JP7565033B2 - Culture medium circulation device - Google Patents
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Description
本発明は、複数のウェルが設けられたマルチウェルプレートにおいて、ウェル間で培養液を循環させる培養液循環装置に関する。 The present invention relates to a culture medium circulation device that circulates culture medium between wells in a multi-well plate having multiple wells.
近年、培養した細胞や組織を基にした創薬研究が盛んになってきている。特に、iPS細胞が創出されてからは組織や臓器の細胞が比較的容易に作製できるようになり、これらの組織や臓器を用いて薬剤等の効果や副作用が検証されている。従来、このような検証は、1つの組織や臓器を対象として行われてきたが、組織や臓器は、生体内において単独で機能しているのではなく、他の組織や臓器とコミュニケーションを取りながら機能している。そのため、1つの組織や臓器を検証対象とするだけでは、生体全体に対する影響を十分に理解することはできない。 In recent years, drug discovery research based on cultured cells and tissues has become more active. In particular, since the creation of iPS cells, it has become relatively easy to produce tissue and organ cells, and these tissues and organs are used to verify the effects and side effects of drugs and other substances. Traditionally, such verification has been carried out on a single tissue or organ, but tissues and organs do not function independently within the body, but rather function while communicating with other tissues and organs. For this reason, it is not possible to fully understand the effects on the entire organism by only targeting a single tissue or organ.
そのため、最近では、マイクロ流体デバイスを使用した「organ on a chip」と呼ばれるチップ上に複数の組織や臓器を配置して、これら組織や臓器間でのコミュニケーションを可能とした上で薬剤等の効果を検証する技術が開発されている(例えば、特許文献1参照)。 As a result, a technology has recently been developed that uses microfluidic devices to place multiple tissues or organs on a chip called "organ on a chip," enabling communication between these tissues and organs and then verifying the effects of drugs, etc. (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上述したようなチップでは、組織や臓器の組み合わせ変更や流路変更の際、その都度マイクロチップの設計変更及び作製が必要となる。そのため、チップの汎用性が低く、高コスト化を引き起こし得る。 However, with chips like those described above, whenever the combination of tissues or organs is changed or the flow path is changed, the microchip design and production must be changed. This makes the chip less versatile and can lead to high costs.
また、組織や臓器を培養するための培養液は、二酸化炭素(CO2)を放出しやすい性質を有しており、外気と接触するとCO2を放出してアルカリ性化する。このような培養液のアルカリ性化は、組織や臓器の性状変化や死滅を引き起こしうる。そのため、組織や臓器の培養は、通常、CO2濃度が5%に維持されたCO2インキュベータやグローブボックス内においてCO2を強制添加した状態で行う必要があり、これにより、実験操作に大きな制限がかかり、操作性が良いとは言えない。 In addition, culture solutions for culturing tissues and organs have the property of easily releasing carbon dioxide (CO 2 ), and when they come into contact with the outside air, they release CO 2 and become alkaline. Such alkalinization of the culture solution can cause changes in the properties of tissues and organs or their death. For this reason, tissues and organs must usually be cultured in a CO 2 incubator or glove box where the CO 2 concentration is maintained at 5% and CO 2 is forcibly added, which places significant restrictions on experimental operations and cannot be said to be easy to operate.
本発明は、上記課題を解決するものであって、複数の組織や臓器間でのコミュニケーションを検証するにあたって、高い汎用性と低コスト化を実現すると共に、CO2インキュベータやグローブボックスを不要として操作性を向上させることができる培養液循環装置を提供することを目的とする。 The present invention is intended to solve the above problems, and aims to provide a culture medium circulation device that achieves high versatility and low cost when verifying communication between multiple tissues or organs, and that eliminates the need for a CO2 incubator or glove box, thereby improving operability.
本発明の培養液循環装置は、複数のウェルが設けられたマルチウェルプレートにおいて、各々のウェルを密閉する密閉蓋と、ウェルの密閉性を維持した状態で前記密閉蓋を貫通して設けられ、複数のウェル間で培養液を直列ループ状に循環させるための流路と、前記流路の途中に設けられ培養液の吸い上げと送液をする1つの送液ポンプと、を備えたことを特徴とする。 The culture medium circulation device of the present invention is characterized in that it comprises a multi-well plate having a plurality of wells, a sealing lid for sealing each well, a flow path penetrating the sealing lid while maintaining the airtightness of the wells, for circulating the culture medium in a serial loop between the plurality of wells, and a single liquid delivery pump provided midway through the flow path for sucking up and delivering the culture medium.
前記密閉蓋は、円盤状に形成された円盤部と、前記円盤部の上端に設けられたフランジと、前記円盤部に周回され弾性部材から成るOリングと、を有し、前記フランジがウェルの上縁に当接するまで前記円盤部をウェルに嵌め込んだときに、前記Oリングが弾性変形してウェルの内壁に密着することで、ウェルの密閉性が確保されることが好ましい。 The sealing lid preferably has a disk portion formed in a disk shape, a flange provided at the upper end of the disk portion, and an O-ring made of an elastic material that is wrapped around the disk portion, and when the disk portion is fitted into the well until the flange abuts against the upper edge of the well, the O-ring elastically deforms and adheres closely to the inner wall of the well, thereby ensuring the airtightness of the well.
前記密閉蓋は、前記円盤部が拡がる方向に直交して設けられた複数の貫通孔を有し、前記円盤部の上面を介して流路形成体に溶着され、前記流路形成体は、共に平板状に形成された上方流路形成体及び下方流路形成体を互いに溶着して構成され、前記下方流路形成体は、前記上方流路形成体に対向する面に前記貫通孔と連通した溝を有し、前記流路は、前記貫通孔及び溝により構成されていることが好ましい。 The sealing lid has a plurality of through holes arranged perpendicular to the direction in which the disk portion expands, and is welded to the flow path forming body via the upper surface of the disk portion, and the flow path forming body is formed by welding together an upper flow path forming body and a lower flow path forming body, both of which are formed in a flat plate shape, and the lower flow path forming body has a groove communicating with the through holes on the surface facing the upper flow path forming body, and the flow path is preferably formed by the through holes and the grooves.
