JP6942448B2 - Cell culture container, cell culture system using this, and cell culture method - Google Patents
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Description
本発明は、細胞を培養するための細胞培養容器、これを用いた細胞培養システム、および細胞培養方法に関する。 The present invention relates to a cell culture vessel for culturing cells, a cell culture system using the cell culture container, and a cell culture method.
ヒトES細胞やヒトiPS細胞等のヒト多能性幹細胞の近年の研究により、再生医療の実用化の可能性が高まっており、これらの多能性幹細胞は、無限に増殖できる能力と、神経細胞、心筋細胞、血液細胞、及び網膜細胞などの様々な細胞に分化する能力を有していることから、難治性疾患、生活習慣病等に対する治療法を根本的に変革することが期待されている。 Recent studies of human pluripotent stem cells such as human ES cells and human iPS cells have increased the possibility of practical application of regenerative medicine, and these pluripotent stem cells have the ability to proliferate indefinitely and nerve cells. Since it has the ability to differentiate into various cells such as myocardial cells, blood cells, and retinal cells, it is expected to fundamentally change the treatment methods for intractable diseases, lifestyle diseases, etc. ..
多能性幹細胞を用いて各種臓器を再生させる医療技術の実用化に向けた課題の一つとして、臓器の再生に必要な細胞数を生産し、且つ、生産した細胞の品質を均一にしなければならないという課題が挙げられる。例えば、肝臓の再生には約2×1011個の細胞が必要であり、平坦な基板上で前記細胞数を培養するには106cm2以上の培養面積を要する。この培養面積を一般的な10cmディッシュで換算すると約20,000枚分に相当するため、従来技術であるディッシュ等の平坦な基板を用いて臓器の再生に必要な細胞数を供給することは困難であり、また、個々の基板における培養環境が異なってくるため、細胞の品質にバラつきが生じてしまう。 One of the challenges for the practical application of medical technology for regenerating various organs using pluripotent stem cells is to produce the number of cells required for organ regeneration and to make the quality of the produced cells uniform. There is a problem that it does not become. For example, the regeneration of the liver requires about 2 × 10 11 cells, the culturing the number of cells on a flat substrate takes 10 6 cm 2 or more culture area. Since this culture area is equivalent to about 20,000 cells in a general 10 cm dish, it is difficult to supply the number of cells required for organ regeneration using a flat substrate such as a dish which is a conventional technique. In addition, since the culture environment in each substrate is different, the quality of cells varies.
そこで、上記課題を解決するため、様々な培養容器を用いて培養する技術(特許文献1〜5)が開示されている。例えば、特許文献1では、多数の孔が開いた円板状の培養板を積層して円柱状の細胞培養容器を開発し、その細胞培養容器の中心部、上部及び底部に空間を設けおり、底部においてスターラー等で培地を攪拌することで、細胞培養容器内の栄養素や酸素等の濃度を均一にする技術が開示されている。また、特許文献2では、細胞懸濁液の供給部に多孔板を設けることで、均一に細胞を播種するための技術が開示されている。特許文献3では、細胞培養室を備える細胞の培養装置において、細胞培養室に流れ込む培地を均一に分配する培地均一分配手段を設けることが開示されている。特許文献4では、動物細胞の高密度培養法において、邪魔板などの仕切板を用いて、培地の流れが偏らないように培地を分流させて流動させることが開示されている。一方、特許文献5では、マイクロ空間構造を工夫することで、一辺の長さもしくは直径が50μm〜500μm未満の多角形状の貫通孔が形成された多孔構造部を有する細胞培養担体基板を多数積層させた細胞培養リアクターが開示されている。
Therefore, in order to solve the above problems, techniques for culturing using various culture containers (
上記課題に対して、本発明者らが検討したところ、大量に細胞を培養し、且つ、培養した細胞の品質を均一にするためには、常に新鮮な培地を供給し細胞培養容器内の栄養素を十分に維持するとともに、栄養素を均一に分散することが重要であり、そのためには、細胞培養容器内に供給される培地の流速分布を均一にしなければならないという新たな問題を見出した。そこで、本発明者らは、上記問題を解決するために、特許文献1〜5に記載の技術を検討した。
As a result of studies by the present inventors on the above-mentioned problems, in order to culture a large amount of cells and to make the quality of the cultured cells uniform, a fresh medium is always supplied and nutrients in the cell culture vessel are supplied. It is important to maintain the culture medium sufficiently and to disperse the nutrients uniformly, and for that purpose, we have found a new problem that the flow velocity distribution of the medium supplied into the cell culture vessel must be uniform. Therefore, the present inventors have examined the techniques described in
しかしながら、特許文献1に記載の細胞培養容器では、上部に向かって徐々に流速が遅くなり、均一な培養状態を保ち難く、また、特許文献2に記載の細胞培養容器では、多孔板および網板を介して培地等を供給しているものの、網板の場合には空隙率が大きすぎるため、細胞培養容器内に供給される培地の流れは安定せず、培養容器内に流入する培地の流速分布は均一になり難いことがわかった。また、特許文献3及び4には、培地を均一に分配する手段及び仕切板の具体的な構成が記載も示唆もされていない。また、特許文献5は、多孔構造部を有する細胞培養担体基板を多数積層し、各基板の多孔構造部に細胞を付着させて培養するための細胞培養リアクターを開示しているに過ぎず、細胞培養容器内に供給される供給液の流れを均一化するための手段は全く示唆していない。
However, in the cell culture vessel described in
以上の問題等を鑑みて、本発明の目的は、細胞培養容器内に供給される供給液の流速分布を均一化することができる細胞培養容器を提供することにある。 In view of the above problems and the like, an object of the present invention is to provide a cell culture container capable of making the flow velocity distribution of the supply liquid supplied into the cell culture container uniform.
すなわち、本発明が提供するのは以下の通りである。
(1)細胞を培養するための細胞培養容器であって、
導入口及び導出口を備える容器本体と、
前記容器本体内に配置され、貫通孔が形成された分散体と
を備え、
前記容器本体内には、前記分散体の前記導入口側に、前記導入口から流入した供給液が滞留する第1空間が形成されており、前記分散体の前記導出口側に、前記分散体の前記貫通孔から流出した供給液が流動する第2空間が形成されており、
前記第1空間の、前記分散体に隣接する位置における断面積をSa(mm2)とし、前記分散体の貫通孔の総開孔面積をSt(mm2)としたときに、面積比St/Sa≦0.58の関係を満たす細胞培養容器。
(2)前記貫通孔が前記分散体に複数形成されている(1)に記載の細胞培養容器。
(3)前記導入口の内周に内接する最大内接円の直径が、前記分散体の貫通孔の、最狭部における内周に内接する最大内接円の直径よりも大きい、(1)又は(2)記載の細胞培養容器。
(4)前記分散体には、複数の前記貫通孔が所定の方向に沿って配列されており、
配列された前記貫通孔のうち隣接する貫通孔同士の、前記第1空間の側における孔間隔をD(μm又はmm)とし、前記所定の方向における前記分散体の幅をL(μm又はmm)としたときに、0.0167≦D/Lの関係を満たす(1)又は(2)に記載の細胞培養容器。
(5)前記容器本体内の前記分散体と前記導出口との間に配置された整流体を更に備える(1)〜(4)のいずれか一項に記載の細胞培養容器。
(6)前記容器本体内には、前記整流体の前記導出口側に、前記整流体から流出した供給液が滞留する第3空間が形成されている(5)に記載の細胞培養容器。
(7)前記整流体には貫通孔が形成されている(5)又は(6)に記載の細胞培養容器。
(8)前記整流体には前記分散体と同数及び同形の貫通孔が形成されている、(7)に記載の細胞培養容器。
(9)前記容器本体の内部の空間の、前記整流体に隣接する位置における断面積をSb(mm2)とし、前記整流体の貫通孔の総開孔面積をSh(mm2)としたときに、Sh/Sb≦0.58の関係を満たす、(7)又は(8)に記載の細胞培養容器。
(10)前記導出口の内周に内接する最大内接円の直径が、前記整流体の貫通孔の、最狭部における内周に内接する最大内接円の直径よりも大きい、(7)〜(9)のいずれか一項に記載の細胞培養容器。
(11)前記整流体には、複数の貫通孔が所定の方向に沿って配列されており、
配列された前記貫通孔のうち隣接する貫通孔同士の孔間隔をE(μm又はmm)とし、前記所定の方向における前記整流体の幅をZ(μm又はmm)としたときに、0.0167≦E/Zの関係を満たす(7)〜(9)のいずれか一項に記載の細胞培養容器。
(12)(1)〜(11)のいずれか一項に記載の細胞培養容器と、
前記細胞培養容器への供給液として培地を供給する培地供給源と、
前記培地供給源から培地を前記細胞培養容器の導入口に圧送する圧送部と、
を少なくとも備えることを特徴とする細胞培養システム。
(13)前記細胞培養システムにおいて、前記細胞培養容器を通過した培地が、前記培地供給源に回収されるように、前記細胞培養容器の導出口が前記培地供給源に接続されている(12)に記載の細胞培養システム。
(14)前記細胞培養システムにおいて、前記細胞培養容器を通過した培地が、前記培地供給源とは別の廃液容器に回収されるように、前記細胞培養容器の導出口が前記廃液容器に接続されている(12)に記載の細胞培養システム。
(15)(12)〜(14)のいずれか一項に記載の細胞培養システムを用いて細胞を培養する方法であって、
細胞を播種する工程、
細胞を培養する工程、および
細胞を剥離する工程、
を含む細胞培養方法。
That is, the present invention provides as follows.
(1) A cell culture container for culturing cells.
A container body with an inlet and outlet,
It is provided with a dispersion which is arranged in the container body and has a through hole formed therein.
In the container body, a first space in which the supply liquid flowing from the introduction port stays is formed on the inlet side of the dispersion, and the dispersion is on the outlet side of the dispersion. A second space is formed in which the supply liquid flowing out from the through hole of the above flows.
When the cross-sectional area of the first space adjacent to the dispersion is Sa (mm 2 ) and the total opening area of the through holes of the dispersion is St (mm 2 ), the area ratio St / A cell culture vessel that satisfies the relationship of Sa ≤ 0.58.
(2) The cell culture vessel according to (1), wherein a plurality of the through holes are formed in the dispersion.
(3) The diameter of the maximum inscribed circle inscribed in the inner circumference of the introduction port is larger than the diameter of the maximum inscribed circle inscribed in the inner circumference of the through hole of the dispersion in the narrowest portion (1). Or the cell culture vessel according to (2).
(4) In the dispersion, a plurality of the through holes are arranged along a predetermined direction.
The hole spacing between the adjacent through holes among the arranged through holes on the side of the first space is D (μm or mm), and the width of the dispersion in the predetermined direction is L (μm or mm). The cell culture vessel according to (1) or (2), which satisfies the relationship of 0.0167 ≤ D / L.
(5) The cell culture container according to any one of (1) to (4), further comprising a rectifier arranged between the dispersion in the container body and the outlet.
(6) The cell culture container according to (5), wherein a third space in which the supply liquid flowing out of the rectifying body stays is formed in the container main body on the outlet side of the rectifying body.
(7) The cell culture vessel according to (5) or (6), wherein a through hole is formed in the rectifying fluid.
(8) The cell culture vessel according to (7), wherein the rectifier has the same number and shape of through holes as the dispersion.
(9) When the cross-sectional area of the space inside the container body at a position adjacent to the rectifying body is Sb (mm 2 ) and the total opening area of the through holes of the rectifying body is Sh (mm 2 ). The cell culture vessel according to (7) or (8), which satisfies the relationship of Sh / Sb ≦ 0.58.
(10) The diameter of the maximum inscribed circle inscribed in the inner circumference of the outlet is larger than the diameter of the maximum inscribed circle inscribed in the inner circumference of the through hole of the rectifying body at the narrowest portion (7). The cell culture vessel according to any one of (9).
(11) In the rectifying body, a plurality of through holes are arranged along a predetermined direction.
0.0167 when the hole spacing between adjacent through holes among the arranged through holes is E (μm or mm) and the width of the rectifying body in the predetermined direction is Z (μm or mm). The cell culture vessel according to any one of (7) to (9), which satisfies the relationship of ≦ E / Z.
(12) The cell culture container according to any one of (1) to (11) and
A medium supply source that supplies a medium as a supply liquid to the cell culture container, and
A pumping unit that pumps the medium from the medium supply source to the inlet of the cell culture vessel, and
A cell culture system characterized in that it comprises at least.
(13) In the cell culture system, the outlet of the cell culture container is connected to the medium supply source so that the medium that has passed through the cell culture container is collected by the medium supply source (12). The cell culture system according to.
(14) In the cell culture system, the outlet of the cell culture container is connected to the waste liquid container so that the medium that has passed through the cell culture container is collected in a waste liquid container different from the medium supply source. The cell culture system according to (12).
(15) A method for culturing cells using the cell culture system according to any one of (12) to (14).
The process of seeding cells,
The process of culturing cells and the process of exfoliating cells,
Cell culture method including.
本発明の細胞培養容器によれば、細胞培養容器内に供給される供給液の流速を均一にすることができる。特に、本発明の細胞培養容器は、導入口から細胞含有供給液を供給する場合、前記分散体の貫通孔に細胞が目詰まりする可能性が低く、前記第2空間内においては、流動する細胞含有供給液の流速が変動しにくいため、細胞を均一に分散、播種することができる。また、本発明の細胞培養容器を用いて培養液を供給する場合には、細胞培養容器内に接着している細胞へ栄養素が十分に維持され、且つ、栄養素が細胞培養容器内で均一に分散されることから、細胞の品質を均一に保ちながら大量に細胞を培養することができる。 According to the cell culture vessel of the present invention, the flow velocity of the supply liquid supplied into the cell culture vessel can be made uniform. In particular, in the cell culture vessel of the present invention, when the cell-containing supply liquid is supplied from the introduction port, it is unlikely that the cells are clogged in the through holes of the dispersion, and the cells that flow in the second space. Since the flow velocity of the contained feed solution is unlikely to fluctuate, cells can be uniformly dispersed and seeded. Further, when the culture solution is supplied using the cell culture vessel of the present invention, the nutrients are sufficiently maintained in the cells adhering to the cell culture vessel, and the nutrients are uniformly dispersed in the cell culture vessel. Therefore, it is possible to culture a large amount of cells while maintaining uniform cell quality.
本発明の細胞培養システムによれば、本発明の細胞培養容器に、培養のための培地を循環して供給することが可能であり、細胞の品質を均一に保ちながら大量に細胞を培養することができる。 According to the cell culture system of the present invention, a medium for culturing can be circulated and supplied to the cell culture vessel of the present invention, and a large amount of cells can be cultured while maintaining uniform cell quality. Can be done.
本発明の細胞培養方法によれば、培養面積が広く、且つ栄養素等と均一に供給できる細胞培養容器を用いることから、細胞の品質を均一に保ちながら大量に細胞を培養することができる。 According to the cell culture method of the present invention, since a cell culture container having a large culture area and capable of uniformly supplying nutrients and the like is used, a large amount of cells can be cultured while maintaining uniform cell quality.
以下に本発明の2つの実施形態に係る細胞培養容器を図1〜12を参照しながら説明する。
〔第1実施形態〕
1.細胞培養容器1の全体構造
以下に、図1〜図5を参照しながら、第1実施形態に係る細胞培養容器1の全体構造を説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る細胞培養容器1の模式的斜視図であり、図2は、図1に示す細胞培養容器1の容器本体10内の空間を示した模式的斜視図である。図3は、図1のA−A線矢視断面図であり、図4は、図3のB−B線矢視断面図であり、図5は、図3のC−C線矢視断面図である。
The cell culture vessel according to the two embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 12.
