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JP7704512B2 - Cell processing device and cell processing method - Google Patents
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Description

特許法第30条第2項適用 平成30年8月20日に下記アドレスのEMBS Micro and Nanoengineering in Medicine Conference 2018 のProgram Bookにて発表。 http://mnm.embs.org/2018/wp-content/uploads/sites/15/2018/11/MNM-18-Final-Program.pdfApplicable under Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act. Announced on August 20, 2018 in the Program Book of the EMBS Micro and Nanoengineering in Medicine Conference 2018 at the following address: http://mnm. embs. org/2018/wp-content/uploads/sites/15/2018/11/MNM-18-Final-Program.pdf

本発明は、細胞処理装置及び細胞処理方法に関する。 The present invention relates to a cell processing device and a cell processing method.

細胞培養は、ディッシュ底面などの培養面に細胞を接着させて行う2次元培養と、細胞を培養液に懸濁させて行う3次元培養とに大別される。2次元培養は培養環境を均一にすることが容易で増殖培養等に用いられる。一方、3次元培養では細胞同士が接着するため細胞間相互作用等の点で、in vitroでの細胞組織の生成に用いられることが多い。このような細胞の2次元、3次元培養は細胞工学や医学研究において広く用いられている(例えば、特許文献1参照)。 Cell culture can be broadly divided into two-dimensional culture, in which cells are attached to a culture surface such as the bottom of a dish, and three-dimensional culture, in which cells are suspended in a culture solution. Two-dimensional culture is used for proliferation culture, etc., because it is easy to make the culture environment uniform. On the other hand, in three-dimensional culture, cells adhere to each other, so it is often used to generate cell tissues in vitro due to cell-cell interactions, etc. Such two-dimensional and three-dimensional cell culture is widely used in cell engineering and medical research (see, for example, Patent Document 1).

特開2016-077229号公報JP 2016-077229 A

近年、培養細胞を用いた創薬やドラッグスクリーニングの研究が活発化しており、例えば、噴霧状にした肺への投薬の効果などをin vitroで検証できる実験系への期待も高まっている。
しかしながら、従来用いられている上述の培養方法においては、細胞は培養液に浸漬した状態で培養され、生体内の状況を必ずしも再現しているとは言えない。そのため、噴霧状の投薬に対するin vitroでの実験系を構築すること等は困難であった。
In recent years, research into drug discovery and screening using cultured cells has become more active, and there is growing expectation for experimental systems that can verify in vitro the effects of administering a nebulized drug to the lungs, for example.
However, in the above-mentioned conventional culture methods, cells are cultured in a state immersed in a culture solution, which does not necessarily reproduce the in vivo condition, making it difficult to construct an in vitro experimental system for aerosolized medication.

本発明は、細胞を培養液に浸漬しない状態で培養できるようにすることを目的とする。 The purpose of the present invention is to enable cells to be cultured without being immersed in culture medium.

上記目的を達成するため、本発明の一態様の細胞処理装置は、
内部に細胞が接着され、当該細胞が大気に晒された状態の培養容器内の培地に超音波を照射する超音波照射手段と、
前記超音波照射手段による超音波の照射を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a cell processing device according to one embodiment of the present invention comprises:
an ultrasonic irradiation means for irradiating ultrasonic waves to a culture medium in a culture vessel to which cells are attached and which is exposed to the atmosphere;
A control means for controlling the irradiation of ultrasonic waves by the ultrasonic irradiation means;
The present invention is characterized by comprising:

本発明によれば、細胞を培養液に浸漬しない状態で培養することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to culture cells without immersing them in a culture medium.

本発明の一実施形態に係る細胞処理方法の手順を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the procedure of a cell treatment method according to one embodiment of the present invention. 培地噴霧工程の概念を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the concept of a culture medium spraying process. 超音波を連続的に液体に照射した場合と超音波を間欠的に液体に照射した場合とにおける液体の温度変化を表す図である。1 is a diagram showing the temperature change of a liquid when ultrasonic waves are continuously irradiated to the liquid and when ultrasonic waves are intermittently irradiated to the liquid. FIG. 本発明の一実施形態に係る細胞処理装置1の構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a configuration of a cell processing apparatus 1 according to one embodiment of the present invention. 細胞培養処理の工程を示すフローチャートである。1 is a flow chart showing steps of a cell culture treatment. 超音波振動子13からフラスコ15内の培地に超音波が伝達される状態を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a state in which ultrasonic waves are transmitted from an ultrasonic transducer 13 to a culture medium in a flask 15. FIG. フラスコ15内に霧状の培地を供給して接着細胞を培養する培養形態(噴霧培養)を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a culture mode (spray culture) in which adherent cells are cultured by supplying mist-like medium into a flask 15. 培地に細胞を浸漬して培養を行う培養形態(静置培養)を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a culture form (static culture) in which cells are cultured by immersing them in a medium. 接着細胞がフラスコ15内の側面に位置する培養形態(縦置き培養)を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a culture form (vertical culture) in which adherent cells are located on the side of a flask 15. 静置培養、噴霧培養及び縦置き培養における細胞数を示す図である。FIG. 1 shows the cell counts in static culture, spray culture, and vertical culture. 接着細胞の染色状態を示す図である。FIG. 1 shows the staining state of adherent cells. フラスコ15内での霧状の培地の分布状況を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing the distribution of atomized medium in a flask 15. FIG. 検証3における実験手順を示す模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing an experimental procedure in Verification 3. 接着細胞の染色状態を示す図である。FIG. 1 shows the staining state of adherent cells. 培地が噴霧された培養面を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a culture surface onto which a culture medium is sprayed.

