(57)【要約】【課題】  必要とする量の細胞を必要な時期に得ることができる細胞培養装置を提供する。【解決手段】  比増殖速度に、この比増殖速度を得たときの細胞の種類及び培養条件を関連付けて格納したデータベース部１３、必要細胞数及び必要時期を入力する入力部１１、細胞培養部３、細胞の培養状態をカメラ３５で撮影して画像データを作成する画像データ作成部７、培養容器１へ培養液の供給及び排出を行う培養液給排部５、そして、培養を開始するときの初期細胞数と、必要細胞数及び前記必要時期とに基づいて比増殖速度を算出し、算出した比増殖速度と、培養する細胞の種類とに基づいてデータベース部１３から最も近い比増殖速度を選択し、選択した比増殖速度に対応する培養条件の情報を取得し、取得した培養条件の情報に基づいて、インキュベータ３や培養液給排部５などの動作を制御する各機能を有する制御部９を備えた構成とする。【選択図】        図１
2005224106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
比増殖速度に、該比増殖速度を得たときの細胞の種類及び培養条件を関連付けて格納したデータベース部と、培養によって得たい必要細胞数及び該必要細胞数の細胞を得たい必要時期を入力する入力部と、設定された環境で細胞の培養を行うための細胞培養部と、該細胞培養部に収容された培養容器内の細胞の培養状態をカメラで撮影して画像データを作成する画像データ作成部と、前記細胞培養部に収容された培養容器へ培養液の供給及び排出を行う培養液給排部と、前記データベース部、前記入力部、前記細胞培養部、前記画像データ作成部及び前記培養液給排部に電気的に接続された制御部とを備え、
前記制御部は、培養を開始するときの初期細胞数と、前記必要細胞数及び前記必要時期とに基づいて比増殖速度を算出し、該算出した比増殖速度と、培養する細胞の種類とに基づいて前記データベース部から最も近い前記比増殖速度を選択し、該選択した比増殖速度に対応する培養条件の情報を取得し、該取得した培養条件の情報に基づいて、前記細胞培養部及び前記培養液給排部の動作を制御してなる細胞培養装置。
【請求項２】
前記制御部は、細胞の培養中、前記画像データ作成部からの画像データに基づいて細胞数を算出し、該算出した細胞数に基づいて比増殖速度を算出し、該算出した比増殖速度に基づいて算出した必要時期に得られる細胞数と、前記必要細胞数とを比較して、前記必要時期に前記必要細胞数が得られるか否かを判定し、該判定で前記必要時期に前記必要細胞数が得られない場合には、前記算出した細胞数と、前記必要細胞数及び前記必要時期とに基づいて比増殖速度を算出し、該算出した比増殖速度と、前記細胞の種類とに基づいて前記データベース部から最も近い前記比増殖速度を選択し、該選択した比増殖速度に対応する新たな培養条件の情報を取得し、該取得した培養条件の情報に基づいて、前記細胞培養部及び前記培養液給排部の動作を制御してなることを特徴とする請求項１に記載の細胞培養装置。
【請求項３】
前記制御部は、細胞の培養中、前記画像データ作成部からの画像データに基づいて算出した細胞数に基づいて比増殖速度を求め、該求めた比増殖速度の情報と、該比増殖速度を得たときの培養条件の情報とを関連付けて前記データベース部に格納してなることを特徴とする請求項１または２に記載の細胞培養装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記画像データ作成部からの画像データに基づいて細胞の種類、及び、培養を開始するときの初期細胞数を検出してなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の細胞培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞培養装置に係り、特に、培養している細胞を直接または顕微鏡を介してカメラで撮影することにより培養状態の情報を得て培養を制御する細胞培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
培養している細胞をカメラで撮影することにより培養状態の情報、例えば細胞数、細胞濃度、細胞占有面積などの情報を得て培養を制御する細胞培養装置として、培養状態の情報に基づいて細胞の継代の時期を判断し、継代培養を自動で行う細胞培養装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２７５６５９号公報（第４−９頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、再生医療のためなどにおける種々の細胞の生産や、細胞小器官、抗体やその他の細胞の生産物質などといった細胞から得られる生成物の生産などのために細胞の培養を行う場合、必要とする量の細胞を必要な時期に得ることが望ましい。
