(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する枠体と、前記枠体に取り付けられた多孔質材とを備え、前記多孔質材の上に細胞塊を保持する細胞トレイであって、前記多孔質材が液体を含んでいる状態において前記細胞塊の輪郭を認識可能とする大きさを備える細胞トレイと、
前記多孔質材の一方の面から光を照射する発光部と、
前記多孔質材に対して前記発光部と同じ側で前記光の反射光を、または前記多孔質材に対して前記発光部と反対の側で前記光の透過光を、受光する撮像部であって、前記細胞塊を撮影して前記細胞塊の情報を取得する撮像部と、
前記細胞塊の穿刺を行う穿刺部と、
前記情報に基づいて前記穿刺部が前記穿刺を行うべき前記細胞塊の位置に前記穿刺部を移動して前記穿刺を行わせる制御を行う制御部と、を備える細胞構造体製造装置。
【請求項２】
前記穿刺を行うべき前記細胞塊の前記位置は前記細胞塊の中心位置であって、
前記制御部は、前記細胞塊の前記中心位置を前記撮像部が取得した前記細胞塊の前記情報に基づいて計算し、前記穿刺部に前記穿刺を実行させる請求項１に記載の細胞構造体製造装置。
【請求項３】
前記制御部が計算する前記細胞塊の前記中心位置は、前記細胞塊の重心の位置、または前記細胞塊の前記輪郭の端部間を結ぶ２つの任意の直線の交点の位置である請求項２に記載の細胞構造体製造装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記撮像部が撮影した細胞塊の最長端部間距離と最短端部間距離とを取得し、前記最長端部間距離と前記最短端部間距離とから形状判断値を計算し、その形状判断値と予め決定した基準値とを比較して、穿刺すべき細胞塊を決定する請求項１または２に記載の細胞構造体製造装置。
【請求項５】
開口部を有する枠体と、前記枠体に取り付けられた多孔質材とを備える細胞トレイの前記多孔質材の上に細胞塊を保持するステップであって、前記多孔質材は液体を含んでいる状態において前記細胞塊の輪郭を認識可能とする大きさを備えているステップと、
前記多孔質材の一方の面の発光部から光を照射して、前記多孔質材に対して前記発光部と同じ側で前記光の反射光を、または前記多孔質材に対して前記発光部と反対の側で前記光の透過光を撮像部により受光して、前記細胞塊を撮影して前記細胞塊の情報を取得するステップと、
前記情報に基づいて、前記細胞塊の穿刺を行うようになっている穿刺部により、前記穿刺部が前記穿刺を行うべき前記細胞塊の位置に前記穿刺部を移動して前記穿刺を行わせる制御を行う制御ステップと、を備える細胞構造体作製方法。
【請求項６】
前記穿刺を行うべき前記細胞塊の前記位置は前記細胞塊の中心位置であって、
前記制御ステップでは、前記細胞塊の前記中心位置を前記撮像部が取得した前記細胞塊の前記情報に基づいて計算し、前記穿刺部に前記穿刺を実行させる請求項５に記載の細胞構造体作製方法。
【請求項７】
前記制御ステップで計算させる前記細胞塊の前記中心位置は、前記細胞塊の重心の位置、または前記細胞塊の前記輪郭の端部間を結ぶ２つの任意の直線の交点の位置である請求項６に記載の細胞構造体製造方法。
【請求項８】
前記制御ステップでは、前記撮像部が撮影した細胞塊の最長端部間距離と最短端部間距離とを取得し、前記最長端部間距離と前記最短端部間距離とから形状判断値を計算し、その形状判断値と予め決定した基準値とを比較して、穿刺すべき細胞塊を決定する請求項５から７のいずれか一項に記載の細胞構造体作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞の立体構造体を製造するために用いられる細胞構造体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、隣接するように接触した細胞塊同士が融合する性質を利用し、複数の細胞塊が隣接するように細胞塊を立体的に積層して立体構造体を作製する手法が知られている。この手法では、培養プレート上に並べられた細胞塊を取り出して、支持体から伸びるように移動しないように固定された複数の針状体の各々に、吸引等で把持した複数の細胞塊のそれぞれを複数の針状体のそれぞれに突き刺して細胞塊の串刺しを製作し、密着させ、細胞塊が互いに融合した後に針状体から細胞塊を引き抜くことによって、細胞の立体構造体を得るものである。これに対し、培養プレート上に移動しないように並べられた細胞塊に細い針状体を鉛直方向に降下させて、針状体に突き刺す手法が特許文献１に開示されている。