JP7606066B2

JP7606066B2 - 細胞培養システム

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Publication number: JP7606066B2
Application number: JP2020031324A
Authority: JP
Inventors: 篤宣菊知
Original assignee: Shibuya Corp
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2024-12-25
Anticipated expiration: 2040-02-27
Also published as: TWI858234B; TW202138553A; EP3901244A1; US20210269754A1; JP2021132571A

Description

本発明は細胞培養システムに関し、詳しくは細胞および培養作業に用いる資材を自走式搬送手段によって複数の処理ユニット間で搬送する細胞培養システムに関する。

今日、患者から採取した細胞を培養し、これを治療に用いる再生医療による治療方法が知られており、これに伴い効率的に細胞を培養するための培養作業を行う細胞培養システムが提案されている。
ここで、細胞の培養作業は様々な処理によって構成されているが、当該培養作業の全てを一つのアイソレータの内部で行うと、すべての処理が完了するまで他の細胞に対する培養作業を行うことができず、大量に細胞を培養することができないという問題がある。
そこで、上記培養作業の一部の処理を行うように構成された処理ユニットを複数設けるとともに、細胞を上記培養作業の処理順序に従って順次処理ユニットと処理ユニットとの間を搬送させるようにした培養システムが知られている（特許文献１）。
この特許文献１では、細胞を複数の自走式搬送手段によって搬送可能とし、各自走式搬送手段を搬送指令手段によって個別に制御することにより、各処理ユニットにおいて培養作業を分業して行いつつ、上記細胞を自動的に搬送するようにしている。
また特許文献１では、培養作業に使用するピペットや遠沈管、培養に用いる培養液といった資材についても、自走式搬送手段によって搬送させることにより、各処理ユニットへの供給を行っている。

特開２０２０－１９４号公報

ここで上記自走式搬送手段を用いて細胞を搬送させる際、振動や衝撃によって細胞にストレスを与えたり、培養液が培養容器からこぼれ出る恐れがあることから、自走式搬送手段による細胞の搬送の際には緩やかに移動させるよう制御する必要がある。
一方従来は、資材についても細胞と同じ制御で搬送させていたため、大量の資材を処理ユニットに供給する場合などの時間を要する処理の際には、搬送による時間のロスが問題となっていた。
このような問題に鑑み、本発明では細胞および資材を適切に搬送することが可能な細胞培養システムを提供するものである。

すなわち請求項１の発明にかかる細胞培養システムは、細胞または培養作業に用いる資材を搬送する自走式搬送手段と、上記細胞および資材を用いて培養作業を行う複数の処理ユニットと、上記自走式搬送手段の移動を指令する搬送指令手段と、上記処理ユニットの処理の実行を制御する制御手段とを備え、上記自走式搬送手段により上記細胞および資材を所要の処理ユニットに搬送するようにした細胞培養システムにおいて、
上記処理ユニットとして、継代・培地交換処理を行う処理ユニットと、細胞を培養させるインキュベータとを備え、
上記自走式搬送手段は、自走可能な複数の搬送車と、各搬送車の移動を制御するコントローラとから構成され、
上記搬送指令手段は加速および減速のパターンが異なる複数の走行パラメータを備え、上記コントローラに対し、予め設定された移動制御プログラムに従って、上記搬送車が指令された時刻に指令された目的位置へと移動するように、使用する走行パラメータと時間情報と位置情報とを指令し、
上記コントローラは、上記細胞を搬送する際には細胞用の走行パラメータを用い、上記資材を搬送する際には、上記細胞用よりも上記搬送車を速やかに移動させる資材用の走行パラメータを用いて、上記搬送指令手段から指令された時間情報と位置情報とに従って各搬送車の移動を制御し、
上記制御手段は、上記インキュベータで培養された細胞の数に応じて上記継代・培地交換処理を行う処理ユニットの処理に要する時間が変動する場合は、その後の予定を変更して上記移動制御プログラムを再設定し、上記搬送指令手段は再設定された移動制御プログラムに従って各搬送車の制御指令をコントローラに送信することを特徴としている。

上記発明によれば、細胞については細胞用の走行パラメータを用いて自走式搬送手段を制御するため、搬送中の細胞にストレスを与えないようにすることができ、また、培養容器から培養液がこぼれ出ることを防止することができる。
これに対し資材については資材用の走行パラメータを用いて自走式搬送手段を制御するため、資材については速やかに搬送することが可能となり、資材の供給に伴う時間のロスを低減させ、効率的に培養作業を行うことが可能となる。

第１実施例にかかる細胞培養システムの構成図制御手段と各処理ユニットや自走式搬送手段との関係を示す制御構成図第２実施例にかかる細胞培養システムの構成図

以下図示実施例について説明すると、図１は細胞の培養を行う細胞培養システム１を示し、患者から採取した細胞に対して、複数の処理からなる一連の培養作業を行って細胞の培養を行うものとなっている。また、当該細胞培養システム１は、図２に示すように全体をコンピュータやＰＬＣからなる制御手段Ｃで監視し制御するようになっている。
上記培養作業としては、培養すべき細胞を処理に適した状態に準備する細胞準備処理、培養に必要な器具や培養容器、培養液等を準備する資材準備処理、細胞を所要の培養容器に播種する播種処理、培養容器中の細胞を培養させる培養処理、培養中の細胞に対して継代や培地交換を行う継代・培地交換処理、培養後の細胞を回収する細胞回収処理、培養作業に使用した資材を回収する資材回収処理等がある。
なお、上記培養作業を構成する処理は一例にすぎず、その他の処理として、細胞の人為的な増殖（培養）・分化、細胞の株化、細胞の活性化等を目的とした薬剤処理、生物学的特性改変処理、非細胞成分との組み合わせまたは遺伝子工学的改変等を施す処理も考えられ、本発明にかかる細胞培養システム１は以下の実施例に記載した処理のみに限定されないものとなっている。

