JP2019054781A - Particle-containing three-dimensional tissues, and shrinkage measurement method for particle-containing three-dimensional tissues - Google Patents

Particle-containing three-dimensional tissues, and shrinkage measurement method for particle-containing three-dimensional tissues Download PDF

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敦史 宮岡
Atsushi Miyaoka
敦史 宮岡
高木 大輔
Daisuke Takagi
大輔 高木
岡野 覚
Satoru Okano
覚 岡野
福田 浩章
Hiroaki Fukuda
浩章 福田
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Abstract

To provide particle-containing three-dimensional tissues that can measure the shrinkage of cells on not only the surface of, but the inside of three-dimensional tissues with high accuracy and readily.SOLUTION: Provided is a particle-containing three-dimensional tissue which is attached to the basal plate having cell adhesion and contains at least particles in at least one of the vicinity of one surface and the vicinity of the opposite surface in the thickness direction, and in the vicinity of the center in the thickness direction. The aspect is preferable that the average thickness is 30 μm or more, the particle density is sufficiently sparse at a degree that the projections of the particles do not overlap each other in planar view, and the cells have shrinkage ability.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、粒子含有三次元組織体、及び粒子含有三次元組織体の収縮計測方法に関する。   The present invention relates to a particle-containing three-dimensional structure and a method for measuring contraction of the particle-containing three-dimensional structure.

従来、生体外で細胞を扱う場合、細胞を平面的に扱うことが主流であった。   Conventionally, when handling cells in vitro, it has been the mainstream to handle the cells planarly.

近年、三次元組織構築技術が発展し、生体外にて三次元組織体を人工的に作製することが可能となってきた。それら三次元組織体に関する研究の発展により、人工的に作製された三次元組織体の再生医療分野や創薬分野への応用が期待されている。
三次元組織体を再生医療や創薬分野で利用するためには、三次元組織体の品質を担保するために、品質を評価する技術が重要である。特に、作製した三次元組織体である心筋細胞や心筋細胞シートにおける評価としては、心筋細胞の拍動状態を、画像処理技術による評価、画像処理技術と染色技術とを組み合わせた評価電気刺激に対する拍動の応答による評価が行われている。
In recent years, three-dimensional tissue construction technology has been developed, and it has become possible to artificially produce a three-dimensional tissue body in vitro. With the development of research on these three-dimensional tissues, it is expected that artificially produced three-dimensional tissues will be applied to the fields of regenerative medicine and drug discovery.
In order to use the three-dimensional tissue in the field of regenerative medicine and drug discovery, a technique for evaluating the quality is important in order to ensure the quality of the three-dimensional tissue. In particular, as an evaluation of the produced three-dimensional tissue cardiomyocytes or cardiomyocyte sheets, the pulsation state of the cardiomyocytes is evaluated by an image processing technique, and the pulse for an evaluation electrical stimulation combining an image processing technique and a staining technique. Evaluation is based on dynamic response.

また、薬剤投与に対する心筋の拍動状態変化等を観察することにより、薬剤の生体への影響等を評価することを目指した様々な技術開発が行われている。これらの技術の中でも、三次元心筋組織体の収縮量評価技術が特に注目されている。細胞の収縮力を求める代表的な手法としては、(1)細胞の接着基板に粒子を含有させ、基板内の粒子の動きから収縮力を算出する方法、及び(2)細胞の膜表面に粒子を含有させ、表面の粒子の動きから収縮力を算出する方法が既に知られている。   In addition, various technical developments aiming to evaluate the influence of the drug on the living body by observing changes in the pulsatile state of the myocardium with respect to the drug administration have been performed. Among these techniques, a technique for evaluating the amount of contraction of a three-dimensional myocardial tissue has attracted particular attention. Typical methods for determining the contractile force of cells include (1) a method of calculating the contractile force from the movement of particles in the substrate, and (2) particles on the cell membrane surface. And a method for calculating the contractile force from the movement of the particles on the surface is already known.

しかし、(1)細胞の接着基板に粒子を含有させ、基板内の粒子の動きから収縮力を算出する方法では、測定サンプルは単層(二次元)を想定したものであった。そのため、本手法で多層(三次元)の測定を試みると、基板部の動きのみを捉えることとなり、三次元組織体本来の動きを捉えることができないという問題があった。また、(2)細胞の膜表面に粒子を含有させ、表面の粒子の動きから収縮力を算出する方法では、前記(1)と同様に、単層(二次元)を想定したものであったため、三次元組織の表層の動きのみしか捉えることができないという問題があった。   However, (1) in the method in which particles are contained in the cell adhesion substrate and the contraction force is calculated from the movement of the particles in the substrate, the measurement sample is assumed to be a single layer (two-dimensional). For this reason, when multi-layer (three-dimensional) measurement is attempted with this method, only the movement of the substrate portion is captured, and the original motion of the three-dimensional tissue body cannot be captured. In addition, (2) the method of adding particles to the cell membrane surface and calculating the contractile force from the movement of the particles on the surface assumes a single layer (two-dimensional) as in (1) above. There was a problem that only the movement of the surface of the three-dimensional organization could be captured.

そこで、透明基板上に心筋細胞集団を配置し、心筋拍動細胞に与えた強制拍動刺激に対する心筋細胞の応答から心筋細胞の品質を評価する心毒性評価装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, a cardiotoxicity evaluation apparatus has been proposed in which a cardiomyocyte population is arranged on a transparent substrate and the quality of the cardiomyocytes is evaluated from the response of the cardiomyocytes to the forced pulsatile stimulation given to the myocardial pulsation cells (for example, a patent Reference 1).

本発明は、三次元組織体の表面のみならず、内部における細胞の収縮を高精度で、かつ容易に測定することができる粒子含有三次元組織体を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a particle-containing three-dimensional tissue that can easily measure not only the surface of the three-dimensional tissue but also the contraction of cells inside with high accuracy.

前記課題を解決するための手段としての本発明の粒子含有三次元組織体は、細胞接着性を有する基板に接着しており、かつ厚み方向の片側表面近傍及びその逆側表面近傍の少なくともいずれかと、厚み方向の中央近傍とに、少なくとも粒子を含有する。   The particle-containing three-dimensional tissue of the present invention as a means for solving the problems is adhered to a substrate having cell adhesiveness, and at least one of the vicinity of one surface in the thickness direction and the vicinity of the opposite surface thereof. In the vicinity of the center in the thickness direction, at least particles are contained.

本発明によると、三次元組織体の表面のみならず、内部における細胞の収縮を高精度で、かつ容易に測定することができる粒子含有三次元組織体を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, not only the surface of a three-dimensional structure | tissue but the particle | grain containing three-dimensional structure | tissue which can measure the shrinkage | contraction of the cell inside is highly accurate and can be provided.

図1は、本発明の粒子含有三次元組織体の一例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a particle-containing three-dimensional structure of the present invention. 図2は、組織体を測定する従来の方法の一例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a conventional method for measuring a tissue body. 図3は、組織体を測定する従来の方法の他の一例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of a conventional method for measuring a tissue body. 図4は、粒子含有三次元組織体を、平面視したときの粒子含有三次元組織体の粒子を射影した一例を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing an example in which the particles of the particle-containing three-dimensional structure are projected when the particle-containing three-dimensional structure is viewed in plan. 図5は、粒子含有三次元組織体の収縮計測方法の一例を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a method for measuring contraction of a particle-containing three-dimensional tissue. 図6Aは、本発明の粒子含有三次元組織体の収縮計測方法の一例を示す模式図である。FIG. 6A is a schematic diagram illustrating an example of a shrinkage measurement method for a particle-containing three-dimensional tissue according to the present invention. 図6Bは、時刻tにおける粒子含有三次元組織体中の粒子の位置を示す模式図である。FIG. 6B is a schematic diagram showing the positions of particles in the particle-containing three-dimensional tissue at time t 0 . 図6Cは、時刻tにおける粒子含有三次元組織体中の粒子の位置を示す模式図である。FIG. 6C is a schematic diagram showing the positions of the particles in the particle-containing three-dimensional structure at time t 1 . 図6Dは、時刻tからtへの粒子の移動量を示す模式図である。FIG. 6D is a schematic diagram showing the amount of movement of particles from time t 0 to t 1 . 図7は、フーリエドメイン方式の粒子含有三次元組織体の収縮計測装置の一例を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of a Fourier domain type particle-containing three-dimensional tissue shrinkage measurement apparatus. 図8は、本発明の粒子含有三次元組織体の収縮計測方法により得られる相互相関関数の一例を表すグラフである。FIG. 8 is a graph showing an example of a cross-correlation function obtained by the method for measuring contraction of a particle-containing three-dimensional structure according to the present invention. 図9は、一の断面と交差する方向における他の断面に係る断層画像の一例を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example of a tomographic image relating to another cross section in a direction intersecting with one cross section. 図10は、実施例1における粒子含有三次元マウス心筋組織体の様子の一例を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of a state of the particle-containing three-dimensional mouse myocardial tissue in Example 1. 図11は、比較例1における三次元マウス心筋組織体の様子の一例を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of the state of the three-dimensional mouse myocardial tissue in Comparative Example 1. 図12は、実施例2におけるiPS由来心筋細胞の様子の一例を示す模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram showing an example of a state of iPS-derived cardiomyocytes in Example 2. 図13は、実施例2におけるiPS由来心筋細胞の様子の他の一例を示す模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing another example of the state of iPS-derived cardiomyocytes in Example 2. 図14は、実施例3における粒子含有三次元組織体の様子の一例を示す模式図である。FIG. 14 is a schematic diagram illustrating an example of a state of a particle-containing three-dimensional structure in Example 3.

(粒子含有三次元組織体)
本発明の粒子含有三次元組織体は、細胞接着性を有する基板に接着しており、かつ厚み方向の片側表面近傍及びその逆側表面近傍の少なくともいずれかと、厚み方向の中央近傍とに、少なくとも粒子を含有し、更に必要に応じてその他の成分を含む。
本発明の粒子含有三次元組織体は、従来の心毒性評価装置では、二次元的な細胞の動きを捉えているに過ぎなく、三次元組織体本来の動きを捉えることができないという問題があるという知見に基づくものである。また、従来の技術では、三次元組織体を構成する細胞集団は屈折率が一様であるため、光を用いて観察する場合、組織体内部の動きを観察することが困難であるという問題があるという知見に基づくものである。
本発明の粒子含有三次元組織体は、三次元組織体の内部に粒子を含有させることにより、三次元組織体と光学特性の異なる粒子を三次元組織体内へ含有させることにより、入射光の屈折率を変化させることが可能になり、三次元組織体の深さ方向の収縮(変位、動き)を観察しやすくすることができる。また、三次元組織体の三次元的な動きを捉えることができるため、基板又は表面の接着の影響を受けずに組織体本来の収縮(変位、動き)を捉えることが可能になり、例えば、薬剤浸透や深さ方向に対する刺激への細胞応答などを観察することができる。
厚み方向とは、基板の底面に対して垂直な方向を意味する。
(Particle-containing three-dimensional structure)
The particle-containing three-dimensional tissue of the present invention is adhered to a substrate having cell adhesiveness, and at least one of the vicinity of one surface in the thickness direction and the vicinity of the opposite surface thereof, and the vicinity of the center in the thickness direction, at least It contains particles and further contains other components as necessary.
The particle-containing three-dimensional tissue of the present invention has a problem that the conventional cardiotoxicity evaluation apparatus only captures two-dimensional cell movement and cannot capture the original movement of the three-dimensional tissue. It is based on the knowledge that. In addition, in the conventional technique, the cell population constituting the three-dimensional tissue has a uniform refractive index. Therefore, when observing using light, it is difficult to observe the movement inside the tissue. It is based on the knowledge that there is.
The particle-containing three-dimensional structure of the present invention includes a particle contained in the three-dimensional structure, and particles having different optical characteristics from the three-dimensional structure are contained in the three-dimensional structure, thereby refracting incident light. The rate can be changed, and the contraction (displacement, movement) in the depth direction of the three-dimensional tissue can be easily observed. In addition, since the three-dimensional movement of the three-dimensional tissue can be captured, the original contraction (displacement, movement) of the tissue can be captured without being affected by the adhesion of the substrate or the surface. It is possible to observe drug penetration and cell response to stimulation in the depth direction.
The thickness direction means a direction perpendicular to the bottom surface of the substrate.

細胞集合体は、各部位における細胞が、同一の収縮(変位、動き)をしているわけではなく、細胞集合体の表層、内部、及び下層では異なる方向、かつ異なる収縮量で収縮(変位、動き)している。また、細胞集合体の同一の層中においても、異なる方向、かつ異なる収縮量で収縮している。細胞集合体の収縮を各部位ごとに正確に評価することにより、細胞集合体の機能、及び状態をより正確に把握することができるため、各部位における細胞の収縮を捉えることは重要である。   In the cell aggregate, the cells in each site do not contract in the same way (displacement, movement), and contract (displacement, displacement) in different directions and different contraction amounts on the surface, inside, and lower layers of the cell aggregate. Moving). Further, even in the same layer of the cell aggregate, the cells are contracted in different directions and with different contraction amounts. It is important to grasp the contraction of cells in each part because the function and state of the cell aggregate can be grasped more accurately by accurately evaluating the contraction of the cell aggregate for each part.

