JP2007232716A - Method of measuring oxygen concentration and/or oxygen distribution in sample - Google Patents

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Toshiaki Kamaike
利章 蒲池
Ichiro Okura
一郎 大倉
Noriyuki Asakura
則行 朝倉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of measuring an oxygen concentration and/or oxygen distribution in a sample. <P>SOLUTION: The method of measuring the oxygen concentration and/or oxygen distribution in the sample comprises a step for distributing a phosphor substance in the sample, and a step for photo-exciting the phosphor substance in the sample and for measuring the change with the lapse of time of intensity of phosphorescence getting luminous thereby. A device using the method is also disclosed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燐光物質の燐光寿命を測定することにより、試料における酸素濃度及び/又は酸素分布を測定する方法及び該方法に使用する装置に関する。詳細には、燐光物質を試料内に分布させる段階と、該試料内の前記燐光物質を光励起させ、これより発光する燐光の強度の経時変化を測定する段階とからなる、前記試料における酸素濃度及び/又は酸素分布を測定する方法及び該方法に使用する装置に関する。   The present invention relates to a method for measuring oxygen concentration and / or oxygen distribution in a sample by measuring the phosphorescence lifetime of a phosphor, and an apparatus used for the method. Specifically, the method includes a step of distributing a phosphor in the sample, and a step of photoexciting the phosphor in the sample and measuring a temporal change in the intensity of phosphorescence emitted from the phosphor. The present invention relates to a method for measuring oxygen distribution and an apparatus used for the method.

人や動物といった生体にとって酸素は必要不可欠であり、酸素の取り込みや消費状況を把握することは健康状態や疾患を知る手段の一つである。現状の方法としては、血液中のヘモグロビン濃度や酸素飽和度を測定する方法や、微小循環系血管中で直接Pdポルフィリンといった燐光プローブを用いて燐光寿命を測定することにより微小血管中の酸素分圧や局所部の酸素分圧を測定するとともに血流速度の測定へと応用する方法などは知られている。この方法は、血中の酸素濃度を測定する方法であり、組織中の酸素濃度を測定する方法ではなく、それに組織全体にどうのように酸素が分布しているのかを測定することはできず、さらには組織を構成する各細胞が酸素を取り込んでいるのかを測定することもできない。生命体は、細胞が多数集まることにより組織を形成し、生体を形成していることからも各組織・臓器を構成する細胞の健康状態をしることが、より生体の健康状態や疾患状況を把握できるものと考えられる。しかしながら、上記の方法では組織中に流れている血液の酸素状況を把握するものであり、疾患を生じる原因を探る方法としては有効な方法である。しかし、組織・臓器を構成する細胞の酸素濃度すなわち活性状況を必ずしも知る方法はないのが現状であった。   Oxygen is indispensable for living bodies such as humans and animals, and grasping the state of oxygen uptake and consumption is one of means for knowing the health condition and diseases. Current methods include measuring the hemoglobin concentration and oxygen saturation in the blood, and measuring the phosphorescence lifetime using a phosphorescent probe such as Pd porphyrin directly in the microcirculatory blood vessel to thereby measure the oxygen partial pressure in the microvessel. There are known methods for measuring oxygen partial pressure in a local area and applying it to measurement of blood flow velocity. This method is a method of measuring the oxygen concentration in the blood, not the method of measuring the oxygen concentration in the tissue, and it is not possible to measure how oxygen is distributed throughout the tissue. Furthermore, it is impossible to measure whether each cell constituting the tissue takes up oxygen. Living organisms form tissues by gathering a large number of cells, and because living organisms are formed, the health of the cells that make up each tissue / organ can be further improved. It can be understood. However, the above-described method grasps the oxygen state of the blood flowing in the tissue, and is an effective method for searching for the cause of the disease. However, there is currently no method for knowing the oxygen concentration, that is, the activity status of the cells constituting the tissue / organ.

細胞の酸素消費状況を測定する方法としては、溶液中にて細胞を培養した容器中の酸素濃度と細胞を含まない溶液を含む容器内の酸素濃度を測定してその差を比較することにより細胞の酸素消費を把握する方法が知られている。しかしながら、この方法では間接的に溶液中に存在する多数の細胞が全体で消費する酸素消費量を知ることはできるが、実際に個々の細胞がどの程度酸素を取り込んで、どのように消費しているかは把握できない。また、細胞の真の活性状況を知るためには、個々の細胞の取り込み量とその細胞内で酸素がどのように酸素を消費するかを測定する必要がある。   As a method of measuring the oxygen consumption status of cells, the oxygen concentration in a container in which cells are cultured in a solution and the oxygen concentration in a container containing a cell-free solution are measured and the difference is compared. There is a known method of grasping the oxygen consumption. However, this method can know the amount of oxygen consumed by a large number of cells indirectly in solution, but how much oxygen each cell actually takes up and how it is consumed. I can't figure out. In addition, in order to know the true activity status of cells, it is necessary to measure the amount of individual cells taken up and how oxygen consumes oxygen in the cells.

(i)細胞を蛍光物質で標識することにより、細胞の状態を知る方法の実用法としては、腫瘍細胞や腫瘍組織の診断薬が上げられる。この場合は、正常な組織を構成する体細胞と腫瘍細胞とを区別して、腫瘍細胞の存在を見出さなければならない。腫瘍細胞のみに蛍光物質を結合させて腫瘍細胞だけを光らせるだけでなく、蛍光物質の正常細胞への副作用などの作用も抑制しなければならない。蛍光物質を用いて腫瘍細胞や腫瘍組織を光らせようとする方法がいくつか報告されているが、単に蛍光物質を投与しただけでは、蛍光物質を正常な体細胞に結合させずに腫瘍細胞のみに結合させることはできず、場合によっては正常細胞に副作用を与えてしまう。特許文献6では、正常細胞より腫瘍細胞へ選択的に結合する化合物の創製が行われてはいるが、光照射により細胞を死滅させる作用を有する蛍光物質の使用だけに、腫瘍細胞への選択的に結合する機構を解明して正常細胞への結合がないことを明らかにして、蛍光物質自身の安全性を検討し、さらには生体への作用も検討していくなどの解決しなければいけない課題が多数有している。このように、診断法として安全性と有効性を両方の課題を同時に解決するものの創製研究が続いているのが現状である。   (I) As a practical method of knowing the state of a cell by labeling the cell with a fluorescent substance, a diagnostic agent for tumor cells and tumor tissues can be mentioned. In this case, it is necessary to distinguish the somatic cells constituting the normal tissue from the tumor cells and find the presence of the tumor cells. Not only does the fluorescent substance bind only to the tumor cells so that only the tumor cells glow, but also the effects of the fluorescent substance on the normal cells such as side effects must be suppressed. Several methods have been reported to use fluorescent substances to illuminate tumor cells and tumor tissues. However, simply administering a fluorescent substance does not bind the fluorescent substance to normal somatic cells, but only to tumor cells. They cannot be combined, and in some cases have a side effect on normal cells. In Patent Document 6, although a compound that selectively binds to a tumor cell from a normal cell has been created, selective use for a tumor cell can be achieved only by using a fluorescent substance having an action of killing the cell by light irradiation. The problem that must be solved by elucidating the mechanism that binds to cells and clarifying that there is no binding to normal cells, examining the safety of fluorescent substances themselves, and further examining their effects on living bodies Has many. Thus, the present situation is that the creation research of a diagnostic method that solves both safety and effectiveness problems simultaneously continues.

