JP5745589B2 - Cell culture plate with culture equipment - Google Patents
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Description
本発明は、培養装置入り細胞培養プレートに関するものである。 The present invention relates to culture device containing cell culture plate.
細胞を培養するには、従来はシャーレなどを用いて行なうことが一般的である。しかし、ただ単に細胞を培養するだけでは、細胞が本来持っているはずの特異的な性質が失われる場合が多く、生体応答を正確に反映しているとは限らない。一方、細胞培養においては、力学的刺激の負荷が細胞の機能調節や分化誘導にとって重要なシグナルになっているといわれている。そこで、培養される細胞に伸展刺激負荷を与える装置が提案されている。 Conventionally, cells are cultured using a petri dish or the like. However, simply culturing cells often loses the specific properties that cells should originally have, and do not always accurately reflect biological responses. On the other hand, in cell culture, it is said that the load of mechanical stimulation is an important signal for cell function regulation and differentiation induction. Therefore, an apparatus for applying an extension stimulus load to cells to be cultured has been proposed.
また、培養中の細胞に対しては、顕微鏡でその場観察が行なえることも求められる。
たとえば特開2009−159925号公報(特許文献1)には、細胞伸展刺激負荷デバイスと称する装置が記載されている。この装置は、細胞観察用チャンバーに設けられた細胞載置用孔において細胞を培養するものである。回転可能に取り付けられた伸展用アームの動きによって、細胞は左右に等しく引き伸ばされる。この際、顕微鏡のピントがずれることはほとんどないとされている。
In addition, it is also required that cells in culture can be observed in situ with a microscope.
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-159925 (Patent Document 1) describes an apparatus called a cell extension stimulation load device. This apparatus is for culturing cells in a cell placement hole provided in a cell observation chamber. The cells are stretched equally to the left and right by the movement of the rotatably attached extension arm. At this time, it is said that the microscope is hardly out of focus.
また、特開2009−254275号公報(特許文献2)には、形状記憶合金アクチュエータを用いた細胞伸縮装置が記載されている。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-254275 (Patent Document 2) describes a cell expansion / contraction device using a shape memory alloy actuator.
これらはいずれも2次元的な力学的刺激を与えるものである。しかし、実際の生体内では3次元に細胞が増殖しており、2次元細胞培養での細胞増殖と比べれば状況が異なっている。また、生体内の細胞は、2次元にとどまらないさまざまなモードの伸展、圧縮などの刺激を常に受けている。そのため、生体内に近い培養環境における3次元細胞培養が重要となっている。 Each of these gives a two-dimensional mechanical stimulus. However, in an actual living body, cells grow three-dimensionally, and the situation is different compared to cell growth in two-dimensional cell culture. In addition, cells in a living body are always subjected to stimulations such as expansion and compression in various modes that are not limited to two dimensions. Therefore, three-dimensional cell culture in a culture environment close to the living body is important.
そこで、生体内に近い環境を与えることができる3次元培養装置が求められている。
たとえばMIT Technology Reviewに掲載された"Building an Organ on a Chip"(非特許文献1)には、ハーバード大学での研究成果が紹介されており、ヒトの肺細胞を培養した例、ヒトの小腸細胞を培養した例が示されている。
Therefore, there is a need for a three-dimensional culture apparatus that can provide an environment close to that of a living body.
For example, “Building an Organ on a Chip” (Non-patent Document 1) published in MIT Technology Review introduces the research results at Harvard University. Examples of cultured human lung cells, human small intestinal cells An example of culturing is shown.
培養中の細胞に伸展刺激を与えるための装置としては、既に実用化されているものもある。たとえばストレックス株式会社ウェブサイト内「培養細胞伸展システム:製品一覧」(非特許文献2)に記載されているように、細胞培養の際に細胞に伸展を与えるための装置として、たとえば、手動伸展装置、自動伸展装置、顕微鏡用伸展装置が市販されている。これらの装置は、培養中の細胞に対して一軸性または二軸性の伸展刺激を与えることができる。 Some devices for applying extension stimulation to cells in culture have already been put into practical use. For example, as described in “Cultured Cell Extension System: Product List” (Non-patent Document 2) on the website of Strex Corporation, as an apparatus for imparting extension to cells during cell culture, for example, manual extension Devices, automatic extension devices, and extension devices for microscopes are commercially available. These devices can provide uniaxial or biaxial extensional stimulation to cells in culture.
フレクスセル(R)インターナショナル製品カタログ2009(非特許文献3)に記載されているように、培養細胞伸展装置FLEXCELL(R) FX−5000、三次元培養装置FLEXCELL(R) TISSUE TRAINも市販されている。 As described in the Flexcell (R) International Product Catalog 2009 (Non-patent Document 3), a cultured cell extension device FLEXCELL (R) FX-5000 and a three-dimensional culture device FLEXCELL (R) TISSUE TRAIN are also commercially available.
