JP2018031663A - Metabolite analyzing method and metabolite analyzing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、赤外分光法における透過法を用いて細胞の代謝産物の吸光度又は体液の吸光度を測定し、細胞の代謝産物又は体液の性状を判定する代謝産物分析方法及び代謝産物分析装置に関する。 The present invention relates to a metabolite analysis method and a metabolite analyzer that measure the absorbance of a cellular metabolite or body fluid using a transmission method in infrared spectroscopy to determine the properties of the cellular metabolite or body fluid.
従来、赤外分光法を用いて、乾燥した細胞の赤外吸収スペクトルを測定して、乾燥した状態の細胞の性状を分析する分析方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
これに対して、細胞を生きたままで非侵襲で分析するために、出願人は、細胞の培養液中に浸した生きた細胞を、透過性の窓部を有する光路長が短いセルに収容して、赤外分光法における透過法を用いて、生きた細胞のままで、赤外吸収スペクトルを測定することを行っている。出願人は、癌細胞と細胞の代謝産物である乳酸とを、赤外分光法を用いて赤外吸収スペクトルを測定して比較した場合に、赤外吸収スペクトルが似ている波数領域が存在することを知見した。
2. Description of the Related Art Conventionally, an analysis method for measuring the infrared absorption spectrum of a dried cell using infrared spectroscopy and analyzing the properties of the dried cell is known (see, for example, Patent Document 1).
In contrast, in order to analyze cells alive and non-invasively, the applicant accommodates living cells soaked in a cell culture medium in a cell with a short optical path length having a transparent window. Thus, the infrared absorption spectrum is measured by using the transmission method in the infrared spectroscopy while keeping living cells. When the applicant compares the infrared absorption spectrum of cancer cells and lactic acid, which is a metabolite of the cell, using infrared spectroscopy, there is a wave number region in which the infrared absorption spectrum is similar. I found out.
出願人は、癌細胞と細胞の代謝産物である乳酸とについて、互いの赤外吸収スペクトが似ている波数領域が存在することを知見した。そのため、赤外分光法における透過法を用いて、細胞の代謝産物の赤外吸収スペクトを利用して、生きた細胞のままで、細胞の培養液(培地)中の細胞の代謝産物の性状を容易に判定して分析することが望まれる。
また、細胞だけでなく、唾液、汗、尿、血液、血漿などの体液についても、赤外分光法における透過法を用いて、体液の性状を容易に判定して分析することが望まれる。
The applicant has found that there exists a wave number region in which the infrared absorption spectrum is similar between cancer cells and lactic acid which is a metabolite of the cells. Therefore, by using the infrared absorption spectrum of cell metabolites using the transmission method in infrared spectroscopy, the properties of the cell metabolites in the cell culture medium (medium) can be determined as they are living cells. It is desirable to easily determine and analyze.
Moreover, it is desired that not only cells but also body fluids such as saliva, sweat, urine, blood, plasma, etc. are easily determined by analyzing the properties of body fluids using the transmission method in infrared spectroscopy.
本発明は、赤外分光法における透過法を用いて、細胞の代謝産物又は体液の性状を容易に判定することができる代謝産物分析方法及び代謝産物分析装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a metabolite analysis method and a metabolite analyzer that can easily determine the properties of cellular metabolites or body fluids using a transmission method in infrared spectroscopy.
本発明は、赤外光を透過可能な窓部を有する収容部であって、細胞の水溶液、体液などの分析対象液を収容すると共に赤外分光法における赤外光の光路長が0.5〜50μmの間の所定長さの収容部を備えるセルを用いて、水溶液中の細胞の代謝産物の吸光度又は体液の吸光度を赤外分光法における透過法により測定することで、細胞又は体液の代謝産物濃度値の測定を行い、測定波数が伸縮振動に帰属される所定の第1波数において測定された第1測定代謝産物濃度値について、前記第1波数において予め測定された正常な細胞又は体液の代謝産物濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第1比率以上の場合に、測定した細胞の代謝産物又は体液の性状を判定する第1判定工程を備える代謝産物分析方法に関する。 The present invention is a housing part having a window part capable of transmitting infrared light, which contains a liquid to be analyzed such as an aqueous solution of a cell, a body fluid and the like, and an optical path length of infrared light in infrared spectroscopy is 0.5. By measuring the absorbance of the metabolite of the cell in the aqueous solution or the absorbance of the bodily fluid in the aqueous solution by a transmission method in infrared spectroscopy using a cell having a container with a predetermined length of ˜50 μm, the metabolism of the cell or bodily fluid The product concentration value is measured, and the first measured metabolite concentration value measured at a predetermined first wave number belonging to the stretching vibration is measured for a normal cell or body fluid previously measured at the first wave number. The present invention relates to a metabolite analysis method comprising a first determination step of determining a property of a measured cell metabolite or body fluid when a ratio of the first measurement metabolite concentration value to a metabolite concentration value is a predetermined first ratio or more. .
また、本発明は、赤外光を透過可能な窓部を有する収容部であって、細胞の水溶液、体液などの分析対象液を収容すると共に赤外分光法における赤外光の光路長が0.5〜50μmの間の所定長さの収容部を備えるセルを用いて、水溶液中の細胞の代謝産物の吸光度又は体液の吸光度を赤外分光法における透過法により測定することで、細胞又は体液の代謝産物濃度値の測定を行い、測定波数が1020〜1080cm−1の間の所定の第1波数において測定された第1測定代謝産物濃度値について、前記第1波数において予め測定された正常な細胞又は体液の代謝産物濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第1比率以上の場合に、測定した細胞又は体液について癌が擬陽性であると判定する第1判定工程を備える代謝産物分析方法に関する。 In addition, the present invention is a container having a window that can transmit infrared light, and stores an analysis target liquid such as an aqueous solution of a cell or a body fluid, and the optical path length of infrared light in infrared spectroscopy is 0. Cell or body fluid is measured by measuring the absorbance of the metabolite of the cell in the aqueous solution or the absorbance of the body fluid by the transmission method in infrared spectroscopy using a cell having a container with a predetermined length between 5 and 50 μm. The metabolite concentration value of the first measured metabolite concentration value measured at a predetermined first wave number between 1020 and 1080 cm −1 is measured normally in the first wave number. When the ratio of the first measured metabolite concentration value to the metabolite concentration value of the cell or body fluid is a predetermined first ratio or more, a first determination step of determining that the cancer is false positive for the measured cell or body fluid is provided. metabolism About the things analytical methods.
また、前記第1判定工程の前に実行される第2判定工程であって、測定波数が1680〜1780cm−1の間の所定の第2波数において測定された第2測定代謝産物濃度値について、前記第2波数において赤外吸収スペクトルの所定のピーク波形が得られない場合に、前記第1判定工程に移行し、前記ピーク波形が得られた場合に、測定した細胞又は体液について癌が陽性であると判定する第2判定工程を備えることが好ましい。 Further, in the second determination step performed before the first determination step, the second measured metabolite concentration value measured at a predetermined second wave number between 1680 and 1780 cm −1 , When the predetermined peak waveform of the infrared absorption spectrum is not obtained at the second wave number, the process proceeds to the first determination step, and when the peak waveform is obtained, the measured cell or body fluid is positive for cancer. It is preferable to provide the 2nd determination process determined to exist.
また、前記第1判定工程において癌が擬陽性であると判定された後に実行される第3判定工程であって、所定の前記第1波数において測定された前記第1測定代謝産物濃度値について、測定波数が1060〜1120cm−1の間の所定の基準値測定波数において測定された測定基準濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第2比率以下の場合に、細胞又は体液について癌が擬陽性であると判定する第3判定工程を備えることが好ましい。 Further, in the third determination step that is executed after it is determined in the first determination step that the cancer is false positive, the first measurement metabolite concentration value measured at the predetermined first wave number is measured. When the ratio of the first measurement metabolite concentration value to the measurement reference concentration value measured at a predetermined reference value measurement wave number between 1060 and 1120 cm −1 is less than or equal to a predetermined second ratio, the cell or body fluid It is preferable to include a third determination step for determining that the cancer is false positive.
また、前記第1判定工程において癌が擬陽性ではないと判定された後に実行される第4判定工程であって、所定の前記第1波数において測定された前記第1測定代謝産物濃度値について、測定波数が1060〜1120cm−1の間の所定の基準値測定波数において測定された測定基準濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第3比率以下の場合に、細胞又は体液について癌が陰性であると判定する第4判定工程を備えることが好ましい。 Further, in the fourth determination step, which is executed after it is determined in the first determination step that the cancer is not false positive, the first measured metabolite concentration value measured at the predetermined first wave number is measured. When the ratio of the first measurement metabolite concentration value to the measurement reference concentration value measured at a predetermined reference value measurement wave number between 1060 and 1120 cm −1 is less than or equal to a predetermined third ratio, the cell or body fluid It is preferable to provide the 4th determination process which determines with cancer being negative.
