基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的單克隆質(zhì)量控制制造技術(shù)

本說(shuō)明書涉及細(xì)胞生長(zhǎng)的單克隆質(zhì)量的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的監(jiān)測(cè)，其特別適用于開發(fā)用于制造生物藥物的細(xì)胞系。在一個(gè)方面，提供了計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，包括：獲取(ST10)在細(xì)胞生長(zhǎng)期間的不同時(shí)間拍攝的細(xì)胞培養(yǎng)物的圖像序列(10)；處理(ST20)圖像序列中的每個(gè)圖像，以識(shí)別細(xì)胞培養(yǎng)物中細(xì)胞的細(xì)胞位置；對(duì)于圖像序列的圖像中的至少一些，確定(ST40)來(lái)自所識(shí)別的細(xì)胞位置的細(xì)胞數(shù)量；對(duì)于圖像序列中的至少一個(gè)圖像，確定(ST30)來(lái)自所識(shí)別的細(xì)胞位置的細(xì)胞的空間分布；評(píng)估所確定的細(xì)胞數(shù)量和所確定的細(xì)胞的空間分布與作為單克隆生長(zhǎng)的特征的預(yù)定的評(píng)估條件的順應(yīng)性；以及基于所評(píng)估的與預(yù)定的評(píng)估條件的順應(yīng)性，評(píng)價(jià)并且輸出單克隆質(zhì)量指標(biāo)。標(biāo)。標(biāo)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的單克隆質(zhì)量控制


[0001]本說(shuō)明書涉及細(xì)胞生長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)實(shí)施的單克隆質(zhì)量控制，其特別適用于開發(fā)用于制造生物藥物的細(xì)胞系。

技術(shù)介紹

[0002]在用于生產(chǎn)生物藥物的細(xì)胞系的開發(fā)期間，監(jiān)管要求證明所產(chǎn)生的生產(chǎn)細(xì)胞是單克隆來(lái)源的。在控制細(xì)胞系的單克隆質(zhì)量方面已經(jīng)投入了大量的努力。一個(gè)重要和有效的方面涉及將單個(gè)細(xì)胞沉積到微量滴定井中的階段。已經(jīng)開發(fā)了類似細(xì)胞打印的復(fù)雜技術(shù)來(lái)改善細(xì)胞生長(zhǎng)的單克隆性的可能性。
[0003]另一個(gè)方面是特別在細(xì)胞系生產(chǎn)的早期階段，即在細(xì)胞沉積后不久，對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)行徹底的監(jiān)測(cè)。今天，證明單克隆性的最常見(jiàn)的方法是基于在克隆產(chǎn)生過(guò)程之后的幾天生長(zhǎng)期間收集的顯微鏡圖像。圖像的評(píng)估是手動(dòng)完成的。有經(jīng)驗(yàn)的操作者監(jiān)測(cè)細(xì)胞生長(zhǎng)，并且如果細(xì)胞看起來(lái)不是單克隆的，則停止細(xì)胞生長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0004]期望進(jìn)一步改善單克隆細(xì)胞生產(chǎn)的質(zhì)量的可靠性。本文中描述的實(shí)施方式通過(guò)自動(dòng)確定細(xì)胞培養(yǎng)物是否是單克隆的來(lái)解決該問(wèn)題，如獨(dú)立權(quán)利要求中所限定的。在從屬權(quán)利要求中限定了優(yōu)選實(shí)施方式。
[0005]因此，在一個(gè)方面，提供了用于自動(dòng)監(jiān)測(cè)(并且優(yōu)選控制)細(xì)胞生長(zhǎng)的單克隆質(zhì)量的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法。該方法包括獲取在細(xì)胞生長(zhǎng)期間的不同時(shí)間拍攝的細(xì)胞培養(yǎng)物的圖像序列(即至少第一圖像和第二圖像)，例如在拍攝細(xì)胞培養(yǎng)物的圖像的時(shí)間之間具有預(yù)定的(優(yōu)選恒定的)時(shí)間間隔。在一個(gè)示例中，圖像之間的1天(即24小時(shí))的恒定時(shí)間間隔可能是優(yōu)選的。根據(jù)具體的細(xì)胞和生長(zhǎng)條件，可以應(yīng)用更短或更長(zhǎng)的時(shí)間間隔。還可以根據(jù)細(xì)胞/細(xì)胞培養(yǎng)物的生長(zhǎng)階段應(yīng)用變化的時(shí)間間隔。這些時(shí)間間隔可以是預(yù)定的或甚至可以在細(xì)胞培養(yǎng)物的生長(zhǎng)期間動(dòng)態(tài)地(優(yōu)選自動(dòng)地)調(diào)整，例如基于單克隆質(zhì)量控制的中間結(jié)果，以便動(dòng)態(tài)地(優(yōu)選自動(dòng)地)細(xì)化時(shí)間分辨率，從而在需要時(shí)增加評(píng)估的可靠性。
