JPWO2017154197A1 - 容器操作装置、細胞培養方法、及び装置 - Google Patents

Abstract

化学反応装置や細胞培養において、複数の容器を同時に用いる場合、必要な個別容器の操作は困難である。容器１を支持する容器支持筺体２と、複数の容器支持筺体を固定可能に支持する第一の支持軸３と、容器支持筺体を操作可能に支持する第二の支持軸５を有する支持体機構と、少なくとも一個の容器支持筺体２を第一の支持軸と第二の支持軸との間で移動可能な移動機構とで容器操作装置を構成する。

Description

本発明は、化学反応や細胞培養用などの各種容器を操作する容器操作技術に関する。

同時に多数の容器を操作する装置は化学反応装置、細胞培養などのさまざまな分野に使用されている。例えば、細胞培養において、浮遊系細胞、接着性細胞などの従来、種々の細胞の培養には、定期的に栄養分が含まれる培地の交換が行われている。特に、代謝の速い細胞の培養には、高頻度に培地交換する必要がある。

従来、このような培地交換を含む細胞培養操作は、熟練オペレーターによりピペットを用いて行なわれているが、同時に多数培養容器の細胞培養は大変な労力が必要となる問題があった。最近、培地交換作業や培養作業向けの自動化システムの開発が盛んで行なわれている。その中、特許文献１には、培養容器を保持する多段保持棚を同時に操作する自動培養装置が報告されている。また、特許文献２には、駆動中の培養容器を保持できる培養容器駆動装置及び培養容器保持台が報告されている。

国際公開番号ＷＯ２０１４／０３３８８９ 特開２０１５−２９５０８号公報

上述した化学反応装置や細胞培養において、複数の容器を同時に用いる場合、例えば細胞培養に用いる場合、細胞播種、培地交換、細胞剥離は、ポンプなどを利用して順番に複数の培養容器各々の排液と送液、培養容器の傾斜、および培養容器の揺動等によって実施されるため、個別の培養容器に必要な操作は困難との課題がある。

本発明の目的は、複数の容器を同時に使用する各種の装置において、個々の容器に対して個別に揺動などの操作が可能な容器操作装置、それを用いた培養方法及びその装置を提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明においては、容器と、容器を支持する容器支持筺体と、容器支持筺体を固定可能に支持する第一の支持軸、及び容器支持筺体を操作可能に支持する第二の支持軸を有する支持体機構と、容器支持筺体を第一の支持軸と第二の支持軸との間で移動させる移動機構とを備える構成の容器操作装置を提供する。

また、上記の目的を達成するため、本発明においては、細胞培養容器を用いた細胞培養方法であって、細胞培養容器を支持する容器支持筺体と、容器支持筺体を固定可能に支持する第一の支持軸、及び容器支持筺体を操作可能に支持する第二の支持軸を有する支持体機構と、容器支持筺体を第一の支持軸と第二の支持軸との間で移動させる移動機構とを備える容器操作装置を用い、細胞培養容器内の細胞培養作業の際、移動機構により容器支持筐体を第二の支持軸に移動し、細胞培養容器の操作を行う細胞培養方法を提供する。

さらにまた、上記の目的を達成するため、本発明においては、細胞培養容器を用いた細胞培養装置であって、インキュベータと、インキュベータの温度を制御する温度制御ユニットと、インキュベータ内に設置される容器操作装置と、インキュベータ、温度制御ユニット、及び容器操作装置を制御する制御部とを備え、容器操作装置は、細胞培養容器を支持する容器支持筺体と、容器支持筺体を固定可能に支持する第一の支持軸、及び容器支持筺体を操作可能に支持する第二の支持軸を有する支持体機構と、容器支持筺体を第一の支持軸と第二の支持軸との間で移動させる移動機構とからなる構成の細胞培養装置を提供する。

