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JP7242364B2 - Culturing method and culture unit for biological object - Google Patents
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Description

本発明は、例えば細胞又は細胞塊のような生体対象物を所要の期間培養する方法、及びこの方法に適用する培養ユニットに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of culturing a biological object such as a cell or cell mass for a required period of time, and a culture unit applied to this method.

細胞又は細胞塊等の生体対象物を長期培養するに際しては、一般に、培地及び生体対象物を収容したシャーレ等の容器を所定の環境下に配置する手法が採られる。この他、特許文献1には、細胞が収容された培養室に培地の導入・排出通路を設け、培地を入れ替え可能とした細胞培養デバイスが開示されている。また、特許文献2には、培養室に配置された繊維集合体に細胞を付着させ、培地を当該培養室に流入出させながら長期培養する細胞培養モジュールが開示されている。 For long-term culturing of biological objects such as cells or cell masses, generally, a method of arranging a container such as a petri dish containing a culture medium and the biological object under a predetermined environment is adopted. In addition, Patent Literature 1 discloses a cell culture device in which a culture chamber containing cells is provided with a medium introduction/exhaust passage so that the medium can be replaced. Further, Patent Document 2 discloses a cell culture module in which cells are adhered to a fiber assembly arranged in a culture chamber and cultured for a long period of time while flowing a culture medium into and out of the culture chamber.

特開2011-244713号公報JP 2011-244713 A 国際公開第2014/034146号WO2014/034146

生体対象物の長期培養には、当該生体対象物に酸素や栄養素を満遍なく供給すること、並びに、成長して大きくなろうとする生体対象物に物理的な障害を与えないことが要請される。前者の要請は、特許文献1、2に示された、培養室への培地の流入出により達成可能である。一方、後者の要請については、特許文献1、2の手法では不十分である。特許文献1のデバイスの如く細胞を足場材に接面させたり、特許文献2のモジュールの如く繊維集合体に細胞を付着させたりすると、その接面・付着箇所における細胞の三次元的な成長が阻害されるという問題がある。 Long-term culturing of a biological subject requires that oxygen and nutrients be evenly supplied to the biological subject, and that the biological subject, which is about to grow and become large, should not be physically disturbed. The former requirement can be achieved by the flow of medium into and out of the culture chamber as shown in Patent Documents 1 and 2. On the other hand, the methods of Patent Documents 1 and 2 are insufficient for the latter request. When cells are brought into contact with a scaffolding material as in the device of Patent Document 1, or adhered to a fiber aggregate as in the module of Patent Document 2, three-dimensional cell growth occurs at the contact/attachment site. There is a problem of being blocked.

本発明の目的は、生体対象物の三次元的な成長を可及的に阻害することのない生体対象物の培養方法及び培養ユニットを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method and a culture unit for culturing a biological subject that do not inhibit the three-dimensional growth of the biological subject as much as possible.

本発明の一局面に係る生体対象物の培養方法は、生体対象物及びその培養液を収容可能であって、底面と側壁面とを備えた凹部からなり、前記底面には開口が備えられた培養領域に前記生体対象物を配置し、前記開口から培養液を前記凹部内に供給することによって、前記開口から前記凹部内に吹き上がる前記培養液の液流を発生させ、前記生体対象物を、前記液流によって前記凹部内において浮上および回転させつつ、1日~数週間程度の所定期間保持し、前記生体対象物を前記所定期間保持する間に、前記生体対象物の浮上状態および回転状態を監視し、前記生体対象物に前記浮上状態および前記回転状態に所定の変化が生じたときに、前記液流の発生条件を変更することを特徴とする。 A method for culturing a biological subject according to one aspect of the present invention comprises a recess capable of accommodating a biological subject and its culture medium, and having a bottom surface and side wall surfaces, and the bottom surface being provided with an opening. By arranging the biological object in the culture area and supplying the culture solution from the opening into the recess, a liquid flow of the culture solution blowing up from the opening into the recess is generated, and the biological object is grown. and holding the biological object for a predetermined period of about one day to several weeks while floating and rotating it in the concave portion by the liquid flow, and maintaining the biological object for the predetermined period while the biological object is in a floating state and a rotating state. is monitored, and the conditions for generating the liquid flow are changed when a predetermined change occurs in the levitation state and the rotation state of the biological object.

この培養方法によれば、培養領域に培養液の液流を発生させることで、当該生体対象物に酸素や栄養素を供給することが可能となる。また、前記液流によって生体対象物を培養領域内において流動させることで、当該生体対象物の一部が前記培養領域を区画する壁面等に同じ姿勢で接面し続けないようにすることができる。つまり、生体対象物を前記培養液中で遊動させた状態で、長期培養することが可能となる。これにより、前記壁面等に対する接面の影響を抑制して、生体対象物に自在な三次元的成長を行わせることができる。 According to this culturing method, it is possible to supply oxygen and nutrients to the biological object by generating a liquid flow of the culture solution in the culturing region. In addition, by causing the biological object to flow within the culture area by the liquid flow, it is possible to prevent a part of the biological object from continuously facing the wall or the like that partitions the culture area in the same posture. . In other words, it is possible to culture the living body for a long period of time while moving the living body in the culture solution. As a result, the influence of the surface contacting the wall surface or the like can be suppressed, and the living body subject can freely grow three-dimensionally.

上記の生体対象物の培養方法において、前記培養領域は、底面と側壁面とを備えた凹部からなり、前記底面若しくは側壁面には開口が備えられ、前記開口から培養液を前記凹部内に供給することによって、前記液流を発生させることが望ましい。 In the above method for culturing a living subject, the culture region comprises a recess having a bottom surface and a side wall surface, an opening is provided in the bottom surface or the side wall surface, and a culture solution is supplied into the recess from the opening. It is desirable to generate said liquid flow by:

この培養方法によれば、所定単位の生体対象物を凹部に収容し、他の生体対象物と区別した状態で長期培養することができる。そして、前記凹部に備えられた開口から供給される培養液によって、生体対象物を遊動させると共に酸素や栄養素を供給することができるので、良好な状態で生体対象物を長期培養することができる。 According to this culturing method, a predetermined unit of the biological subject can be housed in the recess and cultured for a long period of time while being distinguished from other biological subjects. The culture medium supplied from the opening provided in the recess allows the biological object to move and supplies oxygen and nutrients, so the biological object can be cultured for a long period of time in good condition.

上記の生体対象物の培養方法において、前記培養領域は、底面と側壁面とを備えた凹部からなり、前記液流は、底面に接面している前記生体対象物を前記培養液中で浮上させることが可能な液流であることが望ましい。 In the above method for culturing a living subject, the culturing region comprises a recess having a bottom surface and side walls, and the liquid flow floats the living subject in contact with the bottom surface in the culture solution. It is desirable to have a liquid flow that allows

この培養方法によれば、液流によって生体対象物を培養液中で浮上させた状態で、当該生体対象物を長期培養することができる。これにより、凹部の底面や側壁面と生体対象物との接触が抑制され、より一層、生体対象物の三次元的成長を促進することができる。 According to this culturing method, the biological object can be cultured for a long period of time in a state where the biological object is floated in the culture medium by the liquid flow. As a result, the contact between the bottom surface and side wall surfaces of the recess and the biological object is suppressed, and the three-dimensional growth of the biological object can be further promoted.

上記の生体対象物の培養方法において、前記生体対象物を流動状態で所定期間保持する間に、前記生体対象物の状態変化を監視し、前記生体対象物に所定の状態変化が生じたときに、前記液流の発生条件を変更することが望ましい。 In the method for culturing a biological subject, while the biological subject is held in a fluid state for a predetermined period of time, a change in the state of the biological subject is monitored, and when a predetermined state change occurs in the biological subject, , it is desirable to change the conditions for generating the liquid flow.

この培養方法によれば、生体対象物の成長に応じて、適正な液流を当該生体対象物に与えることができる。例えば、成長によって重量の増した生体対象物に対して強度の大きい液流を与えることで、前記生体対象物の流動状態を維持させることができる。 According to this culturing method, an appropriate liquid flow can be given to the biological object according to the growth of the biological object. For example, by applying a high-intensity liquid flow to a living body subject that has increased in weight due to growth, the living body body can be maintained in a fluid state.

本発明の他の局面に係る生体対象物の培養ユニットは、体対象物及び培養液を収容可能なウェルと、前記ウェルの底部に設けられた開口とを備えたチャンバーと、前記開口を通して前記ウェルに培養液を送り、前記開口から前記ウェル内に吹き上がる前記培養液の液流を発生させるポンプ装置と、前記ポンプ装置の動作を制御するポンプ制御部と、を備え、前記ポンプ制御部は、前記ウェルの底面に接面している前記生体対象物を前記培養液中で流動させることが可能な液流を、前記ポンプ装置に発生させる、生体対象物の培養ユニットにおいて、前記チャンバーとして、第1の生体対象物を前記ウェルで収容する第1チャンバーと、前記第1の生体対象物とは異なる複数の第2の生体対象物を前記ウェルで収容する第2チャンバーと、を有し、前記第1チャンバーと前記複数の第2チャンバーとを接続する接続流路であって、前記第1チャンバーを循環中心として培養液を前記複数の第2チャンバーに循環させる循環系をさらに備え、前記ポンプ装置は、前記循環系を通して、前記第1チャンバーのウェル及び前記第2チャンバーのウェルに培養液を循環させることで、前記第1の生体対象物及び前記第2の生体対象物を各々のウェル内で流動させることを特徴とする。 A biological subject culture unit according to another aspect of the present invention includes a chamber including a well capable of containing a biological subject and a culture solution, an opening provided at the bottom of the well, and a pump device that sends a culture solution to a well and generates a liquid flow of the culture solution that blows up into the well from the opening ; and a pump control unit that controls the operation of the pump device, wherein the pump control unit , in a biological subject culture unit, wherein the pump device generates a liquid flow capable of causing the biological subject in contact with the bottom surface of the well to flow in the culture medium, wherein the chamber includes: a first chamber for accommodating a first biological subject in the well, and a second chamber for accommodating a plurality of second biological subjects different from the first biological subject in the well, a connection channel that connects the first chamber and the plurality of second chambers, further comprising a circulation system that circulates the culture medium through the plurality of second chambers with the first chamber as the center of circulation; The apparatus circulates the culture solution through the circulation system through the wells of the first chamber and the wells of the second chamber, thereby circulating the first biological object and the second biological object in the respective wells. It is characterized by flowing with

この培養ユニットによれば、ウェル内に開口を通して培養液を供給することで、ウェルに収容された生体対象物に酸素や栄養素を供給することが可能となる。また、前記液流によって生体対象物をウェル内において流動させることで、当該生体対象物の一部がウェルの底面に同じ姿勢で接面し続けないようにすることができる。つまり、生体対象物をウェル内の前記培養液中で遊動させた状態で、長期培養することが可能となる。これにより、前記底面に対する接面の影響を抑制して、生体対象物に自在な三次元的成長を行わせることができる。 According to this culturing unit, it is possible to supply oxygen and nutrients to the biological subject accommodated in the well by supplying the culture medium through the opening in the well. Further, by causing the biological object to flow within the well by the liquid flow, it is possible to prevent a part of the biological object from continuously contacting the bottom surface of the well in the same posture. In other words, it is possible to culture the living body for a long period of time while moving the living body in the culture solution in the well. As a result, the influence of the contact surface with respect to the bottom surface can be suppressed, and the living body subject can freely grow three-dimensionally.

上記の生体対象物の培養ユニットにおいて、前記チャンバーとして、第1の生体対象物を前記ウェルで収容する第1チャンバーと、前記第1の生体対象物とは異なる第2の生体対象物を前記ウェルで収容する第2チャンバーと、を有し、前記第1チャンバーと前記第2チャンバーとを並列接続又は直列接続する接続流路をさらに備え、前記ポンプ装置は、前記接続流路を通して、前記第1チャンバーのウェル及び前記第2チャンバーのウェルに培養液を送ることで、前記第1の生体対象物及び前記第2の生体対象物を各々のウェル内で流動させることが望ましい。 In the biological subject culture unit described above, the chambers include a first chamber for accommodating a first biological subject in the well, and a second biological subject different from the first biological subject in the well. and a second chamber containing a second chamber, and further comprising a connection flow path that connects the first chamber and the second chamber in parallel or in series, wherein the pump device is configured to pass through the connection flow path to the first Desirably, the first and second biological objects are caused to flow within the wells of the chambers and the wells of the second chamber by feeding media.

この培養ユニットによれば、複数の生体対象物に対して同一の培養液を供給しつつ、これら生体対象物を長期培養することが可能となる。 According to this culturing unit, it is possible to supply the same culture solution to a plurality of biological subjects and to culture these biological subjects for a long period of time.

本発明のさらに他の局面に係る生体対象物の培養ユニットは、生体対象物及び培養液を収容可能なウェルと、前記ウェルの底部に設けられた開口とを備えたチャンバーと、前記開口を通して前記ウェルに培養液を送り、前記開口から前記ウェル内に吹き上がる前記培養液の液流を発生させるポンプ装置と、前記ポンプ装置の動作を制御するポンプ制御部と、を備え、前記ポンプ制御部は、前記ウェルの底面に接面している前記生体対象物を前記培養液中で流動させることが可能な液流を、前記ポンプ装置に発生させる、生体対象物の培養ユニットにおいて、前記チャンバーは、第1ウェルを有する第1プレートと、前記第1プレートの上方に配置され第2ウェルを有する第2プレートとを備えることを特徴とする。 A biological subject culture unit according to still another aspect of the present invention includes a chamber comprising a well capable of containing a biological subject and a culture solution, an opening provided at the bottom of the well, and a pump device that sends a culture solution to a well and generates a liquid flow of the culture solution that blows up into the well from the opening; and a pump control unit that controls the operation of the pump device, wherein the pump control unit , in the biological subject culture unit, wherein the pump device generates a liquid flow capable of causing the biological subject contacting the bottom surface of the well to flow in the culture medium, wherein the chamber comprises: It is characterized by comprising a first plate having first wells and a second plate disposed above the first plate and having second wells.

この培養ユニットによれば、ウェルを有するプレートを積重してチャンバーに配置することができる。従って、一度に多くの生体対象物を長期培養することが可能となる。 According to this culture unit, plates with wells can be stacked and arranged in a chamber. Therefore, it becomes possible to culture many biological objects at once for a long period of time.

本発明によれば、生体対象物の三次元的な成長を可及的に阻害することのない生体対象物の培養方法及び培養ユニットを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the culture|cultivation method and culture|cultivation unit of a living subject which do not inhibit three-dimensional growth of a living subject as much as possible can be provided.

