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JP4249463B2 - Human tissue culture device - Google Patents
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JP4249463B2 - Human tissue culture device - Google Patents

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JP4249463B2
JP4249463B2 JP2002308298A JP2002308298A JP4249463B2 JP 4249463 B2 JP4249463 B2 JP 4249463B2 JP 2002308298 A JP2002308298 A JP 2002308298A JP 2002308298 A JP2002308298 A JP 2002308298A JP 4249463 B2 JP4249463 B2 JP 4249463B2
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Description

【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に関する。
【0002】
【従来の技術】
来、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】
【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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a culture device for human tissue applied in the medical field. In place Related.
[0002]
[Prior art]
Obedience Come For example, when a tear or damage of a tendon or a ligament occurs, these tissues are joined together. For example, autologous transplantation for transplanting other tissues of the living body and the transplanted tissue may be reinforced with artificial materials. Alternatively, an artificial substitute is used as a material for linking tissue torn or damaged parts. Such a connecting material is formed by weaving or knitting synthetic fibers such as polyester and polypropylene that are non-degradable to a living body. In addition, since such a material is non-absorbable to a living body and remains semi-permanently in the living body, if any problem occurs, it may have to be removed by re-operation.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application No. 2001-318503
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In general, the connecting material as described above is preferably a material having physical properties such as strength, torsional characteristics, and elongation characteristics that are close to those of a living body. Furthermore, from the viewpoint of tissue regeneration, those having properties closer to that of a living body, for example, those having cells attached to a substrate are desirable. This is because the affinity between the connecting base material and the living body is increased in a state where the connecting material is retained in the living body as described above. However, it is difficult to mass-produce a connecting material formed by attaching cells to a base material so that it can withstand the demands of the medical field, and to manage the quality so as to meet a desired standard.
[0005]
The present invention relates to a culture apparatus for human tissue capable of mass-producing a connecting material formed by attaching cells to a base material with a desired quality. Place An object of the present invention is to provide a substrate closer to a living tissue by providing, that is, by repeatedly applying tension, particularly after cells are adhered.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The apparatus for culturing human tissue according to the present invention comprises driving means for applying tension to the base material immersed in the medium, and a sealed culture unit for storing the culture medium and the base material, wherein the driving means is used for the closed culture. It arrange | positions on the outer side of the part, It is characterized by the above-mentioned.
[0007]
Furthermore, the culture apparatus for human tissue according to the present invention provides a medium tank for storing the medium, and tension is applied to the substrate based on the driving force of the driving means while holding the substrate inside the medium tank. A culture unit including a chuck device is detachably attached to the sealed culture unit.
[0008]
Furthermore, in the human tissue culturing apparatus according to the present invention, the chuck device is capable of advancing and retreating with respect to the stationary chuck, with the stationary chuck sandwiching one end of the substrate and the other end of the substrate. The movable chuck is moved forward and backward by transmitting a driving force to the movable chuck from the driving means via the transmission mechanism.
[0009]
Furthermore, in the human tissue culturing apparatus according to the present invention, the transmission mechanism includes an adjuster mechanism that adjusts a stroke in which the movable chuck moves back and forth.
[0010]
Furthermore, in the human tissue culture apparatus according to the present invention, the fixed chuck and the movable chuck can be tilted in a direction in which the substrate is twisted with respect to each other.
[0011]
Furthermore, the human tissue culture apparatus according to the present invention comprises a load measuring means for measuring the tension applied to the substrate.
[0012]
Furthermore, in the human tissue culture apparatus according to the present invention, the transmission mechanism is configured to transmit a driving force from the driving means to the movable chuck via an elastic body that expands and contracts in the advancing and retreating direction of the movable chuck. It is.
[0013]
Furthermore, the human tissue culture apparatus according to the present invention is configured such that the elastic body is detachably attached to the transmission mechanism.
[0014]
Furthermore, the human tissue culture apparatus according to the present invention includes the adjuster mechanism including a cam that is rotated by the drive source, and a swing link that moves the movable chuck forward and backward by being driven by the cam. By making the amount of eccentricity variable, the stroke of the swing link can be expanded and contracted.
[0015]
Furthermore, the human tissue culture apparatus according to the present invention can control the tension applied to the base material by selecting the stroke of the swing link and the elastic coefficient of the elastic body.
[0016]
Furthermore, in the human tissue culture apparatus according to the present invention, the drive source is a variable speed motor having an output shaft connected to the cam.
