JP7386620B2

JP7386620B2 - 測定用デバイス

Info

Publication number: JP7386620B2
Application number: JP2019089762A
Authority: JP
Inventors: 雅司宇佐美
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 2019-05-10
Filing date: 2019-05-10
Publication date: 2023-11-27
Anticipated expiration: 2039-05-10
Also published as: JP2020184892A

Description

本発明は、測定用デバイスに関する。

近年、損傷した組織等の修復のために、種々の細胞を移植する試みが行われている。例えば、狭心症、心筋梗塞などの虚血性心疾患により損傷した心筋組織の修復のために、胎児心筋細胞、骨格筋芽細胞、間葉系幹細胞、心臓幹細胞、ＥＳ細胞、ｉＰＳ細胞等の利用が試みられている（非特許文献１）。

このような試みの一環として、スキャフォールドを利用して形成した細胞構造物や、細胞をシート状に形成したシート状細胞培養物が開発されてきた（例えば、特許文献１～３参照）。

このようなシート状細胞培養物を、目的とする患部（移植部位）に移植するには、例えば、シート状細胞培養物の端部をピンセット等で摘んだり、ヘラなどで掬い取るなどして、シート状細胞培養物を包装容器から取り出し、患部まで移送し、その患部に移植（貼付）するといった一連の操作が必要となるが、シート状細胞培養物は、絶対的な物理的強度が低く、皺、破れ、破損などが生じ易いことから、この一連の操作には高度な技術が要求され、かつ細心の注意を払う必要がある。

特許文献１には、培養容器内のシート状細胞培養物を、コンタミネーション、皺、破れ、破損などを生じることなく、容易に剥離することが可能となるシステムが記載されており、かかるシステムを、培養インキュベーターと一体化することにより、培養によるシートの作成から剥離までの工程を自動化することが可能である。

特表２００７－５２８７５５号公報特開２０１０－８１８２９号公報特開２０１０－２２６９９１号公報特開２０１１－１１５０８０号公報

Haraguchi et al., Stem Cells Transl Med. 2012;1(2):136-41

上記のシステムは、温度調節を行いながら細胞を培養し、培養容器に振動を与えてシート状細胞培養物を剥離させ、その状態をセンサーで測定するといった一連の作業を収納部内で行うとしている。しかしながら、収納部内で、温度調節や振動工程を行う場合、センサーによる測定に影響を与えることがある。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、培養装置における測定を最適化する手段を提供することにある。

［１］培養容器内の対象物を測定するためのデバイスであって、トレー部とトレー部に設けられたホルダー部とを含み、ホルダー部は、トレー部において培養容器を位置決めして保持することができ、ホルダー部は、トレー部に設けられた開口部を有する、前記デバイス。
［２］トレー部に設けられた複数のホルダー部を含み、複数の培養容器を一体的に位置決めして保持することができる、［１］に記載のデバイス。
［３］ホルダー部より小さな寸法を有するサンプル用のホルダー部をさらに含む、［１］または［２］に記載のデバイス。

［４］開口部の内側に配置されたストッパ部をさらに含む、［１］～［３］のいずれか一つに記載のデバイス。
［５］ホルダー部を取り囲むトレー部のフレーム部分に沿って配置される、ハンドル部をさらに含む、［１］～［４］のいずれか一つに記載のデバイス。
［６］トレー部の面に対して垂直な方向にトレー部とハンドル部とを貫通する、貫通孔をさらに含む、［５］に記載のデバイス。
［７］トレー部が嵌合する切り欠き部が設けられる、固定部材をさらに含む、［１］～［６］のいずれか一つに記載のデバイス。
［８］対象物が、シート状細胞培養物である、［１］～［７］のいずれか一つに記載のデバイス。

