JP2010252648A - Method for analyzing cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、細胞集団を蛍光顕微鏡で撮像し、撮像された蛍光顕微鏡画像から、個々の細胞を認識して、解析対象となる細胞成分の特徴量を細胞毎に評価し、細胞1個あたりの平均値として数値化して評価を行うことにより、細胞集団の特性を定量的に解析する細胞解析方法に関する。 The present invention captures a cell population with a fluorescence microscope, recognizes individual cells from the captured fluorescence microscope image, evaluates the characteristic amount of a cell component to be analyzed for each cell, The present invention relates to a cell analysis method for quantitatively analyzing the characteristics of a cell population by performing numerical evaluation as an average value.
従来の細胞解析方法では、解析対象となる細胞成分の特徴量を細胞毎に評価するに際し、細胞画像の取得は、各細胞成分に対応した蛍光色素又は発光レポーター分子で標識し、蛍光色素に対応した波長素子を選択して、各細胞成分を個別に撮像し、撮像した各画像を重ね合わせて行っている。また、個々の細胞の認識は、核画像に基づいて行っている。 In the conventional cell analysis method, when the feature amount of the cell component to be analyzed is evaluated for each cell, the cell image is acquired by labeling with a fluorescent dye or a luminescent reporter molecule corresponding to each cell component, and corresponding to the fluorescent dye. The selected wavelength element is used to individually capture each cell component, and the captured images are superimposed. Individual cells are recognized based on the nuclear image.
例えば、図7に示すような細胞画像を取得する場合、図8に示すような構成の顕微鏡撮像装置を用いる。図7中、7は核、8は細胞質である。図8中、51は光源、52はターレットやスライダ等の励起フィルター切換手段、52a,52bは励起フィルター、53はターレットやスライダ等のダイクロイックミラー切換手段、53a,53bはダイクロイックミラー、54は培養容器に培養されている細胞等の試料、55はターレットやスライダ等の吸収フィルター切換手段、55a,55bは吸収フィルター、56は光検出器である。 For example, when a cell image as shown in FIG. 7 is acquired, a microscope imaging apparatus having a configuration as shown in FIG. 8 is used. In FIG. 7, 7 is a nucleus and 8 is a cytoplasm. In FIG. 8, 51 is a light source, 52 is an excitation filter switching means such as a turret or slider, 52a and 52b are excitation filters, 53 is a dichroic mirror switching means such as a turret or slider, 53a and 53b are dichroic mirrors, and 54 is a culture vessel. Samples of cells and the like cultured in the above, 55 is an absorption filter switching means such as a turret and a slider, 55a and 55b are absorption filters, and 56 is a photodetector.
先ず、顕微鏡撮像装置における励起フィルター、ダイクロイックミラー、吸収フィルターとして、図9に示すような波長透過特性をそれぞれ持つ励起フィルター52a、ダイクロイックミラー53a、吸収フィルター55aを組合せて、蛍光色素にDAPI(4',6-diamidino-2-phenylindole)を用いて標識された核7の画像(図10参照)を取得する。
次いで、顕微鏡撮像装置における励起フィルター、ダイクロイックミラー、吸収フィルターを、図11に示すような波長透過特性をそれぞれ持つ励起フィルター52b、ダイクロイックミラー53b、吸収フィルター55bの組合せに切換えて、蛍光色素にFITC
(Fluorescein isothiocianate)を用いて標識された細胞質8の画像を取得(図12)する。
次いで、核7の画像と細胞質8の画像を合成する。これによって、図7に示すような細胞画像が得られる。
First, an
Next, the excitation filter, dichroic mirror, and absorption filter in the microscope imaging apparatus are switched to a combination of an
An image of the
Next, an image of the
細胞を利用した薬剤の奏功性の評価は、創薬過程の中でも極めて重要なステップであり、正確に評価するには、細胞集団の評価を統計的に行う必要がある。そのためには個々の細胞を認識し、解析対象である細胞成分の特徴量を細胞毎に解析し、細胞1個当たりの平均値として統計的に評価する必要がある。 Evaluation of the response of a drug using cells is an extremely important step in the drug discovery process, and for accurate evaluation, it is necessary to statistically evaluate the cell population. For this purpose, it is necessary to recognize individual cells, analyze the characteristic amount of the cell component to be analyzed for each cell, and statistically evaluate it as an average value per cell.
細胞はシャーレやマイクロウエルプレートなどの培養容器に培養されるが、ウェルなどの培養容器の全領域を走査して撮像することは、時間的、あるいはコスト的な制約があり、現実には難しい。このため、大抵の場合、培養容器を部分的に走査して撮像し、得られた画像からデジタルデータを用いて細胞認識を行い、解析対象とする細胞数を評価することによって、細胞1個当たりの特徴量を統計的に評価する手法がとられている。 Although cells are cultured in a culture container such as a petri dish or a microwell plate, it is difficult in practice to scan and image the entire region of the culture container such as a well because of time and cost limitations. For this reason, in most cases, the culture vessel is partially scanned and imaged, cell recognition is performed using digital data from the obtained image, and the number of cells to be analyzed is evaluated. A method for statistically evaluating the feature amount of the image is taken.