[0017]
Furthermore, the human tissue culturing apparatus according to the present invention has a period based on the rotation speed of the output shaft of the variable speed motor, and tension is repeatedly applied to the base material, thereby increasing or decreasing the rotation speed of the output shaft, The period can be adjusted.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Human tissue culture apparatus according to an embodiment of the present invention In place explain about. A partially broken side view of the human tissue culture apparatus according to the present embodiment is shown in FIG. 1, and the plan view of the apparatus is divided into FIGS. 2 and 3, respectively.
[0019]
As shown in FIGS. 1 to 3, the human tissue culture apparatus 1 according to the present embodiment includes a plurality (two in the drawing) of medium tanks 3 that store the medium 2 in the bottom, and a plurality (four in the drawing). A chuck device 5 that holds the base material 4 in the culture medium 2 while being immersed in the culture medium 2, and a sealed culture unit 6 that houses the culture medium 2, the culture medium tank 3, the base material 4, and the chuck device 5. The drive unit 7 applies tension to the individual base material 4 from the outside of the closed culture unit 6.
[0020]
The medium 2 is a culture solution composed of a cell suspension or a cell culture solution. The culture medium tank 3 is a sealed container made of rectangular acrylic resin or the like that can be divided into two vertically and can be opened and closed by attaching and detaching the upper part to the lower part. As shown in FIG. 2, two bases 4 are stored in two medium tanks 3. As the base material 4, a braid or a thread can be applied. The sealed culture unit 6 is a well-known incubator.
[0021]
In addition, all the base materials 4 may be stored in one medium tank 3, or four base materials 4 may be stored in four medium tanks 3 one by one. The number of the culture medium tank 3, the base material 4, the chuck device 5, or the driving means 7 described above can be increased or decreased as appropriate.
[0022]
The chuck device 5 is disposed inside the medium tank 3 and has a plurality of fixed chucks 50 sandwiching one end of the base material 4. The chuck device 5 is disposed inside the medium tank 3 so as to face these fixed chucks 50. It comprises a plurality of movable chucks 51 sandwiching the other end.
[0023]
The movable chuck 51 moves forward and backward in a direction away from or approaching the fixed chuck 50 by the driving force transmitted from the driving means 7 via the plurality of transmission mechanisms 9. The strokes at which these movable chucks 51 advance and retreat can be individually adjusted by a plurality of adjuster mechanisms 10. Details of the transmission mechanism 9 and the adjuster mechanism 10 will be described later.
[0024]
As shown in FIGS. 1 and 4, the fixed chuck 50 fixes an L-shaped member 50 b with a screw 50 c in the vicinity of the tip of the shaft portion 50 a that passes through a proper position at one end of the medium tank 3. One end of the base material 4 is sandwiched between the horizontal portion 50d and a square seat 50f fixed with a screw 50e in a posture facing the horizontal portion 50d. The upper end of the L-shaped member 50b is divided into two forks, and the shaft portion 50a is sandwiched therebetween. By tightening the screw 50c, the upper end of the L-shaped member 50b can be fixed to the shaft portion 50a. If the screw 50c is loosened, the position of the L-shaped member 50b can be adjusted by appropriately moving in the thrust direction with respect to the shaft portion 50a.
[0025]
The thrust direction of the shaft portion 50a is the same as the direction in which the movable chuck 51 moves back and forth. Hereinafter, this is referred to as an “advance / retreat direction”.
[0026]
The movable chuck 51 is obtained by fixing an L-shaped member 51b facing the L-shaped member 50b in the vicinity of the tip of the shaft portion 51a penetrating the position corresponding to the shaft portion 50a at the other end of the medium tank 3. The L-shaped member 51b and the above-mentioned L-shaped member 50b are the same parts (50e and 50f have the same reference numerals) whose directions are different from each other. If the screw 51c is loosened, the position of the L-shaped member 51b can also be adjusted in the forward / backward direction.
[0027]
The base material 4 may be attached to the fixed chuck 50 and the movable chuck 51 in a twisted state. The angle at which the substrate 4 is twisted can be set in a stepless manner to be, for example, 30 °, 60 °, or 90 ° by exchanging the parts of the movable chuck 51. That is, instead of the L-shaped member 50b which is a component of the movable chuck 51, a rotating L-shaped member 52 as shown in FIG. 5 is applied.
