(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長く先端が尖った複数のニードルと、
前記複数のニードルのそれぞれについて、一回以上、前記ニードルの前記先端と反対側の端部を着脱可能に保持して細胞塊が保持された細胞トレイに対して前記ニードルを下降させて前記先端で前記細胞塊を穿刺して貫通して穿刺後に前記ニードルを上昇させる穿刺部と、
前記ニードルの前記先端が突き刺ささることで前記先端を受容して前記ニードルを保持可能な面を有するベース部と、
前記複数のニードルのそれぞれについて、前記細胞塊が穿刺された前記複数のニードルのそれぞれが前記ベース部の上で所定の位置となるように前記穿刺部を移動させ、前記ベース部の所定の位置で前記先端を前記ベース部の上に突き刺すように前記複数のニードルのそれぞれを所定の量だけ下降させ、前記先端が前記ベース部の上に突き刺さった後に前記保持を解除するように穿刺部を制御して、前記ベース部の上で前記複数のニードルのそれぞれの整列を行う制御部と、を備える細胞構造体製造装置であって、
前記所定の位置は、前記ベース部に保持された前記複数のニードルのそれぞれの間隔が所定の距離となっている位置である細胞構造体製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の細胞構造体製造装置であって、
前記所定の量は、前記複数のニードルのそれぞれにおいて、前記ベース部の前記面から穿刺されているそれぞれの細胞塊の高さが同じとなるような量である細胞構造体製造装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の細胞構造体製造装置であって、
前記所定の距離は前記細胞塊の直径に所定の圧縮率を乗じて得られた距離であって前記細胞塊の直径よりも短い距離である細胞構造体製造装置。
【請求項４】
請求項３に記載の細胞構造体製造装置であって、
前記細胞塊の直径はユーザにより入力される直径の値である細胞構造体製造装置。
【請求項５】
請求項３に記載の細胞構造体製造装置であって、
前記細胞構造体製造装置は前記細胞トレイに保持された複数の細胞塊の形状を検出する検出部を有し、
前記細胞塊の直径は前記検出部が検出した結果からの測定値に基づいて算出された前記複数の細胞塊の平均直径である細胞構造体製造装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の細胞構造体製造装置であって、
前記整列は、前記ベース部の上で、前記複数のニードルが直交する二方向に前記所定の距離をもった等間隔での整列である細胞構造体製造装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか一項に記載の細胞構造体製造装置であって、
前記整列は、前記ベース部に刺さっている前記複数のニードルのそれぞれの位置が前記ベース部の法線方向に円を形成する整列である細胞構造体製造装置。
【請求項８】
請求項７に記載の細胞構造体製造装置であって、
前記複数のニードルの本数は、製作すべき細胞構造体の要求外形から前記細胞塊の直径を減じた直径に対する円周または要求内形から前記細胞塊の直径を加えた直径に対する円周を前記所定の距離で除して算出される細胞構造体製造装置。
【請求項９】
請求項１から５のいずれか一項に記載の細胞構造体製造装置であって、
前記整列は、前記ベース部に刺さっている前記複数のニードルのそれぞれの位置が前記ベース部の面と平行な方向が中心軸となる円の断面を形成する整列である細胞構造体製造装置。
【請求項１０】
細長く先端が尖った複数のニードルと、
前記複数のニードルを移動させる穿刺部と、
前記ニードルの前記先端が突き刺ささることで前記先端を受容して前記ニードルの保持が可能な面を有するベース部と、を備える細胞構造体製造装置によって、細胞構造体を製造する方法であって、その方法は、
前記複数のニードルの一について、一回以上、前記ニードルの前記先端と反対側の端部を着脱可能に保持して細胞塊が保持された細胞トレイに対して前記ニードルを下降させて前記先端で前記細胞塊を穿刺して貫通して穿刺後に前記ニードルを上昇させる穿刺工程と、
