JP2010032338A - Concentration detecting method of luminous substance in biosample - Google Patents

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由美 村瀬
Kunio Hori
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method which enables the detection of the concentration of a fluorescent reagent or the like in a biosample of an experimental small animal or the like by an imaging technique using an optical microscope or the like. <P>SOLUTION: The method for detecting the concentration of the luminous substance in the biosample contains the process for injecting the luminous substance and a first luminous solid particle into the biosample, the process for arranging a second luminous solid particle on the surface of the biosample, the process for measuring the intensities of the lights emitted from the first luminous solid particle and luminous substance in the biosample and the second luminous solid particle arranged on the surface of the biosample using an imaging device, the process for calculating the intensity of light in a case that it is supposed that the luminous substance is present in the outside of the biosample on the basis of the intensities of the lights, and the process for determining the concentration of the luminous substance distributed in the biosample on the basis of the calculated intensity of light. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、蛍光試薬などの光を発する発光物質を用いて実験用小動物(例えば、マウス、ラット、モルモット、ウサギ等)の個体、胚、摘出臓器、培養組織などの生物試料の内部又は深部の観測をする方法に係り、より詳細には、上記の如き生物試料内部又は深部に於ける蛍光試薬等の発光物質の濃度を検出する方法に係る。   The present invention uses a luminescent substance such as a fluorescent reagent to emit light inside a biological sample such as an individual of an experimental small animal (eg, mouse, rat, guinea pig, rabbit, etc.), embryo, isolated organ, or cultured tissue. More particularly, the present invention relates to a method of detecting the concentration of a luminescent substance such as a fluorescent reagent in or inside a biological sample as described above.

医学的、薬学的又は生物学的研究の分野に於いて、近年の光学顕微鏡(実体顕微鏡を含む)を用いたイメージング技術の進歩により、実験用小動物の個体、胚、摘出臓器、培養組織といった比較的ボリュームの大きな生物試料の内部又は深部を蛍光試薬等の光を用いて観測する実験が種々の態様にて実施されるようになってきた。そのような実験の例としては、例えば、生物試料の血管へ蛍光試薬等を投与し、蛍光試薬等の光によって血管系の構造を可視化したり、或いは、血管へ投与された蛍光試薬等が血管から漏洩する様子を観測するといった実験が行われている(例えば、非特許文献1、2、特許文献1参照。)。このような血管系の可視化や血管からの蛍光試薬等の漏出を観測するなどの実験は、例えば、生体内の腫瘍細胞近傍の血管系の構造や強さの調査のため或いは新規治療薬の生体内での動態観察のためのモデル実験として実施され、腫瘍細胞へのドラッグデリバリーの効率を評価するためなどに於いて有用である。   In the field of medical, pharmaceutical or biological research, due to recent advances in imaging technology using optical microscopes (including stereomicroscopes), comparison of small experimental animals, embryos, isolated organs, cultured tissues, etc. Experiments for observing the inside or deep part of biological samples having a large target volume using light such as a fluorescent reagent have been carried out in various modes. As an example of such an experiment, for example, a fluorescent reagent or the like is administered to a blood vessel of a biological sample, and the structure of the vascular system is visualized by light of the fluorescent reagent or the like. Experiments have been conducted such as observing the state of leakage from (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2 and Patent Document 1). Experiments such as visualization of the vascular system and observation of leakage of a fluorescent reagent from the blood vessel are used, for example, for investigating the structure and strength of the vascular system in the vicinity of tumor cells in the living body or the production of new therapeutic agents. It is implemented as a model experiment for observation of dynamics in the body, and is useful for evaluating the efficiency of drug delivery to tumor cells.

上記の如く光学顕微鏡を用いて実験用小動物の個体、胚、摘出臓器、培養組織といった厚みのある試料の内部又は深部を観測する場合、観測されるべき部位(観測部位)から光検出器へ到達するまでの光路は、試料中の組織や培養液などを通過することとなるので、観測部位から光検出器に到達する光の強度は、その光路中に於ける試料による光の一部の吸収などによって減衰することとなる。即ち、観測部位から実際に光検出器に到達する光の強度は、試料表面からの観測部位の距離若しくは深さによって変化し、そうなると、観測部位の構造が正確に観測できなくなるおそれがある(当業者にとって理解される如く、一般に光を用いた或る構造の観測では、基本的には、検出された光の明るさとコントラストにより構造を把握する。光の減衰が生ずると、明るさとコントラストが低減し、鮮明な或いは正確な像が得られず、構造を把握することが難しくなる。)。そこで、例えば、特許文献2は、培養液試料に於いて試料表面から種々の距離(試料の深さ)に配置された蛍光ビーズの像を予め撮影し、それらの像の明るさと試料に於ける観測部位の深さとの関係を求めておき、そこで得られた関係に基づいて、試料表面から観測部位までの深さによる検出光の強度の変動を補正することを提案している(同文献では、蛍光共焦点顕微鏡による3次元イメージングシステムに於ける光軸方向のシェーディング補正のために用いられる。)。また、特許文献3では、トモグラフィ技術により試料表面から深さのある観察部位を画像化することなどが提案されている。
特開2006−227000 特開2005−275199 米国特許第6,615,063号明細書 ドレアー(Dreher, Matthew R)他5名 ジャーナル・オブ・ザ・ナショナル・カンサー・インスティテュート(Journal of the National Cancer Institute) 98, No.5 335-344 2006年3月1日 ニッタ(Nitta, Takehiro)他7名 ザ・ジャーナルオブ・セル・バイオロジー(The Journal of Cell Biology) 161,3,653-660 2003年5月12日 VisEn社インターネットホームページ http://www.visenmedical.com/technologies/near_infra_red/index.html
As described above, when observing the inside or the deep part of a thick sample such as an experimental small animal individual, an embryo, an isolated organ, or a cultured tissue using an optical microscope, the light reaches the photodetector from the site to be observed (observation site) The optical path until the light passes through the tissue or culture medium in the sample, so the intensity of the light reaching the photodetector from the observation site is the absorption of part of the light by the sample in the optical path. It will be attenuated by. In other words, the intensity of light that actually reaches the photodetector from the observation site varies depending on the distance or depth of the observation site from the sample surface, and there is a risk that the structure of the observation site cannot be observed accurately. As understood by those skilled in the art, in general, in the observation of a certain structure using light, the structure is basically grasped by the brightness and contrast of the detected light. However, a clear or accurate image cannot be obtained, and it is difficult to grasp the structure.) Therefore, for example, in Patent Document 2, images of fluorescent beads arranged at various distances (sample depths) from a sample surface in a culture solution sample are taken in advance, and the brightness of those images and the sample are taken. It has been proposed to obtain the relationship with the depth of the observation site, and to correct the variation in the intensity of the detection light due to the depth from the sample surface to the observation site based on the relationship obtained there (in the same document) Used for shading correction in the optical axis direction in a three-dimensional imaging system using a fluorescent confocal microscope.) Patent Document 3 proposes imaging an observation site having a depth from the sample surface by a tomography technique.
JP 2006-227000 JP 2005-275199 A US Pat. No. 6,615,063 Dreher, Matthew R and 5 others Journal of the National Cancer Institute 98, No.5 335-344 March 1, 2006 Nitta, Takehiro and 7 others The Journal of Cell Biology 161, 3, 653-660 May 12, 2003 VisEn Internet homepage http://www.visenmedical.com/technologies/near_infra_red/index.html

ところで、実験用小動物の個体、胚、摘出臓器、培養組織などの生物試料に対して蛍光試薬等を与え、その蛍光試薬等からの光を観測する実験に於いて、しばしば、生物試料に於ける蛍光試薬の絶対的な濃度又は濃度分布を知りたい場合がある。例えば、上記に例示した如き蛍光試薬を用いて血管からの漏出を観察するモデル実験に於いて、血管中の蛍光試薬の濃度又は血管の周囲に漏出した蛍光試薬の濃度又は濃度分布が算定されれば、血管からの漏出の度合いを定量的に決定することが可能となるであろう。   By the way, in an experiment in which a fluorescent reagent is given to a biological sample such as an experimental small animal individual, an embryo, an isolated organ, or a cultured tissue, and light from the fluorescent reagent is observed, often in a biological sample. There are cases where one wants to know the absolute concentration or concentration distribution of a fluorescent reagent. For example, in a model experiment in which leakage from a blood vessel is observed using a fluorescent reagent as exemplified above, the concentration of the fluorescent reagent in the blood vessel or the concentration or concentration distribution of the fluorescent reagent leaked around the blood vessel is calculated. For example, it will be possible to quantitatively determine the degree of leakage from the blood vessel.

しかしながら、蛍光試薬等の光を用いた上記の如き厚みのある生物試料の内部又は深部のイメージングによる観測では、試料の内部に分布する蛍光試薬等の絶対的な濃度を定量的に検出することは困難となっている。既に触れた通り、生物試料の組織は、一般に、そこを透過する光の一部を吸収する性質を有しており、蛍光観察により観測部位からの光を検出する際には、観測部位へ当てられるべき励起光及び観測部位から発せられる蛍光が試料を透過する間に減衰する。従って、そこで計測された蛍光強度から観測部位に実際に存在する蛍光試薬の量又は濃度を定量的に検出することはできない。勿論、特許文献2にて提案されている如く、蛍光ビーズを用いて得られた試料中に於ける観測部位の深さと検出光強度の関係から検出光の強度の補正を行うことにより、画像に於ける輝度の明るさ又はコントラストのムラを解消することは原理的に可能である。しかしながら、試料による光の吸収特性が光の波長に依存すること、そして、観測部位から光検出器までの光路に於ける試料の占める長さが(光検出器と観測部位との距離が同じであったとしても)試料の大きさによって変化し、これにより、試料による光吸収の程度が変化することから、特許文献2の方法によっても蛍光試薬等の絶対的な濃度を検出することはできない。そこで、従前に於いて生物試料の内部又は深部に分布する蛍光試薬等の絶対的な濃度を定量的に検出する場合には、観察部位から切片を採取して蛍光強度を計測するといった手法が取られているが(特許文献1参照)、その場合、実験用動物の屠殺が必要となったり、蛍光測定後に同一の試料で継続して実験することができなくなる。また、特許文献3の如く、トモグラフィ技術を用いた観測方法によれば、生物試料の深部の蛍光試薬等の濃度を検出することは可能であるが、トモグラフィ装置又は機器の構成は複雑であり、また、非常に高価である。   However, in the observation by imaging inside or deep of a biological sample having a thickness as described above using light such as a fluorescent reagent, it is not possible to quantitatively detect the absolute concentration of the fluorescent reagent distributed inside the sample. It has become difficult. As already mentioned, the tissue of a biological sample generally has a property of absorbing a part of the light transmitted therethrough, and when detecting light from an observation site by fluorescence observation, it is applied to the observation site. The excitation light to be emitted and the fluorescence emitted from the observation site are attenuated while passing through the sample. Accordingly, it is impossible to quantitatively detect the amount or concentration of the fluorescent reagent actually present in the observation site from the fluorescence intensity measured there. Of course, as proposed in Patent Document 2, by correcting the intensity of the detection light from the relationship between the depth of the observation site in the sample obtained using the fluorescent beads and the detection light intensity, In principle, it is possible to eliminate unevenness in brightness or contrast in luminance. However, the light absorption characteristics of the sample depend on the wavelength of the light, and the length of the sample in the optical path from the observation site to the photodetector (the distance between the photodetector and the observation site is the same). The absolute concentration of the fluorescent reagent or the like cannot be detected even by the method of Patent Document 2 because the degree of light absorption by the sample varies depending on the size of the sample. Therefore, in the past, when the absolute concentration of a fluorescent reagent or the like distributed inside or deeply in a biological sample is quantitatively detected, a technique such as taking a section from the observation site and measuring the fluorescence intensity is taken. However, in such a case, it is necessary to slaughter experimental animals, or it becomes impossible to continue experiments with the same sample after fluorescence measurement. Further, according to the observation method using the tomography technique as in Patent Document 3, it is possible to detect the concentration of a fluorescent reagent or the like in the deep part of the biological sample, but the configuration of the tomography apparatus or equipment is complicated. Yes, and very expensive.

