JP4415343B2 - Cell culture equipment - Google Patents
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Description
本発明は、細胞培養装置に係り、特に、培養している細胞を直接または顕微鏡を介してカメラで撮影することにより培養状態の情報を得て培養を制御する細胞培養装置に関する。 The present invention relates to a cell culture device, and more particularly to a cell culture device that controls culture by obtaining information on a culture state by photographing a cultured cell directly or through a microscope with a camera.
培養している細胞をカメラで撮影することにより培養状態の情報、例えば細胞数、細胞濃度、細胞占有面積などの情報を得て培養を制御する細胞培養装置として、培養状態の情報に基づいて細胞の継代の時期を判断し、継代培養を自動で行う細胞培養装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As a cell culture device that controls the culture by obtaining information on the culture state, for example, the number of cells, cell concentration, cell occupation area, etc. by photographing the cultured cells with a camera, the cells based on the culture state information There has been proposed a cell culture device that determines the passage time of the cells and automatically performs the passage culture (see, for example, Patent Document 1).
ところで、再生医療のためなどにおける種々の細胞の生産や、細胞小器官、抗体やその他の細胞の生産物質などといった細胞から得られる生成物の生産などのために細胞の培養を行う場合、必要とする量の細胞を必要な時期に得ることが望ましい。 By the way, it is necessary to cultivate cells for the production of various cells for regenerative medicine, and for the production of products obtained from cells such as organelles, antibodies and other cell production substances. It is desirable to obtain the required amount of cells at the required time.
これに対し、従来の細胞培養では、作業者は、必要とする量の細胞を必要な時期に得るため、作業者の経験によって培養条件を決定し、また、細胞培養中に逐次細胞の培養状態を観察し、必要に応じて培養条件を調整するといった作業を行っている。また、培養している細胞をカメラで撮影することにより培養状態の情報を得て培養を制御する従来の細胞培養装置では、継代の時期を判断することはできても、必要とする量の細胞を必要な時期に得るといった細胞培養を行うことはできない。 In contrast, in conventional cell culture, an operator obtains the required amount of cells at the required time, so the culture conditions are determined by the operator's experience, and the cell culture state is sequentially determined during cell culture. And adjusting the culture conditions as necessary. In addition, in a conventional cell culture device that controls the culture by obtaining information on the culture state by photographing the cultured cells with a camera, the passage time can be determined, but the required amount Cell culture such as obtaining cells at the required time is not possible.
このように、従来の細胞培養技術では、細胞培養において作業者が煩雑な作業を行わなければならない上、必要とする量の細胞を必要な時期に得ることができるか否かは、作業者の経験などによって左右されてしまうなどの問題がある。このため、細胞培養における作業者の作業を軽減し、また、作業者の経験などによって必要とする量の細胞を必要な時期に得ることができるか否かが左右されるなどといった問題をなくすため、必要とする量の細胞を必要な時期に得ることができる細胞培養装置が求められている。 As described above, in the conventional cell culture technology, the operator has to perform complicated work in cell culture, and whether or not the required amount of cells can be obtained at a required time is determined by the operator. There are problems such as being influenced by experience. For this reason, to reduce the work of the operator in cell culture, and to eliminate the problem of whether the required amount of cells can be obtained at the required time depending on the experience of the operator, etc. Therefore, there is a need for a cell culture apparatus that can obtain a required amount of cells at a required time.
本発明の課題は、必要とする量の細胞を必要な時期に得ることができる細胞培養装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a cell culture device capable of obtaining a required amount of cells at a required time.
本発明の細胞培養装置は、比増殖速度を得たときの細胞の種類及び培養条件を前記比増殖速度に関連付けて格納したデータベース部と、培養によって得たい必要細胞数及び時期を入力する入力部と、設定された環境で細胞の培養を行うための細胞培養部と、この細胞培養部に収容された培養容器内の細胞の培養状態をカメラで撮影して画像データを作成する画像データ作成部と、細胞培養部に収容された培養容器へ培養液の供給及び排出を行う培養液給排部と、データベース部、入力部、細胞培養部、画像データ作成部及び培養液給排部に電気的に接続された制御部とを備え、制御部は、培養を開始するときの初期細胞数と、必要細胞数及び必要時期とに基づいて比増殖速度を算出し、培養する細胞の種類とに基づいてデータベース部から最も近い比増殖速度を選択し、この選択した比増殖速度に対応する培養条件の情報を取得し、この取得した培養条件の情報に基づいて、細胞培養部及び前記培養液給排部の動作を制御する構成とすることにより上記課題を解決する。 Cell culture device of the present invention includes a database unit for the type and culture conditions of a cell when the obtained specific growth rate is stored in association with the specific growth rate, the input unit for inputting the required number of cells and timing to be obtained by culturing And a cell culture unit for culturing cells in a set environment, and an image data creation unit for creating image data by photographing the culture state of the cells in the culture container accommodated in the cell culture unit with a camera And a culture solution supply / discharge unit that supplies and discharges the culture solution to and from the culture container accommodated in the cell culture unit, and a database unit, an input unit, a cell culture unit, an image data creation unit, and a culture solution supply / discharge unit. A control unit connected to the control unit, the control unit calculates a specific growth rate based on the initial cell number when starting culture, the required cell number and the required time, and based on the type of cells to be cultured From the database department Select closer specific growth rate, obtains the information of the culture conditions corresponding to the selected specific growth rate, based on the information of the acquired culture conditions, controls the operation of the cell culture unit and the cultures supply and discharge unit The above-described problem is solved by adopting a configuration to do so.
