(57)【要約】【課題】基材に細胞を付着して成る繋ぎ素材を所望の品質で量産できる人体組織の培養装置及び人工人体組織を提供する。【解決手段】人体組織の培養装置１は、培地２を底部に貯める複数の培地槽３と、複数の基材４を培地２に浸した状態で培地槽３の内部に保持するチャック装置５と、これら培地２，培地槽３，基材４及びチャック装置５を内部に収納する密閉培養部６と、個々の基材４に密閉培養部６の外側から張力を付与する駆動手段７とを備える。固定チャック５０及び可動チャック５１は、培地２及び培地槽３と共に培養ユニット８を構成している。【選択図】　図１
2004141036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
培地に浸した基材に張力を付与する駆動手段と、前記培地及び基材を収納する密閉培養部とを備え、前記駆動手段を前記密閉培養部の外側に配置したことを特徴とする人体組織の培養装置。
【請求項２】
前記培地を貯める培地槽と、該培地槽の内部に前記基材を保持しつつ前記基材に前記駆動手段の駆動力に基づき張力を付与するチャック装置とを備える培養ユニットを、前記密閉培養部に着脱自在に取り付けた請求項１に記載の人体組織の培養装置。
【請求項３】
前記チャック装置が、前記基材の一端を挟着する固定チャックと、前記基材の他端を挟着し前記固定チャックに対して進退可能な可動チャックとを備え、前記可動チャックに、前記駆動手段から伝達機構を介して駆動力を伝達することにより、前記可動チャックを進退動させる請求項１に記載の人体組織の培養装置。
【請求項４】
前記伝達機構が、前記可動チャックの進退動するストロークを調節するアジャスタ機構を備える請求項３に記載の人体組織の培養装置。
【請求項５】
前記固定チャック及び前記可動チャックが、互いに前記基材を捩じる方向に傾斜自在である請求項４に記載の人体組織の培養装置。
【請求項６】
前記基材に付与される前記張力を測定する、負荷測定手段を備える請求項１乃至５に記載の人体組織の培養装置。
【請求項７】
前記伝達機構を、前記可動チャックの進退方向に伸縮する弾性体を介して、前記駆動手段から前記可動チャックに駆動力を伝達する構成とした請求項３乃至６に記載の人体組織の培養装置。
【請求項８】
前記伝達機構に、前記弾性体を着脱自在に取り付けた請求項３乃至７に記載の人体組織の培養装置。
【請求項９】
前記アジャスタ機構が、駆動源により回転するカムと、該カムに従動して前記可動チャックを進退動させる揺動リンクとを備え、前記カムの偏心量を増減自在に構成することにより、前記揺動リンクの進退するストロークを伸縮できる請求項４乃至８に記載の人体組織の培養装置。
【請求項１０】
前記揺動リンクの進退するストローク及び前記弾性体の弾性係数を選択することにより、前記基材に付与する張力を制御できる請求項６乃至８に記載の人体組織の培養装置。
【請求項１１】
前記駆動源が、前記カムに出力軸を接続した速度可変モータである請求項９又は１０に記載の人体組織の培養装置。
【請求項１２】
前記速度可変モータの出力軸の回転速度に基づく周期で、前記基材に張力が繰り返し付与され、前記出力軸の回転速度を増減することにより、前記周期を調節できる請求項１１に記載の人体組織の培養装置。
【請求項１３】
前記請求項１乃至請求項１２に記載の人体組織の培養装置により製造されたことを特徴とする人工人体組織。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療分野において適用される人体組織の培養装置及び人工人体組織に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば腱、靱帯などの断裂又は損傷などが起こった場合、これらの組織を繋ぎ合わせることが行われている。例えば、生体の他の組織を移植する自家移植やその移植組織を人工材料で補強することがある。或いは、人工的な代用物を、組織の断裂又は損傷した箇所の繋ぎ素材として用いることが行われている。このような繋ぎ素材は、生体に対して非分解性であるポリエステル、ポリプロピレンなどの合成繊維を織又は編成することによって形成される。また、このような素材は、生体に対して非吸収性であり、生体内で半永久的に残るので、何かの問題が起きれば、再手術によって取り除かなければならないことがある。
【０００３】
