特許 7605589 張力測定デバイス

(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】2024-12-16

(45)【発行日】2024-12-24

(54)【発明の名称】張力測定デバイス

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/34 20060101AFI20241217BHJP

   G01N 33/483 20060101ALI20241217BHJP

   C12Q 1/02 20060101ALN20241217BHJP

【ＦＩ】

C12M1/34 Z

G01N33/483 A

C12Q1/02

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020045693

(22)【出願日】2020-03-16

(65)【公開番号】P2021145567

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2023-02-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000230962

【氏名又は名称】日本光電工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000671

【氏名又は名称】ＩＢＣ一番町弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】牧野 穂高

(72)【発明者】

【氏名】小川 徹也

【審査官】鈴木 崇之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０７６０４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００４／０２１９６５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０５０８１０３５（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０１０６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１３６７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１８４０２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０１７６１４０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００６－１７４８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００１／００４３９１８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２００２－５００００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４９１１７１３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１２Ｍ １／００－３／１０

Ｇ０１Ｎ ３３／４８－３３／９８

Ｃ１２Ｑ １／００－３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筋細胞を含む細胞構造体の張力測定デバイスであって、
ゲルおよび前記細胞構造体が保持されるゲルアダプタホルダ組立体と、
前記細胞構造体およびゲルアダプタホルダ組立体が配置され、前記細胞構造体が浸されるように培地が充填される第１の容器と、
前記第１の容器内に投与される薬剤が注入される第２の容器と、
前記第１の容器および前記第２の容器を液密に連結する第１チューブと、
前記第１チューブ上に配置され、前記第２の容器内の液体を前記第１の容器内に流入させるポンプと、を有し、
前記第１の容器を鉛直方向の上方から視たときに、前記第１チューブは、前記第１の容器の前記鉛直方向と直交方向で前記第１の容器の中心を通る中心線からずれた位置において前記第１の容器の側面に連結される張力測定デバイス。

【請求項2】

前記第１チューブとは別系統で、前記第１の容器および前記第２の容器を液密に連結する第２チューブをさらに有する、請求項１に記載の張力測定デバイス。

【請求項3】

前記第１チューブは、前記第１の容器に連結される箇所において、鉛直方向に沿って複数分岐される請求項１または２に記載の張力測定デバイス。

【請求項4】

前記第２の容器は、前記第１の容器に対して、表面積が小さい、請求項１～３のいずれか１項に記載の張力測定デバイス。

【請求項5】

前記第２の容器には、液体の残量を示すメモリが記されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の張力測定デバイス。

【請求項6】

前記第２の容器に連結され、前記第２の容器内の液体を廃棄するための第３チューブをさらに有する、請求項２に記載の張力測定デバイス。

【請求項7】

前記第１チューブとは別系統で、前記第１の容器および前記第２の容器を液密に連結する第４チューブと、
前記第４チューブ上に配置され、前記第１の容器内の液体を前記第２の容器内に流入させる流入ポンプと、をさらに有する、請求項６に記載の張力測定デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、筋細胞を含む細胞構造体の張力測定デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、様々な機能細胞へ分化する能力を有するｉＰＳ細胞などの多能性幹細胞を利用した創薬スクリーニング方法が開発されている。しかしながら、従来用いられている評価系は、細胞単体を用いるものであり、生体組織の状態を反映していない。そのため、多能性幹細胞から分化誘導した体細胞から、生体組織を模倣する評価系を開発することが求められている。

【0003】

細胞を三次元的に構築する試みとしては、例えば、細胞をスキャフォールドと呼ばれる三次元構造体に播種する方法や、臓器・組織を脱細胞化し、残存したマトリックスに細胞を播種して三次元化する方法、シート状に剥離された細胞シートを三次元的に積層する方法などが開発されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１）。

【0004】

こうした技術を駆使し、創薬スクリーニングに利用するための評価系の研究開発が行われている。これに関連して、例えば下記の特許文献２には、心筋細胞を含むシート状組織の張力測定デバイス、システム、およびキットが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平０２－２１１８６５号公報

【文献】特開２０１９－７６０４６号公報

【非特許文献】

【0006】

【文献】Ｈａｒａｇｕｃｈｉ Ｙ．，ｅｔ ａｌ．，Ｓｃａｆｆｏｌｄ－ｆｒｅｅ ｔｉｓｓｕｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｃｅｌｌ ｓｈｅｅｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＲＳＣ Ａｄｖ．，２０１２；２：２１８４－２１９０

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献２に係る張力測定デバイスには、心筋細胞の拍動に由来する微小な張力を測定するための高感度な張力検出手段が設けられている。また特許文献２に係る張力測定デバイスでは、心筋細胞が配置されている培地槽（第１の容器）に、薬剤が直接流入される。このため、薬剤の流入の際の振動が張力検出手段に影響して、正確に張力を測定できない虞がある。