[First Embodiment]
1. 1. Overall Structure of
本実施形態に係る細胞培養容器1は、細胞を培養するための容器である。細胞培養容器1の材質は、特に制限されず、具体的には、金属、ガラス、シリコン、及びプラスチック等の無機材料等を挙げることができ、より好ましくはプラスチックである。プラスチックとして、例えば、ポリスチレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ABS樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、メチルペンテン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂等を挙げることができる。本実施形態に係る細胞培養容器は、当業者にとって周知・慣用技術の方法により製造することができる。例えば、プラスチック材料からなる細胞培養容器1を製造する場合には、射出成形法または押出し成形法等により製造することができる。
The
細胞培養容器1は、容器本体10を備えている。容器本体10は、細胞培養容器1に培地等の供給液を導入する導入口12と、細胞培養容器1から供給液を導出する導出口13とを備える。容器本体10内の、導入口12と導出口13との間には、後述する分散体40が配置される。容器本体10内の空間として、分散体40の導入口12の側に、導入口12から流入した供給液が滞留する第1空間16が形成されており、分散体40の導出口13の側に、分散体40の後述する貫通孔41から流出した供給液が流動する第2空間14が形成されている。第1空間16は、容器本体10の内壁面15、上流壁面17、および導入口12に対向する分散体40の対向壁面42により形成されている。第2空間14は、容器本体10の内壁面15、導出口13に対向する分散体40の下流壁面43、及び容器本体10の下流壁面18により形成されている。第2空間14において、細胞が培養される。第2空間14内には、通液を阻害しないように多層の培養基盤を配置してもよく、多層培養基盤の材質は特に限定されないが、例えば、金属、ガラス、シリコン、及びプラスチック等の無機材料等を挙げることができ、より好ましくはプラスチックである。プラスチックとして、例えば、ポリスチレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ABS樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、メチルペンテン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂等を挙げることができる。多層培養基盤の代わりに、多孔質の細胞培養担体等を用いることもできる。
The
容器本体の内部空間の体積は特に限定されないが、例えば1,000mm3以上であり、好ましくは10,000mm3以上、100,000mm3以上、1,000,000mm3以上である。内部空間の体積がこの範囲である場合に、細胞培養に特に適する。内部空間の体積の上限は特に限定されないが、例えば100,000,000mm3以下にすることが好ましい。 Although the volume of the internal space of the container body is not particularly limited, for example, at 1,000mm 3 or more, preferably 10,000 mm 3 or more, 100,000 mm 3 or more, 1,000,000 mm 3 or more. It is particularly suitable for cell culture when the volume of the internal space is in this range. The upper limit of the volume of the internal space is not particularly limited, but is preferably 100,000,000 mm 3 or less, for example.
第2空間14は、細胞培養が主に行われる空間であるため、第2空間14の体積は、第1空間16の体積よりも大きいことが好ましく、2倍以上又は3倍以上であることがより好ましい。第2空間14の体積は、例えば、第1空間16の体積の1,000倍以下である。第2空間14の体積は、細胞培養に適した体積であればよく限定されないが、典型的には100mm3以上、例えば1,000mm3以上、10,000mm3以上、100,000mm3以上、又は1,000,000mm3以上である。第2空間14の体積がこの範囲である場合に、細胞培養に特に適する。第2空間14の体積の上限は特に限定されないが、例えば100,000,000mm3以下にすることが好ましい。
Since the
容器本体10には、導入管20および導出管30が接続されている。導入管20には、第1空間16に供給液を導入する導入流路21が形成されており、導入流路21の下流に、導入口12が配置されている。一方、導出管30には、容器本体10内の空間から供給液を導出する導出流路31が形成されており、導出流路31の上流に、導出口13が配置されている。本実施形態では、導入口12の開口面積と導出口13の開口面積は同じであるが、特に限定されるものではない。例えば、導入口12の開口面積に対して導出口13の開口面積が異なっていてもよく、導入口12の開口面積に対して、導出口13の開口面積が大きい場合には細胞培養容器1内の圧力は低下し、細胞へのストレスが軽減されると考えられるため好ましい。
The
本実施形態では、導入口12は、平面状の上流壁面17の中央に形成されており、導出口13は、平面状の下流壁面18の中央に形成されている。導入管20の導入流路21と、導出管30の導出流路31とは、容器本体10の中心線P(同一直線状)に沿って形成されており、導入口12の中心と導出口13の中心とは、容器本体10の中心線P上に配置されているが、特に限定されるものではない。
In the present embodiment, the
本発明では、導入口12及び導出口13の容器本体10における位置及び相対的な配置は、図示する本実施形態での態様には限定されない。導入口12及び導出口13は、それぞれ、容器本体10の対向する壁面(本実施形態における上流壁面17及び下流壁面18)に形成されていることが好ましいが、導入口12は容器本体10の上流側の壁面の中央に設けられている必要はなく、該壁面の周縁寄りの位置に設けられていてもよいし、容器本体10の他の位置に設けられていてもよい。導出口13は容器本体10の下流側の壁面の中央に設けられている必要はなく、該壁面の周縁寄りの位置に設けられていてもよいし、容器本体10の他の位置に設けられていてもよい。導入口12と導出口13とは一軸上に対向するように設けられている必要はなく、それぞれが異なる軸上に設けられていてもよい。しかし、本発明のように、導入口12が容器本体10の上流側の壁面の中央近傍に設けられ、導出口13が容器本体10の下流側の壁面の中央近傍に設けられ、且つ、導入口12と導出口13とが一軸上に対向するように設けられている態様では、容器本体10内に供給液が流れるとき、流路の断面上での流速分布が、前記軸を中心として点対称となり、流速の偏りが生じ難いため好ましい。
In the present invention, the positions and relative arrangements of the
導入口12及び導出口13の開孔の形状は特に限定されず、例えば、円形、多角形(三角形、四角形、五角形、六角形等)、楕円形、スリット状であってもよく、好ましくは、円形である。本発明において円形、多角形、楕円形の範囲には、完全な円形、多角形、楕円形に限らず、これらに近似した形状である場合も含まれる。
The shape of the openings of the
2.分散体40
細胞培養容器1は、容器本体10の内部に配置され、細胞培養容器1に供給される供給液が通過する貫通孔41が形成された分散体40を備えている。細胞培養容器1に供給される供給液は、第1空間16において滞留した後、分散体40の貫通孔41を通過し、第2空間14に流出して流動し、導出口13から導出される。本実施形態では、分散体40の形状は特に限定されないが、好ましくは板状である。分散体40はその周縁が、容器本体10の内壁面15と接続されていることが好ましい。分散体40は、細胞培養容器1の容器本体10と一体的に成形されていてもよい。また、容器本体10に分散体40となる部材を取り付けて、分散体40としてもよい。本実施形態では、分散体40は、容器本体10内の導入口12から導出口13に至る流路に対して垂直に配置されているが、これには限定されず、前記流路に対して傾斜するように配置されていてもよい。
2.
The
分散体40の材質は、特に制限されず、具体的には、金属、ガラス、シリコン、及びプラスチック等の無機材料等を挙げることができ、より好ましくはプラスチックである。プラスチックとして、例えば、ポリスチレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ABS樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、メチルペンテン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂等を挙げることができる。分散体40が細胞培養容器1の容器本体10と一体的に成形されている態様においては、分散体40の材質は容器本体10と同一であってもよい。また、容器本体10に分散体40となる部材を取り付けて分散体40とする態様においては、分散体40の材質は、容器本体10の材質と同一であってもよいし、異なっていてもよい。
The material of the
図示する本実施形態の細胞培養容器1の容器本体10の内部には、分散体40が1つのみ配置されている。分散体40が1つであると、容器本体10の内部の構成が簡単になるため、均一化された環境での細胞培養を実現しやすい。
Only one
分散体40には、貫通孔41が形成されており、貫通孔41は、一方向に沿って貫通するように形成されていることが好ましい。これにより、導入口12から第2空間14に向かう供給液は、一定の方向に沿って貫通するように形成された各貫通孔41を通過するので、不織布や発泡材料などの不規則な形状の貫通孔を通過する供給液の流れとは異なり、その流れを安定させ、その流速を均一化することができ、第2空間14に、均一に細胞を分散及び接着させ易い。また、均一化された流速で培地等の供給液を供給することができる。さらに、培地等の供給液を供給する際に、第2空間14内での流速の位置ごとの差異を小さくすることができる。このため第2空間14内で培養された細胞は、剥離剤処理後に均一に剥離することが容易になる。分散体40には複数の貫通孔41が形成されていてもよく、貫通孔41の数は、例えば面積比St/Sa≦0.58を満たすように設計すればよく、特に限定されない。面積比St/Saの詳細については、後述する。
A through
上記の通り、貫通孔41が一方向に沿って貫通するように形成されていることが好ましく、この好ましい実施形態における「一方向」とは、第2空間14内の供給液が流れる方向である。さらに、本実施形態では、分散体40には複数の貫通孔41が形成されており、且つ、すべての貫通孔は、同じ方向に沿って形成されていることが好ましい。これにより、導入口12から複数の貫通孔41を通過する供給液の流れの方向は、すべて同じ方向(中心線Pに沿った方向)に揃うので、同じ方向に沿って貫通孔41から第2空間14に、供給液を流入させることができる。このようにして、第2空間14内の供給液の流れを層流にし易く、第2空間14内に供給される供給液の流速分布を均一化することができる。本発明では、導入口及び導出口が、それぞれ、容器本体の対向する壁面(本実施形態における上流壁面17及び下流壁面18)に形成されている場合には、容器本体の導入口が形成された壁面から、容器本体の導出口が形成された壁面へ向かう方向が貫通方向となるように、分散体の貫通孔が形成されていることが好ましい。
As described above, it is preferable that the through
貫通孔41の断面形状(貫通方向に対して垂直な平面による断面の形状)は特に限定されず、例えば、円形、多角形(三角形、四角形、五角形、六角形等)、楕円形、スリット状であってもよく、好ましくは、円形である。本発明において円形、多角形、楕円形の範囲には、完全な円形、多角形、楕円形に限らず、これらに近似した形状である場合も含まれる。 The cross-sectional shape of the through hole 41 (the shape of the cross section by a plane perpendicular to the penetrating direction) is not particularly limited, and may be, for example, circular, polygonal (triangular, quadrangular, pentagonal, hexagonal, etc.), elliptical, or slit. It may be present, preferably circular. In the present invention, the range of a circle, a polygon, and an ellipse is not limited to a perfect circle, a polygon, and an ellipse, but also includes a shape similar to these.
後述の貫通孔41が分散体40に複数形成されている好ましい実施形態において、より好ましくは、分散体40を第1空間16の側から見たときに、分散体40の、第1空間16の側の表面において、複数の貫通孔41が所定の方向に沿って配列される。ここで「所定の方向」としては、分散体40の高さ方向や、幅方向が挙げられる。より好ましくは、複数の貫通孔41は、第1空間16の側の表面において、前記所定の方向に沿って等間隔に配置される。
In a preferred embodiment in which a plurality of through
3.第1空間16
本実施形態では、分散体40は、容器本体10内において、導入口12に対向し、導入口12から離間した位置に配置されている。これにより、導入口12と分散体40の間には、導入口12から流入した供給液を滞留させる第1空間16が形成される。
3. 3.
In the present embodiment, the
第1空間16を形成することにより、導入口12から導入された供給液を、第2空間14に向かう前に第1空間16で滞留させ、供給液の液圧を安定させることができる。本実施形態では更に、容器本体10の断面積、具体的には、第1空間16の、分散体40に隣接する位置16aにおける断面積と、分散体40の貫通孔41の総開口面積とが、後述する所定の面積比であることにより、各貫通孔41から第2空間14に向かう供給液の流速分布をより均一化することができる。
By forming the
本発明において第1空間の形状は、導入口から導入された供給液を、第2空間に向かう前に滞留させることができる形状である限り、特に限定されず、例えば、直方体、錐体(円錐体、円錐台体、角錐体、角錐台体等)、柱体(円柱体、角柱体等)、球体、及び/又は半球体、或いはこれらの2種以上を組み合わせた形状であることができる。図3および図4に示す本実施形態では、第1空間16を形成する壁面のうち、導入口12に対向する分散体40の対向壁面42と、対向壁面42に対向する導入口12が形成された上流壁面17とは、平行である。また、上流壁面17から対向壁面42に向かって第1空間16の断面(断面積)は、拡大および縮小することなく、一定となっている。これにより第1空間16は、直方体状となる。
In the present invention, the shape of the first space is not particularly limited as long as the supply liquid introduced from the introduction port can be retained before heading to the second space, and is not particularly limited, for example, a rectangular parallelepiped or a pyramid (cone). It can be a body, a truncated cone, a pyramid, a pyramid, etc.), a column (a cylinder, a prism, etc.), a sphere, and / or a hemisphere, or a combination of two or more of these. In the present embodiment shown in FIGS. 3 and 4, among the wall surfaces forming the
本実施形態では、直方体状の第1空間を設けることで、分散体40の対向壁面42に対して、供給液の液圧をより均一に作用させることができるので、各貫通孔41から第2空間14に向かう供給液の流速分布をさらに均一化することができる。
In the present embodiment, by providing the rectangular parallelepiped first space, the hydraulic pressure of the supply liquid can be applied more uniformly to the facing
本発明において第2空間の形状もまた、分散体40の貫通孔41から流出した供給液が流動することができる形状である限り、特に限定されず、例えば、直方体、錐体(円錐体、円錐台体、角錐体、角錐台体等)、柱体(円柱体、角柱体等)、球体、及び/又は半球体、或いはこれらの2種以上を組み合わせた形状であることができる。
In the present invention, the shape of the second space is also not particularly limited as long as the supply liquid flowing out from the through
4.面積比St/Sa(分散体40の空隙率)
図6(a)は、第1実施形態に係る細胞培養容器1において、容器本体10が有する第1空間16の、分散体40に隣接する位置16aにおける断面積Saを説明するための図であり、図6(b)は、第1実施形態に係る細胞培養容器1の分散体40の貫通孔41の総開孔面積Stを説明するための図である。本実施形態では、図6(a)に示すハッチング部分の面積が、第1空間16の、分散体40に隣接する位置16aにおける断面積Sa(mm2)に相当する。図6(b)に示すハッチング部分の面積が、第1空間16に隣接する分散体40の貫通孔41の総開孔面積St(mm2)に相当する。このとき、面積比St/Sa≦0.58の関係を満たすことが好ましい。
4. Area ratio St / Sa (porosity of dispersion 40)
FIG. 6A is a diagram for explaining the cross-sectional area Sa of the
なお、本発明において、面積比及び長さ比は、いずれも、比較すべき面積及び長さの単位を統一したうえで算出した比である。 In the present invention, the area ratio and the length ratio are both calculated after unifying the units of the area and the length to be compared.
