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1. WO2006040871 - ウェルプレートおよび細胞培養器具

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明 細書

ゥエルプレートおよび細胞培養器具

技術分野

[0001] 本発明は、マニピュレータを利用して細胞を操作する単一細胞操作支援ロボット等 に用いて好適なゥエルプレートおよび細胞培養器具に関する。

背景技術

[0002] 複数のゥエルの各々に細胞を独立的に収容して細胞の観察ある!/、は培養を行うた めのゥエルプレートおよび細胞培養器具としては、例えば、特許文献 1に開示される ような細胞収納用マルチマイクロウェルおよび培養ディッシュが既に公知である。

[0003] また、一般的なゥエル構造としては、例えば、特許文献 2ある、は特許文献 3に開示 されるようなものが提案されている。

[0004] これら従来のゥエルプレートは、何れも、細胞を収容する複数のゥエルを円筒状に 形成したものである。

[0005] しかし、マニピュレータを利用して細胞を操作する単一細胞操作支援ロボット等に おいては、例えば、特許文献 1にも開示されるように、細胞を保持するためのキヤビラ リーやインジェクション等の作業を行うためのキヤビラリ一等を装着した複数のマ-ピ ユレータを同時に使用して細胞操作を行う必要があり、マニピュレータやキヤビラリ一 同士の干渉を避けるため、更には、顕微鏡の視野を確保するために、幾つかのマ- ピユレータをテーブルの法線に対して対称的に傾斜させて設置するのが一般的であ る。

[0006] この結果として、細胞の保持あるいはインジェクション等の作業を行う際のキヤビラリ 一の移動方向は、テーブル面ゃゥエルプレートの面に対して傾斜した方向となるが、 従来のゥエルプレートおよび細胞培養器具では、細胞を収容する複数のゥエルを円 筒状に形成していたため、各ゥエルの開口部の縁がキヤビラリ一と干渉して細胞の保 持やインジェクション等の作業に支障を生じる場合があった。

[0007] こう、つた不都合を解消する手段としては、ゥエルの内径を冗長させて開口部の縁 とキヤビラリ一との干渉を防止することも考えられるが、このような構成を適用した場合 、内径の冗長に伴ってゥヱルの底面積も増大するため、細胞がゥヱルの底面上で様 々な方向に移動してしま、、キヤビラリ一による捕捉が難しくなると、つた弊害が考え られる。

[0008] なお、特許文献 2および特許文献 3に開示されたマルチ'ゥエル 'プレートでは、ゥェ ルの内壁に微妙なテーパを形成した構造が見受けられる力このテーパは、単に、 射出成形等を利用したマルチ'ゥエル 'プレートの製造に際してゥエル形成用のコア ピンの離型作業を保証するための抜き勾配に過ぎず、ゥエル開口部の縁とキヤビラリ 一との干渉を防止する機能を有するものではな、。

[0009] 特許文献 1:国際公開第 WO 2004/015055 A1号パンフレット(FIG.3, FIG.4)

特許文献 2:特開 2001— 252068号公報(図 2)

特許文献 3:再公表特許 WOOOZ 17316 (図 2)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] そこで、本発明の課題は、前記従来技術の不都合を解消し、マニピュレータやキヤ ピラリーの移動方向がゥエルプレートの面に対して傾斜した方向となる場合であって も支障なく細胞の保持やインジェクション等の作業を行うことのできるゥエルプレート および細胞培養器具を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0011] 本発明のゥヱルプレートは、細胞を収容する複数のゥヱルを備えたゥヱルプレートで あり、前記課題を達成するため、特に、前記ゥエルの内径が、該ゥエルの底面側から 開口部側に向かうに連れて、徐々に拡径して形成されていることを特徴とする構成を 有する。

[0012] このようにしてゥエルの開口部の近傍でゥエルの内径を増大させることにより、ゥエル プレートの面に対して傾斜した方向で移動するキヤピラリーとゥエルの開口部との干 渉が防止され、細胞の保持やインジェクション等の作業を支障なく行うことが可能とな る。

また、ゥエルの底部の近傍における内径は開口部に比べて十分に小さいので、細 胞がゥエルの底面上で不用意に移動してキヤビラリ一による捕捉やインジェクション操 作が難しくなるとヽつた弊害も発生しなヽ。

