JPWO2019069378A1 - 培養情報処理装置 - Google Patents

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Abstract

将来の継代培養過程における細胞の増殖特性を精度よく推定し、最終的な収量の細胞を得るためのスケジュールを立てることを目的として、本発明に係る培養情報処理装置(1)は、複数の継代培養過程を含む細胞の培養期間の内、任意の第1継代培養過程において取得されたデータから細胞の増殖特性の特徴を表す増殖特徴量を算出する特徴量算出部(7)と、第1継代培養過程の1つ後に続く第2継代培養過程の培養条件を設定する条件設定部(3)と、特徴量算出部(7)により算出された増殖特徴量と、条件設定部(3)により設定された培養条件とに基づいて、第2継代培養過程における増殖特性に関連する特性関連情報を算出する情報算出部(8)とを備える。

Description

本発明は、培養情報処理装置に関するものである。
iPS細胞などの細胞を継代しながら培養し、培養特性をモニタリングする方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
また、取得されたデータにモデル式をフィッティングすることにより、データの特徴をモデル式のパラメータとして数値化することも知られている(例えば、特許文献2参照。)。
特開2015−171344 特表2016−534714
特許文献1および特許文献2の方法によれば、個々の継代培養過程において取得されたデータから細胞の増殖特性をモデル式のパラメータとして数値化することができる。
しかしながら、増殖特性は継代毎に大きく異なるため、いずれかの継代培養過程において取得されたデータを用いて当該継代培養過程における細胞の増殖特性を数値化しても、将来の継代培養過程における細胞の増殖特性とは異なるため、最終的な収量の細胞を得るためのスケジュールを立てることが困難であった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、いずれかの継代培養過程において取得されたデータを用いて、その後に行われる継代培養過程における細胞の増殖特性を精度よく推定し、最終的な収量の細胞を得るためのスケジュールを立てることができる培養情報処理装置を提供することを目的としている。
本発明の一態様は、複数の継代培養過程を含む細胞の培養期間の内、任意の第1継代培養過程において取得されたデータから前記細胞の増殖特性の特徴を表す増殖特徴量を算出する特徴量算出部と、前記第1継代培養過程の1つ後に続く第2継代培養過程の培養条件を設定する条件設定部と、前記特徴量算出部により算出された増殖特徴量と、前記条件設定部により設定された培養条件とに基づいて、前記第2継代培養過程における増殖特性に関連する特性関連情報を算出する情報算出部とを備える培養情報処理装置である。
本態様によれば、第1継代培養過程において取得されたデータから細胞の増殖特性の特徴を表す増殖特徴量が特徴量算出部により算出され、第1継代培養過程の1つ後に続く第2継代培養過程の培養条件が条件設定部において設定される。
発明者らは、隣接する2つの継代培養過程における細胞の増殖特性に比較的強い相関があることを発見した。そして、細胞の増殖特性は、培地の種類や濃度等により変化することが知られている。
そこで、1つ前の第1継代培養過程において取得されたデータから特徴量算出部により算出された増殖特徴量と、条件設定部において設定された第2継代培養過程における培養条件とに基づくことにより、第2継代培養過程の実施前に、第2継代培養過程における細胞の増殖特性に関連する特性関連情報を精度よく算出することができる。これにより、継代培養により目標収量の細胞を得るための終了時期、第2継代培養過程の開始時期およびその他の培養条件等を推定して、培養のスケジュールを立てることができる。
上記態様においては、前記条件設定部が、前記第1継代培養過程の培養条件を設定し、前記第2継代培養過程の培養の時期を除く培養条件を、前記第1継代培養過程の培養条件と等しく設定してもよい。
このようにすることで、第1継代培養過程の実施前に第1継代培養過程の培養条件を条件設定部により設定するだけで、第2継代培養過程も同一の培養条件で細胞を培養することができる。