【０００５】
これに対し、従来の細胞培養では、作業者は、必要とする量の細胞を必要な時期に得るため、作業者の経験によって培養条件を決定し、また、細胞培養中に逐次細胞の培養状態を観察し、必要に応じて培養条件を調整するといった作業を行っている。また、培養している細胞をカメラで撮影することにより培養状態の情報を得て培養を制御する従来の細胞培養装置では、継代の時期を判断することはできても、必要とする量の細胞を必要な時期に得るといった細胞培養を行うことはできない。
【０００６】
このように、従来の細胞培養技術では、細胞培養において作業者が煩雑な作業を行わなければならない上、必要とする量の細胞を必要な時期に得ることができるか否かは、作業者の経験などによって左右されてしまうなどの問題がある。このため、細胞培養における作業者の作業を軽減し、また、作業者の経験などによって必要とする量の細胞を必要な時期に得ることができるか否かが左右されるなどといった問題をなくすため、必要とする量の細胞を必要な時期に得ることができる細胞培養装置が求められている。
【０００７】
本発明の課題は、必要とする量の細胞を必要な時期に得ることができる細胞培養装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の細胞培養装置は、比増殖速度に、この比増殖速度を得たときの細胞の種類及び培養条件を関連付けて格納したデータベース部と、培養によって得たい必要細胞数及びこの必要細胞数の細胞を得たい必要時期を入力する入力部と、設定された環境で細胞の培養を行うための細胞培養部と、この細胞培養部に収容された培養容器内の細胞の培養状態をカメラで撮影して画像データを作成する画像データ作成部と、細胞培養部に収容された培養容器へ培養液の供給及び排出を行う培養液給排部と、データベース部、入力部、細胞培養部、画像データ作成部及び培養液給排部に電気的に接続された制御部とを備え、制御部は、培養を開始するときの初期細胞数と、必要細胞数及び必要時期とに基づいて比増殖速度を算出し、この算出した比増殖速度と、細胞の種類とに基づいてデータベース部から最も近い比増殖速度を選択し、この選択した比増殖速度に対応する培養条件の情報を取得し、この取得した培養条件の情報に基づいて、細胞培養部及び培養液給排部の動作を制御する構成とすることにより上記課題を解決する。
【０００９】
このような構成とすれば、細胞の種類及び培養を開始するときの初期細胞数と、培養によって得る必要細胞数及びこの必要細胞数を得る必要時期とから、細胞培養装置が、自動的に、必要な量の細胞を必要な時期に得るための培養条件を選択し、その培養条件にしたがって細胞培養を行うことができる。すなわち、必要とする量の細胞を必要な時期に得ることができる。
【００１０】
また、制御部は、細胞の培養中、画像データ作成部からの画像データに基づいて細胞数を算出し、この算出した細胞数に基づいて比増殖速度を算出し、この算出した比増殖速度に基づいて算出した必要時期に得られる細胞数と、必要細胞数とを比較して、必要時期に必要細胞数が得られるか否かを判定し、この判定で必要時期に必要細胞数が得られない場合には、算出した細胞数と、必要細胞数及び必要時期とに基づいて比増殖速度を算出し、この算出した比増殖速度と、細胞の種類とに基づいてデータベース部から最も近い比増殖速度を選択し、この選択した比増殖速度に対応する新たな培養条件の情報を取得し、この取得した培養条件の情報に基づいて、細胞培養部及び培養液給排部の動作を制御する構成とする。このような構成とすれば、細胞培養中に、必要とする比増殖速度で細胞が増殖していない場合でも、培養条件を修正して、比増殖速度を必要な比増殖速度に修正できる。このため、必要時期に必要細胞数を得るための細胞培養の制御精度をより向上できる。
【００１１】
さらに、制御部は、細胞の培養中、画像データ作成部からの画像データに基づいて算出した細胞数に基づいて比増殖速度を求め、この求めた比増殖速度の情報と、この比増殖速度を得たときの培養条件の情報とを関連付けてデータベース部に格納する構成とする。このような構成とすれば、データベースに収容された細胞の種類及び培養条件に対応する比増殖速度のデータ数を増やすことができ、より的確な比増殖速度を選択できるようになるため、必要時期に必要細胞数を得るための細胞培養の制御精度を一層向上できる。
