JP2014079206A - 細胞収容装置に用いられる回転装置、回転機構を用いた細胞収容装置および細胞収容方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 細胞を効率良く細胞プレートのウェルに収容可能な細胞収容装置に用いられる回転装置、回転機構を用いた細胞収容装置および細胞収容方法を提供する。
【解決手段】
支持体３は板状部材であり、一対の支持体３が互いに対向するように配置される。支持体３には、遠心力回転軸５が設けられる。遠心力回転軸５は支持体３に対して回転可能である。遠心力回転軸５には、枠体７が接続される。したがって、枠体７は、遠心力回転軸５を軸として回転することができる。枠体７には、枠体７に対して回転可能な慣性力回転軸９が設けられる。慣性力回転軸９は、枠体７と遠心力回転軸５との接続方向に対して、略直交する方向に設けられる。したがって、プレート台１１は、枠体７の回転方向に略直交する方向に回転する。
【選択図】図１

Description

本発明は、細胞を細胞プレートに形成されたウェル等に収容するための細胞収容装置に用いられる回転装置、回転機構を用いた細胞収容装置および細胞収容方法に関するものである。

従来、細胞を積み上げることにより、細胞シートを形成する方法が研究されている。このようにして得られる細胞シートにおいては、細胞を所望の形状と厚みに積み上げることで、例えば臓器構造が形成される。このような細胞シートを製造する方法は各種考案されているが、細胞プレートに形成されたウェルに細胞を収容し、ウェルにレーザーを照射することで細胞プレートから細胞を打ち出し、組織テーブル上に細胞シートを形成する方法がある。このような方法においては、細胞プレートのウェルに細胞を効率良く収容する必要がある。

一般的なウェルプレートに対して、微生物等を収容する方法としては、例えば、上面が開放されたシートの透孔内の吸水性素材に微生物含有液を滴下し、液を染み込ませて微生物を保持する方法がある（特許文献１）。
検体細胞に磁気ビーズを結合させ、その磁気ビーズを取り付けた検体細胞を磁気吸引することで、ウェルに検体細胞を吸引する方法が記載されている（特許文献２）。
また、細胞または細胞外基質を含む溶液を塗布してウェルに収納することが記載されている（特許文献３、特許文献４）。
さらに、細胞が蓄えられた容器に接続されたインクジェットヘッドから連続的に搬送される多孔質基材の表面に対して細胞を含む液を一定の量で断続的に供給することができることが記載されている（特許文献５）。

特開２００５−１１８０１３号公報 特開２０１２−１６５７３８号公報 特表２００１−５０７２１７号公報 特開２００２−３２０４７２号公報 特開２００９−２１３４２１号公報

しかし、前述したような細胞シートの製造に用いられるような細胞プレートは、例えば、最も多い場合には、１枚の細胞プレートに数１０万〜１００万個のウェルが形成される。また、ウェルの径は約φ３０μｍ程度であり、特許文献１の培養液に含有される細胞を培養液とともに効率良くウェルに収容することは困難である。また、特許文献２の方法では、細胞に磁気ビーズを結合させる必要があり、手間とコストがかかる。特許文献３、特許文献４には、ウェルに細胞や細胞外基質を含む溶液を塗布して収容する方法が記載されているが、細胞は軽いため実際には単に塗布しただけではウェルにうまく収容することが困難である。特許文献５の方法では、インクジェットヘッド内に細胞同士が重なってヘッドが詰まったり、重なった細胞同士が傷ついたりする問題がある。以上のように、何れの方法においても、細胞プレート上に形成されえたウェルに細胞を収納する上で問題がある。したがって、このような多数のウェルに対して、細胞を効率良く収容する方法が望まれている。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、細胞を効率良く細胞プレートのウェルに収容可能な細胞収容装置に用いられる回転装置、回転機構を用いた細胞収容装置および細胞収容方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達するために第１の発明は、細胞プレートのウェルまたは溝内に細胞を収容するための２軸回転装置であって、支持体と、前記支持体に支持される第１の軸と、前記第１の軸に固定され、前記第１の軸によって前記支持体に対して回転可能な枠体と、前記枠体に設けられ、前記第１の軸と直交する第２の軸と、前記第２の軸に固定され、前記第２の軸によって前記枠体に対して回転可能なプレート台とを具備し、前記プレート台は、前記支持体の設置面に対して、互いに直交する２方向に回転することが可能であることを特徴とする細胞収容装置に用いられる回転装置である。

