JPWO2016047737A1 - 細胞トレイ、並びに細胞構造体製造装置、方法、及びシステム - Google Patents

Abstract

細胞塊を支持する凹部と凹部の底部に設けられた貫通部とを備える細胞トレイ、及び該細胞トレイと細胞塊に貫通する穿刺部とを備え、穿刺部はその先端が貫通部に進入するまで凹部に支持される細胞塊を貫通することを特徴とする細胞構造体製造装置を提供する。さらに、細胞塊の特徴を検査する判定部と、該判定部による検査結果に応じて細胞塊を分別する分取部と、該分取部による分別結果に応じて細胞塊を細胞トレイに配置する吐出部と、細胞トレイに配置された複数の細胞塊を貫通する穿刺部と、複数の細胞塊を貫通した複数の穿刺部を配列して保持する保持部とを備える細胞構造体製造システムを提供する。

Description

本発明は、細胞の立体構造体を製造するために用いられる細胞トレイ、並びに装置、方法、及びシステムに関する。

従来、複数の細胞塊を立体的に積層して立体構造体を作成する手法が知られている。この手法では、培養プレート上に並べられた細胞塊を取り出して、支持体から伸びる複数の針状体の各々に複数の細胞塊を突き刺して密着させ、細胞塊が互いに融合した後に針状体から細胞塊を引き抜くことによって、細胞の立体構造体を得る。培養プレート上に並べられた細胞塊を取り出して針状体に突き刺す手法として種々の手法が知られている。特許文献１は、培養プレート上の細胞塊をピペット内部に吸引した後に針状体まで移動して細胞塊に圧力をかけて針状体に突き刺す手法、培養プレート上の細胞塊を小型のロボットアームに把持させたまま移動して針状体に突き刺す手法、及び培養プレート上の細胞塊をピンセットに把持させて針状体を突き刺す手法を開示する。特許文献２は、細胞塊の直径よりも短い直径を有する吸引ノズルの先端に培養プレート上の細胞塊を吸着し、針状体が吸引ノズルの先端から内部に侵入するまで細胞塊を針状体に押し込み、これにより細胞塊を針状体に突き刺す手法を開示する。

国際公開第２００８／１２３６１４号パンフレット 国際公開第２０１２／１７６７５１号パンフレット

しかし、従来の手法では、培養プレートから細胞塊を取り出して細胞塊を針状体に突き刺すまでの処理を一連として行わなければならず、時間を要していた。また、培養プレート上における細胞塊の位置及び針状体の位置は既知でないため、細胞塊及び針状体の位置を画像認識技術で計測する必要があった。この場合、被計測物の光学特性や照明条件によって計測結果がばらつき、処理時間の増加や、歩留まりの低下を招く。

本発明はこれらの課題に鑑みてなされたものであり、多数の細胞塊を容易に突き刺すことのできる細胞トレイ、並びに細胞構造体製造装置、方法、及びシステムを得ることを目的とする。

本願第１の発明による細胞トレイは、細胞塊を支持する凹部と、針状部材が通過可能であって、凹部の底部に設けられた貫通部とを備えることを特徴とする。貫通部は、針状部材が通過可能である軟素材から成ることが好ましい。また、貫通部は孔であってもよい。さらに、細胞トレイは、凹部の底部に設けられ、針状部材の進行方向に対して略直角な平面を有する平坦部をさらに備えてもよい。細胞トレイは、凹部の位置を示すマーカをさらに備えることが好ましい。また、孔の直径は、細胞塊の直径よりも小さいことが好ましい。細胞塊としてスフェロイド、及びコラーゲンなどの足場材料と細胞との混合塊が用いられ得るが、細胞塊はスフェロイドが好適である。細胞構造体製造装置は、液体を保持可能な受部をさらに備えてもよい。

本願第２の発明による細胞構造体製造装置は、細胞塊を支持する凹部と、凹部の底部に設けられた貫通部とを備える細胞トレイと、細胞塊に貫通する穿刺部とを備え、穿刺部は、穿刺部の先端が孔に進入するまで、凹部に支持される細胞塊を貫通することを特徴とする。

細胞トレイは複数の凹部及び複数の貫通部を備え、穿刺部は、細胞塊に貫通した後、他の貫通部に穿刺部が進入するまで、他の凹部に配置された細胞塊をさらに貫通することが好ましい。貫通部は孔であって、孔は有底筒状であってもよい。細胞構造体製造装置は、液体を保持可能な受部をさらに備え、受部に保持された液体が凹部に浸入可能であることが好ましい。凹部はすり鉢形状を有し、孔は円筒形状を有し、凹部は孔と同軸であることが好ましい。穿刺部は一列に並べられた複数の針状体を備え、複数の凹部は規則的に配列され、隣り合う凹部の中心どうしの間隔は、隣り合う針状体の中心どうしの間隔と等しいことが好ましい。細胞塊としてスフェロイド、及びコラーゲンなどの足場材料と細胞との混合塊が用いられ得るが、細胞塊はスフェロイドが好適である。

