特許 6059521 自動細胞剥離装置および細胞剥離システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6059521

(24)【登録日】2016年12月16日

(45)【発行日】2017年1月11日

(54)【発明の名称】自動細胞剥離装置および細胞剥離システム

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/00 20060101AFI20161226BHJP

   C12M 1/26 20060101ALI20161226BHJP

   C12M 3/00 20060101ALI20161226BHJP

【ＦＩ】

   C12M1/00 A

   C12M1/26

   C12M3/00 Z

【請求項の数】6

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-267172(P2012-267172)

(22)【出願日】2012年12月6日

(65)【公開番号】特開2014-113062(P2014-113062A)

(43)【公開日】2014年6月26日

【審査請求日】2015年10月19日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２４年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「ヒト幹細胞産業応用促進基盤技術開発／ヒト幹細胞実用化に向けた評価基盤技術の開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡壁 慶三

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 隆

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 真平

(72)【発明者】

【氏名】中嶋 勝己

【審査官】 長谷川 茜

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−３２５５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７３６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中嶋勝己他，再生医療用細胞培養の自動化技術，生物工学会誌, 2007.10.25, ，Vol.85, No.10，pp.432-434

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ１２Ｍ １／００−３／１０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＣＡｐｌｕｓ／ＭＥＤＬＩＮＥ／ＥＭＢＡＳＥ／ＷＰＩＤＳ／ＢＩＯＳＩＳ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

テーブル上に配置された、培養容器を固定する載置台と、
前記培養容器の底面に接着した細胞を掻き取るためのスクレーパと、
前記スクレーパの上部を挟持する一対の爪を有するチャックと、
前記チャックを昇降させる昇降機構と、
前記テーブル上に配置された、交換用の複数のスクレーパをこれらのスクレーパの上部が露出する状態で保持する保持台と、
前記チャックを前記保持台と前記載置台との間で移動させる移動機構と、
を備えた、自動細胞剥離装置。

【請求項2】

前記培養容器の底面は円形であり、前記スクレーパは前記培養容器の底面の半径よりも小さな幅の短冊状であり、
前記移動機構は、前記チャックを、平面視における前記培養容器の底面の中心を通る線上で移動するように構成されており、
前記載置台は、前記培養容器と共に当該培養容器の底面の中心回りに回転するように構成されている、請求項１に記載の自動細胞剥離装置。

【請求項3】

前記チャックを当該チャックの鉛直方向の中心線回りに回転させる回転機構をさらに備える、請求項２に記載の自動細胞剥離装置。

【請求項4】

前記移動機構は、前記チャックを、水平面上の直交する二方向に沿って移動するように構成されており、
前記チャックを当該チャックの鉛直方向の中心線回りに回転させる回転機構をさらに備える、請求項１に記載の自動細胞剥離装置。

【請求項5】

前記載置台と前記保持台との間に配置された、使用済のスクレーパが投入される回収箱をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の自動細胞剥離装置。

【請求項6】

培養容器に被せられた蓋を前記培養容器から取り外す蓋除去装置と、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の自動細胞剥離装置と、
前記自動細胞剥離装置により前記培養容器の底面から剥離された細胞を培地と共に吸引するピペット装置と、
前記ピペット装置で処理された前記培養容器を撮像し、前記培養容器内に細胞が残っているか否かを判定する細胞観察装置と、
前記培養容器を、前記蓋除去装置、前記自動細胞剥離装置、前記ピペット装置および前記細胞観察装置の間で搬送する搬送装置と、
を備えた、細胞剥離システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、培養容器の底面に接着した細胞を装置自らが剥離する自動細胞剥離装置、およびこの自動細胞剥離装置を用いた細胞剥離システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、細胞を培養する過程で、培養容器の底面に接着した細胞をスクレーパを用いて剥離することが行われている。近年では、その剥離作業を自動的に行う自動細胞剥離装置が開発されてきている。