本発明において、第1空間16の、分散体40に隣接する位置16aにおける断面積とは、分散体40の第1空間16の側の面(対向壁面42)に沿った面により切り取られる、第1空間16の断面の面積を指す。例えば、第1実施形態に係る細胞培養容器1のように平板状の分散体40を備える場合には、第1空間16の下流側の、平板状の分散体40の第1空間16の側の面(対向壁面42)に沿った平面により切り取られる断面の面積が、第1空間16の、分散体40に隣接する位置16aにおける断面積である。また、図10に示す例のように、細胞培養容器がドーム状の分散体40Dを備える場合には、第1空間16の下流側の、ドーム状の分散体40Dの第1空間16の側の面(対向壁面42)に沿った半球状面により切り取られる断面の面積が、第1空間16の、分散体40に隣接する位置16aにおける断面積である。好ましくは、分散体40の第1空間16の側の面(対向壁面42)に沿った面は、第1空間16内での供給液の流れの方向に対して垂直な平面である。
In the present invention, the cross-sectional area of the
本発明において、分散体40が有する個々の貫通孔41の開孔面積は、個々の貫通孔41の断面積(貫通方向に垂直な断面積)のうち、最も小さい断面積を指す。総開孔面積は、個々の貫通孔41の開孔面積の合計である。本実施形態では、図8(a)に示すように、貫通孔41の断面積が、貫通方向で変化せず一定であるため、貫通孔41の開孔面積としては、貫通方向の任意の位置411での貫通孔41の断面積を採用することができる。変形例として図8(b)に示すように、貫通孔41の断面積が、第1空間16の側から第2空間14の側に向けて小さくなる場合には、貫通孔41の開孔面積として、第2空間14の側の端部412での貫通孔41の断面積を採用することができる。また、別の変形例として図8(c)に示すように、貫通孔41の断面積が、第2空間14の側から第1空間16の側に向けて小さくなる場合には、貫通孔41の開孔面積として、第1空間16の側の端部413での貫通孔41の断面積を採用することができる。また、別の変形例として図8(d)に示すように、貫通孔41の断面積が、第1空間16の側と第2空間14の側とから絞り414に向けて小さくなる場合には、貫通孔41の開孔面積として、絞り414の位置での貫通孔41の断面積を採用することができる。貫通孔41は、図8(a)〜(d)に示すように貫通方向に沿って断面積が規則的に変化する形態には限らず、貫通方向に沿って断面積が不規則に変化するものであってもよく、いずれの場合であっても、貫通孔41の断面積のうち最も小さい断面積を貫通孔41の開孔面積とすることができる。
In the present invention, the opening area of the individual through-
上記の面積比の関係を満たすことにより、分散体40が供給液の流れの抵抗となり、第2空間14に、供給液を分散させて流入させることができ、導入口12に対向する位置に形成された貫通孔41に流れる供給液の流速を抑え、第2空間14内で局所的に供給液の流速が大きくなることを低減する。この結果、第2空間14内の供給液の流速分布を均一化することができる。ここで、面積比St/Sa>0.58の時には、分散体40に対する貫通孔41の割合が多いため、導入口12からの供給液の流れの影響を、第2空間14内において受けやすいことがある。
By satisfying the above-mentioned area ratio relationship, the
この効果をより一層奏するには、後述する解析(1)〜(8)で示すように、より好ましくは面積比St/Sa≦0.50を満たし、より好ましくは面積比St/Sa≦0.47、面積比St/Sa≦0.40、面積比St/Sa≦0.34、面積比St/Sa≦0.20、面積比St/Sa≦0.19、面積比St/Sa≦0.10、面積比St/Sa≦0.09、面積比St/Sa≦0.05、面積比St/Sa≦0.03を満たす。または、面積比St/Sa≦0.01を満たしていてもよい。(図14a、図14b及び表1参照)。面積比St/Saがここに挙げた範囲である場合に、分散体40が、第2空間14内の供給液の流速分布を均一化する上述の効果が特に高まる。ここで挙げた数値範囲は、St/Saを算出し、少数第三位を四捨五入した場合にこの範囲となるようにすればよい。St/Saの下限は特に限定されずSt/Sa>0であればよく、例えばSt/Sa≧0.001とすることができる。
In order to further exert this effect, as shown in the analyzes (1) to (8) described later, the area ratio St / Sa ≦ 0.50 is more preferably satisfied, and the area ratio St / Sa ≦ 0. 47, Area ratio St / Sa ≤ 0.40, Area ratio St / Sa ≤ 0.34, Area ratio St / Sa ≤ 0.20, Area ratio St / Sa ≤ 0.19, Area ratio St / Sa ≤ 0. 10. The area ratio St / Sa ≦ 0.09, the area ratio St / Sa ≦ 0.05, and the area ratio St / Sa ≦ 0.03 are satisfied. Alternatively, the area ratio St / Sa ≦ 0.01 may be satisfied. (See FIGS. 14a, 14b and Table 1). When the area ratio St / Sa is in the range listed here, the above-mentioned effect that the
前記断面積Stの範囲は、上記面積比St/Saの関係(St/Sa≦0.58又は上記のより具体的な範囲)を満たせば特に限定されないが、例えば、10,000mm2以下であり、好ましくは9,000mm2以下、8,639mm2以下、8,000mm2以下、7,069mm2以下、7,000mm2以下、6,000mm2以下、5,026mm2以下、5,000mm2以下、4,000mm2以下、3,000mm2以下、2,898mm2以下、2,827mm2以下、1,500mm2以下、1,335mm2以下、1,000mm2以下、500mm2以下、423mm2以下である。前記断面積Stの下限は、上記面積比St/Saの関係を満たせば、特に限定されないが、例えば5mm2以上、10mm2以上、20mm2以上、50mm2以上、94mm2以上である。 The range of the cross-sectional area St is not particularly limited as long as the relationship of the area ratio St / Sa (St / Sa ≦ 0.58 or the above-mentioned more specific range) is satisfied, but is, for example, 10,000 mm 2 or less. preferably 9,000Mm 2 or less, 8,639Mm 2 or less, 8,000 mm 2 or less, 7,069Mm 2 or less, 7,000 mm 2 or less, 6,000 mm 2 or less, 5,026Mm 2 or less, 5,000 mm 2 or less , 4,000 mm 2 or less, 3,000 mm 2 or less, 2,898mm 2 below, 2,827mm 2 below, 1,500mm 2 below, 1,335mm 2 below, 1,000mm 2 or less, 500 mm 2 or less, 423mm 2 or less Is. The lower limit of the cross-sectional area St is not particularly limited as long as the relationship of the area ratio St / Sa is satisfied, but is, for example, 5 mm 2 or more, 10 mm 2 or more, 20 mm 2 or more, 50 mm 2 or more, 94 mm 2 or more.
前記総開孔面積Saの範囲は、上記面積比St/Saの関係(St/Sa≦0.58又は上記のより具体的な範囲)を満たせば特に限定されないが、例えば、100,000mm2以下であり、好ましくは50,000mm2以下、30,000mm2以下、20,000mm2以下、15,000mm2以下である。前記総開孔面積Saの下限は、上記面積比St/Saの関係を満たせば、特に限定されないが、例えば10mm2以上であり、好ましくは100mm2以上、200mm2以上、300mm2以上、400mm2以上、500mm2以上である。 The range of the total opening area Sa is not particularly limited as long as the relationship of the area ratio St / Sa (St / Sa ≦ 0.58 or the above-mentioned more specific range) is satisfied, but for example, 100,000 mm 2 or less. , and the preferably 50,000 mm 2 or less, 30,000 mm 2 or less, 20,000 mm 2 or less, 15,000 mm 2 or less. The lower limit of the total opening area Sa is not particularly limited as long as the relationship of the area ratio St / Sa is satisfied, but is, for example, 10 mm 2 or more, preferably 100 mm 2 or more, 200 mm 2 or more, 300 mm 2 or more, 400 mm 2. The above is 500 mm 2 or more.
5.導入口12と貫通孔41
図5に示すように、本発明の実施態様において導入口12の内周に内接する最大内接円の直径をβ(例えば、μm又はmm)とし、分散体40の貫通孔41の、最狭部での内周41aに内接する最大内接円の直径をα(例えば、μm又はmm)とする。ここで、導入口12の内周12aとは、第1空間16の側から見たときの導入口12の内周を指す。分散体40の貫通孔41の「内周」は、分散体40の貫通孔41の断面(貫通方向に垂直な断面)上における内周を指す。分散体40の貫通孔41における「最狭部」とは、貫通孔41のうち、貫通孔41の内周に内接する最大内接円の直径が最も小さくなる部分を指す。本実施形態では、図8(a)に示すように、貫通孔41の内周に内接する最大内接円の直径が、貫通方向で変化せず一定であるため、貫通孔41の貫通方向の任意の位置411を「最狭部」とすることができる。変形例として図8(b)に示すように、貫通孔41の内周に内接する最大内接円の直径が、第1空間16の側から第2空間14の側に向けて小さくなる場合には、貫通孔41の、第2空間14の側の端部412が「最狭部」に相当する。また、別の変形例として図8(c)に示すように、貫通孔41の内周に内接する最大内接円の直径が、第2空間14の側から第1空間16の側に向けて小さくなる場合には、貫通孔41の、第1空間16の側の端部413が「最狭部」に相当する。また、別の変形例として図8(d)に示すように、貫通孔41の内周に内接する最大内接円の直径が、第1空間16の側と第2空間14の側とから絞り414に向けて小さくなる場合には、貫通孔41の絞り414が「最狭部」に相当する。貫通孔41は、図8(a)〜(d)に示すように、貫通孔41の内周に内接する最大内接円の直径が貫通方向に沿って規則的に変化する形態には限らず、前記直径が貫通方向に沿って不規則に変化するものであってもよく、いずれの場合であっても、前記直径が最も小さくなる部分を貫通孔41の最狭部とすることができる。本発明において「導入口の内周に内接する最大内接円の直径」とは、導入口の内周が図5に示すように円である場合には円の直径を指し、図示しないが他の形状である場合にはその最大内接円の直径を指す。同様に、「分散体の貫通孔の内周に内接する最大内接円の直径」とは、分散体の貫通孔の内周が図5に示すように円である場合には円の直径を指し、図17に示すように他の形状である場合にはその最大内接円Cの直径を指す。
5.
As shown in FIG. 5, in the embodiment of the present invention, the diameter of the maximum inscribed circle inscribed in the inner circumference of the
以下の説明では、便宜上、「導入口の内周に内接する最大内接円の直径」を「導入口の口径」と称し、「貫通孔の、最狭部における内周に内接する最大内接円の直径」を「貫通孔の孔径」と称する場合がある。 In the following description, for convenience, "the diameter of the maximum inscribed circle inscribed in the inner circumference of the introduction port" is referred to as "the diameter of the introduction port", and "the maximum inscribed circle inscribed in the inner circumference of the narrowest portion of the through hole". The "diameter of the circle" may be referred to as the "hole diameter of the through hole".
導入口12の口径βは、導入口12に細胞を通過させる必要があるため、例えば10μm以上であり、好ましくは50μmより大きく、100μmより大きく、200μmより大きく、300μmより大きく、400μmより大きく、500μmより大きく、600μmより大きく、700μmより大きく、800μmより大きく、900μmより大きく、1mmより大きく、4mm以上である。導入口12の口径βの上限は、特に限定されないが例えば100mm以下であり、好ましくは90mm以下、80mm以下、70mm以下、60mm以下、50mm以下、40mm以下、30mm以下、20mm以下、10mm以下である。
The diameter β of the
また、貫通孔41の孔径αは、貫通孔41に細胞を通過させる必要があるため、例えば10μm以上であり、好ましくは50μm以上、100μm以上、200μm以上、300μm以上、400μm以上、500μm以上、600μm以上、700μm以上、800μm以上、900μm以上、1mm以上、5mm以上、10mm以上である。貫通孔41の孔径αが500μm以上であると、細胞を含む供給液が貫通孔41に目詰まりし難く、貫通孔41を通って第2空間14に供給される供給液の流れが妨げられず分散され易いため好ましい。貫通孔41の孔径αの上限は限定されないが、例えば100mm以下であり、好ましくは90mm以下、80mm以下、70mm以下、60mm以下、50mm以下、40mm以下、30mm以下、20mm以下である。
Further, the pore diameter α of the through
6.導入口12の口径βと貫通孔41の孔径αとの関係
図5に示すように、本発明の実施態様の1つでは、導入口12の口径β(例えば、μm又はmm)が、分散体40の貫通孔41の孔径α(例えば、μm又はmm)よりも大きい。また図17に示す実施形態は、導入口12の内周に内接する最大内接円の直径βが、分散体40の貫通孔41の、最狭部における内周41aに内接する最大内接円Cの直径αよりも大きい例である。
6. Relationship between the diameter β of the
本発明の実施態様においては、前記分散体40の導入口12の口径βが、分散体40の貫通孔41の孔径αよりも大きくなるように導入口12と貫通孔41とを形成することにより、貫通孔41の間隔によらずとも、分散体40が、導入口12からの供給液の流れの抵抗となるため、供給液が貫通孔41を通過する前に、分散体40の上流側に位置する対向壁面42において供給液を分散させることができる。
In the embodiment of the present invention, the
この結果、分散体40が複数の貫通孔41を有する態様では、特に、導入口12に対向する位置に形成された貫通孔41に流れる供給液の流速と、他の貫通孔41を流れる供給液の流速とのバラツキを抑えることができる。これにより、第2空間14に局所的に供給液の流速が大きくなることを低減することができる。なお、導入口12の口径βが、分散体40の孔径αよりも大きくなるように導入口12と貫通孔41とを形成する場合でも、供給液の流れを更に均一にするために、貫通孔41同士の間隔をさらに設計してもよい。
As a result, in the embodiment in which the
この好ましい態様では、導入口12の口径βが、分散体40の貫通孔41の孔径αよりも大きい限り、特にその比率α/βは限定しないが、例えば、α/β<1の関係を満たす。例えばα/β≦0.9、α/β≦0.8、α/β≦0.7、α/β≦0.6、α/β≦0.5、α/β≦0.4、α/β≦0.3、α/β≦0.25、α/β≦0.2、α/β≦0.1の関係を満たしていてもよい。なお、比率α/βを算出する際には、分散体40の貫通孔41の孔径αと導入口12の口径βの単位は統一する。例えば、前記孔径αの単位がμmである場合には、前記口径βの単位もμmで統一し、前記孔径αの単位がmmの場合には、前記口径βの単位もmmに統一する。
In this preferred embodiment, as long as the diameter β of the
なお、上述したα/βの比率における口径βと孔径αについては、特に限定されるものではないが、例えば、本明細書に記載した数値の範囲内において、適宜、設計してもよい。 The diameter β and the pore diameter α in the above-mentioned α / β ratio are not particularly limited, but may be appropriately designed within the range of the numerical values described in the present specification, for example.