第１の発明によれば、細胞プレートを保持するプレート台が、互いに直交する２方向に回転することができるため、回転テーブル上に設置されたプレート台を、それぞれの方向に傾けることができる。具体的には、回転テーブルの回転中心から径方向の回転軸と、略周方向の回転軸によってそれぞれプレート台を回転可能とすることで、プレート台の細胞プレート設置面を、遠心力および慣性力のそれぞれの生じる方向に対して対向するように傾けることができる。したがって、遠心力および慣性力によって、細胞プレート上の細胞をウェル内に効率良く収容することができるとともに、細胞プレート上の細胞（細胞を保持するゲル）が、回転時に細胞プレートから飛び散ることを防止することができる。

第２の発明は、第１の発明にかかる細胞収容装置に用いられる回転装置を用いた細胞収容装置であって、前記回転装置が遠心機に配置され、前記プレート台は、前記遠心機の回転方向であって前記遠心機の回転軸に垂直な前記第１の軸により前記遠心機の回転速度に応じた傾斜角度で前記遠心機の回転面に対して傾斜可能であり、かつ、前記回転軸および前記第１の軸に垂直な前記第２の軸により前記遠心機の角加速度に応じた傾斜角度で前記遠心機の回転面に対して傾斜可能であることを特徴とする回転機構を用いた細胞収容装置である。

前記回転装置は複数配置され、複数の前記プレート台は、前記遠心機の前記回転軸に対して、互いに対称な位置に配置されることが望ましい。

前記遠心機は容器内に配置され、前記容器内を減圧可能とすることもできる。

前記プレート台には錘が設けられ、前記プレート台は、前記遠心機の回転時における前記錘に付与される力によって前記遠心機に対して傾斜させてもよく、または、前記第１の軸および前記第２の軸それぞれには、前記プレート台を所定の角度回転可能なモーターが設けれ、それぞれのモーターによって、前記プレート台を、前記遠心機に対して傾斜させることもできる。

第２の発明によれば、回転装置が遠心機上に配置されるため、前述したように、遠心機の回転により生じる遠心力および慣性力の方向に対向するように、プレート台を回転させることができる。したがって、これらの力を利用して、細胞をより効率良くウェル内に収容可能であるとともに、細胞（細胞を保持するゲル）が細胞プレートから飛び散ることを防止することができる。

特に、遠心機の回転軸に対して、対称な位置に回転装置を複数配置することで、遠心機の回転が安定し、各回転装置を均一に回転させることができる。

また、遠心機全体が容器内に配置され、容器内を減圧することで、ウェル内の気泡の影響を小さくすることができる。したがって、細胞をより確実にウェル内に収容することができる。

また、プレート台の下部に錘を設けることで、プレート台は、錘に付与される遠心力の大きさと慣性力の大きさに応じた力で回転する。具体的には、回転速度に応じた傾斜角度で略回転方向を軸として傾斜させるとともに、遠心機の角加速度に応じた傾斜角度で径方向を軸として傾斜させることができる。したがって、複雑な制御が不要である。

また、このような傾斜角度の制御は、錘ではなく、各軸を回転軸とするモーターを用いても実現することができる。この場合には、より細かな制御を行うこともできる。

第３の発明は、第２の発明にかかる回転機構を用いた細胞収容装置と、細胞プレートを用い、ゲルおよび細胞が塗布された前記細胞プレートを前記プレート台に設置し、前記遠心機を作動させることで、前記第１の軸により前記遠心機の回転速度に応じた傾斜角度で前記遠心機の回転面に対して傾斜させるとともに、前記第２の軸により前記遠心機の角加速度に応じた傾斜角度で前記遠心機の回転面に対して傾斜させながら、前記細胞プレートに形成されたウェルまたは溝に細胞を収容することを特徴とする回転機構を用いた細胞収容方法である。

前記細胞プレートのウェルまたは溝の形成面には、親水処理がなされているので、ウェルまたは溝に細胞を収容しやすい。前記細胞収容装置によって細胞を前記細胞プレートのウェルまたは溝に収容し、前記細胞プレートの上の余剰ゲルが除去される。

前記プレート台は容器内に配置され、前記遠心機を動作させる際に、前記容器内を減圧した状態で、細胞を前記細胞プレートに収容することができる。

前記遠心機の回転動作開始時または回転動作中、前記遠心機の回転速度を変動させるか、または、前記遠心機を段階的に減速することで、前記細胞プレートに対して、角加速度の変化に伴う慣性力を付与することができる。

第３の発明によれば、細胞を細胞プレートのウェルに対して効率良く収容することができる。細胞プレート上に塗布され、細胞収容後に余剰に残存するゲル状部材は、作業後に除去することができる。

また、遠心機全体が容器内に配置され、容器内を減圧することで、ウェル内の気泡の影響を小さくすることができ、細胞をより確実にウェル内に収容することができる。

また、所定以上の回転速度になった後、遠心機の回転速度を変動させるか、または、遠心機を段階的に減速することで、細胞プレートに対して、遠心力および慣性力を変動させることができる。したがって、このような変動によって、より確実にウェル内に細胞を収容することができる。