【００１２】
また、制御部は、画像データ作成部からの画像データに基づいて細胞の種類及び初期細胞数を検出する構成とすれば、細胞の種類及び初期細胞数を入力部から入力する作業を省略でき、細胞培養に作業者が行う作業をより軽減できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、必要とする量の細胞を必要な時期に得ることができる細胞培養装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を適用してなる細胞培養装置の一実施形態について図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなる細胞培養装置の概略構成及び動作を示すブロック図である。図２及び図３は、本発明を適用してなる細胞培養装置の培養の制御動作を示すフロー図である。図４は、データベース部が有するデータベースの構成の一例を示す図である。
【００１５】
本実施形態の細胞培養装置は、図１に示すように、内部に培養容器１が収容された細胞培養部となるインキュベータ３、培養容器１への培養液の供給及び排出を行う培養液給排部５、培養容器内を撮影して画像処理を行うための画像データ作成部７、インキュベータ３、培養液給排部５及び画像データ作成部７などの動作を制御する制御部９、各種設定情報などを入力するための入力部１１、そして、比増殖速度や培養条件などの情報を格納したデータベース部１３などを備えている。
【００１６】
インキュベータ３は、一般的に用いられている培養容器１が収容された培養室内の温度、そして、必要に応じ雰囲気などといった培養環境を調整できるものである。このようなインキュベータ３は、ケーブル１４を介して信号などの授受が可能に制御部９と電気的に接続されている。培養液給排部５は、培養容器１への培養液の供給、培養容器１からの培養液の排出を行い、培養容器１内の培養液の交換などを行うものである。
【００１７】
本実施形態の培養液給排部５は、細胞の種類などに応じた組成の培養液を選択して供給できるようになっているため、異なる組成の培養液を個々に収容する複数の培養液タンク１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、培養液タンク１５ａ、１５ｂ、１５ｃ各々に一端が連結された培養液管路１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、培養液管路１７ａ、１７ｂ、１７ｃの他端が連結された切換弁１９、切換弁１９と培養容器１との間に設けられて培養容器１へ培養液を導く培養液供給管路２１、そして、培養液供給管路２１に設けられた供給用ポンプ２３などを有している。切換弁１９は、培養液供給管路２１に連通する管路を培養液管路１７ａ、１７ｂ、１７ｃのいずれかに切り換えることにより、培養容器１へ供給する培養液を選択するものである。
【００１８】
さらに、本実施形態の培養液給排部５は、培養容器１内の培養液を排出するため、一端が培養容器１に、他端が廃液タンク２５に連結された廃液管路２７、廃液管路２７に培養容器１側から順に設けられた廃液の流路を開閉する弁２９及び廃液用ポンプ３１などを有している。培養液給排部５が有する切換弁１９、供給用ポンプ２３、弁２９、そして、廃液用ポンプ３１などは、各々、制御部９に配線３３を介して電気的に接続されている。なお、図１では、培養液給排部５は、インキュベータ３の外側に設置された状態となっているが、培養液給排部は、インキュベータ３内に設置することもできる。また、培養容器１に供給する培養液の温度を培養温度に制御する上で、培養液タンク１５ａ、１５ｂ、１５ｃなどは、インキュベータ３内に設置した構成にすることもできる。
【００１９】
このように培養液給排部５によって培養液が供給そして排出される培養容器１は、培養液給排部５によって培養液が供給そして排出により、細胞の成長への影響や流出などが生じ難いものであれば、様々な形状や構成のものを使用することができる。
【００２０】