導入口12の口径βが、分散体40の貫通孔41の孔径αよりも大きいことによる上記の効果をより明確に発現させるためには、図5に示す実施形態のように、導入口12の内周12aと、分散体40の貫通孔41の、最狭部での内周41aとを重ね合わせたときに、前者が後者の全体を完全に内包することが好ましく、この場合、導入口12の内周12aと、分散体40の貫通孔41の内周41aとが相似した形状であることがより好ましい。
In order to more clearly exhibit the above effect due to the diameter β of the
7.孔間隔D、分散体の幅Lにおける長さ比D/L(貫通孔41の間隔)
図7は、第1実施形態に係る細胞培養容器1の分散体40の貫通孔41同士の、第1空間16の側での孔間隔と長さ比D/Lを説明するための図である。
7. Length ratio D / L in hole spacing D and dispersion width L (spacing of through holes 41)
FIG. 7 is a diagram for explaining the hole spacing and the length ratio D / L of the through
この実施形態では、分散体40には、分散体40の、第1空間16の側の表面において、複数の貫通孔41が所定の方向(図7における方向X)に沿って配列されている。「所定の方向」は図7に示すように1つの方向(図7での上下方向)であってもよいし、図5等に示すように、相互に交わる複数の方向であってもよい。分散体40に配列された貫通孔41のうち隣接する貫通孔同士の、第1空間16の側での孔間隔をD(例えば、μm又はmm)とし、所定の方向Xでの分散体40の幅をL(例えば、μm又はmm)とする。ここで、孔間隔Dは、分散体40を第1空間16の側からみたときの、隣接する貫通孔41の、第1空間16の側における内周41bの、所定の方向Xに沿った最短距離を指す。幅Lは、分散体40を第1空間16の側からみたときの所定の方向Xに沿った幅を指す。1つの方向に配列された貫通孔41間の孔間隔Dは同一(略同一も含む)であることが好ましいが、異なっていてもよい。また、1つの方向に配列された複数の貫通孔41の内周41bは、互いに相似形状であることが好ましいが、これには限らない。また、1つの方向に配列された複数の貫通孔41は孔径が同一であることが好ましいが、異なっていてもよい。貫通孔の孔径の定義は既述の通りである。
In this embodiment, in the
分散体40の、第1空間16の側の表面において、複数の貫通孔41が所定の方向(図7における方向X)に沿って配列されている態様においては、前記孔間隔Dの範囲は特に限定されないが、例えば1μm以上であり、好ましくは10μm以上、50μm以上、100μm以上、500μm以上、1mm以上、3mm以上、5mm以上、10mm以上である。孔間隔Dの上限は限定されないが、例えば250mm以下が好ましい。
In the embodiment in which a plurality of through
また、前記分散体40の幅Lの範囲は特に限定されないが、例えば60μm以上であり、好ましくは100μm以上、500μm以上、1mm以上、10mm以上、50mm以上、60mm以上である。分散体40の幅Lの範囲は特に限定されないが、例えば250mm以下が好ましい。
The range of the width L of the
図5及び17に示すように、導入口12の口径βが、分散体40の貫通孔41の孔径αよりも大きくなるように、導入口12と貫通孔41とが形成されていることが好ましいが、0.0167≦D/L(長さ比)の関係を満たすことによっても本発明の効果を奏することができる。特に、導入口12の口径βが、分散体40の貫通孔41の孔径α以下である場合に、0.0167≦D/L(長さ比)の関係を満たすことが好ましい。なお、比率D/Lを算出する際には孔間隔Dと分散体40の幅Lの単位は統一する。例えば、前記孔間隔Dの単位がμmである場合には、前記分散体40の幅Lの単位もμmで統一し、前記孔間隔Dの単位がmmの場合には、前記分散体40の幅Lの単位もmmに統一する。
As shown in FIGS. 5 and 17, it is preferable that the
ここで、1つの分散体40上に、複数の貫通孔41からなる配列が含まれる場合は、少なくとも1つの配列について長さ比であるD/Lが上記関係を満たせばよい。例えば分散体40が図5に示すように、第1空間16から見たときの形状が長方形であり、複数の貫通孔41が、長方形の長辺に沿った方向(長手方向)に2以上の列を形成しており、長方形の短辺に沿った方向(短手方向)にも2以上の列を形成するように配列されており、且つ、各列におけるDが同一である態様では、少なくとも短手方向に関して長さ比であるD/Lが上記関係を満たせばよい。
Here, when an array consisting of a plurality of through
分散体40が上記の0.0167≦D/L(長さ比)の関係を満たすことにより、貫通孔同士の間隔を確保することができる。これにより、導入口12の口径βが、分散体40の貫通孔41の孔径α以下の場合であっても、分散体40の対向壁面42で供給液を均一に分散させることができる。その結果、第2空間14に局所的に供給液の流速が大きくなることを低減し、複数の貫通孔41から第2空間14に供給液を均一に分散することができ、第2空間14内の供給液の流速分布を均一化することができる。この態様においては、分散体40の貫通孔41の孔径α(上記で定義した)と、導入口12の口径β(上記で定義した)とを比較して、分散体40の貫通孔41の孔径αが、導入口12の口径β以上であってもよく、特にその比率は限定しないが、例えばα/β≧1、α/β≧1.2、α/β≧1.25、α/β≧2、α/β≧2.5の関係を満たしていてもよい。
When the
導入口12の口径βが、分散体40の貫通孔41の孔径α以下であり、且つ、D/L<0.0167の場合には、分散体40の幅Lに対して孔間隔Dが小さ過ぎるため、分散体40に供給液が通過し易くなり、第2空間14に供給液が均一に分散し難くなることが有り得る。
When the diameter β of the
この効果をより一層発現するには、後述する解析(9)〜(17)で示すように、より好ましくは、0.0833≦D/Lを満たし、さらに好ましくは、0.1667≦D/Lを満たす(表2参照)。導入口12の口径βが、分散体40の貫通孔41の孔径α以下である場合において、D/Lがこの範囲であることが特に好ましい。
In order to further exhibit this effect, as shown in the analyzes (9) to (17) described later, more preferably 0.0833 ≦ D / L is satisfied, and further preferably 0.1667 ≦ D / L. (See Table 2). When the diameter β of the
なお、上述したD/Lの比率における孔間隔Dと分散体の幅Lについては、特に限定されるものではないが、例えば、本明細書に記載した数値の範囲内において、適宜、設計してもよい。 The hole spacing D and the width L of the dispersion in the above-mentioned D / L ratio are not particularly limited, but are appropriately designed within the range of the numerical values described in the present specification, for example. May be good.
8.貫通孔41の形状
第2空間14に流れる供給液の流速分布を均一化することができるのであれば、貫通孔41の内周(貫通孔41の断面上における内周)の形状は、円形状に特に限定されるものではない。例えば、その形状が、多角形状(三角形状、四角形状、五角形状、六角形状等)、楕円形状、またはスリット状であってもよい。貫通孔41の内周の形状が、円、楕円、又はこれらが扁平した形状のように、滑らかに連続する線により囲まれた形状である場合、特に、滑らかに連続する曲線により囲まれた形状である場合、貫通孔41を通過する供給液の流れに流速の偏りが生じ難いため特に好ましい。特に、複数の貫通孔41の全ての内周の形状が、滑らかに連続する線により囲まれた形状であることが好ましい。
8. Shape of through
図8(a)は、図3の貫通孔41近傍の拡大断面図であり、(b)〜(d)は、その変形例を示す拡大断面図である。
8 (a) is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the through
本実施形態では、図8(a)に示すように、第1空間16から第2空間14に向かって、貫通孔41の断面積、及び、貫通孔41の内周に内接する最大内接円の直径が、貫通方向で変化せず一定となるようにした。この他にも、例えば、図8(b)に示すように、第1空間16から第2空間14に進むに従って、貫通孔41の断面積、及び、貫通孔41の内周に内接する最大内接円の直径を小さくしてもよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8A, the cross-sectional area of the through
また、別の変形例として、図8(c)に示すように、第1空間16から第2空間14に進むに従って、貫通孔41の断面積、及び、貫通孔41の内周に内接する最大内接円の直径を大きくしてもよい。
Further, as another modification, as shown in FIG. 8C, the cross-sectional area of the through
別の変形例として、図8(d)に示すように、第1空間16から第2空間14の間において、絞り41bを形成した貫通孔41であってもよい。この変形例では、絞り41bにおいて、貫通孔41の断面積、及び、貫通孔41の内周に内接する最大内接円の直径が最も小さい。
As another modification, as shown in FIG. 8D, a through
9.その他の変形例
図9は、図5に相当する、第1実施形態の分散体40の変形例に係る分散体40Aを示した図である。図5に示すように、上述した実施形態では、分散体40には、複数の貫通孔は、同じ形状で等間隔に形成されていたが、これらが不規則に形成されていてもよい。この他にも、例えば図9に示すように、分散体40Aに複数種の孔径からなる貫通孔41A〜41Cを形成してもよい。
9. Other Modifications FIG. 9 is a diagram showing a
具体的には、図9に示すように、この変形例では、分散体40Aの外側からその中央に進むに従って、貫通孔41A〜41Cの孔径が小さくなっている。さらに具体的には、本実施形態では、分散体40Aの外側縁に沿って複数の貫通孔41Aが形成され、その内側に貫通孔41Aの孔径よりも小さい複数の貫通孔41Bが形成されている。さらに、複数の貫通孔41Bで囲われた分散体40Aの中央には、貫通孔41Bの孔径よりも小さい複数の貫通孔41Cが形成されている。少なくとも、導入口12に対向する貫通孔41Cの孔径が、導入口12の口径βよりも小さくなるように形成されていることが好ましい。
Specifically, as shown in FIG. 9, in this modified example, the hole diameters of the through
このような場合であっても、分散体40Aの対向壁面42において、供給液を均一に分散させ、各貫通孔41A〜41Cから第2空間14に供給液を均一な流速で流すことができる。
Even in such a case, the supply liquid can be uniformly dispersed on the facing
図17は、図5に相当する、第1実施形態の分散体40の変形例に係る分散体40Eを示した図である。図5に示すように、上述した実施形態では、各貫通孔41は独立した円の内周41aを有するものであったが、内周の形状は特に限定されず、例えば複数の図形が融合した内周形状を有するように形成されていてもよい。具体的には、図17に示す変形例では、分散体40Eに形成される貫通孔41Eが、複数の円を一方向に配列させて相互に融合させた形状の内周41aを有する。このような場合であっても、分散体40Eの対向壁面42Eにおいて、供給液を均一に分散させ、各貫通孔41Eから第2空間14に供給液を均一な流速で流すことができる。
FIG. 17 is a diagram showing a
また、上述した実施形態では、分散体40の形状は板状であるが、上述した貫通孔41を形成することができるものであれば、その形状は特に限定されないが、ブロック状、ドーム状等が挙げられる。また、板状の分散体40は、平板状であってもよいし、湾曲した板状であってもよい。
Further, in the above-described embodiment, the shape of the
図10は、第1実施形態の分散体40の別の変形例に係る分散体40Dの拡大断面図である。図10に示すように、導入口12を覆うように、ドーム状の分散体40Dを配置し、分散体40Dに、導入口12から放射状に供給液が流れるように、複数の貫通孔41Dを形成してもよい。この変形例では、貫通孔41Dは一定方向に形成されているが、各貫通孔41Dは、異なる方向(放射状)に形成されている。この場合であっても、分散体を設けないものに比べて、分散体40Dの貫通孔41Dから第2空間14に供給液を均一な流速で流すことができる。また、この変形例においても、第1空間16の、分散体40Dに隣接する位置16aにおける断面積Sa(mm2)とし、分散体40Dの貫通孔41Dの総開孔面積をSt(mm2)としたときに、面積比St/Sa≦0.58の関係を満たしていることが好ましく、より好ましくは導入口12の口径βが、分散体40の貫通孔41Dの孔径αよりも大きい。
FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of the
〔第2実施形態〕
図11は、図2に相当する、第2実施形態に係る細胞培養容器1Aの容器本体10内の空間を示した模式的斜視図である。図12は、図3に相当する、第2実施形態に係る細胞培養容器1Aの模式的断面である。
[Second Embodiment]
FIG. 11 is a schematic perspective view showing the space inside the
第2実施形態に係る細胞培養容器1Aが、第1実施形態のものと相違する点は、整流体50を新たに設けた点である。したがって、第1実施形態の細胞培養容器と同じ部分には、符号を付してその詳細な説明を省略する。
The difference between the
10.整流体50
図11および図12に示すように、細胞培養容器1Aにおいて、第2空間14の導出口13側に、第2空間14を流れる供給液の流れを整える整流体50が配置されており、整流体50には、貫通孔が形成されている。
10.
As shown in FIGS. 11 and 12, in the
なお、整流体50が、第2空間14を流れる供給液の流れを整えることができるのであれば、必ずしも、貫通孔51を形成する必要はない。例えば、導出口13の近傍の供給液の流れの抵抗となる抵抗体等であってもよく、整流体50の貫通孔51の数が1つであってもよく、第1実施形態で例示した分散体の観点と同様であってもよい。また、整流体50の貫通孔51の形状は、第1実施形態で示した分散体と同様の形状であってもよい。
If the rectifying
さらに、本実施形態では、整流体50と導出口13の間には、整流体50から流出した供給液を滞留させる第3空間19が形成されている。なお、本実施形態では、容器本体10の内部には、第1空間16、第2空間14および第3空間19が形成されている。第3空間19を設けることにより、導出口13から流れ出る供給液は、一旦、第3空間19に確保される。このため、導出口13近傍の供給液の流速を抑え、第2空間14から流れ出る供給液の流れを整えることができる。図示する本実施形態の細胞培養容器1Aの容器本体10の内部には、整流体50が1つのみ配置されている。
Further, in the present embodiment, a
本発明において第3空間の形状は、整流体50から流出した供給液を滞留させることができる形状である限り特に限定されず、例えば、直方体、錐体(円錐体、円錐台体、角錐体、角錐台体等)、柱体(円柱体、角柱体等)、球体、及び/又は半球体、或いはこれらの2種以上を組み合わせた形状であることができる。図11および図12に示す本実施形態では、第3空間19を形成する壁面のうち、導出口13に対向する整流体50の対向壁面53と、対向壁面53に対向する導出口13が形成された下流壁面18とは、平行である。また、対向壁面53から下流壁面18に向かって第3空間19の断面(断面積)は、拡大および縮小することなく、一定となっている。これにより第3空間19は、直方体状となる。
In the present invention, the shape of the third space is not particularly limited as long as it can retain the supply liquid flowing out of the rectifying
整流体50の貫通孔51は、分散体40と同様に、細胞培養容器1Aの容器本体10の内部の空間の、整流体50に隣接する位置における断面積をSb(mm2)とし、整流体50の貫通孔51の総開孔面積をSh(mm2)としたときに、Sh/Sb≦0.58の関係を満たすことが好ましい。これにより、分散体40と同様に、整流体50においても、第2空間14から導出口13に向けて流れ出る供給液の流れが局所的に増大することを抑えることができる。より好ましくは、面積比Sh/Sb≦0.47を満たし、より好ましくは面積比Sh/Sb≦0.40、面積比Sh/Sb≦0.34、面積比Sh/Sb≦0.20、面積比Sh/Sb≦0.19、面積比Sh/Sb≦0.10、面積比Sh/Sb≦0.09、面積比Sh/Sb≦0.05、面積比Sh/Sb≦0.03を満たす。または、面積比Sh/Sb≦0.01を満たしていてもよい。ここで挙げた数値範囲は、Sh/Sbを算出し、少数第三位を四捨五入した場合にこの範囲となるようにすればよい。Sh/Sbの下限は特に限定されずSh/Sb>0であればよく、例えばSh/Sb≧0.001とすることができる。面積比Sh/Sbがここに挙げた範囲である場合に、整流体50によって第2空間14から導出口13に向けて流れ出る供給液の流れが局所的に増大することを抑える上述の効果が特に高まる。ここで「細胞培養容器1Aの容器本体10の内部の空間の、整流体50に隣接する位置における断面積」とは、第2空間14及び第3空間19のうち少なくとも一方の、より好ましくは第3空間19の、整流体50に隣接する位置における断面積を指す。すなわち、第2空間14の、整流体50に隣接する位置14aにおける断面積と、第3空間19の、整流体50に隣接する位置19aにおける断面積とのうち一方又は両方が上記のSh/Sbの条件を満たすことが好ましく、第3空間19の、整流体50に隣接する位置19aにおける断面積が上記のSh/Sbの条件を満たすことが更に好ましい。
Similar to the
前記断面積Shの範囲は、上記面積比Sh/Sbの関係(Sh/Sb≦0.58又は上記のより具体的な範囲)を満たせば特に限定されないが、例えば、10,000mm2以下であり、好ましくは9,000mm2以下、8,639mm2以下、8,000mm2以下、7,069mm2以下、7,000mm2以下、6,000mm2以下、5,026mm2以下、5,000mm2以下、4,000mm2以下、3,000mm2以下、2,898mm2以下、2,827mm2以下、1,500mm2以下、1,335mm2以下、1,000mm2以下、500mm2以下、423mm2以下である。前記断面積Shの下限は、上記面積比Sh/Sbの関係を満たせば、特に限定されないが、例えば5mm2以上、10mm2以上、20mm2以上、50mm2以上、94mm2以上である。 The range of the cross-sectional area Sh is not particularly limited as long as the relationship of the area ratio Sh / Sb (Sh / Sb ≦ 0.58 or the above-mentioned more specific range) is satisfied, but is, for example, 10,000 mm 2 or less. preferably 9,000Mm 2 or less, 8,639Mm 2 or less, 8,000 mm 2 or less, 7,069Mm 2 or less, 7,000 mm 2 or less, 6,000 mm 2 or less, 5,026Mm 2 or less, 5,000 mm 2 or less , 4,000 mm 2 or less, 3,000 mm 2 or less, 2,898mm 2 below, 2,827mm 2 below, 1,500mm 2 below, 1,335mm 2 below, 1,000mm 2 or less, 500 mm 2 or less, 423mm 2 or less Is. The lower limit of the cross-sectional area Sh is not particularly limited as long as the relationship of the area ratio Sh / Sb is satisfied, but is, for example, 5 mm 2 or more, 10 mm 2 or more, 20 mm 2 or more, 50 mm 2 or more, 94 mm 2 or more.
