JP2015171344A

JP2015171344A - 細胞培養容器、細胞培養装置および細胞培養方法

Info

Publication number: JP2015171344A
Application number: JP2014048734A
Authority: JP
Inventors: 木村　博之; Hiroyuki Kimura; 博之木村
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2015-10-01
Also published as: US20150259640A1; EP2918671A1; CN104911102B; US9909096B2; CN104911102A

Abstract

【課題】培養装置内から培養容器を取り出すことなく、培養容器内の細胞の培養状況を簡易にかつ適時に判断する。
【解決手段】細胞１００を内部に収容可能な培養容器２を収容し、所定の温度および湿度に保持する培養室９と、該培養室９内の培養容器２を搭載する搭載面１０に配置され、培養容器２の底面８の外表面に密着させられるタッチパネルセンサ１３と、該タッチパネルセンサ１３の出力を培養室９外に取り出す出力部１２とを備える細胞培養装置を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、細胞培養容器、細胞培養装置および細胞培養方法に関するものである。

従来、細胞の継代時期や培養終了時期を判定するために、細胞の培養状況や増殖状況の確認が行われている。培養容器の底面に接着する細胞の培養状況や増殖状況の確認は、透明な培養容器の外側から顕微鏡等で観察して、接着面積を計測することにより行われている（例えば、特許文献１参照。）。接着面積の計測は、顕微鏡の接眼レンズにより取得される細胞の像を観察者が目視観察しながらカウントしたり、顕微鏡により取得された細胞の画像を判定プログラムによって解析して数値化したりすることにより行われる。

特開２０１２−８０８６９号公報

しかしながら、細胞の培養状況や増殖状況の確認は、培養装置内において培養されている細胞を培養容器ごと培養装置内から取り出して顕微鏡に設置して行わなければならないという不都合がある。すなわち、顕微鏡観察の結果、培養状況や増殖状況が十分ではない場合には、再度培養装置内に戻して培養を継続する必要があり、作業が無駄になったり、細菌等の他細胞、ウィルス等のコンタミネーションのリスクを高めたりしてしまうという不都合がある。一方、培養状況や増殖状況の確認作業が適時に行われない場合には、適正な継代時期を途過してしまう虞もある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、培養装置内から培養容器を取り出すことなく、培養容器内の細胞の培養状況や増殖状況を簡易にかつ適時に判断することができる細胞培養容器、細胞培養装置および細胞培養方法を提供することを目的としている。

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。
本発明の一態様は、培養容器を収容する培養室と、該培養室内の前記培養容器を搭載する搭載面に配置され前記培養容器の底面の外表面に密着させられるタッチパネルセンサと、該タッチパネルセンサの出力を前記培養室外に取り出す出力部とを備える細胞培養装置を提供する。

本態様によれば、培養容器内に細胞を収容して、培養室内の搭載面に培養容器を搭載すると、搭載面に設けられたタッチパネルセンサが培養容器の底面の外表面に密着させられる。この状態で培養室内を所定の温度および湿度に維持することにより、培養容器内の細胞が培養容器の底面に接着して増殖する。培養容器の底面の外表面に密着させられているタッチパネルセンサは、培養容器内部の底面に接着している細胞の接着位置を検出する。検出された細胞の接着位置はタッチパネルセンサの出力として出力部により培養室外に取り出される。これにより、取り出された細胞の接着位置を確認することにより、培養容器を培養室外に取り出すことなく、細胞の接着面積を容易に確認することができ、細胞の培養状況を確認することができる。

また、上記態様においては、前記出力部が、前記タッチパネルセンサの出力を無線により送信する送信部であってもよい。
このようにすることで、出力部が培養室の壁面を内外に貫通することなく、タッチパネルセンサの出力を外部に送信することができ、培養室の密閉性を維持することができる。

また、上記態様においては、前記培養室の外部に配置され前記出力部により取り出された前記タッチパネルセンサの出力が入力される入力部と、該入力部に入力された前記タッチパネルセンサの出力に基づいて前記培養容器内の細胞の培養状況を判定する判定部とを備えていてもよい。
このようにすることで、出力部により培養室外に出力されたタッチパネルセンサの出力が培養室外の入力部に入力され判定部により細胞の培養状況が判定される。これにより、細胞の培養状況をモニタリングすることができる。

