JP2006055027A - 自動培養装置、および自動培養システム - Google Patents

Abstract

【課題】 細胞を自動的に培養すること。
【解決手段】 観察部１３０で細胞の状態を観察し、細胞の拡大画像を撮像する。解析部１６０ａは細胞の拡大画像を画像処理して、溶液交換部、および前記観察手段を制御するための制御プロトコルを設定する。制御部１６０は、設定された制御プロトコルに基づいて、培養・保存部１１０、および溶液交換部１２０を制御して細胞を自動的に培養する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、細胞を自動的に培養する自動培養装置、および自動培養装置を通信回線を介して遠隔制御する自動培養システムに関する。

細胞を自動培養する培養装置が特許文献１によってそれぞれ知られている。

特開２００２−１４８２５８号公報

しかしながら、従来の培養装置においては、細胞を観察する際には、実験者が培養装置から培養容器を取り出した後、個別に顕微鏡を使用して観察しなければならなかった。

請求項１に記載の自動培養装置は、培養容器を格納して細胞の培養を行う培養手段と、培養容器内の培地を交換する培地交換手段と、細胞の状態を観察し、細胞の拡大画像を撮像する観察手段と、観察手段で撮像した細胞の拡大画像を画像処理して細胞の培養状態を解析する解析手段と、観察手段を制御して細胞の拡大画像を撮像するとともに、解析手段の解析結果に基づいて、培地交換手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
請求項２に記載の自動培養装置は、請求項１に記載の自動培養装置において、培養手段は、制御手段で制御されることを特徴とする。
請求項３に記載の自動培養装置は、請求項１または２に記載の自動培養装置において、制御手段で制御され、培養容器内の細胞を他の培養容器に移して継代する継代手段をさらに備えることを特徴とする
請求項４に記載の自動培養装置は、培養容器を格納して細胞の培養を行う培養手段と、前記培養容器内の細胞を他の培養容器に移して継代する継代手段と、細胞の状態を観察し、細胞の拡大画像を撮像する観察手段と、観察手段で撮像した細胞の拡大画像を画像処理して細胞の培養状態を解析する解析手段と、観察手段を制御して細胞の拡大画像を撮像するとともに、解析手段の解析結果に基づいて、継代手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
請求項５に記載の自動培養装置は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の自動培養装置において、解析手段は、観察手段で撮像した細胞の種類を認識して、認識した細胞の種類に応じた解析を実行することを特徴とする。
請求項６に記載の自動培養システムは、培養容器を格納して細胞の培養を行う培養手段と、培養容器内の培地を新しい培地に交換する培地交換手段と、細胞の状態を観察し、細胞の拡大画像を撮像する観察手段と、培地交換手段、および観察手段を制御する制御手段とを備える自動培養装置、および観察手段によって撮像された細胞の拡大画像を通信回線を介して受信する受信手段と、受信した細胞の拡大画像を画像処理して、細胞の培養状態を解析する解析手段と、解析手段の解析結果を通信回線を介して自動培養装置へ送信する送信手段とを備えるモニタ解析装置を備え、制御手段は、モニタ解析装置から受信した解析結果に基づいて、自動培養装置を制御することを特徴とする。
請求項７に記載の自動培養システムは、培養容器を格納して細胞の培養を行う培養手段と、培養容器内の培地を新しい培地に交換する培地交換手段と、細胞の状態を観察し、細胞の拡大画像を撮像する観察手段と、培地交換手段、および観察手段を制御する制御手段とを備える自動培養装置、および観察手段によって撮像された細胞の拡大画像を通信回線を介して受信する受信手段と、受信した細胞の拡大画像を画像処理して細胞の培養状態を解析する解析手段と、解析手段で解析した解析結果の通知を生成する通知生成手段と、解析手段で解析した解析結果を通信回線を介して自動培養装置へ送信する送信手段と、通知生成手段で生成した解析結果の通知を使用者の端末へ送信する通知送信手段とを備えるモニタ解析装置を備え、制御手段は、使用者によって制御の実行が指示された場合に、モニタ解析装置から受信した解析結果に基づいて、自動培養装置を制御することを特徴とする。
請求項８に記載の自動培養システムは、培養容器を格納して細胞の培養を行う培養手段と、培養容器内の培地を新しい培地に交換する培地交換手段と、細胞の状態を観察し、細胞の拡大画像を撮像する観察手段と、培地交換手段、および観察手段を制御する制御手段とを備える自動培養装置、および観察手段によって撮像された細胞の拡大画像を通信回線を介して受信する受信手段と、受信した細胞の拡大画像を画像処理して細胞の培養状態を解析する解析手段と、解析手段で解析した解析結果の通知を生成する通知生成手段と、通知生成手段で生成した解析結果の通知を使用者の端末へ送信する通知送信手段とを備えるモニタ解析装置を備え、モニタ解析装置は、使用者の端末から通知依頼を受信したときに、通信回線を介して前記受信手段によって自動培養装置から細胞の拡大画像を受信し、解析手段によって細胞の培養状態を解析し、通知生成手段で解析結果の通知を生成し、通知送信手段によって使用者の端末へ通知を送信することを特徴とする。
請求項９に記載の自動培養システムは、請求項６〜８のいずれか一項に記載の自動培養システムにおいて、自動培養装置は、制御手段で制御され、培養容器内の細胞を他の培養容器に移して継代する継代手段をさらに備えることを特徴とする。
請求項１０に記載の自動培養システムは、請求項７〜９のいずれか一項に記載の自動培養システムにおいて、通知生成手段は、解析手段で解析した解析結果の内容を解析結果の通知として生成することを特徴とする
請求項１１に記載の自動培養システムは、請求項６〜１０のいずれか一項に記載の自動培養システムにおいて、自動培養装置は、培養手段における細胞の培養環境を検出する検出手段と、検出手段で検出した細胞の培養環境データを送信する細胞培養環境データ送信手段とをさらに有し、受信手段は、細胞の培養環境データ送信手段から送信された細胞培養環境データを受信することを特徴とする。
請求項１２に記載の自動培養システムは、請求項１１に記載の自動培養システムにおいて、検出手段は、培養容器内の培地のＰＨ値、および温度を検出することを特徴とする。
請求項１３に記載の自動培養システムは、請求項１１または１２に記載の自動培養システムにおいて、受信手段が受信した細胞培養環境データ、および細胞の拡大画像と、解析手段で解析した解析結果とを個々の細胞と関連付けた時系列データとして保存する保存手段をさらに有することを特徴とする。
請求項１４に記載の自動培養システムは、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の自動培養システムにおいて、モニタ解析装置は、受信手段が受信した細胞の培養環境データに基づいて、培養手段における細胞の培養環境を監視するとともに、検出手段の故障を検出することを特徴とする。
請求項１５に記載の自動培養システムは、請求項６〜１４のいずれか一項に記載の自動培養システムにおいて、培養手段は、制御手段で制御されることを特徴とする。

