JP2005333823A - 培養容器用アダプタおよび培養処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易かつ安価な方法で、ロボット等の自動機による培養容器のハンドリングを容易にし、より確実に培養容器の落下を防止する。
【解決手段】 検体を投入した培地Ａを貯留可能な培養容器６の外部に着脱可能に取り付けられる培養容器用アダプタ１であって、培養容器６を載置する容器載置部３と、該容器載置部３に培養容器６を載置したときに、培養容器６の側面から外側に延びるように配置される突出部４とを備える培養容器用アダプタ１を提供する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、培養容器用アダプタおよび培養処理装置に関するものである。

従来、培養容器としては、フラスコ状の培養容器（例えば、特許文献１参照。）や、円形シャーレ状の培養容器（例えば、特許文献２参照。）が知られている。
これらの培養容器は、主として、手動で培養処理、例えば、培地の交換や継代処理等を行うのに適しており、培養処理の自動化に適したものではない。
特開平１０−１７９１３７号公報（図１，図８等） 特開平１０−２１０９６６号公報（図１等）

すなわち、培養容器の形状が、底面からほぼ同一の横断面形状を保ったまま上に延びる形状を有しており、仮に、自動機においてこれらの培養容器を操作しようとすると、これらの培養容器をハンドリングするロボットは、側面を両側から把持するようなハンドを備える必要がある。
しかしながら、そのようなハンドは複雑であり、また、摩擦力によって培養容器の落下を防止する構造となるため、確実なハンドリングを行うことが困難であるという問題がある。すなわち、何らかの理由で摩擦力が低下すると、ハンドから培養容器が落下して、折角培養された細胞等の検体が無駄になるばかりか、飛散した検体が他の検体に混入してしまう不都合も考えられる。

また、内部に培地等を貯留した場合と空の場合とでは、その重量がかなり異なるために、落下させずに把持しておくための摩擦力が変動し、その制御は困難である。さらに、培養容器自体に亀裂等が生じている場合には、内部に貯留していた検体が漏れて、外部に飛散する問題も考えられる。
一方、側面に突起を有するような特殊な培養容器を採用すれば、上記のような問題を解消することができるが、このような培養容器には汎用性がなく、コストが高く付くという問題がある。

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、簡易かつ安価な方法で、ロボット等の自動機による培養容器のハンドリングを容易にし、かつ、より確実に培養容器の落下を防止できる培養容器用アダプタおよび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、検体を投入した培地を貯留可能な培養容器の外部に着脱可能に取り付けられる培養容器用アダプタであって、培養容器を載置する容器載置部と、該容器載置部に培養容器を載置したときに、培養容器の側面から外側に延びるように配置される突出部とを備える培養容器用アダプタを提供する。

この発明によれば、培養容器を容器載置部に載置すると、突出部が容器の側面から外側に延びるように配置されるので、この突出部を下から支持して培養容器アダプタを持ち上げ、培養容器を操作することが可能となる。すなわち、培養容器を左右から挟んで摩擦力により持ち上げるのではなく、下から支持することができるので、ロボット等の自動機によっても容易かつ安定して操作することができる。また、特別な培養容器を用意することなく、市販の培養容器を利用できる。

上記発明においては、前記容器載置部の周囲に全周にわたって、該容器載置部に接続し、該容器載置部に培養容器を載置したときに、培養容器の側面の外側に間隔をあけて配置される周壁部を備えることが好ましい。
このようにすることで、仮に培養容器が破損し、あるいは振動によって培養容器の内部の検体を含んだ培地が流出しても、容器載置部によって受け止められるとともに、周壁部によって外部への流出が堰き止められることになる。

また、上記発明においては、前記突出部が、鍔状に形成されていることとしてもよい。
このようにすることで、突出部を下から支持する位置を鍔状の突出部の幅の範囲内において自由に選択できる。したがって、ロボット等の自動機により操作する場合に、位置決め作業を簡略にすることができる。

また、上記発明においては、前記容器載置部に、前記培養容器を嵌合させる嵌合部を備えることが好ましい。
容器載置部に培養容器を載置する際に、嵌合部に培養容器を嵌合させることにより、容器載置部を傾斜させても容器載置部上において培養容器が移動することが防止される。したがって、培養容器を傾斜させて、底部に残る培地をピペットにより吸引する際に、吸引位置が変動することを防止でき、自動化を容易にすることができる。また、培養容器を揺動させて内部の液体を攪拌する場合にも、培養容器用アダプタと培養容器とが相対的に固定されているので、効率的に攪拌することが可能となる。

