WO2025205447A1 - 細胞培養デバイス、細胞培養デバイスの使用方法 - Google Patents

細胞培養デバイス、細胞培養デバイスの使用方法

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WO2025205447A1
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well
microchannel
cell culture
culture device
cells
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誠 山中
郁郎 鈴木
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Ushio Denki KK
Tohoku Institute of Technology
Original Assignee
Ushio Denki KK
Tohoku Institute of Technology
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M3/00—Tissue, human, animal or plant cell, or virus culture apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00—Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/06—Animal cells or tissues; Human cells or tissues

Definitions

  • the present invention relates to a cell culture device, and in particular to a cell culture device used for culturing multiple cells in contact with each other.
  • the present invention also relates to a method for using the cell culture device.
  • FIG 17 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional cell culture device disclosed in Patent Document 1.
  • cell culture device 80 is composed of an upper plate 80a and a lower plate 80b joined together.
  • Cell culture device 80 has multiple wells (81, 82) made up of through-holes that penetrate upper plate 80a, and a microchannel 83 that connects wells 81 and 82.
  • the width and height of microchannel 83 are approximately 100 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the required culture period for each cell varies. For example, it is assumed that culturing of neuron 91 begins in well 81, and then, a certain period of time has passed, culturing of cell 92 begins in well 82. However, because well 82 is connected to well 81 via microchannel 83, it is conceivable that when cell 92 is placed in well 82, the culture medium for neuron 91 and the physiologically active substances released by neuron 91 will have diffused into well 82. Even if culturing of neuron 91 and cell 92 begins simultaneously, it is difficult for an operator to simultaneously add each cell and culture medium to each well.
  • the opening and closing section can be opened to connect the first well and the second well.
  • the opening/closing portion may have a partition plate inserted into the slit.
  • the above configuration prevents neurons from invading the microchannel when they are cultured in the first or second well. Meanwhile, neurites growing from the neurons can be introduced into the microchannel.
  • This configuration is advantageous in that it makes it easier to evaluate the junction between the cells and neurites growing from the neurons.
  • the above configuration makes it possible to evaluate interactions between cells in more complex systems. For example, when evaluating interactions between multiple cells, such as in systems within the brain, it becomes more important to set culture conditions appropriate for each individual cell. In other words, the more complex the system, the more susceptible the culture conditions of a cell are to being affected by the culture conditions of other cells. In contrast, the above configuration is advantageous in that it makes it possible to set culture conditions appropriate for each individual cell by adjusting the aperture of the microchannel.
  • the microchannel of the cell culture device is composed of a plurality of grooves formed on the bottom,
  • the step (d) may include a step of infiltrating neurites into each of the plurality of grooves.
  • FIG. 1 is a perspective view of a cell culture device according to a first embodiment.
  • 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1.
  • 2B is a view in which the opening and closing portion is omitted from FIG. 2A.
  • FIG. 2C is a plan view of FIG. 2B as viewed in the ⁇ Z direction.
  • 2C is a diagram of the microchannel as viewed from the first well in the state of FIG. 2B.
  • FIG. 10 is a perspective view showing how the partition plate is inserted into the slit.
  • 2B is a diagram showing a state in which the position of the partition plate is changed from the state of FIG. 2A.
  • 10 is a diagram showing a state in which cells that are nerve cells are placed in a first well.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view of a cell culture device according to a third embodiment, similar to FIG. 2A.
  • FIG. FIG. 13B is an enlarged view of the vicinity of the hinge in FIG. 13A.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a configuration example of a cell culture device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 14B is a schematic diagram showing the positional relationship between each well of the cell culture device shown in FIG. 14A and a microchannel.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing another configuration example of the cell culture device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 15B is a schematic diagram showing the positional relationship between each well of the cell culture device shown in FIG. 15A and a microchannel.
  • FIG. 10 is a perspective view showing yet another configuration example of the cell culture device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 16B is a schematic diagram showing the positional relationship between each well of the cell culture device shown in FIG. 16A and a microchannel.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional cell culture device.
  • the main body 3 is bonded to the main surface 2a of the bottom 2. As shown in Figure 2A, the bonding of the bottom 2 and the main body 3 forms a bonding surface 15.
  • the first well 11 and the second well 12 are configured as through-holes that penetrate the main body 3 in the Z direction.
  • the first well 11 and the second well 12 both expose the main surface 2a of the bottom 2 when viewed from the +Z side to the -Z direction.
  • FIG. 3 is a plan view of FIG. 2B when viewed in the -Z direction. As with FIG. 2B, the opening/closing portion 6 is not shown in FIG. 3.
  • the first well 11 and the second well 12 have a rectangular shape when viewed in the -Z direction.
  • the shape of the first well 11 and the second well 12 is arbitrary, and they may have a circular shape when viewed in the -Z direction, for example.
  • FIG. 2A the first well 11 and the second well 12 are connected to each other in the X direction by a microchannel 4.
  • the microchannel 4 is formed in part of the joining surface 15 between the bottom portion 2 and the main body portion 3.
  • Figure 4 is a diagram of the microchannel 4 as viewed from the first well 11 side in the state of Figure 2B.
  • the width (dimension in the Y direction) of the microchannel 4 is set to be equal to the width of the first well 11 in the Y direction.
  • the height H1 (dimension in the Z direction) of the microchannel 4 is shown schematically.
  • a cell culture method using the cell culture device 1 will be described. As an example, a method will be described below in which nerve cells are placed in the first well 11 and cells that constitute skeletal muscle are placed in the second well 12, and these cells are cultured in a state where they are in contact with each other.
  • Step S1 Closing of microchannel 4
  • the position of the partition plate 20 in the Z direction is changed so that the partition plate 20 is in contact with the main surface 2a of the bottom portion 2, thereby closing the microchannel 4 (see FIG. 6).
  • Step S1 corresponds to process (a).
  • Step S2 Culturing cells 31
  • cells are placed in the first well 11 together with a predetermined culture solution.
  • Figure 7 is a diagram showing the state in which cells 31, which are nerve cells, have been placed in the first well 11. Specifically, a culture solution 32 containing cells 31 is injected into the first well 11, so that the cells 31 are seeded on the bottom surface of the first well 11. Thereafter, the cells 31 are cultured in the first well 11 for a predetermined period (e.g., several days), so that neurites 31a grow from the cells 31.
  • the cells 31 correspond to "first cells.”
  • the microchannel 4 is blocked by a partition plate 20. Therefore, while the cells 31 are being cultured, the culture medium 32 and the physiologically active substances released by the cells 31 are prevented from diffusing into the second well 12.
  • the "closed state" in which the microchannel 4 is blocked does not only refer to a state in which the partition plate 20 is in contact with the bottom 2, but also includes a state in which the partition plate 20 is close to the bottom 2 and the microchannel 4 is substantially blocked.
  • substantially blocked may also mean that the distance between the partition plate 20 and the bottom 2 is 1.0 ⁇ m or less. In consideration of the surface tension of the liquid, a distance of 1.0 ⁇ m or less between the partition plate 20 and the bottom 2 prevents the culture medium, etc., from passing through the microchannel 4.
  • Step S2 corresponds to process (b).
  • Step S3 Culturing cells 33
  • target cells to be contacted with the cells 31 are placed together with a predetermined culture solution.
  • Fig. 8 is a diagram showing the state in which the cells 33 are placed in the second well 12. Specifically, a culture solution 34 containing the cells 33 is injected into the second well 12, so that the cells 33 are seeded on the bottom surface of the second well 12. Thereafter, the cells 33 are cultured in the second well 12 for a predetermined period (e.g., several days). The cells 33 correspond to "second cells.”