さらに、細胞1個あたりの特徴量の統計的な評価を精度よく行うには、少なくとも画像上で得られる細胞数が1万個以上必要とされており、1万個以上の細胞数の画像取得に要する撮像枚数、画像データ保管量が膨大なものとなる。 Furthermore, in order to accurately perform statistical evaluation of the feature amount per cell, at least 10,000 cells are required on the image, and images with 10,000 or more cells can be acquired. The number of images to be taken and the amount of image data stored are enormous.
また、撮像に要する時間は、ほぼ撮像枚数に比例する。しかし、従来の細胞解析方法では、細胞画像取得の際に、評価対象となる、核、細胞質、ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体等の細胞成分ごとに、細胞成分に応じた色素で標識し、色素に応じた波長選択素子などの光学素子を選択して、その都度、撮像を行うため、撮像時間が長くかかり、スループットを向上させることはできない。 Further, the time required for imaging is substantially proportional to the number of images to be captured. However, in the conventional cell analysis method, each cell component such as nucleus, cytoplasm, mitochondria, endoplasmic reticulum, Golgi body, etc. to be evaluated is labeled with a dye corresponding to the cell component at the time of cell image acquisition. Since an optical element such as a wavelength selection element corresponding to the wavelength is selected and an image is captured each time, it takes a long imaging time and the throughput cannot be improved.
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、撮像時間を短縮し解析のスループットを向上させることができ、また、データ量を減らして、データの管理コストを削減可能な細胞解析方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and can shorten the imaging time and improve the analysis throughput, and can reduce the data amount and reduce the data management cost. An object of the present invention is to provide a simple cell analysis method.
上記目的を達成するため、本発明による細胞解析方法は、細胞集団を顕微鏡撮像装置で撮像し、撮像した細胞集団の画像を用い、各細胞内の第1の細胞成分を認識することによって、個々の細胞を認識し、第1の細胞成分以外の細胞成分の特徴量を細胞毎に評価し、評価した第1の細胞成分以外の細胞成分の特徴量を用いて、細胞1個当たりの平均値を統計的に評価する細胞解析方法であって、前記第1の細胞成分を第1の蛍光色素又は第1の発光レポーター分子で標識する第1の標識ステップと、前記第1の細胞成分以外の細胞成分を第2の蛍光色素又は第2の発光レポーター分子で標識する第2の標識ステップと、前記第1の蛍光色素又は第1の発光レポーター分子からの光の輝度レベルと前記第2の蛍光色素又は第2の発光レポーター分子からの光の輝度レベルとを閾値の設定が可能な程度に異ならせて、前記第1の細胞成分と前記第1の細胞成分以外の細胞成分を同時に撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップで得られた画像から、少なくとも輝度についての閾値を介して、前記第1の細胞成分と前記第1の細胞成分以外の細胞成分とを認識する認識ステップと、前記撮像ステップで得られた画像のうち、前記認識ステップで認識された前記第1の細胞成分以外の細胞成分の領域における、前記第2の蛍光色素又は第2の発光レポーター分子からの光の特性を評価することによって、前記第1の細胞成分以外の細胞成分の特徴量を細胞毎に評価する評価ステップと、を少なくとも含むことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the cell analysis method according to the present invention captures a cell population with a microscopic imaging device, recognizes a first cell component in each cell by using an image of the captured cell population, and individually The cell component is recognized, the feature amount of the cell component other than the first cell component is evaluated for each cell, and the average value per cell is calculated using the evaluated feature amount of the cell component other than the first cell component. A cell analysis method for statistically evaluating the first cell component, wherein the first cell component is labeled with a first fluorescent dye or a first luminescent reporter molecule; A second labeling step of labeling a cell component with a second fluorescent dye or a second luminescent reporter molecule; a luminance level of light from the first fluorescent dye or the first luminescent reporter molecule; and the second fluorescence. Dye or second luminescent reporter An imaging step of simultaneously imaging the first cell component and a cell component other than the first cell component by varying a luminance level of light from the child to an extent that a threshold can be set; and A recognition step for recognizing the first cell component and a cell component other than the first cell component at least via a threshold value for luminance from the obtained image, and among the images obtained in the imaging step , By evaluating the characteristics of light from the second fluorescent dye or the second luminescent reporter molecule in a region of cell components other than the first cell component recognized in the recognition step, An evaluation step of evaluating for each cell a feature amount of a cell component other than the cell component.