また、上記態様においては、前記特徴量算出部が、前記第1継代培養過程において取得された前記データに、予め設定された増殖曲線をフィッティングし、得られた係数を前記増殖特徴量として出力してもよい。
このようにすることで、第1継代培養過程において得られたデータに増殖曲線をフィッティングすることにより得られた係数と、2つの継代培養過程における増殖特性の相関とに基づいて容易に第2継代培養過程の増殖特性を推定することができる。
また、上記態様においては、前記培養期間内に3以上の継代培養過程を含み、前記第1継代培養過程は前記培養期間の開始から2番目以降の継代培養過程であってもよい。
培養期間の開始後の最初の継代培養過程は、細胞の状態が不安定であるために次の継代培養過程における増殖曲線との相関が得られにくい。このようにすることで、より強い相関を有する2番目以降の第1継代培養過程における増殖特性を用いて、その1つ後の第2継代培養過程の増殖特性を精度よく推定することができる。
また、上記態様においては、前記第1継代培養過程と前記第2継代培養過程との間に、前記細胞を凍結させる凍結期間を含んでいてもよい。
このようにすることで、凍結期間において細胞の増殖は停止するので、第2継代培養過程の開始時期を凍結期間の長さによって変化させ、最終的な収量の細胞を得るためのスケジュールを調整することができる。
また、上記態様においては、前記情報算出部が、前記第2継代培養過程における前記細胞の増殖特性、または、該増殖特性の特徴を表す増殖特徴量を算出してもよい。
このようにすることで、情報算出部により算出された増殖特性または増殖特徴量に基づいて、第2継代培養過程の開始時期あるいは終了時期を推定することができる。
また、上記態様においては、前記条件設定部が、前記第2継代培養過程の終了時期を含む前記培養条件を設定し、前記情報算出部が、前記条件設定部により設定された前記培養条件に基づいて、前記第2継代培養過程を前記終了時期に終了させるための前記第2継代培養過程の開始時期を前記特性関連情報として算出してもよい。
このようにすることで、条件設定部において第2継代培養過程の終了時期を含む培養条件を設定すると、情報算出部により第2継代培養過程の開始時期が算出されるので、算出された開始時期に第2継代培養過程を開始することにより、第2継代培養過程を目的の終了時期に終了させることができる。すなわち、予め決まっている培養期間の終了時期に終わらせることができるように第2継代培養過程を開始させることができる。
また、上記態様においては、前記条件設定部が、前記第2継代培養過程の開始時期および終了時期を前記培養条件として設定し、前記情報算出部が、前記条件設定部により設定された前記開始時期および終了時期に基づいて、前記第2継代培養過程を前記終了時期に終了させるための前記第2継代培養過程の他の前記培養条件を前記特性関連情報として算出してもよい。
このようにすることで、条件設定部において第2継代培養過程の開始時期および終了時期が設定されると、設定された開始時期に開始して、設定された終了時期に目標収量の細胞を得るためのその他の培養条件が算出されるので、算出された培養条件に設定して第2継代培養過程を実施することにより、終了時期に目標収量の細胞を得ることができる。
また、本発明の他の態様は、複数の継代培養過程を含む細胞の継代培養の第1継代培養過程において取得されたデータおよび前記第1継代培養過程の1つ後に続く第2継代培養過程の培養条件を入力する入力装置と、該入力装置により入力された前記データおよび前記培養条件を記憶するストレージと、該ストレージに記憶された前記データおよび前記培養条件に基づいて前記第2継代培養過程の増殖特性に関連する特性関連情報を算出するプロセッサとを備え、該プロセッサが、前記ストレージに記憶された前記データから前記第1継代培養過程における前記細胞の増殖特性の特徴を表す増殖特徴量を算出し、算出された前記増殖特徴量と前記ストレージに記憶された前記培養条件とに基づいて、前記特性関連情報を算出する培養情報処理装置である。
また、本発明の他の態様は、複数の継代培養過程を含む細胞の継代培養の第1継代培養過程において取得されたデータおよび前記第1継代培養過程の1つ後に続く第2継代培養過程の培養条件を記憶するストレージと、該ストレージに記憶された前記データおよび前記培養条件に基づいて前記第2継代培養過程の増殖特性に関連する特性関連情報を算出するプロセッサとを備え、該プロセッサが、前記ストレージに記憶された前記データから前記第1継代培養過程における前記細胞の増殖特性の特徴を表す増殖特徴量を算出し、算出された前記増殖特徴量と前記ストレージに記憶された前記培養条件とに基づいて、前記特性関連情報を算出する培養情報処理装置である。
