JP2008518587A - Detection and quantification of subcellular components - Google Patents

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タファス、トライアンタフィロス
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Abstract

【課題】細胞試料からの多及び独特の蛍光信号の検出及び定量化法が提供される。
【解決手段】その方法は免疫組織化学および蛍光標識化in situ交雑技術を組合わせる。その方法は染色体及び蛋白質のような細胞の特定細胞下成分を同定するのに有用である。
【選択図】図1
A method for the detection and quantification of multiple and unique fluorescent signals from a cell sample is provided.
The method combines immunohistochemistry and fluorescent labeling in situ hybridization techniques. The method is useful for identifying specific subcellular components of cells such as chromosomes and proteins.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は免疫染色及び蛍光‐標識化インシトゥ雑種形成法を使用して細胞の多細胞レベル以下(細胞下)成分を検出及び定量する方法に関し、特に免疫染色とインシトゥ(in situ)雑種形成との組合せが、母性血液試料における胎児ヘモグロビンのような細胞中の細胞下成分の検出を可能にしている。その方法は遺伝的病気の出生前及び/又は着床前の診断に有用である。   The present invention relates to a method for detecting and quantifying subcellular (subcellular) components of cells using immunostaining and fluorescence-labeled in situ hybridization, and in particular, between immunostaining and in situ hybridization. The combination allows for the detection of subcellular components in cells such as fetal hemoglobin in maternal blood samples. The method is useful for prenatal and / or preimplantation diagnosis of genetic diseases.

細胞及びそれらの成分の染色及び分析には多くの方法がある。かかる多くの方法を同時に適用する能力は、遺伝的病気の診断における試料の詳細な研究に極めて有利であって特別な関心をもたれてきている。しかしながら、従来技術の方法の組合せは単独で適用される単一の方法以上に何らかの利点を与えてこなかった。特に関心のある、例えば、生物学的試料に免疫染色及び蛍光in situ雑種形成(FISH)分析を同時に適応する能力は、例えば、同一時に同一細胞の特定蛋白質及び核酸成分に関する定量雨滴データを得る可能性を与える。しかしながら、従来又は標準の免疫染色及びFISHプロトコルは互いに排他的である。満足すべきFISH分析に必要な厳しいな条件は、重要な識別可能な抗原の保持、又は細胞成分の適当な検出用信号に基いた安定な抗体と一般に両立しない。したがって、可視化及び定量法で遺伝的対象を使用した遺伝的病気ダイアグノシスにおけるより良い方法を開発する必要がある。
米国特許第5,225,326号公報;米国特許出願第07/668,751号公報;PCT WO94/02646号公報;米国特許出願第08/132,804公報。 なし
There are many ways to stain and analyze cells and their components. The ability to apply many such methods simultaneously has been of particular interest and has been of particular interest for detailed study of samples in the diagnosis of genetic diseases. However, the combination of the prior art methods has not provided any advantage over the single method applied alone. The ability to simultaneously apply immunostaining and fluorescence in situ hybridization (FISH) analysis to biological samples of particular interest, for example, can provide quantitative raindrop data for specific protein and nucleic acid components of the same cell at the same time, for example Give sex. However, conventional or standard immunostaining and FISH protocols are mutually exclusive. The harsh conditions required for satisfactory FISH analysis are generally incompatible with the retention of important identifiable antigens or stable antibodies based on appropriate detection signals for cellular components. Therefore, there is a need to develop better methods in genetic disease diagnosis using genetic objects in visualization and quantification methods.
U.S. Patent No. 5,225,326; U.S. Patent Application No. 07 / 668,751; PCT WO94 / 02646; U.S. Patent Application No. 08 / 132,804. None

免疫染色及び蛍光in situ雑種形成(FISH)分析用の生物学的試料を調製する単一連続法が提供される。   A single continuous method of preparing biological samples for immunostaining and fluorescent in situ hybridization (FISH) analysis is provided.

一実施態様において、細胞試料を少なくとも1つの抗体と反応させて、各抗体が特定の細胞成分に結合して、独特な蛍光信号を発生する反応をさせる工程;一つ以上の核酸プローブを使用し前記細胞をin situ によってハイブリッド形成によって処理する工程、前記各核酸プローブは標的の核酸配列と交雑して独特な蛍光信号を発生する;前記反応及び処理した細胞試料の一つ以上の画像を発生させる工程;及び前記抗体及び前記核酸プローブの両方に対応する前記画像の蛍光信号を検出及び分析する工程から成ることを特徴とする細胞における多細胞成分の同定方法が提供される。   In one embodiment, reacting the cell sample with at least one antibody, causing each antibody to bind to a particular cellular component and generate a unique fluorescent signal; using one or more nucleic acid probes Processing the cells by hybridization in situ, each nucleic acid probe hybridizes with a target nucleic acid sequence to generate a unique fluorescent signal; generates one or more images of the reaction and processed cell sample And a method for identifying a multicellular component in a cell, comprising: detecting and analyzing the fluorescent signal of the image corresponding to both the antibody and the nucleic acid probe.

ここで説明する実施態様において、細胞試料における細胞の細胞レベル以下の成分を検出及び定量する方法が提供される。その方法は種々の生物学的試料、例えば、血液試料、特に母性血液における遺伝的病気のダイアグノシス用細胞を含有する種々の生物学的試料に適用できる。   In the embodiments described herein, methods are provided for detecting and quantifying subcellular components of cells in a cell sample. The method can be applied to a variety of biological samples, for example, a blood sample, particularly a variety of biological samples containing cells for genetic disease diagnosis in maternal blood.

一実施態様において、その方法は、免疫染色からの一つ以上の抗体から発生する蛍光信号(その信号は使用される各抗体に固有で蛍光in situ雑種形成(FISH)分析用の細胞試料の後続の処理に持続する)を発生させる工程から成る。一実施態様において、それらの方法は、利用されるFISHプローブ用の必要な又は固有の蛍光を支えるものを選択することから成る、それは細胞試料からの蛍光性の免疫組織化学及びFISH信号の両方を発生する各々及び全ての蛍光性信号の個々の可視化及び定量化を可能にする。   In one embodiment, the method comprises a fluorescence signal generated from one or more antibodies from immunostaining, the signal being specific to each antibody used and subsequent to a cell sample for fluorescence in situ hybridization (FISH) analysis. The process of generating a continuous In one embodiment, the methods consist of selecting those that support the necessary or intrinsic fluorescence for the FISH probe utilized, which includes both fluorescent immunohistochemistry and FISH signals from cell samples. Allows individual visualization and quantification of each and every fluorescent signal generated.

一実施態様において、少なくとも一つの標的核酸によって規定される遺伝的条件が試料に存在するかどうかを検出する計算機システムを操作する方法が提供される。その方法は、計数する対象及び遺伝的条件が存在するかどうかを検出する統計的予想値の分析と共に、プローブ及び試料に交雑されたプローブのディジタル化イメージの使用を含む。その計数は、例えば、遺伝的異常が検出される回数の計数及び特定の組織タイプ、細胞タイプ又は試料における異常の統計的予想との比較を含む。その計数は、遺伝的異常が生じる回数の計数及び同一試料において細胞タイプが生じる回数と同一試料において正常な核酸が生じる回数との比較を含む。その計数は、単一細胞において一つ以上の遺伝的異常を生じる回数を計数することを含む。その計算機システムは細胞タイプを同定する、細胞を計数する、細胞形態の検査、等に使用され、さらにこの情報と遺伝的異常のカウントとの比較及び相関にも使用できる。   In one embodiment, a method of operating a computer system that detects whether a genetic condition defined by at least one target nucleic acid is present in a sample is provided. The method involves the use of digitized images of the probe hybridized to the probe and sample, along with an analysis of the object to be counted and statistical predictions to detect whether a genetic condition exists. The count includes, for example, a count of the number of times a genetic abnormality is detected and a comparison with a statistical prediction of the abnormality in a particular tissue type, cell type or sample. The count includes a count of the number of times that a genetic abnormality occurs and a comparison of the number of times that a cell type occurs in the same sample with the number of times that a normal nucleic acid occurs in the same sample. The counting includes counting the number of times that one or more genetic abnormalities occur in a single cell. The computer system is used for identifying cell types, counting cells, examining cell morphology, etc., and can also be used to compare and correlate this information with a count of genetic abnormalities.

一実施例において、少なくとも一つの標的核酸によって規定される遺伝的条件が固定試料に存在するかどうかを検出する計算機システムを操作する方法が提供される。その方法は、ディジタル化イメージ、好適には固定試料のカラーイメージ、標的核酸に蛍光をもつ標識化プローブを特別に交雑させる条件下で蛍光in situ交雑及び関心のある第1の対象を検出する蛍光免疫染色にかけたディジタル化イメージを受ル工程;第1の対象、例えば、細胞成分を分離するために計算機で前記イメージを処理する工程;予め決めた特定の特性内の標的核酸に関連した関心を示すプローブの第1の対象を決定する工程;及び遺伝的条件が存在するか否かを検出する統計的予想に関して第1の対象、例えば、細胞のカウントを分析する工程から成る。この方法は、遺伝的条件がヒトの三染色体性21であるか否かを含む多くの遺伝的条件に適用できる。さらに、前記統計的予想は、例えば、組織タイプに基くことが理解できる。計算機は検査される細胞の組織タイプの同定に使用できるが、その組織タイプも既知である。   In one embodiment, a method is provided for operating a computer system that detects whether a genetic condition defined by at least one target nucleic acid is present in a fixed sample. The method comprises a digitized image, preferably a color image of a fixed sample, a fluorescence in situ hybridization under conditions that specifically hybridize a labeled probe with fluorescence to the target nucleic acid and fluorescence to detect the first object of interest. Receiving a digitized image that has been subjected to immunostaining; processing the image on a first object, eg, a computer, to separate cellular components; interest associated with a target nucleic acid within a predetermined predetermined characteristic; Determining a first subject for the indicated probe; and analyzing the count of the first subject, eg, cells, for statistical predictions to detect whether a genetic condition exists. This method is applicable to many genetic conditions, including whether the genetic condition is human trisomy 21 or not. Further, it can be appreciated that the statistical prediction is based on, for example, tissue type. A calculator can be used to identify the tissue type of the cell being examined, but the tissue type is also known.

ある実施態様において、前記ディジタル化イメージを受ける工程は、さらに、受けたカラーイメージ内のそれぞれの画素位置における赤、緑及び青の強度を示す赤、緑及び青画素を作る工程を含む。ある実施態様において、前記処理工程はさらに、背景内の複数の画素を手動で選択する工程;背景の部分に対応するカラー強度値の範囲を決定する工程;及び決定された範囲内にカラー強度値を有するイメージの背景領域として同定する工程を含む。ある実施態様において、測定工程前に、カラーイメージをろ波してカラーイメージにおける暗い画素カラー強度値を弱くし、カラーイメージにおける弱い画素のカラー強度値を暗くするための計算機の処理がある。そのろ波の工程はさらに、カラーイメージを孔充填フィルタに通して;ろ波し他カラーイメージをエロージョンフィルタに通し;そのエロードした充填カラーイメージ上で別の操作をして輪郭の周りの領域を画定し;論理NOT操作を行うことによってその輪郭内の画素を選択し;そして選択した画素と充填したカラーイメージとの間の論理AND操作をする工程から成る。   In one embodiment, receiving the digitized image further includes creating red, green, and blue pixels that indicate red, green, and blue intensities at respective pixel locations in the received color image. In one embodiment, the processing step further includes manually selecting a plurality of pixels in the background; determining a range of color intensity values corresponding to a portion of the background; and a color intensity value within the determined range Identifying as a background region of an image having. In one embodiment, prior to the measurement step, there is a computer process for filtering the color image to weaken the dark pixel color intensity values in the color image and to darken the weak pixel color intensity values in the color image. The filtering step further passes the color image through a hole filling filter; filters the other color image through an erosion filter; and performs another operation on the loaded filling color image to delineate the area around the contour. Defining; selecting a pixel within the contour by performing a logical NOT operation; and performing a logical AND operation between the selected pixel and the filled color image.

ある実施態様において、遺伝的条件はさらに標的核酸と第2の核酸との比によって定義される。したがって、その方法は、さらに第2の核酸と関連した特定の予め決めた特性を有する第2の対象を同定し;同定された第2の対象を計数する工程を含む、その際の第1の対象のカウントの同定は第1の対象/第2の対象のカウントの比を見出す工程を含む。ある実施態様において、標的核酸は優勢なトレイトを定義し、第2の核酸は対応する劣勢のトレイトを定義する。それらの実施態様における方法は、優勢のトレイトを有し、劣勢のトレイトを有する、又は前記比の値に依存して優勢のトレイトを有し劣勢のトレイトを持った遺伝的条件を示す工程を含む。標的の核酸が第2の核酸の再配列であるとき、前記方法はさらに、再配列核酸と非再配列核酸と交雑するプローブを選択する工程を含む。最後に、その方法は、見出した比に関係した厳しいレベルの遺伝的条件を示す工程を含む。   In certain embodiments, the genetic condition is further defined by the ratio of the target nucleic acid and the second nucleic acid. Accordingly, the method further comprises identifying a second subject having a particular predetermined characteristic associated with the second nucleic acid; counting the identified second subject, wherein the first Identification of the subject count includes finding a first subject / second subject count ratio. In some embodiments, the target nucleic acid defines a dominant trait and the second nucleic acid defines a corresponding inferior trait. The method in those embodiments comprises the steps of having a dominant trait, having a dominant trait, or having a dominant trait and having a dominant trait depending on the value of the ratio. . When the target nucleic acid is a rearrangement of a second nucleic acid, the method further comprises selecting a probe that hybridizes with the rearranged and non-rearranged nucleic acid. Finally, the method includes a step showing a stringent level of genetic conditions related to the ratio found.

本発明の一実施態様のよって、標的‐特異の蛍光で標識化においてされている細胞を含有する試料において、計算機システムに標的物質の発生をカウントすることを指示する計算機の命令のシーケンスを固定している計算機読取り可能記憶媒体からなる計算機ソフトウェア製品が提供される、それらの命令は、蛍光を帯びた標識化試料のディジタル化カラーイメージを受ける工程;蛍光を帯びた標識化試料のカラーイメージを得る工程;そのカラーイメージにおけるバックグランウンドから関心のある対象を分離する工程;特定の特性を有する対象を列挙すべく関心のある対象のパラメータを測定する工程;及び統計的に予想される列挙に関して対象の列挙を分析して遺伝的異常性を決定する工程を指示する。その命令は上記方法に関する全ての変化を実行できる。   According to one embodiment of the present invention, in a sample containing cells that are being labeled with target-specific fluorescence, a sequence of computer instructions is instructed to instruct the computer system to count the occurrence of the target substance. A computer software product comprising a computer readable storage medium is provided, the instructions receiving a digitized color image of the fluorescently labeled sample; obtaining a color image of the fluorescently labeled sample Separating the object of interest from the background in the color image; measuring the parameters of the object of interest to enumerate objects having specific characteristics; and The enumeration is analyzed to direct the process of determining genetic abnormalities. The instruction can perform all the changes related to the above method.