【0003】

例えば、特許文献１には、載置台上に載置される培養容器の上方に駆動部が配置されることを避けるために門型のアームを採用し、そのアームの先端にスクレーパが一体的に設けられた自動細胞剥離装置が開示されている。アームの基部は、当該アームを昇降させる、昇降台の側方に配置された昇降機構に連結されており、昇降機構は、移動機構により水平方向に移動させられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−２７３６０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、細胞を培養する過程では、コンタミネーションを防止するために、一度使用したスクレーパを新しいスクレーパと交換することが望まれる。しかしながら、特許文献１に開示された自動細胞剥離装置では、スクレーパを交換するには、スクレーパが一体的に設けられたアームを昇降機構から手作業で切り離し、アームごと交換する必要がある。

【0006】

そこで、本発明は、スクレーパの交換を自動的に行うことのできる自動細胞剥離装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決するために、本発明の自動細胞剥離装置は、培養容器を固定する載置台と、前記培養容器の底面に接着した細胞を掻き取るためのスクレーパと、前記スクレーパの上部を挟持する一対の爪を有するチャックと、前記チャックを昇降させる昇降機構と、交換用の複数のスクレーパをこれらのスクレーパの上部が露出する状態で保持する保持台と、前記チャックを前記保持台と前記載置台との間で移動させる移動機構と、を備える。

【0008】

上記の構成によれば、スクレーパの上部がチャックの爪で挟持されているので、爪を開けば使用済のスクレーパを放すことができる。さらに、保持台では交換用のスクレーパの上部が露出しているので、チャックを保持台上に移動すればチャックに新たなスクレーパを装備することができる。従って、スクレーパの交換を自動的に行うことができる。

【0009】

前記培養容器の底面は円形であり、前記スクレーパは前記培養容器の底面の半径よりも小さな幅の短冊状であり、前記移動機構は、前記チャックを、平面視における前記培養容器の底面の中心を通る線上で移動するように構成されており、前記載置台は、前記培養容器と共に当該培養容器の底面の中心回りに回転するように構成されていてもよい。この構成によれば、スクレーパを培養容器の底面に接した状態で載置台を培養容器と共に一回転させれば、底面に接着した細胞をリング状に掻き取ることができる。そして、チャックを移動させることにより、そのリング状の径を変更することができるため、円形の底面の全面に亘って細胞を掻き取ることができる。

【0010】

上記の自動細胞剥離装置は、前記チャックを当該チャックの鉛直方向の中心線回りに回転させる回転機構をさらに備えてもよい。この構成によれば、培養容器の回転だけでは細胞が剥離できなかった場合でも、その残った細胞をスクレーパの回転により剥離することができる。

【0011】

あるいは、前記移動機構は、前記チャックを、水平面上の直交する二方向に沿って移動するように構成されており、上記の自動細胞剥離装置は、前記チャックを当該チャックの鉛直方向の中心線回りに回転させる回転機構をさらに備えてもよい。この構成によれば、培養容器の底面がどのような形状であっても、培養容器の底面の全面に亘って細胞を掻き取ることができる。

【0012】

上記の自動細胞剥離装置は、前記載置台と前記保持台との間に配置された、使用済のスクレーパが投入される回収箱をさらに備えてもよい。この構成によれば、使用済のスクレーパをまとめて破棄することができる。

【0013】

また、本発明の細胞剥離システムは、培養容器に被せられた蓋を前記培養容器から取り外す蓋除去装置と、上記の自動細胞剥離装置と、前記自動細胞剥離装置により前記培養容器の底面から剥離された細胞を培地と共に吸引するピペット装置と、前記ピペット装置で処理された前記培養容器を撮像し、前記培養容器内に細胞が残っているか否かを判定する細胞観察装置と、前記培養容器を、前記蓋除去装置、前記自動細胞剥離装置、前記ピペット装置および前記細胞観察装置の間で搬送する搬送装置と、を備える。このような細胞剥離システムは、熟練者に頼らずとも再現性の高い作業を実現できる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、スクレーパの交換を自動的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係る自動細胞剥離装置を用いた細胞剥離システムの平面図である。

【図2】蓋除去装置の側面図である。

【図3】ピペット装置の側面図である。

【図4】細胞観察装置の側面図である。

【図5】自動細胞剥離装置の一部断面正面図である。

【図6】自動細胞剥離装置の一部断面側面図である。

【図7】載置台の平面図である。

【図8】（ａ）および（ｂ）はスクレーパが細胞を掻き取る様子を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