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
[本発明の基本的概念]
本発明は、培養容器等の基材に接着した細胞に対し、超音波振動により培地を霧化させて微小な培地の液滴を供給する。このとき、超音波の照射によって培地の温度が上昇することを抑制するため、超音波振動の発生パターンが制御される。
これにより、細胞を培養液に浸漬しない状態で培養することが可能となる。
即ち、本発明によれば、培養容器等の基材に接着した細胞が大気に晒された環境で培養を行うことができるため、肺胞、気管支、角膜等、大気に晒される器官の細胞(粘膜上皮細胞等)を、生体内の状況をより適切に再現して培養することが可能となる。
以下、本発明の具体的な実施形態について説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Basic Concept of the Invention]
In the present invention, the medium is atomized by ultrasonic vibration to supply minute droplets of the medium to cells attached to a substrate such as a culture vessel. At this time, the generation pattern of the ultrasonic vibration is controlled to prevent the temperature of the medium from increasing due to the irradiation of ultrasonic waves.
This makes it possible to culture the cells without immersing them in a culture solution.
That is, according to the present invention, cells adhered to a substrate such as a culture vessel can be cultured in an environment exposed to the atmosphere, making it possible to culture cells of organs exposed to the atmosphere, such as the alveoli, bronchi, and cornea (mucosal epithelial cells, etc.), by more appropriately reproducing the conditions within the body.
Specific embodiments of the present invention will now be described.

[細胞処理方法]
図1は、本発明の一実施形態に係る細胞処理方法の手順を示す図である。
図1に示すように、本実施形態に係る細胞処理方法では、初めに、フラスコ等の培養容器の培養面において、既存の各種培養方法によって、培地中で細胞を培養する(接着細胞培養工程)。接着細胞培養工程で培養された細胞は、フラスコ等の培養容器の培養面に接着した状態となる。
[Cell treatment method]
FIG. 1 is a diagram showing the procedure of a cell treatment method according to one embodiment of the present invention.
As shown in Fig. 1, in the cell processing method according to the present embodiment, first, cells are cultured in a medium on a culture surface of a culture vessel such as a flask by various existing culture methods (adherent cell culture step). The cells cultured in the adherent cell culture step are in a state of being adhered to the culture surface of the culture vessel such as a flask.

次に、接着細胞培養工程で培養された接着細胞が存在する空間内において、超音波振動子によって培地に超音波を照射し、培地を培養容器内の気中に噴霧する(培地噴霧工程)。培地噴霧工程で噴霧された培地の微小な液滴(霧状の培地)は培養面に接着した細胞に供給される。 Next, in the space where the adherent cells cultured in the adherent cell culture process are present, ultrasonic waves are irradiated onto the medium by an ultrasonic transducer, and the medium is sprayed into the air inside the culture vessel (medium spraying process). The tiny droplets of medium sprayed in the medium spraying process (mist-like medium) are supplied to the cells adhered to the culture surface.

図2は、培地噴霧工程の概念を示す模式図である。
図2に示すように、培地噴霧工程では、超音波振動子によって、フラスコ等の培養容器内に貯留されている液状の培地に超音波を照射する。すると、培地が容器内の気中に噴霧され、霧状の培地が培養面に接着した細胞に供給される。これにより、霧状の培地が培養面に接着した細胞の培地として機能し、培地中に浸漬することなく、細胞に培地を供給することが可能となる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the concept of the culture medium spraying process.
As shown in Fig. 2, in the medium spraying process, ultrasonic waves are applied to a liquid medium stored in a culture vessel such as a flask by an ultrasonic transducer. The medium is then sprayed into the air in the vessel, and the mist-like medium is supplied to the cells attached to the culture surface. This allows the mist-like medium to function as a medium for the cells attached to the culture surface, making it possible to supply the medium to the cells without immersing them in the medium.

なお、本実施形態において、培地噴霧工程では、培地に対する間欠的な超音波の照射を設定された時間(例えば、24時間)継続し、接着細胞が目的とする状態に達するまで培養される。
培地に対して超音波を間欠的に照射する理由は、連続して培地に超音波を供給した場合、培地の温度が上昇し、細胞の培養に適する温度から逸脱するためである。
In this embodiment, in the culture medium spraying step, intermittent irradiation of the culture medium with ultrasonic waves is continued for a set period of time (e.g., 24 hours), and the adherent cells are cultured until they reach the desired state.
The reason why ultrasound is irradiated to the medium intermittently is that if ultrasound is continuously supplied to the medium, the temperature of the medium will rise and deviate from the temperature suitable for cell culture.

図3は、超音波を連続的に液体に照射した場合と超音波を間欠的に液体に照射した場合とにおける液体の温度変化を表す図である。
なお、図3においては、液体として水を使用し、間欠的な超音波としてパルス状の超音波を照射した例を示している。
FIG. 3 is a diagram showing the temperature change of a liquid when ultrasonic waves are continuously irradiated to the liquid and when ultrasonic waves are intermittently irradiated to the liquid.
In addition, FIG. 3 shows an example in which water is used as the liquid and pulsed ultrasonic waves are irradiated as the intermittent ultrasonic waves.

図3に示すように、超音波を連続的に液体に照射した場合、照射時間の増加と共に液体の温度は上昇し、初期の20[℃]から約3分程度の照射で60[℃]を超えている。
これに対し、超音波を間欠的に液体に照射した場合、照射時間が増加しても、液体の温度は初期の20[℃]から約35℃程度までの上昇に抑えられており、細胞の培養に適する温度が維持されることがわかる。
As shown in FIG. 3, when ultrasonic waves are continuously irradiated onto a liquid, the temperature of the liquid increases with increasing irradiation time, from an initial temperature of 20° C. to over 60° C. after about 3 minutes of irradiation.
In contrast, when ultrasound is irradiated intermittently to the liquid, even if the irradiation time is increased, the temperature of the liquid is limited to a rise from the initial 20°C to approximately 35°C, and it is found that a temperature suitable for cell cultivation is maintained.

このように、培地噴霧工程では、培地に対して間欠的に超音波を照射することにより、培地の温度が上昇することを抑制しつつ、継続して新鮮な培地(霧状の培地)を接着細胞に供給することができる。
そのため、細胞を大気に晒した状態で、適切な温度管理を行いつつ、必要な時間だけ培養を行うことができるため、生体内の状況をより適切に再現して、大気に晒される器官の細胞(粘膜上皮細胞等)を容易に作製することができる。
In this way, in the culture medium spraying process, by intermittently irradiating the culture medium with ultrasound, it is possible to continuously supply fresh culture medium (atomized culture medium) to the adherent cells while suppressing an increase in the temperature of the culture medium.
Therefore, the cells can be cultured for the required time while being exposed to the atmosphere and with appropriate temperature control, which more appropriately reproduces the conditions inside the body and makes it easy to produce cells of organs exposed to the atmosphere (such as mucosal epithelial cells).

