JP2010115143A

JP2010115143A - 遠心分離装置

Info

Publication number: JP2010115143A
Application number: JP2008290184A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Tokuda; 一成徳田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2010-05-27

Abstract

【課題】細胞群を効率的に洗浄して、不要成分が除去された細胞群を含む細胞懸濁液を回収するための装置の提供。
【解決手段】モータ２と、該モータ２の軸線から半径方向外方に延び、該モータ２により回転させられるアーム４と、該アーム４の先端に、該アーム４の長手軸に交差する揺動軸回りに揺動可能に支持され、細胞懸濁液を収容する遠心分離容器６と、揺動軸に設けられ、アーム４の回転によって発生する遠心力による遠心分離容器６の揺動を押し戻す方向に付勢力を発生させる弾性部材と、モータ２の駆動トルクをステップ状またはパルス状に変動させる制御部７とを備える遠心分離装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、遠心分離装置に関するものである。

従来、脂肪組織を分解して脂肪由来細胞を単離させた細胞懸濁液を収容した遠心分離容器を、該遠心分離容器から離れた軸線回りに回転させることにより、細胞懸濁液内に含有されている成分を比重により分離する遠心分離装置が知られている（特許文献１参照。）。
遠心分離容器は、一端を閉塞された略円筒状に形成され、その閉塞端を半径方向外方に向けるように回転させられることにより、閉塞端に向けて比重の大きい成分が移動し、閉塞端側から比重の大きい順に並んで分離されるようになっている。

国際公開第２００５／０１２４８０号パンフレット

しかしながら、細胞懸濁液を遠心分離することにより遠心分離容器の底部に分離された細胞群は遠心力によって押し固められた固形のペレット状に形成されてしまうという不都合がある。すなわち、細胞群がペレット状に形成されてしまうと、遠心分離後の細胞群を吸引により遠心分離容器内から取り出すことが困難になる。また、遠心分離時に細胞群の中にタンパク質分解酵素や脂肪分のような不要成分が取り込まれたままペレット状に形成されてしまうことがあり、不要成分を除去することが困難となる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、細胞群を効率的に洗浄して不要成分が除去された細胞群を含む細胞懸濁液を回収することができる遠心分離装置および遠心分離方法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、モータと、該モータの軸線から半径方向外方に延び、該モータにより回転させられるアームと、該アームの先端に、該アームの長手軸に交差する揺動軸回りに揺動可能に支持され、細胞懸濁液を収容する遠心分離容器と、前記揺動軸に設けられ、前記アームの回転によって発生する遠心力による前記遠心分離容器の揺動を押し戻す方向に付勢力を発生させる弾性部材と、前記モータの駆動トルクをステップ状またはパルス状に変動させる制御部とを備える遠心分離装置を提供する。

本発明によれば、モータを駆動してアームを回転させると、アームの先端に配置された遠心分離容器に遠心力が作用し、遠心力によって遠心分離容器が揺動軸回りに揺動させられて、底面を半径方向外方に向けて回転させられる。これにより、遠心分離容器内に収容されている細胞懸濁液は、遠心力によって遠心分離され、比重の大きな細胞群が遠心分容器の底面に堆積される。

この場合において、制御部がモータの駆動トルクをステップ状またはパルス状に変動させると、遠心分離容器が駆動トルクによって加振され、駆動トルクの静定後あるいは消滅後は、遠心力と弾性部材の付勢力とのバランスによって揺動軸回りに振動させられる。その結果、遠心分離容器とその内部に収容されている細胞懸濁液との間に相対的な移動が発生し、遠心分離容器内において細胞懸濁液が流動し、攪拌される。したがって、遠心分離によって遠心分離容器の底面にペレット状に凝集した細胞群を攪拌によりほぐすことができ、新たな洗浄液を供給して攪拌することにより、細胞群を効率的に洗浄して不要成分が除去された細胞群を含む細胞懸濁液を回収することができる。

