特開 2024-49582 多層培養容器観察装置および多層培養容器観察システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024049582

(43)【公開日】2024-04-10

(54)【発明の名称】多層培養容器観察装置および多層培養容器観察システム

(51)【国際特許分類】

   C12M 3/00 20060101AFI20240403BHJP

   C12M 1/00 20060101ALI20240403BHJP

   C12M 1/34 20060101ALI20240403BHJP

   C12Q 1/02 20060101ALI20240403BHJP

【ＦＩ】

C12M3/00 Z

C12M1/00 C

C12M1/34 B

C12Q1/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022155882

(22)【出願日】2022-09-29

(71)【出願人】

【識別番号】000180313

【氏名又は名称】四国計測工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123984

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 晃伸

(74)【代理人】

【識別番号】100102314

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 阿佐子

(74)【代理人】

【識別番号】100159178

【弁理士】

【氏名又は名称】榛葉 貴宏

(72)【発明者】

【氏名】岡野 信之

(72)【発明者】

【氏名】奥田 雄大

【テーマコード（参考）】

4B029

4B063

【Ｆターム（参考）】

4B029AA02

4B029AA07

4B029AA12

4B029BB01

4B029BB11

4B029CC02

4B063QA18

4B063QQ05

4B063QQ08

4B063QR74

4B063QR77

4B063QS39

(57)【要約】

【課題】多層培養容器における培地交換または継代のタイミングを精度よく判定することを可能とする多層培養容器の観察装置および多層培養容器観察システムを提供する。
【解決手段】多層培養容器観察装置２０は、複数のトレイを内蔵する多層培養容器４０が載置されるベース部２１と、ベース部２１に載置された多層培養容器４０を固定する容器固定部材２３と、を備え、ベース部２１は、多層培養容器４０の最下段の細胞の画像を経時的に取得し、記憶装置に記憶する細胞画像取得装置６０と、記憶装置に記憶した細胞の画像のデータを外部に送信するための通信装置６１と、受電コネクタ６２とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のトレイを内蔵する多層培養容器が載置されるベース部と、
前記ベース部に載置された前記多層培養容器を固定する容器固定部材と、を備え、
前記ベース部は、前記多層培養容器の最下段の細胞の画像を経時的に取得し、記憶装置に記憶する細胞画像取得装置と、前記記憶装置に記憶した細胞の画像のデータを外部に送信するための通信装置と、受電コネクタとを備える多層培養容器観察装置。

【請求項2】

前記ベース部が着脱自在に搭載される台車をさらに備える、請求項１に記載の多層培養容器観察装置。

【請求項3】

前記台車または前記ベース部に、前記多層培養容器を回転させる多層培養容器操作装置が備える一対のアームを挿通するための、一対の貫通孔が設けられている、請求項２に記載の多層培養容器観察装置。

【請求項4】

前記細胞画像取得装置を駆動するための電池を備える、請求項１に記載の多層培養容器観察装置。

【請求項5】

前記細胞画像取得装置が、経時的に取得した細胞の画像に基づき外部の情報端末に培地交換または継代のタイミングを通知する機能を備える、請求項１に記載の多層培養容器観察装置。

【請求項6】

請求項１ないし４のいずれかに記載の多層培養容器観察装置を収容する収容部と、前記収容部に設けられた扉と、前記受電コネクタに電力を供給する給電コネクタと、制御装置と、を備え、
前記多層培養容器観察装置を前記収容部に配置すると前記給電コネクタと前記受電コネクタとが接続される、インキュベータ。

【請求項7】

前記制御装置が、前記細胞画像取得装置から受信した細胞の画像のデータに基づき外部の情報端末に培地交換または継代のタイミングを通知する機能を備える、請求項６に記載のインキュベータ。

【請求項8】

請求項１ないし４のいずれかに記載の多層培養容器観察装置と、前記多層培養容器観察装置を収納可能なインキュベータと、を備える細胞培養システムであって、
前記インキュベータは、前記多層培養容器観察装置を収容する収容部と、前記収容部に設けられた扉と、前記受電コネクタに電力を供給する給電コネクタと、を備え、
前記多層培養容器観察装置を前記収容部に配置すると前記給電コネクタと前記受電コネクタとが接続される、多層培養容器観察システム。

【請求項9】

さらに、前記細胞画像取得装置から直接または前記インキュベータを介して前記細胞の画像のデータを受信可能な情報端末を備え、
前記情報端末が、前記細胞の画像のデータに基づき培地交換または継代のタイミングを通知する機能を有する細胞培養管理プログラムが記憶された記憶装置を備える、請求項８に記載の多層培養容器観察システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数のトレイを内蔵する多層培養容器の観察装置および多層培養容器観察システムに関する。