［９］培養容器内の対象物を測定するためのカバー部材であって、培養容器は、収容部、基板およびセンサー部を含む、培養装置内に収容され、センサー部は、基板上の培養容器内の対象物を測定することができ、カバー部材は、センサー部と基板との間に延在する筒状の部材である、前記カバー部材。
［１０］カバー部材が、基端側から先端側に向けて拡径するように構成されている、［９］に記載のカバー部材。
［１１］カバー部材の基端側が、センサー部の周囲を囲うように構成されている、［９］または［１０］に記載のカバー部材。
［１２］カバー部材の先端側が、基板上の培養容器の配置に適合する外形を有する、［９］～［１１］のいずれか一つに記載のカバー部材。

［１３］カバー部材が、その内側に照明を配置できるように構成されている、［９］～［１２］のいずれか一つに記載のカバー部材。
［１４］カバー部材が、センサー部の検知範囲に適合する外形を有する、［９］～［１３］のいずれか一つに記載のカバー部材。
［１５］収容部に複数のセンサー部が配置されており、カバー部材の外形が、複数のセンサー部の検知範囲を繋げた外形に適合するように構成されている、［９］～［１４］のいずれか一つに記載のカバー部材。
［１６］対象物が、シート状細胞培養物である、［９］～［１５］のいずれか一つに記載のカバー部材。

本発明によれば、培養装置における測定を最適化することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るデバイスの使用例を示した概念図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るトレー部の斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る固定部材の上面図である。図４は、本発明の第２実施形態に係るカバー部材の概念図である。図５は、本発明における培養装置の概念図である。

以下、本発明を、図面を参照しつつ、好適な実施形態に基づき、詳細に説明する。なお、図中の各部材の大きさは説明のために適宜強調されており、実際の比率、大きさを示すものではない。

第１実施形態
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るデバイスの使用例を示した概念図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るトレー部の斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る固定部材の上面図である。

図１は、デバイス１を使用する培養装置３の概念図を示す。培養装置３は、収容部３１、基板３２、センサー部３３、温度制御部（図示せず）、ＣＯ_２制御部（図示せず）、振盪制御部（図示せず）を含む。収容部３１は、培養容器Ｄを収容し、温度制御部およびＣＯ_２制御部によって、内部の温度およびＣＯ_２濃度を培養に適した値に保つ、インキュベーターとして機能することができる。本実施形態において、測定する対象物はシート状細胞培養物Ｓであり、センサー部３３は、培養容器Ｄ内で培養されるシート状細胞培養物Ｓの状態を測定するものとして説明する。

培養容器Ｄとして、温度応答性培養皿（例えば、特開平２－２１１８６５参照）を使用する場合は、温度制御部で収容部３１内の温度を低下させることで、シート状細胞培養物Ｓを培養容器Ｄから剥離させることができる。基板３２は、収容部３１内を上部／下部空間に分ける板状の部材であり、培養容器Ｄをその上に載置することができる。一態様において、基板３２は振盪制御部によって振盪（例えば、水平振動、揺動、水平偏芯震動、水平横振盪など）させることができ、それにより培養容器Ｄからシート状細胞培養物を剥離することもできる。

センサー部３３によって測定されるシート状細胞培養物Ｓの状態には、例えば、センサー部３３とシート状細胞培養物Ｓとの距離、シート状細胞培養物Ｓの屈折率、透過率、反射率などが挙げられる。データの汎用性や処理の多様性などの観点から、シート状細胞培養物Ｓの接着状態が画像データとして取得されることが好ましく、本実施形態においては、センサー部３３は、下部空間に配置された撮像部であり、基板３２の下方から培養容器Ｄ内を撮影（測定）するものとして説明する。

図１Ｂは、図１Ａの基板３２を培養装置３の上方から見た図である。基板３２は、光透過性の材料で構成されており、センサー部３３は、基板３２の下方から、基板３２上に載置された培養容器Ｄ内のシート状細胞培養物Ｓの状態を測定することができる。デバイス１は、複数の培養容器Ｄを一体的に基板３２上に配置することができる。デバイス１は、図示されるように、センサー部３３の検知範囲（本実施形態の場合、図１Ａの点線で示された画角）に合わせて、３つの培養容器Ｄを略三角形状に配置することができる。