本発明によれば、複数の容器を同時に使用する各種装置において、必要に応じて複数容器中の任意容器を操作することが可能となる。

実施例１に係る、容器操作装置の一構成例の固定支持軸支持を示す図である。 実施例１に係る、容器操作装置の一構成例の可動支持軸支持を示す図である。 実施例１に係る、容器操作装置の個別容器操作の流れを示す図である。 実施例２に係る、容器操作装置の個別容器観察の流れを示す図である。 実施例３に係る、容器操作装置の容器１個搭載の状態の構成例を示す図である。 実施例３に係る、容器操作装置の容器１０個搭載の状態の構成例を示す図である。 実施例３に係る、培養装置の一概略構成例を示す図である。

以下、本発明の種々の実施例を図面に従い説明する。なお、各実施例に対応する図面において、同一構成物は同一の数番を付した。

図１、図２に基づいて、第１の実施例に係る容器操作装置の一構成例を説明する。本実施例は、容器と、容器を支持する容器支持筺体と、容器支持筺体を固定可能に支持する第一の支持軸、及び容器支持筺体を操作可能に支持する第二の支持軸を有する支持体機構と、容器支持筺体を第一の支持軸と第二の支持軸との間で移動させる移動機構とを備える構成の容器操作装置の実施例である。

図１は実施例１の容器操作装置の容器と容器支持筺体が第一支持軸である固定支持軸に、図２は実施例１の容器操作装置の容器と容器支持筺体が第二支持軸である可動支持軸に支持される図を示す。

図１、図２に示すように、本実施例の容器操作装置は、容器１を支持する容器支持筺体２、容器１及び容器支持筐体２を支持する固定支持軸である第一の支持軸３と容器１及び容器支持筐体２を支持する可動支持軸である第二の支持軸５からなる支持体機構と、容器支持筐体移動機構９から構成される。本実施例においては、第一の支持軸３と第二の支持軸５は、垂直方向に設置される。

第一の支持軸３は第一の支持軸の切り欠き４を備え、第二の支持軸５は第二の支持軸の切り欠き６を備え、容器支持筺体２は、容器支持筐体のアーム７、及び容器支持筐体２に突出部として形成された容器支持筺体移動用ピン８を備え、容器支持筐体移動機構９は容器支持筺体移動機構のカム１０を備える。このような突出部として、例えばリングボール機構を用いることができる。容器支持筐体のアーム７は、第一の支持軸の切り欠き４、或いは第第二の支持軸の切り欠き６の何れかに収容される。容器支持筐体２の容器支持筐体移動用ピン８は、容器支持筐体移動機構９のカム１０によって移動される。

図１、図２に示すように第一の支持軸３と第二の支持軸５からなる支持体機構は、容器１及び容器支持筐体２を確実に安定に支持するため３個用意する。すなわち、容器支持筺体支持体機構は、少なくとも３個の第一の支持軸３と第二の支持軸５の組を備える。また、少なくとも固定支持軸である第一の支持軸３は、複数の容器支持筺体２を支持可能とするため、複数の第一の支持軸の切り欠き４を備えており、なお、第一の支持軸の切り欠き４の数が、可動支持軸である第二の支持軸の切り欠き６の数より多くしておく。これはあとで説明するように容器支持筐体の待機のための仮置きに用いるための切り欠きである。

ここで、容器１は容器支持筺体２に固定され、容器支持筺体２と一緒に移動する。容器支持筺体２は容器支持筐体のアーム７、第一の支持軸の切り欠き４または第二の支持軸の切り欠き６を介し、固定支持軸である第一の支持軸３または可動支持軸である第二の支持軸５に支持される。つまり、固定支持軸である第一の支持軸３に支持される容器支持筺体２及び容器１は固定されるが、可動支持軸である第二の支持軸５に支持される容器支持筺体２及び容器１は操作可能になる。