[0013] より具体的には、ゥエルの内壁を円錐状の斜面によって形成することで、底面側か ら開口部側に向けてゥエルの内径を徐々〖こ拡径させることができる。

[0014] また、他の態様として、下に凸の二次曲面あるいは下に凸の球状曲面等を利用し てゥエルの内壁を形成してもよ!/、。

前記と同様、底面側から開口部側に向けてゥエルの内径を徐々に拡径させることが 可能である。

[0015] ゥエルの内壁を円錐状の斜面によって形成する場合は、円錐状の斜面の頂角を 40 度から 140度の範囲とする。

[0016] この数値は、テーブル面ゃゥエルプレートの面に対する斜面の傾きに置き換えると 20度から 70度の範囲に相当する値であり、実際の斜面の傾きは、この範囲内で、マ ニピユレータゃキヤビラリ一の傾斜に合わせて特定する(円錐状の斜面の頂角が数度 未満のものは、コアピンを利用した通常の成形技術における抜き勾配として解釈され 、また、本願とは別の技術思想であるために請求範囲力も除外する)。

[0017] 更に、ゥヱルの底面部には、細胞を保持するための凹部を形成するとよい。

[0018] この凹部を形成することにより、ゥエルの底面上における細胞の不用意な移動を確 実に防止してキヤビラリ一による細胞の捕捉やインジェクション操作を容易化すること ができる。

[0019] 本発明の細胞培養器具は、前記と同様の課題を達成するため、前述のゥエルプレ ートを細胞培養容器の底面上に一体に形成したことを特徴とする構成を有する。

[0020] この場合、細胞培養器具を成形するために新規の金型を起こす必要があるが、細 胞培養器具の量産に適する。

ゥエルプレート上に設けられるゥエルの形状は均一であるから、ゥエルを形成するコ ァピンを備えた入れ子や細胞培養容器の底面の内側を形成する面を備えたダミー 状の入れ子の組み換えが可能なモジュラー金型を利用することで、所望する配列の ゥエル群を備えたゥエルプレートを有する細胞培養器具を提供することができる。

[0021] また、前述のゥエルプレートを細胞培養容器の底面上に固着して細胞培養器具を 構成してちょい。

[0022] この場合、細胞培養容器とは別に成形されたゥエルプレートを細胞培養容器の底 面上に接着あるいは超音波溶着等で固着して細胞培養器具を構成することになるが 、既存のディッシュやスライドガラス等を細胞培養容器として利用することが可能であ るので、ユーザは、従来使用していた使い慣れた細胞培養容器あるいは実験等の目 的に適した各種の細胞培養容器、要するに、ディッシュやスライドガラス等を自由に 選択して使用することができる。

ゥエルプレートの製造に関しては前記と同様であり、ゥエルを形成するコアピンを備 えた入れ子や対面する金型のパーテイングラインに当接する押し切り面を備えたダミ 一状の入れ子の組み換えが可能なモジュラー金型を利用することで、所望する配列 のゥエル群を備えたゥエルプレートを有する細胞培養器具を提供することができる。 発明の効果

[0023] 本発明のゥエルプレートは、ゥエルの内径がゥエルの底面側から開口部側に向かう に連れて徐々に拡径するように形成し、ゥエルの開口部の近傍でゥエルの内径を増 大させる一方、ゥエルの底部の近傍ではゥエルの内径を十分に小さくしているので、 テーブル面ゃゥエルプレートの面に対して傾斜した方向力移動して細胞に接近す るキヤピラリーとゥエルの開口部との干渉を防止して細胞の保持やインジェクション等 の作業を支障なく行うことができ、また、細胞がゥエルの底面上で不用意に移動して キヤビラリ一による捕捉やインジェクション操作が難しくなるといった弊害も解消される

[0024] 更に、ゥヱルの底面部には細胞を保持するための凹部を形成したので、ゥエルの底 面上における細胞の不用意な移動を確実に防止してキヤビラリ一による細胞の捕捉 やインジェクション操作を容易化することができる。

[0025] 本発明の細胞培養器具は、このゥエルプレートを細胞培養容器の底面上に一体に 形成した細胞培養器具であり、上記と同様の効果を奏する他、細胞培養器具の量産 に適する。

