JP2004271337A - Multi-specimen simultaneous analysis system for cell using surface plasmon resonance phenomenon - Google Patents

Multi-specimen simultaneous analysis system for cell using surface plasmon resonance phenomenon Download PDF

Info

Publication number
JP2004271337A
JP2004271337A JP2003062421A JP2003062421A JP2004271337A JP 2004271337 A JP2004271337 A JP 2004271337A JP 2003062421 A JP2003062421 A JP 2003062421A JP 2003062421 A JP2003062421 A JP 2003062421A JP 2004271337 A JP2004271337 A JP 2004271337A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cells
cell
surface plasmon
plasmon resonance
reflected light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003062421A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroo Iwata
博夫 岩田
Koichi Kato
功一 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP2003062421A priority Critical patent/JP2004271337A/en
Publication of JP2004271337A publication Critical patent/JP2004271337A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • G01N21/552Attenuated total reflection
    • G01N21/553Attenuated total reflection and using surface plasmons
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/251Colorimeters; Construction thereof
    • G01N21/253Colorimeters; Construction thereof for batch operation, i.e. multisample apparatus

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a system, for easily calculating the number of cells contained in a cell group immobilized on a plate. <P>SOLUTION: The method for analyzing the cell includes a step (a) of measuring the intensity values of reflected light being caused by the cell immobilized on the plate by using a surface plasmon resonance imaging method, and a step (b) of calculating parameters relating to the cell from the intensity values of the reflected light. In addition, the system for calculating the parameter of the cell is provided with the plate (a) used for immobilizing the cell, and a surface plasmon resonance imaging apparatus (b) used for observing the plate. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面プラズモン共鳴法を使用して、細胞のパラメータを精確に測定する方法およびシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
さまざまな生体分子と細胞との相互作用をもとに細胞の表現形質を調べたり、生体分子の投与によって惹起される細胞の変化を調べることは、細胞生物学の中心的課題である。一般には、in vitroにおいて培養された細胞を利用し、生体分子を添加することでその影響が調べられる。
【0003】
近年、コンビナトリアルケミストリーの進歩によって、生理活性をもつ低分子薬物およびペプチドの候補薬物が網羅的に合成されたり、ゲノムならびにタンパク質に関する膨大なデータベースが構築されつつある。これらの情報は、新たな薬物を見出したり、複雑な分子ネットワークを理解するために役立つと予想されるが、実際の機能および作用が未知である場合が多く、今後、実験的に明らかにされなければならない。ところが、上記のような従来の手法では、取り扱う実験系が大きくなるため、膨大な種類の分子についてそれらの一つ一つと細胞との相互作用を網羅的に分析するには不向きであった。
【0004】
生体分子と細胞との相互作用を調べる上でもっとも基本的な操作は、相互作用する細胞の数を数えたり、相互作用の結果として増殖した細胞の数を測定することである。従来から、細胞の計数は顕微鏡下で直接行ったり、均一な細胞分散液を調製した後、血球計数板を用いて行われてきた。また、放射活性をもつ物質の取り込み量からDNA含量を求め、細胞数を見積もることも行われてきた。これらは、細胞のカウンティングに時間がかかったり、染料および放射性物質で標識を行う必要があるなど、時間と手間がかかる方法である。このような意味で、多くの検体について、その数に関する情報を一挙に測定するには不向きであり、また、生きたまま、形態などの他の情報を同時に検出することはできなかった。例えば、生体分子と相互作用する細胞の数を計測するための種々の方法は、多種類の検体を同時に、かつ迅速に測定することが困難である。細胞のカウントに時間がかかったり、染料および放射性物質で標識を行う必要があるなど、手間と時間のかかる点が大きな問題点である。本発明は、生体分子を固定したマイクロアレイ基板を利用することによって、基板表面と相互作用した細胞を、生きたまま、あるいは固定などの操作を行った後、計数したり、それらの形態に関する情報を得るための装置システムを提供するものであり、この目的のため、表面プラズモン共鳴現象を利用することを特徴とする。
【0005】
表面プラズモン共鳴(SPR)は、金属表面に生じた表面プラズモン(弾性波)と、全反射した電磁波によって発生するエバネッセント波(光波)との間で起こる相互作用である。プラズモン波とエバネッセント波の波数と波動ベクトルが近似的に一致する条件を与える光の入射角θにおいて共鳴が起こり、エバネッセント波が表面プラズモンの励起に使われるため反射光強度が低下する。表面プラズモン共鳴を得るためには、高屈折率媒体からなるプリズムを図1(A)のように配置し(Kretschmann配置)、レーザー光およびLED光を入射する方法がとられる。ここで、プリズムとは反対側の金属表面に接触する媒体の誘電率の変化によって、プラズモン波の波数が変化する。すなわち、金属表面上に物質が接近することによって、表面プラズモン共鳴を与える光の入射角がシフトする。このことを利用して、金属表面の物質による被覆をセンシングすることが可能となる。この測定法は、表面鉛直方向の分解能に優れており(0.1nmのオーダー)、表面に存在する物質量をng〜pg/cmのオーダーでリアルタイムに観測することが可能である。また、水媒体中で測定できることもタンパク質のような生体分子の挙動を調べる上で大きな利点である。これを利用した測定装置が生体分子間相互作用測定装置として開発され、タンパク質およびDNAなどの相互作用の分析に応用されている。
【0006】
上述の表面プラズモン共鳴分析装置を用いて、多種類の相互作用を同時に検出する目的で、同装置を改良したイメージング装置が開発された(非特許文献1〜3)。そこでは、図1(B)に示すように、均一平行光を試料に入射し、全反射した光をCCD(charge coupled device)カメラを用いて2次元画像として捉え、試料表面における局所的な誘電率の変化を画像情報として取得するものである。しかし、従来は、細胞を測定対象とする試みは行われていたものの、細胞に関するパラメータを得ることはできなかった。
【0007】
【非特許文献1】
W.Hickel,D.Kamp,and W.Knoll,Nature,339,186,1989
【0008】
【非特許文献2】
W.Hickel and W.Knoll,J.Appl.Phys.,67,3572,1990
【0009】
【非特許文献3】
B.P.Nelson,T.E.Grimsrud,M.R.Liles,R.M.Goodman,R.M.Corn,Anal.Chem.73,1−7,2001
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明では、プレート上に固定された細胞集団に含まれる個数を簡便に算出する方法およびシステムを提供することを課題とする。また、特に、マイクロアレイ基板ならびに表面プラズモン共鳴イメージング装置を組み合わせた分析システムを考案し、多くの生体分子−細胞間相互作用に関する情報を一挙に測定することもまた、課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明では、表面プラズモン共鳴イメージング装置を用いてマイクロアレイ基板表面と相互作用する細胞の多点同時計数を行ったり、それらの形態評価を行うことによって、屈折率の挙動と、細胞の個数のなどの個々の細胞のパラメータが予想外に1:1対応することを見出したことによって達成された。細胞の計測に当たっては、生きた細胞を培養しながらでも観察できるような装置の工夫、ならびに画像データの正確性を高めるための光学系の仕様設定を行うことで、本分析システムの汎用性および有用性を高めるという効果が達成された。
【0012】
生体分子をミクロスポット状に固定したマイクロアレイを作製し、これを用いることによって細胞とさまざまな生体分子との間の相互作用を同時に行わせ、かつ相互作用の結果として起こる細胞の捕捉、接着、形態変化を表面プラズモン共鳴イメージング装置を用いて一挙に分析することができる。
【0013】
本発明ではまた、このような表面プラズモン共鳴イメージングの原理を応用することによって、マイクロアレイ基板と相互作用した細胞の数および形態に関する情報などのパラメータを得ることを可能とする。
【0014】
したがって、本発明は、以下を提供する。
【0015】
(1) 細胞を分析する方法であって、
(a)表面プラズモン共鳴イメージングを用いてプレート上に固定された細胞に起因する反射光強度を測定する工程;および
(b)上記反射光強度から、上記細胞に関するパラメータを算出する工程、
を包含する、方法。
【0016】
(2) 上記パラメータは、細胞数、細胞の接着面積または細胞の大きさである、請求項1に記載の方法。
【0017】
(3) 上記(b)工程は、細胞に関する既知の標準曲線を用いて上記反射光強度を評価することにより上記細胞に関するパラメータを算出することをさらに包含する、請求項1に記載の方法。
【0018】
(4) 上記細胞について標準曲線を作成する工程をさらに包含する、請求項1に記載の方法。
【0019】
(5) 上記(b)工程は、表面プラズモン共鳴イメージング装置で測定される反射光強度から接着細胞数に換算することを包含する、請求項1に記載する方法。
【0020】
(6) 上記(b)工程は、表面プラズモン共鳴イメージング装置で測定される反射光強度から細胞の形態に関する情報を得ることを包含する、請求項1に記載する方法。
【0021】
(7) 上記表面プラズモン共鳴イメージングは、可視から近赤外の領域の波長をもつ面光源を利用して金属薄膜上に表面プラズモン共鳴を作り出すことを包含する、請求項1に記載の方法。
【0022】
(8) 上記反射光強度は、薄膜表面に接着した細胞と媒体との屈折率の相違にもとづく反射光強度の強弱をCCDカメラでイメージとして捉えたものである、請求項1に記載の方法。
【0023】
(9) 上記プレートは、マイクロアレイである、請求項1に記載の方法。
【0024】
(10) 上記プレートは、金、銀またはアルミニウムを含む金属薄膜を片面に有するガラス基板を含む、請求項1に記載の方法。
【0025】
(11) 上記プレート上には上記細胞と特異的に結合する因子が0.01mm〜10mmのスポット状に共有結合あるいは物理的相互作用によって配列固定されている、請求項1に記載の方法。
【0026】
(12) 上記プレートは、生体分子を配列固定したマイクロアレイであり、上記生体分子は、CD抗原、細胞接着因子、細胞増殖因子レセプター、サイトカインレセプターまたは糖鎖を認識する、請求項1に記載の方法。
【0027】
(13) 上記細胞は同種または異種である、請求項1に記載の方法。
【0028】
(14) 上記細胞は、各種臓器の正常細胞、疾患をもつ細胞のような分化細胞ならびにそれらの前駆細胞、胚性幹細胞、胎児由来幹細胞、未分化細胞、樹立系細胞または遺伝子の改変された細胞を含む、請求項1に記載の方法。
【0029】
(15) 細胞のパラメータを算出するためのシステムであって、上記システムは、
(a)上記細胞を固定するためのプレート;および
(b)上記プレートを観察するための表面プラズモン共鳴イメージング装置、
を備える、システム。
【0030】
(16) 上記プレートは、マイクロアレイである、請求項14に記載のシステム。
【0031】
【発明の実施の形態】
(発明の要旨)
本発明は、タンパク質、ペプチド、核酸、多糖類、低分子生理活性物質などの生体分子とさまざまな動物細胞との間に生じる相互作用について、多数の検体を同時に、かつ迅速に分析するための装置システムに関する。分析し得る検体の数は原理的には限度はないが、実際には、数十〜数千程度の検体を同時に分析する。本装置システムによる分析では、マイクロアレイと呼ばれる基板上の各スポットに異なる種類の生体分子をそれぞれ固定した後、それらのスポットと細胞とを接触させ、これによって生じた生体分子−細胞間相互作用の分析を行う。相互作用の様式は、物理化学的相互作用および/または生物学的相互作用にもとづく細胞の捕捉、細胞接着因子を介した細胞の接着とその後の伸展、生体分子の作用に基づく細胞の増殖・細胞死など、多くの現象を対象とすることが可能である。さらに詳しくは、本装置システムでは、スポット上の細胞の分析を行うため、表面プラズモン共鳴イメージングの原理を用いることを特徴とし、基板と相互作用した細胞を多点同時に計数したり、その形態に関する情報を取得することによって生体分子−細胞間相互作用を網羅的に分析することが可能である。本装置システムは、細胞生物学研究および生体材料開発におけるハイスループット分析手段として利用することができるのみならず、臨床検査および環境調査などにも応用が可能である。
【0032】
(詳細な説明)
以下、本発明を説明する。本明細書の全体にわたり、単数形の表現は、特に言及しない限り、その複数形の概念をも含むことが理解されるべきである。また、本明細書において使用される用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味で用いられることが理解されるべきである。
【0033】
(用語および一般技術)
以下に本明細書において特に使用される用語の定義および一般的技術を説明する。
【0034】
(基板/プレート/チップ/アレイ)
本明細書において使用される「プレート」とは、抗体のような分子が固定され得る平面状の支持体をいう。本発明では、プレートは、金、銀またはアルミニウムを含む金属薄膜を片面にもつガラス基板を基材であることが好ましい。
【0035】
本明細書において使用される「基板」とは、本発明のチップまたはアレイが構築される材料(好ましくは固体)をいう。したがって、基板はプレートの概念に包含される。基板の材料としては、共有結合かまたは非共有結合のいずれかで、本発明において使用される生体分子に結合する特性を有するかまたはそのような特性を有するように誘導体化され得る、任意の固体材料が挙げられる。
【0036】
プレートおよび基板として使用するためのそのような材料としては、固体表面を形成し得る任意の材料が使用され得るが、例えば、ガラス、シリカ、シリコン、セラミック、二酸化珪素、プラスチック、金属(合金も含まれる)、天然および合成のポリマー(例えば、ポリスチレン、セルロース、キトサン、デキストラン、およびナイロン)以下が挙げられるがそれらに限定されない。基板は、複数の異なる材料の層から形成されていてもよい。例えば、ガラス、石英ガラス、アルミナ、サファイア、フォルステライト、炭化珪素、酸化珪素、窒化珪素などの無機絶縁材料を使用できる。また、ポリエチレン、エチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリエチレンテレフタレート、不飽和ポリエステル、含フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、アセタール樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、フェノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、スチレン・アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、シリコーン樹脂、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルホン等の有機材料を用いることができる。本発明においてはまた、ナイロン膜、ニトロセルロース膜、PVDF膜など、ブロッティングに使用される膜を用いることもできる。高密度のものを解析する場合は、ガラスなど硬度のあるものを材料として使用することが好ましい。基板として好ましい材質は、測定機器などの種々のパラメータによって変動し、当業者は、上述のような種々の材料から適切なものを適宜選択することができる。
【0037】
本明細書において「チップ」または「マイクロチップ」は、互換可能に用いられ、多様の機能をもち、システムの一部となる超小型集積回路をいう。チップとしては、例えば、DNAチップ、プロテインチップなどが挙げられるがそれらに限定されない。
【0038】
本明細書において「アレイ」とは、1以上(例えば、1000以上)の生体分子(例えば、DNA、抗体のようなタンパク質)が整列されて配置されたパターンまたはパターンを有する基板(例えば、チップ)そのものをいう。アレイの中で、小さな基板(例えば、10×10mm上など)上にパターン化されているものはマイクロアレイというが、本明細書では、マイクロアレイとアレイとは互換可能に使用される。従って、上述の基板より大きなものにパターン化されたものでもマイクロアレイと呼ぶことがある。例えば、アレイはそれ自身固相表面または膜に固定されている所望の抗体のセットで構成される。アレイは好ましくは同一のまたは異なる抗体を少なくとも10個、より好ましくは少なくとも10個、およびさらに好ましくは少なくとも10個、さらにより好ましくは少なくとも10個を含む。これらの抗体は、好ましくは表面が125×80mm、より好ましくは10×10mm上に配置される。形式としては、96ウェルマイクロタイタープレート、384ウェルマイクロタイタープレートなどのマイクロタイタープレートの大きさのものから、スライドグラス程度の大きさのものが企図される。固定される抗体は、1種類であっても複数種類であってもよい。そのような種類の数は、1個〜スポット数までの任意の数であり得る。例えば、約10種類、約100種類、約500種類、約1000種類の抗体が固定され得る。
【0039】
基板のような固相表面または膜には、上述のように任意の数の生体分子(例えば、抗体のようなタンパク質)が配置され得るが、通常、基板1つあたり、10個の生体分子まで、他の実施形態において10個の生体分子まで、10個の生体分子まで、10個の生体分子まで、10個の生体分子まで、10個の生体分子まで、または10個の生体分子までの個の生体分子が配置され得るが、10個の生体分子を超える生体分子が配置されていてもよい。これらの場合において、基板の大きさはより小さいことが好ましい。特に、生体分子(例えば、抗体のようなタンパク質)のスポットの大きさは、単一の生体分子のサイズと同じ小さくあり得る(これは、1−2nmの桁であり得る)。最小限の基板の面積は、いくつかの場合において基板上の生体分子の数によって決定される。本発明では、細胞と特異的に結合する因子は、通常、0.01mm〜10mmのスポット状に共有結合あるいは物理的相互作用によって配列固定されている。
【0040】
アレイ上には、生体分子の「スポット」が配置され得る。本明細書において「スポット」とは、生体分子の一定の集合をいう。本明細書において「スポッティング」とは、ある生体分子のスポットをある基板またはプレートに作製することをいう。スポッティングはどのような方法でも行うことができ、例えば、ピペッティングなどによって達成され得、あるいは自動装置で行うこともでき、そのような方法は当該分野において周知である。生体分子は、例えば、CD抗原、細胞接着因子、細胞増殖因子レセプター、サイトカインレセプターまたは糖鎖を認識することができるものであり得る。
【0041】
本明細書において使用される用語「アドレス」とは、基板上のユニークな位置をいい、他のユニークな位置から弁別可能であり得るものをいう。アドレスは、そのアドレスを伴うスポットとの関連づけに適切であり、そしてすべての各々のアドレスにおける存在物が他のアドレスにおける存在物から識別され得る(例えば、光学的)、任意の形状を採り得る。アドレスを定める形は、例えば、円状、楕円状、正方形、長方形であり得るか、または不規則な形であり得る。したがって、「アドレス」は、抽象的な概念を示し、「スポット」は具体的な概念を示すために使用され得るが、両者を区別する必要がない場合、本明細書においては、「アドレス」と「スポット」とは互換的に使用され得る。
【0042】
各々のアドレスを定める大きさは、とりわけ、その基板の大きさ、特定の基板上のアドレスの数、分析物の量および/または利用可能な試薬、微粒子の大きさおよびそのアレイが使用される任意の方法のために必要な解像度の程度に依存する。大きさは、例えば、1−2nmから数cmの範囲であり得るが、そのアレイの適用に一致した任意の大きさが可能である。
【0043】
アドレスを定める空間配置および形状は、そのマイクロアレイが使用される特定の適用に適合するように設計される。アドレスは、密に配置され得、広汎に分散され得るか、または特定の型の分析物に適切な所望のパターンへとサブグループ化され得る。
【0044】
マイクロアレイについては、秀潤社編、細胞工学別冊「DNAマイクロアレイと最新PCR法」、M.F.Templin,et al.,Protein microarray technology, Drug Discovery Today, 7(15), 815−822(2002)に広く概説されている。
【0045】
マイクロアレイから得られるデータは膨大であることから、クローンとスポットとの対応の管理、データ解析などを行うためのデータ解析ソフトウェアが重要である。そのようなソフトウェアとしては、各種検出システムに付属のソフトウェアが利用可能である(Ermolaeva Oら(1998)Nat.Genet.20:19−23)。また、データベースのフォーマットとしては、例えば、Affymetrixが提唱しているGATC(genetic analysis technology consortium)と呼ばれる形式が挙げられる。
【0046】
微細加工については、例えば、Campbell,S.A.(1996).The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication,Oxford University Press;Zaut,P.V.(1996).Micromicroarray Fabrication:a Practical Guide to Semiconductor Processing,Semiconductor Services;Madou,M.J.(1997).Fundamentals of Microfabrication,CRC1 5 Press;Rai−Choudhury,P.(1997).Handbook of Microlithography,Micromachining,& Microfabrication:Microlithographyなどに記載されており、これらは本明細書において関連する部分が参考として援用される。
【0047】
マイクロアレイの作製には、マイクロコンタクトプリンティング法、光リソグラフィー法などの種々の方法を用いることが可能であるが、望ましくは、アルカンチオール単分子膜のマイクロパターン化表面を利用する方法である。この場合、まず、片面に金薄膜を蒸着したガラス基板に、メチル基、フルオロメチル基のような疎水性官能基をもつアルカンチオールの単分子膜を形成させる。この単分子膜に、直径数μmから1mm程度の多数の光透過性スポットを配列させたフォトマスクを重ね、紫外線を照射する。これによって、照射部のアルカンチオールをスポット状に分解除去することができる。次に、露出した金スポット内にカルボキシル基、アミノ基、アルデヒド基、イミド基、酸クロライド、エポキシ基、イソシアネート基などの反応性官能基をもつアルカンチオールの単分子膜を形成させる。スポット内に導入された反応性官能基を使って、次にタンパク質、DNA、多糖類、ペプチド、合成薬物などの被検物質を化学的に固定化する。例えば、カルボキシル基含有スポットの場合には、カルボキシル基をN−ヒドロキシスクシンイミドを用いて活性エステルに変換した後、微量の生体分子含有溶液を各スポットに滴下することで、固定化を行うことができる。スポット周囲に形成させた疎水性の単分子膜は、溶液の拡散を抑えるために有効である。スポット周囲のバックグラウンド領域と細胞との非特異的な相互作用を抑えるため、ウシ血清アルブミンのような不活性タンパク質、ポリエチレングリコールのような親水性高分子でブロッキングを行う。
【0048】
DNAマイクロアレイ、プロテインチップなどを使った分析技術の進歩を見ても明らかなように、マイクロアレイは、一枚の基板上で多数の検体に対してハイスループット分析が可能であるため、きわめて有効な分析手段である。本発明は、このようなマイクロアレイの考え方を、多種類の生体分子−細胞間相互作用を迅速に計測するために応用する。この場合、きわめて多くの検体を同時に分析したり、分析に必要な生体分子および細胞の量をできる限り少なくするためには、マイクロアレイの集積化が重要である。しかし一方で、マイクロアレイ上の細胞に関する情報を取得する場合、ある程度以上の細胞数からなる集団を対象とした測定を行わない限り、誤差の大きいデータしか得ることができない。このような観点から、マイクロアレイを構成する各スポットの大きさは、少なくとも数十〜数千個程度の細胞が相互作用することのできる大きさであることが望ましく、例えば、円形のスポットの場合、その直径はおおよそ数μmから1mm程度である。
【0049】
マイクロアレイの作製には、マイクロコンタクトプリンティング法、光リソグラフィー法などの種々の方法を用いることが可能であるが、望ましくは、アルカンチオール単分子膜のマイクロパターン化表面を利用する方法である。
【0050】
本明細書において使用される用語「生体分子」とは、生体に関連する分子をいう。本明細書において「生体」とは、生物学的な有機体をいい、動物、植物、菌類、ウイルスなどを含むがそれらに限定されない。生体分子は、生体から抽出される分子を包含するが、それに限定されず、生体に影響を与え得る分子であれば生体分子の定義に入る。そのような生体分子には、タンパク質、ポリペプチド、オリゴペプチド、ペプチド、ポリヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、ヌクレオチド、核酸(例えば、cDNA、ゲノムDNAのようなDNA、mRNAのようなRNAを含む)、ポリサッカリド、オリゴサッカリド、脂質、低分子(例えば、ホルモン、リガンド、情報伝達物質、有機低分子、コンビナトリアルライブラリ化合物など)、これらの複合分子などが包含されるがそれらに限定されない。
【0051】
(細胞)
本明細書において使用される「細胞」は、当該分野において用いられる最も広義の意味と同様に定義され、多細胞生物の組織の構成単位または単細胞生物の全体であって、外界を隔離する膜構造に包まれ、内部に自己再生能を備え、遺伝情報およびその発現機構を有する生命体をいう。本明細書において使用される細胞は、天然に存在する細胞であっても、人工的に改変された細胞(例えば、融合細胞、遺伝子改変細胞)であってもよい。細胞の供給源としては、例えば、単一の細胞培養物であり得、あるいは、正常に成長したトランスジェニック動物の胚、血液、または体組織、または正常に成長した細胞株由来の細胞のような細胞混合物、あるいは細菌細胞などが挙げられるがそれらに限定されない。
【0052】
本明細書において「幹細胞」とは、自己複製能を有し、多分化能(すなわち多能性)(「pluripotency」)を有する細胞をいう。幹細胞は通常、組織が傷害を受けたときにその組織を再生することができる。本明細書では幹細胞は、胚性幹(ES)細胞または組織幹細胞(組織性幹細胞、組織特異的幹細胞または体性幹細胞ともいう)であり得るがそれらに限定されない。また、上述の能力を有している限り、人工的に作製した細胞(たとえば、本明細書において記載される融合細胞、再プログラム化された細胞など)もまた、幹細胞であり得る。胚性幹細胞とは初期胚に由来する多能性幹細胞をいう。胚性幹細胞は、1981年に初めて樹立され、1989年以降ノックアウトマウス作製にも応用されている。1998年にはヒト胚性幹細胞が樹立されており、再生医学にも利用されつつある。組織幹細胞は、胚性幹細胞とは異なり、分化の方向が限定されている細胞であり、組織中の特定の位置に存在し、未分化な細胞内構造をしている。従って、組織幹細胞は多能性のレベルが低い。組織幹細胞は、核/細胞質比が高く、細胞内小器官が乏しい。組織幹細胞は、概して、多分化能を有し、細胞周期が遅く、個体の一生以上に増殖能を維持する。
【0053】
本明細書において「体細胞」とは、卵子、精子などの生殖細胞以外の細胞であり、そのDNAを次世代に直接引き渡さない全ての細胞をいう。体細胞は通常、多能性が限定されているかまたは消失している。本明細書において使用される体細胞は、天然に存在するものであってもよく、遺伝子改変されたものであってもよい。
【0054】
本明細書において「単離された」とは、通常の環境において天然に付随する物質が少なくとも低減されていること、好ましくは実質的に含まないをいう。従って、単離された細胞とは、天然の環境において付随する他の物質(たとえば、他の細胞、タンパク質、核酸など)を実質的に含まない細胞をいう。核酸またはポリペプチドについていう場合、「単離された」とは、たとえば、組換えDNA技術により作製された場合には細胞物質または培養培地を実質的に含まず、化学合成された場合には前駆体化学物質またはその他の化学物質を実質的に含まない、核酸またはポリペプチドを指す。単離された核酸は、好ましくは、その核酸が由来する生物において天然に該核酸に隣接している(flanking)配列(即ち、該核酸の5’末端および3’末端に位置する配列)を含まない。本発明では、測定の際に細胞は単離されていることが好ましい。
【0055】
本明細書において、「樹立された」または「確立された」細胞とは、特定の性質(例えば、多分化能)を維持し、かつ、細胞が培養条件下で安定に増殖し続けるようになった状態をいう。したがって、樹立された幹細胞は、多分化能を維持する。本発明では、樹立された細胞を用いることは、性質が一定しており、反射光強度との線形性の算出の際の係数を特定することが容易であり、かつ変動しにくいことから好ましい。また、測定対象として、樹立された幹細胞を使用することは、宿主から新たに幹細胞を採取するという工程を回避することができるので好ましい。
【0056】
本発明で用いられる細胞は、どの生物由来の細胞(たとえば、任意の種類の単細胞生物(例えば、細菌、酵母)または多細胞生物(例えば、動物(たとえば、脊椎動物、無脊椎動物)、植物(たとえば、単子葉植物、双子葉植物など)など))でもよい。例えば、脊椎動物(たとえば、メクラウナギ類、ヤツメウナギ類、軟骨魚類、硬骨魚類、両生類、爬虫類、鳥類、哺乳動物など)由来の細胞が用いられ、より詳細には、哺乳動物(例えば、単孔類、有袋類、貧歯類、皮翼類、翼手類、食肉類、食虫類、長鼻類、奇蹄類、偶蹄類、管歯類、有鱗類、海牛類、クジラ目、霊長類、齧歯類、ウサギ目など)由来の細胞が用いられる。1つの実施形態では、霊長類(たとえば、チンパンジー、ニホンザル、ヒト)由来の細胞、特にヒト由来の細胞が用いられるがそれに限定されない。
【0057】
本明細書において「細胞のパラメータ」とは、細胞の形状、性質などを特定する種々の要素を言う。そのようなパラメータとしては、例えば、細胞の大きさ、個数、密度、形状(球状、線維状など)、内部状態(分化状態など)、細胞表面の状態(マーカーの発現など)、細胞の接着面積などが挙げられるがそれらに限定されない。本発明のパラメータとして重要なものとしては、例えば、細胞の大きさおよび個数がある。本発明の方法では、反射光強度からそのような細胞の大きさおよび集団における個数を精確に対応付けて算出することができることが予想外に見出されており、従って、その後の目視などによる細胞の計数工程が不要となった。
【0058】
本発明のパラメータのうち、例えば、形状などの二次的情報もまた、本発明の方法において反射光強度から推定することができる。そのような方法としては、例えば、細胞の接着に伴う伸展・扁平化を反射光強度の増大から読み取る方法が挙げられるがそれに限定されない。例示的な方法として、例えば、フィブロネクチンまたはコラーゲンなどの細胞接着を促す生体分子を表面に固定したスポット上に細胞を初期接着させ、培地存在下で培養しながら経時的にSPR反射光強度を計測する方法が挙げられるがそれに限定されない。細胞の接着が進行するにつれて、細胞が伸展し、扁平化したり、突起を伸ばすが、それによって個々の細胞の基板表面への接触面積が増大するため、SPR反射光強度の上昇として検出される。これによって、細胞接着過程の詳細なリアルタイム分析を行ったり、細胞接着に及ぼすマトリクス分子の影響を詳細に調べることが可能となる。
【0059】
本明細書において「標準曲線」とは、反射光強度と細胞のパラメータ(好ましくは細胞個数)との関係を線形的に表したものをいう。そのような標準曲線は、反射光強度を複数測定し、それに対応する細胞のパラメータを算出する(例えば、個数を計数する)し、それらを相関付ける(例えば、グラフにプロットする)ことによって作成することができる。そのような曲線の作成は、手動で行ってもよく、コンピュータなどに行わせてもよい。あるいは、本発明の方法において、そのような情報が既知の場合は、単に標準曲線を提供するだけでよい。そのような標準曲線を提供することによって、反射光強度から細胞数または形状に関する情報へと換算することができる。
【0060】
(表面プラズモン共鳴)
本明細書において用いられる表面プラズモン共鳴(SPR)法は、上述のように、当該分野において慣用される測定方法である。SPRは、光透過性媒体上に設けられた金属薄膜における光の全反射条件で生じる光−表面プラズモン波の相互作用を利用するもので、その測定原理は以下の通りである。
【0061】
表面プラズモン波は、金属と絶縁体間の界面に生じる電磁波である。金属と絶縁体の界面近傍の屈折率(あるいは、誘電率)とその厚さにより決められた共鳴条件を満たすことにより、そのような表面プラズモン波を光学的に引き起こすことができる。まず、金属薄膜を有する光透過性媒体において、光透過性媒体面で全反射が起きるように偏光した光を入射する。このとき、金属薄膜と光透過性媒体の界面において光の入射角を変数とする波数のエバネッセント波(光波)が生じる。一方、金属薄膜上では光のトンネル効果により表面プラズモン波が生じる。金属薄膜の両面で生じたエバネッセント波と表面プラズモン波の波数が一致したときに表面プラズモン共鳴が起こり、入射した光のエネルギーの一部が表面プラズモン波の励起エネルギーに用いられる。
【0062】
