JP4245984B2 - 培養処理装置および自動培養装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、培養処理装置および自動培養装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の自動培養装置としては、複数の培養容器を収納可能な固定式の収納棚と、水平・昇降・回転移動可能な搬送手段とを備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
この自動培養装置は、培養室内に配置された収納棚に、鉛直方向に並ぶ複数の小部屋を備え、各小部屋の中に培養容器を1つずつ収容して培養を行い、培養途中あるいは培養終了時に搬送手段を作動させて、小部屋から1つずつ培養容器を取り出し、あるいは、小部屋へ培養容器を収容するよう構成されている。
【0003】
また、この自動培養装置においては、培養容器に培地を注入・排出した使用済みの注入チップや排出チップを培地注入ニードルまたは培地排出ニードルから自動的に取り外すチップ除去部が備えられている。このようにすることで、培地注入ニードルおよび培地排出ニードルには、培地の付着していない新たな滅菌チップを自動的に装着でき、培養容器内の細胞等には常に新たな滅菌チップを接触させることができるので、細胞が塵埃等により汚染されないようになっている。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−262856号公報(図1等)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
この場合において、一旦使用された使用済みのチップは、チップ除去部においてニードルから取り外された後には、所定の廃棄容器に回収されて保管される。しかしながら、保管期間が長くなると、チップに付着した培地等の液体が乾燥して塵埃となって浮遊することが考えられる。この場合には、浮遊した塵埃が培養容器内に付着したり、自動培養装置内の各部に付着したり、内部を浮遊し続けたりする不都合がある。
【0006】
また、回収された廃棄容器内の使用済みチップは、定期的にまたは必要に応じて自動培養装置内から搬出される必要がある。この場合には、作業者が、自動培養装置に設けられた扉を開けて廃棄容器を取り扱うが、扉を開けると同時に浮遊する塵埃に晒されることになるため好ましくない。
【0007】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、回収された使用済みのチップから発生する塵埃が内部に浮遊したり、チップを回収しようとする作業者に降りかかるのを防止することができる培養処理装置および自動培養装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、以下の手段を提供する。
請求項1に係る発明は、培養容器内に収容された細胞に対して所定の処理を施す処理部を備え、該処理部に前記所定の処理を加えるための着脱可能な先端部を備える処理装置と、該処理装置から取り外された使用済みの先端部を収容する廃棄容器と、該廃棄容器内の空気を吸引する吸引装置とが設けられている培養処理装置を提供する。
【0009】
この発明によれば、培養容器内の細胞には、処理部において所定の処理、例えば、培地交換や成長因子の添加等の処理が施される。この場合において、処理を加えるための先端部には処理の際に培地等の付着物が付着するので、1回の使用ごとに使用済みの先端部が廃棄容器内に収容される。そして、吸引装置が作動させられることにより、廃棄容器内の空気が吸引される。これにより、先端部における付着物が、廃棄容器内から処理部内に浮遊して出ることが防止され、培養容器内に飛来する等の不都合の発生が防止されることになる。
【0010】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の培養処理装置において、前記所定の処理が、液体を吸引して培養容器内に注入する処理である培養処理装置を提供する。
この発明によれば、培地交換や成長因子の添加等の液体を注入する所定の処理が施されると、液体が吸引されることによって先端部に付着し、使用済みの先端部は、培地等の液体を付着させたまま廃棄容器内に収容される。その結果、付着物は乾くことにより塵埃となって浮遊することになるが、処理部内に浮遊して出ることが防止されることになる。
【0011】
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の培養処理装置において、前記先端部が、液体を吸引して培養容器内に注入するためのチップである培養処理装置を提供する。
この発明によれば、チップの付着物を処理部内へ浮遊させることなくチップを回収することが可能となる。
【0012】
請求項4に係る発明は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の培養処理装置において、前記吸引装置が、吸引した空気をフィルタを介して処理部外に廃棄するファンである培養処理装置を提供する。
この発明によれば、ファンを作動させることにより、廃棄容器内から吸引された空気がフィルタを介して処理部該に廃棄されるので、廃棄容器近辺の雰囲気を浄化し、かつ、塵埃等をフィルタによって捕獲することが可能となる。
【0013】
請求項5に係る発明は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の培養処理装置において、前記吸引装置が、吸引した空気をフィルタを介して処理部内に供給する空気清浄機により構成されている培養処理装置を提供する。
この発明によれば、処理部に設けられる空気清浄機により、チップ廃棄容器内の空気を吸引することによって、チップ廃棄容器内に浮遊している塵埃を清浄な空気に変えて処理部内に供給することが可能となる。
【0014】
請求項6に係る発明は、請求項4または請求項5に記載の培養処理装置において、前記フィルタがHEPAフィルタである培養処理装置を提供する。
