(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の細胞培養単位をそれぞれ培養する複数の細胞培養部と、
各細胞培養部における各細胞培養単位の成熟度をそれぞれ評価する成熟度評価部と、
前記複数の細胞培養部のいずれか一つの細胞培養部において培養される複数の細胞培養単位の中に前記成熟度が予め設定された条件を満たしていない細胞培養単位が存在する場合、該条件を満たしていない細胞培養単位を、前記成熟度の大きさに基づいて、細胞培養単位の成熟度が異なる他の細胞培養部に移動させる対象として決定する移動対象細胞決定部と、
前記移動させる対象に決定された細胞培養単位を前記移動対象細胞決定部により決定された前記他の細胞培養部に移動させる細胞移動部と
を備え、
前記移動対象細胞決定部は、前記複数の細胞培養部の全ての細胞培養部について、前記移動させる対象に決定することによって、各細胞培養部において、複数の細胞培養単位の成熟度を揃え、
前記成熟度評価部が、各細胞培養単位の画像に基づいて取得された細胞個数、細胞密度、細胞の形状、細胞の大きさ、細胞の動作速度、細胞の増殖速度、細胞コロニーの数、細胞コロニーの大きさ、細胞コロニーの形状の情報、および各細胞培養単位の培地成分の解析によって取得された細胞から排出される成分の情報のうちの少なくとも１つに基づいて、各細胞培養単位の成熟度を評価し、
前記移動対象細胞決定部が、前記いずれか一つの細胞培養部において培養される全ての細胞培養単位の前記成熟度の平均値および標準偏差または分散を評価基準として算出し、各細胞培養単位の成熟度が算出した平均値および標準偏差または分散の範囲内であるか否かを判定することによって、前記予め設定された条件を満たしているか否かを決定することを特徴とする細胞培養装置。
【請求項２】
少なくとも２つの前記細胞培養部の培養条件がそれぞれ異なる請求項１記載の細胞培養装置。
【請求項３】
少なくとも２つの前記細胞培養部の培養開始時期がそれぞれ異なる請求項１または２記載の細胞培養装置。
【請求項４】
少なくとも２つの前記細胞培養部の培養速度に影響する培養条件がそれぞれ異なる請求項１から３いずれか1項記載の細胞培養装置。
【請求項５】
前記培養速度に影響する条件が、培地濃度、培地の種類、培地の交換頻度、足場材の種類、培地への足場材塗布濃度、温度、湿度、光源の種類、光源の照度、振盪条件、酸素濃度および二酸化炭素濃度のうちの少なくとも１つを含む請求項４記載の細胞培養装置。
【請求項６】
前記成熟度評価部が、２以上の倍率で前記細胞培養単位を撮影した画像に基づいて、前記成熟度を画像評価する請求項１から５いずれか１項記載の細胞培養装置。
【請求項７】
複数の細胞培養単位をそれぞれ培養する複数の細胞培養部と、
各細胞培養部における各細胞培養単位の成熟度をそれぞれ評価する成熟度評価部と、
前記複数の細胞培養部のいずれか一つの細胞培養部において培養される複数の細胞培養単位の中に前記成熟度が予め設定された条件を満たしていない細胞培養単位が存在する場合、該条件を満たしていない細胞培養単位を、前記成熟度の大きさに基づいて、細胞培養単位の成熟度が異なる他の細胞培養部に移動させる対象として決定する移動対象細胞決定部と、
前記移動させる対象に決定された細胞培養単位を前記移動対象細胞決定部により決定された前記他の細胞培養部に移動させる細胞移動部と
を備え、
前記移動対象細胞決定部は、前記複数の細胞培養部の全ての細胞培養部について、前記移動させる対象に決定することによって、各細胞培養部において、複数の細胞培養単位の成熟度を揃え、
前記成熟度評価部が、各細胞培養単位の画像に基づいて取得された細胞個数、細胞密度、細胞の形状、細胞の大きさ、細胞の動作速度、細胞の増殖速度、細胞コロニーの数、細胞コロニーの大きさ、細胞コロニーの形状の情報、および各細胞培養単位の培地成分の解析によって取得された細胞から排出される成分の情報のうちの少なくとも１つに基づいて、各細胞培養単位の成熟度を評価し、
前記細胞培養単位の培養期間と該培養期間に対応する成熟度の評価基準との関係が記憶された評価基準記憶部を備え、
前記移動対象細胞決定部が、現在の培養期間と前記関係とに基づいて、前記予め設定された条件として前記評価基準を取得することを特徴とする細胞培養装置。
【請求項８】
前記移動対象細胞決定部が、前記成熟度が前記予め設定された条件よりも低い細胞培養単位が存在する場合、該条件を満たしていない細胞培養単位を、前記いずれか一つの細胞培養部よりも培養開始時期が遅い細胞培養部に移動させる対象として決定する請求項１から７いずれか１項記載の細胞培養装置。
【請求項９】
前記移動対象細胞決定部が、前記成熟度が前記予め設定された条件よりも低い細胞培養単位が存在する場合、該条件を満たしていない細胞培養単位を、前記いずれか一つの細胞培養部よりも培養速度が速い培養条件の細胞培養部に移動させる対象として決定する請求項１から７いずれか１項記載の細胞培養装置。
【請求項１０】
前記細胞移動部が、前記予め設定された条件を満たしていない細胞培養単位が存在する場合、当該細胞培養単位の成熟度が廃棄対象とする評価値の範囲内であるか否かを判定し、廃棄対象とする評価値の範囲内である場合には、当該細胞培養単位を前記細胞培養部から除去する請求項１又は７記載の細胞培養装置。
【請求項１１】
前記移動させる対象に決定された細胞培養単位の情報を報知する報知部を備えた請求項１から１０いずれか１項記載の細胞培養装置。
【請求項１２】
前記細胞培養単位が、細胞コロニー単位、培養容器内のウェル単位または培養容器単位である請求項１から１１いずれか１項記載の細胞培養装置。
【請求項１３】
前記成熟度が予め設定された条件を満たしていない細胞培養単位を該条件に到達するまで培養を行う高速培養部を備えた請求項１から１２いずれか１項記載の細胞培養装置。
【請求項１４】
複数の細胞培養部において複数の細胞培養単位をそれぞれ培養し、
各細胞培養部における各細胞培養単位の成熟度をそれぞれ評価し、
前記複数の細胞培養単位のいずれか一つの細胞培養部において培養される複数の細胞培養単位の中に前記成熟度が予め設定された条件を満たしていない細胞培養単位が存在する場合、該条件を満たしていない細胞培養単位を、前記成熟度の大きさに基づいて、細胞培養単位の成熟度が異なる他の細胞培養部に移動させる対象の細胞培養単位として自動的に決定し、
前記移動させる対象に決定された細胞培養単位を決定された前記他の細胞培養部に移動させ、
前記複数の細胞培養部の全ての細胞培養部について、前記移動させる対象に決定することによって、各細胞培養部において、複数の細胞培養単位の成熟度を揃え、
各細胞培養単位の画像に基づいて取得された細胞個数、細胞密度、細胞の形状、細胞の大きさ、細胞の動作速度、細胞の増殖速度、細胞コロニーの数、細胞コロニーの大きさ、細胞コロニーの形状の情報、および各細胞培養単位の培地成分の解析によって取得された細胞から排出される成分の情報のうちの少なくとも１つに基づいて、各細胞培養単位の成熟度を評価し、
前記いずれか一つの細胞培養部において培養される全ての細胞培養単位の前記成熟度の平均値および標準偏差または分散を評価基準として算出し、各細胞培養単位の成熟度が算出した平均値および標準偏差または分散の範囲内であるか否かを判定することによって、前記予め設定された条件を満たしているか否かを決定することを特徴とする細胞培養方法。
【請求項１５】
複数の細胞培養部において複数の細胞培養単位をそれぞれ培養し、
各細胞培養部における各細胞培養単位の成熟度をそれぞれ評価し、
前記複数の細胞培養単位のいずれか一つの細胞培養部において培養される複数の細胞培養単位の中に前記成熟度が予め設定された条件を満たしていない細胞培養単位が存在する場合、該条件を満たしていない細胞培養単位を、前記成熟度の大きさに基づいて、細胞培養単位の成熟度が異なる他の細胞培養部に移動させる対象の細胞培養単位として自動的に決定し、
前記移動させる対象に決定された細胞培養単位を決定された前記他の細胞培養部に移動させ、
前記複数の細胞培養部の全ての細胞培養部について、前記移動させる対象に決定することによって、各細胞培養部において、複数の細胞培養単位の成熟度を揃え、