エネルギー保存則より、金属薄膜面で反射した光強度は、入射光強度と表面プラズモン波の励起で失われた光強度の差となる。従って、反射光強度の入射角依存性を測定することにより、表面プラズモン共鳴が観測できる。この共鳴条件は、入射光の波長、入射角、光透過性媒体と金属薄膜の複素誘電率、および金属薄膜上に設けたセンサ感応膜の複素誘電率などで規定される。膜における細胞の付着反応により複素誘電率が変化すれば共鳴条件が変わり、波長一定の条件では表面プラズモン共鳴が起きる光の入射角が変化する。これを求めることにより、細胞の状態を求めることができる。
【0063】
表面プラズモン波は金属薄膜上約数100nmの領域に生じることから、誘電率変化をもたらす基質と細胞との生物化学的な反応は、この領域の中で起きる必要がある。従って、生体物質を固定した感応膜は極めて薄い膜で十分である。さらに、表面プラズモン共鳴では金属薄膜近傍のみを測定することができるので、着色した試料および懸濁した試料でも影響を受けることなく測定することができる。表面プラズモン共鳴を利用して、これまでにタンパク質の抗原検出センサなどが実用化されている(例えば、BIAcore社のBIAcore)。当業者は、そのような市販の装置を用いて表面プラズモン共鳴測定を行うこともでき、適宜所望のものを製造してもよい。
【0064】
表面プラズモンとは、上述のように、金属表面上に存在する電子の粗密波であるということができ、この速度は表面に他の物質が接触することで制限される。そこで、プリズムを介して入射した光により金属表面にエバネッセント波を生起させ、表面プラズモン波と共鳴するような入社光角度を求め、これによりプラズモン波の速度を見積もることができる。プラズモン波の速度変化から表面に存在する物質量を知ることが可能となるといわれてきた。
【0065】
2階調化もまた重要な考慮点である。基板表面に接着した細胞に関する情報を得る場合には、画像の2階調化も重要な考慮点である。基板に結合した1個の細胞に基づくシグナルは、細胞の鉛直方向の情報、すなわち、細胞内を構成する物質の屈折率とその分布、ならびに、厚さの情報の総体を反映したものとなる。細胞の個数または形態をデジタル化されたSPR画像データから求めようとする場合には、個々の細胞の情報が基板に対して水平に均一化されていることが必要である。このため、細胞の結合によって表綿プラズモン共鳴の生起する入射光強度が大きくシフトするよう、すなわち、SPR角度付近で固定された光学系を用いて測定したとき、反射光強度が大幅に変化するよう、光源の波長、プリズムの屈折率、金薄膜の厚さなどが適正化されねばならない。
【0066】
実際には、表面プラズモン共鳴角よりわずかに小さな角度で光を入射させ、そのときの反射光強度を求めることによって、物質の付着に基づく表面プラズモン共鳴角の変化を知ることができる。表面プラズモン共鳴角の変化は、入射角度における反射光強度であり、付着物の表面占有率、屈折率、形状、層構造によって変動する。検出器の線形性(リニアリティー)(反射光強度−電気信号)、および反射光−角度スペクトルの形状(用いる光源の波長、金属膜の厚さなどによって大きく異なる)にも影響される。
【0067】
ある一定の領域に接着した細胞の数と、平均反射光強度との間の関係は、以上の種々のパラメータに左右されることが理解される。ある入射角における反射光強度を測定する場合を考えるとき、基板に接着した細胞と、反射光強度との間の関係を規定するには、以下のような条件を考慮する必要がある。
(1)細胞1個の占有面積が細胞によらず一定とみなすことができるかどうか。(2)細胞接着表面の粗さ(roughness)を無視することができるかどうか。
(3)反射光スペクトルの形状が顕著に変わらないかどうか。
(4)細胞の微細構造(細胞膜、細胞質、核、細胞内小器官)、それらの屈折率の綜合的な結果として、一個の細胞接着が2階調化が可能なほどの大きな、かつ、一定の角度変化を与えるかどうか。
(5)二次元平面の解像度が細胞数と反射光強度との間に線形成を与える程度に高いかどうか。
などである。
【0068】
これらの条件を考慮するとき、装置およびプレート(例えば、マイクロアレイ)の特質に大きく影響されることから、基板に接着した細胞と、反射光強度との間の関係は、正の相関があることまではわかったとしても、例えば、線形性があるかどうかは不明で、むしろ、不定の関係があることが予測される。
【0069】
本発明では、理論に束縛されないが、上述の種々の条件を考慮すると、予想外に基板に接着した細胞と、反射光強度との間の関係に線形性があることがわかった。従って、本発明の方法では、反射光強度を測定するだけで、細胞の情報が1:1の関係で精確に測定され得る。
【0070】
表面プラズモン共鳴イメージングは、可視光から近赤外線(520nm〜3390nmの波長の光)の領域を波長を有する面光源を利用することができる。好ましくは、800nm〜1200nmの波長の光を利用することが有利であり得る。そのような波長を利用することで、金属薄膜上に表面プラズモン共鳴を有利に作り出すことができるからである。
【0071】
本明細書において「反射光強度」は、薄膜表面に接着した細胞と媒体との屈折率の相違にもとづく反射光強度の強弱をCCDカメラでイメージとして捉えることができるが、反射光強度の捕捉はそれに限定されない。
【0072】
表面プラズモン共鳴イメージング装置は、図2に示すような構成の装置を用いる。生きた細胞を培養しながらでも観察できるように水平型試料台をもち、細胞へのダメージの少ない白色光を光源として用いることを特徴とする。画像データの正確性を高めるためには、近赤外領域の光を検出できるCCDカメラを用いることが有効である。測定には、マイクロアレイおよびプリズムをKretschmann配置し、マイクロアレイ裏面からプラズモン共鳴角より約0.3〜0.5度鋭角度で均一平行光を入射する。この場合、レーザー光源、LED光源、LSED光源、ハロゲンランプ、水銀アークランプ、LD光源などさまざまな光源を用いることができるが、レーザー光のようにコーヒレント性の高い光を用いる場合、光路の各部分において回折の起こらないように注意を要する。2次元画像の取得には、CCDカメラを使用するが、この際、干渉フィルターなどを利用して900nm程度の波長をもつ近赤外光のみを検出できるような光学系ならびに検出系とすることで、表面プラズモン共鳴イメージの感度を向上させる。
【0073】
生体分子と細胞との相互作用を調べるには、まず、対象となる細胞を細胞培養用培地およびリン酸緩衝液などの適当な媒体に浮遊させ、これをマイクロアレイ上に滴下する。生体分子−細胞間の相互作用を行わせた後、相互作用していない細胞を洗浄により除去する。このようにして得たマイクロアレイを表面プラズモン共鳴イメージング装置に取り付け、アレイ表面の誘電率変化に対応した2次元画像を取得する。生体分子と細胞の間に相互作用が生じ、細胞が接着した領域では、図3に示すように、反射光度の高い領域として観測され、逆に細胞の存在しない領域は暗色を示す。結果として、細胞付着の有無が2階調化された画像データとして得られる。これは、細胞の接着によって、図4に示すように表面プラズモン共鳴スペクトルが大きくシフト高角度側にシフトすることから説明される。すなわち、光の入射角を表面プラズモン共鳴角近傍に固定して計測を行った場合、細胞の非存在下では表面プラズモン共鳴によって低い反射光強度を与えるが、細胞が接着することによって同角度における反射光強度は著しく増大する。その結果、細胞の存在する部分とそうでない部分に対応して、二値化されたような二次元イメージが得られことになる。このようにして得られた2次元画像をデジタル化された情報としてコンピュータに取り込み、適当なソフトウエアを用いて、各スポット内の単位面積あたりの平均明度を求めることにより、細胞接着数の指標を得ることが可能となる。
【0074】
(好ましい実施形態の説明)
以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。
【0075】
1つの局面において、本発明は、細胞を分析する方法を提供する。この方法は、(a)表面プラズモン共鳴イメージングを用いてプレート上に固定された細胞に起因する反射光強度を測定する工程;および(b)該反射光強度から、該細胞に関するパラメータを算出する工程、を包含する。表面プラズモン共鳴イメージングは、当該分野において周知の技法を用いて操作することができる。プレートへの細胞の固定は、直接行ってもよく、あるいは、結合性の因子(例えば、抗体、リガンド、低分子、糖鎖など)をプレートに予め結合させておくことによって行うこともできる。反射光強度の測定もまた、当該分野において周知の手法を用いて行うことができる。そのような手法は、本明細書において上述されており、かつ、例えば、”Surface Analytical Techniques for Probing Biomaterial Processes”, J.Davies,ed.CRC Press,Boca Raton,FL,1996;”Biomolecules Sensors”,E.Gizeli,C.R.Lowe eds.,Taylor&Francis,New York,NY,2002;B.P.Nelson,A.G.Frutos,J.M.Brockman,R.M.Corn.,Near−infrared surface plasmon resonance measurements of ultrathin films,1.Angle shift and SPR imating experiments,Anal.Chem.,71,3928−3934(1999)などに詳細に記載されている。
【0076】
ここで、好ましくは、本発明において算出される細胞のパラメータは、細胞数、細胞の接着面積または細胞の大きさでありえる。本発明では、反射光強度と細胞数とが予想外に線形性をもって相関付けられたことから、単に反射光強度を測定するだけで、細胞数を算出することができるという格別の効果が達成された。これは、従来では不可能であり、従来は、わざわざ細胞数を計数するという工程を欠かすことができなかった。従って、本発明は、そのような煩雑な工程を省略することができたという効果も奏する。
【0077】
そのような線形性は、以下のような関係で示すことができる。
D(D=細胞密度=細胞数/単位面積)=kR(R=SPR反射光強度)
ここで、係数k(cm/細胞)は、細胞の種類、状態などによって変動し、例えば、リンパ球の場合、0.1〜0.2であり得、神経細胞の場合、0.3〜0.4であり得、ストローマ細胞の場合、2〜4であり得る。この係数は、調製された細胞が一定の性質あるいは調製方法が同様である場合、一定の数値となる。従って、反射光強度を求めるだけで、細胞の密度および個数を算出することができる。また、係数はあくまでも例示であり、これらの値は、細胞の状態のみならず、装置の仕様、測定条件などによって大きく変動し得る。そのような変動は、当業者が理解する範囲内にあり、これらを考慮して適切に係数を決定することができる。
【0078】
この係数kを分析することにより、細胞の形状を同定することも可能である。例えば、形状(例えば、大きさ)が既知の細胞についての標準曲線が判明している場合に、未知の細胞の標準曲線を分析し係数kを同定することにより、未知細胞の大きさを同定することも可能である。例えば、第一の細胞について、
D=k
という関係が判明しており、その大きさがsであることが判明している場合、第二の細胞について
D=k
という関係が明らかになった場合、その大きさsは、
=(k×s)/k
で求めることができる。
【0079】
好ましい実施形態において、本発明の方法における上記(b)工程は、細胞に関する既知の標準曲線を提供して、前記反射光強度と比較することにより前記細胞に関するパラメータを算出することを包含する。標準曲線が既知のものを用いることにより、細胞のパラメータを即座に判定することができる。そのような既知の標準曲線が使える代表例としては、使用する細胞が正常な場合などがある。あるいは、(b)工程は、前記細胞について標準曲線を作成することを包含していてもよい。このような手法は、標準曲線が入手できない場合、あるいは再度標準曲線を作成する必要がある場合に有利であり得る。より好ましくは、毎日細胞の状態を、標準曲線を作成して確認することが有利であり、かつ、より精確な結果が得られ得る。異なる細胞間の相対値の場合は標準曲線を作成する必要はない場合もある。
【0080】
好ましい実施形態において、本発明の方法における(b)工程は、表面プラズモン共鳴イメージング装置で測定される反射光強度から接着細胞数に換算することを包含する。このような換算は、いったん標準曲線が得られたなら、自動的に反射光強度から行うことができる。
【0081】
好ましい実施形態において、本発明の方法における(b)工程は、表面プラズモン共鳴イメージング装置で測定される反射光強度から細胞の形態に関する情報を得ることを包含する。このような換算は、いったん標準曲線が得られたなら、自動的に反射光強度から行うことができる。そのような方法としては、大きさを求める方法を適用することができる。ある一定の予測範囲の形態変化に関しては、大きさからの類推が可能であるからである。
【0082】
好ましい実施形態において、表面プラズモン共鳴イメージングは、可視から近赤外の領域の波長をもつ面光源を利用して金属薄膜上に表面プラズモン共鳴を作り出すことを包含する。ここで、好ましくは、可視から近赤外の領域の波長は、520nm〜3390nmの波長、より好ましくは800nm〜1200nmの波長を有する。このような波長が有利なのは、反射光強度の入射角依存性が顕著であるため、金属(金など)表面への物質の付着による反射光強度の変化が大きいため、感度の高い測定が可能となるからである。
【0083】
別の好ましい実施形態において、反射光強度は、薄膜表面に接着した細胞と媒体との屈折率の相違にもとづく反射光強度の強弱をCCDカメラでイメージとして捉えたものであってもよい。このようなイメージとして捕らえることによって、コンピュータ画像としての処理を行うことができ、自動化処理が達成される。CCDカメラのイメージとしてそのような反射光強度を捕らえることは、当該分野において周知であり、例えば、W.Knoll,M.Liley,D.Piscevic,J.Spinke and M.J.Tarlov,Supramolecular architectures for the functionalization of solid surfaces、Adv.Biophys.,34,231−251(1997);B.P.Nelson、A.G.Frutos,J.M.Brockman.,R.M.Corn,Near−infrared surface plasmon resonance Measurements of ultrathin films,1.Angle shift and SPR imaging experiments、Anal Chem.,71,3928−3934(1999)などに詳細に記載されている。
【0084】
好ましい実施形態において、本発明において使用されるプレートは、マイクロアレイである。そのようなマイクロアレイの製造法および使用法は、本明細書において上述したように公知であり、当業者は容易に実施することができる。
【0085】
好ましい実施形態において、本発明において使用されるプレートは、金、銀またはアルミニウムを含む金属薄膜を片面にもつガラス基板を含んでいてもよい。そのようなガラス基板の使用方法および製造方法は、当該分野において周知であり、本明細書において上述したとおりである。
好ましくは、プレート上には前記細胞と特異的に結合する因子が0.01mm〜10mmのスポット状に共有結合あるいは物理的相互作用によって配列固定されていることが有利であり得る。このように配列固定されていることにより、後の情報処理が容易となるからである。
【0086】
好ましくは、プレートは、生体分子を配列固定したマイクロアレイであり、ここで、この生体分子は、CD抗原、細胞接着因子、細胞増殖因子レセプター、サイトカインレセプターまたは糖鎖を認識する。そのような認識する生体分子としては、例えば、抗体、リガンド、レセプター、特定の核酸配列などがあるがそれらに限定されない。好ましくは、抗体であり、より好ましくは、モノクローナル抗体である。
【0087】
本明細書において測定される細胞は同種または異種である。同種であることが好ましい。すなわち、均一な細胞集団が測定対象であることにより、細胞の個数および状態の測定がより精確なものとすることができる。ただし、異種のものが混じっていたとしても、種々の目的で本発明を利用することができる。
【0088】
好ましい実施形態において、本発明が測定対象とする細胞は、各種臓器の正常細胞、疾患をもつ細胞のような分化細胞ならびにそれらの前駆細胞、胚性幹細胞、胎児由来幹細胞、未分化細胞、樹立系細胞または遺伝子の改変された細胞を含む。そのような細胞は、目的に応じて当業者が適宜選択または調製することができる。
【0089】
本発明はまた、別の局面において、細胞のパラメータを算出するためのシステムを提供する。このシステムは、(a)該細胞を固定するためのプレート;および(b)該プレートを観察するための表面プラズモン共鳴イメージング装置、を備える。プレートおよび鏡面プラズモン共鳴イメージングの装置は、本明細書において上述したようなものを当業者が適宜選択し、組み合わせて使用することができる。
【0090】
好ましくは、本発明のシステムにおいて用いられるプレートは、マイクロアレイであり得る。マイクロアレイの製造方法および使用方法は、上述したとおりである。
【0091】
本明細書において引用された、科学文献、特許、特許出願などの参考文献は、その全体が、各々具体的に記載されたのと同じ程度に本明細書において参考として援用される。
【0092】
以上、本発明を、理解の容易のために好ましい実施形態を示して説明してきた。以下に、実施例に基づいて本発明を説明するが、上述の説明および以下の実施例は、例示の目的のみに提供され、本発明を限定する目的で提供したのではない。従って、本発明の範囲は、本明細書に具体的に記載された実施形態にも実施例にも限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【0093】
【実施例】
以下、実施例を示してこの発明についてさらに詳しく説明するが、この発明は以下の例に限定されるものではない。以下に使用した抗体などの試薬は、特に言及する場合を除き、以下のように入手した。以下の試薬は、代理店(和研薬(株)(京都、日本))から入手した:アルカンチオール(Sigma Chemical Co.,St.Louis,MO,USA)、抗体(藤沢薬品工業、大阪、日本;ベックマン・コールター(株)、東京、日本;(株)ニチレイ、東京、日本)、その他の試薬:和光純薬(大阪、日本)。
【0094】
(実施例1)
片面に金薄膜を蒸着したガラス基板に、末端にメチル基をもつアルカンチオール (n−ヘキサデシルメルカプタン)の単分子膜を形成させた。この単分子膜に、直径1mmのスポットを5×5のマトリックス状に配置したフォトマスクを重ね、紫外線を照射した。これにより、照射部のアルカンチオールをスポット状に分解除去した。次に、露出した金スポット内にカルボキシル基をもつアルカンチオール(11−メルカプトウンデカン酸)の単分子膜を形成させた。スポット表面のカルボキシルをN−ヒドロキシスクシンイミドを用いて活性エステルに変換した後、約100nlの0.1mg/mlの抗CD90モノクローナル抗体溶液を各スポットに滴下することで、抗体の固定化を行った。スポット周囲のバックグラウンド領域への細胞接着を抑えるため、ウシ血清アルブミンによるブロッキングを行った。
【0095】
ラット副腎皮質褐色細胞腫由来PC−12細胞を血清含有培地に浮遊させ、その0.2mlを抗体固定化基板上に滴下した。これを37℃および5%COの雰囲気下に静置することで、細胞を接着させた。30分後、抗体アレイをリン酸緩衝液で洗浄し、非接着細胞を除去した。その後、スポットに接着した細胞をグルタルアルデヒド溶液を用いて固定した。
【0096】
各スポットに接着した細胞数を計測するため、基板のSPRイメージを取得し、各スポットの反射光強度を測定した。観察のさい、抗体スポット以外の領域(バックグラウンド領域)の反射光強度が100,000となるように設定した。
【0097】
図5に、PC−12細胞の接着した基板のSPR像を示す。細胞の接着した領域は、SPR像において明るい領域として観察された。各スポット中心部の矩形領域を反射光強度を測定した結果、平均値は162,490であった。また、細胞接着の不均一性の指標とするため、標準偏差を求めた結果、11,511であった。
【0098】
(実施例2)
実施例1とは異なる細胞ならびに固定化分子の組み合わせについて、接着細胞密度ならびにその不均一性の試験を行った。すなわち、細胞にはマウス頭蓋骨由来ストローマ細胞PA6を用い、固定化分子としてフィブロネクチンを用いた。基板の作成ならびに細胞接着は、実施例1と同様に行ったが、スポット内のアルカンチオール単分子膜のモル組成を11−メルカプトウンデカン酸:n−11−メルカプトウンデカノール = 1:9とした。また、細胞を接着させるさいの基板−細胞接触時間を2.5時間とした。
【0099】
図6に、PA6細胞の接着した基板のSPR像を示す。この場合にも、細胞の接着した領域は、SPR像において明るい領域として観察された。各スポット中心部の矩形領域を反射光強度を測定した結果、平均値は214.388であった。また、標準偏差を求めた結果、23.590であり、PC−12細胞の接着試験の結果と比較して大きな値を示した。この例が示すように、SPRイメージング装置を用いることによって、各スポットへの細胞接着のバラツキを簡便に評価することが可能である。
【0100】
(実施例3)
実施例1と同様に、抗CD90抗体固定化アレイ上へのPC−12細胞の接着をSPRイメージング装置を用いて評価した。この際、スポット内のアルカンチオール単分子膜の組成を11−メルカプトウンデカン酸:n−11−メルカプトウンデカノール = 0:10〜10:0まで変化させ、また固定化に用いる抗体溶液の濃度も0.01μg/ml〜5mg/mlの間で変化させた。
【0101】
接着した細胞密度は、スポット内のカルボキシル基密度および固定化反応における抗体濃度によって変化した(図7)。カルボキシル基含有量が0%の場合にも高濃度の抗体溶液を用いた場合には細胞の接着がみられたことから、非特異的に吸着した抗体の存在することがわかる。この結果が示すように、SPRイメージングによる細胞接着評価を行うことによって、基板作成条件の検討を迅速に行うことが可能である。
【0102】
(実施例4)
実施例1と同様の方法で、抗体アレイを作製した。このさい、抗体には、CD1、CD2、CD3、CD4、CD5、CD7、CD8、CD10、CD13、CD14、CD16、CD19、CD20、CD21、CD33、CD34、CD38、CD41、CD45、CD56、CD71、HLA−DRの合計22種類の白血球表面抗原に対するモノクローナル抗体を用い、また、コントロールとしてIgG1、IgG2a、IgG2bを用いた。
【0103】
細胞には、造血器種用細胞株であるCCRF−CEM(T細胞系急性リンパ腫)およびRamos(B細胞系バーキットリンパ腫)を用いた(いずれも(財)ヒューマンサイエンス財団より分譲)。それぞれの細胞を5×10cells/mlの濃度で0.53mM EDTAならびに1mg/mlヒトIgGを含むリン酸緩衝溶液に分散させ、接着試験に供した。細胞懸濁液400μlを基板表面に滴下し、COインキュベータ内に静置することで、細胞を接着させた。30分後、基板をリン酸緩衝溶液で軽く洗浄することで、浮遊する細胞を洗い流し、基板に接着した細胞を2%グルタルアルデヒド溶液を用いて固定した。
【0104】
表面プラズモン観察では、バックグラウンドの反射強度を100,000に設定し、各スポット内の10ピクセル×10ピクセルの領域について反射強度を測定した。細胞の接着した抗体アレイのSPRイメージならびに反射光強度の測定値を図8および図9に示す。
【0105】
CCRF−CEMでは、CD1a、CD2、CD3、CD4、CD5、CD7、CD8、CD10、CD38、CD45、CD71の各スポットに多くの細胞が接着し、CD21のスポットに軽度な接着がみられた。一方、Ramosでは、CD10、CD19、CD20、CD38、CD45、CD71の各スポットに多くの細胞が接着し、CD21、HLA−DRのスポットには軽度な接着がみられた。RamosのCD7スポットでは、細胞接着がほとんど認められないにもかかわらず、SPR反射光強度が比較的高い値を示した。また、RamosのHLA−DRのスポットには細胞の軽度な接着がみられたが、SPR反射強度は比較的低かった。これらの結果からわかるように、細胞密度が低い場合には、SPRイメージングによる測定誤差が大きいようであり、注意を要する。
【0106】
2種類の細胞株の各抗体スポットへの接着プロファイは、T細胞系急性リンパ腫ならびにB細胞系バーキットリンパ腫に発現することが知られている表面マーカーのプロファイルにほぼ一致した。
以上の結果は、マイクロアレイならびに表面プラズモン共鳴イメージング装置を組み合わせた本発明の方法を用いることによって、多種類の抗体と細胞との相互作用を迅速に調べることが可能であることを示す。また、この例でもわかるように、細胞免疫診断のような臨床検査への応用も可能である。
【0107】
(実施例5)
PC−12、PA6、CCRF−CEM細胞の接着細胞数とSPR反射光強度の関係を図10に示す。いずれの場合にも、細胞数と反射強度の間には相関関係が認められ、それらの相関係数は、それぞれ、直線関係が認められた。ただし、直線の傾きは細胞によって大きく異なっていた。図11に示すように、著しく伸展したPA6細胞では、直線の傾きが大きく、細胞の広がり方がPC−12、CCRF−CEMと軽度になるにつれて直線の傾きは小さくなった。
【0108】
(実施例6:胚性幹(ES)細胞での実証)
(胚性幹(ES)細胞の調製)
ゼラチンをコーティングした細胞培養皿上で、1% FBS、10%Knockout Serum Replacement、LIF(Leukemia inhibitory factor)、ブラストサイジン、2−メルカプトエタノール、非必須アミノ酸、ピルビン酸を含むGMEM培地を用いて培養されたマウスES細胞(EB5)を、0.25%トリプシン/EDTAを用いて培養皿より剥がす。これを無血清含有培地に5x10細胞/mLとなるように浮遊させ、その0.2mLを抗体固定化基板上に滴下し、アレイを調製した。
【0109】
(結果)
このアレイを使用して同様の測定ができるかどうかを確かめたところ、上記白血病細胞と同様に予想外に線形性を保ちながら測定することができることが判明した。
【0110】
(実施例6:マウスインスリノーマ細胞での実証)
マウスインスリノーマ(MIN6)(膵ベータ細胞様のインスリン産生細胞株)
10%ウシ胎児血清およびグルコース、2−メルカプトエタノール、炭酸ナトリウム、硫酸ストレプトマイシン、ペニシリンを含むDMEM培地にて培養したMIN6細胞を、0.1%トリプシン/EDTAを用いて培養器材より剥がした。これを無血清含有培地に5x10細胞/mLとなるように浮遊させ、その0.2mLを抗体固定化基板上に滴下し、アレイを調製した。
【0111】
(結果)
このアレイを使用して同様の測定ができるかどうかを確かめたところ、上記白血病細胞と同様に予想外に線形性を保ちながら測定することができることが判明した。
【0112】
以上のように、SPR反射強度測定によって細胞の伸展の程度を評価することが可能である。
【0113】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【0114】
【発明の効果】
以上、詳しく説明した通り、本発明によって、多種類の生体分子と細胞との相互作用を迅速にしかも網羅的に解析することが可能となる。これにより、例えば、細胞表面に発現したマーカータンパク質の種類および頻度を調べることによって、細胞の表現形、分化段階、病態を知ることが可能であり、細胞生物学のみならず臨床検査においても有用な分析システムとなる。また、本手法は、生体分子との相互作用にとどまらず、人工物表面および環境汚染物質のような場合にも適用が可能である。
【0115】
臨床検査の現場において、白血球の免疫形質タイピングに代表されるように、フローサイトメトリーを用いた免疫学的検査が、その他の病理学的検査と併せて診断のための重要な手段となっている。ところが、この場合においても、検査を行う者の経験的な判断によるところが大きい上に、最適な分析条件を検体ごとに決定しておく必要がある。また、著しい細胞形態の変化を伴うような場合にみられる細胞間の比較の難しさ、標識抗体を使用しなければならない点、蛍光強度の定量的な比較が難しいこと、正確な診断を行うために指標とすべき抗原の種類が多数に上る場合が多く、経済的にも不利であるなど、種々の問題を抱えている。本発明の方法は、たとえば、白血病の分類を行う上で、定量的な分析結果を簡便に得るための有効な手段となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)表面プラズモン共鳴を得るためのプリズムならびに金属薄膜の配置。(b)表面プラズモン共鳴イメージングを行うための均一平行光の入射。1.媒体、2.金属薄膜、3.プリズム、4.入射光、5.入射角、6.エバネッセント波のポテンシャル、7.表面プラズモン波、8.反射波、9.均一平行光、10.細胞。
【図2】本発明で用いる例示的表面プラズモン共鳴イメージング装置の概略。1.光源、2.レンズ、3.ピンホール、4.偏向板、5.プリズム、6.マイクロアレイ、7.フローセル、8.回転ステージ、9.干渉フィルター、10.CCDカメラ、11.パーソナルコンピュータ。
【図3】マイクロアレイ上のスポットに細胞が接着した場合の表面プラズモン共鳴イメージの一例。
【図4】基板表面に細胞が接着したときにみられる表面プラズモン共鳴スペクトルのシフトの例示。(a)細胞非存在下、(b)細胞存在下。
【図5】すべてのスポットに同一の条件で抗CD90モノクローナル抗体を固定化し、PC−12細胞と相互作用させたときのマイクロアレイの表面プラズモン共鳴イメージの例示。
【図6】すべてのスポットに同一の条件でフィブロネクチンを固定化し、PA6細胞と相互作用させたときのマイクロアレイの表面プラズモン共鳴イメージの例示。
【図7】各々異なる条件で抗CD90モノクローナル抗体を固定化し、PC−12細胞と相互作用させたときのマイクロアレイの表面プラズモン共鳴イメージの例示。
【図8】各種のCD抗原に対する抗体を固定化したマイクロアレイと2種類の白血病モデル細胞を相互作用させたときの表面プラズモン共鳴イメージの例示。(a)抗体の配置、(b)急性リンパ性白血病細胞(CCRF−CEM細胞)、(c)Burkittリンパ腫細胞(Ramos細胞)。
【図9】各種のCD抗原に対する抗体を固定化したマイクロアレイと2種類の白血病モデル細胞を相互作用させたときの表面プラズモン共鳴イメージから得られた反射光強度のヒストグラムの例示。各カラムで左側のバーは、急性リンパ性白血病細胞であり、右側のバーはBurkittリンパ腫細胞である。
【図10】PC−12細胞、PA6細胞、CCRF−CEM細胞の接着細胞数とSPR反射光強度の関係ならびにそれらの細胞が接着した代表的なスポットの光学顕微鏡写真の例示。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and a system for accurately measuring a parameter of a cell using a surface plasmon resonance method.
[0002]
[Prior art]
Examining the phenotypic properties of cells based on the interaction between cells and various biomolecules and examining the changes in cells caused by the administration of biomolecules are central issues in cell biology. In general, the effect is investigated by using cells cultured in vitro and adding biomolecules.
[0003]
In recent years, with the advance of combinatorial chemistry, low-molecular-weight drugs having bioactivity and candidate drugs for peptides have been comprehensively synthesized, and an enormous database on genomes and proteins has been constructed. This information is expected to be useful for finding new drugs and understanding complex molecular networks, but the actual functions and actions are often unknown and must be clarified experimentally in the future. Must. However, the conventional method as described above requires a large number of experimental systems, and thus is not suitable for comprehensively analyzing the interaction between each of a huge variety of molecules and cells.
[0004]
The most basic operation in examining the interaction between a biomolecule and a cell is to count the number of interacting cells or measure the number of cells that have proliferated as a result of the interaction. Conventionally, cell counting has been performed directly under a microscope or using a hemocytometer after preparing a uniform cell dispersion. It has also been practiced to determine the DNA content from the amount of radioactive substance taken up and to estimate the number of cells. These are time-consuming and time-consuming methods, such as time-consuming cell counting and the need to label with dyes and radioactive materials. In this sense, it is unsuitable to measure information on the number of many samples at once, and it was not possible to simultaneously detect other information such as morphology while alive. For example, various methods for counting the number of cells interacting with biomolecules make it difficult to measure many types of specimens simultaneously and quickly. A major problem is that it takes time and effort, such as time-consuming cell counting and labeling with a dye and a radioactive substance. The present invention utilizes a microarray substrate on which biomolecules are immobilized, so that cells interacting with the substrate surface can be counted alive or after performing operations such as immobilization, and information on their morphology can be obtained. The present invention provides an apparatus system for obtaining the characteristics, and utilizes a surface plasmon resonance phenomenon for this purpose.
