JP4227339B2 - 剥離細胞回収装置、剥離細胞回収方法及びそのプログラム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、剥離細胞回収装置、剥離細胞回収方法及びそのプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ヒト組織をインビトロ(in vitro)で培養し、培養した組織を患者に適用する技術が数多く報告されている。特にヒト皮膚組織については、欧米において商品化レベルにまで達している。ここで、ヒト皮膚組織、例えばヒト表皮角化細胞(Keratinocyte)による培養細胞シートの製品化のフローを図５に基づいて説明する。まず、患者又はドナーの健康な部位から少量の組織片を採取し、酵素処理によって細胞を分散させた後、角化細胞を分離・回収する（ステップＳ１）。次に、その角化細胞を用いて初代培養を行う（ステップＳ２）。その後、初代培養で増殖させた細胞を別の複数の培養容器に分けて接種（播種）し（ステップＳ３）、培地交換等の操作を必要に応じて行うと、細胞が培養面に接着したあと増殖して培養面での細胞の占める面積が徐々に増加し、所定面積に達してコンフルエントな状態となる（ステップＳ４）。このとき、製品として総合的に必要となる十分な面積（細胞数）が確保されたか否かをチェックし（ステップＳ５）、確保されていなければ培地を除去したあと培養面に接着している細胞をトリプシンなどのプロテアーゼによって培養面から剥離させたあと回収し（ステップＳ６）、必要な面積が確保されるまで継代培養を繰り返し行うことで面積を増やす。一方、必要な面積が確保されたならば、組織構築のために三次元培養（重層化）を施し（ステップＳ７）、これを移植用の培養細胞シートとして病院へ輸送し、移植を行う（ステップＳ８）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ステップ６の剥離操作において、プロテアーゼの処理時間が長いと、細胞がダメージを受けてその後の継代培養に支障が生じることがある。このため、剥離操作において、時間経過に伴って細胞の剥離状況を逐次把握することにより、プロテアーゼ処理時間の最適化を図ることが望ましい。
【０００４】
一方、ステップ６の剥離操作におけるプロテアーゼの処理では、細胞が剥離するまでに要する時間が個々の細胞で異なるため、この点も考慮して培養面から剥離した細胞を回収することが望ましい。
【０００５】
本発明は上述した問題点を解決することを課題とするものであり、接着面から剥離した細胞を適切に回収できる剥離細胞回収装置、剥離細胞回収方法及びそのプログラムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明は上述した目的を達成するために以下の構成を採用した。
【０００７】
本発明の第１は、接着依存性細胞が接着している培養容器に剥離剤を投入したあとの経過時間を計測する計時手段と、前記培養容器内の細胞を回収可能な細胞回収手段と、前記計時手段によって計測された前記経過時間に基づいて、前記剥離剤によって前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を前記細胞回収手段に分類分けして回収させる分類回収制御手段とを備えた剥離細胞回収装置に関する。この剥離細胞回収装置では、接着依存性細胞が接着している培養容器に剥離剤を投入したあとの経過時間に基づいて、その剥離剤によって培養容器から剥離した接着依存性細胞を分類分けして回収する。したがって、剥離剤によって培養容器から早期に剥離する細胞やある程度時間が経過してから剥離する細胞を適切に分類し、回収することができる。また、剥離した細胞から順に回収することで剥離剤による細胞ダメージを抑えることができる。
【０００８】
ここで、「接着依存性細胞」とは、まず培養容器の所定の面に直接接着するか又は細胞外マトリックスを介して間接的に接着し、次いでその接着面積が広がっていき、その後細胞分裂する細胞のことをいう。例えば、ヒト、マウス、ラット、モルモット、ハムスター、ニワトリ、ウサギ、ブタ、ヒツジ、ウシ、ウマ、イヌ、ネコ、サル等の温血動物から採取された種々の細胞が挙げられる。この温血動物の細胞としては、例えば、角化細胞、脾細胞、神経細胞、グリア細胞、膵臓β細胞、メサンギウム細胞、ランゲルハンス細胞、表皮細胞、上皮細胞、内皮細胞、線維芽細胞、繊維細胞、筋細胞、脂肪細胞、滑膜細胞、軟骨細胞、骨細胞、骨芽細胞、破骨細胞、乳腺細胞、肝細胞若しくは間質細胞、又はこれらの細胞の前駆細胞、幹細胞若しくは接着依存性のガン細胞が挙げられる。また、胚性幹細胞を使用することもできる。或いは、エリスロポエチン、成長ホルモン、顆粒球コロニー刺激因子、インスリン、インターフェロン、血液凝固第VIII因子等の血液凝固因子、グルカゴン、組織プラスミノーゲンアクチゲーター、ドーパミン、ガン遺伝子、ガン抑制遺伝子等をコードする外来遺伝子を前記細胞に導入し、それらの遺伝子を種々のプロモータを用いて強制的に又は特定の条件下で発現させるように構成した形質転換細胞を使用してもよい。また、細胞外マトリックスとしては、例えば、インテグリン、コラーゲン、エラスチン、プロテオグリカン、グリコサミノグリカン、糖タンパク質等が挙げられる。
【０００９】
また、「培養容器」としては、細胞が培養できるものであれば特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン等の合成樹脂、ヒドロキシアパタイトセラミックス、アルミナセラミックス、ガラス等から構成されたものが好適に使用される。
【００１０】
本発明の第１の剥離細胞回収装置において、前記培養容器内に新たな剥離剤を投入する剥離剤投入手段を備え、前記分類回収制御手段は、前記経過時間に基づいて、前記細胞回収手段に前記剥離剤を全量回収させることによりその時点で前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を全量回収したあと前記剥離剤投入手段に新たな剥離剤を前記培養容器へ投入させてもよい。こうすれば、剥離剤によって剥離するまでに要した時間がほぼ同じ接着依存性細胞を回収することができる。例えば、培養容器内の剥離剤の全量を回収したあと新たな剥離剤を投入するという工程を時間経過に伴って繰り返し実行してもよい。