本願第３の発明による方法は、前記細胞トレイの貫通部に穿刺部が進入するまで、凹部に配置された細胞塊に穿刺部を貫通させることを特徴とする。

本願第４の発明による細胞構造体製造方法は、前記細胞トレイの凹部に細胞塊を配置する工程と、凹部の底部に設けられた貫通部に穿刺部が進入するまで、凹部に配置された細胞塊に穿刺部を貫通させる工程とを備えることを特徴とする。

凹部及び貫通部は複数であって、配置する工程は複数の凹部の各々に細胞塊を配置し、貫通させる工程は、他の凹部に配置された細胞塊に穿刺部をさらに貫通させる工程を繰り返すことが好ましい。細胞構造体製造方法は、複数の細胞塊に貫通した複数の穿刺部を、細胞塊どうしが接触するように配置する工程と、細胞塊どうしが融合した後に、穿刺部を細胞塊から引き抜く工程とをさらに備えることが好ましい。細胞塊を選別する工程をさらに備え、配置する工程は、選別された工程によって選別された細胞塊を配置することが好ましい。

本願第５の発明による細胞構造体製造システムは、細胞塊の特徴を検査する判定部と、判定部による検査結果に応じて細胞塊を分別する分取部と、分取部による分別結果に応じて細胞塊を細胞トレイに配置する吐出部と、細胞トレイに配置された複数の細胞塊を貫通する穿刺部と、複数の細胞塊を貫通した複数の穿刺部を配列して保持する保持部とを備えることを特徴とする。

複数の保持部を細胞塊どうしが接触するように格納する組立部と、保持部の内部に液体を循環させる第１の環流部と、保持部の外部かつ組立部の内部に液体を循環させる第２の環流部とを備える後処理モジュールをさらに備えることが好ましい。細胞トレイは、基部と、基部に設けられて細胞塊を支持する凹部と、凹部の底部に設けられた貫通部とを備え、穿刺部は、穿刺部の先端が貫通部に進入するまで、凹部に支持される細胞塊に貫通することが好ましい。

本発明によれば、多数の細胞塊を容易に突き刺すことのできる細胞トレイ、並びに細胞構造体製造装置、方法、及びシステムを得る。

細胞塊を載せた細胞トレイ及びテーブルを概略的に示した断面図である。 細胞トレイ及びテーブルの一部を概略的に示した一部平面図である。 積層モジュールを概略的に示したブロック図である。 細胞塊を突き刺す工程を示した図である。 細胞塊を突き刺す工程を示した図である。 細胞塊を突き刺す工程を示した図である。 ソーターモジュールを概略的に示したブロック図である。 後処理モジュールを概略的に示したブロック図である。 収集部を概略的に示した斜視図である。 ソーターを概略的に示したブロック図である。 整列枠を概略的に示した斜視図である。 細胞塊を突き刺したニードルを配置した整列枠を示した平面図である。 積み重ねられた整列枠を示した側面図である。 細胞立体構造体の斜視図である。 細胞トレイを概略的に示した端面図である。 細胞塊を突き刺す工程を示した図である。 細胞塊を突き刺したニードルを配置した整列枠を示した平面図である。 細胞立体構造体の斜視図である。 細胞トレイの一部断面図である。 細胞トレイの一部断面図である。 細胞トレイの一部断面図である。

５ プレート
１０ ソーターモジュール
１１ 細胞塊供給部
１２ 収集部
１２ａ ピペッタ
１２ｂ 円筒管
１２ｃ 管支持部
１３ ソーター
１３ａ ホッパー部
１３ｂ フロー部
１３ｃ 判定部
１３ｄ 分取部
１３ｅ 吐出部
１４ 細胞トレイ
１４ａ 孔
１４ｂ 凹部
１４ｃ 脚部
１４ｄ ＩＤ
１４ｅ 基部
１４ｆ 表面
１４ｇ マーカ
１４ｈ 開口部
１４ｉ 底部
１４ｊ 平坦部
１４ｋ 貫通部
１５ マガジン
１６ 廃棄部
２０ 積層モジュール
２１ ニードルフィーダ
２１ａ ニードル
２１ｂ ニードルホルダ
２２ スキュア
２２ａ チャック
２２ｂ レーザ発振部
２２ｃ レーザ受光部
２２ｄ 位置判定部
２２ｅ 駆動部
２４ テーブル
２４ａ 突起
２５ 組立部
２５ａ 整列枠
２５ｂ 上部溝
２５ｃ 下部溝
２５ｄ 窓部
２５ｅ 上部棒体
２５ｆ 下部棒体
２５ｇ 側部棒体
２６ 細胞積層部
３０ 後処理モジュール
３１ 培養部
３２ 第１の環流部
３２ａ 第１のポンプ
３２ｂ 第１の配管
３３ 第２の環流部
３３ａ 第２のポンプ及びヒータ
３３ｂ 第２の配管