このような構成とすれば、細胞の種類及び培養を開始するときの初期細胞数と、培養によって得る必要細胞数及びこの必要細胞数を得る必要時期とから、細胞培養装置が、自動的に、必要な量の細胞を必要な時期に得るための培養条件を選択し、その培養条件にしたがって細胞培養を行うことができる。すなわち、必要とする量の細胞を必要な時期に得ることができる。 With such a configuration, the cell culture device automatically calculates the cell type and the initial cell number when starting the culture, the necessary cell number obtained by the culture and the necessary time to obtain the necessary cell number, Culture conditions for obtaining a necessary amount of cells at a necessary time can be selected, and cell culture can be performed according to the culture conditions. That is, the required amount of cells can be obtained at the required time.
また、制御部は、細胞の培養中、画像データ作成部からの画像データに基づいて細胞数を算出し、この算出した細胞数に基づいて比増殖速度を算出し、この算出した比増殖速度に基づいて算出した必要時期に得られる細胞数と、必要細胞数とを比較して、必要時期に必要細胞数が得られるか否かを判定し、この判定で必要時期に必要細胞数が得られない場合には、算出した細胞数と、必要細胞数及び必要時期とに基づいて比増殖速度を算出し、この算出した比増殖速度と、細胞の種類とに基づいてデータベース部から最も近い比増殖速度を選択し、この選択した比増殖速度に対応する新たな培養条件の情報を取得し、この取得した培養条件の情報に基づいて、細胞培養部及び培養液給排部の動作を制御する構成とする。このような構成とすれば、細胞培養中に、必要とする比増殖速度で細胞が増殖していない場合でも、培養条件を修正して、比増殖速度を必要な比増殖速度に修正できる。このため、必要時期に必要細胞数を得るための細胞培養の制御精度をより向上できる。 Further, the control unit calculates the number of cells based on the image data from the image data creation unit during cell culture, calculates the specific growth rate based on the calculated cell number, and calculates the calculated specific growth rate. Compare the number of cells obtained at the required time calculated based on the required number of cells to determine whether the required number of cells can be obtained at the required time, and this determination will give the required number of cells at the required time. If not, the specific growth rate is calculated based on the calculated number of cells, the required number of cells and the required time, and the specific growth rate closest to the database unit is calculated based on the calculated specific growth rate and the cell type. A configuration for selecting a speed, acquiring information on a new culture condition corresponding to the selected specific growth rate, and controlling operations of the cell culture unit and the culture solution supply / discharge unit based on the acquired information on the culture condition And With such a configuration, even when cells are not growing at the required specific growth rate during cell culture, the culture conditions can be corrected to correct the specific growth rate to the required specific growth rate. For this reason, the control precision of the cell culture for obtaining the required number of cells at the required time can be further improved.
さらに、制御部は、細胞の培養中、画像データ作成部からの画像データに基づいて算出した細胞数に基づいて比増殖速度を求め、この求めた比増殖速度の情報と、この比増殖速度を得たときの培養条件の情報とを関連付けてデータベース部に格納する構成とする。このような構成とすれば、データベースに収容された細胞の種類及び培養条件に対応する比増殖速度のデータ数を増やすことができ、より的確な比増殖速度を選択できるようになるため、必要時期に必要細胞数を得るための細胞培養の制御精度を一層向上できる。 Furthermore, during the cell culture, the control unit obtains the specific growth rate based on the number of cells calculated based on the image data from the image data creation unit, and determines the specific growth rate information and the specific growth rate. It is set as the structure which associates with the information of the culture conditions at the time of obtaining, and stores in a database part. With such a configuration, it is possible to increase the number of specific growth rate data corresponding to the cell type and culture conditions stored in the database, and it becomes possible to select a more specific specific growth rate. In addition, it is possible to further improve the accuracy of cell culture control for obtaining the necessary number of cells.