【特許文献１】
特願２００１−３１８５０３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
通常、上記のような繋ぎ素材としては、強度、捩れ特性、伸び特性などの物性が生体に近いものが望ましい。更には、組織の再生の観点からすると、より生体に近い性質のもの、例えば、基材に細胞が付着したものが望ましい。これは、上記のように繋ぎ素材を生体内に留め置いた状態で、当該繋ぎ基材と生体との親和性が高まるからである。しかしながら、基材に細胞を付着して成る繋ぎ素材を、医療現場の需要に堪えられるように量産し、更に、その品質が所望の規格に合致するように管理することは困難である。
【０００５】
本発明は、基材に細胞を付着して成る繋ぎ素材を所望の品質で量産できる人体組織の培養装置及び人工人体組織を提供すること、即ち、特に細胞を接着させたうえで繰り返し張力を与えることにより、より生体組織に近い基材を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る人体組織の培養装置は、前記培地に浸した前記基材に張力を付与する駆動手段と、前記培地及び基材を収納する密閉培養部とを備え、前記駆動手段を前記密閉培養部の外側に配置したことを特徴とするものである。
【０００７】
更に、本発明に係る人体組織の培養装置は、前記培地を貯める培地槽と、該培地槽の内部に前記基材を保持しつつ前記基材に前記駆動手段の駆動力に基づき張力を付与するチャック装置とを備える培養ユニットを、前記密閉培養部に着脱自在に取り付けたものである。
【０００８】
更に、本発明に係る人体組織の培養装置は、前記チャック装置が、前記基材の一端を挟着する固定チャックと、前記基材の他端を挟着し前記該固定チャックに対して進退可能な可動チャックとを備え、前記可動チャックに、前記駆動手段から前記伝達機構を介して駆動力を伝達することにより、前記可動チャックを進退動させるものである。
【０００９】
更に、本発明に係る人体組織の培養装置は、前記伝達機構が、前記可動チャックの進退動するストロークを調節するアジャスタ機構を備えるものである。
【００１０】
更に、本発明に係る人体組織の培養装置は、前記固定チャック及び前記可動チャックが、互いに前記基材を捩じる方向に傾斜自在である。
【００１１】
更に、本発明に係る人体組織の培養装置は、前記基材に付与される張力を測定する、負荷測定手段を備えるものである。
【００１２】
更に、本発明に係る人体組織の培養装置は、前記伝達機構を、前記可動チャックの進退方向に伸縮する弾性体を介して、前記駆動手段から前記可動チャックに駆動力を伝達する構成としたものである。
【００１３】
更に、本発明に係る人体組織の培養装置は、前記伝達機構に前記弾性体を着脱自在に取り付けたものである。
【００１４】
更に、本発明に係る人体組織の培養装置は、前記アジャスタ機構が、前記駆動源により回転するカムと、該カムに従動して前記可動チャックを進退動させる揺動リンクとを備え、前記カムの偏心量を増減自在に構成することにより、前記揺動リンクの進退するストロークを伸縮できるものである。
【００１５】
更に、本発明に係る人体組織の培養装置は、前記揺動リンクの進退するストローク及び前記弾性体の弾性係数を選択することにより、前記基材に付与する張力を制御できるものである。
【００１６】
更に、本発明に係る人体組織の培養装置は、前記駆動源が、前記カムに出力軸を接続した速度可変モータである。
【００１７】
更に、本発明に係る人体組織の培養装置は、前記速度可変モータの出力軸の回転速度に基づく周期で、前記基材に張力が繰り返し付与され、前記出力軸の回転速度を増減することにより、前記周期を調節できるものである。
【００１８】
また、本発明に係る人工人体組織は、上記の人体組織の培養装置により製造されたことを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る人体組織の培養装置及び人工人体組織について説明する。本実施の形態に係る人体組織の培養装置の一部破断した側面図を図１に表し、同装置の平面図をそれぞれ図２と図３に分けて表している。
【００２０】