粒子含有三次元組織体とは、粒子を含有する三次元形状を有する組織体を意味する。
組織体とは、細胞同士がコネクソンやカドヘリン、細胞外マトリックス(ECM)等のタンパク質を介して結合した構造の単位であり、全体としてひとつのまとまった役割をもつ集合体を意味する。
The particle-containing three-dimensional structure means a structure having a three-dimensional shape containing particles.
An organization is a unit of a structure in which cells are connected via proteins such as connexon, cadherin, and extracellular matrix (ECM), and means an aggregate having a single role as a whole.

図1は、本発明の粒子含有三次元組織体の一例を示す模式図である。図1に示すように、粒子含有三次元組織体20は、細胞接着性を有する基板21上に、細胞により形成される組織体22が接着している。また、粒子含有三次元組織体20は、必要に応じて、培地を含有してもよい。
組織体は、粒子23を含有する。本実施例は、粒子含有三次元組織体20は、厚み方向の片側表面近傍(例えば、T1)と、その逆側表面近傍(例えば、T3)と、厚み方向の中央近傍(例えば、T2)とに、粒子23を含有する一例を示している。さらに本実施例では、溶媒(培地)24をT3に載せた構成である。
本実施例では、T1〜T3のそれぞれに粒子23を有する構成のため、後述する計測方法にて、片側表面近傍T1に含有する粒子23の動きと、厚み方向の中央近傍T2に含有する粒子23の動きを比較することにより、前者(T1)が後者(T2)よりも変位が小さいことを確認することが可能である。これは、組織体のT1がT2よりも固定壁(基板)の影響を受け、本来の組織体変位が示されていないと推測される。
また、逆側表面近傍T3に含有する粒子23の動きと、厚み方向の中央近傍T2に含有する粒子23の動きを比較することにより、前者(T3)が後者(T2)よりも変位が小さいことを確認することが可能である。これは、組織体のT3が、近接する溶媒(培地)24の粘性の影響を受ける結果、本来の組織体変位が示されていないと推測される。
本実施例では、T1やT3といった表面近傍の粒子だけでなく、厚み方向の中央近傍T2にも粒子23を含有するため、表面の影響を受けていない組織体変位をも確認することができる。つまり、後述の計測方法にて、正確な拍動力を知ることができる。
厚み方向の片側表面近傍とは、厚み方向における表面に近い範囲を意味する。
逆側表面近傍とは、片側表面近傍とは反対側の表面に近い範囲を意味する。
厚み方向の中央近傍とは、厚み方向における中央に近い範囲を意味する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a particle-containing three-dimensional structure of the present invention. As shown in FIG. 1, in the particle-containing three-dimensional tissue body 20, a tissue body 22 formed of cells is adhered to a substrate 21 having cell adhesiveness. Moreover, the particle-containing three-dimensional tissue body 20 may contain a medium as necessary.
The tissue contains particles 23. In the present embodiment, the particle-containing three-dimensional structure 20 has a thickness direction near one side surface (for example, T1), an opposite side surface vicinity (for example, T3), and a thickness direction center vicinity (for example, T2). 1 shows an example containing the particles 23. Further, in this embodiment, the solvent (medium) 24 is placed on T3.
In the present embodiment, since each of T1 to T3 has the particle 23, the movement of the particle 23 contained in the one-side surface vicinity T1 and the particle 23 contained in the center vicinity T2 in the thickness direction are measured by a measurement method described later. It is possible to confirm that the displacement of the former (T1) is smaller than that of the latter (T2). This is presumed that T1 of the tissue body is affected by the fixed wall (substrate) more than T2, and the original tissue body displacement is not shown.
Further, by comparing the movement of the particle 23 contained in the vicinity T3 on the opposite side surface with the movement of the particle 23 contained in the center vicinity T2 in the thickness direction, the former (T3) has a smaller displacement than the latter (T2). It is possible to confirm. This is presumed that T3 of the tissue body is affected by the viscosity of the adjacent solvent (medium) 24, and as a result, the original tissue body displacement is not shown.
In this example, since the particles 23 are contained not only in the vicinity of the surface such as T1 and T3 but also in the vicinity of the center T2 in the thickness direction, the displacement of the tissue body not affected by the surface can be confirmed. That is, it is possible to know the accurate pulsating power by the measurement method described later.
The vicinity of one surface in the thickness direction means a range close to the surface in the thickness direction.
The vicinity of the reverse side surface means a range close to the surface on the opposite side to the vicinity of the one side surface.
The vicinity of the center in the thickness direction means a range close to the center in the thickness direction.

図2は、組織体を測定する従来の方法の一例を示す模式図である。図3は、組織体を測定する従来の方法の他の一例を示す模式図である。
図2に示すように、組織体を測定する従来の方法では、基板31上に、粒子33を含むコーティング層34を有し、コーティング層34上に、組織体32を有する三次元細胞体30を使用する。コーティング層34に含まれる粒子33の動きを観察することにより、組織体32の拍動(動き)を測定している。しかし、この方法では、コーティング層34に接着している組織体の拍動(動き)しか測定することができず、組織体の表面、及び内部の三次元的な動きを測定することはできない。
また、図3に示すように、組織体を測定する他の従来の方法では、基板41上の組織体42表面に粒子43を有する粒子含有三次元組織体40を使用する。組織体42表面の粒子の動きを観察することにより、組織体42の拍動(動き)を測定している。しかし、この方法では、組織体42の表面の拍動(動き)しか測定することができず、組織体内部、及び底部の拍動(動き)を測定することはできない。
一方、上記した粒子含有三次元組織体20の構成を用いて、後述する計測方法で計測することにより、組織体内部の動きをも測定することが可能である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a conventional method for measuring a tissue body. FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of a conventional method for measuring a tissue body.
As shown in FIG. 2, in the conventional method of measuring a tissue body, a coating layer 34 including particles 33 is provided on a substrate 31, and a three-dimensional cell body 30 having a tissue body 32 is provided on the coating layer 34. use. The pulsation (movement) of the tissue body 32 is measured by observing the movement of the particles 33 contained in the coating layer 34. However, in this method, only the pulsation (movement) of the tissue adhered to the coating layer 34 can be measured, and the three-dimensional motion of the surface and the interior of the tissue cannot be measured.
As shown in FIG. 3, another conventional method for measuring a tissue uses a particle-containing three-dimensional tissue 40 having particles 43 on the surface of the tissue 42 on the substrate 41. By observing the movement of particles on the surface of the tissue body 42, the pulsation (movement) of the tissue body 42 is measured. However, in this method, only the pulsation (movement) of the surface of the tissue body 42 can be measured, and the pulsation (movement) inside and at the bottom of the tissue body cannot be measured.
On the other hand, by using the configuration of the particle-containing three-dimensional tissue body 20 described above and measuring with a measurement method described later, it is possible to measure the movement inside the tissue body.

粒子含有三次元組織体の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、30μm以上が好ましく、50μm以上がより好ましく、100μm以上が特に好ましい。平均厚みが、30μm以上であると、薬剤の浸透等、深さ方向の刺激に対する応答を検出することができる。厚みは、非侵襲的な観察手法として光干渉断層撮影(Optical Coherence Tomography)を用いる方法や、侵襲的な観察手法として作製組織体の切片を作製して光学顕微鏡にて厚みを測定することができる。平均厚みは、粒子含有三次元組織体の任意の5箇所の厚みの平均値から求めることができる。   There is no restriction | limiting in particular as average thickness of a particle | grain containing three-dimensional structure | tissue, Although it can select suitably according to the objective, 30 micrometers or more are preferable, 50 micrometers or more are more preferable, and 100 micrometers or more are especially preferable. When the average thickness is 30 μm or more, it is possible to detect a response to stimulation in the depth direction, such as drug penetration. Thickness can be measured with an optical microscope by using a method using optical coherence tomography as a non-invasive observation technique, or by preparing a section of a prepared tissue as an invasive observation technique. . The average thickness can be determined from the average value of the thicknesses at any five locations of the particle-containing three-dimensional structure.

粒子含有三次元組織体としては、平面視したときに、粒子の射影が互いに重ならない程度に、粒子の密度が十分疎であることが好ましい。平面視したときに、粒子の射影が互いに重ならない程度に、粒子の密度が十分疎であることにより、粒子は光の入射光に対して重ならず、後述する計測方法によって、より組織体の動きを容易に検出することができる。   As the particle-containing three-dimensional structure, it is preferable that the particle density is sufficiently sparse so that the projections of the particles do not overlap each other when viewed in plan. When viewed from above, the density of the particles is sufficiently sparse so that the projections of the particles do not overlap each other, so that the particles do not overlap the incident light. Movement can be easily detected.

図4は、粒子含有三次元組織体を、平面視したときの粒子含有三次元組織体の粒子を射影した一例を示す模式図である。図4に示すように、平面視したときの粒子含有三次元組織体の粒子53は、粒子の密度が十分疎であることから各々単一の粒子として視認することができ、また粒子53同士の距離は十分離れているため、組織体の挙動によって粒子53が移動した場合でも、各々が重なることはなく、十分単一粒子として視認し続けられ、後述の計測方法によって、粒子53の挙動が捉らえられ、延いては正確な拍動力を知ることができる。   FIG. 4 is a schematic diagram showing an example in which the particles of the particle-containing three-dimensional structure are projected when the particle-containing three-dimensional structure is viewed in plan. As shown in FIG. 4, the particles 53 of the particle-containing three-dimensional structure when viewed in plan can be visually recognized as single particles because the particle density is sufficiently sparse. Since the distance is sufficiently large, even when the particles 53 move due to the behavior of the tissue body, they do not overlap each other, and are continuously recognized as single particles, and the behavior of the particles 53 is captured by the measurement method described later. You can know the exact beat power.

<粒子>
粒子は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、細胞へ悪影響を与えず、かつ細胞の収縮(動き)を阻害しないことが好ましい。
<Particle>
The particles are not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. However, it is preferable that the particles do not adversely affect the cells and do not inhibit the contraction (movement) of the cells.

粒子の体積平均粒径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1μm以上50μm以下が好ましく、2μm以上20μm以下がより好ましく、5μm以上15μm以下がさらに好ましく、7μm以上10μm以下が特に好ましい。   The volume average particle diameter of the particles is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 1 μm or more and 50 μm or less, more preferably 2 μm or more and 20 μm or less, further preferably 5 μm or more and 15 μm or less, and more preferably 7 μm. The thickness is particularly preferably 10 μm or less.

粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、組織体と光学特性の異なる粒子が好ましい。
組織体と光学特性の異なる粒子としては、例えば、ポリスチレン粒子、ガラス粒子、金粒子、銀粒子、アルミナ粒子などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、ポリスチレン粒子が好ましい。
また、粒径や光学特性について異なる粒子を、厚み方向で見て各層(例えば、厚み方向の片側表面近傍(上層)と厚み方向の中央近傍(中層))にそれぞれ配置してもよい。
The particles are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. However, particles having optical properties different from those of the tissue body are preferable.
Examples of particles having optical properties different from those of the tissue body include polystyrene particles, glass particles, gold particles, silver particles, and alumina particles. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together. Among these, polystyrene particles are preferable.
Further, particles different in particle size and optical characteristics may be arranged in each layer (for example, near one surface in the thickness direction (upper layer) and near the center in the thickness direction (middle layer)) when viewed in the thickness direction.

粒子としては、表面に細胞接着性を有する成分を有することが好ましい。
細胞接着性を有する成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、フィブロネクチン、コラーゲン、フィブリノーゲン、ラミニン、ビトロネクチンなどが挙げられる。
The particles preferably have a cell adhesive component on the surface.
There is no restriction | limiting in particular as a component which has cell adhesiveness, According to the objective, it can select suitably, For example, fibronectin, collagen, fibrinogen, laminin, vitronectin etc. are mentioned.

粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、光学的計測手段を用いて検出可能であることが好ましい。
光学的計測手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、モアレ干渉法を用いた手段、スペックル干渉法を用いた手段、ホログラフィ法を用いた手段、デジタル画像相関法を用いた手段などが挙げられる。これらの中でも、スペックル干渉法を用いた手段が好ましい。
スペックル干渉法を用いた手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、位相差顕微鏡、光干渉断層撮影(Optical Coherence Tomography:OCT)装置などが挙げられる。これらの中でも、光干渉断層撮影装置が好ましい。
There is no restriction | limiting in particular as particle | grains, According to the objective, it can select suitably, For example, it is preferable that it can detect using an optical measuring means.
The optical measuring means is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, means using moire interferometry, means using speckle interferometry, means using holography, digital Examples include means using an image correlation method. Among these, means using speckle interferometry is preferable.
The means using the speckle interferometry is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a phase contrast microscope and an optical coherence tomography (OCT) apparatus. Among these, an optical coherence tomography apparatus is preferable.

