JP6139403B2 - 培養装置、培養装置システム、培養操作管理方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、培養装置、培養装置システム、培養操作管理方法およびプログラムに関する。

培養細胞の品質を工業的に管理する技術は、先端医療分野や創薬分野などの基盤技術として認識されている。一例として、再生医療分野では、所望の細胞組織を生成するために、幹細胞（ｉＰＳ細胞、ＥＳ細胞）をインビトロで増殖・分化させる培養工程が存在する。上記の培養工程で生成される細胞組織は人体に戻すことが前提となるので、培養工程での培養細胞の品質管理は非常に重要な問題となる。一例として、培養細胞のタイムラプス観察を行う装置も種々提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００６−１１４１５号公報

培養工程での培養細胞の品質管理では、培養細胞自体の状態管理だけではなく、培養工程で行われる各種の培養操作（培地交換や継代など）の適否を管理することも重要となる。

本発明の一態様である培養装置は、細胞を所定の培養環境下で培養する培養部と、細胞を収容する培養容器の状態または細胞の状態を示す検査画像を撮像する撮像部と、判定部と、記録制御部とを備える。判定部は、細胞の培養操作で使われる、ウォッシャー、ディスペンサ、シェーカー、スライドホルダユニット、オートシーラー、遠心器、セルピッカー、ピペッターの少なくとも１つの周辺機器の培養操作が完了したことを検知し、培養操作の完了後で、検知した培養操作が実施された細胞を用いて培養部での培養により細胞を増殖もしくは分化させる工程の前に撮像部を制御して検査画像を撮像し、培養操作の完了後に得られた検査画像を解析して周辺機器による培養操作が適正であるか否かを判定する。記録制御部は、培養操作の完了後に撮像される検査画像から、培養操作が適正であると判定されたときに、培養操作が適正であることを示す履歴情報を記録する。

本発明の他の態様である培養装置は、細胞を所定の培養環境下で培養する培養部と、細胞を収容する培養容器の状態または細胞の状態を示す検査画像を撮像する撮像部と、判定部と、記録制御部とを備える。判定部は、細胞の培養操作で使われる、ウォッシャー、ディスペンサ、シェーカー、スライドホルダユニット、オートシーラー、遠心器、セルピッカー、ピペッターの少なくとも１つの周辺機器の培養操作が完了したことを検知し、培養操作の完了後で、完了した培養操作が実施された細胞に対してタイムラプス観察をする前に撮像部を制御して検査画像を撮像し、培養操作の完了後に得られた検査画像を解析して周辺機器による培養操作が適正であるか否かを判定する。記録制御部は、培養操作の完了後に撮像される検査画像から、培養操作が適正であると判定されたときに、培養操作が適正であることを示す履歴情報を記録する。

本発明の他の態様である培養装置システムは、細胞を所定の培養環境下で培養する培養部と、細胞の培養工程で使われる、ウォッシャー、ディスペンサ、シェーカー、スライドホルダユニット、オートシーラー、遠心器、セルピッカー、ピペッターの少なくとも１つの周辺機器と、細胞を収容する培養容器の状態または細胞の状態を示す検査画像を撮像する撮像部と、周辺機器の培養操作が完了したことを検知し、培養操作の完了後で、検知した培養操作が実施された細胞を用いて培養部での培養により細胞を増殖もしくは分化させる工程の前に撮像部を制御して検査画像を撮像し、培養操作の完了後に得られた検査画像を解析して周辺機器による培養操作が適正であるか否かを判定する判定部と、培養操作の完了後に撮像される検査画像から、培養操作が適正であると判定されたときに、培養操作が適正であることを示す履歴情報を記録する記録制御部と、培養部、周辺機器、撮像部、判定部および記録制御部を制御する制御部と、を備える。
本発明のさらに他の態様である培養装置システムは、細胞を所定の培養環境下で培養する培養部と、細胞の培養操作で使われる、ウォッシャー、ディスペンサ、シェーカー、スライドホルダユニット、オートシーラー、遠心器、セルピッカー、ピペッターの少なくとも１つの周辺機器と、細胞を収容する培養容器の状態または細胞の状態を示す検査画像を撮像する撮像部と、周辺機器の培養操作が完了したことを検知し、培養操作の完了後で、完了した培養操作が実施された細胞に対してタイムラプス観察をする前に撮像部を制御して検査画像を撮像し、培養操作の完了後に得られた検査画像を解析して周辺機器による培養操作が適正であるか否かを判定する判定部と、培養部、周辺機器、撮像部、判定部および記録制御部を制御する制御部と、を備える。
本発明の他の態様である培養操作管理方法は、細胞を所定の培養環境下で培養する培養部と、細胞を収容する培養容器の状態または細胞の状態を示す検査画像を撮像する撮像部とを備えた培養装置システムに適用される培養操作管理方法において、細胞の培養操作で使われる、ウォッシャー、ディスペンサ、シェーカー、スライドホルダユニット、オートシーラー、遠心器、セルピッカー、ピペッターの少なくとも１つの周辺機器の培養操作が完了したことを検知する工程と、培養操作の完了後で、検知した培養操作が実施された細胞を用いて培養部での培養により細胞を増殖もしくは分化させる工程の前に撮像部を制御して検査画像を撮像する工程と、培養操作の完了後に得られた検査画像を解析して周辺機器による培養操作が適正であるか否かを判定する工程と、培養操作の完了後に撮像される検査画像から、培養操作が適正であると判定されたときに、培養操作が適正であることを示す履歴情報を記録する工程と、を含む。
本発明のさらに他の態様である培養操作管理方法は、細胞を所定の培養環境下で培養する培養部と、細胞を収容する培養容器の状態または細胞の状態を示す検査画像を撮像する撮像部とを備えた培養装置システムに適用される培養操作管理方法において、細胞の培養操作で使われる、ウォッシャー、ディスペンサ、シェーカー、スライドホルダユニット、オートシーラー、遠心器、セルピッカー、ピペッターの少なくとも１つの周辺機器の培養操作が完了したことを検知する工程と、培養操作の完了後で、完了した培養操作が実施された細胞に対してタイムラプス観察をする前に撮像部を制御して検査画像を撮像する工程と、培養操作の完了後に得られた検査画像を解析して周辺機器による培養操作が適正であるか否かを判定する工程と、培養操作の完了後に撮像される検査画像から、培養操作が適正であると判定されたときに、培養操作が適正であることを示す履歴情報を記録する工程と、を含む。
本発明の他の態様であるプログラムは、細胞を所定の培養環境下で培養する培養部と、細胞を収容する培養容器の状態または細胞の状態を示す検査画像を撮像する撮像部とを備えた培養装置システムを、コンピュータに制御させるプログラムであって、細胞の培養操作で使われる、ウォッシャー、ディスペンサ、シェーカー、スライドホルダユニット、オートシーラー、遠心器、セルピッカー、ピペッターの少なくとも１つの周辺機器の培養操作が完了したことを検知する工程と、培養操作の完了後で、検知した培養操作が実施された細胞を用いて培養部での培養により細胞を増殖もしくは分化させる工程の前に撮像部を制御して検査画像を撮像する工程と、培養操作の完了後に得られた検査画像を解析して周辺機器による培養操作が適正であるか否かを判定する工程と、培養操作の完了後に撮像される検査画像から、培養操作が適正であると判定されたときに、培養操作が適正であることを示す履歴情報を記録する工程と、をコンピュータに実行させる。
本発明のさらに他の態様であるプログラムは、細胞を所定の培養環境下で培養する培養部と、細胞を収容する培養容器の状態または細胞の状態を示す検査画像を撮像する撮像部とを備えた培養装置システムを、コンピュータに制御させるプログラムであって、細胞の培養操作で使われる、ウォッシャー、ディスペンサ、シェーカー、スライドホルダユニット、オートシーラー、遠心器、セルピッカー、ピペッターの少なくとも１つの周辺機器の培養操作が完了したことを検知する工程と、培養操作の完了後で、完了した培養操作が実施された細胞に対してタイムラプス観察をする前に撮像部を制御して検査画像を撮像する工程と、培養操作の完了後に得られた検査画像を解析して周辺機器による培養操作が適正であるか否かを判定する工程と、培養操作の完了後に撮像される検査画像から、培養操作が適正であると判定されたときに、培養操作が適正であることを示す履歴情報を記録する工程と、をコンピュータに実行させる。

