JP5416919B2 - 自動細胞培養装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動細胞培養装置に関し、更に詳細には、操作ロボットによる操作及び操作ロボットの監視が容易で、拡張性及びメンテナンス性に優れたレイアウト構造を有する自動細胞培養装置に関する。

従来より、人体の皮膚、軟骨、骨、血管、臓器等の細胞、組織等の培養を自動で行うための自動細胞培養装置が実用化されている（例えば、特許文献１）。細胞培養を自動化することにより、交叉汚染を防止しつつ複数の被検者の細胞培養を同時に行うことが可能となる。また、細胞培養の自動化を更に促進するために、多関節型の操作ロボットを備えた自動細胞培養装置が開発されている（特許文献２）。

しかし、従来の操作ロボットを備え自動細胞培養装置では、操作ロボットが中央に位置し、これを取り囲むように細胞培養に必要な複数の機器類が配置されているため、機器類の設置スペースが限られてしまいう。そのため、操作ロボットから見て前後又は上下に重なった位置に培養器具を配置しなければならず、操作ロボットにとって操作しにくい配置とならざるを得ない。また、機器類を追加、拡張等する場合には既存の機器類の上下に配置せざるを得ず、これが大きな制約となる。加えて、操作ロボットの周囲に多くの機器類が配置されているためにロボットの操作状況を監視するのが困難となる。更に、自動細胞培養装置のメンテナンス性も低くなる。
国際公開第２００４／０１１５９３号パンフレット（図２） 特開２００８−５４６９０号公報（図１）

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するために為されたものであり、本発明の目的は、操作ロボットにとって操作し易く、機器類の追加、拡張が容易で、操作ロボットの操作状況を監視しやすく、メンテナンス性にも優れたレイアウト構造を有する自動細胞培養装置を提供することである。

本発明の自動細胞培養装置は、細胞培養を行うための清浄空間を維持する筐体と、該筐体内に収納された細胞培養に必要な複数の機器類と、該筐体内における各機器類間での培養器具の搬送及び培養操作を行う多関節型の操作ロボットとを備えた自動細胞培養装置であって、前記複数の機器類は、培養容器の内部の細胞を培養するための条件を維持するためのインキュベータ、薬品を低温で保存するための冷蔵保管庫、培養細胞を含む液を入れた遠心管の遠心分離を行うための遠心分離器、複数の培養容器に対して培養操作を行うための操作ステーション、薬剤容器及び遠心管を含む容器の蓋の開閉を行うためのキャッパー、前記キャッパーで開栓した容器を一時的に保持するためのテンポラリステーション、及びピペットに取り付けるためのチップを保持するためのチップスタンドであり、これらの複数の機器類が前記筐体の背面に平行な設置面に沿って配置されるとともに、前記多関節型の操作ロボットを前記設置面に沿って水平方向に移動させるための水平軸部材と、前記多関節型の操作ロボットを前記設置面に沿って垂直方向に移動させるための垂直軸部材と、を備えたことを特徴とする。

このように、機器類を設置面に沿って配置するとともに、多関節型の操作ロボットの水平移動のための水平軸部材を更に備えたことにより、操作ロボットによるこれらの機器類へのアクセスが容易となり、操作ロボットの操作も容易となる。また、ディッシュ等の極度に汚染を嫌う器具類の上方を操作ロボットのアームや搬送される器具が通過することによる汚染を避けることが可能となる。更に、本発明の自動細胞培養装置を実験室等の室内に設置するに際して、設置面側を実験室の壁面に着けることが可能なので、設置スペースを小さくすることが可能となる。また、垂直軸部材を更に備えることにより、更に操作ロボットによる機器類へのアクセスが容易となる。

上記の発明においては、前記筐体の側面に平行で且つ前記設置面の両端に隣接する２つの面の少なくとも一方に沿って、細胞培養に必要な機器類を更に配置することも可能である。これにより、限られたスペースを有効に活用することが可能となる。

また、前記筐体における前記背面に対向する面の少なくとも一部を透明とすることも可能である。これにより、ロボットの操作状況を監視することが可能となる。

前記筐体の前記背面に対向する面にドアを設けてもよい。これにより、自動細胞培養装置のメンテナンス性が向上する。

更に、前記筐体は、前記水平軸部材に対して直角の面で分解可能に構成することができる。これにより、自動細胞培養装置の設置、移設などを容易に行うことができる。

加えて、前記筐体は、前記水平軸部材の延設方向に増設し得るように構成することができる。これにより、機器類を追加、拡張等も容易となり、追加、拡張により操作ロボットの操作性を損なうこともない。

本発明の自動細胞培養装置を使用すれば、操作ロボットは設置面に沿って殆どの操作を行うことが可能となるので、操作ロボットによる機器類へのアクセスが容易となり、操作ロボットによる操作も容易となる。また、操作ロボットの操作時の汚染を避けることが可能となる。更に、自動細胞培養装置の設置スペースを小さくすることが可能となる。

