(57)【要約】【課題】ヒト、非ヒト（動物）から採取した組織またはその細胞に存在する幹細胞を活性化させて飛躍的に増殖させる幹細胞培養装置、および幹細胞培養方法を提供する。【解決手段】幹細胞Ｋを培養する培地２と、幹細胞Ｋに対して照射エネルギーが０を超え１０ジュール／ｃｍ２以下の低出力のレーザＬを照射するレーザ照射手段３と、を備え、低出力のレーザＬを照射して幹細胞Ｋを活性化させる。レーザＬは、炭酸ガスレーザが好適である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
幹細胞を培養する培地と、
前記幹細胞に対して照射エネルギーが０を超え１０ジュール／ｃｍ２以下の低出力のレーザを照射するレーザ照射手段と、を備え、
前記低出力のレーザを照射して前記幹細胞を活性化させることを特徴とする幹細胞培養装置。
【請求項２】
前記幹細胞に対してレーザパワー密度が０．１Ｗ／ｃｍ２以下の低出力のレーザを照射することを特徴とする請求項１に記載の幹細胞培養装置。
【請求項３】
前記低出力のレーザは、炭酸ガスレーザであること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の幹細胞培養装置。
【請求項４】
前記レーザ照射手段は、前記低出力のレーザの照射エネルギーを０．１以上２．５ジュール／ｃｍ２以下に設定して照射し、前記幹細胞の増殖させること、
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の幹細胞培養装置。
【請求項５】
前記レーザ照射手段は、前記低出力のレーザの照射光をデフォーカスして前記幹細胞に照射するデフォーカス照射手段を備えていること、
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の幹細胞培養装置。
【請求項６】
前記デフォーカス照射手段は、前記幹細胞に照射したデフォーカス照射領域の径を可変するデフォーカス径調整手段を備えていること、
を特徴とする請求項５に記載の幹細胞培養装置。
【請求項７】
前記活性化によって増殖させた後の前記幹細胞の増殖細胞数を計測する細胞数計測手段を備えていること、
を特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の幹細胞培養装置。
【請求項８】
前記培地を収容し開口部を有する培地収容手段と、
前記開口部を覆う蓋と、
この蓋を開閉する蓋開閉装置と、
を備えていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の幹細胞培養装置。
【請求項９】
前記培地を収容し開口部を有する培地収容手段と、
前記開口部を覆う蓋と、を備え、
前記培地収容手段の蓋は、前記低出力のレーザを透過する材質で構成したこと、
を特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の幹細胞培養装置。
【請求項１０】
前記培地を収容し開口部を有する培地収容手段を備え、
前記開口部を下方に向けた状態で、下方から前記低出力のレーザを照射すること、
を特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の幹細胞培養装置。
【請求項１１】
前記培地を移動させる可動テーブルを備えていること、
を特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の幹細胞培養装置。
【請求項１２】
培地に収容された幹細胞に対して照射エネルギーが０を超え１０ジュール／ｃｍ２以下の低出力のレーザを照射して前記幹細胞を活性化させることを特徴とする幹細胞培養方法。
【請求項１３】
前記幹細胞に対してレーザパワー密度が０．１Ｗ／ｃｍ２以下の低出力のレーザを照射することを特徴とする請求項１２に記載の幹細胞培養方法。
【請求項１４】
前記低出力のレーザは、炭酸ガスレーザであること、
を特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の幹細胞培養方法。
【請求項１５】
前記低出力のレーザは、照射エネルギーを０．１以上２．５ジュール／ｃｍ２以下に設定して照射し、前記幹細胞を増殖させること、
を特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の幹細胞培養方法。
【請求項１６】
前記低出力のレーザの照射光をデフォーカスして前記培地全体に照射すること、
を特徴とする請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載の幹細胞培養方法。
