JP5036692B2

JP5036692B2 - 細胞処理装置

Info

Publication number: JP5036692B2
Application number: JP2008306548A
Authority: JP
Inventors: 光博原
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2028-12-01
Also published as: JP2010125445A

Description

本発明は、細胞処理装置に関するものである。

従来、脂肪組織を自動で処理して脂肪由来細胞を分離するシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。脂肪組織は、例えば患者の体内から吸引して採取され、消化酵素液内で分解されると結合していた脂肪由来細胞が分離して細胞懸濁液となる。その後、遠心分離で脂肪由来細胞の細胞塊と消化酵素が含まれた上清とに分離されて上清のみが排出され、洗浄液で遠心分離による洗浄を繰り返して洗浄処理が行われる。こうして消化酵素が段階的に希釈されて除去され、異物が除去された高純度な脂肪由来細胞が得られる。

抽出された脂肪由来細胞は再生医療に用いられ、例えば、患者の体内へ注入されたり、培養されたりする。したがって、脂肪由来細胞の洗浄処理においては、消化酵素が所定の濃度以下になるまで確実に除去されなければならない。

一方、上述した脂肪組織の処理を装置によって自動で行う場合、給廃液用の配管が挿入された遠心分離容器が使用され、さらに、この遠心分離容器を遠心分離機に装着した状態で洗浄液の給排液と遠心分離が繰り返される。この際に、給排液される洗浄液の量は送液ポンプの回転数や送液時間によって制御されている。

特表２００７−５２４３９６号公報

しかしながら、送液ポンプの動作のみで送液量が制御されている場合、送液ポンプの不具合や洗浄液のリーク、その他の原因により洗浄液の流量が減少して必要な量の洗浄液が送液されていなくても、洗浄処理がそのまま続けられてしまい、消化酵素が所定の濃度まで希釈されないという恐れがある。従って、送液ポンプによる制御とは独立に、所定の量の洗浄液が遠心分離容器内へ送液されたことを確実に検知する必要がある。

そのための簡易な手段として、個々の遠心分離容器の重量を測定する方法が挙げられるが、遠心分離容器が遠心分離機に装着され、さらに、チューブにより外部に接続された状態で重量を正確に測定するのは構成上困難である。また、他の手段として、例えば、液面位置を検出するセンサなどもあるが、従来の遠心分離機の構成を大幅に変更して機能を追加する必要があり、また、装置の複雑化につながるなど実現には不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、遠心分離機に装着された遠心分離容器内への液体の供給量を簡易な構成で検出し、また、確実に所望量の液体を供給することができる細胞処理装置を提供する。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、所定の軸線回り回転駆動させられるロータと、該ロータに、前記軸線に対して対称な位置に支持され、細胞を収容するすくなくとも一対の遠心分離容器と、該各遠心分離容器に接続され、前記細胞を処理する処理液を前記遠心分離容器内に供給する管路と、前記ロータの回転中に前記管路を介して前記遠心分離容器内へ前記処理液を送液する送液手段と、該送液手段により前記処理液を供給する管路を切り替える管路切替手段と、前記ロータの半径方向の振動の大きさを検出する振動検出部と、該振動検出部によって検出された振動の大きさが、第１の閾値を上方に、または、該第１の閾値より小さい第２の閾値を下方に越えたときに、前記各対の遠心分離容器の管路を交互に所定の回数切り替えるように前記管路切替手段を制御する制御部とを備える細胞処理装置を提供する。

本発明によれば、ロータが回転駆動させられると、ロータに支持された各遠心分離容器内に送液手段によって処理液が供給される。そして、遠心分離容器内の細胞と処理液にはその比重に応じた半径方向外方の遠心力が作用して比重が大きい細胞は底部に移動させられ、処理液によって処理された細胞塊を得ることができる。

この場合に、回転軸に対して対称な位置に配置された一対の遠心分離容器のうち一方にのみ管路が切り替えられて処理液が送液され、ロータの重量バランスに偏りが生じてロータが振動する。その振動の大きさが振動検出部によって検出されながら送液が続けられ、ロータの振動が第１の閾値を上方に越えたときに、制御部が管路切替手段により管路を、対を成している他方の遠心分離容器へ切り替える。

そして、他方の遠心分離容器へ処理液が送液されると、ロータの重量バランスの偏りが小さくなり、第２の閾値を下方に越えたときに、制御部が管路を先の遠心分離容器へ切り替える。このように、ロータの振動の大きさが各閾値を越えたときに管路が交互に切り替えられながら、各遠心分離容器内へ交互に所定回数液体が送液される。そして、他の対の遠心分離容器においても同様に交互に処理液が供給された後、所望の時間ロータが回転させられて細胞が遠心分離される。

