(57)【要約】【課題】培養中の赤血球の分化を監視する。【解決手段】培養容器１１に収容されている培養液Ｗに単色光を照射する光源１９と、培養液Ｗを透過した単色光の光強度を検出する光検出器２１と、培養容器１１において赤血球を培養中の培養液Ｗを透過することによって光検出器２１により検出された光強度の経時変化に基づいて、培養液Ｗ中のヘモグロビンの量を評価する制御部７とを備える赤血球培養モニタリング装置１である。【選択図】図１
2020122686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養容器に収容されている培養液に単色光を照射する光源と、
前記培養液を透過した前記単色光の光強度を検出する光検出器と、
前記培養容器において赤血球を培養中の前記培養液を透過した前記単色光の前記光検出器によって検出された前記光強度の経時変化に基づいて、前記培養液中のヘモグロビンの量を評価する制御部とを備える赤血球培養モニタリング装置。
【請求項２】
前記制御部が、前記光強度の変化が収束するタイミングに基づいて、前記ヘモグロビンの生成度合いを評価する請求項１に記載の赤血球培養モニタリング装置。
【請求項３】
前記制御部が、前記赤血球の培養を開始する前の前記培養液を透過した前記単色光の光強度と、前記赤血球を培養中に前記培養液を透過した前記単色光の光強度との比率に基づいて、前記培養液における前記単色光の透過率または吸光度を算出し、算出した透過率または吸光度の経時変化に基づいて前記培養液中の前記ヘモグロビンの量を評価する請求項１または請求項２に記載の赤血球培養モニタリング装置。
【請求項４】
前記培養液を透過する前の前記単色光の光強度を検出する他の光検出器を備え、
前記制御部が、前記他の光検出器によって検出された前記培養液を透過する前の前記単色光の光強度と、前記光検出器によって検出された前記培養液を透過した後の前記単色光の光強度との比率に基づいて、前記培養液における前記単色光の透過率または吸光度を算出し、算出した透過率または吸光度の経時変化に基づいて前記培養液中の前記ヘモグロビンの量を評価する請求項１または請求項２に記載の赤血球培養モニタリング装置。
【請求項５】
前記光源が、水の吸収波長帯域と前記培養液の吸収波長帯域との間の近赤外の波長域の前記単色光を前記培養液に照射する請求項１から請求項４のいずれかに記載の赤血球培養モニタリング装置。
【請求項６】
前記近赤外の波長域が７００ｎｍ〜９００ｎｍである請求項５に記載の赤血球培養モニタリング装置。
【請求項７】
前記近赤外の波長域が、酸素化ヘモグロビンの吸光係数と脱酸素化ヘモグロビンの吸光係数とが略等しくなる範囲である請求項５または請求項６に記載の赤血球培養モニタリング装置。
【請求項８】
前記光源が、前記赤血球の基になる細胞を増殖する細胞増殖工程と、該細胞増殖工程によって増殖された前記細胞を前記ヘモグロビンに変化させるヘモグロビン増加工程とで、前記光強度を測定する前記単色光の波長を切り換える請求項１から請求項７のいずれかに記載の赤血球培養モニタリング装置。
【請求項９】
前記光源および前記光検出器が前記培養容器の外部に配置され、
前記光源が、前記培養容器の外側から内側に向けて前記単色光を照射し、
前記光検出器が、前記培養液を透過した後に前記培養容器の外側に射出された前記単色光を検出する請求項１から請求項８のいずれかに記載の赤血球モニタリング装置。
【請求項１０】
前記培養容器の外側に射出された前記単色光を反射し、前記単色光を該単色光が入射してきた光路と同一の光路を経由させて前記培養容器に向けて戻す再帰性反射部材と、
該再帰性反射部材により反射された後に前記培養容器を再度透過した前記単色光の光路を分岐することによって、該単色光を前記光検出器に導く光路分岐部材とを備える請求項９に記載の赤血球培養モニタリング装置。
【請求項１１】
前記光源および前記光検出器の一方が前記培養容器の内部に配置され他方が前記培養容器の外部に配置され、
前記光源が前記培養容器の外部から照射することによって前記培養液を透過した前記単色光を前記光検出器が前記培養容器の内部において検出し、または、前記光源が前記培養容器の内部において照射することによって前記培養液を透過した前記単色光を前記光検出器が前記培養容器の外部において検出する請求項１から請求項８のいずれかに記載の赤血球モニタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤血球モニタリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ｉＰＳ細胞（人工多能性幹細胞）およびＥＳ細胞（胚性幹細胞）等の万能細胞から赤血球を分化させる技術が確立されている（例えば、非特許文献１参照。）。そして、確立されたその技術が、将来、赤血球の輸血システムの安定化に役立つ可能性が出てきている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「Stem Cell Reports」  December 17, 2013  Vol. 1  499-508  Immortalization of Erythroblasts by c-MYC andBCL-XL Enables Large-Scale Erythrocyte Production from Human Pluripotent StemCells