各細胞培養単位の画像に基づいて取得された細胞個数、細胞密度、細胞の形状、細胞の大きさ、細胞の動作速度、細胞の増殖速度、細胞コロニーの数、細胞コロニーの大きさ、細胞コロニーの形状の情報、および各細胞培養単位の培地成分の解析によって取得された細胞から排出される成分の情報のうちの少なくとも１つに基づいて、各細胞培養単位の成熟度を評価し、
前記細胞培養単位の培養期間と該培養期間に対応する成熟度の評価基準との関係が記憶されており、現在の培養期間と前記関係とに基づいて、前記予め設定された条件として前記評価基準を取得することを特徴とする細胞培養方法。
【請求項１６】
前記成熟度が予め設定された条件を満たしていない細胞培養単位を該条件に到達するまで前記いずれか一つの細胞培養部以外の場所で培養を行う請求項１４又は１５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、複数の細胞培養部において、複数の細胞コロニーをそれぞれ培養する細胞培養装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＥＳ（embryonic stem cell）細胞およびｉＰＳ（induced pluripotent stem cell）細胞を培養して皮膚や軟骨の細胞に分化誘導し、その分化誘導した細胞を用いて移植用の生体組織を形成する臨床研究が行われている。
【０００３】
このような移植用皮膚や移植用軟骨などを形成する際には、まず、生体から少量の細胞を採取し、採取した細胞からｉＰＳ細胞などの未分化細胞へ誘導し、得られた未分化細胞を培養する。そして、得られた細胞を皮膚や軟骨に分化誘導し、分化誘導された細胞をシート化したり、３次元的な構造に再配置したりして形成される。
【０００４】
一方、細胞の培養を行う際、その細胞の画像を撮像し、その画像に基づいて細胞の増殖能や品質を評価することが行われている。たとえば特許文献１においては、細胞を撮像した画像に基づいて細胞の培養状態を判定し、その判定結果に基づいて所定の培養操作を行うことが提案されている。また、特許文献２においても、細胞を撮像した画像を解析することによって、細胞の培養状態を示す形態的情報やその変化率情報などを取得することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００７／０５２７１６号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００９／０３１２８３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、上述したような移植用生体組織を形成する際、自家細胞および他家細胞を問わず、使用する細胞の培養過程において、個々の細胞の成熟度(増殖能や品質)にはばらつきがある。このようなばらつきのある細胞をシート化したり、３次元的な構造に再配置したりした場合、生体組織としての品質は悪いものとなってしまう。したがって、一定の品質を有する移植用生体組織を安定的に製品供給することは困難であるという問題がある。
【０００７】
なお、特許文献１および特許文献２には、上述したような問題を解決する方法については何も提案されていない。
【０００８】
本発明は、上記の問題に鑑み、一定の品質を有する移植用生体組織を安定的に製品供給することができる細胞培養装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の細胞培養装置は、複数の細胞培養単位をそれぞれ培養する複数の細胞培養部と、各細胞培養部における各細胞培養単位の成熟度をそれぞれ評価する成熟度評価部と、複数の細胞培養部のいずれか一つの細胞培養部において培養される複数の細胞培養単位の中に成熟度が予め設定された条件を満たしていない細胞培養単位が存在する場合、その条件を満たしていない細胞培養単位を、他の細胞培養部に移動させる対象として決定する移動対象細胞決定部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、上記本発明の細胞培養装置においては、少なくとも２つの細胞培養部の培養条件は、それぞれ異なることが望ましい。
【００１１】
また、少なくとも２つの細胞培養部の培養開始時期は、それぞれ異なることが好ましい。
【００１２】
また、少なくとも２つの細胞培養部の培養速度に影響する培養条件は、それぞれ異なることが好ましい。
【００１３】
また、培養速度に影響する条件は、培地濃度、培地の種類、培地の交換頻度、足場材の種類、培地への足場材塗布濃度、温度、湿度、光源の種類、光源の照度、振盪条件、酸素濃度および二酸化炭素濃度のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００１４】
また、成熟度評価部は、各細胞培養単位の画像に基づいて取得された細胞個数、細胞密度、細胞の形状、細胞の大きさ、細胞の動作速度、細胞の増殖速度、細胞コロニーの数、細胞コロニーの大きさ、細胞コロニーの形状の情報、および各細胞培養単位の培地成分の解析によって取得された細胞から排出される成分の情報のうちの少なくとも１つに基づいて、各細胞培養単位の成熟度を評価することができる。
【００１５】
また、成熟度評価部は、２以上の倍率で細胞培養単位を撮影した画像に基づいて、成熟度を画像評価することができる。
【００１６】
また、移動対象細胞決定部は、上記いずれか一つの細胞培養部において培養される全ての細胞培養単位の成熟度の標準偏差または分散を用いて、各細胞培養単位の成熟度が予め設定された条件を満たしているか否かを決定することができる。
【００１７】
また、細胞培養単位の培養期間とその培養期間に対応する成熟度の評価基準との関係が記憶された評価基準記憶部を設け、移動対象細胞決定部は、現在の培養期間と上記関係とに基づいて、予め設定された条件として評価基準を取得することができる。
【００１８】
また、移動対象細胞決定部は、成熟度が予め設定された条件よりも低い細胞培養単位が存在する場合、その条件を満たしていない細胞培養単位を、上記いずれか一つの細胞培養部よりも培養開始時期が遅い細胞培養部に移動させる対象として決定することができる。
【００１９】
また、移動対象細胞決定部は、成熟度が予め設定された条件よりも低い細胞培養単位が存在する場合、その条件を満たしていない細胞培養単位を、上記いずれか一つの細胞培養部よりも培養速度が速い培養条件の細胞培養部に移動させる対象として決定することができる。
【００２０】
また、移動させる対象に決定された細胞培養単位を他の細胞培養部に移動させる細胞移動部を設けることができる。
【００２１】
また、細胞移動部は、予め設定された条件および予め設定された条件とは異なる条件の両方を満たしてない細胞培養単位が存在する場合、その両方の条件を満たしていない細胞培養単位を細胞培養部から除去することができる。
【００２２】
また、移動させる対象に決定された細胞培養単位の情報を報知する報知部を設けることができる。
【００２３】
また、細胞培養単位は、細胞コロニー単位、培養容器内のウェル単位または培養容器単位とできる。
【００２４】
また、成熟度が予め設定された条件を満たしていない細胞培養単位をその条件に到達するまで培養を行う高速培養部をさらに設けることができる。
【００２５】
本発明の細胞培養方法は、複数の細胞培養部において複数の細胞培養単位をそれぞれ培養し、各細胞培養部における各細胞培養単位の成熟度をそれぞれ評価し、複数の細胞培養部のいずれか一つの細胞培養部において培養される複数の細胞培養単位の中に成熟度が予め設定された条件を満たしていない細胞培養単位が存在する場合、その条件を満たしていない細胞培養単位を、他の細胞培養部に移動させる対象の細胞培養単位として自動的に決定することを特徴とする。
【００２６】
また、上記本発明の細胞培養方法においては、成熟度が予め設定された条件を満たしていない細胞培養単位をその条件に到達するまで細胞培養部以外の場所で培養することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の細胞培養装置および方法によれば、複数の細胞培養部において複数の細胞培養単位をそれぞれ培養し、各細胞培養部における各細胞培養単位の成熟度をそれぞれ評価する。そして、同一の細胞培養部において培養される複数の細胞培養単位の中に成熟度が予め設定された条件を満たしていない細胞培養単位が存在する場合、その条件を満たしていない細胞培養単位を、他の細胞培養部に移動させる対象の細胞培養単位として決定する。