また、前記代謝産物は、乳酸であることが好ましい。 The metabolite is preferably lactic acid.
また、本発明は、赤外光を透過可能な窓部を有する収容部であって、細胞の水溶液、体液などの分析対象液を収容すると共に赤外分光法における赤外光の光路長が0.5〜50μmの間の所定長さの収容部を備えるセルと、前記セルの内部に収容された細胞又は体液に対して赤外光を照射する光源部と、前記光源部から照射され、前記セルの内部に収容された体液又は細胞を透過した赤外光を検出する光検出部と、前記光検出部により検出された赤外光に基づいて、水溶液中の細胞の代謝産物の吸光度又は体液の吸光度を赤外分光法における透過法により測定することで細胞又は体液の代謝産物濃度値の測定を行う濃度測定部と、測定波数が1020〜1080cm−1の間の所定の第1波数において測定された第1測定代謝産物濃度値について、前記第1波数において予め測定された正常な細胞又は体液の代謝産物濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第1比率以上の場合に、測定した細胞又は体液について癌が擬陽性であると判定する第1判定工程を実行する第1判定部と、を備える代謝産物分析装置に関する。 In addition, the present invention is a container having a window that can transmit infrared light, and stores an analysis target liquid such as an aqueous solution of a cell or a body fluid, and the optical path length of infrared light in infrared spectroscopy is 0. A cell including a container having a predetermined length of 5 to 50 μm, a light source unit that irradiates infrared light to a cell or a body fluid stored in the cell, A light detection unit for detecting infrared light transmitted through the body fluid or cells contained in the cell, and the absorbance or body fluid of the metabolite of the cell in the aqueous solution based on the infrared light detected by the light detection unit A concentration measurement unit for measuring the metabolite concentration value of a cell or body fluid by measuring the absorbance of the sample by a transmission method in infrared spectroscopy, and measurement at a predetermined first wave number between 1020 and 1080 cm −1 The first measured metabolite concentration value When the ratio of the first measured metabolite concentration value to the normal cell or bodily fluid metabolite concentration value measured in advance at the first wave number is greater than or equal to a predetermined first ratio, And a first determination unit that executes a first determination step of determining that is false positive.
また、前記第1判定部の前記第1判定工程による判定動作の前に判定動作を実行する第2判定部であって、測定波数が1680〜1780cm−1の間の所定の第2波数において測定された第2測定代謝産物濃度値について、前記第2波数において赤外吸収スペクトルの所定のピーク波形が得られない場合に、前記第1判定部が実行する前記第1判定工程に移行し、前記ピーク波形が得られた場合に、測定した細胞又は体液について癌が陽性であると判定する第2判定工程を実行する第2判定部を更に備えることが好ましい。 Further, the second determination unit that performs a determination operation before the determination operation by the first determination step of the first determination unit, wherein the measurement wave number is measured at a predetermined second wave number between 1680 and 1780 cm −1. When the predetermined peak waveform of the infrared absorption spectrum is not obtained at the second wave number for the second measured metabolite concentration value, the process proceeds to the first determination step executed by the first determination unit, It is preferable to further include a second determination unit that executes a second determination step of determining that the measured cell or body fluid is positive for the cancer when the peak waveform is obtained.
また、前記第1判定部の前記第1判定工程において癌が擬陽性であると判定された後に判定動作を実行する第3判定部であって、所定の前記第1波数において測定された前記第1測定代謝産物濃度値について、測定波数が1060〜1120cm−1の間の所定の基準値測定波数において測定された測定基準濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第2比率以下の場合に、細胞又は体液について癌が擬陽性であると判定する第3判定工程を実行する第3判定部を備えることが好ましい。 A first determination unit that performs a determination operation after the first determination step of the first determination unit determines that the cancer is false-positive, the first measurement being performed at a predetermined first wave number; Regarding the measured metabolite concentration value, a ratio of the first measured metabolite concentration value to a measurement reference concentration value measured at a predetermined reference value measurement wave number between 1060 and 1120 cm −1 is a predetermined second ratio or less. In this case, it is preferable to include a third determination unit that executes a third determination step of determining that the cell or body fluid is false positive for cancer.
また、前記第1判定部の前記第1判定工程において癌が擬陽性ではないと判定された後に判定動作を実行する第4判定部であって、所定の前記第1波数において測定された前記第1測定代謝産物濃度値について、測定波数が1060〜1120cm−1の間の所定の基準値測定波数において測定された測定基準濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第3比率以下の場合に、細胞又は体液について癌が陰性であると判定する第4判定工程を実行する第4判定部を備えることが好ましい。 A first determination unit configured to perform a determination operation after it is determined in the first determination step of the first determination unit that the cancer is not false positive, the first measurement being performed at a predetermined first wave number; Regarding the measured metabolite concentration value, a ratio of the first measured metabolite concentration value to a measurement reference concentration value measured at a predetermined reference value measurement wave number between 1060 and 1120 cm −1 is a predetermined third ratio or less. In this case, it is preferable to include a fourth determination unit that executes a fourth determination step of determining that the cell or body fluid is negative for cancer.
また、前記代謝産物は、乳酸であることが好ましい。 The metabolite is preferably lactic acid.
本発明によれば、赤外分光法における透過法を用いて、体液又は細胞の代謝産物の性状を容易に判定することができる代謝産物分析方法及び代謝産物分析装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the metabolite analysis method and metabolite analyzer which can determine easily the property of the metabolite of a bodily fluid or a cell using the transmission method in infrared spectroscopy can be provided.
以下、本発明の実施形態について、図1〜図5を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る代謝産物分析装置1の全体構成を示す断面図である。図2は、赤外吸収スペクトルの波形を示すグラフであって、(A)は正常細胞、(B)は密な正常細胞、(C)は癌細胞、(D)は乳酸の赤外吸収スペクトルの波形を示すグラフである。図3は、乳酸の赤外吸収スペクトルの波形を示すグラフであって、pH値を変化させた場合のグラフである。図4は、乳酸濃度値と赤外吸収スペクトルにおける吸光度との関係(線形性)を示すグラフである。図5は、細胞の代謝産物の赤外吸収スペクトルの波形を示すグラフであって、(A)は壊死寸前の癌細胞、(B)は癌細胞、(C)は密な正常細胞、(D)は正常細胞の波形を示すグラフである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of a
本実施形態の代謝産物分析装置1は、赤外分光法における透過法を用いて、光学セル2に収容された培養液(水溶液、分析対象液)10中の細胞11の代謝産物の性状を、生きた細胞のままで、細胞を傷付けず(非侵襲)に測定して分析する装置である。本実施形態においては、細胞11の代謝産物は、例えば、乳酸である。乳酸は、イオン化していないものと、イオン化した乳酸イオンとの混合物の形で存在する。
The
図1に示すように、代謝産物分析装置1は、光学セル2(セル)と、光学セル2を保持する保持プレート3と、光源部4と、光検出器5(光検出部)と、制御部6と、を備える。光学セル2は、保持プレート3に保持される。
As shown in FIG. 1, the
光学セル2は、上窓板21(窓部)と、上窓板21の下方に配置され上窓板21の下面から離間して配置される下窓板22(窓部)と、上窓板21及び下窓板22の縁部において上窓板21及び下窓板22の間に配置されるスペーサ部材23と、を有する。
The
上窓板21及び下窓板22は、板状に形成され、互いに平行に配置される。
上窓板21及び下窓板22は、赤外光を透過可能な材料で形成される。例えば、上窓板21及び下窓板22は、1000cm−1以上の波数領域の赤外光を透過する材料であればよい。例えば、本実施形態では、上窓板21及び下窓板22の材料の材質は、フッ化カルシウムである。なお、上窓板21及び下窓板22の材料の材質は、フッ化カルシウムに限定されず、例えば、ダイヤモンドや、セレン化亜鉛(ZnSe)や、硫化亜鉛(ZnS)などであってもよい。
The
The
上窓板21、下窓板22及びスペーサ部材23で囲まれる部分(空間)は、収容部20を構成する。収容部20は、密閉空間を構成し、培養液10に浸した状態の細胞11及び培養液10を収容する。
A portion (space) surrounded by the
光学セル2の収容部20に収容される培養液10は、生きた細胞11を生きた状態で培養できるように、酸素の量やpH値を調整する二酸化炭素の量や水温などが調整された培養液である。培養液10は、例えば、5vol%濃度のCO2ガスが溶け込んだ培地(培養液)などを主体に構成される。このように、生きた細胞11は、収容部20の内部の培養液10中において、生きた状態で培養される。
The amount of oxygen and the amount of carbon dioxide for adjusting the pH value and the water temperature of the
光学セル2には、光源部4(後述)から、上方から下方に向けて、赤外光が照射される。赤外光は、収容部20の上窓板21及び下窓板22を上下方向に貫通する。そのため、収容部20における上窓板21の下面と下窓板22の上面との間隔は、赤外分光法における赤外光の光路長Lとなる。
The
光路長Lは、培養液10への赤外分光の吸収の影響が少なく赤外分光法における透過法の測定が可能な程度の短い長さで形成される。本実施形態においては、光路長Lは、例えば、12μmである。なお、光路長Lは、12μmに限定されず、例えば、0.5〜50μmの間の所定長さが採用される。光路長Lは、例えば、光源部4による光の強度などにより設定される。
The optical path length L is formed with a short length that is less affected by absorption of infrared spectroscopy into the
光源部4は、光学セル2の上方に配置される。光源部4は、収容部20に収容された細胞11に対して、赤外光を照射する。光源部4の光の強度は、培養液10及び細胞11を透過できる強度であると共に、細胞11に損傷等の影響を与えない強度である。
光検出器5は、光学セル2の下方に配置される。光検出器5は、光源部4から照射され光学セル2の内部に収容された細胞11を透過した赤外光を検出する。
光源部4から出射された赤外光は、上窓板21、培養液10、細胞11、下窓板22を透過して、光検出器5により検出される。光検出器5により検出された赤外光による赤外吸収スペクトル信号は、制御部6へ送信される。
The
The
Infrared light emitted from the
本発明は、乳酸と、癌細胞とが、赤外吸収スペクトルにおける所定の波数で同じ傾向のピークを有するという観点から、所定の波数の赤外吸収スペクトルにおける吸光度を検出して、細胞の性状を判定するものである。本実施形態においては、光学セル2の収容部20に収容された細胞11の代謝産物である乳酸について、赤外分光法における透過法を用いて、細胞11の乳酸の吸光度を測定して、細胞11の性状を判定する。
以下に、細胞の乳酸濃度値を本発明の判定に利用可能であることについて詳細に説明する。
From the viewpoint that lactic acid and cancer cells have the same tendency peak at a predetermined wave number in the infrared absorption spectrum, the present invention detects the absorbance in the infrared absorption spectrum at the predetermined wave number, and determines the cell properties. Judgment. In the present embodiment, the lactic acid that is a metabolite of the
Hereinafter, the fact that the lactic acid concentration value of the cell can be used for the determination of the present invention will be described in detail.
