JP2006098286A - スクリーニング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェル画像検出の高速化を図り、１台のスクリーニング装置で、例えば従来の４倍の、高速処理を可能としたスクリーニング装置を提供する。
【解決手段】プレートに複数個設けられた各ウェルにおける細胞の画像を検出して創薬のためのスクリーニングを行うスクリーニング装置において、固定配置され、異なるウェルの画像を個別に検出する複数の検出部と、前記プレートを載置し移動自在なステージを備え、プレートのウェルの位置が前記検出部の測定位置に合致するように前記ステージを移動する搬送手段を備え、前記複数の検出部を並列動作させると共に、複数の検出部が各ウェルの画像を同時に検出するように構成する。

【選択図】 図２

Description

本発明は、創薬プロセスで使用するスクリーニング装置に関し、詳しくは、スクリーニングプロセスの高速化を図るための改良に関するものである。
本発明は、スクリーニングに限らず、同じ創薬プロセスのターゲット探索にも利用できるものである。

創薬プロセスにおけるスクリーニング装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特表２００２−５２５６０３号公報

図５は、特許文献１に記載された従来のスクリーニングシステムに基づくスクリーニング装置の一例を示す構成ブロック図である。創薬プロセスにおける２次スクリーニングには、細胞に、薬の候補である化合物郡を入れて、細胞がどのように反応するかを画像でテストするハイコンテンツ・スクリーニング（ＨＣＳ）装置が用いられている。

図５に示す装置では、１０００個程度の細胞群を１つの塊［以下ウェル（well)という]とし、このウェルを縦１０列、横１０行など、アレイ状に並べたプレート１１を使用している。このプレート１１は、搬送部１０により、顕微鏡２１の上に移動し、プレート１１中の１つのウェルが、顕微鏡２１内の対物レンズ２２上に配置される。プレート１１の移動は搬送制御部３０により制御される。

レーザなどで構成される励起光源部２３から、光ファイバ２４などによって導かれた励起光は、検出光学系２５内のダイクロイックミラー２６で反射した後、対物レンズ２２を通してウェルに照射される。ウェル中の細胞の中にある蛍光標識体（着目する蛋白質など）は、励起光の照射により波長の長い蛍光を発する。

この蛍光は、対物レンズ２２を通して、検出光学系２５内の高感度センサ２７に入る。高感度センサ２７の信号は、画像取得部５０に画像として取込まれる。励起光源部２３および検出光学系２５は検出部制御部４０によりその動作が制御される。

画像取得部５０に取り込まれた１枚の画像は、１つのウェルに対応しており、１００個程度の細胞を捉えている。その画像は、システム制御・画像処理部６０の演算処理部６１で処理され、１つのウェルにある細胞群の状態を表す数値として把握される。搬送部１０にあるプレート１１は搬送制御部３０により制御され、縦横のアレイ状に並んでいる各ウェルが順次所定位置へ搬送される。

このようにしてすべてのウェルについて画像測定が行われ、それらの測定画像データを元に、演算処理部６１では薬の候補の化合物郡から薬になれないものを振り落とすスクリーニング演算を行う。表示部７０では得られたスクリーニング結果などを所定の形式で適宜表示する。
なお、画像取得部５０や、システム制御・画像処理部６０、表示部７０および各部の制御は、パーソナルコンピュータを代用した構成とすることもできる。

しかし、このような従来のスクリーニング装置では次のような課題があった。
新薬の開発競争は、激化の方向にあり、スクリーニングプロセスの高速化は、不可避である。従来の方式で、例えば、４倍の高速化を行うには、スクリーニング装置を４台並べて対応する。しかし、その場合は、コストが４倍以上となり、さらに設置面積も４倍以上必要となり、非常に大変であるという問題があった。
本発明の目的は、このような課題を解決するもので、ウェル画像検出の高速化を図り、１台のスクリーニング装置で、例えば従来の４倍の、高速処理を可能としたスクリーニング装置を提供するものである。

このような課題を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、
プレートに複数個設けられた各ウェルにおける細胞の画像を検出して創薬のためのスクリーニングを行うスクリーニング装置において、
固定配置され、異なるウェルの画像を個別に検出する複数の検出部と、
前記プレートを載置し移動自在なステージを備え、プレートのウェルの位置が前記検出部の測定位置に合致するように前記ステージを移動する搬送手段
を備え、前記複数の検出部を並列動作させると共に、複数の検出部が各ウェルの画像を同時に検出するように構成したことを特徴とする。

複数の検出部を並列動作させることにより、測定量が検出部の個数倍分増加し、ウェル画像検出の高速化が図れる。例えば、４個の検出部で測定した場合、１つの検出部で測定する時間内に４倍のウェル画像検出ができ、１つの検出部で検出するのに比べて４倍高速となる。