  • cell 31 is a nerve cell, and neurite 31a binds to cell 33, bringing cell 31 and cell 33 into contact, but both cell 31 and cell 33 may be nerve cells.
  • the cell culture device 1 is not limited to an example in which cells come into contact with each other via neurite 31a.
  • the film 21 can be deformed, thereby changing the position of the film 21 in the Z direction.
  • the fluid L1 is a liquid
  • the microchannel 4 can be opened by lowering the height of the liquid fluid L1 below the liquid level of the culture medium.
  • the opening degree of the microchannel 4 can be adjusted by adjusting the relationship between the height of the fluid L1 and the liquid level of the culture medium. In other words, the opening degree of the microchannel 4 is adjusted by changing the pressure in the space A1.
  • the fluid L1 functions as an opening degree adjustment mechanism that adjusts the opening degree of the microchannel 4.
  • film 21 is preferably made of a material that is flexible when formed into a film.
  • film 21 may be made of a material such as silicone resin, styrene butadiene copolymer resin, polyethylene terephthalate, or cycloolefin polymer (COP).
  • the thickness of film 21 (dimension in the Z direction) is 5 ⁇ m to 15 ⁇ m. The thickness of film 21 can be adjusted as appropriate in consideration of the material that makes up film 21 and the height H1 of microchannel 4.
  • the microchannel 4 is composed of multiple grooves 8 (see Figure 11A)
  • the multiple grooves 8 can be substantially blocked, as described with reference to Figure 11B.
  • the hinge 25 has a base portion 25a, a movable plate 25b, and an axis 25c that rotates the movable plate 25b relative to the base portion 25a.
  • the hinge 25 has a shape that extends in the Y direction, and spans the entire area of the microchannel 4 in the Y direction.
  • the opening degree of the microchannel 4 can be adjusted by changing the open/close state of the movable plate 25b relative to the base portion 25a.
  • the microchannel 4 is closed by bringing the movable plate 25b into contact with the main surface 2a of the bottom portion 2. Furthermore, by changing the position of the movable plate 25b in the Z direction and moving the movable plate 25b away from the main surface 2a, the microchannel 4 is opened.
  • the hinge 25 corresponds to the "opening/closing portion 6."
  • One method for changing the open/closed state of the hinge 25 is to use magnetic force.
  • a magnet (not shown) may be placed on part of the movable plate 25b, and another magnet (not shown) may be placed on the -Z side of the bottom 2, thereby attracting the movable plate 25b by attractive force and bringing it into contact with the main surface 2a of the bottom 2.
  • a repulsive force may be generated to move the movable plate 25b away, opening the microchannel 4.
  • the movable plate 25b may be made of a metal material, and an opening penetrating the main body 3 may be formed on the +Z side of the hinge 25. In this case, the open/closed state of the movable plate 25b can be changed by appropriately placing a magnet on the -Z side of the bottom 2 or on the +Z side of the hinge 25 via the opening.
  • the opening degree of the microchannels (4a, 4b) may be adjusted by deforming the film 21, for example, as described in the second embodiment.
  • Figure 15A is a schematic diagram showing another example configuration of the cell culture device 1 according to the fourth embodiment
  • Figure 15B is a schematic diagram showing the positional relationship between each well and microchannel of the cell culture device 1 according to Figure 15A.