具体的には、赤外分光装置を使用して、生きた細胞(マウス:NIH3T3株,MCA205株)の赤外吸収スペクトルを測定した結果、図2に示すように、「(A)正常細胞」、「(B)密な正常細胞」(細胞密度が高い正常細胞)、「(C)癌細胞」は、1660cm−1付近においてAmideI(C=O伸縮振動)の吸収ピークが存在し、1550cm−1付近においてAmideII(N−H変角振動)の吸収ピークが存在する。なお、密な正常細胞は、癌の擬陽性を想定したサンプルとして使用している。この理由は以下の通りである。密な正常細胞は、細胞が密になることによって酸欠状態となり、代謝が好気性解糖から嫌気性解糖へと変化したことにより乳酸が観測される。癌化とは本質的には別だが、密な正常細胞の赤外吸収スペクトルの吸収ピークは、細胞が異常に増殖している箇所という意味では、嫌気性解糖を常に行っている癌の部位と同じ結果が得られる。そのため、密な正常細胞を、癌の擬陽性を想定したサンプルとして使用している。
また、図2に示すように、「(B)密な正常細胞」、「(C)癌細胞」においては、1040〜1050cm−1付近の低波数において、スペクトルの微細構造に差異があり、C−O伸縮振動に帰属するピークが存在することが確認された。
Specifically, as a result of measuring the infrared absorption spectrum of a living cell (mouse: NIH3T3 strain, MCA205 strain) using an infrared spectrometer, as shown in FIG. 2, “(A) normal cell” , “(B) dense normal cells” (normal cells with high cell density) and “(C) cancer cells” have an absorption peak of Amide I (C═O stretching vibration) in the vicinity of 1660 cm −1 , and 1550 cm − In the vicinity of 1 , there is an absorption peak of Amide II (N-H bending vibration). Dense normal cells are used as samples assuming false positives for cancer. The reason is as follows. Dense normal cells become oxygen deficient when the cells become dense, and lactic acid is observed as the metabolism changes from aerobic glycolysis to anaerobic glycolysis. Although it is essentially different from carcinogenesis, the absorption peak of the infrared absorption spectrum of dense normal cells means that the cells are constantly undergoing anaerobic glycolysis in the sense that the cells are growing abnormally. Gives the same result. Therefore, dense normal cells are used as samples assuming false positives for cancer.
Further, as shown in FIG. 2, in “(B) dense normal cells” and “(C) cancer cells”, there is a difference in the fine structure of the spectrum at a low wave number around 1040 to 1050 cm −1. It was confirmed that there was a peak attributed to -O stretching vibration.
ここで、1040〜1050cm−1付近のC−O伸縮振動に対応する分子で、「(C)癌細胞」、「(B)密な正常細胞」に共通する生体物質として、図2に示す「(D)乳酸」が候補として挙がった。
通常、赤外吸収スペクトルによる乳酸の定量で用いる特徴的なC=O伸縮振動(波数1730cm−1)は、生体に近いpHの状態では、プロトンが解離した乳酸イオンへと変化している。そのため、乳酸は、C=Oの吸収が減少し、CO2−非対称伸縮振動(波数1580cm−1)となっているはずである。しかし、この波数1580cm−1の吸収ピークはAmideIIが重複するため、定量が困難である。ただし、細胞が壊死するなどして極端にpHが低下した場合は乳酸のC=O伸縮振動(波数1730cm−1)が観測されることは確認されていることから、赤外分光法によって乳酸を検出できることは実証されている。よって、このC=O,CO2−に代わる吸収ピークによって乳酸の定量が出来るかを試みた。
Here, as a biological substance common to “(C) cancer cells” and “(B) dense normal cells”, which is a molecule corresponding to CO stretching vibrations in the vicinity of 1040 to 1050 cm −1 , “ (D) Lactic acid ”was listed as a candidate.
Usually, the characteristic C═O stretching vibration (
JIS K 8726に規定された乳酸の主要な吸収ピーク(波数:3000cm−1,1740cm−1,1460cm−1,1220cm−1,1130cm−1及び1040cm−1)に加え、観測される全ての吸収ピークについて、分子振動のコンピューターシミュレーションと実測を用いて詳細に検証を行った。その結果、図2に示すように、「(D)乳酸」においては、波数1040〜1050cm−1の吸収は、生体物質(蛋白質、アミノ酸、核酸、リン酸等)の吸収と重複せず、独立した吸収ピークとして観測できることが示された。
Main absorption peak of lactic acid as defined in JIS K 8726 (wave number: 3000cm -1, 1740cm -1, 1460cm -1, 1220cm -1, 1130cm -1 and 1040 cm -1) was added to all the absorption peaks observed Was verified in detail using computer simulation and actual measurement of molecular vibrations. As a result, as shown in FIG. 2, in “(D) lactic acid”, absorption at
また、乳酸のpH値を変化させた場合において、図3に示すように、吸収ピークが、所定の波数において現れる。なお、図3に示す吸収ピークについて、便宜的に、No.1〜No.12の番号を付している。また、図3においては、吸収ピークの傾向を視覚的に理解が容易なように、複数の赤外吸収スペクトルの波形を便宜的に1つの図面に表している。各pH値における波形の原点(0)は、各々を別々に示しており、図3における各波形のボトム値の近傍において「0」(原点)を示している。 When the pH value of lactic acid is changed, an absorption peak appears at a predetermined wave number as shown in FIG. For convenience, the absorption peak shown in FIG. 1-No. The number of 12 is attached. In FIG. 3, the waveforms of a plurality of infrared absorption spectra are shown in one drawing for convenience so that the tendency of the absorption peak can be easily understood visually. The origin (0) of the waveform at each pH value is shown separately, and “0” (origin) is shown in the vicinity of the bottom value of each waveform in FIG.
図3に示すように、乳酸のpH値を変化させた場合に、波数1050cm−1付近(図3におけるピークNo.12)の吸収は、生体に近いpH領域(pH値:5〜10)では、吸収強度のpH依存が見られないことから、乳酸のマーカーとして使用することが適している。pH値が5以下(癌による組織の酸性化)になると、波数1050cm−1付近の吸収は相対的に強度が減じられる。しかし、この状態になると、図3に示すように、波数1730cm−1付近(図3におけるピークNo.1)において、特にpH値3.94〜2.44付近において、乳酸イオンに解離していない乳酸分子のC=O伸縮振動がAmideIのショルダーから顕在化して吸収ピークとして現れることが、実験により検証された。 As shown in FIG. 3, when the pH value of lactic acid is changed, the absorption near the wave number of 1050 cm −1 (peak No. 12 in FIG. 3) is in the pH region (pH value: 5 to 10) close to the living body. Since the absorption intensity does not depend on pH, it is suitable for use as a marker for lactic acid. When the pH value becomes 5 or less (tissue acidification due to cancer), the intensity of absorption near the wave number of 1050 cm −1 is relatively reduced. However, in this state, as shown in FIG. 3, in the vicinity of a wave number of 1730 cm −1 (peak No. 1 in FIG. 3), particularly in the vicinity of a pH value of 3.94 to 2.44, it is not dissociated into lactate ions. It has been experimentally verified that the C═O stretching vibration of the lactic acid molecule is manifested from the Amide I shoulder and appears as an absorption peak.