本発明の別の実施態様によって、標的‐特異の蛍光で標識化されている細胞を含有する試料のイメージを分析する装置が提供される、その装置は、イメージ処理ソフトウェアが実行する計算機システム;及び蛍光を帯びた標識化試料のディジタル化カラーイメージを受ける工程;蛍光を帯びた標識化試料のカラーイメージを得る工程;そのカラーイメージにおけるバックグランウンドから関心のある対象を分離する工程;特定の特性を有する対象を列挙すべく関心のある対象のパラメータを測定する工程;及び統計的に予想される列挙に関して対象の列挙を分析して遺伝的異常性を決定する工程を含むイメージ処理命令ノシーケンスを固定している記憶媒体から成る。再び、その命令は上記方法に関する全ての変化を実行できる。   According to another embodiment of the present invention, an apparatus for analyzing an image of a sample containing cells labeled with target-specific fluorescence is provided, the apparatus comprising a computer system executed by image processing software; and Receiving a digitized color image of the fluorescently labeled sample; obtaining a color image of the fluorescently labeled sample; separating the object of interest from the background in the color image; Fixing an image processing instruction sequence comprising: measuring parameters of an object of interest to enumerate the objects having; and analyzing the enumeration of the objects with respect to a statistically expected enumeration to determine genetic anomalies Storage medium. Again, the instruction can perform all the changes related to the above method.

さらに別の実施態様において、体液又は組織試料のイメージデータを処理する計算機実行法が提供される。その方法は、第1の倍率で撮った体液又は組織試料のイメージを表す第1のイメージデータ・セットのサブセットを作る工程、そのサブセットは第2の倍率で撮った候補ブローブのイメージを表す第2のイメージ・データセットのサブセットを作る希少細胞を含有する候補ブローブを示す、その第2のデータセットのサブセット希少細胞を示す、その第2ノデータセットのサブセットを計算機メモリに記憶させる工程、標的核酸と関連する特異の予め決めた特性を有する対象を同定すべく関心のある対象のサイズ及び色ノパラメータを測定する工程、測定工程で同定された対象を計数する工程、及びその対象のカウントを統計的予想カウントに関して分析して遺伝的異常性が存在するか否かを検出する工程から成る。   In yet another embodiment, a computer-implemented method for processing image data of a bodily fluid or tissue sample is provided. The method creates a subset of a first image data set representing an image of a body fluid or tissue sample taken at a first magnification, the subset being a second representing an image of a candidate probe taken at a second magnification. Storing in the computer memory a subset of the second data set indicative of a subset of the second data set, indicating candidate probes containing rare cells that form a subset of the image data set, a target nucleic acid Measuring the size and color parameters of an object of interest to identify an object having a specific predetermined characteristic associated with the process, counting the object identified in the measurement process, and statistically counting the object Analysis of the statistical prediction count to detect whether genetic anomalies are present.

一実施態様において、測定工程、計算機においてカラーイメージをろ波してカラーイメージにおける暗い画素のカラー強度値を明るくし、そしてカラーイメージにおける明るい画素のカラー強度値を暗くする処理工程を含む。ろ波は、カラーイメージを孔充填フィルタに通す工程;その充填したカラーイメージをエロージョン・フィルタに通す工程;エロード・充填カラーイメージに別の操作をして輪郭周囲領域を画定する工程;論理NOT操作をすることによって前記輪郭内の画素を選択する工程;及び選択した画素と充填したカラーイメージとの間の論理AND操作をする工程を含む。   In one embodiment, the measuring step includes filtering the color image in a computer to brighten the color intensity value of dark pixels in the color image and darkening the color intensity value of light pixels in the color image. Filtering passes the color image through a hole-filling filter; passes the filled color image through an erosion filter; performs another operation on the eroded and filled color image to define a perimeter region; logical NOT operation Selecting a pixel within the contour by performing a logical AND operation between the selected pixel and the filled color image.

一実施態様において、第1のイメージデータセットのサブセットは、希少細胞の存在を示す信号を検出するコンプュータ化顕微鏡視覚システムを使用して体液又は組織試料からの細胞の単層の光学視野を観察することによってつくることができる。一実施態様において、その方法は、さらに受けるカラーイメージ内のそれぞれの画素位置における赤、緑及び青の強度を示す赤、緑及び青の画素のイメージファイルを作ることができる。本発明のいくつかの態様に従って、その処理はさらに、背景内の複数の画素を手動で選択し;その背景に対応するカラー強度値範囲を決定し;そして決定された範囲内のカラー強度値を有するイメージの背景領域として同定することから成る。一実施態様において、その信号はそれが有意の信号レベルであるか否かを決定するために測定できる。第1及び/又は第2のイメージデータ・サブセットは、ここに記載した計算機による制御及び処理により適当表示に変換できる。そのイメージデータは、例えば、赤緑青(RGB)信号から色相発光飽和(Hue Luminescence Saturation(HLS)信号に変換される。フィルタ及び/又はマスクを利用して予め選択した基準を満たす細胞を区別し、満たさない細胞を排除し、従って、例えば、希少細胞を同定するする。   In one embodiment, a subset of the first image data set observes a monolayer optical field of cells from a body fluid or tissue sample using a computerized microscope vision system that detects signals indicative of the presence of rare cells. You can make it. In one embodiment, the method can further create an image file of red, green, and blue pixels that indicates the intensity of red, green, and blue at each pixel location in the received color image. In accordance with some aspects of the present invention, the process further manually selects a plurality of pixels in the background; determines a color intensity value range corresponding to the background; and determines a color intensity value within the determined range. Comprising identifying as a background region of an image having. In one embodiment, the signal can be measured to determine whether it is a significant signal level. The first and / or second image data subset can be converted into a suitable display by computer control and processing as described herein. The image data is, for example, converted from a red, green, blue (RGB) signal to a Hue Luminescence Saturation (HLS) signal, which uses filters and / or masks to distinguish cells that meet preselected criteria, Unfilled cells are eliminated, thus identifying, for example, rare cells.

本発明の別の実施態様において、実験室サービスを行う方法が提供される、その方法は、体液又は組織試料を受ける工程、体液又は組織試料の塗抹を作成する工程、その塗抹における対象を蛍光染色で免疫染色する工程、その塗抹を診断の意味のある核酸配列で交雑する設計の蛍光プローブで処理する工程、免疫染色及び核酸プロ−ブによって発生された蛍光信号に基いて診断の意義のある交雑された核酸配列を有する関心をもつ対象をソフトウェアプログラムが自動的に同定するようにコンプュータ化顕微鏡を操作する工程から成る。   In another embodiment of the present invention, a method is provided for conducting a laboratory service, the method comprising receiving a body fluid or tissue sample, creating a smear of the body fluid or tissue sample, and subjecting the object in the smear to fluorescent staining. Immunostaining process, treating the smear with a fluorescent probe designed to hybridize with a nucleic acid sequence meaningful for diagnosis, immunological staining and hybridization meaningful for diagnosis based on the fluorescent signal generated by the nucleic acid probe And operating the computerized microscope so that the software program automatically identifies objects of interest having the defined nucleic acid sequence.

本発明のさらに別の実施態様において、診断の意味のある核酸配列を有する関心を持つ対象を検出する工程のコンプュータ直接性能によって遂行されたときに一連の命令を固定しているコンプュータ読取り可能な記憶媒体を含むコンプュータソフトウェア製品が提供される。それらの工程は、第1の倍率で撮った体液又は組織試料のイメージを表す第1のイメージデータ・セットのサブセットを作る工程、そのサブセットは細胞又は希少細胞(10,000細胞に1個以下)のような関心のある対象を含有する候補ブローブを示す、第2の倍率で撮った候補ブローブのイメージを表す第2のイメージ・データセットのサブセットを作る工程、希少細胞を含有する候補ブローブを示す、その第2のデータセットのサブセットを計算機メモリに記憶させる工程、標的核酸と関連する特異の予め決めた特性を有する対象を同定すべく関心のある対象と関連する診断関心の核酸配列に向けられた蛍光核酸プローブと関連した蛍光を測定する工程、その測定工程において同定された対象をカウントする工程、及びその対象のカウントを統計的予想カウントに関して対象のカウントを分析して遺伝的異常性が存在するか否かを検出する工程から成る。   In yet another embodiment of the present invention, a computer readable memory that fixes a series of instructions when performed by the computer direct performance of the process of detecting an object of interest having a diagnostic meaningful nucleic acid sequence A computer software product including the media is provided. The steps include creating a subset of a first image data set representing an image of a body fluid or tissue sample taken at a first magnification, the subset being cells or rare cells (less than 1 in 10,000 cells) Creating a subset of a second image dataset representing an image of a candidate probe taken at a second magnification, showing candidate probes containing objects of interest such as: showing candidate probes containing rare cells Storing the second subset of the data set in computer memory, directed to a nucleic acid sequence of diagnostic interest associated with the subject of interest to identify a subject having specific predetermined characteristics associated with the target nucleic acid. Measuring the fluorescence associated with the fluorescent nucleic acid probe, counting the objects identified in the measurement process, and Cement was analyzed counting the target with respect to the statistical expected count comprising the step of detecting whether there is a genetic abnormality.

本発明のさらに別の実施態様において、診断方法に対する細胞試料を調製する方法が提供される。その細胞試料を得て、基板上の単層として固定される、その細胞試料は10,000個に1個以下(すなわち、0.01%以下)で存在する希少細胞を含む。その単層は希少細胞に向けられた蛍光免疫染色で免疫染色されて、病気の状態又は異常に関連した核酸配列に向けられた蛍光プローブで処理される。細胞試料の少なくとも一部分をカバーする光学視野は、希少細胞の存在及び関心の核酸配列を示す蛍光信号に対してコンプュータ化顕微鏡視覚システムを使用して観察される。診断操作に対して各信号を検出して、信号が検出される座標を同定する。病気の状態又は異常に関連した核酸配列を示す希少細胞のカウントを利用して診断をする。仮の診断はコンプュータ化顕微鏡視覚システムによって自動的にする。一実施態様において、希少細胞は0.01%以下の細胞で存在する。他の一実施態様において、希少細胞は0.0001%、0.00001%又は0.000001%以下でさえも存在する。   In yet another embodiment of the invention, a method of preparing a cell sample for a diagnostic method is provided. The cell sample is obtained and fixed as a monolayer on the substrate. The cell sample contains rare cells present at 1 in 10,000 or less (ie, 0.01% or less). The monolayer is immunostained with fluorescent immunostaining directed at rare cells and treated with a fluorescent probe directed at a nucleic acid sequence associated with a disease state or abnormality. An optical field covering at least a portion of the cell sample is observed using a computerized microscope vision system for the presence of rare cells and a fluorescent signal indicative of the nucleic acid sequence of interest. Each signal is detected for a diagnostic operation and the coordinates at which the signal is detected are identified. Diagnosis is based on the count of rare cells that show nucleic acid sequences associated with disease states or abnormalities. The provisional diagnosis is made automatically by the computerized microscope vision system. In one embodiment, the rare cells are present in 0.01% or less cells. In another embodiment, rare cells are present at 0.0001%, 0.00001% or even 0.000001% or less.

本発明のさらに別の実施態様において、検出され診断される希少細胞は動物又は患者からの細胞又は組織に見られた癌細胞である。その試料は細胞又は組織生検を含有する血液又は他の体液にすることができる。この実施態様の説明として、第5節に記載されている癌細胞マーカー、例えば、GM4蛋白質、テロメラーゼ蛋白質又は核酸、及びp53蛋白質又は核酸が、本発明の特定の適用によって決定されるように第1又は第2の信号の発生に使用される。   In yet another embodiment of the invention, the rare cells detected and diagnosed are cancer cells found in cells or tissues from animals or patients. The sample can be blood or other body fluid containing a cell or tissue biopsy. As an illustration of this embodiment, the cancer cell markers described in Section 5, such as GM4 protein, telomerase protein or nucleic acid, and p53 protein or nucleic acid, as determined by the particular application of the present invention Alternatively, it is used to generate the second signal.

本発明の一実施態様において、試料に希少細胞タイプが存在するとき本発明のほ方法は80%以下でない頻度で検出する。他の実施態様において、その検出頻度は85%、90%、95%及び99%以下でない。   In one embodiment of the invention, the method detects the frequency of not less than 80% when a rare cell type is present in the sample. In other embodiments, the detection frequency is not less than 85%, 90%, 95% and 99%.

本発明の一実施態様によって、診断手順に対して血液試料の調製法が提供される、その方法は、自然に存在する濃度の胎児細胞を含有する非濃厚母性血液試料の塗抹を調製し;関心の核酸配列に向けられた蛍光核酸プローブで前記塗抹を処理し;胎児細胞の存在を示す蛍光信号に対するコンピュータ化顕微鏡視覚システムを使用して塗抹の一部分をカバーする光学視野を観察し;及び前記核酸プローブからの蛍光信号によって関心の核酸配列を有する胎児細胞を同定する工程を含む。   According to one embodiment of the present invention, a method of preparing a blood sample is provided for a diagnostic procedure, the method of preparing a smear of a non-concentrated maternal blood sample containing a naturally occurring concentration of fetal cells; Treating the smear with a fluorescent nucleic acid probe directed to a nucleic acid sequence of; observing an optical field covering a portion of the smear using a computerized microscope vision system for a fluorescent signal indicative of the presence of fetal cells; and the nucleic acid Identifying a fetal cell having a nucleic acid sequence of interest by a fluorescent signal from the probe.

一実施態様において、その信号はさらに希少細胞の形態学的測定を示すためにさらに処理される。別の実施態様において、その細胞は希少細胞の他の細胞と相違を強調するラベルで処理される。この実施態様において、その信号は、例えば、希少細胞に選択的に結合するラベルからにできる。別の実施態様において、診断方法は同定された座標に移動させ、単離された希少細胞のイメージになるまで光学的視野を拡大する工程を含む。   In one embodiment, the signal is further processed to indicate morphological measurements of rare cells. In another embodiment, the cells are treated with a label that highlights the differences from other cells of the rare cell. In this embodiment, the signal can be, for example, from a label that selectively binds to rare cells. In another embodiment, the diagnostic method comprises the steps of moving to the identified coordinates and expanding the optical field of view to an isolated rare cell image.

ある実施態様において、光学視野は細胞の実質的全てをカバーする細胞の部分の配列を横切る。これは、例えば、コンピュータ化顕微鏡視覚システムのレンズに対してコンピュータ化顕微鏡視覚システムの制御下で基板上の細胞を移動させることによって達成できる。別の実施態様において、第1の信号が得られた座標が同定され、次にそれらの座標における希少細胞がその座標が同定された後で接触される。   In certain embodiments, the optical field traverses an array of cell portions covering substantially all of the cells. This can be accomplished, for example, by moving cells on the substrate under the control of the computerized microscope vision system relative to the lens of the computerized microscope vision system. In another embodiment, the coordinates from which the first signal was obtained are identified, and then the rare cells at those coordinates are contacted after the coordinates are identified.

ある実施態様においては、診断信号を使用して希少細胞の同定をすることができる。他の実施態様においては、位置信号を使用して希少細胞の同定をすることができる、そして細胞を配置した後にその診断信号が得られる。   In some embodiments, diagnostic signals can be used to identify rare cells. In other embodiments, the position signal can be used to identify a rare cell, and the diagnostic signal is obtained after the cell is placed.

