(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
培地を用いて細胞を培養する細胞培養装置であって、
保持部で保持された培養容器内の培地を交換する交換機構と、
前記培養容器内の培地のｐＨを計測する計測部と、
前記交換機構に前記培養容器内の培地を交換する指示を出す指示部と、を備え、
前記指示部は、１回目の培地交換時には、前記計測部で計測されたｐＨが所定のｐＨ閾値未満の場合に指示を出し、２回目以降の培地交換時には、前記計測部で計測されたｐＨが前記所定のｐＨ閾値未満、かつ、前回の培地交換の間隔未満の場合に指示を出す、
細胞培養装置。
【請求項２】
前記保持部には複数の培養容器が保持されており、
前記指示部は、前記所定のｐＨ閾値未満だと判定された培養容器が複数存在する場合に、培地交換の回数が多い培養容器から順に培地交換を指示する、
請求項１に記載の細胞培養装置。
【請求項３】
前記指示部は、ｐＨの非連続な変化を培地交換の動作と認識して培地交換の回数を計算する、
請求項１または２に記載の細胞培養装置。
【請求項４】
前記計測部で計測されたｐＨとして、前記計測部で計測された前記培養容器内の培地のｐＨを、ローパスフィルタを通過させた値が用いられる、
請求項１から３いずれかに記載の細胞培養装置。
【請求項５】
前記計測部で計測されたｐＨとして、前記計測部で計測された前記培養容器内の培地のｐＨを、ＣＯ２濃度の影響を除去する変換式により変換した値が用いられる、
請求項１から３いずれかに記載の細胞培養装置。
【請求項６】
培地を用いて細胞を培養する細胞培養方法であって、
培養容器内の培地を交換するに際し、
１回目の培地交換時には、前記培養容器内の培地のｐＨが所定のｐＨ閾値未満の場合に前記培地を交換し、
２回目以降の培地交換時には、前記培養容器内の培地のｐＨが前記所定のｐＨ閾値未満、かつ、前回の培地交換の間隔未満の場合に前記培地を交換する、
細胞培養方法。
【請求項７】
複数の培養容器内の培地を交換するに際し、
前記所定のｐＨ閾値未満だと判定された培養容器が複数存在する場合に、培地交換の回数が多い培養容器から順に培地を交換する、
請求項６に記載の細胞培養方法。
【請求項８】
前記培地交換の回数は、ｐＨの非連続な変化を培地交換動作と認識して計算される、
請求項６または７に記載の細胞培養方法。
【請求項９】
前記培養容器内の培地のｐＨとして、計測部で計測された前記培養容器内の培地のｐＨを、ローパスフィルタを通過させた値が用いられる、
請求項６から８いずれかに記載の細胞培養方法。
【請求項１０】
前記培養容器内の培地のｐＨとして、計測部で計測された前記培養容器内の培地のｐＨを、ＣＯ２濃度の影響を除去する変換式により変換した値が用いられる、
請求項６から８いずれかに記載の細胞培養方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞培養に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、細胞の培養は、培地を用いて行われる。培地とは、多量の栄養物質が含まれる培養液である。培地の使用時間が長くなると、細胞の増殖に伴い生じる乳酸などの影響により、培地のｐＨは低下する。培地のｐＨが低下すると、細胞の増殖に適したｐＨ範囲から外れて細胞の培養が不活発になることがある。そこで、従来の細胞培養装置では、培地のｐＨ範囲を一定に保つために、細胞の種類に応じて一定間隔で培地交換を行う装置がある（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
特許文献１に開示された装置は、培地に含まれるフェノールレッドの色変化から培地のｐＨを推定し、推定されたｐＨが細胞増殖にとって不適切と判断されたときに、培地を交換する。【０００４】
図６は、特許文献１に開示された装置における吸光度とｐＨの関係を示した図である。特許文献１に開示された装置は、図６に示す関係を用いて吸光度からｐＨを計測し、計測したｐＨが所定の値を下回ると培地交換を促す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−１５２２８２号公報
【発明の概要】
【０００６】
再生医療や創薬においては、大量の培養を、複数の培養容器を用いて同時並行で行う場合がある。この場合、計測時点で推定されるｐＨだけを用いて培地交換のタイミングを決定すると、複数の培養容器の培地を同時間帯に交換しなければならない可能性がある。