また、本発明の細胞解析方法においては、前記撮像ステップにおいて、前記第1の蛍光色素又は第1の発光レポーター分子を励起する第1の励起波長帯域の光と前記第2の蛍光色素又は第2の発光レポーター分子を励起する第2の励起波長帯域の光のみを透過させる波長特性を有する励起フィルターと、前記第1の蛍光色素又は第1の発光レポーター分子を励起する第1の励起波長帯域の光と前記第2の蛍光色素又は第2の発光レポーター分子を励起する第2の励起波長帯域の光を反射させるとともに、該第1の蛍光色素又は第1の発光レポーター分子からの第1の蛍光波長帯域を含む第1の所定帯域の光と該第2の蛍光色素又は第2の発光レポーター分子からの第2の蛍光波長帯域を含む第2の所定帯域の光を透過させる特性を有するダイクロイックミラーと、前記ダイクロイックミラーを透過した光のうち、前記第1の蛍光色素又は第1の発光レポーター分子からの第1の蛍光波長帯域の光と前記第2の蛍光色素又は第2の発光レポーター分子からの第2の蛍光波長帯域の光のみを透過させ、それ以外の波長帯域の光を吸収する特性を有する吸収フィルター、を用いるのが好ましい。 Moreover, in the cell analysis method of the present invention, in the imaging step, the light in the first excitation wavelength band that excites the first fluorescent dye or the first luminescent reporter molecule and the second fluorescent dye or the second fluorescent dye. An excitation filter having a wavelength characteristic that transmits only light in the second excitation wavelength band for exciting the luminescent reporter molecule, and a first excitation wavelength band for exciting the first fluorescent dye or the first luminescent reporter molecule. Reflecting light and light in a second excitation wavelength band that excites the second fluorescent dye or the second luminescent reporter molecule, and the first fluorescence from the first fluorescent dye or the first luminescent reporter molecule A die having a characteristic of transmitting light in a first predetermined band including a wavelength band and light in a second predetermined band including a second fluorescent wavelength band from the second fluorescent dye or the second luminescent reporter molecule Of the light transmitted through the Loic mirror and the dichroic mirror, the first fluorescent wavelength band light from the first fluorescent dye or the first luminescent reporter molecule and the second fluorescent dye or the second luminescent reporter It is preferable to use an absorption filter having a characteristic of transmitting only light in the second fluorescence wavelength band from the molecule and absorbing light in other wavelength bands.
また、本発明の細胞解析方法においては、前記励起フィルターにおける、前記第1の蛍光色素又は第1の発光レポーター分子を励起する第1の励起波長帯域の光を透過させる透過率と、前記第2の蛍光色素又は第2の発光レポーター分子を励起する第2の励起波長帯域の光を透過させる透過率とに差をつけるのが好ましい。 Further, in the cell analysis method of the present invention, the transmittance for transmitting the light in the first excitation wavelength band for exciting the first fluorescent dye or the first luminescent reporter molecule in the excitation filter; It is preferable to make a difference from the transmittance for transmitting light in the second excitation wavelength band for exciting the fluorescent dye or the second luminescent reporter molecule.
また、本発明の細胞解析方法においては、前記吸収フィルターにおける、前記第1の蛍光色素又は第1の発光レポーター分子からの第1の蛍光波長帯域の光を透過させる透過率と、前記第2の蛍光色素又は第2の発光レポーター分子からの第2の蛍光波長帯域の光を透過させる透過率とに差をつけるのが好ましい。 In the cell analysis method of the present invention, the absorption filter transmits the light in the first fluorescence wavelength band from the first fluorescent dye or the first luminescent reporter molecule, and the second filter. It is preferable to make a difference from the transmittance that transmits light in the second fluorescence wavelength band from the fluorescent dye or the second luminescent reporter molecule.
また、本発明の細胞解析方法においては、前記第1の細胞成分を標識する第1の蛍光色素又は第1の発光レポーター分子の濃度と、前記第1の細胞成分以外の細胞成分を標識する第2の蛍光色素又は第2の発光レポーター分子の濃度とに差をつけるのが好ましい。 In the cell analysis method of the present invention, the concentration of the first fluorescent dye or the first luminescent reporter molecule for labeling the first cell component and the cell component other than the first cell component are labeled. It is preferable to make a difference between the two fluorescent dyes or the concentration of the second luminescent reporter molecule.
また、本発明の細胞解析方法においては、前記第1の細胞成分の面積の基準値を設定する基準面積設定ステップを有し、前記認識ステップにおいて、前記輝度についての閾値の設定を、該輝度についての閾値を設定することにより得られる前記第1の細胞成分の面積値が、前記基準面積設定ステップで設定した前記第1の細胞成分の面積の基準値に対して所定の条件を満足するように、調整して行うのが好ましい。 The cell analysis method of the present invention further includes a reference area setting step for setting a reference value for the area of the first cell component. In the recognition step, the threshold value for the luminance is set for the luminance. The area value of the first cell component obtained by setting the threshold value satisfies a predetermined condition with respect to the reference value of the area of the first cell component set in the reference area setting step. It is preferable to perform the adjustment.
また、本発明の細胞解析方法においては、前記第1の細胞成分の形状の基準特性を設定する基準形状設定ステップを有し、前記認識ステップにおいて、前記輝度についての閾値の設定を、該輝度についての閾値を設定することにより得られる前記第1の細胞成分の形状の特性が、前記基準形状設定ステップで設定した前記第1の細胞成分の形状の基準特性に近づくように、調整して行うのが好ましい。 The cell analysis method of the present invention further includes a reference shape setting step for setting a reference characteristic of the shape of the first cell component. In the recognition step, the threshold value for the luminance is set for the luminance. The shape characteristic of the first cell component obtained by setting the threshold is adjusted so as to approach the reference characteristic of the shape of the first cell component set in the reference shape setting step. Is preferred.
また、本発明の細胞解析方法においては、前記基準形状設定ステップにおいて、前記第1の細胞成分を核とするときの該第1の細胞成分の形状の基準特性を真円に設定するのが好ましい。 In the cell analysis method of the present invention, it is preferable that, in the reference shape setting step, the reference characteristic of the shape of the first cell component when the first cell component is a nucleus is set to a perfect circle. .
また、本発明の細胞解析方法においては、前記細胞が神経細胞であり、前記第1の細胞成分以外の細胞成分が細胞質であり、前記細胞毎に評価する特徴量が神経突起長であるのが好ましい。 In the cell analysis method of the present invention, the cell is a nerve cell, the cell component other than the first cell component is cytoplasm, and the feature value to be evaluated for each cell is the neurite length. preferable.
