JP2011050344A - Apparatus for culturing cell - Google Patents
Apparatus for culturing cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011050344A JP2011050344A JP2009203746A JP2009203746A JP2011050344A JP 2011050344 A JP2011050344 A JP 2011050344A JP 2009203746 A JP2009203746 A JP 2009203746A JP 2009203746 A JP2009203746 A JP 2009203746A JP 2011050344 A JP2011050344 A JP 2011050344A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stirring
- cell culture
- cell
- culture device
- culture vessel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
- C12M41/30—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
- C12M41/36—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of biomass, e.g. colony counters or by turbidity measurements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
- C12M27/16—Vibrating; Shaking; Tilting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
Abstract
Description
本発明は、培養容器内の液体中で培養される細胞を観察することが可能な細胞培養装置に関する。 The present invention relates to a cell culture apparatus capable of observing cells cultured in a liquid in a culture container.
細胞の継代培養を行う場合には、培養容器内の培養液を交換する作業や、細胞を新しい培養液へ播種する作業が必要となる。最近では、再生医療用の幹細胞に関する継代培養も行われており、継代培養の作業性の向上を図った細胞培養装置も提案されている(特許文献1参照)。 When performing subculture of cells, it is necessary to replace the culture solution in the culture vessel or to inoculate the cells into a new culture solution. Recently, subculture for stem cells for regenerative medicine has also been performed, and a cell culture apparatus that improves workability of subculture has also been proposed (see Patent Document 1).
このような継代培養では、培養容器の底面(以下、「接着面」と称する。)に対する細胞の接着強度と、細胞同士の接着強度との関係によっては、細胞が増殖する過程で一部の細胞群が凝集し、培養容器内で密度の不均一性(以下、「凝集ムラ」と称する。)が発生することがある。この状態で培養を続行すると、高密度で凝集した細胞群の中で十分な栄養を吸収できずに死滅する細胞が多くなるため、培養容器内における細胞の増殖効率は、著しく低下する虞がある。 In such subculture, depending on the relationship between the adhesion strength of the cells to the bottom surface of the culture vessel (hereinafter referred to as “adhesion surface”) and the adhesion strength between the cells, some of the cells grow in the process of proliferation. A group of cells may aggregate and non-uniform density (hereinafter referred to as “aggregation unevenness”) may occur in the culture vessel. If culturing is continued in this state, the cell growth efficiency in the culture vessel may be significantly reduced because more cells in the densely aggregated cells cannot absorb sufficient nutrients and die. .
本発明は、培養容器内の液体中で培養される細胞の増殖効率を向上させることのできる細胞培養装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the cell culture apparatus which can improve the proliferation efficiency of the cell cultured in the liquid in a culture container.
本発明の細胞培養装置は、培養容器内の液体中で培養される細胞群の密度分布を検出する検出手段と、前記培養容器を揺動させることにより前記培養容器内の前記細胞を攪拌する攪拌手段と、前記検出時及び前記攪拌時における前記培養容器の環境を、予め設定された環境に制御する環境制御手段と、前記検出手段が検出した密度分布に基づき、前記攪拌手段による前記揺動のパターンを設定する動作制御手段とを備えたことを特徴とする。 The cell culture device of the present invention includes a detection means for detecting a density distribution of a group of cells cultured in a liquid in a culture container, and agitation for stirring the cells in the culture container by swinging the culture container. Means for controlling the environment of the culture vessel at the time of detection and at the time of stirring to a preset environment, and based on the density distribution detected by the detection means, And an operation control means for setting a pattern.
本発明によれば、培養容器内の液体中で培養される細胞の増殖効率を向上させることのできる細胞培養装置を提供することを目的にする。 An object of the present invention is to provide a cell culture device capable of improving the proliferation efficiency of cells cultured in a liquid in a culture vessel.
以下、本実施形態の細胞培養装置の構成を詳細に示す。図1から図3に示すように、細胞培養装置10は、微生物や細胞などの試料を培養する第1筐体11と、制御ユニット13を収納する第2筐体12とを備えている。細胞培養装置10の組立状態において、第1筐体11は第2筐体12の上部に配置される。
Hereinafter, the structure of the cell culture apparatus of this embodiment is shown in detail. As shown in FIGS. 1 to 3, the
第1筐体11は、内部が断熱材で覆われた恒温室15を備えている。この恒温室15は、第1筐体11の正面に形成された正面開口16によって外部と連絡している。第1筐体11の正面開口16は、内扉17と2枚の外扉18a,18bによって閉塞される。この内扉17及び外扉18a,18bの背面側の周縁部にはパッキン等が設けられ、それぞれの扉を閉じたときに恒温室15の内部が気密に保持される。つまり、内扉17のみが閉じられた場合や、内扉17だけでなく2枚の外扉18a,18bがそれぞれ閉じられた場合には、細胞培養装置10の外部から恒温室15の内部への熱の流入や、恒温室15の内部から細胞培養装置10の外部への熱の流出が防止される。なお、恒温室15の内部は、図示を省略した温度調整装置、噴霧装置などにより予め定めた環境条件(温度、湿度、二酸化炭素濃度等)となるように管理される。
The
上述した外扉18a,18bのうち、外扉18bには搬入用扉22が設けられる。この搬入用扉22は、培養容器31を収納したキャリー25をキャリー設置台26に搬入する、又はキャリー設置台26に設置されたキャリー25を搬出する際に開放される。この搬入用扉22を開放すると、開口23を介して内扉17に設けられた小扉24が露呈される。内扉17及び小扉24は、ガラスや透明な合成樹脂から形成されており、外扉18a,18bを開放した場合であっても、その内部の環境条件が急激に変化しないようになっている。この内扉17に設けられる小扉24を開放することで、培養容器31が収納されたキャリー25をキャリー設置台26に搬入する、又はキャリー設置台26に設置されたキャリー25を搬出することが可能となる。なお、キャリー25は、例えば培養容器31を所定の間隔を空けて3個上下に収納することができる。
Of the
恒温室15の内部には、キャリー設置台26、ストッカー27、容器搬送機構28、攪拌装置29、観察ユニット30等が配置される。なお、図示は省略するが、この恒温室15の内部には、培地交換を行う培地交換機構や、細胞の播種を行う播種機構などが設けられている。
Inside the temperature-controlled
上述したように、キャリー設置台26は、その上部にキャリー25が載置される。図示は省略するが、キャリー設置台26には、側面にガイドレールが設けられている。このガイドレールは、キャリー25の下面にガイドレールが入り込む間隔を空けて設けられた案内溝に入り込むことで、搬入又は搬出されるキャリー25の移動方向を規制する。なお、この案内溝の延出方向は、培養容器31をキャリー25に搬入する方向、又は培養容器31をキャリーから搬出する方向と直交している。
As described above, the