上記細胞培養システム１を構成する施設には、上記細胞準備処理や資材準備処理を行うための準備作業室２と、無菌環境下で自動的に上記播種処理、培養処理、継代・培地交換処理を行うための無菌作業室３と、上記細胞回収処理や資材回収処理を行うための回収作業室４とが設けられている。
これら準備作業室２、無菌作業室３、回収作業室４は、内部が定期的に除染されるとともに、細胞培養システム１を構成する施設の外部よりも陽圧に維持されて、所要の空気清浄度に設定されたクリーンルームとなっている。また上記無菌作業室３は、上記準備作業室２および上記回収作業室４よりも陽圧に維持され、さらに空気清浄度が高く設定されている。

上記準備作業室２には、処理ユニットＵとして上記細胞準備処理を行うための細胞供給ユニット５と、上記資材準備処理を行うための資材供給ユニット６とが設けられている。
これら細胞供給ユニット５および資材供給ユニット６には、従来公知のアイソレータを用いることができ、内部が図示しない除染手段によって除染することが可能となっており、図示しない無菌エア供給手段によって内部を陽圧に維持することによって無菌状態に維持されるようになっている。
また細胞供給ユニット５および資材供給ユニット６の側面には、作業者が装着可能なグローブが設けられるとともに、図示しないパスボックスが設けられている。
細胞供給ユニット５および資材供給ユニット６に細胞や上記資材を外部より搬入する際には、このパスボックスの内部で外面を除染してから、細胞供給ユニット５および資材供給ユニット６の内部空間に移載するようになっている。

上記細胞供給ユニット５は一つの側面が上記準備作業室２と無菌作業室３とを区画する壁面ＷＡに当接しており、当該細胞供給ユニット５の側面には接続口５ａが形成されるとともに、当該接続口５ａは図示しないシャッタによって開閉可能となっている。
そして、この細胞供給ユニット５の外側面には、上記接続口５ａの周囲を囲繞する円筒部材からなる接続手段７が設けられ、当該接続手段７は上記壁面ＷＡに開口した窓部から上記無菌作業室３内に位置させることが可能となっており、後に詳述するように細胞収容ボックスＢａが上記無菌作業室３内から当該接続手段７を介して細胞供給ユニット５に接続できるようになっている。
これにより、細胞供給ユニット５と細胞収容ボックスＢａとの間で無菌状態を維持したまま細胞のやり取りを行うことが可能となっている。
これと同様、上記資材供給ユニット６の一つの側面も上記壁面ＷＡに当接しており、当該資材供給ユニット６の側面には接続口６ａが形成されるとともに、当該接続口６ａも図示しないシャッタによって開閉可能となっている。
そして、この資材供給ユニット６の外側面にも、接続口６ａの周囲を囲繞する円筒部材からなる接続手段７が設けられ、当該接続手段７は上記壁面ＷＡに開口した窓部から上記無菌作業室３内に位置させることが可能となっており、後に詳述するように資材収容ボックスＢｂが上記無菌作業室３内から当該接続手段７を介して資材供給ユニット６に接続できるようになっている。
これにより、資材供給ユニット６と資材収容ボックスＢｂとの間で無菌状態を維持したまま資材のやり取りを行うことが可能となっている。

上記細胞収容ボックスＢａや資材収容ボックスＢｂは開閉扉ＢＤによって密閉可能な容器となっており、この第１実施例では上記細胞収容ボックスＢａおよび資材収容ボックスＢｂとして同じ構成の収容ボックスＢを使用するようになっている。
また、上記無菌作業室３には、これら収容ボックスＢからなる細胞を収容する細胞収容ボックスＢａおよび資材を収容する資材収容ボックスＢｂがそれぞれ複数台ずつ配置されており、これらは図２の制御構成図で示すように、制御手段Ｃによって制御される自走式搬送手段１１によって自動的に移動可能となっている。
このような細胞収容ボックスＢａおよび資材収容ボックスＢｂは、これらが備える開閉扉ＢＤの大きさが上記接続手段７を構成する円筒部材の内径より小さく、開閉扉ＢＤの周囲に上記接続手段７の円筒部材が当接するように構成されている。
そして上記自走式搬送手段１１が細胞収容ボックスＢａおよび資材収容ボックスＢｂを移動させて、これら細胞収容ボックスＢａ、資材収容ボックスＢｂの開閉扉ＢＤの周囲面を上記円筒部材に当接させることでこれらが接続状態となる。
この状態で上記細胞供給ユニット５や資材供給ユニット６の接続口５ａ、６ａのシャッタを開放させるとともに、上記各収容ボックスＢ細胞収容ボックスＢａや資材収容ボックスＢｂの開閉扉ＢＤを開放させることで、各処理ユニットＵと収容ボックスＢの内部空間を連通させることが可能となる。