本発明によれば、自動的に細胞の状態を観察し、細胞の画像を撮像することとしたため、実験者が培養装置から培養容器を取り出して個別に顕微鏡を使用して観察する必要がなくなる。また、本発明によれば、自動培養装置で撮像した細胞の画像を、通信回線を介して接続したモニタ解析装置で解析し、解析結果に基づいて自動培養装置を制御することとしたため、実際の細胞の状態を考慮して自動培養装置を遠隔地から制御することが可能となる。

―第１の実施の形態―
図１は、第１の実施の形態における自動培養装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。また、図２は、図１に示した自動培養装置を模式的に示した図である。自動培養装置１００は、培養・保存部１１０と、溶液交換部１２０と、観察部１３０と、モニタ１４０と、入力装置１５０と、制御装置（ＰＣ）１６０と、培養プロトコルデータベース１７０とを備えている。

培養・保存部１１０は、その内部の温度、湿度、ＣＯ２濃度が不図示の環境制御装置によって管理され、細胞を入れた複数の培養容器、例えばシャーレやウェルプレート等を格納して細胞を培養する。培養・保存部１１０内の各培養容器には連番が付与され、一意に識別可能になっている。なお、本実施の形態においては、培養・保存部１１０内は一定の培養環境であり、培養・保存部１１０内では、同一培養環境で培養可能な細胞が培養される。なお、培養・保存部１１０内を複数の区画に分割して、各区画ごとに異なる培養環境を設定できるようにしてもよい。

培養・保存部１１０はまた、各培養容器内の培地のＰＨ値を検出するＰＨセンサ１１０ａと、培養・保存部１１０内の温度を検出する温度センサ１１０ｂとを備えている。ＰＨセンサ１１０ａ、および温度センサ１１０ｂは、所定時間間隔、例えば１０分おきに検出を実行し、検出結果を培養環境の時系列データとして不図示のメモリに保持する。そして、当該培養環境の時系列データを所定時間間隔、例えば６時間おきに制御装置１６０へ転送する。なお、培養・保存部１１０には、これ以外に湿度センサ、浸透圧センサ、あるいはガス検知センサなどを備えてもよい。これらのセンサは、培養・保存部１１０の湿度や気相の組成、あるいは培地の浸透圧を検出する。これらのセンサも同様に所定時間間隔で検出を実装し、データを制御装置１６０へ転送する。

溶液交換部１２０は、培養・保存部１１０に格納されている培養容器の中から、培地交換の必要が生じた培養容器を取り出し、培地交換、すなわち溶液交換を行う。また、培養・保存部１１０に格納されている培養容器の中から、継代の必要が生じた培養容器を取り出して一部の細胞を取り出し、他の培養容器へ移し変える。すなわち継代を行う。観察部１３０は、細胞の観察画像を撮像するカメラ付き顕微鏡１３０ａを備えており、培養・保存部１１０に格納されている培養容器を順番に、もしくは任意に取り出し、各培養容器内の細胞を顕微鏡１３０ａで拡大した像を撮像してモニタ１０４に表示する。観察は所定時間間隔、例えば６時間ごとに行い、観察によって得た観察画像は制御装置１６０へ転送される。なお、本実施の形態においては、顕微鏡１３０ａとして正立顕微鏡を示しているが、倒立顕微鏡を使用してもよい。

モニタ１４０は、観察部１３０で観察した細胞の画像を表示する。入力装置１５０は、使用者が自動培養装置を操作する際に使用する。培養プロトコルデータベース１７０には細胞の種類ごとに以下の情報が格納されている。

（１）画像処理アルゴリズム
画像処理アルゴリズムは、顕微鏡１３０ａによって撮像された観察画像を画像処理して、細胞に異常があるか否かを判断するためのアルゴリズムであり、本実施の形態においては、観察画像から細胞の輪郭を抽出して観察画像に含まれる細胞の数を算出し、予め入力してあるティーチング画像との比較から細胞の活性度を判断する。当該細胞の数、および活性度に基づいて培地交換、および継代の必要の有無を判断する。
（２）通常プロトコル
通常プロトコルは、自動培養装置１００を使用して細胞を自動培養するための制御プロトコル、例えば３日おきに培地交換を行う、あるいは５日おきに継代を行うといった情報が格納されている。

（３）緊急プロトコル生成アルゴリズム
緊急プロトコル生成アルゴリズムは、画像と培養環境の時系列データを解析した結果、細胞に異常が検出された場合に通常プロトコルを改変して、緊急プロトコルを生成するためのアルゴリズムである。例えば、緊急で継代の必要が発生した場合には、緊急プロトコル生成アルゴリズムによって、通常プロトコルを改変し、すぐに継代を実行するように制御する緊急プロトコルを生成する。
（４）標準培養環境データ
標準培養環境データは、培養容器内の培地のＰＨ値や培養・保存部１１０内の温度など、細胞を培養するのに適した環境データである。