また、本発明の細胞解析方法においては、前記細胞ががん細胞であり、前記第1の細胞成分以外の細胞成分が細胞質であり、前記細胞毎に評価する特徴量がアポトーシス誘導であるのが好ましい。 In the cell analysis method of the present invention, the cell is a cancer cell, the cell component other than the first cell component is a cytoplasm, and the feature amount evaluated for each cell is apoptosis induction. preferable.
本発明によれば、撮像時間を短縮し解析のスループットを向上させることができ、また、データ量を減らして、データの管理コストを削減可能な細胞解析方法が得られる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the imaging time can be shortened and the throughput of an analysis can be improved, and the cell analysis method which can reduce the amount of data and can reduce the management cost of data is obtained.
本発明は、細胞成分の特徴量を細胞毎に評価する方法において、各細胞成分を標識した色素から得られる光の輝度に、閾値の設定が可能な程度の大きな差がつくようにして、異なる色素を組合せて標識された各細胞成分に対して、共通の光学系を用いて、同時に撮像し、得られた画像における蛍光の輝度の違いから、各細胞成分を分離して認識することを可能にし、撮像時間の短縮を図ったものである。
本発明によれば、細胞集団の顕微鏡観察において、解析対象である細胞成分毎の撮像を行う必要が無いので、撮像時間を短縮し解析のスループットを向上させることができる。また、データ量を減らせるので、データの管理コストを削減できる。
The present invention is a method for evaluating the feature amount of a cell component for each cell, so that the brightness of light obtained from a dye labeled with each cell component is different so that a threshold can be set. Each cell component labeled with a combination of dyes can be imaged simultaneously using a common optical system, and each cell component can be separated and recognized from the difference in fluorescence brightness in the obtained image Thus, the imaging time is shortened.
According to the present invention, since it is not necessary to perform imaging for each cell component to be analyzed in the microscopic observation of a cell population, the imaging time can be shortened and the analysis throughput can be improved. In addition, since the amount of data can be reduced, the data management cost can be reduced.
以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
実施例1
図1は本発明の細胞解析方法に用いる顕微鏡撮像装置の概略構成を示す説明図である。図2は本発明の実施例1にかかる細胞解析方法に用いる、励起フィルター、ダイクロイックミラー、吸収フィルターの波長特性を示すグラフである。図1中、1は光源、2は励起フィルター、3はダイクロイックミラー、4は培養容器に培養されている細胞等の試料、5は吸収フィルター、6は光検出器である。
実施例1の細胞解析方法では、試料4の細胞成分を標識する第1の蛍光色素又は第1の発光レポーター分子としてDAPI、第2の蛍光色素又は第2の発光レポーター分子としてFITCを用い、DAPIで本発明における第1の細胞成分としての核を標識するとともに、FITCで本発明における第1の細胞成分以外の細胞成分としての細胞質を標識しておく。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Example 1
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a microscope imaging apparatus used in the cell analysis method of the present invention. FIG. 2 is a graph showing the wavelength characteristics of the excitation filter, dichroic mirror, and absorption filter used in the cell analysis method according to Example 1 of the present invention. In FIG. 1, 1 is a light source, 2 is an excitation filter, 3 is a dichroic mirror, 4 is a sample such as a cell cultured in a culture vessel, 5 is an absorption filter, and 6 is a photodetector.
In the cell analysis method of Example 1, DAPI is used as the first fluorescent dye or the first luminescent reporter molecule for labeling the cell component of the
また、実施例1の細胞解析方法では、図7に示したような細胞画像を得るために、図1に示した顕微鏡撮像装置における励起フィルター2、ダイクロイックミラー3、吸収フィルター5として、図2に示すように、DAPIとFITCの夫々に対応したマルチバンドの波長特性をそれぞれ持つ励起フィルター、ダイクロイックミラー、吸収フィルターの組合せを用いる。
励起フィルター2は、DAPIを励起する励起波長帯域の光とFITCを励起する励起波長帯域の光のみを透過させる特性を有する。また、ダイクロイックミラー3は、DAPIを励起する励起波長帯域の光とFITCを励起する励起波長帯域の光を反射させるとともに、DAPIからの蛍光波長帯域を含む所定帯域の光とFITCからの蛍光波長帯域を含む所定帯域の光を透過させる特性を有する。また、吸収フィルター5は、ダイクロイックミラー3を透過した光のうち、DAPIからの蛍光波長帯域の光とFITCからの蛍光波長帯域の光のみを透過させ、それ以外の波長帯域の光を吸収する特性を有する。
Further, in the cell analysis method of Example 1, in order to obtain a cell image as shown in FIG. 7, the
The
光源1から放出された光は、励起フィルター2に入射し、DAPIとFITCを励起する波長帯域の光のみが、励起フィルター2を透過する。励起フィルター2を透過した光は、ダイクロイックミラー3で反射されて試料4を照射する。すると、DAPIで標識された核7、FITCで標識された細胞質8が、それぞれ励起されて蛍光を放出する。これらの蛍光は、ダイクロイックミラー3を透過した後、吸収フィルター5で余分な光がカットされて、光検出器6によって検出されることで、同時に1つの画像として撮像される。