さらに、上記発明においては、耐熱プラスチック材料により構成されていることとしてもよい。
このようにすることで、オートクレーブ滅菌等の加熱による滅菌処理を行うことが可能となり、再利用することができる。

また、上記発明においては、少なくとも前記容器載置部が透明材料により構成されていることが好ましく、前記容器載置部に貫通孔が形成されていることとしてもよい。
容器載置部を透明材料により、または、容器載置部に貫通孔を形成しておくことにより、倒立顕微鏡を用いて、透明な容器載置部、あるいは貫通孔を介して培養容器の内部を下から観察することが可能となる。

また、本発明は、検体を収容した培養容器の蓋を開けて培養容器内部の検体に対して所定の処理を施す処理装置を収容した処理室を備え、該処理室に、前記突出部に下方から係合して、前記培養容器を搭載した上記培養容器用アダプタを搬送するハンドリング装置を備える培養処理装置を提供する。
この発明によれば、培養容器がその側面を把持されるのではなく、培養容器用アダプタの突出部に下方から係合するハンドリング装置によって搬送されるので、迅速にかつ安定して搬送されることになる。

本発明によれば、培養容器を下から支えるようにして操作することができ、ロボット等の自動機によるハンドリングを容易にすることができる。また、特別な培養容器を用いることなく、市販の安価な培養容器に適用することができるので、コストを削減することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る培養容器用アダプタ１について、図１〜図３を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る培養容器用アダプタ１は、図１に示されるように、略円筒状に形成された周壁部２と、該周壁部２の一端を閉塞する底面３と、前記周壁部２の他端の外側に半径方向外方に向かって鍔状に延びるリング板状の突出部４とを備えている。

前記底面３の上面には、上向きに突出する円環状の突起５が設けられ、その内側に、図２に示されるように円形のシャーレからなる培養容器６を嵌合させる嵌合部７が設けられている。また、培養容器６はその下面を前記底面３に接触状態に載置させるようになっている。したがって前記底面３によって、培養容器６を載置する容器載置部（以下、容器載置部３とも言う。）が構成されている。

前記突起５は、培養容器６の外面を嵌合させることにより、培養容器６を培養容器用アダプタ１に対してその容器載置部３の上面に沿う方向に移動しないように保持することができるようになっている。これにより、図３に示されるように、培養容器用アダプタ１が傾けられても、培養容器用アダプタ１内に配置されている培養容器６が培養容器用アダプタ１に対して相対移動しないようになっている。

前記周壁部２は、前記容器載置部３の周囲を取り囲むように配置されており、前記突起５の外側にリング状の溝８を構成している。これにより、培養容器６内に貯留された培地等の液体Ａが、培養容器６の破損、あるいは、振動等によって培養容器６から外部に漏れた場合においても、その溝８内に液体Ａの流出を堰き止めて、外部に飛散することのないように構成されている。

前記突出部４は、前記底面３より高さ方向に離れた位置に設けられているので、容器載置部３に培養容器６が載置された状態で、培養容器６の側面の高さ方向の途中位置において、半径方向外方に延びるように配置されるようになっている。すなわち、培養容器６を載置した培養容器用アダプタ１が、平坦なトレイあるいはインキュベータの収容部内の設置面Ｘにその底面３を密着させて配置されている場合においても、突出部４が設置面Ｘから高さ方向に隙間をあけて離れた位置に配されるようになっている。

したがって、その隙間に、図２に示されるようにロボットハンド９を挿入することができ、ロボットハンド９によって、培養容器用アダプタ１の突出部４を下から支持して持ち上げることができるようになっている。

また、前記培養容器アダプタ１は、透明な耐熱性のプラスチック材料により構成されている。耐熱性の材料を使用することにより、オートクレーブ滅菌等の熱処理を行うことができ、滅菌した後に再利用できるようになっている。また、透明な材料を使用することにより、図２に鎖線で示されるように、倒立顕微鏡１０の対物レンズを下方から近接させて、培養容器用アダプタ１を透過して培養容器６内の細胞等の検体を培養状態のまま観察することができ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容器用アダプタ１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る培養容器用アダプタ１を使用するには、図２に示されるように、底面３に設けられたリング状の突起５内に培養容器６を嵌合させて、その下面を容器載置部３に接触させる。培養容器６は、市販の円形のシャーレでよいが、他の形態のもの、例えばフラスコであっても、突起５の形状をそれに合わせて形成しておくことにより対応できる。