前記穿刺工程の後に、前記細胞塊が穿刺された前記複数のニードルの一を前記ベース部の上の所定の位置に移動させ、前記ベース部の所定の位置で前記先端を前記ベース部の上に突き刺すように前記複数のニードルの一を所定の量だけ下降させ、前記先端が前記ベース部の上に突き刺さった後に前記保持を解除する配置工程と、を備え、
前記方法は、前記ベース部に保持された前記複数のニードルのそれぞれの間隔が所定の距離となるように前記穿刺工程と前記配置工程とを前記複数のニードルのすべてに対して繰り返して行うことで前記複数のニードルの整列を行う細胞構造体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の細胞構造体の製造方法であって、
前記所定の量は、前記複数のニードルのそれぞれにおいて、前記ベース部の前記面から穿刺されているそれぞれの細胞塊の高さが同じとなるような量である細胞構造体の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の細胞構造体の製造方法であって、
前記所定の距離は前記細胞塊の直径に所定の圧縮率を乗じて得られた距離であって前記細胞塊の直径よりも短い距離である細胞構造体の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の細胞構造体の製造方法であって、
前記細胞塊の直径はユーザにより入力される直径の値である細胞構造体の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の細胞構造体の製造方法であって、
前記細胞構造体製造装置は前記細胞トレイに保持された複数の細胞塊の形状を検出する検出部を有し、
前記方法は、前記検出部により検出した複数の細胞塊の形状の結果の測定値に基づいて前記複数の細胞塊の平均直径を算出する工程を備え、その平均直径を前記細胞塊の直径とした細胞構造体の製造方法。
【請求項１５】
請求項１０から１４のいずれか一項に記載の細胞構造体の製造方法であって、
前記整列は、前記ベース部の上で、前記複数のニードルが直交する二方向に前記所定の距離をもった等間隔での整列である細胞構造体の製造方法。
【請求項１６】
請求項１０から１４のいずれか一項に記載の細胞構造体の製造方法であって、
前記整列は、前記ベース部に刺さっている前記複数のニードルのそれぞれの位置が前記ベース部の法線方向に円を形成する整列である細胞構造体の製造方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の細胞構造体の製造方法であって、
前記複数のニードルの本数は、製作すべき細胞構造体の要求外周直径から前記細胞塊の直径を減じた直径に対する円周を前記所定の距離で除して算出される細胞構造体の製造方法。
【請求項１８】
請求項１０から１４のいずれか一項に記載の細胞構造体の製造方法であって、
前記整列は、前記ベース部に刺さっている前記複数のニードルのそれぞれの位置が前記ベース部の面と平行な方向が中心軸となる円の断面を形成する整列である細胞構造体の製造方法。
【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およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に開示されるように、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、基板の法線方向に延在するように予め固定されている複数の針状体からなる支持体を利用し、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、細胞塊を取り出してその支持体の複数の針状体の各々に、吸引等で保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が串刺しになった支持体を製作するものである。その状態で培養して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手法である。【０００３】
これに対し、特許文献２では、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一本の細い針状体を鉛直方向に昇降させて、細胞塊が串刺しになった一本の針状体を作製し、それを繰り返して整列枠に整列させて培養する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５１７１２５号明細書
