JP3854968B2 - マルチウェル検査装置用供給トレイ - Google Patents

Description

本発明は、多数ウェル内の栄養液内の細胞を培養するなどによって、流体の相互作用を促進するのに適した、マルチウェル検査装置に使用する栄養培地を収容する供給トレイに関する。より詳しくは、本発明は、ウェル内の細胞などのマルチウェル検査装置内の材料を阻害することなく、マルチウェル検査装置の供給トレイに液体を加え、または供給トレイから除去することが可能になるような、マルチウェル検査装置の供給トレイに関する。

現在のところ、試料検査用のマルチウェル検査装置は、マルチウェルフィルタプレート、供給トレイ、マルチウェルレシーバプレート、および蓋を含む。マルチウェルフィルタプレートのウェルは、微細孔膜などの膜が結合された開放端を有する筒状部材から形成される。この筒状部材は、ウェル内の細胞を膜に結合させ、そこで培養することができるように、栄養培地を含む供給トレイ内に挿入されることができる。栄養培地から細胞までの栄養の濃度勾配によって制御される速度で、栄養が、栄養培地から膜を通り細胞に至るにつれて、細胞は栄養を供給される。供給トレイ内の栄養培地は、細胞の培養を維持するために、定期的に補充される。栄養培地の補充は、迅速に、かつ膜および細胞を損傷しないやり方で行うことが望ましい。

ウェルの膜上での所望レベルの細胞の培養が達成された後、マルチウェルフィルタプレートを、従来の分析方法で使用することができる。こうした検査方法は、一般に、マルチウェルフィルタプレート上の膜および細胞を、マルチウェルレシーバプレートのウェルの中に配置することによって行われるが、マルチウェルレシーバプレートには、マルチウェルフィルタプレートの下に配置された９６個のウェルレシーバプレートや、それと同数のウェルを有し、細胞／フィルタプレートと位置合わせされたレシーバプレートなどがある。マルチウェルレシーバプレートのウェルは、分析する液体組成物を含む。分析する組成物は、細胞内へ次いで膜を通過して拡散する。その結果生じる、マルチウェルフィルタプレートのウェル内、またはマルチウェルレシーバプレートのウェル内の液体生成物が、分析されて、分析中の組成物の細胞障壁を透過する能力が判定される。

細胞が充分に培養され、供給トレイが、マルチウェルレシーバプレートと取り替えられた後には、分析中の組成物の希釈を最小限に抑えるために、栄養培地がマルチウェルレシーバプレートへ移ることを最小限に抑えることが望ましい。したがって、マルチウェルフィルタプレートを、供給トレイ内の栄養培地から取り出した後は、膜の下側表面上に保持された栄養培地の液滴を取り除くことが望ましい。

薬剤の発見およびその開発過程で重要な要素の１つに、新たな合成物の経口吸収および生物学的有用性の決定がある。この評価を、費用効果が高く、高速大量処理の高感度の分析検査で実施するためには、細胞を含む多数のウェルを備えた試験管内装置と、少量の分析用材料と、オートメーションとを使用することが理想的である。典型的には、試験管内経口吸収の特性の決定は、規定の上皮細胞を用い、かつ薬剤の、その細胞の単層を横断するはっきりと見える移送速度を測定して実施される。より最近では、人工的な膜障壁を使用して、薬剤候補の受動移送の速度をランク／順位付けすることが可能になっている。こうした試験管内実験からもたらされる評価は、経口吸収速度が生体内測定によって確認されるずっと前の段階で、最も成功しそうな薬剤候補をスクリーニングするための有益な手段となる。知られている、または知られていない化合物の薬剤吸収特性を決定する一般的な実験は、以下の通り実施される。マルチウェル装置は、規定の栄養培地内のフィルタの頂部に上皮細胞の種づけがなされる。細胞を含んだこのマルチウェル装置の下に位置し、マルチウェル装置と流体接触する単一のウェルの供給トレイにも、同じ培地が加えられる。この細胞は、日が経つうちに、増殖し違いを生じることができる。栄養培地は、消耗した栄養を補充し、消耗細胞および死亡細胞を除去するために、定期的に新鮮な培地と取り替えられる。培養期間の最後に、細胞およびマルチウェル装置は、たんぱく質および残留栄養培地を除去するために、等張性緩衝溶液で穏やかに洗浄される。この時、マルチウェルフィルタプレートは、マルチウェルレシーバプレートに移されて、分析する化学物質が、細胞層より上の区画、あるいはマルチウェルレシーバトレイ内の細胞層およびフィルタ支持体より下の区画のいずれかに導入される。反対側のチャンバは、薬剤のない緩衝溶液で満たされ、マルチウェル装置は、いくらかの時間期間、一般的に摂氏３７度で振盪される。複数の時点が望まれる場合は、装置を分離せずに、いずれの区画からもサンプリングを行うことができる。細胞障壁を横断して移送される薬剤／化合物質の量は、多様な分析方法によって決定することができるが、一般的には、ＬＣ／ＭＳ／ＭＳ（液体クロマトグラフィ／質量分析／質量分析）を使用して決定される。

