JP2010226978A

JP2010226978A - セルソータ

Info

Publication number: JP2010226978A
Application number: JP2009075872A
Authority: JP
Inventors: Akihide Ito; 彰英伊藤; Kyoji Doi; 恭二土井
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2010-10-14

Abstract

【課題】流路を切り替えても正確な分別を行うことができる目標サンプルを選択的に分別することができるセルソータを提供する。
【解決手段】測定サンプルＳがレーザ光照射域Ｒ１を通過する際に光学ユニット１４および分析部２２により得られた光情報に基づき、測定サンプルＳが目標サンプルであるか否かが制御部３４により判定され、目標サンプルであると判定された測定サンプルＳがフローセル１０の下端部に至るタイミングでバルブ２４が駆動され、目標サンプルは第２の分岐管部２８を通って回収容器３２に収容される。開口部３８を介してフローセル１０の内部に連通するように形成された空気溜部Ａの存在により、フローセル１０内の溶液Ｌの圧力に応じて溶液Ｌの液面Ｍが開口部３８と突状部３６の内部との間で移動し、バルブ２４による流路の切り替え時における溶液Ｌの圧力変動が吸収される。
【選択図】図２

Description

この発明は、セルソータに係り、特に、細胞等の多数の測定サンプルから目標サンプルを選択的に分別するセルソータに関する。

医療分野において、複数種の細胞を含む溶液から特定の細胞を分別することは、医療効果を高めるための非常に重要な処理である。近年、このような分別の手段として、細胞等の多数のサンプルが分散された溶液の流れを形成し、各サンプルにレーザ光を照射してサンプルから発せられる蛍光、散乱光等を分析することによりサンプルの種別を同定して目標となるサンプルを分別するフローサイトメータが用いられるようになった。このフローサイトメータは、短時間に多数のサンプルについての分析を可能とするので、特に、再生医療の分野における幹細胞の選別収集への利用が注目されている。

幹細胞とは、細胞分裂を経ても、再び自らと同じ細胞を複製する能力を維持すると共に、他の種類の細胞に分化する能力を有する細胞のことであり、この能力により組織や臓器を構成する細胞を作り出すことができる。幹細胞は、多くの組織において存在するものであるが、その数は少なく、通常、採取した大量の細胞サンプルの中から極微量しか見つけることができない。このため、幹細胞を高精度に選別収集することが要求されている。

多数のサンプルから目標となるサンプルを分別する方法としては、例えば、特許文献１に、３方バルブを用いて目標サンプルを廃液から分別して回収する方法が開示されている。主流路に３方バルブを介して２つの分岐流路を連結し、３方バルブにより流路の切り替えを行うことで、主流路を流れる溶液から目標サンプルのみを一方の分岐流路に流通させ、他のサンプルを含む廃液を他方の分岐流路に流通させることができる。

特開２０００−１３９４６１号公報

しかしながら、３方バルブのように、主流路を複数の分岐流路に選択的に接続するバルブは、一般に、流体の混入を防止するために、一つの分岐流路から他の分岐流路へ切り替える際に一時的にいずれの分岐流路にも接続されずに主流路が閉塞する状態が存在するように構成されている。すなわち、主流路が一つの分岐流路に接続された状態から流路の切り替えを行うと、まず、主流路がそれまで接続されていた分岐流路から遮断され、いずれの分岐流路にも接続されない閉じた状態を経た後、主流路と新たな分岐流路との接続が確立される。

このため、フローサイトメータのフローセルの下流側にこのようなバルブを配置して目標サンプルを分別しようとすると、バルブによる流路の切り替え時に、フローセルをサンプルと共に流れる溶液に一時的に大きな圧力変動が生じ、流速が変化する等、溶液の流れに乱れが発生するおそれがある。その結果、フローサイトメータにおけるサンプル測定の信頼性が低下し、目標サンプルを正確に分別することが困難になるおそれがある。

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、流路の切り替えを行っても目標サンプルを正確に分別することができるセルソータを提供することを目的とする。

この発明に係るセルソータは、溶液中に分散され間隔をあけながら１列となって流れる多数の測定サンプルを光ビームの照射域に通すことにより得られるそれぞれの測定サンプルの光情報に基づいて測定サンプルに含まれる目標サンプルを選択的に分別するセルソータであって、光ビームの照射域を通過した測定サンプルを溶液と共に流通させるための主流路と、複数の分岐流路と、主流路の下流端を複数の分岐流路のうちの１つに選択的に接続するための流路切替手段と、主流路に連通すると共に流路切替手段による流路の切り替え時に生じる圧力変動を吸収するための緩衝手段と、測定サンプルの光情報に基づいて流路切替手段による流路の切り替えを制御することにより測定サンプル中の目標サンプルを他のサンプルから分別する制御部とを備えたものである。

