JP2005341813A - 培養処理装置および自動培養装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 容器内の液面の位置を容易かつ高精度に検出する。
【解決手段】 試薬等供給装置のケーシングＣ内の、試薬等容器１６ｂが配置される領域の側方に、上下方向に移動可能にして昇降部材２２を設ける。昇降部材２２を、電動ピペットの先端のチップ１４が上方から挿入口１６ｃに挿入される際に、下降する電動ピペットの本体１２ａによって下方に押し込まれる構成とする。昇降部材２２に、その保持されている高さにおける試薬等容器１６ｂ内の薬液等の有無を検出するセンサ２３を、電動ピペット１２のチップ１４先端よりも下方で保持させる。昇降部材２２には、試薬等容器１６ｂが配置される領域よりも上方に向けて昇降部材２２を付勢する付勢部材２４を設ける。
【選択図】 図５

Description

この発明は、培養処理装置および自動培養装置に関するものである。

従来の自動培養装置としては、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。
特開２００２−２６２８５６号公報（図１等）

この自動培養装置では、培養処理の過程で、電動ピペット等のピペット装置を用いてケーシング内に貯蔵される容器内の液体を取り出して前記培養処理に使用しており、効率的な運用のためには、容器内の液体の残量を正確に管理することが望ましい。

また、ピペット装置によって容器内の液体を吸出す際に、ピペット装置の吸い口となるチップが必要以上に液体に浸ってしまうと、チップを液体から引き上げた際に、チップにおいて液体に浸っていた部分に付着していた液体がチップ先端に集まって液滴を形成してしまうことが考えられる。
このようにチップ先端に液滴が形成されると、ピペット装置の移動の際などにこの液滴が落下または飛散して自動培養装置の底面に付着することが考えられるので、適宜時期に自動培養装置の底面を清掃する必要がある。このため、ピペット装置によって容器内の液体を吸出す際に、チップを必要以上に液体に浸らせないようにすることが求められている。

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、容器内の液面の位置を容易かつ高精度に検出することができる培養処理装置、および自動培養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、検体の培養処理に用いられて、ケーシング内の透明もしくは半透明の容器内の液体をピペット装置によって取り出して前記培養処理に使用する培養処理装置であって、前記ケーシングに、前記容器が配置される領域の上方に前記ピペット装置の先端を挿入するための挿入口が設けられており、該ケーシング内には、前記容器が載置される載置部と、前記容器が配置される領域の側方に上下方向に移動可能にして設けられるとともに前記ピペット装置が上方から前記挿入口に挿入される際に該ピペット装置によって下方に押し込まれる昇降部材と、該昇降部材によって前記ピペット装置の前記先端よりも下方に保持されてその高さにおける前記容器内の液体の有無を検出するセンサと、前記昇降部材を前記容器が配置される領域よりも上方に向けて付勢する付勢部材とが設けられている培養処理装置を提供する。

このように構成される培養処理装置では、ケーシング内の容器が配置される領域の側方で、昇降部材によってセンサが保持されている。
昇降部材は、外力が加わっていない状態（初期状態）では、付勢部材の付勢力によって、容器が配置される領域よりも上方に保持されている。昇降部材は、ピペット装置の先端がケーシングに設けられた挿入口に挿入されると、ピペット装置によって下方に押し込まれて、容器の配置される領域の側方に移動する。このときの昇降部材の下降量は、ピペット装置が昇降部材に当接した時点から下降した量に等しい。

このように昇降部材が下降させられることで、昇降部材に設けられるセンサも下降し、その測定領域が下方に移動する。すなわち、ピペット装置がケーシング内に挿入されることで、センサが容器を上方から下方に向けて順次走査する。
この走査の過程でセンサによって容器内の液体が検知された時点（すなわちセンサの測定領域が容器内の液体の液面に到達した時点）でのセンサの位置情報から、液面の位置が求められる。すなわち、この培養処理装置では、ピペット装置をケーシング内に挿入することで、容器内の液面の検出が行われる。
ここで、センサの位置情報は、初期状態からの昇降部材の下降量より求められる。そして、この液面の位置情報に基づいて、容器内の液体の残量を求めることができる。

また、昇降部材は、ピペット装置の先端よりも下方でセンサを保持しているので、ピペット装置の先端が液面に到達するよりも先にセンサによって液面が検出されるようになっている。そして、センサによって液面が検出された時点から、センサとピペット装置の先端との高さ方向の距離の分だけピペット装置を下降させることで、ピペット装置の先端を液面に接触させることができる。