かくして、本発明の一つの課題は、実験用小動物の個体、胚、摘出臓器、培養組織などの厚みのある生物試料に与えられた蛍光試薬等の濃度、特に、生物試料の内部又は深部に位置する観測部位の蛍光試薬等の濃度を、光学顕微鏡等を用いたイメージング技術を用いて検出することのできる方法を提供することである。   Thus, one object of the present invention is to provide a concentration of a fluorescent reagent or the like applied to a thick biological sample such as an experimental small animal individual, an embryo, an isolated organ, or a cultured tissue, particularly in the interior or deep part of the biological sample. It is an object of the present invention to provide a method capable of detecting the concentration of a fluorescent reagent or the like at an observation site using an imaging technique using an optical microscope or the like.

また、本発明のもう一つの課題は、上記の如き厚みのある生物試料内部又は深部に位置する観測部位の蛍光試薬等の濃度を検出する方法であって、任意の大きさの生物試料の内部の観測部位或いは試料表面から任意の深さにある観測部位に於ける蛍光試薬等の濃度を検出することのできる方法及び/又は種々の励起光波長特性若しくは発光波長特性を有する蛍光試薬等の濃度を検出することのできる方法を提供することである。   Another object of the present invention is a method for detecting the concentration of a fluorescent reagent or the like at an observation site located in the deep or deep part of the biological sample as described above, and inside the biological sample of any size. That can detect the concentration of a fluorescent reagent, etc. at an observation site or an observation site at an arbitrary depth from the sample surface and / or the concentration of a fluorescent reagent, etc. having various excitation light wavelength characteristics or emission wavelength characteristics It is to provide a method capable of detecting.

更に、本発明のもう一つの課題は、上記の如き厚みのある生物試料内部又は深部に位置する観測部位の蛍光試薬等の濃度を検出する方法であって、観測部位を露呈させることなく、低侵襲又は非侵襲的に観測部位の蛍光試薬等の濃度を検出することのできる方法を提供することである。   Furthermore, another object of the present invention is a method for detecting the concentration of a fluorescent reagent or the like in an observation site located in or deep in a biological sample having a thickness as described above. To provide a method capable of detecting the concentration of a fluorescent reagent or the like at an observation site invasively or non-invasively.

本発明によれば、比較的簡単で安価な光学顕微鏡(実体顕微鏡も含む)を用いたイメージングに於いて、比較的厚みのある生物試料の内部又は深部にて拡散可能な蛍光試薬等の発光物質の濃度の検出を可能にする新規な方法が提供される。   According to the present invention, in imaging using a relatively simple and inexpensive optical microscope (including a stereomicroscope), a luminescent substance such as a fluorescent reagent capable of diffusing in or inside a biological sample having a relatively large thickness A novel method is provided that allows detection of the concentration of.

本発明による生物試料の内部にて拡散可能な発光物質の濃度を検出する方法は、生物試料の内部へ発光物質を含む溶液と第一の発光固体粒子とを注入する過程と、第一の発光固体粒子と同一の発光波長特性を有する第二の発光固体粒子を生物試料の表面上に配置する過程と、光学顕微鏡と光検出装置とを組み合わせて成り生物試料の顕微鏡像を取得することのできるイメージング装置を用いて、生物試料の内部に存在する第一の発光固体粒子の発する光と生物試料の内部にて分布する発光物質の発する光と生物試料の表面上に配置された第二の発光固体粒子の発する光の各々の光強度を計測する過程と、第一の発光固体粒子の光強度と、第二の発光固体粒子の光強度と、生物試料の内部に分布する発光物質の光強度とに基づいて、発光物質が生物試料の外部に存在していたと仮定した場合の光強度を算出する過程と、前記の、発光物質が生物試料の外部に存在していたと仮定した場合の光強度に基づいて生物試料の内部に分布する発光物質の濃度を決定する過程とを含むことを特徴とする。   According to the present invention, a method for detecting the concentration of a luminescent substance capable of diffusing inside a biological sample includes a step of injecting a solution containing the luminescent substance and first luminescent solid particles into the biological sample; It is possible to obtain a microscopic image of a biological sample by combining a process of arranging a second luminescent solid particle having the same emission wavelength characteristic as that of the solid particle on the surface of the biological sample, and an optical microscope and a light detection device. Using the imaging device, the light emitted from the first luminescent solid particles present inside the biological sample, the light emitted from the luminescent material distributed inside the biological sample, and the second luminescence arranged on the surface of the biological sample The process of measuring the light intensity of each light emitted by the solid particles, the light intensity of the first luminescent solid particles, the light intensity of the second luminescent solid particles, and the light intensity of the luminescent substance distributed inside the biological sample And based on Based on the process of calculating the light intensity when it is assumed that the luminescent material was present outside the biological sample and the light intensity when the luminescent material is assumed to be present outside the biological sample, And a step of determining the concentration of the light-emitting substance to be distributed.

上記の構成に於いて、「生物試料」とは、実験用小動物の個体、その胚、その摘出臓器或いは培養組織など、この分野に於いて通常用いられている(人体を除く)生物試料であってよい。また、「生物試料の内部にて拡散可能な発光物質」とは、この分野に於いて、生物試料の光学的観察又はイメージングに於いて通常用いられている蛍光試薬、りん光試薬或いは化学発光試薬など、励起光又はその他の手段により光を発する物質であってよい。第一及び第二の「発光固体粒子」とは、典型的には、蛍光若しくは発光マイクロスフィア又は蛍光若しくは発光ビーズとして知られるこの分野に於いてしばしば用いられる固体の微小粒子であってよく、発光物質で標識された固体粒子又は発光物質を担持する固体粒子であって、生物試料の内部に注入若しくは投与された後も、発光物質が固体粒子の外へ実質的に拡散又は漏出せず、固体粒子の形態を維持する任意の形式の粒子である。なお、本発明の方法の実施の形態に於いては、典型的には、発光物質は、蛍光物質であり、第一及び第二の発光固体粒子は、実質的に同一の励起光波長特性及び発光波長特性を有する蛍光を発する固体粒子であり、生物試料の像形成を行うための光学顕微鏡は、所謂蛍光顕微鏡である。   In the above configuration, the “biological sample” is a biological sample that is usually used in this field (excluding the human body) such as a small experimental animal individual, its embryo, its excised organ or cultured tissue. It's okay. In addition, “a luminescent substance that can diffuse inside a biological sample” means a fluorescent reagent, a phosphorescent reagent, or a chemiluminescent reagent usually used in this field for optical observation or imaging of a biological sample. Or a substance that emits light by excitation light or other means. The first and second “luminescent solid particles” are typically solid microparticles often used in the field known as fluorescent or luminescent microspheres or fluorescent or luminescent beads, A solid particle labeled with a substance or a solid particle carrying a luminescent substance, and the luminescent substance does not substantially diffuse or leak out of the solid particle even after being injected or administered into a biological sample. Any type of particle that maintains particle morphology. In the embodiment of the method of the present invention, typically, the luminescent material is a fluorescent material, and the first and second luminescent solid particles have substantially the same excitation light wavelength characteristics and An optical microscope that is a solid particle that emits fluorescence having emission wavelength characteristics and that forms an image of a biological sample is a so-called fluorescence microscope.

上記の本発明の方法は、要すれば、生物試料に投与又は注入されその生物試料の内部又は深部に分布する蛍光試薬等の発光物質の濃度を発光物質の発する光強度から求める方法である。当業者に於いて理解される如く、発光物質の光強度は、発光物質の濃度の関数である。従って、発光物質の光強度と濃度との関係が分かっていれば、発光物質の光強度から発光物質の濃度を決定することが可能である。しかしながら、既に触れた通り、生物試料の内部又は深部に存在する発光物質からの光の強度は、その光が光検出器に到達するまでにその光路に存在する生物試料によって吸収若しくは減衰され、その際の生物試料による吸収又は減衰の程度は、光の波長、生物試料の大きさによって変動する(発光物質が励起光を照射されて発光する場合には、励起光が発光物質に到達するまでに試料に吸収されるので、発光物質が受容する励起光強度も光の波長、生物試料の大きさによって変動し、これにより、発光物質の発光強度も変動する。)。従って、生物試料の内部又は深部に在る発光物質の濃度を発光物質の発する光強度から求めるためには、まず、発光物質からの光の光路に実際に存在する生物試料による光の吸収又は減衰の影響を考慮し或いはその影響を排除する必要がある。   The above-described method of the present invention is a method of determining the concentration of a luminescent substance such as a fluorescent reagent that is administered or injected into a biological sample and distributed in or deeply from the biological sample based on the light intensity emitted from the luminescent substance. As will be appreciated by those skilled in the art, the light intensity of a luminescent material is a function of the concentration of the luminescent material. Therefore, if the relationship between the light intensity and the concentration of the luminescent substance is known, the concentration of the luminescent substance can be determined from the light intensity of the luminescent substance. However, as already mentioned, the intensity of light from a luminescent material present in or deep within a biological sample is absorbed or attenuated by the biological sample present in the optical path by the time the light reaches the photodetector. The degree of absorption or attenuation by the biological sample varies depending on the wavelength of the light and the size of the biological sample (if the luminescent material emits light by being irradiated with the excitation light, the excitation light reaches the luminescent material. Since it is absorbed by the sample, the intensity of the excitation light received by the luminescent material also varies depending on the wavelength of the light and the size of the biological sample, thereby varying the luminescence intensity of the luminescent material. Therefore, in order to determine the concentration of a luminescent substance in or inside a biological sample from the light intensity emitted by the luminescent substance, first, absorption or attenuation of light by the biological sample actually present in the optical path of light from the luminescent substance. It is necessary to consider the influence of the above or eliminate the influence.

