(57)【要約】  細胞培養装置は、培養液中で細胞の培養を行うための培養槽と、培養槽内で培養液が上昇流を形成するように培養液を供給する供給装置と、培養槽の下部を撮像することで撮像画像を取得する撮像装置と、撮像画像に基づいて、培養槽内の細胞塊の最大塊径を測定する画像処理装置と、供給装置による培養液の供給を制御する制御装置と、を備え、培養槽は、培養槽の水平断面積が上方に向かうにつれて増加する形状を有し、制御装置は、最大塊径が予め定められた閾値よりも大きい場合に、単位時間当たりに培養槽に供給される培養液の供給量が増減を繰り返すように供給装置を制御する。
2019022067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液中で細胞の培養を行うための培養槽と、
前記培養槽内で前記培養液が上昇流を形成するように前記培養液を供給する供給装置と、
前記培養槽の下部を撮像することで撮像画像を取得する撮像装置と、
前記撮像画像に基づいて、前記培養槽内の細胞塊の最大塊径を測定する画像処理装置と、
前記供給装置による前記培養液の供給を制御する制御装置と、
を備え、
前記培養槽は、前記培養槽の水平断面積が上方に向かうにつれて増加する形状を有し、
前記制御装置は、前記最大塊径が予め定められた閾値よりも大きい場合に、単位時間当たりに前記培養槽に供給される前記培養液の供給量が増減を繰り返すように前記供給装置を制御する、細胞培養装置。
【請求項２】
前記制御装置は、単位時間当たりに前記培養槽に供給される前記培養液の供給量が減少するように前記供給装置を制御し、
前記画像処理装置は、前記撮像画像に基づいて、前記培養槽内の細胞塊の大きさの分布を測定する、請求項１に記載の細胞培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、細胞培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
培養器内の細胞を撮像することによって得られた画像を処理することによって、細胞の培養状態を観察する装置が知られている。例えば、特許文献１には、画像位置リストに記録された撮影位置のそれぞれで培養器を撮影し、取得された画像を処理することで、コロニーの大きさ、面積、及び周囲長等を取得する細胞培養装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２９５８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の細胞培養装置では、培養器の各撮影位置で撮影するために、カメラ又は培養器を移動する駆動装置が設けられる。この細胞培養装置では、駆動装置を設置するためのスペース、及びカメラ又は培養器を移動するためのスペースを確保する必要がある。このため、細胞培養装置が大型化するおそれがある。【０００５】
本開示は、装置を大型化することなく、細胞の培養状態を観察可能な細胞培養装置を説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一側面に係る細胞培養装置は、培養液中で細胞の培養を行うための培養槽と、培養槽内で培養液が上昇流を形成するように培養液を供給する供給装置と、培養槽の下部を撮像することで撮像画像を取得する撮像装置と、撮像画像に基づいて、培養槽内の細胞塊の最大塊径を測定する画像処理装置と、供給装置による培養液の供給を制御する制御装置と、を備える。培養槽は、培養槽の水平断面積が上方に向かうにつれて増加する形状を有する。制御装置は、最大塊径が予め定められた閾値よりも大きい場合に、単位時間当たりに培養槽に供給される培養液の供給量が増減を繰り返すように供給装置を制御する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、装置を大型化することなく、細胞の培養状態を観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、一実施形態に係る細胞培養装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、最大塊径測定モードの一連の処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、塊径分布測定モードの一連の処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［１］実施形態の概要
