(57)【要約】【課題】細胞を培養する容器内で液体を効果的に撹拌することのできる技術を提供する。【解決手段】液体中で培養される細胞の足場となる培養担体２１，２２であって、表面に細胞を担持可能な担体主部２４，２６，２８と、磁性体により形成され担体主部に付着して設けられ、磁場の変動に応じて変位して担体主部を振動させる振動体２３，２５，２７とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中で培養される細胞の足場となる培養担体であって、
表面に前記細胞を担持する担体主部と、
磁性体により形成され前記担体主部に付着して設けられ、磁場の変動に応じて変位して前記担体主部を振動させる振動体と
を備える培養担体。
【請求項２】
前記振動体が前記担体主部により被覆された構造を有する請求項１に記載の培養担体。
【請求項３】
前記振動体が粒子状であり、前記振動体の粒子が前記担体主部の表面に付着した構造を有する請求項１に記載の培養担体。
【請求項４】
前記振動体の粒子が樹脂、ガラスおよび金属メッキ層の少なくとも１つで被覆されている請求項３に記載の培養担体。
【請求項５】
前記振動体の粒子の断面形状が、円形および楕円形以外の形状である請求項３または４に記載の培養担体。
【請求項６】
前記担体主部が繊維状である請求項１ないし５のいずれかに記載の培養担体。
【請求項７】
前記担体主部が板状体である請求項１ないし５のいずれかに記載の培養担体。
【請求項８】
前記板状体の表面が凹凸を有する請求項７に記載の培養担体。
【請求項９】
前記担体主部が筒状体である請求項１ないし５のいずれかに記載の培養担体。
【請求項１０】
前記担体主部に複数の貫通孔が設けられた請求項７ないし９のいずれかに記載の培養担体。
【請求項１１】
前記担体主部が樹脂材料により形成されている請求項１ないし１０のいずれかに記載の培養担体。
【請求項１２】
前記担体主部が電磁波の照射を受けて発色する請求項１ないし１１のいずれかに記載の培養担体。
【請求項１３】
液体を担持可能な窪部を１つ以上有し、前記窪部の内部に、請求項１ないし１２のいずれかに記載の培養担体が配置された培養容器。
【請求項１４】
液体を担持可能な窪部を１つ以上有し、前記窪部の壁面の少なくとも一部が、請求項１ないし１２のいずれかに記載の培養担体により構成された培養容器。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載の培養容器を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持される前記培養容器の前記窪部内に変動する磁場を生じさせる磁場発生手段と
を備える培養装置。
【請求項１６】
前記磁場発生手段は、前記培養容器に設けられた複数の前記窪部の各々に対して個別に磁場を発生させる請求項１５に記載の培養装置。
【請求項１７】
前記保持手段に保持された前記培養容器を撮像する撮像手段を備える請求項１５または１６に記載の培養装置。
【請求項１８】
前記保持手段および前記磁場発生手段を含む培養ユニットが複数段積層されている請求項１５ないし１７のいずれかに記載の培養装置。
【請求項１９】
前記培養容器に設けられた前記窪部に関する情報を取得する手段を有し、該情報に基づき磁場の発生パターンが調整される請求項１５ないし１８のいずれかに記載の培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体中で細胞を培養するために用いられる培養担体および該培養担体を有する培養容器、ならびに該培養容器を用いて細胞を培養する培養装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
医療や生物科学の実験では、培養液中で細胞を培養して試料を作成することが広く行われる。近年では、生体内に近い状態を作り出すべく、細胞の塊を立体的構造に成長させる立体培養（三次元培養）が多く行われるようになってきている。この目的のために、立体的な構造を有する構造物に細胞を付着させ、該構造物を足場として細胞を培養する技術や、このような足場として好適な培養担体などが提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１に記載の技術は、底面に凹凸パターンが設けられた細胞培養装置内で細胞を培養することで、細胞を立体的な構造に増殖させようとするものである。また、特許文献２に記載の技術は、シート体の表面に多孔質の柱状構造が設けられた細胞培養シートの製造に関するものである。この他、細胞を付着させる足場として使用可能なシート状、繊維状等の各種材料が製品化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００７／０４９７５６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８７５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