本発明の培養液循環装置は、ウェル内にセルカルチャーインサートを更に有し、前記密閉蓋は、ウェル及びセルカルチャーインサートの両方を密閉し、前記流路は、ウェル及びセルカルチャーインサートの各々に対して独立に形成されていることが好ましい。 The culture medium circulation device of the present invention preferably further has a cell culture insert in the well, the sealing lid seals both the well and the cell culture insert, and the flow path is formed independently for each of the well and the cell culture insert.
前記密閉蓋は、ウェルを塞ぐようにしてウェルの上縁に固着された板材により構成されていることが好ましい。 The sealing lid is preferably made of a plate material fixed to the upper edge of the well so as to cover the well.
前記流路は、前記密着蓋を貫通して固着されたパイプと、前記パイプの上端に接続されたチューブと、により構成されていることが好ましい。 It is preferable that the flow path is composed of a pipe that penetrates the tight-fitting lid and is fixed thereto, and a tube that is connected to the upper end of the pipe.
本発明の培養液循環装置によれば、複数の組織や臓器間でのコミュニケーションを検証するにあたって、特殊なチップ等を必要とせず、市販のマルチウェルプレートを利用することができるので、高い汎用性と低コスト化を実現することができる。また、ウェルを密閉蓋により密閉することで、外気と接触することによる培養液からのCO2放出が抑制されるので、CO2インキュベータやグローブボックスを不要として操作性を向上させることができる。また、ウェル内の培養液の蒸発を抑制することができ、更に、複数サンプル間のコンタミネーションを防ぐことができる。 According to the culture medium circulation device of the present invention, when verifying communication between multiple tissues or organs, no special chips or the like are required, and a commercially available multi-well plate can be used, thereby achieving high versatility and low cost. In addition, by sealing the wells with a sealing lid, CO2 release from the culture medium due to contact with the outside air is suppressed, making a CO2 incubator or glove box unnecessary and improving operability. In addition, evaporation of the culture medium in the wells can be suppressed, and further contamination between multiple samples can be prevented.
本発明の実施形態に係る培養液循環装置について図1及び図2を参照して説明する。図1に示すように、培養液循環装置1は、複数のウェルWが設けられたマルチウェルプレートPにおいて、各々のウェルWを密閉する密閉蓋2と、ウェルWの密閉性を維持した状態で密閉蓋2を貫通して設けられ複数のウェルW間で培養液Mを直列ループ状に循環させるための流路3と、流路3の途中に設けられ培養液Mを送液する1つの送液ポンプ4と、を備える。流路3及び送液ポンプ4は、共に高い密閉性及びガスバリア性を有し、培養液Mが外気と接触しないように構成されている。 A culture medium circulation device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. 1 and 2. As shown in Fig. 1, the culture medium circulation device 1 includes a sealing lid 2 that seals each well W in a multi-well plate P having a plurality of wells W, a flow path 3 that penetrates the sealing lid 2 while maintaining the airtightness of the wells W and circulates the culture medium M in a serial loop between the plurality of wells W, and a single liquid delivery pump 4 that is provided midway through the flow path 3 and delivers the culture medium M. Both the flow path 3 and the liquid delivery pump 4 have high airtightness and gas barrier properties, and are configured so that the culture medium M does not come into contact with the outside air.
また、図例では、培養液循環装置1は、マルチウェルプレートPと送液ポンプ4との間の流路3に、培養液Mのリザーバ5を更に備える。リザーバ5は、ウェルWよりも大容量の培養液Mを貯留することができる試薬瓶等により構成され、密閉蓋51により密閉される。流路3は、リザーバ5の密閉性を維持した状態で、密閉蓋51を貫通して設けられている。個々のウェルWは、例えば、有底の略円筒形状の容器であり、上面開口に密閉蓋2が装着される。 In the illustrated example, the culture medium circulation device 1 further includes a reservoir 5 for culture medium M in the flow path 3 between the multi-well plate P and the liquid supply pump 4. The reservoir 5 is formed of a reagent bottle or the like capable of storing a larger volume of culture medium M than the well W, and is sealed by a sealing lid 51. The flow path 3 is provided penetrating the sealing lid 51 while maintaining the sealing ability of the reservoir 5. Each well W is, for example, a substantially cylindrical container with a bottom, and a sealing lid 2 is attached to the top opening.
密閉蓋2は、透明な材料により構成され、密閉蓋2をウェルWに取り付けることで密閉蓋2とウェルWの内壁とにより囲まれた気密層Aが形成される。ウェルWは図例では4つ設けられ、以下の説明では図1の左側から順にウェルW1、W2、W3、W4とする。流路3は、培養液Mが流通可能な管状に形成され、ウェルW1、W2を互いに接続する流路3aと、ウェルW2、W3を互いに接続する流路3bと、ウェルW3、W4を互いに接続する流路3cと、ウェルW4とリザーバ5とを互いに接続する流路3dと、送液ポンプ4を介してリザーバ5とウェルW1とを互いに接続する流路3eと、により構成されている。 The sealing lid 2 is made of a transparent material, and by attaching the sealing lid 2 to the well W, an airtight layer A is formed surrounded by the sealing lid 2 and the inner wall of the well W. In the illustrated example, four wells W are provided, and in the following description, they are referred to as wells W1, W2, W3, and W4 from the left side of FIG. 1. The flow path 3 is formed in a tubular shape through which the culture medium M can flow, and is composed of a flow path 3a connecting wells W1 and W2, a flow path 3b connecting wells W2 and W3, a flow path 3c connecting wells W3 and W4, a flow path 3d connecting well W4 and reservoir 5, and a flow path 3e connecting reservoir 5 and well W1 via liquid supply pump 4.
流路3aは、一端にウェルW1から培養液Mを排出するためのアウトレット31を有し、他端にウェルW2に培養液Mを供給するためのインレット32を有する。流路3b、3cも、流路3aと同様に構成されている。流路3dは、一端にウェルW4から培養液Mを排出するためのアウトレット31を有し、他端にリザーバ5に培養液Mを供給するためのインレット32を有する。流路3eは、一端にリザーバ5から培養液Mを排出するためのアウトレット31を有し、他端にウェルW1に培養液Mを供給するためのインレット32を有する。アウトレット31は、インレット32よりも下方に配置されている。送液ポンプ4は、一方向に培養液Mを送液し、図例ではリザーバ5からウェルW1に向かう方向に培養液Mを送液する。 The flow path 3a has an outlet 31 at one end for discharging the culture fluid M from the well W1, and an inlet 32 at the other end for supplying the culture fluid M to the well W2. The flow paths 3b and 3c are configured in the same manner as the flow path 3a. The flow path 3d has an outlet 31 at one end for discharging the culture fluid M from the well W4, and an inlet 32 at the other end for supplying the culture fluid M to the reservoir 5. The flow path 3e has an outlet 31 at one end for discharging the culture fluid M from the reservoir 5, and an inlet 32 at the other end for supplying the culture fluid M to the well W1. The outlet 31 is disposed below the inlet 32. The liquid delivery pump 4 delivers the culture fluid M in one direction, and in the illustrated example, delivers the culture fluid M in the direction from the reservoir 5 toward the well W1.
