JP2013040800A - Device and method for detecting substance released from cell, and immobilized enzyme substrate for detecting substance released from cell - Google Patents

Device and method for detecting substance released from cell, and immobilized enzyme substrate for detecting substance released from cell Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and a method for detecting substances released from a cell which detects a concentration distribution of nucleotide-related chemical substances released from the cell, on a cellular tissue, and an immobilized enzyme substrate for detecting substances released from a cell.SOLUTION: A cellular tissue S is placed on a transparent substrate 10 on which GAPDH (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase) is immobilized. ATP (Adenosine-5'-triphosphate) on the surface of the cellular tissue S is consumed under the presence of GAP (glyceraldehyde-3-phosphate) and NADto produce NADH (nicotinamide adenine dinucleotide). Evanescent wave L2 is generated on the surface of the transparent substrate 10 by irradiation light from a light source unit 7 provided on a side of the transparent substrate 10 to fluorescently emit a portion near the transparent substrate 10, namely, NADH on the surface of the cellular tissue S. A reaction system is thus designed, so that ATP that is the nucleotide can be detected with fluorescence radiated by a fluorescent substance (NADH) generated by the reaction.

Description

本発明は、細胞組織から放出された細胞放出物質を検出する検出装置、検出方法、検出用固定化酵素基板に関し、特に、細胞組織から放出されたヌクレオチド関連化学物質について細胞組織上の濃度分布を検出する細胞放出物質検出装置、細胞放出物質検出方法および細胞放出物質検出用固定化酵素基板に関するものである。   The present invention relates to a detection apparatus, a detection method, and an immobilized enzyme substrate for detection, which detect a cell-released substance released from a cell tissue. In particular, the present invention relates to a concentration distribution on a cell tissue for nucleotide-related chemical substances released from the cell tissue. The present invention relates to a cell release substance detection device to be detected, a cell release substance detection method, and an immobilized enzyme substrate for cell release substance detection.

従来、アデノシン三リン酸(以下、単に「ATP」と略す場合がある。)の定量には、生物発光であるルシフェリン/ルシフェラーゼ発光系が汎用的に用いられている(非特許文献1)。ATP及びマグネシウムイオンの存在下で発光基質であるルシフェリンは、ルシフェラーゼによって発光体であるオキシルシフェリンに変換されて発光する。ATPの検出に際しては、一般に、被検体試料の細胞組織を破砕するなどして細胞抽出液を採取し、その細胞抽出液にルシフェリンとルシフェラーゼとが加えられる。そして、試料抽出液中のATPが消費されて生じるオキシルシフェリンの発光量を測定することによりATP量が定量される。   Conventionally, a luciferin / luciferase luminescence system, which is bioluminescence, has been used for general purpose for the quantification of adenosine triphosphate (hereinafter sometimes simply referred to as “ATP”) (Non-patent Document 1). In the presence of ATP and magnesium ions, luciferin, which is a luminescent substrate, is converted to oxyluciferin, which is a luminescent material, by luciferase to emit light. In detecting ATP, generally, a cell extract is collected by crushing a cell tissue of a subject sample, and luciferin and luciferase are added to the cell extract. Then, the amount of ATP is quantified by measuring the amount of luminescence of oxyluciferin generated by consuming ATP in the sample extract.

ルシフェリン/ルシフェラーゼ発光法による試料中ATPの定量は、感度が良好であり迅速性にも優れているため、当該発光法以外のATP定量方法はほとんど実用化されていない。   Since the quantification of ATP in a sample by the luciferin / luciferase luminescence method has good sensitivity and excellent rapidity, ATP quantification methods other than the luminescence method have hardly been put to practical use.

また、特許文献1には、ATP増幅法とATPサイクリング法とを併用して試料中の微量ATPを検出する技術が開示されている。当該技術では、まず、アデニレートキナーゼとAMP(アデニル酸)とを用い、試料中のATPをAMPと反応させて2分子のADP(アデノシン二リン酸)を生成させ、生じた2分子のADPにポリリン酸キナーゼを作用させることで2分子のATPを発生させる。発生した2分子のATPは、再度、AMPと反応する基質となるため、n回の反応を行うことにより、1個のATPは2n個のATPに増幅される(ATP増幅法)。その後、増幅に用いた酵素を不活化し、ATPサイクリング法にて再度ATPの増幅が実行される。そして、ATPサイクリング法を経た後、試料中のATPを酵素比色法または電気的定量法を用いて定量することで、当初試料中のATP量が定量される。これにより、当初試料中の僅かなATPが定量できる。   Patent Document 1 discloses a technique for detecting a trace amount of ATP in a sample by using both the ATP amplification method and the ATP cycling method. In this technique, first, adenylate kinase and AMP (adenylic acid) are used, ATP in a sample is reacted with AMP to produce two molecules of ADP (adenosine diphosphate), and the resulting two molecules of ADP 2 molecules of ATP are generated by the action of polyphosphate kinase. Since the generated two molecules of ATP again become a substrate that reacts with AMP, by performing the reaction n times, one ATP is amplified to 2n ATP (ATP amplification method). Thereafter, the enzyme used for the amplification is inactivated, and ATP is amplified again by the ATP cycling method. Then, after passing through the ATP cycling method, the amount of ATP in the initial sample is quantified by quantifying ATP in the sample using an enzyme colorimetric method or an electrical quantification method. Thereby, a slight amount of ATP in the initial sample can be quantified.

更に、本願発明者らは、生体組織から放出された化学物質の濃度分布を、組織上の位置に対応つけて観察、測定するための小型化された光学装置を提案している(特許文献2)。この光学装置では、エバネッセント光を用い、GABA、グルタミン酸などの化学物質の濃度分布を測定することができる。   Further, the inventors of the present application have proposed a miniaturized optical device for observing and measuring the concentration distribution of a chemical substance released from a living tissue in correspondence with the position on the tissue (Patent Document 2). ). In this optical apparatus, the concentration distribution of chemical substances such as GABA and glutamic acid can be measured using evanescent light.

特開2006−223163号公報JP 2006-223163 A 特開2008−139280号公報JP 2008-139280 A

DeLuca, M., and McElroy, W.D., Kinetics of the firefly luciferase catalyzed reactions. Biochemistry, 26,921-925 (1974).DeLuca, M., and McElroy, W.D., Kinetics of the firefly luciferase catalyzed reactions.Biochemistry, 26,921-925 (1974).

しかしながら、上記特許文献1および非特許文献1に開示された技術は、いずれも試料抽出液中のATPを定量する手法であり、細胞から放出されるATPを直接的に検出、測定するものではない。このため、細胞組織上の濃度分布(ATPの空間分布)を把握することはできないという問題点があった。言い換えれば、従来の技術では、組織片のいずれの細胞からATPが放出されているかを把握することはできない。また、細胞内外のATPを区別して検出することができないので、検出されたATPが、細胞内に存在していたものであるのか、細胞から放出されたものであるかを判別することができない。   However, the techniques disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 are both techniques for quantifying ATP in a sample extract, and do not directly detect and measure ATP released from cells. . For this reason, there has been a problem that the concentration distribution on the cell tissue (ATP spatial distribution) cannot be grasped. In other words, in the conventional technique, it is impossible to grasp from which cell of the tissue piece ATP is released. In addition, since ATP inside and outside the cell cannot be detected separately, it cannot be determined whether the detected ATP is present in the cell or released from the cell.

そこで、本願発明者らは、特許文献2に開示したエバネッセント光を用いた観察装置と、ルシフェリン/ルシフェラーゼ発光法とを組合せて細胞組織から放出されたATPの濃度分布を検出することを試みた。しかし、ルシフェリンのモル吸光係数が18であることから得られる発光が非常に微弱でありATPの空間分布を検出することはできなかった。   Therefore, the inventors of the present application tried to detect the concentration distribution of ATP released from the cell tissue by combining the observation apparatus using evanescent light disclosed in Patent Document 2 and the luciferin / luciferase luminescence method. However, since the molar extinction coefficient of luciferin was 18, the luminescence obtained was very weak, and the spatial distribution of ATP could not be detected.

つまり、従来のルシフェリン/ルシフェラーゼ発光法を利用して細胞組織上のATP濃度分布を検出しようとすれば、その発光を検出するために光電子増倍管などの高感度光検出器が必要となってしまう。言い換えれば、高コストで大掛かりな光学装置が必要となり、低コストで簡便に細胞組織上のATP検出を行うことができないという問題点があった。   In other words, if the conventional luciferin / luciferase luminescence method is used to detect the ATP concentration distribution on the cell tissue, a highly sensitive photodetector such as a photomultiplier tube is required to detect the luminescence. End up. In other words, a high-cost and large-scale optical device is required, and there is a problem that ATP detection on a cell tissue cannot be easily performed at a low cost.

ここで、ATP増幅をさせることができれば、高価な高感度光検出器を不要にできると考えられるが、例えば、特許文献1に開示された技術を適用してATP増幅を行おうとすれば、50℃以上の温度で酵素を不活化する工程が必要になり、細胞変性を起こしかねない。このため、細胞組織から放出されたATPを細胞組織上の各位置と対応つけて検出し得る現実的な技術は未だ提案されていない。   Here, if it is possible to perform ATP amplification, it is considered that an expensive high-sensitivity photodetector can be eliminated. For example, if ATP amplification is performed by applying the technique disclosed in Patent Document 1, 50 ATP is required. A step of inactivating the enzyme at a temperature of ℃ or higher is necessary, which may cause cell degeneration. For this reason, a practical technique that can detect ATP released from the cell tissue in association with each position on the cell tissue has not yet been proposed.

例えば、ATPは、生理活性を有する細胞から放出される一方で、生理活性を失った細胞からは放出されないため、肉や魚などの生鮮食料品の鮮度の指標とし得る。しかし、ATPは細胞内に多量に存在するため、細胞抽出液からATPを検出する従来技術においては、細胞内外のATPを区別できず、精度良く鮮度を判別することが出来ないという問題点があった。   For example, ATP can be used as an index of freshness of fresh food products such as meat and fish because ATP is released from cells having physiological activity but not released from cells that have lost biological activity. However, since ATP is present in a large amount in a cell, the conventional technique for detecting ATP from a cell extract cannot distinguish between ATP inside and outside the cell and cannot accurately determine freshness. It was.

更に、脳が梗塞や酸欠などでダメージを受けた際には、神経細胞を保護する目的でグリア細胞からATPが放出されるとされている。脳の虚血状態の診断は非常に難しく、熟練した医術者が開頭を行ってその状態を観察したとしても、的確に病状の診断や予測を行うことは困難となっている。ATPの放出状態(濃度分布)を的確に検知できれば、病状の診断や薬効判定に有用な知見を得ることができると考えられるが、細胞組織上のATPを検出する有用な技術が提案されていない現状においては、ATPの放出状態を指標として脳の虚血状態を判定することも、薬の有効性を評価することもままならないという問題点があった。   Furthermore, when the brain is damaged by infarction or lack of oxygen, ATP is released from glial cells for the purpose of protecting nerve cells. Diagnosis of the ischemic state of the brain is very difficult, and even if a skilled surgeon performs craniotomy and observes the state, it is difficult to accurately diagnose and predict the disease state. If it is possible to accurately detect the release state (concentration distribution) of ATP, it is thought that useful knowledge can be obtained for diagnosis of disease state and determination of drug efficacy, but no useful technique for detecting ATP on cellular tissues has been proposed. Under the present circumstances, there is a problem that neither the determination of the cerebral ischemia nor the evaluation of the effectiveness of the drug remains without using the ATP release state as an index.

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、細胞から放出されたヌクレオチド関連化学物質について、細胞組織上の濃度分布を検出する細胞放出物質検出装置、細胞放出物質検出方法および細胞放出物質検出用固定化酵素基板を提供することを目的としている。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and relates to a nucleotide-releasing chemical substance released from a cell, a cell-releasing substance detection device, a cell-releasing substance detection method, An object of the present invention is to provide an immobilized enzyme substrate for detecting a cell-release substance.

この目的を達成するために、請求項1記載の細胞放出物質検出装置は、細胞組織が載置される載置面側に、基質をリン酸化するリン酸化反応とリン酸化された後の基質を酸化する酸化反応とを触媒する酵素を有する基板と、その基板上での反応に伴って蛍光元物質から生成される蛍光物質を励起する励起光を、前記基板上の細胞組織に向けて照射する光照射手段と、その光照射手段によって照射された励起光によって蛍光物質から放射される蛍光を検出する検出手段と、その検出手段により検出された蛍光に基づいて画像を形成する画像形成手段とを備えており、その画像形成手段により形成された画像により、前記基板に載置された細胞組織から放出されたヌクレオチド関連化学物質の濃度分布を検出するものである。   In order to achieve this object, a cell-released substance detection device according to claim 1 is provided with a phosphorylation reaction for phosphorylating a substrate and a substrate after phosphorylation on a placement surface side on which a cell tissue is placed. A substrate having an enzyme that catalyzes an oxidation reaction that oxidizes, and excitation light that excites a fluorescent material generated from a fluorescent source substance in response to the reaction on the substrate is irradiated toward the cell tissue on the substrate. A light irradiation means, a detection means for detecting fluorescence emitted from the fluorescent material by the excitation light emitted by the light irradiation means, and an image forming means for forming an image based on the fluorescence detected by the detection means. And a concentration distribution of the nucleotide-related chemical substance released from the cell tissue placed on the substrate is detected from an image formed by the image forming means.

尚、ここでヌクレオチド関連化学物質とは、基質に対してのリン酸供給源となる化学物質であって、例えば、各種リボヌクレオチド、デオキシリボヌクレオチドである。   Here, the nucleotide-related chemical substance is a chemical substance that serves as a phosphate supply source for the substrate, and examples thereof include various ribonucleotides and deoxyribonucleotides.

更に、酵素を有する基板とは、酵素が化学結合によって基板上に結合されたものであってもよく、酵素が基板上に単に塗布や添加されたものなど基板に対する化学結合を伴わないものであってもよい。   Furthermore, the substrate having an enzyme may be a substrate in which the enzyme is bonded to the substrate by a chemical bond, such as a substrate in which the enzyme is simply applied or added to the substrate and does not have a chemical bond to the substrate. May be.

蛍光元物質とは、反応系に存在する特定の化学物質と反応して蛍光物質を生成する原料分子を意味するものである。かかる蛍光元物質は、必ずしも1種の物質には限られず、2種類以上の物質の混合物をも含む概念である。   The fluorogenic substance means a raw material molecule that reacts with a specific chemical substance existing in the reaction system to generate a fluorescent substance. Such a fluorescent material is not necessarily limited to one kind of substance, and is a concept including a mixture of two or more kinds of substances.

