JP6986371B2 - 細胞培養モニタリングシステム、細胞培養モニタリング方法および細胞培養モニタリングプログラム - Google Patents

Description

本発明は、細胞培養モニタリングシステムに関するものである。

従来、細胞が培養容器の底面に付着した後からその容器底面上での細胞の伸展が停止するまでの細胞接着期において、観察測定されている個々の細胞の培養容器底面に対する投影面積の時間変化を表す細胞の伸展速度により培養容器内の細胞集団の増殖能力を評価する細胞増殖能評価方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−２１８９９５号公報

しかしながら、細胞の培養は複数回の継代を経て実施されるものであり、特許文献１には、継代毎の培養状態を評価することについては何ら開示されていない。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、培養状態を継代毎に適切であるか否かを判定することができる細胞培養モニタリングシステム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、細胞の状態を示す情報を経時的に取得する細胞状態取得部と、該細胞状態取得部により取得された前記細胞の状態を示す情報を解析して、培養状態を示す情報を算出する解析部と、該解析部により算出された培養状態を示す情報を継代毎に区分する情報分割部と、該情報分割部により継代によって区分された培養期間毎の前記培養状態を示す情報を各前記培養期間の始点を合わせて比較可能に表示する表示部とを備える細胞培養モニタリングシステムを提供する。

本態様によれば、細胞状態取得部により、細胞の状態が経時的に取得されると、解析部により細胞の状態を示す情報が解析されて培養状態を示す情報が算出される。算出された培養状態を示す情報は情報分割部により継代毎に区分され、区分された情報が時間軸を合わせて比較可能に表示部に表示される。これにより、表示部に表示された培養状態の時間変化を継代毎に操作者に一目で比較させることができ、培養状態が継代毎に適切であったか否かを容易に判定することができる。

上記態様においては、培養の開始時を示す信号を入力する入力部と、該入力部により信号が入力された時刻に、前記細胞状態取得部により経時的に取得された前記細胞の状態を示す情報に、タグを付加して記録する記録部とを備え、前記情報分割部が、前記細胞の状態の経時的な情報に付加された前記タグに基づいて前記培養状態を示す情報を区分してもよい。

このようにすることで、入力部により培養の開始時を示す信号が入力されると、時系列の細胞の状態を示す情報の、入力された時刻にタグが付加された形態で記録部に記録される。そして、情報分割部がタグに基づいて培養状態を示す情報を区分する。これにより、培養の最初の開始時および継代終了後の再開時を示すタグにより、培養の開始時を基準として情報が区分けされるので、継代毎に時間軸を容易に揃えることができ、一目で比較できる情報を表示部に表示することができる。

また、上記態様においては、前記入力部が、前記記録部による記録を一時的に停止し再開する際に操作される操作入力部であってもよい。
このようにすることで、継代を開始する際に操作者が操作入力部を操作して記録部による記録を停止することにより、継代の際に必ず行われる停止動作を利用して情報を区分するためのタグを付加することができ、操作者の手間を省くことができる。再開時の操作により付されるタグにより区分することで、容易に時間軸を合わせた情報の比較表示を行うことができる。

また、上記態様においては、前記表示部が、前記解析部により区分された情報を並列して表示してもよい。
このようにすることで、同じ時間軸に沿って解析部により区分された情報を一目で比較可能に表示することができる。

また、上記態様においては、前記表示部が、前記解析部により区分された情報を重ねて表示してもよい。
このようにすることで、同じ時間軸に沿って解析部により区分された情報を一目で比較可能に表示することができる。

また、上記態様においては、前記記録部に記録された前記細胞の状態を示す情報に付された前記タグを編集する情報編集部を備えていてもよい。
このようにすることで、操作者が誤って入力部または操作入力部によりタグを付加してしまった場合においても、事後的にタグの位置を修正、タグの追加あるいは削除を情報編集部により編集することができる。

また、上記態様においては、前記細胞状態取得部が、計測ユニットに備えられ、前記解析部、前記情報分割部および前記表示部が、前記計測ユニットと通信可能かつ前記計測ユニットから離隔した位置に配置される管理ユニットに備えられ、前記操作入力部が、前記計測ユニットに設けられていてもよい。
このようにすることで、計測ユニットに備えられた細胞状態取得部により細胞の状態が経時的に取得され、取得された情報が計測ユニットから通信により管理ユニットに送られて、解析部による解析および情報分割部による情報の区分が行われて、区分された情報が時間軸を合わせて比較可能に表示部に表示される。