そこで、上記の本発明の方法に於いては、光路に存在する生物試料による光の吸収又は減衰の影響を考慮し或いは排除するために、生物試料内部の発光物質の光強度が計測されると伴に、所謂蛍光マイクロスフィア又は蛍光ビーズなどの(第一及び第二の)発光固体粒子を、生物試料の内部(特に、濃度が検出されるべき発光物質の分布する領域(観測部位)と略同じ領域であることが好ましい。)と、生物試料の外部又は表面(生物試料による光吸収又は光減衰の影響を受けない領域)とのそれぞれに配置し、発光固体粒子の発する光強度がそれぞれ計測される。かくして計測された発光固体粒子の光強度値の関係は、生物試料による光吸収又は光減衰の影響を受ける場合の光強度と生物試料による光吸収又は光減衰の影響を受けない場合の光強度との関係を表している。従って、かかる(第一及び第二の)発光固体粒子の光強度値の関係と、実際に生物試料の内部に在る発光物質からの光強度とを用いることにより、発光物質が生物試料の外部に存在していたと仮定した場合の光強度、つまり、生物試料による光吸収又は光減衰の影響を排除した場合の生物試料内部の発光物質の光の光強度(生物試料の内部に在る発光物質からの光が生物試料による光吸収又は光減衰の影響を受けなかったとした場合の光強度)を算出することが可能となり、これにより、その算出された光強度から発光物質の絶対的な濃度が算出することが可能となる。   Therefore, in the above-described method of the present invention, when the light intensity of the luminescent substance inside the biological sample is measured in order to consider or eliminate the influence of light absorption or attenuation by the biological sample existing in the optical path. At the same time, the (first and second) luminescent solid particles such as so-called fluorescent microspheres or fluorescent beads are substantially the same as the inside of the biological sample (particularly, the region (observation site) where the luminescent substance whose concentration is to be detected is distributed). It is preferable that they are in the same area.) And the outside or surface of the biological sample (area not affected by light absorption or attenuation by the biological sample), and the light intensity emitted by the luminescent solid particles is measured respectively. Is done. The relationship between the light intensity values of the luminescent solid particles thus measured is as follows: light intensity when affected by light absorption or light attenuation by the biological sample and light intensity when not affected by light absorption or light attenuation by the biological sample. Represents the relationship. Therefore, by using the relationship between the light intensity values of the (first and second) luminescent solid particles and the light intensity from the luminescent substance actually present inside the biological sample, the luminescent substance is outside the biological sample. The light intensity of the luminescent material inside the biological sample when the effect of light absorption or light attenuation by the biological sample is excluded (the luminescent material inside the biological sample) The light intensity when the light from the light source is not affected by light absorption or light attenuation by the biological sample can be calculated, and the absolute concentration of the luminescent substance can be calculated from the calculated light intensity. It is possible to calculate.

なお、ここで特記されるべきことは、生物試料による光吸収又は光減衰の影響を排除した場合の生物試料内部の発光物質の光の光強度を算出する際に、濃度が決定されるべき発光物質の存在する生物試料に置かれた発光固体粒子の光強度が用いられるということである。このことによれば、実際に観測に供される生物試料に於ける光吸収又は光減衰の影響が排除されることとなるので、観測に供される生物試料毎に光吸収又は光減衰の程度が異なることは問題とならず、光吸収又は光減衰の影響が無かった場合の光強度の算出結果が精度良く得られることとなる。   It should be noted that the light emission whose concentration should be determined when calculating the light intensity of the light-emitting substance inside the biological sample when the influence of light absorption or light attenuation by the biological sample is excluded. The light intensity of the luminescent solid particles placed on the biological sample in which the substance is present is used. According to this, since the influence of light absorption or light attenuation in the biological sample actually subjected to observation is eliminated, the degree of light absorption or light attenuation for each biological sample subjected to observation. It is not a problem that the two are different, and the calculation result of the light intensity when there is no influence of light absorption or light attenuation can be obtained with high accuracy.

上記の本発明の方法に於いて、光吸収又は光減衰の影響を排除した場合の光強度から生物試料の内部に存在する発光物質の濃度を決定する際には、かかる発光物質の濃度は、典型的には、生物試料内部の発光物質及び第一及び第二の発光固体粒子の光強度を計測したイメージング装置を用いて計測された既知の濃度の発光物質の溶液の発する光の光強度と、発光物質が生物試料の外部に存在していたと仮定した場合の前記の算出された光強度とに基づいて決定されてよい。この点に関し、発光物質の濃度が比較的低いときには、一般には、発光物質の濃度とその光強度とは比例すると考えてよいので、そのような場合には、既知の濃度の発光物質の溶液の発する光の光強度としては、適当な一つの濃度の場合の光強度が計測されればよい。しかしながら、より正確に濃度を決定したい場合、或いは、発光物質の濃度と光強度との線形性が崩れるほどの高い濃度範囲にて本発明の方法による発光物質の濃度の検出が行われる場合には、任意の大きさの発光物質の光強度に対応する発光物質の濃度値を与える検量線が、前記のイメージング装置を用いて計測された発光物質の濃度が互いに異なる複数の溶液の光の光強度値に基づいて調製され、その検量線を用いて、光吸収又は光減衰の影響を排除した場合の光強度として算出された光強度値に対応した生物試料の内部に存在する発光物質の濃度が決定されるようになっていてもよい。   In the above-described method of the present invention, when determining the concentration of the luminescent substance existing inside the biological sample from the light intensity when the influence of light absorption or light attenuation is excluded, the concentration of the luminescent substance is: Typically, the light intensity of light emitted by a solution of a known concentration of luminescent material measured using an imaging device that measures the light intensity of the luminescent material inside the biological sample and the first and second luminescent solid particles, and The light-emitting substance may be determined based on the calculated light intensity when it is assumed that the luminescent substance exists outside the biological sample. In this regard, when the concentration of the luminescent material is relatively low, generally, it may be considered that the concentration of the luminescent material and the light intensity thereof are proportional to each other. As the light intensity of the emitted light, it is only necessary to measure the light intensity at an appropriate concentration. However, when it is desired to determine the concentration more accurately, or when the concentration of the luminescent substance is detected by the method of the present invention in a concentration range that is high enough to break the linearity between the concentration of the luminescent substance and the light intensity. A calibration curve that gives a concentration value of the luminescent material corresponding to the light intensity of the luminescent material of any size is the light intensity of the light of a plurality of solutions with different concentrations of the luminescent material measured using the imaging device The concentration of the luminescent substance present inside the biological sample corresponding to the light intensity value calculated as the light intensity when the effect of light absorption or light attenuation is excluded using the calibration curve is prepared based on the value. It may be determined.

また、上記の本発明の方法に於いて、発光物質が生物試料の外部に存在していたと仮定した場合の光強度(生物試料の光吸収又は光減衰の影響を排除した場合の光強度)の算出に関して、かかる算出される光強度は、第一の発光固体粒子の光強度と第二の発光固体粒子の光強度との比と、生物試料の内部に分布する発光物質からの光強度と、第一及び第二の発光固体粒子の発光波長に於ける生物試料の吸光係数と発光物質の発光波長に於ける生物試料の吸光係数とに基づいて決定されるようになっていてよい。既に述べた如く、生物試料の光吸収又は光減衰の程度は、生物試料を通過する光の波長によって変化する。そして、かかる生物試料の光吸収又は光減衰の程度の波長依存性は、生物試料の吸光係数に表れる。そこで、濃度が調べられるべき発光物質と発光固体粒子のそれぞれの発光波長が異なるときには、上記の如く、生物試料内の発光物質の光強度と発光固体粒子の光強度と伴に、更に、第一及び第二の発光固体粒子の発光波長に於ける生物試料の吸光係数と発光物質の発光波長に於ける生物試料の吸光係数とを用いて、生物試料の光吸収又は光減衰の波長依存性を考慮した態様にて、発光物質が生物試料の外部に存在していたと仮定した場合の光強度が算出されるようになっていてよい。なお、実施の形態の欄に記載される如く、発光物質と第一及び第二の発光固体粒子とは、別々の発光波長となるよう選択した方がよりよい検出結果が得られる。   In the method of the present invention described above, the light intensity when the luminescent substance is assumed to exist outside the biological sample (the light intensity when the influence of light absorption or attenuation of the biological sample is excluded) Regarding the calculation, the calculated light intensity is the ratio of the light intensity of the first luminescent solid particles and the light intensity of the second luminescent solid particles, the light intensity from the luminescent material distributed inside the biological sample, It may be determined based on the extinction coefficient of the biological sample at the emission wavelength of the first and second luminescent solid particles and the extinction coefficient of the biological sample at the emission wavelength of the luminescent substance. As already mentioned, the degree of light absorption or light attenuation of a biological sample varies with the wavelength of light passing through the biological sample. The wavelength dependency of the degree of light absorption or light attenuation of the biological sample appears in the extinction coefficient of the biological sample. Therefore, when the emission wavelengths of the luminescent substance and the luminescent solid particles whose concentrations are to be examined are different from each other, the light intensity of the luminescent substance in the biological sample and the light intensity of the luminescent solid particles are further reduced as described above. And using the extinction coefficient of the biological sample at the emission wavelength of the second luminescent solid particle and the extinction coefficient of the biological sample at the emission wavelength of the luminescent material, the wavelength dependence of the light absorption or attenuation of the biological sample is determined. The light intensity when it is assumed that the luminescent substance exists outside the biological sample may be calculated in the considered mode. As described in the section of the embodiment, a better detection result can be obtained when the luminescent substance and the first and second luminescent solid particles are selected to have different emission wavelengths.

更に、上記の本発明の方法を実行する際に、発光物質と第一及び第二の発光固体粒子とが励起光を照射することにより発光するものである場合、発光物質と第一及び第二の発光固体粒子と発光波長が異なるだけでなく、発光物質と第一及び第二の発光固体粒子とをそれぞれ別々の波長の励起光にて励起する場合もある。そうなると、生物試料内の発光物質と第一の発光固体粒子とが受容する励起光の強度も互いに異なることとなる。従って、そのように発光物質と第一及び第二の発光固体粒子とをそれぞれ別々の波長の励起光にて励起する場合には、発光物質と第一の発光固体粒子に到達する励起光強度の差異を考慮すべく、発光物質が生物試料の外部に存在していたと仮定した場合の光強度は、生物試料内の発光物質の光強度、第一及び第二の発光固体粒子の光強度、第一及び第二の発光固体粒子の発光波長に於ける生物試料の吸光係数及び発光物質の発光波長に於ける生物試料の吸光係数と伴に、第一及び第二の発光固体粒子の励起光波長に於ける生物試料の吸光係数と、発光物質の励起光波長に於ける生物試料の吸光係数とをも用いて算出されるようになっていてよい。この場合、発光物質が生物試料の外部に存在していたと仮定した場合の光強度Xは、
X=C・(A/B)(εx’+εm’)/(εx+εm) …(a)
により与えられてよい。なお、ここに於いて、Aは、第一の発光固体粒子の光強度であり、Bは、第二の発光固体粒子の光強度であり、Cは、生物試料の内部に分布する発光物質の光強度であり、εx、εmは、第一及び第二の発光固体粒子の励起波長及び発光波長に於ける生物試料の吸光係数であり、εx’、εm’は、発光物質の励起波長及び発光波長に於ける生物試料の吸光係数である。各励起光及び発光波長に於ける生物試料の吸光係数の各々は、使用される生物試料について予め調べられたものであってもよく、また、公知の任意の資料にて与えられている値を用いてもよい。[式(a)の導出は、実施の形態の欄に記載される。]
Further, when performing the above-described method of the present invention, when the luminescent material and the first and second luminescent solid particles emit light by irradiating excitation light, the luminescent material and the first and second luminescent materials are used. In addition to the different emission wavelengths of the luminescent solid particles, the luminescent material and the first and second luminescent solid particles may be excited with excitation light having different wavelengths. Then, the intensity of the excitation light received by the luminescent substance in the biological sample and the first luminescent solid particles will also differ from each other. Therefore, when the luminescent substance and the first and second luminescent solid particles are excited with excitation light having different wavelengths, the intensity of the excitation light that reaches the luminescent substance and the first luminescent solid particles is reduced. In consideration of the difference, the light intensity assuming that the luminescent material was present outside the biological sample is the light intensity of the luminescent material in the biological sample, the light intensity of the first and second luminescent solid particles, The excitation light wavelengths of the first and second luminescent solid particles together with the extinction coefficient of the biological sample at the emission wavelength of the first and second luminescent solid particles and the extinction coefficient of the biological sample at the emission wavelength of the luminescent material. It is also possible to calculate using the extinction coefficient of the biological sample in the light source and the extinction coefficient of the biological sample at the excitation light wavelength of the luminescent substance. In this case, the light intensity X when the luminescent material is assumed to exist outside the biological sample is
X = C · (A / B) (εx ′ + εm ′) / (εx + εm) (a)
May be given by Here, A is the light intensity of the first luminescent solid particles, B is the light intensity of the second luminescent solid particles, and C is the luminescent substance distributed inside the biological sample. Εx and εm are the extinction coefficients of the biological sample at the excitation wavelength and emission wavelength of the first and second luminescent solid particles, and εx ′ and εm ′ are the excitation wavelength and emission of the luminescent substance. The extinction coefficient of the biological sample at the wavelength. Each of the extinction coefficients of the biological sample at each excitation light and emission wavelength may have been examined in advance for the biological sample used, and the value given in any known material may be used. It may be used. [Derivation of Formula (a) is described in the column of the embodiment. ]

