JP7234244B2 - 細胞培養のための遠隔モニタリングシステム - Google Patents
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Description
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１８年２月１２日に出願された米国仮特許出願第６２／６２９４８３号の米国法典第３５編第１２０条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
本開示は、広く、細胞培養モニタリングに関し、より詳しくは、接着細胞容器内で測定を行うように設計された非侵襲的モニタリングシステムに関する。
細胞増殖のための人工環境を提供するために、細胞培養が広く使用されている。ある場合には、積層細胞培養容器が、単層皿を上回る、細胞増殖のための増加した面積を提供することがある。細胞は、浮遊状態、または細胞培養容器表面に付着した状態で増殖することがある。細胞培養物の処理は、２つの基本的活動である、細胞の増殖と健康（コンフルエンスおよび形態学）のモニタリング、および細胞増殖に適した環境（例えば、ｐＨ、グルコース、および乳酸塩レベル）の確保を含む。細胞培養物の生産費は、低い収率、高い人件費、徹底的な手仕事の流れ、および多くの場合で処理が行われる費用のかかるクリーンルーム環境のために、極めて高い。細胞培養物をモニタリングする方法は、収率を増加させ、費用を減少させるための重要な要因である。
細胞を観察し、かつ分析物を測定するための現行の方法は、時間がかかり、容器に直接アクセスする必要があり得、これには、容器の環境の無菌性を壊す虞がある。科学者は、多くの場合、細胞のコンフルエンスを観察するために裸眼または顕微鏡を利用する。残念ながら、これらの方法には、容器への直接的なアクセスが必要であり、これにより、大抵、細胞増殖が遅くなるか、または止まる。さらに、直接アクセス方法により、その過程を自動化することが難しくなるか、または不可能になる。例えば、積層細胞培養容器が使用される場合、外面層または外面に近い層のみしかモニタリングすることができず、内部層の状態は、直接測定を行わずに、予測しなければならない。
細胞培養処理は、現在、プローブセンサまたはパッチなどの構成部材を利用する侵襲的および半侵襲的な方法によりモニタリングされている（例えば、特定の分析物の存在）。これらの方法には、そのシステムが閉鎖系として機能することが望ましいけれども、細胞増殖環境内での侵襲的または半侵襲的構成部材とのある種の接触が必要である。モニタリング方法は、多くの場合、不適当であり、生産環境は、細胞の給餌および採集の時期を決定するためのプロセス開発技術に依存し、それでも、これには手動モニタリングが必要である。
モニタリングが非侵襲的である閉鎖系により、細胞培養培地組成物および細胞の増殖と健康をよりよく制御するための自動化が使用可能になるであろう。閉鎖系は、増殖中ずっと無菌性を維持することができ、これにより、クリーンルームの要件および費用が減少する。さらに、実時間モニタリングデータが遠隔地のユーザーに送信されるであろうし、これにより、手作業の必要性を減少させることができる。
細胞培養物の非侵襲的測定のための遠隔モニタリングシステムが提供される。このシステムは、閉鎖系として機能するように作られた細胞培養チャンバを含む複数の細胞培養層を備え、その少なくとも１つの細胞培養チャンバは、細胞が接着する少なくとも１つの表面を有する。このシステムは、閉鎖系として機能するように作られ、細胞が接着する少なくとも１つの表面を有するモニタリング層の細胞培養チャンバを取り囲む外壁を含む少なくとも１つのモニタリング層をさらに備え、その少なくとも１つのモニタリング層は、その外壁に少なくとも１つの窪みを含む。そのシステムは、その少なくとも１つの窪みの内の少なくとも１つの中に配置され、コンフルエンスモニターおよび分析物モニターの少なくとも一方を含む少なくとも１つのモニタリングモジュールも備える。
記載された方法およびシステムの適用性のさらなる範囲が、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、および図面から明白になるであろう。その詳細な説明および具体例は、その説明の精神および範囲内の様々な変更および改変が当業者に明白になるであろうから、説明のためだけに与えられる。
本開示の性質および利点のさらなる理解は、以下の図面を参照することによって、実現されるであろう。添付図面において、同様の構成部材または特徴は、同じ参照ラベルを有することがある。さらに、同じタイプの様々な構成部材は、参照ラベルの後にダッシュ記号および同様の構成部材を識別する第２のラベルを付けることによって、識別されることがある。明細書に第１の参照ラベルのみが使用されている場合、その記載は、第２の参照ラベルに関係なく、同じ第１の参照ラベルを有する同様の構成部材のいずれか１つに適用される。
名詞は、特に明記のない限り、複数の対象も含む。同じ特徴を挙げる全ての範囲の端点は、独立して組み合わせることができ、列挙された端点を含む。全ての文献は、参照によりここに含まれる。
ここに用いられているように、「持つ」、「有する」、「含む」、「含んでいる」などは、制約のない意味で使用され、一般に、「含んでいるが、それに限定されない」ことを意味する。
ここに用いられる全ての科学用語と技術用語は、特に明記のない限り、当該技術分野に一般に用いられる意味を有する。ここに与えられた定義は、ここに頻繁に使用される特定の用語の理解を促進するためであり、本開示の範囲を限定する意図はない。
本開示は、最初に一般的に、次に、いくつかの例示の実施の形態に基づいて詳細に、下記に記載されている。個々の例示の実施の形態に互いに組み合わせて示された特徴は、全てを実現する必要はない。具体的に、個々の特徴は、省略されても、または同じ例示の実施の形態、あるいは他の例示の実施の形態に示された他の特徴と何か他の様式で組み合わされてもよい。
実際には、細胞を乱さずに、または言い換えると、閉鎖系で、特定の測定を実時間で完了できる細胞培養システムは、無菌の細胞増殖環境の維持を促進するであろう。例えば、細胞培養チャンバの外部にあるモニタリングシステムは、細胞に直接接触せずに、また増殖環境を汚染せずに、細胞の増殖および健康などの細胞の状態を測定するための非侵襲的方法を提供するであろう。ここに用いられているように、「閉鎖系」という用語は、そのシステムの内容物が周囲の外気に開いていないシステムを称する。そのシステムは、周囲の外気からの汚染物質の導入を制限するまたは防ぐ、キャップのような閉鎖装置を含むことがある。そのシステムは、必須ではないが、そのシステムの内容物の無菌性を確実にするために、密封されることがある。
