JP2015180191A - 細胞評価装置、細胞評価方法、データ解析装置、データ解析方法、細胞評価システム及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
この装置は、前記心筋細胞に対する電気刺激の印加条件を制御する電気刺激制御部を有していてもよい。
その場合、前記電気刺激制御部は、例えば、前記心筋細胞の任意の位置に興奮をペーシングするための第1の電気刺激を印加する。
前記電気刺激制御部は、前記心筋細胞に対して、前記第1の電気刺激を印加した後、前記第1の電気刺激と同じ又は異なる位置に、前記第1の電気刺激との間に任意の位相差を有する第2の電気刺激を印加してもよい。
また、前記電気刺激制御部は、前記第1の電気刺激に対応して生じる心筋細胞の収縮開始から最大弛緩までの時間を規準にして、前記第1の電気刺激と前記第2の電気刺激との位相差を決定することもできる。
更に、前記電気刺激制御部は、前記心筋細胞が反応しなくなるまで又は前記心筋細胞が反応するまで、前記第1の電気刺激と前記第2の電気刺激との位相差を変えて前記心筋細胞に対して電気刺激を印加してもよい。
一方、前記不応期算出部は、前記第1の電気刺激と前記第2の電気刺激との位相差が異なる2以上の波形情報に基づいて、前記心筋細胞の不応期を算出することができる。
また、前記心筋細胞の動き量データから、前記心筋細胞の拍動の伝搬特性を算出する伝搬特性算出部を有していてもよい。
前記伝搬特性は、例えば伝搬速度及び伝搬方向のうち少なくとも一方である。
この細胞評価方法では、更に、前記心筋細胞の動き量データから、前記心筋細胞の拍動の伝搬特性を算出する工程を有し、同一の画像データを用いて、前記伝搬特性の算出と、前記不応期の算出を行ってもよい。
この装置は、更に、前記心筋細胞の動き量データから、前記心筋細胞の拍動の伝搬特性を算出する伝搬特性算出部を有していてもよい。
このデータ解析方法では、更に、前記心筋細胞の動き量データから、前記心筋細胞の拍動の伝搬特性を算出する工程を有し、同一の画像データを用いて、前記伝搬特性の算出と、前記不応期の算出を行ってもよい。
1.第1の実施形態
(心筋細胞の不応期測定を行う細胞評価装置の例)
2.第2の実施形態
(心筋細胞の不応期測定と伝搬特性測定を同時に行う細胞評価装置の例)
3.第3の実施形態
(心筋細胞の不応期測定を行う細胞評価システムの例)
[全体構成]
先ず、本開示の第1の実施形態に係る細胞評価装置について説明する。図1は本実施形態の細胞評価装置の構成例を示すブロック図である。本実施形態の細胞評価装置10は、心筋細胞の不応期を測定し、その結果に基づいて心筋細胞を評価するものであり、図1に示すように、撮像部1、画像データ生成部2、データ解析部3、電気刺激印加部4、評価部5、表示部6などを備えている。
本実施形態の細胞評価装置10により評価される細胞は、心筋細胞を含むものであればよく、細胞培養技術により作製された心筋細胞、心筋細胞塊、心筋細胞シート及び心筋組織の他、心臓切片などを用いることもできる。
撮像部1は、電気刺激が印加された心筋細胞の動きを撮像するものであり、撮像素子11、対物レンズ12、試料ステージ13、照明光源14、容器15などを備えている。なお、図1には倒立顕微鏡を用いて撮像する場合の構成例を示しているが、本開示はこれに限定されるものではなく、実体顕微鏡及び正立顕微鏡などの他の形式の顕微鏡を用いてもよく、また、顕微鏡を用いずにレンズや撮像素子を備えるカメラのみで撮像することもできる。
画像データ生成部2は、撮像部1から供給される画像信号を基にして評価対象画像データを生成し、生成した評価対象画像データを例えば内部の記録媒体に記録して保存する。ここで生成される評価対象画像データは、例えば電気刺激印加時から特定時間を経過するまでの間の動画像データである。
図4はデータ解析部3の構成例を示すブロック図である。データ解析部3は、画像データ生成部2で作成された評価対象画像データに基づいて、心筋細胞の動きを検出し、その動きベクトルの大きさ(動き量)から、初期位相差X(ミリ秒)や不応期を算出するものである。そして、図4に示すように、データ解析部3には、動き検出部31、動き量算出部32、位相差算出部33及び不応期算出部34などが設けられている。
