特許 7407977 細胞培養制御装置およびこれを備えた細胞培養装置、細胞培養制御方法、細胞培養制御プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-21

(45)【発行日】2024-01-04

(54)【発明の名称】細胞培養制御装置およびこれを備えた細胞培養装置、細胞培養制御方法、細胞培養制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/36 20060101AFI20231222BHJP

   C12M 1/34 20060101ALI20231222BHJP

【ＦＩ】

C12M1/36

C12M1/34 D

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2022578127

(86)(22)【出願日】2021-12-14

(86)【国際出願番号】 JP2021046057

(87)【国際公開番号】W WO2022163181

(87)【国際公開日】2022-08-04

【審査請求日】2023-01-17

(31)【優先権主張番号】P 2021014583

(32)【優先日】2021-02-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314005768

【氏名又は名称】ＰＨＣホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129012

【弁理士】

【氏名又は名称】元山 雅史

(72)【発明者】

【氏名】福本 悟史

(72)【発明者】

【氏名】平 圭佑

(72)【発明者】

【氏名】福島 省吾

(72)【発明者】

【氏名】徳丸 智祥

【審査官】牧野 晃久

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１２４１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１４１８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１５４３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２１６８８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１２Ｍ １／００－ ３／１０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

培養容器に入れられた培地に含まれる栄養素の濃度を連続的に測定した結果から前記栄養素の消費量を取得する消費量情報取得部と、
前記消費量情報取得部において取得された前記栄養素の消費量を微分処理して前記栄養素が消費される消費速度を算出する消費速度算出部と、
前記培養容器に入れられた前記培地の交換または追加が行われたことを検出する培地交換検出部と、
前記培地交換検出部において前記培地の交換または追加が行われたことが検出されると、前記消費速度算出部において算出された前記培地の交換または追加後の前記消費速度が所定の条件を満たすか否かに応じて、次工程に進むか否かを判定する次工程移行判定部と、
を備えている細胞培養制御装置。

【請求項2】

前記次工程移行判定部は、前記培地を交換または追加する前後における前記消費速度の差が所定値以上であった場合に、前記次工程へ進む判定を行う、
請求項１に記載の細胞培養制御装置。

【請求項3】

前記次工程移行判定部は、所定時間内に前記培地を交換または追加した直後よりも前記消費速度が小さくなった場合に、前記次工程へ進む判定を行う、
請求項１に記載の細胞培養制御装置。

【請求項4】

前記消費速度算出部において算出された前記消費速度を微分処理して前記栄養素が消費される消費加速度を算出する消費加速度算出部を、さらに備え、
前記次工程移行判定部は、所定時間内に前記消費加速度算出部において算出された前記消費加速度が負になった場合に、前記次工程へ進む判定を行う、
請求項１に記載の細胞培養制御装置。

【請求項5】

前記次工程移行判定部は、前記培地を交換または追加後の前記消費速度が所定値以上である場合に、前記次工程へ進む判定を行う、
請求項２から４のいずれか１項に記載の細胞培養制御装置。

【請求項6】

前記培養容器に前記培地を供給する注入ポンプと、前記培養容器から前記培地を排出する排出ポンプと、を制御して、前記培地の交換または追加を行う制御部を、さらに備えている、
請求項１から５のいずれか１項に記載の細胞培養制御装置。

【請求項7】

前記培地交換検出部は、前記培養容器に入れられた前記培地の交換または追加を行うために駆動されていた前記注入ポンプおよび前記排出ポンプが停止したことを検出して、前記培地の交換または追加が行われたことを検出する、
請求項６に記載の細胞培養制御装置。

【請求項8】

前記制御部は、予め設定された所定時間を経過すると、前記培地の交換または追加を行う、
請求項６または７に記載の細胞培養制御装置。

【請求項9】

前記培地交換検出部は、前記栄養素の測定が一時停止された後、前記測定が再開される入力があった場合に、前記培地の交換または追加が行われたことを検出する、
請求項１から８のいずれか１項に記載の細胞培養制御装置。

【請求項10】

前記次工程移行判定部において前記次工程へ進むと判定されると、前記次工程へ進むように促すメッセージを表示する表示部を、さらに備えている、
請求項１から９のいずれか１項に記載の細胞培養制御装置。

【請求項11】

前記次工程移行判定部において前記次工程へ進むと判定されると、前記次工程へ進むように促す通知を送信する通信部を、さらに備えている、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の細胞培養制御装置。

【請求項12】

前記培養容器に入れられた前記培地に浸漬されたセンサと接続されており、前記栄養素の濃度を連続的に測定する測定部を、さらに備えている、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の細胞培養制御装置。

【請求項13】

前記培地交換検出部が、前記培養容器に入れられた前記培地の交換が行われたことを検出すると、
前記消費量情報取得部は、前記培地に含まれる前記栄養素の濃度に基づいて前記栄養素の消費量を算出する、
請求項１から１２のいずれか１項に記載の細胞培養制御装置。

【請求項14】

前記培地交換検出部が、前記培養容器に入れられた前記培地の追加が行われたことを検出すると、
前記消費量情報取得部は、前記培地に含まれる前記栄養素の濃度と、前記培地の体積とに基づいて、前記栄養素の消費量を算出する、
請求項１から１２のいずれか１項に記載の細胞培養制御装置。

【請求項15】

請求項１から１３のいずれか１項に記載の細胞培養制御装置と、
前記細胞培養制御装置によって制御され、前記培養容器の前記培地を供給する注入ポンプと、
前記細胞培養制御装置によって制御され、前記培養容器から前記培地を排出する排出ポンプと、
を備えた細胞培養装置。

【請求項16】

請求項１４に記載の細胞培養制御装置と、
前記細胞培養制御装置によって制御され、前記培養容器の前記培地を供給する注入ポンプと、
を備えた細胞培養装置。

【請求項17】

培養容器に入れられた培地に含まれる栄養素の濃度を連続的に測定した結果から前記栄養素の消費量を取得する消費量情報取得ステップと、
前記消費量情報取得ステップにおいて取得された前記栄養素の消費量を微分処理して前記栄養素が消費される消費速度を算出する消費速度算出ステップと、
前記培養容器に入れられた前記培地の交換または追加が行われたことを検出する培地交換検出ステップと、
前記培地交換検出ステップにおいて前記培地の交換または追加が行われたことが検出されると、前記消費速度算出ステップにおいて算出された前記培地の交換または追加後の前記消費速度が所定の条件を満たすか否かに応じて、次工程へ進むか否かを判定する次工程移行判定ステップと、
を備えている細胞培養制御方法。

【請求項18】

培養容器に入れられた培地に含まれる栄養素の濃度を連続的に測定した結果から前記栄養素の消費量を取得する消費量情報取得ステップと、
前記消費量情報取得ステップにおいて取得された前記栄養素の消費量を微分処理して前記栄養素が消費される消費速度を算出する消費速度算出ステップと、
前記培養容器に入れられた前記培地の交換または追加が行われたことを検出する培地交換検出ステップと、
前記培地交換検出ステップにおいて前記培地の交換または追加が行われたことが検出されると、前記消費速度算出ステップにおいて算出された前記培地の交換または追加後の前記消費速度が所定の条件を満たすか否かに応じて、次工程へ進むか否かを判定する次工程移行判定ステップと、
を備えている細胞培養制御方法をコンピュータに実行させる細胞培養制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、細胞培養装置の制御を行う細胞培養制御装置およびこれを備えた細胞培養装置、細胞培養制御方法、細胞培養制御プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の細胞培養装置は、培養容器の培養室内に入れられた細胞を含む培養液の液面上に存在する気相の圧力を管理している。具体的には、従来の細胞培養装置は、圧力センサ、ポンプ、気圧調整弁、気圧調整管、流量調整器等を備えている。
例えば、特許文献１には、細胞を培養するための培養容器と、培養容器内に気体を送気するための送気部と、培養容器内の気体を排気するための排気部と、培養容器内の圧力を調節するための圧力調節部と、を備えた細胞培養装置について開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１５４３４３号公報

【発明の概要】

【0004】

しかしながら、上記従来の細胞培養装置では、以下に示すような問題点を有している。
通常、培養容器内で培養される細胞は、培地に含まれる栄養分を取り込んで増加し、培地に含まれる栄養分が減ってくると減少する。特に、細胞は、培地交換直後は、急激に増加した後、増加が鈍化し、減少に転じることが分かっている。
しかし、培養容器に入れられた細胞が、例えば、過密状態、過剰代謝状態にある場合、負の影響を及ぼす代謝物（乳酸等）が存在する場合等のように細胞に負荷が掛かる状態では、それ以上培養を継続しても細胞が適切に培養されないおそれがある。

