JP2005204546A

JP2005204546A - 培養処理装置

Info

Publication number: JP2005204546A
Application number: JP2004013638A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Kinoshita; 智之木下; Hiroshi Fukuda; 宏福田; Noriyoshi Hoshikawa; 典由星川
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-01-21
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】培養容器内への塵埃の混入を極力抑えることができ、処理室内に外部からアクセスしようとする際に処理室内の空気が外部に流出し、あるいは外部の空気が処理室内に流入することを防止する。
【解決手段】密閉された空間Ｓ２１内において培養容器３内に収容された細胞に対して所定の処理を施す処理室Ｓ２を備え、該処理室Ｓ２に、上部から清浄な下降空気流を供給する空気清浄機３２と、下部において処理室Ｓ２内空気を吸引しフィルタ４２を介して排出する第１の排気装置４１と、空間内外を連通または遮断する開閉可能な扉５０と、該扉５０が開かれたときに作動させられ、扉５０近傍の空気を吸引する第２の排気装置５４とが備えられている培養処理装置３０を提供する。
【選択図】図８

Description

この発明は、培養処理装置に関するものである。

従来、自動培養装置として、複数の培養容器を収納可能な固定式の収納棚と、水平・昇降・回転移動可能な搬送手段とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この自動培養装置は、培養室内に配置された収納棚に、鉛直方向に並ぶ複数の小部屋を備え、各小部屋の中に培養容器を１つずつ収容して培養を行い、培養途中あるいは培養終了時に搬送手段を作動させて、小部屋から１つずつ培養容器を取り出し、あるいは、小部屋へ培養容器を収容するよう構成されている。

また、この自動培養装置においては、培養容器に培地を注入・排出した使用済みの注入チップや排出チップを培地注入ニードルまたは培地排出ニードルから自動的に取り外すチップ除去部が備えられている。このようにすることで、培地注入ニードルおよび培地排出ニードルには、培地の付着していない新たな滅菌チップを自動的に装着でき、培養容器内の細胞等には常に新たな滅菌チップを接触させることができるので、細胞が塵埃等により汚染されないようになっている。
特開２００２−２６２８５６号公報（図１等）

この場合において、一旦使用された使用済みのチップは、チップ除去部においてニードルから取り外された後には、所定の廃棄容器に回収されて保管される。しかしながら、保管期間が長くなると、チップに付着した培地等の液体が乾燥して塵埃となって浮遊することが考えられる。この場合には、浮遊した塵埃が培養容器内に付着したり、自動培養装置内の各部に付着したり、内部を浮遊し続けたりする不都合がある。
このため、細胞に対して所定の処理を施す処理領域については、作業者から隔離する必要があるとともに、その隔離した処理領域内部については、清浄度を高く維持することが必要である。

しかしながら、このように細胞に対して処理を施す処理領域と、作業者の作業領域とを隔離した場合においても、処理領域内部の装置の保守・点検等のために作業者が処理領域内にアクセスしなければならない場合がある。このような場合には、たとえ処理領域内部が高い清浄度に保たれていたとしても、処理領域内の空気が作業者にふりかかるのは好ましくない。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、培養容器内への塵埃の混入を極力抑えることができ、処理室内に外部からアクセスしようとする際に処理室内の空気が外部に流出し、あるいは、処理室内に外部の空気が流入することを防止可能な培養処理装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、密閉された空間内において培養容器内に収容された細胞に対して所定の処理を施す処理室を備え、該処理室に、上部から清浄な下降空気流を供給する空気清浄機と、下部において処理室内空気を吸引しフィルタを介して排出する第１の排気装置と、空間内外を連通または遮断する開閉可能な扉と、該扉が開かれたときに作動させられ、扉近傍の空気を吸引する第２の排気装置とが備えられている培養処理装置を提供する。

この発明によれば、空気清浄機の作動により処理室上部から清浄な下降空気流が供給され、第１の排気装置の作動により、処理室下部から処理室内空気が吸引されてフィルタを介して排出されるので、気圧を高めることなく、処理室内を清浄な状態に維持することが可能となる。すなわち、処理室内を外気より高い気圧にすると、処理室内の塵埃が外部に流出する可能性があり、また、低い圧力にすると処理室内に外部から塵埃が流入する可能性がある。したがって、処理室内を外気と同等の気圧に維持することにすれば、塵埃の流出入を防ぐことが可能となる。

この場合において、処理室内部の装置等の保守等のために、処理室外部の作業者は、処理室の扉を開けて該扉から処理室内部にアクセスすることになるが、処理室内外の気圧差が小さいために空気の流動は不安定となり易い。この発明によれば、処理室の扉が開かれたときに第２の排気装置が作動させられて扉近傍の空気を吸引するので、扉を通して処理室から外部に流れ出ようとする空気を吸引し、作業者に吹き付けるのを防止することが可能となる。

上記発明においては、前記扉の内側近傍に、第２の排気装置の作動により処理室内空気を吸引する吸気口が設けられていることが好ましい。
この発明によれば、第２の排気装置を作動させることにより、扉が開かれる前あるいは開かれている途中においても、吸気口から処理室内空気を吸引し続けることが可能となり、処理室内空気の処理室外への流出をより確実に防止することが可能となる。