【特許文献２】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】
【０００５】
特許文献１で開示される手法では針状体は支持体の所定の位置に予め固定されているので、細胞塊を穿刺できる位置は針状体の位置となり、細胞塊の位置として選択できる位置の自由度が少ない。また、この手法では、特殊な形の細胞立体構造体を作製したい場合には、予め支持体を準備しておかなければならず、リードタイムが長くなる問題がある。【０００６】
これに対し、特許文献２で開示される手法では、針状体で細胞塊を穿刺して、細胞塊が串刺しになった針状体を整列枠にはめ込んで保持するため、整列枠における針状体の保持部としての設定位置により、細胞塊の位置として選択できる位置の自由度が少ない。また、この手法では、特殊な形の細胞立体構造体を作製したい場合には、それに合わせた整列枠を予め準備しておかなければならず、特許文献１で開示される手法と同様にリードタイムが長くなる。【０００７】
本発明はこれらの課題に鑑みてなされたものであり、穿刺した細胞塊を自由な形状で適切に突き刺すことのできる細胞構造体製造装置と、これで使用される細胞トレイを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
細長く先端が尖った複数のニードルと、前記複数のニードルのそれぞれについて、一回以上、前記ニードルの前記先端と反対側の端部を着脱可能に保持して細胞塊が保持された細胞トレイに対して前記ニードルを下降させて前記先端で前記細胞塊を穿刺して貫通して穿刺後に前記ニードルを上昇させる穿刺部と、前記ニードルの前記先端が突き刺ささることで前記先端を受容して前記ニードルを保持可能な面を有するベース部と、前記複数のニードルのそれぞれについて、前記細胞塊が穿刺された前記複数のニードルのそれぞれが前記ベース部の上で所定の位置となるように前記穿刺部を移動させ、前記ベース部の所定の位置で前記先端を前記ベース部の上に突き刺すように前記複数のニードルのそれぞれを所定の量だけ下降させ、前記先端が前記ベース部の上に突き刺さった後に前記保持を解除するように穿刺部を制御して、前記ベース部の上で前記複数のニードルのそれぞれの整列を行う制御部と、を備える細胞構造体製造装置により解決する。【０００９】
細長く先端が尖った複数のニードルと、前記複数のニードルを移動させる穿刺部と、前記ニードルの前記先端が突き刺ささることで前記先端を受容して前記ニードルの保持が可能な面を有するベース部と、を備える細胞構造体製造装置によって、細胞構造体を製造する方法であって、その方法は、前記複数のニードルの一について、一回以上、前記ニードルの前記先端と反対側の端部を着脱可能に保持して細胞塊が保持された細胞トレイに対して前記ニードルを下降させて前記先端で前記細胞塊を穿刺して貫通して穿刺後に前記ニードルを上昇させる穿刺工程と、前記穿刺工程の後に、前記細胞塊が穿刺された前記複数のニードルの一を前記ベース部の上の所定の位置に移動させ、前記ベース部の所定の位置で前記先端を前記ベース部の上に突き刺すように前記複数のニードルの一を所定の量だけ下降させ、前記先端が前記ベース部の上に突き刺さった後に前記保持を解除する配置工程と、を備え、前記方法は、前記ベース部に保持された前記複数のニードルのそれぞれの間隔が所定の距離となるように前記穿刺工程と前記配置工程とを前記複数のニードルのすべてに対して繰り返して行うことで前記複数のニードルの整列を行う細胞構造体の製造方法により解決する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の細胞トレイによれば、細胞構造体の製造において、細胞塊の配置の自由度を高くすることができる
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】細胞構造体製造装置を示した図である。
【図２】細胞構造体製造装置の構成ブロック図である。
【図３Ａ】細胞塊をニードルで突き刺す工程を示した図である。
【図３Ｂ】細胞塊をニードルで突き刺す工程を示した図である。
【図３Ｃ】細胞塊をニードルで突き刺す工程を示した図である。