  • a second well 12a may be formed on the +X side of the first well 11, and a second well 12b may be formed on the +Y side.
  • a third well 13 may be formed on the +Y side of the second well 12a, and the second wells (12a, 12b) may be connected to the third well 13 by microchannels (5a, 5b).
  • FIG. 16A is a perspective view showing yet another example configuration of a cell culture device 1 according to the fourth embodiment
  • FIG. 16B is a schematic diagram showing the positional relationship between each well and microchannel in the cell culture device according to FIG. 16A.
  • the first well 11 and the third well 13 may be connected to each other by a microchannel 4c.
  • the third well 13 corresponds to the second well 12c connected to the first well 11.
  • second well 12a and second well 12b may be interconnected by a microchannel.
  • microchannel 4c merges with this microchannel, so it has an X-shape when viewed in the Z direction.
  • Microchannel 4c is configured so that its opening can be adjusted, for example, by inserting a partition plate 20 also having an X-shape into X-shaped slit 7 (see Figure 16A).
  • a film 21 in the formation area of each microchannel, the opening of each microchannel can be adjusted, as described in the second embodiment.
  • the opening degree of microchannels 4a-4c and microchannels 5a-5b is adjusted by the partition plate 20.
  • the opening degree of each microchannel may be adjusted by the film 21.
  • the opening degree of each microchannel may be adjusted by the hinge 25.
  • Cell culture device 2 Bottom 3: Main body 4, 4a to 4c, 5a, 5b: Microchannel 6: Opening/closing section 7: Slit 8: Groove 11: First well 12, 12a to 12c: Second well 13: Third well 15: Bonding surface 20: Partition plate 21: Film 22: Fluid supply section 22a: Pipe 25: Hinge 25a: Base 25b: Movable plate 25c: Axis 31, 33: Cell 31a: Neurite 32, 34: Culture solution 80: Cell culture device 81, 82: Well 83: Microchannel 91, 92: Cell

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Abstract

複数の細胞を接触させる前に、それぞれの細胞に適した培養条件を設定できる細胞培養デバイス、及び細胞培養デバイスの使用方法を提供する。　細胞培養デバイスは、底部と前記底部に接合された本体部とを含む細胞培養デバイスであって、前記本体部を貫通する貫通孔からなり、前記底部の主面に平行な方向に関して相互に隣り合う位置に形成された、第一ウェル及び第二ウェルと、前記底部と前記本体部との接合面の一部に形成され、前記第一ウェルと前記第二ウェルとを相互に連絡するマイクロ流路と、前記底部の主面に直交する方向に関する位置を変更可能に構成され、前記マイクロ流路の開度を調整する開閉部と、を備える。

Description

細胞培養デバイス、細胞培養デバイスの使用方法
　本発明は、細胞培養デバイスに関し、特に複数の細胞を接触させた状態で培養する用途に利用される細胞培養デバイスに関する。また、本発明は、細胞培養デバイスの使用方法に関する。
　生体内では、神経細胞から成長した神経突起が、心筋、骨格筋、又は皮膚細胞等の他の細胞と接触している。これらの細胞の相互作用を観察するために、in vitro（体外）で神経細胞と他の細胞とを接触させた状態で培養する方法が知られている（下記特許文献１参照）。
特許第６４３０６８０号公報
　従来、特許文献１に代表されるように、神経細胞と他の細胞とを接触させた状態で培養することを目的として、複数のウェルと、複数のウェルを互いに連絡する流路を備えた細胞培養デバイスが提案されている。
　しかし、本発明者は、従来の細胞培養デバイスでは、細胞同士を接触させる前に、それぞれの細胞に適した培養条件を設定するのが困難であることに気が付いた。それぞれの細胞に適した培養条件を設定できなければ、各細胞を所望の状態に培養することが困難になる。このような細胞同士を接触させて培養しても、細胞間の相互作用が再現できず、観察の精度が低下してしまう。
　本発明は、上記課題に鑑み、複数の細胞を接触させる前に、それぞれの細胞に適した培養条件を設定できる細胞培養デバイス、及び細胞培養デバイスの使用方法を提供することを目的とする。
　本発明に係る細胞培養デバイスは、
　底部と前記底部に接合された本体部とを含む細胞培養デバイスであって、
　前記本体部を貫通する貫通孔からなり、前記底部の主面に平行な方向に関して相互に隣り合う位置に形成された、第一ウェル及び第二ウェルと、
　前記底部と前記本体部との接合面の一部に形成され、前記第一ウェルと前記第二ウェルとを相互に連絡するマイクロ流路と、
　前記底部の主面に直交する方向に関する位置を変更可能に構成され、前記マイクロ流路の開度を調整する開閉部と、を備えることを特徴とする。
　本明細書において、「主面」とは、板状の物体を構成する表面のうち、他の面よりもはるかに面積が大きい面を指す。
　図１７は、特許文献１に開示された従来の細胞培養デバイスの構造を示す断面図である。図１７に示すように、細胞培養デバイス８０は、上板８０ａと下板８０ｂとが接合されて構成される。細胞培養デバイス８０は、上板８０ａを貫通する貫通孔からなる複数のウェル（８１，８２）と、ウェル８１とウェル８２を互いに連絡するマイクロ流路８３を有する。一例として、マイクロ流路８３の幅及び高さは１００μｍ～２００μｍ程度とされる。
　細胞を培養する際には、神経細胞９１がウェル８１の底面に配置されると共に、神経細胞９１を覆うように培養液がウェル８１に投入される。また、ウェル８２では、神経細胞９１と接触される対象の細胞９２が底面に配置されると共に、細胞９２を覆うように培養液がウェル８２に投入される。神経細胞９１が培養されることで、神経細胞９１から神経突起９１ａが成長する。神経突起９１ａはマイクロ流路８３を介してウェル８２に到達し、細胞９２と結合する。これにより、神経細胞９１と細胞９２とを接触させた状態で、これらの細胞の相互作用を観察することができる。
