JP5848541B2 - 細胞単離器具 - Google Patents

Description

本発明は、再生医療の臨床・研究の分野や細胞培養の分野において用いられる細胞単離器具に関し、特に組織（生体組織）から細胞を高生存率で単離するために用いられる細胞単離器具に関する。

生存した単離細胞を得るために、組織を鋭利な刃物でミンスし、コラゲナーゼ等による酵素処理を行なって細胞外マトリクスを消化する手法が知られている。

上記手法においては酵素処理と細胞回収の手技を繰り返し行なう必要があり、手間と時間を要する。また刃物によるミンスの仕方や酵素処理中の浸透速度等の差異を原因に、細胞の回収率にばらつきが生じるという問題がある。

特許文献１には上記のミンスおよび酵素処理を自動化した装置が記載されている。当該装置が備える容器の内部には、当該容器の中心軸周りに回転可能な刃体と、当該刃体の動きに対して相対的に抵抗を付与するバッフルとが配置されている。容器内部に単離細胞を得るための組織を投入して刃体を回転させると、組織は刃体が食い込んだ状態で共に回転し、バッフルに衝突する。バッフルにより与えられる抵抗により組織は刃体によって切断される。刃体の回転を所定時間継続することにより、切断が繰り返されて組織がミンスされる。容器内には酵素処理液が予め投入されており、酵素処理も併行して行なわれる。

特表２００７−５０５６３１号公報

特許文献１に記載の構成によれば、ミンスおよび酵素処理の自動化が可能であるものの、単離細胞を回収するためには、ミンスおよび酵素処理の結果として得られる細胞浮遊液を容器外に取り出して濾過処理を行なう必要がある。ここで大量に安定して単離細胞を回収する自動化したシステムを実現するにあたり、人的負荷の軽減や回収される単離細胞の数や質への人的手技の影響を削減する必要があるため、人的処理を極力削減する必要がある。しかしながら、特許文献１に記載の構成は人的処理の削減が不十分であり、自動化したシステムの実現には適さない。

本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、人的処理を極力削減し、組織（生体組織）から単離された細胞を効率的に回収可能な細胞単離器具を提供することを目的とする。

上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明によれば、以下に掲げる態様を採り得る。

（１）本発明の一態様は、細胞単離器具であって、（Ａ）上部に開口を有する第１の容器と、（Ｂ）前記第１の容器の下部の少なくとも一部を形成する濾過部材と、（Ｃ）組織に衝突して細胞を単離すべく前記第１の容器内において移動可能に収容された単離部材と、（Ｄ）前記第１の容器を取り出し可能に収容する第２の容器とを備える。

第１の容器が第２の容器に収容された状態で、組織と酵素処理液が第１の容器に投入される。単離部材の移動によって組織から細胞の単離がなされ、第１の容器内にはミンスされた組織片と単離細胞とを含む懸濁液が得られる。この状態で第１の容器を第２の容器から取り出すと、第１の容器下部の濾過部材を単離細胞を含む細胞浮遊液のみが通過し、第２の容器に回収される。不要な組織片は第１の容器内に残存する。

（２）本発明の一態様においては、前記単離部材は、刃体と、前記刃体を前記第１の容器内において回転可能に支持する軸体とを備えている。前記軸体の上端部は、当該軸体を回転させる細胞単離装置と接続可能に構成されている。

（３）本発明の一態様においては、前記開口を閉塞すべく前記第１の容器に嵌合する蓋体を更に備えている。前記蓋体には前記軸体が挿通する挿通孔が形成されている。前記軸体において前記蓋体の下方に位置する部分の少なくとも一部は、前記挿通孔よりも径大である。

（４）本発明の一態様においては、前記蓋体は、（Ａ）前記軸体が挿通する第１の挿通孔と、少なくとも１つの開口とが形成された第１の蓋体と、（Ｂ）前記軸体が挿通する第２の挿通孔が形成され、前記第１の蓋体の上方において前記少なくとも１つの開口を覆う第２の蓋体を有する。