表示部における表示を確認した操作者が、計測ユニットに備えられている細胞に対して継代あるいは培地交換等の処理を行う場合には、必ず計測ユニットにアクセスするので、その際に、計測ユニットに備えられている操作入力部を操作して記録部による記録を一時的に停止する。また、処理を終了した後に再度操作入力部を操作して記録部による記録を再開する。この際に経時的に取得された細胞の状態を示す情報に、タグが付加されて記録部に記録されるので、後の情報分割部による情報の区分を簡易かつ精度よく行うことが可能となる。

本発明によれば、培養状態を継代毎に適切であるか否かを判定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モニタリングシステムを示す全体構成図である。 図１の細胞培養モニタリングシステムに備えられる計測ユニットの一例を示す斜視図である。 図１の細胞培養モニタリングシステムの表示部に表示されるグラフの一例を示す図である。 図１の細胞培養モニタリングシステムの解析部から出力される培養状態を示す情報の一例を示す図である。 図４の空白期間を補完した培養状態を示す情報を示す図である。 図３のグラフにおいて、特定の時刻を指定した状態を示す図である。 図６において指定された時刻における培養期間毎の培養状態を示す情報を比較するグラフである。 図３のグラフにおいて、特定の期間の始点と終点を指定した状態を示す図である。 図８において指定された期間内の情報に基づいて算出された他の統計情報の培養期間毎の比較を示す図である。 タグ付けを忘れた場合の解析部から出力される情報の一例を示す図である。 図１０の情報にタグを追加した場合の情報の一例を示す図である。 図１の細胞培養モニタリングシステムの表示部に表示されるグラフの変形例を示す図である。

本発明の一実施形態に係る細胞培養モニタリングシステム１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モニタリングシステム１は、図１に示されるように、培養する細胞Ｘを培地とともに収容する培養皿あるいはフラスコ等の培養容器２を搭載する計測ユニット３と、該計測ユニット３とは離隔した位置に配置される管理ユニット４とを備えている。

計測ユニット３は、図２に示されるように、培養容器２を搭載して、培養容器２の底面に接着して成長している細胞Ｘの状態を示す情報を取得する箱状の筐体を備えている。
計測ユニット３は、インキュベータ２０内に収容されて、所定の温度および湿度に保たれた状態で培養容器２内において培養されている細胞Ｘの状態を示す情報を経時的に取得するセンサ（細胞状態取得部）５と、該センサ５により取得された情報を記録する記録部６と、記録部６に記録された情報を管理ユニット４に向けて送信する送信部７と、操作者により操作される操作入力部８と、記録部６を制御する制御部９とを備えている。

センサ５としては、例えば、細胞Ｘの画像を取得するカメラ、細胞Ｘからの光の光量を取得する光量センサ等の光学的センサであることが好ましいが、細胞Ｘの状態を示す情報を取得可能な任意のセンサを用いることができる。例えば、カメラからなるセンサ５は、所定の時間間隔をあけて細胞Ｘを撮影し、取得された画像情報を制御部９に送るようになっている。

操作入力部８は、観察の開始、一時的に停止あるいは再開するための入力部であって、操作ボタン等任意の入力部を採用することができる。
図２に示す例では、一時的な停止および再開を行うための入力部としては、継代時に操作される一時停止ボタン８１と、培地交換時に操作される再開ボタン８２とが用意されている。

制御部９は、タイマー（図示略）およびプロセッサ（図示略）を備え、センサ５から送られてきた画像情報を時刻と対応づけて記録部６に送るようになっている。
また、制御部９は、操作入力部８に入力された場合には、記録部６に送る時系列の画像情報の入力が行われた時刻にタグを付加するようになっている。タグとしては、培地交換のための一時停止時と再開時、継代のための一時停止時と再開時にそれぞれ別個のタグが付されるようになっている。

そして、制御部９は、観察の開始または再開の入力が操作入力部８に対して行われたときには、記録部６による記録を開始させ、観察の一時停止入力が操作入力部８に対して行われたときには、記録部６による記録を次の再開の入力が行われるまで一時的に停止するよう制御する。
送信部７は、例えば、無線送信によって、記録部６に記録された情報を定期的に送信するようになっている。

管理ユニット４は、計測ユニット３から送信されてきた情報を受信する受信部１０と、受信された画像情報を解析する解析部１１と、解析部１１から出力された情報を区分する情報分割部１２と、区分された情報を表示する表示部１３とを備えている。解析部１１および情報分割部１２はプロセッサにより構成され、表示部１３はモニタにより構成されている。

解析部１１は、受信した情報のうちの画像情報を解析することにより、細胞数、細胞密度等の培養の状態を示す情報を時系列に算出するようになっている。解析部１１は、算出した培養の状態を示す時系列の情報と、受信部１０により受信された画像情報に含まれていたタグとを含む情報を情報分割部１２に出力するようになっている。