次に、培養液循環装置1の使用方法について説明する。ウェルW1-W4にはそれぞれ互いに異なる細胞を含んだ培養液Mが接種され、例えば、ウェルW1には小腸細胞、ウェルW2には肝細胞、ウェルW3には心筋細胞、ウェルW4には脳細胞を含んだ培養液Mが接種される。培養液Mを接種した後、各々のウェルWは、密閉蓋2により密閉される。また、リザーバ5には細胞を含まない培養液M(培地)が加えられ、密閉蓋51により密閉される。このとき、各ウェルW及びリザーバ5において、アウトレット31が培養液Mに浸るようにすることが好ましい。 Next, a method of using the culture medium circulation device 1 will be described. Wells W1-W4 are inoculated with culture medium M containing different cells. For example, well W1 is inoculated with culture medium M containing small intestine cells, well W2 with liver cells, well W3 with cardiac muscle cells, and well W4 with brain cells. After inoculation with culture medium M, each well W is sealed with a sealing lid 2. Culture medium M (culture medium) not containing cells is added to reservoir 5, which is then sealed with a sealing lid 51. At this time, it is preferable that the outlet 31 in each well W and reservoir 5 is immersed in culture medium M.
この状態で送液ポンプ4を動作させると、まず、送液ポンプ4が流路3eのアウトレット31からリザーバ5の培養液Mを吸い上げ、リザーバ5の培養液Mの量が減る。そうすると、リザーバ5は密閉蓋51により密閉されているのでリザーバ5の内圧が低下し、この内圧の低下を補うためにウェルW4の培養液Mが流路3dを介してリザーバ5に流れ込む。そうすると今度は、ウェルW4の培養液Mの量が減ることによって、密閉蓋2により密閉されたウェルW4の内圧が低下し、この内圧の低下を補うためにウェルW3の培養液Mが流路3cを介してウェルW4に流れ込む。以下、同様にして、ウェルW3にウェルW2の培養液Mが流路3bを介して流れ込み、ウェルW2にウェルW1の培養液Mが流路3aを介して流れ込む。ウェルW1には、リザーバ5から吸い上げた培養液Mが、流路3eを介して送液ポンプ4により送液されて流れ込む。 When the liquid supply pump 4 is operated in this state, first, the liquid supply pump 4 sucks up the culture fluid M in the reservoir 5 from the outlet 31 of the flow path 3e, and the amount of culture fluid M in the reservoir 5 decreases. Then, since the reservoir 5 is sealed by the sealing lid 51, the internal pressure of the reservoir 5 decreases, and to compensate for this decrease in internal pressure, the culture fluid M in the well W4 flows into the reservoir 5 through the flow path 3d. Then, as the amount of culture fluid M in the well W4 decreases, the internal pressure of the well W4 sealed by the sealing lid 2 decreases, and to compensate for this decrease in internal pressure, the culture fluid M in the well W3 flows into the well W4 through the flow path 3c. In the same manner, the culture fluid M in the well W2 flows into the well W3 through the flow path 3b, and the culture fluid M in the well W1 flows into the well W2 through the flow path 3a. The culture fluid M sucked up from the reservoir 5 is sent by the liquid supply pump 4 through the flow path 3e and flows into the well W1.
このように、各々のウェルW及びリザーバ5を密閉状態とすることで、送液ポンプ4からの吸引圧力が各ウェルW及びリザーバ5に伝達され、直列ループ状に接続されたウェルWとリザーバ5に均等な吸引圧が生まれる。これにより、送液ポンプ4から送液された培養液Mは、ウェルW1-W4及びリザーバ5を介して送液ポンプ4に戻って循環することになる。このとき、ウェルW1-W4及びリザーバ5において培養液Mの液面レベルは、アウトレット31の高さに維持される。 In this way, by sealing each well W and reservoir 5, the suction pressure from the liquid delivery pump 4 is transmitted to each well W and reservoir 5, creating an equal suction pressure in the wells W and reservoirs 5 connected in a serial loop. As a result, the culture fluid M delivered from the liquid delivery pump 4 circulates back to the liquid delivery pump 4 via the wells W1-W4 and reservoir 5. At this time, the liquid level of the culture fluid M in the wells W1-W4 and reservoir 5 is maintained at the height of the outlet 31.
このように培養液Mを循環させることで、例えば、ウェルW1に薬剤を加えたとすると、その薬剤は他のウェルW2-W4にも行き渡り、全てのウェルW1-W4において薬剤の影響を調べることができる。このとき、仮に薬剤に応答して特定のウェルWの細胞からホルモンや生理活性物質が分泌されたとすると、そのようなホルモンや生理活性物質も他のウェルWに広がることになるので、生体内における異なる組織や臓器間のコミュニケーションを模倣することができる。 By circulating the culture medium M in this way, for example, if a drug is added to well W1, the drug will also spread to the other wells W2-W4, making it possible to examine the effects of the drug in all wells W1-W4. In this case, if hormones or physiologically active substances are secreted from the cells in a specific well W in response to the drug, these hormones and physiologically active substances will also spread to the other wells W, making it possible to mimic communication between different tissues and organs in the living body.