[0006]優(yōu)選地，圖像序列內(nèi)的圖像是以相同的圖像格式獲取的。這優(yōu)選包括相同的空間分辨率和/或在細(xì)胞培養(yǎng)物中出現(xiàn)的光強(qiáng)度和/或亮度和/或顏色的相同表示。具體地，優(yōu)選當(dāng)拍攝圖像時(shí)，準(zhǔn)備相同或相似的照明條件。這可以改善后續(xù)圖像分析的可靠性，特別是關(guān)于細(xì)胞培養(yǎng)物的時(shí)間發(fā)展。
[0007]該方法還包括處理圖像序列中的每個(gè)圖像，以識(shí)別細(xì)胞培養(yǎng)物中細(xì)胞的細(xì)胞位置，特別是識(shí)別細(xì)胞培養(yǎng)物中的單個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞位置。該圖像處理操作的結(jié)果可以是點(diǎn)位置的二維圖，點(diǎn)位置中的每個(gè)代表細(xì)胞培養(yǎng)物中的一個(gè)細(xì)胞。可以將各種技術(shù)應(yīng)用于圖像處理，圖像處理可以涉及(訓(xùn)練的)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和/或基于定向梯度和/或邊緣檢測(cè)器等的直方圖的算法中的一個(gè)或多個(gè)。例如，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以在手動(dòng)或自動(dòng)標(biāo)記的顯微鏡圖像上被訓(xùn)練或可以已經(jīng)在手動(dòng)或自動(dòng)標(biāo)記的顯微鏡圖像上被訓(xùn)練。可選地，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可
以在合成圖像上被訓(xùn)練或可以已經(jīng)在合成圖像上被訓(xùn)練。示例是背景圖像，其中細(xì)胞形狀被復(fù)制到具有已知位置和密度的圖像中(例如，以點(diǎn)位置的圖的形式)。也可以使用這樣的組合，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可能已經(jīng)在大量合成圖像集合上進(jìn)行了訓(xùn)練，并且然后在較小的標(biāo)記的顯微鏡圖像集合上微調(diào)。在這種意義上，“標(biāo)記的”可以意指附加地識(shí)別在圖像上表示的細(xì)胞的點(diǎn)位置(例如，作為二維圖)。
[0008]盡管經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在與該方法的圖像處理操作相關(guān)聯(lián)的情況下可能特別有效，但是可替代地，可以采用其它已知的基于計(jì)算機(jī)的圖像處理的技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)與本專利技術(shù)相關(guān)的進(jìn)一步評(píng)估過(guò)程的目的，不需要評(píng)估/區(qū)分所識(shí)別的細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。相反，識(shí)別每個(gè)細(xì)胞的單個(gè)點(diǎn)位置就足夠了。這可以通過(guò)對(duì)顯微鏡圖像進(jìn)行基于計(jì)算機(jī)的圖像處理來(lái)非常有效地實(shí)現(xiàn)，該顯微鏡圖像可以通過(guò)光學(xué)顯微鏡(例如，諸如明場(chǎng)顯微鏡或相差顯微鏡)獲得。因此，當(dāng)人類操作人員視覺(jué)地觀察細(xì)胞培養(yǎng)物時(shí)，不再需要對(duì)細(xì)胞進(jìn)行染色，這在其他方面通常是需要的。在圖像中出現(xiàn)的細(xì)胞的實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu)(包括局部圖像對(duì)比度的大小和/或形狀和/或梯度)可以有效地用于自動(dòng)識(shí)別和定位每個(gè)細(xì)胞，所識(shí)別的細(xì)胞的點(diǎn)位置可以設(shè)置為所識(shí)別的圖形結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)，并且可以基于圖像的坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)來(lái)存儲(chǔ)和處理點(diǎn)位置。
[0009]該方法還包括：對(duì)于圖像序列中的圖像中的至少一些(優(yōu)選地對(duì)于圖像中的至少兩個(gè)，進(jìn)一步優(yōu)選地對(duì)于每個(gè)圖像)，確定來(lái)自所識(shí)別的細(xì)胞位置的細(xì)胞數(shù)量；以及對(duì)于圖像序列中的至少一個(gè)圖像(優(yōu)選地對(duì)于多個(gè)圖像，或甚至對(duì)于每個(gè)圖像)，確定來(lái)自所識(shí)別的細(xì)胞位置的細(xì)胞的空間分布。該方法可以特別地包括：對(duì)于圖像序列中的圖像中的至少一個(gè)(優(yōu)選地對(duì)于圖像中的至少兩個(gè)，進(jìn)一步優(yōu)選地對(duì)于每個(gè)圖像)，確定來(lái)自所識(shí)別的細(xì)胞位置的細(xì)胞數(shù)量和來(lái)自所識(shí)別的細(xì)胞位置的細(xì)胞的空間分布。盡管如果確定或評(píng)估圖像序列中的多個(gè)或所有圖像的空間分布是最有效的，但是甚至可以基于來(lái)自至少一個(gè)圖像的細(xì)胞的空間分布已經(jīng)做出細(xì)胞生長(zhǎng)的有意義的評(píng)估和對(duì)單克隆質(zhì)量的相當(dāng)可靠的決定。