【背景技術】

【0002】

複数のトレイを内蔵する多層培養容器における被観察物（培養物）を観察するための多層培養容器観察装置が知られている。このような多層培養容器観察装置において、各トレイにおける培養細胞の状態を観察するために、多層培養容器を間に挟んで、光学観察手段を上斜め向き、照明手段を下斜め向きに対向させて、光学観察手段と多層培養容器と照明手段とを同一の光軸上に配置した培養容器観察装置が知られている（たとえば特許文献１参照）。

【0003】

出願人も、特許文献２において、多層培養容器を搭載して移動可能な多層培養容器観察装置と、多層培養容器の各トレイの被観察物を観察可能な観察装置と、を有し、多層培養容器観察装置は、多層培養容器の対向する二つの側面の上端から下端までを露出させる側面露出部を有する枠体を備え、観察装置は、多層培養容器観察装置を多層培養容器を搭載した状態のまま収容する収容部と、光学系を有し当該光学系が結像した像を出力する撮像装置と、を備え、収容部に多層培養容器を搭載する多層培養容器観察装置を収容した場合に、側面露出部が、撮像装置の光軸上に配置される多層培養容器観察システムを提案している。

【0004】

特許文献３では、細胞を培養する培養容器内の画像を経時的に取得する培養観察装置と、培養観察装置により取得された各画像に基づいて、培養容器内で培養されている細胞の培養状況を定量的に解析し、得られたデータを統計解析する細胞解析部と、細胞解析部により得られた複数の継代周期内における培養容器内の統計解析結果を対比可能に表示するモニタを備え、モニタが、統計解析結果として、各継代周期内における細胞の倍加時間を示す定量的な指標を表示する細胞観察システムが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４０４９２６３号公報

【特許文献2】国際公開第２０１９／２３００３５号

【特許文献3】特開２０２１－１５１２５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

細胞を容器内で培養するにあたっては、培養密度が高くなると細胞老化や細胞死の問題が生じるため、培養容器から細胞を剥がして希釈し、新たな培養容器に播種して培養する工程（いわゆる継代）が複数回実行される。ここで、継代を多数回繰り返すと増殖能が低下するなどの劣化が生じ、そのような劣化した細胞は製品品質に影響を与える場合があるため、継代のタイミングを精度よく判定することが重要である。従来においては、インキュベータから培養容器を取り出して顕微鏡で観察することが行われていた。

【0007】

特許文献３に記載される培養観察装置によれば、培養容器内の細胞数を計測することができるが、計測時に培養容器を培養観察装置の上に載せる作業が必要であることから、養容器内の培地に不必要な衝撃を与えてしまったり、汚染が生じてしまうという問題がある。また、多層培養容器は、培地や試薬等の液を充填した際に数十ｋｇの重量となるため、上記培養観察装置をそのまま利用することはできない。
他方で、多層培養容器内をインキュベータ内で観察する装置も提案されていたが、継代のタイミングを精度よく判定することはできなかった。

【0008】

本発明は、多層培養容器における培地交換または継代のタイミングを精度よく判定することを可能とする多層培養容器の観察装置および多層培養容器観察システム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】

本発明に係る多層培養容器観察装置は、複数のトレイを内蔵する多層培養容器が載置されるベース部と、前記ベース部に載置された前記多層培養容器を固定する容器固定部材と、を備え、前記ベース部は、前記多層培養容器の最下段の細胞の画像を経時的に取得し、記憶装置に記憶する細胞画像取得装置と、前記記憶装置に記憶した細胞の画像のデータを外部に送信するための通信装置と、受電コネクタとを備えている。
上記多層培養容器観察装置において、前記ベース部が着脱自在に搭載される台車をさらに備えるように構成してもよい。
上記多層培養容器観察装置において、前記台車または前記ベース部に、前記多層培養容器を回転させる多層培養容器操作装置が備える一対のアームを挿通するための、一対の貫通孔が設けられているように構成してもよい。
上記多層培養容器観察装置において、前記細胞画像取得装置を駆動するための電池を備えるように構成してもよい。
上記多層培養容器観察装置において、前記細胞画像取得装置が、経時的に取得した細胞の画像に基づき外部の情報端末に培地交換または継代のタイミングを通知する機能を備えるように構成してもよい。