まず、本発明の一実施形態による細胞トレイ１４及びテーブル（受部）２４について図１及び２を用いて説明する。

細胞トレイ１４は、基部１４ｅと、孔１４ａと、凹部１４ｂと、脚部１４ｃとを主に備え、基部１４ｅに凹部１４ｂが形成されており、凹部１４ｂの底面に孔１４ａが設けられている。基部１４ｅは、矩形の板であって、細胞非接着性の材質、例えば表面がテフロン（登録商標）加工された樹脂、又はステンレスから成る。基部１４ｅの厚さ方向に孔１４ａ及び凹部１４ｂが貫通する。孔１４ａ及び凹部１４ｂは細胞支持部を成す。凹部１４ｂは例えばすり鉢形状のウェルであり、基部１４ｅの表面から厚さ方向に所定の深さ、例えば略半分を有する。凹部１４ｂにおいて基部１４ｅの表面１４ｆに開口する開口部１４ｈと、基部１４ｅの内部に形成される底部１４ｉとは円形を成し、開口部１４ｈの直径は、底部１４ｉの直径よりも長い。凹部１４ｂの軸を通る断面は、円錐台形状をなす。孔１４ａは円筒形状を有し、孔１４ａの直径は底部１４ｉの直径と等しい。孔１４ａの軸を通る断面は、長方形形状をなす。孔１４ａと凹部１４ｂとは、同軸となるように形成される。脚部１４ｃは、基部１４ｅと同様の材質によって形成され、基部１４ｅの端部から基部１４ｅの厚さ方向に伸びる。これにより、細胞トレイ１４がテーブル２４に配置されたとき、テーブル２４の底面と基部１４ｅとの間に空間が形成される。図２を参照すると、凹部１４ｂは、表面１４ｆに行列を成すように規則的に並べられる。１つの列において隣り合う凹部１４ｂの中心どうしの間隔は等しい。

基部１４ｅの表面１４ｆには、ＩＤ１４ｄとマーカ１４ｇとが設けられる。ＩＤ１４ｄは、細胞トレイ１４に固有の記号であって、個々の細胞トレイ１４の識別子として機能し、表面１４ｆに記載される。マーカ１４ｇは、例えば表面１４ｆ上であって、凹部１４ｂの周囲に記載された４本の線分である。凹部１４ｂの中心軸と直交し、かつ互いに直交する２本の直線各々の上に、２本のマーカ１４ｇが並べられる。前述のように、凹部１４ｂはすり鉢形状であり、細胞塊は略球形状である。そのため、凹部１４ｂに細胞塊を置いたとき、細胞塊の一部が孔１４ａに嵌まり込むので、自然に細胞塊は凹部１４ｂの中心に位置することになる。そして、マーカ１４ｇを繋ぐ直線が交わる位置に細胞塊の中心が実質的に置かれることになる。ここで、細胞塊は細胞凝集塊（スフェロイド）、及びコラーゲンなどの足場材料と細胞との混合塊でありうるが、スフェロイドが好適である。

テーブル２４は、細胞トレイ１４の全体を収納可能な程度の形状及び大きさを持つ受け皿である。テーブル２４の内部には、細胞トレイ１４と、リン酸緩衝生理食塩水等の緩衝液、又は生理活性物質が含まれた培養液とが配置される。緩衝液又は培養液の量は、細胞塊が空気に触れないように、細胞トレイ１４の全体が緩衝液又は培養液に浸かる程度である。テーブル２４は複数の位置決め突起２４ａを備える。位置決め突起２４ａは、テーブル２４の内側面及び底面から内側に向けて突出する略直方体形状を有する突起２４ａであって、１つの隅に２つ、合計８つの突起２４ａが設けられる。位置決め突起２４ａがテーブル２４の底面から突出する長さは、細胞トレイ１４が移動不可能な程度に脚部１４ｃと係合する程度である。位置決め突起２４ａがテーブル２４の内側面から突出する長さは、テーブル２４の内部で細胞トレイ１４を一定の位置に拘束可能な程度である。緩衝液又は培養液は、孔１４ａを容易に通過できる。