容器に注入された培養液中での細胞の培養においては、細胞から排出される老廃物を取り除き良好な培養環境を維持するために、定期的な培養液の補充または交換を行うことが必要となる。特に立体培養では、成長した細胞塊の内部で培養液が滞りがちとなるため、平面培養の場合より高い頻度で培養液の交換を行う必要がある。この作業は、保管場所から培養容器を取り出して培養液を交換するという手作業により行われることが多い。このため操作者の負担が大きく、また管理コストの上昇や、操作者のスキル差に起因する培養細胞の品質ばらつきの原因ともなる。
【０００６】
容器中で培養液を撹拌して老廃物の滞留を解消することにより、培養液交換の頻度をある程度低下させることが可能である。容器内の液体を撹拌する方法としては、例えば容器内の液中に外部から撹拌部材を挿入して撹拌することが考えられるが、試料を汚染するおそれがあり現実的ではない。また、これとは別に、容器に外部から振動を与えることで液体を撹拌する方法が考えられ、そのための装置も実用化されている。しかしながら、例えばウェルプレートのように液体を担持する窪部が複数設けられた容器の場合、それらの窪部に担持される液体を選択的に撹拌することはできない。例えば創薬研究においては、薬品の毒性試験など薬品と培養液との混合度合、混合液の細胞への接触度合の影響度を把握したいというニーズがあるが、従来技術ではこのようなニーズには対応できない。
【０００７】
このように、細胞が培養される容器内の液体を汚染のおそれなく撹拌することができ、特に複数の窪部を有する容器については窪部ごとに個別に液体を撹拌することのできる技術が求められるが、このような要求に応えることのできる技術は確立されていない。
【０００８】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、細胞を培養する容器内で液体を効果的に撹拌することのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の一の態様は、液体中で培養される細胞の足場となる培養担体であって、上記目的を達成するため、表面に前記細胞を担持する担体主部と、磁性体により形成され前記担体主部に付着して設けられ、磁場の変動に応じて変位して前記担体主部を振動させる振動体とを備えている。
【００１０】
このように構成された発明では、液体中で細胞の足場となる培養担体が、外部から磁場の変動が与えられると変位する。これにより、担体主部が液体中で振動して液体を撹拌することになる。すなわち、本発明にかかる培養担体はそれ自身が液体を撹拌するための構成を有しており、外部から磁場の変動を与えるのみで撹拌が実行される。そのため、撹拌のための部材を外部から導入する必要がなく非接触で液体の撹拌が可能である。また、磁場の変動に感応した部分のみが振動するので、広範囲での撹拌、局所的な撹拌のいずれにも対応することができる。
【００１１】
また、この発明の他の態様は、液体を担持可能な窪部を１つ以上有し、前記窪部の内部に、または前記窪部の壁面の少なくとも一部に上記した培養担体が用いられた培養容器である。また、この発明のさらに別の態様は、上記した培養容器を保持する保持手段と、前記保持手段に保持される前記培養容器の前記窪部内に変動する磁場を生じさせる磁場発生手段とを備える培養装置である。これらの発明によれば、培養容器内の培養担体が磁場の変動により振動することで、窪部に担持される液体を撹拌することができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、液中に配置され細胞の足場として機能する培養担体が磁場の変動に応じて振動することで液体を撹拌する。このため、撹拌のための部材の導入による汚染の問題もなく、また磁場の印加の態様により撹拌の態様を制御することが可能であり、液体を効果的に撹拌することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明を好適に適用可能な培養容器の一例を示す図である。
【図２】本発明にかかる培養担体の第１の態様を示す図である。
【図３】本発明にかかる培養担体の第２の態様を示す図である。
【図４】本発明にかかる培養担体の第３の態様を示す図である。
【図５】培養担体が組み込まれた培養容器の例を示す断面図である。
【図６】この発明にかかる培養装置の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図７】培養装置の実装例を示す図である。
【図８】撹拌ユニットの他の構成例を示す図である。
【図９】図８の撹拌ユニットの動作を示す図である。
