JP2008278789A - Method for discriminating neuronal cell and glial cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To separate a cell in a cell separation region based on the judged result of an image obtained in a cell sorter cell-detection region to use a flow path formed on a substrate. <P>SOLUTION: Discrimination of a neuronal cell and a neuroblast cell is performed by the presence or absence of a notch on a line showing the circumferential length of a cell from the real body image of neuronal cell and glial cell. Concretely, as an example, the image is processed as pixels formed by dividing the image to the proper number of sections in X and Y directions, each pixel is binarized by comparing the brightness of the pixel with a prescribed threshold value and both cells are discriminated by the comparison result. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、基板上に構成される流路を、細胞を緩衝液とともに流下させて細胞分離を行うセルソーターに適用して好適な神経細胞とグリア細胞の細胞識別方法に関する。   The present invention relates to a cell discrimination method suitable for nerve cells and glial cells by applying a flow path formed on a substrate to a cell sorter that separates cells by allowing cells to flow down together with a buffer solution.

生体組織片から特定細胞を分離する方法にはいくつかの方法が知られている。心筋細胞と線維芽細胞の細胞識別方法として、それぞれの細胞の比重の違いに着目して、パーコールを使用して密度勾配遠心により分離する方法が良く行われる。この方法は、遠心処理の結果、層状に分離した細胞の層を乱さないように分離、採取するものであるが、必ずしも、十分な精度で分離できないのが現状である。   Several methods are known for separating specific cells from biological tissue pieces. As a method for discriminating between cardiomyocytes and fibroblasts, a method of separating by density gradient centrifugation using Percoll is often performed by paying attention to the difference in specific gravity of each cell. This method is a method of separating and collecting cells so as not to disturb a layer of cells separated as a result of centrifugation, but it is not always possible to separate them with sufficient accuracy.

特定の細胞を分離し回収することは生物学・医学的な分析においては重要な技術であり、例えば、蛍光染色処理後の細胞を電荷を持たせた液滴中に1細胞単位で単離して滴下し、この液滴中の細胞の蛍光の有無、光散乱量の大小を基に、液滴が落下する過程で、落下方向に対して法平面方向に高電界を任意の方向に印加することで、液滴の落下方向を制御して、下部に置かれた複数の容器に分画して回収するセルソーターがある(非特許文献1:Kamarck,M.E., Methods Enzymol. Vol.151, p150-165 (1987))。   Separation and recovery of specific cells is an important technique in biological and medical analysis. For example, cells after fluorescent staining are isolated in units of cells in charged droplets. Applying a high electric field in a direction normal to the drop direction in the process of dropping, based on the presence or absence of fluorescence of the cells in the drop and the amount of light scattering. Then, there is a cell sorter that controls the drop direction of the liquid droplets and fractionates and collects them in a plurality of containers placed underneath (Non-Patent Document 1: Kamarck, ME, Methods Enzymol. Vol. 151, p150-165). (1987)).

しかし、この技術は高価であること、装置が大型であること、数千ボルトという高電界が必要であること、試料が多量に必要であること、液滴を作成する段階で細胞に損傷を与える可能性があること、直接試料を観察できないことなどの問題がある。これらの問題を解決するため、本発明者らは、マイクロ加工技術を活用して、基板上に構成される流路を、細胞を緩衝液とともに流下させ、細胞の画像を採取して細胞分離を行うセルソーターを提案している(特開2006−180810、特開2006−220423)。
Kamarck,M.E., Methods Enzymol. Vol.151, p150-165 (1987) 特開2006−180810号公報 特開2006−220423号公報
However, this technology is expensive, requires a large device, requires a high electric field of several thousand volts, requires a large amount of sample, and damages cells in the process of creating droplets. There are problems such as possibility and inability to directly observe the sample. In order to solve these problems, the present inventors utilize microfabrication technology to cause cells to flow down with a buffer solution through a flow path formed on a substrate, collect cell images, and perform cell separation. A cell sorter to perform is proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-180810, Japanese Patent Laid-Open No. 2006-220423).
Kamarck, ME, Methods Enzymol. Vol.151, p150-165 (1987) JP 2006-180810 A JP 2006-220423 A

本発明は、上記細胞の画像を採取して細胞分離を行うセルソーターによって、神経細胞とグリア細胞の実体画像により、細胞分離を高精度、高速度で可能とする神経細胞とグリア細胞の細胞識別方法を提供することを目的とする。   The present invention relates to a cell identification method for nerve cells and glial cells, which enables cell separation with high accuracy and high speed by means of a substantial image of nerve cells and glial cells by means of a cell sorter that collects the cells and separates them. The purpose is to provide.

本願の発明者は、神経細胞とグリア細胞の実体画像を精細に検討した結果、所定の基準によって評価することで、実体画像からそれぞれの細胞を識別できることを発見した。本発明では、緩衝液とともに流下してくる細胞を所定の位置でCCDカメラなどを用いて実体像として検出し、上記基準により評価することで流路中を連続して高速で流れてくる細胞を識別する。   The inventor of the present application has examined the entity images of nerve cells and glial cells in detail, and as a result, has found that each cell can be identified from the entity image by evaluating according to a predetermined standard. In the present invention, cells flowing down together with the buffer solution are detected as solid images using a CCD camera or the like at a predetermined position, and cells flowing continuously at high speed in the flow path are evaluated by the above criteria. Identify.