また、上記発明においては、前記扉が複数設けられ、各扉が開かれたときに、開かれた扉に対応する吸気口から処理室内空気を吸引するよう吸引口を切り替える切替手段を備えることが好ましい。
この発明によれば、切替手段の作動により、処理室内空気の吸引が必要とされる、開かれた扉に対応する吸気口のみが吸気されるので、動力の無駄をなくし、効率的に処理室内空気の流出を防止することができる。

本発明によれば、処理室の扉が閉じられた状態においては、処理室内を清浄な状態に維持し、処理室の扉が開かれたときには、処理室内の空気が外部に流出することを防止することができるという効果を奏する。

この発明の一実施形態に係る培養処理装置について、図１〜図９を参照して説明する。
本実施形態に係る培養処理装置３０は、図１〜図９に示される自動培養装置１に適用する。
この自動培養装置１は、図１に示されるように、シャッタ２を介して相互に連絡する第１空間Ｓ１と第２空間（処理室）Ｓ２とを備えている。

第１空間Ｓ１の両側空間Ｓ１１，Ｓ１３には、培養容器３を収容する培養室４が２個ずつ計４個配置され、中央空間Ｓ１２には、培養容器３を移動するための搬送ロボット（搬送機構）５が備えられている。中央空間Ｓ１２の上部には、中央空間Ｓ１２内の空気を浄化するために清浄な下降空気流を送る空気清浄部６が設けられている。
４個の培養室４は、それぞれ中央空間Ｓ１２に向けて扉４ａを配置することにより、横に並んだ２個ずつが相互に扉４ａを対向させて、間隔をあけて配置されている。

前記各培養室４は、図２および図３に示されるように、一側面に開口部４ｂを有し、該開口部４ｂを開閉可能な扉４ａを備えている。開口部４ｂに向かって左右の側壁には、対応する高さ位置に複数のレール状のトレイ保持部材４ｃが設けられており、左右対となる各トレイ保持部材４ｃに掛け渡すようにして、トレイ７を上下方向に複数段収容できるようになっている。なお、トレイ保持部材４ｃはレール状に限定されず、トレイ７を出し入れ可能に支持することができれば任意の形態でよい。また、各培養室４内は、所定の培養条件、例えば、温度３７±０．５℃、湿度１００％およびＣＯ_２濃度５％等に維持されている。

各トレイ７には、複数個、例えば、１０個の培養容器３を並べて載置できるようになっている。各培養容器３は、図４に示されるように、容器本体３ａと、該容器本体３ａの上面に設けられた蓋体３ｂとからなり、容器本体３ａの左右の側面には、後述する第２空間内のハンドにより引っかけられる突起３ｃが設けられている。

各培養室４の下方には、図１に示されるように、未使用の培養容器３をトレイ７に搭載した状態で複数収容するストッカ８が配置されている。ストッカ８は、前記培養室４の扉とは反対側の第１空間Ｓ１の外部に向かう側面に開閉可能なドアを有している。該ドアは、ストッカ８の一側面全体を開放する大きさに形成されている。

前記搬送ロボット５は、４個の培養室４の間隔位置のほぼ中央に配置されている。該搬送ロボット５は、水平回転可能な第１アーム５ａと、該第１アーム５ａの先端に鉛直軸回りに回転可能に連結された第２アーム５ｂと、該第２アーム５ｂの先端に鉛直軸回りに回転可能に取り付けられ、それ自身は駆動部、伝導機構などの培養室内の環境を劣化させる機構を持たないハンド５ｃと、これら第１アーム５ａ、第２アーム５ｂおよびハンド５ｃを昇降可能な昇降機構５ｄとを備えている。これにより、搬送ロボット５は、４個の培養室４内の全てのトレイ７にアクセスするとともに、前記シャッタ２を跨いで第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との間に配置されたコンベア９上にトレイ７を引き渡すことができる水平方向の動作範囲を有している。

前記コンベア９は、搬送ロボット５のハンド５ｃの幅寸法より大きな間隔をあけて左右に配置された２本の無端ベルト９ａを備え、これら無端ベルト９ａに掛け渡してトレイ７を載置できるようになっている。また、搬送ロボット５は、培養室４内の全てのトレイ７にアクセスするとともに、前記ストッカ８内の少なくとも最上段のトレイ７にアクセスできる垂直方向の動作範囲を有している。
なお、ベルト９ａは無端ベルトに限られない。

前記ハンド５ｃは、トレイ７を載置可能に水平方向に延びる平坦な形状に形成されており、培養室４に収容されているトレイ７間の隙間に挿入可能な厚さ寸法に形成されている。そして、ハンド５ｃは、トレイ７間の隙間に挿入された状態から上昇させられることにより、２本の腕によってトレイ７を下方から押し上げてトレイ保持部材４ｃから取り上げるとともに、トレイ７を安定して保持できるようになっている。