[0028]
The rotating L-shaped member 52 includes a joint member 52b fixed with a screw 52a in the vicinity of the tip of the shaft portion 51a, and a U-shaped sandwiching member 53 attached to the lower end portion of the joint member 52b. The joint member 52b has an insertion hole 52c penetrating the lower end portion in the advancing / retreating direction, and an angle fixing screw 52d is screwed into a screw hole penetrating the lower end portion in a direction perpendicular to the insertion hole 52c. Moreover, the upper end of the joint member 52c is divided into two forks, and can be fixed to the shaft portion 51a by tightening a screw 52a. This is the same as the L-shaped members 50b and 51b.
[0029]
The U-shaped sandwiching member 53 forms a notch 53a into which the base material 4 is inserted between two pieces overlapped with each other, and the base material fixing screw 53b is screwed into a screw hole penetrating from the one piece to the notch 53a. Match. The base material 4 can be clamped between the base material fixing screw 53b and the other piece of the U-shaped clamping member 53 by tightening the base material fixing screw 53b. If the base material fixing screw 53b is loosened, the base material 4 can be freely inserted into and removed from the cut portion 53a.
[0030]
At the end of the U-shaped sandwiching member 53 opposite to the notch 53a, a support shaft 53c is rotatably inserted into the insertion hole 52c of the joint member 52b. A washer 53d is fixed with a screw 53e. By loosening the angle fixing screw 52d and appropriately rotating the U-shaped sandwiching member 53, the U-shaped sandwiching member 53 is aligned so that the base member 4 is twisted at a desired angle. If the angle fixing screw 52d is tightened in this state, the U-shaped clamping member 53 can be fixed to the joint member 52c, and the U-shaped clamping member 53 can be set to a desired angle.
[0031]
In the above description, once the angle of the U-shaped sandwiching member 53 is set, the movable chuck 51 moves forward and backward while maintaining this angle. However, as the movable chuck 51 moves forward and backward, the U-shaped sandwiching member 53. The angle (the angle of rotation about the support shaft 53c as a pivot) may be changed every moment. For example, the U-shaped clamping member 53 is repeatedly rotated clockwise and counterclockwise by a servo motor or the like, and continuously rotated like a pendulum.
[0032]
Further, the fixed chuck 50 and the movable chuck 51 constitute a culture unit 8 together with the medium 2 and the medium tank 3 described above.
[0033]
That is, as shown in FIGS. 1, 4 and 6, the culture unit 8 fixes the vertical frame member 82 to the upper surface of one end of the horizontally long main frame 80, and the linear motion guide bearing 83 a to the upper surface of the other end of the main frame 80. A slider 83 is provided so as to be slidable in the forward and backward directions. The rear end of each shaft portion 50a protrudes outward from one end of the culture medium tank 3, and is supported by the vertical frame member 82 of the main frame 80 via a plurality of bushings 81 through which these are inserted. The rear ends of the individual shaft portions 51 a protrude outward from the other end of the medium tank 3 and are connected to the slider 83 via the clamp 91. On the outer surface of the other end of the medium tank 3, a bellows 30 for sealing the gap between the medium tank 3 and the shaft portion 51a is provided.
[0034]
The clamp 91 rotates the handle 91a to fasten the clamp 91 itself to the shaft portion 51a or allow the clamp 91 itself to slide in the forward / backward direction with respect to the shaft portion 51a. The position adjustment of the entire movable chuck 51 in the advancing / retreating direction, that is, the increase / decrease of the interval between the fixed chuck 50 and the movable chuck 51 is performed by operating the clamp 91 exclusively, that is, relative to the clamp 91 and the entire movable chuck 51. This is done by changing the position.
[0035]
The culture unit 8 is detachably attached to the upper surface of the support base 15 raised inside the closed culture unit 6. Specifically, the hook-shaped claw 16a bent upward is fixed to the main frame 80, and a flange 16b that is hooked on the claw 16a is provided on the horizontal frame 15a that constitutes the upper surface of the support base 15 so as to be swingable. ing. The flange 16b is attached to a short lever 16c that is rotatable about a horizontal axis with a rotation fulcrum at a position slightly below a fulcrum on which it swings.
[0036]
When the short lever 16c is pivoted upward and the short lever 16c is pushed down while the hook 16b is hooked on the claw 16a, the hook 16b can be locked with the hook 16b hooked. If the short lever 16c is pushed upward, the lock can be released. With the above simple operation, the culture unit 8 and the support base 15 can be coupled as shown in FIG. Alternatively, if the culture unit 8 is released from the support base 15, the culture unit 8 can be lifted directly above the support base 15 and removed from the support base 15, as shown in FIG.