図１乃至図３に示すように、本実施の形態に係る人体組織の培養装置１は、培地２を底部に貯める複数（図示は２個）の培地槽３と、複数（図示は４本）の基材４を培地２に浸した状態で培地槽３の内部に保持するチャック装置５と、これら培地２，培地槽３，基材４及びチャック装置５を内部に収納する密閉培養部６と、個々の基材４に密閉培養部６の外側から張力を付与する駆動手段７とから構成される。
【００２１】
培地２は、細胞懸濁液或いは細胞培養液から成る培養液である。培地槽３は、上下に２分割可能な長方形のアクリル樹脂製等の密閉容器であり、その上部を下部に対して着脱することにより開閉できる。図２に示す通り、２個の培地槽３の中に、それぞれ２本ずつ基材４が納められている。基材４としては組紐又は糸等が適用できる。密閉培養部６は周知のインキュベータである。
【００２２】
この他、１個の培地槽３の中に総ての基材４を納めても良く、或いは、４個の培地槽３に４本の基材４を１本ずつ納めるようにしても良い。以上に述べた培地槽３、基材４、チャック装置５、又は駆動手段７の個数は適宜増減できる。
【００２３】
チャック装置５は、培地槽３の内部に配置され基材４の一端を挟着する複数の固定チャック５０と、これらの固定チャック５０に対向して培地槽３の内部に配置され基材４の他端を挟着する複数の可動チャック５１とから構成される。可動チャック５１は、駆動手段７から複数の伝達機構９を介して伝達される駆動力により、固定チャック５０に対して離反又は接近する方向へ進退動する。これらの可動チャック５１が進退動するストロークは、複数のアジャスタ機構１０により個々に調節できる。伝達機構９及びアジャスタ機構１０の詳細は後述する。
【００２４】
図１及び図４に示すように、固定チャック５０は、培地槽３の一端部の適所を貫通した軸部５０ａの先端付近に、Ｌ字部材５０ｂをビス５０ｃで固定し、Ｌ字部材５０ｂの水平部５０ｄと、これに対面する姿勢でビス５０ｅで固定される方形座５０ｆとの間に、基材４の一端を挟着する。Ｌ字部材５０ｂの上端は二股に分かれ、その間に軸部５０ａを挟み込んでいる。ビス５０ｃを締め付けることにより、Ｌ字部材５０ｂの上端を軸部５０ａに固定できる。ビス５０ｃを緩めれば、Ｌ字部材５０ｂを、軸部５０ａに対してスラスト方向に適宜移動して位置調整できる。
【００２５】
軸部５０ａのスラスト方向は、可動チャック５１の進退動する方向に一致する向きである。以下において、これを「進退方向」と表記する。
【００２６】
可動チャック５１は、培地槽３の他端部の軸部５０ａに対応する位置を貫通した軸部５１ａの先端付近に、Ｌ字部材５０ｂに対向するＬ字部材５１ｂを固定したものである。Ｌ字部材５１ｂと上記のＬ字部材５０ｂとは、互いに向きを違えた同部品（５０ｅ，５０ｆは符号共通）である。ビス５１ｃを緩めれば、Ｌ字部材５１ｂも進退方向に位置調整できる。
【００２７】
固定チャック５０及び可動チャック５１に、基材４を捩じった状態で取り付けても良い。この基材４を捩じる角度は、可動チャック５１の部品を交換することにより、例えば３０°，６０°又は９０°等となるよう無段階に設定できる。即ち、可動チャック５１の部品であるＬ字部材５０ｂに代えて、図５に示すような回動Ｌ字部材５２を適用する。
【００２８】
回動Ｌ字部材５２は、軸部５１ａの先端付近にビス５２ａで固定する継手部材５２ｂと、継手部材５２ｂの下端部に取り付けたコ字形挟着部材５３とから構成される。継手部材５２ｂは、その下端部を進退方向に貫く挿通孔５２ｃを形成すると共に、その下端部を挿通孔５２ｃに直交する向きに貫く螺子孔に角度固定ビス５２ｄを螺合している。また、継手部材５２ｃの上端は二股に分かれ、ビス５２ａを締め付けることによって軸部５１ａに固定できる。この点はＬ字部材５０ｂ，５１ｂと同様である。
【００２９】
コ字形挟着部材５３は、互いに重ね合わせた二片の間に、基材４を挿入させる切込み部５３ａを形成し、その一片から切込み部５３ａまでを貫く螺子孔に基材固定ビス５３ｂを螺合している。基材固定ビス５３ｂを締め付けることにより、基材固定ビス５３ｂとコ字形挟着部材５３の他片との間に、基材４を挟着できる。基材固定ビス５３ｂを緩めれば、基材４を自由に切込み部５３ａに抜き差しできる。
【００３０】
コ字形挟着部材５３の切込み部５３ａと反対側の端部には、継手部材５２ｂの挿通孔５２ｃに回動自在に挿通する支軸５３ｃを延出し、支軸５３ｃの先端に、抜止め用ワッシャ５３ｄをビス５３ｅで固定している。角度固定ビス５２ｄを緩め、コ字形挟着部材５３を適宜回動させることにより、基材４が所望の角度で捩じれるようにコ字形挟着部材５３を位置合わせする。この状態で、角度固定ビス５２ｄを締め付ければ、継手部材５２ｃにコ字形挟着部材５３を固定し、コ字形挟着部材５３を所望の角度に設定できる。