【0005】

上記公報に開示された細胞培養装置では、細胞培養の進行状態に応じて液体培地の交換を行うか否かを判定している。しかし、所定の日数が経過するまで細胞の状態を観察することが開示されているものの、細胞の状態に応じて適切な時期に次工程へ移行することについては何ら考慮されていない。
本発明の課題は、細胞の状態に応じて次工程へ移行する時期を適切に判定することが可能な細胞培養制御装置およびこれを備えた細胞培養装置、細胞培養制御方法、細胞培養制御プログラムを提供することにある。

【0006】

第１の発明に係る細胞培養制御装置は、消費量情報取得部と、消費速度算出部と、培地交換検出部と、次工程移行判定部と、を備えている。消費量情報取得部は、培養容器に入れられた培地に含まれる栄養素の濃度を連続的に測定した結果から栄養素の消費量を取得する。消費速度算出部は、消費量情報取得部において取得された栄養素の消費量を微分処理して栄養素が消費される消費速度を算出する。培地交換検出部は、培養容器に入れられた培地の交換または追加が行われたことを検出する。次工程移行判定部は、培地交換検出部において培地の交換または追加が行われたことが検出されると、消費速度算出部において算出された培地の交換または追加後の消費速度が所定の条件を満たすか否かに応じて、次工程へ進むか否かを判定する。

【0007】

ここでは、培地の交換または追加が行われた後、培養容器に入れられた培地に含まれる栄養素の濃度を連続的に測定して取得される栄養素の消費量を微分処理して得られる栄養素の消費速度が所定の条件を満たすか否かに応じて、現工程を終了して次工程へ進むか否かを判定する。
培養容器内の培地に含まれる栄養素には、例えば、グルコース、乳糖（ラクトース）、アミノ酸等が含まれる。

【0008】

培養容器に入れられた培地の交換または追加が行われたことは、例えば、培養容器に設置された注入ポンプおよび排出ポンプが駆動された後で停止したことを検出することで検出することができる。
次工程へ進むか否かの判定は、例えば、現工程を終了して次の培養工程、後処理工程等へ進むか否かを判定する処理であって、細胞培養を終了させるか否かを判定する工程も含む。

【0009】

一般的に、栄養素の消費速度と、培養容器内で培養される細胞の状態の正常または異常とは、例えば、実験やシミュレーションの結果から相関関係があることが知られている。
栄養素の消費速度は、栄養素の消費量を微分処理して得られる数値であって、例えば、栄養素が減少する速度は細胞が増加する速度と相関がある。
なお、栄養素の消費量を微分処理して得られる値には、時間と栄養素の濃度との関係を示す関数を算術的に微分した値、あるいは、所定時間経過ごとに栄養素の濃度を測定して得られる経過時間ごとの変化量を含む。

【0010】

例えば、培地の交換または追加が行われると、栄養素を含む新たな培地が交換または追加されるため、細胞が正常な状態であれば、栄養素の消費速度は培地交換または追加前から継続して上昇する。一方、何らかの要因により細胞にストレスが掛かった異常な状態であれば、培地の交換または追加が行われた後であっても、培地の交換または追加前後で消費速度に大きな差が生じたり、消費速度が低下したりするおそれがある。

【0011】

これにより、培地の交換または追加後に、栄養素の消費量を微分処理して得られる栄養素の消費速度が所定の条件を満たすか否かに応じて次工程へ進むか否かを判定することで、細胞が異常な状態にあると判断し、次工程へ進むように促すことができる。
この結果、細胞の状態に応じて次工程へ進むべき時期を適切に判定することができる。
第２の発明に係る細胞培養制御装置は、第１の発明に係る細胞培養制御装置であって、次工程移行判定部は、培地を交換または追加する前後における消費速度の差が所定値以上であった場合に、次工程へ進む判定を行う。

【0012】

ここで、培地を交換または追加する前後における消費速度の差が所定値以上の乖離があるということは、例えば、培地交換前に細胞が飢餓状態にある、培地の交換または追加後に過剰な代謝状態になっている等、細胞に負荷が掛かっている恐れがあることを意味している。
これにより、培地を交換または追加した後、細胞が正常であれば培地の交換または追加前から継続して消費速度が上昇していくところ、消費速度が所定値以上プラスあるいはマイナスに変化することを検出することで、細胞が異常な状態にあると判断し、次工程へ進むように促すことができる。

【0013】

第３の発明に係る細胞培養制御装置は、第１の発明に係る細胞培養制御装置であって、次工程移行判定部は、所定時間内に培地を交換または追加した直後よりも消費速度が小さくなった場合に、次工程へ進む判定を行う。
ここで、培地を交換または追加した直後にグルコースの消費速度が低下しているということは、例えば、培地の交換または追加によって細胞培養にマイナスの影響を及ぼす代謝物（例えば、乳酸等）が存在しない環境下でも細胞の過密状態（オーバーグロース）等によりグルコースの比消費速度が低下（細胞１個当たりの代謝が低下）している恐れがあることを意味している。

【0014】

これにより、培地を交換または追加した後、細胞が正常であれば培地の交換または追加前から継続して消費速度が上昇していくところ、培地の交換または追加直後よりも消費速度が減少したことを検出することで、細胞が異常な状態にあると判断し、次工程へ進むように促すことができる。
第４の発明に係る細胞培養制御装置は、第１の発明に係る細胞培養制御装置であって、消費速度算出部において算出された消費速度を微分処理して栄養素が消費される消費加速度を算出する消費加速度算出部を、さらに備えている。次工程移行判定部は、所定時間内に消費加速度算出部において算出された消費加速度が負になった場合に、次工程へ進む判定を行う。

【0015】

ここで、培地を交換または追加した直後にグルコースの消費加速度がマイナスになるということは、例えば、培地の交換または追加によって細胞培養にマイナスの影響を及ぼす代謝物（例えば、乳酸等）が存在しない環境下でも細胞の過密状態（オーバーグロース）等によりグルコースの比消費速度が低下（細胞１個当たりの代謝が低下）している恐れがあることを意味している。

【0016】

これにより、培地を交換または追加した後、細胞が正常であれば培地の交換または追加前から継続して消費加速度がプラスで推移していくところ、消費加速度がマイナスになったことを検出することで、細胞が異常な状態にあると判断し、次工程へ進むように促すことができる。
第５の発明に係る細胞培養制御装置は、第２から第４の発明のいずれか１つに係る細胞培養制御装置であって、次工程移行判定部は、培地を交換または追加後の消費速度が所定値以上である場合に、次工程へ進む判定を行う。

【0017】

これにより、上述した消費速度または消費加速度の条件に、培地の交換または追加後の消費速度が所定値以上であるという条件を加えることで、例えば、栄養素の濃度を測定するセンサ等の分解能が低い場合でも、細胞が異常な状態にあることを検出することができる。
第６の発明に係る細胞培養制御装置は、第１から第５の発明のいずれか１つに係る細胞培養制御装置であって、培養容器に培地を供給する注入ポンプと、培養容器から培地を排出する排出ポンプと、を制御して、培地の交換または追加を行う制御部を、さらに備えている。

【0018】

これにより、制御部が培養容器に設置された注入ポンプおよび排出ポンプを制御することで、自動的に培養容器内の培地の交換または追加を行うことができる。
第７の発明に係る細胞培養制御装置は、第６の発明に係る細胞培養制御装置であって、培地交換検出部は、培養容器に入れられた培地の交換または追加を行うために駆動されていた注入ポンプおよび排出ポンプが停止したことを検出して、培地の交換または追加が行われたことを検出する。

【0019】

これにより、培地の交換または追加を行うために駆動が開始された注入ポンプおよび排出ポンプが停止したことを検出することで、培地の交換または追加が終了したことを検出することができる。
第８の発明に係る細胞培養制御装置は、第６または第７の発明に係る細胞培養制御装置であって、制御部は、予め設定された所定時間を経過すると、培地の交換または追加を行う。

【0020】

これにより、予め設定された所定時間が経過するごとに、注入ポンプおよび／または排出ポンプを駆動することで、自動的に培地の交換または追加を行うことができる。
第９の発明に係る細胞培養制御装置は、第１から第８の発明のいずれか１つに係る細胞培養制御装置であって、培地交換検出部は、栄養素の測定が一時停止された後、測定が再開される入力があった場合に、培地の交換または追加が行われたことを検出する。