[0005]
Surface plasmon resonance (SPR) is an interaction that occurs between surface plasmons (elastic waves) generated on a metal surface and evanescent waves (light waves) generated by totally reflected electromagnetic waves. Resonance occurs at an incident angle θ of light that provides a condition that the wave number and the wave vector of the plasmon wave and the evanescent wave approximately coincide with each other, and the intensity of the reflected light decreases because the evanescent wave is used for exciting surface plasmons. In order to obtain surface plasmon resonance, a method of arranging a prism made of a medium having a high refractive index as shown in FIG. 1A (Kretschmann arrangement) and injecting laser light and LED light is used. Here, the wave number of the plasmon wave changes due to a change in the dielectric constant of the medium in contact with the metal surface on the opposite side of the prism. That is, when a substance approaches a metal surface, the incident angle of light that gives surface plasmon resonance shifts. By utilizing this fact, it is possible to sense the coating of the metal surface with the substance. This measuring method is excellent in the resolution in the surface vertical direction (on the order of 0.1 nm), and the amount of the substance existing on the surface is determined in ng to pg / cm2It is possible to observe in real time on the order of. In addition, being able to measure in an aqueous medium is also a great advantage in examining the behavior of biomolecules such as proteins. A measuring device utilizing this has been developed as a biomolecular interaction measuring device, and is applied to the analysis of the interaction of proteins and DNA.
[0006]
For the purpose of simultaneously detecting various types of interactions using the above-described surface plasmon resonance analyzer, imaging devices improved from the same have been developed (Non-Patent Documents 1 to 3). In this case, as shown in FIG. 1 (B), uniform parallel light is incident on the sample, and the totally reflected light is captured as a two-dimensional image using a CCD (charge coupled device) camera, and the local dielectric on the sample surface is measured. The change in rate is obtained as image information. However, conventionally, although an attempt was made to measure cells, it was not possible to obtain parameters relating to cells.
[0007]
[Non-patent document 1]
W. Hickel, D.S. Kamp, and W.W. Knoll, Nature, 339, 186, 1989
[0008]
[Non-patent document 2]
W. Hickel and W.C. Knoll, J .; Appl. Phys. , 67, 3572, 1990.
[0009]
[Non-Patent Document 3]
B. P. Nelson, T .; E. FIG. Grimsrud, M .; R. Liles, R.A. M. Goodman, R .; M. Corn, Anal. Chem. 73, 1-7, 2001
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method and a system for easily calculating the number included in a cell population fixed on a plate. In particular, it is another object of the present invention to devise an analysis system in which a microarray substrate and a surface plasmon resonance imaging apparatus are combined, and to measure information on many biomolecule-cell interactions at once.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, by using a surface plasmon resonance imaging apparatus, multipoint simultaneous counting of cells interacting with the surface of the microarray substrate is performed, and by evaluating their morphology, the behavior of the refractive index and the number of cells can be measured. This was achieved by finding unexpectedly 1: 1 correspondences of individual cell parameters. In the measurement of cells, the versatility and usefulness of this analysis system is improved by devising a device that allows observation while culturing living cells, and setting specifications of an optical system to improve the accuracy of image data. The effect of enhancing the performance was achieved.
[0012]
A microarray in which biomolecules are fixed in the form of microspots is created, and by using this, the interaction between cells and various biomolecules can be performed simultaneously, and the capture, adhesion, and morphology of cells that occur as a result of the interaction The changes can be analyzed at once using a surface plasmon resonance imaging device.
[0013]
The present invention also makes it possible to obtain parameters such as information on the number and morphology of cells interacting with the microarray substrate by applying such a principle of surface plasmon resonance imaging.
[0014]
Accordingly, the present invention provides the following.
[0015]
(1) A method for analyzing cells,
(A) measuring the reflected light intensity due to the cells fixed on the plate using surface plasmon resonance imaging; and
(B) calculating a parameter relating to the cell from the reflected light intensity;
A method comprising:
[0016]
(2) The method according to claim 1, wherein the parameter is a cell number, a cell adhesion area, or a cell size.
[0017]
(3) The method according to claim 1, wherein the step (b) further includes calculating a parameter for the cell by evaluating the reflected light intensity using a known standard curve for the cell.
[0018]
(4) The method according to claim 1, further comprising a step of preparing a standard curve for the cells.
[0019]
(5) The method according to claim 1, wherein the step (b) includes converting the reflected light intensity measured by a surface plasmon resonance imaging device into the number of adherent cells.
[0020]
(6) The method according to claim 1, wherein the step (b) includes obtaining information on cell morphology from reflected light intensity measured by a surface plasmon resonance imaging device.
[0021]
(7) The method according to claim 1, wherein the surface plasmon resonance imaging includes producing surface plasmon resonance on a metal thin film using a surface light source having a wavelength in a visible to near infrared region.
[0022]
(8) The method according to claim 1, wherein the intensity of the reflected light is obtained by capturing an image of the intensity of the reflected light based on a difference in refractive index between the cell adhered to the thin film surface and the medium as an image with a CCD camera.
[0023]
(9) The method according to claim 1, wherein the plate is a microarray.
[0024]
(10) The method according to claim 1, wherein the plate includes a glass substrate having a metal thin film containing gold, silver or aluminum on one surface.
[0025]
(11) The method according to claim 1, wherein the factor that specifically binds to the cells is immobilized on the plate in a spot shape of 0.01 mm to 10 mm by covalent bond or physical interaction.
[0026]
(12) The method according to claim 1, wherein the plate is a microarray in which biomolecules are immobilized, and the biomolecules recognize a CD antigen, a cell adhesion factor, a cell growth factor receptor, a cytokine receptor, or a sugar chain. .
[0027]
(13) The method according to claim 1, wherein the cells are allogeneic or heterologous.
[0028]
(14) The above-mentioned cells are normal cells of various organs, differentiated cells such as diseased cells, and their precursor cells, embryonic stem cells, fetal stem cells, undifferentiated cells, established cells, or cells with modified genes. The method of claim 1, comprising:
[0029]
(15) A system for calculating a parameter of a cell, the system comprising:
(A) a plate for fixing the cells; and
(B) a surface plasmon resonance imaging device for observing the plate,
A system comprising:
[0030]
(16) The system according to claim 14, wherein the plate is a microarray.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Summary of the Invention)
The present invention relates to an apparatus for simultaneously and quickly analyzing a large number of specimens for the interaction between biomolecules such as proteins, peptides, nucleic acids, polysaccharides and low molecular weight bioactive substances and various animal cells. About the system. Although the number of samples that can be analyzed is not limited in principle, in practice, several tens to several thousands of samples are simultaneously analyzed. In the analysis by this apparatus system, different types of biomolecules are respectively fixed to spots on a substrate called a microarray, and then the spots are brought into contact with cells, and the resulting biomolecule-cell interaction analysis is performed. I do. The mode of interaction is cell capture based on physicochemical and / or biological interactions, cell adhesion and subsequent spreading via cell adhesion factors, cell proliferation and cell growth based on the action of biomolecules. Many phenomena can be targeted, such as death. More specifically, this device system is characterized by using the principle of surface plasmon resonance imaging in order to analyze cells on a spot, and to simultaneously count cells interacting with a substrate at multiple points, and to provide information on the morphology. By obtaining, it is possible to comprehensively analyze the biomolecule-cell interaction. This apparatus system can be used not only as a high-throughput analysis means in cell biology research and biomaterial development, but also for clinical tests and environmental investigations.
[0032]
(Detailed description)
Hereinafter, the present invention will be described. It is to be understood that throughout this specification, the use of the singular includes the plural concept unless specifically stated otherwise. It is to be understood that the terms used in the present specification are used in a meaning commonly used in the art unless otherwise specified.
[0033]
(Terms and general techniques)
Hereinafter, definitions of terms particularly used in this specification and general techniques will be described.
[0034]
(Substrate / plate / chip / array)
As used herein, "plate" refers to a planar support to which molecules such as antibodies can be immobilized. In the present invention, the plate is preferably made of a glass substrate having a metal thin film containing gold, silver or aluminum on one surface.
[0035]
As used herein, "substrate" refers to the material (preferably solid) from which the chip or array of the invention is constructed. Thus, the substrate is included in the concept of a plate. The material of the substrate may be any solid that has the property of binding to the biomolecule used in the present invention, or that may be derivatized to have such property, either covalently or non-covalently. Materials.
[0036]
For such materials for use as plates and substrates, any material capable of forming a solid surface can be used, for example, glass, silica, silicon, ceramic, silicon dioxide, plastic, metal (including alloys). ), Natural and synthetic polymers (eg, polystyrene, cellulose, chitosan, dextran, and nylon), including but not limited to: The substrate may be formed from multiple layers of different materials. For example, inorganic insulating materials such as glass, quartz glass, alumina, sapphire, forsterite, silicon carbide, silicon oxide, and silicon nitride can be used. Also, polyethylene, ethylene, polypropylene, polyisobutylene, polyethylene terephthalate, unsaturated polyester, fluorine-containing resin, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, acrylic resin, polyacrylonitrile, polystyrene, acetal resin Organic materials such as polycarbonate, polyamide, phenolic resin, urea resin, epoxy resin, melamine resin, styrene / acrylonitrile copolymer, acrylonitrile butadiene styrene copolymer, silicone resin, polyphenylene oxide, and polysulfone can be used. In the present invention, a membrane used for blotting, such as a nylon membrane, a nitrocellulose membrane, or a PVDF membrane, can also be used. When analyzing a high-density material, it is preferable to use a material having hardness, such as glass. A preferable material for the substrate varies depending on various parameters such as a measuring instrument, and a person skilled in the art can appropriately select an appropriate material from the various materials described above.
[0037]
As used herein, the term “chip” or “microchip” is used interchangeably, has a variety of functions, and refers to a microminiature integrated circuit that becomes part of a system. Examples of the chip include, but are not limited to, a DNA chip and a protein chip.
[0038]
As used herein, the term “array” refers to a substrate (eg, a chip) having a pattern or a pattern in which one or more (eg, 1000 or more) biomolecules (eg, DNA, proteins such as antibodies) are arranged and arranged. It refers to itself. Among the arrays, those patterned on a small substrate (for example, on a 10 × 10 mm) are referred to as microarrays, but in the present specification, microarrays and arrays are used interchangeably. Therefore, a micropattern that is patterned to be larger than the above-mentioned substrate may be called a microarray. For example, an array is composed of a set of desired antibodies that are themselves immobilized on a solid surface or membrane. The array preferably contains at least 10 identical or different antibodies.2, More preferably at least 103, And more preferably at least 104, Even more preferably at least 105Including These antibodies are preferably placed on a surface of 125 × 80 mm, more preferably 10 × 10 mm. As a format, a size of a microtiter plate such as a 96-well microtiter plate or a 384-well microtiter plate, to a size of a slide glass is contemplated. One or a plurality of antibodies may be immobilized. The number of such types can be any number from one to the number of spots. For example, about 10, about 100, about 500, and about 1000 antibodies can be immobilized.
[0039]
Any number of biomolecules (eg, proteins such as antibodies) can be disposed on a solid surface or membrane, such as a substrate, as described above, but typically, 10 per substrate.8Up to 10 biomolecules, in other embodiments up to 107Up to 10 biomolecules6Up to 10 biomolecules5Up to 10 biomolecules4Up to 10 biomolecules3Up to 10 biomolecules, or 102Up to 10 biomolecules can be placed, but 108Biomolecules exceeding the number of biomolecules may be arranged. In these cases, the size of the substrate is preferably smaller. In particular, the spot size of a biomolecule (eg, a protein such as an antibody) can be as small as the size of a single biomolecule (which can be on the order of 1-2 nm). The minimum substrate area is in some cases determined by the number of biomolecules on the substrate. In the present invention, the factor that specifically binds to a cell is usually immobilized in a spot form of 0.01 mm to 10 mm by covalent bond or physical interaction.
[0040]
On the array, “spots” of biomolecules may be arranged. As used herein, “spot” refers to a certain set of biomolecules. As used herein, “spotting” refers to producing a spot of a certain biomolecule on a certain substrate or plate. Spotting can be performed in any manner, for example, by pipetting or the like, or can be performed by automated equipment, such methods being well known in the art. The biomolecule can be, for example, one that can recognize a CD antigen, a cell adhesion factor, a cell growth factor receptor, a cytokine receptor or a sugar chain.
[0041]
As used herein, the term "address" refers to a unique location on a substrate that may be distinguishable from other unique locations. The address is suitable for association with the spot with that address, and may take any shape, such that the entity at every each address can be distinguished (eg, optical) from the entity at another address. The address defining shape may be, for example, a circle, an ellipse, a square, a rectangle, or an irregular shape. Therefore, “address” indicates an abstract concept, and “spot” may be used to indicate a specific concept. However, when there is no need to distinguish between the two, in the present specification, “address” is used as “address”. “Spot” may be used interchangeably.
[0042]
The size defining each address is, inter alia, the size of the substrate, the number of addresses on a particular substrate, the amount of analyte and / or reagents available, the size of the microparticles and any array in which the array is used. Depends on the degree of resolution required for the method. The size can be, for example, in the range of 1-2 nm to several cm, but any size consistent with the application of the array is possible.
