JP6277103B2 - 細胞培養観察装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の培養容器の観察と各培養容器に対する操作とを行う細胞培養観察装置および方法に関するものである。

近年、細胞の大量培養を行うための自動培養観察装置の開発が進められている。自動培養観察装置においては、培地の交換、薬剤の添加、および培養容器からの細胞の剥離および除去などの種々の操作が自動的に行われ、かつ培養容器内の細胞の観察も自動的に行われるように構成されている。

現在、このような自動培養観察装置においては、細胞に対して操作を行う細胞操作部と培養容器内の細胞を観察する細胞観察部とが、ユニット単位で分かれていることが一般的であるが、自動培養観察装置の小型化に伴い、上述した細胞操作部と細胞観察部が一体化されたものも提案されている。

しかしながら、このような一体化された自動培養観察装置において、所定の培養容器内の細胞を観察しているときにその培養容器に対して操作を行なうと、撮像された画像がブレるなど明瞭な画像が得られない場合がある。

そこで、たとえば特許文献１においては、培地交換中における細胞の撮像を制限することが提案されている。また、特許文献２においては、浮遊培養において、撮像を行なうタイミングに合わせて一時的に培養液の循環を停止させ、画像の揺らぎを回避することが提案されている。

特開２００６−１１４１５号公報 特開２００６−３１４２１４号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２においては、操作対象の細胞の撮像を制限したり、また観察対象の細胞に対する操作を制限したりすることは提案されているが、すなわち、所定の培養容器に対して観察と操作とを同時に行わないようにすることが提案されているが、たとえば観察対象の培養容器を観察中に、その培養容器以外の培養容器で操作を行った場合における画像に対する影響は何も考慮されていない。

そして、上述したような細胞操作部と細胞観察部とが一体化された装置を考えた場合、細胞に対して操作を行う場所と細胞を観察する場所とが比較的近いので、観察対象の培養容器以外に対する操作が、観察対象の培養容器の撮像に影響を及ぼす可能性がある。

また、特許文献１や特許文献２に記載のように、所定の培養容器の細胞の観察中には操作は行なわないという単純な手法では、培養容器の数が大量である場合には、所定の培養容器の観察中は、他の全ての培養容器に対する操作を行うことができないので、スループットを阻害する要因となってしまう。

本発明は、上記の問題に鑑み、培養容器に対する操作に起因するブレなどのない画像を撮像することができ、かつ複数の培養容器の処理のスループットを向上させることができる細胞培養観察装置および方法を提供することを目的とする。

本発明の細胞培養観察装置は、細胞を培養する複数の培養容器内の細胞を培養容器毎に観察する細胞観察部と、各培養容器に対して複数の操作を行う操作部と、上記複数の操作のうち、観察対象とする培養容器の観察中にその観察対象とする培養容器以外の培養容器に対して実施可能な操作の内容を判定する操作内容判定部とを備えたことを特徴とする。

また、操作内容判定部が、観察対象とする培養容器の観察条件に基づいて、実施可能な操作の内容を判定することができる。

また、観察条件には、細胞を撮像する撮像素子の露光時間、細胞を観察する光学系の倍率、細胞の撮像間隔、細胞の撮像回数および細胞の観察手法の少なくともうち１つが含まれることが好ましい。

また、観察手法には、明視野観察、位相差観察、微分干渉観察および蛍光観察のうち少なくとも１つが含まれることが好ましい。

また、操作内容判定部は、さらに細胞の種類に基づいて、実施可能な操作の内容を判定することができる。

また、操作内容判定部は、さらに細胞の培養条件に基づいて、実施可能な操作の内容を判定することができる。

また、培養条件には、平面培養、浮遊培養、立体培養、足場の種類、培地の種類、培地に添加する薬剤の種類の少なくとも１つが含まれることが好ましい。

また、操作内容判定部は、観察条件に基づいて判定値を算出し、その判定値に基づいて実施可能な操作の内容を判定することができる。

また、操作の内容には、培地交換、培地への薬剤添加、培養容器の搬送、細胞の継代操作および細胞の剥離操作の少なくとも１つが含まれることが好ましい。

また、細胞を培養する培養部と観察部との間において培養容器を搬送する搬送部を設けることができる。

また、上記実施可能な操作の内容を表示させる表示制御部を備えることができる。

また、操作内容判定部において判定された操作の内容に基づいて、観察対象の培養容器の観察タイミングと観察対象の培養容器以外の培養容器に対する操作タイミングとを決定する制御部を備えることができる。