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、培養中に赤血球の分化が正常に進行しているか否かを監視することが望まれているにもかかわらず、培養中の赤血球の分化を監視する方法が確立されていないという問題がある。
【０００５】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、培養中の赤血球の分化を監視することができる赤血球モニタリング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の第１態様は、培養容器に収容されている培養液に単色光を照射する光源と、前記培養液を透過した前記単色光の光強度を検出する光検出器と、前記培養容器において赤血球を培養中の前記培養液を透過した前記単色光の前記光検出器によって検出された前記光強度の経時変化に基づいて、前記培養液中のヘモグロビンの量を評価する制御部とを備える赤血球培養モニタリング装置である。
【０００７】
本態様によれば、培養容器において赤血球を培養している培養液に光源から単色光が照射され、培養液を透過した単色光の光強度が光検出器によって検出される。この場合において、ヘモグロビンは赤血球の主要な構成物質であるから、培養液中で赤血球が増殖すると培養液中のヘモグロビンの量も増加する。また、培養液中のヘモグロビンの量が増加するにつれて、培養液を透過する単色光の量、すなわち、光検出器によって検出される単色光の光強度が低下する。
【０００８】
したがって、制御部により、赤血球を培養中の培養液を透過した単色光の光検出器によって検出された光強度の経時変化に基づいて、培養液中のヘモグロビンの量を評価することによって、培養液中の赤血球の分化が正常に進行しているか否かを容易に判断することができる。これにより、培養中の赤血球の分化を簡易に監視することができる。
【０００９】
上記態様においては、前記制御部が、前記光強度の変化が収束するタイミングに基づいて、前記ヘモグロビンの生成度合いを評価することとしてもよい。
培養液中のヘモグロビンの生成が完了すると、光検出器によって検出される単色光の光強度の低下も収束する。したがって、制御部が、単色光の光強度の変化が収束するタイミングに基づいてヘモグロビンの生成度合いを評価することによって、培養液中のヘモグロビンの生成が完了したことを容易に把握することができる。
【００１０】
上記態様においては、前記制御部が、前記赤血球の培養を開始する前の前記培養液を透過した前記単色光の光強度と、前記赤血球を培養中に前記培養液を透過した前記単色光の光強度との比率に基づいて、前記培養液における前記単色光の透過率または吸光度を算出し、算出した透過率または吸光度の経時変化に基づいて前記培養液中の前記ヘモグロビンの量を評価することとしてもよい。
培養液における単色光の透過率および吸光度は培養液中のヘモグロビンの量によって変化するので、この構成によって、赤血球の分化の進行具合を容易に判断することができる。
【００１１】
上記態様においては、前記培養液を透過する前の前記単色光の光強度を検出する他の光検出器を備え、前記制御部が、前記他の光検出器によって検出された前記培養液を透過する前の前記単色光の光強度と、前記光検出器によって検出された前記培養液を透過した後の前記単色光の光強度との比率に基づいて、前記培養液における前記単色光の透過率または吸光度を算出し、算出した透過率または吸光度の経時変化に基づいて前記培養液中の前記ヘモグロビンの量を評価することとしてもよい。
【００１２】
この構成によって、赤血球の分化の進行具合を容易に判断することができる。また、この構成によって、光源から発せられる単色光の強度が変動した場合であっても、培養液中のヘモグロビンの量を正しく評価することができる。したがって、赤血球の分化の進行具合を正確に判断することができる。
【００１３】
上記態様においては、前記光源が、水の吸収波長帯域と前記培養液の吸収波長帯域との間の近赤外の波長域の前記単色光を前記培養液に照射することとしてもよい。
水の吸収波長帯域と培養液の吸収波長帯域を避けた波長域の単色光を採用することによって、水および培養液による単色光の吸収の影響を低減することができる。したがって、培養液中のヘモグロビンの量を精度よく評価することができる。
【００１４】
上記態様においては、前記近赤外の波長域が７００ｎｍ〜９００ｎｍであってもよい。
ヘモグロビンの吸光係数が大きく、ヘモグロビンの密度が高いと、光検出器による単色光の検出光量が低減しＳＮ比が小さくなる。７００ｎｍ〜９００ｎｍの波長域はヘモグロビンの吸光係数が比較的小さいので、この構成によって、培養液中のヘモグロビンの量をより精度よく評価することができる。
