JPWO2019022067A1 - Cell culture equipment - Google Patents

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    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
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Abstract

細胞培養装置は、培養液中で細胞の培養を行うための培養槽と、培養槽内で培養液が上昇流を形成するように培養液を供給する供給装置と、培養槽の下部を撮像することで撮像画像を取得する撮像装置と、撮像画像に基づいて、培養槽内の細胞塊の最大塊径を測定する画像処理装置と、供給装置による培養液の供給を制御する制御装置と、を備え、培養槽は、培養槽の水平断面積が上方に向かうにつれて増加する形状を有し、制御装置は、最大塊径が予め定められた閾値よりも大きい場合に、単位時間当たりに培養槽に供給される培養液の供給量が増減を繰り返すように供給装置を制御する。The cell culture device images a culture vessel for culturing cells in the culture solution, a supply device for supplying the culture solution so that the culture solution forms an upward flow in the culture vessel, and a lower part of the culture vessel An imaging device that acquires a captured image, an image processing device that measures a maximum mass diameter of a cell mass in a culture tank based on the captured image, and a control device that controls supply of a culture solution by the supply device The culture tank has a shape that increases as the horizontal cross-sectional area of the culture tank increases upward, and the control device is provided with the culture tank per unit time when the maximum lump diameter is larger than a predetermined threshold value. The supply device is controlled so that the supply amount of the supplied culture solution repeatedly increases and decreases.

Description

本開示は、細胞培養装置に関する。   The present disclosure relates to a cell culture device.

培養器内の細胞を撮像することによって得られた画像を処理することによって、細胞の培養状態を観察する装置が知られている。例えば、特許文献1には、画像位置リストに記録された撮影位置のそれぞれで培養器を撮影し、取得された画像を処理することで、コロニーの大きさ、面積、及び周囲長等を取得する細胞培養装置が記載されている。   There is known an apparatus for observing a cell culture state by processing an image obtained by imaging a cell in a culture vessel. For example, in Patent Document 1, the incubator is photographed at each of the photographing positions recorded in the image position list, and the obtained image is processed to obtain the size, area, circumference, and the like of the colony. A cell culture device is described.

特開2005−295818号公報JP 2005-295818 A

特許文献1に記載の細胞培養装置では、培養器の各撮影位置で撮影するために、カメラ又は培養器を移動する駆動装置が設けられる。この細胞培養装置では、駆動装置を設置するためのスペース、及びカメラ又は培養器を移動するためのスペースを確保する必要がある。このため、細胞培養装置が大型化するおそれがある。   In the cell culture device described in Patent Literature 1, a camera or a drive device that moves the incubator is provided to capture images at each imaging position of the incubator. In this cell culture device, it is necessary to secure a space for installing the driving device and a space for moving the camera or the incubator. For this reason, there exists a possibility that a cell culture apparatus may enlarge.

本開示は、装置を大型化することなく、細胞の培養状態を観察可能な細胞培養装置を説明する。   The present disclosure describes a cell culture device capable of observing a cell culture state without increasing the size of the device.

本開示の一側面に係る細胞培養装置は、培養液中で細胞の培養を行うための培養槽と、培養槽内で培養液が上昇流を形成するように培養液を供給する供給装置と、培養槽の下部を撮像することで撮像画像を取得する撮像装置と、撮像画像に基づいて、培養槽内の細胞塊の最大塊径を測定する画像処理装置と、供給装置による培養液の供給を制御する制御装置と、を備える。培養槽は、培養槽の水平断面積が上方に向かうにつれて増加する形状を有する。制御装置は、最大塊径が予め定められた閾値よりも大きい場合に、単位時間当たりに培養槽に供給される培養液の供給量が増減を繰り返すように供給装置を制御する。   A cell culture device according to one aspect of the present disclosure includes a culture vessel for culturing cells in a culture solution, a supply device that supplies the culture solution so that the culture solution forms an upward flow in the culture vessel, An imaging device that acquires a captured image by imaging the lower part of the culture tank, an image processing device that measures the maximum mass diameter of the cell mass in the culture tank based on the captured image, and supply of the culture solution by the supply device A control device for controlling. A culture tank has a shape which increases as the horizontal cross-sectional area of a culture tank goes upwards. The control device controls the supply device so that the supply amount of the culture solution supplied to the culture tank per unit time repeatedly increases and decreases when the maximum lump diameter is larger than a predetermined threshold value.

本開示によれば、装置を大型化することなく、細胞の培養状態を観察することができる。   According to the present disclosure, it is possible to observe the culture state of cells without increasing the size of the apparatus.

図1は、一実施形態に係る細胞培養装置の概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a cell culture device according to an embodiment. 図2は、最大塊径測定モードの一連の処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing an example of a series of processes in the maximum block diameter measurement mode. 図3は、塊径分布測定モードの一連の処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a series of processes in the lump diameter distribution measurement mode.

[1]実施形態の概要
本開示の一側面に係る細胞培養装置は、培養液中で細胞の培養を行うための培養槽と、培養槽内で培養液が上昇流を形成するように培養液を供給する供給装置と、培養槽の下部を撮像することで撮像画像を取得する撮像装置と、撮像画像に基づいて、培養槽内の細胞塊の最大塊径を測定する画像処理装置と、供給装置による培養液の供給を制御する制御装置と、を備える。培養槽は、培養槽の水平断面積が上方に向かうにつれて増加する形状を有する。制御装置は、最大塊径が予め定められた閾値よりも大きい場合に、単位時間当たりに培養槽に供給される培養液の供給量が増減を繰り返すように供給装置を制御する。
[1] Outline of Embodiment A cell culture device according to one aspect of the present disclosure includes a culture vessel for culturing cells in a culture solution, and a culture solution so that the culture solution forms an upward flow in the culture vessel. A supply device, an imaging device that acquires a captured image by imaging the lower part of the culture tank, an image processing device that measures a maximum mass diameter of a cell mass in the culture tank based on the captured image, and a supply And a control device for controlling supply of the culture solution by the device. A culture tank has a shape which increases as the horizontal cross-sectional area of a culture tank goes upwards. The control device controls the supply device so that the supply amount of the culture solution supplied to the culture tank per unit time repeatedly increases and decreases when the maximum lump diameter is larger than a predetermined threshold value.