また、制御部は、画像データ作成部からの画像データに基づいて細胞の種類及び初期細胞数を検出する構成とすれば、細胞の種類及び初期細胞数を入力部から入力する作業を省略でき、細胞培養に作業者が行う作業をより軽減できる。 Further, if the control unit is configured to detect the cell type and the initial cell number based on the image data from the image data creation unit, the operation of inputting the cell type and the initial cell number from the input unit can be omitted. The work performed by the operator for cell culture can be further reduced.
本発明によれば、必要とする量の細胞を必要な時期に得ることができる細胞培養装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cell culture apparatus which can obtain a required quantity of cells at a required time can be provided.
以下、本発明を適用してなる細胞培養装置の一実施形態について図1乃至図4を参照して説明する。図1は、本発明を適用してなる細胞培養装置の概略構成及び動作を示すブロック図である。図2及び図3は、本発明を適用してなる細胞培養装置の培養の制御動作を示すフロー図である。図4は、データベース部が有するデータベースの構成の一例を示す図である。 Hereinafter, an embodiment of a cell culture device to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration and operation of a cell culture apparatus to which the present invention is applied. 2 and 3 are flow charts showing the culture control operation of the cell culture apparatus to which the present invention is applied. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the configuration of a database included in the database unit.
本実施形態の細胞培養装置は、図1に示すように、内部に培養容器1が収容された細胞培養部となるインキュベータ3、培養容器1への培養液の供給及び排出を行う培養液給排部5、培養容器内を撮影して画像処理を行うための画像データ作成部7、インキュベータ3、培養液給排部5及び画像データ作成部7などの動作を制御する制御部9、各種設定情報などを入力するための入力部11、そして、比増殖速度や培養条件などの情報を格納したデータベース部13などを備えている。
As shown in FIG. 1, the cell culture apparatus according to the present embodiment includes an
インキュベータ3は、一般的に用いられている培養容器1が収容された培養室内の温度、そして、必要に応じ雰囲気などといった培養環境を調整できるものである。このようなインキュベータ3は、ケーブル14を介して信号などの授受が可能に制御部9と電気的に接続されている。培養液給排部5は、培養容器1への培養液の供給、培養容器1からの培養液の排出を行い、培養容器1内の培養液の交換などを行うものである。
The
本実施形態の培養液給排部5は、細胞の種類などに応じた組成の培養液を選択して供給できるようになっているため、異なる組成の培養液を個々に収容する複数の培養液タンク15a、15b、15c、培養液タンク15a、15b、15c各々に一端が連結された培養液管路17a、17b、17c、培養液管路17a、17b、17cの他端が連結された切換弁19、切換弁19と培養容器1との間に設けられて培養容器1へ培養液を導く培養液供給管路21、そして、培養液供給管路21に設けられた供給用ポンプ23などを有している。切換弁19は、培養液供給管路21に連通する管路を培養液管路17a、17b、17cのいずれかに切り換えることにより、培養容器1へ供給する培養液を選択するものである。
Since the culture solution supply /
さらに、本実施形態の培養液給排部5は、培養容器1内の培養液を排出するため、一端が培養容器1に、他端が廃液タンク25に連結された廃液管路27、廃液管路27に培養容器1側から順に設けられた廃液の流路を開閉する弁29及び廃液用ポンプ31などを有している。培養液給排部5が有する切換弁19、供給用ポンプ23、弁29、そして、廃液用ポンプ31などは、各々、制御部9に配線33を介して電気的に接続されている。なお、図1では、培養液給排部5は、インキュベータ3の外側に設置された状態となっているが、培養液給排部は、インキュベータ3内に設置することもできる。また、培養容器1に供給する培養液の温度を培養温度に制御する上で、培養液タンク15a、15b、15cなどは、インキュベータ3内に設置した構成にすることもできる。
Furthermore, since the culture solution supply /
このように培養液給排部5によって培養液が供給そして排出される培養容器1は、培養液給排部5によって培養液が供給そして排出により、細胞の成長への影響や流出などが生じ難いものであれば、様々な形状や構成のものを使用することができる。
As described above, the
画像データ作成部7は、インキュベータ3内に設置され、培養容器1を撮影するCCDカメラなどのカメラ35、カメラ35で撮影した画像データの2値またはそれ以上の多値化処理などを行い、細胞数の計数などを行うための画像データを作成する画像処理手段37などで形成されている。カメラ35と画像処理手段37とは、ケーブル39を介して信号やデータなどの授受が可能に電気的に接続されている。画像処理手段37は、ケーブル39を介して信号やデータなどが授受可能に制御部9と電気的に接続されている。なお、画像処理手段37で作成する画像データは、各ビットの位置情報と濃淡情報などが得られるものであれば特に限定されるものではない。また、カメラ35からの画像データは、細胞の増殖速度などに応じ、動画像データにすることも、静止画像データにすることもできる。
The image
制御部9は、図示していないが、中央処理装置つまりCPU、様々な処理のためのプログラムなどを格納したハードディスクや画像データなどの一時的な格納を行うメモリといった記憶手段、画像処理手段37やその他の機器類などを接続するためのインターフェース、カメラ35で撮影した画像や、培養状態を示す表示画面、操作画面などを表示する表示手段となるディスプレイなどを備えている。また、ケーブル41を介して制御部9に電気的に接続された入力部11は、様々な操作のためのマウスや、各種設定などを入力するためのキーやスイッチなどを有するキーボードなどで形成されている。したがって、制御部9は、パーソナルコンピュータなどを用いて形成することができる。
