JP2014018184A - Method for evaluating pluripotent stem cells by image analysis - Google Patents

Method for evaluating pluripotent stem cells by image analysis Download PDF

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味 慎 一 五
Akinori Ozaki
則 尾▲崎▼成
Tomoaki Kurakazu
員 智 瑛 倉
Shin Kawamata
伸 川真田
Naoki Nishishita
下 直 希 西
Chiemi Takenaka
中 ちえみ 竹
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for easily evaluating a differentiation state of pluripotent stem cells, i.e., quality of the cells, without depending on a determination of experienced technicians and to provide a method for automatically determining the pluripotent stem cells that start differentiation.SOLUTION: A method for evaluating quality of the pluripotent stem cells is provided, the method applying a differential filter to images of colony that is formed by the pluripotent stem cells, then evaluating the quality of the pluripotent stem cells on the basis of an obtained differential images.

Description

本発明は、多能性幹細胞のコロニーの画像を画像処理することにより、多能性幹細胞の良否を評価する方法に関する。本発明はまた、多能性幹細胞のコロニーの画像を画像処理することにより、多能性幹細胞のコロニーの良否を自動判定する方法にも関する。   The present invention relates to a method for evaluating the quality of pluripotent stem cells by performing image processing on colony images of pluripotent stem cells. The present invention also relates to a method for automatically determining the quality of a pluripotent stem cell colony by processing an image of a pluripotent stem cell colony.

多能性幹細胞は、あらゆる組織に分化しうるその分化多能性ゆえに、組織分化の研究、薬物試験および再生医療などの様々な分野で幅広く用いられている。特にiPS細胞の樹立以降、この分野における研究の発展は著しく、再生医療実現に向けた様々な取り組みが世界中でなされている。   Pluripotent stem cells are widely used in various fields such as tissue differentiation research, drug testing and regenerative medicine because of their differentiation pluripotency capable of differentiating into any tissue. In particular, since the establishment of iPS cells, research in this field has been remarkably developed, and various efforts for realizing regenerative medicine have been made all over the world.

ところで、多能性幹細胞は、分化しやすく、一度分化してしまうと多能性を失う可能性があるため、多能性幹細胞の培養は、多能性幹細胞の未分化状態の維持しながら行う必要があり、未分化状態の維持は、多能性幹細胞の培養において最も重要な要素の一つであるといえる。   By the way, pluripotent stem cells are easy to differentiate, and once differentiated, there is a possibility of losing pluripotency. Therefore, pluripotent stem cells are cultured while maintaining the undifferentiated state of pluripotent stem cells. Therefore, maintaining an undifferentiated state is one of the most important factors in culturing pluripotent stem cells.

未分化状態を維持するためには、分化を阻害する薬剤の使用や、分化を開始した多能性幹細胞の除去などが行われる。多能性幹細胞の大量調製において、最も大きな障害となりうる問題の一つは、分化を開始した多能性幹細胞の除去である。分化を開始した細胞の除去が不十分な場合には、周囲の細胞の分化を誘導して培養細胞全体に悪影響を及ぼす可能性があるが、多能性幹細胞の分化状態は、熟練した技術者によらなければ判断が難しいからである。このようなことから、多能性幹細胞の大量調製には自ずと限界がある。   In order to maintain an undifferentiated state, use of a drug that inhibits differentiation, removal of pluripotent stem cells that have started differentiation, and the like are performed. In the large-scale preparation of pluripotent stem cells, one of the most problematic problems is the removal of pluripotent stem cells that have started to differentiate. If removal of cells that have started differentiation is insufficient, it may induce the differentiation of surrounding cells and adversely affect the entire cultured cell. However, the differentiation state of pluripotent stem cells is determined by skilled technicians. This is because it is difficult to make a judgment if you do not follow. For this reason, there is a limit to the large-scale preparation of pluripotent stem cells.

そのため、少なくとも熟練した技術者の判断に依らずに多能性幹細胞の分化状態を確認する方法の開発や、分化を開始した多能性幹細胞を自動判定できる方法の開発が望まれていた。この点で、臭気センサを利用した幹細胞の多分化能の喪失の検出法(特許文献1)などが開発されているが複雑で大がかりな装置が必要であり、簡便な方法の開発が依然望まれている。   Therefore, development of a method for confirming the differentiation state of pluripotent stem cells without depending on at least judgment of a skilled engineer and development of a method capable of automatically determining pluripotent stem cells that have started differentiation have been desired. In this regard, a method for detecting loss of pluripotency of stem cells using an odor sensor (Patent Document 1) has been developed. However, a complicated and large-scale apparatus is required, and development of a simple method is still desired. ing.

特開2010−246441号公報JP 2010-246441 A

本発明は、熟練した技術者の判断によらず、簡便に多能性幹細胞の分化状態、すなわち、良否を評価する方法を提供することを目的とする。本発明はまた、多能性幹細胞の良否を自動判定(以下、単に「判定」ということがある)する方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method for simply evaluating the differentiation state of a pluripotent stem cell, that is, the quality, regardless of judgment of a skilled engineer. Another object of the present invention is to provide a method for automatically determining the quality of a pluripotent stem cell (hereinafter sometimes simply referred to as “determination”).

本発明者らは、接着培養中に多能性幹細胞が形成するコロニーの顕微鏡画像に対して、微分フィルタ処理を行って得た画像に基づいて、未分化の良好な多能性幹細胞が形成するコロニーと分化を開始した不良な多能性細胞が形成するコロニーの判別が可能であることを見出した。本発明は、このような知見に基づくものである。   The present inventors form undifferentiated good pluripotent stem cells based on images obtained by performing differential filter processing on microscopic images of colonies formed by pluripotent stem cells during adhesion culture. It was found that colonies formed by defective pluripotent cells that have started to differentiate from colonies can be distinguished. The present invention is based on such knowledge.

すなわち、本発明によれば、以下の発明が提供される。
(1)多能性幹細胞が形成するコロニーの画像の微分フィルタ処理画像(微分画像)に基づいて、多能性幹細胞のコロニーの良否を評価する方法。
(2)多能性幹細胞の微分画像から得られた画像パターンに基づいてコロニーの良否を評価する、上記(1)に記載の方法。
(3)微分画像から、各画素の階調に従って画素毎に数値化を行い、次いで、コロニー中心部の数値と、場合によってはその周辺部の数値とに基づいてコロニーの良否を評価する、上記(1)に記載の方法。
(4)微分画像から、各画素の階調に従って画素毎に数値化を行い、次いで、得られた数値分布に基づいてコロニーの良否を評価する、上記(1)に記載の方法。
(5)微分画像から、各画素の階調に従って画素毎に数値化を行い、次いで、コロニーの数値分布に対して予め作成した少なくとも1種類のフィット関数を、評価対象のコロニーの数値分布に対してカーブフィットすることによりそのコロニーの良否を評価する、上記(4)に記載の方法。
(6)予め作成したフィット関数が、
凸形状を表すフィット関数(fgood関数)、および/または、
コロニーの中心部で凹形状を表し、かつ、その周辺部で凸形状を表すフィット関数(fbad関数)
を含んでなる少なくとも1種類のフィット関数である(但し、コロニー中心部を通る直線の位置を平面直交座標系の横軸(X軸)とし、数値分布(Y軸)を縦軸としてフィット関数のグラフを作成する)、上記(5)に記載の方法。
(7)予め作成したフィット関数が、fgood関数とfbad関数とを含んでなる少なくとも2種類のフィット関数である、上記(6)に記載の方法。
(8)fbad関数が、
(条件B1)x→−∞およびx→∞の極限において収束する、
(条件B2)コロニー内では任意の実数xに対して0以上となる、および、
(条件B3)コロニー内では1つの極小値と2つの極大値を有する
から選択されるいずれか1つ、2つまたはすべての条件を満たす、上記(6)または(7)に記載の方法。
(9)fbad関数が、


、および、
からなる群から選択される、上記(6)〜(8)のいずれかに記載の方法。
(10)前記fbad関数が、
である、上記(9)に記載の方法。
(11)fgood関数が、
(条件G1)x→−∞およびx→∞の極限において収束する、
(条件G2)コロニー内では任意の実数xに対して0以上となる、および
(条件G3)コロニー内では1つの極大値を有する
から選択されるいずれか1つ、2つまたはすべての条件を満たす、上記(6)〜(10)のいずれかに記載の方法。
(12)fgood関数が、

、および、
からなる群から選択される、上記(6)〜(11)のいずれかに記載の方法。
(13)前記fgood関数が、
である、上記(12)に記載の方法。
(14)カーブフィットすることにより得られる少なくとも1種類の近似曲線と、評価対象のコロニーの数値分布とのずれの程度を指標としてコロニーの良否を評価する、上記(6)〜(13)のいずれかに記載の方法。
(15)カーブフィットすることにより得られる少なくとも1種類の近似曲線から抽出したパラメータを指標としてコロニーの良否を評価する、上記(6)〜(14)のいずれかに記載の方法。
(16)パラメータが、コロニー内における、fgood関数の最大値、fbad関数の最大値、fbad関数の極小値、実測値の最大値および実測値の最小値からなる群から選択される1以上のパラメータである、上記(15)に記載の方法。
(17)2つのパラメータの和、差、積または比を指標としてコロニーの良否を評価することを含んでなる、上記(15)または(16)に記載の方法。
(18)2つのパラメータの和、差、積または比の値と、別の2つのパラメータの組み合わせにおける2パラメータの和、差、積または比の値との、和、差、積または比を指標としてコロニーの良否を評価することを含んでなる、上記(17)に記載の方法。
(19)パラメータが、コロニー内における、fgood関数の最大値、fbad関数の最大値およびfbad関数の極小値からなる群から選択される2つのパラメータである、上記(17)または(18)に記載の方法。
(20)近似曲線から、コロニー毎に算出される以下の4つのパラメータ:
パラメータA:fgood関数の中心部の値とfbad関数の極小値の差、
パラメータB:fbad関数の最大値と極小値の差、
パラメータC:実測値の最大値とコロニー中心部での実測値の最小値の差、および
パラメータD:コロニー内のfgood関数と実測値の差の二乗平均
からなる群から選択される少なくとも1つのパラメータに基づいてコロニーの良否を評価する、上記(18)に記載の方法。
(21)パラメータA〜Dから選択される2以上のパラメータを重み付けして加算して得られる数値に基づいて評価する、上記(20)に記載の方法。
(22)上記(1)〜(20)のいずれかに記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
(23)上記(22)に記載のプログラムを記録したコンピュータに読み取り可能な記録媒体。
(24)上記(22)に記載のプログラムを内部記憶装置に記録したコンピュータ。
(25)上記(24)に記載のコンピュータを備えた、多能性幹細胞のコロニーの良否の自動判定システム。
That is, according to the present invention, the following inventions are provided.
(1) A method for evaluating the quality of a pluripotent stem cell colony based on a differential filtering image (differential image) of a colony image formed by a pluripotent stem cell.
(2) The method according to (1), wherein the quality of the colony is evaluated based on an image pattern obtained from a differential image of pluripotent stem cells.
(3) The differential image is digitized for each pixel according to the gradation of each pixel, and then the quality of the colony is evaluated based on the numerical value of the central part of the colony and, in some cases, the numerical value of the peripheral part. The method according to (1).
(4) The method according to (1), wherein the differential image is digitized for each pixel according to the gradation of each pixel, and then the quality of the colony is evaluated based on the obtained numerical distribution.
(5) From the differential image, digitization is performed for each pixel in accordance with the gradation of each pixel, and then at least one type of fit function created in advance for the numerical distribution of colonies is calculated for the numerical distribution of colonies to be evaluated. The method according to (4) above, wherein the quality of the colony is evaluated by curve fitting.
(6) The fitting function created in advance is
A fitting function (f good function) representing a convex shape, and / or
A fit function (f bad function) that represents a concave shape at the center of the colony and a convex shape at the periphery.
(However, the position of the straight line passing through the colony center is the horizontal axis (X axis) of the plane orthogonal coordinate system, and the numerical distribution (Y axis) is the vertical axis. The method according to (5) above, which creates a graph.
(7) The method according to (6) above, wherein the fitting function created in advance is at least two types of fitting functions including an f good function and an f bad function.
(8) The f bad function is
(Condition B1) Converge in the limits of x → −∞ and x → ∞,
(Condition B2) Within a colony, it becomes 0 or more for any real number x, and
(Condition B3) The method according to (6) or (7) above, wherein any one, two or all conditions selected from having one minimum value and two maximum values in a colony are satisfied.
(9) The f bad function is
,
,
,and,
The method according to any one of (6) to (8), wherein the method is selected from the group consisting of:
(10) The f bad function is
The method according to (9), wherein
(11) The f good function is
(Condition G1) Converge in the limits of x → −∞ and x → ∞.
(Condition G2) 0 or more for any real number x in the colony, and (Condition G3) One, two or all conditions selected from having one local maximum in the colony The method according to any one of (6) to (10) above.
(12) The f good function is
,
,and,
The method according to any one of (6) to (11), wherein the method is selected from the group consisting of:
(13) The f good function is
The method according to (12), wherein
(14) Any one of the above (6) to (13), in which the quality of the colony is evaluated using as an index the degree of deviation between at least one approximate curve obtained by curve fitting and the numerical distribution of the colony to be evaluated The method of crab.
(15) The method according to any one of (6) to (14) above, wherein the quality of the colony is evaluated using a parameter extracted from at least one kind of approximate curve obtained by curve fitting as an index.
(16) parameter, 1 in the colony, the maximum value of f good function, the maximum value of f bad function, the minimum value of f bad function, is selected from the group consisting of the minimum value of the maximum value and the actual measured values for The method according to (15) above, which is the above parameter.
(17) The method according to (15) or (16) above, comprising evaluating the quality of the colony using the sum, difference, product or ratio of the two parameters as an index.
(18) Index of the sum, difference, product or ratio of the sum, difference, product or ratio of two parameters and the sum, difference, product or ratio of two parameters in another two parameter combination The method as described in said (17) including evaluating the quality of a colony as.
(19) The above parameters (17) or (18), wherein the parameters are two parameters selected from the group consisting of the maximum value of the f good function, the maximum value of the f bad function, and the minimum value of the f bad function in the colony. ) Method.
(20) The following four parameters calculated for each colony from the approximate curve:
Parameter A: difference between the central value of the f good function and the minimum value of the f bad function,
Parameter B: difference between the maximum value and the minimum value of the f bad function,
Parameter C: at least one selected from the group consisting of the maximum value of the actual measurement value and the minimum value of the actual measurement value at the center of the colony, and parameter D: the root mean square of the difference between the f good function in the colony and the actual measurement value The method according to (18), wherein the quality of the colony is evaluated based on the parameters.
(21) The method according to (20), wherein the evaluation is performed based on a numerical value obtained by weighting and adding two or more parameters selected from the parameters A to D.
(22) A program for causing a computer to execute the method according to any one of (1) to (20).
(23) A computer-readable recording medium on which the program according to (22) is recorded.
(24) A computer in which the program according to (22) is recorded in an internal storage device.
(25) An automatic determination system for the quality of pluripotent stem cell colonies, comprising the computer according to (24).

本発明は、染色などの細胞への操作が必要とされず、多能性幹細胞のコロニーの画像のみに基づいて評価することができる点で有利である。本発明は、画像処理および画像解析は全自動化が可能である点でさらに有利である。   The present invention is advantageous in that it does not require manipulation of cells such as staining, and can be evaluated based only on images of pluripotent stem cell colonies. The present invention is further advantageous in that image processing and image analysis can be fully automated.