一実施形態での培養装置の構成例を示す図 或る培養容器に対する培養操作の履歴情報の一例を示す図 一実施形態のラボシステムの動作例を示す流れ図 一実施形態のラボシステムにおける培養操作の検査工程例を示す流れ図 他の実施形態での培養システムの例を示す図

＜一実施形態の説明＞
図１は、一実施形態での培養装置の構成例を示す図である。一実施形態の培養装置は、培養細胞の培養および観察と、培養細胞に対する各種の培養操作とを行うラボシステムの例を説明する。

ラボシステムは、恒温室１１と、搬送ロボット１２と、ウォッシャー１３と、ディスペンサ１４と、遠心器１５と、セルピッカー１６と、ピペッター１７と、シェーカー１８１８と、スライドホルダユニット１９と、オートシーラー２０と、コントローラ２１とを備えている。ここで、恒温室１１、搬送ロボット１２、ウォッシャー１３、ディスペンサ１４、遠心器１５、セルピッカー１６、ピペッター１７、シェーカー１８、スライドホルダユニット１９およびオートシーラー２０は、それぞれコントローラ２１に配線で接続されている。

ここで、本明細書では、ウォッシャー１３、ディスペンサ１４、遠心器１５、セルピッカー１６、ピペッター１７、シェーカー１８、スライドホルダユニット１９、オートシーラー２０の各動作を培養操作と称する。また、本明細書の図では、配線の接続を実線の矢印で示し、培養容器が搬送される流れを破線の矢印で示す。

恒温室１１には、培養細胞を培養する培養容器が収納される。恒温室１１の内部雰囲気は、内蔵の環境制御装置（不図示）により、細胞の培養に適した環境（例えば、温度３７℃、湿度９０％、ＣＯ₂濃度５％の雰囲気）に維持されるとともに、コンタミネーションを防止するために高い清浄度に保たれる。なお、培養容器には、培養細胞が培地とともに収容されている。

また、恒温室１１内には、複数の培養容器を収納する容器収納部２２（ストッカー）と、撮像部の一例としての観察ユニット２３と、容器搬送装置２４とが配置されている。

ここで、観察ユニット２３は、恒温室１１の環境下で培養細胞等の観察を行うための電子カメラモジュールである。一実施形態の観察ユニット２３は、透過型顕微鏡（例えば位相差顕微鏡）を介して培養細胞を撮像するミクロ観察系の撮像装置２３ａと、培養容器全体を俯瞰的に撮像できるマクロ観察系の撮像装置２３ｂとを有している。この観察ユニット２３は、培養操作の適否を判定するための検査画像を撮像することもできる。ミクロ観察系およびマクロ観察系の各撮像装置２３ａ，２３ｂで撮像された画像は、それぞれコントローラ２１に入力される。

なお、一実施形態の観察ユニット２３は、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）によるＯＣＴ装置２３ｃをさらに有する。ＯＣＴ装置２３ｃは、波長幅の広い光をプローブとして用いるため、その光に対して透明な被観察物の３次元構造を非染色・非侵襲で観察できる。

容器搬送装置２４は、コントローラ２１の制御によって、容器収納部２２および観察ユニット２３の間で培養容器の受け渡しを行う。これにより、恒温室１１の収納部に収納された培養容器を所定の時間間隔でタイムラプス観察することが可能となる。また、容器搬送装置２４は、コントローラ２１の制御によって、搬送ロボット１２との間で培養容器の受け渡しを行う。これにより、恒温室１１への培養容器の搬出／搬入を行うことができる。

なお、ラボシステムの恒温室１１の外の雰囲気は、恒温室１１と同等の環境条件でなくともかまわないが、環境条件のパラメータを恒温室１１の内部雰囲気に近づけてもよい。

搬送ロボット１２は、コントローラ２１の制御によって、ラボシステム内で培養操作を行う各ユニット（ウォッシャー１３、ディスペンサ１４、遠心器１５、セルピッカー１６、ピペッター１７、シェーカー１８、スライドホルダユニット１９、オートシーラー２０）と恒温室１１との間で培養容器を搬送する。また、搬送ロボット１２は、外部からラボシステム内への培養容器の搬出／搬入を行う。