【請求項１７】
前記低出力のレーザを透過する材質で構成された蓋を有する培地収容手段に前記培地を収容し、前記蓋を透過させて前記幹細胞に前記低出力のレーザを照射すること、
を特徴とする請求項１２から請求項１６のいずれか１項に記載の幹細胞培養方法。
【請求項１８】
開口部を有する培地収容手段に前記培地を収容し、
前記開口部を下方に向けた状態で、下方から前記低出力のレーザを照射すること、
を特徴とする請求項１２から請求項１７のいずれか１項に記載の幹細胞培養方法。
【請求項１９】
前記幹細胞に前記低出力のレーザを照射して活性化させた後、当該幹細胞に所定の休止期間を設けて目標増殖数まで増殖させること、
を特徴とする請求項１２から請求項１８のいずれか１項に記載の幹細胞培養方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、幹細胞培養装置、および幹細胞培養方法に係り、特に、低出力のレーザを照射して幹細胞を活性化させる幹細胞培養装置、および幹細胞培養方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、事故や病気によって失われた生体の細胞、組織、器官の再生や機能の回復を目的とした再生医療が知られている。
例えば、外傷や骨腫瘍を外科的に除去した後の骨組織の修復処置は、患者本人の腸骨、肋骨等の自家骨を採取し、患部へ移植することが行われている。しかし、この方法では、患者に患部の治療以外に健常な患部の外科的な処理が必要となり二重の負担をかけることとなり、医療費の負担も大きくなる。
【０００３】
このため、近時、生体内のありとあらゆる組織や器官へ分化することができる幹細胞に着目した再生医療技術が注目されている。
幹細胞に着目した再生医療は、幹細胞を移植することで、目的とする組織を構成する細胞への直接分化および移植幹細胞からのパラクライン効果により、失われた組織や器官を再生させる画期的な治療法である（例えば、特許文献１）。
【０００４】
特に、間葉系幹細胞は、様々な組織に分化でき、その組織を再生できる細胞として知られている。間葉系幹細胞は、骨髄や皮下脂肪に存在するが、皮下脂肪が最も安全に採取できる。医科及び歯科領域の再生治療において、皮下脂肪を用いる方法が有用と考えられている。皮下脂肪は、通常麻酔下で吸引脂肪により採取できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４６４９２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、組織の再生には大量の幹細胞が必要になり、採取した皮下脂肪から幹細胞を培養して増殖させる必要があるが、幹細胞の増殖能等は採取した患者の状態により個人差が大きく、手術等の必要な時期に必要な量の幹細胞を円滑に効率よく準備するのが困難であった。
【０００７】
つまり、幹細胞の増殖速度は、患者の年齢、性別、基礎疾患の有無などにより大きく変化し、安定した細胞培養法がないという問題があった。
一方、臨床現場では、手術予定の日程管理を厳格に遵守することが重要であり、手術日に必要な数の幹細胞を培養して確実に準備できることが要請されている。
【０００８】
また、幹細胞の培養には、専門性が高く衛生面で厳格に管理された設備を投資し、大量の器材や消耗品が必要となり、高度の熟練した技術力を有する労働資本を投入しなければならない。このため、投入される労働力や設備維持管理工数が拡大するという障壁があり、患者が負担する治療費が増大してしまうという問題があった。
【０００９】
他方、医療分野において、レーザに代表される光学治療は、切開、蒸散操作だけに留まらず、網膜や皮膚の組織再生治療等への応用も期待されているが、細胞に対してどのような影響があるかについては見通しが不明な状況である。
【００１０】
そこで、本発明は、前記した問題点を解決すべく、ヒト、非ヒト（動物）から採取した組織またはその細胞に存在する幹細胞を活性化させて飛躍的に増殖させることができる幹細胞培養装置、および幹細胞培養方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、幹細胞を培養する培地と、前記幹細胞に対して照射エネルギーが０を超え１０ジュール／ｃｍ２以下の低出力のレーザを照射するレーザ照射手段と、を備えた幹細胞培養装置であり、前記低出力のレーザを照射して前記幹細胞を活性化させることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る幹細胞培養装置は、採取した組織またはその細胞に存在する幹細胞に対して、照射エネルギーが０を超え１０ジュール／ｃｍ２以下のレーザを照射することで、幹細胞を活性化させて放置した場合よりも格段に増殖させることができる。