【００３１】
以上の説明では、コ字形挟着部材５３の角度を一旦設定すると、この角度を保持しつつ可動チャック５１が進退動することになるが、可動チャック５１の進退動と共に、コ字形挟着部材５３の角度（支軸５３ｃを枢軸として回転する角度）も刻々と変化するように構成しても良い。例えば、コ字形挟着部材５３を、サーボモータ等によって時計回り及び反時計回りに反復させて、振り子のように回動させ続けることにより行う。
【００３２】
また、固定チャック５０及び可動チャック５１は、上記の培地２及び培地槽３と共に培養ユニット８を構成している。
【００３３】
即ち、図１、図４及び図６に示すように、培養ユニット８は、横長の主フレーム８０の一端上面に縦枠材８２を固定し、主フレーム８０の他端上面に直動案内軸受８３ａを介して進退方向へ滑動自在にスライダ８３を設けている。個々の軸部５０ａの後端は、培地槽３の一端外方へ突出し、これらを各々挿通する複数のブッシング８１を介して主フレーム８０の縦枠材８２に支持されている。個々の軸部５１ａの後端は、培地槽３の他端外方へ突出し、クランプ９１を介して上記のスライダ８３に連結している。培地槽３の他端の外面には、培地槽３と軸部５１ａの隙間を密封するための蛇腹３０を設けている。
【００３４】
クランプ９１は、ハンドル９１ａを回動することにより、軸部５１ａにクランプ９１自体を締め付け、又は、軸部５１ａに対しクランプ９１自体が進退方向へ摺動するのを許容する。可動チャック５１全体の進退方向への位置調整、つまり、固定チャック５０と可動チャック５１との間隔の増減は、専らクランプ９１を操作することにより、即ち、クランプ９１と可動チャック５１全体との相対的な位置を変化させることによって行われる。
【００３５】
培養ユニット８は、密閉培養部６の内部に立ち上げた支持台１５の上面に着脱自在に取り付けられている。具体的には、上向きに折曲がったフック状の爪１６ａを主フレーム８０に固定し、支持台１５の上面を構成する横架枠１５ａに、爪１６ａに掛止する鉤１６ｂをスイング自在に設けている。鉤１６ｂは、これがスイングする支点より僅か下方を回動支点として水平軸回りに回動自在な短レバー１６ｃに取り付けられている。
【００３６】
短レバー１６ｃを上方へ回動し、爪１６ａに鉤１６ｂを掛止しつつ短レバー１６ｃを下方へ押し下げると、爪１６ａに鉤１６ｂを掛止した状態でロックできる。短レバー１６ｃを上方へ押し上げれば、上記のロックを解除できる。以上の簡単な操作で、図４に示すように、培養ユニット８と支持台１５とを結合させられる。或いは、培養ユニット８を支持台１５から開放させれば、図６に示すように、培養ユニット８を、支持台１５の真上に持ち上げて、支持台１５から取り外しできる。
【００３７】
このような培養ユニット８の着脱と同時に、培養ユニット８と伝達機構９との接続及び離脱が即行えるように、スライダ８３に固定したフック形継手９２を、伝達機構９の連結ロッド９８に掛止している。詳しくは後述する。
【００３８】
支持台１５は、平面視すると長方形である横架枠１５ａの四隅付近に、直立したねじ棒を主体とする４本の脚体１５ｂを各々螺合している。脚体１５ｂを適宜回転させることにより、横架枠１５ａ全体を昇降させて、培養ユニット８を保持する高さ位置を調整でき、又は、横架枠１５ａで保持した培養ユニット８が水平になるように、横架枠１５ａの微妙な傾きを補正できる。脚体１５ｂの下端には、これに加わる荷重を受け止めるスラスト軸受等を内装した底踏部１５ｃを設けている。
【００３９】
更に、培地槽３の一端外方へ突出した個々の軸部５０ａの後端には、負荷測定手段１１を設けている。負荷測定手段１１は、基材４に付与される張力を固定チャック５０を介して測定する。即ち、軸部５０ａの後端に、垂下部材５０ｇが固定され、垂下部材５０ｇに負荷測定手段１１の受圧部１１ａを当接している。基材４に張力が加わると、この張力は軸部５０ａ及び垂下部材５０ｇを介して反対方向の圧力として受圧部１１ａに加わる。これにより、負荷測定手段１１に内装したストレインゲージによって上記の圧力が測定される。この圧力値は基材４に加わる張力の大きさに他ならない。
