JP2018191630A - 細胞の分離純化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】全自動で作動することができる上、分離純度が高い細胞の分離純化装置を提供する。
【解決手段】切り取りモジュール２と、遠心分離モジュール３と、搬送モジュール４と、切り取りモジュール２と遠心分離モジュール３と搬送モジュール４と信号接続し、切り取りモジュール２における切削手段が行う細切作業と、収容手段内に収容される生体サンプルを遠心分離モジュール３に搬送する搬送作業と遠心管に対して薬液を添加する添加作業と、遠心分離モジュール３における磁力手段が遠心管に対して発する磁力を制御して生体サンプルから目的の細胞を分離する制御ユニット８と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は細胞の分離純化装置に関し、特に生体サンプルから目的の細胞を分離する細胞の分離純化装置に関する。
医学の研究または治療行為においては、動物の体から採取した生体組織（サンプル）から細胞を分離して検査または実験を行うことがある。図１には従来から行われている細胞の分離純化方法のフローチャートが示されている。図示のように、該方法はまず生体組織（サンプル）を用意する準備工程１０１と、用意した生体サンプルを細切する細切工程１０２と、細切した生体サンプルの溶液を遠心管に入れて遠心分離作業を行う遠心分離工程１０３と、遠心分離により遠心管の底部に沈殿する細胞溶液を吸い取る吸取工程１０４と、吸い取った細胞溶液を他の遠心管に移すと共に磁気ビーズを含む薬液を添加する添加工程１０５と、細胞溶液と磁気ビーズを含む薬液とを混合して目的の細胞を磁気ビーズと結合させる結合工程１０６と、磁力を用いて目的の細胞を磁気ビーズと共に遠心管の底部に移動させる第１の磁性移動工程１０７と、遠心管の上層にある溶液を抜き取る抜取工程１０８と、カリクレインを添加して目的の細胞を磁気ビーズから分離させる分離工程１０９と、磁力を用いて目的の細胞を他の遠心管に移す第２の磁性移動工程１１０と、以上の各工程を繰り返すことにより、目的の細胞だけを残す純化工程１１１と、からなるものである。
このように、従来から行われている細胞の分離純化方法は複雑でる上、全ての工程は人工により行わなければならないので、実行する人員の熟練度の差によって、純度が足りず、または作業のスピードが遅い欠点がある。
米国特許第７５８５６７０号明細書
上記問題点に鑑みて、本発明は、全自動で作動することができる上、分離純度が高い細胞の分離純化装置の提供を目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明は、生体サンプルを収容する収容手段及び前記収容手段内に進入して前記収容手段内に収容される生体サンプルに対して細切作業を行う切削手段を有する切り取りモジュールと、回転可能の遠心盤及び互いに間隔を置いて該遠心盤に設置される複数の遠心管と、前記遠心盤と所定の距離を置いて配置される磁力手段とを有する遠心分離モジュールと、前記収容手段内に収容される生体サンプルを前記遠心分離モジュールに搬送すること、及び前記遠心管に対して薬液を添加することとを実行する搬送モジュールと、前記切り取りモジュールと前記遠心分離モジュールと前記搬送モジュールと信号接続し、前記切り取りモジュールにおける前記切削手段が行う前記細切作業と、前記収容手段内に収容される生体サンプルを前記遠心分離モジュールに搬送する搬送作業と前記遠心管に対して薬液を添加する添加作業と、前記遠心分離モジュールにおける前記磁力手段が前記遠心管に対して発する磁力を制御して前記生体サンプルから目的の細胞を分離する制御ユニットと、を備えた細胞の分離純化装置を提供する。
上記構成により、本発明の分離純化装置は制御ユニットで、前記切り取りモジュールにおける前記切削手段が行う前記細切作業と、前記収容手段内に収容される生体サンプルを前記遠心分離モジュールに搬送する搬送作業と前記遠心管に対して薬液を添加する添加作業と、前記遠心分離モジュールにおける前記磁力手段が前記遠心管に対して発する磁力を制御して、前記生体サンプルから目的の細胞を分離することができるので、全自動で作動することができる上、実行する人員の熟練度の差による成果の差異を減らし、且つ、人工作業による汚染や感染などの状況の発生を下げるもできるので、分離純度が高い細胞の分離純化装置の提供を目的とする。
