JP2010119314A - 細胞画像解析装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 所定のラインパターンを設けた細胞培養ディッシュ内で培養された細胞を時間を変化させて撮影することにより得られた各細胞画像を用意しておく。時間的に先行する細胞画像に映されている細胞上と、時間的に後の細胞画像に映されている同一細胞上の点が位置指定手段30により指定されると、指定位置定義手段41が、上記指定された2点をそれぞれ移動開始位置、移動終了位置として定義する。移動距離算出手段42は、定義された移動開始位置、移動終了位置および撮影画像の縮尺より移動距離を算出する。また、ベクトル情報算出手段43は、定義された移動開始位置、移動終了位置を結ぶ直線の傾きを利用してベクトル情報を算出する。このようにして、細胞の動きを定量化することが可能となる。
【選択図】 図1
Description
(1.細胞の培養および撮影)
本発明に係る細胞画像解析装置を利用して細胞画像の解析を行うにあたり、事前に細胞を培養し、培養した細胞を撮影する工程が必要になる。まず、この細胞の培養および撮影について説明する。細胞の遊走方向を制御するためには、ある程度、細胞の移動先を誘導してやる必要がある。そこで、本実施形態では、細胞接着性領域/非接着性領域が所定の幅のラインパターンを底部に設けた細胞培養ディッシュを用意し、この細胞培養ディッシュ内で細胞を培養する。本実施形態では、東海ヒット社の顕微鏡用培養装置INUG2−ONIを用いて培養する。
前準備ができたら、細胞画像解析装置を用いて細胞画像の解析を行う。図1は本発明に係る細胞画像解析装置の構成図である。図1において、10は撮影画像記憶手段、20は画像表示手段、30は位置指定手段、40は演算処理部、41は指定位置定義手段、42は移動距離算出手段、43はベクトル情報算出手段、44は方向性判定手段である。
次に、図1に示した細胞画像解析装置の処理動作について説明する。細胞画像解析装置を起動すると、細胞画像解析装置は、タイムラプスデータを構成する複数(上記の例では217枚)の画像の中から、2枚の画像を指定するように作業者に対して促す。具体的には、細胞画像解析装置は、その旨を示した画面を画像表示手段20に表示するとともに、位置指定手段30からの指示入力の待ち状態となる。作業者が、何番目の画像を対象とするかを数値で指定すると、細胞画像解析装置は、指定された2枚の画像を撮影画像記憶手段10に記憶されたタイムラプスデータの中から抽出し、画像表示手段20に表示する。この際、各細胞について指定された各位置を結んだ折れ線を重ねて表示させる。このとき、画像表示手段20に表示された撮影画像の様子を図2に示す。図2の例では、71枚目と140枚目の画像が指定された場合を示している。撮影画像には、多くの細胞が示されている。本来、細胞は、紡錘形に近い形状をしているものが多いが、図2では、図面の簡略化のため、楕円形状で示している。図2において、左右それぞれの画像に2本ずつ示した曲線は、ImageJおよびMTrackJにより作成された細胞の移動軌跡を示す折れ線である。左側の71枚目の画像では71個、右側の140枚目の画像では140個と多数の点を結んでいるため、曲線のように見えることになる。この移動軌跡を示す折れ線は、ImageJおよびMTrackJを使用して作業者がプロットした全ての点が結ばれることにより得られる。したがって、図2の例では、作業者が2つの細胞にのみ着目して、プロット作業を行ったことを示している。当然のことながら、作業者が多数の細胞についてプロット作業を行えば、それらの各細胞について移動軌跡を示す折れ線が得られることになる。
(実施例1)
(培養細胞タイムラプスデータ取得工程)
細胞接着性領域/非接着性領域が30μm/10μmのラインパターンを底部に設けた35mmφ細胞培養ディッシュ内に血管内皮細胞を5×104cells/cm2播種し、東海ヒット社の顕微鏡用培養装置INUG2−ONIと、オリンパス社の蛍光位相差顕微鏡IX71を用いて、37℃、5%CO2環境下で、5分毎に1枚、計217枚の画像を取得した。得られた画像をオリンパス社のソフトウェアDPManagerで動画変換処理を行い、培養細胞のタイムラプスデータを取得した。
NIH社フリーソフトのImageJを用いて、培養細胞タイムラプスデータからマニュアルで任意に細胞を選択し、217枚分の細胞をトラッキング処理した。プラグインはMTrackJを使用した。
