JPH0227977A

JPH0227977A - 動物細胞の培養装置、培養方法及び活性診断装置

Info

Publication number: JPH0227977A
Application number: JP63176917A
Authority: JP
Inventors: Harumi Matsuzaki; 松崎　晴美; Ryoichi Haga; 良一芳賀; Nobuko Nishimura; 信子西村; Kenji Baba; 研二馬場; Fumio Maruhashi; 丸橋　文雄; Yusaku Nishimura; 勇作西村; Masahiko Ishida; 昌彦石田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-07-18
Filing date: 1988-07-18
Publication date: 1990-01-30
Anticipated expiration: 2010-12-25
Also published as: JPH07121220B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は動物細胞の培養に係り、特に培養中の動物細胞
の活性状態を、細胞の生理的条件を保持した状態で測定
・診断できる培養装置、培養方法および培養診断方法に
関する。

〔従来の技術〕

動物細胞培養による新薬の生産は、数ｎｇ〜μｇ　／　
ｌ　Ｏ６ｃｅｌｌｓ・日と極めて微量である。生産性の
向上には、■細胞の高密度化、装置の大容量化ならびに
■細胞の高分泌活性化が必要である。上記■を達成する
ためには、培養液中の細胞の活性（生死２分裂２分泌等
）を、細胞の生理的条件下で、かつ、クローズド系で測
定する必要があ°るが、現状では、培養槽から抜き出し
た培養液中に細胞染色剤を混入する染色法により、細胞
の生死割合を求めるのが一般的である。

上記染色法は、染色剤の混入等、細胞の生理的条件での
測定でないため、抜き出した培養液の培養槽へのリサイ
クルはできない、したがって、測定系はオープンシステ
ムとなり、雑菌等による汚染の恐れからまぬがれない、
動物細胞の増殖速度は微生物の１／１００程度と小さい
ため、−個の微生物の培養系への侵入は、新薬の生産活
動の停止を意味する。

一方、マイクロプレート、デイツシュ、培養ビン等顕微
鏡下でｌｌｌ察可能な容器内の細胞について、その生死
状態を画像処理により計測する方法（特開昭６２−２０
１３３２号）が提案されている。この方法は上記の小さ
な容器を用いる種培養や継代培養への適用は可能である
が、実培養規模の装置への適用は困難である。

さらに、上記の方法では、Ｍ胞の生死状態のみを測定す
るもので、その活性状態を測定する工業的な方法がない
のが現状である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、診断するために採取された細胞の生理
的条件を保ったまま細胞の活性、培養状態を診断する方
法、または培養系に悪影響を及ぼさないで細胞の活性状
態を診断できる培養方法およびそれらを実施するための
装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、培養液中の動物細胞を詳細に検討した結
果、動物細胞は、（ａ）生細胞のみ（はぼ正規分布）の領域（ｂ）生死共
存（均一分布）の領域（ｃ）死細胞のみの領域の３領域からなることを見出した。従って、培養中の動
物細胞の粒計を測定すれば、その細胞がどのような状態
にあるかは診断できるわけである。

本発明の要旨は次のとおりである。

（１）動物細胞の活性状態を生理的条件を保ったまま細
胞の大きさを画像処理で測定することにより診断できる
診断装置を備えた動物細胞の培養装置。

（２）動物細胞の培養系内に該細胞の大きさを画像処理
で測定することにより診断できる診断装置を有し、該培
養系が系外と遮断できるよう構成されている動物細胞の
培養装置。

（３）動物細胞の培養槽に、培養細胞の大きさを画像処
理で測定することにより診断できる診断装置が設けられ
ている動物細胞の培養装置。

（４）動物細胞の培養槽から培養細胞液の一部を取り出
す系と、該細胞の大きさを画像処理で測定することによ
り診断できる診断装置と、測定後の培養細胞と該細胞液
を培養槽に戻す系が系外と遮断する手段を有する動物細
胞の培養装置。

