JP6906773B1 - 細胞分注装置に用いられる吐出システム - Google Patents

Abstract

【課題】分注装置を用いて細胞を分注する際に分注によって分注される溶液中に含まれる細胞数の経時的な減少を抑制する。【解決手段】細胞分注装置１００に設置され、細胞を載置可能な凹部を設けたマイクロプレートＰを設置する載置部１０の上方に移動可能に設けられ、細胞および細胞を培養する培養液を収容する内部空間４１を設けた筒状部材４０と、内部空間に収容された細胞および培養液の少なくともいずれかを内部空間から側方に吐出可能な流路を含む第１流路部６１と、第１流路部よりも重力方向における下方に設けられ、内部空間に収容された細胞および培養液の少なくともいずれかを内部空間から側方に吐出可能な流路を含む第２流路部６２と、第１流路部と第２流路部の流路における先端側において第１流路部からの流体と第２流路部からの流体が合流する合流箇所Ｓ１を備えた第３流路部６３と、を有する細胞分注装置に用いられる吐出システムである。【選択図】図４

Description

本発明は、細胞分注装置に用いられる吐出システムに関する。

細胞を一定量自動で吐出する装置に分注装置がある。分注装置は医療等の分野において利用される。分注装置に関する従来の技術には、シリンジの略下方に位置するディッシュに、シリンジに収容した培地溶液などの液体をノズルから吐出(分注)するものがある（特許文献１参照）。

特開２０１５−１８６８０３号公報

本発明者は、分注装置を用いて分注を行うと、ショット数(細胞の吐出回数)が増えるに従い、溶液中に含まれる細胞の濃度が減少する点に着目している。

本発明は、分注装置を用いて細胞を分注する際に分注を繰り返すにつれて分注される溶液中に含まれる細胞数の経時的な減少を抑制することを目的とする。

本発明の一態様は、細胞分注装置に用いられる吐出システムである。吐出システムは、収容部と、第１流路部と、第２流路部と、第３流路部と、を有する。収容部は、細胞分注装置に設置され、細胞を載置可能な凹部を設けたプレート部を設置する部位の上方に移動可能に設けられ、細胞および細胞を培養する培養液を収容する内部空間を設けている。第１流路部は、内部空間に収容された細胞および培養液の少なくともいずれかを内部空間から側方に流通可能な流路を含む。第２流路部は、第１流路部よりも重力方向における下方に設けられ、内部空間に収容された細胞および培養液の少なくともいずれかを内部空間から側方に流通可能な流路を含むように構成している。第３流路部は、第１流路部および第２流路部の先端側において第１流路部からの流体と第２流路部からの流体が合流する合流箇所を備えるように構成している。

本発明の一態様に係る細胞分注装置に用いられる吐出システムによれば、分注装置を用いて細胞を分注する際に分注を繰り返すことによって分注される溶液中に含まれる細胞数の経時的な減少を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る細胞分注装置を示す概略斜視図である。 図１の側面図である。 図１の正面図である。 図１に係る細胞分注装置において載置部に載置したプレート等に細胞を分注(吐出)する吐出システムを示す断面図である。 図４の変形例を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ここで示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するために例示するものであって、本発明を限定するものではない。

また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者などにより考え得る実施可能な他の形態、実施例および運用技術などは全て本発明の範囲、要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

さらに、本明細書に添付する図面は、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺、縦横の寸法比、形状などについて、実物から変更し模式的に表現される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

また、以下の説明において、「第１」、「第２」のような序数詞を付して説明するが、特に言及しない限り、便宜上用いるものであって何らかの順序を規定するものではない。

図１は本発明の一実施形態に係る細胞分注装置１００を示す概略斜視図、図２は図１の側面図、図３は図１の正面図である。図４は図１に係る細胞分注装置１００において載置部１０に載置したマイクロプレートＰ等に細胞を分注(吐出)する吐出システムを示す断面図である。

なお、図面では直交座標系を表記している。Ｘは細胞分注装置１００の幅方向に沿い、幅方向Ｘと称する。Ｙは細胞分注装置１００の奥行方向に沿い、奥行方向Ｙと称する。Ｚは細胞分注装置１００の高さ方向に沿い、高さ方向Ｚと称する。

本実施形態に係る細胞分注装置１００は、一例として医療や理化学の分野において利用することができる。細胞分注装置１００は、図１〜図４に示すように載置部１０と、移動部２０と、設置部３０と、筒状部材４０(収容部に相当)と、流路部５０と、押し出し部８０と、を有する。筒状部材４０、流路部５０および押し出し部８０は吐出システムを構成する。以下、詳述する。