したがって、本発明は、以下の細胞識別方法、細胞識別・分離装置、および上記細胞識別方法に用いるコンピュータプログラムを提供する。
(1)基板上に構成される細胞を含む緩衝液を流下させるための流路と、該流路の所定の位置に設けられた前記緩衝液とともに流下する細胞を検出する細胞検出領域と、該細胞検出領域の下流に設けられた検出した細胞に応じて細胞を分離する細胞分離領域と、該細胞分離領域の下流に設けられた分離された細胞を流下させる二つの流路とを備える細胞分離チップを利用した細胞分離における細胞識別方法であって、
前記細胞検出領域で前記流路を緩衝液とともに流下する細胞の実体像を検出して、該実体像を所定の基準で評価する工程、および
前記評価に基づいて前記細胞分離領域で細胞を分離する工程を含み、
前記基準が前記細胞の周囲長を示す線に生じている切り欠きの有無である、神経細胞と線維芽細胞の細胞識別方法。
(2)前記細胞検出領域で検出される細胞の実体像は一つの細胞ごとに独立して撮像されるものである上記(1)記載の神経細胞と線維芽細胞の細胞識別方法。
(3)基板上に構成される細胞を含む緩衝液を流下させるための流路と、該流路の所定の位置に設けられた前記緩衝液とともに流下する細胞を検出する細胞検出領域と、該細胞検出領域の下流に設けられた検出した細胞に応じて細胞を分離する細胞分離領域と、該細胞分離領域の下流に設けられた分離された細胞を流下させる二つの流路とを備える細胞分離チップを利用した細胞分離における細胞識別方法であって、
前記細胞検出領域で前記流路を緩衝液とともに流下する細胞の実体像を検出する工程、
該実体像をXY平面の各軸方向で所定の間隔で区分したピクセルとして、各ピクセルの明るさを基準として2値化する工程、および
前記所定の明るさのピクセルの連続性を評価する工程、
前記所定の明るさのピクセルの連続性の有無を判断して細胞を識別する工程を含み、
前記所定の明るさのピクセルの連続性があるとき当該細胞が神経細胞、連続性がないとき当該細胞が線維芽細胞とする神経細胞と線維芽細胞の細胞識別方法。
(4)前記所定の明るさのピクセルの連続性の有無は前記XY平面の各軸方向または45度ずれた方向のいずれかで隣接するピクセルが所定の明るさ以上である上記(3)記載の神経細胞と線維芽細胞の細胞識別方法。
(5)基板上に構成される細胞を含む緩衝液を流下させるための流路と、該流路の所定の位置に設けられた前記緩衝液とともに流下する細胞を検出する細胞検出領域と、該細胞検出領域の下流に設けられた検出した細胞に応じて細胞を分離する細胞分離領域と、該細胞分離領域の下流に設けられた分離された細胞を流下させる二つの流路とを備える細胞分離チップを利用した細胞分離における細胞識別方法であって、
前記細胞検出領域で前記流路を緩衝液とともに流下する細胞の実体像を検出する工程、
該実体像のXY平面の一つの軸から所定の角度ずつ回転させた軸方向で、その軸上で画像の明るさを検出する工程、および
前記回転させた各軸で検出された画像の明るさが所定の閾値を超えるか否かを判断する工程、
を含み、
前記回転させた各軸で検出された画像の明るさが所定の閾値を超えない軸があるとき当該細胞が神経細胞、検出された画像の明るさがすべての軸で所定の閾値を超えているときが線維芽細胞とする神経細胞と線維芽細胞の細胞識別方法。
(6)上記(1)記載の方法において使用する細胞識別・分離装置であって、
基板上に構成される細胞を含む緩衝液を流下させるための流路と、該流路の所定の位置に設けられた前記緩衝液とともに流下する細胞を検出する細胞検出領域と、該細胞検出領域の下流に設けられた前記検出した細胞に応じて細胞を分離する細胞分離領域と、該細胞分離領域の下流に設けられた前記分離された細胞を流下させる二つの流路とを備える細胞分離チップを設置する手段と、
前記細胞検出領域で前記流路を緩衝液とともに流下する細胞の実体像を検出するための手段と、
前記実体像のデジタルデータから該実体像を評価するための所定の評価値を算出し、該算出された評価値を所定の閾値と比較して前記細胞を識別するための手段と、
前記識別された細胞を前記細胞分離領域で分離するために電界を作用させる手段とを備える、細胞識別・分離装置。
(7)上記(1)載の方法において使用するコンピュータプログラムであって、
前記細胞検出領域で検出した前記細胞の実体像のデジタルデータから、前記細胞の断面積に対する周囲長の比を求める演算を行うステップ、および
前記比を所定の閾値と比較して、前記細胞分離領域を前記細胞が通過する際に該領域に電界を印加するか否かを判断するステップ、
を含む処理をコンピュータに実行させるための、コンピュータプログラム。
(8)上記(3)記載の方法において使用するコンピュータプログラムであって、
前記細胞検出領域で検出した前記細胞の実体像のデジタルデータに基づいて、該実体像をXY平面の各軸方向で所定の間隔で区分したピクセルとして表わし、各ピクセルの明るさを所定の基準に基づいて2値化するステップ、
前記2値化されたピクセルで表した実体像を複数の領域に区分して、それぞれの領域で所定の明るさのピクセルの数を評価するステップ、
所定の領域での所定の明るさのピクセルの数が所定の閾値を超えるか否かを判断するステップ、および
前記判断に基づいて、前記細胞分離領域を前記細胞が通過する際に該領域に電界を印加するか否かを決定するステップ、
を含む処理を、コンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
Therefore, the present invention provides the following cell identification method, cell identification / separation apparatus, and computer program used for the cell identification method.
(1) a channel for flowing down a buffer containing cells configured on the substrate, a cell detection region for detecting cells flowing down together with the buffer provided at a predetermined position of the channel, Cell separation comprising a cell separation region for separating cells according to the detected cells provided downstream of the cell detection region, and two flow paths for flowing the separated cells provided downstream of the cell separation region A cell identification method in cell separation using a chip,
Detecting a substance image of a cell flowing down the flow path together with a buffer in the cell detection region, and evaluating the substance image according to a predetermined standard; and separating the cell in the cell separation region based on the evaluation Including steps,
A method for identifying a cell between a neuron and a fibroblast, wherein the reference is the presence or absence of a notch formed in a line indicating the perimeter of the cell.
(2) The cell identification method for neuronal cells and fibroblasts according to (1) above, wherein the substance image of the cells detected in the cell detection region is captured independently for each cell.
(3) a channel for flowing down a buffer containing cells configured on the substrate, a cell detection region for detecting cells flowing down together with the buffer provided at a predetermined position of the channel, and Cell separation comprising a cell separation region for separating cells according to the detected cells provided downstream of the cell detection region, and two flow paths for flowing the separated cells provided downstream of the cell separation region A cell identification method in cell separation using a chip,
Detecting a substance image of a cell flowing down the flow path together with a buffer in the cell detection region;
Binarizing the entity image as pixels divided at predetermined intervals in the direction of each axis on the XY plane, and evaluating the continuity of the pixels having the predetermined brightness;
Determining the presence or absence of continuity of pixels of the predetermined brightness to identify cells,
A method of identifying a cell from a neuronal cell and a fibroblast when the pixel having the predetermined brightness is a neuron when the cell is continuous, and when the pixel is not continuous, the cell is a fibroblast.
(4) The presence or absence of the continuity of the pixels having the predetermined brightness is determined by determining whether adjacent pixels are at or above the predetermined brightness in each axial direction of the XY plane or in a direction shifted by 45 degrees. A method for distinguishing between nerve cells and fibroblasts.
(5) a channel for flowing down a buffer containing cells configured on the substrate, a cell detection region for detecting cells flowing down together with the buffer provided at a predetermined position of the channel, Cell separation comprising a cell separation region for separating cells according to the detected cells provided downstream of the cell detection region, and two flow paths for flowing the separated cells provided downstream of the cell separation region A cell identification method in cell separation using a chip,
Detecting a substance image of a cell flowing down the flow path together with a buffer in the cell detection region;
A step of detecting the brightness of the image on an axis direction rotated by a predetermined angle from one axis of the XY plane of the entity image, and the brightness of the image detected on each of the rotated axes Determining whether or not exceeds a predetermined threshold;
Including
When there is an axis where the brightness of the detected image on each of the rotated axes does not exceed a predetermined threshold, the cell is a nerve cell, and the brightness of the detected image exceeds a predetermined threshold on all axes A method for distinguishing between neuronal cells and fibroblasts, sometimes called fibroblasts.
(6) A cell identification / separation device used in the method described in (1) above,
A flow path for flowing a buffer solution containing cells formed on a substrate, a cell detection area for detecting cells flowing down together with the buffer solution provided at a predetermined position of the flow path, and the cell detection area A cell separation chip comprising a cell separation region for separating cells according to the detected cells provided downstream, and two flow paths for flowing the separated cells provided downstream of the cell separation region Means for installing
Means for detecting an entity image of a cell flowing down the flow path together with a buffer in the cell detection region;
Calculating a predetermined evaluation value for evaluating the entity image from the digital data of the entity image, and comparing the calculated evaluation value with a predetermined threshold to identify the cell;
And a means for applying an electric field to separate the identified cells in the cell separation region.
(7) A computer program used in the method described in (1) above,
A step of calculating a ratio of a perimeter to a cross-sectional area of the cell from digital data of a substance image of the cell detected in the cell detection region, and comparing the ratio with a predetermined threshold, Determining whether to apply an electric field to the region as the cell passes through,
A computer program for causing a computer to execute a process including:
(8) A computer program used in the method described in (3) above,
Based on the digital data of the cell entity image detected in the cell detection area, the entity image is represented as pixels divided at predetermined intervals in each axial direction of the XY plane, and the brightness of each pixel is defined as a predetermined reference. Binarization based on:
Dividing the entity image represented by the binarized pixels into a plurality of regions, and evaluating the number of pixels having a predetermined brightness in each region;
Determining whether the number of pixels of a predetermined brightness in a predetermined region exceeds a predetermined threshold; and based on the determination, an electric field is applied to the region when the cell passes through the cell separation region. Determining whether or not to apply,
A computer program for causing a computer to execute a process including:

本発明により、神経細胞とグリア細胞の細胞分離が高精度、高速度で可能となる。   According to the present invention, cell separation between nerve cells and glial cells is possible with high accuracy and high speed.