前記総開孔面積Sbの範囲は、上記面積比Sh/Sbの関係(Sh/Sb≦0.58又は上記のより具体的な範囲)を満たせば特に限定されないが、通常は100,000mm2以下であり、例えば50,000mm2以下、30,000mm2以下、20,000mm2以下、15,000mm2以下である。前記総開孔面積Sbの下限は、上記面積比Sh/Sbの関係を満たせば特に限定されないが、例えば10mm2以上であり、好ましくは100mm2以上、200mm2以上、300mm2以上、400mm2以上、500mm2以上である。 The range of the total opening area Sb is not particularly limited as long as the relationship of the area ratio Sh / Sb (Sh / Sb ≦ 0.58 or the above-mentioned more specific range) is satisfied, but is usually 100,000 mm 2 or less. , and the example 50,000 mm 2 or less, 30,000 mm 2 or less, 20,000 mm 2 or less, 15,000 mm 2 or less. The lower limit of the total opening area Sb is not particularly limited as long as the relationship of the area ratio Sh / Sb is satisfied, but is, for example, 10 mm 2 or more, preferably 100 mm 2 or more, 200 mm 2 or more, 300 mm 2 or more, 400 mm 2 or more. , 500 mm 2 or more.
本発明において、第2空間14の、整流体50に隣接する位置14aにおける断面積とは、整流体50の第2空間14の側の面に沿った面により切り取られる、第2空間14の断面の面積を指す。整流体50の第2空間14の側の面に沿った面は、好ましくは、第2空間14内での供給液の流れ方向の対して垂直な平面である。本発明において、第3空間19の、整流体50に隣接する位置19aにおける断面積とは、整流体50の第3空間19の側の面に沿った面により切り取られる、第3空間19の断面の面積を指す。整流体50の第3空間19の側の面に沿った面は、好ましくは、第3空間19内での供給液の流れ方向の対して垂直な平面である。
In the present invention, the cross-sectional area of the
本発明において、整流体50が有する個々の貫通孔51の開孔面積は、個々の貫通孔51の断面積(貫通方向に垂直な断面積)のうち、最も小さい断面積を指す。総開孔面積は、個々の貫通孔51の開孔面積の合計である。整流体50が有する個々の貫通孔51の最も小さい断面積は、分散体40が有する個々の貫通孔41の最も小さい断面積と同様に求めることができる。
In the present invention, the opening area of the individual through-
分散体40と同様に、導出口13の内周に内接する最大内接円の直径が、整流体50の貫通孔51の、最狭部での内周に内接する最大内接円の直径よりも大きくなるように、導出口13と、整流体50の貫通孔51とが形成されていることが好ましい。
Similar to the
また、本実施形態の別の好適な態様では、整流体50を、第2空間14及び第3空間19のうち少なくとも一方の側から見たときに(好ましくは整流体50を第3空間19の側から見たときに)、整流体50には、複数の前記貫通孔51が所定の方向に沿って配列されており、配列された貫通孔51のうち隣接する貫通孔の孔間隔をE(例えば、μm又はmm)とし、前記所定の方向での前記整流体の幅をZ(例えばμm又はmm)としたときに、前記孔間隔Eの範囲は特に限定されないが、例えば1μm以上であり、好ましくは10μm以上、50μm以上、100μm以上、500μm以上、1mm以上、3mm以上、5mm以上、10mm以上である。孔間隔Eの上限は限定されないが、例えば250mm以下が好ましい。また、前記整流体40の幅Zの範囲は特に限定されないが、例えば60μm以上であり、好ましくは100μm以上、500μm以上、1mm以上、10mm以上、50mm以上、60mm以上である。整流体40の幅Zの範囲は特に限定されないが、例えば250mm以下が好ましい。前記孔間隔Eは、整流体50を、第2空間14及び第3空間19のうち少なくとも一方の側の表面上から見たときの、該表面上での孔間隔であり、より好ましくは、整流体50を第3空間19の側の表面上から見たときの該表面上での孔間隔である。
Further, in another preferred embodiment of the present embodiment, when the rectifying
また、前記整流体50に、複数の前記貫通孔51が所定の方向に沿って配列されている態様においては、配列された貫通孔51のうち隣接する貫通孔の孔間隔Eと前記所定の方向での前記整流体の幅Zが、0.0167≦E/Z(長さ比)の関係を満たす場合、分散体40と同様に、整流体50においても、第2空間14から導出口13に向けて流れ出る供給液の流れが局所的に増大することを抑えることができる。この効果を効果的に発現するためには、より好ましくは、0.0833≦E/Zを満たし、さらに好ましくは、0.167≦E/Zを満たす。0.0167≦E/Zの関係を満たすことは、導出口13の内周に内接する最大内接円の直径が、整流体50の貫通孔51の、最狭部での内周に内接する最大内接円の直径以下である場合に特に好ましい。なお、比率E/Zを算出する際には孔間隔Eと整流体50の幅Zの単位は統一する。例えば、前記孔間隔Eの単位がμmである場合には、前記整流体50の幅Zの単位もμmで統一し、前記孔間隔Eの単位がmmの場合には、前記整流体50の幅Zの単位もmmに統一する。
Further, in the embodiment in which a plurality of the through
なお、上述したE/Zの比率における孔間隔Eと整流体の幅Zについては、特に限定されるものではないが、例えば、本明細書に記載した数値の範囲内において、適宜、設計してもよい。 The hole spacing E and the width Z of the rectifying fluid in the above-mentioned E / Z ratio are not particularly limited, but are appropriately designed within the range of the numerical values described in the present specification, for example. May be good.
ここで、導出口13の内周とは、第3空間19の側から導出口13を見たときの導出口13の内周を指す。一方、整流体50の貫通孔51の「内周」は、整流体50の貫通孔51の断面(貫通方向に垂直な断面)上での内周を指す。整流体50の貫通孔51の「最狭部」とは、貫通孔51のうち、貫通孔51の内周に内接する最大内接円の直径が最も小さくなる部分を指す。本発明において「導出口の内周に内接する最大内接円の直径」とは、図11に示すように導出口の内周が円である場合には円の直径を指し、図示しないが他の形状である場合にはその最大内接円の直径を指す。同様に、「整流体の貫通孔の内周に内接する最大内接円の直径」とは、図11に示すように整流体の貫通孔の内周が円である場合には円の直径を指し、図示しないが他の形状である場合にはその最大内接円の直径を指す。導出口13の内周と、整流体50の貫通孔51の、最狭部における内周との相対的な関係の好ましい態様は、導入口12の内周12aと、分散体40の貫通孔41の、最狭部での内周41aとの相対的な関係の好ましい態様と同様の範囲から選択することができる。
Here, the inner circumference of the
以下の説明では、便宜上、「導出口の内周に内接する最大内接円の直径」を「導出口の口径」と称し、「整流体の貫通孔の、最狭部での内周に内接する最大内接円の直径」を「整流体の貫通孔の孔径」と称する場合がある。 In the following description, for convenience, "the diameter of the maximum inscribed circle inscribed in the inner circumference of the outlet" is referred to as "the diameter of the outlet", and "inside the inner circumference of the through hole of the rectifying body at the narrowest part". The "diameter of the maximum inscribed circle in contact" may be referred to as "the diameter of the through hole of the rectifying body".
導出口13の口径は、導出口13に細胞を通過させる必要があるため、例えば10μm以上であり、好ましくは50μmより大きく、100μmより大きく、200μmより大きく、300μmより大きく、400μmより大きく、500μmより大きく、600μmより大きく、700μmより大きく、800μmより大きく、900μmより大きく、1mmより大きく、4mm以上である。導入口12の口径βの上限は限定されないが例えば100mm以下であり、好ましくは90mm以下、80mm以下、70mm以下、60mm以下、50mm以下、40mm以下、30mm以下、20mm以下である。
The diameter of the
また、貫通孔51の孔径は、貫通孔51に細胞を通過させる必要があるため、例えば10μm以上であり、好ましくは50μm以上、100μm以上、200μm以上、300μm以上、400μm以上、500μm以上、600μm以上、700μm以上、800μm以上、900μm以上、1mm以上、5mm以上、10mm以上である。貫通孔51の孔径αが500μm以上であると、細胞を含む供給液が貫通孔51に目詰まりし難く、貫通孔51を通って第3空間19に供給される供給液の流れが妨げられず分散され易いため好ましい。貫通孔51の孔径の上限は限定されないが例えば100mm以下であり、好ましくは90mm以下、80mm以下、70mm以下、60mm以下、50mm以下、40mm以下、30mm以下、20mm以下である。
Further, the pore diameter of the through
前記整流体50に、複数の前記貫通孔51が所定の方向に沿って配列されている態様においては、貫通孔51に対する導出口13の口径の大きさは特に限定されないが、導出口の口径が整流体50における貫通孔51の孔径よりも大きい方が、整流体50から流出し第3空間19に滞留している供給液の液圧を小さくすることができる。
In the embodiment in which the plurality of through
なお、上述した貫通孔51に対する導出口13の口径の大きさの関係における孔間隔Dと分散体の幅Lについては、特に限定されるものではないが、例えば、本明細書に記載した数値の範囲内において、適宜、設計してもよい。
The hole spacing D and the width L of the dispersion in relation to the size of the diameter of the
ここで、分散体40と同様の条件で、整流体50の貫通孔51を形成する場合には、特に、分散体40と整流体50との中間の位置での流路方向に垂直な面を対称面としたときに、分散体40と整流体50とが面対称の関係にある場合には、細胞培養容器1Aにおいて、導入口12および導出口13の区別をする必要がない。すなわち、いずれか一方を導入口12に選択し、その他方を導出口13に選択して、細胞培養容器1Aを使用することができる。
Here, when the through
11.細胞培養システム100
図13は、第1および第2実施形態に係る細胞培養容器1,1Aを備えた細胞培養システム100の模式的概念図である。
11.
FIG. 13 is a schematic conceptual diagram of the
図13に示すように、細胞培養システム100は、細胞培養容器1(1A)と、供給液として培地を供給する培地供給源91と、培地供給源91から培地を細胞培養容器1(1A)の導入口12に圧送するポンプなどの圧送部92と、を少なくとも備えている。具体的には、細胞培養容器1(1A)は、圧送部92を介して培地供給源91に接続されている。培地供給源91と圧送部92との間には、バルブ91aが設けられており、これにより培地を送ることができる。
As shown in FIG. 13, in the
好ましくは、本実施形態に係る細胞培養システム100では、細胞培養容器1(1A)を通過した培地が、培地供給源91に回収されるように、三方弁91bを介して、細胞培養容器1(1A)の導出口13が培地供給源91に接続されている。これにより、細胞培養システム100内において培地を循環させることができる。
Preferably, in the
好ましくは、本実施形態に係る細胞培養システム100では、細胞培養容器1(1A)の導出口13は、細胞培養容器1(1A)を通過した培地が、培地供給源91とは別の廃液容器94に回収されるように、廃液容器94に接続されている。これにより、廃液容器94に培地を回収することができる。
Preferably, in the
なお、本実施形態では、細胞培養システム100に三方弁91bを設けて、細胞培養システム100内で培地の循環および培地の回収を選択的に行うことができる。しかしながら、例えば、培地を循環させない場合には、三方弁91bを用いずに、細胞培養容器1(1A)の導出口13を廃液容器94に接続すればよい。また、培地を廃液しない場合には、三方弁91bを用いずに、細胞培養容器1(1A)の導出口13を培地供給源91に接続すればよい。
In the present embodiment, the
さらに好ましくは、細胞培養システム100は、細胞を含む懸濁液を供給する懸濁液供給源95と、培養後の細胞培養容器1(1A)に接着した細胞を剥離させる剥離液供給源96と、を備えている。懸濁液供給源95、剥離液供給源96、緩衝液供給源97、およびコーティング剤供給源98は、バルブ95a,96a,97a,98aを介して、圧送部92に接続されている。これらのバルブ95a,96a、97a、98aを選択して開閉することにより、懸濁液または剥離液または緩衝液またはコーティング剤を供給液として、細胞培養容器1(1A)に選択的に供給することができる。なお三方弁91b、バルブ95a、96a、97a、98aは無菌的に接続できることが好ましい。なお、細胞培養システム100において、培地で細胞の培養のみを行う場合には、懸濁液供給源95と剥離液供給源96と緩衝液供給源97とを省略することができる。
More preferably, the
また、本実施形態に係る細胞培養システム100には、培地供給源91に温度センサーと温度調節装置を連結することができる。これにより、細胞培養容器1(1A)へ供給する培地及び細胞培養システム100内を循環する培地温度を一定に保持させることができる。また、細胞培養システム100(例えば、培地供給源91等)に透析システムを連結することもでき、これにより、低分子の老廃物を除去し、培養に必要な栄養素(例えば、グルコース、ビタミン類、脂質、アミノ酸などの低分子やこれらの低分子を含む培地)を供給することもできる。また、細胞培養システム100にはpHを調整するためのシステムを搭載することもできる。また、培地中の酸素濃度や二酸化炭素を調整するためのシステムを搭載することもできる。また、増殖因子等のタンパク質を新たに補充するためのシステムを搭載することもできる。また、細胞培養システム100(例えば、懸濁液供給源95等)には細胞分離デバイスを連結することもでき、これにより、接着細胞の単離から培養までの一連の工程を全て閉鎖系で行うことができる。細胞分離デバイスとしては、例えば、CellEffic BM(登録商標)を用いることができる。
Further, in the
12.細胞培養方法
以下に細胞培養方法について説明する。本実施形態では、図1,図11等に示す細胞培養容器1(1A)の内壁面15に細胞を接着し、接着された細胞に培地を接触させることにより、細胞を培養する。まず、以下に細胞と培地について例示する。
12. Cell culture method The cell culture method will be described below. In this embodiment, cells are adhered to the
12−1.細胞
本発明に用いる細胞は、接着性を有する細胞(接着性細胞)であれば特に限定されず、動物由来細胞等であることができ、好ましくは哺乳類動物由来細胞等であることができ、より好ましくは生体組織由来細胞及び生体組織由来細胞から派生した細胞等であることができ、特に好ましくは上皮組織由来細胞及び上皮組織細胞から派生した細胞等、又は結合組織由来細胞及び結合組織由来細胞から派生した細胞等、又は筋組織由来細胞及び筋組織由来細胞から派生した細胞等、又は神経組織由来細胞及び神経組織由来細胞から派生した細胞等であることができる。前記筋組織由来及び筋組織由来細胞から派生した細胞等としては特に限定しないが、例えば心筋細胞、筋芽細胞、内皮細胞、壁細胞が挙げられ、前記神経組織由来及び神経組織由来細胞から派生した細胞等としては特に限定しないが、例えば、293FT細胞、プライマリーの神経細胞、株化された神経細胞(例えば、ヒト神経芽細胞腫SH-SY5Y)、ReproNeuro(ReproCELL社)、Human Neuronal Kit(Xcell Science社)、iCell Nurons(Cellular Dynamics International’s社)、HEK293細胞、BHK-21細胞などが挙げられる。
12-1. Cell The cell used in the present invention is not particularly limited as long as it is an adhesive cell (adhesive cell), and may be an animal-derived cell or the like, preferably a mammalian animal-derived cell or the like. It can be preferably a living tissue-derived cell, a cell derived from a living tissue-derived cell, or the like, and particularly preferably from an epithelial tissue-derived cell, a cell derived from an epithelial tissue cell, or the like, or a binding tissue-derived cell or a binding tissue-derived cell. It can be a derived cell or the like, a muscle tissue-derived cell or a cell derived from a muscle tissue-derived cell or the like, or a nerve tissue-derived cell or a cell derived from a nerve tissue-derived cell or the like. The cells derived from the muscle tissue-derived and muscle tissue-derived cells are not particularly limited, and examples thereof include myocardial cells, myoblasts, endothelial cells, and wall cells, which are derived from the nerve tissue-derived and nerve tissue-derived cells. The cells are not particularly limited, but for example, 293FT cells, primary nerve cells, established nerve cells (for example, human neuroblastoma SH-SY5Y), ReproNeuro (ReproCELL), Human Neuronal Kit (Xcell Science). , ICell Nurons (Cellular Dynamics International's), HEK293 cells, BHK-21 cells, etc.