ストッカー27は、第1筐体11の正面からみて恒温室15の左側に配置される。ストッカー27は複数の棚を有しており、各々の棚には培養容器31が収納される。なお、このストッカー27においては、培養容器31を収納する位置(以下、収納位置)が予め設定されている。各収納位置には、他の収納位置と識別するための識別番号が対応付けられており、この識別番号により、培養容器31の観察スケジュールや画像データなどが、培養容器31毎に管理される。
The
このストッカー27に載置される培養容器31としては、ディッシュ、ウェルプレート、フラスコなどが挙げられる。各々の培養容器31には、細胞など培養対象となる試料が培養液とともに保持される。これら培養容器31は、この細胞培養装置による細胞培養及び細胞観察を行う際には、透明なトレー状のホルダー32に位置決め固定された状態で取り扱われる。
Examples of the
容器搬送機構28は、第1筐体11の正面からみて恒温室15の略中央に配置される。この容器搬送機構28は、キャリー25に収納された培養容器31をストッカー27へ搬送したり、ストッカー27に収納された培養容器31を、キャリー25、観察ユニット、攪拌装置29などへ搬送したりする。この容器搬送機構28の各部の位置はエンコーダ等を介して、制御ユニット13にモニタされる。
The
攪拌装置29は、培養容器31の培養液へ細胞を播種した直後に生じる播種ムラや、培養の過程で生じる細胞の凝集ムラを解消するために設けられる。
The
次に、攪拌装置29の詳細な構成を図4に基づき説明する。図4に示すとおり、攪拌装置29は、Xステージ35、Yステージ36、回転ステージ37、基台38を備えている。Xステージ35は、攪拌装置の最上部に配置され、その上面に培養容器31を位置決めするプレート39が取り付けられる。培養容器31を固定したホルダー32は、プレート39の上面に位置決め固定される。このXステージ35は、X軸駆動部40によってX軸方向に駆動され、X軸方向へ移動する。
Next, a detailed configuration of the stirring
Yステージ36は、Xステージ35と回転ステージ37との間に配置される。このYステージ36は、Y軸駆動部41により駆動され、Y軸方向へ移動する。このYステージ36がY軸方向に移動する際に、Xステージ35もYステージ36とともにY軸方向に移動する。
The
回転ステージ37は、Yステージ36と基台38との間に配置される。この回転ステージ37は、回転駆動部42によって駆動され、回転軸Lの周り(θ方向)に回転する。この回転ステージ37の回転に併せて、Xステージ35及びYステージ36も回転する。
The
なお、図4においては、図の煩雑さを解消するために、X軸駆動部40、Y軸駆動部41、回転駆動部42を、Xステージ35、Yステージ36、回転ステージ37、基台38の外部に配置している形態としているが、実際には、攪拌装置29の内部に配置されているものとする。
In FIG. 4, in order to eliminate the complexity of the drawing, the
このような構成の攪拌装置29においては、Xステージ35の移動、Yステージ36の移動、回転ステージ37における回転の少なくともいずれか1つ、或いはこれらの組み合わせにより培養容器31を揺動し、培養容器31内の培養液中の細胞を攪拌する。なお、攪拌装置29のX軸駆動部40、Y軸駆動部41、回転駆動部42は、後述する制御ユニット13からの指示に従ってXステージ35、Yステージ36、回転ステージ37をそれぞれ駆動制御する。
In the stirring
この攪拌装置29の全体は、飛散防止ケース45の内部に収納されており、飛散防止ケース45ごと取り外し、恒温室15の外部へ取り出すことが可能である。この飛散防止ケース45は、攪拌処理中に培養容器31の隙間(例えば、容器と蓋との間に生じる隙間)から培養液(培養液中の細胞も含む)が飛散した場合に、その培養液が恒温室15の他の機構に飛散するという不具合を防止する働きがある。
The
また、飛散防止ケース45の側面のうち、容器搬送機構28に対面する側面上部には、開口46が設けられている。この開口46を設けることで、容器搬送機構28によって搬送される培養容器31を飛散防止ケース45の内部に配置された攪拌装置29へと搬入すること、及び、攪拌装置29に位置決めされた培養容器31を飛散防止ケース45の外部へと搬出することがそれぞれ可能となる。この開口46には導入扉47が取り付けられている。
In addition, an
導入扉47は、開口46を遮蔽する位置(遮蔽位置)と、開口46を露呈する位置(露呈位置)との間で回動自在である。この導入扉47は、通常遮蔽位置に保持される。この導入扉47は、攪拌装置29により攪拌処理された培養容器31を飛散防止ケース45の外部に搬出する場合や、攪拌処理を施す培養容器31を攪拌装置29に載置するために飛散防止ケース45の内部に搬入する場合に、開閉機構48によって、遮断位置から露呈位置へと回動される。なお、導入扉47が遮蔽位置にあるときには、拡散防止ケース45の気密性は保たれる。
The
また、攪拌装置29のプレート39とXステージ35との間には、重量センサ(図示省略)が設けられている。この重量センサにより、攪拌処理の前後における培養容器31の重量変化を検出すれば、攪拌処理時における培養液の飛散の有無を検知することが可能である(詳細は後述する。)。
A weight sensor (not shown) is provided between the
また、撹拌装置29において、基台28の載置面側には、電気配線用のコネクタ(図示省略)が突設されており、飛散防止ケース45の底面部には、そのコネクタを挿通するための開口(図示省略)が形成されている。撹拌装置29及び飛散防止ケース45が恒温室15に取り付けられた状態にあるとき、撹拌装置29のコネクタは、飛散防止ケース45の開口を介して恒温室15の側に設けられた電気配線用のコネクタ(図示省略)へ嵌め込まれる。これによって、X軸駆動部40、Y軸駆動部41、回転駆動部42、開閉機構48、重量センサ(図示省略)の各々は、制御ユニット13に対して電気的に接続される。
Further, in the stirring
また、この飛散防止ケース45の開口46が設けられる側面とは反対側の側面には、ガス交換用のコネクタ49が設けられる。このコネクタ49には、コンプレッサ50(図2参照)のチューブ51の一端に設けられたコネクタ52が嵌め込まれる。コンプレッサ50が作動すると、飛散防止ケース45の内部の気圧が恒温室15の内部の気圧よりも低圧になる。なお、コンプレッサ50は、制御ユニット13からの指示に応じて駆動される。
Further, a
観察ユニット30は、その本体が第2筐体12の内部に設置され、観察ユニット30の上部が、第1筐体11の下方から内部に入り込むように配置される。観察ユニット30は、第1筐体11の正面からみて恒温室15の右側に配置される。この観察ユニット30は第1筐体11の底面の開口に嵌め込まれて配置される。この観察ユニット30は、培養容器31の一部の画像や、全体の画像などを取得する(観察ユニット30の詳細は後述する。)。
The main body of the
次に、細胞培養装置10の電気的構成を図5に基づき説明する。図5に示すとおり、第2筐体12には、上記の観察ユニット30の本体部分58と、制御ユニット13とが格納される。また、第2筐体12の前面には、モニタ65aおよび入力部65bを備えた操作パネル65が配置されている。なお、入力部65bとしては、キーボードやマウスなどが挙げられる。制御ユニット13には、通信回線66を介してコンピュータ67を接続することも可能である。
Next, the electrical configuration of the
制御ユニット13は、容器搬送機構28、攪拌装置29、開閉機構48,観察ユニット30、操作パネル65のモニタ65aおよび入力部65bとそれぞれ接続されている。そして、制御ユニット13は、所定のプログラムに従って細胞培養装置10の各部を統括的に制御する。一例として、制御ユニット13は、操作パネル65の入力部65bの操作やコンピュータ67の操作によって入力される培養容器31の種類や細胞の種類などに応じて培養容器31の観察スケジュールを自動的に決定する。そして、制御ユニット13は決定された観察スケジュールに基づいて培養容器31の観察シーケンスを自動的に実行する。
The
ここで、制御ユニット13は、通信部71、データベース部72、メモリ73、CPU74を有している。なお、通信部71、データベース部72、メモリ73は、それぞれCPU74と接続されている。通信部71は、無線または有線の通信回線を介して、細胞培養装置10の外部にあるコンピュータ67とのデータ送受信を実行する。
Here, the
メモリ73には、上記の観察シーケンスに関わるプログラムや演算用データが記録されている。演算用データには、後述する攪拌パターン(播種ムラ解消用の攪拌パターン、凝集ムラ解消用の攪拌パターン)をCPU74が決定するのに必要な情報(後述するルックアップテーブルなど)が含まれる。
The
データベース部72には、管理ファイル75が培養容器31毎に用意されており、個々の培養容器31の管理ファイル75には、培養容器31の観察スケジュール、培養容器31の環境条件(温度、湿度、二酸化炭素濃度、撹拌パターン等)の履歴情報、培養容器31の画像データなどが適宜に書き込まれる。なお、個々の培養容器31と、それに対応する管理ファイル75とには、共通の識別番号が割り振られる。
In the
CPU74は、制御ユニット13の各種の演算処理を実行するプロセッサである。このCPU74は、画像解析部81、撹拌パターン設定部82の機能を有している。画像解析部81には、観察ユニット30が取得した画像に対して画像解析処理を施す機能があり、撹拌パターン設定部82には、攪拌装置29の攪拌パターンを設定・調整する機能がある(これらの機能の詳細は、後述する。)。
The
次に、観察ユニット30の構成を図6に基づき説明する。図6に示すとおり観察ユニット30は、試料台347と、第1照明部351と、第2照明部352と、顕微観察部353と、容器観察部354とを有している。
Next, the configuration of the
このうち、顕微観察部353は本体部分349に内蔵されており、照明部351は、アーム348のうち、顕微観察部353と対向する位置に配置される。これらの顕微観察部353と第1照明部351とが位相差観察用の観察系を構成する。
Among these, the
また、容器観察部354はアーム348に収納されており、第2照明部352は、本体部分349のうち、容器観察部354と対向する位置に配置される。これらの容器観察部354と第2照明部352とが全体観察用の観察系を構成する。
The
試料台347は、透明な部材で構成されており、その上に培養容器31が載置される。この試料台347は、高精度なステージからなり、培養容器31を水平方向(XY方向)に移動させることにより、培養容器31を位相差観察用の顕微鏡(顕微観察部353及び第1照明部351)の光路へ挿入したり、全体観察用の観察系(容器観察部354及び第2照明部352)の光路へ挿入したりすることができる。
The
また、試料台347は、培養容器31と位相差観察用の顕微鏡との間のZ方向の位置関係を変化させることにより、位相差観察用の顕微鏡の焦点調節を行うことができる。また、試料台347は、培養容器31と位相差観察用の顕微鏡とのXY方向の位置関係を変化させることにより、位相差観察用の顕微鏡の観察ポイントを変更することができる。
The
観察ユニット30は、培養容器31を全体観察用の観察系(容器観察部354及び第2照明部352)の光路へ挿入した状態で、培養容器31の全体像を撮像することができる。
The
