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公開番号2025042284
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-27
出願番号2023149200
出願日2023-09-14
発明の名称細胞培養実験システム、細胞培養実験方法、およびプログラム
出願人株式会社日立ハイテク
代理人弁理士法人筒井国際特許事務所
主分類C12M 1/00 20060101AFI20250319BHJP(生化学;ビール;酒精;ぶどう酒;酢;微生物学;酵素学;突然変異または遺伝子工学)
要約【課題】細胞培養実験において適正な環境パラメータを得るまでの期間の短縮化を図る。
【解決手段】制御装置は、細胞のサンプルごとにレシピを設定し、レシピに従って培養実験が行われるようロボット装置を制御する。データベース装置は、培養結果が確定する1回の培養実験の途中でサンプルごとの途中経過データが逐次に格納される。レシピ判定装置は、サンプルごとに、途中経過データを基に培養の傾向を分析し、その分析結果とサンプルの時系列的な途中経過データの差分とを基に、設定中のレシピを構成する複数の環境パラメータの値に対して、培養の将来的な成功の原因となる可能性の程度を表す事後確率を算出する。レシピ判定装置は、事後確率が相対的に高い1以上の環境パラメータを検証パラメータとし、サンプルごとに検証パラメータの値を変更してレシピを修正する。制御装置は、修正後のレシピに従って実験が継続されるようロボット装置を制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
培養する細胞の複数のサンプルのそれぞれに適用するレシピを設定するレシピ判定装置と、
ロボット装置と、
前記ロボット装置が前記設定されたレシピに従って前記複数のサンプルの培養実験を行うように、前記ロボット装置の動作を制御する制御装置と、
前記複数のサンプルの培養結果が確定する１回の培養実験の途中で前記サンプルごとの途中経過データが時系列的に格納されるデータベース装置と、を備え、
前記レシピ判定装置は、
前記データベース装置に格納されている前記サンプルごとの途中経過データに基づいて、前記サンプルごとの培養における傾向を分析し、
前記サンプルごとに、該サンプルの培養における傾向の分析結果と、該サンプルの時系列的な前記途中経過データの差分とに基づいて、前記設定されているレシピを構成する複数の環境パラメータのパラメータ値に対して、該サンプルの培養の将来的な成功の原因となる可能性の程度を表す事後確率を算出し、
前記算出された事後確率が相対的に高い１または複数の前記環境パラメータを検証パラメータとして決定し、
前記サンプルごとのレシピにおいて、前記決定された検証パラメータのパラメータ値を変更して該レシピを修正し、
前記制御装置は、前記ロボット装置が前記修正されたレシピに従って前記複数のサンプルの培養実験を継続して行うように、前記ロボット装置の動作を制御する、
細胞培養実験システム。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
請求項１に記載の細胞培養実験システムにおいて、
前記ロボット装置の動作に係る情報を検出する検出装置を備え、
前記途中経過データは、前記検出された前記ロボット装置の動作を表すデータを含む、
細胞培養実験システム。
【請求項３】
請求項２に記載の細胞培養実験システムにおいて、
前記ロボット装置の動作を表すデータは、前記ロボット装置が扱う器具の移動の軌跡、前記器具の移動の速度、前記器具の移動の加速度、および前記器具の姿勢のうち少なくとも一つを特定し得るデータを含む、
細胞培養実験システム。
【請求項４】
請求項３に記載の細胞培養実験システムにおいて、
前記細胞は、接着細胞であり、
前記ロボット装置の動作は、前記接着細胞の剥離工程、検体を容器から取り出す工程、または試験管の蓋を開閉する工程を含む、
細胞培養実験システム。
【請求項５】
請求項２に記載の細胞培養実験システムにおいて、
前記検出装置は、前記ロボット装置の動作を録画する撮像部を備え、
前記途中経過データは、前記撮像部により録画される前記ロボット装置の動作の動画データを含む、
細胞培養実験システム。
【請求項６】
請求項１に記載の細胞培養実験システムにおいて、
