JP6913184B2

JP6913184B2 - 生体対象物処理装置

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Publication number: JP6913184B2
Application number: JP2019567901A
Authority: JP
Inventors: 京彦熊谷; 伊藤　三郎; 三郎伊藤; 久美秋田
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Priority date: 2018-01-29
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2021-08-04
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Description

本発明は、容器内に配置された細胞又は細胞塊等の生体対象物に対して所定の処理を施す生体対象物処理装置に関する。

例えば医療や生物学的な研究の用途では、細胞又は細胞塊（生体対象物の例；単に「細胞」ということがある）の撮像処理、細胞を吸引して他所へ移動させる処理が必要となる場合がある。例えば、容器内の培地中に分散された細胞を撮像装置で撮像し、得られた画像に基づき所望の細胞を選別し、選別された細胞をチップで吸引してマイクロプレートに移載する、という作業が行われることがある（例えば特許文献１）。

例えば、がん細胞の初代培養（検体から切り出した直後の培養）では、成長因子を含んだゲル状培地（半固形培地）が用いられることが多い。この場合、細胞を含有するゲル状培地が前記容器に収容され、このゲル状培地内の細胞に対して前記撮像装置による観察や、前記チップによる吸引などの処理が実行されることになる。

容器のゲル状培地内に複数の細胞を配置する場合、細胞がゲル状培地内において三次元的に配置されることが多くなる。この場合、細胞の観察や吸引などの処理において、ターゲットとする細胞によって高さ位置がまちまちになることから、細胞処理の効率が悪くなるという問題があった。

国際公開第２０１５／０８７３７１号

本発明の目的は、容器内に配置された生体対象物に対して所定の処理を施す生体対象物処理装置において、生体対象物処理の効率を向上させることにある。

本発明の一局面に係る生体対象物処理装置は、半固形又は固形培地からなる下地培地層と、この下地培地層の平坦な上面である配置面の各所に配置される複数の生体対象物と、を収容する容器が載置される基台と、前記配置面に配置された前記複数の生体対象物に対して、所定の処理を施す処理部と、前記処理部の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記配置面の高さ位置を含む位置情報を取得し、前記位置情報に基づいて、前記配置面上の第１地点に存在する生体対象物に対する処理位置を特定し、この処理位置に応じて前記処理部に処理を実行させ、次いで、前記配置面上の前記第１地点とは異なる第２地点に存在する生体対象物に対して、前記処理位置を使用して、前記処理部に処理を実行させる、ことを特徴とする。

図１は、本発明が適用される細胞移動装置の構成例を概略的に示す図である。図２は、前記細胞移動装置に使用される容器及び該容器に収容された培地及び細胞を模式的に示す縦断面図である。図３は、容器に収容された培地及び細胞の比較例を示す縦断面図である。図４Ａは、容器内における培地の成層手順（Ａ）〜（Ｃ）を示す図である。図４Ｂは、容器内における培地の成層手順（Ｄ）〜（Ｇ）を示す図である。図５（Ａ）及び（Ｂ）は、前記容器内への培地層形成の他の例を示す縦断面図である。図６は、前記細胞移動装置に適用される撮像システムのブロック図である。図７Ａは、前記細胞移動装置による細胞の吸引手順（１）、（２）を模式的に示す図である。図７Ｂは、前記細胞移動装置による細胞の吸引手順（３）、（４）を模式的に示す図である。図８は、前記細胞移動装置の動作を示すフローチャートである。図９は、本発明が適用可能な生体対象物の例を体系的に示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。本発明に係る生体対象物処理装置では、多岐に亘る生体対象物を処理対象とすることができる。図９は、本発明が適用可能な生体対象物の例を体系的に示す図である。同図に記載の通り、本発明では、生体由来の細胞、組織、微生物、小サイズの種等を処理対象とすることができる。また、生体対象物の処理の態様については特に制限はなく、例えばカメラによる生体対象物の観察、チップを用いた生体対象物の吸引、移動及び吐出、生体対象物に対する試薬、成長因子、成長阻害因子等の投与、紫外線等の光線の照射などの処理を例示することができる。以下に説明する実施形態では、生体対象物が細胞又は細胞が数個〜数十万個凝集してなる細胞凝集塊（以下、これらを総称して単に「細胞Ｃ」という）であって、処理の態様が細胞Ｃの吸引を伴う当該細胞Ｃの移動処理（細胞移動装置）である例を示す。

［細胞移動装置の全体構成］
図１は、本発明に係る生体対象物処理装置の一例としての細胞移動装置Ｓの構成を概略的に示す図である。ここでは、細胞Ｃを２つの容器（容器２とマイクロプレート４）間で移動させる細胞移動装置Ｓを例示している。

細胞移動装置Ｓは、水平な載置面（上面）を有する透光性の基台１と、基台１の下方側に配置されたカメラユニット５（撮像部）と、基台１の上方側に配置されたヘッドユニット６とを含む。基台１の第１載置位置Ｐ１には、細胞Ｃの移動元の容器２が載置され、第２載置位置Ｐ２には細胞Ｃの移動先となるマイクロプレート４が載置されている。ヘッドユニット６は、細胞Ｃの吸引及び吐出を行う吸引チップ１２が下端に装着され、上下方向（Ｚ方向）に昇降可能なヘッド６１（処理部）を複数備える。カメラユニット５及びヘッドユニット６は、Ｘ方向（水平方向）と、図１の紙面に垂直な方向（Ｙ方向）とに移動可能である。容器２及びマイクロプレート４は、ヘッドユニット６の移動可能範囲内において、基台１の上面に載置されている。

大略的に細胞移動装置Ｓは、細胞Ｃを多数保持している容器２から複数の吸引チップ１２の各々で細胞Ｃを個別に吸引し、これをマイクロプレート４まで移動（所定箇所への移動させる処理）すると共に、当該マイクロプレート４（ウェル４１）に複数の吸引チップ１２から細胞Ｃを同時に吐出する装置である。細胞Ｃの吸引の前に、カメラユニット５により容器に保持されている細胞Ｃが撮像され、マイクロプレート４への移動対象とされる良質な細胞Ｃを選別する選別作業が行われる。