また、上記態様においては、前記出力部が、前記タッチパネルセンサの出力を無線により送信する送信部であり、前記入力部が、前記送信部により無線によって送信された前記タッチパネルセンサの出力を受信する受信部であってもよい。
このようにすることで、培養室内において培養されている細胞の培養状況を、培養室から取り出すことなく、遠隔地において簡易にモニタリングすることができる。

また、本発明の他の態様は、細胞が接着させられる底面に配置されたタッチパネルセンサと、該タッチパネルセンサの出力を外部に出力する出力部とを備える細胞培養容器を提供する。
本態様によれば、細胞培養容器内に細胞を収容して培養すると、細胞が底面のタッチパネルセンサに接着して増殖する。タッチパネルセンサは細胞が接着している位置を検出し出力部を介して外部に出力するので、出力されたタッチパネルセンサの出力を監視することにより細胞培養容器毎の細胞の培養状況をモニタリングすることができる。

上記態様においては、前記出力部が、前記タッチパネルセンサの出力を無線により送信する送信部であってもよい。
また、本発明の他の態様は、フィルムにより構成され内面に細胞が接着させられる底面と、該底面の外表面に密着させられるタッチパネルセンサとを備える細胞培養容器を提供する。

本態様によれば、フィルムにより構成された底面の内面に接着した細胞の接着位置が、底面の外表面に密着しているタッチパネルセンサによって底面越しに検出される。これにより細胞培養容器内の密閉性を維持しつつ、細胞の培養状況を細胞培養容器毎にモニタリングすることができる。

また、本発明の他の態様は、培養容器内に細胞を収容するステップと、細胞が収容された前記培養容器の底面の外表面にタッチパネルセンサを密着させた状態で培養装置の培養室内に収容するステップと、前記培養室内を所定の温度および湿度に維持し、前記タッチパネルセンサの出力を観察するステップとを含む細胞培養方法を提供する。

本発明によれば、培養装置内から培養容器を取り出すことなく、培養容器内の細胞の培養状況や増殖状況を簡易にかつ適時に判断することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る細胞培養装置を示す全体構成図である。図１の細胞培養装置の装置本体内に培養容器を収容した状態を示す図である。本発明の一実施形態に係る培養容器を示す全体構成図である。培養容器を着脱可能に取り付ける検出装置の一例を示す分解斜視図である。

本発明の一実施形態に係る細胞培養装置１および細胞培養方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る細胞培養装置１は、図１および図２に示されるように、内部に細胞１００を収容している培養容器（細胞培養容器）２を収容して、所定の温度および湿度に保つことにより細胞１００を培養する装置本体３と、該装置本体３に対して遠隔に配置され、装置本体３により培養されている細胞１００の状態を解析する解析部４とを備えている。

培養容器２は、図２に示されるように、一端に開口部５を有し、内部に細胞１００を収容可能な容器本体６と、開口部５に取り付けられて容器本体６を密閉する蓋体７とを備えている。

容器本体６は、光学的に透明な部材（例えば、ポリスチレン等の樹脂、ガラス等）で形成され、細胞１００を載置する容器本体６の底面８は、薄膜状のフィルムにより構成されている。この薄膜状のフィルムは、タッチパネルセンサ１３がフィルム反対面に付着している細胞１００の接着位置や接着面積を、フィルムを介して検出することができる厚さ寸法であればよい。好ましくは、底面８を構成するフィルムの厚さ寸法は、１５０μｍ±５０μｍである。また、フィルムの素材としても、タッチパネルセンサ１３がフィルムを介して細胞１００の接着位置や接着面積を検出できる素材であればよい。フィルムの素材は、例えば、ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）やシリコーンなどである。

装置本体３は、図１および図２に示されるように、複数の培養容器２を搭載可能な搭載面１０を底面に有する培養室９と、該培養室９を開閉するためのドア１１とを備えている。搭載面１０には、タッチパネルセンサ１３が配置されている。