【0017】

図１に、本発明の一実施形態に係る自動細胞剥離装置５を用いた細胞剥離システム１を示す。この細胞剥離システム１は、蓋除去装置２、ピペット装置３、細胞観察装置４および自動細胞剥離装置５を備えており、これらの装置２〜５の間で培養容器１０がロボット（本発明の搬送装置に相当）１１により搬送される。

【0018】

本実施形態では、ロボット１１がレール１３に沿って走行可能に構成されており、このレール１３の両側に上記の装置２〜５が配置されている。その中でも蓋除去装置２およびピペット装置３は、同一のテーブル１４上に設置されている。ただし、装置２〜５のレイアウトは図１に示すものに限られず、適宜決定可能である。また、装置２〜５がロボット１１の作業エリア内に配置されていれば、ロボット１１は走行不能なものであってもよい。

【0019】

レール１３は、内部の温度および湿度が一定に保たれたインキュベータ（図示せず）まで延びており、このインキュベータ内から培養容器１０がロボット１１により取り出される。本実施形態では、培養容器１０は円盤状の透明なディッシュである。ロボット１１は多関節アームを有し、そのアームの先端には細胞培養容器１０の側面を挟み込む一対の棒状の指１２を有するハンド１３が取り付けられている。

【0020】

インキュベータ内から取り出された培養容器１０には蓋１５（図２参照）が被せられている。蓋除去装置２は、培養容器１０から蓋１５を取り外すためのものである。より詳しくは、図２に示すように、蓋除去装置２は、図略の真空ポンプに接続された吸着パット２１を有する。ロボット１１は、蓋１５付の培養容器１０を吸着パット２１の真下に搬送し、培養容器１０を上昇させて吸着パット２１に蓋１５を吸着させた後に、培養容器１０を下降させる。これにより、培養容器１０から蓋１５が取り外される。また、蓋除去装置２は、吸着パット２１を支持するアーム２２を旋回させる旋回機構を有し、吸着パット２１に吸着された蓋１５は、吸着位置の脇の保管位置に積み上げられる。なお、蓋除去装置２は、吸着パット２１を昇降させる昇降機構を有していてもよい。

【0021】

培養容器１０内には細胞を培養するための液体である培地が収容されており、培養容器１０の円形の底面には細胞（接着系細胞）が接着している。自動細胞剥離装置５は、培養容器１０の底面からの細胞の剥離作業を自動的に行うものである。自動細胞剥離装置５の構成については、後述にて詳細に説明する。

【0022】

ピペット装置３は、自動細胞剥離装置５により培養容器１０の底面から剥離された細胞を培地と共に吸引する。より詳しくは、図３に示すように、ピペット装置５は、図略の電動式のシリンジに接続されたピペット３１と、このピペット３１を支持するアーム３２とを有している。ロボット１１は、培養容器１０を傾けた状態で、ピペット３１の先端を培養容器１０内の最下点近傍に挿入させる。その後、シリンジの稼動により、培養容器１０内の培地および細胞がピペット３１内に吸い込まれる。

【0023】

細胞観察装置４は、ピペット装置３で処理された培養容器１０を撮像し、培養容器１０内に細胞が残っているか否かを判定する。より詳しくは、図４に示すように、細胞観察装置４は、ロボット１１により培養容器１０が載置される本体部４１と、培養容器１０を上方から照らす、ブラケット４２により本体部４１に取り付けられた照明装置４３を有する。本体部４１内には、照明装置４３により照らされた培養容器１０を撮像する撮像装置４４と、撮像装置４４で撮像された画像を画像処理して培養容器１０内に細胞が残っているか否かを判定する演算装置４５とが配設されている。演算装置４５により培養容器１０内に細胞が残っていると判定された場合には、培養容器１０はロボット１１により自動細胞剥離装置５に搬送され、細胞の剥離が再度行われる。

