(57)【要約】 【課題】レーザー光を用いることで細胞の挙動制御を可能とする。【解決の手段】液中に対して、レーザー照射しつつ、前記液中の複数の浮遊物を一度に移動させて集める第１工程と、集まった前記浮遊物を除去する第2工程とを含むこと特徴とするレーザー光を用いた浮遊物回収方法・装置と低重力下において培養された細胞に、レーザー光を照射して、前記細胞を目的の座標に規則正しく配置する器官および臓器創生方法であって、細胞接着分子と、誘電泳動によるパールチェーン現象を用いて、複雑な器官や組織を創り出すことを特徴とする器官および臓器創生装置を特徴とする。 【選択図】図1
2014150737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液中に対して、レーザー照射しつつ、
前記液中の複数の浮遊物を一度に移動させて集める第１工程と、
集まった前記浮遊物を除去する第2工程とを含むこと特徴とする
レーザー光を用いた浮遊物回収方法。                             
【請求項２】
請求項１の浮遊物回収方法において、
前記浮遊物は浮遊細胞もしくは死亡細胞を含むことを特徴とする
請求項1記載の浮遊物回収方法。
【請求項３】
液中に対して、レーザー照射しつつ、
前記液中の複数の浮遊物を一度に移動させて、
集まった前記浮遊物を除去すること特徴とする
レーザー光を用いた浮遊物回収装置。
【請求項４】
低重力下において培養された細胞に、レーザー光を照射して、
前記細胞を目的の座標に規則正しく配置する器官および臓器創生装置であって、
細胞接着分子と、誘電泳動によるパールチェーン現象を用いて、
複雑な器官や組織を創り出すことを特徴とする
器官および臓器創生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光を照射し浮遊物の挙動を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞の挙動を制御する方法として顕微鏡下でレーザーを用いて特定の細胞を捕獲するレーザートラップ（光ピンセット）技術が存在する。(特許文献1)
【０００３】
近年、インクジェットプリンター技術を応用し、インク部分に特定の細胞を入れて3次元の組織を作り出す技術が研究されている。（特許文献2）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表2005-502482(P2005-502482A)号公報
【特許文献２】特開2008-17798号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献1によれば、レーザー光を用いて細胞、DNA、タンパク質などの浮遊物を単体で制動や精製ができることを開示している。
【０００６】
特許文献2によれば、インクジェット吐出装置のような吐出装置を用いて、複数種の細胞や生体接着剤を用いて、三次元の組織を作成することを開示している。
【０００７】
しかしながら、特許文献1によれば、1本のレーザーで１つの細胞をトラップしなければいけないので大量の細胞の制御をおこなうことができない虞がある。
【０００８】
加えて、特許文献2によれば、大気中で平面の積層構造の小さな組織しかできないので、複雑な大型の臓器の形成が難しくなる虞がある。
【０００９】
そこで上述の課題に鑑み、本発明の目的は、レーザー光を用いて、液中の浮遊物の挙動を制御し、一度に大量の浮遊物を動かす方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項1の発明は、液中に対して、レーザー照射しつつ、前記液中の複数の浮遊物を一度に移動させて集める第１工程と、集まった前記浮遊物を除去する第2工程とを含むこと特徴とする。
【００１１】
請求項2の発明は、請求項１記載のレーザー光を用いた浮遊物回収方法において、前記浮遊物は浮遊細胞もしくは死亡細胞であることを特徴とする。
【００１２】
請求項3の発明は、液中に対して、レーザー照射しつつ、前記液中の複数の浮遊物を一度に移動させて集めて、集まった前記浮遊物を除去すること特徴とする。
【００１３】
請求項4の発明は、低重力下において培養された細胞に、レーザー光を照射して、前記細胞を目的の座標に規則正しく配置する器官および臓器創生装置であって、細胞接着分子と、誘電泳動によるパールチェーン現象を用いて、複雑な器官や組織を創り出すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項1の発明によれば、液中に対して、レーザー照射しつつ、液中の複数の浮遊物を一度に移動させて集める第１工程と、集まった浮遊物を除去する第2工程とを含む構成であるから、化学反応の結果生成された液中にある浮遊物などを一度に大量に取り除く方法を提供できる。