この発明によれば、HEPAフィルタにより、極めて微小な塵埃をも捕獲することが可能となる。
【0015】
請求項7に係る発明は、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の培養処理装置において、前記処理部が筐体内に配置され、該筐体に、前記廃棄容器にアクセスするためのアクセス扉が設けられ、該アクセス扉の開閉状態を検出する扉開閉検出装置と、該扉開閉検出装置によりアクセス扉が開かれたことが検出された場合に、前記吸引装置を作動させる吸引制御装置とを備える培養処理装置を提供する。
【0016】
この発明によれば、筐体に設けられたアクセス扉を開くことにより、筐体の外部から、内部に配置されている廃棄容器にアクセスすることが可能となる。この場合において、扉開閉検出装置によりアクセス扉が開かれたことが検出されると、吸引制御装置により吸引装置が作動させられる。その結果、廃棄容器内の空気が吸引装置により吸引され、アクセス扉から放出されることが防止される。
【0017】
請求項8に係る発明は、請求項7に記載の培養処理装置において、前記扉開閉検出装置によりアクセス扉が開かれたことが検出された場合に、前記吸引制御装置が吸引量を増大させるように前記吸引装置を作動させる培養処理装置を提供する。
この発明によれば、吸引制御装置が、アクセス扉の開状態の検出により吸引装置による空気の吸引量を増大させるので、アクセス扉の開放による開口部からの塵埃の放出がさらに抑制されることになる。
【0018】
請求項9に係る発明は、請求項7または請求項8に記載の培養処理装置において、前記アクセス扉が所定以上開かないようにロックするロック機構を備え、前記扉開閉検出装置によりアクセス扉が閉状態から開状態に切り替わったことが検出された場合に、前記吸引制御装置が前記吸引装置を作動させた後に前記ロック機構によるロックを解除する培養処理装置を提供する。
【0019】
この発明によれば、筐体に設けられたアクセス扉を開くと、扉開閉検出装置によりアクセス扉が開かれたことが検出されるが、ロック機構の作動により所定以上に開かないようにロックされる。これにより、廃棄容器内に浮遊する塵埃が急激にアクセス扉の開口部から外部に放出されることが防止される。吸引制御装置は、吸引装置が作動させられた後にロックを解除するので、アクセス扉が大きく開かれるときには、廃棄容器内に浮遊していた塵埃は吸引装置によって既に吸引された後であり、アクセス扉の開口部から外部に放出されることが防止される。
【0020】
請求項10に係る発明は、請求項7に記載の培養処理装置において、前記吸引制御装置が、前記扉開閉検出装置により前記アクセス扉が開状態から閉状態に切り替わったことが検出された場合に、前記吸引装置の作動を停止する培養処理装置を提供する。
この発明によれば、扉開閉検出装置によりアクセス扉が閉じられたことが確認された後に吸引装置の作動が停止されるので、アクセス扉の開放による開口部からの塵埃の放出がより確実に抑制されることになる。
【0021】
請求項11に係る発明は、請求項8に記載の培養処理装置において、前記吸引制御装置が、前記扉開閉検出装置により前記アクセス扉が開状態から閉状態に切り替わったことが検出された場合に、前記吸引装置による吸引量を減少させるよう制御するので、アクセス扉の開放による開口部からの塵埃の放出がより確実に抑制されることになる。
【0022】
請求項12に係る発明は、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の培養処理装置において、前記処理部が筐体内に配置され、該筐体に、前記廃棄容器にアクセスするためのアクセス扉が設けられ、該アクセス扉を開放するアクセス扉開放スイッチを備え、該アクセス扉開放スイッチが押された場合に、前記吸引装置を作動させた後にアクセス扉を開放する吸引制御装置を備える培養処理装置を提供する。
【0023】
この発明によれば、アクセス扉開放スイッチが押されるとアクセス扉が開放される。この場合に、吸引制御装置の作動により、アクセス扉の開放前に吸引装置が作動させられるので、開放されたアクセス扉の開口部から廃棄容器内の塵埃が外部に放出されることが防止されることになる。
【0024】
請求項13に係る発明は、請求項12に記載の培養処理装置において、前記アクセス扉を閉鎖するアクセス扉閉鎖スイッチを備え、該アクセス扉閉鎖スイッチが押された場合に、前記吸引制御装置が、前記アクセス扉を閉鎖した後に前記吸引装置の作動を停止する培養処理装置を提供する。
この発明によれば、アクセス扉閉鎖スイッチが押されると、アクセス扉が閉鎖される。この場合に、吸引制御装置の作動により、アクセス扉が閉鎖されるまでは吸引装置の作動が停止されないので、アクセス扉の開放による開口部からの塵埃の放出がより確実に抑制されることになる。
【0025】
請求項14に係る発明は、請求項12に記載の培養処理装置において、前記吸引制御装置が、前記アクセス扉開放スイッチが押された場合に、吸引量を増大させるように前記吸引装置を作動させる培養処理装置を提供する。
この発明によれば、吸引量が増大された後にアクセス扉が開かれるので、廃棄容器内に浮遊する塵埃が外部に放出されることが防止される。
【0026】
請求項15に係る発明は、請求項14に記載の培養処理装置において、前記アクセス扉を閉鎖するアクセス扉閉鎖スイッチを備え、該アクセス扉閉鎖スイッチが押された場合に、前記吸引制御装置が、前記アクセス扉を閉鎖した後に前記吸引装置による吸引量を減少させるよう前記吸引装置を作動させる培養処理装置を提供する。
この発明によれば吸引制御装置の作動により、アクセス扉が閉鎖されるまでは吸引装置による吸引量が増大された状態に持続されるので、アクセス扉の開放による開口部からの塵埃の放出がより確実に抑制されることになる。
【0027】
請求項16に係る発明は、細胞を収容した培養容器を出し入れ可能に収容し、所定の培養条件を維持しつつ細胞を培養する培養室と、該培養室外に配置された請求項1から請求項15のいずれか1項に記載の培養処理装置と、これら培養室と培養処理装置との間において培養容器を搬送する搬送機構とを備える自動培養装置を提供する。
【0028】