ここで、センサとしては、例えば光電センサやカメラ等の光学センサを用いることができる。光学センサとしては、可視光域の光線を利用するものに限らず、赤外領域や紫外領域の光線を利用するものを用いてもよい。このように光学センサを用いる場合には、ケーシング内の容器として、光学センサが利用する波長域の光線に対して透明または半透明の材質によって構成された容器が用いられる。

また、この培養処理装置においては、前記載置部の前記昇降部材に対向する領域には、該昇降部材の少なくとも下端部を受け入れる凹部が設けられていていてもよい。

このように構成される培養処理装置では、容器が載置される載置部に設けられる凹部内に昇降部材を受け入れさせることで、昇降部材を容器の底面よりも下方まで下降させることができる。
これにより、ピペット装置の先端をより容器の底部に近い位置まで到達させることができるので、容器内の液体の量が少なくなってもピペット装置によって液体を取り出すことができ、容器内の液体をほぼ全量使用することができる。

また、上記培養処理装置を備える自動培養装置によれば、容器内の液面位置を検出することができるので、容器内の液体の残量を把握しながら培養処理を自動的に行うことができ、また、ピペット装置への液体の付着を最小限に抑えて、ピペット装置への液滴の付着を効果的に防止することができる。

本発明にかかる培養処理装置、および自動培養装置によれば、容器内の液面の位置を容易かつ高精度に検出することができるので、容器内の液体の残量の管理を高精度に行うことができるという効果を奏する。また、ピペット装置への液滴の付着を防止することができるので、ピペット装置の移動の際などに液滴の落下や飛散が生じにくく、自動培養装置の底面を清掃する頻度を低減して、不要な手間を省くことができるという利点がある。

この発明の一実施形態に係る培養処理装置および自動培養装置について、図１〜図９を参照して説明する。
本実施形態に係る自動培養装置１は、図１に示されるように、外部から観察可能な透明な壁材により密閉され、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。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。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。

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。この培養処理装置３０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細胞を抽出する検体抽出装置を備えている。検体抽出装置は、導入された骨髄液５０を貯留する容器５２（図９参照、例えば、そのまま遠心分離できるような遠沈管）内に溶血剤を注入する溶血剤注入装置５４と、溶血剤が注入された骨髄液を攪拌する体液攪拌装置（図示せず）と、攪拌された骨髄液から間葉系幹細胞を多く含む細胞を分離する遠心分離機１１とを備えている。

溶血剤注入装置５４は、溶血剤、例えば、０．１７モル濃度の塩化アンモニウム溶液を貯留する溶血剤タンクと、該溶血剤タンクから必要量の溶血剤を放出させるバルブとを備えている。バルブはポンプに置き換えてもよい。また、遠心分離機１１は、後述するように培地から細胞を分離するための遠心分離機１１と共通である。

培養処理装置３０は、図１に示されるように、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、上記検体抽出装置において抽出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（検体供給装置、ピペット装置）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（ピペット装置）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の区画壁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、上下に貫通する通気口３８が設けられている（斜線部）。

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６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８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するようになっている。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。

また、給排ロボット１０は、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、体液攪拌装置により混合された骨髄液と溶血剤との混合液を貯留した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、本体１２ａの先端にチップ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に設けられた図示しないドアを開くことにより、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６に示されるように、円筒状のケーシングＣ内部に、水平回転可能なテーブル１６ａ（載置部）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Ｃ内部は一定の温度に保冷されている。各試薬等容器１６ｂは、透明もしくは半透明の材質によって構成されており、その内部には、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。

図５および図６に示されるように、試薬等供給装置１６のケーシングＣ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１６ｄ（図５参照）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１６ｄをケーシングＣ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。

図５に示されるように、ケーシングＣ内の挿入口１６ｃの近傍には、試薬等容器１６ｂが配置される領域の側方に、上下方向に移動可能にして昇降部材２２が設けられている。昇降部材２２は、電動ピペット１２の先端のチップ１４が上方から挿入口１６ｃに挿入される際に、下降する電動ピペット１２によって下方に押し込まれるようになっている。
昇降部材２２には、挿入口１６ｃの鉛直下方に位置する試薬等容器１６ｂ内の薬液等の有無を検出するセンサ２３が設けられている。センサ２３は、その保持されている高さにおける試薬等容器１６ｂ内の薬液等の有無を検出するものであって、昇降部材２２によって電動ピペット１２のチップ１４先端よりも下方で保持されている。センサ２３としては、例えば光電センサやカメラ等が用いられる。

