JP7148993B2

JP7148993B2 - 細胞構造体製造システム

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Publication number: JP7148993B2
Application number: JP2019565041A
Authority: JP
Inventors: 保人岸井; 周彦徳永
Original assignee: CYFUSE BIOMEDICAL KK
Current assignee: CYFUSE BIOMEDICAL KK
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2022-10-06
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Description

本発明は、細胞の立体構造体を製造するための細胞構造体製造システムに関する。

従来、特許文献１および特許文献２に開示されるように、接触した細胞塊同士が融合する性質を利用して、針状体（ニードル）に細胞塊が互いに接するように細胞塊を串刺しにして、隣接した針状体の間でもそれぞれの針状体に串刺しにされた細胞塊が互いに接するような状態にして所定の期間だけ培養して成熟させて細胞構造体を形成する手法が開示されている。針状体は細胞塊を培養する期間内では、細胞塊を支持する暫定的な支持体としての役割を担う。ここで、細胞塊とは、単一細胞を結合培養して、複数の細胞の塊として形成された細胞塊、たとえばスフェロイドのことをいう。

これらの手法では、まず複数の単一細胞を細胞塊培養プレート（以下、「培養プレート」）内で培養し、複数の細胞塊を形成する。図９Ａに示すように、培養プレート８１では、培養プレート８１の各細胞塊Ｓの細胞塊受容孔（以下、ウェル）８１ｃに、培養液が充填されていて、細胞から生成された細胞塊Ｓが浸漬されている。そのため、培養期間中培養液を十分保持できるように底部に孔のないウェル８１ｃが使用される。ここで、特許文献１に開示される第一の手法では、培養プレート８１のウェル８１ｃから細胞塊Ｓを一つずつ吸引して取り出し、その吸引した細胞塊Ｓを保持しながら移動させて、固定されている針状体に、突き刺していく手法である。したがって、この第一の手法では、細胞塊を形成する段階の底部に孔のないウェル８１ｃを有する培養プレート８１をそのまま使用することができる。

一方、特許文献２に開示される第二の手法では、細胞塊を移動させることなく、針状体を細胞塊に向けて移動させる手法である。すなわち、第二の手法では、移動しないように並べられた細胞塊に針状体を繰り返し昇降させて、複数の細胞塊が隣接するように串刺した複数の針状体を作製するものである。そして、それらの針状体を整列枠に整列させて所定の期間だけ培養し、成熟させて細胞構造体を形成する。第二の手法では、底部に孔を持たないウェル８１ｃに受容されたままで細胞塊Ｓに針状体を穿刺しようとしても、針状体の先端がウェル８１ｃの底部に衝突して、細胞塊を貫通させることができない。

そこで、第二の手法では、細胞塊Ｓが串刺しにされた針状体を作るために細胞塊Ｓを貫通するように穿刺する目的をもって、図９Ｂに示すように底部に針状体が貫通できる貫通孔８２ｂを有するような、または図９Ｃに示すように針状体が貫通できる多孔質材８２ｃを底部に有するような細胞塊を保持するための細胞塊保持孔（以下、ウェル孔）８２ａを備えた積層トレイ８３に細胞塊Ｓを移載させる必要がある。

そして、底部を針状体が貫通できるようにしたウェル孔８２ａをもった積層トレイ８３に細胞塊Ｓを移載させた後に、複数の細胞塊に細い針状体を繰り返し昇降させて、複数の細胞塊が隣接するように串刺となった針状体を作る。これを繰り返して、複数の細胞塊が隣接するように串刺となった複数の針状体を作る。これらの複数の細胞塊が隣接するように串刺となった複数の針状体を所定の形状に固定して、所定の期間だけ培養して成熟させて細胞構造体を形成する。成熟して形成された細胞構造体は、針状体から抜き取られ、たとえば再生医療用途または創薬支援用途の細胞製品として、使用される。

特許第４５１７１２５号明細書国際公開第２０１６／０４７７３７号パンフレット

細胞構造体の形成では、対象物が細胞であるため外界の環境変化および菌等に弱い。したがって、細胞塊を積層トレイに移載する工程から細胞塊を穿刺および整列させる工程までを一貫した工程として、コンパクトな設備として清浄度一定以上のレベルに保ち汚染を防止でき且つ設備外の環境、特にウィルスまたは菌などの作業空間内部への侵入による細胞構造体の汚染を防ぐことができる清浄環境の中で実行することが好ましい。また、アクセスを行う作業者への感染を抑制することも必要となる。しかし、これらの工程を大きな空間で整えることは困難で、比較的局所的で小さな空間で行うことができる必要がある。

針状体で細胞塊を穿刺して細胞構造体を形成するための細胞構造体製造システムであって、内部を高い清浄度に保つことができる密閉空間であって、外部からのアクセスを可能とするアクセス開口を有するキャビネットと、複数の培養プレートであって、それぞれが複数の細胞塊受容孔を有し、外部で生成された複数の細胞塊が前記複数の細胞塊受容孔のそれぞれに収納されている前記複数の培養プレートのうちの一の培養プレートを培養プレート供給エリアで搬送装置に供給する培養プレート供給装置と、前記搬送装置で搬送された前記一の培養プレートの複数の細胞塊受容孔に収納されている細胞塊を、移載エリアで、それぞれが底部に前記針状体が貫通可能である複数の細胞塊保持孔を有する積層トレイの前記複数の細胞塊保持孔のそれぞれに吐出して移載する細胞塊注入装置を有する移載装置と、複数の針状体を格納した針状体供給機構から一本の針状体を抜き取って把持を行う針状体クランプ機構を有する穿刺装置であって、その針状体クランプ機構は、穿刺エリアで、その一本の針状体を前記積層トレイの前記複数の細胞塊保持孔のそれぞれの細胞塊の連続的な穿刺を行う針状体クランプ機構と、前記針状体クランプ機構は細胞塊を穿刺した前記針状体を整列ベース上に押し刺して把持の解除を行う穿刺装置と、を有する細胞構造体製造システムにより解決する。