画像データ作成部７は、インキュベータ３内に設置され、培養容器１を撮影するＣＣＤカメラなどのカメラ３５、カメラ３５で撮影した画像データの２値またはそれ以上の多値化処理などを行い、細胞数の計数などを行うための画像データを作成する画像処理手段３７などで形成されている。カメラ３５と画像処理手段３７とは、ケーブル３９を介して信号やデータなどの授受が可能に電気的に接続されている。画像処理手段３７は、ケーブル３９を介して信号やデータなどが授受可能に制御部９と電気的に接続されている。なお、画像処理手段３７で作成する画像データは、各ビットの位置情報と濃淡情報などが得られるものであれば特に限定されるものではない。また、カメラ３５からの画像データは、細胞の増殖速度などに応じ、動画像データにすることも、静止画像データにすることもできる。
【００２１】
制御部９は、図示していないが、中央処理装置つまりＣＰＵ、様々な処理のためのプログラムなどを格納したハードディスクや画像データなどの一時的な格納を行うメモリといった記憶手段、画像処理手段３７やその他の機器類などを接続するためのインターフェース、カメラ３５で撮影した画像や、培養状態を示す表示画面、操作画面などを表示する表示手段となるディスプレイなどを備えている。また、ケーブル４１を介して制御部９に電気的に接続された入力部１１は、様々な操作のためのマウスや、各種設定などを入力するためのキーやスイッチなどを有するキーボードなどで形成されている。したがって、制御部９は、パーソナルコンピュータなどを用いて形成することができる。
【００２２】
さらに、制御部９には、細胞の種類、培養条件、そして、比増殖速度などのデータを相互に関連付けて格納した外部記憶装置によって形成されたデータベース部１３が、ケーブル４３を介して信号やデータなどの授受が可能に電気的に接続されている。
【００２３】
このような制御部９は、データベース用データ入力機能、培養情報設定機能、比増殖速度算出機能、培養条件選択機能、細胞数計数機能、インキュベータ制御機能、培養液給排部制御機能、画像データ作成部制御機能などを有しており、これら各機能を制御部９に与えるための各々のプログラムがハードディスクなどの記憶手段に格納されている。
【００２４】
データベース用データ入力機能は、入力部１１などを用い、比増殖速度のデータ、その比増殖速度を得た細胞の種類、そして、培養液の組成、培養温度、培養雰囲気、培養液の交換頻度や交換時期などといった培養条件に関するデータを入力することで、制御部９を介してデータベース部１３に、これらのデータを互いに関連付けて登録する機能である。データベース部１３には、このデータベース用データ入力機能を用いて予め、手作業による培養によって得た比増殖速度、細胞の種類、培養液の組成、培養温度、さらに、必要に応じて培養雰囲気や培養液の交換頻度などのデータが複数登録され、格納されている。なお、培養液の組成は、組成が異なるものには全て名前を付けるといったように固有の識別情報を付してデータベース部１３に登録している。
【００２５】
培養情報設定機能は、入力部１１を用いて培養を行う細胞の種類、培養を開始するときの細胞数である初期細胞数、培養によって得たい細胞数である必要細胞数、そして、この必要細胞数を得たい日などの時期である必要時期などの実施したい培養の情報を設定する機能である。
【００２６】
比増殖速度算出機能は、培養情報設定機能によって設定した初期細胞数、必要細胞数、そして、必要時期に基づいて、必要細胞数を必要時期に得るために必要な比増殖速度を算出する機能である。
【００２７】
培養条件選択機能は、比増殖速度算出機能によって算出した比増殖速度と、入力部１１を用いて入力された培養する細胞の種類とに基づいて、データベース部１３の格納されたデータベースから、その細胞の種類と比増殖速度とに最も近い比増殖速度を検索して選択し、この選択した比増殖速度を得たときの培養条件のデータを取得する機能である。
【００２８】
インキュベータ制御機能は、培養条件選択機能によって取得された培養条件にしたがってインキュベータ３の動作を制御し、培養温度、また、必要に応じて雰囲気を調整する機能である。培養液給排部制御機能は、培養条件選択機能によって取得された培養条件にしたがって培養液給排部５の切換弁１９、供給ポンプ２３、弁２９、廃液ポンプ３１などの動作を制御し、培養条件選択機能によって取得された培養条件に対応する培養液の培養容器１への供給を行う機能である。また、培養液給排部制御機能は、培養中に培養液の交換が必要な場合には、培養条件選択機能によって取得された培養条件の培養液の交換時期と頻度で培養容器１内の培養液の交換を行う機能も有している。
【００２９】
画像データ作成部制御機能は、培養中に予め設定されたタイミングで培養中の細胞を撮影することにより画像データを取得するために画像データ作成部７の画像処理手段３７やカメラ３５の動作を制御する機能である。