【００１１】
本発明の第１の剥離細胞回収装置において、前記培養容器内に新たな剥離剤を投入する剥離剤投入手段を備え、前記分類回収制御手段は、前記経過時間に基づいて、前記細胞回収手段に前記剥離剤の一部を回収させることにより該剥離剤に含まれる前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を回収しつつ前記剥離剤投入手段に新たな剥離剤を前記培養容器に投入させてもよい。こうすれば、液体クロマトグラフィのフラクションコレクタと同様の原理を用いて、剥離剤によって剥離するまでに要した時間がほぼ同じ接着依存性細胞を回収することができる。
【００１２】
本発明の第１の剥離細胞回収装置において、前記分類回収制御手段は、前記計時手段によって計測された経過時間が予め定めた所定の初期時間に達したとき前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を前記細胞回収手段に初期分類として回収させ、その後前記剥離剤によって前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を前記細胞回収手段に本分類として回収させてもよい。こうすれば、例えば剥離剤によって培養容器から早期に剥離する細胞とある程度時間が経過してから剥離する細胞との間に能力（例えば増殖能等）の差があるような場合に、その能力差に応じて細胞を分取することができる。
【００１３】
本発明の第１の剥離細胞回収装置において、前記分類回収制御手段は、前記計時手段によって計測された経過時間が予め定めた所定の初期時間に達したとき前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を前記細胞回収手段に初期分類として回収させ、その後前記経過時間が予め定めた所定の後期時間に達するまで前記剥離剤によって前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を前記細胞回収手段に中期分類として回収させ、その後前記剥離剤によって前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を前記細胞回収手段に終期分類として回収させてもよい。こうすれば、例えば剥離剤によって培養容器から早期に剥離する細胞と中程度の時間が経過してから剥離する細胞と長時間経過してから剥離する細胞との間に能力差や細胞へのダメージ差があるような場合に、その能力差やダメージの程度に応じて細胞を分取することができる。なお、本発明ではこのように初期、中期、終期分類の３つに分けてもよいが、必要に応じて経過時間を細分化して分類数を４つ以上に増やしてもよい。
【００１４】
本発明の第２は、コンピュータを、本発明の第１の剥離細胞回収装置の少なくとも前記分類回収制御手段として機能させるためのプログラムに関する。また、本発明の第３は、コンピュータに、接着依存性細胞が接着している培養容器に剥離剤を投入したあとの経過時間に基づいて、前記剥離剤によって前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を、前記培養容器内の細胞を回収可能な細胞回収手段によって分類分けして回収させる工程を実行させるためのプログラムに関する。これらのプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（例えばハードディスク、ＲＯＭ、ＦＤ、ＣＤ、ＤＶＤなど）に記録されていてもよいし、伝送媒体（インターネットやＬＡＮなどの通信網）を介してあるコンピュータから別のコンピュータへ送信されてもよいし、その他どのような形で授受されてもよい。これらのプログラムをコンピュータに実行させれば、本発明の第１の剥離細胞回収装置と同様の作用効果を得ることができる。
【００１５】
本発明の第４は、接着依存性細胞が接着している培養容器に剥離剤を投入したあとの経過時間に基づいて、前記剥離剤によって前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を分類分けして回収する工程を含む剥離細胞回収方法に関する。この方法によれば、剥離剤によって培養容器から早期に剥離する細胞やある程度時間が経過してから剥離する細胞を適切に分類し、回収することができる。また、剥離した細胞から順に回収することで剥離剤による細胞ダメージを抑制することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
図１は本実施形態の剥離細胞回収装置の概略構成図である。本実施形態の剥離細胞回収装置５０は、支持台５１と、培養容器６０と、計時手段及び分類回収制御手段としての制御装置５７とを備えている。
【００１７】
支持台５１は、培養容器６０を固定して支持し、一端に回動軸５１ａが設けられ、他端に電動シリンダ５６のロッドの先端が取り付けられている。電動シリンダ５６は制御装置５７からの指令信号によってロッドを伸縮させ、ロッドが伸長すると支持台５１は水平状態となり（図１（ａ）参照）、ロッドが没入すると支持台５１は傾斜状態となる（図１（ｂ）参照）。
【００１８】
培養容器６０は、底面に接着し培地内で増殖して継代培養に適した状態になった接着依存性細胞（以下単に細胞という）６１を有している。この培養容器６０の近傍には、培養容器６０内に剥離剤であるトリプシン溶液を注入可能な注入管５２が設けられ、この注入管５２には注入管５２を開閉するソレノイドバルブ５３が取り付けられている。また、培養容器６０は内容物を排出可能な排出管５４を備えており、この排出管５４には排出管５４を開閉するソレノイドバルブ５５が取り付けられ、排出管５４の出口には回収容器６５が設置されている。各ソレノイドバルブ５３，５５は、制御装置５７からの指令信号に基づいて開閉が制御される。なお、ソレノイドバルブ５３及び注入管５２が剥離剤投入手段に相当し、支持台５１、電動シリンダ５６、ソレノイドバルブ５５の付いた排出管５４及び回収容器６５が細胞回収手段に相当する。
【００１９】
制御装置５７は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ等で構成されている。この制御装置５７は、タイマにより計時すると共に、各ソレノイドバルブ５３，５５や電動シリンダ５６に指令信号を出力する。