特許文献１では、穿刺前の細胞塊を移動しないように載置するために、細胞塊を個別に積置可能なように培養プレートの表面に設けられた凹部内に細胞塊を置き、凹部の直上から細胞塊に向けて針状体を降下させて突き刺す手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１６／０４７７３７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では、一の細胞塊が一の凹部に収容されていることが前提となっていて、複数の細胞塊を保持するものではない。また、特許文献１では、細胞塊の種類によっては、針状体先端からの圧力により、凹部内で細胞塊が変形、回転、及び／又は移動するおそれがある。細胞塊が変形、回転、及び／又は移動すると、針状体が細胞塊に対して適切な位置に刺さらないことがある。適切な位置に刺さっていない細胞塊を培養すると、複数の細胞塊による立体構造体が所望の立体形状にならないおそれがある。さらに、このような立体構造体を培養して得られる組織は、適切な形状でないおそれがある。また、特許文献１では、細胞塊の中心の正確な特定に、細胞塊にレーザ光を照射して細胞トレイが反射したレーザ光を受光して、その輝度による細胞塊の位置を判別する手法を採用している。しかし、レーザ光の反射光によって位置を判別すると、針状体により穿刺すべき箇所である細胞塊の中心を特定するには精度が低い問題がある。【０００５】
本発明はこれらの課題に鑑みてなされたものであり、細胞塊を適切に突き刺すことのできる細胞構造体製造装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
開口部を有する枠体と、前記枠体に取り付けられた多孔質部材とを備え、前記多孔質部材の上に細胞塊を保持する細胞トレイと、前記細胞塊の情報を取得する撮像部と、前記細胞塊に貫通する穿刺部と、前記画像に基づいて前記穿刺部の位置を制御する制御部と、を備える細胞構造体製造装置により解決する。【０００７】
開口部を有する枠体と、前記枠体に取り付けられた多孔質材とを備える細胞トレイの前記多孔質材の上に細胞塊を保持するステップと、撮像部により細胞塊を撮像して前記細胞塊の情報を取得するステップと、前記情報に基づいて穿刺部の位置を制御する制御ステップと、前記穿刺部を前記細胞塊に貫通させるステップと、を備える細胞構造体作製方法により解決する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の細胞構造体製造装置によれば、細胞構造体製造装置で細胞塊を針状体で適切に突き刺すことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】細胞トレイ及び暗箱を概略的に示した斜視断面図である。
【図２】実施の形態１の細胞構造体製造装置を概略的に示した概略図である。
【図３】細胞塊を突き刺す工程を示した図である。
【図４】細胞塊を突き刺す工程を示した図である。
【図５】細胞塊を突き刺す工程を示した図である。
【図６】カメラで撮影した細胞塊群を示した図である。
【図７】細胞塊群から細胞の中心を求める概念図である。
【図８】実施の形態２の細胞構造体製造装置を概略的に示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
細胞構造体製造装置は、細長く延在するように取り付けられる針状体を有する穿刺部を有している。細胞構造体製造装置には細胞トレイが載置される。細胞トレイには、多孔質材で底面が封鎖されている複数の孔が配置されている。細胞トレイの複数の孔のそれぞれには細胞塊が保持されている。穿刺部は、針状体が延在する方向に、細胞塊に向けて針状体を移動可能である。穿刺部は、細胞トレイの孔に保持されている細胞塊を針状体で穿刺して、1本の針状体に複数の細胞塊が串刺しになった状態の針状体を作製する。細胞構造体製造装置は、細胞トレイの複数の孔のそれぞれにおける穿刺すべき細胞塊の位置を撮影することが可能な撮像部と、その撮影された情報を処理して細胞塊の位置と穿刺すべき位置とを特定し、その箇所を穿刺する穿刺部を制御する制御部と、を有している。撮像部は細胞塊からの光の情報を取得する。撮像部は、たとえば、光センサ、または画像素子を有するカメラであって、光の情報とは光センサにより取得される情報としての元データであり、またはカメラによって取得される画像情報の元データである。撮像部は載置された細胞トレイに向けられて配置され、細胞トレイ上の細胞塊を撮影可能である。穿刺部は、複数の孔を所定の順番に移動して、複数の孔のそれぞれにおいて細胞塊を針状体で穿刺する。撮像部はそれ自体が穿刺部の移動に応じて移動するか、または撮影方向を変更するようになっていて、穿刺部が穿刺しようとする孔を穿刺前に予め撮影可能である。細胞構造体製造装置は撮像部だけを有していてもよい。また、細胞トレイの複数の孔を明るく照らすために、多孔質材に光を照射する発光部を配置してもよい。たとえば、発光部を細胞トレイの多孔質材の一方の側に配置して多孔質材の一方の面に向けて光を照射し、撮像部が多孔質材を境として発光部と異なる側で、その発光部から照射された光を撮像部が細胞トレイの多孔質材の反対側にあたる他方の面の側で受光するように設定することができる。または、発光部は細胞トレイの多孔質材の一方の側の面に向けて光を照射し、その発光部から照射された光が多孔質材で反射し、撮像部が多孔質材を境として発光部と同じ側で、反射光を受光するように設定することもできる。制御部は、撮像部からの情報に基づいて、穿刺部は針状体の位置を制御する。