【0010】

本発明に係るインキュベータは、上記多層培養容器観察装置を収容する収容部と、前記収容部に設けられた扉と、前記受電コネクタに電力を供給する給電コネクタと、制御装置と、を備え、前記多層培養容器観察装置を前記収容部に配置すると前記給電コネクタと前記受電コネクタとが接続される。
上記インキュベータにおいて、前記制御装置が、前記細胞画像取得装置から受信した細胞の画像のデータに基づき外部の情報端末に培地交換または継代のタイミングを通知する機能を備えるように構成してもよい。

【0011】

本発明に係る多層培養容器観察システムは、上記多層培養容器観察装置と、前記多層培養容器観察装置を収納可能なインキュベータと、を備える細胞培養システムであって、前記インキュベータは、前記多層培養容器観察装置を収容する収容部と、前記収容部に設けられた扉と、前記受電コネクタに電力を供給する給電コネクタと、を備え、前記多層培養容器観察装置を前記収容部に配置すると前記給電コネクタと前記受電コネクタとが接続される。
上記多層培養容器観察システムにおいて、さらに、前記細胞画像取得装置から直接または前記インキュベータを介して前記細胞の画像のデータを受信可能な情報端末を備え、前記情報端末が、前記細胞の画像のデータに基づき培地交換または継代のタイミングを通知する機能を有する細胞培養管理プログラムが記憶された記憶装置を備えるように構成してもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、多層培養容器における培地交換または継代のタイミングを精度よく判定することを可能とする多層培養容器の観察装置および多層培養容器観察システムを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施形態に係る多層培養容器観察システムを説明する図である。

【図2】第１実施形態に係る多層培養容器観察装置を示す側面図である。

【図3】第１実施形態に係る多層培養容器観察装置のベース部と台車の構成を説明する側面図である。

【図4】第１実施形態に係る給電コネクタと受電コネクタを説明する平面図である。

【図5】第１実施形態に係る多層培養容器操作装置を説明する斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に、本実施形態に係る多層培養容器観察システム１について説明する。
第１実施形態に係る多層培養容器観察システム１は、図１に示すように、インキュベータ１０と、多層培養容器４０を収容する多層培養容器観察装置２０と、多層培養容器観察装置２０が搭載された台車３０と、管理用端末５０と、を有する。

【0015】

インキュベータ１０は、第１の収容部１１および第２の収容部１２と、インキュベータ制御装置１３と、を備えている。
第１の収容部１１および第２の収容部１２は、多層培養容器観察装置２０および台車３０を各１台収納するための空間であり、インキュベータ内ではつながっている。なお、収容部の数は例示の２つに限定されず、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
インキュベータ制御装置１３は、第１および第２の収容部１１，１２内の温度を培養に適した温度（たとえば３７℃）に維持することが可能である。また、インキュベータ１０には、図示しない酸素ボンベ、窒素ボンベおよび／または二酸化炭素ボンベが接続されており、インキュベータ制御装置１３が各ガスボンベから供給するガスの量を調節することにより、第１および第２の収容部１１，１２内のガス濃度を調整することが可能になっている。
また、インキュベータ制御装置１３は、図示しない通信装置を備えており、管理用端末５０と無線または有線で通信が可能である。例えば、インキュベータ１０の温湿度やＣＯ_２濃度等の情報を観察制御装置６１を介して管理用端末５０に送信するような構成を採用してもよい。

【0016】

多層培養容器観察装置２０は、図２に示すように、ベース部２１と、枠体２２と、多層培養容器４０を保持する容器固定部材２３とから構成される。
枠体２２は、容器固定部材２３と連結具により連結されており、両方の短辺にはハンドルが２２ａ，２２ｂが設けられている。枠体２２の内側には、３つの多層培養容器４０ａ～４０ｃを並んで配置されている。
鉛直方向に延びる容器固定部材２３は、ベース部２１に固設され、多層培養容器４０が水平方向（ＸＹ軸方向）にずれないように多層培養容器４０の４つのコーナー部分を支持する断面Ｌ字形のフレーム部材により構成されている。本実施形態では、１２本のフレーム部材からなる容器固定部材２３が、３つの多層培養容器４０ａ～４０ｃを並列に配置した状態で固定し、保持する。なお、本実施形態では、３つの多層培養容器４０を搭載する多層培養容器観察装置２０を開示しているが、搭載する多層培養容器４０の数はこれに限定されず、１つ、２つ、あるいは４つ以上の多層培養容器４０を搭載できるように構成してもよい。

【0017】

多層培養容器４０は、給排気ポート４１と、給排液ポート４２と、を備えた多段の培養容器である。本実施形態の多層培養容器４０は、４０段のトレイを積層した構造であり、培地や試薬等の液を充填した際の重量は２０ｋｇ程度となるため、人手による搬送や回転操作は困難である。多層培養容器４０は、多層培養容器観察装置２０に収容された状態で後述の多層培養容器操作装置７０に保持されて回転される。たとえば、給液を行う際には、多層培養容器４０は４５度回転された状態で給液が行われる。