ここで、癌細胞と乳酸量との関係について、補足的に説明する。
細胞がグルコースを分解してATP(アデノシン三リン酸)を得る際は、好気性解糖、嫌気性解糖の2種類の代謝機構を持ち、通常は好気性解糖を優先的に行っているため、乳酸は殆ど生成しない。しかし、癌細胞は大量のエネルギーを消費して増殖を続けるため、嫌気性解糖が常に亢進することで大量の乳酸を生成しており、細胞・組織のpH値が低下している。このことは、ワールブルグ効果と呼ばれ、癌細胞・組織が示す特徴の一つであると知られている。従って、従来より、所定の細胞・組織の乳酸濃度あるいは所定の細胞・組織の乳酸濃度に起因するpH値の低下を、癌化しているか否かの指標として使用することができることが知られている。
出願人は、MCA205、Colo26、B16というマウスの繊維芽肉腫細胞株、大腸癌細胞株、メラノーマ細胞株において、乳酸の生成を確認し、細胞密度を高くして、酸素不足に陥った正常細胞(NIH3T3)においても嫌気性解糖による乳酸の生成を確認した。
Here, the relationship between cancer cells and the amount of lactic acid will be supplementarily described.
When cells break down glucose to obtain ATP (adenosine triphosphate), it has two metabolic mechanisms, aerobic glycolysis and anaerobic glycolysis, and usually aerobic glycolysis is preferentially performed. Therefore, almost no lactic acid is produced. However, since cancer cells consume a large amount of energy and continue to proliferate, anaerobic glycolysis always increases, producing a large amount of lactic acid, and the pH value of the cells / tissues is lowered. This is called the Warburg effect and is known to be one of the characteristics of cancer cells / tissues. Therefore, conventionally, it is known that the lactic acid concentration of a predetermined cell / tissue or the pH value caused by the lactic acid concentration of a predetermined cell / tissue can be used as an indicator of whether or not the cancer has occurred. .
Applicants confirmed that MCA205, Colo26, and B16 mouse fibroblastoma cell lines, colon cancer cell lines, and melanoma cell lines confirmed the production of lactic acid, increased the cell density, and became normal cells that had become oxygen deficient ( In NIH3T3), the production of lactic acid by anaerobic glycolysis was also confirmed.
以上のように、癌細胞と乳酸の乳酸濃度とは関連性があることが知見される。そのため、出願人は、C−O伸縮振動に対応する分子で、癌細胞、密な正常細胞に共通する生体物質として、細胞11の代謝産物としての乳酸を用いることとした。その結果、赤外分光法における透過法を用いて、乳酸の赤外吸収スペクトルを測定して、吸光度に基づいて、以下に示すように、制御部6において、癌の陽性、癌の擬陽性、癌の陰性の判定を行うことができる。
As described above, it is found that there is a relationship between the cancer cells and the lactic acid concentration of lactic acid. Therefore, the applicant decided to use lactic acid as a metabolite of the
制御部6は、代謝産物分析装置1の全体を制御する。制御部6は、メモリを含んで構成される。制御部6のメモリには、例えば、後述する第1波数H1において予め測定された正常な細胞の乳酸濃度値NN(正常な細胞の代謝産物濃度値)や、各判定工程の判定の閾値となる各比率や、代謝産物分析装置1の動作に関する各種プログラムなどが記憶されている。制御部6は、濃度測定部61と、第1判定部62と、第2判定部63と、第3判定部64と、第4判定部65と、を有する。
The
濃度測定部61は、光検出器5により検出された赤外光の赤外吸収スペクトルに基づいて、細胞培養の環境下において光学セル2に収容される培養液10中の細胞11の乳酸の吸光度を、赤外分光法における透過法により測定することで、細胞11の代謝産物濃度値の測定を行う。なお、本実施形態においては、濃度測定部61は、細胞11の代謝産物の代謝産物濃度値として乳酸濃度値の測定を行う。
Based on the infrared absorption spectrum of the infrared light detected by the
ここで、赤外分光法において測定された赤外光の吸光度と乳酸濃度値との関係について説明する。
図4に示すグラフのように、実験により、赤外光の吸光度と乳酸濃度値とは、乳酸濃度値が1000mmol/L以下の範囲において、線形性を有することが確かめられている。例えば、図4に示すように、図3におけるピークNo.「1」、「10」、「9」、「8」、「12」、「5」、「3」が存在する波数においては、乳酸アシドーシスに代表される代謝異常があるかを判定可能な5〜50mmol/Lの間の範囲においては、線形性を有し、定量可能である。本発明においても、この5〜50mmol/Lの間の範囲を主な判定範囲としている。
よって、本発明において、濃度測定部61は、赤外吸収スペクトルの吸光度を測定し、吸光度と乳酸濃度値とを対応付けることで、細胞の代謝産物の乳酸濃度値を測定することができる。
Here, the relationship between the absorbance of infrared light measured by infrared spectroscopy and the lactic acid concentration value will be described.
As shown in the graph of FIG. 4, it has been confirmed by experiments that the infrared light absorbance and the lactic acid concentration value have linearity in the range where the lactic acid concentration value is 1000 mmol / L or less. For example, as shown in FIG. In the wave numbers where “1”, “10”, “9”, “8”, “12”, “5”, “3” exist, it is possible to determine whether there is a metabolic abnormality typified by
Therefore, in the present invention, the
第2判定部63は、癌の陽性を判定する陽性判定工程(第2判定工程)を実行する。第2判定部63は、第1判定部62(後述)における第1擬陽性判定工程(第1判定工程)(後述)による判定動作の前に判定動作が実行される。第2判定部63による陽性判定工程(第2判定工程)では、図5に示す「(A)壊死寸前の癌細胞」の波形の第2波数H2において所定のピーク波形が得られた場合に、癌の陽性を判定する。詳細には、第2判定部63は、測定波数が第2波数H2において測定された第2測定乳酸濃度値(第2測定代謝産物濃度値)について、第2波数H2において赤外吸収スペクトルの所定のピーク波形が得られた場合に、測定した細胞について癌が陽性であると判定し、第2波数H2において赤外吸収スペクトルの所定のピーク波形が得られない場合に、第1判定部62が実行する第1擬陽性判定工程(第1判定工程)に移行する。
The
本実施形態においては、第2波数H2は、伸縮振動に帰属される波数である。第2波数H2は、1680〜1780cm−1の間の所定の波数であり、好ましくは、1710〜1750cm−1の間の所定の波数であり、より好ましくは、1715〜1745cm−1の間の所定の波数である。なお、本実施形態においては、第2波数H2は、1680〜1780cm−1の間の全ての領域の波数を意味するのではなく、所定の特定の一波数であって例えば1730cm−1などを意味し、例えば、赤外吸収スペクトルの吸収ピークの頂点又は頂点近傍における所定の特定の一波数である。 In the present embodiment, the second wave number H2 is a wave number attributed to stretching vibration. The second wave number H2 is a predetermined wave number between 1680 and 1780 cm −1 , preferably a predetermined wave number between 1710 and 1750 cm −1 , more preferably a predetermined wave number between 1715 and 1745 cm −1. Is the wave number. In the present embodiment, the second wave number H2 does not mean the wave number of the entire region between 1680 and 1780 cm −1 , but a predetermined specific one wave number such as 1730 cm −1. For example, it is a predetermined specific wave number at or near the peak of the absorption peak of the infrared absorption spectrum.