したがって、供給トレイ内の栄養培地を、迅速に、かつ膜および膜上細胞の完全な状態を保持する方法で補充することを容易にする、供給トレイを提供することが望ましい。

本発明を、多数ウェルそれぞれの底部に配置され、かつ固定された膜の上の細胞の培養および使用に関して、本明細書でこれより記述する。しかし、言うまでもなく、本発明は、細胞と併せて使用する必要はない。他の代表的な使用法として、濾過、透析などがある。

本発明は、マルチウェル検査装置で用いる液体またはゲルであることができる、栄養培地を保持する供給トレイを提供する。この供給トレイは、多数のウェルに固定された膜への損傷や、その膜上に配置された細胞への損傷を回避しながら、栄養培地の迅速な補充を促進する。供給トレイは、栄養培地用の傾斜つき底部表面を備えるが、底部表面は、傾斜つき底部表面上の栄養培地を保持する壁によって取り囲まれる。底部表面は、栄養培地を、傾斜つき底部表面の高い点で、供給トレイに供給することができるように、また、栄養培地を、傾斜つき支持表面の低い点で、底部表面から取り出すことができるように、斜傾している。このような供給トレイを提供することによって、使用済みの栄養培地がほぼ完全に供給トレイから除去されたときを確実に決定する方法で、栄養培地を、供給トレイに供給することができる。この供給トレイではまた、同時に、栄養培地を加えかつ除去することが可能になる。

一実施形態では、供給トレイは、底部表面に固定されてそこから延びる支柱などの多数の突出部と、供給トレイ内に延びる各ウェルに隣接して配置された１つまたは複数の突出部とを含む。突出部は、栄養培地の容積の一部を押しのけ、それによって、供給トレイを所望の高さまで満たすのに必要な栄養培地の量を減少させる。膜の底部表面から降りる液滴が、突出部によって供給トレイ内に戻るよう誘導されるように、ウェルが供給トレイから取り出される際に、ウェルを突出部に接触させるように配置する誘導手段が提供される。したがって、突出部は、余分な溶液を膜から除去する手段を提供し、余分な溶液は、後でマルチウェルフィルタプレートと併せて使用される、マルチウェルレシーバプレートのウェル内の溶液を希釈する。

他の実施形態では、供給トレイの底部の一部として形成されるか、または別個に形成されて、供給トレイ内に自由に置かれる１つまたは複数のバッフルを使用して、処理中のトレイ内の液体の移動または跳ねを抑えることができる。

本発明を、多数ウェル内で細胞培養を行うことに関して記述するが、言うまでもなく、本発明は、ウェル内の膜が移動するのを回避しながら、例えば透析または拡散分離などの所望の処理を実行するために、液体を導入しまたは除去するためのアクセスエリアを必要とする操作に適用することができる。