図1は、本願発明を適用して好都合なセルソーターの一例を、上記特開2006−180810号公報に開示された細胞分離装置(セルソーター)を基礎とした構成として模式的に示す平面図である。   FIG. 1 is a plan view schematically showing an example of a cell sorter that is convenient to which the present invention is applied as a configuration based on a cell separation device (cell sorter) disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-180810.

セルソーター100は基板101を含む構造を有する。基板101の下面に流路となる溝を、上面にこの溝に連通する開口を設け、試料や必要な緩衝液の供給口とする。また、十分な緩衝液の供給と各流路での流量の調整のためにリザーバ(203,213)を設ける。溝や開口の作成はPMMAなどのプラスチックを金型に流し込むいわゆる射出成型で作成することができる。チップ基板101全体のサイズは、例えば、20×30×1mm(t)であるが、このサイズに限定されない。チップ基板101の溝が刻まれた下面側に、例えば、0.1mm厚のラミネートフィルムを熱圧着することにより、基板101の下面に刻まれた溝や基板101の貫通穴を、流路やウェルとすることができる。例えば、開口数1.4、倍率100倍の対物レンズを用いて、0.1mmのラミネートフィルムを通して流路内を流れる細胞を観察できる。もちろんこれより低倍率のレンズでは問題なく観察することができる。チップ基板101の上面には、マイクロ流路に細胞を含む試料緩衝液を導入する穴201、細胞を含まない緩衝液を導入する穴201’,202および202’が設けられるとともに、これらを包括するリザーバ203が設けられる。具体的には、リザーバ203を形成するために基板101の上面に設けられたウェルの底面にそれぞれ穴201’、202、および202’が設けられる。   The cell sorter 100 has a structure including a substrate 101. A groove serving as a flow path is provided on the lower surface of the substrate 101, and an opening communicating with the groove is provided on the upper surface to serve as a supply port for a sample or a necessary buffer solution. In addition, reservoirs (203, 213) are provided to supply a sufficient buffer solution and adjust the flow rate in each flow path. The grooves and openings can be created by so-called injection molding in which a plastic such as PMMA is poured into a mold. The entire size of the chip substrate 101 is, for example, 20 × 30 × 1 mm (t), but is not limited to this size. For example, a 0.1 mm-thick laminate film is thermocompression bonded to the lower surface side of the chip substrate 101 where the grooves are engraved, so that the grooves engraved on the lower surface of the substrate 101 and the through-holes of the substrate 101 can be formed into channels and wells. It can be. For example, using an objective lens having a numerical aperture of 1.4 and a magnification of 100, cells flowing in the flow path through a 0.1 mm laminated film can be observed. Of course, a lens with a lower magnification than this can be observed without problems. The upper surface of the chip substrate 101 is provided with a hole 201 for introducing a sample buffer containing cells into the microchannel, and holes 201 ′, 202 and 202 ′ for introducing a buffer containing no cells. A reservoir 203 is provided. Specifically, holes 201 ′, 202, and 202 ′ are provided on the bottom surface of the well provided on the upper surface of the substrate 101 in order to form the reservoir 203.

したがって、リザーバ203に十分な緩衝液を供給すると穴201,201’,202および202’は緩衝液でつながる。これにより、穴201および201’に連なる流路204と流路204’には同じ液面高さの緩衝液が供給される。したがって、両流路の流路幅(流路高さを等しいとすれば)、あるいは、断面積、さらに両流路の流路長を実質等しくすれば、両流路の流量を実質同量にすることができる。同様に、穴202,202’に連なる流路205,205’には同じ液面高さの緩衝液が供給され、流路205,205’を流れる緩衝液の流量を流路204に流れる流量と所定の比にそろえることができる。   Accordingly, when a sufficient buffer solution is supplied to the reservoir 203, the holes 201, 201 ', 202 and 202' are connected by the buffer solution. As a result, a buffer solution having the same liquid level is supplied to the flow path 204 and the flow path 204 ′ connected to the holes 201 and 201 ′. Therefore, if the channel width of both channels (assuming that the channel height is equal), or the cross-sectional area and the channel length of both channels are substantially equal, the flow rates of both channels are substantially the same. can do. Similarly, a buffer solution having the same liquid level is supplied to the flow paths 205 and 205 ′ connected to the holes 202 and 202 ′, and the flow rate of the buffer solution flowing through the flow paths 205 and 205 ′ is the flow rate flowing through the flow path 204. It can be aligned to a predetermined ratio.

穴201に導入された細胞を含む緩衝液は、マイクロ流路204(例:幅20μm、深さ15μm)を通過して、細胞検出領域221および細胞分離領域222まで導入される。他方、穴202,202’に導入された細胞を含まない緩衝液は流路205,205’(幅12μm、深さ15μm)を通過して、マイクロ流路204の細胞を含む緩衝液と合流する。240は合流後のマイクロ流路であり、細胞検出領域221となる。さらに、マイクロ流路240は細胞分離領域222まで延伸される。   The buffer solution containing the cells introduced into the holes 201 passes through the microchannel 204 (eg, width 20 μm, depth 15 μm) and is introduced to the cell detection region 221 and the cell separation region 222. On the other hand, the buffer solution containing no cells introduced into the holes 202 and 202 ′ passes through the flow channels 205 and 205 ′ (width 12 μm, depth 15 μm) and merges with the buffer solution containing cells in the microchannel 204. . Reference numeral 240 denotes a microchannel after joining, which becomes a cell detection region 221. Further, the microchannel 240 is extended to the cell separation region 222.

一方、穴201’に導入された細胞を含まない緩衝液は、マイクロ流路204’(例:幅20μm、深さ15μm)を通過して、細胞分離領域222に導入され、マイクロ流路240からの細胞を含む緩衝液と合流する。合流後に溶液が通過する流路の流路幅については、後述する。また、この合流した流路は、細胞分離領域222の出口で、マイクロ流路218(例:幅20μm、深さ15μm)および219(例:幅20μm、深さ15μm)に分流する。   On the other hand, the cell-free buffer introduced into the hole 201 ′ passes through the microchannel 204 ′ (eg, width 20 μm, depth 15 μm) and is introduced into the cell separation region 222, from the microchannel 240. Combine with a buffer containing the cells. The channel width of the channel through which the solution passes after joining will be described later. Further, the merged flow path is divided into micro flow paths 218 (for example, width 20 μm, depth 15 μm) and 219 (for example, width 20 μm, depth 15 μm) at the outlet of cell separation region 222.