前記ロボット装置の動作に係る情報を検出する検出装置を備え、
前記検出装置は、前記ロボット装置の動作に伴う力の大きさを検知する力覚センサを備え、
前記途中経過データは、前記力覚センサによる前記力の大きさを表すデータを含む、
細胞培養実験システム。
【請求項７】
請求項６に記載の細胞培養実験システムにおいて、
前記力覚センサは、前記ロボット装置が扱う器具が対象物に接触した際の圧力を検知する、
細胞培養実験システム。
【請求項８】
請求項２に記載の細胞培養実験システムにおいて、
当該細胞培養実験システムを構成する複数の装置のうち、少なくとも前記制御装置、前記ロボット装置、および前記検出装置は、共通のクロック信号に基づいて同期している、
細胞培養実験システム。
【請求項９】
請求項８に記載の細胞培養実験システムにおいて、
前記クロック信号の精度を表す時間的な誤差は、１０マイクロ秒以下である、
細胞培養実験システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の細胞培養実験システムにおいて、
前記レシピ判定装置は、
前記複数のサンプルを検証群と効率化群とに分け、
前記サンプルの前記事後確率に基づいて、細胞培養の成功に寄与する可能性が高いと考えられる前記環境パラメータの種類とそのパラメータ値との組合せが設定された前記サンプルの群は、より培養の成功率が高まり、細胞培養の失敗に寄与する可能性が高いと考えられる前記環境パラメータの種類とそのパラメータ値との組合せが設定された前記サンプルの群は、より培養の成功率が低くなるように、前記検証群と前記効率化群の前記サンプルの構成を再設定する、
細胞培養実験システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞培養実験システム、細胞培養実験方法、およびプログラムに関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
ライフサイエンス業界において、再生医療・細胞製造によるモダリティは、未だ黎明期にある。研究者が所望する正常細胞を得るまでに、様々な擾乱要素があり、適切な途中環境パラメータを探索するまでに、一度に膨大な数の実験を繰り返し行う必要がある。なお、細胞を製造あるいは培養するための環境パラメータのセットのことは、レシピとも呼ばれる。
【０００３】
このような細胞を製造あるいは培養する実験に用いられる一般的な方法として、ベイズ実験計画法が知られている。例えば、特許文献１には、細胞の培養実験において、過去の１種類以上の実行実績結果及び評価実績結果から、所与の特徴抽出ルールに基づいて、評価実績結果に影響を与えるであろう１種類以上の実行パラメータ項目とその探索範囲を推測すること、また、過去の１種類以上の実行実績結果及び評価実績結果を基に、ベイズ最適化等に従って、探索範囲に含まれる複数個の可変パラメータ値を生成すること、が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２３－０３５２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ベイズ実験計画法では、実験結果を次の実験計画に活かすことにより、実施すべき実験の数、すなわち実験に必要なデータ量を減らして、実験の効率化を図ることができる。しかしながら、ベイズ実験計画法は、実験結果が得られるまで次の実験計画を立てることができず、実験に要する時間そのものを短縮化することはできない。例えば、細胞の培養を開始してから正常細胞としての結果が確定するまでに、長期間、例えば４か月ほど掛かるが、この期間を短縮することはできない。
【０００６】
このため、正確な結果を得て適切な途中環境パラメータが学習されるのは４か月後となり、学習された途中環境パラメータによって次の結果が得られるまでに更に原則４か月掛かることが研究効率を著しく低下させる要因となっている。また一度に膨大な数の実験を行うことで探索期間を実質短縮させる場合であっても、各実験の開始を実験の優先度によって順を追って実施せざるを得ない。
【０００７】