【００２０】
次に、トリプシン処理時間と細胞の増殖能力との関係について説明する。まず培養容器として７５ｃｍ2のＴ型フラスコ（ヌンク社）、細胞としてヒト角化細胞である０才（包皮）ドナー由来の細胞（ＫＫ−４００９，倉敷紡績（株））、培地としてヒト角化細胞用無血清培地（Ｈｕｍｅｄｉａ−ＫＧ２，倉敷紡績（株））を用いて、温度３７℃、５％ＣＯ2含有エアという条件下でコンフルエント状態になるまで培養した。このような底面に細胞が接着している培養容器を複数作製した。続いて、各培養容器に培地を排出しリンスしたあとトリプシン溶液を滴下し、トリプシン溶液滴下後の経過時間（以下、トリプシン処理時間という）が３分、６分、９分、１２分、１５分となった時点で各１つの培養容器にトリプシンインヒビタを投入してトリプシンの作用を停止させ、その後溶液（剥離状態の細胞を含む）を培養容器から回収し遠心分離したあと得られた剥離細胞につき増殖能力の一指標である倍加時間を調べたところ、表１に示す結果が得られた。この表１から分かるように、トリプシン処理時間が３分及び１５分の剥離細胞では増殖能力が低くなっている。これは、処理時間が３分では分化により接着能力や増殖能力の低くなった細胞群が優先的に浮遊し、１５分では過度のトリプシン処理による障害で活性の低下が引き起こされたためと考えられる。このようにトリプシン処理時間は細胞の増殖能力と密接に関係していることから、トリプシン処理時間を細胞増殖能力の一指標と見ることができる。したがって、トリプシン処理時間に応じて剥離細胞を分類分けして回収すれば、同様の細胞増殖能力を持つ細胞ごとの回収が可能となる。
【００２１】
【表１】
【００２２】
次に、この剥離細胞回収装置５０の動作について説明する。オペレータにより入力装置であるキーボードから制御装置５７に剥離操作開始の指令が入力されると、制御装置５７は内部メモリに記憶されている剥離操作プログラムを読み出してこれを実行する。図２はこの剥離操作プログラムのフローチャートである。このプログラムが開始されると、制御装置５７は、まず排出管５４のソレノイドバルブ５５を閉鎖し注入管５２のソレノイドバルブ５３を開放してトリプシン溶液を培養容器６０内に所定量投入したあとソレノイドバルブ５３を閉鎖し（ステップＳ２００）、ソレノイドバルブ５３を閉鎖すると同時にタイマによりトリプシン処理時間の計測を開始する（ステップＳ２１０）。なお、培養容器６０はトリプシン溶液を投入する前に培地を排出しリンスしておく。そして、トリプシン処理時間が予め定めた時間ｔ１となった時点で電動シリンダ５６のロッドを没入させて支持台５１を傾斜させると共に、排出管５４のソレノイドバルブ５５を開放して培養容器６０のトリプシン溶液を剥離細胞６１と共に排出管５４から回収容器６５へ回収する（ステップＳ２２０）。ここで、時間ｔ１は比較的短い時間（例えば３分とか５分）に設定されており、回収容器６５には早期に剥離した細胞６１が初期分類として回収される。
【００２３】
そして、回収終了後、電動シリンダ５６のロッドを伸長させて支持台５１を水平状態に戻すと共に新たな回収容器６５を設置し（ステップＳ２３０）、次いで排出管５４のソレノイドバルブ５５を閉鎖し注入管５２のソレノイドバルブ５３を開放してトリプシン溶液を培養容器６０内に所定量投入したあとソレノイドバルブ５３を閉鎖し（ステップＳ２４０）、ソレノイドバルブ５３を閉鎖すると同時にトリプシン処理時間の計測を再開する（ステップＳ２５０）。そして、トリプシン処理時間がトータルで予め定めた時間ｔ２となった時点で電動シリンダ５６のロッドを没入させて支持台５１を傾斜させると共に、排出管５４のソレノイドバルブ５５を開放して培養容器６０のトリプシン溶液を剥離細胞６１と共に排出管５４から回収容器６５へ回収する（ステップＳ２６０）。ここで、時間ｔ２は比較的長い時間（例えば１２分とか１５分）に設定されており、回収容器６５にはある程度時間が経過してから剥離した細胞６１が本分類として回収される。そして、回収終了後、電動シリンダ５６のロッドを伸長させて支持台５１を水平状態に戻すと共に新たな回収容器６５を設置し（ステップＳ２７０）、このプログラムを終了する。
【００２４】
以上詳述した本実施形態の剥離細胞回収装置５０によれば、トリプシンによって培養容器６０の底面から早期に剥離する細胞やある程度時間が経過してから剥離する細胞を適切に分類分けして回収することができる。また、０才ドナー由来の細胞のように、トリプシンによって培養容器６０から早期に剥離した細胞とある程度時間が経過してから剥離した細胞との間に増殖能力に差があるような場合に、その増殖能力の差に応じて細胞を分取することができるため好ましい。
【００２５】
なお、図２のフローチャートにおいて、必要に応じてステップＳ２７０のあとに更にステップＳ２４０〜Ｓ２７０の処理を１回以上繰り返し実行してもよい。このときステップＳ２６０の時間ｔ２を時間ｔ３等に適宜変更する。こうすれば、０才ドナー由来の細胞のように、トリプシンによって培養容器６０から早期に剥離した細胞と中程度の時間が経過してから剥離した細胞と長時間経過してから剥離した細胞との間に増殖能力に差があるような場合に、その増殖能力の差に応じて細胞を分取することができるため好ましい。
【００２６】
［第２実施形態］
図３は本実施形態の剥離細胞回収装置の概略構成図である。本実施形態の剥離細胞回収装置７０は、支持台７１と、培養容器８０と、計時手段及び分類回収制御手段としての制御装置７７とを備えている。
【００２７】
支持台７１は、培養容器８０を傾斜した状態で固定して支持している。
【００２８】
培養容器８０は、底面に接着し培地内で増殖してコンフルエントな状態になった細胞８１を有している。支持台７１に傾斜した状態で支持されている培養容器８０の最も高い位置の近傍には、培養容器８０内に剥離剤であるトリプシン溶液を注入可能な注入管７２が設けられ、この注入管７２には注入管７２を開閉するソレノイドバルブ７３が取り付けられている。また、培養容器８０の最も低い位置の近傍には、内容物を排出可能な排出管７４が設けられ、この排出管７４には排出管７４を開閉するソレノイドバルブ７５が取り付けられている。各ソレノイドバルブ７３，７５は、制御装置７７からの指令信号に基づいて開閉が制御される。
【００２９】
