CONTROL RATE FREEZINGプログラムフリーザー

 

培養細胞の凍結処理

培養細胞の凍結処理には、いままで様々な手法と試みがされてきました。細胞の成分のほとんどは水であり、凍結中にできる氷の結晶が細胞膜を傷つけ、生存率を低下させてしまうことは良く知られています。また、細胞内と保存液の間で浸透圧の不均衡が生じ、細胞内の水分が外へと移る脱水化現象が生じます。これらの「凍害」を抑制するために、DMSOなどの細胞凍結保存液(凍結保護剤)を利用するとともに、ゆっくりとサンプルを冷却することで細胞内の氷晶形成を抑える、緩慢凍結法が細胞凍結のデファクトスタンダードとなっています。

緩慢凍結法では、一般的に-1℃/minの冷却レートが好ましいとされています。市場には、イソプロパノールを利用した簡易的な凍結用具も販売されていますが、凍結する細胞の種類や濃度によって条件は変わりますし、サンプル(細胞懸濁液)そのものが持つ潜熱を考慮した、最適な凍結を実施するためには、「プログラム・フリージング」が必要だと言えます。

3d illustration of a egg cell frozen into ice cube

プログラム・フリーザーとは

プログラムフリーザー(海外ではControl Rate Freezingと呼ばれます)とは、その名の通り「計画された凍結」を指します。電子回路あるいはコンピュータで制御される冷凍庫を用いて、サンプルの温度を任意の温度設定と冷却速度にてコントロールすることができます。プログラムフリーザーの歴史は古く、以前から冷媒に液体窒素を用いた製品は広く普及してきました。一度に大量の細胞サンプルの凍結処理ができるため、バイオバンクや細胞を大量に扱う業務では重宝されています。しかし装置は大型で、液体窒素を供給する配管が必要であるなど、身近な存在とは言えないものでした。

近年の再生医療・細胞治療研究の発展により、いかに細胞の生存率を安定的に、高く維持するかは、大きな命題の一つでもあります。株化細胞に比べ、これら研究に用いられる細胞は初代細胞や幹細胞といった、非常にナイーブで温度感受性が高く、特に自家細胞を用いる場合は、他に代えがたい貴重なリソースでもあります。

 

 

CPFにおける作業と細胞凍結

再生医療・細胞治療の現場となる細胞加工施設、いわゆるCPF(Cell Processing Facility)では、厳密な空調・清浄度管理と、作業の内容に応じグレード分けされたゾーニングがなされています。多くの場合、部屋の余剰スペースがふんだんにある訳ではなく、限られた作業動線と空間内で決められた作業手順で日常の業務がなされています。

細胞培養や加工がなされる無菌操作等区域(グレードB)と、細胞を凍結保存する一般管理区域(グレードD)の間には幾つかのパスボックスがあり、相互汚染を防ぐため、細胞や資材が作業者は一方通行の経路で移動しなければならないという制約もあります。 このような中で、大型で液体窒素配管を必要とする従来型のプログラムフリーザーは、決して再生医療・細胞治療の現場ニーズにマッチしているとはいえず、バリューチェーンを形成するうえでの足枷となっていました。

 

 

LN2フリーであること

弊社では、この問題にいち早く着目し取り組んできました。京都大学iPS研究所からの要請を受け、CPF内にマッチするプログラムフリーザーの開発に成功しました。弊社製プログラムフリーザーは、スターリングクーラーと呼ばれる新技術を採用しています。スターリングクーラーは、天然のヘリウムガスを使用する環境に優しい完全なCFCフリーシステムです。従来のコンプレッサー式冷凍機や液体窒素と比べ、多くの利点があります。

  1. 小型、コンパクトであること
  2. 直流電源で稼働でき、消費電力が極めて小さいこと
  3. 完全密閉系で、ガスや冷媒の充填・補充が必要ないこと
  4. 排熱が少なく、設置環境に影響を与えないこと
  5. 温度幅のブレがなく、精密な温度制御が可能であること

 

何より、液体窒素を使用する必要がないため、ランニングコストがかからず、液体窒素供給のための配管も不要なため、クリーンルーム内の工事をする必要もありません。通常の電化製品と同様、設置して電源ケーブルをコンセントにつなぐだけです。

 

実施記録とバリデーション

細胞加工施設での機器の利用については、実施記録が正しく残されることが重要です。細胞の凍結処理の結果データは実施するたびにPDF形式のレポートで出力することができます。また、GMPに対応するバリデーションやIQ/OQについても柔軟に対応できます。今後も弊社は、研究目的だけでなく、製造目的にも使用できる高性能・高品質なプログラムフリーザーをお届けしてまいります。

 

 

 

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