以下、細胞移動装置Ｓの各部を説明する。基台１は、所定の剛性を有し、その一部又は全部が透光性の材料で形成される長方形の平板である。好ましい基台１は、ガラスプレートである。基台１をガラスプレートのような透光性材料によって形成することで、基台１の下方に配置されたカメラユニット５にて、基台１の上面に配置された容器２及びマイクロプレート４を、当該基台１を通して撮像させることが可能となる。

容器２は、培地３内に保持された複数の細胞Ｃを収容している。容器２は、例えばシャーレであって、上面開口２Ｈを有する。この上面開口２Ｈを通して、培地３及び細胞Ｃが容器２内に投入され、また、吸引チップ１２により細胞Ｃが吸引される。容器２としては、透光性の樹脂材料やガラスで作製されたものが用いられる。これは、カメラユニット５により、容器２に担持された細胞Ｃを観察可能とするためである。細胞Ｃは、培地３内の平坦な配置面３１Ａに配置されている。ヘッド６１に装着された吸引チップ１２は、配置面３１Ａに配置された細胞Ｃに対して吸引処理（所定の処理）を施す。この点については、後記で詳述する。

マイクロプレート４は、細胞Ｃが吐出される複数のウェル４１を有する。ウェル４１は、マイクロプレート４の上面に開口した有底の孔である。１つのウェル４１には、液体の培地３と共に必要個数（通常は１個）の細胞Ｃが収容される。マイクロプレート４もまた、透光性の樹脂材料やガラスで作製されたものが用いられる。これは、マイクロプレート４の下方に配置されたカメラユニット５により、ウェル４１に担持された細胞Ｃを観察可能とするためである。

カメラユニット５は、容器２又はマイクロプレート４に保持されている細胞Ｃの画像を、これらの下面側から撮像するもので、レンズ部５１及びカメラ本体５２を備える。レンズ部５１は、光学顕微鏡に用いられている対物レンズであり、所定倍率の光像を結像させるレンズ群と、このレンズ群を収容するレンズ鏡筒とを含む。カメラ本体５２は、ＣＣＤイメージセンサのような撮像素子を備える。レンズ部５１は、前記撮像素子の受光面に撮像対象物の光像を結像させる。カメラユニット５は、基台１と平行に左右方向に延びるガイドレール５Ｇに沿って、基台１の下方においてＸ方向及びＹ方向に移動可能である。また、レンズ部５１は、合焦動作のためにＺ方向に移動可能である。

ヘッドユニット６は、細胞Ｃを容器２からピックアップしてマイクロプレート４へ移動させるために設けられ、複数本のヘッド６１と、これらヘッド６１が組み付けられるヘッド本体６２とを含む。各ヘッド６１の先端には、細胞Ｃの吸引（ピックアップ）及び吐出を行う吸引チップ１２が装着されている。ヘッド本体６２は、ヘッド６１を＋Ｚ及び−Ｚ方向に昇降可能に保持し、ガイドレール６Ｇに沿って＋Ｘ及び−Ｘ方向に移動可能である。なお、ヘッド本体６２は、Ｙ方向にも移動可能である。

［容器内における培地の態様］
図２は、本実施形態において、容器２に収容された培地３及び複数の細胞Ｃを模式的に示す縦断面図である。容器２は、平坦で均一厚さの底壁２１を有している。培地３は、図２では３層構造を例示しており、最下層から順に、下地培地層３１、上層培地層３２及び液体培地３３からなる。

下地培地層３１は、固形又は半固形からなる培地で構成され、底壁２１の上面である底面２Ａと接している。下地培地層３１は平坦な上面を有しており、この上面が複数の細胞Ｃが分散して配置される配置面３１Ａとされている。細胞Ｃは、配置面３１Ａに接するように、配置面３１Ａ上の各所に配置されている。下地培地層３１は、容器２と同様に、カメラユニット５による下方からの撮像によって、配置面３１Ａに配置された細胞Ｃが撮像可能なように、透光性の材料にて構成されている。

下地培地層３１としては、成長因子を含み細胞Ｃの３次元培養が可能なゲル状培地（半固形培地）を好ましく用いることができる。ゲル状培地としては、例えばマトリゲル（コーニング社商品名）、コラーゲンなどの動物由来のゲル状培地、アルギン酸ハイドロゲルのような植物由来のゲル状培地、及び、ＱＧｅｌＭＴ３ＤＭａｔｒｉｘ（ＱＧｅｌＳＡ社）、３−ＤＬｉｆｅＢｉｏｍｉｍｅｔｒｉｃＨｙｄｒｏｇｅｌｓ（Ｃｅｌｌｅｎｄｅｓ社商品名）、Ｐｕｒａｍａｔｒｉｘ（３ＤＭＡＴＲＩＸ社商品名）などの合成化合物からなるゲル状培地を例示することができる。また、固形培地としては、例えば寒天培地、スポンジ状培地等を用いることができる。

上層培地層３２は、下地培地層３１の配置面３１Ａ上に積層される半固形培地からなる層である。この上層培地層３２としても、上掲のゲル状培地を好適に用いることができる。細胞Ｃは、この上層培地層３２において、配置面３１Ａに接する態様で容器２内に配置される。つまり、細胞Ｃは、上層培地層３２及び下地培地層３１によって全周囲が取り囲まれた状態で、容器２内に収容されている。つまり、成長因子が細胞Ｃの全周囲から供給される状態が形成されている。

液体培地３３は、上層培地層３２の上に注液された液体層である。液体培地３３としては、成長因子を含有する各種の液体培地を適用することができる。

図３は、培地層形成の比較例を示す縦断面図である。ここでは、ドーム型のゲル状培地３２０内に細胞Ｃが立体的に配置され、ゲル状培地３２０の周囲が液体培地３３０で覆われるような態様で、細胞Ｃが容器２内に配置されている例を示している。ゲル状培地３２０は、例えばゲル化する前の液体状態の培地３２０に細胞Ｃを分散したものをピペット等で容器２の底面に滴下し、その後に当該培地を加熱してゲル化することによって形成される。そして、細胞Ｃが容器２の底面に接面しないよう（細胞Ｃの全周囲が培地３２０で囲まれるよう）、容器２を所定時間だけ上下反転させる作業が行われる。ドーム型は、ゲル状培地３２０の表面張力及び上記の反転によって形成される。その後、液体培地３３０が容器２内に注液される。