ウォッシャー１３は、主に培養容器の培地交換で用いられるユニットであって、培養容器から古い培地を吸引する。また、ディスペンサ１４は、主に培養容器の培地交換で用いられるユニットであって、培養容器に新しい培地を注入する。なお、ディスペンサ１４は、培養容器への薬剤の注入にも用いることができる。

一例として、ウォッシャー１３およびディスペンサ１４はほぼ同一の構成であって、使い捨てのシリンジチップを駆動させて培地吸引または培地注入を行う駆動部と、上記のシリンジチップを駆動部に着脱する着脱機構とを有している。

遠心器１５は、培養細胞と各種溶液とを遠心力で分離する装置である。一例として、遠心器１５は、凍結細胞の解凍処理を行ったときの細胞および上澄液の分離や、細胞培養時のトリプシンの除去に用いられる。

セルピッカー１６は、培養容器から任意のコロニーをピッキングして取り出す装置である。例えば、セルピッカー１６は、培養細胞の継代のときに用いられる場合もある。

ピペッター１７は、新たな培養容器に細胞を撒くための装置である。例えば、ピペッター１７は、培養細胞の継代のときに、ピッキングされたコロニーから得られた培養細胞を新たな培養容器に撒くために用いられる。また、ピペッター１７は、ｉＰＳ細胞の培養時に必要となるフィーダー細胞を培養容器に撒くときに用いることもできる。

シェーカー１８は、培養容器を略水平方向に振動させることで、培養容器内に撒かれた細胞を均一にならすための装置である。

スライドホルダユニット１９は、未使用の培養容器をピペッター１７等に供給するための装置である。また、オートシーラー２０は、培養操作後に培養容器の上にシールテープを張ることで、培養容器を密封する装置である。

コントローラ２１は、ラボシステムの動作を統括的に制御するとともに、ラボシステムにおける細胞の培養工程を培養容器単位で管理するコンピュータである。コントローラ２１は、観察制御部３１、培養操作制御部３２、検査部３３、記憶装置３４、記録制御部３５、報知部３６を有している。なお、コントローラ２１には、ユーザの操作を受け付ける操作部３７と、画像等を表示するモニタ３８とが接続されている。

観察制御部３１は、予め登録されたスケジュールに基づいて観察ユニット２３および容器搬送装置２４を制御し、培養容器に収容された培養細胞のタイムラプス観察を実行する。

培養操作制御部３２は、タイムラプス観察の結果またはユーザの指示に応じて、培養操作を行う各ユニットを制御し、培養容器の継代・培地交換などのイベントを実行する。

検査部３３は、少なくとも培養操作後に観察ユニット２３を制御して検査画像を撮像する。なお、検査部３３は、上記の検査画像を解析して培養操作が適正であるか否かを判定する判定部としても機能する。

記憶装置３４は、基本登録情報、培養容器の観察情報、培養操作情報を記憶する不揮発性の記憶媒体である。なお、基本登録情報、培養容器の観察情報、培養操作情報は、ラボシステムで管理される各々の培養容器に対してそれぞれ１セットずつ生成される。

ここで、基本登録情報は、培養容器の属性情報（培養細胞の種類、培地の種類、継代の履歴など）と、培養容器のタイムラプス観察のスケジュール（観察のインターバル、各観察時での撮像条件など）と、継代・培地交換等を行うときの判定条件の情報とを含む。

また、培養容器の観察情報は、或る培養容器を対象としてタイムラプス観察で取得した複数の観察画像と、各観察画像の取得時期を示す情報と、観察期間における恒温室１１の環境条件の情報とを含む。

また、培養操作情報は、或る培養容器に時系列に行われた複数の培養操作の履歴情報と、培養操作ごとに取得される検査画像とを含む。上記の履歴情報には、各々の培養操作の種類・時期の情報と、各々の培養操作の適否を示す情報とが対応付けされて記憶される。

なお、或る培養容器（培養容器Ａ）の培養操作情報の一例を図２に表形式で示す。図２では、１回の培養操作ごとに、培養操作の履歴と、検査画像のファイル名とが対応付けされて記録されている状態を示している。

記録制御部３５は、記憶装置３４に各種情報（基本登録情報、培養容器の観察情報、培養操作情報）を記録する。なお、記録制御部３５は、培養容器の観察情報および培養操作情報の改ざん防止処理を行う。

報知部３６は、培養操作制御部３２によって培養操作が適正でないと判定されたときに、警告を外部に出力する。一例として、報知部３６は、モニタ３８に警告表示を出力する。あるいは、報知部３６は、ユーザのパーソナルコンピュータ（またはモバイルコンピュータ）にメールを送信してもよい。なお、上記のメールの送信は不図示の通信部を介して行われる。

以下、ラボシステムの用途例として、ｉＰＳ細胞を培養する場合を説明する。現在、再生医療分野で検討されているｉＰＳ細胞の培養工程の概要は、下記の（１）〜（４）のとおりである。

（１）患者からの体細胞（血液、皮膚細胞等）の摘出工程
（２）ｉＰＳ細胞への脱分化工程（１〜３週間程度）
まず、ウイルスベクターやヒト人工染色体（ＨＡＣ）ベクター等を用いて、患者の体細胞に遺伝子を導入することでｉＰＳ細胞を作成する。次に、遺伝子導入された細胞を培養しつつ、１日１回程度の頻度でタイムラプス観察を行う。そして、タイムラプス観察で得た観察画像からｉＰＳ細胞のコロニーを探し出す。例えば表面抗体に付けた蛍光色素等を指標として、ｉＰＳ細胞への脱分化が完了したと判断したときには、ピペッティングで目的のコロニー（ｉＰＳ細胞のコロニー）を回収する。

（３）ｉＰＳ細胞の増殖工程（１週間〜）
上記（２）の工程で得たｉＰＳ細胞を培養容器に撒き、ｉＰＳ細胞を培養して増殖させる。この工程では、ｉＰＳ細胞のコロニーをピックアップし、コロニーをばらばらにして得た細胞を複数の培養容器に撒きなおすことを繰り返す。また、この工程では、タイムラプス観察の結果に基づいて、状態のよいコロニーのみを選別してピックアップする。