[0037]
At the same time as the attachment / detachment of the culture unit 8, the hook-shaped joint 92 fixed to the slider 83 is hooked to the connecting rod 98 of the transmission mechanism 9 so that the culture unit 8 and the transmission mechanism 9 can be immediately connected and disconnected. is doing. Details will be described later.
[0038]
The support base 15 has four legs 15b mainly composed of upright screw rods screwed in the vicinity of the four corners of the horizontal frame 15a which is rectangular when viewed from above. By appropriately rotating the leg 15b, the entire horizontal frame 15a can be moved up and down to adjust the height position for holding the culture unit 8, or the culture unit 8 held by the horizontal frame 15a is horizontal. In addition, the delicate inclination of the horizontal frame 15a can be corrected. At the lower end of the leg 15b, there is provided a bottom tread 15c with a thrust bearing or the like for receiving a load applied thereto.
[0039]
Furthermore, a load measuring means 11 is provided at the rear end of each shaft portion 50a protruding outward from one end of the medium tank 3. The load measuring means 11 measures the tension applied to the base material 4 via the fixed chuck 50. That is, the hanging member 50g is fixed to the rear end of the shaft portion 50a, and the pressure receiving portion 11a of the load measuring means 11 is in contact with the hanging member 50g. When tension is applied to the base material 4, this tension is applied to the pressure receiving portion 11a as pressure in the opposite direction via the shaft portion 50a and the hanging member 50g. Accordingly, the pressure is measured by the strain gauge built in the load measuring means 11. This pressure value is nothing but the magnitude of the tension applied to the substrate 4.
[0040]
As shown in FIGS. 1 and 3, the drive means 7 includes a transmission mechanism 9, an adjuster mechanism 10, a drive source 12, and a support base 17.
[0041]
The support base 17 is one in which one end of the top plate 17a is supported by a leg 17b and the other end is supported by a leg 17c. The legs 17b and 17c fix the top plate 17a above the surface plate 18 so that the top plate 17a is substantially the same height as the horizontal frame 15a. The sealed culture unit 6 and the support base 17 are respectively fixed to the upper surface of the surface plate 18 adjacent to the driving means 7. The surface plate 18 is provided with screw jacks 18a at appropriate positions on the lower surface thereof.
[0042]
The transmission mechanism 9 includes a drive pulley 12b fixed to the output shaft 12a of the drive source 12, a driven pulley 12d connected to the drive pulley 12b via an endless flat belt 12c, a camshaft 13a connected to the driven pulley 12d, A plurality (four in the figure) of cams 13 fixed at predetermined intervals in the thrust direction of the camshaft 13a, and a plurality of swing links 14 that are driven by the respective cams 13 to reciprocate the top pin 14a in the forward and backward directions. And a plurality of buffer portions 93 connected to the swing link 14 via a plurality of universal joints 19.
[0043]
The drive source 12 is a DC motor with a speed reducer fixed to the upper surface of the surface plate 18. By increasing or decreasing the voltage supplied to the drive source 12, the rotational speed of the output shaft 12a of the drive source 12 can be freely adjusted. In addition, an AC motor, a rotary solenoid, or the like may be applied as the drive source 12.
[0044]
The predetermined interval related to the cam 13 means an equal interval corresponding to the interval between the plurality of base materials 4 (FIG. 2) arranged side by side in a direction orthogonal to the advancing / retreating direction. The camshaft 13a extends in a direction orthogonal to the forward / backward direction, and both ends thereof are respectively supported by two legs 17c that form a pair in a direction orthogonal to the forward / backward direction.
[0045]
The configuration of the cam 13 includes the adjuster mechanism 10. That is, the cam 13 has a disc-shaped flange 13b having a contour concentric with the axis of the camshaft 13a fixed to the circumferential surface of the camshaft 13a, and an annular cam body 13c inserted through the camshaft 13a. It is arranged so as to be in sliding contact with. On the other hand, the block piece 10a penetrating the screw hole is fixed to the surface of the cam body 13c on the flange 13b side with a screw 10b, and the adjusting bolt 10c is screwed into the block piece 10a so as to protrude toward the outer peripheral surface of the flange 13b. ing.
[0046]
By appropriately rotating the adjusting bolt 10c, the dimension of the adjusting bolt 10c protruding from the block piece 10a can be increased or decreased. This dimension defines the amount of eccentricity (the lift amount of the cam 13) between the axis of the camshaft 13a and the axis of the cam body 13c. With the eccentric amount adjusted to a desired value, the flange 13b and the cam body 13c are fixed by tightening a screw 13d that passes through the cam body 13c and is screwed into the flange 13b. A handle 13d is provided at the end of the camshaft 13a opposite to the driven pulley 12d so that the camshaft 13a can be manually rotated.