Although not shown, the
さらに、制御部9には、細胞の種類、培養条件、そして、比増殖速度などのデータを相互に関連付けて格納した外部記憶装置によって形成されたデータベース部13が、ケーブル43を介して信号やデータなどの授受が可能に電気的に接続されている。
Further, the
このような制御部9は、データベース用データ入力機能、培養情報設定機能、比増殖速度算出機能、培養条件選択機能、細胞数計数機能、インキュベータ制御機能、培養液給排部制御機能、画像データ作成部制御機能などを有しており、これら各機能を制御部9に与えるための各々のプログラムがハードディスクなどの記憶手段に格納されている。
Such a
データベース用データ入力機能は、入力部11などを用い、比増殖速度のデータ、その比増殖速度を得た細胞の種類、そして、培養液の組成、培養温度、培養雰囲気、培養液の交換頻度や交換時期などといった培養条件に関するデータを入力することで、制御部9を介してデータベース部13に、これらのデータを互いに関連付けて登録する機能である。データベース部13には、このデータベース用データ入力機能を用いて予め、手作業による培養によって得た比増殖速度、細胞の種類、培養液の組成、培養温度、さらに、必要に応じて培養雰囲気や培養液の交換頻度などのデータが複数登録され、格納されている。なお、培養液の組成は、組成が異なるものには全て名前を付けるといったように固有の識別情報を付してデータベース部13に登録している。
The database data input function uses the
培養情報設定機能は、入力部11を用いて培養を行う細胞の種類、培養を開始するときの細胞数である初期細胞数、培養によって得たい細胞数である必要細胞数、そして、この必要細胞数を得たい日などの時期である必要時期などの実施したい培養の情報を設定する機能である。
The culture information setting function includes the types of cells to be cultured using the
比増殖速度算出機能は、培養情報設定機能によって設定した初期細胞数、必要細胞数、そして、必要時期に基づいて、必要細胞数を必要時期に得るために必要な比増殖速度を算出する機能である。 The specific growth rate calculation function is a function that calculates the specific growth rate necessary to obtain the required number of cells at the required time based on the initial cell number, required cell number, and required time set by the culture information setting function. is there.
培養条件選択機能は、比増殖速度算出機能によって算出した比増殖速度と、入力部11を用いて入力された培養する細胞の種類とに基づいて、データベース部13の格納されたデータベースから、その細胞の種類と比増殖速度とに最も近い比増殖速度を検索して選択し、この選択した比増殖速度を得たときの培養条件のデータを取得する機能である。
The culture condition selection function is based on the specific growth rate calculated by the specific growth rate calculation function and the type of cells to be cultured that are input using the
インキュベータ制御機能は、培養条件選択機能によって取得された培養条件にしたがってインキュベータ3の動作を制御し、培養温度、また、必要に応じて雰囲気を調整する機能である。培養液給排部制御機能は、培養条件選択機能によって取得された培養条件にしたがって培養液給排部5の切換弁19、供給ポンプ23、弁29、廃液ポンプ31などの動作を制御し、培養条件選択機能によって取得された培養条件に対応する培養液の培養容器1への供給を行う機能である。また、培養液給排部制御機能は、培養中に培養液の交換が必要な場合には、培養条件選択機能によって取得された培養条件の培養液の交換時期と頻度で培養容器1内の培養液の交換を行う機能も有している。
The incubator control function is a function of controlling the operation of the
画像データ作成部制御機能は、培養中に予め設定されたタイミングで培養中の細胞を撮影することにより画像データを取得するために画像データ作成部7の画像処理手段37やカメラ35の動作を制御する機能である。
The image data creation unit control function controls the operation of the image processing means 37 and the
細胞数計数機能は、画像データ作成部制御機能によって画像データ作成部7から得た画像データに基づいて細胞数を計数する機能である。画像データからの細胞数の計数は、例えば境界が明瞭なものでは、Image Pro PLUS(Media Cybernetics社)などの画像処理ソフトを用い、背景除去処理、γ変換などの後、収縮などの形態処理を施して自動計測することで行なわれる。一方、境界が不明瞭で自動計測が難しいものなどでは、画像上、ある一定の輝度値以下の領域の面積など、細胞数に比例する画像上のパラメータを算出して細胞数の計測を行なうことができる。
The cell count function is a function that counts the number of cells based on the image data obtained from the image
例えば、細胞の境界が不明瞭な人骨髄幹細胞、いわゆるhMSCの対物4倍の顕微鏡画像では、Image Pro PLUSでLarge Spectral Filterを用いて背景除去処理、γ変換、収縮を行なった後の自動計測した値が細胞数に比例するため、比例定数を求めておけば、自動計測した値から細胞数を算出できる。 For example, human bone marrow stem cells with unclear cell boundaries, so-called hMSC objective 4X microscope images, were automatically measured after performing background removal, gamma conversion, and contraction using Image Pro PLUS with Large Spectral Filter Since the value is proportional to the number of cells, if the proportionality constant is obtained, the number of cells can be calculated from the automatically measured value.