次に、本発明の一実施形態による細胞積層部（細胞構造体製造装置）２６について図３を用いて説明する。

細胞積層部２６は、細胞用トレイ１４と、スキュア２２と、テーブル２４とを主に備える。

スキュア２２は、チャック２２ａと、レーザ発振部２２ｂと、レーザ受光部２２ｃと、位置判定部２２ｄと、駆動部２２ｅとを主に備える。チャック２２ａは、後述されるニードルフィーダ２１からニードル２１ａを取得し、保持する。ニードル２１ａは、細胞非接着性の材質、例えばステンレスから成る円錐針状体である。ニードル２１ａの断面の直径は、細胞塊を突き刺したときに細胞塊を破壊せず、そして細胞塊の融合を妨げない任意の値であり、例えば直径５０マイクロメートルから３００マイクロメートルの値をとる。細胞非接着性とは、細胞が細胞外接着因子を介して付着することを阻止できる性質を意味する。レーザ発振部２２ｂは、テーブル２４に載せられている細胞トレイ１４に向けてレーザ光を照射する。レーザ受光部２２ｃは、細胞トレイ１４が反射した反射光を受光する。位置判定部２２ｄは、反射光に基づいてニードル２１ａと細胞トレイ１４の位置関係を算出し、位置関係に基づいてニードル２１ａの駆動量を求める。位置関係を算出する手段については後述される。駆動部２２ｅは、位置判定部２２ｄが求めた駆動量に基づいてチャック２２ａを駆動し、細胞トレイ１４上に配置された細胞塊にニードル２１ａを突き刺す。さらに駆動部２２ｅは、細胞塊を突き刺したニードル２１ａを、組立部２５に移動する。

なお、ニードル２１ａ及び細胞トレイ１４の素材は、ステンレスに限定されず、細胞非接着性を有する他の素材、すなわちポリプロピレン、ナイロン、表面がフッ素で覆われた素材、テフロン（登録商標）、ｐｏｌｙ−ＨＥＭＡ、アクリル板、塩化ビニール板、ＡＢＳ樹脂板、ポリエステル系樹脂板、ポリカーボネート板等の樹脂、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＡＢＳ（アクリルニトリルブタジエンスチレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＭＣＮ（モノマーキャステイングナイロン）、６Ｎ（６ナイロン）、６６Ｎ（６６ナイロン）等のエンジニアリングプラスティックでもよいが、これらに限定されるものではない。これらの素材以外にも、細胞接着性を低下させた素材が使用され得る。

次に、図４から６を用いて、ニードル２１ａが複数の細胞塊を突き刺す処理について説明する。なお、以下、位置決め突起２４ａが脚部１４ｃの先端とテーブル２４の底部との間に設けられるとして説明する。まず、レーザ発振部２２ｂが、テーブル２４に載せられている細胞トレイ１４に向けてレーザ光を照射する。次に、レーザ受光部２２ｃは、細胞トレイ１４が反射した反射光を受光する。位置判定部２２ｄは、反射光の輝度に基づいて、マーカ１４ｇの位置を確認し、これによりニードル２１ａと細胞トレイ１４の位置関係を算出する。そして、位置判定部２２ｄは、算出した位置関係に基づいてニードル２１ａの駆動量を求める。駆動部２２ｅは、位置判定部２２ｄが求めた駆動量に基づいてチャック２２ａを駆動し、細胞トレイ１４上に配置された細胞塊１０１ａの直上にニードル２１ａを移動させる。次に、駆動部２２ｅは、ニードル２１ａを細胞塊１０１ａに向けて降下させ、細胞塊１０１ａを突き刺す。所定の長さだけニードル２１ａを降下させたとき、ニードル２１ａの先端が孔１４ａに進入する。孔１４ａを設けることにより、ニードル２１ａを所定の長さだけ細胞塊１０１ａを突き刺すことができる。所定の長さだけニードル２１ａを降下させた後、駆動部２２ｅはニードル２１ａを上昇させる。このとき、ニードル２１ａが細胞塊に刺さった状態となっている。そして、再度レーザ発振部２２ｂ、レーザ受光部２２ｃ、位置判定部２２ｄ、及び駆動部２２ｅが前述と同様の処理を行い、これにより、次の細胞塊１０１ｂの直上にニードル２１ａを移動させ、次の細胞塊１０１ｂを突き刺す（図５参照）。これらの処理を所望の回数だけ反復することにより、所望の数の細胞塊をニードル２１ａに貫通させる（図６参照）。ニードル２１ａを細胞塊に向けて降下させる降下量は、細胞塊の大きさ及び突き刺す細胞塊の数、言い換えると、ニードル２１ａ上における細胞塊の位置に応じて決定される。すなわち、ニードル２１ａに１つめの細胞塊を突き刺すとき、降下量は最も長くなり、次の細胞塊においては、細胞塊の直径よりもわずかに短い降下量となる。降下量をわずかに短くすることにより、細胞塊どうしが密着し、融合しやすくなる。これらを反復することにより、複数の細胞塊が刺さったニードル２１ａを複数得る。なお、１つめの細胞塊を図４に示す降下量よりも少ない降下量、すなわち浅く刺し、その後に刺した２つめの細胞塊が１つめの細胞塊をさらに移動させるように降下量を決定してもよい。所望の数の細胞塊をニードル２１ａに貫通させた後、駆動部２２ｅは、細胞塊を突き刺したニードル２１ａを、後述される組立部２５に移動させる。