上記のように構成された培養液循環装置1によれば、複数の組織や臓器間でのコミュニケーションを検証するにあたって、市販のマルチウェルプレートPを利用することができる。そのため、特殊なマイクロ流体デバイスチップや特別設計のマルチウェルプレート等を用意する必要が無く、高い汎用性及び低コスト化を実現することができる。また、1つの送液ポンプ4を用いて培養液Mを循環させるので、例えば、ウェル毎に送液ポンプを配置した従来技術に比べて構成が簡単になり、設置及びメンテナンスが容易になる。更に、密閉蓋2が透明な材料により構成されているので、密閉蓋2を通して上方から細胞を顕微鏡観察することができる。 According to the culture medium circulation device 1 configured as described above, a commercially available multi-well plate P can be used to verify communication between multiple tissues or organs. Therefore, there is no need to prepare a special microfluidic device chip or a specially designed multi-well plate, and high versatility and low cost can be achieved. In addition, since the culture medium M is circulated using one liquid delivery pump 4, the configuration is simpler than, for example, conventional techniques in which a liquid delivery pump is provided for each well, and installation and maintenance are easier. Furthermore, since the sealing lid 2 is made of a transparent material, cells can be observed microscopically from above through the sealing lid 2.
また、ウェルWを密閉蓋2により密閉し、流路3及び送液ポンプ4も培養液Mが外気と接触しないように構成されているので、外気と接触することによる培養液MからのCO2放出が抑制される。そのため、培養液Mのアルカリ性化が抑えられるので、CO2インキュベータやグローブボックスを用いた培養液MへのCO2の強制添加が不要となる。これにより、通常大気中で細胞を培養しても培養液Mのアルカリ性化が起こらないと共に、密閉により培養液の蒸発を抑制できるので、実験の正確性と操作性を大きく向上させることができる。 In addition, the well W is sealed with the sealing lid 2, and the flow path 3 and the liquid supply pump 4 are also configured so that the culture solution M does not come into contact with the outside air, so that CO2 release from the culture solution M due to contact with the outside air is suppressed. Therefore, alkalization of the culture solution M is suppressed, and compulsory addition of CO2 to the culture solution M using a CO2 incubator or glove box is not required. As a result, alkalization of the culture solution M does not occur even when cells are cultured in normal air, and evaporation of the culture solution can be suppressed by sealing, so that the accuracy and operability of the experiment can be greatly improved.
なお、図2に示すように、ウェルW内に更にセルカルチャーインサート(内ウェル)Cを設けてもよい。セルカルチャーインサートCは、例えば、半透膜により構成された底面C1と、プラスチックにより構成された周壁C2と、を有し、上方が開放したコップ状に形成される。底面C1は、例えば、細胞は通過させないが、薬剤、ホルモン、生理活性物質等の小分子は通過させる大きさの孔を有する。 As shown in FIG. 2, a cell culture insert (inner well) C may be further provided within the well W. The cell culture insert C has, for example, a bottom surface C1 made of a semipermeable membrane and a peripheral wall C2 made of plastic, and is formed in a cup shape with an open top. The bottom surface C1 has holes of a size that does not allow cells to pass through, but allows small molecules such as drugs, hormones, and biologically active substances to pass through.
セルカルチャーインサートCを設けた場合、密閉蓋2は、ウェルW及びセルカルチャーインサートCの両方を密閉する。これにより、密閉蓋2とウェルWの内壁とセルカルチャーインサートCの外壁とにより囲まれた第1気密層A1と、密閉蓋2とセルカルチャーインサートCの内壁とにより囲まれた第2気密層A2と、が形成される。流路3は、図1で説明したものと同様のものが、ウェルW及びセルカルチャーインサートCの各々に対して独立に形成される。 When the cell culture insert C is provided, the sealing lid 2 seals both the well W and the cell culture insert C. This forms a first airtight layer A1 surrounded by the sealing lid 2, the inner wall of the well W, and the outer wall of the cell culture insert C, and a second airtight layer A2 surrounded by the sealing lid 2 and the inner wall of the cell culture insert C. The flow paths 3 are similar to those described in FIG. 1 and are formed independently for each of the well W and the cell culture insert C.
このようなセルカルチャーインサートCを設けることで、例えば、第1気密層A1と第2気密層A2にそれぞれ異なる細胞を接種し、それら細胞間のコミュニケーションを可能としながら培養液Mを循環させることができる。 By providing such a cell culture insert C, for example, different cells can be inoculated into the first airtight layer A1 and the second airtight layer A2, respectively, and the culture medium M can be circulated while allowing communication between the cells.
次に、本発明の第1実施例に係る培養液循環装置について図3を参照して説明する。培養液循環装置1aは、上述した培養液循環装置1において密閉蓋2及び流路3を具現化したものである。 Next, a culture medium circulation device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3. The culture medium circulation device 1a is an embodiment of the above-mentioned culture medium circulation device 1 with the sealing lid 2 and the flow path 3.
培養液循環装置1aの密閉蓋2は、複数のウェルWを一括して塞ぐようにしてウェルWの上縁に固着された透明な板材により構成され、例えば、ウェルWの上縁に両面テープで固着された透明アクリル板により構成される。また、流路3は、密着蓋2を上下方向に貫通して固着されたパイプ33と、パイプ33の上端に接続されたチューブ34と、により構成されている。パイプ33及びチューブ34は、例えば、それぞれ銅パイプ及びPTFEチューブにより構成される。パイプ33は、例えば、紫外線硬化接着剤により密着蓋2に固着される。 The sealing lid 2 of the culture medium circulation device 1a is made of a transparent plate material attached to the upper edge of the wells W so as to cover the wells W collectively, for example, a transparent acrylic plate attached to the upper edge of the wells W with double-sided tape. The flow path 3 is made of a pipe 33 that passes through the sealing lid 2 in the vertical direction and is attached, and a tube 34 connected to the upper end of the pipe 33. The pipe 33 and the tube 34 are made of, for example, a copper pipe and a PTFE tube, respectively. The pipe 33 is attached to the sealing lid 2 with, for example, an ultraviolet-curing adhesive.
次に、本発明の第2実施例に係る培養液循環装置について図4乃至図9を参照して説明する。図4に示す密閉型細胞実験装置において、培養液循環装置1bは、複数の密閉蓋2、流路3及び送液ポンプ4のペリスタポンプ(登録商標)41が一体化されたモジュール構造となっている。図例では、4行6列の24穴プレートPにおいて、行毎に1つの培養液循環装置1bが配置され、合計4つまでの培養液循環装置1bが同時に配置可能となっている。 Next, a culture medium circulation device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. 4 to 9. In the closed cell experimental device shown in Fig. 4, the culture medium circulation device 1b has a modular structure in which multiple closed lids 2, flow paths 3, and a peristaltic pump (registered trademark) 41 of the liquid delivery pump 4 are integrated. In the illustrated example, one culture medium circulation device 1b is arranged per row in a 24-hole plate P with 4 rows and 6 columns, and a total of up to four culture medium circulation devices 1b can be arranged at the same time.
