(57)【要約】【課題】生体内の細胞環境を良好に再現することによって、薬物に対する細胞の反応性を正確に観察することができる細胞反応観察装置を提供する。【解決手段】細胞反応観察装置１は、主流路５、主流路５に連通する支流路（第一支流路１１、第二支流路１２、第三支流路１３、第四支流路１４）、支流路に設けられたポンプ（第一ポンプ３１、第二ポンプ３２、第三ポンプ３３、第四ポンプ３４）を少なくとも備えている。ポンプの稼働によって、主流路５から支流路へ培養液７を流出させたり、支流路から主流路５に培養液７を流入させたりする。ポンプの稼働タイミングを制御することによって、主流路５に充填された状態の培養液７に旋回流を形成させ、主流路５に充填された細胞片６を、形成させた旋回流の中心に保持させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液が充填される流路である主流路と、
前記主流路に連通する複数の流路である支流路と、
前記支流路のうち前記主流路に連通する側と反対側の端部に設けられ、前記支流路を介して前記主流路に対して前記培養液を流出入させるポンプであって、前記培養液の流出入によって前記主流路に充填された前記培養液に旋回流を形成させ、前記主流路に注入される細胞片を前記旋回流の中心に保持させるポンプと
を備えた細胞反応観察装置。
【請求項２】
前記支流路は、
前記主流路を構成する内壁面のうち対向配置する二つの面部分に連通して配置されており、一の前記面部分に隣接配置される第一支流路及び第二支流路と、他の前記面部分に配置される第三支流路及び第四支流路であって、前記第一支流路と対向する位置に配置される第三支流路と、前記第二支流路と対向する位置に配置される第四支流路とを少なくとも備えたことを特徴とする請求項１に記載の細胞反応観察装置。
【請求項３】
前記主流路に連通し、前記主流路中の前記細胞片に薬液を注入するための流路であって、前記一の面部分のうち前記第一支流路と前記第二支流路との間に配置される第一注入路と、前記他の面部分のうち前記第三支流路と前記第四支流路との間に配置される第二注入路とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の細胞反応観察装置。
【請求項４】
前記主流路の前記培養液に前記旋回流を形成させて前記細胞片を前記旋回流の中心に保持させるために、前記細胞片の位置に応じて前記ポンプの稼働の切替制御を行う稼働手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の細胞反応観察装置。
【請求項５】
前記稼働手段は、
はじめに前記主流路から前記第一支流路へ前記培養液を流出させ、次いで前記第三支流路から前記主流路に前記培養液を流入させ、次いで前記主流路から前記第四支流路へ前記培養液を流出させ、次いで前記第二支流路から前記主流路に前記培養液を流入させることを特徴とする請求項４に記載の細胞反応観察装置。
【請求項６】
前記細胞片を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段によって撮影された結果の撮影画像に基づいて、前記細胞片の位置を特定する位置特定手段と
を備え、
前記稼働手段は、
前記位置特定手段において特定された前記細胞片の位置に基づいて、前記ポンプの稼働を制御することを特徴とする請求項４又は５に記載の細胞反応観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は細胞反応観察装置に関する。詳細には、培養液中の所望位置に細胞を保持することが可能な細胞反応観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従前より、創薬における試験過程で細胞反応観察装置が使用されている。細胞反応観察装置内で培養された細胞に対する薬物の反応性試験を行うことによって、同条件下で多数の試験を行うことができる。また、動物実験を実施することなく新薬の薬効や毒性を調べることができる。
【０００３】
細胞の培養に使用される培地として、通常、粘度の高いゲル状媒質などが使用される。例えば、特許文献１に記載の装置では、培地として寒天やゼラチンが使用されている。加えて、培地に接するように流体通過部を設け、流体通過部に気体等を供給することによって、培地内のガス交換を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１０１８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
薬物に対する細胞の反応性等を正確に観察するためには、装置内の細胞の環境と、生体内の細胞の環境とを良好に一致させる必要がある。しかしながら特許文献１に記載された装置のように寒天やゼラチンが培地として使用された場合、細胞の正確な位置決めが難しい。培地は、流動性を有する状態で細胞が混入された後固められるので、培地が固まるまでの間に細胞の位置が所望位置からずれてしまうためである。また、一旦固化された培地内の細胞の周囲環境は自由に制御できない。従って、装置内に再現される環境が生体内と大きく異なってしまい、薬物に対する細胞の反応性等を正確に観察することができないという問題点があった。