図1は、iPS細胞が形成するコロニーの画像に対して各種の微分フィルタを適用した結果を示す図である。図1Aは、熟練した技術者により未分化である(良好)と判断されるiPS細胞コロニーのSobelフィルタ処理画像を示し、図1Bは、熟練した技術者により分化を開始している(不良)と判断されるiPS細胞コロニーのSobelフィルタ処理画像を示す。図1C〜Jは、不良と判断されるiPS細胞コロニーのSobel二次微分フィルタ処理画像(図1C)、5×5Sobelフィルタ処理画像(図1D)、Prewittフィルタ処理画像(図1E)、グラージェントフィルタ処理画像(図1F)、Max−Minフィルタ処理画像(図1G)、Robertsフィルタ処理画像(図1H)、Robinsonオペレータ処理画像(図1I)、Kirschフィルタ処理画像(図1J)、Scharrオペレータ処理画像(図1K)、ラプラスフィルタ処理画像(図1L)、および改変したラプラスフィルタ処理画像(図1M)を示す。図1はすべて、微分フィルタ処理の後に20×20ピクセルの平均化処理、バックグラウンド除去処理およびコントラスト調整を行った後に、40×40画素の画像とした。FIG. 1 is a diagram illustrating a result of applying various differential filters to an image of colonies formed by iPS cells. FIG. 1A shows a Sobel filtered image of an iPS cell colony determined to be undifferentiated (good) by a skilled technician, and FIG. 1B shows that differentiation has started (bad) by a skilled technician. The Sobel filter process image of the iPS cell colony judged is shown. 1C to 1J are Sobel secondary differential filter processed images (FIG. 1C), 5 × 5 Sobel filtered image (FIG. 1D), Prewitt filtered image (FIG. 1E), and gradient filter of iPS cell colonies determined to be defective. Processed image (FIG. 1F), Max-Min filter processed image (FIG. 1G), Roberts filter processed image (FIG. 1H), Robinson operator processed image (FIG. 1I), Kirsch filter processed image (FIG. 1J), Charr operator processed image ( FIG. 1K), a Laplace filtered image (FIG. 1L), and a modified Laplace filtered image (FIG. 1M). In FIG. 1, the image is 40 × 40 pixels after the 20 × 20 pixel averaging process, the background removal process, and the contrast adjustment after the differential filter process. 図2は、熟練した技術者により未分化(良好)と判断されたiPS細胞コロニーの画像処理の過程を示す図である。図2Aは、位相差顕微鏡画像を示し、図2Bは、Sobelフィルタ処理後、20×20ピクセルの平均化処理、バックグラウンド除去処理およびコントラスト調整を行って得た画像を示し、図2Cは、図2Bから得たマスクの画像を示し、図2Dは、図2Bをマスク処理した画像を示し、図2Eは、胚様体状部分の抽出画像を示し、図2Fは、図2Dと図2Eの合成画像の解像度を40×40画素にした画像を示し、図2Gは、図2Fを数値化して得た40×40の行列を示す。FIG. 2 is a diagram showing an image processing process of an iPS cell colony determined to be undifferentiated (good) by a skilled engineer. 2A shows a phase-contrast microscope image, FIG. 2B shows an image obtained by performing averaging processing of 20 × 20 pixels, background removal processing, and contrast adjustment after Sobel filtering, and FIG. 2D shows an image of a mask obtained from 2B, FIG. 2D shows an image obtained by masking FIG. 2B, FIG. 2E shows an extracted image of an embryoid body part, and FIG. 2F shows a composite of FIG. 2D and FIG. FIG. 2G shows a 40 × 40 matrix obtained by converting FIG. 2F into a numerical value. 図3は、熟練した技術者により分化を開始した(不良)と判断されたiPS細胞コロニーの画像処理の過程を示す図である。図3Aは、位相差顕微鏡画像を示し、図3Bは、Sobelフィルタ処理後、20×20ピクセルの平均化処理、バックグラウンド除去処理およびコントラスト調整を行って得た画像を示し、図3Cは、図3Bから得たマスクの画像を示し、図3Dは、図3Bをマスク処理した画像を示し、図3Eは、胚様体状部分の抽出画像を示し、図3Fは、図3Dと図3Eの合成画像の解像度を40×40画素にした画像を示し、図3Gは、図3Fを数値化して得た40×40の行列を示す。FIG. 3 is a diagram showing a process of image processing of an iPS cell colony that is determined to have been differentiated (defective) by a skilled engineer. 3A shows a phase-contrast microscope image, FIG. 3B shows an image obtained by performing averaging processing of 20 × 20 pixels, background removal processing, and contrast adjustment after Sobel filter processing, and FIG. Fig. 3D shows an image of the mask obtained from 3B, Fig. 3D shows an image obtained by masking Fig. 3B, Fig. 3E shows an extracted image of an embryoid body part, and Fig. 3F shows a combination of Figs. 3D and 3E. FIG. 3G shows a 40 × 40 matrix obtained by converting FIG. 3F into a numerical value. 図4は、胚様体状部分を含むコロニーの画像処理の過程を示す図である。図4Aは、位相差顕微鏡画像を示し、図4Bは、Sobelフィルタ処理後、20×20ピクセルの平均化処理、バックグラウンド除去処理およびコントラスト調整を行って得た画像を示し、図4Cは、図4Bから得たマスクの画像を示し、図4Dは、図4Bをマスク処理した画像を示し、図4Eは、胚様体状部分の抽出画像を示し、図4Fは、図4Dと図4Eの合成画像の解像度を40×40画素にした画像を示し、図4Gは、図4Fを数値化して得た40×40の行列を示す。FIG. 4 is a diagram showing a process of image processing of a colony including an embryoid body part. 4A shows a phase-contrast microscope image, FIG. 4B shows an image obtained by performing averaging processing of 20 × 20 pixels, background removal processing and contrast adjustment after Sobel filter processing, and FIG. 4D shows an image of the mask obtained from 4B, FIG. 4D shows an image obtained by masking FIG. 4B, FIG. 4E shows an extracted image of the embryoid body part, and FIG. 4F shows a combination of FIG. 4D and FIG. FIG. 4G shows a 40 × 40 matrix obtained by converting FIG. 4F into a numerical value. 図5は、良好と判断されたiPS細胞コロニーの微分画像に見られる典型的な階調の数値分布(図5A)および不良と判断されたiPS細胞コロニーに見られる典型的な階調の数値分布(図5B)を示す図である。図5AおよびBでは、それぞれの数値分布に対してカーブフィットしたfgood(x)およびfbad(x)が示されている。FIG. 5 shows a typical gradation numerical distribution seen in a differential image of an iPS cell colony judged good (FIG. 5A) and a typical gradation numerical distribution seen in an iPS cell colony judged poor. It is a figure which shows (FIG. 5B). 5A and 5B show f good (x) and f bad (x) that are curve-fitted to the respective numerical distributions. 図6は、パラメータA〜Dを説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the parameters A to D. 図7は、パラメータA〜EとiPS細胞コロニーの分化状態とを対比させた図である。FIG. 7 is a diagram in which the parameters A to E are compared with the differentiation state of the iPS cell colony. 図8は、パラメータA〜Eのそれぞれを用いた場合の、良好なiPS細胞コロニーの回収率と不良なiPS細胞コロニーの混入率の関係を示した図である。すなわち、図8A〜Eは、良好なiPS細胞コロニーの回収率を横軸とし、不良なiPS細胞コロニーの混入率を縦軸として示している。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the recovery rate of good iPS cell colonies and the contamination rate of bad iPS cell colonies when each of parameters A to E is used. That is, FIGS. 8A to E show the recovery rate of good iPS cell colonies on the horizontal axis and the contamination rate of bad iPS cell colonies on the vertical axis.

発明の具体的な説明Detailed Description of the Invention

本発明において多能性幹細胞の評価は、コロニー毎に行うことができる。すなわち、本発明によれば、多能性幹細胞の評価は、コロニー毎に多能性幹細胞の分化状態を評価することにより(すなわち、コロニー毎にコロニーの良否を評価することにより)行うことができる。ここで、良好なコロニーは、分化を開始した細胞を含まない(未分化の細胞から構成される)と評価されるコロニーであり、不良なコロニーは、分化を開始した細胞を含むと評価されるコロニーである。   In the present invention, pluripotent stem cells can be evaluated for each colony. That is, according to the present invention, pluripotent stem cells can be evaluated by evaluating the differentiation state of pluripotent stem cells for each colony (that is, by evaluating the quality of a colony for each colony). . Here, a good colony is a colony evaluated that does not include cells that have started differentiation (consisting of undifferentiated cells), and a poor colony is evaluated to include cells that have started differentiation. It is a colony.

本発明の方法は、多能性幹細胞が形成するコロニーの画像の微分フィルタ処理画像(微分画像)に基づいて、多能性幹細胞のコロニーの良否を評価する方法である。本発明によれば、多能性幹細胞のコロニーの良否の評価は、(A)多能性幹細胞のコロニーの画像を取得すること(画像の取得)、(B)工程(A)で得られた画像を微分フィルタ処理して微分画像を得ること(画像の処理)、および(C)工程(B)で得られた微分画像に基づいて多能性幹細胞のコロニーの良否を評価すること(画像解析)により行うことができる。以下、工程(A)、工程(B)および工程(C)に分けて本発明の評価方法を具体的に説明する。   The method of the present invention is a method for evaluating the quality of a colony of pluripotent stem cells based on a differential filtered image (differential image) of an image of colonies formed by pluripotent stem cells. According to the present invention, the evaluation of the quality of the pluripotent stem cell colony was obtained by (A) acquiring an image of the pluripotent stem cell colony (acquisition of the image) and (B) step (A). Obtaining a differential image by subjecting the image to differential filter processing (image processing), and evaluating the quality of the pluripotent stem cell colony based on the differential image obtained in step (B) (image analysis) ). Hereinafter, the evaluation method of the present invention will be specifically described by dividing it into a process (A), a process (B) and a process (C).

(A)多能性幹細胞のコロニーの画像の取得
本発明によれば、接着培養中の多能性幹細胞が形成するコロニーの画像は、例えば、光学顕微鏡を用いて顕微鏡画像として取得することができる。光学顕微鏡としては、透過観察型顕微鏡を用いることができ、好ましくは、明視野顕微鏡、暗視野顕微鏡、位相差顕微鏡および微分干渉顕微鏡などを用いることができる。多能性幹細胞(特にiPS細胞)の観察の観点では、特に位相差顕微鏡が好ましく用いられる。コロニーの画像は、CCDカメラやCMOSカメラなどのカメラを用いてコンピュータ等に取り込み、その後、電子的に処理することができる。コロニーの画像は、3.2μm/ピクセル以下、好ましくは、1.6μm/ピクセル以下の解像度であることが好ましく、上記解像度を有する限り、必ずしも顕微鏡を用いて取得する必要はない。
(A) Acquisition of Colony Image of Pluripotent Stem Cell According to the present invention, an image of a colony formed by a pluripotent stem cell during adhesion culture can be acquired as a microscope image using an optical microscope, for example. . As the optical microscope, a transmission observation type microscope can be used. Preferably, a bright field microscope, a dark field microscope, a phase contrast microscope, a differential interference microscope, and the like can be used. From the viewpoint of observing pluripotent stem cells (particularly iPS cells), a phase contrast microscope is particularly preferably used. The colony image can be taken into a computer or the like using a camera such as a CCD camera or a CMOS camera, and then processed electronically. The colony image has a resolution of 3.2 μm / pixel or less, preferably 1.6 μm / pixel or less, and as long as it has the above-mentioned resolution, it is not necessarily acquired using a microscope.

本発明で用いられる「多能性幹細胞」は、三胚葉のいずれの由来の細胞にも分化する能力を有する細胞を意味し、接着培養によりコロニーを形成する多能性幹細胞であれば、特に制限無く用いることができる。本発明で用いられる多能性幹細胞は、特に限定されないが、好ましくは、霊長類細胞や齧歯類細胞などの哺乳類の多能性幹細胞とすることができ、より好ましくは、ヒト、サル、マウス、ラット、モルモット、ハムスター、ウサギ、ネコ、イヌ、ヒツジ、ブタ、ウシまたはヤギの多能性幹細胞とすることができ、さらに好ましくは、ヒトの多能性幹細胞とすることができる。本発明で用いられる多能性幹細胞としては、胚性幹細胞(ES細胞)、誘導性多能性幹細胞(iPS細胞または人工多能性幹細胞)、Muse細胞(Multilineage-differentiating Stress Enduring Cell)、胚性腫瘍細胞(EC細胞)または、胚性生殖幹細胞(EG細胞)などの多能性幹細胞が挙げられ、好ましくは、ES細胞またはiPS細胞である。従って、本発明で用いられる多能性幹細胞は、好ましくは、哺乳類のES細胞若しくはiPS細胞であり、より好ましくは、霊長類若しくは齧歯類などのES細胞またはiPS細胞であり、さらに好ましくは、ヒト、サル、マウス、ラット、モルモット、ハムスター、ウサギ、ネコ、イヌ、ヒツジ、ブタ、ウシ若しくはヤギのES細胞またはiPS細胞であり、最も好ましくは、ヒトES細胞またはヒトiPS細胞である。本発明によれば、フィーダー細胞は用いても用いなくてもよい。   The term “pluripotent stem cell” used in the present invention means a cell having the ability to differentiate into cells derived from any of the three germ layers, and is particularly limited as long as it is a pluripotent stem cell that forms a colony by adhesion culture. It can be used without. The pluripotent stem cells used in the present invention are not particularly limited, but can preferably be mammalian pluripotent stem cells such as primate cells and rodent cells, and more preferably humans, monkeys, and mice. Rat, guinea pig, hamster, rabbit, cat, dog, sheep, pig, cow or goat pluripotent stem cell, more preferably human pluripotent stem cell. The pluripotent stem cells used in the present invention include embryonic stem cells (ES cells), inducible pluripotent stem cells (iPS cells or induced pluripotent stem cells), Muse cells (Multilineage-differentiating Stress Enduring Cell), embryonic Examples include pluripotent stem cells such as tumor cells (EC cells) or embryonic germ stem cells (EG cells), preferably ES cells or iPS cells. Accordingly, the pluripotent stem cells used in the present invention are preferably mammalian ES cells or iPS cells, more preferably ES cells or iPS cells such as primates or rodents, and more preferably Human, monkey, mouse, rat, guinea pig, hamster, rabbit, cat, dog, sheep, pig, bovine or goat ES cells or iPS cells, most preferably human ES cells or human iPS cells. According to the present invention, feeder cells may or may not be used.

(B)多能性幹細胞のコロニーの画像の処理
本発明によれば、多能性幹細胞のコロニーの画像の処理は、
(B1)コロニーの画像を微分フィルタ処理して微分処理画像を得、得られた微分処理画像を、画像解析の精度を向上させるために、必要に応じて、下記工程(B1−a)、(B1−b)および/または(B1−c)
(B1−a)バックグラウンドを除去処理すること、
(B1−b)ピクセルの平均化処理を行うこと、
(B1−c)コントラスト調整を行うこと、
の処理に付することにより行うことができる。(得られた画像を画像1とする。)
(B) Image processing of colony of pluripotent stem cells According to the present invention, image processing of a colony of pluripotent stem cells is
(B1) The image of the colony is subjected to differential filter processing to obtain a differential processed image, and in order to improve the accuracy of image analysis of the obtained differential processed image, the following steps (B1-a), ( B1-b) and / or (B1-c)
(B1-a) removing background.
(B1-b) performing pixel averaging processing;
(B1-c) performing contrast adjustment;
It can be performed by attaching to the process. (The obtained image is assumed to be image 1.)

工程(B1)により得られた画像1は、解析精度および解析速度の向上の観点から、必要に応じて、下記工程(B2)、(B3)および/または(B4)の処理に付することができる:
(B2)コロニーの画像からマスク(画像2)を作成し、作成したマスクを用いて、画像1をマスキングすること(得られたマスキング後の画像を画像3とする)、
(B3)画像1または3に対してコロニー中に存在する胚様体部分を除去する画像処理を行うこと(得られた除去後の画像を画像5とする)、
(B4)必要に応じて、画像1、3または5の解像度を低減させること(解像度を低減させた画像を画像6とする)。
工程(B)により得られた画像は、本明細書では、微分画像と呼ぶ。
The image 1 obtained in the step (B1) may be subjected to the following steps (B2), (B3) and / or (B4) as necessary from the viewpoint of improvement in analysis accuracy and analysis speed. it can:
(B2) Create a mask (image 2) from the colony image, and mask the image 1 using the created mask (the obtained image after masking is referred to as an image 3),
(B3) Performing image processing to remove the embryoid body part present in the colony on image 1 or 3 (the obtained image after removal is referred to as image 5),
(B4) The resolution of the image 1, 3 or 5 is reduced as necessary (the image with the reduced resolution is referred to as an image 6).
In this specification, the image obtained by the step (B) is referred to as a differential image.

以下、工程(B)の各工程を具体的に説明する。なお、以下で説明する画像処理はすべて、例えば、米国国立衛生学研究所(National Institute of Health;NIH)が無償提供する画像処理ソフトImageJ(http://rsbweb.nih.gov/ij/)などの画像処理ソフトを使用してコンピュータに実行させるができる。   Hereinafter, each process of a process (B) is demonstrated concretely. Note that all of the image processing described below is, for example, image processing software ImageJ (http://rsbweb.nih.gov/ij/) provided free of charge by the National Institute of Health (NIH). The image processing software can be executed by a computer.