本発明の細胞培養観察方法は、細胞を培養する複数の培養容器内の細胞を培養容器毎に観察し、かつ各培養容器に対して複数の操作を行う細胞培養観察方法において、上記複数の操作のうち、観察対象とする培養容器の観察中にその観察対象とする培養容器以外の培養容器に対して実施可能な操作の内容を判定することを特徴とする。

本発明の細胞培養観察装置および方法によれば、複数の培養容器内の細胞を培養容器毎に観察し、かつ各培養容器に対して複数の操作を行う際、上記複数の操作のうち、観察対象とする培養容器の観察中にその観察対象とする培養容器以外の培養容器に対して実施可能な操作の内容を判定するようにしたので、観察対象の培養容器の細胞を観察中であっても、観察される画像に影響を及ぼさない程度の操作を判定し、その操作を他の培養容器に対して行うことができるので、培養容器に対する操作に起因するブレなどのない画像を撮像することができ、かつ複数の培養容器の処理のスループットを向上させることができる。

本発明の細胞培養観察装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図 種々の観察条件とスコアとを対応づけたテーブルの一例を示す図 本発明の細胞培養観察装置の一実施形態の作用を説明するためのフローチャート 培養容器Ａ〜培養容器Ｄの観察タイミングおよび操作タイミングを示すタイミングチャート 細胞の種類および培養条件（培地の種類、足場の種類および培養方法）とスコアとを対応づけたテーブルの一例を示す図 観察対象の培養容器の観察中は、他の培養容器について、全ての操作を行わないようにした場合における各培養容器の観察タイミングおよび操作タイミングを示すタイミングチャート

以下、本発明の細胞培養観察装置の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の細胞培養観察装置１の概略構成を示すブロック図である。

本実施形態の細胞培養観察装置１は、細胞を培養する培養部と、細胞に対して操作を行う操作部と、細胞を観察する細胞観察部とが１つの筐体内に一体的に構成されたものであり、具体的には、図１に示すように、培養部１０と、操作部２０と、細胞観察部３０と、全体制御部４０とを備えている。そして、細胞培養観察装置１には、入力装置２および表示装置３が接続されている。

培養部１０は、細胞の培養を行うものである。培養対象の細胞としては、たとえばｉＰＳ細胞およびＥＳ細胞といった多能性幹細胞、幹細胞から分化誘導された神経、皮膚、心筋または肝臓の細胞、もしくは人体から取り出された皮膚、網膜、心筋、血球、神経または臓器の細胞などがある。

培養部１０内には、培養対象の細胞を培地に播種した培養容器が複数収容されている。培養部１０は、ステージ１１と、搬送部１２とを備えている。

ステージ１１は、培養対象の細胞が播種された培養容器が設置されるものである。ステージ１１は、培養容器を振盪させる機構を備えていてもよい。

搬送部１２は、培養容器に対して培地交換、薬剤添加または細胞の剥離や継代などの操作を行ったり、培養容器内の細胞の画像を撮像したり際に、ステージ１１上に設置された培養容器を操作部２０における回転テーブル２１まで搬送したり、逆に回転テーブル２１上に設置された培養容器をステージ１１上に搬送したりするものである。搬送部１２の構成としては、たとえばロボットアームを備えたものとし、培養容器をロボットアームによって掴んで搬送する構成としてもよいし、搬送ベルトとその駆動機構とを備えたものとし、搬送ベルトによって培養容器を搬送する構成としてもよい。

培養制御部１３は、培養部１０全体を制御するものであり、搬送部１２の動作および培養部１０における培養条件などを制御するものである。具体的には、培養制御部１３は、培養部１０内の温度、湿度、光源の照度、酸素濃度、二酸化炭素濃度およびステージ１１の振盪条件などの培養条件を制御するものである。なお、これらの培養条件を調整するための構成については、公知な構成を用いることができる。

