WO2020170814A1 - 加工装置、加工方法及びプログラム - Google Patents

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WO2020170814A1
WO2020170814A1 PCT/JP2020/004290 JP2020004290W WO2020170814A1 WO 2020170814 A1 WO2020170814 A1 WO 2020170814A1 JP 2020004290 W JP2020004290 W JP 2020004290W WO 2020170814 A1 WO2020170814 A1 WO 2020170814A1
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cells
droplets
aggregating
aggregation
substance
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PCT/JP2020/004290
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元毅 沖仲
喜彦 松村
成 小松
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キヤノン株式会社
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    • A61B18/28—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor for heating a thermal probe or absorber
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    • A61P17/00—Drugs for dermatological disorders
    • A61P17/14—Drugs for dermatological disorders for baldness or alopecia

Definitions

  • the disclosure of the present specification relates to a processing device, a processing method, and a program.
  • Patent Document 2 a technique of aggregating mesenchymal cells to form a hair follicle primordia is also known (Patent Document 2).
  • the purpose of the disclosure of the present specification is to improve the hair regeneration efficiency.
  • the present invention is not limited to the above-mentioned object, and it is also possible to achieve operational effects that are obtained by the respective configurations shown in the modes for carrying out the invention described later, and that are not obtained by conventional techniques. It can be positioned as one of the other purposes.
  • the processing apparatus disclosed in the present specification includes a discharging unit that discharges a droplet containing cells and a substance that assists aggregation into one hole opened in the living body, and an aggregating unit that aggregates the droplet. It is characterized by
  • hair regeneration efficiency can be improved.
  • the processing device is a processing device that forms a hair follicle by ejecting droplets into the holes on the surface of the skin of a living body and aggregating the ejected cells.
  • a description will be given of an example of application of forming hair follicles by arranging aggregated cells in pores existing in the human scalp and regenerating hair.
  • the hole is, for example, a hole formed by removing part of the epidermis and dermis of the skin of the living body.
  • the usage of the processing apparatus according to this embodiment is not limited to the above.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of the processing apparatus of this embodiment.
  • the processing apparatus 100 has, as its functional configuration, a drive control unit 101, an aggregation control unit 102, an ejection control unit 103, a position detection unit 104, a first ejection unit 106, a second ejection unit 107, an aggregation unit 108,
  • the drive unit 109 and the detection device 110 are provided.
  • the drive control unit 101 controls the position, angle, and rotation of the first ejection unit 106, the second ejection unit 107, and the aggregation unit 108 that are connected to the drive unit 109.
  • the drive control unit 101 is also connected to the aggregation control unit 102, the ejection control unit 103, and the position detection unit 104, and exchanges data.
  • the position control of the drive unit 109 by the drive control unit 101 may be performed by referring to an alignment mark on the scalp 105, or may be performed based on an image captured by the detection device 110. .. In the present embodiment, the drive control unit 101 controls the drive of each unit based on the image captured by the detection device 110.
  • the aggregation control unit 102 controls the aggregation conditions of the aggregation unit 108.
  • the aggregation control unit 102 includes a memory that stores a program for operating the aggregation unit 108, and determines aggregation conditions suitable for a patient.
  • the aggregation control unit 102 also includes an input/output unit that reads and writes a program that operates the aggregation unit 108.
  • the discharge control unit 103 gives instructions on the discharge conditions of the first discharge unit 106 and the second discharge unit 107.
  • the discharge control unit 103 includes a memory that stores a program that operates a program that operates the first discharge 106 and the second discharge unit 107. It also includes an input/output device that reads and writes a program that operates the first discharge 106 and the second discharge unit 107.
  • memories and input/output devices may be shared with the aggregation control unit 102, and may be, for example, ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), HDD (Hard Disk Drive), or the like. ..
  • the scalp 105 is, for example, a human scalp.
  • the scalp 105 is not limited to the above, and may be skin of various living bodies such as primates of mammals such as monkeys, ungulates such as horses, and rodents of small mammals such as rabbits and mice.
  • the first ejection unit 106 ejects a droplet containing cells to a target ejection position on the scalp 105.
  • the first ejection unit 106 ejects droplets containing, for example, mesenchymal cells.
  • the target ejection position in the present embodiment is, for example, one hole of the plurality of holes formed in the scalp 105.
  • the second ejection unit 107 ejects a droplet containing cells different from that of the first ejection unit 106 to a target ejection position on the scalp 105.
  • the second ejection unit 107 ejects droplets containing, for example, epithelial cells.
  • the first ejection unit 106 and the second ejection unit 107 can use a thermal ink jet head, a piezoelectric ink jet head, an electrostatic ink jet head, a compressed air jet dispenser, or the like, but ejects droplets containing cells. Anything you can do. Further, it is desirable that the amount of one droplet discharged is 1 to 5000 nl, but the amount of discharge is not limited to this. In the present embodiment, two ejection units, the first ejection unit 106 and the second ejection unit 107, are installed. However, if the amount of material ejected to one hole is increased, the ejection unit is further arranged. You may install it.
  • the number of ejection portions may be one. Further, droplets containing other than cells may be ejected, and when ejecting materials other than cells, they may be ejected as a mixed liquid or a single liquid.
  • the composition be capable of ejecting at a rate of 500 droplets/minute or more, in consideration of the movement and displacement of the scalp 105, the change in shape, or the exudation of body fluid. It is not limited to this.
  • the aggregating unit 108 aggregates the droplets ejected from the first ejecting unit 106 or the second ejecting unit 107. In the present embodiment, the aggregating unit 108 aggregates the droplets containing the mesenchymal cells ejected from the first ejecting unit 106.
  • the droplets to be aggregated may not be droplets ejected from the first ejecting unit 106, and may be not only droplets containing mesenchymal cells. That is, the droplets containing the epithelial cells discharged from the second discharging unit 107 may be aggregated, or when the droplets containing the mesenchymal cells and the epithelial cells are discharged from one discharging unit. May aggregate droplets containing the two cells.
  • the aggregating unit 108 is, for example, a device that emits an electromagnetic wave such as an ultraviolet ray, a device that emits a particle beam such as an electron beam, or a laser such as an argon laser, a dye laser, a Nd-YAG laser, a ruby laser, an alexandrite laser, and a diode laser.
  • a light source can be used.
  • the device used as the aggregation unit 108 is not limited to the above.
  • the driving unit 109 is connected to the first discharging unit 106, the second discharging unit 107, the aggregating unit 108, and the detection device 110, and drives each unit based on an instruction from the drive control unit 101. Further, the drive unit 109 is connected to the scan stage, so that it can move in the X direction, the Y direction, and the Z direction.
  • the drive unit 109 may be connected to an X scan stage, a Y scan stage, and a Z scan stage as shown in FIG. 1, or may be connected to a hemispherical scan stage to be connected to the X direction and the Y direction. It may be configured to be movable in the Z direction. Further, the drive unit 109 may include a tilt mechanism and a rotation mechanism.
  • each means connected to the drive unit 109 can rotate in the XZ plane and the XY plane.
  • the first ejection unit 106, the second ejection unit 107, the aggregating unit 108, and the detection device 110 are integrated, but the respective mechanisms may be independently driven. ..
  • the droplet includes a first droplet 301 containing mesenchymal cells and a second droplet 302 containing epithelial cells.
  • Mesenchymal cells and epithelial cells contained in each of the two droplets are cells that are at least necessary for forming a hair follicle primordium having a hair regenerating ability.
  • one droplet may include mesenchymal cells and epithelial cells.
  • Mesenchymal cells indicate at least one of cells derived from mesenchymal tissue and cells obtained by culturing the cells.