また、観察ユニット30は、培養容器31を位相差観察用の顕微鏡(顕微観察部353及び第1照明部351)の光路へ挿入した状態で、培養容器31の一部の拡大位相差像を撮像することができる。
In addition, the
なお、顕微観察部353の対物レンズ361及び位相フィルタ362の組み合わせは、観察倍率の異なる複数種類の組み合わせの間で切り替えることが可能である。例えば、対物レンズ361及び位相フィルタ362の組み合わせは、2倍観察用の組み合わせ(対物レンズ361low及び位相フィルタ362low)と、4倍観察用の組み合わせ(対物レンズ361high及び位相フィルタ362high)との間で切り替わる。
Note that the combination of the
観察ユニット30は、対物レンズ361low及び位相フィルタ362lowを光路に設定した状態で倍率2倍の位相差画像(低倍位相差画像)を取得することができ、対物レンズ361high及び位相フィルタ362highを光路に設定した状態で倍率4倍の位相差画像(高倍位相差画像)を取得することができる。
The
次に、本実施形態の培養容器31を図7に基づき説明する。本実施形態では、培養容器31を、図7(A)、(B)に示すとおり蓋付きの透明なディッシュと仮定する。培養容器31は、培養液31bで満たされており、継代培養に当たっては、培養液31bのほぼ全域に対して細胞が播種される。播種した直後の細胞は、図7(A)に示すとおり培養容器31の底面(接着面)や他の細胞に接着せずに浮遊しており、前述した播種ムラは、この状態における細胞の密度ムラのことである。
Next, the
その後、培養が進むと、細胞は、図7(B)に示すとおり培養容器31の底面(接着面)に接着し、増殖する。この増殖が進んだ状態では、多くの細胞は培養容器31の底面(接着面)又は他の細胞に対して接着している。前述した凝集ムラは、この状態における細胞の密度ムラのことである。
Thereafter, as the culture proceeds, the cells adhere to the bottom surface (adhesion surface) of the
次に、培養容器31の登録時における制御ユニット13の動作(CPU74の動作)を図8に基づき説明する。以下、図8の各ステップを順に説明する。なお、本フローの開示時点では、継代直後の培養容器31がキャリー25に収められ、キャリー設置台26にセットされているものとする。この培養容器31は、上述した培地交換機構及び播種機構によって継代の処理が施された直後の培養容器、或いは、ユーザの手によって継代の処理が施された直後の培養容器である。
Next, the operation of the control unit 13 (the operation of the CPU 74) when registering the
ステップS11:CPU74は、キャリー設置台26にセットされた培養容器31を観察ユニット30へ移動するよう容器搬送機構28へ指示を与える。容器搬送機構28は、その培養容器31を観察ユニット30の試料台347上の所定位置へ搬送する。なお、試料台347における培養容器31の載置位置は、位置決め用のピンなどにより、予め決められたとおりに位置決めされる。
Step S11: The
また、ユーザが、培養容器31の種類(容器種)と培養容器31に播種された細胞の種類(細胞種)とを入力部65などを介して入力すると、CPU74は、入力された容器種と細胞種との組み合わせに応じて培養容器31の観察スケジュールを決定する。観察スケジュールは、培養容器31の観察期間と、その観察期間内における観察タイミング(観察頻度)などである。
When the user inputs the type (container type) of the
そして、CPU74は、培養容器31に専用の管理ファイル75をデータベース部72に作成すると、入力された容器種及び細胞種と、決定した観察スケジュールとを、その管理ファイル75へ書き込む。
Then, when the
ステップS12:CPU74は、培養容器31の全体画像を取得するよう観察ユニット30へ指示する。但し、ここでいう全体画像は、培養容器31における細胞の密度分布を可視化することのできる全体画像である。よって、ここでは全体画像を、位相差観察による全体画像と仮定する。観察ユニット30は、試料台347をXY方向へ移動させることにより、培養容器31を顕微観察部353の光路へ挿入すると共に、対物レンズ361及び位相フィルタ362の組み合わせを例えば4倍観察用の組み合わせに設定する。但し、この状態で位相差観察できるのは、培養容器31の全体ではなく一部のみである。よって、観察ユニット30は、試料台347をステップ状に移動させながら位相差画像を繰り返し取得することにより、培養容器31の互いに異なる領域を写した複数枚の部分画像を取得し、それらの部分画像をCPU74へ送出する。CPU74の画像解析部81は、それら複数枚の部分画像を適切に繋ぎ合わせることにより、培養容器31の全体を示す全体画像を作成し、その全体画像をモニタ65aへ表示する(図9参照)。
Step S12: The
この全体画像には、培養容器31のほぼ全体の像が収まっており、全体画像の中心に培養容器31の中心が一致している。全体画像は位相差観察画像なので、培養容器31の輪郭だけでなく、播種された細胞も写っている。全体画像上で細胞が高密度で存在している領域の輝度は相対的に高くなり、細胞が低密度で存在している領域の輝度は相対的に低くなる。なお、ここでは、培養容器31の輪郭の輝度は、細胞が最も高密度で浮遊している領域の輝度よりも高いと仮定する。また、図9では、輝度の高い領域を高い濃度で表し、輝度の低い領域を低い濃度で表した。以下の各図でも輝度と濃度との関係は同様とする。
In this whole image, an almost whole image of the
ステップS13:CPU74の画像解析部81は、ステップS12で取得した全体画像に対して二値化処理を施し、全体画像のうち輝度が閾値範囲に収まっている領域を抽出する。但し、その閾値範囲の下端値は、想定しうる播種ムラの中で高密度に細胞が存在している領域の輝度と、低密度で細胞が存在している領域の輝度との間の値に設定され、閾値範囲の上端値は、培養容器31の輪郭の輝度と下端値との間の値に設定される。よって、画像解析部81は、抽出した領域の中でサイズが最大の領域を見出し、その領域のサイズを、播種ムラの程度の指標として算出する。
Step S13: The
ステップS14:CPU74は、ステップS13で算出したサイズが閾値を超過したか否かを判別し、超過していた場合には解消すべき播種ムラが発生しているとみなしてステップS15へ移行し、超過していなかった場合には解消すべき播種ムラが発生していないとみなしてステップS19へ移行する。
Step S14: The
ステップS15:CPU74の撹拌パターン設定部82は、管理ファイル75に格納された容器種の情報を参照し、攪拌装置29の攪拌パターンを、その容器種に適した攪拌パターンに設定する。但し、ここで設定される攪拌パターンは、播種ムラ解消用の撹拌パターンであり、例えば図10に示すとおり、X軸方向DXの直線揺動と、Y軸方向DXの直線揺動とを組み合わせたものである。
Step S15: The stirring
具体的に、本ステップにおける攪拌パターン設定部82は、攪拌装置29のX軸駆動部40のメモリに対して例えば図11の上段に示すような駆動波形を書き込み、Y軸駆動部41のメモリに対して例えば図11の中段に示すような駆動波形を書き込み、回転駆動部42のメモリに対して例えば図11の下段に示すような駆動波形(フラットな駆動波形)を書き込む。なお、図11の横軸tは時間であり、縦軸VXはXステージ35の速度であり、縦軸VYはYステージ36の速度であり、縦軸Vθは回転ステージ37の角速度である(後述する図20も同様。)。
Specifically, the stirring
これらの駆動波形は、培養容器31に対して+X軸方向の撹拌用の外力を加える直線揺動waと、培養容器31に対して−X軸方向の撹拌力を加える直線揺動wbと、培養容器31に対して+Y軸方向の撹拌力を加える直線揺動wcと、培養容器31に対して−Y軸方向の撹拌力を加える直線揺動wdとを順に行うための波形である。
These driving waveforms include a linear oscillation wa that applies an external force for agitation in the + X axis direction to the
これらの直線揺動wa〜wdの間で駆動波形の形状は共通であり、個々の駆動波形は、揺動開始直後にステージの速度を急激に上昇させてからゆっくりと低下させ、ステージが停止した時点でステージの移動方向を反転させ、揺動開始時点の状態へとステージをゆっくりと戻すものであり、揺動初期の急速な加速期間中に培養容器31内にある細胞へ撹拌力を加えることができる。
The shape of the drive waveform is common between these linear swings wa to wd, and the individual drive waveforms suddenly increase the speed of the stage immediately after the start of the swing, and then slowly decrease, and the stage stops. It reverses the moving direction of the stage at the time and slowly returns the stage to the state of the start of rocking, and applies stirring force to the cells in the
なお、直線揺動wa〜wdの各々の揺動強度(ここでは揺動開始直後の加速度の大きさ)は、予め決められた値(播種ムラ解消用の値)に設定される。また、直線揺動wa〜wdの各々の揺動回数も、予め決められた値(播種ムラ解消用の値)に設定される。また、直線揺動wa〜wdの各々の揺動振幅(ここでは揺動開始直後の加速期間の長さ)も、予め決められた値(播種ムラ解消用の値)に設定される。 It should be noted that the rocking strength of each of the linear rocking wa to wd (here, the magnitude of acceleration immediately after the rocking starts) is set to a predetermined value (a value for eliminating seeding unevenness). Further, the number of swings of each of the linear swings wa to wd is also set to a predetermined value (a value for eliminating seeding unevenness). In addition, the swing amplitude of each of the linear swings wa to wd (here, the length of the acceleration period immediately after the start of swing) is also set to a predetermined value (a value for eliminating seeding unevenness).