【０００７】
本発明は、効率的に培地交換を実施可能な細胞培養装置を提供することを目的とする。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の細胞培養装置は、培地を用いて細胞を培養する細胞培養装置であって、保持部で保持された培養容器内の培地を交換する交換機構と、前記培養容器内の培地のｐＨを計測する計測部と、前記交換機構に前記培養容器内の培地を交換する指示を出す指示部と、を備え、前記指示部は、１回目の培地交換時には、前記計測部で計測されたｐＨが所定のｐＨ閾値未満の場合に指示を出し、２回目以降の培地交換時には、前記計測部で計測されたｐＨが前記所定のｐＨ閾値未満、かつ、前回の培地交換の間隔未満の場合に指示を出すことを特徴とする。
【０００９】
また、上記目的を達成するために、本発明の細胞培養方法は、培地を用いて細胞を培養する細胞培養方法であって、培養容器内の培地を交換するに際し、１回目の培地交換時には、前記培養容器内の培地のｐＨが所定のｐＨ閾値未満の場合に前記培地を交換し、２回目以降の培地交換時には、前記培養容器内の培地のｐＨが前記所定のｐＨ閾値未満、かつ、前回の培地交換の間隔未満の場合に前記培地を交換することを特徴とする。
【００１０】
本発明の細胞培養装置または細胞培養方法によれば、効率的に培地交換を実施可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における細胞培養装置の概要を示す図であり、
【図２】図２は、２４時間毎に培地を交換する場合の時間とｐＨの関係を示す図であり、
【図３】図３は、本実施の形態において培地交換の閾値をｐＨ７．０とした場合の時間とｐＨの関係を示す図であり、
【図４】図４は、本実施の形態において培地交換の閾値をｐＨ６．８とした場合の時間とｐＨの関係を示す図であり、
【図５】図５は、本実施の形態における細胞培養装置の培地交換のフローチャートであり、
【図６】図６は、従来の細胞培養装置における吸光度とｐＨの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合もある。また、図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体として、模式的に示している。
【００１３】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における細胞培養装置１の概要を示す図である。
【００１４】
本実施の形態の細胞培養装置１は、培地を用いて細胞を培養する装置である。本実施の形態の細胞培養方法は、細胞培養装置１を用いて細胞を培養する方法である。ここで、培地とは、多量の栄養物質が含まれる培養液である。
【００１５】
細胞培養装置１は、図１に示すように、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の保持部７と、計測部３と、記録部４と、第１設定部５と、比較部６と、第２設定部８と、指示部９と、交換機構１０と、制御部１１を有する。ここで、保持部７は、１つ又は複数の培養容器２を保持する。計測部３は、例えばｐＨ計測ユニットである。計測部３は、それぞれ培養容器２内の培地のｐＨを吸光度から計測する。記録部４は、例えば、計測部３で計測されたｐＨを時間軸で記録し、第１設定部５で事前に閾値として設定されたｐＨ閾値を記録する。第１設定部５は、例えばｐＨ設定部である。第１設定部５は、培地交換を行うためのｐＨ閾値を設定する。比較部６は、第１設定部５で設定されたｐＨ閾値と、計測部３で計測された培地のｐＨをそれぞれ比較する。第２設定部８は、例えば培地交換決定部である。第２設定部８は、比較部６でｐＨ閾値を下回った培養容器２内の培地に関するｐＨの時間推移を記録部４から読み込み、読み込まれたｐＨの時間推移から培地交換の優先順位を決定する。指示部９は、例えば培地交換指令部である。指示部９は、第２設定部８で決定された優先順位の高い培養容器２に対して培地交換を行うように指示を出す。交換機構１０は、例えば培地交換部である。交換機構１０は、指示部９からの指示に基づき培地交換を実施する。制御部１１は、細胞培養装置１１の各構成の動作を制御する。また、培地交換とは、培養容器２内の培地を交換することである。
【００１６】