制御装置１６０は、ソフトウェア形態により構成される解析部１６０ａを有している。解析部１６０ａは、培養プロトコルデータベース１７０に格納された画像処理アルゴリズムに基づいて、観察画像、および培養環境の時系列データを解析し、細胞に異常があるか否かを判断する。そして、異常の有無に基づいて、上述した通常プロトコル、および緊急プロトコルのいずれかを制御プロトコルとして設定する。解析部１６０ａはまた、観察画像ばかりではなく、培養環境の時系列データも合わせて解析を行う。

なお、本実施の形態において、解析部１６０ａは、上述したように、画像処理アルゴリズムに基づいて画像処理することによって、観察画像から細胞の輪郭を抽出して観察画像に含まれる細胞の数を算出すると同時に、予め入力してあるティーチング画像との比較から細胞の活性度を判断する。当該細胞の数、および活性度に基づいて、培地交換、および継代の必要の有無を判断する。そして、当該判断結果に基づいて制御プロトコルの設定を行う。例えば、培養容器の顕微鏡視野内に存在する細胞の数を算出する。その結果、細胞の数が所定数量、例えば１００００００／ｍｌを超えたら過増殖とみなし、緊急に継代が必要と判断したり、対数増幅後期を判定して自動継代したりする。具体的には、算出した細胞の数から、以下の条件に基づいて培地交換、および継代の必要の有無を判断し、制御プロトコルを設定する。

（１）細胞の数があらかじめ設定した閾値以上であれば、培養容器内の細胞は増えすぎている状態であるため、緊急に継代が必要である。
（２）培養開始日から所定日数、例えば３日経過しても、細胞の数があらかじめ設定した閾値未満であれば、培養容器内の細胞は計画通りに増えていないため、使用者に警告する。
（３）培地のＰＨが急激に酸性に傾いた場合、緊急に培地交換が必要であると判断する。さらに培地交換してもすぐにＰＨが酸性に傾く場合、コンフルエントと判断し、緊急に継代が必要であると判断する。
（４）細胞数が所定数より少ないにも関わらず、ＰＨがすぐに酸性に傾く場合には、細菌のコンタミネーションとみなし、使用者へ警告する。
（５）上記（１）〜（４）のいずれにも該当しない場合は、緊急での培地交換、および継代はともに必要ない。

例えば、観察画像を画像処理した結果、あらかじめ設定した閾値以上の細胞が含まれていると算出された場合は、上記（１）に当てはまるため、緊急プロトコル生成アルゴリズムに基づいて通常プロトコルを改変して、緊急で継代を行うように緊急プロトコルを生成する。そして、制御装置１６０は、生成した緊急プロトコルを制御プロトコルとして設定し、培養・保存部１１０、および溶液交換部１２０を制御する。

一方、培養開始日から３日経過後に観察画像を画像処理した結果、あらかじめ設定した閾値未満の細胞が含まれていると算出された場合は、上記（２）に当てはまるため、緊急プロトコル生成アルゴリズムに基づいて通常プロトコルを改変して、緊急で培地交換を行うように緊急プロトコルを生成する。そして、制御装置１６０は、生成した緊急プロトコルを制御プロトコルとして設定し、培養・保存部１１０、および溶液交換部１２０を制御する。

なお、上記（１）および（２）のいずれにも該当しない場合、すなわち上記（３）に該当する場合には、制御装置１６０は、通常プロトコルを制御プロトコルとして設定し、培養・保存部１１０、および溶液交換部１２０を制御する。なお、解析部１６０ａは、細胞数の算出のみならず、画像から細胞の領域を分割して細胞数を算出したり、あらかじめティーチングしてある画像、すなわち記憶してある画像と撮像した画像とを比較して細胞の活性度を算定したり、その活性度の時系列変化を算定したりする。

制御装置１６０はまた、ＰＨセンサ１１０ａ、および温度センサ１１０ｂによる培養環境の時系列データと、培養プロトコルデータベース１７０に格納されている標準培養環境データとを比較して、細胞の培養環境が培養中の細胞に適した状態を保っているかを監視する。このとき、もし培養環境の時系列データの中にＰＨセンサ１１０ａ、および温度センサ１１０ｂの少なくともいずれか一方による検出データが存在しない場合は、データが存在しないセンサは故障していると判断して、モニタ１４０に警告を表示し、使用者に部品交換を促す。

図３は、第１の形態における自動培養装置１００の動作を示すフローチャートである。なお、図３に示す処理は、培養・保存部１１０に格納されている個々の培養容器に対して実行される処理の流れを示しており、当該処理が培養・保存部１１０に格納されている全ての培養容器に対して実行される。ステップＳ１０において、前回細胞の観察を行ってから所定時間、例えば６時間が経過したか否かを判断する。前回細胞の観察を行ってから所定時間が経過したと判断した場合には、ステップＳ２０へ進む。ステップＳ２０では、培養・保存部１１０において、格納されている培養容器を順番に取り出し、各培養容器内の細胞を観察部１３０の顕微鏡１３０ａで観察を行った後、ステップＳ３０へ進む。

ステップＳ３０では、解析部１６０ａは顕微鏡１３０ａで観察して得た細胞の観察画像に対して画像処理を行い、培養プロトコルデータベース１７０に格納された画像処理アルゴリズムに基づいて、観察画像に含まれる細胞の数を算出したり、画像から細胞の領域を分割して細胞数を算定したり、あらかじめティーチングしてある画像と撮像した画像とを比較して細胞の活性度を算定したり、その活性度の時系列変化を算定したりする。また、培養環境の時系列データや細胞活性度の時系列データから、異常あり／なしを判定する。その後、ステップＳ３１へ進み、ＰＨセンサ１１０ａ、および温度センサ１１０ｂによって検出された培養環境の時系列データに基づいて、現在の培養環境が培養中の細胞に適した状態を保っているかを監視して、ステップＳ４０へ進む。