(ii)その他の方法としては、生体組織から発生される蛍光を画像として撮像し、診
断前に測定した正常組織の画像の濃度を規格化しておき、その規格との差で腫瘍組織を検知する方法が知られている(特許文献5参照。)。この方法は、組織から発生する蛍光を測定するものであり、組織を構成する細胞が産生する生体分子またはその組織集散しうる生体分子が発する蛍光を測定するものと考えられる。通常、組織を構成する細胞の状態は、例えば増殖過程における細胞周期常態や分化過程、様々な活性状況にある細胞が存在しており、それぞれの状態にある細胞で産生する、または集散する生体分子は異なる。そのため、蛍光を撮影した画像の濃度だけでは、正確に正常組織と腫瘍組織との違いを把握するのは困難と考えられる。この課題を解決するには、組織を構成する個々の細胞や腫瘍組織を構成する腫瘍細胞の状態を直接的に測定する方法が考えられるが、この方法は組織全体を撮影するものであり、個々の細胞の発光を測定するには困難である。正常な体細胞と腫瘍細胞とを区別して個々の細胞を診断する方法としては、蛍光標識された抗体を用いて、腫瘍細胞の表面に存在する特定の蛋白質や特異的に発現する蛋白質、または特異的な遺伝子へ結合させて腫瘍細胞の存在を認識するものである。
(Ii) As another method, the fluorescence generated from the living tissue is imaged, the density of the normal tissue image measured before diagnosis is normalized, and the tumor tissue is detected based on the difference from the standard. A method is known (see Patent Document 5). This method measures fluorescence generated from a tissue, and is considered to measure fluorescence emitted from a biomolecule produced by a cell constituting the tissue or a biomolecule capable of dispersing the tissue. Usually, the state of cells constituting a tissue is, for example, a cell cycle normal state or a differentiation process in a growth process, cells in various active states, and biomolecules produced or scattered by cells in each state. Is different. Therefore, it is considered difficult to accurately grasp the difference between a normal tissue and a tumor tissue only with the density of an image obtained by photographing fluorescence. In order to solve this problem, a method of directly measuring the state of individual cells constituting the tissue or the tumor cells constituting the tumor tissue can be considered. It is difficult to measure the luminescence of cells. As a method of diagnosing individual cells by distinguishing normal somatic cells from tumor cells, fluorescent labeled antibodies can be used to identify specific proteins present on the surface of tumor cells, specifically expressed proteins, or specific By recognizing the presence of tumor cells.

(iii)また、蛍光標識された抗体や酵素反応物または、発光性のある反応物を用いて腫瘍細胞に多く発現する酵素と反応させることによる診断方法も知られている。しかしながら、これらの方法で標的にする遺伝子、酵素、細胞表面に存在する蛋白質や細胞内の蛋白質は、特定の組織に出現する特定の腫瘍細胞にのみ特異的に発現または存在するものであり、または、細胞の増殖の過程における特定の時期に発現するものである。そのため、それぞれの臓器や組織にはそれぞれの特徴ある腫瘍細胞が出現し、かつそれぞれの臓器や組織ではいくつかの種類の腫瘍細胞出現する可能性がある。先に記した蛍光標識された抗体や酵素反応物を用いた診断法では、網羅性がなく特定組織や臓器に出現する特定の腫瘍細胞の存在を判断するには効果的であるが、出現している腫瘍細胞の種類や発現している部位が不明で広く診断していく場合には、腫瘍細胞や腫瘍組織の存在を判断するには極めて困難である(特許文献7ないし9参照。)。   (Iii) A diagnostic method is also known by reacting with an enzyme that is highly expressed in tumor cells using a fluorescently labeled antibody or enzyme reaction product or a luminescent reaction product. However, the genes, enzymes, cell surface proteins and intracellular proteins targeted by these methods are specifically expressed or present only in specific tumor cells appearing in specific tissues, or It is expressed at a specific time in the process of cell proliferation. Therefore, each characteristic tumor cell may appear in each organ or tissue, and several types of tumor cells may appear in each organ or tissue. The diagnostic methods using fluorescently labeled antibodies and enzyme reactants described above are effective in determining the presence of specific tumor cells that appear in specific tissues and organs because they are not exhaustive. When the type of tumor cells and the site where the tumor cells are expressed are unknown and the diagnosis is widely performed, it is extremely difficult to determine the presence of tumor cells or tumor tissues (see Patent Documents 7 to 9).

iv)細胞内や組織を構成している細胞内に存在する特定物質の濃度を測定しようとする場合、蛍光物質を用いる(非特許文献2参照)。発光物質は、蛍光物質と燐光物質の二種類ある。蛍光物質は酸素とは反応せず、燐光物質は酸素と反応する。細胞内に存在する特定物質のみの濃度を光励起物質の発光強度を用いて測定するには、酸素と反応しない蛍光物質で、さらに測定すべき特定物質とのみと反応する蛍光物質を見出して用いることになる。ただし、この場合は細部内への蛍光物質の取り込み量によって蛍光強度が異なる。そのため、正しく特定物質の濃度を測定するには蛍光の強度から求めることはできない。細胞内取り込まれた蛍光物質の光で励起された分子が特定物質と反応しての消失、すなわち蛍光の寿命を測定することで濃度を測定できる。しかしながら、このように蛍光物質を用いての細胞内に存在する特定物質の濃度を測定する方法のみ知られ、燐光物質を用いる方法はなく、かつ酸素濃度を測定する方法も知られていなかった。   iv) A fluorescent substance is used when measuring the concentration of a specific substance present in a cell or a cell constituting a tissue (see Non-Patent Document 2). There are two types of luminescent materials: fluorescent materials and phosphorescent materials. Fluorescent materials do not react with oxygen, and phosphors react with oxygen. To measure the concentration of only a specific substance in the cell using the emission intensity of the photoexcited substance, find and use a fluorescent substance that does not react with oxygen and that reacts only with the specific substance to be measured. become. However, in this case, the fluorescence intensity varies depending on the amount of fluorescent material incorporated into the details. Therefore, in order to correctly measure the concentration of a specific substance, it cannot be obtained from the intensity of fluorescence. The concentration can be measured by measuring the disappearance of the molecule excited by the light of the fluorescent substance incorporated into the cell and the disappearance of the molecule, ie, the lifetime of the fluorescence. However, only a method for measuring the concentration of a specific substance present in a cell using a fluorescent material is known, and no method using a phosphorescent material is known, and no method for measuring an oxygen concentration is known.