上記無菌作業室３には、上記処理ユニットＵとして播種処理を行う第１処理ユニット８と、上記継代・培地交換処理を行う第２処理ユニット９と、上記培養処理を行うインキュベータ１０とが設けられている。
まず上記第１、第２処理ユニット８、９は、それぞれ内部が無菌状態に維持されたアイソレータと、当該アイソレータの内部に設けられたロボットなどの処理手段とによって構成されている。
上記アイソレータは内部を図示しない除染手段によって除染することが可能であり、図示しない無菌エア供給手段によって内部を陽圧に維持することによって無菌状態に維持することができるようになっている。
そして第１、２処理ユニット８、９には、上記細胞収容ボックスＢａを接続するための細胞用接続口８ａ、９ａと、上記資材収容ボックスＢｂを接続するための資材用接続口８ｂ、９ｂとが形成されており、それぞれ図示しないシャッタによって開閉可能とされ、さらに上記細胞供給ユニット５および資材供給ユニット６の接続口５ａ、６ａと同様に、各接続口８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂを囲繞する円筒部材からなる接続手段７が設けられている。
そして、上記細胞用接続口８ａ、９ａには、上記細胞供給ユニット５の接続口５ａと同様に上記接続手段７を介して細胞収容ボックスＢａが接続可能となっており、また資材用接続口８ｂ、９ｂには、上記資材供給ユニット６の接続口６ａと同様に上記接続手段７を介して資材収容ボックスＢｂが接続可能となっている。

上記第１、第２処理ユニット８、９の内部に設けられる処理手段としては、上記ロボットの他、ロボットに細胞や資材を受け渡す搬送手段や、培養容器に培養液を分注する分注手段や、細胞を含んだ細胞懸濁液を遠心分離する遠心分離手段等があり、そのほかにも必要な処理に応じて適当な手段を設けることができる。
特に上記搬送手段は、例えば上記細胞用接続口８ａ、９ａや資材用接続口８ｂ、９ｂに接続された細胞収容ボックスＢａや資材収容ボックスＢｂとの間で、細胞や資材の出し入れも行うようになっている。
そしてこれらの処理の実行は、制御手段Ｃによって制御されるようになっており、あらかじめ設定されたプログラムに従って、細胞の培養作業に必要な動作を自動的に行うように構成されている。

上記インキュベータ１０は細胞を収容した培養容器を内部に収納し、図示しない環境維持手段によって内部環境を所定の温度、湿度に調節して、細胞の培養に適した環境に維持するようになっている。
インキュベータ１０についても、上記第１、第２処理ユニット８、９の細胞用接続口８ａ、９ａと同様の細胞用接続口１０ａが設けられ、当該細胞用接続口１０ａは図示しないシャッタによって開閉可能であるとともに、上述した接続手段７を介して上記細胞収容ボックスＢａを接続可能となっている。
またインキュベータ１０の内部には図示しない搬送手段が設けられており、搬送手段は細胞収容ボックスＢａとの間で培養容器の出し入れを行い、培養容器をインキュベータ１０内の所要の収納位置に移動させたり、培養の終了した培養容器を細胞収容ボックスＢａに移載するようになっている。

上記回収作業室４には、処理ユニットＵとして細胞回収処理を行うための細胞回収ユニット１４と、上記資材回収処理を行うための資材回収ユニット１５とが設けられている。
これら細胞回収ユニット１４および資材回収ユニット１５は、上記資材供給ユニット６や細胞供給ユニット５と同様、従来公知のアイソレータとなっており、内部は除染可能で無菌状態に維持されるとともに、その側面には作業者が装着可能なグローブが設けられている。
上記細胞回収ユニット１４の一つの側面は上記回収作業室４と無菌作業室３とを区画する壁面ＷＢに当接しており、当該細胞回収ユニット１４の側面には接続口１４ａが形成されるとともに、当該接続口１４ａは図示しないシャッタによって開閉可能となっている。
そしてこの細胞回収ユニット１４の接続口１４ａについても、上記細胞供給ユニット５の接続口５ａと同様に接続手段７を介して細胞収容ボックスＢａが接続可能となっており、当該細胞回収ユニット１４と上記細胞収容ボックスＢａとの間で無菌状態を維持したまま細胞のやり取りを行うことが可能となっている。
これと同様、上記資材回収ユニット１５の一つの側面も上記壁面ＷＢに当接しており、当該資材回収ユニット１５の側面には接続口１５ａが形成されるとともに、当該接続口１５ａは図示しないシャッタによって開閉可能となっている。
そして、この資材回収ユニット１５の接続口１５ａについても、上記資材供給ユニット６の接続口６ａと同様に接続手段７を介して資材収容ボックスＢｂが接続可能となっており、当該資材回収ユニット１５と上記資材収容ボックスＢｂとの間で無菌状態を維持したまま資材のやり取りを行うことが可能となっている。

次に、上記自走式搬送手段１１について説明すると、上記自走式搬送手段１１は複数台の搬送車１１ａと各搬送車１１ａの移動を制御するコントローラ１１ｂから構成され、各細胞収容ボックスＢａおよび資材収容ボックスＢｂは、それぞれ上記無菌作業室３内に自走可能に設けられた搬送車１１ａに支持された状態で移動するようになっている。
図２に示すように、すべての搬送車１１ａは無線により共通のコントローラ１１ｂによって制御され、またコントローラ１１ｂは制御手段Ｃに設けられた搬送指令手段Ｃａによって移動を指示されるようになっている。
上記搬送指令手段Ｃａは、上記無菌作業室３の内部に位置する全ての搬送車１１ａの位置を把握し、また各搬送車１１ａが細胞収容ボックスＢａを移動させる細胞用として使用されているのか、もしくは資材収容ボックスＢｂを移動させる資材用として使用されているのかを認識している。
そして搬送指令手段Ｃａは、予め設定されたプログラムに従って順次各搬送車１１ａの制御指令を上記コントローラ１１ｂに送信し、上記コントローラ１１ｂは指令に基づいて各搬送車１１ａの移動を制御するようになっている。
上記コントローラ１１ｂは上記搬送指令手段Ｃａからの制御指令を受け取ると、各搬送車１１ａを予め設定されている加速度、減速度（負の加速度）および搬送速度からなる走行パラメータに基づいて移動させるようになっている。
なお、本実施例においては、このような自走式搬送手段１１をとして自律移動可能なＡＩＶ（ＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＶｅｈｉｃｌｅ）を採用している。