回収容器９１〜９３は、駆動輪９５と従動輪９６との間に架け渡されたベルトコンベア９７に載置され、制御装置７７の指令信号に応じて駆動輪９５が回転しベルトコンベア９７が移動するのに伴って移動する。ここでは、当初、排出管７４の出口と合致した位置には回収容器９１が配置され、時間の経過に伴って回収容器９２、回収容器９３が同位置に配置される。ここで、支持台７１、ソレノイドバルブ７５の付いた排出管７４、回収容器９１〜９３、駆動輪９５、従動輪９６及びベルトコンベア９７が細胞回収手段に相当する。
【００３０】
制御装置７７は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ等で構成されている。この制御装置７７は、タイマにより計時すると共に、各ソレノイドバルブ７３，７５や駆動輪９５に指令信号を出力する。
【００３１】
次に、この剥離細胞回収装置７０の動作について説明する。オペレータにより入力装置であるキーボードから制御装置７７に剥離操作開始の指令が入力されると、制御装置７７は内部メモリに記憶されている剥離操作プログラムを読み出してこれを実行する。なお、培養容器８０は予め培地を排出しリンスしておく。図４はこの剥離操作プログラムのフローチャートである。このプログラムが開始されると、制御装置７７は、まず注入管７２のソレノイドバルブ７３及び排出管７４のソレノイドバルブ７５の開度を調節してトリプシン溶液が培養容器８０内に所定流量で流れるようにし（ステップＳ３００）、同時にタイマによりトリプシン処理時間の計測を開始する（ステップＳ３１０）。すると、排出管７４の出口と合致する位置の回収容器９１には培養容器８０からの流出液が溜まっていく。なお、ステップＳ３００では、培養容器８０内に当初の液量がほぼ維持されるようにバルブ７３，７５を調節する。
【００３２】
そして、トリプシン処理時間が時間ｔ１１となった時点で回収容器９１を回収容器９２に更新する（ステップＳ３２０）。即ち、駆動輪９５に指令信号を出力して駆動輪９５を回転させベルトコンベア９７を移動させることにより、次の回収容器９２が排出管７４の出口と合致する位置に来るようにする。すると、回収容器９２には培養容器８０からの流出液が溜まっていく。なお、回収容器９１にはトリプシンインヒビタを添加してトリプシンの作用を停止させる。
【００３３】
そして、トリプシン処理時間が時間ｔ１２（＞ｔ１１）となった時点で回収容器９２を回収容器９３に更新する（ステップＳ３３０）。即ち、駆動輪９５に指令信号を出力して駆動輪９５を回転させベルトコンベア９７を移動させることにより、次の回収容器９３が排出管７４の出口と合致する位置に来るようにする。すると、回収容器９３には培養容器８０からの流出液が溜まっていく。なお、回収容器９２にはトリプシンインヒビタを添加してトリプシンの作用を停止させる。
【００３４】
そして、トリプシン処理時間が予め定めた終了時間となった時点でソレノイドバルブ７３を閉鎖してトリプシン溶液の供給を停止し、培養容器８０の内部が空になったあとソレノイドバルブ７５を閉鎖し（ステップＳ３４０）、このプログラムを終了する。なお、回収容器９３にはトリプシンインヒビタを添加してトリプシンの作用を停止させる。また、終了時間は、培養容器８０の底面に接着した細胞８１のすべてがトリプシンの作用により剥離するのに要する時間として予め経験的に定められたものである。
【００３５】
以上詳述した本実施形態の剥離細胞回収装置７０によれば、トリプシンによって培養容器８０の底面から早期に剥離する細胞やある程度時間が経過してから剥離する細胞を適切に分類分けして回収することができる。また、０才ドナー由来の細胞のように、トリプシンによって培養容器８０の底面から早期に剥離した細胞と中程度の時間が経過してから剥離した細胞と長時間経過してから剥離した細胞との間に増殖能力に差があるような場合に、その増殖能力の差に応じて細胞を分取することができるため好ましい。
【００３６】
なお、図４のフローチャートにおいて、必要に応じてステップＳ３４０のあとに更にトリプシン処理時間が所定時間となった時点で回収容器を更新してもよく、この更新操作を何度か繰り返し行ってもよい。こうすれば、トリプシン処理時間をより細分化して細胞を回収することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態や実施例について説明したが、本発明はこれらに何等限定されるものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の剥離細胞回収装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態の剥離操作プログラムのフローチャートである。
【図３】第２実施形態の剥離細胞回収装置の概略構成図である。
【図４】第２実施形態の剥離操作プログラムのフローチャートである。
【図５】培養細胞シートの製品化のフローである。
【符号の説明】
５０…剥離細胞回収装置、５１…支持台、５１ａ…回動軸、５２…注入管、５３…ソレノイドバルブ、５４…排出管、５５…ソレノイドバルブ、５６…電動シリンダ、５７…制御装置、６０…培養容器、６１…接着依存性細胞、６５…回収容器。
【発明の属する技術分野】
本発明は、剥離細胞回収装置、剥離細胞回収方法及びそのプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ヒト組織をインビトロ(in vitro)で培養し、培養した組織を患者に適用する技術が数多く報告されている。特にヒト皮膚組織については、欧米において商品化レベルにまで達している。ここで、ヒト皮膚組織、例えばヒト表皮角化細胞(Keratinocyte)による培養細胞シートの製品化のフローを図５に基づいて説明する。まず、患者又はドナーの健康な部位から少量の組織片を採取し、酵素処理によって細胞を分散させた後、角化細胞を分離・回収する（ステップＳ１）。次に、その角化細胞を用いて初代培養を行う（ステップＳ２）。その後、初代培養で増殖させた細胞を別の複数の培養容器に分けて接種（播種）し（ステップＳ３）、培地交換等の操作を必要に応じて行うと、細胞が培養面に接着したあと増殖して培養面での細胞の占める面積が徐々に増加し、所定面積に達してコンフルエントな状態となる（ステップＳ４）。このとき、製品として総合的に必要となる十分な面積（細胞数）が確保されたか否かをチェックし（ステップＳ５）、確保されていなければ培地を除去したあと培養面に接着している細胞をトリプシンなどのプロテアーゼによって培養面から剥離させたあと回収し（ステップＳ６）、必要な面積が確保されるまで継代培養を繰り返し行うことで面積を増やす。一方、必要な面積が確保されたならば、組織構築のために三次元培養（重層化）を施し（ステップＳ７）、これを移植用の培養細胞シートとして病院へ輸送し、移植を行う（ステップＳ８）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ステップ６の剥離操作において、プロテアーゼの処理時間が長いと、細胞がダメージを受けてその後の継代培養に支障が生じることがある。このため、剥離操作において、時間経過に伴って細胞の剥離状況を逐次把握することにより、プロテアーゼ処理時間の最適化を図ることが望ましい。