（５）動物細胞の培養系を系外と遮断した状態で細胞の
大きさを画像処理で測定することにより診断できる診断
手段と、該診断結果に基づき培養槽の培養条件を制御す
る制御手段を備えた動物細胞の培養装置。

（６）動物細胞の培養槽内の環境因子を制御する制御装
置を備えた培養槽、前記培養細胞を生理的条件を保持し
たまま細胞培養液中の細胞粒子の大きさを画像処理で測
定することにより診断できる診断装置、前記培養液を前
記診断装置と培養槽間を循環させる循環手段、および前
記診断装置の画像処理結果に基づき前記培養槽の制御装
置を制御する制御手段を備えた動物細胞の培養装置。

（７）動物細胞の培養系を系外と遮断した状態で細胞の
大きさを画像処理で測定することにより診断できる診断
手段と、該診断結果に基づき培養槽の培養条件を制御す
る制御手段と、培養液中の老廃成分を除去する培養液の
再生手段を備えた動物細胞の培養装置。

（８）請求項１〜７のいずれかにおいて、動物細胞の培
養槽の定常状態における細胞粒子の大きさの分布パター
ンと、任意の培養時の細胞の大きさを画像処理で測定す
ることにより培養中の細胞の活性状態を診断する診断装
置を備えた動物細胞の培養装置。

（９）培養液の一部を培養槽外に引出し、生理的条件を
保持したまま該培養液中の細胞粒子の太きさを画像処理
により測定し、該細胞粒子の大きさの分布により細胞の
活性状態を診断し、該診断結果に基づき培養槽の培養条
件を制御することを特徴とする動物細胞の培養方法。

（１０）培養系を系外と遮断したまま培養槽から培養液
の一部を引出し、該培養液中の細胞粒子の大きさを画像
処理により測定し、該細胞粒子の大きさの分布により細
胞の活性状態を診断し、該診断結果に基づき培養槽の培
養条件を制御することを特徴とする動物細胞の培養方法
。

（１１）請求項９または１０において、前記診断に供し
た培養液を培養槽に回収しながら培養する動物細胞の培
養方法。

（１２）動物細胞の培養槽の定常状態における細胞粒子
の大きさの分布パターンから生細胞と死細胞の大きさを
予め診断し、これを基準として任意の培養時における細
胞粒子の大きさの分布を画像処理により計測して該培養
槽中の細胞の活性状態を診断する動物細胞の診断方法。

（１３）培養液の一部を培養槽外に引出し、生理的条件
を保持したまま観測部セルに導入した細胞を含む細胞培
養液を撮像手段により画像信号となし、該画像のアナロ
グ信号を画像処理手段によりディジタル信号に変換し、
各画素の輝度をディジタルの輝度信号を持つ多値画像と
して画像メモリ手段に格納し、格納された多値画像を細
胞画像認識手段により撮像された全細胞の粒径分布を計
算し、これを解析手段により予め入力されている培養の
定常状態における細胞の粒径分布と比較演算することに
より細胞の活性状態を診断する動作細胞の診断方法。

（１４）動物細胞の培養槽に接続する手段と、生理的条
件を保持したまま前記培養槽から前記接続手段を介して
とり出された細胞培養液中の細胞粒子の大きさを画像処
理で測定できる手段を備えた動物細胞の診断装置。

本発明は、例えばひとリンパ芽球（ＩＭ−９：米国ＡＴ
ＣＣ社）、ラット肝細胞ＪＴＣ−１，マウス−マウスハ
イブリドーマ（ＳＴＫ−１：米国ＡＴＣＣ社）などの動
物細胞株の培養に適用することができる。