図１および２を参照すると、本発明の供給トレイ１０は、液体またはゲル状の栄養培地を収容する、壁１２、１４、１６、および１８と底部表面２０とを含む。底部表面２０は、排出路２１によって分離される２つの表面サブセクション２２および２４を含む。表面サブセクション２２および２４は、壁１６および１２から、下向きに、矢印２８および２６の示す方向に排出路２１に向かって傾斜する。排出路２１は、矢印３３が示す通り、表面２０上の液体導入エリア３２から、液体排出エリア３０への流体流動をもたらす。液体供給トレイ１０に液体を導入しかつ液体供給トレイ１０から除去する方法を、図３Ａを参照して以下により詳しく記述する。図１では、供給トレイ１０には、凹部４６および４７も設けられるが、これらも、図３Ａを参照して以下により詳しく記述する。

図１および２Ａの底部表面は本発明の好ましい構成であるが、言うまでもなく、液体を、液体導入エリアから支持表面の液体排出エリアへと向ける、任意の傾斜つき表面を使用することができる。

図２Ｂを参照すると、水平面３４に対する排出路２１の傾斜角度ａは、場所によって変化することができる。一般的には、液体導入エリア３２付近の約２０度から、好ましくは約５度からほぼ水平の間である、液体排出エリア３０付近のほぼ水平の間であるが、排出路２１は、その全長に渡って同じ角度を有することもできる。角度ａは、２０度よりも大であることができるが、そうすると、マルチウェルフィルタプレート４０の部材４３（図３Ｂ）を浸すために、必要以上の栄養培地量が必要となるので望ましくない。表面サブセクション２２および２４は、任意の高さで、周囲の壁１２、１４、１６、および１８と交わることができるが、それらの交差点が、水平面に存在するように、共通の高さで壁と交わることが好ましい。表面サブセクション２２および２４の傾斜角度ａは、排出路２１の局所的な深さと壁から排出路２１への距離とによって必然的に変化するが、一般的には、少なくとも２度、好ましくは少なくとも５度である。さらに言うと、２度よりも小さな角度は、栄養培地の供給トレイ１０からの排出時間を不必要に増大することになる。

供給トレイ１０の使用を、図３Ａおよび３Ｂを参照して例証する。図３Ａおよび３Ｂで示す通り、供給トレイ１０は、９６個のウェルなどの多数のウェル４２を含む、マルチウェルフィルタプレート４０の下に位置する。様々な数のウェルを、要望に応じて使用することができるが、今日、工業において多様な検査で通例使用されている、６個、８個、２４個、または３８４個のウェルなどがある。多孔膜４３が、各ウェル４２のそれぞれの底部に固定される。当業者によく知られている通り、別法として、１枚の膜をプレートの底部にぴったりと張ることができ、ウェルの外側のエリアは、射出成形プラスチック底部層などで覆って非孔性にし、または取り除いてもよい。使用の際には、供給トレイ１０は、ウェル４２の膜４３が栄養培地に浸されるような、栄養培地の深さを有するようにする。各ウェル４２は、後続の試料分析段階中に、供給トレイに替わるマルチウェルレシーバプレート（図示せず）のウェルへのアクセスを可能にする、各ウェル４２に結合されるアクセスホール４５を有する。マルチウェルレシーバプレート（図示せず）には、マルチウェルフィルタプレート４０のウェル４２の数と同数のウェルが設けられる。マルチウェルレシーバプレートのウェルは、マルチウェルフィルタプレート４０のウェル４２、およびマルチウェルフィルタプレート４０のアクセスホール４５を通って延びる、注射器、カニューレ、ピペットなどを収容するように形成されている。