206,206’および207,207’は電解質を含むゲルを導入する穴であり、それぞれ、穴206および207に導入されたゲルは基板101の下面のマイクロ構造208,209(例えば、幅200μm×高さ15μmの溝)を通して穴206’および207’に送り込まれる。したがって、マイクロ構造208,209は電解質を含むゲルで満たされている。マイクロ構造208,209の流路247側の端はマイクロ流路204,204’にそれぞれ接続する20μm程度の長さの液絡構造の連結部241,242からなっていて、細胞分離領域222において、マイクロ流路240とマイクロ流路204’の合流した流路247を流れる緩衝液に、ゲルが、直接、接触できる構造とされる。ゲルと緩衝液が接触する面積は、例えば、15μm(流路に沿った長さ)×15μm(高さ)である。ゲルを導入する穴206および207には、黒丸で示す電極が挿入され、これらの電極は、配線106,107およびスイッチ216を通して電源215に接続される。スイッチ216は、マイクロ流路240とマイクロ流路204’の合流した流路247を流れる緩衝液に電圧をかける時のみONとされる。   206, 206 ′ and 207, 207 ′ are holes for introducing a gel containing an electrolyte, respectively. The gels introduced into the holes 206 and 207 are microstructures 208, 209 on the lower surface of the substrate 101 (for example, 200 μm wide × high Through the grooves 206 ′ and 207 ′. Accordingly, the microstructures 208 and 209 are filled with a gel containing an electrolyte. The ends of the micro structures 208 and 209 on the flow path 247 side are composed of connecting portions 241 and 242 having a liquid junction structure of about 20 μm length connected to the micro flow paths 204 and 204 ′, respectively. The gel can be directly brought into contact with the buffer solution flowing through the flow channel 247 where the micro flow channel 240 and the micro flow channel 204 ′ merge. The area where the gel and the buffer come into contact is, for example, 15 μm (length along the flow path) × 15 μm (height). Electrodes indicated by black circles are inserted into the holes 206 and 207 for introducing the gel, and these electrodes are connected to the power source 215 through the wirings 106 and 107 and the switch 216. The switch 216 is turned on only when a voltage is applied to the buffer solution flowing through the flow path 247 where the micro flow path 240 and the micro flow path 204 ′ merge.

細胞分離領域222でマイクロ流路240とマイクロ流路204’とが合流して形成される流路247を流れる緩衝液に、連結部241と242からのゲルが接触する。図に示すように、連結部242よりも連結部241のほうが流路の上流に位置する構造となっている。これは、穴206の電極にプラス、穴207の電極にマイナスの電圧をかけたときに、マイクロ流路240を流れてくる細胞を流路218に効率よく移動させるためである。すなわち、電流を流したときにマイナスにチャージしている細胞には電気泳動的な力が働くが、この電気泳動力のベクトルと流路内を流れる緩衝液から受ける力のベクトルとの合成ベクトルが、実際に細胞に働く力になる。連結部242よりも連結部241を流路の上流に位置させたほうが、連結部241と242とを流路の流れ方向に対して同じレベルの位置に作成した場合に比べ、実際に細胞に働く力のベクトルの向きがより直接的に連結部242または241の方に向くようになる。したがって、より低電圧で安定した細胞のマイクロ流路218あるいはマイクロ流路219への移動が可能となり、効率のよい電界利用が可能となる。   The gels from the connecting portions 241 and 242 come into contact with the buffer solution flowing through the flow channel 247 formed by the micro flow channel 240 and the micro flow channel 204 ′ joining in the cell separation region 222. As shown in the figure, the connecting part 241 is positioned upstream of the connecting part 242 rather than the connecting part 242. This is because when a positive voltage is applied to the electrode of the hole 206 and a negative voltage is applied to the electrode of the hole 207, the cells flowing through the microchannel 240 are efficiently moved to the channel 218. That is, an electrophoretic force acts on a cell that is negatively charged when an electric current is passed, but a combined vector of this electrophoretic force vector and a force vector received from a buffer flowing in the flow path is It becomes the power that actually works on the cell. When the connecting portion 241 is positioned upstream of the flow path rather than the connecting portion 242, the connecting portions 241 and 242 actually act on the cells as compared with the case where the connecting portions 241 and 242 are formed at the same level with respect to the flow direction of the flow path. The direction of the force vector is directed more directly toward the connecting portion 242 or 241. Therefore, the cell can be moved to the microchannel 218 or the microchannel 219 stably at a lower voltage, and the electric field can be used efficiently.

マイクロ流路218,219の下流部には、細胞分離領域222で振り分けられた細胞の回収穴211,212が開けられている。それぞれの穴211,212には、これらを包括するリザーバ213が設けられる。具体的には、リザーバ213を形成するために基板101の上面に設けられたウェルの底面にそれぞれ穴211,212が設けられる。リザーバ213は緩衝液で満たされているが、この緩衝液の液面の位置は、リザーバ203に満たされている緩衝液の液面の位置よりは低いものとされる。   In the downstream part of the microchannels 218 and 219, cell collection holes 211 and 212 distributed in the cell separation region 222 are formed. In each of the holes 211 and 212, a reservoir 213 that includes them is provided. Specifically, holes 211 and 212 are provided on the bottom surface of the well provided on the upper surface of the substrate 101 in order to form the reservoir 213. The reservoir 213 is filled with a buffer solution, and the position of the buffer solution is lower than the position of the buffer solution filled in the reservoir 203.

リザーバ203の緩衝液の液位はリザーバ213のそれよりも高いから、この落差が流路を流れる緩衝液の移動の駆動力となるとともに、脈動のない安定した流れを作り出す。リザーバ213の容積を十分大きなものとしておけば、穴201に導入された細胞を含む緩衝液を、全て、流路204に流入させることができる。   Since the liquid level of the buffer solution in the reservoir 203 is higher than that of the reservoir 213, this drop serves as a driving force for the movement of the buffer solution flowing through the flow path, and creates a stable flow without pulsation. If the volume of the reservoir 213 is sufficiently large, all of the buffer solution containing the cells introduced into the holes 201 can flow into the flow path 204.

細胞検出領域221を流下する細胞はカメラ251により実体像が撮影され、コンピュータ252により、後述する判別法に基づいて撮影された細胞が神経細胞かグリア細胞であるかを識別される。コンピュータ252は、この細胞がグリア細胞であると判定した時のみ、細胞が細胞分離領域222に到達する時点に、スイッチ216をオンとする。これにより、神経細胞はマイクロ流路218を流下し、グリア細胞はマイクロ流路219を流下することになる。   The cells that flow down the cell detection area 221 are captured as real images by the camera 251, and the computer 252 determines whether the captured cells are nerve cells or glial cells based on a discrimination method described later. Only when the computer 252 determines that the cell is a glial cell, the computer 252 turns on the switch 216 when the cell reaches the cell separation region 222. As a result, nerve cells flow down the microchannel 218, and glial cells flow down the microchannel 219.

図2は、マイクロ流路204からの細胞を含む緩衝液と、マイクロ流路205,205’からの緩衝液とが合流した後、マイクロ流路240上の細胞検出領域221に進入し、さらに、マイクロ流路240を流下して、マイクロ流路204’からの緩衝液と合流して、さらにマイクロ流路247を流下する状況を説明する図である。図に示すように、細胞分離領域222は、マイクロ流路204’の下流端と、マイクロ流路240の下流端と、連結部241の一部と、連結部242の一部と、マイクロ流路247とを含む。   FIG. 2 shows that after the buffer solution containing the cells from the microchannel 204 and the buffer solution from the microchannels 205 and 205 ′ merge, it enters the cell detection region 221 on the microchannel 240, It is a figure explaining the condition which flows down the micro flow path 240, merges with the buffer solution from micro flow path 204 ', and flows down the micro flow path 247 further. As shown in the figure, the cell separation region 222 includes a downstream end of the microchannel 204 ′, a downstream end of the microchannel 240, a part of the connecting part 241, a part of the connecting part 242, and a micro channel. 247.