従来で行われる細胞の分離純化方法のフローチャートである。 本発明の細胞の分離純化装置の構成が示されている斜視図である。 図２に示されている各部材の接続関係が示されている模示図である。 本発明の細胞の分離純化装置における切り取りモジュールの構成が示されている一部拡大斜視図である。 本発明の細胞の分離純化装置における遠心分離モジュールの構成が示されている一部拡大斜視図である。 本発明の細胞の分離純化装置における搬送モジュール及び備品モジュールの構成が示されている一部拡大斜視図である。 本発明の細胞の分離純化装置の制御ユニットが実行する制御内容が示されているフローチャートである。 本発明の細胞の分離純化装置の実行状態が示されている模示図である。 本発明の細胞の分離純化装置の実行状態が示されている模示図である。 本発明の細胞の分離純化装置の実行状態が示されている模示図である。 本発明の細胞の分離純化装置におけるサンプル搬送手段の作動状態が示されている模示図である。 本発明の細胞の分離純化装置における磁力手段の作用が示されている模示図である。 本発明の細胞の分離純化装置における磁力手段の作用が示されている模示図である。
以下、図２〜図１２を参照して本発明の実施形態について詳しく説明する。
図２は本発明の細胞の分離純化装置の構成が示されている斜視図であり、図３は図２に示されている各部材の接続関係が示されている模示図である。
図２及び図３に示されるように、本発明のこの実施形態の細胞の分離純化装置は、切り取りモジュール２と、遠心分離モジュール３と、搬送モジュール４と、備品モジュール５と、外壁６と、操作インタフェイス７と、制御ユニット８と、を備えている。
切り取りモジュール２と、遠心分離モジュール３と、搬送モジュール４と、備品モジュール５とは外壁６により囲まれた密閉空間６００内に配置され、分離純化作業において外部からの微生物や他の汚染物により影響されることはない。図中では密閉空間６００内の様子を示すため外壁６はその枠組みのみが示されているが、実際は密閉空間６００を作るため仕切り壁が設置されている。
即ち、外壁６は、図２に示すように、切り取りモジュール２と、遠心分離モジュール３と、搬送モジュール４と、備品モジュール５とを収容する密閉空間６００を外部と隔離するものである。
また、操作インタフェイス７は図３に示すように制御ユニット８と信号接続し、管理者が本発明の細胞の分離純化装置を操作するためのものであり、この実施形態では、外壁６に配置されている。
図４は本発明の細胞の分離純化装置における切り取りモジュール２の構成が示されている一部拡大斜視図である。図２及び図４に示されているように、切り取りモジュール２は、生体サンプルを収容できるようにカップ状に形成され、且つ、移動プレート２１の上に載置される収容手段２２と、収容手段２２内に進入して収容手段２２内に収容される生体サンプルに対して細切作業を行う切削手段２３と、切削手段２３を駆動するモータ２４と、を有している。ちなみに、この実施形態において、切削手段２３はモータ２４により回転駆動され、収容手段２２内に進入して収容手段２２内に収容される生体サンプルに対して細切作業を行う回転ブレードである。
図５は本発明の細胞の分離純化装置における遠心分離モジュール３の構成が示されている一部拡大斜視図である。
図３及び図５に示されているように、遠心分離モジュール３と、切り取りモジュール２とは、所定の第１の方向Ｌ１において間を開けて配置されている。
遠心分離モジュール３は回転可能の遠心盤３１及び互いに間隔を置いて該遠心盤３１に設置される複数の遠心管３２と、制御ユニット８により制御されて遠心盤３１を駆動するステッピングモータ３３と、遠心盤３１と所定の距離を置いて配置される磁力手段３４とを有している。この実施形態において、磁力手段３４は永久磁石であり、制御ユニット８は該永久磁石の遠心管３２との相対距離を制御することにより、磁力手段３４の遠心管３２に対して発する磁力を制御するようになっている。
また、磁力手段３４として制御ユニット８により制御される電磁石を使用することも可能であり、この場合、制御ユニット８は該電磁石に対して供給する電力を制御することにより、該電磁石の遠心管３２に対して発する磁力を制御するように構成されることが好ましい。