ステップS16:CPU74は、撹拌装置29の導入扉47を開くよう開閉機構48へ指示を出すと共に、培養容器31を撹拌装置29へ移動するよう容器搬送機構28へ指示を与える。開閉機構48は、導入扉47の回動位置を前述した露呈位置に設定し、容器搬送機構28は、その状態で開放された開口46から撹拌装置29の内部へと培養容器31を搬送し、ホルダー32に装着する。なお、プレート39に対する培養容器31の載置位置は、ホルダー32により、予め決められたとおりに位置決めされる。以下、培養容器31がプレート39に対して位置決めされ、Xステージ35、Yステージ36、回転ステージ37の各々が基準状態(非駆動状態)にあるときには、培養容器31の中心に回転軸Lが位置するものと仮定する。
Step S16: The
その後、CPU74が導入扉47を閉じるよう開閉機構48へ指示を出すと、開閉機構48は、導入扉47を遮蔽位置に戻し、撹拌処理が開始可能な状態とする。
Thereafter, when the
ステップS17:CPU74は、設定中の攪拌パターン(図11)による攪拌処理を実行する。なお、攪拌処理の詳細は、後述する。設定中の撹拌パターン(図11)によると、培養容器31内の培養液がX軸方向及びY軸方向にかけて均等に撹拌されるので、播種ムラの解消が期待できる。
Step S17: The
ステップS18:CPU74は、撹拌装置29の導入扉47を開くよう開閉機構48へ指示を出すと共に、培養容器31を観察ユニット30の試料台347へ移動させるよう容器搬送機構28へ指示を与える。開閉機構48は、導入扉47の回動位置を前述した露呈位置に設定し、容器搬送機構28は、開口46から培養容器31を取り出し、試料台347上の所定位置へ搬送する。なお、試料台347における培養容器31の載置位置は、位置決め用のピンなどにより、予め決められたとおりに位置決めされる。その後、CPU74は、搬送機構29の導入扉47を閉じるよう開閉機構48へ指示を出す。開閉機構48は、導入扉47を再び遮蔽位置に戻し、ステップS12に戻る。
Step S18: The
ステップS19:CPU74は、直前のステップS12で取得した全体画像のデータを、現在の日時に対応付けた上で、培養容器31の管理ファイル75へ書き込む。
Step S19: The
ステップS20:CPU74は、培養容器31をストッカー27へ収納するよう容器搬送機構28へ指示を与える。容器搬送機構28は、試料台347に載置されている培養容器31をストッカー27へ収納する。これによって、登録のフローが終了する。
Step S20: The
次に、培養容器31の観察時における制御ユニット13の動作(CPU74の動作)を図12に基づき説明する。以下、図12の各ステップを順に説明する。なお、ここでは、最初の観察は、図8のフローの終了後に細胞が接着面へ接着するのに必要な定着時間(2時間程度)の経過後に行われるものとし、2回目以降の観察は、その定着時間より十分に長い所定時間毎(例えば24時間毎)に行われるものとする。
Next, the operation of the
ステップS21:CPU74は、管理ファイル75に書き込まれた観察スケジュールと現在の日時とを比較し、観察時期が到来したか否かを判別する。観察時期が到来した場合にはステップS22へ進み、観察時期が到来していない場合には待機する。
Step S21: The
ステップS22:CPU74は、初回フラグをオンする。この初回フラグは、これから行われる攪拌が再攪拌であるか否かを示すためのフラグである。
Step S22: The
ステップS23:CPU74は、培養容器31を観察ユニット30へ搬送するよう容器搬送機構28へ指示を与える。容器搬送機構28は、ストッカー27に収納されている培養容器31を観察ユニット30の試料台347上の所定位置へ搬送する。なお、試料台347における培養容器31の載置位置は、位置決め用のピンなどにより、予め決められたとおりに位置決めされる。
Step S23: The
ステップS24:CPU74は、前述したステップS12と同様の手順で培養容器31の全体画像を取得し、その全体画像をモニタ65aへ表示する(図13)。この全体画像には、培養容器31の内部で凝集している細胞や、培養容器31の内部で浮遊している細胞が写っている。全体画像上で細胞が高密度で存在している領域の輝度は相対的に高くなり、細胞が低密度で存在している領域の輝度は相対的に低くなる。なお、ここでは、培養容器31の輪郭の輝度は、細胞が最も高密度で凝集している領域の輝度よりも低いと仮定する。
Step S24: The
ステップS25:CPU74の画像解析部81は、ステップS24で取得した全体画像に対して二値化処理を施し、全体画像のうち輝度が閾値を超過しているような領域を抽出する(図14)。但し、その閾値は、培養容器31の輪郭の輝度と、細胞が最も高密度で凝集している領域の輝度との間の値に設定される。よって、画像解析部81は、抽出した領域の中でサイズが最大の領域を、細胞が高密度かつ広範囲に凝集している領域(凝集領域)Aaとみなし(図15)、その凝集領域Aaのサイズを、凝集ムラの程度の指標として計算する。
Step S25: The
ステップS26:CPU74は、ステップS25で算出したサイズが閾値を超過したか否かを判別し、超過していた場合には、解消すべき凝集ムラが発生しているとみなしてステップS27へ移行し、超過していなかった場合には、解消すべき凝集ムラが発生していないとみなしてステップS36へ移行する。
Step S26: The
ステップS28:CPU74の攪拌パターン設定部82は、攪拌装置29の攪拌パターンを、次の手順(a)〜(e)により設定する。
Step S28: The stirring
(a)攪拌パターン設定部82は、図16に示すとおり、全体画像における凝集領域Aaの中心座標(X1,Y1)を算出すると共に、図17に示すとおり、中心座標(X1,Y1)から等角度ずつ異なる方向へ放射状に延びる複数の線分(ここでは、90°ずつずれた4本の線分とする。)を想定し、それらの線分により全体画像を複数の部分領域(ここでは、4つの部分領域A1、A2、A3、A4)に分割する。
(A) stirring
(b)攪拌パターン設定部82は、全体画像における部分領域A1の輝度平均値と、部分領域A2の輝度平均値と、部分領域A3の輝度平均値と、部分領域A4の輝度平均値とをそれぞれ算出し、それら部分領域A1、A2、A3、A4のうち、輝度平均値が最も小さいような部分領域を、非凝集領域Anとみなす。なお、本手順(b)における輝度平均値の算出では、凝集領域Aaの画素は平均化対象から外されることが望ましい。
(B) agitating the
(c)攪拌パターン設定部82は、非凝集領域Anの中心座標(X1’,Y1’)を算出し、凝集領域Aaの中心座標(X1,Y1)から非凝集領域Anの中心座標(X1’,Y1’)へ向かう単位ベクトルD1を求め、その単位ベクトルD1のX成分であるベクトルD1Xと、単位ベクトルD1のY成分であるベクトルD1Yとを求める(図18)。
(C) The stirring
(d)攪拌パターン設定部82は、凝集領域Aaの中心座標(X1,Y1)を所定の変換式へ当てはめることにより、凝集領域Aaの中心に撹拌装置29の回転軸Lを配するために必要なXステージ35の移動量LXとYステージ36の移動量LYとを算出する。これによって、解消すべき凝集ムラの情報が全て収集されたことになる。
(D) The stirring
(e)攪拌パターン設定部82は、管理ファイル75に格納された容器種及び細胞種の情報を参照し、攪拌装置29の攪拌パターンを、その容器種及び細胞種の組み合わせと、上述した凝集ムラとに適した攪拌パターンに設定する。但し、ここで設定される撹拌パターンは、凝集ムラ解消用の撹拌パターンであり、例えば図19に示すとおり、凝集領域Aaの中心周りの回転揺動と、D1方向の直線揺動とを組み合わせたものである。
(E) The stirring
具体的に、手順(e)における攪拌パターン設定部82は、X軸駆動部40のメモリに対して例えば図20の上段に示すような駆動波形を書き込み、Y軸駆動部41のメモリに対して例えば図20の中段に示すような駆動波形を書き込み、回転駆動部42のメモリに対して例えば図20の下段に示すような駆動波形を書き込む。
Specifically, the stirring
これらの駆動波形は、培養容器31に対して加わる外力を最小限に抑えたまま、凝集領域Aaの中心に回転軸Lが一致するよう培養容器31をシフトさせる直線移動waと、培養容器31に対して+θ方向の外力を加えることで、+θ方向の攪拌力を細胞に与える回転揺動wbと、培養容器31に対して−θ方向の外力を加えることで、−θ方向の攪拌力を細胞に与える回転揺動wcと、培養容器31に対して−D1方向の外力を加えることで、−D1方向の攪拌力を細胞に与える直線揺動wdとを順に行うためのものである。
These drive waveforms are applied to the
なお、直線移動waに関する駆動波形(X軸方向及びY軸方向の駆動波形)は、手順(d)で算出した移動量LX、LYから算出され、直線揺動wdに関する駆動波形(Y軸方向及びY軸方向の駆動波形)は、手順(c)で算出したベクトルD1X、D1Yから算出される。 The drive waveform (the drive waveform in the X-axis direction and the Y-axis direction) relating to the linear movement wa is calculated from the movement amounts L X and L Y calculated in the procedure (d), and the drive waveform (Y-axis relating to the linear movement wd). Drive waveform in the direction and the Y-axis direction) is calculated from the vectors D 1X and D 1Y calculated in step (c).
また、回転揺動wb、回転揺動wcの各々の駆動波形は、揺動開始直後にステージの角速度を急激に上昇させてからゆっくりと低下させ、ステージが停止した時点でステージの回動方向を反転させ、揺動開始時点の姿勢にゆっくりとステージを戻すものであり、揺動初期の急速な加速期間中に培養容器31内の細胞へ撹拌力を加えることができる。