本開示の一側面に係る細胞培養装置は、培養液中で細胞の培養を行うための培養槽と、培養槽内で培養液が上昇流を形成するように培養液を供給する供給装置と、培養槽の下部を撮像することで撮像画像を取得する撮像装置と、撮像画像に基づいて、培養槽内の細胞塊の最大塊径を測定する画像処理装置と、供給装置による培養液の供給を制御する制御装置と、を備える。培養槽は、培養槽の水平断面積が上方に向かうにつれて増加する形状を有する。制御装置は、最大塊径が予め定められた閾値よりも大きい場合に、単位時間当たりに培養槽に供給される培養液の供給量が増減を繰り返すように供給装置を制御する。
【００１０】
この細胞培養装置では、培養槽内で培養液が上昇流を形成するように培養液が供給される。培養槽の水平断面積が上方に向かうにつれて増加するので、培養液の流速（上昇流の速度）は、培養槽の上方に向かうにつれて減少する。このため、培養槽内の各細胞塊は、細胞塊の沈降速度と培養液の流速とがつり合った高さで浮遊しながら培養される。つまり、培養槽の下方に向かうにつれて、細胞塊の大きさは大きくなり、培養槽の上方に向かうにつれて、細胞塊の大きさは小さくなるように、細胞塊は分布している。したがって、培養槽の下部を撮像することで得られた撮像画像を解析することで、培養槽内の細胞塊の最大の大きさが得られる。また、単位時間当たりに培養槽に供給される培養液の供給量を減少するか、又はゼロにすることによって、培養槽内の細胞塊が沈降を開始する。このため、培養槽内の細胞塊が、培養槽の下部に向かって移動するので、細胞塊が沈降を開始してから培養槽の下部を繰り返し撮像することで、より多くの細胞塊が撮像され得る。したがって、培養槽の下部を撮像することで得られた撮像画像を解析することで、各細胞塊の大きさが得られる。このように、培養槽の下部を撮像することで得られた撮像画像を解析することで、培養槽全体を撮像することなく、細胞塊の大きさを測定することができる。よって、撮像装置又は培養槽を移動する必要がないので、装置を大型化することなく、細胞の培養状態を観察することが可能となる。
【００１１】
上述のように、培養槽の下方に向かうにつれて、細胞塊の大きさは大きくなり、培養槽の上方に向かうにつれて、細胞塊の大きさは小さくなるように、細胞塊は分布している。したがって、培養槽の下部を撮像することで得られた撮像画像を解析することで、培養槽内のうちの細胞塊の最大塊径を得ることができる。
【００１２】
培養液の単位時間当たりの供給量が減少すると、培養槽内の上昇流の流速が低下し、細胞塊が沈降する。その後、培養液の単位時間当たりの供給量が増加に転じると、培養槽内の上昇流の流速が増加する。このとき、培養槽の下方に向かうにつれて、上昇流の流速が大きくなるので、細胞塊はより大きなせん断応力を受けることになる。その結果、細胞塊が破砕され、全体の細胞塊径を閾値以下に維持することが可能となる。
【００１３】
制御装置は、単位時間当たりに培養槽に供給される培養液の供給量が減少するように供給装置を制御してもよい。画像処理装置は、撮像画像に基づいて、培養槽内の細胞塊の大きさの分布を測定してもよい。この場合、単位時間当たりに培養槽に供給される培養液の供給量が減少することによって、培養槽内の細胞塊が沈降を開始する。このため、培養槽内の細胞塊が、培養槽の下部に向かって移動するので、細胞塊が沈降を開始してから培養槽の下部を繰り返し撮像することで、より多くの細胞塊が撮像され得る。したがって、培養槽の下部を撮像することで得られた撮像画像を解析することで、培養槽内の細胞塊の大きさの分布を得ることができる。
【００１４】
［２］実施形態の例示
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、一実施形態に係る細胞培養装置の概略構成を示す図である。図１に示される細胞培養装置１は、液体の培地（培養液）を用いて培養対象である細胞を培養するための装置である。細胞培養装置１は、培養槽２と、ポンプ３と、カメラ４と、画像処理装置５と、制御装置６と、を備える。
【００１６】