情報分割部１２は、解析部１１から送られてきた培養の状態を示す時系列の情報を継代時に付されたタグによって複数の情報セットに区分するようになっている。
そして、表示部１３は、情報分割部１２により区分された培養の状態を示す複数の情報セットの時間軸を合わせて表示するようになっている。時間軸を合わせた情報セットの表示は、例えば、図３に示されるように、同じ座標上に重ねて表示することが行われる。

このように構成された本実施形態に係る細胞培養モニタリングシステム１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る細胞培養モニタリングシステム１を用いて細胞Ｘの培養状態をモニタリングするには、培養容器内に細胞Ｘと培地とを収容して、計測ユニット３に搭載したものをインキュベータ２０内に配置して、操作入力部８を操作することにより、観察を開始する。

観察の開始を示す入力が操作入力部８において行われると、制御部９が記録部６を制御して記録を開始させるとともに、開始時刻にタグが付加される。そして、定期的に細胞Ｘの画像が取得されることにより、取得された画像情報が、経時的に記録部６に記録されていく。
操作者が、培地交換のための一時停止入力を行った場合には、制御部９はその時刻にタグＴＣ１，ＴＣ２，…を付加するとともに、記録部６による記録を一時的に停止する。培地交換後に操作者が再開入力を行った場合には、制御部９はその時刻にタグＴＤ１，ＴＤ２，…を付加するとともに、記録部６による記録を再開する。

継代が行われるまでの間に複数回の培地交換作業が行われる。
作業者が、継代のための一時停止入力を行った場合にも、制御部９はその時刻にタグＴＡ１，ＴＡ２，…を付加するとともに、記録部６による記録を一時的に停止する。培地交換後に操作者が再開入力を行った場合には、制御部９はその時刻にタグＴＢ１，ＴＢ２，…を付加するとともに、記録部６による記録を再開する。

送信部７は、記録部６に記録された情報を定期的に、あるいは、管理ユニット４からの要求に応じて送信する。
受信部１０は、送信部７から情報が送られてきたときにはこれを受信し、解析部１１に送る。解析部１１においては、受信された細胞Ｘの状態を示す情報に基づいて細胞数や細胞密度等の培養状態を示す情報を算出する。

これにより、解析部１１においては、図４に示されるように、培養の開始時、培地交換のための一時停止時、再開時および継代のための一時停止時、再開時にそれぞれタグＴＡ１〜ＴＤ６が付された時系列の培養状態を示す情報が生成され、情報分割部１２に出力される。一時停止と再開との間の期間は、制御部９により記録部６による記録が停止させられているので、情報は存在しないが、制御部９のタイマーによる計時は継続しているので、図４に示されるような空白期間が存在する。
解析部１１においては、図５に示されるように、培地交換のための一時停止と再開との間の空白期間について、直線補間等の任意の方法によって補間することにしてもよい。

情報分割部１２においては、解析部１１から出力された情報が観察の開始時、継代のための一時停止時および再開時に付加されたタグＴＡ１，ＴＡ２，…を用いて複数の培養期間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３毎の情報セットに区分され、表示部１３に送られる。解析部１１から出力された情報に培養途中の情報が含まれている場合には、継代後の再開時のタグＴＢ１，ＴＢ２，…から最後の画像が取得された時刻までの途中のデータが１つの情報セットとして区分される。
表示部１３においては、図３に示されるように、送られてきた複数の情報セットが、同一の座標軸に重ね合わせたグラフとして表示される。

このように、本実施形態に係る細胞培養モニタリングシステム１によれば、継代によって区切られる培養期間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３毎の培養状態を示す情報が、時間軸を合わせて重ねられたグラフによって表示されるので、培養期間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３毎の培養状態の相違を一目で確認することができるという利点がある。
特に、培養途中の情報を含むグラフが重ね合わせられることにより、現在の培養状態が適切であるのか否かを、過去の他のグラフと比較して簡単に判定することができるという利点がある。

また、本実施形態に係る細胞培養モニタリングシステム１によれば、計測ユニット３に設けられた操作入力部８により、観察の開始、一時停止および再開の操作入力を行うことができる。これにより、培地交換や継代のために、培養容器２をインキュベータ２０内から取り出す際に、操作入力を行うことができ、その際に、タグＴＡ１〜ＴＤ６が付加されるので、タグ付けのための特別な操作を行う必要がなく、簡易に培養状態の適否を判定可能なグラフを生成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は、表示部１３がＧＵＩを有し、図６に示されるように、表示されたグラフにおける特定の時刻を指定することができ、指定された時刻における培養状態を示す情報を図７に示されるように対比可能にグラフ化することにしてもよい。

また、図８に示されるように、表示されたグラフにおいて特定の区間の始点Ｐと終点Ｑとを指定することができることとし、当該区間における他の統計情報、例えば、増殖率、倍加時間あるいは倍加時間の逆数等を算出して図９に示されるように対比可能にグラフ化することにしてもよい。