【００２８】
したがって、同一の細胞培養部において培養される複数の細胞培養単位の中に成熟度が低いまたは成熟度が高い細胞培養単位が存在する場合、上記決定に基づいてその細胞培養単位を、細胞培養単位の成熟度が異なる他の細胞培養部へ移動させることによって、各細胞培養部において、複数の細胞培養単位の成熟度を揃えることができる。これにより、各細胞培養部によって培養された複数の細胞培養単位を用いて、上述した移植用生体組織を形成するようにすれば、一定の品質を有する移植用生体組織を安定的に製品供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の細胞培養装置の第１の実施形態の概略構成を示すブロック図
【図２】複数のウェルを有する培養容器の一例を示す図
【図３】培養期間とその培養期間に対応する閾値との関係を表す関数の一例を示す図
【図４】本発明の細胞培養装置の第１の実施形態の作用を説明するためのフローチャート
【図５】第１〜第３の細胞培養部における細胞コロニーの播種開始から培養後の細胞コロニーのシート化およびパッケージ出荷までの流れを模式的に示す図
【図６】第１の実施形態の細胞培養装置における細胞培養部間のウェル（細胞培養単位）の移動を説明するための図
【図７】第２の実施形態の細胞培養装置における細胞培養部間のウェル（細胞培養単位）の移動を説明するための図
【図８】本発明の細胞培養装置のその他の実施形態の概略構成を示すブロック図
【図９】浮遊培養を行う場合の実施形態の概略構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の細胞培養装置および方法の第１の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の細胞培養装置１の概略構成を示すブロック図である。
【００３１】
本実施形態の細胞培養装置１は、図１に示すように、第１〜第３の細胞培養部１０，２０，３０と、撮像部４０と、成熟度評価部５０と、移動対象細胞決定部６０と、制御部７０と、表示部８０と、入力部９０とを備えている。
【００３２】
第１〜第３の細胞培養部１０，２０，３０は、細胞の培養を行うものである。培養対象の細胞としては、所定の培養条件下で、増殖するものであれば、由来する動物種や臓器および組織の種類を問わず任意の細胞を用いることができる。具体的な例としては、ヒトまたはヒト以外の動物（例えば、サル、ブタ、イヌ、ラットまたはマウス等）由来の肝臓、膵臓、腎臓、神経、皮膚または脂肪等から採取される初代細胞、Ｏｃｔ−４、Ｓｏｘ２、Ｋｌｆ４およびｃ−Ｍｙｃの４因子を導入して初期化したマウスｉＰＳ細胞、Ｏｃｔ−４、Ｓｏｘ２およびＫｌｆ４の３因子で初期化したマウスｉＰＳ細胞、ＯＣＴ−４、ＳＯＸ２、ＮＡＮＯＧおよびＬＩＮ２８の４遺伝子を胎児肺由来の線維芽細胞や新生児包皮由来の線維芽細胞へ導入し初期化したヒトｉＰＳ細胞、ＯＣＴ−４、ＳＯＸ２、ＮＡＮＯＧおよびＬＩＮ２８の４遺伝子を胎児肺由来の線維芽細胞や新生児包皮由来の線維芽細胞へ導入し初期化したヒトｉＰＳ細胞、未分化な幹細胞、胚由来のＥＳ細胞、血管内皮細胞、樹立されている株化細胞、またはこれらに遺伝子操作等を施した細胞等であって、分化誘導された神経、皮膚、心筋または肝臓などの細胞やがん細胞等を好ましく用いることができる。
【００３３】
各細胞培養部１０，２０，３０内には、培養対象の細胞を培地に播種した培養容器が１または複数収容されている。なお、本実施形態における第１〜第３の細胞培養部１０，２０，３０の基本的な構成は同じであるので、ここでは第１の細胞培養部１０の構成の説明を中心に行う。第１の細胞培養部１０は、ステージ１１と、搬送部１２と、細胞移動部１３と、制御部１４とを備えている。
【００３４】
ステージ１１は、培養対象の細胞が播種された培養容器が設置されるものである。図２は、本実施形態において用いられる培養容器２の一例を示している。本実施形態において用いられる培養容器２は、図２に示すように、複数のウェルＷ１〜Ｗ６を備えたウェルプレートである。ウェルＷ１〜Ｗ６には、それぞれ培地と１または複数の培養対象の細胞コロニーが収容されており、この各ウェルＷ１〜Ｗ６内において細胞コロニーが培養される。なお、本実施形態においては、この各ウェルＷ１〜Ｗ６のそれぞれが、本発明における細胞培養単位に相当する。また、ステージ１１は、培養容器２を振盪させる機構を備えていてもよい。
【００３５】
搬送部１２は、撮像部４０によって培養容器２における各ウェル内の細胞コロニーの画像を撮像する際、第１の細胞培養部１０から撮像部４０における撮像位置まで培養容器２を搬送するものである。搬送部１２の具体的な構成としては、たとえば回転ステージとその回転ステージを回転させる駆動機構とを備えたものとし、上述したステージ１１から回転ステージに移動させた培養容器２を、駆動機構によって回転ステージを回転させることによって撮像部４０まで搬送する構成としてもよいし、搬送ベルトとその駆動機構とを備えたものとし、搬送ベルトによって培養容器２を撮像部４０まで搬送する構成としてもよい。また搬送ロボットを備えたものとし、搬送ロボットによって培養容器２を撮像部４０まで搬送する構成としてもよい。
【００３６】
細胞移動部１３は、成熟度評価部５０における各ウェルＷ１〜Ｗ２内の細胞コロニーの成熟度の評価結果に基づいて、成熟度が予め設定された条件を満たしていないウェルが存在する場合には、そのウェルを他の細胞培養部に移動させるものである。また、細胞移動部１３は、ウェルの成熟度が予め設定された条件よりも大きくはずれている場合や、移動先の細胞培養部が存在しない場合には、そのウェル内の細胞コロニーを廃棄用の容器（図示省略）に移動させて廃棄するものである。なお、移動先の細胞培養部が存在しない場合については、後で詳述する。
【００３７】
細胞移動部１３の具体的な構成としては、たとえばロボットアームを備えたものとし、そのロボットアームによってウェルを選択して他の細胞培養部に移動させるようにすればよい。各ウェルの移動方法としては、たとえば培養容器２の各ウェルＷ１〜Ｗ６が取り外し可能な構成である場合には、そのウェルをロボットアームによって掴んで移動させるようにしてもよいし、または各ウェルＷ１〜Ｗ２内における細胞コロニーを培地とともに吸引機構によって吸い上げ、その吸い上げた細胞コロニーをロボットアームによって他の細胞培養部に移動させるようにしてもよい。なお、移動対象のウェルは、移動対象細胞決定部６０によって決定されるが、その決定方法については、後で詳述する。
【００３８】
制御部１４は、第１の細胞培養部１０全体を制御するものであり、第１の細胞培養部１０における培養開始から培養終了までの動作を制御するものである。具体的には、制御部１４は、第１の細胞培養部１０内の温度、湿度、使用する光源の種類、光源の照度、酸素濃度、二酸化炭素濃度およびステージ１１の振盪条件などの培養条件を制御するものである。なお、これらの培養条件を調整するための構成については、公知な構成を用いることができる。また、制御部１４は、上述した搬送部１２や細胞移動部１３の動作も制御するものである。
【００３９】
第２の細胞培養部２０および第３の細胞培養部３０は、上述したように基本的な構成は第１の細胞培養部１０と同じである。すなわち、ステージ１１，２１，３１の構成は同じであり、搬送部１２，２２，３２の構成は同じであり、細胞移動部１３，２３，３３の構成は同じであり、制御部１４，２４，３４の構成は同じである。
【００４０】
撮像部４０は、培養容器２の各ウェルＷ１〜Ｗ６の画像を撮像するものである。撮像部４０は、各ウェルＷ1〜Ｗ６を撮像して画像信号を出力する光学系４１と、光学系４１を制御する制御部４２とを備えている。
【００４１】