なお１本発明は、定常状態における培養細胞粒子が、後
述の第１図に示されるような粒径分布を示すものであれ
ば、適用できることは云うまでもない。

〔作用〕

第１図は、培養過程の定常状態にあるラットの肝細胞Ｊ
ＴＣ−１の約１００個の細胞を染色法により固定し、顕
微鏡観察により求めた細胞の大きさの分布の一例を示す
。図中、ハツチングで示す部分の分布は生細胞、白ヌキ
で示す部分の分布は死細胞を示す、細胞の大きさは１０
数μｍ〜４゜数μｍに分布し、生細胞は小さい方に、ま
た、死細胞は大きい方に分布する。これらの分布は、■
　生細胞のみ（はぼ正規分布）の領域■　生死共存（均
一分布）の領域、 ■　死細胞のみの領域の３領域から構成される。これらの特徴ある分布構成か
ら、生細胞数、死細胞数及び分裂可能な細胞の割合を求
めることができる。上記、生死共存域にある生細胞と死
細胞の割合はほぼ１：１であり、生死共存域にある生細
胞は分裂不可である。

しかし、上記■の領域にある生細胞は分裂可能な細胞で
ある。

上記、細胞の大きさの分布は第２図に模式的に示した細
胞の成長２分裂そして死滅の経過現象とも一致する。細
胞は統計学的にある大きさ（二次元的な大きさ：その面
積を１とする）になると分裂し、物理的に、その面積は
分裂前に対し０．６４になる。分裂したそれぞれの細胞
は成長し、面積が１になるとまた分裂する。分裂可能な
細胞の面積はこの０．６４〜１　の間にある。分裂をし
なくなった細胞はさらに成長し、面積は１より大きくな
り、ついには死に至る。

死んだ細胞は、ミトコンドリア等の細胞質が細胞外へ流
出し、見かけ上、細胞は膨張して大きくなる。そして、
核が消滅し最終的には培養液に分散する。これらの成長
７分裂、死滅過程と第１図に示した細胞の大きさの分布
とを対応させると、面積１の状態が分布■と■の境界に
、細胞が死に至った状態が分布■と■の境界に相当する
。実際の培養過程では、細胞が死に至る大きさに幅が生
じるため、分布■が出現する１分布■内の生死の割合を
見ると、大きさが小さいほど生細胞の割合が大きく、細
胞が大きくなるにしたがって、その割合は小さくなる０
分布■内の生細胞と死細胞の割合はほぼ１：１である。

以上のように、細胞の大きさの分布を測定することによ
り、細胞の生死割合及び分裂活性を得ることができる。

細胞の大きさの分布の測定は、培養系内へ異物を混入す
ることな〈実施できるため、培養系と隔離することなく
、上記細胞の活性を診断することができる。

〔実施例〕

第３図は本発明の一実施例である細胞の活性診断装置を
示す１本装置は培養槽１．培養液の観測部２．培養液を
Ｉｉｌ！測部２へ導入する手段３．ＩＩ測部２内の細胞
の大きさの分布を測定する測定器４゜細胞の大きさの分
布から分裂可能な細胞の割合（または１分裂不可能な細
胞の割分）あるいは生細胞の割合（または、死細胞の割
合）を得る解析装置８及び観測部２内の培養液を培養槽
内培養液中に戻す手段６からなる。手段３，６及び観測
部２は培養液が培養系外と隔離された条件下でリサイク
ルされるように構成される。

培養槽内の培養液の一部が観測部２へ供給され、ｗ４測
部２に導入された培養液中の細胞の大きさの分布が測定
器４により測定される。細胞の大きさはその相当径でも
面積等でも良い。測定が終了した観測部２内の培養液は
培養槽１内に戻される。

測定器４から、細胞の大きさの分布に関する情報が解析
装置８に送られ、解析装置８では、前記情報に基づき、
細胞の活性（分裂活性、生死活性）を求めて、表示する
。

一般的に、培養液の培養槽１から＊ｉ１１＋＋部２への
供給は間欠的に行なわれるが、測定器の種類によっては
、連続的に供給しながら、前記分布を測定することがで
きる。

第４図は本発明の一実施例である細胞の活性診断装置を
示す０本装置は、前記測定器４に画像処理装置を用いた
場合で、前記画像処理装置はＶ＆像手段４′と画像処理
手段５からなる。撮像手段４′から細胞の画像が画像処
理手段５に送られる。