現実的には、細胞培養において3次元の伸展刺激を与えることは容易ではない。
MEMS技術を用いて培養部を小型化したとしても、周辺にポンプなどを多数使用するなどの必要があり、装置全体として大がかりになる。
In reality, it is not easy to give a three-dimensional extension stimulus in cell culture.
Even if the culture part is miniaturized using the MEMS technology, it is necessary to use a large number of pumps in the periphery, and the entire apparatus becomes large.
MEMSデバイスの中には、静電力を利用して駆動するものが多いが、静電力で駆動するMEMSデバイスの場合、培養液中で用いると、電気が培養液中に漏れてしまうため、培養液中での駆動が難しかった。 Many MEMS devices are driven using electrostatic force, but in the case of MEMS devices driven by electrostatic force, if used in a culture solution, electricity leaks into the culture solution. Driving inside was difficult.
従来技術に基づく培養装置の場合、3次元駆動としては、メンブレンを上下動させるのみであって、全方向的な伸展刺激を与えるには至っていない。 In the case of the culture apparatus based on the prior art, the three-dimensional drive only moves the membrane up and down, and does not give an omnidirectional extension stimulus.
また、一般的に42℃を超えると細胞は死んでいくので、作動時の温度変化が小さいことも求められる。 Further, since cells generally die when the temperature exceeds 42 ° C., it is also required that the temperature change during operation is small.
そこで、本発明は、培養対象物に対して、容易に所望の伸展または圧縮の刺激を与えることができ、かつ、電流が液中に漏れにくく、所望の伸展または圧縮の刺激以外に細胞に及ぼす温度などの影響を極力小さくすることができる培養装置入り細胞培養プレートを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can easily give a desired extension or compression stimulus to a culture object, and it is difficult for the current to leak into the liquid, affecting the cells in addition to the desired extension or compression stimulus. and to provide a culture device containing a cell culture plate that can be reduced as much as possible the influence of temperature.
上記目的を達成するため、本発明に基づく培養装置入り細胞培養プレートは、細胞を培養するための凹部を有し、培養装置をこの凹部の内部に備える。ここでいう培養装置は、弾性体からなり、細胞を付着させた状態で上記細胞を培養するための足場部材と、上記足場部材を弾性変形させるためのポリマー製の複数の熱駆動アクチュエータとを備える。 In order to achieve the above object, the cell culture plate with a culture device according to the present invention has a recess for culturing cells, and the culture device is provided inside the recess. The culture apparatus here is made of an elastic body, and includes a scaffold member for culturing the cells in a state in which the cells are adhered, and a plurality of polymer thermal drive actuators for elastically deforming the scaffold member. .
本発明によれば、培養対象物に対して、容易に所望の伸展または圧縮の刺激を与えることができ、かつ、電流が液中に漏れにくく、所望の伸展または圧縮の刺激以外に細胞に及ぼす温度などの影響を極力小さくすることができる培養装置入り細胞培養プレートとすることができる。 According to the present invention, it is possible to easily give a desired extension or compression stimulus to a culture object, and it is difficult for an electric current to leak into the liquid, which affects cells other than the desired extension or compression stimulus. It can be set as the cell culture plate with a culture apparatus which can make the influences, such as temperature, as small as possible.
(実施の形態1)
(構成)
図1を参照して、本発明に基づく実施の形態1における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置101が容器6内で用いられる様子を図1に示す。培養装置101は、弾性体からなり、細胞1を付着させた状態で細胞1を培養するための足場部材2と、足場部材2を弾性変形させるためのポリマー製の複数の熱駆動アクチュエータ3とを備える。
(Embodiment 1)
(Constitution)
With reference to FIG. 1, the culture apparatus in
培養装置101は、培地4中に置かれている。培地4とは、培養に必要な栄養成分を含む液体またはその液体に寒天などを加えて固形化したものである。培地4は容器6の内部に収納されている。
The
熱駆動アクチュエータ3は、固定部31と可動部32とを備えている。固定部31はベース5に固定されている。培養装置101はベース5を備える。ベース5は容器6の底面に設置されている。
The
足場部材2は平板状部材である。足場部材2の材料は、たとえばシリコーンゴムであってもよい。細胞1は足場部材2の上面に付着している。足場部材2の下面には複数の可動部32が接続されている。足場部材2の下面と可動部材32の上面との間の接続は、面同士の接着であってもよい。可動部32は矢印91,92に示すようにそれぞれ往復運動することができる。足場部材2は、可動部32の矢印91,92の動きによって弾性変形する。
The
(作用・効果)
本実施の形態における培養装置101では、ポリマー製の複数の熱駆動アクチュエータ3が用いられている。熱駆動アクチュエータ3は、静電式ではなく熱駆動式であるので、たとえ液中であっても、電気を正常に使用することができる。熱駆動アクチュエータ3はポリマー製であるので、シリコーン製の場合に比べて同じ温度変化でも大きな変位を得ることができる。
(Action / Effect)
In the
したがって、本実施の形態では、培養対象物に対して、容易に所望の伸展または圧縮の刺激を与えることができ、かつ、電流が液中に漏れにくい。 Therefore, in the present embodiment, a desired stretching or compression stimulus can be easily given to the culture object, and the current is not easily leaked into the liquid.