また、筐体の前面の少なくとも一部を透明とすることにより、ロボットの操作状況を監視することが可能となる。また、筐体の前面にドアを設けることにより、自動細胞培養装置のメンテナンス性も向上する。

また、本発明の自動細胞培養装置は、その筐体を分解可能に構成することができるので、自動細胞培養装置の設置、移設などを容易に行うことができる。また、筐体を水平軸部材の延設方向に増設し得るように構成することができるので、機器類の追加、拡張等も容易となり、追加、拡張により操作ロボットの操作性を損なうこともない。

本発明の自動細胞培養装置の実施形態について、図面を参照しながら説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る自動細胞培養装置の平面図であり、図２は図１のＱ−Ｑ線矢視断面図である。また、図３は、図１及び図２におけるＰ−Ｐ線矢視断面図である。本実施形態の自動細胞培養装置は、細胞培養を行うための清浄空間を維持する筐体１０を備え、筐体１０内には、後述する細胞培養に必要な機器類と、筐体１０内における各機器類間での培養器具の搬送を主に行う多関節型の操作ロボット１１とを備えている。本実施形態では、筐体１０の一の面である背面１０ａに平行な設置面１に沿って、細胞培養に必要な機器類が配置されている。機器類として具体的には、インキュベータ１４、冷蔵保管庫１９、キャッパー５３、操作ステーション２０、テンポラリステーション９、チップスタンド８、及び遠心分離器７（図３）が配置されている。ここで、インキュベータ１４はディッシュ等の培養容器内の細胞を培養するための温度等の条件を維持するための機器であり、冷蔵保管庫１９は薬品を低温で保存するために設置されている。また、キャッパー５３は薬剤容器、遠心管（遠沈管）等の容器の蓋の開閉を行い、操作ステーション２０は複数枚のディッシュに対して順次又は同時に培養操作を行うために設けられている。テンポラリステーション９は、ピペット装置６（図３）が薬液等を吸引し得るように、キャッパー５３で開栓した容器を一時的に保持するために設けられている。また、テンポラリステーション９は、操作ステーション２０上のディッシュから培養細胞を含む液を遠心管に集める際に遠心管を保持するためにも設けられている。チップスタンド８は、ピペット装置６に取り付けるためのチップ５を保持するために設けられている。更に、遠心分離器７は、上述の培養細胞を含む液を入れた遠心管の遠心分離を行うために設けられている。

本実施形態の自動細胞培養装置では、設置面１に沿って敷設された水平軸部材としてのレール１３と、レール１３に直交する方向に延伸する垂直軸部材としての昇降ポスト３とが設けられている。前述の操作ロボット１１は昇降ポスト３の上端に取り付けられており、昇降ポスト３がレール１３に対して上下することにより、操作ロボット１１の上下の移動が可能となっている。また、昇降ポスト３がレール１３に沿って水平移動することにより、操作ロボット１１の水平移動が可能となっている。操作ロボット１１は２本のフィンガー１１ａを備えており、この２本のフィンガー１１ａを用いて、筐体１０内における各機器類間での培養器具の搬送及び培養操作を行う。

また、本実施形態の自動細胞培養装置においては、筐体１０の左側面に平行で且つ設置面１の左端に隣接する面１０ｃには、各種薬剤、ピペットチップ等を常温で保管する棚１５が設けられている。また、筐体１０の右側面に平行で且つ設置面１の右端に隣接する面１０ｄには、細胞の出し入れを行うための細胞入出庫部１６、使用後の培養器具を廃棄するための廃棄ボックス５７等が設けられている。筐体１０の左には、本自動細胞培養装置を駆動させるためのコンプレッサー１７、筐体１０内のアルコール噴霧に使用する窒素ガス発生装置１８等が設置されている。

本実施形態の自動細胞培養装置は、メンテナンス等を容易にするために、背面１０ａに対向する前面１０ｂにドア１０ｅ及び１０ｆが設けられており、この前面１０ｂは、筐体１０の内部の監視が可能なように、ドア１０ｅ及び１０ｆを含めて透明なガラス張りなどとなっている。

また、本実施形態の自動細胞培養装置では、設置、移設、機器類の増設のための拡張などを容易に行うことができるように、筐体１０が３つのユニット１０Ａ,１０Ｂ及び１０Ｃに分解可能となっている。本実施形態の自動細胞培養装置の拡張は、２つのユニット１０Ａ及び１０Ｂの間、又はユニット１０Ｂ及び１０Ｃの間に、同様のユニットを追加することにより行うことができる。その場合、レール１３は追加されたユニットにも移動し得るように、レール１３の延設方向に増設することが可能となっている。