さらに、昇降部材２２には、試薬等容器１６ｂが配置される領域よりも上方に向けて昇降部材２２を付勢する付勢部材２４が設けられている。これにより、昇降部材２２が電動ピペット１２によって下方に押し込まれていない状態では、付勢部材２４によって試薬等容器１６ｂが設けられる領域の上方に移動させられて、試薬等容器１６ｂが載置されるテーブル１６ａの回転（すなわち各試薬等容器１６ｂの移動）が許容されるようになっている。

本実施形態では、図５および図１１に示すように、昇降部材２２は、挿入口１６ｃの鉛直下方に位置する試薬等容器１６ｂの設置領域に対してケーシングＣの径方向外側の領域からこの設置領域と隣接する試薬等容器１６ｂの設置領域との間にそれぞれ回り込む、平面視略コ字形状をなす本体２２ａを有している。

本体２２ａは、その各部をそれぞれ付勢部材２４によってケーシングＣの天井部分に吊り下げ支持されていて、付勢部材２４の伸縮にともなって、試薬等容器１６ｂが配置される領域の側方で、鉛直方向に平行移動するようになっている。ここで、付勢部材２４としては、図５に示すようにコイルスプリングを用いてもよく、また、ベローズ等、他の任意の付勢部材を用いることができる。

本体２２ａの下部には、挿入口１６ｃの鉛直下方に位置する前記設置領域とこの設置領域に隣接する設置領域のうちの一方の設置領域との間に位置させてアーム２２ｂが設けられており、挿入口１６ｃの鉛直下方に位置する前記設置領域とこの設置領域に隣接する設置領域のうちの他方の設置領域との間に位置させてアーム２２ｃが設けられている。

図５に示す例では、アーム２２ｂには発光素子等からなる投光器２３ａが設けられ、アーム２２ｃには、投光器２３ａと対向させて受光素子等からなる受光器２３ｂを設けられており、これら投光器２３ａと受光器２３ｂとによってセンサ２３が構成されている。
これら投光器２３ａと受光器２３ｂとの間に薬液等の液体が存在している状態では、この液体によって投光器２３ａから発せられた光線が遮断または拡散されて、液体が存在していない場合に比べて受光器２３ｂの受光量に有意な低下が認められるかまたは検出されなくなる。このセンサ２３は、このことを利用して、投光器２３ａと受光器２３ｂとの間での液体の有無を検出するものである。

また、本体２２ａには、先端が挿入口１６ｃを通じてケーシングＣの上方に突出されるロッド２２ｄが設けられている。ロッド２２ｄは、電動ピペット１２の先端のチップ１４が上方から挿入口１６ｃに挿入される際に、下降する電動ピペット１２の本体１２ａに当接するようになっている。すなわち、昇降部材２２は、ロッド２２ｄが電動ピペット１２の本体１２ａに当接した状態でさらに下降することで、下方に押し込まれる。

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、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５０を容器５２に入れた状態で培養処理装置３０内に導入し、検体抽出装置に供給する。この工程は作業者が行ってもよく、図示しないハンドリングロボットにより行ってもよい。

検体抽出装置においては、検体抽出工程が行われる。すなわち、検体抽出装置に導入された骨髄液５０に対して、溶血剤注入装置５４の作動により、骨髄液５０が貯留されている容器５２内に溶血剤が注入される。溶血剤の注入量は、例えば、骨髄液５０を１ｍｌに対して１２ｍｌ程度でよい。次いで、体液攪拌装置によって骨髄液５０と溶血剤とを均一に混合し、この状態で、例えば、３〜７ｍｉｎ程度放置することにより溶血処理を行う。

溶血処理により、比重の大きな赤血球の細胞膜が破壊され、容器５２内の赤血球が除去されることになる。
その後、ハンドリングロボット等の作動により、容器５２が遠心分離機１１に投入される。そして、遠心分離機１１が、例えば、８００〜１３００Ｇで３〜５ｍｉｎ間作動させられることにより、図９（ａ）に示されるように、骨髄液５０内の比重の重い間葉系幹細胞を含む細胞５８が沈降した状態に集められる。

この状態で、再度ハンドリングロボット５７の作動により、容器５２が遠心分離機１１外に取り出される。そして、給排ロボット１０およびチップ供給装置１５の作動により、電動ピペット１０ｂ先端に未使用のチップ１４が取り付けられる。
すなわち、チップ供給装置１５は移動機構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。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１０ｂの先端に取り付ける。