図６は本発明の細胞の分離純化装置における搬送モジュール４及び備品モジュール５の構成が示されている一部拡大斜視図である。図２及び図６に示されているように、搬送モジュール４は収容手段２２内に収容される生体サンプルを遠心分離モジュール３に搬送することと、遠心管３２に対して、緩衝液や、低張液、磁気ビーズ溶液、カリクレインなどの薬液を添加することとを実行するものであり、この実施形態において、搬送モジュール４は、遠心分離モジュール３及び切り取りモジュールの上方おいて、第１の方向Ｌ１に沿って延伸するレール４１と、レール４１に沿って移動可能に取付けられている可動台座４２と、第１の方向Ｌ１と直交し且つ縦方向に沿って延伸する第２の方向Ｌ２において往復移動可能に可動台座４２に接続され、収容手段２２内に収容される生体サンプルを遠心分離モジュール３に搬送するサンプル搬送手段４３と、を備えている。
更に、遠心分離作業を行う際、サンプルや各種の薬液が互いに汚染することを避ける必要があるため、この実施形態では搬送手段４３が添加する薬液を提供する備品モジュール５を更に備えている。
備品モジュール５は、遠心分離モジュール３と、切り取りモジュール２との間、且つ、搬送モジュール４の下方に配置されている。備品モジュール５は、上方に向かって開口する廃棄品収容空間５１１を囲むと共に、サンプル搬送手段４３が添加する薬液を収容できる複数の空容器５２が配置されており、搬送モジュール４の前記サンプル搬送手段４３は、備品モジュール５に配置されている空容器５２を取り出して遠心管３２に対して薬液を添加するように構成されている。
制御ユニット８は、切り取りモジュール２と遠心分離モジュール３と搬送モジュール４と信号接続し、切り取りモジュール２における切削手段２３が行う前記細切作業と、収容手段２２内に収容される生体サンプルを遠心分離モジュール３に搬送する搬送作業と、遠心管３２に対して薬液を添加する添加作業と、遠心分離モジュール３における磁力手段３４が前記遠心管に対して発する磁力を制御して前記生体サンプルから目的の細胞９２を分離するものであり、その具体的且つ可能な制御内容に関しては、以下で説明する。
図７は本発明の細胞の分離純化装置の制御ユニット８が実行する制御内容の一例が示されているフローチャートである。図示のように、この例示において本発明の細胞の分離純化装置の制御ユニット８が実行する制御内容は、分離工程９０１と、採取工程９０２と、仕分け工程９０３と、に分けられている。
図８〜図１０は本発明の細胞の分離純化装置の実行状態が示されている模示図である。
図４、図７〜図９に示されているように、分離工程９０１では、生体サンプルを収容手段２２内設置してから、モータ２４を起動して回転ブレードである切削手段２３を収容手段２２内に進入させて収容手段２２内に収容される生体サンプルに対して細切作業を行う。細切作業が完了したら、サンプル搬送手段４３が図９に示されるように、備品モジュール５の上方に移動して、１つの空容器５２にアタッチして、緩衝液を該空容器５２内に吸い込んでから収容手段２２内に注入し、緩衝液が細切された生体サンプルと混合してサンプル溶液となる。ここで使用される緩衝液は通常生理食塩水を使用するが、これに限らず目的にあった溶液を適用することができる。そして、緩衝液の収容に使用した空容器５２を備品モジュール５の廃棄品収容空間５１１に置いて廃棄し、他の一つの空容器５２にアタッチして、収容手段２２内に収容されるサンプル溶液を一つの遠心管３２内に移して、サンプル溶液の移送に使用した空容器５２を備品モジュール５の廃棄品収容空間５１１に置いて廃棄する。このように、サンプル搬送手段４３がアタッチする空容器５２は全て一回だけ使用してから廃棄するので、汚染や感染などの状況の発生率を抑えることができる。そして、以下ではこの廃棄動作に関する説明を省略する。
図３、図７及び図１０に示されているように、採取工程９０２においては、サンプル溶液内の脂肪を分離する。脂肪は細胞より密度が低いので、最初の遠心処理により脂肪以外の成分は遠心管３２の底部に沈殿する。サンプル搬送手段４３はその遠心管３２の底部から脂肪が排除されて目的の細胞９２が含まれている液体を吸い取って他の遠心管３２に移す。ちなみに、サンプル搬送手段４３は第１の方向Ｌ１にのみ沿って移動することができるので、いずれかの遠心管３２から液体を吸い取る際、図１１に示されるように、制御ユニット８により制御されるステッピングモータ３３に駆動される遠心管３２をサンプル搬送手段４３が作業可能な位置に移動する必要がある。