【０００６】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、生体内の細胞環境を良好に再現することによって、薬物に対する細胞の反応性を正確に観察することができる細胞反応観察装置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】
【０００７】
上述の問題点を解決するために、請求項１に係る発明の細胞反応観察装置は、培養液が充填される流路である主流路と、前記主流路に連通する複数の流路である支流路と、前記支流路のうち前記主流路に連通する側と反対側の端部に設けられ、前記支流路を介して前記主流路に対して前記培養液を流出入させるポンプであって、前記培養液の流出入によって前記主流路に充填された前記培養液に旋回流を形成させ、前記主流路に注入される細胞片を前記旋回流の中心に保持させるポンプとを備えている。
【０００８】
また、請求項２に係る発明の細胞反応観察装置は、請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記支流路は、前記主流路を構成する内壁面のうち対向配置する二つの面部分に連通して配置されており、一の前記面部分に隣接配置される第一支流路及び第二支流路と、他の前記面部分に配置される第三支流路及び第四支流路であって、前記第一支流路と対向する位置に配置される第三支流路と、前記第二支流路と対向する位置に配置される第四支流路とを少なくとも備えている。
【０００９】
また、請求項３に係る発明の細胞反応観察装置は、請求項２に記載の発明の構成に加えて、前記主流路に連通し、前記主流路中の前記細胞片に薬液を注入するための流路であって、前記一の面部分のうち前記第一支流路と前記第二支流路との間に配置される第一注入路と、前記他の面部分のうち前記第三支流路と前記第四支流路との間に配置される第二注入路とを備えている。
【００１０】
また、請求項４に係る発明の細胞反応観察装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記主流路の前記培養液に前記旋回流を形成させて前記細胞片を前記旋回流の中心に保持させるために、前記細胞片の位置に応じて前記ポンプの稼働の切替制御を行う稼働手段を備えている。
【００１１】
また、請求項５に係る発明の細胞反応観察装置は、請求項４に記載の発明の構成に加えて、前記稼働手段は、はじめに前記主流路から前記第一支流路へ前記培養液を流出させ、次いで前記第三支流路から前記主流路に前記培養液を流入させ、次いで前記主流路から前記第四支流路へ前記培養液を流出させ、次いで前記第二支流路から前記主流路に前記培養液を流入させることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６に係る発明の細胞反応観察装置は、請求項４又は５に記載の発明の構成に加えて、前記細胞片を撮影する撮影手段と、前記撮影手段によって撮影された結果の撮影画像に基づいて、前記細胞片の位置を特定する位置特定手段とを備え、前記稼働手段は、前記位置特定手段において特定された前記細胞片の位置に基づいて、前記ポンプの稼働を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明の細胞反応観察装置では、主流路と、主流路に連通する複数の支流路と、支流路に設けられたポンプとを備えている。ポンプによって主流路へ培養液を流出入させ、主流路に充填された培養液に旋回流を形成させる。これによって、旋回流の中心に細胞片を保持させる。細胞片を所望の位置に保持することができるので、生体系に近い状態で細胞片を培養することができる。媒質内で細胞片を保持することが可能であるため、細胞片の周囲の環境を迅速に変更することによって細胞片の反応性を的確に観察することができる。
【００１４】
また、請求項２に係る発明の細胞反応観察装置では、請求項１に記載の発明の効果に加えて、主流路のうち、第一支流路〜第四支流路の連通部分にて囲まれた部分に旋回流を形成させることが可能となる。
【００１５】
また、請求項３に係る発明の細胞反応観察装置では、請求項２に記載の発明の効果に加えて、第一注入路及び第二注入路を介して主流路内に薬液を注入することができる。これによって、細胞片に薬液を反応させることが可能となる。
【００１６】
また、請求項４に係る発明の細胞反応観察装置では、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、細胞片の位置に基づいてポンプの稼働の切替制御を行うことによって、主流路に充填された状態の培養液に旋回流を形成させることが可能となる。
【００１７】
また、請求項５に係る発明の細胞反応観察装置では、請求項４に記載の発明の効果に加えて、はじめに主流路から第一支流路へ培養液を流出させ、次いで第三支流路から主流路に培養液を流入させ、次いで主流路から第四支流路へ培養液を流出させ、次いで第二支流路から主流路に培養液を流入させる。これによって、主流路に充填された培養液に容易に旋回流を形成させることができる。また、第一支流路〜第四支流路の連通部分にて囲まれた部分に細胞片を誘導することができる。
【００１８】
また、請求項６に係る発明の細胞反応観察装置では、請求項４又は５に記載の発明の効果に加えて、細胞片の位置に応じてポンプの稼働を制御し、主流路に充填された培養液に旋回流を形成させることができる。第一支流路〜第四支流路の連通部分にて囲まれた部分に細胞片を容易に誘導することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】細胞反応観察装置１の物理的構成の概要及び動作原理を示す模式図である。