【００３０】
細胞数計数機能は、画像データ作成部制御機能によって画像データ作成部７から得た画像データに基づいて細胞数を計数する機能である。画像データからの細胞数の計数は、例えば境界が明瞭なものでは、Ｉｍａｇｅ  Ｐｒｏ  ＰＬＵＳ（Ｍｅｄｉａ  Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社）などの画像処理ソフトを用い、背景除去処理、γ変換などの後、収縮などの形態処理を施して自動計測することで行なわれる。一方、境界が不明瞭で自動計測が難しいものなどでは、画像上、ある一定の輝度値以下の領域の面積など、細胞数に比例する画像上のパラメータを算出して細胞数の計測を行なうことができる。
【００３１】
例えば、細胞の境界が不明瞭な人骨髄幹細胞、いわゆるｈＭＳＣの対物４倍の顕微鏡画像では、Ｉｍａｇｅ  Ｐｒｏ  ＰＬＵＳでＬａｒｇｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｆｉｌｔｅｒを用いて背景除去処理、γ変換、収縮を行なった後の自動計測した値が細胞数に比例するため、比例定数を求めておけば、自動計測した値から細胞数を算出できる。
【００３２】
また、画像データから細胞密度を算出し、算出した細胞密度と培養容器１の培養面積とから細胞数を算出することなどもでき、画像データからの細胞数の計数は、様々な方法を用いて行うことができる。なお、細胞数計数機能は、算出した細胞数と、培養情報設定機能によって設定した必要細胞数とを比較し、培養の終了を判定する機能も有している。
【００３３】
さらに、本実施形態では、制御部９は、培養条件修正機能も有しており、この機能を制御部９に与えるためのプログラムもハードディスクなどの記憶手段に格納されている。培養条件修正機能は、設定された時間間隔で細胞数計数機能によって経時的に算出した細胞数に基づいて実際の培養での比増殖速度を算出し、この算出した実際の培養での比増殖速度と、比増殖速度算出機能で算出した必要な比増殖速度とを比較することで、実際の培養での比増殖速度で、培養情報設定機能によって設定した必要時期に必要細胞数が得られるか否かを判定する。そして、必要時期に必要細胞数が得られないと判定したとき、比増殖速度算出機能を用い、現在の細胞数と必要細胞数とに基づいて新たに必要な比増殖速度を算出し、培養条件選択機能を用い、この新たに算出した比増殖速度に基づいて新たな培養条件のデータを取得し、培養条件を修正する機能である。
【００３４】
加えて、本実施形態では、制御部９は、培養データフィードバック機能も有しており、この機能を制御部９に与えるためのプログラムもハードディスクなどの記憶手段に格納されている。培養データフィードバック機能は、本実施形態の細胞培養装置を用いて培養を行うと、培養を行った後、この培養において画像データ作成部７と細胞数算出機能によって得た経時的な細胞数の変化から得た比増殖速度のデータ、培養した細胞の種類、そして、培養液の組成、培養温度、培養の雰囲気を調整した場合には培養雰囲気、培養液の交換頻度などといった培養条件に関するデータを互いに関連付けてデータベース部１３に自動的に登録する機能である。
【００３５】
データベース部１３には、図４に一例を示すように、データベース用データ入力機能または培養データフィードバック機能により登録された細胞の種類、比増殖速度、培養液の種類、培養温度、培養液の交換頻度や時期を決めるための培養液の交換間隔などのデータが互いに関連付けられて格納されている。なお、データベース部１３には、比増殖速度だけでなく、増殖カーブのデータを他のデータと関連付けて格納し、培養条件を決定する際、比増殖速度算出機能で算出した比増殖速度に最も近い比増殖速度が得られる増殖カーブのデータを検索する構成などにすることもできる。
【００３６】
なお、本実施形態では、培養情報設定機能により、入力部１１を用いて培養を行う細胞の種類、培養を開始するときの細胞数である初期細胞数を入力し設定する構成となっている。しかし、このような構成に代えて、制御部９の制御動作が複雑にはなるが、培養情報設定機能が、画像データ作成部制御機能を用い、画像データ作成部７から得た培養を開始する前の培養容器１の画像データに基づいて細胞の種類や初期細胞数などを検出して設定する構成にすることもできる。
【００３７】