本実施例の容器操作装置においては、容器支持筺体移動機構９は、図１に示す通り時計回りで正回転し、容器支持筺体移動機構のカム１０が容器支持筺体２に設けられた容器支持筺体移動用ピン８を押すことにより、容器支持筺体２及び容器１は固定支持軸である第一の支持軸３から可動支持軸である第二の支持軸５に移動できる。これと逆に、容器支持筺体移動機構９は図２に示す通り反時計回りで逆回転し、容器支持筺体移動機構のカム１０が容器支持筺体２に設ける容器支持筺体移動用ピン８を押すことにより、可動軸である第二の支持軸５から固定軸である第一の支持軸３に移動できる。

以下、図３を用いて本実施例の容器操作装置における個別容器操作の流れを説明する。容器を操作しない時、図３の（Ａ）のように、容器支持筐体のアーム７が第一の支持軸の切り欠き４に収容され、容器設置タワーを構成する容器Ｎｏ．１〜容器Ｎｏ．５は、それぞれの容器Ｎｏ．１〜容器Ｎｏ．５容器支持筺体２と一緒に固定軸である第一の支持軸３に支持される。

この状態で、複数の容器の内の一つの容器Ｎｏ．１を操作する時、操作必要な容器Ｎｏ．１を固定する容器支持体筐体２を、図３の（Ｂ）に示すように、固定支持軸である第一の支持軸３から可動支持軸である第二の支持軸５に移動し、容器支持体筐体のアーム７を第二の支持軸５の切り欠き６に収容した後、３個の第二の支持軸５を、図３に矢印で示した方向に同時或いは個別に可動させることにより揺動、傾斜などの所望の容器操作を実施する。また、１個の容器ではなく、例えば容器Ｎｏ．１とＮｏ．３を操作する場合、図３の（Ｃ）に示すように、容器Ｎｏ．１と容器Ｎｏ．３を固定する容器支持体筐体２を、固定支持軸である第一の支持軸３から可動支持軸である第二の支持体５に移動して、容器支持筐体のアーム７を第二の支持軸の切り欠き６に収容した後、図３の（Ｂ）と同様、第二の支持軸５により揺動、傾斜などの任意複数容器の操作を実施することも可能である。当然ながら、上述の容器支持筺体の移動の逆操作により、容器支持筺体と容器を元の位置に戻すことができる。

なお、上述した説明は、複数の容器の垂直方向、すなわち縦方向配置について説明したが、横方向の容器配置にも適用できる。また、容器の傾斜などを制御するには、上述のように、容器支持筺体の平面に対して３個の支持軸セットを設置することが望ましい。さらに、容器支持筺体及び容器を精度よく移動できるよう、少なくても１か所または容器支持筺体ごとに位置センサを取り付けるのは望ましい。

本実施例の容器操作装置の容器は、細胞培養容器の場合、樹脂などの耐高湿度性、滅菌処理対応可能な材料を使用することが望ましい。それにより、γ線など滅菌対応とすることができ、理化学用途と再生医療用途に適用可能となる。さらに、細胞観察や培地色観察が必要の場合、透明な容器、透明な容器支持筺体または外周枠だけの容器支持筺体が望ましい。

以上詳述した実施例１によれば、容器支持筺体を固定支持可能な第一の支持軸と容器を揺動可能な第二の支持軸とを有する支持体機構を使って、容器支持筺体を固定可能支持軸である第一の支持軸と揺動可能支持軸である第二の支持軸の間での移動により、必要に応じて複数容器及び容器支持筐体中の任意容器及び容器支持筐体を操作することが可能となる。

複数容器の操作時、例えば、複数の細胞培養容器を用いて同時培養を実施する場合、細胞培養中にすべての培養容器に対して定期的に細胞の観察や培地色の観察が必要であるため、容器間に観察用カメラを挿入可能なスペースを確保する必要がある。その結果、設置空間あたりの培養容器数の減少、または容器設置タワーが高くなり設置しにくい課題がある。本実施例は、実施例１で説明した容器操作装置の構成を利用して、一つの容器観察のための観察用カメラ挿入分の空間だけで全ての容器の観察を実施可能な容器操作装置の操作方法の実施例である。