この場合、請求項２のように、前記複数の検出部の配置間隔を前記ウェルの間隔の整数倍にすれば、１個のプレート中で複数のウェルずつを同時に検出して行くことができる。
また、請求項３のように、前記ステージに複数のプレートを載置し、各プレートのウェルの位置と前記各検出部の測定位置を対応させると、同時に各プレートのウェル画像を検出して行くことができる。
また、請求項４のように、前記ステージを前記搬送手段により回転移動できるように構成し、前記複数のプレートを前記ステージ上の同一円環上に点在するように載置し、前記検出部を前記複数のプレートの配置とそれぞれ対応する位置に固定配置すれば、同様に、同時に複数のプレートのウェル画像を検出することができる。

また、請求項５のように、前記検出部に与える励起光を発生する励起光源部として、励起光としてのレーザを発生するレーザ光源を１つ備え、このレーザ光を多出力として前記各検出部にそれぞれ与えるように構成することができる。
また、請求項６のように、前記検出部に、ニポウ式共焦点スキャナを用いることもでき。これにより、より高精度なウェル画像を得ることができる。

また、本発明は、請求項７のように、創薬プロセスにおけるターゲット探索に使用することもできる。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）複数の検出部が並列動作を行うため、ウェルの画像検出は検出部の個数分だけ高速化される。
そして、装置としては、検出部の個数は増加するものの、その価格や設置面積はあまり増えず、高いパフォーマンスが得られるという利点がある。
（２）検出部以外の搬送制御部３０ａや検出部制御部４０ａ、画像取得部５０ａ、システム制御・画像処理部６０ａは１つずつで済ますことができる。
（３）本発明に、スタック機能、インキュベーション機能、ピペッティング機能などを付加しても、１つの装置分の価格および設置面積で済む。

以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。本発明では、図１（ａ）に示すような複数のウェルを有する１つのプレートを、図１（ｂ）に示すようにいくつかのブロックに分ける。図１（ｂ）では第１から第４までの４つのブロックに分けている。そして、励起光を照射して蛍光を検出するための検出部を多数［図１（ｂ）の場合には４個］用意し、図１（ｂ）に示すように各検出部の測定点を上記各ブロックの開始ウェル位置に合わせ込んでおく。これには、検出部間の間隔を、ウェルのピッチｐの整数倍になるようにすることによって可能となる。４個の検出部の制御や画像入力は、並列動作となるようにする。
４個の検出部で各ブロックのウェルの画像をそれぞれ検出することにより、１つのブロックの全ウェル計測に要する時間で４ブロックすべてのウェルの画像を計測することができる。

図２はこのような原理に基く本発明のスクリーニング装置の構成ブロック図である。図２において、１００は励起光および蛍光を透過する材料で形成され、横方向（ＸＹ方向）に移動自在に構成されたステージであり、搬送制御部３０ａにより駆動制御される。このステージ１００上にはプレート１１が載置される。プレート１１は、少なくともウェルの箇所では励起光と蛍光が透過できる材料で形成されている。

２００はプレートに励起光を照射して、プレートからの蛍光を検出する検出部である。この検出部２００は、図５における顕微鏡２１と検出光学系２５を合せた部分に相当する。本発明では同一構成の４つの検出部２００を使用する。
各検出部２００は、プレート１１の各ブロックに対向して所定位置に固定配置されていて、検出部制御部４０ａの制御下で並列に動作し、各ブロックのウェル１２の画像を同時に検出する。検出した画像は画像取得部５０ａに取り込まれる。

３００は励起光源部であり、１つのレーザ光源（図示せず）を備え、このレーザ光源からのレーザ光を複数の出力（多出力という）で出力するように構成されている。その各出力光は４個の検出部２００にそれぞれ導かれる。
なお、これらの検出部２００および励起光源部３００は、検出部制御部４０ａによりそれぞれ制御される。

５０ａは画像取得部であり、４個の検出部２００の各出力画像信号を読取り、画像データに変換して保存する。
６０ａはシステム制御・画像処理部であり、スクリーニング装置の各部の制御を行うと共に、画像取得部５０ａに保存してある画像データを読取り、演算処理部６１にて画像処理を行う。演算処理部６１は、各ウェルごとにその細胞群の状態を数値化し、そのデータをもとに薬の候補の化合物群から薬として効果のなかったものを振り落す処理を行う。
７０ａは表示部であり、得られたスクリーニング結果などを適宜の形式で表示する。

このような構成における動作を次に説明する。まず、検出部２００をその間隔がウェル１２のピッチｐの整数倍になるように配置し、各検出部２００による測定点を上記ブロックの開始ウェル位置［例えば、図１（ｂ）に示すようにブロック左上のウェル位置］に合わせておく。

次に、検出部制御部４０ａにより励起光源部３００および並列動作の各検出部２００を起動し、開始ウェルの画像測定を開始する。各検出部２００により検出したウェル１２の蛍光画像信号は画像取得部５０ａに取り込まれ、画像データとして保存される。画像データの取得が終了すると、システム制御・画像処理部６０ａは搬送制御部３０ａを制御して、各検出部２００による測定点が次の測定ウェル位置に来るようにステージ１００を移動させる。