この細胞培養装置では、培養槽内で培養液が上昇流を形成するように培養液が供給される。培養槽の水平断面積が上方に向かうにつれて増加するので、培養液の流速(上昇流の速度)は、培養槽の上方に向かうにつれて減少する。このため、培養槽内の各細胞塊は、細胞塊の沈降速度と培養液の流速とがつり合った高さで浮遊しながら培養される。つまり、培養槽の下方に向かうにつれて、細胞塊の大きさは大きくなり、培養槽の上方に向かうにつれて、細胞塊の大きさは小さくなるように、細胞塊は分布している。したがって、培養槽の下部を撮像することで得られた撮像画像を解析することで、培養槽内の細胞塊の最大の大きさが得られる。また、単位時間当たりに培養槽に供給される培養液の供給量を減少するか、又はゼロにすることによって、培養槽内の細胞塊が沈降を開始する。このため、培養槽内の細胞塊が、培養槽の下部に向かって移動するので、細胞塊が沈降を開始してから培養槽の下部を繰り返し撮像することで、より多くの細胞塊が撮像され得る。したがって、培養槽の下部を撮像することで得られた撮像画像を解析することで、各細胞塊の大きさが得られる。このように、培養槽の下部を撮像することで得られた撮像画像を解析することで、培養槽全体を撮像することなく、細胞塊の大きさを測定することができる。よって、撮像装置又は培養槽を移動する必要がないので、装置を大型化することなく、細胞の培養状態を観察することが可能となる。   In this cell culture apparatus, the culture solution is supplied so that the culture solution forms an upward flow in the culture tank. Since the horizontal cross-sectional area of the culture tank increases as it goes upward, the flow rate of the culture solution (upward flow rate) decreases as it goes upward of the culture tank. For this reason, each cell mass in the culture tank is cultured while floating at a height where the sedimentation rate of the cell mass and the flow rate of the culture solution are balanced. That is, the cell mass is distributed such that the size of the cell mass increases toward the lower side of the culture tank and the size of the cell mass decreases toward the upper side of the culture tank. Therefore, by analyzing the captured image obtained by imaging the lower part of the culture tank, the maximum size of the cell mass in the culture tank can be obtained. Moreover, the cell mass in a culture tank starts sedimentation by reducing or making zero the supply amount of the culture solution supplied to a culture tank per unit time. For this reason, since the cell mass in the culture tank moves toward the lower part of the culture tank, more cell masses are imaged by repeatedly imaging the lower part of the culture tank after the cell mass starts to settle. obtain. Therefore, the size of each cell mass can be obtained by analyzing the captured image obtained by imaging the lower part of the culture tank. Thus, by analyzing the captured image obtained by imaging the lower part of the culture tank, the size of the cell mass can be measured without imaging the entire culture tank. Therefore, since it is not necessary to move the imaging device or the culture tank, it is possible to observe the cell culture state without increasing the size of the device.

上述のように、培養槽の下方に向かうにつれて、細胞塊の大きさは大きくなり、培養槽の上方に向かうにつれて、細胞塊の大きさは小さくなるように、細胞塊は分布している。したがって、培養槽の下部を撮像することで得られた撮像画像を解析することで、培養槽内のうちの細胞塊の最大塊径を得ることができる。   As described above, the cell mass is distributed such that the size of the cell mass increases toward the lower side of the culture tank, and the size of the cell mass decreases toward the upper side of the culture tank. Therefore, by analyzing the captured image obtained by imaging the lower part of the culture tank, the maximum mass diameter of the cell mass in the culture tank can be obtained.

培養液の単位時間当たりの供給量が減少すると、培養槽内の上昇流の流速が低下し、細胞塊が沈降する。その後、培養液の単位時間当たりの供給量が増加に転じると、培養槽内の上昇流の流速が増加する。このとき、培養槽の下方に向かうにつれて、上昇流の流速が大きくなるので、細胞塊はより大きなせん断応力を受けることになる。その結果、細胞塊が破砕され、全体の細胞塊径を閾値以下に維持することが可能となる。   When the supply amount of the culture solution per unit time decreases, the flow rate of the upward flow in the culture tank decreases and the cell mass settles. Thereafter, when the supply amount of the culture solution per unit time starts to increase, the flow rate of the upward flow in the culture tank increases. At this time, the upward flow velocity increases toward the bottom of the culture tank, so that the cell mass is subjected to a greater shear stress. As a result, the cell mass is crushed and the entire cell mass diameter can be maintained below the threshold value.

制御装置は、単位時間当たりに培養槽に供給される培養液の供給量が減少するように供給装置を制御してもよい。画像処理装置は、撮像画像に基づいて、培養槽内の細胞塊の大きさの分布を測定してもよい。この場合、単位時間当たりに培養槽に供給される培養液の供給量が減少することによって、培養槽内の細胞塊が沈降を開始する。このため、培養槽内の細胞塊が、培養槽の下部に向かって移動するので、細胞塊が沈降を開始してから培養槽の下部を繰り返し撮像することで、より多くの細胞塊が撮像され得る。したがって、培養槽の下部を撮像することで得られた撮像画像を解析することで、培養槽内の細胞塊の大きさの分布を得ることができる。   The control device may control the supply device such that the supply amount of the culture solution supplied to the culture tank per unit time decreases. The image processing apparatus may measure the distribution of the size of the cell mass in the culture tank based on the captured image. In this case, when the supply amount of the culture solution supplied to the culture tank per unit time decreases, the cell mass in the culture tank starts to settle. For this reason, since the cell mass in the culture tank moves toward the lower part of the culture tank, more cell masses are imaged by repeatedly imaging the lower part of the culture tank after the cell mass starts to settle. obtain. Therefore, by analyzing the captured image obtained by imaging the lower part of the culture tank, the distribution of the size of the cell mass in the culture tank can be obtained.

[2]実施形態の例示
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
[2] Examples of Embodiments Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、一実施形態に係る細胞培養装置の概略構成を示す図である。図1に示される細胞培養装置1は、液体の培地(培養液)を用いて培養対象である細胞を培養するための装置である。細胞培養装置1は、培養槽2と、ポンプ3と、カメラ4と、画像処理装置5と、制御装置6と、を備える。   FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a cell culture device according to an embodiment. A cell culture device 1 shown in FIG. 1 is a device for culturing cells to be cultured using a liquid medium (culture solution). The cell culture device 1 includes a culture tank 2, a pump 3, a camera 4, an image processing device 5, and a control device 6.

培養槽2は、培養液中で細胞の培養を行うための容器である。培養槽2は、水平方向での断面積(水平断面積)が上方に向かうにつれて増加する形状を有している。本実施形態では、培養槽2の形状は、逆円錐台状であるが、逆円錐台状には限定されない。例えば、培養槽2の形状は、逆円錐状、逆多角錐状、又は逆多角錐台状であってもよい。培養槽2の内部には、培養液が満たされる。また、培養槽2内では、細胞又は細胞が付着した担体が所定の高さ範囲で浮遊する。   The culture tank 2 is a container for culturing cells in a culture solution. The culture tank 2 has a shape in which the horizontal sectional area (horizontal sectional area) increases as it goes upward. In this embodiment, the shape of the culture tank 2 is an inverted truncated cone shape, but is not limited to an inverted truncated cone shape. For example, the shape of the culture tank 2 may be an inverted cone shape, an inverted polygonal pyramid shape, or an inverted polygonal frustum shape. The culture solution is filled in the culture tank 2. Moreover, in the culture tank 2, the cell or the carrier to which the cell adheres floats in a predetermined height range.

