WO2012176751A1 - 細胞の立体構造体製造装置 - Google Patents

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needle
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support
plate
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功一 中山
健二 米田
匡弘 坂本
一朗 越田
正晴 所村
功 深村
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国立大学法人佐賀大学
株式会社サイフューズ
澁谷工業株式会社
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    • C12M25/00—Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
    • C12M25/16—Particles; Beads; Granular material; Encapsulation

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional structure manufacturing apparatus for cells, and more particularly, to a three-dimensional structure manufacturing apparatus for cells that manufactures a three-dimensional structure composed of a plurality of cells by inserting a cell mass into a needle-like body provided on a support.
  • a three-dimensional structure of a cell is produced by combining a plurality of cell clusters (spheroids) in a three-dimensional manner for the purpose of use in organ transplantation or medical cell transplantation for the purpose of organ regeneration and other tests.
  • a support provided with a plurality of needle-like bodies, and a plurality of cell masses are inserted into the needle-like bodies, and the cell masses are brought into close contact with each other.
  • a three-dimensional structure of the cell is obtained.
  • a manual operation has been performed using a pipette that sucks the cell mass, a robot arm, or tweezers (Patent Document 1).
  • the cell mass has a diameter of about several hundred ⁇ m, and there is a problem that it is difficult to pierce it into a needle-like body having a diameter of several tens of ⁇ m.
  • the present invention provides a three-dimensional structure manufacturing apparatus for cells that can automatically pierce a cell mass into a needle-like body of a support to obtain a three-dimensional structure of cells. .
  • the three-dimensional structure manufacturing apparatus for cells according to the invention of claim 1 includes a receiving plate in which a large number of receiving recesses for receiving one cell mass are formed, and a plurality of needle-like bodies that pierce and penetrate the cell mass.
  • a support provided with, a suction nozzle connected to a negative pressure generating means for adsorbing and holding the cell mass, a moving means for moving and raising and lowering the suction nozzle between the receiving plate and the support, and the suction nozzle Control means for controlling the suction operation and the operation of the moving means
  • the suction nozzle includes a tubular adsorbing portion that adsorbs one cell mass at the tip, the inner diameter of the adsorbing portion is smaller than the outer diameter of the cell mass, and the outer diameter of the needle-like body of the support body Larger diameter than
  • the control means causes the suction portion of the suction nozzle to adsorb and hold the cell mass in the storage recess of the storage plate, the control means moves the suction nozzle above the required needle-like body on the support.
  • the suction nozzle is moved in the axial direction of the needle-like body, the needle-like body is pierced into the cell mass, and the needle-like body penetrating the cell mass
  • the suction nozzle since the suction nozzle is moved by the moving means, the cell mass of the accommodation plate is adsorbed and held and pierced into the needle-like body of the support, it is automatically manufactured that the three-dimensional structure is produced by the cell mass. Can be performed.
  • the inner diameter of the suction portion of the suction nozzle is made smaller than the outer diameter of the cell mass and larger than the outer diameter of the needle-like body, and the moving means has a needle-like suction nozzle that adsorbs and holds the cell mass. Since it is moved in the axial direction of the body, it is possible to reliably pierce the cell mass into the needle-like body.
  • the block diagram of the three-dimensional structure manufacturing apparatus of the cell concerning a present Example It is a figure which shows an accommodation plate, Comprising: (a) is a perspective view, (b) is an expanded sectional view of an accommodation recessed part, (c) shows the top view of an accommodation recessed part. It is a figure which shows a support body, Comprising: (a) is a side view, (b) is a side view of the state which pierced the cell mass to the acicular body, (c) shows the top view of a support body.
  • the block diagram of a suction nozzle is shown. The figure explaining the process of piercing a cell lump into a needlelike object with a suction nozzle. The figure which image
  • FIG. 1 shows a three-dimensional structure manufacturing apparatus 2 that manufactures a three-dimensional structure of cells by three-dimensionally combining a plurality of cell clusters 1 (spheroids).
  • the cell mass 1 is taken out one by one from the accommodation plate 3 shown in FIG. 2 using the suction nozzle 19 described in detail later, and the needle-like body of the support 4 shown in FIG.
  • the accommodation plate 3 is manufactured by a transparent member, and a plurality of accommodation recesses 3a are formed vertically and horizontally. As shown in FIG.
  • each receiving recess 3a is constituted by a recess having a spherical bottom surface, and each of the receiving recesses 3a contains approximately one spherical cell mass 1 together with the culture solution. It has become. Further, in this embodiment, it is possible to manufacture a three-dimensional structure 1A by mixing different types of heterogeneous cell masses 1b. For this purpose, the accommodating plate 3 for accommodating the cell mass 1 and the heterogeneous cell mass 1b are produced. A heterogeneous accommodation plate 3b for accommodating the cell mass 1b can be prepared.
  • the support 4 is composed of a substantially square plate-like member 5 and a plurality of needle-like members 6 standing on the surface of the plate-like member 5. On the surface of the plate-like member 5, a total of 25 are provided, five in the vertical direction and five in the horizontal direction. The number of needles 6 is not limited to this.
  • the support 4 is used in the three-dimensional structure manufacturing apparatus 2, the support 4 is accommodated in a storage container 7 shown in FIG. 1, and the storage container 7 is a bottomed container with an open top.
  • the plate-like member 5 is fitted and positioned.
  • the needle-like body 6 is made of metal and has a length capable of piercing a plurality (four in the present embodiment) of cell clusters 1, and is adjacent to the needle-like body 6 adjacent to the needle-like body 6.
  • the interval with the body 6 is set to an interval such that the stabbed cell masses 1 are in close contact with each other, that is, an interval corresponding to one cell mass 1.
  • a plurality of cell masses 1 are pierced into each needle-like body 6, and the cell mass 1 is stacked from the root side to the tip side of the needle-like body 6, thereby allowing a three-dimensional cell structure as shown in FIG. A structure 1A is obtained.