好ましくは、緩衝手段は、主流路に連通する空気溜部、あるいは、主流路に面して配置されると共に主流路内の圧力変動に応じて弾性変形する弾性部材を有している。
また、流路切替手段と緩衝手段を、１つのバルブ装置に一体に組み込むこともできる。

この発明によれば、緩衝手段が流路の切り替え時に生じる圧力変動を吸収するので、流路切替手段によって流路を切り替えても目標サンプルを正確に分別することが可能となる。

この発明の実施の形態１に係るセルソータを備えたフローサイトメータの構成を示す図である。バルブの切り替え時における図１のフローサイトメータの様子を示す図である。バルブを切り替えた後における図１のフローサイトメータの様子を示す図である。実施の形態２に係るセルソータを備えたフローサイトメータの構成を示す図である。実施の形態３に係るセルソータの要部を示す断面図である。実施の形態４に係るセルソータで用いられたバルブ装置の概略構成を示す図である。

以下、図面に示す好適な実施の形態に基づいて、この発明を詳細に説明する。
実施の形態１
図１に、この発明の実施の形態１に係るセルソータを備えたフローサイトメータの構成を示す。フローサイトメータは、ほぼ鉛直方向に配置された円筒形状のフローセル１０を有している。フローセル１０は、測定サンプルＳが分散された溶液を流通させるためのものである。フローセル１０内では、シース液の流れの中に測定サンプルＳを含むサンプル液を吐出することにより、流体力学的絞り込み効果に起因して極めて細いサンプル液流が形成され、測定サンプルＳが１列となって適宜間隔をあけながら所定の速度Ｖで流れるように構成されている。

このようなフローセル１０の外周部を囲むように光学ユニット１４が配置されている。光学ユニット１４は、フローセル１０内に所定波長を有するレーザ光の照射域Ｒ１を形成するための光源部１６と、レーザ光が照射された測定サンプルＳから発生する前方散乱光を検出する受光部１８と、同じくレーザ光が照射された測定サンプルＳから発生する側方散乱光および蛍光を検出する受光部２０とを有している。一方の受光部１８は、フローセル１０を挟んで光源部１６に対向する位置に配置され、他方の受光部２０は、光源部１６からのレーザ光の照射方向に対して直角方向に配置されている。前方散乱光を検出する受光部１８としては、例えばフォトダイオード、フォトトランジスタ等を使用することができ、側方散乱光および蛍光を検出する受光部２０としては、例えば光電子増倍管（ＰＭＴ）を使用することができる。

これら受光部１８および２０に分析部２２が接続されている。分析部２２は、受光部１８および２０で得られた検出信号に基づいて、前方散乱光の強度、側方散乱光の強度、蛍光の強度、蛍光寿命等の光情報を算出する。

上述したフローセル１０は、光ビームの照射域Ｒ１を通過した測定サンプルＳを溶液Ｌと共に流通させるための主流路をも形成するもので、このフローセル１０の下端部にバルブ２４を介してそれぞれ分岐流路を形成する第１の分岐管部２６および第２の分岐管部２８が連結されている。
バルブ２４は、この発明の流路切替手段を構成するもので、フローセル１０内を流れてきた溶液Ｌを、第１の分岐管部２６および第２の分岐管部２８のいずれか一方に選択的に流通させるためのもので、例えば、いわゆる電磁式の３方バルブが用いられる。
さらに、第１の分岐管部２６の下方に廃液容器３０が配置されると共に第２の分岐管部２８の下方に回収容器３２が配置されている。

バルブ２４を駆動して流路の切り替え制御を行う制御部３４が、分析部２２に接続されている。制御部３４には、予めオペレータにより入力されていた目標サンプルに固有の光情報が記憶されている。制御部３４は、分析部２２で算出された光情報を予め記憶されていた目標サンプルに固有の光情報と比較することにより、フローセル１０内のレーザ光照射域Ｒ１を通過した測定サンプルＳが目標サンプルか否かを判定し、その判定結果に基づいてバルブ２４の駆動を行う。すなわち、光照射域Ｒ１を通過した測定サンプルＳが目標サンプルであると判定されない限り、制御部３４はフローセル１０が廃液容器３０に向けられた第１の分岐管部２６に接続されるようにバルブ２４の状態を維持し、光照射域Ｒ１を通過した測定サンプルＳが目標サンプルであると判定された場合には、その測定サンプルＳがフローセル１０の下端部に到達するタイミングで、制御部３４はバルブ２４を駆動し、所定時間だけフローセル１０を回収容器３２に向けられた第２の分岐管部２８に接続する。
なお、制御部３４は、光学ユニット１４の光源部１６にも接続されている。