撮像手段４′は顕微鏡等拡大機能を有するものが良い。

観測部２における培養液の流速は静止培養液中での細胞
の沈降速度程度でも良い。

以下に画像処理装置５及び解析装置８の詳細な構成を第
５図に示し、その動作を説明する６まず、撮像手段４′
で得た画像信号は画像処理装置５のＡ／Ｄ変換器５１に
送信される。Ａ／Ｄ変換器５１では１画像のアナログ信
号をディジタル信号に変換する。すなわち、画像を縦横
に細かい画素に分割すると共に、Ａ／Ｄ変換された画像
信号を、各画素が各々ディジタルの輝度の信号を持つ多
値画像とする。たとえば、縦２５６分割、横２５６分割
の画素に分解し、輝度を１２８段階の分解能でディジタ
ル化する。このＡ／Ｄ変換された画像信号を画像メモリ
５１Ｍに格納される。画像メモリ５１Ｍに格納された多
値画像は、細胞画像認識回路６０に送信される。細胞画
像認識回路６０では生死にかかわらず細胞を全て認識し
１個数、大きさなどを計算し１粒径分布を計算する。こ
の計算結果は解析装置８に送信され、解析装置８はこれ
らの計算結果を受けて生細胞及び死細胞の個数を並びに
分裂可能な細胞の個数を計算すると同時にこれらの計算
結果から細胞群の活性状態を診断する。

画像メモリ５１Ｍに格納された多値画像の例を第６図に
示す、多値画像とは前述したように各画素の明るさが異
なる画像である。このように大きさの異なる細胞が存在
する。第６図で粒径の小さな細胞は生細胞を表し、大き
な細胞は死んだ細胞を表し、中間の粒径のものは両者が
混在した状態を表わす。第６図の画像は細胞画像認識回
路６０に送信される。細胞画像認識回路６０では生死に
かかわらず細胞を全て認識し１個数、大きさ、形状及び
細胞の輝度などを計算する。本実施例では大きさと個数
を計算する例を説明する。

前処理回路６１は画像メモリ５１Ｍの多値画像から細胞
を認識するための前処理を実行する。前処理としてはス
ムージングや輝度強調や輪郭強調などがあるが、細胞を
認識するためには空間フィルタリング処理だけでは精度
が十分ではなく、特に、最大輝度強調処理を空間フィル
タリング処理の前段で実行することが特に有効である。

最大輝度強調処理は非線形近傍演算の一種で、具体的内
容を第７図を用いて説明する。第７図に示すように輝度
に６を囲む３×３画素の領域（各々が輝度に１〜ｋｏで
表される）に対して、この中の最大輝度を新たにに５の
画素の輝度とするものである。

計算式は次式となる。

ｋ　ａ　＝　Ｍ　Ａ　Ｘ　［ｋ　ｔ〜　ｋｇコ　　　　
　　　　　　　　　　　　・・・（１）例えば、ｋ１〜
ｋｇの中でに１が最も高い輝度であったとすると、Ｍ　
Ａ　Ｘ　［ｋ　１〜に９１＝ｋｔであるので、ｋ５の画
素の輝度をに１とする。この処理を全ての画素について
実行して新たな多値画像を得る。この作用は細胞の中心
部が輝度が高いのでこれを強調するものである。

さらに、細胞輪郭の暗い部分を消去する作用が同時にあ
る。前処理回路６１では加えて、第８図に示すようなマ
スクパターンを用いて明るい部分を強調する空間フィル
タリング処理を行なえばさらに効果的である。第８図で
、ｐは正の値、ｍは負の値である。この処理により細胞
のみを選択的に強調することが可能である。

２値化回路６２では所定の輝度に、より高い部分を′１
″′その他を０”として２値化する。第６図をこのよう
にして２値化した画像を第９図に示す。ここで、斜線で
示した部分は背景を表すし。

白抜きの部分は細胞を表わす。なお、説明は省略するが
、細胞が大きすぎて細胞内部が空洞に２値化される場合
には穴埋め処理を実行する。以上のようにして細胞のみ
を選択的に認識することができる。ここで、前処理や２
値化に必要なパラメータｍ、ｐ、に１などの設定は条件
設定回路６６で行なう。