請求項2記載の細胞放出物質検出装置は、請求項1に記載の細胞放出物質検出装置において、前記酵素はグリセルアルデヒド3−リン酸脱水素酵素である。   The cell-release substance detection apparatus according to claim 2 is the cell-release substance detection apparatus according to claim 1, wherein the enzyme is glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase.

請求項3記載の細胞放出物質検出装置は、請求項1または2に記載の細胞放出物質検出装置において、前記基板は、前記酵素が載置面側表面に化学結合によって固定化されたものである。   The cell-released substance detection device according to claim 3 is the cell-released substance detection device according to claim 1 or 2, wherein the substrate has the enzyme immobilized on the surface on the mounting surface by a chemical bond. .

請求項4記載の細胞放出物質検出装置は、請求項1から3のいずれかに記載の細胞放出物質検出装置において、前記光照射手段は、前記基板の側面へ励起光を入射する光源部を備えており、その光源部から前記基板の側面に照射される励起光により、前記基板の載置面にエバネッセント光を発生させるよう構成されている。   The cell emission substance detection apparatus according to claim 4 is the cell emission substance detection apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the light irradiation means includes a light source unit that makes excitation light incident on a side surface of the substrate. The evanescent light is generated on the mounting surface of the substrate by the excitation light applied to the side surface of the substrate from the light source unit.

請求項5記載の細胞放出物質検出装置は、請求項1から4のいずれかに記載の細胞放出物質検出装置において、前記検出手段は、前記光照射手段が照射する励起光の光路と重ならない位置に配設されている。   The cell emission substance detection device according to claim 5 is the cell emission substance detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the detection means does not overlap an optical path of excitation light emitted by the light irradiation means. It is arranged.

請求項6記載の細胞放出物質検出方法は、細胞組織から放出されたヌクレオチド関連化学物質の濃度分布を検出する方法であって、基質をリン酸化するリン酸化反応とリン酸化された後の基質を酸化する酸化反応とを触媒する酵素を有する基板に載置された細胞組織に向かって、基質と当該酵素反応に伴って蛍光物質に変換される蛍光元物質とが基板上に共存する状態で、蛍光物質の励起光を照射する光照射工程と、その光照射工程により照射された励起光によって励起された蛍光物質から放射される蛍光を検出する蛍光検出工程と、その蛍光検出工程により検出された蛍光に基づいて画像を形成する画像形成工程とを備え、その画像形成工程により形成された画像により、細胞組織から放出されたヌクレオチド関連化学物質の濃度分布を検出するものである。   The method for detecting a cell-released substance according to claim 6 is a method for detecting a concentration distribution of a nucleotide-related chemical substance released from a cell tissue, wherein a phosphorylation reaction for phosphorylating a substrate and a substrate after phosphorylation are detected. In the state where the substrate and the fluorogenic substance that is converted into the fluorescent substance along with the enzyme reaction coexist on the substrate toward the cell tissue placed on the substrate having the enzyme that catalyzes the oxidation reaction that oxidizes, Detected by the light irradiation step of irradiating excitation light of the fluorescent material, the fluorescence detection step of detecting fluorescence emitted from the fluorescent material excited by the excitation light irradiated by the light irradiation step, and the fluorescence detection step And an image forming process for forming an image based on fluorescence, and the concentration distribution of nucleotide-related chemical substances released from the cell tissue is detected by the image formed by the image forming process. It is intended to.

尚、ここでヌクレオチド関連化学物質とは、基質に対してのリン酸供給源となる化学物質であって、例えば、各種リボヌクレオチド、デオキシリボヌクレオチドである。   Here, the nucleotide-related chemical substance is a chemical substance that serves as a phosphate supply source for the substrate, and examples thereof include various ribonucleotides and deoxyribonucleotides.

更に、酵素を有する基板とは、酵素が化学結合によって基板上に結合されたものであってもよく、酵素が基板上に単に塗布や添加されたものなど基板に対する化学結合を伴わないものであってもよい。   Furthermore, the substrate having an enzyme may be a substrate in which the enzyme is bonded to the substrate by a chemical bond, such as a substrate in which the enzyme is simply applied or added to the substrate and does not have a chemical bond to the substrate. May be.

蛍光元物質とは、反応系に存在する特定の化学物質と反応して蛍光物質を生成する原料分子を意味するものである。かかる蛍光元物質は、必ずしも1種の物質には限られず、2種類以上の物質の混合物をも含む概念である。   The fluorogenic substance means a raw material molecule that reacts with a specific chemical substance existing in the reaction system to generate a fluorescent substance. Such a fluorescent material is not necessarily limited to one kind of substance, and is a concept including a mixture of two or more kinds of substances.

請求項7記載の細胞放出物質検出方法は、請求項6に記載の細胞放出物質検出方法において、前記酵素はグリセルアルデヒド3−リン酸脱水素酵素である。   The cell-release substance detection method according to claim 7 is the cell-release substance detection method according to claim 6, wherein the enzyme is glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase.

請求項8記載の細胞放出物質検出方法は、請求項6又は7に記載の細胞放出物質検出方法において、前記酵素は基板表面に化学結合によって固定されており、細胞組織はその基板表面に載置される。   The cell-released substance detection method according to claim 8 is the cell-released substance detection method according to claim 6 or 7, wherein the enzyme is immobilized on the substrate surface by chemical bonding, and the cell tissue is placed on the substrate surface. Is done.

請求項9記載の細胞放出物質検出用固定化酵素基板は、平滑面を有する透光性基板の表面上にグリセルアルデヒド3−リン酸脱水素酵素が化学的結合によって担持されているものである。   The immobilized enzyme substrate for detecting a cell-released substance according to claim 9 is one in which glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase is supported by a chemical bond on the surface of a light-transmitting substrate having a smooth surface. .

請求項1記載の細胞放出物質検出装置によれば、基質をリン酸化するリン酸化反応とリン酸化された後の基質を酸化する酸化反応とを触媒する酵素を有する基板上に載置された細胞組織に向けて、光照射手段にて励起光が照射される。基板上に、酵素の基質と、当該酵素反応が触媒する反応に伴って蛍光物質を生成する蛍光元物質とが存在すると、反応系内のリン酸を消費しながら蛍光物質が生成される。ここで、リン酸供給源は、細胞組織が放出したヌクレオチド関連化学物質となるため、細胞組織からヌクレオチド関連化学物質が放出されていれば蛍光が放射され、否であれば蛍光は放射されない。   According to the apparatus for detecting a cell-released substance according to claim 1, cells placed on a substrate having an enzyme that catalyzes a phosphorylation reaction that phosphorylates the substrate and an oxidation reaction that oxidizes the phosphorylated substrate. Excitation light is irradiated toward the tissue by the light irradiation means. When the substrate of the enzyme and the fluorogenic material that generates the fluorescent material accompanying the reaction catalyzed by the enzyme reaction are present on the substrate, the fluorescent material is generated while consuming phosphoric acid in the reaction system. Here, since the phosphate supply source is a nucleotide-related chemical substance released by the cell tissue, fluorescence is emitted if the nucleotide-related chemical substance is released from the cell tissue, and if not, no fluorescence is emitted.

従って、検出手段にて蛍光を検出し、検出された蛍光に基づいて画像形成手段にて蛍光画像を形成することで、細胞組織上のヌクレオチド関連化学物質の濃度分布(空間分布)を検出することができるという効果がある。   Therefore, by detecting fluorescence with the detection means and forming a fluorescence image with the image forming means based on the detected fluorescence, detecting the concentration distribution (spatial distribution) of nucleotide-related chemical substances on the cell tissue There is an effect that can be.

また、基板が有する酵素によって基質のリン酸化反応と酸化反応とが触媒され、ここに蛍光元物質が存在することにより、酵素反応に伴って蛍光物質が生成する。即ち、簡素な反応系で、リン酸供給源であるヌクレオチド関連化学物質を、生成される蛍光物質にて直ちに検出することができる。故に、複雑な反応系に比べて高い反応効率を維持することができ、信頼性の高い検出結果を得ることができるという効果がある。   In addition, the phosphorylation reaction and oxidation reaction of the substrate are catalyzed by the enzyme included in the substrate, and the presence of the fluorescent source substance generates a fluorescent substance accompanying the enzyme reaction. That is, in a simple reaction system, the nucleotide-related chemical substance that is a phosphate supply source can be immediately detected by the generated fluorescent substance. Therefore, it is possible to maintain a high reaction efficiency as compared with a complicated reaction system and to obtain a highly reliable detection result.

請求項2記載の細胞放出物質検出装置によれば、請求項1に記載の細胞放出物質検出装置の奏する効果に加え、酵素はグリセルアルデヒド3−リン酸脱水素酵素であるので、生体内に存在する天然型の酵素が触媒する酵素反応によって、ヌクレオチド関連化学物質を検出することができる。つまり、グリセルアルデヒド3−リン酸脱水素酵素とその基質との反応は、天然の細胞組織での通常の反応系(解糖系)であるので、安定な酵素反応を実現でき、細胞組織に対する過度の負荷や予想外の副反応を抑制することができるという効果がある。   According to the cell-released substance detection device according to claim 2, in addition to the effect exhibited by the cell-released substance detection device according to claim 1, since the enzyme is glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase, Nucleotide-related chemicals can be detected by enzymatic reactions catalyzed by existing natural enzymes. In other words, since the reaction between glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase and its substrate is a normal reaction system (glycolysis system) in natural cell tissues, a stable enzyme reaction can be realized and There is an effect that an excessive load and an unexpected side reaction can be suppressed.

請求項3記載の細胞放出物質検出装置によれば、請求項1または2に記載の細胞放出物質検出装置の奏する効果に加え、酵素が基板の載置面側表面に化学結合によって固定化されているので、酵素が流出したり偏在したりすることを抑制でき、単純に酵素を基板上に塗布や添加した場合に比べて、基板上で均一な酵素反応を実現できるという効果がある。更に、基板上に載置された細胞組織内部に酵素が移動することを規制でき、基板上に載置された細胞組織表面近傍において局所的に酵素反応を行わせることができる。故に、細胞から放出された(即ち、細胞表面上の)ヌクレオチド関連化学物質を的確に検出することができるという効果がある。これによって、細胞外に放出されたヌクレオチド関連化学物質を、細胞内のアデノシン三リン酸と区別して検出することができるという効果がある。   According to the cell-released substance detection device according to claim 3, in addition to the effect exhibited by the cell-released substance detection device according to claim 1 or 2, the enzyme is immobilized on the surface of the substrate mounting surface by a chemical bond. Therefore, it is possible to suppress the outflow or uneven distribution of the enzyme, and there is an effect that a uniform enzyme reaction can be realized on the substrate as compared with the case where the enzyme is simply applied or added to the substrate. Furthermore, the enzyme can be restricted from moving into the cell tissue placed on the substrate, and the enzyme reaction can be performed locally in the vicinity of the surface of the cell tissue placed on the substrate. Therefore, there is an effect that the nucleotide-related chemical substance released from the cell (that is, on the cell surface) can be accurately detected. As a result, the nucleotide-related chemical substance released outside the cell can be detected separately from the intracellular adenosine triphosphate.

請求項4記載の細胞放出物質検出装置によれば、請求項1から3のいずれかに記載の細胞放出物質検出装置の奏する効果に加え、光源部から基板の側面に照射される励起光により、基板の載置面にエバネッセント光を発生させるよう構成されているので、載置面に細胞組織が載置されると、載置面近傍に存在する、即ち、細胞組織の表面部分に存在する蛍光物質に限定して蛍光を放射させることができる。このため、細胞から放出された(即ち、細胞表面上の)ヌクレオチド関連化学物質を、細胞内のヌクレオチド関連化学物質と区別して的確に検出することができるという効果がある。   According to the cell-released substance detection device according to claim 4, in addition to the effect exhibited by the cell-released substance detection device according to any one of claims 1 to 3, the excitation light applied to the side surface of the substrate from the light source unit, Since it is configured to generate evanescent light on the mounting surface of the substrate, when cell tissue is mounted on the mounting surface, it is present in the vicinity of the mounting surface, that is, the fluorescence existing on the surface portion of the cell tissue. Fluorescence can be emitted limited to a substance. For this reason, there is an effect that the nucleotide-related chemical substance released from the cell (that is, on the cell surface) can be accurately detected by being distinguished from the nucleotide-related chemical substance in the cell.

更に、光源部は、基板の端面から励起光を入射させるので、入射角を変更することを簡便に行うことができ、光学系のセッティングを容易化できる上、装置の取扱性を向上できるという効果がある。   Furthermore, since the light source unit makes excitation light incident from the end face of the substrate, it is possible to easily change the incident angle, to facilitate the setting of the optical system, and to improve the handleability of the apparatus. There is.

請求項5記載の細胞放出物質検出装置によれば、請求項1から4のいずれかに記載の細胞放出物質検出装置の奏する効果に加え、検出手段は、光照射手段が照射する励起光の光路と重ならない位置に配設されているので、目的とする信号(蛍光)を励起光と分離して捕捉することができ、検出される蛍光に対する励起光の影響(ノイズ)を低減できるという効果がある。   According to the cell emission substance detection device according to claim 5, in addition to the effect of the cell emission substance detection device according to any one of claims 1 to 4, the detection means is an optical path of excitation light irradiated by the light irradiation means Since the target signal (fluorescence) can be captured separately from the excitation light, the influence of the excitation light (noise) on the detected fluorescence can be reduced. is there.

請求項6記載の細胞放出物質検出方法によれば、基質をリン酸化するリン酸化反応とリン酸化された後の基質を酸化する酸化反応とを触媒する酵素を有する基板に載置された細胞組織に向かって、基質と酵素反応に伴って蛍光物質に変換される蛍光元物質とが基板上に共存する状態で、蛍光物質の励起光が光照射工程で照射される。   According to the method for detecting a cell-released substance according to claim 6, cell tissue placed on a substrate having an enzyme that catalyzes a phosphorylation reaction that phosphorylates the substrate and an oxidation reaction that oxidizes the phosphorylated substrate. The substrate is irradiated with excitation light of the fluorescent material in the light irradiation step in a state where the substrate and the fluorescent material that is converted into the fluorescent material in accordance with the enzyme reaction coexist on the substrate.

酵素の基質と、当該酵素反応が触媒する反応に伴って蛍光物質を生成する蛍光元物質とが存在すると、基板上の酵素の働きにより、反応系内のリン酸を消費しながら蛍光物質が生成される。ここで、リン酸供給源は、細胞組織が放出したヌクレオチド関連化学物質となるため、細胞組織からヌクレオチド関連化学物質が放出されていれば蛍光が放射され、否であれば蛍光は放射されない。   When there is an enzyme substrate and a fluorogenic substance that generates a fluorescent substance in response to a reaction catalyzed by the enzyme reaction, the fluorescent substance is generated while consuming phosphoric acid in the reaction system by the action of the enzyme on the substrate. Is done. Here, since the phosphate supply source is a nucleotide-related chemical substance released by the cell tissue, fluorescence is emitted if the nucleotide-related chemical substance is released from the cell tissue, and if not, no fluorescence is emitted.