これにより、図２に示されるように、鍔状の突出部４の下側にロボットハンド９を挿入して持ち上げることが可能となり、培養容器６のハンドリングを容易に行うことができるようになる。すなわち、従来、円形シャーレからなる培養容器６をロボットハンド９によりハンドリングする場合には、平坦な設置面Ｘに置かれている状態では、培養容器６の側面を左右から挟み込んでその挟み込む力に応じて発生する摩擦力により持ち上げるしかなく、これでは、ロボットハンド９と培養容器６の側面との接触部における表面状態や、ロボットハンド９の把持力によって摩擦力が変動するので、把持力が低下した場合に培養容器６を落下してしまう不都合が考えられる。

これに対して、本実施形態に係る培養容器用アダプタ１によれば、突出部４、周壁部２、容器載置部３を介して培養容器６に下方から力を加えて持ち上げることができる。したがって、ロボットハンド９と培養容器用アダプタ１との接触状態やロボットの非常停止等による非制御状態においても培養容器６が落下しないように安定して保持することができるという利点がある。

また、ロボットハンド９により支持する突出部４がリング板状に形成されているので、ロボットハンド９を培養容器用アダプタ１に対して任意の角度方向からアクセスさせ、かつ、操作することができる。したがって、ハンドリングに際しての動作教示作業が容易であり、また、厳密な位置決めが不要となるという利点もある。

また、本実施形態に係る培養容器用アダプタ１によれば、底面３に設けた突起５により培養容器６が動かないように培養容器用アダプタ１に固定されるので、培地交換の場合のように培養容器６を傾斜させて内部の培地を角部に集め、図示しないピペットによって吸引する場合等においても安定して傾斜状態に保持することができる。その結果、ピペットを位置決めする位置を変動させないので、ロボット等の自動機によるピペットの位置決めを容易に行うことができる。

また、培地交換時に限られず、培養容器６を揺動させて内部の培地やトリプシン等の液体を攪拌する場合においても、培養容器用アダプタ１に培養容器６を固定して、安定した揺動動作を行わせることができる。
また、本実施形態に係る培養容器用アダプタ１によれば、容器載置部３の周囲に周壁部２が形成されており、突起５との間にリング状の溝８が形成されているので、培養容器６が破損したり、あるいは、上記の揺動動作中に内部の検体を含む培地やトリプシン等の液体Ａが培養容器６から漏れても、漏れた液体Ａは、全て溝８内に回収されて外部に飛散することを防止することができる。

さらに、本実施形態に係る培養容器用アダプタ１によれば、透明な材質により構成されているので、培養容器６を容器載置部３に載せたままの状態で、培養容器６の内部の様子を倒立顕微鏡１０により観察することができる。したがって、観察工程においても、培養容器アダプタ１から培養容器６を取り出す作業が不要となり、作業の簡易化を図ることができる。
また、オートクレーブ滅菌が可能な耐熱性を有しているので、再利用でき、経済的である。

なお、本実施形態に係る培養容器用アダプタ１においては、容器載置部３の突起５と周壁部２との間に、液垂れを回収する溝８を形成したが、図４に示されるように、突起５に代えて凹部１１を採用し、培養容器６から漏れた液体Ａを周壁部２の内側全体に閉じこめる形態を採用してもよい。

また、培養容器用アダプタ１全体を透明な材質により構成したが、これに代えて、図５に示されるように、容器載置部３に貫通孔１２を設けることにしてもよい。このようにすることで貫通孔１２を介して倒立顕微鏡１０により培養容器６内部の検体の様子を観察することができるとともに、培養容器用アダプタ１の材質として透明材料に限られず任意のものを採用でき、耐熱性の改善、軽量化、低コスト化等を図ることができる。
また、図６に示されるように、貫通孔１２のみに透明な材質のプレート１３を配置して貫通孔１２を密封することにしてもよい。

また、上記実施形態においては、各培養容器用アダプタ１が、それぞれ単一の培養容器を搭載する場合について説明したが、これに代えて、図７に示されるように、複数の培養容器を搭載する構造を採用することにしてもよい。このように構成することで、複数の培養容器を同時に取り扱うことができる。例えば、培養容器内部への培地や薬液等の分注作業、各種処理装置間の移送作業、および顕微鏡ステージへの移載作業等において、複数の培養容器に対し同時に作業を行うことができる。