【図２】本体部２の右側面図である。
【図３】主流路５に発生する培養液７の流れの様子を示す模式図である。
【図４】主流路５に発生する培養液７の流れの様子を示す模式図である。
【図５】主流路５に発生する培養液７の流れの様子を示す模式図である。
【図６】主流路５に発生する培養液７の流れの様子を示す模式図である。
【図７】主流路５に発生する培養液７の流れの様子を示す模式図である。
【図８】細胞反応観察装置１の電気的構成を示すブロック図である。
【図９】旋回流を形成させる場合の処理を示すフローチャートである。
【図１０】変形例において主流路５に発生する培養液７の流れの様子を示す模式図である。
【図１１】シミュレーション結果を示す模式図である。
【図１２】変形例におけるシミュレーション結果を示す模式図である。
【図１３】試作した細胞反応観察装置１を示す写真である。
【図１４】試作した細胞反応観察装置１の本体部２を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態における細胞反応観察装置１について、図面を参照して説明する。なおこれらの図面は、本発明が採用しうる技術的特徴を説明するために用いられるものであり、記載されている装置の構成、各種処理のフローチャートなどは、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。
【００２１】
はじめに、図１及び図２を参照し、細胞反応観察装置１の物理的構成の概要及び動作原理について説明する。細胞反応観察装置１は、本体部２と、本体部２に接続されるポンプ（第一ポンプ３１、第二ポンプ３２、第三ポンプ３３、第四ポンプ３４）とを備えている。また図示されていないが、本体部２を撮影可能なカメラ６６（図８参照）、及び、ポンプやカメラ６６の稼働を制御するＰＣ６０（図８参照）を備えている。本体部２は、図１における紙面手前側を上方向とした状態で台の上に載置される。
【００２２】
図１に示すように、本体部２には、細胞片６及び培養液７が充填される流路である主流路５が形成される。また、主流路５に連通する流路である支流路（第一支流路１１、第二支流路１２、第三支流路１３、第四支流路１４）が形成される。また、主流路５に連通する流路である注入路（注入路１５、注入路１６）が形成される。本体部２は、主流路５、支流路（第一支流路１１、第二支流路１２、第三支流路１３、第四支流路１４）、及び注入路（注入路１５、注入路１６）を上方から覆うカバー３（図２参照）を備えている。本体部２を構成する材料としては、プラスチック、樹脂、ガラス、ゴム等、細胞反応観察装置として使用される一般的な材料が使用可能である。なお、本体部２のカバー３として透明材料を使用することによって、装置内に充填された状態の細胞を容易に観察することができる。支流路（第一支流路１１〜第四支流路１４）とポンプ（第一ポンプ３１〜第四ポンプ３４）とは、チューブ（第一チューブ２１、第二チューブ２２、第三チューブ２３、第四チューブ２４）によって其々接続している。以下、詳細について説明する。
【００２３】
主流路５について説明する。主流路５は、本体部２に形成される中空状の流路である。主流路５には、細胞片６及び培養液７が充填される。流路の形状は特段限定されない。主流路５の径は、細胞片６が充填可能な大きさであれば特段限定されない。
【００２４】
支流路（第一支流路１１〜第四支流路１４）について説明する。支流路は、主流路５を構成する内壁面のうち対向配置する二つの面部分に連通して配置される。内壁面のうち一の面部分に第一支流路１１及び第二支流路１２が配置される。他の面部分に第三支流路１３及び第四支流路１４が配置される。第三支流路１３は、第一支流路１１と対向する位置に配置される。第四支流路１４は、第二支流路１２と対向する位置に配置される。図１に示す例では、主流路５の紙面下側の内壁面のうち右側に第一支流路１１が配置されている。紙面下側の内壁面のうち左側に第二支流路１２が配置されている。紙面上側の内壁面のうち右側に第三支流路１３が配置されている。紙面上側の内壁面のうち左側に第四支流路１４が配置されている。
【００２５】
其々の支流路のうち、主流路５に連通する側と反対側の端部には、ポンプ（第一ポンプ３１〜第四ポンプ３４）が接続される。ポンプと支流路とはチューブ（第一チューブ２１〜第四チューブ２４）によって接続される。図１に示す例では、第一支流路１１に第一ポンプ３１が接続され、第二支流路１２に第二ポンプ３２が接続され、第三支流路１３に第三ポンプ３３が接続され、第四支流路１４に第四ポンプ３４が接続されている。第一支流路１１と第一ポンプ３１とは第一チューブ２１によって接続されている。第二支流路１２と第二ポンプ３２とは第二チューブ２２によって接続されている。第三支流路１３と第三ポンプ３３とは第三チューブ２３によって接続されている。第四支流路１４と第四ポンプ３４とは第四チューブ２４によって接続されている。
【００２６】
ポンプの稼働によって、主流路５から支流路（第一支流路１１〜第四支流路１４）へ培養液７を流出させたり、支流路（第一支流路１１〜第四支流路１４）から主流路５に培養液７を流入させたりすることができる。本実施の形態では、ポンプの稼働によって主流路５に充填された状態の培養液７に旋回流を形成させる。そして、主流路５に充填された細胞片６を、形成させた旋回流の中心に保持させる。詳細は後述する。