また、前記接着性細胞は、動物由来幹細胞及び動物由来幹細胞から分化した細胞等であることができ、好ましくは哺乳類動物由来幹細胞及び哺乳類動物由来幹細胞から分化した細胞等であることができ、さらに好ましくはヒト由来幹細胞及びヒト由来幹細胞から分化した細胞等であることができる。ヒト由来幹細胞及びヒト由来幹細胞から分化した細胞等としては特に限定しないが、例えば、ヒト由来間葉系幹細胞及びヒト由来間葉系幹細胞から分化した細胞等が挙げられる。前記間葉系幹細胞の由来組織は特に限定しないが、例えば骨髄、脂肪組織、歯髄、臍帯血、胎盤、羊膜等、種々の組織から分離した細胞であってもよいし、ヒト由来多能性幹細胞から分化誘導した細胞であってもよい。 Further, the adhesive cell can be an animal-derived stem cell, a cell differentiated from an animal-derived stem cell, or the like, preferably a cell differentiated from a mammalian animal-derived stem cell or a mammalian-derived stem cell, and more preferably. Can be a human-derived stem cell, a cell differentiated from a human-derived stem cell, or the like. The human-derived stem cells and cells differentiated from human-derived stem cells are not particularly limited, and examples thereof include human-derived mesenchymal stem cells and cells differentiated from human-derived mesenchymal stem cells. The tissue from which the mesenchymal stem cells are derived is not particularly limited, but may be cells isolated from various tissues such as bone marrow, adipose tissue, dental pulp, umbilical cord blood, placenta, and sheep membrane, and human-derived pluripotent stem cells. It may be a cell that has been induced to differentiate from.
さらに、前記接着細胞は、動物由来多能性幹細胞及び動物由来多能性幹細胞から分化した細胞等であることができ、さらに好ましくは哺乳類動物由来多能性幹細胞及び哺乳類動物由来多能性幹細胞から分化した細胞等であることができ、もっとも好ましくはヒト由来多能性幹細胞及びヒト由来多能性幹細胞から分化した細胞等であることができる。 Further, the adherent cell can be an animal-derived pluripotent stem cell, a cell differentiated from an animal-derived pluripotent stem cell, or the like, and more preferably from a mammalian animal-derived pluripotent stem cell and a mammalian animal-derived pluripotent stem cell. It can be a differentiated cell or the like, and most preferably a human-derived pluripotent stem cell or a cell differentiated from a human-derived pluripotent stem cell or the like.
なお、本発明における細胞は、接着細胞が単一で存在していてもよいし、複数の接着細胞が接着及び/又は凝集することにより、細胞集団として存在していてもよい。 The cells in the present invention may have a single adherent cell, or may exist as a cell population by adhering and / or aggregating a plurality of adherent cells.
「多能性幹細胞」とは、生体を構成する全ての種類の細胞に分化することができる多分化能(多能性)を有する細胞であって、適切な条件下のインビトロ(in vitro)での培養において多能性を維持したまま無限に増殖を続けることができる細胞をいう。多能性幹細胞の具体例としては、例えば、胚性幹細胞(ES細胞)、胎児の始原生殖細胞由来の多能性幹細胞であるEG細胞(Shamblott M.J. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA. (1998) 95, p.13726−13731)、精巣由来の多能性幹細胞であるGS細胞(Conrad S., Nature (2008) 456, p.344−349)、体細胞由来の人工多能性幹細胞であるiPS細胞(induced pluripotent stem cells)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。本発明に用いる多能性幹細胞は、特に好ましくは、ES細胞又はiPS細胞である。ES細胞は、胚盤胞と呼ばれる初期胚の内部に存在する内部細胞塊から採取した未分化細胞に由来する培養細胞である。iPS細胞は、体細胞に初期化因子を導入することにより体細胞を未分化状態へと初期化し、多能性を付与した培養細胞である。初期化因子としては、例えばOCT3/4及びKLF4及びSOX2及びc−Mycを用いることができ(Yu J, et al. Science. 2007;318:1917−20.)、例えばOCT3/4及びSOX2及びLIN28及びNanogを用いることができる(Takahashi K, et al. Cell. 2007;131:861−72.)。これらの因子の細胞への導入形態は特に限定されないが、例えば、プラスミドを用いた遺伝子導入、合成RNAの導入、タンパク質として直接導入などが挙げられる。また、microRNAやRNA、低分子化合物等を用いた方法で作製されたiPS細胞を用いてもよい。また、拒絶反応が起きにくいとされるHLA(Human Leukocyte Antigen)型の組み合わせ(HLAホモ接合体)を持つ健常人ボランティア由来の細胞から作製されたiPS細胞を用いても良い。ES細胞、iPS細胞を始めとする多能性幹細胞は、市販品又は分譲を受けた細胞を用いてもよいし、新たに作製したものを用いてもよい。iPS細胞として、例えば253G1株、201B6株、201B7株、409B2株、454E2株、HiPS−RIKEN−1A株、HiPS−RIKEN−2A株、HiPS−RIKEN−12A株、Nips−B2株、TkDN4−M株、TkDA3−1株、TkDA3−2株、TkDA3−4株、TkDA3−5株、TkDA3−9株、TkDA3−20株、hiPSC 38−2株、MSC−iPSC1株、BJ−iPSC1株等を使用することができる。ES細胞として、例えばKhES−1株、KhES−2株、KhES―3株、KhES−4株、KhES−5株、SEES1株、SEES2株、SEES3株、HUES8株、CyT49株、H1株、H9株、HS−181株等を使用することができる。新たに作製された臨床グレードのiPS細胞又はES細胞を用いてもよい。iPS細胞を作製する際の細胞の由来は特に限定されないが、例えば、繊維芽細胞又はリンパ球等を用いることができる。 A "pluripotent stem cell" is a cell having pluripotency that can differentiate into all types of cells constituting the living body, and is in vitro under appropriate conditions. A cell that can continue to grow indefinitely while maintaining pluripotency in the culture of. Specific examples of pluripotent stem cells include embryonic stem cells (ES cells) and EG cells (Shamblott MJ et al., Proc. Natl. Acad), which are pluripotent stem cells derived from fetal primordial germ cells. Sci. USA. (1998) 95, p. 13726-13731), GS cells (Conrad S., Nature (2008) 456, p. 344-349), which are pluripotent stem cells derived from testis, derived from somatic cells. Examples include, but are not limited to, iPS cells (induced pluripotent embryo cells), which are induced pluripotent stem cells. The pluripotent stem cells used in the present invention are particularly preferably ES cells or iPS cells. ES cells are cultured cells derived from undifferentiated cells collected from an inner cell mass existing inside an early embryo called a blastocyst. iPS cells are cultured cells that have been imparted with pluripotency by reprogramming somatic cells into an undifferentiated state by introducing a reprogramming factor into the somatic cells. As reprogramming factors, for example, OCT3 / 4 and KLF4 and SOX2 and c-Myc can be used (Yu J, et al. Science. 2007; 318: 1917-20.), For example, OCT3 / 4 and SOX2 and LIN28. And Nanog can be used (Takahashi K, et al. Cell. 2007; 131: 861-72.). The form of introduction of these factors into cells is not particularly limited, and examples thereof include gene transfer using a plasmid, introduction of synthetic RNA, and direct introduction as a protein. Further, iPS cells prepared by a method using microRNA, RNA, a small molecule compound or the like may be used. In addition, iPS cells prepared from cells derived from healthy volunteers having an HLA (Human Leukocyte Antigen) type combination (HLA homozygote), which is said to be less likely to cause rejection, may be used. As the pluripotent stem cells such as ES cells and iPS cells, commercially available cells or cells that have been sold may be used, or newly prepared cells may be used. As iPS cells, for example, 253G1 strain, 201B6 strain, 201B7 strain, 409B2 strain, 454E2 strain, HiPS-RIKEN-1A strain, HiPS-RIKEN-2A strain, HiPS-RIKEN-12A strain, Nippons-B2 strain, TkDN4-M strain. , TkDA3-1 strain, TkDA3-2 strain, TkDA3-4 strain, TkDA3-5 strain, TkDA3-9 strain, TkDA3-20 strain, hiPSC 38-2 strain, MSC-iPSC1 strain, BJ-iPSC1 strain, etc. be able to. As ES cells, for example, KhES-1, KhES-2, KhES-3, KhES-4, KhES-5, SEES1, SEES2, SEES3, HUES8, CyT49, H1 and H9. , HS-181 strain and the like can be used. Newly prepared clinical grade iPS cells or ES cells may be used. The origin of the cells when producing iPS cells is not particularly limited, but for example, fibroblasts or lymphocytes can be used.
本実施形態で用いられる細胞は、任意の動物由来のものであってよく、例えば、マウス、ラット、ハムスター等のげっ歯類、ヒト、ゴリラ、チンパンジー等の霊長類、さらにイヌ、ネコ、ウサギ、ウシ、ウマ、ヒツジ、ヤギ、ブタ等の家畜又は愛玩動物などの哺乳動物由来のものであってよいが、ヒト由来の細胞が特に好ましい。 The cells used in this embodiment may be of any animal origin, for example, rodents such as mice, rats, hamsters, primates such as humans, gorillas, chimpanzees, and dogs, cats, rabbits, etc. It may be derived from domestic animals such as cows, horses, sheep, goats, pigs, or mammals such as pets, but human-derived cells are particularly preferable.
12−2.培地
本発明で用いる培地は、任意の動物細胞培養用液体培地を基礎培地とし、必要に応じて他の成分(血清、血清代替試薬、増殖因子など)を適宜添加することにより調製することができる。なお、前記基礎培地に増殖因子を添加する態様においては、増殖因子を培地中で安定化させるための試薬(ヘパリンなど)を、増殖因子に加えて、さらに添加することにより調製してもよいし、増殖因子をあらかじめゲルや多糖類などで安定化しておき、その後、安定化した増殖因子を前記基礎培地に対して添加することで調製してもよい。
12-2. Medium The medium used in the present invention can be prepared by using an arbitrary liquid medium for culturing animal cells as a basal medium and appropriately adding other components (serum, serum substitute reagent, growth factor, etc.) as needed. .. In the embodiment in which the growth factor is added to the basal medium, a reagent (such as heparin) for stabilizing the growth factor in the medium may be prepared by adding the growth factor in addition to the growth factor. , The growth factor may be stabilized in advance with a gel, polysaccharide or the like, and then the stabilized growth factor may be added to the basal medium to prepare the growth factor.
基礎培地としては、BME培地、BGJb培地、CMRL1066培地、Glasgow MEM培地、Improved MEM Zinc Option培地、IMDM培地(Iscove’s Modified Dulbecco’s Medium)、Medium 199培地、Eagle MEM培地、αMEM培地、DMEM培地(Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium)、ハムF10培地、ハムF12培地、RPMI 1640培地、Fischer’s培地、及びこれらの混合培地(例えば、DMEM/F12培地(Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium/Nutrient Mixture F−12 Ham))等の培地を使用することができるが、特に限定されない。 As the basal medium, BME medium, BGJb medium, CMRL1066 medium, Glasgo MEM medium, Improved MEM Zinc Option medium, IMDM medium (Iscover's Modified Dulvecco's Medium), Medium 199 medium, Eagle's medium, Eagle's medium, Eagle's medium, Eagle's medium, Eagle's medium, Eagle's medium, Eagle's medium. (Dulvecco's Modified Eagle's Medium), ham F10 medium, ham F12 medium, RPMI 1640 medium, Fisher's medium, and a mixed medium thereof (for example, DMEM / F12 medium (Dulvecco's Modified Eagle's Medium)). A medium such as Nutrient Mixture F-12 Ham))) can be used, but is not particularly limited.