図5は電気刺激印加部4の構成例を示すブロック図である。電気刺激印加部4は、評価対象の心筋細胞に対して電気刺激を印加するものであり、図5に示すように、位相差決定部42、電気刺激制御部43、電源44及び電極41などを備えている。ここで、電極41は、心筋細胞に電気刺激を印加可能なものであればよく、容器15に埋め込まれた微小電極15a,15bや、容器15とは別に設けられた微小電極41a,41bなどを用いることができる。
評価部5は、データ解析部3で算出された不応期に基づいて、心筋細胞を評価するものである。評価部5における心筋細胞の評価内容は、特に限定されるものではないが、例えば、不応期エリアの推定、心毒性評価、心筋細胞シート作製時のシートの均質性の評価、スパイラルリエントリー現象の発生条件の推定などを行うことができる。
表示部6は、不応期算出部33で算出された不応期データやそれに関連する情報、評価部5での評価結果を表示するものである。
次に、本実施形態の細胞評価装置1の動作、即ち、細胞評価装置1を用いて、心筋細胞の不応期を測定する方法について説明する。図6は細胞評価装置1を用いて心筋細胞の不応期を評価する方法を示すフローチャート図である。図6に示すように、細胞評価装置1により心筋細胞の不応期の測定を行う場合は、撮像部1の試料ステージ13上に、評価対象の心筋細胞や心臓切片などが収容された容器15を載置する。
[全体構成]
次に、本開示の第2の実施形態に係る細胞評価装置について説明する。近年、催不整脈性評価においては、QT延長のみの評価では不十分であることが示唆されており、特に心室細動などの重篤な症状の発生には、心筋細胞間で、電気信号の伝搬異常(伝搬速度,伝搬方向)が発生していることが知られている。このため、前述した不応期測定と同時に、心筋細胞の伝搬異常を評価する技術は報告されていない。そこで、本発明者は、動きベクトル解析を用いた動き検出技術を利用し、心筋細胞の伝搬評価及び不応期測定を同時に行うことを可能にした。
図16に示すように、本実施形態の細胞評価装置は、データ解析部30に、伝搬特性算出部34が設けられており、不応期測定と同時に伝搬速度及び伝搬方向などの伝搬特性が算出可能となっている。なお、本実施形態の細胞評価装置における上記以外の構成は、前述した第1の実施形態と同様である。
次に、本実施形態の細胞評価装置を用いて、心筋細胞の不応期測定と伝搬特性測定を同時に行う方法について説明する。本実施形態の細胞評価装置により心筋細胞の不応期及び伝搬特性の測定を行う場合も、前述した第1の実施形態と同様に、撮像部1の試料ステージ13上に、評価対象の心筋細胞や心臓切片などが収容された容器15を載置する。
(1)心筋細胞シートのある部分の細胞が不応期から脱している状況で、その地点で外部刺激が加えられる。
(2)不応期から脱している部分にのみ興奮が伝搬することにより、異方的な興奮伝搬が発生する。
(3)興奮伝搬は不応期から脱している細胞に順次伝搬していくため、伝搬速度がある一定の条件を満たせば、興奮伝搬は永遠と持続する。
以上から、スパイラルリエントリーの発生段階において、異方的な興奮伝搬の発生が重要であることが分かる。
次に、本開示の第3の実施形態に係る細胞評価システムについて説明する。図23は本実施形態の細胞評価システムの概略構成を示す図である。図23に示すように、本実施形態の細胞評価システムは、電気刺激が印加された心筋細胞の動きを撮像する撮像装置50と、動き量算出部及び不応期算出部を有するデータ解析装置とを備えている。更に、本実施形態の細胞評価システムには、サーバや表示装置などが接続されていてもよい。
撮像装置50は、電気刺激が印加された心筋細胞の動きを撮像することが可能であればよく、各種顕微鏡や撮像素子を備えるカメラなどを用いることができる。なお、容器などについては、前述した第1の実施形態と同様の構成とすることができる。
データ解析装置は、撮像装置50で撮像された画像データから電気刺激印加に対応する心筋細胞の動き量を算出する動き量算出部と、心筋細胞の動き量の経時変化を示す波形情報に基づいて心筋細胞の不応期を算出する不応期算出部を備える。なお、その他の構成は、前述した第1及び第2の実施形態と同様である。
サーバは、ネットワークを介して撮像装置50、データ解析装置60及び表示装置などと接続されており、情報記憶部などが設けられている。そして、サーバは、撮像装置50やデータ解析装置60からアップロードされた各種データを管理し、要求に応じて表示装置やデータ解析装置60に出力する。