【図１０】磁気遮蔽部材を設けた培養容器の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１はこの発明を好適に適用可能な培養容器の一例を示す図である。より詳しくは、図１（ａ）は培養容器１１の外観斜視図であり、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。この培養容器１１は、例えばウェルプレート、マイクロプレートまたはマイクロタイタープレート等と称されるものである。培養容器１１は、プラスチック製のプレート部材１１Ｐの上面に培地を注入するためのウェルと呼ばれる窪部１１Ｗが複数設けられた構造を有している。図では１２個のウェル１１Ｗが４行×３列のマトリクス状に配置されているが、ウェル１１Ｗの配設個数は任意である。例えば１２穴ないし３８４穴のウェルプレートが広く流通している。
【００１５】
各ウェル１１Ｗは円筒状あるいは図１（ｂ）に示すように逆円錐台状の側面１１ｓと略平坦な底面１１ｂとを有している。すなわち、ウェル１１Ｗはその底部が閉じ上部に開口を有する形状となっている。側面１１ｓと１１ｂとで囲まれる上向きに開口する空間に、培養液等の液体Ｌｑが担持可能となっている。なお、ウェル底面１１ｂは平坦なものに限定されず湾曲していてもよい。例えば、内底面が凹面となったものでもよい。また、ウェル１１Ｗの口径および深さは、代表的には数ミリメートル程度であるがこれに限定されない。
【００１６】
次に、上記構造のウェル１１Ｗに投入され、細胞培養時に足場となって細胞を担持する培養担体について説明する。この発明にかかる培養担体の各実施形態は、磁性体材料により形成された部位を含み、外部からの磁場の印加に応じて培養液中で変位するという点で共通する性質を有する。一方、その形状については、以下に列記するように種々のものが考えられる。
【００１７】
図２は本発明にかかる培養担体の第１の態様を示す図である。この態様の培養担体は、磁性体を含む繊維状体を含むものである。その外観は、図２（ａ）に示すように繊維状体が規則的に織られた布帛２１の形態であってもよく、また図２（ｂ）に示すように繊維状体が不規則に集まった塊２２の形態であってもよい。細胞が繊維状体の表面に付着して増殖することにより、立体的な細胞の塊が形成される。繊維状体の形状により、細胞塊を所望の形状に成長させることが可能となる。
【００１８】
培養担体２１，２２を構成する繊維状体としては、例えば図２（ｃ）に示すように、内部に微細な繊維状の磁性体２３を含む繊維状体２４を用いることができる。また、図２（ｄ）に示すように、微粒子または微粉末状の磁性体２５を含む繊維状体２６が用いられてもよい。また、図２（ｅ）に示すように、磁性体の微小粒子２７を表面に付着させた繊維状体２８が用いられてもよい。
【００１９】
繊維状体の材料としては、ガラス繊維、炭素繊維、各種の樹脂繊維、セルロースファイバーなどを用いることができる。また、水溶液中で繊維表面がゲル状になる繊維、例えばＰＶＡ（polyvinyl alcohol）、コラーゲン、セルロースナノファイバーなどを用いてもよい。これらが用いられた場合、細胞の付着がより良好となる。また、磁性体材料としては、鉄、コバルト、鉄合金、酸化鉄、フェライト、酸化クロム、ネオジウムまたはサマリウムコバルトなどの希土類磁石、アルニコ磁石等の金属系材料や、有機磁性体などを用いることができる。これらの材料は、後述する各実施態様にも適用することができる。
【００２０】
磁性体が金属系材料であるとき、培養液や周囲雰囲気に触れて材料が変質したり、金属イオンが培養される細胞に影響を与えたりすることを防止するために、磁性体はより安定な材料により被覆された構造であることが望ましい。図２（ｃ）および図２（ｄ）に示す構造では、繊維状体の内部に磁性体が分布して繊維状体により被覆された状態となっている。また、図２（ｅ）に示す構造では、繊維状体２８の表面に付着する粒子２７は、磁性体粒子２７１の表面が例えばガラスや樹脂、金属メッキ等の被覆層２７２により覆われた構造となっている。このとき、被覆層として適宜に着色されたものを使用すれば、例えば顕微鏡による細胞観察時に培養担体と細胞との区別を容易とすることが可能である。さらに、磁性体や被覆層の形状が細胞核などの形状である円形以外の形状、例えば四角形、三角形、星形等であればより識別性は高くなる。
【００２１】
なお、培養担体２１，２２を構成する全ての線維状体が磁性体を含む必要はなく、例えば、磁性体を含む繊維状体と含まない繊維状体とが混合されたものとして培養担体２１，２２が構成されてもよい。
【００２２】
図３は本発明にかかる培養担体の第２の態様を示す図である。この態様の培養担体は、内部に磁性体を有する平板体である。図３（ａ）に示す培養担体３１は、外形が略円形である円盤状の平板体に複数の貫通孔が設けられたものである。図３（ｂ）および図３（ｃ）は、培養担体３１の主面に垂直な切断面を見た断面図である。培養担体３１としては、例えば図３（ｂ）に示すように、有孔平板状に形成された磁性体３１１の表面が、培養液に対し安定なガラス、セラミックなどの無機材料または樹脂の表面層３１２により被覆されたものを用いることができる。
【００２３】
また例えば、図３（ｃ）に示すように、ガラス、セラミックなどの無機材料または樹脂製の平板状部材３１３の内部に粒子状または繊維状の磁性体３１４が分散されたものであってもよい。この他、例えば図３（ｄ）に示すように、メッシュ状の開口が形成された平板状部材３１５が培養担体３１として用いられてもよい。また、貫通孔を設けるのに代えて、多孔質の材料により平板体が形成されてもよい。もちろん、このような孔を有さない部材でも撹拌効果は得られる。