v)細胞内や組織を構成している細胞内に存在する特定物質の濃度を測定する方法を応用すると、その特定物質の細胞内分布も測定できる。細胞内の数箇所にて蛍光物質の寿命を測定すれば、測定する特定物質の分布を知ることができる。さらに、細胞内の蛍光物質が発する蛍光が消失する様子を画像として記録して細胞全体での蛍光の寿命を測定すれば、より簡便に分布状況を測定できる(非特許文献4参照。)。ただし、この場合も上記した特定物質の濃度測定と同様に、蛍光物質も用いた方法のみが知られており、燐光物質を用いた方法や酸素分布を測定する方法は知られていなかった。   v) By applying a method for measuring the concentration of a specific substance present in cells or cells constituting a tissue, the intracellular distribution of the specific substance can also be measured. If the lifetime of the fluorescent substance is measured at several locations in the cell, the distribution of the specific substance to be measured can be known. Furthermore, if the state where the fluorescence emitted from the intracellular fluorescent substance disappears is recorded as an image and the lifetime of the fluorescence in the whole cell is measured, the distribution state can be measured more easily (see Non-Patent Document 4). However, in this case as well, only the method using the fluorescent material is known as in the above-described concentration measurement of the specific material, and the method using the phosphorescent material and the method for measuring the oxygen distribution have not been known.

vi)酸素と反応する燐光物質すなわち酸素センサを用いて酸素濃度を測定する方法は知られている。光で励起された酸素反応性物質は、測定光を照射されるとこの測定光を吸収する。基底状態に落ちるにつれて測定光の吸収の度合いが低下する(非特許文献1参照。)。すなわち酸素の存在により励起状態の寿命が早まるので、酸素濃度をこの吸収強度
の低下として測定できる。しかし、この方法は細胞内や組織を構成する細胞の酸素濃度測定への応用は行われていなかった。以上のように、現状では細胞や組織を構成する各細胞の酸素濃度やその酸素分布の状態を測定する方法がないのが課題である。
特開平11−37942号公報 特公表2003−517342号公報 特公表2002−534997号公報 特公表2003−517342号公報 特開2000−325295号公報 特開平7−336557号公報 特開2005−315862号公報 特開2004−248575号公報 特開2004−159600号公報 「バイオセンサ と バイオエレクトロニクス(Biosensor and Bioelectorinis)」 2003年 第18巻 p.1439−1445. 「アナリティカル ケミストリー(Analytical Chemistry)」 2004年 第76巻 p.2468−2505. 「スキャニング(Scanning)」 1992年 第14巻 p.155−159. 「テーシーブイジービーエッチ1(TCVBH1.DOC)」 2003年 2月p.1−41(http://www.becker−hickl.de/pdf/tcvghl.pdf). 電気学会化学センサシステム研究会資料 1998年 9月13日 CS−99巻、 26−42号、p35−38.
vi) Methods for measuring oxygen concentration using phosphors that react with oxygen, ie oxygen sensors, are known. The oxygen-reactive substance excited by light absorbs the measurement light when irradiated with the measurement light. The degree of absorption of measurement light decreases as it falls to the ground state (see Non-Patent Document 1). That is, since the lifetime of the excited state is accelerated by the presence of oxygen, the oxygen concentration can be measured as a decrease in the absorption intensity. However, this method has not been applied to the measurement of oxygen concentration of cells constituting cells or tissues. As described above, at present, there is a problem that there is no method for measuring the oxygen concentration of each cell constituting the cell or tissue and the state of the oxygen distribution.
JP 11-37942 A Japanese Patent Publication No. 2003-517342 Japanese Patent Publication No. 2002-534997 Japanese Patent Publication No. 2003-517342 JP 2000-325295 A JP-A-7-336557 JP 2005-315862 A JP 2004-248575 A JP 2004-159600 A “Biosensors and Bioelectronics” 2003 Volume 18 p. 1439-1445. “Analytical Chemistry” 2004 Volume 76 p. 2468-2505. “Scanning” 1992, vol. 14, p. 155-159. “TCVBH1.DOC” February 2003, p. 1-41 (http://www.becker-hickl.de/pdf/tcvghl.pdf). The Institute of Electrical Engineers of Japan, Chemical Sensor System Study Group, September 13, 1998 CS-99, 26-42, p35-38.

現行法では酸素と反応しない蛍光物質を用いていたため、生物試料における酸素濃度を測定することができなかった。本発明は、燐光物質を使用して、生物試料における酸素濃度を該燐光物質の分布に依存することなく測定できるようにすることを課題とし、さらには酸素濃度測定のみでなく、酸素濃度測定結果から酸素分布をも測定できるようにすることを課題とする。   In the current method, a fluorescent substance that does not react with oxygen was used, so that the oxygen concentration in a biological sample could not be measured. An object of the present invention is to make it possible to measure the oxygen concentration in a biological sample by using a phosphor without depending on the distribution of the phosphor. Further, not only the oxygen concentration measurement but also the oxygen concentration measurement result It is an object to make it possible to measure oxygen distribution.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、燐光物質の燐光寿命を測定することで、生物試料における酸素濃度及び/又は酸素分布が該燐光物質の分布に依存することなく測定できることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明は、
1.燐光物質を試料内に分布させる段階と、
該試料内の前記燐光物質を光励起させ、これより発光する燐光の強度の経時変化を測定する段階とからなる、
前記試料における酸素濃度及び/又は酸素分布を測定する方法、
2.前記試料は、単一細胞、細胞塊、細胞シート又は組織片である前記1.記載の方法、3.前記細胞が基本環境が低酸素状態にある癌細胞である前記2.記載の方法、
4.前記細胞が虚血性疾患又は虚血状態にある細胞である前記2.記載の方法、
5.前記燐光物質がポリフィリン系化合物である前記1.ないし4.の何れか1つに記載の方法、
6.前記燐光物質が金属原子を保有するポリフィリン化合物である前記5.記載の方法、7.前記燐光物質が白金ポルフィリンである前記6.記載の方法、
8.400nmから700nmのパルス光を用いて前記燐光物質を光励起する前記1.な
いし7.の何れか1つに記載の方法、
9.450nmから550nmのパルス光を用いて前記燐光物質を光励起する前記8.記載の方法、
10.前記光励起された燐光物質から発せられる燐光の強度の経時変化を画像化して測定するためにカメラ装置を使用する前記1.ないし9.の何れか1つに記載の方法、
11.前記燐光物質を試料内に分布させる手段、前記燐光物質を光励起するための光源、前記試料を観測するための顕微鏡及び燐光の強度の経時変化を画像化して測定するためのカメラ装置からなる、前記1.ないし10.の何れか1つに記載の方法に使用する装置、に関するものである。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have measured the phosphorescence lifetime of the phosphor, so that the oxygen concentration and / or oxygen distribution in the biological sample does not depend on the distribution of the phosphor. The present invention has been completed by finding that it can be measured.
That is, the present invention
1. Distributing the phosphor in the sample;
The step of photoexciting the phosphor in the sample and measuring the change over time of the intensity of phosphorescence emitted therefrom.
A method for measuring oxygen concentration and / or oxygen distribution in the sample;
2. The sample is a single cell, cell mass, cell sheet or tissue piece. 2. the described method; 2. The cell is a cancer cell whose basic environment is hypoxic. Described method,
4). 2. The cell is a cell in an ischemic disease or ischemic state. Described method,
5). 1. The phosphorescent substance is a porphyrin compound. Or 4. A method according to any one of
6). 4. The phosphorescent substance is a porphyrin compound having a metal atom. 6. the described method; 5. The phosphor described above in which the phosphor is platinum porphyrin. Described method,
8. Photo-excitation of the phosphor using pulsed light of 400 nm to 700 nm. Or 7. A method according to any one of
9. Optical excitation of the phosphor using a pulsed light of 450 nm to 550 nm. Described method,
10. 1. Use the camera device to image and measure the time course of the intensity of phosphorescence emitted from the photoexcited phosphor. Or 9. A method according to any one of
11. Comprising: means for distributing the phosphor in the sample; a light source for photo-exciting the phosphor; a microscope for observing the sample; and a camera device for imaging and measuring changes in the intensity of phosphorescence over time. 1. Or 10. The apparatus used for the method as described in any one of these.