（５）本発明の一態様においては、前記第１の容器の外壁と、前記第２の容器の内壁の少なくとも一方に溝が形成されている。

（６）本発明の一態様においては、前記第１の容器が前記第２の容器に収容された状態において、前記第２の容器の上端部は、前記第１の容器の上端部よりも上方に位置する。

上記（１）の構成によれば、第１の容器を第２の容器から取り出すのみで濾過済みの細胞浮遊液を第２の容器に回収可能である。したがって単離された細胞を効率的に回収することができる。

上記（２）の構成によれば、軸体の回転を細胞単離装置側で制御可能であり、組織のミンスおよび酵素処理を含む細胞の単離工程を容易に自動化することができる。さらに、組織に応じて硬さや大きさなどの特性が異なるため、生きた細胞を回収するに当たり、微調整が必要となる。しかし、上記（２）の構成によれば、刃体の回転速度や回転時間や刃体の種類などを回収する組織に応じて調整すればよく、同一の細胞単離器具により、様々な細胞を生きた状態で回収できる。

上記（３）の構成によれば、軸体を持ち上げるのみで第１容器を取り出すことが可能であり、濾過済み細胞浮遊液の回収工程までを容易に自動化することができる。また第１容器を持ち上げて細胞浮遊液を取得した後に新たな酵素液を第２容器に注入し、第１容器を再度第２容器に収容して酵素処理を複数回実施するといった作業を容易に自動化できる。これにより単離された細胞が酵素液中に長時間浸っていることによる当該細胞へのダメージを軽減させることができる。

上記（４）の構成によれば、必要最小限の開口を通じて組織や酵素処理液を第１容器の内部に投入し、その後は第２の蓋体によって開口が覆われるため、細胞の単離処理および回収処理時における器具への異物侵入を防止することができる。

上記（５）の構成によれば、第１の容器と第２の容器の隙間に進入した酵素処理液や細胞浮遊液が溝に導かれるため、液体が第１の容器の外側へ漏れ出すのを防止できる。

上記（６）の構成によれば、酵素処理液や細胞浮遊液が万一第１の容器から漏れ出しても、第２の容器の上端部を越えることはできないため、第２の容器の外側すなわち細胞単離器具の外側へ漏れ出すことを防止できる。

本発明の一実施形態に係る細胞単離器具を示す分解斜視図である。 図１の細胞単離器具について組立て途中の状態を示す縦断面図である。 図１の細胞単離器具を組み立てた状態を示す縦断面図である。 図１の細胞単離器具を細胞単離装置に接続した状態を示す縦断面図である。 図１の細胞単離器具を用いて濾過済み細胞浮遊液を回収する状態を示す縦断面図である。

本発明の実施形態を添付の図面を参照しつつ以下詳細に説明する。

本発明の一実施形態に係る細胞単離器具１を分解した状態を図１に示す。細胞単離器具１は、単離部材１０と、内側容器２０（第１の容器）と、外側容器３０（第２の容器）と、内蓋４０（蓋体、第１の蓋体）と、外蓋５０（第２の蓋体）とを備えて構成されている。各部材は、エチレンオキサイトガスによる滅菌に対して耐性のある材料（樹脂等）により形成されている。

単離部材１０は、軸体１１と、複数の刃体１２とを備えている。軸体１１は、大径部１１ａと、小径部１１ｂと、接続部１１ｃを備えている。刃体１２は大径部１１ａの下端部に支持されている。小径部１１ｂの直径は大径部１１ａの直径よりも小さく形成されており、大径部１１ａと小径部１１ｂの境界に段部１１ｄが形成されている。接続部１１ｃは小径部１１ｂの上端に設けられ、後述する細胞単離装置６０と接続される部分である。

内側容器２０は、本体２１と、フィルタ２２（濾過部材）とを備えている。本体２１は上部と下部が開口した円筒状の部材である。フィルタ２２は、細胞毒性のない材料によって形成されている。本実施形態では、目開き５０μｍのナイロンメッシュをフィルタ２２として使用している。フィルタ２２は、本体２１の下部の開口全体を覆うように本体２１に接着または溶着されている。