そして、その光照射工程により照射された励起光によって励起された蛍光物質から放射される蛍光が蛍光検出工程により検出され、その蛍光に基づいて画像形成工程により蛍光画像が形成される。これにより、細胞組織から放出された(細胞組織上の)ヌクレオチド関連化学物質の濃度分布(空間分布)を検出することができるという効果がある。   Then, fluorescence emitted from the fluorescent material excited by the excitation light irradiated in the light irradiation step is detected in the fluorescence detection step, and a fluorescent image is formed in the image forming step based on the fluorescence. Thereby, there is an effect that the concentration distribution (spatial distribution) of the nucleotide-related chemical substance released from the cell tissue (on the cell tissue) can be detected.

また、酵素によって基質のリン酸化反応と酸化反応とが触媒され、ここに蛍光元物質が存在することにより、酸化反応に伴って蛍光物質が生成する。即ち、簡素な反応系で、リン酸供給源であるヌクレオチド関連化学物質を、生成される蛍光物質にて直ちに検出することができる。故に、複雑な反応系に比べて高い反応効率を維持することができ、信頼性の高い検出結果を得ることができるという効果がある。   In addition, the phosphorylation reaction and oxidation reaction of the substrate are catalyzed by the enzyme, and the presence of the fluorogenic substance here produces a fluorescent substance accompanying the oxidation reaction. That is, in a simple reaction system, the nucleotide-related chemical substance that is a phosphate supply source can be immediately detected by the generated fluorescent substance. Therefore, it is possible to maintain a high reaction efficiency as compared with a complicated reaction system and to obtain a highly reliable detection result.

請求項7記載の細胞放出物質検出方法によれば、請求項6に記載の細胞放出物質検出方法の奏する効果に加え、酵素はグリセルアルデヒド3−リン酸脱水素酵素であるので、生体内に存在する天然型の酵素が触媒する酵素反応によって、ヌクレオチド関連化学物質を検出することができる。つまり、グリセルアルデヒド3−リン酸脱水素酵素とその基質との反応は、天然の細胞組織での通常の反応系(解糖系)であるので、安定な酵素反応を実現でき、細胞組織に対する過度の負荷や予想外の副反応を抑制することができるという効果がある。   According to the method for detecting a cell-released substance according to claim 7, in addition to the effect exerted by the method for detecting a cell-released substance according to claim 6, the enzyme is glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase. Nucleotide-related chemicals can be detected by enzymatic reactions catalyzed by existing natural enzymes. In other words, since the reaction between glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase and its substrate is a normal reaction system (glycolysis system) in natural cell tissues, a stable enzyme reaction can be realized and There is an effect that an excessive load and an unexpected side reaction can be suppressed.

請求項8記載の細胞放出物質検出方法によれば、請求項6又は7に記載の細胞放出物質検出方法の奏する効果に加え、酵素は基板表面に化学結合によって固定されており、細胞組織はその基板表面に載置されるので、酵素が流出したり偏在したりすることを抑制でき、単純に酵素を基板上に塗布や添加した場合に比べて、基板上で均一な酵素反応を実現できるという効果がある。更に、基板上に載置された細胞組織内部に酵素が移動することを規制でき、基板上に載置された細胞組織表面近傍において局所的に酵素反応を行わせることができる。故に、細胞から放出された(即ち、細胞表面上の)ヌクレオチド関連化学物質を的確に検出することができるという効果がある。   According to the method for detecting a cell-released substance according to claim 8, in addition to the effect exerted by the method for detecting a cell-released substance according to claim 6 or 7, the enzyme is immobilized on the substrate surface by a chemical bond, Because it is placed on the surface of the substrate, it can suppress the outflow or uneven distribution of the enzyme, and it can realize a uniform enzyme reaction on the substrate compared to simply applying or adding the enzyme on the substrate. effective. Furthermore, the enzyme can be restricted from moving into the cell tissue placed on the substrate, and the enzyme reaction can be performed locally in the vicinity of the surface of the cell tissue placed on the substrate. Therefore, there is an effect that the nucleotide-related chemical substance released from the cell (that is, on the cell surface) can be accurately detected.

請求項9記載の細胞放出物質検出用固定化酵素基板によれば、平滑面を有する透光性基板の表面上にグリセルアルデヒド3−リン酸脱水素酵素が化学的結合によって担持されているものであるので、本基板に細胞組織を載置し、更に、グリセルアルデヒド3−リン酸脱水素酵素の基質(グリセルアルデヒド3−リン酸)と、グリセルアルデヒド3−リン酸脱水素酵素が触媒する酸化反応に伴って蛍光物質に変換される蛍光元物質とを基板上に共存させることにより、細胞組織から放出されるヌクレオチド関連化学物質に対応して蛍光を放射させることができるという効果がある。このため、本基板を用いて蛍光分析を行えば、細胞組織から放出されたヌクレオチド関連化学物質を検出することができる。   According to the immobilized enzyme substrate for detecting a cell-released substance according to claim 9, glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase is supported by a chemical bond on the surface of a transparent substrate having a smooth surface. Therefore, cell tissue is placed on the substrate, and further, a substrate for glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (glyceraldehyde 3-phosphate) and glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase are provided. By coexisting on the substrate with a fluorogenic substance that is converted into a fluorescent substance in accordance with the catalytic oxidation reaction, it is possible to emit fluorescence corresponding to nucleotide-related chemical substances released from cell tissues. is there. Therefore, if fluorescence analysis is performed using this substrate, nucleotide-related chemical substances released from cell tissues can be detected.

本発明の細胞放出物質検出装置の1実施形態であるATP検出システムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the ATP detection system which is one Embodiment of the cell discharge | release substance detection apparatus of this invention. 本発明の細胞放出物質検出用固定化酵素基板の1実施形態であって、図1の測定装置に用いられる透明基板を詳細に説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining in detail a transparent substrate used in the measurement apparatus of FIG. 1, which is an embodiment of the immobilized enzyme substrate for cell release substance detection of the present invention. ATP検出システムの電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of an ATP detection system. ATP検出システムのパーソナルコンピュータにて実行されるATP測定処理のフローチャートを示した図である。It is the figure which showed the flowchart of the ATP measurement process performed with the personal computer of an ATP detection system. 実施例1におけるラット大脳のスライス片の観察結果を示した図であり、図5(a)は通常光での光学的観察結果であり、図5(b)は同じ細胞組織の蛍光画像である。It is the figure which showed the observation result of the slice piece of the rat cerebrum in Example 1, FIG. 5 (a) is an optical observation result with normal light, FIG.5 (b) is a fluorescence image of the same cell tissue. . 図6は、図5(a)に示した各位置a〜hのそれぞれの蛍光強度の経時変化を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing temporal changes in the fluorescence intensities at the respective positions a to h shown in FIG.

以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。本発明は、細胞表面のヌクレオチド関連化学物質の濃度分布を検出するものである。濃度分布を検出するとは、ある面積を有する二次元平面でヌクレオチド関連化学物質がどのように分布しているかの空間分布を測定することを意味している。まずは、本発明のヌクレオチド関連化学物質検出原理について、ヌクレオチド関連化学物質をATPとして説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention detects the concentration distribution of nucleotide-related chemical substances on the cell surface. Detecting the concentration distribution means measuring the spatial distribution of how nucleotide-related chemical substances are distributed in a two-dimensional plane having a certain area. First, the nucleotide-related chemical substance detection principle of the present invention will be described using the nucleotide-related chemical substance as ATP.

グリセルアルデヒド3−リン酸脱水素酵素(以下、単に「GAPDH」と称す場合がある。)は、生体内において解糖系に関与する酵素であり、基質であるグリセルアルデヒド三リン酸(以下、単に「GAP」と略す場合がある。)のリン酸化と酸化とを触媒する。GAPは、GAPDHの作用によって1,3−ビスホスホグリセリン酸となる。このGAPDHが触媒するリン酸化反応は、生体内では、通常、無機リン酸がリン酸供給源となっている。   Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (hereinafter sometimes simply referred to as “GAPDH”) is an enzyme involved in glycolysis in vivo and is a substrate glyceraldehyde triphosphate (hereinafter referred to as “GAPDH”). And may be abbreviated simply as “GAP”). GAP becomes 1,3-bisphosphoglycerate by the action of GAPDH. The phosphorylation reaction catalyzed by GAPDH is usually based on inorganic phosphoric acid as a phosphoric acid supply source in vivo.

1,3−ビスホスホグリセリン酸は、GAPのリン酸化に続いて、生じたアルデヒドが酸化されることで生成する。この酸化反応には、補酵素ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(酸化型のもの、以下、単に「NAD」と略す。)が関与し、電子受容体であるNADは還元され還元型のニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(以下、単に「NADH」と略す。)となる。ここで、NADHは蛍光物質である。本発明では、GAPDHが触媒する下記反応式に示す反応によって、検出対象のATPをGAPリン酸化のリン酸供給源とすることで、その存在をNADHの蛍光で検出できるようになっているのである。
GAP+ATP→1,3−ビスホスホグリセリン酸+ADP
NAD→NADH
1,3-bisphosphoglyceric acid is produced by oxidizing the resulting aldehyde following phosphorylation of GAP. This oxidation reaction involves the coenzyme nicotinamide adenine dinucleotide (oxidized form, hereinafter simply abbreviated as “NAD + ”), and the electron acceptor NAD + is reduced and reduced nicotinamide adenine. Dinucleotide (hereinafter simply abbreviated as “NADH”). Here, NADH is a fluorescent substance. In the present invention, by using the reaction shown in the following reaction formula catalyzed by GAPDH, ATP to be detected is used as a phosphate supply source for GAP phosphorylation, so that its presence can be detected by fluorescence of NADH. .
GAP + ATP → 1,3-bisphosphoglyceric acid + ADP
NAD + → NADH

即ち、NADは、GAPDHが介在する反応において蛍光物質に変換される蛍光元物質である。この蛍光元物質としては、酵素反応に際し特定の化学物質と反応して蛍光物質に変換される物質であり、例えば、上述のNADや、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸(酸化型のもの、以下、単に「NADP」と略す。)が例示される。このように反応系を設計することにより、リボヌクレオチドであるATPを、反応で生成された蛍光物質(NADH)が放射する蛍光によって検出することができるのである。 That is, NAD + is a fluorescent material that is converted into a fluorescent material in a reaction mediated by GAPDH. The fluorescent substance is a substance that reacts with a specific chemical substance and is converted into a fluorescent substance in the enzyme reaction. For example, the above-mentioned NAD + or nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (oxidized type, hereinafter , Simply abbreviated as “NADP + ”). By designing the reaction system in this way, ATP, which is a ribonucleotide, can be detected by the fluorescence emitted by the fluorescent substance (NADH) generated by the reaction.

上記の反応系では、ATPの反応モル量とNADH(NADPH)の生成モル量とは同じであるので、NADH(NADPH)の蛍光強度を測定すれば、ATP濃度を測定できるのである。尚、蛍光元物質としては、NADとNADPとのいずれか一方を用いても良く、両者を混合して用いても良い。 In the above reaction system, since the reaction molar amount of ATP and the molar amount of NADH (NADPH) produced are the same, the ATP concentration can be measured by measuring the fluorescence intensity of NADH (NADPH). As the fluorescent material, either NAD + or NADP + may be used, or a mixture of both may be used.

また、上記したGAPDHの酵素反応は、リン酸要求性である。従って、測定時に用いられる緩衝液は、リン酸を含有しないものが用いられる。このような緩衝液としては、例えば、Britton-Robinson 緩衝液、Tris緩衝液、HEPES緩衝液などが例示される。   Moreover, the enzyme reaction of GAPDH described above is phosphate-requiring. Accordingly, a buffer solution that does not contain phosphoric acid is used as the buffer solution used in the measurement. Examples of such a buffer include Britton-Robinson buffer, Tris buffer, HEPES buffer, and the like.

更に、上記した反応は常温常圧で進行する酵素反応であるため、細胞組織に対する負荷が軽微である。このため、反応場にセットされた細胞組織が直ちに生理活性を失うといったことがなく、細胞組織からのヌクレオチド関連化学物質放出状態の経時変化を、蛍光検出によって測定することができる。   Furthermore, since the reaction described above is an enzymatic reaction that proceeds at normal temperature and pressure, the load on the cell tissue is light. Therefore, the cellular tissue set in the reaction field does not immediately lose its physiological activity, and the time-dependent change in the nucleotide-related chemical substance release state from the cellular tissue can be measured by fluorescence detection.

本発明において、測定対象のヌクレオチド関連化学物質は、例えば、リボヌクレオチド、デオキシリボヌクレオチドであり、アデノシン、グアノシン、ウリジン、シチジンのいずれかのリボヌクレオシド、又はデオキシアデノシン、デオキシグアノシン、チミジン、デオキシウリジン、デオキシシチジンのいずれかのデオキシリボヌクレオシドにリン酸基が結合したものである。尚、本発明ではリン酸基のないものは検出されない。従って、類似した構造体であるヌクレオシドの影響をうけることなく、ヌクレオチドを選択的に検出することができる。例えば、アデノシンは生理活性のない細胞にも蓄積(放出)される。一方で、その類似構造体であるATP(ADP,AMP)は生理活性を有する細胞からのみ放出される。本発明では、ATP(ADP,AMP)を検出し、アデノシンを検出しないので、細胞組織の生理活性の有無や状態を高精度に検出することができる。   In the present invention, the nucleotide-related chemical substance to be measured is, for example, ribonucleotide, deoxyribonucleotide, ribonucleoside of any one of adenosine, guanosine, uridine, and cytidine, or deoxyadenosine, deoxyguanosine, thymidine, deoxyuridine, deoxy. A phosphate group bonded to any deoxyribonucleoside of cytidine. In the present invention, those without a phosphate group are not detected. Therefore, nucleotides can be selectively detected without being affected by nucleosides that are similar structures. For example, adenosine accumulates (releases) in cells that are not physiologically active. On the other hand, ATP (ADP, AMP), which is an analogous structure, is released only from cells having physiological activity. In the present invention, since ATP (ADP, AMP) is detected and adenosine is not detected, the presence / absence and state of the physiological activity of the cell tissue can be detected with high accuracy.