(B1)画像の微分フィルタ処理
得られた画像は、微分フィルタを用いて画像処理を行うことができる。微分フィルタ処理は、カラー画像に対して行うこともできるが、解析を容易にするために、グレースケール画像に変換した後に行うことが好ましい。グレースケール画像は、特に限定されないが、1〜16ビットとすることができ、好ましくは、8〜16ビットであり、より好ましくは、8ビットである。微分フィルタとしては、一次微分フィルタおよび二次微分フィルタのいずれを用いてもよい。微分フィルタは、n×nの行列(nは2以上の自然数である)とすることができるが、好ましくは、nが、2、3、4または5の行列フィルタを用いることができ、より好ましくは3×3の行列のフィルタを用いることができる。このような微分フィルタは、当業者であれば適宜設計することができるが、例えば、微分フィルタとしては、特に限定されないが、
3×3のSobelフィルタ:
、5×5のsorbelフィルタ:
、Prewittフィルタ:
、グラージェントフィルタ:
、Robertsフィルタ:
、Robinsonオペレータ:
、Kirschフィルタ:
、対象ピクセルの周囲3×3ピクセル内における最大値と最小値の差をそのピクセルの値とするMax−Minフィルタ、
Scharrオペレータ、
、Sobel二次微分フィルタ:
並びに、ラプラシアンフィルタ:
などを挙げることができる。
(B1) Image Differential Filter Processing The obtained image can be subjected to image processing using a differential filter. Although the differential filter processing can be performed on a color image, it is preferably performed after conversion to a gray scale image in order to facilitate analysis. The grayscale image is not particularly limited, but may be 1 to 16 bits, preferably 8 to 16 bits, and more preferably 8 bits. As the differential filter, either a primary differential filter or a secondary differential filter may be used. The differential filter can be an n × n matrix (n is a natural number of 2 or more), but preferably, a matrix filter with n of 2, 3, 4, or 5 can be used, and more preferably Can use a 3 × 3 matrix filter. Such a differential filter can be appropriately designed by those skilled in the art. For example, the differential filter is not particularly limited,
3x3 Sobel filter:
5x5 sobel filter:
, Prewitt filter:
, Gradient filter:
, Roberts filter:
The Robinson operator:
Kirsch filter:
A Max-Min filter having a difference between a maximum value and a minimum value within a 3 × 3 pixel surrounding the target pixel as a value of the pixel,
Scharr operator,
Sobel second derivative filter:
And Laplacian filter:
And so on.

また、当業者であれば、これらのフィルタを改変して作成した微分フィルタを用いてフィルタ処理を行うこともできる。例えば、ラプラシアンフィルタを適宜改変して、下記のような改変ラプラシアンフィルタ:
を作成し、微分フィルタとして用いてもよい。
A person skilled in the art can also perform filter processing using a differential filter created by modifying these filters. For example, the Laplacian filter is appropriately modified, and the following modified Laplacian filter:
May be created and used as a differential filter.

微分フィルタ処理の方法は、当業者に周知であるが、例えば、縦方向および横方向の一次微分フィルタを用いる場合は、各ピクセルの値は、一般的には、一次微分フィルタで得られたそれぞれの値の二乗和の平方根として求められる。   The method of differential filtering is well known to those skilled in the art. For example, when using a primary differential filter in the vertical direction and the horizontal direction, the value of each pixel is generally obtained by the primary differential filter. Is obtained as the square root of the sum of squares of the values of.

微分フィルタ処理後は、画像解析の精度を向上させる目的で、適宜、(B1−a)バックグラウンド除去処理、(B1−b)ピクセルの平均化処理および/または(B1−c)コントラスト調整を行うことができる。ピクセルの平均化処理、バックグラウンド除去処理およびコントラスト調整は、その順番を問わず適宜行うことができる。得られた画像は、解析画像(画像1)として保存する。   After the differential filter processing, (B1-a) background removal processing, (B1-b) pixel averaging processing, and / or (B1-c) contrast adjustment are performed as appropriate for the purpose of improving the accuracy of image analysis. be able to. Pixel averaging processing, background removal processing, and contrast adjustment can be appropriately performed regardless of the order. The obtained image is stored as an analysis image (image 1).

(B1−a)バックグラウンド除去処理
バックグラウンド除去は、任意の工程であるが、その後の解析の精度を上げるために行うことが好ましく、特に限定されないが、例えば、Rolling Ballアルゴリズム(Stanley Sternberg, Biomedical Image Processing, IEEE Computer, 1893, January)を用いて行うことができる。
(B1-a) Background Removal Processing Although background removal is an optional step, it is preferably performed in order to increase the accuracy of the subsequent analysis, and is not particularly limited. For example, the Rolling Ball algorithm (Stanley Sternberg, Biomedical Image Processing, IEEE Computer, 1893, January).

(B1−b)ピクセルの平均化処理
ピクセルの平均化は、任意の工程であり、その後の解析の精度を上げるために行うことが好ましく、特に限定されないが、例えば、画像に対して、周辺のn×n画素の平均値でそのピクセルの値を置き換えることにより平均化処理を行うことができ、nは、当業者であれば適宜設定することができ、例えば、nは20である。
(B1-b) Pixel Averaging Processing Pixel averaging is an optional step, and is preferably performed in order to increase the accuracy of the subsequent analysis, and is not particularly limited. An averaging process can be performed by replacing the value of the pixel with an average value of n × n pixels. n can be appropriately set by those skilled in the art. For example, n is 20.

(B1−c)コントラスト調整
コントラスト調整は、完全に任意の工程であり、行っても行わなくてもよいが、行う場合には、微分フィルタ処理、(1a)および(1b)の処理のいずれかの1以上の処理の後に続けて行うことができる。コントラスト調整の方法は、当業者に周知の方法を用いることができる。例えば、8ビットグレースケール画像の場合は、全ピクセルの階調の最大値を255に変換し、最小値を0に変換して、階調全域を有効に使えるようにコントラスト調整を行うことができる。
(B1-c) Contrast adjustment Contrast adjustment is a completely arbitrary process, and may or may not be performed. However, when it is performed, any one of differential filter processing and (1a) and (1b) processing is performed. Can be performed after one or more of the following. As a method for adjusting the contrast, a method well known to those skilled in the art can be used. For example, in the case of an 8-bit grayscale image, the maximum gradation value of all pixels can be converted to 255, the minimum value can be converted to 0, and contrast adjustment can be performed so that the entire gradation area can be used effectively. .

本発明では、例えば、微分画像処理の後に、(B1−c)コントラスト調整を行い、次いで(B1−b)ピクセルの平均化処理を行ってさらに(B1−c)コントラスト調整を行い、最後に(B1−a)バックグラウンド除去処理を行ってさらに(B1−c)コントラスト調整を行うことができる。   In the present invention, for example, (B1-c) contrast adjustment is performed after differential image processing, then (B1-b) pixel averaging processing is performed, and (B1-c) contrast adjustment is performed. B1-a) Background removal processing can be performed, and (B1-c) contrast adjustment can be performed.

本発明では、工程(B1)により得られた画像1は、必要に応じて、下記工程(B2)〜(B4)の処理に付することができる。これらは、後の解析の精度または速度を向上させる観点で行うものであり、いずれも任意の工程である。これらの工程の順序は、特に限定されないが、好ましくは、工程(B2)、工程(B3)、工程(B4)の順に行うことができる。   In the present invention, the image 1 obtained by the step (B1) can be subjected to the following steps (B2) to (B4) as necessary. These are performed from the viewpoint of improving the accuracy or speed of the subsequent analysis, and are all optional steps. The order of these steps is not particularly limited, but preferably, the steps (B2), (B3), and (B4) can be performed in this order.

(B2)マスキング処理
マスキング処理は、必須の工程ではないが、バックグラウンドを低減するために行うことができる。あるいは、解析画像に2つ以上のコロニーが含まれる場合には、一つ一つのコロニーを分けて解析するために行うことができる。
(B2) Masking process The masking process is not an essential process, but can be performed to reduce the background. Or when two or more colonies are contained in an analysis image, it can carry out in order to divide and analyze each colony.

バックグラウンドを低減するためのマスキング処理は以下のように行うことができる。画像1を、さらにコントラスト調整により二値化して、フィーダー領域と多能性幹細胞領域とを分ける。この際、例えば、フィーダー領域を黒(または白)、多能性幹細胞コロニー領域を白(または黒)とすることができる。その後、多能性幹細胞コロニー内に生じ得る空隙を白(または黒)で埋める画像処理を行うことができる。得られた画像を用いて、画像1をマスキングして解析画像(画像3)を得てもよいが、複数の多能性幹細胞コロニーが近接して存在する場合には、さらにそれぞれのコロニーに対するマスクを作成してからマスキング処理を行うことができる。   The masking process for reducing the background can be performed as follows. The image 1 is further binarized by contrast adjustment to separate the feeder region and the pluripotent stem cell region. In this case, for example, the feeder region can be black (or white) and the pluripotent stem cell colony region can be white (or black). Thereafter, image processing for filling voids that may occur in the pluripotent stem cell colony with white (or black) can be performed. Using the obtained image, image 1 may be masked to obtain an analysis image (image 3). However, when a plurality of pluripotent stem cell colonies exist in close proximity, a mask for each colony is further provided. The masking process can be performed after creating.

一つ一つのコロニーを分けて解析するためマスキング処理は、以下のように行うことができる。例えば、ウォータシェッド細分化(Watershed)を行うと、つながっている2つ以上のコロニーを分離することができる。具体的には、画像のユークリッド距離地図(EDM)を計算し、最終的な浸食点(UEP)を見つけ、その縁を可能な限り拡大し、粒子の縁が到達するまで、若しくは他のUEPの領域の縁に到達するまで拡張して、つながっている2つ以上のコロニーを分離することができる。2つ以上の隣接するコロニーを分離した後は、それぞれのコロニーについてコロニー毎のマスク画像(画像2)を得ることができる。コロニー毎に作成したマスク(画像2)を用いて、画像1をコロニー毎にマスキングして、評価する多能性幹細胞コロニーのみを抽出し、解析画像(画像3)とすることができる。   In order to analyze each colony separately, the masking process can be performed as follows. For example, if watershed subdivision (Watershed) is performed, two or more connected colonies can be separated. Specifically, it calculates the Euclidean distance map (EDM) of the image, finds the final erosion point (UEP), enlarges its edge as much as possible, until the edge of the particle arrives, or other UEP's It can be expanded until it reaches the edge of the region to separate two or more connected colonies. After separating two or more adjacent colonies, a mask image (image 2) for each colony can be obtained for each colony. Using the mask (image 2) created for each colony, image 1 can be masked for each colony, and only the pluripotent stem cell colony to be evaluated can be extracted and used as an analysis image (image 3).

(B3)胚様体状部分の画像処理
工程(B3)は、必ずしも工程(B2)マスキング処理の後に行う必要はないが、胚様体状部分を正確に抽出する観点で、工程(B2)の後に行うことが好ましい。多能性幹細胞は、播種後2日程度は、完全に展開できていない部分のあるコロニーを形成することがある。完全に展開できていない部分を本明細書では胚様体状部分と呼ぶが、胚様体状部分は、解析に悪影響を及ぼす可能性(例えば、良好なコロニーを不良なコロニーであると判定する可能性)があるため、画像処理により除去することができる。これにより、本発明では、胚様体部分を有するコロニーの解析精度が向上する。本発明による胚様体状部分の画像処理は、胚様体状部分を含むコロニーに対してのみ行ってもよいが、胚様体状部分を含むコロニーに限定して行う必要はなく、胚様体状部分を含まないコロニーに対して一括して行ってもよい。
(B3) The image processing step (B3) of the embryoid body part is not necessarily performed after the masking process of step (B2), but from the viewpoint of accurately extracting the embryoid body part, It is preferable to carry out later. The pluripotent stem cell may form a colony with a portion that has not been fully expanded for about 2 days after seeding. The part that is not completely expanded is referred to herein as an embryoid body part, but the embryoid body part may adversely affect the analysis (for example, a good colony is determined to be a bad colony). Therefore, it can be removed by image processing. Thereby, in this invention, the analysis precision of the colony which has an embryoid body part improves. The image processing of the embryoid body part according to the present invention may be performed only on the colony including the embryoid body part, but it is not necessary to be limited to the colony including the embryoid body part. You may perform collectively with respect to the colony which does not contain a body-shaped part.

胚様体状部分の画像処理は、以下のように行うことができる。まず、画像1または3において見られる空隙部分を画像の二値化により抽出することができる(画像4;図4E)。胚様体状部分は、急激かつ明確なコントラストの低下を伴うので、二値化の閾値は、当業者であれば容易に設定することができる。その後、抽出した画像4を画像3と合成することにより、胚様体状部分に由来する空隙を除去した画像(画像5)を得ることができる。画像4は、好ましくは、画像3における胚様体状部分の周辺の階調の平均値と一致させてから画像3と合成して解析画像(画像5)とすることができる。   Image processing of the embryoid body part can be performed as follows. First, void portions seen in the image 1 or 3 can be extracted by binarizing the image (image 4; FIG. 4E). Since the embryoid body-like part is accompanied by a sharp and clear contrast decrease, the binarization threshold can be easily set by those skilled in the art. Thereafter, by synthesizing the extracted image 4 with the image 3, an image (image 5) from which voids derived from the embryoid body portion are removed can be obtained. The image 4 can preferably be combined with the image 3 after being matched with the average value of the gradation around the embryoid body-like part in the image 3 to be an analysis image (image 5).

(B4)解像度の低減処理
本発明によれば、コンピュータ等を用いた自動処理による解析速度を速めたいときには、得られた画像(画像1、3または5、好ましくは画像3または5)の解像度を低下させることができる(得られた画像を画像6とする)。この目的で、例えば、解析画像の画素をn×m画素にすることができる。nおよびmは、解析速度の観点からは画素数は小さい方が好ましいが、解析精度の観点からは画素数は大きい方がよく、所望の解析速度および解析精度に応じて適宜設定することができる。例えば、nおよびmは、同じでも異なっていてもよく、10〜200とすることができ、好ましくは、20〜100とすることができ、より好ましくは、30〜50とすることができる。解像度は、当業者に周知の方法を用いて低下させることができるが、周辺の画素の階調を平均化して画素を統合させることにより行う方法が用いられ得る。
(B4) Resolution Reduction Processing According to the present invention, when it is desired to increase the analysis speed by automatic processing using a computer or the like, the resolution of the obtained image (image 1, 3 or 5, preferably image 3 or 5) is set. It can be reduced (the obtained image is referred to as image 6). For this purpose, for example, the pixels of the analysis image can be n × m pixels. n and m are preferably smaller in terms of analysis speed, but larger in number from the viewpoint of analysis accuracy, and can be appropriately set according to the desired analysis speed and analysis accuracy. . For example, n and m may be the same or different and can be 10 to 200, preferably 20 to 100, and more preferably 30 to 50. The resolution can be lowered using a method well known to those skilled in the art, but a method can be used in which the gray levels of surrounding pixels are averaged to integrate the pixels.

(C)画像解析
本発明によれば、工程(B)により得られた微分画像に基づいて、多能性幹細胞のコロニーの良否を評価することができる。具体的には、本発明によれば、多能性幹細胞のコロニーの良否の評価は、以下:
(C1)得られた微分画像(画像1、3、5または6)の画像パターンに基づいて多能性幹細胞のコロニーの良否を評価すること、または
(C2)得られた微分画像(画像1、3、5または6)から、各画素の階調に従って、画素毎に数値化を行い、各画素の数値または数値分布を算出し、次いで、
(C2−1)コロニー中心部の数値と、場合によっては、その周辺部の数値とに基づいてコロニーの良否を評価すること、
(C2−2)数値分布に基づいてコロニーの良否を評価すること、若しくは
(C2−3)任意のコロニーに対して予め作成した少なくとも1種類のフィット関数を、評価対象のコロニーの数値分布に対してカーブフィットして、コロニーの良否を評価すること
により行うことができる。本発明の工程(C)は、統計分析ソフトなどを用いてコンピュータに実行させることができる。以下、工程(C1)と工程(C2)に分けて説明する。
(C) Image analysis According to the present invention, the quality of the pluripotent stem cell colony can be evaluated based on the differential image obtained in the step (B). Specifically, according to the present invention, the evaluation of the quality of colonies of pluripotent stem cells is as follows:
(C1) Evaluating the quality of colonies of pluripotent stem cells based on the image pattern of the obtained differential image (image 1, 3, 5 or 6), or (C2) the obtained differential image (image 1, 3, 5 or 6), digitizing each pixel according to the gradation of each pixel, calculating the numerical value or numerical distribution of each pixel,
(C2-1) Evaluating the quality of the colony based on the numerical value of the central part of the colony and, in some cases, the numerical value of the peripheral part,
(C2-2) Evaluating the quality of the colony based on the numerical distribution, or (C2-3) The at least one type of fit function created in advance for any colony is compared with the numerical distribution of the colonies to be evaluated. Curve fitting and evaluating the quality of the colony. Step (C) of the present invention can be executed by a computer using statistical analysis software or the like. Hereinafter, the process (C1) and the process (C2) will be described separately.