一実施態様において、希少細胞は試料に10,000細胞ごとに1個以下(即ち、0.01%以下の細胞)で存在する。他の実施態様においては、その希少細胞は0.001%、0.00001%又は0.000001%以下で存在する。ある特定の重要な実施態様において、その希少細胞は母性血液からの細胞試料における胎児細胞である。その試料は、自然に存在する濃度の胎児細胞(それは0.001%、0.00001%又は0.000001%又は0.0000001%以下にできる)のみを含有することが望ましい。   In one embodiment, rare cells are present in the sample at no more than 1 in 10,000 cells (ie, no more than 0.01% cells). In other embodiments, the rare cells are present at 0.001%, 0.00001% or 0.000001% or less. In certain important embodiments, the rare cells are fetal cells in a cell sample from maternal blood. The sample desirably contains only naturally occurring concentrations of fetal cells (which can be 0.001%, 0.00001% or 0.000001% or 0.0000001% or less).

前記実施態様のいずれにおいても、細胞は、例えば、顕微鏡スライド上で調製できる、又は基板は一つの工程で同定された希少細胞の座標を別の工程で後に戻すことができるように基板に目盛をつけることができる座標システムを有する。同様に、実施態様における基板は幅の10倍の長さを有し、基板は一方向に長くなっている。その長さは幅の20倍にもできる。基板は柔軟なフィルムにすることができ、一つの実施態様において、比較的大体積の塗抹化母性血液から提供される比較的大きい体積の細胞を載せる長い柔軟なフィルムである。前記実施態様のいずれにおいても、免疫染色からの蛍光信号及び核酸プローブからの蛍光信号は、両者が存在するときにそれらが互いにかくさないように選択できる。   In any of the above embodiments, the cells can be prepared, for example, on a microscope slide, or the substrate can be calibrated to the substrate so that the coordinates of the rare cells identified in one step can be returned later in another step. Has a coordinate system that can be turned on. Similarly, the substrate in the embodiment has a length that is 10 times the width, and the substrate is elongated in one direction. Its length can be 20 times the width. The substrate can be a flexible film, and in one embodiment is a long flexible film that carries a relatively large volume of cells provided from a relatively large volume of smeared maternal blood. In any of the above embodiments, the fluorescence signal from the immunostaining and the fluorescence signal from the nucleic acid probe can be selected so that they do not interfere with each other when both are present.

実施態様にしたがって、かかる方法は豊富にしない又は豊富にした試料、例えば、自然に存在する胎児細胞を含有する母性血液を使用できる。   According to embodiments, such methods can use non-rich or enriched samples, such as maternal blood containing naturally occurring fetal cells.

本発明は、添付図面に関して、本発明の以下の詳細な説明及び種々の実施例を読むことによってさらに理解できると思われる。詳細な説明は体液又は組織試料として胎児細胞、希少細胞タイプ、及び血液に関して本発明を説明するが、本発明が全ての細胞タイプ及び体液又は組織試料、特に基板上の細胞の単層として付着した試料に基いた診断に適用できることを当業者は理解されるであろう。   The present invention may be further understood by reading the following detailed description of the invention and various examples with reference to the accompanying drawings. The detailed description describes the invention with respect to fetal cells, rare cell types, and blood as body fluids or tissue samples, but the present invention has adhered to all cell types and body fluids or tissue samples, especially as a monolayer of cells on a substrate One skilled in the art will appreciate that it can be applied to sample-based diagnostics.

本願発明の範囲内の体液及び組織試料は、限定ではなく、血液、組織バイオプシー、脊髄液、悩脊髄液、尿、胞巣液、等を含む。それらの組織試料に対して、細胞は自然には単層で存在しないから、細胞は当業者には既知の標準技術によって解離される。これらの技術は、限定ではいが、組織のトリプシン、コラゲナーゼ又はディスパース処理を含む。   Body fluids and tissue samples within the scope of the present invention include, but are not limited to, blood, tissue biopsy, spinal fluid, spinal cord fluid, urine, alveolar fluid, and the like. For those tissue samples, the cells do not naturally exist in a monolayer, so the cells are dissociated by standard techniques known to those skilled in the art. These techniques include, but are not limited to, trypsin, collagenase or disperse treatment of tissue.

一実施態様において、本発明は胎児細胞の検出及び診断に使用される。蛍光免疫染色は例示実施態様において細胞の同一性を示すために使用される。例えば、免疫染色はヘモグロビンε−連鎖、即ち、例えば、胚ヘモグロビンに対して抗体に結合した蛍光染料である。さらに、細胞認識アルゴリズムを使用して見つけた核生成赤血球の特徴的形態への各細胞の類似度の計測を用いて細胞の同一性を決める。   In one embodiment, the present invention is used for fetal cell detection and diagnosis. Fluorescent immunostaining is used in the exemplary embodiment to show cell identity. For example, immunostaining is hemoglobin ε-linked, ie, a fluorescent dye conjugated to an antibody, eg, against embryonic hemoglobin. In addition, the identity of each cell is determined using a measure of the similarity of each cell to the characteristic morphology of nucleated red blood cells found using a cell recognition algorithm.

診断は核酸プローブの信号(又は免疫染色信号及び核酸プローブ信号の組合せ)に基づくことができる。   Diagnosis can be based on nucleic acid probe signals (or a combination of immunostaining and nucleic acid probe signals).

例示の実施態様において、FISHは希少細胞タイプ、例えば、胎児細胞の変性試験DNAを変性ジオキシジェニン(DIG)−標識化ゲノムプローブと交雑することから成る。その試験DNAを含有する試料は洗浄して蛍光を運ぶものに結合した抗-DIG抗体に結合させる。任意に、蛍光体(例えば、FITC)の第2の層は蛍光体−共役抗−Fab抗体との低温放置によって添加される。一実施態様において、FISHは、希少細胞の変性DNAを特定の蛍光体で直接標識化された特定の標的DNAと同族のDNAから成る蛍光標識化したプローブと交雑することから成る。   In an exemplary embodiment, the FISH consists of crossing a rare cell type, eg, fetal cell denatured test DNA, with a denatured dioxygenin (DIG) -labeled genomic probe. The sample containing the test DNA is washed and bound to anti-DIG antibody bound to the one carrying fluorescence. Optionally, a second layer of phosphor (eg, FITC) is added by low temperature standing with a phosphor-conjugated anti-Fab antibody. In one embodiment, FISH consists of crossing denatured cells of rare cells with a fluorescently labeled probe consisting of DNA that is cognate with a specific target DNA that is directly labeled with a specific fluorophore.

自動化試料分析は、関心の光学視野対象物を他の対象物及び背景化から区別する装置及び方法によって行う。自動化システムの例は1994,10月4日に発行された米国特許第5,352,613号に開示されている。さらに、一端対象物が同定されたら、色、即ち、その対象物に対して関心の対象物又は他のパラメータからなる画素用の赤、緑、青成分の組合せを測定及び記憶することができる。   Automated sample analysis is performed by an apparatus and method that distinguishes the optical field object of interest from other objects and backgrounding. An example of an automated system is disclosed in US Pat. No. 5,352,613 issued Oct. 4, 1994. In addition, once an object has been identified, the color, i.e. the combination of red, green and blue components for the pixel consisting of the object of interest or other parameters for that object can be measured and stored.

遺伝的条件の自動化試料分析及び診断は次のように進行する:(i)蛍光を帯びた標識化プローブを標的核酸に交雑させる条件下でin situ交雑において蛍光を受けた固定試料のディジタル化カラーイメージを受ける;(ii)計算機におけるカラーイメージを処理して関心の対象物をカラーイメージにおける背景から分離する;(iii)関心の対象物のパラメータを測定し、特定の特性を有する対象物を同定する;(iv)同定された対象物をカウントする;および(v)統計的予想カウントに関して対象物のカウントを分析して遺伝的条件を決定する。その方法は、染色体数及び/又は配列における異常に関連した遺伝的条件の診断に有用である。したがって、例えば、本発明は、再配列染色体セグメントを検出する標識化プローブとそのセグメントが転座去れている染色体と組合せを使用することによって染色体再配列の検出に使用できる。さらに一般的には、三染色体性の外に、遺伝的増幅、及び転座、欠失及び挿入を含む再配列は、適当に選択した蛍光プローブ関して本発明の態様を具体化する方法を用いて検出できる。   Automated sample analysis and diagnosis of genetic conditions proceeds as follows: (i) Digitized color of a fixed sample that received fluorescence in situ hybridization under conditions that hybridize the fluorescently labeled probe to the target nucleic acid. Receiving the image; (ii) processing the color image in a computer to separate the object of interest from the background in the color image; (iii) measuring the parameters of the object of interest and identifying the object having certain characteristics (Iv) count the identified objects; and (v) analyze the object counts with respect to statistical prediction counts to determine genetic conditions. The method is useful for diagnosing genetic conditions associated with abnormalities in chromosome number and / or sequence. Thus, for example, the present invention can be used to detect chromosomal rearrangements by using a labeled probe that detects a rearranged chromosomal segment and the chromosome and combination in which the segment is translocated. More generally, in addition to trisomy, genetic amplification and rearrangements including translocations, deletions and insertions use methods that embody aspects of the invention for appropriately selected fluorescent probes. Can be detected.

ここでの用語「遺伝的異常性」は、健康な人、即ち、正常な染色体補体を有する個体から得た染色体の対応する数及び/又は配列に関して一つ以上の染色体の数及び/又は配列における異常を意味する。遺伝的異常は、例えば、典型的に約15の塩基対と少ない、及び前染色体のように多いヌクレオチド配列によって特徴付けられる染色体の付加、欠失、増幅、転座及び再配列を含む。遺伝的異常性は点突然変異も含む。   As used herein, the term “genetic abnormality” refers to the number and / or sequence of one or more chromosomes with respect to the corresponding number and / or sequence of chromosomes obtained from a healthy person, ie, an individual having normal chromosomal complement. Means an abnormality in Genetic abnormalities include, for example, chromosomal additions, deletions, amplifications, translocations and rearrangements that are typically characterized by as few as about 15 base pairs and as many nucleotide sequences as the prechromosome. Genetic abnormalities also include point mutations.

その方法は、望ましくは含まれる細胞及び亜細胞成分の構造的完全さを保存する方法で処理された固定試料、即ち、固体支持体に付着された固定試料における一つ以上の遺伝的異常を決定するのに有用である。細胞を含有する試料を固体支持体に固定する方法は、例えば、ガラススライドが当業者には周知である。   The method preferably determines one or more genetic abnormalities in a fixed sample treated in a manner that preserves the structural integrity of the contained cellular and subcellular components, ie, a fixed sample attached to a solid support. Useful to do. As a method for fixing a sample containing cells to a solid support, for example, a glass slide is well known to those skilled in the art.

その試料は少なくとも一つの標的核酸を含む、その分布は遺伝的異常を示す。用語「分布」は、標的核酸を含むことが知られている一つ以上の核酸(例えば、染色体)における標的核酸の存在、不在、相対的な量及び/又は相対的場所を意味する。一実施態様において、その標的核酸は三染色体性21を示す、したがって、その方法はダウン症候群の診断に有用である。一実施態様において、ダウン症候群分析を意図する試料は母性末梢血液から得られる。さらに詳細には、細胞は標準の方法にしたがって末梢血液から単離される、その細胞は、標的核酸の検出をする標準の方法(例えば、実施例を参照)にしたがって固体支持体に付着される。   The sample contains at least one target nucleic acid, and the distribution is indicative of a genetic abnormality. The term “distribution” means the presence, absence, relative amount and / or relative location of a target nucleic acid in one or more nucleic acids (eg, chromosomes) known to contain the target nucleic acid. In one embodiment, the target nucleic acid exhibits trisomy 21 and thus the method is useful for diagnosis of Down syndrome. In one embodiment, the sample intended for Down syndrome analysis is obtained from maternal peripheral blood. More particularly, the cells are isolated from peripheral blood according to standard methods, and the cells are attached to a solid support according to standard methods for detection of target nucleic acids (see, eg, Examples).

In situ交雑における蛍光は、特に標的核酸に交雑させ、それによって核酸の可視化を促進するために蛍光を帯びた標識化プローブを用いる核酸交雑法を意味する。かかる方法は当業者には周知であって、例えば、米国特許第5,225,326号;米国特許出願第07/668,75ここに取り入れてある。一般に,in situ交雑は、例えば、単一細胞レベルでの組織に含まれるような核酸を含有する試料における核酸の分布を決定するのに有用である。かかる技術は、核型分析、並びに細胞に含まれる特定の遺伝子の存在、不在及び/又は配列の検出に使用されてきた。しかしながら、核型に対しては、試料中の細胞は典型的に、in situ交雑反応の実行のために固体支持体に細胞を付着させる前に中期(又は間期)まで増殖して「中期‐拡散」を得る。   Fluorescence in situ hybridization means a nucleic acid hybridization method that uses a fluorescently labeled probe to specifically hybridize to a target nucleic acid and thereby facilitate visualization of the nucleic acid. Such methods are well known to those skilled in the art and are incorporated, for example, in US Patent No. 5,225,326; US Patent Application No. 07 / 668,75. In general, in situ hybridization is useful, for example, in determining the distribution of nucleic acids in a sample containing nucleic acids such as those contained in tissues at the single cell level. Such techniques have been used for karyotyping and detection of the presence, absence and / or sequence of specific genes contained in cells. However, for karyotypes, the cells in the sample typically grow to metaphase (or interphase) before attaching the cells to the solid support for the performance of the in situ hybridization reaction. Get "diffusion".

簡潔に,in situ交雑は試料を固体支持体に固定し、試料を少なくとも沈殿剤及び/又は架橋剤を含有する媒質と接触させることのよってその中に含有される成分の構造的完全さを保存する。試料を固定するのに有用な例示剤は実施例に記載されている。或いは、固定液は当業者には周知であって、例えば、前記特許に記載されている。
In situ交雑は交雑溶液に含まれる添充プローブに交雑できるように標的核酸を変性させることによって実行される。固定試料は変性剤及び交雑溶液と同時又は連続的に接触される。したがって、一実施態様において、固定試料は変性剤及び少なくも一つのオリゴヌクレオチド・プローブを含有する交雑溶液と接触される。そのプローブは標的核酸のヌクレオチド配列に少なくとも実質的に添充のヌクレオチド配列を有する。交雑溶液は任意に一種以上の交雑安定剤、緩衝剤及び選択的孔形成剤を含有する。特定の標的拡散への特定プローブの交雑を達成するための交雑条件の最適化は当業者には周知である。
Briefly, in situ hybridization preserves the structural integrity of the components contained therein by fixing the sample to a solid support and contacting the sample with a medium containing at least a precipitant and / or crosslinker. To do. Illustrative agents useful for fixing samples are described in the examples. Alternatively, fixatives are well known to those skilled in the art and are described, for example, in said patent.
In situ hybridization is carried out by denaturing the target nucleic acid so that it can be hybridized to the charged probe contained in the hybridization solution. The fixed sample is contacted with the denaturing agent and the hybridization solution simultaneously or sequentially. Thus, in one embodiment, the fixed sample is contacted with a hybridization solution containing a denaturant and at least one oligonucleotide probe. The probe has a nucleotide sequence that is at least substantially complementary to the nucleotide sequence of the target nucleic acid. The hybridization solution optionally contains one or more hybridization stabilizers, buffers and selective pore formers. Optimization of hybridization conditions to achieve hybridization of a specific probe to a specific target spread is well known to those skilled in the art.