  • the needle-like body 6 is erected almost vertically with respect to the plate-like member 5. However, in some cases, the needle-like body 6 is greatly inclined like the needle-like body 6 indicated by A in FIG. include.
  • the three-dimensional structure manufacturing apparatus 2 includes a clean bench 11 whose inside is maintained in a sterile state, a supply magazine 12 that stores the storage plate 3 that stores the cell mass 1, and a storage plate 3 from which the cell mass 1 is taken out.
  • a collection magazine 13 to be collected a first support means 14 for supporting the accommodation plate 3 arranged below the collection magazine 13, and a second support means 15 for supporting the heterogeneous accommodation plate 3b containing the heterogeneous cell mass 1b.
  • a third support means 16 disposed adjacent to the support body 4 for supporting the storage plate 3 and the different type storage plate 3b, a transfer means 17 for transferring the storage plate 3 and the different type storage plate 3b, and the support body.
  • the three-dimensional structure manufacturing apparatus 2 having such a configuration is controlled by a control means 21 provided adjacent to the clean bench 11, and this control means 21 is subjected to various settings by a terminal such as a personal computer 21a. It is like that.
  • the clean bench 11 can be opened and closed by an opening / closing door (not shown), and the storage container 7 storing the supply magazine 12, the recovery magazine 13, and the support 4 can be carried in and out.
  • aseptic air supply means (not shown) for supplying aseptic air is provided at the upper part of the clean bench 11, and when the door is closed, the clean bench 11 is unidirectionally moved from above to below with aseptic air. A flow is formed.
  • the supply magazine 12 and the collection magazine 13 can each be held in a state where a plurality of receiving plates 3 are stacked, and the second support means 15 is provided at a position adjacent to the side of the collection magazine 13. .
  • the first and third support means 14 and 16 are arranged at the same height and are constituted by four support members that support the four corners of the receiving plate 3 from below.
  • the accommodation plate 3 is placed on the third support means 14 and 16 from above.
  • the second support means 15 is provided slightly above the first and third support means 14 and 16, and includes a retractable engagement claw 15a for supporting the four corners of the different type storage plate 3b from below. ing.
  • the second support means 15 supports the dissimilar accommodation plate 3b from below by projecting the engaging claws 15a, and the dissimilar accommodation plate 3b from the second support means 15 to the transfer means 17 is supported.
  • the engaging claw 15a is retracted to move the dissimilar accommodation plate 3b in the vertical direction. It comes to allow.
  • the transfer means 17 is provided on a slide mechanism 22 linearly provided below the supply magazine 12, the recovery magazine 13, the first to third support means 14 to 16, and a movable portion 23 of the slide mechanism 22. It is comprised from the raising / lowering table 24.
  • FIG. The elevating table 24 is lowered when the first to third support means 14 to 16 support the storage plate 3 or the different type storage plate 3b, and when the storage plate 3 or the different type storage plate 3b is transferred, It is located above the first and third support means 14 and 16 and below the second support means 15, and in this state, the accommodation plate 3 and the different kind of accommodation plate 3 b are moved by the operation of the slide mechanism 22. ing.
  • the storage container 7 that stores the support 4 is positioned and placed, and the ring illumination 25 that illuminates the storage container 7 rotates the ring illumination 25. It is provided via a turning means 26, and the ring illumination 25 is turned between the position above the storage container 7 and the position retracted therefrom.
  • the suction nozzle 19 serves to adsorb the cell mass 1, a negative pressure generating means 31 that generates a negative pressure, a regulator 32 that adjusts the negative pressure generated by the negative pressure generating means 31, and the cell mass 1.
  • a buffer container 33 for storing the culture solution sucked by the suction nozzle 19 is connected via a pipe.
  • the suction nozzle 19 includes a tubular adsorption portion 19a that adsorbs one cell mass at the tip and a main body portion 19b held by the moving means 20, and is attached to the moving means 20 by a fixing means 20a so as to be replaceable. ing.
  • the adsorbing portion 19 a has an inner diameter smaller than the outer diameter of the cell mass 1 and larger than the outer diameter of the needle-like body 6 of the support 4.
  • the one cell lump 1 can be adsorb
  • the needle-like body 6 can be inserted into the inside of the adsorbing portion 19a and the cell mass 1 can be pushed in.
  • the moving means 20 includes an XY unit 34 as a horizontal moving mechanism provided at a position adjacent to the transfer means 17, and a movable support that moves in the horizontal direction by the XY unit 34. And a lifting / lowering means 36 that is provided above the movable support 35 and moves the suction nozzle 19 up and down.
  • the XY unit 34 moves the movable support portion 35 in a direction orthogonal to the transfer direction of the transfer means 17, and moves the Y direction mechanism 34a in a direction orthogonal to the movement direction.
  • the X direction mechanism 34b is used.
  • the suction nozzle 19 is fixed to the movable part of the elevating means 36 through the fixing means 20a, and the movable support portion 35 is moved in the horizontal direction by the XY unit 34, whereby the suction nozzle 19 is supported in the third direction.
  • the storage plate 3 or the different type storage plate 3a supported by the means 16 is moved between the storage container 7 mounted on the mounting table 18 and the suction nozzle 19 is moved up and down by the lifting means 36. Then, the cell mass 1 and the heterogeneous cell mass 1b in the accommodating recess 3a of the accommodating plate 3 and the heterogeneous accommodating plate 3b are adsorbed and held, or the retained cell mass 1 and the heterogeneous cell mass 1b are needle-like bodies of the support 4 6 can be pierced.
  • a panel illumination 37 is provided above the third support means 16, and performs surface light emission with the same area as the receiving plate 3 or the different kind of receiving plate 3 b supported by the third supporting means 16. Light is applied to the entire storage plate 3 and the different storage plate 3b.
