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(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】
(24)【登録日】2023-09-08
(45)【発行日】2023-09-19
(54)【発明の名称】細胞移送システム
(51)【国際特許分類】
C12M 1/00 20060101AFI20230911BHJP
C12N 5/074 20100101ALN20230911BHJP
【ＦＩ】
C12M1/00 C
C12N5/074
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2019102799
(22)【出願日】2019-05-31
(65)【公開番号】P2020195320
(43)【公開日】2020-12-10
【審査請求日】2022-04-01
(73)【特許権者】
【識別番号】594164542
【氏名又は名称】キヤノンメディカルシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003708
【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 直樹
(72)【発明者】
【氏名】山形 仁
【審査官】長谷川 強
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２５８４８８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】静電気学会誌，2017年，Vol.41, No.1，pp.39-44
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ１２Ｍ １／００
Ｃ１２Ｎ ５／０７４
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ｉＰＳ細胞を収容可能な各ウェルが貫通して設けられたウェルプレートと、前記各ウェルに設けられ、印加された電圧に応じて、前記各ウェルの底部として機能し、又は、前記底部が抜けた状態を形成する静電型アクチュエータと、
前記静電型アクチュエータに印加される電圧を制御することで、前記静電型アクチュエータに載置されたｉＰＳ細胞を、培養系ウェルへ落下させる移送制御部と、
を具備する細胞移送システム。
【請求項2】
前記静電型アクチュエータは、静電型回転アクチュエータである、
請求項１記載の細胞移送システム。
【請求項3】
前記静電型アクチュエータは、静電型移動アクチュエータである、
請求項１記載の細胞移送システム。
【請求項4】
ｉＰＳ細胞を収容可能な各ウェルが設けられたウェルプレートと、
前記各ウェルに設けられ、前記各ウェルの底部として機能し、印加された電圧に応じて前記底部が上昇する静電型アクチュエータと、
前記上昇した底部に載置されたｉＰＳ細胞を、培養系ウェルへ移送する移送機構と、
前記静電型アクチュエータに印加される電圧を制御することで、前記静電型アクチュエータに載置されたｉＰＳ細胞を持ち上げ、前記移送機構を制御することで、前記持ち上げられたｉＰＳ細胞を前記培養系ウェルへ移送する移送制御部と、
を具備する細胞移送システム。
【請求項5】
前記移送機構は、溶液を供給するポンプを有し、前記移送制御部は、前記ポンプを制御して前記溶液を供給させることで、前記持ち上げられたｉＰＳ細胞を前記培養系ウェルへ押し流す、
請求項４記載の細胞移送システム。
【請求項6】
前記移送機構は、前記持ち上げられたｉＰＳ細胞を、液滴を用いて取り込むトラップウェルを有し、前記移送制御部は、前記持ち上げられたｉＰＳ細胞を、前記トラップウェルの液滴に接触させて前記液滴に取り込み、前記ｉＰＳ細胞を取り込んだ液滴を前記培養系ウェルの溶液に接触させることで、前記液滴に取り込まれたｉＰＳ細胞を前記培養系ウェルへ移送させる、
請求項４記載の細胞移送システム。
【請求項7】
前記トラップウェルは、トラップウェルプレートに複数設けられている、
請求項６記載の細胞移送システム。
【請求項8】
前記トラップウェルは、トラップウェルローラーの円周表面に複数設けられている、
請求項６記載の細胞移送システム。
【請求項9】
前記ウェルプレートの前記各ウェルには、前記ｉＰＳ細胞を引き付けるためのトラップ機構が設けられている、
請求項１から８のいずれかに記載の細胞移送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、細胞移送システムに関する。
【背景技術】
【0002】
ｉＰＳ細胞等の多能性幹細胞を用いた再生医療が既に臨床利用され始めている。ｉＰＳ細胞は、リプログラミング誘導因子を分化の進んだ体細胞に与えることで樹立される。ｉＰＳ細胞の樹立培養過程では、識別に長けた研究者が細胞を１個ずつ観察し、良好な状態の細胞を次の培養過程へ進める。このとき、良好な状態のｉＰＳ細胞を細胞単位で次の培養過程へ移送することができれば、研究者の負担が軽減されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特表２００３－５１４２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
発明が解決しようとする課題は、ｉＰＳ細胞を細胞単位で移送することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態によれば、細胞移送システムは、ウェルプレート、移送機構、及び移送制御部を備える。ウェルプレートは、ｉＰＳ細胞を収容可能なウェルが複数設けられる。移送機構は、前記ウェルに収容されるｉＰＳ細胞を電場を利用して培養系ウェルへ選択的に移送させる。移送制御部は、前記移送機構を制御し、前記ウェルに収容されるｉＰＳ細胞の少なくともいずれかを前記培養系ウェルへ移送させる。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【0008】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る細胞移送システムの構成の例を示す図である。図１に示される細胞移送システムは、アレイ装置１０、及び制御装置２０を備える。図１では、アレイ装置１０の断面の模式図と、制御装置２０のブロック図とが表されている。アレイ装置１０と制御装置２０とは、例えば、有線により接続されている。また、制御装置２０は、電源３０及び交流電源４０、並びに、これらの接続を開閉するスイッチと接続されている。
図１は、第１の実施形態に係る細胞移送システムの構成の例を示す図である。図１に示される細胞移送システムは、アレイ装置１０、及び制御装置２０を備える。図１では、アレイ装置１０の断面の模式図と、制御装置２０のブロック図とが表されている。アレイ装置１０と制御装置２０とは、例えば、有線により接続されている。また、制御装置２０は、電源３０及び交流電源４０、並びに、これらの接続を開閉するスイッチと接続されている。
【0009】
アレイ装置１０は、ｉＰＳ細胞を収容し、収容しているｉＰＳ細胞を後段の細胞培養系ウェルへ移送可能な装置である。アレイ装置１０は、ｉＰＳ細胞を収容するためのウェルプレート１１、ウェルプレート１１を密閉するように覆う蓋部１２、及びｉＰＳ細胞を移送させるための培養系ウェルプレート１３を有する。
【0010】
図２は、第１の実施形態に係るウェルプレート１１の上面図の例を表す。なお、図１で示される断面図は、図２で示される１点鎖線におけるウェルプレート１１のＡ－Ａ断面を表す。ウェルプレート１１は、上面にウェルと称される複数の凹部（孔）が、例えば、格子状に形成されている。このことは、ウェルプレート１１にウェルアレイが形成されていると換言可能である。ウェルの開口部は、略円形となるように形成されている。ウェルの開口部の直径は、１５μｍから２０μｍ程度であり、ｉＰＳ細胞の直径よりも大径となっている。
【0011】
ウェルプレート１１は、例えば、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）、又はＳｉを用いて作成される。ウェルプレート１１の内部には、ウェルにｉＰＳ細胞をトラップするトラップ機構、及びウェル内にトラップしたｉＰＳ細胞を、電場を利用して選択的に移送させる移送機構が形成されている。トラップ機構、及び移送機構は、例えば、ウェルプレート１１の内部に形成される、第１電極１１１、第２電極１１２、及び第３電極１１３により実現される。
【0012】
