JPH07121220B2

JPH07121220B2 - 動物細胞の培養装置、培養方法及び活性診断装置

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Publication number: JPH07121220B2
Application number: JP63176917A
Authority: JP
Inventors: 晴美松崎; 良一芳賀; 信子西村; 研二馬場; 文雄丸橋; 勇作西村; 昌彦石田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-07-18
Filing date: 1988-07-18
Publication date: 1995-12-25
Anticipated expiration: 2010-12-25
Also published as: JPH0227977A

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、培養方法および診断装置に関す
る。

〔従来の技術〕

動物細胞培養による新薬の生産は、数ng〜μg/10⁶cells
・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，分裂，分泌等）を、細胞の生理的
条件下で、かつ、クローズ系で測定する必要であるが、
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。したがつて、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、一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，デイツシユ，培養ビン等顕微
鏡下で観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62−201332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、細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（ほぼ正規分布）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
物細胞の粒径を測定すれば、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）培養液中の動物細胞粒子の粒径分布を測定する手
段と該粒径分布から生細胞と死細胞の個数及び分裂可能
な細胞の個数を計算して細胞群の活性状態を診断する解
析手段とを具備する診断装置を備えたことを特徴とする
動物細胞の培養装置。

（２）培養系内の動物細胞を拡大して撮像する撮像手段
と該撮像手段で得られた画像信号に基づいて動物細胞粒
子の粒径分布を測定する画像処理手段及び該粒径分布か
ら生細胞と死細胞の個数及び分裂可能な細胞の個数を計
算して細胞群の活性状態を診断する解析手段とを具備す
る診断装置を備えたことを特徴とする動物細胞の培養装
置。

（３）動物細胞の培養槽に、該培養槽内の培養液中の動
物細胞を拡大して撮像する撮像手段と該撮像手段で得ら
れた画像信号に基づいて動物細胞粒子の粒径分布を測定
する画像処理手段及び該粒径分布から生細胞と死細胞の
個数及び分裂可能な細胞の個数を計算して細胞群の活性
状態を診断する解析手段とを具備する診断装置を設けた
ことを特徴とする動物細胞の培養装置。

（４）動物細胞の培養槽から細胞培養液の一部を系外と
遮断した状態で外部へ取り出す系と、取り出された培養
液中の動物細胞を拡大して撮像する撮像手段と該撮像手
段で得られた画像信号に基づいて細胞粒子の粒径分布を
測定する画像処理手段及び外粒径分布から生細胞と死細
胞の個数及び分裂可能な細胞の個数を計算して細胞群の
活性状態を診断する解析手段とを具備する診断装置と、
該診断装置で粒径分布測定後の細胞と培養液とを前記培
養槽に戻す系とを備えたことを特徴とする動物細胞の培
養装置。

（５）培養系内の動物細胞を拡大して撮像する撮像手段
と該撮像手段で得られた画像信号に基づいて動物細胞粒
子の粒径分布を測定する画像処理手段及び該粒径分布か
ら生細胞と死細胞の個数及び分裂可能な細胞の個数を計
算して細胞群の活性状態を診断する解析手段とを具備す
る診断装置と、得られた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を備えたことを特徴とする動
物細胞の培養装置。

（６）動物細胞の培養槽と、培養液中の動物細胞を拡大
して撮像する撮像手段と該撮像手段で得られた画像信号
に基づいて細胞粒子の粒径分布を測定する画像処理手段
及び該粒径分布から生細胞と死細胞の個数及び分裂可能
な細胞の個性を計算して細胞群の活性状態を診断する解
析手段とを具備する診断装置と、前記培養槽内の培養液
を前記診断装置と該培養槽との間で循環させる循環手段
と、前記診断装置の画像処理結果に基づいて前記培養槽
内の環境因子を制御する制御装置とを備えたことを特徴
とする動物細胞の培養装置。

（７）培養系内の動物細胞を拡大して撮像する撮像手段
と該撮像手段で得られた画像信号に基づいて動物細胞粒
子の粒径分布を測定する画像処理手段及び該粒径分布か
ら生細胞と死細胞の個数及び分裂可能な細胞の個数を計
算して細胞群の活性状態を診断する解析手段とを具備す
る診断装置と、得られた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、該培養槽内の培養液中に含
まれる細胞により代謝された物質を除去する培養液再生
手段とを備えたことを特徴とする動物細胞の培養装置。

（８）請求項１〜７のいずれかにおいて、前記診断装置
の解析手段として、動物細胞の培養液の定常状態におけ
る細胞粒子の粒径分布パターンと比較して細胞群の活性
状態を診断する解析手段を備えたことを特徴とする動物
細胞の培養装置。