タッチパネルセンサ１３は、図１および図２に示されるように、複数の培養容器２を並列に載置して全ての培養容器２の底面８全域を密着させることができる大きさを有する単一の平坦な抵抗膜方式のセンサである。タッチパネルセンサ１３は、培養容器２の底面８に接着して成長する細胞１００の接着位置を、底面８越しに検出可能な感度を有している。また、タッチパネルセンサ１３の分解能は１０ｎｍ程度であることが好ましい。

すなわち、タッチパネルセンサ１３は、培養容器２の底面８の上面（内面）に接着している細胞１００から受ける圧力から、細胞１００の位置を検出するようになっている。
本実施形態においては、複数の培養容器２を単一のタッチパネルセンサ１３に搭載するので、タッチパネルセンサ１３の検出領域を培養容器２に対応して区画しておき、検出領域毎に細胞１００の位置を検出するようになっている。
また、本実施形態に係る細胞培養装置１は、タッチパネルセンサ１３によって検出された細胞１００の位置情報を外部に無線で送信する送信部（出力部）１２を備えている。

解析部４は、図１に示されるように、送信部１２から送信されてきた細胞１００の位置情報を受信する受信部（入力部）１４と、該受信部１４に受信されたタッチパネルセンサ１３の情報信号に基づいて各培養容器２内における細胞１００の培養状況を判定する判定部１５と、該判定部１５により判定された培養状況を表示するモニタ１６とを備えている。

受信部１４は、送信部１２からの無線による細胞１００の位置情報を受信して判定部１５に情報を入力するようになっている。
判定部１５は、タッチパネルセンサ１３が検出した細胞１００の位置情報に基づいて底面８に接着している細胞１００の接着面積を算出する。判定部１５は、算出した細胞１００の接着面積が設定されている所定面積に達したか否かを判定し、判定結果を細胞１００の培養状況としてモニタ１６に出力するようになっている。

このように構成された本実施形態に係る細胞培養装置１の作用および細胞培養方法について、以下に説明する。
本実施形態に係る細胞培養装置１を用いて細胞を培養するには、まず、内部が無菌状態に保たれている培養容器２の開口部５から蓋体７を取り外し、細胞１００を開口部５から容器本体６内に培養液（図示省略）とともに投入し、蓋体７を開口部５に取り付けて培養容器２を密閉する（培養容器２内に収容するステップ）。

このようにして細胞１００を収容した複数の培養容器２を、図２に示されるように、培養室９内の搭載面１０に、底面８が下向きになるようにして並列に載置する。これにより、全ての培養容器２の底面８が搭載面１０に設けられたタッチパネルセンサ１３に密着させられた状態となる。
このとき、タッチパネルセンサ１３は複数の領域に区画され、領域毎に検出を行うようになっているので、各培養容器２が別々の領域内に位置するように配置する。そして、培養装置のドア１１を閉めて培養室９を密閉する（培養室９内に収容するステップ）。

この状態で、培養室９内を所定の温度および湿度に保つことにより、細胞１００が培養される。培養容器２内の細胞１００は当初、培養液内に浮遊状態であったとしても、培養の進行に伴って培養容器２の底面８に接着して成長が促進され、培養容器２の底面８に沿って増殖していく。

細胞１００が培養容器２の底面８に接着すると、タッチパネルセンサ１３により培養容器２の底面８越しに細胞１００の接着位置が検出される。検出された細胞１００の接着位置情報は、送信部１２にタッチパネルセンサ１３の領域毎に出力され、送信部１２によって培養装置１の外部に無線により送信される。

送信された細胞１００の接着位置の情報は、受信部１４により受信され、判定部１５に入力される。そして、判定部１５により、入力された接着位置の情報に基づいて細胞１００の接着面積を培養容器２毎に算出され、算出された細胞１００の接着面積が所定面積に達したか否かが判定される。そして、判定部１５による判定結果が細胞１００の培養状況としてモニタ１６に表示される（観察するステップ）。