具体的には、ウェルプレート１１内部において、第１電極１１１、第２電極１１２、及び第３電極１１３は、それぞれが予め設定された方向に形成されている。例えば、図２に示される例では、第１電極１１１は、破線により表され、ｙ軸方向に沿い、ウェルの一方の側面の近傍に形成されている。第２電極１１２、及び第３電極１１３は、１点鎖線により表され、ｘ軸方向に沿い、ウェルを挟むように形成されている。ウェルを挟んで形成される第２電極１１２と第３電極１１３との間の距離は、ウェルの直径よりも短い。
【0013】
第１電極１１１と第２電極１１２とは、第１電極１１１と第２電極１１２との間に電位差を発生可能なように、それぞれスイッチ３１及びスイッチ３２を介して電源３０と接続されている。また、第２電極１１２と第３電極１１３とは、第２電極１１２と第３電極１１３との間に電位差を発生可能なように、それぞれスイッチ４１及びスイッチ４２を介して交流電源４０と接続されている。
【0014】
図３は、図２に示されるウェルプレート１１のウェル近傍の構成を拡大して表した図である。また、図４は、図３に示されるウェルプレート１１のＡ－Ａにおける断面図の例を表す。また、図５は、図３に示されるウェルプレート１１のＢ－Ｂにおける断面図の例を表す。
【0015】
第１電極１１１は、第２電極１１２、及び第３電極１１３の上層に配設されている。第１電極１１１は、第２電極１１２、及び第３電極１１３により挟まれた領域と交差する位置に、駆動電極部１１１１を有する。駆動電極部１１１１は、ウェルプレート１１内に設けられる空間に、例えば、一部が露出されている。駆動電極部１１１１のうち内部空間に露出されている部分は、例えば、三角柱部１１１２，１１１３である。三角柱部１１１２，１１１３は、断面が三角形の柱状の形状をしている。三角柱部１１１２，１１１３は、ｙ軸方向に沿ってそれぞれ平行に形成される。駆動電極部１１１１が三角柱部１１１２，１１１３を有することで、効果的に静電力を働かせることが可能となる。なお、駆動電極部１１１１が必ずしも三角柱部１１１２，１１１３を有さなくても構わない。
【0016】
第２電極１１２は、可動電極板１１２１、ねじり棒１１２２、及び固定部１１２３を有する。可動電極板１１２１は、ウェル内における仕切板となるように、ウェル毎に形成されている。可動電極板１１２１は、各ウェルの底部として機能する。可動電極板１１２１は、導電性のねじり棒１１２２を介して固定部１１２３と接続している。ウェルプレート１１内の可動電極板１１２１の周囲には、可動電極板１１２１がねじり棒１１２２を軸にして回転可能なように、空間が形成されている。可動電極板１１２１、ねじり棒１１２２、及び固定部１１２３により、移送機構としての静電型回転アクチュエータがウェル毎に形成される。
【0017】
なお、可動電極板１１２１の断面は、例えば、図６に示されるような形状をしていてもよい。すなわち、可動電極板１１２１の先端が鉛直方向上に斜面を有するように面取りされていてもよい。可動電極板１１２１の形状を工夫することで、より効率的にｉＰＳ細胞を移送することが可能となる。
【0018】
また、三角柱部１１１３の内部空間側の表面には、絶縁層が設けられていてもよい。絶縁層が設けられることにより、可動電極板１１２１が回転した場合であっても第１電極１１１と第２電極とが導通することを防ぐことが可能となる。
【0019】
ウェルを挟んで形成される第２電極１１２と第３電極１１３との間の距離はウェルの直径よりも短く、第２電極１１２及び第３電極１１３の一部は、ウェル内に露出されている。アレイ装置１０内を緩衝液で満たした状態で、第２電極１１２と第３電極１１３との間に電圧を印加すると、図５に示されるようにウェルの内部へ向かう方向に誘電泳動力が発生する。第２電極１１２及び第３電極１１３により、トラップ機構が実現される。
【0020】
図１に示される蓋部１２は、例えば、ＰＤＭＳ、又はＳｉを用いて作成される。蓋部１２は、側壁部１２１を有している。側壁部１２１の下端部はウェルプレート１１に接合される。ウェルプレート１１の下面から、蓋部１２の上面までの高さは、例えば、２ｍｍ程度である。
【0021】
蓋部１２の、例えば、一端の上面には、第１孔１２２が設けられている。また、蓋部１２の他端の上面には、第２孔１２３が設けられている。第１孔１２２は、例えば、アレイ装置１０内へ緩衝液等の溶液を流入させる流入口として用いられる。また、第２孔１２３は、例えば、アレイ装置１０から緩衝液等の溶液を排出させる排出口として用いられる。緩衝液としては、例えば、ＰＢＳ（Phosphate Buffered Salts：リン酸緩衝生理食塩水）が用いられる。第１孔１２２、及び第２孔１２３の直径は、例えば、ｉＰＳ細胞の直径よりも大径である。
【0022】
培養系ウェルプレート１３は、上面に複数の培養系ウェルが、例えば、格子状に形成されている。培養系ウェルは、例えば、略円形の皿状に形成されている。培養系ウェルの直径は、例えば、ウェルプレート１１に設けられるウェルの直径よりも大径である。なお、培養系ウェルの直径は、ウェルプレート１１に設けられるウェルと同程度であっても構わない。培養系ウェルプレート１３は、例えば、ウェルプレート１１の鉛直方向下方に配置される。
【0023】
駆動機構１３１は、培養系ウェルプレート１３を、水平方向に移動自在に支持する。駆動機構１３１は、例えば、レール等により実現される。駆動機構１３１は、制御装置２０からの指示に従い、培養系ウェルプレート１３を移動させる。
【0024】
図１に示される制御装置２０は、ウェルプレート１１に収容されるｉＰＳ細胞のうち少なくともいずれかを、培養系ウェルプレート１３へ移送するための制御を実施する装置である。制御装置２０は、処理回路２１、メモリ２２、入力インタフェース２３、ディスプレイ２４、及び接続インタフェース２５を有する。処理回路２１、メモリ２２、入力インタフェース２３、ディスプレイ２４、及び接続インタフェース２５は、例えば、バスを介して互いに通信可能に接続されている。
【0025】
処理回路２１は、制御装置２０の中枢として機能するプロセッサである。処理回路２１は、メモリ２２等に記憶されているプログラムを実行することにより、当該プログラムに対応する機能を実現する。
【0026】
メモリ２２は、種々の情報を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、及び集積回路記憶装置等の記憶装置である。また、メモリ２２は、ＣＤ－ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、及びフラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であってもよい。なお、メモリ２２は、必ずしも単一の記憶装置により実現される必要は無い。例えば、メモリ２２は、複数の記憶装置により実現されても構わない。また、メモリ２２は、制御装置２０にネットワークを介して接続された他のコンピュータ内にあってもよい。
【0027】
メモリ２２は、本実施形態に係る移送プログラム等を記憶している。なお、これらのプログラムは、例えば、メモリ２２に予め記憶されていてもよい。また、例えば、非一過性の記憶媒体に記憶されて配布され、非一過性の記憶媒体から読み出されてメモリ２２にインストールされてもよい。
【0028】
入力インタフェース２３は、ユーザから各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路２１へ出力する。入力インタフェース２３は、例えば、マウス、キーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、タッチパッド、及び操作面へ触れることで指示が入力されるタッチパネル等の入力機器に接続されている。また、入力インタフェース２３に接続される入力機器は、ネットワーク等を介して接続された他のコンピュータに設けられた入力機器でもよい。
【0029】
ディスプレイ２４は、処理回路２１からの指示に従って種々の情報を表示する。ディスプレイは、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、及びＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ等、任意のディスプレイが適宜利用可能である。
【0030】
接続インタフェース２５は、制御装置２０とその他の機器との間のインタフェースである。具体的には、接続インタフェース２５は、例えば、駆動機構１３１、電源３０、電源３０についてのスイッチ３１，３２、交流電源４０、交流電源４０についてのスイッチ４１，４２、及び図示しないポンプ等と接続する。接続インタフェース２５は、例えば、処理回路２１で生成される制御信号を、駆動機構１３１、電源３０、電源３０についてのスイッチ３１，３２、交流電源４０、交流電源４０についてのスイッチ４１，４２、又はポンプへ出力する。