操作部２０は、回転テーブル２１と、培地交換部２２と、薬剤添加部２３と、細胞移動部２４と、回転テーブル駆動部２５と、容器搬送制御部２６とを備えている。

回転テーブル２１は、図１に示すように、円形のテーブルを備えたものであり、この円形テーブル上に複数の培養容器Ａ〜Ｄが配列される。回転テーブル２１は、回転テーブル駆動機構によって矢印Ａ方向に回転するものであり、この回転によって培養部１０と細胞観察部３０と間において、培養容器が搬送される。なお、本実施形態においては、回転テーブル２１が、本発明の搬送部に相当するものである。

回転テーブル駆動部２５は、容器搬送制御部２６から出力された制御信号に基づいて、回転テーブル２１を回転させるものである。また、容器搬送制御部２６は、回転テーブル駆動部２５を駆動制御するものであり、培養部１０のステージ１１と回転テーブル２１との間において培養容器を搬送する際や、細胞観察部３０において観察対象とする培養容器を切り替える場合に回転テーブル２１を回転させるものである。

培地交換部２２は、回転テーブル２１上に設置された培養容器Ａ〜Ｄ内の培地を交換するものである。培地交換部２２としては、たとえば培養容器Ａ〜Ｄ内の培地をピペットノズルによって吸引して廃棄したり、新しい培地をピペットノズルによって吸引して培養容器内に供給したりする吸引供給機構を備えた構成とすればよい。

薬剤添加部２３は、回転テーブル２１上に設置された培養容器Ａ〜Ｄに対して薬剤を添加するものである。薬剤添加部２３によって添加される薬剤としては、たとえば細胞を培養容器から剥離するためのトリプシンなどがあるが、その他の薬剤でもよい。薬剤添加部２３としては、薬剤をピペットノズルによって吸引して培養容器内に供給する吸引供給機構を備えた構成とすればよい。

細胞移動部２４は、培養容器内に細胞を播種する際、培養容器内の細胞を剥離する際または培養容器内の細胞の継代を行う際に、細胞を移動させるものである。細胞移動部２４としては、たとえば細胞をピペットノズルによって吸引し、播種先の培養容器や継代培養を行う培養容器まで細胞を移動させて供給する吸引供給機構を備えた構成とすればよい。

なお、培地交換部２２、薬剤添加部２３および細胞移動部２４の構成については、既に公知な構成を用いることができる。

また、培地交換部２２、薬剤添加部２３および細胞移動部２４の動作は、全体制御部４０によって制御される。また、回転テーブル２１上に設置された複数の培養容器のうちのいずれかの培養容器に対して上述した培地交換などの種々の操作を行う際には、その操作対象とする培養容器は、回転テーブル２１によって所定の位置まで搬送され、その所定の位置において上述した操作が行われる。

細胞観察部３０は、撮像部３１と、細胞観察用ステージ３４とを備えており、撮像部３１は、光学系機構部３２と、撮像制御部３３とを備えている。

光学系機構部３２は、明視野観察、位相差観察、微分干渉観察および蛍光観察を切り替えて行うことが可能なように構成されており、各観察手法に用いられる光源や光学素子を備えたものである。また、光学系機構部３２は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）センサやＣＣＤ（Charge-Coupled Device）センサなどの撮像素子を備えており、この撮像素子から培養容器内の細胞を撮像した画像信号が出力される。

撮像制御部３３は、撮像部３１全体を制御するものであり、たとえば使用する光源や光学素子などを切り替えることによって上述した４つの観察手法の切り替え制御を行うものである。また、撮像制御部３３は、光学系機構部３２の光学系の倍率を制御したり、撮像素子の動作を制御したりするものである。具体的には、撮像制御部３３は、撮像素子の露光時間、撮像素子による撮像間隔および撮像素子による撮像回数を制御するものである。

上述した光学倍率、観察手法および撮像素子の動作などの観察条件は、培養容器毎に予め設定登録されるものであり、後述する全体制御部４０に記憶される。撮像制御部３３は、全体制御部４０から培養容器毎の観察条件を取得し、観察対象の培養容器に応じた観察条件で撮像されるように光学系機構部３２を制御するものである。

細胞観察用ステージ３４は、撮像部３１による観察対象の培養容器が設置されるものである。観察対象とする培養容器は、全体制御部４０から出力された制御信号に基づいて、所定の搬送機構（図示省略）によって回転テーブル２１から細胞観察用ステージ３４上に搬送される。細胞観察用ステージ３４は、回転テーブル２１の近傍に設けられており、観察対象の培養容器は、細胞観察用ステージ３４の近傍まで回転テーブル２１によって搬送された後、回転テーブル２１から細胞観察用ステージ３４上に搬送される。