  • mesenchymal cells are obtained from dermal papilla cells, dermal sheath cells, various pluripotent cells, and the like.
  • the epithelial cell indicates at least one of cells derived from epithelial tissue and cells obtained by culturing the cells.
  • the epithelial cells can be obtained from the outermost layer of the outer root sheath, epithelial cells of the hair matrix, various pluripotent cells, and the like.
  • the hair follicle primordium is a tissue that is a base of hair follicles, and is composed of a cell group including the above mesenchymal cells and epithelial cells.
  • droplets containing epithelial cells and mesenchymal cells are ejected into the holes formed in the scalp 105, and the hair follicle primordium composed of the two cells forms a hair follicle.
  • hair having a hair shaft is formed and elongated from the formed hair follicle. That is, the hair follicle primordia form the hair follicles and serve as the basis for the regenerated hair.
  • the ratio of epithelial cells to mesenchymal cells is preferably 1:1 from the viewpoint of hair follicle formation, and if the total number of the two cells is about 1,000 to 10,000, it forms a hair follicle primordium. be able to.
  • the ratio of the number of cells and the number of cells are not necessarily the above values.
  • the droplets may also contain a medium for each cell, nutrients necessary for cell survival and growth, and auxiliary substances such as antibiotics and hormones.
  • the above-mentioned cells may be a single cell or an aggregate including a plurality of cells such as a cell group.
  • an aggregate including a plurality of cells such as a cell group is referred to as a cell.
  • the first droplet 301 that is, the droplet containing mesenchymal cells, contains a substance that assists the aggregation of the droplets in the aggregation step.
  • the substance that aids in the aggregation of the droplets may be included in the second droplet 302, that is, the droplet containing epithelial cells. That is, the substance that aids aggregation may be contained in the droplet so as to aggregate the droplet containing at least mesenchymal cells.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the processing apparatus 100.
  • FIG. 3 illustrates an example of each step in the flowchart of FIG. Specifically, droplets are ejected from the first ejection portion 106 and/or the second ejection portion 107 into one hole formed in the scalp 105, and then the droplets ejected by the aggregation portion 108 are ejected. 4 illustrates a series of steps for aggregating.
  • Step S2010 Move the first discharge part to the discharge position
  • the first ejection unit 106 is moved to a position where droplets containing cells can be ejected to the target hole on the scalp 105.
  • the position detection unit 104 converts the image captured by the detection device 110 into coordinate data, and detects the position of the punched hole.
  • the drive control unit 101 can cause the first ejection unit 106 connected to the drive unit 109 to eject liquid droplets onto the holes to be ejected. Align to position.
  • the position at which ejection is possible does not have to be directly above the hole in the vertical direction. For example, by adjusting the ejection angle of the first ejection unit 106, it may be at any position where droplets can be ejected into the target hole.
  • Step S2020 discharging the first droplet to the discharging position
  • the first droplets 301 are ejected from the first ejection unit 106 to the ejection positions aligned in step S2010.
  • the ejection control unit 103 controls the ejection speed of the first droplets 301 ejected from the first ejection unit 106, the amount of ejected droplets, the ejection timing, and the like.
  • the ejection speed, the amount of ejected droplets, the ejection timing, etc. are controlled by the waveform of the voltage application.
  • the waveform of the applied voltage is determined in advance by discharge observation and landing measurement performed by another device (not shown). Then, based on the controlled parameter, the first droplet 301 is ejected from the first ejection unit 106 toward the target hole.
  • the ejection instruction may be performed so as to eject the same hole a plurality of times.
  • Step S2030 Aggregate the first droplet
  • the first droplets 301 containing the mesenchymal cells discharged into the holes in step S2020 and the substance that aids aggregation are generated by the aggregation unit irradiating electromagnetic waves or particle beams. Agglomerate.
  • the aggregation control unit 102 controls the aggregation conditions suitable for the patient. For example, when the aggregating unit 108 is a laser light source, the intensity and pulse number of the laser light emitted from the laser oscillator are controlled according to the aggregating conditions suitable for the current of the excitation energy source and the patient. Also, the pulse width and the pulse period may be controlled.
  • the substance included in the first droplet 301 to assist the aggregation for example, collagen, polylactic acid, agarose gel, carboxymethyl cellulose, gelatin, agar, hydrogel, bioadhesive, or the like can be used.
  • the substance that assists aggregation is not limited to the above, and various polymers that are compatible with living bodies can be used.
  • the first droplets 301 are aggregated by a substance included in the droplets that assists aggregation and reacts with radiation to shrink. That is, in order to aggregate the first droplets, it is necessary that the droplets contain a substance that assists the aggregation and that the droplets are irradiated with radiation. In addition, it is desirable that the substance that assists aggregation and the radiation do not damage cells or are infinitely small. Further, the substance that assists the aggregation is, for example, a biocompatible material, and it is desirable that there is no heat damage or light damage due to radiation.
  • the combination of the above-mentioned substance that assists aggregation and radiation is, for example, collagen and laser light, polylactic acid and electron beam, or the like.
  • Collagen is one of the proteins that make up vertebrate organs.
  • the collagen for example, a protein having about 35% glycine, about 21% proline and 4-hydroxyproline, and about 11% alanine can be used. Since collagen contracts irreversibly by heating, the droplet can be aggregated by suspending it in a droplet containing cells like the first droplet 301 and heating it with laser light. Collagen is also used for cell culture.
  • the laser light source used has a wavelength that absorbs collagen. Specifically, since collagen absorbs light having a wavelength of 400 to 700 nm, it is desirable to use a light source having this wavelength range.
  • the laser light source used is a pulse light source.
  • a pulsed light source heat and/or light damage to collagen can be reduced.
  • the damage to collagen may be controlled not only by the laser output and laser pulse frequency but also by the pulse duty ratio.
  • laser thermal damage may be reduced by utilizing a cooling mechanism.
  • the laser light source used has a variable output and that the spot size is variable from the micrometer order to the millimeter order.
  • the spot size of the hair follicle primordium which is the basis of hair, is 100 to 200 ⁇ m, it is desirable that the spot light has a size smaller than that.
  • the spot diameter is sufficiently smaller than the size of the hair follicle primordium, the aggregation state of collagen and damage control may be performed by scanning a laser.
  • polylactic acid is a biocompatible material in which lactic acid is polymerized through an ester bond, it can be used as a substance that assists the aggregation of cells such as mesenchymal cells and epithelial cells.
  • a polylactic acid polymer composed of a copolymer of L,L lactide, D,D lactide, and ⁇ -caprolactone can be used.
  • polylactic acid is crosslinked and cured by being irradiated with an electron beam, the liquid droplets can be aggregated by suspending them in a droplet containing cells.
  • the first droplets 301 in which polylactic acid is suspended are aggregated by the irradiation amount of 2 to 20 Mrad.
  • the combination of the substance that assists aggregation and the radiation is not limited to the above, and for example, a substance that is based on a natural elastic protein can be used to aggregate droplets by utilizing the reaction of contracting when exposed to ultraviolet rays. You may. In the case of ultraviolet rays, surface irradiation on the order of square centimeters is also possible, so it is also possible to eject cells into a plurality of holes and then aggregate the cells together.
  • Step S2040 Move the second discharge part to the punching position
  • the second ejection unit 107 is moved to a position where the droplets that have aggregated in step S2030 can be ejected to the pores existing in the pores.
  • the position detection unit 104 converts the image captured by the detection device 110 into coordinate data, and detects the position of the punched hole.
  • the drive control unit 101 can cause the second ejection unit 107 connected to the drive unit 109 to eject liquid droplets onto the holes to be ejected. Align to position.