【0031】
処理回路２１は、メモリ２２に記憶されている移送プログラム等を実行することで、当該プログラムに対応する機能を実現する。例えば、処理回路２１は、移送プログラムを実行することで、トラップ制御機能２１１、移送制御機能２１２、及び位置制御機能２１３を有する。なお、本実施形態では、単一のプロセッサによってトラップ制御機能２１１、移送制御機能２１２、及び位置制御機能２１３が実現される場合を説明するが、これに限定されない。例えば、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することによりトラップ制御機能２１１、移送制御機能２１２、及び位置制御機能２１３を実現しても構わない。
【0032】
トラップ制御機能２１１は、ウェルプレート１１によるｉＰＳ細胞のトラップを制御する機能である。例えば、トラップ制御機能２１１において処理回路２１は、ウェルプレート１１の第２電極１１２及び第３電極１１３への交流電圧の印加を制御することで、ウェル毎に設けられたトラップ機構を駆動し、ウェルにｉＰＳ細胞をトラップする。
【0033】
移送制御機能２１２は、ウェルプレート１１に収容されるｉＰＳ細胞の移送を制御する機能である。例えば、移送制御機能２１２において処理回路２１は、ウェルプレート１１の第１電極１１１及び第２電極１１２への直流電圧の印加を制御することで、ウェル毎に設けられた移送機構を駆動し、ウェルに収容されるｉＰＳ細胞を培養系ウェルプレート１３へ移送する。
【0034】
位置制御機能２１３は、培養系ウェルプレート１３の位置を制御する機能である。例えば、位置制御機能２１３において処理回路２１は、駆動機構１３１を制御することで、ウェルプレート１１の所定のウェルの下方に、培養系ウェルプレート１３のいずれかのウェルが位置するように、培養系ウェルプレート１３を移動させる。
【0035】
次に、以上のように構成されたアレイ装置１０によるｉＰＳ細胞の移送処理を詳細に説明する。
まず、例えば、分離されたｉＰＳ細胞は、緩衝液に含有され、緩衝液と共に第１孔１２２からアレイ装置１０内へ導入される。
まず、例えば、分離されたｉＰＳ細胞は、緩衝液に含有され、緩衝液と共に第１孔１２２からアレイ装置１０内へ導入される。
【0036】
アレイ装置１０へｉＰＳ細胞が導入されると、例えば、操作者からｉＰＳ細胞をトラップする旨の指示が入力される。ｉＰＳ細胞をトラップする旨の指示が入力されると処理回路２１は、トラップ制御機能２１１を実行する。トラップ制御機能２１１において処理回路２１は、スイッチ３１，３２，４１，４２の開閉を制御し、交流電源４０を駆動させることで、ウェルプレート１１の第２電極１１２及び第３電極１１３に交流電圧を印加する。
【0037】
図７は、ｉＰＳ細胞をウェルプレート１１のウェルでトラップする際のスイッチ３１，３２，４１，４２の接続例を表す図である。第２電極１１２と第３電極１１３との間に交流電圧を印加するため、処理回路２１は、スイッチ３１，３２を開放し、スイッチ４１，４２を閉じる。
【0038】
ｉＰＳ細胞を含有する緩衝液は、蓋部１２の第１孔１２２から導入され、アレイ装置１０内のウェルプレート１１と、蓋部１２との間を通過した後、第２孔１２３から排出される。緩衝液に含有されるｉＰＳ細胞は、緩衝液がウェル上を流れる際、図８で示されるように、第２電極１１２及び第３電極１１３により発生される誘電泳動力を受ける。これにより、ｉＰＳ細胞は、ウェルにトラップされる。ｉＰＳ細胞のトラップが終了すると、処理回路２１は、スイッチ４１，４２を開き、交流電源４０を停止する。
【0039】
ウェルプレート１１のウェルにｉＰＳ細胞がトラップされた後、例えば、操作者から、移送するべきｉＰＳ細胞を収容しているウェルが指定される。ウェルが指定されると処理回路２１は、位置制御機能２１３を実行する。位置制御機能２１３において処理回路２１は、駆動機構１３１を制御し、培養系ウェルプレート１３を移動させる。
【0040】
具体的には、例えば、移送するべきｉＰＳ細胞を収容しているウェルが指定されると処理回路２１は、指定されたウェルに対して設定されている培養系ウェルを培養系ウェルプレート１３から特定する。指定されたウェルに対して設定されている培養系ウェルは、予め設定されていても構わないし、操作者により指定されても構わない。処理回路２１は、指定されたウェルの鉛直方向下方に、特定した培養系ウェルが位置するように、駆動機構１３１を制御する。
【0041】
培養系ウェルプレート１３が移動された後、例えば、操作者からｉＰＳ細胞を移送する旨の指示が入力される。移送する旨の指示が入力されると処理回路２１は、移送制御機能２１２を実行する。移送制御機能２１２において処理回路２１は、スイッチ３１，３２，４１，４２の開閉を制御し、電源３０を駆動させることで、ウェルプレート１１の第１電極１１１及び第２電極１１２に直流電圧を印加する。
【0042】
図９は、ウェルでトラップされているｉＰＳ細胞を移送する際のスイッチ３１，３２，４１，４２の接続例を表す図である。図９では、操作者により、ウェルｗ１１が指定される場合を例に示している。処理回路２１は、ウェルｗ１１の下方にウェルｗ１１と対応する培養系ウェルが移動され、移送の指示が入力されると、スイッチ３１－１，３２－１を閉じ、スイッチ３１－２～３１－６，３２－２～３２－６，４１，４２を開放し、電源３０を駆動させる。これにより、第１電極１１１－１と第２電極１１２－１との間に直流電圧が印加される。
【0043】
図１０は、第１電極１１１－１と第２電極１１２－１との間に直流電圧が印加された際の可動電極板１１２１の動作の例を表す模式図である。第１電極１１１－１と第２電極１１２－１との間に直流電圧が印加されると、第１電極１１１－１に形成される駆動電極部１１１１と、第２電極１１２－１に形成される可動電極板１１２１との間に静電引力が発生し、可動電極板１１２１がねじり棒１１２２を軸として回転する。可動電極板１１２１が回転することで、ウェルｗ１１の底部として機能している部分が鉛直下方向へ傾けられる。これにより、可動電極板１１２１に載置されているｉＰＳ細胞が鉛直下方向へ落下する。
【0044】
なお、ウェルプレート１１上で満たされている緩衝液と、培養系ウェルプレート１３上で満たされている緩衝液とが異なる場合がある。このような場合、ウェルプレート１１の下部では異なる緩衝液間の界面で表面張力が発生するため、可動電極を回転させただけではｉＰＳ細胞が落下しない可能性がある。このため、可動電極を回転させるタイミングでウェルプレート１１上で多量の緩衝液を流し、ウェルプレート１１の上部側の密閉空間の内圧を上げることでｉＰＳ細胞の鉛直下方向への落下を促してもよい。また、可動電極を回転させるタイミングで、重力方向に加えて誘電泳動力が働くようにすることでｉＰＳ細胞の鉛直下方向への落下を促してもよい。
【0045】
ウェルプレート１１と培養系ウェルプレート１３との間は緩衝液で満たされている。図１０に示されるようにウェルプレート１１のウェルｗ１１から落下したｉＰＳ細胞は、重力に従って緩衝液中を下方へ落ちていき、ウェルｗ１１の下方に移動された培養系ウェルに着地する。これにより、ｉＰＳ細胞の移送が完了する。
【0046】
移送するべきｉＰＳ細胞が複数存在する場合、操作者は、例えば、次の対象となるｉＰＳ細胞を収容しているウェルを指定する。操作者により次のウェルが指定されると処理回路２１は、例えば、指定されたウェルに対して設定されている培養系ウェルを特定する。このとき、特定される培養系ウェルは、先に特定された培養系ウェルであってもよいし、異なる培養系ウェルであっても構わない。処理回路２１は、指定されたウェルの鉛直方向下方に、特定した培養系ウェルを移動させる。続いて操作者は、指定したウェルに収容されているｉＰＳ細胞を移送する旨の指示を入力する。処理回路２１は、スイッチ３１，３２，４１，４２、及び電源３０を制御し、指定されたウェルに収容されているｉＰＳ細胞を、培養系ウェルへ落下させる。処理回路２１は、例えば、移送するべきｉＰＳ細胞の数だけ、上記処理を繰り返す。
【0047】
以上のように、第１の実施形態では、細胞移送システムは、ｉＰＳ細胞を収容可能なウェルが複数設けられるウェルプレート１１と、ウェルに収容されるｉＰＳ細胞を、電場を利用して選択的に移送可能な移送機構１１１，１１２と、制御装置２０を備える。制御装置２０は、移送機構１１１，１１２を電場を利用して駆動させることで、ウェルに収容されるｉＰＳ細胞を培養系ウェルプレート１３へ移送するようにしている。これにより、ｉＰＳ細胞の作成時、及び分化段階において、ｉＰＳ細胞を人の手を介さずに次のステージへ移行することが可能となる。