したがって、作業効率を向上して生産性を上げることができる。また、複数の培養容器を培養容器用アダプタに搭載することで、分注作業を行う際に、隣接する培養容器に対して、順次連続して、分注作業を行うことができる。各培養容器に供給する薬液等を培養容器ごとに吸引、供給を繰り返す場合と比較すると、作業時間を大幅に短縮することができるという利点がある。

次に、本発明の一実施形態に係る培養処理装置５０および自動培養装置２１について図８〜図１３を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る培養処理装置５０は、図８〜図９に示される自動培養装置２１に適用する。
この自動培養装置２１は、図８に示されるように、シャッタ２２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、上記培養容器６を収容する培養室２４が２個ずつ計４個配置され、中央空間Ｓ１２には、培養容器６を移動するための搬送ロボット（搬送機構）２５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２６が設けられている。
４個の培養室２４は、それぞれ中央空間Ｓ１２に向けて扉２４ａを配置することにより、横に並んだ２個ずつが相互に扉２４ａ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２４は、図９および図１０に示されるように、一側面に開口部２４ｂを有し、該開口部２４ｂを開閉可能な扉２４ａを備えている。開口部２４ｂ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２４ｃが設けられており、左右対となる各トレイ保持部材２４ｃに掛け渡すようにして、トレイ２７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２４ｃはレール状に限定されず、トレイ２７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２４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２７には、複数個、例えば、６個の培養容器６を並べて載置できるようになっている。

各培養室２４の下方には、図８および図９に示されるように、未使用の培養容器６をトレイ２７に搭載した状態で複数収容するストッカ２８が配置されている。ストッカ２８は、前記培養室２４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７１を有している。該ドア７１は、ストッカ２８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２５は、４個の培養室２４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２５は、水平回転可能な第１アーム２５ａと、該第１アーム２５ａ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２５ｂと、該第２アーム２５ｂ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２５ｃと、これら第１アーム２５ａ、第２アーム２５ｂおよびハンド２５ｃを昇降可能な昇降機構２５ｄとを備えている。これにより、搬送ロボット２５は、４個の培養室２４内の全てのトレイ２７にアクセスするとともに、前記シャッタ２２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２９上にトレイ２７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２９は、搬送ロボット２５のハンド２５ｃ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２９ａを備え、これら無端ベルト２９ａに掛け渡してトレイ２７を載置できるようになっている。また、搬送ロボット２５は、培養室２４内の全てのトレイ２７にアクセスするとともに、前記ストッカ２８内の少なくとも最上段のトレイ２７に対応する位置に設けられた導入口７２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２９ａは無端ベルトに限られない。

前記ハンド２５ｃは、トレイ２７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２４に収容されているトレイ２７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２５ｃは、トレイ２７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２７を下方から押し上げてトレイ保持部材２４ｃから取り上げるとともに、トレイ２７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８に示されるように、培養処理装置５０が構成されている。
培養処理装置５０は、図８に示されるように、検体導入部７５、ハンドリングロボット７６，給排ロボット３０、遠心分離器３１、分注ロボット３３、チップ供給装置３５、チップ回収部５１、試薬等供給装置３６、顕微鏡３７、貯留タンク３８、水平移動機構３９および載置台４１を備えている。

検体導入部７５は、例えば、医療機関等で患者から採取された骨髄液を導入され、供給された骨髄液から間葉系幹細胞を多く含む検体を集める部分であって、提供された骨髄液にＰＢＳ（リン酸緩衝化食塩水）等を供給して攪拌し、攪拌された骨髄液から間葉系幹細胞を多く含む検体を分離するようになっている。

ハンドリングロボット７６は、例えば、搬送ロボット２５と同様の水平多関節ロボットであって、先端に設けたロボットハンド９を移動させてトレイ２７上の培養容器用アダプタ１をトレイ２７上から取り上げて搬送することができるようになっている。ロボットハンド９は、上述したように、前記培養容器６を載せた培養容器用アダプタ１の突出部４に下側から係合して培養容器６ごと培養容器用アダプタ１を持ち上げることができるようになっている。

給排ロボット３０は、シャッタ２２が開かれた状態で第１空間Ｓ１からコンベア２９によって搬送されてきたトレイ２７上の培養容器６に対し、上記検体導入部７５において集められた検体を供給し、あるいは、培地を供給、回収するようになっている。遠心分離機１１は、培養容器６内の培地から細胞を分離するように構成されている。
分注ロボット３３は、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３２を備えた水平回転および昇降移動可能なロボットであって、第２空間Ｓ２内に４台設置されている。