（４）ｉＰＳ細胞からの分化工程（２週間〜）
上記（３）の工程で増殖させたｉＰＳ細胞を培養容器に撒き、分化誘導試薬を添加して培養を行う。タイムラプス観察の結果に基づいて、目的の細胞が生成されたと判断したときには、目的の細胞を抽出して培養を終了する。

一実施形態のラボシステムは、上記（２）〜（４）の各工程における細胞の培養に用いることができる。ラボシステムでは、培養細胞のタイムラプス観察、培養細胞の培養操作（培地交換・継代）を行うことができる。なお、ラボシステムは、複数の培養容器で細胞の培養工程を並行して行うことができる。

次に、図３を参照しつつ、一実施形態のラボシステムの動作例を説明する。図３の例では、細胞が収容された培養容器が予め恒温室１１に収納されるとともに、基本登録情報が予め記憶装置３４に登録されている状態を前提として説明を行う。

ステップ＃１０１：観察制御部３１は、記憶装置３４の基本登録情報（タイムラプス観察のスケジュール）を参照し、いずれかの培養容器の観察開始時間が到来したか否かを判定する。上記要件を満たす場合（ＹＥＳ側）には＃１０２に処理が移行する。一方、上記要件を満たさない場合（ＮＯ側）には、観察制御部３１は、いずれかの培養容器の観察開始時間まで待機する。

ステップ＃１０２：観察制御部３１は、培養容器のタイムラプス観察を実行する。

＃１０２での観察制御部３１は、容器搬送装置２４を制御して、観察対象の培養容器を容器収納部２２から観察ユニット２３に搬送する。そして、観察制御部３１は、観察ユニット２３を制御して、ミクロ観察系の撮像装置２３ａによる培養細胞の観察画像と、ＯＣＴ装置２３ｃによる培養細胞の観察画像とを撮像する。なお、＃１０２での観察制御部３１は、マクロ観察系の撮像装置２３ｂで培養容器の全体観察画像を撮像してもよい。その後、記録制御部３５は、記憶装置３４の培養容器の観察情報を更新する。具体的には、記録制御部３５は、タイムラプス観察した培養容器の観察情報に、＃１０２で撮像された観察画像を対応付けて記録する。

ステップ＃１０３：培養操作制御部３２は、＃１０２で観察した培養容器の継代を行うか否かを判定する。

一例として、＃１０３での培養操作制御部３２は、ミクロ観察系の観察画像またはＯＣＴでの観察画像を解析する。そして、培養操作制御部３２は、培養容器での細胞領域の占有率が閾値以上となるとき（コンフリューエントの状態に近い場合）に、継代を行うと判定する。

上記要件を満たす場合（ＹＥＳ側）には＃１０４に処理が移行する。一方、上記要件を満たさない場合（ＮＯ側）には＃１０５に処理が移行する。

ステップ＃１０４：培養操作制御部３２は、ウォッシャー１３、セルピッカー１６、ディスペンサ１４、ピペッター１７等を制御して、培養細胞の継代を実行する。一例として、＃１０４での培養操作は、以下のようにして行われる。

まず、ウォッシャー１３が、継代を行う培養容器から古い培地を吸引する。セルピッカー１６は、継代を行う培養容器から培養細胞のコロニーをピッキングする。このとき、培養容器から細胞を剥離させるためにトリプシン処理をおこなってもよい。次に、ディスペンサ１４は、スライドホルダユニット１９から供給された新たな培養容器に培地を注入する。そして、ピペッター１７は、ピッキングされたコロニーをある程度ばらばらにした上で、新たな培養容器に培養細胞を撒く。その後、培地をこぼさないように撹拌機で撹拌して細胞を均一にする。なお、継代後の培養容器は、恒温室１１に収納される。

ここで、上記の継代に関する各培養操作では、後述する培養操作の検査工程（図４）がそれぞれ行われる。

また、＃１０４で継代が行われると、記録制御部３５によって、継代後の培養容器に対応する基本登録情報が記憶装置３４に登録される。このとき、記録制御部３５は、基本登録情報に今回の継代の履歴を記録するとともに、他の項目については継代前の培養容器の基本登録情報を引き継がせる。上記の処理の後、＃１０１に戻って処理が繰り返される。

ステップ＃１０５：培養操作制御部３２は、観察画像を解析し、培地交換が必要か否かを判定する。一例として、培養操作制御部３２は、観察画像の培地に添加されるｐＨ試薬の色に基づいて、培地の交換が必要か否かを判定すればよい。

上記要件を満たす場合（ＹＥＳ側）には＃１０６に処理が移行する。一方、上記要件を満たさない場合（ＮＯ側）には＃１０７に処理が移行する。

ステップ＃１０６：培養操作制御部３２は、ウォッシャー１３およびディスペンサ１４を制御して培地交換を実行する。

まず、ウォッシャー１３が、培養容器から古い培地を吸引する。次に、ディスペンサ１４は、培養容器に新たな培地を注入する。なお、培地交換後の培養容器が恒温室１１に収納される。そして、＃１０１に戻って処理が繰り返される。

なお、上記の培地交換に関する各培養操作では、後述する培養操作の検査工程（図４）がそれぞれ行われる。

ステップ＃１０７：培養操作制御部３２は、ミクロ観察系の観察画像またはＯＣＴでの観察画像を解析し、培養終了条件を満たすか否かを判定する。具体的には、培養操作制御部３２は、培養細胞が所望の状態（例えば、ｉＰＳ細胞へ脱分化できた場合や、ｉＰＳ細胞から所望の細胞に分化誘導できた場合）になった場合に、培養終了条件を満たすと判定する。例えば、培養操作制御部３２は、観察画像に含まれる培養細胞の形態的特徴（細胞の大きさ、細胞の形状、アポトーシスの有無等）や、細胞とマーカーとの反応に応じて、培養細胞が所望の状態にあるか否かを判定すればよい。なお、心筋細胞への分化誘導の場合には、複数フレームの観察画像から培養細胞の反復的な収縮運動（心筋細胞の脈動）が検出できたときに、培養操作制御部３２は培養終了条件を満たすと判定すればよい。