(C1)微分画像の画像パターンに基づく多能性幹細胞のコロニーの良否評価
画像処理後は、得られた微分画像(画像1、3、5または6、好ましくは、画像3、5または6、より好ましくは、画像6)を対比させて、画像パターンに基づいて多能性幹細胞のコロニーの良否を評価することができる。具体的には、例えば、得られた画像のパターンに基づいて、全体的に均一であるか、中心部で濃い画像パターンを示すコロニーを良好なコロニーであると評価し、リング状に中心部が薄く抜けたパターンを示すコロニーを不良なコロニーであると評価することにより、多能性幹細胞のコロニーの良否の評価を行うことができる。多能性幹細胞のコロニーの良否の評価は、目視により行うこともできるが、自動化の観点では、コンピュータを用いて行うことが好ましい。コンピュータ等を用いて多能性幹細胞のコロニーの良否の評価を行う場合には、既知のパターン認識アルゴリズムを用いて容易に判定を行うことができる。
(C1) After the image processing of the pluripotent stem cell colony based on the image pattern of the differential image, the obtained differential image (image 1, 3, 5 or 6, preferably image 3, 5 or 6 Preferably, the quality of the pluripotent stem cell colony can be evaluated based on the image pattern by comparing the image 6). Specifically, for example, based on the pattern of the obtained image, a colony that is uniform throughout or shows a dark image pattern at the center is evaluated as a good colony, and the center is in a ring shape. By evaluating a colony showing a thin pattern as a poor colony, the quality of a pluripotent stem cell colony can be evaluated. The evaluation of the quality of the pluripotent stem cell colony can be performed visually, but from the viewpoint of automation, it is preferably performed using a computer. When evaluating the quality of a pluripotent stem cell colony using a computer or the like, it can be easily determined using a known pattern recognition algorithm.

(C2)微分画像の数値化による多能性幹細胞のコロニーの良否評価
工程(C2)ではまず、工程(B)で得られた微分画像から、各画素の階調に従って、画素毎に数値化を行い、各画素の数値または数値分布を算出する。具体的には、得られた微分画像(画像1、3、5または6、好ましくは、画像3、5または6、より好ましくは、画像6)は、コロニーの一部の画素を抽出して数値化してもよいし、コロニー全体の画素をすべて数値化してもよい。コロニーの一部の画素を抽出する方法としては、特に限定されないが、コロニーの中心部の画素を抽出する方法、並びに、コロニーの中心部および周辺部の画素を抽出する方法などを挙げることができる。数値化は、各画素の階調に基づき行うことができ、nビットのグレースケール画像であれば、2階調で行うことができる。例えば、8ビットのグレースケール画像であれば、数値化は256階調で行うことができる。なお、コンピュータ等を用いた自動処理による解析速度を速めたいときには、この工程においても、工程(B)(4)の画像解像度の低減処理と同様の平均化処理を行うことにより、データ数を低減させることができる。
(C2) The pluripotent stem cell colony quality evaluation step (C2) by digitizing the differential image , first, the pixel image is digitized from the differential image obtained in step (B) according to the gradation of each pixel. The numerical value or numerical distribution of each pixel is calculated. Specifically, the obtained differential image (image 1, 3, 5 or 6, preferably image 3, 5 or 6, and more preferably image 6) is obtained by extracting some pixels of the colony and obtaining numerical values. Or all the pixels of the entire colony may be digitized. The method for extracting a part of the colony pixels is not particularly limited, and examples thereof include a method for extracting the central pixel part of the colony and a method for extracting the central and peripheral part pixels of the colony. . Digitization can be performed based on the gradation of each pixel, and can be performed with 2 n gradations in the case of an n-bit grayscale image. For example, in the case of an 8-bit grayscale image, digitization can be performed with 256 gradations. When it is desired to increase the analysis speed by automatic processing using a computer or the like, the number of data can be reduced by performing averaging processing similar to the image resolution reduction processing in steps (B) and (4) in this step as well. Can be made.

このように得られた各画素の数値および数値分布は工程(C2−1)、工程(C2−2)または工程(C2−3)に付されて、コロニーの良否の評価が行われる。以下、工程(C2−1)、工程(C2−2)および工程(C2−3)に分けて具体的に説明する。   The numerical value and numerical distribution of each pixel thus obtained are applied to the step (C2-1), the step (C2-2) or the step (C2-3), and the quality of the colony is evaluated. Hereinafter, the steps (C2-1), (C2-2), and (C2-3) will be described in detail.

(C2−1)各画素の数値に基づく多能性幹細胞のコロニーの良否評価
工程(C2−1)では、微分画像から得られた各画素の数値に基づいて多能性幹細胞のコロニーの良否を評価することができる。具体的には、コロニー中心部の数値と、場合によっては、その周辺部の数値とに基づいて、コロニーの良否を評価することができる。
(C2-1) In the pluripotent stem cell colony quality evaluation step (C2-1) based on the value of each pixel, the quality of the pluripotent stem cell colony is determined based on the value of each pixel obtained from the differential image. Can be evaluated. Specifically, the quality of the colony can be evaluated based on the numerical value of the central part of the colony and, in some cases, the numerical value of the peripheral part.

コロニー中心部の数値に基づくコロニーの良否の評価は以下のように行うことができる。すなわち、コロニーの中心部の1領域における数値を測定し、コロニー間でその大小を比較することにより、コロニーの良否を評価することができる。具体的には、中心部の数値が高いコロニーを良好なコロニーであると評価し、中心部の数値が低いコロニーを不良なコロニーであると評価することができる。評価の際には、閾値を定めて、中心部の数値が閾値を超えるコロニーを良好なコロニーであると判定し、閾値以下であるコロニーを不良なコロニーであると判定することもできる。本発明によれば、閾値を高く設定すると、不良なコロニーの混入率は低減するが、良好なコロニーの回収率も低減する傾向がみられる。また、閾値を低く設定すると、良好なコロニーの回収率は増加するが、不良なコロニーの混入率も増加する傾向が見られる。従って、当業者であれば、良好なコロニーの回収率と不良なコロニーの混入率に応じて、適宜閾値を設定することができる。   Evaluation of the quality of a colony based on the numerical value of a colony center part can be performed as follows. That is, the quality of a colony can be evaluated by measuring the numerical value in 1 area | region of the center part of a colony, and comparing the magnitude between colonies. Specifically, a colony having a high numerical value in the central part can be evaluated as a good colony, and a colony having a low numerical value in the central part can be evaluated as a bad colony. In the evaluation, a threshold value is set, and a colony having a numerical value in the center exceeding the threshold value is determined as a good colony, and a colony having a value equal to or less than the threshold value can be determined as a bad colony. According to the present invention, when the threshold is set high, the contamination rate of defective colonies decreases, but the recovery rate of good colonies tends to decrease. Moreover, when the threshold is set low, the recovery rate of good colonies increases, but there is a tendency that the mixing rate of defective colonies also increases. Therefore, those skilled in the art can appropriately set the threshold according to the recovery rate of good colonies and the contamination rate of bad colonies.

また、コロニー中心部の数値とその周辺部の数値に基づくコロニーの良否の評価は以下のように行うことができる。すなわち、コロニー中心部の少なくとも1領域とその周辺部の少なくとも1領域の数値から、コロニーの良否を評価することもできる。具体的には、中心部の数値が低く、その周辺部の数値が高いコロニーを不良なコロニーであると評価することができ、中心部の数値が、その周辺部の数値よりも高いコロニーや周辺部の数値と同等のコロニーを良好なコロニーであると評価することができる。このように、本発明によれば、工程(C2)の冒頭で得られた数値に基づいて多能性幹細胞のコロニーの良否を評価することができる。評価の際には、閾値を定めて、中心部の数値が閾値を超えるコロニーを良好なコロニーであると判定し、閾値以下であるコロニーを不良なコロニーであると判定することもできる。   Moreover, the evaluation of the quality of a colony based on the numerical value of a colony center part and the numerical value of its peripheral part can be performed as follows. That is, the quality of the colony can be evaluated from the numerical values of at least one region in the central part of the colony and at least one region in the peripheral part. Specifically, a colony having a low numerical value in the central part and a high numerical value in the peripheral part can be evaluated as a bad colony, and a colony or a peripheral in which the numerical value in the central part is higher than the numerical value in the peripheral part. A colony equivalent to the numerical value of the part can be evaluated as a good colony. Thus, according to the present invention, the quality of the pluripotent stem cell colony can be evaluated based on the numerical value obtained at the beginning of the step (C2). In the evaluation, a threshold value is set, and a colony having a numerical value in the center exceeding the threshold value is determined as a good colony, and a colony having a value equal to or less than the threshold value can be determined as a bad colony.

本明細書においてコロニーの「中心部」は、例えば、コロニーを円に見立てたときに、半径がコロニーの半径の3/4、好ましくは、2/3、より好ましくは、1/2、さらに好ましくは、1/3、最も好ましくは、1/4の半径の同心円の内部の領域とすることができる。また、「その周辺部」とは、コロニーの中心部の周辺部のことを意味し、コロニーの内部である。例えば、「その周辺部」は、コロニーを円に見立てたときに、コロニー中心部の外側 で、半径がコロニーの半径の1/4、1/3、1/2、2/3、または、3/4の半径の同心円の外側であり、かつ、コロニーの内側の領域とすることができる。「その周辺部」はリング状の領域であってもよく、例えば、半径がコロニーの半径の1/4〜3/4、1/3〜2/3、または1/2〜2/3の半径の同心円に挟まれるリング状の領域とすることができる。円の式は、最小二乗法によりコロニーの輪郭に対してカーブフィットすることにより求めることができる。本発明によれば、コロニーの「中心部」(または「中心部の1領域」)は、好ましくはコロニーの中心部の1点である。コロニーの中心部の1点は、ある一定のルールに基づいて求められる1点であれば良く、特に限定されないが、コロニーの中心は、例えば、上記円の中心として求めることができる。なお、コロニーの中心は、例えば、工程(B)(2)のウォータシェッド細分化におけるUEPとして求めることもできる。   In the present specification, the “center portion” of a colony is, for example, when the colony is regarded as a circle, the radius is 3/4, preferably 2/3, more preferably 1/2, even more preferably, the radius of the colony. Can be a region inside a concentric circle with a radius of 1/3, most preferably 1/4. Further, the “peripheral part” means a peripheral part of the central part of the colony and is inside the colony. For example, the “peripheral part” is the outside of the central part of the colony when the colony is regarded as a circle, and the radius is 1/4, 1/3, 1/2, 2/3, or 3 A region outside the concentric circles with a radius of / 4 and inside the colony. The “peripheral part” may be a ring-shaped region, for example, a radius of 1/4 to 3/4, 1/3 to 2/3, or 1/2 to 2/3 of the radius of the colony. A ring-shaped region sandwiched between concentric circles. The equation of the circle can be obtained by curve fitting with respect to the colony outline by the least square method. According to the present invention, the “central part” (or “one region of the central part”) of the colony is preferably one point in the central part of the colony. One point in the central part of the colony may be one point obtained based on a certain rule, and is not particularly limited. For example, the center of the colony can be obtained as the center of the circle. In addition, the center of a colony can also be calculated | required as UEP in the watershed subdivision of a process (B) (2), for example.

(C2−2)数値分布のパターンに基づく多能性幹細胞のコロニーの良否評価
工程(C2−2)では、微分画像から得られた数値分布に基づいて多能性幹細胞のコロニーの良否を評価することができる。微分画像から得られた数値分布に基づく多能性幹細胞のコロニーの良否の評価は、以下のように行うことができる。すなわち、細胞の数値分布をコロニーの中心部を通る直線に沿って算出し、その数値分布をコロニー間で比較することによってコロニーの良否を評価することができる。数値分布の比較は、例えば、数値分布をグラフ化して行うことができる。数値分布のグラフ化は、特に限定されないが、例えば、平面直交座標系において数値を縦軸とし、コロニー中心部を通る直線を横軸として、その分布を、例えば、棒グラフや点グラフとして表すことにより行うことができる。このようにして得られた数値分布は、良好な多能性幹細胞コロニーでは、凸形状を示し、不良なコロニーではコロニーの中心部で凹形状を示すので、得られた数値分布のパターンに基づいて多能性幹細胞のコロニーの良否を評価することができる。多能性幹細胞のコロニーの良否の評価は、目視により行うこともできるが、自動化の観点では、コンピュータを用いて行うことが好ましい。コンピュータ等を用いて多能性幹細胞のコロニーの良否の評価を行う場合には、既知のパターン認識アルゴリズムを用いて容易に判定を行うこともできる。
(C2-2) The pluripotent stem cell colony quality evaluation step (C2-2) based on the numerical distribution pattern evaluates the pluripotent stem cell colony quality based on the numerical distribution obtained from the differential image. be able to. Evaluation of the quality of the pluripotent stem cell colony based on the numerical distribution obtained from the differential image can be performed as follows. That is, the quality of the colony can be evaluated by calculating the numerical distribution of the cells along a straight line passing through the central part of the colony and comparing the numerical distribution between the colonies. The comparison of the numerical distributions can be performed by graphing the numerical distributions, for example. The graphing of the numerical distribution is not particularly limited, but for example, by expressing the distribution as a bar graph or a point graph, for example, with the numerical value in the plane orthogonal coordinate system as the vertical axis and the straight line passing through the colony central part as the horizontal axis It can be carried out. The numerical distribution obtained in this way shows a convex shape in a good pluripotent stem cell colony, and shows a concave shape in the center of the colony in a bad colony, so based on the obtained numerical distribution pattern The quality of pluripotent stem cell colonies can be evaluated. The evaluation of the quality of the pluripotent stem cell colony can be performed visually, but from the viewpoint of automation, it is preferably performed using a computer. When evaluating the quality of a pluripotent stem cell colony using a computer or the like, it can also be easily determined using a known pattern recognition algorithm.

(C2−3)数値分布に対する近似式に基づく多能性幹細胞のコロニーの良否評価
工程(C2−3)では、任意のコロニーの中心部を通る直線に沿って得られる数値分布に対して予め作成した少なくとも1種類のフィット関数を、評価対象のコロニーの数値分布に対してカーブフィットして、多能性幹細胞のコロニーの良否を評価することにより行うことができる。具体的には、熟練した技術者により良好と判断されたコロニーおよび/または不良と判断されたコロニーの数値分布に対して予めフィット関数を作成し、得られた少なくとも1種類のフィット関数を用いて評価対象のコロニーの数値分布に対してカーブフィットすることにより、コロニーの良否の評価を行うことができる。例えば、予め作成したフィット関数は、カーブフィットするためのパラメータを含み、 熟練した技術者により良好と判断されたコロニーおよび/または不良と判断されたコロニーの細胞密度分布を表すように作成することができる。このようなフィット関数や近似曲線は、当業者であれば細胞密度分布の形状を参考にして適宜作成することができる。フィット関数中のパラメータ数は、特に限定されないが、例えば、2〜10個程度とすることができる。カーブフィットは、例えば、最小二乗法を用いて行うことができる。
(C2-3) A pluripotent stem cell colony quality evaluation step (C2-3) based on an approximate expression for a numerical distribution is created in advance for a numerical distribution obtained along a straight line passing through the center of an arbitrary colony. The at least one kind of fit function can be curve-fitted to the numerical distribution of the colonies to be evaluated, and evaluated by evaluating the quality of the pluripotent stem cell colonies. Specifically, a fit function is created in advance for a numerical distribution of colonies that are judged good and / or bad by skilled engineers, and at least one type of fit function obtained is used. By performing curve fitting on the numerical distribution of the colonies to be evaluated, the quality of the colonies can be evaluated. For example, a pre-created fit function includes parameters for curve fitting and can be created to represent the cell density distribution of colonies judged good and / or bad by skilled technicians. it can. Such a fit function or approximate curve can be appropriately created by those skilled in the art with reference to the shape of the cell density distribution. The number of parameters in the fit function is not particularly limited, but can be about 2 to 10, for example. The curve fit can be performed using, for example, a least square method.

熟練した技術者により良好と判断されたコロニーから得られる数値分布に対するフィット関数としては、例えば、コロニー中心部を通る直線の位置を平面直交座標系の横軸(X軸)とし、数値を縦軸(Y軸)としてフィット関数(y=f(x))のグラフを作成した場合に、凸形状を表すフィット関数(fgood関数)が挙げられる。本明細書では、「凸形状」とは、曲線のグラフが、良好なコロニーの数値分布(例えば、図5A)により表される凸形状を意味する。凸形状の関数の一例としては、特に限定されないが、例えば、xがxより小さいときには単調増加し、ある実数xにおいて極大値をとり、xがxより大きいときには単調減少する関数が挙げられる。極大値は、xの近傍のxにおいてf(x)≧f(x)を満たすf(x)の値のことを意味する(xは任意の実数である)。したがって、本発明のある態様では、fgood関数は、x=xの1点において極大値をとる関数だけでなく、fgood関数はxが一定の範囲で一定値を示し、その一定値が極大値となっている関数、例えば、上底に対応する部分全体で極大値をとる台形型の関数であってもよい。より具体的には、fgood関数としては、例えば、直径1mmのコロニーにおいて、x=300μm〜700μmの範囲において一定値を示し、かつその一定値が極大値であり、かつ、x<300μmおよびx>700μmの範囲では極大値をとらない関数を挙げることができる。fgood関数は、評価したいコロニーにカーブフィットすると、好ましくは、良好なコロニーに対しては良好なフィッティングを示すが、不良なコロニーに対しては良好なフィッティングを示さない。 As a fitting function for a numerical distribution obtained from a colony determined to be good by a skilled engineer, for example, the position of a straight line passing through the center of the colony is the horizontal axis (X axis) of the plane orthogonal coordinate system, and the numerical value is the vertical axis When a graph of a fit function (y = f (x)) is created as (Y-axis), a fit function (f good function) representing a convex shape is mentioned. In the present specification, “convex shape” means a convex shape in which a curved graph is represented by a good colony numerical distribution (for example, FIG. 5A). An example of a function of a convex shape, but are not limited to, for example, monotonously increased when x is less than x a, takes a maximum value at a certain real number x a, include monotonically decreasing function when x is greater than x a It is done. Maximum value means that the value of f (x a) that satisfies f (x a) ≧ f ( x) at x in the vicinity of x a (x a is any real number). Therefore, in one aspect of the present invention, the f good function is not only a function having a maximum value at one point of x = x a , but the f good function shows a constant value in a range where x is constant, and the constant value is A function having a maximum value, for example, a trapezoidal function having a maximum value in the entire portion corresponding to the upper base may be used. More specifically, as the f good function, for example, in a colony having a diameter of 1 mm, a constant value is shown in a range of x = 300 μm to 700 μm, the constant value is a maximum value, and x <300 μm and x A function that does not take a maximum value in the range of> 700 μm can be mentioned. When curve fitting is performed on the colony to be evaluated, the f good function preferably shows a good fitting for a good colony but does not show a good fitting for a bad colony.