本発明によれば、細胞を効率良く細胞プレートのウェルに収容可能な細胞収容装置に用いられる回転装置、回転機構を用いた細胞収容装置および細胞収容方法を提供することができる。

回転装置１を示す斜視図。 （ａ）はプレート台１１を示す断面図、（ｂ）は細胞プレート１３を示す図。 細胞収容装置２０を示す平面図。 回転装置１の断面図であり、図３のＡ−Ａ線断面図。 回転装置１の断面図であり、図３のＢ−Ｂ線断面図。 遠心機２１の回転動作パターンの一例を示す図。 細胞が細胞プレート１３のウェル３５に収容される状態を示す概念図。 回転装置１ａの断面図であり、図４に対応する図。 回転装置１ａの断面図であり、図５に対応する図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、回転装置１を示す斜視図である。回転装置１は、支持部３、遠心力回転軸５、枠体７、慣性力回転軸９、プレート台１１、および錘１５等で構成される。

支持部３は板状部材であり、一対の支持部３が互いに対向するように配置される。支持部３には、遠心力回転軸５が回転運動の方向に設けられる。遠心力回転軸５は支持部３に対して回転可能である。遠心力回転軸５には、枠体７が接続される。したがって、枠体７は、一対の支持部３の間で、遠心力回転軸５を軸として回転することができる。なお、枠体７の形状は、図示した例に限られない。以下の例では、枠体が略円形である例について説明する。

枠体７には、枠体７に対して回転可能な慣性力回転軸９が回転の中心方向に設けられる。慣性力回転軸９は、枠体７と遠心力回転軸５との接続方向に対して、略直交する方向に設けられる。なお、遠心力回転軸５と支持部３との回転部と、枠体７と慣性力回転軸９との回転部には、それぞれ、図示を省略したベアリングが設けられる。ここで、本発明においては、特に図示しないが、支持部に固定する回転軸を、慣性力回転軸９とし、枠体に固定する回転軸を遠心力回転軸５として本発明を構成することもでき、このような構成も当然本発明に含むが、以下の説明においては、支持部に固定する回転軸を、遠心力回転軸５（第１の軸）とし、枠体に固定する回転軸を、慣性力回転軸９（第２の軸）として説明する。

慣性力回転軸９には、プレート台１１が設けられる。プレート台１１は、細胞プレート１３を保持する部位である。プレート台１１は、慣性力回転軸９を軸として回転可能である。すなわち、プレート台１１は、枠体７の回転方向に略直交する方向に回転することができる。プレート台１１の下面には錘１５が設けられる。すなわち、錘１５は、遠心力回転軸５および慣性力回転軸９で構成される面（プレート台１１の設置面）に対して、離れた位置に配置される。したがって、通常時は、重力によって錘１５の位置が最下部となるように安定するため、プレート台１１は細胞プレート１３の設置面を上面として、略水平に維持される。

図２（ａ）は、プレート台１１の断面図である。プレート台１１の外周部には縁部１４が設けられる。縁部１４は、上面に突出する段部である。プレート台１１の上面には、凹部１７が設けられる。凹部１７には、細胞プレート１３が設置される。縁部１４の形状は、プレート台の上面に対して垂直に形成されていれば良く、斜めに徐々に上昇するように形成されても良い。

図２（ｂ）に示すように、細胞プレート１３には、多数のウェル１９が設けられる。ウェル１９は細胞が収容される部位である。すなわち、細胞プレート１３は、細胞を保持する細胞保持部として機能する。ウェル１９のサイズは、取り扱う対象となる細胞よりもわずかに大きければよく、例えばφ２５μｍ〜φ３５μｍ程度であればよい。また、細胞プレート１３としては、例えば樹脂製やガラス製などのものを使用することができる。なお、細胞プレート１３の詳細な構造については後述する。

ここで、凹部１７に細胞プレート１３を設置すると、プレート台１１の上面は、略平滑になる。たとえば、細胞プレート１３の厚さと、凹部１７の深さは略同一である。細胞プレート１３上に塗布された細胞含有ゲル状部材は、プレート台１１上を流れる場合があるが、縁部１４によってプレート台１１から外部へ流出することを防止することができる。また、細胞プレート１３とプレート台１１の上面との境界に段差がないため、細胞プレート１３上から縁部１４側に流れた細胞含有ゲル状部材を、細胞プレート１３上に再度流し戻すこともできる。ここで、図２では、プレート台１１に設置される細胞プレート１３は、１枚の場合を示したが、細胞プレート１３の大きさに応じて複数枚設置することもできる。たとえば、この場合には、プレート台１１の凹部を、細胞プレートの数に応じて設ければよい。

なお、細胞プレート１３および凹部１７の表面には親水処理が施される。親水処理を施すことで、細胞プレート１３と細胞含有ゲル状部材との濡れ性を高めることができる。したがって、細胞をウェル１９に収容しやすくなる。