上記要件を満たす場合（ＹＥＳ側）には＃１０８に処理が移行する。一方、上記要件を満たさない場合（ＮＯ側）には＃１０１に戻って処理が繰り返される。

ステップ＃１０８：培養操作制御部３２は、搬送ロボット１２を制御して、培養容器をラボシステムから搬出する。また、培養操作制御部３２は、＃１０４の継代の場合と同様に、所望の状態にある培養細胞のみをセルピッカー１６でピッキングし、別の培養容器で細胞の培養を継続してもよい。上記の処理の後、＃１０１に戻って処理が繰り返される。以上で、図３の流れ図の説明を終了する。

次に、図４の流れ図を参照しつつ、一実施形態のラボシステムにおける培養操作の検査工程を説明する。図４の流れ図の処理は、ウォッシャー１３、ディスペンサ１４、遠心器１５、セルピッカー１６、ピペッター１７、シェーカー１８、スライドホルダユニット１９、オートシーラー２０のいずれかの動作時に実行される。

ステップ＃２０１：培養操作制御部３２は、搬送ロボット１２および容器搬送装置２４を制御して、培養操作前の培養容器を観察ユニット２３に搬送する。そして、検査部３３は、観察ユニット２３を制御して、培養操作前の培養容器等の状態を示す検査画像を撮像する。

ここで、培養操作の種類によっては、＃２０１の処理が省略される場合もある。また、培養操作に先立って行われるタイムラプス観察のときに、＃２０１での検査画像を撮像してもよい。

ステップ＃２０２：培養操作制御部３２は、搬送ロボット１２および容器搬送装置２４を制御して、培養操作を行うユニットに培養容器を搬送する。そして、培養操作制御部３２は、培養操作を行うユニットを制御して培養操作を実行する。

ステップ＃２０３：培養操作制御部３２は、搬送ロボット１２および容器搬送装置２４を制御して、培養操作後の培養容器を観察ユニット２３に搬送する。そして、検査部３３は、観察ユニット２３を制御して検査画像を撮像する。

ステップ＃２０４：検査部３３は、上記の検査画像（＃２０１，＃２０３）を解析して培養操作が適正であるか否かを判定する。上記要件を満たす場合（ＹＥＳ側）には＃２０５に処理が移行する。一方、上記要件を満たさない場合（ＮＯ側）には、＃２０６に処理が移行する。

例えば、一実施形態の検査部３３は、各培養操作の適否を以下の要領で判定する。

（ａ）ウォッシャーの場合の検査例
ウォッシャー１３による培養操作の場合、検査部３３は＃２０１の処理を省略するとともに、＃２０３においてマクロ観察系の撮像装置２３ｂで培養容器の検査画像を撮像する。

＃２０４での検査部３３は、培地吸引後の検査画像から培養容器内に培地が残存しているか否かを判定する。例えば、検査部３３は、検査画像における培養容器内の色に着目して、培地（pＨ試薬の色の部分）が残存しているか否かを判定する。具体的には培養容器の底面積に対して、色の領域（着色面積）が所定の割合以上あると判定されると、検査部３３は培地が培養容器内に残存していると判定する。

また、検査部３３は、液面高さに着目し、培地が残存しているか否かを判定しても良い。例えば、培地の液面高さは培養容器の画像に基づき、液面の輪郭と培養容器底面の輪郭との視差を利用することで液面高さが推定できる。検査部３３は、この推定高さと基準の値との比較により培地の残存を判定する。

そして、検査部３３は、培地が残存している場合にウォッシャー１３での培養操作が不適正であると判定する。

（ｂ）ディスペンサの場合の検査例
ディスペンサ１４による培養操作の場合、検査部３３は＃２０１の処理を省略するとともに、＃２０３においてマクロ観察系の撮像装置２３ｂで培養容器の検査画像を撮像する。

＃２０４での検査部３３は、培地吸引後の検査画像から培養容器内に培地が残存しているか否かを判定する。なお、培地の残存の判定手法は上記（ａ）と同様であるので重複説明は省略する。

そして、検査部３３は、培地が存在していない場合にディスペンサ１４での培養操作が不適正であると判定する。

なお、ディスペンサ１４による培養操作の場合、検査部３３は培養操作から一定期間経過後にミクロ観察系の撮像装置２３ａで検査画像をさらに撮像してもよい。そして、上記の検査画像で培養細胞の状態（生死・活性等）を確認し、ディスペンサ１４で適切な培地が培養容器に注入されたか否かを判定してもよい。

（ｃ）遠心器の場合の検査例
遠心器１５による培養操作の場合、＃２０１および＃２０３において、マクロ観察系の撮像装置２３ｂで、培養容器の検査画像を撮像する。

＃２０４での検査部３３は、例えば、＃２０１および＃２０３の検査画像に含まれる細胞数をそれぞれカウントし、両者の細胞数に閾値以上の変化があるか否かを判定する。そして、検査部３３は、細胞数に閾値以上の変化がある場合に遠心器１５での培養操作が不適正であると判定する。

なお、遠心器１５による培養操作の場合、検査部３３は培養操作から一定期間経過後にミクロ観察系の撮像装置２３ａで検査画像をさらに撮像してもよい。そして、検査部３３は、上記の検査画像で培養細胞の状態（生死・活性等）を確認し、遠心器１５による細胞へのダメージの有無で培養操作の適否を判定してもよい。

（ｄ）セルピッカーの場合の検査例
セルピッカー１６による培養操作の場合、＃２０１および＃２０３において、マクロ観察系の撮像装置２３ｂで、培養容器の検査画像を撮像する。

＃２０４での検査部３３は、例えば、＃２０１および＃２０３の検査画像でピッキングの対象となるコロニーの有無を判定する。例えば、検査部３３は、検査画像に基づきコロニーの輪郭画像を抽出し、抽出された輪郭画像からコロニーの形状情報、コロニーの面積情報、コロニーの輝度分布情報を算出する。これらの情報から、例えば正常コロニーであれば、形状情報が真円に対してどの程度、変形しているかの変形度によってピッキング対象を絞り込むことができる。あるいは、面積情報に基づいて基準面積と比べて大きいものをピッキング対象とすることができる。あるいは、輝度分布情報に基づいて輝度分布の均一度に求めて所定の均一度のものをピッキング対象に抽出することができる。