以上の構成を有する本実施形態の自動細胞培養装置は、例えば以下のようにして使用される。まず、操作ロボット１１がレール１３上を移動し、インキュベータ１４の前で停止する。インキュベータ１４には、細胞培養中の５枚のディッシュを載置したトレイ２６が格納されている。次に、昇降ポスト３が上下方向に移動して、操作ロボット１１がインキュベータ１４からトレイ２６を取り出しやすい位置に高さを調節する。次に、操作ロボット１１はトレイ２６を取り出す。次に、操作ロボット１１はレール１３上を移動してトレイ２６を操作ステーション２０まで搬送して設置する。操作ステーション２０では、トレイ２６上の各ディッシュの培地交換、継代操作等が行われる。

操作ステーション２０において培地交換を行う場合には、チップスタンド８に載置されているチップ５がピペット装置６に取り付けられ、５枚のディッシュから古い培地が順次吸引されて廃棄される。続いて、操作ロボット１１はレール１３上を移動して棚１５又は冷蔵保管庫１９から培地容器を取り出し、キャッパー５３において開栓した後、テンポラリステーション９に設置する。一方、ピペット装置６はチップ５を新しいものに交換する。次に、ピペット装置６はテンポラリステーション９の薬液容器から培地を吸引し、操作ステーション２０の各ディッシュに培地を順次注入する。その後、テンポラリステーション９の薬液容器は操作ロボット１１によりキャッパー５３まで搬送され、そこで閉栓された後、もとの棚１５又は冷蔵保管庫１９に戻される。以上により、本実施形態の自動細胞培養装置を用いた培地交換が完了する。

また、操作ステーション２０において継代操作を行う場合には、まず、前述と同様に各ディッシュ内の培地がピペット装置６により廃棄される。次に、操作ロボット１１により、トリプシン等の培養細胞の剥離用の溶液を入れた容器が冷蔵保管部から取り出され、キャッパー５３まで搬送され、そこで開栓された後、テンポラリステーション９に設置される。ピペット装置６には、前述と同様に新しいチップ５がピペット装置６に取り付けられる。

次に、ピペット装置６はピペット５によりこの剥離用の溶液が吸引され、操作ステーション２０の各ディッシュに順次注入される。全てのディッシュへの剥離溶液の注入が終わると、テンポラリステーション９の剥離用溶液の容器はキャッパー５３によって閉栓された後、操作ロボット１１によりもとの冷蔵保管庫１９に戻される。次に、操作ロボット１１は、棚１５から生理食塩水の容器を取り出し、キャッパー５３において開栓した後、テンポラリステーション９に設置する。一方、操作ステーション２０の各ディッシュは一定時間放置された後、細胞の剥離を促進するためにタッピング操作を受ける。次に、操作ステーション２０の各ディッシュには、新しいものに交換したチップ５を用いてテンポラリステーション９に設置された生理食塩水の容器から生理食塩水が注がれる。その後、テンポラリステーション９の生理食塩水の容器はキャッパー５３によって閉栓された後、もとの棚１５に戻される。

次に、操作ロボット１１により、培養器具保管部５６から遠心管が取り出されてテンポラリステーション９に設置される。次に、新しいものに交換したチップ５により各ディッシュから細胞を含む液が吸引され、遠心管に入れられる。次に、操作ロボット１１はキャッパー５３において遠心管を閉栓した後、これを遠心分離器７に設置する。これにより遠心分離が行われる。一方、空になったディッシュを載置したトレイ２６は、操作ロボット１１により操作ステーション２０から取り除かれる。次に、新たなディッシュを載置したトレイ２６が操作ステーション２０に設置される。

遠心分離が終了すると、遠心管からピペット５により上澄み液が廃棄され、上述と同様にテンポラリステーション９に設置された容器から更に新たな培地が注がれる。次に、新しいものに交換したチップ５により遠心管から細胞を含む液が操作ステーション２０の各ディッシュに注がれる。その後、操作ロボット１１はキャッパー５３において培地の容器を閉栓した後、もとのもとの棚１５又は冷蔵保管庫１９に戻される。続いて、操作ロボット１１によりトレイ２６がインキュベータ１４に搬送される。以上により、本実施形態の自動細胞培養装置を用いた継代操作が完了する。

本実施形態の自動細胞培養装置では、インキュベータ１４、冷蔵保管庫１９、遠心分離器７、操作ステーション２０、テンポラリステーション９、キャッパー５３、チップスタンド８等の機器類が筐体１０の背面１０ａに平行な設置面１に沿って配置されているので、操作ロボット１１によるこれらの機器類に対する設置面１からのアクセスが容易となる。また、操作ロボット１１の水平移動のためのレール１３と、垂直方向に移動のための昇降ポスト３とを備えているので、機器類への正面からのアクセスが可能となり、更に操作ロボット１１の操作が容易となる。また、操作ロボット１１は機器類の上方を跨いで器具等を搬送することがないので、これらの器具等がディッシュ等の極度に汚染を嫌う器具類の上方を通過することによる汚染を避けることが可能となる。更に、本発明の自動細胞培養装置を実験室等の室内に設置するに際して、設置面１を実験室の壁面を沿わせることが可能なので、設置スペースを小さくすることが可能となる。