  • the panel illumination 37 reciprocates from above the third support means 16 toward the transfer direction side of the transfer means 17 by the slide mechanism 37a. Retraction is possible so as not to hinder the lowering of the suction nozzle 19 to the accommodation plate 3b.
  • a long attachment member 35a is provided below the movable support portion 35 along with the elevating means 36.
  • a lower camera 38 is attached to the lower portion of the attachment member 35a, and an upper camera 39 is attached to the upper portion. .
  • the lower camera 38 is disposed so as to be located directly below the suction nozzle 19, and the storage plate 3 supported by the third support means 16 or a different type of storage is provided between the lower camera 38 and the suction nozzle 19.
  • the plate 3b and the panel illumination 37 are located.
  • the lower camera 38 takes a picture of the transparent accommodation plate 3 or the different kind of accommodation plate 3b from below.
  • the photographing range is set to a range in which one receiving recess 3a can be photographed as shown in FIG.
  • the center of the visual field is the intersection of the two center lines shown in FIG. 2 (c). ing.
  • the image taken by the lower camera 38 is transmitted to the control means 21.
  • the control means 21 recognizes the position of the cell mass 1 accommodated in the accommodation recess 3a in the accommodation recess 3a and The diameter and its shape are recognized.
  • the upper camera 39 is positioned above the support 4 housed in the housing container 7 positioned on the mounting table 18 by the operation of the XY unit 34 of the moving means 20. As shown in FIG. 3 (c), all the needle-like bodies 6 are photographed. The image taken by the upper camera 39 is transmitted to the control means 21, and the control means 21 recognizes the tip position of the needle-like body 6 provided on the support body 4.
  • the operator sets a supply magazine 12 containing an accommodation plate 3 containing a cell mass 1 and an empty collection magazine 13, and the second support means 15 contains a heterogeneous cell containing a heterogeneous cell mass 1b.
  • the plate 3b is placed.
  • the operator positions the container 7 containing the support 4 on the mounting table 18, and attaches a new suction portion 19 a to the suction nozzle 19.
  • the structure of the three-dimensional structure 1A of the cell to be manufactured is set in advance using the personal computer 21a connected to the control means 21, and the cell mass 1 and the heterogeneous cell mass as shown in FIG. The arrangement with 1b is set.
  • the control means 21 measures the position of the tip of the suction part 19a of the attached suction nozzle 19. Specifically, with the panel illumination 37 retracted, the suction portion 19a of the suction nozzle 19 is photographed by the lower camera 38 to obtain the image shown in FIG.
  • the control means 21 measures how much the center of the suction portion 19a is deviated from the center of the visual field of the lower camera 38 by image processing, and stores the deviation amount. This deviation amount is taken into account when the suction nozzle 19 is positioned at the position of the cell mass 1, the heterogeneous cell mass 1b, and the needle-like body 6 by the operation of the XY unit 34 of the moving means 20.
  • the elevating table 24 of the transfer means 17 moves up and down to take out one storage plate 3 from the supply magazine 12 and transfer the storage plate 3 to the third support means 16 as it is.
  • the panel illumination 37 moves to the top of the storage plate 3, and the suction nozzle 19 and the lower camera 38 are connected to the X ⁇ of the movement means 20. It moves in the horizontal direction by the operation of the Y unit 34 and is located above and below the housing recess 3a that houses the cell mass 1 to be taken out.
  • the XY unit 34 moves the lower camera 38 in accordance with the position of each receiving recess 3 a of the receiving plate 3 stored in advance, and positions the entire receiving recess 3 a within the field of view of the lower camera 38.
  • the panel illumination 37 emits light from above the housing plate 3 to clearly recognize the cell mass 1 housed from below the transparent housing plate 3.
  • the control means 21 recognizes the position of the photographed cell mass 1 in the accommodation recess 3a and measures the size (outer diameter dimension) and shape.
  • FIG. 7 shows the imaging result of the cell mass 1 photographed by the lower camera 38.
  • the cell mass 1 shown in (a) has an inappropriate shape
  • the cell mass 1 shown in (b). Has an outer diameter that does not reach a predetermined size.
  • the control means 21 determines that such a cell mass 1 is not used for the three-dimensional structure 1 ⁇ / b> A of the cell, and does not perform the adsorption holding operation by the suction nozzle 19.
  • FIGS. 7C and 7D show a cell mass 1 having an appropriate shape and outer diameter
  • FIG. 7C shows the cell mass 1 located in the center of the accommodating recess 3a
  • FIG. Shows a case where is deviated from the center of the housing recess 3a.
  • the receiving recess 3a of the receiving plate 3 has a hemispherical bottom surface, when it is located in the center as shown in (c), the cell mass 1 is located at the deepest position in the receiving recess 3a, and ( When it is shifted from the center as shown in d), the cell mass 1 is located at a shallower position than the deepest position in the accommodating recess 3a.
  • the control means 21 knows the depth corresponding to the position on the bottom surface of the housing recess 3a.
  • the height can be estimated from the outer diameter (diameter).
  • the control means 21 recognizes the position in the accommodation recess 3a and measures the outer diameter of the cell mass 1 to set the amount of lowering of the suction nozzle 19 when the cell mass 1 is adsorbed and held. .
  • the control means 21 retracts the panel illumination 37 from above the accommodating plate 3, and operates the XY unit 34 of the moving means 20.
  • the suction nozzle 19 is moved in the horizontal XY direction so as to be aligned with the recognized position of the cell mass 1, and the suction nozzle 19 is lowered by the lifting / lowering means 36 according to the set lowering amount. 19a is brought close to the cell mass 1 and adsorbed. Since the outer diameter of the cell mass 1 is larger than the inner diameter of the adsorption portion 19a, the cell mass 1 is adsorbed and held at the tip without being sucked into the adsorption portion 19a. .
  • the suction nozzle 19 is raised by the elevating means 36, and the panel illumination 37 is positioned above the receiving plate 3 again.