培養槽２は、培養液中で細胞の培養を行うための容器である。培養槽２は、水平方向での断面積（水平断面積）が上方に向かうにつれて増加する形状を有している。本実施形態では、培養槽２の形状は、逆円錐台状であるが、逆円錐台状には限定されない。例えば、培養槽２の形状は、逆円錐状、逆多角錐状、又は逆多角錐台状であってもよい。培養槽２の内部には、培養液が満たされる。また、培養槽２内では、細胞又は細胞が付着した担体が所定の高さ範囲で浮遊する。
【００１７】
培養槽２の容量は特に限定されないが、例えば、１０ｍＬ〜１０，０００ｍＬ程度であってもよい。培養槽２の容量は、１つの培養槽２において培養したい細胞の量又は細胞塊の大きさ等に基づいて適宜選択され得る。培養槽２の容量は、培養槽２の取り扱い性等に応じて選択されてもよい。例えば、培養槽２の容量が５０ｍＬ〜５００ｍＬ程度である場合には、培養槽２単体での取り扱い性が向上する。
【００１８】
培養槽２の下端には、循環ラインＬ１が接続される。培養槽２の上端には、循環ラインＬ２が接続される。循環ラインＬ１及び循環ラインＬ２はそれぞれ、培養槽２とポンプ３との間を連結する。循環ラインＬ１及び循環ラインＬ２のそれぞれは、例えば、配管である。
【００１９】
ポンプ３は、培養槽２内で培養液が上昇流を形成するように、培養槽２に培養液を供給する供給装置として機能する。本実施形態では、ポンプ３は、培養槽２内に培養液を供給することで、培養液を循環（灌流）させる。ポンプ３が作動することによって、循環ラインＬ１を介して培養槽２に培養液が供給され、循環ラインＬ２を介して培養槽２から培養液が排出される。つまり、ポンプ３が作動することにより、培養液は循環ラインＬ１、培養槽２、循環ラインＬ２、及びポンプ３の順に循環する。培養槽２内では、培養液は培養槽２の下部２ａから上部に向かって流れる。
【００２０】
培養槽２、ポンプ３、循環ラインＬ１、及び循環ラインＬ２は、インキュベータ１０に収容されている。インキュベータ１０は、培養液を培養環境に応じた温度に適切に維持するための恒温室である。インキュベータ１０の側壁には、窓部１０ａが設けられている。窓部１０ａは、インキュベータ１０の外部からインキュベータ１０の内部を観察可能な部分である。窓部１０ａとしては、例えば、透明なガラス又はアクリル板が用いられる。
【００２１】
カメラ４は、培養槽２を撮像することで撮像画像を取得する撮像装置である。カメラ４は、培養槽２の少なくとも下部２ａを撮像する。本実施形態では、カメラ４は、インキュベータ１０の外部に配置されているので、窓部１０ａを介して培養槽２を撮像する。撮像画像は、静止画像でもよく、動画像でもよい。カメラ４は、撮像画像を画像処理装置５に送信する。撮像画像の背景を統一するために、カメラ４から見て培養槽２の後ろ側に単色の背景紙が設置されてもよい。これにより、撮像画像において、細胞塊の視認性が向上する。背景紙の色は、培養槽２内の細胞の色と異なる色であればよく、例えば、緑色である。背景紙の色は、緑色以外であってもよい。
【００２２】
画像処理装置５は、カメラ４によって取得された撮像画像に基づいて、培養槽２内の細胞塊を測定する装置である。測定項目としては、培養槽２内の細胞塊の大きさ（細胞塊径）、及び大きさの分布（平均及び分散）等が挙げられる。なお、細胞塊径とは、細胞塊の大きさを表す指標であり、例えば、細胞塊の形状内における任意の２点間の距離のうちの最大値である。細胞塊が円形状である場合には、細胞塊径は、細胞塊の直径を示す。細胞塊が楕円状である場合には、細胞塊径は、細胞塊の長軸の長さを示す。画像処理装置５は、培養槽２内の細胞塊の大きさの分布から、培養槽２内の細胞総数を推定してもよい。細胞塊の測定の詳細は、後述する。画像処理装置５は、測定データを制御装置６に送信する。
【００２３】
制御装置６は、細胞培養装置１に係る各種の制御を行うコントローラである。例えば、制御装置６は、ポンプ３による培養液の供給を制御する。制御装置６は、カメラ４に撮像指令を送信し、カメラ４に撮像させる。制御装置６は、画像処理装置５から受信した測定データを不図示の記憶装置に格納する。記憶装置の例としては、ハードディスク、及び半導体メモリが挙げられる。制御装置６は、インキュベータ１０の温度制御、及び溶存酸素の制御を行ってもよい。
【００２４】