[0043]
The spatial arrangement and shape defining the address are designed to suit the particular application in which the microarray is used. The addresses can be closely spaced, widely distributed, or sub-grouped into a desired pattern appropriate for a particular type of analyte.
[0044]
Microarrays are described in Shujunsha, edited by Cell Engineering, “DNA Microarrays and the Latest PCR Method”, F. See Templin, et al. , Protein microarray technology, Drug Discovery Today, 7 (15), 815-822 (2002).
[0045]
Since the data obtained from microarrays is enormous, data analysis software for managing the correspondence between clones and spots and performing data analysis is important. As such software, software attached to various detection systems can be used (Ermolaeva O et al. (1998) Nat. Genet. 20: 19-23). The format of the database includes, for example, a format called GATC (Genetic analysis technology consortium) proposed by Affymetrix.
[0046]
For microfabrication, see, for example, Campbell, S.M. A. (1996). The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication, Oxford University Press; V. (1996). Microarray Fabrication: a Practical Guide to Semiconductor Processing, Semiconductor Services; Madou, M .; J. (1997). Fundamentals of Microfabrication, CRC15 Press; Rai-Choudhury, P .; (1997). Handbook of Microlithography, Micromachining, & Microfabrication: Microlithography, and the like, the relevant portions of which are incorporated herein by reference.
[0047]
Various methods such as a microcontact printing method and a photolithography method can be used for producing a microarray, but a method using a micropatterned surface of an alkanethiol monomolecular film is preferable. In this case, first, a monomolecular film of alkanethiol having a hydrophobic functional group such as a methyl group or a fluoromethyl group is formed on a glass substrate having a gold thin film deposited on one surface. A photomask on which a number of light-transmitting spots each having a diameter of several μm to about 1 mm is arranged on the monomolecular film is irradiated with ultraviolet rays. Thereby, the alkanethiol in the irradiated part can be decomposed and removed in the form of a spot. Next, a monomolecular film of alkanethiol having a reactive functional group such as a carboxyl group, an amino group, an aldehyde group, an imide group, an acid chloride, an epoxy group, and an isocyanate group is formed in the exposed gold spot. Using the reactive functional group introduced into the spot, a test substance such as a protein, DNA, polysaccharide, peptide, or synthetic drug is chemically immobilized. For example, in the case of a carboxyl group-containing spot, immobilization can be performed by converting a carboxyl group into an active ester using N-hydroxysuccinimide and then dropping a small amount of a biomolecule-containing solution onto each spot. . The hydrophobic monomolecular film formed around the spot is effective for suppressing the diffusion of the solution. Blocking is performed with an inactive protein such as bovine serum albumin or a hydrophilic polymer such as polyethylene glycol to suppress non-specific interaction between the background area around the spot and the cells.
[0048]
As can be seen from the progress of analysis technology using DNA microarrays, protein chips, etc., microarrays can perform high-throughput analysis on many samples on a single substrate, making it extremely effective Means. The present invention applies such a microarray concept to quickly measure various types of biomolecule-cell interactions. In this case, integration of microarrays is important in order to simultaneously analyze an extremely large number of specimens and to minimize the amount of biomolecules and cells required for the analysis. On the other hand, when acquiring information on cells on the microarray, only data with a large error can be obtained unless measurement is performed on a population consisting of a certain number of cells or more. From such a viewpoint, the size of each spot constituting the microarray is desirably a size that allows at least several tens to several thousands of cells to interact with each other.For example, in the case of a circular spot, Its diameter is about several μm to about 1 mm.
[0049]
Various methods such as a microcontact printing method and a photolithography method can be used for producing a microarray, but a method using a micropatterned surface of an alkanethiol monomolecular film is preferable.
[0050]
As used herein, the term “biomolecule” refers to a molecule associated with a living organism. As used herein, the term “organism” refers to a biological organism, and includes, but is not limited to, animals, plants, fungi, viruses, and the like. A biomolecule includes, but is not limited to, a molecule extracted from a living body, and is included in the definition of a biomolecule as long as it is a molecule that can affect a living body. Such biomolecules include proteins, polypeptides, oligopeptides, peptides, polynucleotides, oligonucleotides, nucleotides, nucleic acids (eg, including DNA such as cDNA, genomic DNA, RNA such as mRNA), polysaccharides. , Oligosaccharides, lipids, small molecules (eg, hormones, ligands, signal transducers, small organic molecules, combinatorial library compounds, etc.), and composite molecules thereof, but are not limited thereto.
[0051]
(cell)
As used herein, a "cell" is defined in the broadest sense as used in the art, and is a whole unit of a tissue of a multicellular organism or a single-celled organism, a membrane structure that isolates the outside world. An organism that has a self-renewal ability inside and has genetic information and its expression mechanism. The cells used herein may be naturally occurring cells or artificially modified cells (eg, fusion cells, genetically modified cells). The source of cells can be, for example, a single cell culture or such as cells from embryos, blood, or body tissues of a normally grown transgenic animal, or cells from a normally grown cell line. Examples include, but are not limited to, cell mixtures, or bacterial cells.
[0052]
As used herein, the term “stem cell” refers to a cell that has self-renewal ability and has pluripotency (ie, pluripotency) (“pluripotency”). Stem cells can usually regenerate tissue when it is damaged. As used herein, a stem cell can be, but is not limited to, an embryonic stem (ES) cell or a tissue stem cell (also referred to as a tissue stem cell, a tissue-specific stem cell, or a somatic stem cell). In addition, artificially created cells (eg, the fused cells, reprogrammed cells, etc. described herein) can also be stem cells, as long as they have the above-mentioned ability. Embryonic stem cells refer to pluripotent stem cells derived from early embryos. Embryonic stem cells were first established in 1981, and have been applied to the production of knockout mice since 1989. Human embryonic stem cells were established in 1998 and are being used in regenerative medicine. Tissue stem cells, unlike embryonic stem cells, are cells in which the direction of differentiation is limited, are present at specific positions in tissues, and have an undifferentiated intracellular structure. Thus, tissue stem cells have a low level of pluripotency. Tissue stem cells have a high nucleus / cytoplasm ratio and poor intracellular organelles. Tissue stem cells generally have pluripotency, have a slow cell cycle, and maintain their proliferative potential for more than an individual's life.
[0053]
As used herein, “somatic cells” are cells other than germ cells such as eggs and sperm, and refer to all cells that do not directly deliver their DNA to the next generation. Somatic cells usually have limited or lost pluripotency. The somatic cells used herein may be naturally occurring or genetically modified.
[0054]
As used herein, the term “isolated” refers to a substance that naturally accompanies at least a reduced amount in a normal environment, and preferably is substantially free from the substance. Thus, an isolated cell refers to a cell that is substantially free from other attendant materials (eg, other cells, proteins, nucleic acids, etc.) in the natural environment. When referring to nucleic acids or polypeptides, "isolated" refers to, for example, substantially free of cellular material or culture media when produced by recombinant DNA technology, or precursor when chemically synthesized. Refers to nucleic acids or polypeptides substantially free of somatic or other chemicals. An isolated nucleic acid preferably includes sequences that naturally flank the nucleic acid in the organism from which the nucleic acid is derived (ie, sequences located at the 5 ′ and 3 ′ ends of the nucleic acid). Absent. In the present invention, the cells are preferably isolated at the time of measurement.
[0055]
As used herein, an “established” or “established” cell is one in which a particular property (eg, pluripotency) is maintained and the cell continues to proliferate stably under culture conditions. State. Therefore, the established stem cells maintain pluripotency. In the present invention, the use of the established cells is preferable because the properties are constant, the coefficient for calculating the linearity with the reflected light intensity is easy to specify, and the coefficient hardly fluctuates. It is preferable to use established stem cells as a measurement target because a step of newly collecting stem cells from a host can be avoided.
[0056]
Cells used in the present invention may be cells from any organism (eg, unicellular organisms of any type (eg, bacteria, yeast) or multicellular organisms (eg, animals (eg, vertebrates, invertebrates), plants ( For example, monocotyledonous plants, dicotyledonous plants, etc.) may be used. For example, cells from vertebrates (e.g., black lampreys, lampreys, cartilaginous fish, teleost fish, amphibians, reptiles, birds, mammals, etc.) are used, and more specifically, mammals (e.g., monopores, Marsupials, oligodonts, winged wings, winged fins, carnivores, insectivores, longnoses, equinoids, artiodactyls, tubulars, scales, sponges, whales, primates , Rodents, lagomorphs, etc.). In one embodiment, cells from primates (eg, chimpanzees, Japanese macaques, humans), particularly cells from humans, are used, but are not limited thereto.
[0057]
As used herein, “cell parameters” refers to various elements that specify the shape, properties, etc. of a cell. Such parameters include, for example, cell size, number, density, shape (spherical, fibrous, etc.), internal state (differentiation state, etc.), cell surface state (marker expression, etc.), cell adhesion area And the like, but not limited thereto. Important parameters of the present invention include, for example, the size and number of cells. In the method of the present invention, it has been unexpectedly found that the size of such cells and the number in a population can be calculated in an accurate manner from the reflected light intensity, and therefore, the cells can be visually observed or the like. No counting step is required.
[0058]
Among the parameters of the present invention, secondary information such as the shape can also be estimated from the reflected light intensity in the method of the present invention. Examples of such a method include, but are not limited to, a method in which extension and flattening accompanying cell adhesion are read from an increase in reflected light intensity. As an exemplary method, for example, cells are initially adhered onto a spot having a biomolecule promoting cell adhesion such as fibronectin or collagen fixed on the surface, and the SPR reflected light intensity is measured over time while culturing in the presence of a medium. Methods include, but are not limited to. As the adhesion of the cells progresses, the cells spread, flatten, or extend projections, which increase the contact area of the individual cells with the substrate surface, and are detected as an increase in SPR reflected light intensity. This makes it possible to perform a detailed real-time analysis of the cell adhesion process and to examine in detail the effect of matrix molecules on cell adhesion.
[0059]
In the present specification, the “standard curve” refers to a curve that linearly represents the relationship between the intensity of reflected light and the cell parameter (preferably the number of cells). Such a standard curve is created by measuring a plurality of reflected light intensities, calculating corresponding cell parameters (eg, counting the number), and correlating them (eg, plotting them on a graph). be able to. The creation of such a curve may be performed manually, or may be performed by a computer or the like. Alternatively, in the method of the present invention, if such information is known, a standard curve may simply be provided. By providing such a standard curve, the reflected light intensity can be converted into information on cell number or shape.
[0060]
(Surface plasmon resonance)
As described above, the surface plasmon resonance (SPR) method used in the present specification is a measurement method commonly used in the art. SPR utilizes the interaction of light-surface plasmon waves generated under the condition of total reflection of light in a metal thin film provided on a light-transmitting medium, and the principle of measurement is as follows.
[0061]
Surface plasmon waves are electromagnetic waves generated at the interface between a metal and an insulator. By satisfying the resonance condition determined by the refractive index (or dielectric constant) near the interface between the metal and the insulator and the thickness thereof, such a surface plasmon wave can be generated optically. First, in a light-transmitting medium having a metal thin film, light polarized so that total reflection occurs on the light-transmitting medium surface is incident. At this time, an evanescent wave (light wave) having a wave number with the incident angle of light as a variable is generated at the interface between the metal thin film and the light transmitting medium. On the other hand, a surface plasmon wave is generated on a metal thin film by a tunnel effect of light. When the wave numbers of the evanescent wave and the surface plasmon wave generated on both surfaces of the metal thin film match, surface plasmon resonance occurs, and a part of the energy of the incident light is used as the excitation energy of the surface plasmon wave.
[0062]
According to the law of conservation of energy, the light intensity reflected on the metal thin film surface is the difference between the incident light intensity and the light intensity lost by the excitation of the surface plasmon wave. Therefore, by measuring the incident angle dependence of the reflected light intensity, surface plasmon resonance can be observed. This resonance condition is defined by the wavelength of the incident light, the incident angle, the complex permittivity of the light transmitting medium and the metal thin film, the complex permittivity of the sensor-sensitive film provided on the metal thin film, and the like. If the complex dielectric constant changes due to the cell attachment reaction on the membrane, the resonance condition changes, and under a constant wavelength condition, the incident angle of light at which surface plasmon resonance occurs changes. By obtaining this, the state of the cell can be obtained.
[0063]
Since a surface plasmon wave occurs in a region of about several hundred nm on a metal thin film, a biochemical reaction between a substrate and a cell that causes a change in dielectric constant needs to occur in this region. Therefore, an extremely thin film is sufficient as the sensitive film to which the biological material is fixed. Further, since surface plasmon resonance can measure only the vicinity of the metal thin film, it is possible to measure even a colored sample or a suspended sample without being affected. A protein antigen detection sensor and the like have been put to practical use by utilizing surface plasmon resonance (for example, BIAcore by BIAcore). A person skilled in the art can also perform surface plasmon resonance measurement using such a commercially available device, and may appropriately manufacture a desired product.