培養槽2の容量は特に限定されないが、例えば、10mL〜10,000mL程度であってもよい。培養槽2の容量は、1つの培養槽2において培養したい細胞の量又は細胞塊の大きさ等に基づいて適宜選択され得る。培養槽2の容量は、培養槽2の取り扱い性等に応じて選択されてもよい。例えば、培養槽2の容量が50mL〜500mL程度である場合には、培養槽2単体での取り扱い性が向上する。   Although the capacity | capacitance of the culture tank 2 is not specifically limited, For example, about 10 mL-10,000 mL may be sufficient. The capacity of the culture tank 2 can be appropriately selected based on the amount of cells to be cultured in one culture tank 2 or the size of the cell mass. The capacity of the culture tank 2 may be selected according to the handleability of the culture tank 2 and the like. For example, when the capacity of the culture tank 2 is about 50 mL to 500 mL, the handleability of the culture tank 2 alone is improved.

培養槽2の下端には、循環ラインL1が接続される。培養槽2の上端には、循環ラインL2が接続される。循環ラインL1及び循環ラインL2はそれぞれ、培養槽2とポンプ3との間を連結する。循環ラインL1及び循環ラインL2のそれぞれは、例えば、配管である。   A circulation line L <b> 1 is connected to the lower end of the culture tank 2. A circulation line L <b> 2 is connected to the upper end of the culture tank 2. The circulation line L1 and the circulation line L2 connect between the culture tank 2 and the pump 3, respectively. Each of the circulation line L1 and the circulation line L2 is, for example, a pipe.

ポンプ3は、培養槽2内で培養液が上昇流を形成するように、培養槽2に培養液を供給する供給装置として機能する。本実施形態では、ポンプ3は、培養槽2内に培養液を供給することで、培養液を循環(灌流)させる。ポンプ3が作動することによって、循環ラインL1を介して培養槽2に培養液が供給され、循環ラインL2を介して培養槽2から培養液が排出される。つまり、ポンプ3が作動することにより、培養液は循環ラインL1、培養槽2、循環ラインL2、及びポンプ3の順に循環する。培養槽2内では、培養液は培養槽2の下部2aから上部に向かって流れる。   The pump 3 functions as a supply device that supplies the culture solution to the culture vessel 2 so that the culture solution forms an upward flow in the culture vessel 2. In this embodiment, the pump 3 circulates (perfuses) the culture solution by supplying the culture solution into the culture tank 2. When the pump 3 operates, the culture solution is supplied to the culture tank 2 through the circulation line L1, and the culture solution is discharged from the culture tank 2 through the circulation line L2. That is, when the pump 3 operates, the culture solution circulates in the order of the circulation line L1, the culture tank 2, the circulation line L2, and the pump 3. In the culture tank 2, the culture fluid flows from the lower part 2 a of the culture tank 2 toward the upper part.

培養槽2、ポンプ3、循環ラインL1、及び循環ラインL2は、インキュベータ10に収容されている。インキュベータ10は、培養液を培養環境に応じた温度に適切に維持するための恒温室である。インキュベータ10の側壁には、窓部10aが設けられている。窓部10aは、インキュベータ10の外部からインキュベータ10の内部を観察可能な部分である。窓部10aとしては、例えば、透明なガラス又はアクリル板が用いられる。   The culture tank 2, the pump 3, the circulation line L1, and the circulation line L2 are accommodated in the incubator 10. The incubator 10 is a temperature-controlled room for appropriately maintaining the culture solution at a temperature corresponding to the culture environment. A window 10 a is provided on the side wall of the incubator 10. The window portion 10a is a portion where the inside of the incubator 10 can be observed from the outside of the incubator 10. As the window portion 10a, for example, transparent glass or an acrylic plate is used.

カメラ4は、培養槽2を撮像することで撮像画像を取得する撮像装置である。カメラ4は、培養槽2の少なくとも下部2aを撮像する。本実施形態では、カメラ4は、インキュベータ10の外部に配置されているので、窓部10aを介して培養槽2を撮像する。撮像画像は、静止画像でもよく、動画像でもよい。カメラ4は、撮像画像を画像処理装置5に送信する。撮像画像の背景を統一するために、カメラ4から見て培養槽2の後ろ側に単色の背景紙が設置されてもよい。これにより、撮像画像において、細胞塊の視認性が向上する。背景紙の色は、培養槽2内の細胞の色と異なる色であればよく、例えば、緑色である。背景紙の色は、緑色以外であってもよい。   The camera 4 is an imaging device that acquires a captured image by imaging the culture tank 2. The camera 4 images at least the lower part 2 a of the culture tank 2. In this embodiment, since the camera 4 is arrange | positioned outside the incubator 10, it images the culture tank 2 through the window part 10a. The captured image may be a still image or a moving image. The camera 4 transmits the captured image to the image processing device 5. In order to unify the background of the captured image, a monochrome background paper may be installed on the back side of the culture tank 2 when viewed from the camera 4. Thereby, the visibility of a cell cluster improves in a captured image. The color of the background paper may be a color different from the color of the cells in the culture tank 2, for example, green. The color of the background paper may be other than green.

画像処理装置5は、カメラ4によって取得された撮像画像に基づいて、培養槽2内の細胞塊を測定する装置である。測定項目としては、培養槽2内の細胞塊の大きさ(細胞塊径)、及び大きさの分布(平均及び分散)等が挙げられる。なお、細胞塊径とは、細胞塊の大きさを表す指標であり、例えば、細胞塊の形状内における任意の2点間の距離のうちの最大値である。細胞塊が円形状である場合には、細胞塊径は、細胞塊の直径を示す。細胞塊が楕円状である場合には、細胞塊径は、細胞塊の長軸の長さを示す。画像処理装置5は、培養槽2内の細胞塊の大きさの分布から、培養槽2内の細胞総数を推定してもよい。細胞塊の測定の詳細は、後述する。画像処理装置5は、測定データを制御装置6に送信する。   The image processing device 5 is a device that measures a cell mass in the culture tank 2 based on a captured image acquired by the camera 4. Examples of the measurement items include the size of the cell mass (cell mass diameter) in the culture tank 2 and the size distribution (average and variance). The cell mass diameter is an index representing the size of the cell mass, and is, for example, the maximum value of the distance between any two points in the shape of the cell mass. In the case where the cell mass is circular, the cell mass diameter indicates the diameter of the cell mass. When the cell mass is elliptical, the cell mass diameter indicates the length of the long axis of the cell mass. The image processing device 5 may estimate the total number of cells in the culture tank 2 from the distribution of the size of the cell mass in the culture tank 2. Details of the measurement of the cell mass will be described later. The image processing device 5 transmits the measurement data to the control device 6.

制御装置6は、細胞培養装置1に係る各種の制御を行うコントローラである。例えば、制御装置6は、ポンプ3による培養液の供給を制御する。制御装置6は、カメラ4に撮像指令を送信し、カメラ4に撮像させる。制御装置6は、画像処理装置5から受信した測定データを不図示の記憶装置に格納する。記憶装置の例としては、ハードディスク、及び半導体メモリが挙げられる。制御装置6は、インキュベータ10の温度制御、及び溶存酸素の制御を行ってもよい。   The control device 6 is a controller that performs various controls related to the cell culture device 1. For example, the control device 6 controls the supply of the culture solution by the pump 3. The control device 6 transmits an imaging command to the camera 4 and causes the camera 4 to capture an image. The control device 6 stores the measurement data received from the image processing device 5 in a storage device (not shown). Examples of the storage device include a hard disk and a semiconductor memory. The control device 6 may perform temperature control of the incubator 10 and control of dissolved oxygen.