また、本発明に係る幹細胞培養装置は、例えば１ワット程度以下の低出力のレーザを照射することで、損傷を与えることなく幹細胞を活性化させることができる。
【００１３】
このため、本発明に係る幹細胞培養装置は、幹細胞を活性化させ幹細胞の増殖速度を高めることができるため、生産性を向上させて投資した設備を効率的に運用し、器材や消耗品に要する費用や人件費を削減して、培養コストを効果的に抑制することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の幹細胞培養装置であって、前記幹細胞に対してレーザパワー密度が０．１Ｗ／ｃｍ２以下の低出力のレーザを照射することを特徴とする。レーザパワー密度とは、培地の単位面積（ｃｍ２）当たりに照射するレーザ出力（Ｗ）である。レーザパワー密度が０．１Ｗ／ｃｍ２以下の低出力のレーザを照射することで、熱による損傷を与えることなく幹細胞を活性化させることができる。
【００１５】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の幹細胞培養装置であって、前記低出力のレーザは、炭酸ガスレーザであること、を特徴とする。
【００１６】
炭酸ガスレーザは、特に歯科医療の分野では、患者に優しい治療を行うことができるため信頼性が高く歯肉の切開等において広範囲に普及していることから、所定の低出力に設定することが容易で取り扱い性がよく設備投資や維持管理費用を低減することができる。
【００１７】
また、実験によって、照射エネルギーを０．５ジュール／ｃｍ２とした場合には、炭酸ガスレーザの方がダイオードレーザを照射した場合よりも有利な作用効果を奏することが認められた。幹細胞に炭酸ガスレーザを照射した場合には、放置した場合よりも格段に幹細胞を増殖させることが認められた。
【００１８】
このようにして、本発明に係る幹細胞培養装置は、低出力の炭酸ガスレーザを幹細胞に照射することで、信頼性が高く広く普及された簡易な手段により効果的に幹細胞を増殖させることができるため、投入する労働力や設備投資を削減し患者が負担する治療費を抑制して、幹細胞培養装置の実用化に好適に寄与することができる。
【００１９】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の幹細胞培養装置であって、前記レーザ照射手段は、前記低出力のレーザの照射エネルギーを０．１以上２．５ジュール／ｃｍ２以下に設定して照射し、前記幹細胞の増殖させること、を特徴とする。
【００２０】
請求項４に係る発明によれば、前記低出力のレーザの照射エネルギーを０．１以上２．５ジュール／ｃｍ２以下に設定して照射することで、特に増殖速度を向上させることができる。
【００２１】
一般に、幹細胞の増殖速度は採取した患者等の状態により個体差が大きいが、照射エネルギーを０．１以上２．５ジュール／ｃｍ２以下に設定した場合には、レーザを照射しない場合と比較して、増殖速度の減速が抑制され増殖速度が向上することが実験によって確認された。
【００２２】
このため、本発明に係る幹細胞培養装置は、幹細胞を短期間で効果的に増殖させて生産性を向上させ、培養コストをより効果的に抑制することができる。
【００２３】
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の幹細胞培養装置であって、前記レーザ照射手段は、前記低出力のレーザの照射光をデフォーカスして前記幹細胞に照射するデフォーカス照射手段を備えていること、を特徴とする。
【００２４】
請求項５に係る発明によれば、デフォーカス照射手段を備えたことで、レーザの照射エネルギーを適切に調整して管理することができる。
【００２５】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の幹細胞培養装置であって、前記デフォーカス照射手段は、前記幹細胞に照射したデフォーカス照射領域の径を可変するデフォーカス径調整手段を備えていること、を特徴とする。
【００２６】
請求項６に係る発明によれば、デフォーカス径調整手段を備えたことで、幹細胞を増殖させる培地にレーザの照射範囲を好適に適合させることができる。
【００２７】
請求項７に係る発明は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の幹細胞培養装置であって、前記活性化によって増殖させた後の前記幹細胞の増殖細胞数を計測する細胞数計測手段を備えていること、を特徴とする。