全体制御部４０は、細胞培養観察装置１全体を制御するものである。特に、本実施形態の全体制御部４０は、所定の培養容器に対する培地交換などの操作のタイミングや細胞観察部３０における細胞の画像の撮像タイミングを制御するものである。

また、全体制御部４０は、操作内容判定部４１を備えている。操作内容判定部４１は、観察対象とする培養容器の観察中にその観察対象とする培養容器以外の培養容器に対して実施可能な操作の内容を判定するものである。このように観察対象とする培養容器以外の培養容器に対して実施可能な操作の内容を判定するのは、上述したように、観察対象の培養容器を観察中に、その培養容器以外の培養容器に対して操作を行った場合、撮像された細胞の画像に影響を及ぼす場合があるからである。

具体的には、本実施形態の操作内容判定部４１は、観察対象とする培養容器の観察条件に基づいて、その培養容器以外の他の培養容器に対して実施可能な操作の内容を判定するものである。

このように観察条件に基づいて他の培養容器に対して実施可能な操作の内容を判定するのは、観察条件によって、他の培養容器に対する操作に起因する画像の変動の感度が変わるからである。なお、この画像の変動は、他の培養容器に対する操作に起因して観察対象の培養容器の位置が変動することによって生じるものである。

たとえば光学倍率が高いほど、他の培養容器への操作に起因する位置変動に対する画像変動の感度が高くなる。また、撮像素子の露光時間が長いほど上記位置変動に対する画像変動の感度は高くなる。また、明視野観察よりも位相差観察のほうが上記位置変動に対する画像変動の感度は高くなる。本実施形態の操作内容判定部４１は、このような観点から観察条件に基づいて他の培養容器への操作の内容を判定する。

より具体的には、操作内容判定部４１には、図２に示すような、種々の観察条件とスコアとを対応づけたテーブルが予め設定されている。観察条件は、上述したように全体制御部４０に培養容器毎に予め設定登録されており、操作内容判定部４１は、その培養容器毎に設定された観察条件を取得し、その観察条件に基づいて、図２に示すテーブルを参照してスコアを取得する。そして、そのスコアの総計に基づいて、観察対象の培養容器の観察中において、その観察対象の培養容器以外の培養容器に対して実施可能な操作の内容を判定する。なお、本実施形態においては、このスコアが、本発明の判定値に相当するものである。

図２に示すテーブルのスコアは、上述した観察対象の培養容器の位置変動に対する画像変動の感度が大きい観察条件ほど大きくなるように設定されている。たとえば光学倍率は、高倍率であるほど画像変動の感度が大きくなるので、高倍率なほど大きいスコアが与えられる。また、撮像素子の露光時間は、長いほど画像変動の感度が大きくなるので、露光時間が長時間なほど大きいスコアが与えられる。

また、観察手法については、位相差観察や微分干渉観察は、回折光や干渉光を観察するので、蛍光観察や明視野観察よりも画像変動の感度が高い。また、蛍光観察は、明視野観察よりも光強度が弱いので、明視野観察よりも画像変動の感度が高い。したがって、位相差観察や微分干渉観察に最も大きなスコアを与え、次に大きいスコアを蛍光観察に与え、明視野観察に最も小さいスコアを与える。

また、撮像間隔とはタイムラプス撮影におけるＮ回目とＮ＋１回目の撮影の時間間隔のことであり、その時間間隔が短い場合は、撮影対象の変化に注意を払う撮影であることから、撮像間隔が短時間なほど大きいスコアが与えられている。

また、撮像回数については、たとえば一定時間内における撮像回数が多いほど露光時間が短くなることになるので、露光時間と同様に、撮像回数が多いほど画像変動の感度が低くなる。したがって、撮像回数が多いほど小さいスコアを与える。たとえば、一定時間内における撮像回数が１回である場合には、スコアを「２」とし、撮像回数が２〜４回である場合には、スコアを「１」とし、撮像回数が５回以上である場合には、スコアを「０」とすればよい。なお、ここでいう撮像回数とは、上述したように一定時間内における撮像回数を意味しており、たとえば露光時間を１００ｍｓとして１回撮影する場合や、露光時間を１０ｍｓとして１ｎｓ間隔で１０回繰り返して撮像してこれらの画像を加算する場合などがある。