表示装置は、撮像装置50で測定された電気特性のデータやデータ解析装置60で算出された各種データなどを表示する。なお、表示装置には、ユーザが表示するデータを選択し入力するための情報入力部が設けられていてもよい。この場合、ユーザにより入力された情報は、ネットワークを介してサーバやデータ解析装置60に送信される。
(1)
電気刺激が印加された心筋細胞の動きを撮像する撮像部と、
前記撮像部で撮像された画像データから、電気刺激印加に対応する前記心筋細胞の動き量を算出する動き量算出部と、
前記心筋細胞の動き量の経時変化を示す波形情報に基づいて、前記心筋細胞の不応期を算出する不応期算出部と
を有する細胞評価装置。
(2)
前記心筋細胞に対する電気刺激の印加条件を制御する電気刺激制御部を有する(1)に記載の細胞評価装置。
(3)
前記電気刺激制御部は、前記心筋細胞の任意の位置に興奮をペーシングするための第1の電気刺激を印加する(2)に記載の細胞評価装置。
(4)
前記電気刺激制御部は、前記心筋細胞に対して、前記第1の電気刺激を印加した後、前記第1の電気刺激と同じ又は異なる位置に、前記第1の電気刺激との間に任意の位相差を有する第2の電気刺激を印加する(3)に記載の細胞評価装置。
(5)
前記電気刺激制御部は、前記第1の電気刺激に対応して生じる心筋細胞の収縮開始から最大弛緩までの時間を規準にして、前記第1の電気刺激と前記第2の電気刺激との位相差を決定する(4)に記載の細胞評価装置。
(6)
前記電気刺激制御部は、前記心筋細胞が反応しなくなるまで又は前記心筋細胞が反応するまで、前記第1の電気刺激と前記第2の電気刺激との位相差を変えて前記心筋細胞に対して電気刺激を印加する(4)又は(5)に記載の細胞評価装置。
(7)
前記不応期算出部は、前記第1の電気刺激と前記第2の電気刺激との位相差が異なる2以上の波形情報に基づいて、前記心筋細胞の不応期を算出する(4)〜(6)のいずれかに記載の細胞評価装置。
(8)
前記心筋細胞の動き量データから、前記心筋細胞の拍動の伝搬特性を算出する伝搬特性算出部を有する(1)〜(7)のいずれかに記載の細胞評価装置。
(9)
前記伝搬特性は、伝搬速度及び伝搬方向のうち少なくとも一方である(8)に記載の細胞評価装置。
(10)
心筋細胞に電気刺激を印加し、それにより心筋細胞の動きを撮像する工程と、
撮像された画像データから、電気刺激印加に対応する前記心筋細胞の動き量を算出する工程と、
前記心筋細胞の動き量の経時変化を示す波形情報に基づいて、前記心筋細胞の不応期を算出する工程と
を有する細胞評価方法。
(11)
更に、前記心筋細胞の動き量データから、前記心筋細胞の拍動の伝搬特性を算出する工程を有し、
同一の画像データを用いて、前記伝搬特性の算出と、前記不応期の算出を行う(10)に記載の細胞評価方法。
(12)
電気刺激が印加された心筋細胞の動きの画像データから、電気刺激印加に対応する前記心筋細胞の動き量を算出する動き量算出部と、
前記心筋細胞の動き量の経時変化を示す波形情報に基づいて、前記心筋細胞の不応期を算出する不応期算出部と
を有するデータ解析装置。
(13)
更に、前記心筋細胞の動き量データから、前記心筋細胞の拍動の伝搬特性を算出する伝搬特性算出部を有する(12)に記載のデータ解析装置。
(14)
電気刺激が印加された心筋細胞の動きの画像データから、電気刺激印加に対応する前記心筋細胞の動き量を算出する工程と、
前記心筋細胞の動き量の経時変化を示す波形情報に基づいて、前記心筋細胞の不応期を算出する工程と、
を有するデータ解析方法。
(15)
更に、前記心筋細胞の動き量データから、前記心筋細胞の拍動の伝搬特性を算出する工程を有し、
同一の画像データを用いて、前記伝搬特性の算出と、前記不応期の算出を行う(14)に記載のデータ解析方法。
(16)
電気刺激が印加された心筋細胞の動きを撮像する撮像装置と、
前記撮像装置で撮像された画像データから電気刺激印加に対応する前記心筋細胞の動き量を算出する動き量算出部、及び前記心筋細胞の動き量の経時変化を示す波形情報に基づいて前記心筋細胞の不応期を算出する不応期算出部を備えるデータ解析装置と、
を有する細胞評価システム。
(17)
電気刺激が印加された心筋細胞の動きの画像データから、電気刺激印加に対応する前記心筋細胞の動き量を算出する機能と、
前記心筋細胞の動き量の経時変化を示す波形情報に基づいて、前記心筋細胞の不応期を算出する機能と、
をコンピュータに実現させるためのプログラム。
2 画像データ生成部
3、30 データ解析部
4 電気刺激印加部
5 評価部
6 表示部
7 心筋細胞
8 培養液