【００２８】
請求項７に係る発明によれば、細胞数計測手段によって増殖後の増殖細胞数を計測することで、手術予定日に合わせて必要な数の幹細胞を培養して準備することができる。例えば、低出力のレーザを照射した後の増殖細胞数と、放置した場合の増殖細胞数とを比較することで、幹細胞の増殖度を判断することができる。
【００２９】
請求項８に係る発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の幹細胞培養装置であって、前記培地を収容し開口部を有する培地収容手段と、前記開口部を覆う蓋と、この蓋を開閉する蓋開閉装置と、を備えていることを特徴とする。
【００３０】
請求項８に係る発明によれば、開口部を覆う蓋を開閉する蓋開閉装置を備えたことで、幹細胞を投入したり、継代操作等の処理をしたりするときのみ蓋を開いて増殖期間中は培地収容手段（シャーレや袋状のバッグ等の収容器具基材）を閉鎖し細菌等の不純物が入らないようにコンタミネーションを防止することができる。このため、簡易な手段により装置の自動化に寄与して生産性を向上させて人件費や設備維持費等のコストを低減することができる。
【００３１】
請求項９に係る発明は、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の幹細胞培養装置であって、前記培地を収容し開口部を有する培地収容手段と、前記開口部を覆う蓋と、を備え、前記培地収容手段の蓋は、前記低出力のレーザを透過する材質で構成したこと、を特徴とする。
【００３２】
請求項９に係る発明によれば、培地収容手段の蓋は、前記低出力のレーザを透過する材質で構成したことで、蓋をしたままで前記低出力のレーザを照射することができるため、コンタミネーションをより効果的に抑制することができる。
【００３３】
請求項１０に係る発明は、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の幹細胞培養装置であって、前記培地を収容し開口部を有する培地収容手段を備え、前記開口部を下方に向けた状態で、下方から前記低出力のレーザを照射すること、を特徴とする。
【００３４】
請求項１０に係る発明によれば、前記開口部を下方に向けた状態で、下方から前記低出力のレーザを照射することで、前記開口部を下方に向けるという簡易な手段によって細菌等の不純物を入りにくくしてコンタミネーションを抑制することができる。このため、自動化に寄与して生産性を向上させて人件費や設備維持費等のコストを低減することができる。
【００３５】
請求項１１に係る発明は、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の幹細胞培養装置であって、前記培地を移動させる可動テーブルを備えていること、を特徴とする。
【００３６】
請求項１１に係る発明によれば、前記培地を移動させる可動テーブルを備えていることで、可動テーブル上に多数の培地を配置して順次前記低出力のレーザを照射することができる。また、可動テーブルによってレーザ照射位置から培地を移動させることで、前記低出力のレーザを照射する位置から培地を移動した状態で幹細胞を投入したり、継代操作等の処理をしたりすることができるため、操作性および生産性を向上させて効率よく幹細胞を培養することができる。
【００３７】
請求項１２に係る発明は、培地に収容された幹細胞に対して照射エネルギーが０を超え１０ジュール／ｃｍ２以下の低出力のレーザを照射して前記幹細胞を活性化させることを特徴とする幹細胞培養方法である。
【００３８】
請求項１３に係る発明は、請求項１２に記載の幹細胞培養方法であって、前記幹細胞に対してレーザパワー密度が０．１Ｗ／ｃｍ２以下の低出力のレーザを照射することを特徴とする。
【００３９】
請求項１４に係る発明は、前記低出力のレーザは、炭酸ガスレーザであることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の幹細胞培養方法である。
【００４０】
請求項１５に係る発明は、前記低出力のレーザは、照射エネルギーを０．１以上２．５ジュール／ｃｍ２以下に設定して照射し、前記幹細胞を増殖させること、を特徴とする請求項１１または請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の幹細胞培養方法である。
【００４１】
請求項１６に係る発明は、前記低出力のレーザの照射光をデフォーカスして前記培地全体に照射すること、を特徴とする請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載の幹細胞培養方法である。