比較例の方法は、高価なゲル状培地の使用量を最小限に抑えつつ、細胞Ｃが当該ゲル状培地にて包囲された状態を形成できる利点がある。しかし、ゲル状培地３２０内において細胞Ｃが上下方向に重なり合う状態となり、カメラユニット５による撮像で細胞Ｃを個別に観察し難くなる。また、吸引チップ１２による細胞Ｃの吸引も行い難くなる。これに対し、図２に示す本実施形態の培地層の形成態様では、細胞Ｃは下地培地層３１の配置面３１Ａに二次元的に配置される。また、上層培地層３２は下地培地層３１と同質の材料であるので親和性が高く、上述の容器２の反転も不要であるので、当該上層培地層３２がドーム型に変形することもなく、細胞Ｃの二次元配置が維持される。従って、本実施形態によれば、各細胞Ｃに対するカメラユニット５による撮像及び吸引チップ１２による吸引の作業を実行し易いという利点がある。

［培地の形成例］
続いて、図２に例示した３層構造の培地３の形成例について説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、容器２内における培地３の成層手順（Ａ）〜（Ｇ）を示す図である。ここでは、下地培地層３１及び上層培地層３２がゲル状培地によって形成される例を示す。ゲル状培地は、所定温度以下の低温では液体であり、所定温度以上に加熱するとゲル化する性質を有する。上掲のマトリゲルでは、摂氏８℃以下では液体であり、８℃〜１０℃でゲル化が始まり、２２℃〜３５℃になると速やかにゲル化する性質を有している。

先ず、手順（Ａ）に示すように、容器２を水平な台（基台１）の上に載置し、ピペットチップ８１を用いて上面開口２Ｈを通して当該容器２へ、下地培地層３１を構成するゲル状培地を液状化させた状態で所定量だけ注液する。ゲル状培地としてマトリゲルが用いられる場合、８℃以下に冷却した状態で注液される。例えば、容器２が３５ｍｍφのシャーレの場合、４００μｌ（マイクロリットル）のゲル状培地溶液が注液され、容器２内に０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の厚さの下地培地層３１が形成される。そして、手順（Ｂ）に示すように、液体状態の下地培地層３１の上面（配置面３１Ａとなる面）が平坦化するまで待機する。

続いて、手順（Ｃ）に示すように、液体状態の下地培地層３１を、熱源を用いて所定時間だけ加熱し、当該下地培地層３１をゲル化する処理が施される。ゲル状培地がマトリゲルであって、上記の通りの液量である場合、３７℃で１５分程度の加熱処理を施すことにより、これをゲル化することができる。

次に、手順（Ｄ）に示すように、ピペットチップ８２を用いて、上層培地層３２を構成する液体が容器２へ注液される。この際、上層培地層３２に細胞Ｃが分散された細胞懸濁液の状態で、ピペットチップ８２から容器２へ吐出される。例えば、液体状態のマトリゲルに細胞Ｃを分散させた細胞懸濁液が準備され、これをピペットチップ８２で吸引し、容器２に吐出する。この注液により、ゲル化済みの下地培地層３１の上に、事後的に上層培地層３２となる、細胞Ｃを含む液体層が形成される。なお、容器２が３５ｍｍφのシャーレの場合、細胞Ｃが分散された４００μｌのゲル状培地溶液が注液され、容器２内に０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の厚さの上層培地層３２が形成される。

その後、手順（Ｅ）に示すように、液体状態の上層培地層３２に含まれる細胞Ｃが重力により沈降し、下地培地層３１の上面（配置面３１Ａ）に着床するまで待機する。前記上面への着床により、細胞Ｃは当該上面に二次元的に配置されたことになる。細胞Ｃが前記着床を終えたならば、手順（Ｆ）に示すように、液体状態の上層培地層３２を、熱源を用いて所定時間だけ加熱する加熱処理が実行される。この加熱処理は、ゲル状培地がマトリゲルであって、上記の通りの液量である場合、３７℃で１５分程度の加熱処理である。これにより、細胞Ｃを含有する液体状態の上層培地層３２をゲル化することができる。

しかる後、手順（Ｇ）に示すように、液体培地３３が容器２内へ注液される。上記のシャーレの場合、その注液量は３ｍｌ程度である。以上の手順（Ａ）〜（Ｇ）により、３層構造の培地３が容器２の底壁２１上に形成されるものである。

図５（Ａ）及び（Ｂ）は、容器２内への培地層形成の他の例を示す縦断面図である。これらの変形例は、ゲル状培地が下地培地層３１の１層だけである例を示している。図５（Ａ）に例示する培地３Ａは、下地培地層３１と、下地培地層３１の上への注液によって形成される上層液体培地層３４とからなる。細胞Ｃは、上層液体培地層３４中において、下地培地層３１の上面（配置面３１Ａ）に沈降する態様で、容器２内に配置されている。上層液体培地層３４は、例えば、液体培地に細胞Ｃが分散させた細胞懸濁液、或いは、液状のマトリゲルに細胞Ｃを分散させた細胞懸濁液を液体培地で稀釈させたものによって形成することができる。

図５（Ｂ）に例示する培地３Ｂは、下地培地層３１のみからなる。細胞Ｃは、この下地培地層３１の上面（配置面３１Ａ）に接地する態様で配置されている。この変形例では、下地培地層３１として、例えばスポンジ培地が使用される。このスポンジ培地を容器２の底壁２１上に敷設した後、細胞Ｃを含有する細胞懸濁液を当該スポンジ培地上から撒くことで、培地３Ｂを形成することができる。この場合、スポンジ培地が容器内の成長因子を吸い上げ、これを細胞Ｃに供給することになる。