（９）培養液の一部を培養槽外へ引き出して液中に含ま
れる動物細胞を拡大して撮像し、画像処理して動物細胞
粒子の粒径分布を計測し、生細胞と死細胞及び分裂可能
な細胞の大きさはそれぞれ所定の粒径範囲にあることを
利用して得られた粒径分布から生細胞と死細胞及び分裂
可能な細胞の個数を計算して細胞群の活性状態を診断
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）請求項９において、前記生細胞と死細胞及び分裂
可能な細胞の個数を計算し、それらの割合を定常状態の
ものと比較するか、或いはそれらの時間的な変化から細
胞群の活性状態を診断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
養液を培養槽に戻しながら培養することを特徴とする動
物細胞の培養方法。

（12）培養液中の動物細胞を拡大して撮像する撮像手段
と該撮像手段で得られた画像信号に基づいて動物細胞粒
子の粒径分布を測定する画像処理手段及び該粒径分布か
ら生細胞と死細胞の個数及び分裂可能な細胞の個数を計
算して細胞群の活性状態を診断する解析手段とを具備し
たことを特徴とする診断装置。

本発明は、例えばひとリンパ芽球（IM−9:米国ATCC
社），ラツト肝細胞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、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ツトの肝細胞JT
C−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
〜40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（ほぼ正規分布）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，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。分裂をしなくなつた
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，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、細胞が死に至つ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。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つて、その割合は小さくな
る。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
ることなく実施できるため、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。本装置は培養槽1,培養液の観測部2,倍四駅を観測
部２へ導入する手段3,観測部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、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、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から観測部２への供給は間欠
的に行なわれるが、測定器の種類によつては、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。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撮像手段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。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、画像のアナログ信号をデイ
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
画素が各々デイ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段階の分解能でデイジタル化する。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6
0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、個数，大きさなどを計算し、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、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イ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イルタリ
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k₅を
囲むえ３×３画素の領域（各々が輝度k₁〜k₉で表され
る）に対して、この中の最大輝度を新たにk₅の画素を輝
度とするものである。計算式は次式となる。

k₅＝MAX［k₁〜k₉］ …（１）例えば、k₁〜k₉の中でk₁が最も高い輝度であつたとする
と、MAX［k₁〜k₉］＝k₁であるので、k₅の画素の輝度をk
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イルタ
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k_a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
分は背景を表わし、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,k_a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、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つて達成される。
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_am,d_meとすると、生細胞ｄ≦d_am:N（d_a）＝F_a（ｄ） …（２）死細胞ｄ＞d_me:N（d_e）＝F_e（ｄ） …（３）混在d_am＜ｄ≦d_me:N（d_m）＝F_m（ｄ） …（４） ∴全細胞数:N_t（ｄ）＝Ｎ（d_a）＋Ｎ（d_e）＋Ｎ（d_m）
（５）ここで、d_a,d_e,d_m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_a）,N
（d_e）,N（d_m）はそれらの個数である。また、F
_a（ｄ）,F_e（ｄ）,F_m（ｄ）は粒径分布関数であり、F_a
（ｄ）は正規分布、F_m（ｄ）は均一分布、F_e（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60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d_am及びd_meを求める。境界粒径d_am,d_me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_m）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_am,d_meを入
力することにより、上記のＮ（d_a）,N（d_e）及びＮ
（d_m）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。

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。

同様に、活性計算回路83では死細胞率R_eを次式で計算す
る。

この他に、活性計算回路83では、生細胞及び死細胞の時間的な変化、すなわち増殖速度と死滅速度が次式で
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、ε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。
εが小さくて死滅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。

これらの診断結果を推論機構95に入力する。推論機構95
には細胞の培養環境因子として温度センサ,pHセンサ,DO
センサ，並びにDCO₂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
知見や論理的知見が整理されて格納されている。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
コンピユータに入力する。例えば、DOが低下して細胞の
増殖速度が低くなつたら、DO不足と推論して、コンプレ
ツ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、死滅速度が高くなつたら、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観測部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,培養液を観測部２へ導入する導入装置3,観測部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,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、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ε（＝生細胞数／総細胞数）を用
いて、ｔ時間後の生細胞数Ｎは次式で表わすことができ
る。

ここでN₀はｔ＝０のときの総細胞数、Ｔは細胞周期であ
る。また、ｎは０及び正の整数である。

すなわち、（11）式を用いて、ｔ時間後の生細胞数をシ
ミユレーシヨ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，細胞により代謝された物質すなわち老廃成分
の濃度のほかに下記の値P,Qがある。

Ｐ＝細胞濃度×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，分泌活性，内生呼吸活性等）を制御する
ことができる。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観
測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14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イル
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
製と２枚の支持枠16,17及びねじ（図示せず）によつて
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つ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′）によつ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。

測定が終わつ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……観測部、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、12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。