【００４０】
図１及び図３に示すように、駆動手段７は、伝達機構９、アジャスタ機構１０、駆動源１２、及び支持台１７から構成されている。
【００４１】
支持台１７は、トッププレート１７ａの一端部を脚体１７ｂで支持し他端部を脚体１７ｃで支持したものである。脚体１７ｂ，１７ｃは、トッププレート１７ａが上記の横架枠１５ａと略同じ高さになるように、トッププレート１７ａを定盤１８の上方に固定している。密閉培養部６と支持台１７とは、それぞれ定盤１８の上面に駆動手段７に隣接して固定されている。定盤１８は、その下面の適所にスクリュージャッキ１８ａを設けている。
【００４２】
伝達機構９は、駆動源１２の出力軸１２ａに固定した駆動プーリ１２ｂと、駆動プーリ１２ｂに無端状平ベルト１２ｃを介して接続した従動プーリ１２ｄと、従動プーリ１２ｄに連結したカムシャフト１３ａと、カムシャフト１３ａのスラスト方向に所定間隔を開けて固定した複数（図示は４個）のカム１３と、個々のカム１３に従動してトップピン１４ａを進退方向に往復運動させる複数の揺動リンク１４と、揺動リンク１４に複数の自在ジョイント１９を介して接続した複数の緩衝部９３とから構成される。
【００４３】
駆動源１２は、減速機付きの直流モータを定盤１８の上面に固定したものである。駆動源１２に供給する電圧を増減することにより、駆動源１２の出力軸１２ａの回転速度を自在に調整できる。この他、駆動源１２として、交流モータ又はロータリーソレノイド等を適用しても良い。
【００４４】
上記のカム１３に係る所定間隔とは、進退方向に直交する方向に横並びした複数の基材４（図２）同士の間隔に対応する等間隔を意味する。カムシャフト１３ａは、進退方向に直交する方向に延び、その両端を、進退方向に直交する向きに対を成す２本の脚体１７ｃに各々軸受けされている。
【００４５】
カム１３の構成にはアジャスタ機構１０が含まれる。即ち、カム１３は、カムシャフト１３ａの周面に、カムシャフト１３ａの軸芯と同心円の輪郭を有する円盤状のフランジ１３ｂを固定し、カムシャフト１３ａを挿通した環形のカム本体１３ｃを、フランジ１３ｂに摺接するように配置している。一方、カム本体１３ｃのフランジ１３ｂ側の面に、螺子孔を貫通したブロック片１０ａをビス１０ｂで固定し、アジャストボルト１０ｃをブロック片１０ａにフランジ１３ｂの外周面へ向かって突き出る姿勢で螺合している。
【００４６】
アジャストボルト１０ｃを適宜回動することにより、ブロック片１０ａからアジャストボルト１０ｃが突き出る寸法を増減できる。この寸法は、カムシャフト１３ａの軸芯とカム本体１３ｃの軸芯の偏心量（カム１３のリフト量）を規定する。この偏心量を所望の値に調節した状態で、カム本体１３ｃを貫通しフランジ１３ｂに螺合したビス１３ｄを締め付けることにより、フランジ１３ｂとカム本体１３ｃとが固定されている。カムシャフト１３ａの従動プーリ１２ｄと反対側の端部には、カムシャフト１３ａを手動で回転させられるように、ハンドル１３ｄを設けている。
【００４７】
以上に述べたアジャスタ機構１０及びカム１３は、当該培養装置１に基材４の本数分、即ち図示では４個組み込まれている。これは、個々の基材４の寸法や物性は微妙ながら互いに違っており、個々の基材４に等しく張力を加えるためには、４個のアジャスタ機構１０を別々に調整することが不可欠なためである。また、個々のアジャスタ機構１０の調整は、個々の基材４に実際に加わる張力を複数（図示は４個）の負荷測定手段１１によりそれぞれ実測しながら行える。
【００４８】
揺動リンク１４は、トップピン１４ａを設けた一端部を上方に向け、従動ローラ１４ｂを設けた下端部を下方に向け、これらトップピン１４ａと従動ローラ１４ｂの間を略二等分する位置に挿通した支持軸１４ｃを支点に回動する。支持軸１４ｃは、カムシャフト１３ａに平行して延び、その両端は２本の脚体１７ｃに各々軸受けされている。揺動リンク１４の上端付近にはリターンスプリング１４ｄを設けている。リターンスプリング１４ｄは、その弾性力で揺動リンク１４を付勢して、従動ローラ１４ｂをカム１３へ向けて押し付けている。
【００４９】
従動ローラ１４ｂは、カム１３の外周縁に接触して揺動リンク１４とカム１３との接点の役割を果たすが、従動ローラ１４ｂを揺動リンク１４の片面側に配置しているため、その分、揺動リンク１４は、カム１３に対してカムシャフト１３ａのスラスト方向にオフセットされている。