そして、操作内容判定部４１は、上述したように培養容器毎に設定された観察条件に基づいてスコアの総計を算出し、そのスコアの総計に基づいて実施可能な操作の内容を判定する。

具体的には、たとえば、スコアの総計が３以下である場合には、画像変動の感度が低いので、他の培養容器に対する全ての操作を実施可能とする。また、スコアの総計が７以上である場合には、画像変動の感度が高いので、他の培養容器に対する全ての操作を実施不可能とする。また、スコアの総計が、４以上６以下である場合には、画像変動の感度は中程度であるので、培地交換、薬剤添加および回転テーブル２１により培養容器の搬送は実施可能とし、操作対象の培養容器や観察対象の培養容器の位置変動が大きくなる可能がある細胞の剥離操作や継代操作は実施不可能とする。

以下、具体的な培養容器の観察条件の例を挙げて、スコアの総計値の算出方法について説明する。たとえば培養容器Ａの観察条件が、光学倍率が４倍であり、露光時間が１０ｍｓであり、観察手法が位相差観察であり、撮像間隔が１５分である場合には、光学倍率のスコアが「０」、露光時間のスコアが「０」、観察手法のスコアが「２」、撮像間隔のスコアが「２」となるので、スコアの総計は「４」である。したがって、操作内容判定部４１は、この場合、培養容器Ａを観察中において、培養容器Ａ以外の他の培養容器Ｂ〜Ｄに対して実施可能な操作内容は、培地交換、薬剤添加および回転テーブル２１による培養容器の搬送と判定し、細胞の剥離操作や継代操作は実施不可能であると判定する。

また、たとえば培養容器Ｂの観察条件が、光学倍率が４０倍であり、露光時間が１００ｍｓであり、観察手法が位相差観察であり、撮像間隔が１５分である場合には、光学倍率のスコアが「３」、露光時間のスコアが「１」、観察手法のスコアが「２」、撮像間隔のスコアが「２」となるので、スコアの総計は「８」である。したがって、操作内容判定部４１は、この場合、培養容器Ｂを観察中において、培養容器Ｂ以外の他の培養容器Ａ，Ｃ〜Ｄに対して全ての操作が実施不可能と判定する。

また、たとえば培養容器Ｃの観察条件が、光学倍率が１０倍であり、露光時間が１０ｍｓであり、観察手法が明視野観察であり、撮像間隔が１５分である場合には、光学倍率のスコアが「１」、露光時間のスコアが「０」、観察手法のスコアが「０」、撮像間隔のスコアが「２」となるので、スコアの総計は「３」である。したがって、操作内容判定部４１は、この場合、培養容器Ｃを観察中において、培養容器Ｃ以外の他の培養容器Ａ〜Ｂ，Ｄに対して全ての操作が実施可能と判定する。

そして、全体制御部４０は、操作内容判定部４１における判定内容に基づいて、観察対象の培養容器の観察タイミングおよび観察対象の培養容器以外の培養容器に対する操作タイミングを制御するものである。すなわち、全体制御部４０は、所定の観察対象の培養容器を撮像する際には、それ以外の培養容器に対して、観察条件に基づいて判定された実施可能な操作のみが行われるようにし、実施不可能と判定された操作については、上記観察タイミング以外のタイミングで行うように制御するものである。なお、具体的な観察タイミングと操作タイミングの制御の例については、後で詳述する。また、本実施形態においては、全体制御部４０が本発明の制御部に相当するものである。

図１に戻り、全体制御部４０は、表示制御部４２を備えている。表示制御部４２は、細胞観察部３０の撮像部３１において撮像された細胞の画像、操作内容判定部４１において判定された実施可能な操作の内容および培養容器毎の観察条件などを表示装置３に表示させるものである。表示装置３は、液晶ディスプレイなどの表示デバイスによって構成されるものである。

入力装置２は、マウスやキーボードなどを備えたものであり、ユーザによる設定入力を受け付けるものである。本実施形態における入力装置２は、培養容器毎の観察条件の設定および変更を受け付けたり、図２に示すテーブルにおけるスコアの設定および変更を受け付けたりするものである。なお、表示装置３をタッチパネル画面で構成し、画面を押圧することにより設定を入力可能とすることによって、表示装置３が入力装置を兼ねてもよい。