【００１１】
撮像部が撮影した細胞トレイの複数の孔のそれぞれに載置された細胞塊は、受光素子により取得される電気信号に基づく情報として、またはカメラによって取得された電気信号に基づく画像処理が可能な情報として制御部に取得される。制御部では、取り込まれた情報から細胞トレイの細胞塊の輪郭を認識し、それぞれの細胞塊の中心位置を計算して、穿刺すべき箇所として取得する。制御部は、穿刺部の針状体をその中心位置の上に移動させて、針状体を降下させて細胞塊を穿刺する。穿刺すべき細胞塊は真球に近い形状が好ましいので、撮像部によって撮影される細胞塊は真球の断面形状として真円に近い形状が好ましい。したがって、撮像部によって撮影された細胞塊の断面が真円に近い形状であって、穿刺すべき箇所はその中心位置となる。穿刺すべき中心位置は、撮像部の細胞塊の輪郭に基づいて計算される。たとえば、細胞塊の面積に基づいて計算することができる。細胞塊から認識された輪郭から計算される重心とすることができる。また、歪な穿細胞塊を排除するため、細胞塊の輪郭の端部間距離のうち最長の距離および最短の距離から計算される面積に基づいて予め基準値を定め、制御部は、その基準値に達しない細胞塊は穿刺対象から排除することができる。
多孔質材は、針状体が貫通しやすい構造であって、さまざまな材料を使用することができる。多孔質材は、液体を含むと光を透過しやすいか、または光を反射しやすいか、または発光する材料とすることができるこれらは、発光部の位置に応じて設定することができる。発光部を細胞トレイの多孔質材の一方の側の面に向けて光を照射し、撮像部が多孔質材を境として発光部と異なる側で受光する設定の場合には、多孔質材の素材自体の光の透過性を高くてもよく、また、連結している孔が多い多孔質材であればその孔を通しての光の透過性を高くしてもよい。これにより、多孔質材は、多孔質材の一方の面の側から照射された光を透過し、その透過光をその他方の面の側で受光することが可能となる。一方、発光部を細胞トレイの多孔質材の一方の側の面に向けて光を照射し、その発光部から照射された光を多孔質材で反射させて、発光部と同じ側で反射光を受光する設定の場合には、光の反射率を高い素材を多孔質材として用いる。
また、針状体は細かい細胞塊を穿刺するための細長い材料であるため、弾性変形、塑性変形、破壊などの変形が起こりやすい。そのため、多孔質材が硬い材料であると、細胞トレイに保持されている細胞塊を穿刺する際に、変形を起こしやすい。針状体が変形すると、穿刺すべき細胞塊の位置に正確に針状体を向けることができなくなる。そのため、多孔質材は、針状体が貫通しやすい構造である。多孔質材は、多孔質材内で複数の孔の少なくとも一部のそれぞれが連結しているような材料であって、その形態は問わない。たとえば発泡樹脂材料や、不織布、織物、編物など、またはその組み合わせの繊維形態など、さまざまな形態の材料を使用することができる。また、多孔質材は代表的にはシート材であるが、開口部において支持可能なものであればよい。開口部は代表的には貫通孔であって、多孔質材は貫通孔を閉鎖するように取り付けられる。ここで、孔とは、発泡材のように多孔質材であって、内部の孔が互いに連結していることで、針状体が連結している孔をくぐって針状体が貫通しやすい。以下、この実施例について説明する。
【実施例】
【００１２】
まず、本発明の一実施形態として細胞トレイ１００およびそれが使用される細胞構造体製造装置３００について図１及び２を用いて説明する。図１は、細胞構造体製造装置３００の細胞トレイラック２００に細胞トレイ１００が載置された状態を示している。図２は、細胞トレイラック２００に細胞トレイ１００が載置された状態の細胞構造体製造装置３００を示している。これは、発光部を細胞トレイの多孔質材の一方の側に配置して多孔質材の一方の面に向けて光を照射し、撮像部が多孔質材を境として発光部と異なる側で、その発光部から照射された光を撮像部が細胞トレイの多孔質材の反対側にあたる他方の面の側で受光する形態の実施例である。【００１３】
細胞トレイ１００は、枠体１１０と多孔質材とを備える。この実施例では、多孔質材として不織布シート１２０を選択した例として説明する。【００１４】
