JP2012239425A - 細胞処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大量の細胞懸濁液から一度に多くの細胞塊を得る装置の提供。
【解決手段】上部が大気圧開放され、下部に液体の排出口２ｂを有する筒状の容器２と、該容器２内の空間を上下に区画する位置に配置され、液体および気体の通過を許容し、細胞の通過を禁止する複数の透孔３ａを有するフィルタ３と、容器２内のフィルタ３より上方の空間を上下に密閉状態に区画するとともに、上下方向に移動可能に設けられ、下方に向かう押圧力が作用させられる可動区画部材４とを備える細胞処理装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、細胞処理装置に関するものである。

従来、細胞懸濁液から細胞を濃縮して細胞塊を形成する方法として、底面に凹凸パターンを有する容器内に細胞懸濁液を供給し、底面方向に向かう遠心力または磁力を作用させながら培養することで、凹凸パターンを鋳型として三次元形状の生体組織を製造する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１０−１６１９５３号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、細胞塊を形成するための押圧力を遠心力によって得ているので、容器ごと回転させて遠心力を作用させる必要がある。このため、大量の細胞懸濁液から一度に多くの細胞塊を得るためには、容器およびこれを回転させる装置として大型のものを採用しなければならないという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、大量の細胞懸濁液から一度に多くの細胞塊を得ることができるコンパクトな細胞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、上部が大気圧開放され、下部に液体の排出口を有する筒状の容器と、該容器内の空間を上下に区画する位置に配置され、液体および気体の通過を許容し、細胞の通過を禁止する複数の透孔を有するフィルタと、前記容器内の前記フィルタより上方の空間を上下に密閉状態に区画するとともに、上下方向に移動可能に設けられ、下方に向かう押圧力が作用させられる可動区画部材とを備える細胞処理装置を提供する。

本発明によれば、容器内のフィルタと可動区画部材との間に細胞懸濁液を供給すると、細胞懸濁液を構成している液体が、フィルタに備えられた透孔を介してフィルタの下方の空間に移動し、容器の下部に設けられている排出口から排出される。一方、細胞懸濁液内の細胞は、透孔を通過できずにフィルタ上に残るので、可動区画部材を下方に移動させてフィルタ上の細胞群に対して上方から押圧力を作用させることにより、細胞群を押し固めて細胞塊を生成することができる。すなわち、容器を回転させて遠心力を作用させるような大型の装置を用いることなく、コンパクトな装置によって大量の細胞懸濁液から一度に多くの細胞塊を得ることができる。

上記発明においては、前記可動区画部材に、下方に向かう押圧力を作用させる加圧手段を備えていてもよい。
このようにすることで、加圧手段の作動により、可動区画部材に下方に向かう押圧力を作用させて細胞群を加圧し、一度に多くの細胞塊を生成することができる。

また、上記発明においては、前記加圧手段が、前記容器内における前記フィルタの下方の空間を大気圧より低い圧力となるように減圧するポンプであってもよい。
このようにすることで、ポンプの作動によりフィルタの下方の空間を吸引すると、可動区画部材の下方の空間が大気圧より低い圧力に減圧され、可動区画部材を挟んだ上下の空間の圧力差により、可動区画部材が下方に移動させられ、可動区画部材とフィルタとの間に配置された細胞群を加圧することができる。

また、上記発明においては、前記可動区画部材が、伸縮可能な材質からなる膜状部材であってもよい。
このようにすることで、フィルタの下方の空間が減圧されると、可動区画部材がその両面にかかる圧力差によって下方に伸び、細胞群の上面に密着して、外部の大気圧により細胞群を押圧し、細胞塊を形成することができる。

また、上記発明によれば、前記可動区画部材が、前記容器内を摺動させられる板状部材であってもよい。
このようにすることで、フィルタの下方の空間が減圧されると、可動区画部材がその両面にかかる圧力差によって下方に移動し、細胞群の上面に密着して、外部の大気圧により細胞群を押圧し、細胞塊を形成することができる。

また、上記発明によれば、前記可動区画部材が、前記容器内を摺動させられ、下方に向かって押圧可能なピストンであってもよい。
このようにすることで、ピストンを下方に押圧することにより、ピストンを容器内を修道させて押し下げ、細胞群の上面に密着させ、その押圧力によって細胞塊を形成することができる。