この発明によれば、細胞を入れた培養容器を培養室内に収容し、培養室内を所定の培養条件に維持して、効率的な培養を行うことが可能となる。そして、培養容器内の細胞は、定期的にまたは必要により培養室から取り出されて搬送機構により培養処理装置へ搬送され、該培養処理装置において所定の処理、例えば、培地交換や成長因子の添加等の処理が施される。この場合に、所定の処理を加えるための先端部における付着物が廃棄容器内から処理部内に浮遊して出ることが防止されることになる。
【0029】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態に係る培養処理装置および自動培養装置について、図1〜図6を参照して説明する。
本実施形態に係る自動培養装置1は、図1に示されるように、外部から観察可能な透明な壁材により密閉され、シャッタ2を介して相互に連絡する第1空間S1と第2空間(培養処理装置)S2とを備えている。
【0030】
第1空間S1の両側空間S11,S13には、培養容器3を収容する培養室4が2個ずつ計4個配置され、中央空間S12には、培養容器3を移動するための搬送ロボット(搬送機構)5が備えられている。中央空間S12の上部には、中央空間S12内の空気を浄化するために清浄な下降空気流を送る空気清浄機6が設けられている。
4個の培養室4は、それぞれ中央空間S12に向けて扉4aを配置することにより、横に並んだ2個ずつが相互に扉4aを対向させて、間隔をあけて配置されている。
【0031】
前記各培養室4は、図2および図3に示されるように、一側面に開口部4bを有し、該開口部4bを開閉可能な扉4aを備えている。開口部4bに向かって左右の側壁には、対応する高さ位置に複数のレール状のトレイ保持部材4cが設けられており、左右対となる各トレイ保持部材4cに掛け渡すようにして、トレイ7を上下方向に複数段収容できるようになっている。各培養室4内は、所定の培養条件、例えば、温度37±0.5℃、湿度100%およびCO2濃度5%等に維持されている。なお、トレイ保持部材はレール状に限定されず、トレイを出し入れ可能に支持することができれば任意の形態でよい。
【0032】
各トレイ7には、複数個、例えば、10個の培養容器3を並べて載置できるようになっている。各培養容器3は、図4に示されるように、容器本体3aと、該容器本体3aの上面に設けられた蓋体3bとからなり、容器本体3aの左右の側面には、後述する第2空間内のハンドにより引っかけられる突起3cが設けられている。
【0033】
各培養室4の下方には、未使用の培養容器3をトレイ7に搭載した状態で複数収容するストッカ8が配置されている。ストッカ8は、前記培養室4の扉とは反対側の第1空間S1の外部に向かう側面に開閉可能なドア8aを有している。該ドア8aは、ストッカ8の一側面全体を開放する大きさに形成されている。
【0034】
前記搬送ロボット5は、4個の培養室4の間隔位置のほぼ中央に配置されている。該搬送ロボット5は、水平回転可能な第1アーム5aと、該第1アーム5aの先端に鉛直軸回りに回転可能に連結された第2アーム5bと、該第2アーム5bの先端に鉛直軸回りに回転可能に取り付けられ、それ自身は駆動部、伝導機構などの培養室内の環境を劣化させる機構を持たないハンド5cと、これら第1アーム5a、第2アーム5bおよびハンド5cを昇降可能な昇降機構5dとを備えている。これにより、搬送ロボット5は、4個の培養室4内の全てのトレイ7にアクセスするとともに、前記シャッタ2を跨いで第1空間S1と第2空間S2との間に配置されたコンベア9上にトレイ7を引き渡すことができる水平方向の動作範囲を有している。
【0035】
前記コンベア9は、搬送ロボット5のハンド5cの幅寸法より大きな間隔をあけて左右に配置された2本の無端ベルト9aを備え、これら無端ベルト9aに掛け渡してトレイ7を載置できるようになっている。また、搬送ロボット5は、培養室4内の全てのトレイ7にアクセスするとともに、前記ストッカ8内の少なくとも最上段のトレイ7にアクセスできる垂直方向の動作範囲を有している。
なお、ベルト9aは無端ベルトに限られない。
【0036】
前記ハンド5cは、トレイを載置可能に水平方向に伸びる平坦な形状に形成されており、培養室4に収容されているトレイ7間の隙間に挿入可能な厚さ寸法に形成されている。そして、ハンド5cは、トレイ7間の隙間に挿入された状態から上昇させられることにより、2本の腕によってトレイ7を下方から押し上げてトレイ保持部材4cから取り上げるとともに、トレイ7を安定して保持できるようになっている。
【0037】
前記第2空間S2は、外部から視認可能な透明な筐体30内に形成されている。この第2空間S2内には、処理部32が設けられており、図5に示されるように、水平な区画壁31によって、上部空間S21と下部空間S22とに上下に区画されている。第2空間S2の上部には、HEPAフィルタ等のフィルタ34からなる空気清浄機35が設けられている。
【0038】
前記フィルタ34は、後述する吸引ファン39により形成された下降空気流を通過させる際に、該空気流内に含まれている微細な塵埃を吸着して除去するようになっている。フィルタ34を通過して清浄化された下降空気流は、第2空間S2内の上部空間S21を下降させられる間に、該上部空間S21内に浮遊している塵埃等を下降させ、区画壁31の下方に送り込むようになっている。
【0039】
第2空間内の区画壁31上方には、図1に示されるように、シャッタ2が開かれた状態で第1空間S1からコンベア9によって搬送されてきたトレイ7上の培養容器3を取り扱うハンドリングロボット10と、培養容器3内の培地から細胞を分離する遠心分離機11と、血清や試薬等の種々の液体を分注するための電動ピペット12を備えた水平回転および昇降移動可能な2台の分注ロボット13(処理装置)と、これら分注ロボット13の電動ピペット12先端に取り付ける使い捨て可能なチップ14を複数収容していて分注ロボット13の動作範囲内に提供可能な3台のチップ供給装置15と、血清や試薬等の種々の液体を複数の容器に貯留する試薬等供給装置16と、培養容器3内における細胞の様子を観察可能な顕微鏡17と、後述する水平移動機構19のスライダ20に取り付けられ、受け取った培養容器3を載置して振動を加えるシェーカ21とが備えられている。