  • the lower camera 38 re-photographs the current housing recess 3a to confirm that the cell mass 1 has been removed. If the cell mass 1 remains, the process of adsorbing and holding the cell mass 1 with the suction nozzle 19 is retried again.
  • the control means 21 operates the XY unit 34 of the moving means 20 to move the upper camera 39 above the support body 4.
  • the tip position of the needle-like body 6 that pierces the cell mass 1 is recognized.
  • the ring illumination 25 is positioned above the container 7 to illuminate the support 4, and when the tip position of the needle-like body 6 is recognized by the upper camera 39, it is retracted by the turning means 26.
  • the control means 21 operates the XY unit 34 to adsorb the suction nozzle 19 that adsorbs and holds the cell mass 1 as shown in FIG.
  • the part 19 a is moved to above the recognized tip of the needle 6 on the support 4, and the suction nozzle 19 is lowered to pierce the cell mass 1 at the tip of the needle 6. From this state, when the lifting means 36 moves the suction nozzle 19 downward as shown in FIG. 5 (b), the cell mass 1 pressed from above by the suction portion 19a is penetrated by the needle-like body 6, and is needle-like. The body 6 is inserted into the suction portion 19a. Further, the lowering amount of the suction nozzle 19 is set in advance, but is corrected based on the outer diameter of the cell mass 1 previously recognized by the lower camera 38.
  • the inner diameter of the suction portion 19a of the suction nozzle 19 is made smaller than the cell mass 1 and larger than the outer peripheral diameter (thickness) of the needle-like body 6, and the moving means 20 serves as the cell mass.
  • the suction nozzle 19 that adsorbs and holds 1 in the axial direction of the needle-like body 6, the cell mass 1 can be reliably pierced into the needle-like body 6.
  • the control means 21 is shown in FIG.
  • the cell mass 1 is pierced at the tip position of the needle-like body 6 that has been removed, and then the suction nozzle 19 is moved in the horizontal direction to move the tip position into the prescribed range, whereby the needle-like body 6 After the posture is corrected, the suction nozzle 19 is lowered.
  • the control means 21 controls the transfer means 17 to transfer the accommodation plate 3 supported by the third support means 16 to the first support means 14, and the transfer means 17 further transfers the second support means 17.
  • the different type accommodation plate 3 b supported by the support means 15 is placed on the lifting table 24.
  • the engaging claw 15 a of the second support means 15 is retracted, the lifting table 24 is lowered, and the accommodation plate 3 b is transferred to the third support means 16.