すなわち、本発明によれば、ロータを回転させながら、先に一の遠心分離容器のみに処理液を送液してロータのインバランスを生じさせ、次に回転軸線に対して対称な位置の遠心分離容器に送液して生じたインバランスを相殺しながら処理液を供給する。このようにすることで、各遠心分離容器内に実際に供給された液体の量を振動の大きさの変化から検出することができる。

また、振動の大きさが各閾値を越えるまで、つまり、所定の量の処理液が遠心分離容器内に供給されるまで送液が続けられるので、各閾値を所望の供給量に基づいて設定することで、所望量の処理液を確実に各遠心分離容器内へ供給することができる。
これにより、流路の途中位置での液体の漏洩や送液ポンプの不具合、その他の原因により処理液が正規の流量で送液されない場合でも、所望の量に達するまで処理液の送液が続けられるので、処理液の量が不十分なまま遠心分離されて細胞が処理されてしまうという問題を解決することができる。

また、従来の細胞処理装置が備えている遠心分離機には振動検出部のみ取り付ければよいので、従来の構成を大幅に変更することなく簡易に実現することができる。

上記発明においては、前記送液手段が、送液ポンプと、該送液ポンプの回転数を検出する回転数検出部とを備え、前記制御部は、前記振動検出部により検出された振動の大きさが第１の閾値を上方にまたは第２の閾値を下方に越えた時点で、前記回転数検出部により検出された前記回転数が所定の閾値を超えている場合に外部に報知することとしてもよい。

このようにすることで、流量が減少した状態で処理液が送液されると、遠心分離容器内に所定量送液されるまでの時間が延長され、送液ポンプの回転数が増加する。したがって、正規の流量に基づいて送液ポンプの回転数を設定し、これと、実際の送液に要した回転数とを比較することで、処理液の漏洩などの送液の異常を検出することができる。

また、上記発明においては、前記細胞が、脂肪組織を消化酵素によって分解して分離された脂肪由来細胞であり、前記処理液が、前記脂肪由来細胞を洗浄する洗浄液であることとしてもよい。
このようにすることで、洗浄液の量が不十分の状態で脂肪由来細胞の洗浄が行われることを未然に防ぐことができる。また、脂肪由来細胞と共に消化酵素などの外来の物質が混在していても、洗浄に必要な所定量の洗浄液により確実に希釈されるので、脂肪由来細胞のより高い安全性を確保することができる。

本発明によれば、遠心分離機に装着された遠心分離容器内への液体の供給量を簡易な構成で検出し、また、確実に所望量の液体を供給することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る細胞処理装置１について、図１〜図３を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る細胞処理装置１は、図１に示されるように、２本の遠心部容器２ａ，２ｂと、ロータ３および該ロータ３を回転駆動させるモータ４を備えた遠心分離機５と、各遠心分離容器２ａ，２ｂと洗浄液バッグ６ａおよび排液バッグ６ｂとを接続するチューブ（管路）７と、該チューブ７内の液体に送りをかけるチューブポンプ（送液手段）８と、チューブ７に設けられたバルブＶ１〜Ｖ４と、ロータ３の振動を検出する振動センサ（振動検出部）９と、モータ４、バルブ（管路切替手段）Ｖ１〜Ｖ４およびチューブポンプ８を制御する制御部１０とを備えている。

遠心分離容器２ａ，２ｂ内には、脂肪組織を消化酵素Ａ液で分解して得られた、脂肪由来細胞Ｂと消化酵素Ａとを含む細胞懸濁液が収容されている。また、各遠心分離容器２ａ，２ｂ内には、チューブ７の一端が挿入されている。
ロータ３は、モータ４により鉛直軸線回りに回転駆動させられる直立した支柱３ａと、該支柱３ａに垂直に交差し支柱３ａを径方向に挟んで対向して固定された２本のアーム３ｂと備えている。

アーム３ｂの両端の間には、遠心分離容器２ａ，２ｂを収納するバケット３ｃが１つずつ設けられ、アーム３ｂの長手方向に垂直な軸線回りに揺動可能に支持されている。ロータ３が回転駆動させられると、バケット３ｃも一体で回転させられて遠心力により底部が支柱３ａから離間する方向へ揺動し、長手方向を水平方向に保持したまま回転させられるようになっている。

各遠心分離容器２ａ，２ｂに接続されたチューブ７の他端は、支柱３ａ内の管路を介して遠心分離機５外部に接続されている。支柱３ａの外周には摺動可能なリップシール（図示略）が設けられ、支柱３ａが回転しても、外部に接続されたチューブ７が捩じれることなく給排液可能になっている。