上記発明においては、前記アームと前記遠心分離容器との間に、該遠心分離容器を前記揺動軸回りに揺動可能に支持する支持部材を備え、該支持部材が、前記アームの長手軸回りに回転可能に支持されていてもよい。
このようにすることで、遠心分離容器に作用する遠心力によって、アームの長手軸回りの支持部材の回転と、揺動軸回りの遠心分離容器の揺動という異なる２軸回りの回転によって、遠心分離容器をより複雑に揺動させて、内部の細胞懸濁液をさらに効率的に攪拌することができる。

また、上記発明においては、前記支持部材と前記アームとの間に前記長手軸回りの付勢力を発生させる他の弾性部材が配置されていてもよい。
このようにすることで、支持部材がアームの長手軸回りに回転する際にも、他の弾性部材の付勢力と遠心力とのバランスによって、遠心分離容器をより複雑に振動的に揺動させて、内部の細胞懸濁液をさらに効率的に攪拌することができる。

本発明によれば、細胞群を効率的に洗浄して不要成分が除去された細胞群を含む細胞懸濁液を回収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遠心分離装置１について、図１〜図６を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る遠心分離装置１は、図１に示されるように、モータ２と、鉛直方向に配置され、モータ２により回転駆動される回転軸３と、該回転軸３に固定され、半径方向外方に向かって延びる梁状のアーム４と、該アーム４の両端にアーム４の長手軸に直交する軸線（揺動軸）５ａ回りに揺動可能に支持された２つの保持部５と、該保持部５にそれぞれ着脱可能に支持される２つの遠心分離容器６と、モータ２を制御する制御部７とを備えている。なお、モータ２により直接回転軸３を回転させることとしたが、これに代えて、例えば、モータ２と回転軸３との間に変速機等の歯車機構を介在させてもよい。歯車機構は平歯車でもよいし傘歯車でもよい。傘歯車にすれば、モータを横置きすることが可能となり、装置全体の高さ寸法を低減することができる。また、ベルトプーリ機構等を用いてモータ２の回転駆動力を回転軸３に伝達してもよい。

遠心分離容器６は、図２に示されるように、一端が開口し、他端がテーパ状に漸次先細になって閉塞されている略円筒状の容器本体６ａと、該容器本体６ａの開口部６ｂを閉塞する蓋体６ｃと、該蓋体６ｃの中央から容器本体６ａの軸線に沿って延び、洗浄液を供給したり上清を吸引したりする配管６ｄと、最終生成物としての細胞群を含む細胞懸濁液を吸引する吸引管６ｅとを備えている。

アーム４と保持部５との間には、図３に示されるように、アーム４に対して保持部５を揺動軸５ａ回りに揺動自在に支持するベアリング８と、アーム４に対する保持部５の揺動角度に応じた付勢力を発生する捩りバネ９とが配置されている。捩りバネ９は、遠心分離容器６が鉛直下方に底面を配置した図１の状態（初期位置、中立位置）、すなわち、アーム４の回転停止状態で中立位置に配置される一方、遠心分離容器６に遠心力が作用して底面が半径方向外方に向かうように揺動させられると、その揺動を押し戻す方向に付勢力を発生させるようになっている。

制御部７は、モータ２を所定の回転速度で回転させる第１のモードと、図４に示されるように、駆動トルクをパルス状（またはステップ状）に変化させる第２のモードとにより、モータ２を回転駆動させることができるようになっている。すなわち、細胞懸濁液Ａを遠心分離させる際には第１のモードによって所定の回転速度でモータ２を駆動して細胞に所定の遠心力を作用させ、細胞を比重によって分離する一方、遠心分離された細胞を洗浄液とともに攪拌する際には、第２のモードによってモータ２を駆動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遠心分離装置１の作用について説明する。
本実施形態に係る遠心分離装置１を用いて細胞懸濁液Ａ内の細胞を遠心分離するには、図５に示されるように、まず、アーム４の両端に設けられた保持部５内に遠心分離容器６を保持させ、該遠心分離容器６内に細胞懸濁液Ａを収容する（ステップＳ１）。この状態で、制御部７が第１のモードによりモータ２を回転駆動する（ステップＳ２）。第１のモードにおいては、予め定められた１以上の回転速度および回転時間でモータ２を回転駆動する。