図２に示されるように、デバイス１は、トレー部１１およびホルダー部１２を含む。トレー部１１は、複数の培養容器Ｄを載置して運搬することができるトレーとして機能する。トレー部１１には、複数のホルダー部１２が設けられている。ホルダー部１２は、トレー部１１において培養容器Ｄを位置決めして保持する機能を有する。ホルダー部１２は、段差、突起、拘束、接着、磁力などの好適な手段で、培養容器Ｄをトレー部１１において位置決めする。

ホルダー部１２は、トレー部１１に設けられた開口部を含むことができる。開口部は、培養容器Ｄの寸法（例えば、直径）と同等かそれ以上の寸法を有するように設計することで、培養容器Ｄをその内側に収容することができる。そして、開口部の内側に配置されたストッパ部１３により培養容器Ｄの底縁部を支持することで、トレー部１１において培養容器Ｄを位置決めして保持することもできる。

図示されるように、ストッパ部１３と開口部との間に段差を設けることで、培養容器Ｄを位置決めして保持するホルダー部１２として構成することもできる。ストッパ部１３は、少なくとも培養容器Ｄの底縁部を支持出来ればよく、ホルダー部１２の周方向に間隔を空けて複数配置することもできる。また、ストッパ部１３は、培養容器Ｄ内のシート状細胞培養物Ｓを遮蔽しない程度の長さ分だけ突出するように設計することで、シート状細胞培養物Ｓを好適に測定することができる。ストッパ部１３は、光透過性の材料で構成することもできる。

別の態様において、ストッパ部１３は、光透過性の材料で構成された板状の部材として構成することもできる。そして、かかるストッパ部１３を、例えばトレー部１１の下面に張り付けるなどして、開口部の内側に配置することで、培養容器Ｄの底面を安定的に支持することもできる。開口部は、培養容器Ｄ内のシート状細胞培養物Ｓを遮蔽しない程度の寸法、すなわち、少なくともシート状細胞培養物Ｓの寸法より大きく設計すればよい。このように、トレー部１１は、培養容器Ｄ内の観察を容易にする開口部を有するため、培養容器Ｄ内の対象物を上下から正確に測定することができる。これは、半透明で視認性が低いシート状細胞培養物を撮影する場合に、特に有利である。

図示されるように、トレー部１１は、例えば、３つの培養容器Ｄを保持する３つのホルダー部１２が設けられた略三角形状に構成することができる。また、トレー部１１には、ホルダー部１２より小さな寸法（例えば、直径）を有するサンプル用のホルダー部１２’をさらに設けることができる。サンプル用のホルダー部１２’は、例えば、培養容器Ｄより小さな寸法を有するサンプル用の培養容器Ｄ’を保持することができる。そして、培養容器Ｄ’内で培養されたシート状細胞培養物を品質管理用の試験サンプルとして使用することもできる。これにより、試験サンプルとして使用する細胞の量を最小限に抑えることができる。

デバイス１は、トレー部１１を移動する際に持ち手として機能する、ハンドル部１４をさらに含むことができる。ハンドル部１４は、トレー部１１のホルダー部１２，１２’を取り囲むフレーム部分に接続することができる。図示されるように、ハンドル部１４は、トレー部１１の複数の位置に接続し、複数の接続部の間をフレーム部分に沿って橋渡しするように設けることで、培養容器Ｄの観察が遮蔽されないように構成することができる。図示されるように、複数の接続部間に橋渡しされたハンドル部の重心をトレー部１１の重心と対応させることで、複数の培養容器Ｄを安定的に持ち上げることができる。