このような親水処理としては、例えば、細胞プレート１３に日本油脂株式会社製のＭＰＣ系ポリマーをコートすることができる。ＭＰＣ系ポリマーは、極性部位が代表的なリン脂質であるホスホリルコリン基であり、生体膜表面と同様のホスホリルコリン基が存在することから、単なる親水性でなく、優れた生体適合性を有する。したがって、ＭＰＣ系ポリマーで被覆することが望ましい。

なお、親水処理方法としては、この他に樹脂の表面改質を行う方法もある。この方法としては、ＵＶ照射、コロナ放電、プラズマ処理、プライマー処理などの表面改質方法が知られており、これらの方法を用いることもできる。

次に、回転装置１を用いた細胞収容装置について説明する。図３は、細胞収容装置２０を示す概略平面図である。細胞収容装置２０は、遠心機２１および遠心機２１に設置された複数の回転装置１等から構成される。遠心機２１は、回転軸２３を軸として回転する（図中矢印Ｃ）。遠心機２１上には、回転軸２３を中心として、同心円上に回転装置１が等間隔で配置される。すなわち、回転装置１は、遠心機２１上において、回転軸２３に対して互いに点対称な位置に配置される。

遠心機２１上において、各回転装置１は、回転軸２３を中心とする遠心機２１の略径方向に慣性力回転軸９が向き、略回転方向に向けて遠心力回転軸５が向くように配置される。遠心機２１が回転することで、各回転装置１は、回転軸２３を中心に遠心機２１上を回転移動する。

各回転装置１の細胞プレート１３上には、あらかじめ細胞を含むゲル状部材が塗布される。ゲル状部材としては、例えば生体適合性を有する有機酸塩が用いられる。ゲル状部材は、ある程度の粘度（好ましくは４０〜１０００ｍＰａ・ｓの範囲であり、より好ましくは２００〜６００ｍＰａ・ｓ程度）を有し、細胞をウェル１９内に保持するものである。

なお、ゲル状部材の粘度が低すぎると、細胞プレート１３が回転したときに、ゲル状部材が細胞プレート１３表面から飛ばされる恐れがある。また、粘度が高すぎると、細胞をウェル１９に収容することが困難となる。ゲル状部材としては、細胞に対して影響を与えないものであればよく、好ましくは細胞の栄養としても機能するものであり、例えばアルギン酸ナトリウム等を用いることができる。

ここで、アルギン酸は水に溶けないため、それだけでは増粘剤、ゲル化剤としては機能しない。そこで、アルギン酸を水に溶かすには、アルカリを加えて中和する必要がある。アルギン酸は、ナトリウムやカリウムなど１価の金属イオンと塩を作ることで水に溶けるようになる。したがって、増粘剤、ゲル化剤として使用するアルギン酸の水溶液は、例えばアルギン酸ナトリウムなどの水溶液であることが望ましい。

ここで、アルギン酸ナトリウムにＣａイオン（カルシウム水溶液）を加えると容易に粘度を上げることができる。たとえば、細胞をウェル１９に収容する際には、Ｃａを加えず粘度の低い状態とする。これに対し、ウェル１９に細胞を収容した後にＣａイオン（カルシウム水溶液）を吹き付ける。これにより、カルシウムのアルギン酸の陰イオン間を繋げる作用、いわゆるイオン架橋を起こすことができ、ゲル状部材の粘度を高くすることもできる。

細胞収容装置２０においては、遠心機２１全体が減圧容器２５内に配置される。減圧容器２５には減圧ポンプ２７が接続される。したがって、減圧容器２５内を、所定の圧力まで減圧することができる。すなわち、各回転装置１を、減圧下で回転させることができる。このようにすることで、ウェル１９内に空気が巻きこまれることを防止し、細胞をウェル１９に収容しやすくすることができる。このような目的のため、減圧容器２５内の圧力は、適宜決定できるが、たとえば、０．９９〜０．５気圧（より好ましくは０．９５〜０．８気圧）程度にすればよく、特別大きな高真空を必要とするわけではない。なお、細胞活性を維持するため、細胞プレート１３を設置して一旦減圧した後、減圧容器２５内を、温度約３７℃、湿度５０〜６０％程度、ＣＯ_２濃度約５％程度の雰囲気とする。

次に、回転装置１の動作について説明する。図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。図４（ａ）に示すように、遠心機２１の回転が停止した状態では、前述したように、錘１５に対する重力によってプレート台１１は略水平状態となる。すなわち、遠心力回転軸５および慣性力回転軸９も略水平となる。