【0040】
また、前記第2空間S2の区画壁31下方の下部空間S22には、使用済みのチップ14を廃棄回収するチップ回収部38(図5参照)と、該チップ回収部38の側方に設けられた吸引ファン39と、該吸引ファン39により形成された空気流を通過させることにより塵埃等を捕集する、例えば、HEPAフィルタのようなフィルタ47と、各試薬および培地交換等により廃棄される廃液をそれぞれ貯留する複数の貯留タンク18と、前記コンベア9と各ロボット10,13との間で培養容器3を受け渡し可能とするように培養容器3を移動させる水平移動機構19とが備えられている。この区画壁31下方の下部空間S22には、図2に示されるように、アクセス扉40が設けられており、作業者は、該アクセス扉40を開けることにより、筐体30の外部から区画壁31下方の下部空間S22内にアクセスすることができるようになっている。
【0041】
前記アクセス扉40には、該アクセス扉40の開閉を検出する扉開閉センサ41(扉開閉検出装置)が設けられている。また、筐体30側には扉開閉センサ42(扉開閉検出装置)が固定されている。扉開閉センサ42は、図示しない制御装置(吸引制御装置)を介して吸引ファン39のモータ43に接続されている。該制御装置は、扉開閉センサ42から受信した信号に基づいて、前記吸引ファン39を作動させるようになっている。
【0042】
前記ハンドリングロボット10は、培養容器3を取り扱う把持ハンド10aを水平移動および昇降移動させる水平多関節型ロボットである。例えば、図1に示す例では、相互に連結された3つの水平アーム10b,10c,10dと、これら水平アーム10b〜10dを昇降させる昇降機構10eとを備えている。また、水平アーム10b〜10dの先端には、培養容器3を把持する把持ハンド10aの他に、培養容器3内から細胞や培地を出し入れするチップ14を着脱可能な電動ピペット(図示略)と、培養容器3の蓋体3bを引っかけて開閉する蓋体開閉ハンド(図示略)とが備えられている。
【0043】
ハンドリングロボット10は、コンベア9で搬送されてきたトレイ7上の培養容器3の蓋体3bを開閉し、培養容器3を把持して搬送することによりシェーカ21および顕微鏡17に供給し、電動ピペット先端のチップ14を交換し、培養容器3内から取り出した細胞入り培地を遠心分離機11に投入するようになっている。したがって、ハンドリングロボット10は、コンベア9、シェーカ21、顕微鏡17、チップ供給装置15、チップ回収部38および遠心分離機11等の種々の装置をその動作範囲内に配置している。
【0044】
前記遠心分離機11は、ハンドリングロボット10から供給された細胞入り培地を高速回転させることにより培地内に浮遊していた比重の重い細胞を培地から分離して沈下させるようになっている。
【0045】
前記分注ロボット13は、先端にチップ(先端部)14を着脱可能に取り付ける電動ピペット12を備えた水平回転可能なアーム13aと、該アーム13aを昇降させる昇降機構13bとを備えている。分注ロボット13は、水平移動機構19によって搬送されて来た培養容器3内へ、培地や種々の試薬を供給するようになっている。したがって、分注ロボット13は、水平移動機構19上のシェーカ21、チップ供給装置15、チップ回収部38および試薬等供給装置16等の種々の装置をその動作範囲内に配置している。
【0046】
前記チップ供給装置15は、上方に開口した容器15a内に、電動ピペット12への取付口を上向きにして複数のチップ14を配列状態に収容しており、ハンドリングロボット10や分注ロボット13が、新たなチップ14を必要とするときに、電動ピペット12を上方から挿入するだけで、電動ピペット12の先端にチップ14を取り付けるように構成されている。容器15aは、ハンドリングロボット10や分注ロボット13の動作範囲と、蓋体15bとの間で往復移動させられるように移動機構15cに取り付けられており、チップ14の交換が不要なときには、チップ14への塵埃等の付着を防止するために、移動機構15cを作動させて蓋体15bの下方に配置されるようになっている。
【0047】
前記チップ回収部38は、図5および図6に示すように、区画壁31に形成された貫通孔44の下方に配置された回収容器(廃棄容器)45と、その入口に配置され、チップ14の上端を引っかけるチップ係合部材46とを備えている。これにより、ハンドリングロボット10や分注ロボット13を作動させて、チップ14の上端をチップ係合部材46に引っかけた状態で、電動ピペット12を上昇させることにより、これらの電動ピペット12において使用されたチップ14を電動ピペット12先端から取り外し、回収容器45内に回収するようになっている。
【0048】
前記試薬等供給装置16は、例えば、図1に示されるように、円筒状のケーシング内部に、水平回転可能なテーブル16aを収容し、該テーブル16a上に、扇型の底面形状を有する筒状の試薬等容器16bを周方向に複数配列して搭載している。各試薬等容器16bには、種々の試薬等が貯留されている。例えば、細胞を培養するために必要な培地を構成するMEM(Minimal Essential Medium:最小必須培地)、FBS(Fetal Bovine Serum:ウシ胎児血清)やヒト血清のような血清、培養容器3内の細胞を剥離させるトリプシンのような蛋白質分解酵素や、培養に際して細胞を成長させるサイトカインのような成長因子、細胞を分化させるデキサメタゾンのような分化誘導因子、ペニシリン系抗生物質のような抗生剤、エストロゲン等のホルモン剤や、ビタミン等の栄養剤が貯留されている。
【0049】
試薬等供給装置16のケーシングの上面には、分注ロボット13が電動ピペット12先端のチップ14を挿入する挿入口16cが設けられている。この挿入口16cは、前記分注ロボット13の動作範囲内に配置されている。また、各試薬等容器16bは、その上面に、前記挿入口16cに一致する位置に配置される開口部(図示略)を備えている。これにより、テーブル16aを回転させて試薬等容器16bの開口部をケーシングの挿入口16cの鉛直下方に配置することで、分注ロボット13が、電動ピペット12先端のチップ14を上方から試薬等容器16b内へ挿入して、内部に貯留されている試薬等を吸引することができるようになっている。試薬等供給装置16と、分注ロボット13とを2台ずつ設けているのは、検体に共通のトリプシンのような薬液と、検体に固有の血清のような液体とを分離して取り扱うようにしているためである。