この状態で、図９（ｂ）に示されるように、給排ロボット１０を作動させて電動ピペット１０ｂのチップ１４の先端を容器５２内に挿入して吸引する。これにより、図９（ｃ）に示されるように、容器５２内の上澄み液５９が除去され、赤血球を含まない間葉系幹細胞を多く含む細胞５８が容器５２内に残される。

次に、容器５２内に残った検体は、給排ロボット１０により、培養容器３に投入される。投入に先立って、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作動により、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。

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から容器５２内に、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）等の培地構成液６０を、所定量供給する。
次いで、体液攪拌装置等によって容器５２内の骨髄液５０と溶血剤とを均一に混合する。これにより、赤血球を含まず、間葉系幹細胞を多く含む細胞５８と培地構成液６０とが均一に混合された細胞懸濁液６１が構成されることになる。

このようにして製造された細胞懸濁液６１は、図９（ｄ）に示されるように、電動ピペット１０ａを作動させることにより、チップ１４内に吸引される。吸引された細胞懸濁液６１は、チップ１４内に保持された状態で、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。

この場合において、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、検体抽出装置によって骨髄液５０内から赤血球が除去された状態の検体が抽出される。したがって、細胞懸濁液６１内に浮遊している間葉系幹細胞は、静置されて沈降させられる際に、その沈降を赤血球に阻害されることがなく、培養容器３の底面に容易に付着して成長を開始することになる。すなわち、迅速かつ効率的に増殖させられるので、早期に必要な細胞数に達することができる。
本実施形態においては、骨髄液の入った容器に溶血剤を加えることとしたが、投入した骨髄液を予め溶血剤入りの容器に分注し、その後体液攪拌装置により両液を混合する処理を行ってもよいことは言うまでもない。

細胞懸濁液６１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。

次に、細胞懸濁液６１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、各試薬等の吸引ごとにチップ供給装置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、適正な培地内に間葉系幹細胞が混合された状態で存在することになる。なお、培地内において間葉系幹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。

以下、電動ピペット１２による試薬等供給装置１６の試薬等容器１６ｂ内から各試薬等の吸引過程について、図５および図１０から図１２を用いて具体的に説明する。
試薬等供給装置１６のケーシングＣ内に設けられる昇降部材２２は、電動ピペット１２の先端がケーシングＣに設けられた挿入口１６ｃに挿入されると、図５に示す初期状態から電動ピペット１２によって下方に押し込まれて、図１０、図１１に示すように、試薬等容器１６ｂの配置される領域の側方に移動する。このときの昇降部材２２の下降量は、電動ピペット１２が昇降部材２２のロッド２２ｄに当接した時点からさらに下降した量に等しい。

このように昇降部材２２が下降させられることで、昇降部材２２に設けられるセンサ２３も下降し、その測定領域が下方に移動する。すなわち、電動ピペット１２がケーシングＣ内に挿入されることで、センサ２３が試薬等容器１６ｂを上方から下方に向けて順次走査する。
この走査の過程でセンサ２３によって試薬等容器１６ｂ内の薬液等の液体が検知された時点（すなわちセンサ２３の測定領域が試薬等容器１６ｂ内の薬液等の液面Ｆに到達した時点）でのセンサ２３の位置情報に基づいて、制御装置が液面Ｆの位置を求める。ここで、センサ２３の位置情報は、初期状態からの昇降部材２２の下降量より求められる。
そして、この液面Ｆの位置情報に基づいて、制御装置が試薬等容器１６ｂ内の薬液等の残量を判定し、試薬等容器１６ｂを交換する必要があるかどうかの判断を行う。

ここで、昇降部材２２は電動ピペット１２に装着されるチップ１４の先端よりも下方でセンサ２３を保持しているので、電動ピペット１２の先端が液面Ｆに到達するよりも先にセンサ２３によって液面Ｆが検出される。このため、センサ２３によって液面Ｆが検出された時点からセンサ２３と電動ピペット１２の先端との高さ方向の距離の分だけ電動ピペット１２を下降させることで、電動ピペット１２の先端を液面Ｆに接触させることができる。