＜載置部１０＞
載置部１０は、分注の対象となる細胞を載置するための器具を載置させる。載置部１０は、平坦に構成しており、載置部１０には細胞分注装置１００に設置され、細胞を載置可能な複数の凹部として２方向に穴を設けたマイクロプレートＰ(プレート部に相当)などを載置することができる。載置部１０は本実施形態においてマイクロプレートＰを奥行方向Ｙに移動可能に構成している。

ただし、マイクロプレートＰに対して設置部３０、筒状部材４０、流路部５０および押し出し部８０の相対的な位置を調整できれば載置部は奥行方向Ｙなどに移動可能でなくてもよい。また、載置部１０に載せる器具としては上述した凹部を複数備えるマイクロプレートのようなプレート部以外にもシャーレ等のように凹部が一つのようなプレート部であってもよい。

また、載置部１０はマイクロプレートＰなどを加温するために内部にヒーターなどを内蔵することができる。

＜移動部２０＞
移動部２０は、設置部３０、筒状部材４０、流路部５０および押し出し部８０をプレート部に対して相対的に移動させるために設けられる。移動部２０は、図１等に示すように垂直ステージ２１と、第１水平ステージ２２と、第２水平ステージ２３と、を備える。

垂直ステージ２１は、第１水平ステージ２２と第２水平ステージ２３と、を高さ方向Ｚに移動させる。第１水平ステージ２２は、第２水平ステージ２３を幅方向Ｘに移動させるように構成している。第２水平ステージ２３は、本実施形態において設置部３０、筒状部材４０、流路部５０および押し出し部８０を奥行方向Ｙに移動可能に構成している。ただし、マイクロプレートＰに対して設置部３０、筒状部材４０、流路部５０および押し出し部８０の相対的な位置を調整できれば第２水平ステージ２３は奥行方向Ｙに移動可能でなくてもよい。

垂直ステージ２１、第１水平ステージ２２、第２水平ステージ２３は、設置部３０、筒状部材４０、流路部５０、および押し出し部８０を幅方向Ｘ、奥行方向Ｙ、および高さ方向Ｚに移動できれば、具体的な構成は特に限定されない。一例として、垂直ステージ２１、第１水平ステージ２２、および第２水平ステージ２３は、不図示のモーター、ラックとピニオン等を含むように構成できる。

＜設置部３０＞
設置部３０は、筒状部材４０、流路部５０、および押し出し部８０を移動可能に構成している。具体的に言えば、設置部３０は、本実施形態において流路部５０とともに筒状部材４０を取り付け、筒状部材４０に対して押し出し部８０を移動可能に構成している。

筒状部材４０は、流路部５０とともに設置部３０に対して溶接などによって接合したり、ねじ等によって設置部３０にマウントしたりするように構成できる。押し出し部８０は、設置部３０に不図示のモーターやラックなどを搭載し、押し出し部８０にラックと係合可能なピニオン等を設けることによって筒状部材４０に対して奥行方向Ｙに移動可能に構成している。

このように構成することによって、筒状部材４０の内部空間４１の容積を減少させて内部空間４１に収容された細胞および培養液を含む溶液を、流路部５０を通じて外部に吐出することができる。

＜筒状部材４０＞
筒状部材４０は、マイクロプレートＰの上方において移動可能に設けられる。筒状部材４０は、細胞および細胞を培養する培養液を組み合わせた溶液を収容する内部空間４１を設けるように構成している。

筒状部材４０の内部空間４１は半閉空間となるように構成している。筒状部材４０は、図４に示すように流路部５０を構成する接続部材６０と接続し、押し出し部８０の先端側(プランジャ部８１)を収容することによって閉空間を形成するように構成している。

筒状部材４０を用いることによって、使用者が使いたい量の細胞をほぼ使い切るように細胞および培養液を含む溶液を吐出することができる。

筒状部材４０は、本実施形態において先端側に接続部材６０との係合部４２としてねじ形状を設けて接続部材６０を接続し、設置部３０との取り付け箇所を２か所設け、底面を備えない円柱形状に構成している。また、筒状部材４０は、本実施形態において奥行方向Ｙに延在するように構成している。

ただし、細胞および培養液を含む溶液を収容し、設置部３０に取り付けることができれば、接続部材との接続態様、設置部との取り付け箇所の数や位置、および筒状部材の形状は上記に限定されない。例えば、筒状部材は、円柱以外にも多角柱を含むように構成した
り、幅方向Ｘに延在するように構成したりしてもよい。

