǎng)器部的分解斜視圖。
圖3是表示含有控制桿部的培養(yǎng)器本體部的分解斜視圖。
圖4是表示控制桿部下面一側(cè)的斜視圖。
圖5是表示驅(qū)動部的分解斜視圖。
圖6是表示從培養(yǎng)器部拆下控制桿部后所見的培養(yǎng)單元的平面圖。
圖7是將培養(yǎng)床放大表示的斜視圖。
圖8是表示調(diào)節(jié)器的圖。
圖9是表示調(diào)節(jié)器的平面圖。
圖IO是表示調(diào)節(jié)器中的運動轉(zhuǎn)換部的一個例子的圖。
圖ll是表示運動轉(zhuǎn)換部的動作的一個例子的圖。
圖12是表示培養(yǎng)裝置的控制系統(tǒng)的一個例子的框圖。
圖13是表示培養(yǎng)的處理順序的流程圖。
圖14A是表示設(shè)置有細胞構(gòu)成體的培養(yǎng)床的圖。
圖14B是表示設(shè)置有細胞構(gòu)成體的培養(yǎng)床的圖。
圖15A是表示對細胞構(gòu)成體的彎曲動作的圖。圖15B是表示對細胞構(gòu)成體的彎曲動作的圖。
圖16是表示調(diào)節(jié)器的動作順序的流程圖。
圖17是表示實施方式2的細胞構(gòu)成體的構(gòu)成例的圖。
圖18是表示細胞構(gòu)成體的其它構(gòu)成例的圖。
圖19是表示細胞構(gòu)成體的其它構(gòu)成例的圖。
圖20是表示實施方式3的培養(yǎng)系統(tǒng)的圖。
圖21是表示培養(yǎng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的框圖。
圖22是表示培養(yǎng)系統(tǒng)的處理順序的流程圖。
圖23是表示實施方式4的培養(yǎng)裝置的培養(yǎng)單元的圖。
圖24是表示圖23的XXIV-XXIV線截面圖。
圖25是表示實驗例的圖。
圖26是表示實驗例的圖。
圖27是表示實驗例的圖。
圖28是表示實驗例的圖。
圖29是表示實驗例的圖。
符號說明
2培養(yǎng)單元
4培養(yǎng)器部
6、 600細胞構(gòu)成體
8驅(qū)動部
16培養(yǎng)空間部
48培養(yǎng)液
70控制桿
72支點
實施發(fā)明的最佳方式
實施方式1
8參照圖1 ~圖12對本發(fā)明的實施方式1進行說明。圖1是表示培 養(yǎng)裝置的實施方式1的培養(yǎng)單元的縱截面圖，圖2是表示培養(yǎng)器部的 分解斜.視圖，圖3是表示含有控制桿部的培養(yǎng)器本體部的分解斜視圖，
圖4是表示控制桿部下面一側(cè)的斜視圖，圖5是表示驅(qū)動部的分解斜 視圖，圖6是表示從培養(yǎng)器部拆下控制桿部后所見的培養(yǎng)單元的平面 圖，圖7是將培養(yǎng)床放大表示的斜視圖，圖8是表示調(diào)節(jié)器的圖，圖 9是表示調(diào)節(jié)器的平面圖，圖10和圖11是表示調(diào)節(jié)器中的運動轉(zhuǎn)換 部的具體例子的圖，圖12是表示培養(yǎng)裝置的控制系統(tǒng)的一個例子的 圖。圖10和圖11中，對于與圖8和圖9的調(diào)節(jié)器的共通部分采用相 同符號。
該實施方式1表示對于作為培養(yǎng)物的細胞構(gòu)成體施加彎曲位移的 培養(yǎng)單元。該培養(yǎng)單元2如圖l所示，具備作為培養(yǎng)室的培養(yǎng)器部4、 和對培養(yǎng)器部4內(nèi)的培養(yǎng)物例如細胞構(gòu)成體6施加所需運動的驅(qū)動部 8。以下詳述各功能部的構(gòu)成和功能，并述及培養(yǎng)方法。 A)培養(yǎng)器部(培養(yǎng)室)4
培養(yǎng)器部4構(gòu)成細胞構(gòu)成體6的培養(yǎng)空間，是對細胞構(gòu)成體6給 予培養(yǎng)液48 (圖6)或施加培養(yǎng)所必需的位移或刺激的功能部。該培養(yǎng) 器部4如圖2所示，具備培養(yǎng)器本體部10、培養(yǎng)器底部12、和控制 桿部14。培養(yǎng)器本體部10例如為扁平狀的圓筒體，形成筒狀的培養(yǎng) 空間部16。
培養(yǎng)器底部12具備遮擋培養(yǎng)空間部16的隔膜部20，經(jīng)由密封裝 置、例如0形圏22，由多個固定螺絲23安裝在培養(yǎng)器本體部10的 下面一側(cè)。隔膜部20是為了由外部對培養(yǎng)空間部16施加壓力而設(shè)置， 在培養(yǎng)器底部12、在與培養(yǎng)空間部16對應(yīng)的位置形成筒狀的豎直壁 部24，形成被該豎直壁部24包圍的窗口部26,同時設(shè)置加壓裝置27 和壓力傳感器29。加壓裝置27是以水等流體為介質(zhì)，經(jīng)由隔膜部20 向培養(yǎng)空間部16施加其壓力P。該壓力P通過壓力傳感器29檢測。
培養(yǎng)器本體部10的上部如圖3所示，由圓筒狀的豎直壁部28形
9成窗口部30,在豎直壁部28的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，經(jīng)由0形圈32、 34可 拆卸地安裝外罩部14。
另外，培養(yǎng)器本體部IO的培養(yǎng)空間部16中，在其內(nèi)壁面形成擱 架部38、 40,這些擱架部38、 40上橫跨兩者之間載放有培養(yǎng)床36。 培養(yǎng)器本體部10中，形成培養(yǎng)床36的定位凸起部42 (圖6)、 44，培 養(yǎng)床36的邊緣部與一個定位凸起部42接觸、另一定位凸起部44與 培養(yǎng)床36的咬合凹陷部46咬合，由此，培養(yǎng)床36在培養(yǎng)空間部16 中定位，并可拆卸。即，培養(yǎng)床36的高度位置由擱架部38、 40確定， 水平方向的位置和角度通過定位凸起部42與培養(yǎng)床36的位置、定位 凸起部44與咬合凹陷部46的位置關(guān)系以及咬合來確定。
培養(yǎng)床36可放置在培養(yǎng)空間部16的上下方向。如圖4所示，在 外罩部14的下面一側(cè)形成向培養(yǎng)床36 —側(cè)突起的多個支撐突起部 47，該支撐突起部47與培養(yǎng)床36的邊緣部接觸，支撐培養(yǎng)床36，阻 止培養(yǎng)床36上下方向的自由移動。