[0010]該方法還包括評(píng)估所確定的細(xì)胞數(shù)量和所確定的細(xì)胞的空間分布與作為單克隆生長(zhǎng)的特征的預(yù)定的評(píng)估條件的順應(yīng)性(compliance)。作為單克隆生長(zhǎng)的特征的評(píng)估條件可以是對(duì)于至少一個(gè)圖像、優(yōu)選地對(duì)于多個(gè)圖像，預(yù)定的細(xì)胞的最大數(shù)量(閾值)。該閾值(最大)數(shù)量可以根據(jù)自細(xì)胞生長(zhǎng)開始以來(lái)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間和/或細(xì)胞的類型和/或特定生長(zhǎng)條件來(lái)具體地預(yù)定。因此，這種閾值可以根據(jù)例如細(xì)胞倍增時(shí)間來(lái)定義。
[0011]更具體地，在優(yōu)選的實(shí)施方式中，預(yù)定的評(píng)估條件限定了細(xì)胞的單克隆數(shù)量生長(zhǎng)速率的閾值(例如，在監(jiān)測(cè)的細(xì)胞培養(yǎng)物的生長(zhǎng)條件下，單克隆細(xì)胞系預(yù)期的每次細(xì)胞數(shù)量的最大增加)。在這種情況下，評(píng)估所確定的細(xì)胞數(shù)量與該預(yù)定的評(píng)估條件的順應(yīng)性可以包括將細(xì)胞數(shù)量生長(zhǎng)速率確定為：圖像序列中的兩個(gè)圖像的所確定的細(xì)胞數(shù)量的差值與拍攝該兩個(gè)圖像的時(shí)間之間的時(shí)間間隔的比率；并且將確定的細(xì)胞數(shù)量生長(zhǎng)速率與單克隆數(shù)量生長(zhǎng)速率的閾值進(jìn)行比較。
[0012]該方法還包括基于所評(píng)估的與所述預(yù)定的評(píng)估條件的順應(yīng)性，評(píng)價(jià)并且輸出單克隆質(zhì)量指標(biāo)。該輸出可以直接呈現(xiàn)給用戶，作為對(duì)所監(jiān)測(cè)的細(xì)胞生長(zhǎng)是否是單克隆的明確決定。可選地或附加地，可以根據(jù)細(xì)胞生長(zhǎng)被評(píng)價(jià)為非單克隆的警告將輸出呈現(xiàn)給用戶。優(yōu)選地，這樣的信息可以在已經(jīng)評(píng)價(jià)后立即輸出，甚至在連續(xù)的生長(zhǎng)過(guò)程期間，使得可以停止生長(zhǎng)過(guò)程，并且沒(méi)有進(jìn)一步的時(shí)間、材料和努力投入在非單克隆細(xì)胞培養(yǎng)物中。可選地或另
外地，輸出可以作為細(xì)胞培養(yǎng)物為單克隆的概率值呈現(xiàn)給用戶。優(yōu)選地，這種概率值可以與補(bǔ)充評(píng)價(jià)結(jié)果(例如，在細(xì)胞生長(zhǎng)期間確定的細(xì)胞數(shù)量生長(zhǎng)速率或其時(shí)間發(fā)展，和/或細(xì)胞位置(例如，對(duì)于隨后的圖像中的一個(gè)或多個(gè))的分布的圖形圖像，和/或其時(shí)間發(fā)展)一起呈現(xiàn)。因此，人類用戶可以基于概率值和補(bǔ)充評(píng)價(jià)結(jié)果做出關(guān)于細(xì)胞培養(yǎng)物的單克隆質(zhì)量的最終決定。
[0013]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，評(píng)估與預(yù)定的評(píng)估條件的順應(yīng)性包括：基于所確定的細(xì)胞數(shù)量，評(píng)估至少一個(gè)概率值(在下文中稱為基于細(xì)胞計(jì)數(shù)的概率值)，該基于細(xì)胞計(jì)數(shù)的概率值表示所述細(xì)胞培養(yǎng)物是單克隆的概率；以及基于所確定的細(xì)胞的空間分布，評(píng)估至少一個(gè)另外的概率值(在下文中稱為基于細(xì)胞分布本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】1.用于自動(dòng)監(jiān)測(cè)細(xì)胞生長(zhǎng)的單克隆質(zhì)量的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，包括：
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獲取(ST10)在細(xì)胞生長(zhǎng)期間的不同時(shí)間拍攝的細(xì)胞培養(yǎng)物的圖像序列(10)；