上記の本発明の方法は、典型的には、血管を有する実験用小動物の個体、胚、摘出臓器及び培養組織などの生物試料に与えられた発光物質の挙動を観測するモデル実験に於いて有利に用いることができる。そこで、本発明の方法の実施の態様の一つに於いては、生物試料の内部へ発光物質を含む溶液と第一の発光固体粒子とを注入する過程に於いて、発光物質を含む溶液と第一の発光固体粒子とが血管へ注入される。そうすると、第一の発光固体粒子はそのまま粒子の状態を維持しつつ血管系内にて流通する一方、発光物質は、血管系内にて拡散しつつ流通するとともに、発光物質の分子の大きさ或いは特性(血管壁透過性などの性質)に依存して血管外にも分布することとなる。そこに於いて、上記の本発明の方法の各過程を実行すれば、生物試料内での発光物質の濃度が検出されることとなる。特に、上記の本発明の方法は、血管へ注入された後に血管の一部から漏出した発光物質の濃度の検出を行う実験に用いられてよい。   The above-described method of the present invention is typically advantageous in a model experiment for observing the behavior of a luminescent substance applied to a biological sample such as an individual laboratory animal having blood vessels, an embryo, an isolated organ, and a cultured tissue. Can be used. Therefore, in one embodiment of the method of the present invention, in the step of injecting the solution containing the luminescent substance and the first luminescent solid particles into the inside of the biological sample, First luminescent solid particles are injected into the blood vessel. Then, while the first luminescent solid particles are circulated in the vascular system while maintaining the state of the particles as they are, the luminescent material is circulated while diffusing in the vascular system, and the molecular size of the luminescent material or Depending on the characteristics (properties such as blood vessel wall permeability), it will be distributed outside the blood vessel. If the steps of the above-described method of the present invention are executed, the concentration of the luminescent substance in the biological sample is detected. In particular, the above-described method of the present invention may be used for experiments in which the concentration of a luminescent substance leaked from a part of a blood vessel after being injected into the blood vessel is detected.

上記の本発明の方法に於いては、濃度が検出されるべき組織又は領域を外部に摘出又は露呈することなく、比較的容易に、in vivo又はin situにて、生物試料内部の発光物質の濃度が検出できることとなる。従って、本発明によれば、従前では実施できなかった種々の態様の実験又は計測が可能となり、医学的、薬学的又は生物学的研究の分野に於いて従前では得ることのできなかった種々の情報が得られるようになることが期待される。例えば、上記の如き実験用小動物の血管系の可視化及び血管からの蛍光物質の漏出を観測する実験に於いて、本発明の方法によれば、漏出した蛍光物質の濃度が分かるので、その濃度と漏出試薬の空間的な分布する領域の体積とから、漏出試薬の絶対量なども検出できることとなろう。   In the above-described method of the present invention, the luminescent substance inside the biological sample can be relatively easily obtained in vivo or in situ without externally extracting or exposing the tissue or region whose concentration is to be detected. The concentration can be detected. Therefore, according to the present invention, it is possible to perform various types of experiments or measurements that could not be performed in the past, and various types that could not be obtained in the field of medical, pharmaceutical, or biological research. It is expected that information can be obtained. For example, in the experiment for visualizing the vasculature of small experimental animals as described above and observing leakage of fluorescent substances from blood vessels, according to the method of the present invention, the concentration of the fluorescent substance leaked can be determined. From the volume of the spatial distribution area of the leaking reagent, the absolute amount of the leaking reagent can be detected.

本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。   Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the present invention.

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施形態について詳細に説明する。図中、同一の符号は、同一の部位を示す。   The present invention will now be described in detail with reference to a few preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. In the figure, the same reference numerals indicate the same parts.

本発明による生物試料内部に於ける発光物質濃度の検出方法は、マウス、ラット、モルモット、ウサギ等の実験用小動物の個体、胚、摘出臓器、培養組織などの生物試料に発光物質を注入又は投与し、発光物質の光を用いて生物試料の内部又は深部を可視化することにより為される種々の観察又は計測の一部として実行されてよい。特に、本実施形態に於いては、実験用動物(マウス)の血管中へ発光物質として蛍光試薬を投与し、血管系及びその周囲の組織をイメージングする実験に於いて、血管から漏出する蛍光試薬の濃度を検出する方法が説明されるが、本発明の方法が、その他の実験に於いても適用できることは、当業者に於いて理解されるべきである。   The method for detecting the concentration of a luminescent substance in a biological sample according to the present invention is a method of injecting or administering a luminescent substance into a biological sample such as an individual of an experimental small animal such as a mouse, rat, guinea pig, or rabbit, an embryo, an isolated organ, or a cultured tissue. However, it may be carried out as part of various observations or measurements made by visualizing the interior or depth of a biological sample using light of a luminescent material. In particular, in this embodiment, a fluorescent reagent is leaked from a blood vessel in an experiment in which a fluorescent reagent is administered as a luminescent substance into a blood vessel of a laboratory animal (mouse) and the vascular system and surrounding tissues are imaged. Although a method for detecting the concentration of the present invention is described, it should be understood by those skilled in the art that the method of the present invention can be applied in other experiments.

実験の概要
本実施形態に於ける生物試料内部に於ける発光物質濃度の検出方法に於いては、基本的には、まず、実験用動物の血管中へ蛍光試薬が投与され、実験用動物の蛍光像が実体顕微鏡とCCDカメラとを備えた蛍光イメージング装置(この分野に於いて通常使用されているものであってよい。)を用いて撮影される。この分野に於いてよく知られている如く、実験用動物の血管中へ投与された蛍光試薬は、血管系内を循環し、系内全体へ拡散することが期待される。従って、かくして蛍光試薬が投与された実験用動物の蛍光像に於いては、血管系の部分が蛍光試薬の発する光によって光って見えることとなる(血管系の可視化)。また、血管の一部に於いて漏出部分があると、蛍光試薬がその漏出部分から血管の周囲へ拡散することとなるので、蛍光像に於いては、そういった血管の漏出の程度も観察できることとなる。
Outline of Experiment In the method for detecting the concentration of a luminescent substance in a biological sample in this embodiment, basically, a fluorescent reagent is first administered into a blood vessel of a laboratory animal, The fluorescence image is taken using a fluorescence imaging apparatus (which may be normally used in this field) having a stereomicroscope and a CCD camera. As is well known in the art, fluorescent reagents administered into the blood vessels of laboratory animals are expected to circulate within the vascular system and diffuse throughout the system. Therefore, in the fluorescence image of the experimental animal to which the fluorescent reagent has been administered in this way, the vasculature part appears to shine due to the light emitted from the fluorescent reagent (visualization of the vascular system). In addition, if there is a leaking part in a part of the blood vessel, the fluorescent reagent diffuses from the leaking part to the periphery of the blood vessel, so that the degree of such blood leaking can be observed in the fluorescence image. Become.

しかしながら、既に触れた通り、蛍光試薬を励起する励起光が血管又はその周囲の蛍光試薬に到達するまで、及び、蛍光試薬から発せられる光が顕微光学系(実体顕微鏡など)の対物レンズに到達するまでに、生物試料(実験用動物)により、励起光及び蛍光のそれぞれが吸収されるため、血管又はその周囲(観測部位)からの蛍光の強度からだけでは、かかる血管又はその周囲にどの程度の蛍光試薬が存在しているか、即ち、かかる血管又はその周囲に於ける蛍光試薬の濃度を知ることはできない。そこで、本実施形態に於いては、下記に説明される如く、血管系の可視化をするための蛍光試薬と伴に蛍光ビーズ(第一の発光固体粒子)を実験用動物の血管中に投与し(蛍光試薬と同様に蛍光ビーズも血管系内にて循環される。)、且つ、実験用動物の表面に同一の蛍光ビーズ(第二の発光固体粒子)を配置して、実験用動物の血管内と表面の蛍光ビーズの蛍光像を撮影する。そして、それらの画像上の蛍光ビーズの蛍光強度を用いて、血管又はその周囲に於ける蛍光試薬(の励起光と蛍光)が実験用動物による光吸収の影響を受けなかった場合の蛍光試薬の蛍光強度が推定(算出)され、その推定された蛍光強度から蛍光試薬の濃度が決定される。   However, as already mentioned, the light emitted from the fluorescent reagent reaches the objective lens of the microscopic optical system (such as a stereomicroscope) until the excitation light for exciting the fluorescent reagent reaches the blood vessel or the fluorescent reagent around it. By the time, each of the excitation light and the fluorescence is absorbed by the biological sample (experimental animal), the amount of the fluorescence in the blood vessel or its surroundings (observation site) can be measured only in the blood vessel or its surroundings. It is not possible to know whether a fluorescent reagent is present, that is, the concentration of the fluorescent reagent in or around such blood vessels. Therefore, in the present embodiment, as described below, fluorescent beads (first luminescent solid particles) are administered into a blood vessel of a laboratory animal together with a fluorescent reagent for visualizing a vascular system. (Similar to the fluorescent reagent, the fluorescent beads are also circulated in the vascular system.) Further, the same fluorescent beads (second luminescent solid particles) are arranged on the surface of the laboratory animal, and the blood vessels of the laboratory animal are arranged. Take fluorescent images of inner and surface fluorescent beads. Then, using the fluorescence intensity of the fluorescent beads on these images, the fluorescence reagent in the blood vessel or its surroundings (excitation light and fluorescence) is not affected by light absorption by the experimental animal. The fluorescence intensity is estimated (calculated), and the concentration of the fluorescent reagent is determined from the estimated fluorescence intensity.

実験の手順
図1(A)は、蛍光イメージング装置を用いて実験用動物の血管中へ投与された蛍光試薬の濃度を検出する方法の手順をフローチャートの形式にて示したものであり、図2は、その様子を模式的に表したものである。
Procedure of Experiment FIG. 1A shows a procedure of a method for detecting the concentration of a fluorescent reagent administered into a blood vessel of an experimental animal using a fluorescence imaging apparatus in the form of a flowchart. Is a schematic representation of the situation.