熟練した技術者により不良と判断されたコロニーの数値分布に対するフィット関数は、コロニーの中心部で凹形状を示し、かつ、その周辺部で凸形状を示すフィット関数(fbad関数)とすることができる。すなわち、fbad関数のグラフは、1つの凹形状が2つの凸形状の間に挟まれた形状を示す。本明細書では、「凹形状」とは、コロニー中心部の数値分布(例えば、図5B)により表される凹形状を意味する。凹形状の関数の一例としては、特に限定されないが、例えば、xがxより小さいときには単調減少し、ある実数xにおいて極小値をとり、xがxより大きいときには単調増加する関数、すなわち、コロニーの中心部でまたはxの全域で1つのみ極小値をとる関数が挙げられる(xは任意の実数である)。極小値は、xの近傍の任意のxにおいてf(x)≦f(x)を満たすf(x)の値のことを意味する。従って、fbad関数は、xが一定の範囲で一定値を示し、その一定値が1つの極大値または極小値をとってもよい。従って、「コロニー中心部で凹形状であり、かつその周辺部で凸形状である関数」は、一例では、xが増加すると共に、単調増加し、あるxで1つ目の極大値をとり、その後単調減少して、あるxで1つの極小値をとり、その後さらに単調増加し、あるxで2つ目の極大値をとり、その後単調減少する関数が挙げられる。また、本発明のある態様では、fbad関数は、xが一定の範囲で一定値を示し、その一定値が極大値または極小値となっている関数を表すように作成される。fbad関数は、評価したいコロニーにカーブフィットすると、好ましくは、不良なコロニーに対しては良好なフィッティングを示すが、良好なコロニーに対しては良好なフィッティングを示さない。 The fitting function for the numerical distribution of colonies determined to be defective by a skilled engineer may be a fitting function (f bad function) that shows a concave shape at the center of the colony and a convex shape at the periphery. it can. That is, the graph of the f bad function indicates a shape in which one concave shape is sandwiched between two convex shapes. In this specification, the “concave shape” means a concave shape represented by a numerical distribution (for example, FIG. 5B) in the central part of the colony. An example of a concave function is not particularly limited, for example, a function x monotonously decreases when less than x b, takes a minimum value at some real x b, x increases monotonically when greater than x b, namely And a function that takes only one minimum value in the center of the colony or in the whole area of x ( xb is an arbitrary real number). Minimum value means that the value of f (x b) satisfying f (x b) ≦ f ( x) at any x in the vicinity of x b. Therefore, in the f bad function, x may be a constant value within a certain range, and the constant value may take one maximum value or minimum value. Therefore, the “function having a concave shape in the central part of the colony and a convex shape in the peripheral part”, for example, increases monotonically as x increases and takes the first maximum value at a certain x c. , and then monotonically decreases, takes one local minimum at a certain x d, then further increases monotonically, taking a second maximum at a certain x e, include then monotonically decreases function. In one embodiment of the present invention, the f bad function is created so that x represents a constant value in a certain range and the constant value represents a maximum value or a minimum value. When the curve is fitted to the colony to be evaluated, the f bad function preferably shows a good fitting for a bad colony but does not show a good fitting for a good colony.

従って、本発明によれば、コロニーの数値分布に対するフィット関数を用いることにより、多能性幹細胞のコロニーの良否を評価することができる。   Therefore, according to the present invention, the quality of colonies of pluripotent stem cells can be evaluated by using a fit function for the numerical distribution of colonies.

一般的に、カーブフィッティングの良好さは、カーブフィットにより得られた少なくとも1種類の近似曲線と、評価対象のコロニーの数値分布とのずれの程度を指標として評価することができる。従って、本発明では、カーブフィットにより得られた少なくとも1種類の近似曲線と、評価対象のコロニーの数値分布とのずれの程度を指標としてコロニーの良否を評価する方法が提供される。カーブフィットにより得られた近似曲線と評価対象のコロニーの数値分布とのずれ(近似曲線のフィッティングの良好さ)の程度は、当業者に周知の方法を用いて評価することができ、目視によって評価してもよいが、数学的手法を用いて評価してもよい。数学的手法を用いる場合には、特に限定されないが、近似曲線と評価対象のコロニーの数値分布とのずれの程度の指標として、例えば、χ/NDF(自由度=フィットしたデータ数−近似式のパラメータ数)を用い、その大小を比較することで多能性幹細胞の良否を判断することができる。あるいは、近似曲線と評価対象のコロニーの数値分布とのずれの程度の指標として、実測値と近似曲線との差の二乗和の平均を用い、その大小を比較することで多能性幹細胞のコロニーの良否を評価してもよい。χ/NDFおよび実測値と近似曲線との差の二乗和の平均は、カーブフィットのずれが少ないほど小さくなる傾向がある。従って、カーブフィットにより得られた少なくとも1種類の近似曲線と、評価対象のコロニーの数値分布とのずれの程度を指標として、χ/NDFまたは実測値と近似曲線との差の二乗和の平均の大小を用いて、多能性幹細胞のコロニーの良否を評価することができる。ここで例えば、χ/NDFや実測値または近似曲線との差の二乗和の平均に対して閾値を設定すると、閾値を小さくすればするほど良好と評価される不良なコロニーの割合が減少し、大きくすればするほど良好と評価される不良なコロニーの割合は増加する。従って、当業者であれば、良好なコロニーの回収率と不良なコロニーの混入率に応じて、適宜閾値を設定し、閾値を超えるか否かにより多能性幹細胞のコロニーの良否を判定することができる(下記、パラメータDに基づく評価方法も参照)。 In general, the goodness of curve fitting can be evaluated using as an index the degree of deviation between at least one kind of approximate curve obtained by curve fitting and the numerical distribution of colonies to be evaluated. Therefore, the present invention provides a method for evaluating the quality of colonies using as an index the degree of deviation between at least one kind of approximate curve obtained by curve fitting and the numerical distribution of colonies to be evaluated. The degree of deviation between the approximate curve obtained by curve fitting and the numerical distribution of the colonies to be evaluated (goodness of fitting of the approximate curve) can be evaluated using methods well known to those skilled in the art and evaluated visually. However, it may be evaluated using a mathematical method. When using a mathematical method, although not particularly limited, for example, χ 2 / NDF (degree of freedom = number of fitted data−approximate expression) as an index of the degree of deviation between the approximate curve and the numerical distribution of the colony to be evaluated The quality of pluripotent stem cells can be determined by comparing the magnitudes of the parameters. Alternatively, as an index of the degree of deviation between the approximate curve and the numerical distribution of the colony to be evaluated, the average of the sum of squares of the difference between the measured value and the approximate curve is used, and the colonies of pluripotent stem cells are compared by comparing the magnitudes You may evaluate the quality of. The average of the sum of squares of the difference between χ 2 / NDF and the actually measured value and the approximate curve tends to be smaller as the deviation of the curve fit is smaller. Therefore, using the degree of deviation between at least one kind of approximate curve obtained by curve fitting and the numerical distribution of the colonies to be evaluated as an index, the average of the sum of squares of the difference between χ 2 / NDF or the actually measured value and the approximate curve The quality of colonies of pluripotent stem cells can be evaluated using the size of. Here, for example, if a threshold is set for the average of the sum of squares of differences from χ 2 / NDF, measured values or approximate curves, the smaller the threshold, the lower the proportion of bad colonies evaluated as good. The larger the ratio, the higher the proportion of bad colonies that are evaluated as good. Therefore, those skilled in the art can appropriately set a threshold according to the recovery rate of good colonies and the contamination rate of bad colonies, and determine the quality of pluripotent stem cell colonies based on whether or not the threshold is exceeded. (See also the evaluation method based on parameter D below).

このように、本発明によれば、予め作成したフィット関数が、凸形状を示すフィット関数(fgood関数)、および/または、コロニーの中心部で凹形状を示し、かつ、その周辺部で凸形状を示すフィット関数(fbad関数)を含んでなる、少なくとも1種類のフィット関数である(ただし、コロニー中心部を通る直線の位置を平面直交座標系の横軸とし、数値を縦軸としてフィット関数のグラフを作成する)、多能性幹細胞のコロニーの良否を評価する方法が提供される。評価に用いるフィット関数は、1種類であってもよいが、好ましくは、2種類以上であり、より好ましくは、熟練した技術者により良好と判断されたコロニーについて1種類以上と熟練した技術者により不良と判断されたコロニーについて1種類以上の計2種類以上とすることができる。従って、本発明によれば、予め作成したフィット関数が、凸形状を示すフィット関数(fgood関数)、および、コロニーの中心部で凹形状を示し、かつ、その周辺部で凸形状を示すフィット関数(fbad関数)を含んでなる少なくとも2種類のフィット関数である(ただし、コロニー中心部を通る直線の位置を平面直交座標系の横軸(X軸)とし、数値を縦軸(Y軸)としてフィット関数のグラフを作成する)、多能性幹細胞のコロニーの良否を評価する方法が提供される。 Thus, according to the present invention, the fit function created in advance shows a fitting function (f good function) indicating a convex shape and / or a concave shape at the central part of the colony, and convex at the peripheral part. It is at least one type of fitting function including a fitting function ( fbad function) indicating a shape (however, the position of a straight line passing through the center of the colony is the horizontal axis of the plane orthogonal coordinate system, and the numerical value is the vertical axis) Function graphs) and methods for assessing the quality of pluripotent stem cell colonies. The fit function used for the evaluation may be one type, but is preferably two or more types, more preferably, one or more types of colonies judged to be good by a skilled technician by a skilled technician. One or more types of colonies determined to be defective can be a total of two or more types. Therefore, according to the present invention, the fit function created in advance is a fit function (f good function) indicating a convex shape, and a fit indicating a concave shape at the center of the colony and a convex shape at the periphery. It is at least two types of fitting functions including a function (f bad function) (however, the position of a straight line passing through the center of the colony is the horizontal axis (X axis) of the plane orthogonal coordinate system, and the numerical value is the vertical axis (Y axis) And a graph of the fit function is prepared), and a method for evaluating the quality of the pluripotent stem cell colony is provided.

本発明によれば、数値分布は、コロニー外の細胞については考慮する必要が無い。従って、フィット関数は、少なくともコロニー内で良好な近似を示すものであれば十分である。fgood関数およびfbad関数は、コロニー外の領域では、一定値に収束する関数でも、発散する関数でも、振動する関数でもよいが、関数のコロニー外の領域での挙動により解析に影響が出る場合には、コロニー外の領域を排除してから解析を行うことが好ましく、この場合、例えば、数値分布の実測値が10以下、5以下または3以下の値、または0となる領域をコロニー外の領域と判断して排除することができる。また、近似対象がコロニーの画像から得られた数値分布であることを考慮すれば、本発明のfgood関数またはfbad関数は、好ましくは、コロニー内では常に0以上であり、かつコロニー外では0あるいは0に近い値をとる数値分布を表すように作成することができる。上記いずれの方法によっても、コロニー外の領域による解析の悪影響を低減することができる。 According to the present invention, the numerical distribution need not be considered for cells outside the colony. Therefore, it is sufficient that the fit function shows a good approximation at least within the colony. The f good function and the f bad function may be a function that converges to a constant value, a function that diverges, or a function that oscillates in the region outside the colony. However, the behavior of the function outside the colony affects the analysis. In this case, it is preferable to perform analysis after removing the area outside the colony. In this case, for example, the area where the measured value of the numerical distribution is 10 or less, 5 or less, 3 or less, or 0 is excluded from the colony. This area can be determined and excluded. Also, considering that the approximation target is a numerical distribution obtained from an image of a colony, the f good function or the f bad function of the present invention is preferably always 0 or more in the colony and outside the colony. It can be created to represent a numerical distribution that takes 0 or a value close to 0. Any of the above methods can reduce the adverse effect of the analysis due to the area outside the colony.

従って、本発明によれば、fgood関数は、好ましくは、凸形状を表す関数であり、かつ、下記条件:
(条件G1)x→−∞およびx→∞の極限において収束する、
(条件G2)コロニー内では任意の実数xに対して0以上となる、および
(条件G3)コロニー内では1つの極大値を有する
から選択されるいずれか1つ、2つまたはすべての条件を満たすように作成することができ、より好ましくは、すべての条件を満たすように作成することができる。本明細書では、「収束する関数」は、一定値、好ましくは、解析に悪影響を与えない程度に十分小さい値(例えば、以下、15以下、10以下、5以下、1以下の値、または0)に収束する関数である。上記条件G1〜G3のすべてを満たし、かつ凸形状を表すfgood関数としては、例えば、下記式のfgood関数:
(式中、A、A、bおよびcは、パラメータであり、xは変数である。)、
(式中、A、A、wおよびxは、パラメータであり、xは変数である。)、
(式中、A、A、a、a、xおよびxはパラメータであり、xは変数である。)
からなる群から選択される少なくとも1つの関数である。上記条件G1〜G3のすべてを満たし、凸形状を表すfgood関数としては、コロニーの中心部において関数値が一定であり、かつ極大値を示すように作成された関数(例えば、台形型の関数)も好適に用いられ得る。これらのfgood関数は、特にiPS細胞コロニーの良否の判断に好ましく用いられ得る。
Therefore, according to the present invention, the f good function is preferably a function representing a convex shape, and the following condition:
(Condition G1) Converge in the limits of x → −∞ and x → ∞.
(Condition G2) 0 or more for any real number x in the colony, and (Condition G3) One, two or all conditions selected from having one local maximum in the colony More preferably, it can be created so as to satisfy all the conditions. In the present specification, the “convergence function” is a constant value, preferably a value that is sufficiently small so as not to adversely affect the analysis (for example, a value of 15 or less, 10 or less, 5 or less, 1 or less, or 0 ). As an f good function that satisfies all of the above conditions G1 to G3 and represents a convex shape, for example, an f good function of the following formula:
(Where A 0 , A 1 , b and c are parameters and x is a variable),
(Where A 0 , A 1 , w and x 0 are parameters and x is a variable),
(In the formula, A 0 , A 1 , a 1 , a 2 , x 0 and x 1 are parameters, and x is a variable.)
At least one function selected from the group consisting of As an f good function that satisfies all of the above conditions G1 to G3 and represents a convex shape, a function (for example, a trapezoidal function) that has a constant function value at the center of the colony and exhibits a maximum value. ) Can also be suitably used. These f good functions can be preferably used particularly for determining the quality of iPS cell colonies.