光学系４１は、位相差顕微鏡、微分干渉顕微鏡または明視野顕微鏡などの顕微鏡を備えたものである。これらの顕微鏡は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）センサやＣＣＤ（charge-coupled device）センサなどの撮像素子を備えており、この撮像素子から各ウェルＷ1〜Ｗ６内を撮像した画像信号が出力される。
【００４２】
制御部４２は、撮像部４０全体を制御するものであるが、特に、本実施形態においては、制御部４２は、光学系４１の光学倍率を制御するものである。光学系４１の光学倍率の制御については、後で詳述する。
【００４３】
成熟度評価部５０は、撮像部４０において撮像された各ウェルＷ１〜Ｗ６の画像が入力され、その画像に基づいて、画像内に含まれる細胞コロニーの成熟度を評価するものである。具体的には、本実施形態の成熟度評価部５０は、各ウェルＷ１〜Ｗ６を撮像した画像内に含まれる細胞コロニーを特定し、その細胞コロニーの大きさを成熟度の評価値として取得するものである。細胞コロニーの大きさとしては、たとえば細胞コロニーの面積、周囲長、最大径などを取得することができる。なお、細胞コロニーの特定方法としては、撮像された画像を輝度の閾値を用いて２値化することによって細胞コロニーを特定することができるが、その他の公知な方法を用いるようにしてもよい、また、細胞コロニーの大きさの計測方法についても、既に公知な方法を用いることができる。
【００４４】
また、成熟度評価部５０は、１つのウェル内に複数の細胞コロニーが含まれる場合には、その複数の細胞コロニーの大きさの平均値、最大値、最小値または中央値などを評価値として取得するものである。ただし、本実施形態のように各ウェルを細胞培養単位とする場合、各ウェル内に１つの細胞コロニーを播種することが望ましい。また、複数の細胞コロニーを播種する場合には、それらの細胞コロニーが結合しないような配置で播種することが、成熟度の評価精度の点からは好ましい。
【００４５】
また、本実施形態においては、細胞コロニーの成熟度の評価値として細胞コロニーの大きさを取得するようにしたが、細胞コロニーの大きさに限らず、その他の特徴量を成熟度の評価値として取得するようにしてもよい。たとえば、細胞コロニー内の細胞個数、細胞コロニーよりも小さい単位面積当たりの細胞個数（細胞密度）、細胞の形状、細胞の大きさ、細胞の動作速度、細胞の単位時間当たりの増殖数（増殖速度）、ウェル内における細胞コロニーの数および細胞コロニーの形状の情報を評価値として取得するようにしてもよい。
【００４６】
細胞コロニー内の細胞個数や細胞密度を評価として取得する場合には、たとえば細胞内に含まれる核や核小体に着目して細胞の数をカウントするようにしてもよい。この際、たとえば核を１つ含む細胞や、複数の核を有する細胞や、核小体を有する細胞などに限定してカウントするようにしてもよい。
【００４７】
細胞の大きさを評価値として取得する場合には、ウェル内に含まれる細胞の面積、周囲長、最大径の平均値、最大値、最小値または中央値などを評価値として取得するようにすればよい。また、細胞の動作速度についても、ウェル内に含まれる細胞の動作速度の平均値、最大値、最小値または中央値などを評価値として取得するようにすればよい。細胞の動作速度を計測する方法としては、たとえば時系列に同じウェルを撮像した２つの画像に含まれる個々の細胞について、パターンマッチングなどを用いて同じ細胞同士を対応付け、その対応付けられた細胞同士の直線移動距離を撮像間隔で除算して求めるようにすればよい。
【００４８】
また、細胞の増殖速度については、時系列に撮像された同じウェルを撮像した２つの画像に含まれる細胞の個数をそれぞれ計測し、２つの画像に含まれる細胞の個数の差を撮像間隔で除算して取得するようにすればよい。
【００４９】
また、細胞の形状については、ウェルの画像に含まれる個々の細胞の円形度を算出し、その円形度の平均値、最大値、最小値または中央値などを評価値として取得するようにすればよい。また、円形度に限らず、培養対象の細胞の種類毎に細胞の形状パターンを予め記憶しておき、画像の含まれる個々の細胞と上記形状パターンとの類似度を算出し、その類似度の平均値、最大値、最小値または中央値などを評価値として取得するようにすればよい。培養対象の細胞の種類情報については、たとえばユーザが入力部９０を用いて設定入力すればよい。
【００５０】
また、たとえば細胞コロニーの画像の輝度や、均一性や粗さなどのテクスチャを成熟度の評価値として取得するようにしてもよい。たとえば培養対象の細胞が幹細胞である場合には、その成熟度が進行すると幹細胞の密集度が高くなり、さらに幹細胞が積層されて、画像の輝度が次第に高くなる。したがって、輝度が高いほど成熟度が進行しているといえる。
【００５１】
また、成熟度が進行して上述したように幹細胞が増殖して積層された状態となった場合、画像の均一性が高くなり、また凹凸の少ない滑らかな画像となる。したがって、画像の均一性が高い、または画像が滑らかであるほど成熟度が進行しているといえる。画像の均一性や滑らかさの特徴量の取得方法については、既に公知な手法を用いることができる。
【００５２】
また、成熟度の評価値として、細胞コロニーの形状の特徴量を取得するようにしてもよい。細胞の成熟度が進行すると細胞コロニーの形状は次第に円形に近づいた後、周辺部分の分化が進行してエッジの複雑度が大きくなる。したがって、このような細胞コロニーの形状の変化の特徴量を成熟度の評価値として取得することができる。
【００５３】
なお、本実施形態においては、成熟度評価部５０が、各ウェルＷ１〜Ｗ６の画像を解析することによって、上述した細胞コロニーの大きさなどの情報を取得するようにしたが、必ずしも成熟度評価部５０で画像解析を行わなくてもよく、成熟度評価部５０が、画像解析の結果を取得し、その結果に基づいて、成熟度の評価値を算出するようにしてもよい。
【００５４】
また、成熟度の評価値を算出するために用いられる情報は、上述したような画像解析の結果に限らず、たとえば、成熟度評価部５０が、各ウェルＷ１〜Ｗ６の培地成分の解析によって取得された細胞から排出される成分の情報を取得し、その情報に基づいて成熟度の評価値を算出するようにしてもよい。細胞から排出される成分は、たとえば培地交換時に交換される古い培地の成分を解析することによって取得することができる。具体的には、古い培地成分の電気抵抗を計測したり、試薬の反応を解析したりすることによって、細胞から排出される成分の情報を取得することができる。細胞から排出される成分が多いほど成熟度が進んでいるといえる。
【００５５】
また、成熟度の評価値として、細胞コロニーの厚さの特徴量を取得するようにしてもよい。細胞の成熟度が進行すると細胞コロニーは次第に厚くなっていく。したがって、このような細胞コロニーの厚さの特徴量を成熟度の評価値として取得することができる。幹細胞コロニーの厚さについては、たとえば、図示省略したＯＣＴ（Optical Coherence Tomography:光干渉断層計）などの干渉計を用いて計測することができる。
【００５６】
また、本実施形態の成熟度評価部５０は、後で詳述する低倍率画像から評価値を取得する際には、細胞コロニー単位での評価値を取得し、高倍率画像から評価値を取得する際には、個々の細胞単位での評価値を取得するものである。具体的には、低倍率画像から評価値を取得する際には、たとえば、細胞コロニーの大きさ、細胞コロニーの数、細胞コロニーの形状の特徴量（円形度や離心率など）、細胞コロニーの画像の平均輝度、細胞コロニーの画像の均一性や粗さ、または細胞コロニーの画像の平均エッジ強度などを評価値として取得する。
【００５７】
一方、成熟度評価部５０は、高倍率画像から評価値を取得する際には、たとえば、細胞コロニー内の細胞個数、細胞密度、細胞の大きさ、細胞の動作速度、細胞の増殖速度、または細胞の形状の特徴量などを評価値として取得する。
【００５８】
移動対象細胞決定部６０は、成熟度評価部５０において取得された各ウェルの成熟度の評価値が入力され、その入力された評価値と予め設定された条件とを比較し、その評価値が予め設定された条件を満たすかどうか判定するものである。具体的には、本実施形態の移動対象細胞決定部６０は、各ウェルの成熟度の評価値が、所定の閾値で規定される範囲内であるか否かを判定するものである。
【００５９】