ポリマー製の熱駆動アクチュエータ3は、シリコーン製である場合に比べて同じ変位量を小さな電流で得ることができるので、静電型アクチュエータに比べても付与すべき電圧を小さくすることができる。42℃以上となった場合に細胞が死ぬことを考慮すれば、温度変化を小さく抑えられることによる利点は大きい。本実施の形態では上述のように、所望の伸展または圧縮の刺激以外に細胞に及ぼす温度などの影響を極力小さくすることができる。
Since the polymer
足場部材2は単なる平板状部材であってもよいが、平板状部材の表面に凹凸を設けたものであってもよい。表面に凹凸が設けられていれば上面において成長する細胞にとって足がかりとなるので好ましい。また、足場部材2は中身の詰まった平板状部材ではなく、平板状の外形を有する網目状の部材であってもよい。その場合は、細胞1は足場部材2の上面に付着するのみでなく、網目の内部にまで侵入するように成長することが期待できる。
The
なお、足場部材2の材料としてシリコーンゴムを用いる場合は、細胞が付着しやすいように足場部材2に予め表面処理を行なってもよい。ここでいう表面処理は、たとえば、紫外線照射、酸素プラズマ処理、コラーゲンコートなど方法により行なうことができる。以下の実施の形態においても、足場部材の材料としてシリコーンゴムを用いる場合には同様のことがいえる。
In addition, when using a silicone rubber as a material of the
熱駆動アクチュエータ3から培地4への漏電を防止するために、足場部材以外の装置全体に絶縁のための表面処理をすることが考えられる。ここでいう表面処理とは、絶縁のための被覆である。この被覆には、たとえばパリレン(R)のように、生体適合性があり、絶縁性に優れた有機材料を用いることができる。
In order to prevent electric leakage from the heat-driven
複数の熱駆動アクチュエータ3の少なくともいずれかは、表面が絶縁体で被覆されていることが好ましい。この構成を採用することにより、熱駆動アクチュエータから培地への漏電を防止することができる。
It is preferable that the surface of at least one of the plurality of thermally driven
(実施の形態2)
(構成)
図2〜図4を参照して、本発明に基づく実施の形態2における培養装置について説明する。この培養装置は、全体としては実施の形態1で説明したものと同様である。この培養装置が備える複数の熱駆動アクチュエータ3のうちの1つについて、平面図を図2に示す。
(Embodiment 2)
(Constitution)
With reference to FIGS. 2-4, the culture apparatus in
複数の熱駆動アクチュエータ3の各々は、固定部31と、固定部31から延在し、電流が流れることによって熱膨張する梁部33と、梁部33によって支持され、前記梁部33の熱膨張によって変位する可動部32とを備える。可動部32は、梁部33の熱膨張によって可動部32が変位したときに足場部材2を弾性変形させることが可能なように、足場部材2に接している。
Each of the plurality of
1つの可動部32に対して2つの固定部31が設けられている。図2に示すように、梁部33は、長さLであり、微小な角度aだけ傾くようにして固定部31から延在している。図2に示すように、1つの固定部31と1つの可動部32との間には複数本の梁部33が延在していてよい。ここでは、可動部32を中心として左右両側に対称に梁部33が配置されている。梁部33の1本当たりの幅はwである。図2では可動部32の先端は尖っているが、可動部32の先端が尖っているとは限らない。熱駆動アクチュエータ3の固定部31と可動部32と梁部33とは、同一材料から一体的なものとして形成されていてもよい。2つの固定部31には配線が接続されており、電流Iを流すことができる。電流Iを流すことにより、梁部33ではジュール熱によって温度が上がり、梁部33自体が熱膨張する。
Two fixed
図2では、4対の梁部33が描かれているが、動作原理の説明のために、このうち3対を省略し、1対を抽出して示すと、図3のようになる。図3のように、固定部31から延在する1対の梁部33によって可動部32が支持されている。梁部33はそれぞれ長さLであり、初期状態で角度aだけ傾いている。ここに電流が流されることで、梁部33の温度が上がり、図4に示すように、熱膨張により梁部33の長さはL+ΔLに変化する。左右両方の梁部33が同じように熱膨張でL+ΔLへと変化するので、図4に示すように、可動部32は矢印90のように前向きに変位する。
In FIG. 2, four pairs of
(作用・効果)
本実施の形態では、複数の熱駆動アクチュエータ3の各々が、固定部と、梁部と、可動部とを備えており、梁部の熱膨張によって可動部が変位することによって足場部材を弾性変形させることができるので、梁部にジュール熱を発生させることで足場部材を弾性変形させることができ、培養中の細胞に対して容易に所望の伸展または圧縮の刺激を与えることができる。
(Action / Effect)
In the present embodiment, each of the plurality of thermally driven
発明者らが実験したところでは、約2℃の上昇で可動部を約15μm変位させることができた。 As a result of experiments by the inventors, it was possible to displace the movable part by about 15 μm with a rise of about 2 ° C.