  • the heterogeneous cell mass 1b accommodated in the accommodation recess 3a of the heterogeneous accommodation plate 3b is processed.
  • the transfer means 17 transfers the empty accommodating plate 3 supported by the third support means 16 to the lower side of the collection magazine 13. And stored in the collection magazine 13.

Abstract

　立体構造体製造装置２は、細胞塊１を収容する収容凹部３ａが形成された収容プレート３と、上記細胞塊を貫通する針状体６を複数備えた支持体４と、上記細胞塊を吸着保持する吸引ノズル１９と、該吸引ノズルを移動させる移動手段２０とを備えている。　上記吸引ノズルは、１つの細胞塊を吸着保持する管状の吸着部１９ａを備え、該吸着部の径は上記細胞塊の外径より小径かつ上記支持体４の針状体６ａの外周径よりも大径となっている。　上記吸引ノズルの吸着部に上記細胞塊が吸着保持されると、上記移動手段は該吸引ノズルを針状体の上方に移動させ、さらに吸引ノズルを針状体の軸方向に移動させて上記細胞塊に針状体を突き刺し、上記細胞塊を貫通した針状体が上記吸着部の内部に挿入される。　自動的に細胞の立体構造体を製造することができる。

Description

細胞の立体構造体製造装置
　本発明は細胞の立体構造体製造装置に関し、詳しくは細胞塊を支持体に設けられた針状体に突き刺して、複数の細胞による立体構造体を製造する細胞の立体構造体製造装置に関する。
　従来、器官や臓器の再生を目的とする医療用の細胞移植や、その他試験等に用いることを目的として、複数の細胞塊（スフェロイド）を立体的に組み合わせて細胞の立体構造体を製造することが行われている。
　このような細胞の立体構造体を製造するため、複数の針状体を備えた支持体を用いることが知られており、上記針状体にそれぞれ複数の細胞塊を突き刺して細胞塊同士を密着させ、これにより細胞の立体構造体を得るものとなっている。
　そして従来は、上記支持体の針状体に細胞塊を突き刺すため、細胞塊を吸い込んだピペットや、ロボットアーム、ピンセットを用いて人手による作業が行われていた（特許文献１）。
特許第４５１７１２５号公報
　しかしながら、細胞塊はその直径が数百μｍ程度であり、これを直径数十μｍの針状体に突き刺す作業は困難であるという問題があった。
　このような問題に鑑み、本発明は自動的に細胞塊を支持体の針状体に突き刺して、細胞の立体構造体を得ることが可能な細胞の立体構造体製造装置を提供するものである。
　すなわち、請求項１の発明にかかる細胞の立体構造体製造装置は、１つの細胞塊を収容する収容凹部が多数形成された収容プレートと、上記細胞塊を突き刺して貫通する針状体を複数本備えた支持体と、負圧発生手段に接続されて上記細胞塊を吸着保持する吸引ノズルと、該吸引ノズルを上記収容プレートと支持体との間で移動かつ昇降させる移動手段と、上記吸引ノズルの吸引動作および上記移動手段の動作を制御する制御手段とを備え、
　上記吸引ノズルは、先端に１つの細胞塊を吸着する管状の吸着部を備えるとともに、該吸着部の内径を、上記細胞塊の外径より小径に、かつ上記支持体の針状体の外周径よりも大径とし、
　上記制御手段は、上記収容プレートの収容凹部において上記吸引ノズルの吸着部に上記細胞塊を吸着保持させると、上記移動手段によって該吸引ノズルを上記支持体における所要の針状体の上方に移動させ、
　さらに該吸引ノズルを針状体の軸方向に移動させて上記細胞塊に針状体を突き刺し、上記細胞塊を貫通した針状体を上記吸着部の内部に挿入させることを特徴としている。
　上記発明によれば、上記移動手段によって吸引ノズルを移動させて、収容プレートの細胞塊を吸着保持して支持体の針状体に突き刺すため、細胞塊によって立体構造体を製造することを自動的に行うことが可能となる。
　その際、上記吸着ノズルの吸着部の内径を細胞塊の外径よりも小径に、かつ針状体の外周径よりも大径とし、上記移動手段は細胞塊を吸着保持した吸引ノズルを針状体の軸方向に移動させるため、細胞塊を確実に針状体に突き刺すことが可能となっている。
本実施例にかかる細胞の立体構造体製造装置の構成図。 収容プレートを示す図であって、（ａ）は斜視図を、（ｂ）は収容凹部の拡大断面図を、（ｃ）は収容凹部の平面図を示す。 支持体を示す図であって、（ａ）は側面図を、（ｂ）は針状体に細胞塊を突き刺した状態の側面図を、（ｃ）は支持体の平面図を示す。 吸引ノズルの構成図を示す。 吸引ノズルによって針状体に細胞塊を突き刺す工程を説明する図。 下方カメラで吸引ノズルを撮影した図。 収容凹部に収容された細胞塊を示す図。
　以下図示実施例について説明すると、図１は複数の細胞塊１（スフェロイド）を立体的に組み合わせて細胞の立体構造体を製造する立体構造体製造装置２を示している。
　この立体構造体製造装置２では、後に詳しく述べる吸引ノズル１９を用いて、図２に示す収容プレート３より１つずつ細胞塊１を取り出し、図３（ａ）に示す支持体４の針状体６に１つずつ細胞塊１を突き刺すことで、図３（ｂ）に示すような細胞の立体構造体１Ａを製造するものとなっている。
　上記収容プレート３は、透明な部材によって製造され、縦横に複数の収容凹部３ａが形成されている。図２（ｂ）に示すように各収容凹部３ａは底面が球面状の凹部によって構成され、各収容凹部３ａの内部には培養液とともに略球状の細胞塊１が１つずつ収容されるようになっている。
　また本実施例では、部分的に異なる種類の異種細胞塊１ｂを混在させて立体構造体１Ａを製造することが可能であり、そのために、上記細胞塊１を収容する収容プレート３と、上記異種細胞塊１ｂを収容する異種収容プレート３ｂとを準備できるようになっている。
　上記支持体４は、略正方形の板状部材５と、該板状部材５の表面に立設された複数の上記針状体６とから構成され、本実施例では上記針状体６は上記板状部材５の表面に縦方向に５本、横方向に５本の計２５本設けられている。なお、針状体６の本数はこれに限るものではない。
　この支持体４は、上記立体構造体製造装置２において使用される際には図１に示す収容容器７に収容されるようになっており、この収容容器７は有底で上部が開口した容器となっており、上記支持体４を収容すると上記板状部材５が嵌合して位置決めされるようになっている。