【0048】
（その他の実施例）
第１の実施形態で実装される静電型アクチュエータは、図３乃至図５で示されるものに限定されない。静電型アクチュエータは、例えば、図１１乃至図１３に示される構成をしていても構わない。このとき、静電型アクチュエータへは、例えば、電源３０－１，３０－２、及び交流電源４０が図１４で示されるように接続されている。電源３０－１は、一端がスイッチ３１に接続され、他端が接地されている。電源３０－２は、一端がスイッチ３２に接続され、他端が接地されている。電源３０－１，３０－２は、陽極及び陰極を任意に切り替え可能である。
第１の実施形態で実装される静電型アクチュエータは、図３乃至図５で示されるものに限定されない。静電型アクチュエータは、例えば、図１１乃至図１３に示される構成をしていても構わない。このとき、静電型アクチュエータへは、例えば、電源３０－１，３０－２、及び交流電源４０が図１４で示されるように接続されている。電源３０－１は、一端がスイッチ３１に接続され、他端が接地されている。電源３０－２は、一端がスイッチ３２に接続され、他端が接地されている。電源３０－１，３０－２は、陽極及び陰極を任意に切り替え可能である。
【0049】
図１１は、図１４に示されるウェルプレート１１ａのウェル近傍の構成を拡大して表した図である。また、図１２は、図１１に示されるウェルプレート１１ａのＡ－Ａにおける断面図の例を表す。また、図１３は、図１１に示されるウェルプレート１１ａのＢ－Ｂにおける断面図の例を表す。
【0050】
図１１において、第１電極１１１ａは、破線により表され、ｙ軸方向に沿い、ウェルの一方の側面の近傍に形成されている。第２電極１１２ａ、及び第３電極１１３は、１点鎖線により表され、ｘ軸方向に沿い、ウェルを挟むように形成されている。第１電極１１１ａは、第２電極１１２ａ、及び第３電極１１３の上層に配設されている。第１電極１１１ａは、第２電極１１２ａ、及び第３電極１１３により挟まれた領域と交差する位置に、駆動電極部１１１１ａを有する。駆動電極部１１１１ａは、ウェルプレート１１内に設けられる空間に、例えば、一部が突出している。駆動電極部１１１１ａのうち内部空間へ突出している部分は、例えば、断面が四角形の柱状の形状をしている。駆動電極部１１１１ａの、側面部１１２１２ａ側の側面には、絶縁層１１１１１ａが設けられている。駆動電極部１１１１の一部を突出させることで、効果的に静電力を働かせることが可能となる。
【0051】
第２電極１１２ａは、可動電極板１１２１ａ、支持棒１１２４ａ－１，１１２４ａ－２、及び接触部１１２５ａを有する。可動電極板１１２１ａは、平面部１１２１１ａ及び側面部１１２１２ａを有する。平面部１１２１１ａは、ｘｙ平面と略平行に、ウェル内における筒構造の仕切板となるように、ウェル毎に形成されている。側面部１１２１２ａは、平面部１１２１１ａに対して略垂直に形成されている。
【0052】
可動電極板１１２１ａは、導電性の支持棒１１２４ａ－１，１１２４ａ－２を介して接触部１１２５ａと接触している。第１電極１１１ａと第２電極１１２ａとの間に直流電圧が印加されると、側面部１１２１２ａは、駆動電極部１１１１ａとの間に発生する静電引力により駆動電極部１１１１ａに引き付けられる。側面部１１２１２ａが駆動電極部１１１１ａに引き付けられ、絶縁層１１１１１ａの表面と接触している状態において、平面部１１２１１ａは、各ウェルの底部として機能する。ウェルプレート１１ａ内の可動電極板１１２１ａの周囲には、可動電極板１１２１ａが支持棒１１２４ａ－１，１１２４ａ－２により並進移動可能なように、空間が形成されている。可動電極板１１２１ａ、支持棒１１２４ａ－１，１１２４ａ－２、及び接触部１１２５ａにより、移送機構としての静電型移動アクチュエータがウェル毎に形成される。
【0053】
ウェルを挟んで形成される第２電極１１２ａと第３電極１１３との間の距離はウェルの直径よりも短く、第２電極１１２ａ及び第３電極１１３の一部は、ウェル内に露出されている。アレイ装置１０ａ内を緩衝液で満たした状態で、第２電極１１２ａと第３電極１１３との間に電圧を印加すると、図１３に示されるようにウェルの内部へ向かう方向に誘電泳動力が発生する。第２電極１１２ａ及び第３電極１１３により、トラップ機構が実現される。
【0054】
次に、以上のように構成されたウェルプレート１１ａによるｉＰＳ細胞の移送処理を詳細に説明する。
まず、例えば、処理回路２１は、移送制御機能２１２を実行する。移送制御機能２１２において処理回路２１は、スイッチ３１，３２を閉じ、スイッチ４１，４２を開く。そして、処理回路２１は、電源３０－１，３０－２を制御し、第１電極１１１ａと、第２電極１１２ａとに異なる極性の電圧を印加する。これにより、側面部１１２１２ａと、駆動電極部１１１１ａとの間に静電引力が発生し、側面部１１２１２ａが駆動電極部１１１１ａに引き付けられる。側面部１１２１２ａが駆動電極部１１１１ａに引き付けられた状態において、平面部１１２１１ａは、ウェルの底部として機能する。
まず、例えば、処理回路２１は、移送制御機能２１２を実行する。移送制御機能２１２において処理回路２１は、スイッチ３１，３２を閉じ、スイッチ４１，４２を開く。そして、処理回路２１は、電源３０－１，３０－２を制御し、第１電極１１１ａと、第２電極１１２ａとに異なる極性の電圧を印加する。これにより、側面部１１２１２ａと、駆動電極部１１１１ａとの間に静電引力が発生し、側面部１１２１２ａが駆動電極部１１１１ａに引き付けられる。側面部１１２１２ａが駆動電極部１１１１ａに引き付けられた状態において、平面部１１２１１ａは、ウェルの底部として機能する。
【0055】
続いて、操作者からｉＰＳ細胞をトラップする旨の指示が入力される。ｉＰＳ細胞をトラップする旨の指示が入力されると処理回路２１は、トラップ制御機能２１１を実行する。トラップ制御機能２１１において処理回路２１は、スイッチ３１，３２を開き、スイッチ４１，４２を閉じる。処理回路２１は、交流電源４０を駆動させることで、ウェルプレート１１ａの第２電極１１２ａ及び第３電極１１３に交流電圧を印加する。
【0056】
ｉＰＳ細胞を含有する緩衝液は、蓋部１２の第１孔１２２から導入され、アレイ装置１０ａ内のウェルプレート１１ａと、蓋部１２との間を通過した後、第２孔１２３から排出される。緩衝液に含有されるｉＰＳ細胞は、緩衝液がウェル上を流れる際、第２電極１１２ａ及び第３電極１１３間で発生される誘電泳動力を受ける。これにより、ｉＰＳ細胞は、ウェルにトラップされる。ｉＰＳ細胞のトラップが終了すると、処理回路２１は、スイッチ４１，４２を開き、交流電源４０を停止する。
【0057】
ウェルプレート１１ａのウェルにｉＰＳ細胞がトラップされた後、例えば、操作者から、移送するべきｉＰＳ細胞を収容しているウェルが指定される。ウェルが指定されると処理回路２１は、位置制御機能２１３を実行する。位置制御機能２１３において処理回路２１は、駆動機構１３１を制御し、培養系ウェルプレート１３を移動させる。
【0058】
培養系ウェルプレート１３が移動された後、例えば、操作者からｉＰＳ細胞を移送する旨の指示が入力される。移送する旨の指示が入力されると処理回路２１は、移送制御機能２１２を実行する。移送制御機能２１２において処理回路２１は、スイッチ３１，３２を閉じ、第１電極１１１ａと、第２電極１１２ａとに同じ極性の電圧を印加する。これにより、側面部１１２１２ａと、駆動電極部１１１１ａとの間に静電斥力が発生し、側面部１１２１２ａが駆動電極部１１１１ａから引き離される。側面部１１２１２ａが駆動電極部１１１１ａから離れると、ウェルの底部として機能していた平面部１１２１１ａに載置されていたｉＰＳ細胞が、図１５で示されるように、鉛直下方向へ落下する。なお、処理回路２１は、閉じるスイッチ３１，３２を選択することで、任意のウェルに設けられている底部を制御可能である。
【0059】
なお、ウェルプレート１１ａ上で満たされている緩衝液と、培養系ウェルプレート１３上で満たされている緩衝液とが異なる場合がある。このような場合、ウェルプレート１１ａの下部では異なる緩衝液間の界面で表面張力が発生するため、可動電極をシフトさせただけではｉＰＳ細胞が落下しない可能性がある。このため、可動電極をシフトさせるタイミングでウェルプレート１１ａ上で多量の緩衝液を流し、ウェルプレート１１ａの上部側の密閉空間の内圧を上げることでｉＰＳ細胞の鉛直下方向への落下を促してもよい。また、可動電極をシフトさせるタイミングで、重力方向に加えて誘電泳動力が働くようにすることでｉＰＳ細胞の鉛直下方向への落下を促してもよい。
【0060】