【図３Ｄ】細胞塊をニードルで突き刺す工程を示した図である。
【図４Ａ】細胞塊の穿刺完了後のニードルをベース部に配置する工程を示した図である。
【図４Ｂ】細胞塊の穿刺完了後のニードルをベース部に配置する工程を示した図である。
【図４Ｃ】細胞塊の穿刺完了後のニードルをベース部に配置する工程を示した図である。
【図４Ｄ】細胞塊の穿刺完了後のニードルをベース部に配置する工程を示した図である。
【図５Ａ】細胞塊を穿刺する際のニードルと細胞塊の位置関係を示した図である。
【図５Ｂ】細胞塊を穿刺する際のニードルと細胞塊の位置関係を示した図である。
【図６Ａ】ニードルに穿刺された細胞塊同士の間隔の関係を示した図である。
【図６Ｂ】ニードルに穿刺された細胞塊同士の間隔の関係を示した図である。
【図６Ｃ】細胞塊同士の間隔の設定方法の概念を示した図である。
【図７Ａ】細胞塊を穿刺してニードルに配置するまでのプロセスのフローチャートである。
【図７Ｂ】配置するニードルの個数とその位置を決定するプロセスのフローチャートである。
【図８】細胞シート構造体作製用のニードル配置の例を示した図である。
【図９Ａ】管状細胞構造体作製用のニードル配置の例のプロセスの概略図である。
【図９Ｂ】管状細胞構造体作製用のニードル配置の例のプロセスの概略図である。
【図１０Ａ】管状細胞構造体作製用のニードル配置の例における細胞塊構成図である。
【図１０Ｂ】二重細胞塊構成による管状細胞構造体作製用のニードル配置の例における細胞塊構成図である。
【図１１】管状細胞構造体作製用のニードル配置の別の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
まず、本発明の細胞構造体の製造方法とそれを実現する細胞構造体製造装置１について図１から図２を用いて説明する。図１は、細胞構造体製造装置１を示している。図２は、細胞構造体製造装置１の構成ブロック図を示している。細胞構造体製造装置１は、機構部２と、回路部３とを備えている。細胞塊（スフェロイド）は沢山の細胞を培養して凝集して球状の細胞塊として形成されたもので、培養プロセスの後に細胞トレイ２１の細胞受容部２１ａ内に移し変えられて保持される。機構部２は、ニードル２２と、穿刺部２３と、ベース部２４とを備えている。機構部２は、検出部２５を備えていても良い。回路部３は、制御部３１と、処理部３２と、記憶部３３とを備えている。
【００１３】
細胞トレイ２１は、枠部材に細胞受容部２１ａが配置されたトレイである。細胞受容部２１ａには細胞塊が保持される。細胞受容部２１ａには、少なくとも１個以上の細胞塊が入れられている。細胞受容部２１ａは孔の底面に不織布などニードル２２が貫通しやすい多孔質材を配置したものや、底部にニードル２２の先端の逃げ部となる窪みを有するものとすることができる。
【００１４】
ニードル２２は、たとえばステンレスまたはタングステンから成る先端が尖った細長い針状体であって、細胞非接着性、防錆性、低溶出性を有し、細胞塊を突き刺すに足る剛性を有する。ニードル２２の断面径は、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径を有しており、直径５０マイクロメートルから３００マイクロメートルの径を有している。細胞構造体製造装置１では、複数本のニードル２２が用意されている。複数本のニードル２２は、ニードルカートリッジ（不図示）に格納されていて、穿刺部２３がニードルカートリッジに移動し、穿刺部２３はニードルカートリッジから一本のニードル２２を着脱可能に保持するようになっている。穿刺部２３は台座２６の上で、鉛直方向移動部２３ａ，水平方向移動部２３ｂ，２３ｃにより、水平方向２軸と鉛直方向１軸の３軸方向に移動が可能である。
【００１５】
ベース部２４はシリコーン材などでできた台座であって、ニードル２２が自立するように容易に突き刺し可能であって、ニードル２２の先端が突き刺さるとニードル２２が自立するようにニードル２２を保持可能な部材である。穿刺部２３は、細胞トレイ２１の細胞受容部２１ａの上とベース部２４の上との間を移動可能である。
【００１６】