【０００４】
一方、ステップ６の剥離操作におけるプロテアーゼの処理では、細胞が剥離するまでに要する時間が個々の細胞で異なるため、この点も考慮して培養面から剥離した細胞を回収することが望ましい。
【０００５】
本発明は上述した問題点を解決することを課題とするものであり、接着面から剥離した細胞を適切に回収できる剥離細胞回収装置、剥離細胞回収方法及びそのプログラムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明は上述した目的を達成するために以下の構成を採用した。
【０００７】
本発明の第１は、接着依存性細胞が接着している培養容器に剥離剤を投入したあとの経過時間を計測する計時手段と、前記培養容器内の細胞を回収可能な細胞回収手段と、前記計時手段によって計測された前記経過時間に基づいて、前記剥離剤によって前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を前記細胞回収手段に分類分けして回収させる分類回収制御手段とを備えた剥離細胞回収装置に関する。この剥離細胞回収装置では、接着依存性細胞が接着している培養容器に剥離剤を投入したあとの経過時間に基づいて、その剥離剤によって培養容器から剥離した接着依存性細胞を分類分けして回収する。したがって、剥離剤によって培養容器から早期に剥離する細胞やある程度時間が経過してから剥離する細胞を適切に分類し、回収することができる。また、剥離した細胞から順に回収することで剥離剤による細胞ダメージを抑えることができる。
【０００８】
ここで、「接着依存性細胞」とは、まず培養容器の所定の面に直接接着するか又は細胞外マトリックスを介して間接的に接着し、次いでその接着面積が広がっていき、その後細胞分裂する細胞のことをいう。例えば、ヒト、マウス、ラット、モルモット、ハムスター、ニワトリ、ウサギ、ブタ、ヒツジ、ウシ、ウマ、イヌ、ネコ、サル等の温血動物から採取された種々の細胞が挙げられる。この温血動物の細胞としては、例えば、角化細胞、脾細胞、神経細胞、グリア細胞、膵臓β細胞、メサンギウム細胞、ランゲルハンス細胞、表皮細胞、上皮細胞、内皮細胞、線維芽細胞、繊維細胞、筋細胞、脂肪細胞、滑膜細胞、軟骨細胞、骨細胞、骨芽細胞、破骨細胞、乳腺細胞、肝細胞若しくは間質細胞、又はこれらの細胞の前駆細胞、幹細胞若しくは接着依存性のガン細胞が挙げられる。また、胚性幹細胞を使用することもできる。或いは、エリスロポエチン、成長ホルモン、顆粒球コロニー刺激因子、インスリン、インターフェロン、血液凝固第VIII因子等の血液凝固因子、グルカゴン、組織プラスミノーゲンアクチゲーター、ドーパミン、ガン遺伝子、ガン抑制遺伝子等をコードする外来遺伝子を前記細胞に導入し、それらの遺伝子を種々のプロモータを用いて強制的に又は特定の条件下で発現させるように構成した形質転換細胞を使用してもよい。また、細胞外マトリックスとしては、例えば、インテグリン、コラーゲン、エラスチン、プロテオグリカン、グリコサミノグリカン、糖タンパク質等が挙げられる。
【０００９】
また、「培養容器」としては、細胞が培養できるものであれば特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン等の合成樹脂、ヒドロキシアパタイトセラミックス、アルミナセラミックス、ガラス等から構成されたものが好適に使用される。
【００１０】
本発明の第１の剥離細胞回収装置において、前記培養容器内に新たな剥離剤を投入する剥離剤投入手段を備え、前記分類回収制御手段は、前記経過時間に基づいて、前記細胞回収手段に前記剥離剤を全量回収させることによりその時点で前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を全量回収したあと前記剥離剤投入手段に新たな剥離剤を前記培養容器へ投入させてもよい。こうすれば、剥離剤によって剥離するまでに要した時間がほぼ同じ接着依存性細胞を回収することができる。例えば、培養容器内の剥離剤の全量を回収したあと新たな剥離剤を投入するという工程を時間経過に伴って繰り返し実行してもよい。
【００１１】
本発明の第１の剥離細胞回収装置において、前記培養容器内に新たな剥離剤を投入する剥離剤投入手段を備え、前記分類回収制御手段は、前記経過時間に基づいて、前記細胞回収手段に前記剥離剤の一部を回収させることにより該剥離剤に含まれる前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を回収しつつ前記剥離剤投入手段に新たな剥離剤を前記培養容器に投入させてもよい。こうすれば、液体クロマトグラフィのフラクションコレクタと同様の原理を用いて、剥離剤によって剥離するまでに要した時間がほぼ同じ接着依存性細胞を回収することができる。
【００１２】
本発明の第１の剥離細胞回収装置において、前記分類回収制御手段は、前記計時手段によって計測された経過時間が予め定めた所定の初期時間に達したとき前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を前記細胞回収手段に初期分類として回収させ、その後前記剥離剤によって前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を前記細胞回収手段に本分類として回収させてもよい。こうすれば、例えば剥離剤によって培養容器から早期に剥離する細胞とある程度時間が経過してから剥離する細胞との間に能力（例えば増殖能等）の差があるような場合に、その能力差に応じて細胞を分取することができる。