次に、本実施形態の細胞培養観察装置１の作用について、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、培養部１０のステージ１１上に、培養対象の細胞が播種された複数の培養容器が設置され、培養が開始される（Ｓ１０）。

そして、所定の培養期間が経過した時点において、各培養容器内の細胞の画像の撮像および各培養容器に対して培地の交換などの操作を行う場合には、たとえばユーザによる入力装置２を用いた指示入力に応じて、操作内容判定部４１によって培養容器毎の観察条件が取得される（Ｓ１２）。なお、培養容器毎の観察条件については、上述したように予めユーザにより全体制御部４０に設定登録されている。

操作内容判定部４１は、取得した培養容器毎の観察条件に基づいて、各培養容器に対する操作のうち、観察対象の培養容器を観察中において、その培養容器以外の他の培養容器に対して実施可能な操作の内容を判定する（Ｓ１４）。すなわち、所定の培養容器を観察している際に、他の培養容器に対して実施可能な操作の内容を判定する。

そして、全体制御部４０は、操作内容判定部４１において判定された実施可能な操作の内容に基づいて、観察対象の培養容器の観察タイミングと観察対象の培養容器以外の培養容器に対する操作タイミングとを決定する（Ｓ１６）。すなわち、観察対象の培養容器の観察中においては、他の培養容器については、実施可能と判定された操作の内容のみが行われるように培養容器毎の観察タイミングと操作タイミングとが決定される。なお、培養容器毎の観察タイミングと操作タイミングの具体的な例については、後で詳述する。

次いで、全体制御部４０は、上述したように決定した培養容器毎の観察タイミングに基づいて細胞観察部３０に制御信号を出力し、細胞観察部３０は、入力された制御信号に基づいて観察対象の培養容器内の細胞の画像を撮像する（Ｓ１８）。一方、全体制御部４０は、上述したように決定した培養容器毎の操作タイミングに基づいて操作部２０に制御信号を出力し、操作部２０は、入力された制御信号に基づいて、各培養容器に対して操作を行う（Ｓ２０）。

より具体的には、全体制御部４０および容器搬送制御部２６からの制御信号に基づいて、回転テーブル駆動部２５が回転テーブル２１を回転させ、回転テーブル２１は、各培養容器の観察タイミングに応じて回転し、回転テーブル２１上の培養容器が細胞観察用ステージ３４に順次設置されて各培養容器内の細胞の画像の撮像が順次行われる。

一方、全体制御部４０からの制御信号に基づいて、操作部２０において、観察対象の培養容器以外の培養容器に対して、回転テーブル２１による培養容器の搬送、培地交換、薬剤添加または細胞の移動（剥離操作または継代操作）の操作が行われるが、この際、操作内容判定部４１において実施可能と判定された操作の内容のみが行われる。

上述したようにして、観察対象の培養容器の撮像とその培養容器以外の培養容器に対する操作とが行われ、観察対象に設定された全ての培養容器の撮像が終了した時点で、一連の撮像処理および操作を終了する（Ｓ２２，ＹＥＳ）。

そして、上述したような培養容器内の細胞の画像の撮像および培養容器に対する処理は、一定間隔または予めユーザによって設定された間隔で繰り返して行われる。そして、培養容器内の細胞の培養が終了した時点で処理を終了する（Ｓ２４，ＹＥＳ）。

ここで、本実施形態の細胞培養観察装置１における各培養容器の観察タイミングおよび操作タイミングの具体的な例を説明する。図４は、４つの培養容器Ａ〜培養容器Ｄの観察タイミングおよび操作タイミングを示すタイミングチャートである。この例は、培養容器内の細胞の画像の撮像（観察）と、画像を撮像後の培養容器の回転テーブル２１による搬送と、細胞の剥離操作と、培地交換と、培地交換後の培養容器の回転テーブル２１による搬送とを、各培養容器についてそれぞれこの順に繰り返して行う場合のタイミングチャートを示している。

そして、この例は、培養容器Ａ〜Ｄのそれぞれの観察条件に基づいて、操作内容判定部４１において実施可能な操作の内容を判定した結果、全ての培養容器Ａ〜Ｄについて、観察対象の培養容器を観察中において、細胞の剥離操作以外の操作を実施可能であると判定された場合の例である。