次に、本発明の一実施形態による細胞構造体製造システムについて図７から１４を用いて説明する。細胞構造体製造システムは、細胞トレイ１４と、ソーターモジュール１０（図７参照）と、積層モジュール２０と、後処理モジュール３０（図８参照）とを主に備える。

図７を用いてソーターモジュール１０について説明する。ソーターモジュール１０は、細胞塊供給部１１と、収集部１２と、ソーター１３と、細胞トレイ１４と、マガジン１５と、廃棄部１６とを主に備え、細胞塊を細胞トレイ１４に配置する機能を有する。

細胞塊供給部１１は、ソーターモジュール１０の外部から、細胞塊が配置されたプレート５を取り込む。プレート５については後述される。マガジン１５は、複数の細胞トレイ１４を格納する。マガジン１５に格納されている細胞トレイ１４は、図示しないトレイフィーダによって、ソーター１３まで運ばれる。

図９を用いて収集部１２について説明する。収集部１２は、ピペッタ１２ａと、プレート５とを主に備える。ピペッタ１２ａは、細胞塊の直径よりも大きな直径を持つ先端部を有する複数の円筒管１２ｂと、複数の円筒管１２ｂを等間隔で一列に配列して支持する管支持部１２ｃとを主に備える。プレート５の上には、等間隔で複数の窪みが形成される。窪みどうしの間隔と、円筒管１２ｂどうしの間隔は等しい。プレート５上に置かれた細胞は、時間を経たのち互いに凝集して細胞塊１００となり、これらの窪みに留まる。円筒管１２ｂにおいて先端部とは反対側の端部に負圧が加えられ、この負圧の力によって、円筒管１２ｂは、プレート５上に配置された細胞塊１００を先端部に吸着する。すなわち、ピペットが吸引することにより、先端部に細胞塊１００が配置される。円筒管１２ｂの先端部に細胞塊１００を吸着したピペッタ１２ａは、細胞塊１００をソーター１３に投入する。

図１０を用いてソーター１３について説明する。ソーター１３は、ホッパー部１３ａと、フロー部１３ｂと、判定部１３ｃと、分取部１３ｄと、複数の吐出部１３ｅとを主に備え、ホッパー部１３ａから取り込んだ細胞塊１００をその特徴に応じて検査し、選別する機能を有する。細胞塊１００の特徴は、細胞塊１００の大きさ、形状、及び細胞生存率などである。ホッパー部１３ａは、漏斗を有し、漏斗の口を介してピペッタ１２ａから細胞塊１００を取り込み、蓄積する。フロー部１３ｂは、細胞塊１００が通過することの出来る程度の内径を有する管であって、漏斗の足を、判定部１３ｃ、分取部１３ｄ、吐出部１３ｅ、及び廃棄部１６に接続する。判定部１３ｃは、細胞塊１００の特徴を検査し、判定する。分取部１３ｄは、判定部１３ｃの判定結果に応じて、廃棄部１６又は複数の吐出部１３ｅに細胞塊１００を送り出す。つまり、判定部１３ｃ及び分取部１３ｄによって細胞塊１００が選別される。吐出部１３ｅは、細胞塊１００を細胞トレイ１４の凹部１４ｂに配置する。廃棄部１６は、分取部１３ｄから受け取った細胞塊１００を格納する。

積層モジュール２０について図３を用いて説明する。積層モジュール２０は、ニードルフィーダ２１と、スキュア２２と、テーブル２４と、組立部２５とを主に備える。ニードルフィーダ２１は、穿刺部又は針状体を成す複数のニードル２１ａと、ニードルホルダ２１ｂとを主に備える。ニードルホルダ２１ｂは、複数のニードル２１ａを保持する。マガジン１５に格納されている細胞トレイ１４は、図示しないトレイフィーダによって、テーブル２４に載せられてスキュア２２の下部まで運ばれる。