また、本発明の他の態様は、複数の継代培養過程を含む細胞の継代培養の第1継代培養過程において取得されたデータに基づいて算出された前記第1継代培養過程における細胞の増殖特性の特徴を表す増殖特徴量と、前記第1継代培養過程の1つ後に続く第2継代培養過程の培養条件とが入力され、入力された前記増殖特徴量と前記培養条件とに基づいて、前記第2継代培養過程の増殖特性に関連する特性関連情報を算出する培養情報処理装置である。
本発明によれば、いずれかの継代において取得されたデータを用いて、その後に行われる継代における細胞の増殖特性を精度よく推定し、最終的な収量の細胞を得るためのスケジュールを立てることができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る培養情報処理装置を示す全体構成図である。 図1の培養情報処理装置が適用される継代培養における1の培養容器内の細胞数の時間変化の一例を示す図である。 図1の培養情報処理装置による培養の手順を説明するフローチャートである。 各継代培養過程における細胞の増殖特性の培養条件による変化の一例を示す図である。 図1の培養情報処理装置の変形例による培養関連情報の出力例を示す図である。 図1の培養情報処理装置の変形例を示す全体構成図である。 図1の培養情報処理装置の他の変形例を示す全体構成図である。
本発明の一実施形態に係る培養情報処理装置1について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る培養情報処理装置1は、図1に示されるように、培養中の細胞の細胞数あるいは細胞密度等の細胞情報を測定する細胞計測装置(入力装置)2に接続されたコンピュータであって、マウスあるいはキーボード等の培養条件を入力する入力装置(条件設定部)3と、細胞計測装置2により測定された細胞情報および入力装置3から入力された培養条件を記憶するストレージ4と、ストレージ4に記憶された細胞情報および培養条件に基づいて増殖特性を算出するプロセッサ5と、ディスプレイ6とを備えている。
細胞計測装置2は、細胞を播種した培地を収容する培養容器を搭載し、培養容器の底面に接着して成長する細胞の画像を経時的に取得する装置である。
細胞の培養は、図2に示されるように複数回の継代によって区切られた複数の継代培養過程を含んでいる。すなわち、培養を開始し、細胞が増殖し、コンフルエントになると、培養容器から一旦剥離して複数の培養容器に分配し直す継代作業が行われる。したがって、図2に示されるように、細胞数は、各継代培養過程において初期値から徐々に増え、継代によって新たな培養容器に播種されることにより初期値にリセットされることが繰り返される。
入力装置3からは培地の種類や濃度等の培養条件が入力されるようになっている。また、細胞の培養においては、必要な出荷時期(出荷日:n番目の継代培養過程の終了日)までに必要な量の細胞(必要細胞数)が培養されることが求められるので、これらの情報も入力装置3から入力されるようになっている。
ストレージ4は、メモリ装置、ハードディスク装置等の任意の記憶装置であり、細胞計測装置2から送られてきた画像を取得された時刻と対応づけて逐次記憶するようになっている。また、入力装置3から入力された培養条件もストレージ4に記憶されるようになっている。また、出荷時期および必要細胞数等の情報も培養条件の一部として入力装置3から入力されストレージ4に記憶されるようになっている。
プロセッサ5は、ストレージ4に記憶されている画像を処理して細胞数を算出し、時系列に並べたデータを生成するとともに、該データに増殖曲線の式をフィッティングすることにより、増殖特性の特徴を表す特徴量を算出する特徴量算出部7を備えている。増殖曲線としては、例えば、下式に示されるロジスティック曲線を挙げることができ、増殖特性の特徴を表す特徴量としては、ロジスティック曲線を表す以下の係数N,K,rを挙げることができる。
N=K/(1+(K/N―1)eーrt
ここで、Nは細胞数、Nは細胞数の初期値、Kは環境収容力、rは増殖速度、tは時間である。