【００４２】
請求項１７に係る発明は、前記低出力のレーザを透過する材質で構成された蓋を有する培地収容手段に前記培地を収容し、前記蓋を透過させて前記幹細胞に前記低出力のレーザを照射すること、を特徴とする請求項１２から請求項１６のいずれか１項に記載の幹細胞培養方法である。
【００４３】
請求項１８に係る発明は、開口部を有する培地収容手段に前記培地を収容し、前記開口部を下方に向けた状態で、下方から前記低出力のレーザを照射すること、を特徴とする請求項１２から請求項１７のいずれか１項に記載の幹細胞培養方法である。
【００４４】
請求項１９に係る発明は、前記幹細胞に前記低出力のレーザを照射して活性化させた後、当該幹細胞に所定の休止期間を設けて目標増殖数まで増殖させること、を特徴とする請求項１２から請求項１８のいずれか１項に記載の幹細胞培養方法である。
【発明の効果】
【００４５】
本発明は、ヒト、非ヒト（動物）から採取した組織またはその細胞に存在する幹細胞を活性化させて飛躍的に増殖させることができる幹細胞培養装置、および幹細胞培養方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態に係る幹細胞培養装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る幹細胞培養装置における増殖細胞制御手段の動作を示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態に係る幹細胞培養装置の動作を示し、（ａ）は蓋を開閉してレーザを照射する様子、（ｂ）はシャーレの開口部を下にして下からレーザを照射する様子、（ｃ）はレーザを透過する材質の蓋をしたままでレーザを照射する様子を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る幹細胞培養方法の効果を確認するための動物実験の結果を示すグラフであり、照射エネルギーを０．５〜１０Ｊ／ｃｍ２とした場合である。
【図５】図４の結果を整理した対比表である。
【図６】本発明の実施形態に係る幹細胞培養方法の効果を確認するための動物実験の結果を示すグラフであり、照射エネルギーを０．１〜１Ｊ／ｃｍ２とした場合である。
【図７】図６の結果を整理した対比表である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
本発明の実施形態に係る幹細胞培養装置１について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
幹細胞培養装置１は、人体または動物等から採取した幹細胞Ｋを培養して増殖させる装置であり、図１に示すように、幹細胞Ｋを培養する培地２と、幹細胞Ｋに対して低出力のレーザである炭酸ガスレーザＬ（以下、特に区別する場合を除いて、単に「レーザＬ」という。）を照射するレーザ照射手段３と、活性化によって増殖させた後の幹細胞Ｋの増殖細胞数を計測する細胞数計測手段４と、培地２を移動させる可動テーブル５と、培地２の環境を所定の温度範囲（３７度Ｃ程度）に保つ温度調整手段１１と、培地２の環境を所定の気体（５％の炭酸ガスを含む空気）で充満させるための気体交換手段１２と、空気の不純物を取り除く空気清浄手段１３と、気圧調整手段１４と、幹細胞Ｋに光を照射して増殖を促進する光照射手段１５と、所定の湿度範囲に保つ湿度調整手段１６と、を備えている。
【００４８】
レーザ照射手段３は、培地２に播種された幹細胞Ｋに対して、適切な照射エネルギーのレーザＬを適切な時期に照射する装置であり、幹細胞Ｋに対して１０ジュール（Ｊ）／ｃｍ２以下の適切な照射エネルギーに制御したレーザＬを照射する。
レーザＬは、幹細胞Ｋを損傷しないように１ワット程度以下の低出力に制御されている。
【００４９】
レーザ照射手段３は、レーザＬを発振させるレーザ発振器３１と、レーザＬを所定の方向に反射させるミラー３１ａと、レーザ発振器３１から発振されたレーザＬをデフォーカスして培地２に照射するデフォーカス照射手段３２と、レーザＬの照射エネルギーや照射時間、照射時期を制御する増殖細胞制御手段３３と、増殖細胞制御手段３３に動作プログラムを入力するためのプログラム入力手段３４と、を備えている。
【００５０】
レーザ発振器３１は、炭酸ガスレーザＬを発生させる装置である。
炭酸ガスレーザＬは、波長が１０．６μｍと９．３μｍと９．６μｍを中心にして発振し、高出力、高効率で使用することができるが、本発明では０．５Ｗないし１Ｗ程度の低出力で使用する。
【００５１】