検出部２５は、光センサなどの受光素子やカメラなどの撮像素子であって、細胞受容部２１ａの中の細胞塊を検出可能である。検出部２５は、細胞塊を認識可能であれば、さまざまなタイプの検出手段を検出部２５として使用することが可能である。どのような検出部２５も、受光素子または撮像素子からの信号は記憶部３３に格納される。処理部３２は記憶部３３から信号のデータを読み出して細胞塊の輪郭を取得することができる。処理部３２で処理された細胞塊のデータは記憶部３３に格納される。制御部３１は、処理部３２に基づいて、穿刺部２３を移動させてニードル２２の位置を制御する。
【００１７】
次に図３Ａから図３Ｄと図４Ａから図４Ｄを参照して、細胞構造体製造装置１において、細胞塊４を保持している細胞受容部２１ａおよびベース部２４に対して、穿刺部２３に保持されるニードル２２がいかに動作するかを説明する。図３Ａから図３Ｄは細胞塊４をニードル２２で突き刺す工程を示した図である。図４Ａから図４Ｄは、細胞塊４の穿刺完了後のニードル２２をベース部２４に配置する工程を示した図である。まず、制御部３１は、穿刺すべき細胞塊４の位置を特定する。制御部３１は、穿刺部２３をその細胞塊４の上に移動させる。穿刺部２３は所定の高さの待機位置に待機している。穿刺部２３が穿刺すべき細胞塊４の上に移動したら、制御部３１は穿刺部２３を下降させるように制御する。穿刺部２３はそれにしたがって、ニードル２２が細胞塊４を貫通させるように、細胞トレイ２１に対して下降して細胞塊４を穿刺する。ニードル２２の所定の位置に細胞塊４が位置するまで、ニードル２２が所定の降下量だけ降下した位置（降下位置）に位置すると、ニードル２２は細胞塊４を貫通して細胞塊４がニードル２２の所定位置に位置することになる。その後、制御部３１は穿刺部２３を上昇させるように制御する。穿刺部２３はそれにしたがって、ニードル２２が細胞トレイ２１に対して上昇する。細胞塊４を穿刺したニードル２２が次に穿刺すべき細胞塊４の上に位置するように、制御部３１は穿刺部２３を移動させる。この工程を繰り返して、１個以上の細胞塊４を１本のニードル２２に穿刺させる。
【００１８】
続いて、１個以上の細胞塊４のニードル２２への穿刺が完了したら、細胞塊４が穿刺されたニードル２２がベース部２４の上に位置するように穿刺部２３を移動させる。制御部３１は、穿刺部２３を、処理部３２によって算出されたベース部２４上でのニードル２２の所定位置まで移動させる。穿刺部２３がその所定位置の上に移動を完了したら、穿刺部２３が下降して、ニードル２２の先端をベース部２４に突き刺して配置する。ニードル２２の先端が突き刺さったら、穿刺部２３はニードル２２の保持を解除する。この際、穿刺部２３自体が下降してニードル２２の先端をベース部２４に仮刺しし、穿刺部２３に配置される押圧部がさらにニードル２２を本刺しする形態をとることができる。ベース部２４に突き刺さったニードル２２は鉛直方向に延在するように自立した状態でベース部２４に配置されて保持される。他のニードル２２について、細胞トレイ２１上において細胞塊４のニードル２２への穿刺が完了したら、そのニードル２２について処理部３２で算出された所定の位置に、穿刺部２３を移動させて、同様にニードル２２の先端をベース部２４に突き刺して、ニードル２２をベース部２４に配置して保持させる。
【００１９】
図５Ａと図５Ｂを用いて、一本のニードル２２に穿刺する細胞塊４の位置の制御について説明する。ニードル２２に穿刺する細胞塊４の位置は、穿刺部２３の降下量によって制御する。図５Ａはニードル２２に穿刺される全ての細胞塊４が隣接する場合を示した図である。まず、基準位置からニードル２２の先端までの長さを予め計算しておく。そして、ニードル２２にすべての細胞塊４が隣接するように穿刺する場合には、穿刺部２３の任意の基準位置からニードル２２の先端側の細胞塊４の位置までの距離Ｌ１を予め計算する。基準位置からニードル２２の先端までの長さから距離Ｌ１の長さを減じた量が穿刺部２３の降下量となる。この細胞塊４に隣接するように穿刺すべき２つ目の細胞塊４の位置は、基準位置から細胞塊の直径ｄ１を距離Ｌ１に加えた距離Ｌ２となる。したがって、基準位置からニードル２２の先端までの距離から距離Ｌ２を減じた量が２つ目の細胞塊４に対しての穿刺部２３の降下量となる。また、同様に、これに隣接するように穿刺すべき３つ目の細胞塊４の位置は、基準位置から細胞塊の直径ｄ２を距離Ｌ２に加えた距離Ｌ３の位置となり、基準位置からニードル２２の先端までの長さから距離Ｌ３を減じた量が３つめの細胞塊４に対しての穿刺部２３の降下量となる。ここで、細胞塊４の直径ｄ１とｄ２は、実際には細胞塊ごとに異なるが、培養段階でほぼ同じ大きさに制御できるから、一律の直径とするように同じ直径として、すなわち平均値を算出して、それを使用してもよい。同様のプロセスを穿刺すべき細胞塊４の個数だけ繰り返す。