[0047]
The adjuster mechanism 10 and the cams 13 described above are incorporated in the culture apparatus 1 by the number of the base materials 4, that is, four in the drawing. This is because the dimensions and physical properties of the individual base materials 4 are subtly different from each other, and in order to apply equal tension to the individual base materials 4, it is essential to adjust the four adjuster mechanisms 10 separately. It is. Further, the individual adjuster mechanisms 10 can be adjusted while actually measuring the tension actually applied to each base material 4 by a plurality (four in the drawing) of load measuring means 11.
[0048]
The swing link 14 has one end provided with the top pin 14a facing upward, the lower end provided with the driven roller 14b facing downward, and a position that bisects the space between the top pin 14a and the driven roller 14b. The inserted support shaft 14c is turned around a fulcrum. The support shaft 14c extends in parallel with the camshaft 13a, and both ends thereof are respectively supported by two legs 17c. A return spring 14 d is provided near the upper end of the swing link 14. The return spring 14 d urges the swing link 14 with its elastic force and presses the driven roller 14 b toward the cam 13.
[0049]
The driven roller 14b comes into contact with the outer peripheral edge of the cam 13 and serves as a contact point between the swing link 14 and the cam 13. However, the driven roller 14b is disposed on one side of the swing link 14, and accordingly The swing link 14 is offset with respect to the cam 13 in the thrust direction of the camshaft 13a.
[0050]
The buffer portion 93 includes a plurality of sliders 94 provided on the upper surface of the top plate 17a of the support base 17 so as to be slidable in the forward and backward directions via linear motion guide bearings 94a, and the upper surface of the top plate 17a adjacent to each slider 94. A plurality of sliders 95 provided so as to be slidable in the forward and backward directions via linear guide bearings 95a, and an elastic body 90 spanned between pins 94b and 95b provided on the plurality of sliders 94 and 95, respectively. Composed.
[0051]
Examples of the elastic body 90 include a coil spring or rubber. In addition, a cylinder type air damper or the like may be interposed between the pins 94b and 95b. As shown in the figure, the coil spring applied as the elastic body 90 is only hooked on the pins 94b and 95b, so that it can be easily attached to and detached from the sliders 94 and 95.
[0052]
Each top pin 14 a of the plurality of swing links 14 is fitted into the input side bearing 19 a of the universal joint 19. On the other hand, each slider 94 has a pin 20 fixed on the upper surface thereof fitted in the output side bearing 19 b of the universal joint 19. The slider 94 advances and retreats according to the reciprocating motion of the top pin 14 a of the swing link 14. Further, the slider 95 connected to the slider 94 via the elastic body 90 also advances and retreats.
[0053]
The slider 95 has a clamp 97 fixed to the upper surface thereof, and a connecting rod 98 is fastened to the clamp 97. The connecting rod 98 protrudes from the driving means 7 and penetrates from the side wall 60 of the sealed culture part 6 to the inside thereof. A guide sleeve 98 a for guiding the connecting rod 98 is embedded in the side wall 60 of the closed culture unit 6. A bellows 61 is provided on the outer surface of the side wall 60 to seal the gap between the connecting rod 98 and the guide sleeve 98a.
[0054]
The clamp 97 allows the clamp 97 itself to be clamped to the connecting rod 98 by rotating the handle 97a, or allows the connecting rod 98 itself to slide relative to the clamp 97 in the forward / backward direction. That is, even if the slider 95 is slightly moved as the lift amount of the cam 13 is adjusted, the relative position between the clamp 97 and the connecting rod 98 can be changed accordingly. Therefore, the positions of the connecting rod 98 and the movable chuck 51 can be kept constant regardless of the change in the lift amount of the cam 13.
[0055]
As shown in FIG. 7A, a T-shaped flange 98b that protrudes in a direction orthogonal to the advancing / retreating direction is formed at the end (tip) of the connecting rod 98 on the slider 83 side. On the other hand, the hook-shaped joint 92 is fixed to the slider 83 with screws 92a in a state of being paired with a distance through which the connecting rod 98 can be inserted. When the culture unit 8 is lifted straight up when the culture unit 8 is removed from the support base 15 as shown in FIG. 6, the pair of hook joints 92 are connected to the connecting rod as shown in FIG. 7 (b). It easily disengages from the 98 flange 98b.