　上記針状体６は金属製で、それぞれに複数個（本実施例では４個）の細胞塊１を突き刺すことが可能な長さを有しており、また隣接する針状体６と針状体６との間隔は、突き刺された細胞塊１同士が相互に密着する程度の間隔、つまり細胞塊１の１個分程度の間隔に設定されている。
　そして、各針状体６にそれぞれ複数個の細胞塊１を突き刺し、細胞塊１を針状体６の根元側から先端側へと積み重ねることで、図３（ｂ）に示すような細胞の立体構造体１Ａが得られるようになっている。このとき適宜上記異種細胞塊１ｂを組み合わせることで、異種細胞塊１ｂが混在する細胞の立体構造体１Ａを得ることが可能となっている。
　なお上記針状体６は、板状部材５に対してほぼ垂直に立設されているが、場合によっては図３（ａ）におけるＡで示す針状体６のように、大きく傾いたものも含まれている。
　立体構造体製造装置２は、内部が無菌状態に維持されたクリーンベンチ１１と、上記細胞塊１を収容した収容プレート３を収納する供給マガジン１２と、細胞塊１が取り出された収容プレート３を回収する回収マガジン１３と、該回収マガジン１３の下方に配置された収容プレート３を支持する第１支持手段１４と、上記異種細胞塊１ｂを収容した異種収容プレート３ｂを支持する第２支持手段１５と、支持体４に隣接して配置され上記収容プレート３および異種収容プレート３ｂを支持する第３支持手段１６と、上記収容プレート３および異種収容プレート３ｂを移送する移送手段１７と、上記支持体４を収容した収容容器７を載置する載置台１８と、上記細胞塊１を吸着保持する吸引ノズル１９と、該吸引ノズル１９を移動かつ昇降させる移動手段２０とを備えている。
　このような構成を有する立体構造体製造装置２は、クリーンベンチ１１に隣接して設けられた制御手段２１によって制御され、この制御手段２１はパーソナルコンピューター２１ａなどの端末によって各種の設定等が行われるようになっている。
　上記クリーンベンチ１１は図示しない開閉扉によって開閉可能となっており、上記供給マガジン１２や回収マガジン１３、上記支持体４を収容した上記収容容器７を搬出入することが可能となっている。
　またクリーンベンチ１１の上部には無菌エアを供給する図示しない無菌エア供給手段が設けられ、上記開閉扉が閉鎖された状態において、クリーンベンチ１１の内部に上方から下方へと向かう無菌エアによる一方向流が形成されるようになっている。
　上記供給マガジン１２および回収マガジン１３はそれぞれ複数の収容プレート３を積層した状態で保持可能となっており、上記第２支持手段１５は上記回収マガジン１３の側方に隣接した位置に設けられている。
　上記第１、第３支持手段１４、１６は同じ高さに配置されるとともに、上記収容プレート３の４隅を下方から支持する４つの支持部材によって構成され、上記移送手段１７はこの第１、第３支持手段１４、１６に対して上方から収容プレート３を載置するようになっている。
　一方、上記第２支持手段１５は第１、第３支持手段１４、１６よりも若干上方に設けられており、異種収容プレート３ｂの４隅を下方から支持する出没可能な係合爪１５ａを備えている。
　上記第２支持手段１５は、上記係合爪１５ａが突出することで異種収容プレート３ｂを下方から支持するようになっており、上記第２支持手段１５から上記移送手段１７へと異種収容プレート３ｂを受け渡す際や、移送手段１７から第２支持手段１５へと異種収容プレート３ｂを移載する際には、上記係合爪１５ａが退没して異種収容プレート３ｂの上下方向への移動を許容するようになっている。
　上記移送手段１７は、上記供給マガジン１２、回収マガジン１３、第１～第３支持手段１４～１６の下方に直線的に設けられたスライド機構２２と、該スライド機構２２の可動部２３に設けた昇降テーブル２４とから構成されている。
　上記昇降テーブル２４は上記第１～第３支持手段１４～１６に収容プレート３や異種収容プレート３ｂを支持させた際は下降し、上記収容プレート３や異種収容プレート３ｂを移送する際には、第１、第３支持手段１４、１６より上方で第２支持手段１５よりも下方に位置して、その状態で上記スライド機構２２の作動により収容プレート３や異種収容プレート３ｂを移動させるようになっている。
　上記載置台１８には、上記支持体４を収容する収容容器７を位置決めして載置するようになっており、上記収容容器７を照明するリング照明２５が、該リング照明２５を旋回移動させる旋回手段２６を介して設けられ、上記リング照明２５を上記収容容器７の上方とここから退避した位置との間で旋回移動させるようになっている。
　図４に示すように、上記吸引ノズル１９は、負圧を発生させる負圧発生手段３１と、負圧発生手段３１が発生する負圧を調整するためのレギュレーター３２と、細胞塊１の吸着に伴って上記吸引ノズル１９が吸引した培養液を貯溜するバッファ容器３３とが配管を介して接続されている。
　上記吸引ノズル１９は、先端に１つの細胞塊を吸着する管状の吸着部１９ａと、上記移動手段２０に保持される本体部１９ｂを備え、固定手段２０ａにより上記移動手段２０に交換可能に装着されている。
　上記吸着部１９ａは、その内径を上記細胞塊１の外径より小径に、かつ上記支持体４の針状体６の外周径よりも大径としている。このような寸法とすることにより、図５（ａ）に示すように、先端に１つの細胞塊１を吸着させることができ、さらに、図５（ｂ）に示すように、細胞塊１を貫通した針状体６を吸着部１９ａの内部に挿入させて、細胞塊１を押し込むことが可能となっている。
　上記移動手段２０は、図１に示すように上記移送手段１７に隣接した位置に設けられた水平移動機構としてのＸ－Ｙユニット３４と、該Ｘ－Ｙユニット３４によって水平方向に移動する可動支持部３５と、該可動支持部３５の上部に設けられて上記吸引ノズル１９を昇降させる昇降手段３６とから構成されている。
　上記Ｘ－Ｙユニット３４は、上記移送手段１７の移送方向と直交する方向に可動支持部３５を移動させるＹ方向機構３４ａと、該Ｙ方向機構３４ａをその移動方向とは直交する方向へ移動させるＸ方向機構３４ｂによって構成されている。
　上記昇降手段３６の可動部分に上記固定手段２０ａを介して吸引ノズル１９が固定され、上記可動支持部３５をＸ－Ｙユニット３４により水平方向に移動させることで、上記吸引ノズル１９を第３支持手段１６に支持された収容プレート３または異種収容プレート３ａと、載置台１８に載置された収容容器７との間で移動させ、かつ、上記吸引ノズル１９を昇降手段３６により上下に昇降させることで、上記収容プレート３や異種収容プレート３ｂの収容凹部３ａ内の細胞塊１や異種細胞塊１ｂを吸着保持させたり、保持した細胞塊１や異種細胞塊１ｂを上記支持体４の針状体６に突き刺すことができるようになっている。