[0026] また、ゥエルプレートを細胞培養容器の底面上に固着して細胞培養器具を構成す る場合は、既存のディッシュやスライドガラス等を細胞培養容器として利用することが 可能であるので、ユーザは、従来使用していた使い慣れた細胞培養容器あるいは実 験等の目的に適した各種の細胞培養容器、要するに、ディッシュやスライドガラス等 を自由に選択して使用することができる。

発明を実施するための最良の形態

[0027] 次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

[0028] 図 1は単一細胞に対する遺伝子や薬品等の注入いわゆるインジェクション作業に 適した単一細胞操作支援ロボットの全体的な構成を示した正面図である。この単一 細胞操作支援ロボット 1は、図 1に示される通り、概略において、ロボット本体 2とコント ローラ 3〖こよって構成される。

[0029] ロボット本体 2は、ディッシュ等の細胞培養容器とゥエルプレートから成る細胞培養 器具を載置するためのテーブル 4と、細胞培養器具内の細胞を操作するためのマ- ピユレータ 5, 6を実装したステージ 7、および、該ステージ 7を支えるためのコラム 8と 、細胞培養器具内の細胞を観察するために固設された顕微鏡 9を備える。

[0030] ステージ 7の構造を図 2に示す。ステージ 7上に設けられたテーブル 4はステツピン グモータ等力成る各軸の駆動手段により直交二軸の水平面内で駆動され、また、 テーブル 4の右側に配備されたマニピュレータ 5は、ステッピングモータ等力成る各 軸の駆動手段とピエゾァクチユエータ等力成る駆動手段によって、直交三軸の空 間内で独立的に駆動されるようになっている。テーブル 4の左側に配備されたマニピ ユレータ 6の構造も、実質的に、これと同様である。

[0031] このうち、テーブル 4の左側に配備されたマニピュレータ 6は、細胞培養器具 13のゥ エルプレート 14上に配置された単一細胞を吸引等の手段で保持するためのキヤビラ リー 10をエンドェフエクタとして備え、また、テーブル 4の右側に配備されたマ-ピュ レータ 5は、単一細胞に対して遺伝子や薬品等のインジヱクシヨンを行うための注入 孔を先端に備えたキヤピラリー 11をエンドェフエクタとして備える。

[0032] マニピュレータ 5, 6は、図 2に示される通り、テーブル 4の法線に対して対称的に傾 斜させて例えば 45度の角度で設置される力これは、マニピュレータ 5, 6やキヤビラ リー 10, 11同士の干渉を避けるためであり、更には、顕微鏡 9の視野を確保するため でもある。

[0033] マニピュレータ 5, 6には駆動手段を内蔵するだけの大きさが必要であり、また、キヤ ピラリー 10, 11にしても一定の剛性を確保する太さが必要であるため、これらのマ- ピユレータ 5, 6やキヤピラリー 10, 11を平行にした状態で並列的に設置して単一細 胞に対する同時操作を行うことは事実上不可能であり、このように、テーブル 4の法線 に対して傾斜させた状態で設置せざるを得ない事情がある。

[0034] ゥエルプレート 14上の単一細胞に対するキヤピラリー 10, 11の接近動作と退避動 作は、最終的に、ピエゾァクチユエータ等の駆動によってキヤピラリー 10, 11を軸方 向に突出あるヽは縮退させることで達成される。

[0035] また、テーブル 4には、細胞培養器具 13を置く際に概略の位置決めを行うための器 具ホルダー 12が固設されており、この器具ホルダー 12を介してテーブル 4上に細胞 培養器具 13が載置されるようになってヽる。

[0036] 図 1に示されるように、単一細胞操作支援ロボット 1の各部を駆動制御するためのコ ントローラ 3の主要部はコントローラ本体 3aによって構成され、このコントローラ本体 3 aに、マン 'マシン'インターフェイスとして機能する第一操作盤 3R,第二操作盤 3L, マウス付きのキーボード 3b,フットスィッチ 3c,モニタ 3dが接続されている。