  • the position at which ejection is possible does not have to be directly above the hole in the vertical direction. For example, by adjusting the ejection angle of the second ejection unit 107, it may be at any position where the droplet can be ejected into the target hole.
  • Step S2050 ejecting the second droplet to the ejection position
  • the second droplet is ejected from the second ejection unit 107 to the ejection position aligned in step S2040. Specifically, the same control as the first ejection unit 106 performed in step S2030 is performed.
  • Step S2060 Is there unprocessed perforation
  • it is determined whether there is any unprocessed perforation that is, whether or not all the processes within the preset treatment range have been completed. If it has been completed, the process ends. On the other hand, if all the processes within the treatment range have not been completed, the process returns to step S2020.
  • a droplet containing mesenchymal cells and a substance that aids aggregation is ejected into a hole opened in the scalp.
  • the droplets can be aggregated in a short time by irradiating the droplets with an electromagnetic wave or a particle beam to aggregate the droplets, so that the hair regeneration efficiency can be improved. Further, by performing the aggregating step in the body, oxygen and nutrients are supplied from the blood, so that cells are less likely to die and the hair regeneration efficiency can be further improved.
  • the first droplets 301 containing the mesenchymal cells and the substance that aids aggregation are aggregated in a short time using the aggregating unit 108 to improve the hair follicle regeneration efficiency.
  • the droplets aggregated by the aggregation unit 108 are not necessarily limited to the droplets containing mesenchymal cells, and the droplets containing epithelial cells may be similarly aggregated. That is, as with the first droplet 301, a substance that assists aggregation is suspended in the second droplet 302 containing epithelial cells.
  • the second droplet 302 containing the epithelial cells and the substance that aids aggregation may be generated, and the newly generated second droplet 302 may be ejected and aggregated using the aggregation unit 108.
  • the same processing as S2030 is performed between step S2050 and step S2060 in the first embodiment.
  • the processing device is a processing device that discharges droplets containing cells aggregated outside the body into a hole formed in the skin of a living body.
  • a suspension containing mesenchymal cells and a substance that aids aggregation is dispensed into a container such as a petri dish, and radiation is emitted by the aggregating unit 108 to the droplets dispensed in the container.
  • the droplets are aggregated.
  • the surface of the petri dish may be modified with polyethylene glycol for the purpose of releasing the petri dish from the aggregate of cells.
  • the ejected portion is filled with the aggregated droplets and ejected into the holes formed in the skin of the living body.
  • the droplets containing epithelial cells may be aggregated by including a substance that assists aggregation, but it is not always necessary.
  • the skin of the living body from which droplets are ejected is the scalp
  • the first droplets are droplets containing mesenchymal cells
  • the second droplets are Will be described as droplets containing epithelial cells.
  • the skin of the living body to be ejected or the substance contained in the droplet is not limited to this.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the processing apparatus 100 according to this embodiment.
  • FIG. 6 illustrates an example of the aggregation step in the flowchart of FIG. Steps S5020 to S5060 in the flowchart of FIG. 5 perform the same processes as steps S2010, S2020, and S2040 to S2060 of the first embodiment, and therefore description thereof will be omitted. Only the differences from the flowchart of FIG. 2 will be described below.
  • the configuration of the processing apparatus 100 according to the present embodiment has the same configuration as that of the processing apparatus 100 according to the first embodiment, and the function of each unit that constitutes the same is the same, so the description thereof is omitted.
  • the first ejection unit 106, the second ejection unit 107, and the aggregating unit 108 may be configured such that their respective mechanisms can be independently driven.
  • the aggregating unit is used.
  • 108 is provided as a separate body.
  • Step S5000 Dispense a suspension containing cells and a substance that aids aggregation into a container
  • a suspension containing cells and a substance that aids aggregation is dispensed into the container 601.
  • a suspension containing mesenchymal cells and a substance that aids aggregation is dispensed into a container 601.
  • the suspension containing the epithelial cells is dispensed into a container different from the container 601 in which the suspension containing the mesenchymal cells and a substance that aids aggregation is dispensed.
  • a suspension containing mesenchymal cells, epithelial cells, and a substance that aids aggregation may be dispensed into the container 601.
  • a container 601 for example, a petri dish can be used. The petri dish may be recessed so that the dispensed droplets are less likely to spread.
  • a cooling mechanism 602 may be arranged below the container 601 in order to reduce damage to cells.
  • the cooling mechanism 602 for example, ice can be used. Since the cooling mechanism 602 can be easily arranged by aggregating the cells outside the body using the container 601, the damage to the cells can be reduced.
  • Step S5010 Droplets are aggregated by the aggregation unit
  • the droplets dispensed into the container 601 are aggregated by the aggregation unit 108.
  • the droplets are aggregated by irradiating with radiation by the aggregation unit 108 suitable for the substance that assists aggregation.
  • the aggregating unit 108 irradiates the first droplets 301 containing mesenchymal cells with radiation to aggregate the first droplets 301. ..
  • the aggregation treatment may be performed by including a substance that assists aggregation in the second droplet 302 containing epithelial cells.
  • the ejection portion is filled with the aggregated first droplets 301 and/or second droplets 302.
  • a substance that assists aggregation is suspended in the droplets containing mesenchymal cells and the droplets containing epithelial cells in the holes formed in the scalp. Then, by irradiating the droplets in which the substance that aids aggregation is suspended with electromagnetic waves or particle beams to cause aggregation in a short time, the hair regeneration efficiency can be improved.
  • the disclosed technology can be implemented as a system, a device, a method, a program, a recording medium (storage medium), or the like. Specifically, it may be applied to a system including a plurality of devices (for example, a host computer, an interface device, an imaging device, a web application, etc.), or may be applied to a device including one device. good.
  • a system including a plurality of devices (for example, a host computer, an interface device, an imaging device, a web application, etc.), or may be applied to a device including one device. good.
  • a recording medium or storage medium
  • a program code computer program
  • the computer or CPU or MPU
  • the program code itself read from the recording medium realizes the functions of the above-described embodiments, and the recording medium recording the program code constitutes the present invention.
  • a CO2 laser (ML-X9650 manufactured by Keyence) is used to perforate the mouse head in an array.
  • the arrays are spaced at about 1 to 3 mm.
  • the laser power is 24 W and the working distance is 92 mm.
  • the spot diameter is about 80 ⁇ m.
  • the galvanometer mirror mounted on the CO2 laser is used for laser scanning.
  • the shape of the perforations is ⁇ 0.5 mm and the depth is 1 mm.
  • Jet Jetter (manufactured by Musashi Engineering) is used as the first ejection unit 106 and the second ejection unit 107.
  • a nozzle having a diameter of 150 ⁇ m is used.
  • the discharge amount is 30 nL in consideration of the volume of the perforated portion.
  • the concentration of the suspension containing cells is adjusted so that 5000 cells are contained in 30 nL.
  • the collagen concentration for aggregation is 5%.
  • stirring is performed by bubbling at an appropriate timing so that the cells do not settle in the nozzle.
  • the ejection waveform is adjusted so that the ejection speed of cells is 5 m/sec.
  • the ejection suspension composed of mesenchymal cells is set in the first ejection unit 106, and the ejection suspension composed of epithelial stem cells is set in the second ejection unit 107.
  • the mouse is anesthetized and fixed, and then the driving unit 109 is used to move the first ejection unit 106 to the perforation unit of the mouse.
  • the position of the ejection portion is adjusted based on the image captured by the camera.
  • mesenchymal cells are discharged into the holes.
  • the ejection may be performed by finally injecting about 2500 mesenchymal cells per hole, and may be performed by one droplet or a plurality of droplets.