遠心分離容器６を保持している保持部５は、アーム４の両端に揺動可能に取り付けられているので、モータ２の回転駆動により、回転軸３およびアーム４が回転させられると、アーム４に対して保持部５が揺動して容器本体６ａの底部が半径方向外方に向かう姿勢に変化して回転させられる。これにより、図６に示すように、揺動方向である矢印θ方向で（アーム４の回転半径方向外方に）遠心分離容器６内の細胞懸濁液Ａには容器本体６ａの底部に向かう方向に遠心力Ｆ_１が作用し、細胞懸濁液Ａ内の細胞の比重に応じて、比重が大きい順に容器本体６ａの底面側から順に堆積されていく。

この第１のモードにおいては、モータ２が所定の回転速度で回転させられるので、遠心分離容器６は励振されず、遠心分離容器６とその内部の細胞懸濁液Ａとは相対的に移動することなく一体的に揺動させられる。したがって、細胞群は攪拌されることなく明確な境界面によって上清から分離される。

この後に、モータ２を一旦停止し、配管６ｄを介して上清を吸引する（ステップＳ３）。その後、配管６ｄを容器本体６ａ内に残った細胞群に対して洗浄液を供給する（ステップＳ４）。細胞群がペレット状に凝集していても、供給される洗浄液の流動エネルギによってある程度攪拌される。

この状態で、制御部７は、第２のモードによってモータ２を回転駆動する（ステップＳ５）。
第２のモードにおいては、モータ２の駆動トルクがパルス状に変化させられるので、図６に示されるように、駆動トルクが発生している状態では、大きな遠心力Ｆ_１が作用して遠心分離容器６は加振されて大きく揺動し、捩りバネ９に弾性エネルギが蓄えられる。この状態で、駆動トルクが消滅した場合には、捩りバネ９に蓄えられた弾性エネルギが放出される方向、すなわち、遠心分離容器６の揺動を押し戻す方向の付勢力Ｆ_２が遠心力Ｆ_１よりも支配的になって、揺動角度が小さくなる。

保持部５はベアリング８によってアーム４に回転自在に支持されているので、その減衰係数は小さく抑えられており、駆動トルク消滅後の揺動動作は、図４に示されるように振動的となる。
この場合に、遠心分離容器６が揺動軸５ａ回りに振動的に揺動させられると、図７に示されるように、容器本体６ａとその内部に収容されている細胞懸濁液Ａとの間には相対的な移動が発生し、細胞懸濁液Ａは容器本体６ａ内において流動させられる。

その結果、容器本体６ａの底面に堆積していた細胞群は、細胞懸濁液Ａの流動によって攪拌される。したがって、細胞群がペレット状に凝集していても、効率的に攪拌してほぐすことができる。

遠心分離により凝集した細胞群の中には、不要な組織片や消化液成分等が巻き込まれるようにして保持されてしまっている場合があるので、細胞群をほぐすように攪拌することにより、そのような不要な組織片や洗浄液成分を細胞群から解放して放出させることができる。
そして、再度第１のモードによりモータ２を回転駆動する（ステップＳ６）。これにより、不要な成分を放出した細胞群を遠心分離することができる。

必要により、ステップＳ３〜Ｓ６を繰り返すことにより、細胞群内に含有される不要な成分の濃度を十分に低減した清浄な細胞群を得ることができる（ステップＳ７）。そして、容器本体６ａ内に得られた細胞群を回収する前に、もう一度、第２のモードによってモータ２を回転駆動する（ステップＳ８）。これにより、回収される細胞群がペレット状に凝集された状態から攪拌によりほぐされて洗浄液内に均一に分散した細胞懸濁液を生成することができる。

このようにして生成された細胞懸濁液は、吸引管６ｅを介して吸引することにより、細胞群を容器本体６ａ内に残すことなく吸引回収することができる（ステップＳ９）。したがって、本実施形態に係る遠心分離装置１によれば、細胞の収率を向上することができるという利点がある。