２値化回路６２で２値化された画像は、ラベリング回路
６３において細胞の各々に番号をつけて個数をカウント
すると共に、１個の細胞毎に次の処理を行なう、すなわ
ち、次の面積計算回路６４で各々の細胞の面積を計算す
る。次に、粒径分布計算６５回路では、各面積を分級し
て細胞の粒径分布を計算する。例えば、１μｍ毎に分級
する。

この際、粒径は１代表粒径として円等価径などが利用で
きる。計算された粒径分布は解析装置８に送られる。

解析装置８では細胞の粒径分布の値を受けて細胞群の活
性を総合的に診断する。得られた粒径分布の例を第１０
図に示す。この原理は細胞の成長（粒径の増加）及び粒
径分布との関係をモデル化することによって達成される
。すなわち、解析装置８では生細胞計算回路８１Ａ、死
細胞計算回路８１Ｂ、及び混在細胞計算回路８１Ｃで各
々の個数を計算する。すなわち、生細胞（２）式、死細
胞（３）式及び両細胞の混在する状態（４）式を各々別
の粒径分布でモデル化する。すなわち、第１０図に示す
ように、各細胞の境界の粒径をｄ　ａｌｌ＋　ｄｓｅと
すると。

生細胞ｄ：ｉ；ｄａ−：　Ｎ（ｄａ）＝Ｆａ（ｄ）　　
　−（２）死細胞ｄ　＞　ｄ　、ａ　：　Ｎ（ｄ　ｅ）
”　Ｆａ（ｄ　）　　　−（３）混　在ｄ口＜　ｄ　Ｓ
　ｄ　−ｅ　：Ｎ（ｄ、）＝Ｆ、（ｄ）　　　　・・・（４）、・、全
細胞数：　Ｎｔ（ｄ）＝Ｎ（ｄａ）＋Ｎ（ｄｅ）＋Ｎ（
ｄ−）・・・（５）ここで、ｄａ、ｄ、、ｄ、は各々生細胞のみ、死細胞の
み及び両細胞の混在する状態の細胞の粒径であり、Ｎ（
ｄり、Ｎ（ｄｅ）、Ｎ（ｄ、）はそれらの個数である。

また、ｐｍ（ｄ）、　Ｆｅ（ａ）、　Ｆ−（ｄ）は粒径
分布関数であり、ｐ、（ａ）は正規分布、Ｆ、（ｄ）は
均一分布、Ｆｅ（ｄ）は単調減少型の分布（例えば指数
分布）である。このように、細胞画像認識回路６ｏから
送信された細胞の粒径分布に対して、モデルとなる粒径
分布を当てはめる計算を生細胞計算回路８１Ａ、死細胞
計算回路８１Ｂ、及び混在細胞計算回路８１Ｃで実行し
、それぞれの分布の境界である細胞の粒径ｄａｍ及びｄ
ｍｅｌを求める。境界粒径ｄａｍ＠ｄｕｅが得られれば
、細胞画像認識回路６０から送信された細胞の粒径分布
からＮ　（ｄ　ａ）　−Ｎ　（ｄ　ｅ）及びＮ（ｄ、）
は容易に求まる。条件設定回路８２からは、定常状態に
おいてｄ　ａｓ、ｄ、６を入力することにより、上記の
Ｎ　（ｄａ）　。