粒子の含有量としては、粒子含有三次元組織体全量に対して、1質量%以上50質量%以下が好ましく、1質量%以上30質量%以下がより好ましく、5質量%以上20質量%以下が特に好ましい。含有量が、1質量%以上であると、組織体の拍動(動き)を正確に測定することができ、50質量%以下であると、粒子が組織体の接着、及び伸展を阻害しない。
また、粒子含有三次元組織体の、厚み方向の片側表面近傍、その逆側表面近傍、及び厚み方向の中央近傍の各単位における粒子の含有量としては、1質量%以上50質量%以下が好ましく、1質量%以上30質量%以下がより好ましく、5質量%以上20質量%以下が特に好ましい。含有量が、1質量%以上であると、組織体の拍動(動き)を正確に測定することができ、50質量%以下であると、粒子が組織体の接着、及び伸展を阻害しない。
The content of the particles is preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 30% by mass or less, and more preferably 5% by mass or more and 20% by mass or less with respect to the total amount of the particle-containing three-dimensional structure. Particularly preferred. When the content is 1% by mass or more, the pulsation (movement) of the tissue can be accurately measured, and when it is 50% by mass or less, the particles do not inhibit the adhesion and extension of the tissue.
In addition, the content of particles in each unit in the vicinity of one surface in the thickness direction, in the vicinity of the surface on the opposite side, and in the vicinity of the center in the thickness direction of the particle-containing three-dimensional structure is preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less. 1 mass% or more and 30 mass% or less are more preferable, and 5 mass% or more and 20 mass% or less are especially preferable. When the content is 1% by mass or more, the pulsation (movement) of the tissue can be accurately measured, and when it is 50% by mass or less, the particles do not inhibit the adhesion and extension of the tissue.

<組織体を構成する細胞>
組織体を構成する細胞としては、組織を形成する多細胞生物の細胞であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、動物細胞、植物細胞などが挙げられる。
<Cells that make up the tissue>
The cells constituting the tissue body are not particularly limited as long as they are cells of a multicellular organism forming the tissue, and can be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include animal cells and plant cells.

組織体を構成する細胞としては、収縮能を有する細胞が好ましく、拍動能を有する心筋細胞がより好ましく、外因的な刺激に対する収縮力の測定を行う際は心筋細胞である必要はなく、三次元組織体を形成可能な細胞を用いることもできる。   As the cells constituting the tissue body, cells having contractile ability are preferable, cardiomyocytes having pulsatile ability are more preferable, and when measuring contractile force against an exogenous stimulus, it is not necessary to be a cardiomyocyte, and three-dimensional Cells capable of forming a tissue can also be used.

拍動能を有する心筋細胞としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、iPS由来心筋細胞、マウス心筋細胞、ラット心筋細胞などが挙げられる。
三次元組織体を形成可能な細胞としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、iPS細胞、iPS細胞由来各種分化細胞、各種線維芽細胞などが挙げられる。
There is no restriction | limiting in particular as a cardiac muscle cell which has pulsation ability, According to the objective, it can select suitably, For example, iPS origin cardiac muscle cell, a mouse cardiac muscle cell, a rat cardiac muscle cell etc. are mentioned.
The cells capable of forming a three-dimensional tissue body are not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include iPS cells, various differentiated cells derived from iPS cells, and various fibroblasts.

組織体を構成する細胞の数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0.01×10個/cm〜100×10個/cmが好ましい。 There is no restriction | limiting in particular as the number of the cells which comprise a tissue body, Although it can select suitably according to the objective, 0.01 * 10 < 4 > / cm < 2 > -100 * 10 < 4 > / cm < 2 > is preferable.

<細胞接着性を有する基板(培養容器)>
細胞接着性を有する基板(培養容器)は、細胞接着性を有すれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、細胞接着性を有する容器、基板のコーティング層として接着性タンパク質により細胞接着性を付与できる容器などが挙げられる。
細胞接着性を有する容器としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、表面処理済みプラスチックディッシュなどが挙げられる。
接着性タンパク質により細胞接着性を付与できる容器としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラスボトムディッシュなどが挙げられる。
接着性タンパク質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、フィブロネクチン、コラーゲン、フィブリノーゲン、ラミニン、ビトロネクチンなどが挙げられる。
培養容器の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、平面形状のみならず、穴が開いた形状、メッシュ状、凹凸のある形状、ハニカム形状などが挙げられる。これらの中でも、平面形状が好ましい。
培養容器の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラス、各種ポリマーからなるプラスチック、濾紙、金属、ハイドロゲルなどが挙げられる。
培養容器としては、非孔質基材、多孔質基材、ファイバー、織布や不織布等の布や、例えば、ハイドロゲル表面、医療用材料表面、人工臓器表面、細胞膜のようなリン脂質膜等の上にも形成することができる。
<Substrate with cell adhesion (culture vessel)>
The substrate having cell adhesiveness (culture container) is not particularly limited as long as it has cell adhesiveness, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, it adheres as a container having cell adhesiveness or a coating layer of the substrate. Examples include containers capable of imparting cell adhesiveness with sex proteins.
There is no restriction | limiting in particular as a container which has cell adhesiveness, According to the objective, it can select suitably, For example, a surface-treated plastic dish etc. are mentioned.
There is no restriction | limiting in particular as a container which can provide cell adhesiveness with adhesive protein, According to the objective, it can select suitably, For example, a glass bottom dish etc. are mentioned.
There is no restriction | limiting in particular as adhesive protein, According to the objective, it can select suitably, For example, fibronectin, collagen, fibrinogen, laminin, vitronectin etc. are mentioned.
The shape of the culture vessel is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include not only a planar shape but also a shape with a hole, a mesh shape, an uneven shape, and a honeycomb shape. It is done. Among these, a planar shape is preferable.
There is no restriction | limiting in particular as a material of a culture container, According to the objective, it can select suitably, For example, glass, the plastics which consist of various polymers, filter paper, a metal, hydrogel etc. are mentioned.
Examples of culture containers include non-porous substrates, porous substrates, fibers, fabrics such as woven fabrics and non-woven fabrics, hydrogel surfaces, medical material surfaces, artificial organ surfaces, phospholipid membranes such as cell membranes, etc. It can also be formed on top.

培地としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Eagle’s MEM培地、Dulbecco’s Modified Eagle培地(DMEM)、Modified Eagle培地(MEM)、Minimum Essential培地、RDMI、GlutaMax培地、無血清培地などが挙げられる。   The medium is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, Eagle's MEM medium, Dulbecco's Modified Eagle medium (DMEM), Modified Eagle medium (MEM), Minimum Essential medium, RDMI , GlutaMax medium, serum-free medium and the like.

[粒子含有三次元組織体の作製方法]
粒子を含むエッペンチューブに、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)へ懸濁させた細胞を加え、粒子含有細胞懸濁液を得る。その後、コーティング処理した基材に、粒子含有細胞懸濁液を付与して、粒子含有三次元組織体を得ることができる。
また、コーティング層を有する基板に液滴形成装置(例えば、自社開発装置)を用いて、細胞を吐出する。その後、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)に粒子を含有する粒子含有液を、液滴形成装置(例えば、自社開発装置)を用いて細胞上に吐出する。次に、所定の時間経過後に、本工程を繰り返し行うことにより、粒子含有三次元組織体内部の任意箇所へポリスチレン粒子を配置した粒子含有三次元組織体を得ることができる。
所定の時間としては、2時間〜48時間が好ましく、3時間〜4時間がより好ましい。所定の時間が、2時間〜48時間であると、細胞同士がある程度隙間なく詰まるため、粒子の沈降を防ぐことができる。
[Method for producing particle-containing three-dimensional structure]
Cells suspended in phosphate buffered saline (PBS) are added to an Eppendorf tube containing particles to obtain a particle-containing cell suspension. Thereafter, a particle-containing cell suspension can be applied to the coated substrate to obtain a particle-containing three-dimensional tissue.
In addition, cells are discharged onto a substrate having a coating layer using a droplet forming device (for example, an in-house developed device). Thereafter, a particle-containing liquid containing particles in phosphate buffered saline (PBS) is discharged onto the cells using a droplet forming device (for example, an in-house developed device). Next, by repeating this step after a predetermined time has elapsed, a particle-containing three-dimensional structure in which polystyrene particles are arranged at arbitrary locations inside the particle-containing three-dimensional structure can be obtained.
The predetermined time is preferably 2 hours to 48 hours, and more preferably 3 hours to 4 hours. When the predetermined time is 2 hours to 48 hours, the cells are clogged to some extent without any gaps, so that sedimentation of particles can be prevented.

粒子含有三次元組織体としては、細胞及び粒子をインクジェット法を用いて吐出して三次元組織体を作製することが好ましい。インクジェット法を用いることにより、三次元組織体の収縮量(移動量)を算出するための光学的計測手段の測定面に対して角度を付けて、三次元組織体中に粒子を精密に配置する(重ならないように配置する)ことができる。   As the particle-containing three-dimensional structure, it is preferable to produce a three-dimensional structure by discharging cells and particles using an inkjet method. By using the ink jet method, the particles are precisely arranged in the three-dimensional tissue with an angle with respect to the measurement surface of the optical measuring means for calculating the contraction amount (movement amount) of the three-dimensional tissue. (Position so that they do not overlap).

(粒子含有三次元組織体の収縮計測方法、及び粒子含有三次元組織体の収縮計測装置)
本発明の粒子含有三次元組織体の収縮計測方法は、本発明の粒子含有三次元組織体を、光干渉断層撮影装置を用いて測定し、前記粒子の変位量を算出する粒子変位量算出工程と、前記粒子変位量算出工程により得られた粒子の変位量から前記細胞の収縮量を算出する細胞収縮量算出工程と、を含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。
粒子含有三次元組織体の収縮計測装置は、本発明の粒子含有三次元組織体を、光干渉断層撮影装置を用いて測定し、前記粒子の変位量を算出する粒子変位量算出手段と、前記粒子変位量算出手段により得られた粒子の変位量から前記細胞の収縮量を算出する細胞収縮量算出手段と、を有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
粒子含有三次元組織体の収縮計測方法は、粒子含有三次元組織体の収縮計測装置により好適に実施することができる。
(Method for measuring contraction of particle-containing three-dimensional structure and device for measuring contraction of particle-containing three-dimensional structure)
The method for measuring contraction of a particle-containing three-dimensional structure of the present invention is a particle displacement amount calculating step of measuring the particle-containing three-dimensional structure of the present invention using an optical coherence tomography apparatus and calculating the displacement amount of the particle. And a cell contraction amount calculating step of calculating the contraction amount of the cells from the particle displacement amount obtained by the particle displacement amount calculating step, and further including other steps as necessary.
The particle-containing three-dimensional tissue contraction measuring device measures the particle-containing three-dimensional tissue of the present invention using an optical coherence tomography apparatus, and calculates a particle displacement amount calculating means, Cell shrinkage amount calculating means for calculating the amount of contraction of the cells from the amount of particle displacement obtained by the particle displacement amount calculating means, and further having other means as necessary.
The method for measuring the contraction of the particle-containing three-dimensional tissue can be preferably carried out by a device for measuring the contraction of the particle-containing three-dimensional tissue.

図5は、粒子含有三次元組織体の収縮計測方法の一例を示すブロック図である。図5に示すように、粒子含有三次元組織体の収縮計測方法は、まず、単離した心筋細胞(単離心筋細胞)に、粒子を添加して、心筋細胞懸濁液を得る。得られた心筋細胞懸濁液を細胞接着性を有する基板に播種し、粒子含有三次元組織体を得る。次に、拍動が開始するまで培養する。次に、光干渉断層撮影装置を用いて、拍動(粒子)を観察し、粒子移動量を解析する。光干渉断層装置により取得された画像を用いて、三次元心筋組織体内へ含有された各粒子の単位時間当たりの移動量を画像解析(例えば、ソフトウェア名:ImageJ)にて導出する。次に、細胞の物性値(ばね定数:100mN/m)を用いて、フックの法則を基にした下記計算式より算出された粒子含有三次元組織体の収縮力を求めることができる。なお、画像解析は、ImageJを用いることができる。
F=G×L ・・・ 式
なお、式中、Fは、収縮力を表し、Gは、ばね定数を表し、Lは、粒子移動量を表す。
FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a method for measuring contraction of a particle-containing three-dimensional tissue. As shown in FIG. 5, in the method for measuring contraction of a particle-containing three-dimensional tissue, first, particles are added to isolated cardiomyocytes (isolated cardiomyocytes) to obtain a cardiomyocyte suspension. The obtained cardiomyocyte suspension is seeded on a substrate having cell adhesiveness to obtain a particle-containing three-dimensional tissue. The culture is then continued until pulsation begins. Next, using an optical coherence tomography apparatus, pulsation (particles) is observed and the amount of particle movement is analyzed. Using the image acquired by the optical coherence tomography apparatus, the movement amount per unit time of each particle contained in the three-dimensional myocardial tissue is derived by image analysis (for example, software name: ImageJ). Next, using the physical property value of the cell (spring constant: 100 mN / m), the contractile force of the particle-containing three-dimensional structure calculated from the following calculation formula based on Hooke's law can be obtained. ImageJ can be used for image analysis.
F = G × L Expression In the expression, F represents contractile force, G represents a spring constant, and L represents a particle movement amount.

組織体の培養としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜、培養温度、培養時間などを選択することができる。
培養温度としては、4℃〜60℃が好ましく、20℃〜40℃がより好ましく、30℃〜37℃が特に好ましい。
培養時間としては、1時間〜240時間が好ましく、72時間〜120時間がより好ましく、96時間〜120時間が特に好ましい。培養時間が、1時間〜240時間であると、細胞間の結合状態が安定化する。
There is no restriction | limiting in particular as culture | cultivation of a tissue body, According to the objective, culture | cultivation temperature, culture | cultivation time, etc. can be selected suitably.
As culture | cultivation temperature, 4 to 60 degreeC is preferable, 20 to 40 degreeC is more preferable, and 30 to 37 degreeC is especially preferable.
The culture time is preferably 1 hour to 240 hours, more preferably 72 hours to 120 hours, and particularly preferably 96 hours to 120 hours. When the culture time is 1 to 240 hours, the binding state between the cells is stabilized.