(実施の形態3)
(構成)
図5を参照して、本発明に基づく実施の形態3における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置103が容器6内で用いられる様子を図5に示す。
(Embodiment 3)
(Constitution)
With reference to FIG. 5, the culture apparatus in
本実施の形態における培養装置103は、実施の形態1で説明した培養装置101と基本的な構成は共通しているが、足場部材2iが実施の形態1で示した足場部材2に比べて厚みを増し、立体的なものとなっている。すなわち、足場部材2iの細胞1を付着させるべき表面は立体的に延在する。
The
図5に示した例では、足場部材2iは立方体形状を有している。可動部32は足場部材2iの側面に対して接続されている。足場部材2iは中身の詰まった立方体形状の部材とは限らず、立方体形状の外形を有する網目状の部材であってもよい。細胞1は、足場部材2iの表面に付着して足場部材2iを包み込むように立体的に成長する。足場部材2iが網目状である場合には、細胞1は、足場部材2iの網目の内部にまで侵入するように成長することができる。
In the example shown in FIG. 5, the
(作用・効果)
本実施の形態では、可動部32を介して足場部材2iに加わる弾性変形が立体的な形状の変化として細胞1に伝わるので、培養中の細胞に対して容易に所望の伸展または圧縮の刺激を与えることができる。足場部材2iの細胞1を付着させるべき表面は立体的に延在するので、細胞1を立体的な所望の形状に沿って成長させることができる。
(Action / Effect)
In the present embodiment, the elastic deformation applied to the
なお、図6に示す培養装置104のように、足場部材2iの真下からも足場部材2iを弾性変形させる熱駆動アクチュエータ3wを設けてもよい。熱駆動アクチュエータ3wは矢印93の方向に変位し、足場部材2iを弾性変形させる。矢印91,92の方向の変位によって引き起こされる弾性変形の他に、矢印93の方向の変位によって引き起こされる弾性変形が加わることによって、足場部材2iにより複雑な動きをさせることができる。こうして、培養中の細胞に対して所望の伸展または圧縮の刺激を与えることができる。
In addition, like the
(実施の形態4)
(構成)
図7を参照して、本発明に基づく実施の形態4における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置105が容器6内で用いられる様子を図7に示す。
(Embodiment 4)
(Constitution)
With reference to FIG. 7, the culture apparatus in
本実施の形態における培養装置105は、実施の形態3で説明した培養装置104と基本的な構成は共通しているが、足場部材2iの下部が足場部材固定部7によってベース5に固定されており、複数の熱駆動アクチュエータ3は、斜め上から足場部材2iに接続されている。したがって、可動部32は矢印94a,94bの方向に変位することとなり、足場部材2iには立体的な弾性変形を引き起こすことができる。
The
(作用・効果)
本実施の形態では、熱駆動アクチュエータの配置自体が立体的であるが、このようにすれば、より自由度が高くなり、培養中の細胞に対して所望の伸展または圧縮の刺激を与えることができる。
(Action / Effect)
In the present embodiment, the arrangement of the heat-driven actuator itself is three-dimensional, but if this is done, the degree of freedom becomes higher and a desired expansion or compression stimulus can be given to the cells in culture. it can.
なお、図7では、熱駆動アクチュエータ3は左右の合計2つのみを表示していたが、熱駆動アクチュエータ3は3以上配置されていてもよい。複数の熱駆動アクチュエータ3は、平面的に見てたとえば放射状の配置であってもよい。
In FIG. 7, only a total of two left and right
なお、本実施の形態では、足場部材2iの外形を立方体としているが、これはあくまで一例であり、足場部材は立方体に限らず他の形状であってもよい。
In addition, in this Embodiment, although the external shape of the
(実施の形態5)
図8を参照して、本発明に基づく実施の形態5における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置106は、図8に示すように、足場部材2jを備え、平面的に見て、足場部材2jを取り囲むように周囲に複数の熱駆動アクチュエータ3を備えている。足場部材2jは外形が球状となっており、多孔質となっている。図8においてはベースは図示省略されている。実際には、複数の熱駆動アクチュエータ3はベースに固定されている。
(Embodiment 5)
With reference to FIG. 8, the culture apparatus in
足場部材は、実施の形態1〜4で説明してきたように網目構造であってもよいが、本実施の形態で示すように、多孔質であってもよい。足場部材が多孔質であれば、細胞は多孔質の内部に侵入して成長することができるので、立体的に成長することが期待できる。 The scaffold member may have a mesh structure as described in the first to fourth embodiments, but may be porous as shown in the present embodiment. If the scaffold member is porous, cells can enter the porous interior and grow, so that it can be expected to grow three-dimensionally.
また、平面的に見て足場部材の周囲を取り囲むように等角度間隔で熱駆動アクチュエータが配置されていることにより、培養中の細胞に伸展または圧縮の刺激を与えるに際して自由度が高くなり、所望の刺激を実現することができる。 In addition, the thermal drive actuators are arranged at equiangular intervals so as to surround the periphery of the scaffold member in plan view, so that the degree of freedom is increased when the cells in culture are stimulated to stretch or compress. Can be realized.