本発明によれば、細胞塊を培養プレートから積層トレイに移載する工程から細胞塊を穿刺および整列させる工程までを一貫した工程として、清浄度維持および汚染防止が可能となる。

本発明の実施形態における細胞構造体製造システムを示した正面図である。本発明の実施形態における細胞構造体製造システムの内部の上面図であって、図１の断面２－２を示している。本発明の実施の形態における細胞構造体製造システムの機能構成図である。本発明の実施形態における細胞構造体製造システムの作業工程図である。本発明の実施例１における細胞構造体製造システムの培養プレート供給装置を示した斜視図である。本発明の実施例１における細胞構造体製造システムの移載装置と穿刺装置とを示した斜視図である。本発明の実施例１の細胞構造体製造システムの各工程のフローチャートを示している。本発明の実施例２における細胞構造体製造システムの穿刺装置を示した斜視図である。従来および本発明の実施の形態で使用される培養プレートのウェル部分の断面図である。本発明の実施の形態で使用される積層トレイのウェル孔部分の一例の断面図である。本発明の実施の形態で使用される積層トレイのウェル孔部分の他の例の断面図である。

まず、図１から図４を参照して、本発明の実施の形態の細胞構造体製造システム１について説明する。細胞構造体製造システム１は、単一細胞を培養プレート８１のウェル８１ｃ内に複数個入れて所定の期間培養して成長させて結合した細胞塊Ｓを成長させて細胞構造体として形成させるシステムである。図１は細胞構造体製造システム１の正面図であり、図２は図１の断面２－２であって、細胞構造体製造システム１の内部空間の配置の上面図である。細胞構造体製造システム１は、その内部の密閉空間１ａが所定の高清浄度の清浄環境が実現可能な密閉された空間であって、代表的には安全キャビネット３である。ここでは、安全キャビネット３を前提に説明する。安全キャビネット３の密閉空間１ａ内には、培養プレート供給エリア４，移載エリア５，穿刺エリア６に対応する。細胞塊を中心にみると、細胞構造体製造システム１では、細胞塊を培養プレート供給エリア４から移載エリア５を経由して穿刺エリア６まで移動する。安全キャビネット３の前面は、外部からのアクセスを可能とする細胞構造体製造システム１へのアクセス開口１１となっている。アクセス開口１１は、一般に、安全キャビネット３の内部を観察可能な透明であって開閉可能な扉であり、アクセス開口１１を閉じたときには、内部の密閉空間１ａを所定の高い清浄度の清浄環境に保つことが可能である。細胞構造体製造システム１においての培養プレート供給エリア４から移載エリア５を経由して穿刺エリア６まで細胞塊の移動方向１ｄは、アクセス開口１１に沿って配置される。安全キャビネット３は、内部の密閉空間１ａが汚染防止のために環境雰囲気から分離するように外界環境と遮断された空間である。安全キャビネット３は、バイオハザード対策用キャビネットのクラスII（JIS K3800:2009）以上の環境が保証されるキャビネットである。密閉空間１ａはアクセス開口１１からアクセスできるアクセス空間１ｂを内部に有している。アクセス空間１ｂは、移載エリア５からの除去物を高清浄度の清浄環境で格納するピペットチップ回収空間５ａと、穿刺エリア６からの除去物を高清浄度の清浄環境で格納する回収空間６ａとを備えている。ピペットチップ回収空間５ａと回収空間６ａとを含む密閉空間１ａがクラスII（JIS K3800:2009）以上の環境が保証される空間である。アクセス空間１ｂとピペットチップ回収空間５ａとはテーブル面３ａの開口５ｂで連通しており、アクセス空間１ｂと回収空間６ａとはテーブル面３ａの開口６ｂで連通している。ピペットチップ回収空間５ａと回収空間６ａとは、培養プレート供給エリア４から移載エリア５を経由して穿刺エリア６まで細胞塊の移動方向１ｄと垂直な方向であって下方向に配置される。ここでは、ピペットチップ回収空間５ａと、穿刺エリア６からの除去物の回収空間６ａとを分けているが、これを一つに統合した回収空間としてもよい。回収物の分別の要求によって自由に設定できる。また、テーブル面３ａには細胞構造体製造システム１を構成する機器が載置されるため、様々な穴が配置される。そのため、アクセス空間１ｂの下に補助空間１ｃを配置することができる。この場合、補助空間１ｃも密閉空間１ａの内部となる。アクセス空間１ｂと補助空間１ｃとはテーブル面３ａで仕切られている。アクセス空間１ｂとその下の補助空間１ｃとは、それぞれの空間を物理的に厳密に区画する必要はないが、アクセス空間１ｂの環境を保つために、補助空間１ｃからアクセス空間１ｂへの空気の流れが防ぐように、補助空間１ｃの圧力はアクセス空間１ｂの圧力よりも圧力を低くしておくことが好ましい。

図３は細胞構造体製造システム１の構成図である。細胞構造体製造システム１は、培養プレート供給装置４１と、移載装置５１と、穿刺装置６１と、制御装置１２とを備えている。代表的には、培養プレート供給装置４１と、移載装置５１と、穿刺装置６１とは、安全キャビネット３内に、それぞれが、培養プレート供給エリア４、移載エリア５、穿刺エリア６に対応する位置に配置される。また、制御装置１２は安全キャビネット３の外に配置される。制御装置１２は、中央処理装置（ＣＰＵ）１２ａと記憶装置１２ｂとを備える。制御装置１２は、培養プレート供給装置４１と、移載装置５１と、穿刺装置６１とのそれぞれに電気的に接続され、各装置の動作を制御する。