図1は、本発明の第1実施形態に係る生体対象物の培養方法を実現するための細胞培養ユニットの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a cell culture unit for realizing a method for culturing a living subject according to the first embodiment of the present invention. 図2(A)は、細部の培養領域となるウェルの断面図、図2(B)~(E)は、ウェル内における細胞の浮上状態と観察される画像との関係を示す図である。FIG. 2(A) is a detailed cross-sectional view of a well serving as a culture region, and FIGS. 2(B) to 2(E) are diagrams showing the relationship between the floating state of cells in the well and the observed image. 図3(A)及び(B)は、液流の有無による長期培養の結果を示すグラフであって、図3(A)は細胞の投影面積を、図3(B)は細胞のATP生成状況を各々示す。3(A) and (B) are graphs showing the results of long-term culture with or without liquid flow, FIG. 3(A) showing the projected area of cells, and FIG. 3(B) showing the state of ATP generation in cells. are shown respectively. 図4(A)は、液流を伴って長期培養した細胞を示す図、図4(B)は、液流を発生させずに長期培養した細胞を示す図である。FIG. 4(A) shows cells cultured for a long period of time with liquid flow, and FIG. 4(B) shows cells cultured for a long period of time without liquid flow. 図5は、第1実施形態の細胞培養ユニットによる細胞の長期培養開始時における動作の一例を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flow chart showing an example of the operation at the start of long-term cell culture by the cell culture unit of the first embodiment. 図6(A)、(B)は、細胞の浮上と、カメラのZ高さとの関係を説明するための図である。FIGS. 6A and 6B are diagrams for explaining the relationship between cell levitation and the Z height of the camera. 図7は、第1実施形態の細胞培養ユニットによる細胞の長期培養中における動作の一例を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flow chart showing an example of the operation during long-term cell culture by the cell culture unit of the first embodiment. 図8は、本発明の第2実施形態に係る生体対象物の培養方法を実現するための細胞培養ユニットの構成を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a cell culture unit for realizing the method for culturing a living subject according to the second embodiment of the present invention. 図9は、第2実施形態の細胞培養ユニットによる細胞の長期培養開始時における動作の一例を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flow chart showing an example of the operation at the start of long-term cell culture by the cell culture unit of the second embodiment. 図10は、第2実施形態の細胞培養ユニットによる細胞の長期培養中における動作の一例を示すフローチャートである。FIG. 10 is a flow chart showing an example of the operation during long-term cell culture by the cell culture unit of the second embodiment. 図11は、第2実施形態の細胞培養ユニットによる細胞の長期培養中における動作の一例を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flow chart showing an example of the operation during long-term cell culture by the cell culture unit of the second embodiment. 図12は、変形例に係るチャンバーを示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a chamber according to a modification. 図13は、変形例に係るチャンバーを示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a chamber according to a modification. 図14(A)~(D)は、ウェルの変形例を示す図である。FIGS. 14A to 14D are diagrams showing modified examples of wells. 図15(A)~(C)は、ウェルの貫通孔の変形例を示す図である。FIGS. 15A to 15C are diagrams showing modified examples of through-holes in wells. 図16(A)、(B)は、ウェルへの液流の供給形態の変形例を示す図である。FIGS. 16A and 16B are diagrams showing modifications of the form of liquid flow supply to the wells.

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。本発明に係る生体対象物の培養方法及び培養ユニットでは、多岐に亘る生体対象物を対象とすることができる。本発明が適用可能な生体対象物としては、代表的には生体由来の細胞を例示することができる。ここでの生体由来の細胞は、例えば血球系細胞やシングル化細胞などのシングルセル(細胞)、HistocultureやCTOSなどの組織小片、スフェロイドやオルガノイドなどの細胞凝集塊、ゼブラフィッシュ、線虫、受精卵などの個体、2D又は3Dのコロニー等である。この他、生体対象物として、組織、微生物、小サイズの種等を例示することができる。以下に説明する実施形態では、生体対象物が細胞又は細胞が数個~数十万個凝集してなる細胞凝集塊(以下、これらを総称して単に「細胞C」という)である例を示す。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. The method and culture unit for culturing a biological subject according to the present invention can target a wide variety of biological subjects. Biological objects to which the present invention can be applied are typically exemplified by cells derived from living organisms. Here, the cells derived from the body include, for example, single cells (cells) such as blood cells and single cells, tissue fragments such as Histoculture and CTOS, cell aggregates such as spheroids and organoids, zebrafish, nematodes, and fertilized eggs. individuals, 2D or 3D colonies, and the like. In addition, examples of biological objects include tissues, microorganisms, small-sized seeds, and the like. In the embodiments described below, an example in which the biological object is cells or cell aggregates formed by aggregating several to several hundred thousand cells (hereinafter collectively referred to simply as "cells C") is shown. .

[第1実施形態の細胞培養ユニットの全体構成]
図1は、本発明の第1実施形態に係る細胞培養ユニットU(生体対象物の培養ユニット)の構成を示すブロック図である。細胞培養ユニットUは、細胞C及び培地L(培養液)を収容可能な複数のウェル2(凹部)を有するチャンバーCHと、ウェル2に収容された細胞Cを撮像するためのカメラユニット3と、ウェル2に培地Lの液流LFを発生させるためのポンプユニット4(ポンプ装置)と、カメラユニット3及びポンプユニット4の動作を制御すると共に、各種の処理を行うコントローラ5とを備えている。カメラユニット3は、チャンバーCHの下方に配置されている。
[Overall Configuration of Cell Culture Unit of First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a cell culturing unit U (living object culturing unit) according to the first embodiment of the present invention. The cell culture unit U includes a chamber CH having a plurality of wells 2 (recesses) capable of accommodating cells C and medium L (culture solution), a camera unit 3 for imaging the cells C accommodated in the wells 2, A pump unit 4 (pump device) for generating a liquid flow LF of the culture medium L in the well 2, and a controller 5 for controlling the operations of the camera unit 3 and the pump unit 4 and performing various processes are provided. The camera unit 3 is arranged below the chamber CH.

チャンバーCHは、上面が開口した容器11と、この容器11内に配置されるウェルプレート12とを含む。ウェルプレート12は、複数のウェル2を備える。ウェル2は、細胞Cの培養領域となる微小な凹部であり、ウェルプレート12は多数のマトリクス配列されたウェル2を備えている。容器11及びウェルプレート12は、透光性の樹脂又はガラスからなる。これは、ウェル2に収容された細胞Cを、チャンバーCHの下方に配置されたカメラユニット3にて透視撮像可能とするためである。 The chamber CH includes a container 11 with an open upper surface and a well plate 12 arranged inside the container 11 . Well plate 12 comprises a plurality of wells 2 . The wells 2 are minute depressions that serve as culture areas for the cells C, and the well plate 12 has a large number of wells 2 arranged in a matrix. The container 11 and well plate 12 are made of translucent resin or glass. This is because the cells C housed in the well 2 can be fluoroscopically imaged by the camera unit 3 arranged below the chamber CH.

容器11には培地Lが注液されており、ウェルプレート12は培地L内に浸漬されている。容器11は、底壁13、側壁14、天壁15及び開口壁16を含む。底壁13は、チャンバーCHの底面を構成している。側壁14は、底壁13の周縁から立設され、チャンバーCHの外枠部分を構成している。天壁15は、側壁14の上端からチャンバーCHの内側へ水平に延び、底壁13の周縁付近の上方を覆っている。開口壁16は、天壁15の内側端からチャンバーCHの内側へ向かう方向へ斜め下方に延びる傾斜壁である。開口壁16の下端は底壁13よりも高い位置にあり、当該下端にて、ウェルプレート12の周縁部が保持されている。つまり、ウェルプレート12は、底壁13から上方に離間した状態で保持されている。開口壁16は、上方に向けてテーパ状に広がるチャンバーCHの開口を形成しており、ユーザーはこの開口を通して、細胞Cをウェルプレート12に担持させたり、細胞Cをピックアップしたりすることができる。 A medium L is poured into the container 11, and the well plate 12 is immersed in the medium L. As shown in FIG. Container 11 includes bottom wall 13 , side walls 14 , top wall 15 and opening wall 16 . The bottom wall 13 constitutes the bottom surface of the chamber CH. A side wall 14 is erected from the peripheral edge of the bottom wall 13 and constitutes an outer frame portion of the chamber CH. The ceiling wall 15 extends horizontally from the upper end of the side wall 14 to the inside of the chamber CH, and covers the upper part of the bottom wall 13 in the vicinity of its peripheral edge. The opening wall 16 is an inclined wall extending obliquely downward from the inner end of the ceiling wall 15 toward the inside of the chamber CH. The lower end of the opening wall 16 is positioned higher than the bottom wall 13, and the peripheral edge of the well plate 12 is held at the lower end. That is, the well plate 12 is held in a state spaced upward from the bottom wall 13 . The opening wall 16 forms an opening of the chamber CH that tapers upward, and the user can carry the cells C on the well plate 12 or pick up the cells C through this opening. .

図2(A)を参照して、ウェル2は、筒状側面21、底面22、テーパ開口面23及び貫通孔24(ウェルに連通する開口)を備えている。筒状側面21は、ウェル2の側壁面を構成する部分であり、所要の細胞Cを収容可能な断面積を有するキャビティを区画している。筒状側面21は、鉛直方向に延びる壁面である。底面22は、筒状側面21の下端に連設され、ウェル2の筒心に向けて緩く下り傾斜する傾斜面からなる。テーパ開口面23は、筒状側面21の上端に連設され、上方に向けて拡開するテーパ面である。一のウェル2と隣接するウェル2とは、テーパ開口面23の上端同士で繋がっており、当該繋がり部分は尖った稜線部25となっている。筒状側面21、底面22及びテーパ開口面23は、ウェルプレート12の上面から下方に凹むキャビティ20を区画している。キャビティ20は、細胞C及び培地Lを収容する培養領域である。 Referring to FIG. 2A, the well 2 has a cylindrical side surface 21, a bottom surface 22, a tapered opening surface 23 and a through hole 24 (an opening communicating with the well). The cylindrical side surface 21 is a portion forming the side wall surface of the well 2, and defines a cavity having a cross-sectional area capable of accommodating required cells C. As shown in FIG. The cylindrical side surface 21 is a wall surface extending in the vertical direction. The bottom surface 22 is continuous with the lower end of the cylindrical side surface 21 and consists of an inclined surface gently downwardly inclined toward the cylindrical center of the well 2 . The tapered opening surface 23 is a tapered surface that is continuous with the upper end of the cylindrical side surface 21 and widens upward. One well 2 and the adjacent well 2 are connected to each other at the upper ends of the tapered opening surfaces 23 , and the connecting portion forms a sharp ridge line portion 25 . The cylindrical side surface 21 , bottom surface 22 and tapered opening surface 23 define a cavity 20 recessed downward from the top surface of the well plate 12 . Cavity 20 is a culture area in which cells C and medium L are accommodated.

貫通孔24は、底面22の最も低い箇所となる底面22の中央部に穿孔された開口であって、ウェル2のキャビティ20と容器11内の空間とを連通させる開口である。貫通孔24は、容器11に注液された培地をキャビティ20に流入させると共に、キャビティ20内の培地Lに液流LFを発生させるために設けられている。図1に示すように、容器11内にウェルプレート12を越える高さまで培地Lが注液されると、側壁14、天壁15及び開口壁16で囲まれる容器11の内部空間Aは密閉空間となる。従って、内部空間A内の培地Lを加圧することで、貫通孔24からウェル2内に流入する液流LFを発生させることができる。 The through-hole 24 is an opening formed in the center of the bottom surface 22 , which is the lowest point of the bottom surface 22 , and is an opening that allows the cavity 20 of the well 2 and the space inside the container 11 to communicate with each other. The through hole 24 is provided to allow the culture medium poured into the container 11 to flow into the cavity 20 and to generate a liquid flow LF in the culture medium L in the cavity 20 . As shown in FIG. 1, when the medium L is poured into the container 11 to a height exceeding the well plate 12, the inner space A of the container 11 surrounded by the side walls 14, the top wall 15 and the opening wall 16 is a closed space. Become. Therefore, by pressurizing the culture medium L in the internal space A, it is possible to generate a liquid flow LF that flows into the well 2 from the through-hole 24 .

カメラユニット3は、レンズ部31、カメラ本体32及びレンズ駆動部33を備えた、共焦点光学系を備えた撮像ユニットである。レンズ部31は、光学顕微鏡に用いられている対物レンズであり、所定倍率の光像を結像させるレンズ群と、このレンズ群を収容するレンズ鏡筒とを含む。カメラ本体32は、CCDイメージセンサのような撮像素子35(図6)を備える。レンズ部31は、撮像素子35の像面に撮像対象物の光像を結像させる。レンズ駆動部33は、サーボモータ等からなり、合焦動作のためにレンズ部31を上下動させる。レンズ部31の焦点位置は、胴付き面34の高さ位置hからの同焦点距離にて定まる。なお、レンズ部31を移動させるのではなく、チャンバーCHを上下動させることで、合焦動作を行わせるようにしても良い。 The camera unit 3 is an imaging unit that includes a lens section 31 , a camera body 32 and a lens drive section 33 and that includes a confocal optical system. The lens unit 31 is an objective lens used in an optical microscope, and includes a lens group that forms an optical image with a predetermined magnification and a lens barrel that accommodates this lens group. The camera body 32 includes an imaging device 35 (FIG. 6) such as a CCD image sensor. The lens unit 31 forms an optical image of an object to be imaged on the image plane of the imaging element 35 . The lens driving section 33 is composed of a servomotor or the like, and vertically moves the lens section 31 for focusing operation. The focal position of the lens portion 31 is determined by the parfocal distance from the height position h of the body surface 34 . The focusing operation may be performed by vertically moving the chamber CH instead of moving the lens unit 31 .

ポンプユニット4は、例えばチューブポンプ等の循環ポンプからなり、ウェルプレート12の貫通孔24を通して各ウェル2に流体を送り、ウェル2内の液体に液流を発生させる機能を果たす。本実施形態では、ポンプユニット4がウェル2に送る流体は培地Lであり、ウェル2内の液体も培地Lである。ポンプユニット4は、ポンプ本体41、送液チューブ42及び吸液チューブ43を備える。 The pump unit 4 is composed of, for example, a circulation pump such as a tube pump, and functions to send fluid to each well 2 through the through holes 24 of the well plate 12 to generate liquid flow in the liquid in the wells 2 . In this embodiment, the fluid that the pump unit 4 sends to the wells 2 is the culture medium L, and the liquid in the wells 2 is also the culture medium L. The pump unit 4 includes a pump body 41 , a liquid-sending tube 42 and a liquid-sucking tube 43 .