前記第２空間Ｓ２には、図１に示されるように、培養処理装置３０が構成されている。
培養処理装置３０は、シャッタ２が開かれた状態で第１空間Ｓ１からコンベア９によって搬送されてきたトレイ７上の培養容器３に対し、外部から投入された細胞を供給し、あるいは、培地を供給、回収する給排ロボット１０と、培養容器３内の培地から細胞を分離する遠心分離機１１と、血清や試薬等の種々の液体を分注するための電動ピペット１２を備えた水平回転および昇降移動可能な４台の分注ロボット１３と、これら給排ロボット１０および分注ロボット１３の電動ピペット１２先端に取り付ける使い捨て可能なチップ１４を複数収容していて給排ロボット１０および分注ロボット１３の動作範囲内に提供可能な３台のチップ供給装置１５と、使用済みのチップ１４を廃棄回収するチップ回収部３１と、血清や試薬等の種々の液体を複数の容器に貯留する試薬等供給装置１６と、培養容器３内における細胞の様子を観察可能な顕微鏡１７と、各試薬および培地交換等により廃棄される廃液をそれぞれ貯留する複数の貯留タンク１８と、前記コンベア９と各ロボット１０，１３との間で培養容器３を受け渡し可能とするように培養容器３を移動させる水平移動機構１９と、該水平移動機構１９のスライダ２０に取り付けられ、受け取った培養容器３を載置する載置台２１とを備えている。
なお、第２空間Ｓ２にも、該第２空間Ｓ２内の空気を浄化するために清浄な下降気流を形成する空気清浄機３２が設けられている。

前記第２空間Ｓ２に構成された培養処理装置３０は、その高さ方向の中間位置に配され第２空間Ｓ２内を上部空間Ｓ２１と下部空間Ｓ２２とに上下に区画する第１の区画壁３３と、該第１の区画壁３３により形成された下部空間Ｓ２２内をさらに上下に区画する第２の区隔壁３４とにより、上下方向に並ぶ３つの空間Ｓ２１，Ｓ２２１，Ｓ２２２に区画されている。

第１の区画壁３３は、前記コンベア９の高さに配置され、その上方の上部空間Ｓ２１内に、載置台２１、給排ロボット１０、分注ロボット１３のアーム１３ａ、顕微鏡１７のＸＹテーブル１７ａ以上の機構部等を配置している。これらの装置は、培養容器３の移動に必要な装置、および培養容器３の上部開口からアクセスすることが必要な装置だからである。なお、試薬等供給装置１６の上面も第１の区画壁３３の上面に露出しているが、これはチップ１４の挿入口１６ｃを上部空間Ｓ２１に開口させるためである。

また、第１の区画壁３３には、載置台２１を上部空間Ｓ２１において移動させるために、載置台２１を下部空間Ｓ２１内の水平移動機構１９に連結するための長孔３５、第１の区画壁３３の下方の空間Ｓ２２１に配置されたチップ供給装置１５からチップ１４を取り出すための貫通孔３６、使用済みのチップ１４を廃棄するための廃棄口３７が貫通形成されている。

さらに、第１の区画壁３３には、その側壁３０ａ，３０ｂに沿って、上下に貫通する複数の吸気口３８が設けられている（斜線部）。側壁３０ａ，３０ｂには、図８および図９に示されるように、前記各吸気口３８に対応する位置に、開閉可能な複数のアクセス扉（扉）５０が設けられている。各アクセス扉５０には、図９に示されるように、該アクセス扉５０が開状態であることを検出する開閉センサ５１が設けられている。

また、各吸気口３８には、集気部５２を介して吸気ダクト５３が接続されており、各吸気ダクト５３は、吸気装置（第２の排気装置）５４に接続されている。吸気装置５４には、前記吸気ダクト５３を選択的に開閉するバルブ（切替装置：図示略）と、吸気ファン（図示略）とが備えられている。また、吸気装置５４は、空間Ｓ２２２に配置されており、吸気ファンによる排気から塵埃を捕集するＨＥＰＡフィルタ（図示略）を備えている。

前記開閉センサ５１および吸気装置５４は、図示しない制御装置に接続されている。制御装置は、開閉センサ５１からのアクセス扉５０が開状態であることを知らせる信号に基づいて、吸気ファンを起動するとともに、どのアクセス扉５０が開かれたかに応じて、当該開かれたアクセス扉５０に対応する吸気口３８から吸引するように、吸気ダクト５３のバルブを選択的に開閉するようになっている。

第１の区画壁３３と第２の区画壁３４との間の空間Ｓ２２１には、図５に示されるように、分注ロボット１３の本体部分、チップ供給装置１５、試薬等供給装置１６、顕微鏡１７のＸＹテーブル１７ａ以下の部分、水平移動機構１９および、チップ回収部３１の廃棄口３７と廃棄容器３９とを接続するダクト４０が備えられている。前記ダクト４０は、図７に示されるように、例えば、その上端にフランジ部４０ａを備える構造とされ、第１の区画壁３３の下部に設けたフック４４に引っかけることで、第１の区画壁３３と第２の区画壁３４との間に着脱可能に設ければよい。第２の区画壁３４の側壁３０ａ，３０ｂ近傍には、該側壁３０ａ，３０ｂに沿って、上下に貫通する通気口４３が設けられている（斜線部）。