枠体１１０は、板状の部材であって、厚さ方向に貫通する複数の開口部１１１を備える。枠体１１０は、例えばＡＢＳ等の樹脂、又は例えばアルミニウムやステンレス等の金属から成り、例えば切削加工や金型抜き等の製法により作製される。枠体１１０の大きさは自由に選択可能であり、例えば幅１４１ミリメートル、奥行き１０１ミリメートル、厚さ２ミリメートルである。枠体１１０の厚さ方向から見たとき、開口部１１１の個数および大きさも自由に選択できる。開口部１１１は、枠体１１０の厚さ方向に穿設される貫通孔である。例えば８行×１２列の行列を成す９６個の円筒形の開口部１１１であって、それぞれの直径は、自由に設定できる。例えば数ミリメートルから８ミリメートル程度とすることができ、これらにあわせて隣り合う開口部１１１との中心間距離を設定する。開口部１１１の個数が８×１２列の行列で、それぞれの直径が６ミリメートルの場合には、例えば９ミリメートルとすることができる。【００１５】
不織布シート１２０は、多孔質材としての代表的材料であるが、前記のとおり、さまざまな材料が使用できる。不織布に限られず、不織布、織物などの繊維部材を広く選択することができる。繊維部材を構成する繊維状素材の径および材料も自由に選択が可能である。たとえば、不織布シート１２０では、単数又は複数の繊維状素材を積層した後、織らずに絡め合わせ又は接着剤により繊維同士を接着し、シート状に形成して成る不織布であり、後述する針状の部材が損なわれずに容易に貫通可能、かつ緩衝液又は培養液を保持可能、かつ後述する針状の部材から加えられる力に対抗可能な、メッシュ状及び／又はポーラスな素材から成る。不織布シート１２０の大きさは、例えば幅１２３ミリメートル、奥行き８９ミリメートル、厚さ０．２ミリメートルである。また、不織布シート１２０は、例えば白色であって、水分を含むと透明又は透明に近くなって、透光性を有する。緩衝液は、リン酸緩衝生理食塩水等から成る液体であり、培養液は、生理活性物質を含む液体である。不織布シート１２０は、枠体１１０の片面に貼り付けられ、開口部１１１の内部で支持される。開口部１１１の内部で支持される箇所は自由に設定できるが、たとえば、貫通孔である開口部１１１を閉鎖するように、枠体１１０の一の面に貼り付けて支持することができる。ただし、開口部１１１の内部で貫通孔を封止する形態でもよい。貫通孔と、それを封止する枠体１１０において不織布シート１２０が貼り付けられない面を見ると、底面が不織布シート１２０から成る有底筒状の凹部１１２が形成される。細胞塊が不織布シート１２０上に置かれているときに、後述する針状のニードル３３２の先端が不織布シート１２０とは反対側から細胞塊を押すと、細胞塊は潰されるように変形、回転、及び／又は移動しようとする。これに対し、不織布シート１２０は、先端の圧力に対抗して細胞塊を支え、かつ包み込むようにわずかに撓み、変形可能な特性を有する。また、不織布シート１２０は、概ねここに独立した繊維が織られず重ねられた又は絡み合わされたものであるため、複数の繊維を束ねて織られた布に比べ、一般に繊維密度は低い。このため、不織布シート１２０の多孔質に起因するソリッドでない部分、つまり詰まっていない部分が有効に働いて、ニードル３３２がストレスなく、つまり不織布シート１２０から大きな反力を受けずに不織布シート１２０に進入できる。針状体は細かい細胞塊を穿刺するための細長い材料であるため、僅かな荷重で、弾性変形、塑性変形、破壊などが起こりやすい。そのため、不織布シート１２０が硬いと、細胞トレイ１００に保持されている細胞塊を穿刺する際に、変形を起こしやすい。針状体が変形すると、穿刺すべき細胞塊の位置に正確に針状体を向けることができなくなる。そのため、多孔質材は、針状体が貫通しやすい構造である。【００１６】
細胞トレイラック２００は、暗箱として、箱体２１０と発光部２２０とを備え、細胞トレイ１００を載置する台座である。箱体２１０は、頂面がない直方体の箱である。箱体２１０の内部は、つや消し黒色に表面処理、例えば塗装される。箱体２１０は、例えばＡＢＳ等の樹脂、又は例えばアルミニウムやステンレス等の金属から成る。発光部２２０は、箱体２１０の内部よりも小さい直方体の箱であって、頂面に設けられる白色の透光板２２１と、内部に格納され白色発光する複数のＬＥＤ２２２を主に備える。ＬＥＤ２２２が発光した光は透光板２２１により適切に拡散され、発光部２２０の頂面から一様の白色光として外部に射出される。発光部２２０は、箱体２１０の底面に置かれる。箱体２１０の頂面開口部分には、細胞トレイ１００が載置可能な支持部を有している。このとき、不織布シート１２０が箱体２１０の内側に面する。そして、箱体２１０の頂面に、底面が不織布シート１２０から成る有底筒状の凹部１１２が形成される。発光部２２０が照明光を発すると、照明光の一部は不織布シート１２０及び開口部１１１を通過する。また、箱体２１０の内部はつや消し黒色であるため、照明光は箱体２１０の内部で乱反射しない。