また、本実施形態の自動細胞培養装置においては、面１０ｃ及び１０ｄに、棚１５、培養器具保管部５６等の細胞培養に必要な機器類を更に配置することが可能である。これにより、限られたスペースを有効に活用することが可能となる。更に、筐体１０にドア１０ｅ及びドア１０ｆを設けたので、自動細胞培養装置のメンテナンス性が向上している。また、筐体１０の前面１０ｂ、ドア１０ｅ及びドア１０ｆが透明なので、操作ロボット１１の操作状況を監視することが可能である。

本実施形態においては、筐体１０がユニット１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃに分解可能となっているので、自動細胞培養装置の設置、移設などを容易に行うことができる。また、本実施形態の自動細胞培養装置では、これらのユニット１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃに新たに別のユニットを加えることが可能となっており、また、レール１３はその延設方向に増設し得るように構成されているので、機器類の追加、拡張等も容易となり、しかも、追加、拡張により操作ロボット１１の操作性が損なわれることもない。

本発明によれば、操作ロボットによる操作が容易であり、ロボットの操作状況を監視することが可能で、しかも設置、移設、機器類の追加、拡張などが可能な自動細胞培養装置が提供されるので、人体の皮膚、軟骨、骨、血管、臓器等の細胞、組織等を再生する再生医療産業、バイオ機器産業等の分野で利用可能である。

本発明の一実施形態に係る自動細胞培養装置の平面図である。 図１のＱ−Ｑ線矢視断面図である。 図１及び図２におけるＰ−Ｐ線矢視断面図である。

符号の説明

１ 設置面
３ 昇降ポスト（垂直軸部材）
５ チップ
６ ピペット装置
７ 遠心分離器
８ チップスタンド
９ テンポラリステーション
１０ 筐体
１０Ａ ユニット
１０Ｂ ユニット
１０Ｃ ユニット
１０ａ 背面（一の面）
１０ｂ 前面
１０ｃ 側面
１０ｄ 側面
１０ｅ ドア
１０ｆ ドア
１１ 操作ロボット
１３ レール（水平軸部材）
１４ インキュベータ
１５ 棚
１６ 細胞入出庫部
１７ コンプレッサー
１８ 窒素ガス発生装置
１９ 冷蔵保管庫
２０ 操作ステーション
２６ トレイ
５３ キャッパー
５７ 廃棄ボックス

Claims (6)

1. 細胞培養を行うための清浄空間を維持する筐体と、該筐体内に収納された細胞培養に必要な複数の機器類と、該筐体内における各機器類間での培養器具の搬送及び培養操作を行う多関節型の操作ロボットとを備えた自動細胞培養装置であって、
   前記複数の機器類は、培養容器の内部の細胞を培養するための条件を維持するためのインキュベータ、薬品を低温で保存するための冷蔵保管庫、培養細胞を含む液を入れた遠心管の遠心分離を行うための遠心分離器、複数の培養容器に対して培養操作を行うための操作ステーション、薬剤容器及び遠心管を含む容器の蓋の開閉を行うためのキャッパー、前記キャッパーで開栓した容器を一時的に保持するためのテンポラリステーション、及びピペットに取り付けるためのチップを保持するためのチップスタンドであり、
   これらの複数の機器類が前記筐体の背面に平行な設置面に沿って配置されるとともに、前記多関節型の操作ロボットを前記設置面に沿って水平方向に移動させるための水平軸部材と、前記多関節型の操作ロボットを前記設置面に沿って垂直方向に移動させるための垂直軸部材と、を備えたことを特徴とする自動細胞培養装置。
2. 前記筐体の側面に平行で且つ前記設置面の両端に隣接する２つの面の少なくとも一方に沿って、細胞培養に必要な機器類を更に配置したことを特徴とする請求項１記載の自動細胞培養装置。
3. 前記筐体における前記背面に対向する面の少なくとも一部が透明であることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動細胞培養装置。
4. 前記筐体の前記背面に対向する面にドアが設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の自動細胞培養装置。
5. 前記筐体は、前記水平軸部材に対して直角の面で分解可能に構成されている請求項１乃至４の何れかに記載の自動細胞培養装置。
6. 前記筐体は、前記水平軸部材の延設方向に増設し得るように構成されている請求項１乃至５の何れかに記載の自動細胞培養装置。

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