プローブに関して、用語「実質的に添充」は、本発明を達成するのに十分な添充量を意味する、即ち、核酸標的にプローブの特異的交雑をさせるが、本発明の実施に用いる交雑条件下で非標的核酸配列にプローブを会合させない添充量を意味する。かかる条件はin situ交雑の技術における当業者には既知である。   With respect to a probe, the term “substantially enriched” means an enrichment sufficient to accomplish the present invention, ie, allows the nucleic acid target to specifically cross the probe, but is used to practice the present invention. The amount of loading that does not allow the probe to associate with the non-target nucleic acid sequence under conditions. Such conditions are known to those skilled in the art of in situ hybridization.

本発明が有用な遺伝的異常は、正常な染色体補体を有する個体から得た染色体に関して1つ以上の染色体の数及び/又は配列に異常があるものを含む。本発明によって検出される例示染色体はヒトのX染色体、Y染色体及び染色体13,18及び21を含む。例えば、核酸は全染色体、例えば、染色体21にすることができる、その場合染色体の3つのコピーの存在(標的核酸の「分布」)は遺伝的異常、ダウン症候群を示す。標的核酸へ特別に交雑させるのに有用な例示プローブ(例えば、染色体)は遺伝的以上の診断である染色体に配置できる。例えば,Harrions’s Principles of Internal Medicine, 12th etition,ed.Wilson et al.,MaGraw Hill, N.Y.,N.Y.(1991)参照。   Genetic abnormalities for which the present invention is useful include those in which the number and / or sequence of one or more chromosomes is abnormal with respect to a chromosome obtained from an individual having normal chromosomal complement. Exemplary chromosomes detected by the present invention include the human X chromosome, Y chromosome and chromosomes 13, 18 and 21. For example, the nucleic acid can be an entire chromosome, eg, chromosome 21, where the presence of three copies of the chromosome (the “distribution” of the target nucleic acid) indicates a genetic abnormality, Down's syndrome. Exemplary probes (eg, chromosomes) useful for specifically crossing to a target nucleic acid can be placed on a chromosome that is more than a genetic diagnosis. For example, Harrions's Principles of Internal Medicine, 12th edition, ed. Wilson et al. , MaGraw Hill, N .; Y. , N.M. Y. (1991).

本発明の一実施態様は、例えば、母性末梢血液、癒合素子液、絨毛膜性ビリ、羊水、及び胚組織に存在する胎児細胞における三染色体性21(以下で検討)を検出することによってダウン症候群の出生前診断に向けられる。しかしながら、本発明の方法は胎児細胞の分析に限定されない。したがって、例えば、標的核酸を含有する細胞は、真核細胞(例えば、血液、皮膚、肺から得られる細胞及び正常並びに腫瘍源を含む細胞を含むヒトの細胞);原核細胞(例えば、バクテリア9)及び植物細胞である。一実施態様にしたがって、本発明は種々のウイルス株を識別するために使用される。この実施態様にしたがって、標的核酸は非エンベロープ・ウイルス又はエンベロープ・ウイルス(脂質蛋白質膜のような非エンベロープ膜を有する)にある(上記文献参照)。本発明によって検出できる例示ウイルスはヒト免疫不全ウイルス、肝炎ウイルス及びヘルペスウイルスを含む。   One embodiment of the present invention, for example, detects Down's syndrome by detecting trisomy 21 (discussed below) in fetal cells present in maternal peripheral blood, fusion device fluid, chorionic biliary, amniotic fluid, and embryonic tissue. Directed to prenatal diagnosis. However, the method of the present invention is not limited to the analysis of fetal cells. Thus, for example, the cell containing the target nucleic acid is a eukaryotic cell (eg, a human cell including cells obtained from blood, skin, lung and cells containing normal and tumor sources); prokaryotic cells (eg, bacteria 9) And plant cells. According to one embodiment, the present invention is used to distinguish different virus strains. According to this embodiment, the target nucleic acid is in a non-enveloped virus or an enveloped virus (having a non-enveloped membrane such as a lipid protein membrane) (see above). Exemplary viruses that can be detected by the present invention include human immunodeficiency virus, hepatitis virus and herpes virus.

オリゴヌクレオチド・プローブは標準のやり方で蛍光体(蛍光「タグ」又は「ラベル」)の標識を付ける。その蛍光体はプローブに直接に付着させる(即ち、共有結合)又は間接的に付着させる(例えば、ビオチンをプローブに付着させる及び蛍光体をアビジンに共有結合させることができる;ビオチン標識化プローブ及び蛍光体標識化アビジンは本発明の方法における蛍光体標識化プローブとして機能できる複合体を形成できる)ことができる。   Oligonucleotide probes are labeled with a fluorophore (fluorescent “tag” or “label”) in a standard manner. The fluorophore can be attached directly to the probe (ie, covalently) or indirectly (eg, biotin can be attached to the probe and the fluorophore can be covalently attached to avidin; biotin-labeled probes and fluorescence The body-labeled avidin can form a complex that can function as a phosphor-labeled probe in the method of the present invention).

本発明の方法及び装置にしたがって使用できる蛍光体は当業者には周知である。これは4,6−ジアミノー2フェニルインドール(DIPA)、フルオロセイン・イソチオシャネート(FITC),及びローダミンを含む。例えば、実施例を参照されたい。又、Gribnauらによる1983年2月15日発行の米国特許第4,373,932号(その内容は本発明の方法に従って使用できる例示蛍光体のリストに参考として取り入れてある)を参照されたい。相互に異なる励起及び放出スペクトルを有する蛍光体の存在は、単一固定試料における一つの標的核酸よりも同時可視化をさせる。   Phosphors that can be used in accordance with the method and apparatus of the present invention are well known to those skilled in the art. This includes 4,6-diamino-2-phenylindole (DIPA), fluorescein isothiocyanate (FITC), and rhodamine. See, for example, the Examples. See also U.S. Pat. No. 4,373,932 issued to Gribnau et al. On Feb. 15, 1983, the contents of which are incorporated by reference into a list of exemplary phosphors that can be used in accordance with the method of the present invention. The presence of phosphors with different excitation and emission spectra makes simultaneous visualization better than one target nucleic acid in a single fixed sample.

標的核酸の分布は遺伝的異常を示す。検出される遺伝的異常は突然変異、欠失、付加、増殖、転座及び再配列を含む。例えば、欠失は光学的視野における蛍光信号の不在を検出することによって同定できる。遺伝的配列の欠失を検出するために、正常細胞に存在するが異常細胞には存在しない標的核酸に添充であるプローブの個体群を調製する。そのプローブが固定試料における核酸に交雑するならば、その配列は検出され、細胞はその配列に関して正常と呼ばれる。しかしながら、そのプローブが固定試料に交雑しない場合は、信号は検出されず、細胞はその配列に関して異常と呼ばれる。当業者には既知である標準のやり方に従った適当な制御がin situ交雑反応に含まれる。   The distribution of the target nucleic acid indicates a genetic abnormality. Detected genetic abnormalities include mutations, deletions, additions, growths, translocations and rearrangements. For example, a deletion can be identified by detecting the absence of a fluorescent signal in the optical field. To detect genetic sequence deletions, a population of probes is prepared that is supplemented with a target nucleic acid that is present in normal cells but not in abnormal cells. If the probe hybridizes to nucleic acid in a fixed sample, the sequence is detected and the cell is called normal with respect to that sequence. However, if the probe does not cross the fixed sample, no signal is detected and the cell is called abnormal with respect to its sequence. Appropriate controls according to standard practices known to those skilled in the art are included in the in situ hybridization reaction.

標的核酸の付加に関連した遺伝的異常は、例えば、染色体ノポリヌクレオチド反復セブメントへの蛍光体標識化プローブの結合を検出することによって同定できる遺伝的配列の付加(三染色体性)を検出するために、標的核酸に添充であるプローブの個体群を調製する。染色体21の3つのコピーを含有する固定細胞への標識化プローブの交雑は実施例に検討されているように示される。   Genetic abnormalities associated with the addition of the target nucleic acid, for example, to detect the addition of a genetic sequence (trisomy) that can be identified by detecting the binding of a fluorophore labeled probe to a chromosomal polynucleotide repeat segment. First, a population of probes supplemented with the target nucleic acid is prepared. Hybridization of labeled probe to fixed cells containing three copies of chromosome 21 is shown as discussed in the Examples.

増殖、突然変異、転座及び再配列は、正常配列及び増殖、突然変異、転座及び再配列を疑われる配列の間の核酸標的におけるブレークポイントに特別に結合できるプローブを選択し、上記方法を行うことによって同定される。このように、蛍光信号は標的核酸に帰着し、それは次に試験される試料における遺伝的異常の存否を示すことに使用される。   Proliferation, mutation, translocation, and rearrangement is performed by selecting a probe that can specifically bind to a breakpoint in a nucleic acid target between a normal sequence and a sequence suspected of proliferation, mutation, translocation, and rearrangement. Identified by doing. Thus, the fluorescent signal results in the target nucleic acid, which is then used to indicate the presence or absence of a genetic abnormality in the sample being tested.

そのプローブは、正常な個体のDNAにおいてはブレークポイントを横断する核酸配列に添充であるが、異常な個体のDNAにおいてはそうでない配列を有する。遺伝的異常を検出するプローブは当業者には周知である。 The probe is complementary to the nucleic acid sequence that crosses the breakpoint in normal individual DNA, but not in abnormal individual DNA. Probes for detecting genetic abnormalities are well known to those skilled in the art.

利用される計算機制御システムの実施態様の革新的特徴は同一の光学特性を有する2つ以上の対物レンズの配列である。それらのレンズは列に配列され、それらの各々は自身のz-軸移動機構を有するので、それらは別個に焦点を合わせることができる。   An innovative feature of the computer control system embodiment utilized is an array of two or more objectives having identical optical properties. Since the lenses are arranged in rows and each of them has its own z-axis movement mechanism, they can be focused separately.

各対物レンズは自身のCCDカメラに接続される。各カメラはイメージ獲得装置に接続される。必要な各光学視野に対して、コンプュータはその物理的位置を顕微鏡試料上に記録する。これはコンプュータ制御x-yメカニカルステージの使用を通して達成される。カメラによって提供されるイメージはディジタル化されてホストコンプュータメモリーに記憶される。 Each objective lens is connected to its own CCD camera. Each camera is connected to an image acquisition device. For each required optical field, the computer records its physical position on the microscope sample. This is accomplished through the use of a computer controlled xy mechanical stage. The image provided by the camera is digitized and stored in the host computer memory.

そのコンプュータは使用並びにモータ付きステージの位置における対物レンズ-配列の特徴のトラックを保つ。各イメージの記憶された特徴は、イメージを仮想パッチワーク、即ち、コンプュータメモリーにおける「組立て」イメージにおける正確な位置に合わせるのに使用できる。   The computer keeps track of the features of the objective-array in use and the position of the motorized stage. The stored features of each image can be used to match the image to the exact position in the virtual patchwork, or “assembled” image in the computer memory.

ホストコンプュータシステムは、システムの全ての機械的要素を適当な駆動装置を介して制御するソフトウェアシステムによって駆動される。そのソフトウェは、コンプュータメモリーにおけるディジタル化イメージを構成しその構成イメージをさらなるアルゴリズムに供給するイメージ構成ルゴリズムから成る。イメージの分解、合成、特定試料に特別なイメージ処理特異特徴を通して検出される。   The host computer system is driven by a software system that controls all mechanical elements of the system via appropriate drive devices. The software consists of an image composition algorithm that constructs a digitized image in computer memory and supplies the composition image to a further algorithm. Image decomposition, synthesis, and detection through specific image processing specific features for specific samples.

一実施態様において免疫染色及びプローブ信号の両方が同時に検出される。それらの信号は、(別々に処理される免疫染色及びプローブに対する異なる染色体からの信号で)別々に処理される。一実施態様において、座標の信号又は2つの成分の相互作用(例えば、パートナー信号による信号のケンチング)からもたらされる単一信号においてさえも免疫染色及びプローブ信号の両方の同時存在が診断目的に使用される。   In one embodiment, both immunostaining and probe signal are detected simultaneously. Those signals are processed separately (with separately processed immunostaining and signals from different chromosomes for the probe). In one embodiment, the simultaneous presence of both immunostaining and probe signals is used for diagnostic purposes, even in a single signal resulting from a coordinate signal or the interaction of two components (eg, signal hunting by a partner signal). The

一般に、免疫染色信号の発生に使用される材料及び技術は、第2のプローブを発生するのに使用される材料及び技術を相反して妨げてはならない、そして逆も同じである。診断を許容できない妥協をする程度に測定すべく求められた細胞の特性を免疫染色又はプローブは損傷を与えたり変えてはならない。最後に、細胞の他の望ましい又は必要な処理は一般に、診断を許容できない妥協をする程度に第1及び第2の信号を発生するために使用する材料及び技術を妨げてはならない。   In general, the materials and techniques used to generate the immunostaining signal should not conflict with the materials and techniques used to generate the second probe, and vice versa. The immunostaining or probe must not damage or alter the characteristics of the cells sought to be measured to an unacceptable compromise. Finally, other desirable or necessary processing of cells should generally not interfere with the materials and techniques used to generate the first and second signals to an extent that compromises are unacceptable for diagnosis.

本発明の一実施態様において、希少細胞タイプが検出されないとき、本発明の方法はその希少細胞タイプを80%以下の頻度で検出する。他の実施態様において、その頻度は85%、90%、95%及び99%以下である。   In one embodiment of the invention, when no rare cell type is detected, the method of the invention detects the rare cell type with a frequency of 80% or less. In other embodiments, the frequency is no more than 85%, 90%, 95%, and 99%.

個体の対立形質のタグ付け用の単一染色体は同時に試験できる突然変異数に関して上限を作るが、組合せ化学を用いてタグを付けて同時に検出できる対立形質特異の突然変異の数に使用される。本発明の範囲内にある染色体異常は限定ではないが三染色体性21,18,13及びXXX,XXY,XYYのような性染色体異常を含む。組合せ化学の使用で、本発明の方法は遺伝的不規則性及び癌に観察される転座を含む多数の再配列の診断に使用できる。本発明の範囲内にあるメンデルの不規則性は、限定ではないが嚢状繊維症、ヘモクロマトシス高脂血漿、マルファン症候群及び他の結合組織の遺伝不規則性、ヘモグロビン異常症、テイ・サックス症候群又は突然変異が知られている他の遺伝的不規則性を含む。組合せ化学染料の使用は同時タグ付け及び多対立遺伝子の検出を可能にし、従って共通の無秩序さの素質の遺伝、例えば、喘息及び/又は癌に特異の分子マーカーの存在、例えば、前立腺、胸、結腸、肺、白血病の癌を決定することを可能にする。   A single chromosome for allelic tagging of an individual sets an upper bound on the number of mutations that can be tested simultaneously, but is used for the number of allele-specific mutations that can be tagged and detected simultaneously using combinatorial chemistry. Chromosomal abnormalities within the scope of the present invention include, but are not limited to, trisomy 21, 18, 13 and sex chromosomal abnormalities such as XXX, XXY, XYY. With the use of combinatorial chemistry, the methods of the invention can be used to diagnose a large number of rearrangements, including genetic irregularities and translocations observed in cancer. Mendelian irregularities within the scope of the present invention include, but are not limited to, cystic fibrosis, hemochromatosis high lipid plasma, Marfan syndrome and other connective tissue genetic irregularities, hemoglobin abnormalities, Includes other genetic irregularities with known sax syndrome or mutations. The use of combinatorial chemical dyes allows simultaneous tagging and detection of multiple alleles, and thus the presence of common disordered predispositions such as molecular markers specific for asthma and / or cancer, such as prostate, breast, Allows determination of colon, lung and leukemia cancers.