【0021】

これにより、注入ポンプおよび排出ポンプが設置されていない構成であっても、栄養素の測定が一時停止状態から再開された入力を検出することで、培地の交換または追加が終了したことを検出することができる。
第１０の発明に係る細胞培養制御装置は、第１から第９の発明のいずれか１つに係る細胞培養制御装置であって、次工程移行判定部において次工程へ進むと判定されると、次工程へ進むように促すメッセージを表示する表示部を、さらに備えている。

【0022】

これにより、使用者に対して、現工程を終了して次工程へ進むように促すメッセージ等の文字情報を表示部に表示させることで、使用者は、培地の交換または追加後に細胞が異常な状態になったタイミングで、次工程へ進むように対応することができる。
第１１の発明に係る細胞培養制御装置は、第１から第１０の発明のいずれか１つに係る細胞培養制御装置であって、次工程移行判定部において次工程へ進むと判定されると、次工程へ進むように促す通知を送信する通信部を、さらに備えている。

【0023】

これにより、使用者に対して、通信部を介して、現工程を終了して次工程へ進むように促すメッセージを含むメール等を送信することで、使用者は、所有する携帯電話、スマートフォン等でそのメールを受信して、培地の交換または追加後に細胞が異常な状態になったタイミングで、次工程へ進むように対応することができる。
第１２の発明に係る細胞培養制御装置は、第１から第１１の発明のいずれか１つに係る細胞培養制御装置であって、培養容器に入れられた培地に浸漬されたセンサと接続されており、栄養素の濃度を連続的に測定する測定部を、さらに備えている。

【0024】

これにより、培養容器内の培地に浸漬されたセンサと接続された測定部によって、培地に含まれる栄養素の濃度を連続的に測定することができる。
第１３の発明に係る細胞培養制御装置は、第１から第１２の発明のいずれか１つに係る細胞培養制御装置であって、培地交換検出部が、培養容器に入れられた培地の交換が行われたことを検出すると、消費量情報取得部は、培地に含まれる栄養素の濃度に基づいて栄養素の消費量を算出する。

【0025】

これにより、培養容器内の培地が新しい培地に交換される場合には、培地の体積は考慮する必要がないため、培地に含まれる栄養素に基づいて栄養素の消費量を算出することができる。
第１４の発明に係る細胞培養制御装置は、第１から第１２の発明のいずれか１つに係る細胞培養制御装置であって、培地交換検出部が、培養容器に入れられた培地の追加が行われたことを検出すると、消費量情報取得部は、培地に含まれる栄養素の濃度と、培地の体積とに基づいて、栄養素の消費量を算出する。

【0026】

これにより、培養容器内の培地に新しい培地が追加される場合には、培地に含まれる栄養素に加えて培地の体積を考慮して、栄養素の消費量を算出することで、栄養素の消費量を高精度に算出することができる。
第１５の発明に係る細胞培養装置は、第１から第１３の発明のいずれか１つに係る細胞培養制御装置と、細胞培養制御装置によって制御され、培養容器の培地を供給する注入ポンプと、細胞培養制御装置によって制御され、培養容器から培地を排出する排出ポンプと、を備えている。

【0027】

これにより、培養容器に設置された注入ポンプおよび排出ポンプを制御することで、自動的に培地の交換を行うことができる。
第１６の発明に係る細胞培養制御装置は、第１４の発明に係る細胞培養制御装置と、細胞培養制御装置によって制御され、培養容器の培地を供給する注入ポンプと、を備えている。

【0028】

これにより、培養容器に設置された注入ポンプを制御することで、自動的に培養容器内へ培地を追加することができる。
第１７の発明に係る細胞培養制御方法は、消費量情報取得ステップと、消費速度算出ステップと、培地交換検出ステップと、次工程移行判定ステップと、を備えている。消費量情報取得ステップでは、培養容器に入れられた培地に含まれる栄養素の濃度を連続的に測定した結果から栄養素の消費量を取得する。消費速度算出ステップでは、消費量情報取得ステップにおいて取得された栄養素の消費量を微分処理して栄養素が消費される消費速度を算出する。培地交換検出ステップでは、培養容器に入れられた培地の交換または追加が行われたことを検出する。次工程移行判定ステップでは、培地交換検出ステップにおいて培地の交換または追加が行われたことが検出されると、消費速度算出ステップにおいて算出された培地の交換または追加後の消費速度が所定の条件を満たすか否かに応じて、次工程へ進むか否かを判定する。

【0029】

ここでは、培地の交換または追加が行われた後、培養容器に入れられた培地に含まれる栄養素の濃度を連続的に測定して取得される栄養素の消費量を微分処理して得られる栄養素の消費速度が所定の条件を満たすか否かに応じて、現工程を終了して次工程へ進むか否かを判定する。
培養容器内の培地に含まれる栄養素には、例えば、グルコース、乳糖（ラクトース）、アミノ酸等が含まれる。

【0030】

培養容器に入れられた培地の交換または追加が行われたことは、例えば、培養容器に設置された注入ポンプおよび排出ポンプが駆動された後で停止したことを検出することで検出することができる。
次工程へ進むか否かの判定は、例えば、現工程を終了して次の培養工程、後処理工程等へ進むか否かを判定する処理であって、細胞培養を終了させるか否かを判定する工程も含む。

【0031】

一般的に、栄養素の消費速度と、培養容器内で培養される細胞の状態の正常または異常とは、例えば、実験やシミュレーションの結果から相関関係があることが知られている。
栄養素の消費速度は、栄養素の消費量を微分処理して得られる数値であって、例えば、栄養素が減少する速度は細胞が増加する速度と相関がある。
なお、栄養素の消費量を微分処理して得られる値には、時間とグルコース濃度との関係を示す関数を算術的に微分した値、あるいは、所定時間経過ごとにグルコース濃度を測定して得られる経過時間ごとの変化量を含む。

【0032】

例えば、培地の交換または追加が行われると、栄養素を含む新たな培地が交換または追加されるため、細胞が正常な状態であれば、栄養素の消費速度は培地交換または追加前から継続して上昇する。一方、何らかの要因により細胞にストレスが掛かった異常な状態であれば、培地の交換または追加が行われた後であっても、培地の交換または追加前後で消費速度に大きな差が生じたり、消費速度が低下したりするおそれがある。

【0033】

これにより、培地の交換または追加後に、栄養素の消費量を微分処理して得られる栄養素の消費速度が所定の条件を満たすか否かに応じて次工程へ進むか否かを判定することで、細胞が異常な状態にあると判断し、次工程へ進むように促すことができる。
この結果、細胞の状態に応じて次工程へ進むべき時期を適切に判定することができる。
第１８の発明に係る細胞培養制御プログラムは、消費量情報取得ステップと、消費速度算出ステップと、培地交換検出ステップと、次工程移行判定ステップと、を備えている細胞培養制御方法をコンピュータに実行させる。消費量情報取得ステップでは、培養容器に入れられた培地に含まれる栄養素の濃度を連続的に測定した結果から栄養素の消費量を取得する。消費速度算出ステップでは、消費量情報取得ステップにおいて取得された栄養素の消費量を微分処理して栄養素が消費される消費速度を算出する。培地交換検出ステップでは、培養容器に入れられた培地の交換または追加が行われたことを検出する。次工程移行判定ステップでは、培地交換検出ステップにおいて培地の交換または追加が行われたことが検出されると、消費速度算出ステップにおいて算出された培地の交換または追加後の消費速度が所定の条件を満たすか否かに応じて、次工程へ進むか否かを判定する。

【0034】

ここでは、培地の交換または追加が行われた後、培養容器に入れられた培地に含まれる栄養素の濃度を連続的に測定して取得される栄養素の消費量を微分処理して得られる栄養素の消費速度が所定の条件を満たすか否かに応じて、現工程を終了して次工程へ進むか否かを判定する。
培養容器内の培地に含まれる栄養素には、例えば、グルコース、乳糖（ラクトース）、アミノ酸等が含まれる。

【0035】

培養容器に入れられた培地の交換または追加が行われたことは、例えば、培養容器に設置された注入ポンプおよび排出ポンプが駆動された後で停止したことを検出することで検出することができる。
次工程へ進むか否かの判定は、例えば、現工程を終了して次の培養工程、後処理工程等へ進むか否かを判定する処理であって、細胞培養を終了させるか否かを判定する工程も含む。