ここで、細胞検出領域221の上流部で、流路205,205’を流下する細胞を含まない緩衝液を、マイクロ流路204を流下する細胞を含む緩衝液と合流させる理由を説明する。細胞を含む緩衝液の流れる流路204には、細胞を含まない緩衝液の流れる流路205,205’が細胞検出領域221の上流部で合流するが、それぞれの流路の最上流に設けられた穴201および202,202’は、共通の液位の緩衝液のリザーバ203中に開口部を有する。したがって、それぞれの流路を流下する緩衝液の流量は、流路の高さが同じであるから、流路幅に比例したものとなる。これらの緩衝液の合流後の流路240の幅を、細胞を含む緩衝液の流れる流路204の幅と実質的に等しい幅を持つものとする。実質的に等しいとは、加工精度を考慮して等しいということで、厳密に等しいというわけではない。これにより、流路204を流下する緩衝液は流路205,205’を流下する緩衝液によって、一定の比率で中央部に押しやられるので、流路204では側壁に衝突しながら流れてくる細胞が、合流後の流路240中では側壁に衝突しなくなる。   Here, the reason why the buffer solution not containing the cells flowing down the flow paths 205 and 205 ′ and the buffer solution containing the cells flowing down the micro flow path 204 is merged in the upstream portion of the cell detection region 221 will be described. In the flow path 204 through which the buffer solution containing cells flows, flow paths 205 and 205 ′ through which the buffer solution not containing cells joins in the upstream portion of the cell detection region 221. The holes 201 and 202, 202 'have openings in a common buffer buffer reservoir 203. Therefore, the flow rate of the buffer solution flowing down each channel is proportional to the channel width because the channel height is the same. The width of the flow path 240 after the merge of these buffer solutions is assumed to be substantially equal to the width of the flow path 204 through which the buffer solution containing cells flows. “Substantially equal” means that they are equal in consideration of machining accuracy and are not strictly equal. As a result, the buffer solution flowing down the flow path 204 is pushed to the central portion at a constant ratio by the buffer solution flowing down the flow paths 205 and 205 ′, so that cells flowing while colliding with the side wall in the flow path 204 In the flow path 240 after merging, it does not collide with the side wall.

細胞分離領域222におけるマイクロ流路247は、流路240と流路204’をそれぞれ流下する緩衝液が、それぞれの流れの層を維持しながら、同じ幅の流路を保って流下している。細胞検出領域221の流路204で流下する細胞を検出して、細胞分離領域222で、ゲルが流下する緩衝液と接触する連結部241と242により電界を作用させて分離するのである。   In the micro flow path 247 in the cell separation region 222, the buffer solution flowing down the flow path 240 and the flow path 204 'flows down while maintaining the flow paths of the same width while maintaining the respective flow layers. The cells flowing down in the flow path 204 of the cell detection region 221 are detected, and in the cell separation region 222, the cells are separated by applying an electric field by the connecting portions 241 and 242 that are in contact with the buffer solution in which the gel flows down.

図3(A)は細胞検出領域221を通過する細胞を、CCDカメラで撮像する構成を模式的に示す図である。図中の符号11は実体顕微鏡の光源である。12は光源11の光から特定の波長のもののみを透過させるバンドパスフィルタである。たとえば細胞等の試料を用いる場合には、波長700nm近傍の狭帯域を用いることで試料の損傷を防ぐことができる。13はシャッターで、XYステージ15を移動させる場合など、画像計測をしていない間は光の照射を遮断する機能を有する。14はコンデンサレンズである。   FIG. 3A is a diagram schematically showing a configuration in which cells passing through the cell detection region 221 are imaged with a CCD camera. Reference numeral 11 in the figure is a light source of a stereomicroscope. A band-pass filter 12 transmits only light having a specific wavelength from the light of the light source 11. For example, when a sample such as a cell is used, damage to the sample can be prevented by using a narrow band near a wavelength of 700 nm. Reference numeral 13 denotes a shutter, which has a function of blocking light irradiation while image measurement is not being performed, such as when the XY stage 15 is moved. Reference numeral 14 denotes a condenser lens.

XYステージ15の上に載っているのはマイクロ流路により構成されたセルソーター100であり、駆動装置22によって前記XYステージを移動させることで前記セルソーター100の位置を計測に適した位置に調整することができるようにしている。前記セルソーター100の細胞検出領域221を流下する細胞は、対物レンズ16で観察される。対物レンズ16の焦点位置は駆動装置17によって移動させることができる。たとえば、セルソーターの基板101の底面のラミネートフィルムの厚さを0.18mm以下とすれば、対物レンズ16は開口数を1.4、倍率を40倍として、細胞を十分な大きさで観察できる。前記バンドパスフィルタ12を透過するのと同波長の光を反射するダイクロイックミラー18およびバンドパスフィルタ19によって、流路内の細胞が高速カメラ251によって撮像され、たとえば、毎秒200フレームで画像を取り込まれる。このカメラ251で取り込まれた画像は、コンピュータ252で後述するように処理され、画像が神経細胞あるいはグリア細胞のいずれであるか決定される。また、この画像処理に先行して、必要なら、細胞検出領域221を流下する細胞の焦点合わせ操作、移動速度の検出も行う。   Mounted on the XY stage 15 is a cell sorter 100 constituted by a micro flow path, and the position of the cell sorter 100 is adjusted to a position suitable for measurement by moving the XY stage by a driving device 22. To be able to. Cells flowing down the cell detection region 221 of the cell sorter 100 are observed with the objective lens 16. The focal position of the objective lens 16 can be moved by the driving device 17. For example, if the thickness of the laminate film on the bottom surface of the substrate 101 of the cell sorter is 0.18 mm or less, the objective lens 16 can observe the cells with a sufficient size with a numerical aperture of 1.4 and a magnification of 40 times. The cells in the flow path are imaged by the high-speed camera 251 by the dichroic mirror 18 and the band-pass filter 19 that reflect light having the same wavelength as that transmitted through the band-pass filter 12, and an image is captured at, for example, 200 frames per second. . The image captured by the camera 251 is processed by the computer 252 as described later, and it is determined whether the image is a nerve cell or a glial cell. Prior to this image processing, if necessary, the focusing operation of the cells flowing down the cell detection region 221 and the detection of the moving speed are also performed.

ここで、細胞が移動していることに伴う画像の修正について説明する。   Here, the correction of the image accompanying the movement of the cell will be described.

図3(B)は速度vで移動する物体をカメラのシャッターを時間tだけ開放して撮影したときの画像の問題を模視的に説明する図である。物体が破線で示すように大きさが1の真円であったとすると、vtだけ移動方向に伸ばされた楕円としてカメラに捕らえられえることになる。図3(C)、(D)は、このことを考慮してカメラに捕らえられた画像を修正する考え方を説明する図である。すなわち、L×Lの画像領域に対して、物体の移動方向の大きさを次式(1)のように圧縮すればよい。その結果、図3(C)に楕円で示す形が、図3(D)に、真円で示すように修正される。

Figure 2008278789
FIG. 3B is a diagram schematically illustrating the problem of an image when an object moving at a speed v is photographed with the camera shutter opened for a time t. If the object is a perfect circle having a size of 1 as indicated by a broken line, it can be captured by the camera as an ellipse extended in the moving direction by vt. FIGS. 3C and 3D are views for explaining the concept of correcting the image captured by the camera in consideration of this. That is, the size in the moving direction of the object may be compressed as in the following equation (1) for the L × L image region. As a result, the shape shown by an ellipse in FIG. 3C is corrected to be shown by a perfect circle in FIG.
Figure 2008278789

図4を参照して、流路204の細胞検出領域221を通過する細胞を、CCDカメラで撮像して得られる神経細胞とグリア細胞の実体画像を説明する。図4で示す画像は、図3で説明したように、細胞が移動することによる影響を修正した画像である。CCDカメラは、例えば、毎秒200フレームで画像を取り込む能力のあるものを使用する。この撮影能力があれば、細胞検出領域221の流路を流下する緩衝液の流速が1mm/sec程度であっても、細胞単位で認識できる。あるいは、図2に模視的に示すように、連続的に流下する細胞として認識できる。これらの画像から、細胞単位で画像を認識して以下のように識別する。   With reference to FIG. 4, an actual image of nerve cells and glial cells obtained by imaging a cell passing through the cell detection region 221 of the flow path 204 with a CCD camera will be described. The image shown in FIG. 4 is an image in which the influence due to the movement of the cells is corrected as described in FIG. As the CCD camera, for example, a camera capable of capturing an image at 200 frames per second is used. With this imaging ability, even if the flow rate of the buffer solution flowing down the flow path of the cell detection region 221 is about 1 mm / sec, it can be recognized in cell units. Alternatively, as shown schematically in FIG. 2, it can be recognized as a continuously flowing cell. From these images, the images are recognized in cell units and identified as follows.

