JP2024051990A - 細胞製造の支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】 細胞剥離手段の異常の予兆を検出することで、不適切な剥離動作の発生を低減すること。【解決手段】 細胞を支持体から剥離する剥離手段と、前記剥離手段の駆動状態、前記支持体の状態、前記剥離手段の周辺環境、及び前記支持体の周辺環境、の少なくともいずれか１つを観測する観測手段と、前記観測手段の観測結果に少なくとも基づいて、前記剥離手段の異常の予兆に関する情報を取得する取得手段と、を有する細胞製造の支援システム。【選択図】 図１

Description

本発明は細胞製造の支援システムに関する。

再生医療で用いられる細胞や、バイオ医薬品等の製造に用いられる細胞を培養する細胞培養が盛んに行われている。細胞培養は、接着培養と浮遊培養に大別される。とりわけ、接着培養は様々な細胞に適しており、広く用いられている。

接着性細胞の培養においては、例えばポリスチレンディッシュのような支持体上での細胞の培養、支持体からの細胞の剥離、細胞の回収及び洗浄の各工程を経て、目的とする細胞を取得する。細胞をさらに増やす際には、取得した細胞の一部をまた新たな支持体に移して培養する、いわゆる継代操作を行なう。この一連の工程の中でも、支持体から細胞を剥離する剥離工程は、細胞の効率的かつ安定的な供給への障壁となっている。

一方、超音波を用いた細胞剥離方法が提案されている。特許文献１には、培地を用いて培養した細胞が付着した培養容器を天地し、培養容器の外面から当該培養容器に超音波振動を与えることにより、細胞を細胞付着面から剥離させる方法の開示がある。特許文献２には、細胞と、培地又は液体とを保持する容器に対して超音波を照射し、細胞の少なくとも一部を容器から剥離させる細胞剥離装置の開示がある。

特開２００６－３１４２０４号公報 国際公開第２０１６－０４７３６８号明細書

細胞剥離手段で、不適切な動作を細胞に与えることで、細胞の生存率が低くなる可能性がある。

上記先行技術文献では、剥離手段による振動が適切に行われたかどうかを確認するため、観察等を実施しているが、剥離手段の異常に対する予兆管理はしておらず、異常発生前に異常の予兆を検出することが困難である。

したがって、細胞剥離手段の異常の予兆を検出することで、不適切な剥離動作の発生を低減することにある。

本発明に係る細胞製造の支援システムは、支持体上に設けられた細胞を前記支持体から剥離する剥離手段と、前記剥離手段の駆動状態、前記支持体の状態、前記剥離手段の周辺環境、及び前記支持体の周辺環境、の少なくともいずれか１つを観測する観測手段と、前記観測手段の観測結果に少なくとも基づいて、前記剥離手段の異常の予兆に関する情報を取得する取得手段と、を有する。

本発明によれば、細胞剥離装置の異常の予兆を検出することで、不適切な剥離動作の発生を低減する細胞製造の支援システムを提供することができる。

本実施形態における細胞製造の支援システムの一例を示す。 本実施形態の細胞製造の支援システムの動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る細胞製造の支援システムについて例を挙げて、本発明を詳細に説明する。なお、本実施形態において細胞とは、シート状に培養された細胞シートも含む。

本実施形態に係る細胞製造の支援システムは、細胞を支持体から剥離する剥離手段と、剥離手段の駆動状態、支持体の状態、剥離手段の周辺環境、及び前記支持体の周辺環境、の少なくともいずれか１つを観測する観測手段を有する。さらに、観測手段の観測結果に少なくとも基づいて、前記剥離手段の異常の予兆に関する情報を取得する取得手段と、を有する。

また、本実施形態において剥離手段は、支持体に振動を付与することで、細胞を支持体から剥離するものとすることができ、その具体例として、超音波振動子があげられる。

また、観測手段によって観測される剥離手段の駆動状態は、剥離手段によって与えられた支持体の振動の周波数、及び支持体の振動の強度の少なくともいずれかとすることができる。