10 細胞評価装置
11 撮像素子
12 対物レンズ
13 試料ステージ
14 照明光源
15 容器
15a,15b,41,41a,41b、 電極
31 動き検出部
32 動き量算出部
33 不応期算出部
42 位相差決定部
43 電気刺激制御部
44 電源
50 撮像装置
60 データ解析装置
Claims (17)
- 電気刺激が印加された心筋細胞の動きを撮像する撮像部と、
前記撮像部で撮像された画像データから、電気刺激印加に対応する前記心筋細胞の動き量を算出する動き量算出部と、
前記心筋細胞の動き量の経時変化を示す波形情報に基づいて、前記心筋細胞の不応期を算出する不応期算出部と
を有する細胞評価装置。 - 前記心筋細胞に対する電気刺激の印加条件を制御する電気刺激制御部を有する請求項1に記載の細胞評価装置。
- 前記電気刺激制御部は、前記心筋細胞の任意の位置に興奮をペーシングするための第1の電気刺激を印加する請求項2に記載の細胞評価装置。
- 前記電気刺激制御部は、前記心筋細胞に対して、前記第1の電気刺激を印加した後、前記第1の電気刺激と同じ又は異なる位置に、前記第1の電気刺激との間に任意の位相差を有する第2の電気刺激を印加する請求項3に記載の細胞評価装置。
- 前記電気刺激制御部は、前記第1の電気刺激に対応して生じる心筋細胞の収縮開始から最大弛緩までの時間を規準にして、前記第1の電気刺激と前記第2の電気刺激との位相差を決定する請求項4に記載の細胞評価装置。
- 前記電気刺激制御部は、前記心筋細胞が反応しなくなるまで又は前記心筋細胞が反応するまで、前記第1の電気刺激と前記第2の電気刺激との位相差を変えて前記心筋細胞に対して電気刺激を印加する請求項4に記載の細胞評価装置。
- 前記不応期算出部は、前記第1の電気刺激と前記第2の電気刺激との位相差が異なる2以上の波形情報に基づいて、前記心筋細胞の不応期を算出する請求項4に記載の細胞評価装置。
- 前記心筋細胞の動き量データから、前記心筋細胞の拍動の伝搬特性を算出する伝搬特性算出部を有する請求項1に記載の細胞評価装置。
- 前記伝搬特性は、伝搬速度及び伝搬方向のうち少なくとも一方である請求項8に記載の細胞評価装置。
- 心筋細胞に電気刺激を印加し、それにより心筋細胞の動きを撮像する工程と、
撮像された画像データから、電気刺激印加に対応する前記心筋細胞の動き量を算出する工程と、
前記心筋細胞の動き量の経時変化を示す波形情報に基づいて、前記心筋細胞の不応期を算出する工程と
を有する細胞評価方法。 - 更に、前記心筋細胞の動き量データから、前記心筋細胞の拍動の伝搬特性を算出する工程を有し、
同一の画像データを用いて、前記伝搬特性の算出と、前記不応期の算出を行う請求項10に記載の細胞評価方法。 - 電気刺激が印加された心筋細胞の動きの画像データから、電気刺激印加に対応する前記心筋細胞の動き量を算出する動き量算出部と、
前記心筋細胞の動き量の経時変化を示す波形情報に基づいて、前記心筋細胞の不応期を算出する不応期算出部と
を有するデータ解析装置。 - 更に、前記心筋細胞の動き量データから、前記心筋細胞の拍動の伝搬特性を算出する伝搬特性算出部を有する請求項12に記載のデータ解析装置。
- 電気刺激が印加された心筋細胞の動きの画像データから、電気刺激印加に対応する前記心筋細胞の動き量を算出する工程と、
前記心筋細胞の動き量の経時変化を示す波形情報に基づいて、前記心筋細胞の不応期を算出する工程と、
を有するデータ解析方法。 - 更に、前記心筋細胞の動き量データから、前記心筋細胞の拍動の伝搬特性を算出する工程を有し、
同一の画像データを用いて、前記伝搬特性の算出と、前記不応期の算出を行う請求項14に記載のデータ解析方法。 - 電気刺激が印加された心筋細胞の動きを撮像する撮像装置と、
前記撮像装置で撮像された画像データから電気刺激印加に対応する前記心筋細胞の動き量を算出する動き量算出部、及び前記心筋細胞の動き量の経時変化を示す波形情報に基づいて前記心筋細胞の不応期を算出する不応期算出部を備えるデータ解析装置と、
を有する細胞評価システム。 - 電気刺激が印加された心筋細胞の動きの画像データから、電気刺激印加に対応する前記心筋細胞の動き量を算出する機能と、
前記心筋細胞の動き量の経時変化を示す波形情報に基づいて、前記心筋細胞の不応期を算出する機能と、
をコンピュータに実現させるためのプログラム。
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