フロントページの続き (72)発明者馬場研二茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者丸橋文雄茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者西村勇作茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者石田昌彦茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (56)参考文献特開昭60−98787（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−30675（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】培養液中の動物細胞粒子の粒径分布を測定
する手段と該粒径分布から生細胞と死細胞の個数及び分
裂可能な細胞の個数を計算して細胞群の活性状態を診断
する解析手段とを具備する診断装置を備えたことを特徴
とする動物細胞の培養装置。
【請求項２】培養系内の動物細胞を拡大して撮像する撮
像手段と該撮像手段で得られた画像信号に基づいて動物
細胞粒子の粒径分布を測定する画像処理手段及び該粒径
分布から生細胞と死細胞の個数及び分裂可能な細胞の個
数を計算して細胞群の活性状態を診断する解析手段とを
具備する診断装置を備えたことを特徴とする動物細胞の
培養装置。
【請求項３】動物細胞の培養槽に、該培養槽内の培養液
中の動物細胞を拡大して撮像する撮像手段と該撮像手段
で得られた画像信号に基づいて動物細胞粒子の粒径分布
を測定する画像処理手段及び該粒径分布から生細胞と死
細胞の個数及び分裂可能な細胞の個数を計算して細胞群
の活性状態を診断する解析手段とを具備する診断装置を
設けたことを特徴とする動物細胞の培養装置。
【請求項４】動物細胞の培養槽から細胞培養液の一部を
系外と遮断した状態で外部へ取り出す系と、取り出され
た培養液中の動物細胞を拡大して撮像する撮像手段と該
撮像手段で得られた画像信号に基づいて細胞粒子の粒径
分布を測定する画像処理手段及び該粒径分布から生細胞
と死細胞の個数及び分裂可能な細胞の個数を計算して細
胞群の活性状態を診断する解析手段とを具備する診断装
置と、該診断装置で粒径分布測定後の細胞と培養液とを
前記培養槽に戻す系とを備えたことを特徴とする動物細
胞の培養装置。
【請求項５】培養系内の動物細胞を拡大した撮像する撮
像手段と該撮像手段で得られた画像信号に基づいて動物
細胞粒子の粒径分布を測定する画像処理手段及び該粒径
分布から生細胞と死細胞の個数及び分裂可能な細胞の個
数を計算して細胞群の活性状態を診断する解析手段とを
具備する診断装置と、得られた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を備えたことを特徴と
する動物細胞の培養装置。
【請求項６】動物細胞の培養槽と、培養液中の動物細胞
を拡大して撮像する撮像手段と該撮像手段で得られた画
像信号に基づいて細胞粒子の粒径分布を測定する画像処
理手段及び該粒径分布から生細胞と死細胞の個数及び分
裂可能な細胞の個数を計算して細胞群の活性状態を診断
する解析手段とを具備する診断装置と、前記培養槽内の
培養液を前記診断装置と該培養槽との間で循環させる循
環手段と、前記診断装置の画像処理結果に基いて前記培
養槽内の環境因子を制御する制御装置とを備えたことを
特徴とする動物細胞の培養装置。
【請求項７】培養系内の動物細胞を拡大して撮像する撮
像手段と該撮像手段で得られた画像信号に基づいて動物
細胞粒子の粒径分布を測定する画像処理手段及び該粒径
分布から生細胞と死細胞の個数及び分裂可能な細胞の個
数を計算して細胞群の活性状態を診断する解析手段とを
具備する診断装置と、得られた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、該培養槽内の培養液
中に含まれる細胞により代謝された物質を除去する培養
液再生手段とを備えたことを特徴とする動物細胞の培養
装置。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかにおいて、前記診
断装置の解析手段として、動物細胞の培養液の定常状態
における細胞粒子の粒径分布パターンと比較して細胞群
の活性状態を診断する解析手段を備えたことを特徴とす
る動物細胞の培養装置。
【請求項９】培養液の一部を培養槽外へ引き出して液中
に含まれる動物細胞を拡大して撮像し、画像処理して動
物細胞粒子の粒径分布を計測し、生細胞と死細胞及び分
裂可能な細胞の大きさはそれぞれ所定の粒径範囲にある
ことを利用して得られた粒径分布から生細胞と死細胞及
び分裂可能な細胞の個数を計算して細胞群の活性状態を
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。
【請求項１０】請求項９において、前記生細胞と死細胞
及び分裂可能な細胞の個数を計算し、それらの割合を定
常状態のものと比較するか、或いはそれらの時間的な変
化から細胞群の活性状態を診断することを特徴とする動
物細胞の培養方法。
【請求項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戻しながら培養することを特徴
とする動物細胞の培養方法。
【請求項１２】培養液中の動物細胞を拡大して撮像する
撮像手段と該撮像手段で得られた画像信号に基づいて動
物細胞粒子の粒径分布を測定する画像処理手段及び該粒
径分布から生細胞と死細胞の個数及び分裂可能な細胞の
個数を計算して細胞群の活性状態を診断する解析手段と
を具備したことを特徴とする診断装置。