デバイス１は、図示されるように、トレー部１１の面に対して垂直な方向にトレー部１１とハンドル部１４とを貫通する貫通孔１５をさらに含むこともできる。そして、例えば、２つの貫通孔１５を観察することで、図中、矢印で示されるセンサー部３３の中心軸（本実施形態の場合、光軸）と、２つの貫通孔１５の中心を通る中心軸とのずれを検出することができる。これにより、撮影した画像のゆがみ補正（台形補正など）を行うことができ、シート状細胞培養物の状態を正確に把握することができる。また、これによりトレー部１１の傾きや位置も正確に検出することもできる。貫通孔１５を嵌合させる突起部を基板３２上に設けることで、位置決めを行うこともできる。

さらに別の態様として、貫通孔１５を多角形状とし、貫通孔１５の中心点と各頂点との延長線と、各ホルダー部１２の中心点が交わるように設計することで、貫通孔１５の画像から、各ホルダー部１２の位置を検出できるように構成することもできる。これにより、例えば、センサー部３３によって撮影された画像をコンピュータ処理などで解析する場合に、画像上の解析すべき範囲（すなわち、シート状細胞培養物Ｓの位置）をスピーディーに特定することができ、解析処理を効率化することができる。

図３に示されるように、デバイス１は、トレー部１１の外形に合わせて切り抜かれた切り欠き部１７を有する固定部材１６をさらに含んでもよい。固定部材１６は、図１Ｂの基板３２の寸法に適合された板状の部材であり、これを基板３２に固定した上で切り欠き部１７にトレー部１１を嵌合させることで、培養容器Ｄを基板３２に固定することができる。これにより、解析処理を効率化でき、さらに、基板３２を振盪させた際に、培養容器Ｄに適切に力が加わるように構成することができる。

以上、本発明の実施形態１に係るデバイス１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。トレー部１１の外形は、収容部３１の寸法、センサー部３３の数、センサー部３３の検知範囲、培養容器Ｄの寸法、培養容器Ｄ,Ｄ’の数、基板３２の形状などに合わせて、自由に変更することができる。例えば、トレー部１１は、図１Ｂに示される６つの培養容器Ｄすべてを一体的に配置できる菱形形状に構成することもできる。

従来、ランダムに配置された、特に複数の培養容器内の画像解析を行う場合、先ずは各培養容器の位置検出を行う必要があるが、本発明のデバイス１は、培養容器Ｄ、特に、複数の培養容器Ｄを一体的に位置決めすることができるため、解析処理を効率化することができる。また、従来であれば、複数の培養容器を振盪させた場合は、その位置関係がバラバラになってしまうところ、本発明のデバイス１はこれらの位置関係を固定することができるため、解析処理を効率化することができる。

本実施形態において、センサー部３３は、収容部３１の下部空間に２つ配置され、トレー部１１の下方から培養容器Ｄ内を測定するものとしたが、センサー部３３を基板３２の上方に配置して、培養容器Ｄを上方から測定できるように構成することもできる。センサー部３３の検出範囲は、センサー部３３と基板３２との距離、検出角度などにより決まるため、測定する培養容器の面積に合わせて、センサー部３３の数（１つでも、３つ以上でもよい）、距離、検出角度などを変更することもできる。
以上、本発明のデバイス１によれば、培養装置における測定を最適化することができる。

第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図４は、本発明の第２実施形態に係るカバー部材２の使用例を示した概念図である。なお、本願における各図において、説明を容易とするため、各部材の大きさは、適宜強調されており、図示の各部材は、実際の大きさを示すものではない。
また、図中、第１実施形態に係るデバイス１の構成と同一の構成については、同一の符号を付し、以下、第１実施形態との相違点について詳細に説明し、同様の事項については、説明を省略する。

図４に示されるように、カバー部材２は、センサー部３３の周囲を囲い、センサー部３３と基板３２との間に延在する筒状の部材である。カバー部材２は、センサー部３３の検知範囲（画角など）を遮蔽することがないように、基端２１側（センサー部３３側）から先端２２側（基板３２側）に向けて拡径するように構成されている。すなわち、センサー部３３が撮像部である場合、カバー部材２はレンズフードのような形状を有し、外光や埃からレンズを保護する。従来のレンズフードは、レンズの周囲から延在するものであるが、本発明のカバー部材２は、基端２１側でセンサー部３３の周囲を囲うことで、センサー部３３自体を保護する機能も果たす。