The light emitted from the
また、実施例1の細胞解析方法を用いる顕微鏡撮像装置には、光検出器6で撮像した画像を解析する画像解析装置(図示省略)が備えられている。そして、画像解析装置には、これらの蛍光の輝度についての閾値が設定されている。
例えば、図1及び図2に示した顕微鏡撮像装置を介して、図3に示すような細胞画像が得られるものとする。この細胞画像における、線分A−Aでの輝度断面は、例えば、図4に示すような形状になる。画像解析装置は、図4に示した輝度断面において、設定された閾値9に対して輝度が大きい領域がDAPIで標識された核7であり、閾値9に対して輝度が小さい領域がFITCで標識された細胞質8であると識別する。そして、画像解析装置は、閾値9を用いた核7と細胞質8の識別処理を、顕微鏡撮像装置を介して得られた細胞画像の全領域に対して実行する。この識別処理結果を用いて、核7と細胞質8とにそれぞれ異なる系統の色を与えて、細胞ごとに明瞭に認識可能な細胞画像に画像化することができる。
In addition, the microscope imaging apparatus using the cell analysis method of the first embodiment is provided with an image analysis apparatus (not shown) that analyzes the image captured by the
For example, it is assumed that a cell image as shown in FIG. 3 is obtained through the microscope imaging apparatus shown in FIGS. In this cell image, the luminance cross section at line segment AA has a shape as shown in FIG. 4, for example. In the luminance cross section shown in FIG. 4, the image analysis apparatus has a
なお、上記の例では、細胞内における第1の細胞成分として核7を用いたが、実施例1の細胞解析方法は、他の細胞成分(ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体等)を第1の細胞成分として用いても、同様に、第1の細胞成分と第1の細胞成分以外の細胞成分とを識別して画像化することができる。その場合は、顕微鏡撮像装置における励起フィルター2、ダイクロイックミラー3、吸収フィルター5として、図2に示したようなマルチバンドの波長特性をそれぞれ持つ励起フィルター、ダイクロイックミラー、吸収フィルターの組合せの代わりに、該当する細胞成分を標識する蛍光色素または発光レポーター分子の励起吸収特性を反映したマルチバンドの波長特性をそれぞれ持つ励起フィルター、ダイクロイックミラー、吸収フィルターの組合せを用いるとよい。
In the above example, the
実施例2
図5は本発明の実施例2にかかる細胞解析方法に用いる、励起フィルター、ダイクロイックミラー、吸収フィルターの波長特性を示すグラフである。
Example 2
FIG. 5 is a graph showing the wavelength characteristics of the excitation filter, dichroic mirror, and absorption filter used in the cell analysis method according to Example 2 of the present invention.
実施例1の細胞解析方法を用いて、図1及び図2に示した顕微鏡撮像装置を介して細胞の画像を撮像し、撮像した画像を画像解析装置(図示省略)で解析するときに、図6に示すように、DAPIで標識された核7(あるいは、ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体等の他の細胞成分)とFITCで標識された細胞質8とに十分な輝度差が生じず、輝度に対する閾値の設定が困難な場合がある。
When the cell analysis method of Example 1 is used to capture an image of a cell through the microscope imaging apparatus shown in FIGS. 1 and 2, and the captured image is analyzed by an image analysis apparatus (not shown), FIG. As shown in FIG. 6, there is no sufficient luminance difference between DAPI-labeled nucleus 7 (or other cell components such as mitochondria, endoplasmic reticulum, Golgi body) and FITC-labeled
そのような場合には、励起フィルター2や吸収フィルター5などの、マルチバンドの波長特性を持つフィルターにおける、DAPI用の波長帯域の波長特性とFITC用の波長帯域の波長特性とに差をつけると、DAPIで標識された核7(あるいは、ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体等の他の細胞成分)とFITCで標識された細胞質8とに十分な輝度差を与えることができ、輝度に対する閾値の設定が可能になる。
In such a case, the difference between the wavelength characteristic of the DAPI wavelength band and the wavelength characteristic of the FITC wavelength band in a filter having multiband wavelength characteristics such as the
実施例2の細胞解析方法では、図1に示した顕微鏡撮像装置において、図5に示す波長特性を持つ励起フィルター、ダイクロイックミラー、吸収フィルターを、それぞれ励起フィルター2、ダイクロイックミラー3、吸収フィルター5として用いる。その他の構成は、実施例1の細胞解析方法と略同じである。
In the cell analysis method of Example 2, in the microscope imaging device shown in FIG. 1, the excitation filter, dichroic mirror, and absorption filter having the wavelength characteristics shown in FIG. 5 are used as the
図5に示すように、励起フィルター2として、FITC用の励起波長帯域の光の透過率がDAPI用の励起波長帯域の光の透過率に比べて低い波長特性を持つ励起フィルターを用いると、FITCの励起を抑えることができる。また、吸収フィルター5として、FITC用の蛍光波長帯域の光の透過率がDAPI用の蛍光波長帯域の光の透過率に比べて低い波長特性を持つ吸収フィルターを用いると、FITCで励起された蛍光の量を抑えることができる。図5の例では、励起フィルター、吸収フィルターにおけるFITC用の波長透過特性は、図2に示した励起フィルター、吸収フィルターにおけるFITC用の波長透過特性に比べて、共に30%以下になっているので、FITCからの蛍光の透過率を総合的には10%以下に抑えることが可能となる。その結果、DAPIで標識された核7(あるいは、ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体等の他の細胞成分)とFITCで標識された細胞質8の輝度に十分な差を与えることが可能となる。
なお、図5の例では、励起フィルター2、吸収フィルター5の両方のフィルターに対して、DAPI用の波長帯域の波長特性とFITC用の波長帯域の波長特性とに差をつけたが、励起フィルター2、吸収フィルター5のいずれか一方のフィルターに対して、このような波長特性の差をつけてもよい。