そして、検査部３３は、＃２０３の検査画像でピッキングの対象となるコロニーの一部または全部が存在する場合にセルピッカー１６での培養操作が不適正であると判定する。

（ｅ）ピペッターの場合の検査例
ピペッター１７による培養操作の場合、検査部３３は＃２０１の処理を省略するとともに、＃２０３において培養操作から一定期間経過後（例えば、撒いた細胞が培養容器に付着する時期）にミクロ観察系の撮像装置２３ａで培養容器の検査画像を撮像する。

そして、＃２０４での検査部３３は、上記の検査画像で培養細胞の形態を確認する。検査部３３は、細胞が正しくソーティングされていない場合にピペッター１７での培養操作が不適正であると判定する。

（ｆ）シェーカーの場合の検査例
シェーカー１８による培養操作の場合、検査部３３は＃２０１の処理を省略するとともに、＃２０３においてマクロ観察系の撮像装置３２ｂで培養容器の検査画像を撮像する。

そして、＃２０４での検査部３３は、上記の検査画像を複数の領域に分割し、分割領域ごとに画像の二次モーメントを求める。検査部３３は、画像の二次モーメントが局所的に大きくなる領域がある場合（細胞がまとまっている領域がある場合）にシェーカー１８での培養操作が不適正であると判定する。

（ｇ）スライドホルダユニットの場合の検査例
スライドホルダユニット１９による培養操作の場合、検査部３３は＃２０１の処理を省略するとともに、＃２０３においてマクロ観察系の撮像装置２３ｂで培養容器の検査画像を撮像する。そして、＃２０４での検査部３３は、スライドホルダユニット１９から供給された培養容器が画像内にない場合にスライドホルダユニット１９での培養操作が不適正であると判定する。

（ｈ）オートシーラーの場合の検査例
オートシーラー２０による培養操作の場合、検査部３３は＃２０１の処理を省略するとともに、＃２０３においてマクロ観察系の撮像装置２３ｂで培養容器の検査画像を撮像する。そして、＃２０４での検査部３３は、培養容器がシーリングされていない場合にオートシーラー２０での培養操作が不適正であると判定する。

ステップ＃２０５：記録制御部３５は、記憶装置３４の培養操作情報を更新する。具体的には、記録制御部３５は、培養操作が行われた培養容器に対応する培養操作情報に今回の培養操作に関する情報（培養操作の種類・時期、培養操作の適否、検査画像）を追加する。このとき、記録制御部３５は、培養操作情報に改ざん防止処理（例えば電子透かしの埋め込みや暗号化）を施す。その後、検査部３３は検査工程の処理を終了する。

ステップ＃２０６：報知部３６は、今回の培養操作が適正でない旨の警告をモニタ３８に出力する。なお、＃２０６の処理においても、記録制御部３５が、記憶装置３４の培養操作情報に今回の培養操作に関する情報を追加してもよい。その後、検査部３３は検査工程の処理を終了する。以上で、図４の流れ図の説明を終了する。

以下、一実施形態でのラボシステムの作用効果を述べる。

一実施形態でのラボシステムは、コントローラ２１の制御下で、恒温室１１での細胞培養と、細胞のタイムラプス観察と、継代・培地交換に関する培養操作を実行する。そのため、一実施形態のラボシステムによれば、細胞の培養工程を大幅に省力化できる。また、一実施形態のラボシステムによれば、培養工程上での人為的なミスを抑制するとともに、培養工程を平準化できるので、培養細胞の品質を安定させることが容易となる。

また、一実施形態のラボシステムは、継代・培地交換に関する培養操作のときに、検査画像を撮像するとともに、この検査画像に基づいて培養操作の適否を判定する。これにより、一実施形態のラボシステムは、培養工程における培養操作の適否を管理することが可能となる。

また、一実施形態の記録制御部３５は、同じ培養容器に時系列に行われた複数の培養操作の適否を示す履歴情報を記憶装置３４に記録する。上記の履歴情報は、或る培養容器に対して培養操作が適正に行われたことを保証する役目を果たす。よって、一実施形態のラボシステムでは、培養工程で得られた培養細胞の品質を履歴情報で保証できる。

例えば再生医療分野では、培養細胞が体内で働く薬として使用されるため、細胞の管理は医薬品及び医薬部外品の製造管理及び品質管理の基準（GMP：Good Manufacturing Practice）に準拠すると想定される。かかる場合には各培養操作の適否を検証することが不可欠となるが、一実施形態のラボシステムは各培養操作の管理を高い水準で満たすことができる。

また、一実施形態では、複数の培養容器の履歴情報を横断的に検証することで、ラボシステムの培養環境全体を評価することもできる。例えば、培養工程の管理に関する工業的規格の認証審査において、上記の履歴情報を有用な資料として活用できる。

また、一実施形態の記録制御部３５は、履歴情報に検査情報を対応付けて記憶装置３４に記録するので、履歴情報の検証も容易となる。また、一実施形態の記録制御部３５は、培養操作情報に改ざん防止処理を施すので、履歴情報を含む培養操作情報の信用性をより高めることができる。

＜他の実施形態の説明＞
図５は、他の実施形態での培養システムの例を示す図である。なお、他の実施形態は上述の一実施形態の変形例であり、他の実施形態で一実施形態と共通する要素には同一符号を付して重複説明を省略する。

他の実施形態の培養システムは、恒温室１１およびコントローラ２１を含む培養装置と、培養操作を行う複数のユニット（ウォッシャー１３、ディスペンサ１４、遠心器１５、セルピッカー１６、ピペッター１７およびシェーカー１８）とをそれぞれ有している。上記の恒温室１１は、容器収納部２２、観察ユニット２３、容器搬送装置２４を含む。また、コントローラ２１は、観察制御部３１、検査部３３、記憶装置３４、記録制御部３５、報知部３６を含む。なお、コントローラ２１には、恒温室１１、操作部３７、モニタ３８がそれぞれ接続されている。

他の実施形態では、細胞培養装置と、培養操作を行う各ユニット（１３〜１８）とがそれぞれ独立に動作する。他の実施形態においてユニット間での培養容器の受け渡しは例えば人手で行われる。そして、他の実施形態のコントローラ２１は、恒温室１１での細胞培養と、観察ユニット２３による細胞のタイムラプス観察と、観察ユニット２３による培養操作の検査工程とを制御する。