【００２４】
なお、ここに図示された培養担体３１は概ね円形の外形を有する平板体であるが、外形はこれに限定されず任意である。また、平板状に形成された部材が適宜の形状に折り曲げられたものであってもよい。
【００２５】
図４は本発明にかかる培養担体の第３の態様を示す図である。この態様の培養担体は、それ自体が立体的な形状を有するものである。図４（ａ）に例示する培養担体４１は、平板状部材４１１の表面に半球状の凸部４１２が設けられたものである。また、図４（ｂ）に例示する培養担体４２は、平板状部材４２１の表面に円柱状の凸部４２２が設けられたものである。なお、磁性体材料については、平板状部材、凸部のいずれか一方に含まれるようにしてもよく、また両方に含まれてもよい。
【００２６】
このように表面に凹凸を有する培養担体を用いることで、細胞塊を立体的な形状に成長させることができる。培養担体の外形および凹凸の形状については上記に限定されず、細胞塊を所望の形状に成長させるための適宜の形状を選択することができる。
【００２７】
また、図４（ｃ）に示すように、磁性体を含む平板状またはシート状の材料により筒状に成形された、あるいは押し出し成型により形成された培養担体４３が用いられてもよい。筒面４３１には貫通孔が設けられてもよく、また多孔質材料により筒面４３１が形成されていてもよい。このような培養担体４３を用いると、例えば血管のような管状の組織を模した形状に細胞塊を成長させることができる。全体が管状および一部が管状のものはもちろん、多孔質の素材、繊維が編まれた状態のもの、不織布の状態で形成された管状の構造を持ったものでもよい。また、単純な管状のもののみならず、例えば図４（ｄ）に示すように多岐に分岐した管状の構造を有する培養担体４４であってもよい。
【００２８】
以上、培養容器１１の各ウェル１１Ｗに投入される培養担体について説明してきた。これらの培養担体のいずれかおよび適宜の液体が投入されたウェル１１Ｗに対し、外部から変動する磁場が印加された場合を考える。磁場の変動により培養担体中の磁性体が変位することで、培養担体が液中で変位して液体を振動させる。これにより液体が撹拌される。培養液中で細胞が培養されているとき、液体に動きがなければ、細胞の周囲の液体では栄養分が欠乏する一方、老廃物が増加してゆく。その結果、細胞は衰弱しまたは成長が鈍化する。このため、定期的に培養液の補充または交換が必要である。
【００２９】
培養液を撹拌することで、細胞の周囲に新鮮な培養液が供給され、細胞にとっての成育環境が改善される。したがって、培養液の補充または交換の頻度を減らすことが可能となる。外部からの磁場の印加のみによって液体を撹拌することができるので、撹拌によって外部から培養液に汚染物質が混入することがない。
【００３０】
変動する磁場を与える手段としては、後述するように自動化された装置を用いることが可能であり、このような装置を用いれば、決められた時間ごとにユーザが撹拌操作を行う必要がなくなる。また、磁場の変動を局所的なものとすることで、液体の一部範囲だけを振動させることが可能である。複数のウェルを有する培養容器では、例えば特定のウェルの液体のみを撹拌することも可能となる。このように、上記した培養担体を用いることで、ユーザの手間および管理コストを減らし、培養容器中の液体を効果的に撹拌して良好な培養環境を維持することができる。培養担体は、培養容器内で固定されず液中に浮遊した状態であってもよく、また一部が容器に固定された状態で使用されてもよい。
【００３１】
培養担体の形状および色に関しては、必要に応じて以下のような事項も考慮される。細胞培養においては、細胞の成長度合いを評価するため、培養容器内の細胞の画像を顕微鏡等で取得し観察することが行われる。例えば、取得された画像から細胞の形状や個数の変化が評価される。このとき、細胞と磁性体粒子との間で色や形状が似通っていると誤判定の原因となり得る。経験を積んだ観察者が肉眼により細胞を計数する場合には、細胞と磁性体粒子との識別はある程度可能であるが、観察者にとっては識別作業が負担となり、また誤判定を完全になくすことは難しい。
【００３２】
画像処理によって自動的に計測を行う場合でも、細胞の色や形状にはばらつきがあるため、完全な識別は困難である。例えば画像処理により検出される細胞核の個数により細胞個数を計数することができるが、画像において細胞核は概ね円形を有しており、磁性体粒子が円形であると誤判定の原因となる。
【００３３】
このような誤判定を避けるためには、培養担体または磁性体粒子が細胞と明確に異なる色および形状を有していることが求められる。例えば画像において三角形、四角形などの多角形や星形に見える形状とすることが望ましい。磁性体粒子自体は丸い形であっても、それを被覆する被覆材料の形状が細胞と明らかに異なるものであればよい。この場合、被覆材料を通して磁性体粒子の形状が視認されないように、色または光透過性が適切な被覆材料が用いられることが望ましい。