レーザ光の照射域Ｒ１よりも下流側において、フローセル１０の外周部に中空の突状部３６が形成され、この突状部３６の内部がフローセル１０の壁部に形成された開口部３８を介してフローセル１０の内部と連通している。突状部３６の内部には空気が留まっており、ここに空気溜部Ａが形成されている。この空気溜部Ａにより、この発明の緩衝手段が形成されている。なお、開口部３８は、フローセル１０内を溶液Ｌが正常に流れているときに溶液Ｌが流入しない程度の大きさを有することが好ましい。
上述したバルブ２４、第１の分岐管部２６、第２の分岐管部２８、制御部２８、廃液容器３０、回収容器３２および空気溜部Ａにより、実施の形態１に係るセルソータが構成されている。

次に、図１に示したフローサイトメータの動作について説明する。
まず、制御部３４により光学ユニット１４の光源部１６が駆動され、フローセル１０内に所定波長を有するレーザ光の照射域Ｒ１が形成される。この状態で、フローセル１０内にシース液が供給されると共に測定サンプルＳを含むサンプル液がシース液の流れの中に吐出され、これにより測定サンプルＳが１列となって適宜間隔を隔てながら所定の速度Ｖで流される。
なお、制御部３４では、測定サンプルＳの所定の速度Ｖおよびレーザ光照射域Ｒ１とフローセル１０の下端部との間の距離に基づき、測定サンプルＳがレーザ光照射域Ｒ１を通過してからフローセル１０の下端部に至るまでの所要時間Ｔが算出され記憶されているものとする。

フローセル１０内を流れる測定サンプルＳがレーザ光照射域Ｒ１に入り、ここで所定波長のレーザ光の照射を受けると、測定サンプルＳに含まれる蛍光色素が励起されて蛍光が発生すると共に測定サンプルＳによる前方散乱光および側方散乱光が発生する。測定サンプルＳから発生された前方散乱光は受光部１８で検出され、受光部１８から分析部２２へ検出信号が伝送される。一方、測定サンプルＳから発生された蛍光および側方散乱光は受光部２０で検出され、受光部２０から分析部２２へ検出信号が伝送される。これらの検出信号に基づいて、分析部２２により、前方散乱光の強度、側方散乱光の強度、蛍光の強度、蛍光寿命等の光情報が算出され、制御部３４へ出力される。

制御部３４では、予めオペレータにより入力され記憶されていた目標サンプルに固有の光情報と分析部２２で算出された光情報との比較が行われる。なお、ここで比較される光情報としては、上述した前方散乱光の強度、側方散乱光の強度、蛍光の強度および蛍光寿命に関する情報のうちのいずれか１つを用いてもよく、あるいは複数の情報をそれぞれ比較するようにしてもよい。

そして、分析部２２で算出された光情報が制御部３４に記憶されていた光情報に合致した場合に、制御部３４は、フローセル１０内のレーザ光照射域Ｒ１を通過した測定サンプルＳが目標サンプルであると判定する。一方、分析部２２で算出された光情報が制御部３４に記憶されていた光情報に合致しない場合には、制御部３４は、フローセル１０内のレーザ光照射域Ｒ１を通過した測定サンプルＳが目標サンプルではないと判定する。

レーザ光照射域Ｒ１を通過した測定サンプルＳは、サンプル液およびシース液からなる溶液Ｌと共にフローセル１０内を所定の速度Ｖで下方へと流れる。なお、図１に示されるように、フローセル１０の下端部に配置されたバルブ２４は、フローセル１０を廃液容器３０に向けられた第１の分岐管部２６に接続するような状態に予め維持されており、フローセル１０内を流れる溶液Ｌは開口部３８から突状部３６の内部に流入することがなく、溶液Ｌの液面Ｍは開口部３８の位置にあるものとする。

制御部２８は、光照射域Ｒ１を通過した測定サンプルＳが目標サンプルであると判定されない限り、バルブ２４の状態をそのまま維持し、フローセル１０の内部を廃液容器３０に向けられた第１の分岐管部２６の内部に連通させる。これにより、フローセル１０を流れた溶液Ｌと目標サンプル以外の測定サンプルＳは、バルブ２４を介して第１の分岐管部２６に入り、第１の分岐管部２６に案内されて廃液容器３０に収容される。