制御装置6は、CPU(Central Processing Unit)、主記憶装置であるRAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)、他の機器との間の通信を行う通信モジュール、並びにハードディスク等の補助記憶装置等のハードウェアを備えるコンピュータとして構成される。これらの構成要素が動作することにより、後述の制御装置6の機能が発揮される。なお、画像処理装置5も制御装置6と同様のコンピュータとして構成される。   The control device 6 includes a central processing unit (CPU), a random access memory (RAM) and a read only memory (ROM) that are main storage devices, a communication module that performs communication with other devices, and an auxiliary storage such as a hard disk. It is comprised as a computer provided with hardware, such as an apparatus. The function of the control device 6 described later is exhibited by the operation of these components. The image processing device 5 is also configured as a computer similar to the control device 6.

なお、細胞培養装置1には、培養液を外部に排出するための排液ライン、及び新たな培養液を供給するための導入ライン等が別途設けられてもよい。   Note that the cell culture apparatus 1 may be separately provided with a drain line for discharging the culture medium to the outside, an introduction line for supplying a new culture medium, and the like.

細胞培養装置1では、培養槽2の上方に向かうにつれて、培養槽2の水平断面積が大きくなるので、培養液の流速(上昇流の速度)は、培養槽2の上方に向かうにつれて減少する。各細胞は、細胞の沈降速度と培養液の流速とがつり合った高さで浮遊しながら培養される。細胞の培養によって多くの細胞が、担体に担持され、固定され、又は付着されて集合体(細胞塊)を成し、細胞の3次元的な培養が進行して細胞塊が成長する。細胞塊が成長することで細胞塊径が大きくなると、細胞塊の沈降速度が大きくなる。そして、細胞塊はさらに沈降し、細胞塊の沈降速度と培養液の流速とがつり合った高さで浮遊する。このため、培養槽2の下方に向かうにつれて、細胞塊の細胞塊径は大きくなり、培養槽2の上方に向かうにつれて、細胞塊の細胞塊径は小さくなるように、細胞塊は分布している。   In the cell culture device 1, the horizontal cross-sectional area of the culture tank 2 increases toward the upper side of the culture tank 2, so the flow rate of the culture solution (upward flow rate) decreases as it goes upward of the culture tank 2. Each cell is cultured while floating at a height where the sedimentation rate of the cell and the flow rate of the culture solution are balanced. Many cells are supported on a carrier, fixed, or attached by cell culture to form an aggregate (cell mass), and the three-dimensional culture of cells proceeds to grow the cell mass. As the cell mass grows and the cell mass diameter increases, the sedimentation rate of the cell mass increases. The cell mass further settles and floats at a height where the sedimentation rate of the cell mass and the flow rate of the culture solution are balanced. For this reason, the cell mass is distributed so that the cell mass diameter of the cell mass increases toward the lower side of the culture tank 2, and the cell mass diameter of the cell mass decreases toward the upper side of the culture tank 2. .

次に、図2及び図3を参照して、培養槽2内の細胞塊の測定方法について説明する。ここでは、細胞培養装置1が、最大塊径測定モードと、塊径分布測定モードと、を実施する場合について説明する。図2は、最大塊径測定モードの一連の処理の一例を示すフローチャートである。最大塊径測定モードは、培養槽2内に存在する細胞塊の細胞塊径のうち、最大の細胞塊径を測定するモードである。図2に示される最大塊径測定モードの一連の処理は、例えば、30分に1回程度の頻度で繰り返し実施される。   Next, with reference to FIG.2 and FIG.3, the measuring method of the cell mass in the culture tank 2 is demonstrated. Here, the case where the cell culture apparatus 1 implements the maximum lump diameter measurement mode and the lump diameter distribution measurement mode will be described. FIG. 2 is a flowchart showing an example of a series of processes in the maximum block diameter measurement mode. The maximum clot diameter measurement mode is a mode for measuring the maximum cell clot diameter among the cell clot diameters of the cell clots existing in the culture tank 2. A series of processing in the maximum block diameter measurement mode shown in FIG. 2 is repeatedly performed at a frequency of about once every 30 minutes, for example.

まず、制御装置6が、カメラ4に撮像指令を送信するとともに、画像処理装置5に最大塊径測定指令を送信する。このとき、ポンプ3は通常通り、単位時間当たり一定の供給量で培養液を培養槽2に供給しているので、培養槽2の下方に向かうにつれて、細胞塊の細胞塊径は大きくなり、培養槽2の上方に向かうにつれて、細胞塊の細胞塊径は小さくなるように、細胞塊は分布している。そして、カメラ4は制御装置6から撮像指令を受信すると、培養槽2の下部2aを撮像し、撮像画像を画像処理装置5に送信する。そして、画像処理装置5は、カメラ4から撮像画像を取得する(ステップS11)。   First, the control device 6 transmits an imaging command to the camera 4 and transmits a maximum block diameter measurement command to the image processing device 5. At this time, since the pump 3 supplies the culture solution to the culture tank 2 at a constant supply amount per unit time as usual, the cell mass diameter of the cell mass increases toward the lower side of the culture tank 2 and the culture is performed. The cell mass is distributed so that the cell mass diameter of the cell mass decreases toward the upper side of the tank 2. When the camera 4 receives an imaging command from the control device 6, the camera 4 images the lower part 2 a of the culture tank 2 and transmits the captured image to the image processing device 5. Then, the image processing device 5 acquires a captured image from the camera 4 (step S11).

続いて、画像処理装置5は、撮像画像と予め記憶されている背景画像とを用いて、差分画像を生成する(ステップS12)。具体的には、画像処理装置5は、撮像画像に含まれる各画素の画素値と、当該画素に対応する背景画像の画素の画素値との差分を算出することで、差分画像を生成する。背景画像は、細胞を培養していない状態で培養液を循環させている培養槽2の下部2aを撮像することで得られた画像である。背景画像は、例えば、初期培養時において、細胞を投入する前の培養槽2を撮像することによって取得される。   Subsequently, the image processing device 5 generates a difference image using the captured image and the background image stored in advance (step S12). Specifically, the image processing device 5 generates a difference image by calculating the difference between the pixel value of each pixel included in the captured image and the pixel value of the pixel of the background image corresponding to the pixel. The background image is an image obtained by imaging the lower part 2a of the culture tank 2 in which the culture solution is circulated in a state where the cells are not cultured. The background image is acquired by, for example, imaging the culture tank 2 before introducing the cells at the time of initial culture.