【００１３】
本発明の第１の剥離細胞回収装置において、前記分類回収制御手段は、前記計時手段によって計測された経過時間が予め定めた所定の初期時間に達したとき前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を前記細胞回収手段に初期分類として回収させ、その後前記経過時間が予め定めた所定の後期時間に達するまで前記剥離剤によって前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を前記細胞回収手段に中期分類として回収させ、その後前記剥離剤によって前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を前記細胞回収手段に終期分類として回収させてもよい。こうすれば、例えば剥離剤によって培養容器から早期に剥離する細胞と中程度の時間が経過してから剥離する細胞と長時間経過してから剥離する細胞との間に能力差や細胞へのダメージ差があるような場合に、その能力差やダメージの程度に応じて細胞を分取することができる。なお、本発明ではこのように初期、中期、終期分類の３つに分けてもよいが、必要に応じて経過時間を細分化して分類数を４つ以上に増やしてもよい。
【００１４】
本発明の第２は、コンピュータを、本発明の第１の剥離細胞回収装置の少なくとも前記分類回収制御手段として機能させるためのプログラムに関する。また、本発明の第３は、コンピュータに、接着依存性細胞が接着している培養容器に剥離剤を投入したあとの経過時間に基づいて、前記剥離剤によって前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を、前記培養容器内の細胞を回収可能な細胞回収手段によって分類分けして回収させる工程を実行させるためのプログラムに関する。これらのプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（例えばハードディスク、ＲＯＭ、ＦＤ、ＣＤ、ＤＶＤなど）に記録されていてもよいし、伝送媒体（インターネットやＬＡＮなどの通信網）を介してあるコンピュータから別のコンピュータへ送信されてもよいし、その他どのような形で授受されてもよい。これらのプログラムをコンピュータに実行させれば、本発明の第１の剥離細胞回収装置と同様の作用効果を得ることができる。
【００１５】
本発明の第４は、接着依存性細胞が接着している培養容器に剥離剤を投入したあとの経過時間に基づいて、前記剥離剤によって前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を分類分けして回収する工程を含む剥離細胞回収方法に関する。この方法によれば、剥離剤によって培養容器から早期に剥離する細胞やある程度時間が経過してから剥離する細胞を適切に分類し、回収することができる。また、剥離した細胞から順に回収することで剥離剤による細胞ダメージを抑制することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
図１は本実施形態の剥離細胞回収装置の概略構成図である。本実施形態の剥離細胞回収装置５０は、支持台５１と、培養容器６０と、計時手段及び分類回収制御手段としての制御装置５７とを備えている。
【００１７】
支持台５１は、培養容器６０を固定して支持し、一端に回動軸５１ａが設けられ、他端に電動シリンダ５６のロッドの先端が取り付けられている。電動シリンダ５６は制御装置５７からの指令信号によってロッドを伸縮させ、ロッドが伸長すると支持台５１は水平状態となり（図１（ａ）参照）、ロッドが没入すると支持台５１は傾斜状態となる（図１（ｂ）参照）。
【００１８】
培養容器６０は、底面に接着し培地内で増殖して継代培養に適した状態になった接着依存性細胞（以下単に細胞という）６１を有している。この培養容器６０の近傍には、培養容器６０内に剥離剤であるトリプシン溶液を注入可能な注入管５２が設けられ、この注入管５２には注入管５２を開閉するソレノイドバルブ５３が取り付けられている。また、培養容器６０は内容物を排出可能な排出管５４を備えており、この排出管５４には排出管５４を開閉するソレノイドバルブ５５が取り付けられ、排出管５４の出口には回収容器６５が設置されている。各ソレノイドバルブ５３，５５は、制御装置５７からの指令信号に基づいて開閉が制御される。なお、ソレノイドバルブ５３及び注入管５２が剥離剤投入手段に相当し、支持台５１、電動シリンダ５６、ソレノイドバルブ５５の付いた排出管５４及び回収容器６５が細胞回収手段に相当する。
【００１９】
制御装置５７は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ等で構成されている。この制御装置５７は、タイマにより計時すると共に、各ソレノイドバルブ５３，５５や電動シリンダ５６に指令信号を出力する。
【００２０】
次に、トリプシン処理時間と細胞の増殖能力との関係について説明する。まず培養容器として７５ｃｍ2のＴ型フラスコ（ヌンク社）、細胞としてヒト角化細胞である０才（包皮）ドナー由来の細胞（ＫＫ−４００９，倉敷紡績（株））、培地としてヒト角化細胞用無血清培地（Ｈｕｍｅｄｉａ−ＫＧ２，倉敷紡績（株））を用いて、温度３７℃、５％ＣＯ2含有エアという条件下でコンフルエント状態になるまで培養した。このような底面に細胞が接着している培養容器を複数作製した。続いて、各培養容器に培地を排出しリンスしたあとトリプシン溶液を滴下し、トリプシン溶液滴下後の経過時間（以下、トリプシン処理時間という）が３分、６分、９分、１２分、１５分となった時点で各１つの培養容器にトリプシンインヒビタを投入してトリプシンの作用を停止させ、その後溶液（剥離状態の細胞を含む）を培養容器から回収し遠心分離したあと得られた剥離細胞につき増殖能力の一指標である倍加時間を調べたところ、表１に示す結果が得られた。この表１から分かるように、トリプシン処理時間が３分及び１５分の剥離細胞では増殖能力が低くなっている。これは、処理時間が３分では分化により接着能力や増殖能力の低くなった細胞群が優先的に浮遊し、１５分では過度のトリプシン処理による障害で活性の低下が引き起こされたためと考えられる。このようにトリプシン処理時間は細胞の増殖能力と密接に関係していることから、トリプシン処理時間を細胞増殖能力の一指標と見ることができる。したがって、トリプシン処理時間に応じて剥離細胞を分類分けして回収すれば、同様の細胞増殖能力を持つ細胞ごとの回収が可能となる。