前記チップ供給装置３５は、これら給排ロボット３０および分注ロボット３３の電動ピペット３２先端に取り付ける使い捨て可能なチップ３４を複数収容していて給排ロボット３０および分注ロボット３３の動作範囲内に提供するようになっている。前記チップ回収部５１は、使用済みのチップ３４を廃棄回収するようになっている。前記試薬等供給装置３６は、血清や試薬等の種々の液体を複数の容器に貯留している。顕微鏡３７は培養容器６内における細胞の様子を観察できるようになっている。貯留タンク３８は、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ように複数設けられている。水平移動機構３９は、前記コンベア２９と各ロボット３０，３３との間で培養容器６を受け渡し可能とするように培養容器６を移動させるようになっている。前記載置台４１は、水平移動機構３９のスライダ４０に取り付けられ、受け取った培養容器６を載置するように構成されている。
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（通風手段）５２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５０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５３と、該第１の区画壁５３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５４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５３は、前記コンベア２９の高さに配置され、その上方の上部空間Ｓ２１内に、載置台４１、給排ロボット３０、分注ロボット３３のアーム３３ａ、顕微鏡３７のＸＹテーブル３７ａ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６の移動に必要な装置、および培養容器６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３６の上面も第１の区画壁５３の上面に露出しているが、これはチップ３４の挿入口３６ｃ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５３には、載置台４１を上部空間Ｓ２１において移動させるために、載置台４１を下部空間Ｓ２１内の水平移動機構３９に連結するための長孔５５、第１の区画壁５３の下方の空間Ｓ２２１に配置されたチップ供給装置３５からチップ３４を取り出すための貫通孔５６、使用済みのチップ３４を廃棄するための廃棄口５７が貫通形成されている。さらに、第１の区画壁５３には、その側壁５０ａ，５０ｂに沿って、上下に貫通する通気口５８が設けられている（斜線部）。

第１の区画壁５３と第２の区画壁５４との間の空間Ｓ２２１には、図１１に示されるように、分注ロボット３３の本体部分、チップ供給装置３５、試薬等供給装置３６、顕微鏡３７のＸＹテーブル３７ａ以下の部分、水平移動機構３９および、チップ回収部５１の廃棄口５７と廃棄容器５９とを接続するダクト６０が備えられている。前記ダクト６０は、図１２に示されるように、例えば、その上端にフランジ部６０ａを備える構造とされ、第１の区画壁５３の下部に設けたフック６４に引っかけることで、第１の区画壁５３と第２の区画壁５４との間に着脱可能に設ければよい。第２の区画壁５４の側壁５０ａ，５０ｂ近傍には、該側壁５０ａ，５０ｂに沿って、上下に貫通する通気口６３が設けられている（斜線部）。

さらに、第２の区画壁５４の下方の空間Ｓ２２２には、図１３に示されるように、遠心分離機３１、貯留タンク３８、廃棄容器５９、および排気ファン６１が配置されている。排気ファン６１の出口にはＨＥＰＡフィルタのようなフィルタ６２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３０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３０ａ，３０ｂを備えるヘッド３０ｃと、水平旋回可能な２つのアーム３０ｄ，３０ｅと、アーム３０ｅの先端に設けられヘッド３０ｃを昇降させる昇降機構３０ｆとを備えている。電動ピペット３０ａは、貯留タンク３８からダクト３０ｇ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３０ｂは、培養容器６内あるいは遠心容器内の不要な培地を吸引し、ダクト３０ｇを介して他の貯留タンク３８へ廃液として排出するようになっている。