24穴プレートPは、透明ガラスによって矩形平板状に形成された基盤6の上に載置されている。基盤6は、例えば、透明ガラスヒータ(不図示)を内蔵し、24穴プレートPを37度の恒温状態に保つ。これにより、恒温槽を不要とすることができると共に、下方から倒立顕微鏡等による細胞のモニタ観測が可能となる。 The 24-well plate P is placed on a base 6 made of transparent glass and formed into a rectangular flat plate. The base 6 contains, for example, a transparent glass heater (not shown) and keeps the 24-well plate P at a constant temperature of 37 degrees. This eliminates the need for a thermostatic bath and makes it possible to monitor and observe the cells from below using an inverted microscope or the like.
基盤6の側方には、ペリスタポンプ41を駆動するための駆動部42が配置されている。駆動部42は、ペリスタポンプ41と容易に分離可能とされ、図例では、24穴プレートPの1、3行目に配置される培養液循環装置1bの駆動部42が24穴プレートPの左側に配置され、24穴プレートPの2、4行目に配置される培養液循環装置1bの駆動部42が24穴プレートPの右側に配置されている。駆動部42がペリスタポンプ41と分離可能となっているので、分離培養液循環装置1bのディスポーザブル性を高めることができる。 A drive unit 42 for driving the peristaltic pump 41 is disposed on the side of the base 6. The drive unit 42 can be easily separated from the peristaltic pump 41, and in the illustrated example, the drive unit 42 of the culture medium circulation device 1b disposed in the first and third rows of the 24-hole plate P is disposed on the left side of the 24-hole plate P, and the drive unit 42 of the culture medium circulation device 1b disposed in the second and fourth rows of the 24-hole plate P is disposed on the right side of the 24-hole plate P. Because the drive unit 42 can be separated from the peristaltic pump 41, the disposability of the separated culture medium circulation device 1b can be improved.
図5及び図6に示すように、培養液循環装置1bは、24穴プレートPの1行を成すウェルW毎に設けられた複数の密閉蓋2と、これら密閉蓋2を一括して保持すると共に流路が形成された流路形成体7と、流路形成体7の流路とペリスタポンプ41とを互いに接続する接続管8と、を備える。接続管8は、流路形成体7の流路からペリスタポンプ41へと培養液を送液するための帰液管81と、ペリスタポンプ41から流路形成体7の流路へと培養液を送液するための出液管82と、により構成されている。 As shown in Figures 5 and 6, the culture medium circulation device 1b includes a plurality of sealing lids 2 provided for each well W in a row of a 24-hole plate P, a flow path forming body 7 that holds the sealing lids 2 together and has a flow path formed therein, and a connecting pipe 8 that connects the flow path of the flow path forming body 7 to the peristaltic pump 41. The connecting pipe 8 is composed of a return pipe 81 for sending the culture medium from the flow path of the flow path forming body 7 to the peristaltic pump 41, and an outflow pipe 82 for sending the culture medium from the peristaltic pump 41 to the flow path of the flow path forming body 7.
図7及び図8に示すように、密閉蓋2は、円盤状に形成された第1円盤部21と、第1円盤部21の上端に設けられたフランジ22と、第1円盤部22に周回され弾性部材から成るOリング23と、を有する。また、密閉蓋2は、第1円盤部21と同軸で第1円盤部21の下面に取り付けられた第2円盤部24と、第2円盤部24に周回され弾性部材から成るOリング25と、を有する。 As shown in Figures 7 and 8, the sealing lid 2 has a first disk portion 21 formed in a disk shape, a flange 22 provided on the upper end of the first disk portion 21, and an O-ring 23 made of an elastic material that is wrapped around the first disk portion 22. The sealing lid 2 also has a second disk portion 24 that is coaxial with the first disk portion 21 and attached to the lower surface of the first disk portion 21, and an O-ring 25 made of an elastic material that is wrapped around the second disk portion 24.
第2円盤部24の直径は、第1円盤部21の直径よりも小さく、有底円筒状に形成されたセルカルチャーインサートCの内径と略等しくなるように構成されている。第2円盤部24をセルカルチャーインサートCの上部開口に嵌め込むようにして密閉蓋2をセルカルチャーインサートCに取り付けると、Oリング25が弾性変形してセルカルチャーインサートCの内壁に密着する。これにより、密着蓋2がセルカルチャーインサートCに対して着脱可能に取り付けられると共に、セルカルチャーインサートCの密閉性が確保されて第2気密層A2が形成される(図8(b)参照)。 The diameter of the second disk portion 24 is smaller than the diameter of the first disk portion 21 and is configured to be approximately equal to the inner diameter of the cell culture insert C, which is formed into a cylindrical shape with a bottom. When the sealing lid 2 is attached to the cell culture insert C by fitting the second disk portion 24 into the upper opening of the cell culture insert C, the O-ring 25 elastically deforms and adheres to the inner wall of the cell culture insert C. This allows the sealing lid 2 to be detachably attached to the cell culture insert C, ensures the airtightness of the cell culture insert C, and forms the second airtight layer A2 (see FIG. 8(b)).
また、密閉蓋2は、第1円盤部21が拡がる方向に直交して設けられ第1円盤部21のみを貫通した一対の第1貫通孔26a、26bと、第1貫通孔26a、26bと同方向に伸び第1円盤部21及び第2円盤部24の両方を貫通した一対の第2貫通孔27a、27bと、を有する。これら貫通孔26a、26b、27a、27bは、後述するように流路3の一部を成し、貫通孔26a、27aの下端がインレット32として機能し、貫通孔26b、27bの下端がアウトレット31として機能する。 The sealing lid 2 also has a pair of first through holes 26a, 26b that are provided perpendicular to the direction in which the first disk portion 21 expands and penetrate only the first disk portion 21, and a pair of second through holes 27a, 27b that extend in the same direction as the first through holes 26a, 26b and penetrate both the first disk portion 21 and the second disk portion 24. These through holes 26a, 26b, 27a, 27b form part of the flow path 3 as described below, with the lower ends of the through holes 26a, 27a functioning as inlets 32 and the lower ends of the through holes 26b, 27b functioning as outlets 31.