また、静電型移動アクチュエータの構造は、例えば、図１１乃至図１３に示される構造に限定されない。静電型移動アクチュエータは、例えば、図１６及び図１７に示されるように構成されていても構わない。すなわち、駆動電極部１１１１ａを、側面部１１２１２ａに対して内部空間の側壁側に設ける。平面部１１２１１ａをウェルの底部として機能させる場合には、駆動電極部１１１１ａと、側面部１１２１２ａとの間に静電斥力を発生させ、駆動電極部１１１１ａと、側面部１１２１２ａとを離した状態にしておく。そして、平面部１１２１１ａに載置されるｉＰＳ細胞を下方へ落下させる場合には、駆動電極部１１１１ａと、側面部１１２１２ａとに静電引力を発生させて駆動電極部１１１１ａに側面部１１２１２ａを引き付ける。
【0061】
（第２の実施形態）
図１８は、第２の実施形態に係る細胞移送システムの構成の例を示す図である。図１８に示される細胞移送システムは、アレイ装置１０ｂ、及び制御装置２０ｂを備える。図１８では、アレイ装置１０ｂの断面の模式図と、制御装置２０ｂのブロック図とが表されている。制御装置２０ｂは、電源３０、交流電源４０、これらの接続を開閉するスイッチ３１，３２，４１，４２、及びポンプ５０と接続されている。
図１８は、第２の実施形態に係る細胞移送システムの構成の例を示す図である。図１８に示される細胞移送システムは、アレイ装置１０ｂ、及び制御装置２０ｂを備える。図１８では、アレイ装置１０ｂの断面の模式図と、制御装置２０ｂのブロック図とが表されている。制御装置２０ｂは、電源３０、交流電源４０、これらの接続を開閉するスイッチ３１，３２，４１，４２、及びポンプ５０と接続されている。
【0062】
アレイ装置１０ｂは、ｉＰＳ細胞を収容し、収容しているｉＰＳ細胞を後段の細胞培養系ウェルへ移送可能な装置である。アレイ装置１０ｂは、ｉＰＳ細胞を収容するためのウェルプレート１１ｂ、及びウェルプレート１１ｂを密閉するように覆う蓋部１２を有する。
【0063】
ウェルプレート１１ｂは、上面にウェルと称される複数の凹部が、例えば、格子状に形成されている。このことは、ウェルプレート１１ｂにウェルアレイが形成されていると換言可能である。ウェルの開口部は、略円形となるように形成されている。ウェルの開口部の直径は、１５μｍから２０μｍ程度であり、ｉＰＳ細胞の直径よりも大径となっている。
【0064】
ウェルプレート１１ｂは、例えば、ＰＤＭＳ、又はＳｉを用いて作成される。ウェルプレート１１ｂの内部には、ウェルにｉＰＳ細胞をトラップするトラップ機構、及びウェル内にトラップしたｉＰＳ細胞を、電場を利用して選択的に移送させる第１移送機構が形成されている。トラップ機構、及び第１移送機構は、例えば、ウェルプレート１１ｂの内部に形成される、第１電極１１１、第２電極１１２ｂ、及び第３電極１１３により実現される。
【0065】
図１９は、図１８に示されるウェルプレート１１ｂのウェルの構造を拡大して表した上面図である。また、図２０は、図１９に示されるウェルプレート１１ｂのＡ－Ａにおける断面図の例を表す。また、図２１は、図１９に示されるウェルプレート１１ｂのＢ－Ｂにおける断面図の例を表す。
【0066】
図１９において、第１電極１１１は、破線により表され、ｙ軸方向に沿い、ウェルの一方の側面の近傍に形成されている。第２電極１１２ｂ、及び第３電極１１３は、１点鎖線により表され、ｘ軸方向に沿い、ウェルを挟むように形成されている。第１電極１１１は、第２電極１１２ｂ、及び第３電極１１３の上層に配設されている。第１電極１１１は、第１の実施形態で示されるウェルプレート１１と同様に、駆動電極部１１１１を有する。駆動電極部１１１１は、ウェルプレート１１ｂ内に設けられる空間に露出されている、三角柱部１１１２，１１１３を有する。
【0067】
第２電極１１２ｂは、可動電極板１１２１ｂ、ねじり棒１１２２ｂ、及び固定部１１２３を有する。ウェルプレート１１内の可動電極板１１２１ｂの周囲には、可動電極板１１２１ｂがねじり棒１１２２ｂを軸にして回転可能なように、内部空間が形成されている。可動電極板１１２１ｂは、ウェル側に位置する第１平面部１１２１１ｂと、内部空間の側面側に位置する第２平面部１１２１２ｂとを有する。第１平面部１１２１１ｂと第２平面部１１２１２ｂとの間の角度は、例えば、図２０で示されるように可動電極板１１２１ｂの断面が略くの字となるように、所定の角度となっている。
【0068】
第１平面部１１２１１ｂは、幅が第２平面部１１２１２ｂの幅よりも狭く、厚さが第２平面部１１２１２ｂの厚さよりも厚くなるように形成されている。このように形成されることで、第１平面部１１２１１ｂは、第２平面部１１２１２ｂよりも重くなる。そのため、第１電極１１１と第２電極１１２ｂとに電圧が印加されていない状態においては、第１平面部１１２１１ｂがウェル内に落ち込み、第１平面部１１２１１ｂがウェルの底部として機能することになる。
【0069】
ねじり棒１１２２ｂは、導電性の部材から成る。ねじり棒１１２２ｂは、可動電極板１１２１ｂが折れ曲がっている領域の近傍に設けられている。可動電極板１１２１ｂは、ねじり棒１１２２ｂを介して固定部１１２３と接続している。可動電極板１１２１ｂ、ねじり棒１１２２ｂ、及び固定部１１２３により、第１移送機構としての静電型回転アクチュエータがウェル毎に形成される。
【0070】
ウェルプレート１１ｂには、培養系ウェル１１４が形成されている。培養系ウェル１１４は、ウェルプレート１１ｂの下流側に設けられたウェルであり、緩衝液により流されたｉＰＳ細胞を回収する。
【0071】
図１８に示される制御装置２０ｂは、ウェルプレート１１ｂのウェルに収容されるｉＰＳ細胞のうち少なくともいずれかを、ウェルプレート１１ｂの培養系ウェル１１４へ移送するための制御を実施する装置である。制御装置２０ｂは、処理回路２１ｂ、メモリ２２、入力インタフェース２３、ディスプレイ２４、及び接続インタフェース２５を有する。処理回路２１ｂ、メモリ２２、入力インタフェース２３、ディスプレイ２４、及び接続インタフェース２５は、例えば、バスを介して互いに通信可能に接続されている。
【0072】
処理回路２１ｂは、制御装置２０ｂの中枢として機能するプロセッサである。処理回路２１ｂは、メモリ２２等に記憶されている移送プログラム等を実行することで、当該プログラムに対応する機能を実現する。例えば、処理回路２１ｂは、移送プログラムを実行することで、トラップ制御機能２１１、及び移送制御機能２１２ｂを有する。なお、本実施形態では、単一のプロセッサによってトラップ制御機能２１１、及び移送制御機能２１２ｂが実現される場合を説明するが、これに限定されない。例えば、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することによりトラップ制御機能２１１、及び移送制御機能２１２ｂを実現しても構わない。
【0073】
移送制御機能２１２ｂは、ウェルプレート１１ｂに収容されるｉＰＳ細胞の移送を制御する機能である。例えば、移送制御機能２１２ｂにおいて処理回路２１ｂは、第１移送機構及び第２移送機構を駆動し、ウェルプレート１１ｂのウェルに収容されるｉＰＳ細胞を培養系ウェル１１４へ移送する。より具体的には、処理回路２１ｂは、例えば、可動電極板１１２１ｂ、ねじり棒１１２２ｂ、及び固定部１１２３により形成される第１移送機構としての静電型回転アクチュエータと、緩衝液等の溶液をアレイ装置１０ｂへ供給する第２移送機構としてのポンプ５０とを駆動する。処理回路２１ｂは、ウェルプレート１１ｂの第１電極１１１及び第２電極１１２ｂへの直流電圧の印加を制御し、ポンプ５０を制御することで、ウェルに収容されるｉＰＳ細胞を培養系ウェル１１４へ移送する。
【0074】
次に、以上のように構成された細胞移送システムによるｉＰＳ細胞の移送処理を詳細に説明する。なお、本説明において、ウェルプレート１１ｂの内部に形成される、第１電極１１１、第２電極１１２ｂ、及び第３電極１１３へは、例えば、電源３０－１，３０－２、及び交流電源４０が図２２で示されるように接続されている。
【0075】
まず、第１電極１１１と第２電極１１２ｂとに電圧が印加されていない初期状態において、第１平面部１１２１１ｂは自重によりウェル内に落ち込み、ウェルの底部として機能する。
【0076】
続いて、操作者からｉＰＳ細胞をトラップする旨の指示が入力される。ｉＰＳ細胞をトラップする旨の指示が入力されると処理回路２１ｂは、トラップ制御機能２１１を実行し、緩衝液に含有されるｉＰＳ細胞を、第２電極１１２ｂ及び第３電極１１３間で発生される誘電泳動力により、ウェルにトラップする。
【0077】