Ｎ（ａＳ）及びＮ（ｄ、）を求めることもできる。

このようにして、各分布における細胞の個数が計算され
るので、細胞群全体の各種活性を診断することが出来る
。具体的な診断方法について以下に説明する。

活性計算回路８３では例えば細胞生存率εを次式で計算
する。

Ｎ（ｄ　ａ）＋　−Ｎ（ｄ　ａ）また、活性計算回路８３では分裂可能細胞率ηを次式で
計算する。

Ｎ　（ｄ　ａ）　＋　　Ｎ　（ｄ　、）同様に、活性計
算回路８３では死細胞率ＲＥＩを次式で計算する。

Ｎ　（ｄ　ｅ）　＋　−Ｎ　（ｄ　−）この他に、活性
計算回路８３では、生細胞ち増殖速度と死減速度が次式
で計算される。

これらの式から細胞の増殖あるいは活性低下あるいは死
滅の状態を診断する。例えば、Ｒａが大きくて増殖速度
が高いほど細胞の増殖能力が高く活性も高いことを示す
。Ｒ２が小さくて死減速度が高いほど細胞は急速に死滅
し活性も低いことを示す。このようにして細胞群の活性
を診断する。

これら診断結果を推論機構９５に入力する。推論機構９
５には細胞の培養環境因子として温度センサｖｐＨセン
サ、ＤＯセンサ、並びにＤＣ○２センサの計測値が入力
される。一方、知識ベース９０には細胞の増殖と代謝に
関する実験的知見や理論的知見が整理されて格納されて
いる６推論機構９５では、これらの知識ベースと培養環
境の計測値、及び画像計測された細胞群の診断結果を基
に細胞の状態を推論し、必要に応じて培養環境を制御す
るための指示をコンピュータに入力する。

例えば、Ｄｏが低下して細胞の増殖速度が低くなったら
、Ｄｏ不足と推論して、コンプレッサによる気泡発生速
度を増加させてＤＯを増加させる。

また、ＰＨが低くなり、死減速度が高くなったら、ＰＨ
が低すぎると判断してアルカリ剤を供給したり炭酸ガス
分圧を調整したりしてＰＨを上げる。

第１１図は本発明の一実施例である細胞の活性診断装置
を示す。本装置は、第４図に示した実施例において、培
養槽１と観測部２を一体構造としたもので、培養槽内の
撹拌流により、培養槽内培養液の一部の培養液をＷ４２
ｉ１ｇ部２へ供給し、かつ、観測部２から培養槽内へ培
養液を戻すものである。

第１２図は本発明の一実施例である細胞の活性診断制御
装置を示す。本装置は培養槽内培養液の環境因子（栄養
成分濃度、溶存酸素濃度、アンモニア、にゆう酸等の老
廃成分濃度、細胞日令、プロダクト濃度等）を調整する
手段（１’、、１’１″等）を有する培養槽１．培養液
の観測部２゜培養液を１！測部２へ導入する導入装置３
．＠測部２内の細胞の大きさの分布を測定する測定器４
゜細胞の大きさの分布から分裂可能な細胞の割合（また
は、分裂不可能な細胞の割合）あるいは生細胞の割合（
または、死細胞の割合）を得る解析装置８．＠測部２内
の培養液を培養槽内培養液中に戻す手段６からなる。手
段３，６及びｗＡ訓部２は培養液が培養系外と遮断され
た条件下でリサイクルされるように構成される。

培養槽内の培養液の一部が観測部２へ供給され、観測部
２に導入された培養液中の細胞の大きさの分布が測定器
４により測定される。細胞の大きさはその相当径でも面
積等でも良い。測定が終了した観測部２内の培養液は培
養槽１内に戻される。

測定器４から細胞の大きさの分布に関する情報が解析装
置８に送られ１．解析装置８では、前記情報に基づき、
細胞の活性（分裂活性、生死活性）を求める。さらに、
解析装置８では、得られた細胞の活性に基づき、培養槽
内培養液の環境条件を。

前記調整手段１’　、１’、１”等を制御して、適正状
態にする。

培養槽内、培養液の環境条件の制御方法について以下に
述べる。

分裂可能な細胞の割合η（＝分裂可能な細胞数／生細胞
数）及び生細胞の割合ｉ　　（＝生細胞数／総細胞数）
を用いて、を時間後の生細胞数Ｎは次式で表わすことが
できる。