上記のように、培養装置３は、培養容器Ｄを収容し、温度制御部およびＣＯ_２制御部によって、内部の温度およびＣＯ_２濃度を培養に適した値に保つ、インキュベーターとして機能することができる。図中、簡略化のために、収容部３１は上面部のみ表示されているが、例えば、かかる上面部を開閉式にして培養容器Ｄの出し入れを行えるように構成することもできる。また、上記のようにシート状細胞培養物の剥離のために基板３２を振盪できるように、カバー部材２の上端部と基板３２とは接続せず、若干の距離を設けることが好ましい。

収容部３１において細胞を培養する場合、通常、収容部３１内の温度を３７℃に維持する。この際、培養容器Ｄ内の液体が気化して湿気が発生する場合がある。また、収容部３１内には、センサー部３３、温度制御部、ＣＯ_２制御部、振盪制御部などの機器や配線を収容する必要があり、かかる配線がセンサー部３３の検知範囲を遮蔽する場合がある。これに対して、本発明のカバー部材２は、センサー部３３の検知範囲を湿気や遮蔽物から隔離できるため、培養装置３における測定を最適化することができる。また、カバー部材２は、先端２２から基端２１に向かうにつれて縮径しているため、収容部３１内に機器や配線を配置する空間を確保することができる。

細胞の培養は、通常、清浄度が維持された、細胞培養センター（ＣＰＣ）と呼ばれる大掛かりな施設で専門の知識を有する作業者による手作業で製造されており、このような施設の製造費用や労力は膨大なものとなっている。したがって、一態様において、例えば、ＨＥＰＡフィルターなどのフィルターとファンなどを組み合わせた、エアフィルターユニット（図示せず）を培養装置３に組み込んで、収容部３１内の清浄度が維持され、一連の作業がすべて自動化されるように、密閉（クローズド）システムとして構成することもできる。

別の態様として、培養装置３を、例えば、清浄度が維持されたクリーンベンチなどの比較的安価で、小規模な設備において使用できるように設計することもできる。培養装置３の筐体である収容部３１を小型化した場合、例えば、基板３２上に設置できる培養容器Ｄの数が限定される、センサー部３３と基板３２との距離が短くなる、機器や配線を収容するスペースが確保し難くなるなど、様々な問題点も考慮する必要がある。

センサー部３３と基板３２との距離が短い場合、例えば、図１に示すように、センサー部３３の検知範囲で測定することができる培養容器Ｄの数は３つとなる。しかし、シート状細胞培養物は、一回の施術で４または５枚以上使用する場合がある。したがって、図１および図４に示されるように、収容部３１内には、センサー部３３を２つ並べて配置し、合計で６つ（１つは予備）のシート状細胞培養物Ｓを培養できるように構成することもできる。

センサー部３３を２つ並べた場合は、図１Ｂに示されるように、基板３２上に２つ並べられたトレー部１１を別々に測定することができる。この場合、カバー部材２の先端２２の外形は、図１Ｂにおいて符号２２（白線）で示されるように、基板３２上の培養容器Ｄの配置に適合するように（本実施形態の場合、略楕円形状に）構成することが好ましい。同様に、図４に示されるように、カバー部材２の基端２１は、２つ並べられたセンサー部３３に合わせて、略楕円形状に構成することが好ましい。

このように、カバー部材２の外形は、複数のセンサー部３３の検知範囲（画角など）を繋げた外形に適合するように構成することが好ましい。また、基板３２が、図１Ｂ中で左右方向に振盪する場合、振盪を停止させた際に、トレー部１１が左右どちらかに移動した状態で停止する場合がある。したがって、カバー部材２の先端２２は、基板３２の振盪方向と移動距離（振幅）とに合わせた形状に（本実施形態の場合、上記の楕円形状をさらに横長に）構成することが好ましい。