一例として、他の実施形態での培養操作の検査工程では、少なくとも培養操作の後に恒温室１１に培養容器が搬入される。検査部３３は、観察ユニット２３を制御して検査画像を撮像するとともに、上記＃２０４と同様の手法で検査画像を解析して培養操作の適否を判定する。

培養操作が適正であると判定された場合、記録制御部３５は、上記＃２０５と同様に、記憶装置３４の培養操作情報に今回の培養操作に関する情報を追加する。一方、培養操作が不適正であると判定された場合、報知部３６は、今回の培養操作が適正でない旨の警告をモニタ３８に出力する。

他の実施形態では、継代・培地交換に関する培養操作のときに、細胞培養装置が検査画像を撮像するとともに、この検査画像に基づいて培養操作の適否を判定する。また、他の実施形態の記録制御部３５は、同じ培養容器に時系列に行われた複数の培養操作の適否を示す履歴情報を記憶装置３４に記録する。

そのため、他の実施形態においても、培養工程における培養操作の適否を管理することが可能である。また、他の実施形態においても、培養工程で得られた培養細胞の品質を履歴情報で保証できる。

＜実施形態の補足事項＞
（補足事項１）：上記実施形態において、タイムラプス観察を行う観察ユニット２３とは別に、検査画像を撮像する撮像部を設けてもよい。なお、上記の撮像部は、恒温室１１の外に配置されていてもよい。

（補足事項２）：上記実施形態において、観察ユニット２３は、レーザ光源および共焦点光学系を有する共焦点蛍光顕微鏡で細胞の観察を行う撮像装置をさらに有していてもよい。

（補足事項３）：上記の一実施形態において、ユーザの指示に応じて培養操作制御部３２が継代を開始するようにしてもよい。また、上記の一実施形態において、培養操作制御部３２は、一定時間ごとに培地交換を行うようにしてもよい。

（補足事項４）：上記実施形態では、コントローラ２１の観察制御部３１、培養操作制御部３２、検査部３３、記録制御部３５、報知部３６をハードウェア的に実現する例を説明したが、これらの各部の機能をコンピュータのプログラムで実現させてもよい。なお、かかる場合には、プログラムは、例えば記憶装置３４などに記録すればよい。

（補足事項５）：上記実施形態において、記録制御部３５は、タイムラプス観察の日時・観察画像の情報と、培養操作情報（図２）とを記憶装置３４に一元的に記録するようにしてもよい。

以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲が、その精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図する。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずであり、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物によることも可能である。

１１…恒温室、１２…搬送ロボット、１３…ウォッシャー、１４…ディスペンサ、１５…遠心器、１６…セルピッカー、１７…ピペッター、１８…シェーカー、１９…スライドホルダユニット、２０…オートシーラー、２１…コントローラ、２２…容器収納部、２３…観察ユニット、２４…容器搬送装置、３１…観察制御部、３２…培養操作制御部、３３…検査部、３４…記憶装置、３５…記録制御部、３６…報知部、３７…操作部、３８…モニタ

Claims (17)