【００２０】
図５Ｂはニードル２２に細胞塊４同士が隣接しないように細胞塊４を穿刺した図である。まず、基準位置からニードル２２の先端までの長さを予め計算しておく。ニードル２２において細胞塊４が隣接しないように穿刺する場合にも、まず１個目の細胞塊４について、基準位置から細胞塊４においてニードル２２の先端側にあたる位置までの距離Ｌ１を予め計算しておき、基準位置からニードル２２の先端までの長さとの差の量が１個目の細胞塊４に対する穿刺部２３の降下量となる。次に、間隔Ｌをもって１個目の細胞塊４から離して２個目の細胞塊４を穿刺するときは、細胞塊４の直径ｄ３を加えた距離Ｌ４を算出し、基準位置からニードル２２の先端までの長さとの差の量が２個目の細胞塊４に対する穿刺部２３の降下量となる。この場合も、細胞塊４の直径ｄ１とｄ２は、実際には異なるが、培養段階でほぼ同じ大きさに制御できるから、一律の直径とするように同じ直径として算出することができる。
【００２１】
一のニードル２２において穿刺されて隣接する細胞塊４、およびベース部２４に配置された隣接する２本のニードル２２において隣接する細胞塊４は、ある程度強く接触する状態が好ましい。そのため、細胞塊４同士の外形が単に接する程度では不十分で、所定の圧縮率で隣接する細胞塊４が接触する状態が好ましい。図６Ａから図６Ｃを用いて、隣接する細胞塊４ａと細胞塊４ｂとの間の距離について説明する。図６Ａは細胞塊４同士が触れる程度の位置関係を示した図である。図６Ｂは、好ましい細胞塊４同士の距離を示した図である。図６Ｃは細胞塊４に対しての要求仕様となる外形に対してニードル２２の間隔寸法を決定する際の圧縮率の関係を示している。図６Ａのように、幾何学的には細胞塊４同士が触れる程度の距離Ｐ１は細胞塊４の半径ｄavrの２倍（直径）に等しく、これがニードル２２ａとニードル２２ｂとの間隔にとって最低限必須の距離に該当する。しかし、実際には、培養において細胞塊４が隣接する細胞塊４と融合するには、一定の圧力と接触面積をもって接触していることが好ましい。したがって、細胞塊４同士の好ましい間隔Ｐ２は、細胞塊４同士が触れる程度の距離Ｐ１から間隔ｔを除いた距離Ｐ２（Ｐ２＝Ｐ１−ｔ）にすることが好ましく、１本のニードル２２において、または隣接するニードル２２ａとニードル２２ｂとの距離をＰ２とすることが好ましい。これを圧縮率δ＝Ｐ２／Ｐ１＝（Ｐ１−ｔ／Ｐ１）と定義する。圧縮率δは細胞塊４によって所定の範囲が許容されるように決定されて、一般には２０％以下の範囲で設定される。
【００２２】
圧縮率はたとえば下記のように設定される。最終的に製造したい完成状態の細胞構造体の外形寸法または内径寸法が要求仕様の寸法として設定される。この要求寸法から、ニードル２２の位置を決定する。ここでは、例として、外形寸法が要求仕様の寸法として設定される場合について説明する。たとえば、図６Ｃの製造したい完成状態の細胞構造体の外形４１に対してはニードル２２の間隔ｕ１が圧縮率δとして決定される。すなわち、外形寸法から細胞塊４の半径を減算した位置が最外部のニードル２２の中心位置となる。この最外部のニードル２２の中心位置の幅を細胞塊４の直径で割った際に許容される圧縮率δが維持されるようなニードル２２の距離を設定する。圧縮率が高くも無く、低くも無い最適な圧縮率δ、たとえば２０％で、ニードル２２の距離を選択することが好ましい。ところが、僅かに寸法が違う要求仕様の細胞構造体の外形４２に対しては、要求仕様の差異がニードル２２の間隔ｕ１の倍数が維持されない限り、ニードル２２の間隔ｕ１と同じ圧縮率δを保ってニードル２２の間隔を決定できない。したがって、そのような場合には、圧縮率δを許容される範囲内で下げて設定する必要が生じる。すなわち、図６Ｃのような場合には、外形４１と外形４２とを比較すると、外形４１に対するニードル２２の間隔ｕ１について、同じ圧縮率δでのニードル２２の間隔の維持はできないので、許容される範囲で圧縮率δを下げて、ニードル２２の間隔ｕ１を間隔ｕ２にするように、外形寸法に合わせたニードル２２の間隔寸法を設定する。
【００２３】