また、本実施形態では、細胞の種類に対応する比増殖速度を選択する構成となっているが、細胞の種類が同じでも細胞形態の違いによって増殖の状態などが異なる場合がある。このような場合には、細胞の種類に加えて細胞形態に関連付けて比増殖速度をデータベース部１３に格納し、また、培養情報設定機能で、細胞の種類に加えて細胞形態を設定したり、培養条件選択機能が、比増殖速度と、細胞の種類及び細胞形態に基づいて比増殖速度を検索して選択し、この選択した比増殖速度を得たときの培養条件のデータを取得したりする構成などにすることもできる。
【００３８】
このような構成の細胞培養装置の動作と本発明の特徴部などについて説明する。なお、以下の説明において、データベース部１３には、既に手作業による培養で得た種々の種類の細胞や培養条件で得た比増殖速度のデータや、その比増殖速度を得た細胞の種類、培養条件などのデータが入力され、蓄積されている状態とする。また、制御部９が有する記憶手段には、培養液タンク１５ａ、１５ｂ、１５ｃの識別情報と、その識別情報に対応させて、各培養液タンク１５ａ、１５ｂ、１５ｃに入れた培養液の組成つまり種類の情報が予め入力されている状態とする。
【００３９】
作業者は、例えば、培養する細胞に適応する緩衝液などを培養容器１内に入れ、この中に培養する細胞を植え、培養容器１内に植えた細胞の初期細胞数を計数する。初期細胞数を計数した後、培養する細胞を植えた培養容器１をインキュベータ３の培養室内に設置し、培養液給排部５の培養液供給管路２１や廃液管路２７などを培養容器１に連結する。
【００４０】
この後、作業者が、入力部１１などを用いて、培養開始を指令すると、制御部９は、図１及び図２に示すように、ディスプレイなどに培養情報の設定画面を表示し、作業者は、この設定画面にしたがって、入力部１１などを用いて、培養する細胞の種類、初期細胞数、培養で得たい必要細胞数、その必要細胞数の細胞を得たい必要時期などの情報を入力し、これらの培養情報を設定する（ステップ１０１）。ステップ１０１で培養情報が設定されると、制御部９は、初期細胞数と、必要細胞数及び必要時期とに基づいて必要細胞数を必要時期に得るために必要な比増殖速度を算出する（ステップ１０３）。
【００４１】
ステップ１０３の後、制御部９は、データベース部１３から、培養する細胞の種類に対応し、算出した比増殖速度に最も近い比増殖速度のデータを検索し、選択する（ステップ１０５）。そして、選択した比増殖速度のデータに関連付けられている培養条件、すなわち、培養液の種類、培養温度、また、必要な場合には培養雰囲気や培養液の交換時期及び頻度、などのデータをデータベース部１３から取得する（ステップ１０７）。
【００４２】
ステップ１０７の後、制御部９は、取得した培養条件にしたがって、培養液の種類、培養温度、培養液の交換時期及び頻度などを設定する。そして、この設定にしたがって、インキュベータ３では、培養室内の温度などが調整される。また、培養液給排部５では、切換弁１９の切り換えにより、培養液タンク１５ａ、１５ｂ、１５ｃのうち、必要な培養液が入った培養液タンクが培養容器１に連通した状態となり、弁２９が開いた状態で廃液ポンプ３１が駆動されると共に、供給ポンプ２３が駆動されることにより、培養容器１内の緩衝液などが、培養条件として選択された培養液に交換され、培養が開始される（ステップ１０９）。
【００４３】
また、ステップ１０９で培養が開始されると同時に、制御部９は、画像データ作成部７による培養状態の観察間隔、つまり、画像データの作成間隔を設定し、画像データ作成部７を作動させ、培養状態の観察を開始する（ステップ１１１）。
【００４４】
培養が開始されると、制御部９は、図１及び図３に示すように、ステップ１１１で設定した観察時間になると（ステップ１１３）、画像データ作成部７を介して画像データを取得し、この取得した画像データに基づいて細胞数を計数する（ステップ１１５）。また、ステップ１１５では、初めてステップ１１５を行うときは、細胞数の計数のみを行うが、２回目以降の場合には、前回のステップ１１５で得た細胞数と、今回のステップ１１５で得た現在の細胞数とから実際の培養における比増殖速度を算出する。
【００４５】
ステップ１１５の後、制御部９は、ステップ１１５で得た現在の細胞数と、ステップ１０１で設定した必要細胞数とを比較する（ステップ１１７）。ステップ１１７において、ステップ１１５で得た現在の細胞数が必要細胞数に達していない場合には、ステップ１１５で得た実際の培養での比増殖速度と、ステップ１０３で算出した比増殖速度とを比較し、現在の培養での比増殖速度で、ステップ１０１で設定した必要時期に必要細胞数が得られるか否かを判定する（ステップ１１９）。なお、ステップ１１９は、初めてステップ１１５を行った後の場合、スキップされる。