  • a dye laser is irradiated to aggregate the mesenchymal cells injected into the perforation. Since the irradiation wavelength of the dye laser is 595 nm, the absorption to collagen is high, while the absorption to water constituting the scalp is small, so that thermal damage to surrounding cells can be minimized.
  • the frequency of the dye laser is 2 KHz.
  • the irradiation conditions are 7.5 J/cm2. In addition, since heat damage occurs during laser irradiation, laser irradiation is performed while cooling the affected area with ice.
  • the driving unit 109 is used to move the second ejection unit 107 onto the perforation in which the mesenchymal cells are agglomerated, and the epithelial cells are ejected as shown in FIG. 3D.
  • the ejection may be performed by finally injecting about 2500 epithelial cells per hole, and may be ejected by one droplet or a plurality of droplets.
  • the epithelial cells were aggregated in the same process as in FIG. 3B. After performing the steps of FIGS. 3A to 3D for all the perforated parts of the mouse, the work is completed.
  • the ejection suspension is dispensed on a petri dish such that the number of mesenchymal cells is about 2500. Since the ejection suspension spreads on the petri dish, the petri dish is recessed so as not to spread.
  • the dispensed mesenchymal cells are irradiated with a dye laser under the same conditions as in FIG. 3B of the first embodiment to aggregate the mesenchymal cells.
  • a cooling mechanism is placed below the petri dish to cool the mesenchymal cells to reduce damage. In this embodiment, ice is used as the cooling mechanism.
  • the first ejection portion 106 is moved onto the perforation portion of the scalp by using the driving unit 109 to remove the mesenchymal cells. Discharge aggregates.
  • Aggregation of epithelial stem cells is also performed under the same conditions as in FIG. 3A, and then discharged onto the aggregated mesenchymal cells in the same manner as in Example 1.

Abstract

本明細書に開示の加工装置は、細胞及び凝集を補助する物質を含む液滴を生体に開いた１つの孔に対して吐出する吐出手段と、前記液滴を凝集させる凝集手段と、を備えることを特徴とする。

Description

加工装置、加工方法及びプログラム
　本明細書の開示は、加工装置、加工方法及びプログラムに関する。
　近年の世界的な人口増加に伴い、高齢人口も増え、薄毛に悩む人が男女ともに増えてきている。そこで現在、薄毛に対する治療法の一つとして毛包を再び形成する毛包再生技術が注目されている。
　毛包再生技術として、皮膚組織片を含む地毛を採取し、そこから得られる上皮系幹細胞と間葉系幹細胞を培養して毛包原基を増殖させ、増殖させた毛包原基を手動で生体の真皮内に注入することにより毛包を再生させる方法が知られている（特許文献１）。
　さらには、毛髪の再生効率を向上するために、間葉系細胞を凝集させて毛包原基を形成する技術も知られている（特許文献２）。
特許第５９３２６７１号明細書 ＷＯ２０１７－２１７３９３号公報
　しかしながら、これらの方法は間葉系細胞の凝集および毛包原基の培養に時間を要するため、毛髪の再生効率が低下してしまうことがあった。
　本明細書の開示は、毛髪の再生効率を向上させることを目的の一つとする。
　なお、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本明細書の開示の他の目的の一つとして位置付けることができる。
　本明細書に開示の加工装置は、細胞及び凝集を補助する物質を含む液滴を生体に開いた１つの孔に対して吐出する吐出手段と、前記液滴を凝集させる凝集手段と、を備えることを特徴とする。
　本明細書の開示によれば、毛髪の再生効率を向上させることができる。
本実施形態に係る加工装置の構成の一例を示す図 第１実施形態に係る加工装置の処理手順の一例を示すフロー図 第１実施形態に係る加工装置による加工工程の一例を示す図 第１実施形態に係る加工装置による加工工程の一例を示す図 第１実施形態に係る加工装置による加工工程の一例を示す図 第１実施形態に係る加工装置による加工工程の一例を示す図 第１実施形態の変形例に係る加工装置による加工工程の一例を示す図 第１実施形態の変形例に係る加工装置による加工工程の一例を示す図 第１実施形態の変形例に係る加工装置による加工工程の一例を示す図 第１実施形態の変形例に係る加工装置による加工工程の一例を示す図 第１実施形態の変形例に係る加工装置による加工工程の一例を示す図 第２実施形態に係る加工装置の処理手順の一例を示すフロー図 第２実施形態に係る加工装置による凝集工程の一例を示す図 第２実施形態に係る加工装置による凝集工程の一例を示す図
　以下、添付図面に従って本明細書に開示の加工装置の好ましい実施形態について詳説する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本明細書に開示の加工装置の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。また、本明細書の開示は下記実施形態に限定されるものではなく、本明細書の開示の趣旨に基づき種々の変形（各実施例の有機的な組合せを含む）が可能であり、それらを本明細書の開示の範囲から除外するものではない。即ち、後述する各実施例及びその変形例を組み合わせた構成も全て本明細書に開示の実施形態に含まれるものである。
　＜第１実施形態＞
　本実施形態に係る加工装置は、生体の皮膚の表面にある孔内に液滴を吐出し、吐出された細胞を凝集させることにより毛包を形成する加工装置である。本実施形態では、ヒトの頭皮に存在する孔に凝集された細胞を配置することにより毛包を形成し、毛髪を再生させる用途を例に説明を行う。孔は、例えば生体の皮膚の表皮及び真皮の一部を除去することにより穿孔された孔である。なお、本実施形態に係る加工装置の用途は上記に限定されない。