<粒子変位量算出工程、及び粒子変位量算出手段>
粒子変位量算出工程は、後方散乱光情報取得処理を含み、更に必要に応じてその他の処理を含む。
粒子変位量算出手段は、後方散乱光情報取得部を有し、更に必要に応じてその他の部材を有する。
粒子変位量算出工程は、粒子変位量算出手段により好適に実施することができる。
<Particle displacement calculation step and particle displacement calculation means>
The particle displacement amount calculation step includes backscattered light information acquisition processing, and further includes other processing as necessary.
The particle displacement amount calculation means includes a backscattered light information acquisition unit, and further includes other members as necessary.
The particle displacement amount calculating step can be preferably performed by a particle displacement amount calculating means.

<<後方散乱光情報取得処理、及び後方散乱光情報取得部>>
後方散乱光情報取得処理は、粒子含有三次元組織体に対して、少なくとも2つの異なる時刻において、光を照射して粒子含有三次元組織体からの後方散乱光の情報を取得する処理である。
後方散乱光情報取得部は、粒子含有三次元組織体に対して、少なくとも2つの異なる時刻において、光を照射して粒子含有三次元組織体からの後方散乱光の情報を取得する部材である。
後方散乱光情報取得部とは、後方散乱光の情報を取得するための部材を意味する。
なお、光の情報とは、例えば、光の強度を意味し、分光検出器においては、周波数毎の光の強度情報である。
<< Backscattered light information acquisition process and backscattered light information acquisition unit >>
The backscattered light information acquisition process is a process of irradiating light on the particle-containing three-dimensional tissue at at least two different times to acquire information on the backscattered light from the particle-containing three-dimensional tissue.
The backscattered light information acquisition unit is a member that acquires information on backscattered light from the particle-containing three-dimensional tissue by irradiating the particle-containing three-dimensional tissue with light at at least two different times.
A backscattered light information acquisition part means the member for acquiring the information of backscattered light.
The light information means, for example, the light intensity. In the spectroscopic detector, the light information is light intensity information for each frequency.

少なくとも2つの異なる時刻としては、例えば、時系列で時刻Δt〜nΔtのn時の時点における時刻などが挙げられる。少なくとも2つの異なる時刻としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、多いほうが、粒子含有三次元組織体の変位量をより詳細に評価することができるため好ましい。時刻Δt〜nΔtにおいて、複数の後方散乱光の情報を取得することにより、粒子含有三次元組織体の収縮量をより詳細に算出することができる。   The at least two different times include, for example, the time at the time of n o'clock of time Δt to nΔt in time series. The at least two different times are not particularly limited and may be appropriately selected according to the purpose. However, a larger number is preferable because the displacement amount of the particle-containing three-dimensional structure can be evaluated in more detail. By acquiring information on a plurality of backscattered light at times Δt to nΔt, the amount of contraction of the particle-containing three-dimensional tissue body can be calculated in more detail.

また、粒子含有三次元組織体に光を照射する領域としては、特に制限されず、目的に応じて適宜選択でき、例えば、特定の一部分のみの粒子含有三次元組織体の状態を評価したい場合は、当該一部領域のみに光を照射すればよく、粒子含有三次元組織体全体の状態を評価したい場合は、粒子含有三次元組織体全体に光を照射すればよい。   In addition, the region for irradiating light to the particle-containing three-dimensional structure is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, when it is desired to evaluate the state of the particle-containing three-dimensional structure only for a specific part. In order to evaluate the state of the entire particle-containing three-dimensional structure, it is sufficient to irradiate the entire particle-containing three-dimensional structure.

図6Aは、本発明の粒子含有三次元組織体の収縮計測方法の一例を示す模式図である。図6Bは、時刻tにおける粒子含有三次元組織体中の粒子の位置を示す模式図である。図6Cは、時刻tにおける粒子含有三次元組織体中の粒子の位置を示す模式図である。図6Dは、時刻tからtへの粒子の移動量を示す模式図である。
図6Aに示すように、粒子含有三次元組織体90は、基材(培養容器)91に、必要に応じてコーティング層としてコラーゲンゲル94を有し、コラーゲンゲル94上に粒子93を含有する組織体92を有する。組織体92は、必要に応じて適宜、培地95に浸漬していてもよい。粒子含有三次元組織体90を粒子含有三次元組織体の収縮計測装置100を用いて測定することにより時刻Δt〜nΔtにおける粒子の位置を算出することができる。図6Bに示すように、時刻tにおける粒子含有三次元組織体中の粒子93の位置に対して、図6Cに示すように、時刻tにおける粒子含有三次元組織体中の粒子93’の位置は組織体92の変位に伴い、変位(移動)する。
図6Dに示すように、図6Bに示す時刻tにおける粒子含有三次元組織体中の粒子93の位置(X)と、図6Cに示す時刻tにおける粒子含有三次元組織体中の粒子93’の位置(X)とから、下記式(1)に示すように粒子移動量を算出することができる。また、下記式(2)に示すように移動速度を算出することができる。
粒子移動量=X−X ・・・ 式(1)
移動速度=(X−X)×(t−t) ・・・ 式(2)
FIG. 6A is a schematic diagram illustrating an example of a shrinkage measurement method for a particle-containing three-dimensional tissue according to the present invention. FIG. 6B is a schematic diagram showing the positions of particles in the particle-containing three-dimensional tissue at time t 0 . FIG. 6C is a schematic diagram showing the positions of the particles in the particle-containing three-dimensional structure at time t 1 . FIG. 6D is a schematic diagram showing the amount of movement of particles from time t 0 to t 1 .
As shown in FIG. 6A, a particle-containing three-dimensional tissue body 90 has a collagen gel 94 as a coating layer on a base material (culture vessel) 91 as necessary, and a tissue containing particles 93 on the collagen gel 94. It has a body 92. The tissue body 92 may be appropriately immersed in the medium 95 as necessary. By measuring the particle-containing three-dimensional structure 90 using the particle-containing three-dimensional structure shrinkage measuring apparatus 100, the position of the particle at time Δt to nΔt can be calculated. As shown in FIG. 6B, with respect to the position of the particle 93 in the particle-containing three-dimensional structure at time t 0 , as shown in FIG. 6C, the particle 93 ′ in the particle-containing three-dimensional structure at time t 1 The position is displaced (moved) as the tissue body 92 is displaced.
As shown in FIG. 6D, the position (X 0 ) of the particle 93 in the particle-containing three-dimensional structure at time t 0 shown in FIG. 6B and the particle in the particle-containing three-dimensional structure at time t 1 shown in FIG. 6C. From the position of 93 ′ (X 1 ), the particle movement amount can be calculated as shown in the following formula (1). Further, the moving speed can be calculated as shown in the following formula (2).
Particle movement amount = X 1 −X 0 Formula (1)
Movement speed = (X 1 −X 0 ) × (t 1 −t 0 ) (2)

後方散乱光情報取得処理、及び後方散乱光情報取得部において、粒子含有三次元組織体に対して光を照射する際、照射する光を測定光と参照光とに分割し、測定光を粒子含有三次元組織体に照射して粒子含有三次元組織体からの後方散乱光の情報を得ると共に、後方散乱光と参照光との干渉光の情報を取得することが好ましい。
光としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、光干渉断層撮影を行う際には様々な波長を有するインコヒーレント光などが挙げられる。
分割とは、照射する光を測定光と参照光とに分けることを意味する。
光としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、900nm、930nm、1,300nm、又は1,325nmの中心波長で動作するスーパールミネッセンスダイオード、中心波長1,060nm、1,310nm、又は1,550nmで動作する波長掃引型のレーザーなどが挙げられる。
照射とは、所定の位置に一定時間留まって光が射出されている状態を意味する。
後方散乱光とは、光ファイバー中で前進する光に対して後方に反射して戻る光を意味する。
測定光とは、粒子含有三次元組織体を測定するための光を意味する。
参照光とは、光束を2つに分割し、一方の波面(光路)に対して、他方の波面(光路)がどれだけ違っているかを調べるための基準となる波面を意味する。
干渉光とは、後方散乱光と参照光との重畳光を意味する。
In the backscattered light information acquisition process and backscattered light information acquisition unit, when irradiating light to the particle-containing three-dimensional tissue, the light to be irradiated is divided into measurement light and reference light, and the measurement light contains particles It is preferable to obtain information on the backscattered light from the particle-containing three-dimensional structure by irradiating the three-dimensional structure and obtain information on the interference light between the backscattered light and the reference light.
There is no restriction | limiting in particular as light, According to the objective, it can select suitably, For example, when performing optical coherence tomography, incoherent light etc. which have various wavelengths are mentioned.
The division means to divide the irradiated light into measurement light and reference light.
The light is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, a superluminescent diode operating at a center wavelength of 900 nm, 930 nm, 1,300 nm, or 1,325 nm, a center wavelength of 1,060 nm, Examples include a wavelength sweep type laser that operates at 1,310 nm or 1,550 nm.
Irradiation means a state in which light remains emitted at a predetermined position for a certain period of time.
Backscattered light refers to light that reflects back and returns to light traveling forward in the optical fiber.
The measurement light means light for measuring the particle-containing three-dimensional tissue.
The reference light means a wavefront that is a reference for examining how much the other wavefront (optical path) is different from one wavefront (optical path) by dividing the light beam into two.
Interference light means superimposed light of backscattered light and reference light.

後方散乱光の取得としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、光干渉断層撮影(Optical Coherence Tomography:OCT)装置を用いることができる。
光干渉断層撮影(OCT)装置は、非侵襲、及び非接触にて測定できることから、眼科における生体組織の高解像度な断層画像を取得する方法として広く使用されている。
光干渉断層撮影においては、一次元の深さ方向の測定データをAスキャンデータ、二次元画像をBスキャン像、及び三次元画像をCスキャン像と呼ぶ。
There is no restriction | limiting in particular as acquisition of backscattered light, According to the objective, it can select suitably, For example, an optical coherence tomography (Optical Coherence Tomography: OCT) apparatus can be used.
An optical coherence tomography (OCT) apparatus is widely used as a method for acquiring a high-resolution tomographic image of a living tissue in ophthalmology because it can be measured non-invasively and non-contactly.
In optical coherence tomography, one-dimensional depth measurement data is called A scan data, a two-dimensional image is called a B scan image, and a three-dimensional image is called a C scan image.

光干渉断層撮影(OCT)装置においては、例えば、タイムドメイン方式、フーリエドメイン方式などが挙げられる。これらの中でも、フーリエドメイン方式が好ましい。
タイムドメイン方式としては、例えば、タイムドメインOCTなどが挙げられる。
フーリエドメイン方式としては、例えば、スペクトルドメインOCT、光周波数掃引OCTなどが挙げられる。
タイムドメインOCTとしては、ミラーを動かして参照光の光路長を機械的に変化させながら参照光を得、参照光と後方散乱光を重畳して干渉光の情報を得て断層画像取得を行う。
スペクトルドメインOCTとしては、分光・検出器を用いてスペクトル情報を検出して断層画像取得を行う。
光周波数掃引OCTとしては、波長走査光源を用いてスペクトル干渉信号を検出して断層画像取得を行う。
干渉信号とは、周波数と時間との要素を持つ三次元的な情報を意味する。
断層画像とは、任意の断面層だけを明瞭に撮影した画像を意味する。
In an optical coherence tomography (OCT) apparatus, for example, a time domain method, a Fourier domain method, or the like can be given. Among these, the Fourier domain method is preferable.
Examples of the time domain method include time domain OCT.
Examples of the Fourier domain method include spectral domain OCT, optical frequency sweep OCT, and the like.
As the time domain OCT, the reference light is obtained while moving the mirror to mechanically change the optical path length of the reference light, and the tomographic image is obtained by superimposing the reference light and the backscattered light to obtain information on the interference light.
As the spectral domain OCT, the spectral information is detected using a spectroscope / detector to obtain a tomographic image.
As an optical frequency sweep OCT, a tomographic image is acquired by detecting a spectrum interference signal using a wavelength scanning light source.
The interference signal means three-dimensional information having frequency and time elements.
A tomographic image means an image obtained by clearly photographing only an arbitrary cross-sectional layer.

フーリエドメイン方式のOCTとしては、取得するスペクトル干渉信号をフーリエ変換して深さ情報(透過光又は反射光の強度信号)を得るため、タイムドメイン方式のようにOCT撮影時にはミラーを動かして参照光の光路長変化する(これを通常Aスキャンという)操作を必要としない。これにより、タイムドメイン方式のOCTに比べて格段に速い速度で断層画像を取得することができる。そのため、近年は、主に、フーリエドメイン方式のOCTが採用されるようになっている。   In the Fourier domain type OCT, the acquired spectral interference signal is Fourier transformed to obtain depth information (transmitted light or reflected light intensity signal), so that the reference light is moved by moving the mirror during OCT imaging as in the time domain type. No operation is required to change the optical path length (this is usually referred to as A scan). Thereby, a tomographic image can be acquired at a remarkably high speed compared with time domain OCT. Therefore, in recent years, mainly Fourier domain OCT has been adopted.