［撮像システムの構成］
図６は、細胞移動装置Ｓに適用される撮像システムのブロック図である。撮像システムは、撮像光軸上の撮像対象物を撮像するカメラユニット５と、レンズ部５１の動作を制御すると共にカメラ本体５２により取得された画像情報に基づき所定の処理を行う制御部７と、レンズ部５１を上下動させるレンズ駆動モータ５３と、表示部７４と、入力部７５とを備えている。

図６では、撮像対象物として、図２に示した３層構造の培地３及び細胞Ｃを収容する容器２を示している。つまり、カメラユニット５は、培地３（下地培地層３１）の厚さ方向において、当該培地３に担持された細胞Ｃを撮像する。なお、制御部７は、ヘッドユニット６内のヘッドモータ６３と、軸モータ６４とを制御することによって、吸引チップ１２が装着されたヘッド６１（処理部）による細胞Ｃの吸引動作及び水平方向への移動動作（所定の処理の一例）も制御する。

レンズ駆動モータ５４は、正回転又は逆回転することで、図略の動力伝達機構を介して、レンズ部５１を所定の分解能で上下方向に移動させる。この移動によって、容器２に担持されている細胞Ｃにレンズ部５１の焦点位置が合わせられる。なお、図６において点線で示しているように、レンズ部５１ではなく、レンズ駆動モータ５３に代替する他のモータによって、容器２自体、若しくは容器２が載置されるステージ（基台１）を上下動させるようにしても良い。

ヘッドモータ６３は、ヘッド本体６２に対するヘッド６１の昇降動作、及び、ヘッド６に装着されたチップ１２の先端開口部ｔに吸引力及び吐出力を発生させる動作の駆動源となるモータである。軸モータ６４は、ガイドレール６Ｇ（図１）に沿ってヘッドユニット６（ヘッド本体６２）を移動させる駆動源となるモータである。

制御部７は、例えばパーソナルコンピューター等からなり、所定のプログラムが実行されることで、機能的に駆動制御部７１、画像処理部７２及び演算部７３を備えるように動作する。

駆動制御部７１は、レンズ駆動モータ５３、ヘッドモータ６３及び軸モータ６４の動作を制御する。具体的には駆動制御部７１は、合焦動作のために、レンズ駆動モータ５３にレンズ部５１を上下方向に所定のピッチ（例えば数十μｍピッチ）で移動させるための制御パルスを与える。また、図６では記載を省いているが、駆動制御部７１は、カメラユニット５をガイドレール５Ｇに沿って移動させるカメラ軸駆動モータの動作も制御する。さらに、駆動制御部７１は、ヘッドユニット６のメカ動作も制御する。駆動制御部７１は、ヘッドモータ６３を制御して、ヘッド６１の昇降動作及びチップ１２の先端開口部ｔに吸引力又は吐出力を発生させる動作を制御する。

画像処理部７２は、カメラ本体５２により取得された画像データに対して、エッジ検出処理や特徴量抽出を伴うパターン認識処理などの画像処理を施す。画像処理部７２は、細胞Ｃが下地培地層３１の配置面３１Ａに配置された容器２の画像データを取得し、配置面３１Ａに存在する細胞Ｃを前記画像処理によって認識する。これにより、配置面３１Ａに配置された各細胞ＣのＸＹ座標を求めることが可能となる。また、細胞Ｃの品質等を評価することが可能となる。

演算部７３は、主に、容器２内の細胞Ｃの水平方向の位置（ＸＹ座標）と、細胞Ｃの高さ方向の位置、すなわち本実施形態では下地培地層３１の配置面３１Ａの高さ位置（Ｚ座標）とを含む位置情報を取得して、吸引チップ１２による細胞Ｃの吸引位置（生体対象物に対する処理位置）を特定する処理、及びその吸引動作を制御する処理を行う。演算部７３は、機能的に吸引位置設定部７３１、吸引制御部７３２及び記憶部７３３を備えている。

吸引位置設定部７３１は、画像処理部７２から得られる細胞Ｃの配置面３１ＡにおけるＸＹ座標の情報と、配置面３１ＡのＺ座標の情報とから、吸引チップ１２による細胞Ｃの吸引位置を特定する。後記で説明するが、配置面３１ＡのＺ座標の情報は、入力部７５から演算部７３へ入力される情報（入力情報）、或いは、カメラユニット５を用いた配置面３１Ａの撮像において得られる合焦位置情報（実測情報）から取得される。

吸引制御部７３２は、吸引位置設定部７３１が特定した吸引位置を示すＸＹＺ座標を取得し、細胞Ｃの吸引シーケンスを設定する処理を行う。本実施形態では、吸引制御部７３２は、配置面３１Ａに分散配置されている複数の細胞Ｃの中から、Ｚ座標を共用できる細胞Ｃを探知することで、効率的な吸引シーケンスを設定する。

具体的には吸引制御部７３２は、上記ＸＹＺ座標に基づいて、配置面３１Ａ上の特定の第１地点に存在する細胞Ｃに対する吸引位置を特定し、この吸引位置に応じてヘッド６１（吸引チップ１２）に第１吸引動作を実行させる。次いで、吸引制御部７３２は、配置面３１Ａ上の前記第１地点とは異なる第２地点に存在する細胞Ｃに対して、前記第１地点における吸引動作において用いたＺ座標を使用して、吸引チップ１２に第２吸引動作を実行させるような吸引シーケンスを設定する。

この吸引シーケンスは、駆動制御部７１に与えられる。駆動制御部７１は、当該吸引シーケンスに基づきヘッドユニット６（ヘッド６１）を制御し、細胞Ｃの吸引動作を実行させる。具体的には駆動制御部７１は、前記第１地点の細胞Ｃについて設定された吸引位置（Ｚ座標）に応じてヘッド６１を下降させると共に、当該細胞Ｃを吸引チップ１２に吸引させ、その後にヘッド６１を上昇させる（第１吸引動作）。続いて、駆動制御部７１は、前記第２地点の細胞Ｃについて設定されたＸＹ座標に基づきヘッド６１を水平方向に移動させ、さらに使用されたＺ座標に応じてヘッド６１を下降させると共に、細胞Ｃを吸引チップ１２に吸引させる（第２吸引動作）。