[0064]
As described above, surface plasmons can be said to be compression waves of electrons existing on a metal surface, and this speed is limited by contact of the surface with another substance. Then, an evanescent wave is generated on the metal surface by the light incident through the prism, and the entering light angle that resonates with the surface plasmon wave is obtained, whereby the speed of the plasmon wave can be estimated. It has been said that it is possible to know the amount of substances existing on the surface from the change in the speed of plasmon waves.
[0065]
Binarization is also an important consideration. When obtaining information about cells adhered to the substrate surface, binarization of an image is also an important consideration. The signal based on one cell bound to the substrate reflects the information in the vertical direction of the cell, that is, the refractive index of the substance constituting the cell, its distribution, and the total information of the thickness. When trying to obtain the number or morphology of cells from digitized SPR image data, it is necessary that the information of each cell is made uniform horizontally with respect to the substrate. Therefore, the intensity of the incident light at which the surface cotton plasmon resonance occurs due to the binding of cells shifts greatly, that is, the intensity of the reflected light greatly changes when measured using an optical system fixed near the SPR angle. The wavelength of the light source, the refractive index of the prism, the thickness of the gold thin film, etc. must be optimized.
[0066]
In practice, light is incident at an angle slightly smaller than the surface plasmon resonance angle, and the intensity of the reflected light at that time is determined, whereby a change in the surface plasmon resonance angle due to the attachment of a substance can be known. The change in the surface plasmon resonance angle is the intensity of reflected light at the incident angle, and varies depending on the surface occupancy, refractive index, shape, and layer structure of the attached matter. It is also affected by the linearity (reflected light intensity-electric signal) of the detector and the shape of the reflected light-angle spectrum (which greatly varies depending on the wavelength of the light source used, the thickness of the metal film, etc.).
[0067]
It is understood that the relationship between the number of cells adhered to a certain area and the average reflected light intensity depends on the above various parameters. Considering the case of measuring the intensity of reflected light at a certain incident angle, it is necessary to consider the following conditions to define the relationship between the cells adhered to the substrate and the intensity of reflected light.
(1) Whether the area occupied by one cell can be regarded as constant regardless of the cell. (2) Whether the roughness of the cell adhesion surface can be neglected.
(3) Whether the shape of the reflected light spectrum is not significantly changed.
(4) As a comprehensive result of the microstructure of cells (cell membrane, cytoplasm, nucleus, and organelles) and their refractive indices, one cell adhesion is large and constant enough to enable two gradations. Whether to give an angle change.
(5) Whether the resolution of the two-dimensional plane is high enough to give a line between the cell number and the reflected light intensity.
And so on.
[0068]
When considering these conditions, the relationship between the cells adhered to the substrate and the reflected light intensity is strongly influenced by the characteristics of the device and plate (eg, microarray), up to a positive correlation. Even if it is known, for example, it is unknown whether there is linearity or not, but rather it is expected that there is an indefinite relationship.
[0069]
In the present invention, without being bound by theory, it was found that, considering the various conditions described above, the relationship between the cells adhered to the substrate and the intensity of the reflected light was unexpectedly linear. Therefore, in the method of the present invention, cell information can be accurately measured in a 1: 1 relationship only by measuring the intensity of reflected light.
[0070]
Surface plasmon resonance imaging can use a surface light source having a wavelength in the range from visible light to near infrared (light having a wavelength of 520 nm to 3390 nm). Preferably, it may be advantageous to utilize light with a wavelength between 800 nm and 1200 nm. By using such a wavelength, surface plasmon resonance can be advantageously created on the metal thin film.
[0071]
In the present specification, the "reflected light intensity" means that the intensity of the reflected light intensity based on the difference in the refractive index between the cell adhered to the thin film surface and the medium can be captured as an image with a CCD camera. Not limited to that.
[0072]
As the surface plasmon resonance imaging apparatus, an apparatus having a configuration as shown in FIG. 2 is used. It has a horizontal sample stage so that it can be observed even while culturing living cells, and uses white light with little damage to cells as a light source. In order to enhance the accuracy of image data, it is effective to use a CCD camera that can detect light in the near infrared region. For the measurement, a microarray and a prism are arranged in Kretschmann, and uniform parallel light is incident from the back surface of the microarray at an acute angle of about 0.3 to 0.5 degrees from the plasmon resonance angle. In this case, various light sources such as a laser light source, an LED light source, an LSED light source, a halogen lamp, a mercury arc lamp, and an LD light source can be used. However, when using highly coherent light such as laser light, each part of the optical path is used. Care must be taken to avoid diffraction at To obtain a two-dimensional image, a CCD camera is used. In this case, an optical system and a detection system that can detect only near-infrared light having a wavelength of about 900 nm using an interference filter or the like are used. Improves the sensitivity of surface plasmon resonance images.
[0073]
In order to examine the interaction between a biomolecule and a cell, first, a target cell is suspended in an appropriate medium such as a cell culture medium and a phosphate buffer, and the suspension is dropped on a microarray. After the biomolecule-cell interaction, non-interacting cells are removed by washing. The microarray thus obtained is mounted on a surface plasmon resonance imaging apparatus, and a two-dimensional image corresponding to a change in the dielectric constant of the array surface is obtained. Interaction between the biomolecule and the cell occurs, and in the region where the cell adheres, as shown in FIG. 3, it is observed as a region with high reflected light intensity, and conversely, the region where no cell is present is dark. As a result, the presence / absence of cell attachment is obtained as two-graded image data. This is explained by the fact that the surface plasmon resonance spectrum shifts greatly to the high angle side due to cell adhesion as shown in FIG. In other words, when the measurement is performed with the light incident angle fixed near the surface plasmon resonance angle, the surface plasmon resonance gives a low reflected light intensity in the absence of cells, but the reflection at the same angle is caused by the adhesion of the cells. The light intensity increases significantly. As a result, a two-dimensional image such as a binarized image is obtained corresponding to a portion where the cell exists and a portion where the cell does not exist. The two-dimensional image obtained in this manner is read into a computer as digitized information, and the average lightness per unit area in each spot is determined using appropriate software, thereby obtaining an index of the number of cell adhesion. It is possible to obtain.
[0074]
(Description of a preferred embodiment)
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
[0075]
In one aspect, the present invention provides a method for analyzing a cell. This method comprises the steps of (a) measuring the intensity of reflected light caused by cells fixed on a plate using surface plasmon resonance imaging; and (b) calculating a parameter relating to the cells from the reflected light intensity . Surface plasmon resonance imaging can be manipulated using techniques well known in the art. The fixation of the cells to the plate may be performed directly, or may be performed by previously binding a binding agent (eg, an antibody, a ligand, a small molecule, a sugar chain, etc.) to the plate. The measurement of the reflected light intensity can also be performed using a method well known in the art. Such techniques are described herein above and are described, for example, in "Surface Analytical Technologies for Probing Biomaterial Processes", J. Am. Davies, ed. CRC Press, Boca Raton, FL, 1996; "Biomolecules Sensors", E.C. Gizelli, C .; R. Low eds. B., Taylor & Francis, New York, NY, 2002; P. Nelson, A .; G. FIG. Frutos, J .; M. Brockman, R.A. M. Corn. , Near-infrared surface plasmon resonance measurements of ultrathin films, 1. Angle shift and SPR imaging experiments, Anal. Chem. , 71, 3928-3934 (1999).
[0076]
Here, preferably, the cell parameter calculated in the present invention may be the number of cells, the cell adhesion area, or the cell size. In the present invention, since the reflected light intensity and the cell number are unexpectedly correlated with linearity, a special effect that the cell number can be calculated by simply measuring the reflected light intensity is achieved. Was. This has not been possible in the past, and heretofore, a step of counting the number of cells has been indispensable. Therefore, the present invention has an effect that such complicated steps can be omitted.
[0077]
Such linearity can be represented by the following relationship.
D (D = cell density = cell number / unit area) = kR (R = SPR reflected light intensity)
Here, the coefficient k (cm2/ Cell) varies depending on the type and state of the cell, and may be, for example, 0.1 to 0.2 for lymphocytes, 0.3 to 0.4 for nerve cells, and stromal. For cells, it can be 2-4. This coefficient is a constant value when the prepared cells have a certain property or a similar preparation method. Therefore, it is possible to calculate the density and the number of cells simply by calculating the reflected light intensity. In addition, the coefficients are merely examples, and these values may fluctuate significantly depending on not only the state of the cell but also the specifications of the apparatus, measurement conditions, and the like. Such a variation is within the range understood by those skilled in the art, and the coefficient can be appropriately determined in consideration of these variations.
[0078]
By analyzing the coefficient k, the shape of the cell can be identified. For example, when a standard curve for a cell having a known shape (for example, size) is known, the size of the unknown cell is identified by analyzing the standard curve of the unknown cell and identifying the coefficient k. It is also possible. For example, for the first cell,
D = k1R
And the size is s1If it is known that the second cell
D = k2R
If the relationship becomes clear, its size s2Is
s2= (K2× s1) / K1
Can be obtained by
[0079]
In a preferred embodiment, the step (b) in the method of the present invention includes providing a known standard curve for the cell and calculating a parameter for the cell by comparing with the reflected light intensity. By using a known standard curve, cell parameters can be immediately determined. A typical example in which such a known standard curve can be used is when the cells used are normal. Alternatively, step (b) may include generating a standard curve for the cells. Such an approach may be advantageous if a standard curve is not available, or if a standard curve needs to be generated again. More preferably, it is advantageous to check the state of the cells daily by creating a standard curve, and more accurate results can be obtained. It may not be necessary to generate a standard curve for relative values between different cells.
[0080]
In a preferred embodiment, the step (b) in the method of the present invention includes converting the reflected light intensity measured by a surface plasmon resonance imaging device into the number of adherent cells. Such a conversion can be automatically performed from the reflected light intensity once the standard curve is obtained.
[0081]
In a preferred embodiment, step (b) in the method of the present invention involves obtaining information on cell morphology from reflected light intensity measured with a surface plasmon resonance imaging device. Such a conversion can be automatically performed from the reflected light intensity once the standard curve is obtained. As such a method, a method for determining the size can be applied. This is because a form change in a certain prediction range can be inferred from the size.
[0082]
In a preferred embodiment, surface plasmon resonance imaging involves creating surface plasmon resonance on a metal thin film using a surface light source having a wavelength in the visible to near infrared region. Here, preferably, the wavelength in the visible to near-infrared region has a wavelength of 520 nm to 3390 nm, and more preferably a wavelength of 800 nm to 1200 nm. Such wavelengths are advantageous because the reflected light intensity has a remarkable dependence on the incident angle, and a large change in reflected light intensity due to the attachment of a substance to the surface of a metal (such as gold) makes it possible to perform highly sensitive measurement. Because it becomes.
[0083]
In another preferred embodiment, the reflected light intensity may be obtained by capturing an image of the intensity of the reflected light intensity based on the difference in the refractive index between the cell adhered to the thin film surface and the medium as an image with a CCD camera. By capturing such an image, processing as a computer image can be performed, and automation processing is achieved. Capturing such reflected light intensity as an image of a CCD camera is well known in the art and is described, for example, in W.W. Knoll, M .; Liley, D .; Pisevivic, J. et al. Spinke and M.S. J. Tarlov, Supramolecular architecturals for the functionalization of solid surfaces, Adv. Biophys. , 34, 231-251 (1997); P. Nelson, A .; G. FIG. Frutos, J .; M. Brockman. , R .; M. Corn, Near-infrared surface plasmon resonance Measurements of ultrathin films, 1. Angle shift and SPR imaging experiments, Anal Chem. , 71, 3928-3934 (1999).
[0084]
In a preferred embodiment, the plate used in the present invention is a microarray. Methods for making and using such microarrays are known, as described herein above, and can be readily implemented by those skilled in the art.
[0085]
In a preferred embodiment, the plate used in the present invention may include a glass substrate having a metal thin film containing gold, silver or aluminum on one side. Methods for using and manufacturing such glass substrates are well known in the art and have been described herein above.
Preferably, it may be advantageous that the factor which specifically binds to the cells is immobilized on a plate in a spot form of 0.01 mm to 10 mm by covalent bond or physical interaction. This is because the arrangement is fixed in this manner, and the subsequent information processing becomes easy.
[0086]
Preferably, the plate is a microarray in which biomolecules are immobilized, wherein the biomolecules recognize a CD antigen, a cell adhesion factor, a cell growth factor receptor, a cytokine receptor or a sugar chain. Such recognizing biomolecules include, but are not limited to, for example, antibodies, ligands, receptors, specific nucleic acid sequences, and the like. Preferably, it is an antibody, and more preferably, it is a monoclonal antibody.
[0087]