【0008】

本発明は、上記課題を解決するために発明されたものであり、張力検出手段に影響を及ぼす振動を低減して、正確に張力を測定することのできる張力測定デバイス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】

【0009】

上記目的を達成する本発明に係る張力測定デバイスは、筋細胞を含む細胞構造体の張力測定デバイスである。張力測定デバイスは、ゲルおよび前記細胞構造体が保持されるゲルアダプタホルダ組立体と、前記細胞構造体およびゲルアダプタホルダ組立体が配置され、前記細胞構造体が浸されるように培地が充填される第１の容器と、前記第１の容器内に投与される薬剤が注入される第２の容器と、前記第１の容器および前記第２の容器を液密に連結する第１チューブと、前記第１チューブ上に配置され、前記第２の容器内の液体を前記第１の容器内に流入させるポンプと、を有する。前記第１の容器を鉛直方向の上方から視たときに、前記第１チューブは、前記第１の容器の前記鉛直方向と直交方向で前記第１の容器の中心を通る中心線からずれた位置において前記第１の容器の側面に連結される。

【発明の効果】

【0010】

上述した張力測定デバイスによれば、ポンプによって第１チューブを介して、第２の容器内の薬剤および培地が第１の容器内に流入される。このため、薬剤を直接第１の容器に流入させる場合と比較して、張力検出手段に影響を及ぼす振動を低減できる。したがって、張力検出手段に影響を及ぼす振動を低減して、正確に張力を測定することのできる張力測定デバイスを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１実施形態に係る張力測定デバイスを示す概略斜視図である。

【図2】ゲルアダプタホルダ組立体を示す概略図である。

【図3】第１ゲルアダプタホルダを示す概略図である。

【図4】第２ゲルアダプタホルダを示す概略図である。

【図5】第１ゲルアダプタホルダおよび第２ゲルアダプタホルダにゲルおよび細胞構造体を配置する方法を説明するための図である。

【図6】第１実施形態に係る張力測定デバイスの一部を示す概略図である。

【図7】本発明の第２実施形態に係る張力測定デバイスの一部を示す概略図である。

【図8】本発明の第３実施形態に係る張力測定デバイスの一部を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

【0013】

図１は、本発明の第１実施形態に係る張力測定デバイス１を示す概略斜視図である。図２は、ゲルアダプタホルダ組立体１０を示す概略図である。図３は、第１ゲルアダプタホルダ１１を示す概略図である。図４は、第２ゲルアダプタホルダ１２を示す概略図である。図５は、第１ゲルアダプタホルダ１１および第２ゲルアダプタホルダ１２にゲルＧおよび細胞構造体ＣＳを配置する方法を説明するための図である。図６は、第１実施形態に係る張力測定デバイス１の一部を示す概略図である。

【0014】

以下、本実施形態に係る張力測定デバイス１の構成の説明を行う前に、張力測定デバイス１の測定対象である筋細胞を含む細胞構造体ＣＳについて説明する。

【0015】

＜筋細胞を含む細胞構造体＞
本明細書において、「筋細胞を含む細胞構造体」とは、生体から採取した筋細胞を含む生体組織（例えば、心筋組織、骨格筋組織、平滑筋組織など）や、筋細胞を含む構造体をいう。本発明に適用し得る、筋細胞を含む細胞構造体は、生体から採取した生体組織そのものや、例えば、ヒトｉＰＳ細胞由来心筋細胞を用いた心筋組織等、生体から採取した生体組織を加工した生体組織であってもよい。また、本発明に適用し得る筋細胞を含む細胞構造体は、筋細胞を含む懸濁液とゲル溶液又はゲル化剤とを混合させて形成した細胞構造体であってもよく、細胞シートであってもよい。さらにまた、本発明に適用し得る筋細胞を含む細胞構造体とは、ゲルの上に、筋細胞を含む細胞群を直接播種し、培養することにより形成されるものであってもよい。

【0016】

一実施態様において、本発明に適用し得る、筋細胞を含む細胞構造体は、シート状、棒状及び紐状からなる群から少なくとも１つ選択されてもよく、好ましくはシート状の細胞構造体である。

【0017】

本明細書において、「シート状の細胞構造体」とは、例えば、約１０μｍ（例えば、細胞１個分の厚さ）以上～約２ｍｍ以下の平均の厚さを有し、かつ、後述の第１ゲル保持部と第２ゲル保持部との間に適用し得る長さを有する、膜状の細胞構造体をいう。「シート状の細胞構造体」の幅は、第１ゲル保持部及び第２ゲル保持部に適用し得る幅であればよく、限定されない。１枚の「シート状の細胞構造体」が、張力測定デバイスに適用されてもよく、複数枚の「シート状の細胞構造体」が張力測定デバイスに適用されてもよい。複数枚の「シート状の細胞構造体」は、第１ゲル保持部と第２ゲル保持部の間に並列に適用されてもよく、積層されて適用されてもよい。