前述のように、不織布シート１２０は、水分を含んでいるとき透光性を有するため、照明光は不織布シート１２０によって殆ど吸収されず容易に透過する。細胞塊が凹部１１２に置かれているとき、不織布シート１２０を通過した照明光の一部は、細胞塊に妨げられ、あるいは弱められる。つまり、細胞塊及び凹部１１２をカメラで撮影すると、細胞塊に妨げられ、あるいは弱められた照明光は、不織布シート１２０のみを通過する照明光よりも暗くなって、細胞塊と周囲とのコントラストが大きくなる。そのため、撮影画像において細胞塊を認識しやすくなる。すなわち、不織布シート１２０の下側から照射されて通過した光は開口部１１１の形状である白色の円形として不織布シート１２０の上側で認識されるところ、細胞塊は影になるので黒色のほぼ円形となる。この円形の黒色の輪郭が細胞塊の輪郭と判断することができる。【００１７】
次に、図２を用いて細胞構造体製造装置３００について説明する。以下、図２から５において、左から右方向をＸ軸正方向とし、下から上方向をＺ軸正方向とし、手前から奥方向をＹ軸正方向とする。【００１８】
細胞構造体製造装置３００は、三軸アクチュエータ３１０、受光素子を備える撮像部たるカメラ（電子カメラ）３２０、穿刺部３３０、及び制御部３４０を主に備える。三軸アクチュエータ３１０は、Ｘ軸アクチュエータ３１１、Ｙ軸アクチュエータ３１２、Ｚ軸アクチュエータ３１３、固定部３１４、及びベース３１５を主に備える。ここでは撮像部は電子カメラ３２０としているが、撮像部として光センサを選定してもよい。穿刺部３３０は、チャック３３１と、細長く延在する針状体たるニードル３３２とを主に備える。ベース３１５は、ベース３１５の面が水平に位置するように配置される台座である。ベース３１５の面内方向で直行する２軸をＸ軸とＹ軸と定義する。Ｙ軸アクチュエータ３１２はベース３１５に固定されるとともに、Ｘ軸アクチュエータ３１１をベース３１５に対してＹ軸方向に移動可能となるように支持する。また、Ｘ軸とＹ軸との両方に垂直な鉛直方向をＺ軸と定義する。穿刺部３３０において、ニードル３３２はその延在する方向がＺ軸方向となるように取り付けられている。Ｘ軸アクチュエータ３１１は、Ｚ軸アクチュエータ３１３をベース３１５に対してＸ軸方向に移動可能となるように支持する。Ｚ軸アクチュエータ３１３は、固定部３１４をベース３１５に対してＺ軸方向に移動可能となるように支持する。これにより、三軸アクチュエータ３１０、穿刺部３３０のニードル３３２を水平方向二軸と、鉛直方向一軸の計三軸方向に移動可能である。固定部３１４は、電子カメラ３２０及び穿刺部３３０を保持する。以上の構成により、電子カメラ３２０及び穿刺部３３０は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向に移動可能となる。電子カメラ３２０は、受光素子と撮像レンズとを主に備え、画像を撮像して制御部３４０に送信する。チャック３３１は、図示されないニードルフィーダからニードル３３２を取得し、保持する。ニードルフィーダとは、チャック３３１にニードル３３２を自動的に供給する装置である。これにより、チャック３３１にニードル３３２が自動的に取り付けられる。ニードル３３２は、細胞非接着性、防錆性、低溶出性の材質、例えばステンレス又はタングステンから成る先端がたとえば円錐形状の細長い針状体であって、細胞塊を突き刺すに足る剛性を有する。ニードル３３２の断面の直径は、細胞塊を突き刺したときに細胞塊を破壊せず、そして細胞塊の融合を妨げない任意の値であり、例えば直径５０マイクロメートルから３００マイクロメートルの値をとる。細胞非接着性とは、細胞が細胞外接着因子を介して付着することを阻止できる性質を意味する。低溶出性の材質は、細胞毒性が低い。制御部３４０は、三軸アクチュエータ３１０、電子カメラ３２０、及び穿刺部３３０と電気的に接続され、これらの動作を制御する。概説すると、制御部３４０は、三軸アクチュエータ３１０を駆動して、電子カメラ３２０を細胞トレイ１００の上に移動させ、凹部１１２に置かれている細胞塊を撮像させる。そして、電子カメラから受信した画像を用いて、細胞塊の位置を算出する。算出された位置に応じて、ニードル３３２を駆動し、細胞塊を穿刺させる。すなわち、不織布シート１２０の上側で撮影された黒色の細胞塊の輪郭から細胞塊の中心位置を計算して、その位置を穿刺すべき位置と判断することができる。
【００１９】