図１１から１３を用いて組立部２５について説明する。組立部２５は、保持部を成す整列枠２５ａを備える。整列枠２５ａは、矩形の枠であって、第１の棒体２５ｅと、第２の棒体２５ｆと、２本の側部棒体２５ｇと、複数の第１の溝２５ｂと、複数の第２の溝２５ｃとを備える。第１の棒体２５ｅ、第２の棒体２５ｆ、及び側部棒体２５ｇは、直方体形状を有する。第１の棒体２５ｅと第２の棒体２５ｆの長さは等しく、２本の側部棒体２５ｇの長さは等しい。第１の棒体２５ｅ、第２の棒体２５ｆ、及び側部棒体２５ｇは、長手方向に伸縮自在となる伸縮機構、例えばテレスコピック機構を有する。従って、第１の棒体２５ｅ、第２の棒体２５ｆ、及び側部棒体２５ｇの長さは、製造される細胞立体構造体の大きさによって適宜決定することができる。第１の溝２５ｂは、第１の棒体２５ｅの側面に設けられた円弧状の断面を有する溝である。第２の溝２５ｃは、第２の棒体２５ｆの側面に設けられた円弧状の断面を有する溝である。第１の溝２５ｂの数と第２の溝２５ｃの数は等しく、第１の溝２５ｂの軸と第２の溝２５ｃの軸は一致する。隣り合う第１の溝２５ｂどうしの距離は、細胞塊の直径と同じ又はやや短い。第２の溝２５ｃもまた同様である。これにより、細胞塊どうしが密着して融合しやすくなる。前述と同様の伸縮機構を用いて、隣り合う第１の溝２５ｂ及び第２の溝２５ｃどうしの距離を細胞塊の直径に応じて変更可能とすることも可能である。第１の溝２５ｂ及び第２の溝２５ｃの数は、製造される細胞立体構造体の大きさによって適宜決定される。第１の棒体２５ｅ、第２の棒体２５ｆ、及び２本の側部棒体２５ｇにより、整列枠２５ａの内部に矩形の窓部２５ｄが形成される。複数の細胞塊を突き刺したニードル２１ａが第１の溝２５ｂ及び第２の溝２５ｃに遊嵌する。全ての第１の溝２５ｂ及び第２の溝２５ｃにニードル２１ａが遊嵌している状体を図１２に示す。図１３を参照すると、組立部２５の内部で、整列枠２５ａは厚さ方向に積み重ねられる。積み重ねる整列枠２５ａの数は、製造される細胞立体構造体の大きさによって適宜決定される。所望の数の整列枠２５ａが積み重ねられた後、ニードル２１ａが遊嵌していない整列枠２５ａが積み重ねられ、全てのニードル２１ａが整列枠２５ａに固定される。

次に、図８を用いて後処理モジュール３０について説明する。後処理モジュール３０は、培養部３１と、第１の環流部３２と、第２の環流部３３とを主に備える。培養部３１は、組立部２５において積み重ねられた複数の整列枠２５ａが格納される。第１の環流部３２は第１のポンプ３２ａと第１の配管３２ｂとを備える。第１のポンプ３２ａは、第１の配管３２ｂを介して整列枠２５ａの内部と接続され、緩衝液又は培養液を環流する。緩衝液又は培養液は栄養分や酸素などを含んでいるため、整列枠２５ａの内部に位置する細胞塊は、死滅せずに融合することができる。第２の環流部３３は第２のポンプ及びヒータ３３ａと第２の配管３３ｂとを備える。第２のポンプ及びヒータ３３ａは、第２の配管３３ｂを介して整列枠２５ａの外部と培養部３１の内部と接続され、保温液の温度を一定に保ちながら環流する。保温液を環流することにより、細胞塊が一定の温度に保たれる。この状態で所定期間が経過すると、細胞塊が互いに融合する。その後、細胞塊を整列枠２５ａに格納した状態で全てのニードル２１ａを細胞塊から引き抜くと、整列枠２５ａ内に完成された細胞立体構造体１０１を得る（図１４参照）。

本願発明によれば、多数の細胞塊を容易かつ迅速に突き刺して、任意の形状の細胞立体構造体を迅速に得ることができる。

また、本願発明による細胞トレイを用いることにより、細胞塊を特定の位置に容易に置くことができる。また、マーカ１４ｇを用いて細胞塊の位置を容易に特定することができ、これにより、迅速に細胞塊をニードルで突き刺すことができる。

なお、細胞トレイ１４において、孔１４ａは基部１４ｅの厚さ方向に貫通せず、有底筒状であってもよい（図１５参照）。孔１４ａの深さは、所定の長さだけニードル２１ａを降下させたとき、ニードル２１ａの先端が孔１４ａの底に当たらない程度の長さである。孔１４ａを設けることにより、ニードル２１ａを所定の長さだけ細胞塊１０１ａに突き刺すことができる。

また、細胞トレイ１４において、孔１４ａと凹部１４ｂの間に、略水平に設けられた平面を有する平坦部１４ｊを設けてもよい（図１９参照）。ここで、略水平とは、ニードルの進行方向に対して略直角を意味する。ニードル２１ａが細胞塊を貫通する際、ニードル２１ａの進行方向とは反対方向に平坦部１４ｊが細胞塊を支持する。これにより、細胞塊がニードル２１ａに引きずられて孔１４ａに引きこまれる可能性を低減できる。さらに、凹部１４ｂの底に、ニードル２１ａが貫通できる程度の柔らかさをもつ軟素材からなる貫通部１４ｋを設けてもよい（図２０参照）。軟素材は、例えばスポンジ・ゴム・ウレタン・シリコーン等である。ニードル２１ａが細胞塊を貫通する際、ニードル２１ａの進行方向とは反対方向に貫通部１４ｋが細胞塊を支持し、ニードル２１ａは細胞塊を貫通した後に更に貫通部１４ｋを貫通する。これにより、細胞塊がニードル２１ａに引きずられて細胞トレイ１４の内部に引きこまれる可能性を低減できる。また、貫通部１４ｋに孔１４ａを設けてもよい（図２１参照）。この場合、孔１４ａの内側直径はニードル２１ａの外側直径より小さくてもよく、大きくてもよい。孔１４ａの内側直径がニードル２１ａの外側直径より小さい場合、ニードル２１ａは細胞塊を貫通した後に更に孔１４ａを押し広げながら貫通部１４ｋを貫通する。ニードル２１ａが細胞塊を貫通する際、ニードル２１ａの進行方向とは反対方向に貫通部１４ｋが細胞塊を支持する。これにより、細胞塊がニードル２１ａに引きずられて孔１４ａに引きこまれる可能性を低減できる。

