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【発明の名称】 生体組織製造装置および生体組織製造方法
【発明者】 【氏名】日比野 浩樹

【氏名】林 俊明

【要約】 【課題】インクジェット吐出装置のような吐出ノズルを用いて、3次元的な生体組織を構築する。

【構成】複数種の細胞A〜Dを、種類毎に、分離状態で収容する複数の細胞収容部6〜9と、各細胞収容部6〜9に接続され、該細胞収容部6〜9に収容された細胞A〜Dを吐出する複数の細胞吐出ノズル10〜13とを有する細胞噴射装置2と、生体親和性の接着材E,Fを収容する接着材収容部15,16と、該接着材収容部15,16に収容された接着材E,Fを吐出する接着材吐出ノズル17,18とを有する接着材噴射装置3と、細胞噴射装置2による細胞A〜Dの吐出タイミングおよび接着材噴射装置3により、細胞A〜Dの吐出位置に接着材E,Fを噴射させるタイミングを制御する制御装置5とを備える生体組織製造装置1を提供する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数種の細胞を、種類毎に、分離状態で収容する複数の細胞収容部と、各細胞収容部に接続され、該細胞収容部に収容された細胞を吐出する複数の細胞吐出ノズルとを有する細胞噴射装置と、
生体親和性の接着材を収容する接着材収容部と、該接着材収容部に収容された接着材を吐出する接着材吐出ノズルとを有する接着材噴射装置と、
前記細胞噴射装置による細胞の吐出タイミングおよび前記接着材噴射装置により細胞の吐出位置に接着材を噴射させるタイミングを制御する制御装置とを備える生体組織製造装置。
【請求項2】
前記接着材が、主材と、該主材に混合されて接着性を発揮させる硬化剤とからなり、
前記接着材収容部が、主材を収容する主材収容部と、硬化剤を収容する硬化剤収容部とを備える請求項1に記載の生体組織製造装置。
【請求項3】
前記細胞吐出ノズルおよび前記接着材吐出ノズルの先端を3次元的に移動させる移動機構を備える請求項1または請求項2に記載の生体組織製造装置。
【請求項4】
前記細胞吐出ノズルおよび前記接着材吐出ノズルの吐出方向が1点で交差する請求項1から請求項3のいずれかに記載の生体組織製造装置。
【請求項5】
生体吸収性または溶出可能な性質を有する材質からなるダミー細胞を含む複数種の細胞を吐出するステップと、
前記細胞の吐出位置に生体親和性の接着材を吐出するステップと、
前記複数種の細胞が接着材により固定された状態で、前記ダミー細胞を除去するステップとを備える生体組織製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
この発明は、生体組織製造装置および生体組織製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、インクジェット吐出装置を利用して2次元の構造物を構築する組織構築用マイクロゲルプロッタが考えられている(例えば、非特許文献1参照。)。
この技術は、将来的に3次元の生体組織を構築するための試作的技術であり、細胞の代わりにゲル前駆体を用いることで、3次元構造物を構築することを試みているが、3次元の生体組織の構築には至っておらず、2次元構造物の構築に留まっている。
【非特許文献1】西山他6名、”組織構築用マイクロゲルプロッタの試作”、再生医療、日本再生医療学会雑誌、vol.5、2006年、219頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
インクジェット吐出装置による3次元構造物の構築には、2次元構造物の積層の問題があるが、非特許文献1には何ら開示されていない。
また、生体組織は単一種類の細胞により構成されているものではなく、複数種の細胞を組み合わせて構成されているため、非特許文献1の装置では、生体組織を製造することができない。