ステップＳ４０では、画像処理の結果に基づいて細胞に異常があるか否かを判断する。細胞に異常があると判断した場合には、ステップＳ４１へ進み、培養プロトコルデータベース１７０に格納された緊急プロトコル生成アルゴリズムに基づいて、通常プロトコルを改変して緊急プロトコルを生成し、制御プロトコルとして設定する。細胞に異常がないと判断した場合には、ステップＳ４２へ進み、培養プロトコルデータベース１７０に格納された通常プロトコルを制御プロトコルとして設定する。その後、ステップＳ５０へ進み、制御プロトコルに基づいて培養・保存部１１０、および溶液交換部１２０に対する制御を実行する。すなわち、継代または培地交換が必要な培養容器を溶液交換部１２０へ取り出して、継代または培地交換を自動で行う。その後、ステップＳ６０へ進む。

ステップＳ６０では、培養環境の時系列データに基づいて、いずれかのセンサに故障が発生しているか否かを判断する。いずれかのセンサに故障が発生していると判断した場合には、ステップＳ７０へ進み、モニタ１４０に部品交換を促す警告を表示して処理を終了する。いずれのセンサにも故障が発生していないと判断した場合は、そのまま処理を終了する。

以上、本実施の形態によれば、以下のような作用効果が得られる。
（１）培養・保存部１１０に格納されている培養容器内の細胞を観察部１３０で拡大して撮像し、その観察画像を画像処理することにより細胞の培養状態を解析する。この解析結果と、培養環境の時系列データの解析結果に基づいて、制御プロトコルを設定し、培養・保存部１１０、および溶液交換部１２０を制御して細胞を自動培養する。これによって、使用者の手を介さずに自動的に細胞の培養を行うことができ、使用者の労力を大幅に軽減することができる。さらに継代や培地交換の際に、使用者による作業が介在しないため、無菌状態を保ったまま細胞の培養を行うことができる。

（２）細胞を顕微鏡１３０ａで観察して得た観察画像を画像処理した結果に基づいて制御プロトコルを設定することとした。これによって、実際の細胞の状態に基づいて制御プロトコルを設定することができ、適切なタイミングで継代、または培地交換を行うことができる。

（３）画像処理アルゴリズム、通常プロトコル、緊急プロトコル生成アルゴリズム、および標準培養環境データを細胞の種類ごとに定義して培養プロトコルデータベース１７０に格納することとした。これによって、細胞の特徴に合った解析を行うことができる。さらに、新たな種類の細胞を培養する場合に、培養プロトコルデータベース１７０に新たな種類の細胞用の画像処理アルゴリズム、通常プロトコル、緊急プロトコル生成アルゴリズム、および標準培養環境データを追加するだけで良いため、汎用性の高い装置とすることができる。

（４）ＰＨセンサ１１０ａ、および温度センサ１１０ｂによって検出された培養環境の時系列データに基づいて、いずれかのセンサに故障が発生しているか否かを判断し、いずれかのセンサに故障が発生していると判断した場合には、モニタ１４０に部品交換を促す警告を表示することとした。これによって、使用者はセンサの故障を早期に発見することができる。

―第２の実施の形態―
第２の実施の形態における自動培養システムは、通信回線を介して遠隔地から自動培養装置を自動制御するものである。図４は、第２の実施の形態における自動培養システムの一実施の形態の構成を示すブロック図である。自動培養システム１は、自動培養装置１００、モニタサーバ３００、および使用者のＰＣ（端末）４００をインターネットなどの通信回線５００によって相互に接続して構成され、モニタサーバ３００には解析サーバ２００が接続されている。なお、自動培養システム１には、異なる拠点に設置された複数の自動培養装置１００が接続でき、各自動培養装置１００には、それらを一意に識別するための装置番号が付与される。本実施の形態においては、接続される自動培養装置１００が１台の場合について説明する。

自動培養装置１００は、第１の実施の形態における自動培養装置１００から解析部１６０ａ、および培養プロトコルデータベース１７０を除いた構成となっている。そして、観察部１３０の顕微鏡１３０ａによって撮像した観察画像、および培養・保存部１１０内のＰＨセンサ１１０ａと温度センサ１１０ｂによって検出された培養環境の時系列データは、所定のファイル形式、例えばＸＭＬ形式に変換して通信回線５００を介して所定時間間隔でモニタサーバ３００へ送信される。なお、培養・保存部１１０内のＰＨセンサ１１０ａ、および温度センサ１１０ｂによって検出された培養環境の時系列データをモニタサーバ３００へ送信するタイミング、および観察部１３０が観察画像をモニタサーバ３００へ送信するタイミングは、各培養容器ごとに個別に設定されている。

モニタサーバ３００は、培養モニタデータベース３１０と、解析結果データベース３２０と、制御装置３３０とを有している。制御装置３３０は、ソフトウェア形態により構成される培養状態モニタ部３３０ａと、プロトコル通知部３３０ｂと、解析結果生成通知部３３０ｃとを有している。培養状態モニタ部３３０ａは、通信回線５００を介して自動培養装置１００からの細胞の観察画像、およびＰＨセンサ１１０ａと温度センサ１１０ｂによって検出された培養環境の時系列データを受信（モニタ）して、これらのデータを培養モニタデータベース３１０へ格納する。そして、自動培養装置１００からデータを受信した場合には、解析サーバ２００に対して解析実行指示を出す。