　上記第３支持手段１６の上方にはパネル照明３７が設けられており、上記第３支持手段１６に支持された収容プレート３や異種収容プレート３ｂと略同じ面積の広さで面発光を行い、上記収容プレート３や異種収容プレート３ｂ全体に光を照射するようになっている。
　またパネル照明３７は、スライド機構３７ａによって第３支持手段１６の上方から移送手段１７の移送方向側方に往復動するようになっており、第３支持手段１６に支持された収容プレート３や異種収容プレート３ｂへの上記吸引ノズル１９の下降を阻害しないように退避可能となっている。
　上記可動支持部３５の上部には、昇降手段３６と並んで下方に長い取付部材３５ａが設けられており、該取付部材３５ａの下部に下方カメラ３８、上部に上方カメラ３９がそれぞれ取付けられている。
　上記下方カメラ３８は、上記吸引ノズル１９の真下に位置するように配置されており、該下方カメラ３８と吸引ノズル１９との間に上記第３支持手段１６に支持された収容プレート３や異種収容プレート３ｂおよびパネル照明３７が位置するようになっている。
　上記下方カメラ３８は、透明な収容プレート３や異種収容プレート３ｂを下方から撮影するようになっている。その撮影範囲は、図２（ｃ）に示すように１つの収容凹部３ａを撮影可能な範囲に設定されており、視野の中心は図２（ｃ）に示す２本の中心線の交点となっている。
　そして下方カメラ３８が撮影した画像は上記制御手段２１に送信され、制御手段２１ではこの収容凹部３ａに収容された細胞塊１の収容凹部３ａ内における位置を認識するとともに、該細胞塊１の外径およびその形状を認識するようになっている。
　また、収容プレート３やパネル照明３７が間に位置しない状態では、図６に示すように吸引ノズル１９に装着された吸着部１９ａの先端を下方から撮影することが可能である。
　上記上方カメラ３９は上記移動手段２０のＸ－Ｙユニット３４の作動によって載置台１８上に位置決めされた収容容器７に収容されている支持体４の上方に位置されるようになっており、図３（ｃ）に示すように全ての針状体６を撮影するようになっている。
　そして上方カメラ３９が撮影した画像は上記制御手段２１に送信され、制御手段２１ではこの支持体４に設けられた針状体６の先端位置を認識するようになっている。
　以下、上記構成を有する立体構造体製造装置２の動作について説明する。
　まず、作業者は細胞塊１が収容された収容プレート３を収納した供給マガジン１２と空の回収マガジン１３をセットするとともに、上記第２支持手段１５には異種細胞塊１ｂが収容された異種収容プレート３ｂを載置する。また作業者は支持体４を収容した収容容器７を載置台１８上に位置決めし、上記吸引ノズル１９には新たな吸着部１９ａを装着する。
　また、事前に上記制御手段２１に接続されたパーソナルコンピューター２１ａを用いて、製造する細胞の立体構造体１Ａの構造の設定を行い、図３（ｂ）に示すような細胞塊１と異種細胞塊１ｂとの配置を設定する。
　まず、制御手段２１は、装着された吸引ノズル１９の吸着部１９ａ先端の位置の測定を行う。具体的には、上記パネル照明３７を退避させた状態で、上記吸引ノズル１９の吸着部１９ａを上記下方カメラ３８によって撮影して図６に示す画像を得る。
　制御手段２１は下方カメラ３８の視野中心に対して上記吸着部１９ａの中心がどれだけずれているかを画像処理によって測定し、そのずれ量を記憶する。このずれ量は、移動手段２０のＸ－Ｙユニット３４の作動により、吸引ノズル１９を細胞塊１や異種細胞塊１ｂおよび針状体６の位置に位置決めする際に加味するようになっている。
　次に、上記移送手段１７の昇降テーブル２４が昇降して、上記供給マガジン１２から１枚の収容プレート３を取り出し、該収容プレート３をそのまま第３支持手段１６へと移送する。
　このようにして収容プレート３が第３支持手段１６に支持されると、該収容プレート３の上部に上記パネル照明３７が移動し、上記吸引ノズル１９と下方カメラ３８は上記移動手段２０のＸ－Ｙユニット３４の作動によって水平方向に移動し、取り出すべき細胞塊１を収容した収容凹部３ａの上方と下方に位置する。
　このとき、Ｘ－Ｙユニット３４はあらかじめ記憶された収容プレート３の各収容凹部３ａの位置に応じて下方カメラ３８を移動させ、下方カメラ３８の視野内に上記収容凹部３ａ全体を位置させる。
　下方カメラ３８が収容凹部３ａを撮影する際、収容プレート３の上方からは上記パネル照明３７が光を照射し、透明な収容プレート３の下方から収容された上記細胞塊１を明瞭に認識することが可能となっており、制御手段２１は撮影された細胞塊１について、収容凹部３ａ内における位置を認識するとともに大きさ（外径寸法）と形状を計測する。
　図７の各図は下方カメラ３８が撮影した細胞塊１の撮影結果を示したものであり、このうち（ａ）に示す細胞塊１は形状が適切でなく、（ｂ）に示す細胞塊１はその外径寸法が所定の大きさに達していない。
　制御手段２１は、このような細胞塊１については細胞の立体構造体１Ａには使用しないものと判定し、吸引ノズル１９による吸着保持動作を行わない。
　一方、図７（ｃ）（ｄ）は形状ならびに外径寸法が適切である細胞塊１であり、（ｃ）は細胞塊１が収容凹部３ａの中央に位置し、（ｄ）は細胞塊１が収容凹部３ａの中央よりずれている場合を示している。
　上記収容プレート３の収容凹部３ａは底面が半球状であるため、（ｃ）のように中央に位置している場合は、その細胞塊１は収容凹部３ａにおける最も深い位置に位置し、また（ｄ）のように中央からずれている場合は、その細胞塊１は収容凹部３ａにおける最も深い位置よりも浅い位置に位置している。
　制御手段２１には、収容凹部３ａの底面上の位置に対応する深さが把握されている。また、細胞塊１は略球状であるため、外径寸法（直径）からその高さを推定することができる。制御手段２１は、このような収容凹部３ａ内の位置を認識するとともに、細胞塊１の外径寸法を計測することによって、細胞塊１を吸着保持する際における吸引ノズル１９の下降量を設定する。
　このようにして下方カメラ３８によって収容部３ａ内の細胞塊１を撮影したら、制御手段２１は上記パネル照明３７を収容プレート３の上方より退避させ、上記移動手段２０のＸ－Ｙユニット３４を作動させて吸引ノズル１９を水平なＸＹ方向に移動させて、認識された細胞塊１の位置に位置合せするとともに、設定された下降量に従って昇降手段３６により吸引ノズル１９を下降させて、上記吸着部１９ａを細胞塊１に接近させて吸着させる。