In addition, the drive waveforms of the rotation swing wb and the rotation swing wc increase the angular velocity of the stage abruptly immediately after the start of the swing, and then slowly decrease it. When the stage stops, the rotation direction of the stage is changed. The stage is slowly reversed and returned to the posture at the time of starting rocking, and stirring force can be applied to the cells in the
また、直線揺動wdの駆動波形は、揺動開始直後にステージの速度を急激に上昇させてからゆっくりと低下させ、ステージが停止した時点でステージの移動方向を反転させ、揺動開始時点の位置にゆっくりとステージを戻すものである。 Further, the drive waveform of the linear swing wd is rapidly increased immediately after the swing is started and then slowly decreased. When the stage is stopped, the moving direction of the stage is reversed, and the drive waveform at the start of the swing is reversed. The stage is slowly returned to the position.
また、回転揺動wb、回転揺動wc、直線揺動wdの各々の揺動強度(ここでは揺動開始直後の加速度の大きさ)は、容器種及び細胞種の組み合わせに適した値に設定される。なお、どのような組み合わせにどのような値が適しているかについての情報は、例えばルックアップテーブルなどの形式でメモリ73に予め格納されており、本ステップの攪拌パターン設定部82は、そのルックアップテーブルを参照することにより揺動強度を即座に設定することができるものとする。
In addition, each of the rotational swing wb, the rotational swing wc, and the linear swing wd (here, the magnitude of acceleration immediately after the start of the swing) is set to a value suitable for the combination of the container type and the cell type. Is done. Information about what value is suitable for which combination is stored in advance in the
また、回転揺動wb、回転揺動wc、直線揺動wdの各々の回数は、容器種及び細胞種の組み合わせに適した値に設定される。但し、図20では、これらの各揺動の回数が1であった場合の例を示している。なお、どのような組み合わせにどのような値が適しているかについての情報は、例えばルックアップテーブルなどの形式でメモリ73に予め格納されており、本ステップの攪拌パターン設定部82は、そのルックアップテーブルを参照することにより揺動回数を即座に設定できるものとする。
In addition, the number of rotations wb, rotation wc, and linear swing wd is set to a value suitable for the combination of container type and cell type. However, FIG. 20 shows an example in which the number of times of each swing is 1. Information about what value is suitable for which combination is stored in advance in the
また、回転揺動wb、回転揺動wc、直線揺動wdの各々の揺動振幅の大きさ(すなわち初期加速期間の長さ)は、容器種及び細胞種の組み合わせに適した値に設定される。なお、どのような組み合わせにどのような値が適しているかについての情報は、例えばルックアップテーブルなどの形式でメモリ73に予め格納されており、本ステップの攪拌パターン設定部82は、そのルックアップテーブルを参照することにより揺動振幅を即座に設定できるものとする。
In addition, the magnitude of the oscillation amplitude (ie, the length of the initial acceleration period) of each of the rotation oscillation wb, the rotation oscillation wc, and the linear oscillation wd is set to a value suitable for the combination of the container type and the cell type. The Information about what value is suitable for which combination is stored in advance in the
ステップS28:CPU74は、初回フラグがオンされているか否かを判別し、オンされていれば即座に攪拌処理を開始するべくステップS29へ移行し、オフされていれば設定中の攪拌パターンを調整するべくステップS34へ移行する。
Step S28: The
ステップS29:CPU74は、前述したステップS16と同様の手順で培養容器31を撹拌装置29へ収容する。
Step S29: The
ステップS30:CPU74は、設定中の攪拌パターン(図20)による攪拌処理を実行する(攪拌処理の詳細は、後述する。)。設定中の攪拌パターン(図20)によると、回転揺動の中心が凝集領域Aaの中心に設定されるので、凝集領域Aaの中で接着面に接着せずに他の細胞に接着している細胞を分離し、凝集領域Aaの外側に向けて浮遊させることができる。また、この撹拌パターン(図20)によると、直線揺動による撹拌力の方向が−D1方向に設定されるので、凝集領域Aaの中で接着面に接着せずに他の細胞に接着している細胞を分離し、非凝集領域Anに向けて浮遊させることができる。
Step S30: The
ステップS31:CPU74は、初回フラグをオフする。
Step S31: The
ステップS32:CPU74は、撹拌装置29の導入扉47を開くよう開閉機構48へ指示を出すと共に、培養容器31をストッカー27へ移動するよう容器搬送機構28へ指示を与える。開閉機構48は、導入扉47の回動位置を前述した露呈位置に設定し、容器搬送機構28は、その状態で開放された開口46から撹拌装置29の外部へと培養容器31を搬送し、ストッカー27へ収納する。その後、CPU74が導入扉47を閉じるよう開閉機構48へ指示を出すと、開閉機構48は、導入扉47を遮蔽位置に戻す。
Step S32: The
ステップS33:CPU74は、前述した定着時間(2時間程度)だけ待機した後、ステップS23へ戻り、ステップS23〜S26を再実行する。ステップS26において、依然として解消すべき凝集ムラが存在していた場合(ステップS26にてYES)には、CPU74は、ステップS27以降の処理を改めて行うことになる。なお、ステップS23〜S26が再実行されるときには、初回フラグはオフされているため、その後のステップS28における判別の結果はNOとなり、ステップS34が実行されることになる。
Step S33: The
ステップS34:CPU74は、凝集領域Aaのサイズを前回値と比較し、十分なサイズ縮小がみられなかった場合には、設定中の撹拌パターンに撹拌効果が無いと判断してステップS35へ移行し、十分なサイズ縮小がみられた場合には、設定中の撹拌パターンに撹拌効果があると判断してステップS29へ移行する。
Step S34: The
ステップS35:CPU74の攪拌パターン設定部82は、回転駆動部42のメモリ、X軸駆動部40のメモリ、Y軸駆動部41のメモリの内容を書き換えることにより、設定中の撹拌パターン(図20参照)を調整してからステップS29へ移行する。
Step S35: The stirring
具体的に、本ステップにおける撹拌パターン設定部82は、設定中の撹拌パターン(図20参照)のうち、回転揺動wbの回数と、回転揺動wcの回数とを、所定回数ずつ(例えば1回ずつ)増加させることにより撹拌効果の向上を図る。
Specifically, the agitation
なお、ここでは増加対象を、回転揺動wb、wcの各々の回数のみとしたが、回転揺動wb、wcの各々の振幅のみ、或いは、回数及び振幅の双方としてもよい。また、ここでは調整対象を、回転揺動wb、wcのみとしたが、直線揺動wdのみ、或いは、回転揺動wb、wc及び直線揺動wdの双方としてもよい。 Here, the increase target is only the number of rotations wb and wc, but only the amplitude of rotations wb and wc, or both the number and amplitude. Further, here, the object to be adjusted is only the rotational swing wb, wc, but only the linear swing wd, or both the rotational swing wb, wc and the linear swing wd may be used.