外側容器３０は、本体３１と、台部３２とを備えている。本体３１は上部が開口した円筒状の部材である。本体３１の内側は、第１内壁３３ａと第２内壁３３ｂとを備えている。第２内壁３３ｂには複数の溝３４が本体３１の周方向について等間隔に形成されている。

第１内壁３３ａは、本体３１の上端部において第１の内径を有している。第２内壁３３ｂは、第１の内径よりも小さく、内側容器２０の本体２１の外径よりも大きな第２の内径を有している。第１内壁３３ａと第２内壁３３ｂの境界には内側段部３３ｃが画成されており、第２内壁３３ｂは内側段部３３ｃより本体３１の下端部まで連続している。

内蓋４０は、上面４０ａと下面４０ｂ（図２参照）を有する円板状の部材である。内蓋４０の中心部には上面４０ａと下面４０ｂを連通する挿通孔４１（挿通孔、第１の挿通孔）が形成されている。さらに挿通孔４１を包囲するように、上面４０ａと下面４０ｂを連通する複数の開口４２が形成されている。挿通孔４１の内径は、単離部材１０の軸体１１における小径部１１ｂの外径よりも大きく、大径部１１ａよりも小さい。

内蓋４０の外径は、外側容器３０の本体３１における第１内壁３１の内径（第１の内径）に略等しい。上面４０ａの周縁部には円環状の上側嵌合壁４３が形成されている。下面４０ｂの周縁部よりやや内側には円環状の下側嵌合壁４４が形成され、その外側に段部４５を画成している（図２参照）。下側嵌合壁４４の外径は、内側容器２０の本体２１の内径と略等しい。

外蓋５０は上面５０ａと下面５０ｂ（図３参照）を有する円板上の部材である。外蓋５０の中心部には上面５０ａと下面５０ｂを連通する挿通孔５１（第２の挿通孔）が形成されている。挿通孔５１の内径は、単離部材１０の軸体１１における小径部１１ｂの外径よりも大きい。外蓋５０の外径は、内蓋４０における上側嵌合壁４３の内径と略等しい。上面５０ａの周縁部には円環状の嵌合壁５２が設けられている。

次に図２および図３を用いて本実施形態に係る細胞単離器具の組立て方法および細胞単離処理の工程の一部について説明する。

先ず内側容器２０が、フィルタ２２が下方を向く姿勢で外側容器３０に収容される。このとき内側容器２０の外壁２１ａが、外側容器３０の第２内壁３３ｂと僅かな隙間を介して対向する。また本体２１の上端面２１ｂが、本体３１の内側段部３３ｃと面一となる。

また内側容器２０が外側容器３０に収容された状態において、外側容器３０の上端面３１ａ（上端部）は、内側容器２０の上端面２１ｂ（上端部）よりも上方に位置する。

次に単離部材１０が内側容器２０に収容される。このとき軸体１１の下端部がフィルタ２２上に載置される。

次に、単離部材１０における軸体１１の小径部１１ｂが挿通孔４１を通過するように、内蓋４０が装着される。このとき内側容器２０の上端面２１ｂと外側容器３０の内側段部３３ｃ上に、内蓋４０の段部４５が載置される。さらに内蓋４０の下側嵌合壁４４は、内側容器２０の内壁２１ｃと嵌合し、上側嵌合壁４３は、外側容器３０の第１内壁３３ａと嵌合する。

図２に示されるこの状態において、予め活性温度に加温した所定量の酵素処理液が、開口４２を通じて内側容器２０内に流し込まれる。また細胞を単離するために生体より摘出した組織が、同様に開口４２を通じて内側容器２０内に投入される。

次に、単離部材１０における軸体１１の小径部１１ｂが挿通孔５１を通過するように、外蓋５０が装着される。このとき外蓋５０の下面５０ｂが内蓋４０の開口４２を覆い、以降の工程における内側容器２０内への異物侵入を阻止する。また外蓋５０の嵌合壁５２が、内蓋４０の上側嵌合壁４３の内側と嵌合する。図３はこの状態を示している。軸体１１の小径部１１ｂと挿通孔４１、５１の間には僅かな隙間が形成されている。