算出された特徴量は、継代培養過程の番号に対応づけてストレージ4に記憶されるようになっている。
また、プロセッサ5は、特徴量算出部7により算出されストレージ4に記憶された1つの継代培養過程(第1継代培養過程)における特徴量と、その1つ後の継代培養過程(第2継代培養過程)の培養条件として入力装置3から入力された培養条件とに基づいて、第2継代培養過程における増殖特性に関連する特性関連情報を算出する情報算出部8を備えている。
最終的に情報算出部8から出力される特性関連情報としては、増殖特性を表すグラフそのものの他、増殖特性の特徴を表す特徴量を挙げることができる。
すなわち、本実施形態に係る培養情報処理装置1によれば、繰り返し行われる継代培養過程の内、いずれかの第1継代培養過程において取得された増殖特性の特徴を表す特徴量と、1つ後の第2継代培養過程における培養条件とに基づいて、第2継代培養過程における増殖特性を表すグラフそのもの、またはその特徴量が特性関連情報として出力される。したがって、その特性関連情報が取得されれば、第2継代培養過程の開始日をいつに設定すれば、培養条件の一部として入力された出荷日に、同じく入力された必要細胞数を得ることができるのかを判断することができる。
この場合において、n回の継代培養過程を含む全培養期間の内、n−1番目の継代培養過程(第1継代培養過程)と最終のn番目の継代培養過程(第2継代培養過程)との間には、細胞を凍結する凍結期間が配置されていることが好ましい。
このようにすることで、凍結期間の長さを調節することにより、入力された出荷時期に、同じく入力された必要細胞数を得るためのn番目の継代培養過程の開始時期を容易に設定することができる。
このように構成された本実施形態に係る培養情報処理装置1の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る培養情報処理装置1を用いてn番目の継代培養過程PNの増殖特性を予測するには、図3に示されるように、n−1番目の継代培養過程(第1継代培養過程)PN−1の培養条件を入力装置3から入力し(ステップS1)、n−1番目の継代培養過程PN−1による細胞の培養を開始する(ステップS2)。この継代培養過程PN−1において、細胞計測装置2により、経時的に細胞の画像が取得され(ステップS3)、培養情報処理装置1に入力されてストレージ4に記憶される(ステップS4)。
培養容器内部の細胞がコンフルエントに達したか否かによって継代培養過程PN−1の終了時期が判定され(ステップS5)、終了していない場合にはステップS3からの工程が繰り返される。終了した場合には、細胞が培養容器から剥離されて凍結される(ステップS6)。
そして、継代培養過程PN−1の開始から終了までにおいて取得された各画像がプロセッサ5の特徴量算出部7において処理されることにより、各画像から抽出された細胞数を時系列に並べた増殖特性を示すデータが生成され、増殖曲線をフィッティングすることにより、増殖特性が数値化され(ステップS7)、ストレージ4に記憶される。
次いで、n番目の継代培養過程PNの培養条件を入力装置3から入力すると(ステップS8)、入力された培養条件がストレージ4に記憶される。
ストレージ4に記憶されたn−1番目の継代培養過程PN−1の増殖特性を表す特徴量と、n番目の継代培養過程PNの培養条件とに基づいて、継代培養過程PNにおける増殖特性に関連する特性関連情報が情報算出部8により算出され(ステップS9)、ディスプレイ6に表示される(ステップS10)。出力方法は、これから行われる継代培養過程PNの増殖特性を表すグラフそのものあるいは増殖特性を表す特徴量をディスプレイ6に表示することにより行われる。
継代培養過程PNの増殖特性に関連する特性関連情報が表示されることにより、ユーザは継代培養過程PNの開始から必要細胞数が得られるまでに要する時間を推定することができる。したがって、継代培養過程PNにより、出荷時期までに必要細胞数を得るために、継代培養過程PNをいつ開始すればよいかを求めることができ、凍結期間の長さを調整して、求められた開始時期に細胞を解凍し継代培養過程PNを開始する(ステップS12)。これにより、出荷時期までに必要細胞数の細胞を得ることができる。