　以下は、いずれも加工装置の処理方法を説明するための一例にすぎず、本明細書の開示は実施形態に限定されるものではない。
　以下、図面を用いて本明細書に開示の加工装置の実施形態について説明する。
　図１は本実施形態の加工装置の構成の一例を示す図である。加工装置１００は、その機能的な構成として、駆動制御部１０１、凝集制御部１０２、吐出制御部１０３、位置検出部１０４、第１の吐出部１０６、第２の吐出部１０７、凝集部１０８、駆動部１０９及び検出装置１１０を備えている。
　駆動制御部１０１は、駆動部１０９に接続されている第１の吐出部１０６、第２の吐出部１０７及び凝集部１０８の位置、角度及び回転を制御する。駆動制御部１０１は、凝集制御部１０２、吐出制御部１０３及び位置検出部１０４とも接続されており、データをやりとりする。駆動制御部１０１による駆動部１０９の位置制御は、頭皮１０５にマーキングされたアライメントマークを参照し、位置合わせをしても良いし、検出装置１１０が撮像した画像に基づいて位置合わせしても良い。本実施形態においては、検出装置１１０が撮像した画像に基づいて駆動制御部１０１が各手段の駆動を制御する。
　凝集制御部１０２は、凝集部１０８の凝集条件を制御する。凝集制御部１０２は、凝集部１０８を稼働させるプログラムを記憶するメモリを備えており、患者に適する凝集条件を決定する。また、凝集制御部１０２は、凝集部１０８を稼働させるプログラムを読み書きする入力／出力部も含む。
　吐出制御部１０３は、第１の吐出部１０６、第２の吐出部１０７の吐出条件を指示する。吐出制御部１０３は、第１の吐出１０６と第２の吐出部１０７を稼働させるプログラムを稼働させるプログラムを記憶するメモリを備えている。また、第１の吐出１０６と第２の吐出部１０７を稼働させるプログラムを読み書きする入力／出力装置も含む。
　なお、これらのメモリ、入力／出力装置は凝集制御部１０２と共有していてもよく、例えばＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）やＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）などであってもよい。
　頭皮１０５は、例えばヒトの頭皮である。なお、頭皮１０５は上記に限定されず、サルなどの哺乳動物の霊長類や、ウマなどの有蹄類や、ウサギやマウスなどの小型哺乳類のげっ歯類など種々の生体の皮膚でもよい。
　第１の吐出部１０６は、頭皮１０５上の対象となる吐出位置に細胞を含む液滴を吐出する。本実施形態において、第１の吐出部１０６は、例えば間葉系細胞を含む液滴を吐出する。また、本実施形態において対象となる吐出位置とは、例えば、頭皮１０５に穿孔された複数の孔のうちの１つの孔である。
　第２の吐出部１０７は、頭皮１０５上の対象となる吐出位置に第１の吐出部１０６とは異なる細胞を含む液滴を吐出する。本実施形態において、第２の吐出部１０７は、例えば上皮系細胞を含む液滴を吐出する。
　第１の吐出部１０６、ならびに第２の吐出部１０７は、サーマル式インクジェットヘッド、圧電式インクジェットヘッド、静電式インクジェットヘッド、圧空式ジェットディスペンサなどを使用できるが、細胞を含む液滴を吐出することができれば何でもよい。また、吐出する１つの液滴の液滴量は１～５０００ｎｌの液滴であることが望ましいが、吐出量はこれに限定されない。なお、本実施形態では第１の吐出部１０６と第２の吐出部１０７の２つの吐出部を設置しているが、１つの孔に対して吐出する材料が増える場合には、さらに吐出部を設置しても良い。一方、間葉系細胞と上皮系細胞の両方の細胞を含む液滴を吐出する場合には、吐出部は１つでもよい。また、細胞以外を含む液滴を吐出しても良く、細胞以外の材料を吐出する場合は、混合液、もしくは単独液として吐出して良い。
　なお、生体に対して液滴を吐出するため、頭皮１０５の移動やズレ、形状変化、あるいは体液の滲み出しを考慮すると、５００滴／分以上の速度で吐出できる構成であることが望ましいが、これに限定されない。
　凝集部１０８は、第１の吐出部１０６、もしくは第２の吐出部１０７から吐出された液滴を凝集する。本実施形態において、凝集部１０８は、第１の吐出部１０６から吐出される間葉系細胞を含む液滴を凝集する。なお、凝集の対象となる液滴は、第１の吐出部１０６から吐出された液滴でなくてもよく、また、間葉系細胞を含む液滴だけでなくてもよい。すなわち、第２の吐出部１０７から吐出される上皮系細胞を含む液滴も凝集させてもよいし、１つの吐出部から間葉系細胞と上皮系細胞を含む液滴が吐出される場合には、該２つの細胞を含む液滴を凝集させてもよい。凝集部１０８としては、例えば、紫外線などの電磁波を発する装置、電子線などの粒子線を発する装置、もしくは、アルゴンレーザ、色素レーザ、Ｎｄ－ＹＡＧレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ及びダイオードレーザなどのレーザ光源を用いることができる。なお、凝集部１０８として用いられる装置は上記に限定されない。
　駆動部１０９は、第１の吐出部１０６、第２の吐出部１０７、凝集部１０８及び検出装置１１０が接続されており、駆動制御部１０１の指示に基づいて各手段を駆動させる。また、駆動部１０９は、スキャンステージと接続されており、これによりＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動可能となる。なお、駆動部１０９は、図１に示すようにＸスキャンステージ、ＹスキャンステージおよびＺスキャンステージと接続されている構成でもよいし、半球状のスキャンステージと接続されることによりＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動可能な構成でもよい。また、駆動部１０９は、チルト機構や回転機構を備えていても良い。これにより駆動部１０９に接続された各手段はＸＺ面内およびＸＹ面内で回転可能となる。さらに、本実施形態では、第１の吐出部１０６、第２の吐出部１０７、凝集部１０８及び検出装置１１０は一体となっているが、それぞれの機構が独立に駆動できる構成であっても良い。
　次に、第１の吐出部１０６と第２の吐出部１０７により吐出される細胞を含む液滴について説明する。
　液滴は、図３に示すように間葉系細胞を含む第１の液滴３０１と上皮系細胞を含む第２の液滴３０２とを含み構成される。２つの液滴にそれぞれ含まれる間葉系細胞と上皮系細胞は、毛髪再生能を有する毛包原基を形成するために少なくとも必要となる細胞である。なお、１つの液滴に間葉系細胞と上皮系細胞が含まれていてもよい。
　間葉系細胞は、間葉組織由来の細胞とその細胞を培養して得られる細胞の少なくとも一方を示している。例えば、間葉系細胞は毛乳頭細胞や真皮毛根鞘細胞、各種万能細胞などから得られる。
　上皮系細胞は、上皮組織由来の細胞とその細胞を培養して得られる細胞の少なくとも一方を示している。例えば、上皮系細胞は外毛根鞘最外層や毛母基部の上皮系細胞、各種万能細胞などから得られる。
　毛包原基は、毛包の基となる組織であり、上記の間葉系細胞と上皮系細胞を含む細胞群から構成されている。本実施形態においては頭皮１０５に穿孔された孔に対して上皮系細胞及び間葉系細胞を含む液滴が吐出され、その２つの細胞から構成される毛包原基が毛包を形成する。そして形成された毛包から毛幹を有する毛が形成および伸長する。すなわち、毛包原基は、毛包を形成し、且つ再生される毛の基となる。
　上皮系細胞と間葉系細胞の比率は、毛包形成の観点からは１：１であることが望ましく、２つの細胞の合計細胞数は１０００～１００００程度あれば、毛包原基を形成することができる。なお、細胞数の比率や細胞数は必ずしも上記の値でなくてもよい。
　また、液滴には、各細胞用の培地や細胞の生存および増殖に必要な栄養素、さらには抗生物質やホルモンのような補助物質が含まれてもよい。
　なお、前述の細胞は単体でもよいし、細胞群のような複数の細胞を含む集合体でもよい。本実施形態では、細胞群のように複数の細胞を含む集合体を細胞と称する。
　また、本実施形態では、第１の液滴３０１、すなわち間葉系細胞を含む液滴は、凝集工程において液滴の凝集を補助する物質を含む。さらに、液滴の凝集を補助する物質は、第２の液滴３０２、すなわち上皮系細胞を含む液滴にも含まれていてよい。すなわち、凝集を補助する物質は少なくとも間葉系細胞を含む液滴を凝集するように液滴に含まれていればよい。