[0037] 第一操作盤 3Rはテーブル 4と其の右側に配備されたマニピュレータ 5を二者択一 的に駆動制御するための手動操作手段であり、制御対象をテーブル 4とするかマ二 ピユレータ 5とするかは、ジョイスティック 15Rの先端に設けられたヘッドスィッチ 16R の操作によって選択できる。

テーブル 4とマニピュレータ 5の水平面内での移動はジョイスティック 15Rもしくはトラ ックボール 17Rによって制御され、マニピュレータ 5のエンドェフエクタであるキヤビラ リー 11の軸方向の移動はジョイスティック 15R先端の回転操作によって制御される。

[0038] 第二操作盤 3Lはテーブル 4の左側に配備されたマニピュレータ 6を駆動制御する ための手動操作手段である。マニピュレータ 6の水平面内での移動はジョイスティック 15Lもしくはトラックボール 17Lによって制御され、マニピュレータ 6のエンドェフエクタ であるキヤビラリ一 10の軸方向の移動はジョイスティック 15L先端の回転操作によつ て制御される。

[0039] 具体的な制御系の構成については本発明の要旨と直接的に関連するものではな いので、ここでは、説明を省略する。

[0040] 次に、細胞培養器具 13の構造について具体例を挙げて説明する。図 3は細胞培 養器具 13の構成例を示した平面図である。この細胞培養器具 13は、図 3に示すよう に、従来型のディッシュから成る細胞培養容器 18と、この細胞培養容器 18の底面 19 に固着されたゥエルプレート 14とで構成される。

[0041] ゥエルプレート 14を細胞培養容器 18に固着する手段としては接着剤等の使用が可 能であり、また、細胞培養容器 18とゥエルプレート 14が共にアクリル等の合成樹脂で 形成されている場合には、超音波溶着等を利用することも可能である。

[0042] ゥエルプレート 14の一部を拡大して図 4 (a)の平面図に示す。このゥヱルプレート 14 は全体として矩形の薄板状に形成され、その表裏を貫通するようにして、細胞を収容 するための多数のゥエル 20がマトリクス状に併設されている。

また、ゥエルプレート 14の表側の面にはゥエル 20の各々を区画するようにして突条 21が格子状に設けられ、突条 21によって仕切られる矩形状の区画内にミネラルオイ ル等を貯溜して各ゥエル 20を相互に遮蔽することで、単一細胞毎に異なる培養環境 を提供することも可能な構成となって、る。

[0043] 図 4 (b)は図 4 (a)の矢視 A— Aに沿ってゥエルプレート 14を割って示した断面図で ある。

各々のゥエル 20は、図 4 (b)に示されるように、その内径が、ゥエル 20の底面側から 開口部側に向かうに連れて徐々に拡径するようにして形成されている。ゥエル 20は、 その底部が細胞培養容器 18の底面 19により閉塞される。

図 4 (b)ではゥエル 20の内壁 22を円錐状の斜面によって形成した例について示し ているが、下に凸の二次曲面あるいは下に凸の球状曲面等を利用してゥエル 20の内 壁 22を形成することも可能である。

[0044] 図 4 (b)のようにゥエル 20の内壁 22を円錐状の斜面によって形成する場合は、円錐 状の斜面の頂角 αを 40度から 140度の範囲に規制するものとする。この数値は、テ 一ブル面ゃゥエルプレート 14の面に対する斜面の傾き βに置き換えると 20度から 70 度の範囲に相当する値であり、実際の斜面の傾き j8は、この範囲内で、マニピユレ一 タ 5, 6やキヤピラリー 10, 11の傾斜に合わせて特定し設計する。

[0045] この実施形態の単一細胞操作支援ロボット 1では、図 2に示される通り、テーブル 4 の面に対するマニピュレータ 5, 6やキヤピラリー 10, 11の傾斜は 45度(法線に対し ても 45度)の角度となっているから、斜面の傾き j8を 45度以下つまり円錐状の斜面 の頂角 αを 90度以上とすることで、テーブル面ゃゥエルプレート 14の面に対して 45° 傾斜した方向に移動するキヤピラリー 10, 11の先端とゥエル 20の開口部との干渉を 防止することができる。