【0050】
前記顕微鏡17は、培養工程の途中、あるいは、培地交換の際に、培養容器3内の細胞数を計数する場合などに使用されるようになっている。顕微鏡17のXYステージや作動距離調整、倍率の変更等は全て遠隔操作により行うことができるように構成されている。第2空間S2の外方に向けて接眼レンズを配置しておくことにより、自動培養装置1の外部から培養容器3内の細胞の状態を目視できるようにしてもよい。
【0051】
前記貯留タンク18は、例えば、全ての検体に共通して使用できるMEMやPBS(リン酸緩衝液)等を貯留しておき、必要に応じて試薬等供給装置16内の試薬等容器16a内に供給するようになっている。また、貯留タンク18には、廃液タンクとして、培地交換の際に排出される廃培地等を貯留するものもある。
【0052】
前記水平移動機構19は、直線移動機構により水平方向に移動可能なスライダ20を備えている。スライダ20上には前記シェーカ21が搭載されており、シェーカ21に搭載された培養容器3を、コンベア9から分注ロボット13の動作範囲まで移動させることができるようになっている。
【0053】
前記シェーカ21は、コンベア9上のトレイ7内から移載された培養容器3を搭載して保持する保持機構(図示略)を備えるとともに、該培養容器3に振動を付与する加振装置(図示略)を備えている。加振装置は、例えば、培養容器3を所定の角度範囲で往復揺動させる装置である。なお、加振装置として、超音波振動を加える装置や、水平方向の振動を加える装置を採用してもよい。
本実施形態に係る自動培養装置1の各種装置には、図示しない制御装置が接続されている。制御装置は、各工程の順序や動作タイミング等を制御するとともに、動作履歴等を記録保存するようになっている。
【0054】
このように構成された本実施形態に係る自動培養装置1の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る自動培養装置1を用いて、細胞を培養するには、まず、患者から採取された骨髄液を遠心分離容器(図示略)に入れた状態で遠心分離機11に投入する。この工程は、作業者が行ってもよく、また、ハンドリングロボット10に行わせてもよい。これにより、遠心分離機11の作動により、骨髄液中から比重の重い骨髄細胞が抽出される。
【0055】
抽出された骨髄細胞は、ハンドリングロボット10により、培養容器3に投入される。このとき、コンベア9の作動により、トレイ7に載せた10個の空の培養容器3が、第1空間S1から第2空間S2に差し出されている。ハンドリングロボット10は、差し出された培養容器3の内の2個の蓋体3bを開けた後に、把持ハンド10aを作動させてこれを把持することにより、シェーカ21上に移載する。なお、蓋体3bを開けるロボットを別途設けてもよい。これにより処理直前に蓋体3bを開けることができ、容器本体3a内に異物が入る確率を低減することができる。
【0056】
チップ供給装置15が移動機構15cを作動させることにより、未使用のチップ14をハンドリングロボット10の動作範囲内に配すると、ハンドリングロボット10は、チップ供給装置15から未使用のチップ14を受け取って電動ピペット12の先端に取り付ける。
この状態で、ハンドリングロボット10を作動させて、電動ピペット12先端のチップ14を遠心分離機11内に抽出された骨髄細胞に接触させる。そして、電動ピペットを作動させることにより、チップ14内に骨髄細胞を吸引する。吸引された骨髄細胞はハンドリングロボット10を作動させることにより、シェーカ21上に蓋体3bを開けて移載されている培養容器3内に投入される。
【0057】
骨髄細胞を培養容器3内に投入し終わると、ハンドリングロボット10は、チップ回収部までチップ14を搬送して使用済みのチップ14を取り外す。電動ピペット12先端のチップ14が、区画壁31に設けられた貫通孔44に挿入された後、水平方向に移動させられることにより、チップ14の上端が貫通孔44の下方に配置されているチップ係合部材46に引っかけられる。この状態で、ハンドリングロボット10の作動により電動ピペット12を引き上げることによって、電動ピペット12の先端から使用済みのチップ14が取り外されて、その下方に配置されている回収容器45内に落下する。
また、チップ供給装置15は、移動機構15cの作動により容器15aを蓋体15bの下方に配置する。
なお、チップの取り外しは、上述した方法に限定されるものではなく、例えば、ハンドリングロボット側に設けたチップ取り外し機構によって取り外してもよいことは言うまでもない。
【0058】
次に、骨髄細胞が投入された培養容器3は、水平移動機構19を作動させることにより、シェーカ21ごと水平移動させられ、各分注ロボット13の動作範囲内に配置される。分注ロボット13は、チップ供給装置15から受け取った未使用のチップ14を先端に取り付けた電動ピペット12を作動させることにより、試薬等供給装置16の試薬等容器16b内からMEMや血清、あるいは各種試薬を適量吸引した後に、培養容器3の上方まで搬送して培養容器3内に注入する。血清や各試薬の吸引は、各試薬等の吸引毎にチップ供給装置15から未使用のチップ14に交換して行われる。これにより、培養容器3内においては、適正な培地内に骨髄細胞が混合された状態で存在することになる。なお、培地内において骨髄細胞を均一に分布させるために、シェーカ21を作動させて、培養容器3ごと加振することにしてもよい。そして、全ての処理を終えた培養容器3は水平移動機構19の作動により、ハンドリングロボット10の動作範囲に戻される。ハンドリングロボット10は、培養容器本体3aに蓋体3bを被せた上で、培養容器3をトレイ7上に戻す。
【0059】