ステップS36:CPU74は、直前のステップS24で取得した全体画像を現在の日時に対応付けて管理ファイル75に書き込む。
Step S36: The
ステップS37:CPU74は、培養容器31をストッカー27へ収納するよう容器搬送機構28へ指示を与える。容器搬送機構28は、試料台347に載置されている培養容器31をストッカー27へ収納する。
Step S37: The
ステップS38:CPU74は、管理ファイル75に書き込まれた観察スケジュールと現在の日時とを比較し、観察期間が終了したか否かを判別する。観察期間が終了していなければステップS21へ戻り、観察期間が終了していれば観察のフローを終了する。
Step S38: The
次に、攪拌処理時における制御ユニット13の動作(CPU74の動作)を図21に基づき説明する。以下、図21の各ステップを順に説明する。
Next, the operation of the
ステップS42:CPU74は、攪拌装置29に設けられた重量センサの出力信号を参照し、培養容器31の重量を検知する。なお、ここで検知される重量は、ホルダー32やプレート39の重量を含んでいても構わない。
Step S42: The
ステップS43:CPU74は、攪拌装置29に対して攪拌を開始するよう指示する。攪拌装置29のX軸駆動部40は、X軸駆動部40内のメモリに書き込まれた駆動波形に応じた駆動信号をXステージ35へ送出し、Y軸駆動部41は、Y軸駆動部41内のメモリに書き込まれた駆動波形に応じた駆動信号をYステージ37へ送出し、回転駆動部42は、回転駆動部42内のメモリに書き込まれた駆動波形に応じた駆動信号を回転ステージ37へ送出する。これによって、回転ステージ37、Xステージ35、Yステージ36は、設定中の攪拌パターンで駆動されることになる。
Step S43: The
ステップS44:CPU74は、攪拌装置29に設けられた重量センサの出力信号を再び参照し、現時点における培養容器31の重量をステップS42と同様に検知する。
Step S44: The
ステップS45:CPU74は、ステップS42で検知した重量から、ステップS44で検知した重量を差し引くことで差分を算出し、その差分がゼロ(又は閾値)より大きかった場合には、ステップS43における攪拌時に培養容器31から培養液が飛散したとみなしてステップS46へ移行し、その差分がゼロ(又は閾値)より小さかった場合には、ステップS43における攪拌時に培養容器31から培養液が飛散しなかったとみなしてフローを終了する。
Step S45: The
ステップS46:CPU74は、飛散防止ケース45に接続されたコンプレッサ50を駆動し、飛散防止ケース45の内部の気圧を外部の気圧(恒温室15の内部の気圧)よりも低圧にする。この状態では、飛散防止ケース45の内部に飛散した培養液が飛散防止ケース45の外部へ出る可能性は極めて低い。
Step S46: The
ステップS47:CPU74は、モニタ65aへ警告表示を行うことにより、飛散防止ケース45を細胞培養装置10から取り出すようユーザに促す。なお、CPU74は、警告表示は、例えば「攪拌に失敗しました」、「培養液が飛散した虞があります」、「培養装置を交換してください」、などの文字情報をモニタ65aへ表示することによって警告を行う。また、それと同時に、CPU74は、通信回線66を介して遠隔地のコンピュータ67からユーザへ警告を行ってもよい。このように遠隔地のコンピュータ67を使用すれば、遠隔地にいるユーザに対して早急に警告することができる。
Step S47: The
警告を受けたユーザは、飛散防止ケース45を新しいもの(又は洗浄済みのもの)に交換してから、細胞培養装置10を復帰させる。この交換の際、飛散防止ケース45の内部は低圧に保たれているので、ユーザが特に注意を払わなかったとしても、恒温室15の各位置に培養液が拡散する可能性は極めて低く抑えられる(以上、図21の説明。)。
The user who has received the warning replaces the
以上、本実施形態のCPU74は、培養容器31の全体画像に基づき攪拌装置29の攪拌パターンを設定するので、細胞の凝集ムラを効率的に解消し、細胞の増殖効率を向上させることができる。
As described above, since the
また、本実施形態のCPU74は、凝集領域Aaの中心に揺動の中心を設定するので、凝集領域Aaの中で接着面に接着せず他の細胞に接着している細胞を分離し、凝集領域Aaの外側へ向けて浮遊させることができる。このようにして浮遊した細胞の多くは、定着時間(2時間程度)の経過後に接着面へ接着できる可能性がある。したがって、このような揺動を伴う攪拌によれば、凝集ムラが効果的に解消される。
In addition, since the
また、本実施形態のCPU74は、凝集領域Aaから非凝集領域Anに向かう方向の逆方向に揺動の加速方向を設定するので、凝集領域Aaの中で接着面に接着せず他の細胞に接着している細胞を分離し、非凝集領域Anの側に向けて浮遊させることができる。このようにして浮遊した細胞の多くは、定着時間(2時間程度)の経過後に接着面へ接着できる可能性がある。したがって、このような揺動を伴う攪拌によれば、凝集ムラが効果的に解消される。
In addition, since the
また、本実施形態のCPU74は、画像の取得(ステップS24)、撹拌パターンの設定(ステップS27)、撹拌(ステップS30)を、凝集領域Aaのサイズが閾値未満となるまで繰り返すので、凝集ムラの残存を防ぐことができる。
Further, the
また、本実施形態のCPU74は、凝集ムラ解消用の攪拌を行う度に適切な待機時間を設けるので(ステップS33)、攪拌後における凝集ムラの残存の有無を正確に判別することができる。
Further, the
また、本実施形態のCPU74は、繰り返しの過程で凝集領域Aaのサイズが前回値未満とならなかった場合には(ステップS34NO)、攪拌のための揺動回数と揺動振幅との少なくとも一方を向上させて攪拌効果を高めるので(ステップS35)、その繰り返しの回数が膨大化する(又はエンドレスになる)ことを防止できる。
In addition, when the size of the aggregation region Aa does not become less than the previous value in the repetition process (NO in step S34), the
また、本実施形態の細胞培養装置10は、攪拌装置29の全体をカバーする飛散防止ケース45を備えるので、恒温室15内の攪拌装置29以外の部分が培養液に汚染される虞は無い。
Moreover, since the
また、本実施形態の飛散防止ケース45は、細胞培養装置10に対して取り外し可能に構成されるので、必要に応じてユーザが飛散防止ケース45ごと攪拌装置29を交換することができる。
Moreover, since the
また、本実施形態の撹拌装置29は重量センサを備えているので、CPU74は、攪拌前後における培養容器31の重量変化の有無により、撹拌時における液体の飛散の有無を確実に検知できる。
In addition, since the stirring
また、本実施形態のCPU74は、培養容器31の重量の変化が検出された場合には、培養容器31から液体が飛散した旨の警告をユーザに対して行うので、不適切な状態のまま培養が続行されるという問題を回避できる。
Further, when a change in the weight of the
なお、本実施形態のCPU74は、凝集ムラ解消用の撹拌パターンの揺動強度、揺動回数、揺動振幅の各々の値の決定を、撹拌パターンの設定時(ステップS28)に行ったが、これらの値は容器種及び細胞種の組み合わせが変化しない限り変更する不要が無いので、それらの値の決定は、撹拌パターンの設定の度に行うのではなく、培養容器31の登録時(例えばステップS11)に行っておいてもよい。その場合、CPU74は、決定した値を培養容器31の管理ファイル75へ書き込んでおき、撹拌パターンの設定時(ステップS28)に読み出して設定すればよい。
Note that the
また、本実施形態のCPU74は、播種ムラ又は凝集ムラの検出(ステップS13、S25)に当たり全体画像へ二値化処理を施したが、その二値化処理の前に低解像度変換処理などの前処理を施してもよい。
Further, the
また、本実施形態のCPU74は、播種ムラ又は凝集ムラを検出するための画像として保存用の画像と同じもの(ここでは全体画像)を使用したが、播種ムラ又は凝集ムラを検出するための画像は、保存用の画像とは異なるものであってもよい。例えば、CPU74は、保存用の画像を観察倍率が4倍の全体画像とし、ムラ検出用の画像を観察倍率が2倍の全体画像としてもよい。
The