【0018】

本明細書において、「棒状の細胞構造体」とは、例えば、約１００μｍ以上～約５ｍｍ以下の平均直径を有し、かつ、後述の第１ゲル保持部と第２ゲル保持部との間に適用し得る長さを有する細胞構造体をいう。１本の「棒状の細胞構造体」が、張力測定デバイスに適用されてもよく、複数本の「シート状の細胞構造体」が張力測定デバイスに適用されてもよい。複数本の「棒状の細胞構造体」は、第１ゲル保持部と第２ゲル保持部の間に並列に適用されてもよく、束ねられて適用されてもよい。

【0019】

本明細書において、「紐状の細胞構造体」とは、例えば、約１０μｍ以上～約１００μｍ未満の平均直径を有し、かつ、後述の第１ゲル保持部と第２ゲル保持部との間に適用し得る長さを有する三次元細胞構造体をいう。１本の「紐状の細胞構造体」が、張力測定デバイスに適用されてもよく、複数本の「紐状の細胞構造体」が張力測定デバイスに適用されてもよい。複数本の「紐状の細胞構造体」は、第１ゲル保持部と第２ゲル保持部の間に並列に適用されてもよく、束ねられて適用されてもよい。

【0020】

なお、「棒状の細胞構造体」と「紐状の細胞構造体」は、その直径によって便宜的に上記のように分けて表現しているが、いずれも細長い形状の細胞構造体を表すものであり、相互に用語を入れ替えて使用されてもよい。

【0021】

本発明に適用し得る「棒状の細胞構造体」又は「紐状の細胞構造体」は、例えば、シート状の細胞構造体を棒状又は紐状に形成（例えば、巻きとる、よじる、収縮させる、又は切断する等）してもよく、棒状又紐状のモールドに細胞と任意のゲルを含む懸濁液を流し込んで形成したものであってもよい（例えば、Ｚｈａｏ Ｙ，Ｃｅｌｌ．２０１９ Ｆｅｂ ７；１７６（４）：９１３－９２７参照）。

【0022】

本明細書において、「筋細胞を含む細胞構造体」とは、細胞構造体に含まれる筋細胞数のうち、少なくとも筋細胞が１０％以上含まれるものをいい、例えば、１５％以上、２０％以上、２５％以上、３０％以上、３５％以上、４０％以上、４５％以上、５０％以上、５５％以上、６０％以上、６５％以上、７０％以上、７５％以上、８０％以上、８５％以上、９０％以上、９５％以上、９９％以上含まれる。本明細書において、「筋細胞」とは、動物体の筋肉組織を形成する収縮性を有する細胞であり、例えば、心筋細胞、骨格筋細胞及び平滑筋細胞が挙げられる。一実施態様において、本発明において用いられる「筋細胞」は、心筋細胞、骨格筋細胞及び平滑筋細胞からなる群から少なくとも１つ選択される。本発明に用いることができる筋細胞は動物由来のものであればよく、例えば、哺乳類、鳥類、両生類、爬虫類、魚類の筋細胞を用いることができる。好ましくは、哺乳動物由来の筋細胞であり、例えば、マウス、ラット、ヒト、サル、ブタ、イヌ、ヒツジ、ネコ、ヤギなどの哺乳動物由来の筋細胞を用いることができる。

【0023】

本発明に利用可能な筋細胞は、生体組織から採取された初代細胞であってもよく、株化された細胞であってもよく、多能性幹細胞若しくは組織幹細胞から分化誘導された細胞であってもよい。

【0024】

本明細書において「多能性幹細胞」とは、あらゆる組織の細胞へと分化する能力（分化多能性）を有する幹細胞の総称することを意図する。限定されるわけではないが、多能性幹細胞は胚性幹細胞（ｅｍｂｒｙｏｎｉｃ ｓｔｅｍ ｃｅｌｌ：ＥＳ細胞）、胚性癌腫細胞（ｅｍｂｒｙｏｎｉｃ ｃａｒｃｉｎｏｍａ ｃｅｌｌ：ＥＣ細胞）、栄養芽幹細胞（ｔｒｏｐｈｏｂｌａｓｔ ｓｔｅｍ ｃｅｌｌ：ＴＳ細胞）、エビブラスト幹細胞（ｅｐｉｂｌａｓｔ ｓｔｅｍ ｃｅｌｌ：ＥｐｉＳ細胞）、胚性生殖細胞（ｅｍｂｒｙｏｎｉｃ ｇｅｒｍ ｃｅｌｌ：ＥＧ細胞）、多能性生殖細胞（ｍｕｌｔｉｐｏｔｅｎｔ ｇｅｒｍｌｉｎｅ ｓｔｅｍ ｃｅｌｌ：ｍＧＳ細胞）、人工多能性幹細胞（ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｌｕｒｉｐｏｔｅｎｔ ｓｔｅｍ ｃｅｌｌ：ｉＰＳ細胞）、Ｍｕｓｅ細胞等を含む。好ましくは、ＥＳ細胞又はｉＰＳ細胞である。多能性幹細胞としては公知の任意のものを使用可能であるが、例えば、国際公開第２００９／１２３３４９号（ＰＣＴ／ＪＰ２００９／０５７０４１）に記載の多能性幹細胞を使用することができる。