【0004】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、インクジェット吐出装置のような吐出ノズルを用いて、3次元的な生体組織を構築することができる生体組織製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、複数種の細胞を、種類毎に、分離状態で収容する複数の細胞収容部と、各細胞収容部に接続され、該細胞収容部に収容された細胞を吐出する複数の細胞吐出ノズルとを有する細胞噴射装置と、生体親和性の接着材を収容する接着材収容部と、該接着材収容部に収容された接着材を吐出する接着材吐出ノズルとを有する接着材噴射装置と、前記細胞噴射装置による細胞の吐出タイミングおよび前記接着材噴射装置により、細胞の吐出位置に接着材を噴射させるタイミングを制御する制御装置とを備える生体組織製造装置を提供する。
【0006】
本発明によれば、制御装置の作動により、細胞噴射装置および接着材噴射装置が制御される。細胞噴射装置は、細胞収容部に収容された細胞を、細胞吐出ノズルを介して吐出させ、接着材噴射装置は、接着材収容部に収容された生体親和性の接着材を、接着材吐出ノズルを介して吐出させる。制御装置は、前記細胞噴射装置による細胞の吐出タイミングおよび前記接着材噴射装置により、細胞の吐出位置に接着材を噴射させるタイミングを制御するので、吐出された細胞を接着材によりその位置に固定することができる。
【0007】
生体組織を構築するための複数種の細胞が種類毎に複数の細胞収容部に収容されていて、別々の細胞吐出ノズルにより吐出されるので、吐出前に相互に混合してしまうことなく、所望の吐出位置に所望の種類の細胞を精度よく吐出することができる。これにより、所望のパターンで複数種の細胞を固定していくことができ、3次元的な生体組織を容易にかつ迅速に製造することができる。
【0008】
上記発明においては、前記接着材が、主材と、該主材に混合されて接着性を発揮させる硬化剤とからなり、前記接着材収容部が、主材を収容する主材収容部と、硬化剤を収容する硬化剤収容部とを備えることとしてもよい。
このようにすることで、主材と硬化剤とを混合することにより接着性を発揮させることができ、主材と硬化剤とを別個に吐出させることにより、接着材を吐出前に硬化させてノズルに詰まらせてしまうことなく、スムーズに吐出することができる。
【0009】
また、上記発明においては、前記細胞吐出ノズルおよび前記接着材吐出ノズルの先端を3次元的に移動させる移動機構を備えることとしてもよい。
このようにすることで、移動機構の作動により、細胞吐出ノズルおよび接着材吐出ノズルの先端を3次元的に移動させつつ、接着材の吐出後に複数種の細胞を所望のパターンで吐出させることにより、3次元的な生体組織を製造することができる。
【0010】
また、上記発明においては、前記細胞吐出ノズルおよび前記接着材吐出ノズルの吐出方向が1点で交差することが好ましい。
このようにすることで、細胞および接着材の吐出方向の交差点を、細胞の固定位置に設定しておくことにより、接着材吐出ノズルからの接着材の吐出後、ノズルを移動させることなく細胞吐出ノズルから細胞を吐出して固定することができる。
【0011】
また、本発明は、生体吸収性または溶出可能な性質を有する材質からなるダミー細胞を含む複数種の細胞を吐出するステップと、前記細胞の吐出位置に生体親和性の接着材を吐出するステップと、前記複数種の細胞が接着材により固定された状態で、前記ダミー細胞を除去するステップとを備える生体組織製造方法を提供する。
本発明によれば、所望のパターンで複数種の細胞を接着材により固定していくことができ、3次元的な生体組織を容易にかつ迅速に製造することができる。そして、構築された3次元的な生体組織から、ダミー細胞を除去することにより、例えば、血管のような空洞を有する生体組織を構築することができる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、インクジェット吐出装置のような吐出ノズルを用いて、3次元的な生体組織を構築することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、本発明の第1の実施形態に係る生体組織製造装置1および生体組織製造方法について、図1〜図5を参照して説明する。