また、第2判定部63は、ピーク波形の判定について、例えば、第2波数H2の判定領域の吸収スペクトルの一階微分において、正から負、又は、負から正になる点がない場合は、ピーク波形が存在しないという判定を行う。また、正から負、又は、負から正になる点がある場合には、ピーク波形が存在するという判定を行う。なお、この場合には、ピーク波形がショルダー形状の場合には、ピーク波形が存在しないと判定する。なお、ピーク波形の判定の方法は、一例であり、この方法に制限されない。
Further, the
第1判定部62は、癌の擬陽性を判定する第1擬陽性判定工程(第1判定工程)を実行する。第1判定部62における第1擬陽性判定工程は、癌の擬陽性を粗く(簡易的に)判定する工程である。本実施形態においては、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)は、癌の可能性があるか否かについて、後の判定工程において詳細に判定する前に、スクリーニング(ふるい分け)を実行する判定工程である。
The
具体的には、第1判定部62は、測定波数が所定の第1波数H1において測定された第1測定乳酸濃度値N1(第1測定代謝産物濃度値)について、第1波数H1において予め測定された正常な細胞の乳酸濃度値NN(正常な細胞の代謝産物濃度値)に対する第1測定乳酸濃度値N1(第1測定代謝産物濃度値)の比率(N1/NN)が所定の第1比率R1以上の場合に、測定した細胞について癌が擬陽性であると判定する。予め測定された正常な細胞の乳酸濃度値NN及び所定の第1比率R1は、制御部6のメモリ(図示せず)に記憶されている。所定の第1比率R1は、測定した細胞について癌が擬陽性であると判断できる下限の比率が設定される。
Specifically, the
本実施形態においては、第1波数H1は、伸縮振動に帰属される波数である。第1波数H1は、1020〜1080cm−1の間の所定の波数であり、好ましくは、1030〜1070cm−1の間の所定の波数であり、より好ましくは、1035〜1065cm−1の間の所定の波数である。なお、本実施形態においては、第1波数H1は、1020〜1080cm−1の間の全ての領域の波数を意味するのではなく、所定の特定の一波数であって例えば1050cm−1などを意味し、例えば、赤外吸収スペクトルの吸収ピークの頂点又は頂点近傍における所定の特定の一波数である。 In the present embodiment, the first wave number H1 is a wave number attributed to stretching vibration. The first wave number H1 is a predetermined wave number between 1020 and 1080 cm −1 , preferably a predetermined wave number between 1030 and 1070 cm −1 , more preferably a predetermined wave number between 1035 and 1065 cm −1. Is the wave number. In the present embodiment, the first wave number H1 does not mean the wave number of all regions between 1020 and 1080 cm −1 , but a predetermined specific one wave number such as 1050 cm −1. For example, it is a predetermined specific wave number at or near the peak of the absorption peak of the infrared absorption spectrum.
第3判定部64は、第1判定部62の第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において癌が擬陽性であると判定された後に、癌の擬陽性を判定する第2擬陽性判定工程(第3判定工程)を実行する。第3判定部64の第2擬陽性判定工程(第3判定工程)は、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において擬陽性であると判定された場合に、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)の後に、癌の擬陽性を詳細に判定する工程である。
The
第3判定部64は、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において癌が擬陽性であると判定されたことを前提にして、所定の第1波数H1において測定された第1測定乳酸濃度値N1(第1測定代謝産物濃度値)について、測定波数が所定の基準値測定波数HKにおいて測定された測定基準濃度値NKに対する第1測定乳酸濃度値N1(第1測定代謝産物濃度値)の比率(N1/NK)が所定の第2比率R2以下の場合に、細胞について癌が擬陽性であると判定する。所定の第2比率R2は、制御部6のメモリ(図示せず)に記憶されている。所定の第2比率R2は、測定した細胞について癌が擬陽性であると判断できる上限の比率が設定される。
The
第4判定部65は、第1判定部62の第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において癌が擬陽性ではないと判定された後に、癌の擬陽性を判定する第3擬陽性判定工程(第4判定工程)を実行する。第4判定部65の第3擬陽性判定工程(第4判定工程)は、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において擬陽性ではないと判定された場合に、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)の後に、癌の擬陽性を詳細に判定する工程である。
The
第4判定部65は、第1判定部62の第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において癌が擬陽性ではないと判定された後に実行される。第4判定部65は、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において癌が擬陽性ではないと判定されたことを前提にして、所定の第1波数H1において測定された第1測定乳酸濃度値N1(第1測定代謝産物濃度値)について、測定波数が所定の基準値測定波数HKにおいて測定された測定基準濃度値NKに対する第1測定乳酸濃度値N1(第1測定代謝産物濃度値)の比率(N1/NK)が所定の第3比率R3以下の場合に、細胞について癌が陰性であると判定する。所定の第3比率R3は、制御部6のメモリ(図示せず)に記憶されている。所定の第3比率R3は、測定した細胞について癌が陰性であると判断できる上限の比率が設定される。
The
本実施形態においては、第3判定部64及び第4判定部65において用いられる所定の基準値測定波数HKは、1060〜1120cm−1の間の所定の波数であり、好ましくは、1050〜1110cm−1の間の所定の波数であり、より好ましくは、1045〜1105cm−1の間の所定の波数である。なお、本実施形態においては、基準値測定波数HKは、1060〜1120cm−1の間の全ての領域の波数を意味するのではなく、所定の特定の一波数で例えば1090cm−1などを意味し、例えば、赤外吸収スペクトルの吸収ピークの乳酸濃度値の頂点又は頂点近傍における所定の特定の一波数である。
In the present embodiment, the predetermined reference value measurement wave number HK used in the
ここで、第3判定部64及び第4判定部65の判定において、基準値測定波数HKにおける吸収ピークを基準値として採用した理由は、以下の通りである。
基準値測定波数HKにおける吸収ピークは、図3に示すピークNo.11が存在する波数における吸収ピークである。図3に示すピークNo.11は、乳酸単体でも存在する。しかし、ピークNo.11は、細胞の吸収スペクトルを測定した場合に、他に大量に存在する生体分子のC−O伸縮振動による吸収が重畳する。そのため、ピークNo.11では、正常な細胞と異常な細胞との識別が困難となる。
出願人は、基準値測定波数HKにおける吸収ピークについて、図3に示すピークNo.11を乳酸量の多いか少ないかの基準として用いることで、正常な細胞と異常な細胞とを識別することが可能であることを見い出した。よって、第3判定部64及び第4判定部65の判定において、乳酸のpH値を変化させた場合において変動が少ないピークNo.11が存在する波数(基準値測定波数HK)における吸収ピークの乳酸濃度値を、基準値として採用している。
Here, the reason why the absorption peak at the reference value measurement wave number HK is adopted as the reference value in the determination by the
The absorption peak at the reference value measurement wave number HK is the peak No. shown in FIG. 11 is an absorption peak at a wave number where 11 exists. The peak No. shown in FIG. 11 is also present as lactic acid alone. However, peak no. 11, when the absorption spectrum of a cell is measured, absorption due to C—O stretching vibration of other biomolecules present in large quantities is superimposed. Therefore, peak no. 11 makes it difficult to distinguish between normal cells and abnormal cells.
The applicant applied the peak No. shown in FIG. It was found that normal cells and abnormal cells can be distinguished by using 11 as a criterion for whether the amount of lactic acid is large or small. Therefore, in the determination of the
次に、代謝産物分析装置1の動作について、図6のフローチャートを用いて説明する。図6は、細胞の代謝産物の性状を判定するためのフローチャートである。
Next, operation | movement of the
まず、図6に示すステップS1において、第2判定部63は、陽性判定工程(第2判定工程)を実行する。陽性判定工程においては、第2波数H2において、赤外吸収スペクトルの吸収ピーク波形の有無を判定する。第2波数H2は、1680〜1780cm−1の間の所定の波数である。第2判定部63は、吸収ピーク波形の判定について、例えば、第2波数H2の判定領域の吸収スペクトルの一階微分において、正から負、又は、負から正になる点がない場合は、ピーク波形が存在しないという判定を行う。また、正から負、又は、負から正になる点がある場合には、ピーク波形が存在するという判定を行う。なお、この場合には、ピーク波形がショルダー形状の場合には、ピーク波形が存在しないと判定する。
First, in step S1 shown in FIG. 6, the
第2波数H2において、赤外吸収スペクトルの吸収ピーク波形が存在すると判定された場合には、処理はステップS2に移行し、ステップS2において細胞の代謝産物を「陽性」と判定して処理は終了する。一方、第2波数H2において、赤外吸収スペクトルの吸収ピーク波形が存在しないと判定された場合には、処理はステップS3に移行する。 If it is determined that the absorption peak waveform of the infrared absorption spectrum exists at the second wave number H2, the process proceeds to step S2, and the metabolite of the cell is determined to be “positive” in step S2, and the process ends. To do. On the other hand, when it is determined that there is no absorption peak waveform of the infrared absorption spectrum at the second wave number H2, the process proceeds to step S3.
本実施形態においては、例えば、図5に示す「(A)壊死寸前の癌細胞」について、第2波数H2(1740cm−1)において、吸収ピーク波形が存在すると判定され、ステップS2に移行し、ステップS2において細胞の代謝産物を「陽性」と判定して処理は終了する。一方、図5に示す「(B)癌細胞」、「(C)密な正常細胞」、「(D)正常細胞」について、第2波数H2(1740cm−1)において、吸収ピーク波形が存在しないと判定され、処理はステップS3に移行する。 In this embodiment, for example, for “(A) necrotic cancer cells” shown in FIG. 5, it is determined that an absorption peak waveform exists at the second wave number H2 (1740 cm −1 ), and the process proceeds to step S2. In step S2, the metabolite of the cell is determined as “positive”, and the process ends. On the other hand, there is no absorption peak waveform at the second wave number H2 (1740 cm −1 ) for “(B) cancer cells”, “(C) dense normal cells”, and “(D) normal cells” shown in FIG. Is determined, and the process proceeds to step S3.