[0056]
In addition, the connection and disconnection work between the slider 83 and the connecting rod 98 is quick. Or As long as it is a joint that can be easily performed, it is not limited to the above configuration. For example, in a state in which the slider 83 and the connecting rod 98 are overlapped with each other, the two may be separated by penetrating them with a pin orthogonal to the advancing / retreating direction and extracting the pin. .
[0057]
The sliders 94 and 95 are arranged in a line in the forward / backward direction, and the linear motion guide bearings 94a and 95a share a single guide rail. Further, the tension transmitted by the transmission mechanism 9 can be changed by increasing or decreasing the number of the above-described coil springs or the like, or replacing the coil springs or the like with ones having different elastic coefficients.
[0058]
Next, the human tissue culture apparatus according to the present invention Set Examples will be described below.
[0059]
Examples of the artificial human tissue (processed object) manufactured by the human tissue culture apparatus 1 include an exerciser that applies tension to the human body, such as an artificial ligament, an artificial tendon, an artificial rotator cuff, and an artificial muscle. In particular, the human tissue culture apparatus 1 is useful for forming an artificial ligament.
[0060]
As the base material 4, in addition to the in vivo non-absorbable materials described in the prior art, biodegradable and absorbable materials such as lactic acid, glycolic acid, caprolactone, dioxanone, trimethylene carbonate homopolymers, and copolymers thereof Etc., conventional of A polymer used for medical purposes can be appropriately selected and used according to the purpose. In particular, it is desirable to use polylactic acid having high strength and moderate degradability.
[0061]
Examples of the form of the substrate 4 include a knitted fabric, a woven fabric, a non-woven fabric, a thread, or a sponge. In particular, it is desirable to apply a braid excellent in moderate elongation and strength as the base material 4. A braid means a flat braid or a round braid.
[0062]
Examples of the cells cultured in the culture medium 2 in the closed culture unit 6 include fibroblasts, cells constituting ligaments, and mesenchymal cells derived from bone marrow. An appropriate amount of a cell growth factor may be added to these cell culture solutions.
[0063]
A procedure for culturing cells in the medium 2 in the sealed culture unit 6 will be described. That is, one end of the base material 4 having a total length of 30 to 100 mm is sandwiched between the fixed chuck 50 and the other end of the base material 4 is sandwiched between the movable chuck 51, so that the fixed chuck 50 and the movable chuck 51 are sandwiched. The base material 4 is passed over. In this state, the bottom of the medium tank 3 is filled with the medium 2 to such an extent that the base material 4 is immersed in the medium 2. As the medium 2, 100 to 200 ml of a culture solution containing 106 / ml human fibroblasts was used.
[0064]
In addition, after seed | inoculating a cell in the base material 4 beforehand, you may fix the both ends of the base material 4 to the fixed chuck | zipper 50 and the movable chuck | zipper 51 by aseptic operation, respectively. In this way, it is not necessary to put cells in the medium 2 in advance. Moreover, tension can be applied from a state where cells are adhered to the base material 4 in a large amount.
[0065]
The above operation may be performed after the culture unit 8 is detached from the support base 15 and taken out of the sealed culture unit 6. After the culture unit 8 set in this way is returned to the closed culture unit 6 again, the closed culture unit 6 is closed and the temperature inside the closed culture unit 6 is adjusted. Further, when the drive source 12 is activated, the movable chuck 51 moves back and forth and reciprocates, whereby tension is repeatedly applied to the base material 4 spanned between the fixed chuck 50 and the movable chuck 51 at a predetermined cycle. .
[0066]
As specific conditions, it is desirable to set the cycle in the range of about 60 times / minute and the tension in the range of about 4.5 kgf or 10 to 100 N. Such a cycle can be easily set by adjusting the rotational speed of the main shaft 12a of the drive source 12. Such tension can be easily set by adjusting the lift amount of the cam 13 (about 10 mm) by the adjuster mechanism 10 and appropriately selecting the spring constant or elastic coefficient of the elastic body 90.
[0067]
Under the conditions exemplified above, tension is repeatedly applied to the substrate 4 continuously for 2 to 3 weeks. As a result, it was observed that tension was repeatedly applied to the cells attached to the base material 4 and the morphology of the cells changed along the fibers. Moreover, about the base material 4 obtained through the above process, the quantity and quality of the produced | generated collagen are evaluated morphologically and biochemically.
[0068]
It should be noted that the embodiment exemplified above should not be construed as substantially limiting the technical idea of the present invention. In addition, the present invention can be carried out within the scope not departing from the gist of the present invention with appropriate improvements, changes or additions based on the inventive ideas and ideas of those skilled in the art.