また、本実施形態の細胞培養装置10は、播種ムラ又は凝集ムラを検出するための画像の取得方法(観察方法)として位相差観察を適用したが、培養容器31における細胞密度の分布を可視化できる他の観察方法を使用してもよい。
Moreover, although the
また、本実施形態の細胞培養装置10は、播種ムラ解消用の攪拌時(ステップS15、S17)にX軸方向の揺動(wa、wb)とY軸方向の揺動(wc、wd)とを順に行ったが、同時に行ってもよい。
In addition, the
また、本実施形態の細胞培養装置10は、凝集ムラ解消用の攪拌時(ステップS27、S30)にθ方向の揺動とXY方向の揺動とを順に行ったが、同時に行ってもよい。
Further, in the
また、本実施形態のCPU74は、凝集ムラの検出(ステップS25)に当たり凝集領域Aaの中心座標を算出したが、中心座標の代わりに重心座標を算出してもよい。その場合には、揺動中心の決定に、凝集領域Aaの輪郭形状だけでなく輝度分布までもが反映されることになる。
Further, the
また、本実施形態のCPU74は、観察の頻度(24時間毎)を固定としたが、可変としてもよい。その場合、例えば、CPU74は、1回の観察時におけるループ(ステップS27〜S33〜S23〜S26)の繰り返し回数をカウントし、そのカウント数が閾値以上となった場合には頻繁な攪拌が必要と判断し、その時点で観察の頻度を高い値に変更してもよい。
Further, although the
また、本実施形態のCPU74は、凝集ムラが無くなるまでループ(ステップS27〜S33〜S23〜S26)を繰り返したが、その繰り返し回数をカウントし、そのカウント数が閾値以上となった場合には攪拌の効果が無いとみなし、その時点でユーザに対して警告を行ってもよい。
Further, the
また、上述した撹拌装置29は、培養容器31を揺動するためにXステージ35、Yステージ36、回転ステージ37を使用したが、それらのステージに加えて、図22に示すようなチルトステージ300を使用してもよい。チルトステージ300は、Xステージ35とプレート39との間に設けられ、プレート39の各位置を個別に上下動させる少なくとも3つのピン300aを備えており、それらのピン300aの突出量のバランスを変更することにより、プレート39のチルト方向及びチルト量を変化させることができる。
In addition, the
このようなチルトステージ300を使用した場合には、上述した回転揺動と直線揺動とに傾斜揺動(又は鉛直方向の直線揺動)を組み合わせることができるので、撹拌パターンの自由度が高まる。例えば、培養容器31の形状が複雑な場合などには、この傾斜揺動を組み合わせることにより攪拌効果の向上を図ってもよい。
When such a
また、本実施形態の細胞培養装置は、攪拌専用の装置(攪拌装置29)で攪拌を行ったが、観察ユニット30の試料台347へ培養容器31を載置し、観察ユニット30の試料台347を攪拌装置29のステージと同様に駆動することにより攪拌を行ってもよい。但し、攪拌時には、試料台347と培養容器31とはホルダーなどを介して互いに固定されることが望ましい。
Further, in the cell culture device of this embodiment, stirring was performed using a dedicated stirring device (stirring device 29). However, the
また、本実施形態のCPU74は、凝集ムラ解消用の攪拌パターンのうち揺動強度と揺動回数と揺動振幅との少なくとも一つを、細胞種と容器種との組み合わせに応じて決定しているが、培養容器31の中には接着面に特殊な表面加工を施したものもあるので、揺動強度と揺動回数と揺動振幅との少なくとも一つを、細胞種と容器種と表面加工の種類との組み合わせに応じて決定してもよい。その場合は、細胞腫及び容器種と共に、表面加工の種類をユーザに入力させることになる。
Further, the
また、本実施形態の細胞培養装置10では、制御ユニット13の機能の一部(例えば攪拌パターン設定部82の機能)を攪拌装置29の側へ搭載してもよい。また、X軸駆動部40、Y軸駆動部41、回転駆動部42の機能の一部又は全部を制御ユニット13の側へ搭載してもよい。
In the
また、本実施形態の細胞培養装置10の動作の一部は、コンピュータ67に実行させることも可能である。その場合、コンピュータ67の動作プログラムは、メモリカード、光ディスク、磁気ディスクなどの記憶媒体を介してコンピュータ67にインストールされたものとしてもよい。
In addition, a part of the operation of the
10…細胞培養装置、30…観察ユニット、13…制御ユニット、74…CPU、31…培養容器、39…プレート、35…Xステージ、36…Yステージ、37…回転ステージ、32…ホルダー、40…X軸駆動部、41…Y軸駆動部、42…回転駆動部、45…飛散防止ケース、47…導入扉、49…コネクタ、52…コネクタ、51…チューブ、50…コンプレッサ
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記培養容器を揺動させることにより前記培養容器内の前記細胞を攪拌する攪拌手段と、
前記検出時及び前記攪拌時における前記培養容器の環境を、予め設定された環境に制御する環境制御手段と、
前記検出手段が検出した密度分布に基づき、前記攪拌手段による前記揺動のパターンを設定する動作制御手段と、
を備えたことを特徴とする細胞培養装置。 A detection means for detecting a density distribution of a cell group cultured in a liquid in a culture vessel;
Stirring means for stirring the cells in the culture container by swinging the culture container;
Environment control means for controlling the environment of the culture vessel at the time of detection and stirring to a preset environment;
Based on the density distribution detected by the detection means, an operation control means for setting the oscillation pattern by the stirring means;
A cell culture apparatus comprising:
前記攪拌のための揺動には、
回転運動による回転揺動が含まれており、
前記動作制御手段は、
前記細胞群が高密度で存在している領域の中心に、前記回転揺動の中心を設定する
ことを特徴とする細胞培養装置。 The cell culture device according to claim 1,
For shaking for the stirring,
Rotation swing by rotational movement is included,
The operation control means includes
The cell culturing apparatus, wherein the center of the rotational oscillation is set at the center of an area where the cell group exists at high density.
前記攪拌のための揺動には、
直線運動による直線揺動が含まれており、
前記動作制御手段は、
前記細胞群が高密度で存在している領域から前記細胞群が低密度で存在している領域へ向かう方向の逆方向に、前記直線揺動の加速方向を設定する
ことを特徴とする細胞培養装置。 The cell culture device according to claim 1,
For shaking for the stirring,
Includes linear swinging by linear motion,
The operation control means includes
The cell culture is characterized in that the acceleration direction of the linear oscillation is set in a direction opposite to a direction from a region where the cell group exists at a high density to a region where the cell group exists at a low density. apparatus.