記憶部７３３は、入力部７５に対して操作者から与えられた入力情報、カメラユニット５から取得した合焦位置情報、各種設定情報などを記憶する。また、記憶部７３３には、細胞移動装置Ｓにおいて使用される容器２のサイズに関する情報（容器の内径、高さ等）が、型番等に関連付けて記憶されている。さらに、記憶部７３３は、吸引位置設定部７３１が設定した吸引位置を示すＸＹＺ座標を記憶する。

表示部７４は、カメラユニット５が撮像した画像を表示するディスプレイである。本実施形態では、カメラユニット５が撮像した細胞Ｃを担持する容器２の画像等が表示される。

入力部７５は、キーボードやマウス等からなり、操作者より、吸引位置の設定に関する情報を含む各種情報の入力を受け付ける。具体的には入力部７５は、容器２の型番情報、底壁２１の厚さ（底面２Ａの高さ位置）情報、下地培地層３１の配置面３１Ａの高さ位置に関する情報等の入力を受け付ける。また、入力部７５は、表示部７４に表示された細胞Ｃのうち、どの細胞Ｃを移動対象とするかの選択操作に関する入力も受け付ける。

［吸引高さ位置の設定方法］
図７Ａ及び図７Ｂは、吸引チップ１２による細胞Ｃの吸引高さ位置の設定方法を含めた、細胞移動装置Ｓによる細胞Ｃの吸引手順（１）〜（４）を模式的に示す図である。本実施形態では、細胞Ｃを下地培地層３１の上面である配置面３１Ａから吸引するため、前記吸引高さを設定するには、配置面３１Ａの高さ位置（Ｚ座標）を知見する必要がある。配置面３１Ａの高さ位置は、容器２内に収容された下地培地層３１の上面の高さ位置であるので、特定するには、容器２の底面２Ａの高さ位置（底壁２１の厚さ）と、下地培地層３１の厚さの情報が必要となる。これらの情報は、
（方法Ａ）入力部７５からの入力情報に依存する方法、
（方法Ｂ）前記入力情報に演算部７３が演算を加えて算出する方法、或いは、
（方法Ｃ）カメラユニット５を用いた実測により求める方法、
等によって取得することができる。

図７Ａの手順（１）は、方法Ｃにより容器２の底面２Ａの高さ位置を取得する方法を示している。この場合、カメラユニット５が容器２の底面２Ａを対象とする撮像を行う。そして、吸引位置設定部７３１は、レンズ部５１の底面２Ａに対する焦点位置情報に基づいて、当該底面２Ａの高さ位置を取得する。レンズ部５１の焦点位置は、その胴付き面５４からの撮像対象物（ここでは底面２Ａ）からの同焦点距離にて定められている。レンズ部５１において底面２Ａに合焦した状態が作られれば、底面２Ａと胴付き面５４との間の距離が同焦点距離となる。従って、胴付き面５４の高さ位置を基準高さＨとして、底面２Ａの高さ位置を測定することができる。

具体的には、吸引位置設定部７３１は、駆動制御部７１を通してレンズ駆動モータ５３を制御して、レンズ部５１を上下方向に所定のピッチで移動させながらカメラ本体５２に容器２の撮像動作を実行させる。画像処理部７２は、レンズ部５１の移動ピッチ毎に取得される画像データの各々について画素間のコントラストを求め、底面２Ａについて最もコントラストの高い画像を合焦画像として特定する。吸引位置設定部７３１は、前記合焦画像が取得されたときの胴付き面５４の高さ位置を基準高さＨに設定する。そして、吸引位置設定部７３１は、レンズ部５１の合焦位置が、ヘッド６１に装着された吸引チップ１２の先端開口部ｔの下降位置、つまり吸引位置となるように設定する。これにより、レンズ部５１が合焦した高さ位置が前記吸引位置となるように紐付けされることになる。基準高さＨ及び吸引位置の設定値は、記憶部７３３に格納される。

手順（１）を上記の方法Ａにより実行する場合は、底面２Ａの高さ位置に関する容器底面情報の入力を入力部７５から受け付けることになる。例えば、容器２の底壁２１の厚みの情報（容器底面情報）が操作者から直接入力される、若しくは、容器２の型番等の入力に基づいて記憶部７３３から当該容器２の厚みの情報が読み出される等により、容器底面情報が取得される。例えば、基台１の上面に対するレンズ部５１の同焦点距離が既知であれば、底壁２１の厚みを勘案することで、底面２Ａの高さ位置を求めることができる。

手順（２）は、下地培地層３１の配置面３１Ａの高さ位置（位置情報）を取得する方法を示している。配置面３１Ａの高さ位置は、簡略的には、入力部７５から与えられる下地培地層３１の厚さｈの入力情報に基づいて特定することができる（方法Ａ）。すなわち、基準高さＨが手順（１）で求められているので、厚さｈの情報が与えられれば、Ｈ＋ｈにより配置面３１Ａの高さ位置を取得することができる。

入力部７５からダイレクトに厚さｈが入力されずとも、関連情報から配置面３１Ａの高さ位置を取得することが可能である（方法Ｂ）。例えば、入力部７５から、容器２の形状に関する情報（容器の内径のサイズ等）、及び、下地培地層３１に相当する材料の容器２への投入量に関する情報の入力を受け付ければ、配置面３１Ａの底面２Ａからの高さ位置は自ずと決まる。従って、これらの入力情報に基づいて、吸引位置設定部７３１は配置面３１Ａの高さ位置を算出することができる。

さらに、カメラユニット５を用いた実測により、配置面３１Ａの高さ位置を取得することができる（方法Ｃ）。この場合、吸引位置設定部７３１は、配置面３１Ａに対する焦点位置情報に基づいて、当該配置面３１Ａの高さ位置を取得する。具体的には、吸引位置設定部７３１は、レンズ部５１を上下方向に所定のピッチで移動させながらカメラ本体５２に容器２の撮像動作を実行させ、配置面３１Ａ或いは当該配置面３１Ａに配置された細胞Ｃについて最もコントラストの高い画像を合焦画像として特定する。そして、前記合焦画像が取得されたときの高さ位置を、基準高さＨに下地培地層３１の厚さｈを加えたＨ＋ｈの高さ位置として設定することができる。

