JP6604467B2

JP6604467B2 - 細胞懸濁液の供給装置

Info

Publication number: JP6604467B2
Application number: JP2015114022A
Authority: JP
Inventors: 健一東
Original assignee: Shibuya Corp
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2015-06-04
Filing date: 2015-06-04
Publication date: 2019-11-13
Anticipated expiration: 2035-06-04
Also published as: JP2017000003A

Description

本発明は細胞懸濁液の供給装置に関し、詳しくは細胞培養に使用する細胞懸濁液を所定量ずつ容器等に分注するための細胞懸濁液の供給装置に関する。

今日、例えば再生医療の分野において、細胞を培地等の液体中に分散させた細胞懸濁液をシャーレ等の容器に所定量ずつ分注して、当該細胞の培養を繰り返すことが行われている。
このような細胞懸濁液の分注には、作業者が細胞懸濁液を貯溜した容器からピペットにより細胞懸濁液を吸引し、これを複数のシャーレに分注する方法が知られ、またこれを機械化した供給装置も知られている（特許文献１）。
しかしながら、上記ピペットを用いた細胞懸濁液の分注は、細胞懸濁液の吸引と吐出という作業の繰り返しが必要であり、より効率的な分注作業を行うために図２に示すような細胞懸濁液の供給装置１０１が提案されている。
この供給装置１０１は、細胞懸濁液を貯溜するとともに細胞懸濁液の上部に密閉された空寸部Ｓの形成された貯溜タンク１０３と、上記貯溜タンク１０３の下部に接続されて上記細胞懸濁液を給液する給液通路１０４と、当該給液通路１０４の先端に設けられた供給ノズル１０５と、上記貯溜タンク１０３の空寸部Ｓに気体を供給して上記細胞懸濁液を供給ノズル１０５より排出させる加圧手段１０６とを備えている。
上記構成を有する供給装置１０１では、上記加圧手段１０６によって上記貯溜タンク１０３の空寸部Ｓに気体を供給することで、貯溜タンク１０３内の細胞懸濁液を押し出してこれを上記供給ノズル１０５より排出させるものとなっている。

特開２０１３−１７４６１号公報

ここで、上記図２の細胞懸濁液の供給装置１０１では、供給ノズル１０５より所定量の細胞懸濁液が排出されると、上記給液通路１０４に設けた開閉バルブＢによって細胞懸濁液の排出を停止させるようになっている。
しかしながら、開閉バルブＢを開閉させると、上記給液通路１０４が圧迫されたり開閉バルブＢの開閉動作によって細胞に負担がかかることから、その後の培養において異常が発生するおそれがあった。
このような問題に鑑み、本発明は排出される細胞懸濁液中の細胞に負担がかからないようにした細胞懸濁液の供給装置を提供するものである。

すなわち請求項１の発明にかかる細胞懸濁液の供給装置は、細胞懸濁液を供給する細胞懸濁液の供給装置であって、
上記細胞懸濁液を貯溜するとともに細胞懸濁液の上部に密閉された空寸部の形成された貯溜タンクと、上記貯溜タンクの下部に接続されて上記細胞懸濁液を給液する給液通路と、当該給液通路の先端に設けられた供給ノズルと、上記貯溜タンクの空寸部に気体を供給して上記細胞懸濁液を供給ノズルより排出させる加圧手段と、貯溜タンク内の細胞懸濁液の液面高さに応じて上記加圧手段による上記気体の供給量を異ならせる制御手段とを備え、
上記給液通路に当該給液通路を開閉する開閉バルブを設けず、
上記制御手段には、上記貯溜タンク内の細胞懸濁液の液面高さに応じて、上記加圧手段から供給される気体の供給量が登録され、
上記制御手段は、上記加圧手段により上記貯溜タンク内の細胞懸濁液の液面高さに対応する供給量の気体を供給させ、これにより上記供給ノズルより所定量の細胞懸濁液が排出されると、貯溜タンクにおける空寸部の圧力と供給ノズル先端における表面張力とが均衡して、細胞懸濁液の排出が停止することを特徴としている。