本発明は、生物試料、特に細胞内における酸素濃度を測定するために燐光物質を用いるのであるが、該燐光物質の燐光寿命により生物試料中の酸素濃度を測定することを特徴とするものであり、燐光物質の燐光強度により生物試料中の特定物質の濃度を測定しようとする従来の測定法とは異なる。   The present invention uses a phosphor to measure the oxygen concentration in a biological sample, particularly in a cell, and is characterized by measuring the oxygen concentration in the biological sample based on the phosphor lifetime of the phosphor. This is different from the conventional measurement method in which the concentration of a specific substance in a biological sample is measured by the phosphorescence intensity of the phosphor.

燐光物質の燐光強度により生物試料内の酸素濃度を測定しようとする場合、該燐光物質の分布状態、即ち、該燐光物質の各部位における濃度の大小により燐光強度が変化するため必ずしも各部位における酸素濃度を反映しない場合があったのに対して、燐光寿命は、同一となるため、生物試料の各部位における該燐光物質の分布状態に依存しない。
そして、生物試料の各部位における、燐光物質と酸素との反応の結果である燐光強度の低下による燐光寿命の減少の程度を測定できれば、生物試料の各部位における酸素濃度を該燐光物質の分布状態に依存せずに決定することができることになる。
When the concentration of oxygen in a biological sample is to be measured based on the phosphorescence intensity of the phosphor, the phosphorescence intensity changes depending on the distribution state of the phosphor, that is, the concentration at each part of the phosphor. In some cases, the concentration does not reflect, but the phosphorescence lifetime is the same, so it does not depend on the distribution state of the phosphor in each part of the biological sample.
If the degree of decrease in the phosphorescence lifetime due to the decrease in phosphorescence intensity resulting from the reaction between the phosphor and oxygen at each part of the biological sample can be measured, the oxygen concentration at each part of the biological sample can be determined by the distribution state of the phosphor. It can be determined without depending on.

本発明における燐光寿命の測定原理の概略図を図1に示した。
燐光物質を光励起すると燐光を発するが、その燐光強度は、時間の経過とともに減衰してゆき、最終的に消失する。この際、光励起後に一定の時間間隔で開くゲート等を設置し、経時的に燐光強度を測定することにより、その燐光強度の減衰から燐光寿命を算出することができる。
上記の原理を利用し、生物試料の各部位における燐光強度の経時変化から燐光寿命を測定すれば、各部位における酸素濃度が測定できることになり、これにより、前記生物試料における酸素分布を測定することもできる。
そして、上記のように、各部位における酸素濃度は、生物試料内の前記燐光物質の分布状態に依存しないものである。
前記燐光物質から発せられる燐光の強度の経時変化は、例えば、カメラ装置で記録し、該記録された画像を解析することにより測定することができ、また、該記録された画像は、画像間でフィッティング等を行うことにより、生物試料における酸素濃度及び/又は酸素分布を画像化したものとして表示することができる。
これにより、前記燐光物質を播いた培地にて細胞を培養することにより、細胞内に前記燐光物質を取り込ませて、前記燐光物質を光励起させ、これより発光する燐光の強度の経時変化をカメラ装置で記録することにより、細胞内の酸素分布を測定でき、また、細胞内の酸素分布を視覚化することができる。
A schematic diagram of the measurement principle of the phosphorescence lifetime in the present invention is shown in FIG.
When a phosphor is photoexcited, phosphorescence is emitted, but the phosphorescence intensity is attenuated with the passage of time and eventually disappears. At this time, by installing a gate or the like that opens at a constant time interval after photoexcitation and measuring the phosphorescence intensity over time, the phosphorescence lifetime can be calculated from the decay of the phosphorescence intensity.
If the phosphorescence lifetime is measured from the change over time of the phosphorescence intensity at each part of the biological sample using the above principle, the oxygen concentration at each part can be measured, thereby measuring the oxygen distribution in the biological sample. You can also.
As described above, the oxygen concentration at each site does not depend on the distribution state of the phosphor in the biological sample.
The temporal change in the intensity of phosphorescence emitted from the phosphor can be measured, for example, by recording with a camera device and analyzing the recorded image, and the recorded image can be measured between images. By performing fitting or the like, the oxygen concentration and / or oxygen distribution in the biological sample can be displayed as an image.
Thus, by culturing cells in a medium in which the phosphorescent substance is seeded, the phosphorescent substance is taken into the cell, the phosphorescent substance is photoexcited, and the time-dependent change in the intensity of phosphorescence emitted from the phosphorescent substance is detected by the camera device. By recording with, it is possible to measure the oxygen distribution in the cell and to visualize the oxygen distribution in the cell.