図４は細胞構造体製造システム１の作業工程図を示している。細胞塊Ｓは細胞構造体製造システム１外で培養プレート８１の中で培養されて生成される。培養プレート８１は矩形の標準培養プレートであって、蓋８１ａで本体８１ｂを覆うことができる形状である。本体８１ｂには、たとえば長辺方向に１６列、短辺方向に４列の計６４のウェル８１ｃを有している。図４の断面Ｘ－Ｘはウェル８１ｃの断面を示している。ウェル８１ｃの底部には針状体たるニードルＮが貫通可能な機能は無く、培養されて生成された細胞塊Ｓはウェル８１ｃの底部に支持されている。培養プレート８１は蓋８１ａが本体８１ｂに被せられた状態で、細胞構造体製造システム１の培養プレート供給装置４１の培養プレートローダ４１ａに載置される。

まず、培養プレート供給装置４１について説明する。培養プレートローダ４１ａには一度に複数の培養プレート８１を積み上げるように載置可能である。培養プレート供給装置４１の培養プレートローダ４１ａに培養プレート８１を載置させる際には、ユーザが手作業で行っても良いし、自動的に載置させるようにしてもよい。ウェル８１ｃの底部は細胞塊Ｓを所定期間だけ培養液に浸す必要があるため、培養液を保持することができる無孔構造である。すなわち、ウェル８１ｃの底部にはニードルＮが貫通可能な機能は無いため、細胞塊Ｓを穿刺するためには、底部にはニードルＮが貫通可能な機能を有する穿刺用の積層トレイ８３に移し替える必要がある。そのため、培養プレートローダ４１ａは載置された培養プレート８１を自動的に１枚ずつ取り出して蓋８１ａを本体８１ｂから取り外し、ウェル８１ｃが露出するような状態にして移載装置５１へと送り出す。この後、移載装置５１でウェル８１ｃ内の細胞塊Ｓは細胞塊Ｓの穿刺のための専用の積層トレイ８３に移し替えられるが、培養プレート供給装置４１と移載装置５１は並行動作が可能である。すなわち、培養プレート８１を移載装置５１へと送り出すとともに、移載装置５１ですべてのウェル８１ｃ内の細胞塊Ｓが積層トレイ８３に移し替えられた後の培養プレート８１の本体８１ｂが移載装置５１から培養プレート供給装置４１へと戻されてくる。培養プレート供給装置４１は移載装置５１から戻された空の培養プレート８１の本体８１ｂに蓋８１ａを被せて培養プレートアンローダ４１ｂに収納する。これが繰り返されることで、培養プレートアンローダ４１ｂには、空の培養プレート８１が収納される。

続いて、移載装置５１について説明する。移載装置５１には、積層トレイ供給器５１ｂが備えられている。また、移載装置５１には複数の吸引配管が備えられている。各吸引配管には、着脱式であって使い捨て式のピペットチップ８２が装着可能である。各吸引配管はピペットチップ８２が装着された状態で、ピペットチップ８２の内部を減圧状態およびその解除をすることが可能である。移載装置５１はピペットチップ供給器５１ａを有していて、ピペットチップ供給器５１ａにはたとえば複数のピペットチップ８２が収納されている。ピペットチップ供給器５１ａに収納されているピペットチップ８２から、吸引配管の数に対応するだけのピペットチップ８２が抜き出されて、複数の吸引配管に取り付ける。積層トレイ供給器５１ｂには複数の積層トレイ８３が収納可能であって、培養プレート供給装置４１から培養プレート８１が供給されるタイミングに合わせて積層トレイ供給器５１ｂから供給される。図４の断面Ｙ－Ｙに示されているように、積層トレイ８３は底面にニードルＮが貫通可能であって細胞塊Ｓを支持可能な多孔質材（たとえば、不織布）のシートが底面に取り付けられている細胞塊保持孔（以下、ウェル孔）８３ａを有している。代表的には、積層トレイ８３は、たとえば長辺方向に１６列、短辺方向に４列の計６４のウェル孔８３ａを有している。そのため、培養プレート供給装置４１から一枚の培養プレート８１が供給されることに対して、遅延することなく追従できるよう、積層トレイ８３が積層トレイ供給器５１ｂから供給されるようにする。

複数の吸引配管は、培養プレート供給装置４１から運ばれた培養プレート８１の上と、積層トレイ８３の上と、ピペットチップ供給器５１ａとの間を往復可能である。複数の吸引配管の数は、吸引配管の設備コストの観点から決定することができる。たとえば、短辺側のウェル孔８３ａの数の公約数にしてもよい。この場合、短辺方向にウェル孔８３ａが１６列配置されている積層トレイ８３では、吸引配管の数は、１６本、８本、４本、２本、１本のいずれかから選択する。移載ミスの細胞塊Ｓが存在した場合のリカバリーと製造のスループットとの兼ね合い等に応じて、吸引配管の設置数と移載の制御シーケンスの組み方は様々に設定できる。複数の吸引配管は、まずピペットチップ供給器５１ａからピペットチップ８２の供給を受けて、複数の吸引配管のそれぞれの先端にピペットチップ８２を取り付ける。たとえば、ピペットチップ供給器５１ａは、所定数のピペットチップ８２が収納されている市販のピペットチップボックスであって、吸引配管がそれぞれに対応するピペットチップ８２の位置の上部までスライドし、そこで降下して吸引配管の先端にピペットチップ８２が嵌合する。そこから吸引配管を上昇させて複数の吸引配管のそれぞれの先端にピペットチップ８２が取り付けられるようにすることができる。
複数の吸引配管のそれぞれの先端にピペットチップ８２が取り付けられた後に、培養プレート８１の上に移動して、培養プレート８１の各ウェル８１ｃの中の細胞塊Ｓを培養液とともにピペットチップ８２内に吸引して収納する。複数の吸引配管の中に細胞塊Ｓが収容されたら、複数の吸引配管は積層トレイ８３の上に移動して積層トレイ８３のウェル孔８３ａの中にピペットチップ８２内の細胞塊Ｓを吐出する。これを繰り返して、培養プレート８１のすべてのウェル８１ｃの中の細胞塊Ｓを積層トレイ８３のすべてのウェル孔８３ａに移し替える。所定の枚数の移し替えが終わり次第、必要に応じて、複数の吸引配管は先端に取り付けられていたピペットチップ８２を廃棄する。ピペットチップ８２は移載エリア５の除去物として開口５ｂを通じてピペットチップ回収空間５ａ内に廃棄回収される。たとえば、開口５ｂにはピペットチップ８２を引っ掛けることが可能な櫛歯状爪を配置し、移し替えが終わった複数の吸引配管は開口５ｂに移動してその櫛歯状爪の位置で下降し、それぞれの複数の吸引配管のピペットチップ８２を櫛歯状爪に引っ掛けるように動作する。そこで複数の吸引配管を上昇させると、ピペットチップ８２は櫛歯状爪に残って吸引配管から外れて、開口５ｂからピペットチップ回収空間５ａ内に落ちて回収される。