[0069]
For example, as the driving source 12, an air cylinder or a solenoid that linearly moves the universal joint 19 or the slider 94 in the advancing / retreating direction may be directly connected. Alternatively, the swing link 14 may be swung around the support shaft 14c by an air cylinder or a solenoid. Further, as a preferable example in workability such as replacement of the culture medium 2, the culture unit 8 is detachable from the support base 15, but the specification may be that the culture unit 8 is fixed in the closed culture unit 6.
[0070]
【The invention's effect】
According to the human tissue culturing apparatus of the present invention, since the driving means is arranged outside the sealed culture part, the sealed culture part and the driving means can be isolated. Thereby, it is possible to reliably prevent the heat generated by the operation of the driving means, mechanical vibration, or dust, bacteria, etc. from adversely affecting the cell culture.
[0071]
Furthermore, according to the human tissue culture apparatus according to the present invention, the culture unit including the culture medium tank and the chuck device is detachably attached to the sealed culture unit. When performing, the culture unit can be easily removed from the sealed culture section. For this reason, since the miscellaneous work such as performing the above-described example operation with the hand inserted in the closed culture unit can be avoided, the above-described example operation can be performed easily and neatly.
[0072]
Furthermore, according to the human tissue culture apparatus according to the present invention, the chuck device includes a plurality of fixed chucks, a movable chuck, a transmission mechanism, and an adjuster mechanism, respectively, so that a plurality of base materials can be set at a time. Therefore, the tension | tensile_strength of the same conditions can be simultaneously provided to a several base material. Or each tension | tensile_strength provided to a several base material can be adjusted for every base material.
[0073]
Furthermore, according to the human tissue culture apparatus according to the present invention, the fixed chuck and the movable chuck can freely rotate in the direction of twisting the base material, so that tension is applied under the condition of reproducing the movement of the human body. be able to.
[0074]
Furthermore, according to the human tissue culturing apparatus of the present invention, the tension applied to the base material by the load measuring means can be measured, so that the processing status can be accurately grasped numerically. Moreover, the tension actually applied to the substrate can be detected. In other words, the base material to which the repetitive tension is applied is gradually extended, and the tension applied to the base material is slightly decreased from the initial set value according to the amount of extension. For this reason, it is always necessary to detect the tension applied to the substrate even during the processing.
[0075]
Furthermore, according to the human tissue culture apparatus according to the present invention, the driving force is transmitted from the driving means to the movable chuck via the elastic body that expands and contracts in the advancing and retreating direction of the movable chuck. Limited by the elastic body. This is because when the drive means forcibly pulls the substrate beyond the maximum length that the substrate can be stretched, this excessive tension can be alleviated by stretching the elastic body, so that the substrate breaks. Can be prevented. In addition, even if the strokes of the plurality of movable chucks are slightly different for each movable chuck, the tension applied to each base material can be made substantially uniform by interposing an elastic body. it can.
[0076]
Furthermore, according to the human tissue culture apparatus according to the present invention, each elastic body is detachably attached to the transmission mechanism. Therefore, if several types of elastic bodies having different elastic body coefficients are prepared, The elastic body can be appropriately replaced so that the tension applied to the material has a desired value.
[0077]
Further, according to the human tissue culture apparatus according to the present invention, the eccentric amount of the cam of the adjuster mechanism is configured to be increased or decreased. It can be adjusted so as not to exceed. Accordingly, appropriate tension can be applied to various substrates having different overall lengths and physical properties.
[0078]
Furthermore, according to the human tissue culture apparatus according to the present invention, the tension applied to the base material can be controlled by selecting the stroke of the swing link and the spring constant or elastic coefficient of the elastic body. The effect of imparting appropriate tension to various base materials having different physical properties can be achieved more remarkably.
[0079]
Furthermore, according to the human tissue culture apparatus according to the present invention, since the drive source is a variable speed motor having an output shaft connected to a cam, the entire operation of the culture apparatus can be electrically controlled and the variable speed can be obtained. By changing the rotation speed of the output shaft of the motor, it is possible to adjust the period for repeatedly applying tension to the substrate.