これに対し、図４（ｂ）に示すように、遠心機２１が回転を開始すると、回転装置１には、遠心力が生じる。したがって、回転装置１の重心に対し、遠心機２１の回転外周方向へ向かうように力が付与される。ここで、前述したように、枠体７およびプレート台１１等に対して、錘１５の重心は、遠心力回転軸５および慣性力回転軸９の下方に離れている。このため、遠心機２１の外方に向かって生じる遠心力（図中矢印Ｆ方向）が、錘１５に付与され、錘１５が遠心力回転軸５よりも外方に移動する。このため、枠体７全体が遠心力回転軸５を軸として回転する。したがって、錘１５とは反対側に配置される細胞プレート１３が遠心機２１の回転中心側に向くように、プレート台１１を傾けることができる。なお、錘１５は遠心力又は慣性力に対応して回動する重さであれば良く、適宜設計できるが、たとえば、細胞プレートの重量に対して１０倍〜１００倍程度とすることができる。また、この状態において、慣性力回転軸９による回転については図示を省略し、後述する。

遠心力回転軸５による回転角度（図中Ｇ）は、遠心機２１の回転速度に比例する。すなわち、回転速度が大きくなると、より大きな遠心力が付与され、プレート台１１の上面が、遠心機２１の回転軸２３方向に向くように傾く。このようにプレート台１１が傾くことで、細胞プレート１３上の細胞含有ゲル状部材が、遠心機２１の外方に飛び散ることを防止することができる。したがって、回転時における遠心力と重力とのバランスにより、細胞プレート１３上の細胞含有ゲル状部材が、細胞プレート１３上から飛び散ることを防止することができる。

また、遠心力は、細胞プレート１３の面に垂直な方向に力が作用されるため、細胞が細胞プレート１３上に押し付けられる。これにより、効率良くウェル１９内に細胞を収容することができる。

図５は、図３のＢ−Ｂ線断面図であり、図４に対して直交する方向から見た図である。図５（ａ）に示すように、遠心機２１の回転が停止した状態では、前述したように、錘１５に対する重力によってプレート台１１は略水平状態となる。すなわち、遠心力回転軸５および慣性力回転軸９も略水平となる。

これに対し、図５（ｂ）に示すように、遠心機２１が回転を開始し、回転速度が上昇すると（図中矢印Ｃ方向）、錘１５には、その場にとどまろうとする慣性力が生じる（図中矢印Ｄ方向）。このため、遠心機２１の回転方向とは逆方向の力が錘１５に付与される。このため、錘１５が慣性力回転軸９に対して回転後方側に移動する。この際、プレート台１１は、慣性力回転軸９を軸として錘１５が後方側に移動するように回転する。すなわち、錘１５とは反対側に配置される細胞プレート１３が遠心機２１の回転前方側に向くように、プレート台１１を傾けることができる。なお、この状態において、遠心力回転軸５による回転については図示を省略する。

慣性力回転軸９による回転角度（図中Ｅ）は、遠心機２１の角加速度に比例する。すなわち、角加速度が大きくなると、より大きな慣性力が付与され、プレート台１１は、遠心機２１の回転方向に向くように傾く。このようにプレート台１１が傾くことで、細胞プレート１３上の細胞含有ゲル状部材が、遠心機２１の回転方向の後方に飛び散ることを防止することができる。したがって、回転時における慣性力と重力とのバランスにより、細胞プレート１３上の細胞含有ゲル状部材が、細胞プレート１３上から飛び散ることを防止することができる。

また、慣性力は、細胞プレート１３の面に垂直な方向への力に分解される。このため、細胞が細胞プレート１３上に押し付けられて、より効率良くウェル１９内に細胞を収容することができる。

図６は、遠心機２１の回転状態に対する、回転装置１に付与される遠心力および慣性力の関係を示す概念図である。図６の最上段の図に示すように（図中実線Ｈ）、遠心機２１を停止状態から徐々に回転させ、一定速度まで回転独度を上昇させる。この際の角加速度は、二段目の図（図中実線Ｉ）となる。すなわち、回転初期には、角加速度が上昇し、等加速度で回転速度が上昇する間では、所定の角加速度で一定となり、その後一定回転速度となると、角加速度は０となる。ここで、一定回転速度の値は、収納する細胞の種類や大きさなどに応じて適宜設定できるが、たとえば、５００〜３０００ｒｐｍとすることができる。また、もちろん回転速度をこれ以上に大きくすることも可能であるが、細胞が受ける回転による負荷を考慮すると、この程度の値にする方が良い。

この際の遠心力は、回転速度の２乗に比例（Ｆ：遠心力、ｍ：質量、ｖ:速度、ｒ：半径、とした場合に、Ｆ＝ｍｖ^２／ｒ）する（図中実線Ｊ）する。したがって、回転速度の増加に伴い、遠心力は増加する。この状態では、遠心力回転軸５を軸として、細胞プレート１３は遠心力に応じた角度となる（図４（ｂ））。本発明では、この遠心力に応じて、細胞プレート１３の面が遠心力に対向する向きとなるように細胞プレート１３を回転させるため、細胞含有ゲル状部材が遠心力によって細胞プレート１３から飛び散ることを防止することができる。