【0025】

本発明に用いることができる筋細胞は、多能性幹細胞から分化誘導された細胞であってもよい。多能性細胞から筋細胞へ分化させる方法は、公知の方法を用いることができる（例えば、Ｍａｔｓｕｕｒａ Ｋ．，ｅｔ ａｌ．Ｃｒｅａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｃａｒｄｉａｃ ｃｅｌｌ ｓｈｅｅｔｓ ｕｓｉｎｇ ｐｌｕｒｉｐｏｔｅｎｔ ｓｔｅｍ ｃｅｌｌｓ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．２０１２ Ａｕｇ ２４；４２５（２）：３２１－３２７等を参照のこと）。

【0026】

筋細胞を含む細胞構造体には、筋細胞以外の細胞が含まれていてもよい。例えば、心筋芽細胞、筋芽細胞、間葉系幹細胞、血管内皮細胞、血管内皮前駆細胞、線維芽細胞等が含まれていてもよい。

【0027】

以上、筋細胞を含む細胞構造体ＣＳについて説明した。次に、本実施形態に係る張力測定デバイス１の構成について説明する。

【0028】

張力測定デバイス１は、図１に示すように、ゲルＧおよび細胞構造体ＣＳが保持されるゲルアダプタホルダ組立体１０と、細胞構造体ＣＳの拍動に起因する張力を検出する張力検出手段２０と、ゲルアダプタホルダ組立体１０および張力検出手段２０を連結する連結部材３０と、細胞構造体ＣＳおよびゲルアダプタホルダ組立体１０が配置される第１の容器４０と、第１の容器４０内に投与される薬剤が注入される第２の容器５０と、第１の容器４０および第２の容器５０を液密に連結する第１チューブ６０と、第１チューブ６０上に配置されるポンプ７０と、第１の容器４０および第２の容器５０を液密に連結する第２チューブ８０と、を有する。

【0029】

ゲルアダプタホルダ組立体１０には、図２～図５に示すように、ゲルＧおよび細胞構造体ＣＳが保持される。

【0030】

本発明において適用され得るゲルとは、（１）筋細胞を含む細胞構造体が接着可能であり、（２）シート形状を維持できる強度を有し、（３）細胞の生育、機能発現等に悪影響を与えない、すなわち生体適合性のものであれば利用することができる。本発明に適用され得るゲルは、例えば、ハイドロゲルである。本発明に適応し得るハイドロゲルとしては、例えば、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリヒドロキシエチルメタアクリレート、ポリビニルアルコール、ポリ乳酸、ポリグリコール酸などの水溶性、水親和性、若しくは水吸収性合成高分子、多糖、タンパク質、核酸などを化学架橋したハイドロゲルが挙げられる。多糖としては、ヒアルロン酸やコンドロイチン硫酸などのグリコサミノグリカン、デンプン、グリコーゲン、アガロース、ペクチン、セルロース等が挙げられる。また、タンパク質としては、コラーゲン及びその加水分解物であるゼラチン、プロテオグリカン、フィブロネクチン、ビトロネクチン、ラミニン、エンタクチン、テネイシン、トロンボスポンジン、フォンビルブランド因子、オステオポンチン、フィブリノーゲン（例えば、フィブリノーゲンとトロンビンを反応させたフィブリンゲル）等が挙げられる。これらのハイドロゲルに対し、公知の方法を用いて架橋処理を行い、強度を上げて使用してもよい。本発明に適用され得るゲルとしては、好ましくは、フィブリンゲルである。本発明の一実施形態において、ゲルは、予め細胞と混合させて形成させたものであってもよい。

【0031】

以下、ゲルアダプタホルダ組立体１０の構成の一例について説明するが、ゲルアダプタホルダ組立体１０の構成は、ゲルＧおよび細胞構造体ＣＳを保持することができる限りにおいて、以下の構成に限定されない。

【0032】

ゲルアダプタホルダ組立体１０は、特願２０１９－０３６６７７に記載されているものを用いることができる。このため、ここではゲルアダプタホルダ組立体１０の詳細な説明は省略して、概略の構成についてのみ説明する。

【0033】

ゲルアダプタホルダ組立体１０は、図２～図４に示すように、第１ゲルアダプタホルダ１１および第２ゲルアダプタホルダ１２を有する。

【0034】

第１ゲルアダプタホルダ１１および第２ゲルアダプタホルダ１２は、図２に示すように、組み立てられることによって、ゲルアダプタホルダ組立体１０を構成する。

【0035】

第１ゲルアダプタホルダ１１は、図２、図３に示すように、枠部材１１０と、ゲルＧの一端を固定するための第１ゲル保持部１１１と、第１の容器４０の蓋体４１に固定される一対の爪部１１７と、を有する。