（剥離手段の駆動状態を観測する観測手段の例）
剥離手段としては、トリプシンなどの分解酵素を用いたピペッティングによる剥離手段、電気刺激による剥離手段、振動による剥離手段などが挙げられる。また、これらの細胞剥離手段を組み込んだ細胞剥離装置が挙げられる。

その中でも振動による剥離手段を有する装置が好ましく、超音波による振動手段を有する剥離装置が剥離条件の安定性といった点で好ましい。

超音波による振動として、国際公開第２０１６－０４７３６８号明細書に記載されているように、１０ｋＨｚないし１ＭＨｚ程度の周波数をもつ振動を例示できる。振動発生手段は、細胞に超音波による振動を与えることができる手段であれば、特に制限なく用いることができる。一例として特開２００８－９２８５７号公報に記載されているように、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の超音波発振子を挙げることができる。

ここで、特開２００６－３１４２０４号公報に記載されているように、培地が充填されて密閉された培養容器の外面に、振動子を直接当接されて、培養容器に振動を与えることができる。他には、国際公開第２０１６－０４７３６８号明細書に記載されているように超音波照射手段を直接容器に接触させるのではなく、超音波照射手段と処置対象領域との間に超音波伝達物質を介在させて、超音波を、剥離対象たる細胞に入射させることもできる。

本実施形態に係る細胞剥離手段は、複数の剥離手段を含んでも良い。具体的には、振動による剥離手段と培養液への対流等の外部刺激を与える手段を含む例などが挙げられる。培養液への対流を生じさせる手段としては、ピペッティングすることやポンプ、撹拌翼を用いる手段等が挙げられる。

トリプシンなどの分解酵素を用いたピペッティングによる剥離手段の場合、ピペッティングのタイミング、液量、液の流動性などに関する駆動条件などを示す。電気刺激による剥離手段の場合、電圧の印加条件、電流、タイミングなどの駆動条件を示す。振動による剥離手段の場合、周波数、強度とそれらを変更するための電圧、タイミングなどなどが挙げられる。また、これらの細胞剥離手段を組み込んだ細胞剥離装置の駆動状態が挙げられる。

剥離手段の駆動状態の観測手段としては、角速度センサ、磁気センサ、加速度センサ、圧力センサなどのセンサによる観測手段、電圧や電流などの検知による観測手段が挙げられる。また、細胞の剥離状況、剥離装置の駆動状態を光学顕微鏡などによって観察する観測手段などが挙げられる。

（支持体および支持体を剥離手段に設置する設置手段の変化とその観測手段の例）
支持体としては、ディッシュやフラスコなどの培養容器が挙げられる。支持体はコーティングなどの処理を有していてもよく、細胞との間にシートなどを挟んでもよい。

支持体の変化としては、培養容器の位置、傾き、温度変化、振動状態などが挙げられる。

支持体の変化の観測手段としては、角速度センサ、磁気センサ、加速度センサなどのセンサによる観測手段、表面温度などの検知による観測手段（温度センサ）、光学顕微鏡などによって観察する観測手段（光学センサ）などが挙げられる。観測手段はこれらのセンサのいずれか１つを用いても、複数を併用してもよい。

支持体を剥離手段に設置する設置手段としては、支持体を剥離手段に設置する手段であればよく、置台やアームなどの固定化手段、水などの液体やゴムなどの固体のような振動伝達手段が挙げられる。

支持体を剥離手段に設置する設置手段の変化としては設置手段の凹みや形状変化などの形態変化、設置手段表面の付着物、液量変化、密度変化、硬度変化、温度変化、振動強度の変化などが挙げられる。

支持体を剥離手段に設置する設置手段の観測手段としては、光学観察手段、角速度センサ、磁気センサ、加速度センサなどのセンサによる観測手段が挙げられる。また、温度計や赤外線カメラなどによる観測手段、音波による観測手段、硬度測定などの物性値観測手段などが挙げられる。

（剥離手段の周辺環境変化の観測手段）
剥離手段の周辺環境としては、剥離手段の周辺１０ｃｍ以内の距離における環境変化が挙げられる。剥離手段の周囲を囲うことで、離れた距離から剥離手段の周辺環境を推測しても良い。