図４に基づいて、第２の実施例に係る容器操作装置の個別容器観察の操作方法の流れを説明する。図４において、１１は観察用カメラである。図４の（Ａ）に示すように、容器Ｎｏ．１の下に観察用のスペースを設けているため、容器Ｎｏ．１の観察が実施できるが、他の容器間の隙間が観察用カメラ１１より小さいため、他の容器の観察ができない。そこで容器Ｎｏ．２を観察する場合、まず容器Ｎｏ．１の容器支持筺体２のアーム７を可動支持軸である第二の支持軸５の切り欠き６に移動させる。次に、図４の（Ｂ）に示すように、第二の支持軸５を下に移動して、容器Ｎｏ．１を下へ移動させ、更に図４の（Ｃ）に示すように、容器Ｎｏ．１を固定支持軸である第一の支持軸３の待機用の切り欠き４に、容器支持筐体のアーム７を収容する。その結果、容器Ｎｏ．１と容器Ｎｏ．２の間に容器Ｎｏ．２観察用スペースを確保でるため、図４の（Ｄ）に示すように、容器Ｎｏ．２の観察を実施することができる。

本実施例の個別容器観察の操作方法によれば、上記手順と同様に操作すれば、容器Ｎｏ．１〜容器Ｎｏ．５の全ての容器の観察が可能となる。更に、上記操作を逆操作すれば、それぞれの容器を元の位置に戻すことができる。なお、待機用の第一の支持軸の切り欠き４を一個のみ図示したが、待機用第一の支持軸の切り欠き４は最下段に代え、或いは最下段に加えて最上段に設置しても良い、

第３の実施例は、以上説明した複数の容器を操作する容器操作装置を、細胞培養に用いる細胞培養方法、及び細胞培養装置の実施例である。すなわち、細胞培養容器を用いた細胞培養方法であって、細胞培養容器を支持する容器支持筺体と、容器支持筺体を固定可能に支持する第一の支持軸、及び容器支持筺体を操作可能に支持する第二の支持軸を有する支持体機構と、容器支持筺体を第一の支持軸と第二の支持軸との間で移動させる移動機構とを備える容器操作装置を用い、細胞培養容器内の細胞培養作業の際、移動機構により容器支持筐体を第二の支持軸に移動し、細胞培養容器の操作を行う細胞培養方法の実施例である。

また、細胞培養容器を用いた細胞培養装置であって、インキュベータと、インキュベータの温度を制御する温度制御ユニットと、インキュベータ内に設置される容器操作装置と、インキュベータ、温度制御ユニット、及び前器操作装置を制御する制御部とを備え、容器操作装置は、細胞培養容器を支持する容器支持筺体と、容器支持筺体を固定可能に支持する第一の支持軸、及び容器支持筺体を操作可能に支持する第二の支持軸を有する支持体機構と、容器支持筺体を第一の支持軸と第二の支持軸との間で移動させる移動機構とからなる構成の細胞培養装置の実施例である。

図５は、本実施例で用いる複数容器の容器操作装置の一構成例であり、一つの容器１と一つの容器支持筐体２が搭載された状態を示す図である。図５の装置構成においては、図１、図２の構成に加え、複数の容器支持筺体２を固定可能に支持する第一の支持軸３と、容器支持筺体２を操作可能に支持する第二の支持軸５の組が３個用意された支持体機構を駆動するモータ１２と、観察用カメラ１１を移動するカメラ移動機構１３２が設置されている。図５の（Ａ）は一つの容器支持筺体２と容器１が固定支持軸である第一の支持軸３に、図５の（Ｂ）は一つの容器支持筺体２と容器１が可動支持軸である第二の支持軸５に支持される様子を示す。

一方、図６は、本実施例で用いる複数容器及び容器支持筐体の容器操作装置の構成例を示す図である。図６では、複数の容器２を上下、すなわち垂直方向に１０個積層して容器設置タワーを構成し、モータ１２による可動支持軸である第二の支持軸の上下運動で容器の揺動、傾斜など操作を実施できる構成である。図６中の容器支持筺体移動機構９とカメラ移動機構１３は容器の積層方向、すなわち図６の縦方向に、それぞれ容器支持筺体移動機構のカム１０と観察用カメラ１１を移動できる。つまり、必要に応じて操作容器の位置に移動することが可能である。