を但し、（ｎ＋１）Ｔ＞ｔ≧ｎＴのとき−＝ｎここで、Ｎ
ｏは１＝０のときの総細胞数、Ｔは細胞周期である。ま
た、ｎはＯ及び正の整数である。

すなわち、（１）式を用いて、を時間後の生細胞数をシ
ミュレーションすることができる。この結果に基づいて
、培養槽内培養液の環境条件を制御することもできる。

上記環境条件は上記培養液中の溶存酸素濃度、栄養成分
濃度、老廃成分濃度のほかに下記の値Ｐ、Ｑがある。

Ｐ＝細細胞濃度液滞留時間　　　　　　・・・（１２）
上記、環境条件を考慮し、ＰあるいはＱの値を。

所定域に制御することにより、細胞の持つ各種活性（呼
吸活性、増殖活性１分泌活性、内生呼吸活性等）を制御
することができる０例えば、増殖活性を他の活性に比べ
活発にするとか、分泌活性を他の活性に比べ活発にする
と云うように、任意に制御することができる。

次に、本発明において細胞の大きさを測定するためのｗ
４Ｗｓ器セルについて説明する。

第１３図は該セルの一実施例を示す斜視図である。第１
４図は細胞培養液の流通するセル部を示す模式斜視図で
ある。

観測部セル２は、ポリテトラフロロエチレン製のフィル
ム（厚さ約１００μｍ）に６角形の窓をあけたものをス
ペーサ１１とし、２枚のガラス板１２．１３で挟んで第
１４図で示されるようなセル構造を形成した。該ガラス
板は、金属製の２枚の支持枠１６，１７及びねじ（図示
せず）によって締め付けられている。そして、セルには
細胞培養液の流入管１４及び流出管１５が取付けられて
いる。なお、観測部セルは加熱（１２０℃）滅菌処理す
ることができる。

さらに、上記セルは、ｘ−Ｙの方向に任意に移動可能な
ステージ１８に載置され、ステージ下方に設けた光源（
図示せず）から照射された光によってセル上方に設けた
測定器４により観測できるように構成されている。

培養槽に連結された循環パイプ（図示せず）により流入
管１４から培養細胞を含んだ培養液をセル内に導入し、
ステージと観測器を操作して動物細胞の大きさを観測す
る。細胞の活性状態の診断は、測定器４に取付けた撮像
手段（第４図４′）によって撮像された細胞の画像を画
像処理手段（第４図５）により処理し、該データは解析
手段（第４図８）により診断される。

測定が終わった細胞を含む培養液は流出管１５を経て培
養槽に戻される。

このように、本実施例は培養系および診断系を系外と遮
断した状態で細胞の活性状態を診断することができるの
で、雑菌等の侵入の恐れがなく。

かつ培養液等の生成物の損失もない。

〔発明の効果〕

本発明は、動物細胞の活性状態を培養系及び診断系が系
外と遮断されているので、雑菌等による汚染がなく、貴
重な細胞および生成物の消費がない、さらに１分裂可能
な細胞の割合、生細胞の割合を容易に知ることができる
ので、それに基づいて培養槽の環境因子を容易にかつ、
即刻制御できるので、培養効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第１２図は動物細胞の大きさと分布状態を示
す実験データ、第２図は動物細胞の成長。分裂、死滅状態を示すモデル図、第３図〜第５図は本発
明の細胞の活性診断装置を示す概略図、第６図及び第７
図は本発明の細胞の活性診断と培養槽の制御系を示す概
略図、第８図〜第１１図は培養細胞の画像処理方法を示
す模式図、第１３図及び第１４図は本発明の一実施例で
ある細胞診断用セルの概略斜視図である。１・・・培養槽、２・・・ｗ４測部、３・・・導入装置
、４・・・測定器、４′・・・撮像手段、５・・・画像
処理手段、８・・・解析手段、１１・・・スペーサ、１
２及び１３・・・ガラス板、１４・・・流入管、１５・
・・流出管、１６及び１７・・・支持枠、１８・・・ス
テージ。第図第４図第８図第９図弛０Ｅ１畑肥／１人ケさ３図２ｚ第１４−区