(実施の形態6)
図9を参照して、本発明に基づく実施の形態6における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置107は、足場部材2jを弾性変形させるための圧電部材8a,8bをさらに備える。以下に、より詳しく述べる。
(Embodiment 6)
With reference to FIG. 9, the culture apparatus in
本実施の形態における培養装置107は、球状かつ多孔質の足場部材2jを取り囲むように複数の熱駆動アクチュエータ3を備えている。図9に示した例では熱駆動アクチュエータ3の数は4つであるが、実際には4つに限らない。複数の熱駆動アクチュエータ3はいずれもベース5に固定されている。足場部材2jの下方は圧電部材8aを介してベース5に固定されている。足場部材2jの上側を覆うようにカバー部材9が配置されている。図9では説明の便宜のためにカバー部材9を取り去った状態を表示し、カバー部材9は二点鎖線で表示している。足場部材2jの上方は圧電部材8bを介してカバー部材9に固定されている。圧電部材8a,8bはポリマー製の圧電部材である。
The
圧電部材8a,8bは電圧を印加することによって変形するので、ベース5およびカバー部材9を基準として足場部材2jに刺激を与えることができる。足場部材2jを取り囲む複数のアクチュエータ3による刺激と、圧電部材8a,8bによる刺激とを組み合わせることによって、培養中の細胞により複雑な伸展または圧縮の刺激を与えることができる。
Since the piezoelectric members 8a and 8b are deformed by applying a voltage, the
(実施の形態7)
図10〜図12を参照して、本発明に基づく実施の形態7における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置108の平面図を図10に示す。本実施の形態における培養装置108は、中央に配置された足場部材2jを90°間隔で4方から取り囲むように4つの熱駆動アクチュエータ3が配置されている。各熱駆動アクチュエータ3は、固定部31と可動部32と梁部33とを備える。図10においてはベースは図示省略されている。実際には、複数の熱駆動アクチュエータ3はベースに固定されている。図10に示した足場部材2jの近傍の拡大平面図を図11に示す。足場部材2jの近傍の拡大側面図を図12に示す。足場部材2jの近傍の斜視図を図13に示す。
(Embodiment 7)
With reference to FIGS. 10-12, the culture apparatus in
足場部材2jは球状かつ多孔質の部材である。各熱駆動アクチュエータ3の可動部32の先端は当接部34を備えている。当接部34は、おおまかには、円環状の板材を4等分した形状を有している。1つの可動部32には1つの当接部34が備わっている。可動部32は当接部34を足場部材2jに当接させることで足場部材2jに接続されている。
The
この構成であれば、足場部材2jに対する力の伝達は当接部34によって行なわれるので、足場部材2jの広い範囲に均等に力を伝えることができる。したがって、培養中の細胞に伸展または圧縮の刺激を与えるに際して刺激の与え方がより均等となり、所望の刺激を実現することができる。
With this configuration, since the force is transmitted to the
本実施の形態における培養装置としては、さまざまな変形例が考えられる。図10〜図13で示した培養装置108では、複数の当接部34が同一平面上に位置するように放射状に配置されていたが、たとえば、図14に示すように、複数の当接部34のうち少なくともいずれかの高さを違えることによって、複数の当接部34のうち少なくともいずれかが同一平面上に位置しない配置であってもよい。図14に示した例では、1つの当接部34も単純な平板状ではなく、1つの当接部34の中にも高い部分と低い部分とがある。足場部材2jおよび複数の当接部34を上から見たところは、図11に示したものとほぼ同じである。
Various modifications can be considered as the culture apparatus in the present embodiment. In the
ここでは、各当接部34は水平方向に延在する円弧状である例を示したが、延在する方向は水平方向とは限らない。たとえば図15に示すように、少なくともいずれかの当接部34が水平方向とは異なる方向に延在する構成であってもよい。図15に示した例では、水平方向に延在する円弧状の当接部34と鉛直方向に延在する円弧状の当接部34とが組み合わせられている。なお、図14、図15に示したのはあくまで例示であり、当接部34の構成としては、この他にもさまざまな変形例が考えられる。
Here, although each
(実施の形態8)
図16を参照して、本発明に基づく実施の形態8における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置109を図16に示す。培養装置109は、中央に配置されたシート状の足場部材2kを備える。足場部材2kはポリマー製の多孔質の部材である。足場部材2kは平面的に見て十字形状となっている。足場部材2kを90°間隔で4方から取り囲むように4つの熱駆動アクチュエータ3が配置されている。各熱駆動アクチュエータ3は、固定部31と可動部32と梁部33とを備える。可動部32は、足場部材2kの平面的に見て突出している部分にそれぞれ下側から接続されている。
(Embodiment 8)
With reference to FIG. 16, the culture apparatus in Embodiment 8 based on this invention is demonstrated. A
この構成であれば、広い上面を有する足場部材2kに対して、熱駆動アクチュエータ3によって力を伝達することができるので、培養中の細胞に所望の伸展または圧縮の刺激を与えることができる。
With this configuration, the force can be transmitted to the