(実施例1)
図4(A)は、CCDカメラで取り込まれた神経細胞の実体画像の例を示す写真である。一方、図4(B)は、CCDカメラで取り込まれたグリア細胞の実体画像の例を示す写真である。いずれの写真も大きさを示す指標10μmの線分の長さから分かるように、約12μmの大きさであり、単純に大きさだけの比較では、両細胞を識別することはできない。
Example 1
FIG. 4A is a photograph showing an example of a substance image of a nerve cell captured by a CCD camera. On the other hand, FIG. 4B is a photograph showing an example of an actual image of glial cells captured by a CCD camera. As can be seen from the length of the line segment of 10 μm indicating the size of each photograph, the size is about 12 μm, and both cells cannot be identified by simply comparing the size.

本願の発明者は、神経細胞とグリア細胞の実体画像を精査して、その表面のひげ状の突起の有無に着目してこれらを指標とすれば、両細胞を高精度に識別できることに気がついた。すなわち、神経細胞は表面にひげ状の突起が有ることから、画像として見たとき、細胞の周囲が断続したものと認識できる。一方、グリア細胞は、ひげ状の突起はなく、細胞の周囲が連続したものと認識できる。   The inventor of the present application noticed that both cells could be identified with high accuracy by examining the actual images of nerve cells and glial cells and focusing on the presence or absence of whisker-like projections on the surface. . That is, since the nerve cell has a whisker-like projection on the surface, it can be recognized that the periphery of the cell is intermittent when viewed as an image. On the other hand, glial cells do not have whiskers and can be recognized as continuous cells.

上記の特徴に着目して自動的に評価する一つの実施例として、画像をX,Y軸方向にそれぞれ適当数に分割したピクセルとして扱い、各ピクセルは、それぞれの明るさを所定の閾値と比較して2値化処理をする例を説明する。   As an example of the automatic evaluation by paying attention to the above features, the image is treated as an appropriate number of pixels divided in the X and Y axis directions, and each pixel compares its brightness with a predetermined threshold value. An example of binarization processing will be described.

まず、図4(A)に示す神経細胞の実体画像を、図5(A)に示すように、画像をX,Y軸方向にそれぞれ20分割したピクセルとして扱う。各ピクセルは、それぞれの明るさを所定の閾値と比較して2値化処理して、0,1に置き換える。図6(A)は2値化処理の結果を示す図である。図では、閾値以上にあるピクセルのみを“1”で示す。   First, the nerve cell entity image shown in FIG. 4A is treated as a pixel obtained by dividing the image into 20 parts in the X and Y axis directions, as shown in FIG. 5A. Each pixel is binarized by comparing its brightness with a predetermined threshold value and replaced with 0,1. FIG. 6A shows the result of the binarization process. In the figure, only pixels that are above the threshold are indicated by “1”.

一方、図4(B)に示すグリア細胞の実体画像を、図5(B)に示すように、画像をX,Y軸方向にそれぞれ20分割したピクセルとして扱う。各ピクセルは、それぞれの明るさを所定の閾値と比較して2値化処理して、0,1に置き換える。図6(B)は2値化処理の結果を示す図である。図では、閾値以上にあるピクセルのみを“1”で示す。   On the other hand, the glial cell entity image shown in FIG. 4B is treated as a pixel obtained by dividing the image into 20 parts in the X and Y axis directions as shown in FIG. 5B. Each pixel is binarized by comparing its brightness with a predetermined threshold value and replaced with 0,1. FIG. 6B shows the result of the binarization process. In the figure, only pixels that are above the threshold are indicated by “1”.

図6(A)では、画像の周辺部に閾値以上にあるピクセル“1”がほぼ連続した形で現われるが、破線で示す領域61,62および63では隣接するピクセル“1”の連続性が失われている。一方、図6(B)では画像の閾値以上にあるピクセル“1”が画像の周辺部のすべてに隣接するピクセル“1”の連続性が見られる。   In FIG. 6A, the pixel “1” that is equal to or greater than the threshold appears in the peripheral portion of the image in a substantially continuous form, but the continuity of the adjacent pixel “1” is lost in the regions 61, 62, and 63 indicated by the broken lines. It has been broken. On the other hand, in FIG. 6B, the continuity of the pixel “1” in which the pixel “1” that is equal to or higher than the threshold value of the image is adjacent to the entire peripheral portion of the image is seen.

ここで、隣接するピクセル“1”の連続性が見られる、とはX軸方向、Y軸方向のいずれでも隣接するピクセルが相互に“1”であれば、連続しているというだけではなく、45度方向で隣接するピクセルである場合でも、相互に“1”であれば、連続している、ということにする。   Here, the continuity of adjacent pixels “1” can be seen is not only that if adjacent pixels are “1” in both the X-axis direction and the Y-axis direction, they are not continuous, Even in the case of pixels that are adjacent in the 45-degree direction, if they are “1”, they are consecutive.

(実施例2)
実施例2では、細胞の実体画像をX軸から所定の角度刻みで傾けた軸上の画像の明るさの変化に着目して細胞の識別を行う。
(Example 2)
In the second embodiment, cells are identified by paying attention to a change in brightness of an image on an axis obtained by inclining a substance image of a cell from the X axis at a predetermined angular interval.

図7(A)は図4(A)に示す神経細胞の実体画像をX軸、Y軸の原点(重心)から所定の角度刻みで傾けた軸θ0,θ1,θ2,---,θn上の画像の明るさの変化に着目し、最も外側でバックグラウンドの明るさから所定の変化率(微分値)以上で明るくなった位置を検出しこれらの位置を太線で結んで示す図である。図7(B)は軸θ0,θ1,θ2,---,θn上の画像の明るさの変化を示す図である。 7A shows axes θ 0 , θ 1 , θ 2 , and the like obtained by inclining the entity image of the nerve cell shown in FIG. 4A from the origin (center of gravity) of the X and Y axes at a predetermined angle. , Θ n , focusing on the change in brightness of the image, detecting the brightest position at the outermost background with a predetermined change rate (differential value) or more from the background brightness, and connecting these positions with bold lines FIG. FIG. 7B is a diagram showing changes in image brightness on axes θ 0 , θ 1 , θ 2 , ---, θ n .

図8(A)は図4(B)に示すグリア細胞の実体画像をX軸から所定の角度刻みで傾けた軸θ0,θ1,θ2,---,θn上の画像の明るさの変化に着目し、最も外側でバックグラウンドの明るさから所定の変化率(微分値)以上で明るくなった位置を検出しこれらの位置を太線で結んで示す図である。図8(B)は軸θ0,θ1,θ2,---,θn上の画像の明るさの変化を示す図である。 FIG. 8A shows the brightness of an image on axes θ 0 , θ 1 , θ 2 , ---, θ n obtained by inclining the actual image of glial cells shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing positions where the outermost brightness is brightened at a predetermined rate of change (differential value) or more, and these positions are connected by bold lines, focusing on the change in height. FIG. 8B is a diagram showing changes in image brightness on the axes θ 0 , θ 1 , θ 2 , ---, θ n .