ここに記載されるように、細胞培養容器は、少なくとも１つの窪みを含むモニタリング層を備えることがあり、その少なくとも１つの窪みは、光学技術（例えば、マイクロレンズアレイおよび導波路）およびスペクトル分析技術の少なくとも一方を受けるように作られている。本開示の実施の形態は、光学技術およびスペクトル分析技術の少なくとも一方を含むモニタリングモジュールをさらに備える。下記により詳しく記載されるように、このモニタリングモジュールは、モニタリングモジュールに組み込まれた光学技術およびスペクトル分析技術を含むことがある。ここに記載された細胞培養容器は、一般に、細胞が、培養されている間に接着する平面を含む接着細胞培養容器であることがある。本開示の実施の形態は、細胞のコンフルエンスのモニター、および特徴となる波長を照射する、受信する、および処理するスペクトル尋問による分析物の測定が可能である。モニターまたはモニタリングモジュールからのモニタリングデータを遠隔地のユーザーに送信するために、通信コンポーネントが利用されることがある。この構成は、使い捨てまたは多数回使用の積層容器に実装されることがある。
本開示の実施の形態は、モニタリングモジュールが細胞培養層の外部に配置された、接着細胞培養容器の閉鎖系作動を提供する。本開示の実施の形態により、モニタリング層から遠隔地のユーザーへの細胞状態の送信が可能になる。このモニタリング層は、積層細胞培養容器内の他の細胞培養層の間に位置付けられ、その積層体の様々な層の細胞増殖チャンバの測定を行うことがある。その閉鎖系は、例えば、実時間の細胞状態データを取りながら、インキュベーター中に留まることによって、依然として無菌であり、細胞を連続的に増殖させる。
モニタリングモジュールを細胞増殖チャンバの外部に位置付けることにより、無菌性を維持し、その過程の遠隔自動化制御を可能にすることがある。本開示の実施の形態は、細胞のコンフルエンスを遠隔モニタリングすることで、細胞産生における次の工程のタイミングを最適化することにより、操作者が細胞処理における収率を増加させることができ、それゆえ、取扱いが減り、運転費が減少しる。本開示は、操作者を非熟練技術者とすることができ、労働コストを低下させる、システム制御を自動化させる機構を提供する。本開示は、外部の遠隔実施により、費用のかからない環境で操作できる主要構成要素を閉鎖細胞産生システムに提供する。
ここに記載されたようなモニタリング層は、ポリスチレンから製造されることがある。モニタリングモジュールと連動して、このモニタリング層は、細胞増殖区域の２つのモニタリング機能：細胞コンフルエンスおよび分析物測定を可能にする。このコンフルエンスモニターは、モニタリングモジュール内に形成されたミラーを有する二重レンズシステムを利用することがあり、備え付けのカメラが、光、画像取得、拡大、およびユーザーへの画像配信を与えることがある。分析物モニターは、スペクトル分析技術システムを備えることがあり、モニタリングモジュール内に回折格子およびレンズを有する導波路系をさらに備えることがある。励起および発光のためのファイバが、モニタリングモジュールに取り付けられることがあり、またスペクトルセンサーシステムに接続されることがある。
例示のコンフルエンスモニターは、照明および画像取得のために、細胞培養チャンバの細胞培養表面に光を反射させるためのミラーを有する二重レンズシステムを利用することがある。前記カメラは、その光および画像取得機能を提供することがある。光波または光線がレンズを通ってミラーに伝わることがあり、そこで、細胞増殖区域内のある区域に焦点が合わされる。次に、照射画像は、レンズを一旦通過したら、カメラに受像される。
例示の分析物モニターは、導波路アレイを備えることがある。そのモニターは、一方のポートが励起光のためであり、他方のポートが放射光のためであることがある、二重光学ポートを利用することがある。励起光は、光ガイド（例えば、導波路）に沿って、回折格子およびレンズまで伝わることがあり、そこで、回折格子から細胞増殖チャンバの培地中に反射する。発光ファイバは、その培地の励起状態からの光を受光し、励起光をスペクトルセンサー（例えば、検出器）に送達して、発光または吸着スペクトルを生じることがある。このスペクトルセンサーは、２Ｄ検出器アレイシステムを含むことがある。
本開示の実施の形態は、最初に、細胞培養システムの文脈で記載される。本開示の実施の形態は、非侵襲的遠隔測定に関連する装置図およびシステム図によりさらに説明され、それを参照して記載される。
図１は、本開示の実施の形態による、遠隔モニタリングを支援する、細胞培養チャンバの非侵襲的測定のためのモニタリング層の斜視図を示す。モニタリング層１００は、細胞培養チャンバ１１０を取り囲む外壁１３０、および外壁１３０から細胞培養チャンバ１１０の内部に向かって内側に延在する少なくとも１つの窪み１１５を含む。図１に示されたモニタリング層１００は４つの窪み１１５を含んでいるが、本開示の実施の形態によるモニタリング層１００は、窪み１１５をいくつ含んでもよいことを認識すべきである。下記により詳しく説明されるように、窪み１１５は、モニタリングモジュール２５０を収容するように作られている。このように、窪み１１５およびモニタリングモジュール２５０は、対応する形状を有することがある。下記により詳しくさらに説明されるように、モニタリング層１００は、モニタリングモジュール２５０と協働して窪み１１５内にモニタリングモジュール２５０を維持する保持特徴も含むことがある。モニタリング層１００は、幅広い温度範囲で作動するように作られることがあり、例えば、モニタリング層１００は、細胞増殖のために作られたインキュベーター内で作動することがある。ある場合には、モニタリング層１００は、図３に示されるような積層細胞培養容器の一部であることがある。