また、同様に、慣性力は、角加速度の増加に伴い、回転方向とは逆方向に増加する（図中実線Ｋ）。この状態では、慣性力回転軸９を軸として、細胞プレート１３は慣性力に応じた角度となる（図５（ｂ））。本発明では、この慣性力に応じて、細胞プレート１３の面が慣性力に対向する向きとなるように細胞プレート１３を回転させるため、細胞含有ゲル状部材が慣性力によって細胞プレート１３から飛び散ることを防止することができる。

ここで、本発明では、図６に示した実線のように遠心機２１を回転させて、逆の工程で回転を停止することもできるが、点線で示したように、一定回転速度まで上昇後（または回転動作開始時、回転動作中）、遠心機２１の回転速度を増減しても良い。または、回転速度を低下させる際に、階段状に低下させても良い。このようにすることで、この回転速度の変化に応じて、遠心力および慣性力を変動させることができる。このような力の変動により、細胞含有ゲル状部材を細胞プレート１３上で揺動させることができる。したがって、細胞をより効率良くウェル１９に収容することができる。

図７は、細胞を含むゲル状部材３９内の細胞３７がウェル１９に収容される状態を示す概念図である。図７（ａ）に示すように、細胞プレート１３上に細胞を含むゲル状部材３９を塗布したままでは、細胞を含むゲル状部材３９の粘性や、ウェル１９内に僅かに巻き込まれる空気等の影響で、細胞３７をウェル１９内に効率良く収容することは困難である。

これに対し、本発明では、図７（ｂ）に示すように、遠心力および慣性力に対向するように細胞プレート１３を傾けるため、細胞プレート１３の面に対する力が付与される（図中矢印Ｌ）。したがって、この力によって、効率良く細胞３７をウェル１９内に収容することができる。また、前述したように、力を変動させることで、図７（ｂ）の状態で、細胞プレート１３の面に平行な方向への力も変動する。したがって、細胞プレート１３を左右に揺らすのと同様の効果により、細胞３７を空いたウェル１９に移動させて効率良く収容することができる。本発明では、以上の工程の終了後に、細胞プレート１３上の余剰の細胞含有ゲル状部材を除去することで、細胞プレート１３への細胞３７の収容が終了する。この際、ウェル１９の大きさは、細胞３７が収容可能な程度に細胞３７よりもわずかに大きく、それらのサイズは大きく相違しない。したがって、一度ウェル１９内に収容された細胞３７は、ウェル１９から再度抜け出ることが難しい。

なお、細胞プレート１３としては、一般的なウェルプレートでもよいが、図示したように、透明プレート２９、光吸収体３１、プレート３３を順に積層して形成することもできる。透明プレート２９上には、光吸収体３１が配置される。また、光吸収体３１上には、プレート３３が設けられる。透明プレート２９は、光吸収体３１およびプレート３３を保持し、上方からのレーザー光を透過するものである。透明プレート２９としては、例えば０.２ｍｍ厚さ程度の石英ガラスや透明樹脂を用いることができる。

光吸収体３１は、光の吸収率が３０〜７０％程度であり、それ以外は透過または反射する。また、光吸収体３１の膜厚は数１０ｎｍ〜数１００ｎｍであって、レーザーを照射するとレーザーの一部が吸収されて熱を発生するものである。光吸収体３１としては、例えば、チタン、酸化チタン、酸化ケイ素、金、白金、酸化タンタル等の薄膜又は微粒子を使用することができるが、好ましくは酸化チタン、金等の薄膜を使用する。

プレート３３は、例えば、厚さ０．１〜０．３ｍｍ程度の石英ガラス製の基材上に光吸収体３１（厚さ数１０ｎｍ〜３００ｎｍの薄膜）を形成し、さらにその上に樹脂製のウェル１９（３０μｍの穴のあいたシート）を接着して形成することができる。また、基材を樹脂製とし、光吸収体３１を薄膜形成することもできる。また、ガラス基材に対して、ウェル１９をエッチングにより形成し、その上（ウェル１９の底面）に光吸収体３１を被覆することもできる。

以上、本実施の形態によれば、細胞プレート１３のウェル１９内に、効率良く細胞３７を収容することができる。この際、遠心機２１の回転時において細胞プレート１３に対して付与される力に対向する方向に細胞プレート１３の面を向けるため、細胞プレート１３上の細胞含有ゲル状部材が外部に飛び散ることを防止することができる。特に、細胞プレート１３は、回転方向およびこれと直交する方向の２方向に回転することができるため、遠心力および慣性力の両者に対して、上述の効果を発揮することができる。