本発明において用いられる酵素としては、基質をリン酸化するリン酸化反応とリン酸化された後の基質を酸化する酸化反応とを触媒するものであって、例えば、アスパラギンシンテターゼとグルタミン酸デヒドロゲナーゼとを組合せたもの、アセトキナーゼ及びグルコキナーゼ(又はヘキソキナーゼ)の二つの酵素とグルコース−6−リン酸デヒドロゲナーゼとを組合せたもの、上記したGAPDHが例示される。好適には、GAPDHが用いられる。反応系が簡素であり、且つ、反応速度が他の酵素に比して速いためである。GAPDHを用いた場合、反応速度はm秒オーダー(100ms以下)で迅速に反応するため、細胞組織へのダメージを抑制でき、得られる検出結果の信頼性を向上させることができる。   The enzyme used in the present invention catalyzes a phosphorylation reaction that phosphorylates a substrate and an oxidation reaction that oxidizes the substrate after phosphorylation, for example, a combination of asparagine synthetase and glutamate dehydrogenase And a combination of two enzymes, acetokinase and glucokinase (or hexokinase) and glucose-6-phosphate dehydrogenase, and GAPDH described above. Preferably, GAPDH is used. This is because the reaction system is simple and the reaction rate is faster than other enzymes. When GAPDH is used, the reaction speed is a rapid reaction in the order of m seconds (100 ms or less), so that damage to the cell tissue can be suppressed and the reliability of the obtained detection result can be improved.

図1は、本発明の細胞放出物質検出装置の1実施形態であるATP検出システム100の概略構成を示す図である。ATP検出システム100は、細胞組織の表面に存在するATPを、GAPDHの酵素反応を利用した蛍光発光によって検出するように構成されている。図1(a)にはシステム全体の概略図を示し、図1(b)には、固定化酵素基板である透明基板10の表面部分拡大図を示している。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an ATP detection system 100 which is an embodiment of the cell emission substance detection device of the present invention. The ATP detection system 100 is configured to detect ATP present on the surface of a cell tissue by fluorescence emission using an enzyme reaction of GAPDH. FIG. 1 (a) shows a schematic diagram of the entire system, and FIG. 1 (b) shows an enlarged view of the surface of a transparent substrate 10 which is an immobilized enzyme substrate.

このATP検出システム100は、図1(a)に示すように、細胞組織からのATPを検出するための反応場と光学系とが備えられた測定装置1と、その測定装置1を制御するとともにATPの濃度分布を画像で表示するパーソナルコンピュータ(以下、単に「PC」と略す。)20とを備えており、細胞組織上においてATPがどのように分布しているか、即ち、ある面積を有する二次元平面での濃度分布(空間分布)を測定するようになっている。測定装置1とPC20とはケーブル18を介して相互に接続されている。   As shown in FIG. 1 (a), the ATP detection system 100 controls a measuring device 1 provided with a reaction field and an optical system for detecting ATP from a cell tissue, and the measuring device 1. A personal computer (hereinafter simply abbreviated as “PC”) 20 that displays an ATP concentration distribution as an image, and shows how ATP is distributed on a cell tissue, that is, a certain area. The concentration distribution (spatial distribution) on the dimension plane is measured. The measuring device 1 and the PC 20 are connected to each other via a cable 18.

測定装置1は、測定対象の細胞組織Sに対し酵素反応によって蛍光を生じさせる反応場を備えており、反応によって生じる蛍光物質に励起光を照射すると共に、生じた蛍光を検出(撮像)するように構成されている。この測定装置1は、光源ユニット7、透明基板10、集光レンズ11、光検出器12、CCDカメラユニット13、基板保持部16を備えている。   The measuring apparatus 1 includes a reaction field that generates fluorescence by an enzyme reaction with respect to the cell tissue S to be measured, and irradiates the fluorescent material generated by the reaction with excitation light and detects (images) the generated fluorescence. It is configured. The measuring apparatus 1 includes a light source unit 7, a transparent substrate 10, a condenser lens 11, a photodetector 12, a CCD camera unit 13, and a substrate holding unit 16.

光源ユニット7は、透明基板10の側方に配設されており、透明基板10の端面に向けて光を照射するものである。この光源ユニット7は、非図示のハウジングを備えており、このハウジング内に光源8と入射光側レンズ9とは収納されている。図1(a)において、光源8からの光の方向(光路)は、一点鎖線の矢印L1にて示している。   The light source unit 7 is disposed on the side of the transparent substrate 10 and irradiates light toward the end surface of the transparent substrate 10. The light source unit 7 includes a housing (not shown), and the light source 8 and the incident light side lens 9 are accommodated in the housing. In FIG. 1A, the direction (light path) of light from the light source 8 is indicated by a dashed-dotted arrow L1.

光源ユニット7の該ハウジング内において、光源8からの照射光の光路L1上に入射光側レンズ9が配設されており、光源8からの照射光は入射光側レンズ9にて集光された後、透明基板10の端面へ入射される。また、光源ユニット7は、その後方側(ハウジングにおいて入射光側レンズ9と反対側)において上下方向に可動可能に軸支されており、非図示の調整ダイヤルを操作することにより、その操作量に応じて光源ユニット7の設置角度を変更できるようになっている。これにより光源8からの照射光の透明基板10の端面への入射角度を調整できる。   In the housing of the light source unit 7, an incident light side lens 9 is disposed on the optical path L 1 of the irradiation light from the light source 8, and the irradiation light from the light source 8 is collected by the incident light side lens 9. Thereafter, the light is incident on the end face of the transparent substrate 10. The light source unit 7 is pivotally supported so as to be movable in the vertical direction on the rear side (opposite side to the incident light side lens 9 in the housing). By operating an adjustment dial (not shown), the amount of operation can be reduced. Accordingly, the installation angle of the light source unit 7 can be changed. Thereby, the incident angle to the end surface of the transparent substrate 10 of the irradiation light from the light source 8 can be adjusted.

光源8は、蛍光物質を励起する光を照射するためのものであり、360nmの励起紫外光(UV)を照射する発光ダイオード(LED)が用いられている。本実施形態において光源8から照射される照射光(励起紫外光)は、単色光であり、バンドパスフィルタを不要としている。光源8からの励起光の波長は、蛍光物質を励起できる波長であれば特に限定されない。一般に、蛍光物質は、吸光度が高い波長であるほど、より励起状態への遷移が生じやすく、吸光極大の波長が照射された場合に励起状態への遷移が最も活発になる。NADHは、340nmに吸光極大を有しており、従ってその近傍の波長においても比較的吸光度が高く良好な励起光となる。本実施形態においては、NADHの吸光極大近傍で、十分な蛍光を生じさせることのできる360nmの紫外光を励起光に用いている。   The light source 8 is for irradiating the light which excites a fluorescent substance, and the light emitting diode (LED) which irradiates 360 nm excitation ultraviolet light (UV) is used. In the present embodiment, the irradiation light (excitation ultraviolet light) emitted from the light source 8 is monochromatic light and does not require a bandpass filter. The wavelength of the excitation light from the light source 8 is not particularly limited as long as it can excite the fluorescent substance. In general, as the wavelength of a fluorescent substance has a higher absorbance, the transition to an excited state is more likely to occur, and the transition to the excited state is most active when the wavelength of the absorption maximum is irradiated. NADH has an absorption maximum at 340 nm. Therefore, even at a wavelength in the vicinity thereof, NADH has a relatively high absorbance and is good excitation light. In the present embodiment, 360 nm ultraviolet light capable of generating sufficient fluorescence near the absorption maximum of NADH is used as excitation light.

尚、光源8は、生成される蛍光物質を励起する励起光を照射するものであれば特に限定されるものではなく、LED、水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプからなる群から選択されるものの一つであれば良い。また、水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプを用いる場合には、測定対象とする蛍光物質に応じて適切な励起光が照射されるように適当なフィルターを用いられる。   The light source 8 is not particularly limited as long as it emits excitation light that excites the generated fluorescent substance, and is one selected from the group consisting of an LED, a mercury lamp, a xenon lamp, and a halogen lamp. If it is one. When a mercury lamp, a xenon lamp, or a halogen lamp is used, an appropriate filter is used so that appropriate excitation light is irradiated according to the fluorescent substance to be measured.

透明基板10は、測定対象の組織細胞Sが載置される基板であって、矩形形の板状に形成されている。基板保持部16によって保持され、CCDカメラユニット13の上方に配置されている。透明基板10は、透明性の基板であり、光源8からの照射光の光導波路となっている。この透明基板10は高屈折材料にて形成されており、石英、ガラス(重フリントガラス)、サファイアなどの結晶やPMMA(ポリメタクリル酸メチル)などのアクリル樹脂を用いることができるが、これらに限定されるものではない。また、基板表面が導波路全長にわたってLB膜でディップコートされたものであっても良い。尚、励起光の照射により透明基板10が大きく発熱する場合には、透明基板10には耐熱性の高い石英やガラスなどが用いられる。また、透明基板10の材質としては、励起光の波長に対して吸収がないものが好ましい。本実施形態の透明基板10には石英が用いられている。   The transparent substrate 10 is a substrate on which the tissue cells S to be measured are placed, and is formed in a rectangular plate shape. It is held by the substrate holder 16 and is disposed above the CCD camera unit 13. The transparent substrate 10 is a transparent substrate and serves as an optical waveguide for light emitted from the light source 8. The transparent substrate 10 is made of a highly refractive material, and crystals such as quartz, glass (heavy flint glass), sapphire, and acrylic resins such as PMMA (polymethyl methacrylate) can be used, but are not limited thereto. Is not to be done. Alternatively, the substrate surface may be dip coated with an LB film over the entire length of the waveguide. When the transparent substrate 10 generates a large amount of heat due to excitation light irradiation, the transparent substrate 10 is made of quartz, glass, or the like having high heat resistance. Further, the material of the transparent substrate 10 is preferably a material that does not absorb the wavelength of the excitation light. Quartz is used for the transparent substrate 10 of this embodiment.

この透明基板10の表面および裏面は、高度な平滑性を備えており、例えば、その表面粗さが、入射光の波長と同程度以下となるように形成されている。測定装置1においては、透明基板10の端面から入射された光は、透明基板10の界面で全反射しつつ、入射側とは反対側の端面から出射するように設計されている。このため、透明基板10の表面にはエバネッセント波L2が発生することとなる。   The front surface and the back surface of the transparent substrate 10 have a high degree of smoothness. For example, the surface roughness is formed to be equal to or less than the wavelength of incident light. In the measuring apparatus 1, the light incident from the end face of the transparent substrate 10 is designed to be totally reflected at the interface of the transparent substrate 10 and emitted from the end face opposite to the incident side. For this reason, an evanescent wave L <b> 2 is generated on the surface of the transparent substrate 10.

基板保持部16は、透明基板10を略水平に保持するものであり、光路方向L1に沿って所定間隔を隔てて立設された2の支柱16aと、当該2の支柱16aに架設された天板16bとを、測定装置1の前面側と奥方側とに一対で備えている。天板16bは、透明基板10の表面に対し、その表面の端部近傍の狭い範囲に当接する幅で形成された板状部材である。透明基板10は、一対で設けられた天板16bに載置することで、対向する二辺側の端部が支持され、4本の支柱に架設された状態で保持される。   The substrate holding unit 16 holds the transparent substrate 10 substantially horizontally, and includes two support columns 16a erected at predetermined intervals along the optical path direction L1, and a ceiling mounted on the two support columns 16a. A pair of plates 16b are provided on the front side and the back side of the measuring apparatus 1. The top plate 16b is a plate-like member formed with a width that comes into contact with the surface of the transparent substrate 10 in a narrow range near the end of the surface. By placing the transparent substrate 10 on a pair of top plates 16b, the opposite end portions on the two sides are supported and held in a state of being laid on four columns.

図1(b)には、透明基板10の表面部分Iを拡大して示している。図1(b)に示すように、透明基板10の表面においては、全反射に伴ってエバネッセント波L2が発生する。エバネッセント波L2は、全反射の際に発生し、全反射した界面の反対側に染みだした光である。エバネッセント波は、その全反射角に応じてその染み込み深さを数十ナノメータから数百ナノメータまで変えることのできる光である。つまり、エバネッセント波L2は、透明基板10表面近傍にしか存在しないため、細胞組織Sを透明基板10に載置すると、エバネッセント波L2が照射される細胞組織S表面の極浅い部分の光学的情報を取得することができる。   FIG. 1B shows an enlarged surface portion I of the transparent substrate 10. As shown in FIG. 1B, an evanescent wave L2 is generated on the surface of the transparent substrate 10 due to total reflection. The evanescent wave L2 is light that is generated during total reflection and oozes out on the opposite side of the totally reflected interface. The evanescent wave is light that can change the penetration depth from several tens of nanometers to several hundreds of nanometers according to the total reflection angle. That is, since the evanescent wave L2 exists only in the vicinity of the surface of the transparent substrate 10, when the cell tissue S is placed on the transparent substrate 10, optical information on the extremely shallow portion of the surface of the cell tissue S irradiated with the evanescent wave L2 is obtained. Can be acquired.

ここで、透明基板10の表面は酵素反応の反応場となるものであって、透明基板10の表面には、GAPDHが固定化されている。測定に際しては、透明基板10の表面にGAPとNADとが供給される。このため、透明基板10上にセットされた細胞組織SからATPが放出されていれば、GAPDHの作用によってATPのリン酸を消費する酵素反応が生じ、GAPから1,3ビスホスホグリセリン酸が生成されると共に、NADが還元されてNADHが生じることとなる。 Here, the surface of the transparent substrate 10 serves as a reaction field for enzyme reaction, and GAPDH is immobilized on the surface of the transparent substrate 10. In the measurement, GAP and NAD + are supplied to the surface of the transparent substrate 10. For this reason, if ATP is released from the cell tissue S set on the transparent substrate 10, an enzymatic reaction that consumes ATP phosphate occurs due to the action of GAPDH, and 1,3 bisphosphoglycerate is generated from GAP. At the same time, NAD + is reduced to produce NADH.

生じたNADHは蛍光物質であるので、エバネッセント波L2にて励起され蛍光が放出される。つまり、エバネッセント波L2で励起された蛍光を検出することで、細胞表面に存在する、即ち細胞から放出されたATPを検出することができるのである。   Since the generated NADH is a fluorescent material, it is excited by the evanescent wave L2 to emit fluorescence. That is, by detecting the fluorescence excited by the evanescent wave L2, it is possible to detect ATP present on the cell surface, that is, released from the cell.

測定される細胞組織Sは、生体試料であり、例えば生物から切開や穿刺によって取得した組織片、細胞、微小生物などが例示されるが、これらには限定されるものではない。   The cellular tissue S to be measured is a biological sample, and examples thereof include a tissue piece, a cell, and a micro organism obtained from an organism by incision or puncture, but are not limited thereto.