また上記無菌作業室３には、上記搬送車１１ａを充電するための充電ステーション１２と、細胞収容ボックスＢａおよび資材収容ボックスＢｂとしての収容ボックスＢの内部を除染するための除染ステーション１３とが設けられている。
上記充電ステーション１２は、複数の搬送車１１ａに対して無線による給電を行う構成を有しており、上記搬送指令手段Ｃａは各搬送車１１ａの充電状況を認識しながら、適当なタイミングで搬送車１１ａを充電ステーション１２へと移動させ、充電させることが可能となっている。
上記除染ステーション１３としては、上記各処理ユニットＵと同様に接続手段７を介して上記複数の収容ボックスＢを接続可能な構成を有し、各収容ボックスＢの内部に過酸化水素蒸気等の除染媒体を供給し、内部空間の除染を行うようになっている。

ここで、上記自走式搬送手段１１によって細胞や資材を搬送する場合、搬送される細胞や資材には搬送車１１ａの走行に伴う振動や、加減速による慣性力が作用することとなる。
特に細胞については、振動や加減速によるショックが細胞にストレスを与える場合があり、また細胞を収容した培養容器は密封されていないため、振動や加減速によって培養容器から培養液がこぼれ出る恐れがある。
このため、細胞を収容した培養容器を搬送する際には、上記振動や加減速によるストレスや、培養液のこぼれ出しを防止するため、加速度、減速度を低くかつ搬送速度を低速に抑えて緩やかに移動させるよう制御する必要がある。
これに対し、培養作業に使用する資材については、各処理ユニットＵに接続した際に搬送手段による出し入れが可能な程度に整列した状態が維持されるのであれば、資材を破損させない程度に加速度、減速度を高く、かつ細胞を収容した容器を搬送する際よりも高速に移動させるよう制御することが可能である。

そこで本実施例では、上記自走式搬送手段１１によって細胞や資材を搬送する際、細胞については細胞用の走行パラメータを用いて移動を制御し、資材については資材用の走行パラメータを用いて移動を制御するようになっている。
上記走行パラメータとしては、例えば搬送車１１ａを走行させる際の所定速度まで加速する加速度、また所定速度まで減速する減速度および搬送速度を設定することが可能であり、これらを変更することで搬送車１１ａの移動中の振動や慣性力をコントロールすることができる。
具体的には、上記細胞を収容した培養容器を収容した収容ボックスＢ（細胞収容ボックスＢａ）を支持する搬送車１１ａに対しては、上記細胞用の走行パラメータに基づく制御を行い、細胞へのストレスや培養液のこぼれ出しが生じない程度に緩やかな加速度、減速度および搬送速度が設定される。
一方、上記資材を収容した収容ボックスＢ（資材収容ボックスＢｂ）を支持する搬送車１１ａに対しては、上記資材用の走行パラメータに基づく制御を行い、振動や慣性力により資材が転倒せず、また整列した状態が損なわれない程度に、上記細胞用の走行パラメータによる加速度、減速度より高くかつ高速な加速度、減速度および搬送速度を設定し、上記細胞用の走行パラメータを用いるより上記搬送車１１を速やかに移動させる。
そして上記細胞用の走行パラメータおよび資材用の走行パラメータの具体的な値については、実際に細胞収容ボックスＢａや資材収容ボックスＢｂに細胞を収容した培養容器や資材を収容した状態で搬送車１１ａを移動させて、最適な加速度、減速度および搬送速度を選定すればよい。

ここで、上記細胞収容ボックスＢａが空の場合は、上記搬送車１１ａを細胞用の走行パラメータを用いて走行させる必要性はなく、資材用の走行パラメータに基づく制御を行うことで、細胞収容ボックスＢａの移動をさらに効率的に行うことができる。
それに加え本実施例では、上記細胞収容ボックスＢａだけでなく資材収容ボックスＢｂも空となった場合のために、上記細胞用の走行パラメータや資材用の走行パラメータとは別に、資材用の走行パラメータよりもさらに加速度、減速度を高く、かつ搬送速度を高速に設定した回送用の走行パラメータを設定することで、上記資材用の走行パラメータを用いるより上記搬送車１１を速やかに移動させてより一層の効率化を図っている。
また、これら加速度、減速度（負の加速度）および搬送速度の値に基づく加速および減速の異なるパターンからなる複数の走行パラメータを、制御手段Ｃの搬送指令手段Ｃａにおける記憶領域に保存して備えておき、必要時に読み出すようにしている。

上記細胞用、資材用および回送用の加速および減速の異なるパターンからなる複数の走行パラメータは、予め搬送指令手段Ｃａから上記コントローラ１１ｂへと個々の搬送車１１ａごとに送信されるようになっている。
上記搬送指令手段Ｃａから制御指令が送信されると、コントローラ１１ｂは該当する搬送車１１ａを設定されている走行パラメータを用いて、指令された時刻に指令された目的位置へと移動させるよう、指令された時間情報と位置情報に従って移動制御するようになっている。
そして、使用する走行パラメータは搬送指令手段Ｃａの制御指令に応じて切換可能となっており、用途に応じて搬送車１１ａを緩やかにもしくは速やかにまたはより速やかに走行させるようになっている。
なお、搬送指令手段Ｃａからコントローラ１１ｂに送信する時間情報と位置情報からなる制御指令に、その都度今回使用する走行パラメータの情報を含めるようにしてもよい。また、走行パラメータとしては、本実施例では加速度、減速度と搬送速度を組み合わせて構成しているが、加速度、減速度からなるものであってもよく、搬送速度については時間情報や位置情報と合わせてその都度指令するようにしてもよい。