細胞レベルでの細胞内酸素分布を測定する方法が知られていない現状において、本発明の方法にて細胞内酸素分布の測定を可能とすることは、細胞学、生物学、生化学や医学においては大きな効果をもたらすことが予想される。例えば、単一細胞での酸素取り込みから酸素の消費や細胞内での酸素の代謝過程や細胞の活性機構、または各細胞小器官での機能等で、新しい知見を得ることができ、また、単一細胞たけでなく、細胞シートや細胞塊、組織小切片、組織においても、これらを構成する細胞の単位で各細胞の活性状態を測定するとともに各細胞間での新しい学術的な知見を得ることが予想され、更には細胞に関る
産業に大きい効果をもたらすと考えられる。
In the present situation where a method for measuring intracellular oxygen distribution at the cellular level is not known, it is possible to measure intracellular oxygen distribution by the method of the present invention in cytology, biology, biochemistry and medicine. Is expected to have a significant effect. For example, new knowledge can be obtained from oxygen uptake in a single cell, consumption of oxygen, intracellular metabolic process, cellular activation mechanism, function in each organelle, etc. Measure not only single cells but also cell sheets, cell clumps, tissue subsections, and tissues in units of cells that make up these cells, and obtain new academic knowledge between cells. Is expected to have a significant effect on the cell industry.

例えば、再生医療や移植治療などのように患者または他者の細胞を採取して培養して、患部に細胞移植する治療などでは、細胞内や組織内の酸素分布情報を得ることにより、培養するまたは培養した細胞や組織の健康状態や活性状況を把握できるなどの多くの情報が得られるとともに、培養する条件の確立にも活用できる。   For example, in treatments such as regenerative medicine or transplantation, where cells of patients or others are collected and cultured, and then transplanted into the affected area, the cells are cultured by obtaining oxygen distribution information in the cells or tissues. In addition, it is possible to obtain a lot of information such as grasping the health state and activity state of cultured cells and tissues, and can also be used to establish conditions for culturing.

また、単に細胞の活性状態をしるだけでなく、診断分野に大きい効果をもたらすことが予想される。腫瘍組織は正常組織とはことなり低酸素状態にあり、腫瘍細胞は低酸素状態で生存して増殖している。一方、正常細胞は十分に酸素が存在している環境でなければ増殖も生存もできない。このような事実から、腫瘍細胞は正常細胞とはことなり少ない酸素の取り込みで十分に活性化して増殖することが予想でき、測定試験をおこなう細胞や組織の酸素濃度や分布を測定すれば腫瘍細胞または腫瘍組織を見つけることができるものと考えられる。   Moreover, it is expected that not only the active state of cells but also a great effect in the diagnostic field. Tumor tissue is different from normal tissue in hypoxia, and tumor cells survive and proliferate in hypoxia. On the other hand, normal cells cannot proliferate or survive unless there is sufficient oxygen. From these facts, tumor cells can be expected to be fully activated and proliferate with less oxygen uptake than normal cells, and tumor cells can be measured by measuring the oxygen concentration and distribution of the cells and tissues to be measured. Or it is thought that tumor tissue can be found.

虚血性の疾患の場合も血液が十分に行き届かずに酸素不足状態から生じてくる疾患である。現状の技術では、微小血管における酸素分布をみており、個々の細胞がどの程度酸素欠乏状況にあるかは把握できない。本発明を用いれば血管狭窄部位における真の酸素欠乏部位を見出すことができるとともに、現在の血管造影で造影できる血管の太さの限界を超えて酸素欠乏部位を検知することができることが考えられ、的確な治療を行なえるようになり患者にとっても大きな益を得ることができる。
本発明では細胞の酸素濃度や酸素取り込み消費状況を測定して細胞の活性状態を測定できることより、組織や臓器さらには生体の虚血状態になった時間帯や致死状態になってからの時間の予測値を算出することも可能になることが考えられる。
In the case of an ischemic disease, the blood is not sufficiently reached and is caused by an oxygen-deficient state. With the current technology, the oxygen distribution in the microvessels is observed, and it is not possible to grasp how oxygen-deficient each individual cell is. Using the present invention, it is possible to find a true oxygen-deficient site in a vascular stenosis site, and to detect an oxygen-deficient site exceeding the limit of the thickness of a blood vessel that can be imaged with current angiography, It is possible to perform an appropriate treatment, and a great benefit can be obtained for the patient.
In the present invention, the active state of the cell can be measured by measuring the oxygen concentration of the cell and the state of oxygen uptake and consumption. It is conceivable that a predicted value can be calculated.

さらに、医療の分野だけでなく、細胞を用いる産業としてバイオマス関連産業、醗酵による製造、細胞や細菌を持いた有機化合物、蛋白質、抗体、遺伝子の製造においても、製造に用いる培養細胞や細菌の活性状態を知るのにも役立ち、細胞や細菌の培養条件を検討することにより、前記製造においても有効に利用できる。
また、試料は生物試料に限定されず、試料中に何らかの形で酸素が取り込まれた試料であってもよい。
Furthermore, not only in the medical field, but also in the biomass-related industry as a cell-using industry, in the production by fermentation, in the production of organic compounds, proteins, antibodies and genes with cells and bacteria, the activity of the cultured cells and bacteria used in the production It is useful for knowing the state, and can be effectively used in the production by examining the culture conditions of cells and bacteria.
The sample is not limited to a biological sample, and may be a sample in which oxygen is incorporated into the sample in some form.