図２は、本開示の実施の形態によるモニタリングモジュールを示す。ここに記載されるように、モニタリングモジュール２５０は、モニタリング層１００の窪み１１５の内壁４１０ｃと接触するように作られた前面２４０を有する頭部２３０を含むことがある。モニタリングモジュール２５０は、コンフルエンスモニター２０５および分析物モニター２１０の少なくとも一方をさらに含む。モニタリングモジュール２５０は、コンフルエンスモニター２０５および分析物モニター２１０の一方を含んでも、あるいは、図２に示されるように、コンフルエンスモニター２０５および分析物モニター２１０の両方を含んでもよいことを認識すべきである。コンフルエンスモニター２０５は、モニタリング層１００の細胞培養チャンバ１１０内の細胞状態を測定するように作られることがある、またはモニタリング層１００の上または下に位置付けられた細胞培養層３１０の細胞培養チャンバ３０５内の細胞状態を測定するように作られることがある。同様に、分析物モニター２１０は、モニタリング層１００の細胞培養チャンバ１１０内の分析物をモニタリングするように作られることがある、またはモニタリング層１００の上または下に位置付けられた細胞培養層３１０の細胞培養チャンバ３０５内の分析物をモニタリングするように作られることがある。モニタリングモジュール２５０がコンフルエンスモニター２０５および分析物モニター２１０の両方を含む場合、両方のモニター２０５、２１０は、モニタリング層１００の細胞培養チャンバ１１０をモニタリングするように作られることがある、または両方のモニター２０５、２１０は、モニタリング層１００の上または下に位置付けられた細胞培養層３１０の少なくとも１つの細胞培養チャンバ３０５をモニタリングするように作られることがある。必要に応じて、モニタリングモジュール２５０がコンフルエンスモニター２０５および分析物モニター２１０の両方を含む場合、コンフルエンスモニター２０５および分析物モニター２１０の一方がモニタリング層１００の細胞培養チャンバ１１０をモニタリングするように作られることがあり、コンフルエンスモニター２０５および分析物モニター２１０の他方が、モニタリング層１００の上または下に位置付けられた細胞培養層３１０の少なくとも１つの細胞培養チャンバ３０５をモニタリングするように作られることがある。
本開示の実施の形態によれば、モニタリングモジュール２５０は、モニタリングモジュール２５０が窪み１１５内に収容されるように、モニタリング層１００の窪み１１５の形状に対応する形状を有することがある。図４に示されるように、窪み１１５は、側壁４１０ａと４１０ｂおよび内壁４１０ｃを有することがある。側壁４１０ａ、４１０ｂは、窪み１１５が二等辺台形形状を有するように、約９０度超の角度αで、モニタリング層１００の外壁１３０から窪み１１５の内壁４１０ｃまで延在することがある。モニタリングモジュール２５０の頭部２３０は、対応する二等辺台形形状を有することがある、または頭部２３０の前面２４０が窪み１１５の内壁４１０ｃの幅以下の幅を有する、直角形状を有することがある。あるいは、側壁４１０ａ、４１０ｂは、モニタリング層１００の外壁１３０に対して垂直に、互いに平行に延在することがある。このように、図２に示されたような、モニタリングモジュール２５０の頭部２３０は、外壁１３０に対して垂直に延在する側壁４１０ａ、４１０ｂにより形成された形状に対応する直角形状を有することがある。あるいは、側壁４１０ａ、４１０ｂは凹形状を有することがあり、モニタリングモジュール２５０の頭部２３０は、窪み１１５の凹形状側壁４１０ａ、４１０ｂ内に収容されるように作られた丸まった特徴を有することがある。先に論じられたモニタリング層１００の窪み１１５およびモニタリングモジュール２５０の頭部２３０の形状は、例としての意味しかない。モニタリングモジュール２５０が窪み１１５内に収容され、頭部２３０の前面２４０が窪み１１５の内壁４１０ｃと接触するように、窪み１１５はどのような形状を有してもよく、モニタリングモジュール２５０はどのような対応する形状を有してもよい。
コンフルエンスモニター２０５は、細胞培養チャンバ１１０、３０５内の細胞の細胞状態を光学的に取得することがあり、分析物モニター２１０は、細胞培養チャンバ１１０、３０５内の分析物状態を光学的に取得することがある。コンフルエンスモニター２０５および分析物モニター２１０は、有線通信ネットワークまたは無線通信ネットワークを通じて、それらのモニターから遠隔地に、細胞状態データまたは分析物状態データなどのデータを送信するための通信コンポーネントを備えることがある。例えば、各モニターの通信コンポーネントとしては、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）送受信機があるであろう。
図３は、本開示の実施の形態による、細胞培養チャンバ１１０、３０５の非侵襲的測定のための、モニタリングモジュール２５０と連動して使用できる積層細胞培養容器システム３００の斜視図を示す。積層細胞培養容器システム３００は、複数の細胞培養層３１０および少なくとも１つのモニタリング層１００を含むことがある。
図示されるように、積層細胞培養容器システム３００は、いくつの細胞培養層３１０およびいくつのモニタリング層１００を含んでもよい。図３に示されるように、細胞培養容器システム３００は、モニタリング層１００の下に１つの細胞培養層３１０を、そのモニタリング層１００の上に１つの細胞培養層３１０を備えることがある。細胞培養容器システム３００が複数のモニタリング層１００を備える場合、システム３００は、複数のモニタリング層１００のいずれか２つの間にいくつの細胞培養層３１０を備えてもよい。例えば、細胞培養容器システム３００は、各モニタリング層１００の間に、２と４０の間の細胞培養層３１０、または３と３５の間の細胞培養層３１０、または５と３０の間の細胞培養層３１０、またさらには１０と２５の間の細胞培養層３１０、およびそれらの間の全ての値など、各モニタリング層１００の間に１と５０の間の細胞培養層３１０を備えてもよい。複数のモニタリング層１００の異なる組の間の細胞培養層３１０の数は、同じ積層細胞培養容器システム３００内で様々であってよいことを認識すべきである。それに加え、積層細胞培養容器システム３００は、細胞増殖のために設計された温度でのインキュベーター内など、幅広い温度範囲に亘り作動するように作られることがある。