本実施の形態において、足場部材2kは生分解性材料または生体吸収性材料で形成されていることが好ましい。実施の形態1〜6およびこの後に説明する各実施の形態においても同様である。足場部材が生分解性材料または生体吸収性材料で形成されていれば、細胞が十分に成長した後には、足場部材自体が分解されて吸収されることにより消滅するので、成長した細胞から足場部材を取り出す必要がなくなる。
In the present embodiment, the
(実施の形態9)
図17を参照して、本発明に基づく実施の形態9における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置110を図17に示す。培養装置110は、中央に配置されたシャーレ形状の足場部材2nを備える。足場部材2nの内部には培地4が収容されている。培地4は液体であってもよい。足場部材2nはたとえばシリコーンゴム製である。足場部材2nの内側の底面には細胞の成長に好都合な所望の微細加工がされていてもよい。
(Embodiment 9)
With reference to FIG. 17, the culture apparatus in
本実施の形態では、培地4は足場部材2nの内部に収まっているので、足場部材2nの外側は空気中にさらされていてよい。したがって、熱駆動アクチュエータ3は空気中に配置することができ、培地4を通じた漏電のおそれがない。
In the present embodiment, since the
(実施の形態10)
図18を参照して、本発明に基づく実施の形態10における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置121の平面図を図18に示す。培養装置121は、複数の熱駆動アクチュエータ3yを備える。図18に示した例では熱駆動アクチュエータ3yの数は4つであるが、実際には4つに限らない。熱駆動アクチュエータ3yは、固定部41と直動部42と回転梁部43と当接部44とを備える。固定部41はベース(図示省略)に対して固定されている。直動部42は、詳細には図3および図4に示した構造を有する。図18においては、直動部42はロッド部421と固定部422とを含むものとして簡略化して表示されている。固定部422はベース(図示省略)に対して固定されており、ロッド部421が梁部(図示省略)の熱膨張により前進できるようになっている。回転梁部43は、固定部41から回動可能なように延在する。直動部42のロッド部421は、前進したときに回転梁部43を押して回動させるように配置されている。回転梁部43の先端には梁状の当接部44が接続されている。当接部44は回転梁部43に対して少なくとも若干角度回転可能となっている。当接部44の回転梁部43とは反対側の先端は足場部材2jに接続されている。当接部44はいずれも足場部材2jの中心を通らない直線上に配置されている。直動部42のロッド部421が前進または後退することにより回転梁部43が回動し、当接部43は矢印95の方向に変位することとなる。こうして、足場部材2jにはねじる向きの力が作用する。1つの足場部材2jに対して、複数の当接部44が図18に示すようにそれぞれ接続されているので、足場部材2jをいずれの向きにねじることも可能である。
(Embodiment 10)
With reference to FIG. 18, the culture apparatus in
本実施の形態では、足場部材2jに付着して培養される細胞に対して、ねじる向きの伸展または圧縮の刺激を与えることができる。
In the present embodiment, extension or compression stimulation in a twisting direction can be applied to the cells that are attached to the
(実施の形態11)
図19〜図20を参照して、本発明に基づく実施の形態11における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置122を図19に示す。培養装置122の斜視図を図20に示す。培養装置122は、中央に配置された足場部材2jを取り囲むように複数の熱駆動アクチュエータ3を備える。足場部材2jは球状の多孔質の部材である。熱駆動アクチュエータ3は、固定部31と可動部32と梁部33とを備える。
(Embodiment 11)
With reference to FIGS. 19-20, the culture apparatus in
可動部32はいずれも足場部材2jの中心を通らない直線上に配置されている。可動部32は平面的に見て、足場部材2jの接線方向に延在している。
All the
1つの足場部材2jに対して、複数の当接部44が図19に示すようにそれぞれ接続されているので、足場部材2jをいずれの向きにねじることも可能である。足場部材2jにねじる向きの力が作用することにより、足場部材2jにせん断力が作用する。
Since a plurality of
ここでは、球状で多孔質の足場部材2jを例に示して説明しているが、足場部材の形状などはこれに限らない。
Here, the spherical and
(実施の形態12)
図21を参照して、本発明に基づく実施の形態12における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置123を図21に示す。培養装置123は、実施の形態3で説明した培養装置103と類似しており、立方体形状の足場部材2iを中央に備える。培養装置123は、培養装置103に比べて、足場部材2iに対して可動部32が接続する高さが一定ではなく、複数ある可動部32のうち少なくとも一部の可動部32は異なる高さで接続しているという点で異なる。
(Embodiment 12)
With reference to FIG. 21, the culture apparatus in Embodiment 12 based on this invention is demonstrated. A
本実施の形態における培養装置123は、足場部材2iが異なる高さでそれぞれ可動部32による押圧または引張りを受けるので、足場部材2iがせん断変形することができる。
In the
本実施の形態では、培養中の細胞に対してせん断変形に基づく伸展または圧縮の刺激を与えることができる。 In the present embodiment, extension or compression stimulation based on shear deformation can be applied to cells in culture.