ステップS3において、濃度測定部61は、第1波数H1において、第1測定乳酸濃度値N1を測定する。第1波数H1は、1020〜1080cm−1の間の所定の波数である。濃度測定部61は、第1波数H1において、赤外分光法における吸光度を測定することで、吸光度を乳酸濃度値に換算する。
In step S3, the
ステップS4において、濃度測定部61は、基準値測定波数HKにおいて、測定基準濃度値NKを測定する。基準値測定波数HKは、1060〜1120cm−1の間の所定の波数である。濃度測定部61は、基準値測定波数HKにおいて、赤外分光法における吸光度を測定することで、吸光度を乳酸濃度値に換算する。
In step S4, the
ステップS5において、第1判定部62は、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)を実行する。第1判定部62による第1擬陽性判定工程は、癌の擬陽性を粗く(簡易的に)判定する工程である。第1判定部62は、第1波数H1において予め測定された正常な細胞の乳酸濃度値NNに対する第1測定乳酸濃度値N1の比率(N1/NN)が所定の第1比率R1以上であるか否かを判定する。所定の第1比率R1は、測定した細胞について癌が擬陽性であると判断できる下限の比率が設定される。比率(N1/NN)が第1比率R1以上の場合(YES)は、ステップS6へ移行する。比率(N1/NN)が第1比率R1未満である場合(NO)は、ステップS8へ移行する。
In step S5, the
本実施形態においては、図5に示す「(B)癌細胞」については、比率(N1b/NNb)が第1比率R1以上((N1b/NNb)≧R1)(YES)であり、処理は、ステップS6へ移行する。一方、図5に示す「(C)密な正常細胞」については、比率(N1c/NNc)が第1比率R1未満((N1c/NNc)<R1)(NO)であり、ステップS8へ移行する。「(D)正常細胞」については、比率(N1d/NNd)が第1比率R1未満((N1d/NNd)<R1)(NO)であり、ステップS8へ移行する。 In the present embodiment, for “(B) cancer cells” shown in FIG. 5, the ratio (N1b / NNb) is equal to or higher than the first ratio R1 ((N1b / NNb) ≧ R1) (YES). The process proceeds to step S6. On the other hand, for “(C) dense normal cells” shown in FIG. 5, the ratio (N1c / NNc) is less than the first ratio R1 ((N1c / NNc) <R1) (NO), and the process proceeds to step S8. . For “(D) normal cells”, the ratio (N1d / NNd) is less than the first ratio R1 ((N1d / NNd) <R1) (NO), and the process proceeds to step S8.
ステップS5において比率(N1/NN)が第1比率R1以上(YES)の場合におけるステップS6において、第3判定部64は、第2擬陽性判定(第3判定工程)を実行する。第3判定部64の第2擬陽性判定工程(第3判定工程)は、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において擬陽性であると判定された場合(ステップS5、YES)に、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)の後に、癌の擬陽性を詳細に判定する工程である。
In step S6 when the ratio (N1 / NN) is equal to or higher than the first ratio R1 (YES) in step S5, the
第3判定部64は、基準値測定波数HKにおいて測定された測定基準濃度値NKに対する第1測定乳酸濃度値N1の比率(N1/NK)が所定の第2比率R2以下であるか否かを判定する。所定の第2比率R2は、測定した細胞について癌が擬陽性であると判断できる上限の比率が設定される。比率(N1/NK)が第2比率R2以下の場合(YES)は、ステップS7へ移行して、ステップS7において癌の「疑陽性」を判定して処理は終了する。比率(N1/NK)が第2比率R2よりも大きい場合(NO)は、ステップS7へ移行して、ステップS7において癌の「陽性」を判定して処理は終了する。
The
具体的には、本実施形態においては、図5に示すように、「(B)癌細胞」の場合には、例えば、基準値測定波数HKを1087cm−1として、測定基準濃度値NKbを測定した。また、例えば、第1波数H1を1045cm−1として、第1測定乳酸濃度値N1bを測定した。この場合に、測定基準濃度値NKbに対する第1測定乳酸濃度値N1bの比率(N1b/NKb)は、例えば、1.00である。ここで、第1判定部62による第1擬陽性判定工程において第1波数H1において予め測定された正常な細胞の乳酸濃度値NNに対する第1測定乳酸濃度値N1の比率(N1/NN)が所定の第1比率R1以上であると判定された後に実行される第2擬陽性判定(第3判定工程)において、第2比率R2が0.70以下の場合に癌が擬陽性であることが実験により検証されている。そのため、例えば、癌が擬陽性である場合の第2比率R2の閾値を0.70に設定しており、第2擬陽性判定(第3判定工程)においては、第3判定部64は、例えば、第3比率R3が0.70以下の場合に癌の擬陽性を判定する。制御部6のメモリには、例えば、第2比率R2の閾値として0.70が記憶されている。
Specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, in the case of “(B) cancer cell”, for example, the measurement reference concentration value NKb is measured by setting the reference value measurement wave number HK to 1087 cm −1. did. For example, the first measured lactic acid concentration value N1b was measured with the first wave number H1 set to 1045 cm −1 . In this case, the ratio (N1b / NKb) of the first measured lactic acid concentration value N1b to the measurement reference concentration value NKb is, for example, 1.00. Here, the ratio (N1 / NN) of the first measured lactic acid concentration value N1 to the lactic acid concentration value NN of normal cells measured in advance at the first wave number H1 in the first false positive determination step by the
本実施形態においては、例えば、図5に示す「(B)癌細胞」の場合に、ステップS6において、測定基準濃度値NKbに対する第1測定乳酸濃度値N1bの比率((N1b/NKb)=1.00)は、第2比率R2(0.70)よりも大きい((N1b/NKb)>0.7(R2))(ステップS6、NO)。これにより、処理は、ステップS7へ移行して、ステップS7において癌の「擬陽性」を判定して終了する。 In this embodiment, for example, in the case of “(B) cancer cell” shown in FIG. 5, in step S6, the ratio of the first measured lactic acid concentration value N1b to the measurement reference concentration value NKb ((N1b / NKb) = 1). .00) is larger than the second ratio R2 (0.70) ((N1b / NKb)> 0.7 (R2)) (step S6, NO). As a result, the process proceeds to step S7, and “false positive” of the cancer is determined in step S7 and is terminated.
ステップS5において比率(N1/NN)が第1比率R1未満(NO)の場合におけるステップS8において、第4判定部65は、第3擬陽性判定(第4判定工程)を実行する。第4判定部65の第3擬陽性判定工程(第4判定工程)は、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において擬陽性ではないと判定された場合(ステップS5、NO)に、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)の後に、癌の擬陽性を詳細に判定する工程である。
In step S8 when the ratio (N1 / NN) is less than the first ratio R1 (NO) in step S5, the
第4判定部65は、基準値測定波数HKにおいて測定された測定基準濃度値NKに対する第1測定乳酸濃度値N1の比率(N1/NK)が第3比率R3以下であるか否かを判定する。所定の第3比率R3は、測定した細胞について癌が陰性であると判断できる上限の比率が設定される。比率(N1/NK)が第3比率R3以下の場合(YES)は、ステップS9へ移行して、ステップS9において癌の「陰性」を判定して処理は終了する。比率(N1/NK)が第3比率R3よりも大きい場合(NO)は、ステップS7へ移行して、ステップS7において癌の「擬陽性」を判定して処理は終了する。
The
具体的には、本実施形態においては、図5に示すように、「(C)密な正常細胞」及び「(D)正常細胞」の場合には、例えば、基準値測定波数HKを1087cm−1として、測定基準濃度値NKc、NKbを測定した。また、例えば、第1波数H1を1045cm−1として、第1測定乳酸濃度値N1c、N1bを測定した。この場合に、図5に示す「(C)密な正常細胞」の場合には、測定基準濃度値NKcに対する第1測定乳酸濃度値N1cの比率(N1c/NKc)は、例えば、0.51である。また、図5に示す「(D)正常細胞」の場合には、測定基準濃度値NKdに対する第1測定乳酸濃度値N1dの比率(N1d/NKd)は、0.46である。 Specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, in the case of “(C) dense normal cells” and “(D) normal cells”, for example, the reference value measurement wave number HK is set to 1087 cm −. As 1 , the measurement standard concentration values NKc and NKb were measured. Further, for example, the first measured lactic acid concentration values N1c and N1b were measured with the first wave number H1 set to 1045 cm −1 . In this case, in the case of “(C) dense normal cells” shown in FIG. 5, the ratio (N1c / NKc) of the first measured lactic acid concentration value N1c to the measurement reference concentration value NKc is, for example, 0.51. is there. In the case of “(D) normal cell” shown in FIG. 5, the ratio (N1d / NKd) of the first measured lactic acid concentration value N1d to the measurement reference concentration value NKd is 0.46.