ポンプ本体41は、送液チューブ42には液体を送り出し、吸液チューブ43には液体の吸引力を発生させるポンプ動作を行う。チューブポンプが用いられる場合、ポンプ本体41は、駆動モータで回動駆動されるロータと、このロータでしごかれる湾曲チューブ部とを含む。送液チューブ42の一端421はポンプ本体41へ繋がっている一方、他端422はウェルプレート12の天壁15を貫通し、容器11の内部空間A内に開口している。吸液チューブ43の一端431は、他端422と対極位置において内部空間A内に開口しており、他端432はポンプ本体41へ繋がっている。 The pump main body 41 performs a pump operation to send the liquid to the liquid-sending tube 42 and to generate a suction force of the liquid to the liquid-sucking tube 43 . When a tube pump is used, the pump main body 41 includes a rotor that is rotationally driven by a drive motor and a curved tube portion that is squeezed by the rotor. One end 421 of the liquid-sending tube 42 is connected to the pump main body 41 , while the other end 422 penetrates the ceiling wall 15 of the well plate 12 and opens into the internal space A of the container 11 . One end 431 of the liquid suction tube 43 opens into the internal space A at a position opposite to the other end 422 , and the other end 432 is connected to the pump main body 41 .

ポンプ本体41が動作すると、貫通孔24を通して培地Lが循環する。すなわち、ポンプ本体41が動作して送液チューブ42に培地Lが送り出されると、その送り出された培地Lは容器11の内部空間Aに進入する。内部空間Aは、容器11の底壁13、側壁14天壁15及び開口壁16とウェルプレート12とによって半密閉状態にあり、圧力を開放できる部分は貫通孔24のみである。従って、図2(B)、(D)に示しているように、内部空間Aから貫通孔24を通してウェル2のキャビティ20内に流入しようとする液流LFが発生する。送液チューブ42からの培地Lの供給によって容器11内の液量が増加するが、その増加分は吸液チューブ43によって吸引され、ポンプ本体41に向かうことになる。 When the pump main body 41 operates, the culture medium L circulates through the through holes 24 . That is, when the pump main body 41 operates and the medium L is sent to the liquid-sending tube 42 , the sent medium L enters the internal space A of the container 11 . The internal space A is in a semi-sealed state by the bottom wall 13, the side wall 14, the top wall 15, the opening wall 16, and the well plate 12 of the container 11, and the only part through which the pressure can be released is the through hole 24. Therefore, as shown in FIGS. 2B and 2D, a liquid flow LF is generated that flows from the internal space A through the through-hole 24 into the cavity 20 of the well 2 . Although the amount of liquid in the container 11 increases due to the supply of the culture medium L from the liquid-sending tube 42 , the increased amount is sucked by the liquid-absorbing tube 43 and goes to the pump main body 41 .

コントローラ5は、細胞Cの長期培養に必要な制御を行うコントローラ5は、ポンプユニット4の動作を制御して、貫通孔24からウェル2のキャビティ20内に吹き上がるような液流LFを発生させ、この液流LFによって細胞Cをキャビティ20内で流動させる。また、コントローラ5は、当該細胞Cをキャビティ20内において流動させつつ、その状態を所定期間保持する制御を行う。さらに、コントローラ5は、カメラユニット3の動作を制御して、ウェル2内の細胞Cの画像を撮像させ、細胞Cの状態変化を監視する。そして、細胞Cに所定の状態変化が生じたとき、液流LFの発生条件を変更する制御を行う。コントローラ5の機能構成の詳細については、後記で説明する。 The controller 5 performs control necessary for long-term culture of the cells C. The controller 5 controls the operation of the pump unit 4 to generate a liquid flow LF that blows up from the through hole 24 into the cavity 20 of the well 2. , the cell C is caused to flow within the cavity 20 by this liquid flow LF. In addition, the controller 5 performs control to maintain the state for a predetermined period while causing the cells C to flow within the cavity 20 . Furthermore, the controller 5 controls the operation of the camera unit 3 to capture an image of the cells C in the well 2 and monitor changes in the state of the cells C. FIG. Then, when a predetermined state change occurs in the cell C, control is performed to change the conditions for generating the liquid flow LF. Details of the functional configuration of the controller 5 will be described later.

[細胞の長期培養方法]
本実施形態に係る細胞Cの培養方法は、ウェル2のキャビティ20内に培地Lの液流を発生させ、キャビティ20に収容されている細胞Cを当該液流LFによって浮上、回転するように流動させつつ、所定期間保持するものである。保持期間は任意であるが、例えば1日~数週間程度の長期間である。この培養方法を、上述の細胞培養ユニットUを用いて実施する例を説明する。
[Method for long-term culture of cells]
In the method for culturing cells C according to the present embodiment, a liquid flow of the medium L is generated in the cavity 20 of the well 2, and the cells C contained in the cavity 20 are floated and rotated by the liquid flow LF. and hold it for a predetermined period. Although the holding period is arbitrary, it is a long period, for example, from one day to several weeks. An example of carrying out this culture method using the cell culture unit U described above will be described.

図2(A)は、培地Lに浸漬された状態のウェルプレート12のウェル2に、細胞Cが投入された状態を示している。貫通孔24から液流LFが発生されていない場合、細胞Cは自重で沈降し、底面22に接面する。図2(A)では、概略的に楕円形状を有する細胞Cが、横倒れした態様で底面22に接面している状態を示している。このように、細胞Cの一部が何らかの部材に接面した状態で当該細胞Cを長期培養すると、その接面箇所における細胞Cの拘束、栄養分の不行き渡り等で三次元的な成長が阻害され易くなる。 FIG. 2A shows a state in which cells C are put into wells 2 of well plate 12 immersed in culture medium L. FIG. When the liquid flow LF is not generated from the through-hole 24 , the cells C settle under their own weight and come into contact with the bottom surface 22 . FIG. 2(A) shows a state in which cells C having a roughly elliptical shape lie sideways and are in contact with the bottom surface 22 . In this way, when the cells C are cultured for a long period of time while some of the cells C are in contact with some member, the three-dimensional growth is inhibited due to the restraint of the cells C at the contact points, the non-distribution of nutrients, and the like. becomes easier.

そこで、本実施形態では、細胞Cの一部がウェル2の筒状側面21や底面22に接面し続けることがないよう、細胞Cをキャビティ20内で流動させる。より望ましくは、筒状側面21や底面22になるべく接触しないように、細胞Cキャビティ20内で浮上させる。このような細胞Cの流動ないしは浮上を実現する手段として、図2(B)、(D)に示すように、ポンプユニット4により発生される液流LFが利用される。液流LFは、容器11内の培地Lが貫通孔24を通してウェル2に供給されることによって発生される。 Therefore, in this embodiment, the cells C are allowed to flow within the cavity 20 so that part of the cells C do not continue to contact the cylindrical side surface 21 and the bottom surface 22 of the well 2 . More desirably, it is floated within the cell C cavity 20 so as not to contact the cylindrical side surface 21 and the bottom surface 22 as much as possible. A liquid flow LF generated by the pump unit 4 is used as means for realizing such flow or floating of the cells C, as shown in FIGS. 2(B) and 2(D). The liquid flow LF is generated by supplying the medium L in the container 11 to the well 2 through the through-hole 24 .

図2(A)に示すように、細胞Cが底面22に接面した状態において液流LFが発生されたとする。液流LFは、貫通孔24を通して上方へ吹き上がる液体流動であるので、細胞Cは当該液流LFに押されて浮上を開始する。そして、図2(B)、(D)に示す通り、細胞Cは液流LFの強度に応じて、ウェル2内で所定の高さ位置まで浮上する。一般に、細胞凝集塊のような細胞Cは、真球形状を持つことはなく、その形状や質量は非対称であって、表面には凹凸が存在する。従って、液流LFが細胞Cに吹き当たると、図中の矢印Rで示すように細胞Cは回転する。 Assume that the liquid flow LF is generated in a state where the cell C is in contact with the bottom surface 22 as shown in FIG. 2(A). Since the liquid flow LF is a liquid flow that blows upward through the through holes 24, the cells C are pushed by the liquid flow LF and start floating. Then, as shown in FIGS. 2B and 2D, the cells C rise to a predetermined height within the well 2 according to the strength of the liquid flow LF. In general, cells C, such as cell aggregates, do not have a true spherical shape, are asymmetrical in shape and mass, and have unevenness on the surface. Therefore, when the liquid flow LF hits the cell C, the cell C rotates as indicated by the arrow R in the figure.

ウェル2内の細胞Cの流動状態は、チャンバーCHの下方に配置されたカメラユニット3の撮像画像により確認することができる。図2(C)は、細胞Cが図2(B)の姿勢のときにカメラユニット3で撮像された二次元画像を示し、図2(E)は、細胞Cが図2(D)の姿勢のときにカメラユニット3で撮像された二次元画像を示している。細胞Cが回転している場合、カメラユニット3に撮像動作を連続的に実行させると、異なる形状で細胞Cが撮像される。従って、連続撮像画像を解析することで、細胞Cが回転しているか否かを判別することができる。また、細胞Cが備える形状若しくは色彩の特徴部に着目し、その特徴部の動きを連続画像で観察することで、細胞Cが一回転したか否か等も把握することができる。さらに、細胞Cの回転により、下方に固定的に配置されたカメラユニット3にて、細胞Cの表面画像を多面的に取得することができる。これにより、取得された画像を合成することで、細胞Cの三次元形状を把握することも可能となる。 The flow state of the cells C in the well 2 can be confirmed by the captured image of the camera unit 3 arranged below the chamber CH. FIG. 2(C) shows a two-dimensional image captured by the camera unit 3 when the cell C is in the posture of FIG. 2(B), and FIG. 2(E) shows the cell C in the posture of FIG. 2 shows a two-dimensional image captured by the camera unit 3 when . When the cell C is rotating, if the camera unit 3 is made to continuously perform the imaging operation, the cell C will be imaged in different shapes. Therefore, by analyzing the continuously captured images, it is possible to determine whether the cell C is rotating. Further, by focusing on the characteristic portion of the shape or color of the cell C and observing the movement of the characteristic portion with continuous images, it is possible to grasp whether or not the cell C has made one turn. Furthermore, the rotation of the cell C allows the camera unit 3 fixedly arranged below to acquire a multifaceted surface image of the cell C. FIG. Accordingly, it is also possible to comprehend the three-dimensional shape of the cell C by synthesizing the acquired images.

長期培養中に発生させる、望ましい液流LFの条件は次の通りである。先ず、底面22に接面している細胞Cを培地L中で浮上させることができる程度以上の液流LFの流速が必要である。その一方で、ウェル2から細胞Cが飛び出してしまう程度の流速の液流LFであってはならない。また、ウェル2内で細胞Cが乱高下せず、安定した高さ位置に細胞Cを浮上させ、その高さ位置で細胞Cを回転させ得る液流LFの流速を選択することが望ましい。 Desirable liquid flow LF conditions generated during long-term culture are as follows. First, the flow velocity of the liquid flow LF must be at least as high as to float the cells C in contact with the bottom surface 22 in the culture medium L. On the other hand, the liquid flow LF must not have such a speed that the cells C jump out of the well 2 . In addition, it is desirable to select a flow rate of the liquid flow LF that allows the cells C to float to a stable height position and rotate the cells C at that height position without causing the cells C to rise and fall in the well 2 .

細胞Cの培養を続けると、細胞Cが成長し、一般にその体積や質量が増加する状態変化が生じる。この場合、従前の液流LFの強度では所要の細胞Cの浮上状態を得られない。そこで、細胞Cの浮上状態をカメラユニット3で監視し、細胞Cの浮上状態若しくは回転状態に有意な変化が観察されたときに、液流LFの発生条件を変更することが望ましい。例えば、成長によって重量の増した細胞Cに対して、強度の大きい液流を与えることで、細胞Cの浮上状態を維持させることができる。 If the culture of the cells C is continued, the cells C grow and generally undergo a state change in which their volume and mass increase. In this case, the required floating state of the cells C cannot be obtained with the conventional strength of the liquid flow LF. Therefore, it is desirable to monitor the floating state of the cells C with the camera unit 3 and change the conditions for generating the liquid flow LF when a significant change in the floating state or the rotating state of the cells C is observed. For example, by applying a high-intensity liquid flow to the cells C, which have increased in weight due to growth, the cells C can be maintained in a floating state.

[長期培養の評価]
図3(A)及び(B)は、液流LFの有無による長期培養試験の結果を示すグラフであって、図3(A)は細胞Cの投影面積を、図3(B)は細胞CのATP(アデノシン三リン酸)の生成状況を各々示すグラフである。この試験では、液流LFを発生させる実施例チャンバーと、液流LFを発生させない比較例チャンバーとを用意した。マトリクス配列された多数のウェル2を有するウェルプレート12を、各チャンバーにセットした。ウェルプレート12は、容器11内において、所定の培地からなる培養液に浸漬した。各ウェルプレート12において、180個のスフェロイド(生体対象物の一例)を個別にウェル2に収容し、長期培養を開始した。
[Evaluation of long-term culture]
3A and 3B are graphs showing the results of long-term culture tests with and without liquid flow LF, FIG. 3A shows the projected area of cell C, and FIG. 1 is a graph showing the production status of ATP (adenosine triphosphate) of each. In this test, an example chamber in which liquid flow LF was generated and a comparative example chamber in which liquid flow LF was not generated were prepared. A well plate 12 having a large number of wells 2 arranged in a matrix was set in each chamber. The well plate 12 was immersed in a culture medium composed of a predetermined medium inside the container 11 . In each well plate 12, 180 spheroids (an example of a biological object) were individually accommodated in well 2, and long-term culture was initiated.

実施例チャンバーでは、培養開始直後から、ウェル2内においてスフェロイドが浮上するように液流LFを発生させ、これを継続した。一方、比較例チャンバーでは、液流LFを発生させず、スフェロイドが自重で底面22に接面している状態にて培養を行った。そして、培養開始から3日後に培地の一部を交換した。その後、両チャンバーで培養を継続し、13日後に細胞Cの投影面積とATPの生成状況とを評価した。 In the example chamber, immediately after the start of culture, a liquid flow LF was generated so that the spheroids floated in the well 2, and this was continued. On the other hand, in the comparative example chamber, culture was performed in a state in which the spheroids were in contact with the bottom surface 22 by their own weight without generating the liquid flow LF. Then, 3 days after the start of culture, part of the medium was replaced. Thereafter, culture was continued in both chambers, and the projected area of Cell C and the production of ATP were evaluated 13 days later.

図3(A)の投影面積は、カメラユニット3により撮像される細胞Cの、二次元画像から求められる面積である。図3(A)の棒グラフは、180個のスフェロイドについて各々投影面積を求め、これらを平均した値を示している。液流ありの実施例チャンバーで培養されたスフェロイドの投影面積は、液流なしの比較例チャンバーで培養されたものに比べて、明らかに大きいことが判る。 The projected area in FIG. 3A is the area obtained from the two-dimensional image of the cell C imaged by the camera unit 3 . The bar graph in FIG. 3(A) shows the values obtained by averaging the projected areas of 180 spheroids. It can be seen that the projected area of the spheroids cultured in the example chamber with liquid flow is clearly larger than that of the spheroids cultured in the comparative example chamber without liquid flow.