As shown in FIG. 5, when an excitation filter having a wavelength characteristic in which the transmittance of light in the excitation wavelength band for FITC is lower than the transmittance of light in the excitation wavelength band for DAPI is used as the
In the example of FIG. 5, the wavelength characteristics of the DAPI wavelength band and the wavelength characteristics of the FITC wavelength band are different from those of both the
実施例3
実施例3の細胞解析方法では、図1及び図2に示した顕微鏡撮像装置を介して細胞の画像を撮像し、撮像した画像を画像解析装置(図示省略)で解析する場合、例えば、核7を標識するDAPIなどの第1の蛍光色素又は発光レポーター分子の濃度を大きくする、あるいは、細胞質8を標識する第2のFITCなどの蛍光色素又は発光レポーター分子の濃度を小さくするなど、標識する蛍光色素又は発光レポーター分子の濃度に差をつける。
Example 3
In the cell analysis method of Example 3, when an image of a cell is captured through the microscope imaging apparatus shown in FIGS. 1 and 2 and the captured image is analyzed by an image analysis apparatus (not shown), for example, the
実施例2の撮像解析方法を用いれば、実施例1の細胞解析方法を用いて、図1及び図2に示した顕微鏡撮像装置を介して細胞の画像を撮像し、撮像した画像を画像解析装置(図示省略)で解析するときに、図6に示すように、DAPIで標識された核7(あるいは、ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体等の他の細胞成分)とFITCで標識された細胞質8の輝度に十分な差が生じず、輝度に対する閾値の設定が困難となるような場合であっても、DAPIで標識された核7(あるいは、ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体等の他の細胞成分)とFITCで標識された細胞質8の輝度に十分な差を与えることができ、輝度に対する閾値の設定が可能になる。
If the imaging analysis method of Example 2 is used, the cell analysis method of Example 1 is used to capture an image of a cell via the microscope imaging device shown in FIGS. 1 and 2, and the captured image is converted into an image analysis device. When analyzing with (not shown), as shown in FIG. 6, the nucleus 7 (or other cell components such as mitochondria, endoplasmic reticulum, Golgi body etc.) labeled with DAPI and
実施例2の細胞解析方法として、標識する蛍光色素又は発光レポーター分子の濃度に差をつける方法について説明したが、さらに、その他の方法として、DAPI、FITCなどの、蛍光色素又は発光レポーター分子の組合せに関し、モル吸光係数や量子収率などの蛍光特性に大きな差があるもの同士を組合せてもよい。 As the cell analysis method of Example 2, the method for differentiating the concentration of the fluorescent dye or the luminescent reporter molecule to be labeled has been described. Further, as another method, a combination of a fluorescent dye or a luminescent reporter molecule such as DAPI or FITC is used. May be combined with each other having a large difference in fluorescence characteristics such as molar extinction coefficient and quantum yield.
実施例4
実施例4の細胞解析方法は、実施例1、2、3の細胞解析方法における、閾値9の再設定を行って解析の精度を向上させる方法である。
実施例4の細胞解析方法では、第1の細胞成分の面積の基準値を予め設定しておき、輝度についての閾値9の設定を、輝度についての閾値を設定することにより得られる第1の細胞成分の面積値が、第1の細胞成分の面積の基準値に対して所定の条件(例えば、基準値の範囲内)を満足するように調整して行う。
Example 4
The cell analysis method of Example 4 is a method for improving the accuracy of analysis by resetting the
In the cell analysis method of Example 4, a reference value for the area of the first cell component is set in advance, and the
詳しくは、実施例4の細胞解析方法では、実施例1、2、3の細胞解析方法において、図1に示す顕微鏡撮像装置を介して、図3に示すような細胞画像を取得した後、図示省略した画像解析装置を介して、一旦、ディフォルトで設定した閾値9によって、核7などの第1の細胞成分の構成要素を認識する。
さらに、画像解析装置を介して、顕微鏡撮像装置が取得した画像から核7などの第1の細胞成分の面積を算出させる。画像解析装置には、予め、核7などの第1の細胞成分の面積の基準値を設定しておく。面積の基準値は、通常、ある幅を持たて、最小値、最大値の組合せで設定する。
そして、取得した画像から算出した核7などの第1の細胞成分の面積を、この面積の基準値と比較する。
Specifically, in the cell analysis method of Example 4, in the cell analysis method of Examples 1, 2, and 3, the cell image as shown in FIG. 3 is obtained through the microscope imaging device shown in FIG. The constituent elements of the first cell component such as the
Further, the area of the first cell component such as the
Then, the area of the first cell component such as the
取得した画像から算出した核7などの第1の細胞成分の面積が、この面積の基準値における最小値を下回る場合、輝度断面において、実際の第1の細胞成分とそれ以外の細胞成分との境界部の輝度よりも大きい輝度で、第1の細胞成分とそれ以外の細胞成分とに識別するための閾値9を設定していることになるので、より小さい輝度で閾値9を設定し直す。
一方、取得した画像から算出した核7などの第1の細胞成分の面積が、この面積の基準値における最大値を上回る場合、輝度断面において、実際の第1の細胞成分とそれ以外の細胞成分との境界部の輝度よりも小さい輝度で、第1の細胞成分とそれ以外の細胞成分とに識別するための閾値9を設定している、つまり、境界部よりも細胞質8により近い部分に閾値9を設定していることになるので、より大きい輝度に閾値9を設定し直す。これらの閾値の調整処理を逐次繰り返していくことで、最適な閾値9を設定することができる。