　そして細胞塊１の外径は上記吸着部１９ａの内径よりも大径となっているため、細胞塊１は吸着部１９ａの内部に吸引されることなく先端に吸着保持されるようになっている。
　このようにして吸引ノズル１９に細胞塊１を吸着保持した後、上記吸引ノズル１９は昇降手段３６によって上昇され、上記パネル照明３７が再び上記収容プレート３の上方に位置する。
　上記下方カメラ３８は今回の収容凹部３ａを再び撮影し、細胞塊１が取り除かれたことを確認する。仮に細胞塊１が残っている場合には再度上記吸引ノズル１９によって細胞塊１を吸着保持する工程をリトライする。
　このように吸引ノズル１９に細胞塊１を吸着保持すると、制御手段２１は上記移動手段２０のＸ－Ｙユニット３４を作動させて上記上方カメラ３９を上記支持体４の上方へと移動させ、今回細胞塊１を突き刺す針状体６の先端位置を認識する。
　このとき上記リング照明２５は収容容器７の上方に位置して支持体４を照明し、上方カメラ３９によって針状体６の先端位置が認識されると旋回手段２６によって退避される。
　針状体６の先端位置が認識されると、制御手段２１はＸ－Ｙユニット３４を作動させて、図５（ａ）に示すように、細胞塊１を吸着保持した上記吸引ノズル１９の吸着部１９ａを、支持体４における上記認識した針状体６の先端位置の上方まで移動させ、さらに吸引ノズル１９を下降させて細胞塊１を針状体６の先端に突き刺す。
　この状態から、図５（ｂ）に示すように昇降手段３６が吸引ノズル１９を下方に移動させると、吸着部１９ａに上方から押圧された細胞塊１は針状体６によって貫通され、針状体６は上記吸着部１９ａの内部に挿入されていく。
　また上記吸引ノズル１９の下降量は事前に設定されているが、先に下方カメラ３８で認識した細胞塊１の外径寸法に基づいて補正されるようになっている。
　ここで、本実施例における上記吸着ノズル１９の吸着部１９ａの内径を細胞塊１よりも小径にかつ針状体６の外周径（太さ）よりも大径とし、上記移動手段２０は細胞塊１を吸着保持した吸引ノズル１９を針状体６の軸方向に移動させることにより、細胞塊１を確実に針状体６に突き刺すことが可能となっている。
　一方、針状体６の先端位置を認識した結果、細胞塊１を突き刺すべき針状体６の先端位置が規定範囲を外れている場合には、制御手段２１は、図５（ｃ）に示すように該外れている針状体６の先端位置に細胞塊１を突き刺し、その後、吸引ノズル１９を水平方向に移動させ、先端位置を上記規定範囲内へと移動させ、これにより針状体６の姿勢を矯正させてから、吸引ノズル１９を下降させる。
　以下、異種細胞塊１ｂを支持体４に移載する場合の動作について説明する。
　この場合、制御手段２１は上記移送手段１７を制御して、上記第３支持手段１６に支持されている収容プレート３を上記第１支持手段１４へと移送し、さらに移送手段１７は上記第２支持手段１５に支持された異種収容プレート３ｂを昇降テーブル２４に載置させる。
　その状態で、第２支持手段１５の係合爪１５ａを退没させ、昇降テーブル２４を下降させて収容プレート３ｂを上記第３支持手段１６へと移送する。この状態で収容プレート３に収容された細胞塊１の場合と同様にして、異種収容プレート３ｂの収容凹部３ａに収容された異種細胞塊１ｂについて処理を行う。
　また、収容プレート３におけるすべての収容凹部３ａから細胞塊１を取り出した場合、上記移送手段１７は上記第３支持手段１６に支持されている空の収容プレート３を回収マガジン１３の下方へと移送し、回収マガジン１３に収納する。
　１　細胞塊　　　　　　　　　　　１Ａ　細胞の立体構造体
　１ｂ　異種細胞塊　　　　　　　　２　立体構造体製造装置
　３　収容プレート　　　　　　　　３ａ　収容凹部
　４　支持体　　　　　　　　　　　６　針状体
　１９　吸引ノズル　　　　　　　　１９ａ　吸着部
　２０　移動手段　　　　　　　　　２１　制御手段
　３８　下方カメラ（細胞塊撮影手段）
　３９　上方カメラ（針状体撮影手段）

Claims (3)

  1. 　１つの細胞塊を収容する収容凹部が多数形成された収容プレートと、上記細胞塊を突き刺して貫通する針状体を複数本備えた支持体と、負圧発生手段に接続されて上記細胞塊を吸着保持する吸引ノズルと、該吸引ノズルを上記収容プレートと支持体との間で移動かつ昇降させる移動手段と、上記吸引ノズルの吸引動作および上記移動手段の動作を制御する制御手段とを備え、
    　上記吸引ノズルは、先端に１つの細胞塊を吸着する管状の吸着部を備えるとともに、該吸着部の内径を、上記細胞塊の外径より小径に、かつ上記支持体の針状体の外周径よりも大径とし、
    　上記制御手段は、上記収容プレートの収容凹部において上記吸引ノズルの吸着部に上記細胞塊を吸着保持させると、上記移動手段によって該吸引ノズルを上記支持体における所要の針状体の上方に移動させ、
    　さらに該吸引ノズルを針状体の軸方向に移動させて上記細胞塊に針状体を突き刺し、上記細胞塊を貫通した針状体を上記吸着部の内部に挿入させることを特徴とする細胞の立体構造体製造装置。
  2. 　上記収容プレートの収容凹部内の底面は中央が最も深い球面状に形成され、この収容凹部に収容された細胞塊を撮影する細胞塊撮影手段を備え、
    　上記制御手段は、該細胞塊撮影手段の撮影結果に基づいて、上記細胞塊の位置と外径とを認識して、上記移動手段によって上記吸着ノズルを細胞塊の上方に移動させるとともに、上記吸着部の先端を細胞塊に向けて接近させることを特徴とする請求項１に記載の細胞の立体構造体製造装置。
  3. 　上記支持体の針状体を先端側から撮影する針状体撮影手段を備え、
    　上記制御手段は、該針状体撮影手段の撮影結果に基づいて、上記細胞塊を吸着保持した吸引ノズルを上記針状体の上方に移動させ、
    　上記針状体撮影手段によって撮影した針状体の先端位置が、所定の規定範囲内に位置していない場合、
    　上記制御手段は、上記吸引ノズルに吸着保持した細胞塊を針状体の先端に突き刺した状態で、上記吸引ノズルを移動させ、これにより針状体の先端位置を上記規定範囲内に位置させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の細胞の立体構造体製造装置。
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