【００１５】
上記態様においては、前記近赤外の波長域が、酸素化ヘモグロビンの吸光係数と脱酸素化ヘモグロビンの吸光係数とが略等しくなる範囲であってもよい。
【００１６】
酸素化ヘモグロビン（Oxy Hb）と脱酸素化ヘモグロビン（Deoxy Hb）とで吸光スペクトルが大きく異なる。そのため、酸素濃度によって単色光の光強度の測定が不安定になり、培養液を透過する単色光の量が飽和するタイミングを正確に判定できないことがある。培養液に照射する近赤外の波長域を酸素化ヘモグロビンの吸光係数と脱酸素化ヘモグロビンの吸光係数とが略等しくなる範囲にすることによって、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとで透過光量が変化しないので、培養液を透過する単色光の量が飽和するタイミングを正確に判定することができる。
【００１７】
上記態様においては、前記光源が、前記赤血球の基になる細胞を増殖する細胞増殖工程と、該細胞増殖工程によって増殖された前記細胞を前記ヘモグロビンに変化させるヘモグロビン増加工程とで、前記光強度を測定する前記単色光の波長を切り換えることとしてもよい。
【００１８】
培養液を透過する単色光の光強度の変化は、細胞増殖工程では細胞による単色光の散乱が支配的となり、ヘモグロビン増加工程では培養液中のヘモグロビンの量が支配的となる。したがって、細胞増殖工程とヘモグロビン増加工程とで単色光の波長を切り換えることによって、工程ごとに培養の進行具合を精度よく把握することができる。
【００１９】
例えば、細胞増殖工程では、散乱し易い波長の単色光を使用することによって、培養液中の細胞の増殖度合いを高精度に検出することができる。また、ヘモグロビン増加工程では、ヘモグロビンの透過率が高い波長の単色光を使用することによって、培養液を透過した単色光の光強度の測定のＳＮを確保することができる。
【００２０】
上記態様においては、前記光源および前記光検出器が前記培養容器の外部に配置され、前記光源が、前記培養容器の外側から内側に向けて前記単色光を照射し、前記光検出器が、前記培養液を透過した後に前記培養容器の外側に射出された前記単色光を検出することとしてもよい。
この構成によって、培養容器内をシンプルな構成にすることができる。
【００２１】
上記態様においては、前記培養容器の外側に射出された前記単色光を反射し、前記単色光を該単色光が入射してきた光路と同一の光路を経由させて前記培養容器に向けて戻す再帰性反射部材と、該再帰性反射部材により反射された後に前記培養容器を再度透過した前記単色光の光路を分岐することによって、該単色光を前記光検出器に導く光路分岐部材とを備えることとしてもよい。
【００２２】
この構成によって、再帰性反射部材および光路分岐部材により、培養容器の表面形状、大きさおよび配置に関わらず、培養液を透過した単色光を光検出器に入射させることができる。したがって、多種多様な培養容器を採用しても、培養液を透過した単色光の光強度を精度よく測定することができる。
【００２３】
上記態様においては、前記光源および前記光検出器の一方が前記培養容器の内部に配置され他方が前記培養容器の外部に配置され、前記光源が前記培養容器の外部から照射することによって前記培養液を透過した前記単色光を前記光検出器が前記培養容器の内部において検出し、または、前記光源が前記培養容器の内部において照射することによって前記培養液を透過した前記単色光を前記光検出器が前記培養容器の外部において検出することとしてもよい。
この構成によって、光源および光検出器の一方を培養容器の内部に配置する分だけ、培養容器の外部にスペースを確保することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、培養中の赤血球の分化を監視することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る赤血球培養モニタリング装置を上方から見た概略構成図である。
【図２】図１の赤血球培養モニタリング装置の構成を説明する概略構成図である。
【図３】ヘモグロビンと水の分子吸光係数を説明するグラフである。
【図４】フェノールレッド等の培地の吸光度の一例を示すグラフである。
【図５】ヘモグロビンの量の変化（予測値）の一例を示すグラフである。
【図６】第１実施形態に係る赤血球培養モニタリング装置により測定された透過光量（実測）の一例を示すグラフである。
【図７】幹細胞から赤血球を作る工程を説明するフローチャートである。
【図８】ヘモグロビンの吸光スペクトルを説明するグラフである。
【図９】第１実施形態の第２変形例に係る光源を示す平面図である。
【図１０】第１実施形態の第５変形例に係る光源を示す平面図である。
【図１１】第５変形例に係る赤血球培養モニタリング装置により測定された透過光量（実測）の一例を示すグラフである。
【図１２】第６変形例に係る赤血球培養モニタリング装置により測定された透過光量（実測）の一例を示すグラフである。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る赤血球培養モニタリング装置を上方から見た概略構成図である。