チューブポンプ８は、図２（ａ）に示されるように、第１のローラ８ａの外周に沿ってチューブ７が配置され、第２のローラ８ｂでチューブ７を押しつぶしながら第１のローラ８ａが周方向に回転することで送液する。
また、チューブポンプ８は、第１のローラ８ａに形成されたスリット８ｃを回転方向の原点位置として検出する原点位置センサ（回転数検出部）１１を備えている。

原点位置センサ１１は、図２（ｂ）に示されるように、第１のローラ８ａを厚さ方向に挟んでそれぞれ上方と下方に対向して配置され、検出光Ｌを第１のローラ８ａへ向けて出射する発光部１１ａと、検出光Ｌを受光する受光部１１ｂとを備えている。原点位置センサ１１は、発光部１１ａと受光部１１ｂとの間にスリット８ｃが配置されたときのみ、図２（ｃ）に示されるように、検出光Ｌが受光部１１ｂまで透過して受光されることにより原点位置を検出する。そして、原点位置が検出された回数からチューブポンプ８の回転数が検出され、原点位置センサ１１は、原点位置を検出したときに１の信号を、それ以外は０の信号を制御部１０へ送るようになっている。

振動センサ９は、モータ４に一体で取り付けられ、ロータ３が振動するとその振動がモータ４に伝わって、ロータ３の振動の大きさが検出されるようになっている。
また、振動センサ９は、高閾値（第１の閾値）と低閾値（第２の閾値）が設定され、検出された振動の大きさが、低閾値以上高閾値以下のときに０の信号を、高閾値を上方に越えたときおよび低閾値を下方に越えたときに１の信号を制御部１０に出力するようになっている。

高閾値は、一方の遠心分離容器２ａ，２ｂにのみ所定量の洗浄液Ｃを送液したときのロータ３のインバランスによる振動の大きさに基づいて設定され、低閾値は０に近い値が設定される。本実施形態においては、チューブポンプ８が正規の送液量で１回転送液したときに振動の大きさが高閾値を越えるように、高閾値が設定されている。

制御部１０は、振動センサ９から１の信号が入力されたときに、各遠心分離容器２ａ，２ｂへ接続されたチューブ７のバルブＶ１，Ｖ２の開閉を交互に切り替え、バルブＶ１，Ｖ２を所定回数切り替えるとチューブポンプ８を停止させるようになっている。

また、制御部１０は、モータ４によりロータ３の回転速度を制御し、回転開始時にはインバランスでも安全に回転するように十分低速でロータ３を回転させ、チューブポンプ８による送液が完了すると、細胞懸濁液を遠心分離するのに必要な高速でロータ３を回転させるようになっている。

また、制御部１０は、遠心分離が完了すると、バルブＶ１〜Ｖ４のおよびチューブポンプ８の回転方向を切り替えて、各遠心分離容器２ａ，２ｂ内から排液バッグ６ｂへ上清の排出を開始する。
さらに、制御部１０は、原点位置センサ１１からの１の信号の入力回数を記憶し、判定部１０から１の信号が送られてきたときに入力回数が所定の閾値よりも多い場合に、警告音を発してチューブポンプ８を停止させるようになっている。

このように構成された細胞処理装置１の動作について以下に説明する。
各バケット３ｃに遠心分離容器２ａ，２ｂを収納して、制御部１０によりロータ３の低速回転を開始させると、洗浄液バッグ６ａ内から一方の遠心分離容器２ａへ洗浄液Ｃが供給されてロータ３の重量バランスが偏り、図３（ａ）に示されるように、振動センサ９によって検出される振動が大きくなる。

そして、チューブポンプ８が１回転してロータ３の振動の大きさが高閾値を越えたときに、図３（ｂ）,（ｃ）に示されるように、原点位置センサ１１および判定部１０が１の信号を出力し、制御部１０によってバルブＶ１，Ｖ２の開閉が切り替えられる。続いて、もう一方の遠心分離容器２ｂに洗浄液Ｃが供給され、再度チューブポンプ８が１回転したときに、ロータ３の振動が低閾値よりも小さくなって原点位置センサ１１および判定部１０が１の信号を出力する。

上記のサイクルが所定の回数繰り返され、各遠心分離容器２ａ，２ｂに交互に所定の回数洗浄液Ｃが供給されると、制御部１０によりチューブポンプ８が停止させられてロータ３が高速で回転させられる。そして、遠心分離が完了すると、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ４が開放され、チューブポンプ８が反対方向へ回転し、各遠心分離容器２ａ，２ｂから排液バッグ６ｂへ上清が排出される。