図４は、本開示の実施の形態による例示の保持特徴をさらに示している。図示されるように、モニタリング層１００の外壁１３０は、窪み１１５の側壁４１０ａと４１０ｂにより形成された開口のエッジにクリップ４２０を備える。クリップ４２０は、モニタリングモジュール２５０上の対応する受容部に嵌まり、それゆえ、窪み１１５内にモニタリングモジュール２５０を維持するように作られている。別の例示の保持特徴が、図１に示されている。図示されるように、窪み１１５のベース部分４１０ｄは、隆起チャンネル４３０を含む。隆起チャンネル４３０は、モニタリングモジュール２５０の底にある対応するノッチに嵌まり、それゆえ、窪み１１５内にモニタリングモジュール２５０を維持するように作られている。別の選択肢として、保持特徴は、モニタリングモジュール２５０の少なくとも１つの表面上の付勢保持クリップ（図示せず）であることがある。この付勢保持クリップは、電話線コネクタおよびイーサネット（登録商標）ケーブルコネクタに使用されているのが公知のものと同様の設計および機能を有することがある。その窪みは、モニタリングモジュール２５０の表面上に対応する付勢保持クリップを収容し、その付勢保持クリップと連動して、モニタリングモジュール２５０の動きを制限し、窪み１１５内にモニタリングモジュール２５０を維持する少なくとも１つのクリップ溝（図示せず）を含むことがある。
本開示の実施の形態によれば、コンフルエンスモニター２０５および分析物モニター２１０は、層間の測定およびモニタリングを含む、細胞培養チャンバ１１０、３０５内の細胞の細胞状態および培地の分析物状態を取得することがある。ある場合には、１つのコンフルエンスモニター２０５が、多数の積層された細胞培養チャンバ１１０、３０５の細胞の細胞状態をモニタリングすることがある、または１つの分析物モニター２１０が、多数の積層された細胞培養チャンバ１１０、３０５の培地の分析物状態をモニタリングすることがある。
図５は、コンフルエンスモニターに沿ってとられた図２のモニタリングモジュールの断面を示しており、本開示の実施の形態による、コンフルエンスモニターの一例を示す。本開示の実施の形態によれば、コンフルエンスモニター５０５は、どの光学手段によって、細胞培養チャンバ１１０、３０５内の細胞の測定を行ってもよい。例えば、コンフルエンスモニター５０５は、細胞培養チャンバ１１０、３０５内の細胞をモニタリングするための２Ｄ結像アレイを含むことがある。あるいは、コンフルエンスモニター５０５は、少なくとも１つのミラーおよび少なくとも１つのカメラを有する多重レンズ（例えば、二重レンズ）システムを含むことがある。図５は、細胞を観察するために、多数の照明選択肢（例えば、反射光照明、落射照明、暗視野照明、明視野照明など）を使用するように作られた、光線５５０、第１のレンズ５３５、第２のレンズ５４０、およびミラー５４５を備えた例示のコンフルエンスモニター５０５を示す。光線５５０は、カメラ５５５から第１のレンズ５３５を通じて伝送されることがあり、光線５５０ａ～５５０ｃは、屈折され、ミラー５４５に向けて集束されることがある。光線５５０がミラー５４５に一旦接触したら、その光線は、どの角度で、例えば、約９０度で反射されて、第２のレンズ５４０を通じて細胞培養チャンバ１１０、３０５中に向けられて、細胞のコンフルエンスを測定することがある。カメラ５５５は、照射された細胞をキャプチャして、時間の経過による細胞増殖をモニタリングするために使用されることがあるその実時間コンフルエンスの画像を生じることがある。図５は、モニタリング層１００の上または下の少なくとも１つの細胞培養チャンバ３０５を画像化するために設計されたコンフルエンスモニター５０５の一例を示す。細胞培養チャンバ１１０、３０５内の培地が画像品質に影響するであろうから、コンフルエンスモニター５０５は、培地が少ない細胞培養チャンバ３０５の側にある細胞を画像化するために、モニタリング層１００の上の細胞培養チャンバ３０５の測定を行うであろう。
必要に応じて、コンフルエンスモニター５０５は、光線を細胞培養チャンバ１１０、３０５に向け、細胞画像をカメラ５５５に伝送するためのファイバプローブ（例えば、二重クラッドファイバ、２つの多モードファイバ（ＭＭＦ）、または多芯ファイバ）を含むことがある。それに加え、細胞のコンフルエンスをモニタリングするための画像の拡大が、モニタリングモジュール２５０の外部で行われることがある。例えば、拡大を行わない細胞表面画像を、モニタリングモジュール２５０から離れた遠隔地にある外部顕微鏡に伝送するために、コンフルエンスモニター５０５内に、光導体が使用されることがある。
図６は、分析物モニターに沿ってとられた図２のモニタリングモジュールの断面を示し、本開示の実施の形態による分析物モニターの一例を示す。本開示の実施の形態によれば、分析物モニター６１０は、どのスペクトル手段（例えば、ラマン分光法）により細胞培養チャンバ１１０、３０５内の培地の組成を測定することによって、細胞の健康を測定してもよい。分析物モニター６１０は、導波路６３５（例えば、光導体）および検出器６５０を備えることがある。導波路６３５は、光を細胞培養チャンバ１１０、３０５内の培地に送達する。必要に応じて、分析物モニター６１０は、導波路６３５から励起光を受光し、その励起光を細胞培養チャンバ１１０、３０５内の培地に向けることができる回折格子およびレンズを含むことがある。励起光は、多数の方法で生成することができる。培地の組成に基づいて、個々の発光スペクトルが発せられ、検出器６５０により取得される。検出器６５０は、取得された発光または吸着スペクトルをユーザーに伝送させることがある。ユーザーは、その発光または吸着スペクトルに基づいて培地の組成を決定するためにソフトウェアを使用してよい。分析物モニター６１０により測定されることのある分析物のいくつかの例に、グルコース、乳酸塩、およびグルタミンがある。
本開示の実施の形態によれば、分析物モニター６１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザを含むことがある。ＬＥＤまたはレーザは、分析物モニター６１０内のフォトダイオード検出器と組み合わされることがある。
図６は、モニタリング層１００の細胞培養チャンバ１１０を画像化するように設計された分析物モニター６１０の一例を示す。しかしながら、先に述べたように、分析物モニター６１０は、モニタリング層１００の上または下の少なくとも１つの細胞培養チャンバ３０５をモニタリングするように設計されることがある。導波路６３５内の光を、モニタリング層１００の上または下の少なくとも１つの細胞培養チャンバ３０５に向けるために、回折格子およびレンズが利用されることがある。分析物モニター６１０が、励起光を培地に伝送しつつ、クリーンな発光スペクトルを生じるために、できるだ少ない他の材料を通過することが好ましい。