本発明に使用する燐光物質は、光励起して燐光を発する物質であり、励起状態において酸素と反応して燐光を消失する性質を有するものである。
該燐光物質としては、例えば、光化学酸素センサとして知られている燐光物質が挙げられ、具体的には、ピレン誘導体(ピレン、ペリレン等の多環式芳香族化合物、及びその誘導体等)、ルテニウム錯体(フェナンスロリン ルテニウム クロリド等の遷移金属錯体)、フタロシアニン錯体(白金、パラジウム、亜鉛等の金属錯体)及びポルフィリン系化合物(ポルフィリン、テトラベンゾポルフィリン、テトラナフトポルフィリン、テトラアントラポルフィリン、テトラニトロテトラベンゾポルフィリン、オクタエチルポルフィリン、テトラキスペンタフルオロフェニルポルフィリン、ピッケトフェンスポルフィリン及び金属原子を保有する前記のポリフィリン化合物が挙げられ、金属原子としては、コバルト、亜鉛、鉄、マンガン、スズ、イットリウム、ランタン、ルテニウム、パラジウム及び白金が挙げられる。)が挙げられ、好ましくはポルフィリン系化合物(ポルフィリン、テトラベンゾポルフィリン、テトラナフトポルフィリン、テトラアントラポルフィリン、テトラニトロテトラベンゾポルフィリン、オクタエチルポルフィリン、テトラキスペンタフルオロフェニルポルフィリン、ピッケトフェンスポルフィリン及び金属原子を保有する前記のポリフィリン化合物が挙げられ、金属原子としては、コバルト、亜鉛、鉄、マンガン、スズ、イットリウム、ランタン、ルテニウム、パラジウム及び白金が挙げられる。)が
挙げられ、また、好ましくは、金属原子を保有するポリフィリン化合物(金属原子としては、コバルト、亜鉛、鉄、マンガン、スズ、イットリウム、ランタン、ルテニウム、パラジウム及び白金が挙げられる。)が挙げられ、また、好ましくは白金ポルフィリンが挙げられる。
The phosphorescent substance used in the present invention is a substance that emits phosphorescence when photoexcited, and has a property of disappearing phosphorescence by reacting with oxygen in an excited state.
Examples of the phosphor include phosphors known as photochemical oxygen sensors. Specifically, pyrene derivatives (polycyclic aromatic compounds such as pyrene and perylene, and derivatives thereof), ruthenium complexes, and the like. (Transition metal complexes such as phenanthroline ruthenium chloride), phthalocyanine complexes (metal complexes such as platinum, palladium, zinc) and porphyrin compounds (porphyrin, tetrabenzoporphyrin, tetranaphthoporphyrin, tetraanthraporphyrin, tetranitrotetrabenzoporphyrin) , Octaethylporphyrin, tetrakispentafluorophenylporphyrin, picket fenceporphyrin and the above-mentioned polyphylline compound having a metal atom, and the metal atom includes cobalt, zinc, iron, manganese, tin, And thorium, lanthanum, ruthenium, palladium and platinum), preferably porphyrin compounds (porphyrin, tetrabenzoporphyrin, tetranaphthoporphyrin, tetraanthraporphyrin, tetranitrotetrabenzoporphyrin, octaethylporphyrin, tetrakispenta) Examples thereof include fluorophenylporphyrin, picket fence porphyrin, and the above-mentioned polyphylline compound having a metal atom, and examples of the metal atom include cobalt, zinc, iron, manganese, tin, yttrium, lanthanum, ruthenium, palladium and platinum. And preferably, a porphyrin compound having a metal atom (as the metal atom, cobalt, zinc, iron, manganese, tin, yttrium, orchid) And tantalum, ruthenium, palladium, and platinum.), And platinum porphyrin is preferable.

本発明に使用する試料としては、何らかの形で酸素が取り込まれた、測定可能な試料であれば特に限定はしないが、生物試料及び生物試料以外の試料が挙げられ、生物試料以外の試料としては、例えば、食品の包装内部における劣化状況の調査などに用いる試料等が挙げられる。
生物試料としては、測定可能な組織、臓器及び細胞であれば特に限定されないが、単一細胞、細胞塊、細胞シート及び組織片等が挙げられる。
好ましい試料としては、生物試料が挙げられ、また、腫瘍細胞、特に、基本環境が低酸素状態にある癌細胞及び虚血性疾患又は虚血状態にある細胞等が挙げられる。
The sample used in the present invention is not particularly limited as long as it is a measurable sample in which oxygen is incorporated in some form, but examples include biological samples and samples other than biological samples. For example, a sample or the like used for investigating the deterioration state in the inside of the food packaging.
The biological sample is not particularly limited as long as it is a measurable tissue, organ, and cell, and examples thereof include a single cell, a cell mass, a cell sheet, and a tissue piece.
Preferable samples include biological samples, and also include tumor cells, particularly cancer cells whose basic environment is hypoxic and cells that are ischemic or ischemic.

前記生物試料内に本発明に使用する燐光物質を分布させる方法としては、生物試料に本発明に使用する燐光物質を添加することにより行うことができるが、単に添加しただけでは、通常、細胞内には燐光物質が取り込まれない。
そのため、本発明に使用する燐光物質を細胞内に取り込ませる場合、通常、該燐光物質を添加した培地にて細胞を培養し、それにより培養細胞内に該燐光物質を取り込ませる。
上記培養における条件は既存の培養条件を用いることができる。
The method for distributing the phosphor used in the present invention in the biological sample can be carried out by adding the phosphor used in the present invention to the biological sample. Does not incorporate phosphor.
Therefore, when the phosphor used in the present invention is incorporated into cells, the cells are usually cultured in a medium to which the phosphor is added, thereby incorporating the phosphor into the cultured cells.
Existing culture conditions can be used as the conditions for the culture.

本発明に使用する燐光物質を光励起させるための光源としては、パルス光が好ましく、具体的には、Nd:YAGレーザー、Nd:YLFレーザー、Nd:YVO4レーザー、
Ti:Sapphireレーザー、ガラスレーザー等の固体パルスレーザー、XeCl、KrF、ArFのエキシマレーザー等の気体パルスレーザー等が挙げられ、好ましくは、Nd:YAGレーザーが挙げられる。
照射する光の波長は、400nmから700nmのものであり、好ましくは450nmから550nmであり、より好ましい波長として、532nmが挙げられる。
細胞内に取り込まれた燐光物質を光励起させるために、例えばNd:YAGレーザーをパルス幅10nsで照射される。
As a light source for photoexciting the phosphor used in the present invention, pulsed light is preferable, specifically, Nd: YAG laser, Nd: YLF laser, Nd: YVO 4 laser,
Examples thereof include solid pulse lasers such as Ti: Sapphire laser and glass laser, and gas pulse lasers such as XeCl, KrF, and ArF excimer lasers, preferably Nd: YAG lasers.
The wavelength of the irradiated light is 400 nm to 700 nm, preferably 450 nm to 550 nm, and more preferable wavelength is 532 nm.
For example, an Nd: YAG laser is irradiated with a pulse width of 10 ns in order to photoexcite the phosphor incorporated into the cell.

燐光の強度の経時変化を測定する方法としては、発せられた燐光をカメラ装置を用いて画像として記録し、該記録された画像を解析する事により、燐光の強度の経時変化を測定することができる。
カメラ装置としては、一般的な光学カメラを使用することもできるが、CCDカメラが好ましい。
また、燐光をカメラ装置を用いて画像として記録する場合、発せられた燐光を増倍するためのイメージ増強ユニット(イメージングインテンシファイア)等を使用するのが好ましい。
また、カメラ装置を用いて燐光の強度の経時変化を測定する場合、光源からの光照射の終了から一定時間でカメラ装置での画像の記録が行われるように、例えば、カメラ装置の受光部の前に光照射の終了から一定時間で開くゲート等を設置するのが好ましい。
As a method of measuring the temporal change of phosphorescence intensity, the emitted phosphorescence is recorded as an image using a camera device, and the recorded image is analyzed to measure the temporal change of the phosphorescence intensity. it can.
Although a general optical camera can be used as the camera device, a CCD camera is preferable.
Moreover, when recording phosphorescence as an image using a camera apparatus, it is preferable to use an image intensifying unit (imaging intensifier) or the like for multiplying the emitted phosphorescence.
In addition, when measuring the temporal change of the phosphorescence intensity using the camera device, for example, in the light receiving unit of the camera device, the image is recorded in the camera device in a certain time from the end of light irradiation from the light source. It is preferable to install a gate or the like that opens in a certain time from the end of light irradiation.