【0024】

次に、図５および図６を参照して、自動細胞剥離装置５の構成を詳細に説明する。

【0025】

自動細胞剥離装置５は、培養容器１０の底面に接着した細胞を掻き取るためのスクレーパ９と、このスクレーパ９を把持するチャック８を備えている。また、自動細胞剥離装置５はテーブル５０を備えており、このテーブル５０上には、支持部５４、回収箱５２、保持台５３および移動機構６が配置されている。

【0026】

支持部５４には、培養容器１０を固定する載置台５１が支持されている。本実施形態では、図７に示すように、載置台５１が円盤状をなしており、載置台５１の上面における培養容器１０の下面と接する領域には複数の吸引孔５６が設けられている。これらの吸引孔５６は図略の真空ポンプに接続されており、培養容器１０は吸引により載置台５１に固定される。ただし、培養容器１０を載置台５１に固定する方法は吸引に限らず、例えば培養容器１０を水平方向で挟み込む方法であってもよい。

【0027】

培養容器１０は、ロボット１１により、培養容器１０の底面の中心Ｃ（図７参照）が載置台５１の中心と合致するように載置台５１上に載置される。なお、載置台５１の上面には、培養容器１０を位置決めするための突起または窪みが設けられていることが望ましい。

【0028】

また、本実施形態では、載置台５１が培養容器１０と共に当該培養容器１０の底面の中心Ｃ回りに回転するように構成されている。具体的には、載置台５１は、支持部５４内に配置されたモータ５５の出力軸に連結されており、モータ５５により回転させられる。なお、支持部５４はモータ５５のみで構成されていてもよい。

【0029】

スクレーパ９は、培養容器１０の底面に押し付けられた状態で当該底面に沿って動かされるものである。本実施形態では、スクレーパ９が上下方向に延びる短冊状をなしており、スクレーパ９の幅Ｗは培養容器１０の底面の半径よりも小さく設定されている。スクレーパ９の下部は、厚さが徐々に小さくなって下向きに尖っている。

【0030】

チャック８は、スクレーパ９の上部を当該スクレーパ９の厚さ方向で挟持する一対の爪８１と、これらの爪８１を操作する本体部８２とを有している。チャック８は、昇降装置７により、スクレーパ９が培養容器１０の底面に押し付けられる作業位置と、スクレーパ９が培養容器１０の上方に位置する退避位置との間で昇降させられる。本実施形態では、チャック８と昇降機構７との間に回転機構７５が介在しており、昇降機構７はチャック８を回転機構７５と共に昇降させる。

【0031】

回転機構７５は、チャック８を当該チャック８の鉛直方向の中心線Ｌ回りに回転させるものである。例えば、回転機構７５は、チャック８が出力軸に連結されたモータを内蔵する。昇降機構７は鉛直方向を軸方向とする駆動部７１とこの駆動部７１により駆動される可動部７２を有しており、回転機構７５は可動部７２に連結されている。

【0032】

上述した移動機構６は、チャック８を回転機構７５および昇降機構７と共に載置台５１と保持台５３との間で移動させる。移動機構６は、載置台５１と保持台５３が離間する水平方向を軸方向とする駆動部６１とこの駆動部６１により駆動される可動部６２を有している。そして、この可動部６２に、昇降機構７の駆動部７１がブラケット６５を介して取り付けられている。本実施形態では、図７に示すように、移動機構６がチャック８を平面視における培養容器１０の底面の中心Ｃを通る線上で移動するように構成されている。

【0033】

保持台５３は、交換用の複数のスクレーパ９をこれらのスクレーパ９の上部が露出する状態で保持する。具体的には、保持台５３は上面が水平な直方体状をなしており、保持台５３の上面には、スクレーパ９の断面形状と同形状で、スクレーパ９の高さよりも小さな深さ（例えばスクレーパ９の高さの半部程度）の複数の凹部が形成されており、これらの凹部にスクレーパ９が嵌め込まれている。保持台５３に保持されるスクレーパ９の幅方向は、本実施形態では移動機構７によるチャック８の移動方向と平行であるが、チャック８の移動方向に対して斜めであってもよいし垂直であってもよい。なお、図示は省略するが、保持台５３とテーブル５０の間には複数の支柱が介在していて、保持台５３がテーブル５０から離れていてもよい。