如圖6所示，培養(yǎng)器本體部10上形成將培養(yǎng)液48流入培養(yǎng)空間 部16的入口側(cè)接口部50、由培養(yǎng)空間16排出培養(yǎng)液48的出口側(cè)接 口部52。入口側(cè)接口部50的通孔54在載放培養(yǎng)床36的擱架部38的 下側(cè)開口，與在定位突起部42上開口的透孔部56連通。出口側(cè)接口 部52的貫通孔58在載放培養(yǎng)床36的擱架部40的下側(cè)開口 ，與在擱 架部40開口的透孔部60連通。因此，由入口側(cè)接口部50供給的培 養(yǎng)液48流入擱架部38的下側(cè)，由定位突起部42的透孔部56到達培 養(yǎng)床36的上側(cè)，經(jīng)由培養(yǎng)空間部16內(nèi)到達貫通孔58，但其一部分由 培養(yǎng)床36的上部經(jīng)由擱架部40的透孔部60到達出口側(cè)接口部52。 入口側(cè)接口部50與循環(huán)管路51、出口側(cè)接口部52與循環(huán)管53連接， 所述循環(huán)管路51、 53構(gòu)成培養(yǎng)液48的循環(huán)路徑。
如圖1、圖2、圖3和圖6所示，培養(yǎng)器本體部10中，連接部62 通過安裝螺絲65固定，在培養(yǎng)空間部16和驅(qū)動部8之間，橫跨培養(yǎng) 器本體部10的壁部設(shè)置控制桿70。該控制桿70可以以設(shè)定在培養(yǎng)器本體部10的壁部的支點72(圖l)為中心進行圓弧運動，通過由驅(qū)動部 8施加的驅(qū)動力，其先端部上下移動，其先端部與培養(yǎng)床36接觸，可 以使培養(yǎng)床36彎曲，可以對在培養(yǎng)床36上保有的細胞構(gòu)成體6施加 位移動作。
如圖3所示，控制桿70由培養(yǎng)空間部16 —側(cè)看，依次具備作用 部74、小直徑部76、大直徑部(密封部)78、法蘭部80、圓柱部82、 先端部為最尖銳的圓錐部84。法蘭部80由作用部74—側(cè)觀察，是前 面一側(cè)為平面，后面一側(cè)具備由球面形成的滑動面86。
培養(yǎng)器本體部10上形成使控制桿70貫穿的貫通孔88,貫通孔 88為了允許培養(yǎng)空間部16 —側(cè)的控制桿70的轉(zhuǎn)動，朝向培養(yǎng)空間部 16 —側(cè)形成大直徑，為了保持控制桿70與培養(yǎng)器本體部10的壁部的 氣密性，設(shè)置O形圈90。該O形圏90的中心是控制桿70的轉(zhuǎn)動中 心，構(gòu)成上述支點72。在該O形圈90和控制桿70的法蘭部80之間， 設(shè)置環(huán)狀的杠桿引導(dǎo)92，控制桿70是以O(shè)形圏90的中心為旋轉(zhuǎn)中 心轉(zhuǎn)動的構(gòu)成。
連接部62是用于將驅(qū)動部8的框架64和培養(yǎng)器本體部10結(jié)合 的部件，如圖6所示，由安裝螺絲66、 68固定，將該連接部62的突 起部96(圖3)與貫通孔88所對應(yīng)的凹陷部98(圖l)咬合，同時在該凸 起部96上形成與控制桿70的法蘭部80的滑動面86相接觸的由球面 形成的滑動面100。另外，連接部62中形成用于允許控制桿70轉(zhuǎn)動 的、使開口端一側(cè)為大直徑的透孔部102。
該培養(yǎng)器部4中，隔膜部20例如由像硅橡膠等沒有成分溶出等 的安全性高的柔軟材料形成。隔膜部20形成較薄，其周圍形成O形 圈部22。隔膜部20為薄膜狀，該構(gòu)成是為了將外側(cè)的壓力P傳遞至 培養(yǎng)空間部16內(nèi)，為了間隔隔膜部20，使培養(yǎng)器部4的壓力與相反 一側(cè)壓力大致相同壓力。另外，控制桿70用O形圏90密封，可保持 培養(yǎng)器本體部10的氣密性和水密性。 B)驅(qū)動部8驅(qū)動部8是接受來自外部的驅(qū)動力、驅(qū)動對細胞構(gòu)成體6提供位 移動作的控制桿70的功能部。如圖1和圖5所示，驅(qū)動部8的框架 64中，外罩部104由多個螺絲106固定。外罩部104經(jīng)由線桿(wire)110 接受驅(qū)動力。外罩部104上可滑動的安裝上下移動的第一滑塊112， 該滑塊112的先端部與控制桿70接觸?？蚣?4上設(shè)置有與滑塊112 配置在同一直線上的第二滑塊114,該滑塊114與框架64之間設(shè)置有 為了使滑塊114向上移動時使復(fù)原力作用在滑塊114上的彈簧116。 彈簧116構(gòu)成將滑塊112返回至移動前的位置的復(fù)位彈簧。
線桿110的先端部安裝在滑塊112上，線桿110的外面部具備外 筒部118，線桿IIO與外筒部118獨立可滑動。由線桿110和外筒部 118構(gòu)成電纜119。外筒部118貫穿固定螺母120，通過固定螺母120 固定在外罩部104上。固定螺母120和外罩部104之間設(shè)置有滑套122。 線桿110的端部安裝有調(diào)節(jié)器124，作為使滑塊112上下移動的驅(qū)動 源(圖8、圖9)。此時，滑塊112下降，則滑塊114與控制桿70 —起 被壓下，如果解除其驅(qū)動力，則滑塊112、 114通過彈簧116的復(fù)原 力而回歸至原來位置。
框架64上形成用于插入控制桿70的開口部126，同時，引導(dǎo)控 制桿70插入的引導(dǎo)板128、 130由開口部126插入到滑塊112、 114 之間。如果在該引導(dǎo)板128、 130之間插入控制桿70的圓錐部84，則 可以將控制桿70容易地插入到滑塊112、 114之間規(guī)定位置。 C)培養(yǎng)床36
培養(yǎng)床36是保有細胞構(gòu)成體6、同時向細胞構(gòu)成體6傳遞位移動 作的裝置，利用培養(yǎng)床36所具有的彈性，可以將細胞構(gòu)成體6恢復(fù) 至位移動作之前的狀態(tài)。例如細胞構(gòu)成體6載放于培養(yǎng)床36上，裝 載于培養(yǎng)空間部16中。
如圖7所示，培養(yǎng)床36具備平行載放兩個細胞構(gòu)成體6的載放 部136,該載放部136構(gòu)成接受來自外部的作用而變形的受力部，具 有將兩個細胞構(gòu)成體6平行載放的面積和形狀，對各細胞構(gòu)成體6施加彎曲運動，因此由彈性材料形成為板狀。彈性材料例如可使用彈簧 用不銹鋼鋼板或其它彈性高的材料。此時，可以用彈性材料形成培養(yǎng)
床36全體，也可以用彈性材料形成可彎曲運動的載放部136或其一 部分。載放部136并不限定于平板狀，也可以是網(wǎng)狀。為了防止彈簧 材料成分的溶出，可以施以穩(wěn)定的涂層。