続いて、図７Ａと図７Ｂとを参照して、細胞構造体製造装置１により細胞塊４を穿刺して細胞構造体を製造する方法について説明する。図７Ａは細胞塊４を穿刺して細胞構造体を製造する方法の各プロセスのフローチャートを示している。
【００２４】
まず、穿刺すべき細胞塊４の位置や大きさを特定し、ニードル２２の降下量を決定する。ベース部２４上にニードル２２を配置するそれぞれのニードルの箇所を決定する決定ステップ（Ｓ１）を実行する。このステップで、前記算出のとおり、一本のニードル２２における降下量についても、隣接するニードル２２ａとニードル２２ｂとの距離についても、細胞塊４の直径に圧縮率δと乗じた距離として設定する。このステップでは、用意した複数のニードル２２の任意の一本のニードル２２につき、何個の細胞塊４が穿刺され、細胞塊４がニードル２２のどの位置に穿刺されるかが決定される。そして、このステップでは、細胞塊４が穿刺されたニードル２２のそれぞれにつき、ベース部２４上において配置する配置位置を決定しておく。
【００２５】
続いて、前ステップで特定された穿刺部２３を穿刺する細胞受容部２１ａ上の細胞塊４の上に移動させるステップ（Ｓ２）を実行する。そこで、ニードル２２を前ステップで算出した降下量だけ降下して、細胞塊４にニードル２２を貫通させるステップ（Ｓ３）を実行する。ニードル２２が所定の降下量だけ降下を完了した後に、ニードル２２を待機位置に上昇させるステップ（Ｓ４）を実行する。ニードル２２に所定の個数の細胞塊４が所定の位置に穿刺されるまで、ステップ（Ｓ２）からステップ（Ｓ４）を繰り返す（Ｓ５）。所定の個数の細胞塊４をニードル２２に穿刺したら、予め決定ステップ（Ｓ１）において決定したベース部２４の上の所定位置に穿刺部２３を移動させる（Ｓ６）。そして、穿刺部２３を所定量だけ降下させて、ベース部２４にニードル２２の先端を突き刺す（Ｓ７）。ニードル２２の先端がベース部２４に突き刺した後に穿刺部２３を所定量だけ上昇させる（Ｓ８）。
【００２６】
決定ステップ（Ｓ１）は、詳細には、穿刺すべき細胞塊４の位置や大きさを特定する。図７Ｂは、そのうち、穿刺すべき細胞塊４の位置についてのデータを処理する部分のフローチャートを示している。まず、穿刺を行う細胞トレイ２１の一の細胞受容部２１ａを特定する（Ｓ１０１）。検出部２５で細胞受容部２１ａ上の細胞塊４を認識する。検出部２５をカメラとした場合には映像で細胞塊４の輪郭を認識する（Ｓ１０２）。そこから、穿刺すべき細胞塊４の中心位置、たとえば重心位置を特定し、細胞塊４の直径を算出する。複数の細胞塊４に対してこれを行ってもよい。複数の細胞塊４の直径を統計的に処理して代表的な直径を決定する。たとえば、複数の細胞塊４の直径の平均値としてもよい（Ｓ１０３）。また、細胞塊４の直径は、予め測定した細胞塊４の直径に基づいて、ユーザが入力した値とすることもできる。細胞受容部２１ａ上には一個の細胞塊４が載置されている場合もあり、複数の細胞塊４が載置されている場合もある。前者の場合には細胞受容部２１ａ上の一個の細胞塊４の中心位置を特定し、後者の場合には細胞受容部２１ａ上のすべての細胞塊４の中心位置と、その穿刺する細胞塊４の順番を決定する。細胞塊４の大きさのデータは記憶部３３に格納され、細胞塊４の直径の値から統計的に平均値ｄavrを算出することも可能である。最終的に製造すべき細胞構造体の外形寸法から細胞塊４の半径を減算した位置を再外部となるニードル２２の中心位置の包絡線として決定する（Ｓ１０４）。そして、細胞塊４の直径と圧縮率δにより、前述のとおり、ニードル２２の間隔を決定する（Ｓ１０５）。
【００２７】
続いて、図８から図１１を参照して、製造する細胞構造体のためのニードル２２の配置例を説明する。図８は、細胞構造体シートを一度に複数枚作製するためのニードル２２の配置である。この場合は、ニードル２２の間隔ｖ１および間隔ｖ２はそれぞれ等間隔となる。ニードル２２の間隔ｖ１および間隔ｖ２は最終的な完成状態で要求される外形に応じて、圧縮率δをそれぞれ設定して、間隔ｖ１および間隔ｖ２を決定する。また、図８に示すように、それぞれのニードル２２において、間隔をあけて細胞塊４を配置すれば、複数のシートを一度に形成することができる。
【００２８】