＜流路部５０＞
流路部５０は、筒状部材４０に収容された細胞および培養液の溶液を載置部１０に吐出させる流路を構成する。流路部５０は、本実施形態において図４に示すように接続部材６０と、ニードル７０と、を備える。

＜接続部材６０＞
接続部材６０は、図４に示すように第１流路部６１と、第２流路部６２と、第３流路部６３と、シール部６４と、取り付け部６５、６６と、を備える。接続部材６０は筒状部材４０と接続され、第１流路部６１、第２流路部６２、および第３流路部６３を構成する空洞形状を形成するように構成している。

第１流路部６１は、内部空間４１に収容された細胞および培養液の少なくともいずれかを内部空間４１から側方に流通可能な流路を含むように構成している。

第２流路部６２は、第１流路部６１よりも重力方向における下方に設けられ、内部空間４１に収容された細胞および培養液の少なくともいずれかを内部空間４１から側方に流通可能な流路を含むように構成している。

第３流路部６３は、図４に示すように第１流路部６１と第２流路部６２の流路における先端側において第１流路部６１からの流体と第２流路部６２からの流体が合流する合流箇所Ｓ１を備えるように構成している。

第１流路部６１および第２流路部６２は、本実施形態において細胞分注装置１００を水平面に設置した設置状態において水平方向(奥行方向Ｙ)に延在し、第３流路部６３は設置状態において垂直方向(高さ方向Ｚ)に沿うように構成している。言い換えれば、第３流路部６３は、重力方向における下方に沿って延在するように構成している。

ただし、筒状部材４０から細胞および培養液をよどみなく比較的円滑に流通させることができれば、第１流路部および第２流路部は水平方向に対して数度程度傾斜していてもよいし、第３流路部は垂直方向に対して数度程度傾斜していてもよい。

また、第１流路部６１、第２流路部６２、および第３流路部６３の長手方向に交差(直
交)する断面形状は、本実施形態において真円形状に構成している。ただし、細胞と培養
液の溶液をよどみなく流通できれば、第１流路部、第２流路部、および第３流路部の断面の具体的な形状は真円に限定されない。上記以外にも断面形状は真円以外の円形状や矩形などの多角形を含んでもよい。

シール部６４は、接続部材６０における筒状部材４０との接続部位に設けられる。シール部６４は、本実施形態において筒状部材４０との接続部位の外周にＯリングなどを設けることによって構成している。ただし、接続部材と筒状部材を接続した際に筒状部材に収容された細胞および培養液の溶液をシールできれば、具体的な構成はＯリングに限定されない。

取り付け部６５は、接続部材６０における筒状部材４０との取り付け部位を構成する。取り付け部６５は、本実施形態において上述のように筒状部材４０の係合部４２に設けたねじ形状(おねじ)と螺合可能なねじ形状(めねじ)を設けることによって構成している。

ただし、筒状部材と接続部材を一体にして細胞および培養液の溶液を収容する閉空間を
形成できれば、取り付け部の具体的な構成はおねじとめねじの組み合わせに限定されない。

取り付け部６６は、接続部材６０と、ニードル７０との取り付け部位を構成する。取り付け部６６は、本実施形態においてニードル７０の係合部７２と篏合可能な筒形状に構成している。

ただし、取り付け部６６は接続部材をニードルと接続できれば、接続の具体的態様は上記に限定されず、篏合以外にも取り付け部６５等と同様にねじの螺合によって接続するように構成してもよい。

＜ニードル７０＞
ニードル７０は、筒状部材４０から接続部材６０の第１流路部６１または第２流路部６２を通じ、第３流路部６３を流通した細胞および培養液を外部に吐出する。ニードル７０は、図４に示すように長尺部７１と、係合部７２と、を備える。

長尺部７１は、筒状部材４０から第１流路部６１または第２流路部６２を経て第３流路部６３を流通した細胞および培養液の溶液を流通させ、先端部からマイクロプレートＰなどの外部に吐出する。

係合部７２は、接続部材６０の第３流路部６３を経た細胞および培養液の溶液を長尺部７１に流通させるように接続部材６０の取り付け部６６に接続する部位として構成している。係合部７２は、本実施形態において接続部材６０の取り付け部６６を構成する中空の筒形状と篏合する中空の内壁面を備えるように構成している。