マルチウェルフィルタプレート４０には、供給トレイ１０の凹部５１内に嵌る４本の脚４４を設けることができ、それによって、マルチウェルフィルタプレート４０の機械的安定をもたらすことができる。脚４４はまた、底部表面２０と接触しないように、ウェル４２の底部に膜４３を配置する働きをし、それによって、液体と膜４３との接触が促進される。供給トレイ１０には、支柱４８および４９が嵌る凹部４６および４７も設けられる。支柱４８および４９は、供給トレイ１０上に非対称に配置されて、それによって、ウェル４２ａが常に、ウェルアレイの上方左位置に配置され、かつ、ウェル４２ｂが常に、ウェルアレイの下方右位置に配置されるようになる。この配置によって、確実に、常にウェルをその位置によって正しく識別することができる。支柱４８および４９はまた、マルチウェルフィルタプレート４０のウェル４２を所望の位置に配置する。栄養培地は、マルチウェルフィルタプレート４０内の開口部５２から補充することができる。栄養培地は、供給トレイ１０から開口部５０を介して排出されることができる。注射器、カニューレ、ピペットなどの液体処理装置でも、補充および排出を行うことができる。排出エリア３０は、表面２０の最も低い点に位置するので、完全な排出を容易に行うことができる。別法として、マルチウェルフィルタプレート４０を、供給トレイ１０に対して相対的に動かす必要なく、またはマルチウェル検査装置の全体を傾けずに、排出および補充を同時に行うこともできる。言うまでもなく、栄養培地は、開口部５２の必要なく、開口部５０を介して供給トレイ１０に導入することも、供給トレイ１０から取り出すこともできる。しかし、開口部５２を用いると、排出と補充を同時に行うことができる。取り外し可能な蓋５６を利用して、ウェル４２内の無菌性を維持し、栄養培地の蒸発を最小限に抑えることができる。

図４を参照すると、本発明の代替供給トレイ２３が示してある。この実施形態では、供給トレイ２３の内側支持表面から、マルチウェルフィルタプレートのウェル間に、またはウェルの傍に延びる支柱６０が設けられる。図示する通り、支柱６０は、表面２０から、栄養培地をウェル４２間から押しのけることができる位置へと延びる。このように押しのけることの目的は、供給トレイ２３を所望のレベルまで満たすのに必要な栄養培地の量を減少させることにある。供給トレイ２３は、矢印２７および２９の方向と矢印３１の方向とに、排水エリア３０内へと液体流動を行う傾斜つき表面２２および２４も備える。

図５を参照すると、図４の供給トレイの支柱６０が、供給トレイ７０内で、図４を参照して上述した方法で、ウェル４２間の液体を押しのけるように配置された誘導壁突出部７２と取り替えられる。突出部７２は、液体を排出エリア３０へと向ける開口部７４を含むが、排出エリア３０から、液体を、従来の注射器、カニューレ、ピペットなどで除去することができる。底部表面７１も、図３Ａに示したものと同じように傾斜している。

図６を参照すると、供給トレイ８０には、壁１２、１４、１６、および１８、ならびに排出路２１が設けられる。表面サブセクション８２および８４には、栄養培地が、排出路２１へ、次いで液体排出エリア３０へと排出されるように、表面サブセクション８２および８４の下に配置される経路８６および８８が設けられる。

代替実施形態では、供給トレイは、壁１８から壁１４および排出エリア３０に向けて傾斜する、単一の傾斜つき底部表面を有することができる。

本発明のさらなる代替実施形態では、特に取り扱い中、手動またはロボット機器により、１つまたは複数のバッフルを使用して、供給トレイ内の液体の移動または跳ねを少なくすることができる。図７は、そのような一実施形態を示す。

この実施形態では、４つのバッフル１００を使用したものを示す。バッフル１００は、供給トレイ１０４の底部１０２に取り付けられる。バッフルは、トレイと共に射出成形などによって出来上がったときに、供給トレイ１０４の一部として形成されることが好ましいが、トレイの側面または底部に取り付けられ、またはトレイの底部上に自由に置かれる、別個のエレメントとして付け加えることもできる。図示する通り、バッフルは、十字形パターンに配置され、互いに隔てられて別個のものである。図示する通り、バッフルはまた、それぞれ「Ｓ」を繰り返した形、すなわち波型に形成される。別法として、バッフルが、マルチウェルフィルタプレート（図示せず）が、供給トレイ１０４内に嵌ることができるようにしながら、バッフルの機能を実行することが可能であり、また、デッドスポットが生じないように、供給トレイ１０４の流体が流れるようにすることが可能である限りにおいて、バッフル１００は、直線、曲線、十字形（Ｘ字形のエレメント）などであることができる。図示する通りバッフル１００は、トレイ１０４の側壁に接触しない。必要に応じて、接触することもできる。バッフルが側壁に接触する場合は、１つまたは複数の貫通孔を、バッフル内に形成することが好ましいが、壁に沿って妨げられることなく流体が移動できるように、その下方端に沿って形成することが好ましい。