本発明の一つの用途は癌の分野である。特定タイプの癌細胞はしばしば非癌細胞の背景に対して形態学的に認識できる。従って、がん細胞の形態は第1の信号として使用できる。熱ショック蛋白質も大部分の周辺癌において表現されるマーカーである。熱ショック蛋白質に特異の蛍光タグ付け抗体のような標識化抗体は第1の信号を発生するのに使用できる。同様に、特定癌又は前立腺のような特定組織に特異の抗原があり、前立腺特異のような癌又は組織抗原に特異の抗体は癌細胞などに第1の信号を発生させるために使用できる。   One application of the present invention is in the field of cancer. Certain types of cancer cells are often morphologically recognizable against a background of non-cancerous cells. Therefore, the morphology of the cancer cell can be used as the first signal. Heat shock protein is also a marker expressed in most peripheral cancers. Labeled antibodies, such as fluorescently tagged antibodies specific for heat shock proteins, can be used to generate the first signal. Similarly, there is an antigen specific for a specific tissue such as a specific cancer or prostate, and an antibody specific for a cancer or tissue antigen such as prostate specific can be used to generate a first signal in a cancer cell or the like.

従って、他の細胞の背景における希少細胞は本発明に従って同定及び確認することができる。その確認は、癌細胞の存在の診断の確認、癌のタイプの決定、癌のリスク、等に関係する遺伝的変化のマーカーの存在を決定することによって癌のリスクの決定を含む。   Thus, rare cells in the context of other cells can be identified and confirmed according to the present invention. The confirmation includes determining the risk of cancer by confirming the diagnosis of the presence of cancer cells, determining the type of cancer, the risk of cancer, etc., and determining the presence of markers of genetic changes.

遺伝的変化のマーカーは癌リスクの査定を可能にする。それらは発癌性剤にさらす情報を提供する。それらは発がん物質にさらされたことに起因する初期の変化を検出できる、そして癌成長の特に高リスクを持った個人を同定する。かかるマーカは膀胱癌における染色体9のLOH,および結腸直腸癌形成において検出される染色体1pの削除及び染色体7,17、及び8の獲得/損失を含む。   Genetic change markers allow assessment of cancer risk. They provide information on exposure to carcinogens. They can detect early changes due to exposure to carcinogens, and identify individuals with a particularly high risk of cancer growth. Such markers include LOH of chromosome 9 in bladder cancer, and chromosome 1p deletion and gain / loss of chromosomes 7, 17 and 8 detected in colorectal carcinogenesis.

肺癌の発達は多遺伝的変化を必要とする。癌遺伝子の活性化はK−ras及びmyc遺伝子を含む。腫瘍抑制遺伝子の不活性化はRb,p53及びCDKN2を含む。変化をしている特定遺伝子の同定は、悪性になる運命にある細胞の初期検出に有用であって、薬剤及び遺伝子ベースの治療に可能性のある標的に同定を可能にする。
三染色体性の決定において、本発明は単細胞における三染色体性の存在の決定、及び/又は細胞の個体群における三染色体性を持った単細胞の頻度を決定することを意図している。三染色体性及び三染色体性に関連した条件のリスクの存在が次に評価される。
The development of lung cancer requires multiple genetic changes. Oncogene activation includes the K-ras and myc genes. Inactivation of tumor suppressor genes includes Rb, p53 and CDKN2. The identification of specific genes that are changing is useful for the initial detection of cells destined to become malignant and allows for the identification of potential targets for drug and gene-based therapies.
In determining trisomy, the present invention contemplates determining the presence of trisomy in a single cell and / or determining the frequency of trisomy single cells in a population of cells. The presence of trisomy and the risk of conditions related to trisomy is then assessed.

関係診断情報を得るために、信号がカウントできる他の情報(例えば、異なる組織タイプ等の予測される信号頻度についての他の信号カウント、統計的情報)と比較できることが重要である。   In order to obtain relevant diagnostic information, it is important to be able to compare with other information that the signal can count (e.g., other signal counts for expected signal frequencies such as different tissue types, statistical information).

また、本発明は、一対の信号、一つは胎児細胞のような標的希少細胞を同定する信号、他は遺伝的欠陥をもつ胎児細胞のような細胞の状態を評価するのに有用な信号に関して記載されてきた。ある実施態様に従って、単一細胞のみが検出の必要があることを理解すべきである。例えば、胎児細胞がY染色体を帯びて診断がY染色体に異常がある場合、遺伝的異常を同定する信号は胎児細胞を同定する信号と同一にできる。別の例として、単一細胞は観察されるトレイトが劣勢トレイトである場合の環境に採用できる。一対の信号は、2つの対立遺伝子の存在又は異なる遺伝子における2つ以上の存在によって診断される条件の存在の検出に使用できる。これらの環境において、対の信号(又は数個の信号でも)は表現型及びその表現型を有する細胞を同定できる。かかる実施例は当業者には明白である。   The invention also relates to a pair of signals, one identifying a target rare cell such as a fetal cell, and the other useful for assessing the state of a cell such as a genetically defective fetal cell. Have been described. It should be understood that according to certain embodiments, only a single cell needs to be detected. For example, if the fetal cell has the Y chromosome and the diagnosis is abnormal on the Y chromosome, the signal identifying the genetic abnormality can be the same as the signal identifying the fetal cell. As another example, a single cell can be employed in an environment where the observed trait is an inferior trait. A pair of signals can be used to detect the presence of a condition diagnosed by the presence of two alleles or two or more in different genes. In these circumstances, a pair of signals (or even several signals) can identify a phenotype and cells having that phenotype. Such embodiments will be apparent to those skilled in the art.

例示実施態様
実施例1
次の方法は、免疫染色法を使用して胎児ヘモグロビンを含有する細胞の存在用の血液試料の分析及び蛍光標識化in situ交雑法によって同じ細胞におけるX及びY染色体の存在を決定する。
Exemplary Embodiment
Example 1
The next method uses immunostaining techniques to analyze the blood sample for the presence of cells containing fetal hemoglobin and determine the presence of X and Y chromosomes in the same cells by fluorescent labeling in situ hybridization.

細胞は顕微鏡分析に適する個体支持体上に付着されメタノールで固定される。空気乾燥に続いて、細胞はリン酸塩緩衝化塩水中ですすぎ、さらにリン酸塩緩衝化塩水中2%ホルムアルデヒドで固定される。次に細胞はリン酸塩緩衝化塩水中で連続的に洗浄され、さらにTween20を含有するpH7.6のTris緩衝化塩水によって洗浄される。過剰の液体の除去後、阻害剤を添加し、加湿室でそのスライドを培養する。阻害溶液を除去後、阻害剤に一次抗体の希釈液を添加し、その細胞を加湿室で30〜120分間培養する。その抗体溶液は次に除去されて細胞はTween20を含有するpH7.6のTris緩衝化塩水中で数回洗浄される。過剰の液体は除去され、阻害剤におけるアンチ‐マウス二次抗体の希釈液を添加し、その細胞を加湿室で30〜120分間培養する。その抗体溶液は次に除去して、細胞はTween20を含有するpH7.6のTris緩衝化塩水中で再び数回洗浄する。過剰の液体の除去後、アルカリ性リン酸塩緩衝液におけるHNPP/ファスト赤染料のろ過液を添加して細胞試料を10分間培養する。その染色溶液を除去し、Tween20を含有するpH7.6のTris緩衝化塩水にて、洗浄して細胞は続いてTween20を含有するpH7.6のTris緩衝化塩水におけるDAPIの溶液で洗浄する。その細胞はTween20を含有するpH7.6のTris緩衝化塩水で2回洗浄し、次に標準のクエン酸塩水で洗浄し、過剰の液体を除去し、細胞を空気乾燥する。その細胞は次にリン酸塩緩衝化塩水中50mMMgClで5分間洗浄し、次にリン酸塩緩衝化塩水で2回洗浄し、過剰の液体を除去して、細胞を乾燥する。交雑におけるDNA及び/又はRNAのような蛍光標識化したFISHプローブの溶液を次に添加し、その細胞を含有するスライドの上にカバースリップを置き、次に細胞は74℃で2.5分間培養し、次に加湿室で37℃で4〜16時間培養する。そのカバースリップを除去して細胞を室温で2分間0.4X標準クエン酸塩水中で洗浄する。過剰の液体を除去し、細胞を空気乾燥して顕微鏡用に取り付け分析をする。 The cells are deposited on a solid support suitable for microscopic analysis and fixed with methanol. Following air drying, the cells are rinsed in phosphate buffered saline and then fixed with 2% formaldehyde in phosphate buffered saline. The cells are then washed successively in phosphate buffered saline and further washed with pH 7.6 Tris buffered saline containing Tween20. After removal of excess liquid, an inhibitor is added and the slide is incubated in a humidified chamber. After removing the inhibitor solution, a dilution of the primary antibody is added to the inhibitor, and the cells are cultured in a humidified chamber for 30-120 minutes. The antibody solution is then removed and the cells are washed several times in Tris-buffered saline pH 7.6 containing Tween20. Excess liquid is removed, a dilution of anti-mouse secondary antibody in inhibitor is added, and the cells are incubated for 30-120 minutes in a humidified chamber. The antibody solution is then removed and the cells are washed again several times in pH 7.6 Tris-buffered saline containing Tween20. After removal of excess liquid, the cell sample is incubated for 10 minutes with the addition of HNPP / fast red dye filtrate in alkaline phosphate buffer. The staining solution is removed and washed with pH 7.6 Tris-buffered saline containing Tween 20 and the cells are subsequently washed with a solution of DAPI in pH 7.6 Tris-buffered saline containing Tween 20. The cells are washed twice with pH 7.6 Tris-buffered saline containing Tween 20 and then with standard citrate water to remove excess liquid and the cells are air dried. The cells are then washed with 50 mM MgCl 2 in phosphate buffered saline for 5 minutes, then washed twice with phosphate buffered saline to remove excess liquid and the cells are dried. A solution of fluorescently labeled FISH probes such as DNA and / or RNA in the cross is then added, a coverslip is placed on the slide containing the cells, and the cells are then incubated at 74 ° C. for 2.5 minutes. And then incubate at 37 ° C. for 4-16 hours in a humidified chamber The cover slip is removed and the cells are washed in 0.4X standard citrate water for 2 minutes at room temperature. Excess liquid is removed and the cells are air dried and mounted for microscopy for analysis.

実施例2
装 置
図1のブロック図は本発明のこの態様を実施するのに適当な実施システムの基本的構成要素を示す。かかるシステムの基本的要素はX−Yステージ201、水銀光源203、モータ付き対物レンズ・チュレット(台)207を備えた蛍光顕微鏡205、カラーCCDカメラ209、パソコン(PC)システム211、及び一つ又は2つのモニタ213,215を含む。
Example 2
Apparatus The block diagram of FIG. 1 shows the basic components of an implementation system suitable for practicing this aspect of the invention. The basic elements of such a system are an XY stage 201, a mercury light source 203, a fluorescent microscope 205 equipped with a motorized objective lens / turret (base) 207, a color CCD camera 209, a personal computer (PC) system 211, and one or Two monitors 213 and 215 are included.

システムの個々の要素は標準構成成分として慣例建造又購入既成できる。各要素は若干より詳細に記載される。   Individual components of the system can be custom built or purchased as standard components. Each element is described in some more detail.

選択した顕微鏡205で使用するのに適当なモータ付き位置ステージにすることができる。X−Yステージ201はパソコンに接続され特別に対応するソフトウェア・コマンドを使用して電子制御できるモータ付きステージにすることが望ましい。かかる電子制御X−Yステージ201を使用するとき、PC211の拡張バスに差し込んだステ−ジ制御回路がステージ201をPC211に接続する。ステージ201は、手動で駆動することもできる。ここに記載のような電子制御ステージは顕微鏡メーカ、例えば、オリンパス(東京、日本)、並びに他のメーカ(LUDL,米国、NY)を含む顕微鏡メーカによって製造される。   A suitable motorized position stage for use with the selected microscope 205 can be provided. The XY stage 201 is preferably a motorized stage that is connected to a personal computer and can be electronically controlled using specially-supported software commands. When such an electronically controlled XY stage 201 is used, a stage control circuit inserted into the expansion bus of the PC 211 connects the stage 201 to the PC 211. The stage 201 can also be driven manually. Electronic control stages as described herein are manufactured by microscope manufacturers, including, for example, microscope manufacturers including Olympus (Tokyo, Japan), as well as other manufacturers (LUDL, USA, NY).

顕微鏡205は、例えば、反射光蛍光照射器203,20xで油浸60x又は63x対物レンズを備えて最大600xを提供できるモータ付き対物レンズを備えた蛍光顕微鏡である。モータ付き対物レンズ台207はPC211に接続されて、特別に対応するソフトウェア・コマンドを使用して連続的倍率の間を電子切換することが望ましい。かかる電子制御モータ付き対物レンズ台207を使用するとき、PC211の拡張バスに差し込まれた対物レンズ台制御回路カードはステージ201をPC211に接続する。顕微鏡205及びステージ201は水銀光源203を含むように組み立てて、完全光学視野の終始変わらない実質的に均等な照明を提供できる。   The microscope 205 is, for example, a fluorescence microscope equipped with an objective lens with a motor that can provide up to 600 × with an oil immersion 60 × or 63 × objective lens in the reflected light fluorescent irradiators 203 and 20 ×. The motorized objective lens base 207 is preferably connected to the PC 211 to electronically switch between successive magnifications using special software commands. When such an objective lens base 207 with an electronic control motor is used, the objective lens base control circuit card inserted into the expansion bus of the PC 211 connects the stage 201 to the PC 211. The microscope 205 and stage 201 can be assembled to include a mercury light source 203 to provide substantially uniform illumination that does not change throughout the optical field of view.

顕微鏡205はカメラ209によって視たイメージを発生する。カメラ209はカラー3−チップCCDカメラ又は電子出力を提供して高感度及び高解像度を提供するために接続された他のカメラにすることができる。カメラ209の出力はフレーム・グラブ及びPC211に取り付けたイメージ処理回路盤に供給される。適当なカメラはソニー930(日本、ソニー)である。   The microscope 205 generates an image viewed by the camera 209. The camera 209 can be a color 3-chip CCD camera or other camera connected to provide electronic output to provide high sensitivity and high resolution. The output of the camera 209 is supplied to an image processing circuit board attached to the frame grab and PC 211. A suitable camera is a Sony 930 (Sony, Japan).