The cells measured herein are allogeneic or heterologous. Preferably they are the same. That is, the measurement of the number and the state of the cells can be more accurate because the uniform cell population is the measurement target. However, the present invention can be used for various purposes, even if different types are mixed.
[0088]
In a preferred embodiment, the cells to be measured by the present invention include normal cells of various organs, differentiated cells such as diseased cells and their precursor cells, embryonic stem cells, fetal stem cells, undifferentiated cells, and established cells. Includes cells or genetically modified cells. Such cells can be appropriately selected or prepared by those skilled in the art depending on the purpose.
[0089]
The invention also provides, in another aspect, a system for calculating a parameter of a cell. The system comprises: (a) a plate for fixing the cells; and (b) a surface plasmon resonance imaging device for observing the plate. Those skilled in the art can appropriately select and use a combination of a plate and an apparatus for specular plasmon resonance imaging described above in this specification.
[0090]
Preferably, the plate used in the system of the present invention may be a microarray. The method for manufacturing and using the microarray is as described above.
[0091]
The references cited herein, such as scientific literature, patents, patent applications, and the like, are hereby incorporated by reference in their entirety to the same extent as if each were specifically described.
[0092]
The present invention has been described above by showing preferred embodiments for easy understanding. Hereinafter, the present invention will be described based on examples. However, the above description and the following examples are provided for illustrative purposes only, and are not provided for limiting the present invention. Accordingly, the scope of the present invention is not limited to the embodiments or examples specifically described herein, but only by the claims.
[0093]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples. Reagents such as antibodies used below were obtained as follows unless otherwise noted. The following reagents were obtained from an agent (Wakken Pharmaceutical Co., Ltd., Kyoto, Japan): alkanethiol (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA), antibody (Fujisawa Pharmaceutical, Osaka, Japan) Beckman Coulter Co., Ltd., Tokyo, Japan; Nichirei Co., Ltd., Tokyo, Japan) and other reagents: Wako Pure Chemical (Osaka, Japan).
[0094]
(Example 1)
A monomolecular film of alkanethiol (n-hexadecylmercaptan) having a methyl group at a terminal was formed on a glass substrate having a gold thin film deposited on one surface. A photomask in which spots having a diameter of 1 mm were arranged in a 5 × 5 matrix was superimposed on the monomolecular film and irradiated with ultraviolet rays. Thereby, the alkanethiol in the irradiated part was decomposed and removed in the form of spot. Next, a monomolecular film of alkanethiol (11-mercaptoundecanoic acid) having a carboxyl group was formed in the exposed gold spot. After converting the carboxyl on the spot surface to an active ester using N-hydroxysuccinimide, about 100 nl of a 0.1 mg / ml anti-CD90 monoclonal antibody solution was dropped on each spot to immobilize the antibody. Blocking with bovine serum albumin was performed to suppress cell adhesion to the background area around the spot.
[0095]
PC-12 cells derived from rat adrenocortical pheochromocytoma were suspended in a serum-containing medium, and 0.2 ml of the suspension was dropped on an antibody-immobilized substrate. This is done at 37 ° C and 5% CO2The cells were allowed to adhere by allowing to stand under the atmosphere described in (1). After 30 minutes, the antibody array was washed with a phosphate buffer to remove non-adherent cells. Thereafter, the cells adhered to the spot were fixed using a glutaraldehyde solution.
[0096]
To measure the number of cells adhered to each spot, an SPR image of the substrate was obtained, and the reflected light intensity of each spot was measured. During the observation, the setting was made such that the intensity of the reflected light in the area other than the antibody spot (background area) was 100,000.
[0097]
FIG. 5 shows an SPR image of the substrate to which PC-12 cells are adhered. The area where the cells adhered was observed as a bright area in the SPR image. The average value was 162,490 as a result of measuring the reflected light intensity of the rectangular area at the center of each spot. The standard deviation was determined to be 11,511 as an index of non-uniformity of cell adhesion.
[0098]
(Example 2)
The cell density different from Example 1 and the combination of the immobilized molecule were tested for the density of adherent cells and their heterogeneity. That is, mouse skull-derived stromal cells PA6 were used as cells, and fibronectin was used as an immobilized molecule. Preparation of the substrate and cell adhesion were performed in the same manner as in Example 1, except that the molar composition of the alkanethiol monomolecular film in the spot was 11-mercaptoundecanoic acid: n-11-mercaptoundecanol = 1: 9. . The substrate-cell contact time for adhering the cells was 2.5 hours.
[0099]
FIG. 6 shows an SPR image of the substrate to which PA6 cells are adhered. Also in this case, the area where the cells adhered was observed as a bright area in the SPR image. As a result of measuring the reflected light intensity of the rectangular area at the center of each spot, the average value was 214.388. In addition, the result of calculating the standard deviation was 23.590, which was a large value as compared with the result of the adhesion test of PC-12 cells. As shown in this example, it is possible to easily evaluate the variation in cell adhesion to each spot by using the SPR imaging apparatus.
[0100]
(Example 3)
As in Example 1, the adhesion of PC-12 cells to the anti-CD90 antibody-immobilized array was evaluated using an SPR imaging device. At this time, the composition of the alkanethiol monomolecular film in the spot was changed from 11-mercaptoundecanoic acid: n-11-mercaptoundecanol = 0: 10 to 10: 0, and the concentration of the antibody solution used for immobilization was also changed. It varied between 0.01 μg / ml and 5 mg / ml.
[0101]
The density of the adhered cells varied depending on the carboxyl group density in the spot and the antibody concentration in the immobilization reaction (FIG. 7). Even when the carboxyl group content was 0%, cell adhesion was observed when a high-concentration antibody solution was used, indicating the presence of nonspecifically adsorbed antibodies. As shown by these results, it is possible to quickly examine the substrate preparation conditions by performing cell adhesion evaluation by SPR imaging.
[0102]
(Example 4)
An antibody array was prepared in the same manner as in Example 1. At this time, antibodies include CD1, CD2, CD3, CD4, CD5, CD7, CD8, CD10, CD13, CD14, CD16, CD19, CD20, CD21, CD33, CD34, CD38, CD41, CD45, CD56, CD71, HLA. Monoclonal antibodies against a total of 22 leukocyte surface antigens of -DR were used, and IgG1, IgG2a, and IgG2b were used as controls.
[0103]
The cells used were CCRF-CEM (T-cell acute lymphoma) and Ramos (B-cell Burkitt's lymphoma), which are cell lines for hematopoietic organs (both were purchased from Human Science Foundation). 5 × 10 cells6The cells were dispersed at a concentration of cells / ml in a phosphate buffer solution containing 0.53 mM EDTA and 1 mg / ml human IgG, and subjected to an adhesion test. 400 μl of the cell suspension is dropped on the substrate surface, and CO 22The cells were allowed to adhere by standing in an incubator. After 30 minutes, the floating cells were washed away by gently washing the substrate with a phosphate buffer solution, and the cells adhered to the substrate were fixed using a 2% glutaraldehyde solution.
[0104]
In the surface plasmon observation, the reflection intensity of the background was set to 100,000, and the reflection intensity was measured for an area of 10 × 10 pixels in each spot. FIGS. 8 and 9 show the SPR image of the antibody array to which the cells were adhered and the measured values of the reflected light intensity.
[0105]
In CCRF-CEM, many cells adhered to each spot of CD1a, CD2, CD3, CD4, CD5, CD7, CD8, CD10, CD38, CD45, and CD71, and slight adhesion was observed to spots of CD21. On the other hand, in Ramos, many cells adhered to spots of CD10, CD19, CD20, CD38, CD45, and CD71, and slight adhesion was observed to spots of CD21 and HLA-DR. In the Ramos CD7 spot, the SPR reflected light intensity showed a relatively high value even though almost no cell adhesion was observed. In addition, slight adhesion of cells was observed in the Ramos HLA-DR spot, but the SPR reflection intensity was relatively low. As can be seen from these results, when the cell density is low, the measurement error by SPR imaging seems to be large, and attention is required.
[0106]
The adhesion profile of the two cell lines to each antibody spot was nearly identical to the profile of surface markers known to be expressed on T-cell acute lymphoma as well as B-cell Burkitt's lymphoma.
The above results indicate that by using the method of the present invention in which a microarray and a surface plasmon resonance imaging device are combined, it is possible to rapidly examine the interaction between various types of antibodies and cells. Further, as can be seen from this example, application to clinical tests such as cell immunodiagnosis is also possible.
[0107]
(Example 5)
FIG. 10 shows the relationship between the number of adherent cells of PC-12, PA6, and CCRF-CEM cells and the intensity of SPR reflected light. In each case, a correlation was observed between the cell number and the reflection intensity, and a linear relationship was observed between the correlation coefficients. However, the slope of the straight line varied greatly from cell to cell. As shown in FIG. 11, the slope of the straight line was large in the remarkably expanded PA6 cells, and the slope of the straight line became smaller as the spread of the cells became lighter, such as PC-12 and CCRF-CEM.
[0108]
(Example 6: Demonstration in embryonic stem (ES) cells)
(Preparation of embryonic stem (ES) cells)
Cultured on a gelatin-coated cell culture dish using a GMEM medium containing 1% FBS, 10% Knockout Serum Replacement, LIF (Leukemia Inhibitory Factor), blasticidin, 2-mercaptoethanol, non-essential amino acids, pyruvate. The mouse ES cells (EB5) thus obtained are detached from the culture dish using 0.25% trypsin / EDTA. This was added to a serum-free medium at 5 × 106The cells were suspended so as to be cells / mL, and 0.2 mL thereof was dropped on the antibody-immobilized substrate to prepare an array.
[0109]
(result)
Using this array, it was confirmed whether or not the same measurement can be performed. As a result, it was found that the measurement could be performed while maintaining the linearity unexpectedly, as in the case of the leukemia cells.
[0110]
(Example 6: Demonstration in mouse insulinoma cells)
Mouse insulinoma (MIN6) (pancreatic beta cell-like insulin producing cell line)
MIN6 cells cultured in a DMEM medium containing 10% fetal bovine serum and glucose, 2-mercaptoethanol, sodium carbonate, streptomycin sulfate, and penicillin were detached from the culture equipment using 0.1% trypsin / EDTA. This was added to a serum-free medium at 5 × 106The cells were suspended so as to be cells / mL, and 0.2 mL thereof was dropped on the antibody-immobilized substrate to prepare an array.
[0111]
(result)
Using this array, it was confirmed whether or not the same measurement can be performed. As a result, it was found that the measurement could be performed while maintaining the linearity unexpectedly, as in the case of the leukemia cells.
[0112]
As described above, it is possible to evaluate the degree of cell extension by measuring the SPR reflection intensity.
[0113]
As described above, the present invention has been exemplified by the preferred embodiments of the present invention, but it is understood that the scope of the present invention should be construed only by the appended claims. Patents, patent applications, and references cited herein are to be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.
[0114]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to rapidly and comprehensively analyze the interaction between various types of biomolecules and cells. Thus, for example, by examining the type and frequency of a marker protein expressed on the cell surface, it is possible to know the phenotype, differentiation stage, and disease state of the cell, which is useful not only in cell biology but also in clinical tests. It becomes an analysis system. Further, the present method can be applied not only to the interaction with biomolecules but also to the case of artificial surfaces and environmental pollutants.
[0115]
In the field of clinical testing, immunoassay using flow cytometry has become an important tool for diagnosis along with other pathological tests, as represented by immunocytotyping of leukocytes . However, in this case as well, it is largely based on the empirical judgment of the person performing the test, and it is necessary to determine the optimal analysis conditions for each sample. In addition, difficulties in comparison between cells, such as those involving significant changes in cell morphology, the need to use labeled antibodies, difficulty in quantitative comparison of fluorescence intensity, and accurate diagnosis. In many cases, there are many types of antigens to be used as indices, which are disadvantageous from an economical point of view. The method of the present invention is an effective means for easily obtaining a quantitative analysis result, for example, in classifying leukemia.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A shows an arrangement of a prism and a metal thin film for obtaining surface plasmon resonance. (B) Injection of uniform parallel light for performing surface plasmon resonance imaging. 1. Medium, 2. 2. metal thin film; Prism, 4. Incident light; 5. 5. Angle of incidence, 6. Evanescent wave potential, 7. surface plasmon waves; 8. reflected wave; 10. Uniform parallel light; cell.
FIG. 2 is a schematic diagram of an exemplary surface plasmon resonance imaging device used in the present invention. 1. Light source, 2. Lens, 3. Pinhole, 4. 4. Deflection plate; Prism, 6; Microarray, 7. Flow cell, 8. 8. rotating stage; Interference filter, 10. 10. CCD camera, Personal computer.
FIG. 3 is an example of a surface plasmon resonance image when cells adhere to spots on a microarray.
FIG. 4 shows an example of a shift of a surface plasmon resonance spectrum observed when a cell adheres to a substrate surface. (A) In the absence of cells, (b) In the presence of cells.
FIG. 5 shows an example of a surface plasmon resonance image of a microarray when an anti-CD90 monoclonal antibody is immobilized on all spots under the same conditions and allowed to interact with PC-12 cells.
FIG. 6 shows an example of a surface plasmon resonance image of a microarray when fibronectin is immobilized on all spots under the same conditions and interacts with PA6 cells.
FIG. 7 shows an example of a surface plasmon resonance image of a microarray when an anti-CD90 monoclonal antibody is immobilized under different conditions and allowed to interact with PC-12 cells.
FIG. 8 shows examples of surface plasmon resonance images when a microarray on which antibodies against various CD antigens are immobilized interacts with two types of leukemia model cells. (A) arrangement of antibodies, (b) acute lymphocytic leukemia cells (CCRF-CEM cells), (c) Burkitt lymphoma cells (Ramos cells).
FIG. 9 shows an example of a histogram of reflected light intensity obtained from a surface plasmon resonance image when a microarray on which antibodies against various CD antigens are immobilized and two types of leukemia model cells interact. In each column, the bar on the left is acute lymphocytic leukemia cells, and the bar on the right is Burkitt's lymphoma cells.
FIG. 10 illustrates the relationship between the number of adherent cells of PC-12 cells, PA6 cells, and CCRF-CEM cells and the intensity of SPR reflected light, and an optical micrograph of a representative spot to which those cells adhere.