１つまたは複数のバッフル１００の高さは、処理中、供給トレイ１０４内の液体の移動量を減少させる助けとなるのに充分である限り、重要ではない。一般的には、バッフルの高さを、トレイ１０４内の液体の深さの２０％から１００％の間にすることができる。他の実施形態では、バッフルの高さは、トレイ１０４内の液体の深さの３５％から８０％の間である。別法として、バッフルの高さは、トレイ１０４内の液体の深さの５０％から７５％の間である。

バッフルの数は、重要ではない。一実施形態では、トレイの長さまたは幅を、少なくとも部分的に延びるバッフルを、１つだけしか使用しないことが好ましい。他の実施形態では、少なくとも２つのバッフルを、相互に対して規定されたある交差方向で使用することが好ましい。このような実施形態では、２つのバッフルは、液体の移動が、確実に、トレイ長さの方向とトレイ幅の方向とのいずれでも調節されるように、互いの方向に対して２５度から９０度にあることができる。

図８Ａは、図７の実施形態のバッフルの代替構成を示す。この図では、図７の波形バッフルの構成ではなく、真っ直ぐなバッフル１００を使用している。図８Ｂでは、バッフル１００を繰り返し連続して使用したものを示す。ここでは、バッフルは、供給トレイの底部を横切って広がる一連の「Ｘ」パターンとして示してある。図８Ｃは、相互に平行にかつ離間して配列された一連のバッフル１００の使用を示すが、各他方バッフル１００は、同じ側壁から延びる。図８Ｄでは、実質的に供給トレイの長さを延びる単一のバッフルを示す。

供給トレイの傾斜つき表面を横切って延びることができるそれらのバッフル１００は、傾斜に沿った妨げられない流れが可能になるように、プレートの底表面に隣接するバッフルに１つまたは複数の貫通孔を有することが好ましい。別法として、そうした個別に形成されたバッフルの場合、流体がバッフルの下を流れるように、バッフルを、傾斜面から離れた一点でしかトレイ底部に接触しないように作ることもできる。

他の実施形態では、供給トレイから液体を除去する間、細胞プレートの底部から余分の液体を除去することを可能にする手段として、バッフルを、上述の支柱または突出部の代わりに使用することもできる。この（図示しない）実施形態では、バッフルの高さは、上述の支柱または突出部の高さと同様であるべきである。さらに、使用するバッフルの数は、細胞プレートの全てのウェルが、プレート内で培養される細胞を阻害することなく、液滴を落とすのに充分な力を受け取ることを確実にするために充分なものであるべきである。

本発明の供給トレイの上面斜視図である。 図１の供給トレイの側面図である。 本発明の供給トレイの表面の傾斜角度を示す図である。 本発明の供給トレイを使用したマルチウェル検査装置の上面分解図である。 図３Ａのマルチウェル検査装置のウェルおよびアクセスホールの部分断面図である。 本発明の供給トレイの代替実施形態の斜視図である。 本発明の代替供給トレイ実施形態の斜視図である。 本発明の代替トレイの斜視図である。 本発明の代替供給トレイ実施形態の斜視図である。 図７の実施形態の代替構成の上面図である。 図７の実施形態の代替構成の上面図である。 図７の実施形態の代替構成の上面図である。 図７の実施形態の代替構成の上面図である。

Claims (12)

