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特開2023-154331試料吐出システム、試料吐出装置、試料吐出方法、及び人工組織の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023154331
(43)【公開日】2023-10-19
(54)【発明の名称】試料吐出システム、試料吐出装置、試料吐出方法、及び人工組織の製造方法
(51)【国際特許分類】
C12M 1/00 20060101AFI20231012BHJP
A61D 19/02 20060101ALI20231012BHJP
F04B 13/00 20060101ALI20231012BHJP
C12N 5/071 20100101ALI20231012BHJP
【ＦＩ】
C12M1/00
A61D19/02 Z
F04B13/00 A
C12N5/071
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022063601
(22)【出願日】2022-04-06
(71)【出願人】
【識別番号】501083643
【氏名又は名称】学校法人慈恵大学
(74)【代理人】
【識別番号】100188558
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 雅人
(72)【発明者】
【氏名】山中 修一郎
(72)【発明者】
【氏名】横尾 隆
【テーマコード（参考）】
3H075
4B029
4B065
【Ｆターム（参考）】
3H075AA09
3H075BB03
3H075CC11
3H075CC31
3H075DA07
3H075DB03
4B029AA27
4B029BB11
4B029DG10
4B029GA08
4B029GB01
4B029GB02
4B065AA90
4B065BA30
4B065BD50
4B065CA44
(57)【要約】
【課題】試料の吐出操作が容易な試料吐出システム、試料吐出装置、試料吐出方法、及び人工組織の製造方法を提供する。
【解決手段】試料を吐出する試料吐出アセンブリを備える試料吐出システムであって、試料吐出アセンブリは、試料空間及び試料空間内に収容された試料を外部に吐出する吐出口を有する吐出部と、試料空間と連通する気体チャンバを有し、気体チャンバに気体を収容できる気体収容部と、気体チャンバ内の圧力を増加させる加圧機構と、気体チャンバと連通する弁室及び閉構成と開構成とを切り替え可能な弁体を有するバルブ機構と、を備え、弁室は、外部空間へ開放されたベント部と連通し、弁体は、閉構成において弁室とベント部との連通を遮断し、開構成において弁室とベント部とを連通させる、試料吐出システムを提供する。
【選択図】図１
【解決手段】試料を吐出する試料吐出アセンブリを備える試料吐出システムであって、試料吐出アセンブリは、試料空間及び試料空間内に収容された試料を外部に吐出する吐出口を有する吐出部と、試料空間と連通する気体チャンバを有し、気体チャンバに気体を収容できる気体収容部と、気体チャンバ内の圧力を増加させる加圧機構と、気体チャンバと連通する弁室及び閉構成と開構成とを切り替え可能な弁体を有するバルブ機構と、を備え、弁室は、外部空間へ開放されたベント部と連通し、弁体は、閉構成において弁室とベント部との連通を遮断し、開構成において弁室とベント部とを連通させる、試料吐出システムを提供する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
試料を吐出する試料吐出アセンブリを備える試料吐出システムであって、
前記試料吐出アセンブリは、
試料空間及び前記試料空間内に収容された試料を外部に吐出する吐出口を有する吐出部と、
前記試料空間と連通する気体チャンバを有し、前記気体チャンバに気体を収容できる気体収容部と、
前記気体チャンバ内の圧力を増加させる加圧機構と、
前記気体チャンバと連通する弁室及び閉構成と開構成とを切り替え可能な弁体を有するバルブ機構と、
を備え、
前記弁室は、外部空間へ開放されたベント部と連通し、
前記弁体は、前記閉構成において前記弁室と前記ベント部との連通を遮断し、前記開構成において前記弁室と前記ベント部とを連通させる、
試料吐出システム。
前記試料吐出アセンブリは、
試料空間及び前記試料空間内に収容された試料を外部に吐出する吐出口を有する吐出部と、
前記試料空間と連通する気体チャンバを有し、前記気体チャンバに気体を収容できる気体収容部と、
前記気体チャンバ内の圧力を増加させる加圧機構と、
前記気体チャンバと連通する弁室及び閉構成と開構成とを切り替え可能な弁体を有するバルブ機構と、
を備え、
前記弁室は、外部空間へ開放されたベント部と連通し、
前記弁体は、前記閉構成において前記弁室と前記ベント部との連通を遮断し、前記開構成において前記弁室と前記ベント部とを連通させる、
試料吐出システム。
【請求項2】
前記加圧機構は、前記気体チャンバ内の気体を圧縮することにより、前記気体を介して前記試料を前記吐出口から押し出す、
請求項１に記載の試料吐出システム。
請求項１に記載の試料吐出システム。
【請求項3】
前記弁体が前記閉構成にある場合に、前記試料吐出アセンブリの内部に、前記吐出口と連通する内部空間が形成され、前記内部空間は、前記吐出口に繋がる部分を除いて、外部空間から閉鎖されている、
請求項１又は２に記載の試料吐出システム。
請求項１又は２に記載の試料吐出システム。
【請求項4】
前記加圧機構は、前記内部空間の体積を変化させる、
請求項３に記載の試料吐出システム。
請求項３に記載の試料吐出システム。
【請求項5】
前記バルブ機構は、ソレノイドと、前記ソレノイドの作用で移動するプランジャと、を有し、
前記プランジャは、前記ソレノイドの作用による移動に伴って、前記弁体を前記閉構成と前記開構成との間で切り替える、
請求項１又は２に記載の試料吐出システム。
前記プランジャは、前記ソレノイドの作用による移動に伴って、前記弁体を前記閉構成と前記開構成との間で切り替える、
請求項１又は２に記載の試料吐出システム。
【請求項6】
前記弁体は、移動することによって前記閉構成と前記開構成とを切り替え、
前記ソレノイドが前記プランジャに作用した場合に、前記プランジャは、前記弁体を前記閉構成から前記開構成へ移動させる、
請求項５に記載の試料吐出システム。
前記ソレノイドが前記プランジャに作用した場合に、前記プランジャは、前記弁体を前記閉構成から前記開構成へ移動させる、
請求項５に記載の試料吐出システム。
【請求項7】
前記弁体は、移動することによって前記閉構成と前記開構成とを切り替え、
前記バルブ機構は、前記開構成から前記閉構成へ向かう方向に前記弁体を直接的又は間接的に付勢する弾性部材を有する、
請求項５に記載の試料吐出システム。
前記バルブ機構は、前記開構成から前記閉構成へ向かう方向に前記弁体を直接的又は間接的に付勢する弾性部材を有する、
請求項５に記載の試料吐出システム。
【請求項8】
前記加圧機構は、前記気体チャンバに少なくとも部分的に挿入されるピストン本体と、前記ピストン本体を前記気体チャンバ内で移動させるピストン駆動機構と、を有する、
請求項１又は２に記載の試料吐出システム。
請求項１又は２に記載の試料吐出システム。
【請求項9】
前記加圧機構及び前記バルブ機構の少なくとも一方の動作を電気的に制御する制御ユニットをさらに備える、
請求項１又は２に記載の試料吐出システム。
請求項１又は２に記載の試料吐出システム。
【請求項10】
試料を収容可能な試料空間を内部に有する吐出部から試料を吐出するための試料吐出装置であって、
前記吐出部と結合される気体収容部であって、前記気体収容部が前記吐出部と結合された場合に前記試料空間と連通する気体チャンバを有する気体収容部と、
前記気体チャンバ内の圧力を増加させる加圧機構と、
前記気体チャンバと連通する弁室及び閉構成と開構成とを切り替え可能な弁体を有するバルブ機構と、
を備え、
前記弁室は、外部空間へ開放されたベント部と連通し、
前記弁体は、前記閉構成において前記弁室と前記ベント部との連通を遮断し、前記開構成において前記弁室と前記ベント部とを連通させる、
試料吐出装置。
前記吐出部と結合される気体収容部であって、前記気体収容部が前記吐出部と結合された場合に前記試料空間と連通する気体チャンバを有する気体収容部と、