[0046] なお、円錐状の斜面の頂角 αの最小値を 40度とした理由は、図 1に示されるマ- ピユレータ 5, 6やキヤピラリー 10, 11および顕微鏡 9の相互的な配置関係からみて、 マニピュレータ 5, 6を限界まで相互接近させて設計を行った場合であっても、キヤピ ラリー 10, 11の成す角を 40度以下とすることが難、ためである。

マニピュレータ 5, 6やキヤピラリー 10, 11および顕微鏡 9の相互的な配置関係が図 1のものと異なる装置においては、理論上、円錐状の斜面の頂角 αの最小値を 40度 以下とすることが可能な場合も有り得る。しかしながら、前述した通り、キヤピラリー 10 , 11には有る程度の太さが必要であり、その先端をテーパ形状とすることで微小な単 一細胞に対するキヤピラリー 10, 11の同時操作を実現するものであるから、例え、ど のような構造を適用した場合であっても、これらのキヤピラリー 10, 11を利用する以上 、頂角 αの最小値が例えば数度未満となるといつたことは有り得ず、当然、円錐状の 斜面の頂角 αが数度未満といったゥル 20の構造は、本発明の要旨に沿ったもの ではない。

また、円錐状の斜面の頂角 αの最大値を 140度とした理由は、キヤピラリー 10, 11 の成す角を 140度以上としてしまうと、従来型のディッシュ力も成る細胞培養容器 18 の縁にキヤピラリー 10, 11の先端部が干渉する恐れがあるからである。

[0047] 図 4 (a)および図 4 (b)に示される構造のゥエルプレート 14は、公知の射出成形技 術等を適用して形成され、このゥエルプレート 14の下面を接着あるいは超音波溶着 等の手段で細胞培養容器 18の底面 19上に固着することで、図 3に示されるような細 胞培養器具 13が得られる。この場合、ゥエル 20の底面は細胞培養容器 18の底面 19 と共通である。

[0048] このように、ゥエルプレート 14を細胞培養容器 18と分離して独立的に量産した場合 では、既存のディッシュやスライドガラス等を細胞培養容器 18として利用することが可 能であるので、ユーザは、従来使用していた使い慣れた細胞培養容器 18あるいは実 験等の目的に適した各種の細胞培養容器 18、要するに、ディッシュやスライドガラス 等を自由に選択して使用することができるというメリットがある。

[0049] 射出成形によってゥヱルプレート 14のみを形成する場合には、先端外周部に突条

21の 1Z2の幅に相当する肖 IJり込みを設けた矩形状のコアブロック本体と該コアブ口 ック本体の先端面に一体に設けられたゥエル形成用のコアピンとから成る第一の入れ 子と、このコアブロック本体およびコアピンを含めた第一の入れ子の全長に匹敵する 長さを備え、その先端面を対面する金型のパーテイングラインに当接させる平坦な押 し切り面としたダミー力成る第二の入れ子、および、これら第一,第二の入れ子を組 み換え自在に保持するコッターブロック等を備えたモジュラー金型を利用することが 望ましい。

このような金型を使用すれば、単一のモールドベースを準備するだけで、所望する 配列のゥエル群を備えたゥエルプレート 14、つまり、ゥエル 20の並びに関わる行数や 列数の異なる多種多様のゥエルプレート 14を製造することができる。

[0050] また、射出成形等を利用してゥエルプレート 14を細胞培養容器 18の底面 19上に 一体に形成するようにしてもょヽ。

この場合、ゥエルプレート 14と細胞培養容器 18から成る細胞培養容器 13を成形す るために新規の金型を起こす必要があるが、細胞培養容器 13の量産が容易である。 前記と同様、先端外周部に突条 21の 1Z2の幅に相当する削り込みを設けた矩形 状のコアブロック本体と該コアブロック本体の先端面に一体に設けられたゥエル形成 用のコアピンと力成る第一の入れ子と、このコアブロック本体およびコアピンを含め た第一の入れ子の全長に匹敵する長さを備え、その先端面によって細胞培養容器 1 8の底面 19の内側の一部を形成するダミーから成る第二の入れ子、および、これら第 一,第二の入れ子を組み換え自在に保持するコッターブロック等を備えたモジュラー 金型を利用することで、所望する配列のゥエル群を備えたゥエルプレート 14を有する 細胞培養容器 18を製造することができる。

