(57)【要約】  培養液中の細胞の大きさを測定する装を提供することを課題とする。  撮像部、及び該撮像部で撮像した培養液中の細胞の大きさを補正する補正処理部、を含む、培養液中の細胞の大きさを測定する装置により、培養液中の細胞の大きさを測定することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像部、及び該撮像部で撮像した培養液中の細胞の大きさを補正する補正処理部、
を含む、培養液中の細胞の大きさを測定する装置。
【請求項２】
前記補正処理部は、撮像部で撮像した画像から算出した培養液の液量、及び予め測定した培養液の液量と細胞の大きさの変化量のテーブル又は補正式に基づき、撮像した培養液中の細胞の大きさを補正する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
培養液の液量が、細胞を培養しているウェルの斜め上方、又はウェルの側面から撮像した画像から算出される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
各ウェル中の培養液の量を一定にするため、培養液を注入及び／又は排出できる液量調節機構を含む、請求項１〜３の何れか一項に記載の装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の装置を含む、細胞搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、培養液中の細胞の大きさを測定する装置及び細胞搬送装置に関し、特に、培養液中の細胞の大きさを補正する補正処理部を設けることで、ウェル中の細胞の大きさを正確に測定することができる装置及び該装置を含む細胞搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
心臓、肺、肝臓、腎臓、膵臓などの臓器、骨、目等の生体を構成する組織の機能が損なわれると種々の病気になり、重い場合には生命の危機にさらされる。生体組織の病気が比較的軽症の場合は、投薬・手術等により病変部分を治癒することが可能である。しかしながら、生体組織の機能が著しく低下し治癒が困難な場合は、生体組織の機能を代行するために、人工臓器が用いられている。【０００３】
人工臓器は、セラミック製の人工骨やインプラント、ペースメーカー等の機械要素からなる人工臓器、生きた細胞を用いた組織工学により作製した人工臓器が知られている。後者の人工臓器としては、例えば、３次元培養した膵島および／または膵島細胞塊を高分子膜によって膵内分泌細胞を被包し、患者の皮下あるいは腹膣内等に移植できるようにした拡散チャンバー型人工臓器が知られている（特許文献１参照）。また、シリコーンゴムリング２の両開口端面にポリカーボネイト製の免疫隔離膜を接着してなる容器Ｖの中に失われた本来の膵臓の代替となりうる膵細胞とその機能を維持する細胞培養床５を封入してなる人工臓器用チャンバーであって、容器Ｖの中に、膵細胞の担体としてスポンジ状キチンを充填した人工臓器用チャンバーも知られている（特許文献２参照）。【０００４】
近年、ＥＳ細胞やｉＰＳ細胞等の幹細胞を用いた研究が盛んにおこなわれている。所期の器官に分化した後の幹細胞は、その大きさから生産するホルモン等の量を予測できることから、人工臓器への応用が期待されている。ところで、幹細胞や三次元培養細胞は、人工臓器とは別の培養器で培養し、人工臓器用のチャンバーに移しているが、その際に、各細胞の大きさを正確に測定できると、ホルモン等の生産量が予測できるので好ましい。【０００５】
ウェル等の培養器中の細胞の大きさを測定する装置としては、ウェルの上方に設けた光学系をウェルに対して相対的に走査移動させることで、ウェルの内容物を撮像することが知られている。しかしながら、ウェルの上方から撮像を行う場合、ウェルに注入された流動体の表面状態により画像がひずむ場合がある。そのため、赤外光で撮像可能で一定ピッチのグリッドパターンが形成された透明ステージに、流動体が注入されたウェルを有するマイクロプレートＭを載置し、その下方から、白色光源、赤外光源が発する白色光および赤外光を選択的に入射させ、赤外光で撮像されたグリッドパターンの像における歪みから画像の歪み量を見積もり、この歪みをキャンセルするための補正を、白色光で撮像された画像に対して適用する撮像装置が知られている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平７−２８７３０号公報
【特許文献２】特開２００３−１９０２５９号公報