また、回転装置１を遠心機２１に複数配置することで作業効率が良い。この際、回転装置１を遠心機２１の回転軸２３に対して点対称な位置となるように配置することで、遠心機２１の回転、およびこれにより生じる各回転装置１へ付与される力を安定させることができる。

また、遠心機２１全体が減圧されるため、ウェル１９内への気泡残りなどを防止でき、ウェル１９内への細胞３７の収容が容易となる。また、プレート台１１に錘１５を設けるのみであるため、細かな制御が不要であり、遠心機２１の回転状態に応じて生じる力に対して、プレート台１１を適切な向きとなるように容易に制御することができる。

なお、錘１５に代えて、モーターを用いることもできる。例えば、遠心力回転軸５および慣性力回転軸９の少なくとも一方または両者の回転部に、モーターを設け、モーターによって各回転軸を所定の角度に回転させることもできる。このようにすることで、より細かな角度制御を行うこともできる。

また、細胞プレート１３の表面に親水処理を施すことで、細胞を含むゲル状部材３９と細胞プレート１３（ウェル１９内面）との間の濡れ性を向上させることができる。したがって、より効率良く細胞３７をウェル１９内に収容することができる。

また、遠心機２１の回転状態を一定ではなく変動させることで、細胞プレート１３上において細胞を含むゲル状部材３９を細かく移動させることができる。このため、より効率良く細胞３７をウェル１９内に収容することができる。

次に、第２の実施の形態について説明する。図８、図９は、第２の実施の形態にかかる回転装置１ａを示す図であり、それぞれ図４、図５に対応する図である。なお、以下の説明において、回転装置１と同様の機能を奏する構成については、図１等と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

回転装置１ａは回転装置１と略同様であるが、プレート台１１の配置が異なる。回転装置１ａでは、慣性力回転軸９に対してプレート台１１が直接接続されるのではなく、フレーム４５を介して、慣性力回転軸９とプレート台１１とが接合される。フレーム４５の下方には、プレート台１１が設置される。プレート台１１の下部には錘１５が設けられる。すなわち、回転装置１ａでは、プレート台１１が錘１５に近い位置に配置される。

フレーム４５の内部であってプレート台１１の上方には、細胞保持部４７が設けられる。細胞保持部４７内には、細胞およびゲル状部材が充填される。細胞保持部４７の下方はプレート台１１に近付くにつれて拡径され、下面には多数の孔が形成される。

図８（ａ）に示すように、遠心機２１の回転が停止した状態では、前述したように、錘１５に対する重力によってプレート台１１は略水平状態となる。すなわち、遠心力回転軸５および慣性力回転軸９も略水平となる。これに対し、図８（ｂ）に示すように、遠心機２１が回転を開始すると、回転装置１ａには、遠心力が生じる。したがって、遠心機２１の外方に向かって生じる遠心力（図中矢印Ｆ方向）が、錘１５に付与され、錘１５が外方に移動するように遠心力回転軸５を軸として回転する。

また、細胞保持部４７内の細胞に対しても、同様に遠心力が付与される。したがって、細胞（およびゲル状部材）が、細胞保持部４７の孔から細胞プレート１３上に均一に噴出する（図中矢印Ｐ方向）。これにより、細胞が常に細胞プレート１３上に補充されて細胞がウェル１９内に収容される。また、プレート台１１が傾いているため、細胞プレート１３上に噴出した細胞含有ゲル状部材が、遠心機２１の外方に飛び散ることを防止することができる。

図９は、図５に対応する図であり、図８に対して直交する方向から見た図である。図９（ａ）に示すように、遠心機２１の回転が停止した状態では、前述したように、錘１５に対する重力によってプレート台１１は略水平状態となる。すなわち、遠心力回転軸５および慣性力回転軸９も略水平となる。

これに対し、図９（ｂ）に示すように、遠心機２１が回転を開始し、回転速度が上昇すると（図中矢印Ｃ方向）、錘１５には、その場にとどまろうとする慣性力が生じる（図中矢印Ｄ方向）。このため、遠心機２１の回転方向とは逆方向の力が錘１５に付与され、錘１５が回転後方に移動するように慣性力回転軸９を軸として回転する。

また、細胞保持部４７内の細胞に対しても、同様に慣性力が付与される。したがって、細胞（およびゲル状部材）が、細胞保持部４７の孔から細胞プレート１３上に噴出する。これにより、細胞が常に細胞プレート１３上に補充されて細胞がウェル１９内に収容される。また、プレート台１１が傾いているため、細胞プレート１３上に噴出した細胞含有ゲル状部材が、遠心機２１の回転方向の後方に飛び散ることを防止することができる。