[細胞処理装置]
次に、本実施形態で用いられる細胞処理装置について説明する。
[構成]
図4は、本発明の一実施形態に係る細胞処理装置1の構成を示す模式図である。
図4に示すように、細胞処理装置1は、プール11と、土台12と、超音波振動子13と、導線14と、フラスコ15と、制御部16と、備えている。
プール11は、底板及び側壁を有するトレー状の容器によって構成され、超音波を伝達する媒体(水等)を貯留する。
[Cell Processing Device]
Next, the cell processing apparatus used in this embodiment will be described.
[composition]
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of a cell processing apparatus 1 according to one embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 4, the cell processing apparatus 1 includes a pool 11 , a base 12 , an ultrasonic transducer 13 , a lead 14 , a flask 15 , and a control unit 16 .
The pool 11 is constituted by a tray-shaped container having a bottom plate and side walls, and stores a medium (such as water) that transmits ultrasonic waves.

土台12は、フラスコ15が載置される直方体状の部材であり、本実施形態においては、フラスコ15の底面における一端と他端とを支持する位置に2つ設置されている。
超音波振動子13は、導線14を介して電圧を印加されることにより、超音波を発生する。超音波振動子13は、プール11の底面において、2つの土台12の間に形成された空間に設置される。
導線14は、超音波振動子13の電極に一端を接続され、他端を制御部16(より具体的にはドライバ)に接続されている。なお、導線14は、超音波振動子13の電極毎に設置されている。
The base 12 is a rectangular parallelepiped member on which the flask 15 is placed, and in this embodiment, two bases 12 are installed at positions that support one end and the other end of the bottom surface of the flask 15.
The ultrasonic transducer 13 generates ultrasonic waves when a voltage is applied via a conductor 14. The ultrasonic transducer 13 is installed in a space formed between two bases 12 on the bottom surface of the pool 11.
One end of the conductor 14 is connected to the electrode of the ultrasonic transducer 13, and the other end is connected to the control unit 16 (more specifically, a driver). The conductor 14 is provided for each electrode of the ultrasonic transducer 13.

フラスコ15は、内部に培地を貯留していると共に、内部の側面に予め培養された細胞が接着している。なお、フラスコ15内は大気で満たされており、大気に晒される器官の細胞が生存する生体内と近い環境となっている。
制御部16は、PC(Personal Computer)、マイコンあるいはファンクションジェネレータ等の情報処理装置または信号処理装置によって構成され、予め設定された実験条件に応じて、超音波振動子13の駆動を制御する。具体的には、制御部16は、間欠的に超音波を照射する際のパターン、間欠的な超音波の照射を継続する継続時間、超音波振動子13に印加する電圧等を制御する。
The flask 15 stores a culture medium inside, and has pre-cultured cells attached to the inside side of the flask 15. The flask 15 is filled with air, creating an environment similar to that in the living body where cells of an organ exposed to air survive.
The control unit 16 is configured by an information processing device or signal processing device such as a PC (Personal Computer), a microcomputer, or a function generator, and controls the driving of the ultrasonic transducer 13 according to preset experimental conditions. Specifically, the control unit 16 controls the pattern of intermittent ultrasonic irradiation, the duration of intermittent ultrasonic irradiation, the voltage applied to the ultrasonic transducer 13, etc.

[細胞培養処理]
次に、細胞処理装置1を用いて細胞を培養する処理(細胞培養処理)について説明する。
図5は、細胞培養処理の工程を示すフローチャートである。
図5に示すように、細胞培養処理が行われる場合、初めに、接着細胞培養工程として、フラスコ15内の側面に培地中で細胞が静置培養される(ステップS1)。
本実施形態においては、フラスコ15を横置きし、3.0[mL]の培地に1.8×10[個]の細胞を播種して24時間静置培養する。
これにより、フラスコ15内部の側面に細胞が接着した状態となる。
[Cell culture treatment]
Next, a process for culturing cells using the cell processing apparatus 1 (cell culture process) will be described.
FIG. 5 is a flow chart showing the steps of the cell culture treatment.
As shown in FIG. 5, when a cell culture process is performed, first, as an adherent cell culture step, cells are statically cultured in a medium on the side surface of a flask 15 (step S1).
In this embodiment, the flask 15 is placed horizontally, and 1.8×10 5 cells are seeded in 3.0 mL of medium and cultured statically for 24 hours.
This results in the cells being attached to the inner side of the flask 15 .

次に、ステップS1によって取得されたフラスコ15の底面をプール11内の土台12の上に載置する(ステップS2)。
なお、プール11の底面において、土台12の間(中央位置)には、超音波振動子13が設置されている。また、プール11には、土台12の上面よりも高い位置まで水が満たされており、土台12の上に載置されたフラスコ15の底面は水に接触した状態となる。
Next, the bottom surface of the flask 15 obtained in step S1 is placed on the base 12 in the pool 11 (step S2).
An ultrasonic transducer 13 is installed between the bases 12 (at the center position) on the bottom surface of the pool 11. The pool 11 is filled with water up to a position higher than the top surface of the bases 12, and the bottom surface of the flask 15 placed on the bases 12 is in contact with the water.