【図１４】図１３の赤血球培養モニタリング装置の構成を説明する概略構成図である。
【図１５】本発明の第３実施形態に係る赤血球培養モニタリング装置を上方から見た概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る赤血球培養モニタリング装置について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る赤血球培養モニタリング装置１は、例えば、図１および図２に示すように、培養容器１１内に培養液Ｗとともに収容されている培養液Ｗを攪拌する攪拌機構３と、培養液Ｗを透過する光の強度を測定する光学測定ユニット５と、攪拌機構３および光学測定ユニット５を制御したり、培養液Ｗ中のヘモグロビンの量を評価したりする制御部７と、各種情報を表示する表示部９とを備えている。
【００２７】
培養容器１１は、例えば、赤血球を浮遊培養するバイオリアクタ等の容器である。この培養容器１１は、上面１１ａが閉塞された有底円筒状に形成されている。また、培養容器１１は、光学的に透明な材質によって形成されている。培養液Ｗとしては、例えば、フェノールレッド等が用いられる。
【００２８】
攪拌機構３は、培養容器１１の上面１１ａを経由して培養容器１１内に挿入されたシャフト１３と、シャフト１３に設けられた複数の攪拌翼１５と、シャフト１３を長手軸回りに回転させるモータ１７とを備えている。
【００２９】
光学測定ユニット５は、培養容器１１内の培養液Ｗに単色光を照射するＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）またはＬＤ（Laser  Diode）等の光源１９と、培養液Ｗを透過した単色光の量（光強度）を検出する光電子増倍管等の光検出器２１とを備えている。図１において、符号２３は、光源１９から発せられた単色光を集光することによって培養液Ｗに照射する集光レンズを示し、符号２５は、培養液Ｗを透過した単色光を集光することによって光検出器２１に入射させる集光レンズを示している。
【００３０】
光源１９および光検出器２１は、いずれも培養容器１１の外部において、培養容器１１を深さ方向に交差する方向に挟んだ状態で互いに略対向して配置されている。
光源１９は、培養容器１１の外側から培養容器１１内の培養液Ｗに向けて単色光を照射する。
【００３１】
光検出器２１は、培養液Ｗに照射された単色光が培養液Ｗを透過することによって培養容器１１の外部に射出された透過光（単色光）の量、すなわち透過光量を検出する。この光検出器２１は、検出した単色光の透過光量に応じた検出信号を出力する。
【００３２】
制御部７は、例えば、インタフェース回路と、ハードディスクドライブ等の記憶部と、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）と、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）とを備えている（いずれも図示略）。
【００３３】
インタフェース回路は、攪拌機構３および光学測定ユニット５を制御するための制御基板と、光検出器２１から出力された検出信号を受け取り、受け取った検出信号を光強度信号に変換する信号処理基板とを備えている。
記憶部には、ＣＰＵが実行する各種プログラムが記憶されている。
【００３４】
ＣＰＵは、記憶部に記憶されている各種プログラムを読み込み、以下の機能を実行する。すなわち、制御部７は、光源１９を点灯させたり、攪拌機構３のモータ１７を駆動したりする。また、制御部７は、光検出器２１により、培養液Ｗを透過した単色光の量を経時的に検出させる。そして、制御部７は、光検出器２１により検出された単色光の透過光量の経時変化に基づいて、培養液Ｗ中のヘモグロビンの量を評価する。
【００３５】
例えば、図３に示すように、９００ｎｍ以上の長波長側には、水の吸収帯域がある。図３において、横軸は波長を示し、縦軸は分子吸光係数を示している。また、例えば、図４に示すように、６５０ｎｍ以下の長波長側には、フェノールレッド等の培養液Ｗの吸収帯域がある。図４において、横軸は波長を示し、縦軸は培養液Ｗの吸光度を示している。また、ヘモグロビンの吸光係数が大きく、ヘモグロビンの密度が高いと、光検出器２１による単色光の検出光量が低減し、ＳＮ比が小さくなる。
【００３６】
制御部７は、水の吸収波長帯域と培養液Ｗの吸収波長帯域を避けた波長域で、かつ、図３に示されるようにヘモグロビンの吸光係数が比較的小さい７００ｎｍ〜９００ｎｍの近赤外の波長域を光源１９に設定する。
【００３７】
また、ヘモグロビンは赤血球の主要な構成物質であるから、例えば、図５に示すように、培養液Ｗ中で赤血球が増殖するにつれて、培養液Ｗ中のヘモグロビンの量も増加する。図５において、横軸は経過時間を示し、縦軸は培養液Ｗ中のヘモグロビンの量を示している。また、例えば、図６に示すように、培養液Ｗ中のヘモグロビンの量が増加するにつれて、培養液Ｗを透過する単色光の量、すなわち、光検出器２１によって検出される単色光の光強度が低下する。図６において、横軸は経過時間を示し、縦軸は透過光の強度を示している。