図3(B)のATP生成状況は、培養されたスフェロイドの生体活性を評価するための指標である。図3(A)に示す投影面積は、スフェロイドの二次元的な大きさを評価するものであり、その三次元形状までは判らない。また、死滅したスフェロイドが崩壊して、見かけ上で投影面積が大きくなっている場合もある。生物は、ATPを分解して活動エネルギーを作るので、スフェロイドが成長し且つ正常である場合、ATPの生成量は増加することになる。従って、ATPの生成状況を計測することで、スフェロイドの成長状況を把握することができる。 The state of ATP production in FIG. 3(B) is an index for evaluating bioactivity of cultured spheroids. The projected area shown in FIG. 3(A) is for evaluating the two-dimensional size of the spheroids, and the three-dimensional shape cannot be determined. In some cases, the dead spheroids have collapsed and the projected area has apparently increased. Organisms degrade ATP to create activity energy, so when spheroids grow and are healthy, ATP production will increase. Therefore, by measuring the state of ATP production, it is possible to grasp the growth state of spheroids.

図3(B)のグラフは、ATPの測定試薬を実施例及び比較例チャンバーで培養されたスフェロイドに投与し、各スフェロイドのATP量を測定すると共に、180個のスフェロイドのATP量を平均した値を示している。液流ありの実施例チャンバーで培養されたスフェロイドのATP量は、液流なしの比較例チャンバーで培養されたATP量に比べて、明らかに大きいことが判る。 The graph in FIG. 3(B) shows that the ATP measurement reagent was administered to the spheroids cultured in the chambers of Examples and Comparative Examples, the ATP amount of each spheroid was measured, and the ATP amount of 180 spheroids was averaged. is shown. It can be seen that the amount of ATP in the spheroids cultured in the example chamber with liquid flow is clearly greater than the amount of ATP cultured in the comparative example chamber without liquid flow.

図4(A)は、液流LFを伴って13日間培養した実施例チャンバーの細胞Cを示す図、図4(B)は、液流LFを発生させずに13日間培養した比較例チャンバーの細胞Cを示す図である。実施例チャンバーの細胞Cは、全体的にサイズが大きく、種々の三次元形状に成長していることが判る。これに対し、比較例チャンバーの細胞Cは、全体的にサイズが小さく、増殖状況が良好ではないことが判る。以上の通り、液流LFを発生させて長期培養することで、液流LFを発生させない場合に比べて細胞Cをより大きく、様々な三次元形状に生育させ得ることが確認された。 FIG. 4(A) shows cells C in an example chamber cultured for 13 days with a liquid flow LF, and FIG. 4(B) shows cells C in a comparative example chamber cultured for 13 days without generating a liquid flow LF. FIG. 4 shows cell C; It can be seen that the cells C in the example chamber are generally large in size and grow into various three-dimensional shapes. On the other hand, it can be seen that the cell C in the comparative chamber is generally small in size and does not proliferate well. As described above, it was confirmed that the long-term culture with the generation of the liquid flow LF enables the cells C to grow larger and into various three-dimensional shapes as compared to the case where the liquid flow LF is not generated.

[コントローラの機能構成]
続いて、上記のような液流LFを伴う長期培養を実現する、図1のコントローラ5の機能構成について説明する。コントローラ5は、マイクロコンピュータ等からなり、所定のプログラムが実行されることで、ポンプ制御部51、カメラ制御部52、画像処理部53、データ処理部54及び記憶部55を具備するように動作する。
[Controller functional configuration]
Next, the functional configuration of the controller 5 of FIG. 1 that realizes long-term culture with the liquid flow LF as described above will be described. The controller 5 is composed of a microcomputer or the like, and operates to include a pump control section 51, a camera control section 52, an image processing section 53, a data processing section 54, and a storage section 55 by executing a predetermined program. .

ポンプ制御部51は、ポンプユニット4の動作を制御する。ポンプ制御部51は、ポンプユニット4の送液チューブ42からの吐出力を制御することで、上述の液流LFを発生させると共に、液流LFの流速を増減する。具体的にはポンプ制御部51は、ウェル2の底面22に接面している細胞Cを培地L内で浮上させると共に流動若しくは回転させることが可能な液流LFを、ポンプユニット4に発生させる。ポンプユニット4がチューブポンプである場合、所要の細胞Cの浮上及び回転を達成できる液流LFを発生させるよう、ポンプ制御部51はポンプ本体41が備えるロータの回転速度を制御する。 The pump control section 51 controls the operation of the pump unit 4 . The pump control unit 51 generates the liquid flow LF and increases/decreases the flow velocity of the liquid flow LF by controlling the discharge force from the liquid feeding tube 42 of the pump unit 4 . Specifically, the pump control unit 51 causes the pump unit 4 to generate a liquid flow LF capable of causing the cells C in contact with the bottom surface 22 of the well 2 to float in the culture medium L and to flow or rotate. . When the pump unit 4 is a tube pump, the pump controller 51 controls the rotational speed of the rotor provided in the pump main body 41 so as to generate the liquid flow LF that can float and rotate the cells C as required.

カメラ制御部52は、カメラユニット3の動作を制御する。カメラ制御部52は、ポンプユニット4が液流LFを発生させている状態において、カメラユニット3にウェル2内の細胞Cの撮像を連続的に行わせる。すなわち、カメラ制御部52は、ウェル2内で浮上し流動若しくは回転している状態の細胞Cの連続画像を、カメラユニット3に撮像させる。具体的にはカメラ制御部52は、ウェル2内の細胞Cに対する合焦動作のために、レンズ駆動部33にレンズ部31を上下方向に、例えば数十μmピッチで移動させるための制御パルスを与える。また、カメラ制御部52はカメラ本体32を制御して、所定のタイミングで撮像動作を実行させる。 The camera control section 52 controls operations of the camera unit 3 . The camera control section 52 causes the camera unit 3 to continuously image the cells C in the well 2 while the pump unit 4 is generating the liquid flow LF. That is, the camera control unit 52 causes the camera unit 3 to capture continuous images of the cells C floating, flowing or rotating in the well 2 . Specifically, the camera control unit 52 sends a control pulse to the lens driving unit 33 to move the lens unit 31 vertically at a pitch of several tens of μm, for example, in order to focus on the cell C in the well 2. give. Also, the camera control unit 52 controls the camera body 32 to perform an imaging operation at a predetermined timing.

画像処理部53は、カメラユニット3が撮像した画像に基づいて、細胞Cの三次元形状を特定する処理を行う。画像処理部53は、カメラ本体32により取得された画像データに対して、エッジ検出処理や特徴量抽出を伴うパターン認識処理などの画像処理を施し、各撮像タイミングで取得された画像において、細胞Cの形状を特定する。また、画像処理部53は、細胞Cの回転状態の把握に用いるための、細胞Cの特徴部を抽出する処理も行う。 The image processing unit 53 performs processing for identifying the three-dimensional shape of the cell C based on the image captured by the camera unit 3 . The image processing unit 53 performs image processing such as edge detection processing and pattern recognition processing accompanied by feature amount extraction on the image data acquired by the camera body 32, and in the image acquired at each imaging timing, the cell C Identify the shape of The image processing unit 53 also performs processing for extracting characteristic portions of the cell C for use in grasping the rotation state of the cell C. FIG.

データ処理部54は、画像処理部53により特定された細胞Cの形状データや前記特徴部の位置データ等に基づいて、各種の処理を実行する。例えばデータ処理部54は、レンズ駆動部33が設定した合焦位置情報に基づき、細胞Cがウェル2の底面22から浮上しているか否かを判定する。また、データ処理部54は、画像処理部53が各々の画像について特定した細胞Cの形状データを合成して、当該細胞Cの三次元形状を作成する処理を行う。さらに、データ処理部54は、画像処理部53が特定した細胞Cの形状データに基づいて、細胞Cが回転しているか又は静止しているか、どの程度の回転数で回転しているか等、細胞Cの回転状態を判定する処理を行う。具体的には、一つの細胞Cの連続的な撮像画像に基づき、前記特徴部の表出状態乃至は移動状態から、細胞Cが一回転したか否か、並びに、細胞Cの回転速度を導出する。 The data processing unit 54 executes various types of processing based on the shape data of the cell C specified by the image processing unit 53, the position data of the characteristic portion, and the like. For example, the data processing unit 54 determines whether or not the cell C is floating from the bottom surface 22 of the well 2 based on the focus position information set by the lens driving unit 33 . Further, the data processing unit 54 synthesizes the shape data of the cell C specified for each image by the image processing unit 53, and performs processing for creating the three-dimensional shape of the cell C. FIG. Furthermore, based on the shape data of the cell C specified by the image processing unit 53, the data processing unit 54 determines whether the cell C is rotating or stationary, how many times the cell is rotating, and so on. A process for determining the rotation state of C is performed. Specifically, based on continuous captured images of one cell C, whether or not the cell C has rotated once and the rotation speed of the cell C are derived from the expression state or movement state of the characteristic portion. do.

記憶部55は、細胞培養ユニットUに関する各種の設定データや、テーブルデータを記憶する。また、記憶部55は、細胞Cに浮上及び回転状態と、液流LFの発生条件に相当するポンプ本体41の駆動データの実績とを関連付けて記憶する。この種のデータを多量に蓄積し、AI学習によりポンプ本体41の駆動を最適化することが望ましい。 The storage unit 55 stores various setting data related to the cell culture unit U and table data. In addition, the storage unit 55 associates and stores the state of floating and rotation of the cell C with the performance of the driving data of the pump main body 41 corresponding to the conditions for generating the liquid flow LF. It is desirable to accumulate a large amount of this kind of data and optimize the drive of the pump main body 41 by AI learning.

[第1実施形態の細胞培養ユニットの動作フロー]
続いて、第1実施形態の細胞培養ユニットUの動作フローの一例について、図1及び図5を主に参照して説明する。図5は、第1実施形態の細胞培養ユニットUによる細胞の長期培養開始時における動作の一例を示すフローチャートである。フローの開始前に、ウェルプレート12のウェル2に細胞Cが投入され、当該細胞Cが底面22に接面しているものとする。図5に示すフローは、細胞Cの長期培養の開始に際して、細胞Cをウェル2内において所定の高さまで浮上させるフローである。
[Operation flow of the cell culture unit of the first embodiment]
Next, an example of the operation flow of the cell culture unit U of the first embodiment will be described mainly with reference to FIGS. 1 and 5. FIG. FIG. 5 is a flow chart showing an example of the operation at the start of long-term cell culture by the cell culture unit U of the first embodiment. Assume that cells C are put into wells 2 of the well plate 12 and that the cells C are in contact with the bottom surface 22 before the start of the flow. The flow shown in FIG. 5 is a flow for floating the cells C to a predetermined height in the well 2 when the long-term culture of the cells C is started.

まず、コントローラ5のカメラ制御部52によりカメラユニット3が制御され、当該カメラユニット3の位置調整が行われる(ステップS1)と共に、ウェル2の底面22に接面している細胞Cに対する合焦動作が実行される(ステップS2)。この時点では、液流LFは発生させていない。この合焦動作では、レンズ駆動部33がレンズ部31を上下動させ、得られた画像について画像処理部53がエッジ検出処理を行うと共にコントラストの評価を行う。そして、最もコントラストが良好なレンズ部31の高さ位置(Z方向高さ)が探知され、当該Z方向高さが合焦位置とされる。合焦位置における画像データ、Z方向高さデータ及び細胞Cの面積データ等の画像情報は、記憶部55に格納される。 First, the camera unit 3 is controlled by the camera control unit 52 of the controller 5, and the position of the camera unit 3 is adjusted (step S1). is executed (step S2). At this point, the liquid flow LF is not generated. In this focusing operation, the lens drive unit 33 moves the lens unit 31 up and down, and the image processing unit 53 performs edge detection processing and contrast evaluation on the obtained image. Then, the height position (Z-direction height) of the lens portion 31 with the best contrast is detected, and the Z-direction height is set as the in-focus position. Image information such as image data at the in-focus position, Z-direction height data, and cell C area data are stored in the storage unit 55 .

図6(A)は、ステップS1の位置調整及びステップS2の合焦動作が行われている状態を示す図である。細胞Cの合焦光像は、カメラ本体32が備える撮像素子35の像面上に作られる。細胞Cの如く微小な対象物を撮像する対物レンズであるレンズ部31の焦点位置は、胴付き面34からの同焦点距離Zhにて定められている。従って、細胞Cに合焦した状態が作られれば、細胞Cと胴付き面34との間の距離が同焦点距離Zhとなる。つまり、図6(A)のZ方向高さにカメラユニット3を移動させることで(ステップS1)、底面22に接面している細胞Cに合焦させることができる(ステップS2)。従って、胴付き面34のZ方向高さを求めることで、細胞CのZ方向高さを把握することができる。なお、実際には被写界深度aが存在するため、焦点位置にはZ方向に一定の幅がある。ある基準高さZ0を設定して、底面22に接面している細胞Cに合焦しているときの、基準高さZ0に対する胴付き面34のZ方向高さZ1が記憶部55に格納される。このZ1が、底面22から浮上していない状態における細胞CのZ方向高さに相当する。 FIG. 6A is a diagram showing a state in which the position adjustment in step S1 and the focusing operation in step S2 are being performed. A focused optical image of the cell C is formed on the image plane of the imaging element 35 provided in the camera body 32 . The focal position of the lens unit 31, which is an objective lens for imaging a minute object such as a cell C, is determined by the parfocal distance Zh from the surface 34 with the body. Therefore, when the cell C is in focus, the distance between the cell C and the barrel surface 34 becomes the parfocal distance Zh. That is, by moving the camera unit 3 to the height in the Z direction shown in FIG. 6A (step S1), it is possible to focus on the cell C in contact with the bottom surface 22 (step S2). Therefore, the Z-direction height of the cell C can be grasped by obtaining the Z-direction height of the waist surface 34 . Since the depth of field a actually exists, the focal position has a certain width in the Z direction. A certain reference height Z0 is set, and the Z-direction height Z1 of the body surface 34 with respect to the reference height Z0 when the cell C in contact with the bottom surface 22 is focused is stored in the storage unit 55. be done. This Z1 corresponds to the Z-direction height of the cell C when it is not floating above the bottom surface 22 .

その後、カメラ制御部52により、カメラユニット3のZ方向高さが所定の高さ位置になるように、カメラユニット3がZ方向に移動される(ステップS3)。この移動は、例えば図6(B)に示すZ2の位置に胴付き面34が位置するようにカメラユニット3をZ方向へ上昇させる移動であり、浮上させる細胞Cの狙いの高さ位置に当該カメラユニット3の焦点位置を設定するための移動である。 After that, the camera control unit 52 moves the camera unit 3 in the Z direction so that the height of the camera unit 3 in the Z direction is at a predetermined height position (step S3). This movement is, for example, a movement to raise the camera unit 3 in the Z direction so that the body mounting surface 34 is positioned at the position Z2 shown in FIG. This movement is for setting the focal position of the camera unit 3 .