【0034】

例えば、保持台５３は、当該保持台５３が保持するスクレーパ９が、培養容器１０の底面に押し付けられるスクレーパ９と同レベルとなる高さ位置に配置される。すなわち、チャック８は、昇降機構７により作業位置に下降されたときには、培養容器１０の底面へのスクレーパ９の押し付けと新たなスクレーパ９の把持の双方を行うことができる。ただし、昇降機構７が可動部７２を任意の位置で停止可能な場合は、保持台５３の高さ位置はどのような位置であってもよい。

【0035】

回収箱５２は、載置台５１と保持台５３の間に配置されている。回収箱５２には、当該回収箱５２上でチャック８の爪８１が開かれることにより、使用済のスクレーパ９が投入される。

【0036】

次に、図８（ａ）および（ｂ）をも参照して、自動細胞剥離装置５の動作の一例を説明する。

【0037】

通常は、チャック８は、保持台５３上の退避位置で待機する。ロボット１１により培養容器１０が載置台５１上に載置されて載置台５１に固定されると、昇降機構７によるチャック８の下降、爪８１によるスクレーパ９の挟持、昇降機構７によるチャック８の上昇が行われる。ついで、移動機構６がチャック８を保持台５３上から載置台５１上に移動した後、昇降機構７がチャック８を下降させる。これにより、図８（ａ）に示すように、スクレーパ９が培養容器１０の底面に、当該底面の中心Ｃを通る線上で押し付けられる。この状態で、載置台５１が一回転させられる。載置台５１が一回転した後は、図８（ｂ）に示すように、回転機構７５がチャック８をスクレーパ９と共に例えば９０度回転させる。

【0038】

以上説明したように、本実施形態の自動細胞剥離装置５では、スクレーパ９の上部がチャック８の爪８１で挟持されているので、爪８１を開けば使用済のスクレーパ９を放すことができる。さらに、保持台５３では交換用のスクレーパ９の上部が露出しているので、チャック８を保持台５３上に移動すればチャック８に新たなスクレーパ９を装備することができる。従って、スクレーパ９の交換を自動的に行うことができる。また、この自動細胞剥離装置５を用いた細胞剥離システム１は、熟練者に頼らずとも再現性の高い作業を実現できる。

【0039】

また、本実施形態では、載置台５１が回転するように構成されているので、スクレーパ９を培養容器１０の底面に接した状態で載置台５１を培養容器１０と共に一回転させれば、底面に接着した細胞をリング状に掻き取ることができる。そして、チャック８を移動させることにより、そのリング状の径を変更することができるため、円形の底面の全面に亘って細胞を掻き取ることができる。

【0040】

さらに、本実施形態の自動細胞剥離装置５にはチャック８を回転させる回転機構８が設けられているので、培養容器１０の回転だけでは細胞が剥離できなかった場合でも、その残った細胞をスクレーパ９の回転により剥離することができる。

【0041】

また、載置台５１と保持台５３の間には回収箱５２が配置されているので、使用済のスクレーパ９をまとめて破棄することができる。

【0042】

（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【0043】

例えば、移動機構６がチャック８を水平面上の直交する二方向に沿って移動するように構成されている場合には、載置台５１が回転不能となっていてもよい。この場合は、移動機構６による二方向の移動と回転機構７５による回転とによって、培養容器１０の底面がどのような形状であっても、培養容器１０の底面の全面に亘って細胞を掻き取ることができる。

【0044】

また、前記実施形態では、回転機構７５がチャック８と昇降機構７との間に介在していたが、昇降機構７として例えばシリンダを用いる場合は、回転機構７５をブラケット６５に取り付け、この回転機構７５によりチャック８を昇降機構７と共に回転させてもよい。

【符号の説明】

【0045】

１ 細胞剥離システム
１０ 培養容器
１１ ロボット（搬送装置）
１５ 蓋
２ 蓋除去装置
３ ピペット装置
４ 細胞観察装置
５ 自動細胞剥離装置
５１ 載置台
５２ 回収箱
５３ 保持台
６ 移動機構
７ 昇降機構
７５ 回転機構
８ チャック
８１ 爪
９ スクレーパ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図7】

【図5】

【図6】

【図8】