以上のロータ３の低速回転から上清の排出までの工程を数回繰り返すと、消化酵素Ａが除去されて十分に低い濃度まで希釈され、濃縮された高純度な脂肪由来細胞Ｂの細胞濃縮液が各遠心分離容器２ａ,２ｂ内に得られる。

このように、本実施形態によれば、ロータ３を低速で回転させながら一方の遠心分離容器２ａ，２ｂにのみ洗浄液Ｃが供給されるようにして、ロータ３の重量の偏りを生じさせ、また、生じた偏りを相殺する。これにより、遠心分離容器２ａ，２ｂ内に実際に供給された洗浄液Ｃの量を振動の大きさの変化として検出でき、また、チューブポンプ８の動作とは独立にその供給量を制御できるという利点がある。

また、このようにすることで、チューブポンプ８の流量が減少しても、遠心分離容器２ａ，２ｂ内に所定量の洗浄液Ｃが供給されるまで送液が続けられる。すなわち、チューブ７内が詰まったり洗浄液Ｃがリークしたりして正規の流量で送液されていなくても、確実に所定量の洗浄液Ｃを供給することができるという利点がある。これにより、十分な量の洗浄液Ｃで脂肪由来細胞Ｂが洗浄されるので消化酵素Ａが確実に希釈され、脂肪由来細胞Ｂのより高い安全性を確保することができる。

また、各遠心分離容器２ａ，２ｂ内への送液が終了するたびに制御部１０がチューブポンプ８の回転数が増加していないかをチェックする構成にすることで流量の減少が検出され、その原因、例えば、洗浄液Ｃのリークやチューブ７内の詰まりなどを早期に発見することができる。

また、制御部１０として、従来の細胞処理装置が備えているＣＰＵやコンピュータを用いることにより、従来の細胞処理装置に振動センサ９のみを追加するだけで容易に本実施形態に係る細胞処理装置１を実現可能であり、全体の構成を大幅に変更する必要がなく簡易に実施できるという利点がある。

本発明の一実施形態に係る細胞処理装置を示す全体構成図である。図１の細胞処理装置の（ａ）チューブポンプの構成、および（ｂ）原点位置センサの構成を示し、（ｃ）原点位置センサが原点位置を検出する動作を説明する図である。図１の細胞処理装置の動作を説明する図であり、（ａ）ロータの振動の大きさの変化、（ｂ）振動センサの出力、（ｃ）原点位置センサの出力を示す図である。

符号の説明

１細胞処理装置
２ａ，２ｂ遠心分離容器
３ロータ
３ａ支柱
３ｂアーム
３ｃバケット
４モータ
５遠心分離機
６ａ洗浄液バッグ
６ｂ排液バッグ
７チューブ（管路）
８チューブポンプ（送液手段）
８ａ第１のローラ
８ｂ第２のローラ
９振動センサ（振動検出部）
１０制御部
１１原点位置センサ（回転数検出部）
１１ａ発光部
１１ｂ受光部
Ａ消化酵素
Ｂ脂肪由来細胞（細胞）
Ｃ洗浄液（処理液）
Ｌ検出光
Ｖ１〜Ｖ４バルブ（管路切替手段）

Claims

所定の軸線回り回転駆動させられるロータと、
該ロータに、前記軸線に対して対称な位置に支持され、細胞を収容するすくなくとも一対の遠心分離容器と、
該各遠心分離容器に接続され、前記細胞を処理する処理液を前記遠心分離容器内に供給する管路と、
前記ロータの回転中に前記管路を介して前記遠心分離容器内へ前記処理液を送液する送液手段と、
該送液手段により前記処理液を供給する管路を切り替える管路切替手段と、
前記ロータの半径方向の振動の大きさを検出する振動検出部と、
該振動検出部によって検出された振動の大きさが、第１の閾値を上方に、または、該第１の閾値より小さい第２の閾値を下方に越えたときに、前記各対の遠心分離容器の管路を交互に所定の回数切り替えるように前記管路切替手段を制御する制御部とを備える細胞処理装置。
前記送液手段が、送液ポンプと、該送液ポンプの回転数を検出する回転数検出部とを備え、
前記制御部は、前記振動検出部により検出された振動の大きさが第１の閾値を上方にまたは第２の閾値を下方に越えた時点で、前記回転数検出部により検出された前記回転数が所定の閾値を超えている場合に外部に報知する請求項１に記載の細胞処理装置。
前記細胞が、脂肪組織を消化酵素によって分解して分離された脂肪由来細胞であり、
前記処理液が、前記脂肪由来細胞を洗浄する洗浄液である請求項１または請求項２に記載の細胞処理装置。