継代培養過程PNの有効な開始時期が得られない場合、例えば、表示された特性関連情報によって推定される、継代培養過程PNの開始から必要細胞数が得られるまでに要する時間が長いために、凍結期間が確保できないような場合には、継代培養過程PNの開始から必要細胞数が得られるまでに要する時間を短くするような新たな培養条件を入力するように、ステップS8からの工程が繰り返される(ステップS11)。
図4に、増殖特性を表すグラフを示す。培養条件A,B,Cを変化させることにより、必要細胞数を得るために要する日数を変化させることができることがわかる。
ここで、各継代培養過程PN−1,PNにおいて細胞の増殖特性は継代毎に大きく異なるが、発明者らはn番目の継代培養過程PNにおける増殖特性は、n−1番目の継代培養過程PN−1における増殖特性と比較的強い相関関係を有することを見いだした。隣接する2つの継代培養過程PN−1,PNの具体的な相関関係については、例えば、当該培養期間の1番目からn−1番目までの継代培養過程において得られた隣接する2つの継代培養過程の増殖特性の相関関係から推定することができる。また、当該培養期間とは異なる時期に、同等の細胞や培養条件下で行われた培養における隣接する2つの継代培養過程の増殖特性の相関関係から推定することにしてもよい。
また、第2継代培養過程PNにおける培養条件としては、ステップS1において入力装置3から入力された第1継代培養過程PN−1の培養条件と等しい培養条件が適用されるようにしてもよい。これにより、継代培養過程PN−1,PN毎に培養条件を設定するステップS8の手間を省くことができる。
なお、本実施形態に係る培養情報処理装置1においては、特性関連情報として、増殖特性を表すグラフそのものまたは、増殖特性の特徴を表す特徴量を表示することとしたが、これに代えて、図5に示されるように、出荷予定日に必要細胞数を得るための、n番目の継代培養過程PNの開始時期である推奨培養開始日を表示することにしてもよい。図5に示す例では、複数種の細胞の継代培養を同時並行で実施している場合に、各継代培養において出荷予定日を含む培養条件を入力することにより、n番目の継代培養過程PNを開始する推奨培養開始日およびタイミングチャートが表示される。
また、培養条件として、出荷予定日とn番目の継代培養過程PNの開始時期とを入力することにより、その他の培養条件を推定して表示することにしてもよい。
また、所定の培養条件下において推定されるn番目の継代培養過程PNの開始時期を表示することに代えて、培養条件を種々変更した場合の種々のn番目の継代培養過程PNの開始時期を表示することにしてもよい。あるいは、n番目の継代培養過程PNの開始時期を種々変更した場合の種々の培養条件を表示することにしてもよい。
また、本実施形態においては、培養情報処理装置1として細胞計測装置2に直接接続されたコンピュータを例示したが、これに代えて、細胞計測装置2内に全て収納されていてもよい。
また、図6に示されるように、ネットワーク11を介して接続された細胞計測装置2および入力装置3からの画像および培養条件を、ネットワーク11を経由して受信する送受信部12を備える培養情報処理装置10を採用してもよい。
また、細胞計測装置2から画像を受信して、特徴量算出部7が画像処理により細胞数を算出することとしたが、細胞計測装置2内において画像が処理されることにより細胞数が算出され、培養情報処理装置1が、細胞計測装置2から細胞数を受信することにしてもよい。
さらに、図7に示されるように、細胞計測装置2から画像等を受信してn−1番目の継代培養過程PN−1における増殖特性を数値化し、n番目の継代培養過程PNの特性関連情報を表示する端末装置13と、数値化されたn−1番目の継代培養過程PN−1における増殖特性および培養条件が入力されてn番目の継代培養過程PNの特性関連情報を算出するクラウドサーバ(培養情報処理装置)14とがインターネット15を介して接続されているシステム20を構成してもよい。この場合、端末装置13およびクラウドサーバ14は、インターネット15を経由して、増殖特性、培養条件および特性関連情報等を送受信する送受信部16を備えている。
1 培養情報処理装置
2 細胞計測装置(入力装置)
3 入力装置(条件設定部)
4 ストレージ
5 プロセッサ
7 特徴量算出部
8 情報算出部
14 クラウドサーバ(培養情報処理装置)
A,B,C 培養条件

Claims (11)

  1. 複数の継代培養過程を含む細胞の培養期間の内、任意の第1継代培養過程において取得されたデータから前記細胞の増殖特性の特徴を表す増殖特徴量を算出する特徴量算出部と、