【００３４】
また、培養担体の色については、肉眼での観察における視認性および色差を利用した画像処理の精度向上等の観点から、細胞と異なる色の材料が好ましい。例えば、可視光により通常発色する色や紫外線、電磁波により発色する蛍光色のものを使用することができる。また、観察のために細胞が染色されることもあるため、使用される染料によって細胞と同色に染まらないものであることが好ましい。
【００３５】
なお、上記したいずれかの構成を有する培養担体がウェル１１に予め配置された培養容器を構成することも可能である。この場合、ウェル１１への培養担体の取り付けに際しては、培養担体が所定範囲で自由に変位することができるようにする必要がある。また、以下に例示するような構造としてもよい。
【００３６】
図５は培養担体が組み込まれた培養容器の例を示す断面図である。図５（ａ）に例示する培養容器１２では、複数の貫通孔を有するプレート状部材１２Ｐの底面にシート部材１２Ｓが貼り付けられている。プレート状部材１２Ｐの下側開口がシート部材１２Ｓによって塞がれることでウェル１２Ｗが形成されている。シート部材１２Ｓは弾性を有する例えば樹脂材料により形成されており、その内部に磁性体（図示省略）が封入されている。磁性体は、シート状、繊維状、粒子状のいずれであってもよい。
【００３７】
このような構成の培養容器１２が変動する磁場中に置かれると、ウェル１２Ｗの底面１２ｂをなし磁性体を含むシート部材１２Ｓが振動し、これによりウェル１２Ｗ内の液体が撹拌される。すなわち、この態様では、培養容器１２の一部である底面１２ｂが変動磁場に応じて変位する可動部位となっており、これにより培養容器１２自体が液体を撹拌させる機能を有している。なお、シート部材１２Ｓの両主面のうちウェル１２Ｗの内底面となる上側主面には、細胞が付着しやすくなるように凹凸構造が設けられてもよい。
【００３８】
また、図５（ｂ）に例示する培養容器１３では、図１に示す培養容器１１と同様の構造を有するプレート部材１３Ｐに形成されたウェル１３Ｗの内底面１３ｂに、磁性体を含むシート部材１３Ｓが取り付けられている。また図５（ｃ）に例示する培養容器１４では、図１に示す培養容器１１と同様の構造を有するプレート部材１４Ｐに形成されたウェル１４Ｗの内壁面１４ｓに、磁性体を含むシート部材１４Ｓが取り付けられている。これらのシート部材１３Ｓ，１４Ｓは、磁場の変動に応じて振動する可動部位として機能するものであり、少なくとも一部が固定されない状態で容器に取り付けられる。これらの培養容器１３，１４も、変動磁場中で可動部位が振動することにより、ウェル中の液体を撹拌する機能を有する。
【００３９】
これらの態様では、シート部材１２Ｓ，１３Ｓ，１４ＳＳが、その表面に細胞を付着させる培養担体としての機能も有する。なお、図５（ｄ）に示すように、タイプの異なる複数種の培養担体が組み合わされて使用されてもよい。この例に示す培養容器１５では、図５（ｂ）に示すシート部材１４Ｓと同様の構造を有するシート部材１５Ｓと、図２（ａ）または図２（ｂ）に示す繊維状の培養担体１５Ｆとが組み合わされてウェル１５Ｗ内に設けられている。
【００４０】
次に、上記のように構成された培養担体を投入された培養容器１１、あるいは液体を撹拌する機能を有する培養容器１２〜１５との組み合わせに好適な培養装置について説明する。次に説明する培養装置１００は、この発明にかかる培養装置の一実施形態であって、培養容器の各ウェルに担持された液体を個別に撹拌することができる機能を有するものである。以下では、代表的に図１に示す培養容器１１が用いられた場合について説明する。他の培養容器１２〜１５が用いられた場合でも、培養装置１００の動作は同様である。
【００４１】
図６はこの発明にかかる培養装置の一実施形態の概略構成を示す図である。この培養装置１００は、内部に培養容器１１を収容するチャンバ１０１と、制御ユニット１２０とを備えている。より具体的には、チャンバ１０１は培養容器１１の全体を完全に収容することが可能な内部空間ＳＰを有しており、図示しない扉を介して外部から搬入される培養容器１１を保持するための容器保持部１０２が内部空間ＳＰに設けられている。容器保持部１０２は、培養容器１１の周縁部を支持して培養容器１１を略水平姿勢に保持する。
【００４２】
チャンバ内部空間ＳＰでは、容器保持部１０２により保持される培養容器１１の下方に撹拌ユニット１１０が配置される。撹拌ユニット１１０は、磁場を発生させる磁場発生器１１１ａと、これを駆動して磁場を変動させる変調器１１１ｂとを有する変動磁場発生部１１１を複数備えるとともに、これらの変動磁場発生部１１１を支持するベース部１１２を備えている。各変動磁場発生部１１１は、培養容器１１の複数ウェル１１Ｗの各々に対応しており、各ウェル１１Ｗの直下位置に、ウェル底面１１ｂに近接してそれぞれ設けられている。
【００４３】