上述した閾値については、たとえば図３に示すような培養期間とその培養期間に応じた閾値（本発明の評価基準に相当する）との関係を表す関数などを移動対象細胞決定部６０に予め記憶しておき、移動対象細胞決定部６０が、現在の培養期間に基づいて上記関数を参照することによって閾値を取得するようにすればよい。なお、上記関数については、細胞培養装置１とは別のデータベースとして設けられた評価基準記憶部４などに記憶しておき、この評価基準記憶部４から読み出すようにしてもよい。
【００６０】
また、上記関数を細胞の種類毎に記憶しておき、培養対象の細胞の種類に応じた関数を用いるようにしてもよい。培養対象の細胞の種類の情報については、たとえばユーザが入力部９０を用いて設定入力すればよい。また、現在の培養期間については、たとえばタイマーなどを設けて計測してもよいし、ユーザが入力部９０を用いて設定入力してもよい。
【００６１】
また、上述した閾値のような評価基準を取得する方法としては、上記のような関数を用いる方法の他に、同一の細胞培養部において培養される全ての細胞培養単位の評価値の平均値および標準偏差または分散、すなわち本実施形態の場合、同一の細胞培養部において培養される全てのウェルの評価の平均値および標準偏差または分散を評価基準として算出し、各ウェルの成熟度の評価値が、算出した標準偏差または分散の範囲内であるか否かを判定するようにしてもよい。なお、成熟度の評価値と閾値との比較については、後で詳述する。
【００６２】
そして、移動対象細胞決定部６０は、たとえば第１の細胞培養部１０において培養された培養容器２内のウェルＷ１〜Ｗ６のうち、その評価値が閾値で規定される範囲内に含まれないウェルがある場合には、そのウェルを他の第２または第３の細胞培養部２０，３０に移動させる対象として決定するものである。移動対象細胞決定部６０において移動対象と決定されたウェルの位置情報は、制御部７０に出力される。なお、移動対象のウェルの決定方法については、後で詳述する。
【００６３】
制御部７０は、細胞培養装置１全体を制御するものである。特に、本実施形態の制御部７０は、移動対象細胞決定部６０において移動対象と決定されたウェルの位置情報を取得し、その位置情報に基づいて、第１、第２または第３の細胞培養部１０，２０，３０の制御部１４，２４，３４に制御信号を出力し、移動対象のウェルを他の細胞培養部に移動させるよう制御するものである。
【００６４】
また、制御部７０は、表示制御部７１を備えている。表示制御部７１は、撮像部４０において撮像された画像を表示部８０に表示させたり、成熟度評価部５０における評価結果および移動対象細胞決定部６０において移動対象と決定されたウェルの位置情報を表示部８０に表示させたりするものである。表示部８０は、液晶ディスプレイなどの表示デバイスによって構成されるものである。
【００６５】
移動対象と決定されたウェルの位置情報の表示方法としては、たとえば図２に示すような培養容器２全体とウェルＷ１〜Ｗ６の模式図を表示部８０に表示させ、移動対象と決定されたウェルの範囲のみをその他のウェルの範囲とは色を変えて表示するなど異なる表示態様とすればよい。このような表示を行うことによって、ユーザに対して移動対象のウェルを報知することができる。
【００６６】
本実施形態においては、上述したように移動対象のウェルを自動的に移動させるようにしているが、上述したような表示を行うことによってユーザが手動でウェルを移動させるようにしてもよい。
【００６７】
なお、本実施形態においては、表示制御部７１が、本発明における報知部に相当するものである。ユーザに対して移動対象のウェルを報知する方法としては、上述したような表示限らず、たとえば移動対象のウェルの位置を示すランプを点灯させたり、ウェルの位置を音声で知らせたりしてもよい。また、培養容器２が設置されるステージ１１上に表示部やランプなどを設け、その表示部やランプによって移動対象のウェルの位置をユーザに知らせるようにしてもよい。この場合、たとえば図２に示すような模式的な培養容器の表示上に培養容器２を設置し、培養容器２内のウェルの位置と移動対象のウェルの位置とが対応づけられるような構成とすることが望ましい。
【００６８】
入力部９０は、マウスやキーボードなどを備えたものであり、ユーザによる設定入力を受け付けるものである。本実施形態における入力部９０は、上述した評価基準の設定および変更の入力を受け付けたり、また、第１〜第３の細胞培養部１０，２０，３０の培養条件を変更する場合に、その培養条件の変更の入力を受け付けたりするものである。なお、表示部８０をタッチパネルとし、タッチパネル画面を押圧することによって設定入力するように、表示部８０が入力部９０を兼ねていてもよい。
【００６９】
次に、本実施形態の細胞培養装置１の作用について、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、ここでは、細胞コロニーの播種開始から培養後の細胞コロニーのシート化およびパッケージ出荷までの流れを説明するが、主に、培養途中における細胞コロニーの成熟度の評価およびその評価結果に基づくウェルの移動について説明する。
【００７０】
図５は、第１〜第３の細胞培養部１０，２０，３０における細胞コロニーの播種開始から培養後の細胞コロニーのシート化およびパッケージ出荷までの流れを模式的に示したものであり、図５の左から右に向かって時間が経過しているものとする。また、図６は、細胞培養部間におけるウェル（細胞培養単位）の移動をより分かりやすく示した図である。なお、図５および図６においては、細胞培養部間におけるウェルの移動をライン間移動と示している。
【００７１】
まず、第１〜第３の細胞培養部１０，２０，３０にそれぞれ設置された培養容器２の各ウェルに細胞コロニーが播種されるが、本実施形態においては、細胞培養部毎に細胞コロニーの播種の時期をずらすようにする（Ｓ１０）。このよう播種の時期をずらすことによって、所定の時点における培養期間を細胞培養部毎にずらすことができる。すなわち、第１の細胞培養部１０において細胞コロニーを播種した後、一定期間ｄ後に第２の細胞培養部２０において細胞コロニーを播種し、さらにその一定期間ｄ後に第３の細胞培養部３０において細胞コロニーを播種する。
【００７２】
なお、本実施形態では、第１〜第３の細胞培養部１０，２０，３０を設けるようにしているが、すなわち３つの細胞培養部を設けるようにしているが、３つ以上の細胞培養部を設けるようにしてもよく、その場合も、一定期間ｄだけずらしながら各細胞培養部において細胞コロニーが播種される。また、各細胞培養部の播種開始から培養終了までの期間は全て同じ期間とする。
【００７３】
そして、第１〜第３の細胞培養部１０，２０，３０のそれぞれにおいて、播種開始から所定期間毎に培養容器２の各ウェルの細胞コロニーの成熟度が評価される。なお、播種開始からの成熟度の評価の間隔については、第１〜第３の細胞培養部１０，２０，３０で同じ間隔としてもよいし、異なる間隔としてもよい。また、図５に示すように、成熟度の評価の時期は、培養容器２に対して何らかの培養操作Ａ〜Ｃを行う時期に合わせ、それらの操作を実行する前または後に評価することが望ましい。培養操作としては、たとえば培地の交換や追加などがあるがその他の操作でもよい。図６は、第１〜第３の細胞培養部１０，２０，３０のそれぞれにおいて、１日毎に成熟度の評価を行う例を示している。以下、各ウェルの細胞コロニーの成熟度の評価方法について具体的に説明する。
【００７４】
まず、細胞培養部内に設置された培養容器２が、搬送部１２によって撮像部４０まで搬送され、培養容器２の各ウェルの画像が撮像される（Ｓ１２）。このときの光学系４１の倍率は低倍率に設定され、たとえば４倍程度に設定される。
【００７５】
そして、撮像部４０において低倍率で撮像された各ウェルの画像信号は成熟度評価部５０に入力され、成熟度評価部５０は、各ウェルの画像信号に基づいてそれぞれの成熟度の評価値を取得する（Ｓ１４）。具体的には、本実施形態では、各ウェルの画像信号に含まれる細胞コロニーの大きさが成熟度の評価値として取得される。
【００７６】