続いて、ポンプ制御部51が、液流LFをゼロから徐々に増加させるようポンプユニット4を制御し、細胞Cを所定範囲内の浮上高さに浮上させる液流LFの流速Fを探知する処理が実行される。なお、ポンプ本体41の動作ランク、例えば単位時間当たりの液体の吐出量等と、発生させることができる液流LFの流速Fとの関係を、予めテーブル化しておくことが望ましい。また、浮上高さは、前記ウェルの底面から完全に離間した浮上のほか、前記底面に一部が接面した状態における浮上高さでも良い。 Subsequently, the pump control unit 51 controls the pump unit 4 to gradually increase the liquid flow LF from zero, and detects the flow velocity F of the liquid flow LF that floats the cell C to a floating height within a predetermined range. is executed. In addition, it is desirable to form a table in advance of the relationship between the operation rank of the pump body 41, for example, the amount of liquid discharged per unit time, and the flow velocity F of the liquid flow LF that can be generated. Moreover, the floating height may be the floating height in a state where the well is completely separated from the bottom surface of the well, or the floating height is partially in contact with the bottom surface of the well.

ポンプ制御部51は、最も低ランクの流速Fの液流LFを発生させるよう、ポンプ本体41を動作させる(ステップS4)。次いで、カメラ制御部52がレンズ駆動部33を制御して、この流速Fの液流LFが発生している状態において、細胞Cに対する合焦動作をレンズ部31に実行させる(ステップS5)。実際は、既にステップS3において合焦位置が狙いの高さ位置Z2となるようにカメラユニット3のZ方向高さが設定されているので、細胞Cが前記合焦位置まで浮上するのを待つ期間となる。そして、細胞Cが所定のZ方向高さに到達しているか否かが判定される(ステップS6)。つまり、所定のZ方向高さに胴付き面34が設定されたカメラユニット3にて、細胞Cが合焦状態で撮像されているか否かが判定される。 The pump control unit 51 operates the pump main body 41 so as to generate the liquid flow LF with the flow velocity F of the lowest rank (step S4). Next, the camera control unit 52 controls the lens driving unit 33 to cause the lens unit 31 to perform a focusing operation on the cell C while the liquid flow LF having the flow velocity F is generated (step S5). Actually, since the height in the Z direction of the camera unit 3 has already been set in step S3 so that the in-focus position is at the target height position Z2, the period of waiting for the cell C to float up to the in-focus position. Become. Then, it is determined whether or not the cell C has reached a predetermined height in the Z direction (step S6). That is, it is determined whether or not the cell C is being imaged in focus by the camera unit 3 in which the mounting surface 34 is set at a predetermined Z-direction height.

図6(B)は、貫通孔24を通した液流LFの発生により細胞Cが浮上し、その浮上した細胞Cにレンズ部31が合焦している状態を示している。同焦点距離Zhは固定的な距離であり、ステップS3において胴付き面34のZ方向高さは、Z1からZ2に上昇している。浮上した細胞Cに合焦したということは、当該細胞CもZ1からZ2の高さ分だけ浮上したことになる。つまり、Z2-Z1の距離が細胞Cの浮上高さとなる。前記浮上高さが小さすぎると、細胞Cは底面22と干渉して回転不能又は回転に障害がある状態となる。一方、前記浮上高さが大きすぎると、ウェル2からの細胞Cの飛び出しが生じかねない。 FIG. 6B shows a state in which the cell C is floated by the generation of the liquid flow LF through the through-hole 24 and the lens part 31 is focused on the floated cell C. FIG. The parfocal distance Zh is a fixed distance, and the Z-direction height of the body attachment surface 34 is increased from Z1 to Z2 in step S3. Focusing on the floated cell C means that the cell C has also floated by the height from Z1 to Z2. That is, the distance Z2-Z1 is the cell C floating height. If the floating height is too small, the cell C interferes with the bottom surface 22 and becomes unrotatable or impeded in rotation. On the other hand, if the floating height is too large, cells C may jump out of well 2 .

これらに鑑みて、ステップS6において判定基準とする「所定高さ」は、細胞Cが自在に回転可能であって、なるべくウェル2の低層位置、つまり底面22に近い位置に相当する高さに設定することが望ましい。また、液流LFの流速Fが大きくなると、自ずと細胞Cの浮上高さが高くなる傾向が出る一方、細胞Cの浮上時における上下揺動も大きくなる傾向が出る。この観点からも、あまり浮上高さを高くせず、前記上下揺動を抑制することが望ましい。この場合、細胞Cが所定のZ方向高さの範囲内に浮上した状態を維持し易くなるので、カメラユニット3によって撮像し易い状態を形成することができる。 In view of these, the "predetermined height" used as the criterion in step S6 is set to a height corresponding to the lower layer position of the well 2, that is, a position closer to the bottom surface 22, where the cells C can freely rotate. It is desirable to Further, when the flow velocity F of the liquid flow LF increases, the floating height of the cell C naturally tends to increase, while the vertical swing of the cell C tends to increase during the floating. From this point of view as well, it is desirable to suppress the vertical swing without increasing the flying height too much. In this case, the cell C can be easily maintained in a state of being floated within a predetermined Z-direction height range, so that a state in which the camera unit 3 can easily capture an image can be formed.

ステップS6において、細胞CのZ方向高さが所定高さに至っていない場合(ステップS6でNO)、当該細胞Cの浮上が不十分であるということになる。この場合、ポンプ制御部51は、液流LFの流速Fを、F=F+1ランクにインクリメントする(ステップS7)。なお、「1ランク」は、予め定められたポンプ吐出量の増量単位であって、流速Fの増加に連動する。そして、ポンプ制御部51は、新たに与えられた流速Fを達成するよう、ポンプ本体41の動作を制御する(ステップS4)。 In step S6, if the Z-direction height of the cell C has not reached the predetermined height (NO in step S6), it means that the cell C is not sufficiently floated. In this case, the pump control unit 51 increments the flow velocity F of the liquid flow LF to F=F+1 rank (step S7). It should be noted that "one rank" is a predetermined increase unit of the pump discharge amount, and is interlocked with the increase of the flow velocity F. Then, the pump control unit 51 controls the operation of the pump main body 41 so as to achieve the newly given flow velocity F (step S4).

ステップS6において、細胞CのZ方向高さが所定高さに至っている場合(ステップS6でYES)、当該細胞Cが所定の高さまで浮上したことになる。この場合、ポンプ制御部51は、ポンプ本体41の動作状態を維持し、その流速Fを固定した状態とする。併せて、適正なウェル2の温度管理、雰囲気ガスの設定が行われる。以上で長期培養の準備処理は完了し、細胞Cの長期培養が開始される(ステップS8)。細胞Cは、浮上した後に回転する挙動を示すことが多い。従って、このステップS8の時点乃至はそれ以前に、細胞Cは回転し始めている。 In step S6, when the Z-direction height of the cell C has reached a predetermined height (YES in step S6), the cell C has risen to a predetermined height. In this case, the pump control unit 51 maintains the operating state of the pump main body 41 and fixes the flow rate F thereof. At the same time, proper temperature control of the well 2 and atmospheric gas setting are performed. The preparatory processing for long-term culture is thus completed, and long-term culture of cells C is started (step S8). Cell C often exhibits the behavior of rolling after surfacing. Therefore, the cell C has started to rotate at or before this step S8.

図7は、上記のステップS8までの処理を終えた後の、細胞培養ユニットUによる細胞Cの長期培養中における動作の一例を示すフローチャートである。この時点で、ポンプ制御部51はポンプユニット4に、上記のステップS4で設定した流速Fの液流LFを発生させ続けている。コントローラ5は、細胞Cのモニターのタイミングが到来したか否かを判定する(ステップS11)。このモニタータイミングは、例えば1時間~1日程度のスパンで設定することができる。モニタータイミングが到来すると(ステップS11でYES)、カメラ制御部52が細胞Cの状態情報の取得のために、上記のステップS3で胴付き面34のZ方向高さ=Z2に設定されたカメラユニット3に、細胞Cの画像を撮像させる(ステップS12)。 FIG. 7 is a flow chart showing an example of the operation during long-term culture of cells C by the cell culture unit U after finishing the processes up to step S8. At this point, the pump controller 51 continues to cause the pump unit 4 to generate the liquid flow LF at the flow rate F set in step S4. The controller 5 determines whether or not the timing for monitoring the cell C has come (step S11). This monitor timing can be set, for example, in a span of about one hour to one day. When the monitor timing arrives (YES in step S11), the camera control unit 52 detects the state information of the cell C by setting the Z-direction height of the base surface 34 to Z2 in step S3. 3, an image of the cell C is captured (step S12).

続いて、取得された細胞Cの画像に基づき、細胞Cの状態を特定すると共に、その状態の記録及び解析が行われる(ステップS13)。具体的には、画像処理部53が、取得された細胞Cの画像に対して所定の画像処理を行うことで、細胞Cの外形形状や色彩等のデータが把握される。このデータは、取得タイミングに関連付けて記憶部55に格納される。また前記データに基づき、データ処理部54が、細胞Cの回転数を求める処理、細胞Cの各種サイズを抽出する処理、色やテクスチャを識別する処理、細胞Cの蛍光性を評価する処理等を行う。これらの処理結果より、例えば、細胞Cのサイズの変化に基づく細胞成長量解析、細胞テクスチャに基づく生死などの品質解析、蛍光状態に基づく細胞Cの生死若しくは特定タンパク質の発現解析などの解析処理が、データ処理部54により実行される。上記の処理結果及び解析結果も、記憶部55に格納される。そして、過去の流速F及び細胞Cの回転データと細胞品質のデータとの関係を参照し、今回取得されたデータとの対比を行う処理が行われる(ステップS14)。 Subsequently, based on the obtained image of the cell C, the state of the cell C is specified, and the state is recorded and analyzed (step S13). Specifically, the image processing unit 53 performs predetermined image processing on the acquired image of the cell C, so that data such as the outer shape and color of the cell C can be grasped. This data is stored in the storage unit 55 in association with the acquisition timing. Further, based on the data, the data processing unit 54 performs a process of determining the number of turns of the cells C, a process of extracting various sizes of the cells C, a process of identifying colors and textures, a process of evaluating the fluorescence of the cells C, and the like. conduct. Based on these processing results, for example, analysis processing such as cell growth amount analysis based on changes in the size of cells C, quality analysis such as life and death based on cell texture, life and death of cells C based on fluorescence conditions, and expression analysis of specific proteins. , are executed by the data processing unit 54 . The above processing results and analysis results are also stored in the storage unit 55 . Then, the relationship between the past flow velocity F and the rotation data of the cells C and the cell quality data is referred to, and a process of comparing it with the data acquired this time is performed (step S14).

続いて、細胞Cの浮上状態を解析する処理が実行される(ステップS15)。具体的には、画像処理部53による画像処理データに基づき、データ処理部54が細胞Cに対する合焦度合いを判定する。合焦度合いが良好であれば、細胞Cが図6(B)に示した同焦点距離Zhの高さ位置に浮上し続けていることになる。一方、合焦度合いが低い場合は、細胞Cが設定高さ位置に存在していないことになる。例えば、細胞Cが成長して質量が増加した場合には沈降気味となり、死滅や劣化する等して質量が低下すると浮上気味となる。 Subsequently, a process of analyzing the floating state of the cell C is executed (step S15). Specifically, the data processing unit 54 determines the degree of focus on the cell C based on image processing data from the image processing unit 53 . If the degree of focusing is good, the cell C will continue to float at the height position of the parfocal distance Zh shown in FIG. 6(B). On the other hand, when the degree of focus is low, the cell C does not exist at the set height position. For example, when the cell C grows and increases in mass, it tends to sink, and when it dies or deteriorates and its mass decreases, it tends to float.

そして、データ処理部54は、ステップS14及びS15の処理結果に基づき、細胞Cの浮上状態及び回転状態が、予め定めた「良好」と認定できる範囲であるか否かを判定する(ステップS16)。「良好」な範囲ではない場合(ステップS16でNO)、ポンプ制御部51が、細胞Cの浮上高さ及び回転数を変更するために、液流LFの流速Fを、F=F+1ランク若しくはF=F-1に変更する(ステップS17)。そして、ステップS12に戻り、同様な解析処理がリピートされる。一方、細胞Cの浮上状態及び回転状態が「良好」である場合(ステップS16でYES)、ポンプ制御部51は現状の液流LFの流速Fを維持する(ステップS18)。 Then, the data processing unit 54 determines whether or not the floating state and the rotating state of the cell C are within a predetermined range that can be recognized as "good" based on the processing results of steps S14 and S15 (step S16). . If it is not within the “good” range (NO in step S16), the pump control unit 51 changes the flow rate F of the liquid flow LF to F=F+1 rank or F =F-1 (step S17). Then, the process returns to step S12 and similar analysis processing is repeated. On the other hand, if the floating state and rotation state of the cell C are "good" (YES in step S16), the pump control unit 51 maintains the current flow velocity F of the liquid flow LF (step S18).

[第2実施形態]
図8は、本発明の第2実施形態に係る生体対象物の培養方法を実現するための細胞培養ユニットU1の構成を示すブロック図である。第1実施形態では、1つのチャンバーが用いられる例を示したが、第2実施形態では、複数のチャンバーが接続流路にて直列接続及び並列接続される例を示す。細胞培養ユニットU1は、5つのチャンバー0、1、2、3、4を含んでいる。これらチャンバー0、1、2、3、4には、異なる細胞を各々収容することが予定されている。
[Second embodiment]
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a cell culture unit U1 for realizing the method for culturing a living subject according to the second embodiment of the present invention. In the first embodiment, an example in which one chamber is used is shown, but in the second embodiment, an example in which a plurality of chambers are connected in series and in parallel through connection channels is shown. The cell culture unit U1 contains five chambers 0,1,2,3,4. These chambers 0, 1, 2, 3, 4 are intended to each contain a different cell.