上記発明によれば、給液通路に開閉バルブを設けていないことから、給液通路を流通する細胞懸濁液中の細胞に負担がかからず、分注された細胞のその後の培養を正常に行うことができる。
そして本発明では、上記開閉バルブを設けない代わりに、上記貯溜タンク内の細胞懸濁液の液面高さに応じて上記加圧手段が所定量の気体を供給するようになっている。
具体的には、液面高さに応じて上記貯溜タンク内の空寸部の体積が変動するのに応じて加圧手段が所定量の気体を空寸部に供給することにより、当該空寸部の圧力を増大させて細胞懸濁液を排出することができる。
そして所定量の細胞懸濁液が排出されると、貯溜タンクにおける空寸部の圧力が低下して供給ノズル先端における表面張力とが均衡するため、開閉バルブを用いずとも細胞懸濁液の排出を停止させることができる。

本実施例にかかる細胞懸濁液の供給装置の構成図従来の細胞懸濁液の供給装置の構成図

以下図示実施例について説明すると、図１は本実施例にかかる細胞懸濁液の供給装置１を示し、内部に閉鎖空間が形成されたチャンバ２と、当該チャンバ２内に設けられて上記細胞懸濁液を貯溜する貯溜タンク３と、上記貯溜タンク３に接続された給液通路４と、当該給液通路４の先端に設けられた供給ノズル５と、上記貯溜タンク３に気体を供給する加圧手段６と、上記加圧手段６を制御する制御手段７とを備えている。
上記構成を有する供給装置１によれば、上記貯溜タンク３の細胞懸濁液を所定量ずつシャーレ等の容器に分注することができ、細胞懸濁液の分注された容器はその後図示しないインキュベータに移送されて細胞の培養が行われるようになっている。

上記チャンバ２には図示しない空気清浄手段が設けられており、内部が無菌状態に維持され、またチャンバ２の側面には作業者が装着する図示しないグローブと、図示しない開閉扉を介して連通するパスボックスが設けられている。
上記パスボックスには外部より上記貯溜タンク３や容器等の資材が収容され、これらの資材を当該パスボックス内において除染することが可能となっており、その後上記開閉扉を開放することで、上記グローブを装着した作業者がパスボックスから上記資材をチャンバ２内に無菌状態を維持したまま移送するようになっている。

貯溜タンク３は透明な樹脂製となっており、当該貯溜タンク３の上部に設けられた蓋部３ａによって内部が密閉され、貯溜された細胞懸濁液の上方には無菌の気体からなる空寸部Ｓが形成されている。
上記貯溜タンク３は予め上記細胞懸濁液が充填された状態でチャンバ２内に移送され、その後チャンバ２の内部に設けた図示しない保持部材によって当該チャンバ２の底面に対して所定高さに保持されるようになっている。
そして、上記貯溜タンク３の外部には、当該貯溜タンク３における細胞懸濁液の液面高さを検出するセンサ８が設けられており、このセンサ８が検出した液面高さは上記制御手段７に送信されるようになっている。
上記給液通路４は可撓性を有する樹脂製からなり、上記貯溜タンク３の下部に接続されるとともに、当該給液通路４の先端に設けられた供給ノズル５は上記貯溜タンク３における細胞懸濁液の液面よりも下方に保持されている。
また本実施例の上記給液通路４には、開閉バルブやチューブポンプといった細胞懸濁液の流通を停止させる手段は設けられておらず、これにより給液通路４内を流通する細胞懸濁液中の細胞が圧縮等されないようにされている。