該載放部136為長方形狀，在其長度方向的端部形成長方形狀的 豎直壁部138、 140。各豎直壁部138、 140與載放部136成直角，同 時形成插入各細胞構(gòu)成體6的橢圓形的透孔部142。該透孔部142具 有固定細胞構(gòu)成體6的兩端的作用。另外，各豎直壁部138、 140可 以根據(jù)各細胞構(gòu)成體6的尺寸設(shè)定為規(guī)定高度h。
在各豎直壁部138、 140的頂部與載放部136平行地形成具有一 定寬度的支撐面部144、 146,各支撐面部144、 146上，將一部分彎 折，與各豎直壁部138、 140平行地形成彎折部148，各彎折部148可 以使各支撐面部144、 146和各豎直壁部138、 140得到補強，同時可 固定細胞構(gòu)成體6。即，即使用與含有薄板狀部的載放部136相同的 板材形成各支撐面部144、 146和各豎直壁部138、 140，也可得到足 夠的強度，采用該實施方式時，只沿長度方向彎曲。為了固定支撐面 部144 一側(cè)，培養(yǎng)床36上形成與圖6所示定位突起部44對應(yīng)的U字 形的咬合凹陷部46。
載放部136的中間邊緣部形成支撐所載放的細胞構(gòu)成體6的側(cè)面 部的支撐壁部152、 154，各支撐壁部152、 154的頂部形成覆蓋細胞 構(gòu)成體6的上面部的把持部156、 158。各支撐壁部152、 154是與載 放部136垂直相交的壁部，其高度與上述豎直壁部138、 140同樣。 另外，各把持部156、 158與載放部136構(gòu)成平行面。細胞構(gòu)成體6 配置在載放部136和各把持部156、 158的間隔內(nèi)。各把持部156、 158 的終端部構(gòu)成曲面部，兩者之間設(shè)定用于拆卸細胞構(gòu)成體6的間隔 160。
這里，關(guān)于培養(yǎng)器部4，其構(gòu)成材料可根據(jù)對培養(yǎng)物或培養(yǎng)液的穩(wěn)定性、經(jīng)濟性、耐滅菌性、加工性、耐磨損性、應(yīng)用性等方面考慮
來選擇。與培養(yǎng)液48接觸的部件例如培養(yǎng)器本體部10、外罩部14、 0形圈32、 34、 90、培養(yǎng)床36、控制桿70應(yīng)當使用構(gòu)成材料中沒有 物質(zhì)溶出的穩(wěn)定性高的材料，例如可使用不銹鋼鋼材、塑料等。不銹 鋼鋼材穩(wěn)定性、耐滅菌性優(yōu)異，塑料加工性優(yōu)異，重量輕或一次性使 用方面等應(yīng)用性優(yōu)異。
使用塑料時，必須防止雜菌的污染或他人細胞或基因的污染，因 此可以采用一次性，與不銹鋼鋼材比較成本較低。培養(yǎng)器部4必須在 組裝好的狀態(tài)下進行滅菌，不銹鋼鋼材和塑料均可以耐受滅菌處理。 例如在以121°C、 2個大氣壓的條件下進行滅菌處理的高壓釜中需求 足夠的耐熱性，該處理下適合采用PTFE、 ETFE、 PFA等氟樹脂或聚 砜、聚醚砜、聚碳酸酯、玻璃強化PET和聚醚砜等。通過Y射線或電 子射線進行的滅菌處理中，適合釆用ETFE、或聚砜、聚醚砜、聚碳 酸酯、PET、聚乙烯、聚丙烯等。
培養(yǎng)器部4中，在連接部62、杠桿引導(dǎo)92等中，控制桿70與法 蘭部80的滑動反復(fù)進行，因此要求耐磨損性。因此適合采用聚縮醛 或聚乙烯、聚丙烯、PTFE、 ETFE、 PFA等氟樹脂。
為了無需拆卸外罩部14即可觀察其內(nèi)部，適合采用透明材料。 外罩部14適合采用聚砜、聚醚砜、聚碳酸酯、PET等透明材料。
為防止培養(yǎng)物的污染，滅菌處理是不可缺少的，因此從滅菌耐性 材料中選擇是很重要的。所選材料不僅可用高壓釜進行滅菌處理而且
還可用Y射線或電子射線進行滅菌處理，并且如果考慮各部件所必需 的功能性等，最佳材料如下。
培養(yǎng)器本體部10和培養(yǎng)器底部12和外罩部14適合采用聚砜、 聚醚砜或聚碳酸酯，O形圏32、 34、 90適合采用氟橡膠、硅橡膠， 隔膜部20或O形圏22適合采用氟橡膠、硅橡膠或ETFEE薄膜，連 接部62或杠桿引導(dǎo)92適合采用ETFE,控制桿70適合釆用不銹鋼 (SUS316、 SUS304)，培養(yǎng)床36適合采用彈簧用不銹鋼(SUS304CSP
14系列)。
彈簧用不銹鋼與SUS316系列相比耐腐蝕性稍差，因此為了彌補 該缺點，可以實施例如類金剛石涂層(DLC)等的涂層。
如果以徹底清洗、重復(fù)使用為前提，則可以使用不銹鋼SUS316、 SUS304代替塑料。對于培養(yǎng)床36的構(gòu)成材料，通過加壓產(chǎn)生必要的 位移運動、并恢復(fù)至位移前的狀態(tài)的功能是不可缺少的，因此。例如 可以使用彈簧用不銹鋼鋼板等強韌的彈性材料。 D)調(diào)節(jié)器124
調(diào)節(jié)器124構(gòu)成由外部對驅(qū)動部8施加控制桿70的驅(qū)動力的驅(qū) 動源。如圖8和圖9所示，調(diào)節(jié)器124是將馬達旋轉(zhuǎn)變換為線桿110 的進退移動，將該移動施加到驅(qū)動部8的滑塊U2上。因此，驅(qū)動部 8的線桿110與外筒部118 —起被導(dǎo)入調(diào)節(jié)器124，其端部用線桿固 定螺絲164固定在曲桿162上。覆蓋線桿110的外筒部118固定在調(diào) 節(jié)器124的框架部166中作為連接部件而設(shè)置的補強板168的固定部 170上。
曲桿162經(jīng)由軸承172固定在曲柄軸174上。固定有曲柄軸174 的曲柄176上安裝有馬達178。馬達178例如由DC馬達構(gòu)成。該馬 達178中設(shè)置有檢測旋轉(zhuǎn)的編碼器180。
調(diào)節(jié)器124的框架部166中設(shè)置旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器182、電源開關(guān)183、 旋轉(zhuǎn)開關(guān)184、旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)標度盤186，除此之外還設(shè)置顯示轉(zhuǎn)數(shù)等的 顯示裝置188。
將該調(diào)節(jié)器124的曲柄結(jié)構(gòu)放大的例子如圖10所示，在馬達178 的旋轉(zhuǎn)軸190上安裝表示曲柄176的曲柄臂192，在該曲柄臂192上， 通過曲柄軸174可轉(zhuǎn)動地安裝曲桿162，線桿110的端部通過線桿固 定螺絲164固定在曲桿162上。