環境変化としては、温度変化、湿度変化、ｐＨ変化、酸素濃度の変化、二酸化炭素濃度の変化、気流の変化などが挙げられる。

剥離手段の周辺環境変化の観測手段としては、温度計、湿度計、ｐＨ測定器、酸素濃度計、ガス分析計、赤外線カメラ、可視化レーザーなどが挙げられる。

（異常の予兆の有無に関する情報を取得する取得手段）
異常の予兆の有無に関する情報を取得する取得手段としては観測手段によって得られた観測結果をもとに剥離手段の異常の予兆の有無に関する情報を取得する取得手段が挙げられる。

一例としては、観測手段によって得られた観測結果を正常に駆動しているときと異なる変化が発生した場合に、異常の予兆ありと判定することができる。

異常の予兆ありと判定する基準として、通常と異なる変化が１回測定されることを基準としてもよいし、複数回測定されることを基準としてもよい。

具体的には、剥離手段が正常に駆動しているときと剥離装置に係る電圧や振動強度の変化が発生した場合に、異常あり、異常の予兆ありと判定することができる。

細胞剥離は細胞の状態によって剥離条件を変えることもあるため、通常の観測結果を出力値毎の正規分布を確認するなどの検証データを基に正常状態として定義することが好ましい。さらには、通常の観測結果において、正規分布になる条件における確立度関数に基づいて、変化が現れた際に異常の予兆ありと検知することが好ましい。

また、異常の予兆の有無に関する情報として、情報を取得する手段としては、異常に関する情報を複数の時刻に対応する情報として集積し、解析する手段が挙げられる。

＜ルックアップテーブルを用いる例＞
本実施形態における取得手段は、測定手段によって得られた観測結果とルックアップテーブルとに基づいて異常の予兆に関する情報を取得しても良い。ルックアップテーブルは、例えば、測定手段によって測定された観測結果と細胞の剥離結果に基づいて、異常予兆の有無を判定できるような閾値をもつ。当該閾値に基づいて、異常の予兆に関する情報を取得することができる。

＜学習済みモデルを用いる例＞
本実施形態における取得手段は、観測手段によって得られた観測結果と学習済みモデルとに基づいて異常に関する情報を取得しても良い。学習済みモデルは、例えば、剥離手段の駆動状態、支持体および支持体を剥離手段に設置する設置手段の変化、及び剥離手段の周辺環境変化の少なくともいずれか１つの観測結果と、それが異常の予兆であるか否かといったデータを用いて生成できる。

＜駆動条件を設定する例＞
本細胞製造支援装置は取得手段によって取得された前記異常の予兆に関する情報に基づいて、前記細胞製造の支援システムの駆動条件を設定する駆動条件設定手段を有することが好ましい。

駆動条件を設定後、再度駆動状態を測定し、異常の予兆に関する情報の変化データを取得し、異常の予兆が現れている個所の推定に用いることができる。複数個所の駆動条件を変更し、異常個所として推定された場所のデータを提示することもできる。

図１に本実施形態に係る細胞製造の支援システムの一例を示す。本実施形態に係る細胞製造の支援システムは、剥離手段の駆動状態、支持体および支持体を剥離手段に設置する設置手段の変化、及び剥離手段の周辺環境変化の少なくともいずれか１つを観測する観測手段を有する。さらに、観測手段の観測結果に基づいて、剥離手段の異常の予兆の有無に関する情報を取得する取得手段を有する。

細胞製造の支援システム１００の一例としては、支持体１１２上の細胞１１１を剥離する剥離手段１１３を有している。剥離手段１１３は、剥離手段の制御手段１１４によって剥離条件が制御される。剥離条件は設定手段１１５によって、剥離条件が設定される。観測手段１１６によって、剥離手段の駆動状態、前記支持体および支持体を剥離手段に設置する設置手段の変化、及び前記剥離手段の周辺環境変化の少なくともいずれかが観測される。予兆管理手段１７によって異常の予兆の有無に関する情報を取得することができる。また、細胞剥離装置は剥離ユニットを含む状態で囲いが剥離装置の囲い（筐体）１１８が設けられている。