前記気体チャンバ内の圧力を増加させる加圧機構と、
前記気体チャンバと連通する弁室及び閉構成と開構成とを切り替え可能な弁体を有するバルブ機構と、
を備え、
前記弁室は、外部空間へ開放されたベント部と連通し、
前記弁体は、前記閉構成において前記弁室と前記ベント部との連通を遮断し、前記開構成において前記弁室と前記ベント部とを連通させる、
試料吐出装置。
【請求項11】
試料を収容可能な試料空間を内部に有する吐出部から試料を吐出する方法であって、
前記試料空間に試料を収容するステップと、
前記試料空間の内部圧力を増加させることにより、前記試料を前記吐出部から押し出すステップと、
閉構成と開構成とを切り替え可能な弁体を、前記閉構成から開構成に切り替えるステップであって、前記弁体は、前記閉構成において前記試料空間と外部空間との連通を遮断し、前記開構成において前記試料空間と外部空間とを連通させる、ステップと、
を含む、
試料吐出方法。
前記試料空間に試料を収容するステップと、
前記試料空間の内部圧力を増加させることにより、前記試料を前記吐出部から押し出すステップと、
閉構成と開構成とを切り替え可能な弁体を、前記閉構成から開構成に切り替えるステップであって、前記弁体は、前記閉構成において前記試料空間と外部空間との連通を遮断し、前記開構成において前記試料空間と外部空間とを連通させる、ステップと、
を含む、
試料吐出方法。
【請求項12】
前記試料を収容した前記吐出部を標的（ヒトを除く）に挿入するステップをさらに含み、
前記試料を前記吐出部から押し出す前記ステップにおいて、前記試料が、前記標的に注入される、
請求項１１に記載の試料吐出方法。
前記試料を前記吐出部から押し出す前記ステップにおいて、前記試料が、前記標的に注入される、
請求項１１に記載の試料吐出方法。
【請求項13】
前記標的は、非ヒト動物の胎仔である、
請求項１２に記載の試料吐出方法。
請求項１２に記載の試料吐出方法。
【請求項14】
前記試料は、細胞を含む、
請求項１１～１３のいずれか一項に記載の試料吐出方法。
請求項１１～１３のいずれか一項に記載の試料吐出方法。
【請求項15】
人工組織の製造方法であって、
内部の試料空間に細胞を収容した吐出部を、非ヒト動物の胎仔に挿入するステップと、
前記試料空間内の気体の圧力を増加させて前記細胞を前記吐出部から押し出すことにより、前記細胞を前記胎仔に注入するステップと、
閉構成と開構成とを切り替え可能な弁体を、前記閉構成から開構成に切り替えるステップであって、前記弁体は、前記閉構成において前記試料空間と外部空間との連通を遮断し、前記開構成において前記試料空間と外部空間とを連通させる、ステップと、
前記吐出部を、前記胎仔から引き抜くステップと、
前記細胞が注入された前記胎仔を母体内で育てるステップと、
を含む、
人工組織の製造方法。
内部の試料空間に細胞を収容した吐出部を、非ヒト動物の胎仔に挿入するステップと、
前記試料空間内の気体の圧力を増加させて前記細胞を前記吐出部から押し出すことにより、前記細胞を前記胎仔に注入するステップと、
閉構成と開構成とを切り替え可能な弁体を、前記閉構成から開構成に切り替えるステップであって、前記弁体は、前記閉構成において前記試料空間と外部空間との連通を遮断し、前記開構成において前記試料空間と外部空間とを連通させる、ステップと、
前記吐出部を、前記胎仔から引き抜くステップと、
前記細胞が注入された前記胎仔を母体内で育てるステップと、
を含む、
人工組織の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、試料吐出システム、試料吐出装置、試料吐出方法、及び人工組織の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
流動性を有する試料を吐出し、標的に注入するための試料吐出装置が知られている。特許文献１には、シリンジ内に吸入した薬液を生体に所定の速度で注入することができるシリンジポンプが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平６－２９６６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、このような試料吐出装置において、試料の性質や、試料が注入される標的の種類によっては、吐出操作の操作性が十分でない場合があった。
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、試料の吐出操作が容易な試料吐出システム、試料吐出装置、試料吐出方法、及び人工組織の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、以下の態様を含み得る。
［１］試料を吐出する試料吐出アセンブリを備える試料吐出システムであって、前記試料吐出アセンブリは、試料空間及び前記試料空間内に収容された試料を外部に吐出する吐出口を有する吐出部と、前記試料空間と連通する気体チャンバを有し、前記気体チャンバに気体を収容できる気体収容部と、前記気体チャンバ内の圧力を増加させる加圧機構と、前記気体チャンバと連通する弁室及び閉構成と開構成とを切り替え可能な弁体を有するバルブ機構と、を備え、前記弁室は、外部空間へ開放されたベント部と連通し、前記弁体は、前記閉構成において前記弁室と前記ベント部との連通を遮断し、前記開構成において前記弁室と前記ベント部とを連通させる、試料吐出システム。
［２］前記加圧機構は、前記気体チャンバ内の気体を圧縮することにより、前記気体を介して前記試料を前記吐出口から押し出す、［１］に記載の試料吐出システム。
［３］前記弁体が前記閉構成にある場合に、前記試料吐出アセンブリの内部に、前記吐出口と連通する内部空間が形成され、前記内部空間は、前記吐出口に繋がる部分を除いて、外部空間から閉鎖されている、［１］又は［２］に記載の試料吐出システム。
［４］前記加圧機構は、前記内部空間の体積を変化させる、［３］に記載の試料吐出システム。
［５］前記バルブ機構は、ソレノイドと、前記ソレノイドの作用で移動するプランジャと、を有し、前記プランジャは、前記ソレノイドの作用による移動に伴って、前記弁体を前記閉構成と前記開構成との間で切り替える、［１］又は［２］に記載の試料吐出システム。
［６］前記弁体は、移動することによって前記閉構成と前記開構成とを切り替え、前記ソレノイドが前記プランジャに作用した場合に、前記プランジャは、前記弁体を前記閉構成から前記開構成へ移動させる、［５］に記載の試料吐出システム。
［７］前記弁体は、移動することによって前記閉構成と前記開構成とを切り替え、前記バルブ機構は、前記開構成から前記閉構成へ向かう方向に前記弁体を直接的又は間接的に付勢する弾性部材を有する、［５］に記載の試料吐出システム。
［８］前記加圧機構は、前記気体チャンバに少なくとも部分的に挿入されるピストン本体と、前記ピストン本体を前記気体チャンバ内で移動させるピストン駆動機構と、を有する、［１］又は［２］に記載の試料吐出システム。
［９］前記加圧機構及び前記バルブ機構の少なくとも一方の動作を電気的に制御する制御ユニットをさらに備える、［１］又は［２］に記載の試料吐出システム。
［１０］試料を収容可能な試料空間を内部に有する吐出部から試料を吐出するための試料吐出装置であって、前記吐出部と結合される気体収容部であって、前記気体収容部が前記吐出部と結合された場合に前記試料空間と連通する気体チャンバを有する気体収容部と、前記気体チャンバ内の圧力を増加させる加圧機構と、前記気体チャンバと連通する弁室及び閉構成と開構成とを切り替え可能な弁体を有するバルブ機構と、を備え、前記弁室は、外部空間へ開放されたベント部と連通し、前記弁体は、前記閉構成において前記弁室と前記ベント部との連通を遮断し、前記開構成において前記弁室と前記ベント部とを連通させる、試料吐出装置。
［１１］試料を収容可能な試料空間を内部に有する吐出部から試料を吐出する方法であって、前記試料空間に試料を収容するステップと、前記試料空間の内部圧力を増加させることにより、前記試料を前記吐出部から押し出すステップと、閉構成と開構成とを切り替え可能な弁体を、前記閉構成から開構成に切り替えるステップであって、前記弁体は、前記閉構成において前記試料空間と外部空間との連通を遮断し、前記開構成において前記試料空間と外部空間とを連通させる、ステップと、を含む、試料吐出方法。