本発明によれば、fbad関数は、コロニーの中心部で凹形状を表し、かつ、その周辺部で凸形状を表す関数(すなわち、2つの凸形状の領域に1つの凹形状の領域が挟まれている関数、あるいは、2つの極大値を示すxに1つの極小値を示すxが挟まれている関数)であり、好ましくは、下記条件:
(条件B1)x→−∞およびx→∞の極限において収束する、
(条件B2)コロニー内では任意の実数xに対して0以上となる、および、
(条件B3)コロニー内では1つの極小値と2つの極大値を有する
から選択されるいずれか1つ、2つまたはすべての条件を満たすように作成することができ、より好ましくは、すべての条件を満たすように作成することができる。例えば、コロニーの中心部で凹形状を表し、かつ、その周辺部で凸形状を表し、かつ、上記条件B1〜B3のいずれか1つ以上を満たすfbad関数は、例えば、下記式の関数fbad(x):
(式中、A、A、w、w、xおよびxは、パラメータであり、xは変数である。)、
(式中、A、A、w、w、w、xおよびxは、パラメータであり、xは変数である。)、
(式中、A、A、A、a、a、b、b、xおよびxは、パラメータであり、xは変数である。)、または、
(式中、A、A、A、A、A、xはパラメータであり、xは変数である。)
である。これらのfbad関数は、特にiPS細胞コロニーの良否の判断に好ましく用いられ得る。
According to the present invention, the f bad function represents a concave shape at the center of the colony and a convex shape at the periphery thereof (that is, one concave area is sandwiched between two convex areas. Or a function in which x indicating one minimum value is sandwiched between x indicating two maximum values), and preferably the following conditions:
(Condition B1) Converge in the limits of x → −∞ and x → ∞,
(Condition B2) Within a colony, it becomes 0 or more for any real number x, and
(Condition B3) It can be created so as to satisfy any one, two or all conditions selected from having one minimum value and two maximum values in the colony, more preferably all conditions Can be created to meet. For example, an f bad function that represents a concave shape at the center of the colony, a convex shape at the periphery thereof, and satisfies any one or more of the above conditions B1 to B3 is, for example, a function f of the following formula: bad (x):
(Where A 0 , A 1 , w 1 , w 2 , x 1 and x 2 are parameters and x is a variable),
(Where A 0 , A 1 , w, w 1 , w 2 , x 1 and x 2 are parameters and x is a variable),
(Where A 0 , A 1 , A 2 , a 1 , a 2 , b 1 , b 2 , x 1 and x 2 are parameters and x is a variable), or
(In the formula, A 0 , A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , x 0 are parameters, and x is a variable.)
It is. These fbad functions can be preferably used particularly for determining the quality of iPS cell colonies.

本発明によればさらに、解析精度を向上させるために、コロニー全体の画素に基づいて、多能性幹細胞のコロニーの良否の評価を行うことができる。まず、解析の便宜上、数値化した各画素の数値は、例えば、数値行列としてひとまとまりに扱うことができる(例えば、図2G、図3Gおよび図4G)。得られた数値行列から、各行または各列の数値の一次配列を抽出し、それぞれの一次配列に対して、フィット関数をカーブフィットすることができる。カーブフィットは、一部の一次配列を抽出して行ってもよく、例えば、各コロニーについて、コロニーの中心部を通る直線に沿った一次配列を抽出して、その一次配列に対してのみを行ってもよいし、すべての一次配列に対して行ってもよい。   Further, according to the present invention, in order to improve the analysis accuracy, the quality of the colony of pluripotent stem cells can be evaluated based on the pixels of the entire colony. First, for convenience of analysis, the numerical values of the respective pixels that have been converted into numerical values can be handled together as a numerical matrix, for example (for example, FIGS. 2G, 3G, and 4G). From the obtained numerical matrix, a primary array of numbers in each row or each column can be extracted, and a fit function can be curve-fitted to each primary array. Curve fitting may be performed by extracting a part of the primary sequence. For example, for each colony, a primary sequence along a straight line passing through the central part of the colony is extracted and only the primary sequence is extracted. Or may be performed for all primary sequences.

(C2−4)パラメータの設定とパラメータに基づく多能性幹細胞のコロニーの良否評価
本発明では、工程(C2−3)の後に、必要に応じて、さらに工程(C2−4)を行ってから、多能性幹細胞のコロニーの良否を評価することができる。すなわち、本発明によれば、コロニーの中心部を通る直線に沿って得られる数値分布に対してfgood関数およびfbad関数の両方をカーブフィットして、多能性幹細胞のコロニーの良否を評価することができるが、評価の際には、必要に応じて、さらにこれらの関数から1つ以上のパラメータを設定し、設定したパラメータを指標として評価してもよい。例えば、多能性幹細胞を評価するための指標となるパラメータとしては、コロニー内における、fgood関数の最大値、fbad関数の最大値、fbad関数の極小値、実測値の最大値および実測値の最小値などを挙げることができる。多能性幹細胞は、これらのパラメータのいずれか1つを指標として評価しても良いし、これらのパラメータのうちの2以上を組合せて指標として評価しても良い。パラメータを設定する際、または、組み合わせる際には、例えば、良好なコロニーと不良なコロニーの近似曲線のグラフの形状の違いを抽出できるようにパラメータを設定し、組み合わせることができる。特に、不良なコロニーの数値分布の近似曲線は、コロニー中心部において特徴的な凹形状を示す。従って、評価の際には、不良なコロニーの数値分布に特徴的な凹形状を対比できるようにパラメータを設定することが好ましく、例えば、特徴的な凹形状を反映するコロニー中心部の数値の実測値またはfbad関数による近似値は、コロニー良否の評価指標の有用なパラメータとして設定し得る。パラメータの組み合わせとしては、例えば、コロニー内におけるfgood関数の最大値、fbad関数の最大値および実測値の最大値のいずれか1以上と、コロニー内におけるfbad関数の極小値または実測値の最小値のいずれか1以上との組み合わせを挙げることができる。または、他のパラメータの組み合わせとしては、コロニー内におけるfgood関数の最大値、fbad関数の最大値およびfbad関数の極小値からなる群から選択される2以上のパラメータの組み合わせを挙げることができる。パラメータを組み合わせた後は、良好なコロニーと不良なコロニーの差異をより強調するように2以上のパラメータの和、差、積または比をとることができる。2以上のパラメータの和、差、積または比から新たなパラメータを作成し、他のパラメータと組み合わせて評価に用いることもできる。具体的には、多能性幹細胞のコロニーの良否を評価するための指標となるパラメータは、例えば、以下のように設定することができる。パラメータの和や差をとる場合には、重み付けを行うこともできるし、重み付けをせずに行うこともできる。
(C2-4) Parameter setting and pass / fail evaluation of pluripotent stem cell colonies based on the parameters In the present invention, after the step (C2-3), the step (C2-4) is further performed as necessary. The quality of colonies of pluripotent stem cells can be evaluated. That is, according to the present invention, the quality of a pluripotent stem cell colony is evaluated by curve fitting both the f good function and the f bad function to a numerical distribution obtained along a straight line passing through the center of the colony. However, in the evaluation, if necessary, one or more parameters may be set from these functions, and the set parameters may be evaluated as an index. For example, as a parameter serving as an index for evaluating the pluripotent stem cells, in the colony, the maximum value of f good function, the maximum value of f bad function, the minimum value of f bad function, the maximum value of the measured values and the measured The minimum value can be mentioned. Pluripotent stem cells may be evaluated using any one of these parameters as an index, or may be evaluated as an index by combining two or more of these parameters. When setting or combining the parameters, for example, the parameters can be set and combined so that the difference in the shape of the approximate curve graph between the good colonies and the bad colonies can be extracted. In particular, the approximate curve of the numerical distribution of bad colonies shows a characteristic concave shape in the central part of the colonies. Therefore, in the evaluation, it is preferable to set parameters so that the characteristic concave shape can be compared with the numerical distribution of defective colonies. For example, the numerical value of the central part of the colony reflecting the characteristic concave shape is measured. A value or an approximate value based on the f bad function can be set as a useful parameter of an evaluation index of colony quality. As a combination of parameters, for example, any one or more of the maximum value of the f good function in the colony, the maximum value of the f bad function and the maximum value of the actual measurement value, and the minimum value or the actual measurement value of the f bad function in the colony A combination with one or more of the minimum values can be mentioned. Alternatively, other parameter combinations include a combination of two or more parameters selected from the group consisting of the maximum value of the f good function, the maximum value of the f bad function, and the minimum value of the f bad function in the colony. it can. After combining the parameters, the sum, difference, product or ratio of two or more parameters can be taken to further emphasize the difference between good and bad colonies. A new parameter can be created from the sum, difference, product or ratio of two or more parameters, and can be used for evaluation in combination with other parameters. Specifically, a parameter serving as an index for evaluating the quality of a pluripotent stem cell colony can be set as follows, for example. When calculating the sum and difference of parameters, weighting can be performed, or it can be performed without weighting.

パラメータの組み合わせ方のより具体的な例としては、特に限定されないが、
パラメータA:コロニー中心部におけるfgood関数の値とfbad関数の値との差(好ましくは、fbad関数が極小値を取る箇所におけるfgood関数の値とfbad関数の値との差)、
パラメータB:コロニー内におけるfbad関数の最大値と極小値の差、
パラメータC:実測値の最大値とコロニー中心部での実測値の最小値との差、
パラメータD:コロニー内のfgood関数と実測値との差の二乗平均、
パラメータE:パラメータA+パラメータB+パラメータC+0.2×パラメータD
などを用いることができる。
A more specific example of how to combine parameters is not particularly limited,
Parameter A: Difference between the value of the f good function and the value of the f bad function in the central part of the colony (preferably, the difference between the value of the f good function and the value of the f bad function at the location where the f bad function takes a minimum value) ,
Parameter B: difference between the maximum value and the minimum value of the f bad function in the colony,
Parameter C: difference between the maximum measured value and the minimum measured value at the center of the colony,
Parameter D: root mean square of the difference between the fgood function in the colony and the actual measurement value,
Parameter E: Parameter A + Parameter B + Parameter C + 0.2 × Parameter D
Etc. can be used.

上記パラメータA〜Eはすべて、未分化状態の良好な多能性幹細胞のコロニーでは小さく、分化を開始した不良な多能性幹細胞では大きくなるように適宜設定したものである。パラメータEは、パラメータA〜Dに重み付けをして加算したパラメータであるが、このような重み付けも当業者であれば適宜なし得るであろう。本発明では、パラメータは、良好なコロニーと不良なコロニーとの間で差が生じるようなパラメータである限り、上記パラメータA〜Eに関わらず、当業者であれば自在にパラメータを設定し、用いることができる。   The above parameters A to E are all set appropriately so as to be small for colonies of good pluripotent stem cells in an undifferentiated state and large for poor pluripotent stem cells that have started differentiation. The parameter E is a parameter obtained by weighting and adding to the parameters A to D, but such weighting can be appropriately performed by those skilled in the art. In the present invention, as long as the parameter is a parameter that causes a difference between a good colony and a bad colony, regardless of the parameters A to E, those skilled in the art can freely set and use the parameter. be able to.

本発明により、コロニー全体の画素に基づいて多能性幹細胞のコロニーの良否の評価を行う場合には、例えば、工程(C2−3)により得られた数値行列は、行毎および/または列毎に分解して、数値の一次配列にし、それぞれの一次配列に対して近似曲線をカーブフィットすることができる。カーブフィット後に、例えば、それぞれの一次配列からパラメータ(例えば、パラメータA〜E)を抽出すると、n行m列の数値行列の場合、各コロニーに対して、パラメータ毎にn+m個のパラメータが得られる。得られたn+m個のパラメータはそのまま評価に用いてもよいが、その場合には、例えば、パラメータの最大値(すなわち、コロニー全体の画像に基づくパラメータの最大値)をコロニー毎のパラメータ値とすることができる。あるいは、突発的な外れ値による解析への影響を少なくして評価の精度を向上させるために、さらに、以下のような平均化処理および/または平滑化処理を行ってから各パラメータの最大値を取得してもよい。すなわち、(x、y)成分の値が、x=xにおけるパラメータの値とy=yにおけるパラメータの値の相乗平均または相加平均となるように平均化処理をしてn行m列の数値行列を作成する。さらに突発的な外れ値による解析への影響を少なくするために、得られたn行m列の数値行列を平滑化することができる。平滑化は、例えば、特に限定されないが、
を用いてフィルタリングすることにより行うことができる。本発明では、特に斜めの成分との平均化が有効であり、本発明に用いられる平滑化のためのフィルタは当業者であれば適宜設定することができる。平均化処理および/または平滑化処理を行った後に、若しくは行わずに、数値行列の成分の最大値をパラメータ毎に算出し、これをもって、コロニー毎のパラメータ値とすることができる。これらのパラメータは、重み付けをして、またはせずに、さらに組み合わせて新たなパラメータの算出に用いても良い。また、パラメータEは平均化処理および/または平滑化処理を行った後に得られたパラメータA〜Dに基づき算出してもよい。
When evaluating the quality of a pluripotent stem cell colony based on the pixels of the entire colony according to the present invention, for example, the numerical matrix obtained by the step (C2-3) is row by row and / or column by column. Can be decomposed into a primary array of numerical values, and an approximate curve can be curve-fitted to each primary array. For example, when a parameter (for example, parameters A to E) is extracted from each primary array after curve fitting, n + m parameters are obtained for each parameter for each colony in the case of an n-by-m numeric matrix. . The obtained n + m parameters may be used for evaluation as they are. In that case, for example, the maximum value of the parameter (that is, the maximum value of the parameter based on the image of the entire colony) is used as the parameter value for each colony. be able to. Alternatively, in order to improve the accuracy of the evaluation by reducing the influence on the analysis due to sudden outliers, the following average processing and / or smoothing processing is further performed, and then the maximum value of each parameter is set. You may get it. That is, averaging is performed so that the value of the component (x k , y j ) is the geometric mean or arithmetic mean of the parameter value at x = x k and the parameter value at y = y j, and n rows Create an m-column numeric matrix. Furthermore, in order to reduce the influence on the analysis due to sudden outliers, the obtained numerical matrix of n rows and m columns can be smoothed. Smoothing is not particularly limited, for example,
This can be done by filtering using In the present invention, averaging with an oblique component is particularly effective, and a smoothing filter used in the present invention can be appropriately set by those skilled in the art. After or without performing the averaging process and / or smoothing process, the maximum value of the components of the numerical matrix can be calculated for each parameter, and this can be used as the parameter value for each colony. These parameters may be used for calculation of new parameters by further combining with or without weighting. The parameter E may be calculated based on the parameters A to D obtained after the averaging process and / or the smoothing process.

本発明によれば、得られたパラメータ(例えば、パラメータA〜E)について、そのうちの少なくとも1つの大小を評価することにより、多能性幹細胞が形成するコロニーの良否を評価することができる。ここで例えば、パラメータA〜Eに対してそれぞれ閾値を設定すると、閾値を小さくすればするほど良好と評価される不良なコロニーの割合が減少し、大きくすればするほど良好と評価される不良なコロニーの割合は増加する。従って、当業者であれば、良好なコロニーの回収率と不良なコロニーの混入率に応じて、適宜閾値を設定し、閾値を超えるか否かにより多能性幹細胞のコロニーの良否を判定することができる。従って、本発明によれば、上記パラメータ(例えば、パラメータA〜E)を用いて、多能性幹細胞のコロニーの良否を評価することができる。   According to the present invention, the quality of colonies formed by pluripotent stem cells can be evaluated by evaluating at least one of the obtained parameters (for example, parameters A to E). Here, for example, when a threshold value is set for each of the parameters A to E, the proportion of bad colonies that are evaluated as good decreases as the threshold value is decreased, and the failure that is evaluated as good as the value is increased. The percentage of colonies increases. Therefore, those skilled in the art can appropriately set a threshold according to the recovery rate of good colonies and the contamination rate of bad colonies, and determine the quality of pluripotent stem cell colonies based on whether or not the threshold is exceeded. Can do. Therefore, according to the present invention, the quality of the pluripotent stem cell colony can be evaluated using the above parameters (for example, parameters A to E).

本発明によれば、(B)得られた画像を画像処理すること、および、(C)得られた画像に基づいて多能性幹細胞のコロニーの良否を評価することは、コンピュータ等により全行程を自動化することができる。従って、本発明の方法をコンピュータに実行させるためのプログラムが提供される。具体的には、本発明によれば、多能性幹細胞のコロニーの画像に基づいて微分画像を得る工程(B)と、画像を解析して多能性幹細胞のコロニーの良否を自動判定する工程(C)とをコンピュータに実行させるためのプログラムが提供される。本発明によればまた、本発明のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。本発明によればさらに、本発明のプログラムをその内部記録装置に記録したコンピュータまたは本発明のコンピュータを備えた多能性幹細胞のコロニーの良否のための自動判定システムが提供される。   According to the present invention, (B) image processing of the obtained image, and (C) evaluation of the quality of the pluripotent stem cell colony based on the obtained image are performed by a computer or the like. Can be automated. Accordingly, a program for causing a computer to execute the method of the present invention is provided. Specifically, according to the present invention, a step (B) of obtaining a differential image based on an image of a pluripotent stem cell colony, and a step of automatically determining the quality of the pluripotent stem cell colony by analyzing the image A program for causing a computer to execute (C) is provided. The present invention also provides a computer-readable recording medium that records the program of the present invention. According to the present invention, there is further provided a computer for recording the program of the present invention in its internal recording device or an automatic determination system for quality of pluripotent stem cell colonies comprising the computer of the present invention.

本発明のプログラムは、フレキシブルディスクやCD−ROM等の記録媒体に記録し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。また、本発明のプログラムを、インターネット等の通信回線(無線通信も含む)を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。   The program of the present invention may be recorded on a recording medium such as a flexible disk or a CD-ROM, and read and executed by a computer. The recording medium is not limited to a removable medium such as a magnetic disk or an optical disk, but may be a fixed recording medium such as a hard disk device or a memory. The program of the present invention may be distributed via a communication line (including wireless communication) such as the Internet. Further, the program may be distributed in a state where the program is encrypted, modulated or compressed, and stored in a recording medium via a wired line such as the Internet or a wireless line.