また、第１の実施の形態と同様に、ＰＨセンサ１１０ａ、および温度センサ１１０ｂによって検出された培養環境の時系列データと、培養プロトコルデータベース１７０に格納されている標準培養環境データとを比較して、培養・保存部１１０内の培養環境が培養中の細胞に適した状態を保っているかを監視する。培養環境の時系列データの中にＰＨセンサ１１０ａ、および温度センサ１１０ｂの少なくともいずれか一方による検出データが存在しない場合は、データが存在しないセンサは故障していると判断して、通信回線５００を介して、部品メーカに自動的にセンサの発注を行う。

プロトコル通知部３３０ｂは、解析結果データベース３２０から後述する解析サーバ２００によって設定された制御プロトコルを読み込み、通信回線を介して自動培養装置１００へ送信する。送信した制御プロトコルに基づいて、自動培養装置１００は、第１の実施の形態と同様に、培養・保存部１１０、および溶液交換部１２０を制御して、細胞の自動培養を行う。解析結果生成通知部３３０ｃは、解析結果データベース３２０に格納された制御プロトコルを、人間（使用者）が理解できる言葉に変換した後、通信回線５００を介して所定の通信手段、例えば電子メールで使用者のＰＣ４００へ送信する。制御プロトコルを使用者が理解できる言葉に変換する場合、例えば「シャーレ番号１番は培地交換が必要。」のように変換する。これによって、使用者は細胞の解析結果を的確に把握することができる。

解析サーバ２００は、第１の実施の形態で自動培養装置１００に搭載されていた培養プロトコルデータベース１７０と、制御装置２２０とを備えており、制御装置２２０は、第１の実施の形態で自動培養装置１００に搭載されていた、ソフトウェア形態により構成される解析部１６０ａを有している。これによって、第２の実施の形態では、第１の実施の形態で自動培養装置１００自身が行っていた解析処理を解析サーバ２００で行う。

制御装置２２０は、上述したモニタサーバ３００からの解析実行指示を検出すると、培養モニタデータベース３１０から自動培養装置１００で撮像された観察画像を読み込む。解析部１６０ａは、第１の実施の形態と同様の画像処理、および培養環境の時系列データの解析により、細胞の培養状態を解析して制御プロトコルを設定する。設定した制御プロトコルは、モニタサーバ３００の解析結果データベース３２０に格納する。そして、解析結果データベース３２０への格納が完了すると、モニタサーバ３００に対して解析完了を通知する。

図５、および図６は、第２の形態における自動培養装置１００の動作を示すフローチャートである。図５は、自動培養装置１００において、撮像した細胞の拡大画像と、ＰＨセンサ１１０ａおよび温度センサ１１０ｂで検出した培養環境の時系列データとを、モニタサーバ３００へ送信する場合の処理の流れを示している。ステップＳ１１０において、前回細胞の観察を行ってから所定時間、例えば６時間が経過したか否かを判断する。前回細胞の観察を行ってから所定時間が経過したと判断した場合には、ステップＳ１２０へ進む。ステップＳ１２０では、図３のステップＳ２０と同様に観察部１３０で細胞の拡大画像を撮像する。

その後、ステップＳ１２１へ進み、あらかじめ設定した所定時間前から現在までの培養環境の時系列データ、すなわち現在までの所定時間分の培養環境の時系列データを読み込んで、ステップＳ１３０へ進む。ステップＳ１３０では、通信回線５００を介して細胞の拡大画像、および培養環境の時系列データをモニタサーバ３００へ送信する。その後、処理を終了する。

図６は、自動培養装置１００において、モニタサーバ３００から制御プロトコルを受信した場合の処理の流れを示している。ステップＳ１５０において、解析サーバ２００で解析を行った結果設定された制御プロトコルを、モニタサーバ３００から受信したか否かを判断する。制御プロトコルを受信したと判断した場合には、ステップＳ１６０へ進む。ステップＳ１６０では、第１の実施の形態におけるステップＳ５０と同様に、受信した制御プロトコルに基づいて培養・保存部１１０、および溶液交換部１２０に対する制御を実行する。その後、処理を終了する。

次に、モニタサーバ３００における処理について説明する。図７は、第２の形態におけるモニタサーバ３００の動作を示すフローチャートである。ステップＳ２１０において、培養状態モニタ部３３０ａは、自動培養装置１００からモニタデータ、すなわち細胞の観察画像、またはＰＨセンサ１１０ａと温度センサ１１０ｂによって検出された培養環境の時系列データを受信したか否かを判断する。モニタデータを受信したと判断した場合には、ステップＳ２２０へ進む。ステップＳ２２０では、受信したモニタデータを培養モニタデータベース３１０へ格納する。その後、ステップＳ２３０へ進む。

ステップＳ２３０では、解析サーバ２００へ解析実行指示を出して、ステップＳ２４０へ進む。ステップＳ２４０では、培養環境の時系列データに基づいて、培養環境が培養中の細胞に適した状態を保っているかを監視して、ステップＳ２５０へ進む。ステップＳ２５０では、培養環境の時系列データに基づいていずれかのセンサに故障が発生しているか否かを判断する。いずれかのセンサに故障が発生していると判断した場合には、ステップＳ２５１へ進み、部品メーカに対して故障している方のセンサを自動的に発注して、ステップＳ２６０へ進む。いずれのセンサにも故障が発生していないと判断した場合は、そのままステップＳ２６０へ進む。

ステップＳ２６０では、解析サーバ２００から解析完了通知を受信したか否かを判断する。解析サーバ２００から解析完了通知を受信したと判断した場合には、ステップＳ２７０へ進む。ステップＳ２７０では、プロトコル通知部３３０ｂは、図８により後述する解析サーバ２００における処理で設定された制御プロトコルを解析結果データベース３２０から読み込み、通信回線５００を介して自動培養装置１００に送信する。その後、ステップＳ２８０へ進み、解析結果生成通知部３３０ｃは、解析結果データベース３２０に格納された制御プロトコルを使用者が認識できる言葉に変換して、ステップＳ２９０へ進む。