また、画像データから細胞密度を算出し、算出した細胞密度と培養容器1の培養面積とから細胞数を算出することなどもでき、画像データからの細胞数の計数は、様々な方法を用いて行うことができる。なお、細胞数計数機能は、算出した細胞数と、培養情報設定機能によって設定した必要細胞数とを比較し、培養の終了を判定する機能も有している。
In addition, the cell density can be calculated from the image data, the number of cells can be calculated from the calculated cell density and the culture area of the
さらに、本実施形態では、制御部9は、培養条件修正機能も有しており、この機能を制御部9に与えるためのプログラムもハードディスクなどの記憶手段に格納されている。培養条件修正機能は、設定された時間間隔で細胞数計数機能によって経時的に算出した細胞数に基づいて実際の培養での比増殖速度を算出し、この算出した実際の培養での比増殖速度と、比増殖速度算出機能で算出した必要な比増殖速度とを比較することで、実際の培養での比増殖速度で、培養情報設定機能によって設定した必要時期に必要細胞数が得られるか否かを判定する。そして、必要時期に必要細胞数が得られないと判定したとき、比増殖速度算出機能を用い、現在の細胞数と必要細胞数とに基づいて新たに必要な比増殖速度を算出し、培養条件選択機能を用い、この新たに算出した比増殖速度に基づいて新たな培養条件のデータを取得し、培養条件を修正する機能である。
Furthermore, in this embodiment, the
加えて、本実施形態では、制御部9は、培養データフィードバック機能も有しており、この機能を制御部9に与えるためのプログラムもハードディスクなどの記憶手段に格納されている。培養データフィードバック機能は、本実施形態の細胞培養装置を用いて培養を行うと、培養を行った後、この培養において画像データ作成部7と細胞数算出機能によって得た経時的な細胞数の変化から得た比増殖速度のデータ、培養した細胞の種類、そして、培養液の組成、培養温度、培養の雰囲気を調整した場合には培養雰囲気、培養液の交換頻度などといった培養条件に関するデータを互いに関連付けてデータベース部13に自動的に登録する機能である。
In addition, in this embodiment, the
データベース部13には、図4に一例を示すように、データベース用データ入力機能または培養データフィードバック機能により登録された細胞の種類、比増殖速度、培養液の種類、培養温度、培養液の交換頻度や時期を決めるための培養液の交換間隔などのデータが互いに関連付けられて格納されている。なお、データベース部13には、比増殖速度だけでなく、増殖カーブのデータを他のデータと関連付けて格納し、培養条件を決定する際、比増殖速度算出機能で算出した比増殖速度に最も近い比増殖速度が得られる増殖カーブのデータを検索する構成などにすることもできる。
As shown in FIG. 4, the
なお、本実施形態では、培養情報設定機能により、入力部11を用いて培養を行う細胞の種類、培養を開始するときの細胞数である初期細胞数を入力し設定する構成となっている。しかし、このような構成に代えて、制御部9の制御動作が複雑にはなるが、培養情報設定機能が、画像データ作成部制御機能を用い、画像データ作成部7から得た培養を開始する前の培養容器1の画像データに基づいて細胞の種類や初期細胞数などを検出して設定する構成にすることもできる。
In the present embodiment, the culture information setting function is used to input and set the type of cells to be cultured using the
また、本実施形態では、細胞の種類に対応する比増殖速度を選択する構成となっているが、細胞の種類が同じでも細胞形態の違いによって増殖の状態などが異なる場合がある。このような場合には、細胞の種類に加えて細胞形態に関連付けて比増殖速度をデータベース部13に格納し、また、培養情報設定機能で、細胞の種類に加えて細胞形態を設定したり、培養条件選択機能が、比増殖速度と、細胞の種類及び細胞形態に基づいて比増殖速度を検索して選択し、この選択した比増殖速度を得たときの培養条件のデータを取得したりする構成などにすることもできる。
In the present embodiment, the specific growth rate corresponding to the cell type is selected. However, even if the cell type is the same, the growth state may differ depending on the cell shape. In such a case, the specific growth rate is stored in the
このような構成の細胞培養装置の動作と本発明の特徴部などについて説明する。なお、以下の説明において、データベース部13には、既に手作業による培養で得た種々の種類の細胞や培養条件で得た比増殖速度のデータや、その比増殖速度を得た細胞の種類、培養条件などのデータが入力され、蓄積されている状態とする。また、制御部9が有する記憶手段には、培養液タンク15a、15b、15cの識別情報と、その識別情報に対応させて、各培養液タンク15a、15b、15cに入れた培養液の組成つまり種類の情報が予め入力されている状態とする。