制御装置６は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、主記憶装置であるＲＡＭ（Random  Access  Memory）及びＲＯＭ（Read  Only  Memory）、他の機器との間の通信を行う通信モジュール、並びにハードディスク等の補助記憶装置等のハードウェアを備えるコンピュータとして構成される。これらの構成要素が動作することにより、後述の制御装置６の機能が発揮される。なお、画像処理装置５も制御装置６と同様のコンピュータとして構成される。
【００２５】
なお、細胞培養装置１には、培養液を外部に排出するための排液ライン、及び新たな培養液を供給するための導入ライン等が別途設けられてもよい。
【００２６】
細胞培養装置１では、培養槽２の上方に向かうにつれて、培養槽２の水平断面積が大きくなるので、培養液の流速（上昇流の速度）は、培養槽２の上方に向かうにつれて減少する。各細胞は、細胞の沈降速度と培養液の流速とがつり合った高さで浮遊しながら培養される。細胞の培養によって多くの細胞が、担体に担持され、固定され、又は付着されて集合体（細胞塊）を成し、細胞の３次元的な培養が進行して細胞塊が成長する。細胞塊が成長することで細胞塊径が大きくなると、細胞塊の沈降速度が大きくなる。そして、細胞塊はさらに沈降し、細胞塊の沈降速度と培養液の流速とがつり合った高さで浮遊する。このため、培養槽２の下方に向かうにつれて、細胞塊の細胞塊径は大きくなり、培養槽２の上方に向かうにつれて、細胞塊の細胞塊径は小さくなるように、細胞塊は分布している。
【００２７】
次に、図２及び図３を参照して、培養槽２内の細胞塊の測定方法について説明する。ここでは、細胞培養装置１が、最大塊径測定モードと、塊径分布測定モードと、を実施する場合について説明する。図２は、最大塊径測定モードの一連の処理の一例を示すフローチャートである。最大塊径測定モードは、培養槽２内に存在する細胞塊の細胞塊径のうち、最大の細胞塊径を測定するモードである。図２に示される最大塊径測定モードの一連の処理は、例えば、３０分に１回程度の頻度で繰り返し実施される。
【００２８】
まず、制御装置６が、カメラ４に撮像指令を送信するとともに、画像処理装置５に最大塊径測定指令を送信する。このとき、ポンプ３は通常通り、単位時間当たり一定の供給量で培養液を培養槽２に供給しているので、培養槽２の下方に向かうにつれて、細胞塊の細胞塊径は大きくなり、培養槽２の上方に向かうにつれて、細胞塊の細胞塊径は小さくなるように、細胞塊は分布している。そして、カメラ４は制御装置６から撮像指令を受信すると、培養槽２の下部２ａを撮像し、撮像画像を画像処理装置５に送信する。そして、画像処理装置５は、カメラ４から撮像画像を取得する（ステップＳ１１）。
【００２９】
続いて、画像処理装置５は、撮像画像と予め記憶されている背景画像とを用いて、差分画像を生成する（ステップＳ１２）。具体的には、画像処理装置５は、撮像画像に含まれる各画素の画素値と、当該画素に対応する背景画像の画素の画素値との差分を算出することで、差分画像を生成する。背景画像は、細胞を培養していない状態で培養液を循環させている培養槽２の下部２ａを撮像することで得られた画像である。背景画像は、例えば、初期培養時において、細胞を投入する前の培養槽２を撮像することによって取得される。
【００３０】
続いて、画像処理装置５は、差分画像に対してフィルタ処理を行う（ステップＳ１３）。画像処理装置５は、例えば、フィルタ処理として、ノイズ処理、及びエッジ処理等を行う。そして、画像処理装置５は、フィルタ処理が行われた差分画像を２値化画像に変換する（ステップＳ１４）。具体的には、画像処理装置５は、フィルタ処理が行われた差分画像の各画素の画素値と予め定められた２値化閾値とを比較し、画素値が２値化閾値よりも大きい場合には０（黒）とし、画素値が２値化閾値以下の場合には１（白）とすることで、差分画像を２値化画像に変換する。
【００３１】
続いて、画像処理装置５は、２値化画像に対してラベリングを行う（ステップＳ１５）。このラベリングによって、２値化画像において連続している部分に同じラベル番号が割り振られ、背景の領域及び各細胞塊の領域が抽出される。そして、画像処理装置５は、各細胞塊の細胞塊径を算出する（ステップＳ１６）。画像処理装置５は、例えば、楕円フィッティングを用いて、細胞塊を楕円形とみなしたときの長軸の長さを細胞塊径として算出する。なお、楕円フィッティングでは、長軸が長くなる可能性がある。このため、画像処理装置５は、円フィッティング又は矩形フィッティングを用いて、細胞塊径を算出してもよい。