ここで、本発明では、ニードル２１ａに刺す細胞塊の位置を制御することにより、任意形状の細胞構造体を製造することができる。例えば図１６を参照すると、細胞構造体製造装置は、中空構造を有する細胞立体構造体を製造することも可能である。中空構造の形状及び大きさは任意に設計することができる。例えば、壁面を細胞塊で構成し、その内部が空洞となるような筒状（トンネル状）の細胞立体構造体を製造することができる。製造する細胞立体構造体が中空構造を有する場合、ニードル２１ａを細胞塊に向けて降下させる降下量は、中空構造の大きさに応じて決定される。すなわち、中空構造の大きさに対応する長さだけ降下量を減らす。これにより、細胞塊１０１ａと細胞塊１０１ｂとの間に、中空構造の大きさに対応する長さだけ間隔が空けられる。これにより得られたものを、整列枠２５ａに並べ（図１７参照）、後処理モジュール３０に所定期間だけ培養させると、中空構造を有する細胞立体構造体を製造することができる。第１の環流部３２は、中空構造を有する細胞立体構造体を製造する場合、緩衝液又は培養液に含まれる栄養分や酸素などを中空構造を介して細胞塊内部の細胞にまで送達することが可能となる。これにより、より体積の大きい細胞立体構造体を製造することが可能になる。

なお、凹部１４ｂ及び孔１４ａの軸方向長さは、前述のものに限定されない。

また、孔１４ａは設けられず、凹部１４ｂが基部１４ｅを厚さ方向に貫通、言い換えると、凹部１４ｂが孔を兼用してもよい。

複数のニードルを同時に用いてもよい。すなわち、複数のニードルの各々が同時に細胞塊を突き刺す。これにより、全ての細胞塊を突き刺す工程に要する時間を短縮できる。このとき、隣り合う凹部１４ｂの中心どうしの間隔は、隣り合う針状体の中心どうしの間隔と等しい。

位置決め突起２４ａの数は、前述の数に限定されず、テーブル２４の内部で細胞トレイ１４を一定の位置に拘束可能な程度の数であればよい。

凹部１４ｂの開口部１４ｈと底部１４ｉの形状は円形に限定されず、矩形、楕円、又はその他の形状であってもよい。孔１４ａの直径と底部１４ｉの直径は等しくなくてもよく、凹部１４ｂと孔１４ａとが貫通していればよい。また、孔１４ａは円筒形でなくてもよい。

細胞立体構造体は、同種類の細胞のみで構成されてもよく、又は複数種類の細胞を含んでもよい。同種類の細胞とは、単一種の同じ組織または器官などに由来する機能的に同等の細胞を意味する。複数種類の細胞を含む細胞構築物は、異なる種類の細胞からそれぞれ形成された細胞塊（例えば、ａ細胞からなる細胞塊Ａとｂ細胞からなる細胞塊Ｂ）を、本願発明に適用することによって得ることができる。ここで、ａ細胞とｂ細胞とは、それらの細胞塊同士が融合する限り、任意の細胞であり得る。ａ細胞とｂ細胞とは、例えば、同種の異なる組織（または器官）由来の細胞であっても、異種の同じ組織（または器官）由来の細胞であっても、異種の異なる組織（または器官）由来の細胞であってもよい。また、使用される異なる種類の細胞は、２種類に限定されず、３種類以上の細胞を用いてもよい。細胞塊は、一種類又は複数種の細胞を含んでもよい。このとき、細胞立体構造体は、一種類の細胞を含む細胞塊のみを用いて製造されてもよく、互いに異なる種類の細胞により構成された複数の細胞塊を用いて製造されてもよく、複数種の細胞を含む細胞塊のみを用いて製造されてもよく、一種類の細胞を含む細胞塊及び複数種の細胞を含む細胞塊を用いて製造されてもよい。

ここに付随する図面を参照して本発明の複数の実施形態が説明されたが、記載された発明の範囲と精神から逸脱することなく、変形が各部の構造と関係に施されることは、当業者にとって自明である。

Claims (23)