＜押し出し部８０＞
押し出し部８０は、筒状部材４０の内部空間４１を水平方向に移動可能であって、移動によって内部空間４１の容積を変化させるように構成している。押し出し部８０は、図４に示すようにプランジャ部８１と、駆動部８２と、を備える。プランジャ部８１は、先端側を内部空間４１に配置することによって接続部材６０とともに内部空間４１を閉空間に構成する。駆動部８２は、筒状部材４０の内部空間４１の容積が変化するようにプランジャ部８１を移動させるモーター、ラック、ピニオンなどの構成を含む。

また、押し出し部８０は、細胞および培養液が第１流路部６１および第２流路部６２以外の部位に流通しないようにプランジャ部８１の先端側にゴムやエラストマー等のシールが可能な部材(図示省略)を含むように構成できる。

また、細胞分注装置１００は、ＣＰＵなどのプロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、補助記憶部などの記憶部を備えた制御部(図示省略)と、使用者により操作可能なボタンなどを含む操作部と、を含む。

制御部の記憶部には、操作部の操作に応じて筒状部材４０に対する押し出し部８０のプランジャ部８１を一定量、押し出す(進退移動させる)プログラムを記憶させることができる。これにより、使用者が操作部のボタンなどを適宜押下することで押し出し部８０のプランジャ部８１を動作させて筒状部材４０の内部空間４１に収容された細胞と培養液を含む溶液をニードル７０から外部のマイクロプレートＰに吐出することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る細胞分注装置１００は、筒状部材４０と、第１流路部６１と、第２流路部６２と、第３流路部６３と、を有する。筒状部材４０は、細胞分注装置１００に設置され、細胞を載置可能な凹部を設けたマイクロプレートＰを設置す
る載置部１０の上方に移動可能に設けられ、細胞および細胞を培養する培養液を収容する内部空間４１を設けるように構成している。

第１流路部６１は、内部空間４１に収容された細胞および培養液の少なくともいずれかを内部空間４１から側方に吐出可能に構成している。第２流路部６２は、第１流路部６１よりも重力方向における下方に設けられ、内部空間４１に収容された細胞および培養液の少なくともいずれかを内部空間４１から側方に吐出可能に構成している。

第３流路部６３は、第１流路部６１と第２流路部６２の流路における先端側において第１流路部６１からの流体と第２流路部６２からの流体が合流する合流箇所Ｓ１を含むように構成している。

培養液に混合した細胞をシリンジのような筒状部材から吐出する場合、吐出して間もなくは培養液に細胞が比較的均一に分散して存在するものの、吐出を繰り返すことによって時間が経過して培養液の中で細胞の沈降が進行する。これにより、吐出した初期の時点では培養液に細胞が含まれるものの、時間の経過によって吐出した培養液に細胞が含まれなくなる虞がある。

これに対して、本実施形態に係る細胞分注装置１００は、第１流路部６１だけでなく第２流路部６２が第１流路部６１に対して重力方向における下方に位置するように構成している。そのため、時間の経過とともに細胞が培養液の中で沈降していったとしても、沈降した細胞を第２流路部６２から外部に吐出することができる。

これにより、細胞分注装置１００によって分注する際に、分注を繰り返すことによって、分注される溶液中に含まれる細胞数の経時的な減少を抑制することができる。

また、第３流路部６３は、重力方向に沿って延在するように構成している。このように構成することによって、第１流路部６１および第２流路部６２を経た細胞が流路の途中で留まることなく、または留まることを抑制したうえで外部であるマイクロプレートＰ等に吐出することができる。

また、細胞分注装置１００は、内部空間４１において水平方向に移動可能であって、移動によって内部空間４１の容積を変化させる押し出し部８０を備えるように構成している。このように構成することによって、筒状部材４０の内部空間４１に収容された培養液に含まれる細胞を内部空間４１に留めずに、または留めることを抑制したうえで外部であるマイクロプレートＰ等に吐出することができる。

また、細胞分注装置１００は、収容部として内部空間４１を構成する半閉空間を含む筒状部材４０を備える。細胞分注装置１００は、筒状部材４０と接続され、第１流路部６１、第２流路部６２、および第３流路部６３を構成する空洞形状を形成する接続部材６０を有するように構成している。

このように構成することによって、細胞分注装置を用いて細胞を分注する際に分注される溶液中に含まれる細胞数の経時的な減少を抑制することができる。

なお、本発明は上述した実施形態にのみ限定されることなく、特許請求の範囲において種々の変更が可能である。図５は図４の変形例を示す細胞分注装置１００ａにおいてマイクロプレートＰ等に細胞を分注する吐出システムを示す断面図である。

上記では図４に示すように筒状部材４０が底面を備えず、接続部材６０と接続し、押し
出し部８０の先端側を内部空間４１に配置することによって、細胞および培養液の溶液を収容する閉空間が形成されると説明した。