以下、上記構成を有する細胞培養システム１を用いた上記培養作業の手順について説明する。図１は培養作業中の状態を示しており、各処理ユニットＵにそれぞれ収容ボックスＢが接続されている状態を示しているが、作業開始時には細胞収容ボックスＢａおよび資材収容ボックスＢｂは各処理ユニットＵより離脱している。
また、すべての収容ボックスＢについては、あらかじめ除染ステーション１３において内部空間が除染され、また各搬送車１１ａは充電ステーション１２において充電が完了している。
また、制御手段Ｃには、予め今回の培養作業のための各処理ユニットＵの動作制御プログラム、およびそれに伴う搬送車１１ａの移動制御プログラムが設定されている。

細胞培養システム１において培養作業を開始すると、上記制御手段Ｃに設定されている移動制御プログラムに従って搬送指令手段Ｃａは、プログラムで指定された搬送車１１ａを上記準備作業室２と無菌作業室３との間の壁面ＷＡにおける細胞供給ユニット５の接続口５ａの位置まで移動させる。これにより当該搬送車１１ａに支持されている細胞収容ボックスＢａが、接続手段７を介して上記接続口５ａに接続される。
これと同様、上記移動制御プログラムに従って搬送指令手段Ｃａは、プログラムで指定された搬送車１１ａを上記壁面ＷＡにおける資材供給ユニット６の接続口６ａの位置まで移動させる。これにより当該搬送車１１ａに支持されている資材収容ボックスＢｂが、接続手段７を介して上記接続口６ａに接続される。
この際の各搬送車１１ａの移動においては、上記細胞収容ボックスＢａと資材収容ボックスＢｂは何れも何も収容していない空の状態であることから、搬送指令手段Ｃａは上記回送用の走行パラメータを用いて各搬送車１１ａを最も高速かつ速やかに移動させている。

一方準備作業室２では、外部より培養すべき細胞が搬入されると、作業者は図示しないパスボックスを介して当該細胞を細胞供給ユニット５内に移動させる。
続いて作業者は細胞供給ユニット５を用いて、所要の容器に収容された細胞を上記第１処理ユニット８で処理可能な懸濁液の状態で遠沈管に収容させる作業を行う。
この作業が終了すると、作業者は上記接続口５ａを介して細胞供給ユニット５に接続された細胞収容ボックスＢａ内に細胞を収容した遠沈管を移載し、その後接続口５ａのシャッタおよび細胞収容ボックスＢａの開閉扉ＢＤを閉鎖させる。
制御手段Ｃは、シャッタや開閉扉ＢＤの閉鎖もしくは作業者による作業終了の通知を受けると、当該細胞収容ボックスＢａを支持している搬送車１１ａを第１処理ユニット８の細胞用接続口８ａの位置へと移動させる。
この際、搬送指令手段Ｃａは走行パラメータを回送用から細胞用に切り換え、当該細胞を収容した容器（遠沈管）を収容している細胞収容ボックスＢａを支持する搬送車１１ａを上記細胞用の走行パラメータに基づいて移動させる。これにより細胞収容ボックスＢａに収容されている細胞は、搬送車１１ａの緩やかな移動によりストレスを受けることがないようになっている。

一方準備作業室２では、外部より培養作業に用いる資材が搬入され、例えば培養容器やピペット等が複数個ずつ梱包された状態で搬入される。
作業者は図示しないパスボックスを介して当該資材を資材供給ユニット６内に移動させ、当該資材供給ユニット６の内部で包装を開封して資材を取り出すとともに、上記第１処理ユニット８や第２処理ユニット９で行う処理で必要とされる数ごとに培養容器やピペットを仕分けする。
その後作業者は、第１処理ユニット８で使用する資材を上記接続口６ａを介して資材供給ユニット６に接続された資材収容ボックスＢｂへと移載し、その際、各資材を資材収容ボックスＢｂの所定の位置に載置して、第１処理ユニット８において搬送手段が各資材を保持できるようにする。
資材収容ボックスＢｂへの資材の移載が完了すると、制御手段Ｃは当該資材収容ボックスＢｂを支持している搬送車１１ａを上記第１処理ユニット８の資材用接続口８ｂの位置へと移動させる。
この際、搬送指令手段Ｃａは走行パラメータを回送用から資材用に切り換え、当該資材を収容している資材収容ボックスＢｂを支持する搬送車１１ａを上記資材用の走行パラメータに基づいて移動させる。これにより資材収容ボックスＢｂの内部において資材が転倒せず、また整理された資材が移動しない程度に、上記細胞を収容している細胞収容ボックスＢａを支持する搬送車１１ａよりは速やかに移動するようになっている。

次に、細胞収容ボックスＢａが第１処理ユニット８の細胞用接続口８ａに接続手段７を介して接続されると、図示しないシャッタおよび開閉扉ＢＤが開放されて細胞収容ボックスＢａ内の細胞を収容した遠沈管が第１処理ユニット８へと搬入される。
これと同様、資材収容ボックスＢｂが第１処理ユニット８の資材用接続口８ｂに接続手段７を介して接続されると、図示しないシャッタおよび開閉扉ＢＤが開放されて資材収容ボックスＢｂ内の資材が第１処理ユニット８へと搬入される。
このようにして第１処理ユニット８に遠沈管や培養容器等が搬入されると、第１処理ユニット８では、制御手段Ｃによって制御されたロボットや搬送手段が、供給された細胞および資材を用いて自動的に細胞を培養容器に播種する処理を行う。
なお、資材収容ボックスＢｂによる資材の搬送作業は、別の資材収容ボックスＢｂを支持した搬送車１１ａにより、第１処理ユニット８に続いて第２処理ユニット９にも行う。