根據(jù)上述構(gòu)成，通過馬達178的旋轉(zhuǎn)，曲柄臂192以旋轉(zhuǎn)軸l卯 為中心旋轉(zhuǎn)，通過曲柄軸174安裝在其先端部的曲桿162沿圖11的 點橫虛線X所示的軌跡運動。固定在其先端部的線桿110根據(jù)曲柄臂
15192的長度S,以行程2S前后移動，該位移運動經(jīng)由線桿110時施加 給驅(qū)動部8。該位移運動傳遞至控制桿70，使控制桿70形成圓弧運 動。
無需使曲柄臂192連續(xù)旋轉(zhuǎn)，只通過步進馬達或伺服馬達使必要 的角度位移，也可以同樣地獲得控制桿70的位移運動。
如圖12所示，該調(diào)節(jié)器124具備控制馬達178的控制裝置200, 該控制裝置200與加壓裝置27、壓力傳感器29、馬達178、編碼器 180、旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器182、電源開關(guān)183、運轉(zhuǎn)開關(guān)184、顯示裝置188 等連接?？刂蒲b置200通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)標度盤186在旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器182上 設(shè)定轉(zhuǎn)數(shù)，馬達178按照設(shè)定的轉(zhuǎn)數(shù)旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)力變換為線桿110 的進退運動，施加給驅(qū)動部8。馬達178的旋轉(zhuǎn)由編碼器18(U企測， 可以計算出與所設(shè)定的轉(zhuǎn)數(shù)的變化，控制為規(guī)定的轉(zhuǎn)數(shù)。該實施方式 中，通過采用控制裝置200，根據(jù)壓力傳感器29的檢測壓力，可以控 制加壓裝置27的輸出壓P，也可以通過其它控制裝置控制加壓裝置 27或獲取壓力傳感器29的檢測壓力。 E)培養(yǎng)方法
接著，參照圖13 ~圖16,對使用培養(yǎng)單元2的細胞或組織的培 養(yǎng)方法進行說明。圖13是表示培養(yǎng)的處理順序的流程圖，圖14A和 圖14B是表示細胞構(gòu)成體的設(shè)置的圖，圖15A和圖15B是表示對細 胞構(gòu)成體的彎曲運動的施加及其解除的圖，圖16是表示調(diào)節(jié)器的動 作順序的流程圖。
如圖13所示，細胞構(gòu)成體6的培養(yǎng)處理包含前處理(步驟Sl)、 培養(yǎng)處理(步驟S2)和后處理(步驟S3)。前處理中包含細胞構(gòu)成體6的 形成、半透膜的包埋處理等。培養(yǎng)處理包含彎曲運動處理，反復(fù)進行
彎曲處理(步驟S21)、彎曲解除(步驟S22)、彎曲處理(步驟S23).......
彎曲解除(步驟S2N)。后處理包含將結(jié)束培養(yǎng)的細胞構(gòu)成體6從培養(yǎng) 床36中取出等。 I前處理(步驟S1)如圖14A和圖14B所示，形成作為培養(yǎng)物的細胞構(gòu)成體6。該細 胞構(gòu)成體6例如用半透膜覆蓋。
細胞構(gòu)成體6含有細胞、細胞載體、上述細胞生產(chǎn)的胞外基質(zhì)、 培養(yǎng)液48的任意幾種，也可以含有添加物作為其它要素。
細胞構(gòu)成體6可以是接種了細胞的三維載體和凝膠狀物質(zhì)，也可 以是將接種了細胞的三維載體用半透膜密封所得，還可以是將接種了 細胞的三維載體和凝膠狀物質(zhì)用半透膜密封所得。三維載體和凝膠狀 物質(zhì)由生物體吸收性材料構(gòu)成。
細胞構(gòu)成體6可以是將細胞接種于三維載體上所得，或者是其它 載體與上述構(gòu)成體復(fù)合所得，或者將它們裝入半透膜制的袋或管中所 得，或者是在半透膜制的袋或管中密封懸浮有細胞的培養(yǎng)液所得，或 者是將細胞和凝膠狀的載體密封到半透膜制的袋或管中所得。
半透膜可以從透過分子量為100 [kDa] ~ 1000 [kDa]的半透膜中選 擇使用。將半透膜用于培養(yǎng)的研究在PCT/US2005/027220 (Amorphous cell delivery vehicle treated with physical/physicochemical stimuli)等中 有闡述。該半透膜根據(jù)可透過的分子的大小不同而可提供多種，因此 可以使用它們。即，選擇可透過培養(yǎng)液中的營養(yǎng)成分、必需的氧等氣 體或細胞產(chǎn)生的代謝廢物等低分子物質(zhì)等、而細胞或大分子的胞外基 質(zhì)無法透過的半透膜，只要可以鎖住細胞，則可以防止細胞或胞外基 質(zhì)流失，同時可以使營養(yǎng)成分或氧的供給成為可能，可實現(xiàn)高效率培 養(yǎng)。此時，作為半透膜妨礙營養(yǎng)物質(zhì)通過時的解決對策，本發(fā)明中是 施加彎曲動作，因此，彎曲部的位移主動"^是高，還產(chǎn)生壓力差，因此 可以促進營養(yǎng)成分的移動。沒有血管階段的細胞構(gòu)成體6 (在沒有血管 的組織中)的彎曲動作可以代替血管或心臟的功能，同時也形成對細胞 的物理性刺激。
如圖14A和圖14B所示，由半透膜覆蓋的細胞構(gòu)成體6設(shè)置于培 養(yǎng)床36的載放部136上。細胞構(gòu)成體6被培養(yǎng)床36支撐、載放。 II培養(yǎng)處理(步驟S2)如圖1和圖15A所示，細胞構(gòu)成體6與培養(yǎng)床36 —起轉(zhuǎn)移到作 為培養(yǎng)空間的培養(yǎng)器部4。
向培養(yǎng)器部4內(nèi)加入培養(yǎng)液48，安裝外罩部14。安裝了外罩部 14,則設(shè)在外罩部14上的四處支撐突起部47輕輕地壓住并支撐培養(yǎng) 床36的邊緣部。
通過控制桿70,由培養(yǎng)床36的背面一側(cè)施加力F,則如圖15B 所示，培養(yǎng)床36的載放部136由于力F而向上方彎曲，該彎曲導(dǎo)致 載放部136上的細胞構(gòu)成體6也彎曲。即，細胞構(gòu)成體6產(chǎn)生彎曲。