次に、超音波振動子13により、フラスコ15の底面に向けて間欠的に超音波を照射する(ステップS3)。
図6は、超音波振動子13からフラスコ15内の培地に超音波が伝達される状態を示す模式図である。
図6に示すように、フラスコ15の底面と超音波振動子13との間は水で満たされているため、超音波振動子13から照射された超音波は大きく減衰することなくフラスコ15の底面に到達し、フラスコ15を透過して、培地を振動させることができる。
なお、ステップS3においては、例えば、超音波を0.1[s]照射し、4.9[s]照射を停止するパターンを設定された時間(ここでは24時間とした)継続する。また、超音波の照射条件は、例えば、周波数を2.08[MHz]、電圧を184.1[Vpp]、波形をsin波とすることができる。
Next, ultrasonic waves are intermittently applied to the bottom surface of the flask 15 by the ultrasonic transducer 13 (step S3).
FIG. 6 is a schematic diagram showing a state in which ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic transducer 13 to the medium in the flask 15.
As shown in FIG. 6, the space between the bottom of flask 15 and ultrasonic transducer 13 is filled with water, so that the ultrasonic waves irradiated from ultrasonic transducer 13 reach the bottom of flask 15 without significant attenuation, pass through flask 15, and vibrate the culture medium.
In step S3, for example, the pattern of irradiating ultrasonic waves for 0.1 [s] and stopping the irradiation for 4.9 [s] is continued for a set time (here, 24 hours). In addition, the irradiation conditions of the ultrasonic waves can be, for example, a frequency of 2.08 [MHz], a voltage of 184.1 [Vpp], and a waveform of a sine wave.

図7は、フラスコ15内に霧状の培地を供給して接着細胞を培養する培養形態(噴霧培養)を示す模式図である。
図7に示すように、ステップS3の結果、霧状の培地が、大気に晒された接着細胞に継続して供給される環境を形成することができる。
次に、フラスコ15を土台12から回収する(ステップS4)。なお、必要に応じて、培養された細胞をフラスコ15の培養面から剥離して回収することとしてもよい。
ステップS4の後、細胞培養処理は終了となる。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a culture mode (spray culture) in which a mist of medium is supplied into the flask 15 to culture adherent cells.
As shown in FIG. 7, as a result of step S3, an environment can be created in which misted culture medium is continuously supplied to the adherent cells exposed to the atmosphere.
Next, the flask 15 is recovered from the base 12 (step S4). If necessary, the cultured cells may be detached from the culture surface of the flask 15 and recovered.
After step S4, the cell culture process is completed.

[検証1]
上述の細胞培養処理の効果を検証するために、噴霧培養に代えて、培地に細胞を浸漬して培養を行う培養形態(静置培養)及び接着細胞をフラスコ15内の側面に位置させた培養形態(縦置き培養)を行った。
図8は、培地に細胞を浸漬して培養を行う培養形態(静置培養)を示す模式図である。
静置培養では、フラスコ15を横置きし、3.0[mL]の培地に1.8×10[個]の細胞を播種して24時間静置培養した後、さらに24時間静置培養した。
[Verification 1]
In order to verify the effects of the above-mentioned cell culture treatment, instead of spray culture, a culture form in which cells were immersed in the medium and cultured (static culture) and a culture form in which adherent cells were positioned on the side of flask 15 (vertical culture) were performed.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a culture form (static culture) in which cells are cultured by immersing them in a medium.
For static culture, the flask 15 was placed horizontally, 1.8×10 5 cells were seeded in 3.0 mL of medium, and static culture was carried out for 24 hours, followed by another static culture for 24 hours.

図9は、接着細胞がフラスコ15内の側面に位置する培養形態(縦置き培養)を示す模式図である。
縦置き培養では、フラスコ15を横置きし、3.0[mL]の培地に1.8×10[個]の細胞を播種して24時間静置培養した後、フラスコ15を縦置きし、接着細胞がフラスコ15内の側面に位置する状態として、24時間放置した。
なお、噴霧培養(図7参照)では、上述したように、フラスコ15を横置きし、3.0[mL]の培地に1.8×10[個]の細胞を播種して24時間静置培養した後、間欠的な超音波の照射を24時間継続した。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a culture form (vertical culture) in which adherent cells are located on the side surface of a flask 15.
For vertical culture, flask 15 was placed horizontally, 1.8 × 10 cells were seeded in 3.0 mL of medium, and static culture was performed for 24 hours. After that, flask 15 was placed vertically with the adherent cells positioned on the side of flask 15, and left for 24 hours.
In the spray culture (see FIG. 7 ), as described above, the flask 15 was placed horizontally, 1.8× 10 cells were seeded in 3.0 mL of medium, and static culture was performed for 24 hours, after which intermittent ultrasonic irradiation was continued for 24 hours.

図10は、静置培養、噴霧培養及び縦置き培養における細胞数を示す図である。
図10に示すように、噴霧培養における生細胞数は、縦置き培養と比較して有意に増加している。即ち、フラスコ15を縦置きしただけでは細胞が培養されず、霧状の培地により細胞が培養されていることがわかる。
また、噴霧培養における生細胞数は、播種数の約3.4倍に増加していることがわかる。静置培養の場合、初めの24時間で細胞数は約2倍となり、次の24時間で細胞数が約2倍となることから、播種数の約4倍となる。これに対し、噴霧培養においても、静置培養に対して70%以上の生細胞が培養されていることがわかる。
FIG. 10 shows the cell counts in static culture, spray culture, and vertical culture.
As shown in Fig. 10, the number of viable cells in the spray culture is significantly increased compared to the vertical culture. That is, it is understood that cells are not cultured by simply placing the flask 15 vertically, but are cultured by the atomized medium.
It can also be seen that the number of live cells in spray culture is increased to about 3.4 times the number of cells seeded. In the case of static culture, the number of cells is about doubled in the first 24 hours, and then doubled again in the next 24 hours, resulting in about four times the number of cells seeded. In contrast, it can be seen that more than 70% of the live cells are cultured in spray culture compared to static culture.

このように、本実施形態に係る細胞培養処理では、細胞を培養液に浸漬しない状態で培養することができる。
即ち、本実施形態に係る細胞培養処理によれば、培養容器等の基材に接着した細胞が大気に晒された環境で培養を行うことができるため、肺胞、気管支、角膜等、大気に晒される器官の細胞(粘膜上皮細胞等)を、生体内の状況をより適切に再現して培養することが可能となる。
In this manner, in the cell culture treatment according to this embodiment, the cells can be cultured without being immersed in a culture solution.
That is, according to the cell culture treatment of this embodiment, cells adhered to a substrate such as a culture vessel can be cultured in an environment exposed to the atmosphere, so that cells of organs exposed to the atmosphere, such as the alveoli, bronchi, and cornea (mucosal epithelial cells, etc.) can be cultured by more appropriately reproducing the conditions in the living body.