上記加圧手段６は上記チャンバ２の外部に設けられており、上記加圧手段６と貯溜タンク３の蓋部３ａとの間に給気通路９が配設されている。
上記加圧手段６は内部に空間が形成されたシリンダ１１と、当該シリンダ１１の内部を進退動するピストン１２とを有し、上記ピストン１２が前進することで上記空間の気体を上記貯溜タンク３の空寸部Ｓに供給するようになっている。
上記ピストン１２は図示しない駆動手段によって進退動し、その移動量は上記制御手段７によって制御されるようになっている。そして制御手段７がピストン１２の移動量を変化させることで、上記貯溜タンク３に供給される気体の体積を変動させるようになっている。
上記給気通路９には、上記加圧手段６との間に当該給気通路９を開閉する開閉弁１３と、当該開閉弁１３と加圧手段６との間に設けられて気体の流入を許容する吸引弁１４とが設けられている。
そして貯溜タンク３に加圧手段６の気体を供給するには、上記開閉弁１３を開放するとともに上記吸引弁１４を閉鎖した状態で、上記ピストン１２を前進させればよい。
一方、加圧手段６のシリンダ１１に上記吸引弁１４を介して外部の空気を吸引するには、上記開閉弁１３を閉鎖するとともに上記吸引弁１４を開放した状態で、ピストン１２を後退させればよい。
そして、上記給気通路９における上記開閉弁１３よりも貯溜タンク３側には、上記チャンバ２の壁面に固定されて空気を清浄化するフィルタ１５が設けられており、上記吸引弁１４を介してシリンダ１１内に吸引された空気は、その後ピストン１２が前進されて貯溜タンク３へと供給される際に、上記フィルタ１５によって清浄化されるようになっている。

上記構成を有する細胞懸濁液の供給装置１の使用方法について説明すると、まず上記チャンバ２内に上記パスボックスを介して細胞懸濁液の充填された貯溜タンク３を移送し、これを所定の高さに保持するとともに、上記給液通路４および給気通路９をそれぞれ接続する。
その後、細胞懸濁液を上記供給ノズル５の先端まで送液し、当該供給ノズル５の先端では表面張力によって細胞懸濁液が保持されるようになっている。具体的には、上記供給ノズル５での表面張力が上記貯溜タンク３における上記細胞懸濁液の上方の空寸部Ｓの圧力と平衡を維持することで、供給ノズル５から細胞懸濁液が排出されないようになっている。
この状態から上記供給ノズル５の下方に容器を位置させると、上記制御手段７が加圧手段６を制御して、加圧手段６より貯溜タンク３へと気体を供給する。すると、空寸部Ｓの圧力が上昇して上記供給ノズル５の表面張力とのバランスが崩れ、細胞懸濁液が排出される。
その際、制御手段７は上記センサ８によって貯溜タンク３内における細胞懸濁液の液面高さを認識しており、液面高さに対応して予め設定した量の気体を貯溜タンク３へと供給することで、所定量の細胞懸濁液が供給ノズル５より排出される。
具体的に説明すると、上記供給ノズル５から細胞懸濁液が排出されると、貯溜タンク３においては細胞懸濁液の液面が下降して空寸部Ｓの体積が増大する。このとき加圧手段６からの気体の供給は停止しており、これにより空寸部Ｓの体積増大に伴って当該空寸部Ｓの圧力が低下することとなる。
その結果、空寸部Ｓの圧力低下に伴って供給ノズル５からの細胞懸濁液の排出が減少し、その後再び貯溜タンク３の圧力と供給ノズル５の表面張力とが平衡状態となることで、供給ノズル５からの排出が停止する。
このように、供給ノズル５からの細胞懸濁液の排出を停止させる際に、給液通路４を開閉バルブ等によって閉鎖する必要がないことから、開閉バルブの開閉による細胞の損傷を防止することができる。

その後、供給ノズル５から再度同量の細胞懸濁液を排出させる場合、制御手段７は前回の排出によって下がった細胞懸濁液の液面高さに基づいて、加圧手段６を制御し、前回に比べて若干多い気体を供給させる。
具体的には、貯溜タンク３において細胞懸濁液の液面高さが減少することにより、空寸部Ｓの体積が増大するため、前回と同量の細胞懸濁液を排出するために空寸部Ｓの圧力を上げるためには、前回よりも多い気体を供給する必要があり、その際の気体の供給量はセンサ８が検出した液面高さ毎に予め制御手段７に登録されている。
また、加圧手段６は上記シリンダ１１内の空気の残量に応じてピストン１２を後退させることなく貯溜タンク３に気体を供給することが可能であるが、上記空間が減少してしまった場合には、ピストン１２を後退させる必要がある。
その場合、制御手段７は開閉弁１３を閉鎖するとともに、ピストン１２を後退させ、吸引弁１４を介して空気が上記シリンダ１１の空間に吸引されることとなる。
そして吸引された空気は、その後上記開閉弁１３が開放されてピストン１２が前進されると、上記フィルタ１５によって清浄化された後、上記貯溜タンク３の空寸部Ｓに供給されるようになっている。