ステップＳ２９０では、制御プロトコルを使用者が認識できる言葉に変換したデータ、および、培養環境が培養中の細胞に適した状態を保っているか否かの監視結果とセンサの故障の有無とを通信回線５００を介してＰＣ４００に送信して、使用者に通知する。その後、処理を終了する。

次に、解析サーバ２００における処理について説明する。図８は、第２の形態における解析サーバ２００の動作を示すフローチャートである。ステップＳ３１０において、モニタサーバ３００からの解析実行指示を検出したか否かを判断する。解析実行指示を検出した場合は、ステップＳ３２０へ進む。ステップＳ３２０では、解析部１６０ａは、モニタサーバ３００の培養モニタデータベース３０１から細胞の観察画像、および培養環境の時系列データを読み込んで、第１の実施の形態におけるステップＳ３０と同様に、画像と培養環境の時系列データの解析を行い、細胞の培養状態を解析してステップＳ３３０へ進む。

ステップＳ３３０では、第１の実施の形態のステップＳ４０と同様に、画像処理の結果に基づいて細胞に異常があるか否かを判断する。第２の実施の形態においては、接着細胞の数、球形細胞の数、細胞の活性度などを算定して、異常の有無、およびその度合いを算定する。細胞に異常があると判断した場合には、ステップＳ３３１へ進み、培養プロトコルデータベース１７０に格納された緊急プロトコル生成アルゴリズムに基づいて、通常プロトコルを改変して緊急プロトコルを生成して制御プロトコルとする。

細胞に異常がないと判断した場合には、ステップＳ３３２へ進み、培養プロトコルデータベース１７０に格納された通常プロトコルを制御プロトコルとしてステップＳ３４０へ進む。ステップＳ３４０では、設定した制御プロトコルをモニタサーバ３００の解析結果データベースに格納する。その後、ステップＳ３５０へ進み、モニタサーバ３００へ解析完了通知を出して、処理を終了する。

以上、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態における作用効果に加えて、以下のような作用効果を得ることができる。
（１）自動培養装置１００を遠隔地でモニタし、細胞の解析を行うことにした。これによって、自動培養装置１００が複数の拠点に分散して存在する場合でも、１ヶ所で集中して自動培養装置１００をモニタすることが可能となり、各地に細胞培養の専門家を配置する必要がなくなる。
（２）培養プロトコルデータベース１７０を解析サーバ２００上に配置することにした。これによって、培養プロトコルデータベース１７０に対してデータのメンテナンスの必要が生じた際にも、解析サーバ２００上だけで行えばよく、メンテナンスが容易である。また、データを１ヶ所で管理するため、データの不整合が生じない。
（３）制御プロトコルを使用者が理解できる言葉に変換して、使用者のＰＣ４００へ送信することとした。これによって、使用者は細胞の解析結果を的確に把握することができる。
（４）ＰＨセンサ１１０ａ、および温度センサ１１０ｂによって検出された培養環境の時系列データに基づいて、いずれかのセンサに故障が発生しているか否かを判断し、いずれかのセンサに故障が発生していると判断した場合には、通信回線５００を介して、部品メーカに自動的にセンサの発注を行うこととした。これによって、センサの故障を早期に発見して、交換用の部品を自動的に発注することができる。

―変形例１―
上述した第２の実施の形態では、自動培養装置１００は、モニタサーバ３００から受信した制御プロトコルに基づいて、自動的に培養・保存部１１０、および溶液交換部１２０に対する制御を実行する例を示したが、これに限定されず、以下のように変形することも可能である。

自動培養装置１００は、モニタサーバ３００から制御プロトコルを受信した時点で、培養・保存部１１０、および溶液交換部１２０に対する制御（自動培養制御）を自動では実行せず、使用者から実行指示があるまで待機する。一方、使用者には、第２の実施の形態で上述したとおり、解析結果生成通知部３３０ｃにより、制御プロトコルを使用者が理解できる言葉に変換した解析結果を通知してあるため、使用者は当該通知内容を見て、自動培養制御を行うか否かを判断する。

そして、使用者が自動培養制御を行うと判断したときは、使用者は入力装置１５０を使用して、自動培養制御の実行開始を指示する。自動培養装置１００は、使用者による実行開始の指示を受けて、受信済みの制御プロトコルに基づいて自動培養制御を実行する。これによって、例えば新しい細胞の培養を開始した場合など、自動培養制御を行う際に、使用者による判断を介在させたい場合に、全自動で自動培養制御を行わずに。使用者による指示を待ってから自動培養制御を実行することが可能となる。

また、モニタサーバ３００は、自動培養装置１００に制御プロトコルを送信せず、ＰＣ４００に解析結果の通知のみを送信してもよく、この場合は通知内容に従って使用者が自動培養装置１００を操作して、継代や培地交換等の作業を行うことになる。

―変形例２−
上述した第２の実施の形態では、自動培養装置１００は、自動的に所定時間ごとに細胞の観察を行って、データをモニタサーバ３００へ送信し、モニタデータを受信したモニタデータは、解析サーバ２００によって設定された制御プロトコルを自動培養装置１００へ送信し、解析結果をＰＣ４００へ送信する例を示した。しかし、これに限定されず、以下のように変形することも可能である。

すなわち、使用者が現在の細胞の状態を知りたいと思ったときに、ＰＣ４００や不図示の携帯電話などから、通信回線５００を介して、モニタサーバ３００に解析結果の通知を要求する。モニタサーバ３００は、使用者からの解析結果の通知要求を検出すると、自動培養装置１００に対して、モニタデータの送信を要求し、現在の細胞の観察画像、およびＰＨセンサ１１０ａ、および温度センサ１１０ｂによる検出データを得る。