尚、本実施形態では、発生した蛍光のうち、透明基板10の下方側に向かう(二点鎖線の矢印L3で示す方向)蛍光を検出するように測定装置1は構成されている。   In the present embodiment, the measuring apparatus 1 is configured to detect the fluorescent light generated from the generated fluorescent light toward the lower side of the transparent substrate 10 (direction indicated by a two-dot chain line arrow L3).

図1(a)に戻って説明する。   Returning to FIG.

集光レンズ11は、透明基板10を挟んで、光源ユニット7と反対側に配設されている。光源ユニット7から透明基板10の端面へ入射され、透明基板10内を面方向に沿って伝搬して入射側と反対側の端面から出射した励起紫外光を集光させて、光検出器12に入力するためのレンズである。この集光レンズ11は、可動可能に保持されており、操作者の操作によって透明基板10の端面に対する角度を変更できるようになっている。   The condenser lens 11 is disposed on the opposite side of the light source unit 7 with the transparent substrate 10 interposed therebetween. The excitation ultraviolet light that is incident on the end surface of the transparent substrate 10 from the light source unit 7, propagates along the surface direction in the transparent substrate 10, and is emitted from the end surface on the opposite side to the incident side is condensed to the photodetector 12. This is a lens for input. The condensing lens 11 is movably held and can change an angle with respect to the end surface of the transparent substrate 10 by an operator's operation.

光検出器12は、励起紫外光L1の光路上において、集光レンズ11の後方に設置されている。光検出器12は、集光レンズ11を介して入射された入射光をフォトダイオードで検出するものである。検出器11での検出信号は、PC20へ出力されるようになっており、操作者は、PC20にて表示される検出結果に基づいて、光源ユニット7の入射角を調整することができる。   The photodetector 12 is installed behind the condenser lens 11 on the optical path of the excitation ultraviolet light L1. The photodetector 12 detects incident light incident through the condenser lens 11 with a photodiode. The detection signal from the detector 11 is output to the PC 20, and the operator can adjust the incident angle of the light source unit 7 based on the detection result displayed on the PC 20.

CCDカメラユニット13は、透明基板10の下方に配設されており、細胞組織Sから下方へ向かって放出される蛍光を受光し、細胞組織Sの撮像(光学的情報の取得)を行うものである。このCCDカメラユニット13は、ピンホール機能を備えたCCDカメラとして構成されている。ここでいうピンホール機能とは0.05〜0.5mm径の孔(光の導入孔)から光を導入し、焦点距離が20mm以下の小型化されうるカメラ機能を意味している。このCCDカメラユニット13は、結像レンズ14とCCD15とを備えている。結像レンズ14は、本体上面に設けられた光の導入孔の下方に配設され、更に結像レンズの下方にCCD15が配設されている。細胞組織Sから放射された蛍光は、光の導入孔から取り込まれ、結像レンズ14を介してCCD15の表面に像が結ばれる。   The CCD camera unit 13 is disposed below the transparent substrate 10 and receives fluorescence emitted downward from the cell tissue S and performs imaging (acquisition of optical information) of the cell tissue S. is there. The CCD camera unit 13 is configured as a CCD camera having a pinhole function. The pinhole function referred to here means a camera function that can introduce a light from a hole (light introduction hole) having a diameter of 0.05 to 0.5 mm and can be miniaturized with a focal length of 20 mm or less. The CCD camera unit 13 includes an imaging lens 14 and a CCD 15. The imaging lens 14 is disposed below a light introduction hole provided on the upper surface of the main body, and a CCD 15 is disposed below the imaging lens. The fluorescence emitted from the cell tissue S is taken in from the light introduction hole, and an image is formed on the surface of the CCD 15 via the imaging lens 14.

CCD14は光電変換素子であり、主に、光を感知する受光部(センサ)と、光電変換された電荷を垂直転送する垂直転送部(垂直レジスタ)と、水平転送する水平転送部(水平レジスタ)とから構成される一般的なものである。取り出された電荷は出力回路で電圧に変換される。   The CCD 14 is a photoelectric conversion element, and mainly includes a light receiving unit (sensor) for sensing light, a vertical transfer unit (vertical register) for vertically transferring photoelectrically converted charges, and a horizontal transfer unit (horizontal register) for horizontally transferring. It is a general thing consisting of. The extracted charge is converted into a voltage by the output circuit.

本実施形態の測定装置1では、上記したように透明基板10の下方に配設され、組織細胞Sから放出される光路L3方向の蛍光をCCDカメラユニット13にて受光する。つまり、CCDカメラユニット13は、励起光L1の光路とは重ならない位置(励起光の光路と直交する方向)に配置されており、組織細胞Sから下方に放射される光路L3の蛍光を
受光する。このため、透明基板10内を全反射しつつ光路L1を伝播する励起光とは分離して、組織細胞Sからの光学情報である蛍光をCCD15に入力することができ、ダイクロイックミラー、カットフィルタ等を不要とすることができる。CCDカメラユニット13にて取得された画像信号は、測定装置1からケーブル18を介してPC20へと出力される。
In the measuring apparatus 1 of the present embodiment, as described above, the CCD camera unit 13 receives the fluorescence in the direction of the optical path L3 emitted from the tissue cell S and disposed below the transparent substrate 10. That is, the CCD camera unit 13 is disposed at a position that does not overlap with the optical path of the excitation light L1 (direction orthogonal to the optical path of the excitation light), and receives the fluorescence of the optical path L3 emitted downward from the tissue cell S. . For this reason, it is possible to separate the excitation light propagating through the optical path L1 while totally reflecting the inside of the transparent substrate 10, and to input the fluorescence, which is optical information from the tissue cell S, to the CCD 15, such as a dichroic mirror and a cut filter. Can be made unnecessary. The image signal acquired by the CCD camera unit 13 is output from the measuring apparatus 1 to the PC 20 via the cable 18.

尚、本実施形態では蛍光検出にCCDカメラを用いたが、無限焦点で近接撮影可能であればこれに限られるものではなく、例えば蛍光顕微鏡もしくはピンホール機能を備えたCMOSカメラを用いることができる。ピンホールを備えたカメラ構造とすることにより、結合レンズの手前(光路方向手前)の対物レンズを不要とでき、その分、カメラ本体を小型化することができる。尚、装置サイズを小型化する必要がない場合には、ピンホールに代えて対物レンズを備えたカメラ構造としても良い。   In this embodiment, a CCD camera is used for fluorescence detection. However, the present invention is not limited to this as long as close-up photography can be performed at an infinite focus. For example, a fluorescence microscope or a CMOS camera having a pinhole function can be used. . By adopting a camera structure having a pinhole, the objective lens in front of the coupling lens (before the optical path direction) can be eliminated, and the camera body can be reduced in size accordingly. If it is not necessary to reduce the size of the apparatus, a camera structure including an objective lens may be used instead of the pinhole.

PC20は、測定装置1を制御するコンピュータであって、表示装置である液晶ディスプレイ(以下、単に「LCD」と略す。)27と、入力装置であるキーボード28とを備えている。操作者はキーボードからコマンドを入力することで測定装置1に測定を実行させることができる。撮像された細胞組織Sの画像データ(蛍光画像)は、LCD27に表示される。ここで、本実施形態においては、細胞組織Sの表面(透明基板10との接触面)に放出されたATPを蛍光検出するように反応場が形成されており、LCD27にはATPの濃度分布が二次元の蛍光画像で示される。   The PC 20 is a computer that controls the measurement apparatus 1 and includes a liquid crystal display (hereinafter simply referred to as “LCD”) 27 that is a display device and a keyboard 28 that is an input device. The operator can cause the measurement apparatus 1 to perform measurement by inputting a command from the keyboard. The imaged image data (fluorescence image) of the cell tissue S is displayed on the LCD 27. Here, in this embodiment, a reaction field is formed so as to detect fluorescence of ATP released on the surface of the cell tissue S (contact surface with the transparent substrate 10), and the LCD 27 has a concentration distribution of ATP. Shown in two-dimensional fluorescence image.

また、PC20は、測定装置1にATPの測定を実行させるのみならず、操作者のキーボード28からのコマンド入力に基づいて、測定装置1の光検出器12で取得した信号をLCD27に表示させることができるようになっている。このため、操作者は、LCD27に表示される表示結果を見ながら測定装置1の光路調整を行うことができる。   Further, the PC 20 not only causes the measurement apparatus 1 to perform ATP measurement, but also causes the LCD 27 to display a signal acquired by the photodetector 12 of the measurement apparatus 1 based on a command input from the operator's keyboard 28. Can be done. For this reason, the operator can adjust the optical path of the measuring apparatus 1 while viewing the display result displayed on the LCD 27.

図2は、本実施形態のアデノシン三リン酸検出用固定化酵素基板であって、測定装置1に用いられる透明基板10を詳細に説明する図である。   FIG. 2 is a diagram for explaining in detail the transparent substrate 10 used in the measuring apparatus 1, which is an immobilized enzyme substrate for detecting adenosine triphosphate of the present embodiment.

図2(a)は、透明基板10の構成を模式的に示した部分断面図である。図2(a)においては、紙面上側が透明基板10の表面側となるように図示されている。また、酵素(GAPDH)を楕円形状で模式的に示している。図2(a)に示すように、この透明基板10の表面側、即ち細胞組織Sの載置面には、酵素(GAPDH)が全体に一様に配列されており、化学的結合によって、透明基板10表面に固定されている。   FIG. 2A is a partial cross-sectional view schematically showing the configuration of the transparent substrate 10. In FIG. 2A, the upper side of the drawing is illustrated as being the front side of the transparent substrate 10. In addition, the enzyme (GAPDH) is schematically shown in an elliptical shape. As shown in FIG. 2A, the enzyme (GAPDH) is uniformly arranged on the entire surface of the transparent substrate 10, that is, the surface on which the cell tissue S is placed, and is transparent by chemical bonding. It is fixed to the surface of the substrate 10.

図2(b)は、図2(a)の微小領域IIの部分拡大図である。図2(b)においては、紙面の左右方向が上下方向(透明基板10の平面に直交する方向(厚み方向))となっている。図2(b)に示すように、GAPDHは、その末端側においてシッフ塩基を形成してシラン化合物と結合しており、このシラン化合物を介して石英(SiO)である透明基板10表面に固定化されている。シラン化合物は、いわゆるシランカップリング剤であり、脱水縮合反応によって無機化合物(石英)の表面と共有結合を形成するものである。 FIG. 2B is a partially enlarged view of the minute region II in FIG. In FIG. 2B, the horizontal direction of the paper is the vertical direction (direction perpendicular to the plane of the transparent substrate 10 (thickness direction)). As shown in FIG. 2 (b), GAPDH forms a Schiff base on the terminal side and is bonded to the silane compound, and is fixed to the surface of the transparent substrate 10 that is quartz (SiO 2 ) through the silane compound. It has become. The silane compound is a so-called silane coupling agent, and forms a covalent bond with the surface of the inorganic compound (quartz) by a dehydration condensation reaction.

シッフ塩基を形成するシラン化合物としては、例えば、アミノシラン化合物が選択され、具体的には、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン(APTMS)、3-アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)、3-トリエトキシシリル-N-(1,3-ジメチル-ブチリデン)プロピルアミン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(ビニルベンジル)-2-アミノエチル-3-アミノプロピルトリメトキシシランの塩酸塩、エチルジメチルアミノ
プロピルカルボジイミド(EDC)などが例示される。尚、本実施形態においては、3-アミノプロピルトリメトキシシランが用いられている。
As the silane compound forming the Schiff base, for example, an aminosilane compound is selected. Specifically, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3 -Aminopropyltrimethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS), 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES), 3-triethoxy Hydrochloride of silyl-N- (1,3-dimethyl-butylidene) propylamine, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (vinylbenzyl) -2-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilane And ethyldimethylaminopropylcarbodiimide (EDC). In this embodiment, 3-aminopropyltrimethoxysilane is used.

タンパク質である酵素の末端は、アミノ基を有しており、これにより透明基板10に結合されたアミノシラン化合物と反応してシッフ塩基を形成し、結合を形成することができる。   The end of the enzyme, which is a protein, has an amino group, which can react with an aminosilane compound bonded to the transparent substrate 10 to form a Schiff base, thereby forming a bond.

このように透明基板10の表面に酵素を固定することにより、透明基板10上に細胞組織Sを載置すると、透明基板10と細胞組織Sとの間に、酵素が存在することとなる。   When the cell tissue S is placed on the transparent substrate 10 by immobilizing the enzyme on the surface of the transparent substrate 10 in this way, the enzyme exists between the transparent substrate 10 and the cell tissue S.

図3は、上記のATP検出システム100の電気的構成を示すブロック図である。ATP検出システム100は、測定装置1とPC20とを備え、両者はケーブル18によって相互に接続されている。   FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of the ATP detection system 100 described above. The ATP detection system 100 includes a measuring apparatus 1 and a PC 20, both of which are connected to each other by a cable 18.

測定装置1は、上記したように、細胞組織Sから放出されたATPを検出するための装置であり、演算装置であるCPU2と、そのCPU2により実行される各種の制御プログラムや固定値データを記憶した不揮発性のメモリであるROM3と、各種のデータ等を一時的に記憶するためのメモリであるRAM4と、入出力ポート6と、光源ユニット7と、光検出器12と、CCDカメラユニット13と、インターフェース17とを備えている。   As described above, the measuring device 1 is a device for detecting ATP released from the cell tissue S, and stores a CPU 2 that is an arithmetic device, and various control programs and fixed value data that are executed by the CPU 2. ROM 3 as a non-volatile memory, RAM 4 as a memory for temporarily storing various data, input / output port 6, light source unit 7, photodetector 12, CCD camera unit 13, The interface 17 is provided.

CPU2、ROM3、RAM4は、バスライン5を介して互いに接続されており、バスライン5は、また、入出力ポート6にも接続されている。この入出力ポート6は光源ユニット7と、光検出器12と、CCDカメラユニット13と、インターフェース17とそれぞれ接続されている。   The CPU 2, ROM 3, and RAM 4 are connected to each other via a bus line 5, and the bus line 5 is also connected to an input / output port 6. The input / output port 6 is connected to a light source unit 7, a photodetector 12, a CCD camera unit 13, and an interface 17.