Claims (16)

細胞を分析する方法であって、
(a)表面プラズモン共鳴イメージングを用いてプレート上に固定された細胞に起因する反射光強度を測定する工程;および
(b)該反射光強度から、該細胞に関するパラメータを算出する工程、
を包含する、方法。
A method for analyzing cells, comprising:
(A) measuring the reflected light intensity due to the cells fixed on the plate using surface plasmon resonance imaging; and (b) calculating a parameter related to the cells from the reflected light intensity;
A method comprising:
前記パラメータは、細胞数、細胞の接着面積または細胞の大きさである、請求項1に記載の方法。The method according to claim 1, wherein the parameter is a cell number, a cell adhesion area, or a cell size. 前記(b)工程は、細胞に関する既知の標準曲線を用いて前記反射光強度を評価することにより前記細胞に関するパラメータを算出することをさらに包含する、請求項1に記載の方法。The method according to claim 1, wherein the step (b) further comprises calculating a parameter for the cell by evaluating the reflected light intensity using a known standard curve for the cell. 前記細胞について標準曲線を作成する工程をさらに包含する、請求項1に記載の方法。2. The method of claim 1, further comprising generating a standard curve for said cells. 前記(b)工程は、表面プラズモン共鳴イメージング装置で測定される反射光強度から接着細胞数に換算することを包含する、請求項1に記載する方法。The method according to claim 1, wherein the step (b) includes converting the reflected light intensity measured by a surface plasmon resonance imaging device into the number of adherent cells. 前記(b)工程は、表面プラズモン共鳴イメージング装置で測定される反射光強度から細胞の形態に関する情報を得ることを包含する、請求項1に記載する方法。The method according to claim 1, wherein the step (b) includes obtaining information on cell morphology from reflected light intensity measured by a surface plasmon resonance imaging device. 前記表面プラズモン共鳴イメージングは、可視から近赤外の領域の波長をもつ面光源を利用して金属薄膜上に表面プラズモン共鳴を作り出すことを包含する、請求項1に記載の方法。The method of claim 1, wherein the surface plasmon resonance imaging includes creating a surface plasmon resonance on a thin metal film using a surface light source having a wavelength in the visible to near infrared region. 前記反射光強度は、薄膜表面に接着した細胞と媒体との屈折率の相違にもとづく反射光強度の強弱をCCDカメラでイメージとして捉えたものである、請求項1に記載の方法。2. The method according to claim 1, wherein the reflected light intensity is obtained by capturing an intensity of the reflected light intensity based on a difference in refractive index between a cell adhered to the thin film surface and the medium as an image with a CCD camera. 3. 前記プレートは、マイクロアレイである、請求項1に記載の方法。The method of claim 1, wherein the plate is a microarray. 前記プレートは、金、銀またはアルミニウムを含む金属薄膜を片面に有するガラス基板を含む、請求項1に記載の方法。The method according to claim 1, wherein the plate includes a glass substrate having a metal thin film containing gold, silver or aluminum on one side. 前記プレート上には前記細胞と特異的に結合する因子が0.01mm〜10mmのスポット状に共有結合あるいは物理的相互作用によって配列固定されている、請求項1に記載の方法。2. The method according to claim 1, wherein the factors that specifically bind to the cells are immobilized on the plate by covalent bonding or physical interaction in a spot shape of 0.01 mm to 10 mm. 前記プレートは、生体分子を配列固定したマイクロアレイであり、該生体分子は、CD抗原、細胞接着因子、細胞増殖因子レセプター、サイトカインレセプターまたは糖鎖を認識する、請求項1に記載の方法。The method according to claim 1, wherein the plate is a microarray in which biomolecules are arranged and immobilized, and the biomolecules recognize a CD antigen, a cell adhesion factor, a cell growth factor receptor, a cytokine receptor, or a sugar chain. 前記細胞は同種または異種である、請求項1に記載の方法。2. The method of claim 1, wherein said cells are allogeneic or xenogenic. 前記細胞は、各種臓器の正常細胞、疾患をもつ細胞のような分化細胞ならびにそれらの前駆細胞、胚性幹細胞、胎児由来幹細胞、未分化細胞、樹立系細胞または遺伝子の改変された細胞を含む、請求項1に記載の方法。The cells include normal cells of various organs, differentiated cells such as diseased cells and their precursor cells, embryonic stem cells, fetal-derived stem cells, undifferentiated cells, established cells, or cells with modified genes, The method of claim 1. 細胞のパラメータを算出するためのシステムであって、該システムは、
(a)該細胞を固定するためのプレート;および
(b)該プレートを観察するための表面プラズモン共鳴イメージング装置、
を備える、システム。
A system for calculating a parameter of a cell, the system comprising:
(A) a plate for fixing the cells; and (b) a surface plasmon resonance imaging apparatus for observing the plate.
A system comprising:
前記プレートは、マイクロアレイである、請求項14に記載のシステム。15. The system of claim 14, wherein said plate is a microarray.
JP2003062421A 2003-03-07 2003-03-07 Multi-specimen simultaneous analysis system for cell using surface plasmon resonance phenomenon Pending JP2004271337A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003062421A JP2004271337A (en) 2003-03-07 2003-03-07 Multi-specimen simultaneous analysis system for cell using surface plasmon resonance phenomenon