　次に、図２、図３を用いて、図１の加工装置１００の処理の例について説明する。
　図２は、加工装置１００の処理手順の例を示すフローチャートである。また、図３は、図２のフローチャートにおける各工程の一例を図示している。具体的には、頭皮１０５に穿孔された１つの孔に対して第１の吐出部１０６および／または第２の吐出部１０７から液滴を吐出し、その後、凝集部１０８により吐出した液滴を凝集させる一連の工程を図示している。
　（ステップＳ２０１０：第１の吐出部を吐出位置へ移動）
　ステップＳ２０１０において、図３Ａに示すように、頭皮１０５上の対象となる孔に対して細胞を含む液滴を吐出可能な位置に第１の吐出部１０６を移動させる。具体的には、検出装置１１０により撮像した画像を位置検出部１０４が座標データに変換し、穿孔された孔の位置を検出する。その後、検出装置１１０から取得された位置情報に基づいて、駆動制御部１０１が、駆動部１０９に接続された第１の吐出部１０６を、吐出対象となる孔に対して液滴を吐出可能な位置に位置合わせする。なお、吐出可能な位置は、孔に対して鉛直方向に真上でなくてもよい。例えば第１の吐出部１０６の吐出角度を調整することにより、対象となる孔内に液滴を吐出可能な任意の位置であってもよい。
　（ステップＳ２０２０：吐出位置へ第１の液滴を吐出）
　ステップＳ２０２０において、図３Ｂに示すように、ステップＳ２０１０で位置合わせした吐出位置に対して第１の吐出部１０６から第１の液滴３０１を吐出する。具体的には、吐出制御部１０３により第１の吐出部１０６から吐出する第１の液滴３０１の吐出速度、吐出液滴の量、吐出タイミング等が制御される。なお、吐出速度、吐出液滴の量、吐出タイミング等は電圧印加の波形によって制御される。また、印加される電圧の波形はあらかじめ別装置（不図示）で行われる吐出観察及び着弾計測によって決定される。そして、制御されたパラメータに基づいて第１の吐出部１０６から対象となる孔に向かって第１の液滴３０１が吐出される。
　なお、１滴の液滴に含まれる細胞の数量が規定量に満たない場合には、同一の孔に対し複数回の吐出を行うように吐出指示を行う構成でもよい。
　（ステップＳ２０３０：第１の液滴を凝集）
　ステップＳ２０３０において、図３Ｃに示すように、凝集部１０８が電磁波もしくは粒子線を照射することによりステップＳ２０２０で孔に吐出された間葉系細胞と凝集を補助する物質を含む第１の液滴３０１を凝集させる。具体的には、凝集制御部１０２により患者に適する凝集条件に制御される。例えば、凝集部１０８がレーザ光源である場合には、レーザ発振器から発振されるレーザ光の強度やパルス数を励起エネルギー源の電流を患者に適する凝集条件に合わせて制御する。また、パルス幅やパルス周期も制御してもよい。
　第１の液滴３０１に含まれる凝集を補助する物質は、例えば、コラーゲン、ポリ乳酸、アガロースゲル、カルボキシメチルセルロース、ゼラチン、寒天、ハイドロゲル及び生体接着剤などを用いることができる。また、なお、凝集を補助する物質は上記に限定されず、生体への適合性を有する種々の高分子などを用いることができる。
　ここで、本ステップにおける間葉系細胞と凝集を補助する物質を含む第１の液滴３０１の凝集方法について詳説する。第１の液滴３０１は、液滴に含まれる凝集を補助する物質が放射線と反応し収縮することにより凝集する。すなわち、第１の液滴を凝集させるためには、凝集を補助する物質が液滴に含まれていることと放射線を照射することが必要となる。なお、凝集を補助する物質と放射線は、いずれも細胞に対してダメージが無い、もしくは限りなく小さいことが望ましい。また、凝集を補助する物質は、例えば生体適合材料であって、放射線による熱ダメージや光ダメージがないことが望ましい。
　上記の凝集を補助する物質と放射線のその組み合わせとしては、例えば、コラーゲンとレーザ光、ポリ乳酸と電子線などがある。
　まず、コラーゲンとレーザ光の組み合わせから説明する。
　コラーゲンは脊椎動物の器官を構成するタンパク質の一つである。コラーゲンとしては、例えば、グリシン約３５％、プロリン及び４－ヒドロキシプロリン約２１％、アラニン約１１％を有するタンパク質を用いることができる。コラーゲンは加熱により不可逆的に収縮するため、第１の液滴３０１のように細胞を含む液滴に懸濁させ、レーザ光により加熱することで液滴を凝集させることができる。また、コラーゲンは細胞の培養に使われる。
　用いるレーザ光源は、コラーゲンに対して吸収する波長であることが望ましい。具体的には、コラーゲンは４００～７００ｎｍの波長の光を吸収するため、この波長領域を有する光源を使うことが望ましい。
　また、用いるレーザ光源は、パルス光源であることが望ましい。パルス光源を用いることにより、コラーゲンに対する熱及び／または光ダメージを低減することができる。なお、コラーゲンへのダメージの制御は、レーザの出力、レーザのパルス周波数だけでなく、パルスのデューティ比によって行ってもよい。さらに、レーザによる熱ダメージは、冷却機構を利用することにより低減してもよい。
　さらに、用いるレーザ光源は、出力が可変であり、スポットサイズがマイクロメートルオーダーからミリメートルオーダーまで可変であることが望ましい。具体的には、毛髪の基となる毛包原基の大きさが１００～２００マイクロメートルであることから、それ以下の大きさのスポット光であることが望ましい。毛包原基の大きさよりも十分小さいスポット径である場合には、レーザを走査することによりコラーゲンの凝集状態とダメージ制御を行ってもよい。
　次に、ポリ乳酸と電子線の組み合わせについて説明する。
　ポリ乳酸は、乳酸がエステル結合により重合した生体適合材料であるため、間葉系細胞や上皮系細胞などの細胞の凝集を補助する物質として使用できる。具体的には、例えば、Ｌ，Ｌラクチド、Ｄ，Ｄラクチド、およびε－カプロラクトンの共重合体からなるポリ乳酸重合体などを用いることができる。ポリ乳酸は、電子線を照射することにより架橋が起こり硬化するため、細胞を含む液滴に懸濁させることにより液滴を凝集することができる。具体的には、例えば、１００ＫＶの加速電圧の条件下で、２～２０Ｍｒａｄの照射量によりポリ乳酸を懸濁させた第１の液滴３０１を凝集させる。
　なお、凝集を補助する物質と、放射線の組み合わせは上記に限定されず、例えば、天然の弾性タンパク質をベースとした物質が紫外線を照射することにより収縮する反応を利用して液滴を凝集させるなどしてもよい。紫外線の場合、平方センチメートルオーダーの面照射も可能となるため、複数の孔に対して細胞を吐出してから、まとめて細胞を凝集させることも可能となる。
　（ステップＳ２０４０：第２の吐出部を穿孔位置へ移動）
　ステップＳ２０４０において、ステップＳ２０３０において凝集させた液滴が孔内に存在する孔に対して細胞を含む液滴を吐出可能な位置に第２の吐出部１０７を移動させる。具体的には、検出装置１１０により撮像した画像を位置検出部１０４が座標データに変換し、穿孔された孔の位置を検出する。その後、検出装置１１０から取得された位置情報に基づいて、駆動制御部１０１が、駆動部１０９に接続された第２の吐出部１０７を、吐出対象となる孔に対して液滴を吐出可能な位置に位置合わせする。なお、吐出可能な位置は、孔に対して鉛直方向に真上でなくてもよい。例えば第２の吐出部１０７の吐出角度を調整することにより、対象となる孔内に液滴を吐出可能な任意の位置であってもよい。
　（ステップＳ２０５０：吐出位置へ第２の液滴を吐出）
　ステップＳ２０５０において、ステップＳ２０４０で位置合わせした吐出位置に対して第２の吐出部１０７から第２の液滴を吐出する。具体的には、ステップＳ２０３０に行った第１の吐出部１０６と同様の制御を行う。
　（ステップＳ２０６０：未処理の穿孔有り？）
　ステップＳ２０６０において、未処理の穿孔があるかどうか、すなわち予め設定した施術範囲内の全ての処理が完了したか否かを判定する。完了していた場合には、処理を終了する。一方、施術範囲内の全ての処理が完了していなかった場合には、ステップＳ２０２０に処理を戻す。
　以上によって、加工装置１００の処理が実施される。