CPU2は、PC20から送信されたコマンドを解読し、コマンドに応じて測定装置1の各部を制御する。PC20から送信されたコマンドが、光源点灯コマンドである場合には、CPU2は光源ユニット7において光源8の点灯を実行させる。また、PC20から送信されたコマンドがATP測定の実行を指示する測定実行コマンドであると、CCDカメラユニット13に撮像信号を取得する動作を実行させる。   The CPU 2 decodes the command transmitted from the PC 20 and controls each part of the measuring apparatus 1 according to the command. When the command transmitted from the PC 20 is a light source lighting command, the CPU 2 causes the light source unit 7 to turn on the light source 8. If the command transmitted from the PC 20 is a measurement execution command for instructing execution of ATP measurement, the CCD camera unit 13 is caused to execute an operation for acquiring an imaging signal.

CCDカメラユニット13は、CCD15とA/Dコンバータ16とを備え、細胞組織Sの蛍光画像の撮像を行うものであって、非図示のコントローラによってその動作が制御される。CCD15にて取得された各画素の信号(撮像信号)は、それぞれアンプにて増幅された後、電圧値に変換され、更にA/Dコンバータ16によってデジタルデータに変換される。CCD15の全画素の一群の画素データにて、1フレームの画像データが構成される。コントローラは、指定されたタイムラプスで、指定されたフレーム数の撮像を実行し、得られた画像データを、インターフェース17を介してPC20へ出力する。   The CCD camera unit 13 includes a CCD 15 and an A / D converter 16 and takes a fluorescent image of the cell tissue S, and its operation is controlled by a controller (not shown). Each pixel signal (imaging signal) acquired by the CCD 15 is amplified by an amplifier, converted into a voltage value, and further converted into digital data by an A / D converter 16. A group of pixel data of all the pixels of the CCD 15 constitutes one frame of image data. The controller executes imaging for the designated number of frames at the designated time lapse, and outputs the obtained image data to the PC 20 via the interface 17.

尚、本実施形態では、CCDカメラユニット13にはカラーフィルターが設けられており、画像データは、カラー画像データ(RGBデータ)で形成される。   In the present embodiment, the CCD camera unit 13 is provided with a color filter, and the image data is formed of color image data (RGB data).

PC20は、上記したように、測定装置1での各処理を制御するものであり、演算装置であるCPU21と、ROM22と、RAM23と、ハードディスクドライブ(以下「HDD」と称す)24と、入出力ポート26と、表示装置であるLCD27と、入力装置であるキーボード28と、インターフェース29とを備えている。   As described above, the PC 20 controls each process in the measurement apparatus 1, and includes a CPU 21, a ROM 22, a RAM 23, a hard disk drive (hereinafter referred to as “HDD”) 24, and an input / output, which are arithmetic devices. A port 26, an LCD 27 as a display device, a keyboard 28 as an input device, and an interface 29 are provided.

CPU21、ROM22、RAM23、HDD24は、バスライン25を介して互いに接続されており、バスライン25は、また、入出力ポート26にも接続されている。この入出力ポート26は、LCD27と、キーボード28と、インターフェース29とにそれぞれ接続されている。   The CPU 21, ROM 22, RAM 23, and HDD 24 are connected to each other via a bus line 25, and the bus line 25 is also connected to an input / output port 26. The input / output port 26 is connected to the LCD 27, the keyboard 28, and the interface 29.

CPU21は演算装置であり、ROM22やHDD24に記憶されるプログラムを実行するものである。図示を省略しているが、このCPU11は、タイマを備えている。タイマは、所定時間の計時を行うためのものであり、後述するATP測定処理において光源8の安定時間が計測されるようになっている。   The CPU 21 is an arithmetic unit that executes programs stored in the ROM 22 and the HDD 24. Although not shown, the CPU 11 includes a timer. The timer is for measuring a predetermined time, and the stable time of the light source 8 is measured in the ATP measurement process described later.

ROM22は、CPU21により実行される各種の制御プログラムや固定値データを記憶した不揮発性のメモリである。   The ROM 22 is a non-volatile memory that stores various control programs executed by the CPU 21 and fixed value data.

RAM23は、各種のデータ等を一時的に記憶するための書換可能なメモリであり、CPU21が各種プログラムを実行する際、変数などを一時記憶するワークエリアを有している。また、RAM23は、設定値メモリ23aと、測定値メモリ23bと、画像メモリ23cとを備えている。   The RAM 23 is a rewritable memory for temporarily storing various data and the like, and has a work area for temporarily storing variables and the like when the CPU 21 executes various programs. The RAM 23 includes a setting value memory 23a, a measurement value memory 23b, and an image memory 23c.

設定値メモリ23aは、測定条件を記憶するためのメモリである。ATP検出システム100は、操作者の入力に基づいて測定装置1に実行させる測定条件を任意に設定することができるようになっている。操作者によって入力される測定条件は、測定時間(露光時間)、タイムラプス、撮影フレーム数、光源8の照射光量(印加電圧)、アンプゲインである。後述するATP測定処理にて操作者から測定条件が入力されると、入力された項目の値がこの設定値メモリ23aに書き込まれ、先に記憶される値が更新される。CPU21は後述するATP測定処理が実行される際に、この設定値メモリ23aを参照し、記憶されている測定条件にて測定装置1に測定の実行を指示する。   The set value memory 23a is a memory for storing measurement conditions. The ATP detection system 100 can arbitrarily set measurement conditions to be executed by the measurement apparatus 1 based on an input from the operator. The measurement conditions input by the operator are a measurement time (exposure time), a time lapse, the number of photographing frames, an irradiation light amount (applied voltage) of the light source 8, and an amplifier gain. When a measurement condition is input from the operator in an ATP measurement process to be described later, the value of the input item is written in the set value memory 23a, and the previously stored value is updated. When the ATP measurement process described later is executed, the CPU 21 refers to the set value memory 23a and instructs the measurement apparatus 1 to execute measurement under the stored measurement conditions.

測定値メモリ23bは、測定装置1から送信される画像データを記憶するためのメモリであり、受信バッファとして機能する緩衝用のメモリである。PC20から測定装置1に対し測定実行コマンドが送信された後に測定装置1から画像データを受信すると、受信した画像データはこの測定値メモリ23bに書き込まれる。1フレームの画像データが記憶されると、記憶された1フレーム分の画像データが画像メモリ23cに書き込まれる。画像メモリ23cに書き込まれた画像データは、測定値メモリ23bから消去される。尚、測定時間中、測定装置1では、繰り返して撮像信号の取り込みが実行されるため、PC20では継続して画像データが受信される。   The measurement value memory 23b is a memory for storing image data transmitted from the measurement apparatus 1, and is a buffer memory that functions as a reception buffer. When image data is received from the measuring apparatus 1 after the measurement execution command is transmitted from the PC 20 to the measuring apparatus 1, the received image data is written into the measured value memory 23b. When one frame of image data is stored, the stored image data for one frame is written into the image memory 23c. The image data written in the image memory 23c is erased from the measurement value memory 23b. Note that, during the measurement time, the measurement apparatus 1 repeatedly captures an imaging signal, so that the PC 20 continuously receives image data.

尚、PC20にて受信された画像データは、測定値メモリ23bに記憶された後、HDD24に書き込まれ、設定されたフレーム数分の画像データがPC20にて保持される。   The image data received by the PC 20 is stored in the measurement value memory 23b and then written in the HDD 24, and image data for the set number of frames is held in the PC 20.

画像メモリ23cは、LCD27に表示する画像データを記憶するためのメモリである。この画像メモリ23cには、画像データを構成する各画素データが座標(x,y)に対応つけて記憶されている。座標は、LCD27におけるX軸上の位置を示すX座標(x)と、そのX軸に直交するY軸上の位置を示すY座標(y)とにより位置を示す情報である。CPU21は、測定値メモリ23bに1フレーム分の画像データが記憶されると、予め定めた座標に対応つけて各画素データを画像メモリ23cに書き込む。LCD27への表示に際しては、この画像メモリ23cから画像データを読み出して、各画素データを対応する座標に基づいてLCD27へ出力する。これにより、撮影された組織細胞Sの画像データが、LCD27の表示画面において所定の位置に表示される。   The image memory 23 c is a memory for storing image data to be displayed on the LCD 27. In the image memory 23c, each pixel data constituting the image data is stored in association with the coordinates (x, y). The coordinates are information indicating a position by an X coordinate (x) indicating a position on the X axis on the LCD 27 and a Y coordinate (y) indicating a position on the Y axis orthogonal to the X axis. When the image data for one frame is stored in the measurement value memory 23b, the CPU 21 writes each pixel data in the image memory 23c in association with predetermined coordinates. When displaying on the LCD 27, image data is read from the image memory 23c, and each pixel data is output to the LCD 27 based on the corresponding coordinates. Thereby, the imaged image data of the tissue cell S is displayed at a predetermined position on the display screen of the LCD 27.

測定値メモリ23bに新たな1フレーム分の画像データが記憶されると、当該1フレーム分の画像データが画像メモリ23cに書き込まれ、先に記憶される画像データが更新される。   When the image data for one new frame is stored in the measurement value memory 23b, the image data for one frame is written in the image memory 23c, and the image data stored first is updated.

HDD24は、書換可能な大容量のメモリであり、電源断後も記憶されるデータを保持する不揮発性のメモリである。このHDD24には、図示しないオペレーティングシステムの他、測定装置1を制御するための測定装置制御プログラム24aと、初期値メモリ24bとを備えている。図4のフローチャートに示すATP測定処理のプログラムは測定装置制御プログラム24aの一部として、HDD24内に記憶されている。HDD24に記憶される各種のプログラムは、必要に応じてRAM23にロードされ、CPU21により実行される。   The HDD 24 is a rewritable large-capacity memory, and is a non-volatile memory that holds stored data even after the power is turned off. In addition to an operating system (not shown), the HDD 24 includes a measurement device control program 24a for controlling the measurement device 1 and an initial value memory 24b. The ATP measurement processing program shown in the flowchart of FIG. 4 is stored in the HDD 24 as a part of the measurement apparatus control program 24a. Various programs stored in the HDD 24 are loaded into the RAM 23 as necessary and executed by the CPU 21.

初期値メモリ24bは、測定装置1にATP測定を実行させる際の測定条件(測定時間(露光時間)、タイムラプス、撮影フレーム数、光源8の照射光量(印加電圧)、アンプゲイン)や、その他必要な値(例えば、光源8の安定時間)をデフォルトで記憶するメモリである。PC20にてATP測定処理が開始されると、この初期値メモリ24bに記憶される測定条件が設定値メモリ23aに書き込まれて記憶される。従って、操作者にて任意の測定条件が入力されなかった場合には、初期値メモリ24bにデフォルトで記憶されている測定条件に従って、測定装置1で測定が実行されることとなる。また、操作者によって測定条件が入力されると、入力された項目については、その入力された値に基づいて測定が実行されることとなる。   The initial value memory 24b includes measurement conditions (measurement time (exposure time), time lapse, number of frames taken, amount of light emitted from the light source 8 (applied voltage), amplifier gain), and other necessary conditions when the measurement apparatus 1 executes ATP measurement. This is a memory that stores a large value (for example, the stabilization time of the light source 8) by default. When the ATP measurement process is started in the PC 20, the measurement conditions stored in the initial value memory 24b are written and stored in the set value memory 23a. Therefore, when an arbitrary measurement condition is not input by the operator, measurement is executed by the measurement apparatus 1 in accordance with the measurement condition stored by default in the initial value memory 24b. Further, when the measurement condition is input by the operator, the measurement is executed on the input item based on the input value.

次に、図4のフローチャートを参照して、上記のように構成されたATP検出システム100の動作について説明する。図4は、PC20で実行されるATP測定処理を示したフローチャートである。ATP測定処理は、操作者の入力操作に基づいて、測定装置1に細胞組織SにおけるATPの濃度分布の測定を実行させる処理である。このATP測定処理は、操作者が所定の入力操作により、PC20にATP測定の実行を要求することで開始される。   Next, the operation of the ATP detection system 100 configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 4 is a flowchart showing an ATP measurement process executed by the PC 20. The ATP measurement process is a process for causing the measurement apparatus 1 to measure the concentration distribution of ATP in the cell tissue S based on an input operation by the operator. The ATP measurement process is started when the operator requests the PC 20 to perform ATP measurement by a predetermined input operation.

図4に示すように、このATP測定処理では、まず、光源点灯コマンドを測定装置1に送信する(S1)。これにより、測定装置1においては、光源8が点灯し、照射光(励起紫外光)が透明基板10の端面へ入射される。尚、CPU21は、光源点灯コマンドを測定装置1に送信したタイミングで、光源8を安定させるに必要な時間(安定時間)をタイマにセットする。   As shown in FIG. 4, in this ATP measurement process, first, a light source lighting command is transmitted to the measuring apparatus 1 (S1). Thereby, in the measuring apparatus 1, the light source 8 is turned on, and the irradiation light (excitation ultraviolet light) is incident on the end face of the transparent substrate 10. The CPU 21 sets a time (stable time) necessary for stabilizing the light source 8 in the timer at the timing when the light source lighting command is transmitted to the measuring apparatus 1.

次に、初期値メモリ24bの値(デフォルトで記憶されている測定条件)を設定値メモリ23aに書き込み(S2)、操作者から入力に基づいて処理を実行するための各種コマンドが表示されたメイン画面をLCD27に表示する(S3)。これにより、メイン画面に表示されたコマンドが所定の入力操作によって入力されると、PC20は、入力されたコマンドに従って処理を実行する。このため、コマンドが操作者によって入力されたかを確認し(S4)、コマンド入力がなければ(S4:No)、コマンドの入力を待機する。一方、コマンドが入力されれば(S4:Yes)、入力されたコマンドは何かを確認し(S5)、入力されたコマンドが終了コマンドであれば(S5:終了コマンド)、測定の終了要求であるので、光源消灯コマンドを測定装置1に送信する。これにより、測定装置1では光源8が消灯する。その後、PC20での処理を終了するべく、RAMクリアやデータ保存、出力画面の消去などを行う終了処理を実行して(S7)、このATP測定処理を終了する。   Next, the value of the initial value memory 24b (measurement conditions stored by default) is written to the set value memory 23a (S2), and various commands for executing processing based on input from the operator are displayed. The screen is displayed on the LCD 27 (S3). Thus, when a command displayed on the main screen is input by a predetermined input operation, the PC 20 executes processing according to the input command. Therefore, it is confirmed whether the command is input by the operator (S4). If there is no command input (S4: No), the input of the command is waited. On the other hand, if a command is input (S4: Yes), what is the input command is confirmed (S5), and if the input command is an end command (S5: end command), a measurement end request is received. Therefore, a light source turn-off command is transmitted to the measuring apparatus 1. Thereby, in the measuring apparatus 1, the light source 8 is turned off. Thereafter, in order to end the process in the PC 20, an end process for clearing RAM, saving data, erasing the output screen, etc. is executed (S7), and this ATP measurement process is ended.