【００３８】
制御部７は、光検出器２１により経時的に検出される単色光の光強度の低下、すなわち透過光量の低減が一定値に収束すると、赤血球の生成、すなわちヘモグロビンの生成が完了したと判断する。そして、制御部７は、赤血球の生成が完了したことを表示部９に表示する。
【００３９】
次に、本実施形態の赤血球培養モニタリング装置１の作用について説明する。
上記構成の赤血球培養モニタリング装置１により、ＥＳ細胞Ｓから赤血球を培養しながら、培養中の赤血球の分化を監視する方法を例示する。
【００４０】
ＥＳ細胞Ｓから赤血球を培養する工程は、例えば、図７のフローチャートに示されるように、赤血球の基になるＥＳ細胞Ｓを増殖させる細胞増殖工程ＳＡ１と、細胞増殖工程ＳＡ１によって増殖されたＥＳ細胞Ｓをヘモグロビンに変化させるヘモグロビン増加工程ＳＡ２とに分けられる。これら細胞増殖工程ＳＡ１およびヘモグロビン増加工程ＳＡ２では、制御部７により、攪拌機構３を駆動させることによって、培養容器１１内の培養液Ｗを攪拌しながら培養を行う。
【００４１】
細胞増殖工程ＳＡ１では、例えば、ＥＳ細胞ＳにC-MYCおよびBCL-XL等の２種類の遺伝子を導入することによって赤血球前駆細胞を生成し（ステップＳＢ１）、生成した赤血球前駆細胞を培養液Ｗを収容した培養容器１１内で増殖させる（ステップＳＢ２）。
【００４２】
ヘモグロビン増加工程ＳＡ２では、培養液Ｗに分化誘導因子を添加することによって、赤血球前駆細胞から赤芽球（ステップＳＢ３）、成熟した赤芽球から網状赤血球（ステップＳＢ４）、網状赤血球から赤血球へと分化させる（ステップＳＢ５）。
【００４３】
上記構成の赤血球培養モニタリング装置１により、培養中の赤血球の分化を監視するには、例えば、ヘモグロビン増加工程ＳＡ２において、制御部７により、光源１９を点灯させることによって、赤血球を培養中の培養液Ｗに７００ｎｍ〜９００ｎｍの近赤外の波長域の単色光を照射する。そして、制御部７により、光検出器２１を制御することによって、培養液Ｗを透過した単色光の量を経時的に検出する。
【００４４】
次いで、図５および図６に示すように、培養液Ｗ中の赤血球が増殖するにつれて、光検出器２１によって検出される単色光の光強度が低下、すなわち透過光量が低減することから、制御部７により、光検出器２１によって検出された透過光量の経時変化に基づいて、培養液Ｗ中のヘモグロビンの増加度合いが評価される。
【００４５】
透過光量の低減が一定値に収束すると、制御部７により、培養液Ｗ中の殆どの網状赤血球が赤血球に変化したことによって赤血球の生成、すなわちヘモグロビンの生成が完了したと判断される。そして、制御部７により、赤血球の生成が完了したことが表示部９に表示される。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態に係る赤血球培養モニタリング装置１によれば、制御部７により、赤血球を培養中の培養液Ｗを透過した単色光の量の経時変化に基づいて、培養液Ｗ中のヘモグロビンの量を評価することによって、培養液Ｗ中の赤血球の分化が正常に進行しているか否かを容易に判断することができる。したがって、培養中の赤血球の分化を簡易に監視することができる。
【００４７】
本実施形態は、以下の構成に変形することができる。
本実施形態においては、光源１９が、７００ｎｍ〜９００ｎｍの近赤外の波長域の単色光を照射することとしている。第１変形例としては、光源１９が、７００ｎｍ〜９００ｎｍの近赤外の波長域の内、酸素化ヘモグロビン（Oxy Hb）の吸光係数と脱酸素化ヘモグロビン（Deoxy Hb）の吸光係数とが略等しくなる範囲、例えば、８０５ｎｍ±２０ｎｍの近赤外の波長域の単色光を照射することとしてもよい。
【００４８】
ヘモグロビンの吸光スペクトルは、例えば、図８に示すように、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとで吸光スペクトルが大きく異なる。図８において、横軸が波長を示し、縦軸が分子吸光係数を示している。そのため、酸素濃度によって単色光の光強度の測定が不安定になり、培養液Ｗを透過する単色光の量が飽和するタイミングを正確に判定できないことがある。
【００４９】
これに対し、光源１９から照射する近赤外の波長域を酸素化ヘモグロビンの吸光係数と脱酸素化ヘモグロビンの吸光係数とが略等しくなる範囲にすることによって、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとで透過光量が変化しないので、培養液Ｗを透過する単色光の量が飽和するタイミングを正確に判定することができる。
【００５０】
第２変形例としては、例えば、図９に示すように、ハロゲン光源等の白色光源部１９ａと、白色光源部１９ａから発せられた光を集光する集光レンズ２３と、集光レンズ２３によって集光された光から特定の波長を切り出すバンドパスフィルタ１９ｂとによって光源１９を構成することとしてもよい。