［１２］前記試料を収容した前記吐出部を標的（ヒトを除く）に挿入するステップをさらに含み、前記試料を前記吐出部から押し出す前記ステップにおいて、前記試料が、前記標的に注入される、［１１］に記載の試料吐出方法。
［１３］前記標的は、非ヒト動物の胎仔である、［１２］に記載の試料吐出方法。
［１４］前記試料は、細胞を含む、［１１］～［１３］のいずれか１つに記載の試料吐出方法。
［１５］人工組織の製造方法であって、内部の試料空間に細胞を収容した吐出部を、非ヒト動物の胎仔に挿入するステップと、前記試料空間内の気体の圧力を増加させて前記細胞を前記吐出部から押し出すことにより、前記細胞を前記胎仔に注入するステップと、閉構成と開構成とを切り替え可能な弁体を、前記閉構成から開構成に切り替えるステップであって、前記弁体は、前記閉構成において前記試料空間と外部空間との連通を遮断し、前記開構成において前記試料空間と外部空間とを連通させる、ステップと、前記吐出部を、前記胎仔から引き抜くステップと、前記注入した細胞を、前記胎仔の体内で育てるステップと、を含む、人工組織の製造方法。
［１］試料を吐出する試料吐出アセンブリを備える試料吐出システムであって、前記試料吐出アセンブリは、試料空間及び前記試料空間内に収容された試料を外部に吐出する吐出口を有する吐出部と、前記試料空間と連通する気体チャンバを有し、前記気体チャンバに気体を収容できる気体収容部と、前記気体チャンバ内の圧力を増加させる加圧機構と、前記気体チャンバと連通する弁室及び閉構成と開構成とを切り替え可能な弁体を有するバルブ機構と、を備え、前記弁室は、外部空間へ開放されたベント部と連通し、前記弁体は、前記閉構成において前記弁室と前記ベント部との連通を遮断し、前記開構成において前記弁室と前記ベント部とを連通させる、試料吐出システム。
［２］前記加圧機構は、前記気体チャンバ内の気体を圧縮することにより、前記気体を介して前記試料を前記吐出口から押し出す、［１］に記載の試料吐出システム。
［３］前記弁体が前記閉構成にある場合に、前記試料吐出アセンブリの内部に、前記吐出口と連通する内部空間が形成され、前記内部空間は、前記吐出口に繋がる部分を除いて、外部空間から閉鎖されている、［１］又は［２］に記載の試料吐出システム。
［４］前記加圧機構は、前記内部空間の体積を変化させる、［３］に記載の試料吐出システム。
［５］前記バルブ機構は、ソレノイドと、前記ソレノイドの作用で移動するプランジャと、を有し、前記プランジャは、前記ソレノイドの作用による移動に伴って、前記弁体を前記閉構成と前記開構成との間で切り替える、［１］又は［２］に記載の試料吐出システム。
［６］前記弁体は、移動することによって前記閉構成と前記開構成とを切り替え、前記ソレノイドが前記プランジャに作用した場合に、前記プランジャは、前記弁体を前記閉構成から前記開構成へ移動させる、［５］に記載の試料吐出システム。
［７］前記弁体は、移動することによって前記閉構成と前記開構成とを切り替え、前記バルブ機構は、前記開構成から前記閉構成へ向かう方向に前記弁体を直接的又は間接的に付勢する弾性部材を有する、［５］に記載の試料吐出システム。
［８］前記加圧機構は、前記気体チャンバに少なくとも部分的に挿入されるピストン本体と、前記ピストン本体を前記気体チャンバ内で移動させるピストン駆動機構と、を有する、［１］又は［２］に記載の試料吐出システム。
［９］前記加圧機構及び前記バルブ機構の少なくとも一方の動作を電気的に制御する制御ユニットをさらに備える、［１］又は［２］に記載の試料吐出システム。
［１０］試料を収容可能な試料空間を内部に有する吐出部から試料を吐出するための試料吐出装置であって、前記吐出部と結合される気体収容部であって、前記気体収容部が前記吐出部と結合された場合に前記試料空間と連通する気体チャンバを有する気体収容部と、前記気体チャンバ内の圧力を増加させる加圧機構と、前記気体チャンバと連通する弁室及び閉構成と開構成とを切り替え可能な弁体を有するバルブ機構と、を備え、前記弁室は、外部空間へ開放されたベント部と連通し、前記弁体は、前記閉構成において前記弁室と前記ベント部との連通を遮断し、前記開構成において前記弁室と前記ベント部とを連通させる、試料吐出装置。
［１１］試料を収容可能な試料空間を内部に有する吐出部から試料を吐出する方法であって、前記試料空間に試料を収容するステップと、前記試料空間の内部圧力を増加させることにより、前記試料を前記吐出部から押し出すステップと、閉構成と開構成とを切り替え可能な弁体を、前記閉構成から開構成に切り替えるステップであって、前記弁体は、前記閉構成において前記試料空間と外部空間との連通を遮断し、前記開構成において前記試料空間と外部空間とを連通させる、ステップと、を含む、試料吐出方法。
［１２］前記試料を収容した前記吐出部を標的（ヒトを除く）に挿入するステップをさらに含み、前記試料を前記吐出部から押し出す前記ステップにおいて、前記試料が、前記標的に注入される、［１１］に記載の試料吐出方法。
［１３］前記標的は、非ヒト動物の胎仔である、［１２］に記載の試料吐出方法。
［１４］前記試料は、細胞を含む、［１１］～［１３］のいずれか１つに記載の試料吐出方法。
［１５］人工組織の製造方法であって、内部の試料空間に細胞を収容した吐出部を、非ヒト動物の胎仔に挿入するステップと、前記試料空間内の気体の圧力を増加させて前記細胞を前記吐出部から押し出すことにより、前記細胞を前記胎仔に注入するステップと、閉構成と開構成とを切り替え可能な弁体を、前記閉構成から開構成に切り替えるステップであって、前記弁体は、前記閉構成において前記試料空間と外部空間との連通を遮断し、前記開構成において前記試料空間と外部空間とを連通させる、ステップと、前記吐出部を、前記胎仔から引き抜くステップと、前記注入した細胞を、前記胎仔の体内で育てるステップと、を含む、人工組織の製造方法。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、試料の吐出操作が容易な試料吐出システム、試料吐出装置、試料吐出方法、及び人工組織の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施形態に係る試料吐出システムの全体構成を示す概略図である。
【図2】実施形態に係る試料吐出アセンブリを示す斜視図である。
【図8】実施形態に係る試料吐出システムの構成を示すブロック図である。
【図9】実施形態に係る試料吐出システムの動作を示すフローチャートである。
【図10】試料吐出システムによって腎前駆細胞が移植されたマウスの腎発生領域の写真である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、実施形態の試料吐出システム、試料吐出装置、試料吐出方法、及び人工組織の製造方法を、図面を参照して説明する。なお、図面は模式的又は概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。また、図面に示すＸＹＺ座標は、説明の便宜上定義されたものであり、発明を限定するものではない。
【0010】
本明細書において、「ＸＸに基づく」とは「少なくともＸＸに基づく」ことを意味し、ＸＸに加えて別の要素に基づく場合も含む。また、「ＸＸに基づく」とは、ＸＸを直接に用いる場合に限定されず、ＸＸに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含む。「ＸＸ」は、任意の要素（例えば情報）である。
【0011】
＜試料吐出システム１の構成＞
図１～図８を参照して、実施形態に係る試料吐出システム１について説明する。
図１は、実施形態に係る試料吐出システムの全体構成を示す概略図である。
図２は、実施形態に係る試料吐出アセンブリ１００を示す斜視図である。
図３は、実施形態に係る試料吐出アセンブリ１００を示す、図２の線ＩＩＩ－ＩＩＩで切断した断面図である。
図４は、実施形態に係る試料吐出アセンブリ１００を示す、図３の線ＩＶ－ＩＶで切断した分解図である。
図５は、実施形態に係る試料吐出アセンブリ１００を示す、図３の線Ｖ－Ｖで切断した分解図である。
図６は、実施形態に係る試料吐出アセンブリ１００（閉状態）の一部（図３の領域Ｅ）を示す拡大図である。
図７は、実施形態に係る試料吐出アセンブリ１００（開状態）の一部（図３の領域Ｅ）を示す拡大図である。
図８は、実施形態に係る試料吐出システム１の構成を示すブロック図である。