なお、本実施形態においては、炭酸ガスレーザＬを使用するが、これに限定されるものではなく、１０Ｊ／ｃｍ２以下の適切な照射エネルギーに制御できるものであれば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ａｒイオンレーザ、半導体レーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｈｏ：ＹＡＧレーザ、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ等、他の種類のレーザを使用することもできる。
【００５２】
デフォーカス照射手段３２は、発振されたレーザＬをデフォーカスして適切なレーザパワー密度（Ｗ／ｃｍ２）および照射エネルギー（ジュール／ｃｍ２）で幹細胞Ｋに対してレーザＬを照射するための装置であり、デフォーカスレンズ３２ａと、デフォーカスレンズ３２ａを軸方向に移動させる移動装置３２ｂと、を備えている。
レーザパワー密度とは、培地の単位面積（ｃｍ２）当たりに照射するレーザ出力（Ｗ）である。
【００５３】
かかる構成により、デフォーカス照射手段３２は、移動装置３２ｂによってデフォーカスレンズ３２ａを上方に移動するとレーザＬの照射範囲を拡大してレーザパワー密度を小さくし（一点差線で表示したレーザＬ１参照）、デフォーカスレンズ３２ａを下方に移動するとレーザＬの照射範囲を縮小してレーザパワー密度を大きくすることができる（二点差線で表示したレーザＬ２参照）。
【００５４】
具体的には、デフォーカス照射手段３２は、幹細胞Ｋに対してレーザパワー密度が０．１Ｗ／ｃｍ２以下になるようにしてレーザＬを照射する。例えば、培地２（シャーレ２１）の直径を３５ｍｍとして、培地２の全体にレーザ出力が１ＷのレーザＬを照射すると、レーザパワー密度は、１（Ｗ）÷（π×１．７５×１．７５）≒０．１（Ｗ／ｃｍ２）である。
幹細胞Ｋに対して、レーザパワー密度が０．１Ｗ／ｃｍ２以下の低出力のレーザＬを照射することで、熱による損傷を与えることなく幹細胞を活性化させることができる。また、照射エネルギー（ジュール／ｃｍ２）は、レーザＬの照射時間の長さで調整することができる。
【００５５】
増殖細胞制御手段３３は、例えば、図２に示すように、第１回目のレーザ照射は、培地２に幹細胞Ｋを播種した後、例えば播種した日から２日後の何月何日に０．１Ｊ／ｃｍ２のレーザを照射して、１０日間の休止時間を経過後に、例えば第２回目のレーザ照射を行うというような制御を適宜実行して、幹細胞Ｋの増殖速度を制御することができる。
【００５６】
プログラム入力手段３４は、増殖細胞制御手段３３が実行する制御をプログラム入力するための入力装置である。
【００５７】
細胞数計測手段４は、レーザＬを照射し活性化によって増殖させた後の幹細胞Ｋの増殖細胞数を計測する装置であり、例えば、トリパンブルーという試薬と血球計算盤を使用して計測することができる。
【００５８】
可動テーブル５は、多数の培地２を載置した状態で培地２を移動できるようにした装置であり、テーブル５１上に多数の培地２を円周方向に並べてテーブル５１を回転させるターンテーブル方式、テーブル５１を直線移動ガイドで案内して往復移動させる往復移動テーブル方式、テーブル５１を直交する水平方向の前後方向および左右方向に移動させるＸＹ移動テーブル方式等を適宜適用することができる。
【００５９】
かかる構成により、可動テーブル５上に多数の培地２を配置して順次レーザＬを照射することができる。また、可動テーブル５によってレーザ照射位置から培地２を移動させることで、レーザＬを照射する位置から培地２を移動した状態で幹細胞Ｋを投入したり、継代操作等の処理をしたりすることができるため、操作性および生産性を向上させて効率よく幹細胞Ｋを培養することができる。
【００６０】
培地２は、図３（ａ）に示すように、細菌等の不純物が入らないように培地収容手段であるシャーレ２１に収容されている。シャーレ２１は、幹細胞Ｋを投入したり継代操作をしたりするための開口部２２を有し、開口部２２を覆う蓋２３を備えている。蓋２３は、蓋開閉装置２４によって自在に開閉可能である。
なお、培地収容手段は、シャーレ２１に限定されるものではなく、袋状（バッグ）の収容基材でもよく種々の収容器具基材を採用することができる。
【００６１】
かかる構成により、幹細胞Ｋを投入したり、継代操作等の処理をしたりするときのみ蓋２３を開いて増殖期間中はシャーレ２１を閉鎖し細菌等の不純物が入らないようにコンタミネーションを防止することができる。このため、簡易な手段により装置の自動化に寄与して生産性を向上させて人件費や設備維持費等のコストを低減することができる。