【００３２】
続いて、画像処理装置５は、最大塊径を算出する（ステップＳ１７）。具体的には、画像処理装置５は、撮像画像（２値化画像）に含まれるすべての細胞塊の細胞塊径のうちの最大の細胞塊径を抽出し、抽出した細胞塊径を培養槽２内の細胞塊の最大塊径とする。そして、画像処理装置５は、最大塊径を含む測定データを出力する（ステップＳ１８）。例えば、画像処理装置５は、最大塊径を含む測定データを制御装置６に送信する。そして、制御装置６は測定データを記憶装置に記憶する。このようにして、最大塊径測定モードの一連の処理が終了する。
【００３３】
このように、最大塊径測定モードでは、ポンプ３は通常通り作動しているので、培養槽２の下方に向かうにつれて、細胞塊の細胞塊径は大きくなり、培養槽２の上方に向かうにつれて、細胞塊の細胞塊径は小さくなるように、細胞塊は分布している。つまり、最大塊径を有する細胞塊は、培養槽２の下部２ａに浮遊している。このため、培養槽２の下部２ａを撮像することで得られた撮像画像を解析することで、最大塊径が得られる。
【００３４】
なお、図２に示された処理では、撮像画像において細胞塊同士が重なっている場合、実際の細胞塊よりも大きい細胞塊が検出される場合がある。このため、画像処理装置５は、ステップＳ１１〜ステップＳ１７の処理を繰り返し行い、一定回数の計算で得られた複数の最大塊径のうちの中央値を、最大塊径としてもよい。また、画像処理装置５は、上記以外の画像処理方式を用いて、最大塊径を算出してもよい。
【００３５】
次に、塊径分布測定モードについて説明する。図３は、塊径分布測定モードの一連の処理の一例を示すフローチャートである。塊径分布測定モードは、培養槽２内に存在する細胞塊の細胞塊径の分布を測定するモードである。図３に示される塊径分布測定モードの一連の処理は、例えば、１日に１回程度の頻度で繰り返し実施される。
【００３６】
まず、制御装置６が、ポンプ３の運転を停止する（ステップＳ２１）。なお、制御装置６は、単位時間当たりに培養槽２に供給される培養液の供給量が減少するようにポンプ３を制御してもよい。これにより、培養槽２内における培養液（上昇流）の流速は減少し始めるので、培養槽２内の細胞塊は、培養液中で浮遊することができなくなり、沈降を開始する。そして、制御装置６は、カメラ４に撮像指令を送信するとともに、画像処理装置５に塊径分布測定指令を送信する。ステップＳ２２〜ステップＳ２７の処理は、ステップＳ１１〜ステップＳ１６の処理と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００３７】
続いて、画像処理装置５は、すべての細胞塊が沈降したか否かを判定する（ステップＳ２８）。例えば、画像処理装置５は、撮像画像に円形の物体が存在するか否かによって、すべての細胞塊が沈降したか否かを判定してもよい。具体的には、画像処理装置５は、撮像画像に円形の物体が存在する場合にすべての細胞塊が沈降したわけではないと判定し、撮像画像に円形の物体が存在しない場合にすべての細胞塊が沈降したと判定する。また、画像処理装置５は、細胞塊の沈降開始からの経過時間によって、すべての細胞塊が沈降したか否かを判定してもよい。具体的には、画像処理装置５は、塊径分布測定指令を受信してから所定時間が経過していない場合に、すべての細胞塊が沈降したわけではないと判定し、塊径分布測定指令を受信してから所定時間が経過した場合に、すべての細胞塊が沈降したと判定する。所定時間は、すべての細胞塊が沈降するまでに要する時間であって、予め測定されて、設定されている。
【００３８】
ステップＳ２８において、画像処理装置５は、すべての細胞塊が沈降したわけではないと判定した場合（ステップＳ２８；ＮＯ）、ステップＳ２２〜ステップＳ２８の処理を再び行う。なお、画像処理装置５は、複数の撮像画像のそれぞれについて、その撮像画像に含まれる各細胞塊の細胞塊径を算出する。このとき、画像処理装置５は、各細胞塊を逐次トラッキングすることにより、２以上の撮像画像に亘って存在する同じ細胞塊に対して１つの細胞塊径を算出する。トラッキングは、例えば、Ｍｅａｎ−ｓｈｉｆｔ法によって実施される。