図7は、フーリエドメイン方式の粒子含有三次元組織体の収縮計測装置の一例を示す模式図である。図7に示すように、フーリエドメイン方式のOCTの原理に従った粒子含有三次元組織体の収縮計測装置100は、光線束102を生成する光源101と、マイケルソン干渉計装置と、レンズによって絞られた測定光106を、粒子含有三次元組織体内を空間的に走査するためのビーム偏向装置150と、測定光106を、調査する三次元形状を有する粒子含有三次元組織体140に向け照射し、測定光106を集光するレンズ160と、を有する。
測定光106は、粒子含有三次元組織体に照射されると、多重散乱光111、多重前方散乱光113、後方散乱光112に分かれる。
マイケルソン干渉計装置は、光線束102のビームを、参照光104と、測定光106と、に分離することができる。さらに、マイケルソン干渉計装置は、ミラー130により逆方向に偏向された参照光104と、レンズ160を通して反射波面128を形成する粒子含有三次元組織体から反射する後方散乱光112と、を重ね合わせて干渉光(重畳光)108を形成する装置(ビームスプリッタ)120を有する。
粒子含有三次元組織体の収縮計測装置100は、さらに回折格子とアレイディテクタからなる分光器170を有し、参照光104と粒子含有三次元組織体140で反射して戻ってきた後方散乱光112を合波して形成された干渉波面118を形成する干渉光108を干渉信号として検出し、得られた分光スペクトルをフーリエ変換することにより粒子含有三次元組織体140の深さ情報を得ることができる。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of a Fourier domain type particle-containing three-dimensional tissue shrinkage measurement apparatus. As shown in FIG. 7, a contraction measuring apparatus 100 for a particle-containing three-dimensional tissue conforming to the principle of Fourier-domain OCT includes a light source 101 that generates a light bundle 102, a Michelson interferometer apparatus, and a lens. The measurement light 106 is irradiated to a beam deflecting device 150 for spatially scanning the inside of the particle-containing three-dimensional tissue, and the measurement light 106 is directed toward the particle-containing three-dimensional structure 140 having a three-dimensional shape to be investigated. And a lens 160 that condenses the measurement light 106.
When the measurement light 106 is irradiated onto the particle-containing three-dimensional tissue, it is divided into multiple scattered light 111, multiple forward scattered light 113, and back scattered light 112.
The Michelson interferometer apparatus can separate the beam of the light beam 102 into reference light 104 and measurement light 106. Further, the Michelson interferometer apparatus superimposes the reference light 104 deflected in the reverse direction by the mirror 130 and the backscattered light 112 reflected from the particle-containing three-dimensional tissue forming the reflected wavefront 128 through the lens 160. And a device (beam splitter) 120 that forms interference light (superimposed light) 108.
The particle-containing three-dimensional tissue contraction measuring apparatus 100 further includes a spectroscope 170 including a diffraction grating and an array detector, and backscattered light 112 reflected by the reference light 104 and the particle-containing three-dimensional tissue 140 and returned. The interference light 108 forming the interference wavefront 118 formed by combining the two is detected as an interference signal, and the obtained spectral spectrum is Fourier transformed to obtain depth information of the particle-containing three-dimensional structure 140. it can.

光干渉断層撮影(OCT)における奥行き分解能としては、光の時間遅延の測定分解能によって決まる。
低コヒーレンス干渉における奥行き分解能としては、光の電界の自己相関関数の幅によって与えられる。自己相関関数は、光源の波長スペクトル幅の逆数に比例する。ガウス型のスペクトルの場合、奥行き分解能は、下記式(3)によって求めることができる(空気中)。
The depth resolution in optical coherence tomography (OCT) is determined by the measurement resolution of the time delay of light.
Depth resolution in low coherence interference is given by the width of the autocorrelation function of the electric field of light. The autocorrelation function is proportional to the reciprocal of the wavelength spectrum width of the light source. In the case of a Gaussian spectrum, the depth resolution can be obtained by the following equation (3) (in the air).

式(3)中、Δzは自己相関関数の半値全幅を表し、Δλは波長パワースペクトルの半値全幅を表し、λcは光源の中心波長を表す。 In Expression (3), Δz represents the full width at half maximum of the autocorrelation function, Δλ represents the full width at half maximum of the wavelength power spectrum, and λc represents the center wavelength of the light source.

横方向の分解能としては、使用するレンズの開口数(NA)と、光源の中心波長(λ)で決まり、レンズで集光した際のスポットサイズWは、下記式(4)によって求めることができる(空気中)。 The lateral resolution is determined by the numerical aperture (NA) of the lens to be used and the center wavelength (λ) of the light source, and the spot size W 0 when condensed by the lens can be obtained by the following equation (4). Yes (in the air)

粒子含有三次元組織体140に、照射された測定光106は、粒子含有三次元組織体140内で、多重散乱光111や、多重前方散乱光113、多重後方散乱光、単一前方散乱光、後方散乱光112などにより、波面が乱れた状態で反射される。反射された後方散乱光112と、参照光104とを合波して得られた干渉信号はスペックル画像となって検出される。このスペックル画像は、粒子含有三次元組織体などが変位することにより、前記スペックル画像も粒子含有三次元組織体の収縮(変位)に応じて収縮(変位、移動)する。 The measurement light 106 irradiated to the particle-containing three-dimensional structure 140 is subjected to the multiple scattered light 111, the multiple forward scattered light 113, the multiple backscattered light, the single forward scattered light, Reflected by the backscattered light 112 or the like in a state where the wavefront is disturbed. The interference signal obtained by combining the reflected backscattered light 112 and the reference light 104 is detected as a speckle image. The speckle image is contracted (displaced, moved) in accordance with the contraction (displacement) of the particle-containing three-dimensional tissue when the particle-containing three-dimensional tissue is displaced.

光源としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、波長930nmのスーパールミネッセンスダイオードなどが挙げられる。   There is no restriction | limiting in particular as a light source, According to the objective, it can select suitably, For example, the super luminescence diode etc. of wavelength 930nm are mentioned.

少なくとも異なる2つの時刻としては、粒子含有三次元組織体に対して試薬を投与する前後の時刻であることが好ましい。粒子含有三次元組織体に対して試薬を投与する前後の時刻で、断層画像を取得することにより、三次元形状を有する粒子含有三次元組織体の動きの評価結果に基づいて、薬剤が三次元形状を有する粒子含有三次元組織体に与える影響を評価することができる。
試薬を投与する前後の時刻とは、試薬を投与する前の時刻、及び試薬を投与した後の時刻を意味する。
試薬を投与した後の時刻としては、投与直後であってもよく、刺激による反応が落ち着いた時刻であってもよい。
The at least two different times are preferably times before and after the reagent is administered to the particle-containing three-dimensional tissue. By acquiring tomographic images at the time before and after the reagent is administered to the particle-containing three-dimensional tissue, the drug is three-dimensional based on the evaluation result of the movement of the particle-containing three-dimensional tissue having a three-dimensional shape. The influence on the particle-containing three-dimensional structure having a shape can be evaluated.
The time before and after the reagent is administered means the time before the reagent is administered and the time after the reagent is administered.
The time after administration of the reagent may be immediately after administration, or may be the time when the reaction due to stimulation has settled.

試薬としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、薬効の評価を行う試薬、毒性の評価を行う試薬などが挙げられる。   There is no restriction | limiting in particular as a reagent, According to the objective, it can select suitably, For example, the reagent which evaluates medicinal effect, the reagent which evaluates toxicity, etc. are mentioned.

薬効の評価を行う試薬としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、オキサゾロン、ベンゾキノン、2,4−ジニトロコロベンジン、4−フェニレンジアミン、グルタルアルデヒド、ベンゾイルペルオキシド、4−メチルアミノフェノール硫酸塩、ホルムアルデヒド、シンナムアルデヒド、エチレンジアミン、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、イソオイゲノール、硫酸ニッケル(II)、ベンジリデンアセトン、2−ノニン酸メチル、サリチル酸ベンジル、ジエチレントリアミン、チオグリセロール、2−メルカプトベンゾチアゾール、フェニルアセトアルデヒド、ヘキシルシンナムアルデヒド、ジヒドロオイゲノール、ベンゾイソチアゾリオーネ、シトラール、レゾルシノール、安息香酸フェニル、オイゲノール、アビエチン酸、アミノ安息香酸エチル、ベンジルシンナメート、シンナミルアルコール、ヒドロキシシトロネラール、イミダゾリジニル尿素、ブチルグリシジルエーテル、エチレングリコールジメタクリラート、グリオキサール、4−ニトロベンジルブロミドなどが挙げられる。
毒性の評価を行う試薬としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、塩化亜鉛、1−ブタノール、安息香酸、エチルバニリン、4−ヒドロキシ安息香酸、スルファニル酸、酒石酸、サリチル酸メチル、サリチル酸、ラウリル硫酸ナトリウム、乳酸、ベンジルアルコール、デキストラン、ジエチルフタレート、グリセロール、プロピルパラベン、Tween80、ジメチルイソフタレート、フェノール、クロロベンゼン、スルファニルアミド、オクタン酸などが挙げられる。
The reagent for evaluating the medicinal effect is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, oxazolone, benzoquinone, 2,4-dinitrocolobendin, 4-phenylenediamine, glutaraldehyde, benzoyl peroxide, 4-methylaminophenol sulfate, formaldehyde, cinnamaldehyde, ethylenediamine, 2-hydroxyethyl acrylate, isoeugenol, nickel (II) sulfate, benzylideneacetone, methyl 2-noninate, benzyl salicylate, diethylenetriamine, thioglycerol, 2- Mercaptobenzothiazole, phenylacetaldehyde, hexylcinnamaldehyde, dihydroeugenol, benzisothiazolyone, citral, resorcinol, phenyl benzoate, euge Lumpur, abietic acid, ethyl aminobenzoate, benzyl cinnamate, cinnamyl alcohol, hydroxy citronellal, imidazolidinyl urea, butyl glycidyl ether, ethylene glycol dimethacrylate, glyoxal, and 4-nitrobenzyl bromide and the like.
The reagent for evaluating toxicity is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, zinc chloride, 1-butanol, benzoic acid, ethyl vanillin, 4-hydroxybenzoic acid, sulfanilic acid, tartaric acid , Methyl salicylate, salicylic acid, sodium lauryl sulfate, lactic acid, benzyl alcohol, dextran, diethyl phthalate, glycerol, propylparaben, Tween 80, dimethyl isophthalate, phenol, chlorobenzene, sulfanilamide, octanoic acid and the like.

<細胞収縮量算出工程、及び細胞収縮量算出手段>
細胞収縮量算出工程は、粒子変位量算出工程により得られた粒子の変位量から細胞の収縮量を算出する工程である。
細胞収縮量算出手段は、粒子変位量算出手段により得られた粒子の変位量から細胞の収縮量を算出する手段である。
細胞収縮量算出工程は、細胞収縮量算出手段により好適に実施することができる。
<Cell contraction amount calculating step and cell contraction amount calculating means>
The cell contraction amount calculating step is a step of calculating the cell contraction amount from the particle displacement amount obtained by the particle displacement amount calculating step.
The cell contraction amount calculating means is a means for calculating the contraction amount of the cell from the particle displacement amount obtained by the particle displacement amount calculating means.
The cell contraction amount calculating step can be suitably performed by a cell contraction amount calculating means.

細胞収縮量算出工程は、少なくとも2つの異なる時刻における後方散乱光の情報に基づき、粒子含有三次元組織体の収縮量を算出する工程である。
細胞収縮量算出手段は、少なくとも2つの異なる時刻における後方散乱光の情報に基づき、粒子含有三次元組織体の収縮量を算出する手段である。
細胞収縮量算出工程は、細胞収縮量算出手段を用いて好適に実施することができる。
The cell contraction amount calculating step is a step of calculating the contraction amount of the particle-containing three-dimensional tissue based on the information of the backscattered light at at least two different times.
The cell contraction amount calculation means is a means for calculating the contraction amount of the particle-containing three-dimensional tissue based on the information of the backscattered light at at least two different times.
The cell contraction amount calculating step can be suitably performed using a cell contraction amount calculating means.

細胞収縮量算出工程、及び細胞収縮量算出手段は、干渉光に基づく干渉信号から断層画像を得て、少なくとも2つの異なる時刻における、複数の断層画像を比較して粒子含有三次元組織体の収縮量を算出することが好ましい。
複数の断層画像を比較とは、複数の断層画像を用いて、断層画像どうしを比べることを意味する。
収縮量を算出するとは、粒子含有三次元組織体の収縮を見定めることを意味する。
細胞収縮量算出手段とは、細胞の収縮量を算出するための手段を意味する。
The cell contraction amount calculating step and the cell contraction amount calculating means obtain a tomographic image from the interference signal based on the interference light, and compare the plurality of tomographic images at at least two different times to contract the particle-containing three-dimensional tissue body. It is preferred to calculate the amount.
Comparing a plurality of tomographic images means comparing tomographic images using a plurality of tomographic images.
Calculation of the amount of contraction means determining the contraction of the particle-containing three-dimensional tissue.
The cell contraction amount calculation means means for calculating the contraction amount of cells.