【００２７】
注入路（注入路１５、１６）について説明する。注入路は、主流路５を構成する内壁面のうち対向配置する二つの面部分に連通して配置される。内壁面のうち第三支流路１３と第四支流路１４との間の面部分に注入路１５が配置される。内壁面のうち第一支流路１１と第二支流路１２との間の面部分であって注入路１５と対向する位置に、注入路１６が配置される。注入路１６には、主流路５内の細胞片６に所定の薬物を反応させる場合において、反応させる薬物が注入される。注入路１６から注入された薬物は、主流路５内の細胞片６と接触し、その後、注入路１５から排出される。これによって、細胞片６に対する薬物の反応性試験を容易に行うことができる。
【００２８】
主流路５中の培養液７に旋回流を形成させる場合の、培養液７の流れの様子について、図３〜７を参照して説明する。なお、図３に示す主流路５の紙面上下中央部分を左右方向に延びる線分５５を定義する。また、第一支流路１１と第二支流路１２との間の中点と、第三支流路１３と第四支流路１４との間の中点とを通り、紙面上下方向に延びる線分５６を定義する。そして、線分５５及び線分５６にて分割された主流路５の其々の領域のうち、右上部分を第一象限５１、右下部分を第二象限５２、左下部分を第三象限５３、左上部分を第四象限５４と定義する。第一象限５１は、主流路５における第三支流路１３の連通部分付近に相当する。以下同様に、第二象限５２は第一支流路１１の連通部分付近、第三象限５３は第二支流路１２の連通部分付近、第四象限５４は第四支流路１４の連通部分付近に其々相当する。なお主流路５に連通する流路のうち注入路（注入路１５、１６）は、以下においては省略されている。
【００２９】
はじめに、図３に示すように、第一ポンプ３１（図１参照）を稼働させ、培養液７を吸入させる。これによって主流路５中の培養液７が、主流路５から第一支流路１１へ流出する（図３中矢印２５）。主流路５からの培養液７の流出に伴い、第一象限５１及び第二象限５２には、第一支流路１１へと向かう方向の流れ（図３中線３５）が発生する。
【００３０】
この状態で、主流路５のうち第四象限５４に細胞片６が注入された場合を想定する。この場合、培養液７に発生した流れによって、第四象限５４に位置する細胞片６に、第一象限５１に向かう力（図３中右方向）が加わる。これによって第四象限５４に位置する細胞片６は、第一象限５１へと誘導される。また、第一象限５１に移動した細胞片６には、培養液７に発生した流れによって、第二象限５２に向かう力（図３中右斜め下方向）が加わる。これによって第一象限５１に位置する細胞片６は、第二象限５２へと誘導される。
【００３１】
次いで、第一ポンプ３１の稼働を停止させる。次いで、図４に示すように、第三ポンプ３３（図１参照）を稼働させ、培養液７を排出させる。これによって培養液７が、第三支流路１３から主流路５に流入する（図４中矢印２６）。主流路５への培養液７の流入に伴い、第二象限５２及び第三象限５３には、第二象限５２から第三象限５３へと向かう方向の流れ（図４中線３６）が発生する。
【００３２】
この場合、第二象限５２に位置する細胞片６に、第三象限５３に向かう力（図４中左斜め下方向）が加わる。これによって第二象限５２に位置する細胞片６は、第三象限５３へと誘導される。
【００３３】
次いで、第三ポンプ３３の稼働を停止させる。次いで、図５に示すように、第四ポンプ３４（図１参照）を稼働させ、培養液７を吸入させる。これによって主流路５中の培養液７が、主流路５から第四支流路１４へ流出する（図５中矢印２７）。主流路５からの培養液７の流出に伴い、第三象限５３及び第四象限５４には、第四支流路１４へと向かう方向の流れ（図５中線３７）が発生する。
【００３４】
この場合、第三象限５３に位置する細胞片６に、第四象限５４に向かう力（図５中左斜め上方向）が加わる。これによって第三象限５３に位置する細胞片６は、第四象限５４へと誘導される。
【００３５】
次いで、第四ポンプ３４の稼働を停止させる。次いで、図６に示すように、第二ポンプ３２（図１参照）を稼働させ、培養液７を排出させる。これによって培養液７が、第二支流路１２から主流路５に流入する（図６中矢印２８）。主流路５への培養液７の流入に伴い、第四象限５４及び第一象限５１には、第四象限５４から第一象限５１へと向かう方向の流れ（図６中線３８）が発生する。
【００３６】
この場合、第四象限５４に位置する細胞片６に、第一象限５１へと向かう力（図６中右斜め上方向）が加わる。これによって第四象限５４に配置する細胞片６は、第一象限５１へと誘導される。
【００３７】
次いで、第二ポンプ３２の稼働を停止させる。次いで、図３に示すように、第一ポンプ３１（図１参照）を稼働させ、培養液７を吸入させる。そして上述の処理が繰り返し実行される。これによって、図７に示すように、主流路５中の培養液７に旋回流が形成される（図７中線３９）。細胞片６は、旋回流の中心（第一象限５１〜第四象限５４の原点部分）に保持される。
【００３８】
図８を参照し、細胞反応観察装置１の電気的構成について説明する。図８に示すように、細胞反応観察装置１は、ポンプやカメラ６６の稼働制御を実行するＰＣ６０を備えている。ＰＣ６０は、制御全般を司るＣＰＵ６１、ＢＩＯＳ等が記憶されるＲＯＭ６２、各種データが一時的に記憶されるＲＡＭ６３、各種プログラムが記憶されるハードディスクドライブ６４（以下「ＨＤＤ６４」という。）を備えている。ＣＰＵ６１とＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３、ＨＤＤ６４とは電気的に接続している。ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３、ＨＤＤ６４の記憶領域にアクセスすることが可能となっている。