【００３９】
一方、ステップＳ２８において、画像処理装置５は、すべての細胞塊が沈降したと判定した場合（ステップＳ２８；ＹＥＳ）、各細胞塊の細胞塊径（塊径分布）を含む測定データを出力する（ステップＳ２９）。例えば、画像処理装置５は、各細胞塊の細胞塊径（塊径分布）を含む測定データを制御装置６に送信する。そして、制御装置６は測定データを記憶装置に記憶する。そして、制御装置６は、ポンプの運転を再開する（ステップＳ３０）。具体的には、制御装置６は、培養槽２内の培養液（上昇流）の流速を塊径分布測定モードの実施前の状態に戻すようにポンプ３を制御する。そして、塊径分布測定モードの一連の処理が終了する。
【００４０】
このように、塊径分布測定モードでは、測定開始時に、ポンプ３の流量が減少され、又はゼロにされるので、培養槽２内の細胞塊が沈降を開始する。したがって、培養槽２内のすべての細胞塊が培養槽２の下部２ａに到達するので、すべての細胞塊が沈降を開始してから沈降し終わるまで培養槽２の下部２ａを撮像することで、すべての細胞塊が撮像され得る。このため、培養槽２の下部２ａを撮像することで得られた複数の撮像画像を解析することで、すべての細胞塊の細胞塊径（塊径分布）が得られる。
【００４１】
なお、細胞塊が沈降し終わった後に、培養槽２の下部２ａを撮像しても、細胞塊が循環ラインＬ１に流れ込んでいる可能性があり、すべての細胞塊を撮像することができない。また、すべての細胞塊が培養槽２の底に溜まっていたとしても、撮像画像において細胞塊同士の距離が短く、各細胞塊の輪郭を特定することが困難である。このため、すべての細胞塊が沈降を開始してから沈降し終わるまで培養槽２の下部２ａを撮像することで、すべての細胞塊が観察され得る。
【００４２】
以上説明したように、細胞培養装置１では、培養槽２内で培養液が上昇流を形成するように培養液が供給される。培養槽２の水平断面積が上方に向かうにつれて増加するので、培養液の流速（上昇流の速度）は、培養槽２の上方に向かうにつれて減少する。このため、培養槽２内の各細胞は、細胞の沈降速度と培養液の流速とがつり合った高さで浮遊しながら培養される。つまり、培養槽２の下方に向かうにつれて、細胞塊の大きさ（細胞塊径）は大きくなり、培養槽の上方に向かうにつれて、細胞塊の大きさ（細胞塊径）は小さくなるように、細胞塊は分布している。したがって、培養槽２の下部２ａを撮像することで得られた撮像画像を解析することで、培養槽２内のうちの細胞塊の最大の大きさ（最大塊径）を得ることができる。
【００４３】
また、単位時間当たりに培養槽２に供給される培養液の供給量を減少するか、又はゼロにすることによって、培養槽２内の細胞塊が沈降を開始する。このため、培養槽２内の細胞塊が、培養槽２の下部２ａに向かって移動するので、細胞塊が沈降を開始してから培養槽２の下部２ａを繰り返し撮像することで、より多くの細胞塊が撮像され得る。したがって、培養槽２の下部２ａを撮像することで得られた撮像画像を解析することで、各細胞塊の大きさを得ることができ、塊径分布を得ることができる。
【００４４】
このように、培養槽２の下部２ａを撮像することで得られた撮像画像を解析することで、培養槽２全体を撮像することなく、細胞塊の大きさ（本実施形態では、最大塊径及び塊径分布）を測定することができる。よって、カメラ４又は培養槽２を移動する必要がないので、装置を大型化することなく、細胞の培養状態を観察することが可能となる。また、カメラ４又は培養槽２を移動する必要がないので、構成部品を減らすことができ、製造コスト、及びメンテナンスコストを低減することが可能となる。
【００４５】
従来、培養槽内で培養中の細胞数を計測するために、培養槽内の細胞を一部取り出して、顕微鏡と血球算定盤とを用いた目視計測が行われている。しかし、培養槽から細胞を取り出す過程で細胞が大気と接触するために、意図しない雑菌が培養槽に混入するおそれがある。また、計測に使用した細胞を再び培養槽に戻して培養を行うことはできないので、細胞培養速度が低下してしまう。これに対して、細胞培養装置１では、撮像画像を解析することによって、細胞塊の最大塊径及び分布を測定しているので、培養槽２から細胞塊を取り出すことなく、細胞の培養状態をリアルタイムで観察することが可能となる。