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處理(ST20)所述圖像序列中的每個(gè)圖像，以識(shí)別所述細(xì)胞培養(yǎng)物中細(xì)胞的細(xì)胞位置；
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對(duì)于所述圖像序列中的圖像中的至少一些，確定(ST40)來(lái)自所識(shí)別的細(xì)胞位置的細(xì)胞數(shù)量；
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對(duì)于所述圖像序列中的至少一個(gè)圖像，確定(ST30)來(lái)自所識(shí)別的細(xì)胞位置的細(xì)胞的空間分布；
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評(píng)估所確定的細(xì)胞數(shù)量和所確定的細(xì)胞的空間分布與作為單克隆生長(zhǎng)的特征的預(yù)定的評(píng)估條件的順應(yīng)性；以及
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基于所評(píng)估的與所述預(yù)定的評(píng)估條件的順應(yīng)性，評(píng)價(jià)并且輸出單克隆質(zhì)量指標(biāo)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，評(píng)估與預(yù)定的評(píng)估條件的順應(yīng)性包括：基于所確定的細(xì)胞數(shù)量，評(píng)估至少一個(gè)基于細(xì)胞計(jì)數(shù)的概率值，所述基于細(xì)胞計(jì)數(shù)的概率值表示所述細(xì)胞培養(yǎng)物是單克隆的概率；以及基于所確定的細(xì)胞的空間分布，評(píng)估至少一個(gè)基于細(xì)胞分布的概率值，所述基于細(xì)胞分布的概率值表示所述細(xì)胞培養(yǎng)物是單克隆的概率，其中，至少基于所述基于細(xì)胞計(jì)數(shù)的概率值和所述基于細(xì)胞分布的概率值來(lái)評(píng)價(jià)單克隆質(zhì)量指標(biāo)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，確定(ST30)細(xì)胞的空間分布包括：對(duì)于至少一個(gè)圖像，確定對(duì)于所述至少一個(gè)圖像識(shí)別的兩個(gè)細(xì)胞位置之間的距離；以及其中，評(píng)估所確定的空間分布與預(yù)定的評(píng)估條件的順應(yīng)性包括：將所確定的距離與閾值距離進(jìn)行比較。4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，確定(ST30)細(xì)胞的空間分布包括：對(duì)于所述圖像序列中的至少兩個(gè)圖像，確定所述兩個(gè)圖像中的第一個(gè)圖像的細(xì)胞位置與所述兩個(gè)圖像中的第二個(gè)圖像的細(xì)胞位置之間的位移；以及其中，評(píng)估所確定的空間分布與預(yù)定的評(píng)估條件的順應(yīng)性包括：將所確定的位移與閾值位移進(jìn)行比較。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括：自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)所述圖像序列中的至少兩個(gè)后續(xù)圖像。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括：對(duì)于所述圖像序列中的至少一個(gè)圖像，從所識(shí)別的細(xì)胞位置確定(ST70)空間相干特征；以及評(píng)估所確定的空間相干特征與作為單克隆生長(zhǎng)的特征的預(yù)定的相干條件的順應(yīng)性，其中，基于所評(píng)估的與所述預(yù)定的相干條件的順應(yīng)性，額外地評(píng)價(jià)所述單克隆質(zhì)量指標(biāo)。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述預(yù)定的評(píng)估條件限定所述細(xì)胞的單克隆數(shù)量生長(zhǎng)速率的閾值；以及其中，評(píng)估所確定的細(xì)胞數(shù)量與所述預(yù)定的評(píng)估條件的順應(yīng)性包括：將細(xì)胞數(shù)量生長(zhǎng)速率確定為：所述圖像序列中的兩個(gè)圖像的所確定的細(xì)胞數(shù)量的差值與拍攝所述兩個(gè)圖像的時(shí)間之間的時(shí)間間隔的比率；以及
將所確定的細(xì)胞數(shù)量生長(zhǎng)速率與所述單克隆數(shù)量生長(zhǎng)速率的所述閾值進(jìn)行比較。8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：里卡德，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：賽多利斯司特蒂姆數(shù)據(jù)分析公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：