【００３９】
細胞反応観察装置１は、ＣＤ−ＲＯＭドライブ６５を備えている。ＣＤ−ＲＯＭドライブ６５に挿入されるＣＤ−ＲＯＭ６５１には、ＣＰＵ６１が実行するプログラム等が記憶されている。細胞反応観察装置１の導入時には、これら各種プログラムが、ＣＤ−ＲＯＭ６５１からＨＤＤ６４にセットアップされ記憶される。
【００４０】
細胞反応観察装置１は、カメラ６６を備えている。ＣＰＵ６１とカメラ６６とは電気的に接続している。ＣＰＵ６１は、カメラ６６によって撮影された画像を認識することが可能となっている。本実施の形態では、カメラ６６は本体部２（図１参照）に向けられ配置される。カメラ６６は、主流路５や支流路、及び、主流路５に充填された細胞片６（図１参照）を撮影する。
【００４１】
細胞反応観察装置１は、既述の第一ポンプ３１、第二ポンプ３２、第三ポンプ３３、第四ポンプ３４と、第一ポンプ３１〜第四ポンプ３４を稼働可能なポンプドライバ６７とを備えている。ＣＰＵ６１が第一ポンプ３１〜第四ポンプ３４を稼働制御することが可能なように、ＣＰＵ６１とポンプドライバ６７とは電気的に接続している。ポンプドライバ６７と第一ポンプ３１〜第四ポンプ３４とは、其々電気的に接続している。
【００４２】
図９のフローチャートを参照し、細胞反応観察装置１が備えるＰＣ６０のＣＰＵ６１において実行される処理について説明する。本処理は、主流路５に細胞片６（図１参照）が充填された後、ＰＣ６０のキーボードやマウス（図示外）が操作され、細胞反応観察装置１を稼働開始させる指示がユーザによって入力された場合に、ＣＰＵ６１によって起動され実行される。
【００４３】
はじめに、カメラ６６（図８参照）による撮影が開始される（Ｓ１０）。次いで、第一ポンプ３１（図１参照）が制御される。そして、主流路５の培養液７が第一支流路１１に流出する（Ｓ１１）。第一ポンプ３１の稼働によって、培養液７中の細胞片６は第一象限５１（図３参照）に誘導される。さらに細胞片６は、第二象限５２に誘導される（図３参照）。
【００４４】
第一ポンプ３１を稼働させた状態で、カメラ６６によって撮影された画像が取得される。取得された画像が解析され、細胞片６に相当する画像部分の位置が特定される。特定された細胞片６の位置が、第二象限５２（図３参照）に含まれているかが判断される（Ｓ１３）。第二象限５２に含まれていない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、Ｓ１３に戻り、継続して細胞片６の位置の特定が実行される。
【００４５】
なお上述にて細胞片６の位置を特定する場合、画像解析によって特定された細胞片６の画像部分のうち一部分でも第二象限５２に含まれた状態となった場合には、細胞片６の位置が第二象限５２に含まれているものと判断している。以下においても同様の判断を行っている。
【００４６】
特定された細胞片６の位置が、第二象限５２に含まれている場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、第一ポンプ３１の稼働を停止させる（Ｓ１５）。次いで、第三ポンプ３３（図１参照）が制御される。そして、第三支流路１３から主流路５に培養液７が流入する（Ｓ１７）。第三ポンプ３３の稼働によって、培養液７中の細胞片６は第三象限５３に誘導される（図４参照）。
【００４７】
第三ポンプ３３を稼働させた状態で、カメラ６６によって撮影された画像が取得される。取得された画像が解析され、細胞片６に相当する画像部分の位置が特定される。特定された細胞片６の画像の位置が、第三象限５３（図３参照）に含まれているかが判断される（Ｓ１９）。第三象限５３に含まれていない場合（Ｓ１９：ＮＯ）、Ｓ１９に戻り、継続して細胞片６の位置の特定が実行される。
【００４８】
特定された細胞片６の位置が、第三象限５３に含まれている場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、第三ポンプ３３の稼働を停止させる（Ｓ２１）。次いで、第四ポンプ３４（図１参照）が制御される。そして、主流路５の培養液７が第四支流路１４に流出する（Ｓ２３）。第三ポンプ３３の稼働によって、培養液７中の細胞片６が第四象限５４（図３参照）に誘導される（図５参照）。
【００４９】
第四ポンプ３４を稼働させた状態で、カメラ６６によって撮影された画像が取得される。取得された画像が解析され、細胞片６に相当する画像部分の位置が特定される。特定された細胞片６の画像の位置が、第四象限５４（図３参照）に含まれているかが判断される（Ｓ２５）。第四象限５４に含まれていない場合（Ｓ２５：ＮＯ）、Ｓ２５に戻り、継続して細胞片６の位置の特定が実行される。
【００５０】
特定された細胞片６の位置が、第四象限５４に含まれている場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、第四ポンプ３４の稼働を停止させる（Ｓ２７）。次いで、第二ポンプ３２（図１参照）が制御される。そして、第二支流路１２から主流路５に培養液７が流入する（Ｓ２９）。第二ポンプ３２の稼働によって、培養液７中の細胞片６は第一象限５１に誘導される（図６参照）。