図４に示すように、各培養容器Ａ〜Ｄの撮像（観察）タイミングは、各培養容器の細胞剥離操作のタイミング以外のタイミングとなるように制御されている。このように制御することによって、所定の培養容器の観察中においても、他の培養容器について、細胞剥離以外の培地交換や培養容器の搬送を行うことができるので、短時間でより多くの培養容器の処理を行うことが可能である。なお、図６は、観察対象の培養容器の観察中は、他の培養容器について、全ての操作を行わないようにした場合における各培養容器の観察タイミングおよび操作タイミングを示すタイミングチャートである。この場合、図４に示すタイミングチャートと比較して明らかにスループットが落ちてしまうのがわかる。

なお、上記実施形態の説明では、全ての培養容器Ａ〜Ｄが順次、観察対象に設定されて撮像が行われる場合について説明したが、このような場合に限らず、たとえば複数の培養容器のうち所定の培養容器が選択されて観察対象に設定されて撮像が行われる場合にも本発明は適用可能であり、その場合にも、選択された観察対象の培養容器以外の培養容器については、観察対象の培養容器の観察条件に基づいて実施可能な操作が決定される。

また、上記実施形態の細胞培養観察装置１においては、光学倍率などの観察条件に基づいてスコアを取得し、そのスコアの総計に基づいて培養容器に対する操作の内容を判定するようにしたが、これに限らず、細胞の種類および培養条件に基づいてスコアを取得し、このスコアも含めて総計を計算するようにしてもよい。

図５は、細胞の種類および培養条件（培地の種類、足場の種類および培養方法）とスコアとを対応づけたテーブルの一例を示すものである。具体的には、たとえば細胞の種類については、細胞の種類によって培養容器に対する接着力が異なるので、培養容器の位置変動に対する画像変動の感度が異なる。たとえばｉＰＳ細胞およびＥＳ細胞は相対的に培養容器に対する接着力が弱く、間葉系幹細胞は相対的に培養容器に対する接着力が強い。したがって、細胞の種類がｉＰＳ細胞およびＥＳ細胞である場合には、スコアを「２」に設定し、間葉系幹細胞である場合には、スコアを「１」に設定する。また、ｉＰＳ細胞、ＥＳ細胞および間葉系幹細胞以外の細胞である場合には、スコアを「０」に設定する。また、足場の種類についても、足場の種類によって細胞の接着力が異なる。したがって、足場の種類に応じてスコアを設定する。

また、培地の種類については、培地の粘性などによって細胞の動き易さが異なるので、培養容器の位置変動に対する画像変動の感度が異なる。したがって、培地の種類に応じてそれぞれ異なるスコアを設定する。また、培養方法についても、培養方法によって細胞の動き易さが異なるので、培養容器の位置変動に対する画像変動の感度が異なる。具体的には、平面培養の場合には相対的に細胞は動きにくいが、浮遊培養の場合には相対的に細胞は動きやすい。したがって、平面培養である場合には、スコアを「０」に設定する。また、浮遊培養である場合には、スコアを「４」に設定する。なお、図５に示すテーブルにおいては、平面培養と浮遊培養の場合のスコアを示しているが、立体培養のスコアを含めるようにしてもよい。立体培養の場合には、細胞は足場に接着されるため浮遊培養よりは変動しにくいが、重層すると平面培養よりは変動に弱いと考えられるため、たとえばスコアは「１」に設定すればよい。

また、培養条件の１つとして、培地に添加する薬剤の種類に応じてスコアを設定するようにしてもよい。この場合、たとえば増殖および成長を促す薬剤を添加した場合には、足場に接着する力が充分あると考えられるため、たとえばスコアは「０」に設定する。また、足場から剥離を促す薬剤を添加した場合には、細胞が足場から剥離されて浮遊培養の場合と同様になるので、スコアは「４」に設定する。

なお、細胞の種類および培養条件の情報については、ユーザによって入力装置２を用いて設定入力される。また、細胞の種類および培養条件とそれに対応するスコアをユーザがテーブルに追加登録できるようにしもてよい。