さらに、第２の区画壁３４の下方の空間Ｓ２２２には、図６に示されるように、遠心分離機１１、貯留タンク１８、廃棄容器３９、および排気ファン４１が配置されている。排気ファン４１の出口にはＨＥＰＡフィルタのようなフィルタ４２が設けられ、排気される空気を清浄にするようになっている。

前記給排ロボット１０は、水平多関節型ロボットであって、例えば、図１に示す例では、２種類の電動ピペット１０ａ，１０ｂを備えるヘッド１０ｃと、水平旋回可能な２つのアーム１０ｄ，１０ｅと、アーム１０ｅの先端に設けられヘッド１０ｃを昇降させる昇降機構１０ｆとを備えている。電動ピペット１０ａは、貯留タンク１８からダクト１０ｇを介して導かれた培地を供給し、あるいはピペッティング動作を行うようになっている。電動ピペット１０ｂは、培養容器３内あるいは遠心容器内の不要な培地を吸引し、ダクト１０ｇを介して他の貯留タンク１８へ廃液として排出するようになっている。

電動ピペット１０ａによるピペッティング動作は、電動ピペット１０ａの先端にチップ供給装置１５から供給されたチップ１４を装着して、細胞と培地との混合液に対し、吸引および放出を１０回〜２０回繰り返す。これにより、混合液を均一に攪拌するようになっている。
また、給排ロボット１０は、ピペッティング動作の後に、電動ピペット１０ａによって、遠心分離機１１により分離された細胞と培地との混合液を吸引し、載置台２１上に搭載された培養容器３内に上部開口から供給するようになっている。

一旦使用された使用済みのチップ１４は、チップ回収部３１において取り外され回収されるようになっている。したがって、給排ロボット１０は、載置台２１、チップ供給装置１５、チップ回収部３１および遠心分離機１１からの細胞供給装置（図示略）等の種々の装置をその動作範囲内に配置している。

前記遠心分離機１１は、給排ロボット１０から供給された細胞入り培地を低速回転させることにより培地内に浮遊していた比重の重い細胞を培地から分離して沈下させるようになっている。

前記分注ロボット１３は、それぞれ、先端にチップ１４を着脱可能に取り付ける電動ピペット１２を備えた水平回転可能なアーム１３ａと、該アーム１３ａを昇降させる昇降機構１３ｂとを備えている。分注ロボット１３は、水平移動機構１９によって搬送されて来た培養容器３内へ、培地や種々の試薬を供給するようになっている。したがって、分注ロボット１３は、水平移動機構１９上の載置台２１、チップ供給装置１５、チップ回収部３１および試薬等供給装置１６等の種々の装置をその動作範囲内に配置している。

前記チップ供給装置１５は、上方に開口した容器１５ａ内に、電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２への取付口を上向きにして複数のチップ１４を配列状態に収容しており、給排ロボット１０や分注ロボット１３が、新たなチップ１４を必要とするときに、電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２を上方から挿入するだけで、電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２の先端にチップ１４を取り付けるように構成されている。容器１５ａは、給排ロボット１０や分注ロボット１３による電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２の移動方向に対して交差する方向に往復移動させられるように移動機構１５ｂに取り付けられている。また、分注ロボット１３にチップ１４を供給するチップ供給装置１５には、移動機構１５ｂによる移動方向とは直交する方向に容器１５ａを移動させる他の移動機構１５ｃが備えられている。これにより、容器１５ａ内の全てのチップ１４に対して電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２がアクセスすることができるようになっている。

前記チップ回収部３１は、廃棄容器３９の入口に、チップ１４を把持する把持装置（図示略）を備えていて、給排ロボット１０や分注ロボット１３において使用されたチップ１４が把持装置に挿入されると、これを把持するようになっている。そして、この状態で給排ロボット１０や分注ロボット１３が電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２を移動させることにより、電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２先端から使用済みチップ１４が取り外され、廃棄容器３９内にダクト４０を介して回収されるようになっている。廃棄容器３９は、空間Ｓ２２２内に着脱可能に配置されており、必要に応じて交換可能となっている。
前記ダクト４０および廃棄容器３９の交換時には、培養処理装置３０の側壁３０ａ，３０ｂに設けられた扉（図示略）を開くことにより、培養処理装置３０の外部からアクセスすることとすればよい。

前記試薬等供給装置１６は、例えば、図５に示されるように、円筒状のケーシング内部に、水平回転可能なテーブル１６ａを収容し、該テーブル１６ａ上に、扇型の底面形状を有する筒状の試薬等容器１６ｂを周方向に複数配列して搭載している。ケーシング内部は一定の温度に保冷されている。各試薬等容器１６ｂには、種々の試薬等が貯留されている。例えば、細胞を培養するために必要な培地を構成するＭＥＭ(Minimal Essential
Medium：最小必須培地)、ＤＭＥＭ（Dulbecco's Modified
Eagle Medium）、ＦＢＳ（Fetal Bovine Serum：ウシ胎児血清）やヒト血清のような血清、培養容器３内の細胞を剥離させるトリプシンのような蛋白質分解酵素や、培養に際して細胞を成長させるサイトカインのような成長因子、細胞を分化させるデキサメタゾンのような分化誘導因子、ペニシリン系抗生物質のような抗生剤、エストロゲン等のホルモン剤や、ビタミン等の栄養剤が貯留されている。