When the area of the first cell component such as the
On the other hand, when the area of the first cell component such as the
なお、画像解析装置にあらかじめ設定する核7などの第1の細胞成分の面積の基準値に最小値、最大値の幅を持たせず、一定値としてもよい。その場合は、取得した画像から算出した核7などの面積と基準値との大小関係を判断し、例えば、取得画像上で算出された核7など第1の細胞成分の面積が、面積の基準値を上回る場合には最適な閾値9が設定されたものとし、下回る場合には閾値9の設定が不十分であるなどのメッセージを測定者に示すようにする。
It should be noted that the reference value of the area of the first cell component such as the
また、実施例4の細胞解析方法の変形例として次のような方法を用いてもよい。
図3に示すような細胞画像を取得し、図示省略した画像解析装置を介して、一旦、ディフォルトで設定した閾値9によって、核7などの第1の細胞成分の構成要素を認識した後、画像解析装置を介して、顕微鏡撮像装置が取得した画像から核7などの第1の細胞成分の形状の特性を認識させる。画像解析装置には、予め、核7などの第1の細胞成分の形状の基準特性のパターンを設定しておく。
取得した画像から算出した核7などの第1の細胞成分の形状の特性を、この形状の基準特性のパターンと比較し、その形状の基準特性のパターンに近づくように閾値9を設定し直す。この閾値の調整処理を逐次繰り返していくことで、最適な閾値9を設定することができる。なお、第1の細胞成分を核7とする場合、その形状の基準特性のパターンは真円に設定する。
Further, as a modification of the cell analysis method of Example 4, the following method may be used.
A cell image as shown in FIG. 3 is acquired, and the first cell component component such as the
The shape characteristic of the first cell component such as the
実施例1〜4の細胞解析方法によれば、細胞内の第1の細胞成分と第1の細胞成分以外の細胞成分とを同時に画像化することができ、細胞集団の顕微鏡観察において、解析対象である細胞成分毎に光学系を切り替えて撮像を行う必要が無いので、撮像時間を短縮し解析のスループットを向上させることができる。さらには、データ量を減らせるので、データの管理コストを削減できる。 According to the cell analysis method of Examples 1 to 4, the first cell component in the cell and the cell component other than the first cell component can be simultaneously imaged. Since it is not necessary to switch the optical system for each cell component and perform imaging, the imaging time can be shortened and the analysis throughput can be improved. Furthermore, since the amount of data can be reduced, the data management cost can be reduced.
なお、実施例1〜4の細胞解析方法は、神経細胞を対象として、細胞ごとに神経突起長を評価する場合や、がん細胞を対象として、細胞ごとにアポトーシス誘導を評価する場合に好適である。 Note that the cell analysis methods of Examples 1 to 4 are suitable for evaluating the neurite length for each cell targeting nerve cells or for evaluating apoptosis induction for each cell targeting cancer cells. is there.
本発明の細胞解析方法は、顕微観察装置を用いて多数の生細胞の画像を取得し、取得した画像から個々の細胞を認識して、解析対象となる細胞成分の特徴量を細胞毎に評価し、細胞1個あたりの平均値として数値化して評価を行うことにより、細胞集団の特性を定量的に解析するバイオテクノロジーの分野に有用である。 The cell analysis method of the present invention acquires images of a large number of living cells using a microscopic observation apparatus, recognizes individual cells from the acquired images, and evaluates feature quantities of cell components to be analyzed for each cell. In addition, it is useful in the field of biotechnology for quantitatively analyzing the characteristics of a cell population by performing numerical evaluation as an average value per cell.
1 光源
2 励起フィルター
3 ダイクロイックミラー
4 試料
5 吸収フィルター
6 光検出器
7 核
8 細胞質
51 光源
52 励起フィルター切換手段
52a、52b 励起フィルター
53 ダイクロイックミラー切換手段
53a、53b ダイクロイックミラー
54 試料
55 吸収フィルター切換手段
55a、55b 吸収フィルター
56 光検出器
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記第1の細胞成分を第1の蛍光色素又は第1の発光レポーター分子で標識する第1の標識ステップと、
前記第1の細胞成分以外の細胞成分を第2の蛍光色素又は第2の発光レポーター分子で標識する第2の標識ステップと、
前記第1の蛍光色素又は第1の発光レポーター分子からの光の輝度レベルと前記第2の蛍光色素又は第2の発光レポーター分子からの光の輝度レベルとを閾値の設定が可能な程度に異ならせて、前記第1の細胞成分と前記第1の細胞成分以外の細胞成分を同時に撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップで得られた画像から、少なくとも輝度についての閾値を介して、前記第1の細胞成分と前記第1の細胞成分以外の細胞成分とを認識する認識ステップと、
前記撮像ステップで得られた画像のうち、前記認識ステップで認識された前記第1の細胞成分以外の細胞成分の領域における、前記第2の蛍光色素又は第2の発光レポーター分子からの光の特性を評価することによって、前記第1の細胞成分以外の細胞成分の特徴量を細胞毎に評価する評価ステップと、
を少なくとも含むことを特徴とする細胞解析方法。 A cell population is imaged with a microscope imaging device, and an individual cell is recognized by recognizing a first cell component in each cell using an image of the imaged cell population, and cell components other than the first cell component A cell analysis method that statistically evaluates an average value per cell using a feature amount of a cell component other than the evaluated first cell component.