【００５１】
第二ポンプ３２を稼働させた状態で、カメラ６６によって撮影された画像が取得される。取得された画像が解析され、細胞片６に相当する画像部分の位置が特定される。特定された細胞片６の画像の位置が、第一象限５１（図３参照）に含まれているかが判断される（Ｓ３１）。第一象限５１に含まれていない場合（Ｓ３１：ＮＯ）、Ｓ３１に戻り、継続して細胞片６の位置の特定が実行される。
【００５２】
特定された細胞片６の位置が、第一象限５１に含まれている場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、第二ポンプ３２の稼働を停止させる（Ｓ３３）。そしてＳ１１に戻り、上述の処理が繰り返し実行される。
【００５３】
以上説明したように、ポンプによって主流路５へ培養液７を流出入させ、主流路５に充填された培養液７に旋回流を形成させる。これによって、旋回流の中心に細胞片６を保持させることができる。細胞片６を所望の位置に保持することができるので、生体系に近い状態で細胞片６を培養することができる。安定な流れを形成させることができるので、再現性の高い試験を行うことができる。媒質内で細胞片６を保持することが可能であるため、細胞片６の周囲の環境を迅速に変更することによって細胞片６の反応性を的確に観察することができる。細胞を所望の位置に保持させ、細胞を独立させて反応性を観測することができる。
【００５４】
また、第一ポンプ３１稼動（主流路５から第一支流路１１へ培養液７が流出）→（第一ポンプ３１停止）→第三ポンプ３３稼働（第三支流路１３から主流路５へ培養液７が流入）→（第三ポンプ３３停止）→第四ポンプ３４稼働（主流路５から第四支流路１４へ培養液７が流出）→（第四ポンプ３４停止）→第二ポンプ３２稼働（第二支流路１２から主流路５へ培養液７が流入）を繰り返すことによって、主流路５に充填された培養液７に容易に旋回流を形成させることができる。また、第一支流路１１〜第四支流路１４の連通部分にて囲まれた部分に細胞片６を誘導することができる。
【００５５】
なお、上述のポンプ制御は、カメラ６６の撮影画像に基づき特定される細胞片６の位置に基づいて実行される。これによって、細胞片６の大きさや培養液７の粘度等に依存せず、主流路５のうち所望の位置に細胞片６を確実に保持させることができる。
【００５６】
なお、図１の注入路１６が本発明の「第一注入路」に相当し、注入路１５が本発明の「第二注入路」に相当する。図９のＳ１１、Ｓ１５、Ｓ１７、Ｓ２１、Ｓ２３、Ｓ２７、Ｓ２９、Ｓ３３の処理を行うＣＰＵ６１が本発明の「稼働手段」に相当する。図８のカメラ６６が本発明の「撮影手段」に相当する。図９のＳ１３、Ｓ１９、Ｓ２５、Ｓ３１の処理を行うＣＰＵ６１が本発明の「位置特定手段」に相当する。
【００５７】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。上述の実施の形態では、図１における紙面手前側を細胞反応観察装置１の本体部２の上側と定義し、この方向で台上に載置されることを想定していた。しかしながら本発明はこの配置に限定されない。例えば、図１における紙面上側を細胞反応観察装置１の本体部２の上側と定義し、この方向で台上に載置してもよい。
【００５８】
上述の実施の形態では、細胞反応観察装置１は、主流路５に第一支流路１１〜第四支流路１４が其々連通した構成を有していた。しかしながら本発明はこの構成に限定されない。従って例えば、第一支流路１１〜第四支流路１４の組が主流路５に連続して繰り返し配置される構成であってもよい。このような構成とすることによって、異なる場所に複数の細胞片を配置させることができるので、異なる場所に配置させた複数の細胞片同士の反応性試験を行うことが可能となる。
【００５９】
上述の実施の形態では、細胞片６の位置を特定する場合、画像解析によって特定された細胞片６の画像部分のうち一部分でも特定の象限に含まれた状態となった場合には、細胞片６の位置が特定の象限に含まれているものと判断していた。しかしながら本発明はこの方法に限定されない。従って例えば、特定された細胞片６の画像部分の全てが特定の象限に収まることとなった場合に、特定の象限に含まれていると判断してもかまわない。
【００６０】
上述の実施の形態において、一旦旋回流が形成され、細胞片６を第一象限５１〜第四象限５４の原点部分に保持させた後は、第一ポンプ３１〜第四ポンプ３４の稼働を停止させてもよい。なおその後、原点部分に保持させた細胞片６が移動し、第一象限５１〜第四象限５４のいずれかに含まれた状態となった場合に、第一ポンプ３１〜第四ポンプ３４のうちいずれかを稼働させてもよい。具体的には、第一象限５１に含まれた状態となった場合には、第一ポンプ３１を稼働（吸入）させ、第二象限５２に含まれた状態となった場合には、第三ポンプ３３を稼働（排出）させ、第三象限５３に含まれた状態となった場合には、第四ポンプ３４を稼働（吸入）させ、第四象限５４に含まれた状態となった場合には、第二ポンプ３２を稼働（排出）させてもよい。
【００６１】
上述の実施の形態では、主流路５について第一象限５１〜第四象限５４を定義し、これらの領域に細胞片６が含まれているかを判断することによってポンプを稼働制御し、細胞片６を第一象限５１〜第四象限５４の原点部分に保持させていた。しかしながら本発明はこの方法に限定されない。例えば、異なる領域を定義し、この領域に細胞片６が含まれているかを判断することによってポンプを稼働制御する。これによって、細胞片６を所定の領域内に保持させることができる。以下、本発明の変形例について説明する。