【００１５】
請求項2の発明によれば、前記浮遊物は浮遊細胞もしくは死細胞を含む構成であるから、すべての培地を交換せず、部分的な培地回収のみで、大量の死細胞などを除去できる方法を提供できる。
【００１６】
請求項3の発明によれば、液中に対して、レーザー照射しつつ、液中の複数の浮遊物を一度に移動させて、集まった浮遊物を除去する構成であるから、化学反応の結果生成された液中にある浮遊物などを一度に大量に取り除く装置を提供できる。
【００１７】
請求項4の発明によれば、低重力下において培養された細胞に、レーザー光を照射して、細胞を目的の座標に規則正しく配置する器官および臓器創生装置であって、細胞接着分子と、誘電泳動によるパールチェーン現象を用いて、複雑な器官や組織を創り出す構成であるから、液中もしくは大気中で数種類の細胞を、レーザー光で目標の座標へ移動させ、生体接着剤やカドヘリンなどの生体への影響が少ない因子・発現させたタンパク質で細胞と細胞を付着させ、組織全体の構造を維持できるように高周波電界を細胞表面に通電させ、誘電体である細胞が連結することで複雑な器官や臓器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施形態について図を用いて説明する。本実施形態のレーザー光による死細胞分別システム20について図1および図2を用いて説明する。本実施形態のレーザー光による死細胞分別システム20は、培養装置1、特殊シャーレ2、レーザー射出装置3、死細胞吸入装置4を備える。
【００１９】
培養装置1は市販されているCO2インキュベーターである。また、特殊シャーレ2はディシュタイプ又はボトルタイプであり、レーザー5を透過しやすい素材ででき、さらに、死細胞吸入装置4のノズル6がささるような構造である。レーザー射出装置3から照射されるレーザー5は、上部からのライン状レーザーやスキャンタイプのレーザーで、特殊シャーレ2の培地上層部にライン状の焦点をあてながら、図1から図2のように水平に動き、死細胞7を死細胞吸入装置4のノズル6で吸入する部分まで集める。例えば、レーザーエネルギーは細胞に光毒性を与えない条件で設定するとよい。死細胞吸入装置4は細いノズル6及び吸引機構（ポンプ）を備え、吸入量は適宜設定でき、タイマーで作業時間を設定し、センサーで細胞除去を確認できるシステムを備えるとよい。また、吸入した死細胞はタンク8にストックされる。
【００２０】
上述の説明では、レーザー光は液面の上方から照射したが、図3, 4, 5, 6に示すようにレーザー光は液面に沿った方向から照射してもよい。尚、レーザーの高さは任意に調節できるものとする。
【００２１】
次に本発明の器官および臓器創生装置30について図7および図8を用いて説明する。本実施形態の器官および臓器創生装置30は、組織培養タンク9、細胞ストック部10、細胞射出部11、ガイドレーザー12、捕捉レーザー13、印加システム14、細胞設置電極部15, 対向電極16を備える。
【００２２】
組織培養タンク9は、例えば、密閉状のガラス容器で形成され内部は液体培地が充填されている。
【００２３】
細胞ストック部10は複数のカートリッジ19に臓器形成に使用する接着分子を発現した細胞、もしくは、接着分子がコーティングされた細胞17が入れられている。例えば、Ca2+イオン依存性の接着分子は、EDTAなどのキレート剤で不活性化されて、カートリッジ19内では反応しないようにしている。
【００２４】
細胞射出部11はノズル式で細胞ストック部10から目的の細胞17を選択して、組織培養タンク9内に細胞17を放出する。射出部11にはガイドレーザー照射装置21が組み込まれ、射出された細胞が付着する予定の細胞までの道筋を案内するガイドレーザー12を照射する。そのために射出部11は可動式になっており、ガイドレーザー12の照射方向も制御可能になっている。さらに捕捉レーザー照射装置18から捕捉レーザー13が射出された細胞17を捉え図７から図8のように目的の座標あるいは細胞までガイドレーザー12に沿って誘導する。なお、補足レーザー照射装置18は補足レーザー13の方向を制御可能に構成される。
【００２５】
細胞設置電極部15は細胞の貼りつく側はテーブル状になっており、テーブル状の細胞設置電極部15に臓器形成のベースとなる細胞17を貼りつける構造になっている。もうひとつの対向電極部16は臓器形成進行方向に配置されている。細胞設置電極部15と対向電極部16には、細胞に影響の少ない数KHz以上の高周波低電界を印加システム14より印加する。
【００２６】