本実施形態において、細胞培養方法とは、細胞を播種する工程、細胞を培養する工程、及び、細胞を剥離する工程を含む。上記の細胞培養システム100を用いる場合、具体的には、まず、バルブ95aを開弁し、細胞を含む懸濁液供給源95から圧送部92で、細胞培養容器1(1A)の導入口12に細胞を含む懸濁液を導入することにより細胞を播種する。懸濁液は、導入口12から分散体40の貫通孔41を通過して、第2空間14に送り込まれる。懸濁液を導出口13から導出し、三方弁91bを切り替えて、廃液容器94に排出する。細胞を播種する工程は更に細胞を接着させることを含むことができる。具体的には細胞培養容器1(1A)が懸濁液で満たされた時点で、バルブ95aおよび三方弁91bを閉弁し、圧送部92の駆動を停止し、細胞を接着させる。細胞を接着させるために、時間は限定しないが、一定の時間、細胞培養容器1(1A)への供給液の流入を止め、細胞が沈降し、内壁面15や多層培養基盤等に細胞が接着するまで静置させる工程を含むことが好ましい。ただし、細胞の種類によっては、上記懸濁液を細胞培養容器1(1A)に導入する前にバルブ98aを先に開弁し、コーティング剤を導入する工程を含んでいても良い。コーティング剤は特に限定されないが、例えば、ラミニン、フィブロネクチン、マトリゲル、ゼラチン、コラーゲン、カドヘリンなどが挙がられる。
In the present embodiment, the cell culture method includes a step of seeding cells, a step of culturing cells, and a step of exfoliating cells. When the above
次に、細胞を培養する工程を行う。該工程は、細胞が播種された細胞培養容器に培地を供給しながら細胞を培養することを含む。具体的には、バルブ91aおよび三方弁91bを開弁し、圧送部92を駆動し、培地供給源91から培地を細胞培養容器1(1A)の導入口12に導入する。必要に応じて、細胞培養システム100の系内に残存する懸濁液を培地とともに廃液容器94に排出する。なお、予め、懸濁液で、内壁面15等に細胞を接着されている場合には、上述した一連の工程を省略する。
Next, a step of culturing the cells is performed. The step involves culturing the cells while supplying medium to the cell culture vessel in which the cells have been seeded. Specifically, the
次に、三方弁91bを切り替えて、導出口13からの培地を培地供給源91に回収し、培地を循環させることで、培地を細胞培養容器1(1A)内に供給する。これにより、細胞培養容器1(1A)内に一時的にまたは常時培地を供給することができ、細胞を培養することができる。
Next, the three-
培養が完了後、バルブ91aを閉じ、バルブ97aを開き、緩衝液供給源97から、緩衝液を細胞培養容器1(1A)の導入口12に導入し、廃液容器94に排出する。これにより細胞培養容器1(1A)に残存した剥離液の阻害物質を除去する。その後、バルブ96aを開き、剥離液供給源96から、剥離液を細胞培養容器1(1A)に導入する。この工程により、接着した細胞を剥離し、剥離液とともに、培養した細胞を導出口13から回収することができる。より好ましくは、バルブ91aをさらに開き、培地供給源91から培地を細胞培養容器1(1A)の導入口12に導入し、剥離剤および培地とともに培養した細胞を導出口13から回収することができる。培養した細胞の回収方法としては、例えば、導出口13を送液ラインから取り外し、培養した細胞を剥離剤および培地と共に、回収容器へ直接注いでもよいし、導出口13と三方弁91bとの間に新たな三方弁を設け、その三方弁に新たな回収容器を備えても良い。前記導出口13と三方弁91bの間に新たな三方弁を設け、その三方弁に新たな回収容器を備えた場合の態様においては、先述した三方弁を回収容器方向へ切り替えることで、導出口13を送液ラインから取り外すことなく、培養した細胞を剥離剤および培地と共に回収することができる。
After the culture is completed, the
前記剥離剤は特に限定されないが、例えば、トリプシン、Accutase(商標登録)、TrypLETM Express Enzyme(ライフテクノロジーズジャパン株式会社)、TrypLETM Select Enzyme(ライフテクノロジーズジャパン株式会社)、ディスパーゼ(商標登録)、コラゲナーゼなどが挙げられる。本実施形態では、第2空間14内の培地等の供給液の流速分布を均一化することにより、細胞を均質に培養することができる。
The release agent is not particularly limited, but for example, trypsin, Accutase (registered trademark), TrypLE TM Express Enzyme (Life Technologies Japan Co., Ltd.), TrypLE TM Select Enzyme (Life Technologies Japan Co., Ltd.), Dispase (registered trademark), collagenase. And so on. In the present embodiment, the cells can be uniformly cultured by making the flow velocity distribution of the supply liquid such as the medium in the
13.流体解析
13−1.面積比St/Saの効果確認
「3.面積比St/Sa(分散体40の空隙率)」で説明した効果を確認すべく、発明者らは、上述した図1等に示す細胞培養容器を基本モデルとして、その内部に流れる供給液の流速分布を解析した。流速分布の解析はアンシス・ジャパン株式会社が提供する流体解析ソフトウェアANSYS Fluent(http://www.ansys.com/ja-JP/Products/Fluids)を用いて行った。以下に示す解析では、細胞培養容器1の容器本体10の内部の空間を幅250mm、長さ350mm、高さ60mmの直方体に設定し、導入口および導出口の口径を4mmに設定した。導入口、導出口、分散体の貫通孔及び後述する整流体の貫通孔はいずれも内周が円形で、貫通方向のどの位置でも同じ直径及び断面積となるように設定した。貫通孔41の内周に内接する最大内接円の直径は、貫通方向で変化せず一定であるため、貫通孔41の貫通方向の任意の位置を「最狭部」とすることができる。全ての解析の条件及び結果に関する説明において孔径又は口径という用語は円の直径を指す。次に、両主面が平坦面である厚さ2mmの平板状の分散体を、導入口から25mmの位置に、中心線Pに対して垂直となるように設定した。第1空間16の、分散体40に隣接する位置16aにおける断面は幅250mm、高さ60mmであり、その面積Saは15,000mm2である。そして分散体40に、容器本体10の幅方向及び高さ方向に沿って、円形状の流路断面を有する複数の貫通孔41を等間隔に形成した。貫通孔41は、分散体40の高さ方向の孔間隔と、幅方向の孔間隔とが同じとなるようにした。全ての解析の条件及び結果に関する説明において、分散体の貫通孔の孔間隔は、分散体の第1空間の側でも第2空間の側でも同じであり、同様に、後述する整流体の貫通孔の孔間隔は整流体の第2空間の側でも第3空間の側でも同じである。
13. Fluid analysis 13-1. Confirmation of Effect of Area Ratio St / Sa In order to confirm the effect explained in "3. Area Ratio St / Sa (Porosity of Dispersion 40)", the inventors used the cell culture vessel shown in FIG. 1 and the like described above. As a basic model, the flow velocity distribution of the supply liquid flowing inside was analyzed. The flow velocity distribution was analyzed using the fluid analysis software ANSYS Fluent (http://www.ansys.com/ja-JP/Products/Fluids) provided by Ansys Japan Co., Ltd. In the analysis shown below, the space inside the
解析(1)のモデルでは、貫通孔の孔径を1mm、その孔間隔を10mmに設定し、面積比St/Saを0.01に設定した。
解析(2)のモデルでは、貫通孔の孔径を1mm、その孔間隔を5mmにし、面積比St/Saを0.03に設定した。
解析(3)のモデルでは、貫通孔の孔径を5mm、その孔間隔を10mmにし、面積比St/Saを0.09に設定した。
解析(4)のモデルでは、貫通孔の孔径を5mm、その孔間隔を5mmにし、面積比St/Saを0.19に設定した。
解析(5)のモデルでは、貫通孔の孔径を10mm、その孔間隔を5mmに設定し、面積比St/Saを0.34に設定した。
解析(6)のモデルでは、貫通孔の孔径を5mm、その孔間隔を1mmにし、面積比St/Saを0.47に設定した。
解析(7)のモデルでは、貫通孔の孔径を10mm、その孔間隔を1mmにし、面積比St/Saを0.58に設定した。
解析(8)のモデルは、容器本体に分散体を設けない場合である。
In the model of analysis (1), the hole diameter of the through hole was set to 1 mm, the hole spacing was set to 10 mm, and the area ratio St / Sa was set to 0.01.
In the model of analysis (2), the hole diameter of the through hole was set to 1 mm, the hole spacing was set to 5 mm, and the area ratio St / Sa was set to 0.03.
In the model of analysis (3), the hole diameter of the through hole was set to 5 mm, the hole spacing was set to 10 mm, and the area ratio St / Sa was set to 0.09.
In the model of analysis (4), the hole diameter of the through hole was set to 5 mm, the hole spacing was set to 5 mm, and the area ratio St / Sa was set to 0.19.
In the model of analysis (5), the hole diameter of the through hole was set to 10 mm, the hole spacing was set to 5 mm, and the area ratio St / Sa was set to 0.34.
In the model of analysis (6), the hole diameter of the through hole was set to 5 mm, the hole spacing was set to 1 mm, and the area ratio St / Sa was set to 0.47.
In the model of analysis (7), the hole diameter of the through hole was set to 10 mm, the hole spacing was set to 1 mm, and the area ratio St / Sa was set to 0.58.
The model of analysis (8) is a case where the dispersion is not provided in the container body.
なお、St/Saの値は、少数第三位を四捨五入した。これらのモデルについて、流速10m/sとして、ナビエストークスの式を用いて、流体の速度分布を解析した。解析では、流体の密度を1050kg/m3とし、粘度係数を3.5×10−3Pa・sとし、容器内壁面での流速を0とする滑り無し条件とした。この結果を、図14a及び14bに示す。図14aは、解析(1)〜(4)の結果を示した図であり、図14bは解析(5)〜(8)の結果を示した図である。 The value of St / Sa was rounded off to the third place in the minority. For these models, the velocity distribution of the fluid was analyzed using the Navier-Stokes equation at a flow velocity of 10 m / s. In the analysis, the density of the fluid was 1050 kg / m 3 , the viscosity coefficient was 3.5 × 10 -3 Pa · s, and the flow velocity on the inner wall surface of the container was 0, which was a non-slip condition. The results are shown in FIGS. 14a and 14b. 14a is a diagram showing the results of the analyzes (1) to (4), and FIG. 14b is a diagram showing the results of the analyzes (5) to (8).
なお、図14a、図14bおよび、その後の図15〜図16の解析結果では、導入口12、導出口13、および分散体40の位置も合わせて示した。図中、濃淡は流速を示しており、流速が高い部分を「H」で指し、流速が低い部分を「L」で指す。
In addition, in the analysis results of FIGS. 14a and 14b and subsequent FIGS. 15 to 16, the positions of the
図14a、14bに示す各解析結果の画像を目視し、分散体40と導出口13との間の第2空間14での流速分布の均一性を、不均一な場合を0、均一な場合を+5とし、0に近い状態から+5に近い状態までを順に+1、+2、+3、+4として評価した。評価結果を次表に示す。
By visually observing the images of the analysis results shown in FIGS. 14a and 14b, the uniformity of the flow velocity distribution in the
解析(8)と比較して、解析(1)〜(7)のように分散体を設けることで、導入口から流入してくる流速の分散効果が確認できた。また、解析(1)から(7)の結果から、St/Saが小さいほど第2空間内の流体の流速分布が均一化されていることが明らかになった。つまり、St/Sa≦0.58の関係を満たせば第2空間内の流体の流速が均一となりやすく、St/Saの値が小さいほど、流体の流れがより一層均一になることがわかった。 Compared with the analysis (8), by providing the dispersion as in the analyzes (1) to (7), the dispersion effect of the flow velocity flowing in from the introduction port could be confirmed. Further, from the results of the analyzes (1) to (7), it was clarified that the smaller the St / Sa, the more uniform the flow velocity distribution of the fluid in the second space. That is, it was found that if the relationship of St / Sa ≦ 0.58 is satisfied, the flow velocity of the fluid in the second space tends to be uniform, and the smaller the value of St / Sa, the more uniform the flow of the fluid.
13−2.導入口の口径と貫通孔の孔径の関係、並びに、長さ比D/Lの効果確認
「4.導入口の口径と貫通孔の孔径の関係」及び「5.長さ比D/L(貫通孔41の間隔)」で説明した効果を確認すべく、発明者らは細胞培養容器内の流速分布を解析した。前記の「13−1.面積比St/Saの効果確認」で説明したモデルおよび条件をベースとして、以下の設定をおこなった。なお、導入口および導出口の口径を4mmに設定した。流速分布の解析は、前記の「13−1.面積比St/Saの効果確認」と同様に、アンシス・ジャパン株式会社が提供する流体解析ソフトウェアANSYS Fluentを用いて行った。
13-2. Relationship between the diameter of the introduction port and the hole diameter of the through hole, and confirmation of the effect of the length ratio D / L "4. Relationship between the diameter of the introduction port and the hole diameter of the through hole" and "5. Length ratio D / L (through) In order to confirm the effect described in "Interval of holes 41)", the inventors analyzed the flow velocity distribution in the cell culture vessel. The following settings were made based on the model and conditions described in "13-1. Confirmation of effect of area ratio St / Sa". The diameters of the inlet and outlet were set to 4 mm. The analysis of the flow velocity distribution was performed using the fluid analysis software ANSYS Fluent provided by Ansys Japan Co., Ltd., in the same manner as in "13-1. Confirmation of the effect of the area ratio St / Sa".
解析(9)のモデルでは、孔間隔を1mm、貫通孔の孔径を1mmに設定した。
解析(10)のモデルでは、孔間隔を1mm、貫通孔の孔径を5mmに設定した。
解析(11)のモデルでは、孔間隔を1mm、貫通孔の孔径を10mmに設定した。
解析(12)のモデルでは、孔間隔を5mm、貫通孔の孔径を1mmに設定した。
解析(13)のモデルでは、孔間隔を5mm、貫通孔の孔径を5mmに設定した。
解析(14)のモデルでは、孔間隔を5mm、貫通孔の孔径を10mmに設定した。
解析(15)のモデルでは、孔間隔を10mm、貫通孔の孔径を1mmに設定した。
解析(16)のモデルでは、孔間隔を10mm、貫通孔の孔径を5mmに設定した。
解析(17)のモデルでは、孔間隔を10mm、貫通孔の孔径を10mmに設定した。
In the model of analysis (9), the hole spacing was set to 1 mm and the hole diameter of the through hole was set to 1 mm.
In the model of analysis (10), the hole spacing was set to 1 mm and the hole diameter of the through hole was set to 5 mm.
In the model of analysis (11), the hole spacing was set to 1 mm and the hole diameter of the through hole was set to 10 mm.
In the model of analysis (12), the hole spacing was set to 5 mm and the hole diameter of the through hole was set to 1 mm.
In the model of analysis (13), the hole spacing was set to 5 mm and the hole diameter of the through hole was set to 5 mm.
In the model of analysis (14), the hole spacing was set to 5 mm and the hole diameter of the through hole was set to 10 mm.
In the model of analysis (15), the hole spacing was set to 10 mm and the hole diameter of the through hole was set to 1 mm.
In the model of analysis (16), the hole spacing was set to 10 mm and the hole diameter of the through hole was set to 5 mm.
In the model of analysis (17), the hole spacing was set to 10 mm and the hole diameter of the through hole was set to 10 mm.
これらのモデルについて、流速10m/sとして、ナビエストークスの式を用いて、流体の速度分布を解析した。解析では、流体の密度を1050kg/m3とし、粘度係数を3.5×10−3Pa・sとし、容器内壁面での流速を0とする滑り無し条件とした。この結果を、図15a〜図15cに示す。図15aは解析(9)〜(11)の結果を、図15bは解析(12)〜(14)の結果を、図15cは解析(15)〜(17)を示した図である。図中、濃淡は流速を示しており、流速が高い部分を「H」で指し、流速が低い部分を「L」で指す。 For these models, the velocity distribution of the fluid was analyzed using the Navier-Stokes equation at a flow velocity of 10 m / s. In the analysis, the density of the fluid was 1050 kg / m 3 , the viscosity coefficient was 3.5 × 10 -3 Pa · s, and the flow velocity on the inner wall surface of the container was 0, which was a non-slip condition. The results are shown in FIGS. 15a-15c. 15a is a diagram showing the results of analysis (9) to (11), FIG. 15b is a diagram showing the results of analysis (12) to (14), and FIG. 15c is a diagram showing analysis (15) to (17). In the figure, the shade indicates the flow velocity, the portion where the flow velocity is high is indicated by "H", and the portion where the flow velocity is low is indicated by "L".