ウェルプレート１１ｂのウェルにｉＰＳ細胞がトラップされた後、例えば、操作者から、移送するべきｉＰＳ細胞を収容しているウェルが指定される。ウェルが指定されると処理回路２１ｂは、移送制御機能２１２ｂを実行する。移送制御機能２１２ｂにおいて処理回路２１ｂは、指定されたウェルにおける第１電極１１１と、第２電極１１２ｂとに同じ極性の電圧を印加するように、スイッチ３１，３２を閉じる。これにより、指定されたウェルにおける第２平面部１１２１２ｂと、駆動電極部１１１１との間に静電斥力が発生し、第２平面部１１２１２ｂが駆動電極部１１１１から引き離される。第２平面部１１２１２ｂが駆動電極部１１１１から離れると、指定されたウェルの底部として機能していた第１平面部１１２１１ｂに載置されていたｉＰＳ細胞が、図２３及び図２４で示されるように、上方へ持ち上げられる。第１平面部１１２１１ｂにより持ち上げられることで、ｉＰＳ細胞は、ウェル内からウェルプレート１１ｂの表面に晒されることになる。このとき、指定されたウェルの第２電極１１２ｂと、第３電極１１３とに誘電泳動力が上向きに掛かるように、加える交流電源の周波数を変えて、交流電圧を印加してもよい。
【0078】
可動電極板１１２１ｂが回転し、ｉＰＳ細胞が持ち上げられている状態において、例えば、操作者からｉＰＳ細胞を移送する旨の指示が入力される。移送する旨の指示が入力されると処理回路２１ｂは、移送制御機能２１２ｂを実行し、ポンプ５０を駆動させる。ポンプ５０が駆動されることで、アレイ装置１０ｂ内へ緩衝液等の溶液が供給され、ウェルプレート１１ｂの表面に晒されているｉＰＳ細胞が溶液により押し流される。押し流されたｉＰＳ細胞は、培養系ウェル１１４で回収される。
【0079】
以上のように、第２の実施形態では、細胞移送システムは、アレイ装置１０ｂ及び制御装置２０ｂを備える。アレイ装置１０ｂは、ｉＰＳ細胞を収容可能なウェルが複数設けられるウェルプレート１１ｂ、及びウェルに収容されるｉＰＳ細胞を、電場を利用して選択的に移送可能な第１移送機構１１１，１１２ｂ及び第２移送機構５０を備える。アレイ装置１０ｂは、第１移送機構１１１，１１２及び第２移送機構５０を駆動させることで、ウェルに収容されるｉＰＳ細胞を培養系ウェル１１４へ移送するようにしている。これにより、ｉＰＳ細胞の作成時、及び分化段階において、ｉＰＳ細胞を人の手を介さずに次のステージへ移行することが可能となる。
【0080】
なお、ｉＰＳ細胞を培養系ウェル１１４へ移送する際の処理回路２１ｂの処理は上記に限定されない。処理回路２１ｂは、例えば、ポンプ５０によりアレイ装置１０ｂ内へ溶液を供給する際、トラップ制御機能２１１を実行しても構わない。具体的には、トラップ制御機能２１１において処理回路２１ｂは、操作者により指定されていないウェルの第２電極１１２ｂと第３電極１１３との間に誘電泳動力を発生させる。こうすることで、培養系ウェル１１４への移送が望まれていないｉＰＳ細胞が誤って押し流されることを抑えることが可能となる。
【0081】
また、静電型回転アクチュエータの構造は、例えば、図１９乃至図２１に示される構造に限定されない。静電型回転アクチュエータは、例えば、図２５に示されるように構成されていても構わない。すなわち、可動電極板１１２１ｂが回転した際に第２平面部１１２１２ｂが接触する内部空間の底面に、駆動電極部１１１１を設ける。このとき、アクチュエータへは、例えば、電源３０、及び交流電源４０が図２で示されるように接続されている。
【0082】
第１平面部１１２１１ｂをウェルの底部として機能させる場合には、第１電極１１１と第２電極１１２ｂとに電圧は印加せず、第１平面部１１２１１ｂを自重によりウェル内へ落ち込ませる。そして、第１平面部１１２１１ｂに載置されるｉＰＳ細胞を上方へ持ち上げる場合に、駆動電極部１１１１と、第２平面部１１２１２ｂとに静電引力を発生させて駆動電極部１１１１に第２平面部１１２１２ｂを引き付ける。
【0083】
（その他の実施例）
第２の実施形態では、ウェルプレート１１ｂのウェルに収容されたｉＰＳ細胞が可動電極板１１２１ｂにより持ち上げられ、持ち上げられたｉＰＳ細胞が押し流されて培養系ウェル１１４で回収される場合を例に説明した。しかしながら、持ち上げられたｉＰＳ細胞を移送する手段はこれに限定されない。持ち上げられたｉＰＳ細胞は、例えば、上方トラップウェルプレートでトラップされ、培養系ウェルに移送されてもよい。
第２の実施形態では、ウェルプレート１１ｂのウェルに収容されたｉＰＳ細胞が可動電極板１１２１ｂにより持ち上げられ、持ち上げられたｉＰＳ細胞が押し流されて培養系ウェル１１４で回収される場合を例に説明した。しかしながら、持ち上げられたｉＰＳ細胞を移送する手段はこれに限定されない。持ち上げられたｉＰＳ細胞は、例えば、上方トラップウェルプレートでトラップされ、培養系ウェルに移送されてもよい。
【0084】
図２６は、第２の実施形態に係る細胞移送システムの構成のその他の例を示す図である。図２６に示される細胞移送システムは、アレイ装置としてのウェルプレート１１ｃ、制御装置２０ｃ、及び上方トラップウェルプレート６０を備える。図２６では、ウェルプレート１１ｃ及び上方トラップウェルプレート６０の断面の模式図と、制御装置２０ｃのブロック図とが表されている。制御装置２０ｃは、電源３０、交流電源４０、これらの接続を開閉するスイッチ３１，３２，４１，４２、及び上方トラップウェルプレート６０を上下方向に駆動するための駆動機構７０と接続されている。
【0085】
ウェルプレート１１ｃは、上面にウェルと称される複数の凹部が、例えば、格子状に形成されている。このことは、ウェルプレート１１ｃにウェルアレイが形成されていると換言可能である。ウェルの開口部は、略円形となるように形成されている。ウェルの開口部の直径は、１５μｍから２０μｍ程度であり、ｉＰＳ細胞の直径よりも大径となっている。ウェルプレート１１ｃの各ウェルには、例えば、図１９乃至図２１、又は図２５で示される構造のアクチュエータが設けられている。
【0086】
制御装置２０ｃは、ウェルプレート１１ｃのウェルに収容されるｉＰＳ細胞のうち少なくともいずれかを、ウェルプレート１１ｃと替えて配置される培養系ウェルプレート８０へ移送するための制御を実施する装置である。制御装置２０ｃは、処理回路２１ｃ、メモリ２２、入力インタフェース２３、ディスプレイ２４、及び接続インタフェース２５を有する。処理回路２１ｃ、メモリ２２、入力インタフェース２３、ディスプレイ２４、及び接続インタフェース２５は、例えば、バスを介して互いに通信可能に接続されている。
【0087】
処理回路２１ｃは、制御装置２０ｃの中枢として機能するプロセッサである。処理回路２１ｃは、メモリ２２等に記憶されている移送プログラム等を実行することで、当該プログラムに対応する機能を実現する。例えば、処理回路２１ｃは、移送プログラムを実行することで、トラップ制御機能２１１、及び移送制御機能２１２ｃを有する。なお、本実施形態では、単一のプロセッサによってトラップ制御機能２１１、及び移送制御機能２１２ｃが実現される場合を説明するが、これに限定されない。例えば、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することによりトラップ制御機能２１１、及び移送制御機能２１２ｃを実現しても構わない。
【0088】
移送制御機能２１２ｃは、ウェルプレート１１ｃに収容されるｉＰＳ細胞の移送を制御する機能である。例えば、移送制御機能２１２ｃにおいて処理回路２１ｃは、第１移送機構及び第２移送機構を駆動し、ウェルプレート１１ｃのウェルに収容されるｉＰＳ細胞を培養系ウェルプレート８０へ移送する。より具体的には、処理回路２１ｃは、例えば、可動電極板１１２１ｂ、ねじり棒１１２２ｂ、及び固定部１１２３により形成される第１移送機構としての静電型回転アクチュエータと、上方トラップウェルプレート６０、及び上方トラップウェルプレート６０を駆動させる駆動機構７０を有する第２移送機構とを駆動する。処理回路２１ｃは、ウェルプレート１１ｃの第１電極１１１及び第２電極１１２ｂへの直流電圧の印加を制御し、駆動機構７０を制御することで、ウェルに収容されるｉＰＳ細胞を培養系ウェルプレート８０へ移送する。
【0089】
上方トラップウェルプレート６０は、下面に複数のトラップウェルが、例えば、格子状に形成されている。トラップウェルには、例えば、ウェルプレート１１ｃに設けられるウェルの直径よりもわずかに大径の液滴が表面張力により保持されている。トラップウェルは、例えば、ウェルプレート１１ｃに設けられるウェルと同数存在し、ウェルプレート１１ｃにおけるウェルと同じ配列で上方トラップウェルプレート６０に設けられている。上方トラップウェルプレート６０は、例えば、ウェルプレート１１ｃの鉛直方向上方に配置される。
【0090】
駆動機構７０は、上方トラップウェルプレート６０を、鉛直方向に移動自在に支持する。駆動機構７０は、例えば、ステッピングモータ等を用いて実現される。駆動機構７０は、制御装置２０ｃからの指示に従い、上方トラップウェルプレート６０を鉛直方向に移動させる。