この播種処理が終了すると細胞が播種された培養容器は、搬送手段によって第１処理ユニット８から細胞収容ボックスＢａに移載され、また使用済みの資材は第１処理ユニット８から資材収容ボックスＢｂに移載される。
細胞収容ボックスＢａおよび資材収容ボックスＢｂの開閉扉ＢＤがそれぞれ閉鎖されると、制御手段Ｃは播種作業が完了したことを認識し、当該細胞が播種された培養容器を収容している細胞収容ボックスＢａを支持する搬送車１１ａを、第１処理ユニット８から上記インキュベータ１０の接続口１０ａの位置へと移動させる。
このとき、搬送指令手段Ｃａは搬送車１１ａを細胞用の走行パラメータに基づいて移動させ、これにより細胞収容ボックスＢａに収容されている細胞を収容した培養容器は緩やかに搬送され、細胞が受けるストレスは軽減され、培養容器から培養液がこぼれ出ることも防止されることとなる。

上記第１処理ユニット８より離脱した細胞収容ボックスＢａは、その後上記インキュベータ１０に移動し、接続手段７を介して接続口１０ａに接続される。その後、シャッタおよび開閉扉ＢＤが開放されて細胞収容ボックスＢａ内の細胞を収容した培養容器がインキュベータ１０の内部へと搬入される。
インキュベータ１０では培養容器内で細胞の培養が開始されるが、インキュベータ１０での細胞の培養には所要の時間が必要となる。そこで培養容器がインキュベータ１０へと移載されると、空になった細胞収容ボックスＢａはインキュベータ１０より離脱されるようになっている。
すなわち、制御手段Ｃは細胞収容ボックスＢａの開閉扉ＢＤが閉鎖されることで、搬送指令手段Ｃａにより搬送車１１ａをインキュベータ１０から移動させるが、搬送指令手段Ｃａは走行パラメータを細胞用から回送用に切り換え、当該空の細胞収容ボックスＢａを支持する搬送車１１ａを上記回送用の走行パラメータに基づいて移動させる。
搬送車１１ａは資材用の走行パラメータよりも高速に移動され、当該細胞収容ボックスＢａは、上記除染ステーション１３に移動して内部の除染が行われ、その後搬送車１１ａは必要に応じて充電ステーション１２に移動して充電が行われ、待機状態となる。

一方、第１処理ユニット８において使用した使用済みの資材が資材収容ボックスＢｂに収容されて開閉扉ＢＤが閉鎖されると、搬送指令手段Ｃａは当該資材収容ボックスＢｂを支持している搬送車１１ａを、上記回収作業室４の資材回収ユニット１５の接続口１５ａの位置へと移動する。その後、資材回収ユニット１５の接続口１５ａに接続手段７を介して資材収容ボックスＢｂが接続される。
このとき、コントローラ１１ｂは当該搬送車１１ａに対して、引き続き設定されている資材用の走行パラメータに基づいて移動を制御しており、これにより搬送車１１ａは細胞用の走行パラメータに基づく移動よりも速やかに移動することが可能となっている。
資材回収ユニット１５では、作業者が資材収容ボックスＢｂの開閉扉ＢＤを開放すると、当該資材収容ボックスＢｂ内の使用済みの資材を資材回収ユニット１５の内部へと移載させ、所要の手順に従ってこれらの廃棄処理を行う。
そして資材収容ボックスＢｂが空になると、搬送指示手段Ｃａは、当該空の資材収容ボックスＢｂを支持している搬送車１１ａを、上記除染ステーション１３へと移動させるが、この際、走行パラメータを回送用に切り換え、それまでの資材用より速やかに移動させる。除染ステーション１３では、当該空の資材収容ボックスＢｂの内部の除染が行われる。
除染が終了すると搬送指示手段Ｃａは、必要に応じて充電ステーション１２に当該搬送車１１ａを移動させて充電を行い、当該搬送車１１ａは待機状態となる。

上記インキュベータ１０において細胞が所定時間にわたって培養されると、当該細胞には、複数の培養容器に分ける継代処理や、培養容器中の培養液を交換する培地交換処理が行われる。
ここでは継代処理について説明すると、インキュベータ１０に細胞を収容した培養容器を収納してから所定時間が経過すると、制御手段Ｃは空の収容ボックスＢを支持している指定された搬送車１１ａをインキュベータ１０まで移動させる。この際、搬送指示手段Ｃａは、回送用の走行パラメータに基づいて移動を制御するようコントローラＣｂに制御指令を送信する。
上記空の収容ボックスＢは細胞収容ボックスＢａとしてインキュベータ１０の接続口１０ａに接続され、培養された細胞を収容している培養容器が当該細胞収容ボックスＢａに収容されて開閉扉ＢＤが閉鎖されると、搬送指令手段Ｃａは当該細胞収容ボックスＢａを支持している搬送車１１ａを、回送用から細胞用に走行パラメータを切り換えて、第２処理ユニット９の細胞用接続口９ａの位置へと移動させる。

このようにして細胞収容ボックスＢａが第２処理ユニット９の細胞用接続口９ａに接続されると、制御手段Ｃは第２処理ユニット９の搬送手段やロボット等の動作を制御し、最初に培養容器内の細胞の数を計測する。
制御手段Ｃは、計測した細胞の数に応じて継代する培養容器の個数を自動的に判断し、上記ロボット等を制御して当該個数の培養容器に対して細胞の継代作業を行う。