磁場発生器１１１ａはその周囲に磁場を発生させる機能を有するものであるが、磁場を直接的に変動させる機能は必ずしも必要としない。一方、変調器１１１ｂは、磁場発生器１１１ａにより生成される磁場を時間的に変調して変動磁場を発生させる機能を有する。また、必要な場合には、磁場発生器１１１ａに磁場を発生するためのエネルギーを与える機能も有する。磁場発生器１１１ａと変調器１１１ｂとの組み合わせとしては、例えば次のようなものを用いることができる。
【００４４】
磁場発生器１１１ａとしては例えば永久磁石を使用することができ、この場合、変調器１１１ｂとしては永久磁石を空間的に変位させるための各種アクチュエータを用いることができる。磁場発生器１１１ａを変位させるための運動としては、例えば往復運動、回転運動等を用いることができる。すなわち、永久磁石を含む可動片を振動、揺動、回転、回動等させることにより、磁場発生器１１１ａの変位を実現可能である。磁場発生器１１１ａとしての永久磁石を変調器１１１ｂが変位させることにより、磁場発生器１１１ａにより生成される磁場が時間的に変調されて変動磁場が形成される。
【００４５】
また例えば、磁場発生器１１１ａとしてコイルまたはこれを有する電磁石を用い、当該コイルに電流を供給する電流供給手段を変調器１１１ｂとして用いることができる。この場合、変調器１１１ｂは磁場発生器１１１ａとしてのコイルに磁場を発生させるためのエネルギーを供給する機能を有することになる。なお、磁場の変調については、コイルに供給される電流を変動させることによっても可能であり、また電流が供給されたコイルまたは電磁石をアクチュエータ等で空間的に変位させることによっても可能である。
【００４６】
変動磁場発生部１１１の各々は、制御ユニット１２０に設けられた撹拌制御部１２３により個別に制御される。このため、各変動磁場発生部１１１は、撹拌制御部１２３からの制御指令に応じて、変動磁場の発生およびその停止を互いに独立して実行することができる。１つの変動磁場発生部１１１による磁場の変調が実効的に及ぶ範囲は、当該変動磁場発生部１１１に対応するウェル１１Ｗの近傍に限定されるように、発生磁場の強度が設定される。
【００４７】
このような構成では、１つの変動磁場発生部１１１が作動して磁場を変動させたとき、当該変動磁場発生部１１１に対応するウェル１１Ｗにのみ変動磁場が印加される。当該ウェル１１Ｗに上記したいずれかの構成の培養担体と液体とが担持されているとき、変動磁場により培養担体が振動することで、液体が撹拌される。培養容器自体に磁性体を含む可動部位が設けられている場合においても同様である。このように、培養装置１００は、培養容器１１〜１４に設けられた複数のウェルそれぞれに担持される液体を、個別に撹拌することができるものである。
【００４８】
チャンバ１０１の天井部分のうち、容器保持部１０２により保持される培養容器１１の上方に当たる部分には、例えばＣＣＤカメラにより培養容器１１内の試料を撮像する撮像部１１３と、試料を照明する照明部１１４とが配置されている。複数の撮像部１１３がアレイ状に配置されることで、複数のウェルを同時に撮像することが可能となる。撮像部１１３および照明部１１４は、制御ユニット１２０に設けられた撮像制御部１２７により制御される。
【００４９】
このような構成によれば、培養容器１１内で培養される細胞等の試料を随時撮像することができる。撹拌条件の差異が細胞に与える影響などを観察することで、特に創薬研究の分野に寄与する多くの情報を得ることが可能である。なお、単に培養を目的とする培養装置では、これらの撮像のための構成は省かれてもよい。
【００５０】
培養装置１００の制御ユニット１２０にはさらに、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央情報処理装置）１２１、温度調整部１２２、雰囲気調整部１２４、メモリ１２５およびＵＩ（User Interface；ユーザインターフェース）部１２６を備えている。このうち温度調整部１２２は、チャンバ１０１の内部空間ＳＰを所定温度に維持するための機能を有する。また、雰囲気調整部１２４は、チャンバ１０１の内部空間ＳＰの雰囲気制御を行う。具体的には、チャンバ１０１内への酸素、二酸化炭素、水蒸気等の供給や、チャンバ１０１からの排気により、チャンバ１０１内の雰囲気を制御する。
【００５１】
ＣＰＵ１２１は、予め用意された制御プログラムを実行して装置各部を制御する。より具体的には、チャンバ１０１内に設けられた温湿度センサ１０３および雰囲気センサ１０４からの出力信号に基づき温度調整部１２２および雰囲気調整部１２４を制御することで、チャンバ１０１の内部空間ＳＰを所定の培養環境に維持する。また、撹拌制御部１２３を制御することにより、必要なタイミングで撹拌ユニット１１０を作動させて培養容器１１内の液体を撹拌する。メモリ１２５は、ＣＰＵ１２１が実行すべき制御プログラムや、処理の過程で生成される各種データを記憶保存する。
【００５２】
ＵＩ部１２６は、例えばキーボード、マウス、操作ボタン、タブレット等、ユーザからの操作入力を受け付けるための入力デバイスと、ユーザに対し種々の報知出力を行う出力デバイスとしての例えばディスプレイとを備えている。ユーザは、ＵＩ部１２６の入力デバイスを介して、培養環境や撹拌タイミング等についての各種指示をＣＰＵ１２１に与えることができる。また、出力デバイスを介して培養の進行状況を確認することができる。