本実施形態に係る生体組織製造装置1は、図1に示されるように、3次元的な生体組織を製造する装置であって、細胞噴射装置2と、接着材噴射装置3と、これら噴射装置2,3の吐出ノズルの先端を3次元的に移動させるノズル移動装置4と、これらを制御する制御装置5とを備えている。
【0014】
細胞噴射装置2は、複数種の細胞A〜Dを種類毎に収容する複数の容器(細胞収容部)6〜9と、これらの容器6〜9に接続される複数の吐出ノズル(細胞吐出ノズル)10〜13を備えている。
容器6〜9には、例えば、細胞A〜Dと浸透圧が同じ液体、好ましくは、生理食塩水、ブドウ糖液、PBS、MEMまたはTween−80のような生体親和性の高い液体が貯留され、前記細胞A〜Dが液体内に浮遊した状態に保持されている。これにより、各細胞A〜Dは相互に接着することなく分離状態に維持されるようになっている。なお、液体に界面活性剤を添加してもよい。
【0015】
複数の容器6〜9は恒温槽14に収容され、一定の温度に保持されている。
容器6〜8内に収容される細胞A〜Cとしては、例えば、皮膚組織を構成する真皮細胞A、表皮細胞Bおよび血管を構成する血管内皮細胞Cが挙げられる。また、容器9内には、擬似的な細胞を形成する材質からなるダミー細胞Dが収容されている。ダミー細胞Dとしては、生体吸収性の材料で構成されていてもよいし、温度変化により溶出するゼラチンのような物質により構成されていてもよい。
【0016】
前記吐出ノズル10〜13は、チューブ10a〜13aを介してそれぞれ単一の容器6〜9に接続されている。吐出ノズル10〜13は、例えば、吐出口の流路の内壁面にピエゾ素子(図示略)を配置したインクジェットノズルと同様のノズルであって、制御装置5からの電気信号に応じて流路断面を変化させることにより、容器6〜9から流路内に供給された細胞A〜Dを1個ずつ吐出させることができるようになっている。
【0017】
前記接着材噴射装置3は、主材Eを収容する主材容器15と、硬化剤Fを収容する硬化剤容器16と、これらの容器15,16にチューブ17a.18aを介してそれぞれ接続された吐出ノズル17,18とを備えている。主材Eとしては、例えば、フィブリノーゲンが用いられ、硬化剤Fとしては、例えば、トロンビンが用いられている。吐出ノズル17,18は、細胞A〜D用の吐出ノズル10〜13と同様のインクジェット型のノズルが用いられている。
【0018】
前記ノズル移動装置4は、例えば、直交する3軸の直線移動機構である。スライダ4a〜4cを直交する3軸方向に移動させることで、先端に取り付けた吐出ノズル10〜13,17,18を3次元的に移動させることができるようになっている。図中、符号19は製造された生体組織を載置するためのステージである。
【0019】
前記制御装置5は、製造する生体組織の構造に従って決定された所定のパターンに種々の細胞A〜Dを配列し、所望の位置に接着材E,Fを吐出するように、前記ノズル移動装置4を作動させて、吐出ノズル10〜13,17,18の先端の3次元的な位置を移動させるとともに、各吐出ノズル10〜13,17,18のオンオフを切り替えるようになっている。
【0020】
このように構成された本実施形態に係る生体組織製造装置1の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る生体組織製造装置1を用いて生体組織を製造するには、制御装置5の作動により、制御装置5に記憶されている所定のパターンでノズル移動機構4を移動させつつ、細胞噴射装置2を作動させることにより、例えば、真皮細胞Aを2次元的に配列するように吐出ノズル10から吐出させる。これにより、図2(a)に示されるように、真皮細胞Aからなる2次元構造物を構築することができる。
【0021】