なお、本実施形態に係る遠心分離装置１においては、アーム４に対して保持部５をベアリング８によって揺動自在に支持することとしたが、ベアリング８の種類は問わず、ボールベアリングのみならず、含油軸受や摺動スリーブ等を採用してもよい。

また、図８に示されるように、アーム４と保持部５との間に支持部材１０を配置し、支持部材１０および保持部５をアーム４の長手軸１０ａ回りにベアリング１１によって揺動自在に支持し、かつ、両者間に長手軸４ａ回りの付勢力を発生させる捩りバネ（他の弾性部材）１２を配置することにしてもよい。このようにすることで、遠心分離容器６の揺動をより複雑に行わせることができ、容器本体６ａ内において細胞懸濁液Ａを複雑に流動させて効率的な攪拌を行うことが可能となる。

上記実施形態においては、遠心分離容器６をアーム４の両端にそれぞれ設けた構成を例示したが、遠心分離容器６は１個または３個以上であってもよい。遠心分離容器６を１個にした場合には、回転バランスを調整するためにアーム４の他端に細胞懸濁液Ａを収容した遠心分離容器６の重さに相当する重さの錘を設けることにすればよい。遠心分離容器６を３個以上とする場合には、例えば、遠心分離容器６の数と同じ数のアームを設け、アームどうしを均等角度で配置することにより回転バランスがよい。

遠心分離装置１は、揺動軸５ａを介して遠心分離容器６を揺動させる構成を有しているので、上記のように、例えば、各遠心分離容器６を均等角度で配置すると、その回転バランスを一層良好にすることができる。特に、パルス状の駆動トルクが付与される第２のモードでの運転時における装置全体での振動の発生を有効に低減することができる。言い換えると、上記実施形態では一方向に延びたアーム４の両端に遠心分離容器６を配置しているので、良好な回転バランスが担保されており、遠心分離容器６が揺動・振動させられた際の装置全体の揺れや振動の発生を有効に低減することができる。

本発明の一実施形態に係る遠心分離装置を示す全体構成図である。図１の遠心分離装置に備えられる細胞懸濁液を収容した状態の遠心分離容器を示す縦断面図である。図１の遠心分離装置のアームと保持部との取付構造を示す部分的に破断した平面図である。図１の遠心分離装置の第２のモードによるモータの駆動トルク、回転速度および遠心分離容器の揺動角度の時間変化を示すグラフである。図１の遠心分離装置による遠心分離方法を説明するフローチャートである。図１の遠心分離装置における遠心分離容器に加わる力を説明する全体構成図である。図６の遠心分離装置における遠心分離容器の動作と、内部の細胞懸濁液の動作を説明する図である。図１の遠心分離装置のアームと保持部との取付構造の変形例を示す部分的に破断した平面図である。

符号の説明

Ａ細胞懸濁液
Ｆ_１遠心力
Ｆ_２付勢力
１遠心分離装置
２モータ
４アーム
５保持部
５ａ揺動軸
６遠心分離容器
７制御部
９捩りバネ（弾性部材）
１０支持部材
１０ａ長手軸
１２捩りバネ（他の弾性部材）

Claims

モータと、
該モータの軸線から半径方向外方に延び、該モータにより回転させられるアームと、
該アームの先端に、該アームの長手軸に交差する揺動軸回りに揺動可能に支持され、細胞懸濁液を収容する遠心分離容器と、
前記揺動軸に設けられ、前記アームの回転によって発生する遠心力による前記遠心分離容器の揺動を押し戻す方向に付勢力を発生させる弾性部材と、
前記モータの駆動トルクをステップ状またはパルス状に変動させる制御部とを備える遠心分離装置。
前記アームと前記遠心分離容器との間に、該遠心分離容器を前記揺動軸回りに揺動可能に支持する支持部材を備え、
該支持部材が、前記アームの長手軸回りに回転可能に支持されている請求項１に記載の遠心分離装置。
前記支持部材と前記アームとの間に前記長手軸回りの付勢力を発生させる他の弾性部材が配置されている請求項２に記載の遠心分離装置。