図1に示した細胞画像解析装置を用いて、トータル枚数217枚の画像から、0枚目と70枚目の画像を取得し、データ定量化(移動距離、ベクトル情報の算出)を実施した。その結果、細胞の移動方向が±10度に含まれる細胞の割合は86%、細胞の平均移動速度は45.7μm/hrであった。この際、細胞画像解析装置は、方向性ありとの判定を行った。次に、トータル枚数217枚の画像から、71枚目と140枚目の画像を取得し、データ定量化を実施した。その結果、細胞の移動方向が±10度に含まれる細胞の割合は100%、細胞の平均移動速度は37.1μm/hrであった。この際も、細胞画像解析装置は、方向性ありとの判定を行った。最後に、トータル枚数217枚の画像から、141枚目と217枚目の画像を取得し、データ定量化を実施した。その結果、細胞の移動方向が±10度に含まれる細胞の割合は92%、細胞の平均移動速度は31.7μm/hrであった。この際も、細胞画像解析装置は、方向性ありとの判定を行った。
(培養細胞タイムラプスデータ取得工程)
ライン/ピッチ幅が30μm/60μm、深さ5μm(以下基材A)およびライン/ピッチ幅が50μm/100μm、深さ5μm(以下基材B)の微細凹凸ラインパターンを底部に設けた35mmφ細胞培養ディッシュ内にラット由来初代心筋細胞を1×105cells/cm2播種し、東海ヒット社の顕微鏡用培養装置INUG2−ONIと、オリンパス社の蛍光位相差顕微鏡IX71を用いて、37℃、5%CO2環境下で、1秒毎に計60枚の画像を取得した。得られた画像をオリンパス社のソフトウェアDPManagerで動画変換処理を行い、培養細胞のタイムラプスデータを取得した。
NIH社フリーソフトのImageJを用いて、培養細胞タイムラプスデータからマニュアルで任意に細胞を選択し、60枚分の細胞をトラッキング処理した。プラグインはMTrackJを使用した。
図1に示した細胞画像解析装置を用いて、トータル枚数217枚の画像から、任意に選択された連続した2枚のテンプレート画像から、指定された各細胞の始点と終点の座標データを取得した。2点の座標を結ぶ直線方向と画像のラインパターンの長軸(ストライプ)方向の角度データを取得した。以上の方法により、初代心筋細胞の拍動する方向を定量した。その結果、細胞の移動方向が±10度に含まれる細胞の割合は、基材A上で培養した心筋細胞については96%で、基材B上で培養した心筋細胞については31%であった。この際、細胞画像解析装置は、基材Aについては、方向性ありとの判定を行い、基材Aについては、方向性なしとの判定を行った。心筋細胞のように一定の箇所に留まり、移動していかない細胞の場合、“方向性あり”とは配向性があることを示している。
20・・・画像表示手段
30・・・位置指定手段
40・・・演算処理部
41・・・指定位置定義手段
42・・・移動距離算出手段
43・・・ベクトル情報算出手段
44・・・方向性判定手段
Claims (3)
- 撮影により得られた細胞画像を解析して、細胞の移動距離、ベクトル情報を定量化する装置であって、
細胞培養ディッシュ内で培養された細胞を時間を変化させて撮影することにより得られた各細胞画像のうち、時間的に先行する細胞画像に映されている細胞上に指定された点と、時間的に後の細胞画像に映されている同一細胞上に指定された点の位置を、それぞれ移動開始位置、移動終了位置として定義する指定位置定義手段と、
前記指定位置定義手段により定義された移動開始位置、移動終了位置および細胞画像の縮尺より移動距離を算出する移動距離算出手段と、
前記指定位置定義手段により定義された移動開始位置、移動終了位置を結ぶ直線の傾きを利用してベクトル情報を算出するベクトル情報算出手段と、
を有することを特徴とする細胞画像解析装置。 - 前記指定位置定義手段は、同一細胞画像上における複数の細胞上について指定された点を利用して、複数の細胞それぞれに関する移動開始位置、移動終了位置を定義し、前記ベクトル情報算出手段は、前記定義された各移動開始位置、移動終了位置を結ぶ直線の傾きを利用して複数の細胞それぞれについて、ベクトル情報を算出するものであり、
前記ベクトル情報が算出された全細胞の数に対する、前記ベクトル情報が所定範囲に収まる細胞の数の割合が所定値以上である場合に、前記細胞の集合は方向性を有しているものと判定する方向性判定手段をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の細胞画像解析装置。 - コンピュータを、請求項1または請求項2に記載の細胞画像解析装置として機能させるためのプログラム。
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