【0036】

一般的に、栄養素の消費速度と、培養容器内で培養される細胞の状態の正常または異常とは、例えば、実験やシミュレーションの結果から相関関係があることが知られている。
栄養素の消費速度は、栄養素の消費量を微分処理して得られる数値であって、例えば、栄養素が減少する速度は細胞が増加する速度と相関がある。
なお、栄養素の消費量を微分処理して得られる値には、時間とグルコース濃度との関係を示す関数を算術的に微分した値、あるいは、所定時間経過ごとにグルコース濃度を測定して得られる経過時間ごとの変化量を含む。

【0037】

例えば、培地の交換または追加が行われると、栄養素を含む新たな培地が交換または追加されるため、細胞が正常な状態であれば、栄養素の消費速度は培地交換または追加前から継続して上昇する。一方、何らかの要因により細胞にストレスが掛かった異常な状態であれば、培地の交換または追加が行われた後であっても、培地の交換または追加前後で消費速度に大きな差が生じたり、消費速度が低下したりするおそれがある。

【0038】

これにより、培地の交換または追加後に、栄養素の消費量を微分処理して得られる栄養素の消費速度が所定の条件を満たすか否かに応じて次工程へ進むか否かを判定することで、細胞が異常な状態にあると判断し、次工程へ進むように促すことができる。
この結果、細胞の状態に応じて次工程へ進むべき時期を適切に判定することができる。
（発明の効果）
本発明に係る細胞培養制御装置によれば、細胞の状態に応じて次工程へ進むべき時期を適切に判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】本発明の一実施形態に係るＰＣを含む細胞培養装置の構成を示す概略図。

【図2】図１のＰＣの内部構成を示す制御ブロック図。

【図3】図２のＰＣの表示部に表示される初期画面を示す図。

【図4】図２のＰＣの表示部に表示される細胞培養中の表示画面であって、２回目の培地交換を実施して９６時間経過した状態を示す図。

【図5】図２のＰＣの表示部に表示される細胞培養中の表示画面であって、３回目の培地交換後に次工程移行判定が行われた状態を示す図。

【図6】図２のＰＣの表示部に表示される細胞培養中の表示画面であって、４回目の培地交換後の次工程移行判定が行われた状態を示す図。

【図7】図２のＰＣによって実行される細胞培養制御方法の培地交換が行われるまでの処理の流れを示すフローチャート。

【図8】図７に続く細胞培養制御方法の培地交換後の次工程移行判定処理の流れを示すフローチャート。

【図9】本発明の他の実施形態に係るＰＣの内部構成を示す制御ブロック図。

【図10】本発明のさらに他の実施形態に係るＰＣを含む細胞培養装置の構成を示す概略図。

【図11】図１０のＰＣの内部構成を示す制御ブロック図。

【図12】本発明のさらに他の実施形態に係る細胞培養制御方法の培地交換後の次工程移行判定処理の流れを示すフローチャート。

【図13】本発明のさらに他の実施形態に係る細胞培養制御方法の培地交換後の次工程移行判定処理の流れを示すフローチャート。

【図14】本発明のさらに他の実施形態に係るＰＣを含む細胞培養装置の構成を示す概略図。

【図15】（ａ）は、図１４の細胞培養装置による培地追加制御における時間と培養容器内の培地量との関係を示すグラフ。（ｂ）は、（ａ）に対応して変化するグルコース濃度と時間との関係を示すグラフ。

【図16】培養容器に入れられた培地の量が所定時間当たりのグルコース濃度の変化量に影響を及ぼすことを示すグラフ。

【図17】本発明のさらに他の実施形態に係る細胞培養制御方法の培地交換後の次工程移行判定処理の流れを示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0040】

（実施形態１）
本発明の一実施形態に係るＰＣ（Personal Computer）（細胞培養制御装置）１０およびこれを備えた細胞培養装置５０について、図１～図８を用いて説明すれば以下の通りである。
（１）細胞培養装置５０
本実施形態の細胞培養装置５０は、図１に示すように、ＰＣ（細胞培養制御装置）１０と、培養容器２０と、センサ２１と、注入ポンプ２２と、培地貯蔵容器２３と、排出ポンプ２４と、廃液容器２５と、を備えている。

【0041】

ＰＣ１０は、図１に示すように、センサ２１、注入ポンプ２２および排出ポンプ２４と接続されており、センサ２１において検出されたグルコース（栄養素）の濃度を測定して細胞Ｙの培養状況（細胞数）を推定するとともに、培養容器２０に入れられた培地Ｘを注入または排出する注入ポンプ２２および排出ポンプ２４を制御する。
なお、ＰＣ１０の内部構成については、後段にて詳述する。

【0042】

培養容器２０は、グルコース等の栄養素を含む培地Ｘと、グルコースを消費しながら培養される細胞Ｙとが入れられている。培養容器２０に入れられた培地Ｘは、細胞の培養状況（グルコースの消費状況）に応じて交換される。
センサ２１は、培養容器２０に入れられた培地Ｘに浸漬された状態で配置されており、浸漬された部分に配置された測定電極（作用極、対極、参照極）を有している。そして、培地Ｘに浸漬されたセンサ２１の各測定電極に所定の電圧が印加されることで、電気化学的に培地Ｘに含まれる特定の成分（グルコース等）の濃度を測定する。

【0043】

ここで、培地Ｘに含まれるグルコースの濃度を測定する場合には、作用極の表面に固定化された試薬層には、グルコース酸化酵素として、例えば、グルコースオキシダーゼ（ＧＯｘ）、グルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ）、さらにはレドックスメディエータが含まれ得る。
グルコースの濃度は、保護膜を通して培地Ｘから透過してきたグルコースが、試薬層の酵素（例えば、ＧＯｘ、ＧＤＨ）との反応で酸化されてグルコノラクトンとなり、同時に生成されるレドックスメディエータの還元体、もしくは過酸化水素の酸化反応によって生じる電子を電流値に変換することで測定される。

【0044】

注入ポンプ２２は、図１に示すように、細胞培養を開始する際、または培養容器２０内の培地Ｘを交換する際に、培地貯蔵容器２３に入れられた培地Ｘを、培養容器２０に設置された注入口２２ａを介して培養容器２０へ注入する。
培地貯蔵容器２３は、培養容器２０へ注入される培地Ｘを貯蔵する容器であって、グルコース等の栄養素を含む培地Ｘが貯蔵されている。

【0045】

排出ポンプ２４は、図１に示すように、培養容器２０に入れられた培地Ｘを交換するために、培養容器２０に設置された排出口２４ａを介して廃液容器２５へ培地Ｘを排出する。
廃液容器２５は、培養容器２０において細胞培養によってグルコース等の栄養素が消費され、排出ポンプ２４によって回収された培地Ｘを貯蔵する。

【0046】

（２）ＰＣ１０
ＰＣ１０は、細胞培養装置５０に含まれるセンサ２１によって培養容器２０内の培地Ｘに含まれるグルコースの濃度を測定しつつ、細胞培養の状況（グルコースの消費状況）に応じて培地Ｘの交換を行うように注入ポンプ２２および排出ポンプ２４を制御する。
ＰＣ１０は、図２に示すように、制御部１１と、測定部（消費量情報取得部、測定部）１２と、消費速度算出部１３と、消費加速度算出部１４と、培地交換検出部１５と、次工程移行判定部１６と、記憶部１７と、入力部１８と、表示部１９とを備えている。

【0047】

制御部１１は、図２に示すように、測定部１２、消費速度算出部１３、消費加速度算出部１４、培地交換検出部１５、次工程移行判定部１６、記憶部１７、入力部１８、表示部１９とそれぞれ接続されており、各部を制御する。また、制御部１１は、注入ポンプ２２および排出ポンプ２４と接続されており、例えば、培養容器２０内の培地Ｘの交換を行う際に、注入ポンプ２２および排出ポンプ２４を制御する。

【0048】

測定部（消費量情報取得部、測定部）１２は、図２に示すように、制御部１１およびセンサ２１と接続されている。測定部１２は、センサ２１の測定電極に電圧を印加して測定される培地Ｘ中のグルコースの濃度を取得し、制御部１１へ送信する。
消費速度算出部１３は、図２に示すように、制御部１１と接続されており、測定部１２において所定時間、連続的に測定されたグルコースの濃度から細胞Ｙによるグルコースの消費量を算出するとともに、グルコースの消費量を微分処理してグルコースの消費速度を算出する。