The operation of the cell culture apparatus having such a configuration and the features of the present invention will be described. In the following description, the
作業者は、例えば、培養する細胞に適応する緩衝液などを培養容器1内に入れ、この中に培養する細胞を植え、培養容器1内に植えた細胞の初期細胞数を計数する。初期細胞数を計数した後、培養する細胞を植えた培養容器1をインキュベータ3の培養室内に設置し、培養液給排部5の培養液供給管路21や廃液管路27などを培養容器1に連結する。
The operator, for example, puts a buffer solution or the like adapted to the cells to be cultured in the
この後、作業者が、入力部11などを用いて、培養開始を指令すると、制御部9は、図1及び図2に示すように、ディスプレイなどに培養情報の設定画面を表示し、作業者は、この設定画面にしたがって、入力部11などを用いて、培養する細胞の種類、初期細胞数、培養で得たい必要細胞数、その必要細胞数の細胞を得たい必要時期などの情報を入力し、これらの培養情報を設定する(ステップ101)。ステップ101で培養情報が設定されると、制御部9は、初期細胞数と、必要細胞数及び必要時期とに基づいて必要細胞数を必要時期に得るために必要な比増殖速度を算出する(ステップ103)。
Thereafter, when the operator instructs the start of culture using the
ステップ103の後、制御部9は、データベース部13から、培養する細胞の種類に対応し、算出した比増殖速度に最も近い比増殖速度のデータを検索し、選択する(ステップ105)。そして、選択した比増殖速度のデータに関連付けられている培養条件、すなわち、培養液の種類、培養温度、また、必要な場合には培養雰囲気や培養液の交換時期及び頻度、などのデータをデータベース部13から取得する(ステップ107)。
After
ステップ107の後、制御部9は、取得した培養条件にしたがって、培養液の種類、培養温度、培養液の交換時期及び頻度などを設定する。そして、この設定にしたがって、インキュベータ3では、培養室内の温度などが調整される。また、培養液給排部5では、切換弁19の切り換えにより、培養液タンク15a、15b、15cのうち、必要な培養液が入った培養液タンクが培養容器1に連通した状態となり、弁29が開いた状態で廃液ポンプ31が駆動されると共に、供給ポンプ23が駆動されることにより、培養容器1内の緩衝液などが、培養条件として選択された培養液に交換され、培養が開始される(ステップ109)。
After
また、ステップ109で培養が開始されると同時に、制御部9は、画像データ作成部7による培養状態の観察間隔、つまり、画像データの作成間隔を設定し、画像データ作成部7を作動させ、培養状態の観察を開始する(ステップ111)。
Further, at the same time when the culture is started in
培養が開始されると、制御部9は、図1及び図3に示すように、ステップ111で設定した観察時間になると(ステップ113)、画像データ作成部7を介して画像データを取得し、この取得した画像データに基づいて細胞数を計数する(ステップ115)。また、ステップ115では、初めてステップ115を行うときは、細胞数の計数のみを行うが、2回目以降の場合には、前回のステップ115で得た細胞数と、今回のステップ115で得た現在の細胞数とから実際の培養における比増殖速度を算出する。
When the culture is started, as shown in FIGS. 1 and 3, the
ステップ115の後、制御部9は、ステップ115で得た現在の細胞数と、ステップ101で設定した必要細胞数とを比較する(ステップ117)。ステップ117において、ステップ115で得た現在の細胞数が必要細胞数に達していない場合には、ステップ115で得た実際の培養での比増殖速度と、ステップ103で算出した比増殖速度とを比較し、現在の培養での比増殖速度で、ステップ101で設定した必要時期に必要細胞数が得られるか否かを判定する(ステップ119)。なお、ステップ119は、初めてステップ115を行った後の場合、スキップされる。
After
ステップ119において、現在の培養での比増殖速度で、必要時期に必要細胞数が得られる場合は、ステップ113に戻り、ステップ115で得た現在の細胞数が必要細胞数に達していないとき、ステップ113からステップ119を繰り返す。一方、ステップ119において、現在の培養での比増殖速度で、必要時期に必要細胞数が得られる場合でステップ113に戻ったとき、ステップ117において、ステップ115で得た現在の細胞数が必要細胞数に達していると判定された場合には、培養を終了する(ステップ121)。
In step 119, when the required number of cells can be obtained at the required time at the specific growth rate in the current culture, the process returns to step 113, and when the current number of cells obtained in