図７は、分析物モニターに沿ってとられた図２のモニタリングモジュールの断面を示し、本開示の実施の形態による分析物モニターの一例を示す。図示されるように、分析物モニター７１０は、ファイバプローブ７３５（例えば、二重クラッドファイバ、２つの多モードファイバ（ＭＭＦ）、または多芯ファイバ）、レンズ７４１、および検出器７５０を含むことがある。レンズ７４１は、ファイバレンズ製造過程を使用して、ファイバ端部に組み込まれることがある。ファイバプローブ７３５は、励起光をレンズ７４１に通し、細胞培養チャンバ１１０、３０５内の培地に向けることがある。必要に応じて、分析物モニター７１０は、ファイバプローブ７３５から励起光を受光し、その励起光を細胞培養チャンバ１１０、３０５内の培地に向けるミラーを含むことがある。あるいは、ファイバプローブ７３５は、光線をレンズ７４１に通し、細胞培養チャンバ１１０、３０５内の培地に向けるために、約９０度曲げられることがある。ファイバプローブ７３５が二重クラッドファイバである場合、光線を培地に伝送するために中心内側コアが使用されることがあり、培地からラマン散乱光を取得するために外側コアが使用されることがある。中心内側コアは、単一モードまたは多モードコアであることがある。ファイバプローブ７３５が２つのＭＭＦを含む場合、一方のＭＭＦが光線を培地に伝送することがあり、他方のＭＭＦが培地からのラマン散乱光を取得することがある。ファイバプローブ７３５が多芯ファイバで構成されている場合、一方のコア（例えば、中心のコア）が光線を培地に伝送することがあり、他方のコアが培地からのラマン散乱光を取得することがある。
励起光は、多数の方法で生成することができる。例えば、先に記載されたような分析物モニター７１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザを含むことがある。培地の組成に基づいて、個々の発光スペクトルが発せられ、検出器７５０により取得される。培地からの発光は、ファイバプローブ７３５を通じて検出器７５０に向けられることがある。検出器７５０は、取得された発光または吸着スペクトルをユーザーに伝送させることがある。ユーザーは、その発光または吸着スペクトルに基づいて培地の組成を決定するためにソフトウェアを使用してよい。分析物モニター７１０により測定されることのある分析物のいくつかの例に、グルコース、乳酸塩、およびグルタミンがある。
ファイバプローブ７３５は、細胞培養チャンバ１１０、３０５内の培地へとそこからの光の入出力に使用される２つのＭＭＦを含むことがある。それらのＭＭＦは、入力／出力端部近くで９０度の曲げを有することがある。本開示の実施の形態によれば、一方のＭＭＦは光線を培地に向けることがあり、一方で、他方のＭＭＦは培地からのラマン散乱光を取得することがある。培地からのファイバプローブ７３５の入力／出力端部の距離は、異なる光線出力および培地照明区域について調整されることがある。
第１の態様において、本記載は、細胞培養物を非侵襲的に測定するように作られた遠隔モニタリングシステムにおいて、閉鎖系として機能するように作られた細胞培養チャンバを含む複数の細胞培養層であって、その少なくとも１つの細胞培養チャンバが、細胞が接着する少なくとも１つの表面を有する、複数の細胞培養層；閉鎖系として機能するように作られ、細胞が接着する少なくとも１つの表面を有するモニタリング層の細胞培養チャンバを取り囲む外壁を含む少なくとも１つのモニタリング層であって、その外壁に少なくとも１つの窪みを含む少なくとも１つのモニタリング層；およびその少なくとも１つの窪みの内の少なくとも１つの中に配置され、コンフルエンスモニターおよび分析物モニターの少なくとも一方を含む少なくとも１つのモニタリングモジュールを備えた遠隔モニタリングシステムを提供する。
第２の態様において、本記載は、前記少なくとも１つのモニタリングモジュールからのデータを遠隔地に送信するように作られた通信コンポーネントをさらに備える、態様１のシステムを提供する。
第３の態様において、本記載は、前記少なくとも１つのモニタリングモジュールが、コンフルエンスモニターおよび分析物モニターの両方を含む、態様１または２のシステムを提供する。
第４の態様において、本記載は、前記コンフルエンスモニターおよび前記分析物モニターの少なくとも一方が、前記少なくとも１つのモニタリング層の上または下に位置付けられた細胞培養層の細胞培養チャンバをモニタリングするように作られている、態様１～３のいずれか１つのシステムを提供する。
第５の態様において、本記載は、前記コンフルエンスモニターおよび前記分析物モニターの少なくとも一方が、前記モニタリング層の細胞培養チャンバをモニタリングするように作られている、態様１～３のいずれか１つのシステムを提供する。
第６の態様において、本記載は、前記少なくとも１つの窪みが、前記少なくとも１つのモニタリングモジュールの頭部の前面と接触するように作られた内壁を含む、態様１～５のいずれか１つのシステムを提供する。
第７の態様において、本記載は、複数のモニタリング層を備える、態様１～６のいずれか１つのシステムを提供する。
第８の態様において、本記載は、前記複数のモニタリング層の内の２つの間に１と５０の間の細胞培養層を備える、態様７のシステムを提供する。
第９の態様において、本記載は、前記複数のモニタリング層の内の２つの間に２と４０の間の細胞培養層を備える、態様７のシステムを提供する。
第１０の態様において、本記載は、前記複数のモニタリング層の内の２つの間に３と３５の間の細胞培養層を備える、態様７のシステムを提供する。
第１１の態様において、本記載は、前記複数のモニタリング層の内の２つの間に５と３０の間の細胞培養層を備える、態様７のシステムを提供する。
第１２の態様において、本記載は、前記複数のモニタリング層の内の２つの間に１０と２５の間の細胞培養層を備える、態様７のシステムを提供する。
第１３の態様において、本記載は、前記コンフルエンスモニターが、少なくとも１つの細胞培養チャンバの画像を取得するように作られた光学装置を含む、態様１～１２のいずれか１つのシステムを提供する。
第１４の態様において、本記載は、前記コンフルエンスモニターが、少なくとも１つのレンズ、少なくとも１つのミラー、および少なくとも１つカメラを含む、態様１～１２のいずれか１つのシステムを提供する。
第１５の態様において、本記載は、前記コンフルエンスモニターが、ファイバプローブ、少なくとも１つのミラー、および少なくとも１つカメラを含む、態様１～１２のいずれか１つのシステムを提供する。
第１６の態様において、本記載は、前記分析物モニターが、光の１つ以上の励起波長を放出し、前記複数の細胞培養層の前記細胞培養チャンバおよび前記モニタリング層の細胞培養チャンバの少なくとも一方の中の培地層からの放射光を取得するように作られたスペクトル要素を含む、態様１～１５のいずれか１つのシステムを提供する。