ここで、第1判定部62による第1擬陽性判定工程において第1波数H1において予め測定された正常な細胞の乳酸濃度値NNに対する第1測定乳酸濃度値N1の比率(N1/NN)が所定の第1比率R1以上であると判定された後に実行される第3擬陽性判定(第4判定工程)において、例えば、第3比率R3が0.50以下の場合に癌が陰性であることが実験により検証されている。そのため、第3擬陽性判定(第4判定工程)においては、第4判定部65は、例えば、第3比率R3が0.50以下の場合に癌の陰性を判定する。制御部6のメモリには、例えば、第3比率R3の閾値として0.50が記憶されている。
Here, the ratio (N1 / NN) of the first measured lactic acid concentration value N1 to the lactic acid concentration value NN of normal cells measured in advance at the first wave number H1 in the first false positive determination step by the
本実施形態においては、例えば、図5に示す「(C)密な細胞」の場合には、測定基準濃度値NKcに対する第1測定乳酸濃度値N1cの比率((N1c/NKc)=0.51)は、第3比率R3(0.50)よりも大きい((N1c/NKc)=0.51>0.50(R3))(ステップS8、NO)。これにより、処理は、ステップS7へ移行して、ステップS7において癌の擬陽性を判定して終了する。
また、図5に示す「(D)正常細胞」の場合には、測定基準濃度値NKcに対する第1測定乳酸濃度値N1cの比率((N1c/NKc)=0.46)は、第3比率R3(0.50)以下である((N1c/NKc)=0.46≦0.50(R3))(ステップS8、YES)。これにより、処理は、ステップS9へ移行して、ステップS9において癌の陰性を判定して終了する。
In the present embodiment, for example, in the case of “(C) dense cells” shown in FIG. 5, the ratio of the first measured lactic acid concentration value N1c to the measurement reference concentration value NKc ((N1c / NKc) = 0.51). ) Is larger than the third ratio R3 (0.50) ((N1c / NKc) = 0.51> 0.50 (R3)) (step S8, NO). As a result, the process proceeds to step S7, and a false positive of cancer is determined in step S7, and the process ends.
In the case of “(D) normal cell” shown in FIG. 5, the ratio of the first measured lactic acid concentration value N1c to the measurement reference concentration value NKc ((N1c / NKc) = 0.46) is the third ratio R3. (0.50) or less ((N1c / NKc) = 0.46 ≦ 0.50 (R3)) (step S8, YES). Thereby, a process transfers to step S9, determines negative of cancer in step S9, and is complete | finished.
本実施形態の代謝産物分析装置1によれば、例えば、以下の効果が奏される。
本実施形態の代謝産物分析装置1は、赤外光を透過可能な上窓板21及び下窓板22を有し細胞11の培養液10を収容すると共に赤外分光法における赤外光の光路長が0.5〜50μmの間の所定長さの収容部20を備える光学セル2と、光学セル2の内部に収容された細胞11に対して赤外光を照射する光源部4と、光源部4から照射され、光学セル2の内部に収容された細胞11を透過した赤外光を検出する光検出器5と、光検出器5により検出された赤外光に基づいて、培養液10中の細胞11の代謝産物の吸光度を赤外分光法における透過法により測定することで細胞11の乳酸濃度値の測定を行う濃度測定部61と、測定波数が1020〜1080cm−1の間の所定の第1波数H1において測定された第1測定乳酸濃度値N1について、第1波数H1において予め測定された正常な細胞の代謝産物濃度値NNに対する第1測定乳酸濃度値N1の比率(NN/N1)が所定の第1比率R1以上の場合に、測定した細胞について癌が擬陽性であると判定する第1擬陽性判定工程(第1判定工程)を実行する第1判定部62と、を備える。
According to the
The
そのため、赤外分光法の透過法を用いて、光学セル2を用いて、第1波数H1において予め測定された正常な細胞の乳酸濃度値NNに対する第1測定乳酸濃度値N1の比率(NN/N1)を第1比率R1以上であると判定するだけで、癌が擬陽性であることを判定することができる。これにより、細胞について癌が擬陽性であることを、容易に判定できる。その結果、癌化の初期段階や癌とは言えない炎症状態の段階においても、容易に、癌の擬陽性を判定できる。
Therefore, the ratio of the first measured lactic acid concentration value N1 to the lactic acid concentration value NN of normal cells previously measured at the first wave number H1 using the
また、本実施形態の代謝産物分析装置1においては、赤外光を透過可能な上窓板21及び下窓板22を有すると共に赤外分光法における赤外光の光路長が0.5〜50μmの間の所定長さの収容部20を備える光学セル2を用いて、培養液10中の細胞11の代謝産物の吸光度を、赤外分光法における透過法により測定を行う。そのため、赤外分光法における透過法を用いることで、赤外分光法における反射法を用いるよりも、培養液10中の細胞11の代謝産物の吸光度を、高精度で、定量的に測定することができる。
In addition, the
また、本実施形態の代謝産物分析装置1においては、第1判定部62の第1擬陽性判定工程(第1判定工程)による判定動作の前に判定動作を実行される第2判定部63であって、第2判定部63は、測定波数が1680〜1780cm−1の間の所定の第2波数H2において測定された第2測定乳酸濃度値について、第2波数H2において赤外吸収スペクトルの所定のピーク波形が得られない場合に、第1判定部62が実行する第1擬陽性判定工程(第1判定工程)に移行し、ピーク波形が得られた場合に、測定した細胞について癌が陽性であると判定する陽性判定工程(第2判定工程)を実行する。
Further, in the
そのため、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)による判定動作を実行する前において、第2波数H2において赤外吸収スペクトルの所定のピーク波形が得られた場合に、細胞について癌が陽性であると、容易に判定できる。よって、陽性判定工程(第2判定工程)により癌が陽性であると判定された場合には、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)を実行ないでよく、陽性判定工程(第2判定工程)により癌が陽性でないと判定された場合にのみ、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)を実行できる。これにより、全ての細胞について第1擬陽性判定工程(第1判定工程)を実行しなくてよいため、判定動作を簡素化できる。 Therefore, when a predetermined peak waveform of the infrared absorption spectrum is obtained at the second wave number H2 before the determination operation by the first false positive determination step (first determination step) is performed, cancer is positive for the cell. It can be easily determined. Therefore, when it is determined that the cancer is positive in the positive determination step (second determination step), the first false positive determination step (first determination step) may not be performed, and the positive determination step (second determination step). The first false positive determination step (first determination step) can be executed only when it is determined that the cancer is not positive. Thereby, since it is not necessary to perform the 1st false positive determination process (1st determination process) about all the cells, determination operation can be simplified.
また、本実施形態の代謝産物分析装置1においては、第1判定部62の第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において癌が擬陽性であると判定された後に実行される第3判定部64であって、所定の第1波数H1において測定された第1測定乳酸濃度値N1について、測定波数が1060〜1120cm−1の間の所定の基準値測定波数HKにおいて測定された測定基準濃度値NKに対する第1測定乳酸濃度値N1の比率(N1/NK)が所定の第2比率R2以下の場合に、細胞について癌が擬陽性であると判定する第2擬陽性判定工程(第3判定工程)を実行する第3判定部64を備える。
そのため、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において癌が擬陽性であると判定された細胞について、更に詳細に判定することで、精度よく詳細に、細胞について癌が擬陽性であるか陽性であるかについて容易に判定できる。
Further, in the
For this reason, in the first false positive determination step (first determination step), the cells determined to be false positive in the cancer are determined in more detail, so that the cancer is false positive or positive in detail with high accuracy. Can be easily determined.
また、本実施形態の代謝産物分析装置1においては、第1判定部62の第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において癌が擬陽性ではないと判定された後に実行される第4判定部65であって、所定の第1波数H1において測定された第1測定乳酸濃度値N1について、測定波数が1060〜1120cm−1の間の所定の基準値測定波数HKにおいて測定された測定基準濃度値NKに対する第1測定乳酸濃度値N1の比率(N1/NK)が所定の第3比率R3以下の場合に、細胞について癌が陰性であると判定する第3擬陽性判定工程(第4判定工程)を実行する第4判定部65を備える。
そのため、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において癌が擬陽性ではないと判定された細胞について、更に詳細に判定することで、精度よく詳細に、細胞について癌が擬陽性であるか陰性であるかについて容易に判定できる。
In the
Therefore, in the first false positive determination step (first determination step), by determining in more detail about the cells for which the cancer is determined not to be false positive, the cancer is false positive or negative for the cells with high accuracy. Can be easily determined.
以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されることなく種々の形態で実施することができる。
例えば、前記実施形態においては、細胞の代謝産物の濃度を測定して判定を行ったが、これに限定されない。例えば、唾液、汗、尿、血液及び血漿などの体液の濃度を測定して判定を行ってもよい。なお、体液の濃度の測定は、体液のそれ自体の濃度を測定してもよいし、体液を薄めた状態の体液を含む水溶液の濃度を測定してもよい。
As mentioned above, although preferred embodiment was described, this invention can be implemented with a various form, without being limited to embodiment mentioned above.