続いて、穿刺装置６１について説明する。穿刺装置６１はニードルＮで積層トレイ８３のウェル孔８３ａの中の細胞塊Ｓを穿刺する。穿刺装置６１はニードル供給機構６１ａを有していて、ニードル供給機構６１ａから供給されるニードルＮで細胞塊Ｓを穿刺する。断面Ｚ－Ｚにあるように、穿刺装置６１ではニードルＮが積層トレイ８３のウェル孔８３ａの上まで移動し、そこから下降してニードルＮの先端が細胞塊Ｓを穿刺する。さらに、ニードルＮが下降した状態では、ニードルＮの先端がウェル孔８３ａの底部の多孔質材のシートを貫通することができるので、細胞塊ＳがニードルＮに串刺しになった状態とすることができる。ニードルＮに細胞塊Ｓが貫通すると、そのニードルＮは隣のウェル孔８３ａに移動して、そのウェル孔８３ａの中の細胞塊Ｓを穿刺して貫通する。これを一本のニードルＮに所定の個数の細胞塊Ｓを貫通させるまで繰り返す。所定の個数の細胞塊Ｓが串刺しになったニードルＮは、柔軟体でできた整列ベース８５の上に移動して、ニードルＮを整列ベース８５に刺す。ニードル供給機構６１ａが次のニードルＮを供給して、これらを繰り替えして、細胞塊Ｓが串刺しになったニードルＮを整列ベース８５に刺して、整列ベース８５上に所定の形状に組み立てる。ニードルＮで積層トレイ８３内のすべての細胞塊Ｓが穿刺されたら、空となった積層トレイ８３は穿刺エリア６の除去物として開口６ｂを通じて回収空間６ａ内に廃棄回収される。

ウェル孔８３ａの中の細胞塊Ｓは発光装置５１ｅと撮像装置５１ｆによって撮影され、その画像データは制御装置１２の記憶装置１２ｂに格納される。そのデータは、ウェル孔８３ａの輪郭形状における細胞塊Ｓの中心位置のデータである。ニードルＮは、そのデータを記憶装置１２ｂからウェル孔８３ａの中の細胞塊Ｓの中心位置の正確な位置として読み出して、ＣＰＵでニードルＮを細胞塊Ｓの中心位置へ下降させる。代表的には、発光装置５１ｅと撮像装置５１ｆとはいずれか一方が積層トレイ８３の上側に、他方が積層トレイ８３の下側に配置され、発光装置５１ｅが発する光でウェル孔８３ａの内部を照らし、一方撮像装置５１ｆでウェル孔８３ａからの透過光を受光して撮影するものである。この実施の形態のように、ウェル孔８３ａの中の細胞塊Ｓの撮影は、ニードルＮで細胞塊Ｓを穿刺する前の工程である、積層トレイ８３に細胞塊Ｓを移載させる工程で同時に行うのが効率的であるから、発光装置５１ｅと撮像装置５１ｆとは、移載装置５１の一部として、移載エリア５の中で行うのがよい。しかし、発光装置５１ｅと撮像装置５１ｆとを、穿刺装置６１の一部として、穿刺エリア６の中で行うこともできる。

（実施例１）
続いて、図５から図７を参照して、前記実施の形態を具体的に実現する細胞構造体製造システム１の実施例について説明する。以下、実施の形態ですでに説明したことに加えて、実施例１における特徴部分を追加的に説明する。実施例１においても、図１から図３に示したとおり、細胞構造体製造システム１は、その内部の密閉空間１ａが所定の高清浄度のクリーン環境が実現可能な密閉された空間であって、代表的には安全キャビネット３となっている。安全キャビネット３は、いわゆるバイオハザード対策の安全キャビネットである。安全キャビネット３は、たとえば細胞加工を行う構造設備であるセルプロセッシングセンター（ＣＰＣ）内の作業室空間であるグレードＢに保持されているバイオクリーンルーム内に設置され、安全キャビネット３の内部はグレードＡに保たれる。細胞構造体製造システム１は、培養プレート供給装置４１と、移載装置５１と、穿刺装置６１と、制御装置１２とを具備する。このうち、安全キャビネット３の密閉空間１ａ内には、培養プレート供給装置４１と、移載装置５１と、穿刺装置６１とが、培養プレート供給エリア４と、移載エリア５と、穿刺エリア６とのそれぞれに対応するように配置される。この部分については、実施の形態で既に説明しているとおりである。実施例１では、培養プレート供給エリア４と移載エリア５と穿刺エリア６とは、培養プレート供給エリア４から穿刺エリア６まで移載エリア５を介して、アクセス開口にそって一列に並んでいる。制御装置１２は、その中央処理装置１２ａをキャビネット内に配置して、コントローラパネル等をキャビネット外に配置するなど、様々な形態にすることができる。