図7(A)と図8(A)のそれぞれの太線は細胞の周囲を示す線ということになるが、両図を対比して明らかなように、図7(A)では、軸θn-2上で細胞の周囲を示す線が切れているのに対して、図8(A)では、すべての軸上で細胞の周囲を示す線が連続している。すなわち、神経細胞では細胞の周囲を示す線が不連続となり、グリア細胞では細胞の周囲を示す線が連続となることが分かる。ここで注意しなければいけないのは、実施例2では実施例1と同じ画像を評価したのに、細胞の周囲を示す線が不連続となる位置が1箇所、すなわち破線で示す領域63に対応する位置しか検知できなかったことである。これは、軸の刻み方が荒かったためである。したがって、実施例1では、ピクセルの大きさの最適な値を選ぶこと、実施例2では軸の回転の刻みを最適に選ぶことが重要である。 Each thick line in FIG. 7 (A) and FIG. 8 (A) is a line indicating the periphery of the cell. As is clear by comparing the two figures, in FIG. 7 (A), the axis θ n− In FIG. 8A, the line indicating the periphery of the cell is continuous on all the axes, whereas the line indicating the periphery of the cell on 2 is cut off. That is, it can be seen that the lines indicating the periphery of the cell are discontinuous in the nerve cell and the lines indicating the periphery of the cell are continuous in the glial cell. It should be noted that in Example 2, the same image as in Example 1 was evaluated, but the position where the line surrounding the cell is discontinuous corresponds to one area, that is, the region 63 indicated by the broken line. This means that only the position to be detected could be detected. This is because the way of marking the shaft was rough. Therefore, in the first embodiment, it is important to select an optimum value of the pixel size, and in the second embodiment, it is important to optimally select a step of rotation of the shaft.

本願発明を適用して好都合なセルソーターの一例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically an example of the convenient cell sorter by applying this invention. マイクロ流路204の細胞を含む緩衝液に、マイクロ流路205,205’の緩衝液が合流して、マイクロ流路240を流下し、細胞検出領域221の直前で、マイクロ流路204’を流下する緩衝液と合流してマイクロ240を流下する状況を説明する図である。The buffer solution of the microchannels 205 and 205 ′ joins the buffer solution containing the cells of the microchannel 204 and flows down the microchannel 240, and flows down the microchannel 204 ′ immediately before the cell detection region 221. It is a figure explaining the condition which joins with the buffer solution to flow and flows down micro240. (A)は細胞検出領域221を通過する細胞を、CCDカメラで撮像する構成を模式的に示す図、(B)は速度vで移動する物体をカメラのシャッターを時間tだけ開放して撮影したときの画像の問題を模視的に説明する図、(C)、(D)はカメラに捕らえられた画像を修正する考え方を説明する図である。(A) is a diagram schematically showing a configuration in which cells passing through the cell detection region 221 are imaged with a CCD camera, and (B) is an image of an object moving at a speed v with the camera shutter opened for a time t. The figure explaining the problem of the image at the time, (C), (D) is a figure explaining the idea of correcting the image captured by the camera. (A)は、CCDカメラで取り込まれた神経細胞の実体画像の例を示す写真であり、(B)は、CCDカメラで取り込まれたグリア細胞の実体画像の二つの例を示す写真である。(A) is a photograph showing an example of an entity image of a nerve cell captured by a CCD camera, and (B) is a photograph showing two examples of an entity image of a glial cell captured by a CCD camera. (A)、(B)は図4(A)、(B)に示す神経細胞、グリア細胞の実体画像をX,Y軸方向にそれぞれ20分割したピクセルとして扱う例を説明する図である。(A), (B) is a figure explaining the example which handles the actual image of the neuron | cell and the glial cell shown to FIG. 4 (A), (B) as a pixel each divided into 20 in the X-axis and Y-axis directions. (A)、(B)は図5(A)、(B)に示すピクセルの2値化処理の結果を示す図である。(A), (B) is a figure which shows the result of the binarization process of the pixel shown to FIG. 5 (A), (B). (A)、(B)は図4(A)に示す神経細胞の実体画像をX軸から所定の角度刻みで傾けた軸上の画像の明るさの変化に着目して細胞の識別を行う考え方を説明する図である。FIGS. 4A and 4B are views for identifying cells by focusing on the change in brightness of an image on an axis obtained by inclining the entity image of the nerve cell shown in FIG. FIG. (A)、(B)は図4(B)に示すグリア細胞の実体画像をX軸から所定の角度刻みで傾けた軸上の画像の明るさの変化に着目して細胞の識別を行う考え方を説明する図である。(A) and (B) are views for identifying cells by paying attention to a change in brightness of an image on an axis obtained by inclining the actual image of the glial cell shown in FIG. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

100…セルソーター、101…基板、106,107…配線、201,201’,202,202’,206,207…穴、206’,207’…空気抜き、203,213…リザーバ、204,204’,205,205’,240,218,219…流路、208,209…マイクロ構造、215…電源、216…スイッチ、221…細胞検出領域、222…細胞分離領域、241,242…液絡構造の連結部、251…カメラ,252…コンピュータ、61,62および63…隣接するピクセル“1”の連続性が失われている領域。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Cell sorter, 101 ... Substrate, 106, 107 ... Wiring, 201, 201 ', 202, 202', 206, 207 ... Hole, 206 ', 207' ... Air vent, 203, 213 ... Reservoir, 204, 204 ', 205 , 205 ', 240, 218, 219 ... flow path, 208, 209 ... microstructure, 215 ... power source, 216 ... switch, 221 ... cell detection region, 222 ... cell separation region, 241, 242 ... junction of liquid junction structure 251 ... Camera, 252 ... Computer, 61, 62 and 63 ... A region where the continuity of the adjacent pixel "1" is lost.

Claims (8)