(i)試料の準備
同図を参照して、まず、任意に選択されてよい実験用動物10へ、血管系又は血管からの漏出を可視化するための蛍光試薬が溶解され蛍光ビーズが分散された溶液が静脈注射などにより注入される(ステップ100、図2(A)の符号12)。静脈注射は、通常の態様にて実施されてよい。蛍光試薬は、血管系の可視化に通常用いられている任意の試薬であってよい(特に、近赤外域の発光波長を有するもの)。また、蛍光ビーズは、実験用動物の血管内にて流通可能な大きさのものが選択されてよい。実験用動物へ注入される溶液中の蛍光試薬の濃度及び蛍光ビーズの量は、実験毎に適宜調整されてよい。なお、蛍光ビーズの発光波長帯域は、好ましくは、蛍光試薬の波長帯域とは異なることが好ましい。これは、下記に説明される試料による光吸収の影響を受けなかった場合の蛍光試薬の蛍光強度の推定演算に於いて、蛍光ビーズの蛍光強度と蛍光試薬の蛍光強度が独立であった方が、推定される蛍光強度の精度が良くなるためである。また、更に、静脈注射される溶液中には、種々の実験の目的に応じて任意にその他の物質又は薬剤が含まれていてもよいことは理解されるべきである。
(I) Preparation of sample Referring to the figure, first, a fluorescent reagent for visualizing leakage from a vascular system or blood vessel was dissolved and fluorescent beads were dispersed in a laboratory animal 10 that may be arbitrarily selected. The solution is injected by intravenous injection or the like (step 100, reference numeral 12 in FIG. 2A). Intravenous injection may be performed in the usual manner. The fluorescent reagent may be any reagent usually used for visualization of the vascular system (particularly, one having an emission wavelength in the near infrared region). In addition, fluorescent beads having a size that can be distributed in the blood vessels of laboratory animals may be selected. The concentration of the fluorescent reagent and the amount of fluorescent beads in the solution injected into the experimental animal may be appropriately adjusted for each experiment. The emission wavelength band of the fluorescent beads is preferably different from the wavelength band of the fluorescent reagent. This is because the fluorescence intensity of the fluorescent beads and the fluorescence intensity of the fluorescent reagent are independent in the estimation calculation of the fluorescence intensity of the fluorescent reagent when not affected by light absorption by the sample described below. This is because the accuracy of the estimated fluorescence intensity is improved. Furthermore, it should be understood that the intravenously injected solution may optionally contain other substances or drugs depending on the purpose of various experiments.

次いで、図2(A)の符号16にて示されている如く、実験用動物の表面へ、血管内へ注入した蛍光ビーズと同一の蛍光ビーズが配置される(ステップ110)。かかる配置は、スポイト14などを用いて適当量の蛍光ビーズを分散した溶液を実験用動物の体表に滴下又は塗布することにより為されてよい。なお、ステップ100とステップ110とは、どちらを先に実行してもよいことは理解されるべきである。   2A, the same fluorescent beads as those injected into the blood vessel are placed on the surface of the experimental animal (step 110). Such an arrangement may be made by dropping or applying a solution in which an appropriate amount of fluorescent beads are dispersed using a dropper 14 or the like onto the body surface of a laboratory animal. It should be understood that either step 100 or step 110 may be performed first.

(ii)蛍光像の撮影
かくして、上記の如く準備された試料10(実験用動物)の蛍光像の撮影が、蛍光イメージング装置20を用いて実行される(ステップ120)。蛍光イメージング装置20は、顕微光学系で得られる像をCCDカメラ(光検出装置)26により撮影するよう構成された公知の任意の形式のイメージング装置(例えば、オリンパス社IV100、OV110など)であってよい。かかるイメージング装置20に於いて、顕微光学系は、通常の形式の蛍光実体顕微鏡であってよく、そこに於いて、光源24からの励起光又は照明光Iexがダイクロイックミラー28に於いて反射され、対物レンズ系22により試料10の観察部位に集光される。そして、観察部位に於ける蛍光試薬(又は蛍光ビーズ)から発せられる蛍光Iemが対物レンズ系22により集光され、ダイクロイックミラー28を透過して、CCDカメラ26の受光面(図示せず)に於いて試料の蛍光像が形成される。なお、光源24に励起光の光路及び試料からCCDカメラへの検出光の光路には、それぞれ、特定の波長を選択的に透過するフィルター24a、26aが配置される。また、光源24とCCDカメラ26の作動は、コントローラ30により制御され、CCDカメラ26で取得された画像は、通常の態様にてコントローラにより処理されて画像記録装置(図示せず)に記録され、画像は、モニター30aにて表示されるようになっていてよい。更に、コントローラは、取得された画像に於ける輝度値(この場合には、蛍光強度)を取得し、輝度値が任意の画像処理等の演算処理に利用できるよう構成されたものであってよい。
(Ii) Imaging of fluorescence image Thus, imaging of the fluorescence image of the sample 10 (experimental animal) prepared as described above is executed using the fluorescence imaging apparatus 20 (step 120). The fluorescence imaging apparatus 20 is a known arbitrary type of imaging apparatus (for example, Olympus IV100, OV110, etc.) configured to take an image obtained by a microscopic optical system with a CCD camera (photodetection apparatus) 26. Good. In the imaging apparatus 20, the microscopic optical system may be a normal type fluorescent stereomicroscope, in which the excitation light or illumination light Iex from the light source 24 is reflected by the dichroic mirror 28, The light is condensed on the observation site of the sample 10 by the objective lens system 22. Then, the fluorescence Iem emitted from the fluorescent reagent (or fluorescent bead) at the observation site is collected by the objective lens system 22, passes through the dichroic mirror 28, and passes through the light receiving surface (not shown) of the CCD camera 26. And a fluorescent image of the sample is formed. It should be noted that filters 24a and 26a that selectively transmit a specific wavelength are disposed in the light source 24 in the optical path of the excitation light and in the optical path of the detection light from the sample to the CCD camera, respectively. The operation of the light source 24 and the CCD camera 26 is controlled by the controller 30, and the image acquired by the CCD camera 26 is processed by the controller in a normal manner and recorded in an image recording device (not shown). The image may be displayed on the monitor 30a. Further, the controller may be configured to acquire a luminance value (in this case, fluorescence intensity) in the acquired image and use the luminance value for arithmetic processing such as arbitrary image processing. .

試料10の蛍光像の撮影に際しては、対物レンズ系22の焦点を試料10の表面に合わせ、試料10の表面の蛍光ビーズの像(a)が撮影され、また、対物レンズ系22の焦点を試料10の内部に合わせ、試料10の内部の蛍光ビーズの像(b)と、血管系の像(c)とが撮影される(図2(B)の右下図参照)。これらの蛍光像の撮影に於いて、蛍光試薬の励起光波長及び発光波長と、蛍光ビーズの励起光波長及び発光波長とが異なるときには、それぞれ、適合する励起光にて試料を照射し、且つ、適合する発光波長帯域にて顕微鏡像を撮影できるように、光源24又はCCDカメラ26の光路に置かれたフィルター24a、26a及びダイクロイックミラー28を切り換えて撮影が実行される。従って、その場合には、試料10の表面の蛍光ビーズの像(a)、試料10の内部の蛍光ビーズの像(b)及び試料10の内部の血管系の像(c)がそれぞれ別々に撮影され蛍光像として取得され保存される(図3(A)参照)。他方、蛍光試薬の励起光波長及び発光波長と、蛍光ビーズの励起光波長及び発光波長とが同一であるときには、試料10の内部の蛍光ビーズの像(b)及び試料10の内部の血管系の像(c)とが同一の画像に写し込まれていてよい。なお、後に説明される試料による光吸収の影響を受けなかった場合の蛍光試薬の蛍光強度の推定演算の原理から理解される如く、試料10の内部の蛍光ビーズの像(b)と血管系の像(c)の撮影に於いて、観測されるべき血管系の領域内に蛍光ビーズが存在している場合に、光吸収の影響を受けなかった場合の蛍光試薬の蛍光強度が精度よく推定される。従って、蛍光ビーズの像(b)と血管系の像(c)の撮影に際しては、まず、顕微鏡下で、血管中を流通する蛍光ビーズが探索され、その像が撮影され、しかる後に見つかった蛍光ビーズの周囲の血管系の像が撮影されることが好ましい。   When photographing the fluorescent image of the sample 10, the focal point of the objective lens system 22 is focused on the surface of the sample 10, an image (a) of the fluorescent beads on the surface of the sample 10 is photographed, and the focal point of the objective lens system 22 is focused on the sample. An image (b) of the fluorescent beads inside the sample 10 and an image (c) of the vascular system are taken in accordance with the inside of the sample 10 (see the lower right diagram in FIG. 2B). In photographing these fluorescent images, when the excitation light wavelength and emission wavelength of the fluorescent reagent are different from the excitation light wavelength and emission wavelength of the fluorescent beads, the sample is irradiated with a suitable excitation light, and Photographing is executed by switching the filters 24a and 26a and the dichroic mirror 28 placed in the light path of the light source 24 or the CCD camera 26 so that a microscope image can be photographed in a suitable emission wavelength band. Therefore, in that case, an image of the fluorescent beads on the surface of the sample 10 (a), an image of the fluorescent beads inside the sample 10 (b), and an image of the vascular system inside the sample 10 (c) are taken separately. And obtained and stored as a fluorescence image (see FIG. 3A). On the other hand, when the excitation light wavelength and emission wavelength of the fluorescent reagent are the same as the excitation light wavelength and emission wavelength of the fluorescent bead, the image (b) of the fluorescent beads inside the sample 10 and the vascular system inside the sample 10 The image (c) may be imprinted on the same image. As will be understood from the principle of estimation calculation of the fluorescence intensity of the fluorescent reagent when not affected by light absorption by the sample, which will be described later, the image (b) of the fluorescent beads inside the sample 10 and the vascular system In photographing the image (c), when fluorescent beads are present in the region of the vascular system to be observed, the fluorescence intensity of the fluorescent reagent when not affected by light absorption is accurately estimated. The Therefore, when photographing the image (b) of the fluorescent beads and the image (c) of the vascular system, first, the fluorescent beads circulating in the blood vessel are searched for under the microscope, the images are photographed, and the fluorescence found thereafter. Preferably, an image of the vasculature around the bead is taken.