試薬等供給装置１６のケーシングの上面には、分注ロボット１３が電動ピペット１２先端のチップ１４を挿入する挿入口１６ｃが設けられている。この挿入口１６ｃは、前記分注ロボット１３の動作範囲内に配置されている。また、各試薬等容器１６ｂは、その上面に、前記挿入口１６ｃに一致する位置に配置される開口部（図示略）を備えている。これにより、テーブル１６ａを回転させて試薬等容器１６ｂの開口部をケーシングの挿入口１６ｃの鉛直下方に配置することで、分注ロボット１３が、電動ピペット１２先端のチップ１４を上方から試薬等容器１６ｂ内へ挿入して、内部に貯留されている試薬等を吸引することができるようになっている。試薬等供給装置１６を２台設けているのは、検体に共通のトリプシンのような薬液と、検体に固有の血清のような液体とを分離して取り扱うようにしているためである。

前記顕微鏡１７は、培養工程の途中、あるいは、培地交換の際に、培養容器３内の細胞の様子や増殖の程度を観察したり、細胞数を計数したりする場合等に使用されるようになっている。顕微鏡１７のＸＹステージ１７ａや作動距離調整、倍率の変更等は全て遠隔操作により行うことができるように構成されている。第２空間Ｓ２の外方に向けて接眼レンズを配置しておくことにより、自動培養装置１の外部から培養容器３内の細胞の状態を観察できるようにしてもよい。

前記貯留タンク１８は、例えば、全ての検体に共通して使用できるＭＥＭやＰＢＳ（リン酸緩衝化食塩水）等を貯留しておき、必要に応じて試薬等供給装置１６内の試薬等容器１６ｂ内に供給するようになっている。また、貯留タンク１８には、廃液タンクとして、培地交換の際に排出される廃培地等を貯留するものもある。

前記水平移動機構１９は、直線移動機構により水平方向に移動可能なスライダ２０を備えている。スライダ２０上には前記載置台２１が搭載されており、載置台２１に搭載された培養容器３を、コンベア９から分注ロボット１３の動作範囲まで移動させることができるようになっている。

前記載置台２１は、コンベア９上のトレイ７内から移載された培養容器３を搭載して保持する保持機構（図示略）を備えている。また、該培養容器３に振動を付与する加振装置（図示略）を備えていてもよい。加振装置は、例えば、培養容器３を所定の角度範囲で往復揺動させる装置の他、超音波振動を加える装置や、水平方向の振動を加える装置を採用してもよい。
本実施形態に係る自動培養装置１の各種装置には、図示しない制御装置が接続されている。制御装置は、各工程の順序や動作タイミング等を制御するとともに、動作履歴等を記録保存するようになっている。

このように構成された本実施形態に係る培養処理装置３０および自動培養装置１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る自動培養装置１を用いて、骨髄間葉系幹細胞を培養するには、まず、患者から採取された骨髄液を遠心分離容器（図示略）に入れた状態で遠心分離機１１に投入する。この工程は、作業者が行ってもよく、また、給排ロボット１０に行わせてもよい。これにより、遠心分離機１１の作動により、骨髄液中から比重の重い骨髄細胞が集められる。

集められた骨髄細胞は、給排ロボット１０により、培養容器３に投入される。このとき、コンベア９の作動により、トレイ７に載せた１０個の空の培養容器３が、第１空間Ｓ１から第２空間Ｓ２に差し出されている。トレイ７上の培養容器３の内の２個の培養容器３が、図示しない移載装置のハンドによりトレイ７上から取り上げられて、載置台２１上に載置される。そして、図示しない蓋体開閉装置の作動により、載置台２１上の培養容器３の蓋体３ｂが開けられる。

チップ供給装置１５が移動機構１５ｂを作動させることにより、未使用のチップ１４を給排ロボット１０の動作範囲内に配すると、給排ロボット１０は、昇降機構１０ｆを作動させることにより、ヘッド１０ｃを下降させて、第１の区画壁３３下方のチップ供給装置１５から未使用のチップ１４を受け取り、電動ピペット１０ａの先端に取り付ける。
この状態で、給排ロボット１０を作動させて、電動ピペット１０ａ先端のチップ１４を遠心分離機１１内に集められた骨髄細胞懸濁液に接触させる。そして、電動ピペット１０ａを作動させることにより、チップ１４内に骨髄細胞を吸引する。吸引された骨髄細胞は給排ロボット１０を作動させることにより、載置台２１上の培養容器３内に上部開口から投入される。

骨髄細胞を培養容器３内に投入し終わると、給排ロボット１０は、第１の区画壁３３に形成された廃棄口３７にチップ１４を挿入して取り外し、チップ回収部３１に回収させる。廃棄口３７において取り外されたチップ１４は、ダクト４０を介して、最下位の空間Ｓ２２２に配置されている廃棄容器内に投入される。