【0049】

消費加速度算出部１４は、図２に示すように、制御部１１と接続されており、消費速度算出部１３において算出されたグルコースの消費速度をさらに微分処理してグルコースの消費加速度を算出する。
培地交換検出部１５は、図２に示すように、制御部１１と接続されており、培養容器２０に入れられた培地Ｘの交換が行われ、その処理が終了したことを検出する。例えば、培地交換検出部１５は、培養容器２０に入れられた培地Ｘの交換を行うために駆動されていた注入ポンプ２２および排出ポンプ２４が停止したことを検出して、培地Ｘの交換が終了したことを検出する。

【0050】

次工程移行判定部１６は、図２に示すように、制御部１１と接続されており、培地交換検出部１５において培養容器２０に入れられた培地Ｘの交換が完了したことが検出されると、消費速度算出部１３において算出された培地Ｘの交換後の消費速度が所定の条件を満たすか否かに応じて、次工程に進むか否かを判定する。
具体的には、次工程移行判定部１６は、後述する次工程移行判定処理において、例えば、培地Ｘの交換が行われた後、培地Ｘを交換する前後における消費速度の差が所定値（例えば、１．０ｍＭ／ｈ）以上であった場合に、次工程へ進む判定を行う（条件１）。

【0051】

ここで、培地Ｘを交換する前後における消費速度の差が所定値以上の乖離があるということは、例えば、培地交換前に細胞が飢餓状態にある、培地交換後に過剰な代謝状態になっている等、細胞に負荷が掛かっている恐れがあることを意味している。
このため、条件１を満たすか否かに応じて次工程移行判定処理を実施することで、細胞に負荷が掛かっている状態になっていることを検出して、適切なタイミングで次工程へ移行するように促すことができる。

【0052】

また、次工程移行判定部１６は、後述する次工程移行判定処理において、例えば、培地Ｘの交換が行われた後、所定時間（例えば、２時間）内に培地Ｘを交換した直後よりも消費速度が小さくなった場合に、次工程へ進む判定を行う（条件２）。
ここで、培地Ｘを交換した直後にグルコースの消費速度が低下しているということは、例えば、培地交換によって細胞培養にマイナスの影響を及ぼす代謝物（例えば、乳酸等）が存在しない環境下でも細胞の過密状態（オーバーグロース）等によりグルコースの比消費速度が低下（細胞１個当たりの代謝が低下）している恐れがあることを意味している。

【0053】

このため、条件２を満たすか否かに応じて次工程移行判定処理を実施することで、細胞の状態が悪化していることを検出して、適切なタイミングで次工程へ移行するように促すことができる。
さらには、次工程移行判定部１６は、後述する次工程移行判定処理において、例えば、培地Ｘの交換が行われた後、所定時間（例えば、２時間）内に消費加速度算出部１４において算出された消費加速度が負になった場合に、次工程へ進む判定を行う（条件３）。

【0054】

ここで、培地Ｘを交換した直後にグルコースの消費加速度がマイナスになるということは、条件２と同様に、例えば、培地交換によって細胞培養にマイナスの影響を及ぼす代謝物（例えば、乳酸等）が存在しない環境下でも細胞の過密状態（オーバーグロース）等によりグルコースの比消費速度が低下（細胞１個当たりの代謝が低下）している恐れがあることを意味している。

【0055】

このため、条件３を満たすか否かに応じて次工程移行判定処理を実施することで、条件２と同様に、細胞の状態が悪化していることを検出して、適切なタイミングで次工程へ移行するように促すことができる。
また、例えば、培養容器２０に設置されたグルコース測定用のセンサ２１の分解能が低い場合には、培地Ｘを交換後の消費速度が所定値以上である場合という条件４を、上記条件１～３と組み合わせて次工程へ進む判定を行ってもよい。

【0056】

これにより、分解能が低いセンサ２１が用いられているためにノイズの影響を受けやすい場合でも、消費速度が所定値以上という条件４を組み合わせることで、より適正な判定を行うことができる。
また、上記条件１～３は、いずれか１つが選択されて次工程移行判定処理が行われてもよいし、２つまたは３つの条件を組み合わせて次工程移行判定処理が行われてもよい。さらに、条件１～３は、それぞれ上述した第４条件と組み合わせて次工程移行判定処理が行われてもよい。

【0057】

なお、次工程への移行には、例えば、現在の細胞培養工程に続く次の細胞培養の工程への移行、現工程に続いて行われる各種後処理工程への移行、細胞培養工程の終了処理への移行等が含まれる。
記憶部１７は、図２に示すように、制御部１１に接続されており、例えば、測定部１２において連続的に測定されたグルコースの濃度および消費量、消費速度算出部１３において算出された消費速度、消費加速度算出部１４において算出された消費加速度等の情報を保存する。

【0058】

入力部１８は、図２に示すように、制御部１１に接続されており、例えば、表示部１９に表示される操作ボタン（入力ボタン）等を介して使用者から各種設定、各種情報等が入力される。
表示部１９は、例えば、ＰＣ１０に搭載された液晶表示パネルであって、図２に示すように、制御部１１に接続されており、測定部１２における測定結果、細胞培養の状況、培地Ｘの交換、次工程へ移行するように促すメッセージ等に関する情報を表示する表示画面１９ａを有している。

【0059】

表示画面１９ａには、例えば、図３に示すように、グラフ表示エリア３０ａ、細胞状態表示エリア３０ｂ、グラフ表示選択エリア３０ｃ、ＳＴＡＲＴボタン３０ｄおよびＳＴＯＰボタン３０ｅが表示される。
なお、図３は、表示画面１９ａに表示される初期画面であって、細胞培養工程が行われる前の状態を示している。

【0060】

グラフ表示エリア３０ａは、横軸に経過時間（ｈ）、第１縦軸（左）にグルコース濃度（ｍＭ）、第２縦軸（右）にグルコースの消費速度（ｍＭ／ｈ）および消費加速度（ｍＭ／ｈ／ｈ）とするグラフを表示する。
細胞状態表示エリア３０ｂは、現在の経過時間における培養容器２０内の細胞Ｙの状態を表示する。

【0061】

グラフ表示選択エリア３０ｃは、グラフ表示エリア３０ａに表示するパラメータを選択するためのエリアである。具体的には、グラフ表示選択エリア３０ｃでは、グルコース濃度、消費速度、消費加速度という３つのパラメータが選択肢として表示されている。よって、使用者は、これら３つのパラメータのいずれか１つあるいは２つまたは３つ全てのチェックボックスにチェックを入れることで、グラフ表示エリア３０ａに表示するか否かを選択する。

【0062】

ＳＴＡＲＴボタン３０ｄは、表示画面１９ａの左下のエリアに表示され細胞培養工程を開始する際に操作される入力ボタンであって、センサ２１を用いたグルコース濃度の測定が開始される。
ＳＴＯＰボタン３０ｅは、表示画面１９ａの左下のエリアに表示され細胞培養工程を停止する際に操作される入力ボタンであって、センサ２１を用いたグルコース濃度の測定が停止される。

【0063】

次に、図４は、細胞培養工程が開始され、２回の培地交換（ＭＥ（Medium Exchange））が行われ、９６時間が経過した際に表示される表示画面１９ａを示している。
なお、図４に示す例では、細胞培養の開始から、２４時間、７２時間経過時に、培地交換（ＭＥ）が行われており、グラフ表示選択エリア３０ｃにおいてグルコース濃度、消費速度、消費加速度が全て選択された状態を示している。

【0064】

培地交換（ＭＥ）が行われると、培養容器２０へ新しい培地Ｘが注入されるため、図４に示すように、毎回、グルコース濃度が１５（ｍＭ）に戻り、そこから細胞培養の進行とともにグルコース濃度が徐々に低下する。
細胞培養工程の開始から９６時間が経過した状態では、図４に示すように、実線で示されるグルコース濃度は、培地Ｘ交換（ＭＥ）の直後に最大となり細胞Ｙの培養が進むにつれて徐々に低下していく。

【0065】

破線で示されるグルコースの消費速度は、図４に示すように、２回目の培地交換（ＭＥ）までは、０～０．１（ｍＭ／ｈ）の間で推移し、２回目の培地交換（ＭＥ）後に徐々に上昇して、０．１（ｍＭ／ｈ）を超えている。
点線で示されるグルコースの消費加速度は、図４に示すように、２回目の培地交換（ＭＥ）までは、ほぼ０（ｍＭ／ｈ／ｈ）で推移し、２回目の培地交換（ＭＥ）後に少し上昇している。