まず、図５を参照して、実施例１の培養プレート供給装置４１について説明する。培養プレート供給装置４１は、棚状の培養プレートローダ４１ａと培養プレートアンローダ４１ｂとが着脱可能に併設される。培養プレートローダ４１ａの棚には複数の培養プレート８１を載置可能である。たとえば、１０枚の培養プレート８１を積み重ねた状態で載置可能である。培養プレート８１は培養プレートローダ４１ａが培養プレート供給装置４１から取り外した状態で載置可能であって、培養プレート８１が載置された培養プレートローダ４１ａはユニットとして培養プレート供給装置４１に取り付け可能である。培養プレートアンローダ４１ｂには、培養プレート供給装置４１に取り付けられた状態で、積層トレイ８３に細胞塊Ｓを移し替えられて空になった培養プレート８１が積み上げられていく。所定の枚数の空になった培養プレート８１が積みあがった際に、培養プレートアンローダ４１ｂを取り外して空になった培養プレート８１が回収される。培養プレートローダ４１ａと培養プレートアンローダ４１ｂとは、ユニット式に脱着ができるので、穿刺工程までの全作業が完全に終了するまで外部からのアクセスを絶つことができ、細胞構造体製造システム１の安全キャビネット３内の密閉空間１ａで清浄度を保つことができる。

複数の培養プレート８１が載置された培養プレートローダ４１ａの棚からは培養プレート８１が自動的に１枚ずつ降下するようになっている。培養プレートローダ４１ａは移載する培養プレート８１の一枚を搬送装置４１ｄの上に降下させる。搬送装置４１ｄは移載エリア５までテーブル面３ａの上で培養プレート８１を移動させる装置である。搬送装置４１ｄは、たとえば培養プレート供給装置４１と移載装置５１との間を往復移動可能な装置であって、培養プレート８１が載置可能なテーブルがレール上を移動する形態でもよいし、キャタピラや無端ベルトなどが回転する形態の移動装置であってもよい。搬送装置４１ｄの上に載った培養プレート８１は移載エリア５の方向４１ｅに向かって搬送される。その途中で、搬送装置４１ｄは蓋開閉アーム４１ｃの下を通過する。培養プレート８１が蓋開閉アーム４１ｃの下を通過した際に、蓋開閉アーム４１ｃが蓋８１ａを保持して本体８１ｂから取り外す。蓋開閉アーム４１ｃは、培養プレート８１の蓋８１ａを本体８１ｂから取り外すことができる限り、様々な形態とすることが可能である。たとえば、蓋８１ａの長方形形状の一方の辺の対をそれに垂直な方向から挟持できるように第一軸方向（挟持方向Ａ）に移動可能なエアシリンダ駆動と、蓋８１ａを蓋８１ａと垂直方向である第二軸方向（昇降方向Ｂ）に移動可能なエアシリンダとによる２台のエアシリンダ駆動により蓋８１ａを把持して持ち上げる蓋外しグリッパー機構とすることもできる。蓋８１ａが取り外された培養プレート８１の本体８１ｂは搬送装置４１ｄで移載エリア５の所定位置まで搬送されて、細胞塊Ｓが積層トレイ８３に移載される。一方、積層トレイ８３への細胞塊Ｓの移載が終了した空の培養プレート８１は搬送装置４１ｄによって逆方向４１ｆのとおりに戻って培養プレートアンローダ４１ｂ内に収容される。

続いて、図６を参照して、実施例１の移載装置５１と穿刺装置６１について説明する。培養プレート供給エリア４と移載エリア５との間で培養プレート８１を移送する。すなわち、搬送装置４１ｄの上に載って搬送された培養プレート８１の本体８１ｂは移載エリア５の所定位置で停止する。移載装置５１はピペットチップ供給器５１ａと積層トレイ供給器５１ｂとを備えている。ピペットチップ供給器５１ａにはたとえば複数のピペットチップ８２のそれぞれがほぼ鉛直方向に延在するように収納されている。移載装置５１は実施の形態で説明したように決定される所定数の注入装置である吸引配管５１ｃを有している。吸引配管５１ｃの先端にはピペットチップ８２が流体的に連通するように装着可能である。各吸引配管５１ｃは減圧シリンダに接続されていて、その圧力制御によってピペットチップ８２内が減圧されるとピペットチップ８２が先端から培養液とともに細胞塊Ｓを吸引し、ピペットチップ８２内の減圧が解除されるとピペットチップ８２の先端から細胞塊Ｓを吐出することが可能である。移載装置５１は積層トレイ供給器５１ｂを有していて、予め複数の積層トレイ８３が収納可能である。たとえば、積層トレイ供給器５１ｂはテーブル面３ａの下部に配置されて、培養プレート供給装置４１から培養プレート８１が所定位置に供給されるタイミングに合わせて、積層トレイ供給器５１ｂから収納されている積層トレイ８３の一枚が上昇するように供給させる構成とすることができる。供給された積層トレイ８３は積層トレイ固定台５１ｇの上に固定される。吸引配管５１ｃはレール５１ｄに取りつけられていて、テーブル面３ａに平行な水平面上二軸方向に可動である。搬送された培養プレート８１の本体８１ｂが停止している位置と積層トレイ固定台５１ｇとの間を移動可能である。

吸引配管５１ｃは、まずピペットチップ供給器５１ａからピペットチップ８２の供給を受けて、吸引配管５１ｃのそれぞれの先端にピペットチップ８２を取り付ける。そして、搬送された培養プレート８１の上に移動して、培養プレート８１の各ウェル８１ｃの中の細胞塊Ｓを培養液とともにピペットチップ８２内に吸引して収納する。吸引配管５１ｃの中に細胞塊Ｓが収容されたら、吸引配管５１ｃは積層トレイ固定台５１ｇの上に固定されている積層トレイ８３の上に移動して積層トレイ８３のウェル孔８３ａの中にピペットチップ８２内の細胞塊Ｓを吐出する。これを繰り返して、培養プレート８１のすべてのウェル８１ｃの中の細胞塊Ｓを積層トレイ８３のすべてのウェル孔８３ａに移し替える。移し替えが終わった後に、吸引配管５１ｃの先端に取り付けられていたピペットチップ８２は、テーブル面３ａに穿設されている開口５ｂを通じてピペットチップ回収空間５ａ内に廃棄回収される。開口５ｂにはピペットチップ８２を引っ掛ける爪が配置されていて、吸引配管５１ｃが昇降する際にこの爪にピペットチップ８２を引っ掛かってピペットチップ回収空間５ａ内に落ちる仕組みとすることができる。