[検証2]
上述の細胞処理装置1において、培地に含有された薬品等を細胞に作用させることができるか否かを検証するために、細胞の染色実験を行った。
具体的には、図5に示す細胞処理方法のステップS1と同様に接着細胞を培養し、図7に示す噴霧培養の形態において、0.1[%]のカルセイン濃度とした培地を超音波により1時間噴霧した。なお、超音波の照射条件は、図5に示す細胞処理方法のステップS3と同様である。
[Verification 2]
In order to verify whether or not the above-described cell processing apparatus 1 can act on cells with chemicals and the like contained in the culture medium, a cell staining experiment was carried out.
Specifically, adherent cells were cultured in the same manner as in step S1 of the cell treatment method shown in Fig. 5, and a medium with a calcein concentration of 0.1% was ultrasonically sprayed for 1 hour in the form of spray culture shown in Fig. 7. The ultrasonic irradiation conditions were the same as in step S3 of the cell treatment method shown in Fig. 5.

図11は、接着細胞の染色状態を示す図である。
図11に示すように、霧状の培地に含まれるカルセインにより、生存している接着細胞(生細胞)が染色されている(図11中で白色となっている)。即ち、培地に含有された薬品等を生存している接着細胞に作用させることができることがわかる。
また、図11において、フラスコ15の側面(培養面)における下部の接着細胞は、上部の接着細胞に比べて染色度合いが小さいものとなっている。
即ち、噴霧培養を行った場合、接着細胞に対して、細胞1つ当たりに供給される培地の量に勾配(変化)が付与されている。
これは、超音波の照射により霧状となった培地の分布に勾配があるためであると考えられる。
FIG. 11 shows the staining state of adherent cells.
As shown in Fig. 11, the surviving adherent cells (viable cells) are stained by the calcein contained in the misted medium (white in Fig. 11). That is, it is understood that the chemicals contained in the medium can be made to act on the surviving adherent cells.
In addition, in FIG. 11, the adherent cells in the lower part of the side surface (culture surface) of the flask 15 are stained less than the adherent cells in the upper part.
That is, when spray culture is performed, a gradient (change) is imparted to the amount of medium supplied per adherent cell.
This is believed to be due to the presence of a gradient in the distribution of the medium atomized by ultrasonic irradiation.

図12は、フラスコ15内での霧状の培地の分布状況を示す模式図である。
図12に示すように、フラスコ15内において、霧状の培地は、超音波振動によって生成された培地の液中から上方に拡散して、フラスコ15内の上部側に充満し、下部には分布し難い傾向を有する。
そのため、培地に含有された薬品等を細胞に作用させる場合に、作用の勾配を与えることができ、細胞のスクリーニング等を適切に行うことが可能となる。
なお、このように薬品等の作用の勾配を与える場合、霧状の培地を過度に供給するとフラスコ15内全体に霧状の培地が分布することとなるため、霧状の培地の供給量が適切な範囲となるよう制御する必要がある。
FIG. 12 is a schematic diagram showing the distribution of the atomized medium in the flask 15. As shown in FIG.
As shown in FIG. 12, in flask 15, the mist of culture medium diffuses upward from the liquid culture medium generated by ultrasonic vibration, filling the upper part of flask 15 and having difficulty distributing to the lower part.
Therefore, when a chemical or the like contained in the medium is allowed to act on cells, a gradient of action can be provided, making it possible to appropriately screen cells, etc.
In addition, when providing a gradient of the effect of a chemical or the like in this manner, if an excessive amount of mist medium is supplied, the mist medium will be distributed throughout the flask 15, so it is necessary to control the amount of mist medium supplied so that it is within an appropriate range.

[検証3]
上述の細胞処理方法において、薬品等を含有する培地を培養面上で局所的に接着細胞に供給し、薬品等を選択的に細胞に作用させることができるか否かを検証するために、細胞の染色実験を行った。
図13は、検証3における実験手順を示す模式図である。
図13に示すように、検証3においては、シリコーン壁で囲んだガラス培養面(基材となるスライドガラスG)に細胞を播種し、24時間静置培養を行った。
そして、スライドガラスGからシリコーン壁を取り除き、図13に示す構成の細胞処理装置100において、細胞が接着したスライドガラスGをステージに固定し、培地の供給源となる遠沈管Cから不織布Fに浸透させて培地を供給した。
さらに、不織布Fを介して供給された培地に、超音波振動子113によって超音波を照射して、スライドガラスGの局所的な領域に培地を噴霧した。
[Verification 3]
In the above-mentioned cell treatment method, a cell staining experiment was carried out to verify whether a medium containing a chemical or the like can be locally supplied to adherent cells on the culture surface and the chemical or the like can be selectively made to act on the cells.
FIG. 13 is a schematic diagram showing the experimental procedure in verification 3.
As shown in FIG. 13, in verification 3, cells were seeded on a glass culture surface (glass slide G serving as a substrate) surrounded by a silicone wall, and static culture was carried out for 24 hours.
Then, the silicone wall was removed from the slide glass G, and in the cell processing device 100 having the configuration shown in Figure 13, the slide glass G with the cells adhered thereto was fixed to the stage, and the culture medium was supplied by permeating the nonwoven fabric F from the centrifuge tube C, which serves as a culture medium supply source.
Furthermore, the culture medium supplied through the nonwoven fabric F was irradiated with ultrasonic waves by the ultrasonic transducer 113, so that the culture medium was sprayed onto a localized area of the slide glass G.