【特許文献３】特開２０１３−１７０８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献３に記載されている発明は、グリッドパターン、白色光源及び赤外光源が細胞の大きさを補正する為に必要である。そのため、装置が煩雑になるという問題があった。【０００８】
本発明は上記問題を解決する為になされた発明で、鋭意研究を行ったところ、（１）撮像部で撮像した培養液中の細胞の大きさを補正する補正処理部を設けることで、（２）グリッドパターン、白色光源及び赤外光源等の特別な手段を必要とせず、従来から細胞を撮像するために使用している光学系を用いて細胞の大きさを正確に測定できること、を新たに見出し、本発明を完成した。【０００９】
すなわち、本発明の目的は、培養液中の細胞の大きさを測定する装置及び該装置を含む細胞搬送装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）撮像部、及び該撮像部で撮像した培養液中の細胞の大きさを補正する補正処理部、
を含む、培養液中の細胞の大きさを測定する装置。
（２）前記補正処理部は、撮像部で撮像した画像から算出した培養液の液量、及び予め測定した培養液の液量と細胞の大きさの変化量のテーブル又は補正式に基づき、撮像した培養液中の細胞の大きさを補正する、上記（１）に記載の装置。
（３）培養液の液量が、細胞を培養しているウェルの斜め上方、又はウェルの側面から撮像した画像から算出される、上記（２）に記載の装置。
（４）各ウェル中の培養液の量を一定にするため、培養液を注入及び／又は排出できる液量調節機構を含む、上記（１）〜（３）の何れか一に記載の装置。
（５）上記（１）〜（４）の何れか一に記載の装置を含む、細胞搬送装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の培養液中の細胞の大きさを測定する装置は、特別な手段は不要である。そのため、簡単な手段で培養液中の細胞の大きさを正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の培養液中の細胞の大きさを測定する装置１の補正処理部の補正方法を説明するための図である。
【図２】図２は、本発明の培養液中の細胞の大きさを測定する装置１の補正処理部の補正方法を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明の装置１の他の実施形態を示す図である。
【図４】図４は、細胞搬送装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、培養液中の細胞の大きさを測定する装置（以下、単に「装置」と記載することがある。）、及び細胞搬送装置について詳しく説明する。
【００１４】
図１及び図２は、本発明の装置１の補正処理部の補正方法を説明するための図である。図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、本発明の装置１は、撮像部２、及び図示しない補正処理部を少なくとも含んでいる。
【００１５】
ウェルプレート３等の培養器中の細胞４の大きさを撮像部２で撮像すると、図１（Ａ）に示すように、ウェル中に培養液が無い場合は、撮像部２で撮像した細胞画像４１の大きさは、実際の細胞４の大きさと一致する。しかしながら、図１（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、ウェル中に培養液５がある場合、培養液５の量及び発生するメニスカスにより、撮像部２で撮像した細胞画像４１の大きさは、実際の細胞４の大きさと異なる。
【００１６】
そのため、本発明の補正処理部には、予め大きさの分かっている細胞４をウェル中に投入し、培養液５の液量を様々に変えて撮像した時の細胞画像４１の大きさの変化量を液量と関連付けてテーブル又は補正式にして記憶してある。そして、撮像部２で撮像した画像から、細胞４が入っているウェルの培養液の液量５を測定し、上記のテーブル又は補正式に基づき、撮像した培養液５中の細胞画像４１の大きさを培養液５の液量に応じて補正することで、培養液５中の細胞４の正確な大きさを測定することができる。なお、本発明において「液量」とは、ウェル中の培養液５の絶対量を意味するのではなく、撮像部２で撮像した画像を解析することで、補正処理部に記憶してあるテーブル又は計算式に算入できる数値を意味する。例えば、培養液の界面とウェルの上端部の距離、ウェルの底部と培養液の界面の距離等、が挙げられる。
【００１７】