続いて、画像処理装置5は、差分画像に対してフィルタ処理を行う(ステップS13)。画像処理装置5は、例えば、フィルタ処理として、ノイズ処理、及びエッジ処理等を行う。そして、画像処理装置5は、フィルタ処理が行われた差分画像を2値化画像に変換する(ステップS14)。具体的には、画像処理装置5は、フィルタ処理が行われた差分画像の各画素の画素値と予め定められた2値化閾値とを比較し、画素値が2値化閾値よりも大きい場合には0(黒)とし、画素値が2値化閾値以下の場合には1(白)とすることで、差分画像を2値化画像に変換する。   Subsequently, the image processing device 5 performs filter processing on the difference image (step S13). The image processing device 5 performs, for example, noise processing and edge processing as filter processing. Then, the image processing device 5 converts the difference image that has been subjected to the filter processing into a binarized image (step S14). Specifically, the image processing device 5 compares the pixel value of each pixel of the difference image subjected to the filter process with a predetermined binarization threshold value, and the pixel value is larger than the binarization threshold value. Is set to 0 (black), and is set to 1 (white) when the pixel value is equal to or less than the binarization threshold value, thereby converting the difference image into a binarized image.

続いて、画像処理装置5は、2値化画像に対してラベリングを行う(ステップS15)。このラベリングによって、2値化画像において連続している部分に同じラベル番号が割り振られ、背景の領域及び各細胞塊の領域が抽出される。そして、画像処理装置5は、各細胞塊の細胞塊径を算出する(ステップS16)。画像処理装置5は、例えば、楕円フィッティングを用いて、細胞塊を楕円形とみなしたときの長軸の長さを細胞塊径として算出する。なお、楕円フィッティングでは、長軸が長くなる可能性がある。このため、画像処理装置5は、円フィッティング又は矩形フィッティングを用いて、細胞塊径を算出してもよい。   Subsequently, the image processing apparatus 5 performs labeling on the binarized image (step S15). By this labeling, the same label number is assigned to a continuous portion in the binarized image, and the background region and each cell cluster region are extracted. Then, the image processing device 5 calculates the cell mass diameter of each cell mass (step S16). The image processing apparatus 5 calculates, for example, the length of the long axis when the cell mass is regarded as an ellipse as the cell mass diameter by using ellipse fitting. In the ellipse fitting, there is a possibility that the long axis becomes long. For this reason, the image processing apparatus 5 may calculate the cell mass diameter using circular fitting or rectangular fitting.

続いて、画像処理装置5は、最大塊径を算出する(ステップS17)。具体的には、画像処理装置5は、撮像画像(2値化画像)に含まれるすべての細胞塊の細胞塊径のうちの最大の細胞塊径を抽出し、抽出した細胞塊径を培養槽2内の細胞塊の最大塊径とする。そして、画像処理装置5は、最大塊径を含む測定データを出力する(ステップS18)。例えば、画像処理装置5は、最大塊径を含む測定データを制御装置6に送信する。そして、制御装置6は測定データを記憶装置に記憶する。このようにして、最大塊径測定モードの一連の処理が終了する。   Subsequently, the image processing apparatus 5 calculates the maximum lump diameter (step S17). Specifically, the image processing device 5 extracts the maximum cell mass diameter among the cell mass diameters of all the cell masses included in the captured image (binarized image), and uses the extracted cell mass diameter as a culture tank. 2 is the maximum mass of the cell mass within 2. Then, the image processing device 5 outputs measurement data including the maximum lump diameter (step S18). For example, the image processing device 5 transmits measurement data including the maximum lump diameter to the control device 6. And the control apparatus 6 memorize | stores measurement data in a memory | storage device. In this way, a series of processes in the maximum lump diameter measurement mode is completed.

このように、最大塊径測定モードでは、ポンプ3は通常通り作動しているので、培養槽2の下方に向かうにつれて、細胞塊の細胞塊径は大きくなり、培養槽2の上方に向かうにつれて、細胞塊の細胞塊径は小さくなるように、細胞塊は分布している。つまり、最大塊径を有する細胞塊は、培養槽2の下部2aに浮遊している。このため、培養槽2の下部2aを撮像することで得られた撮像画像を解析することで、最大塊径が得られる。   Thus, in the maximum clot diameter measurement mode, since the pump 3 is operating normally, the cell clot diameter of the cell clot increases as it goes downward of the culture tank 2, and as it goes upward of the culture tank 2, The cell mass is distributed so that the cell mass diameter of the cell mass becomes small. That is, the cell mass having the maximum mass diameter is suspended in the lower part 2 a of the culture tank 2. For this reason, the maximum lump diameter is obtained by analyzing the captured image obtained by imaging the lower part 2a of the culture tank 2.

なお、図2に示された処理では、撮像画像において細胞塊同士が重なっている場合、実際の細胞塊よりも大きい細胞塊が検出される場合がある。このため、画像処理装置5は、ステップS11〜ステップS17の処理を繰り返し行い、一定回数の計算で得られた複数の最大塊径のうちの中央値を、最大塊径としてもよい。また、画像処理装置5は、上記以外の画像処理方式を用いて、最大塊径を算出してもよい。   In the process shown in FIG. 2, when the cell clusters overlap in the captured image, a cell cluster larger than the actual cell cluster may be detected. For this reason, the image processing apparatus 5 may repeatedly perform the processing of Steps S11 to S17, and set the median value among the plurality of maximum block diameters obtained by a fixed number of calculations as the maximum block diameter. Further, the image processing apparatus 5 may calculate the maximum lump diameter using an image processing method other than the above.

次に、塊径分布測定モードについて説明する。図3は、塊径分布測定モードの一連の処理の一例を示すフローチャートである。塊径分布測定モードは、培養槽2内に存在する細胞塊の細胞塊径の分布を測定するモードである。図3に示される塊径分布測定モードの一連の処理は、例えば、1日に1回程度の頻度で繰り返し実施される。   Next, the lump diameter distribution measurement mode will be described. FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a series of processes in the lump diameter distribution measurement mode. The lump diameter distribution measurement mode is a mode for measuring the distribution of the cell lump diameter of the cell lump existing in the culture tank 2. A series of processing in the lump size distribution measurement mode shown in FIG. 3 is repeatedly performed at a frequency of about once a day, for example.

まず、制御装置6が、ポンプ3の運転を停止する(ステップS21)。なお、制御装置6は、単位時間当たりに培養槽2に供給される培養液の供給量が減少するようにポンプ3を制御してもよい。これにより、培養槽2内における培養液(上昇流)の流速は減少し始めるので、培養槽2内の細胞塊は、培養液中で浮遊することができなくなり、沈降を開始する。そして、制御装置6は、カメラ4に撮像指令を送信するとともに、画像処理装置5に塊径分布測定指令を送信する。ステップS22〜ステップS27の処理は、ステップS11〜ステップS16の処理と同様であるので、ここでは説明を省略する。   First, the control device 6 stops the operation of the pump 3 (step S21). In addition, the control apparatus 6 may control the pump 3 so that the supply amount of the culture solution supplied to the culture tank 2 per unit time decreases. Thereby, since the flow rate of the culture solution (upflow) in the culture tank 2 starts to decrease, the cell mass in the culture tank 2 cannot float in the culture solution and starts to settle. Then, the control device 6 transmits an imaging command to the camera 4 and transmits a lump diameter distribution measurement command to the image processing device 5. Since the process of step S22-step S27 is the same as the process of step S11-step S16, description is abbreviate | omitted here.