一方、光照射域Ｒ１を通過した測定サンプルＳが目標サンプルであると判定すると、制御部３４は、その測定サンプルＳがフローセル１０の下端部に到達するタイミングで、バルブ２４を駆動して流路の切り替えを行い、フローセル１０を回収容器３２に向けられた第２の分岐管部２８に接続する。具体的には、目標サンプルであると判定された測定サンプルＳがレーザ光照射域Ｒ１を通過してから予め算出して記憶していた所要時間Ｔが経過するよりもわずかに早い時点で、制御部３４は、バルブ２４を駆動することにより、それまで接続されていたフローセル１０と第１の分岐管部２６との間を遮断し、新たにフローセル１０と第２の分岐管部２８との接続を確立する。これにより、溶液Ｌと共に流れてきた目標サンプルは、バルブ２４を介して第２の分岐管部２８に入り、第２の分岐管部２８に案内されて回収容器３２に収容されることとなる。

このバルブ２４による流路の切り替え時には、フローセル１０を第１の分岐管部２６から遮断した後、第２の分岐管部２８に接続するまでの間に、図２に示されるように、フローセル１０の下端が第１の分岐管部２６および第２の分岐管部２８のいずれにも接続されずに閉塞される状態が一時的に存在する。このとき、フローセル１０内を流れてきた溶液Ｌがバルブ２４によってせき止められるため、溶液Ｌに作用する圧力が上昇し、その結果、開口部３８からフローセル１０内の溶液Ｌの一部が突状部３６の内部に入り込み、空気溜部Ａの空気を圧縮する。そして、溶液Ｌの圧力と空気溜部Ａ内の空気の圧力とが平衡したところで溶液Ｌの液面Ｍが静止する。

その後、図３に示されるように、フローセル１０と第２の分岐管部２８との接続が確立すると、フローセル１０内の溶液Ｌが目標サンプルと共に第２の分岐管部２８を通って回収容器３２へと流れ、これに伴って溶液Ｌの圧力が低下し、溶液Ｌの液面Ｍが再び開口部３８の位置に戻る。
このように、空気溜部Ａの存在により、溶液Ｌの液面Ｍが溶液Ｌの圧力に応じて開口部３８と突状部３６の内部との間で移動することで、流路の切り替え前後における溶液Ｌの圧力変動が吸収される。その結果、溶液Ｌの流れに乱れが発生することが防止され、サンプル測定の信頼性が向上し、目標サンプルを正確に分別することが可能となる。

所定時間だけフローセル１０を第２の分岐管部２８に接続して目標サンプルを回収容器３２へ収容させた後に、制御部３４は再びバルブ２４を駆動することにより、フローセル１０が第１の分岐管部２６に接続される図１の状態へと戻す。このときにも、フローセル１０の下端が第１の分岐管部２６および第２の分岐管部２８のいずれにも接続されずに閉塞される状態が一時的に存在するが、同様に、溶液Ｌの液面Ｍが移動することで、溶液Ｌの圧力変動が吸収され、溶液Ｌの流れに乱れが発生することが防止される。

以上のようにして、フローセル１０の内部に連通した空気溜部Ａで溶液Ｌの圧力変動を緩衝することにより、溶液Ｌの流れに乱れを発生させずに流路の切り替えを行って目標サンプルのみを回収容器３２に収容することができる。
なお、上記の実施の形態１では、フローセル１０の下端部に２つの分岐管部２６および２８を配置して１種類の目標サンプルの分別を行ったが、これに限るものではなく、３つ以上の分岐管部をフローセル１０の下端部に連結し、バルブの駆動によってこれら分岐管部のうちの１つをフローセル１０の下端部に選択的に接続するように構成することもできる。このようにすれば、２種以上の目標サンプルをそれぞれ別個に分別することが可能となる。この場合、３つ以上の分岐管部のうち１つの分岐管部の下方に廃液容器を配置し、残りの分岐管部の下方にそれぞれ回収容器を配置すればよい。

実施の形態２
図４に実施の形態２に係るセルソータの要部を示す。このセルソータは、実施の形態１のセルソータにおいて、さらに、フローセル１０の外周部に中空の第２の突状部４０を形成し、この第２の突状部４０の内部をフローセル１０の壁部に形成された第２の開口部４２を介してフローセル１０の内部と連通させたものである。第２の突状部４０の内部には第２の空気溜部Ｂが形成されている。なお、第２の開口部４２は、開口部３８と同様に、フローセル１０内を溶液Ｌが正常に流れているときに溶液Ｌが流入しない程度の大きさを有することが好ましい。