上記実施例によれば、貯溜タンク３に貯溜された細胞懸濁液を供給ノズル５より排出した後、開閉バルブを用いずに当該細胞懸濁液の排出を停止できることから、開閉バルブの開閉による細胞の損傷を防止することができる。
なお、上記実施例に対し、上記供給ノズル５を貯溜タンク３における細胞懸濁液の液面よりも上方に設けることも可能であり、その場合には上記加圧手段６によって空寸部Ｓの圧力を上昇させることにより供給ノズル５より細胞懸濁液を排出させることができる。
また加圧手段６としては、上記シリンダ１１およびピストン１２によって構成されるものの他、チューブポンプ等を用いることも可能である。
また上記給気通路９に設けたフィルタ１５については、貯溜タンク３と加圧手段６との間に設けられていればよく、必ずしも上記チャンバ２に固定されている必要はない。
さらに、上記チャンバ２の内部に、上記供給装置１の他にシャーレや遠沈管などの容器を保持する容器保持手段、遠沈管内の細胞懸濁液を遠心分離する遠心分離手段、上記容器類を上記供給装置１や容器保持手段の間で移動させるロボット等を設けて、細胞培養にかかる作業を自動的に行うことが可能な細胞培養装置を構成することも可能となっている。

１供給装置２チャンバ
３貯溜タンク４給液通路
５供給ノズル６加圧手段
７制御手段８センサ
９給気通路Ｓ空寸部

Claims

細胞懸濁液を供給する細胞懸濁液の供給装置であって、
上記細胞懸濁液を貯溜するとともに細胞懸濁液の上部に密閉された空寸部の形成された貯溜タンクと、上記貯溜タンクの下部に接続されて上記細胞懸濁液を給液する給液通路と、当該給液通路の先端に設けられた供給ノズルと、上記貯溜タンクの空寸部に気体を供給して上記細胞懸濁液を供給ノズルより排出させる加圧手段と、貯溜タンク内の細胞懸濁液の液面高さに応じて上記加圧手段による上記気体の供給量を異ならせる制御手段とを備え、
上記給液通路に当該給液通路を開閉する開閉バルブを設けず、
上記制御手段には、上記貯溜タンク内の細胞懸濁液の液面高さに応じて、上記加圧手段から供給される気体の供給量が登録され、
上記制御手段は、上記加圧手段により上記貯溜タンク内の細胞懸濁液の液面高さに対応する供給量の気体を供給させ、これにより上記供給ノズルより所定量の細胞懸濁液が排出されると、貯溜タンクにおける空寸部の圧力と供給ノズル先端における表面張力とが均衡して、細胞懸濁液の排出が停止することを特徴とする細胞懸濁液の供給装置。
上記加圧手段は、内部に空間が形成されたシリンダと、当該シリンダの内部を進退動するピストンとを有し、上記ピストンが前進することで上記空間の気体を上記貯溜タンクの空寸部に供給するように構成され、
さらに上記加圧手段と貯溜タンクとの間に配設された給気通路に、当該給気通路を開閉する開閉弁と、当該開閉弁と加圧手段との間に設けられて気体の流入を許容する吸引弁とを設け、
上記加圧手段によって貯溜タンクに気体を供給する際には上記開閉弁を開放するとともに上記吸引弁を閉鎖し、加圧手段における上記ピストンを後退させる際には上記開閉弁を閉鎖して上記吸引弁を開放することを特徴とする請求項１に記載の細胞懸濁液の供給装置。
上記貯溜タンクを内部が閉鎖されたチャンバ内に設けるとともに、上記加圧手段を当該チャンバの外部に設け、
上記加圧手段と貯溜タンクとの間に配設された給気通路にフィルタを設けて、上記加圧手段から供給される気体を清浄化してから上記貯溜タンクの空寸部に供給することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の細胞懸濁液の供給装置。