1. 細胞塊を支持する凹部と、
   針状部材が通過可能であって、前記凹部の底部に設けられた貫通部とを備える細胞トレイ。
2. 前記貫通部は、針状部材が通過可能である軟素材から成る請求項１に記載の細胞トレイ。
3. 前記貫通部は孔である請求項１又は２に記載の細胞トレイ。
4. 前記凹部の底部に設けられ、前記針状部材の進行方向に対して略直角な平面を有する平坦部をさらに備える請求項１から３のいずれかに記載の細胞トレイ。
5. 前記凹部の位置を示すマーカをさらに備える請求項１から４のいずれかに記載の細胞トレイ。
6. 前記貫通部は孔であり、前記孔の直径は、細胞塊の直径よりも小さい請求項１から５のいずれかに記載の細胞トレイ。
7. 前記細胞塊はスフェロイドである請求項１から６のいずれかに記載の細胞トレイ。
8. 液体を保持可能な受部をさらに備える請求項１から７のいずれかに記載の細胞トレイ。
9. 細胞塊を支持する凹部と、前記凹部の底部に設けられた貫通部とを備える細胞トレイと、
   細胞塊に貫通する穿刺部とを備え、
   前記穿刺部は、前記穿刺部の先端が前記貫通部に進入するまで、前記凹部に支持される細胞塊を貫通する細胞構造体製造装置。
10. 前記細胞トレイは複数の前記凹部及び複数の前記貫通部を備え、
    前記穿刺部は、細胞塊に貫通した後、他の前記貫通部に前記穿刺部が進入するまで、他の前記凹部に配置された細胞塊をさらに貫通する請求項９に記載の細胞構造体製造装置。
11. 前記貫通部は孔であって、前記孔は有底筒状である請求項９又は１０に記載の細胞構造体製造装置。
12. 液体を保持可能な受部をさらに備え、前記受部に保持された液体が前記凹部に浸入可能である請求項９から１１のいずれかに記載の細胞構造体製造装置。
13. 前記貫通部は孔であって、前記凹部はすり鉢形状を有し、前記孔は円筒形状を有し、前記凹部は前記孔と同軸である請求項９から１２のいずれかに記載の細胞構造体製造装置。
14. 前記穿刺部は一列に並べられた複数の針状体を備え、
    複数の前記凹部は規則的に配列され、
    隣り合う前記凹部の中心どうしの間隔は、隣り合う前記針状体の中心どうしの間隔と等しい請求項９から１３のいずれかに記載の細胞構造体製造装置。
15. 前記細胞塊はスフェロイドである請求項９から１４のいずれかに記載の細胞構造体製造装置。
16. 請求項１から８のいずれかに記載の細胞トレイの貫通部に前記穿刺部が進入するまで、前記凹部に配置された細胞塊に穿刺部を貫通させる方法。
17. 請求項１から８のいずれかに記載の細胞トレイの凹部に細胞塊を配置する工程と、
    前記凹部の底部に設けられた貫通部に前記穿刺部が進入するまで、前記凹部に配置された細胞塊に穿刺部を貫通させる工程とを備える細胞構造体製造方法。
18. 前記凹部及び前記貫通部は複数であって、前記配置する工程は複数の前記凹部の各々に細胞塊を配置し、
    前記貫通させる工程は、他の前記凹部に配置された細胞塊に前記穿刺部をさらに貫通させる工程を繰り返す請求項１７に記載の細胞構造体製造方法。
19. 複数の細胞塊に貫通した複数の穿刺部を、前記細胞塊どうしが接触するように配置する工程と、
    前記細胞塊どうしが融合した後に、前記穿刺部を前記細胞塊から引き抜く工程とをさらに備える請求項１８に記載の細胞構造体製造方法。
20. 細胞塊を選別する工程をさらに備え、前記配置する工程は、前記選別された工程によって選別された細胞塊を配置する請求項１７から１９のいずれかに記載の細胞構造体製造方法。
21. 細胞塊の特徴を検査する判定部と、
    前記判定部による検査結果に応じて前記細胞塊を分別する分取部と、
    前記分取部による分別結果に応じて前記細胞塊を細胞トレイに配置する吐出部と、
    細胞トレイに配置された複数の前記細胞塊を貫通する穿刺部と、
    複数の前記細胞塊を貫通した複数の穿刺部を配列して保持する保持部とを備える細胞構造体製造システム。
22. 複数の前記保持部を前記細胞塊どうしが接触するように格納する組立部と、前記保持部の内部に液体を循環させる第１の環流部と、前記保持部の外部かつ前記組立部の内部に液体を循環させる第２の環流部とを備える後処理モジュールをさらに備える請求項２１に記載の細胞構造体製造システム。
23. 前記細胞トレイは、基部と、前記基部に設けられて細胞塊を支持する凹部と、前記凹部の底部に設けられた貫通部とを備え、前記穿刺部は、前記穿刺部の先端が前記貫通部に進入するまで、前記凹部に支持される細胞塊に貫通する請求項２１又は２２に記載の細胞構造体製造システム。