(iii)試料による光吸収の影響を受けなかった場合の蛍光試薬の蛍光強度の推定
上記の如く試料10の表面の蛍光ビーズの蛍光像(a)、試料10の内部の蛍光ビーズの蛍光像(b)及び試料10の内部の血管系の蛍光像(c)が取得されると、それらの像から試料10の表面及び内部の蛍光ビーズの蛍光強度と濃度が検出されるべき部位の蛍光強度とが計測される(ステップ130)。蛍光強度の計測は、図3(A)の如く観られる、試料10の表面の蛍光ビーズ(ビーズA)、試料10の内部の蛍光ビーズ(ビーズB)、試料10の内部の血管系又はその周囲の(濃度が検出されるべき部位の)蛍光試薬の各画像に於いて、輝度値を参照することにより為される(各画像に於いて、実際に写っていない部分は破線にて示されている。)。なお、濃度が検出されるべき部位又は領域は、血管系が写っている蛍光像(c)に於いて任意の部位又は領域が選択されてよい。
(Iii) Estimation of fluorescence intensity of fluorescent reagent when not affected by light absorption by sample As described above, fluorescent image (a) of fluorescent beads on the surface of sample 10 and fluorescent image of fluorescent beads inside sample 10 ( b) When the fluorescence image (c) of the vascular system inside the sample 10 is acquired, the fluorescence intensity and concentration of the fluorescent beads and the concentration of the fluorescent beads on the surface of the sample 10 and the inside of the sample 10 are to be detected. Is measured (step 130). The fluorescence intensity is measured as shown in FIG. 3A. The fluorescent beads (bead A) on the surface of the sample 10, the fluorescent beads (bead B) inside the sample 10, the vascular system inside the sample 10, or the surroundings thereof. This is done by referring to the luminance value in each image of the fluorescent reagent (at the site where the concentration is to be detected) (in each image, the part that is not actually shown is indicated by a broken line) Yes.) In addition, the site | part or area | region where a density | concentration should be detected may select arbitrary site | parts or area | regions in the fluorescence image (c) in which the vascular system is reflected.

かくして計測されたビーズA、ビーズB及び濃度が検出されるべき部位の蛍光試薬のそれぞれの蛍光強度値から、濃度が検出されるべき部位の蛍光試薬が試料10の外部に在ったと仮定した場合の蛍光強度、即ち、濃度が検出されるべき部位の蛍光試薬の発する蛍光強度から生物試料による光吸収の影響を除去したときの蛍光強度(蛍光試薬が光吸収の影響を受けなかったと仮定したときの蛍光強度)の値が推定される(ステップ140)。具体的には、濃度が検出されるべき部位の蛍光試薬が試料10の外部に在ったと仮定した場合の蛍光強度Xは、
X=C・(A/B)(εx’+εm’)/(εx+εm) …(1)
により与えられる。ここに於いて、Aは、ビーズAの蛍光強度であり、Bは、ビーズBの蛍光強度であり、Cは、生物試料の血管内及びその周囲に分布する蛍光試薬の蛍光強度である。また、εx、εmは、ビーズA、Bの撮像時の励起光波長及び検出光波長(ビーズの発光波長)に於ける試料の吸光係数であり、εx’、εm’は、蛍光試薬の撮像時の励起光波長及び検出光波長(蛍光試薬の発光波長)に於ける試料の吸光係数である。
When it is assumed that the fluorescent reagent at the site where the concentration is to be detected is outside the sample 10 from the fluorescence intensity values of the beads A, beads B and the fluorescent reagent at the site where the concentration is to be detected. Fluorescence intensity, ie, fluorescence intensity when the influence of light absorption by a biological sample is removed from the fluorescence intensity emitted by the fluorescent reagent at the site where the concentration should be detected (assuming that the fluorescent reagent was not affected by light absorption) Of fluorescence intensity) is estimated (step 140). Specifically, the fluorescence intensity X when it is assumed that the fluorescent reagent at the site where the concentration is to be detected is outside the sample 10 is:
X = C · (A / B) (εx ′ + εm ′) / (εx + εm) (1)
Given by. Here, A is the fluorescence intensity of the bead A, B is the fluorescence intensity of the bead B, and C is the fluorescence intensity of the fluorescent reagent distributed in and around the blood vessel of the biological sample. Further, εx and εm are the extinction coefficients of the sample at the excitation light wavelength and detection light wavelength (bead emission wavelength) at the time of imaging the beads A and B, and εx ′ and εm ′ are at the time of imaging the fluorescent reagent. Is the extinction coefficient of the sample at the excitation light wavelength and the detection light wavelength (the emission wavelength of the fluorescent reagent).

上記の式(1)は、ビーズB及び試料10の内部の血管又はその周囲に分布する蛍光試薬に照射される励起光が試料を通過する際の試料による光の吸収と、ビーズB及び蛍光試薬からの蛍光が対物レンズ系22へ到達するまで試料を通過する際の試料による光の吸収とを考慮して与えられる。図3(B)は、式(1)を算出する原理を説明するための模式的な試料の断面図を示している。   The above formula (1) indicates that the absorption of light by the sample when the excitation light irradiated to the fluorescent reagent distributed in or around the blood vessel inside the bead B and the sample 10 passes through the sample, and the bead B and the fluorescent reagent. In consideration of light absorption by the sample as it passes through the sample until it reaches the objective lens system 22. FIG. 3B shows a schematic cross-sectional view of a sample for explaining the principle of calculating the formula (1).

同図を参照して、既に述べた通り、本実施形態の試料に於いては、試料の表面に蛍光ビーズAが配置され、試料の内部の血管中には、蛍光ビーズBが存在し、その血管及びその周囲には、蛍光試薬が存在する。そこで、まず、ビーズA及びビーズBに対して励起光Iexoが照射されるとすると、ビーズの蛍光強度はそれぞれの受容した励起光強度に比例すると考えて、ビーズAの蛍光強度Aは、
A=κIexo …(2)
により与えられ、試料の内部でビーズBから発せられる蛍光強度Boは、
Bo=κIex …(3)
により与えられる。ここで、κは、比例係数であり、Iexは、ビーズBに到達
するまでに試料の光吸収により減衰された励起光の強度である。上記の励起光強度Iexo及びIexについて、ランベルト・ベールの法則から、
log(Iexo/Iex)=εx・ξ …(4)
の関係が成立する。なお、ξは、試料の厚みと組織の密度とにより決定される量である。また、試料の内部のビーズBからの蛍光は、励起光と同じ光路を逆に進んで対物レンズ系22へ入射するので、ビーズBから発せられる蛍光強度Boと、その蛍光が試料の外部に出たときの強度Bとの間に於いてもランベルト・ベールの法則から、
log(Bo/B)=εm・ξ …(5)
の関係が成立する。かくして、式(2)〜(5)の関係から、対物レンズ系22を介して計測されるビーズAの蛍光強度AとビーズBの蛍光強度Bとの間には、
log(A/B)=(εx+εm)・ξ …(6)
の関係が成立する。
With reference to the figure, as already described, in the sample of this embodiment, the fluorescent beads A are arranged on the surface of the sample, and the fluorescent beads B are present in the blood vessels inside the sample. A fluorescent reagent is present in and around the blood vessel. Therefore, first, assuming that the excitation light Iexo is irradiated to the beads A and B, the fluorescence intensity A of the beads A is considered to be proportional to the received excitation light intensity.
A = κIexo (2)
And the fluorescence intensity Bo emitted from the bead B inside the sample is
Bo = κIex (3)
Given by. Here, κ is a proportional coefficient, and Iex is the intensity of the excitation light attenuated by the light absorption of the sample before reaching the bead B. Regarding the above excitation light intensity Iexo and Iex, from Lambert-Beer law,
log (Iexo / Iex) = εx · ξ (4)
The relationship is established. Note that ξ is an amount determined by the thickness of the sample and the density of the tissue. Further, since the fluorescence from the bead B inside the sample travels in the same optical path as the excitation light and enters the objective lens system 22, the fluorescence intensity Bo emitted from the bead B and the fluorescence output to the outside of the sample. From the Lambert-Beer law between the strength B
log (Bo / B) = εm · ξ (5)
The relationship is established. Thus, from the relationship of the formulas (2) to (5), between the fluorescence intensity A of the beads A and the fluorescence intensity B of the beads B measured via the objective lens system 22,
log (A / B) = (εx + εm) · ξ (6)
The relationship is established.

次いで、試料の内部の血管内又はその周囲に分布する蛍光試薬の蛍光強度について考えると、対物レンズ系22を介して計測される試料内部の蛍光試薬からの蛍光強度Cと、試料内部の蛍光試薬が生物試料の外部(表面)に在ったと仮定した場合、つまり、試料による光吸収の影響を受けなかったとした場合の蛍光強度Xとの関係は、ビーズAの蛍光強度AとビーズBの蛍光強度Bとの間と同様である。従って、蛍光強度Xと蛍光強度Cとの間には、
log(X/C)=(εx’+εm’)・ξ …(7)
の関係が成立する。従って、式(6)と式(7)とから、定数ξを消去して、式(1)が算出される。かかる式(1)に於いて、
(A/B)(εx’+εm’)/(εx+εm) …(1a)
が、試料による光吸収の影響を排除するための補正係数ということができる。即ち、本実施形態に於いては、試料による光吸収の影響を排除するための補正係数が観測に供される試料毎に与えられる。
Next, considering the fluorescence intensity of the fluorescence reagent distributed in or around the blood vessel inside the sample, the fluorescence intensity C from the fluorescence reagent inside the sample measured through the objective lens system 22 and the fluorescence reagent inside the sample Is assumed to be outside (surface) of the biological sample, that is, when the sample is not affected by light absorption by the sample, the relationship between the fluorescence intensity A of the beads A and the fluorescence of the beads B is as follows. It is the same as that between the strength B. Therefore, between the fluorescence intensity X and the fluorescence intensity C,
log (X / C) = (εx ′ + εm ′) · ξ (7)
The relationship is established. Therefore, the equation (1) is calculated from the equations (6) and (7) by eliminating the constant ξ. In such formula (1),
(A / B) (εx ′ + εm ′) / (εx + εm) (1a)
However, it can be said that this is a correction coefficient for eliminating the influence of light absorption by the sample. That is, in the present embodiment, a correction coefficient for eliminating the influence of light absorption by the sample is given for each sample to be observed.

上記の式(1)に於いて、ビーズA、B及び蛍光試薬の励起光・検出光波長に於ける試料の吸光係数は、別途任意の実験により予め求められてよいが、図4に例示されている如き、既知の実験用動物等の組織試料の吸光係数の波長特性データから得られる値を使用してもよい。なお、図4から理解される如く、ビーズA、B及び蛍光試薬は、それらの励起光及び蛍光の試料による光吸収をできるだけ抑えるために、励起光・検出光波長が近赤外域(650nm〜)となるように選択されることが望ましい。   In the above formula (1), the extinction coefficient of the sample at the excitation light / detection light wavelengths of the beads A and B and the fluorescent reagent may be obtained in advance by an arbitrary experiment, but is illustrated in FIG. As described above, a value obtained from the wavelength characteristic data of the extinction coefficient of a tissue sample such as a known experimental animal may be used. In addition, as understood from FIG. 4, the beads A and B and the fluorescent reagent have excitation light / detection light wavelengths in the near infrared region (650 nm or more) in order to suppress light absorption by the excitation light and the fluorescent sample as much as possible. It is desirable to be selected so that

なお、ビーズA、B及び蛍光試薬の励起光・検出光波長がそれぞれ同一であるとき、式(1)は、
X=C(A/B) …(8)
となり、吸光係数値を用いずに、蛍光強度Xが算出できることとなる。しかしながら、その場合、図3(A)の(b)又は(c)から理解される如く、ビーズBと蛍光試薬の蛍光が同一の画像にて重複し、それぞれの蛍光強度を精度よく計測することが困難となり得る。従って、少なくとも、検出光の波長については、ビーズA、Bと蛍光試薬とは異なっていることが好ましい。
In addition, when the excitation light and detection light wavelengths of the beads A and B and the fluorescent reagent are the same, the expression (1) is
X = C (A / B) (8)
Thus, the fluorescence intensity X can be calculated without using the extinction coefficient value. However, in that case, as understood from (b) or (c) of FIG. 3 (A), the fluorescence of the beads B and the fluorescent reagent overlap in the same image, and the respective fluorescence intensities should be accurately measured. Can be difficult. Therefore, it is preferable that at least the wavelength of the detection light is different between the beads A and B and the fluorescent reagent.