【００５１】
本変形例によれば、ハロゲン光源およびバンドパスフィルタは安価であるので、コストの削減を図ることができる。また、白色光源部１９ａおよびバンドパスフィルタ１９ｂによって構成された光源１９は、波長選択の自由度が高いので、様々な培養液Ｗに適用することができる。
【００５２】
本変形例においては、バンドパスフィルタ１９ｂを採用する構成を例示したが、これに代えて、例えば、回折格子およびモノクロメータ等の波長選択スリットを採用することとしてもよい。
この構成によって、波長選択の自由度をより向上することができる。
【００５３】
本実施形態においては、赤血球の生成度合い、すなわち、ヘモグロビンの生成度合いを透過光量に基づいて評価することとしている。第３変形例としては、赤血球の生成、すなわち、ヘモグロビンの生成が完了したことを培養液Ｗにおける単色光の透過率（Ｔ）または吸光度（Ａ）に基づいて評価することとしてもよい。
【００５４】
透過率（Ｔ）を用いる場合は、培養容器１１により赤血球前駆細胞の培養を開始する前に、培養液Ｗに入射する単色光の入射光量（Ｉ０）を測定しておくこととすればよい。そして、入射光量（Ｉ０）と、光検出器２１によって検出された培養液Ｗを透過した単色光の量、すなわち、出射光量（Ｉ）との比率、すなわち、Ｔ＝Ｉ／Ｉ０に基づいて、赤血球の生成度合いを評価することとすればよい。
【００５５】
また、培養容器１１により赤血球前駆細胞の培養を開始する前に入射光量（Ｉ０）を測定しておくことに代えて、例えば、培養液Ｗを透過する前の単色光の量（Ｉ１）と、光検出器２１によって検出された培養液Ｗを透過した単色光の量（Ｉ）との比率、すなわち、Ｔ＝Ｉ／Ｉ１に基づいて、赤血球の生成度合いを評価することとしてもよい。
【００５６】
この場合、例えば、光源１９から発せられた単色光の光路を培養液Ｗの手前で分岐するハーフミラーと、ハーフミラーによって光路を分岐された単色光の量を検出する他の光検出器（いずれも図示略）とを設け、他の光検出器によって、培養液Ｗを透過する前の単色光の量（Ｉ１）を常時検出することとすればよい。この構成によって、培養液Ｗに入射する単色光の入射光量、すなわち、光源１９から発せられる単色光の光強度が変動した場合であっても、培養液Ｗ中のヘモグロビンの量を正しく評価することができる。
【００５７】
また、吸光度（Ａ）を用いる場合は、Ａ＝−log（Ｔ）に基づき、吸光度の増大が収束したタイミングで赤血球の生成が完了したと判断することとすればよい。
【００５８】
第４変形例としては、例えば、光学測定ユニット５および培養容器１１を含む赤血球培養モニタリング装置１全体を暗所に配置した状態で、赤血球の培養を監視することとしてもよい。
この構成によって、照明器具の光、モニタの光および外光の影響を受けずに正確に、培養液Ｗを透過する単色光の透過率を測定することができる。
【００５９】
第５変形例としては、細胞増殖工程ＳＡ１とヘモグロビン増加工程ＳＡ２とで、光強度を測定する単色光の波長を切り換えることとしてもよい。
この場合、光源１９に代えて、例えば、図１０に示すように、６３０ｎｍの単色光を発する光源部２７Ａと、８００ｎｍの単色光を発する光源部２７Ｂと、これら光源部２７Ａ，２７Ｂから発せられる単色光を合波するダイクロイックミラー２９とを採用することとしてもよい。
【００６０】
細胞増殖工程ＳＡ１においては、６００ｎｍ〜６５０ｎｍの間の波長、例えば、光源部２７Ａから発せられる６３０ｎｍを用いることとしてもよい。６００ｎｍ〜６５０ｎｍの間の波長は、７００ｎｍ〜９００ｎｍの波長よりも短波長なので散乱し易く、細胞密度の変化に感度が高いというメリットがある。また、６００ｎｍ〜６５０ｎｍの間の波長は、図４に示すように、培養液Ｗの吸収による影響が比較的小さいというメリットもある。
【００６１】
一方、ヘモグロビン増加工程ＳＡ２においては、７００ｎｍ〜９００ｎｍの間の波長、例えば、光源部２７Ｂから発せられる８００ｎｍを用いることとしてもよい。７００ｎｍ〜９００ｎｍの間の波長は、図３に示すように、６００ｎｍ〜６５０ｎｍの間の波長よりもヘモグロビンの透過率が高いので、透過光量測定のＳＮ比を確保することができる。また、７００ｎｍ〜９００ｎｍの間の波長は、長波長なので、細胞Ｓの散乱の影響を受けにくいというメリットがある。
【００６２】
したがって、例えば、図１１に示すように、細胞増殖工程ＳＡ１とヘモグロビン増加工程ＳＡ２とで単色光の波長を切り換えることによって、工程ごとに培養の進行具合を精度よく把握することができる。特に、細胞増殖工程ＳＡ１での細胞Ｓの増殖度合いも高精度に検出することができる。図１１において、横軸は時間経過を示し、縦軸は透過光の強度を示している。
【００６３】
本変形例は以下の構成に変形することができる。
例えば、細胞増殖工程ＳＡ１の測定に適した波長、例えば６３０ｎｍと、ヘモグロビン増加工程ＳＡ２の測定に適した波長、例えば８００ｎｍの両方で、これら細胞増殖工程ＳＡ１およびヘモグロビン増加工程ＳＡ２の両方をそれぞれ測定することとしてもよい。すなわち、細胞増殖工程ＳＡ１を６３０ｎｍと８００ｎｍの２波長で測定し、ヘモグロビン増加工程ＳＡ２も６３０ｎｍと８００ｎｍの２波長で測定することとしてもよい。