【００５０】
緩衝部９３は、支持台１７のトッププレート１７ａの上面に直動案内軸受９４ａを介して進退方向へ滑動自在に設けた複数のスライダ９４と、個々のスライダ９４に隣接してトッププレート１７ａの上面に直動案内軸受９５ａを介して進退方向へ滑動自在に設けた複数のスライダ９５と、これら複数のスライダ９４，９５にそれぞれを設けたピン９４ｂ，９５ｂの間に掛け渡した弾性体９０とから構成される。
【００５１】
弾性体９０としは、コイルスプリング又はゴムなどが挙げられる。この他、ピン９４ｂ，９５ｂの間に、シリンダ型のエアダンパ等を介在させても良い。弾性体９０として適用したコイルスプリングは、図示の通り、その両端をピン９４ｂ，９５ｂに引っ掛けているだけなので、スライダ９４，９５に着脱するのが容易である。
【００５２】
上記複数の揺動リンク１４のそれぞれのトップピン１４ａは、自在ジョイント１９の入力側軸受１９ａに嵌入されている。一方、個々のスライダ９４は、それぞれの上面に固定したピン２０を、自在ジョイント１９の出力側軸受１９ｂに嵌入している。揺動リンク１４のトップピン１４ａの往復運動に従ってスライダ９４が進退する。更に、スライダ９４に弾性体９０を介して接続したスライダ９５も進退する。
【００５３】
スライダ９５は、その上面にクランプ９７を固定し、クランプ９７に連結ロッド９８を締め付けている。連結ロッド９８は、駆動手段７から突出し密閉培養部６の側壁部６０からその内部へ貫通している。密閉培養部６の側壁部６０には、連結ロッド９８を案内するガイドスリーブ９８ａを埋め込んでいる。側壁部６０の外面には、連結ロッド９８とガイドスリーブ９８ａの隙間を密封するための蛇腹６１を設けている。
【００５４】
クランプ９７は、ハンドル９７ａを回動することにより、連結ロッド９８にクランプ９７自体を締め付け、又は、連結ロッド９８自体がクランプ９７に対し進退方向へ摺動するのを許容する。つまり、上記カム１３のリフト量の調整に伴ってスライダ９５が僅かに移動しても、その分、クランプ９７と連結ロッド９８との相対位置を変化させられる。従って、カム１３のリフト量の変化に関わらず、連結ロッド９８、更には可動チャック５１の位置を一定に保てる。
【００５５】
連結ロッド９８のスライダ８３側の端部（先端）には、図７（ａ）に示すように、進退方向に直交する向きへ突出したＴ字状の鉤部９８ｂが形成されている。一方、フック形継手９２は、連結ロッド９８を挿通可能な距離を隔て対を成した状態でスライダ８３にビス９２ａで固定されている。これら一対のフック形継手９２は、上記の培養ユニット８を図６に示すように支持台１５から取り外す際に培養ユニット８を真上に持ち上げると、図７（ｂ）に示すように、連結ロッド９８の鉤部９８ｂから簡単に離脱する。
【００５６】
この他、スライダ８３と連結ロッド９８との接続及び切り離し作業が迅速つ容易に行える継手であれば、以上の構成に限定されない。例えば、スライダ８３と連結ロッド９８とを重ね合わせた状態で、これらを、進退方向に直交するピンで貫くことにより、両者を接続し、このピンを抜き取ることにより、両者を切り離すようにしても良い。
【００５７】
上記のスライダ９４，９５は、進退方向に縦列し、それぞれの直動案内軸受９４ａ，９５ａは、互いに単一のガイドレールを共用している。また、上記例示のコイルスプリング等の本数を増減、又はコイルスプリング等を弾性係数の異なるものへ交換することにより、伝達機構９が伝達する張力を変化させられる。
【００５８】
次に、本発明に係る人体組織の培養装置及び人工人体組織の実施例を、以下に説明する。
【００５９】
人体組織の培養装置１によって製造される人工人体組織（加工対象物）としては、人工靱帯、人工腱、人工腱板、人工筋肉など、人体に適用して張力の加わる運動器が挙げられる。特に、人体組織の培養装置１は人工靱帯の形成に有用である。
【００６０】
基材４としては、従来の技術において既述した生体内非吸収性素材の他、生体内分解吸収性素材である乳酸、グリコール酸、カプロラクトン、ジオキサノン、トリメチレンカーボネートのホモポリマー、及びそれらのコポリマーなど、従来より医療用途で用いられるポリマーを用途に応じ適宜選択して用いることができる。特に、強度が高く、分解性の緩やかなポリ乳酸を用いることが望ましい。
【００６１】