本発明の試料における酸素濃度及び/又は酸素分布を測定する方法に使用する装置としては、例えば、前記燐光物質を試料内に分布させる手段、前記燐光物質を光励起するための光源、前記試料を観測するための顕微鏡及び燐光の強度の経時変化を画像化して測定するためのカメラ装置から構成される。
前記試料を観測するための顕微鏡としては、倒立型顕微鏡が好ましい。
他の構成については、上述と同様のものを使用することができる。
The apparatus used for the method for measuring the oxygen concentration and / or oxygen distribution in the sample of the present invention includes, for example, means for distributing the phosphor in the sample, a light source for photoexciting the phosphor, and observing the sample. And a camera device for imaging and measuring changes over time in the intensity of phosphorescence.
As a microscope for observing the sample, an inverted microscope is preferable.
About another structure, the thing similar to the above-mentioned can be used.

本発明の酸素濃度及び/又は酸素分布を測定する方法に使用する装置の1例を図2を用いて説明する。
装置は、倒立型顕微鏡8(Nikon社製:EclipseTE2000−U)にて、励起光源としてNd:YAGパルスレーザー7(LaserCompact−Plus社製:Diode−Pumped Solid State Laser Model LCS−DTL−314−QT−20)を用いて、波長532nm、出力エネルギー>20μJ@1kHz、3μJ@10kHzでパルス幅<10nsの励起光を発生させる。この励起光をダイクロイックミラー3にて反射させて測定するサンプル1を照射する。光励起により発せられる燐光をゲート付きイメージングインテンシファイア4(Hmamatsu社製GaAsPイメージインテンシファイアユニット C8600)にてモニターして、コントローラ(C7350−275 AquaCosmos)を用いる。デジタルCCDカメラ5(Hamamatsu社製 Digital CCD Camera ORCA−ER C4742−95−12ER)を用いて記録する。この記録により、発せられる燐光の寿命を測定して、細胞の酸素濃度ならびにその酸素分布を測定できる。パルスレーザー7とイメージングインテンシファイア4のゲートをディレイジェネレーターで同期させ、パルス照射からゲートが開くまでの時間を少しずつ遅延させることで、燐光強度の衰退を直接測定することができる。遅延時間を変化させて得られた画像間でフィッティングすることで、燐光寿命分布、すなわち酸素濃度分布の画像化を行う。
An example of an apparatus used in the method for measuring the oxygen concentration and / or oxygen distribution of the present invention will be described with reference to FIG.
The apparatus is an inverted microscope 8 (Nikon: Eclipse TE2000-U), and Nd: YAG pulse laser 7 (LaserCompact-Plus: Diode-Pumped Solid State Laser Model LCS-DTL-314-QT-) as an excitation light source. 20), excitation light having a wavelength of 532 nm, output energy> 20 μJ @ 1 kHz, and 3 μJ @ 10 kHz and a pulse width <10 ns is generated. The excitation light is reflected by the dichroic mirror 3 and irradiated with the sample 1 to be measured. The phosphorescence emitted by photoexcitation is monitored by a gated imaging intensifier 4 (GaAsP image intensifier unit C8600 manufactured by Hmamatsu), and a controller (C7350-275 AquaCosmos) is used. Recording is performed using a digital CCD camera 5 (Digital CCD Camera ORCA-ER C4742-95-12ER manufactured by Hamamatsu). By this recording, the lifetime of phosphorescence emitted can be measured, and the oxygen concentration of the cell and its oxygen distribution can be measured. By synchronizing the gates of the pulse laser 7 and the imaging intensifier 4 with a delay generator and delaying the time from the pulse irradiation until the gate opens little by little, the decline in phosphorescence intensity can be directly measured. By fitting between images obtained by changing the delay time, phosphorescence lifetime distribution, that is, oxygen concentration distribution is imaged.

以下に実施例を示し本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
尚、以下に示す実施例は、図2で示される装置を用いて測定した。
実施例1
培養細胞としてHeLa細胞を用いた。
HeLa細胞は、10%FBS、炭酸水素ナトリウム 2.2 g、100 units / mlペニシリン、500 μg / mlストレプトマイシンを含むイーグルMEM培地で、37℃、5%CO2雰囲気下で培養した。
HeLa細胞への白金ポルフィリン(以下、PtTCPPと記載する。)の取り込みは、以下の方法で行った。HeLa細胞をφ35mmガラスベースディッシュに1 x 104個となるように継代
し、HeLa細胞をディッシュに接着させるために、37℃、5% CO2雰囲気下で一日以上インキュベートした。培地を取り除き、PBSで洗浄後、PtTCPPを所定濃度含むFBS不含イーグルMEM培地を2 ml加え、37℃、5%CO2雰囲気下で所定時間インキュベートした。インキュベート後、培地を除去し、PBSで二回洗浄後、FBS不含イーグルMEM培地を2 ml加えた。その後、
図2で示される装置を用いて測定した。
図3にパルス光照射前のHeLa細胞の明視野画像の写真を示した。
そして、図4〜7にパルス光照射後1μs、3μs、5μs、7μsのHeLa細胞における燐光の発光状態をそれぞれ記録した写真を示した。これらの写真より細胞の部位により、燐光強度の減衰が早い部位と遅い部位が存在することが判る。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.
In the following examples, measurement was performed using the apparatus shown in FIG.
Example 1
HeLa cells were used as cultured cells.
HeLa cells were cultured in Eagle's MEM medium containing 10% FBS, sodium bicarbonate 2.2 g, 100 units / ml penicillin, 500 μg / ml streptomycin in an atmosphere of 37 ° C. and 5% CO 2 .
Incorporation of platinum porphyrin (hereinafter referred to as PtTCPP) into HeLa cells was performed by the following method. HeLa cells were subcultured to 1 × 10 4 in a φ35 mm glass base dish, and incubated at 37 ° C. in a 5% CO 2 atmosphere for 1 day or longer in order to adhere the HeLa cells to the dish. After removing the medium and washing with PBS, 2 ml of FBS-free Eagle MEM medium containing PtTCPP at a predetermined concentration was added and incubated at 37 ° C. in a 5% CO 2 atmosphere for a predetermined time. After incubation, the medium was removed, washed twice with PBS, and 2 ml of FBS-free Eagle MEM medium was added. afterwards,
It measured using the apparatus shown by FIG.
FIG. 3 shows a photograph of a bright field image of HeLa cells before pulsed light irradiation.
4 to 7 show photographs in which the phosphorescence emission states of HeLa cells at 1 μs, 3 μs, 5 μs, and 7 μs after pulse light irradiation are recorded, respectively. From these photographs, it can be seen that there are sites where the decay of phosphorescence intensity is fast and slow depending on the site of the cells.