細胞リソースとしては、例えば患者由来の正常細胞或いは癌等の疾患細胞、iPS/ES細胞由来の分化細胞を使用することができる。ここでは、チャンバー0(第1チャンバー)のウェルには心臓細胞(第1の生体対象物)、チャンバー1(第2チャンバー)のウェルには脳細胞(第2の生体対象物)、チャンバー2のウェルには肺細胞、チャンバー3のウェルには肝臓細胞、チャンバー4のウェルには腸細胞が各々収容されている例を示している。また、これらチャンバー0、1、2、3、4には、各チャンバー内の培地(培養液)の液面の高さを検出する液面センサー0、1、2、3、4が付設されている。 As cell resources, for example, patient-derived normal cells, diseased cells such as cancer cells, and iPS/ES cell-derived differentiated cells can be used. Here, heart cells (first biological object) in the wells of chamber 0 (first chamber), brain cells (second biological object) in the wells of chamber 1 (second chamber), and An example is shown in which lung cells are accommodated in wells, liver cells are accommodated in chamber 3 wells, and intestinal cells are accommodated in chamber 4 wells. In addition, these chambers 0, 1, 2, 3, and 4 are provided with liquid level sensors 0, 1, 2, 3, and 4 that detect the liquid level of the medium (culture solution) in each chamber. there is

細胞培養ユニットU1は、さらに、チャンバー0、1、2、3、4の各々に対応して設置される、第1の流量制御弁の群であるFCV0、1、2、3、4と、第2の流量制御弁の群であるFCV10、11、12、13、14と、第1ポンプP1、第2ポンプP2、補給ポンプP3及び回収ポンプP4からなるポンプ群と、リザーバ培地タンクT1及び廃液タンクT2と、コントローラ500とを含む。 The cell culture unit U1 further includes a group of first flow control valves FCV0, 1, 2, 3, 4 installed corresponding to each of the chambers 0, 1, 2, 3, 4; A group of FCVs 10, 11, 12, 13, and 14, which is a group of two flow control valves, a pump group consisting of a first pump P1, a second pump P2, a replenishment pump P3, and a recovery pump P4, a reservoir medium tank T1, and a waste liquid tank. T2 and a controller 500.

細胞培養ユニットU1は、心臓細胞を収容するチャンバー0を循環中心として、培地を他のチャンバー1、2、3、4へ循環させる循環系と、必要に応じて培地を補給し或いは培地を回収する補給系及び回収系とを有している。前記循環系は、チャンバー0、1、2、3、4同士を直列・並列接続する接続流路としての、静脈チューブ61、動脈チューブ62、動脈側のチューブ631~634、静脈側のチューブ641~644を含む。 The cell culture unit U1 has a circulatory system that circulates the medium to the other chambers 1, 2, 3, and 4 with the chamber 0 containing heart cells as the center of circulation, and replenishes the medium or collects the medium as necessary. It has a replenishment system and a recovery system. The circulatory system includes a venous tube 61, an arterial tube 62, arterial side tubes 631 to 634, and venous side tubes 641 to 634 as connecting channels that connect the chambers 0, 1, 2, 3, and 4 in series and parallel. 644 included.

チャンバー0の入口側には静脈チューブ61の下流端が、出口側には動脈チューブ62の上流端が、各々接続されている。動脈チューブ62の下流端には、マニホールド管の形態の動脈並列チューブ63が接続されている。静脈チューブ61の上流端には、同じくマニホールド管の形態の静脈並列チューブ64が接続されている。動脈並列チューブ63からは、それぞれ下流端がチャンバー1に接続された第1チューブ631、チャンバー2に接続された第2チューブ632、チャンバー3に接続された第3チューブ633及びチャンバー4に接続された第4チューブ634の各上流端が分岐している。また、静脈並列チューブ64には、それぞれ上流端がチャンバー1に接続された第5チューブ641、チャンバー2に接続された第6チューブ642、チャンバー3に接続された第7チューブ643及びチャンバー4に接続された第8チューブ644の各下流端が接続されている。つまり、心臓細胞のチャンバー0と他のチャンバー1、2、3、4とは直列接続の状態、チャンバー1、2、3、4相互間は並列接続の状態である。 The downstream end of the venous tube 61 is connected to the inlet side of the chamber 0, and the upstream end of the arterial tube 62 is connected to the outlet side thereof. Connected to the downstream end of the arterial tube 62 is an arterial parallel tube 63 in the form of a manifold tube. Connected to the upstream end of the venous tube 61 is a parallel venous tube 64 also in the form of a manifold tube. From the artery parallel tube 63, the downstream ends thereof are respectively connected to the first tube 631 connected to the chamber 1, the second tube 632 connected to the chamber 2, the third tube 633 connected to the chamber 3, and the chamber 4. Each upstream end of the fourth tube 634 is branched. In addition, the vein parallel tube 64 includes a fifth tube 641 whose upstream end is connected to the chamber 1, a sixth tube 642 connected to the chamber 2, a seventh tube 643 connected to the chamber 3, and a chamber 4. Each downstream end of the connected eighth tube 644 is connected. That is, the heart cell chamber 0 and other chambers 1, 2, 3 and 4 are connected in series, and the chambers 1, 2, 3 and 4 are connected in parallel.

動脈チューブ62にはFCV10が、第1チューブ631にはFCV11が、第2チューブ632にはFCV12が、第3チューブ633にはFCV13が、第4チューブ634にはFCV14が、各々配置されている。また、静脈チューブ61にはFCV0が、第5チューブ641にはFCV1が、第6チューブ642にはFCV2が、第7チューブ643にはFCV3が、第8チューブ644にはFCV4が、各々配置されている。静脈チューブ61には第1ポンプP1が配置され、動脈チューブ62には第2ポンプP2が配置されている。 The arterial tube 62 has the FCV 10, the first tube 631 has the FCV 11, the second tube 632 has the FCV 12, the third tube 633 has the FCV 13, and the fourth tube 634 has the FCV 14, respectively. In addition, FCV0 is arranged in the intravenous tube 61, FCV1 is arranged in the fifth tube 641, FCV2 is arranged in the sixth tube 642, FCV3 is arranged in the seventh tube 643, and FCV4 is arranged in the eighth tube 644. there is A first pump P1 is arranged in the venous tube 61 and a second pump P2 is arranged in the arterial tube 62 .

第2ポンプP2の駆動により、チャンバー0から動脈チューブ62を通して培地が送り出される。培地の送り出し量は、FCV10の開度によって調整される。第2ポンプP2に送り出された培地は、動脈並列チューブ63及びチューブ631~634を介して、各チャンバー1、2、3、4に並列供給される。各チャンバー1、2、3、4への培地供給量は、第2の流量制御弁の群であるFCV11、12、13、14の開度及び又は第1の流量制御弁の群であるFCV0、1、2、3、4の開度によって調整可能である。 By driving the second pump P2, the culture medium is pumped out from the chamber 0 through the arterial tube 62. FIG. The amount of medium delivered is adjusted by the degree of FCV10 opening. The culture medium sent to the second pump P2 is supplied in parallel to each of the chambers 1, 2, 3 and 4 via the artery parallel tube 63 and tubes 631-634. The amount of medium supplied to each chamber 1, 2, 3, 4 is determined by the opening of the second flow control valve group FCV11, 12, 13, 14 and/or the first flow control valve group FCV0, Adjustable by 1, 2, 3, 4 degrees of opening.

第1ポンプP1の駆動により吸引力が発生され、チューブ641~644及び静脈並列チューブ64を介して、チャンバー1、2、3、4から培地が吸引される。吸引された培地は、静脈チューブ61を通してチャンバー0に戻される。つまり、第1ポンプP1及び第2ポンプP2の駆動により、チャンバー0を出発点とし、チャンバー1、2、3、4を経由してチャンバー0に戻るように、培地を循環させることができる。なお、静脈チューブ61に配置されているFCV0を閉とすることで、培地の循環を停止させることができる。また、チューブ641~644に各々配置されているFCV1、2、3、4を閉じることで、チャンバー1、2、3、4を循環系から切り離すことができる。 A suction force is generated by driving the first pump P1, and the medium is sucked from the chambers 1, 2, 3, and 4 via the tubes 641 to 644 and the vein parallel tube 64. FIG. The aspirated medium is returned to chamber 0 through venous tubing 61 . That is, by driving the first pump P1 and the second pump P2, the culture medium can be circulated starting from the chamber 0 and returning to the chamber 0 via the chambers 1, 2, 3 and 4. By closing the FCV0 arranged in the intravenous tube 61, the circulation of the culture medium can be stopped. Also, by closing the FCVs 1, 2, 3, 4 respectively arranged in the tubes 641-644, the chambers 1, 2, 3, 4 can be separated from the circulatory system.

ここで、第1ポンプP1及び第2ポンプP2の2つのポンプを用いて培地を循環させるのは、チャンバー0、1、2、3、4として、図1に示したようなオープンタイプのチャンバーの使用を想定しているからである。図1に示す容器11は上面に開口壁16を有し、ウェルプレート12の貫通孔24を通して、容器11の内部空間Aが外気と連通している状態である。つまり、循環回路が閉鎖されていないゆえ、チャンバー0からの培地の流出の制御、及びチャンバー0への培地の流入の制御には、2つのポンプが必要となるからである。もし、チャンバー0、1、2、3、4として開口壁16の上面を封止した密閉型のものを用いる場合は、第1ポンプP1及び第2ポンプP2のいずれか一つを省くようにしても良い。 Here, two pumps, the first pump P1 and the second pump P2, are used to circulate the medium in chambers 0, 1, 2, 3 and 4, which are open type chambers as shown in FIG. This is because it is assumed to be used. The container 11 shown in FIG. 1 has an opening wall 16 on the upper surface, and the internal space A of the container 11 communicates with the outside air through the through holes 24 of the well plate 12 . This is because two pumps are required to control the outflow of medium from chamber 0 and to control the inflow of medium into chamber 0 because the circulation circuit is not closed. If the chambers 0, 1, 2, 3, and 4 are of a closed type with the upper surface of the opening wall 16 sealed, one of the first pump P1 and the second pump P2 is omitted. Also good.

前記補給系は、補給ポンプP3及びリザーバ培地タンクT1からなる。リザーバ培地タンクT1には、フレッシュな培地が貯留されている。なお、リザーバ培地タンクT1には培地以外の他の成分が含まれていても良く、例えば試薬類が含まれていても良い。この場合、試薬を含有した培地を適宜なタイミングで前記循環系において循環させることができる。補給ポンプP3は、リザーバ培地タンクT1から動脈並列チューブ63へ培地を送り出す。前記循環系を循環する培地量が不足した場合、所要量の培地が動脈並列チューブ63へ供給されるよう、補給ポンプP3が駆動される。前記回収系は、回収ポンプP4及び廃液タンクT2からなる。回収ポンプP4は、動脈並列チューブ63を通して前記循環系から過剰な培地を吸引し、回収する。廃液タンクT2には、回収された培地が貯留される。この廃液タンクT2を分析回収用タンクT2として扱うようにしても良い。この場合、前記循環系内で循環している培地の一部を分析回収用タンクT2に回収し、回収された培地の成分を分析するという実施態様が実現できる。 The supply system consists of a supply pump P3 and a reservoir medium tank T1. A fresh medium is stored in the reservoir medium tank T1. Note that the reservoir medium tank T1 may contain components other than the medium, such as reagents. In this case, the medium containing the reagent can be circulated in the circulatory system at an appropriate timing. The supply pump P3 pumps medium from the reservoir medium tank T1 to the arterial parallel tube 63. As shown in FIG. When the amount of culture medium circulating in the circulatory system runs short, the replenishment pump P3 is driven so that the required amount of culture medium is supplied to the arterial parallel tube 63 . The recovery system comprises a recovery pump P4 and a waste liquid tank T2. Recovery pump P4 aspirates and recovers excess medium from the circulation system through arterial parallel tubing 63 . The recovered culture medium is stored in the waste liquid tank T2. This waste liquid tank T2 may be treated as an analysis recovery tank T2. In this case, it is possible to realize an embodiment in which part of the medium circulating in the circulation system is recovered in the analysis recovery tank T2, and the components of the recovered medium are analyzed.

コントローラ500は、細胞培養ユニットU1の動作を統括的に制御するものであって、ポンプ制御部501、第1FCV制御部502、第2FCV制御部503、データ処理部504及び記憶部505を機能的に有する。なお、図8では図示を省いているが、チャンバー0、1、2、3、4には、各チャンバーのウェルに収容された細胞の画像を取得するカメラユニットが配置されている。 The controller 500 comprehensively controls the operation of the cell culture unit U1, and functionally controls a pump control unit 501, a first FCV control unit 502, a second FCV control unit 503, a data processing unit 504, and a storage unit 505. have. Although not shown in FIG. 8, chambers 0, 1, 2, 3, and 4 are provided with camera units for capturing images of the cells housed in the wells of each chamber.

ポンプ制御部501は、第1ポンプP1、第2ポンプP2、補給ポンプP3及び回収ポンプP4を制御し、所定のタイミングで、所要の培地吐出力又は培地吸引力を発生させる。第1FCV制御部502は、FCV0、1、2、3、4の開度を調整する制御を行う。第2FCV制御部503は、FCV10、11、12、13、14の開度を調整する制御を行う。データ処理部504は、各チャンバーの細胞の画像データに基づき、第1実施形態のデータ処理部54と同様なデータ処理、解析処理を行う。記憶部505は、細胞培養ユニットU1に関する各種の設定データや、テーブルデータを記憶する。 The pump control unit 501 controls the first pump P1, the second pump P2, the replenishment pump P3, and the recovery pump P4, and generates required medium discharge force or medium suction force at a predetermined timing. The first FCV control unit 502 performs control to adjust the opening degrees of FCVs 0, 1, 2, 3, and 4. The second FCV control unit 503 controls the opening degrees of the FCVs 10, 11, 12, 13, and 14. FIG. The data processing unit 504 performs the same data processing and analysis processing as the data processing unit 54 of the first embodiment based on the image data of the cells in each chamber. The storage unit 505 stores various setting data and table data regarding the cell culture unit U1.

[第2実施形態の細胞培養ユニットの動作フロー]
続いて、第2実施形態の細胞培養ユニットU1の動作フローを説明する。図9は、細胞培養ユニットU1による細胞の長期培養開始時における動作の一例を示すフローチャートである。コントローラ500は、チャンバー0、1、2、3、4が所定の状態でセットされたことを確認する(ステップS21)。この確認動作は、例えばユーザーからの動作開始指示の受け付けである。この時点までに、チャンバー0、1、2、3、4には、指定された細胞と培地とが予め収容されている。また、静脈チューブ61及び動脈チューブ62などの循環系のチューブにも、培地が予め充填されている。
[Operation Flow of Cell Culture Unit of Second Embodiment]
Next, the operation flow of the cell culture unit U1 of the second embodiment will be described. FIG. 9 is a flowchart showing an example of the operation at the start of long-term cell culture by the cell culture unit U1. The controller 500 confirms that chambers 0, 1, 2, 3, and 4 have been set in a predetermined state (step S21). This confirmation operation is, for example, acceptance of an operation start instruction from the user. Up to this point, chambers 0, 1, 2, 3, 4 are pre-populated with the specified cells and media. Circulatory system tubes such as the venous tube 61 and the arterial tube 62 are also pre-filled with culture medium.