ここで本実施の形態の説明に先立ち、発明者の実験により分かった従来の細胞培養装置の課題について説明する。
【００１７】
培養容器２内に播種された細胞は、時間経過に伴って細胞分裂を行い、細胞数を増加させる。時間経過に伴って培地のｐＨは低下するが、一定期間毎に培地を交換することで、培地のｐＨを所定の範囲内に維持することができる。ただし、培養容器２内の細胞数は時間に伴い増加するので、培地交換の間隔を一定とすると、図２に示すように培地交換の直前のｐＨは低下する。図２は、従来行われていた２４時間毎に培地を交換する場合の時間とｐＨの関係を示した図である。図２に示すように２４時間毎に培地を交換する場合、細胞播種から２４時間経過後の１回目の培地交換時のｐＨは７．２であるが、９６時間経過後の４回目の培地交換時のｐＨは６．６となっていることが分かった。ｐＨが６．６の場合、培養する細胞の種類によっては、細胞培養に適さない条件になる可能性がある。
【００１８】
この従来の課題を解決するために、本実施の形態の細胞培養装置１では、計測部３で培養容器２内の培地のｐＨを計測し、計測されたｐＨとｐＨ閾値との比較を行い、計測されたｐＨがｐＨ閾値を下回った場合に、培地を交換している。例えば培地交換のｐＨ閾値をｐＨ７．０と設定すると、図３に示すようにｐＨが推移することが発明者の実験により分かった。図３に示すようにｐＨが推移すると、図２と同じ培地交換の回数の場合でも、常にｐＨ７．０以上の状態で細胞培養を実施することができる。また、培地交換のｐＨ閾値をｐＨ６．８に設定すると、図４に示すようにｐＨが推移することが発明者の実験により分かった。ｐＨ６．８は、細胞培養における下限として発明者が実験結果より定義したｐＨ閾値である。図４に示すようにｐＨが推移すると、図２に示す２４時間毎に培地交換する場合と比較して、培地交換の回数が１回削減できていることがわかる。すなわち、培地交換の閾値をｐＨ６．８に設定すると、培地の消費量を削減することができる。
【００１９】
本実施の形態の細胞培養装置１では、培地交換のタイミングを、ｐＨが所定のｐＨ閾値になると共に前回の培地交換の間隔未満の場合に設定している。この構成により、図３、図４に示す発明者の実験結果に示すように、本実施の形態では、効率的に細胞培養を実施できることが分かった。前回の培地交換の間隔未満とは、例えば、培地交換を２回行った後の細胞培養において、２回目の培地交換から３回目の培地交換までの間隔が、１回目の培地交換から２回目の培地交換までの間隔未満となることである。なお、当然のこととして、１回も培地交換をしていない場合は、この条件には当てはまらない。すなわち、本実施の形態の細胞培養装置１の指示部９は、１回目の培地交換時には、計測部３で計測されたｐＨが所定のｐＨ閾値未満の場合に、培地交換の指示を出し、２回目以降の培地交換時には、計測部３で計測されたｐＨが所定のｐＨ閾値未満かつ前回の培地交換の間隔未満の場合に、培地交換の指示を出す。
【００２０】
本実施の形態において、前回の培地交換の間隔未満を条件に追加する理由は、細胞数の増加に伴い、一定のｐＨに到達するまでの時間は短くなってくるのが通常の状態であるためである。なお、培地交換の間隔が、前回の培地交換の間隔よりも短期間でないときは、培養している細胞に何らかの異常が発生していることが推定される。よって、この条件にすることで正確に培養の状態を把握することができる。
【００２１】
さらに、発明者は、複数の培養容器２を用いた場合の細胞培養における培地交換について検討した。
【００２２】
複数の培養容器２を用いるときには、計測されたｐＨがｐＨ閾値を下回るタイミングが、複数の培養容器２で同時になる可能性がある。本実施の形態の細胞培養装置１においては、計測されたｐＨがｐＨ閾値を下回った複数の培養容器２の中で、培地交換の回数が多い培養容器２から順に優先的に培地交換を実施している。すなわち、指示部９は、記録部４における記録のうちのｐＨの非連続的な変化を培地交換の動作と認識して、培地交換の回数を計算して指示している。発明者の実験により、培地交換の回数が多いほど播種からの時間が経過していることが分かっている。つまり、複数のうちで培地交換の回数が多い培養容器２の方が、ｐＨが低下するペースが速く、細胞培養に不適なｐＨ範囲になる可能性が高いことが分かっている。よって、培地交換の回数が多い培養容器２から順に優先的に培地交換を行うことで、細胞培養に不適なｐＨ範囲までｐＨが低下する可能性を減らすことができる。なお、本実施の形態の細胞培養装置１においては、各培養容器２の培地交換の回数は、細胞が播種された段階で０になる（リセットされる）。