この状態で、給排ロボット１０は、昇降機構１０ｆを作動させることにより、ヘッド１０ｃを下降させて、第１の区画壁３３下方のチップ供給装置１５から未使用のチップ１４を受け取り、電動ピペット１０ｂの先端に取り付ける。この状態で、給排ロボット１０を作動させて、電動ピペット１０ｂ先端のチップ１４を介して、貯留タンク１８に貯留されているＤＭＥＭやＰＢＳ（リン酸緩衝化食塩水）を培養容器３内に供給する。

次に、骨髄細胞が投入された培養容器３は、水平移動機構１９を作動させることにより、載置台２１ごと水平移動させられ、各分注ロボット１３の動作範囲内に配置される。分注ロボット１３は、チップ供給装置１５から受け取った未使用のチップ１４を先端に取り付けた電動ピペット１２を作動させることにより、試薬等供給装置１６の試薬等容器１６ｂ内からＤＭＥＭや血清、あるいは各種試薬を適量吸引した後に、培養容器３の上方まで搬送して培養容器３内に注入する。血清や各試薬の吸引は、各試薬等の吸引毎にチップ供給装置１５から未使用のチップ１４に交換して行われる。これにより、培養容器３内においては、適正な培地内に骨髄細胞が混合された状態で存在することになる。なお、培地内において骨髄細胞を均一に分布させるために、載置台２１を作動させて、培養容器３ごと加振することにしてもよい。

そして、全ての処理を終えた培養容器３は水平移動機構１９の作動により、コンベア９の近傍まで移動させられ、そこで、再度、蓋体開閉装置および移載装置の作動により、蓋体３ｂにより上部開口を閉じられた状態で、トレイ７に戻される。
トレイ７上の全ての培養容器３に対して所定の処理が行われた後に、コンベア９を作動させることにより、トレイ７に載せられた培養容器３が第２空間Ｓ２から第１空間Ｓ１の中央空間Ｓ１２内に挿入される。

この状態で、搬送ロボット５を作動させることにより、ハンド５ｃによってトレイ７を持ち上げる。そして、トレイ７を収容する培養室４の前まで搬送したところで、当該培養室４の扉４ａを開き、搬送ロボット５によって、空いているトレイ保持部材４ｃ上にトレイ７を挿入する。そして、再度、扉４ａを閉じることにより、培養室４内の培養条件を一定に保持して細胞の培養が行われることになる。なお、骨髄細胞投入や、ＤＭＥＭ、血清、各種試薬の投入や吸引の順序は適宜変更してもよいのは言うまでもない。

また、培地交換や容器交換の際にも、上記と同様にして、培養室４外に配置されている搬送ロボット５の作動により、培養室４内の培養容器３がトレイ７ごと取り出され、第１空間Ｓ１から第２空間Ｓ２へ受け渡される。第２空間Ｓ２では、培養容器３内にトリプシンが注入されて、培養容器３内の細胞が剥離させられた状態で、給排ロボット１０の作動によって遠心分離機１１内に投入され、間葉系幹細胞等の必要なもののみが集められる。その他の処理工程は上記と同様である。

そして、複数回の培地交換や容器交換を介した所定期間にわたる培養工程を行うことにより、間葉系幹細胞が十分な細胞数まで増殖させられることになる。十分な細胞数に達したか否かは、給排ロボット１０の作動により、間葉系幹細胞が底面に付着した培養容器３を顕微鏡１７まで搬送することにより、観察あるいは測定され、細胞の増殖の程度が判断される。なお、トレイ７上には、同一検体の培養容器３が載置されていてもよいし、異なる検体の培養容器３が混在していてもよい。また、載置台２１上には同一検体の培養容器３が載置されてもよいし、異なる検体の培養容器３が混在していてもよい。

このようにして、本実施形態に係る自動培養装置１により、患者から採取した骨髄液から十分な細胞数の間葉系幹細胞を自動的に培養することが可能となる。なお、十分な間葉系幹細胞が得られた後には、培養容器３内にリン酸カルシウムのような生体組織補填材およびデキサメタゾンのような分化誘導因子を投入して、再度培養工程を継続することにより、生体の欠損部に補填可能な、生体組織補填体を製造することにしてもよい。

この場合において、本実施形態に係る自動培養装置１によれば、培養室４内に、培養容器３を取り出すための機構部が存在しない。すなわち、培養室４内には、トレイ７を載置した状態に支持するトレイ保持部材４ｃが設けられているのみであり、培養容器３を取り出すための機構部は全て培養室４外に配置された搬送ロボット５に集約されている。そして、搬送ロボット５は、トレイ７の出し入れ作業が行われた後には、培養室４の扉４ａの外側に完全に退避することができるようになっている。