A first labeling step of labeling the first cell component with a first fluorescent dye or a first luminescent reporter molecule;
A second labeling step of labeling a cell component other than the first cell component with a second fluorescent dye or a second luminescent reporter molecule;
The brightness level of light from the first fluorescent dye or first luminescent reporter molecule is different from the brightness level of light from the second fluorescent dye or second luminescent reporter molecule to such an extent that a threshold can be set. An imaging step of simultaneously imaging the first cell component and a cell component other than the first cell component;
A recognition step for recognizing the first cell component and a cell component other than the first cell component from the image obtained in the imaging step through at least a threshold value for luminance;
Characteristics of light from the second fluorescent dye or the second luminescent reporter molecule in a region of cell components other than the first cell component recognized in the recognition step in the image obtained in the imaging step An evaluation step for evaluating, for each cell, a characteristic amount of a cell component other than the first cell component by evaluating
A cell analysis method characterized by comprising at least
前記第1の蛍光色素又は第1の発光レポーター分子を励起する第1の励起波長帯域の光と前記第2の蛍光色素又は第2の発光レポーター分子を励起する第2の励起波長帯域の光のみを透過させる波長特性を有する励起フィルターと、
前記第1の蛍光色素又は第1の発光レポーター分子を励起する第1の励起波長帯域の光と前記第2の蛍光色素又は第2の発光レポーター分子を励起する第2の励起波長帯域の光を反射させるとともに、該第1の蛍光色素又は第1の発光レポーター分子からの第1の蛍光波長帯域を含む第1の所定帯域の光と該第2の蛍光色素又は第2の発光レポーター分子からの第2の蛍光波長帯域を含む第2の所定帯域の光を透過させる特性を有するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーを透過した光のうち、前記第1の蛍光色素又は第1の発光レポーター分子からの第1の蛍光波長帯域の光と前記第2の蛍光色素又は第2の発光レポーター分子からの第2の蛍光波長帯域の光のみを透過させ、それ以外の波長帯域の光を吸収する特性を有する吸収フィルター、
を用いることを特徴とする請求項1に記載の細胞解析方法。 In the imaging step,
Only light in the first excitation wavelength band that excites the first fluorescent dye or the first luminescent reporter molecule and light in the second excitation wavelength band that excites the second fluorescent dye or the second luminescent reporter molecule. An excitation filter having a wavelength characteristic that transmits light;
Light in a first excitation wavelength band that excites the first fluorescent dye or first luminescent reporter molecule and light in a second excitation wavelength band that excites the second fluorescent dye or second luminescent reporter molecule. A first predetermined band of light that is reflected and includes a first fluorescence wavelength band from the first fluorescent dye or first luminescent reporter molecule and from the second fluorescent dye or second luminescent reporter molecule A dichroic mirror having a characteristic of transmitting light in a second predetermined band including the second fluorescence wavelength band;
Of the light transmitted through the dichroic mirror, the first fluorescent wavelength band light from the first fluorescent dye or the first luminescent reporter molecule and the second fluorescent dye or the second luminescent reporter molecule from the second luminescent reporter molecule. An absorption filter having a characteristic of transmitting only light in the fluorescence wavelength band of 2, and absorbing light in other wavelength bands,
The cell analysis method according to claim 1, wherein:
前記認識ステップにおいて、前記輝度についての閾値の設定を、該輝度についての閾値を設定することにより得られる前記第1の細胞成分の面積値が、前記基準面積設定ステップで設定した前記第1の細胞成分の面積の基準値に対して所定の条件を満足するように、調整して行うことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の細胞解析方法。 A reference area setting step for setting a reference value of the area of the first cell component;
In the recognition step, the first cell in which the area value of the first cell component obtained by setting the threshold value for the luminance is set in the reference area setting step is set. The cell analysis method according to any one of claims 1 to 5, wherein the cell analysis method is carried out by adjusting so as to satisfy a predetermined condition with respect to a reference value of the component area.
前記認識ステップにおいて、前記輝度についての閾値の設定を、該輝度についての閾値を設定することにより得られる前記第1の細胞成分の形状の特性が、前記基準形状設定ステップで設定した前記第1の細胞成分の形状の基準特性に近づくように、調整して行うことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の細胞解析方法。 A reference shape setting step for setting a reference characteristic of the shape of the first cell component;
In the recognizing step, the threshold value for the luminance is set, and the characteristic of the shape of the first cell component obtained by setting the threshold value for the luminance is the first shape set in the reference shape setting step. The cell analysis method according to any one of claims 1 to 5, wherein the cell analysis method is performed by adjusting so as to approach the reference characteristic of the shape of the cell component.
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WO2016054509A1 (en) * | 2014-10-02 | 2016-04-07 | Q-State Biosciences, Inc. | Systems and methods for assessing inter-cell communication |
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