基材４の形態は、編物、織物、不織布、糸、又はスポンジ状のものが挙げられる。特に、基材４として、適度の伸びと強度に優れている組紐を適用するのが望ましい。組紐とは平組紐又は丸組紐を意味する。
【００６２】
密閉培養部６内の培地２で培養する細胞としては、線維芽細胞、靱帯を構成する細胞、骨髄由来の間葉系細胞などが挙げられる。これらの細胞培養液に細胞成長因子を適量添加しても良い。
【００６３】
密閉培養部６内の培地２で細胞を培養する手順を説明する。即ち、全長３０〜１００ｍｍの基材４の一端を固定チャック５０で挟着すると共に、基材４の他端を可動チャック５１で挟着することにより、固定チャック５０と可動チャック５１との間に基材４を掛け渡す。この状態で、基材４が培地２に浸される程度に、培地槽３の底部を培地２で満たすようにする。培地２として、１０６／ｍｌのヒトの繊維芽細胞を含む培養液を１００〜２００ｍｌ使用した。
【００６４】
尚、基材４に予め細胞を播種してから、無菌操作により基材４の両端をそれぞれ固定チャック５０及び可動チャック５１に固定しても良い。こうすれば、培地２に予め細胞を入れておく必要がない。また、大量に基材４に細胞（ｃｅｌｌ）を接着させた状態から張力を付与できる。
【００６５】
以上の作業は、培養ユニット８を支持台１５から取り外し密閉培養部６の外側へ出した上で行っても良い。このようにセッティングした培養ユニット８を、再び密閉培養部６に戻した後、密閉培養部６を密閉し、密閉培養部６の内部の温度を調整する。更に、駆動源１２を起動すると、可動チャック５１が進退して往復運動することにより、固定チャック５０と可動チャック５１との間に掛け渡した基材４に所定の周期で張力が繰り返し付与される。
【００６６】
具体的な条件としては、周期を約６０回／分、張力が約４．５ｋｇｆ又は１０〜１００Ｎの範囲で設定することが望ましい。このような周期の設定は、駆動源１２の主軸１２ａの回転速度を調節することで簡単に行える。また、このような張力の設定は、アジャスタ機構１０によってカム１３のリフト量を調整（１０ｍｍ程度）すると共に、弾性体９０のバネ定数又は弾性係数を適切に選定することで簡単に行える。
【００６７】
以上に例示した条件下で、２〜３週間継続して基材４に繰り返し張力を付与する。これにより基材４に付着した細胞に、繰り返し張力が加わり、細胞の形態が繊維に沿って変化する様子が観察された。また、以上のプロセスを経て得られた基材４について、生成したコラーゲンの量、質を形態学的に生化学的に評価する。
【００６８】
尚、以上に例示した本実施の形態は、本願発明の技術的思想を実質的に限定するものと解してはならない。また、本願発明は、その要旨を逸脱しない範囲において、当業者の創意と工夫により、適宜に改良、変更又は追加をしながら実施されるものである。
【００６９】
例えば、駆動源１２として、自在ジョイント１９又はスライダ９４に、これらを進退方向に直線運動させるエアシリンダ又はソレノイド等を直結しても良い。或いは、エアシリンダ又はソレノイド等によって揺動リンク１４を、支持軸１４ｃ回りに揺動させても良い。また、培地２の交換等の作業性において好ましい例として、培養ユニット８を支持台１５に着脱自在としたが、培養ユニット８を密閉培養部６内に固定した仕様であっても良い。
【００７０】
【発明の効果】
本発明に係る人体組織の培養装置によれば、駆動手段を密閉培養部の外側に配置しているので、密閉培養部と駆動手段を隔絶できる。これにより、駆動手段の動作に伴う発熱、機械的な振動、又は粒塵、雑菌などが細胞培養に悪影響を及ぼすのを確実に防止することができる。
【００７１】
更に、本発明に係る人体組織の培養装置によれば、培地槽とチャック装置とを備える培養ユニットを密閉培養部に着脱自在に取り付けているので、例えば培地の交換又は培地槽の滅菌処理などを行うに際して、培養ユニットを密閉培養部から簡単に取り出せる。このため、上記例示の作業を密閉培養部の内部に手を差し入れたまま行うといった雑作を避けられるので、上記例示の作業を容易且つ手際よく行うことができる。
【００７２】
更に、本発明に係る人体組織の培養装置によれば、チャック装置が、固定チャック、可動チャック、伝達機構、及びアジャスタ機構をそれぞれ複数個ずつ備え、複数の基材を一度にセットできる構成としているので、複数の基材に同時に同一条件の張力を付与することができる。或いは、複数の基材に付与するそれぞれの張力を、個々の基材毎に調節することができる。