また、図１０に示されるように、解析部１１から出力されたタグ付の時系列情報をそのまま表示部１３に表示させ、タグＴＡ１，ＴＡ２，…，ＴＢ１，ＴＢ２，…の位置の修正、タグＴＡ１，ＴＡ２，…，ＴＢ１，ＴＢ２，…の追加およびタグＴＡ１，ＴＡ２，…，ＴＢ１，ＴＢ２，…の削除等を操作者が行う情報編集部（図示略）を設けてもよい。図１０に示す例では、最初の培養期間Ｓ１終了後の継代時に一時停止ボタン８１および再開ボタン８２の押下を忘却した等の理由によりタグが付されていない。

このような場合には、図１１に示されるように、適正な位置にタグＴＡ１，ＴＡ２，…，ＴＢ１，ＴＢ２，…を追加できることにしてもよい。これにより、操作者による一時停止および再開の操作入力忘れや誤操作によって、培養状態を示す情報が情報分割部１２により正しく区分されない不都合の発生を防止することができる。

また、本実施形態においては、操作者が観察の開始時、一時停止時および再開時に付加したタグにより培養状態を示す情報を区分することとしたが、これに代えて、情報分割部１２が、解析部１１から出力されてくる時系列の情報の変化によって、情報を自動的に区分してもよい。
また、本実施形態においては、時間軸を合わせた情報セットの表示として、同じ座標上に重ねて表示するものを例示したが、これに代えて、図１２に示されるように、時間軸を揃えて並列表示するものを採用してもよい。

１ 細胞培養モニタリングシステム
３ 計測ユニット
４ 管理ユニット
５ センサ（細胞状態取得部）
６ 記録部
８ 操作入力部（入力部）
１１ 解析部
１２ 情報分割部
１３ 表示部
Ｘ 細胞

Claims (9)

1. 細胞の状態を示す情報を経時的に取得する細胞状態取得部と、
   該細胞状態取得部により取得された前記細胞の状態を示す情報を解析して、培養状態を示す情報を算出する解析部と、
   該解析部により算出された培養状態を示す情報を継代毎に区分する情報分割部と、
   該情報分割部により継代によって区分された培養期間毎の前記培養状態を示す情報を各前記培養期間の始点を合わせて比較可能に表示する表示部とを備える細胞培養モニタリングシステム。
2. 培養の開始時を示す信号を入力する入力部と、
   該入力部により信号が入力された時刻に、前記細胞状態取得部により経時的に取得された前記細胞の状態を示す情報に、タグを付加して記録する記録部とを備え、
   前記情報分割部が、前記細胞の状態の経時的な情報に付加された前記タグに基づいて前記培養状態を示す情報を区分する請求項１に記載の細胞培養モニタリングシステム。
3. 前記記録部に記録された前記細胞の状態を示す情報に付された前記タグを編集する情報編集部を備える請求項２に記載の細胞培養モニタリングシステム。
4. 前記入力部が、前記記録部による記録を一時的に停止し再開する際に操作される操作入力部である請求項２または請求項３に記載の細胞培養モニタリングシステム。
5. 前記表示部が、前記解析部により区分された情報を並列して表示する請求項１から請求項４のいずれかに記載の細胞培養モニタリングシステム。
6. 前記表示部が、前記解析部により区分された情報を重ねて表示する請求項１から請求項４のいずれかに記載の細胞培養モニタリングシステム。
7. 前記細胞状態取得部が、計測ユニットに備えられ、
   前記解析部、前記情報分割部および前記表示部が、前記計測ユニットと通信可能かつ前記計測ユニットから離隔した位置に配置される管理ユニットに備えられ、
   前記操作入力部が、前記計測ユニットに設けられている請求項４に記載の細胞培養モニタリングシステム。
8. 細胞の状態を示す情報を経時的に取得し、
   取得した前記細胞の状態を示す情報を解析して、培養状態を示す情報を算出し、
   算出した培養状態を示す情報を継代毎に区分し、
   継代によって区分された培養期間毎の前記培養状態を示す情報を各前記培養期間の始点を合わせて比較可能に表示させるように出力する細胞培養モニタリング方法。
9. 細胞の状態を示す情報を経時的に取得するステップと、
   取得した前記細胞の状態を示す情報を解析して、培養状態を示す情報を算出するステップと、
   算出した培養状態を示す情報を継代毎に区分するステップと、
   継代によって区分された培養期間毎の前記培養状態を示す情報を各前記培養期間の始点を合わせて比較可能に表示させるように出力するステップとをコンピュータに実行させる細胞培養モニタリングプログラム。

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