実施例1:iPS細胞が形成するコロニーの画像処理
本実施例では、iPS細胞の良否を評価するための画像解析方法について検討した。
Example 1: Image processing of colonies formed by iPS cells In this example, image analysis methods for evaluating the quality of iPS cells were examined.

(位相差顕微鏡法によるiPS細胞コロニーの画像の取得)
本実施例では、細胞は、ヒトiPS細胞(公益財団法人 先端医療振興財団 細胞評価グループ 川真田研究室による樹立株)を用いた。培養は、フィーダーを用いるオンフィーダー条件およびフィーダーレス条件の2条件で行った。フィーダー細胞は、SNL細胞(DSファーマバイオメディカル社製、製品番号:EC07032801)を使用した。培地は、オンフィーダー条件では、ヒトES細胞培養用培地(ダルベッコ改変イーグル培地/栄養混合物F−12ハム(シグマアルドリッチ社製、製品番号:D6421)500mL、ノックアウト血清代替物(インビトロジェン社製、製品番号:10828−028)125mL、非必須アミノ酸溶液(シグマアルドリッチ社製、製品番号:M7145)5mL、200mM L−グルタミン(インビトロジェン社製、製品番号:25030−081)6.25mL、0.1M 2−メルカプトエタノールを添加したPBS(インビトロジェン社製、製品番号:21985)500μL、bFGF(和光純薬工業社製、製品番号:064−04541)最終濃度5ng/mLを用い、フィーダーレス条件では、ReproFF2培地(ReproCell社製、製品番号:RCHEMD006)にbFGF(和光純薬工業社製、製品番号:064−04541)最終濃度5ng/mLを添加した培地を用いた。細胞を通常の培養皿に播種し、継代前にiPS細胞を4倍の対物レンズおよび10倍の接眼レンズを備えた倒立型位相差顕微鏡IX81(オリンパス社製)で観察した。画像は、解像度を1.6μm/ピクセルに設定し、顕微鏡用デジタルカメラ(オリンパス社製、製品番号:DP72)を用いてPCに取込んで画像解析に用いた。本実施例では、最も良好とされるiPS細胞コロニー30例、良好とされるiPS細胞コロニー50例、不良とされるiPS細胞コロニー100例の計180例について画像を取得した。
(Acquisition of iPS cell colony image by phase contrast microscopy)
In this example, human iPS cells (established strain by Kawasanada Laboratory, Cell Evaluation Group, Advanced Medical Promotion Foundation) were used as cells. Culturing was performed under two conditions: on-feeder conditions using a feeder and feeder-less conditions. SNL cells (manufactured by DS Pharma Biomedical, product number: EC07032801) were used as feeder cells. Under on-feeder conditions, the medium is a medium for human ES cell culture (Dulbecco's modified Eagle medium / nutrient mixture F-12 Ham (manufactured by Sigma Aldrich, product number: D6421), 500 mL, knockout serum substitute (manufactured by Invitrogen, product number) : 10828-028) 125 mL, non-essential amino acid solution (manufactured by Sigma-Aldrich, product number: M7145) 5 mL, 200 mM L-glutamine (manufactured by Invitrogen, product number: 25030-081) 6.25 mL, 0.1M 2-mercapto PBS supplemented with ethanol (Invitrogen, product number: 21985) 500 μL, bFGF (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, product number: 064-04541) final concentration of 5 ng / mL, and feeder-less conditions, ReproFF2 medium (Repr oCell, product number: RCHEMD006) was added with bFGF (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, product number: 064-0541) final concentration of 5 ng / mL. Previously, iPS cells were observed with an inverted phase contrast microscope IX81 (Olympus) equipped with a 4 × objective lens and a 10 × eyepiece, and the image was set at a resolution of 1.6 μm / pixel. The sample was taken into a PC using a digital camera (manufactured by Olympus, product number: DP72) and used for image analysis.In this example, 30 best iPS cell colonies, iPS cell colonies considered good Images were acquired for a total of 180 cases of 50 cases and 100 cases of iPS cell colonies regarded as defective.

(画像解析)
画像解析は、米国国立衛生学研究所(NIH)が無償提供する画像処理ソフトImageJ(http://rsbweb.nih.gov/ij/)を使用して行った。画像解析のために、位相差顕微鏡法により得られた画像をまず8ビット(256階調)のグレースケール画像に変換した。
(Image analysis)
Image analysis was performed using image processing software ImageJ (http://rsbweb.nih.gov/ij/) provided free of charge by the National Institutes of Health (NIH). For image analysis, an image obtained by phase contrast microscopy was first converted to an 8-bit (256 gradation) grayscale image.

次に得られた画像に対しSobelフィルタによる画像処理を行った。具体的には、ImageJを用いて3×3のSobelフィルタによる微分フィルタ処理を行った後に、コントラスト調整を行い、その後、20ピクセル毎の平均化処理を行い、さらにコントラスト調整を行った後に、rolling ballアルゴリズムを用いてバックグラウンド画像を抽出し、さらにコントラスト調整を行って、最後に40×40ピクセルの画像に変換して微分フィルタ処理画像を得た。   Next, image processing using a Sobel filter was performed on the obtained image. Specifically, after performing differential filter processing using a 3 × 3 Sobel filter using ImageJ, contrast adjustment is performed, then averaging processing is performed every 20 pixels, and after contrast adjustment is performed, rolling is performed. A background image was extracted using the ball algorithm, contrast adjustment was performed, and finally a 40 × 40 pixel image was converted to obtain a differential filtered image.

その結果、良好とされるiPS細胞コロニー(良好なコロニー)と良好でないとされるiPS細胞コロニー(不良なコロニー)との画像のパターンに明確な差を生じさせることができた(図1AおよびB)。具体的には、良好なiPS細胞コロニーからは、階調の均一な画像が得られるが(図1A)、不良なiPS細胞コロニーからは、中心部の階調が淡いリング状の画像が得られた(図1B)。また、画像処理したすべてのコロニーは、微分フィルタ処理画像に基づいて、良好か不良かを評価することができた。この結果から、微分フィルタを用いた画像処理は、多能性幹細胞のコロニーの良否評価に有効であることが示唆された。   As a result, it was possible to produce a clear difference in the pattern of images between the iPS cell colonies that were considered good (good colonies) and the iPS cell colonies that were not good (bad colonies) (FIGS. 1A and B). ). Specifically, an image with uniform gradation is obtained from a good iPS cell colony (FIG. 1A), but a ring-shaped image with a light gradation at the center is obtained from a poor iPS cell colony. (FIG. 1B). Moreover, it was possible to evaluate whether all the colonies subjected to the image processing were good or bad based on the differential filter processing image. From these results, it was suggested that image processing using a differential filter is effective in evaluating the quality of colonies of pluripotent stem cells.

本発明者らは、さらに他の様々な微分フィルタを用いて、不良なiPS細胞コロニーの微分フィルタ処理を試みた。その結果、いずれの微分フィルタを用いた場合でもフィルタ処理は有効であることが明らかとなった(図1C〜L)。また、上記のような既知の微分フィルタに限らず、例えば、ラプラシアンフィルタを適宜改良して作成した下記の改良ラプラシアンフィルタ:
を用いて、微分フィルタ処理を行った場合でも微分フィルタ処理は有効であった(図1M)。
The present inventors tried to perform differential filter processing of defective iPS cell colonies using various other differential filters. As a result, it became clear that the filter process was effective when any differential filter was used (FIGS. 1C to 1L). In addition to the known differential filter as described above, for example, the following improved Laplacian filter created by appropriately improving a Laplacian filter:
The differential filter processing was effective even when the differential filter processing was performed using (FIG. 1M).

このことから、iPS細胞コロニーの位相差顕微鏡写真の微分フィルタ処理は、微分フィルタの種類を問わず、多能性幹細胞のコロニーの良否評価に有効であることが明らかとなった。微分フィルタ処理は、画像の微分に基づく画像変換であれば広く様々なフィルタを利用でき、また、改良して得た微分フィルタやその他自由に作成した微分フィルタも広く用いることができると考えられる。   From this, it became clear that the differential filter processing of the phase contrast micrograph of the iPS cell colony is effective for evaluating the quality of the pluripotent stem cell colony regardless of the type of the differential filter. For the differential filter processing, a wide variety of filters can be used as long as the image conversion is based on the differentiation of the image, and it is considered that a differential filter obtained by improvement and other freely created differential filters can also be widely used.

実施例2:画像解析のための画像の前処理
本実施例では、コロニー毎の画像を抽出するためのマスキング処理を行った。
Example 2: Image preprocessing for image analysis In this example, a masking process for extracting an image for each colony was performed.

まず、マスキング用のマスクを作成するために、実施例1の3×3のSobelフィルタによる画像処理により得られた画像(図2B、3Bおよび4B)を元に画像の二値化を行って、フィーダー領域(黒)とコロニー領域(白)とを分離した。その後、コロニー領域に生じることがある空隙(黒)を白で埋めた(図2C、3Cおよび4C)。   First, in order to create a mask for masking, binarization of the image is performed based on the images (FIGS. 2B, 3B, and 4B) obtained by the image processing by the 3 × 3 Sobel filter of Example 1. The feeder area (black) and the colony area (white) were separated. Thereafter, voids (black) that may occur in the colony region were filled with white (FIGS. 2C, 3C, and 4C).

次に、コロニーが隣接してつながって存在する場合に、2つまたはそれ以上のコロニーを分離してコロニー毎のマスクを作成するために、ウォータシェッド細分化(Watershed)を行い、つながっている2つ以上のコロニーを分離した。具体的には、画像のユークリッド距離地図(EDM)を計算し、最終的な浸食点(UEP)を見つけ、その縁を可能な限り拡大し、粒子の縁が到達するまで、若しくは他のUEPの領域の縁に到達するまで拡張して、つながっている2つ以上のコロニーを分離した。得られた画像を、バックグラウンドや他のコロニーを排除するためのマスクとした。その後、得られたマスクを用いて実施例1の画像のフィーダー領域や他のコロニー領域をマスキングした(図2D、3Dおよび4D)。   Next, when colonies exist adjacently connected, watershed subdivision (Watershed) is performed to separate two or more colonies and create a mask for each colony. Two or more colonies were isolated. Specifically, it calculates the Euclidean distance map (EDM) of the image, finds the final erosion point (UEP), enlarges its edge as much as possible, until the edge of the particle arrives, or other UEP's Expanding to reach the edge of the region, two or more connected colonies were separated. The obtained image was used as a mask for eliminating the background and other colonies. Then, the feeder area | region and other colony area | region of the image of Example 1 were masked using the obtained mask (FIG. 2D, 3D, and 4D).

実施例3:細胞播種直後の胚様体(EB)状の部分の画像処理
播種直後は、顕微鏡化で黒色に抜けて移るEB状の部位が存在することがある。このようなEB状の部位が存在するコロニーは、解析上、分化したと見なされる可能性があるので、EB状部分は画像処理により排除する必要がある。本実施例では、胚様体(EB)状の部分を除去するための画像処理を行った。
Example 3: Image processing of an embryoid body (EB) -like part immediately after cell seeding Immediately after seeding, there may be an EB-like part that moves to black by microscopic observation. Since such a colony in which an EB-like site exists may be regarded as differentiated in the analysis, it is necessary to exclude the EB-like part by image processing. In this example, image processing for removing an embryoid body (EB) -like portion was performed.

実施例1および2に記載の方法により、iPS細胞のコロニーの位相差顕微鏡像を得て、すべての位相差顕微鏡像を、微分フィルタを用いて画像処理した(図2B、3Bおよび4B)。次いで、得られた画像を二値化することにより、EB状の部位のみを抽出した(図4E)。このとき、EB状の部位が存在しないコロニーでは、上記のEB状の部位の抽出処理によっては何も抽出されなかった(図2Eおよび3E)。   Phase contrast microscopic images of iPS cell colonies were obtained by the method described in Examples 1 and 2, and all phase contrast microscopic images were image processed using a differential filter (FIGS. 2B, 3B, and 4B). Next, by binarizing the obtained image, only the EB-shaped part was extracted (FIG. 4E). At this time, nothing was extracted from the EB-like site extraction process in the colonies having no EB-like site (FIGS. 2E and 3E).

実施例2で得られたマスキング画像(図2D、3Dおよび4D)と、実施例3のEB状の部位の抽出処理によって得られたEB状の部位(図2E、3Eおよび4E)を合成した(図2F、3Fおよび4F)。実施例3の処理は解析するすべてのiPS細胞コロニーについて行った。   The masking image obtained in Example 2 (FIGS. 2D, 3D and 4D) and the EB-like part (FIGS. 2E, 3E and 4E) obtained by the extraction process of the EB-like part of Example 3 were synthesized ( Figures 2F, 3F and 4F). The treatment of Example 3 was performed on all iPS cell colonies to be analyzed.

実施例4:画像解析
本実施例では、実施例で得られた微分画像の解析を行った。
Example 4 Image Analysis In this example, the differential image obtained in the example was analyzed.

得られたマスキング画像のコロニーの全体が枠内に収まる2mm×2mm各の正方形の枠を設定した。次に、演算を高速化する目的で、画素の平均化して画素数を減らして正方形内の画素数を40ピクセル×40ピクセルにした。1ピクセルは、50μm×50μmの正方形に相当する。得られたグレースケール画像(40ピクセル×40ピクセル)は、その階調に応じて0〜255に数値化して40×40の行列として記録した(図2G、3Gおよび4G)。その後、得られた行列から1〜40行目に対応する1行40列の行列を40個作成した。同様に、得られた行列から1〜40列目に対応する40行1列の行列を40個作成した。   A square frame of 2 mm × 2 mm each in which the entire colony of the obtained masking image fits in the frame was set. Next, for the purpose of speeding up the calculation, the number of pixels was reduced by averaging the pixels to make the number of pixels in the square 40 pixels × 40 pixels. One pixel corresponds to a square of 50 μm × 50 μm. The obtained gray scale image (40 pixels × 40 pixels) was digitized from 0 to 255 according to the gradation and recorded as a 40 × 40 matrix (FIGS. 2G, 3G and 4G). Thereafter, 40 matrices of 1 × 40 columns corresponding to the 1st to 40th rows were created from the obtained matrix. Similarly, 40 matrices of 40 rows and 1 column corresponding to the 1st to 40th columns were created from the obtained matrix.

得られた1行40列の行列および40行1列の行列は、縦軸を行列成分の大きさとして、グラフ化した。良好なiPS細胞コロニーおよび不良なiPS細胞コロニーにおいて見られる特徴的な数値分布のグラフはそれぞれ、図5Aおよび図5Bの通りであった。   The obtained 1 × 40 matrix and 40 × 1 matrix were graphed with the vertical axis as the size of the matrix component. Graphs of characteristic numerical distributions seen in good iPS cell colonies and bad iPS cell colonies are shown in FIGS. 5A and 5B, respectively.

さらに得られた行列を解析するために、良好なiPS細胞コロニーおよび不良なiPS細胞コロニーが示す特徴的な数値分布に対して近似式を作成し、得られた行列80個それぞれに対してカーブフィットした。近似式は、鋭意検討の結果、以下のfgood(x):
(式中、A、A、a、a、xおよびxはパラメータであり、xは変数である。)、および、fbad(x):
(式中、A、A、A、A、A、xはパラメータであり、xは変数である。)
を用いた。
In addition, in order to analyze the obtained matrix, an approximate expression was created for the characteristic numerical distributions indicated by good iPS cell colonies and bad iPS cell colonies, and curve fitting was performed for each of the 80 matrices obtained. did. The approximate expression is the following f good (x) as a result of intensive studies.
(Where A 0 , A 1 , a 1 , a 2 , x 0 and x 1 are parameters and x is a variable), and f bad (x):
(In the formula, A 0 , A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , x 0 are parameters, and x is a variable.)
Was used.