本器官および臓器装置30の概略メカニズムについて以下に説明する。ガイドレーザー12と補足レーザー13によって、所望の位置に細胞17が配置されると、隣接する細胞間に働くファンデルワールス力により、細胞同士の接触状体が維持される。次に前述した接着分子同士が結合することで細胞同士が結合する。その際、接着分子同士が結合するまでに、時間を要するため、剥がれる可能性がある。そのため、誘電泳動により、パールチェーンを形成し、細胞同士が離れる事を防止する。
【００２７】
本発明によるパールチェーン効果とは電極間に挟まれた細胞が分極を引き起こし、分極を引き起こした細胞同士の対極側同士が結合し、チェーンのように数珠つなぎになる現象をいう。本発明では、この効果を用いることで、最初に物理的作用で繋ぎとめておき、その後、生物学的化学作用で強固に繋げる2段階の結合反応を組み合わせている。
【００２８】
例えば、無重量条件下などでは、ファンデルワールス力が重力の影響を受けずに強く働くので、誘電泳動を行う必要がないかもしれない。そのため、無重量条件下ではタンク9を電界質の液体で満たす必要がないかもしれない。
【００２９】
実際には、射出部やガイドレーザーは数千本単位で配置され高速に臓器が形成させる。また誘電体の生体適合素材や生体吸収性材料を足場骨格に用いることでより複雑な臓器が形成させる。加えて、生体適合素材自体を光らせ、細胞を吸着させることができれば、重力下でもある程度複雑な臓器が形成できる。
【００３０】
将来的には、臓器だけでなく、成体の個体を作成し、脳だけを入れ替える移植や脳の情報だけを入れ替えることにより、個人の寿命が飛躍的に延びることが期待できる。
【００３１】
（実施例）: アポトーシス細胞移動検証実験
材料および方法
ヒト子宮頸ガン由来のHeLa S3細胞をATCC ( Manassas,
VA )から入手し、特殊シャーレ2で培養を行い、細胞を増殖させた後、UV光（<280nm）を5分照射し、細胞死を誘導した。その後、顕微鏡下で細胞の挙動を観察した。培地中に546nm±6nmのレーザー5を照射すると照射焦点部分に死亡細胞（PI染色）が集積することが確認された(図9)。また、同様に培地の代わりリン酸バッファーで実験を行ったが、培地ほどの集積効果は見られなかった。その結果、細胞の使っている液体により集積効果が異なることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明を使用して、iPS細胞由来の細胞群の大量培養の自動化が可能になる。また、それらの細胞を
用いて高度な臓器形成を行い、ドナーが不要かつ自身の細胞を用いた安全な臓器を体外で作成し、提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明実施形態における死細胞分別システム20の概略図（レーザー始点）である。
【図２】本発明実施形態における死細胞分別システム20の概略図（レーザー終点）である。
【図３】本発明実施形態における死細胞分別システム20の水平レーザータイプの上から見た概略図（レーザー始点）である。
【図４】本発明実施形態における死細胞分別システム20の水平レーザータイプの上から見た概略図（レーザー終点）である
【図５】本発明実施形態における死細胞分別システム20の水平レーザータイプの概略図（レーザー始点）である
【図６】本発明実施形態における死細胞分別システム20の水平レーザータイプの概略図（レーザー終点）である
【図７】本実施形態の器官および臓器創生装置30の概略図(捕捉レーザー誘導前)である。
【図８】本実施形態の器官および臓器創生装置30の概略図(捕捉レーザー誘導後)である。
【図９】実施例のレーザー5照射部の拡大写真である。
【符号の説明】
【００３４】
1・・・培養装置
2・・・特殊シャーレ
3・・・レーザー射出装置
4・・・死細胞吸入装置
5・・・レーザー
6・・・ノズル
7・・・死細胞
8・・・タンク
9・・・組織培養タンク
10・・・細胞ストック部
11・・・細胞射出部
12・・・ガイドレーザー
13・・・捕捉レーザー
14・・・印加システム
15・・・細胞設置電極部
16・・・対向電極
17・・・細胞
18・・・捕捉レーザー照射装置
19・・・カートリッジ
20・・・レーザー光による死細胞分別システム
21・・・ガイドレーザー照射装置
30・・・器官および臓器創生装置
【図１】
2014150737.tif 000003
【図２】
2014150737.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014150737.tif 000006
【図５】
2014150737.tif 000007
【図６】
2014150737.tif 000008
【図７】
2014150737.tif 000009
【図８】
2014150737.tif 000010
【図９】
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