由該彎曲狀態(tài)解除力F,則培養(yǎng)床36的載放部136由于彈性而恢 復(fù)成原形狀，變得平坦，因此，如圖15A所示，載放部136上的細胞 構(gòu)成體6也轉(zhuǎn)移成平坦狀態(tài)。這種情況下，細胞構(gòu)成體6的上面部存 在培養(yǎng)床36的把持部156、 158,向上方突起變形的細胞構(gòu)成體6與 載放部136的復(fù)原一起被把持部156、 158把持，復(fù)原成載放部136 的原狀，變得平坦。
上述彎曲運動反復(fù)進行(步驟S21-步驟S2N),經(jīng)過必需的培養(yǎng) 時間，形成組織。如果使用圖l所示的培養(yǎng)單元2，通過向培養(yǎng)器底 部12的隔膜部20施加壓力P，由此經(jīng)由培養(yǎng)液48，可以使與彎曲有 別的所需壓力P作用于細胞構(gòu)成體6。
該培養(yǎng)中，培養(yǎng)液48是由入口側(cè)接口部50向培養(yǎng)空間部16供 給，由出口側(cè)接口部52排出，由此可以向培養(yǎng)空間部16供給新鮮的 培養(yǎng)液48。培養(yǎng)液48是將氧等氣體或養(yǎng)分等供給細胞構(gòu)成體6的供 給介質(zhì)，同時也是由細胞構(gòu)成體6排出的代謝廢物等的傳送介質(zhì)。 III后處理(步驟S"
結(jié)束培養(yǎng)的細胞構(gòu)成體6與培養(yǎng)床36 —起從培養(yǎng)器部4 (圖1等) 中取出。細胞構(gòu)成體6適用于人體的修復(fù)部位。
上述培養(yǎng)的處理順序中，對于控制裝置200的控制動作參照圖16 所示流程圖進行說明。
啟動運轉(zhuǎn)開關(guān)184，則顯示裝置188亮燈(步驟Sll)。在該狀態(tài)下設(shè)定轉(zhuǎn)數(shù)(步驟S12)。由此開始旋轉(zhuǎn)，由調(diào)節(jié)器124經(jīng)由線桿110對 驅(qū)動部8的滑塊112施加位移(步驟S13)。通過線桿110的進退使控 制桿70來回轉(zhuǎn)動，所述的運動施加到細胞構(gòu)成體6上。
發(fā)生旋轉(zhuǎn)和位移，則顯示裝置188顯示其設(shè)定轉(zhuǎn)數(shù)和實際轉(zhuǎn)數(shù)(步 驟S14)，控制裝置200監(jiān)視實際轉(zhuǎn)數(shù)與設(shè)定轉(zhuǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)數(shù)差(步驟S15)， 轉(zhuǎn)數(shù)差或旋轉(zhuǎn)偏差達到規(guī)定值以上時判定為異常。發(fā)生異常時，顯示 裝置188顯示警告(步驟S16)。
實施方式2
本發(fā)明的實施方式2中，參照圖17~圖19進行說明。圖17~圖 19表示細胞構(gòu)成體的構(gòu)成例。
使用該細胞構(gòu)成體的細胞和/或組織的培養(yǎng)方法的步驟如下。 a從體內(nèi)取出組織或細胞。
b用酶等分解取出的組織，分離細胞，篩選所需細胞。作為培養(yǎng) 對象的細胞任何種類均可。
c篩選的細胞數(shù)不足時或需要增加時，可先通過單層培養(yǎng)等增加 細胞數(shù)。
d制備細胞構(gòu)成體。
i為不定形構(gòu)成體時(以下任何情況均可根據(jù)需要添加生長因 子、藥劑等)
-使細胞懸浮在培養(yǎng)液中。
.使細胞懸浮在水凝膠中。
.使細胞混入凝膠狀載體中。
ii為定形構(gòu)成體時(以下任何情況均可根據(jù)需要添加生長因子、 藥劑等)
.使細胞懸浮在培養(yǎng)液中，將其加入到膠原海綿、殼聚糖海綿等細 胞載體中，使細胞附著于載體。
.以溶膠的狀態(tài)使細胞混入載體中，將其加入到膠原海綿、殼聚糖
19海綿等細胞載體中，使細胞附著于載體，同時形成凝膠。
e細胞構(gòu)成體6是將細胞等裝入到半透膜制的管或袋中，然后將 該管或袋密封而構(gòu)成。半透膜是不透過細胞或分子量大的物質(zhì)，而透 過培養(yǎng)液中成分的營養(yǎng)成分、藥劑、氧等氣體等分子量小的物質(zhì)。
f細胞構(gòu)成體6安裝于培養(yǎng)床36上。
g使培養(yǎng)液循環(huán)時，準備培養(yǎng)液的循環(huán)回路。循環(huán)回路中設(shè)置氣 體交換部，可以使培養(yǎng)裝置內(nèi)的氣體與培養(yǎng)回路的培養(yǎng)液中的氣體進 行氣體交換。
h將細胞構(gòu)成體6與培養(yǎng)床36 —起加入到培養(yǎng)器部4中，充滿 培養(yǎng)液48。
i在培養(yǎng)器部4上安裝外罩部14，使培養(yǎng)器部4 (和培養(yǎng)回路)密封。
以上，在清潔室或凈化臺等清凈環(huán)境中進行。以后，由于回路密 封，因此即使在上述以外的場所也不會有雜菌的污染。 j將驅(qū)動部8安裝在培養(yǎng)器部4上。 k將溫度、氣體濃度保持最佳狀態(tài)。
1反復(fù)對細胞構(gòu)成體施加彎曲動作。彎曲動作的周期、大小、動 作程序等預(yù)先設(shè)定并運轉(zhuǎn)。
m根據(jù)需要進行培養(yǎng)液的循環(huán)、加壓。加壓可以從一定、斷續(xù)、 周期性反復(fù)等加壓模式中選擇最佳模式。
n經(jīng)過規(guī)定時間后由培養(yǎng)器部4拆卸下驅(qū)動部8。
在上述培養(yǎng)方法中，細胞構(gòu)成體6如圖17所示，是通過半透膜 加入到管202中，這種情形下，是由培養(yǎng)液48和在凝膠中混合了細 胞的混合物204構(gòu)成。管202是將兩端的開口用密封栓206密封。
該細胞構(gòu)成體6例如是兩根為一組，安裝在培養(yǎng)床36上，反復(fù) 施加上述彎曲位移動作。由此，在細胞增殖的同時還產(chǎn)生胞外基質(zhì)， 生成不定形的新生組織。
觀察該生成過程可知，培養(yǎng)前，為細胞、培養(yǎng)液、水凝膠或凝膠狀載體的全部或它們的部分組合的細胞構(gòu)成體6在培養(yǎng)后變換為細 胞、培養(yǎng)液、水凝膠、凝膠狀載體、胞外基質(zhì)或其它細胞生產(chǎn)物的全
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由細胞構(gòu)成體6提取的培養(yǎng)物注入到體內(nèi)的損傷或缺損部位，則 在該注入部位可以再生原有的組織，注入的培養(yǎng)物與周圍組織融合成 為一體。