次に、図３から７を用いて、ニードル３３２が複数の細胞塊を突き刺す処理について詳細に説明する。図３から５は、ニードル３３２が複数の細胞塊を突き刺すときのニードル３３２と細胞塊３０，３１，３２を示した図である。図６は電子カメラ３２０により撮影された枠体１１０の開口部１１１の部分を示した模式図である。開口部１１１の不織布シート１２０には、細胞塊３０，３１，３２が保持されている。たとえば、細胞塊３０，３１，３２の中には、細胞塊の断面が真円に近い細胞塊３０から、細胞塊の歪みが小さい細胞塊３１や細胞塊の歪みが非常に大きな細胞塊３１が含まれる。ニードル３３２は細胞塊３０の穿刺すべき中心位置３０ａを穿刺するように、制御部３４０が細胞塊３０の中心位置３０ａを決定し、ニードル３３２の水平位置を決定して穿刺部３３０を移動させる。中心位置３０ａはさまざまな形態で選定できる。たとえば、細胞塊３０の断面の重心Ｘｇとすることができる。または、細胞塊３０，３１，３２の輪郭のうち、端部間を結ぶ２つの任意の直線の交点としてもよい。また、制御部３４０は細胞塊３０，３１，３２のうち形状の歪が大きい細胞塊３２を穿刺対象から排除することも必要になる。このとき、穿刺対象から排除するための基準値を予め決定し、撮影された細胞塊３０，３１，３２の輪郭から得られる情報に基づいて計算した値とその基準値とを比較して、基準値を超えている場合には穿刺対象からはずすように設定する。基準値は、たとえば、以下のように決定することができる。細胞塊３０，３１，３２において、一つ一つの細胞塊において、端部間距離が最長となる部分の最長端部間距離と端部間距離が最短になる部分の最短端部間距離とを獲得し、たとえば最長端部間距離に対する最短端部間距離を形状判断値とする。そして、許容範囲となる形状の細胞塊を仮定して形状判断値を計算して、その値を基準値とする。細胞塊ごとに、形状判断値を計算して、基準値と比較する。形状判断値を最長端部間距離に対する最短端部間距離と定義した場合には、形状判断値が基準値に達しない細胞塊につき、制御部３４０はその細胞塊を穿刺対象からはずす。最長端部間距離と最短端部距離とは、撮影された細胞塊の輪郭につき、画像処理から細胞塊に内接円と外接円とを描いて求めることができる。たとえば、図７において、細胞塊３１と細胞塊３２において、外接円３１ｂ，３２ｂと内接円３１ｃ，３２ｃとを描き、外接円３１ｂ，３２ｂの直径を最長端部間距離とし、内接円３１ｃ，３２ｃの直径を最短端部間距離とすればよい。そして、細胞塊３１と細胞塊３２のそれぞれにおいて形状判断値を計算して、それぞれを基準値と比較する。その結果、たとえば細胞塊３２が基準値に達しないような場合には細胞塊３２を穿刺対象からはずす。【００２０】
まず、図示されないピペッタを用いて、緩衝液又は培養液とともに細胞塊を複数の凹部１１２内に配置する。このとき、１つの凹部１１２内に複数の細胞塊が置かれる。前述のように、不織布シート１２０は、緩衝液又は培養液を保持可能な素材から成り、緩衝液又は培養液は表面張力を有する。そのため、細胞塊は、不織布シート１２０により保持される緩衝液又は培養液の表面張力によって、凹部１１２内において緩衝液又は培養液に包まれる。緩衝液又は培養液は栄養分や酸素などを含んでいるため、凹部１１２内の細胞塊は死滅しにくくなる。【００２１】
次に、発光部２２０が照明光を発光し、不織布シート１２０を照らす。すなわち、発光部２２０が細胞塊に向けて光を照射する。そして、制御部３４０が、三軸アクチュエータ３１０を駆動して、電子カメラ３２０を細胞トレイ１００の上に移動させる。このとき、不織布シート１２０は緩衝液又は培養液を保持しているため、透光性を有する。そのため、照明光は不織布シート１２０を容易に透過する。そして、不織布シート１２０を通過した照明光の一部は、細胞塊に妨げられ、あるいは弱められる。そのため、図６および図７に示すように、電子カメラ３２０が、凹部１１２に置かれている複数の細胞塊３０，３１，３２を撮像すると、細胞塊３０，３１，３２とその周囲とのコントラストが大きくなっている撮影画像を得る。電子カメラ３２０は撮影画像を制御部３４０に送信する。制御部３４０は、この撮影画像を用いて、凹部１１２内に置かれている複数の細胞塊の１つ１つを検出し、複数の細胞塊の位置、特に細胞塊３０，３１，３２においてニードル３３２を穿刺したい位置を各々検出する。制御部３４０は、検出した位置に基づいて、特定の１つの細胞塊１０ａとニードル３３２との位置関係を算出し、算出した位置関係に基づいてニードル３３２の駆動量を求める。図３から図５で示すように、三軸アクチュエータ３１０は、制御部３４０が求めた駆動量に基づいてニードル３３２を駆動し、凹部１１２内の細胞塊１０ａの直上にニードル３３２を移動させる。次に、Ｚ軸アクチュエータ３１３は、ニードル３３２を細胞塊１０ａに向けてＺ軸に沿って降下させる。【００２２】