また、式(1)を用いて蛍光強度Xの値を推定する場合には、図3(A)の(b)又は(c)の像は、同一の領域の像であることが好ましい。上記の説明から理解される如く、式(1)の導出する際には、式(6)、(7)に於ける量ξが等しいものと仮定されている。かかる量ξは、既に述べた如く、試料の厚みや組織の密度で決定される量であるので、蛍光ビーズBの位置と濃度が検出される蛍光試薬の分布領域の位置とが大きくずれると、ξのずれが大きくなり、算出される蛍光強度Xの値の精度が低下することとなる。   Moreover, when estimating the value of the fluorescence intensity X using Formula (1), it is preferable that the image of (b) or (c) of FIG. 3 (A) is an image of the same area | region. As understood from the above description, when the expression (1) is derived, it is assumed that the amounts ξ in the expressions (6) and (7) are equal. Since the amount ξ is an amount determined by the thickness of the sample and the density of the tissue as described above, if the position of the fluorescent beads B and the position of the distribution region of the fluorescent reagent whose concentration is detected are greatly shifted, The shift of ξ increases, and the accuracy of the calculated fluorescence intensity X value decreases.

(iv)試料内部の蛍光試薬の濃度の決定
上記の如く試料内部の蛍光試薬が生物試料の外部(表面)に在ったと仮定した場合の蛍光強度Xが推定されると、その推定された蛍光強度Xの値に基づいて、蛍光試薬の濃度が決定される(ステップ150)。かかる蛍光強度Xからの蛍光試薬の濃度の決定は、蛍光イメージング装置20に於いて、別途に、試料10の蛍光像を撮影した際と同一の条件(レンズ倍率、励起光波長、励起光強度、検出光波長帯域など)にて既知の濃度の蛍光試薬溶液の蛍光像を撮影し、その蛍光像から得られた蛍光試薬溶液の蛍光強度値と、先に推定された蛍光強度Xとを比較することにより為されてよい。典型的には、蛍光強度と蛍光試薬濃度とは、比例すると考えられるので、既知の濃度Yoの試薬溶液の蛍光強度がXoであったとすると、試料内の蛍光試薬濃度Yは、
Y=Yo・X/Xo …(9)
で与えられる。
(Iv) Determination of concentration of fluorescent reagent inside sample As described above, when the fluorescence intensity X is estimated when it is assumed that the fluorescent reagent inside the sample is outside (surface) of the biological sample, the estimated fluorescence Based on the value of the intensity X, the concentration of the fluorescent reagent is determined (step 150). Determination of the concentration of the fluorescent reagent from the fluorescence intensity X is performed under the same conditions (lens magnification, excitation light wavelength, excitation light intensity, A fluorescent image of a fluorescent reagent solution having a known concentration in the detection light wavelength band, etc.), and the fluorescence intensity value of the fluorescent reagent solution obtained from the fluorescent image is compared with the previously estimated fluorescent intensity X May be done. Typically, since the fluorescence intensity and the fluorescence reagent concentration are considered to be proportional, if the fluorescence intensity of a reagent solution with a known concentration Yo is Xo, the fluorescence reagent concentration Y in the sample is
Y = Yo · X / Xo (9)
Given in.

しかしながら、蛍光試薬の濃度をより正確に決定したい場合には、蛍光イメージング装置20に於いて計測される蛍光試薬の蛍光強度から蛍光試薬の濃度を決定するための検量線(図5(C)参照))を調製し、その検量線を用いて、試料10内の蛍光試薬の濃度を決定するようになっていてもよい。図1(B)及び図5(A)、(B)は、蛍光イメージング装置20に於いて計測される蛍光試薬の蛍光強度から蛍光試薬の濃度を決定するための検量線を調製する過程の手順とその様子をそれぞれ示している。これらの図を参照して、まず、図5(A)に例示されている如く、複数の互いに異なる濃度の蛍光試薬溶液を載置したプレパラートが準備される(ステップ200)。次いで、図5(B)に模式的示されている如く、そのプレパラート上の蛍光試薬溶液の蛍光像を蛍光イメージング装置20を用いて順々に撮影する(ステップ210)。しかる後に、各蛍光試薬溶液の蛍光像の輝度値から蛍光強度を計測し(ステップ220)、次いで、濃度に対して、各蛍光強度をプロットし、プロット点を任意の手法により補間して、図5(C)の検量線が調製される(ステップ230)。かくして、試料内部の蛍光試薬が生物試料の外部に在ったと仮定した場合の蛍光強度Xが決定されると、調製された検量線上に於いて対応する濃度値Yが読み取ることが可能となる。   However, when it is desired to determine the concentration of the fluorescent reagent more accurately, a calibration curve for determining the concentration of the fluorescent reagent from the fluorescence intensity of the fluorescent reagent measured by the fluorescent imaging device 20 (see FIG. 5C). )) May be prepared, and the concentration of the fluorescent reagent in the sample 10 may be determined using the calibration curve. FIGS. 1B, 5A, and 5B are steps of a process of preparing a calibration curve for determining the concentration of the fluorescent reagent from the fluorescence intensity of the fluorescent reagent measured in the fluorescence imaging apparatus 20. And the situation. Referring to these drawings, first, as illustrated in FIG. 5A, a preparation is prepared in which a plurality of fluorescent reagent solutions having different concentrations are placed (step 200). Next, as schematically shown in FIG. 5B, fluorescence images of the fluorescent reagent solution on the preparation are sequentially photographed using the fluorescence imaging apparatus 20 (step 210). Thereafter, the fluorescence intensity is measured from the luminance value of the fluorescence image of each fluorescent reagent solution (step 220), then each fluorescence intensity is plotted against the concentration, and the plot points are interpolated by an arbitrary method. A calibration curve of 5 (C) is prepared (step 230). Thus, when the fluorescence intensity X is determined when it is assumed that the fluorescent reagent inside the sample is outside the biological sample, the corresponding concentration value Y can be read on the prepared calibration curve.

以上の如く、上記に説明された本発明の実施形態によれば、蛍光イメージング技術を用いることによって、非侵襲的又は低侵襲的に、実験用小動物等の生物試料の血管中に投与された蛍光試薬の濃度がin vivoにて検出することが可能となる。また、本発明の方法によれば、観測に供される試料に対して蛍光ビーズが与えられ、それらの蛍光強度を用いて、試料内部の蛍光試薬の蛍光強度を補正して(式(1)参照)、試料による光吸収の影響の除去した試料内部の蛍光試薬の蛍光強度及びその濃度が決定されるようになっている。即ち、試料による光吸収の影響は、試料毎に補正されることとなるので、光吸収の影響の程度が試料毎に異なることは問題とならないことは理解されるべきである。   As described above, according to the embodiment of the present invention described above, fluorescence administered into a blood vessel of a biological sample such as a small experimental animal noninvasively or minimally invasively by using a fluorescence imaging technique. The reagent concentration can be detected in vivo. Further, according to the method of the present invention, fluorescent beads are given to a sample to be observed, and the fluorescence intensity of the fluorescent reagent inside the sample is corrected using the fluorescence intensity (formula (1)). See), and the fluorescence intensity and concentration of the fluorescent reagent in the sample from which the influence of light absorption by the sample is removed are determined. That is, it is to be understood that the effect of light absorption by the sample is corrected for each sample, and therefore it does not matter that the degree of light absorption differs for each sample.

以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の方法に適用されることは明らかであろう。   Although the above description has been made in relation to the embodiment of the present invention, many modifications and changes can be easily made by those skilled in the art, and the present invention is limited to the embodiment exemplified above. It will be apparent that the invention is not limited and applies to various methods without departing from the inventive concept.

例えば、イメージングにより得られた像から生物試料内の発光物質の濃度を検出する際、イメージングに用いる光は、蛍光に限らず、りん光又は化学発光であってもよいことは理解されるべきである(励起光を必要としないイメージングの場合には、励起光の吸収の影響は考慮しなくてよい。)。また、本発明の方法は、血管又はその周囲のイメージングだけでなく、生物試料内に発光物質と発光固体粒子を投与できる部位又は領域のイメージングに於いても適用されてよく、そのような場合も本発明の範囲に属すると理解されるべきである。   For example, when detecting the concentration of a luminescent substance in a biological sample from an image obtained by imaging, it should be understood that the light used for imaging is not limited to fluorescence but may be phosphorescence or chemiluminescence. Yes (in the case of imaging that does not require excitation light, the influence of absorption of excitation light need not be considered). In addition, the method of the present invention may be applied not only to imaging of blood vessels or their surroundings, but also to imaging of a site or region where a luminescent substance and luminescent solid particles can be administered into a biological sample. It should be understood as belonging to the scope of the present invention.