細胞構(gòu)成體6如圖18所示，是通過半透膜加入到管202中，這 種情況下，細胞構(gòu)成體6也是由培養(yǎng)液48和在凝膠中混合有細胞的 混合物204構(gòu)成。將管202的各開口端一側(cè)彎折，用夾子208夾住密 封。這種情況下，管202中有富余空間，向填充了培養(yǎng)液48和混合 物的管202中加入培養(yǎng)液48和混合物204使管的截面成為橢圓程度。 將這些細胞構(gòu)成體6安裝于上述培養(yǎng)床36上并反復(fù)彎曲。
使用上述細胞構(gòu)成體6也可得到細胞的增殖，通過胞外基質(zhì)等的 產(chǎn)生，生成不定形的新生組織。即，培養(yǎng)前含有細胞、培養(yǎng)液、水凝 膠和凝膠狀載體的全部或它們的部分組合的細胞構(gòu)成體6在培養(yǎng)后變 換為細胞、培養(yǎng)液、水凝膠和凝膠狀載體與胞外基質(zhì)及其它細胞生產(chǎn) 物的全部或它們的部分組合。
將上述培養(yǎng)物注入人體的損傷或缺損部位，則體內(nèi)注入的部位再 生原有的組織，并且可以與周圍組織融合。
細胞構(gòu)成體6如圖19所示，是加入到半透膜的管202中。這種 情況下，細胞構(gòu)成體6是將細胞接種在定形的細胞載體205上而構(gòu)成。 管202的各開口端用密封栓206密封。
該細胞構(gòu)成體6以單體或多個排列安裝在培養(yǎng)床36上，并進行 反復(fù)彎曲，由此，在細胞增殖的同時產(chǎn)生胞外基質(zhì)等，生成不定形的 新生組織。即，培養(yǎng)前的含有細胞、膠原海綿等細胞載體和凝膠狀載 體的細胞構(gòu)成體6在培養(yǎng)后生成為含有細胞、細胞載體和胞外基質(zhì)及 其它細力包生產(chǎn)物的新生組織。
除去半透膜，取出其中的新生組織，通過縫合或粘合等將其移植
21到人體的損傷或缺損部位，則在移植部位再生原有的組織，并且可以 與周圍的組織融合。
實施方式3
參照圖20 圖22，對本發(fā)明的實施方式3進行說明。圖20是表 示實施方式3的培養(yǎng)系統(tǒng)的圖，圖21是表示控制部的構(gòu)成例的圖， 圖22是表示培養(yǎng)動作的處理順序流程圖。
該培養(yǎng)系統(tǒng)240中，由于進行培養(yǎng)液48的循環(huán)或隨時供給新鮮 的培養(yǎng)液48，因此在培養(yǎng)室242內(nèi)設(shè)置包含培養(yǎng)單元2的培養(yǎng)器部4 的培養(yǎng)回路244。培養(yǎng)回路244是通過循環(huán)管246將培養(yǎng)液槽248、 氣體交換部250、泵252、逆止閥254、培養(yǎng)器部4、壓力調(diào)節(jié)閥256 連接，構(gòu)成循環(huán)路徑。該培養(yǎng)回路244中，可以任意進行培養(yǎng)液48 的循環(huán)，但作為對該循環(huán)進行控制的一個方式，例如停止或禁止培養(yǎng) 液48的循環(huán)時，可以堵塞培養(yǎng)回路244。上述泵252可以由活塞式泵、 汽缸式泵、蠕動泵等構(gòu)成。循環(huán)管246中可設(shè)置例如通過計數(shù)培養(yǎng)液 48的滴加數(shù)等方法檢測培養(yǎng)液48的流動的流量傳感器268。
培養(yǎng)室242中設(shè)置有溫度調(diào)節(jié)器258、氣體濃度調(diào)節(jié)器260和控 制裝置262。培養(yǎng)室242內(nèi)通過溫度調(diào)節(jié)器258設(shè)定為培養(yǎng)所必需的 溫度，通過氣體濃度調(diào)節(jié)器260保持一定的氣體濃度，通過控制裝置 262可以控制培養(yǎng)液48的循環(huán)和培養(yǎng)器部4內(nèi)的壓力。
由調(diào)節(jié)器124經(jīng)由電纜119對培養(yǎng)器部4施加彎曲應(yīng)力。此時， 調(diào)節(jié)器124設(shè)置于培養(yǎng)室242內(nèi)，也可以設(shè)置于培養(yǎng)室242的外部。
調(diào)節(jié)器124的動作可以與培養(yǎng)液48的加壓循環(huán)一并控制，但也 可以分別獨立控制。此時，培養(yǎng)液48的加壓和調(diào)節(jié)器124的彎曲應(yīng) 力被施加到細胞構(gòu)成體6上。
對于細胞構(gòu)成體6，為了一并控制其彎曲位移、培養(yǎng)液48的循環(huán) 和培養(yǎng)器部4內(nèi)的壓力，如圖21所示，可以構(gòu)成控制系統(tǒng)。控制裝 置262中，由輸入裝置264設(shè)定馬達178的轉(zhuǎn)數(shù)、培養(yǎng)液48的循環(huán)量，來驅(qū)動馬達178和泵252。控制裝置262由具備CPU (中央處理 器)、ROM (只讀存儲器)和RAM (隨機存儲器)的計算機構(gòu)成。
通過馬達178、編碼器180和控制裝置262實行位移施加控制， 馬達178的轉(zhuǎn)數(shù)通過編碼器180檢測，其檢測信息輸入至控制裝置 262。
通過壓力調(diào)節(jié)閥256、泵252、流量傳感器268和控制裝置262 實行培養(yǎng)液送液控制。該培養(yǎng)液送液控制中，如果使泵252的轉(zhuǎn)數(shù)升 高，則培養(yǎng)液48的流量增加，但是該送液的壓力可通過壓力調(diào)節(jié)閥 256調(diào)節(jié)。培養(yǎng)液48的流動可通過例如計數(shù)培養(yǎng)液48的滴加數(shù)等的 方法，由流量傳感器268檢測，該檢測信息可用于泵控制等控制信息。
通過加壓裝置27、壓力傳感器29和控制裝置262實行加壓控制， 通過壓力傳感器29檢測壓力，由該檢測信息實行加壓控制。