また、S5の処理で確認した結果、入力されたコマンドが測定実行コマンドであれば(S5:測定実行コマンド)、ATP測定の実行要求であるので、光源8が安定したか、即ち、タイマが所定時間(安定時間)の経過を示しているかを確認し(S8)、ここで、安定時間が経過していなければ、光源8が安定していないと判断して(S8:No)、安定時間が経過するまで以降の処理を待機する。一方、安定時間が経過していれば、光源8が安定したと判断し(S8:Yes)、測定実行コマンドと設定値メモリ23aに記憶される測定条件(測定時間(露光時間)、タイムラプス、撮影フレーム数、光源8の照射光量(印加電圧)、アンプゲイン)とを測定装置1に出力する(S9)。これにより、測定装置1では、指定された光量が光源8から照射されるとともに、指定された時間、CCD15による撮像信号の取り込みが実行される。尚、測定実行コマンドの測定装置への出力に際しては、CPU21は、設定値メモリ23aに記憶される測定時間をタイマにセットする。   If the input command is a measurement execution command as a result of checking in the process of S5 (S5: measurement execution command), it is an ATP measurement execution request. It is confirmed whether the time (stable time) has elapsed (S8). If the stable time has not elapsed, it is determined that the light source 8 is not stable (S8: No), and the stable time is reached. Wait for further processing until it elapses. On the other hand, if the stable time has elapsed, it is determined that the light source 8 has been stabilized (S8: Yes), and measurement conditions (measurement time (exposure time), time lapse, photographing) stored in the measurement execution command and the set value memory 23a. The number of frames, the amount of light emitted from the light source 8 (applied voltage), and the amplifier gain) are output to the measuring apparatus 1 (S9). Thereby, in the measuring apparatus 1, the designated light quantity is emitted from the light source 8, and the image pickup signal is captured by the CCD 15 for the designated time. When the measurement execution command is output to the measurement device, the CPU 21 sets the measurement time stored in the set value memory 23a to the timer.

続いて、PC20においては、測定データ、即ち画像データを測定装置1から受信したかを確認し(S10)、未受信であれば(S10:No)、受信を待機し、受信した場合には(S10:Yes)、受信した画像データを測定値メモリ23bに記憶する(S11)。そして、1フレームの画像データの受信が完了したかを確認し(S12)、未完了であれば(S12:No)、S11の処理に移行して1フレームの画像データの受信を完了するまで、S11,S12の処理を繰り返す。また、S12の処理で確認した結果、1フレームの画像データの受信を完了していれば(S12:Yes)、測定値メモリ23bに記憶される画像データを所定の座標に対応つけて画像メモリ23cに書き込み(S13)、続いて、画像メモリ23cに記憶される画像データをLCD27に出力し、表示画面を更新する(S14)。これにより、メイン画面の予め定められた所定位置に、測定装置1にて撮像された細胞組織Sの蛍光画像が表示される。   Subsequently, the PC 20 checks whether measurement data, that is, image data has been received from the measurement apparatus 1 (S10). If it has not been received (S10: No), the PC 20 waits for reception, and if received ( (S10: Yes), the received image data is stored in the measured value memory 23b (S11). Then, it is confirmed whether reception of one frame of image data is completed (S12). If it is not completed (S12: No), the process proceeds to S11 until reception of one frame of image data is completed. The processes of S11 and S12 are repeated. If the reception of one frame of image data has been completed as a result of the confirmation in S12 (S12: Yes), the image data stored in the measurement value memory 23b is associated with predetermined coordinates and the image memory 23c. (S13), and then the image data stored in the image memory 23c is output to the LCD 27 to update the display screen (S14). Thereby, the fluorescence image of the cell tissue S imaged by the measuring apparatus 1 is displayed at a predetermined position on the main screen.

尚、LCD27へ画像データを表示するタイミングで、画像メモリ23cに記憶される画像データは非図示のステップによりHDD24の所定のエリアに書き込まれて記憶される。   At the timing when the image data is displayed on the LCD 27, the image data stored in the image memory 23c is written and stored in a predetermined area of the HDD 24 by steps not shown.

その後、測定時間終了したかをタイマの値によって確認し(S15)、測定時間が終了していない場合は(S15:No)、その処理をS10の処理に移行して、測定時間が終了するまで、S10〜S15の処理を繰り返す。一方、S15の処理で確認した結果、測定時間が終了していれば(S15:Yes)、その処理をS4の処理に移行する。尚、S15の処理を経てS4の処理に移行した場合には、画像メモリ23cに記憶される画像データが継続して表示される。   Thereafter, it is confirmed whether the measurement time has ended by the timer value (S15). If the measurement time has not ended (S15: No), the process proceeds to S10 until the measurement time ends. , S10 to S15 are repeated. On the other hand, as a result of checking in the process of S15, if the measurement time has ended (S15: Yes), the process proceeds to the process of S4. When the process proceeds to S4 after the process of S15, the image data stored in the image memory 23c is continuously displayed.

更に、S5の処理で確認した結果、入力されたコマンドが条件設定コマンドであれば(S5:条件設定コマンド)、操作者からの測定条件の変更要求であるので、測定条件の入力画面を表示する(S16)。この入力画面においては、操作者によるキーボードからの入力に基づいて、任意の測定条件を入力できる入力欄が設けられると共に、操作者が測定条件の入力完了を示すコマンドを入力できるように構成されている。CPU21は、この入力画面において測定条件の入力完了を示すコマンドが入力されたかを監視し(S17)、測定条件の入力完了を示すコマンドが入力されていなければ(S17:No)、その入力を待機し、一方、測定条件の入力完了を示すコマンドが入力されていれば(S17:Yes)、入力欄に入力された測定条件を設定値メモリ23aに書き込み(S18)、先に記憶される対応する値を更新する。そして、各処理を実行した後(S19)、その処理をS4の処理に移行する。   Furthermore, if the input command is a condition setting command as a result of checking in the process of S5 (S5: condition setting command), the measurement condition input screen is displayed because the measurement condition change request is received from the operator. (S16). This input screen is provided with an input field for inputting an arbitrary measurement condition based on an input from the keyboard by the operator, and is configured so that the operator can input a command indicating completion of the input of the measurement condition. Yes. The CPU 21 monitors whether or not a command indicating completion of input of measurement conditions is input on this input screen (S17). If no command indicating completion of input of measurement conditions is input (S17: No), the CPU 21 waits for the input. On the other hand, if the command indicating the completion of the input of the measurement condition has been input (S17: Yes), the measurement condition input in the input field is written in the set value memory 23a (S18), and the corresponding stored previously. Update the value. Then, after executing each process (S19), the process proceeds to S4.

S18の処理の後に実行される各処理(S19)においては、LCD27の表示画面をメイン画面に切り替える処理を実行される。また、例えば、入力欄に入力された値が測定装置1にて実行できる範囲を超えていた場合には、エラーメッセージを表示するといった処理が実行される。   In each process (S19) executed after the process of S18, a process of switching the display screen of the LCD 27 to the main screen is executed. Further, for example, when the value input in the input field exceeds the range that can be executed by the measuring apparatus 1, a process of displaying an error message is executed.

加えて、S5の処理で確認した結果、入力されたコマンドが終了コマンド、測定実行コマンド、条件設定コマンド以外のその他のコマンドであれば(S5:その他)、入力されたコマンドに応じた処理を各処理(S19)において実行し、その処理をS4の処理に移行する。尚、その他のコマンドとしては、測定装置1のキャリブレーションを実行するコマンドなどである。キャリブレーションが要求された場合には、測定装置1の光検出器12で検出されたデータがLCD27に表示される。これにより、操作者は、LCD27に表示される検出データを視認しつつ、光源8の入射角調整などを実行できる。   In addition, as a result of checking in the process of S5, if the input command is other commands other than the end command, the measurement execution command, and the condition setting command (S5: other), the process corresponding to the input command is performed. The process is executed in the process (S19), and the process proceeds to the process of S4. Other commands include commands for executing calibration of the measuring apparatus 1. When calibration is requested, data detected by the photodetector 12 of the measuring apparatus 1 is displayed on the LCD 27. As a result, the operator can adjust the incident angle of the light source 8 while visually checking the detection data displayed on the LCD 27.

以上、説明したように、本実施形態のATP検出システム100によれば、細胞組織から放出されたATPの濃度分布を、組織構造と対応つけて検出することができる。このため、細胞組織がどのようにATPを放出しているか、いずれの部位からATPを放出しているかを、明らかとすることができる。   As described above, according to the ATP detection system 100 of the present embodiment, the concentration distribution of ATP released from the cell tissue can be detected in association with the tissue structure. For this reason, it can be clarified how the cell tissue releases ATP and from which site ATP is released.

例えば、脳における炎症反応は進行性であることが多いが、本ATP検出システム100によれば、脳の炎症反応に対し、ATPが放出されている位置や、その経時変化を検出し得るので、得られた検出結果に基づき、医師が行う診断や治療等を円滑に進め易くすることができる。   For example, the inflammatory reaction in the brain is often progressive, but according to the present ATP detection system 100, the position where ATP is released and its change over time can be detected for the inflammatory reaction in the brain. Based on the obtained detection result, diagnosis and treatment performed by a doctor can be facilitated smoothly.

更には、ATP検出システム100を用いて、ATPの放出状況や時間変化、空間パターンを観察することで、神経保護効果のある薬の開発、スクリーニング、治療法の検討を行うことができる。また、ATP検出システム100にて生鮮食料品の検査を行うことにより、鮮度の評価を行うことも可能となる。   Furthermore, by using the ATP detection system 100, the ATP release status, temporal changes, and spatial patterns can be observed, so that development, screening, and treatment of drugs having a neuroprotective effect can be performed. In addition, freshness can be evaluated by inspecting fresh food products with the ATP detection system 100.

尚、本実施形態においては、ヌクレオチド関連化学物質として「ATP」を用いて説明したが、当然のことながらリン酸供給源となるヌクレオチド関連化学物質であれば、本システムを利用して細胞組織上のヌクレオチドを検出することができる。これによれば、例えば、食品中に含まれるリン酸成分、ヌクレオチド成分の測定を行うことができる。   In this embodiment, “ATP” is used as the nucleotide-related chemical substance. However, as a matter of course, any nucleotide-related chemical substance serving as a phosphate supply source can be used on the cell tissue using this system. Of nucleotides can be detected. According to this, for example, a phosphate component and a nucleotide component contained in food can be measured.

尚、上記実施形態においては、ATP検出システム100は、穿刺や切り出しによって得られる細胞組織Sを外部に(生体外に)設置された透明基板10に載置して測定を行うように構成されたが、透明基板10をプローブ状の光ファイバの一部分に形成すると共に、GAPやNADを供給するラインや、光ファイバを介して透明基板10に対向する位置にCCDを設けたカテーテルとし、生体内に挿入された状態で測定を行う構成としても良い。 In the above-described embodiment, the ATP detection system 100 is configured to perform measurement by placing the cell tissue S obtained by puncturing or cutting on the transparent substrate 10 installed outside (in vitro). However, a transparent substrate 10 is formed on a part of a probe-like optical fiber, and a catheter for supplying a GAP or NAD + , or a catheter provided with a CCD at a position facing the transparent substrate 10 via the optical fiber, It is good also as a structure which measures in the state inserted in.

また、上記実施形態において基板保持部16は、固定されたものとして説明したが、搬送用モータを設け、PC20から入力される位置制御命令に従って、透明基板10を上下左右の任意の位置に移動できるようにしても良い。これによれば、光源8からの入射光と透明基板10、測定対象の細胞組織Sとの位置関係を微調整することが容易となり、高精度な測定を実現することができる。   In the above embodiment, the substrate holding unit 16 has been described as being fixed. However, a transfer motor is provided, and the transparent substrate 10 can be moved to any position in the vertical and horizontal directions in accordance with a position control command input from the PC 20. You may do it. According to this, it becomes easy to finely adjust the positional relationship between the incident light from the light source 8, the transparent substrate 10, and the cell tissue S to be measured, and high-accuracy measurement can be realized.

更に、上記実施形態においては、透明基板10の端面に励起光を入射し、透明基板10の下方に検出器であるCCDカメラユニット13を配置する構成としたが、これに限られるものではなく、励起光を入射する方法はプリズム法、グレーティング法などを用いても良い。更に、細胞組織Sから放射される蛍光を、透明基板10の上方において検出する構成としても良く、導波路である透明基板10を伝播したものを検出する構成としてもよい。   Further, in the above embodiment, the excitation light is incident on the end surface of the transparent substrate 10 and the CCD camera unit 13 that is a detector is disposed below the transparent substrate 10. However, the present invention is not limited to this. As a method for entering the excitation light, a prism method, a grating method, or the like may be used. Furthermore, it is good also as a structure which detects the fluorescence radiated | emitted from the cell tissue S above the transparent substrate 10, and is good also as a structure which detects what propagated the transparent substrate 10 which is a waveguide.

加えて、透明基板10の端面真横に光源ユニット7を対向させ、真横から励起光を入射するように光源8を設置してもよい。かかる構成でも、エバネッセント光を透明基板10に発生させることができ、細胞組織S表面のATPを検出することができる。また、光路調整のためのレンズ等の設備が不要となり、装置全体を小型化できる。   In addition, the light source unit 7 may be disposed directly opposite the end face of the transparent substrate 10 and the light source 8 may be installed so that excitation light is incident from the side. Even in such a configuration, evanescent light can be generated on the transparent substrate 10 and ATP on the surface of the cell tissue S can be detected. In addition, no equipment such as a lens for adjusting the optical path is required, and the entire apparatus can be downsized.

尚、請求項に記載の細胞放出物質検出方法としては、上記実施形態において説明したATP検出システム100を利用して実行させたATPを検出する一連の工程、即ち、上記実施形態において、GAPDHを固定化した透明基板10に載置した細胞組織Sに向かって、GAPとNADとが透明基板10の表面に供給された状態で、光源ユニット7から励起光を照射し、細胞組織Sから放射される蛍光をCCDカメラユニット13で検出し、検出された蛍光に基づいてPC20にて画像を形成表示する一連の工程が該当する。 The cell-release substance detection method described in the claims includes a series of steps of detecting ATP performed using the ATP detection system 100 described in the above embodiment, that is, fixing GAPDH in the above embodiment. In the state where GAP and NAD + are supplied to the surface of the transparent substrate 10 toward the cell tissue S placed on the transparent substrate 10 that has been converted to light, excitation light is emitted from the light source unit 7 and emitted from the cell tissue S. This corresponds to a series of steps of detecting the fluorescence to be detected by the CCD camera unit 13 and forming and displaying an image on the PC 20 based on the detected fluorescence.