【0066】

このとき、細胞状態表示エリア３０ｂには、図４に示すように、細胞の状態として「培養中」と表示される。
次に、図５は、細胞培養工程が開始され、３回の培地交換（ＭＥ（Medium Exchange））が行われ、１２０時間が経過した際に表示される表示画面１９ａを示している。
なお、図５に示す例では、細胞培養の開始から、２４時間、７２時間、１２０時間経過時に、培地交換（ＭＥ）が行われており、図４と同様に、グラフ表示選択エリア３０ｃにおいてグルコース濃度、消費速度、消費加速度が全て選択された状態を示している。

【0067】

細胞培養工程の開始から１２０時間が経過した状態では、図５に示すように、実線で示されるグルコース濃度は、培地Ｘ交換（ＭＥ）の直後に最大となり細胞Ｙの培養が進むにつれて徐々に低下していく。特に、３回目の培地交換（ＭＥ）後には、グルコース濃度が急激に低下している。
破線で示されるグルコースの消費速度は、図５に示すように、２回目の培地交換（ＭＥ）までは、０～０．１（ｍＭ／ｈ）の間で推移し、２回目の培地交換（ＭＥ）後に徐々に上昇して、０．１（ｍＭ／ｈ）を超えた後、１００時間経過時にピークとなり１２０時間までに徐々に低下している。そして、グルコースの消費速度は、図５に示すように、１２０時間経過時に培地交換（ＭＥ）が行われた後、培地交換（ＭＥ）直前の０．１（ｍＭ／ｈ）から０．２５（ｍＭ／ｈ）まで、０．１（ｍＭ／ｈ）以上、急激に上昇している。

【0068】

なお、消費速度は、後述する次工程移行判定処理において、所定の条件を満たしているか否かに応じて、次工程へ移行するように促すか否かの判定が行われる。
すなわち、図５に示す例では、後述する次工程移行判定処理において、例えば、培地交換（ＭＥ）が行われた後、消費速度が０．１（ｍＭ／ｈ）以上であって、かつ培地交換（ＭＥ）の前後における消費速度の差Ｄが所定値（例えば、０．１ｍＭ／ｈ）以上であった場合に、次工程へ進む判定を行う（条件１）。

【0069】

点線で示されるグルコースの消費加速度は、図５に示すように、２回目の培地交換（ＭＥ）までは、ほぼ０（ｍＭ／ｈ／ｈ）で推移し、２回目の培地交換（ＭＥ）後に少し上昇し、１００時間経過時にマイナスに転じている。その後、グルコースの加速度は、図５に示すように、１２０時間経過時に培地交換（ＭＥ）が行われた後、再びプラスに転じて急激に上昇している。

【0070】

このとき、細胞状態表示エリア３０ｂには、図５に示すように、後述する次工程移行判定処理による判定の結果として、細胞の状態を「消費速度が乖離しています。次工程へ進んでください」と表示される。
次に、図６は、細胞培養工程が開始され、４回の培地交換（ＭＥ（Medium Exchange））が行われ、１４４時間が経過した際に表示される表示画面１９ａを示している。

【0071】

なお、図６に示す例では、細胞培養の開始から、２４時間、７２時間、１２０時間、１４４時間経過時に、培地交換（ＭＥ）が行われており、図４および図５と同様に、グラフ表示選択エリア３０ｃにおいてグルコース濃度、消費速度、消費加速度が全て選択された状態を示している。
また、図６に示すグラフは、図５の示すグラフの２４時間経過後を示すものではなく、別の例を示している。

【0072】

細胞培養工程の開始から１４４時間が経過した状態では、図６に示すように、実線で示されるグルコース濃度は、培地Ｘ交換（ＭＥ）の直後に最大となり細胞Ｙの培養が進むにつれて徐々に低下していく。特に、３回目の培地交換（ＭＥ）後には、グルコース濃度が急激に低下し、４回目の培地交換（ＭＥ）後も急激に低下している。
破線で示されるグルコースの消費速度は、図６に示すように、２回目の培地交換（ＭＥ）までは、０～０．１（ｍＭ／ｈ）の間で推移し、２回目の培地交換（ＭＥ）後に徐々に上昇して、０．１（ｍＭ／ｈ）を超えた後、１３０時間経過時にピークとなり１４４時間までに徐々に低下している。そして、グルコースの消費速度は、図６に示すように、１４４時間経過時に培地交換（ＭＥ）が行われた後、０．３（ｍＭ／ｈ）から０．２（ｍＭ／ｈ）付近まで急激に下降している。

【0073】

なお、消費速度は、後述する次工程移行判定処理において、所定の条件を満たしているか否かに応じて、次工程へ移行するように促すか否かの判定が行われる。
図６に示す例では、後述する次工程移行判定処理において、例えば、培地交換（ＭＥ）が行われた後、消費速度が０．１（ｍＭ／ｈ）以上であって、かつ培地Ｘを交換した直後よりも所定時間（例えば、２時間）内に消費速度が小さくなった場合に、次工程へ進む判定を行う（条件２）。

【0074】

点線で示されるグルコースの消費加速度は、図６に示すように、２回目の培地交換（ＭＥ）までは、ほぼ０（ｍＭ／ｈ／ｈ）で推移し、２回目の培地交換（ＭＥ）後に少し上昇し、１２０時間経過時に再び０付近に低下し、１４４時間経過時に培地交換（ＭＥ）が行われた後、マイナスの値が大きくなっている。
なお、消費加速度は、後述する次工程移行判定処理において、所定の条件を満たしているか否かに応じて、次工程へ移行するように促すか否かの判定が行われる。

【0075】

図６に示す例では、後述する次工程移行判定処理において、例えば、培地交換（ＭＥ）が行われた後、消費速度が０．１（ｍＭ／ｈ）以上であって、かつ所定時間（例えば、２時間）内に消費加速度算出部１４において算出された消費加速度がマイナス（負）になった場合に、次工程へ進む判定を行う（条件３）。
このとき、細胞状態表示エリア３０ｂには、図６に示すように、後述する次工程移行判定処理による判定の結果として、細胞の状態を「消費速度が低下しています。次工程へ進んでください」と表示される。

【0076】

これにより、使用者は、表示部１９の表示画面１９ａの細胞状態表示エリア３０ｂに表示されたメッセージによって、次工程へ進むように促される。よって、使用者は、例えば、培養容器２０を細胞培養装置５０から取り出して次工程へ進むように対応することができる。
＜次工程移行判定処理＞
本実施形態の細胞培養装置５０では、以上のような構成により、ＰＣ１０の制御部１１が、培養容器２０内の培地Ｘに含まれるグルコースの消費速度が所定の条件を満たすか否かに応じて、現工程から次工程へ進むか否かを判定する。

【0077】

具体的には、細胞培養装置５０のＰＣ１０は、図７および図８に示すフローチャートに従って、次工程移行判定処理を実施する。
すなわち、図７に示すように、ステップＳ１１では、表示部１９の表示画面１９ａに表示されたＳＴＡＲＴボタン３０ｄが押下されて細胞培養が開始されると、測定部１２がセンサ２１を用いて、１分経過ごとに培養容器２０内のグルコース濃度を連続的に測定する。

【0078】

次に、ステップＳ１２では、測定部１２が、グルコース濃度を所定時間（例えば、１時間）以上、連続して測定したか否かを判定し、１時間以上測定するまでステップＳ１１を繰り返す。
次に、ステップＳ１３では、ステップＳ１２において所定時間（１時間（６０点））以上、測定したと判定されたため、制御部１１が、直近のグルコース消費量の移動平均（例えば、６０点）を算出し、グルコースの消費量の平均値の時系列データに追加する。

【0079】

次に、ステップＳ１４では、消費速度算出部１３が、グルコースの消費量を微分処理して、消費量の平均値を示すグラフの勾配、つまり、グルコースの消費速度を算出する。
次に、ステップＳ１５では、消費加速度算出部１４が、グルコースの消費速度を微分処理して、消費速度を示すグラフの勾配、つまり、グルコースの消費加速度を算出する。
次に、ステップＳ１６では、培地交換検出部１５が、予め設定された所定の培地交換（ＭＥ）の時間（例えば、図５に示す例では、２４時間、７２時間、１２０時間経過時）であるか否かを判定する。ここで、所定の培地交換時間であると判定された場合には、ステップＳ１７へ進み、所定の培地交換時間ではないと判定された場合には、図８のフローチャートへ進む。