その後、解析結果生成通知部３３０ｃは、解析結果の通知を、要求のあった使用者のみに送信する。すなわち、プロトコル通知部３３０ｂは、自動培養装置１００に制御プロトコルを送信しない。これによって、使用者が単に現在の細胞の状態を知りたいだけの場合に、自動培養装置１００による制御を実行することなく、解析結果の通知のみを受けることが可能となる。

なお、以下のように変形することもできる。
（１）上述した第１および第２の実施の形態では、ＰＨセンサ１１０ａ、および温度センサ１１０ｂによって検出された培養環境の時系列データに、いずれかのセンサによる検出データが含まれていない場合は、当該センサ自体が故障しているものと判断する例を示したが、これに限定されず、各センサを制御しているソフトウェアに不具合が発生していると判断してもよい。そして、ソフトウェアの不具合を検出した場合には、ソフトウェアを再起動することにより自動復旧する。

（２）上述した第２の実施の形態では、解析サーバ２００に画像処理、培養環境の時系列データの解析処理、および制御プロトコルの設定を行う解析部１０６ａを配置し、自動培養装置１００ではこれらの処理を行わない例を示したが、これに限定されず、以下のように変形してもよい。例えば、自動培養装置１００上で取得した観察画像の画像処理を行った後、その画像処理結果をモニタサーバ３００へ送信する。解析サーバ２００は、自動培養装置１００で画像処理された結果に基づいて制御プロトコルを設定する。

（３）上述した第２の実施の形態では、モニタサーバ３００と解析サーバ２００とを異なるハードウェアで構成する例について示したが、これに限定されず、例えばモニタサーバ３００および解析サーバ２００が有する各機能を１台のモニタ解析サーバ上に実装してもよい。

（４）上述した第２の実施の形態では、図５に示したように、自動培養装置１００で細胞の拡大画像を撮像した後、すぐにモニタサーバ３００へ画像を送信することとし、同時に現在までの所定時間分の培養環境の時系列データをモニタサーバ３００へ送信する例について説明した。しかし、これに限定されず、自動培養装置１００において、撮像した細胞の拡大画像をあらかじめ設定した所定時間分保持しておき、前回画像を送信してから当該所定時間経過したときに、その間に保持しておいた細胞の拡大画像を一括してモニタサーバ３００へ送信してもよい。このとき、細胞の拡大画像とともに所定時間分の培養環境の時系列データもモニタサーバ３００へ送信する。

（５）上述した第２の実施の形態、および変形例（４）では、自動培養装置１００からモニタサーバ３００へデータを送信するに当たって、細胞の拡大画像と培養環境の時系列データとを同時に送信する例について説明したが、細胞の拡大画像と培養環境の時系列データとは、異なるタイミングでモニタサーバ３００へ送信するようにしてもよい。この場合、図７に示したモニタサーバ３００における処理では、自動培養装置１００から受信したデータが細胞の拡大画像であるか、培養環境の時系列データであるかを判断し、その判断結果に基づいて処理を切り分ける。

すなわち、自動培養装置１００から受信したデータが細胞の拡大画像である場合には、解析サーバ２００へ解析実行指示を出す。一方、自動培養装置１００から受信したデータが培養環境の時系列データである場合には、受信した培養環境の時系列データに基づいて、ＰＨセンサ１１０ａ、および温度センサ１１０ｂのいずれかのセンサに故障が発生しているか否かを判断する。

特許請求の範囲の構成要素と実施の形態との対応関係について説明する。培養・保存部１１０は培養手段に、溶液交換部１２０は継代手段、および培地交換手段に、制御装置１６０は細胞培養環境データ送信手段に、解析結果データベース３２０は保存手段に相当する。培養状態モニタ部３３０ａは受信手段に、プロトコル通知部３３０ｂは送信手段に、解析結果生成通知部３３０ｃは通知生成手段、および通知送信手段に相当する。ＰＨセンサ１１０ａ、および温度センサ１１０ｂは検出手段に、解析サーバ２００、およびモニタサーバ３００はモニタ解析装置に相当する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態における構成に何ら限定されない。

第１の実施の形態における自動培養装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態における自動培養装置の一実施の形態の構成を模式的に表した図である。 第１の形態における自動培養装置１００の動作を示すフローチャート図である。 第２の実施の形態における自動培養システムの一実施の形態の構成を示すブロック図である。 第２の形態における自動培養装置１００の動作を示す第１のフローチャート図である。 第２の形態における自動培養装置１００の動作を示す第２のフローチャート図である。 第２の形態におけるモニタサーバ３００の動作を示すフローチャート図である。 第２の形態における解析サーバ２００の動作を示すフローチャート図である。

符号の説明

１ 自動培養システム
１００ 自動培養装置
１１０ 培養・保存部
１１０ａ ＰＨセンサ
１１０ｂ 温度センサ
１２０ 溶液交換部
１３０ 観察部
１３０ａ 顕微鏡
１４０ モニタ
１５０ 入力装置
１６０、２２０、３３０ 制御装置
１６０ａ 解析部
１７０ 培養プロトコルデータベース
２００ 解析サーバ
３００ モニタサーバ
３１０ 培養モニタデータベース
３２０ 解析結果データベース
３３０ａ 培養状態モニタ部
３３０ｂ プロトコル通知部
３３０ｃ 解析結果生成通知部
４００ ＰＣ
５００ 通信回線

Claims (15)