図１～図８を参照して、実施形態に係る試料吐出システム１について説明する。
図１は、実施形態に係る試料吐出システムの全体構成を示す概略図である。
図２は、実施形態に係る試料吐出アセンブリ１００を示す斜視図である。
図３は、実施形態に係る試料吐出アセンブリ１００を示す、図２の線ＩＩＩ－ＩＩＩで切断した断面図である。
図４は、実施形態に係る試料吐出アセンブリ１００を示す、図３の線ＩＶ－ＩＶで切断した分解図である。
図５は、実施形態に係る試料吐出アセンブリ１００を示す、図３の線Ｖ－Ｖで切断した分解図である。
図６は、実施形態に係る試料吐出アセンブリ１００（閉状態）の一部（図３の領域Ｅ）を示す拡大図である。
図７は、実施形態に係る試料吐出アセンブリ１００（開状態）の一部（図３の領域Ｅ）を示す拡大図である。
図８は、実施形態に係る試料吐出システム１の構成を示すブロック図である。
【0012】
試料吐出システム１は、試料Ｓを吐出するためのシステムである。具体的には、図１に示すように、試料吐出システム１は、試料吐出アセンブリ１００、位置決めユニット２００、及び制御ユニット３００を備える。試料吐出アセンブリ１００は、位置決めユニット２００に固定されて、標的Ｔに対して位置決めされる。制御ユニット３００は、試料吐出アセンブリ１００の動作を制御する。なお、本明細書において、「システム」とは、２以上の装置からなるシステムに限定されず、単独の装置からなるシステムも含む。
【0013】
試料Ｓは、流動性及び粘性を有する。好ましくは、試料Ｓは、試料Ｓを収容した細管が水平に設置された場合に、少なくとも数秒～数十秒の間、当該細管の口から自然に流れ出ることが実質的にない程度の流動性及び粘性を有する。試料Ｓの種類は、特に限定されないが、例えば生体試料を含む。好ましくは、試料Ｓは、細胞を含む。細胞は、幹細胞、前駆細胞、最終分化細胞など、特に限定されない。細胞の例として、ＥＳ細胞やｉＰＳ細胞などの多能性幹細胞や体性幹細胞から分化誘導した細胞、生体由来の組織を分解酵素で処理して得た細胞などが挙げられるが、これらに限定されない。細胞は、遺伝子改変された細胞であってもよく、遺伝子改変されていない細胞であってもよい。
【0014】
標的Ｔは、試料Ｓの注入対象である。試料Ｓが細胞である場合には、標的Ｔは、試料Ｓの移植対象であってよい。例えば、標的Ｔは、ヒト若しくは非ヒト動物、その胎仔、又はそれらの体組織や器官の全部又は一部領域である。標的Ｔは、生体内の領域に限定されず、生体外に置かれた体組織や器官であってもよい。例えば、標的Ｔは、非ヒト動物の胎仔又はその一部である。
【0015】
＜試料吐出アセンブリ１００の構成＞
試料吐出アセンブリ１００は、試料Ｓを吐出する構成を有する。具体的には、図２に示すように、試料吐出アセンブリ１００は、吐出管１０２、シリンジ１０４、ピストン１０６、及びバルブ機構１０８を備える。
試料吐出アセンブリ１００は、試料Ｓを吐出する構成を有する。具体的には、図２に示すように、試料吐出アセンブリ１００は、吐出管１０２、シリンジ１０４、ピストン１０６、及びバルブ機構１０８を備える。
【0016】
［吐出管１０２の構成］
吐出管１０２（「吐出部」の一例）は、図３に示すように、試料Ｓを内部に収容するとともに、収容された試料Ｓを吐出する。具体的には、吐出管１０２は、中空の細長い管状部材である。吐出管１０２の内部には、試料空間１０２Ａが形成される。吐出管１０２の一端には、試料Ｓを吐出するための吐出口１０２Ｂが形成される。より具体的には、吐出管１０２は、試料空間１０２Ａと連通する２つの開口を有し、２つの開口の一方は、シリンジ１０４に結合されてシリンジ１０４の気体チャンバ２２と連通し、２つの開口の他方は、吐出口１０２Ｂとして機能する。
吐出管１０２（「吐出部」の一例）は、図３に示すように、試料Ｓを内部に収容するとともに、収容された試料Ｓを吐出する。具体的には、吐出管１０２は、中空の細長い管状部材である。吐出管１０２の内部には、試料空間１０２Ａが形成される。吐出管１０２の一端には、試料Ｓを吐出するための吐出口１０２Ｂが形成される。より具体的には、吐出管１０２は、試料空間１０２Ａと連通する２つの開口を有し、２つの開口の一方は、シリンジ１０４に結合されてシリンジ１０４の気体チャンバ２２と連通し、２つの開口の他方は、吐出口１０２Ｂとして機能する。
【0017】
吐出管１０２は、シリンジ１０４に対して取り外し可能に装着される。ただし、吐出管１０２の構成はこれに限定されず、シリンジ１０４に対して取り外し不能に装着されてもよく、シリンジ１０４の一部として一体に設けられてもよい。
【0018】
吐出管１０２には、試料空間１０２Ａに収容された試料Ｓの量を推定するために使用可能な目盛りなどのマーカが付されてよい。ユーザは、吐出管１０２から試料Ｓを吐出させる際に、このマーカを視認することにより、試料Ｓの吐出量を推定することができる。
【0019】
吐出管１０２の材質は、特に限定されないが、生体材料に対して有害でない材料であることが好ましい。吐出管１０２の材質の例として、ガラス、高分子材料、金属材料などが挙げられる。
【0020】
吐出管１０２は、標的Ｔに挿入されて、標的Ｔの内部に試料Ｓを注入するために使用可能である。好ましくは、吐出管１０２は、生体組織に穿刺できる程度の強度を有する。
【0021】
［シリンジ１０４の構成］
シリンジ１０４（「気体収容部」の一例）は、吐出管１０２と結合して吐出管１０２を保持するとともに、吐出管１０２内部の試料Ｓを外部に押し出すように動作する。例えば、シリンジ１０４は、試料吐出アセンブリ１００全体を支持する本体として機能する。具体的には、シリンジ１０４は、シリンジ本体１０及びマニフォールド１２を有する。マニフォールド１２は、吐出管１０２とシリンジ本体１０との間に介在する。吐出管１０２とマニフォールド１２との間には、第１接続部１４が設けられる。第１接続部１４は、吐出管１０２とマニフォールド１２とを互いに連通させるように接続する。シリンジ本体１０とマニフォールド１２との間には、第２接続部１６が設けられる。第２接続部１６は、シリンジ本体１０とマニフォールド１２とを互いに連通させるように接続する。
シリンジ１０４（「気体収容部」の一例）は、吐出管１０２と結合して吐出管１０２を保持するとともに、吐出管１０２内部の試料Ｓを外部に押し出すように動作する。例えば、シリンジ１０４は、試料吐出アセンブリ１００全体を支持する本体として機能する。具体的には、シリンジ１０４は、シリンジ本体１０及びマニフォールド１２を有する。マニフォールド１２は、吐出管１０２とシリンジ本体１０との間に介在する。吐出管１０２とマニフォールド１２との間には、第１接続部１４が設けられる。第１接続部１４は、吐出管１０２とマニフォールド１２とを互いに連通させるように接続する。シリンジ本体１０とマニフォールド１２との間には、第２接続部１６が設けられる。第２接続部１６は、シリンジ本体１０とマニフォールド１２とを互いに連通させるように接続する。
【0022】
シリンジ本体１０は、吐出管１０２内の試料Ｓを押し出すための気体（例えば空気）を内部に収容し、気体を介して吐出管１０２に試料Ｓを吐出させる。シリンジ本体１０は、内部空間として第１チャンバ２２Ａを有する。シリンジ本体１０は、第１チャンバ２２Ａに気体を収容できる。具体的には、シリンジ本体１０は、両端が開口した筒状部材である。例えば、シリンジ本体１０は、一般的なシリンジの構成を有する。シリンジ本体１０の材質は、特に限定されないが、少なくとも部分的に透明又は半透明の材料で形成されることが好ましい。シリンジ本体１０の材質の例として、ガラス、高分子材料などが挙げられる。
【0023】
シリンジ本体１０の両側には、第１保持部１０Ａ及び第２保持部１０Ｂが設けられている。第１保持部１０Ａは、シリンジ本体１０の一端を保持し、第２保持部１０Ｂは、シリンジ本体１０の他端を保持する。
【0024】
マニフォールド１２は、吐出管１０２とシリンジ本体１０とを連通させた状態で連結する。マニフォールド１２は、試料吐出アセンブリ１００の内部で流路構造を形成する。具体的には、マニフォールド１２は、吐出管１０２の試料空間１０２Ａとシリンジ本体１０内部の空間とを連通させる内部空間として第２チャンバ２２Ｂを有する。マニフォールド１２は、第２チャンバ２２Ｂに気体（例えば空気）を収容できる。第１チャンバ２２Ａ及び第２チャンバ２２Ｂは、互いに連通して、気体を収容できる気体チャンバ２２を形成する。したがって、シリンジ１０４は、気体チャンバ２２に気体を収容できる。気体チャンバ２２は、シリンジ１０４が吐出管１０２と結合された場合に、吐出管１０２の試料空間１０２Ａと連通する。