上記の工程を経て組織および酵素処理液を収容した細胞単離器具１が細胞単離装置６０内に設けられたステージ（図示せず）上に載置される。図４に示されるように、細胞単離装置６０は、軸受部材６１と、回転機構６２と、制御部６３と、設定部６４と、高さ調節機構６５とを備えている。設定部６４を通じてユーザにより設定された撹拌条件（回転数、回転方法、継続時間等）に応じて、制御部６３が回転機構６２を制御して軸受部材６１を回転させる。

制御部６３は、ユーザの指示に応じあるいは自動的に、高さ調節機構６５を制御してステージと軸受部材６１の少なくとも一方を上下動させる。この動作により、単離部材１０における軸体１１の接続部１１ｃが軸受部材６１に接続される。また単離部材１０は、軸体１１の下端部がフィルタ２２から離間し、かつ軸体１１の段部１１ｄが内蓋４０の下面４０ｂに接触しない位置に固定される。単離部材１０は軸受部材６１により支持され、軸受部材６１の回転に伴い刃体１２が内側容器２０の内部で回転可能とされる。図４はこの状態を示している。

ユーザが設定部６４を通じて撹拌条件を設定し、処理開始指示を入力すると、制御部６３が設定された撹拌条件に応じて回転機構６２を制御し、軸受部材６１を介して刃体１２が内側容器２０の内部で回転する。これにより組織のミンス処理および酵素処理が自動的に進行する。

なお外側容器３０内の酵素処理液は、単離された細胞が長時間浸ると細胞にダメージを与えることがあるため、複数回に分けて酵素処理を行う場合があり得る。具体的には、内側容器２０を上昇させて一旦濾過した細胞浮遊液を取得した後、外側容器３０に新たな酵素処理液を注入し、内側容器２０を下降させることで、再度単離及び酵素処理を行なう。従来はこれらの作業を手作業で行なう必要があったが、本実施形態の構成によれば、ユーザが設定部６４で複数回の酵素処理を適宜設定することにより、自動かつ適切なタイミングで所望の酵素処理を実行しうる。

撹拌動作中に酵素処理液が内側容器２０と外側容器３０の隙間に進入することがある。しかしながら外側容器３０の第２内壁３３ｂに形成された溝３４が、進入した酵素処理液の逃げ道として機能する。したがって進入した酵素処理液が毛管力によって隙間内を上昇し、内側容器２０の外側へ漏れ出してくる事態を回避できる。万一酵素処理液が漏れ出したとしても、外側容器３０の上端面３１ａが内側容器２０の上端面２１ｂよりも上方に位置しているため、酵素処理液は外蓋５０の上面５０ａに留まり、外側容器３０の外側面へ漏れ出すことはない。

撹拌動作が終了すると、細胞単離器具１内には酵素処理液中にミンスされた組織片と単離された細胞が浮遊している懸濁液が得られる。次に図５を参照しつつ、当該懸濁液から単離した細胞を回収する工程について説明する。

先ず細胞単離器具１と細胞単離装置６０との接続を解除して細胞単離器具１を細胞単離装置６０から取り出す。次に、外側容器３０を保持しながら単離部材１０の軸体１１を把持して上方に引き上げると、軸体１１の大径部１１ａが内蓋４０の挿通孔４１よりも径大であるため、段部１１ｄが内蓋４０の下面４０ｂに当接する。さらに軸体１１を上方に引き上げると、内蓋４０が内側容器２０に嵌入した状態のまま、内側容器２０を上方に引き上げることができる。

このとき懸濁液に含まれている不要な組織片７１は、フィルタ２２の目開きよりも大きいためにフィルタ２２を通過できず、内側容器２０の内部に残存する。一方、フィルタ２２の目開きよりも小さな単離細胞を含む細胞浮遊液７０は、フィルタ２２を通過して外側容器３０の内部に流れ落ちる。

すなわち、本実施形態の構成によれば、内側容器２０を上方に引き上げて外側容器３０から取り出すという簡単な操作のみで、単離された細胞を含む細胞浮遊液７０を外側容器３０内に容易かつ確実に回収することができる。したがって単離細胞の回収工程を大幅に効率化することができる。