図1(A)は、本発明による生物試料内の蛍光試薬の濃度を検出する方法の手順をフローチャートの形式にて表したものであり、図1(B)は、(A)に於いて用いられる濃度対蛍光強度の検量線の調製の手順をフローチャートの形式にて表したものである。FIG. 1 (A) shows a procedure of a method for detecting the concentration of a fluorescent reagent in a biological sample according to the present invention in the form of a flowchart, and FIG. 1 (B) is used in (A). The procedure for preparing a calibration curve of concentration versus fluorescence intensity is shown in the form of a flowchart. 図2(A)は、本発明による方法に於いて試料として用いられる実験用小動物(マウス)を準備する様子を模式的に表したものであり、図2(B)は、試料の蛍光像を撮影するための蛍光イメージング装置20の概略構成と操作を模式的に表したものである。図では、試料10の表面の像を撮影した後、対物レンズ系22の焦点位置を下方に変更して、試料10の内部を撮影しているが、かかる撮影の順序は任意でよい。FIG. 2 (A) schematically shows the preparation of a small experimental animal (mouse) used as a sample in the method according to the present invention, and FIG. 2 (B) shows a fluorescence image of the sample. The schematic structure and operation of the fluorescence imaging apparatus 20 for imaging | photography are typically represented. In the figure, after an image of the surface of the sample 10 is taken, the focal position of the objective lens system 22 is changed downward and the inside of the sample 10 is taken. However, the order of such photographing may be arbitrary. 図3(A)は、本発明による方法に於いて、蛍光イメージング装置により取得されると想定される試料10の表面に配置された蛍光ビーズAの蛍光像(a)、試料10の血管中へ投与されその血管中にて流通する蛍光ビーズBの蛍光像(b)、試料10の血管中へ投与されその血管の周囲に漏出した蛍光試薬の蛍光像(c)を模式的に表したものである。これらの図に於いて、破線にて示された部分は、対応する蛍光像では見えない部分である。像(c)に於いて、斜線にて示されている領域は、蛍光試薬が分布する領域を示している(図の例では、血管の一部から蛍光試薬が漏出している状態が模式的に描かれている。)。図3(B)は、蛍光試薬が試料の外部(表面)にあったと仮定した場合の蛍光強度を推定いる原理を説明するための模式的な試料の断面図である。FIG. 3A shows a fluorescent image (a) of the fluorescent beads A arranged on the surface of the sample 10 assumed to be acquired by the fluorescence imaging apparatus in the method according to the present invention, into the blood vessel of the sample 10. Fluorescent image (b) of the fluorescent bead B that is administered and distributed in the blood vessel, and a fluorescent image (c) of the fluorescent reagent that is administered into the blood vessel of the sample 10 and leaks around the blood vessel. is there. In these figures, the portion indicated by a broken line is a portion that cannot be seen in the corresponding fluorescent image. In the image (c), the hatched area indicates the area where the fluorescent reagent is distributed (in the example of the figure, the state in which the fluorescent reagent leaks from a part of the blood vessel is schematically shown). Is drawn in.) FIG. 3B is a schematic cross-sectional view of the sample for explaining the principle of estimating the fluorescence intensity when it is assumed that the fluorescent reagent is outside (surface) of the sample. 図4は、一般的な生物試料の吸光係数の波長特性スペクトルである(非特許文献3)。吸光係数のスペクトル値は、蛍光試薬が試料の外部(表面)にあったと仮定した場合の蛍光強度の推定演算に用いられるFIG. 4 is a wavelength characteristic spectrum of the extinction coefficient of a general biological sample (Non-patent Document 3). The spectral value of the extinction coefficient is used for the calculation of the fluorescence intensity when it is assumed that the fluorescent reagent is outside (surface) of the sample. 図5(A)は、濃度対蛍光強度の検量線の調製の際に用いられる蛍光試薬溶液が載置されたプレパラートを模式的に示したものである(図中の数字は、蛍光試薬の濃度(mM)を示している。)。図5(B)は、蛍光イメージング装置20を用いてプレパラート上の蛍光試薬溶液の蛍光像を順々に撮影する様子を模式的に示したものである。図に於いて、対物レンズ系22以外は、省略されている。図5(C)は、濃度対蛍光強度の検量線の例を示している。FIG. 5 (A) schematically shows a preparation on which a fluorescent reagent solution used for preparing a calibration curve of concentration versus fluorescence intensity is placed (the numbers in the figure indicate the concentration of the fluorescent reagent). (MM).). FIG. 5B schematically shows a state in which fluorescent images of the fluorescent reagent solution on the slide are sequentially photographed using the fluorescence imaging apparatus 20. In the figure, components other than the objective lens system 22 are omitted. FIG. 5C shows an example of a calibration curve of concentration versus fluorescence intensity.

符号の説明Explanation of symbols

10…試料(実験用小動物(マウス))
12…静脈注射用の注射器
14…スポイト
16…試料表面に滴下された蛍光ビーズ溶液
20…蛍光イメージング装置
22…対物レンズ系
24…光源
24a…励起光用フィルター
26…CCDカメラ(光検出装置)
26a…検出光用フィルター
30…コントローラ
30a…モニター
10 ... Sample (small experimental animal (mouse))
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Syringe 14 for intravenous injection ... Dropper 16 ... Fluorescent bead solution 20 dripped on the sample surface ... Fluorescence imaging device 22 ... Objective lens system 24 ... Light source 24a ... Filter 26 for excitation light ... CCD camera (light detection device)
26a ... Filter for detection light 30 ... Controller 30a ... Monitor

Claims (8)

生物試料の内部にて拡散可能な発光物質の濃度を検出する方法であって、
前記生物試料の内部へ前記発光物質を含む溶液と第一の発光固体粒子とを注入する過程と、
前記第一の発光固体粒子と同一の発光波長特性を有する第二の発光固体粒子を前記生物試料の表面上に配置する過程と、
光学顕微鏡と光検出装置とを組み合わせて成り前記生物試料の顕微鏡像を取得することのできるイメージング装置を用いて、前記生物試料の内部に存在する第一の発光固体粒子の発する光と前記生物試料の内部にて分布する発光物質の発する光と前記生物試料の表面上に配置された第二の発光固体粒子の発する光の各々の光強度を計測する過程と、
前記第一の発光固体粒子の光強度と、前記第二の発光固体粒子の光強度と、前記生物試料の内部に分布する前記発光物質の光強度とに基づいて、前記発光物質が前記生物試料の外部に存在していたと仮定した場合の光強度を算出する過程と、
前記発光物質が前記生物試料の外部に存在していたと仮定した場合の前記算出された光強度に基づいて前記生物試料の内部に分布する前記発光物質の濃度を決定する過程と
を含むことを特徴とする方法。
A method for detecting the concentration of a luminescent substance that can diffuse within a biological sample,
Injecting a solution containing the luminescent substance and first luminescent solid particles into the biological sample;
Placing a second luminescent solid particle having the same emission wavelength characteristic as the first luminescent solid particle on the surface of the biological sample;
Using an imaging device that combines an optical microscope and a light detection device to obtain a microscopic image of the biological sample, the light emitted from the first luminescent solid particles present inside the biological sample and the biological sample Measuring the light intensity of each of the light emitted from the luminescent material distributed inside the light and the light emitted from the second luminescent solid particles disposed on the surface of the biological sample;
Based on the light intensity of the first luminescent solid particles, the light intensity of the second luminescent solid particles, and the light intensity of the luminescent substance distributed inside the biological sample, the luminescent substance is the biological sample. The process of calculating the light intensity assuming that it existed outside the
And determining a concentration of the luminescent material distributed inside the biological sample based on the calculated light intensity when it is assumed that the luminescent material is present outside the biological sample. And how to.
請求項1の方法であって、前記生物試料の内部に分布する前記発光物質の濃度を決定する前記過程に於いて、前記イメージング装置を用いて計測された既知の濃度の前記発光物質の溶液の発する光の光強度と、前記発光物質が前記生物試料の外部に存在していたと仮定した場合の前記算出された光強度とに基づいて前記生物試料の内部に存在する前記発光物質の濃度が決定されることを特徴とする方法。   2. The method according to claim 1, wherein in the step of determining the concentration of the luminescent material distributed inside the biological sample, the solution of the luminescent material having a known concentration measured using the imaging device. The concentration of the luminescent substance existing inside the biological sample is determined based on the light intensity of the emitted light and the calculated light intensity when the luminescent substance is assumed to exist outside the biological sample. A method characterized by being made. 請求項1又は2の方法であって、前記発光物質が蛍光物質であり、前記第一及び第二の発光固体粒子が実質的に同一の励起光波長特性及び発光波長特性を有する蛍光を発する固体粒子であり、前記光学顕微鏡が蛍光顕微鏡であることを特徴とする方法。   3. The method according to claim 1, wherein the luminescent substance is a fluorescent substance, and the first and second luminescent solid particles emit fluorescence having substantially the same excitation light wavelength characteristic and emission wavelength characteristic. A method characterized in that the optical microscope is a fluorescent microscope. 請求項1乃至3のいずれかの方法であって、前記発光物質が前記生物試料の外部に存在していたと仮定した場合の光強度が、前記第一の発光固体粒子の光強度と前記第二の発光固体粒子の光強度との比と、前記生物試料の内部に分布する前記発光物質からの光強度と、前記第一及び第二の発光固体粒子の発光波長に於ける前記生物試料の吸光係数と前記発光物質の発光波長に於ける前記生物試料の吸光係数とに基づいて決定されることを特徴とする方法。   4. The method according to claim 1, wherein the light intensity when it is assumed that the luminescent material is present outside the biological sample is equal to the light intensity of the first luminescent solid particles and the second light intensity. The ratio of the light-emitting solid particles to the light intensity, the light intensity from the light-emitting substance distributed inside the biological sample, and the absorption of the biological sample at the emission wavelength of the first and second light-emitting solid particles A method characterized in that it is determined based on a coefficient and an extinction coefficient of the biological sample at an emission wavelength of the luminescent material. 請求項1乃至4のいずれかの方法であって、前記発光物質と前記第一及び第二の発光固体粒子とが励起光を照射することにより発光し、前記発光物質が前記生物試料の外部に存在していたと仮定した場合の光強度Xが、前記第一の発光固体粒子の光強度Aと前記第二の発光固体粒子の光強度Bとの比と、前記生物試料の内部に分布する前記発光物質の光強度Cと、前記第一及び第二の発光固体粒子の励起波長及び発光波長に於ける前記生物試料の吸光係数εx、εmと前記発光物質の励起波長及び発光波長に於ける前記生物試料の吸光係数εx’、εm’とを用いて
X=C・(A/B)(εx’+εm’)/(εx+εm)
により与えられることを特徴とする方法。
5. The method according to claim 1, wherein the luminescent substance and the first and second luminescent solid particles emit light when irradiated with excitation light, and the luminescent substance is exposed to the outside of the biological sample. The light intensity X when it is assumed that the light is present is distributed in the ratio of the light intensity A of the first luminescent solid particles and the light intensity B of the second luminescent solid particles and the inside of the biological sample. The light intensity C of the luminescent material, the extinction coefficients εx and εm of the biological sample at the excitation wavelength and emission wavelength of the first and second luminescent solid particles, and the excitation wavelength and emission wavelength of the luminescent material. Using the extinction coefficients εx ′ and εm ′ of the biological sample, X = C · (A / B) (εx ′ + εm ′) / (εx + εm)
A method characterized by being given by:
請求項1乃至5のいずれかの方法であって、前記生物試料が血管を有する実験用小動物の個体、胚、摘出臓器及び培養組織から成る群から選択される試料であり、前記生物試料の内部へ前記発光物質を含む溶液と第一の発光固体粒子とを注入する前記過程に於いて、前記発光物質を含む溶液と前記第一の発光固体粒子とが血管へ注入されることを特徴とする方法。   6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the biological sample is a sample selected from the group consisting of a small laboratory animal having blood vessels, an embryo, an isolated organ, and a cultured tissue. In the step of injecting the solution containing the luminescent material and the first luminescent solid particles, the solution containing the luminescent material and the first luminescent solid particles are injected into a blood vessel. Method. 請求項6の方法であって、前記血管へ注入された後、前記血管の一部から漏出した前記発光物質の発する光の光強度が計測され、前記血管から漏出した前記発光物質の濃度が決定されることを特徴とする方法。   The method according to claim 6, wherein after the injection into the blood vessel, the light intensity of the light emitted from the luminescent material leaked from a part of the blood vessel is measured, and the concentration of the luminescent material leaked from the blood vessel is determined. A method characterized by being made. 請求項1の方法であって、前記生物試料の内部に分布する前記発光物質の濃度を決定する前記過程に於いて、前記イメージング装置を用いて計測された既知の濃度の前記発光物質の溶液の発する光の光強度値に基づいて調製された前記発光物質の任意の大きさの光強度に対応する前記発光物質の濃度値を与える検量線を用いて、前記算出された光強度に対応した前記生物試料の内部に存在する前記発光物質の濃度が決定されることを特徴とする方法。   2. The method according to claim 1, wherein in the step of determining the concentration of the luminescent material distributed inside the biological sample, the solution of the luminescent material having a known concentration measured using the imaging device. Using a calibration curve that gives a concentration value of the luminescent material corresponding to the light intensity of an arbitrary size of the luminescent material prepared based on the light intensity value of the emitted light, the above-mentioned corresponding to the calculated light intensity A method, characterized in that the concentration of said luminescent material present inside a biological sample is determined.
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