【００６２】
なお、本実施形態においては、蓋開閉装置２４を設けて開閉操作を行なったが、これに限定されるものではなく、シャーレ２１に収容された培地２にレーザＬを照射する他の方法について説明する。
図３（ｂ）は、シャーレ２１の開口部２２を下にして下からレーザＬを照射する方法である。図３（ｃ）は、レーザＬを透過する材質の蓋２５を適用することで、蓋２５をしたままでレーザＬを照射する方法である。
炭酸ガスレーザＬを透過する材質としては、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、ポリエチレンＰＥ）、ダイヤモンド（Ｃ）等がある。
【００６３】
続いて、本発明の実施形態に係る幹細胞培養装置１を使用した幹細胞培養方法の作用効果について、図４〜図７を参照しながら説明する。図４と図５は、本発明の実施形態に係る幹細胞培養方法の効果を確認するための動物実験の結果を示すグラフと対比表であり、照射エネルギーを０．５〜１０Ｊ／ｃｍ２とした場合である。図６と図７は、照射エネルギーを０．１〜１Ｊ／ｃｍ２とした場合のグラフと対比表である。
【００６４】
図４において、培養する幹細胞Ｋ（図１参照）は、実験動物（Ｆ３４４ラット）の鼠径部脂肪組織から間質系細胞集団を回収したものである。この回収した幹細胞Ｋ（ラット脂肪組織由来幹細胞）を基本培地（ＤＭＥＭ／１０％ＦＢＳ）にて培養する実験を行った。
第３継代後のＡＳＣｓ（Ａｄｉｐｏｓｅ−ｄｅｒｉｖｅｄ  ｓｔｅｍ  ｃｅｌｌｓ）３００００細胞個を直径３５ｍｍの円形培養シャーレ（ディッシュ）に播種して培養を開始した（ｄａｙ：−２）。
【００６５】
培養開始から２日後に（ｄａｙ：０）、所定の照射エネルギーの炭酸ガスレーザＬを１回照射して、照射した日から４日後（ｄａｙ：４）と７日後（ｄａｙ：７）に細胞数計測手段４（図１参照）によって細胞増殖数を計測した。
照射した炭酸ガスレーザＬの照射エネルギーは、レーザ発振器３１とデフォーカス照射手段３２（図１参照）によって、以下のように調整した。
【００６６】
試料１は、レーザＬを照射しなかったものである（Ｃｏｎｔｒｏｌと表示）。試料２は、レーザＬの出力を０．５Ｗとして、照射エネルギーを０．５Ｊ／ｃｍ２とした（簡略化して０．５Ｊ／０．５Ｗと表示）。試料３は、出力を１Ｗとして、照射エネルギーを０．５Ｊ／ｃｍ２とした（０．５Ｊ／１Ｗと表示）。試料４は、出力を０．５Ｗとして、照射エネルギーを２．５Ｊ／ｃｍ２とした（２．５Ｊ／０．５Ｗと表示）。試料５は、出力を０．５Ｗとして、照射エネルギーを５Ｊ／ｃｍ２とした（５Ｊ／０．５Ｗと表示）。試料６は、出力を１Ｗとして、照射エネルギーを１０Ｊ／ｃｍ２とした（１０Ｊ／１Ｗと表示）。試料７は、出力を０．５Ｗとして、照射エネルギーを１０Ｊ／ｃｍ２とした（１０Ｊ／０．５Ｗと表示）。
シャーレの直径が３５ｍｍである場合におけるレーザパワー密度は、出力が０．５Ｗのときは約０．０５（Ｗ／ｃｍ２）であり、出力が１Ｗのときは約０．１（Ｗ／ｃｍ２）である。
【００６７】
増殖速度は個体差があるが本実験では、幹細胞Ｋを播種（ｄａｙ：−２）してから２日間では、３００００個から３４０００個まで微増している（ｄａｙ：０）。レーザＬを照射しなかった試料１では、その後４日間のうちに２０万個までは比較的順調に増殖するが（ｄａｙ：４）、その後は増殖速度が減退してその後３日間のうちに２４万個まで増殖している（ｄａｙ：７）。
【００６８】
図４に示すように、レーザＬを照射してから７日間経過後において、幹細胞Ｋの増殖速度を考察すると、試料３と試料２が最も増殖速度が高く、図５に示すように、それぞれレーザＬを照射しない試料１に対して増殖率が１５７％と１５２％である。また、試料４も好適な増殖速度が得られ１３９％である。
つまり、照射エネルギーが０．５〜１０Ｊ／ｃｍ２の範囲である場合には、いずれも増殖率の向上が期待できるが、特に０．５Ｊ／ｃｍ２のときに最も増殖率が高く、２．５Ｊ／ｃｍ２においても好適に増殖速度を向上させることができる。
【００６９】
なお、図４に示すように、試料２と試料３は、照射エネルギーが同じで（０．５Ｊ／ｃｍ２）、出力が異なり、試料２が０．５Ｗであり、試料３が１Ｗであるが、出力の違いは大きな影響がないことが認められる。試料６の０．５Ｗと試料７の１Ｗの場合でも同様の傾向である。
【００７０】
続いて、図６を参照しながら、照射エネルギーを０．１〜１Ｊ／ｃｍ２とした場合について説明する。
図６では、第３〜第４継代後のＡＳＣｓ（Ａｄｉｐｏｓｅ−ｄｅｒｉｖｅｄ  ｓｔｅｍ  ｃｅｌｌｓ）１０００００細胞個を直径１００ｍｍの円形培養シャーレ（ディッシュ）に播種して培養を開始した（ｄａｙ：−２）。