成熟度評価部５０によって取得された各ウェルの評価値は、移動対象細胞決定部６０に出力され、移動対象細胞決定部６０は、まず、各ウェルの評価値が、図３に示す第１の上側閾値と第１の下側閾値との間の第１の閾値範囲に含まれるか否かを判定する（Ｓ１６）。そして、評価値が第１の閾値範囲内である場合には（Ｓ１６，ＹＥＳ）、その評価値を有するウェル内の細胞コロニーは正常に成熟しているものとして、そのまま現在の細胞培養部において培養を継続する。
【００７７】
一方、評価値が第１の閾値範囲内に含まれない場合には（Ｓ１６，ＮＯ）、移動対象細胞決定部６０は、さらにその評価値が、図３に示す第２の上側閾値と第２の下側閾値との間の第２の閾値範囲に含まれるか否かを判定する（Ｓ１８）。そして、評価値が第２の閾値範囲内に含まれない場合には、その評価値を有するウェル内の細胞コロニーは正常に成熟していないものとして、そのウェルを移動対象として決定する（Ｓ２４）。なお、評価値と第１の閾値範囲または第２の閾値範囲とを比較した際、評価値がこれらの閾値範囲から大きく外れる場合には、その評価値を有するウェル内の細胞コロニーは廃棄するようにしてもよい。廃棄対象とする評価値の範囲については、予め設定するようにすればよい。また、細胞コロニーの廃棄については、上述したように細胞移動部１３によって行われる。
【００７８】
一方、Ｓ１８において、評価値が第２の閾値範囲内である場合には（Ｓ１８，ＹＥＳ）、その評価値を有するウェルをさらに高倍率で撮像する（Ｓ２０）。なお、このときの倍率としては、たとえば２０倍程度に設定するようにすればよい。このように高倍率で撮像する場合には、１回の撮像ではウェルの全範囲を撮像することができないので、ウェルの範囲を複数の撮像範囲に分割し、その撮像範囲毎に撮像が行われる。本実施形態では、上述した２段階の閾値範囲を用いた判定を行うことによって、高倍率撮像の対象のウェルを絞り込むことができるので、撮像時間を短縮することができる。
【００７９】
そして、高倍率でウェルを撮像した画像信号が成熟度評価部５０に出力され、成熟度評価部５０は、入力された画像信号に基づいて評価値を再度算出する。先に低倍率画像に基づいて評価値を算出した場合には、細胞コロニーの大きさを評価値としたが、すなわち細胞コロニー単位で評価値を取得するようにしたが、高倍率画像に基づいて評価値を算出する際には、個々の細胞単位で評価値を取得する。具体的には、本実施形態においては、たとえば細胞数や細胞密度を評価値として取得する。
【００８０】
成熟度評価部５０によって再度取得されたウェルの評価値は、移動対象細胞決定部６０に出力され、移動対象細胞決定部６０は、その評価値が、第３の閾値範囲（図示せず）に含まれるか否かを判定する（Ｓ２２）。なお、第３の閾値範囲も評価値の種類に応じて予め設定されているものとする。
【００８１】
そして、評価値が第３の閾値範囲内である場合には（Ｓ２２，ＹＥＳ）、その評価値を有するウェル内の細胞コロニーは正常に成熟しているものとして、そのまま現在の細胞培養部において培養を継続する。
【００８２】
一方、そして、評価値が第３の閾値範囲内に含まれない場合には（Ｓ２２，ＮＯ）、その評価値のウェル内の細胞コロニーは正常に成熟していないものとして、そのウェルを移動対象として決定する（Ｓ２４）。なお、評価値と第３の閾値範囲とを比較した際、評価値がこれらの閾値範囲から大きく外れる場合には、その評価値を有するウェル内の細胞コロニーは廃棄するようにしてもよい。廃棄対象とする評価値の範囲については、予め設定するようにすればよい。
【００８３】
上述したようにして、第１〜第３の細胞培養部１０，２０，３０のそれぞれにおいて、培養容器２内の各ウェルの成熟度の評価値が取得され、その評価値に基づいて移動対象のウェルであるか否かが決定される。
【００８４】
そして、移動対象であると決定されたウェルは、その評価値の大きさによって他の細胞培養部に移動される。具体的には、たとえば図６に示すように、播種時期が最も早い第１の細胞培養部１０の２日目の評価において、所定のウェルＷＸの評価値が、第２の閾値範囲よりも小さいまたは第３の閾値範囲よりも小さい場合には、すなわちウェルＷＸの成熟度が予め設定された条件よりも低い場合には、そのウェルＷＸは、第２の細胞培養部２０または第３の細胞培養部３０に移動される。すなわち、第１の細胞培養部１０よりも残りの培養期間が長い第２の細胞培養部２０または第３の細胞培養部３０に移動される。これによりウェルＷＸの細胞コロニーについても十分な大きさまで培養することができる。なお、第２の細胞培養部２０に移動させるか第３の細胞培養部３０に移動させるかについては、評価値の大きさに基づいて決定するようにすればよい。
【００８５】
また、たとえば第１の細胞培養部１０におけるウェルＷＸの成熟度が、第２の閾値範囲よりも大きいまたは第３の閾値範囲よりも大きい場合には、すなわちウェルＷＸの成熟度が予め設定された条件よりも高い場合には、成熟度を調整するための細胞培養部が存在しないため廃棄する。
【００８６】
また、たとえば図６に示すように、播種時期が２番目に早い第２の細胞培養部２０の３日目の評価において、所定のウェルＷＹの評価値が、第２の閾値範囲よりも大きいまたは第３の閾値範囲よりも大きい場合には、すなわちウェルＷＹの成熟度が予め設定された条件よりも高い場合には、そのウェルＷＹは、第１の細胞培養部１０に移動される。すなわち、第２の細胞培養部２０よりも残りの培養期間が短い第１の細胞培養部１０に移動される。これによりウェルＷＹの細胞コロニーの成長を抑制することができる。
【００８７】
一方、第２の細胞培養部２０の３日目の評価において、所定のウェルＷＹの評価値が、第２の閾値範囲よりも小さいまたは第３の閾値範囲よりも小さい場合には、すなわちウェルＷＹの成熟度が予め設定された条件よりも低い場合には、そのウェルＷＹは、第３の細胞培養部３０に移動される。すなわち、第２の細胞培養部２０よりも残りの培養期間が長い第３の細胞培養部３０に移動される。ウェルＷＹの細胞コロニーについても十分な大きさまで培養することができる。
【００８８】
播種時期が最も遅い第３の細胞培養部２０の所定時期の評価において、所定のウェルＷＺ（図示省略）の評価値が、第２の閾値範囲よりも大きいまたは第３の閾値範囲よりも大きい場合には、すなわちウェルＷＺの成熟度が予め設定された条件よりも高い場合には、そのウェルＷＺは、第２の細胞培養部２０に移動される。すなわち、第３の細胞培養部３０よりも残りの培養期間が短い第２の細胞培養部２０に移動される。これによりウェルＷＹの細胞コロニーの成長を抑制することができる。
【００８９】
なお、第３の細胞培養部３０におけるウェルＷＺの成熟度が、第２の閾値範囲よりも小さいまたは第３の閾値範囲よりも小さい場合には、すなわちウェルＷＺの成熟度が予め設定された条件よりも低い場合には、成熟度を調整するための細胞培養部が存在しないため廃棄する。
【００９０】
上述したようにして移動対象のウェルの評価値の大きさに基づいて細胞培養部間でウェルを移動させることによって、各細胞培養部１０，２０，３０に設置された各培養容器２内における各ウェル内の細胞コロニーの成熟度を揃えることができる。
【００９１】
そして、第１〜第３の細胞培養部１０，２０，３０において、それぞれ播種開始から培養終了までの期間が終了した場合には、培養容器２内の各ウェルの細胞コロニーはマージされてシート化され、その後、パッケージされて出荷される。
【００９２】
なお、上記実施形態においては、低倍率と高倍率の２つの倍率で撮像を行うようにしたが、２つに限らず、２以上の倍率で撮像し、その倍率に応じた成熟度の評価値および閾値範囲で判定を行うようにしてもよい。
【００９３】
次に、本発明の細胞培養装置および方法の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の細胞培養装置３は、基本的な構成については、図１に示した第１の実施形態の細胞培養装置１と同様である。第１の実施形態の細胞培養装置１においては、第１〜第３の細胞培養部１０，２０，３０における播種開始時期をずらすことによって、各細胞培養部の所定の時点における細胞コロニーの成熟度が異なるようにしている。これに対し、第２の実施形態の細胞培養装置３は、第１〜第３の細胞培養部１０，２０，３０のそれぞれの培養速度を異なる速度とすることによって、各細胞培養部の所定の時点における細胞コロニーの成熟度が異なるようにしている。