実施の形態10〜12で示したように、前記複数の熱駆動アクチュエータは、前記足場部材に対してそれぞれ異なる軸方向で力を伝達するように配置されていることが好ましい。
As shown in
実施の形態10〜12で示したように、前記複数の熱駆動アクチュエータの少なくともいずれかは、前記足場部材が剪断変形またはねじり変形をするように配置されていることが好ましい。
As shown in
培養する細胞に与えるべき所望の刺激を実現するためには、押圧/引張りといった軸力と、せん断力と、ねじり力とは、適宜組み合わせてもよい。そのためには、熱駆動アクチュエータの配置は、各実施の形態に示したものを適宜組み合わせてもよい。 In order to realize a desired stimulus to be applied to the cells to be cultured, axial force such as pressing / pulling, shearing force, and twisting force may be appropriately combined. For this purpose, the arrangement of the thermally driven actuators may be appropriately combined with those shown in the embodiments.
(実施の形態13)
図22を参照して、本発明に基づく実施の形態13における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置124を図22に示す。培養装置124は、球状の足場部材2jを中央に備え、足場部材2jを挟んで互いに対向するように2つのスナップ機構10を備える。スナップ機構10は足場部材2jに接続されたロッド11を備える。スナップ機構10の各々の周辺には、ロッド11が足場部材2jを押圧するようにスナップ機構10を変形させるための熱駆動アクチュエータ51と、ロッド11が足場部材2jを引っ張るようにスナップ機構10を変形させるための熱駆動アクチュエータ52とが配置されている。熱駆動アクチュエータ51は回転梁部53を押して回動させるように配置されている。回転梁部53はスナップ機構10を足場部材2jの側に押し込む役割を果たす。熱駆動アクチュエータ52は回転梁部54を押して回動させるように配置されている。回転梁部54はスナップ機構10を足場部材2jから遠ざかる側に引き出す役割を果たす。
(Embodiment 13)
With reference to FIG. 22, the culture apparatus in Embodiment 13 based on this invention is demonstrated. A
本実施の形態では、スナップ機構を備えているので、培養中の細胞に対して継続的に伸展または圧縮の刺激を与え続けることができる。 In the present embodiment, since the snap mechanism is provided, it is possible to continuously give a stretching or compression stimulus to cells in culture.
(実施の形態14)
図23を参照して、本発明に基づく実施の形態14における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置125を図23に示す。培養装置125は、中央に配置された足場部材2rを取り囲むように複数の熱駆動アクチュエータ3を備える。熱駆動アクチュエータ3の固定部31はベース5に固定されている。熱駆動アクチュエータ3は可動部32の先端に当接部34rを備える。足場部材2rは繊維状である。各熱駆動アクチュエータ3の詳細は、実施の形態7などで説明したのと同様である。
(Embodiment 14)
With reference to FIG. 23, the culture apparatus in
図23に示すように、1つの当接部34rに対して複数本の足場部材2rが接続されていてもよい。図23に示すように、足場部材2rは枝分かれしていてもよい。図23に示した例では、足場部材2rがT字状につながっている箇所がある。ここで示したのはあくまれ一例であり、繊維状の足場部材2rの配列方向、本数、枝分かれの仕方、当接部に対する接続の仕方などは無数に考えられる。
As shown in FIG. 23, a plurality of
本実施の形態では、当接部34rを通じて、足場部材2rに少なくとも伸展刺激を与えることが可能である。また、繊維状の足場部材2rがある程度の硬さを有する場合、一定の範囲内での圧縮刺激も可能である。
In the present embodiment, it is possible to give at least an extension stimulus to the
(実施の形態15)
図24を参照して、本発明に基づく実施の形態15における培養装置入り細胞培養プレートについて説明する。この培養装置入り細胞培養プレート251は、公知の細胞培養プレート200を用いたものである。細胞培養プレート200は市販されている一般的な形状のものであり、マトリックス状に配列された複数のウェルを有する。これらのウェルのうちの1つであるウェル200aに、実施の形態1〜13のいずれかで説明した培養装置201を収容し、近隣の他のウェル200bに制御基板および電源を含む制御ユニット202を収容したものである。培養装置201と制御ユニット202とは配線203によって接続されている。配線203はウェル200a,200bにまたがるように設けられている。図24に示すように、培養装置201を収容するウェル200aと、制御ユニット202を収容するウェル200bとの対を、複数対設けて1つの細胞培養プレート200内に配置してもよい。
(Embodiment 15)
With reference to FIG. 24, a cell culture plate containing a culture device according to
本実施の形態における培養装置入り細胞培養プレート251は、制御ユニット202の中に電源を含んでいるので、外部からの電源配線の接続が不要であり、コンパクトで持ち運びがしやすいものとなっている。したがって、図25に示すように、試料保管庫281の中に保管することも可能である。また、図26に示すように、顕微鏡282のステージ283に載せることも可能である。このようにすることで、培養装置が変形による刺激を与えている最中の細胞をその場観察することが可能である。制御ユニット202は、液中でも動作可能なように構成することが好ましい。そのようにすれば、培養装置201と制御ユニット202とを1つのウェルの中に収容し、これらを覆うように培地を満たすことも可能となる。
Since the
(実施の形態16)
図27を参照して、本発明に基づく実施の形態16における培養装置入り細胞培養プレートについて説明する。この培養装置入り細胞培養プレート252は、一般的な細胞培養プレート200の各ウェルの中に培養装置201を収容し、制御基板および電源を含む制御ユニット205は細胞培養プレート200の下側に配置したものである。本実施の形態では、制御ユニット205は、ウェル内に収める必要はないので、大きなサイズであってもよい。各ウェルの上方には小型カメラ204が配置されている。制御ユニット205から各培養装置201へはワイヤレス給電が行なわれている。したがって、培養装置201は各ウェル内に収まった状態のまま駆動することができる。培養装置201は各ウェル内で培地に浸っていてもよい。