ただし、これに限定されず、流路部は筒形状の側面とともに筒形状の底面の少なくとも一部を構成する筒状部材４０ａを備え、筒状部材４０ａに第１流路部、第２流路部、および第３流路部を形成する配管部材６０ａを取り付けるように構成してもよい。

配管部材６０ａは、第１流路部、第２流路部、および第３流路部を形成できれば、具体的な構成は特に限定されないが、一例として第１側方部６１ａ、第２側方部６２ａ、および縦部６３ａを含むことができる。

配管部材６０ａは、篏合等によって筒状部材４０ａから突出した中空の筒形状に取り付け可能に構成している。第１側方部６１ａは、第１流路部を構成し、筒状部材４０ａの底面部から設置状態において側方に延在するように構成している。

第２側方部６２ａは第２流路部を構成し、第１側方部６１ａと同様に筒状部材４０ａの底面部から突出した中空の筒形状に取り付けられ、設置状態において側方に延在するように構成している。縦部６３ａは第１流路部と第２流路部と連通する第３流路部を構成し、第１側方部６１ａと第２側方部６２ａからの流体が合流する合流箇所Ｓ２を備え、第１側方部６１ａから第２側方部６２ａを越えて下方に延在するように構成している。

このように構成することによっても、細胞分注装置１００ａを用いて細胞を分注する際に分注を繰り返すにつれて分注される溶液中に含まれる細胞数の経時的な減少を抑制することができる。

また、細胞分注装置を構成する制御部の記憶部には操作部の操作によって筒状部材に対して押し出し部のプランジャ部を一定量移動させるプログラムが予め記憶されていると説明した。ただし、溶液に含まれる細胞数が分注を繰り返すことによって経時的に減少することを抑制できれば、押し出し部のプランジャ部の押し出し量を調整する具体的態様は上記に限定されない。

上記以外にも押し出し部の押し出し量は、カメラなどで筒状部材の内部空間を撮像し、撮像した画像を解析して内部空間における細胞の分布を確認(測定)したうえで調整するように構成してもよい。

１０ 載置部、
２０ 移動部、
３０ 設置部、
４０、４０ａ 筒状部材(吐出システム)、
５０ 流路部(吐出システム)、
６０ 接続部材(吐出システム)、
６０ａ 配管部材(吐出システム)、
６１ 第１流路部、
６１ａ 第１側方部(第１流路部)、
６２ 第２流路部、
６２ａ 第２側方部(第２流路部)、
６３ 第３流路部、
６３ａ 縦部(第３流路部)、
７０ ニードル(吐出システム)、
８０ 押し出し部(吐出システム)、
１００ 細胞分注装置、
Ｐ マイクロプレート(プレート部)、
Ｓ１、Ｓ２ 合流箇所。

Claims (5)

1. 細胞分注装置に設置され、細胞を載置可能な凹部を設けたプレート部を設置する部位の上方に移動可能に設けられ、前記細胞および前記細胞を培養する培養液を収容する内部空間を設けた収容部と、
   前記内部空間に収容された前記細胞および前記培養液の少なくともいずれかを前記内部空間から側方に流通可能な流路を含む第１流路部と、
   前記第１流路部よりも重力方向における下方に設けられ、前記内部空間に収容された前記細胞および前記培養液の少なくともいずれかを前記内部空間から側方に流通可能な流路を含む第２流路部と、
   前記第１流路部と前記第２流路部の先端側において前記第１流路部からの流体と前記第２流路部からの流体が合流する合流箇所を備えた第３流路部と、を有する細胞分注装置に用いられる吐出システム。
2. 前記第３流路部は、前記重力方向に沿って延在する請求項１に記載の細胞分注装置に用いられる吐出システム。
3. 前記内部空間において水平方向に移動可能であって、移動によって前記内部空間の容積を変化させる押し出し部をさらに備える請求項１または２に記載の細胞分注装置に用いられる吐出システム。
4. 前記収容部は、前記内部空間を構成する半閉空間を含む筒状部材を備え、
   前記筒状部材と接続され、前記第１流路部、前記第２流路部、および前記第３流路部を構成する空洞形状を形成した接続部材をさらに有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の細胞分注装置に用いられる吐出システム。
5. 前記収容部は、前記内部空間を構成する半閉空間を含む筒状部材を備え、
   前記筒状部材に取り付けられ、前記第１流路部、前記第２流路部、および前記第３流路部を設けた配管部材をさらに有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の細胞分注装置に用いられる吐出システム。
   
   

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