この継代作業が終了すると、継代により細胞が播種された培養容器は、第２処理ユニット９から細胞収容ボックスＢａに移載され、また使用済みの資材は第２処理ユニット９から資材収容ボックスＢｂに移載される。
上記第１処理ユニット８における播種作業の場合と同様にして、継代作業が終了すると、制御手段Ｃは細胞が播種された培養容器を収容している細胞収容ボックスＢａを支持している搬送車１１ａを、細胞用の走行パラメータに基づく移動制御により上記インキュベータ１０の接続口１０ａの位置へと移動させ、上述した手順と同様に接続手段７を介して細胞収容ボックスＢａを接続させて、培養容器をインキュベータ１０に移載させて所定時間にわたり培養を行う。

上記第２処理ユニット９での継代処理が終了すると、継代処理に使用した使用済みの資材は、第１処理ユニット８における使用済み資材と同様にして、第２処理ユニット９から資材収容ボックスＢｂに移載され、資材用の走行パラメータに基づく搬送車１１ａの移動により上記資材回収ユニット１５へと搬送されて回収処理される。
最後に、インキュベータ１０において所定の培養時間が経過した培養済みの全ての培養容器は、上記細胞回収ユニット１４に搬送されて回収処理される。この際の培養容器の搬送は、先に行ったインキュベータ１０から第２処理ユニット９への搬送と同様に、細胞用の走行パラメータに基づく搬送車１１ａの移動により行われる。
培養後の培養容器を収容した細胞収容ボックスＢａが細胞回収ユニット１４に移動されると、接続口１４ａに細胞収容ボックスＢａが接続され、作業者が細胞収容ボックスＢａから培養容器を取り出して回収処理を行った後、回収作業室４の外部へ搬出する。

上記構成を有する細胞培養システム１の場合、例えば第２処理ユニット９での継代処理では、培養された細胞の数に応じて継代する培養容器の数が変動するため、処理に要する時間が変動することとなる。
各収容ボックスＢを搬送する搬送車１１ａは、各処理ユニットＵ間の搬送経路毎に専用で準備することもできるが、そうすると多数の搬送車１１ａを準備しなければならず不経済なため、本実施例では、最小限の台数の搬送車１１ａとして搬送を終えた搬送車１１ａを別の搬送経路で使用するようにして、搬送車１１ａをやり繰りするように制御手段Ｃにてプログラムを設定している。
特に、搬送車１１ａは走行パラメータを切り換えることで、細胞搬送用にも、資材搬送用にも使用することができるので、状況に応じて使い分けることで搬送車１１ａの必要台数を削減することができる。
そして、上記第２処理ユニット９における継代作業のように、処理に要する時間が変動する場合は、その後の予定を変更して制御手段Ｃにおいて改めてプログラムを再設定するようにしている。
また、自走式搬送手段１１を使用して搬送を自動化することで、無菌作業室３の無人化を図ることが可能であり、作業に従事する作業者の削減のみならず、環境の無菌性や清浄性の維持が可能となる。
さらに自走式搬送手段としてＡＩＶを採用しているので、無菌作業室３に搬送車１１ａの移動経路を設定する必要がなく、無菌作業室３内におけるガイドの敷設やセンサの設置が不要であり、本発明にかかる構成を既存の施設に設置することも容易である。

図３は第２実施例にかかる細胞培養システム１の構成図を示したものとなっている。以下の説明では、上記第１実施例と異なる構成について説明するものとして、それ以外の説明は第１実施例と共通するものとして省略する。
第２実施例では、収容ボックスＢとして上記細胞を収容する細胞収容ボックスＢａと、資材を収容する資材収容ボックスＢｂとは異なる構成を有しており、具体的には細胞収容ボックスＢａはそれ自体がインキュベータとしての機能を有したものとなっている。
また本実施例の無菌作業室３には、第１実施例におけるインキュベータ１０に代えて、培養ステーション２１が設けられている。
この培養ステーション２１では、インキュベータとして構成された細胞収容ボックスＢａが接続されることで、培養に必要な電力やガス等の供給が行われるようになっている。
つまり本実施例の培養ステーション２１では、細胞収容ボックスＢａの開閉扉ＢＤは閉鎖したままの状態で細胞収容ボックスＢａが所定時間静置されることにより、当該細胞収容ボックスＢａの内部で細胞が培養されるようになっている。

このように構成される第２実施例においては、上記培養ステーション２１に細胞収容ボックスＢａを移動させて接続することで培養が行われるものであるが、収容ボックスＢは細胞用として専用となり、それを支持する搬送車１１ａも細胞用として専用となって、培養中は培養ステーション２１から移動させることはできなくなる。
そのため、必要となる搬送車１１ａの台数は、第１実施例の場合よりも多くなるが、走行パラメータを切り換えて細胞用と資材用で転用することはないので、プログラムや制御は簡単になる。
なお、培養ステーション２１で搬送車１１ａから細胞収容ボックスＢａを離脱させて、搬送車１１ａを別の処理の搬送に利用することも可能で、この場合には、除染ステーション１３に空きの細胞収容ボックスＢａや資材収容ボックスＢｂをストックしておき、何も支持をしていない搬送車１１ａに支持させるようにする。

次に、第３実施例にかかる細胞培養システム１について説明する。以下の説明では、上記第１実施例と異なる構成について説明するものとして、それ以外の説明は第１実施例と共通するものとして省略する。
この第３実施例では、第１実施例と同様に、収容ボックスＢとして上記細胞を収容する細胞収容ボックスＢａと、資材を収容する資材収容ボックスＢｂは同一の構成を有しており、具体的には、ＨＥＰＡフィルタのような清浄化フィルタを介して外気が流入可能に構成された収容ボックスＢを使用するようになっている。
この収容ボックスＢを用いた場合は、細胞収容ボックスＢａとして細胞を収容した培養容器を収容すると、細胞収容ボックスＢａごとインキュベータ１０に収納させて細胞を培養することが可能となるものであり、搬送車１１ａが細胞収容ボックスＢａを支持してインキュベータ１０に移動させると、インキュベータ１０に備えられた搬送手段で細胞収容ボックスＢａごと細胞を収容した培養容器をインキュベータ１０の内部に搬入するようになっている。
この実施例では、細胞収容ボックスＢａをインキュベータ１０に搬入させた後、当該細胞収容ボックスＢａを搬送してきた搬送車１１ａは、除染ステーション１３にストックされた別の細胞収容ボックスＢａまたは資材収容ボックスＢｂを支持して、他の処理ユニットＵに対する搬送作業を行うようにしている。
なお、本第３実施例では収容ボックスＢは細胞用と資材用で共用しているが、細胞用にのみ清浄化フィルタを設けて第２実施例のように専用化することもできる。