上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであって、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更・改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる事は勿論である。

フィルタ２２は、必ずしも内側容器２０の下部における開口全体を覆う必要はない。濾過による単離細胞の回収に差し支えない範囲において、フィルタ２２は内側容器２０の下部の少なくとも一部を形成するように設けられていればよい。

単離部材１０は、必ずしも刃体１２を回転可能に支持する軸体１１である必要はない。組織に衝突して細胞を単離可能であれば、スターラ等を用いた種々の構成を採用することができる。

内蓋４０は必ずしも必要でない。その場合、外蓋５０の挿通孔５１の内径は、単離部材１０の軸体１１における大径部１１ａよりも小さくする。軸体１１を引き上げた際に、段部１１ｄを外蓋５０の下面５０ｂに当接させる必要があるためである。

単離細胞の回収工程を自動化することも可能である。例えば細胞単離装置６０内のステージに外側容器３０を保持する構造を設け、撹拌動作の終了後に軸受部材６１を上方に引き上げる動作を、制御部６３を通じて高さ調節機構６５に実行させる構成とすればよい。軸受部材６１に接続された状態の軸１１が上方に引き上げられ、内側容器２０を外側容器３０から取り出すことができる。

内蓋４０の開口４２は、必ずしも複数形成されている必要はない。酵素処理液や組織の投入作業性を損なわない範囲において、少なくとも１つの開口４２の数と大きさを適宜定めることができる。

溝３４は、必ずしも外側容器３０の第２内壁３３ｂに形成されている必要はない。第２内壁３３ｂに対向する内側容器２０の外壁２１ａに形成されていても、酵素処理液の漏れ出しを防止することができる。また第２内壁３３ｂと外壁２１ａの双方に形成されていてもよい。

１：細胞単離器具、１０：単離部材、１１：軸体、１１ａ：径大部、１１ｂ：径小部、１１ｃ：接続部、１２：刃体、２０：内側容器、２１ａ：外壁、２１ｂ：上端面、３０：外側容器、３１ａ：上端面、３３ｂ：第２内壁、３４：溝、４０：内蓋、４１：挿通孔、４２：開口、５０：外蓋、５１：挿通孔

Claims (5)

1. 上部に開口を有する第１の容器と、
   前記第１の容器の下部の少なくとも一部を形成する濾過部材と、
   組織に衝突して細胞を単離すべく前記第１の容器内において回転可能に収容された単離部材と、
   前記第１の容器を取り出し可能に収容し、前記濾過部材を通過した単離細胞を含む細胞浮遊液を回収する第２の容器と、
   前記開口を閉塞すべく前記第１の容器に嵌合する蓋体と、
   を備えており、
   前記単離部材は、上下方向に延びる軸体を備えており、
   前記軸体の上端部は、当該軸体を回転させる細胞単離装置と接続可能に構成されており、
   前記蓋体は、前記軸体が挿通する挿通孔を有しており、
   前記軸体は、前記蓋体の下方に位置して前記挿通孔よりも径大な径大部を有しており、
   前記軸体は、前記第１の容器内において前記上下方向に変位可能であり、
   前記軸体が上方に持ち上げられることにより、前記径大部が前記蓋体の下面に当接し、前記第１の容器が前記第２の容器から取り出される、
   細胞単離器具。
2. 前記単離部材は、前記軸体に支持された刃体を備えている、請求項１に記載の細胞単離器具。
3. 前記蓋体は、
   前記軸体が挿通する第１の挿通孔と、少なくとも１つの開口とが形成された第１の蓋体と、
   前記軸体が挿通する第２の挿通孔が形成され、前記第１の蓋体の上方において前記少なくとも１つの開口を覆う第２の蓋体を有する、請求項１に記載の細胞単離器具。
4. 前記第１の容器の外壁と、前記第２の容器の内壁の少なくとも一方に溝が形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の細胞単離器具。
5. 前記第１の容器が前記第２の容器に収容された状態において、前記第２の容器の上端部は、前記第１の容器の上端部よりも上方に位置する、請求項１から４のいずれか一項に記載の細胞単離器具。

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