続いて、同じく図６を参照して、穿刺装置６１について説明する。穿刺装置６１は針状体供給機構であるニードル供給機構６１ａと、針状体クランプ機構であるニードルクランプ機構６１ｂと、整列ベース固定台６１ｄを備えている。ニードル供給機構６１ａは、様々な形態にすることができる。たとえば、ニードル供給機構６１ａは複数の孔を有するラック状であって、細胞塊Ｓを穿刺可能であって複数の本数のニードルＮが、細胞塊Ｓを穿刺する尖った側が下側となるように、それぞれの孔に鉛直方向に延在するように整列するように収納されているのものとすることができる。一方、ニードル供給機構６１ａは、ニードルＮをニードルクランプ機構６１ｂに一本ずつ受け渡すような機構の形態にすることも可能である。ニードルクランプ機構６１ｂは、ニードル供給機構６１ａから受け取った一本のニードルＮを挟持することができる。整列ベース固定台６１ｄにはシリコン等でできた柔軟体である整列ベース８５が固定されている。ニードルクランプ機構６１ｂはレール６１ｃに取り付けられていて、積層トレイ固定台５１ｇの上から整列ベース固定台６１ｄとの間を移動可能であって、かつ昇降可能に構成されている。ニードルクランプ機構６１ｂがニードル供給機構６１ａまで移動してニードルＮを一本挟持し、積層トレイ固定台５１ｇの上部まで移動する。予め記憶装置１２ｂに格納された細胞塊Ｓの位置のデータに基づいて制御装置１２がニードルＮを細胞塊Ｓの中心上に移動させて、そこで積層トレイ８３のウェル孔８３ａの中の細胞塊Ｓに向かってニードルＮを下降させて穿刺する。ニードルＮが所定量だけ下降してニードルＮの先端がウェル孔８３ａの底部の多孔質材のシートを貫通して細胞塊Ｓを貫通すると、ニードルＮは上昇して隣のウェル孔８３ａに移動し、同じ動作を繰り返す。所定の個数の細胞塊Ｓが串刺しにしたニードルＮは、整列ベース固定台６１ｄ上の整列ベース８５の上に移動して、ニードルＮを整列ベース８５に刺す。ニードル供給機構６１ａが次のニードルＮを供給して、これらを繰り替えして、細胞塊Ｓが串刺しになったニードルＮを整列ベース８５に刺して、整列ベース上に所定の形状に組み立てる。この形状は予め記憶装置１２ｂに記憶されている形状になるように制御装置１２によって制御される。ニードルＮで積層トレイ８３内のすべての細胞塊Ｓが穿刺されたら、空となった積層トレイ８３はテーブル面３ａの開口６ｂを通じて回収空間６ａ内に廃棄回収される。

続いて、図７を参照して、細胞構造体製造システム１の動作の流れを説明する。図７は、細胞構造体製造システム１の各工程のフローチャートを示している。まず、準備段階として、細胞塊Ｓが収納されている培養プレート８１を所定の枚数だけ培養プレートローダ４１ａの棚に格納し、培養プレート供給装置４１へ設置する。その後、細胞構造体製造システム１の安全キャビネット３の内部の清浄度が定常状態に至るのを確認してから、制御装置１２により自動シーケンスを開始する（Ｓ１）。続いて、培養プレート供給装置４１により培養プレート８１を搬送し、移載装置５１により積層トレイ８３のウェル孔８３ａに移し変える（Ｓ２）。積層トレイ８３へ移載の際に積層トレイ８３のウェル孔８３ａ内の細胞塊Ｓを撮影する（Ｓ３）。撮影されたデータは制御装置１２の中央処理装置１２ａにより解析されて、記憶装置１２ｂに格納される（Ｓ４）。

一方、穿刺装置６１の側では、ニードルクランプ機構６１ｂがニードル供給機構６１ａに保管されている所定のニードルＮを把持する（Ｓ６）。続いて、ニードルクランプ機構６１ｂに挟持されたニードルＮの鉛直方向に対する傾斜角度をニードル角度検知器により検出する（Ｓ７）。制御装置１２は、中央処理装置１２ａでその検出結果を解析して記憶装置１２ｂに格納する。中央処理装置１２ａは、その解析結果によるニードルＮの傾斜角度が所定の範囲に入っていれば次の工程に移り、ニードルＮの傾斜角度が所定の範囲を超えていれば、そのニードルクランプ機構６１ｂが挟持したニードルＮで細胞塊Ｓの穿刺は行わずに新たなニードルＮを把持するように制御する（Ｓ８）。

ニードルＮの傾斜角度が所定の範囲に入っていれば、制御装置１２の記憶装置１２ｂに格納された細胞塊Ｓの位置および形状にしたがって計算された細胞塊Ｓの中心位置の上にニードルクランプ機構６１ｂを移動させ、ニードルクランプ機構６１ｂを下降させて細胞塊Ｓを穿刺する。この工程を所定の回数繰り返す（Ｓ９）。整列ベース８５にニードルクランプ機構６１ｂを所定量だけ下降させ、細胞塊が串刺しにされたニードルＮを整列ベース８５に押し刺す。ニードルクランプ機構６１ｂが所定量だけ下降してニードルＮが整列ベース８５に自立すると、ニードルクランプ機構６１ｂはそのニードルＮの把持を解除する（Ｓ１０）。ニードルクランプ機構６１ｂは所定のニードルＮを把持する工程に戻って、所定の本数のニードルＮが整列ベース８５に突き刺さって整列するまで、Ｓ６からＳ１０の工程を繰り返す（Ｓ１１）。Ｓ６からＳ１０の工程が繰り返されている間は、並行して、移載装置５１でＳ２からＳ５の工程が並行して実行される。