前記動作制御手段は、
前記細胞群が高密度で存在している領域のサイズが閾値未満となるまで、前記検出、前記設定、前記撹拌からなる一連の処理を繰り返す
ことを特徴とする細胞培養装置。 In the cell culture device according to any one of claims 1 to 3,
The operation control means includes
A series of processing consisting of the detection, the setting, and the agitation is repeated until the size of an area where the cell group exists at a high density is less than a threshold value.
前記動作制御手段は、
先の攪拌から次の検出までの間に待機時間を設ける
ことを特徴とする細胞培養装置。 The cell culture device according to claim 4,
The operation control means includes
A cell culture device characterized in that a waiting time is provided between the previous stirring and the next detection.
前記動作制御手段は、
前記繰り返しの過程で前記領域のサイズが前回値未満とならなかった場合には、前記攪拌のための前記揺動の回数と前記揺動の振幅との少なくとも一方を向上させる
ことを特徴とする細胞培養装置。 In the cell culture device according to claim 4 or 5,
The operation control means includes
In the case where the size of the region does not become less than the previous value in the repetition process, at least one of the number of oscillations for the stirring and the amplitude of the oscillations is improved. Culture device.
前記動作制御手段は、
前記繰り返しの回数が閾値以上となった場合には、前記一連の処理の実行頻度を高める
ことを特徴とする細胞培養装置。 In the cell culture device according to claim 4 or 5,
The operation control means includes
When the number of repetitions exceeds a threshold value, the frequency of execution of the series of processes is increased.
前記動作制御手段は、
前記繰り返しの回数が閾値以上となった場合には、ユーザへ警告を行う
ことを特徴とする細胞培養装置。 In the cultured cell apparatus according to claim 4 or 5,
The operation control means includes
A cell culture device that warns a user when the number of repetitions exceeds a threshold value.
前記攪拌中における前記攪拌手段及び前記培養容器の全体を覆うことにより、前記培養容器内の液体が前記細胞培養装置内に飛散するのを防止する飛散防止ケースを更に備えた
ことを特徴とする細胞培養装置。 In the cell culture device according to any one of claims 1 to 8,
A cell further comprising a scattering prevention case for preventing the liquid in the culture container from splashing into the cell culture device by covering the stirring means and the entire culture container during the stirring. Culture device.
前記飛散防止ケースは、
前記細胞培養装置に対して取り外し可能に構成される
ことを特徴とする細胞培養装置。 The cell culture device according to claim 9,
The scattering prevention case is
A cell culture device configured to be detachable from the cell culture device.
前記攪拌の前後における前記培養容器の重量の変化の有無を検出する測定手段を更に備えた
ことを特徴とする細胞培養装置。 In the cell culture device according to claim 9 or 10,
A cell culture apparatus, further comprising a measuring means for detecting the presence or absence of a change in the weight of the culture vessel before and after the stirring.
前記動作制御手段は、
前記攪拌の前後において重量の変化が検出された場合には、ユーザに対して警告を行う
ことを特徴とする細胞培養装置。 The cell culture device according to claim 11,
The operation control means includes
A warning is given to a user when a change in weight is detected before and after the agitation.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009203746A JP2011050344A (en) | 2009-09-03 | 2009-09-03 | Apparatus for culturing cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009203746A JP2011050344A (en) | 2009-09-03 | 2009-09-03 | Apparatus for culturing cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011050344A true JP2011050344A (en) | 2011-03-17 |
Family
ID=43940024
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009203746A Withdrawn JP2011050344A (en) | 2009-09-03 | 2009-09-03 | Apparatus for culturing cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011050344A (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015043751A (en) * | 2013-08-29 | 2015-03-12 | 大日本印刷株式会社 | Vibration device |
WO2015133116A1 (en) * | 2014-03-07 | 2015-09-11 | 東洋製罐グループホールディングス株式会社 | Cell culture method and cell culture device |
WO2019131626A1 (en) * | 2017-12-28 | 2019-07-04 | オリンパス株式会社 | Cell culture control method, cell culture control device, cell culturing device and cell culturing system |
JP2021007350A (en) * | 2019-07-02 | 2021-01-28 | 株式会社日立製作所 | Cell culture apparatus and culture medium exchange method |
WO2021240675A1 (en) * | 2020-05-27 | 2021-12-02 | 株式会社日立ハイテク | Nucleic acid analysis device |
WO2022065401A1 (en) * | 2020-09-25 | 2022-03-31 | 昭和電工マテリアルズ株式会社 | Cell culture apparatus and method for producing cell groups |
CN116407562A (en) * | 2023-04-13 | 2023-07-11 | 安徽科门生物科技有限公司 | Application of umbilical cord or placenta or umbilical blood mesenchymal stem cells in treating chronic obstructive pulmonary disease |
-
2009
- 2009-09-03 JP JP2009203746A patent/JP2011050344A/en not_active Withdrawn
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015043751A (en) * | 2013-08-29 | 2015-03-12 | 大日本印刷株式会社 | Vibration device |
WO2015133116A1 (en) * | 2014-03-07 | 2015-09-11 | 東洋製罐グループホールディングス株式会社 | Cell culture method and cell culture device |
JPWO2015133116A1 (en) * | 2014-03-07 | 2017-04-06 | 東洋製罐グループホールディングス株式会社 | Cell culture method and cell culture apparatus |
WO2019131626A1 (en) * | 2017-12-28 | 2019-07-04 | オリンパス株式会社 | Cell culture control method, cell culture control device, cell culturing device and cell culturing system |
JP2021007350A (en) * | 2019-07-02 | 2021-01-28 | 株式会社日立製作所 | Cell culture apparatus and culture medium exchange method |
JP7356271B2 (en) | 2019-07-02 | 2023-10-04 | 株式会社日立製作所 | Cell culture device and medium exchange method |
WO2021240675A1 (en) * | 2020-05-27 | 2021-12-02 | 株式会社日立ハイテク | Nucleic acid analysis device |
WO2022065401A1 (en) * | 2020-09-25 | 2022-03-31 | 昭和電工マテリアルズ株式会社 | Cell culture apparatus and method for producing cell groups |
CN116407562A (en) * | 2023-04-13 | 2023-07-11 | 安徽科门生物科技有限公司 | Application of umbilical cord or placenta or umbilical blood mesenchymal stem cells in treating chronic obstructive pulmonary disease |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2011050344A (en) | Apparatus for culturing cell | |
JP6005660B2 (en) | Observation system, control method and program for observation system | |
JP5677441B2 (en) | Observation device, observation program, and observation system | |
JP5106966B2 (en) | Culture observation system | |
WO2009119330A1 (en) | Method for analyzing image for cell observation, image processing program, and image processing device | |
JP5556444B2 (en) | Microscope, culture observation equipment | |
WO2009081832A1 (en) | Image processing method for time lapse image, image processing program, and image processing device | |
WO2007145198A1 (en) | Culture monitoring system | |
JP2017504351A (en) | Incubator apparatus and method | |
WO2013011962A1 (en) | Cell culture device, device for long-term monitoring of cell culture, method for long-term cell culture, and method for long-term monitoring of cell culture | |
JPWO2011010449A1 (en) | Image processing apparatus, culture observation apparatus, and image processing method | |
JP2009207416A (en) | Technique for distinguishing living cell in cell observation, image processing program of cell observation and image processing apparatus | |
JPWO2009001759A1 (en) | Cell observation device, cell observation method, and program | |
CN101868553A (en) | Method for analyzing image for cell observation, image processing program, and image processing device | |
JP2022185038A (en) | Culture support apparatus | |
WO2014033889A1 (en) | Automated culturing device and automated culturing method | |
CN109642208A (en) | For cultivating the vessel of cell | |
JP5537855B2 (en) | Culture observation system | |
KR20180096947A (en) | Autometic and Asepsis Cell Culture Apparatus | |
JP5712924B2 (en) | Stirring method, cell culture method, stirrer and cell culture device | |
JP2016163544A (en) | Culture carrier, culture vessel, and culture apparatus | |
JP5445499B2 (en) | Observation device | |
JP2017504352A (en) | Incubator apparatus and method | |
JP6284862B2 (en) | Cell arrangement determination apparatus and method, and program | |
JP6535494B2 (en) | Imaging device, imaging method and culture vessel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20121106 |