更に、密閉蓋2は、第1貫通孔26a、26bと連続して第1円盤部21の上面から円筒状に突出した第1円筒部28a、28bと、第2貫通孔27a、27bと連続して第1円盤部21の上面から円筒状に突出した第2円筒部29a、29bと、を有する。なお、セルカルチャーインサートCを利用しない場合には、第1貫通孔26a、26b及び第1円筒部28a、28bのみを設け、第2貫通孔27a、27b及び第2円筒部29a、29bを設けない密閉蓋2としてもよい(図7(c)参照)。 Furthermore, the sealing lid 2 has first cylindrical portions 28a, 28b that are continuous with the first through holes 26a, 26b and protrude cylindrically from the upper surface of the first disk portion 21, and second cylindrical portions 29a, 29b that are continuous with the second through holes 27a, 27b and protrude cylindrically from the upper surface of the first disk portion 21. When the cell culture insert C is not used, the sealing lid 2 may be provided with only the first through holes 26a, 26b and the first cylindrical portions 28a, 28b, but without the second through holes 27a, 27b and the second cylindrical portions 29a, 29b (see FIG. 7(c)).
第1円盤部21の直径は、嵌め合うためにウェルWの内径より、少し小さくなっている(図8(a)(b)参照)。密閉蓋2をウェルWに取り付けるには、フランジ22がウェルWの上縁に当接するまで第1円盤部21及び第2円盤部24をウェルWに嵌め込む。そうすると、Oリング23が弾性変形してウェルWの内壁に密着することで、密着蓋2がウェルWに対して着脱可能に取り付けられると共に、ウェルWの密閉性が確保されて第1気密層A1が形成される(図8(b)参照)。なお、図例では第2円盤部24にセルカルチャーインサートCが取り付けられているが、セルカルチャーインサートCが取り付けられていない場合も、密着蓋2のウェルWへの取り付け操作は同じである。 The diameter of the first disk portion 21 is slightly smaller than the inner diameter of the well W so that they can fit together (see Figs. 8(a) and 8(b)). To attach the airtight lid 2 to the well W, the first disk portion 21 and the second disk portion 24 are fitted into the well W until the flange 22 abuts against the upper edge of the well W. Then, the O-ring 23 elastically deforms and adheres to the inner wall of the well W, so that the airtight lid 2 is detachably attached to the well W and the airtightness of the well W is ensured to form the first airtight layer A1 (see Fig. 8(b)). In the illustrated example, the cell culture insert C is attached to the second disk portion 24, but the procedure for attaching the airtight lid 2 to the well W is the same even if the cell culture insert C is not attached.
上記のように構成された密閉蓋2は、図5及び図6に示したように、24穴プレートPにおいて2行目の左から1-4番目及び6番目のウェルWに取り付けられるように5つ設けられる。なお、ここでは、左から順に密閉蓋2a、2b、2c、2d、2eとする。密閉蓋2a、2b、2c、2eは、それぞれ第1円筒部28a、28bのみを有し、密閉蓋2dは、第1円筒部28a、28b及び第2円筒部29a、29bの両方を有する(図5参照)。 As shown in Figures 5 and 6, five sealing lids 2 configured as described above are provided so as to be attached to the first to fourth and sixth wells W from the left in the second row of a 24-hole plate P. Note that from the left, the sealing lids are designated here as 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e. The sealing lids 2a, 2b, 2c, and 2e each have only the first cylindrical portions 28a and 28b, while the sealing lid 2d has both the first cylindrical portions 28a and 28b and the second cylindrical portions 29a and 29b (see Figure 5).
流路形成体7は、密閉蓋2a-2eの並びに沿って伸びる長尺な矩形平板状に形成され、共に平板状に形成された上方流路形成体71及び下方流路形成体72により構成されている。上方流路形成体71は、帰液管81の流路形成体7側の端部81aが嵌まり込み上下方向に上方流路形成体71を貫通した孔71aと、出液管82の流路形成体7側の端部82aが嵌まり込み上下方向に上方流路形成体71を貫通した孔71bと、を有する。帰液管81のペリスタポンプ41側の端部81bは、流路形成体7の流路からペリスタポンプ41に培養液を帰液するための帰液口43に接続され、出液管82のペリスタポンプ41側の端部82bは、ペリスタポンプ41から流路形成体7の流路に培養液を出液するための出液口44に接続されている。 The flow path forming body 7 is formed in a long rectangular flat plate shape extending along the row of the sealing lids 2a-2e, and is composed of an upper flow path forming body 71 and a lower flow path forming body 72 both formed in a flat plate shape. The upper flow path forming body 71 has a hole 71a into which the end 81a of the return pipe 81 on the flow path forming body 7 side fits, and a hole 71b into which the end 82a of the outflow pipe 82 on the flow path forming body 7 side fits, and which penetrates the upper flow path forming body 71 in the vertical direction. The end 81b of the return pipe 81 on the peristaltic pump 41 side is connected to a return port 43 for returning the culture solution from the flow path of the flow path forming body 7 to the peristaltic pump 41, and the end 82b of the outflow pipe 82 on the peristaltic pump 41 side is connected to an outflow port 44 for outflowing the culture solution from the peristaltic pump 41 to the flow path of the flow path forming body 7.
下方流路形成体72は、密着蓋2aの第1円筒部28a、28bが嵌まり込み上下方向に下方流路形成体72を貫通した孔72a、72bを有する。同様に、下方流路形成体72は、密着蓋2bの第1円筒部28a、28bが嵌まり込む孔72c、72dと、密着蓋2cの第1円筒部28a、28bが嵌まり込む孔72e、72fと、密着蓋2dの第1円筒部28a、28b及び第2円筒部29a、29bが嵌まり込む孔72g、72h、72i、72jと、密着蓋2eの第1円筒部28a、28bが嵌まり込む孔72k、72lと、を有する。 The lower flow path forming body 72 has holes 72a and 72b that penetrate the lower flow path forming body 72 in the vertical direction and into which the first cylindrical parts 28a and 28b of the tight-fitting lid 2a are fitted. Similarly, the lower flow path forming body 72 has holes 72c and 72d into which the first cylindrical parts 28a and 28b of the tight-fitting lid 2b are fitted, holes 72e and 72f into which the first cylindrical parts 28a and 28b of the tight-fitting lid 2c are fitted, holes 72g, 72h, 72i, and 72j into which the first cylindrical parts 28a and 28b and the second cylindrical parts 29a and 29b of the tight-fitting lid 2d are fitted, and holes 72k and 72l into which the first cylindrical parts 28a and 28b of the tight-fitting lid 2e are fitted.