すなわち、本実施形態に係る細胞培養装置１および細胞培養方法によれば、培養容器２を培養室９外に取り出すことなく、培養容器２内の細胞１００の培養状況を簡易にかつ適時に確認することができるという利点がある。
この場合において、細胞１００の接着面積が所定面積に達すると、培養容器２に対応して区画された検出領域毎における各細胞１００の位置情報から、各培養容器２のどの細胞１００の培養が終了したのかを観察者が正確に把握することができるという利点がある。

なお、本実施形態において、培養容器２内で培養する細胞１００としては、例えば、ＥＳ細胞、ｉＰＳ細胞、幹細胞（骨髄、脂肪、筋、神経、肝、胎盤、臍帯血、末梢血由来）、軟骨細胞、肝細胞、骨細胞、皮膚細胞、心筋細胞、骨格筋細胞、血管内皮細胞、神経細胞等が挙げられる。

また、本実施形態においては、タッチパネルセンサ１３として、抵抗膜方式のセンサを例示したが、細胞１００の培養状況を検出できるならば、これに限られるものではない。例えば、タッチパネルセンサ１３として超音波表面弾性波方式のものを採用してもよい。また、培養容器２の底面８を透明導電性を有する薄膜状のフィルムにより構成し、静電容量方式や電磁誘導方式、赤外線光学イメージング方式のセンサを採用してもよい。すなわち、タッチパネルセンサ１３が薄膜状のフィルムを介してフィルム反対面に付着している細胞１００からの圧力シグナルや電気的シグナル、電磁波シグナルなどを検出することで、細胞１００の接着位置を検出することができるセンサであればよい。

また、本実施形態においては、解析部４として、算出した細胞１００の接着面積に基づいて細胞１００の培養状況を判定する判定部１５を有する場合を例示したが、これに限られるものではない。例えば、解析部４が、細胞１００の接着面積を時系列でグラフ化したり、細胞１００の増殖状態がコンフルエントに達するまでの到達率等を算出してモニタ１６に表示したりすることにより、観察者に培養状況や増殖状態を判断するための材料を提示することにしてもよい。

次に、本実施形態の一実施形態に係る培養容器１７について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した実施形態と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る培養容器（細胞培養容器）１７は、図３に示されるように、容器本体６の底面８がタッチパネルセンサ１３により構成され、容器本体２の外部に送信部１８が設けられている。

このように構成された本実施形態に係る培養容器１７によれば、細胞１００を内部に収容した培養容器１７を一般的な細胞培養装置内に収容して、所定温度および所定湿度に維持することにより培養すると、培養の進行に伴って細胞１００は容器本体６内のタッチパネルセンサ１３の上面に直接接着してタッチパネルセンサ１３の上面に沿って増殖する。

このとき、タッチパネルセンサ１３は、細胞１００の接着位置を検出し、細胞１００の位置情報を培養容器１７の外部に設けられた送信部（出力部）１８により細胞培養装置の外部に無線により送信する。これにより、タッチパネルセンサ１３により検出された細胞１００の位置情報が受信部１４により受信され判定部１５によって細胞１００の培養状況が判定されるので、培養容器１７を細胞培養装置内から取り出すことなく、培養容器１７毎の細胞１００の培養状況をモニタ１６によって確認することができる。

このように、本実施形態に係る培養容器１７によれば、細胞培養装置として一般的なものを用いることができ、大がかりな設備が不要であるという利点がある。
また、本実施形態に係る培養容器１７によれば、図２に示されるように、複数の培養容器２を並列に配列することに代えて、複数積み重ねて細胞培養装置内に収容することもでき、多数の細胞１００を一度に培養することもできるという効果を奏する。

なお、本実施形態においては、タッチパネルセンサ１３自体が培養容器１７の底面８を構成する場合を例示したが、これに代えて、図４に示されるように、タッチパネルセンサ１３と送信部１８とを備え、タッチパネルセンサ１３の表面に、培養容器１７のフィルム状の底面８を着脱可能に取り付ける検出装置１９を採用してもよい。このようにすることで培養容器１７をディスポーザブルにして検出装置１９を再利用することができるという利点がある。