【0080】

次に、ステップＳ１７では、ステップＳ１６において所定の培地交換時間であると判定されたため、培養容器２０内の培地Ｘの交換を行い、再び、ステップＳ１１へ戻る。
培養容器２０内の培地Ｘの交換は、制御部１１が、培養容器２０に設置された注入ポンプ２２および排出ポンプ２４を駆動させて、自動的に行われる。
なお、培養容器２０内の培地Ｘの交換は、表示部１９の表示画面１９ａに培地交換を促すメッセージ等を表示することで、例えば、ピペット等を用いて使用者に手動で行わせてもよい。

【0081】

次に、図８に示すように、ステップＳ２１では、図７のステップＳ１６において、培地交換検出部１５が、所定の培地交換時間ではないと判定したため、直前に行われた培地交換が完了しているか否かを判定する。
ここで、培養容器２０内の培地交換が完了するまで繰り返し判定が行われ、培地交換検出部１５が、培地交換が完了していると判定すると、ステップＳ２２へ進む。

【0082】

なお、培養容器２０内の培地交換の完了は、例えば、制御部１１が、培地交換時に駆動されていた注入ポンプ２２および排出ポンプ２４が停止したことで、培地交換検出部１５によって検出される。あるいは、培地交換検出部１５は、表示画面１９ａに表示されたＳＴＡＲＴボタン３０ｄが操作されて、培地交換時に一時的に停止されていた細胞培養が再開されたことを検出することで、培地交換の完了を検出してもよい。

【0083】

次に、ステップＳ２２では、ステップＳ２１において培地交換が完了したと判定されたため、培地交換後に所定時間（例えば、２時間）が経過しているか否かを判定する。ここで、所定時間経過している場合は、ステップＳ２３へ進み、経過していない場合には、図７のステップＳ１１へ戻る。
次に、ステップＳ２３では、ステップＳ２２において、培地交換が完了してから所定時間（例えば、２時間）が経過したと判定されたため、次工程移行判定部１６が、所定時間（２時間）内におけるグルコースの消費速度が所定の条件を満たすか否かを判定する。

【0084】

具体的には、次工程移行判定部１６は、ステップＳ２３において、グルコースの消費速度が所定値（例えば、０．１ｍＭ／ｈ）以上（条件４）であって、かつ培地交換前との差Ｄ（図５参照）が所定値（例えば、０．１ｍＭ／ｈ）以上（条件１）であるか否かを判定する。
ここで、上記条件１，４を共に満たしている場合には、次工程移行判定部１６は、ステップＳ２４へ進み、上記条件１，４のいずれか１つでも満たしていない場合には、ステップＳ２６へ進む。

【0085】

次に、ステップＳ２４では、ステップＳ２３において、上記条件１，４を満たしていると判定されたため、制御部１１が、表示部１９を制御して、次工程へ移行するように促すメッセージ等を表示画面１９ａに表示させる。
次に、ステップＳ２５では、表示画面１９ａに表示されたメッセージを見た使用者によって、表示画面１９ａに表示されたＳＴＯＰボタン３０ｅが押下され、次工程への移行処理が行われる。

【0086】

これにより、表示画面１９ａに表示されたメッセージを見た使用者は、次工程へ移行するように対応することができる。よって、細胞の状態に応じて、次工程へ進むべき時期を適切に判定された結果に基づいて、次工程への移行を実施することで、細胞の品質を維持することができる。
一方、ステップＳ２６では、ステップＳ２３において、次工程移行判定部１６が、上記条件１，４のいずれか１つを満たしていないと判定されたため、他の条件２，４を満たしていないかを判定する。

【0087】

具体的には、次工程移行判定部１６は、ステップＳ２６において、グルコースの消費速度が所定値（例えば、０．１ｍＭ／ｈ）以上（条件４）であって、かつ培地交換直後と比較して消費速度が低下している（条件２）であるか否かを判定する（図６参照）。
なお、この条件２の代わりに、図６において点線で示されているグルコースの消費加速度が培地交換後、所定時間（例えば、２時間）内にマイナスになっている（条件３）ことで、次工程移行判定処理が行われてもよい。

【0088】

ここで、上記条件２，４を共に満たしている場合には、次工程移行判定部１６は、ステップＳ２４へ進み、上記条件２，４のいずれか１つでも満たしていない場合には、図７のステップＳ１１へ戻る。
（実施形態２）
本発明の他の実施形態に係るＰＣ（Personal Computer）（細胞培養制御装置）２１０およびこれを備えた細胞培養装置２５０について、図１０および図１１を用いて説明すれば以下の通りである。

【0089】

すなわち、本実施形態の細胞培養装置２５０は、図１０に示すように、上記実施形態１において培養容器２０に設置されていた注入ポンプ２２および排出ポンプ２４が設けられていない点で異なっている。
なお、その他の構成についてはほぼ同様であることから、説明の便宜上、同様の機能を持つ構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0090】

細胞培養装置２５０は、図１０に示すように、培養容器２０に入れられた培地Ｘにセンサ２１の先端が浸漬された状態で設置されている。
そして、ＰＣ２１０は、図１１に示すように、上記実施形態１と同様に、制御部１１が、センサ２１に接続された測定部１２を用いて、培地Ｘに含まれるグルコースの濃度を連続的に測定する。

【0091】

そして、制御部１１は、予め設定された培地交換時間になると、手動で培地Ｘの交換を行うように使用者へメッセージ等を表示するように、表示部１９を制御する。
これにより、ＰＣ２１０では、培地交換検出部１５において培養容器２０に入れられた培地Ｘの交換が完了したことを検出し、次工程移行判定部１６が、上述した条件１～４等を満たすと判定すると、制御部１１が、次工程へ移行するように促すメッセージ等を表示部１９の表示画面１９ａに表示させる。

【0092】

この結果、培養容器２０に入れられた培地Ｘの交換を、ポンプを用いることなく手動で実施する場合でも、例えば、培地交換が終了したことを示す入力を受け付けた場合、あるいは、培地交換が完了して一時停止していた細胞培養を再開させるための入力を受け付けた場合には、制御部１１が、次工程へ移行するように促すメッセージ等を表示部１９の表示画面１９ａに表示させることで、使用者は、細胞の状態に応じて適切な時期に次工程へ移行して、細胞の品質を維持することができる。

【0093】

（実施形態３）
本発明の他の実施形態に係るＰＣ（Personal Computer）（細胞培養制御装置）３１０およびこれを備えた細胞培養装置３５０について、図１４から図１６を用いて説明すれば以下の通りである。
すなわち、本実施形態の細胞培養装置３５０は、培養容器３２０に対して新たな培地Ｘを追加していくために、図１４に示すように、排出ポンプ、排出口および廃液容器を備えていない点で、上記実施形態１の構成とは異なっている。

【0094】

なお、その他の構成についてはほぼ同様であることから、説明の便宜上、同様の機能を持つ構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
具体的には、本実施形態の細胞培養装置３５０では、ＰＣ３１０が、所定時間が経過するごとに、培養容器３２０内の培地Ｘを新しい培地Ｘに交換する（入れ替える）代わりに、新しい培地Ｘを培養容器３２０へ追加するように制御を行う。

【0095】

例えば、所定時間が経過するごとに培養容器３２０内へ、最初に培養容器３２０に入れられた培地Ｘの濃度と同等の新たな培地Ｘを追加する場合には、培養容器３２０内の培地Ｘの量は、図１５（ａ）に示すように、段階的に増加していく。
このとき、新たな培地Ｘを追加した直後のグルコース濃度は、上記実施形態１のように培地Ｘの交換ごとに初期濃度まで回復することなく、図１５（ｂ）に示すように、１００％回復することなく徐々に低下していく。

【0096】

ここで、グルコースの消費速度は、培養容器３２０内の細胞数、単位細胞数当たりの消費速度が同じ場合には、図１６に示すように、培地Ｘの体積（Ｖ，２ｖ，ｎＶ）に応じて、所定時間Δｔ（サンプリングレート）毎のグルコース濃度の変化量は変化する。
つまり、培養容器３１０内の培地Ｘを交換するのではなく、培地Ｘを追加していく場合には、グルコースの濃度変化は、グルコース濃度だけでなく、培地Ｘの体積にも依存する。