【0018】

図３は、多層培養容器観察装置２０のベース部２１と台車３０の構成を説明する側面図である。なお、図３においては、説明の便宜上、枠体２２および多層培養容器４０は図示省略している。
ベース部２１は中空構造であり、内部に細胞画像取得装置６０ａ～６０ｃと、観察制御装置６１と、受電コネクタ６２と、を備えている。ベース部２１の天面には、載置された多層培養容器４０の最下段を細胞画像取得装置６０により観察するための窓が設けられている。細胞画像取得装置６０ａ～６０ｃは、培地や試薬等の液を充填した多層培養容器４０の重量を支えることができる強度を有している。

【0019】

細胞画像取得装置６０ａ～６０ｃは、３つの多層培養容器４０ａ～４０ｃの最下段に位置する容器の画像を経時的に取得する画像取得部を備えている。画像取得部は、ＸＹＺ方向移動機構により移動される撮像装置を備えており、一定周期で取得した画像等の計測データを、観察制御装置６１が備える無線通信装置を介して管理用端末５０に無線送信する。観察制御装置６１は、管理用端末５０からの指示に基づいて撮像装置の位置および撮像タイミングを制御する。これら各機能は、細胞画像取得装置６０が備える記憶装置に記憶された専用のプログラムを、細胞画像取得装置６０が備える演算装置が実行することにより実現される。
なお、本実施形態では、３つの多層培養容器４０ａ～４０ｃの最下段に位置する容器の画像を取得しているが、１つの多層培養容器４０の最下段に位置する容器の画像を取得し、同画像に基づいて他の２つの多層培養容器４０の培養状況を推測する構成としてもよい。

【0020】

受電コネクタ６２は、インキュベータ１０の給電コネクタ１４から供給される電力を細胞画像取得装置６０ａ～６０ｃおよび観察制御装置６１に給電する。給電コネクタ１４と受電コネクタ６２は、多層培養容器観察装置２０を台車３０に搭載した際に相互に向き合う位置関係にあり、収容部１１，１２内のガイド（図示せず）に沿って台車３０を最奥部に移動させると給電コネクタ１４と受電コネクタ６２が係合して給電を開始するように構成されている。

【0021】

図４は、給電コネクタ１４と受電コネクタ６２を説明する平面図である。
給電コネクタ１４は、ガイドピン１４１，１４１と、受電ポート１４２とを備えている。受電コネクタ６２は、ガイドピン１４１，１４１と嵌合するガイドポート６２１，６２１と、受電ポート１４２と嵌合する６つの給電ピン６２２から構成される。なお、本実施形態では、インキュベータ１０と多層培養容器観察装置２０との間でデータ通信を行わない構成としているが、これとは異なり、データ通信を行う構成を採用してもよい。例えば、インキュベータ１０の温湿度やＣＯ_２濃度等の情報を観察制御装置６１を介して管理用端末５０に送信するような構成を採用してもよい。

【0022】

台車３０は、台座３１と、車輪３２と、ハンドル部材３３と、を備えている。
台座３１の長手方向の側面には、後述の多層培養容器操作装置７０のアーム７３を挿通するための貫通孔であるアーム挿通孔３４が設けられている。台座３１は、ベース部２１と着脱自在に連結されており、後述の多層培養容器操作装置７０には台座３１から取り外された多層培養容器観察装置２０のみが搭載される。台座３１の短手方向の側面には、ハンドル部材３３を着脱自在に連結するための連結部材３５が設けられている。台座３１の長短手方向の側面にも（すなわち、アーム挿通孔３４，３４の間にも）、ハンドル部材３３を着脱自在に連結するための連結部材を設けてもよい。

【0023】

管理用端末５０は、ノートＰＣ、デスクトップＰＣ、タブレットなどの情報端末であり、記憶装置に記憶する細胞培養管理プログラムを演算装置が実行する。この細胞培養管理プログラムは、細胞画像取得装置６０から受信した多層培養容器４０の最下段の計測データに基づいて多層培養容器４０の最下段の容器内で培養されている細胞の数をカウントする機能と、細胞画像取得装置６０から受信した多層培養容器４０の最下段の計測データに基づいて多層培養容器４０の他の段における細胞数を推測する機能と、細胞画像取得装置６０から受信した計測データに基づいて作成した培養容器内の細胞数の増殖曲線等を表示する機能と、細胞画像取得装置６０から受信した計測データと培養時間に基づいて培地交換のタイミングを通知する機能と、を備えている。また、細胞培養管理プログラムにより細胞画像取得装置６０から受信した多層培養容器４０の撮像画像を時系列で表示すること、拡大表示をすることができる。
なお、細胞培養管理プログラムを、細胞画像取得装置６０またはインキュベータ制御装置１３で実行し、その演算結果のみを管理用端末５０が備えるウェブブラウザで閲覧する構成してとしてもよい。