通過構(gòu)成溫度調(diào)節(jié)器258的溫度傳感器280、加熱器282和控制 裝置262實行溫度調(diào)節(jié)控制，根據(jù)溫度傳感器280的檢測信息可以控 制加熱器282的發(fā)熱溫度。通過構(gòu)成氣體濃度調(diào)節(jié)器260的C02濃度 傳感器284、 C02電》茲閥286、 02濃度傳感器288、 >12電》茲閥290和 控制裝置262實行氣體濃度控制。根據(jù)C02濃度傳感器284的檢測信 息可以控制C02電磁閥286的開合度，根據(jù)02濃度傳感器288的檢 測信息可以控制N2電磁閥290的開合度。通過這些溫度調(diào)節(jié)和氣體濃 度的控制，可以實行培養(yǎng)室242內(nèi)的環(huán)境控制。即，根據(jù)培養(yǎng)室242 內(nèi)的氣體濃度氣氛，可以在氣體交換部250中，在培養(yǎng)液48和培養(yǎng) 室242內(nèi)之間進行氣體交換。
如圖22所示，上述培養(yǎng)系統(tǒng)240中，啟動電源開關(guān)292 (步驟S51)， 則顯示裝置266亮燈(步驟S52)。在輸入環(huán)境控制值(步驟S53)、輸入 控制動作值(步驟S54)后，設(shè)定值顯示在顯示裝置266上(步驟S55)。 從而，啟動運轉(zhuǎn)開關(guān)294(步驟S56)。
如果培養(yǎng)系統(tǒng)240進入動作狀態(tài)，則實行溫度調(diào)節(jié)(步驟S57)、 氣體濃度調(diào)節(jié)(步驟S58)、加壓控制(步驟S59)、培養(yǎng)液送液運轉(zhuǎn)(步驟
23S60)、施加位移的運轉(zhuǎn)(步驟S61),運轉(zhuǎn)狀態(tài)顯示在顯示裝置266上(步 驟S62)。
監(jiān)控施加位移所需的運轉(zhuǎn)狀態(tài)(步驟S63)，如果有異常；則在警 告顯示后停止運轉(zhuǎn)(步驟S64),使培養(yǎng)系統(tǒng)240重置(步驟S65),消除 異常原因(步驟S66)，再次使步驟S51、S63動作，直至培養(yǎng)結(jié)束(步驟 S67)。培養(yǎng)結(jié)束后切斷運轉(zhuǎn)開關(guān)294 (步驟S68),結(jié)束培養(yǎng)處理(步驟 S69)。
實施方式4
參照圖23和圖24對本發(fā)明的實施方式4加以說明。圖23是表 示實施方式4的培養(yǎng)單元的圖，圖24是表示圖23的XXIV-XXIV線 截面圖。圖23和圖24中，與圖1~圖8相同部分采用相同符號。
在實施方式1 ~3中，關(guān)于對細胞構(gòu)成體6施加彎曲位移的處理 進行了說明，本發(fā)明也可適用于細胞構(gòu)成體600的伸縮處理，通過控 制桿70的運動，無需使培養(yǎng)器部4的培養(yǎng)空間部16中的內(nèi)部壓力發(fā) 生變化，即可以對細胞構(gòu)成體600施加所需的位移。
該實施方式的培養(yǎng)器部4形成為長方形狀的培養(yǎng)空間部16。將細 胞構(gòu)成體600的一端安裝在該培養(yǎng)空間部16的自擱架部295上突出 的突起296上，且將控制桿70的先端部可旋轉(zhuǎn)動地固定在安裝于細 胞構(gòu)成體600的另一端側(cè)的保持框298上。該實施方式中，在保持框 298上突出設(shè)置定位銷300,因此可以使在控制桿70的先端部形成的 咬合環(huán)302可動性地與該定位銷300咬合。
采取上述構(gòu)成，如果通過由調(diào)節(jié)器124(圖8、圖9)經(jīng)由線桿110 施加于驅(qū)動部8上的應(yīng)力而使控制桿70圓弧轉(zhuǎn)動，則根據(jù)該圓弧轉(zhuǎn) 動，使細胞構(gòu)成體6沿箭頭m、 n方向伸縮，可以反復(fù)進行施加以及 解除培養(yǎng)所必需的刺激、張力。
此時，由入口側(cè)接口部50向培養(yǎng)空間部16內(nèi)流入培養(yǎng)液48，由 出口側(cè)接口部52流出，可以向細胞構(gòu)成體600供給新鮮的培養(yǎng)液48。由實施方式中提取的特征事項
接著，關(guān)于由以上所述各實施方式中提取的特征事項，例舉了在 權(quán)利要求范圍以外的特征事項。本發(fā)明并不限定于所例舉的特征事項。
(1) 上述培養(yǎng)裝置，其特征在于上述培養(yǎng)床和上述控制桿平行 或成直角配置。
(2) 上述培養(yǎng)裝置，其特征在于上述培養(yǎng)器部是密閉結(jié)構(gòu)。
(3) 上述培養(yǎng)裝置，其特征在于在上述控制桿的端部具備作用部。
(4) 上述培養(yǎng)裝置，其特征在于上述培養(yǎng)床支撐上述培養(yǎng)物， 承受來自上述控制桿的加壓并彎曲，通過解除上述加壓恢復(fù)至加壓前 的狀態(tài)。
(5) 上述培養(yǎng)裝置，其特征在于上述培養(yǎng)床具備在端部的支撐 上述培養(yǎng)器部的支撐部、在中間部的承受來自上述控制桿的作用的受 力部。
(6) 上述培養(yǎng)裝置，其特征在于上述控制桿具備在上述支點附 近具有圓弧狀面的法蘭部，與該法蘭部對應(yīng)，在上述培養(yǎng)器部具備具 有圓弧狀面的連接部，上述法蘭部的上述圓弧狀面和上述連接部的圓 弧狀面可滑動性地^接觸。
(7) 上述培養(yǎng)裝置，其特征在于上述連接部在使上述控制桿旋 轉(zhuǎn)時，其旋轉(zhuǎn)中心與上述控制桿的密封部中央一致。
(8) 上述培養(yǎng)裝置，其特征在于在上述培養(yǎng)器部的一側(cè)設(shè)置驅(qū) 動部，其中，該驅(qū)動部對由上述培養(yǎng)器部引出的上述控制桿的后端部 施加驅(qū)動力。
(9) 上述培養(yǎng)裝置，其特征在于上述驅(qū)動部可拆卸地設(shè)置在上 述培養(yǎng)器部上。
(10) 上述培養(yǎng)裝置，其特征在于具備可周期性、連續(xù)地控制由
25上述驅(qū)動部施加給上述控制桿的上述加壓、和/或控制加壓速度的控制 部。
(11) 上述培養(yǎng)裝置，其特征在于由供給口向上述培養(yǎng)器部供給 培養(yǎng)液，由排出口排出。
(12) 培養(yǎng)裝置，其特征在于培養(yǎng)器部具備隔膜部，經(jīng)由該隔膜 部，可對上述培養(yǎng)器部內(nèi)施加壓力。
(13) 上述培養(yǎng)裝置，其特征在于上述驅(qū)動部具備 設(shè)置于上述培養(yǎng)器部一側(cè)部的框體部；
可滑動地支撐上述框體部、通過由外部施加的驅(qū)動力滑動、使上 述控制桿產(chǎn)生圓弧運動的第一滑塊；和
可滑動地支撐上述框體部，使復(fù)原力與上述滑塊相反方向地作用 于上述控制桿的第二滑塊。
(14) 上述培養(yǎng)裝置，其特征在于上述筐體具備 插入上述控制桿的插入口；和