【００７３】
更に、本発明に係る人体組織の培養装置によれば、固定チャック及び可動チャックが、互いに基材を捩じる方向に自在に回転できるので、人体の動きを再現した条件下で張力を付与することができる。
【００７４】
更に、本発明に係る人体組織の培養装置によれば、負荷測定手段によって基材に付与される張力を測定できるので、加工の状況を正確に数値で把握できる。また、基材に実際に加わる張力を検出できる。即ち、繰り返し張力を付与された基材は徐々に伸び、この伸び量に従って基材に加わる張力が、初期の設定値よりも僅かながら低下する。このため、加工の途中でも基材に加わる張力の検出が常時必要である。
【００７５】
更に、本発明に係る人体組織の培養装置によれば、可動チャックの進退方向に伸縮する弾性体を介して、駆動手段から可動チャックに駆動力を伝達するので、基材に付与される張力は、弾性体によって制限される。これは、基材が伸長可能な最大の長さを超えて駆動手段が基材を無理に引っ張るような場合に、この過大な張力を弾性体が伸長することによって緩和できるので、基材の破損を防止できる。また、複数の可動チャックの進退するストロークが、個々の可動チャック毎に多少の差異があっても、弾性体を介在することで、個々の基材に付与される張力を略均一に揃えることができる。
【００７６】
更に、本発明に係る人体組織の培養装置によれば、伝達機構に、それぞれ弾性体を着脱自在に取り付けた構成であるので、弾性体係数の異なる数種類の弾性体を準備しておけば、基材に付与する張力が所望の値になるように、弾性体を適宜交換することができる。
【００７７】
更に、本発明に係る人体組織の培養装置によれば、アジャスタ機構のカムの偏心量を増減自在に構成しているので、揺動リンクの進退するストロークを、基材が伸長可能な最大の長さを超えないように調整できる。従って、全長や物性の異なる種々の基材に適切な張力を付与することができる。
【００７８】
更に、本発明に係る人体組織の培養装置によれば、揺動リンクの進退するストローク及び弾性体のバネ定数又は弾性係数を選択することにより、基材に付与する張力を制御できるので、全長や物性の異なる種々の基材に適切な張力を付与するという効果を一層顕著に達成できる。
【００７９】
更に、本発明に係る人体組織の培養装置によれば、駆動源が、カムに出力軸を接続した速度可変モータであるので、当該培養装置の全体の動作を電気的に制御できる上、速度可変モータの出力軸の回転速度を変化させることにより、基材に張力を繰り返し付与する周期を調節できる。
【００８０】
しかも、可動チャックが進退動作する速度は、カム固有の構造に起因する加速度によって変化するので、カム形状やリフト量を変化させることで、基材の応力特性又は伸縮速度を、単調な比例関係のみならず多様に変化させられる。従って、恰も生体の動きによって引っ張られる様な負荷を基材に付与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る人体組織の培養装置を一部破断した側面図。
【図２】本発明の実施の形態に係る人体組織の培養装置に適用した密閉培養部側の平面図。
【図３】本発明の実施の形態に係る人体組織の培養装置に適用した駆動手段の平面図。
【図４】本発明の実施の形態に係る人体組織の培養装置に適用した密閉培養部の要部を示す側面図。
【図５】本発明の実施の形態に係る人体組織の培養装置に適用した回動Ｌ字部材の斜視図。
【図６】本発明の実施の形態に係る人体組織の培養装置から密閉培養部を取外した状態を示す側面図。
【図７】本発明の実施の形態に係る人体組織の培養装置に適用したフック形継手と連列ロッドの接続及び切断状態を表す斜視図。
【符号の説明】
１：人体組織の培養装置
２：培地
３：培地槽
４：基材
５：チャック装置
６：密閉培養部
７：駆動手段
８：培養ユニット
９：伝達機構
１０：アジャスタ機構
１１：負荷測定手段
１２：駆動源
１３：カム
１４：揺動リンク
１５：支持台
５０：固定チャック
５１：可動チャック
９０：弾性体
【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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