図２は、ウェル中の培養液５の液量の測定方法の一例を示している。図２（Ａ）に示す方法では、撮像部２をウェルの斜め上方から撮像し、図２（Ａ）の点線で示すように、撮像した画像から培養液の界面とウェルの上端部を決定し、撮像部２を傾ける角度からウェル中の培養液の界面からウェルの上端部までの距離を測定している。また、図２（Ｂ）に示す方法では、撮像部２をウェルの側面に配置させ、図２（Ｂ）の点線で示すように、撮像した画像から培養液の界面からウェルの上端部までの距離を測定している。なお、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示す例は、液量の測定方法の一例であって、他の方法であってもよい。
【００１８】
図２（Ａ）及び（Ｂ）に示す測定方法に用いる撮像部２は、細胞４をウェルの上方から撮像するための撮像部２と同じであっても異なっていてもよい。撮像部２を共通化する場合、撮像部２の位置をウェルの真上と、斜め上方又は側面に移動させるための撮像部移動手段を設ければよい。撮像部移動手段は、撮像部の位置を変えることができれば特に制限はなく、顕微鏡等に用いられている公知のＸ、Ｙ、Ｚ軸の３次元方向移動機構に、更に撮像部２の撮像面の方向を変えるための回転手段を設ければよい。なお、図２（Ｂ）に示す方法は、細胞４の培養器が６ウェルプレート等、ウェルを側面から撮像できる場合に用いることができる。９６ウェルプレート等、側面から撮像できないウェルを含む場合は、図２（Ａ）に示す方法で撮像すればよい。
【００１９】
補正処理部に記憶するテーブル又は補正式は、可能な限り多様な条件で測定したテーブル又は補正式であることが望ましい。撮像部２で撮像した際に細胞４の大きさが変わる要因としては、培養液５の量に加え、培養液の種類及び濃度等、更に、種類及び濃度に起因するメニスカスの形状の変化等が考えられる。また、ウェル内面の親水度（疎水度）が異なると培養液のメニスカスの形状が変わる可能性がある。したがって、テーブル又は補正式を作成する際には、培養液の量のみでなく、種類や濃度、ウェルの種類等の様々な要因を組み合わせた多様なテーブル又は補正式を作成することが好ましい。
【００２０】
撮像部２は、可視画像が撮像できれば特に制限はなく、ＣＭＯＳカメラ等の市販のカメラを用いればよい。また、本発明の装置１を用いて測定する細胞４の種類は特に制限はないが、３次元培養した細胞、ＥＳ細胞・ｉＰＳ細胞等の幹細胞の測定に好適に使用することができる。また、培養液５は、培養する細胞４に応じて、適宜選択すればよい。
【００２１】
図３は、本発明の装置１の他の実施形態を示す図で、培養液を注入及び／又は排出できる液量調節機構６を設けた例を示している。図３（Ａ）に示すように各ウェルに含まれる培養液の液量５が不均一であっても、液量調整機構６を用いて培養液５を注入及び／又は排出することで、図３（Ｂ）に示すように各ウェル中の培養液の量を一定にすることができる。補正処理部に記憶するテーブル又は補正式の種類を可能な限り多くすることで、ウェルプレートの各ウェルの培養液５の液量が異なっていても、培養液５中の細胞４の大きさを正確に測定することができるが、液量調節機構６を設けると培養液５の液量を一定にできるので、補正処理部に記憶するテーブル又は補正式の種類を少なくすることができる。液量調節機構６は、培養液を注入及び／又は排出できれば特に制限はなく、シリンジポンプ等を用いればよい。
【００２２】
本発明の装置１は、培養液５中の細胞の大きさを正確に測定することができるので、培養器中の細胞を、人工臓器等のセルチャンバーに搬送するための細胞搬送装置等に組み込んで用いることができる。また、培養途中の細胞のサイズを確認するためにも使用することができる。
【００２３】
図４は、細胞搬送装置の一例を示している。図４に示す細胞搬送装置１１は、撮像部１２、シリンジを先端に装着できるシリンジポンプ１３、シリンジポンプ１３を駆動するためのシリンジポンプ駆動部１４、シリンジポンプ駆動部１４を制御するための図示していない制御部、細胞及び細胞の搬送先の位置を記憶する図示しない記憶部、を少なくとも含んでいる。
【００２４】
細胞搬送装置１１の記憶部は、細胞を培養したプレート１５を撮像部１２で撮像することでプレート１５上の個々の細胞の位置を記憶部に記憶し、また、細胞の搬送先であるセルチャンバー１６に形成されている凹部６１の個々の位置も記憶部に記憶している。そして、制御部は記憶部に記憶されている細胞と凹部６１の位置に基づき、シリンジポンプ駆動部１４の駆動を制御することから、シリンジポンプ１３に装着するシリンジを、細胞及び凹部６１の近傍に正確に移動することができる。
【００２５】
撮像部１２は、可視画像が撮像できれば特に制限はなく、ＣＭＯＳカメラ等の市販のカメラを用いればよい。なお、撮像した細胞の画像を解析し易くするために、細胞搬送装置１１にプレート１５（培養器３）を載置する載置台１７を設け、載置台１７の内部に図示しない照明部を設けてもよい。