更に、図９及び図１０に示されるように、サンプル搬送手段４３により他の遠心管３２に移されたサンプル溶液に低張液（ハイポトニック溶液）を注入することにより、該サンプル溶液に含まれる赤血球を破壊して、もう一回遠心処理を行うことにより、赤血球が排除されて目的の細胞９２が含まれている液体は該遠心管３２の底部に沈殿する。サンプル搬送手段４３はその遠心管３２の底部から赤血球が排除されて目的の細胞９２が含まれている液体を吸い取って他の遠心管３２に移して、もう一回遠心処理を行い、遠心管３２の底部から目的の細胞９２が含まれている液体を他の遠心管３２に移す。
この処理により、サンプル溶液から脂肪や赤血球は排除されるが、目的の細胞９２以外の細胞はまだサンプル溶液内に含まれるので、目的の細胞９２と目的の細胞９２以外の細胞を分離させる仕分け工程９０３を実行する。
仕分け工程９０３では、サンプル搬送手段４３を使用して採取工程９０２を経たサンプル溶液内に磁気ビーズ９１を含む溶液を添加してからサンプル搬送手段４３を使用してサンプル溶液を吸い取ってまた磁気ビーズ９１を含む溶液を添加する作業を数回繰り返すことにより、目的の細胞９２を含むサンプル溶液と磁気ビーズ９１を含む溶液とを良く混合させて、磁気ビーズ９１を目的の細胞９２と結合させる。
更に、制御ユニット８は磁力手段３４を遠心管３２に対して磁力を作用できる磁力位置に移動することにより、図１２に示されるように、磁気ビーズ９１と結合している目的の細胞９２は、磁力手段３４から発される磁気により磁力手段３４に接近する位置に移動するようになる。この状態において、サンプル搬送手段４３は遠心管３２内において磁力手段３４から離れた位置でサンプル溶液を吸い取ることにより、磁気ビーズ９１と結合していない細胞を取り除く。磁気ビーズ９１と結合していない細胞を取り除いてから、カリクレインを添加してからサンプル搬送手段４３を使用してサンプル溶液を吸い取ってまたカリクレインを添加する作業を数回繰り返すことにより、目的の細胞９２を含むサンプル溶液とカリクレインとを良く混合させて、磁気ビーズ９１と目的の細胞９２との結合を切断して目的の細胞９２を磁気ビーズ９１から分離させる。
磁気ビーズ９１が目的の細胞９２から分離された後、図１３に示されるように、制御ユニット８は磁力手段３４を遠心管３２に対して磁力を作用できる磁力位置に移動することにより、磁気ビーズ９１は磁力手段３４から発される磁気により磁力手段３４に接近する位置に移動するようになる。この状態において、サンプル搬送手段４３は遠心管３２内において磁力手段３４にから離れた位置でサンプル溶液を吸い取ることにより、目的の細胞９２と溶剤だけを取り出すことができる。
更に、取り出された目的の細胞９２を含むサンプル溶液に対してもう一回遠心処理を行うことにより、目的の細胞９２は遠心管３２の底部に沈殿するので、遠心管３２の上部から溶剤を吸い取ると、目的の細胞９２の純度が高いサンプル溶液を作成することができる。
上記のように、この分離工程９０１と、採取工程９０２と、仕分け工程９０３とが含まれる制御内容は、本発明の細胞の分離純化装置が自動的に実行できる細胞の分離純化処理の一例に過ぎず、本発明の細胞の分離純化装置の使用者は例えば操作インタフェイス７を通じて、実行中の各種のパラメータの設定やプログラミングにより、その目的に見合った細胞の分離純化処理を設計可能である。
以上は本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
上記のように、本発明の分離純化装置は制御ユニット８で、切り取りモジュール２における切削手段２３が行う細切作業と、収容手段２２内に収容される生体サンプルを遠心分離モジュール３に搬送する搬送作業と遠心管３２に対して薬液を添加する添加作業と、遠心分離モジュール３における磁力手段３４が遠心管３２に対して発する磁力を制御して、生体サンプルから目的の細胞を分離することができるので、全自動で作動することができる上、実行する人員の熟練度の差による成果の差異を減らし、且つ、人工作業による汚染や感染などの状況の発生を下げるもできるので、分離純度が高い細胞の分離純化装置を提供することができる。
２ 切り取りモジュール
２１ 移動プレート
２２ 収容手段
２３ 切削手段
２４ モータ
３ 遠心分離モジュール
３１ 遠心盤
３２ 遠心管
３３ ステッピングモータ
３４ 磁力手段
４ 搬送モジュール
４１ レール
４２ 可動台座
４３ サンプル搬送手段
５ 備品モジュール
５１１ 廃棄品収容空間
５２ 空容器
６ 外壁
６００ 密閉空間
７ 操作インタフェイス
８ 制御ユニット
９０１ 分離工程