この結果、実施例１、実施例２で説明した容器操作装置の構成、操作方法を細胞培養に用いる場合、細胞播種時の培養容器の個別揺動、培地交換時の個別培養容器の傾斜、細胞剥離時の個別揺動、さらに細胞培養時の個別培養容器の細胞観察を実施する細胞培養方法、及び装置を提供できる。

図７は、本実施例の細部培養装置の一概略構成例を示す図である。図７の培養装置において、実施例１、２で説明した容器操作装置がインキュベータ１４中に設置される。更に、本実施例の細胞培養装置は、インキュベータ１４内の温度を制御する温度制御ユニット１５、細胞培養装置全体を制御する制御部である制御端末１７、並びに各種の制御信号を送るための電気信号線１６などを備える。制御端末１７は、通常の中央処理部（ＣＰＵ）や記憶部、入出力インタフェース部等を備えるコンピュータ構成のパーソナルコンピュータ（ＰＣ)などの制御端末であり、各種のモータ１２、温度制御ユニット１５を制御する。なお、図７に示したように、モータ１２には、容器支持筺体移動機構のカム１０と観察用カメラ１１の縦方向移動用のモータも含まれる。

また、図示しないが、観察用カメラより色や細胞など画像が入力され、制御端末１７内、或いはネットワークを介してサーバに送信され、種々の画像処理用のソフトウェアにより観察対象である細胞画像の画像処理も実施可能である。また、図７には、インキュベータ１４内に格納する培養容器の容器設置タワーが一個の場合を説明したが、複数の培養容器の設置タワーを格納することも可能である。さらに、図示しないが、送液用ポンプ、排液用ポンプ、培地保存用冷蔵庫などを細胞培養装置に備え、制御端末１７で制御することも可能である。本実施例の細胞培養装置は、さらに自動細胞播種、自動培地交換、自動送気などの機構を備えることにより、均一な培養品質を管理することが可能になる。

以上説明した本発明によれば、容器支持筺体を固定支持可能な固定支持軸と容器を操作可能に支持する可動支持軸を有する支持体機構を構成し、容器支持筺体を固定可能支持軸と揺動可能支持軸の間で移動可能とするにより、必要に応じて複数容器中の任意容器を操作することが可能となる。

なお、本発明の種々の実施例を説明したが、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

更に、上述した各構成、機能、制御端末等は、それらの一部又は全部を実現するＣＰＵ用プログラムを作成する例を説明したが、それらの一部又は全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。すなわち、制御処理の全部または一部の機能は、プログラムに代え、例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの集積回路などにより実現してもよい。

１ 容器
２ 容器支持筺体
３ 第一の支持軸
４ 第一の支持軸の切り欠き
５ 第二の支持軸
６ 第二の支持軸の切り欠き
７ 容器支持筺体のアーム
８ 容器支持筺体移動用ピン
９ 容器支持筺体移動機構
１０ 容器支持筺体移動機構のカム
１１ 観察用カメラ
１２ モータ
１３ カメラ移動機構
１４ インキュベータ
１５ 温度制御ユニット
１６ 電気信号線
１７ 制御端末

Claims (15)