（実施例２）
続いて、図８を参照して、実施例２として、別の形態の穿刺装置７１について説明する。穿刺装置７１を除き、実施の形態および実施例１で説明した細胞構造体製造システム１と同じであって、培養プレート供給装置４１と移載装置５１とは実施例１と同じものが採用される。ここでは、実施例１と異なっている穿刺装置７１のみについて説明する。実施例２では、穿刺装置７１は、回転ユニット７１ａと、ニードルクランプ機構７１ｂと、ニードル供給機構７１ｃと整列ベース８５とを備えている。回転ユニット７１ａは、鉛直方向に延在する回転軸周りに回転可能であって、その回転によって回転する少なくとも１面の取り付け面をもっている。取り付け面には、ニードルクランプ機構７１ｂが取り付けられる。特には、回転ユニット７１ａは、複数の取り付け面を側面に有する多面体の形状、たとえば四角柱の形状である。すなわち、回転ユニット７１ａは、四角柱の側面の四面を「取り付け面」として、４台のニードルクランプ機構７１ｂが取り付けられている。回転ユニット７１ａは、四角柱に限らず、三角柱などの多角形、または立体形状ではなく、平面であってもよい。その側面の数だけニードルクランプ機構７１ｂを取り付けることができる。図８では、回転ユニット７１ａには、４台のニードルクランプ機構７１ｂが取り付けられている例が示されている。ニードルクランプ機構７１ｂは４台とも同じ機能を有している。ニードルクランプ機構７１ｂは、鉛直Ｚ方向にニードルＮを昇降することが可能である。ニードルクランプ機構７１ｂは、鉛直方向に延在するような状態のニードルＮを把持し、また解放することができる。ニードル供給機構７１ｃは、実施例１のニードル供給機構６１ａと同じであるので説明を割愛する。実施例２の穿刺装置７１では、ニードルクランプ機構７１ｂがニードルＮを挟持する工程と、積層トレイ８３内の細胞塊Ｓを穿刺する工程と、細胞塊Ｓが串刺しにされたニードルＮを整列ベース８５に押し刺す工程とを、回転ユニット７１ａが中心軸ＣＬ周りに回転することにより、並行して各工程を実行する並行処理を実行できる。このとき、ニードルクランプ機構７１ｂがニードルＮを挟持する工程と、積層トレイ８３内の細胞塊Ｓを穿刺する工程と、細胞塊Ｓが串刺しにされたニードルＮを整列ベース８５に押し刺す工程との３つの工程を、中心軸ＣＬ周りの中心角３６０度を任意の割合で分割した区画で実行することができる。特には、それぞれの区画を等分割して１２０度ずつとすることもできる。また、ニードルＮを挟持する工程と、積層トレイ８３内の細胞塊Ｓを穿刺する工程との間に、ニードルＮの先端の位置を検出する工程を付加してもよい。

ニードルクランプ機構７１ｂがニードルＮを挟持する工程では、ニードル供給機構７１ｃの上側にニードルクランプ機構７１ｂが位置して水平Ｘ方向とそれに垂直な水平Ｙ方向と、鉛直Ｚ方向との３軸方向に移動が可能である。ニードルクランプ機構７１ｂが積層トレイ８３内の細胞塊Ｓを穿刺する工程では、積層トレイ８３の上側にニードルクランプ機構７１ｂが位置して水平Ｘ方向とそれに垂直な水平Ｙ方向と、鉛直Ｚ方向との３軸方向に移動することが可能である。ニードルクランプ機構７１ｂが、細胞塊Ｓが串刺しにされたニードルＮを整列ベース８５に押し刺す工程では、整列ベース８５の上側にニードルクランプ機構７１ｂが位置して、水平Ｘ方向とそれに垂直な水平Ｙ方向と、鉛直Ｚ方向との３軸方向にニードルＮを移動することが可能である。すなわち、回転ユニット７１ａの回転方向に、順番に、ニードル供給機構７１ｃ、積層トレイ８３、整列ベース８５が配置されている。まず、一のニードルクランプ機構７１ｂが、ニードルＮを挟持すると、回転ユニット７１ａが中心軸ＣＬ周りに回転して積層トレイ８３の上側に移動し、そのニードルクランプ機構７１ｂがニードルＮを下降させて積層トレイ８３内の細胞塊Ｓを穿刺してニードルＮを上昇させる。ここで、同時に別のニードルクランプ機構７１ｂがニードル供給機構７１ｃからニードルＮを受けてニードルＮを挟持する。ここで、回転ユニット７１ａが中心軸ＣＬ周りに回転して、積層トレイ８３内の細胞塊Ｓを穿刺したニードルＮを挟持しているニードルクランプ機構７１ｂは整列ベース８５の上に移動して、細胞塊Ｓが串刺しにされたニードルＮを整列ベース８５に押し刺す。このとき、ニードル供給機構７１ｃからニードルＮを受けてニードルＮを挟持しているニードルクランプ機構７１ｂが積層トレイ８３の上に移動し、ニードルＮを下降させて積層トレイ８３内の細胞塊Ｓを穿刺してニードルＮを上昇させる。このとき、また別の同時にニードルクランプ機構７１ｂが、ニードルＮを挟持する。回転ユニット７１ａが中心軸ＣＬ周りに回転して、この作業をすべてのウェル孔８３ａ内の細胞塊Ｓに対して、実行する。すなわち、各工程の終了段階で、回転ユニット７１ａが中心軸ＣＬ周りに回転することで次の工程に移ることができる。