ニードル３３２の先端が細胞塊１０ａに接触すると、先端の圧力により、細胞塊１０ａが潰されるように変形、回転、及び／又は移動しようとする。このとき、不織布シート１２０は、先端の圧力に対抗して細胞塊１０ａの底面を支え、かつ包み込むようにわずかに撓み、変形する。これにより、ニードル３３２の先端が細胞塊１０ａを確実に捕らえるとともに、細胞塊１０ａにおいてニードル３３２を穿刺したい位置にニードル３３２を確実に突き刺す。さらに所定の長さだけニードル３３２を降下させると、ニードル３３２の先端が不織布シート１２０に進入する。前述のように、不織布シート１２０は、ニードル３３２が損なわれずに容易に貫通可能な素材、つまりニードル３３２に対する機械的ストレスが少ない素材および構造である。そのため、ニードル３３２は、その先端が不織布シート１２０に進入したときに折れたり曲がったりすることなく、所望の長さに渡って細胞塊１０ａを突き刺すことができる。【００２３】
所定の長さだけニードル３３２を降下させた後、Ｚ軸アクチュエータ３１３はニードル３３２をＺ軸に沿って上昇させる。このとき、ニードル３３２が細胞塊１０ａに刺さった状態となっている。そして、再度、制御部３４０及び三軸アクチュエータ３１０が前述と同様の処理を行い、これにより、次の細胞塊１０ｂの直上にニードル３３２を移動させ、次の細胞塊１０ｂを突き刺す（図４参照）。凹部１１２内の細胞塊の数だけこれらの処理を反復することにより、凹部１１２内の全ての細胞塊をニードル３３２に貫通させる（図５参照）。ニードル３３２を細胞塊に向けて降下させる降下量は、細胞塊の大きさ及び突き刺す細胞塊の数、言い換えると、ニードル３３２上における細胞塊の位置に応じて決定される。すなわち、ニードル３３２に１つめの細胞塊を突き刺すとき、降下量は最も長くなり、次の細胞塊においては、細胞塊の直径よりもわずかに短い降下量となる。降下量をわずかに短くすることにより、細胞塊どうしが密着し、融合しやすくなる。これらの処理を複数の凹部１１２及び複数の細胞塊に対して反復することにより、複数の細胞塊が刺さったニードル３３２を複数得る。なお、１つめの細胞塊を図３に示す降下量よりも少ない降下量、すなわち浅く刺し、その後に刺した２つめの細胞塊が１つめの細胞塊をさらに移動させるように降下量を決定してもよい。所望の数の細胞塊をニードル３３２に貫通させた後、細胞塊を突き刺した複数のニードル３３２は、突き刺さっている細胞塊が所望の立体形状を形成するように並べられ、図示されない後処理モジュールに移される。後処理モジュールは、いわゆる灌流培養容器であって、細胞塊を突き刺した複数のニードルを保持し、緩衝液又は培養液を細胞塊に灌流する。緩衝液又は培養液は栄養分や酸素などを含んでいるため、細胞塊は死滅せずに融合することができる。所定時間経過後にニードル３３２を細胞塊から引き抜くと、細胞立体構造体を得る。【００２４】
本願発明によれば、針状体により細胞塊を確実に突き刺して、細胞塊を突き刺すことが可能となり、ひいては任意の形状の細胞立体構造体を得ることができる。上記実施例において、三軸アクチュエータ３１０により電子カメラ３２０と穿刺部３３０とを細胞トレイ１００に対して移動させるようにしているが、電子カメラ３２０と穿刺部３３０に対して細胞トレイ１００を移動させるようにすることも可能である。電子カメラ３２０と穿刺部３３０とを細胞トレイ１００とが相対的に移動する限り、自由に設定可能である。【００２５】
なお、不織布シート１２０の色は前述の色に限定されず、緩衝液又は培養液などの液体を含んでいるときに透光性を有していればよい。また、不織布シート１２０は、水分を含んでいないとき、含んでいるとき、いずれの状態においても透光性を有してもよい。不織布シート１２０の繊維状素材は、例えばポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアクリロニトル（ＰＡＮ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、モノマーキャステイングナイロン（ＭＣＮ）、６ナイロン（６Ｎ）、６６ナイロン（６６Ｎ）等のエンジニアリングプラスティックから成るものであってもよい。【００２６】
開口部１１１による行列は、８行×１２列に限定されず、他の数による行列であってもよい。【００２７】
箱体２１０は黒色の樹脂から成り、箱体２１０の内部はブラスト処理されてつや消し黒色とされてもよい。【００２８】
発光部２２０及びＬＥＤ２２２が射出する光は白色に限定されず、画像解析により細胞塊の位置を検出するに適した波長の光が射出されてもよい。また、透光板２２１は、白色に限定されず、画像解析により細胞塊の位置を検出するに適した波長の光を透過するものであってもよい。【００２９】