[0080]
In addition, the speed at which the movable chuck moves back and forth changes depending on the acceleration caused by the cam's unique structure. It can be changed in various ways. Therefore, it is possible to apply a load to the base material such that the heel is pulled by the movement of the living body.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view, partly broken away, of a human tissue culture apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the closed culture unit side applied to the human tissue culture apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of driving means applied to the human tissue culture apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a side view showing the main part of a closed culture unit applied to the human tissue culture apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of a rotating L-shaped member applied to the human tissue culture apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a side view showing a state where the sealed culture unit is removed from the human tissue culture apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view illustrating a connection state and a disconnection state of a hook-shaped joint and a connecting rod applied to a human tissue culture apparatus according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Human tissue culture device
2: Medium
3: Medium tank
4: Substrate
5: Chuck device
6: Sealed culture section
7: Driving means
8: Culture unit
9: Transmission mechanism
10: Adjuster mechanism
11: Load measuring means
12: Drive source
13: Cam
14: Swing link
15: Support stand
50: Fixed chuck
51: Movable chuck
90: Elastic body

Claims (8)

培地を貯める培地槽と、一端及び他端を有する複数の基材を前記培地に浸した状態で前記培地槽の内部に保持するチャック装置と、前記培地、前記培地槽、前記複数の基材、及び前記チャック装置を内部に収納する密閉培養部と、個々の前記基材に前記密閉培養部の外側から張力を付与する駆動手段とを備える人体組織の培養装置であって、
前記チャック装置が、前記基材の一端を挟着する複数の固定チャックと、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複数の可動チャックとを備え、前記複数の可動チャックに、前記駆動手段から複数の伝達機構を介して駆動力をそれぞれ伝達することにより、前記複数の可動チャックを進退動させ、
前記複数の伝達機構が、前記複数の可動チャックの進退動するストロークを調節する複数のアジャスタ機構、及び前記複数の可動チャックの進退方向に伸縮する複数の弾性体を介して、前記駆動手段の駆動力を前記複数の可動チャックにそれぞれ伝達することを特徴とする人体組織の培養装置。
A culture medium reservoir for storing a culture medium, a chuck device for holding a plurality of base materials having one end and another end in the culture medium in a state immersed in the culture medium, the culture medium, the culture medium tank, the plurality of base materials, And a culture apparatus for human tissue comprising: a sealed culture unit that houses the chuck device therein; and a driving unit that applies tension to the individual base material from the outside of the sealed culture unit,
The chuck device includes a plurality of fixed chucks that sandwich one end of the base material, and a plurality of movable chucks that sandwich the other end of the base material and can move forward and backward with respect to the fixed chuck. By transmitting a driving force from the driving means to the movable chuck via a plurality of transmission mechanisms, the plurality of movable chucks are moved forward and backward.
The plurality of transmission mechanisms drive the driving means via a plurality of adjuster mechanisms that adjust strokes of the plurality of movable chucks to advance and retreat, and a plurality of elastic bodies that extend and retract in the advancing and retreating directions of the plurality of movable chucks. An apparatus for culturing human tissue , wherein force is transmitted to each of the plurality of movable chucks .
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に記載の人体組織の培養装置。The apparatus for culturing human tissue according to claim 1 , wherein the fixed chuck and the movable chuck are tiltable in a direction in which the substrate is twisted with respect to each other. 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又は2に記載の人体組織の培養装置。The apparatus for culturing human tissue according to claim 1 or 2 , further comprising load measuring means for measuring the tension applied to the substrate. 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1乃至3の何れかに記載の人体組織の培養装置。The apparatus for culturing human tissue according to any one of claims 1 to 3 , wherein the elastic body is detachably attached to the transmission mechanism. 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に記載の人体組織の培養装置。The adjuster mechanism includes a cam that is rotated by a drive source, and a swing link that moves the movable chuck forward and backward by being driven by the cam, and is configured so that the eccentric amount of the cam can be increased and decreased. The apparatus for culturing human tissue according to claim 4 , wherein a stroke in which the link advances and retracts can be expanded and contracted. 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に記載の人体組織の培養装置。The apparatus for culturing human tissue according to claim 5 , wherein a tension applied to the base material can be controlled by selecting a stroke in which the swing link moves back and forth and an elastic coefficient of the elastic body. 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5又は6に記載の人体組織の培養装置。The apparatus for culturing human tissue according to claim 5 or 6 , wherein the drive source is a variable speed motor having an output shaft connected to the cam. 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に記載の人体組織の培養装置。The human body tissue according to claim 7 , wherein tension is repeatedly applied to the base material at a cycle based on the rotation speed of the output shaft of the speed variable motor, and the cycle can be adjusted by increasing or decreasing the rotation speed of the output shaft. Culture equipment.
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