【００４６】
ステップ１１９において、現在の培養での比増殖速度で、必要時期に必要細胞数が得られる場合は、ステップ１１３に戻り、ステップ１１５で得た現在の細胞数が必要細胞数に達していないとき、ステップ１１３からステップ１１９を繰り返す。一方、ステップ１１９において、現在の培養での比増殖速度で、必要時期に必要細胞数が得られる場合でステップ１１３に戻ったとき、ステップ１１７において、ステップ１１５で得た現在の細胞数が必要細胞数に達していると判定された場合には、培養を終了する（ステップ１２１）。
【００４７】
また、ステップ１１９において、現在の培養での比増殖速度で、必要時期に必要細胞数が得られないと判定された場合、図２に示すステップ１０３に戻り、今度は、ステップ１１５で得た現在の細胞数と、必要細胞数及び必要時期とに基づいて必要細胞数を必要時期に得るために必要な新たな比増殖速度を算出する。そして、ステップ１０５で、比増殖速度のデータの中から、算出した新たな比増殖速度に最も近いものを検索し、選択する。その後、ステップ１０７で、選択した比増殖速度のデータに関連付けられている培養条件、すなわち、培養液の種類、培養温度、培養液の交換時期及び頻度、また、必要な場合には培養雰囲気などのデータをデータベース部１３から取得する。
【００４８】
ステップ１０７の後、ステップ１０９において、制御部９は、取得した新たな培養条件にしたがって、培養液の種類、培養温度、また、必要に応じて培養雰囲気や培養液の交換時期及び頻度などを設定し、培養条件を修正する。このとき、画像データ作成部７による観察は継続されているため、ステップ１１１はスキップし、ステップ１０９の後、図３に示すように、ステップ１１３からステップ１１７またはステップ１１９が繰り返され、ステップ１１７において、ステップ１１５で得た現在の細胞数が必要細胞数に達していると判定された場合には、ステップ１２１に進み培養を終了する。
【００４９】
また、本実施形態では、ステップ１２１では、培養を終了すると共に、図１、図３及び図４に示すように、この培養において画像データ作成部７と細胞数算出機能によって得た経時的な細胞数の変化に基づいて得た比増殖速度のデータ、培養した細胞の種類、そして、培養液の組成、培養温度、培養の雰囲気を調整した場合には培養雰囲気、培養液の交換頻度や交換間隔などといった培養条件に関するデータを互いに関連付けてデータベース部１３に自動的に登録する。
【００５０】
このように、本実施形態の細胞培養装置では、比増殖速度、細胞の種類及び培養条件を関連付けて格納したデータベース部１３、必要細胞数及び必要時期を入力する入力部１１、設定された環境で細胞の培養を行うためのインキュベータ３、細胞の培養状態をカメラ３５で撮影して画像データを作成する画像データ作成部７、培養容器１へ培養液の供給及び排出を行う培養液給排部５を備えている。さらに、培養を開始するときの初期細胞数と、必要細胞数及び必要時期とに基づいて比増殖速度を算出し、算出した比増殖速度と、培養する細胞の種類とに基づいてデータベース部１３から最も近い比増殖速度を選択し、選択した比増殖速度に対応する培養条件の情報を取得し、取得した培養条件の情報に基づいて、インキュベータ３や培養液給排部５などの動作を制御する各機能を有する制御部９を備えている。
【００５１】
したがって、細胞の種類及び培養を開始するときの初期細胞数と、培養によって得る必要細胞数及びこの必要細胞数を得る必要時期とから、自動的に、必要な量の細胞を必要な時期に得るための培養条件を自動的に決定して培養を行うことができる。すなわち、必要とする量の細胞を必要な時期に得ることができる細胞培養装置を提供できる。
【００５２】
さらに、必要な量の細胞を必要な時期に得るための培養条件を自動的に決定して培養を行うことができるため、細胞培養における作業者の作業を軽減でき、また、作業者の経験などによって必要とする量の細胞を必要な時期に得ることができるか否かが左右されるなどといった問題をなくすことができる。
【００５３】