第１７の態様において、本記載は、前記スペクトル要素が、前記培地層にラマン分光法を行うように作られている、態様１６のシステムを提供する。
第１８の態様において、本記載は、前記分析物モニターが、導波路および検出器を含む、態様１６または１７のシステムを提供する。
第１９の態様において、本記載は、前記分析物モニターが、回折格子およびレンズをさらに含む、態様１８のシステムを提供する。
第２０の態様において、本記載は、前記分析物モニターが、ファイバプローブおよび検出器を含む、態様１６のシステムを提供する。
第２１の態様において、本記載は、前記分析物モニターが、前記複数の細胞培養層の前記細胞培養チャンバおよび前記モニタリング層の細胞培養チャンバの少なくとも一方の中のグルコース、乳酸塩、およびグルタミンの少なくとも１つをモニタリングするように作られている、態様１～２０のいずれか１つのシステムを提供する。
第２２の態様において、本記載は、前記少なくとも１つのモニタリング層が、前記少なくとも１つのモニタリングモジュールと協働して、前記少なくとも１つの窪み内に該少なくとも１つのモニタリングモジュールを維持するように作られた保持特徴を含む、態様１～２１のいずれか１つのシステムを提供する。
第２３の態様において、本記載は、前記保持特徴が、前記モニタリングモジュールの対応する少なくとも１つの受容部と協働するように作られた少なくとも１つのクリップを含む、態様２２のシステムを提供する。
第２４の態様において、本記載は、前記保持特徴が、前記モニタリングモジュールの対応するノッチと協働するように作られた隆起チャンネルを含む、態様２２のシステムを提供する。
ここに述べられた記載は、添付図面に関連して、例示の構成を記載しており、実施されることのある、または請求項の範囲内にある例の全てを表すものではない。ここに用いられている「例示の」という用語は、「例、場合、または実例であり」、「好ましい」または「他の例より有利である」わけではないことを意味する。詳細な説明は、記載された技術の理解を与える目的の具体的な詳細を含む。しかしながら、これらの技術は、これらの具体的な詳細がなくても、実施されるであろう。ある場合には、記載された例の概念を分かりにくくしないために、ブロック図に、公知の構造および装置が示されている。
また、請求項を含み、ここに用いられているように、項目のリスト（例えば、「の少なくとも一方」または「の１つ以上」などの句で終わる項目のリスト）に用いられるような「または」は、例えば、Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つのリストが、ＡまたはＢまたはＣまたはＡＢまたはＡＣまたはＢＣまたはＡＢＣ（すなわち、ＡとＢとＣ）を意味するような包括的なリストを示す。また、ここに用いられているように、「に基づく」という句は、条件の閉集合への言及と解釈されるものではない。例えば、「条件Ａに基づく」と記載されている例示の工程は、本開示の範囲から逸脱せずに、条件Ａおよび条件Ｂの両方に基づいてもよい。言い換えると、ここに用いられているように、「に基づく」という句は、「少なくとも部分的に～に基づく」という句と同じ様式で解釈されるものとする。
本開示は限られた数の実施の形態を含んでいるが、本開示の恩恵を受けた当業者は、本開示の範囲から逸脱しない他の実施の形態も想起され得ることを認識するであろう。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
細胞培養物を非侵襲的に測定するように作られた遠隔モニタリングシステムにおいて、
閉鎖系として機能するように作られた細胞培養チャンバを含む複数の細胞培養層であって、その少なくとも１つの細胞培養チャンバが、細胞が接着する少なくとも１つの表面を有する、複数の細胞培養層、
閉鎖系として機能するように作られ、細胞が接着する少なくとも１つの表面を有するモニタリング層の細胞培養チャンバを取り囲む外壁を含む少なくとも１つのモニタリング層であって、該外壁に少なくとも１つの窪みを含む少なくとも１つのモニタリング層、および
前記少なくとも１つの窪みの内の少なくとも１つの中に配置され、コンフルエンスモニターおよび分析物モニターの少なくとも一方を含む少なくとも１つのモニタリングモジュール、
を備えた遠隔モニタリングシステム。
細胞培養物を非侵襲的に測定するように作られた遠隔モニタリングシステムにおいて、
閉鎖系として機能するように作られた細胞培養チャンバを含む複数の細胞培養層であって、その少なくとも１つの細胞培養チャンバが、細胞が接着する少なくとも１つの表面を有する、複数の細胞培養層、
閉鎖系として機能するように作られ、細胞が接着する少なくとも１つの表面を有するモニタリング層の細胞培養チャンバを取り囲む外壁を含む少なくとも１つのモニタリング層であって、該外壁に少なくとも１つの窪みを含む少なくとも１つのモニタリング層、および
前記少なくとも１つの窪みの内の少なくとも１つの中に配置され、コンフルエンスモニターおよび分析物モニターの少なくとも一方を含む少なくとも１つのモニタリングモジュール、
を備えた遠隔モニタリングシステム。
実施形態２
前記少なくとも１つのモニタリングモジュールからのデータを遠隔地に送信するように作られた通信コンポーネントをさらに備える、実施形態１に記載のシステム。
前記少なくとも１つのモニタリングモジュールからのデータを遠隔地に送信するように作られた通信コンポーネントをさらに備える、実施形態１に記載のシステム。
実施形態３
前記少なくとも１つのモニタリングモジュールが、コンフルエンスモニターおよび分析物モニターの両方を含む、実施形態１または２に記載のシステム。
前記少なくとも１つのモニタリングモジュールが、コンフルエンスモニターおよび分析物モニターの両方を含む、実施形態１または２に記載のシステム。
実施形態４
前記コンフルエンスモニターおよび前記分析物モニターの少なくとも一方が、前記少なくとも１つのモニタリング層の上または下に位置付けられた細胞培養層の細胞培養チャンバをモニタリングするように作られている、実施形態１～３のいずれか１つに記載のシステム。
前記コンフルエンスモニターおよび前記分析物モニターの少なくとも一方が、前記少なくとも１つのモニタリング層の上または下に位置付けられた細胞培養層の細胞培養チャンバをモニタリングするように作られている、実施形態１～３のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態５