続いて、画像処理装置5は、すべての細胞塊が沈降したか否かを判定する(ステップS28)。例えば、画像処理装置5は、撮像画像に円形の物体が存在するか否かによって、すべての細胞塊が沈降したか否かを判定してもよい。具体的には、画像処理装置5は、撮像画像に円形の物体が存在する場合にすべての細胞塊が沈降したわけではないと判定し、撮像画像に円形の物体が存在しない場合にすべての細胞塊が沈降したと判定する。また、画像処理装置5は、細胞塊の沈降開始からの経過時間によって、すべての細胞塊が沈降したか否かを判定してもよい。具体的には、画像処理装置5は、塊径分布測定指令を受信してから所定時間が経過していない場合に、すべての細胞塊が沈降したわけではないと判定し、塊径分布測定指令を受信してから所定時間が経過した場合に、すべての細胞塊が沈降したと判定する。所定時間は、すべての細胞塊が沈降するまでに要する時間であって、予め測定されて、設定されている。   Subsequently, the image processing device 5 determines whether or not all cell clusters have settled (step S28). For example, the image processing device 5 may determine whether or not all cell clusters have settled depending on whether or not a circular object is present in the captured image. Specifically, the image processing device 5 determines that not all cell clusters have settled when a circular object exists in the captured image, and all cells when the circular object does not exist in the captured image. It is determined that the lump has settled. Further, the image processing device 5 may determine whether or not all cell clusters have settled based on the elapsed time from the start of sedimentation of the cell clusters. Specifically, the image processing device 5 determines that not all cell masses have settled when a predetermined time has not elapsed since receiving the mass size distribution measurement command, and the mass size distribution measurement command When a predetermined time has elapsed after receiving the signal, it is determined that all cell clusters have settled. The predetermined time is the time required for all the cell clusters to settle, and is measured and set in advance.

ステップS28において、画像処理装置5は、すべての細胞塊が沈降したわけではないと判定した場合(ステップS28;NO)、ステップS22〜ステップS28の処理を再び行う。なお、画像処理装置5は、複数の撮像画像のそれぞれについて、その撮像画像に含まれる各細胞塊の細胞塊径を算出する。このとき、画像処理装置5は、各細胞塊を逐次トラッキングすることにより、2以上の撮像画像に亘って存在する同じ細胞塊に対して1つの細胞塊径を算出する。トラッキングは、例えば、Mean−shift法によって実施される。   In step S28, when the image processing apparatus 5 determines that all the cell clusters have not settled (step S28; NO), the processing of step S22 to step S28 is performed again. Note that the image processing device 5 calculates the cell mass diameter of each cell mass included in the captured image for each of the plurality of captured images. At this time, the image processing apparatus 5 calculates one cell mass diameter with respect to the same cell mass which exists over two or more captured images by tracking each cell mass sequentially. Tracking is performed by, for example, the Mean-shift method.

一方、ステップS28において、画像処理装置5は、すべての細胞塊が沈降したと判定した場合(ステップS28;YES)、各細胞塊の細胞塊径(塊径分布)を含む測定データを出力する(ステップS29)。例えば、画像処理装置5は、各細胞塊の細胞塊径(塊径分布)を含む測定データを制御装置6に送信する。そして、制御装置6は測定データを記憶装置に記憶する。そして、制御装置6は、ポンプの運転を再開する(ステップS30)。具体的には、制御装置6は、培養槽2内の培養液(上昇流)の流速を塊径分布測定モードの実施前の状態に戻すようにポンプ3を制御する。そして、塊径分布測定モードの一連の処理が終了する。   On the other hand, in step S28, when it is determined that all the cell clusters have settled (step S28; YES), the image processing apparatus 5 outputs measurement data including the cell cluster diameter (cluster diameter distribution) of each cell cluster (step S28; YES). Step S29). For example, the image processing device 5 transmits measurement data including the cell mass diameter (cluster diameter distribution) of each cell mass to the control device 6. And the control apparatus 6 memorize | stores measurement data in a memory | storage device. And the control apparatus 6 restarts the driving | operation of a pump (step S30). Specifically, the control device 6 controls the pump 3 so as to return the flow rate of the culture solution (upflow) in the culture tank 2 to the state before the execution of the lump size distribution measurement mode. Then, a series of processing in the lump diameter distribution measurement mode ends.

このように、塊径分布測定モードでは、測定開始時に、ポンプ3の流量が減少され、又はゼロにされるので、培養槽2内の細胞塊が沈降を開始する。したがって、培養槽2内のすべての細胞塊が培養槽2の下部2aに到達するので、すべての細胞塊が沈降を開始してから沈降し終わるまで培養槽2の下部2aを撮像することで、すべての細胞塊が撮像され得る。このため、培養槽2の下部2aを撮像することで得られた複数の撮像画像を解析することで、すべての細胞塊の細胞塊径(塊径分布)が得られる。   Thus, in the lump diameter distribution measurement mode, the flow rate of the pump 3 is reduced or zeroed at the start of measurement, so that the cell lump in the culture tank 2 starts to settle. Therefore, since all the cell masses in the culture tank 2 reach the lower part 2a of the culture tank 2, by imaging the lower part 2a of the culture tank 2 until all the cell masses start to settle and settle down, All cell masses can be imaged. For this reason, by analyzing a plurality of captured images obtained by imaging the lower part 2a of the culture tank 2, the cell mass diameter (the mass diameter distribution) of all the cell masses can be obtained.

なお、細胞塊が沈降し終わった後に、培養槽2の下部2aを撮像しても、細胞塊が循環ラインL1に流れ込んでいる可能性があり、すべての細胞塊を撮像することができない。また、すべての細胞塊が培養槽2の底に溜まっていたとしても、撮像画像において細胞塊同士の距離が短く、各細胞塊の輪郭を特定することが困難である。このため、すべての細胞塊が沈降を開始してから沈降し終わるまで培養槽2の下部2aを撮像することで、すべての細胞塊が観察され得る。   Even if the lower part 2a of the culture tank 2 is imaged after the cell mass has settled, there is a possibility that the cell mass has flowed into the circulation line L1, and the entire cell mass cannot be imaged. Moreover, even if all the cell clusters have accumulated at the bottom of the culture tank 2, the distance between the cell clusters is short in the captured image, and it is difficult to specify the outline of each cell cluster. For this reason, all the cell masses can be observed by imaging the lower part 2a of the culture tank 2 until all the cell masses start sedimentation and finish sedimentation.