【0091】
次に、以上のように構成された細胞移送システムによるｉＰＳ細胞の移送処理を詳細に説明する。
まず、第１電極１１１と第２電極１１２ｂとに電圧が印加されていない初期状態において、第１平面部１１２１１ｂは自重によりウェル内に落ち込み、ウェルの底部として機能する。
まず、第１電極１１１と第２電極１１２ｂとに電圧が印加されていない初期状態において、第１平面部１１２１１ｂは自重によりウェル内に落ち込み、ウェルの底部として機能する。
【0092】
続いて、ｉＰＳ細胞をトラップする旨の指示が操作者から制御装置２０ｃに入力され、ｉＰＳ細胞を含有する溶液がウェルプレート１１ｃに供給される。ｉＰＳ細胞をトラップする旨の指示が入力されると処理回路２１ｃは、トラップ制御機能２１１を実行し、緩衝液に含有されるｉＰＳ細胞を、第２電極１１２ｂ及び第３電極１１３間で発生される誘電泳動力により、ウェルにトラップする。
【0093】
ウェルプレート１１ｃのウェルにｉＰＳ細胞がトラップされた後、例えば、操作者から、移送するべきｉＰＳ細胞を収容しているウェルが指定される。ウェルが指定されると処理回路２１ｃは、移送制御機能２１２ｃを実行する。移送制御機能２１２ｃにおいて処理回路２１ｃは、指定されたウェルにおいて、第２平面部１１２１２ｂと、駆動電極部１１１１との間に静電斥力を発生させ、第２平面部１１２１２ｂと駆動電極部１１１１とを引き離す。第２平面部１１２１２ｂが駆動電極部１１１１から離れると、指定されたウェルの底部として機能していた第１平面部１１２１１ｂに載置されていたｉＰＳ細胞が、上方へ持ち上げられる。
【0094】
可動電極板１１２１ｂが回転し、ｉＰＳ細胞が持ち上げられている状態において、例えば、操作者からｉＰＳ細胞を回収する旨の指示が入力される。回収する旨の指示が入力されると処理回路２１ｃは、移送制御機能２１２ｃを実行し、駆動機構７０を駆動させる。駆動機構７０は、処理回路２１ｃからの制御に従い、上方トラップウェルプレート６０を予め設定された位置まで下降させる。
【0095】
上方トラップウェルプレート６０が予め設定された位置まで下降すると、例えば、図２７及び図２８で示されるように、可動電極板１１２１ｂにより持ち上げられているｉＰＳ細胞に、トラップウェルに保持されている液滴が接触する。ｉＰＳ細胞は液滴に接触すると、液滴の表面張力により液滴内に取り込まれる。処理回路２１ｃは、上方トラップウェルプレート６０を下降させた後、一旦停止させると、上方トラップウェルプレート６０を予め設定した位置まで上昇させる。
【0096】
上方トラップウェルプレート６０を下降させる際、処理回路２１ｃは、例えば、トラップ制御機能２１１を実行しても構わない。具体的には、トラップ制御機能２１１において処理回路２１ｃは、操作者により指定されていないウェルの第２電極１１２ｂと第３電極１１３との間に誘電泳動力を発生させる。こうすることで、上方トラップウェルプレート６０への移送が望まれていないｉＰＳ細胞が誤って上方トラップウェルプレート６０の液滴内に取り込まれることを防ぐことが可能となる。
【0097】
上方トラップウェルプレート６０が所定の位置まで上昇されると、細胞移送システムのステージにおいて、ウェルプレート１１ｃが培養系ウェルプレート８０に交換される。
【0098】
培養系ウェルプレート８０は、上面に複数の培養系ウェルが、例えば、格子状に形成されている。培養系ウェルは、例えば、略円形の皿状に形成されている。培養系ウェルの直径は、例えば、上方トラップウェルプレート６０に設けられるトラップウェルの直径よりも大径である。培養系ウェルには、例えば、トラップウェルで保持される液滴よりも大量の溶液が保持されている。なお、培養系ウェルの直径は、トラップウェルと同程度であっても構わない。
【0099】
培養系ウェルプレート８０が設置された後、例えば、操作者から、ｉＰＳ細胞を開放する旨の指示が入力される。開放する旨の指示が入力されると処理回路２１ｃは、移送制御機能２１２ｃを実行し、駆動機構７０を駆動させる。駆動機構７０は、処理回路２１ｃからの制御に従い、上方トラップウェルプレート６０を予め設定された位置まで下降させる。
【0100】
上方トラップウェルプレート６０が予め設定された位置まで下降すると、例えば、図２９で示されるように、上方トラップウェルプレート６０のトラップウェルに保持される液滴と、培養系ウェルプレート８０の培養系ウェルで保持される溶液とが接触し、２液混合状態となる。２液混合状態となると、表面張力が失効する。これにより、トラップウェルの液滴に取り込まれていたｉＰＳ細胞が、接触する溶液へ重力により移動する。したがって、ｉＰＳ細胞の作成時、及び分化段階において、ｉＰＳ細胞を人の手を介さずに次のステージへ移行することが可能となる。
【0101】
なお、可動電極板１１２１ｂで持ち上げられたｉＰＳ細胞を上方でトラップするのは、上方トラップウェルプレート６０に限定されない。ｉＰＳ細胞は、上方トラップウェルローラーでトラップされてもよい。
【0102】
図３０は、第２の実施形態に係る細胞移送システムの構成のその他の例を示す図である。図３０に示される細胞移送システムは、ウェルプレート１１ｃ、制御装置２０ｄ、及び上方トラップウェルローラー６０ｄを備える。図３０では、ウェルプレート１１ｃ及び上方トラップウェルローラー６０ｄの断面の模式図と、制御装置２０ｄのブロック図とが表されている。制御装置２０ｄは、電源３０、交流電源４０、これらの接続を開閉するスイッチ３１，３２，４１，４２、及び上方トラップウェルローラー６０ｄを駆動するための駆動機構７０ｄと接続されている。
【0103】
制御装置２０ｄは、ウェルプレート１１ｃのウェルに収容されるｉＰＳ細胞のうち少なくともいずれかを、ウェルプレート１１ｃと替えて配置される培養系ウェルプレート８０へ移送するための制御を実施する装置である。制御装置２０ｄは、処理回路２１ｄ、メモリ２２、入力インタフェース２３、ディスプレイ２４、及び接続インタフェース２５を有する。処理回路２１ｄ、メモリ２２、入力インタフェース２３、ディスプレイ２４、及び接続インタフェース２５は、例えば、バスを介して互いに通信可能に接続されている。
【0104】
処理回路２１ｄは、制御装置２０ｄの中枢として機能するプロセッサである。処理回路２１ｄは、メモリ２２等に記憶されている移送プログラム等を実行することで、当該プログラムに対応する機能を実現する。例えば、処理回路２１ｄは、移送プログラムを実行することで、トラップ制御機能２１１、及び移送制御機能２１２ｄを有する。
【0105】
移送制御機能２１２ｄは、ウェルプレート１１ｃに収容されるｉＰＳ細胞の移送を制御する機能である。例えば、移送制御機能２１２ｄにおいて処理回路２１ｄは、第１移送機構及び第２移送機構を駆動し、ウェルプレート１１ｃのウェルに収容されるｉＰＳ細胞を培養系ウェルプレート８０へ移送する。より具体的には、処理回路２１ｄは、例えば、可動電極板１１２１ｂ、ねじり棒１１２２ｂ、及び固定部１１２３により形成される第１移送機構としての静電型回転アクチュエータと、上方トラップウェルローラー６０ｄ、及び上方トラップウェルローラー６０ｄを駆動させる駆動機構７０ｄを有する第２移送機構とを駆動する。処理回路２１ｄは、ウェルプレート１１ｃの第１電極１１１及び第２電極１１２ｂへの直流電圧の印加を制御し、駆動機構７０ｄを制御することで、ウェルに収容されるｉＰＳ細胞を培養系ウェルプレート８０へ移送する。
【0106】
上方トラップウェルローラー６０ｄは、軸を中心に回転する円柱状のローラーである。上方トラップウェルローラー６０ｄの円周表面には、複数のトラップウェルが、例えば、格子状に形成されている。トラップウェルには、例えば、ウェルプレート１１ｃに設けられるウェルの直径よりもわずかに大径の液滴が表面張力により保持されている。トラップウェルは、例えば、ウェルプレート１１ｃに設けられるウェルと同数存在し、ウェルプレート１１ｃにおけるウェルと同じ配列で上方トラップウェルローラー６０ｄに設けられている。上方トラップウェルローラー６０ｄは、例えば、ウェルプレート１１ｃの鉛直方向上方に配置される。
【0107】
駆動機構７０ｄは、上方トラップウェルローラー６０ｄを移動自在に支持する。駆動機構７０ｄは、制御装置２０ｃからの指示に従い、上方トラップウェルローラー６０ｄを鉛直方向に移動させる。また、駆動機構７０ｄは、制御装置２０ｃからの指示に従い、上方トラップウェルローラー６０ｄを、軸を中心に回転させながら、平面方向へ移動させる。このとき、平面方向への移動速度は、上方トラップウェルローラー６０ｄの回転速度と対応している。
【0108】
次に、以上のように構成された細胞移送システムによるｉＰＳ細胞の移送処理を詳細に説明する。