また、ステップ119において、現在の培養での比増殖速度で、必要時期に必要細胞数が得られないと判定された場合、図2に示すステップ103に戻り、今度は、ステップ115で得た現在の細胞数と、必要細胞数及び必要時期とに基づいて必要細胞数を必要時期に得るために必要な新たな比増殖速度を算出する。そして、ステップ105で、比増殖速度のデータの中から、算出した新たな比増殖速度に最も近いものを検索し、選択する。その後、ステップ107で、選択した比増殖速度のデータに関連付けられている培養条件、すなわち、培養液の種類、培養温度、培養液の交換時期及び頻度、また、必要な場合には培養雰囲気などのデータをデータベース部13から取得する。
In Step 119, when it is determined that the required number of cells cannot be obtained at the required time at the specific growth rate in the current culture, the process returns to Step 103 shown in FIG. Based on the number of cells, the required number of cells and the required time, a new specific growth rate necessary for obtaining the required number of cells at the required time is calculated. In
ステップ107の後、ステップ109において、制御部9は、取得した新たな培養条件にしたがって、培養液の種類、培養温度、また、必要に応じて培養雰囲気や培養液の交換時期及び頻度などを設定し、培養条件を修正する。このとき、画像データ作成部7による観察は継続されているため、ステップ111はスキップし、ステップ109の後、図3に示すように、ステップ113からステップ117またはステップ119が繰り返され、ステップ117において、ステップ115で得た現在の細胞数が必要細胞数に達していると判定された場合には、ステップ121に進み培養を終了する。
After
また、本実施形態では、ステップ121では、培養を終了すると共に、図1、図3及び図4に示すように、この培養において画像データ作成部7と細胞数算出機能によって得た経時的な細胞数の変化に基づいて得た比増殖速度のデータ、培養した細胞の種類、そして、培養液の組成、培養温度、培養の雰囲気を調整した場合には培養雰囲気、培養液の交換頻度や交換間隔などといった培養条件に関するデータを互いに関連付けてデータベース部13に自動的に登録する。
In this embodiment, in
このように、本実施形態の細胞培養装置では、比増殖速度、細胞の種類及び培養条件を関連付けて格納したデータベース部13、必要細胞数及び必要時期を入力する入力部11、設定された環境で細胞の培養を行うためのインキュベータ3、細胞の培養状態をカメラ35で撮影して画像データを作成する画像データ作成部7、培養容器1へ培養液の供給及び排出を行う培養液給排部5を備えている。さらに、培養を開始するときの初期細胞数と、必要細胞数及び必要時期とに基づいて比増殖速度を算出し、算出した比増殖速度と、培養する細胞の種類とに基づいてデータベース部13から最も近い比増殖速度を選択し、選択した比増殖速度に対応する培養条件の情報を取得し、取得した培養条件の情報に基づいて、インキュベータ3や培養液給排部5などの動作を制御する各機能を有する制御部9を備えている。
As described above, in the cell culture device of this embodiment, the
したがって、細胞の種類及び培養を開始するときの初期細胞数と、培養によって得る必要細胞数及びこの必要細胞数を得る必要時期とから、自動的に、必要な量の細胞を必要な時期に得るための培養条件を自動的に決定して培養を行うことができる。すなわち、必要とする量の細胞を必要な時期に得ることができる細胞培養装置を提供できる。 Therefore, the necessary amount of cells is automatically obtained at the necessary time from the cell type and the initial number of cells at the start of cultivation, the necessary number of cells obtained by culturing and the necessary time to obtain this necessary number of cells. Therefore, the culture conditions can be automatically determined and cultured. That is, it is possible to provide a cell culture device that can obtain a required amount of cells at a required time.