【００６２】
図１０を参照し、本発明の変形例について説明する。変形例では、図１０に示すように、主流路５のうち第一象限５１〜第四象限５４（図３参照）における原点を重心とする正方形８１を定義する。正方形８１の右上の角から紙面右方向に延びる線分８２を定義する。以下同様に、右下の角から紙面下方向に延びる線分８３、左下の角から紙面左方向に延びる線分８４、左上の角から紙面上方向に延びる線分８５をそれぞれ定義する。そして、主流路５のうち正方形８１内の領域を第Ａ領域８６、線分８２と線分８５とで区切られた領域を第Ｂ象限８７、線分８２と線分８３とで区切られた領域を第Ｃ象限８８、線分８３と線分８４とで区切られた領域を第Ｄ象限８９、線分８４と線分８５とで区切られた領域をＥ象限９０と定義する。変形例では、主流路５内に充填された細胞片６を第Ａ領域８６内に誘導し保持する。
【００６３】
細胞片６を第Ａ領域８６に保持させる場合のポンプの稼働制御方法について概説する。はじめに、カメラ６６による主流路５の撮影が開始される。第一ポンプ３１（図１参照）を稼働させ、主流路５から第一支流路１１に培養液７を流出させる。これによって、第Ｂ象限８７から第Ｃ象限８８に向かう方向の流れ（線９１）が発生する。この状態で、主流路５に細胞片６が注入されると、細胞片６は第Ｂ象限８７を経由して第Ｃ象限８８に誘導される。
【００６４】
カメラ６６による撮影の結果から、細胞片６の位置が判断される。細胞片６が第Ｃ象限８８に含まれると判断された場合、第三ポンプ３３（図１参照）のみを稼働させ、第三支流路１３から主流路５に培養液７を流入させる。他のポンプの稼働を停止させる。これによって、第Ｃ象限８８から第Ｄ象限８９に向かう方向の流れ（線９２）が発生する。この状態で細胞片６は、第Ｃ象限８８から第Ｄ象限８９に誘導される。
【００６５】
一方、細胞片６が第Ｄ象限８９に含まれると判断された場合、第四ポンプ３４（図１参照）のみを稼働させ、主流路５から第四支流路１４に培養液７を流出させる。他のポンプの稼働を停止させる。これによって、第Ｄ象限８９から第Ｅ象限９０に向かう方向の流れ（線９３）が発生する。この状態で細胞片６は、第Ｄ象限８９から第Ｅ象限９０に誘導される。
【００６６】
一方、細胞片６が第Ｅ象限９０に含まれると判断された場合、第二ポンプ３２（図１参照）のみを稼働させ、第二支流路１２から主流路５に培養液７を流入させる。他のポンプの稼働を停止させる。これによって、第Ｅ象限９０から第Ｂ象限８７に向かう方向の流れ（線９４）が発生する。この状態で細胞片６は、第Ｅ象限９０から第Ｂ象限８７に誘導される。
【００６７】
一方、細胞片６が第Ａ領域８６に含まれると判断された場合、すべてのポンプの稼働を停止させる。これによって、細胞片６は第Ａ領域８６に保持される。細胞片６が移動して第Ａ領域８６から外れ、第Ｂ象限８７〜第Ｅ象限９０のいずれかに含まれることとなった場合、細胞片６が含まれる領域に応じて上述の処理が実行される。
【００６８】
以上の処理が実行されることによって、主流路５に注入された細胞片６は次第に第Ａ領域８６へと誘導され保持される。このように変形例では、細胞片６を所定の領域内（第Ａ領域８６）に保持することができる。
【実施例１】
【００６９】
本発明の第一の実施例について、図面を参照して説明する。第一の実施例では、上述の実施の形態（特に図９等）にて示した方法に基づき主流路５に対して培養液７を流出入させた場合に培養液７に形成される流れの様子を、シミュレータによってシミュレーションした。そして、主流路５内に旋回流が形成されることを確認した。以下、（１）シミュレーション方式及び原理、（２）シミュレーション環境、（３）シミュレーション結果について説明する。
（１）方式及び原理
【００７０】
培養液７の流れを支配する方程式として、非圧縮粘性流れの運動方程式（Ｎａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ方程式）を採用した。Ｎａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ方程式を数１に示す。数１のうちｕは、主流路５から流出入させる培養液７の流速を示す。ρは培養液７の流体密度を示す。ｖは培養液７の動粘性係数を示す。ｂは外力を示す。各パラメータを代入し、数１を数値積分することによって、細胞反応観察装置１の動作確認のためのシミュレーションを行うことができる。
【数１】
2010279321.tif 000003
【００７１】
また、流体における流れの性質を示すレイノルズ数Ｒｅの算出式を数２に示す。数２のうちＬは主流路５の代表的な径を示す。Ｕは培養液７の代表的な流速を示す。今回のシミュレーションでは、良好に旋回流を形成させる場合のレイノルズ数について考察した。詳細は後述する。
【数２】
2010279321.tif 000004
（２）シミュレーション環境
【００７２】
シミュレータとして、自作した流体シミュレータを使用した。主流路５の径を１００μｍ、支流路（第一支流路１１〜第四支流路１４）の径を５０μｍに設定した。また、隣接する支流路間（第一支流路１１と第二支流路１２との間、及び、第三支流路１３と第四支流路１４との間）の距離を１００μｍに設定した。第一ポンプ３１〜第四ポンプ３４を、図９に示すフローチャートに基づいて制御するように設定した。
【００７３】