【００２６】
シリンジポンプ１３は、装着するシリンジで細胞をサンプリングできれば特に制限はなく、自動分析装置等の分野で公知のシリンジポンプを用いればよい。また、幹細胞をサンプリングするためのシリンジは、サンプルを定量サンプリングするためのシリンジと異なり、直径が１ｍｍ〜３ｍｍのほぼ球形の幹細胞の塊をプレート１５から取り出して、凹部６１に搬送するためのものである。そのため、シリンジの内径は１ｍｍ〜３ｍｍの略円形状とすることが好ましい。なお、図４に示す細胞搬送装置１１は、記憶部を設けることで、従来の自動分析装置よりより正確に細胞等の搬送をすることができるが、従来の細胞搬送装置のように、記憶部を設けなくてもよい。
【００２７】
シリンジポンプ１３を駆動するためのシリンジポンプ駆動部１４は、シリンジポンプ１３をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動することができ、所定の位置に移動した後にシリンジポンプ１３を駆動して細胞をプレート１５から取り出し、凹部６１に搬送できれば特に制限は無い。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への移動機構は、例えば、図示しない駆動原及び該駆動原の駆動力をシリンジポンプ１３に伝達する伝達する駆動力伝達機構を設ければよい。駆動原としては、例えば、パルスモーター、超音波モーター等を用いればよい。また、駆動力伝達機構は、例えば、自動分析装置等の分野で公知の３次元駆動機構を用いればよい。
【００２８】
また、シリンジポンプ１３の駆動は、シリンジポンプ１３が設定した場所に到達した後、吸引・排出等を行うように制御すればよい。なお、上記には、シリンジポンプ１３をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動する例を示しているが、シリンジポンプ１３が伸縮自在のシリンジ部を備える場合は、シリンジポンプ駆動部１４は、シリンジポンプ１３をＸ軸及びＹ軸方向に移動できればよい。なお、本発明の装置１に液量調整機構６を設ける場合、シリンジポンプ１３とは別体として設けてもよいが、シリンジポンプ１３を液量調整機構６として用いてもよい。
【００２９】
駆動力伝達機構からの駆動力は、直接シリンジポンプ１３に伝達してもよいが、図示しないシリンジポンプ１３の取付部を設け、取付部が移動するように駆動力を伝達してもよい。また、取付部には撮像部１２を取り付けてもよい。撮像部１２を取付部に取り付けることで、撮像部１２を移動する為の機構を別途設ける必要はない。また、駆動力伝達機構は、Ｘ軸とＹ軸の水平方向への駆動力伝達機構とＺ軸方向への駆動力伝達機構を別々に設けてもよい。シリンジポンプ１３には、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３方向の駆動力が伝達するようにし、撮像部１２にはＸ軸及びＹ軸の水平方向の駆動力が伝達するようにしておいても良い。撮像部１２がズーム機構を設けている場合は、撮像部１２自体をＺ軸方向に移動しなくてもよい。
【００３０】
図４に示す撮像部１２は、撮像部１２をＸ、Ｙの２方向、又はＸ、Ｙ、Ｚの３方向に移動するようになっている。本発明の培養液中の細胞の大きさを測定する装置１を細胞搬送装置１１に組み込む場合、細胞搬送装置１１の撮像部１２とは別に撮像部２を設けてもよいし、細胞搬送装置１１の撮像部１２と共通化してもよい。その場合、細胞搬送装置１１の撮像部１２は、上方からしか細胞を撮像できないので、撮像部１２が撮像できる方向を調整するための回転手段を設ければよい。
【００３１】
図４に示す細胞搬送装置１１を用いて細胞を搬送する際に、本発明の装置１を用いて先ず先ずウェルの培養液５の液量を測定し、そして撮像部１２で撮像した細胞画像を補正処理部で補正することで、実際に搬送する細胞の正確な大きさを把握できる。したがって、幹細胞等を用いて人工臓器を作製する場合、幹細胞が生産するホルモン等の物質の総量をより正確に予測することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の培養液中の細胞の大きさを測定する装置、及び細胞搬送装置を用いると、培養器中の細胞の大きさを正確に測定することができることから、人工臓器等が生産するホルモン等の量を正確に予測することができる。したがって、人工臓器を製造する医療機器産業や医療機関における手術に有用である
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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