なお、検証3においては、5.0[mL]の培地と共に1.0×10[個]の細胞をシリコーン壁で囲んだガラス培養面上に播種し、24時間静置培養を行ってガラス培養面上に細胞を接着させた。そして、0.1[%]のカルセイン濃度とした培地を遠沈管Cに50.0[mL]貯留し、遠沈管Cから不織布Fに浸透させた培地を超音波により噴霧した。このとき、超音波を0.5[s]照射し、0.5[s]照射を停止するパターンを1時間継続した。超音波の照射条件は、周波数を1.97[MHz]、電圧を368.2[Vpp]、波形をsin波とした。 In addition, in verification 3, 1.0×10 6 cells were seeded on a glass culture surface surrounded by a silicone wall together with 5.0 mL of culture medium, and the cells were attached to the glass culture surface by static culture for 24 hours. Then, 50.0 mL of culture medium with a calcein concentration of 0.1% was stored in centrifuge tube C, and the culture medium permeated from centrifuge tube C to nonwoven fabric F was sprayed by ultrasonic waves. At this time, the pattern of irradiating ultrasonic waves for 0.5 s and stopping the irradiation for 0.5 s was continued for 1 hour. The ultrasonic irradiation conditions were a frequency of 1.97 MHz, a voltage of 368.2 Vpp, and a waveform of sine wave.

図14は、接着細胞の染色状態を示す図である。
また、図15は、培地が噴霧された培養面を示す図である。
なお、図14及び図15は、培養面における同一の領域を示している。
図14に示すように、培地が噴霧された領域に存在する細胞(生存している接着細胞)は、霧状の培地に含まれるカルセインにより染色されている(図14中で白色となっている)一方、培地が噴霧されていない領域(破線の領域内)に存在する細胞は、染色されていない。
即ち、カルセインを含有する培地を局所的に噴霧することで、部分的に細胞が染色された状態となっている。
これにより、薬品等を含有する培地を局所的に接着細胞に供給し、薬品等を選択的に細胞に作用させることができることがわかる。
FIG. 14 shows the staining state of adherent cells.
FIG. 15 is a diagram showing the culture surface onto which the medium has been sprayed.
It should be noted that FIG. 14 and FIG. 15 show the same region on the culture surface.
As shown in FIG. 14, cells present in the area where the medium was sprayed (viable adherent cells) are stained by the calcein contained in the mist of medium (white in FIG. 14), whereas cells present in the area where the medium was not sprayed (within the dashed area) were not stained.
That is, by locally spraying the medium containing calcein, the cells are partially stained.
This shows that a medium containing a drug or the like can be locally supplied to adherent cells, allowing the drug or the like to act selectively on the cells.

[変形例1]
上述の実施形態において、培地または薬品等を含有する培地を超音波により噴霧することとしたが、これに限られない。
例えば、培地に細胞を混入しておき、細胞が混入した培地を超音波の照射によって噴霧し、霧状の培地が接着細胞または培養容器の培養面に付着することを利用して、細胞の培養を行うこととしてもよい。
この場合、培養面に沿って増殖する接着細胞に対し、接着細胞に積層する細胞層を形成したり、接着細胞とは異なる種類の細胞を培地に混入して異種の細胞層を形成したりすることが可能となる。
また、細胞が混入した培地を超音波の照射によって噴霧し、霧状の培地が接着細胞または培養容器の培養面に付着することを利用して、細胞の培養を行った後、再度、細胞が混入した培地を超音波の照射によって噴霧することにより、更なる細胞の培養を行うこととしてもよい。即ち、細胞が混入した培地の噴霧による細胞の培養を、複数回行うことができる。
これにより、培養される細胞を目的に応じて重層化することが可能となる。
[Modification 1]
In the above-described embodiment, the culture medium or the culture medium containing the chemicals or the like is sprayed by ultrasonic waves, but the present invention is not limited to this.
For example, cells may be mixed into a culture medium, and the medium containing the cells may be sprayed with ultrasonic waves, and the mist of medium may adhere to the adherent cells or the culture surface of a culture vessel, thereby culturing the cells.
In this case, it is possible to form a cell layer that is layered on the adherent cells that grow along the culture surface, or to mix cells of a different type than the adherent cells into the culture medium to form a heterogeneous cell layer.
In addition, the culture medium containing cells may be sprayed by irradiating ultrasonic waves, and the atomized culture medium may adhere to the adherent cells or the culture surface of the culture vessel. After culturing the cells, the culture medium containing cells may be sprayed by irradiating ultrasonic waves again to further culture the cells. In other words, the culture of the cells by spraying the culture medium containing cells may be performed multiple times.
This allows the cultured cells to be layered according to purpose.

なお、本発明は、本発明の効果を奏する範囲で変形、改良等を適宜行うことができ、上述の実施形態に限定されない。
例えば、上述の検証3では、薬品等を含有する培地により局所的に細胞に薬品等を作用させることを想定して説明したが、検証3に示す手法で培地を供給することにより、局所的に細胞の培養を促すこととしてもよい。
The present invention can be modified and improved as appropriate within the scope of the effects of the present invention, and is not limited to the above-described embodiment.
For example, in the above-mentioned Verification 3, it was assumed that a culture medium containing a chemical or the like would be used to locally act on cells, but it is also possible to promote local cell culture by supplying culture medium using the method shown in Verification 3.

また、上述の実施形態において、具体的な超音波の照射条件は、培地の量、培地の層の深さ、培養容器の厚み、噴霧させる培地の液滴の大きさ等によって種々異なるものとすることができる。
例えば、上述の実施形態において、超音波を間欠的に照射する場合、20[ms]以下の照射時間では、培地に振動が伝わり難く、超音波の照射時間には下限値が存在することがわかった。また、上述の検証1では、超音波を2.0[MHz]以下で照射した場合、噴霧される培地の液滴が大きく、接着細胞の剥離が生じることがわかった。即ち、照射する超音波の周波数によって、噴霧される培地の液滴の大きさが変化することがわかった。
これらの事象が発生する際の閾値は、本発明が適用される装置構成等によって変化することから、実験等によって具体的な閾値を検証の上、制御に用いることが有用である。
In addition, in the above-mentioned embodiment, the specific ultrasonic irradiation conditions can vary depending on the amount of culture medium, the depth of the culture medium layer, the thickness of the culture vessel, the size of the culture medium droplets to be sprayed, etc.
For example, in the above embodiment, when ultrasonic waves are irradiated intermittently, it was found that the vibration is difficult to transmit to the culture medium when the irradiation time is 20 [ms] or less, and that there is a lower limit to the ultrasonic irradiation time. Also, in the above-mentioned verification 1, it was found that when ultrasonic waves are irradiated at 2.0 [MHz] or less, the droplets of the sprayed culture medium are large, and the adherent cells are peeled off. In other words, it was found that the size of the droplets of the sprayed culture medium changes depending on the frequency of the irradiated ultrasonic waves.
The thresholds at which these events occur vary depending on the configuration of the device to which the present invention is applied, and so it is useful to verify specific thresholds through experiments or the like before using them for control.