本発明によれば、装置の小型化を図りつつ、大量の細胞懸濁液から一度に多くの細胞塊を得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細胞処理装置を示す縦断面図である。 図１の細胞処理装置の容器内に細胞懸濁液を供給する工程を説明する縦断面図である。 図１の細胞処理装置の容器内から液体を吸引して排出する工程を説明する縦断面図である。 図１の細胞処理装置の膜状部材によって細胞群を押圧して細胞塊を生成する工程を説明する縦断面図である。 図１の細胞処理装置の第１の変形例を示す縦断面図である。 図１の細胞処理装置の第２の変形例を示す縦断面図である。 図１の細胞処理装置の第３の変形例を示す縦断面図である。 図７の細胞処理装置の可動板によって細胞群を押圧して細胞塊を生成する工程を説明する縦断面図である。 図１の細胞処理装置の第４の変形例を示す縦断面図である。

本発明の一実施形態に係る細胞処理装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る細胞処理装置１は、図１に示されるように、筒状の容器２と、該容器２内の空間を上下に区画する位置に配置されたフィルタ３と、容器２内のフィルタ３よりも上方の空間をさらに上下に区画する位置に配置された膜状部材（可動区画部材）４とを備えている。

容器２は、下側に配置される底面２ａと、該底面２ａ近傍に設けられた排出口２ｂと、容器２内の上部空間を大気圧開放する上部開口２ｃと、フィルタ３と膜状部材４との間の空間に細胞懸濁液Ａを導入する供給口２ｄとを備えている。排出口２ｂには、容器２内からの液体および気体を吸引して容器２外に排出させるポンプ（加圧手段）５が備えられている。供給口２ｄにはバルブ６が設けられており、細胞懸濁液Ａの供給時以外においては供給口２ｄを閉止することができるようになっている。

フィルタ３は、液体および気体の通過を許容し、細胞Ｂの通過を禁止する大きさ（口径約１μｍ）の複数の透孔３ａを有している。細胞懸濁液Ａがフィルタ３と膜状部材４との間の空間に供給されると、細胞懸濁液Ａに含有される液体は透孔３ａを介してフィルタ３下部の空間に流下する一方、細胞Ｂは透孔３ａを通過できずにフィルタ３上方の空間に留まるようになっている。また、液体がフィルタ３下方の空間に流下した後には、フィルタ３上方の空間内の気体も、液体と同じ経路を介してフィルタ３下方の空間に流れることができるようになっている。

膜状部材４は、例えば、熱可塑性エラストマーやラテックスのように、伸縮自在な材質からなるとともに、容器２内のフィルタ３よりも上方の空間を上下に密封状態に区画している。したがって、膜状部材４は、フィルタ３との間の空間が減圧されるに従って、大気圧との圧力差により下方に向かって伸びるように変形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細胞処理装置１の作用について以下に説明する。
図１に示される空の容器２内に、供給口２ｄを介して細胞懸濁液Ａを供給すると、図２に示されるように、容器２内に供給された細胞懸濁液Ａに含有される液体Ｃはフィルタ３の透孔３ａを介してフィルタ３の下方の空間に流下し、透孔３ａを通過できない細胞Ｂがフィルタ３上に堆積していく。

この状態で、図３に示されるように、ポンプ５を駆動して、排出口２ｂから液体Ｃを容器２外に排出していくと、フィルタ３下方の空間に流下していた液体Ｃが容器２内から排出されていくとともに、フィルタ３下方の空間が減圧されていくことになる。フィルタ３下方の空間が減圧されると、フィルタ３上方の細胞懸濁液Ａ内の液体Ｃもフィルタ３下方の空間に吸引されて移動し、液体Ｃがほぼ移動し終えた状態で、液体Ｃの移動経路と同じ経路を介して、フィルタ３上方の空間に存在する気体もフィルタ３下方の空間に吸引される。

膜状部材４は、容器２内の空間を密封状態に区画しているので、気体が透孔３ａを介してフィルタ３の下方に吸引されることにより、フィルタ３と膜状部材４との間の空間も減圧される。これにより、膜状部材４は、その表裏面に発生する圧力差（Ｐ１−Ｐ２）によって下方に押されて、図３に示されるように伸びていく。

そして、図４に示されるように、フィルタ３と膜状部材４との間の空間の空気が十分に吸引されると、膜状部材４は、フィルタ３の上面に堆積されている細胞群Ｂの上面に密着し、大気圧Ｐ１によって細胞群Ｂを下方に押圧するようになる。その結果、細胞群Ｂが押し固められることにより細胞塊が形成される。

すなわち、本実施形態に係る細胞処理装置１によれば、遠心力をかけることなく、容器２内の空気を吸引して排出するだけで、大量の細胞懸濁液Ａから一度に細胞塊を生成することができる。したがって、大型の容器を回転させて遠心力を作用させる遠心分離機のような大型の装置が不要であり、装置の小型化を図りつつ、大量の細胞懸濁液Ａから一度に多くの細胞塊を得ることができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、ポンプ５による液体Ｃの吸引過程において、フィルタ３が目詰まりした場合には、フィルタ３と膜状部材４との間の空間内の空気を十分に排出できず、膜状部材４を細胞群Ｂに密着させることができなくなる。その場合には、ポンプ５を逆転させて、フィルタ３下方の空間の圧力を上昇させることにより、フィルタ３の透孔３ａを介して気体をフィルタ３上方に供給し、目詰まりを解消した後に、ポンプ５を再度正転させることにすればよい。