　本実施形態によれば、間葉系細胞と凝集を補助する物質を含む液滴を頭皮に開いた孔に吐出する。そして、その液滴に対して電磁波もしくは粒子線を照射して凝集させることにより短時間で液滴を凝集させることができるため、毛髪の再生効率を向上させることができる。また、体内で凝集工程を行うことにより、血液から酸素、栄養分が供給されるため、細胞が死ににくくなり、毛髪の再生効率をさらに向上させることができる。
　（変形例１）
　本実施形態では、間葉系細胞と凝集を補助する物質を含む第１の液滴３０１を、凝集部１０８を用いて短時間で凝集させることにより毛包の再生効率を向上させた。しかしながら、凝集部１０８が凝集させる液滴は必ずしも間葉系細胞を含む液滴だけでなくてもよく、上皮系細胞を含む液滴も同様に凝集させてもよい。すなわち、上皮系細胞を含む第２の液滴３０２に対しても第１の液滴３０１と同様に凝集を補助する物質を懸濁させる。そして、上皮系細胞と凝集を補助する物質を含む第２の液滴３０２を生成し、新たに生成した第２の液滴３０２を吐出し、凝集部１０８を用いて凝集させてもよい。この場合、図４Ｅに示すように、第１実施形態におけるステップＳ２０５０とステップＳ２０６０の間に、Ｓ２０３０と同様の処理を行う。
　上記によれば、間葉系細胞を含む液滴だけでなく上皮系細胞を含む液滴も短時間で凝集させることができるため毛包の再生効率を向上させることができる。
　＜第２実施形態＞
　第１実施形態では、細胞を含む液滴を生体の皮膚に穿孔された孔内に吐出し、孔内の液滴を凝集部１０８により電磁波もしくは粒子線を照射し凝集させた。一方、本実施形態に係る加工装置は、体外で凝集させた細胞を含む液滴を生体の皮膚に穿孔された孔内に吐出する加工装置である。具体的には、例えば、間葉系細胞と凝集を補助する物質を含む懸濁液をシャーレなどの容器に分注し、容器に分注された液滴に対して凝集部１０８により放射線を放射し、液滴を凝集させる。このとき、シャーレと細胞の凝集物を離型する目的で、シャーレ表面をポリエチレングリコールで修飾しておくとよい。その後、凝集させた液滴を吐出部に充填し、生体の皮膚に穿孔された孔内に吐出する。なお、このとき、同様にして上皮系細胞を含む液滴にも凝集を補助する物質を含ませることにより凝集させてもよいが必ずしも行わなくてもよい。
　なお、以下では第１実施形態と同様に液滴を吐出する対象となる生体の皮膚は頭皮であって、第１の液滴は間葉系細胞を含む液滴であり、第２の液滴は上皮系細胞を含む液滴であるとして説明を行う。しかしながら、吐出対象となる生体の皮膚や、液滴内に含まれる物質はこれに限定されない。
　以下、図５、図６を用いて本実施形態の構成および処理を説明する。
　図５は、本実施形態における加工装置１００の処理手順の例を示すフローチャートである。また、図６は、図５のフローチャートにおける凝集工程の一例を図示している。図５のフローチャートにおけるステップＳ５０２０からＳ５０６０は、第１の実施形態のステップＳ２０１０、ステップＳ２０２０、ステップＳ２０４０からＳ２０６０と同様の処理を行うため、説明を省略する。以下で、図２のフローチャートとの相違部分についてのみ説明する。
　なお、本実施形態における加工装置１００の構成は、第１実施形態に係る加工装置１００と同様の構成を備え、構成する各手段の機能は同じであるため説明を省略する。また、第１実施形態と同様に、第１の吐出部１０６、第２の吐出部１０７、凝集部１０８は、それぞれの機構が独立に駆動できる構成であっても良く、本実施形態では凝集部１０８は別体として備えられている。
　（ステップＳ５０００：細胞と凝集を補助する物質を含む懸濁液を容器に分注）
　ステップＳ５０００において、細胞と凝集を補助する物質を含む懸濁液を容器６０１に分注する。具体的には、間葉系細胞と凝集を補助する物質を含む懸濁液を容器６０１に分注する。また、上皮系細胞を含む懸濁液を、間葉系細胞と凝集を補助する物質を含む懸濁液を分注した容器６０１とは異なる容器に分注する。なお、間葉系細胞と上皮系細胞と凝集を補助する物質を含む懸濁液を容器６０１に分注してもよい。容器６０１は、例えばシャーレなどを用いることができる。シャーレには、分注した液滴が広がりにくくなるように凹加工を施してもよい。また、後段の凝集工程において、細胞へのダメージを減らすため容器６０１下部に冷却機構６０２を配置してもよい。冷却機構６０２は、例えば、氷などを用いることができる。容器６０１を使って体外で細胞の凝集を行うことにより、冷却機構６０２を配置しやすいため、細胞のダメージを低減することができる。
　（ステップＳ５０１０：凝集部により液滴を凝集）
　ステップＳ５０１０において、凝集部１０８により容器６０１に分注された液滴を凝集させる。具体的には、第１実施形態と同様に、凝集を補助する物質に適する凝集部１０８によって放射線を照射し、液滴を凝集させる。また、本実施形態では、図６Ａに示すように、間葉系細胞を含む第１の液滴３０１に対して、凝集部１０８が放射線を照射することにより、第１の液滴３０１を凝集させる。なお、図３Ｂに示すように、上皮系細胞を含む第２の液滴３０２に凝集を補助する物質を含ませることにより凝集処理を行ってもよい。
　そして凝集させた第１の液滴３０１及び／または第２の液滴３０２を吐出部に充填する。
　以上によって、加工装置１００の処理が実施される。
　本実施形態によれば、頭皮に穿孔された孔に対して間葉系細胞を含む液滴と上皮系細胞を含む液滴に凝集を補助する物質を懸濁させる。そして、凝集を補助する物質を懸濁させた液滴に電磁波もしくは粒子線を照射して短時間で凝集させることにより毛髪の再生効率を向上させることができる。
　＜その他の実施形態＞
　また、開示の技術は例えば、システム、装置、方法、プログラム若しくは記録媒体（記憶媒体）等としての実施態様をとることが可能である。具体的には、複数の機器（例えば、ホストコンピュータ、インターフェイス機器、撮像装置、ｗｅｂアプリケーション等）から構成されるシステムに適用しても良いし、また、１つの機器からなる装置に適用しても良い。
　また、本発明の目的は、以下のようにすることによって達成されることはいうまでもない。すなわち、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコード（コンピュータプログラム）を記録した記録媒体（または記憶媒体）を、システムあるいは装置に供給する。係る記憶媒体は言うまでもなく、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体である。そして、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行する。この場合、記録媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記録した記録媒体は本発明を構成することになる。
　以下に図面を参照しつつ、本明細書に開示の加工装置の好適な実施例について説明する。
　ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。また、実施例に係る具体的な液滴の吐出量、部材の制御位置や速度に関しても同様である。つまり、本明細書の開示の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。
　＜第１実施例＞
　以下、図３を用いて本明細書に開示の加工装置の第１実施例について説明する。
　予め、マウスの背中から皮膚を採取し、上皮層と真皮層に分離する。その後、それぞれの層より、上皮系幹細胞と間葉系幹細胞を取り出し、それぞれの細胞を培養した後、基本培地とコラーゲンを混ぜ合わせ、吐出用懸濁液とする。吐出用懸濁液の液粘度は、５０ｍＰａ・ｓｅｃに調整する。
　続いて、マウスの頭部に対してＣＯ２レーザ（キーエンス製ＭＬ－Ｘ９６５０）を使用してアレイ状に穿孔を行う。アレイは１～３ｍｍ程度の間隔とする。レーザパワーは、２４Ｗで、ワーキングディスタンスは９２ｍｍとする。スポット径は約８０μｍとする。レーザの走査には、ＣＯ２レーザに搭載されていたガルバノミラーを使用する。穿孔の形状はφ０．５ｍｍ、深さ１ｍｍとする。
　第１の吐出部１０６と第２の吐出部１０７としては、Ｊｅｔ　Ｓｐｏｔｔｅｒ（武蔵エンジニアリング製）を使用する。細胞の大きさを考慮し、ノズル径は１５０μｍのものを使用する。吐出量は、穿孔部の体積を考慮し、３０ｎＬを吐出する。細胞を含む懸濁液の濃度は、３０ｎＬ中に５０００個の細胞を含むよう濃度調整を行う。凝集用のコラーゲン濃度は５％とする。また、ノズル内で細胞が沈降してしまわないように、適度なタイミングでバブリングによる攪拌を行う。細胞の吐出速度は、５ｍ／ｓｅｃとなるように吐出波形を調整する。