さらに、第４実施例にかかる細胞培養システム１について説明する。以下の説明では、上記第１～３実施例と異なる構成について説明するものとして、それ以外の説明は第１～３実施例と共通するものとして省略する。
この第４実施例は、処理ユニットＵに細胞と資材とを同時に供給するための搬送について想定したものであって、細胞と資材とを収容可能な共通の収容ボックスＢを使用し、一つの収容ボックスＢに細胞と資材を収容して同時に搬送するようにしている。
すなわち、上記搬送車１１ａを細胞供給ユニット５および資材供給ユニット６に順次移動させて収容ボックスＢを接続させ、細胞（細胞懸濁液を収容した遠沈管）と各種資材をそれぞれ収容ボックスＢに収容させる。
その後、上記搬送車１１ａを第１処理ユニット８の細胞用接続口８ａおよび資材用接続口８ｂに順次移動させて収容ボックスＢを接続させ、収容している細胞と資材を順次第１処理ユニット８に搬入させる。
この際、上記搬送車１１ａは、収容ボックスＢに資材のみを収容しているときは資材用のパラメータに基づく制御により移動させ、細胞と資材または細胞のみを収容しているときは、細胞用のパラメータに基づく制御により移動させるようにしている。
この第４実施例のように細胞用と資材用で共通の収容ボックスＢを用いる場合にあっては、細胞供給ユニット５および資材供給ユニット６を共通の処理ユニットＵとし、さらに第１処理ユニット８および第２処理ユニット９において、細胞用接続口８ａ、９ａと資材用接続口８ｂ、９ｂとを、共通の接続口として、各処理ユニットＵにおいて共通の接続口で細胞と資材を出し入れすることも可能である。

なお、上記実施例では無菌作業室３に処理ユニットＵとして第１、第２処理ユニット８、９を設けて、上述したような培養作業を行っているが、さらに多くの処理ユニットＵを設けて、培養作業をさらに細分化して分業化することも可能であり、例えば遺伝子操作等の作業を行うための処理ユニットＵを設けてもよい。
具体的には、例えば第２処理ユニット９を複数台設けて、上記継代処理や培地交換処理を複数台の第２処理ユニット９で並行して処理するようにしてもよく、さらにその他の処理を行うように構成された第３、第４の処理ユニットＵを設けてもよい。

１細胞培養システム２準備作業室
３無菌作業室４回収作業室
５細胞供給ユニット６資材供給ユニット
７接続手段８第１処理ユニット
９第２処理ユニット８ａ、９ａ細胞用接続口
８ｂ、９ｂ資材用接続口１０インキュベータ
１１自走式搬送手段１１ａ搬送車
１１ｂコントローラ１４細胞回収ユニット
１５資材回収ユニットＵ処理ユニット
Ｂ収容ボックスＢａ細胞収容ボックス
Ｂｂ資材収容ボックスＣ制御手段
Ｃａ搬送指令手段

Claims

細胞または培養作業に用いる資材を搬送する自走式搬送手段と、上記細胞および資材を用いて培養作業を行う複数の処理ユニットと、上記自走式搬送手段の移動を指令する搬送指令手段と、上記処理ユニットの処理の実行を制御する制御手段とを備え、上記自走式搬送手段により上記細胞および資材を所要の処理ユニットに搬送するようにした細胞培養システムにおいて、
上記処理ユニットとして、継代・培地交換処理を行う処理ユニットと、細胞を培養させるインキュベータとを備え、
上記自走式搬送手段は、自走可能な複数の搬送車と、各搬送車の移動を制御するコントローラとから構成され、
上記搬送指令手段は加速および減速のパターンが異なる複数の走行パラメータを備え、上記コントローラに対し、予め設定された移動制御プログラムに従って、上記搬送車が指令された時刻に指令された目的位置へと移動するように、使用する走行パラメータと時間情報と位置情報とを指令し、
上記コントローラは、上記細胞を搬送する際には細胞用の走行パラメータを用い、上記資材を搬送する際には、上記細胞用よりも上記搬送車を速やかに移動させる資材用の走行パラメータを用いて、上記搬送指令手段から指令された時間情報と位置情報とに従って各搬送車の移動を制御し、
上記制御手段は、上記インキュベータで培養された細胞の数に応じて上記継代・培地交換処理を行う処理ユニットの処理に要する時間が変動する場合は、その後の予定を変更して上記移動制御プログラムを再設定し、上記搬送指令手段は再設定された移動制御プログラムに従って各搬送車の制御指令をコントローラに送信することを特徴とする細胞培養システム。
上記搬送指令手段は上記走行パラメータとして、上記資材用よりも上記搬送車を速やかに移動させる回送用の走行パラメータを備え、上記細胞または資材を搬送せず搬送車を移動させる際に用いることを特徴とする請求項１に記載の細胞培養システム。
上記細胞または資材を収容する収容ボックスを備えるとともに、上記収容ボックスを上記搬送車に支持させて搬送することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の細胞培養システム。