本発明の目的は、細胞培養実験において、適正な環境パラメータを得るまでの期間の短縮化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の代表的な実施の形態の一つは、培養する細胞の複数のサンプルのそれぞれに適用するレシピを設定するレシピ判定装置と、ロボット装置と、前記ロボット装置が前記設定されたレシピに従って前記複数のサンプルの培養実験を行うように、前記ロボット装置の動作を制御する制御装置と、前記複数のサンプルの培養結果が確定する１回の培養実験の途中で前記サンプルごとの途中経過データが時系列的に格納されるデータベース装置と、を備え、前記レシピ判定装置は、前記データベース装置に格納されている前記サンプルごとの途中経過データに基づいて、前記サンプルごとの培養における傾向を分析し、前記サンプルごとに、該サンプルの培養における傾向の分析結果と、該サンプルの時系列的な前記途中経過データの差分とに基づいて、前記設定されているレシピを構成する複数の環境パラメータのパラメータ値に対して、該サンプルの培養の将来的な成功の原因となる可能性の程度を表す事後確率を算出し、前記算出された事後確率が相対的に高い１または複数の前記環境パラメータを検証パラメータとして決定し、前記サンプルごとのレシピにおいて、前記決定された検証パラメータのパラメータ値を変更して該レシピを修正し、前記制御装置は、前記ロボット装置が前記修正されたレシピに従って前記複数の培養実験を継続して行うように、前記ロボット装置の動作を制御する、細胞培養実験システムである。
【０００９】
本発明の代表的な実施の形態の一つは、レシピ判定装置は、培養する細胞の複数のサンプルのそれぞれに適用するレシピを設定し、制御装置は、ロボット装置が前記設定されたレシピに従って前記複数のサンプルの培養実験を行うように、前記ロボット装置の動作を制御し、データベース装置は、前記複数のサンプルの培養結果が確定する１回の培養実験の途中で前記サンプルごとの途中経過データを時系列的に格納し、前記レシピ判定装置は、前記データベース装置に格納されている前記サンプルごとの途中経過データに基づいて、前記サンプルごとの培養における傾向を分析し、前記サンプルごとに、該サンプルの培養における傾向の分析結果と、該サンプルの時系列的な前記途中経過データの差分とに基づいて、前記設定されているレシピを構成する複数の環境パラメータのパラメータ値に対して、該サンプルの培養の将来的な成功の原因となる可能性の程度を表す事後確率を算出し、前記算出された事後確率が相対的に高い１または複数の前記環境パラメータを検証パラメータとして決定し、前記サンプルごとのレシピにおいて、前記決定された検証パラメータのパラメータ値を変更して該レシピを修正し、前記制御装置は、前記ロボット装置が前記修正されたレシピに従って前記複数の培養実験を継続して行うように、前記ロボット装置の動作を制御する、細胞培養実験方法である。
【００１０】
本発明の代表的な実施の形態の一つは、１または複数のコンピュータまたはプロセッサを、培養する細胞の複数のサンプルのそれぞれに適用するレシピを設定するレシピ判定装置と、ロボット装置が前記設定されたレシピに従って前記複数のサンプルの培養実験を行うように、前記ロボット装置の動作を制御する制御装置と、前記複数のサンプルの培養結果が確定する１回の培養実験の途中で前記サンプルごとの途中経過データが時系列的に格納されるデータベース装置として機能させるためのプログラムであって、前記レシピ判定装置は、前記データベース装置に格納されている前記サンプルごとの途中経過データに基づいて、前記サンプルごとの培養における傾向を分析し、前記サンプルごとに、該サンプルの培養における傾向の分析結果と、該サンプルの時系列的な前記途中経過データの差分とに基づいて、前記設定されているレシピを構成する複数の環境パラメータのパラメータ値に対して、該サンプルの培養の将来的な成功の原因となる可能性の程度を表す事後確率を算出し、前記算出された事後確率が相対的に高い１または複数の前記環境パラメータを検証パラメータとして決定し、前記サンプルごとのレシピにおいて、前記決定された検証パラメータのパラメータ値を変更して該レシピを修正し、前記制御装置は、前記ロボット装置が前記修正されたレシピに従って前記複数の培養実験を継続して行うように、前記ロボット装置の動作を制御する、プログラムである。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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