【0025】
マニフォールド１２は、図２及び図４に示すように、両側の側面にベント孔２０（「ベント部」の一例）を有する。ベント孔２０は、試料吐出アセンブリ１００内部の気体を外部に排出することにより、試料吐出アセンブリ１００内部の圧抜きを行うことができる。
【0026】
マニフォールド１２の第２チャンバ２２Ｂは、分岐した流路を形成することができる。具体的には、図３に示すように、マニフォールド１２は、第１通路２４、第２通路２６、及び第３通路２８を内部に有する。第１通路２４は、第２チャンバ２２Ｂから吐出管１０２の試料空間１０２Ａまで、マニフォールド１２の前壁を貫通して延在する。第２通路２６は、第２チャンバ２２Ｂからマニフォールド１２の上面１２Ａまで、マニフォールド１２の上壁を貫通して延在する。第３通路２８は、図４に示すように、マニフォールド１２の上面１２Ａから、マニフォールド１２の内部で分岐して、マニフォールド１２の両側面の２つのベント孔２０まで延在する。第２通路２６と第３通路２８とは、後述するバルブ機構１０８によって接続される。
【0027】
このようにして、マニフォールド１２は、内部の分岐通路によって、シリンジ本体１０内部の空間と、吐出管１０２の試料空間１０２Ａと、排気用のベント孔２０とを互いに連通接続することができる。
【0028】
［ピストン１０６の構成］
ピストン１０６（「加圧機構」の一例）は、気体チャンバ２２内の圧力を増加させることができる。ピストン１０６は、シリンジ１０４の気体チャンバ２２内の気体を圧縮することにより、この気体を介して吐出管１０２の吐出口１０２Ｂから試料Ｓを押し出す。具体的には、図３に示すように、ピストン１０６は、ピストン本体３０及びピストン駆動機構３２と、ピストン本体３０及びピストン駆動機構３２を内部に収容するピストン筐体３４と、を有する。
ピストン１０６（「加圧機構」の一例）は、気体チャンバ２２内の圧力を増加させることができる。ピストン１０６は、シリンジ１０４の気体チャンバ２２内の気体を圧縮することにより、この気体を介して吐出管１０２の吐出口１０２Ｂから試料Ｓを押し出す。具体的には、図３に示すように、ピストン１０６は、ピストン本体３０及びピストン駆動機構３２と、ピストン本体３０及びピストン駆動機構３２を内部に収容するピストン筐体３４と、を有する。
【0029】
ピストン本体３０は、第１チャンバ２２Ａ内に少なくとも部分的に挿入される。ピストン本体３０は、シリンジ本体１０の内部で摺動することにより、試料吐出アセンブリ１００の内部体積を変化させて、試料吐出アセンブリ１００内の気体の圧力を変化させることができる。具体的には、図３に示すように、ピストン本体３０は、ピストンヘッド３０Ａ及びピストンロッド３０Ｂを有する。
【0030】
ピストンヘッド３０Ａは、ピストン本体３０の遠位端部を構成する円盤状の部材である。ピストンヘッド３０Ａの外径は、シリンジ本体１０の内径と略同じである。これにより、ピストンヘッド３０Ａは、試料吐出アセンブリ１００内部に形成される空間を部分的に画定する。ピストンロッド３０Ｂは、ピストンヘッド３０Ａから近位方向（－Ｚ方向）に延在する棒状部材である。
【0031】
ピストン駆動機構３２は、気体チャンバ２２内でピストン本体３０を移動させる。具体的には、ピストン駆動機構３２は、ピストン本体３０を駆動して、シリンジ本体１０の第１チャンバ２２Ａ内で摺動させる。ピストン駆動機構３２としては、既知の任意の並進移動機構が使用可能である。例えば、図３に示すように、ピストン駆動機構３２は、モータ４０、ギア４２、送りねじ４４、及びキャリッジ４６を有する。
【0032】
モータ４０は、ピストン駆動機構３２の駆動源として機能する。ギア４２及び送りねじ４４は、モータ４０の回転運動をＺ方向の並進運動に変換して、キャリッジ４６に伝達する。キャリッジ４６は、ピストンロッド３０Ｂの近位端に取り付けられて、ピストン本体３０と一体にＺ方向に並進運動をする。これにより、モータ４０が回転すると、ピストン本体３０が、キャリッジ４６とともにＺ方向に並進運動をする。このようにして、ピストン駆動機構３２は、ピストン本体３０を駆動することができる。なお、ピストン駆動機構３２の構成は上記例に限定されず、ピストン本体３０を移動させるものであれば任意の機構が使用可能である。
【0033】
［バルブ機構１０８の構成］
バルブ機構１０８は、試料吐出アセンブリ１００の内部空間の連通状態を変更することにより、シリンジ１０４内の気体のベンティングを操作する。バルブ機構１０８は、ベンティングを許容しない閉構成と、ベンティングを許容する開構成とを切り替えることができる。例えば、バルブ機構１０８は、電気的に制御及び操作することが可能なバルブである。具体的には、図２及び図３に示すように、バルブ機構１０８は、電磁弁として構成され、バルブ作動部５０及びバルブ駆動機構７０を有する。
バルブ機構１０８は、試料吐出アセンブリ１００の内部空間の連通状態を変更することにより、シリンジ１０４内の気体のベンティングを操作する。バルブ機構１０８は、ベンティングを許容しない閉構成と、ベンティングを許容する開構成とを切り替えることができる。例えば、バルブ機構１０８は、電気的に制御及び操作することが可能なバルブである。具体的には、図２及び図３に示すように、バルブ機構１０８は、電磁弁として構成され、バルブ作動部５０及びバルブ駆動機構７０を有する。
【0034】
バルブ作動部５０は、バルブ機構１０８の配置構成を変化させることにより、試料吐出アセンブリ１００の内部空間とベント孔２０との連通状態を切り替える。バルブ作動部５０は、シリンジ１０４に取り付けられる。具体的には、図２及び図３に示すように、バルブ作動部５０は、第１バルブ作動部５２及び第２バルブ作動部５４を有する。第１バルブ作動部５２及び第２バルブ作動部５４は、マニフォールド１２の上面１２Ａに配置される。第２バルブ作動部５４は、マニフォールド１２の上面１２Ａ上で、第１バルブ作動部５２の近位側に配置される。
【0035】
図３～図７に示すように、第１バルブ作動部５２には、弁体６０、弁室６２、弁座６４、第４通路６６、及び第５通路６８が設けられる。弁体６０は、第１バルブ作動部５２内で流体の流れを制御するために設けられる。弁体６０は、閉構成（図６）と開構成（図７）とを切り替え可能である。具体的には、弁体６０は、移動することによって閉構成と開構成とを切り替えることができる。弁室６２は、第１バルブ作動部５２の内部空間として、弁体６０を収容する。弁室６２は、気体チャンバ２２と連通するとともに、外部空間に開放されたベント孔２０と連通する。弁座６４は、図６に示すように、閉構成にある弁体６０に接触して弁体６０を支持する。
【0036】
図５及び図６に示すように、第４通路６６は、第１バルブ作動部５２の下面５２Ａから弁室６２まで延在する。第４通路６６は、ＸＹ面内でマニフォールド１２の第２通路２６と連続するように形成される。すなわち、第２通路２６及び第４通路６６はともに、マニフォールド１２の第２チャンバ２２Ｂと弁室６２とを連通接続する通路を形成する。
【0037】
図４及び図６に示すように、第５通路６８は、第４通路６６より遠位側（＋Ｚ）で、第１バルブ作動部５２の下面５２Ａから弁室６２まで延在する形状を有する。図６及び図７に示すように、弁座６４は、第５通路６８の弁室６２への出口を取り囲む。第５通路６８は、ＸＹ面内でマニフォールド１２の第３通路２８と連続するように形成される。すなわち、第３通路２８及び第５通路６８はともに、マニフォールド１２のベント孔２０と弁室６２とを連通接続する通路を形成する。ただし、図６に示すように、弁体６０が閉構成にある場合には、弁体６０が、弁座６４に接触して、弁室６２と第５通路６８（ひいてはベント孔２０）との間の連通を遮断する。図７に示すように、弁体６０が開構成にある場合には、弁体６０は、弁座６４から離れて配置され、弁室６２と第５通路６８（ひいてはベント孔２０）との間の連通を許容する。すなわち、弁体６０は、閉構成において弁室６２とベント孔２０との連通を遮断し、開構成において弁室６２とベント孔２０とを連通させる。
【0038】