このように、この自動培養装置１では、電動ピペット１２をケーシングＣ内に挿入することで、試薬等容器１６ｂ内の液面Ｆの検出が行われる。これにより、この自動培養装置１では、試薬等容器１６ｂ内の液面Ｆの位置を容易かつ高精度に検出することができ、試薬等容器１６ｂ内の薬液等の残量の管理を高精度に行うことができるという効果を奏する。また、電動ピペット１２の先端を試薬等容器１６ｂ内の薬液等に浸す量を最小限に抑えて電動ピペット１２のチップ１４への液滴の付着を効果的に防止することができるので、電動ピペット１２の移動の際などに液滴の落下や飛散が生じにくく、自動培養装置１の底面を清掃する頻度を低減して、不要な手間を省くことができるという利点がある。

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、細胞懸濁液６１の投入や、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５０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、医療機関等において患者から採取された状態の骨髄液５０に何ら前処理を施すことなく培養処理装置３０に導入するだけで、早期に間葉系幹細胞を必要細胞数まで増殖させることができる。したがって、医療機関や作業者に特別な設備や作業を発生させることがないという利点がある。

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、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、その側壁３０ａ，３０ｂ近傍に通気口３８が設けられている。第１の区画壁３３には、通気口３８の他に種々の装置を貫通させるための貫通孔３６，３７等が形成されているが、通気口３８の流通断面積を他の貫通孔３６，３７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３８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３３の近くで側壁３０ａ，３０ｂの方向に向かい、通気口３８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３０ａ，３０ｂ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。

ここで、この自動培養装置１において、図１２に示すように、試薬等供給装置１６のテーブル１６ａの、昇降部材２２に対向する領域に、昇降部材２２の少なくとも下端部を受け入れる凹部１６ｅが設けられていていてもよい。
この場合には、試薬等容器１６ｂが載置されるテーブル１６ａの凹部１６ｅ内に昇降部材２２を受け入れさせることで、昇降部材２２を試薬等容器１６ｂの底面よりも下方まで下降させることができる。
これにより、電動ピペット１２のチップ１４先端をより試薬等容器１６ｂの底部に近い位置まで到達させることができるので、試薬等容器１６ｂ内の薬液等の残量が少なくなっても電動ピペット１２によって薬液等を取り出すことができ、試薬等容器１６ｂ内の薬液等をほぼ全量使用することができ、経済的である。

また、上記実施形態では、センサ２３として光電センサを用いた例を示したが、これにかぎられることなく、例えばカメラ等の他の光学センサを用いることができる。光学センサとしては、可視光域の光線を利用するものに限らず、赤外領域や紫外領域の光線を利用するものを用いてもよい。このように光学センサを用いる場合には、ケーシング内の容器として、光学センサが利用する波長域の光線に対して透明または半透明の材質によって構成された容器が用いられる。

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の自動培養装置のケーシングを模式的に説明する正面図である。 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の自動培養装置による検体抽出工程の一部（後半）を説明する図である。 図１の自動培養装置によるチップと液面との接触検知の原理を説明する正面図である。 図１の自動培養装置によるチップと液面との接触検知の原理を説明する側面図である。 図１の自動培養装置によるチップへの液滴の付着の検出の原理を説明する図である。

符号の説明

１ 自動培養装置
１３ 分注ロボット（ピペット装置）
１６ａ テーブル（載置部）
１６ｂ 試薬等容器
１６ｃ 挿入口
３０ 培養処理装置
２２ 昇降部材
２３ センサ
２４ 付勢部材
１６ａ テーブル（底部）
１６ｅ 凹部
Ｃ ケーシング

Claims (3)

1. 検体の培養処理に用いられて、ケーシング内の透明もしくは半透明の容器内の液体をピペット装置によって取り出して前記培養処理に使用する培養処理装置であって、
   前記ケーシングに、前記容器が配置される領域の上方に前記ピペット装置の先端を挿入するための挿入口が設けられており、
   該ケーシング内には、前記容器が載置される載置部と、
   前記容器が配置される領域の側方に上下方向に移動可能にして設けられるとともに前記ピペット装置が上方から前記挿入口に挿入される際に該ピペット装置によって下方に押し込まれる昇降部材と、
   該昇降部材によって前記ピペット装置の前記先端よりも下方に保持されてその高さにおける前記容器内の液体の有無を検出するセンサと、
   前記昇降部材を前記容器が配置される領域よりも上方に向けて付勢する付勢部材とが設けられている培養処理装置。
2. 前記載置部において前記昇降部材に対向する領域には、該昇降部材の少なくとも下端部を受け入れる凹部が設けられている請求項１記載の培養処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の培養処理装置を備える自動培養装置。

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