ニードルＮの先端の位置を検出する工程を付加する場合には、ニードルクランプ機構７１ｂがニードルＮを挟持する工程と、ニードルＮの先端の位置を検出する工程と、積層トレイ８３内の細胞塊Ｓを穿刺する工程と、細胞塊Ｓが串刺しにされたニードルＮを整列ベース８５に押し刺す工程との４つの工程を、中心軸ＣＬ周りの中心角３６０度を任意の割合で分割した区画のそれぞれで実行する。特には、それぞれの区画を等分割して９０度ずつとすることもできる。ニードルＮの先端の位置を検出する工程では、水平Ｘ方向と水平Ｙ方向との二方向で定義される面における先端位置をセンサによって検出する。この先端位置を、穿刺すべき積層トレイ８３内の細胞塊Ｓの位置の上に移動させるようにニードルクランプ機構７１ｂを移動させて細胞塊Ｓを穿刺する工程に移り、ここでニードルクランプ機構７１ｂがニードルＮを下降させて積層トレイ８３内の細胞塊Ｓを穿刺して細胞塊Ｓを穿刺するニードルＮを上昇させる工程を実行する。

１細胞構造体製造システム
３安全キャビネット
４培養プレート供給エリア
５移載エリア
６穿刺エリア
４１培養プレート供給装置
５１移載装置
６１穿刺装置
８１培養プレート
８２ピペットチップ
８３積層トレイ
８５整列ベース
Ｓ細胞塊
Ｎニードル

Claims

針状体で細胞塊を穿刺して細胞構造体を形成するための細胞構造体製造システムであって、
内部を高い清浄度に保つことができる密閉空間であって、外部からのアクセスを可能とするアクセス開口を有し、その密閉空間の内部に培養プレート供給エリアと移載エリアと穿刺エリアとが前記アクセス開口にそって一列に並ぶように配置されるキャビネットと、
複数の細胞塊受容孔を有し、外部で生成された複数の細胞塊が前記複数の細胞塊受容孔のそれぞれに収納されている培養プレートを前記培養プレート供給エリアと前記移載エリアとの間で移送する搬送装置と、
前記培養プレート供給エリアに配置され、複数枚の前記培養プレートを収納可能であって、前記複数枚の前記培養プレートから培養プレートを一枚ずつ前記搬送装置に供給する培養プレート供給装置と、
複数のピペットを脱着可能に保持することが可能な細胞塊注入装置を有し、前記移載エリアに配置され、前記搬送装置により搬送された前記培養プレートの複数の細胞塊受容孔に収納されている細胞塊を、前記複数のピペットにより吸引して、それぞれが底部に前記針状体が貫通可能である複数の細胞塊保持孔を有する積層トレイの前記複数の細胞塊保持孔のそれぞれの中に吐出して移載を行う移載装置と、
前記穿刺エリアに配置され、複数の針状体を格納した針状体供給機構から一本の針状体を抜き取って把持を行う針状体クランプ機構を有する穿刺装置であって、その針状体クランプ機構は、穿刺エリアで、その一本の針状体を前記積層トレイの前記複数の細胞塊保持孔のそれぞれの細胞塊の連続的な穿刺を行い、細胞塊を穿刺した前記針状体を整列ベース上に押し刺して把持の解除を行う穿刺装置と、を備え、
前記搬送装置は、前記培養プレート供給エリアと前記移載エリアとの間で培養プレートを移送することが可能であって、前記培養プレートの前記複数の細胞塊受容孔に収納されている細胞塊のすべての移載が完了した培養プレートを前記培養プレート供給装置へと戻すように移送し、前記培養プレート供給装置はその培養プレートを収納し、その間に並行して前記穿刺エリアでは前記連続的な穿刺が実行される細胞構造体製造システム。
請求項１に記載の細胞構造体製造システムであって、
前記穿刺装置が前記針状体供給機構から前記一本の針状体を抜き取って行う前記把持は、前記移載装置が前記培養プレートから前記積層トレイへの細胞塊の前記移載と並行して実行される
細胞構造体製造システム。
請求項１または２に記載の細胞構造体製造システムであって、
前記移載エリアまたは前記穿刺エリアには、発光装置と撮像装置とを備え、前記発光装置と前記撮像装置とは一方が前記積層トレイの上側に配置され他方が前記積層トレイの下側に配置され、前記撮像装置は前記積層トレイを透過した前記発光装置からの光を受光して撮影し、前記積層トレイの前記複数の細胞塊保持孔のそれぞれの輪郭形状における細胞塊の中心位置のデータとして記憶手段に格納し、前記穿刺装置はそのデータに基づいて細胞塊の前記穿刺を行う細胞構造体製造システム。
請求項１から３のいずれか一項に記載の細胞構造体製造システムであって、
前記密閉空間は、テーブル面によって分割され、前記テーブル面の上側は前記アクセス開口からアクセス可能であって、前記培養プレート供給エリアと前記移載エリアと前記穿刺エリアとが前記アクセス開口からアクセス可能に配置され、前記テーブル面の下側は前記複数のピペットと前記積層トレイと前記針状体とをそれぞれ回収する回収空間を備え、前記回収空間のそれぞれは前記テーブル面に配置される前記上側と前記下側と連通する開口により連通しており、前記移載エリアで移載に使用された前記複数のピペットと前記穿刺エリアで穿刺に使用された前記積層トレイと前記針状体とのそれぞれは前記開口を通じて前記回収空間に廃棄回収される細胞構造体製造システム。
請求項１から４のいずれか一項に記載の細胞構造体製造システムであって、前記穿刺装置は回転可能な多面体であって、複数の取り付け面を有する回転ユニットを有し、前記複数の取り付け面のうちの少なくとも一の面に前記針状体クランプ機構を有し、前記回転ユニットが回転しながら、前記把持と前記穿刺と前記解除との並行処理を行う細胞構造体製造システム。
請求項５に記載の細胞構造体製造システムであって、前記回転ユニットの前記回転の中心である中心軸を有し、前記穿刺エリアでは、前記針状体クランプ機構が針状体を挟持する工程と、前記積層トレイ内の前記細胞塊を穿刺する工程と、前記細胞塊が串刺しにされた針状体を前記整列ベースに押し刺す工程とを、前記中心軸を中心とする中心角を任意の割合で分割した区画で実行する細胞構造体製造システム。