1. 培養容器を格納して細胞の培養を行う培養手段と、
   前記培養容器内の培地を交換する培地交換手段と、
   細胞の状態を観察し、細胞の拡大画像を撮像する観察手段と、
   前記観察手段で撮像した細胞の拡大画像を画像処理して細胞の培養状態を解析する解析手段と、
   前記観察手段を制御して前記細胞の拡大画像を撮像するとともに、前記解析手段の解析結果に基づいて、前記培地交換手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする自動培養装置。
2. 請求項１に記載の自動培養装置において、
   前記培養手段は、前記制御手段で制御されることを特徴とする自動培養装置。
3. 請求項１または２に記載の自動培養装置において、
   前記制御手段で制御され、前記培養容器内の細胞を他の培養容器に移して継代する継代手段をさらに備えることを特徴とする自動培養装置。
4. 培養容器を格納して細胞の培養を行う培養手段と、
   前記培養容器内の細胞を他の培養容器に移して継代する継代手段と、
   細胞の状態を観察し、細胞の拡大画像を撮像する観察手段と、
   前記観察手段で撮像した細胞の拡大画像を画像処理して細胞の培養状態を解析する解析手段と、
   前記観察手段を制御して前記細胞の拡大画像を撮像するとともに、前記解析手段の解析結果に基づいて、前記継代手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする自動培養装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の自動培養装置において、
   前記解析手段は、前記観察手段で撮像した細胞の種類を認識して、認識した細胞の種類に応じた解析を実行することを特徴とする自動培養装置。
6. 培養容器を格納して細胞の培養を行う培養手段と、
   前記培養容器内の培地を新しい培地に交換する培地交換手段と、
   細胞の状態を観察し、細胞の拡大画像を撮像する観察手段と、
   前記培地交換手段、および前記観察手段を制御する制御手段とを備える自動培養装置、および
   前記観察手段によって撮像された前記細胞の拡大画像を通信回線を介して受信する受信手段と、
   前記受信した細胞の拡大画像を画像処理して、細胞の培養状態を解析する解析手段と、
   前記解析手段の解析結果を前記通信回線を介して前記自動培養装置へ送信する送信手段とを備えるモニタ解析装置を備え、
   前記制御手段は、前記モニタ解析装置から受信した解析結果に基づいて、前記自動培養装置を制御することを特徴とする自動培養システム。
7. 培養容器を格納して細胞の培養を行う培養手段と、
   前記培養容器内の培地を新しい培地に交換する培地交換手段と、
   細胞の状態を観察し、細胞の拡大画像を撮像する観察手段と、
   前記培地交換手段、および前記観察手段を制御する制御手段とを備える自動培養装置、および
   前記観察手段によって撮像された前記細胞の拡大画像を通信回線を介して受信する受信手段と、
   前記受信した細胞の拡大画像を画像処理して細胞の培養状態を解析する解析手段と、
   前記解析手段で解析した解析結果の通知を生成する通知生成手段と、
   前記解析手段で解析した解析結果を前記通信回線を介して前記自動培養装置へ送信する送信手段と、
   前記通知生成手段で生成した解析結果の通知を使用者の端末へ送信する通知送信手段とを備えるモニタ解析装置を備え、
   前記制御手段は、使用者によって制御の実行が指示された場合に、前記モニタ解析装置から受信した解析結果に基づいて、前記自動培養装置を制御することを特徴とする自動培養システム。
8. 培養容器を格納して細胞の培養を行う培養手段と、
   前記培養容器内の培地を新しい培地に交換する培地交換手段と、
   細胞の状態を観察し、細胞の拡大画像を撮像する観察手段と、
   前記培地交換手段、および前記観察手段を制御する制御手段とを備える自動培養装置、および
   前記観察手段によって撮像された前記細胞の拡大画像を通信回線を介して受信する受信手段と、
   前記受信した細胞の拡大画像を画像処理して細胞の培養状態を解析する解析手段と、
   前記解析手段で解析した解析結果の通知を生成する通知生成手段と、
   前記通知生成手段で生成した解析結果の通知を使用者の端末へ送信する通知送信手段とを備えるモニタ解析装置を備え、
   前記モニタ解析装置は、使用者の端末から通知依頼を受信したときに、前記通信回線を介して前記受信手段によって前記自動培養装置から前記細胞の拡大画像を受信し、前記解析手段によって細胞の培養状態を解析し、前記通知生成手段で解析結果の通知を生成し、前記通知送信手段によって使用者の端末へ通知を送信することを特徴とする自動培養システム。
9. 請求項６〜８のいずれか一項に記載の自動培養システムにおいて、
   前記自動培養装置は、前記制御手段で制御され、前記培養容器内の細胞を他の培養容器に移して継代する継代手段をさらに備えることを特徴とする自動培養システム。
10. 請求項７〜９のいずれか一項に記載の自動培養システムにおいて、
    前記通知生成手段は、前記解析手段で解析した解析結果の内容を前記解析結果の通知として生成することを特徴とする自動培養システム。
11. 請求項６〜１０のいずれか一項に記載の自動培養システムにおいて、
    前記自動培養装置は、
    前記培養手段における細胞の培養環境を検出する検出手段と、
    前記検出手段で検出した細胞の培養環境データを送信する細胞培養環境データ送信手段とをさらに有し、
    前記受信手段は、前記細胞の培養環境データ送信手段から送信された前記細胞培養環境データを受信することを特徴とする自動培養システム。
12. 請求項１１に記載の自動培養システムにおいて、
    前記検出手段は、培養容器内の培地のＰＨ値、および温度を検出することを特徴とする自動培養システム。
13. 請求項１１または１２に記載の自動培養システムにおいて、
    前記受信手段が受信した前記細胞培養環境データ、および前記細胞の拡大画像と、前記解析手段で解析した解析結果とを個々の細胞と関連付けた時系列データとして保存する保存手段をさらに有することを特徴とする自動培養システム。
14. 請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の自動培養システムにおいて、
    前記モニタ解析装置は、前記受信手段が受信した前記細胞の培養環境データに基づいて、前記培養手段における細胞の培養環境を監視するとともに、前記検出手段の故障を検出することを特徴とする自動培養システム。
15. 請求項６〜１４のいずれか一項に記載の自動培養システムにおいて、
    前記培養手段は、前記制御手段で制御されることを特徴とする自動培養システム。

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