また、上述の実施形態において、培地に含有されて噴霧される薬剤を、患者が吸入して使用する医薬品(喘息薬等)とすることができる。
これにより、実際に医薬品が使用される場合に近い環境を形成して、ドラッグスクリーニングを行うことができる。
In the above-described embodiment, the drug contained in the culture medium and sprayed can be a medicine (such as an asthma drug) that is inhaled by the patient.
This makes it possible to perform drug screening in an environment similar to that in which pharmaceuticals are actually used.

また、上述の実施形態及び変形例を適宜組み合わせて、本発明を実施することが可能である。
上述の実施形態における制御のための処理は、ハードウェア及びソフトウェアのいずれにより実行させることも可能である。
即ち、上述の処理を実行できる機能が細胞処理装置1に備えられていればよく、この機能を実現するためにどのような機能構成及びハードウェア構成とするかは上述の例に限定されない。
Furthermore, the present invention can be implemented by appropriately combining the above-described embodiments and modified examples.
The control processes in the above-described embodiments can be executed by either hardware or software.
In other words, it is sufficient that the cell processing device 1 is provided with a function capable of executing the above-mentioned processing, and the functional and hardware configurations for realizing this function are not limited to the above-mentioned examples.

なお、上記実施形態は、本発明を適用した一例を示しており、本発明の技術的範囲を限定するものではない。即ち、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略や置換等、種々の変更を行うことができ、上記実施形態以外の各種実施形態を取ることが可能である。本発明が取ることができる各種実施形態及びその変形は、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 The above embodiment shows an example of the application of the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention. In other words, the present invention can be modified in various ways, such as by omission or substitution, without departing from the gist of the present invention, and various embodiments other than the above embodiment can be adopted. The various embodiments and modifications that the present invention can adopt are included in the scope of the invention described in the claims and their equivalents.

以上のように構成される細胞処理装置1は、超音波振動子13と、制御部16とを備えている。
超音波振動子13は、内部に細胞が接着され、当該細胞が大気に晒された状態のフラスコ15内の培地に超音波を照射する。
制御部16は、超音波振動子13による超音波の照射を制御する。
これにより、細胞を培養液に浸漬しない状態で培養することが可能となる。
The cell processing device 1 configured as above includes an ultrasonic transducer 13 and a control unit 16 .
The ultrasonic transducer 13 irradiates ultrasonic waves to the culture medium in the flask 15 to which the cells are attached and which is exposed to the atmosphere.
The control unit 16 controls the irradiation of ultrasonic waves by the ultrasonic transducer 13 .
This makes it possible to culture the cells without immersing them in a culture solution.

制御部16は、超音波振動子13に間欠的に超音波を発生させる。
これにより、培地の温度が上昇することを抑制しつつ、継続して新鮮な培地(霧状の培地)を細胞に供給することができる。
The control unit 16 causes the ultrasonic transducer 13 to intermittently generate ultrasonic waves.
This makes it possible to continuously supply fresh medium (atomized medium) to the cells while suppressing an increase in the temperature of the medium.

フラスコ15内の培地が薬品を含有するものとしてもよい。
これにより、培地に含有された薬品等を細胞に作用させることができ、細胞のスクリーニング等を行うことが可能となる。
The medium in the flask 15 may contain a drug.
This allows the chemicals contained in the medium to act on the cells, making it possible to screen the cells.

フラスコ15内において、霧状とされた培地の分布に勾配が形成される。
これにより、培地に含有された薬品等を細胞に作用させる場合に、作用の勾配を与えることができ、細胞のスクリーニング等を適切に行うことが可能となる。
Within the flask 15, a gradient is formed in the distribution of the atomized medium.
This makes it possible to provide a gradient of action when a chemical or the like contained in the medium is allowed to act on cells, thereby making it possible to appropriately screen cells, etc.

培地には、フラスコ15内に接着された細胞と同種または異種の細胞が混入されている。
これにより、フラスコ15内に接着された細胞の層に重ねて、細胞層を形成することができる。
The medium contains cells of the same type or a different type to the cells adhered to the flask 15 .
This allows a cell layer to be formed over the layer of cells adhered within the flask 15 .

制御部16は、超音波の照射により噴霧された培地によって培養される細胞の層を形成する第1の培養工程の後、超音波の照射により噴霧された培地によって培養される更なる細胞の層を形成する第2の培養工程を実行する。
これにより、同種または異種の細胞の層を重層化することができる。
After a first culture step of forming a layer of cells cultured by the culture medium sprayed by ultrasonic irradiation, the control unit 16 executes a second culture step of forming a further layer of cells cultured by the culture medium sprayed by ultrasonic irradiation.
This allows for the formation of layers of homogeneous or heterogeneous cells.

また、細胞処理装置100は、不織布Fと、超音波振動子113と、制御部116とを備えている。
不織布Fは、培地の供給源(遠沈管C)から培地を供給する。
超音波振動子113は、不織布Fによって供給された培地に超音波を照射することにより、培養面に細胞が接着された基材(スライドガラスG)の特定の領域に対して培地を噴霧する。
制御部116は、超音波振動子113による超音波の照射を制御する。
これにより、薬品等を含有する培地を培養面上で局所的に細胞に供給し、薬品等を選択的に細胞に作用させることが可能となる。
The cell processing device 100 also includes a nonwoven fabric F, an ultrasonic transducer 113, and a control unit 116.
The nonwoven fabric F supplies the medium from a medium supply source (centrifuge tube C).
The ultrasonic transducer 113 irradiates the culture medium supplied by the nonwoven fabric F with ultrasonic waves, thereby spraying the culture medium onto a specific area of the substrate (glass slide G) having cells adhered to its culture surface.
The control unit 116 controls the irradiation of ultrasonic waves by the ultrasonic transducer 113 .
This makes it possible to locally supply a medium containing a drug or the like to cells on the culture surface, allowing the drug or the like to act selectively on the cells.