1. 細胞を所定の培養環境下で培養する培養部と、
   前記細胞を収容する培養容器の状態または前記細胞の状態を示す検査画像を撮像する撮像部と、
   前記細胞の培養操作で使われる、ウォッシャー、ディスペンサ、シェーカー、スライドホルダユニット、オートシーラー、遠心器、セルピッカー、ピペッターの少なくとも１つの周辺機器の培養操作が完了したことを検知し、前記培養操作の完了後で、前記検知した培養操作が実施された細胞を用いて前記培養部での培養により細胞を増殖もしくは分化させる工程の前に前記撮像部を制御して前記検査画像を撮像し、培養操作の完了後に得られた前記検査画像を解析して前記周辺機器による培養操作が適正であるか否かを判定する判定部と、
   前記培養操作の完了後に撮像される前記検査画像から、前記培養操作が適正であると判定されたときに、前記培養操作が適正であることを示す履歴情報を記録する記録制御部と、
   を備える培養装置。
2. 細胞を所定の培養環境下で培養する培養部と、
   前記細胞を収容する培養容器の状態または前記細胞の状態を示す検査画像を撮像する撮像部と、
   前記細胞の培養操作で使われる、ウォッシャー、ディスペンサ、シェーカー、スライドホルダユニット、オートシーラー、遠心器、セルピッカー、ピペッターの少なくとも１つの周辺機器の培養操作が完了したことを検知し、前記培養操作の完了後で、前記完了した培養操作が実施された細胞に対してタイムラプス観察をする前に前記撮像部を制御して前記検査画像を撮像し、前記培養操作の完了後に得られた前記検査画像を解析して前記周辺機器による培養操作が適正であるか否かを判定する判定部と、
   前記培養操作の完了後に撮像される前記検査画像から、前記培養操作が適正であると判定されたときに、前記培養操作が適正であることを示す履歴情報を記録する記録制御部と、
   を備える培養装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の培養装置において、
   さらに、前記周辺機器と前記培養装置との間で前記培養容器を受け渡す搬送部を備える、培養装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の培養装置において、
   前記判定部は、前記培養操作の種類ごとに前記検査画像の解析方法を変更させる、培養装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の培養装置において、
   前記培養操作は、培地交換または継代に関する処理を含む、培養装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の培養装置において、
   前記記録制御部は、同じ前記培養容器に時系列に行われた複数の前記培養操作が不適正であることを示す履歴情報を前記検査画像に対応づけて記録媒体に記録する、培養装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の培養装置において、
   前記記録制御部は、前記履歴情報に前記検査画像を対応付けて記録媒体に記録する、培養装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の培養装置において、
   前記記録制御部は、前記履歴情報に改ざん防止処理を施す、培養装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の培養装置において、
   前記培養操作が適正でないと判定されたときに、警告を外部に出力する報知部をさらに備える、培養装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の培養装置において、
    前記培養部は、内部雰囲気が所定の環境条件に維持されるととともに、前記培養容器を収納する恒温室である、培養装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の培養装置において、
    さらに、前記周辺機器を操作する培養操作制御部を備える、培養装置。
12. 細胞を所定の培養環境下で培養する培養部と、
    前記細胞の培養操作で使われる、ウォッシャー、ディスペンサ、シェーカー、スライドホルダユニット、オートシーラー、遠心器、セルピッカー、ピペッターの少なくとも１つの周辺機器と、
    前記細胞を収容する培養容器の状態または前記細胞の状態を示す検査画像を撮像する撮像部と、
    前記周辺機器の培養操作が完了したことを検知し、前記培養操作の完了後で、前記検知した培養操作が実施された細胞を用いて前記培養部での培養により細胞を増殖もしくは分化させる工程の前に前記撮像部を制御して前記検査画像を撮像し、培養操作の完了後に得られた前記検査画像を解析して前記周辺機器による培養操作が適正であるか否かを判定する判定部と、
    前記培養操作の完了後に撮像される前記検査画像から、前記培養操作が適正であると判定されたときに、前記培養操作が適正であることを示す履歴情報を記録する記録制御部と、
    前記培養部、前記周辺機器、前記撮像部、前記判定部および前記記録制御部を制御する制御部と、
    を備える培養装置システム。
13. 細胞を所定の培養環境下で培養する培養部と、
    前記細胞の培養操作で使われる、ウォッシャー、ディスペンサ、シェーカー、スライドホルダユニット、オートシーラー、遠心器、セルピッカー、ピペッターの少なくとも１つの周辺機器と、
    前記細胞を収容する培養容器の状態または前記細胞の状態を示す検査画像を撮像する撮像部と、
    前記周辺機器の培養操作が完了したことを検知し、前記培養操作の完了後で、前記完了した培養操作が実施された細胞に対してタイムラプス観察をする前に前記撮像部を制御して前記検査画像を撮像し、前記培養操作の完了後に得られた前記検査画像を解析して前記周辺機器による培養操作が適正であるか否かを判定する判定部と、
    前記培養操作の完了後に撮像される前記検査画像から、前記培養操作が適正であると判定されたときに、前記培養操作が適正であることを示す履歴情報を記録する記録制御部と、
    前記培養部、前記周辺機器、前記撮像部、前記判定部および前記記録制御部を制御する制御部と、
    を備える培養装置システム。
14. 細胞を所定の培養環境下で培養する培養部と、前記細胞を収容する培養容器の状態または前記細胞の状態を示す検査画像を撮像する撮像部とを備えた培養装置システムに適用される培養操作管理方法において、
    前記細胞の培養操作で使われる、ウォッシャー、ディスペンサ、シェーカー、スライドホルダユニット、オートシーラー、遠心器、セルピッカー、ピペッターの少なくとも１つの周辺機器の培養操作が完了したことを検知する工程と、
    前記培養操作の完了後で、前記検知した培養操作が実施された細胞を用いて前記培養部での培養により細胞を増殖もしくは分化させる工程の前に前記撮像部を制御して前記検査画像を撮像する工程と、
    培養操作の完了後に得られた前記検査画像を解析して前記周辺機器による培養操作が適正であるか否かを判定する工程と、
    前記培養操作の完了後に撮像される前記検査画像から、前記培養操作が適正であると判定されたときに、前記培養操作が適正であることを示す履歴情報を記録する工程と、
    を含む培養操作管理方法。
15. 細胞を所定の培養環境下で培養する培養部と、前記細胞を収容する培養容器の状態または前記細胞の状態を示す検査画像を撮像する撮像部とを備えた培養装置システムに適用される培養操作管理方法において、
    前記細胞の培養操作で使われる、ウォッシャー、ディスペンサ、シェーカー、スライドホルダユニット、オートシーラー、遠心器、セルピッカー、ピペッターの少なくとも１つの周辺機器の培養操作が完了したことを検知する工程と、
    前記培養操作の完了後で、前記完了した培養操作が実施された細胞に対してタイムラプス観察をする前に前記撮像部を制御して前記検査画像を撮像する工程と、
    前記培養操作の完了後に得られた前記検査画像を解析して前記周辺機器による培養操作が適正であるか否かを判定する工程と、
    前記培養操作の完了後に撮像される前記検査画像から、前記培養操作が適正であると判定されたときに、前記培養操作が適正であることを示す履歴情報を記録する工程と、
    を含む培養操作管理方法。
16. 細胞を所定の培養環境下で培養する培養部と、前記細胞を収容する培養容器の状態または前記細胞の状態を示す検査画像を撮像する撮像部とを備えた培養装置システムを、コンピュータに制御させるプログラムであって、
    前記細胞の培養操作で使われる、ウォッシャー、ディスペンサ、シェーカー、スライドホルダユニット、オートシーラー、遠心器、セルピッカー、ピペッターの少なくとも１つの周辺機器の培養操作が完了したことを検知する工程と、
    前記培養操作の完了後で、前記検知した培養操作が実施された細胞を用いて前記培養部での培養により細胞を増殖もしくは分化させる工程の前に前記撮像部を制御して前記検査画像を撮像する工程と、
    培養操作の完了後に得られた前記検査画像を解析して前記周辺機器による培養操作が適正であるか否かを判定する工程と、
    前記培養操作の完了後に撮像される前記検査画像から、前記培養操作が適正であると判定されたときに、前記培養操作が適正であることを示す履歴情報を記録する工程と、
    をコンピュータに実行させるプログラム。
17. 細胞を所定の培養環境下で培養する培養部と、前記細胞を収容する培養容器の状態または前記細胞の状態を示す検査画像を撮像する撮像部とを備えた培養装置システムを、コンピュータに制御させるプログラムであって、
    前記細胞の培養操作で使われる、ウォッシャー、ディスペンサ、シェーカー、スライドホルダユニット、オートシーラー、遠心器、セルピッカー、ピペッターの少なくとも１つの周辺機器の培養操作が完了したことを検知する工程と、
    前記培養操作の完了後で、前記完了した培養操作が実施された細胞に対してタイムラプス観察をする前に前記撮像部を制御して前記検査画像を撮像する工程と、
    前記培養操作の完了後に得られた前記検査画像を解析して前記周辺機器による培養操作が適正であるか否かを判定する工程と、
    前記培養操作の完了後に撮像される前記検査画像から、前記培養操作が適正であると判定されたときに、前記培養操作が適正であることを示す履歴情報を記録する工程と、
    をコンピュータに実行させるプログラム。
    

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