また、下方流路形成体72は、上方流路形成体71に対向する面(図例では上面)に、所定のパターンで孔73a-73lを互いに接続する溝73を有する。溝73は、図例では孔72b、72cを互いに接続する溝73aと、孔72d、72eを互いに接続する溝73bと、孔72f、72gを互いに接続する溝73cと、孔72hから上方流路形成体71の孔71aの直下位置72mまで伸びる溝73dと、上方流路形成体71の孔71bの直下位置72nから孔72aまで伸びる溝73eと、により構成されている。孔72i-lは、図例では溝73の形成に関与していない。 The lower flow path forming body 72 has grooves 73 that connect holes 73a-73l in a predetermined pattern on the surface (top surface in the illustrated example) facing the upper flow path forming body 71. In the illustrated example, the grooves 73 are composed of groove 73a that connects holes 72b and 72c, groove 73b that connects holes 72d and 72e, groove 73c that connects holes 72f and 72g, groove 73d that extends from hole 72h to position 72m directly below hole 71a of the upper flow path forming body 71, and groove 73e that extends from position 72n directly below hole 71b of the upper flow path forming body 71 to hole 72a. In the illustrated example, holes 72i-l are not involved in the formation of groove 73.
密閉蓋2a-2eは、各々の第1円筒部28a、28b及び第2円筒部29a、29bが孔73a-lに嵌まり込んだ状態で、第1円盤部21の上面を介して下方流路形成体72の下面に密閉溶着される。また、上方流路形成体71と下方流路形成体72とは、溝73を埋めないようにして互いに密閉溶着されることで、溝73は、その上方を上方流路形成体71により塞がれた管状となる。これらの溶着により、密閉蓋2a-2eの第1円筒部28a、28bと溝73とは、互いに連通して流路3を構成する。なお、このような密閉溶着は、例えば、高周波溶着(高周波誘電加熱方式)により行われる。 The sealing lids 2a-2e are hermetically welded to the lower surface of the lower flow passage forming body 72 via the upper surface of the first disk portion 21, with the first cylindrical portions 28a, 28b and the second cylindrical portions 29a, 29b fitted into the holes 73a-l. The upper flow passage forming body 71 and the lower flow passage forming body 72 are hermetically welded to each other without filling the groove 73, so that the groove 73 becomes tubular with its upper part blocked by the upper flow passage forming body 71. As a result of these weldings, the first cylindrical portions 28a, 28b and the groove 73 of the sealing lids 2a-2e communicate with each other to form the flow passage 3. This hermetically welded welding is performed, for example, by high-frequency welding (high-frequency dielectric heating method).
高周波溶着は、電子レンジに使用される波長に近い電磁波(40MHz)を電極間に印加する事で、誘電率の高い材料が加熱される現象を利用した溶着方法である。電極間に電界と磁界が速い周期で交番しながら伝わると、電極間に挟まれた物質(誘電体)内部で電気的な平衡状態がひずみ、電荷の分離が起こる。高周波による早い周期になると、それぞれの分極が電界の変化に追いつけない異常分散という急激な変化が起こり、誘電体を構成する各分子が回転、衝突、振動、摩擦等の激しい運動を起こして、そのエネルギーが熱となり、誘電体の内部発熱が起こる。この現象を利用して、被溶着材料の間に誘電率の高い材料をバインダーとして挟み、電極間で溶着物に対して、圧力を加えて挟んだ状態で高周波を印加して発熱溶解させ、その後、圧力を加えたまま高周波を停止して冷却を行なうことで、バインダーが固着し、溶着が完了する。この高周波溶着によれば、溝73をバインダーで塞ぐこと無く、上方流路形成体71と下方流路形成体72とを接合することができる。 High-frequency welding is a welding method that utilizes the phenomenon in which high-dielectric-constant materials are heated by applying electromagnetic waves (40 MHz) between electrodes with a wavelength close to that used in microwave ovens. When an electric field and a magnetic field are transmitted between the electrodes in rapid alternation, the electrical equilibrium state inside the material (dielectric) sandwiched between the electrodes is distorted, and charge separation occurs. When the frequency is fast, a sudden change called anomalous dispersion occurs in which the polarization of each cannot keep up with the change in the electric field, and the molecules that make up the dielectric undergo violent movements such as rotation, collision, vibration, and friction, and this energy becomes heat, causing internal heating of the dielectric. Using this phenomenon, a material with a high dielectric constant is sandwiched between the materials to be welded as a binder, and high-frequency waves are applied to the materials to be welded while they are sandwiched between the electrodes under pressure to heat and melt them. After that, the high-frequency waves are stopped while the pressure is still applied, and the materials are cooled, which causes the binder to solidify and the welding is completed. This high-frequency welding makes it possible to join the upper flow path forming body 71 and the lower flow path forming body 72 without blocking the groove 73 with a binder.
上記のように構成することで、送液ポンプ4の駆動により培養液が、送液ポンプ4-出液管82-溝73e-密閉蓋2aの第1貫通孔26a-密閉蓋2aの第1貫通孔26b-溝73a-密閉蓋2bの第1貫通孔26a-密閉蓋2bの第1貫通孔26b-溝73b-密閉蓋2cの第1貫通孔26a-密閉蓋2cの第1貫通孔26b-溝73c-密閉蓋2dの第1貫通孔26a-密閉蓋2dの第1貫通孔26b-溝73d-帰液管81を経て送液ポンプ4に戻って循環する。 With the above configuration, when the liquid supply pump 4 is driven, the culture liquid passes through the liquid supply pump 4-outlet pipe 82-groove 73e-first through hole 26a of sealing lid 2a-first through hole 26b of sealing lid 2a-groove 73a-first through hole 26a of sealing lid 2b-first through hole 26b of sealing lid 2b-groove 73b-first through hole 26a of sealing lid 2c-first through hole 26b of sealing lid 2c-groove 73c-first through hole 26a of sealing lid 2d-first through hole 26b of sealing lid 2d-groove 73d-return pipe 81 and returns to the liquid supply pump 4 for circulation.