【００７１】
幹細胞Ｋを播種（ｄａｙ：−２）から２日後に（ｄａｙ：０）、所定の照射エネルギーの炭酸ガスレーザＬを１回照射して、照射した日から５日後（ｄａｙ：５）、１０日後（ｄａｙ：１０）、および１５日後（ｄａｙ：１５）に細胞数計測手段４（図１参照）によって細胞増殖数を計測した。また、出力は０．５Ｗと１Ｗでは同様の傾向であるから、図６では出力をすべて０．５Ｗとした。
【００７２】
試料１１は、レーザＬを照射しなかったものである（Ｃｏｎｔｒｏｌと表示）。試料１２は、照射エネルギーを１Ｊ／ｃｍ２とした（０．１Ｊ／０．５Ｗと表示）。試料１３は、照射エネルギーを０．５Ｊ／ｃｍ２とした（０．５Ｊ／０．５Ｗと表示）。試料４は、照射エネルギーを１Ｊ／ｃｍ２とした（１Ｊ／０．５Ｗと表示）。
試料１５は、試料１２〜１４の炭酸ガスレーザＬと比較するために９００ｎｍの波長のダイオードレーザを０．５Ｊ／ｃｍ２で照射したものである（Ｄｉｏｄｅと表示）。
シャーレの直径が１００ｍｍである場合におけるレーザパワー密度は、出力が０．５Ｗのときは約０．００６（Ｗ／ｃｍ２）である。
【００７３】
図６に示すように、増殖速度には個体差があるが本実験における全体的な増殖速度の傾向としては、レーザＬを照射してから５日間は、増殖率が比較的高く、その後は１０日目までは増殖率が略横ばいで推移してから、１０日を経過すると１５日目までは再度増殖率が上昇した。
【００７４】
炭酸ガスレーザＬを照射してから５日間経過後において、幹細胞Ｋの増殖速度を考察すると、試料１３と試料１２が最も増殖速度が高く、図７に示すように、それぞれレーザＬを照射しない試料１１に対して増殖率が２００％と１８８％である。
さらに、炭酸ガスレーザＬを照射してから１５日間経過後においても同様に、試料１３と試料１２が最も増殖速度が高く、それぞれレーザＬを照射しない試料１１に対して増殖率が１６４％と１４３％である。
【００７５】
なお、試料１５のダイオードレーザでは、９００ｎｍの波長のダイオードレーザを０．５Ｊ／ｃｍ２で照射した場合には、図７に示すように、炭酸ガスレーザＬを照射しない試料１１と対比すると幹細胞Ｋの数が減少し７９％であり、増殖速度の向上が見られなかった。
また、照射エネルギーを０．５ジュール／ｃｍ２とした場合には、炭酸ガスレーザの方がダイオードレーザを照射した場合よりも有利な作用効果を奏することが認められた。幹細胞に炭酸ガスレーザを照射した場合には、放置した場合よりも格段に幹細胞を増殖させることが認められた。
【００７６】
以上より、炭酸ガスレーザＬを採用し、照射エネルギーが０．５〜１０Ｊ／ｃｍ２の範囲である場合には、照射エネルギーが、５Ｊ／ｃｍ２や２．５Ｊ／ｃｍ２よりも０．５Ｊ／ｃｍ２のときの方が増殖率が高い。つまり、照射エネルギーが小さいほど増殖率が高い。
また、照射エネルギーが０．１〜１Ｊ／ｃｍ２の範囲である場合には、０．５Ｊ／ｃｍ２のときに増殖率が最も高く、０．１Ｊ／ｃｍ２でも０．５Ｊ／ｃｍ２のときと同様に優れた増殖率の向上が認められる。
したがって、これらの実験では照射エネルギーが０．１Ｊ／ｃｍ２未満のデータを取得していないが（図６と図７参照）、図４〜図７の実験の結果を総合的に考察すれば、０．１Ｊ／ｃｍ２未満においても一定の増殖率の向上が期待できることが推認される。
【００７７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、本実施形態においては、気体交換手段１２、空気清浄手段１３、気圧調整手段１４、光照射手段１５、および湿度調整手段１６を備えて構成したが、必ずしも必須の構成要素ではなく、幹細胞Ｋの種類等に応じて適宜組み合わせて使用する。
【符号の説明】
【００７８】
１      幹細胞培養装置
２      培地
３      レーザ照射手段
４      細胞数計測手段
５      可動テーブル
１１    温度調整手段
１２    気体交換手段
１３    空気清浄手段
１４    気圧調整手段
１５    光照射手段
１６    湿度調整手段
２１    シャーレ（培地収容手段）
２２    開口部
２３，２５    蓋
２４    蓋開閉装置
３１    レーザ発振器
３２    デフォーカス照射手段
３３    増殖細胞制御手段
３４    プログラム入力手段
Ｋ      幹細胞
Ｌ      炭酸ガスレーザ（レーザ）
Ｌ１，Ｌ２    レーザ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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