ステージ１００の移動後、再び上記と同様の画像計測動作を行う。
このような動作を繰返し行い、各プレート１１の全ウェルについて画像を計測する。その後は演算処理部６１ａにおいて、各ウェルごとにその細胞群の状態を数値化し、そのデータをもとに薬の候補の化合物群から薬として効果のなかったものを振り落す処理を行う。なお、各ウェルごとの細胞群の状態を数値化する処理は、各ウェルの画像が得られるごとに行うようにしてもよい。
このようにして得られたスクリーニング結果は、システム制御・画像処理部６０ａの制御により所定の表示形式にて表示部７０ａで表示される。

以上の計測動作によれば、４個の検出部が並列に動作するため、１つのプレートの測定時間は４倍に高速化されたことになる。

図３は、本発明の他の実施例であり、同時マルチプレート読出しを可能にしたスクリーニング装置の一実施例を示す構成ブロック図である。図２の実施例との違いは、図２ではステージ１００に１個のプレートを載置したが、図３に示す本実施例では１つのステージ１００に４個のプレート１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを載置した点である。
各検出部２００による測定点を各プレートの開始ウェル位置に合わせておき、図２に示す実施例と同様な動作により各ウェルを計測する。
本実施例では、１個の検出部２００が１つのプレートの全ウェルを計測する。しかしながら、４個の検出部２００を並列動作させるため、１つのプレートの測定時間の４倍で計測できることになる。

図４は、本発明に係る回転ステージ方式のスクリーニング装置の一実施例を示す構成ブロック図である。本実施例では、４つのプレートを、円板状の回転ステージ１００ａ上に、同一円環上に点在するように載置すると共に、各プレートのウェルに対向して４つの検出部を同一円環上の４箇所に配置する。なお、回転ステージ１００ａは、円周方向および半径方向への移動が可能になっている。
このような構成においては、搬送制御部３０ａの制御により回転ステージ１００ａを回転およびＸＹ方向へ移動させることにより、上記実施例と同様に、固定配置の検出部によって各プレートのウェルを高速に計測することができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
例えば、検出部の個数は４個以外でも構わない。ただし、検出部の個数は、図１および図２における分割ブロック数、また、図３および図４におけるプレート数と合せるのが適切である。

また、検出部２００の検出光学系２５にニポウ式の共焦点スキャナを使用するようにしてもよい。ニポウ式の共焦点スキャナとしては、例えば、本願出願人が提案した特開平５−６０９８０に記載の共焦点用光スキャナを使用することができる。
また、本発明は、スクリーニングだけでなく、同じ創薬プロセスのターゲット探索にも利用できる。

本発明の原理を説明するための図である。 本発明のスクリーニング装置の構成ブロック図である。 本発明の他の実施例を示す構成ブロック図である。 本発明のさらに他の実施例を示す構成ブロック図である。 従来のスクリーニング装置の構成ブロック図である。

符号の説明

１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ プレート
１２ ウェル
３０ａ 搬送制御部
４０ａ 検出部制御部
５０ａ 画像取得部
６０ａ システム制御・画像処理部
６１ａ 演算処理部
７０ａ 表示部
１００ ステージ
１００ａ 回転ステージ
２００ 検出部
３００ 励起光源部

Claims (7)

1. プレートに複数個設けられた各ウェルにおける細胞の画像を検出して創薬のためのスクリーニングを行うスクリーニング装置において、
   固定配置され、異なるウェルの画像を個別に検出する複数の検出部と、
   前記プレートを載置し移動自在なステージを備え、プレートのウェルの位置が前記検出部の測定位置に合致するように前記ステージを移動する搬送手段
   を備え、前記複数の検出部を並列動作させると共に、複数の検出部が各ウェルの画像を同時に検出するように構成したことを特徴とするスクリーニング装置。
2. 前記複数の検出部の配置間隔を前記ウェルの間隔の整数倍にして、１個のプレートにあるウェルのうちの複数個のウェルの画像を同時に検出することができるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のスクリーニング装置。
3. 前記ステージに複数のプレートを載置し、各プレートのウェルの位置と前記各検出部の測定位置を対応させ、同時に各プレートのウェル画像を検出できるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載のスクリーニング装置。
4. 前記ステージは前記搬送手段により回転移動できるように構成され、
   前記複数のプレートは前記ステージ上の同一円環上に点在するように載置され、
   前記検出部は、前記複数のプレートの配置に対応した位置に固定配置された
   ことを特徴とする請求項３に記載のスクリーニング装置。
5. 前記検出部に与える励起光を発生する励起光源部は、１つのレーザ光源を備え、このレーザ光源から出力されるレーザ光を多出力にして前記各検出部にそれぞれ与えるように構成されたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のスクリーニング装置。
6. 前記検出部にニポウ式共焦点スキャナを用いたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のスクリーニング装置。
7. 創薬プロセスにおけるターゲット探索に使用することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のスクリーニング装置。
   

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