【0036】

枠部材１１０が設けられることによって、ゲルＧおよび細胞構造体ＣＳの形状を維持したまま、ゲルアダプタホルダ組立体１０を第１の容器４０の蓋体４１（後述）に取り付けることができる。

【0037】

第１ゲルアダプタホルダ１１を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ナイロン、ポリウレタン、ポリウレア、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリ（メタ）アクリル酸、ポリ（メタ）アクリル酸誘導体、ポリアクリロニトリル、ポリ（メタ）アクリルアミド、ポリ（メタ）アクリルアミド誘導体、ポリスルホン、セルロース、セルロース誘導体、ポリシリコーン、金属などが挙げられる。

【0038】

第２ゲルアダプタホルダ１２は、図２、図４に示すように、連結部材３０が接続される接続部１２０と、ゲルＧの他端を固定するための第２ゲル保持部１２１と、接続部１２０および第２ゲル保持部１２１を連結する連結部１２４と、を有する。

【0039】

接続部１２０には、連結部材３０と接続するための接続口１２６が設けられている。

【0040】

第２ゲルアダプタホルダ１２を構成する材料は、第１ゲルアダプタホルダ１１を構成する材料と同一のものを用いることができる。

【0041】

以下、図５を参照して、第１ゲルアダプタホルダ１１および第２ゲルアダプタホルダ１２に、ゲルＧおよび細胞構造体ＣＳを配置する方法について説明する。なお、当該方法は、特願２０１９－０３６６７７に記載されている方法を用いることができる。このため、ここではゲルＧおよび細胞構造体ＣＳを配置する方法の詳細な説明は省略して、概略についてのみ説明する。

【0042】

まず、第１ゲルアダプタホルダ１１および第２ゲルアダプタホルダ１２を基板１３にセットし、ピペットＰを用いて、硬化前のゲル化剤（例えば、フィブリノーゲン（ＳＩＧＭＡ ウシ血漿由来 Ｔｙｐｅ Ｉ－Ｓ）、トロンビン（ＳＩＧＭＡ ウシ血漿由来 Ｔ４６４８）、ＣａＣｌ_２溶液（８ｍＭ）、およびＦａｃｔｏｒ ＸＩＩＩ（ＣＳＬ Ｂｅｈｒｉｎｇ フィブロガミンＰ静注用）の混合液）を注入する（図５（Ａ））。

【0043】

次に、ゲル形成蓋体１４で、第１ゲル保持部１１１および第２ゲル保持部１２１に蓋をする（図５（Ｂ））。

【0044】

次に、ゲルが硬化後、第１ゲルアダプタホルダ１１および第２ゲルアダプタホルダ１２からゲル形成蓋体１４および基板１３を取り外す（図５（Ｃ））。

【0045】

上記とは別に、温度応答性培養皿Ｄ１（例えば、ＵｐＣｅｌｌ（登録商標）（セルシード社、東京、日本））上に筋細胞を含む細胞群を播種してコンフルエントになるまで３７℃で予め培養しておく。

【0046】

そして、温度応答性培養皿Ｄ１の筋細胞を含む細胞構造体ＣＳの上に、上記で得られたゲルを備えた第１ゲルアダプタホルダ１１および第２ゲルアダプタホルダ１２を載せる（図５（Ｃ））。

【0047】

そして、温度応答性培養皿Ｄ１の下限臨界溶液温度以下、例えば２０℃に保ち、温度応答性培養皿Ｄ１から筋細胞を含む細胞構造体ＣＳを剥離させると同時に、ゲルＧの下面に筋細胞を含む細胞構造体ＣＳを接着させる（図５（Ｄ））。

【0048】

以下、張力測定デバイス１の構成の説明に戻る。

【0049】

張力検出手段２０は、筋細胞を含む細胞構造体ＣＳが拍動することによって生じる張力を測定する。張力検出手段２０は、図１に示すように、連結部材３０を介してゲルアダプタホルダ組立体１０に接続される。筋細胞を含む細胞構造体ＣＳが収縮すると、第２ゲルアダプタホルダ１２が鉛直方向の下方へ引っ張られ、連結部材３０を介して、張力検出手段２０により加重が検出される。張力検出手段２０は、例えば、公知のロードセルを用いることができる。