種々のフレーム・グラブシステムを本発明に関して使用できる。そのフレーム・グラブは、例えば、MATROX(カナダ、モントリオール)から入手できるボードのMATROX IM−CLD(カラーイメージ収集モジュール)とMATROX IM−640(イメージ処理モジュール)セットの組合せにできる。MATROX IM−640モジュールはハードウェア支持イメージ処理能力に特徴がある。これらの能力はMATROX IMAGINGLIBRARY(MIL)ソフトウェアパッケージの能力をほめる。したがって、それはMILをベースにしたアルゴリズムの極めて迅速な遂行を提供する。そのMATROXボードは専用のSVGAモニタへの表示をサポートする。その専用モニタはPCシステム211で一般に使用されるモニタに加えて提供される。   Various frame grab systems can be used in connection with the present invention. The frame grab can be, for example, a combination of a board MATROX IM-CLD (color image acquisition module) and MATROX IM-640 (image processing module) set available from MATROX (Montreal, Canada). The MATROX IM-640 module is characterized by hardware-supported image processing capabilities. These capabilities compliment the capabilities of the MATROX IMAGEINGLIBRARY (MIL) software package. It therefore provides a very quick execution of an algorithm based on MIL. The MATROX board supports display on a dedicated SVGA monitor. The dedicated monitor is provided in addition to the monitor generally used in the PC system 211.

MATROXイメージ処理ボードと併用されるのに適当なモニタSVGAを使用できる。本発明に関して使用できる一つの専用モニタはViewSonic4E・SVGAモニタである。有効な十分な処理及び記憶能力を有するために、PCシステム211は、少なくとも32MB RAM及び少なくとも2GBのハードディスク・ドライブ記憶スペースを有するINTEL PENTIUMをベースにしてPCにすることができる。PC211は、さらにモニタを含むことが望ましい。ここで記載して特徴以外、PC211は普通のものであり、キーボード、プリンタ、又は他の必要な装置(図示せず)を含むことができる。 Any suitable monitor SVGA can be used for use with the MATROX image processing board. One dedicated monitor that can be used in connection with the present invention is the ViewSonic4E / SVGA monitor. In order to have effective enough processing and storage capability, the PC system 211 can be a PC based on INTEL PENTIUM having at least 32 MB RAM and at least 2 GB hard disk drive storage space. It is desirable that the PC 211 further includes a monitor. Other than the features described herein, the PC 211 is conventional and may include a keyboard, printer, or other necessary device (not shown).

PC211はMATROX IMAGINGLIBRARY(MIL)を使用してMICROSOFT++に対応した塗抹分析ソフトウェア・プログラムを遂行する。MILは機能のソフトウェア・ライブラリであって、フレームグラブ211の操作を制御するもの及びディスクファイルとしてPC211に以後の記憶のためにフレームグラブ211によって収集されるイメージを処理するものを含む。MILはろ波、対象の選択及び種々の測定機能としてイメージ処理タスクを実行するのに特に適した多数の専門のイメージ処理ルーチンから成る。塗抹分析ソフトウェア・プログラムはWINDOWS 95適用として実行する。プログラム指示メーセージ及び測定結果はコンプュ−タ・モニタ213上に示される、一方イメージング・ハードウェア211を通して獲得したイメージは専用のイメージング・モニタ215上に表示される。   The PC 211 executes a smear analysis software program corresponding to MICROSOFT ++ using MATROX IMAGEINGLIBRARY (MIL). MIL is a software library of functions, including those that control the operation of the frame grab 211 and those that process images collected by the frame grab 211 for subsequent storage in the PC 211 as disk files. The MIL consists of a number of specialized image processing routines that are particularly suitable for performing image processing tasks as filtering, object selection and various measurement functions. The smear analysis software program runs as a WINDOWS 95 application. Program instruction messages and measurement results are displayed on the computer monitor 213, while images acquired through the imaging hardware 211 are displayed on a dedicated imaging monitor 215.

塗抹分析プログラムを使用して顕微鏡イメージを処理するために、最初にシステムは校正される。校正は性能における毎日の変動並びに一つの顕微鏡、カメラ、等から別のものへの変化を補正する。このフェーズの間、補正イメージを見て、次の補正パラメータをセットする:
・システムのカラー応答;
・胎児細胞用に走査される塗抹を含有するスライド上の領域の寸法及び境界;
・倍率20x及び60x(又は63x)を使用したときの光学視野の実際の寸法;及び
・倍率20x及び60x(又は63x)を使用したときの最小及び最大胎児核面積。
To process a microscope image using a smear analysis program, the system is first calibrated. Calibration compensates for daily variations in performance as well as changes from one microscope, camera, etc. to another. During this phase, look at the correction image and set the following correction parameters:
System color response;
The dimensions and boundaries of the area on the slide containing the smear to be scanned for fetal cells;
The actual dimensions of the optical field when using magnifications 20x and 60x (or 63x); and the minimum and maximum fetal nucleus area when using magnifications 20x and 60x (or 63x).

対象同定信号の検出
検出アルゴリズムは2ステージで演算する。第1ステージは図2の流れ図の実施態様に示す予走査ステージ1であり、低倍率及び高速を使用して可能な胎児細胞の位置を同定する。例えば、20xの対物レンズを選択して、胎児細胞の探索を開始できる:
・プログラムは自動化ステージ(図2,201)を事前設定出発点、例えば、塗抹含有スライドの隅の一つに移動する。
・事前設定出発点におけるステージのx−y位置は記録した(工程301)光学視野である。
・光学視野はCCDカメラ209を使用して獲得し(工程305)て、RGB(赤/緑/青)イメージとしてPC211へ転送される。
・そのRGBイメージはILLS(Hue/Luminance/Saturation)表示に変換される。
・色相成分は黒及び白のイメージとして2進量子化(工程309)されるので、190〜255の間の範囲の色相値をもった画素は関心のある領域(ブロブ)を示す0(黒)にセットされるが、一方他のそれぞれの画素値は255(白、背景)にセットされる。ブロブは可能な胎児細胞核領域を示す。
・2進量子化イメージにおける各ブロブの面積が測定される。20xの場合には、それはサイズが約20〜200画素の範囲外である、ブロブ画素は255の値(背景)にセットされる;それらはさらなる処理からは排除される(工程311,313,315及び317)。
・次に特注のMATROX機能を使用して各ブロブの重力中心の座標を計算する(工程319)。ブロブの重力中心は、ブロブ形状の材料の薄い均一な密度のシートから切除される点がバランスする点である。これらの座標は最新の光学視野のx−y位置と共にデータベースに記憶されるので、そのブロブは、より高倍率を使用する次の処ステージで再び配置される。
・追加の光学視野は同様に処理され、スライド全体がカバーされるまで後続の各光学視野のx−y位置を記録する(工程321お及び323)。
The detection algorithm for the object identification signal is calculated in two stages. The first stage is the pre-scan stage 1 shown in the flow diagram embodiment of FIG. 2, which identifies possible fetal cell locations using low magnification and high speed. For example, a 20x objective can be selected to initiate a fetal cell search:
The program moves the automation stage (FIG. 2, 201) to a preset starting point, for example one of the corners of the smear-containing slide.
-The xy position of the stage at the preset starting point is the recorded optical field (step 301).
An optical field of view is obtained using the CCD camera 209 (step 305) and transferred to the PC 211 as an RGB (red / green / blue) image.
The RGB image is converted into an ILLS (Hue / Luminance / Saturation) display.
Since the hue component is binary quantized as a black and white image (step 309), a pixel with a hue value in the range between 190 and 255 is 0 (black) indicating the region of interest (blob) While the other respective pixel values are set to 255 (white, background). Blobs indicate possible fetal cell nucleus regions.
• The area of each blob in the binary quantized image is measured. In the case of 20x, it is outside the range of about 20-200 pixels in size, blob pixels are set to a value of 255 (background); they are excluded from further processing (steps 311, 313, 315) And 317).
• Next, calculate the coordinates of the center of gravity of each blob using the custom-built MATROX function (step 319). The center of gravity of the blob is the point at which points cut from a thin, uniform density sheet of blob-shaped material are balanced. Since these coordinates are stored in a database along with the xy position of the latest optical field, the blob is repositioned in the next processing stage using higher magnification.
Additional optical fields are processed in the same way, recording the xy position of each subsequent optical field until the entire slide is covered (steps 321 and 323).

図3A及び3Bの実施態様の流れ図に示すステージIIは最終の胎児細胞認識プロセスを含む:
・63xの倍率を選択する(工程401)。
・そのプログラムは、最初に見つけたCGの第1の位置の座標(それは可能な胎児細胞核領域である)が光学視野の中心であるように自動化ステージを移動する(工程403)。
・光学視野は、CCDカメラ(図2,209)を使用して獲得し、RGBイメージとしてコンプュータに転送する(工程405)。
・そのRGBイメージHLSモデルに変換される(工程407)。
・次にプログラムは、発光値が発光の各可能な値に等しくなる画素の数をカウントすることによって発光柱状図を作る(工程409)。それらのカウントは、配列の中に、各指数に対応する灰色−レベル値を有する画素のカウントを含有する長さの配列256として記憶される。
・プログラムは次に配列に記憶された値によって表される発光分布曲線を分析する(工程411)、そして最後のピークを配置する。このピークはイメージにおけるプラズマ領域を示す画素を含むことがわかった。その機能は、発光分布曲線を分析し;曲線に平均して滑らかに移動する9−点を計算し;10灰色−レベル値の距離によって画定される線の接線を計算し;これら線の傾斜度を計算し;曲線がゼロ傾斜を有する逐次点を見出してこれらの点(灰色レベル)それらが最小(曲線の谷)を示す場合−1又はそれらが最大(曲線におけるピーク)の場合1としてセットし;次に灰色レベル値の配列における1又は−1の位置を見つけることによって曲線におけるピーク又は谷を見つける。
・そのプログラムは次にカットオフ値として分布の最終ピークの前に生じる発光分布の谷にある画素の灰色レベル値をセットする(工程413)。
・このカットオフ値を使用して、プログラムは次に第2の2進量子化イメージを出す。これは白黒画像であって、カットオフ点より低い灰色レベル値を有する発光イメージにおける画素に対応する画素は255(白)にセットし、カットオフ点より高い灰色レベル値を有する発光イメージにおける画素に対応する画素は0(黒)にセットする。このイメージの白ブロブは細胞として処理されるが、黒の領域は非細胞領域として処理される。
・閉鎖フィルタは第2の2進量子化イメージに適用される(工程417);このように孔、即ち、白の領域内の黒点は閉鎖される。
・プログラムはこれで細胞の領域を測定する。細胞の領域が200画素以下の場合にはこれらの画素は排除される、即ち、これらの細胞から成る画素は画素値255(黒)にセットされる(工程419)。
・MILにみられる孔充填機能は残りのブロブに適用される(工程412)。
・処理後に得られた2進量子化イメージはその白の領域が細胞のみを示すマスクである。
・赤の血液細胞はここでHLSイメージの飽和成分に基く白の血液細胞から区別される。そのマスクは処理を細胞領域のみの限定に使用される。
・プログラムは今度はその飽和値が飽和のそれぞれ可能な値である画素の数をカウントする。それらのカウントは各指数に対応する灰色レベル値を有する画素のカウントを含む長さ256の配列として配列に記憶される(工程423)。
・プログラムは今度は配列に記憶された値によって示される飽和分布曲線を分析する(工程25)、そして第1のピークを配置する。このピークは白い血液細胞に含まれる領域を示す画素値を含む。
・ピークがカットオフ点としてセットされる後、灰色レベル値は第1の最小(谷)と一致する。
・このカットオフ値を使用して、プログラムは第3の2進量子化イメージを作成する。カットオフ点より高い灰色レベル値を有する飽和イメージにおける画素に対応する画素は255(白)にセットされる。それらは赤の血液細胞領域を構成する。カットオフ点より低い灰色レベル値を有する飽和イメージにおける画素に対応する画素は0(黒)にセットされる。この第3の2進量子化イメージの白いブロブは赤血液細胞に属する領域用の核である。
・閉鎖用フィルタが第3の2進量子化イメージに適用される;このように孔、即ち、白い領域内の黒点は閉鎖される。
・MILに見られる孔充填機能は残りのブロブに適用される(工程435)。
・処理後に得られる2進量子化イメージは白い血液細胞のみを含有する新しいマスクである。
・MILの消去境界ブロブ機能が今度は残りのブロブに適用されて(工程435)、イメージ領域の境界と一致する画素を含むものを除去する。かかるブロブは、それがイメージ領域の境界と一致するときにどれだけの細胞が失われたかわからないので、さらなる処理に含むことができない。
・侵食フィルタがこのマスクに6回適用される;従って全ての結合ブロブ(白い血液細胞核)は離される(工程437)。
・「厚い」フィルタが14回適用される(工程439)。「厚い」フィルタは拡大フィルタと同等である。即ち、それはブロブの周辺で画素の列を連続的に加えることによってブロブのサイズを増す。成長するブロブがその次に成長する隣接ブロブと会う場合には、厚フィルタは2つの成長ブロブを結合させない。従って隣接ブロブは分離できる。
・第1の2進量子化マスク(全ての細胞を含有)及び第3の2進量子化マスク(白色血液細胞の分離核を含有)はRECPMSSSTRICTFRPOSEED MILオパレータと組み合わされる。各構成された第4のマスクは、第3のマスクによって可能なしたがって白色血液細胞を示す第1のマスクからコピーされるブロブを含む(工程441)。
・第4マスクにおけるブロブはそれらの面積及びコンパクトさが測定される:面積(A)はブロブにおける画素の数である;コンパクトさは外周(p)とブロブの面積(A)から得られ、それはp2/4(A)に等しい。形状が複雑なほど、値は大きくなる。円は最小のコンパクト値(1.0)を有する。外周は、対角線縁部がディジタル化されるとき(内側の隅が2.0よりむしろ1.414とカウントされる)ときに生じる階段効果に対してされる許容度でブロブにおける縁部の全長である。ブロブは、それらの面積が1000〜8000画素である場合のみ第4のマスクに保持される、そしてそれらは3以下のコンパクトさを有し、従って細胞に比較的荒い輪郭を可能にする。イメージの境界に接触するブロブはさらなる処理から除外される(工程443)。第4のマスクは次の方法で色相成分に適用される(工程445,447,449及び451)。
・色相成分からの画素はそれらの色相を保持する新しいイメージに複製される、但しそれらの座標はマスクにおける白(255)と一致する;新しいイメージにおける全ての他の画素は0(黒)にセットされる(工程445)。
・隣接する非−0画素領域の各々における画素値、即ち、赤色細胞ノイメージに対応するブロブは190〜255の間の値がチェックされる。各ブロブにおけるかかる画素の数がカウントされる(工程447)。
・200以上のかかる画素がある場合には、そのブロブは核生成した赤色血液細胞を示す。かかる細胞の各々の重力中心の座標は記憶される;そして非−0画素領域を有する全ての画素は255(白)にセットされるようにそのマスクは2進量子化され;そしてそのマスクは別のタグ付きイメージファイル・フォーマット(TIFF)ファイルとして記憶される。
・プログラムは前の工程中に記憶された座標のいずれとも一致しない可能な胎児細胞用の次の記憶座標に移動する。核生成赤色血液細胞の事前設定数が同定されるまで全プロセスが反復される。核生成赤色血液細胞の座標及びそれぞれのマスクファイルの名前、並びに血液スライドの種々の特性コードを含む結果が結果テキストファイルに記憶される。座標が記憶される核生成赤色血液細胞は求めている胎児細胞である。(工程451)。
・胎児細胞のような関心の対象が同定された後、第2の信号が、例えば,前記のin situ PCR又はPCR in situ交雑又はFISHによって発生される。
Stage II shown in the flowchart of the embodiment of FIGS. 3A and 3B includes a final fetal cell recognition process:
Select a magnification of 63x (step 401).
The program moves the automation stage so that the coordinates of the first location of the first found CG (which is a possible fetal cell nucleus region) is the center of the optical field (step 403).
The optical field of view is acquired using a CCD camera (FIG. 2, 209) and transferred to the computer as an RGB image (step 405).
Converted to the RGB image HLS model (step 407).
The program then creates a light emission column diagram by counting the number of pixels whose light emission values are equal to each possible value of light emission (step 409). The counts are stored in the array as a length array 256 containing a count of pixels having gray-level values corresponding to each index.
The program then analyzes the emission distribution curve represented by the values stored in the sequence (step 411) and places the last peak. This peak was found to contain pixels that represent the plasma region in the image. Its function is to analyze emission distribution curves; calculate 9-points that move smoothly on the curve; calculate tangents of lines defined by 10 gray-level value distances; slope of these lines Set the points as 1 if the curve finds successive points with zero slope and these points (gray level) indicate minimum (curve valley) or 1 if they are maximum (peak in the curve) Then find the peak or valley in the curve by finding the position of 1 or -1 in the array of gray level values.
The program then sets the gray level value of the pixel in the valley of the emission distribution that occurs before the final peak of the distribution as the cutoff value (step 413).
• Using this cutoff value, the program then issues a second binary quantized image. This is a black and white image, the pixel corresponding to the pixel in the luminescent image having a gray level value lower than the cut-off point is set to 255 (white), and the pixel in the luminescent image having a gray level value higher than the cut-off point is set. The corresponding pixel is set to 0 (black). The white blobs in this image are treated as cells, while the black areas are treated as non-cell areas.
A closing filter is applied to the second binary quantized image (step 417); thus the holes, ie the black dots in the white area, are closed.
• The program now measures the area of the cell. If the cell area is less than or equal to 200 pixels, these pixels are eliminated, i.e., the pixels comprising these cells are set to a pixel value of 255 (black) (step 419).
The hole filling function found in MIL is applied to the remaining blobs (step 412).
The binary quantized image obtained after processing is a mask whose white area shows only cells.
• Red blood cells are now distinguished from white blood cells based on the saturation component of the HLS image. The mask is used to limit the treatment to the cell area only.
The program now counts the number of pixels whose saturation values are each possible value of saturation. The counts are stored in the array as an array of length 256 containing a count of pixels having gray level values corresponding to each index (step 423).
The program now analyzes the saturation distribution curve indicated by the values stored in the array (step 25) and places the first peak. This peak includes a pixel value indicating an area included in white blood cells.
After the peak is set as the cutoff point, the gray level value coincides with the first minimum (valley).
• Using this cutoff value, the program creates a third binary quantized image. The pixel corresponding to the pixel in the saturated image having a gray level value higher than the cutoff point is set to 255 (white). They constitute the red blood cell region. Pixels corresponding to pixels in a saturated image having a gray level value below the cut-off point are set to 0 (black). The white blob in this third binary quantized image is the nucleus for the region belonging to red blood cells.
A closing filter is applied to the third binary quantized image; thus the holes, ie the black dots in the white area, are closed.
The hole filling function found in MIL is applied to the remaining blobs (step 435).
The binary quantized image obtained after processing is a new mask containing only white blood cells.
• The erase boundary blob function of MIL is now applied to the remaining blobs (step 435) to remove those that contain pixels that coincide with the boundaries of the image area. Such a blob cannot be included in further processing because it does not know how many cells have been lost when it coincides with the boundaries of the image area.
• The erosion filter is applied to this mask 6 times; therefore, all bound blobs (white blood cell nuclei) are released (step 437).
A “thick” filter is applied 14 times (step 439). A “thick” filter is equivalent to an expansion filter. That is, it increases the size of the blob by adding successive rows of pixels around the blob. If the growing blob meets the next growing neighboring blob, the thick filter will not combine the two growing blobs. Thus adjacent blobs can be separated.
A first binary quantization mask (containing all cells) and a third binary quantization mask (containing white blood cell separation nuclei) are combined with a RECPMSSTRICTFRPOSED MIL operator. Each constructed fourth mask includes a blob that is copied from the first mask, thus showing white blood cells possible by the third mask (step 441).
The blobs in the fourth mask are measured for their area and compactness: area (A) is the number of pixels in the blob; compactness is obtained from the perimeter (p) and the area of the blob (A), which is It is equal to p2 / 4 (A). The more complex the shape, the greater the value. The circle has the smallest compact value (1.0). The perimeter is the total length of the edge in the blob with the tolerance made for the staircase effect that occurs when the diagonal edge is digitized (the inner corner counts as 1.414 rather than 2.0). is there. Blobs are retained in the fourth mask only if their area is 1000-8000 pixels, and they have a compactness of 3 or less, thus allowing a relatively rough outline for the cells. Blobs that touch the image boundaries are excluded from further processing (step 443). The fourth mask is applied to the hue component in the following manner (steps 445, 447, 449 and 451).
• Pixels from the hue component are duplicated in a new image that retains their hue, but their coordinates match white (255) in the mask; all other pixels in the new image are set to 0 (black) (Step 445).
-Pixel values in each of the adjacent non-zero pixel regions, i.e. blobs corresponding to red cell images, are checked for values between 190-255. The number of such pixels in each blob is counted (step 447).
If there are more than 200 such pixels, the blob indicates nucleated red blood cells. The coordinates of the center of gravity of each such cell are stored; and the mask is binary quantized so that all pixels with non-0 pixel regions are set to 255 (white); As tagged image file format (TIFF) files.
The program moves to the next stored coordinates for possible fetal cells that do not match any of the coordinates stored during the previous step. The entire process is repeated until a preset number of nucleated red blood cells is identified. Results including the coordinates of the nucleated red blood cells and the name of the respective mask file, and various characteristic codes of the blood slide are stored in the result text file. The nucleated red blood cell whose coordinates are stored is the fetal cell sought. (Step 451).
• After the subject of interest, such as a fetal cell, has been identified, a second signal is generated, for example, by the in situ PCR or PCR in situ hybridization or FISH described above.