したがって、扉４ａが閉じられた状態では、培養室４内に機構部が存在せず、機構部の作動によって発生するような塵埃の発生は全く存在しない。また、培養室４内は、温度３７±０．５℃、湿度１００％およびＣＯ_２濃度５％等に維持されるが、機構部が存在しないために、このような環境下においても、腐食等の問題が生ずることがない。また、扉４ａが開かれた状態においても、培養室４内に挿入されるのは搬送ロボット５のハンド５ｃ先端のみであり、実質的に回転機構や摺動機構が培養室４内に入ることはない。その結果、培養室４内への塵埃の侵入が抑制され、培養室４内部の清浄度を高めることができる。
なお、培養室４は、ＣＯ_２インキュベータ、マルチガスインキュベータ、インキュベータ、または保冷庫等のように、培養に利用されるものあるいはその組合せで構成されていてもよい。

また、本実施形態に係る培養処理装置３０および自動培養装置１によれば、培養処理装置３０の第２空間Ｓ２内が、第１の区画壁３３により上部空間Ｓ２１と下部空間Ｓ２２とに区画されている。さらに、上部空間Ｓ２１には清浄な下降気流を発生させる空気清浄機３２が設けられている。そして、第１の区画壁３３には、種々の装置を貫通させるための貫通孔３６，３７等が形成されており、下部空間Ｓ２２２内の排気ファン４１が作動させられている。したがって、上部空間Ｓ２１内を下降してきた清浄な下降気流は、貫通孔３６，３７等を介して下部空間Ｓ２２へと流通させられる。

この場合において、本実施形態に係る培養処理装置３０によれば、側壁３０ａ，３０ｂのアクセス扉５０が閉じられた状態においては、図９（ａ）に示されるように、空気清浄機３２から送られてきた下降気流Ａは、全て排気ファン４１によって外部に排気されており、上部空間Ｓ２１における空気の流入量と流出量とはほぼ釣り合っている。したがって、上部空間Ｓ２１の内圧は、培養処理装置３０の外部の気圧と同等であり、壁体の隙間等からの上部空間Ｓ２１への空気の流出入は行われない。すなわち、培養処理装置３０の外部から上部空間Ｓ２１への塵埃を含む空気の流入や、上部空間Ｓ２１から培養処理装置３０外部への塵埃を含む空気の流出は行われないことになる。

また、上記のように、培養処理装置３０内外の気圧差が少ない場合には、上部空間Ｓ２１と外部との間で空気の流出入が行われない反面、そのままでは、アクセス扉５０が開かれたときに、その開口部を介していずれに空気が流出入するかが定まらない不安定な状態となる。本実施形態に係る培養処理装置３０によれば、アクセス扉５０が開かれたことが開閉センサ５１により検出され、吸気装置５４が作動させられる。その結果、アクセス扉５０が開かれたことによる開口部近傍の空気が吸引口３８から吸引されるので、図９（ｂ）に示されるように、上部空間Ｓ２１内の下降気流Ａおよび培養処理装置３０外部のアクセス扉５０近傍の空気Ｂが、いずれも、開かれたアクセス扉５０近傍の吸引口３８から吸引される。

したがって、アクセス扉５０の近くに作業者がいたとしても、上部空間Ｓ２１内の空気が作業者に吹き付ける虞はなく、また、培養処理装置３０外部の塵埃を含んだ空気が上部空間Ｓ２１内に流入して、上部空間Ｓ２１の清浄度が低下する虞もない。
特に、本実施形態に係る培養処理装置３０によれば、アクセス扉５０の内部に吸引口３８が設けられているので、アクセス扉５０が開かれる前から吸引口３８からの吸引状態を開始しておくこともできる。すなわち、この場合には、吸気装置５４による吸引を比較的低流量で常時行っておき、アクセス扉５０が開かれたときに吸引量を増加させるよう吸気装置５４を制御することにすればよい。このようにすることで、アクセス扉５０が開かれた直後から空気の流出入をより確実に防止することができる。

また、本実施形態に係る培養処理装置３０によれば、複数のアクセス扉５０の各々に対応する位置に設けられた吸引口３８からの空気の吸引が、切替装置の作動により、選択的に行われるので、動力の無駄をなくして効率的に上部空間Ｓ２１における空気の流出入を防止することができるという効果がある。

なお、アクセス扉５０およびこれに対応する吸引口３８の数については、適宜定めることにしてよい。また、吸気装置５４については、図８に示す例では、下部空間Ｓ２２２に配置したが、これに代えて、培養処理装置３０の外部に配置してもよい。

さらに、本実施形態に係る培養処理装置３０および自動培養装置１によれば、蓋体３ｂを開かれた状態の培養容器３が移動させられる上部空間Ｓ２１には、培養容器３の移動に必要な載置台２１、顕微鏡１７のＸＹテーブル１７ａ、培養容器３の上部開口からアクセスすることが必要な給排ロボット１０、分注ロボット１３の電動ピペット１２、顕微鏡１７の光源部分等のみが配置され、その他の機構部は下部空間Ｓ２２に配置されている。したがって、上部空間Ｓ２１における塵埃の発生が最小限に抑えられ、培養容器３内への塵埃の混入の可能性が低減されることになる。