【００９４】
具体的には、第２の実施形態の細胞培養装置３においては、第１〜第３の細胞培養部１０，２０，３０内にそれぞれ設置される各培養容器２に用いられる培養液（培地）の濃度を異なる濃度とする。たとえば第１の細胞培養部１０内の培養容器２の培養液の濃度を相対的に低濃度とし、第２の細胞培養部２０内の培養容器２の培養液の濃度を相対的に中濃度とし、第３の細胞培養部３０内の培養容器２の培養液の濃度を相対的に高濃度とする。これにより第１の細胞培養部１０は低速培養を行うものとなり、第２の細胞培養部２０は中速培養を行うものとなり、第３の細胞培養部３０は高速培養を行うものとなる。なお、その他の構成については、第１の実施形態の細胞培養装置１と同様である。
【００９５】
また、本実施形態の細胞培養装置３では、各細胞培養部における培養液の濃度の条件が異なるようにしたが、これに限らず、その他の培養条件が異なるようにしてもよい。具体的には、細胞コロニーの培養速度に影響する条件であれば如何なる条件でもよく、たとえば培地の種類、培地の交換頻度、足場材の種類、培地への足場材塗布濃度、温度、湿度、使用する光源の種類、光源の照度、ステージの振盪条件、酸素濃度または二酸化炭素濃度などの条件がある。これらの条件のうちの少なくとも１つを異なる条件とするようにすればよい。
【００９６】
たとえば、培地の種類については、bFGF（basic Fibroblast Growth Factor）、グルタミンおよびアスコルビン酸などから細胞の種類に合わせて適宜選択することによって培養速度を制御するようにすればよい。
【００９７】
また、培地の交換頻度については、培地の交換頻度が高くなるほど培養速度が速くなるので、培養速度が高速な細胞培養部ほど培地の交換頻度が高くなるように制御すればよい。
【００９８】
また、温度については、３５℃近辺が最も培養速度が速くなるので、最も高速な第３の細胞培養部３０の温度を３５℃とし、たとえば３３℃よりも３７℃の方が、培養速度が高速となる場合には、第２の細胞培養部２０の温度を３７℃とし、第１の細胞培養部１０の温度を３３℃とすればよい。
【００９９】
また、光源の照度については、照度が高くなるほど培養速度が速くなるので、培養速度が高速な細胞培養部ほど照度が高くなるように制御すればよい。また、光源の種類についても同様に、培養速度が高速な細胞培養部ほど照度が高く光源を用いるようにすればよい。
【０１００】
また、酸素濃度については、酸素濃度が高くなるほど培養速度が速くなるので、培養速度が高速な細胞培養部ほど酸素濃度が高くなるように制御すればよい。
【０１０１】
また、二酸化炭素濃度については、５％程度の濃度が最も培養速度が高くなるので、最も高速な第３の細胞培養部３０の二酸化炭素濃度を５％とし、第１および第２の細胞培養部１０，２０については、５％を中心とした周辺の濃度に制御するようにすればよい。
【０１０２】
また、足場材の種類については、ビトロネクチン、ラミニンおよびコラーゲンなどから細胞の種類に合わせて適宜選択することによって培養速度を制御するようにすればよい。
【０１０３】
また、足場材塗布濃度については、濃度が高くなるほど培養速度が速くなるので、培養速度が高速な細胞培養部ほど濃度を高くすればよい。
【０１０４】
なお、培養条件の制御方法については、細胞の種類やその細胞の培養条件の変化に応じた培養速度の変化に応じて適宜設定するようにすればよい。
【０１０５】
次に、第２の実施形態の細胞培養装置３におけるウェルの移動について、図７を参照しながら説明する。なお、第２の実施形態における各ウェルの成熟度の評価および移動対象のウェルの決定については、第１の実施形態と同様である。また、図７は、第２の細胞培養部２０の培養容器２にのみ細胞コロニーを播種し、その細胞コロニーを成熟度に応じて第１または第３の細胞培養部１０，３０に移動させる例について示している。このように第２の実地形態においては、必ずしも全ての細胞培養部に細胞コロニーを播種する必要はない。
【０１０６】
第２の実施形態の細胞培養装置３においても、第１の実施形態と同様に、移動対象であると決定されたウェルは、その評価値の大きさによって他の細胞培養部に移動される。具体的には、たとえば図７に示すように、培養速度が中速である第２の細胞培養部２０の２日目の評価において、所定のウェルＷＭ，ＷＬの成熟度が予め設定された条件よりも高い場合には、そのウェルＷＭ，ＷＬは、第１の細胞培養部１０に移動される。すなわち、第２の細胞培養部２０よりも培養速度が遅い第１の細胞培養部１０に移動される。これによりウェルＷＭ，ＷＬの細胞コロニーの成長を抑制することができる。
【０１０７】
一方、第２の細胞培養部２０の２日目の評価において、所定のウェルＷＮの成熟度が予め設定された条件よりも低い場合には、そのウェルＷＮは、第３の細胞培養部３０に移動される。すなわち、第２の細胞培養部２０よりも培養速度が速い第３の細胞培養部３０に移動される。これによりウェルＷＮの細胞コロニーについても、培養終了時点において十分な大きさまで培養することができる。
【０１０８】
また、図７に示すように、培養速度が低速である第１の細胞培養部１０の４日目の評価において、所定のウェルＷＫの成熟度が予め設定された条件よりも低い場合には、そのウェルＷＫは、第２の細胞培養部２０または第３の細胞培養部３０に移動される。すなわち、第１の細胞培養部１０よりも培養速度が速い第２の細胞培養部２０または第３の細胞培養部３０に移動される。これによりウェルＷＫの細胞コロニーについても、培養終了時点において十分な大きさまで培養することができる。なお、第２の細胞培養部２０に移動させるか第３の細胞培養部３０に移動させるかについては、評価値の大きさに基づいて決定するようにすればよい。
【０１０９】
なお、培養速度が最も遅い第１の細胞培養部１０における所定時点の評価において、ウェルの成熟度が予め設定された条件よりも高い場合には、成熟度を調整するための細胞培養部が存在しないため、そのウェルは廃棄される。また、培養速度が最も速い第３の細胞培養部３０における所定時点の評価において、ウェルの成熟度が予め設定された条件よりも低い場合にも、成熟度を調整するための細胞培養部が存在しないため、そのウェルは廃棄される。
【０１１０】
上述したように、第２の実施形態においても、移動対象のウェルの成熟度に基づいて細胞培養部間でウェルを移動させることによって、各細胞培養部１０，２０，３０に設置された各培養容器２内における各ウェルの成熟度を揃えることができる。
【０１１１】
そして、第２の実施形態においても、培養終了までの期間が終了した場合には、培養容器２内の各ウェルの細胞コロニーはマージされてシート化され、その後、パッケージされて出荷される。
【０１１２】
なお、上記第１の実施形態においては各細胞培養部１０，２０，３０の播種開始時期をずらすようにし、上記第２の実施形態においては各細胞培養部１０，２０，３０の培養速度を変えるようにしたが、各細胞培養部１０，２０，３０の播種開始時期と培養速度との両方を変えるようにしてもよい。
【０１１３】
また、上記第１および第２の実施形態においては、全ての細胞培養部１０，２０，３０の培養条件が異なるようにしたが、これに限らず、少なくとも２つの細胞培養部の培養条件が異なっていればよい。または、全ての細胞培養部１０，２０，３０の培養条件を同じにし、細胞コロニーの成熟度から各細胞培養部の培養速度を推測して細胞培養単位を移動させるようにしてもよい。
【０１１４】
また、上記第１および第２の実施形態においては、低倍率画像から取得された成熟度の評価値に基づく判定の際、第２の閾値範囲内に評価値が含まれないウェルについては、他の細胞培養部に移動させるようにしたが、これに限らず、他の細胞培養部に移動させずに、現在の細胞培養部において成熟度を調整するようにしてもよい。
【０１１５】