1. 液体組成物を保持するように構成され、かつ開放頂部および開放底部と、底部に結合された多孔膜とを有する多数のウェルを有するフィルタプレートを支持するように構成された、供給トレイであって、
   液体を導入することができ、かつ液体を除去することのできる下方エリアを形成する、傾斜つき支持表面と、
   前記傾斜つき表面を囲むために、前記傾斜つき表面を取り囲む壁とを備え、
   前記傾斜つき支持表面が、前記壁から支持表面サブセクションに連結された排水路に向けてそれぞれ傾斜した、複数の支持表面サブセクションを備える、供給トレイ。
2. 液体組成物を保持するように構成され、かつ開放頂部と、多孔膜が結合された開放底部とを有する多数のウェルを有するフィルタプレートを支持するように構成された、供給トレイであって、
   液体を除去することができる排出エリアと、液体を供給することができる導入エリアとを有する、傾斜つき支持表面を備え、
   前記傾斜つき支持表面が、前記導入エリアから前記排出エリアへ液体の排出を行うように傾斜し、供給トレイがさらに、
   前記傾斜つき表面を囲むように前記傾斜つき表面を取り囲む壁を備え、
   前記傾斜つき支持表面が、前記壁から支持表面サブセクションに連結された排水路に向けてそれぞれ傾斜した、複数の支持表面サブセクションを備える、供給トレイ。
3. 前記壁が、多孔膜が取り付けられた筒状部材から形成される少なくとも１つのウェルを有するフィルタプレートを支持するように構成された外側表面を含み、各前記多孔膜が、前記支持表面の上の空洞体積に延びる、請求項１または２に記載の供給トレイ。
4. 前記支持表面から前記壁が延びる方向と実質的に同じ方向に、前記支持表面から延びる多数の突出部を含み、前記突出部が、前記突出部が前記ウェル内の前記液体を押しのけることを可能にする長さを有する、請求項１または２に記載の供給トレイ。
5. 前記突出部が支柱である、請求項４に記載の供給トレイ。
6. 請求項１または２に記載の供給トレイと、前記供給トレイの壁によって支持されたマルチウェルフィルタプレートとを備えるマルチウェル検査装置であって、
   前記マルチウェルフィルタプレートが、プレートから延びる多数のウェルを備え、各前記ウェルが、（ａ）開口部を有しかつ前記プレートから延びる部材と、（ｂ）前記開口部の周りに固定された多孔膜とを備え、
   前記ウェルの多孔膜が、前記供給プレートの空洞体積に配置され、
   前記マルチウェルフィルタが、前記供給トレイに液体を導入する第１アクセスホールと、前記供給トレイから液体を回収する第２アクセスホールとを含む、マルチウェル検査装置。
7. 前記壁が、開放頂部および開放底部を有する複数のウェルを有するフィルタプレートを支持するように構成された外側表面を含み、多孔膜が開放底部に結合され、各前記多孔膜が、前記支持表面の上の空洞体積に延びる、請求項６に記載のマルチウェル検査装置。
8. 前記壁が、開放頂部および開放底部を有する複数のウェルを有するフィルタプレートを支持するように構成された外側表面を含み、多孔膜が開放底部に結合され、各前記多孔膜が、前記支持表面の上の空洞体積に延びる、請求項６に記載のマルチウェル検査装置。
9. 前記供給トレイが、前記支持表面から前記壁が延びる方向と実質的に同じ方向に、前記支持表面から延びる多数の突出部を含み、前記突出部が、前記突出部が前記壁内で液体を押しのけることを可能にする長さを有する、請求項６から８のいずれか一項に記載のマルチウェル検査装置。
10. 供給トレイが、１つまたは複数のバッフルを含む、請求項６に記載のマルチウェル検査装置。
11. 供給トレイが、１つまたは複数のバッフルを含み、バッフルが、波形エレメント、曲線エレメント、直線エレメント、および十字形エレメントからなる一群から選択される形状を有する、請求項６に記載のマルチウェル検査装置。
12. 供給トレイが、２つ以上のバッフルを含む、請求項６に記載のマルチウェル検査装置。

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