そして、形成された2次元構造物の上に、次の2次元構造物を順次積層していく。この場合に、他の2次元構造物を積層するのに先立って、ノズル移動機構4および接着材噴射装置3を作動させ、最初に構築された2次元構造物を構成する真皮細胞Aの上面に接着材E,Fを吐出しておく。この場合において、本実施形態によれば、制御装置5は接着材噴射装置3を作動させることにより、まず、図2(b)に示されるように、主材容器15から導かれた主材Eを吐出ノズル17により吐出させ、次いで、図2(c)に示されるように、硬化剤容器16から導かれた硬化剤Fを吐出ノズル18により同一位置に吐出させる。これにより、最初に構築された2次元構造物を構成する真皮細胞Aの上面において主材Eと硬化剤Fとが混合された接着剤が塗布されることになる。
【0022】
そして、この状態で、制御装置5がノズル移動機構4および細胞噴射装置2を作動させ、制御装置5に記憶している所定のパターンで、再度、真皮細胞Aを2次元的に配列するように吐出ノズル10から吐出させる。これにより、図2(d)に示されるように、2層の真皮細胞Aからなる2次元構造物を積層させた状態に固定することができる。
【0023】
このようにして、細胞噴射装置2による真皮細胞Aの吐出と、接着材噴射装置3による接着材E,Fの吐出とを繰り返すとともに、細胞噴射装置2により吐出する細胞A,Bの種類を切り替えることにより、図3に示されるように、真皮組織A′と表皮組織B′とを有する皮膚組織を構築することができる。
【0024】
また、真皮組織A′内に血管C′を有する皮膚組織を製造する場合には、例えば、図4および図5に示されるように、細胞A〜Dを吐出していく。すなわち、図4(a)に示されるように、真皮細胞Aによる2次元構造物を構成して接着材E,Fを塗布した後、図4(b)に示されるように、真皮細胞Aおよび血管内皮細胞Cを切り替えて吐出させる。このとき、制御装置5は、真皮細胞Aを収容した容器6からの吐出ノズル10を介した真皮細胞Aの吐出と、血管内皮細胞Cを収容した容器8からの吐出ノズル12を介した血管内皮細胞Cの吐出とを制御装置5内に記憶されている所定のパターンで切り替えて行う。
【0025】
次いで、構築された真皮細胞Aと血管内皮細胞Cとによる2次元構造物の上面に接着材E,Fを塗布した後、図4(c)に示されるように、真皮細胞A、血管内皮細胞Cおよびダミー細胞Dを所定のパターンで切り替えて吐出させる。
このような吐出動作を繰り返し行うことにより、図5(a)に示されるように、真皮組織A内に筒状の血管内皮細胞Cと、その内部に充填されたダミー細胞Dとを有する3次元的な皮膚組織が構成される。したがって、図5(b)に示されるように、血管内皮細胞C内のダミー細胞Dをその後に除去することにより、内部に空洞Gを有する血管内皮細胞Cからなる血管C′を真皮組織A′内に有する皮膚組織を構築することができる。
【0026】
このように、本実施形態に係る生体製造装置1によれば、複数種の細胞A〜Dを、細胞噴射装置2により所定のパターンで吐出させることにより形成した2次元構造物を、接着材E,Fを介在させた状態で複数積層していくことにより、容易に3次元の生体組織を構築することができる。この場合に、接着材E,Fとして、混合することにより硬化する主材Eと硬化剤Fとを別個に吐出させることとしたので、容器15,16内で硬化してしまうことなく、細胞A〜D同士を効果的に接着させることができる。
【0027】
また、細胞A〜Cから分離して除去することができるダミー細胞Dを使用することにより、血管C′のように空洞Gを有する組織を簡易に構築することができる。
なお、本実施形態においては、真皮細胞A、表皮細胞B、血管内皮細胞Cおよびダミー細胞Dを用いて製造する生体組織を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、他の任意の細胞を用いて生体組織を製造することとしてもよい。また、フィブリノーゲンからなる主材Eとトロンビンからなる硬化剤Fとを接着材として使用したが、他の接着材を採用することとしてもよい。
【0028】
また、細胞A〜Dを所定のパターンに配列して2次元構造物を構築した後に、該2次元構造物の上面に接着材E,Fを塗布することとしたが、これに代えて、各細胞A〜Dを配置した後にそれぞれの細胞A〜Dの上面に接着材E,Fを塗布していくこととしてもよい。
【0029】
また、血管C′を有する皮膚組織として、直管状の血管C′を例に挙げて説明したが、2股に別れる血管C′等、さらに複雑な形態の組織を製造する場合にも容易に適用することができる。