次に、第2FCV制御部503がFCV10、11、12、13、14の開度を、各細胞に応じて予め定められた規定値に設定する(ステップS22)。なお、第1FCV制御部502も、FCV0、1、2、3、4の開度を規定値に設定する。次いで、ポンプ制御部501が、第1ポンプP1及び第2ポンプP2を駆動させる(ステップS23)。これにより、心臓細胞を収容するチャンバー0を起点とし、動脈チューブ62から培地が流出し、並列接続されたチャンバー1、2、3、4を各々経由して、静脈チューブ61より培地がチャンバー0に戻る培地の循環が開始される。これにより、各チャンバー0、1、2、3、4内の細胞がウェル内で流動乃至は浮上するようになる。 Next, the second FCV control unit 503 sets the opening degrees of the FCVs 10, 11, 12, 13, and 14 to prescribed values predetermined for each cell (step S22). Note that the first FCV control unit 502 also sets the opening degrees of FCVs 0, 1, 2, 3, and 4 to specified values. Next, the pump controller 501 drives the first pump P1 and the second pump P2 (step S23). As a result, starting from chamber 0 containing heart cells, the culture medium flows out from artery tube 62, passes through parallel-connected chambers 1, 2, 3, and 4, and flows from vein tube 61 to chamber 0. Circulation of the returning medium is initiated. As a result, the cells in each chamber 0, 1, 2, 3, 4 flow or float in the wells.

その後、コントローラ500は、各チャンバー0、1、2、3、4に付設されている液面センサー0、1、2、3、4から、チャンバー内の培地液面の高さの検出値を取得する(ステップS24)。この検出値のデータを用いてデータ処理部504が、各チャンバー0、1、2、3、4内の液面の高さが既定値であるか否か、つまり、各チャンバー0、1、2、3、4内の培地が不足しているか過剰であるかを判定する(ステップS25)。一つの実施形態として、心臓細胞以外のチャンバー1、2、3、4について、FCV1、2、3、4のうち、調整対象のチャンバーのFCVだけを順次「開」、他を「閉」としてゆき、個別に培地の不足/過剰を判定するようにしても良い。 After that, the controller 500 acquires detected values of medium liquid levels in the chambers from the liquid level sensors 0, 1, 2, 3, and 4 attached to the respective chambers 0, 1, 2, 3, and 4. (step S24). Using this detection value data, the data processing unit 504 determines whether or not the liquid level in each chamber 0, 1, 2, 3, 4 is the default value, that is, whether each chamber 0, 1, 2 , 3 and 4 is judged to be insufficient or excessive (step S25). As one embodiment, for chambers 1, 2, 3, and 4 other than cardiac cells, among FCVs 1, 2, 3, and 4, only the FCV of the chamber to be adjusted is sequentially "opened" and the others are "closed." , the shortage/excess of the culture medium may be determined individually.

ステップS25で培地が「不足」と判定された場合、ポンプ制御部501は補給ポンプP3を駆動させ、リザーバ培地タンクT1から培地を動脈並列チューブ63に供給させる(ステップS26)。一方、ステップS25で培地が「過剰」と判定された場合、ポンプ制御部501は回収ポンプP4を駆動させ、動脈並列チューブ63から培地を吸引し、廃液タンクT2に流入させる(ステップS27)。そして、ステップS24に戻って、チャンバー内の液面高さが再確認する動作が繰り返される。 If the culture medium is determined to be "insufficient" in step S25, the pump control unit 501 drives the supply pump P3 to supply the culture medium from the reservoir culture medium tank T1 to the artery parallel tube 63 (step S26). On the other hand, if the culture medium is determined to be "excess" in step S25, the pump control unit 501 drives the recovery pump P4 to suck the culture medium from the parallel artery tube 63 and flow it into the waste liquid tank T2 (step S27). Then, the process returns to step S24, and the operation of reconfirming the liquid level in the chamber is repeated.

これに対し、ステップS25で培地が「既定値」と判定された場合は、補給ポンプP3及び回収ポンプP4のいずれかが駆動されている場合には、ポンプ制御部501はこれを停止させる(ステップS28)。そして、図略のカメラユニットにて、第1実施形態と同様の手法でチャンバー0、1、2、3、4内の細胞が所定の高さに浮上したことが確認されたならば、その時の液流の流速を維持する。これにより、細胞の長期培養が開始されることになる(ステップS29)。細胞の長期培養中には、前記カメラユニットにて、例えば細胞の増殖状態が観察される。 On the other hand, if the culture medium is determined to be the "predetermined value" in step S25, and if either the supply pump P3 or recovery pump P4 is being driven, the pump control unit 501 stops this (step S28). Then, when it is confirmed that the cells in the chambers 0, 1, 2, 3, and 4 have risen to a predetermined height by the same method as in the first embodiment, the camera unit (not shown) confirms that the cells at that time Maintain the flow rate of the liquid stream. Thereby, long-term culture of cells is started (step S29). During long-term cell culture, the camera unit observes, for example, the state of cell growth.

図10は、細胞培養ユニットU1による細胞の長期培養中におけるチャンバーの取り出し処理を示すフローチャートである。細胞の長期培養中において、コントローラ500は、特定のチャンバーの取り出しリクエストが存在しているか否かを判定する(ステップS31)。前記取り出しリクエストとは、培地の循環を継続しつつ、チャンバー1、2、3、4のいずれか又は複数を循環系から切り離して、細胞培養ユニットU1から取り出し可能とする処理のリクエストである。前記取り出しリクエストが無い場合は、待機する。 FIG. 10 is a flow chart showing the process of taking out the chamber during long-term cell culture by the cell culture unit U1. During long-term cell culture, controller 500 determines whether there is a request to remove a particular chamber (step S31). The removal request is a request for processing to disconnect one or more of the chambers 1, 2, 3, and 4 from the circulation system while continuing the circulation of the medium so that they can be removed from the cell culture unit U1. If there is no takeout request, it waits.

前記取り出しリクエストが有った場合(ステップS31でYES)、コントローラ500は以下の処理を行う。ここで、脳細胞用のチャンバー1の取り出しリクエストが有った場合を想定する。この場合、第2FCV制御部503がFCV11を絞って「閉」とする制御を行う(ステップS32)。また、第1FCV制御部502が、FCV1を「閉」とする制御を行う(ステップS33)。これにより、チャンバー1は動脈並列チューブ63及び静脈並列チューブ64を通した培地の循環回路から切り離された状態となる。 If there is the takeout request (YES in step S31), the controller 500 performs the following process. Here, it is assumed that there is a request to take out the chamber 1 for brain cells. In this case, the second FCV control unit 503 throttles the FCV 11 to "close" (step S32). Further, the first FCV control unit 502 performs control to "close" the FCV1 (step S33). As a result, the chamber 1 is disconnected from the culture medium circulation circuit through the arterial parallel tube 63 and the venous parallel tube 64 .

チャンバー1が循環回路から切り離されたことで、他のチャンバー2、3、4の液圧が上昇することになる。この場合、これらチャンバー2、3、4内の液流の流速が増してしまい、各ウェルの細胞が過剰に浮上する、或いはウェルから飛び出してしまうことが生じ得る。そこで第2FCV制御部503は、FCV11を「閉」とした分を按分して、FCV12、13、14の開度を各々小さくする(ステップS34)。また、ポンプ制御部501は、第1ポンプP1の出力を、チャンバー1を切り離した分だけ抑制する。これにより、チャンバー2、3、4について、チャンバー1の切り離し前の液流の流速を維持させることができる。なお、その後のユーザーの作業としては、取り出したチャンバー1を観察や薬液処理後、若しくは一部の細胞の取り出し後に元に戻す、チャンバー1に代えて新たな細胞を収容したチャンバーを組み付ける、といった作業が想定される。 Since the chamber 1 is cut off from the circulation circuit, the hydraulic pressures of the other chambers 2, 3, 4 will rise. In this case, the flow velocity of the liquid flow in these chambers 2, 3 and 4 increases, which may cause cells in each well to float excessively or jump out of the well. Therefore, the second FCV control unit 503 proportionally divides the amount of "closing" the FCV 11 to decrease the opening degrees of the FCVs 12, 13 and 14 (step S34). Further, the pump control unit 501 suppresses the output of the first pump P1 by the amount that the chamber 1 is disconnected. This allows the chambers 2, 3, and 4 to maintain the liquid flow velocity before the chamber 1 is cut off. After that, the user's work includes returning the removed chamber 1 to its original state after observation, treatment with a chemical solution, or removal of some cells, and assembling a new chamber containing cells in place of the chamber 1. is assumed.

図11は、細胞培養ユニットU1による細胞の長期培養中における、チャンバー内の液面管理動作を示すフローチャートである。コントローラ500は、所定のサンプリングタイミングに、液面センサー0、1、2、3、4から、各チャンバー0、1、2、3、4内の培地液面の高さの検出値を取得する(ステップS41)。長期培養中には、培地の蒸発、細胞の増殖又は減少等の要因によって、培地液面の高さや液流LFの状態に変化が生じ得る。培地の減少は、液面センサー0、1、2、3、4の出力値にて、液流LFの状態変化に起因する細胞の流動乃至は浮上状態の変動は、常時監視しているカメラユニットの画像にて、各々知見することができる。 FIG. 11 is a flow chart showing the liquid level management operation in the chamber during long-term cell culture by the cell culture unit U1. The controller 500 acquires detected values of medium liquid levels in the respective chambers 0, 1, 2, 3, and 4 from the liquid level sensors 0, 1, 2, 3, and 4 at predetermined sampling timings ( step S41). During long-term culture, changes may occur in the height of the medium liquid surface and the state of the liquid flow LF due to factors such as evaporation of the medium and proliferation or reduction of cells. A camera unit that constantly monitors the decrease in the medium with the output values of the liquid level sensors 0, 1, 2, 3, and 4, and the fluctuations in the cell flow or floating state caused by changes in the state of the liquid flow LF. can be found in the images.

次いで、データ処理部504が、各チャンバーの培地液面の高さに異常が無いか否か、つまり、各チャンバー0、1、2、3、4内の培地が不足又は過剰でないか否か、並びに、各細胞の浮上状態に異常がないか否かを判定する(ステップS42)。培地液面の高さや細胞の浮上状態に異常が無い場合(ステップS42でNO)、現状の液流LFの強度が維持される。 Next, the data processing unit 504 determines whether there is an abnormality in the height of the medium surface in each chamber, that is, whether the medium in each chamber 0, 1, 2, 3, 4 is insufficient or excessive. Also, it is determined whether or not there is an abnormality in the floating state of each cell (step S42). If there is no abnormality in the height of the medium liquid level or in the floating state of the cells (NO in step S42), the current strength of the liquid flow LF is maintained.

これに対し、培地液面の高さや細胞の浮上状態に異常が認められる場合(ステップS42でYES)、所定の措置が取られる(ステップS43)。例えば、チャンバー1の細胞の浮上高さが低下していることが検出された場合には、第2FCV制御部503が、FCV11の開度を大きくして液流LFを増やし、逆に細胞の浮上高さが高すぎる状態であれば、FCV11の開度を小さくして液流LFを減少させる。また、培地液面の高さの減少が検出された場合には、ポンプ制御部501が、補給ポンプP3を駆動して培地を循環系に補給させる。 On the other hand, if an abnormality is found in the height of the medium liquid level or in the floating state of the cells (YES in step S42), a predetermined action is taken (step S43). For example, when it is detected that the floating height of the cells in the chamber 1 is lowered, the second FCV control unit 503 increases the opening of the FCV 11 to increase the liquid flow LF, and conversely, the cells float. If the height is too high, the degree of opening of the FCV 11 is decreased to reduce the liquid flow LF. Further, when a decrease in the height of the culture medium liquid level is detected, the pump control unit 501 drives the replenishment pump P3 to replenish the circulation system with the culture medium.

以上説明した第2実施形態の細胞培養ユニットU1によれば、複数種の細胞に対して同一の培養液を供給しつつ、これら細胞を長期培養することが可能となる。同様な細胞培養ユニットとして、培養液を流通させるマイクロ流路内に細胞を配置し前記培養液と反応させるものが既存する。しかし、既存ユニットでは、マイクロ流路を用いるため大量の細胞を扱うことは困難である。これに対し、細胞培養ユニットU1では、各チャンバー0、1、2、3、4に多数のウェル2を備えたウェルプレート12を配置できるので、大量の細胞を同時に培養又は反応させることができる。また、既存ユニットでは、培養中の細胞をマイクロ流路から取り出すことはできないが、細胞培養ユニットU1では、図10のフローで示した通り細胞を容易に取り出すことができる。さらに、細胞培養ユニットU1では、チャンバー間をチューブで繋ぐ構成であるので、チャンバーの数の増減、チャンバーの配置変更等を容易に行える利点もある。この他、細胞間の伝達物質(シグナル物質)であるホルモンやサイトカイン、神経伝達物質などを各チャンバー0、1、2、3、4の細胞へ循環させ、その反応を観察できるという利点もある。 According to the cell culture unit U1 of the second embodiment described above, it is possible to supply the same culture medium to a plurality of types of cells while culturing these cells for a long period of time. As a similar cell culture unit, there is an existing unit in which cells are placed in a microchannel through which a culture solution is circulated and reacted with the culture solution. However, it is difficult for existing units to handle a large amount of cells due to the use of microchannels. On the other hand, in the cell culture unit U1, a well plate 12 having a large number of wells 2 can be arranged in each chamber 0, 1, 2, 3, 4, so that a large amount of cells can be cultured or reacted at the same time. Also, in the existing unit, the cells being cultured cannot be taken out from the microchannel, but in the cell culture unit U1, the cells can be easily taken out as shown in the flow of FIG. Furthermore, since the cell culture unit U1 has a configuration in which the chambers are connected by tubes, there is an advantage that the number of chambers can be easily increased or decreased, and the arrangement of the chambers can be easily changed. In addition, there is also the advantage that intercellular transmitters (signaling substances) such as hormones, cytokines, and neurotransmitters can be circulated to cells in chambers 0, 1, 2, 3, and 4 and their reactions can be observed.

[他の実施形態]
以上、本発明の主な実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、種々の変形実施形態を取ることができる。例えば本発明は、次に示すような変形実施形態を採用することができる。
[Other embodiments]
Although the main embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these, and various modified embodiments are possible. For example, the present invention can employ modified embodiments as shown below.

(1)図1では、ウェルプレート12を1層だけ備えたチャンバーCHを例示した。図12は、変形例に係るチャンバーCH1を示す断面図である。チャンバーCH1は、下段ウェルプレート12A(第1プレート)と上段ウェルプレート12B(第2プレート)とが、上下2層に配置されている。下段ウェルプレート12Aは、図1に示したウェルプレート12と同じく、貫通孔24付きのウェル2(第1ウェル)を備えている。上段ウェルプレート12Bは、下段ウェルプレート12Aの上方に間隔を置いて配置され、同様に貫通孔24付きのウェル2(第2ウェル)を備えている。 (1) FIG. 1 illustrates a chamber CH having only one well plate 12 . FIG. 12 is a cross-sectional view showing a chamber CH1 according to a modification. In the chamber CH1, a lower well plate 12A (first plate) and an upper well plate 12B (second plate) are arranged in upper and lower layers. The lower well plate 12A has wells 2 (first wells) with through holes 24, like the well plate 12 shown in FIG. The upper well plate 12B is spaced above the lower well plate 12A and similarly has wells 2 (second wells) with through holes 24 therein.