なお、レンズ部５１の撮像光軸上に空気以外の他の透光性部材が介在した場合、当該透光性部材が具備する屈折率に応じて光路が屈折するため、当該レンズ部５１の焦点位置は遠方へ延びる。手順（１）及び（２）において方法Ｃを採用する場合、撮像光軸上に容器２の底壁２１、下地培地層３１が介在するので、これら介在に伴う焦点延長量を上述の同焦点距離に加算することが望ましい。つまり、胴付き面５４の高さ位置を、前記焦点延長量で修正した高さ位置を基準高さＨとして用いることが望ましい。

方法Ａ〜ＣのいずれかによってＨ＋ｈの高さが得られたならば、吸引位置設定部７３１は、そのＨ＋ｈを胴付き面５４の高さ位置である撮像高さとして、カメラユニット５に容器２に担持されている全細胞Ｃの撮像を行わせる。この種の撮像に用いられるレンズ部５１の画角は一般に狭く、１回の撮像では容器２の全ての領域を撮像することはできない。このため、複数回に分けて容器２の全領域をカバーするように前記撮像が実行される。

図７Ｂに示す手順（３）は、細胞Ｃの吸引動作を示している。吸引位置設定部７３１は、撮像高さＨ＋ｈでの撮像によって得られた画像において、例えば各細胞Ｃとその周囲のコントラストを参照して、合焦した細胞Ｃを特定する。そして、吸引位置設定部７３１は、画像処理部７２の画像処理結果に基づき、合焦した細胞ＣのＸＹ座標を取得する。なお、合焦した細胞ＣのＺ座標は、全てＨ＋ｈに相当する座標となる。

上記の通り得られた、合焦した細胞ＣのＸＹＺ座標は吸引制御部７３２に与えられる。吸引制御部７３２は、合焦した細胞Ｃ、つまりＺ座標を使用できる細胞Ｃを順次吸引する吸引シーケンスを設定する。そして、吸引制御部７３２は、前記吸引シーケンスに基づいて、配置面３１Ａの第１地点の細胞ＣのＸＹ座標に合致するようにヘッド６１をＸＹ方向に移動させ、その後にヘッド６１を下降させる。手順（１）において、合焦位置（Ｈ＋ｈ）が吸引チップ１２の先端開口部ｔによる吸引高さとなるように紐付けされているので、ヘッド６１はＨ＋ｈに相当するＺ座標の位置まで下降されることになる。下降後、吸引制御部７３２は、先端開口部ｔに吸引力を発生させ、第１地点の細胞Ｃを吸引チップ１２内に吸引させ、続いてヘッド６１を上昇させる。

手順（４）は、第１地点の細胞Ｃの吸引高さを使用して、第１地点とは異なる第２地点の細胞Ｃの吸引動作が実行されている状態を示している。吸引制御部７３２は、第２地点の細胞ＣのＸＹ座標に合致するようにヘッド６１をＸＹ方向に移動させ、その後にヘッド６１を下降させる。吸引高さは、第１地点の細胞Ｃの吸引の際の吸引高さが使用される。そして、吸引制御部７３２は、先端開口部ｔに吸引力を発生させ、第２地点の細胞Ｃを吸引チップ１２内に吸引させ、続いてヘッド６１を上昇させる。残存する合焦した細胞Ｃに対する吸引動作も、同様に実行される。

容器２に担持されている全細胞Ｃが、撮像高さＨ＋ｈで合焦する位置に存在するとは限らない。配置面３１Ａから浮き上がった位置にある細胞Ｃ、或いは配置面３１Ａよりも沈み込んだ位置にある細胞Ｃも存在し得る。吸引位置設定部７３１は、撮像高さＨ＋ｈで合焦しなかった細胞Ｃについて、再度、カメラユニット５に撮像を行わせ、各々の細胞ＣについてのＺ座標を再取得する。吸引制御部７３２は、再取得されたＺ座標に基づいて吸引高さを補正し、各々の細胞Ｃに対する吸引動作を実行する。

［吸引動作のフローチャート］
図８は、細胞移動装置Ｓによる細胞Ｃの吸引動作を示すフローチャートである。処理が開始されると、演算部７３の吸引位置設定部７３１は、図７Ａの手順（１）に示した基準高さＨのデータが存在するか否かを判定する（ステップＳ１）。容器２の底面２Ａの高さ位置（厚み）が既知で、これに基づき基準高さＨのデータが事前準備データとして得られているような場合（ステップＳ１でＹＥＳ）、吸引位置設定部７３１は、入力部７５から基準高さＨのデータＤ１１の入力を受け付ける（ステップＳ２）。

これに対し、基準高さＨのデータが存在しない場合（ステップＳ１でＮＯ）、吸引位置設定部７３１は、カメラユニット５を制御して、手順（１）において方法Ｃを採用するケースで説明した手法で、基準高さＨを探索する処理を実行させる（ステップＳ３）。これにより、基準高さＨのデータＤ１２が実測によって取得されることになる。

続いて、吸引位置設定部７３１は、吸引チップ１２の先端開口部ｔで細胞Ｃを吸引する吸引高さデータＤ２の入力を受け付ける（ステップＳ４）。吸引高さデータＤ２は、既述の通り、レンズ部５１の合焦位置を吸引チップ１２の吸引位置と設定するためのデータである。

次に、吸引位置設定部７３１は、下地培地層３１の厚さｈのデータが存在するか否かを判定する（ステップＳ５）。容器２の型番や培地材料の投入量等から厚さｈが事前準備データとして得られているような場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、吸引位置設定部７３１は、入力部７５から下地培地層３１の厚さｈのデータＤ３１の入力を受け付ける（ステップＳ６）。

一方、厚さｈのデータが存在しない場合（ステップＳ５でＮＯ）、吸引位置設定部７３１は、カメラユニット５を制御して、手順（２）において方法Ｃを採用するケースで説明した手法で、厚さｈを探索する処理を実行させる（ステップＳ７）。これにより、下地培地層３１の厚さｈのデータＤ３２が実測によって取得されることになる。データＤ１１又はデータＤ１２と、データＤ３１又はデータＤ３２との組合せにより、撮像高さＨ＋ｈが得られることになる。