このようにして、２つの空気溜部ＡおよびＢをフローセル１０の内部に連通させて形成することにより、１つの空気溜部Ａのみでは十分に吸収し得ない大きな圧力変動をも吸収して、流路の切り替え時に溶液Ｌの流れに乱れが発生することを未然に防止することができる。
溶液Ｌの圧力変動を吸収するのに十分な大きさの１つの空気溜部を形成することが難しい場合には、この実施の形態２のように、２つの空気溜部ＡおよびＢを形成することが有効である。同様にして、３つ以上の空気溜部をそれぞれフローセル１０の内部に連通させて形成してもよい。
また、フローセル１０の外周部を囲むようなドーナツ形状の空気溜部を形成してフローセル１０の内部に連通させることもできる。

実施の形態３
図５に実施の形態３に係るセルソータの要部を示す。このセルソータは、実施の形態１のセルソータにおいて、突状部３６の内部に空気溜部Ａを形成する代わりに、突状部３６の内部に弾性部材４４を収容したものである。弾性部材４４は、主流路であるフローセル１０の内部に面して配置され、フローセル１０内の溶液Ｌの圧力に応じて弾性変形する。弾性部材４４としては、ゴム材、ウレタン素材等、汎用の各種の弾性材、緩衝材を用いることができる。

空気溜部Ａの代わりにこのような弾性部材４４を用いても、溶液Ｌの圧力に応じて弾性部材４４が弾性変形することで、溶液Ｌの液面が開口部３８と突状部３６の内部との間で移動し、流路の切り替え時における溶液Ｌの圧力変動を吸収することができる。その結果、溶液Ｌの流れに乱れが発生することが防止され、サンプル測定の信頼性が向上し、目標サンプルを正確に分別することが可能となる。
この実施の形態３においても、実施の形態２と同様に、複数の突状部を形成してそれぞれ弾性部材を収容配置することができる。

実施の形態４
図６に実施の形態４に係るセルソータの要部を示す。このセルソータは、実施の形態１のセルソータにおいて、突状部３６により形成された空気溜部Ａとバルブ２４とを１つのバルブ装置４６として一体に組み込んだものである。このバルブ装置４６に汎用のフローセルと２本の分岐管部とを連結することで、この発明に係るセルソータを容易に構成することが可能となる。

なお、図６に示したバルブ装置４６は、主流路を２つの分岐流路に選択的に接続するものであるが、３つ以上の分岐流路に選択的に接続するように構成することもできる。
また、空気溜部は１つに限らず、実施の形態２のように、複数の突状部を形成してそれぞれ空気溜部を形成してもよい。
さらに、実施の形態３のように、空気溜部Ａの代わりに突状部３６の内部に弾性部材を収容配置することもできる。

１０フローセル、１４光学ユニット、１６光源部、１８，２０受光部、２２分析部、２４バルブ、２６第１の分岐管部、２８第２の分岐管部、３０廃液容器、３２回収容器、３４制御部、３６突状部、３８開口部、４０第２の突状部、４２第２の開口部、４４弾性部材、４６バルブ装置、Ａ空気溜部、Ｍ液面、Ｓ測定サンプル、Ｌ溶液、Ｒ１レーザ光照射域。

Claims

溶液中に分散され間隔をあけながら１列となって流れる多数の測定サンプルを光ビームの照射域に通すことにより得られるそれぞれの前記測定サンプルの光情報に基づいて前記測定サンプルに含まれる目標サンプルを選択的に分別するセルソータであって、
前記光ビームの照射域を通過した前記測定サンプルを前記溶液と共に流通させるための主流路と、
複数の分岐流路と、
前記主流路の下流端を前記複数の分岐流路のうちの１つに選択的に接続するための流路切替手段と、
前記主流路に連通すると共に前記流路切替手段による流路の切り替え時に生じる圧力変動を吸収するための緩衝手段と、
前記測定サンプルの光情報に基づいて前記流路切替手段による流路の切り替えを制御することにより前記測定サンプル中の前記目標サンプルを他のサンプルから分別する制御部と
を備えたことを特徴とするセルソータ。
前記緩衝手段は、前記主流路に連通する空気溜部を有する請求項１に記載のセルソータ。
前記緩衝手段は、前記主流路に面して配置されると共に前記主流路内の圧力変動に応じて弾性変形する弾性部材を有する請求項１に記載のセルソータ。
前記流路切替手段および前記緩衝手段は、１つのバルブ装置に一体に組み込まれた請求項１〜３のいずれか一項に記載のセルソータ。