　しかし、本発明者は、図１７に示す構造の細胞培養デバイスでは、以下の課題が存在することに気が付いた。
　神経細胞９１と細胞９２を接触させる前に、神経細胞９１及び細胞９２を所望の状態に培養する必要がある。ここで、個々の細胞によって、要求される培養条件は異なる。ところが、細胞培養デバイス８０では、ウェル８１とウェル８２がマイクロ流路８３で連絡されているため、神経細胞９１と細胞９２が互いに接触する前の状態において、神経細胞９１が放出する生理活性物質がウェル８２内に拡散して、細胞９２の培養に影響を及ぼしてしまう。また、同様に、細胞９２が放出する生理活性物質は、ウェル８１内に拡散して、神経細胞９１の培養に影響を及ぼす。
　また、個々の細胞によって成長速度が異なるため、それぞれの細胞に要求される培養期間は異なる。例えば、ウェル８１で神経細胞９１の培養を開始してから、所定期間が経過した後に、ウェル８２で細胞９２の培養を開始することが想定される。しかし、ウェル８２はマイクロ流路８３でウェル８１と連絡されているため、細胞９２をウェル８２に配置する際に、ウェル８２内に神経細胞９１の培養液、及び神経細胞９１が放出する生理活性物質が拡散していることが考えられる。神経細胞９１と細胞９２の培養を同時に開始する場合でも、作業者が同時にそれぞれの細胞及び培養液を各ウェルに投入するのは困難である。
　このように、細胞培養デバイス８０では、細胞同士が接触する前の状態において、それぞれの細胞に適した培養条件を設定するのが困難であった。それぞれの細胞に適した培養条件を設定できなければ、各細胞を所望の状態に培養することが困難になる。
　なお、それぞれの細胞を別個に培養してから、細胞をピペットなどで移動させて、細胞同士を接触させることも考えられる。しかし、細胞をピペットで出し入れする際に、細胞が損傷する懸念があり、観察の精度という観点から妥当な方法とはいえない。
　本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、本発明を案出するに至った。
　上記構成によれば、開閉部によって、マイクロ流路の開度を調整することが可能である。詳細は後述するが、開閉部を閉状態とすることで、マイクロ流路を閉塞しながら、第一ウェル及び第二ウェルのそれぞれにおいて細胞を培養することが可能である。つまり、マイクロ流路が閉塞されることで、第一ウェルと第二ウェルとの間の培養液等の拡散が抑制される。これにより、第一ウェル及び第二ウェルにおいて、個々の細胞に適した培養条件を設定することができる。
　また、それぞれの細胞の培養が完了した後、開閉部を開状態とすることで、第一ウェルと第二ウェルを連絡することができる。上記構成によれば、細胞同士を接触させる際に、例えばピペット等で細胞を取り出す必要が無く、細胞を損傷しにくい。
　上記細胞培養デバイスは、
　前記本体部側から見たときに、前記第一ウェルと前記第二ウェルに挟まれた位置に形成され、開度調整機構を導入可能なスリットを有しても構わない。
　上記細胞培養デバイスにおいて、
　前記開閉部は、前記スリットに挿入された仕切り板を有しても構わない。
　また、上記細胞培養デバイスは、
　前記スリット内に流体を導入又は排出する流体供給部をさらに備え、
　前記開閉部は、前記スリットの前記底部側の開口を覆うフィルムを有しても構わない。
　開閉部の詳細な構造については、「発明を実施するための形態」の項で詳述される。
　上記細胞培養デバイスにおいて、
　前記マイクロ流路の高さは、神経細胞の径より小さく、神経突起の径よりも大きくても構わない。
　上記構成によれば、第一ウェル又は第二ウェル内で神経細胞を培養する場合において、マイクロ流路内に神経細胞が侵入することが抑制される。一方で、神経細胞から成長した神経突起は、マイクロ流路に導入可能である。上記構成は、神経細胞から成長した神経突起と細胞との接合部分の評価が容易になるという点で好適である。
　上記細胞培養デバイスにおいて、
　前記マイクロ流路は、前記底部に形成された複数の溝から構成されても構わない。
　神経細胞からは、複数の神経突起が成長する。上記構成によれば、神経細胞から成長した神経突起を、それぞれの溝に対して侵入させることができる。これにより、神経突起の観察が容易になる。
　上記細胞培養デバイスは、
　複数の前記第二ウェルを備え、
　前記第一ウェルと複数の前記第二ウェルとは、それぞれ異なる前記マイクロ流路で連絡されても構わない。
　上記構成によれば、より複雑な系における細胞同士の相互作用を評価することができる。例えば、脳内の系のように、複数の細胞の相互作用を評価する場合には、個々の細胞に適した培養条件を設定することがより重要になる。すなわち、系が複雑化するほど、細胞の培養条件は、他の細胞の培養条件に影響を受けやすくなる。これに対し、上記構成は、マイクロ流路の開度を調整することで、個々の細胞に適した培養条件を設定することができるという点で好適である。
　本発明に係る細胞培養デバイスの使用方法は、
　前記開閉部を操作して、前記流路が閉塞された閉状態にする工程（ａ）と、
　前記工程（ａ）の後に、前記第一ウェルに培養液と共に第一細胞を配置して培養する工程（ｂ）と、
　前記工程（ｂ）と同時、又は前記工程（ｂ）の後に、前記第二ウェルに培養液と共に第二細胞を配置して培養する工程（ｃ）と、
　前記開閉部を操作することで前記流路を開状態にして、前記第一細胞と前記第二細胞とを接触させる工程（ｄ）と、を有する。
　上記使用方法において、
　前記第一細胞及び前記第二細胞のうち、少なくとも一方は神経細胞であり、
　前記工程（ｄ）は、神経突起によって前記第一細胞と前記第二細胞とを接触させる工程を含んでも構わない。
　また、上記使用方法において、
　前記細胞培養デバイスの前記マイクロ流路は、前記底部に形成された複数の溝から構成されており、
　前記工程（ｄ）は、前記複数の溝のそれぞれに対して、神経突起を侵入させる工程を含んでも構わない。
　本発明によれば、複数の細胞を接触させる前に、それぞれの細胞に適した培養条件を設定できる細胞培養デバイス、及び細胞培養デバイスの使用方法が提供される。
第一実施形態に係る細胞培養デバイスの斜視図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 図２Ａから開閉部の図示を除いた図面である。 図２Ｂを－Ｚ方向に見たときの平面図である。 図２Ｂの状態において、第一ウェルからマイクロ流路を見たときの図面である。 仕切り板をスリットに挿入する様子を示す斜視図である。 図２Ａの状態から、仕切り板の位置を変更した状態を示す図面である。 第一ウェルに神経細胞である細胞を配置した状態を示す図面である。 第二ウェルに細胞を配置した状態を示す図面である。 細胞と細胞とが接触した状態を示す図面である。 図９とは異なる例を示す図面である。 マイクロ流路の別構成例を示す図面である。 図１１Ａに係るマイクロ流路が閉状態とされたときの図面である。 第二実施形態に係る細胞培養デバイスの斜視図である。 図２Ａに倣って、第二実施形態に係る細胞培養デバイスの断面を示す図面である。 図１２Ｂの状態から、マイクロ流路を閉じた状態を示す図面である。 図２Ａに倣って、第三実施形態に係る細胞培養デバイスの断面を示す図面である。 図１３Ａのヒンジ近傍の拡大図である。 第四実施形態に係る細胞培養デバイスの構成例を示す斜視図である。 図１４Ａに係る細胞培養デバイスのそれぞれのウェルとマイクロ流路の位置関係を示す模式図である。 第四実施形態に係る細胞培養デバイスの別構成例を示す模式図である。 図１５Ａに係る細胞培養デバイスのそれぞれのウェルとマイクロ流路の位置関係を示す模式図である。 第四実施形態に係る細胞培養デバイスのさらに別の構成例を示す斜視図である。 図１６Ａに係る細胞培養デバイスのそれぞれのウェルとマイクロ流路の位置関係を示す模式図である。 従来の細胞培養デバイスの構造を示す断面図である。
　本発明に係る細胞培養デバイス及び細胞培養方法につき、図面を参照して説明する。なお、以下の各図面はあくまで模式的に図示されたものである。すなわち、図面上の寸法比と実際の寸法比とは必ずしも一致しておらず、また、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。
　［第一実施形態］
　（細胞培養デバイスの構造）
　第一実施形態の細胞培養デバイスについて、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の細胞培養デバイスの斜視図である。また、図２Ａは、図１のＡ－Ａ断面図である。