以上説明したように、細胞培養装置1では、培養槽2内で培養液が上昇流を形成するように培養液が供給される。培養槽2の水平断面積が上方に向かうにつれて増加するので、培養液の流速(上昇流の速度)は、培養槽2の上方に向かうにつれて減少する。このため、培養槽2内の各細胞は、細胞の沈降速度と培養液の流速とがつり合った高さで浮遊しながら培養される。つまり、培養槽2の下方に向かうにつれて、細胞塊の大きさ(細胞塊径)は大きくなり、培養槽の上方に向かうにつれて、細胞塊の大きさ(細胞塊径)は小さくなるように、細胞塊は分布している。したがって、培養槽2の下部2aを撮像することで得られた撮像画像を解析することで、培養槽2内のうちの細胞塊の最大の大きさ(最大塊径)を得ることができる。   As described above, in the cell culture device 1, the culture solution is supplied so that the culture solution forms an upward flow in the culture tank 2. Since the horizontal cross-sectional area of the culture tank 2 increases as it goes upward, the flow rate of the culture solution (upward flow rate) decreases as it goes upward of the culture tank 2. For this reason, each cell in the culture tank 2 is cultured while floating at a height in which the sedimentation rate of the cell and the flow rate of the culture solution are balanced. That is, the size of the cell mass (cell mass diameter) increases toward the lower side of the culture tank 2, and the size of the cell mass (cell mass diameter) decreases as it goes above the culture tank. The lumps are distributed. Therefore, by analyzing the captured image obtained by imaging the lower part 2a of the culture tank 2, the maximum size (maximum mass diameter) of the cell mass in the culture tank 2 can be obtained.

また、単位時間当たりに培養槽2に供給される培養液の供給量を減少するか、又はゼロにすることによって、培養槽2内の細胞塊が沈降を開始する。このため、培養槽2内の細胞塊が、培養槽2の下部2aに向かって移動するので、細胞塊が沈降を開始してから培養槽2の下部2aを繰り返し撮像することで、より多くの細胞塊が撮像され得る。したがって、培養槽2の下部2aを撮像することで得られた撮像画像を解析することで、各細胞塊の大きさを得ることができ、塊径分布を得ることができる。   Moreover, the cell mass in the culture tank 2 starts sedimentation by reducing or making the supply amount of the culture solution supplied to the culture tank 2 per unit time zero. For this reason, since the cell mass in the culture tank 2 moves toward the lower part 2a of the culture tank 2, it is possible to capture more images by repeatedly imaging the lower part 2a of the culture tank 2 after the cell mass starts to settle. Cell mass can be imaged. Therefore, by analyzing the captured image obtained by imaging the lower part 2a of the culture tank 2, the size of each cell mass can be obtained, and the mass diameter distribution can be obtained.

このように、培養槽2の下部2aを撮像することで得られた撮像画像を解析することで、培養槽2全体を撮像することなく、細胞塊の大きさ(本実施形態では、最大塊径及び塊径分布)を測定することができる。よって、カメラ4又は培養槽2を移動する必要がないので、装置を大型化することなく、細胞の培養状態を観察することが可能となる。また、カメラ4又は培養槽2を移動する必要がないので、構成部品を減らすことができ、製造コスト、及びメンテナンスコストを低減することが可能となる。   Thus, by analyzing the captured image obtained by imaging the lower part 2a of the culture tank 2, the size of the cell mass (in this embodiment, the maximum mass diameter is obtained without imaging the entire culture tank 2). And lump size distribution) can be measured. Therefore, since it is not necessary to move the camera 4 or the culture tank 2, it becomes possible to observe the culture state of a cell, without enlarging an apparatus. Moreover, since it is not necessary to move the camera 4 or the culture tank 2, the number of components can be reduced, and the manufacturing cost and the maintenance cost can be reduced.

従来、培養槽内で培養中の細胞数を計測するために、培養槽内の細胞を一部取り出して、顕微鏡と血球算定盤とを用いた目視計測が行われている。しかし、培養槽から細胞を取り出す過程で細胞が大気と接触するために、意図しない雑菌が培養槽に混入するおそれがある。また、計測に使用した細胞を再び培養槽に戻して培養を行うことはできないので、細胞培養速度が低下してしまう。これに対して、細胞培養装置1では、撮像画像を解析することによって、細胞塊の最大塊径及び分布を測定しているので、培養槽2から細胞塊を取り出すことなく、細胞の培養状態をリアルタイムで観察することが可能となる。   Conventionally, in order to measure the number of cells in culture in a culture tank, some of the cells in the culture tank are taken out and visually measured using a microscope and a blood cell counter. However, since the cells come into contact with the air in the process of removing the cells from the culture tank, there is a risk that unintended bacteria may enter the culture tank. In addition, since the cells used for measurement cannot be returned to the culture tank and cultured, the cell culture rate is reduced. On the other hand, since the cell culture device 1 measures the maximum cell diameter and distribution of the cell mass by analyzing the captured image, the cell culture state can be changed without removing the cell mass from the culture tank 2. It becomes possible to observe in real time.

また、細胞培養装置1では、カメラ4は、培養槽2全体を撮像する必要がなく、少なくとも培養槽2の下部2aを撮像すればよい。このため、カメラ4として、高性能(高解像度、及び広角)なカメラが用いられなくてもよい。   Moreover, in the cell culture apparatus 1, the camera 4 does not need to image the whole culture tank 2, and should just image the lower part 2a of the culture tank 2 at least. For this reason, a high-performance (high resolution and wide-angle) camera may not be used as the camera 4.

以上、本開示の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。   As mentioned above, although embodiment of this indication was described, this invention is not limited to the said embodiment.

例えば、細胞培養装置1によって培養される細胞の種類は、特に限定されない。例えば、動物における幹細胞等が培養される。細胞培養における培地となる培養液は、培養の対象となる細胞の種類に応じて適宜選択される。   For example, the kind of cell cultured by the cell culture apparatus 1 is not specifically limited. For example, stem cells and the like in animals are cultured. The culture medium used as a culture medium in cell culture is appropriately selected according to the type of cells to be cultured.

上記実施形態では、カメラ4、画像処理装置5、及び制御装置6は、インキュベータ10の外部に配置されているが、カメラ4、画像処理装置5、及び制御装置6の一部又は全部は、インキュベータ10の内部に配置されてもよい。ポンプ3、循環ラインL1、及び循環ラインL2の一部又は全部は、インキュベータ10の外部に配置されてもよい。   In the above embodiment, the camera 4, the image processing device 5, and the control device 6 are arranged outside the incubator 10. However, the camera 4, the image processing device 5, and the control device 6 are partially or entirely in the incubator. 10 may be disposed inside. Some or all of the pump 3, the circulation line L <b> 1, and the circulation line L <b> 2 may be disposed outside the incubator 10.

上記実施形態では、画像処理装置5と制御装置6とは異なるコンピュータによって構成されているが、画像処理装置5と制御装置6とが1つのコンピュータによって構成されてもよい。   In the above embodiment, the image processing device 5 and the control device 6 are configured by different computers, but the image processing device 5 and the control device 6 may be configured by one computer.

上記実施形態では、細胞塊径、及び細胞塊径の分布が測定されているが、測定項目は、これらに限られない。細胞塊の形状、真円度、アスペクト比、円形度、及び面積が測定されてもよい。   In the above embodiment, the cell mass diameter and the distribution of the cell mass diameter are measured, but the measurement items are not limited to these. The shape, roundness, aspect ratio, circularity, and area of the cell mass may be measured.