【0050】

連結部材３０は、図１に示すように、ゲルアダプタホルダ組立体１０および張力検出手段２０を連結する。連結部材３０は、フック３１と、接続部３２と、を有する。

【0051】

フック３１は、第２ゲルアダプタホルダ１２の接続口１２６に挿通される。接続部３２は、張力検出手段２０に接続される。

【0052】

連結部材３０は、第２ゲルアダプタホルダ１２および張力検出手段２０を連結できる限りにおいて、上記の構成に限定されない。

【0053】

第１の容器４０には、ゲルＧおよび細胞構造体ＣＳを備えたゲルアダプタホルダ組立体１０が収容される。第１の容器４０には蓋体４１が取り付けられる。

【0054】

蓋体４１には、第１ゲルアダプタホルダ１１の一対の爪部１１７が嵌合する。

【0055】

第２の容器５０は、第１の容器４０と略同一の高さとなるように構成されている。第２の容器５０には、第１の容器４０内に投与される薬剤が注入される。第２の容器５０は、第１の容器４０に対して表面積が小さい。この構成によれば少量の薬剤および培地を用いて、第２の容器５０から第１の容器４０に薬剤および培地を送ることができる。以下の説明において、薬剤および／または培地を、液体と称する場合がある。

【0056】

第２の容器５０の下方には、図６に示すように、ヒーター５１が設けられる。ここで、例えば第１の容器４０の下方にヒーターが設けられている場合、局所的な温度上昇により、第１の容器４０において培地蒸発が生じる。これに対して、本実施形態では、第２の容器５０の下方にヒーター５１が設けられているため、第１の容器４０において局所的な温度上昇による培地蒸発が生じることを防止できる。なお、第１の容器４０の下方にヒーターが設けられる構成も本発明に含まれるものとする。

【0057】

第１チューブ６０は、第１の容器４０および第２の容器５０を液密に連結する。図６に示すように、鉛直方向の上方から視たとき、第１チューブ６０は、第１の容器４０の鉛直方向と直交方向で第１の容器４０の中心を通る中心線Ｌ１からオフセットするように第１の容器４０に連結される。この構成によれば、第１の容器４０内に回転流Ｆを発生させて、撹拌が促進される。このため、薬剤を培地に対してより早く撹拌することができる。さらに、第１の容器４０内の上方において酸素濃度が高くなっている濃度勾配を平坦化することができる。

【0058】

第１チューブ６０は、図６に示すように、第１の容器４０に連結される箇所６１において、鉛直方向に沿って２つに分岐されている。この構成によれば、鉛直方向に沿って２つに分岐されず１本で連結されている構成と比較して、第１の容器４０内に流入される液体の流速を下げつつ、より早く薬剤を混ぜることができる。

【0059】

ポンプ７０は、図６に示すように、第１チューブ６０上に配置される。ポンプ７０としては、特に限定されないが、チューブポンプ７０を用いることができる。このようにポンプ７０としてチューブポンプ７０を用いることによって、第２の容器５０から第１の容器４０への液体の移動を容易に制御することができる。

【0060】

チューブポンプ７０は、図６に示すように、周方向に１２０度間隔で配置された３つのローラ７１と、３つのローラ７１を周方向に回転させる回転部７２と、第１チューブ６０と接続されるチューブ７３と、を有する。

【0061】

チューブポンプ７０の３つのローラ７１が周方向に沿って回転する際に、チューブ７３を押圧することによって、第２の容器５０内の液体が第１の容器４０内に移動される。

【0062】

第２チューブ８０は、図６に示すように、第１の容器４０および第２の容器５０を液密に連結する。第２チューブ８０上にはポンプは配置されない。

【0063】

このように第２チューブ８０が設けられることによって、チューブポンプ７０によって、第２の容器５０から第１の容器４０に液体が移動して、第１の容器４０内の液体の高さが第２の容器５０内の液体の高さよりも高くなるときに、第２チューブ８０を介して、第１の容器４０内の液体が第２の容器５０に移動する。これによって、第１の容器４０内の液体および第２の容器５０内の液体の高さを同一となるように、維持し続けることができる。

【0064】

次に、本実施形態に係る張力測定デバイス１の使用方法について説明する。

【0065】

まず、第１の容器４０および第２の容器５０を第１チューブ６０および第２チューブ８０によって連結して、第１チューブ６０上にチューブポンプ７０を設置する。第１の容器４０に、ゲルＧおよび細胞構造体ＣＳが取り付けられたゲルアダプタホルダ組立体１０をセットする。このとき、第１の容器４０内に例えば４５ｍｌ、第２の容器５０内に５ｍｌ培地を入れる。

【0066】

そして、チューブポンプ７０および第２チューブ８０によって、第１の容器４０および第２の容器５０内の液体を循環させる。この状態において、任意のタイミングで第２の容器５０に、例えば薬剤を５μｌだけ投与する。

【0067】

ここで、チューブポンプ７０は、第２の容器５０内の液体を第１の容器４０に移動させる。この結果、第２の容器５０内の液体は減少するとともに、第１の容器４０内の液体は増加する。ここで、第２チューブ８０によって、第１の容器４０および第２の容器５０の高さが同一となるように、第１の容器４０から第２の容器５０に液体が移動する。