図15a〜図15cに示す解析(9)〜(17)の各解析結果の画像を目視し、第2空間14での流速の均一性を、前記の「13−1.面積比St/Saの効果確認」と同様の基準により評価した。評価結果を次表に示す。分散体に形成された貫通孔の、分散体高さ方向の孔間隔をD(mm)、分散体の高さ方向の寸法をL(mm)として、D/Lを求めた。
By visually observing the images of the analysis results of the analyzes (9) to (17) shown in FIGS. 15a to 15c, the uniformity of the flow velocity in the
図15a〜図15cにおいて、貫通孔の孔径が小さいほど、第2空間における流体の流速分布が均一になっていた。 In FIGS. 15a to 15c, the smaller the pore diameter of the through hole, the more uniform the flow velocity distribution of the fluid in the second space.
また、解析(9)のモデルでは、分散体の貫通孔の孔径を導入口の口径よりも小さく、他の解析(10)と(11)に比べて、顕著に第2空間における流体の流速分布が均一になっていることが確認された。孔間隔が5mm(図15b)および10mm(図15c)の場合も同様に、分散体の貫通孔の孔径が導入口の口径よりも小さい場合に、第2空間における流体の流速分布が均一になることが明らかになった。 Further, in the model of the analysis (9), the hole diameter of the through hole of the dispersion is smaller than the diameter of the introduction port, and the flow velocity distribution of the fluid in the second space is remarkably compared with the other analyzes (10) and (11). Was confirmed to be uniform. Similarly, when the hole spacing is 5 mm (FIG. 15b) and 10 mm (FIG. 15c), the flow velocity distribution of the fluid in the second space becomes uniform when the hole diameter of the through hole of the dispersion is smaller than the diameter of the introduction port. It became clear.
一方、分散体の貫通孔の孔径が導入口の口径よりも大きい5mmである場合には、解析(10),(13),(16)のモデルの順に、第2空間内の流体の流速分布の均一性が向上した。同様に、分散体の貫通孔の孔径が10mmである場合には、解析(11),(14),(17)のモデルの順に、第2空間内の流体の流速分布の均一性が向上した。このことから、貫通孔の孔径が導入口の口径よりも大きい場合であっても、0.0167≦D/Lの関係を満たせば、第2空間内の流体の流速分布が均一となりやすいことが確認できた。より好ましくは、0.0833≦D/Lを満たし、さらに好ましくは、0.1667≦D/Lを満たせば、第2空間内の流体の流れがより一層均一になることが明らかになった。 On the other hand, when the hole diameter of the through hole of the dispersion is 5 mm, which is larger than the diameter of the introduction port, the flow velocity distribution of the fluid in the second space is in the order of the models of analysis (10), (13), and (16). The uniformity of is improved. Similarly, when the hole diameter of the through hole of the dispersion is 10 mm, the uniformity of the flow velocity distribution of the fluid in the second space is improved in the order of the models of analysis (11), (14), and (17). .. From this, even when the hole diameter of the through hole is larger than the diameter of the introduction port, if the relationship of 0.0167 ≦ D / L is satisfied, the flow velocity distribution of the fluid in the second space tends to be uniform. It could be confirmed. It was revealed that more preferably 0.0833 ≦ D / L, and even more preferably 0.1667 ≦ D / L, the flow of the fluid in the second space becomes more uniform.
13−3.整流体の効果確認
「10.整流体」で説明した効果を確認すべく、発明者らは細胞培養容器内の流速分布を解析した。前記の「13−1.面積比St/Saの効果確認」で説明したモデルおよび条件をベースとして、以下の設定をおこなった。なお、導入口および導出口の口径を4mmに設定した。
13-3. Confirmation of effect of rectifier In order to confirm the effect explained in "10. Rectifier", the inventors analyzed the flow velocity distribution in the cell culture vessel. The following settings were made based on the model and conditions described in "13-1. Confirmation of effect of area ratio St / Sa". The diameters of the inlet and outlet were set to 4 mm.
解析(18)のモデルでは、分散体の貫通孔の孔径を1mm、その孔間隔を5mmにし、導出口側に、分散体と同じ寸法及び形状の整流体を、導出口から25mmの位置に中心線Pに対して垂直となるように設けた。 In the model of analysis (18), the hole diameter of the through hole of the dispersion is 1 mm, the hole spacing is 5 mm, and the rectifying body having the same size and shape as the dispersion is centered at a position 25 mm from the outlet on the outlet side. It is provided so as to be perpendicular to the line P.
解析(19)のモデルでは、分散体の貫通孔の孔径を1mm、その孔間隔を5mmにし、整流体は設けていない。 In the model of analysis (19), the hole diameter of the through hole of the dispersion is 1 mm, the hole spacing is 5 mm, and no rectifying body is provided.
これらのモデルについて、流速10m/sとして、ナビエストークスの式を用いて、流体の速度分布を解析した。解析では、流体の密度を1050kg/m3とし、粘度係数を3.5×10−3Pa・sとし、容器内壁面での流速を0とする滑り無し条件とした。この結果を、図16に示す。図中、濃淡は流速を示しており、流速が高い部分を「H」で指し、流速が低い部分を「L」で指す。図16において、整流体を設けていない解析(19)と比較して、整流体を設けた解析(18)のモデルでは、第2空間の流体の流速が整い、均一になることが確認された。つまり、分散体に加えて、整流体も合わせて設けることにより、第2空間をより均一に流体が流れることが明らかになった。 For these models, the velocity distribution of the fluid was analyzed using the Navier-Stokes equation at a flow velocity of 10 m / s. In the analysis, the density of the fluid was 1050 kg / m 3 , the viscosity coefficient was 3.5 × 10 -3 Pa · s, and the flow velocity on the inner wall surface of the container was 0, which was a non-slip condition. The result is shown in FIG. In the figure, the shade indicates the flow velocity, the portion where the flow velocity is high is indicated by "H", and the portion where the flow velocity is low is indicated by "L". In FIG. 16, it was confirmed that the flow velocity of the fluid in the second space was uniform and uniform in the model of the analysis (18) with the rectifying body as compared with the analysis (19) without the rectifying body. .. That is, it was clarified that the fluid flows more uniformly in the second space by providing the rectifying body in addition to the dispersion.
13−4.大きさの異なる貫通孔を有した分散体及び整流体
「9.その他の変形例」で説明した効果を確認すべく、発明者らは細胞培養容器内の流速分布を解析した。前記の「13−3.整流体の効果確認」で説明したモデルおよび条件をベースとして、以下の設定をおこなった。なお、導入口および導出口の口径を4mmに設定した。
13-4. Dispersions and rectifiers having through-holes of different sizes In order to confirm the effects described in "9. Other Modifications", the inventors analyzed the flow velocity distribution in the cell culture vessel. The following settings were made based on the model and conditions described in "13-3. Confirmation of effect of rectifying fluid" above. The diameters of the inlet and outlet were set to 4 mm.
解析(20)では、同形同寸法の、両主面が平坦面である厚さ2mmの平板状の分散体と整流体が配置されており、それぞれには、図9に示す配列で、円形の貫通孔である大貫通孔41A(直径10mm)、中貫通孔41B(直径5mm)、小貫通孔41C(直径2mm)が配置されている。各貫通孔の孔間隔及び直径を説明するために、図9の領域9Xを拡大し、各部の寸法を記載したものを図18に示す。これらのモデルについて、流速10m/sとして、ナビエストークスの式を用いて、流体の速度分布を解析した。解析では、流体の密度を1050kg/m3とし、粘度係数を3.5×10−3Pa・sとし、容器内壁面での流速を0とする滑り無し条件とした。この結果を、図19に示す。図中、濃淡は流速を示しており、流速が高い部分を「H」で指す。
In the analysis (20), a flat-plate dispersion and a rectifier having the same shape and the same diameter and having a flat surface on both main surfaces and a thickness of 2 mm are arranged, and each of them has a circular arrangement shown in FIG. A large through
解析(14)と同様に解析(20)では、貫通孔孔径が10mm、孔間隔が5mmの貫通孔部分を有しているが、解析(14)よりも解析(20)のモデルでは、分散体を通過した直後における第2空間の流体の流速が整い、均一になることが確認された。すなわち、導入口と対向する貫通孔の孔径が導入口の口径よりも小さいことで、供給液の流れの抵抗が発生し、供給液を分散することができることが明らかになった。 Similar to the analysis (14), the analysis (20) has a through-hole portion having a through-hole hole diameter of 10 mm and a hole spacing of 5 mm. It was confirmed that the flow velocity of the fluid in the second space immediately after passing through was adjusted and became uniform. That is, it was clarified that the hole diameter of the through hole facing the introduction port is smaller than the diameter of the introduction port, so that the flow resistance of the supply liquid is generated and the supply liquid can be dispersed.
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs are designed without departing from the spirit of the present invention described in the claims. You can make changes.
1,1A:細胞培養容器、10:容器本体、12:導入口、12a:導入口の内周、13:導出口、14:第2空間、14a:第2空間14の、整流体50に隣接する位置、15:内壁面、16:第1空間、16a:第1空間16の、分散体40に隣接する位置、17:上流壁面、18:下流壁面、19:第3空間、19a:第3空間19の、整流体50に隣接する位置、20:導入管、21:導入流路、30:導出管、31:導出流路、40,40A,40D,40E:分散体、41,41A〜41D:貫通孔の孔間隔、41a:貫通孔の内周、411〜414:貫通孔41の最狭部、42:対向壁面、43:下流壁面、50:整流体、51:貫通孔、53:対向壁面、91:培地供給源、91a:バルブ、91b:三方弁、92:圧送部、94:廃液容器、95:懸濁液供給源、95a:バルブ、96:剥離液供給源、96a:バルブ、97:緩衝液供給源、97a:バルブ、98:コーティング剤供給源、98a:バルブ、100:細胞培養システム、P:中心線、X:所定の方向。 1,1A: Cell culture container, 10: Container body, 12: Introduction port, 12a: Inner circumference of introduction port, 13: Outlet port, 14: Second space, 14a: Second space 14, adjacent to rectifier 50 Position, 15: Inner wall surface, 16: First space, 16a: First space 16, position adjacent to the dispersion 40, 17: Upstream wall surface, 18: Downstream wall surface, 19: Third space, 19a: Third Position of space 19 adjacent to the rectifying body 50, 20: introduction tube, 21: introduction flow path, 30: lead-out tube, 31: lead-out flow path, 40, 40A, 40D, 40E: dispersion, 41, 41A to 41D : Through hole spacing, 41a: Inner circumference of through hole, 411-414: Narrowest part of through hole 41, 42: Opposing wall surface, 43: Downstream wall surface, 50: Rectifier, 51: Through hole, 53: Opposing Wall surface, 91: medium supply source, 91a: valve, 91b: three-way valve, 92: pumping unit, 94: waste liquid container, 95: suspension supply source, 95a: valve, 96: stripping fluid supply source, 96a: valve, 97: Buffer fluid source, 97a: Valve, 98: Coating agent source, 98a: Valve, 100: Cell culture system, P: Center line, X: Predetermined direction.
Claims (14)
導入口及び導出口を備える容器本体と、
前記容器本体内に1つのみ配置され、複数の貫通孔が形成された分散体と
を備え、
前記容器本体は、一対の対向する壁面である上流壁面及び下流壁面、並びに、前記上流壁面と前記下流壁面とを接続する、細胞接着性の内壁面を有し、
前記導入口は前記上流壁面に、前記導出口は前記下流壁面に、互いに一軸上に対向するように設けられており、
前記容器本体内には、前記分散体の前記導入口側に、前記導入口から流入した供給液が滞留する第1空間が形成されており、前記分散体の前記導出口側に、前記分散体の前記貫通孔から流出した供給液が流動する、前記第1空間よりも体積が大きい第2空間が形成されており、
前記第1空間の、前記分散体の前記第1空間の側の面により切り取られる断面積をSa(mm2)とし、前記分散体の貫通孔の総開孔面積をSt(mm2)としたときに、面積比St/Sa≦0.47の関係を満たす細胞培養容器。 A cell culture container for culturing adherent cells.
A container body with an inlet and outlet,
It is provided with a dispersion which is arranged in the container body and has a plurality of through holes formed therein.
The container body has a pair of opposing wall surfaces, an upstream wall surface and a downstream wall surface, and a cell-adhesive inner wall surface connecting the upstream wall surface and the downstream wall surface.
The inlet to the upstream wall surface, the outlet is on the downstream wall surface, is provided so as to face onto uniaxially each other,
In the container body, a first space in which the supply liquid flowing from the introduction port stays is formed on the inlet side of the dispersion, and the dispersion is on the outlet side of the dispersion. A second space having a volume larger than that of the first space is formed in which the supply liquid flowing out from the through hole of the above flows.
The cross-sectional area of the first space cut out by the surface of the dispersion on the side of the first space was defined as Sa (mm 2 ), and the total opening area of the through holes of the dispersion was defined as St (mm 2 ). A cell culture vessel that sometimes satisfies the relationship of area ratio St / Sa ≤ 0.47.
配列された前記貫通孔のうち隣接する貫通孔同士の、前記第1空間の側における孔間隔をD(μm又はmm)とし、前記所定の方向における前記分散体の幅をL(μm又はmm)としたときに、0.0167≦D/Lの関係を満たす請求項1に記載の細胞培養容器。 A plurality of the through holes are arranged in a predetermined direction in the dispersion.
The hole spacing between the adjacent through holes among the arranged through holes on the side of the first space is D (μm or mm), and the width of the dispersion in the predetermined direction is L (μm or mm). The cell culture vessel according to claim 1, wherein the cell culture vessel satisfies the relationship of 0.0167 ≦ D / L.
配列された前記貫通孔のうち隣接する貫通孔同士の孔間隔をE(μm又はmm)とし、前記所定の方向における前記整流体の幅をZ(μm又はmm)としたときに、0.0167≦E/Zの関係を満たす請求項6〜8のいずれか一項に記載の細胞培養容器。 A plurality of through holes are arranged in a predetermined direction in the rectifying body.
0.0167 when the hole spacing between adjacent through holes among the arranged through holes is E (μm or mm) and the width of the rectifying body in the predetermined direction is Z (μm or mm). The cell culture container according to any one of claims 6 to 8, which satisfies the relationship of ≦ E / Z.
前記細胞培養容器への供給液として培地を供給する培地供給源と、
前記培地供給源から培地を前記細胞培養容器の導入口に圧送する圧送部と、
を少なくとも備えることを特徴とする細胞培養システム。 The cell culture vessel according to any one of claims 1 to 10 and
A medium supply source that supplies a medium as a supply liquid to the cell culture container, and
A pumping unit that pumps the medium from the medium supply source to the inlet of the cell culture vessel, and
A cell culture system characterized in that it comprises at least.
前記細胞培養システムが備える請求項1〜10のいずれか一項に記載の細胞培養容器の導入口から、接着性を有する細胞を含む懸濁液を導入することにより細胞を播種し、前記細胞培養容器の内壁面に接着させる工程、
細胞を培養する工程、および
細胞を剥離する工程、
を含む細胞培養方法。 A method for culturing adherent cells using the cell culture system according to any one of claims 11 to 13.
Cells are seeded by introducing a suspension containing adherent cells from the inlet of the cell culture vessel according to any one of claims 1 to 10 provided in the cell culture system , and the cell culture is performed. The process of adhering to the inner wall surface of the container,
The process of culturing cells and the process of exfoliating cells,
Cell culture method including.
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