培養液７の物理的特性は、イントロジェン（株）製「Ｌｅｉｂｏｖｉｔｚ´Ｓ  １−１５  Ｍｅｄｉｕｍ」の物理特性を参照した。動粘度係数を１５．４×１０−６ｍ２／ｓに設定した。細胞片６としては、肝細胞を想定し、大きさ２０μｍに設定した。
【００７４】
主流路５の径、及び培養液７の動粘度係数を鑑み、本シミュレーションにおいては、レイノルズ数Ｒｅの基となるパラメータのうち、Ｕを１ｍｍ／ｓ、Ｌを１００μｍ、ｖを１０−６ｍ２／ｓに設定した。結果、レイノルズ数Ｒｅを０．１に設定した。
（３）シミュレーション結果
【００７５】
シミュレーション結果について、図１１に示す。図１１のうち線４７は、ポンプ（第一ポンプ３１〜第四ポンプ３４）の稼働制御によって主流路５内に形成された旋回流を示している。本結果は、主流路５内に培養液７の旋回流が良好に形成されることを示している。また図１１のうち線４８は、主流路５内に充填させた細胞片６の移動経路を示している。本結果は、主流路５内に充填された細胞片６が旋回中心に誘導され、良好に保持されることを示している。
【００７６】
なお、上述のパラメータのうち、レイノルズ数を０．１より大きく設定した場合、培養液７の流れに乱流が発生し、細胞片６が旋回流の中央部分に誘導されない現象が観察された。この結果から、レイノルズ数を少なくとも０．１以下とすることによって、良好に細胞片６（図３等参照）を主流路５内の旋回中心に誘導させることが可能であることが明らかになった。すなわち、レイノルズ数を小さくし、マクロスケールの現象とすることで、生成される流速パターンは層流になるため、良好に細胞片６を主流路５内の旋回中心に誘導させることができる。
【実施例２】
【００７７】
本発明の第二の実施例について、図面を参照して説明する。第二の実施例では、上述の変形例にて示した方法に基づき主流路５に対して培養液７を流出入させた場合の、主流路５に注入された細胞片６の動きの様子を、シミュレータによってシミュレーションした。シミュレーション方法及び原理、シミュレーション環境については、上述の第一の実施例と同一であるので、説明を省略する。
【００７８】
シミュレーション結果について、図１２に示す。図１２のうち線９５は、ポンプ（第一ポンプ３１〜第四ポンプ３４、図１参照）の稼働制御によって主流路５内に形成された旋回流を示している。本結果は、主流路５内に培養液７の旋回流が良好に形成されることを示している。また図１２のうち線９６は、主流路５内に充填させた細胞片６（図３等参照）の移動経路を示している。本結果は、主流路５内に充填された細胞片６が旋回中心の第Ａ領域８６に良好に誘導されることを示している。
【実施例３】
【００７９】
本発明の第三の実施例について、図面を参照して説明する。第三の実施例では、実際に細胞反応観察装置１を作成した。作成した細胞反応観察装置１を図１３に示す。図１３のうち、カメラ６６として、Ｃａｒｔｏｎ社製「ＤＳＺＴ−７０ＩＦＬ」を使用した。また、Ｍａｘｏｎ製モータ「グラファイトブラシ２０ｗ」、ＴＨＫ製スライダ「ＬＭガイドアクチュエータＫＲ２０」、ハミルトン製マイクロシリンジ「１７０１ＬＴ」を組み合わせてポンプを作成し、第一ポンプ３１〜第四ポンプ３４とした。
【００８０】
作成した細胞反応観察装置１のうち本体部２の模式図について図１４に示す。図１４のうち主流路５の径を１００μｍとした。第一支流路１１〜第四支流路１４の径を５０μｍとした。第一支流路１１〜第二支流路１２間距離、及び、第三支流路１３〜第四支流路１４間距離を１００μｍとした。チューブ（第一チューブ２１〜第四チューブ２４）の径を１．５ｍｍとし、チューブが支流路に接続可能なように、支流路（第一支流路１１〜第四支流路１４）の其々の端部を円形状とした（図１４中７１〜７４）。円形状部分の径は、チューブの径と同じ１．５ｍｍとした。また、チューブの主流路５に対して細胞片６を充填させ易いように、主流路５の両端部を円形状とした。円形状部分の径は１．５ｍｍとした。
【００８１】
上述のようにして作成した細胞反応観察装置１を用い、ポンプの稼働制御を行うことによって、培養液７に旋回流を形成させることが可能であることが確認された。また、旋回流の中心に細胞片６を保持させることが可能であることが確認された。
【符号の説明】
【００８２】
１      細胞反応観察装置
５      主流路
６      細胞片
７      培養液
１１    第一支流路
１２    第二支流路
１３    第三支流路
１４    第四支流路
１５、１６  注入路
３１    第一ポンプ
３２    第二ポンプ
３３    第三ポンプ
３４    第四ポンプ
【図１】
2010279321.tif 000005
【図２】
2010279321.tif 000006
【図３】
2010279321.tif 000007
【図４】
2010279321.tif 000008
【図５】
2010279321.tif 000009
【図６】
2010279321.tif 000010
【図７】
2010279321.tif 000011
【図８】
2010279321.tif 000012
【図９】
2010279321.tif 000013
【図１０】
2010279321.tif 000014
【図１１】
2010279321.tif 000015
【図１２】
2010279321.tif 000016
【図１４】
2010279321.tif 000017
【図１３】
2010279321.tif 000018