細胞収縮量算出工程、及び細胞収縮量算出手段において、断層画像が、複数の画素により表された三次元形状を有する粒子含有三次元組織体のスペックルパターンの撮像(以下、「スペックル画像」とも称することがある)であり、複数の断層画像の比較が、複数のスペックル画像どうしの相互相関関数(以下、「相関パターン」とも称することがある)を算出することにより行われることが好ましい。
複数の画素とは、元の画像から相関を計算する領域を切り出した部分の画素を意味する。
また、細胞収縮量算出工程、及び細胞収縮量算出手段において、複数のスペックル画像どうしの相互相関関数の算出が、前記スペックル画像における特定画素毎に行われることが好ましい。
相互相関関数の算出とは、信号を一定時間ずらしたときに、元の信号とどの程度関係があるかを計算して結果の値を出すことを意味する。
特定画素毎に行われるとは、特定の画素において行うことを意味する。
In the cell contraction amount calculation step and the cell contraction amount calculation means, the tomographic image is obtained by capturing a speckle pattern of a particle-containing three-dimensional tissue having a three-dimensional shape represented by a plurality of pixels (hereinafter, “speckle image”). The comparison between the plurality of tomographic images is preferably performed by calculating a cross-correlation function (hereinafter also referred to as “correlation pattern”) between the plurality of speckle images. .
A plurality of pixels means a portion of pixels obtained by cutting out a region for calculating correlation from the original image.
In the cell contraction amount calculation step and the cell contraction amount calculation means, it is preferable that the calculation of the cross-correlation function between the plurality of speckle images is performed for each specific pixel in the speckle image.
The calculation of the cross-correlation function means calculating the degree of the relationship with the original signal when the signal is shifted for a certain time, and obtaining a result value.
To be performed for each specific pixel means to be performed for a specific pixel.

スペックル画像を連続するフレーム間で相関演算して、スペックル画像のパターンの経時的変化から、粒子含有三次元組織体の変位(移動)を求めることができる。なお、求められた変位を積算することにより総変位を求めることができる。また、求められた変位をフレームレートで割ることにより粒子含有三次元組織体の収縮(変位、移動)の収縮(移動)速度及び加速度を求めることができる。時刻t=nΔtに測定したスペックルパターンの撮像結果(以下、「画像パターン」とも称することがある)をf(n)(=f(n)ij)と表記する。ただし、添え字i,jは、それぞれ、検出したスペックル画像の画素の位置を表す。例えば、f(3)23は、時刻t=3Δtにおいて、i方向に2つ目、その直交方向であるj方向に3つ目の画素の画素値を意味する。なお、特に断らない限り、画像パターンをf(n)と表記する。特定の画素i,jの画素値を意味する場合、画像パターンをf(n)ijと表記する。
画像パターンf(n)を受信すると、その画像パターンf(n)とその前に受信した画像パターンf(n−1)とを用いて、下記式(5)から相互相関関数を求める。
f(n)★f(n−1)≡F−1[LCF[f(n)]F[f(n−1)]*] ・・・式(5)
ただし、記号“★”は相互相関演算子、関数LCは低周波数除去パターン、関数F[f]は関数fの離散フーリエ変換、関数F−1[f]は関数fの逆離散フーリエ変換、記号F*はFの複素共役である。式(5)によれば、離散フーリエ変換を用いることで相互相関関数の高速演算が可能になる。
The displacement (movement) of the particle-containing three-dimensional tissue body can be obtained from the temporal change in the pattern of the speckle image by performing a correlation operation between the speckle images. Note that the total displacement can be obtained by integrating the obtained displacements. Moreover, the contraction (movement) speed and acceleration of contraction (displacement, movement) of the particle-containing three-dimensional tissue can be obtained by dividing the obtained displacement by the frame rate. The speckle pattern imaging result (hereinafter also referred to as “image pattern”) measured at time t = nΔt is expressed as f (n) (= f (n) ij). However, the subscripts i and j each represent the position of the pixel of the detected speckle image. For example, f (3) 23 means the pixel value of the second pixel in the i direction and the third pixel in the j direction that is the orthogonal direction at the time t = 3Δt. Unless otherwise specified, the image pattern is expressed as f (n). When the pixel value of a specific pixel i, j is meant, the image pattern is expressed as f (n) ij.
When the image pattern f (n) is received, a cross-correlation function is obtained from the following equation (5) using the image pattern f (n) and the previously received image pattern f (n−1).
f (n) * f (n-1) ≡F-1 [LCF [f (n)] F [f (n-1)] *] (5)
However, the symbol “★” is a cross-correlation operator, the function LC is a low frequency removal pattern, the function F [f] is a discrete Fourier transform of the function f, the function F-1 [f] is an inverse discrete Fourier transform of the function f, a symbol F * is the complex conjugate of F. According to Equation (5), high-speed calculation of the cross-correlation function is possible by using the discrete Fourier transform.

低周波数除去パターンとしては、128×32画素のうちの中心画素及びその周囲の3×3画素の画素値をゼロ、その他の画素値を1とするパターンである。式(5)において、低周波数除去パターンLCとの積を取ることにより、画像パターンの背景除去処理が施される。なお、低周波数除去パターンLCは、予め実験等により、背景分布(バックグラウンド)を良好に除去できるように定めることとする。これにより、粒子含有三次元組織体の収縮(変位)を高精度で求めることができる。   The low frequency removal pattern is a pattern in which the pixel value of the central pixel and the surrounding 3 × 3 pixels out of 128 × 32 pixels are set to zero, and the other pixel values are set to 1. In equation (5), the background removal processing of the image pattern is performed by taking the product with the low frequency removal pattern LC. Note that the low frequency removal pattern LC is determined in advance so that the background distribution (background) can be satisfactorily removed by experiments or the like. Thereby, contraction (displacement) of the particle-containing three-dimensional tissue can be obtained with high accuracy.

図8は、本発明の粒子含有三次元組織体の収縮計測方法により得られる相互相関関数の一例を表すグラフである。低周波除去を行わない相関パターンでは、緩やかな山状の分布の中にスペックルパターンに由来する鋭いピークの先端が僅かに現れるにすぎないが、これに対して、図8に示すように、相関パターンでは、緩やかな山状の分布は現れず、振幅の小さいノイズの中にスペックルパターンに由来する鋭いピークのほぼ全体が現れている。このように、画像パターンの背景除去処理を施すことにより、相関パターンにおいて背景分布(バックグラウンド)が除去されてスペックルパターンに由来するピークがはっきりと現れ、その結果、ピークの位置を高精度で求めることができる。   FIG. 8 is a graph showing an example of a cross-correlation function obtained by the method for measuring contraction of a particle-containing three-dimensional structure according to the present invention. In the correlation pattern that does not perform low-frequency removal, only a sharp peak tip derived from the speckle pattern appears in a gentle mountain-shaped distribution, whereas, as shown in FIG. In the correlation pattern, a gentle mountain distribution does not appear, and almost the entire sharp peak derived from the speckle pattern appears in noise with a small amplitude. In this way, by performing the background removal processing of the image pattern, the background distribution (background) is removed from the correlation pattern, and the peak derived from the speckle pattern appears clearly. As a result, the peak position can be accurately determined. Can be sought.

相互相関関数を解析して前記複数の画素のピッチ単位の第1変位と、前記ピッチ単位以下の第2変位と、を求めることにより、前記異なる時刻間の粒子含有三次元組織体の変位を求めることができる。変位は、スペックルパターンに由来する最大の画素値を有する画素の位置(ピーク位置)からピクセルピッチ単位により求めることができる。さらに、ピクセルピッチ以下の変位は、次のサブピクセル処理により求めることができる。これらOCT画像の画素ピッチを加味することにより、三次元形状を有する粒子含有三次元組織体の変位を求めることができる。   The displacement of the particle-containing three-dimensional structure between the different times is obtained by analyzing the cross-correlation function and obtaining the first displacement in the pitch unit of the plurality of pixels and the second displacement below the pitch unit. be able to. The displacement can be obtained in pixel pitch units from the position (peak position) of the pixel having the maximum pixel value derived from the speckle pattern. Further, the displacement below the pixel pitch can be obtained by the following subpixel processing. By adding the pixel pitch of these OCT images, the displacement of the particle-containing three-dimensional tissue having a three-dimensional shape can be obtained.

サブピクセル処理では、折れ線近似(一次と零次の二項式近似)、放物線近似(二次と零次の二項式近似)、折れ線と放物線の和による近似(二次から零次の三項式近似)等を適用して相互相関関数f(n)★f(n−1)を補間することにより、ピクセルピッチ以下の変位を求める。ここで、相互相関関数f(n)★f(n−1)のうちの最大の画素値P(0)を有する画素i0とし、画素i0からm隣の画素i=i0+mの画素値をP(m(=i−i0))とする。折れ線近似では、P(0)近傍で画素値を一次と零次の二項式を用いてP(i−i0)=a|i−i0|+P0と近似する。それにより、ピクセルピッチ以下の変位xは、下記式(6a)、又は下記式(6b)により求めることができる。
x={P(−1)−P(1)}/{2P(−1)−2P(0)} ・・・ 式(6a)
ただし、式(6a)において、P(−1)≧P(1)である。
x=−{P(1)−P(−1)}/{2P(1)−2P(0)} ・・・ 式(6b)
ただし、前記式(6b)において、P(−1)<P(1)である。
In sub-pixel processing, polygonal approximation (primary and zeroth order binomial approximation), parabolic approximation (secondary and zeroth order binomial approximation), approximation by sum of polygonal line and parabola (secondary to zeroth order ternary) A displacement equal to or smaller than the pixel pitch is obtained by interpolating the cross-correlation function f (n) * f (n−1) by applying (approximation) or the like. Here, the pixel i0 having the maximum pixel value P (0) among the cross-correlation functions f (n) * f (n−1) is set, and the pixel value of the pixel i = i0 + m adjacent to the pixel i0 is set to P ( m (= i−i0)). In the polygonal line approximation, the pixel value is approximated as P (i−i0) = a | i−i0 | + P0 using the first-order and zero-order binomial expressions in the vicinity of P (0). Thereby, the displacement x below the pixel pitch can be obtained by the following formula (6a) or the following formula (6b).
x = {P (-1) -P (1)} / {2P (-1) -2P (0)} Expression (6a)
However, in Expression (6a), P (−1) ≧ P (1).
x =-{P (1) -P (-1)} / {2P (1) -2P (0)} Expression (6b)
However, in the formula (6b), P (-1) <P (1).

放物線近似では、P(0)近傍で画素値を二次と零次の二項式を用いて、P(i−i0)=b(i−i0)+P0と近似する。それにより、変位xは、下記式(7)により求めることができる。
x=−{P(1)−P(−1)}/{2P(−1)−4P(0)+2P(1)} ・・・ 式(7)
In the parabolic approximation, the pixel value is approximated to P (i−i0) = b (i−i0) 2 + P0 in the vicinity of P (0) by using a binomial expression of second order and zero order. Thereby, the displacement x can be calculated | required by following formula (7).
x = − {P (1) −P (−1)} / {2P (−1) −4P (0) + 2P (1)} (7)

折れ線と放物線の和による近似では、P(0)近傍で画素値を2次多項式を用いてP(i−i0)=b(i−i0)+a|i−i0|+P0と近似する。それにより、変位xは、下記式(8a)、又は下記式(8b)により求めることができる。
x={P(−1)−P(1)}/{P(−1)−P(0)−P(1)+P(2)} ・・・ 式(8a)
ただし、式(8a)において、P(−1)≧P(1)である。
x={P(1)−P(−1)}/{P(−2)−P(−1)−P(0)+P(1)} ・・・ 式(8b)
ただし、前記式(8b)において、P(−1)<P(1)である。
In the approximation by the sum of the polygonal line and the parabola, the pixel value is approximated as P (i−i0) = b (i−i0) 2 + a | i−i0 | + P0 using a quadratic polynomial in the vicinity of P (0). Thereby, the displacement x can be calculated | required by following formula (8a) or following formula (8b).
x = {P (-1) -P (1)} / {P (-1) -P (0) -P (1) + P (2)} Expression (8a)
However, in the formula (8a), P (−1) ≧ P (1).
x = {P (1) -P (-1)} / {P (-2) -P (-1) -P (0) + P (1)} (8b)
However, in the formula (8b), P (-1) <P (1).

求めた変位を積算することにより、三次元形状を有する粒子含有三次元組織体の総変位を求めることができる。なお、本実施形態では、サブピクセル処理において折れ線と放物線との和による近似を採用して相互相関関数を補間することとしたが、三次多項式等、より高次の近似を採用して補間することとしてもよい。   By integrating the obtained displacements, the total displacement of the particle-containing three-dimensional tissue having a three-dimensional shape can be obtained. In the present embodiment, the subcorrelation function is interpolated by adopting the approximation based on the sum of the polygonal line and the parabola in the subpixel processing. However, the interpolation is performed by adopting higher order approximation such as a cubic polynomial. It is good.

本発明の粒子含有三次元組織体の収縮計測方法では、細胞収縮量算出工程において、各時刻nΔtのスペックル画像を、複数画素で構成される複数の区画画像に区画化し、各区画画像に対して、変位値xを算出することが好ましい。この場合、各区画画像に対して、相互相関関数、変位量、及び速さを算出して、これらのパラメータの二次元マッピング画像を得て、三次元形状を有する粒子含有三次元組織体の動きを評価することになる。   In the method for measuring contraction of a particle-containing three-dimensional tissue of the present invention, in the cell contraction amount calculation step, the speckle image at each time nΔt is partitioned into a plurality of partition images composed of a plurality of pixels, Thus, it is preferable to calculate the displacement value x. In this case, the cross-correlation function, displacement amount, and speed are calculated for each section image to obtain a two-dimensional mapping image of these parameters, and the movement of the particle-containing three-dimensional tissue having a three-dimensional shape. Will be evaluated.