電動ピペット３０ａによるピペッティング動作は、電動ピペット３０ａの先端にチップ供給装置３５から供給されたチップ３４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３０は、ピペッティング動作の後に、電動ピペット３０ａによって、遠心分離機３１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４１上に搭載された培養容器６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３４は、チップ回収部５１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４１、チップ供給装置３５、チップ回収部５１および遠心分離機３１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３１は、ピペッティングにより混合された細胞懸濁液を貯留した遠心容器を受け取って低速回転させることにより、骨髄液内に含有されている間葉系幹細胞等の白血球をその他の体液から分離して沈下させるようになっている。また、遠心分離機３１は、給排ロボット３０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３３は、それぞれ、先端にチップ３４を着脱可能に取り付ける電動ピペット３２を備えた水平回転可能なアーム３３ａと、該アーム３３ａを昇降させる昇降機構３３ｂとを備えている。分注ロボット３３は、水平移動機構３９によって搬送されて来た培養容器６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３３は、水平移動機構３９上の載置台４１、チップ供給装置３５、チップ回収部５１および試薬等供給装置３６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３５は、上方に開口した容器３５ａ内に、電動ピペット３０ａ，３０ｂ，３２への取付口を上向きにして複数のチップ３４を配列状態に収容しており、給排ロボット３０や分注ロボット３３が、新たなチップ３４を必要とするときに、電動ピペット３０ａ，３０ｂ，３２を上方から挿入するだけで、電動ピペット３０ａ，３０ｂ，３２の先端にチップ３４を取り付けるように構成されている。容器３５ａは、給排ロボット３０や分注ロボット３３による電動ピペット３０ａ，３０ｂ，３２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３５ｂに取り付けられている。また、分注ロボット３３にチップ３４を供給するチップ供給装置３５には、移動機構３５ｂによる移動方向とは直交する方向に容器３５ａを移動させる他の移動機構３５ｃが備えられている。これにより、容器３５ａ内の全てのチップ３４に対して電動ピペット３０ａ，３０ｂ，３２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５１は、廃棄容器５９の入口に、チップ３４を把持する把持装置（図示略）を備えていて、給排ロボット３０や分注ロボット３３において使用されたチップ３４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３０や分注ロボット３３が電動ピペット３０ａ，３０ｂ，３２を移動させることにより、電動ピペット３０ａ，３０ｂ，３２先端から使用済みチップ３４が取り外され、廃棄容器５９内にダクト６０を介して回収されるようになっている。廃棄容器５９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６０および廃棄容器５９の交換時には、培養処理装置５０の側壁５０ａ，５０ｂに設けられた図示しないドアを開くことにより、培養処理装置５０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３６は、例えば、図１１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３６ａを収容し、該テーブル３６ａ上に、扇型の底面形状を有する筒状の試薬等容器３６ｂ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３６ｂ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６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３６のケーシングの上面には、分注ロボット３３が電動ピペット３２先端のチップ３４を挿入する挿入口３６ｃが設けられている。この挿入口３６ｃは、前記分注ロボット３３の動作範囲内に配置されている。また、各試薬等容器３６ｂは、その上面に、前記挿入口３６ｃ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３６ａを回転させて試薬等容器３６ｂの開口部をケーシングの挿入口３６ｃの鉛直下方に配置することで、分注ロボット３３が、電動ピペット３２先端のチップ３４を上方から試薬等容器３６ｂ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３６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３７は、培養工程の途中、あるいは、培地交換の際に、培養容器６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３７のＸＹステージ３７ａ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２１の外部から培養容器６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３８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３６内の試薬等容器３６ｂ内に供給するようになっている。また、貯留タンク３８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３９は、直線移動機構により水平方向に移動可能なスライダ４０を備えている。スライダ４０上には前記載置台４１が搭載されており、載置台４１に搭載された培養容器６を、コンベア２９から分注ロボット３３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４１は、コンベア２９上のトレイ２７内から移載された培養容器６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６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６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２１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５０および自動培養装置２１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２１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３１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３０に行わせてもよい。これにより、遠心分離機３１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３０により、培養容器６に投入される。このとき、コンベア２９の作動により、トレイ２７に載せた６個の空の培養容器６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２７上の培養容器６の内の２個の培養容器６が、ハンドリングロボット７６のロボットハンド９によりトレイ２７上から、培養容器用アダプタ１ごと取り上げられて、載置台４１上に載置される。

この場合において、本実施形態によれば、ハンドリングロボット７６のロボットハンド９が、培養容器用アダプタ１の突出部４に下から係合して培養容器６を持ち上げるので、培養容器６を落下させる危険性なく、迅速にハンドリングすることができる。
そして、図示しない蓋体開閉装置の作動により、載置台４１上の培養容器６の蓋体が開けられる。