前記コンフルエンスモニターおよび前記分析物モニターの少なくとも一方が、前記モニタリング層の細胞培養チャンバをモニタリングするように作られている、実施形態１～３のいずれか１つに記載のシステム。
前記コンフルエンスモニターおよび前記分析物モニターの少なくとも一方が、前記モニタリング層の細胞培養チャンバをモニタリングするように作られている、実施形態１～３のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態６
前記少なくとも１つの窪みが、前記少なくとも１つのモニタリングモジュールの頭部の前面と接触するように作られた内壁を含む、実施形態１～５のいずれか１つに記載のシステム。
前記少なくとも１つの窪みが、前記少なくとも１つのモニタリングモジュールの頭部の前面と接触するように作られた内壁を含む、実施形態１～５のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態７
複数のモニタリング層を備える、実施形態１～６のいずれか１つに記載のシステム。
複数のモニタリング層を備える、実施形態１～６のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態８
前記複数のモニタリング層の内の２つの間に１と５０の間の細胞培養層を備える、実施形態７に記載のシステム。
前記複数のモニタリング層の内の２つの間に１と５０の間の細胞培養層を備える、実施形態７に記載のシステム。
実施形態９
前記複数のモニタリング層の内の２つの間に２と４０の間の細胞培養層を備える、実施形態７に記載のシステム。
前記複数のモニタリング層の内の２つの間に２と４０の間の細胞培養層を備える、実施形態７に記載のシステム。
実施形態１０
前記複数のモニタリング層の内の２つの間に３と３５の間の細胞培養層を備える、実施形態７に記載のシステム。
前記複数のモニタリング層の内の２つの間に３と３５の間の細胞培養層を備える、実施形態７に記載のシステム。
実施形態１１
前記複数のモニタリング層の内の２つの間に５と３０の間の細胞培養層を備える、実施形態７に記載のシステム。
前記複数のモニタリング層の内の２つの間に５と３０の間の細胞培養層を備える、実施形態７に記載のシステム。
実施形態１２
前記複数のモニタリング層の内の２つの間に１０と２５の間の細胞培養層を備える、実施形態７に記載のシステム。
前記複数のモニタリング層の内の２つの間に１０と２５の間の細胞培養層を備える、実施形態７に記載のシステム。
実施形態１３
前記コンフルエンスモニターが、少なくとも１つの細胞培養チャンバの画像を取得するように作られた光学装置を含む、実施形態１～１２のいずれか１つに記載のシステム。
前記コンフルエンスモニターが、少なくとも１つの細胞培養チャンバの画像を取得するように作られた光学装置を含む、実施形態１～１２のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１４
前記コンフルエンスモニターが、少なくとも１つのレンズ、少なくとも１つのミラー、および少なくとも１つカメラを含む、実施形態１～１２のいずれか１つに記載のシステム。
前記コンフルエンスモニターが、少なくとも１つのレンズ、少なくとも１つのミラー、および少なくとも１つカメラを含む、実施形態１～１２のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１５
前記コンフルエンスモニターが、ファイバプローブ、少なくとも１つのミラー、および少なくとも１つカメラを含む、実施形態１～１２のいずれか１つに記載のシステム。
前記コンフルエンスモニターが、ファイバプローブ、少なくとも１つのミラー、および少なくとも１つカメラを含む、実施形態１～１２のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１６
前記分析物モニターが、光の１つ以上の励起波長を放出し、前記複数の細胞培養層の前記細胞培養チャンバおよび前記モニタリング層の細胞培養チャンバの少なくとも一方の中の培地層からの放射光を取得するように作られたスペクトル要素を含む、実施形態１～１５のいずれか１つに記載のシステム。
前記分析物モニターが、光の１つ以上の励起波長を放出し、前記複数の細胞培養層の前記細胞培養チャンバおよび前記モニタリング層の細胞培養チャンバの少なくとも一方の中の培地層からの放射光を取得するように作られたスペクトル要素を含む、実施形態１～１５のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１７
前記スペクトル要素が、前記培地層にラマン分光法を行うように作られている、実施形態１６に記載のシステム。
前記スペクトル要素が、前記培地層にラマン分光法を行うように作られている、実施形態１６に記載のシステム。
実施形態１８
前記分析物モニターが、導波路および検出器を含む、実施形態１６または１７に記載のシステム。
前記分析物モニターが、導波路および検出器を含む、実施形態１６または１７に記載のシステム。
実施形態１９
前記分析物モニターが、回折格子およびレンズをさらに含む、実施形態１８に記載のシステム。
前記分析物モニターが、回折格子およびレンズをさらに含む、実施形態１８に記載のシステム。
実施形態２０
前記分析物モニターが、ファイバプローブおよび検出器を含む、実施形態１６に記載のシステム。
前記分析物モニターが、ファイバプローブおよび検出器を含む、実施形態１６に記載のシステム。
実施形態２１
前記分析物モニターが、前記複数の細胞培養層の前記細胞培養チャンバおよび前記モニタリング層の細胞培養チャンバの少なくとも一方の中のグルコース、乳酸塩、およびグルタミンの少なくとも１つをモニタリングするように作られている、実施形態１～２０のいずれか１つに記載のシステム。
前記分析物モニターが、前記複数の細胞培養層の前記細胞培養チャンバおよび前記モニタリング層の細胞培養チャンバの少なくとも一方の中のグルコース、乳酸塩、およびグルタミンの少なくとも１つをモニタリングするように作られている、実施形態１～２０のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２２