(Embodiment 16)
With reference to FIG. 27, a cell culture plate containing a culture device according to
小型カメラ204は撮影したデータをワイヤレスでパーソナルコンピュータ(以下「PC」という。)などに送信することが好ましい。本実施の形態では、培養装置201が変形による刺激を与えている細胞をリアルタイムに観察し、外部のPCで記録したり分析したりすることができる。
The
実施の形態15,16で説明したような培養装置入り細胞培養プレートも本発明で意図する範囲内のものである。すなわち、本発明に基づく培養装置入り細胞培養プレートは、細胞を培養するための凹部を有し、上述のいずれかに記載の培養装置を前記凹部の内部に備える。このような培養装置入り細胞培養プレートによる効果は、実施の形態15,16で説明したとおりである。 The cell culture plate with a culture device as described in the fifteenth and sixteenth embodiments is also within the scope intended by the present invention. That is, the cell culture plate with a culture device according to the present invention has a recess for culturing cells, and the culture device according to any one of the above is provided inside the recess. The effect of such a cell culture plate with a culture device is as described in the fifteenth and sixteenth embodiments.
なお、上記実施の形態のうち複数を適宜組み合わせて採用してもよい。
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
In addition, you may employ | adopt combining suitably two or more among the said embodiment.
In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It is not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 細部、2 足場部材、2i (立方体形状の)足場部材、2j (球状の)足場部材、2k (シート状の)足場部材、2n (シャーレ形状の)足場部材、2r (繊維状の)足場部材、3,3y,3w 熱駆動アクチュエータ、4 培地、5 ベース、6 容器、7 足場部材固定部、8a,8b 圧電部材、9 カバー部材、10 スナップ機構、11 ロッド、31 固定部、32 可動部、33 梁部、34,34r 当接部、41 固定部、42 直動部、43 回転梁部、44 当接部、51,52 熱駆動マイクロアクチュエータ、53,54 回転梁部、90,91,92,93,94a,94b,95 矢印、101,103,104,105,106,107,108,109,110,121,122,123,124,125 培養装置、200 細胞培養プレート、200a,200b ウェル、201 培養装置、202,205 制御ユニット、203 配線、204 小型カメラ、251,252 培養装置入り細胞培養プレート、281 試料保管庫、282 顕微鏡、283 ステージ、421 ロッド部、422 固定部。
1 Detail, 2 Scaffold Member, 2i (Cubic Shape) Scaffold Member, 2j (Spherical) Scaffold Member, 2k (Sheet Shape) Scaffold Member, 2n (Petri dish Shape) Scaffold Member, 2r (Fiber Shape)
Claims (11)
前記培養装置は、
弾性体からなり、細胞を付着させた状態で前記細胞を培養するための足場部材と、
前記足場部材を弾性変形させるためのポリマー製の複数の熱駆動アクチュエータとを備える、培養装置入り細胞培養プレート。 Having a recess for culturing cells, equipped with a culture apparatus inside the recess,
The culture apparatus comprises:
A scaffolding member for culturing the cells in a state of being made of an elastic body and having the cells attached thereto,
A cell culture plate with a culture device , comprising a plurality of polymer-made thermally driven actuators for elastically deforming the scaffold member.
固定部と、
前記固定部から延在し、電流が流れることによって熱膨張する梁部と、
前記梁部によって支持され、前記梁部の熱膨張によって変位する可動部とを備え、
前記可動部は、前記梁部の熱膨張によって前記可動部が変位したときに前記足場部材を弾性変形させることが可能なように、前記足場部材に接している、請求項1に記載の培養装置入り細胞培養プレート。 Each of the plurality of thermally driven actuators is
A fixed part;
A beam portion that extends from the fixed portion and thermally expands when an electric current flows;
A movable part supported by the beam part and displaced by thermal expansion of the beam part,
The culture apparatus according to claim 1, wherein the movable part is in contact with the scaffold member so that the scaffold member can be elastically deformed when the movable part is displaced by thermal expansion of the beam part. Entered cell culture plate .
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