チップ供給装置３５が移動機構３５ｂを作動させることにより、未使用のチップ３４を給排ロボット３０の動作範囲内に配すると、給排ロボット３０は、昇降機構３０ｆを作動させることにより、ヘッド３０ｃを下降させて、第１の区画壁５３下方のチップ供給装置３５から未使用のチップ３４を受け取り、電動ピペット３０ａの先端に取り付ける。
この状態で、給排ロボット３０を作動させて、電動ピペット３０ａ先端のチップ３４を遠心分離機３１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３０ａを作動させることにより、チップ３４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３０を作動させることにより、載置台４１上の培養容器６内に上部開口から投入される。

骨髄細胞を培養容器６内に投入し終わると、給排ロボット３０は、第１の区画壁５３に形成された廃棄口５７にチップ３４を挿入して取り外し、チップ回収部５１に回収させる。廃棄口５７において取り外されたチップ３４は、ダクト６０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３０は、昇降機構３０ｆを作動させることにより、ヘッド３０ｃを下降させて、第１の区画壁５３下方のチップ供給装置３５から未使用のチップ３４を受け取り、電動ピペット３０ｂの先端に取り付ける。この状態で、給排ロボット３０を作動させて、電動ピペット３０ｂ先端のチップ３４を介して、貯留タンク３８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６内に供給する。

次に、骨髄細胞が投入された培養容器６は、水平移動機構３９を作動させることにより、載置台４１ごと水平移動させられ、各分注ロボット３３の動作範囲内に配置される。分注ロボット３３は、チップ供給装置３５から受け取った未使用のチップ３４を先端に取り付けた電動ピペット３２を作動させることにより、試薬等供給装置３６の試薬等容器３６ｂ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６の上方まで搬送して培養容器６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３５から未使用のチップ３４に交換して行われる。これにより、培養容器６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４１を作動させて、培養容器６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６は水平移動機構３９の作動により、コンベア２９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、ハンドリングロボット７６により、トレイ２７に戻される。
トレイ２７上の全ての培養容器６に対して所定の処理が行われた後に、コンベア２９を作動させることにより、トレイ２７に載せられた培養容器６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２５を作動させることにより、ハンド２５ｃによってトレイ２７を持ち上げる。そして、トレイ２７を収容する培養室２４の前まで搬送したところで、当該培養室２４の扉２４ａを開き、搬送ロボット２５によって、空いているトレイ保持部材２４ｃ上にトレイ２７を挿入する。そして、再度、扉２４ａを閉じることにより、培養室２４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２４外に配置されている搬送ロボット２５の作動により、培養室２４内の培養容器６がトレイ２７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６内にトリプシンが注入されて、培養容器６内の細胞が剥離させられた状態で、給排ロボット３０の作動によって遠心分離機３１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３０の作動により、間葉系幹細胞が底面に付着した培養容器６を顕微鏡３７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２７上には、同一検体の培養容器６が載置されていてもよいし、異なる検体の培養容器６が混在していてもよい。また、載置台４１上には同一検体の培養容器６が載置されてもよいし、異なる検体の培養容器６が混在していてもよい。
また、細胞の増殖の程度を自動的に判断して次の工程に移るのか、もう１サイクル培養工程を行うのかを自動判断するようにしてもよい。

このようにして、本実施形態に係る自動培養装置２１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６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２１によれば、培養室２４内に、培養容器６を取り出すための機構部が存在しない。すなわち、培養室２４内には、トレイ２７を載置した状態に支持するトレイ保持部材２４ｃが設けられているのみであり、培養容器６を取り出すための機構部は全て培養室２４外に配置された搬送ロボット２５に集約されている。そして、搬送ロボット２５は、トレイ２７の出し入れ作業が行われた後には、培養室２４の扉２４ａ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２４ａが閉じられた状態では、培養室２４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２４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２４ａが開かれた状態においても、培養室２４内に挿入されるのは搬送ロボット２５のハンド２５ｃ先端のみであり、実質的に回転機構や摺動機構が培養室２４内に入ることはない。その結果、培養室２４内への塵埃の侵入が抑制され、培養室２４内部の清浄度を高めることができる。
なお、培養室２４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５０および自動培養装置２１によれば、培養処理装置５０の第２空間Ｓ２内が、第１の区画壁５３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５２が設けられている。そして、第１の区画壁５３には、その側壁５０ａ，５０ｂ近傍に通気口５８が設けられている。第１の区画壁５３には、通気口５８の他に種々の装置を貫通させるための貫通孔５６，５７等が形成されているが、通気口５８の流通断面積を他の貫通孔５６，５７等の流通断面積より十分に大きく確保しておくことにより、気流を通気口５８に通過させることが可能となる。