９０２ 採取工程
９０３ 仕分け工程
９１ 磁気ビーズ
９２ 目的の細胞

Claims (12)

  1. 生体サンプルを収容する収容手段及び前記収容手段内に進入して前記収容手段内に収容される生体サンプルに対して細切作業を行う切削手段を有する切り取りモジュールと、
    回転可能の遠心盤及び互いに間隔を置いて該遠心盤に設置される複数の遠心管と、前記遠心盤と所定の距離を置いて配置される磁力手段とを有する遠心分離モジュールと、
    前記収容手段内に収容される生体サンプルを前記遠心分離モジュールに搬送すること、及び前記遠心管に対して薬液を添加することとを実行する搬送モジュールと、
    前記切り取りモジュールと前記遠心分離モジュールと前記搬送モジュールと信号接続し、前記切り取りモジュールにおける前記切削手段が行う前記細切作業と、前記収容手段内に収容される生体サンプルを前記遠心分離モジュールに搬送する搬送作業と前記遠心管に対して薬液を添加する添加作業と、前記遠心分離モジュールにおける前記磁力手段が前記遠心管に対して発する磁力を制御して前記生体サンプルから目的の細胞を分離する制御ユニットと、を備えた細胞の分離純化装置。
  2. 前記遠心分離モジュールと、前記切り取りモジュールとは、所定の第１の方向において間を開けて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の細胞の分離純化装置。
  3. 前記切り取りモジュールは、前記第１の方向に沿って移動するように駆動される移動プレートを更に備え、前記収容手段は、前記移動プレートの上に載置されることを特徴とする請求項２に記載の細胞の分離純化装置。
  4. 前記搬送モジュールは、前記遠心分離モジュール及び前記切り取りモジュールの上方において、前記第１の方向に沿って延伸するレールと、前記レールに沿って移動可能に取付けられている可動台座と、を更に備えていることを特徴とする請求項３に記載の細胞の分離純化装置。
  5. 前記搬送モジュールは、前記第１の方向と直交し且つ縦方向に沿って延伸する第２の方向において往復移動可能に前記可動台座に接続され、前記収容手段内に収容される生体サンプルを前記遠心分離モジュールに搬送するサンプル搬送手段と、を備えていることを特徴とする請求項４に記載の細胞の分離純化装置。
  6. 前記遠心分離モジュールと、前記切り取りモジュールとの間、且つ、前記搬送モジュールの下方に配置されている備品モジュールを更に備え、
    前記備品モジュールは、上方に向かって開口する廃棄品収容空間を囲むと共に、前記サンプル搬送手段が添加する薬液を収容できる複数の空容器が配置されており、
    前記搬送モジュールの前記サンプル搬送手段は、前記備品モジュールに配置されている前記空容器を取り出して前記遠心管に対して薬液を添加することを特徴とする請求項５に記載の細胞の分離純化装置。
  7. 前記切削手段は回転ブレードであり、
    前記切り取りモジュールは、前記切削手段を回転駆動するモータを更に有していることを特徴とする請求項１に記載の細胞の分離純化装置。
  8. 前記遠心分離モジュールは、前記制御ユニットにより制御されて前記遠心盤を駆動するステッピングモータを更に有していることを特徴とする請求項１に記載の細胞の分離純化装置。
  9. 前記磁力手段は、永久磁石であり、前記制御ユニットは該永久磁石の前記遠心管との相対距離を制御することにより、前記磁力手段の前記遠心管に対して発する磁力を制御することを特徴とする請求項１に記載の細胞の分離純化装置。
  10. 前記磁力手段は、前記制御ユニットにより制御される電磁石であり、前記制御ユニットは該電磁石に対して供給する電力を制御することにより、前記磁力手段の前記遠心管に対して発する磁力を制御することを特徴とする請求項１に記載の細胞の分離純化装置。
  11. 前記切り取りモジュールと、前記遠心分離モジュールと、前記搬送モジュールと、前記備品モジュールとを収容する密閉空間を外部と隔離する外壁を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の細胞の分離純化装置。
  12. 前記外壁に配置され、且つ、前記制御ユニットと信号接続する操作インタフェイスを更に備えることを特徴とする請求項１１に記載の細胞の分離純化装置。
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