図9に示すように、送液ポンプ4は、磁力により回転駆動されるペリスタポンプ41と、ペリスタポンプ41を非接触で回転駆動するための磁石を有する駆動部42と、ペリスタポンプ41を構成する軟質性チューブ(不図示)を覆って軟質性チューブを外気から遮断する外殻体45と、を有する。外殻体45は、例えば、ガスバリア性の高い樹脂により構成され、溶着に依ってペリスタポンプ41が構成される。 As shown in FIG. 9, the liquid delivery pump 4 has a peristaltic pump 41 that is rotationally driven by magnetic force, a drive unit 42 that has a magnet for rotationally driving the peristaltic pump 41 without contact, and an outer shell 45 that covers a flexible tube (not shown) that constitutes the peristaltic pump 41 and isolates the flexible tube from the outside air. The outer shell 45 is made of, for example, a resin with high gas barrier properties, and the peristaltic pump 41 is formed by welding.
このような外殻体45を設けることで、軟質性チューブのガスバリア性が低い場合であっても、軟質性チューブを流れる培養液と外気との接触を抑制し、培養液からのCO2放出を抑えることができる。なお、外殻体45とペリスタポンプ41との間の隙間は、外気の混入を更に抑制するために真空とされてもよいし、窒素やアルゴン等の不活性ガス又は液体で満たされてもよい。 By providing such an outer shell 45, even if the gas barrier property of the flexible tube is low, it is possible to suppress contact between the culture solution flowing through the flexible tube and the outside air, and suppress the release of CO2 from the culture solution. Note that the gap between the outer shell 45 and the peristaltic pump 41 may be evacuated to further suppress the intrusion of outside air, or may be filled with an inert gas such as nitrogen or argon, or a liquid.
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。上記の第1実施例及び第2実施例は、いずれも市販のマルチウェルプレートPを利用することができ、第2実施例では、流路形成体7を専用品として用いているが、1つのマルチウェルプレートPにおいて、第1実施例と第2実施例とを両方用いることもできる。また、図2に示した密閉蓋2をより具体化したものが、図7に示した密閉蓋2であり、図1に示した培養液循環装置1の構成例において、より具体化された密閉蓋2が適用され得ることは、言うまでもない。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. Both the first and second examples can use a commercially available multi-well plate P, and the second example uses a dedicated flow path forming body 7, but both the first and second examples can be used in one multi-well plate P. Also, the sealing lid 2 shown in FIG. 7 is a more specific version of the sealing lid 2 shown in FIG. 2, and it goes without saying that the more specific sealing lid 2 can be applied to the configuration example of the culture medium circulation device 1 shown in FIG. 1.
1、1a、1b 培養液循環装置
2、2a-2e 密閉蓋
21 (第1)円盤部
22 フランジ
23 Oリング
26a、26b (第1)貫通孔
27a、27b (第2)貫通孔
3、3a-3e 流路
33 パイプ
34 チューブ
4 送液ポンプ
41 ペリスタポンプ
45 外殻体
7 流路形成体
71 上方流路形成体
72 下方流路形成体
73、73a-73e 溝
C セルカルチャーインサート
P マルチウェルプレート
W、W1-W4 ウェル
Reference Signs List 1, 1a, 1b Culture medium circulating device 2, 2a-2e Sealing lid 21 (First) disk portion 22 Flange 23 O-ring 26a, 26b (First) through-hole 27a, 27b (Second) through-hole 3, 3a-3e Flow path 33 Pipe 34 Tube 4 Liquid delivery pump 41 Peristaltic pump 45 Shell 7 Flow path forming body 71 Upper flow path forming body 72 Lower flow path forming body 73, 73a-73e Groove C Cell culture insert P Multiwell plate W, W1-W4 Well
Claims (6)
ウェルの密閉性を維持した状態で前記密閉蓋を貫通して設けられ、複数のウェル間で培養液を直列ループ状に循環させるための流路と、
前記流路の途中に設けられ培養液の吸い上げと送液をする1つの送液ポンプと、を備えたことを特徴とする培養液循環装置。 A multi-well plate having a plurality of wells, a sealing cover for sealing each well,
a flow path penetrating the sealing lid while maintaining the sealing of the wells, for circulating the culture solution in a serial loop between the multiple wells;
A culture medium circulating device comprising: a liquid delivery pump that is provided midway along the flow path and that draws up and delivers the culture medium.
前記フランジがウェルの上縁に当接するまで前記円盤部をウェルに嵌め込んだときに、前記Oリングが弾性変形してウェルの内壁に密着することで、ウェルの密閉性が確保されることを特徴とする請求項1に記載の培養液循環装置。 The sealing lid has a disk portion formed in a disk shape, a flange provided on an upper end of the disk portion, and an O-ring made of an elastic member and wrapped around the disk portion,
The culture medium circulation device described in claim 1, characterized in that when the disk portion is inserted into the well until the flange abuts the upper edge of the well, the O-ring elastically deforms and adheres to the inner wall of the well, thereby ensuring airtightness of the well.
前記流路形成体は、共に平板状に形成された上方流路形成体及び下方流路形成体を互いに溶着して構成され、
前記下方流路形成体は、前記上方流路形成体に対向する面に前記貫通孔と連通した溝を有し、
前記流路は、前記貫通孔及び溝により構成されていることを特徴とする請求項2に記載の培養液循環装置。 the sealing lid has a plurality of through holes provided perpendicular to a direction in which the disk portion expands, and is welded to the flow path forming body via an upper surface of the disk portion;
The flow passage forming body is configured by welding together an upper flow passage forming body and a lower flow passage forming body, both of which are formed in a flat plate shape,
the lower flow passage forming body has a groove communicating with the through hole on a surface facing the upper flow passage forming body,
3. The culture medium circulating device according to claim 2, wherein the flow path is constituted by the through-holes and the grooves.
前記密閉蓋は、ウェル及びセルカルチャーインサートの両方を密閉し、
前記流路は、ウェル及びセルカルチャーインサートの各々に対して独立に形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の培養液循環装置。 Further comprising a cell culture insert in the well;
the sealing lid seals both the well and the cell culture insert;
4. The culture medium circulating device according to claim 1 , wherein the flow paths are formed independently for each of the wells and the cell culture insert .
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