【００２１】
【表１】
次に、この剥離細胞回収装置５０の動作について説明する。オペレータにより入力装置であるキーボードから制御装置５７に剥離操作開始の指令が入力されると、制御装置５７は内部メモリに記憶されている剥離操作プログラムを読み出してこれを実行する。図２はこの剥離操作プログラムのフローチャートである。このプログラムが開始されると、制御装置５７は、まず排出管５４のソレノイドバルブ５５を閉鎖し注入管５２のソレノイドバルブ５３を開放してトリプシン溶液を培養容器６０内に所定量投入したあとソレノイドバルブ５３を閉鎖し（ステップＳ２００）、ソレノイドバルブ５３を閉鎖すると同時にタイマによりトリプシン処理時間の計測を開始する（ステップＳ２１０）。なお、培養容器６０はトリプシン溶液を投入する前に培地を排出しリンスしておく。そして、トリプシン処理時間が予め定めた時間ｔ１となった時点で電動シリンダ５６のロッドを没入させて支持台５１を傾斜させると共に、排出管５４のソレノイドバルブ５５を開放して培養容器６０のトリプシン溶液を剥離細胞６１と共に排出管５４から回収容器６５へ回収する（ステップＳ２２０）。ここで、時間ｔ１は比較的短い時間（例えば３分とか５分）に設定されており、回収容器６５には早期に剥離した細胞６１が初期分類として回収される。
【００２３】
そして、回収終了後、電動シリンダ５６のロッドを伸長させて支持台５１を水平状態に戻すと共に新たな回収容器６５を設置し（ステップＳ２３０）、次いで排出管５４のソレノイドバルブ５５を閉鎖し注入管５２のソレノイドバルブ５３を開放してトリプシン溶液を培養容器６０内に所定量投入したあとソレノイドバルブ５３を閉鎖し（ステップＳ２４０）、ソレノイドバルブ５３を閉鎖すると同時にトリプシン処理時間の計測を再開する（ステップＳ２５０）。そして、トリプシン処理時間がトータルで予め定めた時間ｔ２となった時点で電動シリンダ５６のロッドを没入させて支持台５１を傾斜させると共に、排出管５４のソレノイドバルブ５５を開放して培養容器６０のトリプシン溶液を剥離細胞６１と共に排出管５４から回収容器６５へ回収する（ステップＳ２６０）。ここで、時間ｔ２は比較的長い時間（例えば１２分とか１５分）に設定されており、回収容器６５にはある程度時間が経過してから剥離した細胞６１が本分類として回収される。そして、回収終了後、電動シリンダ５６のロッドを伸長させて支持台５１を水平状態に戻すと共に新たな回収容器６５を設置し（ステップＳ２７０）、このプログラムを終了する。
【００２４】
以上詳述した本実施形態の剥離細胞回収装置５０によれば、トリプシンによって培養容器６０の底面から早期に剥離する細胞やある程度時間が経過してから剥離する細胞を適切に分類分けして回収することができる。また、０才ドナー由来の細胞のように、トリプシンによって培養容器６０から早期に剥離した細胞とある程度時間が経過してから剥離した細胞との間に増殖能力に差があるような場合に、その増殖能力の差に応じて細胞を分取することができるため好ましい。
【００２５】
なお、図２のフローチャートにおいて、必要に応じてステップＳ２７０のあとに更にステップＳ２４０〜Ｓ２７０の処理を１回以上繰り返し実行してもよい。このときステップＳ２６０の時間ｔ２を時間ｔ３等に適宜変更する。こうすれば、０才ドナー由来の細胞のように、トリプシンによって培養容器６０から早期に剥離した細胞と中程度の時間が経過してから剥離した細胞と長時間経過してから剥離した細胞との間に増殖能力に差があるような場合に、その増殖能力の差に応じて細胞を分取することができるため好ましい。
【００２６】
［第２実施形態］
図３は本実施形態の剥離細胞回収装置の概略構成図である。本実施形態の剥離細胞回収装置７０は、支持台７１と、培養容器８０と、計時手段及び分類回収制御手段としての制御装置７７とを備えている。
【００２７】
支持台７１は、培養容器８０を傾斜した状態で固定して支持している。
【００２８】
培養容器８０は、底面に接着し培地内で増殖してコンフルエントな状態になった細胞８１を有している。支持台７１に傾斜した状態で支持されている培養容器８０の最も高い位置の近傍には、培養容器８０内に剥離剤であるトリプシン溶液を注入可能な注入管７２が設けられ、この注入管７２には注入管７２を開閉するソレノイドバルブ７３が取り付けられている。また、培養容器８０の最も低い位置の近傍には、内容物を排出可能な排出管７４が設けられ、この排出管７４には排出管７４を開閉するソレノイドバルブ７５が取り付けられている。各ソレノイドバルブ７３，７５は、制御装置７７からの指令信号に基づいて開閉が制御される。
【００２９】
回収容器９１〜９３は、駆動輪９５と従動輪９６との間に架け渡されたベルトコンベア９７に載置され、制御装置７７の指令信号に応じて駆動輪９５が回転しベルトコンベア９７が移動するのに伴って移動する。ここでは、当初、排出管７４の出口と合致した位置には回収容器９１が配置され、時間の経過に伴って回収容器９２、回収容器９３が同位置に配置される。ここで、支持台７１、ソレノイドバルブ７５の付いた排出管７４、回収容器９１〜９３、駆動輪９５、従動輪９６及びベルトコンベア９７が細胞回収手段に相当する。
【００３０】
制御装置７７は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ等で構成されている。この制御装置７７は、タイマにより計時すると共に、各ソレノイドバルブ７３，７５や駆動輪９５に指令信号を出力する。
【００３１】
次に、この剥離細胞回収装置７０の動作について説明する。オペレータにより入力装置であるキーボードから制御装置７７に剥離操作開始の指令が入力されると、制御装置７７は内部メモリに記憶されている剥離操作プログラムを読み出してこれを実行する。なお、培養容器８０は予め培地を排出しリンスしておく。図４はこの剥離操作プログラムのフローチャートである。このプログラムが開始されると、制御装置７７は、まず注入管７２のソレノイドバルブ７３及び排出管７４のソレノイドバルブ７５の開度を調節してトリプシン溶液が培養容器８０内に所定流量で流れるようにし（ステップＳ３００）、同時にタイマによりトリプシン処理時間の計測を開始する（ステップＳ３１０）。すると、排出管７４の出口と合致する位置の回収容器９１には培養容器８０からの流出液が溜まっていく。なお、ステップＳ３００では、培養容器８０内に当初の液量がほぼ維持されるようにバルブ７３，７５を調節する。