また、本実施形態においては、培養容器２，１７として、図２から図４に示されるように、角型の容器を用いる場合を例示したが、少なくとも細胞１００が接着する面が薄膜状のフィルムで構成されていれば、容器の形状はこれに限られるものではない。例えば、シャーレ状のものや、容器全体がフィルムからなる袋状（パック状）のものなどを採用してタッチパネルセンサ１３上に配置してもよい。このとき、細胞１００が接着する面のみが薄膜状のフィルムであっても良いし、全体が薄膜状フィルムであってもよい。また、袋状の容器は、開口部５および蓋体７を有していてもよい。

本発明の細胞培養装置１においては、上述したように細胞１００の接着位置や接着面積などの培養状況の検出に加え、短時間の細胞１００の動きや細胞１００の電位（電流）変化などの検出も可能である。以下に一例を示すが、これに限定されるものではない。

例えば、心筋細胞の拍動の検出として、タッチパネルセンサ１３が未分化細胞（例えば、幹細胞、ｉＰＳ細胞など）から心筋細胞への分化の過程で発生する拍動を検出することで、未分化細胞の分化誘導が成功したかどうかの検出が可能となる。また、化合物等が心筋細胞に及ぼす影響の検出も可能である。

すなわち、拍動している心筋細胞に化合物等を添加し、拍動の有無を検出することで当該化合物等の心筋細胞に対する影響（例えば、阻害や促進など）を評価することができる。このとき、心筋細胞を含む細胞構造体（例えば、多種細胞からなる細胞シートなど）を評価対象とすることもできる。
また、細胞１００を含まない群や細胞１００を分化誘導しない群などのコントロール群と比較することで、より精度よく細胞１００の拍動を検出することができる。

また、例えば、脳・神経細胞や心筋細胞の電位の検出として、タッチパネルセンサ１３が脳・神経細胞や心筋細胞の電位変化を検出することで、当該細胞の活性程度を評価することができる。また、未分化細胞から脳・神経細胞や心筋細胞への分化誘導を検出することができる。このとき、化合物等を添加することで、当該化合物等が細胞活性に及ぼす影響を評価することができる。
また、細胞１００を含まない群や細胞１００を分化誘導しない群などのコントロール群と比較することで、より精度よく細胞１００の電位変化を検出することができる。

１細胞培養装置
２，１７培養容器（細胞培養容器）
８培養容器の底面
９培養室
１０搭載面
１２，１８送信部（出力部）
１３タッチパネルセンサ
１４受信部（入力部）
１５判定部

Claims

培養容器を収容する培養室と、
該培養室内の前記培養容器を搭載する搭載面に配置され前記培養容器の底面の外表面に密着させられるタッチパネルセンサと、
該タッチパネルセンサの出力を前記培養室外に取り出す出力部とを備える細胞培養装置。
前記出力部が、前記タッチパネルセンサの出力を無線により送信する送信部である請求項１に記載の細胞培養装置。
前記培養室の外部に配置され前記出力部により取り出された前記タッチパネルセンサの出力が入力される入力部と、
該入力部に入力された前記タッチパネルセンサの出力に基づいて前記培養容器内の細胞の培養状況を判定する判定部とを備える請求項１に記載の細胞培養装置。
前記出力部が、前記タッチパネルセンサの出力を無線により送信する送信部であり、
前記入力部が、前記送信部により無線によって送信された前記タッチパネルセンサの出力を受信する受信部である請求項３に記載の細胞培養装置。
細胞が接着させられる底面に配置されたタッチパネルセンサと、
該タッチパネルセンサの出力を外部に出力する出力部とを備える細胞培養容器。
前記出力部が、前記タッチパネルセンサの出力を無線により送信する送信部である請求項５に記載の細胞培養容器。
フィルムにより構成され内面に細胞が接着させられる底面と、
該底面の外表面に密着させられるタッチパネルセンサとを備える細胞培養容器。
培養容器内に細胞を収容するステップと、
細胞が収容された前記培養容器の底面の外表面にタッチパネルセンサを密着させた状態で培養装置の培養室内に収容するステップと、
前記培養室内を所定の温度および湿度に維持し、前記タッチパネルセンサの出力を観察するステップとを含む細胞培養方法。