　図１に示すように、細胞培養デバイス１は、底部２と、底部２の上面に接合された本体部３と、後述する開閉部６を備える。
　底部２は、一例として、矩形状の基板で構成される。底部２は、図２Ａに示すように、＋Ｚ側の主面２ａにおいて本体部３と接合される。
　以下の説明では、底部２の主面２ａに直交する方向をＺ方向とし、主面２ａに平行な面をＸ－Ｙ平面とするＸ－Ｙ－Ｚ座標系が適宜参照される（図１等参照）。また、以下の説明において、方向を表現する際に正負の向きを区別する場合には、「＋Ｘ方向」、「－Ｘ方向」のように、正負の符号を付して記載される。また、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｘ方向」と記載される。すなわち、本明細書において、単に「Ｘ方向」と記載されている場合には、「＋Ｘ方向」と「－Ｘ方向」の両者が含まれる。Ｙ方向及びＺ方向についても同様である。
　本体部３は、底部２の主面２ａと接合される。図２Ａに示すように、底部２と本体部３とが接合されることで接合面１５が形成される。
　図２Ｂは、図２Ａから開閉部６の図示を除いた図面である。本体部３は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、第一ウェル１１と、第一ウェル１１に対してＸ方向に離間して隣り合う位置に形成された第二ウェル１２と、スリット７を有する。
　第一ウェル１１及び第二ウェル１２は、図２Ｂに示すように、Ｚ方向に本体部３を貫通する貫通孔から構成されている。これにより、第一ウェル１１及び第二ウェル１２は、いずれも＋Ｚ側から－Ｚ方向に見て、底部２の主面２ａを露出させている。
　図３は、図２Ｂを－Ｚ方向に見たときの平面図である。図３では、図２Ｂと同様に、開閉部６の図示が除かれている。本実施形態では、第一ウェル１１及び第二ウェル１２は、－Ｚ方向に見たときに矩形状を呈する。しかし、第一ウェル１１及び第二ウェル１２の形状は任意であり、例えば－Ｚ方向に見たときに円形状を呈しても構わない。
　第一ウェル１１と第二ウェル１２は、図２Ａに示すように、マイクロ流路４によって、Ｘ方向に関して相互に連絡される。マイクロ流路４は、底部２と本体部３との接合面１５の一部に形成される。図４は、図２Ｂの状態において、第一ウェル１１側からマイクロ流路４を見たときの図面である。図４に示すように、本実施形態では、マイクロ流路４の幅（Ｙ方向に係る寸法）は第一ウェル１１のＹ方向に係る幅と同等とされる。図４等の各図面では、マイクロ流路４の高さＨ１（Ｚ方向に係る寸法）が模式的に示されている。
　スリット７は、図３に示すように、第一ウェル１１と第二ウェル１２に挟まれた位置に形成される。スリット７は、図２Ｂに示すように、Ｚ方向に本体部３を貫通する。
　本実施形態では、スリット７は、仕切り板２０を導入可能に構成される（図２Ａ参照）。仕切り板２０は、図２Ａに示すように、スリット７に挿入され、Ｚ方向に関する位置を変更可能である。図５は、仕切り板２０をスリット７に挿入する様子を示す斜視図である。また、図６は、図２Ａの状態から、仕切り板２０の位置を変更した状態を示す図面である。
　図２Ａ及び図６に示すように、仕切り板２０がＺ方向に関して移動されることで、マイクロ流路４のＹ方向に関する断面積が変更される。つまり、仕切り板２０は、マイクロ流路４の開度を調整する開度調整機構として機能する。本実施形態では、仕切り板２０が「開閉部６」に対応する。
　（細胞培養デバイスの使用方法）
　次に、細胞培養デバイス１を使用した細胞培養方法について説明する。以下では、一例として、第一ウェル１１に神経細胞を配置し、第二ウェル１２に骨格筋を構成する細胞を配置して、これらの細胞を接触させた状態で培養する方法を説明する。
　（ステップＳ１：マイクロ流路４の閉塞）
　まず、仕切り板２０が底部２の主面２ａに接するように、仕切り板２０のＺ方向に関する位置を変更して、マイクロ流路４を閉状態とする（図６参照）。
　ステップＳ１が工程（ａ）に対応する。
　（ステップＳ２：細胞３１の培養）
　次に、所定の培養液と共に、第一ウェル１１に細胞を配置する。図７は、第一ウェル１１に神経細胞である細胞３１を配置した状態を示す図面である。具体的には、第一ウェル１１に細胞３１を含む培養液３２が注入されることで、第一ウェル１１の底面で細胞３１が播種される。その後、所定期間（例えば数日間）にわたって第一ウェル１１内で細胞３１が培養されることで、細胞３１から神経突起３１ａが成長する。細胞３１が「第一細胞」に対応する。
　ここで、図７に示すように、マイクロ流路４は、仕切り板２０によって閉塞されている。したがって、細胞３１を培養している間に、培養液３２や、細胞３１が放出する生理活性物質が第二ウェル１２に拡散することが抑制される。
　なお、マイクロ流路４が閉塞された「閉状態」とは、仕切り板２０が底部２に接触する態様のみならず、仕切り板２０が底部２に近接し、マイクロ流路４が実質的に閉塞した状態を含む。ここで、「実質的に閉塞する」とは、仕切り板２０と底部２との離間距離が１．０μｍ以下であることをいうものとして構わない。液体の表面張力等に鑑みれば、仕切り板２０と底部２との離間距離が１．０μｍ以下となることで、培養液等がマイクロ流路４を通過することが抑制される。
　ステップＳ２が工程（ｂ）に対応する。
　（ステップＳ３：細胞３３の培養）
　第二ウェル１２では、所定の培養液と共に、細胞３１と接触される対象の細胞が配置される。図８は、第二ウェル１２に細胞３３を配置した状態を示す図面である。具体的には、第二ウェル１２に細胞３３を含む培養液３４が注入されることで、第二ウェル１２の底面で細胞３３が播種される。その後、所定期間（例えば数日間）にわたって第二ウェル１２内で細胞３３が培養される。細胞３３が「第二細胞」に対応する。
　前述の通り、マイクロ流路４が仕切り板２０によって閉塞されているため、細胞３１を培養している間に、培養液３２等が第二ウェル１２に拡散することが抑制されている。このため、例えば細胞３１を第一ウェル１１に播種してから数日間、あるいは数週間後に、第二ウェル１２に細胞３３を播種する場合でも、細胞３１の培養条件が、細胞３３の培養条件に影響を及ぼすことが抑制される。
　また、マイクロ流路４が仕切り板２０によって閉塞されていることで、第一ウェル１１と第二ウェル１２との間での培養液（３２，３４）等の拡散が抑制される。これにより、第一ウェル１１及び第二ウェル１２において、それぞれの細胞（３１，３３）に適した培養条件を設定することができる。
　なお、上記においては、細胞３１をある程度培養してから、第二ウェル１２において細胞３３を播種するものとして説明したが、この例に限られない。例えば、細胞３１と細胞３３の培養を同時に開始する場合においても、マイクロ流路４が仕切り板２０で閉塞されることで、それぞれの細胞（３１，３３）に適した培養条件を設定することができる。
　ステップＳ３が、工程（ｃ）に対応する。
　（ステップＳ４：細胞３１と細胞３３との接触）
　ステップＳ２及びステップＳ３が実行され、細胞３１及び細胞３３が所望の状態まで培養された後、仕切り板２０を＋Ｚ方向に移動して、マイクロ流路４を開状態とする。この状態で、神経細胞である細胞３１の培養が進行することで、神経突起３１ａがマイクロ流路４を介して第二ウェル１２に到達する。そして、神経突起３１ａが細胞３３と結合し、細胞３１と細胞３３とが接触した状態となる。これにより、細胞３１と細胞３３とを接触させた状態で培養することが可能である。図９は、細胞３１と細胞３３とが接触した状態を示す図面である。
　仕切り板２０は、例えば、ピンセット等で把持しながら、Ｚ方向に移動させることができる。
　ステップＳ４が、工程（ｄ）に対応する。
　また、細胞培養デバイス１によれば、細胞３１と細胞３３とを接触させた状態において、仕切り板２０を移動させて、マイクロ流路４の開度を調整することも可能である。これにより、例えば、各細胞から放出された生理活性物質が、第一ウェル１１と第二ウェル１２との間で拡散する量を調整できる。つまり、マイクロ流路４の開度を調整することで、細胞間の生理活性物質の授受の条件を異ならせても構わない。これにより、様々な条件下で、細胞同士の相互作用を観察することができる。
　さらに、意図的に仕切り板２０を神経突起３１ａに接触させることで、神経突起３１ａの一部を損傷させて、神経突起３１ａを含む各細胞（３１，３３）の経過を観察することも可能である。