基板上に構成される細胞を含む緩衝液を流下させるための流路と、該流路の所定の位置に設けられた前記緩衝液とともに流下する細胞を検出する細胞検出領域と、該細胞検出領域の下流に設けられた検出した細胞に応じて細胞を分離する細胞分離領域と、該細胞分離領域の下流に設けられた分離された細胞を流下させる二つの流路とを備える細胞分離チップを利用した細胞分離における細胞識別方法であって、
前記細胞検出領域で前記流路を緩衝液とともに流下する細胞の実体像を検出して、該実体像を所定の基準で評価する工程、および
前記評価に基づいて前記細胞分離領域で細胞を分離する工程を含み、
前記基準が前記細胞の周囲長を示す線に生じている切り欠きの有無である、神経細胞と線維芽細胞の細胞識別方法。
A flow path for flowing a buffer solution containing cells formed on a substrate, a cell detection area for detecting cells flowing down together with the buffer solution provided at a predetermined position of the flow path, and the cell detection area Utilizing a cell separation chip comprising a cell separation region for separating cells according to detected cells provided downstream of the cell, and two flow paths for flowing the separated cells provided downstream of the cell separation region A cell identification method in isolated cell separation,
Detecting a substance image of a cell flowing down the flow path together with a buffer in the cell detection region, and evaluating the substance image according to a predetermined standard; and separating the cell in the cell separation region based on the evaluation Including steps,
A method for identifying a cell between a neuron and a fibroblast, wherein the reference is the presence or absence of a notch formed in a line indicating the perimeter of the cell.
前記細胞検出領域で検出される細胞の実体像は一つの細胞ごとに独立して撮像されるものである請求項1記載の神経細胞と線維芽細胞の細胞識別方法。   The cell identification method for a neuron and a fibroblast according to claim 1, wherein the substance image of the cell detected in the cell detection region is imaged independently for each cell. 基板上に構成される細胞を含む緩衝液を流下させるための流路と、該流路の所定の位置に設けられた前記緩衝液とともに流下する細胞を検出する細胞検出領域と、該細胞検出領域の下流に設けられた検出した細胞に応じて細胞を分離する細胞分離領域と、該細胞分離領域の下流に設けられた分離された細胞を流下させる二つの流路とを備える細胞分離チップを利用した細胞分離における細胞識別方法であって、
前記細胞検出領域で前記流路を緩衝液とともに流下する細胞の実体像を検出する工程、
該実体像をXY平面の各軸方向で所定の間隔で区分したピクセルとして、各ピクセルの明るさを基準として2値化する工程、
前記所定の明るさのピクセルの連続性を評価する工程、および
前記所定の明るさのピクセルの連続性の有無を判断して細胞を識別する工程を含み、
前記所定の明るさのピクセルの連続性があるとき当該細胞が神経細胞、連続性がないとき当該細胞が線維芽細胞とする神経細胞と線維芽細胞の細胞識別方法。
A flow path for flowing a buffer solution containing cells formed on a substrate, a cell detection area for detecting cells flowing down together with the buffer solution provided at a predetermined position of the flow path, and the cell detection area Utilizing a cell separation chip comprising a cell separation region for separating cells according to detected cells provided downstream of the cell, and two flow paths for flowing the separated cells provided downstream of the cell separation region A cell identification method in isolated cell separation,
Detecting a substance image of a cell flowing down the flow path together with a buffer in the cell detection region;
A step of binarizing the entity image as pixels obtained by dividing the entity image at predetermined intervals in each axial direction of the XY plane, with reference to the brightness of each pixel;
Evaluating the continuity of pixels of the predetermined brightness, and identifying cells by determining the presence or absence of continuity of the pixels of the predetermined brightness,
A method of identifying a cell from a neuronal cell and a fibroblast when the pixel having the predetermined brightness is a neuron when the cell is continuous, and when the pixel is not continuous, the cell is a fibroblast.
前記所定の明るさのピクセルの連続性の有無は前記XY平面の各軸方向または45度ずれた方向のいずれかで隣接するピクセルが所定の明るさ以上である請求項3記載の神経細胞と線維芽細胞の細胞識別方法。   4. The nerve cells and fibers according to claim 3, wherein the pixels having the predetermined brightness have a continuity of pixels whose neighboring pixels are equal to or higher than the predetermined brightness in either the axial direction of the XY plane or a direction shifted by 45 degrees. A cell identification method for blast cells. 基板上に構成される細胞を含む緩衝液を流下させるための流路と、該流路の所定の位置に設けられた前記緩衝液とともに流下する細胞を検出する細胞検出領域と、該細胞検出領域の下流に設けられた検出した細胞に応じて細胞を分離する細胞分離領域と、該細胞分離領域の下流に設けられた分離された細胞を流下させる二つの流路とを備える細胞分離チップを利用した細胞分離における細胞識別方法であって、
前記細胞検出領域で前記流路を緩衝液とともに流下する細胞の実体像を検出する工程、
該実体像のXY平面の一つの軸から所定の角度ずつ回転させた軸方向で、その軸上で画像の明るさを検出する工程、および
前記回転させた各軸で検出された画像の明るさが所定の閾値を超えるか否かを判断する工程、
を含み、
前記回転させた各軸で検出された画像の明るさが所定の閾値を超えない軸があるとき当該細胞が神経細胞、検出された画像の明るさがすべての軸で所定の閾値を超えているときが線維芽細胞とする神経細胞と線維芽細胞の細胞識別方法。
A flow path for flowing a buffer solution containing cells formed on a substrate, a cell detection area for detecting cells flowing down together with the buffer solution provided at a predetermined position of the flow path, and the cell detection area Utilizing a cell separation chip comprising a cell separation region for separating cells according to detected cells provided downstream of the cell, and two flow paths for flowing the separated cells provided downstream of the cell separation region A cell identification method in isolated cell separation,
Detecting a substance image of a cell flowing down the flow path together with a buffer in the cell detection region;
A step of detecting the brightness of the image on an axis direction rotated by a predetermined angle from one axis of the XY plane of the entity image, and the brightness of the image detected on each of the rotated axes Determining whether or not exceeds a predetermined threshold;
Including
When there is an axis where the brightness of the detected image on each of the rotated axes does not exceed a predetermined threshold, the cell is a nerve cell, and the brightness of the detected image exceeds a predetermined threshold on all axes A method for distinguishing between neuronal cells and fibroblasts, sometimes called fibroblasts.
請求項1記載の方法において使用する細胞識別・分離装置であって、
基板上に構成される細胞を含む緩衝液を流下させるための流路と、該流路の所定の位置に設けられた前記緩衝液とともに流下する細胞を検出する細胞検出領域と、該細胞検出領域の下流に設けられた前記検出した細胞に応じて細胞を分離する細胞分離領域と、該細胞分離領域の下流に設けられた前記分離された細胞を流下させる二つの流路とを備える細胞分離チップを設置する手段と、
前記細胞検出領域で前記流路を緩衝液とともに流下する細胞の実体像を検出するための手段と、
前記実体像のデジタルデータから該実体像を評価するための所定の評価値を算出し、該算出された評価値を所定の閾値と比較して前記細胞を識別するための手段と、
前記識別された細胞を前記細胞分離領域で分離するために電界を作用させる手段とを備える、細胞識別・分離装置。
A cell identification / separation device used in the method according to claim 1,
A flow path for flowing a buffer solution containing cells formed on a substrate, a cell detection area for detecting cells flowing down together with the buffer solution provided at a predetermined position of the flow path, and the cell detection area A cell separation chip comprising a cell separation region for separating cells according to the detected cells provided downstream, and two flow paths for flowing the separated cells provided downstream of the cell separation region Means for installing
Means for detecting an entity image of a cell flowing down the flow path together with a buffer in the cell detection region;
Calculating a predetermined evaluation value for evaluating the entity image from the digital data of the entity image, and comparing the calculated evaluation value with a predetermined threshold to identify the cell;
And a means for applying an electric field to separate the identified cells in the cell separation region.
請求項1記載の方法において使用するコンピュータプログラムであって、
前記細胞検出領域で検出した前記細胞の実体像のデジタルデータから、前記細胞の断面積に対する周囲長の比を求める演算を行うステップ、および
前記比を所定の閾値と比較して、前記細胞分離領域を前記細胞が通過する際に該領域に電界を印加するか否かを判断するステップ、
を含む処理をコンピュータに実行させるための、コンピュータプログラム。
A computer program for use in the method of claim 1, comprising:
A step of calculating a ratio of a perimeter to a cross-sectional area of the cell from digital data of a substance image of the cell detected in the cell detection region, and comparing the ratio with a predetermined threshold, Determining whether to apply an electric field to the region as the cell passes through,
A computer program for causing a computer to execute a process including:
請求項3記載の方法において使用するコンピュータプログラムであって、
前記細胞検出領域で検出した前記細胞の実体像のデジタルデータに基づいて、該実体像をXY平面の各軸方向で所定の間隔で区分したピクセルとして表わし、各ピクセルの明るさを所定の基準に基づいて2値化するステップ、
前記2値化されたピクセルで表した実体像を複数の領域に区分して、それぞれの領域で所定の明るさのピクセルの数を評価するステップ、
所定の領域での所定の明るさのピクセルの数が所定の閾値を超えるか否かを判断するステップ、および
前記判断に基づいて、前記細胞分離領域を前記細胞が通過する際に該領域に電界を印加するか否かを決定するステップ、
を含む処理を、コンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
A computer program for use in the method of claim 3, comprising:
Based on the digital data of the cell entity image detected in the cell detection area, the entity image is represented as pixels divided at predetermined intervals in each axial direction of the XY plane, and the brightness of each pixel is defined as a predetermined reference. Binarization based on:
Dividing the entity image represented by the binarized pixels into a plurality of regions, and evaluating the number of pixels having a predetermined brightness in each region;
Determining whether the number of pixels of a predetermined brightness in a predetermined region exceeds a predetermined threshold; and based on the determination, an electric field is applied to the region when the cell passes through the cell separation region. Determining whether or not to apply,
A computer program for causing a computer to execute a process including:
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