上記のように、シート状細胞培養物は、半透明で視認性が低いため、撮影用の照明を収容部３１内に配置することもできる。基板３２を光透過性の材料で構成した場合、培養容器Ｄ内は、基板３２の上方、下方、どちらからでも撮影することができる。当業者は、照明の配置に関して、基板３２、センサー部３３、トレー部１１、培養容器Ｄなどの配置に合わせて、シート状細胞培養物の撮影に最適な位置を選択することができる。

対象物を撮影する場合は、照明と撮像部とを対象物を挟むように配置するのが一般的である。したがって、照明とセンサー部３３部とで基板３２を挟むように配置することができる。また、収容部３１の上面部を光透過性の材料で構成して、照明の代わりに外光を利用して撮影することもできる。培養容器Ｄを上部空間で培養する場合、結露が発生する場合があるため、照明を下部空間に配置することが好ましい。この場合、照明からの光がカバー部材２によって遮蔽されないように、カバー部材２は、その内側に照明を配置できるように構成することもできる。
以上、本発明のカバー部材２によれば、培養装置における測定を最適化することができる。

以上、本発明の実施形態２に係るカバー部材２について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。カバー部材２の外形は、センサー部３３の検知範囲、センサー部３３の数、センサー部３３と基板３２との距離、基板３２の振盪方向や移動距離、測定目標となる培養容器の面積、配置、測定対象物、照明の強度などに合わせて、適宜変更することができる。例えば、上記のように、トレー部１１を菱形形状に構成し、６つの培養容器Ｄを１つのセンサー部３３で測定できるように、カバー部材２の外形を構成することもできる。

培養装置３の収容部３１は、図５に示されるような略直方体の形状を有するように構成することができる。そして、収容部３１の前方側面に、モニタや操作部のような入出力部（タッチパネルでもよい）を組み込んで、各機器の操作、各機器の状態のモニタリング、センサー部３３による測定（例えば、画像）の表示などができるように構成することもできる。温度、ＣＯ_２、振盪などの制御は、センサー部３３による測定（例えば、画像）をモニタで確認しながら、手動で行うこともできる。

本発明においては、各構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成を付加することもできる。

１デバイス
１１トレー部
１２ホルダー部
１３ストッパ部
１４ハンドル部
１５貫通孔
１６固定部材
１７切り欠き部
２カバー部材
２１基端
２２先端
３培養装置
３１収容部
３２基板
３３センサー部
Ｄ培養容器
Ｓシート状細胞培養物

Claims

培養容器内の対象物を測定するためのデバイスであって、
トレー部とトレー部に設けられたホルダー部とを含み、
ホルダー部は、トレー部において培養容器を位置決めして保持することができ、
ホルダー部は、トレー部に設けられた開口部を有し、
ホルダー部を取り囲むトレー部のフレーム部分に沿って配置される、ハンドル部をさらに含み、
トレー部の面に対して垂直な方向にトレー部とハンドル部とを貫通する、貫通孔をさらに含む、
前記デバイス。
トレー部に設けられた複数のホルダー部を含み、複数の培養容器を一体的に位置決めして保持することができる、請求項１に記載のデバイス。
ホルダー部より小さな寸法を有するサンプル用のホルダー部をさらに含む、請求項１または２に記載のデバイス。
開口部の内側に配置されたストッパ部をさらに含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のデバイス。
トレー部が嵌合する切り欠き部が設けられる、固定部材をさらに含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のデバイス。
対象物が、シート状細胞培養物である、請求項１～５のいずれか一項に記載のデバイス。
開口部の内側にはストッパ部が設けられ、該ストッパ部とトレー部の開口部との間に段差が設けられている、
請求項１～６のいずれか一項に記載のデバイス。
ハンドル部はフレーム部分の複数の位置に接続され、ハンドル部の重心とトレー部の重心とが対応している、
請求項１～７のいずれか一項に記載のデバイス。