第２の実施の形態にかかる回転装置１ａによれば、回転装置１と同様の効果を得ることができる。また、プレート台１１が錘１５に近いため、遠心力等によって、プレート台１１は遠心機２１の回転軸２３からより遠い位置を回転する。したがって、プレート台１１上にはより大きな遠心力が付与されるため、細胞３７が細胞プレート１３表面に押し付けられる力をより大きくすることができる。

また、細胞保持部４７を用いることで、細胞を適宜細胞プレート１３上に供給することができる。したがって、予め細胞プレート１３上に細胞含有ゲル状部材を塗布する必要がない。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、上述した各構成はそれぞれ適宜組み合わせることができることは言うまでもない。

１、１ａ………回転装置
３………支持部
５………遠心力回転軸
７………枠体
９………慣性力回転軸
１１………プレート台
１３、１３ａ、１３ｂ………細胞プレート
１４………縁部
１５………錘
１７………凹部
１９………ウェル
２０………細胞収容装置
２１………遠心機
２３………回転軸
２５………減圧容器
２７………減圧ポンプ
２９………透明プレート
３１………光吸収体
３３………プレート
３７………細胞
３９………ゲル状部材
４５………フレーム
４７………細胞保持部

Claims (11)

1. 細胞プレートのウェルまたは溝内に細胞を収容するための２軸回転装置であって、
   支持体と、
   前記支持体に支持される第１の軸と、
   前記第１の軸に接続され、前記第１の軸によって前記支持体に対して回転可能な枠体と、
   前記枠体に設けられ、前記第１の軸と直交する第２の軸と、
   前記第２の軸に接続され、前記第２の軸によって前記枠体に対して回転可能なプレート台と、
   を具備し、
   前記プレート台は、前記支持体の設置面に対して、互いに直交する２方向に回転することが可能であることを特徴とする細胞収容装置に用いられる回転装置。
2. 請求項１記載の細胞収容装置に用いられる回転装置を用いた細胞収容装置であって、
   前記回転装置が遠心機に配置され、
   前記プレート台は、前記遠心機の略回転方向であって前記遠心機の回転軸に略垂直な前記第１の軸により前記遠心機の回転速度に応じた傾斜角度で前記遠心機の回転面に対して傾斜可能であり、かつ、前記回転軸および前記第１の軸に垂直な前記第２の軸により前記遠心機の角加速度に応じた傾斜角度で前記遠心機の回転面に対して傾斜可能であることを特徴とする回転機構を用いた細胞収容装置。
3. 前記プレート台は複数配置され、
   複数の前記プレート台は、前記遠心機の前記回転軸に対して、互いに対称な位置に配置されることを特徴とする請求項２記載の回転機構を用いた細胞収容装置。
4. 前記プレート台は容器内に配置され、前記容器内を減圧可能であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の回転機構を用いた細胞収容装置。
5. 前記プレート台には錘が設けられ、
   前記プレート台は、前記遠心機の回転時における前記錘に付与される力によって前記遠心機に対して傾斜することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の回転機構を用いた細胞収容装置。
6. 前記第１の軸および前記第２の軸それぞれには、前記プレート台を遠心力又は慣性力に対応した角度に回転可能なモーターが設けられ、それぞれのモーターによって、前記プレート台は前記遠心力又は慣性力に対して傾斜することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の細胞収容装置。
7. 請求項２から請求項６のいずれかに記載の回転機構を用いた細胞収容装置と、細胞プレートを用い、
   ゲルおよび細胞が塗布された前記細胞プレートを前記プレート台に載置し、前記遠心機を作動させることで、前記第１の軸により前記遠心機の回転速度に応じた傾斜角度で前記遠心機の回転面に対して傾斜させるとともに、前記第２の軸により前記遠心機の角加速度に応じた傾斜角度で前記遠心機の回転面に対して傾斜させながら、前記細胞プレートに形成されたウェルまたは溝に細胞を収容することを特徴とする回転機構を用いた細胞収容方法。
8. 前記細胞プレートのウェル側の表面は親水処理が成されていることを特徴とする請求項７に記載の回転機構を用いた細胞収容方法。
9. 前記細胞収容装置によって細胞を前記細胞プレートのウェルまたは溝に収容し、前記細胞プレートの上の余剰ゲルを除去することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の回転機構を用いた細胞収容方法。
10. 前記プレート台は容器内に配置され、前記遠心機を動作させる際に、前記容器内を減圧した状態で、細胞を前記細胞プレートに収容することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載の回転機構を用いた細胞収容方法。
11. 前記遠心機の回転動作開始時または回転動作中、前記遠心機の回転速度を変動させるか、または、前記遠心機を段階的に減速することで、前記細胞プレートに対して、角加速度の変化に伴う慣性力を付与することを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれかに記載の回転機構を用いた細胞収容方法。

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