細胞収縮量としては、光干渉断層装置により取得された画像を用いて、三次元心筋組織体内へ含有された各粒子の単位時間当たりの移動量を画像解析(ソフトウェア名:ImageJ製)にて導出し、細胞の物性値(ばね定数:100mN/m)を用いて、フックの法則を基にした下記計算式より算出された粒子含有三次元組織体の収縮力を求めることができる。なお、画像解析は、ImageJを用いることができる。
F=G×L ・・・ 式
なお、式中、Fは、収縮力を表し、Gは、ばね定数を表し、Lは、粒子移動量を表す。
As the amount of cell contraction, using the image acquired by the optical coherence tomography apparatus, the amount of movement per unit time of each particle contained in the 3D myocardial tissue is derived by image analysis (software name: ImageJ). Then, using the physical property value of the cell (spring constant: 100 mN / m), the contractile force of the particle-containing three-dimensional tissue calculated from the following calculation formula based on Hooke's law can be obtained. ImageJ can be used for image analysis.
F = G × L Expression In the expression, F represents contractile force, G represents a spring constant, and L represents a particle movement amount.

細胞収縮量算出工程、及び細胞収縮量算出手段において、複数の断層画像の比較が、粒子含有三次元組織体における、一の断面に係る断層画像について行われるだけでなく、一の断面と交差する方向における他の断面に係る断層画像についても行われることが好ましい。
図9は、一の断面と交差する方向における他の断面に係る断層画像の一例を示す模式図である。図9に示すように、粒子含有三次元組織体300において、一の断面と交差する方向における他の断面の断層画像301においても収縮評価を行うことにより、粒子含有三次元組織体の収縮をより詳細に測定することができる。
一の断面と交差する方向における他の断面とは、一の断面と一部が交差し、かつ一の断面とは平面方向に対して異なる断面であることを意味する。
In the cell contraction amount calculating step and the cell contraction amount calculating means, the comparison of a plurality of tomographic images is not only performed on the tomographic image relating to one cross section in the particle-containing three-dimensional tissue, but also intersects with one cross section. It is also preferable to perform tomographic images relating to other cross sections in the direction.
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example of a tomographic image relating to another cross section in a direction intersecting with one cross section. As shown in FIG. 9, in the particle-containing three-dimensional structure 300, the contraction evaluation is also performed on the tomographic image 301 of another cross section in the direction intersecting with one cross section, thereby further reducing the contraction of the particle-containing three-dimensional structure. It can be measured in detail.
The other cross section in the direction intersecting with one cross section means that the cross section partially intersects with one cross section and is different from the one cross section in the plane direction.

以下、実施例を示して本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例により限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

(粒子含有三次元組織体の平均厚み)
粒子含有三次元組織体の厚みは、光干渉断層撮影(Optical Coherence Tomography:OCT)装置を用いて5点を測定した。5点の平均値を算出し、平均厚みとした。
(Average thickness of particle-containing three-dimensional structure)
The thickness of the particle-containing three-dimensional tissue was measured at 5 points using an optical coherence tomography (OCT) apparatus. The average value of 5 points was calculated and used as the average thickness.

(実施例1)
マウス胎児の心臓から大部分の非心筋細胞を取り除いた細胞群を凍結保存した心筋細胞を使用する心筋細胞培養キット(商品名:Cardiomyocyte Culture kit(Mouse、Cryopreserved Cell)、コスモ・バイオ株式会社製)を用いた。まず、三次元心筋組織体の拍動をより正確に捉えるために、コラーゲンゲル(商品名:TypeI−A /Cell matrix、倉敷紡績株式会社製)を手順書に従い、平均厚みが500μmになるように作製し、24ウェル培養プレート(商品名:MICRO PLATE 24Well、AGCテクノグラス株式会社製)の底にコーティング処理を行った。その後、直径7.7μmのポリスチレン粒子(商品名:Duke Standard 2008A、Thermo Fisher Scientific K.K.社製)を含む1.5mLエッペンチューブ(商品名:HYPER MICRO TUBE、WATSON社製)に、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)へ懸濁させた単離済みのマウス心筋細胞を1mL加え、粒子含有マウス心筋細胞懸濁液を得た。得られた粒子含有マウス心筋細胞懸濁液における心筋細胞密度は1×10cells/mL、粒子濃度は2×10particles/mLであった。その後、それら粒子含有マウス心筋細胞(粒子含有三次元組織体)をコーティング処理済み24ウェル培養プレートに2×10個/mLとなるように細胞を播種して、平均厚みが100μmである粒子含有マウス心筋組織体を得た。その後、拍動を開始するまで37℃、COインキュベータにて72時間培養を行った。
Example 1
Cardiomyocyte culture kit using cardiomyocytes obtained by cryopreserving a cell group obtained by removing most non-cardiomyocytes from mouse fetal heart (trade name: Cardiomyocyte Culture kit (Mouse, Cryopreserved Cell), manufactured by Cosmo Bio) Was used. First, in order to capture the pulsation of the three-dimensional myocardial tissue more accurately, a collagen gel (trade name: Type IA / Cell matrix, manufactured by Kurashiki Boseki Co., Ltd.) is used according to the procedure manual so that the average thickness becomes 500 μm. The bottom of a 24-well culture plate (trade name: MICRO PLATE 24 Well, manufactured by AGC Techno Glass Co., Ltd.) was coated. Thereafter, phosphoric acid was added to a 1.5 mL Eppendorf tube (trade name: HYPER MICRO TUBE, manufactured by Watson) containing polystyrene particles having a diameter of 7.7 μm (trade name: Duke Standard 2008A, manufactured by Thermo Fisher Scientific KK). 1 mL of isolated mouse cardiomyocytes suspended in buffered saline (PBS) was added to obtain a particle-containing mouse cardiomyocyte suspension. Cardiomyocyte density in the obtained particle-containing mouse cardiomyocyte suspension was 1 × 10 7 cells / mL, and the particle concentration was 2 × 10 6 particles / mL. Subsequently, the cells are seeded in a 24-well culture plate that has been coated with the particle-containing mouse cardiomyocytes (particle-containing three-dimensional tissue) so as to be 2 × 10 6 cells / mL, and particles having an average thickness of 100 μm are contained. Mouse myocardial tissue was obtained. Thereafter, the cells were cultured for 72 hours in a CO 2 incubator at 37 ° C. until pulsation was started.

粒子含有三次元マウス心筋組織体の拍動の様子を、ガラスヒーター(装置名:細胞培養コンパクトチャンバー、BLAST社製)を用いて培養プレート部が37℃となるように温度制御を行いながら、光干渉断層装置(装置名:Ganymede、Thorlabs社製)を用いて観察を行った。観察は、心筋組織の拍動最大値を捉えるため、撮影間隔6msec(=167FPS, Frame Per Second)にて撮影を行った。結果を図10に示す。
図10に示すように、コーティング層64を有する基板61に接着した粒子含有三次元マウス心筋組織体(粒子含有三次元組織体)60における組織体62は、厚み方向の片側表面近傍T1と、その逆側表面近傍T3と、厚み方向の中央近傍T2とに、粒子63を含有していた。
The state of pulsation of the particle-containing three-dimensional mouse myocardial tissue was measured using a glass heater (device name: cell culture compact chamber, manufactured by BLAST) while controlling the temperature of the culture plate part to 37 ° C. Observation was performed using an coherence tomography device (device name: Ganymede, manufactured by Thorlabs). Observation was performed at an imaging interval of 6 msec (= 167 FPS, Frame Per Second) to capture the maximum pulsation value of the myocardial tissue. The results are shown in FIG.
As shown in FIG. 10, the tissue body 62 in the particle-containing three-dimensional mouse myocardial tissue body (particle-containing three-dimensional tissue body) 60 adhered to the substrate 61 having the coating layer 64 has a one-side surface vicinity T1 in the thickness direction, The particles 63 were contained in the vicinity of the reverse surface T3 and the central vicinity T2 in the thickness direction.

その後、実施例1で得た粒子含有マウス心筋組織体を光干渉断層装置により取得された画像を用いて、三次元心筋組織体内へ含有された各粒子の単位時間当たりの収縮量を画像解析(ソフトウェア名:ImageJ)にて導出した結果、最大で5μmであった。その後、細胞の物性値(ばね定数:100mN/m)を用いて、フックの法則を基にした下記計算式より算出された粒子含有マウス心筋組織体の収縮力最大値を500pNであった。
F=G×L ・・・ 式
なお、式中、Fは、収縮力を表し、Gは、ばね定数を表し、Lは、粒子移動量を表す。
Then, using the image acquired by the optical coherence tomography device of the particle-containing mouse myocardial tissue obtained in Example 1, the amount of contraction per unit time of each particle contained in the three-dimensional myocardial tissue image analysis ( As a result of deriving with software name: ImageJ), the maximum was 5 μm. Thereafter, using the physical property value of the cell (spring constant: 100 mN / m), the maximum contractile force value of the particle-containing mouse myocardial tissue calculated from the following formula based on Hooke's law was 500 pN.
F = G × L Expression In the expression, F represents contractile force, G represents a spring constant, and L represents a particle movement amount.

(比較例1)
実施例1において、ポリスチレン粒子を使用しなかった以外は、実施例1と同様にして、平均厚みが100μmである三次元マウス心筋組織体を得た。
実施例1と同様にして、三次元マウス心筋組織体の観察を行った。結果を図11に示す。
図11に示すように、コーティング層74を有する基板71に接着した粒子含有三次元マウス心筋組織体70における組織体72は、粒子を含有していない。
(Comparative Example 1)
A three-dimensional mouse myocardial tissue having an average thickness of 100 μm was obtained in the same manner as in Example 1 except that polystyrene particles were not used.
In the same manner as in Example 1, the three-dimensional mouse myocardial tissue was observed. The results are shown in FIG.
As shown in FIG. 11, the tissue body 72 in the particle-containing three-dimensional mouse myocardial tissue body 70 adhered to the substrate 71 having the coating layer 74 does not contain particles.

図10及び図11の結果から、同一種のマウス心筋細胞を用いて作製した粒子含有三次元組織体であるが、図10に示すように、粒子を含有させることにより、組織体の拍動の様子がより鮮明に観察することが確認できた。一方、図11に示すように、比較例1の粒子含有三次元組織体は、粒子を含有しないため、組織体の拍動の様子を観察することができなかった。   From the results of FIG. 10 and FIG. 11, the particle-containing three-dimensional tissue produced using the same type of mouse cardiomyocytes, but as shown in FIG. It was confirmed that the situation was observed more clearly. On the other hand, as shown in FIG. 11, the particle-containing three-dimensional tissue of Comparative Example 1 did not contain particles, and thus the pulsation of the tissue could not be observed.

(実施例2)
iPS由来心筋細胞(商品名:iCell Cardiomyocytes、CDI社製)を用いた。まず、三次元心筋組織体を基板へ接着させるため、ガラスボトムディッシュ(商品名:ガラスベースディッシュ、AGCテクノグラス株式会社製)の表面にフィブロネクチン(商品名:Fibronectin from human plasma、SIGMA社製)を用いたコーティング処理を行った。その後、コーティング処理済みディッシュへiPS由来心筋細胞を1.5×10cell/cmとなるように播種した。37℃で24時間培養後、位相差顕微鏡(装置名:CKX41、オリンパス株式会社製)を用いて、iPS由来心筋細胞の接着を確認した。次に、直径10μmのポリスチレン粒子(PS粒子)を含むPBS溶液(商品名:Duke Standard 2008A、Thermo Fisher Scientific K.K.社製)をiPS由来心筋細胞の上に1×10particles/cmとなるように滴下した。その後、37℃、COインキュベータへ3時間培養を行った。その後、心筋組織上へ粒子が存在している集合体の上へ、再度iPS由来心筋細胞を1.5×10cell/cmとなるように播種した。その後、粒子を3×10particles/cmとなるように滴下し、37℃、COインキュベータへ3時間培養を行った。本工程を複数回繰り返して行うことにより、ポリスチレン粒子(PS粒子)が規則的に配置された、平均厚みが200μmである粒子含有iPS由来心筋組織体(粒子含有三次元組織体)を作製した。その後、拍動を開始するまで37℃、COインキュベータにて72時間培養を行った。
(Example 2)
iPS-derived cardiomyocytes (trade name: iCell Cardiomyocytes, manufactured by CDI) were used. First, in order to adhere the three-dimensional myocardial tissue body to the substrate, fibronectin (trade name: Fibronectin from human plasma, manufactured by SIGMA) is used on the surface of a glass bottom dish (trade name: glass base dish, manufactured by AGC Techno Glass Co., Ltd.). The coating treatment used was performed. Thereafter, iPS-derived cardiomyocytes were seeded at 1.5 × 10 6 cells / cm 2 on the coated dish. After culturing at 37 ° C. for 24 hours, adhesion of iPS-derived cardiomyocytes was confirmed using a phase contrast microscope (device name: CKX41, manufactured by Olympus Corporation). Next, a PBS solution (trade name: Duke Standard 2008A, manufactured by Thermo Fisher Scientific KK) containing polystyrene particles (PS particles) having a diameter of 10 μm was placed on the iPS-derived cardiomyocytes at 1 × 10 4 particles / cm 2. It was dripped so that it might become. Thereafter, the cells were cultured in a CO 2 incubator at 37 ° C. for 3 hours. Thereafter, iPS-derived cardiomyocytes were again seeded onto the aggregate in which particles were present on the myocardial tissue so as to be 1.5 × 10 6 cells / cm 2 . Thereafter, the particles were added dropwise so as to be 3 × 10 4 particles / cm 2 and cultured in a CO 2 incubator at 37 ° C. for 3 hours. By repeating this step a plurality of times, a particle-containing iPS-derived myocardial tissue (particle-containing three-dimensional tissue) having an average thickness of 200 μm in which polystyrene particles (PS particles) are regularly arranged was produced. Thereafter, the cells were cultured for 72 hours in a CO 2 incubator at 37 ° C. until pulsation was started.