加えて、制御部９は、細胞の培養中、画像データ作成部７からの画像データに基づいて細胞数を算出し、この算出した細胞数に基づいて比増殖速度を算出し、この算出した比増殖速度と、必要細胞数及び必要時期と比較して、必要時期に必要細胞数が得られるか否かを判定する。そして、この判定で必要時期に必要細胞数が得られない場合には、算出した細胞数と、必要細胞数及び必要時期とに基づいて新たな比増殖速度を算出し、算出した新たな比増殖速度と、細胞の種類とに基づいてデータベース部から最も近い比増殖速度を選択して新たな培養条件の情報を取得し、インキュベータ３や培養液給排部５などの動作を制御する各機能を有した構成となっている。したがって、細胞培養中に、必要とする比増殖速度で細胞が増殖していない場合でも、培養条件を修正して、比増殖速度を必要な比増殖速度に修正できる。このため、必要時期に必要細胞数を得るための細胞培養の制御精度をより向上できる。
【００５４】
さらに、制御部９は、細胞の培養中、画像データ作成部７からの画像データに基づいて算出した細胞数に基づいて比増殖速度を求め、この求めた比増殖速度の情報と、この比増殖速度を得たときの培養条件の情報とを対応させてデータベース部１３に格納する機能を有する構成となっている。このため、データベース部１３に収容されたデータベースの、細胞の種類及び培養条件に対応する比増殖速度のデータ数を増やすことができ、より的確な比増殖速度を選択できるようになるため、必要時期に必要細胞数を得るための細胞培養の制御精度を一層向上できる。
【００５５】
加えて、制御部９は、画像データ作成部７からの画像データに基づいて細胞の種類及び初期細胞数を検出する機能を有する構成となっている。このため、細胞の種類及び初期細胞数を入力部から入力する作業を省略でき、細胞培養において作業者が行う作業をより軽減できる。
【００５６】
また、本実施形態では、各機能を有する制御部９を、１台のパーソナルコンピュータで形成し、また、画像処理手段３７は、制御部９とは別個に設けている。しかし、制御部９が有する各機能を、機能ごとに単独のコンピュータなどで形成した構成や、制御部９が有する各機能と画像処理手段３７が有する機能とを合わせて有するコンピュータを用いた構成にするなど、制御部９や画像処理手段３７などは、適宜、一体または複数のユニットで構成できる。
【００５７】
また、本実施形態では、制御部９が、培養条件修正機能や培養データフィードバック機能を有した構成となっているが、培養条件修正機能や培養データフィードバック機能を有していない構成にすることもできる。ただし、必要な細胞数を必要な時期に得るための培養の制御精度を向上する必要がある場合には、培養条件修正機能や培養データフィードバック機能を有した構成とすることが望ましい。
【００５８】
また、本発明の細胞培養装置は、本実施形態に示した構成に限らず、本実施形態に示す各機能を有する制御部９を備えており、インキュベータ３と同様の機能を果たす細胞培養部、画像データ作成部７と同様の機能を果たす画像データ作成部、培養液給排部５と同様の機能を果たす培養液給排部などを備えた構成であれば、様々な構成にできる。
【００５９】
また、本発明の細胞培養装置は、一代のみで培養を終了する場合に限らず、継代培養などの細胞培養を行う細胞培養装置など、様々な細胞培養装置に適用できる。継代培養を行なう場合には、例えば、データベース部１３に継代の項目及び継代のタイミングとなる細胞濃度などの情報を登録し、格納しておき、これらの情報に基づいて培養液給排部５などの動作を制御し、継代のための細胞の植え継ぎを行なう構成とする。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明を適用してなる細胞培養装置の一実施形態の概略構成及び動作を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用してなる細胞培養装置の一実施形態の培養の制御動作のうち、培養を実際に開始するまでの制御動作を示すフロー図である。
【図３】本発明を適用してなる細胞培養装置の一実施形態の培養の制御動作のうち、培養を開始した後の制御動作を示すフロー図である。
【図４】本発明を適用してなる細胞培養装置の一実施形態のデータベース部が有するデータベースの構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  培養容器
３  インキュベータ
５  培養液給排部
７  画像データ作成部
９  制御部
１１  入力部
１３  データベース部
１９  切換弁
２３  供給ポンプ
２９  弁
３１  廃液ポンプ
３５  カメラ
３７  画像処理手段
【図１】
2005224106.tif 000003
【図２】
2005224106.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005224106.tif 000006