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003062421A JP2004271337A (en) 2003-03-07 2003-03-07 Multi-specimen simultaneous analysis system for cell using surface plasmon resonance phenomenon

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004271337A true JP2004271337A (en) 2004-09-30

Family

ID=33124347

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003062421A Pending JP2004271337A (en) 2003-03-07 2003-03-07 Multi-specimen simultaneous analysis system for cell using surface plasmon resonance phenomenon

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004271337A (en)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006051813A1 (en) * 2004-11-09 2006-05-18 Hitachi Medical Corporation Cell cultivating device, image processing device and cell detecting system
JP2006125860A (en) * 2004-10-26 2006-05-18 Fujikura Ltd Surface plasmon sensor, and apparatus for measuring surface plasmon
JP2006214880A (en) * 2005-02-03 2006-08-17 Kyoto Univ Planar cell
WO2006132446A1 (en) * 2005-06-10 2006-12-14 Canon Kabushiki Kaisha Method of manufacturing probe-immobilized carrier
JP2007078488A (en) * 2005-09-13 2007-03-29 Hokkaido Univ Electrochemical infrared spectroscope
WO2009045465A1 (en) * 2007-10-06 2009-04-09 Corning Incorporated Single-cell label-free assay
CN100489525C (en) * 2006-06-27 2009-05-20 中国科学院力学研究所 Cell organism microsystem for detecting cell surface marker and detection method thereof
JP2009106273A (en) * 2007-10-10 2009-05-21 Olympus Corp Culture vessel and cellular thickness measurement method
WO2010086935A1 (en) * 2009-01-30 2010-08-05 株式会社 日立ハイテクノロジーズ Fluorescence analyzing device and fluorescence analyzing method
WO2015151563A1 (en) * 2014-04-01 2015-10-08 株式会社村田製作所 Analyte measurement method
JP2019520549A (en) * 2016-05-03 2019-07-18 ベンタナ メディカル システムズ, インコーポレイテッド System and method for monitoring reagent concentration
JPWO2018135503A1 (en) * 2017-01-19 2019-11-07 コニカミノルタ株式会社 Sensor chip position detection method and position detection apparatus in optical specimen detection system
JP2020130154A (en) * 2019-02-26 2020-08-31 テルモ株式会社 Method for identifying cell division

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006125860A (en) * 2004-10-26 2006-05-18 Fujikura Ltd Surface plasmon sensor, and apparatus for measuring surface plasmon
US8064661B2 (en) 2004-11-09 2011-11-22 Kaneka Corporation Cell culture device, image processing device and cell detecting system
WO2006051813A1 (en) * 2004-11-09 2006-05-18 Hitachi Medical Corporation Cell cultivating device, image processing device and cell detecting system
JP2006214880A (en) * 2005-02-03 2006-08-17 Kyoto Univ Planar cell
JP4697944B2 (en) * 2005-06-10 2011-06-08 キヤノン株式会社 Method for producing probe-immobilized carrier that reduces non-specific adsorption
WO2006132446A1 (en) * 2005-06-10 2006-12-14 Canon Kabushiki Kaisha Method of manufacturing probe-immobilized carrier
JP2006343270A (en) * 2005-06-10 2006-12-21 Canon Inc Manufacturing method of probe immobilization carrier for reducing nonspecific adsorption
JP2007078488A (en) * 2005-09-13 2007-03-29 Hokkaido Univ Electrochemical infrared spectroscope
CN100489525C (en) * 2006-06-27 2009-05-20 中国科学院力学研究所 Cell organism microsystem for detecting cell surface marker and detection method thereof
WO2009045465A1 (en) * 2007-10-06 2009-04-09 Corning Incorporated Single-cell label-free assay
JP2009106273A (en) * 2007-10-10 2009-05-21 Olympus Corp Culture vessel and cellular thickness measurement method
JP2010175419A (en) * 2009-01-30 2010-08-12 Hitachi High-Technologies Corp Fluorescence analyzing device and fluorescence analyzing method
WO2010086935A1 (en) * 2009-01-30 2010-08-05 株式会社 日立ハイテクノロジーズ Fluorescence analyzing device and fluorescence analyzing method
US8389959B2 (en) 2009-01-30 2013-03-05 Hitachi High-Technologies Corp. Fluorescence analyzing device and fluorescence analyzing method
WO2015151563A1 (en) * 2014-04-01 2015-10-08 株式会社村田製作所 Analyte measurement method
JP2019520549A (en) * 2016-05-03 2019-07-18 ベンタナ メディカル システムズ, インコーポレイテッド System and method for monitoring reagent concentration
JPWO2018135503A1 (en) * 2017-01-19 2019-11-07 コニカミノルタ株式会社 Sensor chip position detection method and position detection apparatus in optical specimen detection system
US10976250B2 (en) 2017-01-19 2021-04-13 Konica Minolta, Inc. Position detection method and position detection device for sensor chip in optical sample detection system
JP7093727B2 (en) 2017-01-19 2022-06-30 大塚製薬株式会社 Sensor chip position detection method and position detection device in optical sample detection system
JP2020130154A (en) * 2019-02-26 2020-08-31 テルモ株式会社 Method for identifying cell division

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2536818B1 (en) Immobilised-bead immunomultiplex assay
JP2012526998A (en) Detection of changes in cell populations and mixed cell populations
US7160687B1 (en) Miniaturized cell array methods and apparatus for cell-based screening
Wang et al. Duplex microfluidic SERS detection of pathogen antigens with nanoyeast single-chain variable fragments
US20090253586A1 (en) Substrates for multiplexed assays and uses thereof
US20100167950A1 (en) Microarray chip and method of fabricating for the same
US20060019235A1 (en) Molecular and functional profiling using a cellular microarray
US20100137157A1 (en) Method of fabrication of photonic biosensor arrays
IL213298A (en) Method to identify and recover cells that secrete an immunoglobulin of desired specificity and affinity
Bhagawati et al. Quantitative real-time imaging of protein–protein interactions by LSPR detection with micropatterned gold nanoparticles
Li et al. Adapting cDNA microarray format to cytokine detection protein arrays
JP2004271337A (en) Multi-specimen simultaneous analysis system for cell using surface plasmon resonance phenomenon
US20180264466A1 (en) Position-defined cell culture and characterization platform
EP2132555B1 (en) Method for fabrication of photonic biosensor arrays
Sun Use of microarrays as a high-throughput platform for label-free biosensing
US20180045711A1 (en) Method and device for detecting in real time a secreted compound and the secretion target, and uses thereof
Liu et al. Real-time monitoring of single-cell secretion with a high-throughput nanoplasmonic microarray
JP2006523458A (en) Devices and methods for monitoring / measuring cell dynamics to create target profiles from primary cells
Wilkins Stevens et al. Immobilized particle arrays: coalescence of planar-and suspension-array technologies
US20120058507A1 (en) Clonal Derivation and Cell Culture quality Control Screening Methods
JP2006214880A (en) Planar cell
KR100808762B1 (en) Detecting Method For Nano Bio-Chip
JP4336812B2 (en) Analytical method for rapid identification of surface antigens expressed in cells
Fang et al. A spectral imaging array biosensor and its application in detection of leukemia cell
WO2010111086A1 (en) Assay cassette and system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060307

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20060307

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060412

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20060615

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080307

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080819

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090106