実施例2
実施例1と同様の手法により、MH134細胞にPtTCPPを取り込ませた。
その後、図2で示される装置を用いて測定し、その結果として得られた画像を図8に示した。
パルス光照射前のMH134細胞の明視野画像の写真を示した(図8の(a))。
PtTCPPは細胞全体に分布していた(図8の(b))。
遅延時間を変化させてリン光強度の減衰を測定し、得られた画像間でフィッティングして解析し、細胞内の酸素分布を画像化した結果を示した(図8の(c))。このように、本発明の生物試料における酸素濃度及び/又は酸素分布を測定する方法は、細胞内酸素濃度分布を視覚化して示すことを可能とする。
Example 2
PtTCPP was taken into MH134 cells by the same method as in Example 1.
Thereafter, measurement was performed using the apparatus shown in FIG. 2, and the resulting image is shown in FIG.
The photograph of the bright-field image of MH134 cell before pulse light irradiation was shown ((a) of FIG. 8).
PtTCPP was distributed throughout the cell ((b) of FIG. 8).
The attenuation of phosphorescence intensity was measured while changing the delay time, and the results were analyzed by fitting between the obtained images and imaging the intracellular oxygen distribution ((c) of FIG. 8). Thus, the method for measuring the oxygen concentration and / or oxygen distribution in the biological sample of the present invention makes it possible to visualize and show the intracellular oxygen concentration distribution.

本発明の酸素濃度の測定原理を示す概略図である。It is the schematic which shows the measurement principle of the oxygen concentration of this invention. 本発明の酸素濃度及び/又は酸素分布を測定する方法に使用する装置の1例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the apparatus used for the method of measuring the oxygen concentration and / or oxygen distribution of this invention. 実施例1における、パルス光照射前のHeLa細胞の明視野画像の写真である。2 is a photograph of a bright field image of HeLa cells before pulsed light irradiation in Example 1. 実施例1における、パルス光照射後1μsのHeLa細胞における燐光の発光状態を記録した写真である。2 is a photograph recording the phosphorescence emission state in HeLa cells 1 μs after pulsed light irradiation in Example 1. FIG. 実施例1における、パルス光照射後3μsのHeLa細胞における燐光の発光状態を記録した写真である。FIG. 3 is a photograph of the phosphorescence emission state recorded in HeLa cells 3 μs after pulse light irradiation in Example 1. FIG. 実施例1における、パルス光照射後5μsのHeLa細胞における燐光の発光状態を記録した写真である。2 is a photograph recording the phosphorescence emission state in a HeLa cell 5 μs after irradiation with pulsed light in Example 1. FIG. 実施例1における、パルス光照射後7μsのHeLa細胞における燐光の発光状態を記録した写真である。2 is a photograph of the phosphorescence emission state recorded in HeLa cells 7 μs after irradiation with pulsed light in Example 1. FIG. 実施例2における、MH134細胞を用いた細胞内酸素分布測定(a)明視野(b)蛍光像(c)細胞内分布測定を示す写真である。In Example 2, it is a photograph which shows intracellular oxygen distribution measurement using MH134 cell (a) Bright field (b) Fluorescence image (c) Intracellular distribution measurement.

符号の説明Explanation of symbols

1 サンプル
2 対物レンズ
3 ダイクロイックミラー
4 ゲート付きイメージングインテンシファイア
5 CCDカメラ
6 ビームエキスパンダー
7 Nd:YAGパルスレーザー
8 倒立型顕微鏡
1 Sample 2 Objective Lens 3 Dichroic Mirror 4 Imaging Intensifier with Gate 5 CCD Camera 6 Beam Expander 7 Nd: YAG Pulse Laser 8 Inverted Microscope

Claims (11)

燐光物質を試料内に分布させる段階と、
該試料内の前記燐光物質を光励起させ、これより発光する燐光の強度の経時変化を測定する段階とからなる、
前記試料における酸素濃度及び/又は酸素分布を測定する方法。
Distributing the phosphor in the sample;
The step of photoexciting the phosphor in the sample and measuring the change over time of the intensity of phosphorescence emitted therefrom.
A method for measuring oxygen concentration and / or oxygen distribution in the sample.
前記試料は、単一細胞、細胞塊、細胞シート又は組織片である請求項1記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the sample is a single cell, a cell mass, a cell sheet, or a tissue piece. 前記細胞が基本環境が低酸素状態にある癌細胞である請求項2記載の方法。 The method according to claim 2, wherein the cell is a cancer cell whose basic environment is hypoxic. 前記細胞が虚血性疾患又は虚血状態にある細胞である請求項2記載の方法。 The method according to claim 2, wherein the cell is a cell in an ischemic disease or ischemic state. 前記燐光物質がポルフィリン系化合物である請求項1ないし4の何れか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the phosphor is a porphyrin-based compound. 前記燐光物質が金属原子を保有するポルフィリン化合物である請求項5記載の方法。 6. The method according to claim 5, wherein the phosphor is a porphyrin compound having a metal atom. 前記燐光物質が白金ポルフィリンである請求項6記載の方法。 The method of claim 6, wherein the phosphor is platinum porphyrin. 400nmから700nmのパルス光を用いて前記燐光物質を光励起する請求項1ないし7の何れか1項に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the phosphor is photoexcited using pulsed light having a wavelength of 400 nm to 700 nm. 450nmから550nmのパルス光を用いて前記燐光物質を光励起する請求項8記載の方法。 9. The method of claim 8, wherein the phosphor is photoexcited using 450 nm to 550 nm pulsed light. 前記光励起された燐光物質から発せられる燐光の強度の経時変化を画像化して測定するためにカメラ装置を使用する請求項1ないし9の何れか1項に記載の方法。 10. A method according to any one of the preceding claims, wherein a camera device is used to image and measure the temporal change in the intensity of phosphorescence emitted from the photoexcited phosphor. 前記燐光物質を試料内に分布させる手段、前記燐光物質を光励起するための光源、前記試料を観測するための顕微鏡及び燐光の強度の経時変化を画像化して測定するためのカメラ装置からなる、請求項1ないし10の何れか1項に記載の方法に使用する装置。 A means for distributing the phosphor within the sample, a light source for photoexciting the phosphor, a microscope for observing the sample, and a camera device for imaging and measuring changes in phosphorescence intensity over time. Item 11. An apparatus for use in the method according to any one of Items 1 to 10.
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