このチャンバーCH1を用いれば、下段ウェルプレート12Aの貫通孔24を通過した液流が、さらに上段ウェルプレート12Bの貫通孔24を通過することで、下段ウェルプレート12Aのウェル2だけでなく、上段ウェルプレート12Bのウェル2にも液流を発生させることができる。このため、下段ウェルプレート12Aでは第1の細胞Caを培養し、上段ウェルプレート12Bでは第1の細胞Caとは異なる第2の細胞Cbを培養するというように、異なる細胞を1つのチャンバーで長期培養することができる。 By using this chamber CH1, the liquid flow passing through the through-holes 24 of the lower well plate 12A further passes through the through-holes 24 of the upper well plate 12B, thereby not only the wells 2 of the lower well plate 12A but also the upper wells. Liquid flow can also be generated in well 2 of plate 12B. Therefore, the lower well plate 12A cultures the first cells Ca, and the upper well plate 12B cultures the second cells Cb different from the first cells Ca. Can be cultured.

(2)図13は、他の変形例に係るチャンバーCH2を示す断面図である。チャンバーCH2は、下段ウェルプレート12A、中段ウェルプレート12C及び蓋体46を備えている。下段ウェルプレート12Aは、図1に示したウェルプレート12と同じである。中段ウェルプレート12Cは、下段ウェルプレート12Aの上方に間隔を置いて配置され、細胞を収容可能なウェル2を備えている。蓋体46は、中段ウェルプレート12Cの上方を密封している。下段ウェルプレート12Aは、第1の培地LAに浸漬されている。一方、中段ウェルプレート12Cと蓋体46との間には、第1の培地LAとは異なる第2の培地LBが充填されている。 (2) FIG. 13 is a cross-sectional view showing a chamber CH2 according to another modification. The chamber CH2 has a lower well plate 12A, a middle well plate 12C and a lid 46. As shown in FIG. The lower well plate 12A is the same as the well plate 12 shown in FIG. The middle well plate 12C is arranged above the lower well plate 12A at intervals and has wells 2 capable of containing cells. The lid 46 seals the top of the middle well plate 12C. The lower well plate 12A is immersed in the first culture medium LA. On the other hand, a second culture medium LB different from the first culture medium LA is filled between the middle well plate 12C and the lid body 46 .

下段ウェルプレート12Aでは第1の細胞Caが担持され、中段ウェルプレート12Cでは第2の細胞Cbが担持されている。中段ウェルプレート12Cは、第1の培地LA及び第2の培地LAの相互の浸透は許容しつつ、両培地の自由な混合並びに両細胞の出入は許容しないフィルター機能を有している。下段ウェルプレート12Aには、容器11に対して配置された送液チューブ42及び吸液チューブ43によって第1の培地LAが供給され、液流が発生される。これに対し、中段ウェルプレート12Cには、蓋体46に対して配置された送液チューブ44及び吸液チューブ45によって第2の培地LBが供給され、液流が発生される。このように、異なる細胞を1つのチャンバーにて上下2層で保持させると共に、各々の細胞に対して独立的に液流を発生させる構成を採用しても良い。 The lower well plate 12A holds the first cells Ca, and the middle well plate 12C holds the second cells Cb. The middle well plate 12C has a filter function that allows the first medium LA and the second medium LA to permeate each other, but does not allow free mixing of the two mediums and entry/exit of both cells. The first culture medium LA is supplied to the lower well plate 12A by a liquid-sending tube 42 and a liquid-absorbing tube 43 arranged with respect to the container 11, and a liquid flow is generated. On the other hand, the middle well plate 12C is supplied with the second culture medium LB by the liquid-feeding tube 44 and the liquid-absorbing tube 45 arranged with respect to the lid 46, and a liquid flow is generated. In this way, a configuration may be adopted in which different cells are held in two layers, upper and lower, in one chamber, and a liquid flow is independently generated for each cell.

(3)上記第2実施形態では、各チャンバー0、1、2、3、4に液面センサー0、1、2、3、4を付設する例を示した。液面センサー0、1、2、3、4に代えて、他の手段で培地の液面を監視するようにしても良い。例えば、培地の液面にフロートを配置し、細胞の観察用に配置しているカメラユニット3にて前記フロートも観察対象としてフロート浮上高さを把握することで、培地の液面を監視するようにしても良い。 (3) In the above-described second embodiment, the example in which the liquid level sensors 0, 1, 2, 3, and 4 are attached to the respective chambers 0, 1, 2, 3, and 4 is shown. Instead of the liquid level sensors 0, 1, 2, 3 and 4, other means may be used to monitor the liquid level of the culture medium. For example, a float is placed on the liquid surface of the medium, and the float is also observed with the camera unit 3 arranged for observing cells, and the height of the float is grasped to monitor the liquid surface of the medium. You can do it.

(4)上記実施形態では、図2(A)に例示した通り、筒状側面21、底面22、テーパ開口面23及び貫通孔24を備えるウェル2を例示した。ウェル2の形状は種々変更することが可能である。図14(A)~(D)は、変形例に係るウェル2A~2Dを示す図である。図14(A)のウェル2Aは、砲弾形の断面形状を有するウェルを例示している。図14(B)では単純な断面矩形のウェル2Bを、図14(C)では断面三角形のウェル2Cを、各々例示している。また、図14(D)では、断面矩形と断面台形のキャビティが上下方向に連なっているウェル2Dを例示している。ウェル2A~2Dとも、最も低い位置に液流LFを発生させるための貫通孔24が備えられている。 (4) In the above embodiment, as illustrated in FIG. 2A, the well 2 including the cylindrical side surface 21, the bottom surface 22, the tapered opening surface 23, and the through hole 24 is illustrated. The shape of the well 2 can be changed variously. FIGS. 14A to 14D are diagrams showing wells 2A to 2D according to modifications. A well 2A in FIG. 14A exemplifies a well having a cannonball-shaped cross section. FIG. 14B illustrates a well 2B with a simple rectangular cross section, and FIG. 14C illustrates a well 2C with a triangular cross section. Further, FIG. 14D illustrates a well 2D in which cavities with a rectangular cross section and a trapezoidal cross section are connected in the vertical direction. All of the wells 2A to 2D are provided with through-holes 24 for generating the liquid flow LF at the lowest positions.

(5)また、貫通孔24の数や形成位置についても、細胞Cを浮上及び回転させることが可能な液流LFを形成できる限りにおいて、種々変更することが可能である。図15(A)~(C)は、変形例に係る貫通孔24A~24Eを備えたウェル2E~2Gを示す図である。図15(A)のウェル2Eは、底部付近に2つの貫通孔24A、24Bが形成されている例を示している。図15(B)では、側面に貫通孔24Cを一つ備えたウェル2Fを例示している。図15(C)では、底部と側面とに各々、貫通孔24D、24Eが形成されたウェル2Gを例示している。 (5) Also, the number and formation positions of the through-holes 24 can be variously changed as long as the liquid flow LF capable of floating and rotating the cells C can be formed. FIGS. 15A to 15C are diagrams showing wells 2E to 2G provided with through holes 24A to 24E according to modifications. A well 2E in FIG. 15A shows an example in which two through holes 24A and 24B are formed near the bottom. FIG. 15B illustrates a well 2F having one through hole 24C on its side surface. FIG. 15C illustrates a well 2G in which through holes 24D and 24E are formed in the bottom and side surfaces, respectively.

(6)さらに、ウェルへ連通する開口の形態も、種々変更可能である。図16(A)では、ウェルの壁面に対して、直交する方向に貫通するのではなく、斜め方向に貫通する貫通孔24Fを備えたウェル2Hを例示している。この貫通孔24Fによれば、ウェル2H内に渦流を発生させ易くなる。図16(B)では、前記開口が貫通孔の態様ではなく、ノズル26が用いられているウェル2Iを例示している。ノズル26の先端はウェル2Iのキャビティ内に臨んでおり、液体を噴射させることが可能である。 (6) Furthermore, the shape of the opening communicating with the well can also be changed in various ways. FIG. 16(A) illustrates a well 2H having a through hole 24F that penetrates the wall surface of the well in an oblique direction rather than in an orthogonal direction. This through-hole 24F makes it easier to generate a vortex in the well 2H. FIG. 16(B) illustrates a well 2I in which the opening is not a through hole but a nozzle 26 is used. The tip of the nozzle 26 faces the cavity of the well 2I and is capable of ejecting liquid.

以上説明した本発明によれば、細胞Cの培養領域となるウェル2内に培地Lの液流LFを発生させることで、細胞Cに酸素や栄養素を供給することが可能となる。また、液流LFによって細胞Cをウェル2内において流動乃至は浮上、回転させることで、当該細胞Cの一部がウェル2の筒状側面21や底面22に同じ姿勢で接面し続けないようにすることができる。つまり、細胞Cを培地L中で遊動させた状態で、長期培養することが可能となる。これにより、筒状側面21や底面22に対する接面の影響を抑制して、細胞Cに自在な三次元的成長を行わせることができる。 According to the present invention described above, oxygen and nutrients can be supplied to the cells C by generating the liquid flow LF of the culture medium L in the wells 2 serving as the cell C culture regions. In addition, by causing the cells C to flow, float, and rotate within the well 2 by the liquid flow LF, some of the cells C are prevented from continuing to contact the cylindrical side surface 21 and the bottom surface 22 of the well 2 in the same posture. can be That is, it is possible to culture the cells C for a long period of time while migrating in the medium L. As a result, the influence of the surface contacting the cylindrical side surface 21 and the bottom surface 22 can be suppressed, and the cells C can freely grow three-dimensionally.

U 細胞培養ユニット(生体対象物の培養ユニット)
C 細胞(生体対象物)
L 培地(培養液)
LF 液流
CH チャンバー
12 ウェルプレート
2 ウェル凹部)
20 キャビティ(培養領域)
24 貫通孔(開口)
3 カメラユニット
4 ポンプユニット(ポンプ装置)
5 コントローラ
51 ポンプ制御部
U cell culture unit (culturing unit for biological object)
C cell (biological object)
L medium (culture solution)
LF liquid flow CH chamber 12 well plate 2 well recesses)
20 cavity (culture area)
24 through hole (opening)
3 camera unit 4 pump unit (pump device)
5 controller 51 pump control unit

Claims (3)

生体対象物及びその培養液を収容可能であって、底面と側壁面とを備えた凹部からなり、前記底面には開口が備えられた培養領域に前記生体対象物を配置し、
前記開口から培養液を前記凹部内に供給することによって、前記開口から前記凹部内に吹き上がる前記培養液の液流を発生させ、
前記生体対象物を、前記液流によって前記凹部内において浮上および回転させつつ、1日~数週間程度の所定期間保持し、
前記生体対象物を前記所定期間保持する間に、前記生体対象物の浮上状態および回転状態を監視し、
前記生体対象物に前記浮上状態および前記回転状態に所定の変化が生じたときに、前記液流の発生条件を変更する、生体対象物の培養方法。
arranging the biological object in a culture area that is capable of accommodating the biological object and its culture medium and that is composed of a recess having a bottom surface and a side wall surface, the bottom surface being provided with an opening;
generating a liquid flow of the culture solution blowing up into the recess from the opening by supplying the culture solution into the recess from the opening ;
holding the biological object for a predetermined period of about one day to several weeks while floating and rotating it in the concave portion by the liquid flow ;
monitoring the floating state and the rotating state of the biological object while holding the biological object for the predetermined period;
A method of culturing a biological object, wherein when a predetermined change occurs in the floating state and the rotational state of the biological object, the condition for generating the liquid flow is changed.
体対象物及び培養液を収容可能なウェルと、前記ウェルの底部に設けられた開口とを備えたチャンバーと、
前記開口を通して前記ウェルに培養液を送り、前記開口から前記ウェル内に吹き上がる前記培養液の液流を発生させるポンプ装置と、
前記ポンプ装置の動作を制御するポンプ制御部と、を備え、
前記ポンプ制御部は、前記ウェルの底面に接面している前記生体対象物を前記培養液中で流動させることが可能な液流を、前記ポンプ装置に発生させる、生体対象物の培養ユニットにおいて、
前記チャンバーとして、第1の生体対象物を前記ウェルで収容する第1チャンバーと、前記第1の生体対象物とは異なる複数の第2の生体対象物を前記ウェルで収容する第2チャンバーと、を有し、
前記第1チャンバーと前記複数の第2チャンバーとを接続する接続流路であって、前記第1チャンバーを循環中心として培養液を前記複数の第2チャンバーに循環させる循環系をさらに備え、
前記ポンプ装置は、前記循環系を通して、前記第1チャンバーのウェル及び前記第2チャンバーのウェルに培養液を循環させることで、前記第1の生体対象物及び前記第2の生体対象物を各々のウェル内で流動させる、生体対象物の培養ユニット
a chamber comprising a well capable of containing a biological object and a culture medium, and an opening provided at the bottom of the well;
a pump device that sends a culture solution to the well through the opening and generates a liquid flow of the culture solution that blows up into the well from the opening ;
a pump control unit that controls the operation of the pump device,
In a biological subject culture unit, the pump control unit causes the pump device to generate a liquid flow that allows the biological subject in contact with the bottom surface of the well to flow in the culture solution. ,
As the chambers, a first chamber for accommodating a first biological subject in the well, a second chamber for accommodating a plurality of second biological subjects different from the first biological subject in the well, has
a circulation system that connects the first chamber and the plurality of second chambers, the circulation system circulating the culture medium through the plurality of second chambers with the first chamber as the center of circulation;
The pump device circulates the culture solution through the circulation system to the wells of the first chamber and the wells of the second chamber, thereby pumping the first biological object and the second biological object respectively. A living subject culture unit that is flowed within a well .
生体対象物及び培養液を収容可能なウェルと、前記ウェルの底部に設けられた開口とを備えたチャンバーと、
前記開口を通して前記ウェルに培養液を送り、前記開口から前記ウェル内に吹き上がる前記培養液の液流を発生させるポンプ装置と、
前記ポンプ装置の動作を制御するポンプ制御部と、を備え、
前記ポンプ制御部は、前記ウェルの底面に接面している前記生体対象物を前記培養液中で流動させることが可能な液流を、前記ポンプ装置に発生させる、生体対象物の培養ユニットにおいて、
前記チャンバーは、第1ウェルを有する第1プレートと、前記第1プレートの上方に配置され第2ウェルを有する第2プレートとを備える、生体対象物の培養ユニット。
a chamber comprising a well capable of containing a biological object and a culture medium, and an opening provided at the bottom of the well;
a pump device that sends a culture solution to the well through the opening and generates a liquid flow of the culture solution that blows up into the well from the opening;
a pump control unit that controls the operation of the pump device,
In a biological subject culture unit, the pump control unit causes the pump device to generate a liquid flow that allows the biological subject in contact with the bottom surface of the well to flow in the culture solution. ,
A culture unit for a living subject, wherein the chamber comprises a first plate having first wells and a second plate disposed above the first plate and having second wells.
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