1. 容器と、
   前記容器を支持する容器支持筺体と、
   前記容器支持筺体を固定可能に支持する第一の支持軸、及び前記容器支持筺体を操作可能に支持する第二の支持軸を有する支持体機構と、
   前記容器支持筺体を前記第一の支持軸と前記第二の支持軸との間で移動させる移動機構と、を備える
   ことを特徴とする容器操作装置。
2. 請求項１に記載の容器操作装置であって、
   少なくとも前記第一の支持軸は、複数の前記容器支持筺体を支持可能である
   ことを特徴とする容器操作装置。
3. 請求項２に記載の容器操作装置であって、
   前記容器支持筐体は、アームを備え、
   前記第一の支持軸及び前記第二の支持軸はそれぞれ前記アームを収容可能な切り欠きを有する
   ことを特徴とする容器操作装置。
4. 請求項３に記載の容器操作装置であって、
   前記容器支持筐体は、容器支持筐体移動用ピンを備え、
   前記移動機構は、前記容器支持筐体移動用ピンを移動させるカムを備える
   ことを特徴とする容器操作装置。
5. 請求項４に記載の容器操作装置であって、
   前記支持体機構は、少なくとも３個の前記第一の支持軸と前記第二の支持軸を備える
   ことを特徴とする容器操作装置。
6. 請求項５に記載の容器操作装置であって、
   前記第一の支持軸と前記第二の支持軸は、垂直方向に設置され、
   複数の前記容器支持筐体は、垂直方向に積層される
   ことを特徴とする容器操作装置。
7. 請求項５に記載の容器操作装置であって、
   前記第一の支持軸の切り欠きは、前記容器支持筐体を待機させる少なくも一個の待機用の切り欠きを含む
   ことを特徴とする容器操作装置。
8. 請求項７に記載の容器操作装置であって、
   前記容器は細胞培養容器である
   ことを特徴とする容器操作装置。
9. 細胞培養容器を用いた細胞培養方法であって、
   前記細胞培養容器を支持する容器支持筺体と、前記容器支持筺体を固定可能に支持する第一の支持軸、及び前記容器支持筺体を操作可能に支持する第二の支持軸を有する支持体機構と、前記容器支持筺体を前記第一の支持軸と前記第二の支持軸との間で移動させる移動機構とを備える容器操作装置を用い、
   前記細胞培養容器内の細胞培養作業の際、前記移動機構により前記容器支持筐体を前記第二の支持軸に移動し、前記細胞培養容器の操作を行う
   ことを特徴とする細胞培養方法。
10. 細胞培養容器を用いた細胞培養装置であって、
    インキュベータと、
    前記インキュベータの温度を制御する温度制御ユニットと、
    前記インキュベータ内に設置される容器操作装置と、
    前記インキュベータ、前記温度制御ユニット、及び前記容器操作装置を制御する制御部とを、備え、
    前記容器操作装置は、細胞培養容器を支持する容器支持筺体と、前記容器支持筺体を固定可能に支持する第一の支持軸、及び前記容器支持筺体を操作可能に支持する第二の支持軸を有する支持体機構と、前記容器支持筺体を前記第一の支持軸と前記第二の支持軸との間で移動させる移動機構とからなる
    ことを特徴とする細胞培養装置。
11. 請求項１０に記載の細胞培養装置であって、
    少なくとも前記第一の支持軸は、複数の前記容器支持筺体を支持可能であり、
    前記支持体機構は、少なくとも３個の前記第一の支持軸と前記第二の支持軸を備える
    ことを特徴とする細胞培養装置。
12. 請求項１１に記載の細胞培養装置であって、
    前記第一の支持軸と前記第二の支持軸は、垂直方向に設置され、
    複数の前記容器支持筐体は、垂直方向に積層される
    ことを特徴とする細胞培養装置。
13. 請求項１２に記載の細胞培養装置であって、
    前記容器支持筐体はアームを備え、
    前記第一の支持軸及び前記第二の支持軸はそれぞれ前記アームを収容可能な切り欠きを有する
    ことを特徴とする細胞培養装置。
14. 請求項１３に記載の細胞培養装置であって、
    前記容器支持筐体は、容器支持筐体移動用ピンを備え、
    前記移動機構は、前記容器支持筐体移動用ピンを移動させるカムを備える
    ことを特徴とする細胞培養装置。
15. 請求項１３に記載の細胞培養装置であって、
    前記第一の支持軸の切り欠きは、前記容器支持筐体を待機させる少なくも一個の待機用の切り欠きを含む
    ことを特徴とする細胞培養装置。

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