【００４６】
また、細胞培養装置１では、カメラ４は、培養槽２全体を撮像する必要がなく、少なくとも培養槽２の下部２ａを撮像すればよい。このため、カメラ４として、高性能（高解像度、及び広角）なカメラが用いられなくてもよい。
【００４７】
以上、本開示の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００４８】
例えば、細胞培養装置１によって培養される細胞の種類は、特に限定されない。例えば、動物における幹細胞等が培養される。細胞培養における培地となる培養液は、培養の対象となる細胞の種類に応じて適宜選択される。
【００４９】
上記実施形態では、カメラ４、画像処理装置５、及び制御装置６は、インキュベータ１０の外部に配置されているが、カメラ４、画像処理装置５、及び制御装置６の一部又は全部は、インキュベータ１０の内部に配置されてもよい。ポンプ３、循環ラインＬ１、及び循環ラインＬ２の一部又は全部は、インキュベータ１０の外部に配置されてもよい。
【００５０】
上記実施形態では、画像処理装置５と制御装置６とは異なるコンピュータによって構成されているが、画像処理装置５と制御装置６とが１つのコンピュータによって構成されてもよい。
【００５１】
上記実施形態では、細胞塊径、及び細胞塊径の分布が測定されているが、測定項目は、これらに限られない。細胞塊の形状、真円度、アスペクト比、円形度、及び面積が測定されてもよい。
【００５２】
また、画像処理装置５は、測定対象となる細胞塊の画像をニューラルネットワーク等のモデルに学習させておき、撮像画像から細胞塊領域を抽出してもよい。
【００５３】
制御装置６は、測定データに基づいて、ポンプ３の制御を行ってもよい。例えば、培養槽２の下部２ａに大きな細胞塊が発生すると、培養全体に悪影響を及ぼすことがある。そこで、制御装置６は、画像処理装置５によって測定された最大塊径と、予め定められた閾値と、を比較することによって、ポンプ３を制御してもよい。具体的には、制御装置６は、最大塊径が閾値以下である場合には、単位時間当たり一定の供給量で培養液を培養槽２に供給するようにポンプ３を制御する。一方、制御装置６は、最大塊径が閾値よりも大きい場合には、単位時間当たりに培養槽２に供給される培養液の供給量が時間の経過とともに増減を繰り返すようにポンプ３を制御する。閾値は、例えば、５００μｍである。
【００５４】
例えば、制御装置６は、ポンプ３をＯＮとする駆動時間とポンプ３をＯＦＦとする停止時間とを交互に繰り返すように、ポンプ３を制御する。そして、制御装置６は、最大塊径が閾値以下となると、単位時間当たり一定の供給量で培養液を培養槽２に供給するようにポンプ３を制御する。これにより、ポンプ３が停止すると、培養液の単位時間当たりの供給量が減少するので、培養槽２内の培養液の流速が低下し、細胞塊が沈降する。その後、ポンプ３が駆動すると、培養液の単位時間当たりの供給量が増加に転じ、培養槽２内の培養液の流速が増加する。このとき、各細胞塊は、通常稼働時に当該細胞塊が浮遊している高さよりも低い位置に沈降している。そして、培養槽２の下方に向かうにつれて、培養液の流速が大きくなるので、各細胞塊は、通常稼働時よりも大きなせん断応力を受けることになる。その結果、細胞塊が破砕され、全体の細胞塊径を閾値以下に維持することが可能となる。
【００５５】
制御装置６は、通常稼働時よりも大きなせん断応力を細胞塊に与えるために、単位時間当たりに培養槽２に供給される培養液の供給量が増加するようにポンプ３を制御してもよく、単位時間当たりに培養槽２に供給される培養液の供給量が正弦波状に変化するようにポンプ３を制御してもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１  細胞培養装置
２  培養槽
２ａ  下部
３  ポンプ（供給装置）
４  カメラ（撮像装置）
５  画像処理装置
６  制御装置
１０  インキュベータ
１０ａ  窓部
Ｌ１  循環ライン
Ｌ２  循環ライン
【図１】
2019022067.tif 000003
【図２】
2019022067.tif 000004
【図３】
2019022067.tif 000005
【国際調査報告】
2019022067.tif 000006
2019022067.tif 000007