　上記においては、細胞３１が神経細胞とされ、神経突起３１ａが細胞３３と結合することで、細胞３１と細胞３３とを接触させるものとして説明したが、細胞３１と細胞３３の両者が神経細胞とされても構わない。また、細胞培養デバイス１は、神経突起３１ａによって、細胞同士を接触させる例に限定されない。
　図１０は、図９とは異なる例を示す図面である。図１０に示すように、マイクロ流路４を開状態とした後（ステップＳ４）、第一ウェル１１に配置された細胞３１を遊走させても構わない。これにより、細胞３１が第二ウェル１２内に移動して、細胞３１と細胞３３とが接触した状態となる。一例として、細胞３１は免疫細胞であり、細胞３３はがん細胞である。つまり、細胞培養デバイス１の使用方法において、細胞３１が神経細胞であるか否かには限定されない。
　次に、細胞培養デバイス１の製造方法の一例について、以下において説明する。
　（板状部材の準備）
　細胞培養デバイス１を構成する、底部２及び本体部３を準備する。この時点では、例えば、両者はいずれも矩形平板状の部材である。底部２及び本体部３の寸法は任意であるが、例えば、Ｘ方向に係る寸法が１０ｍｍ～５０ｍｍであり、Ｙ方向に係る寸法が５ｍｍ～３０ｍｍである。底部２の厚み（Ｚ方向に係る寸法）は、例えば０．１ｍｍ～２ｍｍである。本体部３の厚みは、例えば２ｍｍ～２０ｍｍである。
　（本体部３の形状加工）
　本体部３に対して、第一ウェル１１、第二ウェル１２、及びスリット７の形成予定箇所に、切削加工、射出成形等の方法で貫通孔を形成する。一例として、第一ウェル１１は、－Ｚ方向に見たときに矩形状を呈し、Ｘ方向及びＹ方向に係る寸法が２ｍｍ～１０ｍｍである。また、第一ウェル１１が、－Ｚ方向に見たときに円形状を呈する場合において、第一ウェル１１の直径は２ｍｍ～１０ｍｍであっても構わない。第二ウェル１２の形状について、第一ウェル１１と同様の議論が可能である。
　また、スリット７は、一例として、－Ｚ方向に見たときに矩形状を呈し、Ｘ方向に係る寸法が０．５ｍｍ～２ｍｍであり、Ｙ方向に係る寸法が２ｍｍ～１０ｍｍである。
　次に、リソグラフィ技術を利用し、マイクロ流路４の形成予定領域に対して、微細な深さでエッチングを行う。例えば、本体部３の－Ｚ側の面において、底部２との接合が予定された領域を基準に、マイクロ流路４の形成予定領域が＋Ｚ方向に後退するようにエッチングされる。このエッチング深さは、マイクロ流路４の高さＨ１に応じて設定される。その後、底部２の＋Ｚ側の面に本体部３が接合されることで、マイクロ流路４が形成される。
　マイクロ流路４の高さＨ１は、１μｍ～１００μｍであるのが好ましく、５μｍ～１０μｍであるのがより好ましい。また、マイクロ流路４の長さ（Ｘ方向に係る寸法）は、１ｍｍ～１０ｍｍであるのが好ましく、マイクロ流路４の幅（Ｙ方向に係る寸法）は、０．０１ｍｍ～１ｍｍであるのが好ましい。
　神経突起３１ａと細胞３３との接合部分の相互作用を評価することを主目的とするに際しては、マイクロ流路４の高さＨ１は、神経細胞の径より小さく、神経突起の径よりも大きいことが好適である。これにより、細胞３１を第一ウェル１１内に留めながら、神経突起３１ａを第二ウェル１２に到達させることができる（図９参照）。
　神経細胞の径は、典型的には、１０μｍ～１００μｍである。また、神経突起は、神経細胞の種類によっては、直径が０．５μｍ～２０μｍとされている。上記に鑑みると、マイクロ流路４の高さＨ１は、１μｍより大きく、１０μｍより小さいことが好ましい。
　また、細胞３１を遊走させて、細胞３３と接触させる場合には（図１０参照）、マイクロ流路４の高さＨ１は、細胞３１の径よりも大きいことが好ましい。細胞３１の径にもよるが、典型的には、マイクロ流路４の高さＨ１が１０μｍ以上であれば、細胞３１を遊走させることが可能である。
　前述の通り、スリット７に対して、例えば仕切り板２０が挿入されて、マイクロ流路４の開度が調整される。ここで、例えば底部２側からの、マイクロ流路４の観察を容易にする観点から、マイクロ流路４の長さ（Ｘ方向に係る寸法）に対する、スリット７のＸ方向に係る寸法の割合は、１：０．１～１：０．９であることが好ましい。また、マイクロ流路４のＹ方向に係る寸法に対する、スリット７のＹ方向に係る寸法の割合は、１：１～１：２０であることが好ましい。
　また、開閉部６により、マイクロ流路４の開度が調整可能な点に鑑みると、製造時において、マイクロ流路４の高さＨ１は比較的大きくされても構わない。例えば、マイクロ流路４の高さＨ１より低い位置に仕切り板２０を配置した状態で、第一ウェル１１と第二ウェル１２とを連絡することもできる。一例として、マイクロ流路４の高さＨ１は、５０μｍ以上とされても構わない。つまり、開閉部６によって、マイクロ流路４の加工に要求される精度が緩和されるといえる。
　（底部２と本体部３の接合）
　底部２と本体部３の接合方法としては、光やプラズマを使った表面改質を利用した接合、熱接合、接着剤を使った接着、溶剤を使った接合などを利用することができる。一例として、底部２及び本体部３の接合が予定された領域に対して、紫外線を照射する方法が利用できる。より詳細には、当該紫外線として、波長２００ｎｍ以下の真空紫外線（ＶＵＶ）が利用可能である。紫外線光源としては、ピーク波長が１７２ｎｍ近傍を示すＸｅエキシマランプ等を好適に用いることができる。そして、紫外線が照射された領域を介して、底部２及び本体部３が接触された状態で、プレス機等を利用して押圧することで、両者を接合することができる。
　例えば、底部２及び本体部３は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、及びポリスチレン（ＰＳ）等の熱可塑性樹脂で構成される。培養された細胞の観察を容易にする観点から、底部２及び本体部３は、透明な材料で構成されることが典型的である。また、上記材料のうち、医療用グレード樹脂として指定されているＣＯＰが特に好ましい。ＣＯＰは、高透明性、低自家蛍光性、及び低薬剤吸着性を示す熱可塑性樹脂である。
　仕切り板２０は、底部２及び本体部３で述べたのと同様の材料で構成できる。また、仕切り板２０は、柔軟性を有する部材で構成されるのが好ましい。例えば、仕切り板２０は、フッ素樹脂、又はスチレンブタジエン共重合体樹脂等の材料から構成してもよい。
　仕切り板２０は、一例として、矩形平板状を呈するものとされる。仕切り板２０の寸法は、－Ｚ方向に見たときのスリット７の寸法と略同一に構成されることが好ましい。これにより、仕切り板２０をスリット７に挿入することで、スリット７を閉塞でき、マイクロ流路４からスリット７内に培養液等が漏れ出ることを抑制できる。スリット７の高さ（Ｚ方向に係る寸法）は、ピンセット等による操作を容易にする観点から、本体部３の高さより大きくされることが好ましい。
　また、スリット７と仕切り板２０との間に、例えばシリコーンオイル等の充填剤が配置されても構わない。
　上記においては、本体部３の－Ｚ側の面がエッチングされることで、マイクロ流路４が形成されるものとして説明した。しかし、底部２における、第一ウェル１１、第二ウェル１２、及びマイクロ流路４の形成予定領域に対してエッチングが実行されて、底部２と本体部３とが接合されることで、マイクロ流路４が形成されても構わない。
　図１１Ａは、マイクロ流路４の別構成例を示す図面である。図１１Ａでは、図４と同様に、第一ウェル１１からマイクロ流路４を見たときの状態が示されている。図１１Ａでは、マイクロ流路４が、Ｘ方向に延伸する複数の溝８から構成される例が示されている。なお、マイクロ流路４が複数の溝８から構成されるかは任意である。
　図１１Ａに示すマイクロ流路４は、底部２の＋Ｚ側の面（主面２ａ）において、本体部３との接合が予定された領域を基準に、第一ウェル１１、第二ウェル１２、及び複数の溝８の形成予定領域が－Ｚ方向に後退するようにエッチングされることで形成される。このエッチング深さは、マイクロ流路４の高さＨ１に応じて設定される。
　そして、底部２と本体部３とを接合することにより、第一ウェル１１と第二ウェル１２を、複数の溝８を介して連絡することができる。例えば、細胞３１から成長した神経突起３１ａを（図７等参照）、複数の溝８のそれぞれに対して侵入させることで、神経突起３１ａの観察が容易になる。