【００６４】
この場合、例えば、光検出器２１を２つ設け、一方の光源部２７Ａから発せられた６３０ｎｍの単色光と他方の光源部２７Ｂから発せられた８００ｎｍの単色光をダイクロイックミラー等によって合派した状態で培養液Ｗに照射することとしてもよい。そして、培養液Ｗを透過した各波長の単色光をダイクロイックミラー等によって波長ごとに分光し、分光された２つの波長の単色光を２つの光検出器２１によってそれぞれ同時に検出することとしてもよい。また、細胞増殖工程ＳＡ１およびヘモグロビン増加工程ＳＡ２において、それぞれ６３０ｎｍの単色光と８００ｎｍの単色光とを切り換えることとしてもよい。
【００６５】
この場合、例えば、図１２に示すように、細胞増殖工程ＳＡ１においては、８００ｎｍの波長では、細胞Ｓの散乱の影響を受けない、すなわち、細胞Ｓの吸光係数が小さいため、細胞増加の状態を検出することはできないが、６３０ｎｍの波長では、細胞Ｓの散乱の影響を受けるため、細胞Ｓの増加の状態を精度よく検出することができる。図１２において、横軸は時間経過を示し、縦軸は透過光の強度を示している。
【００６６】
次に、ヘモグロビン増加工程ＳＡ２においては、６３０ｎｍの波長では、ヘモグロビンの吸光係数が極めて高いため、透過光の強度が小さくなりすぎ、ヘモグロビンの増加を高ＳＮ比で検出することができないが、８００ｎｍの波長では、ヘモグロビンの吸光係数が適度に小さいため、ヘモグロビンの増加を精度よく検出することができる。
【００６７】
したがって、本変形例によれば、細胞増殖工程ＳＡ１からヘモグロビン増加工程ＳＡ２への切り換えタイミングをユーザが把握することができない場合であっても、両波長のデータを測定しているため、測定後のデータ解析が可能になるメリットがある。
【００６８】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る赤血球培養モニタリング装置について説明する。
本実施形態に係る赤血球培養モニタリング装置３１は、例えば、図１３および図１４に示すように、光学測定ユニット５が、培養液Ｗを透過した単色光を光源１９に向けて戻す再帰性反射部材３３と、再帰性反射部材３３によって戻された単色光の光路を分岐するハーフミラー（光路分岐部材）３５とを備える点で第１実施形態と異なる。
以下、第１実施形態に係る赤血球培養モニタリング装置１と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
【００６９】
再帰性反射部材３３は、培養容器１１の外部において、光源１９に対して、培養容器１１を深さ方向に交差する方向に挟んだ状態で、光源１９に略対向して配置されている。再帰性反射部材３３には、光源１９から培養液Ｗに照射された単色光が培養液Ｗを透過することによって培養容器１１の外部に射出される透過光（単色光）が入射する。この再帰性反射部材３３は、入射した単色光を入射時とは逆向きに反射し、その単色光を単色光が入射してきた光路と同一の光路を経由させて培養容器１１に向けて戻すことができる。
【００７０】
再帰性反射部材３３を配置する位置および角度は任意に設定することができる。再帰性反射部材３３は、例えば図示しないスタンドまたは壁等に貼り付けることとしてもよいし、培養容器１１の側面に貼り付けることとしてもよい。再帰性反射部材３３の設置位置および設置角度は、反射する単色光がはみ出さない位置および角度であればよい。
【００７１】
ハーフミラー３５は、例えば、光源１９と培養容器１１との間の単色光の光路上に配置されている。このハーフミラー３５は、再帰性反射部材３３により反射された後に培養容器１１を再度透過した単色光を光検出器２１に向けて反射することによって、単色光を光検出器２１に導くことができる。
【００７２】
次に、本実施形態に係る赤血球培養モニタリング装置３１の作用について説明する。
上記構成の赤血球培養モニタリング装置３１により、培養中の赤血球の分化を監視する場合は、光源１９から発せられた単色光がハーフミラー３５を透過した後、培養容器１１内の培養液Ｗに照射される。
【００７３】
培養液Ｗを透過した単色光は、再帰性反射部材３３によって反射され、再帰性反射部材３３に入射した光路と同一の光路を経由して培養容器１１に向かって戻る。そして、単色光は培養容器１１内の培養液Ｗを再度透過した後、ハーフミラー３５によって反射されて光検出器２１に入射する。これにより、光検出器２１によって、培養液Ｗを透過した単色光の量が検出される。制御部７による培養液Ｗ中のヘモグロビンの量を評価については、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００７４】
本実施形態に係る赤血球培養モニタリング装置３１によれば、再帰性反射部材３３およびハーフミラー３５により、培養容器１１の表面形状、大きさおよび配置に関わらず、培養液Ｗを透過した単色光を光検出器２１に入射させることができる。したがって、多種多様な培養容器１１を採用しても、培養液Ｗを透過した単色光の光強度を精度よく測定することができる。また、培養容器１１の表面形状、大きさおよび配置に関わらず、使用者に対して適切なタイミングで培養液Ｗの交換を促すことができる。