枠体１１０において、細胞トレイラック２００に取り付けられたときに内側となる面は、つや消し黒色に塗装されてもよく、黒色の材料から成る枠体１１０をブラスト処理してつや消し黒色とされてもよい。また、枠体１１０及び箱体２１０の素材は、前述のものに限定されず、つや消し黒色に表面処理し、又は黒色の素材にブラスト等を施してつや消し黒色として、照明光の乱反射を防げる素材であれば、ポリプロピレン、ナイロン、表面がフッ素で覆われた素材、テフロン（登録商標）、ｐｏｌｙ−ＨＥＭＡ、アクリル板、塩化ビニール板、ポリエステル系樹脂板、ポリカーボネート板等の樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）、アクリルニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、モノマーキャステイングナイロン（ＭＣＮ）、６ナイロン（６Ｎ）、６６ナイロン（６６Ｎ）等のエンジニアリングプラスティックでもよいが、これらに限定されるものではない。また、枠体１１０及び箱体２１０の製法は、前述のものに限定されず、他の方法により作製されてもよい。【００３０】
ニードル３３２の素材は、前述のものに限定されず、細胞非接着性、防錆性、低溶出性を有する他の素材でもよいが、これらに限定されるものではない。これらの素材以外にも、細胞接着性を低下させた素材が使用され得る。また、ニードル３３２の素材は、細胞非接着性、防錆性、低溶出性を有さないものでもよく、細胞塊を突き刺すに足る剛性を有する素材、及び／又は極細径、例えば１７０マイクロメートル程度に加工可能な素材であってもよい。【００３１】
また、ニードル３３２は、開口部１１１の全長に渡って貫通しなくてもよい。すなわち、ニードル３３２の先端が開口部１１１の全長半ばまで進入してもよい。【００３２】
複数のニードル３３２を同時に用いてもよい。すなわち、複数のニードル３３２の各々が同時に細胞塊を突き刺す。これにより、全ての細胞塊を突き刺す工程に要する時間を短縮できる。このとき、隣り合う凹部１１２の中心どうしの間隔は、隣り合う針状体の中心どうしの間隔と等しくてもよい。【００３３】
開口部１１１の形状は円筒形に限定されず、矩形、楕円、又はその他の形状であってもよい。開口部１１１の２つの端部の形状は同じでなくてもよく、枠体１１０を貫通していればよい。 【００３４】
細胞構造体製造装置３００は三軸アクチュエータ３１０を備えるとして説明したが、三軸アクチュエータ３１０でなく、少なくとも三軸方向に駆動可能なアクチュエータ又はロボット、例えばスカラー型のようなロボット、垂直多関節ロボットのような三軸以上の軸数を持つロボットであってもよい。【００３５】
チャック３３１は、ニードルフィーダからニードル３３２を取得しなくてもよく、複数のニードル３３２を等間隔で並べて保持するホルダーや、その他の部材からニードル３３２を取得してもよい。また、チャック３３１の先端を自動的に開閉するように構成し、ニードルフィーダがニードルを１本ずつ定位置でチャック３３１に渡し、チャック３３１が自動的に先端を開いて定位置でニードルを受け取って先端を閉じるように構成されてもよい。【００３６】
別の実施例として図８を用いて説明する。前記の実施例は、多孔質材を境として、発光部を撮像部と反対の側に置いた例であった。以下の実施例は、発光部と撮像部と多孔質材を境として、同じ側に置く例である。図８は、この実施例における発光部３５０は、穿刺部３３０と同じ側に配置される。たとえば、穿刺部３３０の近くに配置して、細胞トレイ１００の開口部１１１を照らすようにしてもよい。この場合の多孔質材１２１は発光部３５０の光に対して反射するものである。【００３７】
なお、本明細書および図中に示した各部材の大きさは例示であって、これらの大きさに限定されない。また、各部材の素材は例示であって、これらの素材に限定されない。【００３８】
ここに付随する図面を参照して本発明の複数の実施形態が説明されたが、記載された発明の範囲と精神から逸脱することなく、変形が各部の構造と関係に施されることは、当業者にとって自明である。【００３９】
この出願は２０１６年１２月１３日に出願された日本国特許出願第２０１６−２４１４５４号からの優先権を主張するものであり、その内容を引用してこの出願の一部とするものである。
【符号の説明】
【００４０】
１００  細胞トレイ
１１０  枠体
１１１  開口部
１１２  凹部
１２０  不織布シート
２００  細胞トレイラック
２１０  箱体
２２０  ３５０  発光部
３００  細胞構造体製造装置
３１０  三軸アクチュエータ
３１１  Ｘ軸アクチュエータ
３１２  Ｙ軸アクチュエータ
３１３  Ｚ軸アクチュエータ
３１４  固定部
３１５  ベース
３２０  電子カメラ
３３０  穿刺部
３４０  制御部
【図１】
0006620251.tif 000002
【図２】
0006620251.tif 000003
【図３】
0006620251.tif 000004
【図４】
0006620251.tif 000005
【図５】
0006620251.tif 000006
【図６】
0006620251.tif 000007
【図７】
0006620251.tif 000008
【図８】
0006620251.tif 000009