【００５３】
このように構成された培養装置１では、ユーザがＵＩ部１２６を介して予め指示を与えておくことによって、チャンバ１０１内に収容された培養容器１１の各ウェル１１Ｗ内の液体を個別に、かつ任意のタイミングで撹拌することができる。そのため、決められた時刻にユーザが装置の設置場所に出向いて操作を行うことが不要となり、ユーザの負担を減らして細胞の管理コストの低減を図ることができる。また、ユーザの失念等によって必要なタイミングで撹拌が行えなくなることが防止される。
【００５４】
培養容器全体を振盪させることにより非接触で液体を撹拌するための装置は従来から用いられているが、この実施形態の培養装置１００は、培養容器に設けられた複数のウェルについて選択的に液体の撹拌を行うことができるものである。したがって、撹拌を必要とするタイミングが互いに異なる試料を同一の培養容器の異なるウェルで培養することが可能となる。
【００５５】
図７は培養装置の実装例を示す図である。上記のように構成された培養装置１００は、図７に示すように、複数が積み重ねられた状態に実装されてもよい。こうすることで、より多くの培養容器１１を用いた培養を省スペースで実現することができる。この場合、上下の培養装置間での磁場の干渉を防止するために、積み重ねられた培養装置１００の間に磁気遮蔽部材１３０が設けられることが好ましい。磁気遮蔽部材１３０としては、例えば鉄板のような磁性体の平板を用いることができる。撹拌ユニット１１０のベース部１１２の底面に磁気遮蔽部材が装着されていてもよい。また、複数の培養装置１００が水平方向に配置されてもよく、この場合でも、隣接する培養装置１００間に磁気遮蔽部材が設けられることがより好ましい。
【００５６】
以上説明したように、上記実施形態の各培養担体においては、シート体１２Ｓ，１３Ｓ，１４Ｓ、繊維状体２４，２６，２８、表面層３１２、平板状部材３１４，３１５，４１１，４２１等が本発明の「担体主部」に相当している。また、繊維状または粒子状の磁性体２３，２５，２７，３１１，３１３等が本発明の「振動体」に相当している。
【００５７】
また、上記実施形態の培養容器１１〜１５においては、ウェル１１Ｗ、１２Ｗ，１３Ｗ，１４Ｗ，１５Ｗ等が本発明の「窪部」に相当している。また、上記実施形態の培養装置１００においては、保持部１０２が本発明の「保持手段」として機能し、撹拌ユニット１１０が本発明の「磁場発生手段」として機能している。
【００５８】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態の培養容器１１等は複数のウェルを有するものであり、培養装置１００は複数のウェルに担持される液体を個別に撹拌することができるものである。しかしながら、液体を担持する窪部が１つの培養容器にも本発明を適用することが可能である。この場合、培養装置は少なくとも１つの変動磁場発生部を備えればよい。なお、複数の変動磁場発生部を設けることにより、１つの培養容器内の液体の一部範囲のみを撹拌することも可能となる。
【００５９】
また、この種の培養容器としては種々のウェル数を有するものがある。ウェル数の異なる培養容器に対応することができ、さらに付加機能を備えた撹拌ユニットとして、例えば次のような構成のものを用いることも可能である。
【００６０】
図８は撹拌ユニットの他の構成例を示す図である。より具体的には、図８（ａ）は他の撹拌ユニット１４０の外観斜視図であり、図８（ｂ）はその側面図である。この撹拌ユニット１４０では、各種の培養容器に設けられるウェルのサイズよりも十分に小さい多数の磁場発生器１４１が、ベース部１４２の上面にマトリクス配置されている。各磁場発生器１４１としては例えば、制御ユニット１２０の撹拌制御部１２３から与えられる電流により磁場を発生するコイルを用いることができる。磁場発生器１４１は、撹拌制御部１２３からの駆動制御に応じて個別に変動磁場を発生し、上方に配置された培養容器１１のウェル１１Ｗ内の液体を撹拌する。
【００６１】
図９は図８の撹拌ユニットの動作を示す図である。より具体的には、図９（ａ）は比較的大径のウェルＷを有する培養容器が用いられる場合の撹拌ユニット１４０の動作を示し、図９（ｂ）は比較的小径のウェルＷを有する培養容器が用いられる場合の撹拌ユニット１４０の動作を示す。図において、白丸印で示す磁場発生器１４１は通電されておらず、黒丸印で示す磁場発生器１４１は通電されていることを示す。すなわち、黒丸印で示す磁場発生器１４１が磁場を発生している。
【００６２】
図９（ａ）に示すように、比較的大径のウェルＷを有する培養容器が用いられる場合、それらのウェルＷに対し個別に磁場を印加することで液体の撹拌を個別に制御することができる。各ウェルＷの下方に位置する磁場発生器１４１の全てを作動させて磁場を発生させるようにすれば、当該ウェルＷ内の液体を全体的に撹拌することができる。一方、ウェルＷの下方に位置する磁場発生器１４１のうち一部のみを作動させれば、１つのウェルＷ内の液体を部分的に撹拌することが可能となる。