その後、吸引位置設定部７３１は、レンズ部５１を撮像高さＨ＋ｈにセットしてカメラユニット５に容器２を撮像させる。撮像により得られた画像を画像処理部７２が画像処理することにより、下地培地層３１の配置面３１Ａ上に存在する細胞Ｃが特定される。そして、吸引位置設定部７３１は、画像処理部７２の画像処理結果に基づき、細胞ＣのＸＹ座標を取得（細胞Ｃの探索）する（ステップＳ８）。これにより、各細胞Ｃの位置を示すＸＹＺ座標のデータＤ４が取得される。

そして、吸引制御部７３２が、配置面３１Ａ上の細胞Ｃの吸引順を定める吸引シーケンスを設定し、その吸引シーケンスに従って、吸引チップ１２に吸引させるべき細胞Ｃ（第１地点の細胞）を選択する（ステップＳ９）。続いて、吸引制御部７３２は、選択した細胞Ｃが合焦状態で撮像されているか否か、つまり、吸引高さを撮像高さＨ＋ｈに応じた高さに設定して良いか否かを判定する（ステップＳ１０）。当該細胞Ｃが合焦状態である場合（ステップＳ１０でＹＥＳ）、吸引制御部７３２は、吸引チップ１２に当該細胞Ｃを吸引させる動作を実行させる（ステップＳ１１）。

これに対し、当該細胞Ｃが合焦状態ではない場合（ステップＳ１０でＮＯ）、吸引位置設定部７３１は、カメラユニット５にその細胞Ｃの撮像及び合焦動作を再度行わせ、新たに当該細胞ＣについてのＺ座標を取得する（ステップＳ１２）。そして、吸引位置設定部７３１は、再取得されたＺ座標に基づいて吸引高さを補正し（ステップＳ１３）、その細胞Ｃに対する吸引動作を実行させる（ステップＳ１１）。

その後、配置面３１Ａに存在する移動対象の細胞Ｃの吸引が完了したか否かが確認される（ステップＳ１４）。吸引が完了していない場合（ステップＳ１４でＮＯ）、ステップＳ９に戻って、配置面３１Ａ上において先の細胞Ｃとは異なるＸＹ位置に存在する次の細胞Ｃ（第２地点の細胞）が選択され、吸引動作が実行される。この細胞Ｃが合焦した細胞Ｃである場合、先の細胞Ｃで用いられたＺ座標が使用されることになる。一方、吸引が完了した場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、処理を終える。

［作用効果］
以上説明した本実施形態に係る細胞移動装置Ｓ（生体対象物処理装置）によれば、細胞Ｃは、容器２内において、下地培地層３１の平坦な上面である配置面３１Ａに配置される。制御部７の吸引位置設定部７３１は、配置面３１Ａの高さ位置（Ｈ＋ｈ）の情報を取得し、この高さ位置に基づき第１地点の細胞Ｃを吸引させる。そして、第１地点の細胞Ｃの吸引で用いた高さ位置（Ｈ＋ｈ）を使用して、前記第１地点とは異なる第２地点に存在する細胞Ｃの吸引動作を、ヘッド６１に実行させる。従って、複数の細胞Ｃに対する吸引高さの特定を簡素化することができ、細胞Ｃの吸引作業効率を向上させることができる。

［上記実施形態に包含される発明］
なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。

この生体対象物処理装置によれば、生体対象物は、容器内において、下地培地層の平坦な上面である配置面に配置される。制御部は、前記配置面の高さ位置を含む位置情報を取得し、この位置情報に基づき第１地点における生体対象物に対する処理位置を特定する。そして、制御部は、前記第１地点で得られた前記処理位置を使用して、第２地点に存在する生体対象物に対する処理を、処理部に実行させる。従って、複数の生体対象物に対する処理位置の特定を簡素化することができ、生体対象物処理の効率を向上させることができる。

上記の生体対象物処理装置において、前記制御部に情報を入力可能な入力部を備え、前記制御部は、前記入力部から与えられる前記下地培地層の厚みに関する入力情報に基づいて、前記位置情報を取得する構成とすることができる。

この生体対象物処理装置によれば、制御部は、前記配置面の高さ位置を含む位置情報を容易に取得することができる。また、前記位置情報を記憶しておくことで、同一形状を有する他の容器を用いた生体対象物に対する処理においても、前記位置情報を利用して前記処理位置を特定することが可能となる。

この場合、前記制御部は、前記入力部から前記容器の形状に関する情報、及び、前記下地培地層に相当する材料の前記容器への投入量に関する情報の入力を受け付け、これら情報に基づいて前記配置面の高さ位置を算出することにより前記位置情報を取得することが望ましい。

この生体対象物処理装置によれば、入力部から与えられる容器形状の情報と、下地培地層材料の投入量とから、演算により前記配置面の高さ位置が求められる。このため、前記容器の種類や前記投入量が種々異なる処理環境においても、制御部は前記位置情報を容易に取得することができる。

上記の生体対象物処理装置において、前記制御部は、前記容器の底面の高さ位置を含む容器底面情報の入力を受け付け、前記下地培地層の厚みに関する入力情報と、前記容器底面情報とから、前記基台上における前記配置面の高さ位置を特定することが望ましい。

前記下地培地層は容器に収容され、当該容器は基台上に載置されるので、基台上における前記配置面の高さ位置の特定に際して、前記容器の底面の高さ位置を加味することが必要な場合がある。上記の生体対象物処理装置によれば、制御部は、前記容器底面情報を容易に取得することができる。

上記の生体対象物処理装置において、前記容器及び前記下地培地層は透光性の材料によって構成され、前記容器に収容された前記下地培地層を、当該下地培地層の厚さ方向において撮像する撮像部を備え、前記制御部は、前記撮像部の前記配置面に対する焦点位置情報に基づいて、前記位置情報を取得する構成とすることができる。