【0024】

台車３０から取り外された多層培養容器観察装置２０は、多層培養容器操作装置７０に搭載され、多層培養容器４０に細胞を播種した培養液を導入等するために回転操作される。
図５は、本実施形態の多層培養容器操作装置７０を示す斜視図である。多層培養容器操作装置７０は、多層培養容器観察装置２０に搭載された多層培養容器４０を操作するための装置（マニピュレーター）である。多層培養容器操作装置７０は、回転部７１と、操作部７２と、一対のアーム７３と、駆動部（図示せず）と、駆動制御部（図示せず）と、を備える。駆動制御部は、多層培養容器４０に細胞を播種した培養液を導入する培養液導入処理、多層培養容器４０から培養液を回収する培養液回収処理、多層培養容器４０にトリプシン液を導入するトリプシン導入処理、多層培養容器４０からトリプシン液を回収するトリプシン液回収処理など、多層培養容器４０を操作するための操作プログラムを予め記憶しており、当該操作プログラムを演算装置が実行して回転部７１を駆動させる。

【0025】

回転部７１は、一対のアーム７３と協働して多層培養容器４０を保持する一対の係止部材７１１を備えている。一対のアーム７３は、台車３０に設けられた２つのアーム挿通孔３４，３４にそれぞれ挿通される。一対のアーム７３は、駆動部により上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に構成されている。
また、回転部７１は、図５の符号ＲおよびＰに示すように、駆動部により、回転軸Ｘ１，Ｘ２の２軸を中心として、回転動作が可能に構成されている。
操作部７２は、作業者が指示を入力するための装置であり、たとえばタッチパネルを備える構成とすることができる。

【0026】

以上に説明した第１実施形態に係る多層培養容器観察システムによれば、多層培養容器観察装置２０をインキュベータ内に配置した状態で、培地交換または継代のタイミングを高精度に自動判定することが可能である。
また、管理用端末５０により、多層培養容器４０の撮像画像を遠隔監視できるので、多層培養容器４０をインキュベータ１０内に配置したまま、従来行っていた顕微鏡観察と同等の観察を遠隔から行うことが可能となる。

【0027】

以上、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載に限定されるものではない。上記実施形態例には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。

【0028】

たとえば、第１実施形態の多層培養容器観察装置２０は、受電コネクタ６２が給電コネクタ１４に接続されている場合にのみ細胞画像取得装置６０が稼働する構成であるが、ベース部２１に充電可能なバッテリー（二次電池）を搭載し、受電コネクタ６２が給電コネクタ１４に接続されていない場合にも細胞画像取得装置６０を稼働可能とする構成としてもよい。この場合、受電コネクタ６２が給電コネクタ１４に接続されている場合にバッテリーに充電がなされるように構成してもよい。
また、第１実施形態では、多層培養容器観察装置２０のベース部２１に設けた通信装置６１から管理用端末５０に計測データを無線送信したが、インキュベータ１０側に無線または有線通信装置を設け、給電コネクタ１４を介して細胞画像取得装置６０から受信した計測データをインキュベータ１０から管理用端末５０に送信する構成としてもよい。
また、第１実施形態では、ベース部２１にアーム挿通孔３４，３４を設けたが、台車３０の台座３１にアーム挿通孔３４，３４を設け、多層培養容器操作装置７０に多層培養容器観察装置２０と共に台車３０を搭載する構成としてもよい。

【符号の説明】

【0029】

１…多層培養容器観察システム
１０…インキュベータ
１１…第１の収容部
１２…第２の収容部
１３…インキュベータ制御装置
１４…給電コネクタ
２０…多層培養容器観察装置
２１…ベース部
２２…枠体
２３…容器固定部材
３０…台車
３１…台座
３２…車輪
３３…ハンドル部材
３４…アーム挿通孔
３５…連結部材
４０…多層培養容器
４１…給排気ポート
４２…給排液ポート
５０…管理用端末
６０…細胞画像取得装置
６１…観察制御装置
６２…受電コネクタ
７０…多層培養容器操作装置
７１…回転部
７１１…係止部材
７２…操作部
７３…アーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】