トレイ7上の全ての培養容器3に対して所定の処理が行われた後に、コンベア9を作動させることにより、トレイ7に載せられた培養容器3が第2空間S2から第1空間S1の中央空間S12内に挿入される。この状態で、搬送ロボット5を作動させることにより、ハンド5cによってトレイ7を持ち上げる。そして、トレイ7を収容する培養室4の前まで搬送したところで、当該培養室4の扉4aを開き、搬送ロボット5によって、空いているトレイ保持部材4c上にトレイ7を挿入する。そして、再度、扉4aを閉じることにより、培養室4内の培養条件を一定に保持して細胞の培養が行われることになる。なお、骨髄細胞投入や、MEM、血清、各種試薬の投入や吸引の順序は適宜変更してもよいのは言うまでもない。
【0060】
また、培地交換や容器交換の際にも、上記と同様にして、培養室4外に配置されている搬送ロボット5の作動により、培養室4内の培養容器3がトレイ7ごと取り出され、第1空間S1から第2空間S2へ受け渡される。第2空間S2では、培養容器3内にトリプシンが注入されて、培養容器3内の細胞が剥離させられた状態で、ハンドリングロボット10の作動によって遠心分離機11内に投入され、間葉系幹細胞等の必要なもののみが抽出される。その他の処理工程は上記と同様である。
【0061】
そして、複数回の培地交換や容器交換を介した所定期間に渡る培養工程を行うことにより、間葉系幹細胞が十分な細胞数まで増殖させられることになる。十分な細胞数に達したか否かは、ハンドリングロボット10の作動により、間葉系幹細胞が底面に付着した培養容器3を顕微鏡17まで搬送することにより、測定され、判断される。なお、トレイ7上には、同一検体の培養容器3が載置されていてもよいし、異なる検体の培養容器3が混在していてもよい。また、シェーカ21上には同一検体の培養容器3が載置されてもよいし、異なる検体の培養容器3が混在していてもよい。
【0062】
このようにして、本実施形態に係る自動培養装置1により、患者から採取した骨髄液から十分な細胞数の間葉系幹細胞を自動的に培養することが可能となる。なお、十分な間葉系幹細胞が得られた後には、培養容器3内にリン酸カルシウムのような生体組織補填材およびデキサメタゾンのような分化誘導因子を投入して、再度培養工程を継続することにより、生体の欠損部に補填可能な、生体組織補填体を製造することにしてもよい。
【0063】
この場合において、本実施形態に係る自動培養装置1によれば、培養室4内に、培養容器3を取り出すための機構部が存在しない。すなわち、培養室4内には、トレイ7を載置した状態に支持するトレイ支持部材4cが設けられているのみであり、培養容器3を取り出すための機構部は全て培養室4外に配置された搬送ロボット5に集約されている。そして、搬送ロボット5は、トレイ7の出し入れ作業が行われた後には、培養室4の扉4aの外側に完全に退避することができるようになっている。
【0064】
したがって、扉4aが閉じられた状態では、培養室4内に機構部が存在せず、機構部の作動によって発生するような塵埃の発生は全く存在しない。また、培養室4内は、温度37±0.5℃、湿度100%およびCO2濃度5%等に維持されるが、機構部が存在しないために、このような環境下においても、腐食等の問題が生ずることがない。また、扉4aが開かれた状態においても、培養室4内に挿入されるのは搬送ロボット5のハンド5c先端のみであり、実質的に回転機構や摺動機構が培養室4内に入ることはない。したがって、培養室4内への塵埃の侵入が抑制され、培養室4内部の清浄度を高めることができる。
なお、培養室4はCO2インキュベータ、マルチガスインキュベータ、インキュベータ、保冷庫等のように、培養に利用されるものあるいはその組合せで構成されていてもよい。
【0065】
さらに、本実施形態に係る自動培養装置1は、搬送ロボット5の設置されている中央空間S12の上部に、空気清浄部6を備えているので、搬送ロボット5の存在する中央空間S12内も常に清浄度が維持されている。したがって、培養室4の扉4aが開かれときにも、培養室4内に塵埃が流入することを最小限に抑えることが可能となる。
したがって、本実施形態に係る自動培養装置1によれば、培養中の細胞が塵埃等によって汚染される可能性を低減し、健全な細胞を培養することができるという効果がある。
【0066】
また、本実施形態に係る自動培養装置1によれば、複数の培養容器3に対して処理を施すことにより、使用済みのチップ14がチップ回収部38において回収容器45内に多数回収されていくことになる。この場合において、回収容器45内に回収された使用済みのチップ14に付着している培地、試薬、細胞等は、時間の経過とともに乾燥し、微細な塵埃となって空気中に浮遊することとなる。しかしながら、本実施形態に係る自動培養装置1によれば、第2空間S2を上下方向に区画する区画壁31によって、培養容器3内部に対して処理が施される処理部32の上部空間S21から区画された下部空間S22に回収容器45が配置されているので、発生した塵埃が上部空間S21に浮遊することが防止されている。
【0067】
さらに、吸引ファン39の作動により、空気清浄機35のフィルタ34を介して外気を吸引することによって発生する下降空気流により、下部空間S22内に浮遊する塵埃が上部空間S21に立ち上ってくることはない。さらに、下降空気流により上部空間S21から下部空間S22へ押し流された空気は、吸引ファン39によって吸引されることによりフィルタ47を介して塵埃を吸着除去された清浄な空気として筐体30の外部に排出される。この場合に、吸引ファン39により筐体30内に取り入れられる空気量Aと排出される空気量Bとはバランスしている。
【0068】
また、回収容器45内に使用済みのチップ14が溜まってきた場合には、作業者がアクセス扉40を開けて下部空間S22内部の回収容器45を回収することになる。この場合に、本実施形態に係る自動培養装置1によれば、アクセス扉40を開くことにより、扉開閉センサ41,42がアクセス扉40の開状態を検出すると、制御装置が、モータ43の回転数を上げるなど、吸引量を増加させるように吸引ファン39を作動させるので、下部空間S22内の回収容器45の周囲に浮遊していた塵埃が吸引ファン39によって吸引され、フィルタ47に捕集されることになる。したがって、使用済みチップ14から発生した塵埃が、アクセス扉40を開けて回収容器45を回収しようとする作業者に降りかかることが防止される。また、この場合に、吸引ファン39により筐体30内に取り入れられる空気量A+Cと排出される空気量B’とがバランスしている。したがって、上部空間S21内に下降空気流が形成され続けることになる。