図２に細胞を支持体から剥離する剥離手段と、前記剥離手段の駆動状態、前記支持体および支持体を剥離手段に設置する設置手段の変化、及び前記剥離手段の周辺環境変化の少なくともいずれか１つを観測する観測手段を有する。そして、前記観測手段の観測結果に基づいて、前記剥離手段の異常の予兆の有無に関する情報を取得する取得手段と、を有する細胞製造システムについて説明する。

細胞を支持体から剥離する剥離手段と、前記剥離手段の駆動状態、前記支持体および支持体を剥離手段に設置する設置手段の変化、及び前記剥離手段の周辺環境変化の少なくともいずれか１つを観測する観測手段によって得られた観測結果を取得Ｓ２０１する。そして、観測結果の解析Ｓ２０２を実行する。解析結果を基準データと比較Ｓ２０３し、比較結果に基づいて、異常の予兆の有無を判定Ｓ２０４する。判定結果に基づいて、異常の予兆を報知Ｓ５する。

なお、上記開示は、以下の構成、方法及びプログラムを含む。

（構成１）
支持体上に設けられた細胞を前記支持体から剥離する剥離手段と、
前記剥離手段の駆動状態、前記支持体の状態、前記剥離手段の周辺環境、及び前記支持体の周辺環境、の少なくともいずれか１つを観測する観測手段と、
前記観測手段の観測結果に少なくとも基づいて、前記剥離手段の異常の予兆に関する情報を取得する取得手段と、を有する細胞製造の支援システム。

（構成２）
前記剥離手段は、前記支持体に振動を付与することで、前記細胞を前記支持体から剥離するものである構成１に記載の細胞製造の支援システム。

（構成３）
前記剥離手段の駆動状態は、前記剥離手段によって与えられた前記支持体の振動の周波数、及び前記剥離手段によって与えられた前記支持体の振動の強度の少なくともいずれかである構成１または２に記載の細胞製造の支援システム。

（構成４）
前記剥離手段は、超音波振動子を有する、構成１乃至３の何れか一項に記載の細胞製造の支援システム。

（構成５）
前記観測手段は、角速度センサ、磁気センサ、加速度センサ、温度センサ、及び光学センサの少なくともいずれか１つである、構成１乃至４の何れか一項に記載の細胞製造の支援システム。

（構成６）
前記観測結果は、温度変化、湿度変化、ｐＨ変化、酸素濃度の変化、二酸化炭素濃度の変化、及び気流の変化の少なくともいずれか１つである、構成１乃至５の何れか一項に記載の細胞製造の支援システム。

１１１ 細胞
１１２ 支持体
１１３ 剥離手段
１１４ 制御手段
１１５ 設定手段
１１６ 観測手段
１１７ 解析手段
１１８ 筐体

Claims (6)

1. 支持体上に設けられた細胞を前記支持体から剥離する剥離手段と、
   前記剥離手段の駆動状態、前記支持体の状態、前記剥離手段の周辺環境、及び前記支持体の周辺環境、の少なくともいずれか１つを観測する観測手段と、
   前記観測手段の観測結果に少なくとも基づいて、前記剥離手段の異常の予兆に関する情報を取得する取得手段と、を有する細胞製造の支援システム。
2. 前記剥離手段は、前記支持体に振動を付与することで、前記細胞を前記支持体から剥離するものである請求項１に記載の細胞製造の支援システム。
3. 前記剥離手段の駆動状態は、前記剥離手段によって与えられた前記支持体の振動の周波数、及び前記剥離手段によって与えられた前記支持体の振動の強度の少なくともいずれかである請求項１に記載の細胞製造の支援システム。
4. 前記剥離手段は、超音波振動子を有する、請求項１に記載の細胞製造の支援システム。
5. 前記観測手段は、角速度センサ、磁気センサ、加速度センサ、温度センサ、及び光学センサの少なくともいずれか１つである、請求項１に記載の細胞製造の支援システム。
6. 前記観測結果は、温度変化、湿度変化、ｐＨ変化、酸素濃度の変化、二酸化炭素濃度の変化、及び気流の変化の少なくともいずれか１つである、請求項１に記載の細胞製造の支援システム。

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