この生体対象物処理装置によれば、当該生体対象物処理装置が備える撮像部を用いて、前記位置情報を取得することができる。このため、前記容器の種類や前記投入量が種々異なる処理環境においても、制御部は前記位置情報を容易に取得することができる。

この場合、前記撮像部は、前記容器の底面を対象とする撮像を行い、前記制御部は、前記撮像部の前記容器の底面に対する焦点位置情報に基づいて、前記容器の底面の高さ位置を含む容器底面情報を取得し、前記位置情報と、前記撮像により取得された容器底面情報とから、前記基台上における前記配置面の高さ位置を特定することが望ましい。

この生体対象物処理装置によれば、前記容器底面情報もまた、当該生体対象物処理装置が備える撮像部を用いて取得することができる。

上記の生体対象物処理装置において、前記生体対象物は、前記下地培地層の上に積層される半固形培地からなる上層培地層中において、前記配置面に接する態様で前記容器内に配置されていることが望ましい。

この生体対象物処理装置によれば、生体対象物が下地培地層及び上層培地層で周囲が取り囲まれた状態にすることができる。従って、生体対象物の全周囲から成長因子が供給され得る状態を形成することができる。

上記の生体対象物処理装置において、前記生体対象物は、前記下地培地層の上に注液される培地中において、前記配置面に沈降する態様で前記容器内に配置されていてもよい。或いは、前記下地培地層の上は空気層とされ、前記生体対象物は、前記配置面に接地する態様で前記容器内に配置されていても良い。

上記の生体対象物処理装置において、前記処理部は、前記制御部によって制御され、下端に吸引チップが装着され昇降可能且つ水平方向に移動可能なヘッドであり、前記所定の処理は、前記吸引チップにより前記配置面上の前記生体対象物を吸引すると共に所定箇所に移動させる処理であり、前記制御部は、前記第１地点において前記処理位置に応じて前記ヘッドを下降させると共に、生体対象物を前記吸引チップに吸引させ、その後に前記ヘッドを上昇させ、前記第２地点において、前記使用された処理位置に応じて前記ヘッドを下降させると共に、生体対象物を前記吸引チップに吸引させることが望ましい。

この生体対象物処理装置によれば、前記第１地点で用いられた処理位置の情報を使用して、前記第２地点においても、生体対象物を前記吸引チップに吸引させることができる。従って、生体対象物の吸引動作及び移動動作の効率化を図ることができる。

以上説明した本発明によれば、容器内に配置された生体対象物に対して所定の処理を施す生体対象物処理装置において、生体対象物処理の効率を向上させることができる。

Claims

半固形又は固形培地からなる下地培地層と、この下地培地層の平坦な上面である配置面の各所に配置される複数の生体対象物と、を収容する容器が載置される基台と、
前記配置面に配置された前記複数の生体対象物に対して、所定の処理を施す処理部と、
前記処理部の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記配置面の高さ位置を含む位置情報を取得し、
前記位置情報に基づいて、前記配置面上の第１地点に存在する生体対象物に対する処理位置を特定し、この処理位置に応じて前記処理部に処理を実行させ、次いで、
前記配置面上の前記第１地点とは異なる第２地点に存在する生体対象物に対して、前記処理位置を使用して、前記処理部に処理を実行させる、
ことを特徴とする生体対象物処理装置。
請求項１に記載の生体対象物処理装置において、
前記制御部に情報を入力可能な入力部を備え、
前記制御部は、前記入力部から与えられる前記下地培地層の厚みに関する入力情報に基づいて、前記位置情報を取得する、生体対象物処理装置。
請求項２に記載の生体対象物処理装置において、
前記制御部は、前記入力部から前記容器の形状に関する情報、及び、前記下地培地層に相当する材料の前記容器への投入量に関する情報の入力を受け付け、これら情報に基づいて前記配置面の高さ位置を算出することにより前記位置情報を取得する、生体対象物処理装置。
請求項２又は３に記載の生体対象物処理装置において、
前記制御部は、
前記容器の底面の高さ位置を含む容器底面情報の入力を受け付け、
前記下地培地層の厚みに関する入力情報と、前記容器底面情報とから、前記基台上における前記配置面の高さ位置を特定する、生体対象物処理装置。
請求項１に記載の生体対象物処理装置において、
前記容器及び前記下地培地層は透光性の材料によって構成され、
前記容器に収容された前記下地培地層を、当該下地培地層の厚さ方向において撮像する撮像部を備え、
前記制御部は、前記撮像部の前記配置面に対する焦点位置情報に基づいて、前記位置情報を取得する、生体対象物処理装置。
請求項５に記載の生体対象物処理装置において、
前記撮像部は、前記容器の底面を対象とする撮像を行い、
前記制御部は、
前記撮像部の前記容器の底面に対する焦点位置情報に基づいて、前記容器の底面の高さ位置を含む容器底面情報を取得し、
前記位置情報と、前記撮像により取得された容器底面情報とから、前記基台上における前記配置面の高さ位置を特定する、生体対象物処理装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の生体対象物処理装置において、
前記生体対象物は、前記下地培地層の上に積層される半固形培地からなる上層培地層中において、前記配置面に接する態様で前記容器内に配置されている、生体対象物処理装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の生体対象物処理装置において、
前記生体対象物は、前記下地培地層の上に注液される培地中において、前記配置面に沈降する態様で前記容器内に配置されている、生体対象物処理装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の生体対象物処理装置において、
前記下地培地層の上は空気層とされ、前記生体対象物は、前記配置面に接地する態様で前記容器内に配置されている、生体対象物処理装置。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の生体対象物処理装置において、
前記処理部は、前記制御部によって制御され、下端に吸引チップが装着され昇降可能且つ水平方向に移動可能なヘッドであり、
前記所定の処理は、前記吸引チップにより前記配置面上の前記生体対象物を吸引すると共に所定箇所に移動させる処理であり、
前記制御部は、
前記第１地点において前記処理位置に応じて前記ヘッドを下降させると共に、生体対象物を前記吸引チップに吸引させ、その後に前記ヘッドを上昇させ、
前記第２地点において、前記使用された処理位置に応じて前記ヘッドを下降させると共に、生体対象物を前記吸引チップに吸引させる、生体対象物処理装置。