【0068】

以上説明したように、本実施形態に係る張力測定デバイス１は、筋細胞を含む細胞構造体ＣＳの張力測定デバイス１である。張力測定デバイス１は、細胞構造体ＣＳが配置され、細胞構造体ＣＳが浸されるように培地が充填される第１の容器４０と、第１の容器４０内に投与される薬剤が注入される第２の容器５０と、第１の容器４０および第２の容器５０を液密に連結する第１チューブ６０と、第１チューブ６０上に配置され、第２の容器５０内の液体を第１の容器内に流入させるポンプ７０と、を有する。このように構成された張力測定デバイス１によれば、ポンプ７０によって第１チューブ６０を介して、第２の容器５０内の薬剤および培地が第１の容器４０内に流入される。このため、薬剤を直接第１の容器４０に流入させる場合と比較して、張力検出手段２０に影響を及ぼす振動を低減できる。したがって、張力検出手段２０に影響を及ぼす振動を低減して、正確に張力を測定することができる。

【0069】

また、チューブポンプ７０が、第１の容器４０から離間して、第１チューブ６０上に配置されているため、チューブポンプ７０の振動によって、張力の測定の精度が低下することを好適に抑制することができる。

【0070】

また、例えば、第１の容器４０内に直接薬剤を投与する場合、筋細胞を含む細胞構造体ＣＳ近傍に薬剤を投与するため、急に高濃度の薬剤が細胞構造体ＣＳに暴露される可能性がある。これに対して、本実施形態に係る張力測定デバイス１によれば、第２の容器５０において培地によって希釈された薬剤が第１の容器４０内に投与されるため、急に高濃度の薬剤が細胞構造体ＣＳに暴露されることを防止することができる。

【0071】

また、張力測定デバイス１は、第１チューブ６０とは別系統で、第１の容器４０および第２の容器５０を液密に連結する第２チューブ８０をさらに有する。この構成によれば、チューブポンプ７０を逆回転させることなく、第１の容器４０から第２の容器５０に向けて液体を移動させることができる。このため、容易に第１の容器４０および第２の容器５０内の液体を循環させることができる。

【0072】

また、第１の容器４０を鉛直方向の上方から視たときに、第１チューブ６０は、中心線Ｌ１からオフセットされた位置において第１の容器４０に連結される。この構成によれば、第１の容器４０内に回転流Ｆを発生させて、撹拌が可能となる。このため、薬剤を培地に対してより早く混ぜることができる。さらに、第１の容器４０内の上方において酸素濃度が高くなっている濃度勾配を平坦化することができる。

【0073】

また、第１チューブ６０は、第１の容器４０に連結される箇所において、鉛直方向に沿って２つに分岐される。この構成によれば、鉛直方向に沿って２つに分岐されず１本で連結されている構成と比較して、第１の容器４０内に流入される液体の流速を下げつつ、より早く薬剤を混ぜることができる。

【0074】

また、第２の容器５０は、第１の容器４０に対して、表面積が小さい。この構成によれば、少量の薬剤および培地を用いて、第２の容器５０から第１の容器４０に薬剤および培地を送ることができる。

【0075】

＜第２実施形態＞
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態と共通する部分は説明を省略し、第２実施形態のみに特徴のある箇所について説明する。

【0076】

図７は、本発明の第２実施形態に係る張力測定デバイス２の一部を示す概略図である。

【0077】

第２実施形態に係る張力測定デバイス２は、図７に示すように、第２の容器５０にメモリＭが記されている点、第２の容器５０に第３チューブ１９０が連結されている点、および第２チューブ８０上に開閉弁８１が設けられている点等が異なる。

【0078】

第２実施形態に係る張力測定デバイス２において、第２の容器５０には、図７に示すように、メモリＭが付されている。メモリＭが付される間隔は特に限定されないが、例えば鉛直方向に沿って１ｍｍである。

【0079】

開閉弁８１は、第２チューブ８０上に設けられている。開閉弁８１は、張力測定時では常に開放している。

【0080】

第３チューブ１９０は、第２の容器５０に液密に連結されている。第３チューブ１９０上には、開閉弁１９１が配置されている。

【0081】

第３チューブ１９０は、廃棄用のチューブである。第２実施形態に係る張力測定デバイス２において、開閉弁１９１を開放することによって、第１の容器４０および第２の容器５０内の培地を交換することができる。そして、第２の容器５０から新鮮な培地を投入して、チューブポンプ７０を駆動させることによって、第２の容器５０から第１の容器４０に新鮮な培地を投入することができる。

【0082】

張力測定デバイス２において、第１の容器４０内の培地が蒸発した場合、蒸発した量と同量の培地を投入して、第１の容器４０内の培地の量を一定にすることが求められている。

【0083】

第２実施形態に係る張力測定デバイス２において、第１の容器４０内の培地が蒸発した場合、第２チューブ８０の開閉弁８１を閉鎖する。そして、チューブポンプ７０によって、第１の容器４０内が４５ｍｌになるように、第２の容器５０から第１の容器４０に液体を供給する。そして、第２の容器５０における液体の減少分をメモリＭから把握して、第２の容器５０に培地を投入することで、第１の容器４０内の培地の量を一定にすることができる。ここで、第２の容器５０の表面積は第１の容器４０の表面積より小さく設けられているため、第２の容器５０において、第１の容器４０内の培地の減少量を好適に把握することができる。