実施例1と同様にして、三次元マウス心筋組織体の観察を行った。その結果、実施例1と同様に、粒子を含有させることにより、組織体の拍動の様子がより鮮明に観察することが確認できた。結果を図12、及び図13に示す。
図12に示すように、コーティング層84を有する基板81に接着した粒子含有三次元マウス心筋組織体80における組織体82は、厚み方向の片側表面近傍T1と、その逆側表面近傍T3と、厚み方向の中央近傍T2とに、粒子83を含有していた。
In the same manner as in Example 1, the three-dimensional mouse myocardial tissue was observed. As a result, as in Example 1, it was confirmed that the pulsation of the tissue was observed more clearly by containing particles. The results are shown in FIG. 12 and FIG.
As shown in FIG. 12, a tissue body 82 in a particle-containing three-dimensional mouse myocardial tissue body 80 adhered to a substrate 81 having a coating layer 84 has a thickness near one surface T1, a surface T3 on the opposite side, and a thickness. The particles 83 were contained in the vicinity of the center T2 in the direction.

また、実施例1と同様にして、iPS由来心筋細胞の収縮力最大値を測定したところ、0.5mNであった。   Further, when the maximum contractile force value of iPS-derived cardiomyocytes was measured in the same manner as in Example 1, it was 0.5 mN.

(実施例3)
iPS由来心筋細胞(商品名:iCell Cardiomyocytes、CDI社製)を用いた。基板への細胞接着性を高めるために、基板(ガラスボトムディッシュ、商品名:ガラスベースディッシュ、AGCテクノグラス株式会社製)の表面全体へフィブロネクチン溶液(0.2mg/mL、Fibronectin from human plasma、SIGMA社製)を塗布してコーティング層を作製した。その後、37℃インキュベータ内にて12時間のインキュベートを行った後、コーティング層を有する基板に液滴形成装置(自社開発装置)を用いて、およそ10層分(1×10cells/cm)の心筋細胞を吐出した。その後、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)に直径7μmのポリスチレン(PS)粒子(商品名:Duke Standard 2008A、Thermo Fisher Scientific K.K.社製)を1×10particles/mL濃度に調整した粒子含有液を調製し、液滴形成装置(自社開発装置)を用いて心筋細胞への吐出を行った。その後、本工程を繰り返し行うことにより、粒子含有三次元組織体内部の任意箇所へポリスチレン粒子を配置した平均厚みが100μmである粒子含有三次元組織体を得た。その後、拍動を開始するまで37℃、COインキュベータにて72時間培養を行った。
(Example 3)
iPS-derived cardiomyocytes (trade name: iCell Cardiomyocytes, manufactured by CDI) were used. In order to enhance cell adhesion to the substrate, a fibronectin solution (0.2 mg / mL, Fibronectin from human plasma, SIGMA) is applied to the entire surface of the substrate (glass bottom dish, trade name: glass base dish, manufactured by AGC Techno Glass Co., Ltd.). Coated) was applied to produce a coating layer. Then, after incubating for 12 hours in a 37 ° C. incubator, about 10 layers (1 × 10 6 cells / cm 2 ) are used on the substrate having the coating layer by using a droplet forming device (in-house developed device). Cardiomyocytes were discharged. Thereafter, polystyrene (PS) particles having a diameter of 7 μm (trade name: Duke Standard 2008A, manufactured by Thermo Fisher Scientific KK) were adjusted to a concentration of 1 × 10 5 particles / mL in phosphate buffered saline (PBS). A particle-containing liquid was prepared, and discharged to cardiomyocytes using a droplet forming device (in-house developed device). Thereafter, by repeating this step, a particle-containing three-dimensional structure having an average thickness of 100 μm in which polystyrene particles are arranged at arbitrary positions inside the particle-containing three-dimensional structure was obtained. Thereafter, the cells were cultured for 72 hours in a CO 2 incubator at 37 ° C. until pulsation was started.

実施例1と同様にして、心筋組織体の観察を行った。その結果、実施例1と同様に、粒子を含有させることにより、組織体の拍動の様子がより鮮明に観察することが確認できた。また、任意の位置に粒子を配置した粒子含有三次元組織体を作製できた。結果を図14に示す。
図14に示すように、コーティング層89を有する基板86に接着した粒子含有三次元組織体85における組織体88は、厚み方向の片側表面近傍T1と、その逆側表面近傍T3と、厚み方向の中央近傍T2とに、粒子87を含有していた。
In the same manner as in Example 1, the myocardial tissue was observed. As a result, as in Example 1, it was confirmed that the pulsation of the tissue was observed more clearly by containing particles. Moreover, the particle | grain containing three-dimensional organization | tissue which has arrange | positioned particle | grains in arbitrary positions has been produced. The results are shown in FIG.
As shown in FIG. 14, the structure 88 in the particle-containing three-dimensional structure 85 adhered to the substrate 86 having the coating layer 89 has a one-side surface vicinity T1 in the thickness direction, a reverse-side surface vicinity T3, and a thickness direction The particles 87 were contained in the vicinity of the center T2.

また、実施例1と同様にして、iPS由来心筋細胞の収縮力最大値を測定したところ、0.1mNであった。   Further, when the maximum contractile force value of iPS-derived cardiomyocytes was measured in the same manner as in Example 1, it was 0.1 mN.

本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
<1> 細胞接着性を有する基板に接着しており、かつ
厚み方向の片側表面近傍及びその逆側表面近傍の少なくともいずれかと、厚み方向の中央近傍とに、少なくとも粒子を含有することを特徴とする粒子含有三次元組織体である。
<2> 平均厚みが、30μm以上である前記<1>に記載の粒子含有三次元組織体である。
<3> 平面視したときに、粒子の射影が互いに重ならない程度に、粒子の密度が十分疎である前記<1>から<2>のいずれかに記載の粒子含有三次元組織体である。
<4> 収縮能を有する前記<1>から<3>のいずれかに記載の粒子含有三次元組織体である。
<5> 前記収縮能を有する粒子含有三次元組織体が、拍動能を有する心筋細胞により形成される前記<4>のに記載の粒子含有三次元組織体である。
<6> 拍動能を有する心筋細胞が、iPS由来心筋細胞、マウス心筋細胞、及びラット心筋細胞から選択される少なくとも1種である前記<5>のに記載の粒子含有三次元組織体である。
<7> 前記粒子が、表面に細胞接着性を有する成分を有する前記<1>から<6>のいずれかに記載の粒子含有三次元組織体である。
<8> 前記粒子が、光学的計測手段を用いて検出可能である前記<1>から<7>のいずれかに記載の粒子含有三次元組織体である。
<9> 前記粒子が、ポリスチレン粒子、ガラス粒子、金粒子、銀粒子、及びアルミナ粒子から選択される少なくとも1種である前記<1>から<8>のいずれかに記載の粒子含有三次元組織体である。
<10> 前記粒子が、ポリスチレン粒子である前記<9>に記載の粒子含有三次元組織体である。
<11> 前記粒子の体積平均粒径が、1μm以上50μm以下である前記<1>から<10>のいずれかに記載の粒子含有三次元組織体である。
<12> 前記<1>から<11>のいずれかに記載の粒子含有三次元組織体を、光干渉断層撮影装置を用いて測定し、前記粒子の変位量を算出する粒子変位量算出工程と、
前記粒子変位量算出工程により得られた粒子の変位量から前記細胞の収縮量を算出する細胞収縮量算出工程と、を含むことを特徴とする粒子含有三次元組織体の収縮計測方法である。
As an aspect of this invention, it is as follows, for example.
<1> It is adhered to a substrate having cell adhesiveness, and contains at least particles in at least one of the vicinity of one surface in the thickness direction and the vicinity of the opposite surface thereof, and the vicinity of the center in the thickness direction. It is a particle-containing three-dimensional structure.
<2> The particle-containing three-dimensional structure according to <1>, wherein the average thickness is 30 μm or more.
<3> The particle-containing three-dimensional structure according to any one of <1> to <2>, wherein the particle density is sufficiently sparse so that the projections of the particles do not overlap each other when seen in a plan view.
<4> The particle-containing three-dimensional structure according to any one of <1> to <3>, which has contractility.
<5> The particle-containing three-dimensional tissue body according to <4>, wherein the particle-containing three-dimensional tissue body having contractility is formed by cardiomyocytes having pulsatile capacity.
<6> The particle-containing three-dimensional tissue body according to <5>, wherein the cardiomyocytes having pulsating ability are at least one selected from iPS-derived cardiomyocytes, mouse cardiomyocytes, and rat cardiomyocytes.
<7> The particle-containing three-dimensional tissue according to any one of <1> to <6>, wherein the particle has a component having cell adhesiveness on a surface.
<8> The particle-containing three-dimensional structure according to any one of <1> to <7>, wherein the particle is detectable using an optical measurement unit.
<9> The particle-containing three-dimensional structure according to any one of <1> to <8>, wherein the particle is at least one selected from polystyrene particles, glass particles, gold particles, silver particles, and alumina particles. Is the body.
<10> The particle-containing three-dimensional structure according to <9>, wherein the particle is a polystyrene particle.
<11> The particle-containing three-dimensional structure according to any one of <1> to <10>, wherein the particle has a volume average particle diameter of 1 μm or more and 50 μm or less.
<12> A particle displacement amount calculating step of measuring the particle-containing three-dimensional structure according to any one of <1> to <11> using an optical coherence tomography apparatus, and calculating a displacement amount of the particles; ,
A method for measuring contraction of a particle-containing three-dimensional tissue, comprising: a cell contraction amount calculating step of calculating a contraction amount of the cell from a particle displacement amount obtained by the particle displacement amount calculating step.

前記<1>から<11>のいずれかに記載の粒子含有三次元組織体、及び前記<12>に記載の粒子含有三次元組織体の収縮計測方法は、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。   <1> to <11> the particle-containing three-dimensional structure according to any one of <11> and the particle-containing three-dimensional structure measurement method according to the above <12>, the conventional problems are solved, The object of the present invention can be achieved.

国際公開第2014/098182号パンフレットInternational Publication No. 2014/098182 Pamphlet

20、30、40、60、80、85 粒子含有三次元組織体
21、31、41、51、61、71、81、86 基板
23、33、43、53、63、83、87 粒子
100 粒子含有三次元組織体の収縮計測装置
20, 30, 40, 60, 80, 85 Particle-containing three-dimensional structure 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 86 Substrate 23, 33, 43, 53, 63, 83, 87 Particles 100 Contains particles Three-dimensional tissue shrinkage measurement device

Claims (7)

細胞接着性を有する基板に接着しており、かつ
厚み方向の片側表面近傍及びその逆側表面近傍の少なくともいずれかと、厚み方向の中央近傍とに、少なくとも粒子を含有することを特徴とする粒子含有三次元組織体。
Containing a particle characterized in that it is adhered to a substrate having cell adhesiveness and contains at least particles in the vicinity of one surface in the thickness direction and in the vicinity of the opposite surface and in the vicinity of the center in the thickness direction. A three-dimensional organization.
平均厚みが、30μm以上である請求項1に記載の粒子含有三次元組織体。   The particle-containing three-dimensional structure according to claim 1, wherein the average thickness is 30 μm or more. 平面視したときに、粒子の射影が互いに重ならない程度に、粒子の密度が十分疎である請求項1から2のいずれかに記載の粒子含有三次元組織体。   3. The particle-containing three-dimensional structure according to claim 1, wherein the density of the particles is sufficiently sparse so that the projections of the particles do not overlap each other when seen in a plan view. 収縮能を有する請求項1から3のいずれかに記載の粒子含有三次元組織体。   The particle-containing three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 3, which has contractility. 前記粒子が、表面に細胞接着性を有する成分を有する請求項1から4のいずれかに記載の粒子含有三次元組織体。   The particle-containing three-dimensional tissue according to any one of claims 1 to 4, wherein the particle has a component having cell adhesion on the surface. 前記粒子が、光学的計測手段を用いて検出可能である請求項1から5のいずれかに記載の粒子含有三次元組織体。   The particle-containing three-dimensional tissue according to any one of claims 1 to 5, wherein the particle can be detected using an optical measurement means. 請求項1から6のいずれかに記載の粒子含有三次元組織体を、光干渉断層撮影装置を用いて測定し、前記粒子の変位量を算出する粒子変位量算出工程と、
前記粒子変位量算出工程により得られた粒子の変位量から前記細胞の収縮量を算出する細胞収縮量算出工程と、を含むことを特徴とする粒子含有三次元組織体の収縮計測方法。
A particle displacement amount calculating step of measuring the particle-containing three-dimensional tissue body according to any one of claims 1 to 6 using an optical coherence tomography apparatus, and calculating a displacement amount of the particles;
A method for measuring contraction of a particle-containing three-dimensional tissue, comprising: a cell contraction amount calculating step of calculating a contraction amount of the cell from a particle displacement amount obtained by the particle displacement amount calculating step.
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