また、特に、塵埃を発生する可能性の高い装置、例えば、遠心分離機１１、廃棄容器３９、排気ファン４１、吸気装置５４等は、下部空間Ｓ２２の内、さらに第２の区画壁３４によって区画された最下位の空間Ｓ２２２内に配置されているので、そこで発生した塵埃が上部空間Ｓ２１に流入することはない。さらに、空間Ｓ２２２内の空気は排気ファン４１によって吸引され、ＨＥＰＡフィルタ４２によって塵埃を除去された後に培養処理装置３０の外部に放出される。したがって、上部空間Ｓ２１の清浄度は、極めて高い清浄度に維持されることになる。

また、第２の区画壁３４にも、側壁３０ａ，３０ｂに沿って通気口４３が設けられているので、上部空間Ｓ２１から流入した塵埃を含む気流が、空間Ｓ２２１内に広がることなく、スムーズに空間Ｓ２２２に向けて流通させられることになる。

さらに、培地や細胞が付着した使用済みのチップ１４を収容した廃棄容器３９は、着脱可能であり、必要によりまたは定期的に交換することで、下部空間Ｓ２２の清浄度をも高い状態に回復することができる。さらに、廃棄容器３９への廃棄の際に使用済みのチップ１４を通過させるダクト４０も、必要によりまたは定期的に取り外して、交換あるいは清掃することで、清浄度の向上に寄与することができる。

さらに、本実施形態に係る自動培養装置１は、搬送ロボット５の設置されている中央空間Ｓ１２の上部に、空気清浄部６を備えているので、搬送ロボット５の存在する中央空間Ｓ１２内も常に清浄度が維持されている。したがって、培養室４の扉４ａが開かれたときにも、培養室４内に塵埃が流入することを最小限に抑えることが可能となる。
したがって、本実施形態に係る自動培養装置１によれば、培養中の細胞が塵埃等によって汚染される可能性を低減し、健全な細胞を培養することができるという効果がある。

なお、この発明は、上記実施形態に示した構成に限定されるものではない。すなわち、培養室４の形状や数、搬送ロボット５、給排ロボット１０および分注ロボット１３の形態や数、各種装置の形態や数等は、何ら限定されることなく、適用条件に合わせて任意に設定することができる。

また、成長因子としては、サイトカインの他に、例えば、濃縮血小板、ＢＭＰ、ＥＧＦ、ＦＧＦ、ＴＧＦ−β、ＩＧＦ、ＰＤＧＦ、ＶＥＧＦ、ＨＧＦやこれらを複合させたもの等の成長に寄与する物質を採用することにしてもよい。また、抗生剤としては、ペニシリン系抗生物質の他、セフェム系、マクロライド系、テトラサイクリン系、ホスホマイシン系、アミノグリコシド系、ニューキノロン系等任意の抗生物質を採用することができる。
なお、本発明に係る自動培養装置は、骨髄の間葉系幹細胞の培養に限定されるものではない。生体の種々の組織から採取された細胞や、樹立された細胞ラインを培養してもよい。

また、生体組織補填材としては、リン酸カルシウムに代えて、生体組織に親和性のある材料であれば任意のものでよく、生体吸収性の材料であればさらに好ましい。特に、生体適合性を有する多孔性のセラミックスや、コラーゲン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ヒアルロン酸、またはこれらの組合せを用いてもよい。また、チタンの様な金属であってもよい。また、生体組織補填材は、顆粒状でもブロック状でもよい。

この発明の一実施形態に係る培養処理装置およびこれを適用する自動培養装置を示す斜視図である。図１の自動培養装置の第１空間を概略的に示す縦断面図である。図１の自動培養装置の第１空間を概略的に示す平面図である。図１の自動培養装置において用いられる培養容器の一例を示す斜視図である。図１の自動培養装置の培養処理装置の第１の区画壁を除去して第２の区画壁上の装置を示す斜視図である。図１の自動培養装置の培養処理装置の第１および第２の区画壁を除去して最下位の空間内に設置された装置を示す斜視図である。図１の自動培養装置の培養処理装置の廃棄容器に接続するダクトの取付構造例を示す縦断面図である。図１の培養処理装置におけるアクセス扉と吸気装置の配置を示す斜視図である。図８のアクセス扉の開閉状態と、空気流との関係を示す斜視図である。

符号の説明

３培養容器
３０培養処理装置
３２空気清浄機
３８吸気口
４１排気ファン（第１の排気装置）
４２フィルタ
５０アクセス扉（扉）
５４吸気装置（第２の排気装置）
Ｓ２第２空間（処理室）
Ｓ２１上部空間（空間）

Claims

密閉された空間内において培養容器内に収容された細胞に対して所定の処理を施す処理室を備え、
該処理室に、上部から清浄な下降空気流を供給する空気清浄機と、下部において処理室内空気を吸引しフィルタを介して排出する第１の排気装置と、空間内外を連通または遮断する開閉可能な扉と、該扉が開かれたときに作動させられ、扉近傍の空気を吸引する第２の排気装置とが備えられている培養処理装置。
前記扉の内側近傍に、第２の排気装置の作動により処理室内空気を吸引する吸気口が設けられている請求項１に記載の培養処理装置。
前記扉が複数設けられ、
各扉が開かれたときに、開かれた扉に対応する吸気口から処理室内空気を吸引するよう吸引口を切り替える切替手段を備える請求項２に記載の培養処理装置。