また、カーブフィットした近似式から以下の4つのパラメータを抽出した(図6A〜D)。
パラメータA:コロニー中心部におけるfgood(x)の値とfbad(x)の極小値の差
パラメータB:コロニー内におけるfbad(x)の最大値と極小値の差
パラメータC:実測値の最大値とコロニー中心部での実測値の最小値の差
パラメータD:コロニー内のfgood(x)の値と実測値の差の二乗平均
In addition, the following four parameters were extracted from the curve fitting approximate expression (FIGS. 6A to 6D).
Parameter A: Difference between the value of f good (x) and the minimum value of f bad (x) at the center of the colony Parameter B: Difference between the maximum value and the minimum value of f bad (x) within the colony Parameter C: Difference parameter D between the maximum value and the minimum value of the actually measured value at the center of the colony: root mean square of the difference between the value of f good (x) in the colony and the actually measured value

具体的には、パラメータAは、fgood関数を用いて数値分布のカーブフィットを行い、iPS細胞コロニーの範囲を規定した後に、コロニーの中心部におけるfgood関数の値(ここでは、fbad関数が極小値を取る部分での値とした)とfbad関数の極小値を取得し、その差をパラメータAとした。パラメータBは、コロニーの範囲として規定された範囲内におけるfbad関数の最大値と極小値の差とした。パラメータCは、コロニーの範囲として規定された範囲内における実測値の最大値とコロニー中心部での実測値の最小値の差とし、コロニー中心部は、規定された範囲の中心とした。パラメータDは、fgood関数を用いて数値分布のカーブフィットを行い、コロニーの範囲として規定された範囲内における各実測値と近似式との差の二乗平均とした。 Specifically, the parameter A is the value of the f good function (here, the f bad function) at the center of the colony after curve fitting of a numerical distribution is performed using the f good function and the range of the iPS cell colony is defined. And the minimum value of the f bad function were obtained, and the difference between them was used as parameter A. The parameter B is the difference between the maximum value and the minimum value of the f bad function within the range defined as the colony range. The parameter C is a difference between the maximum value of the actually measured value within the range defined as the colony range and the minimum value of the actually measured value at the center of the colony, and the colony center is the center of the defined range. The parameter D was a curve distribution with a numerical distribution using the f good function, and was the mean square of the difference between each measured value and the approximate expression within the range defined as the colony range.

このようにして、各行および各列に対してパラメータA〜Dを1つずつ抽出した後に、得られたパラメータA〜Dに対してそれぞれ40×40の行列を作成した。40×40の行列の(x、y)成分の値は、x=xにおけるパラメータの値と、y=yにおけるパラメータの値の二乗平均とした。パラメータ毎に得られた40×40の行列に対して下記の行列を用いてフィルタリングを行い、数値を平滑化した。
In this way, after extracting the parameters A to D one by one for each row and each column, a 40 × 40 matrix was created for each of the obtained parameters A to D. The value of the (x k , y j ) component of the 40 × 40 matrix is the root mean square of the parameter value at x = x k and the parameter value at y = y j . The 40 × 40 matrix obtained for each parameter was filtered using the following matrix to smooth the numerical values.

また、コロニーの範囲外のパラメータはすべて0とした。   All parameters outside the colony range were set to zero.

このようにして得られた行列の最大値をパラメータ毎に抽出して、各パラメータの値としてさらなる解析に用いた。   The maximum value of the matrix thus obtained was extracted for each parameter and used as the value of each parameter for further analysis.

さらに、パラメータEを、パラメータA+パラメータB+パラメータC+0.2×パラメータDと定義し、コロニー毎にパラメータEを求めた。なお、本実施例では、数値計算ソフトウェアとしてROOT(CERN、http://root.cern.ch/drupal/)を用いた。   Furthermore, parameter E was defined as parameter A + parameter B + parameter C + 0.2 × parameter D, and parameter E was obtained for each colony. In this example, ROOT (CERN, http://root.cern.ch/drupal/) was used as numerical calculation software.

その結果、図7に示されるように、パラメータA〜Eは、いずれのパラメータも良好なiPS細胞コロニーで数値が低く、不良なiPS細胞コロニーほど数値が高いことが確認できた。良好なiPS細胞コロニーと不良なiPS細胞コロニーの各一例についてパラメータA〜Eの値を表1に示した。   As a result, as shown in FIG. 7, it was confirmed that the parameters A to E were all good iPS cell colonies and the values were low, and the bad iPS cell colonies were higher. Table 1 shows the values of parameters A to E for each example of good iPS cell colonies and bad iPS cell colonies.

表1に示されるように、良好なiPS細胞コロニーと不良なiPS細胞コロニーとでは、パラメータA〜Eの値はいずれも、不良なiPS細胞コロニーで大きかった。   As shown in Table 1, the values of parameters A to E were large for the defective iPS cell colonies in the good iPS cell colonies and the bad iPS cell colonies.

さらに、パラメータ毎に閾値を設けて閾値以下の細胞を良好と判定する場合の判定の精度を調べた結果は、図8に示す通りであった。図8では、各パラメータの閾値を横軸とし、良好と判定された良好なiPS細胞コロニーの回収率(%)および不良なiPS細胞コロニーの混入率(%)を縦軸とした。すなわち、パラメータA〜Eのそれぞれについて閾値を設定し、閾値以下の細胞を良好と判定し、閾値を超える細胞を不良と判定した場合に、良好な細胞の回収率と不良な細胞の混入率との関係がどのようになるかを示した図である。良好な細胞の回収率および不良な細胞の混入率は、それぞれ、良好な細胞全体に対して良好と判定された細胞の割合および不良な細胞全体に対して良好と判定された細胞の割合とした。表2は、図8の結果を表にまとめたものである。   Furthermore, the result of examining the accuracy of determination when a threshold value is provided for each parameter and cells below the threshold value are determined to be good is as shown in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis represents the threshold value of each parameter, and the vertical axis represents the recovery rate (%) of good iPS cell colonies determined to be good and the contamination rate (%) of bad iPS cell colonies. That is, when a threshold value is set for each of parameters A to E, cells below the threshold value are determined to be good, and cells exceeding the threshold value are determined to be defective, a good cell recovery rate and a bad cell contamination rate It is the figure which showed what the relationship becomes. The recovery rate of good cells and the contamination rate of bad cells were the ratio of cells judged good to the whole good cells and the percentage of cells judged good to the whole bad cells, respectively. . Table 2 summarizes the results of FIG.

図8および表2に示されるように、良好なiPS細胞コロニーの回収率を高めるほど、不良なiPS細胞コロニーが混入してくることが理解できる。パラメータA〜Dのいずれを用いた場合でも、iPS細胞コロニーの良否の評価は可能であったが、パラメータの中で最も判定精度の高いパラメータEを用いて評価すると、良好なiPS細胞コロニーの回収率を90%とすると、不良なiPS細胞コロニーの6%が混入し、回収率を80%とすると、不良なiPS細胞コロニーの3%が混入し、回収率を70%とすると、不良なiPS細胞コロニーの3%が混入し、回収率を60%とすると、不良なiPS細胞コロニーが混入しなくなることが分かった。特に、近似式による近似を行うことなく、評価した場合であっても(パラメータC)、精度の高い評価が可能であり、例えば、良好なiPS細胞コロニーの回収率を90%とすると、不良なiPS細胞コロニーの9%が混入し、回収率を80%とすると、不良なiPS細胞コロニーの4%が混入し、回収率を70%とすると、不良なiPS細胞コロニーの3%が混入し、回収率を60%とすると、不良なiPS細胞コロニーが1%混入し、回収率を30%とすると、不良なiPS細胞コロニーが混入しなくなることが分かった。   As shown in FIG. 8 and Table 2, it can be understood that as the recovery rate of good iPS cell colonies is increased, poor iPS cell colonies are mixed. Although any of the parameters A to D was used, the quality of the iPS cell colony could be evaluated. However, when the parameter E having the highest determination accuracy among the parameters was used for evaluation, a good iPS cell colony was recovered. If the rate is 90%, 6% of bad iPS cell colonies are mixed, if the recovery rate is 80%, 3% of bad iPS cell colonies are mixed, and if the recovery rate is 70%, poor iPS cell colonies It was found that when 3% of the cell colonies were mixed and the recovery rate was 60%, bad iPS cell colonies were not mixed. In particular, even when evaluation is performed without performing approximation using an approximate expression (parameter C), high-accuracy evaluation is possible. For example, if the recovery rate of good iPS cell colonies is 90%, the evaluation is poor. If 9% of iPS cell colonies are mixed and the recovery rate is 80%, 4% of bad iPS cell colonies are mixed. If the recovery rate is 70%, 3% of bad iPS cell colonies are mixed. It was found that when the recovery rate was 60%, 1% bad iPS cell colonies were mixed, and when the recovery rate was 30%, no bad iPS cell colonies were mixed.

このように、iPS細胞コロニーの位相差画像に対して微分フィルタ処理を施すことにより、近似式を用いて(パラメータA、B、DおよびE)、または用いずに(パラメータC)、iPS細胞コロニーの良否判定が可能であった。また、パラメータを組み合わせることにより(パラメータE)、iPS細胞コロニーのさらに高精度な良否判定が可能であった。   In this way, by applying differential filter processing to the phase difference image of the iPS cell colony, the iPS cell colony is used with or without the approximate expression (parameters A, B, D and E) (parameter C). Can be judged. Further, by combining the parameters (parameter E), it was possible to determine the quality of the iPS cell colony with higher accuracy.

Claims (25)

多能性幹細胞が形成するコロニーの画像の微分フィルタ処理画像(微分画像)に基づいて、多能性幹細胞のコロニーの良否を評価する方法。   A method for evaluating the quality of a pluripotent stem cell colony based on a differential filtering image (differential image) of a colony image formed by a pluripotent stem cell. 多能性幹細胞の微分画像から得られた画像パターンに基づいてコロニーの良否を評価する、請求項1に記載の方法。   The method of Claim 1 which evaluates the quality of a colony based on the image pattern obtained from the differential image of the pluripotent stem cell. 微分画像から、各画素の階調に従って画素毎に数値化を行い、次いで、コロニー中心部の数値と、場合によってはその周辺部の数値とに基づいてコロニーの良否を評価する、請求項1に記載の方法。   From the differential image, digitization is performed for each pixel according to the gradation of each pixel, and then the quality of the colony is evaluated based on the numerical value of the central part of the colony and, in some cases, the numerical value of the peripheral part. The method described. 微分画像から、各画素の階調に従って画素毎に数値化を行い、次いで、得られた数値分布に基づいてコロニーの良否を評価する、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the differential image is digitized for each pixel according to the gradation of each pixel, and then the quality of the colony is evaluated based on the obtained numerical distribution. 微分画像から、各画素の階調に従って画素毎に数値化を行い、次いで、コロニーの数値分布に対して予め作成した少なくとも1種類のフィット関数を、評価対象のコロニーの数値分布に対してカーブフィットすることによりそのコロニーの良否を評価する、請求項4に記載の方法。   From the differential image, digitization is performed for each pixel according to the gradation of each pixel, and then at least one type of fit function created in advance for the numerical distribution of colonies is curve-fitted to the numerical distribution of colonies to be evaluated The method of Claim 4 which evaluates the quality of the colony by doing. 予め作成したフィット関数が、
凸形状を表すフィット関数(fgood関数)、および/または、
コロニーの中心部で凹形状を表し、かつ、その周辺部で凸形状を表すフィット関数(fbad関数)
を含んでなる少なくとも1種類のフィット関数である(但し、コロニー中心部を通る直線の位置を平面直交座標系の横軸(X軸)とし、数値分布(Y軸)を縦軸としてフィット関数のグラフを作成する)、請求項5に記載の方法。
The fitting function created in advance is
A fitting function (f good function) representing a convex shape, and / or
A fit function (f bad function) that represents a concave shape at the center of the colony and a convex shape at the periphery.
(However, the position of the straight line passing through the colony center is the horizontal axis (X axis) of the plane orthogonal coordinate system, and the numerical distribution (Y axis) is the vertical axis. 6. The method of claim 5, wherein a graph is created.
予め作成したフィット関数が、fgood関数とfbad関数とを含んでなる少なくとも2種類のフィット関数である、請求項6に記載の方法。 The method according to claim 6, wherein the fitting function created in advance is at least two types of fitting functions including an f good function and an f bad function. bad関数が、
(条件B1)x→−∞およびx→∞の極限において収束する、
(条件B2)コロニー内では任意の実数xに対して0以上となる、および、
(条件B3)コロニー内では1つの極小値と2つの極大値を有する
から選択されるいずれか1つ、2つまたはすべての条件を満たす、請求項6または7に記載の方法。
f bad function is
(Condition B1) Converge in the limits of x → −∞ and x → ∞,
(Condition B2) Within a colony, it becomes 0 or more for any real number x, and
(Condition B3) The method according to claim 6 or 7, wherein any one, two or all of the conditions selected from having one minimum value and two maximum values in the colony are satisfied.
bad関数が、


、および、
からなる群から選択される、請求項6〜8のいずれか一項に記載の方法。
f bad function is
,
,
,and,
9. A method according to any one of claims 6 to 8 selected from the group consisting of:
前記fbad関数が、
である、請求項9に記載の方法。
The f bad function is
10. The method of claim 9, wherein
good関数が、
(条件G1)x→−∞およびx→∞の極限において収束する、
(条件G2)コロニー内では任意の実数xに対して0以上となる、および
(条件G3)コロニー内では1つの極大値を有する
から選択されるいずれか1つ、2つまたはすべての条件を満たす、請求項6〜10のいずれか一項に記載の方法。
f good function is
(Condition G1) Converge in the limits of x → −∞ and x → ∞.
(Condition G2) 0 or more for any real number x in the colony, and (Condition G3) One, two or all conditions selected from having one local maximum in the colony The method according to any one of claims 6 to 10.
good関数が、

、および、
からなる群から選択される、請求項6〜11のいずれか一項に記載の方法。
f good function is
,
,and,
12. A method according to any one of claims 6 to 11 selected from the group consisting of:
good関数が、
である、請求項12に記載の方法。
f good function is
The method of claim 12, wherein
カーブフィットすることにより得られる少なくとも1種類の近似曲線と、評価対象のコロニーの数値分布とのずれの程度を指標としてコロニーの良否を評価する、請求項6〜13のいずれか一項に記載の方法。   The quality of a colony is evaluated using the degree of deviation between at least one kind of approximate curve obtained by curve fitting and the numerical distribution of a colony to be evaluated as an index. Method. カーブフィットすることにより得られる少なくとも1種類の近似曲線から抽出したパラメータを指標としてコロニーの良否を評価する、請求項6〜14のいずれか一項に記載の方法。   The method as described in any one of Claims 6-14 which evaluates the quality of a colony by using as a parameter | index the parameter extracted from the at least 1 type of approximate curve obtained by curve fitting. パラメータが、コロニー内における、fgood関数の最大値、fbad関数の最大値、fbad関数の極小値、実測値の最大値および実測値の最小値からなる群から選択される1以上のパラメータである、請求項15に記載の方法。 One or more parameters selected from the group consisting of the maximum value of the f good function, the maximum value of the f bad function, the minimum value of the f bad function, the maximum value of the actual measurement value, and the minimum value of the actual measurement value in the colony The method of claim 15, wherein 2つのパラメータの和、差、積または比を指標としてコロニーの良否を評価することを含んでなる、請求項15または16に記載の方法。   The method according to claim 15 or 16, comprising evaluating the quality of the colony using the sum, difference, product or ratio of the two parameters as an index. 2つのパラメータの和、差、積または比の値と、別の2つのパラメータの組み合わせにおける2パラメータの和、差、積または比の値との、和、差、積または比を指標としてコロニーの良否を評価することを含んでなる、請求項17に記載の方法。   The value of the sum, difference, product, or ratio of two parameters and the sum, difference, product, or ratio of two parameters in another two parameter combination as an index. The method according to claim 17, comprising evaluating quality. パラメータが、コロニー内における、fgood関数の最大値、fbad関数の最大値およびfbad関数の極小値からなる群から選択される2つのパラメータである、請求項17または18に記載の方法。 The method according to claim 17 or 18, wherein the parameters are two parameters selected from the group consisting of a maximum value of the f good function, a maximum value of the f bad function, and a minimum value of the f bad function in the colony. 近似曲線から、コロニー毎に算出される以下の4つのパラメータ:
パラメータA:fgood関数の中心部の値とfbad関数の極小値の差、
パラメータB:fbad関数の最大値と極小値の差、
パラメータC:実測値の最大値とコロニー中心部での実測値の最小値の差、および
パラメータD:コロニー内のfgood関数と実測値の差の二乗平均
からなる群から選択される少なくとも1つのパラメータに基づいてコロニーの良否を評価する、請求項18に記載の方法。
The following four parameters calculated for each colony from the approximate curve:
Parameter A: difference between the central value of the f good function and the minimum value of the f bad function,
Parameter B: difference between the maximum value and the minimum value of the f bad function,
Parameter C: at least one selected from the group consisting of the maximum value of the actual measurement value and the minimum value of the actual measurement value at the center of the colony, and parameter D: the root mean square of the difference between the f good function in the colony and the actual measurement value The method of Claim 18 which evaluates the quality of a colony based on a parameter.
パラメータA〜Dから選択される2以上のパラメータを重み付けして加算して得られる数値に基づいて評価する、請求項20に記載の方法。   21. The method according to claim 20, wherein the evaluation is based on a numerical value obtained by weighting and adding two or more parameters selected from the parameters A to D. 請求項1〜21のいずれか一項に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。   The program for making a computer perform the method as described in any one of Claims 1-21. 請求項22に記載のプログラムを記録したコンピュータに読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium on which the program according to claim 22 is recorded. 請求項22に記載のプログラムを内部記憶装置に記録したコンピュータ。   A computer having the program according to claim 22 recorded in an internal storage device. 請求項24に記載のコンピュータを備えた、多能性幹細胞のコロニーの良否の自動判定システム。   An automatic determination system for the quality of a pluripotent stem cell colony, comprising the computer according to claim 24.
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