　間葉系細胞から構成される吐出用懸濁液を、第１の吐出部１０６にセットし、上皮系幹細胞から構成される吐出用懸濁液を第２の吐出部１０７にセットする。続いて、マウスに麻酔処理を施し、固定した後、駆動部１０９を使って第１の吐出部１０６をマウスの穿孔部に移動する。穿孔部と吐出位置を一致させるため、カメラで撮像した映像を元に吐出部の位置調整を行う。その後、図３Ａのように孔に間葉系細胞を吐出する。吐出は、最終的に１孔当たり２５００個程度の間葉系細胞が注入されれば良く、１滴で吐出しても良いし、複数の液滴を吐出しても良い。
　続いて図３Ｂのように穿孔内に注入した間葉系細胞を凝集させるために色素レーザを照射する。色素レーザの照射波長は、５９５ｎｍであるためコラーゲンへの吸収が高い一方で、頭皮を構成する水分に対する吸収が小さいため周りの細胞への熱ダメージを最小限に抑えられる。色素レーザの周波数は２ＫＨｚとする。照射条件は、７．５Ｊ／ｃｍ２で照射する。また、レーザの照射の際、熱ダメージが入るので、患部の周りを氷で冷却しながらレーザの照射を行う。
　間葉系細胞を凝集させた後、駆動部１０９を使って第２の吐出部１０７を、間葉系細胞を凝集させた穿孔上に移動し、図３Ｄのように上皮系細胞を吐出する。吐出は、最終的に１孔当たり２５００個程度の上皮系細胞が注入されれば良く、１滴で吐出しても良いし、複数の液滴を吐出しても良い。
　上皮系細胞を吐出後、図３Ｂと同様のプロセスで上皮系細胞を凝集させた。これらの図３Ａ～３Ｄの工程をマウスの穿孔部すべてに対して行った後、作業を終了する。
　＜第２実施例＞
　まず、図６Ａのようにシャーレ上に間葉系細胞数が約２５００個となるように吐出用懸濁液を分注する。シャーレ上では、吐出用懸濁液が広がってしまうため、広がりにくくなるようにシャーレに凹加工を施す。分注された間葉系細胞に第１の実施例の図３Ｂと同条件で色素レーザを照射し、間葉系細胞を凝集させる。凝集の際、間葉系細胞へのダメージを減らすためシャーレ下部に冷却機構を配置して冷却する。本実施例では、氷を冷却機構とする。
　続いて、凝集された間葉系細胞を第１の吐出部１０６に充填した後、駆動部１０９を用いて第１の吐出部１０６を、頭皮の穿孔部上に移動し、間葉系細胞の凝集物を吐出する。
　上皮系幹細胞の凝集も図３Ａと同条件で行った後、第１実施例と同様にして、凝集された間葉系細胞上に吐出する。
　これらの図３Ａ～図３Ｄの工程をマウスの穿孔部すべてに対して行った後、作業を終了する。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
　本願は、２０１９年２月２２日提出の日本国特許出願特願２０１９－０３０３７１を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。

Claims (20)

  1. 　細胞及び凝集を補助する物質を含む液滴を生体に開いた１つの孔に対して吐出する吐出手段と、
    　前記液滴を凝集させる凝集手段と、
    　を備えることを特徴とする加工装置。
  2. 　液滴を凝集させる凝集手段と、
    　前記凝集部により凝集された、間葉系細胞と凝集を補助する物質を含む液滴を吐出する吐出手段と、
    　を備えることを特徴とする加工装置。
  3. 　前記細胞及び凝集を補助する物質を含む液滴は、間葉系細胞を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の加工装置。
  4. 　前記細胞及び凝集を補助する物質を含む液滴は、上皮系細胞を含むことを特徴とする請求項３に記載の加工装置。
  5. 　前記細胞及び凝集を補助する物質を含む液滴は、ポリ乳酸、アガロースゲル、カルボキシメチルセルロース、ゼラチン、寒天、ハイドロゲル及び生体接着剤のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加工装置。
  6. 　前記凝集手段は、電磁波もしくは粒子線を照射することにより前記液滴を凝集させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の加工装置。
  7. 　前記凝集手段は、紫外線、電子線、アルゴンレーザ、色素レーザ、Ｎｄ－ＹＡＧレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ及びダイオードレーザのうちいずれか１つであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の加工装置。
  8. 　間葉系細胞とコラーゲンを含む液滴を頭皮に開いた１つの孔に対して吐出する第１の吐出手段と、
    　前記間葉系細胞とコラーゲンを含む液滴にレーザ光を照射することにより、前記間葉系細胞とコラーゲンを含む液滴を凝集させる凝集手段と、
    　上皮系細胞を含む液滴を前記孔に対して吐出する第２の吐出手段と、
    　を備えることを特徴とする加工装置。
  9. 　前記上皮系細胞を含む液滴は、前記コラーゲンをさらに含み、
    　前記凝集手段は、前記上皮系細胞とコラーゲンを含む液滴を凝集させることを特徴とする請求項８に記載の加工装置。
  10. 　前記加工装置は、毛包の再生のために用いられることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の加工装置。
  11. 　前記孔の位置および形状を検出する検出手段と、
    　前記吐出手段、前記凝集手段及び前記検出手段と接続され、各手段を駆動する駆動手段と、
    　をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の加工装置。
  12. 　前記孔は、前記生体の皮膚の表皮及び真皮の一部を除去することにより形成された孔であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の加工装置。
  13. 　細胞及び凝集を補助する物質を含む液滴を生体に開いた１つの孔に対して吐出する吐出工程と、
    　前記液滴を凝集させる凝集工程と、
    　を備えることを特徴とする加工方法。
  14. 　細胞及び凝集を補助する物質を含む液滴を生体に開いた１つの孔に対して吐出する第１の吐出工程と、
    　細胞及び凝集を補助する物質を含む液滴を、電磁波もしくは粒子線を照射することにより凝集させる凝集工程と、
    　前記細胞及び凝集を補助する物質を含む液滴とは異なる細胞を含む液滴を前記孔に対して吐出する第２の吐出工程と、
    　を備えることを特徴とする加工方法。
  15. 　前記凝集工程は、前記孔に対して吐出された前記液滴を凝集させることを特徴とする請求項１３に記載の加工方法。
  16. 　前記第１の吐出工程は、前記凝集工程において凝集された前記液滴を前記孔に対して吐出することを特徴とする請求項１４に記載の加工方法。
  17. 　前記細胞及び凝集を補助する物質を含む液滴は、間葉系細胞を含むことを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の加工方法。
  18. 　前記凝集を補助する物質は、ポリ乳酸、アガロースゲル、カルボキシメチルセルロース、ゼラチン、寒天、ハイドロゲル及び生体接着剤のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれか１項に記載の加工方法。
  19. 　前記細胞及び凝集を補助する物質を含む液滴とは異なる細胞を含む液滴は、上皮系細胞を含むことを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれか１項に記載の加工方法。
  20. 　請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の加工装置の各手段の制御をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
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