【００２３】
以上説明した本実施の形態の細胞培養装置１における培地交換について、図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態の細胞培養装置１における培地交換のフローチャートである。
【００２４】
図５に示すように、まず、ステップＳ１において、計測部３を用いて、培養容器２内の培地のｐＨを計測し、記録部４に記録する。
【００２５】
次に、ステップＳ２において、計測部３で計測された培養容器２内の培地のｐＨを第１設定部５で設定されたｐＨ閾値と比較して、計測されたｐＨがｐＨ閾値未満であるか否かを判定する。このとき、ステップＳ２では、２回目以降の培地交換においては、前回の培地交換の間隔未満であるか否か、すなわち、前回の培地交換の間隔より短いか否かを判定する。そして、ステップＳ２で、これらの条件をどちらも満たす場合（Ｓ２のＹｅｓ）は、ステップＳ３に進む。これらの条件の少なくともいずれかを満たさない場合（Ｓ２のＮｏ）は、ステップＳ１に戻って判定を繰り返す。
【００２６】
次に、ステップＳ３において、ステップＳ２で条件を満たすと判定された培養容器２が複数あるか否かを判定する。そして、ステップＳ３で条件を満たす培養容器２が複数存在する場合（Ｓ３のＹｅｓ）は、ステップＳ５に進む。ステップＳ３で条件を満たす培養容器２が１つの場合（Ｓ３のＮｏ）は、ステップＳ４に進む。
【００２７】
そして、ステップＳ４において、条件を満たす培養容器２が１つの場合は、その培養容器２の培地を交換する。
【００２８】
また、ステップＳ５において、条件を満たす培養容器２が複数存在する場合は、第２設定部８により、培地交換の回数の多い培養容器２から順に高い優先順位となるように、優先順位を設定する。そして、ステップＳ６において、ステップＳ５で設定された優先順位に従って、その優先順位の順に複数の培養容器２の培地を交換する。
【００２９】
なお、計測部３で計測された培地のｐＨを、ローパスフィルタなどの高周波を遮断するフィルタを通過させた値としてもよい。ローパスフィルタを通過させたｐＨを用いることで、ＣＯ２濃度の影響に左右されず、培地交換のタイミングを正確に把握することができる。つまり、ローパスフィルタを用いる場合は、計測部３で計測されたｐＨとして、計測部３で測定された培養容器２内の培地のｐＨをローパスフィルタで通過させた値が用いられる。
【００３０】
これは、培養容器２内のｐＨが、培養している細胞の増殖活動によるもの以外にも、培養容器２を保管するためのインキュベータ内のＣＯ２濃度にも依存するためである。インキュベータ内のＣＯ２濃度はインキュベータの扉の開閉などにより急激に降下するため、例えば、カットオフ周波数０．１Ｈｚのローパスフィルタを通過させることで、ＣＯ２濃度の影響に左右されず、培地交換のタイミングを正確に把握することができる。
【００３１】
なお、ローパスフィルタではなく、計測部３で計測された培地のｐＨを微分して算出した時間差分（微分値）からＣＯ２濃度の影響を把握して、このＣＯ２濃度の影響を除去したｐＨをｐＨ閾値と比較しても良い。この場合、ローパスフィルタによる時間遅れを無くすことができ、より早いタイミングで培地交換のタイミングを判断することができる。つまり、微分を行う場合は、計測部３で計測されたｐＨとして、計測部３で測定された培養容器２内の培地のｐＨをＣＯ２濃度の影響を除去する変換式で変換した値が用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の細胞培養装置および細胞培養方法は、再生医療や創薬分野で有用である。
【符号の説明】
【００３３】
１    細胞培養装置
２    培養容器
３    計測部
４    記録部
５    第１設定部
６    比較部
７    保持部
８    第２設定部
９    指示部
１０    交換機構
１１    制御部
【図１】
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【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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