このように、バルブ作動部５０は、弁室６２とベント孔２０との間の連通を遮断する閉構成と、弁室６２とベント孔２０との間の連通を許容する閉構成と、の間で移動可能な弁体６０を有する。弁体６０が閉構成にある場合には、試料吐出アセンブリ１００の内部に、吐出口１０２Ｂと連通する内部空間が形成され、この内部空間は、吐出口１０２Ｂに繋がる部分を除いて、外部空間から閉鎖されている。すなわち、弁体６０が閉構成にある場合には、吐出口１０２Ｂが、この内部空間を外部空間と連通させる唯一の出口として機能する。この内部空間は、試料空間１０２Ａ、気体チャンバ２２、及び弁室６２を含む空間であり、これらは互いに連通する。ピストン１０６は、この内部空間の体積を変化させることができる。具体的には、ピストン１０６は、気体チャンバ２２内で摺動することにより、内部空間における気体チャンバ２２の体積を変化させることができる。バルブ作動部５０は、弁体６０を閉構成から開構成に移動させることによって、気体チャンバ２２内の気体をベント孔２０から排出することができる。
【0039】
バルブ駆動機構７０は、弁室６２内の弁体６０を閉構成と開構成との間で移動させることにより、バルブ機構１０８の開閉状態を切り替える。具体的には、図３、図６、及び図７に示すように、バルブ駆動機構７０は、ソレノイド７２と、ソレノイド７２の作用で移動するプランジャ７４と、プランジャ７４を付勢するコイルばね７６と、を有する。プランジャ７４は、ソレノイド７２の作用による移動に伴って、弁体６０を閉構成と開構成との間で切り替える。
【0040】
ソレノイド７２は、バルブ駆動機構７０の駆動源として機能する。具体的には、図６及び図７に示すように、ソレノイド７２は、ボビン８０、コイル８２、及びコイルカバー８４を有する。ボビン８０は、両端にフランジを有する円筒形状を有し、ソレノイド７２の基部として機能する。コイル８２は、ボビン８０に巻き付けられた金属線である。コイル８２は、電流が印加されると、内部に磁場を発生させる。コイルカバー８４は、ボビン８０に巻き付けられたコイル８２を覆うように、ボビン８０に取り付けられる。
【0041】
プランジャ７４は、鉄や鋼などの磁性材料から構成される円柱形部材である。ソレノイド７２のコイル８２に電流が印加されると、コイル８２の軸方向に磁場が発生する。ソレノイド７２は、プランジャ７４に作用した場合に、図７に矢印で示すように、弁座６４から離れる方向（ここでは、－Ｚ方向）の力をプランジャ７４に加える。プランジャ７４は、遠位端部に小径部８６を有する。小径部８６は、第２バルブ作動部５４の貫通孔に挿入される。小径部８６の遠位端である作動端８８には、弁体６０が取り付けられる。これにより、プランジャ７４は、自身の移動に伴って、弁体６０をＺ方向に移動させることができる。すなわち、ソレノイド７２は、プランジャ７４が弁体６０を閉構成から開構成に移動させるような力をプランジャ７４に加える。これにより、ソレノイド７２がプランジャ７４に作用した場合に、プランジャ７４は、弁体６０を閉構成から開構成へ向かう方向に移動させる。なお、プランジャ７４は、弁体６０と一体に形成されてもよい。
【0042】
コイルばね７６（「弾性部材」の一例）は、ボビン８０に形成された収容穴に収容されて、プランジャ７４の近位端に当接する。コイルばね７６は、プランジャ７４を弁座６４に向かう方向（ここでは、＋Ｚ方向）に付勢する。これにより、コイル８２に電流が印加されていない場合には、コイルばね７６は、プランジャ７４を介して、弁体６０を弁座６４に押し付けることができる。すなわち、コイルばね７６は、開構成から閉構成へ向かう方向に弁体６０を間接的に付勢する。一方、コイル８２に電流が印加されてソレノイド７２が作動すると、プランジャ７４がコイルばね７６の弾性力に抗して近位方向（－Ｚ方向）に移動する。これにより、弁体６０が弁座６４から離れ、弁室６２とベント孔２０とが連通する。
【0043】
このように、ソレノイド７２が作動していない場合には、バルブ駆動機構７０は、コイルばね７６の付勢力によって、弁体６０を閉構成に位置付ける。これにより、弁体６０は、弁座６４に接触して、弁室６２とベント孔２０との間の連通を遮断する。一方、ソレノイド７２が作動している場合には、バルブ駆動機構７０は、コイル８２の磁力によって、プランジャ７４を弁体６０とともに移動させる。これにより、弁体６０は、弁座６４から離れて、弁室６２とベント孔２０とを連通させる。このようにして、バルブ駆動機構７０は、所望のタイミングで、弁室６２とベント孔２０との間の連通状態を切り替えることができる。これにより、必要に応じて試料吐出アセンブリ１００内部の気体をベント孔２０から排出させることができる。
【0044】
上記のように、ソレノイド７２の作用時に弁体６０が開構成から閉構成に切り替わる態様は、ベンティングを行わない平常時にソレノイド７２を作動される必要がないため、電力消費などの点で好ましい。ただし、バルブ駆動機構７０の構成は上記例に限定されない。例えば、ソレノイド７２の作用時に弁体６０が閉構成から開構成に切り替わる態様が採用されてもよい。
【0045】
＜位置決めユニット２００の構成＞
位置決めユニット２００は、試料吐出アセンブリ１００の位置決め及び固定を行う。具体的には、図１に示すように、位置決めユニット２００は、台座２１０及び移動機構２２０を備える。
位置決めユニット２００は、試料吐出アセンブリ１００の位置決め及び固定を行う。具体的には、図１に示すように、位置決めユニット２００は、台座２１０及び移動機構２２０を備える。
【0046】
台座２１０は、位置決めユニット２００の土台として機能する。移動機構２２０は、台座２１０に取り付けられる。移動機構２２０は、試料吐出アセンブリ１００を台座２１０に対して移動させるとともに、所定の空間位置及び向きに固定する。移動機構２２０は、その一端に固定部２２２を有する。固定部２２２は、試料吐出アセンブリ１００を保持して、移動機構２２０に対して試料吐出アセンブリ１００の位置姿勢を固定する。
【0047】
位置決めユニット２００は、試料吐出アセンブリ１００を、標的Ｔに対する所定の位置姿勢に固定することができる。これにより、試料吐出アセンブリ１００が標的Ｔに試料Ｓを注入する動作の精密性が向上し得る。
【0048】
＜制御ユニット３００の構成＞
制御ユニット３００は、試料吐出アセンブリ１００の動作を制御する。例えば、制御ユニット３００は、ピストン１０６及びバルブ機構１０８の少なくとも一方の動作を電気的に制御する。具体的には、図１及び図８に示すように、制御ユニット３００は、操作部３１０、処理部３２０、及び駆動制御部３３０を含む。
制御ユニット３００は、試料吐出アセンブリ１００の動作を制御する。例えば、制御ユニット３００は、ピストン１０６及びバルブ機構１０８の少なくとも一方の動作を電気的に制御する。具体的には、図１及び図８に示すように、制御ユニット３００は、操作部３１０、処理部３２０、及び駆動制御部３３０を含む。
【0049】
操作部３１０は、ユーザによる試料吐出アセンブリ１００の操作指示を受け付ける。操作部３１０は、制御ユニット３００を構成する制御装置と一体に設けられてもよく、操作部３１０の一部又は全部が制御装置とは別体として設けられてもよい。操作部３１０は、制御ユニット３００の操作盤にスイッチやボタンなどの物理的な操作要素として設けられもよく、制御ユニット３００の表示パネルに表示されたボタンなどの仮想的な操作要素として設けられてもよく、ユーザの手や足で操作可能である物理的なハンドスイッチやフットスイッチなどの形態であってもよい。これらが併用されて操作部３１０を構成してもよい。
【0050】
具体的には、操作部３１０は、ピストン操作部３１２及びバルブ操作部３１４を含む。図１の例では、処理部３２０及び駆動制御部３３０を含む制御装置とは別体として、ピストン操作部３１２及びバルブ操作部３１４が設けられている。
【0051】
ピストン操作部３１２は、ピストン１０６を作動させる操作指示をユーザから受け付ける。例えば、ピストン操作部３１２は、ピストン１０６を遠位方向（＋Ｚ方向）又は近位方向（－Ｚ方向）に移動させる操作をユーザから受け付ける。例えば、ピストン操作部３１２がフットスイッチである場合、ユーザは、ピストン操作部３１２を踏むことによって、ピストン１０６が遠位方向に移動するように操作して、気体チャンバ２２内の気体を圧縮することができる。これにより、ユーザは、所望のタイミングでシリンジ１０４の内圧を増加させることによって、吐出管１０２から試料Ｓを吐出させることができる。ユーザは、吐出管１０２が標的Ｔに挿管された状態でピストン操作部３１２を操作することにより、所望のタイミングで、吐出管１０２内の試料Ｓを標的Ｔに注入することができる。