【0097】

本実施形態では、所定時間が経過するごとに培養容器３２０内へ、最初に培養容器３２０に入れられた培地Ｘと同等の濃度の新たな培地Ｘが追加される。このため、ＰＣ３１０（消費量情報取得部）は、培地Ｘに含まれるグルコース濃度と、培地Ｘの体積とに基づいて、グルコースの消費量を算出する。
よって、上記実施形態１で説明した図７のフローチャートは、図１７に示すように、ステップＳ１２の後に、ステップＳ３１において、グルコース濃度と培地Ｘの体積からグルコース消費量を算出する。

【0098】

なお、培地Ｘの体積は、例えば、培養容器３２０に最初に入れられた培地Ｘの体積と、注入ポンプ２２の駆動量あるいは予め設定された注入量との和として算出される。
次に、ステップＳ１３では、グルコース消費量を微分して消費速度を算出する。
次に、ステップＳ１４では、消費速度算出部１３が、グルコースの消費量を微分処理して、消費量の平均値を示すグラフの勾配、つまり、グルコースの消費速度を算出する。

【0099】

次に、ステップＳ１５では、消費加速度算出部１４が、グルコースの消費速度を微分処理して、消費速度を示すグラフの勾配、つまり、グルコースの消費加速度を算出する。
次に、ステップＳ３６では、培地交換検出部１５が、予め設定された所定の培地追加であるか否かを判定する。ここで、所定の培地追加時間であると判定された場合には、ステップＳ３７へ進み、所定の培地追加時間ではないと判定された場合には、図８のフローチャートへ進む。

【0100】

次に、ステップＳ３７では、ステップＳ３６において所定の培地追加時間であると判定されたため、培養容器２０内へ培地Ｘの追加を行い、再び、ステップＳ１１へ戻る。
これにより、上述した実施形態と同様に、細胞の状態に応じて適切な時期に次工程へ移行して、細胞の品質を維持することができる。
［他の実施形態］
以上、本発明の一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るものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0101】

（Ａ）
上記実施形態では、細胞培養制御装置および方法として、本発明を実現した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、上述した細胞培養制御装置の方法をコンピュータに実行させる細胞培養制御プログラムとして本発明を実現してもよい。

【0102】

このプログラムは、細胞培養制御装置に搭載されたメモリ（記憶部１７）に保存されており、ＣＰＵがメモリに保存された細胞培養制御プログラムを読み込んで、ハードウェアに各ステップを実行させる。より具体的には、ＣＰＵが細胞培養制御プログラムを読み込んで、上述した消費量情報取得ステップと、消費速度算出ステップと、培地交換検出ステップと、次工程移行判定ステップとを実行することで、上記と同様の効果を得ることができる。

【0103】

また、本発明は、細胞培養制御プログラムを保存した記録媒体として実現されてもよい。
（Ｂ）
上記実施形態では、次工程へ進むように促すメッセージ等を表示する表示部１９を備えたＰＣ１０を、細胞培養制御装置として用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

【0104】

例えば、表示部にメッセージを表示する代わりに、次工程へ進むように促すメッセージ等を含むメールを、使用者が所有する携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、ＰＣ等へ送信する通信部１１１（図９参照）を備えたＰＣ（細胞培養制御装置）１１０であってもよい。
また、例えば、表示部にメッセージを表示する代わりに、音声や光、振動等で次工程へ進むべき時期であることを使用者に報知する構成であってもよい。

【0105】

（Ｃ）
上記実施形態では、図２に示すように、ＰＣ１０が、グルコースの消費速度をさらに微分処理して消費加速度を算出する消費加速度算出部１４を備えている例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、上述した条件１～４のうち、条件１または２を用いて次工程移行判定処理を実施する場合には、消費加速度は判定条件に用いられないため、消費加速度算出部のない構成であってもよい。

【0106】

（Ｄ）
上記実施形態では、図８に示すように、上述した条件１，４（ステップＳ２３）および条件２，４（ステップＳ２６）を満たすか否かの判定をともに実施する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図１２に示すように、ステップＳ２６を削除して、ステップＳ２１～ステップＳ２５までの処理によって、次工程移行判定処理が実施されてもよい。

【0107】

あるいは、図１３に示すように、ステップＳ２３の代わりにステップＳ２６を実施することで、次工程移行判定処理が実施されてもよい。
（Ｅ）
上記実施形態では、次工程移行判定部１６が、上述した条件１～４のうち、条件１，４または条件２，４を満たす場合に、次工程移行判定処理を実施する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

【0108】

例えば、センサの分解能が高い場合にはノイズの影響を受けるおそれがないため、条件４の「消費速度が所定値（例えば、０．１ｍＭ／ｈ）以上」という条件４を除き、条件１または条件２あるいは条件３のみを満たすか否かに応じて、それぞれ次工程移行判定処理が行われてもよい。
（Ｆ）
上記実施形態では、条件１～４において、所定時間（例えば、２時間）、消費速度が所定値以上（例えば、１．０ｍＭ／ｈ）、消費速度の差が所定値以上（例えば、１．０ｍＭ／ｈ以上）という閾値がそれぞれ設定されている例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

【0109】

例えば、各条件１～４のために設定される閾値は、使用者によって適宜変更が可能であって、細胞培養の環境、各種条件に応じて適切な値に変更されてもよい。
（Ｇ）
上記実施形態では、センサ２１に接続された測定部１２において、培地Ｘに含まれるグルコースの濃度を測定・取得する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

【0110】

例えば、外部の測定装置によって測定された培地に含まれる栄養素の測定結果を無線あるいは有線の通信を介して取得して、次工程移行判定処理を実施する構成であってもよい。
（Ｈ）
上記実施形態では、培地Ｘを交換する時期として、２４時間、７２時間、１２０時間、１４４時間経過時（１日、３日、５日、６日経過時）が設定された例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

【0111】

例えば、培地交換の時期としては、上記経過時間に限定されることなく、他の設定時間であってもよい。
また、数時間、数分等、上記実施形態よりも短いスパンで培地交換が行われるように設定されていてもよい。そして、その短いスパンでの培地交換が行われるごとに、次工程へ進むか否かの判定が行われてもよい。

【0112】

また、上記実施形態では、培地交換を行う条件として、予め設定された培地交換時間になったことを条件として設定されているが、培地を交換する条件として、時間経過以外に、例えば、グルコースの消費速度、消費加速度等が所定の条件を満たした場合を条件として設定されていてもよい。
（Ｉ）
上記実施形態では、次工程へ進むように促すメッセージとともに、現工程を終了させるボタン（ＳＴＯＰボタン３０ｅ）を表示部１９に表示する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

【0113】

例えば、次工程へ進むように促すボタンは、表示部に表示させる構成に限らず、別途設けられた手動操作されるボタンであってもよい。
（Ｊ）
上記実施形態では、本発明の細胞培養制御装置がＰＣ１０の中に設けられている例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

【0114】

例えば、ＰＣの形態としてではなく、細胞培養制御装置、測定装置、培地交換装置としての専用の機器がそれぞれ設けられており、それぞれが連携して上述した次工程移行判定処理を実施する構成であってもよい。
（Ｋ）
上記実施形態では、培地Ｘに含まれる栄養素として、グルコースの濃度を消費量情報として測定する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

【0115】

例えば、培地に含まれる栄養素として、乳糖（ラクトース）、アミノ酸等を取得あるいは測定する装置であってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0116】

本発明の細胞培養制御装置は、細胞の状態に応じて次工程へ進むべき時期を適切に判定することができるという効果を奏することから、細胞培養を行う装置に対して広く適用可能である。

【符号の説明】

【0117】

１０ ＰＣ（細胞培養制御装置）
１１ 制御部
１２ 測定部（消費量情報取得部、測定部）
１３ 消費速度算出部
１４ 消費加速度算出部
１５ 培地交換検出部
１６ 次工程移行判定部
１７ 記憶部
１８ 入力部
１９ 表示部
１９ａ 表示画面
２０ 培養容器
２１ センサ
２２ 注入ポンプ
２２ａ 注入口
２３ 培地貯蔵容器
２４ 排出ポンプ
２４ａ 排出口
２５ 廃液容器
３０ａ グラフ表示エリア
３０ｂ 細胞状態表示エリア
３０ｃ グラフ表示選択エリア
３０ｄ ＳＴＡＲＴボタン
３０ｅ ＳＴＯＰボタン
５０ 細胞培養装置
１１０ ＰＣ（細胞培養制御装置）
１１１ 通信部
２１０ ＰＣ（細胞培養制御装置）
２５０ 細胞培養装置
３１０ ＰＣ（細胞培養制御装置）
３２０ 培養容器
３５０ 細胞培養装置
Ｄ 差
Ｘ 培地
Ｙ 細胞

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】