【００７５】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係る赤血球培養モニタリング装置について説明する。
本実施形態に係る赤血球培養モニタリング装置４１は、例えば、図１５に示すように、光源１９が培養容器１１の内部に配置され、光検出器２１が培養容器１１の外部に配置されている点で第１実施形態と異なる。
以下、第１実施形態に係る赤血球培養モニタリング装置１と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
【００７６】
本実施形態に係る赤血球培養モニタリング装置４１は、攪拌機構３のシャフト１３が、中空の円筒部材によって形成されている。また、シャフト１３が、光学的に透明な材質からなる平行平板状の光学窓１３ａを有している。光学窓１３ａは、シャフト１３が光軸回りに回転することに伴い、光源１９と光検出器２１とを結ぶ単色光の光路上に挿入可能に配置されている。
【００７７】
光源１９は、シャフト１３内に収納され、光検出器２１に向けて配置されている。この光源１９は、シャフト１３の光軸回りに回転せず、光源１９と光検出器２１とを結ぶ単色光の光路上に挿入されたシャフト１３の光学窓１３ａを経由して、シャフト１３内から光検出器２１に向かって単色光を射出する。
【００７８】
本実施形態に係る赤血球培養モニタリング装置４１によれば、シャフト１３の回転に伴い光学窓１３ａが光源１９と光検出器２１とを結ぶ単色光の光路上に挿入されたタイミングで、光源１９から発せられた単色光が培養容器１１内の培養液Ｗに照射されるとともに、培養液Ｗを透過したその単色光が光検出器２１によって検出される。
【００７９】
この場合において、光源１９を培養容器１１の内部に配置する分だけ、培養容器１１の外部にスペースを確保することができる。また、光源１９を回転させないので、光源１９に接続する回路が複雑にならなくて済む。また、シャフト１３内に光源１９を収納することによって、光源１９が培養液Ｗおよび細胞Ｓの流れの邪魔にならずに済む。
【００８０】
本実施形態においては、光源１９を培養容器１１の内部に配置し、光検出器２１を培養容器１１の外部に配置することとしたが、これに代えて、光検出器２１を培養容器１１の内部に配置し、光源１９を培養容器１１の外部に配置することとしてもよい。
【００８１】
この場合、光検出器２１は、シャフト１３内に収納し、光源１９に向けて配置することとすればよい。また、光検出器２１は、シャフト１３の光軸回りに回転させず、光源１９と光検出器２１とを結ぶ単色光の光路上にシャフト１３の光学窓１３ａが挿入されたタイミングで、光学窓１３ａを経由してシャフト１３内に入射する単色光の光量を検出する。
【００８２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記各実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。
【００８３】
また、上記各実施形態においては、光学的に透明な材質によって形成された有底円筒状の培養容器１１を例示して説明したが、培養容器は、袋状、球状または箱状等、任意の形状のものを採用することができる。例えば、使い捨て可能な袋状の培養容器を採用することとしてもよい。また、培養容器は、硬質またはビニール等の軟質等、任意の材質のものを採用することができる。また、培養容器１１は、全体が透明である必要はなく、培養容器１１が単色光を透過させる透明部を部分的に有するものであってもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１，３１、４１    赤血球培養モニタリング装置
７                制御部
１１              培養容器
１９              光源
２１              光検出器
３３              再帰性反射部材
３５              ハーフミラー（光路分岐部材）
Ｓ                細胞
【図１】
2020122686.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020122686.tif 000009
【図８】
2020122686.tif 000010
【図９】
2020122686.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2020122686.tif 000013
【図１２】
2020122686.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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