【0052】
バルブ操作部３１４は、バルブ機構１０８の開閉状態を変更する操作指示をユーザから受け付ける。例えば、バルブ操作部３１４は、弁体６０を閉構成から開構成に移動させる操作指示をユーザから受け付ける。例えば、バルブ操作部３１４がフットスイッチである場合、ユーザは、バルブ操作部３１４を踏むことによって、バルブ機構１０８を操作して弁室６２とベント孔２０とを連通させることができる。これにより、ユーザは、所望のタイミングで気体チャンバ２２のベント操作を実行することができる。
【0053】
処理部３２０は、入力された情報に対して所定の演算処理を実行する。例えば、処理部３２０は、制御ユニット３００の記憶装置に記録されたプログラムを実行することによって、所定の演算処理を実行する。具体的には、処理部３２０は、操作部３１０からユーザの操作指示を受け付けるとともに、受け付けた操作指示に基づいて、試料吐出アセンブリ１００の制御信号を生成する。具体的には、処理部３２０は、ピストン駆動機構３２又はバルブ駆動機構７０の制御信号を生成することができる。
【0054】
駆動制御部３３０は、処理部３２０が生成した制御信号に基づいて、試料吐出アセンブリ１００の構成要素の駆動を制御する。具体的には、駆動制御部３３０は、バルブ駆動制御部３３２及びピストン駆動制御部３３４を含む。
【0055】
バルブ駆動制御部３３２は、ピストン操作部３１２が受け付けたユーザの操作指示に基づいて生成された制御信号により、ピストン駆動機構３２の駆動を制御する。具体的には、バルブ駆動制御部３３２は、ユーザの操作指示に従ってモータ４０を駆動させる。
【0056】
ピストン駆動制御部３３４は、バルブ操作部３１４が受け付けたユーザの操作指示に基づいて生成された制御信号により、バルブ駆動機構７０の駆動を制御する。具体的には、ピストン駆動制御部３３４は、ユーザの操作指示に従ってソレノイド７２を駆動させる。
【0057】
ユーザは、ピストン操作部３１２を操作し続けることにより、試料Ｓを標的Ｔに継続的に注入することができる。あるいは、ピストン操作部３１２は、ユーザの操作を受け付けると、次に操作を受け付けるまでピストン１０６を継続的に移動させるようにピストン駆動機構３２を制御してもよい。あるいは、ピストン操作部３１２は、複数種類の操作が可能なように構成されて、所定の操作を受け付けた場合に所定期間だけ継続してピストン１０６を移動させるように予め設定されてもよい。
【0058】
このようにピストン１０６が継続的に移動している場合において、ユーザは、バルブ操作部３１４を操作することにより、バルブ駆動機構７０を駆動して弁体６０を閉構成から開構成に移動させることができる。これにより、ユーザは、所望のタイミングで気体チャンバ２２内の気体をベントすることができる。したがって、ユーザは、試料Ｓが吐出管１０２から標的Ｔに注入され続けている間に、バルブ操作部３１４を操作することにより、所望のタイミングで試料Ｓの注入を停止することができる。
【0059】
上記の操作部３１０、処理部３２０、駆動制御部３３０などの構成は、制御装置が備えるプロセッサ、メモリ、ストレージ、入出力インタフェース、通信インタフェース、これらを相互接続するバスなどを含むハードウェア構成の協働により実現される機能部である。
【0060】
以上のような試料吐出システム１の構成によれば、任意のタイミングでバルブ操作によってシリンジ１０４の内部圧力を解放することができるので、試料Ｓの吐出操作が容易になる。これに対し、試料吐出システム１のようなバルブ機構を備えていない従来の試料吐出システムは、任意のタイミングで吐出管からの吐出を停止することが困難であった。特に、胎仔の臓器形成領域を標的Ｔとする場合には、小さなコンパートメントで構成される胎仔の体腔内の圧力が高い。このため、試料Ｓを注入するためには、シリンジの内部圧力（すなわち、吐出管の吐出圧）を、標的Ｔの内圧を超えるまで増加させる必要がある。吐出圧が標的Ｔの内圧を超えた時点で試料Ｓの流入が始まるが、一旦流入が始まると、シリンジ内部の空気の圧縮は制御不能となってしまう。その結果、吐出管は、シリンジの内部圧力が十分に低下するまで試料Ｓを注入し続けてしまう。これにより、過剰量の試料Ｓが標的Ｔ（臓器形成領域）を越えて胎仔の体腔内に流入してしまう可能性がある。このような過量投与は胎仔の致死性因子となり得る。このように、高い内部圧力を有する標的Ｔに対して試料Ｓを注入する場合には、所望のタイミングで試料Ｓの吐出を停止することのできる試料吐出システムが特に求められていた。また、試料Ｓとして細胞を使用する場合には、粘性が毎回異なるため、試料Ｓの粘性に依存せず、汎用的な操作が可能な試料吐出システムが必要とされていた。
【0061】
なお、従来の試料吐出システムでは、所望量の試料Ｓの吐出が完了したタイミングで標的Ｔから吐出管１０２を手動で引き抜く手法も行われていた。しかしながら、この手法では、試料Ｓの注入量を十分な精度で調節することが困難であった。吐出管１０２を標的Ｔから引き抜く際に、吐出管１０２の先端で標的Ｔを傷つけてしまう可能性や、誤って標的Ｔに空気が入ってしまう可能性もあった。また、吐出されなかった試料Ｓは、引き抜き時に吐出管１０２から零れてしまうことが多く、試料Ｓが無駄になってしまう場合が多かった。
【0062】
本実施形態に係る試料吐出システム１では、バルブ機構１０８を操作することによって、シリンジ１０４の内部空間とベント孔２０とを連通させることができる。これにより、吐出管１０２から試料Ｓを吐出するためにシリンジ１０４によって上昇したシリンジ１０４の内圧を、大気圧まで減少させることができる。その結果、所望のタイミングで試料Ｓの吐出を停止することができる。これにより、試料吐出装置の操作性が向上し、試料Ｓの吐出量を精度よく調節できる。従来のような吐出完了時に吐出管１０２を標的Ｔから急いで引き抜く動作も不要となる。引き抜き動作を丁寧に行うことができるので、誤って胎仔に空気が入ってしまう可能性も低減できる。吐出管１０２に残った試料Ｓが吐出管１０２から零れてしまう可能性も低減できる。
【0063】
吐出管１０２を途中まで引き抜いた後、穿刺角度を少しだけ変えて再度標的Ｔへ穿刺する操作も可能である。このように、吐出管１０２の挿入角度を微調整しながら複数回の穿刺を行うことにより、標的Ｔへの広範囲な移植が可能となる。狭い空間でもある程度隅々まで広範囲に細胞を移植できると、再生ネフロンの数が増える点で有利である。これに対し、吐出管１０２を一旦全部引き抜いた後、細胞を再充填して再び標的Ｔへ同じ角度又は微調整した角度で穿刺することは、現段階では困難である。
【0064】
さらに、ピストン駆動機構３２、バルブ駆動機構７０、及び位置決めユニット２００を用いることにより、試料吐出アセンブリ１００を標的Ｔに対して固定した状態で各種操作を行うことができる。このため、特に胎仔のような傷つきやすい標的Ｔに対して、注入操作の安全性を向上させることができる。
【0065】
【0066】
まず、ステップＳ９０１では、ユーザが、吐出管１０２の試料空間１０２Ａに試料Ｓを収容する。試料Ｓの収容は、吐出管１０２がシリンジ１０４に装着された状態で行われてもよく、吐出管１０２に試料Ｓを収容した後で、吐出管１０２がシリンジ１０４に装着されてもよい。なお、吐出管１０２をシリンジ１０４に装着する際にバルブ機構１０８を作動させておくことにより、装着時に吐出管１０２内の試料Ｓがシリンジ１０４の内圧によって吐出口１０２Ｂから押し出されてしまう可能性を低減できる。
【0067】
次いで、ステップＳ９０２では、ユーザが、シリンジ１０４に吐出管１０２が装着された状態で、試料Ｓを収容した吐出管１０２を標的Ｔに挿入する。次いで、ステップＳ９０３では、ユーザがピストン操作部３１２を操作することにより、ピストン駆動機構３２が、ピストン本体３０をシリンジ本体１０内で遠位方向（＋Ｚ方向）に摺動させる。このようにシリンジ１０４内部でピストン１０６を押し込むことにより、シリンジ１０４の内部圧力が増加する。このとき、バルブ駆動機構７０は作動しておらず、バルブ機構１０８は、シリンジ１０４の気体チャンバ２２とベント孔２０との間の連通を遮断している。シリンジ１０４の内部圧力が一定値を超えると、吐出管１０２内の試料Ｓが吐出口１０２Ｂから押し出される。このようにして、ステップＳ９０４において、ユーザは、吐出管１０２から標的Ｔに、試料Ｓを所望の量だけ注入することができる。