前記少なくとも１つのモニタリング層が、前記少なくとも１つのモニタリングモジュールと協働して、前記少なくとも１つの窪み内に該少なくとも１つのモニタリングモジュールを維持するように作られた保持特徴を含む、実施形態１～２１のいずれか１つに記載のシステム。
前記少なくとも１つのモニタリング層が、前記少なくとも１つのモニタリングモジュールと協働して、前記少なくとも１つの窪み内に該少なくとも１つのモニタリングモジュールを維持するように作られた保持特徴を含む、実施形態１～２１のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態２３
前記保持特徴が、前記モニタリングモジュールの対応する少なくとも１つの受容部と協働するように作られた少なくとも１つのクリップを含む、実施形態２２に記載のシステム。
前記保持特徴が、前記モニタリングモジュールの対応する少なくとも１つの受容部と協働するように作られた少なくとも１つのクリップを含む、実施形態２２に記載のシステム。
実施形態２４
前記保持特徴が、前記モニタリングモジュールの対応するノッチと協働するように作られた隆起チャンネルを含む、実施形態２２に記載のシステム。
前記保持特徴が、前記モニタリングモジュールの対応するノッチと協働するように作られた隆起チャンネルを含む、実施形態２２に記載のシステム。
１００ モニタリング層
１１０、３０５ 細胞培養チャンバ
１１５ 窪み
１３０ 外壁
２０５、５０５ コンフルエンスモニター
２１０、６１０、７１０ 分析物モニター
２３０ 頭部
２４０ 前面
２５０ モニタリングモジュール
３００ 積層細胞培養容器システム
３１０ 細胞培養層
４１０ａ、４１０ｂ 窪みの側壁
４１０ｃ 窪みの内壁
４１０ｄ 窪みのベース部分
４２０ クリップ
４３０ 隆起チャンネル
５３５ 第１のレンズ
５４０ 第２のレンズ
５４５ ミラー
５５０ａ～ｃ 光線
５５５ カメラ
６３５ 導波路
６５０、７５０ 検出器
７４１ レンズ
１１０、３０５ 細胞培養チャンバ
１１５ 窪み
１３０ 外壁
２０５、５０５ コンフルエンスモニター
２１０、６１０、７１０ 分析物モニター
２３０ 頭部
２４０ 前面
２５０ モニタリングモジュール
３００ 積層細胞培養容器システム
３１０ 細胞培養層
４１０ａ、４１０ｂ 窪みの側壁
４１０ｃ 窪みの内壁
４１０ｄ 窪みのベース部分
４２０ クリップ
４３０ 隆起チャンネル
５３５ 第１のレンズ
５４０ 第２のレンズ
５４５ ミラー
５５０ａ～ｃ 光線
５５５ カメラ
６３５ 導波路
６５０、７５０ 検出器
７４１ レンズ
Claims (10)
- 細胞培養物を非侵襲的に測定するように作られた遠隔モニタリングシステムにおいて、
閉鎖系として機能するように作られた細胞培養チャンバを含む複数の細胞培養層であって、その少なくとも１つの細胞培養チャンバが、細胞が接着する少なくとも１つの表面を有する、複数の細胞培養層、
閉鎖系として機能するように作られ、細胞が接着する少なくとも１つの表面を有するモニタリング層の細胞培養チャンバを取り囲む外壁を含む少なくとも１つのモニタリング層であって、該外壁に少なくとも１つの窪みを含む少なくとも１つのモニタリング層、および
前記少なくとも１つの窪みの内の少なくとも１つの中に配置され、コンフルエンスモニターおよび分析物モニターの少なくとも一方を含む少なくとも１つのモニタリングモジュール、
を備えた遠隔モニタリングシステム。 - 前記少なくとも１つのモニタリングモジュールからのデータを遠隔地に送信するように作られた通信コンポーネントをさらに備える、請求項１記載のシステム。
- 前記少なくとも１つのモニタリングモジュールが、コンフルエンスモニターおよび分析物モニターの両方を含む、請求項１または２記載のシステム。
- 前記コンフルエンスモニターおよび前記分析物モニターの少なくとも一方が、前記少なくとも１つのモニタリング層の上または下に位置付けられた細胞培養層の細胞培養チャンバをモニタリングするように作られている；
前記コンフルエンスモニターおよび前記分析物モニターの少なくとも一方が、前記モニタリング層の細胞培養チャンバをモニタリングするように作られている；または
その組合せである；
請求項１から３いずれか１項記載のシステム。 - 前記少なくとも１つの窪みが、前記少なくとも１つのモニタリングモジュールの頭部の前面と接触するように作られた内壁を含む、請求項１から４いずれか１項記載のシステム。
- 複数のモニタリング層を備える、請求項１から５いずれか１項記載のシステム。
- 前記コンフルエンスモニターが、少なくとも１つの細胞培養チャンバの画像を取得するように作られた光学装置を含む；
前記コンフルエンスモニターが、少なくとも１つのレンズ、少なくとも１つのミラー、および少なくとも１つカメラを含む；
前記コンフルエンスモニターが、ファイバプローブ、少なくとも１つのミラー、および少なくとも１つカメラを含む；または
その組合せである；
請求項１から６いずれか１項記載のシステム。 - 前記分析物モニターが、光の１つ以上の励起波長を放出し、前記複数の細胞培養層の前記細胞培養チャンバおよび前記モニタリング層の細胞培養チャンバの少なくとも一方の中の培地層からの放射光を取得するように作られたスペクトル要素を含む；
前記分析物モニターが、導波路および検出器を含む；
前記分析物モニターが、回折格子およびレンズをさらに含む；
前記分析物モニターが、ファイバプローブおよび検出器を含む；
前記分析物モニターが、前記複数の細胞培養層の前記細胞培養チャンバおよび前記モニタリング層の細胞培養チャンバの少なくとも一方の中のグルコース、乳酸塩、およびグルタミンの少なくとも１つをモニタリングするように作られている；または
その組合せである；
請求項１から７いずれか１項記載のシステム。 - 前記スペクトル要素が、前記培地層にラマン分光法を行うように作られている、請求項８記載のシステム。
- 前記少なくとも１つのモニタリング層が、前記少なくとも１つのモニタリングモジュールと協働して、前記少なくとも１つの窪み内に該少なくとも１つのモニタリングモジュールを維持するように作られた保持特徴を含み、
前記保持特徴が、前記モニタリングモジュールの対応する少なくとも１つの受容部と協働するように作られた少なくとも１つのクリップを含む；
前記保持特徴が、前記モニタリングモジュールの対応するノッチと協働するように作られた隆起チャンネルを含む；または
その組合せである；
請求項１から９いずれか１項記載のシステム。
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