【0069】
なお、この発明は、上記実施形態に示した構成に限定されるものではない。すなわち、培養室4の形状や数、搬送ロボット5、ハンドリングロボット10および分注ロボット13の形態や数、各種装置の形態や数等は、何ら限定されることなく、適用条件に合わせて任意に設定することができる。
【0070】
また、アクセス扉40の開閉を扉開閉センサ41,42により検出して吸引ファン39の回転数を変化させることとしたが、これに代えて、図7に示されるように、フィルタ34の上方にファン33および、外部に排出される空気を浄化するHEPAフィルタのようなフィルタ48を設け、扉開閉センサ41,42がアクセス扉40の開状態を検出したときに、吸引ファン39の作動状態を維持したままで、ファン33を起動することにしてもよい。
【0071】
この場合、アクセス扉40が開かれていないときには、吸引ファン39によりダクト37を介して上部空間S21の上方に送られ、再度フィルタ34を介して下降空気流を形成することにより筐体30内を循環させられる。そして、アクセス扉40が開かれたことが検出された場合には、吸引ファン39を作動させたままでファン33を起動して吸引量を増加させることにより、アクセス扉の開口から吸引された分の空気量Cを筐体30上部のフィルタ48を介して外部に排出させることにしてもよい。
【0072】
また、図8に示されるように、筐体30の上部を天井36により閉鎖しておき、アクセス扉40が開かれていないときには、吸引ファン39を停止させてファン33により下降空気流を形成しながら筐体30内の空気を循環させ、アクセス扉40が開かれた時には、吸引ファン39を起動して、アクセス扉40から流入する分の空気流Cをフィルタ47を介して外部に放出させることにしてもよい。
【0073】
また、上記実施形態においては、アクセス扉40が、作業者により手動で開かれることとしたが、これに代えて、図示しないアクセス扉開閉スイッチにより自動的に開閉させることにしてもよい。この場合には、扉開閉センサ41,42に代えて、アクセス扉開閉スイッチのオンオフ状態によりアクセス扉40の開閉状態を検出することにすればよい。
【0074】
また、この場合には、アクセス扉開閉スイッチがアクセス扉40を開放するために押されたときに、まず、制御装置によりファン33または吸引ファン39による吸引量を増加させた後にアクセス扉40を開放することが好ましい。これにより、アクセス扉40が開かれるときには、下部空間S22内に浮遊している塵埃が除去されているので、アクセス扉40の開口から外部に放出されることが防止される。
【0075】
さらに、この場合には、アクセス扉開閉スイッチがアクセス扉40を閉鎖するために押されたときに、アクセス扉40の閉鎖を確認してから吸引の停止または吸引量の低減を行うことが好ましい。これにより、アクセス扉40が開いている間は、下部空間S22内の塵埃が除去され続けていることになり、アクセス扉40の開口からの塵埃の放出がより確実に防止される。
【0076】
また、アクセス扉40を手動で開閉する場合に、扉開閉センサ41,42が作動する程度の開度で一旦アクセス扉40をロックするロック機構(図示略)を設けておき、扉開閉センサ41,42によりアクセス扉40の開閉状態が、閉状態から開状態に切り替わったことが検出された場合には、ファン33または吸引ファン39により吸引量を増大させた後に、ロック機構を解除することにしてもよい。このようにすることで、下部空間S22内に浮遊する塵埃が十分に除去されていない状態でアクセス扉40が大きく開放されることが防止され、塵埃の外部への放出が防止されることになる。
【0077】
また、チップ供給装置およびチップ回収部として、図9〜図11に示される構造のものを採用してもよい。
図9のチップ供給装置50は、シャッタ51により上部開口部52を開閉可能な密閉構造のケース53の内部に、上下方向に積み重ねた複数のチップ14を昇降させる昇降機構54を備えている。図中符号55は、消毒用の紫外線照射ランプ、符号56は、チップ14を取り外すときに作動させられる押圧部材を示している。チップ14を供給する際には、電動ピペット12を下降させる一方、ケース内でチップ14を上昇させ、シャッタ51を開放した上部開口部52を介して電動ピペット12にチップ14を供給することにすればよい。
【0078】
また、チップ回収部57も、図10に示されるように、シャッタ58により上部開口59を開閉可能なケース60内に紫外線照射ランプ61を備えている。チップ14を廃棄するときには、電動ピペット12に設けられた押圧部材56によってチップ14の上端部を押し下げることにより、電動ピペット12からチップ14を取り外し、ケース60内に落下させることで回収されるようにしてもよい。シャッタ51,58は、例えば、図11(a)に閉状態、(b)に開状態をそれぞれ示すアイリスシャッタ等任意の構造のものでよい。
【0079】
また、成長因子としては、サイトカインの他に、例えば、濃縮血小板、BMP、FGF、TGF−β、IGF、PDGF、VEGF、HGFやこれらを複合させたもの等の成長に寄与する物質を採用することにしてもよい。また、抗生剤としては、ペニシリン系抗生物質の他、セフェム系、マクロライド系、テトラサイクリン系、ホスホマイシン系、アミノグリコシド系、ニューキノロン系等任意の抗生物質を採用することができる。
【0080】
また、細胞を生体組織補填材に付着させて培養してもよい。生体組織補填材としては、リン酸カルシウムに代えて、生体組織に親和性のある材料であれば任意のものでよく、生体吸収性の材料であればさらに好ましい。特に、生体適合性を有する多孔性のセラミックスや、コラーゲン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ヒアルロン酸、またはこれらの組合せを用いてもよい。また、チタンの様な金属であってもよい。また、生体組織補填材は、顆粒状でもブロック状でもよい。