したがって、上部空間Ｓ２１内を下降してきた清浄な気流は、第１の区画壁５３の近くで側壁５０ａ，５０ｂの方向に向かい、通気口５８を介して下部空間Ｓ２２へと流通させられる。その結果、上部空間Ｓ２１内に浮遊していた塵埃を下方に向かって押し流してきた気流が、上部空間Ｓ２１の側壁５０ａ，５０ｂ近傍の角部に滞留することがなく、スムーズに下部空間Ｓ２２へ流通させられることになる。

さらに、本実施形態に係る培養処理装置５０および自動培養装置２１によれば、蓋体を開かれた状態の培養容器６が移動させられる上部空間Ｓ２１には、培養容器６の移動に必要な載置台４１、顕微鏡３７のＸＹテーブル３７ａ、培養容器６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３０、分注ロボット３３の電動ピペット３２、顕微鏡３７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６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３１、廃棄容器５９、排気ファン６１等は、下部空間Ｓ２２の内、さらに第２の区画壁５４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６１によって吸引され、ＨＥＰＡフィルタ６２によって塵埃を除去された後に培養処理装置５０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５４にも、側壁５０ａ，５０ｂに沿って通気口６３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３４を収容した廃棄容器５９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５９への廃棄の際に使用済みのチップ３４を通過させるダクト６０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２１は、搬送ロボット２５の設置されている中央空間Ｓ１２の上部に、空気清浄部２６を備えているので、搬送ロボット２５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２４の扉２４ａが開かれたときにも、培養室２４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２１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２４の形状や数、搬送ロボット２５、給排ロボット３０および分注ロボット３３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。

本発明の一実施形態に係る培養容器用アダプタを示す縦断面図である。 図１の培養容器用アダプタに培養容器を載置した状態を示す縦断面図である。 図２の培養容器を載置した培養容器用アダプタを傾けた状態を示す縦断面図である。 図１の培養容器用アダプタの第１の変形例を示す縦断面図である。 図１の培養容器用アダプタの第２の変形例を示す縦断面図である。 図１の培養容器用アダプタの第３の変形例を示す縦断面図である。 図１の培養容器用アダプタの第４の変形例を示す縦断面図である。 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８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８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８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８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８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。

符号の説明

Ａ 液体（培地）
Ｓ２ 処理室
１ 培養容器用アダプタ
２ 周壁部
３ 底面（容器載置部）
４ 突出部
６ 培養容器
７ 嵌合部
９ ロボットハンド（ハンドリング装置）
１２ 貫通孔
３０ 給排ロボット（処理装置）
３１ 遠心分離器（処理装置）
３３ 分注ロボット（処理装置）
３７ 顕微鏡（処理装置）
３９ 水平移動機構（処理装置）
４１ 載置台（処理装置）
５０ 培養処理装置
７５ 検体導入部（処理装置）
７６ ハンドリングロボット（処理装置）

Claims (8)

1. 検体を投入した培地を貯留可能な培養容器の外部に着脱可能に取り付けられる培養容器用アダプタであって、
   培養容器を載置する容器載置部と、
   該容器載置部に培養容器を載置したときに、培養容器の側面から外側に延びるように配置される突出部とを備える培養容器用アダプタ。
2. 前記容器載置部の周囲に全周にわたって、該容器載置部に接続し、該容器載置部に培養容器を載置したときに、培養容器の側面の外側に間隔をあけて配置される周壁部を備える請求項１に記載の培養容器用アダプタ。
3. 前記突出部が、鍔状に形成されている請求項１または請求項２に記載の培養容器用アダプタ。
4. 前記容器載置部に、前記培養容器を嵌合させる嵌合部を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の培養容器用アダプタ。
5. 耐熱プラスチック材料により構成されている請求項１から請求項４のいずれかに記載の培養容器用アダプタ。
6. 少なくとも前記容器載置部が透明材料により構成されている請求項１から請求項５のいずれかに記載の培養容器用アダプタ。
7. 前記容器載置部に貫通孔が形成されている請求項１から請求項６のいずれかに記載の培養容器用アダプタ。
8. 検体を収容した培養容器の蓋を開けて培養容器内部の検体に対して所定の処理を施す処理装置を収容した処理室を備え、
   該処理室に、前記突出部に下方から係合して、前記培養容器を搭載した請求項１から請求項７のいずれかに記載の培養容器用アダプタを搬送するハンドリング装置を備える培養処理装置。

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