診断信号の検出
In situ PCR又はPCR in situ交雑処理細胞を含む塗抹はステージ上に付着させる(図2,201)。前のように必要な校正工程が採られる。校正はソフトウェアに性能における毎日の変化並びに顕微鏡、カメラ、等から別のものへの変化を補正する。実施態様法における診断信号の検出は図4の流れ図に示したように次のように進行する:
・対物レンズの倍率60x(63)を選択する(工程501)。
・x−yステージは、上記のように第1の信号の検出に対応した結果ファイルからのデータに従って台に胎児細胞位置に移動する(工程503)。
・光学視野はCCDカメラ(図2,209)を使用して得て、RGBイメージとしてコンプュータ(図2,211)に転送する(工程505)。
・RGBイメージをHLSモデルに転送する(工程507)。
・黒及び白マスクを含むTIFFファイルは別のイメージとして別のイメージとして取の込む(工程509)。
・マスクにおける白色領域に対応しない色相成分の画素は0(黒)にセットする(工程511)。
・胎児細胞を示す残りの領域はPCRに従って発生される信号に対応する画素値が求められる。例えば、その信号はアルカリ性ホスファターゼのために生じる色、即ち、赤色である。色相成分の非黒色領域は0〜30の範囲の画素値が追求される(工程513)。
・ステージが次の非処理胎児細胞に移動され、上記工程が反復される(工程515)。
Detection of Diagnostic Signal A smear containing in situ PCR or PCR in situ hybridized cells is deposited on the stage (FIG. 2, 201). The necessary calibration steps are taken as before. Calibration compensates the software for daily changes in performance as well as changes from microscopes, cameras, etc. to another. Detection of diagnostic signals in the embodiment method proceeds as follows, as shown in the flowchart of FIG.
-Select the objective lens magnification 60x (63) (step 501).
The xy stage moves to the fetal cell position on the stage according to the data from the result file corresponding to the detection of the first signal as described above (step 503).
An optical field of view is obtained using a CCD camera (FIG. 2, 209) and transferred as an RGB image to the computer (FIG. 2, 211) (step 505).
Transfer the RGB image to the HLS model (step 507).
The TIFF file containing the black and white masks is captured as another image (step 509).
The pixel of the hue component that does not correspond to the white area in the mask is set to 0 (black) (step 511).
A pixel value corresponding to a signal generated according to PCR is obtained for the remaining area indicating fetal cells. For example, the signal is the color produced for alkaline phosphatase, ie red. Pixel values in the range of 0 to 30 are sought for the non-black region of the hue component (step 513).
The stage is moved to the next untreated fetal cell and the above process is repeated (step 515).

PC211はフレーム・グラバ及びイメージ処理回路217の操作を制御するSIMPLEというソフトウェア・プログラムを遂行する。SIMPLEはフレーム・グラバ及びイメージ処理装置回路217によって収集されたイメージも処理し、続いてイメージ及び処理データをPC211にディスクファイルとして記憶する。SIMPLEは、ろ波、対象選択及び測定のようなイメージ処理タスクを実行に特に適する特殊な手順でアイコン−ベースの環境を提供する。SIMPLEタスクの大部分はマウス又はトラックボール(図示せず)のようなPC211に接続された位置決め装置を使用する人オペラータによって操作される。   The PC 211 executes a software program called SIMPLE that controls the operation of the frame grabber and image processing circuit 217. SIMPLE also processes the image collected by the frame grabber and image processor circuit 217 and subsequently stores the image and processing data as a disk file on the PC 211. SIMPLE provides an icon-based environment with special procedures that are particularly suitable for performing image processing tasks such as filtering, object selection and measurement. Most of the SIMPLE tasks are operated by a human operator using a positioning device connected to the PC 211, such as a mouse or trackball (not shown).

SIMPLEを使用しタイメージを処理するために、先ず多数のイメージ校正工程を行わなければならない。一実施態様において、蛍光in situ交雑(FISH)を使用して適当に染色した新しいスライドを蛍光顕微鏡下に配置する。認識すべき関心の対象、即ち、核又は染色体領域は特異の色特徴を有する。多標的は蛍光検出手順を組合わせることによって特定の試料において同時に描写できる。即ち、異なる標的を異なる波長で蛍光を発する異なる染色体で標識化する場合には、ソフトウェアプログラムはイメージに利用できる異なる蛍光体を提供する全色情報を放出する対象を別個に同定することができる。異なる染色体に異なる親和性をもった標的は放出される色の組合せによって識別される。各標的は2つ又はそれ以上の蛍光体に対応する波長を放出するが、各々の強度は例えば、異なる。従って、顕微鏡イメージの3つの全ての色成分が処理中に使用される。   In order to process a data image using SIMPLE, a number of image calibration steps must first be performed. In one embodiment, a new slide appropriately stained using fluorescent in situ hybridization (FISH) is placed under a fluorescent microscope. The object of interest to be recognized, ie the nucleus or chromosomal region, has unique color characteristics. Multiple targets can be delineated simultaneously in a particular sample by combining fluorescence detection procedures. That is, if different targets are labeled with different chromosomes that fluoresce at different wavelengths, the software program can separately identify objects that emit all color information providing different fluorophores available for imagery. Targets with different affinities on different chromosomes are distinguished by the combination of emitted colors. Each target emits a wavelength corresponding to two or more phosphors, but the intensity of each is different, for example. Thus, all three color components of the microscope image are used during processing.

顕微鏡下に挿入された新しい各試料に対して、最初に前処理操作が遂行される。図2の流れ図は本発明のこの実施態様の前処理工程を示す。前処理はソフウェアに試料-試料間の変化を補正させるために使用される。 For each new sample inserted under the microscope, a pretreatment operation is first performed. The flow diagram of FIG. 2 illustrates the pretreatment steps of this embodiment of the present invention. Pre-processing is used to let the software correct for sample-to-sample changes.

一実施態様において、FISH-処理細胞を含有するスライドはX−Yステージ201に配置される。X−Yステージ201は希少細胞を含有することがわかった初観察位置に移動される。特定タイプの希少細胞の予め決めた数が測定されるまで反復遂行される。染色体DNAの多標的を同定する本実施態様が意図する適用において、20〜200核が処理されるまでそのループは遂行される。それらの核内の染色体領域の測定を示すデータはASCIIファイルに収集される。 In one embodiment, a slide containing FISH-treated cells is placed on the XY stage 201. The XY stage 201 is moved to the initial observation position that is found to contain rare cells. Iterates until a predetermined number of rare cells of a specific type is measured. In the application contemplated by this embodiment for identifying multiple targets of chromosomal DNA, the loop is performed until 20-200 nuclei have been processed. Data representing the measurement of chromosomal regions within those nuclei is collected in ASCII files.

ろ波工程12000は画素-画素ベースで以下のように操作する。
工程12001において、イメージに孔充填フィルタが適用される。SIMPLE言語を通して利用できるこのフィルタは、暗い孔が明るい蛍光染色体内に見られるときに明るい対象内の暗い領域を探すことによって決定する。それらの領域はライトアップされる。孔充填フィルタの出力は一時的イメージファイル1201に保持されると共に、エロージョン・フィルタへの入力として使用される、工程12003。SIMPLE言語を通しても利用できるロージョン・フィルタは小中核の中心画素を中核における最も暗い画素に代える。使用される中核3x3が使用される。別の操作の工程12005が次の実施されて、対象をそれらが満たすまで成長させるが、マージはさせない。この工程は全ての対象の縁を規定する輪郭も作る。論理NOT操作の工程12007は輪郭内の画素を輪郭以外に選択する。最後に、工程12009において、12007の結果は記憶された一時的イメージファイル12101で論理的に演算される。これは、一時的イメージファイル12101及び保持されている工程12007の両方で規定される画素のみをもたらす。
The filtering process 12000 operates on a pixel-pixel basis as follows.
In step 12001, a hole filling filter is applied to the image. This filter, available through the SIMPLE language, is determined by looking for dark areas in a bright object when dark holes are seen in the bright fluorescent chromosome. Those areas are illuminated. The output of the hole filling filter is retained in a temporary image file 1201 and used as input to the erosion filter, step 12003. Lotion filters that are also available through the SIMPLE language replace the central pixel of the small core with the darkest pixel in the core. The core 3x3 used is used. Another operational step 12005 is performed next to grow objects until they meet, but not merge. This process also creates a contour that defines the edges of all objects. The logical NOT operation step 12007 selects a pixel in the contour other than the contour. Finally, in step 12009, the result of 12007 is logically operated on the stored temporary image file 12101. This results in only the pixels defined in both the temporary image file 12101 and the retained step 12007.