【0084】

なお、第１の容器４０の培地が蒸発したとき、第１の容器４０に４５ｍｌ入るように、第１の容器４０の高さを下げて、このときの第２の容器５０における液体の減少分をメモリＭから把握してもよい。

【0085】

＜第３実施形態＞
次に、図８を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。第１実施形態と共通する部分は説明を省略し、第３実施形態のみに特徴のある箇所について説明する。

【0086】

図８は、本発明の第３実施形態に係る張力測定デバイス３の一部を示す概略図である。

【0087】

第３実施形態に係る張力測定デバイス３は、図８に示すように、第１チューブ６０および第２チューブ８０とは別系統で、第４チューブ２９０が設けられている点が異なる。

【0088】

第３実施形態に係る張力測定デバイス３は、第１の容器４０および第２の容器５０を液密に連結する第４チューブ２９０を有する。第４チューブ２９０上には、チューブポンプ２９１（流入ポンプに相当）が配置されている。

【0089】

チューブポンプ２９１は、第１の容器４０内の液体を第２の容器５０に移動させる。チューブポンプ７０によって、第２の容器５０内の液体を第１の容器４０に移動させるとともに、チューブポンプ２９１によって、第１の容器４０内の液体を第２の容器５０に移動させることによって、第１の容器４０および第２の容器５０内の液体を循環させる。

【0090】

また、チューブポンプ７０およびチューブポンプ２９１の流速が異なる場合であっても、第２チューブ８０によって、第１の容器４０および第２の容器５０内の液体の高さが同一とすることができる。

【0091】

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変することができる。

【0092】

例えば上述した第１実施形態では、第２の容器５０の下方にヒーター５１が配置されていた。しかしながら、ヒーターは、第１チューブ６０または第２チューブ８０の外周に設けられる構成であってもよい。

【0093】

また、上述した第１実施形態では、張力測定デバイス１は、第２チューブ８０を有した。しかしながら、張力測定デバイスは、第２チューブ８０を有していなくてもよい。このとき、チューブポンプ７０を順回転および逆回転することによって、第１の容器４０および第２の容器５０の間で液体を循環させる。

【0094】

また、上述した第１実施形態では、第１チューブ６０は、中心線Ｌ１からオフセットされた位置において第１の容器４０に連結された。しかしながら、例えば、ゲルアダプタホルダ組立体１０に保持されるゲルＧおよび細胞構造体ＣＳが、第１の容器４０の鉛直方向と直交方向で第１の容器４０の中心を通る中心線Ｌ１からオフセットされていた場合、第１チューブは、中心線Ｌ１からオフセットされない位置において第１の容器４０に連結されてもよい。

【0095】

また、上述した第１実施形態では、第１チューブ６０は、第１の容器４０に連結される箇所において、鉛直方向に沿って２つ分岐された。しかしながら、チューブ内径が細い場合等、チューブ内の流速が早くなる場合等は分岐される数は３つ以上であってもよい。また、第１チューブ６０は、第１の容器４０に連結される箇所において鉛直方向に限らず上下方向や左右方向等に沿って分岐させてもよい。また、第１チューブが、第１の容器４０に連結される箇所において、分岐されていなくてもよい。

【0096】

また、上述した第１実施形態では、第２の容器５０は、第１の容器４０に対して表面積が小さく構成された。しかしながら、第２の容器は、第１の容器４０に対して表面積が大きくまたは等しく構成されてもよい。

【0097】

また、上述した第１実施形態では、第１チューブ６０上に配置されるチューブポンプ７０は、周方向に１２０度間隔で配置された３つのローラ７１を有する構成とされた。しかしながら、ローラ７１の数は３つに限らず３つ以上あるいは、３つ以下と構成されてもよい。

【0098】

また、上述した第２実施形態では、第２の容器５０には、メモリＭが付されていると構成された。しかしながら、メモリＭは、第２の容器５０に限らず、第１の容器４０に付されている構成とされてもよい。その際、メモリＭが付される間隔は特に限定されないが、例えば鉛直方向に沿って１ｍｍである。

【符号の説明】

【0099】

１、２、３ 張力測定デバイス、
１０ ゲルアダプタホルダ組立体、
１１ 第１ゲルアダプタホルダ、
１２ 第２ゲルアダプタホルダ、
４０ 第１の容器、
５０ 第２の容器、
５１ ヒーター、
６０ 第１チューブ、
７０ チューブポンプ（ポンプ）、
８０ 第２チューブ、
１９０ 第３チューブ、
２９０ 第４チューブ、
２９１ チューブポンプ（流入ポンプ）、
ＣＳ 細胞構造体、
Ｇ ゲル、
Ｌ１ 中心線、
Ｍ メモリ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】