具体的には、たとえば、図８に示すように、第１〜第３の細胞培養部１０，２０，３０において、自身の細胞の培養速度よりも培養速度が高速な第１〜第３の高速培養部１５，２５，３５をそれぞれ設け、たとえば第２の閾値範囲よりも小さい評価値を有するウェルがある場合には、すなわち成熟度が非常に低いウェルがある場合には、そのウェルを各細胞培養部１０，２０，３０に設けられた各高速培養部１５，２５，３５にそれぞれ移動させ、成熟度の評価値が第２の閾値範囲内または第１の閾値範囲内に含まれるまで各高速培養部１５，２５，３５において上記ウェルを培養し、その後、再び各細胞培養部１０，２０，３０に上記ウェルを戻すようにしてもよい。
【０１１６】
なお、第１〜第３の高速培養部１５，２５，３５は、その構成自体は第１〜第３の細胞培養部１０，２０，３０と同様であり、上述した培養条件が、第１〜第３の細胞培養部１０，２０，３０よりも高速に培養が進むように設定されたものである。
【０１１７】
また、上記第１および第２の実施形態の説明においては、培養容器２の各ウェルを細胞培養単位としたが、個々の細胞コロニーを細胞培養単位としてもよい。すなわち、個々の細胞コロニーについて成熟度の評価値を取得し、その評価値に基づいて移動対象の細胞コロニーであるか否かを判定し、移動対象であると判定された細胞コロニーを他の細胞培養部に移動させるようにしてもよい。なお、細胞コロニーを細胞培養単位とする場合、高倍率撮像において、上述したような複数回の撮像を行わなくてもよく、１回の撮像のみを行うようにしてもよい。
【０１１８】
細胞コロニーを移動させる方法としては、たとえば培地が固体である場合にはレーザなどによって細胞コロニーを培地から切り離し、その細胞コロニーを吸引機構などによって吸引することによって移動させるようにすればよい。また、培地が液体である場合にも吸引機構によって吸引して移動させるようにすればよい。
【０１１９】
また、培養容器２を細胞培養単位としてもよい。この場合、培養容器２内に複数の細胞コロニーが存在する場合には、その各細胞コロニーの評価値の平均値、最大値、最小値または中央値などを用いて、移動対象の培養容器であるか否かを判定するようにすればよい。
【０１２０】
また、上記第１および第２の実施形態においては、培養容器として６個のウェルを有するウェルプレートを用いるようにしたが、ウェルの数はこれに限られない。また、ウェルプレートに限られず、フラスコ、パックまたはタンクなどを用いて浮遊培養を行うようにしてもよい。このようにフラスコ、パックまたはタンクなどを用いる場合には、これらを細胞培養単位とするか、または個々の細胞コロニーを細胞培養単位とすることができる。
【０１２１】
図９は、培養容器としてタンクを用いた場合における細胞培養装置の概略構成を示す図である。図９に示す第１〜第３タンクＴ１，Ｔ２，Ｔ３は、それぞれ第１〜第３の細胞培養部に収容されて培養される。第１〜第３のタンクＴ１〜Ｔ３には、タンク内の細胞コロニーを光学系４１まで搬送するための第１〜第３の流路Ｐ１〜Ｐ３が接続されている。第１〜第３の流路Ｐ１〜Ｐ３は第１の弁機構１０１に接続されている。
【０１２２】
第１の弁機構１０１は、第１のタンクＴ１内の細胞コロニーの成熟度を評価する際には第１の流路Ｐ１と第４の流路Ｐ４とを接続し、第２のタンクＴ２内の細胞コロニーの成熟度を評価する際には第２の流路Ｐ２と第４の流路Ｐ４とを接続し、第３のタンクＴ３内の細胞コロニーの成熟度を評価する際には第３の流路Ｐ３と第４の流路Ｐ４とを接続するものである。なお、図９に示す実施形態においては、第１〜第４の流路Ｐ１〜Ｐ４、第１の弁機構１０１および第１〜第４の流路Ｐ１〜Ｐ４に設けられたポンプ機構（図示省略）が、上記実施形態の搬送部１２，２２，３２に相当するものである。
【０１２３】
第１の弁機構１０１に接続される第４の流路Ｐ４上には、上述した第１および第２の実施形態における光学系４１が設置されており、この光学系４１によって第４の流路Ｐ４を流れる細胞コロニーの画像が撮像され、その画像信号が成熟度評価部５０に出力される。なお、細胞コロニーの撮像タイミングについては、一定間隔で撮像を行うようにしてもよいし、細胞コロニーが撮像範囲内に入ったことを検知して撮像するようにしてもよい。なお、高倍率撮像の際には、上記実施形態のような複数回の撮像は行わず、一回の撮像が行われる。
【０１２４】
そして、成熟度評価部５０における評価結果が、移動対象細胞決定部６０に出力され、細胞コロニーが移動対象であるか否かが判定される。成熟度評価部５０および移動対象細胞決定部６０における作用については、第１および第２の実施形態と同様である。
【０１２５】
そして、第４の流路Ｐ４には第２の弁機構１０２が接続されている。第２の弁機構１０２には、第５の流路Ｐ５、第６の流路Ｐ６、第７の流路Ｐ７および第８の流路Ｐ８が接続されている。そして、第５の流路Ｐ５の先には第１のタンクＴ１が接続されており、第６の流路Ｐ６の先には第２のタンクＴ２が接続されており、第７の流路Ｐ７の先には第３のタンクＴ３が接続されており、第８の流路Ｐ８の先には廃棄される細胞コロニーが貯留される第４のタンクＴ４が接続されている。
【０１２６】
第２の弁機構１０２は、第１のタンクＴ１の細胞コロニーの成熟度が評価されて移動対象の細胞コロニーと判定されなかった場合には、第４の流路Ｐ４と第５の流路Ｐ５とを接続して再び第１のタンクＴ１に細胞コロニーを戻す。同様に、第２の弁機構１０２は、第２のタンクＴ２の細胞コロニーの成熟度が評価されて移動対象の細胞コロニーと判定されなかった場合には、第４の流路Ｐ４と第６の流路Ｐ６とを接続して再び第２のタンクＴ２に細胞コロニーを戻し、第３のタンクＴ３の細胞コロニーの成熟度が評価されて移動対象の細胞コロニーと判定されなかった場合には、第４の流路Ｐ４と第７の流路Ｐ７とを接続して再び第３のタンクＴ３に細胞コロニーを戻す。また、第２の弁機構１０２は、細胞コロニーが評価された結果、廃棄の対象と判定された場合には、第４の流路Ｐ４と第８の流路Ｐ８とを接続する。
【０１２７】
一方、第２の弁機構１０２は、たとえば第１のタンクＴ１の細胞コロニーの成熟度が評価されて移動対象の細胞コロニーと判定された場合には、その評価値の大きさに応じて第４の流路Ｐ４を第６の流路Ｐ６または第７の流路Ｐ７に接続し、第１のタンクＴ１の細胞コロニーを第２のタンクＴ２または第３のタンクＴ３に移動させる。同様に、第２の弁機構１０２は、第２のタンクＴ２の細胞コロニーの成熟度が評価されて移動対象の細胞コロニーと判定された場合には、その評価値の大きさに応じて第４の流路Ｐ４を第５の流路Ｐ５または第７の流路Ｐ７に接続し、第２のタンクＴ２の細胞コロニーを第１のタンクＴ１または第３のタンクＴ３に移動させる。また、第２の弁機構１０２は、第３のタンクＴ３の細胞コロニーの成熟度が評価されて移動対象の細胞コロニーと判定された場合には、その評価値の大きさに応じて第４の流路Ｐ４を第５の流路Ｐ５または第６の流路Ｐ６に接続し、第３のタンクＴ３の細胞コロニーを第１のタンクＴ１または第２のタンクＴ２に移動させる。図９に示す実施形態においては、第２の弁機構１０２、第５〜第７の流路Ｐ５〜Ｐ７および第５〜第７の流路Ｐ５〜Ｐ７に設けられたポンプ機構（図示省略）が、上記実施形態の細胞移動部１３，２３，３３に相当するものである。
【０１２８】
上述したようにして、浮遊培養の場合においても、各タンク内の細胞コロニーの成熟度の評価値に応じて培養条件の異なる他のタンクに細胞コロニーを移動させることができ、各タンク内の細胞コロニーの成長度を揃えることができる。なお、上記浮遊培養の実施形態も、上記第１および第２の実施形態における制御部７０、表示部８０および入力部９０を備えるものであるが、図９では図示省略している。
【符号の説明】
【０１２９】
１，３ 細胞培養装置
２     培養容器
４     評価基準記憶部
１０   第１の細胞培養部
２０   第２の細胞培養部
３０   第３の細胞培養部
１２，２２，３２       搬送部
１３，２３，３３       細胞移動部
１４   制御部
４０   撮像部
４１   光学系
４２   制御部
５０   成熟度評価部
６０   移動対象細胞決定部
７０   制御部
７１   表示制御部
８０   表示部
９０   入力部
１０１ 弁機構
１０２ 弁機構
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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