蛍光検出手順の組合せを使用する場合、単位核に対して2つ以上の染色体領域が検出される。したがって、染色体21に対して2つの染色体領域、染色体18に対してほかの2つ、染色体Xに対して1つ、及び染色体Yに対して1つを認識することができて、交雑信号の列挙によって検出される可能な数的異常の発見を可能にする。交雑信号の列挙は、CLIPPERを使用して編集したSIMPLE外の適用プログラムを介して20100核の測定完了後に遂行される。このプログラムは測定結果ASCIIファイルを読み、それらのRGBカラー組合せに従って検出された染色体領域を分類する。2つ以上の異な蛍光体が組合せ使用されるとき、RGBカラー値の異なる組合せを使用して異なる標的(そのいくつかの標的は1つ以上の蛍光体によって標識化される)の識別に使用される。例えば、標的は赤及び緑の蛍光体で染色されるが、一つの標的は蛍光体を受け入れて30%赤及び70%緑を放射し、別の標的は蛍光体を受け入れて70%赤及び30%緑を放射するが、第3の標的は蛍光体を受け入れて赤のみを放射する。その第3の標的はそれらの相対的な放射に基いて識別される。特定の染色体、例えば、染色体21に対応する染色体領域を示す信号の数がオペレータの選択した統計的な著しいレベルに対して2つ以上大きい場合には、特定の試料における三染色体性21に対する増可能性を同定する報告が出される。   When using a combination of fluorescence detection procedures, more than one chromosomal region is detected per unit nucleus. Thus, it is possible to recognize two chromosome regions for chromosome 21, two other for chromosome 18, one for chromosome X, and one for chromosome Y. Allows discovery of possible numerical anomalies detected by. The enumeration of cross signals is performed after the completion of 20100 nuclear measurements via an application program outside SIMPLE compiled using CLIPPER. This program reads the measurement result ASCII file and classifies the chromosomal regions detected according to their RGB color combinations. When two or more different phosphors are used in combination, they are used to distinguish different targets (some of which are labeled with one or more phosphors) using different combinations of RGB color values. The For example, a target is stained with red and green phosphors, while one target accepts the phosphor and emits 30% red and 70% green, and another target accepts the phosphor and 70% red and 30%. While emitting 3% green, the third target accepts the phosphor and emits only red. The third target is identified based on their relative radiation. Increased to trisomy 21 in a particular sample if the number of signals representing a particular chromosome, eg, a chromosomal region corresponding to chromosome 21, is two or more above the statistically significant level selected by the operator Reports identifying gender are issued.

本発明は細胞含有試料における染色体異常の臨床的検出に関して記載してきたが、ここに記載した画像処法は他の臨床用途を有する。例えば、記載した画像処理工程は尿分析法の自動化に使用できる。本出願の技術は1993年10月7日付出願第08/132,804号を組合わせると、それらの形態構造に基いて広範囲の細胞タイプが可視化され分析できる。細胞形態構造は診断条件のために観察でき、細胞形態構造は生理学的条件と相関している。かかる条件は当業者は既知である。例えば、前記Harrisonwoを参照されたい。種々の細胞特性及び異常はこれらの技術に基いて検出される。最後に、試料の特定源は、試料が血液試料、血漿試料、尿試料又は子宮頚部からの細胞から得られるので本発明の限定ではない。ここに記載した細胞可視化及び画像分析技術は個々の細胞分析、単離した細胞の組織形態又は他の特性によって検出できるいずれの条件に対しても使用できる。   Although the present invention has been described with respect to clinical detection of chromosomal abnormalities in cell-containing samples, the imaging methods described herein have other clinical uses. For example, the described image processing steps can be used to automate urine analysis methods. The technology of this application can be combined with application 08 / 132,804, filed Oct. 7, 1993, to visualize and analyze a wide range of cell types based on their morphological structure. Cell morphology can be observed for diagnostic conditions, and cell morphology is correlated with physiological conditions. Such conditions are known to those skilled in the art. See, for example, Harrisonwo. Various cellular properties and abnormalities are detected based on these techniques. Finally, the specific source of the sample is not a limitation of the present invention as the sample is obtained from a blood sample, a plasma sample, a urine sample or cells from the cervix. The cell visualization and image analysis techniques described herein can be used for any condition that can be detected by individual cell analysis, tissue morphology or other properties of the isolated cells.

人胎児ヘモグロビン(Research Diagnostics Inc.NJ)及び胚イプシロン・ヘモグロビン連鎖(Immuno−Rx,GA)に特異の抗体は市販されており、蛍光標識化抗体として使用できるし、又は蛍光信号は蛍光標識化二次抗体の使用によって発生される。蛍光ライトは技術的に知られているように他のタイプの染色又は希少細胞用の標識によって発生できる。この処理工程に必要なタイプの蛍光染色は技術的に既知であって、さらに詳細には検討しない。   Antibodies specific for human fetal hemoglobin (Research Diagnostics Inc. NJ) and embryonic epsilon hemoglobin chain (Immuno-Rx, GA) are commercially available and can be used as fluorescently labeled antibodies, or the fluorescence signal can be expressed by fluorescence labeling. Generated by the use of secondary antibodies. Fluorescent lights can be generated by other types of staining or labeling for rare cells as is known in the art. The type of fluorescent staining required for this processing step is known in the art and will not be discussed in further detail.

電算機及び画像処理技術は常に変化している。上記記載の方法及び装置の要求を満たす新しい技術は特にここで記載しないけれども、本発明の範囲内として明確に意図している。例えば、ある従来の画素及び画像ファイル・フォーマットは前記したが、他のものも使用される。イメージファイルは技術的に知られているJPEG又はGIFまたはまだ開発される他の技術を使用して圧縮される。処理は現在使用されているHLSスペースの代わりにRGBカラー記載スペースで実行される。他のカラースペースも特に追及後の特性の検出がそれによって促進される時に熟練技術者によって望まれているように使用される。   Computers and image processing techniques are constantly changing. Although new techniques that meet the requirements of the above described methods and apparatus are not specifically described herein, they are specifically contemplated as within the scope of the present invention. For example, some conventional pixel and image file formats are described above, but others are used. The image file is compressed using JPEG or GIF as known in the art or other techniques still developed. Processing is performed in the RGB color description space instead of the currently used HLS space. Other color spaces are also used as desired by the skilled artisan, particularly when it facilitates post-pursuit characteristic detection.

本発明は特定の実施態様に関して記載されてきた。当業者には追加の変化は明白であり、本発明の範囲内であることを意図している。   The invention has been described with reference to specific embodiments. Additional variations will be apparent to those skilled in the art and are intended to be within the scope of the present invention.

本発明の実施態様において、例えば、出生前及び先着床の遺伝的診断、又は胚又は胎児細胞の性染色体における染色体異常の検出用の細胞の細胞下成分の分析が説明されている。   In embodiments of the invention, for example, genetic diagnosis of prenatal and pre-implantation, or analysis of subcellular components of cells for detection of chromosomal abnormalities in sex chromosomes of embryos or fetal cells is described.

図13は、細胞におけるX及びY染色体の同定及び胎児ヘモグロビンの存在に対する細胞の組合わせた免疫染色及びFISH分析の顕微鏡写真である。胎児ヘモグロビンは、図の右四分円における細胞の細胞質全体を通して細胞から検出されるオレンジ色の蛍光信号によって示されるように試料に存在する。X及びYは細胞の核においてそれぞれ緑水赤蛍光点として示されている。   FIG. 13 is a photomicrograph of combined immunostaining and FISH analysis of cells for identification of X and Y chromosomes in the cells and the presence of fetal hemoglobin. Fetal hemoglobin is present in the sample as shown by the orange fluorescent signal detected from the cell throughout the cytoplasm of the cell in the right quadrant of the figure. X and Y are shown as green water red fluorescent spots in the cell nucleus, respectively.

本発明の一実施態様の方法を要約する流れ図である。4 is a flow chart summarizing the method of one embodiment of the present invention. 本発明の態様の一実施態様に使用される分析システムのブロック図である。1 is a block diagram of an analysis system used in one embodiment of an aspect of the present invention. 第1の信号の検出に至るステージIの流れ図である。It is a flowchart of the stage I which leads to the detection of a 1st signal. 第1の信号の検出に至るステージIIの流れ図である。It is a flowchart of the stage II which leads to detection of a 1st signal. 第1の信号の検出に至るステージIIの流れ図である。It is a flowchart of the stage II which leads to detection of a 1st signal. 第2の信号の検出の流れ図である。It is a flowchart of a detection of a 2nd signal. 連続抹技術を使用した本発明の一実施態様を示す装置の変化の略図である。1 is a schematic diagram of a change in apparatus showing one embodiment of the present invention using a continuous cutting technique. 本発明の態様の一実施態様に使用される分析及び試薬分散システムのブロック図である。1 is a block diagram of an analysis and reagent distribution system used in one embodiment of an aspect of the present invention. 本発明の一実施態様である多目標顕微鏡システムの概要を示す。1 shows an overview of a multi-target microscope system that is an embodiment of the present invention. イメージ合成法である。This is an image composition method. 本発明の一実施態様の校正工程の流れ図である。It is a flowchart of the calibration process of one embodiment of this invention. 本発明の一実施態様の前処理工程の流れ図である。It is a flowchart of the pre-processing process of one embodiment of this invention. 本発明の一実施態様の主処理工程の流れ図である。It is a flowchart of the main process process of one embodiment of this invention. 本発明の一実施態様の主処理工程の流れ図である。It is a flowchart of the main process process of one embodiment of this invention. 細胞におけるFIShを使用して免疫染色及びX及びY染色体による胎児ヘモグロビンを同定するために実施例1に記載したように本発明の方法で調製した細胞の免疫染色とFISH分析を組合わせた顕微鏡写真である。Photomicrograph combining immunostaining and FISH analysis of cells prepared by the method of the present invention as described in Example 1 to identify fetal hemoglobin with FSh in cells and immunostaining and X and Y chromosomes It is.

Claims (15)

細胞試料を少なくとも1つの抗体と反応させて、各抗体が特定の細胞成分に結合して、独特な蛍光信号を発生する反応をさせる工程;一つ以上の核酸プローブを使用し前記細胞をin situ によってハイブリッド形成によって処理する工程、前記各核酸プローブは標的の核酸配列と交雑して独特な蛍光信号を発生する;前記反応及び処理した細胞試料の一つ以上の画像を発生させる工程;及び前記抗体及び前記核酸プローブの両方に対応する前記画像の蛍光信号を検出及び分析する工程から成ることを特徴とする細胞における多細胞成分の同定方法。   Reacting a cell sample with at least one antibody, causing each antibody to bind to a particular cellular component and react to generate a unique fluorescent signal; using one or more nucleic acid probes to incubate the cell in situ Treating each nucleic acid probe with a target nucleic acid sequence to generate a unique fluorescent signal; generating one or more images of the reaction and processed cell sample; and the antibody And a method for identifying a multicellular component in a cell, comprising the step of detecting and analyzing the fluorescence signal of the image corresponding to both the nucleic acid probe and the nucleic acid probe. 前記細胞試料が血液試料である請求項1記載の方法。   The method of claim 1, wherein the cell sample is a blood sample. 前記血液試料が抹消血液試料である請求項1記載の方法。   The method of claim 1, wherein the blood sample is a peripheral blood sample. 前記血液試料が妊婦女性からのものである請求項3記載の方法。   4. The method of claim 3, wherein the blood sample is from a pregnant woman. さらに、対照試料に比較した前記蛍光信号を定量する工程から成る請求項1記載の方法。   The method of claim 1, further comprising the step of quantifying the fluorescent signal compared to a control sample. 前記一つ以上の核酸プローブは、前記細胞試料におけるX及び/又はY染色体に交雑される構成になっている請求項1記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the one or more nucleic acid probes are configured to be crossed to X and / or Y chromosomes in the cell sample. 核酸に標的された交雑蛍光を持つ標識化プローブ及び関心の細胞の非核酸成分に向けられた蛍光染色を有する固定試料を想像する工程、前記プローブと免疫染色の蛍光標識は異なる;前記試料から蛍光を検出する工程;前記免疫染色及び前記プローブから関心の表示蛍光の対象数を決定する工程;及び前記免疫染色及び前記プローブから蛍光を示す細胞数の統計的予想から遺伝的条件が存在するか否かを決定する工程からなることを特徴とする、少なくとも一つの標的核酸によって決まる遺伝的条件が細胞試料に存在するか否かを検出するコンプュータ装置の操方法。   Imagining a labeled probe with hybrid fluorescence targeted to the nucleic acid and a fixed sample with fluorescent staining directed to the non-nucleic acid component of the cell of interest, the fluorescent label of the probe and immunostaining is different; fluorescence from the sample Determining the number of objects of display fluorescence of interest from the immunostaining and the probe; and whether there is a genetic condition from a statistical prediction of the number of cells that show fluorescence from the immunostaining and the probe. A method for operating a computer device for detecting whether or not a genetic condition determined by at least one target nucleic acid is present in a cell sample. 前記核酸プローブは、前記細胞試料においてX及び/又はY染色体に交雑される構成になっている請求項7記載の方法。   The method according to claim 7, wherein the nucleic acid probe is configured to be hybridized with the X and / or Y chromosome in the cell sample. 前記免疫染色が胎児ヘモグロビンに結合する請求項7記載の方法。   8. The method of claim 7, wherein the immunostaining binds to fetal hemoglobin. 自然に存在する濃度の胎児細胞を含有する母性血液試料を関心のある細胞の非核酸成分に向けられた蛍光免疫染色で処理する工程;前記試料を関心をもつ核酸配列に向けられた蛍光核酸プローブで処理する工程;前記蛍光免疫染色及び前記蛍光核酸プローブからの蛍光信号を検出するように操作的に形成された電算機で処理された顕微鏡的視覚装置を使用して細胞試料の一部分をカバーする光学的視野を観察する工程;及び前記蛍光信号検出によって関心をもつ核酸配列を有する細胞を同定する工程、から成ることを特徴とする自然に存在する濃度の胎児細胞を含有する母性血液試料を調製する方法。   Treating a maternal blood sample containing a naturally occurring concentration of fetal cells with fluorescent immunostaining directed at a non-nucleic acid component of the cell of interest; a fluorescent nucleic acid probe directed at the nucleic acid sequence of interest; Covering a portion of the cell sample using a computerized microscopic visual device operatively configured to detect the fluorescent immunostaining and the fluorescent signal from the fluorescent nucleic acid probe Preparing a maternal blood sample containing a naturally occurring concentration of fetal cells, comprising: observing an optical field; and identifying cells having a nucleic acid sequence of interest by said fluorescent signal detection. how to. 前記関心を持つ細胞が胎児細胞である請求項10記載の方法。   11. The method of claim 10, wherein the cell of interest is a fetal cell. 前記胎児細胞が母性血液から誘導される請求項11記載の方法。   The method of claim 11, wherein the fetal cells are derived from maternal blood. 前記核酸プローブがX及び/又はY染色体DNA配列を含有する請求項10記載の方法。   11. The method of claim 10, wherein the nucleic acid probe contains an X and / or Y chromosomal DNA sequence. 前記電算機で処理された視覚装置は、前記免疫染色及び前記核酸プローブからの蛍光信号を得るための一つの目的を利用する請求項10記載の方法。   11. The method of claim 10, wherein the computer-processed visual device utilizes one purpose for obtaining the immunostaining and a fluorescent signal from the nucleic acid probe. さらに、関心を持つ核酸配列を有するものと同定される細胞の数に基いて仮の診断を自動的に発生させる工程から成る請求項10記載の方法。   11. The method of claim 10, further comprising automatically generating a tentative diagnosis based on the number of cells identified as having a nucleic acid sequence of interest.
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