【００６３】
また、図９（ｂ）に示すように、比較的小径のウェルＷを有する培養容器に対しても、個々の磁場発生器１４０を適宜に制御することによってウェルＷの撹拌を個別に行うことができる。このように、撹拌ユニット１４０は種々のサイズのウェルを有する培養容器に対応することが可能であり、また１つのウェルに印加される磁場のパターンを変化させることでウェル内での撹拌の態様を異ならせるという新たな機能を有している。
【００６４】
種々のパターンで磁場を発生させるための方法としては、例えば、ユーザが培養装置１００またはこれと通信可能なワークステーション上のＧＵＩ（Graphical User Interface）を介して所望の磁場発生パターンを作成し、作成されたパターンのデータが培養装置１００に与えられるようにすることができる。また、各種の培養容器におけるウェルのサイズや配置に応じた磁場発生パターンを予めいくつか作成しておき、使用される培養容器に合わせてそれらの中から適切なパターンのものが選択されるようにしてもよい。
【００６５】
これらの目的のために、培養容器に個体を識別するための情報を、例えばバーコード、ＱＲ（Quick Response）コード（登録商標）、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identifier）などの形式で培養容器に付しておくことができる。培養装置にこれらの情報を読み取るための読み取り手段を設けておき、容器保持部１０２に載置された培養容器から読み出される識別情報に基づき磁場発生パターンが決定されるようにしてもよい。なお、磁場発生パターン自体を特定する情報が識別情報とともに培養容器に付与されていてもよい。
【００６６】
また例えば、複数のウェルが設けられる培養容器においては、各ウェルに個別に印加される磁場の干渉を避けるために、磁気を遮蔽するための部材がウェル間に設けられていてもよい。例えば以下のような構造とすることができる。
【００６７】
図１０は磁気遮蔽部材を設けた培養容器の例を示す図である。図１０（ａ）に示す培養容器１６では、ウェル１６Ｗの周囲を外壁面側から取り囲むように、筒状の磁気遮蔽部材１６ａが設けられている。図において破線矢印で示すように、各ウェル１６Ｗの下方に配置された磁場発生器１１１ａの各々から出射される磁力線は磁気遮蔽部材１６ａによって遮蔽されるため、その影響は当該ウェル１６Ｗに限定され、隣接するウェル１６Ｗへの磁場の干渉が防止される。気遮蔽部材１６ａとしては、磁性体、例えば鉄、銅、ニッケルなどの金属を含むシートや目の細かいメッシュなどを用いることができる。上記培養担体と同様、磁気遮蔽効果を持たない樹脂、繊維、ガラスなどと磁性材料とが組み合わされた複合材料でもよい。
【００６８】
また、図１０（ｂ）に示す培養容器１７のように、磁気遮蔽効果を有するシートがウェル１７Ｗの外壁面に貼り付けられることにより、または磁気遮蔽効果を有する粒子を含む液体がウェル１７Ｗの外壁面に塗布されることにより形成された磁気遮蔽層１７ａを有する構造であってもよい。
【００６９】
また例えば、上記実施形態の培養容器は略円形断面のウェルを備えるものであるが、液体を担持する窪部の断面形状はこれに限定されず任意である。また上記した培養容器１１等におけるウェルは下方ほど断面積が小さくなるテーパー付きであるが、このようなテーパー付きのものに限定されない。
【００７０】
また例えば、上記実施形態の培養装置１００は、培養容器を収容するチャンバ１０１と、その内部空間ＳＰの温湿度および雰囲気を制御するための構成とを有するものである。しかしながら、本発明により奏される液体の撹拌作用は、雰囲気等の制御機能を備えない、あるいはチャンバを備えない培養装置においても有効である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
この発明は、液体中で細胞を培養する技術分野、および当該技術に用いられる機材を製造する技術分野に利用可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１１〜１５  培養容器
１１Ｗ、１２Ｗ，１３Ｗ，１４Ｗ  ウェル（窪部）
１２Ｓ，１３Ｓ，１４Ｓ  シート体（培養担体、担体主部）
２３，２５，２７，３１１，３１３  磁性体（振動体）
２４，２６，２８  繊維状体（担体主部）
１００  培養装置
１０１  チャンバ
１０２  保持部（保持手段）
１１０  撹拌ユニット（磁場発生手段）
１１１  変動磁場発生部
１１１ａ  磁場発生器
１１１ｂ  変調器
３１２  表面層（担体主部）
３１４，３１５，４１１，４２１  平板状部材（担体主部）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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