【００３２】
そして、トリプシン処理時間が時間ｔ１１となった時点で回収容器９１を回収容器９２に更新する（ステップＳ３２０）。即ち、駆動輪９５に指令信号を出力して駆動輪９５を回転させベルトコンベア９７を移動させることにより、次の回収容器９２が排出管７４の出口と合致する位置に来るようにする。すると、回収容器９２には培養容器８０からの流出液が溜まっていく。なお、回収容器９１にはトリプシンインヒビタを添加してトリプシンの作用を停止させる。
【００３３】
そして、トリプシン処理時間が時間ｔ１２（＞ｔ１１）となった時点で回収容器９２を回収容器９３に更新する（ステップＳ３３０）。即ち、駆動輪９５に指令信号を出力して駆動輪９５を回転させベルトコンベア９７を移動させることにより、次の回収容器９３が排出管７４の出口と合致する位置に来るようにする。すると、回収容器９３には培養容器８０からの流出液が溜まっていく。なお、回収容器９２にはトリプシンインヒビタを添加してトリプシンの作用を停止させる。
【００３４】
そして、トリプシン処理時間が予め定めた終了時間となった時点でソレノイドバルブ７３を閉鎖してトリプシン溶液の供給を停止し、培養容器８０の内部が空になったあとソレノイドバルブ７５を閉鎖し（ステップＳ３４０）、このプログラムを終了する。なお、回収容器９３にはトリプシンインヒビタを添加してトリプシンの作用を停止させる。また、終了時間は、培養容器８０の底面に接着した細胞８１のすべてがトリプシンの作用により剥離するのに要する時間として予め経験的に定められたものである。
【００３５】
以上詳述した本実施形態の剥離細胞回収装置７０によれば、トリプシンによって培養容器８０の底面から早期に剥離する細胞やある程度時間が経過してから剥離する細胞を適切に分類分けして回収することができる。また、０才ドナー由来の細胞のように、トリプシンによって培養容器８０の底面から早期に剥離した細胞と中程度の時間が経過してから剥離した細胞と長時間経過してから剥離した細胞との間に増殖能力に差があるような場合に、その増殖能力の差に応じて細胞を分取することができるため好ましい。
【００３６】
なお、図４のフローチャートにおいて、必要に応じてステップＳ３４０のあとに更にトリプシン処理時間が所定時間となった時点で回収容器を更新してもよく、この更新操作を何度か繰り返し行ってもよい。こうすれば、トリプシン処理時間をより細分化して細胞を回収することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態や実施例について説明したが、本発明はこれらに何等限定されるものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の剥離細胞回収装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態の剥離操作プログラムのフローチャートである。
【図３】第２実施形態の剥離細胞回収装置の概略構成図である。
【図４】第２実施形態の剥離操作プログラムのフローチャートである。
【図５】培養細胞シートの製品化のフローである。
【符号の説明】
５０…剥離細胞回収装置、５１…支持台、５１ａ…回動軸、５２…注入管、５３…ソレノイドバルブ、５４…排出管、５５…ソレノイドバルブ、５６…電動シリンダ、５７…制御装置、６０…培養容器、６１…接着依存性細胞、６５…回収容器。
Claims (4)
- 接着依存性細胞が接着している培養容器に剥離剤を投入したあとの経過時間を計測する計時手段と、
前記培養容器内の細胞を回収可能な細胞回収手段と、
前記計時手段によって計測された前記経過時間に基づいて、前記剥離剤によって前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を前記細胞回収手段に分類分けして回収させる分類回収制御手段と
を備え、
前記接着依存性細胞は、前記剥離剤を投入したあと剥離するまでの時間によって増殖能力に差があるものであり、
前記分類回収制御手段は、前記計時手段によって計測された経過時間が予め定めた所定の初期時間に達したとき前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を前記細胞回収手段に接着能力や増殖能力の低くなった細胞群を含む初期分類として回収させ、その後前記経過時間が予め定めた所定の後期時間に達するまで前記剥離剤によって前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を前記細胞回収手段に中期分類として回収させ、その後前記剥離剤によって前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を前記細胞回収手段に前記剥離剤との過度の接触による障害で活性の低下が引き起こされた細胞群を含む終期分類として回収させる
剥離細胞回収装置。 - 請求項１記載の剥離細胞回収装置であって、
前記培養容器内に新たな剥離剤を投入する剥離剤投入手段を備え
前記分類回収制御手段は、前記経過時間が前記所定の時間に達するごとに、前記細胞回収手段に前記培養容器から剥離した接着依存性細胞を含む前記培養容器内の剥離剤を全量回収させたあと前記剥離剤投入手段に新たな剥離剤を前記培養容器へ投入させる
剥離細胞回収装置。 - 請求項１記載の剥離細胞回収装置であって、
前記培養容器内に新たな剥離剤を投入する剥離剤投入手段を備え
前記分類回収制御手段は、前記剥離剤投入手段による新たな剥離剤の投入量と前記培養容器から剥離した接着性細胞を含む前記培養容器内の剥離剤が前記細胞回収手段へ流出する流出量とを前記培養容器内に当初の液量がほぼ維持されるように調節すると共に前記培養容器内に前記剥離剤が所定流量で流れるようにし、前記経過時間が前記所定の時間に達するごとに前記細胞回収手段を更新する、
剥離細胞回収装置。 - コンピュータを、請求項１〜３のいずれかに記載の剥離細胞回収装置の少なくとも前記分類回収制御手段として機能させるためのプログラム。
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