1,100 細胞処理装置、11 プール、12 土台、13,113 超音波振動子、14 導線、15 フラスコ、16,116 制御部、G スライドガラス、C 遠沈管、F 不織布 1,100 Cell processing device, 11 Pool, 12 Base, 13,113 Ultrasonic transducer, 14 Wire, 15 Flask, 16,116 Control unit, G Slide glass, C Centrifuge tube, F Nonwoven fabric

Claims (8)

内部に細胞が接着され、当該細胞が大気に晒された状態の培養容器内の培地に超音波を照射する超音波照射手段と、
前記超音波照射手段による超音波の照射を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、霧状の培地が前記培養容器内に継続的に供給され、かつ、前記培地の温度が設定された温度範囲を逸脱しない照射時間及び停止時間で、前記超音波照射手段に間欠的に超音波を発生させ、前記培地の温度を制御することを特徴とする細胞処理装置。
an ultrasonic irradiation means for irradiating ultrasonic waves to a culture medium in a culture vessel to which cells are attached and which is exposed to the atmosphere;
A control means for controlling the irradiation of ultrasonic waves by the ultrasonic irradiation means;
Equipped with
The control means controls the temperature of the culture medium by causing the ultrasonic irradiation means to intermittently generate ultrasonic waves with irradiation time and stop time such that a mist of culture medium is continuously supplied into the culture vessel and the temperature of the culture medium does not deviate from a set temperature range.
前記培養容器内の培地が薬品を含有していることを特徴とする請求項1に記載の細胞処理装置。 The cell processing device according to claim 1, characterized in that the medium in the culture vessel contains a chemical. 前記培養容器内において、霧状とされた培地の分布に勾配が形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の細胞処理装置。 The cell processing device according to claim 1 or 2, characterized in that a gradient is formed in the distribution of the atomized culture medium in the culture vessel. 前記培地には、前記培養容器内に接着された細胞と同種または異種の細胞が混入され、前記超音波の照射により、前記培養容器内に接着された細胞に加えて、前記同種または異種の細胞が前記培養容器内に培養されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の細胞処理装置。 The cell processing device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the medium is mixed with cells of the same or different species as the cells adhered to the culture vessel, and the cells of the same or different species are cultured in the culture vessel in addition to the cells adhered to the culture vessel by irradiating the ultrasonic waves. 前記制御手段は、超音波の照射により噴霧された培地によって培養される細胞の層を形成する第1の培養工程の後、超音波の照射により噴霧された培地によって培養される更なる細胞の層を形成する第2の培養工程を実行することにより、培養される細胞を重層化することを特徴とする請求項4に記載の細胞処理装置。 The cell processing device according to claim 4, characterized in that the control means performs a second culture process to form a further layer of cells cultured in the culture medium sprayed by ultrasonic irradiation after a first culture process to form a layer of cells cultured in the culture medium sprayed by ultrasonic irradiation, thereby stratifying the cultured cells. 培地の供給源から薬品を含有する培地を供給する培地供給手段と、
前記培地供給手段によって供給された培地に含まれる薬品を作用させる特定の領域に対して、培地を噴霧するための超音波を局所的に照射することにより前記培地を供給する超音波照射手段と、
前記超音波照射手段による超音波の照射を、培養面に細胞が接着された基材において、前記特定の領域における細胞に局所的に前記薬品を作用させるように制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする細胞処理装置。
a medium supply means for supplying a medium containing a drug from a medium source;
an ultrasonic irradiation means for locally irradiating ultrasonic waves for spraying the medium to a specific region where a chemical contained in the medium supplied by the medium supply means is to act, thereby supplying the medium;
a control means for controlling the irradiation of ultrasound by the ultrasound irradiation means so that the drug acts locally on the cells in the specific region of the substrate having the cells adhered to the culture surface ;
A cell processing device comprising:
培養容器の内部において細胞を培養する培養工程と、
前記培養工程によって内部に細胞が接着され、当該細胞が大気に晒された状態の前記培養容器内の培地に超音波を照射する超音波照射工程と、
を含み、
前記超音波照射工程では、霧状の培地が前記培養容器内に継続的に供給され、かつ、前記培地の温度が設定された温度範囲を逸脱しない照射時間及び停止時間で、間欠的に超音波を発生させ、前記培地の温度を制御することを特徴とする細胞処理方法。
A culture step of culturing cells inside the culture vessel;
an ultrasonic irradiation step of irradiating ultrasonic waves to the medium in the culture vessel to which the cells have been attached by the culture step and in which the cells are exposed to the atmosphere;
Including,
The cell treatment method is characterized in that, in the ultrasonic irradiation process, mist-like culture medium is continuously supplied into the culture vessel, and ultrasonic waves are intermittently generated with irradiation times and stop times that do not cause the temperature of the culture medium to deviate from a set temperature range, thereby controlling the temperature of the culture medium.
培地の供給源から薬品を含有する培地を供給する培地供給工程と、
前記培地供給工程によって供給された培地に含まれる薬品を作用させる特定の領域に対して、培地を噴霧するための超音波を局所的に照射することにより前記培地を供給し、培養面に細胞が接着された基材において、前記特定の領域における細胞に局所的に前記薬品を作用させる超音波照射工程と、
を含むことを特徴とする細胞処理方法。
A medium supplying step of supplying a medium containing a drug from a medium supply source;
an ultrasonic irradiation step of locally irradiating ultrasonic waves for spraying the medium to a specific region where a chemical contained in the medium supplied in the medium supplying step is to act, and locally acting the chemical on the cells in the specific region of the substrate having cells adhered to the culture surface;
A cell treatment method comprising the steps of:
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