さらに、必要な量の細胞を必要な時期に得るための培養条件を自動的に決定して培養を行うことができるため、細胞培養における作業者の作業を軽減でき、また、作業者の経験などによって必要とする量の細胞を必要な時期に得ることができるか否かが左右されるなどといった問題をなくすことができる。 Furthermore, since the culture conditions for obtaining the required amount of cells at the required time can be determined automatically, the operator's work in cell culture can be reduced, and the operator's experience, etc. Therefore, it is possible to eliminate the problem that it depends on whether or not the required amount of cells can be obtained at the required time.
加えて、制御部9は、細胞の培養中、画像データ作成部7からの画像データに基づいて細胞数を算出し、この算出した細胞数に基づいて比増殖速度を算出し、この算出した比増殖速度と、必要細胞数及び必要時期と比較して、必要時期に必要細胞数が得られるか否かを判定する。そして、この判定で必要時期に必要細胞数が得られない場合には、算出した細胞数と、必要細胞数及び必要時期とに基づいて新たな比増殖速度を算出し、算出した新たな比増殖速度と、細胞の種類とに基づいてデータベース部から最も近い比増殖速度を選択して新たな培養条件の情報を取得し、インキュベータ3や培養液給排部5などの動作を制御する各機能を有した構成となっている。したがって、細胞培養中に、必要とする比増殖速度で細胞が増殖していない場合でも、培養条件を修正して、比増殖速度を必要な比増殖速度に修正できる。このため、必要時期に必要細胞数を得るための細胞培養の制御精度をより向上できる。
In addition, during the cell culture, the
さらに、制御部9は、細胞の培養中、画像データ作成部7からの画像データに基づいて算出した細胞数に基づいて比増殖速度を求め、この求めた比増殖速度の情報と、この比増殖速度を得たときの培養条件の情報とを対応させてデータベース部13に格納する機能を有する構成となっている。このため、データベース部13に収容されたデータベースの、細胞の種類及び培養条件に対応する比増殖速度のデータ数を増やすことができ、より的確な比増殖速度を選択できるようになるため、必要時期に必要細胞数を得るための細胞培養の制御精度を一層向上できる。
Furthermore, the
加えて、制御部9は、画像データ作成部7からの画像データに基づいて細胞の種類及び初期細胞数を検出する機能を有する構成となっている。このため、細胞の種類及び初期細胞数を入力部から入力する作業を省略でき、細胞培養において作業者が行う作業をより軽減できる。
In addition, the
また、本実施形態では、各機能を有する制御部9を、1台のパーソナルコンピュータで形成し、また、画像処理手段37は、制御部9とは別個に設けている。しかし、制御部9が有する各機能を、機能ごとに単独のコンピュータなどで形成した構成や、制御部9が有する各機能と画像処理手段37が有する機能とを合わせて有するコンピュータを用いた構成にするなど、制御部9や画像処理手段37などは、適宜、一体または複数のユニットで構成できる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、制御部9が、培養条件修正機能や培養データフィードバック機能を有した構成となっているが、培養条件修正機能や培養データフィードバック機能を有していない構成にすることもできる。ただし、必要な細胞数を必要な時期に得るための培養の制御精度を向上する必要がある場合には、培養条件修正機能や培養データフィードバック機能を有した構成とすることが望ましい。
In the present embodiment, the
また、本発明の細胞培養装置は、本実施形態に示した構成に限らず、本実施形態に示す各機能を有する制御部9を備えており、インキュベータ3と同様の機能を果たす細胞培養部、画像データ作成部7と同様の機能を果たす画像データ作成部、培養液給排部5と同様の機能を果たす培養液給排部などを備えた構成であれば、様々な構成にできる。
Further, the cell culture device of the present invention is not limited to the configuration shown in the present embodiment, and includes a
また、本発明の細胞培養装置は、一代のみで培養を終了する場合に限らず、継代培養などの細胞培養を行う細胞培養装置など、様々な細胞培養装置に適用できる。継代培養を行なう場合には、例えば、データベース部13に継代の項目及び継代のタイミングとなる細胞濃度などの情報を登録し、格納しておき、これらの情報に基づいて培養液給排部5などの動作を制御し、継代のための細胞の植え継ぎを行なう構成とする。
In addition, the cell culture device of the present invention is not limited to the case where the culture is completed only in one generation, but can be applied to various cell culture devices such as a cell culture device that performs cell culture such as subculture. When performing subculture, for example, information such as the subculture item and the cell concentration used as the subculture timing is registered and stored in the
1 培養容器
3 インキュベータ
5 培養液給排部
7 画像データ作成部
9 制御部
11 入力部
13 データベース部
19 切換弁
23 供給ポンプ
29 弁
31 廃液ポンプ
35 カメラ
37 画像処理手段
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