まず、処理回路２１ｄは、移送制御機能２１２ｄにより、指定されたウェルに設けられている可動電極板１１２１ｂを回転させ、このウェルに収容されているｉＰＳ細胞を持ち上げる。そして、ｉＰＳ細胞が持ち上げられている状態において、例えば、操作者からｉＰＳ細胞を回収する旨の指示が入力される。回収する旨の指示が入力されると処理回路２１ｄは、移送制御機能２１２ｄにより、駆動機構７０ｄを駆動させる。駆動機構７０ｄは、処理回路２１ｄからの制御に従い、上方トラップウェルローラー６０ｄを予め設定された位置まで下降させる。
まず、処理回路２１ｄは、移送制御機能２１２ｄにより、指定されたウェルに設けられている可動電極板１１２１ｂを回転させ、このウェルに収容されているｉＰＳ細胞を持ち上げる。そして、ｉＰＳ細胞が持ち上げられている状態において、例えば、操作者からｉＰＳ細胞を回収する旨の指示が入力される。回収する旨の指示が入力されると処理回路２１ｄは、移送制御機能２１２ｄにより、駆動機構７０ｄを駆動させる。駆動機構７０ｄは、処理回路２１ｄからの制御に従い、上方トラップウェルローラー６０ｄを予め設定された位置まで下降させる。
【0109】
上方トラップウェルローラー６０ｄが予め設定された位置まで下降すると、上方トラップウェルローラー６０ｄの表面に軸心方向に形成される所定のトラップウェル列に保持されている液滴が、ウェルプレート１１ｃの対応するウェル列で可動電極板１１２１ｂにより持ち上げられているｉＰＳ細胞に接触する。ｉＰＳ細胞は液滴に接触すると、液滴の表面張力により液滴内に取り込まれる。
【0110】
処理回路２１ｄは、上方トラップウェルローラー６０ｄを下降させた後、一旦停止させると、上方トラップウェルローラー６０ｄを所定の回転速度で回転させながら、この回転速度と対応する速度で平面方向へ移動させる。処理回路２１ｄは、上方トラップウェルローラー６０ｄの最後のトラップウェル列が、ウェルプレート１１ｃの最後のウェル列に到達すると、上方トラップウェルローラー６０ｄを予め設定した位置まで上昇させる。
【0111】
上方トラップウェルローラー６０ｄを下降させ、ウェルプレート１１ｃ上を平面移動させる際、処理回路２１ｄは、例えば、トラップ制御機能２１１を実行しても構わない。具体的には、トラップ制御機能２１１において処理回路２１ｄは、操作者により指定されていないウェルの第２電極１１２ｂと第３電極１１３との間に誘電泳動力を発生させる。こうすることで、上方トラップウェルローラー６０ｄへの移送が望まれていないｉＰＳ細胞が誤って上方トラップウェルローラー６０ｄの液滴内に取り込まれることを防ぐことが可能となる。
【0112】
上方トラップウェルローラー６０ｄが所定の位置まで上昇されると、細胞移送システムのステージにおいて、ウェルプレート１１ｃが培養系ウェルプレート８０に交換される。培養系ウェルプレート８０が設置された後、例えば、操作者から、ｉＰＳ細胞を開放する旨の指示が入力される。開放する旨の指示が入力されると処理回路２１ｄは、移送制御機能２１２ｄを実行し、駆動機構７０ｄを駆動させる。駆動機構７０ｄは、処理回路２１ｄからの制御に従い、上方トラップウェルローラー６０ｄを予め設定された位置まで下降させる。
【0113】
上方トラップウェルローラー６０ｄが予め設定された位置まで下降すると、上方トラップウェルローラー６０ｄの表面に形成される所定のトラップウェル列に保持されている液滴と、培養系ウェルプレート８０の培養系ウェルで保持される溶液とが接触し、２液混合状態となる。これにより、表面張力が失効し、トラップウェルの液滴に取り込まれていたｉＰＳ細胞が、接触する溶液へ重力により移動する。
【0114】
処理回路２１ｄは、上方トラップウェルローラー６０ｄを下降させた後、一旦停止させると、上方トラップウェルローラー６０ｄを所定の回転速度で回転させながら、この回転速度と対応する速度で平面方向へ移動させる。上方トラップウェルローラー６０ｄの回転移動により、例えば、図３１に示されるように、上方トラップウェルローラー６０ｄのトラップウェルに保持されている液滴と、培養系ウェルプレート８０の培養系ウェルで保持される溶液とが列ごとに順次接触する。これにより、トラップウェルの液滴に取り込まれていたｉＰＳ細胞が、接触する溶液へ重力により移動する。したがって、ｉＰＳ細胞の作成時、及び分化段階において、ｉＰＳ細胞を人の手を介さずに次のステージへ移行することが可能となる。
【0115】
第２の実施形態におけるその他の実施例では、ウェルプレート１１ｃのウェルに収容されたｉＰＳ細胞が、上方トラップウェルプレート６０、及び上方トラップウェルローラー６０ｄのトラップウェルで保持される液滴に、表面張力を利用して取り込まれる場合を例に説明した。しかしながら、トラップウェルの液滴にｉＰＳ細胞を取り込む力は、表面張力に限定されない。上方トラップウェルプレート６０、及び上方トラップウェルローラー６０ｄの内部に電極層を設け、電極間に誘電泳動力を発生させるようにしてもよい。
【0116】
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、細胞移送システムは、ｉＰＳ細胞を細胞単位で移送することができる。
【0117】
実施形態の説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ））、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサは記憶回路に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、上記各実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。さらに、上記各実施形態における複数の構成要素を１つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。
【0118】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0119】
１０，１０ａ，１０ｂ…アレイ装置
１１，１１ａ～１１ｃ…ウェルプレート
１１１，１１１－１，１１１ａ…第１電極
１１１１，１１１１ａ…駆動電極部
１１１１１ａ…絶縁層
１１１２，１１１３…三角柱部
１１２，１１２－１，１１２ａ，１１２ｂ…第２電極
１１２１，１１２１ａ，１１２１ｂ…可動電極板
１１２２，１１２２ｂ…ねじり棒
１１２３…固定部
１１２４ａ－１，１１２４ａ－２…支持棒
１１２５ａ…接触部
１１２１１ａ…平面部
１１２１１ｂ…第１平面部
１１２１２ａ…側面部
１１２１２ｂ…第２平面部
１１３…第３電極
１１４…培養系ウェル
１２…蓋部
１２１…側壁部
１２２…第１孔
１２３…第２孔
１３…培養系ウェルプレート
１３１…駆動機構
２０，２０ｂ～２０ｄ…制御装置
２１，２１ｂ～２１ｄ…処理回路
２１１…トラップ制御機能
２１２，２１２ｂ～２１２ｄ…移送制御機能
２１３…位置制御機能
２２…メモリ
２３…入力インタフェース
２４…ディスプレイ
２５…接続インタフェース
３０，３０－１，３０－２…電源
３１，３１－１～３１－６，３２，３２－１～３２－６…スイッチ
４０…交流電源
４１，４２…スイッチ
５０…ポンプ
６０…上方トラップウェルプレート
６０ｄ…上方トラップウェルローラー
７０，７０ｄ…駆動機構
８０…培養系ウェルプレート
１１，１１ａ～１１ｃ…ウェルプレート
１１１，１１１－１，１１１ａ…第１電極
１１１１，１１１１ａ…駆動電極部
１１１１１ａ…絶縁層
１１１２，１１１３…三角柱部
１１２，１１２－１，１１２ａ，１１２ｂ…第２電極
１１２１，１１２１ａ，１１２１ｂ…可動電極板
１１２２，１１２２ｂ…ねじり棒
１１２３…固定部
１１２４ａ－１，１１２４ａ－２…支持棒
１１２５ａ…接触部
１１２１１ａ…平面部
１１２１１ｂ…第１平面部
１１２１２ａ…側面部
１１２１２ｂ…第２平面部
１１３…第３電極
１１４…培養系ウェル
１２…蓋部
１２１…側壁部
１２２…第１孔
１２３…第２孔
１３…培養系ウェルプレート
１３１…駆動機構
２０，２０ｂ～２０ｄ…制御装置
２１，２１ｂ～２１ｄ…処理回路
２１１…トラップ制御機能
２１２，２１２ｂ～２１２ｄ…移送制御機能
２１３…位置制御機能
２２…メモリ
２３…入力インタフェース
２４…ディスプレイ
２５…接続インタフェース
３０，３０－１，３０－２…電源
３１，３１－１～３１－６，３２，３２－１～３２－６…スイッチ
４０…交流電源
４１，４２…スイッチ
５０…ポンプ
６０…上方トラップウェルプレート
６０ｄ…上方トラップウェルローラー
７０，７０ｄ…駆動機構
８０…培養系ウェルプレート
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