続いて、図９Ａと図９Ｂは断面として正確な円が要求される中空管状細胞構造体を作製する場合のニードル２２の配置であり、ベース部２４の法線方向に、中空管の中心軸が延在するようにニードル２２を配置したものである。図１０Ａは、図９Ｂの場合の中空管の中心軸に沿った方向からみた断面図を示している。この場合、図９Ａに示すように、ニードル２２の包絡線５が円を形成するように、ベース部２４に細胞塊４を穿刺したニードル２２を所定の順序で環状に突き刺して配置する。所定の順序は最も効率的な順序で配置を行う。すなわち、環状形状を構成する複数のニードル２２において、必ずしも隣接するニードル２２の順序で配置を行うのではなく、ベース部２４の面内における方向にそって配置を行ってもよい。図９Ｂのように中空管が形成されるようにニードル２２を配置する。ここでも、外形寸法が要求仕様の寸法として設定されている場合を例として説明するが、内径寸法を要求仕様の寸法としてもよい。これを管の中心軸方向から見た場合、管状の細胞構造体の要求仕様は管の外形５ｂの直径Ｒreqで決定されるので、その直径寸法から細胞塊４の直径ｄavrを除算した包絡線５ａは直径Ｒ１の円となる。ニードル２２はこの直径Ｒ１の包絡線５ａ上に配置する。このとき、円周の長さはπＲ１になるので、これを細胞塊４の直径ｄavrで割るとニードル２２の単純な間隔が算出できる。そして、これに圧縮率δをかけてニードル２２の間隔ｕを決定する。図１０Ｂは、図１０Ａにおいて細胞塊４を二重に配置した場合のニードル２２の配置例である。圧縮率δとニードル２２の間隔ｕとの関係につき複数の組み合わせが考えられるときは最適なものを決定する。たとえば、外径寸法を要求仕様の寸法としたときには圧縮率δが最小となる組み合わせを選択し、内径寸法を要求仕様の寸法としたときには圧縮率δが最大となる組み合わせを選択することができる。この場合は、さらに、包絡線５ａの内側に包絡線５ｃを配置するので、細胞塊４の直径ｄavrの２倍を除算した直径Ｒ２が内側の管の直径となる。包絡線５ｃについても包絡線５ａと同様に計算する。包絡線５ｃは直径Ｒ２の円であるので、ここから円周の長さはπＲ２になるので、これを細胞塊４の直径ｄavrで割るとニードル２２の単純な間隔が算出でき、圧縮率δを考慮してニードル２２の間隔を決定する。圧縮率δとニードル２２の間隔ｕとの関係につき複数の組み合わせが考えられるときは最適なものを決定する。この場合、内径寸法を要求仕様の寸法としたときには圧縮率δが最大となる組み合わせを選択することができる。
【００２９】
図１１は、中空管の中心軸がベース部２４と平行になるようにニードル２２を配置したものである。この場合も中空部をもった管路として形成できるので図９Ｂの場合と同じであるが、ニードル２２を連続に配置できる限り、長さに制限なく、長い中空管状細胞構造体を作製することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１      細胞構造体製造装置
２      機構部
３      回路部
４      細胞塊
５      包絡線
２１    細胞トレイ
２２    ニードル
２３    穿刺部
２４    ベース部
２５    検出部
３１    制御部
３２    処理部
３３    記憶部
【要約】
細胞構造体製造装置は、細長く先端が尖った複数のニードルと、前記複数のニードルのそれぞれについて、一回以上、前記ニードルの前記先端と反対側の端部を着脱可能に保持して細胞塊が保持された細胞トレイに対して前記ニードルを下降させて前記先端で前記細胞塊を穿刺して貫通して穿刺後に前記ニードルを上昇させる穿刺部と、前記ニードルの前記先端が突き刺ささることで前記先端を受容して前記ニードルを保持可能な面を有するベース部と、前記複数のニードルのそれぞれについて、前記細胞塊が穿刺された前記複数のニードルのそれぞれが前記ベース部の上で所定の位置となるように前記穿刺部を移動させ、前記ベース部の所定の位置で前記先端を前記ベース部の上に突き刺すように前記複数のニードルのそれぞれを所定の量だけ下降させ、前記先端が前記ベース部の上に突き刺さった後に前記保持を解除するように穿刺部を制御して、前記ベース部の上で前記複数のニードルのそれぞれの整列を行う制御部と、を備える。【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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