    前記第1継代培養過程の1つ後に続く第2継代培養過程の培養条件を設定する条件設定部と、
    前記特徴量算出部により算出された増殖特徴量と、前記条件設定部により設定された培養条件とに基づいて、前記第2継代培養過程における増殖特性に関連する特性関連情報を算出する情報算出部とを備える培養情報処理装置。
  2. 前記条件設定部が、前記第1継代培養過程の培養条件を設定し、前記第2継代培養過程の培養の時期を除く培養条件を、前記第1継代培養過程の培養条件と等しく設定する請求項1に記載の培養情報処理装置。
  3. 前記特徴量算出部が、前記第1継代培養過程において取得された前記データに、予め設定された増殖曲線をフィッティングし、得られた係数を前記増殖特徴量として出力する請求項1または請求項2に記載の培養情報処理装置。
  4. 前記培養期間内に3以上の継代培養過程を含み、
    前記第1継代培養過程は前記培養期間の開始から2番目以降の継代培養過程である請求項1から請求項3のいずれかに記載の培養情報処理装置。
  5. 前記第1継代培養過程と前記第2継代培養過程との間に、前記細胞を凍結させる凍結期間を含む請求項1から請求項4のいずれかに記載の培養情報処理装置。
  6. 前記情報算出部が、前記第2継代培養過程における前記細胞の増殖特性、または該増殖特性の特徴を表す増殖特徴量を算出する請求項1から請求項5のいずれかに記載の培養情報処理装置。
  7. 前記条件設定部が、前記第2継代培養過程の終了時期を含む前記培養条件を設定し、
    前記情報算出部が、前記条件設定部により設定された前記培養条件に基づいて、前記第2継代培養過程を前記終了時期に終了させるための前記第2継代培養過程の開始時期を前記特性関連情報として算出する請求項1から請求項5のいずれかに記載の培養情報処理装置。
  8. 前記条件設定部が、前記第2継代培養過程の開始時期および終了時期を前記培養条件として設定し、
    前記情報算出部が、前記条件設定部により設定された前記開始時期および終了時期に基づいて、前記第2継代培養過程を前記終了時期に終了させるための前記第2継代培養過程の他の前記培養条件を前記特性関連情報として算出する請求項1から請求項5のいずれかに記載の培養情報処理装置。
  9. 複数の継代培養過程を含む細胞の継代培養の第1継代培養過程において取得されたデータおよび前記第1継代培養過程の1つ後に続く第2継代培養過程の培養条件を入力する入力装置と、
    該入力装置により入力された前記データおよび前記培養条件を記憶するストレージと、
    該ストレージに記憶された前記データおよび前記培養条件に基づいて前記第2継代培養過程の増殖特性に関連する特性関連情報を算出するプロセッサとを備え、
    該プロセッサが、前記ストレージに記憶された前記データから前記第1継代培養過程における前記細胞の増殖特性の特徴を表す増殖特徴量を算出し、算出された前記増殖特徴量と前記ストレージに記憶された前記培養条件とに基づいて、前記特性関連情報を算出する培養情報処理装置。
  10. 複数の継代培養過程を含む細胞の継代培養の第1継代培養過程において取得されたデータおよび前記第1継代培養過程の1つ後に続く第2継代培養過程の培養条件を記憶するストレージと、
    該ストレージに記憶された前記データおよび前記培養条件に基づいて前記第2継代培養過程の増殖特性に関連する特性関連情報を算出するプロセッサとを備え、
    該プロセッサが、前記ストレージに記憶された前記データから前記第1継代培養過程における前記細胞の増殖特性の特徴を表す増殖特徴量を算出し、算出された前記増殖特徴量と前記ストレージに記憶された前記培養条件とに基づいて、前記特性関連情報を算出する培養情報処理装置。
  11. 複数の継代培養過程を含む細胞の継代培養の第1継代培養過程において取得されたデータに基づいて算出された前記第1継代培養過程における細胞の増殖特性の特徴を表す増殖特徴量と、前記第1継代培養過程の1つ後に続く第2継代培養過程の培養条件とが入力され、
    入力された前記増殖特徴量と前記培養条件とに基づいて、前記第2継代培養過程の増殖特性に関連する特性関連情報を算出する培養情報処理装置。
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