Claims

【特許請求の範囲】（１）動物細胞の活性状態を生理的条件を保つたまま細
胞の大きさを画像処理で測定することにより診断できる
診断装置を備えた動物細胞の培養装置。（２）動物細胞の培養系内に該細胞の大きさを画像処理
で測定することにより診断できる診断装置を有し、該培
養系が系外と遮断できるよう構成されている動物細胞の
培養装置。（３）動物細胞の培養槽に、培養細胞の大き
さを画像処理で測定することにより診断できる診断装置
が設けられている動物細胞の培養装置。（４）動物細胞の培養槽から培養細胞液の一部を取り出
す系と、該細胞の大きさを画像処理で測定することによ
り診断できる診断装置と、測定後の培養細胞と該細胞液
を培養槽に戻す系が系外と遮断する手段を有する動物細
胞の培養装置。（５）動物細胞の培養系を系外と遮断した状態で細胞の
大きさを画像処理で測定することにより診断できる診断
手段と、該診断結果に基づき培養槽の培養条件を制御す
る制御手段を備えた動物細胞の培養装置。（６）動物細胞の培養槽内の環境因子を制御する制御装
置を備えた培養槽、前記培養細胞を生理的条件を保持し
たまま細胞培養液中の細胞粒子の大きさを画像処理で測
定することにより診断できる診断装置、前記培養液を前
記診断装置と培養槽間を循環させる循環手段、および前
記診断装置の画像処理結果に基づき前記培養槽の制御装
置を制御する制御手段を備えた動物細胞の培養装置。（７）動物細胞の培養系を系外と遮断した状態で細胞の
大きさを画像処理で測定することにより診断できる診断
手段と、該診断結果に基づき培養槽の培養条件を制御す
る制御手段と、培養液中の老廃成分を除去する培養液の
再生手段を備えた動物細胞の培養装置。（８）請求項１〜７のいずれかにおいて、動物細胞の培
養槽の定常状態における細胞粒子の大きさの分布パター
ンと、任意の培養時の細胞の大きさを画像処理で測定す
ることにより培養中の細胞の活性状態を診断する診断装
置を備えた動物細胞の培養装置。（９）培養液の一部を培養槽外に引出し、生理的条件を
保持したまま該培養液中の細胞粒子の大きさを画像処理
により測定し、該細胞粒子の大きさの分布により細胞の
活性状態を診断し、該診断結果に基づき培養槽の培養条
件を制御することを特徴とする動物細胞の培養方法。（１０）培養系を系外と遮断したまま培養槽から培養液
の一部を引出し、該培養液中の細胞粒子の大きさを画像
処理により測定し、該細胞粒子の大きさの分布により細
胞の活性状態を診断し、該診断結果に基づき培養槽の培
養条件を制御することを特徴とする動物細胞の培養方法
。（１１）請求項９または１０において、前記診断に供し
た培養液を培養槽に回収しながら培養する動物細胞の培
養方法。（１２）動物細胞の培養槽の定常状態における細胞粒子
の大きさの分布パターンから生細胞と死細胞の大きさを
予め診断し、これを基準として任意の培養時における細
胞粒子の大きさの分布を画像処理により計測して該培養
槽中の細胞の活性状態を診断する動物細胞の診断方法。（１３）培養液の一部を培養槽外に引出し、生理的条件
を保持したまま観測部セルに導入した細胞を含む細胞培
養液を撮像手段により画像信号となし、該画像のアナロ
グ信号を画像処理手段によりディジタル信号に変換し、
各画素の輝度をディジタルの輝度信号を持つ多値画像と
して画像メモリ手段に格納し、格納された多値画像を細
胞画像認識手段により撮像された全細胞の粒径分布を計
算し、これを解析手段により予め入力されている培養の
定常状態における細胞の粒径分布と比較演算することに
より細胞の活性状態を診断する動作細胞の診断方法。（１４）動物細胞の培養槽に接続する手段と、生理的条
件を保持したまま前記培養槽から前記接続手段を介して
とり出された細胞培養液中の細胞粒子の大きさを画像処
理で測定できる手段を備えた動物細胞の診断装置。