【0081】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る培養処理装置および自動培養装置によれば、使用済みのチップに付着していた塵埃が、乾燥することにより空気中に浮遊した場合においても、使用済みのチップを回収しようとする作業者に、塵埃が降りかかることや、培養容器に塵埃が飛来することを防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施形態に係る自動培養装置を示す斜視図である。
【図2】 図1の自動培養装置の第1空間を概略的に示す縦断面図である。
【図3】 図1の自動培養装置の第1空間を概略的に示す平面図である。
【図4】 図1の自動培養装置において用いられる培養容器の一例を示す斜視図である。
【図5】 図1の自動培養装置の培養処理装置を概略的に示す縦断面図である。
【図6】 図1の自動培養装置のチップ回収部を示す斜視図である。
【図7】 この発明に係る自動培養装置の変形例を示す図5と同様の縦断面図である。
【図8】 この発明に係る自動培養装置の他の変形例を示す図5と同様の縦断面図である。
【図9】 チップ供給装置の変形例を示す縦断面図である。
【図10】 チップ回収部の変形例を示す縦断面図である。
【図11】 シャッタの一例を説明する平面図である。
【符号の説明】
1 自動培養装置
3 培養容器
4 培養室
13 分注ロボット(処理装置)
14 チップ(先端部)
32 処理部
33 ファン(吸引装置)
34 フィルタ
35 空気清浄機
39 吸引ファン(吸引装置)
40 アクセス扉
41,42 扉開閉センサ(扉開閉検出装置)
45 回収容器(廃棄容器)
S2 第2空間(培養処理装置)
Claims (16)
- 培養容器内に収容された細胞に対して所定の処理を施す処理部を備え、
該処理部に前記所定の処理を加えるための着脱可能な先端部を備える処理装置と、該処理装置から取り外された使用済みの先端部を収容する廃棄容器と、該廃棄容器内の空気を吸引する吸引装置とが設けられている培養処理装置。 - 前記所定の処理が、液体を吸引して培養容器内に注入する処理である請求項1に記載の培養処理装置。
- 前記先端部が、液体を吸引して培養容器内に注入するためのチップである請求項2に記載の培養処理装置。
- 前記吸引装置が、吸引した空気をフィルタを介して処理部外に廃棄するファンである請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の培養処理装置。
- 前記吸引装置が、吸引した空気をフィルタを介して処理部内に供給する空気清浄機により構成されている請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の培養処理装置。
- 前記フィルタがHEPAフィルタである請求項4または請求項5に記載の培養処理装置。
- 前記処理部が筐体内に配置され、
該筐体に、前記廃棄容器にアクセスするためのアクセス扉が設けられ、
該アクセス扉の開閉状態を検出する扉開閉検出装置と、該扉開閉検出装置によりアクセス扉が開かれたことが検出された場合に、前記吸引装置を作動させる吸引制御装置とを備える請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の培養処理装置。 - 前記吸引制御装置は、前記扉開閉検出装置によりアクセス扉が開かれたことが検出された場合に、吸引量を増大させるように前記吸引装置を作動させる請求項7に記載の培養処理装置。
- 前記アクセス扉が所定以上開かないようにロックするロック機構を備え、
前記吸引制御装置は、前記扉開閉検出装置によりアクセス扉が閉状態から開状態に切り替わったことが検出された場合に、前記吸引装置を作動させた後に前記ロック機構によるロックを解除する請求項7または請求項8に記載の培養処理装置。 - 前記吸引制御装置は、前記扉開閉検出装置により前記アクセス扉が開状態から閉状態に切り替わったことが検出された場合に、前記吸引装置の作動を停止する請求項7に記載の自動培養装置。
- 前記吸引制御装置は、前記扉開閉検出装置により前記アクセス扉が開状態から閉状態に切り替わったことが検出された場合に、前記吸引装置による吸引量を減少させるよう制御する請求項8に記載の培養処理装置。
- 前記処理部が筐体内に配置され、
該筐体に、前記廃棄容器にアクセスするためのアクセス扉が設けられ、
該アクセス扉を開放するアクセス扉開放スイッチを備え、
該アクセス扉開放スイッチが押された場合に、前記吸引装置を作動させた後にアクセス扉を開放する吸引制御装置を備える請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の培養処理装置。 - 前記アクセス扉を閉鎖するアクセス扉閉鎖スイッチを備え、該アクセス扉閉鎖スイッチが押された場合に、前記吸引制御装置が、前記アクセス扉を閉鎖した後に前記吸引装置の作動を停止する請求項12に記載の培養処理装置。
- 前記吸引制御装置は、前記アクセス扉開放スイッチが押された場合に、吸引量を増大させるように前記吸引装置を作動させる請求項12に記載の培養処理装置。
- 前記アクセス扉を閉鎖するアクセス扉閉鎖スイッチを備え、該アクセス扉閉鎖スイッチが押された場合に、前記吸引制御装置が、前記アクセス扉を閉鎖した後に前記吸引装置による吸引量を減少させるよう前記吸引装置を作動させる請求項14に記載の培養処理装置。
- 細胞を収容した培養容器を出し入れ可能に収容し、所定の培養条件を維持しつつ細胞を培養する培養室と、
該培養室外に配置された請求項1から請求項15のいずれか1項に記載の培養処理装置と、
これら培養室と培養処理装置との間において培養容器を搬送する搬送機構とを備える自動培養装置。
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