[0051] 次に、細胞を保持するための凹部 23をゥエル 20の底面部に形成したゥエルプレー ト 14'の例について図 4 (c)の断面図を参照して説明する。ゥエルプレート 14'の平面 形状に関しては図 4 (a)のものと同様である。

[0052] このように、細胞を保持するための凹部 23を円錐状の斜面等力も成る内壁 22の下 端部に連絡し、ゥエル 20の開口部よりも縮径させた状態でゥエル 20の底面部に形成 することで、ゥエル 20の底面上における細胞の不用意な移動を確実に防止してキヤ ピラリー 10, 11による細胞の捕捉やインジェクション操作等を容易に実施できるよう になる。

キヤピラリー 10, 11が凹部 23の内周壁に干渉して細胞の補足やインジェクション操 作等を阻害することがないよう、凹部 23の深さは、操作の対象となる細胞の厚さ以下 とする。

図 4 (c)では円筒状の凹部 23について記載しているが、凹部 23は他の形状であつ てもよい。

[0053] ゥエルプレート 14'も前述したゥエルプレート 14と同様の要領で細胞培養容器 18と 別体または一体に形成することが可能である。

[0054] また、図 5に示されるようなスライドガラス 24等を細胞培養容器として利用し、このス ライドガラス 24にゥエルプレート 14, 14'を固着し、或いは、一体に成形して、細胞培 養器具 25とすることもできる。

無論、ディッシュやスライドガラス等に限らず、他の細胞培養容器を利用して細胞培 養器具を構成しても構わなヽ。

[0055] 効果の点については全ての実施態様を通じて共通であり、ゥエル 20の開口部の近 傍でゥエル 20の内径が増大しているため、テーブル面ゃゥエルプレート 14, 14'の 面に対して傾斜した方向で移動するキヤピラリー 10, 11とゥエル 20の開口部との干 渉防止が可能であり、また、その一方で、ゥエル 20の底部の近傍における内径は開 口部に比べて十分に小さいので、ゥエル 20の底面上における細胞の不用意な移動 を防止してキヤビラリ一 10, 11による捕捉やインジェクション操作が容易となる効果が ある。

[0056] 特に、細胞を保持するための凹部 23をゥエル 20の底面部に形成した図 4 (c)のゥ ルプレート 14'の例では、ゥエル 20の底面上における細胞の不用意な移動が確実に 防止されるので、細胞の捕捉やインジェクション操作等を極めて容易に行うことができ るメリットがある。

[0057] また、ゥエル 20の形成手段としては、前述した射出成形の他、レーザースパッタリン グ,印刷,肖 ijり込み (彫り込み)等の各種の公知技術が利用できる。

図面の簡単な説明

[0058] [図 1]単一細胞操作支援ロボットの全体的な構成を示した正面図である。

[図 2]単一細胞操作支援ロボットのステージを拡大して示した正面図である。

[図 3]ディッシュとゥエルプレートから成る細胞培養器具の構成例を示した平面図であ る。

[図 4]ゥエルプレートの構成例について示した図で、図 4 (a)はゥエルプレートの一部 を拡大して示した平面図、図 4 (b)は其の断面図、また、図 4 (c)は態様の異なるゥ ルプレートについて示した断面図である。

[図 5]スライドガラスとゥエルプレートから成る細胞培養器具の構成例を示した平面図 である。

符号の説明

[0059] 1 単一細胞操作支援ロボット

2 ロボット本体

3 コントローラ

3a コントローラ本体

3b キーボード

3c フットスィッチ

3d モニタ

3R 第一操作盤

3L 第二操作盤

4 テープノレ

5, 6 マニピュレータ

7 ステージ

8 コラム

9 顕微鏡

10, 11 キヤビラリ一

12 器具ホルダー

13 細胞培養器具

14 ゥエルプレート

15R, 15L ジョイスティック

16R, 16L ヘッドスィッチ

17R, 17L トラックボーノレ

18 細胞培養容器 (ディッシュ)

19 底面

0 ゥエル

1 突条

2 ゥヱルの内壁

3 細胞を保持するための凹部

4 スライドガラス (細胞培養容器)

5 細胞培養器具

a 円錐状の斜面の頂角

β テーブル面に対する円錐状の斜面の傾き