【0068】
ユーザは、吐出管１０２に付されたマーカなどを利用して、試料Ｓが所望の量だけ注入されたか否かを判断する。所望量の試料Ｓの注入が完了したら、ステップＳ９０５において、ユーザがバルブ操作部３１４を操作することにより、バルブ駆動機構７０が作動する。バルブ駆動機構７０は、弁体６０を閉構成から開構成に移動させることにより、シリンジ１０４の気体チャンバ２２とベント孔２０とを連通させる。これにより、シリンジ１０４内で圧縮された気体の一部がベント孔２０から排出されて、弁室６２と外部空間とが連通することにより、シリンジ１０４の内部圧力が外部空間と等しい圧力まで減少する。その結果、吐出管１０２から標的Ｔへの試料Ｓの注入が停止される。その後、ステップＳ９０６において、ユーザが、吐出管１０２を標的Ｔから引き抜く。また、角度を少しだけ変更して再度標的Ｔへ穿刺し、標的Ｔ内の細胞未投与領域への追加注入をすることも可能である。
【0069】
このようにして、バルブ機構１０８を操作してシリンジ１０４内のガス抜きを行うことにより、標的Ｔに刺激を与えることなく、所望のタイミングで試料Ｓの注入を停止させることができる。これにより、試料注入操作の安全性、効率、及び移植範囲が向上され得る。
【0070】
＜人工組織の製造方法＞
次いで、試料吐出システム１を使用した人工組織の製造方法について説明する。以下では、標的Ｔを臓器欠損動物の胎仔を標的Ｔとし、当該臓器の前駆細胞を試料Ｓとする例を説明する。
次いで、試料吐出システム１を使用した人工組織の製造方法について説明する。以下では、標的Ｔを臓器欠損動物の胎仔を標的Ｔとし、当該臓器の前駆細胞を試料Ｓとする例を説明する。
【0071】
本実施形態では、いわゆる胎生臓器補完法によって、発生環境を持った発生中期以降の動物の胎仔の臓器形成領域（標的Ｔ）に前駆細胞（試料Ｓ）を移植することにより、人工組織を製造する。具体的には、まず、図９を参照して説明した上記の試料吐出方法により、吐出管１０２に収容された前駆細胞（試料Ｓ）を、臓器欠損胎仔の臓器形成領域（標的Ｔ）に注入する。例えば、注入操作は、経子宮的に行われ得る。このとき、上記の試料吐出方法を使用することにより、高精度で安全な注入操作が可能である。これにより、母体内の胎仔に前駆細胞が移植される。その後、臓器前駆細胞が移植された胎仔を母体内で育てる。これにより、注入された細胞を胎仔の体内で育てることができる。母体から産まれた後の胎仔、又は母体内で一定期間育てられた胎仔の体内から、再生した人工臓器を取得する。このようにして、前駆細胞から人工組織を製造することができる。なお、標的Ｔは、胎仔内の臓器形成領域に限定されない。例えば、胎仔から摘出した臓器や組織を標的Ｔとしてもよい。
【0072】
製造された人工組織は、再生医療における移植用臓器として用いられ得る。あるいは、動物の体内で育てたヒト臓器を、創薬における安全性試験や薬効実証試験に使用してもよい。新薬の安全性試験において、動物実験のヒトへの外挿には限界があり、特に腎臓では薬剤代謝に関わる４００以上の尿細管トランスポーターにおいてヒトと齧歯類との間の種差が報告されている。腎臓前駆細胞を試料Ｓとして使用して人工腎臓を製造した場合には、ヒトの腎臓でのみ検証可能な腎毒性を、動物実験の範疇で検証できる。具体的には、ヒト化腎臓マウスを利用した新たな前臨床モデル（安全性試験）の開発、ヒト化腎臓マウスを利用した薬剤性腎障害に対する創薬、及び、透析に変わる腎不全治療法の開発が期待される。
【0073】
＜変形例＞
試料吐出アセンブリ１００の内部の流路構成は、上記例に限定されない。試料吐出アセンブリ１００の内部空間は、試料Ｓが吐出される試料空間１０２Ａと、気体を外部空間に放出するベント孔２０とに連通接続されていればよい。ベント孔２０の位置や、気体チャンバ２２とベント孔２０とを連通接続する通路の構成も、上記例に限定されず、任意の配置構成が利用可能である。
試料吐出アセンブリ１００の内部の流路構成は、上記例に限定されない。試料吐出アセンブリ１００の内部空間は、試料Ｓが吐出される試料空間１０２Ａと、気体を外部空間に放出するベント孔２０とに連通接続されていればよい。ベント孔２０の位置や、気体チャンバ２２とベント孔２０とを連通接続する通路の構成も、上記例に限定されず、任意の配置構成が利用可能である。
【0074】
上記例では、試料吐出アセンブリ１００は、管状の形態を有する吐出管１０２を有するが、吐出部の構成はこれに限定されない。例えば、吐出管１０２は、円錐状や角錐状など任意の形状を有し得る。試料空間１０２Ａは、湾曲した形状、折れ曲がった形状、分岐した形状などを有してもよい。吐出管１０２は、２以上の吐出口１０２Ｂを有してもよい。試料吐出アセンブリ１００は、２以上の吐出管１０２を有してもよい。
【0075】
上記例では、シリンジ１０４が筒状の形態を有するが、気体収容部の構成はこれに限定されない。気体収容部は、吐出部から試料を押し出すための気体流路を有している限り、任意の形態を有し得る。例えば、筒状のシリンジ１０４に代えて、箱状や球状など任意の形状を有する気体収容部が利用可能である。
【0076】
上記例では、ピストン１０６をシリンジ１０４に挿入することによって試料吐出アセンブリ１００の内部圧力を増加させているが、ピストン１０６以外の任意の加圧機構も使用可能である。例えば、シリンジ１０４内部に設けられた可動壁が、ユーザの手動操作、モータ、空気圧、油圧など任意の手段によって移動し、内部体積が変化してもよい。シリンジ１０４自体が、内部体積を変化させるように変形可能であってもよい。試料吐出アセンブリ１００内に気体を供給する手段によって、試料吐出アセンブリ１００の内部圧力を増加させてもよい。その他、加圧機構の構成は特に限定されない。
【0077】
上記例では、ソレノイドバルブを用いて弁体６０を並進移動させることによって閉構成と開構成とを切り替えているが、バルブ機構１０８の構成はこれに限定されない。例えば、弁体６０を移動させるモータなどの駆動機構が設けられてもよい。ユーザが手動操作で弁体６０を動かせるように、スイッチやハンドルなど任意の形態の操作部が設けられてもよい。また、弁体６０の形態も上記例に限定されない。例えば、弁体６０は、開閉可能な膜状の形態を有してもよい。弁体６０は、弁室６２からベント孔２０への通路の入口、出口、又は中間地点に設けられたシャッター機構であってもよい。弁体６０は、膨張状態で弁室６２からベント孔２０への通路を塞ぎ、収縮状態で当該通路を開通させる、変形可能な形態を有してもよい。これらの形態を併せ持つ弁体６０や、複数の弁体６０が設けられてもよい。その他、バルブの構成は特に限定されない。
【0078】
上記例では、コイルばね７６がソレノイド７２を介して間接的に弁体６０を付勢しているが、バルブ駆動機構７０の構成はこれに限定されない。例えば、コイルばね７６がバルブ作動部５０に直接的に作用して、開位置から閉位置へ向かう方向に弁体６０を付勢してもよい。
【0079】
上記例では、制御ユニット３００は、ピストン駆動機構３２及びバルブ駆動機構７０の動作を制御しているが、制御対象はこれらに限定されない。例えば、制御ユニット３００は、位置決めユニット２００の移動機構２２０を制御することによって、試料吐出アセンブリ１００の配置の変更や調節、標的Ｔに対する吐出管１０２の挿入や引き抜きなどを行ってもよい。これにより、一連の試料注入方法がさらに自動化され得る。
【0080】
上記の試料吐出方法の説明におけるユーザの操作や判断は、任意のセンサを適宜利用して、制御装置が代わりに実行してもよい。
【実施例0081】
【符号の説明】
【0082】
１…試料吐出システム、１００…試料吐出アセンブリ（試料吐出装置）、１０２…吐出管（吐出部）、１０２Ａ…試料空間、１０２Ｂ…吐出口、１０４…シリンジ（気体収容部）、１０…シリンジ本体、１２…マニフォールド、２０…ベント孔（ベント部）、２２…気体チャンバ、１０６…ピストン（加圧機構）、３０…ピストン本体、３２…ピストン駆動機構、１０８…バルブ機構、５０…バルブ作動部、６０…弁体、６２…弁室、６４…弁座、７０…バルブ駆動機構、７２…ソレノイド、７４…プランジャ、７６…コイルばね（弾性部材）、２００…位置決めユニット、３００…制御ユニット、３１０…操作部、３２０…処理部、３３０…駆動制御部、Ｓ…試料、Ｔ…標的
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