次に、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例として、上記したATP測定システム100にて、ラット大脳を測定対象の細胞組織とし、組織細胞上におけるATPの濃度分布を測定した。
(実施例1)
EXAMPLES Next, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples. As an example, with the ATP measurement system 100 described above, rat cerebrum was used as the cell tissue to be measured, and the ATP concentration distribution on the tissue cells was measured.
Example 1

出生直後の新生仔ラット(Normal P23)を用意し、70%エタノールにて全身の消毒を行い、滅菌下にて断頭した。小脳を傷付けないように、延髄側より頭皮及び頭蓋骨を切り、切開した。その後、全脳を先曲ピンセットにて持ち上げ摘出し、生理食塩水内で血液等を洗浄した。この後に全脳をシャーレ上に移し、スカルペルナイフによって延髄及び間脳を切り離し、大脳を摘出した。大脳に付着したクモ膜及び血管を、先細ピンセットを用いて剥がし取り、再度生理食塩水にて洗浄した後、単離した大脳をロータリースライサーもしくはクリオスタット等にて400μmにスライスした。   A newborn rat (Normal P23) immediately after birth was prepared, disinfected with 70% ethanol, and decapitated under sterilization. In order not to damage the cerebellum, the scalp and skull were cut from the medullary side and incised. Thereafter, the whole brain was lifted and extracted with a bend tweezers, and blood and the like were washed in physiological saline. Thereafter, the whole brain was transferred onto a petri dish, the medulla and diencephalon were separated with a scalpel knife, and the cerebrum was removed. The arachnoid membrane and blood vessels attached to the cerebrum were peeled off with a tapered tweezers and washed again with physiological saline, and then the isolated cerebrum was sliced to 400 μm with a rotary slicer or cryostat.

このスライス片(細胞組織S)を広口スポイトですくい取り、余分な水分を吸い取とってから、測定直前にHEPES緩衝液に浸した後、測定装置1の透明基板10上に載置した。次いで、GAPとNADとを添加し、測定開始から10s後に、グルタミン酸1mMを透明基板10上のスライス片に滴下して、蛍光画像の撮像を行った。グルタミン酸は、脳細胞へ損傷を与えることが知られており、グルタミン酸投与により模擬的に虚血状態が誘発されることとなる。 The slice piece (cell tissue S) was scooped with a wide-mouth dropper, and after excess moisture was absorbed, it was immersed in a HEPES buffer immediately before measurement, and then placed on the transparent substrate 10 of the measuring apparatus 1. Next, GAP and NAD + were added, and 10 mM after the start of measurement, 1 mM glutamic acid was dropped on a slice piece on the transparent substrate 10 to capture a fluorescent image. Glutamate is known to damage brain cells, and ischemia is simulated by administration of glutamate.

蛍光画像の撮影に先立ってPC20においてATP測定処理を起動し、光源8を点灯させた。また、測定条件は、露光時間300s、ゲイン最大、タイムプラス1.0s、フレーム数130で設定された。   Prior to taking a fluorescent image, the ATP measurement process was started in the PC 20 and the light source 8 was turned on. The measurement conditions were set with an exposure time of 300 s, a maximum gain, a time plus 1.0 s, and a number of frames of 130.

本実施例では、光源8には、365nmの紫外波長のLED(日亜化学NSHU550B(紫外発光LED)を用い、透明基板10の下方にCCDカメラを装備した倒立型蛍光顕微鏡にて観察を行った。また、透明基板10としては、GAPDを表面に固定した石英ガラス板(25mmx25mmx1mm)を用いた。   In this example, the light source 8 was an LED having an ultraviolet wavelength of 365 nm (Nichia NSHU550B (ultraviolet LED)) and was observed with an inverted fluorescence microscope equipped with a CCD camera below the transparent substrate 10. Further, as the transparent substrate 10, a quartz glass plate (25 mm × 25 mm × 1 mm) having GAPD fixed on the surface thereof was used.

結果を図5および図6に示した。図5(a)は、上記手順で準備した大脳のスライス片を可視光で観察した状態を示した図である。図5(b)は、図5(a)に示したスライス片を蛍光観察した結果を示した図であり、グルタミン酸投与後のサンプル片の蛍光画像である。図6は、図5(a)に示した各位置a〜hのそれぞれの蛍光強度の経時変化を示した図である。   The results are shown in FIG. 5 and FIG. FIG. 5A is a diagram showing a state in which a slice of a cerebrum prepared by the above procedure is observed with visible light. FIG.5 (b) is the figure which showed the result of having observed the slice piece shown to Fig.5 (a) by fluorescence, and is a fluorescence image of the sample piece after glutamic acid administration. FIG. 6 is a diagram showing temporal changes in the fluorescence intensities at the respective positions a to h shown in FIG.

図5(a)に示した光学画像と図5(b)に示した蛍光画像とは対応しており、いずれの図においても、紙面左側が大脳皮質外方である。大脳皮質は6層の層状構造物であり、図5においては、紙面左下方から右上方に向かって、1層〜6層の順に積層された状態になっている。図5(b)において白い部分が蛍光発光の箇所である。   The optical image shown in FIG. 5A and the fluorescent image shown in FIG. 5B correspond to each other, and in each figure, the left side of the drawing is the outside of the cerebral cortex. The cerebral cortex is a six-layered structure, and in FIG. 5, the layers are laminated in the order of one to six layers from the lower left to the upper right of the drawing. In FIG.5 (b), a white part is a fluorescence emission location.

図5(a)、図5(b)において、大脳皮質の1層と2層とに強く蛍光が生じていることが示されている。また、図6に示した各位置a〜hそれぞれに対応する8つのグラフは、
横軸に時間(秒)、縦軸に蛍光強度を示している。尚、蛍光強度は、最大値を4096とする相対値である。図5、図6からも分かるように、サンプル片の位置a,b,c部分の蛍光強度が明確に上昇していることが示されている。
FIG. 5A and FIG. 5B show that strong fluorescence is generated in the first and second layers of the cerebral cortex. Also, the eight graphs corresponding to the respective positions a to h shown in FIG.
The horizontal axis represents time (seconds), and the vertical axis represents fluorescence intensity. The fluorescence intensity is a relative value with a maximum value of 4096. As can be seen from FIG. 5 and FIG. 6, it is shown that the fluorescence intensity at the positions a, b, and c of the sample piece is clearly increased.

大脳皮質では、1層と2層とにグリア細胞が多く分布しており、グルタミン酸投与によって脳虚血状態が誘発されたサンプル片において、この1層と2層とに強く蛍光が生じていることは、生理学上の知見とがよく一致していた。即ち、上記結果は、損傷を受けた細胞組織からATPが放出されたことを示すものであり、本発明の細胞放出物質検出装置を用いれば、細胞から放出されたヌクレオチド関連物質の細胞組織上の濃度分布を画像化して検出できることが示された。   In the cerebral cortex, many glial cells are distributed in the first and second layers, and in the sample piece in which cerebral ischemia is induced by glutamic acid administration, strong fluorescence is generated in the first and second layers. Was in good agreement with the physiological findings. That is, the above results show that ATP was released from damaged cell tissue. When the cell-released substance detection device of the present invention is used, nucleotide-related substances released from cells on the cell tissue. It was shown that the density distribution can be detected by imaging.

7 光源ユニット(光照射手段)
10 透明基板(基板、細胞放出物質検出用固定化酵素基板)
15 CCD(検出手段)
100 ATP検出システム(細胞放出物質検出装置)
S13,S14 (画像形成手段の一部)
7 Light source unit (light irradiation means)
10 Transparent substrate (substrate, immobilized enzyme substrate for cell-release substance detection)
15 CCD (detection means)
100 ATP detection system (cell release substance detection device)
S13, S14 (part of image forming means)

グリセルアルデヒド3−リン酸脱水素酵素(以下、単に「GAPDH」と称す場合がある。)は、生体内において解糖系に関与する酵素であり、基質であるグリセルアルデヒド3−リン酸(以下、単に「GAP」と略す場合がある。)のリン酸化と酸化とを触媒する。GAPは、GAPDHの作用によって1,3−ビスホスホグリセリン酸となる。このGAPDHが触媒するリン酸化反応は、生体内では、通常、無機リン酸がリン酸供給源となっている。
Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (hereinafter sometimes simply referred to as “GAPDH”) is an enzyme involved in glycolysis in vivo and is a substrate glyceraldehyde 3 -phosphate ( Hereinafter, it is simply abbreviated as “GAP”). GAP becomes 1,3-bisphosphoglycerate by the action of GAPDH. The phosphorylation reaction catalyzed by GAPDH is usually based on inorganic phosphoric acid as a phosphoric acid supply source in vivo.

本実施例では、光源8には、365nmの紫外波長のLED(日亜化学NSHU550B(紫外発光LED)を用い、透明基板10の下方にCCDカメラを装備した倒立型蛍光顕微鏡にて観察を行った。また、透明基板10としては、GAPDを表面に固定した石英ガラス板(25mmx25mmx1mm)を用いた。
In this example, the light source 8 was an LED having an ultraviolet wavelength of 365 nm (Nichia NSHU550B (ultraviolet LED)) and was observed with an inverted fluorescence microscope equipped with a CCD camera below the transparent substrate 10. . Further, the transparent substrate 10, using a quartz glass plate with a fixed GAPD H on the surface (25mmx25mmx1mm).

Claims (9)

細胞組織が載置される載置面側に、基質をリン酸化するリン酸化反応とリン酸化された後の基質を酸化する酸化反応とを触媒する酵素を有する基板と、
その基板上での反応に伴って蛍光元物質から生成される蛍光物質を励起する励起光を、前記基板上の細胞組織に向けて照射する光照射手段と、
その光照射手段によって照射された励起光によって蛍光物質から放射される蛍光を検出する検出手段と、
その検出手段により検出された蛍光に基づいて画像を形成する画像形成手段とを備えており、
その画像形成手段により形成された画像により、前記基板に載置された細胞組織から放出されたヌクレオチド関連化学物質の濃度分布を検出することを特徴とする細胞放出物質検出装置。
A substrate having an enzyme that catalyzes a phosphorylation reaction that phosphorylates the substrate and an oxidation reaction that oxidizes the substrate after phosphorylation on the placement surface side on which the cell tissue is placed;
A light irradiating means for irradiating a cellular tissue on the substrate with excitation light for exciting a fluorescent material generated from the fluorogenic material with a reaction on the substrate;
Detection means for detecting fluorescence emitted from the fluorescent material by the excitation light irradiated by the light irradiation means;
Image forming means for forming an image based on the fluorescence detected by the detecting means,
An apparatus for detecting a released substance of a cell, wherein the concentration distribution of a nucleotide-related chemical substance released from a cell tissue placed on the substrate is detected from an image formed by the image forming means.
前記酵素はグリセルアルデヒド三リン酸脱水素酵素であることを特徴とする請求項1に記載の細胞放出物質検出装置。   The cell-release substance detection device according to claim 1, wherein the enzyme is glyceraldehyde triphosphate dehydrogenase. 前記基板は、前記酵素が載置面側表面に化学結合によって固定化されたものであることを特徴とする請求項1または2に記載の細胞放出物質検出装置。   The cell-released substance detection device according to claim 1 or 2, wherein the substrate is one in which the enzyme is immobilized on the surface of the mounting surface by chemical bonding. 前記光照射手段は、前記基板の側面へ励起光を入射する光源部を備えており、
その光源部から前記基板の側面に照射される励起光により、前記基板の載置面にエバネッセント光を発生させるよう構成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の細胞放出物質検出装置。
The light irradiation means includes a light source unit that makes excitation light incident on a side surface of the substrate,
The cell according to any one of claims 1 to 3, wherein evanescent light is generated on a mounting surface of the substrate by excitation light applied to a side surface of the substrate from the light source unit. Emission substance detection device.
前記検出手段は、前記光照射手段が照射する励起光の光路と重ならない位置に配設されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の細胞放出物質検出装置。   5. The cell emission substance detection apparatus according to claim 1, wherein the detection means is disposed at a position that does not overlap an optical path of excitation light emitted by the light irradiation means. 細胞組織から放出されたヌクレオチド関連化学物質の濃度分布を検出する方法であって、
基質をリン酸化するリン酸化反応とリン酸化された後の基質を酸化する酸化反応とを触媒する酵素を有する基板に載置された細胞組織に向かって、基質と当該酵素反応に伴って蛍光物質に変換される蛍光元物質とが基板上に共存する状態で、蛍光物質の励起光を照射する光照射工程と、
その光照射工程により照射された励起光によって励起された蛍光物質から放射される蛍光を検出する蛍光検出工程と、
その蛍光検出工程により検出された蛍光に基づいて画像を形成する画像形成工程とを備え、
その画像形成工程により形成された画像により、細胞組織から放出されたヌクレオチド関連化学物質の濃度分布を検出することを特徴とする細胞放出物質検出方法。
A method for detecting a concentration distribution of nucleotide-related chemical substances released from cellular tissue, comprising:
A phosphor and a fluorescent substance accompanying the enzyme reaction toward the cell tissue placed on the substrate having an enzyme that catalyzes a phosphorylation reaction that phosphorylates the substrate and an oxidation reaction that oxidizes the phosphorylated substrate. A light irradiation step of irradiating excitation light of the fluorescent material in a state where the fluorescent material to be converted into the substrate coexists on the substrate;
A fluorescence detection step for detecting fluorescence emitted from the fluorescent material excited by the excitation light irradiated by the light irradiation step;
An image forming step of forming an image based on the fluorescence detected by the fluorescence detection step,
A method for detecting a cell-released substance, comprising detecting a concentration distribution of a nucleotide-related chemical substance released from a cell tissue from an image formed by the image forming step.
前記酵素はグリセルアルデヒド三リン酸脱水素酵素であることを特徴とする請求項6に記載の細胞放出物質検出方法。   The cell-release substance detection method according to claim 6, wherein the enzyme is glyceraldehyde triphosphate dehydrogenase. 前記酵素は基板表面に化学結合によって固定されており、細胞組織はその基板表面に載置されることを特徴とする請求項6又は7に記載の細胞放出物質検出方法。   The method for detecting a cell-released substance according to claim 6 or 7, wherein the enzyme is immobilized on the surface of the substrate by chemical bonding, and the cell tissue is placed on the surface of the substrate. 平滑面を有する透光性基板の表面上にグリセルアルデヒド三リン酸脱水素酵素が化学的結合によって担持されていることを特徴とする細胞放出物質検出用固定化酵素基板。   An immobilized enzyme substrate for detecting a cell-releasing substance, characterized in that glyceraldehyde triphosphate dehydrogenase is supported by a chemical bond on the surface of a transparent substrate having a smooth surface.
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