また、細胞A〜Dあるいは接着材E,Fを収容する容器6〜9,15,16と、吐出ノズル10〜13,17,18と、これらを接続するチューブ10a〜13a,17a,18aは、それぞれ、各細胞A〜Dあるいは接着材E,Fのみに使用するものであるため、容器6〜9,15,16内の細胞A〜D等を使用し終えたら、吐出ノズル10〜13,17,18およびチューブ10a〜13a,17a,18aごと交換することが好ましく、これら、容器6〜9,15,16、チューブ10a〜13a,17a,18aおよび吐出ノズル10〜13,17,18を一体的な使い捨て品として、交換可能に設けることとしてもよい。
【0030】
また、図1に示されるように、複数の吐出ノズル10〜13,17,18を、それらの吐出方向が平行となるように配列する場合には、同一位置に細胞A〜Dと接着材E,Fとを吐出する場合であっても、ノズル移動機構4を作動させて吐出ノズル10〜13,17,18を移動させる必要がある。これに代えて、図6に示されるように、吐出ノズル10〜13,17,18,20の吐出方向が相互に交差するように配置することにより、細胞A〜Dを吐出した同一位置に、吐出ノズル10〜13,17,18,20を移動させることなく接着材を構成する主材Eおよび硬化剤Fを吐出することが可能となる。したがって、生体組織の製造時間を短縮することができる。また、ノズル移動機構4の作動を最小限に抑えて、耐久性を向上することができる。さらに、全ての吐出ノズル10〜13,17,18,20の位置決めを吐出方向が交差する点Pを基準として行うことができ、プログラミングを容易にすることができるという利点がある。
【0031】
また、本実施形態においては、細胞の吐出に先立って接着材を吐出させることとしたが、これに代えて、制御装置が、細胞の吐出と同時に接着材を吐出させるよう、細胞および接着材の吐出タイミングを制御することとしてもよい。このようにすることで、先に接着材を吐出した場合と比較して、他の余計な物質が接着材に付着してしまう不都合の発生を防止することができる。
【0032】
また、制御装置が、細胞の吐出の後に接着材を吐出させるよう、細胞および接着材の吐出タイミングを制御することとしてもよい。このようにすることで、細胞が所定の場所に配置されたのを確認した後に接着材を吐出することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明の一実施形態に係る生体組織製造装置の全体構成を模式的に示す図である。
【図2】図1の生体組織製造装置を用いた生体組織の製造手順を説明する斜視図である。
【図3】図2の製造手順により製造された生体組織の一例を示す斜視図である。
【図4】血管を有する生体組織の製造手順を説明する斜視図である。
【図5】図4の製造手順により製造された生体組織の一例を示す正面図である。
【図6】図1の生体組織製造装置の吐出ヘッドの変形例を示す図である。
【符号の説明】
【0034】
A 真皮細胞(細胞)
B 表皮細胞(細胞)
C 血管内皮細胞(細胞)
D ダミー細胞(細胞)
E 主材(接着材)
F 硬化剤(接着材)
1 生体組織製造装置
2 細胞噴射装置
3 接着材噴射装置
4 ノズル移動機構(移動機構)
5 制御装置
6〜9 容器(細胞収容部)
10〜13 吐出ノズル(細胞吐出ノズル)
15 主材容器(主材収容部,接着材収容部)
16 硬化剤容器(硬化剤収容部,接着材収容部)
17,18 吐出ノズル(接着材吐出ノズル)
【出願人】 【識別番号】000000376
【氏名又は名称】オリンパス株式会社
【出願日】 平成18年7月14日(2006.7.14)
【代理人】 【識別番号】100118913
【弁理士】
【氏名又は名称】上田 邦生

【識別番号】100112737
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴


【公開番号】 特開2008−17798(P2008−17798A)
【公開日】 平成20年1月31日(2008.1.31)
【出願番号】 特願2006−194371(P2006−194371)