また、本実施形態においては、フィルタ３下方の空間をポンプ５によって吸引することにより減圧することとしたが、図５に示されるように、過度に吸引するとフィルタ３に負担がかかるため、フィルタ３下方の空間の圧力を検出する圧力センサ７を配置して、検出された圧力に基づいて、圧力が閾値を超えないように、制御部８がポンプ５を制御することにしてもよい。

また、本実施形態においては、フィルタ３下方の空間をポンプ５によって吸引することにより、膜状部材４の表裏面に圧力差を生じさせることとしたが、これに代えて、図６に示されるように、天板２ｅによって膜状部材４の上方の空間を密閉された空間とし、該空間内の圧力を増大させるポンプ５’を接続することにしてもよい。

また、本実施形態においては、圧力差によって伸縮する膜状部材４によって可動区画部材を構成したが、これに代えて、図７に示されるように、容器２の横断面より若干小さい横断面を有する平板状の可動板９を採用してもよい。可動板９の全周には、容器２の内面との隙間を気密状態に密閉しかつ、可動板９を容器２の内面に沿って上下方向に移動可能に取り付けるシール部材１０が設けられている。これにより、可動板９は、その上下の圧力差によって上下方向に移動できるようになっている。

図中、符号１１は、可動板９の下面に接触して容器２の内面から突出状態に配された係合部材である。この係合部材１１は、図示しないバネにより矢印Ｄで示される方向に付勢されていて、細胞懸濁液Ａの容器２内への供給によって可動板９とフィルタ３との間の圧力が増加し、あるいは細胞懸濁液Ａ自体によって可動板９が上方に押されると、バネの付勢力によって、図８に示されるように容器２内面の凹部１２内に収容されて凹部１２を密閉するようになっている。

また、この図７および図８に示す例では、容器２の上端部は天板２ｅにより閉塞されているが、容器２内の上部空間は通気管１３によって大気圧開放されている。通気管１３には細菌等の侵入を防止しつつ空気の流入を許容するフィルタ１４が設けられている。

係合部材１１が凹部１２内に収容された後には、可動板９は容器２内を上下方向に自由に移動できるようになるので、ポンプ５の作動によって、容器２内の圧力を低下させていくと、可動板９の上下の圧力差によって、図８に示されるように、容器２内で下降させられ、膜状部材４と同様に、細胞群Ｂを押圧して細胞塊を生成することができる。

また、本実施形態においては、ポンプ５の作動によって発生する圧力差によって可動板９を下方に移動させることとしたが、これに代えて、図９に示されるように、外部から加えられる外力によって下降させることができるピストン１５を採用してもよい。この場合、容器２の上端を閉塞する天板２ｅとピストン１５のロッド１５ａとの摺動部を介した細菌等の容器２内への侵入を防止するために、可撓性を有する材質からなるカバー１６によって覆っておくことが好ましい。

Ｂ 細胞
Ｃ 液体
１ 細胞処理装置
２ 容器
２ｂ 排出口
３ フィルタ
３ａ 透孔
４ 膜状部材（可動区画部材）
５，５’ ポンプ（加圧手段）
９ 可動板（板状部材、可動区画部材）
１５ ピストン（可動区画部材）
１５ａ ロッド（加圧手段）

Claims (6)

1. 上部が大気圧開放され、下部に液体の排出口を有する筒状の容器と、
   該容器内の空間を上下に区画する位置に配置され、液体および気体の通過を許容し、細胞の通過を禁止する複数の透孔を有するフィルタと、
   前記容器内の前記フィルタより上方の空間を上下に密閉状態に区画するとともに、上下方向に移動可能に設けられ、下方に向かう押圧力が作用させられる可動区画部材とを備える細胞処理装置。
2. 前記可動区画部材に、下方に向かう押圧力を作用させる加圧手段を備える請求項１に記載の細胞処理装置。
3. 前記加圧手段が、前記容器内における前記フィルタの下方の空間を大気圧より低い圧力となるように減圧するポンプである請求項２に記載の細胞処理装置。
4. 前記可動区画部材が、伸縮可能な材質からなる膜状部材である請求項３に記載の細胞処理装置。
5. 前記可動区画部材が、前記容器内を摺動させられる板状部材である請求項３に記載の細胞処理装置。
6. 前記可動区画部材が、前記容器内を摺動させられ、下方に向かって押圧可能なピストンである請求項１に記載の細胞処理装置。

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