また、上記実施形態の細胞培養観察装置１においては、操作内容判定部４１における判定結果に基づいて、各培養容器の観察タイミングおよび操作タイミングを制御するようにしたが、これに限らず、たとえば培地交換、薬剤添加、または細胞の剥離操作や継代操作などを手動で行う場合には、操作内容判定部４１によって実施可能と判定された操作の内容を表示装置３に表示させ、その表示を見たユーザが、所定の培養容器の観察中においては、その培養容器以外の培養容器に対して実施可能と判定された操作以外の操作を行わないようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、観察対象の培養容器の観察中において、観察対象以外の培養容器への操作内容を制限するようにしたが、言い換えれば、観察対象以外の培養容器に対して実施不可能な操作が行われている間は、観察対象の培養容器の観察を禁止していることになる。

１ 細胞培養観察装置
２ 入力装置
３ 表示装置
１０ 培養部
１１ ステージ
１２ 搬送部
１３ 培養制御部
２０ 操作部
２１ 回転テーブル
２２ 培地交換部
２３ 薬剤添加部
２４ 細胞移動部
２５ 回転テーブル駆動部
２６ 容器搬送制御部
３０ 細胞観察部
３１ 撮像部
３２ 光学系機構部
３３ 撮像制御部
３４ 細胞観察用ステージ
４０ 全体制御部
４１ 操作内容判定部
４２ 表示制御部

Claims (13)

1. 細胞を培養する複数の培養容器内の前記細胞を培養容器毎に観察する細胞観察部と、
   各前記培養容器に対して複数の操作を行う操作部と、
   前記複数の操作のうち、観察対象とする前記培養容器の観察中に該観察対象とする培養容器以外の培養容器に対して実施可能な操作の内容を判定する操作内容判定部とを備えたことを特徴とする細胞培養観察装置。
2. 前記操作内容判定部が、前記観察対象とする培養容器の観察条件に基づいて、前記実施可能な操作の内容を判定する請求項１記載の細胞培養観察装置。
3. 前記観察条件に、前記細胞を撮像する撮像素子の露光時間、前記細胞を観察する光学系の倍率、前記細胞の撮像間隔、前記細胞の撮像回数および前記細胞の観察手法の少なくともうち１つが含まれる請求項２記載の細胞培養観察装置。
4. 前記観察手法に、明視野観察、位相差観察、微分干渉観察および蛍光観察のうち少なくとも１つが含まれる請求項３記載の細胞培養観察装置。
5. 前記操作内容判定部が、さらに前記細胞の種類に基づいて、前記実施可能な操作の内容を判定する請求項２から４いずれか１項記載の細胞培養観察装置。
6. 前記操作内容判定部が、さらに前記細胞の培養条件に基づいて、前記実施可能な操作の内容を判定する請求項２から５いずれか１項記載の細胞培養観察装置。
7. 前記培養条件に、平面培養、浮遊培養、立体培養、足場の種類、培地の種類、培地に添加する薬剤の種類の少なくとも１つが含まれる請求項６記載の細胞培養観察装置。
8. 前記操作内容判定部が、前記観察条件に基づいて判定値を算出し、該判定値に基づいて前記実施可能な操作の内容を判定する請求項２から７いずれか１項記載の細胞培養観察装置。
9. 前記操作の内容に、培地交換、培地への薬剤添加、培養容器の搬送、細胞の継代操作および細胞の剥離操作の少なくとも１つが含まれている請求項１から８いずれか１項記載の細胞培養観察装置。
10. 前記細胞を培養する培養部と前記細胞観察部との間において前記培養容器を搬送する搬送部を備えた請求項１から９いずれか１項記載の細胞培養観察装置。
11. 前記実施可能な操作の内容を表示させる表示制御部を備えた請求項１から１０いずれか１項記載の細胞培養観察装置。
12. 前記操作内容判定部において判定された操作の内容に基づいて、前記観察対象の培養容器の観察タイミングと前記観察対象の培養容器以外の培養容器に対する操作タイミングとを決定する制御部を備えた請求項１から１１いずれか１項記載の細胞培養観察装置。
13. 細胞観察部と操作部と操作内容判定部とを備える細胞培養観察装置の作動方法であって、
    前記細胞観察部が、細胞を培養する複数の培養容器内の前記細胞を培養容器毎に観察し、
    前記操作部が、各前記培養容器に対して複数の操作を行い、
    前記操作内容判定部が、前記複数の操作のうち、観察対象とする前記培養容器の観察中に該観察対象とする培養容器以外の培養容器に対して実施可能な操作の内容を判定する細胞培養観察装置の作動方法。