　図１１Ｂは、図１１Ａに係るマイクロ流路４が閉状態とされたときの図面である。図１１Ｂでは、便宜上、第一ウェル１１の＋Ｘ側に係る内壁面の図示が省略されている。図１１Ｂに示すように、マイクロ流路４に対して、仕切り板２０が配置されることで、複数の溝８が閉塞される。この際、複数の溝８を閉塞しやすくする観点から、仕切り板２０は、柔軟性を有する部材で構成されることが好ましい。これにより、図１１Ｂに示すように、仕切り板２０が底部２に対して押し付けられた際に、仕切り板２０が変形して溝８に入り込み、溝８を実質的に閉塞しやすくなる。
　上記に鑑みると、特に、図１１Ａ～図１１Ｂの例では、仕切り板２０はフッ素樹脂等の材料から構成されることが好ましい。
　［第二実施形態］
　細胞培養デバイス１の第二実施形態につき、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
　図１２Ａは、第二実施形態に係る細胞培養デバイス１の斜視図である。また、図１２Ｂは、図２Ａに倣って、第二実施形態に係る細胞培養デバイス１の断面を示す図面である。本実施形態において、本体部３が、Ｚ方向に本体部３を貫通する第一ウェル１１、第二ウェル１２、及びスリット７を有する点は第一実施形態と同様である。一方で、本実施形態では、図１２Ｂに示すように、細胞培養デバイス１が、スリット７の－Ｚ側に係る開口を閉塞するフィルム２１を有する点で、第一実施形態と異なる。
　本実施形態では、スリット７のフィルム２１より＋Ｚ側の空間Ａ１に対して、水や空気等の流体が供給される。流体を供給して空間Ａ１内の圧力を高めることで、フィルム２１を変形させて、マイクロ流路４を閉塞することが可能である。図１２Ｃは、図１２Ｂの状態から、マイクロ流路４を閉塞した状態を示す図面である。図１２Ｃに示すように、任意の流体供給部２２から空間Ａ１に対して流体Ｌ１が供給される。流体供給部２２は、例えば、ポンプ等で構成可能である。
　流体Ｌ１が供給されて空間Ａ１の圧力が高まることで、フィルム２１は－Ｚ側に凸形状を示すように変形する。そして、流体Ｌ１の供給を続け、フィルム２１を底部２の主面２ａと接触させることにより、マイクロ流路４を閉塞することができる。本実施形態では、フィルム２１が「開閉部６」に対応する。
　流体Ｌ１は、空間Ａ１の圧力を高められる限りにおいて任意である。例えば、流体Ｌ１は、水であっても構わないし、空気であっても構わない。なお、図示は省略するが、空間Ａ１の圧力を高めやすくする観点から、スリット７の＋Ｚ側に係る開口が閉塞された状態で、空間Ａ１に配管２２ａが引き込まれ、配管２２ａを介して流体Ｌ１が空間Ａ１に供給されても構わない。
　また、例えば不図示の配管を介して、空間Ａ１内の流体Ｌ１を空間Ａ１から排出することで、フィルム２１を変形させて、Ｚ方向に関するフィルム２１の位置を変更できる。具体的には、流体Ｌ１が液体である場合において、液体である流体Ｌ１の高さを培養液の液面より低くすることで、マイクロ流路４を開状態とすることができる。また、流体Ｌ１の高さと培養液の液面の高さとの関係を調整することで、マイクロ流路４の開度を調整できる。つまり、空間Ａ１の圧力を変更することで、マイクロ流路４の開度が調整される。本実施形態では、流体Ｌ１がマイクロ流路４の開度を調整する開度調整機構として機能する。
　空間Ａ１内の圧力の変化による変形を容易にする観点から、フィルム２１はフィルム状としたときに柔軟性を有する部材で構成されることが好ましい。例えば、フィルム２１は、シリコーン樹脂、スチレンブタジエン共重合体樹脂、ポリエチレンテレフタレート、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等の材料から構成される。また、一例として、フィルム２１の厚み（Ｚ方向に係る寸法）は、５μｍ～１５μｍである。フィルム２１の厚みは、フィルム２１の構成材料や、マイクロ流路４の高さＨ１に鑑みて適宜調整可能である。
　また、例えば、マイクロ流路４が複数の溝８から構成される場合でも（図１１Ａ参照）、フィルム２１が柔軟性を有する部材で構成されることで、図１１Ｂを参照して述べたのと同様に、複数の溝８を実質的に閉塞することができる。
　一例として、フィルム２１は、底部２と本体部３とを接合する前に、本体部３の－Ｚ側の面におけるマイクロ流路４の形成予定領域に対して接合される。本体部３とフィルム２１の接合方法は、光等による表面改質を利用した接合であっても構わないし、熱接合等であっても構わない。
　第二実施形態に係る細胞培養デバイス１の使用方法について、ステップＳ１及びステップＳ４で、空間Ａ１内の圧力変化によりマイクロ流路４の開度が調整される点を除き、第一実施形態で述べたのと同様の議論が可能である。
　［第三実施形態］
　次に、細胞培養デバイス１の第三実施形態につき、第一実施形態及び第二実施形態と異なる部分を中心に説明する。
　図１３Ａは、図２Ａに倣って、第三実施形態に係る細胞培養デバイス１の断面を示す図面である。本実施形態では、図１３Ａに示すように、マイクロ流路４を形成する本体部３の－Ｚ側の面において、ヒンジ２５が配置される点が異なる。図１３Ｂは、図１３Ａのヒンジ２５近傍の拡大図である。
　図１３Ｂに示すように、ヒンジ２５は、ベース部２５ａと、可動板２５ｂと、可動板２５ｂをベース部２５ａに対して回転する軸２５ｃを有する。ヒンジ２５は、Ｙ方向に関して延伸する形状を呈し、Ｙ方向に関して、マイクロ流路４の全域に亘るものとされる。
　ベース部２５ａに対する可動板２５ｂの開閉状態を変更することで、マイクロ流路４の開度を調整することが可能である。可動板２５ｂを底部２の主面２ａに接触させることで、マイクロ流路４が閉塞される。また、Ｚ方向に関する可動板２５ｂの位置が変更され、可動板２５ｂが主面２ａから離れることで、マイクロ流路４が開状態とされる。本実施形態では、ヒンジ２５が「開閉部６」に対応する。
　ヒンジ２５の開閉状態の変更方法として、例えば、磁力を利用する方法が挙げられる。具体的には、可動板２５ｂの一部に磁石（不図示）を配置しておき、底部２の－Ｚ側に磁石（不図示）を配置することで、引力により可動板２５ｂを引き寄せて底部２の主面２ａに接触させても構わない。また、底部２の－Ｚ側に配置された磁石を反転することで、斥力により可動板２５ｂを遠ざけて、マイクロ流路４を開状態とすることができる。別の例として、可動板２５ｂを金属材料で構成すると共に、ヒンジ２５の＋Ｚ側に本体部３を貫通する開口を形成しても構わない。この場合、底部２の－Ｚ側の面、又は当該開口を介してヒンジ２５の＋Ｚ側の面に適宜磁石を配置することで、可動板２５ｂの開閉状態を変更できる。
　ヒンジ２５は、例えば、３Ｄプリンターを用いた微細加工や、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）を用いた微細加工により形成可能である。ヒンジ２５の構成材料は、加工方法等に鑑みて任意に選択できるが、一例として、光硬化エポキシ製永久フォトレジストＳＵ－８、アクリル樹脂、シリコン、シリコーン樹脂等が採用できる。ヒンジ２５は、底部２と本体部３とを接合する前に、本体部３の－Ｚ側の面におけるマイクロ流路４の形成予定領域に対して接合される。本体部３とヒンジ２５の接合方法は、本体部３の構成材料とヒンジ２５の構成材料に鑑みて、上述した接合方法から適宜選択される。
　［第四実施形態］
　上記においては、第一ウェル１１に対し、マイクロ流路４によって一つの第二ウェル１２が連絡されるものとして説明した。しかし、第一ウェル１１は、複数の第二ウェル１２と連絡されても構わない。
　図１４Ａは、第四実施形態に係る細胞培養デバイス１の構成例を示す斜視図である。図１４Ａに示すように、第一ウェル１１の＋Ｘ側に第二ウェル１２ａが形成されると共に、－Ｘ側に第二ウェル１２ｂが形成されても構わない。第一ウェル１１と第二ウェル（１２ａ，１２ｂ）との間にスリット７が形成され、それぞれのスリット７に仕切り板２０が挿入される点について、第一実施形態で述べたのと同様の議論が可能である。
　図１４Ｂは、図１４Ａに係る細胞培養デバイス１のそれぞれのウェルとマイクロ流路の位置関係を示す模式図である。図１４Ｂに示すように、第一ウェル１１と第二ウェル（１２ａ，１２ｂ）は、それぞれ異なるマイクロ流路（４ａ，４ｂ）で連絡される。マイクロ流路（４ａ，４ｂ）の開度は、仕切り板２０のＺ方向に関する位置を変更することで、調整可能である（図１４Ａ参照）。
　また、マイクロ流路（４ａ，４ｂ）の開度は、例えば第二実施形態で述べたように、フィルム２１の変形によって調整されても構わない。