また、画像処理装置5は、測定対象となる細胞塊の画像をニューラルネットワーク等のモデルに学習させておき、撮像画像から細胞塊領域を抽出してもよい。   Further, the image processing device 5 may extract a cell mass region from a captured image by causing a model such as a neural network to learn a cell mass image to be measured.

制御装置6は、測定データに基づいて、ポンプ3の制御を行ってもよい。例えば、培養槽2の下部2aに大きな細胞塊が発生すると、培養全体に悪影響を及ぼすことがある。そこで、制御装置6は、画像処理装置5によって測定された最大塊径と、予め定められた閾値と、を比較することによって、ポンプ3を制御してもよい。具体的には、制御装置6は、最大塊径が閾値以下である場合には、単位時間当たり一定の供給量で培養液を培養槽2に供給するようにポンプ3を制御する。一方、制御装置6は、最大塊径が閾値よりも大きい場合には、単位時間当たりに培養槽2に供給される培養液の供給量が時間の経過とともに増減を繰り返すようにポンプ3を制御する。閾値は、例えば、500μmである。   The control device 6 may control the pump 3 based on the measurement data. For example, if a large cell mass is generated in the lower part 2a of the culture tank 2, the entire culture may be adversely affected. Therefore, the control device 6 may control the pump 3 by comparing the maximum lump diameter measured by the image processing device 5 with a predetermined threshold value. Specifically, when the maximum lump diameter is equal to or smaller than the threshold value, the control device 6 controls the pump 3 so as to supply the culture solution to the culture tank 2 at a constant supply amount per unit time. On the other hand, when the maximum lump diameter is larger than the threshold value, the control device 6 controls the pump 3 so that the supply amount of the culture solution supplied to the culture tank 2 per unit time repeatedly increases and decreases over time. . The threshold value is, for example, 500 μm.

例えば、制御装置6は、ポンプ3をONとする駆動時間とポンプ3をOFFとする停止時間とを交互に繰り返すように、ポンプ3を制御する。そして、制御装置6は、最大塊径が閾値以下となると、単位時間当たり一定の供給量で培養液を培養槽2に供給するようにポンプ3を制御する。これにより、ポンプ3が停止すると、培養液の単位時間当たりの供給量が減少するので、培養槽2内の培養液の流速が低下し、細胞塊が沈降する。その後、ポンプ3が駆動すると、培養液の単位時間当たりの供給量が増加に転じ、培養槽2内の培養液の流速が増加する。このとき、各細胞塊は、通常稼働時に当該細胞塊が浮遊している高さよりも低い位置に沈降している。そして、培養槽2の下方に向かうにつれて、培養液の流速が大きくなるので、各細胞塊は、通常稼働時よりも大きなせん断応力を受けることになる。その結果、細胞塊が破砕され、全体の細胞塊径を閾値以下に維持することが可能となる。   For example, the control device 6 controls the pump 3 so as to alternately repeat a drive time for turning on the pump 3 and a stop time for turning off the pump 3. And the control apparatus 6 will control the pump 3 so that a culture solution may be supplied to the culture tank 2 by the fixed supply amount per unit time, when the largest lump diameter becomes below a threshold value. Thereby, when the pump 3 is stopped, the supply amount of the culture solution per unit time is decreased, so that the flow rate of the culture solution in the culture tank 2 is lowered and the cell mass is sedimented. Thereafter, when the pump 3 is driven, the supply amount of the culture solution per unit time starts to increase, and the flow rate of the culture solution in the culture tank 2 increases. At this time, each cell mass is sedimented at a position lower than the height at which the cell mass floats during normal operation. And since it goes to the downward direction of the culture tank 2, the flow rate of a culture solution becomes large, Therefore Each cell mass receives a bigger shear stress than the time of normal operation. As a result, the cell mass is crushed and the entire cell mass diameter can be maintained below the threshold value.

制御装置6は、通常稼働時よりも大きなせん断応力を細胞塊に与えるために、単位時間当たりに培養槽2に供給される培養液の供給量が増加するようにポンプ3を制御してもよく、単位時間当たりに培養槽2に供給される培養液の供給量が正弦波状に変化するようにポンプ3を制御してもよい。   The control device 6 may control the pump 3 so that the supply amount of the culture solution supplied to the culture tank 2 per unit time increases in order to give the cell mass a greater shear stress than during normal operation. The pump 3 may be controlled so that the supply amount of the culture solution supplied to the culture tank 2 per unit time changes in a sine wave shape.

1 細胞培養装置
2 培養槽
2a 下部
3 ポンプ(供給装置)
4 カメラ(撮像装置)
5 画像処理装置
6 制御装置
10 インキュベータ
10a 窓部
L1 循環ライン
L2 循環ライン
1 Cell culture device 2 Culture tank 2a Lower part 3 Pump (supply device)
4 Camera (imaging device)
5 Image Processing Device 6 Control Device 10 Incubator 10a Window L1 Circulation Line L2 Circulation Line

Claims (2)

培養液中で細胞の培養を行うための培養槽と、
前記培養槽内で前記培養液が上昇流を形成するように前記培養液を供給する供給装置と、
前記培養槽の下部を撮像することで撮像画像を取得する撮像装置と、
前記撮像画像に基づいて、前記培養槽内の細胞塊の最大塊径を測定する画像処理装置と、
前記供給装置による前記培養液の供給を制御する制御装置と、
を備え、
前記培養槽は、前記培養槽の水平断面積が上方に向かうにつれて増加する形状を有し、
前記制御装置は、前記最大塊径が予め定められた閾値よりも大きい場合に、単位時間当たりに前記培養槽に供給される前記培養液の供給量が増減を繰り返すように前記供給装置を制御する、細胞培養装置。
A culture vessel for culturing cells in a culture solution;
A supply device for supplying the culture solution so that the culture solution forms an upward flow in the culture tank;
An imaging device for acquiring a captured image by imaging the lower part of the culture tank;
Based on the captured image, an image processing device that measures the maximum mass diameter of the cell mass in the culture tank,
A control device for controlling the supply of the culture solution by the supply device;
With
The culture tank has a shape that increases as the horizontal cross-sectional area of the culture tank goes upward,
The control device controls the supply device so that the supply amount of the culture solution supplied to the culture tank per unit time repeatedly increases and decreases when the maximum mass diameter is larger than a predetermined threshold value. Cell culture equipment.
前記制御装置は、単位時間当たりに前記培養槽に供給される前記培養液の供給量が減少するように前記供給装置を制御し、
前記画像処理装置は、前記撮像画像に基づいて、前記培養槽内の細胞塊の大きさの分布を測定する、請求項1に記載の細胞培養装置。
The control device controls the supply device such that the supply amount of the culture solution supplied to the culture tank per unit time decreases,
The cell culture device according to claim 1, wherein the image processing device measures a size distribution of a cell mass in the culture tank based on the captured image.
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