將由上述插入口插入的上述控制桿的端部引導(dǎo)至上述第一滑塊 和上述第二滑塊之間的引導(dǎo)部。
實驗結(jié)果
接著，參照圖25~圖29，對使用上述培養(yǎng)裝置和培養(yǎng)系統(tǒng)的實 驗結(jié)果進行說明。
圖25表示細胞構(gòu)成體，該細胞構(gòu)成體是將在培養(yǎng)液中懸浮的細 胞加入到半透膜的管中而構(gòu)成。如圖26所示，細胞構(gòu)成體固定在培 養(yǎng)床上，收納于培養(yǎng)器部(室)。此時，使驅(qū)動部與培養(yǎng)器部分離。
來自調(diào)節(jié)器的加壓作用于培養(yǎng)單元，對細胞構(gòu)成體施加彎曲動 作。調(diào)節(jié)器設(shè)置在培養(yǎng)室外，電纜貫穿培養(yǎng)室的門，與驅(qū)動部連接。 調(diào)節(jié)器的動作狀態(tài)可通過顯示裝置確認。
調(diào)節(jié)器可以通過曲柄將馬達的旋轉(zhuǎn)運動變換為直線運動，通過選 擇曲柄臂的長度，可以調(diào)節(jié)線桿的進退幅度，由此可以調(diào)節(jié)對細胞構(gòu)成體施加的彎曲的大小。
該實驗中，加壓動作是保持大氣壓、只限定于彎曲動作，進行培 養(yǎng)液循環(huán)。壓力和調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的彎曲動作可以分別無關(guān)系地單獨施
加。該實'險中，例如可以施加0.5 [MPa]以上的加壓。
圖27~圖29表示脊推器官的培養(yǎng)實驗(出生2天的小鼠的脊推器 官培養(yǎng)(Vertebrae organ culture of 2 days old mouse))。實驗是將從出生 后兩天的小鼠中取出的脊推設(shè)置在培養(yǎng)床上(圖27),以0.1 [Hz]的頻 率施加彎曲動作，實施10天的培養(yǎng)。該實驗中未進行加壓。
比較例是進行靜置培養(yǎng)。圖28和圖29表示10天的靜置培養(yǎng)。 10天后，將器官的截面用曱苯胺藍染色，觀測細胞的存活狀況。圖中， 著色部分未能明確標識，但是亮度降低的部分(染色部分)表示存在存 活的細胞。靜置培養(yǎng)中，推間板內(nèi)部的細胞密度沒有提高，可見基質(zhì) 的變性(圖28a)。
與此相對，施加了彎曲動作、位移的脊推中，可見推間板內(nèi)部細 胞的增生以及新生基質(zhì)的蓄積(圖29b)。
由該實驗結(jié)果可知，施加彎曲動作的培養(yǎng)與靜置培養(yǎng)比較，可見 細胞的增生和新生基質(zhì)的堆積，由此可以推斷該彎曲動作可以對細 胞構(gòu)成體產(chǎn)生刺激，同時促進物質(zhì)移動。
如上所述，以最優(yōu)選的實施方式的形式說明了本發(fā)明，但本發(fā)明 并不限定于上述實施方式。
產(chǎn)業(yè)實用性
本發(fā)明涉及含有細胞和/或組織的培養(yǎng)物的培養(yǎng)裝置，提供適合人 等身體部位的細胞和/或組織的培養(yǎng)裝置，通過對細胞構(gòu)成體施加彎曲 動作，可以高效地進行脊推等的組織培養(yǎng)，因此本發(fā)明是有用的。
權(quán)利要求
1. 含有細胞和/或組織的培養(yǎng)物的培養(yǎng)裝置，其特征在于，該培養(yǎng)裝置具備收納上述培養(yǎng)物的培養(yǎng)器部和貫穿于上述培養(yǎng)器部內(nèi)外的控制桿，操作上述控制桿，對上述培養(yǎng)物施加位移。
2. 含有細胞和/或組織的培養(yǎng)物的培養(yǎng)裝置，其特征在于，該培 養(yǎng)裝置具備栽放上述培養(yǎng)物的培養(yǎng)床；與該培養(yǎng)床一起收納上述培 養(yǎng)物的培養(yǎng)器部；貫穿于上述培養(yǎng)器部內(nèi)外的控制桿；操作上述控制 桿，按壓上述培養(yǎng)床，通過上述培養(yǎng)床的彎曲變形對上述培養(yǎng)物施加 位移的驅(qū)動裝置。
3. 權(quán)利要求1或2所述的培養(yǎng)裝置，其特征在于上述控制桿 以設(shè)定在上述培養(yǎng)器部的壁部或其附近的支點為中心進行圓弧運動。
4. 含有細胞和/或組織的培養(yǎng)物的培養(yǎng)裝置，其特征在于，該培 養(yǎng)裝置具備載放上述培養(yǎng)物的培養(yǎng)床；與該培養(yǎng)床一起收納上述培 養(yǎng)物的培養(yǎng)器部；貫穿于上述培養(yǎng)器部的內(nèi)外、可以以設(shè)定在上述培 養(yǎng)器部的壁部或附近的支點為中心進行圓弧運動的控制桿；操作上述 控制桿，對上述培養(yǎng)床施加伸縮力，通過上述培養(yǎng)床的伸縮變形使上 述培養(yǎng)物伸縮的驅(qū)動工具。
5. 含有細胞和/或組織的培養(yǎng)物的培養(yǎng)方法，其特征在于將上 述培養(yǎng)物收納于培養(yǎng)器部中，以設(shè)定于上述培養(yǎng)器部的壁部或其附近 的支點為中心，對貫穿于上述培養(yǎng)器部內(nèi)外的控制桿施加圓弧運動， 通過該圓弧運動對上述培養(yǎng)物施加彎曲位移。
全文摘要
本發(fā)明涉及細胞或組織等培養(yǎng)物的培養(yǎng)裝置和培養(yǎng)方法，該培養(yǎng)裝置具備收納培養(yǎng)物的培養(yǎng)器部(4)，和貫穿于培養(yǎng)器部的內(nèi)外、可以以設(shè)定于上述培養(yǎng)器部的壁部或其附近的支點為中心進行圓弧運動的控制桿(70)，操作控制桿，對培養(yǎng)物施加位移?？梢允箯澢ψ饔糜诩毎蚪M織等的培養(yǎng)物(細胞構(gòu)成體6)，無需增減培養(yǎng)器部內(nèi)的培養(yǎng)液(48)，即，無需增減對培養(yǎng)液的壓力，即可以對培養(yǎng)器部內(nèi)的培養(yǎng)物施加培養(yǎng)所必需的位移。通過彎曲，可以從其凹陷部分至突起部分的厚度方向產(chǎn)生連續(xù)的壓縮和伸長。
文檔編號C12M3/00GK101490240SQ20078002605
公開日2009年7月22日 申請日期2007年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月10日
發(fā)明者渡邊節(jié)雄 申請人:高木產(chǎn)業(yè)株式會社