　また、図１５Ａは、第四実施形態に係る細胞培養デバイス１の別構成例を示す模式図であり、図１５Ｂは、図１５Ａに係る細胞培養デバイス１のそれぞれのウェルとマイクロ流路の位置関係を示す模式図である。図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、第一ウェル１１の＋Ｘ側に第二ウェル１２ａが形成され、＋Ｙ側に第二ウェル１２ｂが形成されても構わない。さらに、第二ウェル１２ａの＋Ｙ側に第三ウェル１３が形成され、第二ウェル（１２ａ，１２ｂ）が、第三ウェル１３とマイクロ流路（５ａ，５ｂ）により連絡されても構わない。
　図１６Ａは、第四実施形態に係る細胞培養デバイス１のさらに別の構成例を示す斜視図であり、図１６Ｂは、図１６Ａに係る細胞培養デバイスのそれぞれのウェルとマイクロ流路の位置関係を示す模式図である。図１６Ｂに示すように、図１５Ｂの例において、第一ウェル１１と第三ウェル１３とがマイクロ流路４ｃで相互に連絡されても構わない。つまり、図１６Ａ及び図１６Ｂの例では、第三ウェル１３は、第一ウェル１１に連絡された第二ウェル１２ｃに対応する。
　また、図１６Ｂに示すように、第二ウェル１２ａと第二ウェル１２ｂとがマイクロ流路で相互に連絡されても構わない。この場合、マイクロ流路４ｃは、当該マイクロ流路と合流するため、Ｚ方向に見たときにＸ字状を呈する。マイクロ流路４ｃは、例えばＸ字状を呈するスリット７に対し、同じくＸ字状を呈する仕切り板２０を挿入することで、開度を調整可能に構成される（図１６Ａ参照）。また、各マイクロ流路の形成領域に対して、フィルム２１を形成することによって、第二実施形態で述べたように、各マイクロ流路の開度を調整しても構わない。
　上記第四実施形態に係る細胞培養デバイス１によれば、第一ウェル１１及び複数の第二ウェル（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）において細胞を培養することで、例えば第一実施形態と比較してより複雑な系における細胞同士の相互作用を評価することができる。例えば、図１６Ａの例において、脳内の系を想定して、第一ウェル１１に脳幹由来の細胞、第二ウェル１２ａに小脳由来の細胞、第二ウェル１２ｂに中脳由来の細胞、第二ウェル１２ｃに視床由来の細胞をそれぞれ培養して、互いに接触させることができる。
　仕切り板２０によって、マイクロ流路４ａ～４ｃの開度を適宜調整することで、それぞれの細胞に適した培養を実行可能な点について、第一実施形態で述べたのと同様の議論が可能である。
　なお、上記においては、マイクロ流路４ａ～４ｃ及びマイクロ流路５ａ～５ｂの開度が仕切り板２０によって調整されるものとして説明した。しかし、各構成例において、前述の通り、フィルム２１によって各マイクロ流路の開度が調整されても構わない。同様に、第三実施形態で述べたように、ヒンジ２５によって各マイクロ流路の開度が調整されても構わない。
　また、マイクロ流路４ａ～４ｃ及びマイクロ流路５ａ～５ｂは、それぞれ複数の溝８から構成されても構わない（図１１Ａ参照）。
　［変形例］
　以下、細胞培養デバイス１の変形例について説明する。
　〈１〉　上記においては、細胞培養デバイス１は、第一ウェル１１と第一ウェル１１に連絡された第二ウェル１２を一組有するものとして説明した。しかし、細胞培養デバイス１は、Ｘ－Ｙ平面上に、複数組の第一ウェル１１及び第二ウェル１２を有しても構わない。この点は、第一ウェル１１に対して複数の第二ウェル（１２ａ～１２ｃ）が連絡される場合においても同様である。
　〈２〉　細胞３１及び細胞３３の活動をより詳細に観察するために、底部２の主面２ａに対して、ＭＥＡ（Ｍｕｌｔｉ－Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ－Ａｒｒａｙ）センサが配置されても構わない。これにより、例えば、神経突起３１ａの活動電位を電気信号として検出することができる。
　〈３〉　上述した各実施形態の構成は、適宜組み合わせて実現することができる。
　〈４〉　上述した細胞培養デバイス１の構成は、あくまで一例であり、本発明は、図示された各構成に限定されない。
　　　　１　　　：　　細胞培養デバイス
　　　　２　　　：　　底部
　　　　３　　　：　　本体部
　　　４，４ａ～４ｃ，５ａ，５ｂ　　　：　　マイクロ流路
　　　　６　　　：　　開閉部
　　　　７　　　：　　スリット
　　　　８　　　：　　溝
　　　１１　　　：　　第一ウェル
　　　１２，１２ａ～１２ｃ　　　：　　第二ウェル
　　　１３　　　：　　第三ウェル
　　　１５　　　：　　接合面
　　　２０　　　：　　仕切り板
　　　２１　　　：　　フィルム
　　　２２　　　：　　流体供給部
　　　２２ａ　　：　　配管
　　　２５　　　：　　ヒンジ
　　　２５ａ　　：　　ベース部
　　　２５ｂ　　：　　可動板
　　　２５ｃ　　：　　軸
　　　３１，３３　　　：　　細胞
　　　３１ａ　　：　　神経突起
　　　３２，３４　　　：　　培養液
　　　８０　　　：　　細胞培養デバイス
　　　８１，８２　　　：　　ウェル
　　　８３　　　：　　マイクロ流路
　　　９１，９２　　　：細胞

Claims (10)

  1. 　底部と前記底部に接合された本体部とを含む細胞培養デバイスであって、
    　前記本体部を貫通する貫通孔からなり、前記底部の主面に平行な方向に関して相互に隣り合う位置に形成された、第一ウェル及び第二ウェルと、
    　前記底部と前記本体部との接合面の一部に形成され、前記第一ウェルと前記第二ウェルとを相互に連絡するマイクロ流路と、
    　前記底部の主面に直交する方向に関する位置を変更可能に構成され、前記マイクロ流路の開度を調整する開閉部と、を備える細胞培養デバイス。
  2. 　前記本体部側から見たときに、前記第一ウェルと前記第二ウェルに挟まれた位置に形成され、開度調整機構を導入可能なスリットを有することを特徴とする、請求項１に記載の細胞培養デバイス。
  3. 　前記開閉部は、前記スリットに挿入された仕切り板を有することを特徴とする、請求項２に記載の細胞培養デバイス。
  4. 　前記スリット内に流体を導入又は排出する流体供給部をさらに備え、
    　前記開閉部は、前記スリットの前記底部側の開口を覆うフィルムを有することを特徴とする、請求項２に記載の細胞培養デバイス。
  5. 　前記マイクロ流路の高さは、神経細胞の径より小さく、神経突起の径よりも大きいことを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の細胞培養デバイス。
  6. 　前記マイクロ流路は、前記底部に形成された複数の溝から構成されたことを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の細胞培養デバイス。
  7. 　複数の前記第二ウェルを備え、
    　前記第一ウェルと複数の前記第二ウェルとは、それぞれ異なる前記マイクロ流路で連絡されたことを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の細胞培養デバイス。
  8. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の細胞培養デバイスの使用方法であって、
    　前記開閉部を操作して、前記マイクロ流路が閉塞された閉状態にする工程（ａ）と、
    　前記工程（ａ）の後に、前記第一ウェルに培養液と共に第一細胞を配置して培養する工程（ｂ）と、
    　前記工程（ｂ）と同時、又は前記工程（ｂ）の後に、前記第二ウェルに培養液と共に第二細胞を配置して培養する工程（ｃ）と、
    　前記開閉部を操作することで前記マイクロ流路を開状態にして、前記第一細胞と前記第二細胞とを接触させる工程（ｄ）と、を有する細胞培養デバイスの使用方法。
  9. 　前記第一細胞及び前記第二細胞のうち、少なくとも一方は神経細胞であり、
    　前記工程（ｄ）は、神経突起によって前記第一細胞と前記第二細胞とを接触させる工程を含むことを特徴とする、請求項８に記載の細胞培養デバイスの使用方法。
  10. 　前記細胞培養デバイスの前記マイクロ流路は、前記底部に形成された複数の溝から構成されており、
    　前記工程（ｄ）は、前記複数の溝のそれぞれに対して、神経突起を侵入させる工程を含むことを特徴とする、請求項８に記載の細胞培養デバイスの使用方法。
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