For example, in the above-described embodiment, the determination is performed by measuring the concentration of the metabolite of the cell, but the present invention is not limited to this. For example, the determination may be made by measuring the concentration of bodily fluids such as saliva, sweat, urine, blood and plasma. The concentration of the body fluid may be measured by measuring the concentration of the body fluid itself, or by measuring the concentration of the aqueous solution containing the body fluid in a state where the body fluid is thinned.
また、前記実施形態においては、本発明の判定に利用する細胞の代謝産物を乳酸としたが、これに限定されない。本発明の判定に利用する細胞の代謝産物は、乳酸以外の物質でもよい。細胞の代謝産物としては、例えば、ピルビン酸、アデノシン3リン酸、アデノシン2リン酸などが挙げられる。 Moreover, in the said embodiment, although the metabolite of the cell utilized for determination of this invention was lactic acid, it is not limited to this. The cellular metabolite used in the determination of the present invention may be a substance other than lactic acid. Examples of cellular metabolites include pyruvate, adenosine triphosphate, adenosine diphosphate, and the like.
前記実施形態においては、癌の陽性、擬陽性、陰性を判定したが、癌化の判定を行うものに限定されない。細胞の代謝産物や体液の性状の判定を行うものであればよい。 In the said embodiment, although the positive of cancer, the false positive, and negative were determined, it is not limited to what performs the determination of canceration. What is necessary is just to judge the property of a cell metabolite or a body fluid.
前記実施形態においては、代謝産物分析装置において、第1判定部62でピーク波形の判定を行い、第2判定部63〜第4判定部65で代謝産物濃度値の比率に基づいて判定を行うように構成したが、これに限定されない。代謝産物分析装置において第1判定部62〜第4判定部65で判定動作を行う判定に代えて、人が判定を行ってもよい。
In the embodiment, in the metabolite analyzer, the
前記実施形態においては、第3判定部64及び第4判定部65の判定に使用される基準濃度値について、基準値測定波数HKにおいて測定された測定基準濃度値NKを基準として、第2比率R2又は第3比率R3を算出して、判定を行っているが、これに限定されない。例えば、第3判定部64及び第4判定部65の判定に使用される基準濃度値について、1660cm−1付近に存在するAmideIの吸収ピークや、1550cm−1付近に存在するAmideIIの吸収ピークなどに基づいた値を用いることもできる。
In the embodiment, the reference ratio value used for the determination by the
前記実施形態においては、第1波数を1020〜1080cm−1の間の所定の波数としたが、これに限定されない。第1波数は、伸縮振動に帰属する波数であればよい。赤外分光法で測定する中赤外領域において、伸縮振動によるスペクトルの強度は、変角振動によるスペクトルの強度よりも強い。そのため、伸縮振動に帰属する波数において吸光度を測定することは本発明において重要である。 In the said embodiment, although the 1st wave number was made into the predetermined wave number between 1020-1080cm < -1 >, it is not limited to this. The first wave number may be any wave number belonging to the stretching vibration. In the mid-infrared region measured by infrared spectroscopy, the spectrum intensity due to stretching vibration is stronger than the spectrum intensity due to bending vibration. Therefore, it is important in the present invention to measure the absorbance at the wave number attributed to the stretching vibration.
前記実施形態においては、光学セル2の収容部20に、細胞11の培養液10及び細胞11を収容して、培養液10中の細胞11の代謝産物の吸光度を測定したが、これに限定されない。光学セル2の収容部20に、細胞11を取り出した状態の培養液10のみを収容して、培養液10中の細胞11の代謝産物の吸光度を測定してもよい。
In the above embodiment, the
前記実施形態においては、培養液10中の生きた細胞11の代謝産物濃度値を測定したが、これに限定されない。培養液以外の細胞の水溶液の代謝産物濃度値を測定してもよい。培養液以外の細胞の水溶液としては、例えば、培養行為を行うことができない死んだ細胞が浸された水溶液などを挙げることができる。また、例えば、細胞を浸す前の培養液にはなってない栄養液や、代謝産物分析装置の校正時に使用する生理食塩水などの分析対象液の代謝産物濃度値を測定してもよい。代謝産物分析装置の校正時には、生理食塩水における代謝物濃度値がゼロであることを測定して、第1比率がゼロであることで、代謝産物分析装置の校正を行うことができる。
In the said embodiment, although the metabolite concentration value of the living
1 代謝産物分析装置
2 光学セル(セル)
4 光源
5 光検出器(光検出部)
10 培養液(水溶液、分析対象液)
11 細胞
20 収容部
21 上窓板(窓部)
22 下窓板(窓部)
61 濃度測定部
62 第1判定部
63 第2判定部
64 第3判定部
65 第4判定部
H1 第1波数
HK 基準値測定波数
L 光路長
N1 第1測定乳酸濃度値(第1測定代謝産物濃度値)
NN 正常な細胞の乳酸濃度値(正常な細胞の代謝産物濃度値)
NK 測定基準濃度値
R1 第1比率
R2 第2比率
R3 第3被率
1
4
10 Culture solution (aqueous solution, analysis target solution)
11
22 Lower window plate (window)
61
NN Normal cell lactate concentration value (normal cell metabolite concentration value)
NK Measurement standard concentration value R1 1st ratio R2 2nd ratio R3 3rd coverage
Claims (11)
測定波数が伸縮振動に帰属される所定の第1波数において測定された第1測定代謝産物濃度値について、前記第1波数において予め測定された正常な細胞又は体液の代謝産物濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第1比率以上の場合に、測定した細胞の代謝産物又は体液の性状を判定する第1判定工程を備える代謝産物分析方法。 An accommodation part having a window part capable of transmitting infrared light, containing an analysis target liquid such as an aqueous solution of a cell or body fluid, and an optical path length of infrared light in infrared spectroscopy is between 0.5 and 50 μm By measuring the absorbance of the metabolite of the cell in the aqueous solution or the absorbance of the body fluid by the transmission method in the infrared spectroscopy using the cell having the container of the predetermined length, the metabolite concentration value of the cell or body fluid Make measurements,
For the first measured metabolite concentration value measured at a predetermined first wave number where the measured wave number belongs to the stretching vibration, the first relative to the metabolite concentration value of normal cells or body fluids measured in advance at the first wave number. A metabolite analysis method comprising a first determination step of determining a property of a measured metabolite or body fluid of a cell when a ratio of measured metabolite concentration values is a predetermined first ratio or more.
測定波数が1020〜1080cm−1の間の所定の第1波数において測定された第1測定代謝産物濃度値について、前記第1波数において予め測定された正常な細胞又は体液の代謝産物濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第1比率以上の場合に、測定した細胞又は体液について癌が擬陽性であると判定する第1判定工程を備える代謝産物分析方法。 An accommodation part having a window part capable of transmitting infrared light, containing an analysis target liquid such as an aqueous solution of a cell or body fluid, and an optical path length of infrared light in infrared spectroscopy is between 0.5 and 50 μm By measuring the absorbance of the metabolite of the cell in the aqueous solution or the absorbance of the body fluid by the transmission method in the infrared spectroscopy using the cell having the container of the predetermined length, the metabolite concentration value of the cell or body fluid Make measurements,
With respect to the first measured metabolite concentration value measured at a predetermined first wave number between 1020 and 1080 cm −1 of the measured wave number, the metabolite concentration value of normal cells or body fluids measured in advance at the first wave number A metabolite analysis method comprising a first determination step of determining that a measured cell or body fluid is false positive for a measured cell or body fluid when the ratio of the first measured metabolite concentration value is a predetermined first ratio or more.
前記セルの内部に収容された体液又は細胞に対して赤外光を照射する光源部と、
前記光源部から照射され、前記セルの内部に収容された細胞又は体液を透過した赤外光を検出する光検出部と、
前記光検出部により検出された赤外光に基づいて、水溶液中の細胞の代謝産物の吸光度又は体液の吸光度を赤外分光法における透過法により測定することで細胞又は体液の代謝産物濃度値の測定を行う濃度測定部と、
測定波数が1020〜1080cm−1の間の所定の第1波数において測定された第1測定代謝産物濃度値について、前記第1波数において予め測定された正常な細胞又は体液の代謝産物濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第1比率以上の場合に、測定した細胞又は体液について癌が擬陽性であると判定する第1判定工程を実行する第1判定部と、を備える代謝産物分析装置。 An accommodation part having a window part capable of transmitting infrared light, containing an analysis target liquid such as an aqueous solution of a cell or body fluid, and an optical path length of infrared light in infrared spectroscopy is between 0.5 and 50 μm A cell provided with an accommodating portion of a predetermined length;
A light source unit for irradiating the body fluid or cells contained in the cell with infrared light;
A light detection unit that detects infrared light irradiated from the light source unit and transmitted through cells or body fluids contained in the cell;
Based on the infrared light detected by the light detection unit, the absorbance of the metabolite of the cell or body fluid is measured by measuring the absorbance of the metabolite of the cell in the aqueous solution or the absorbance of the body fluid by the transmission method in infrared spectroscopy. A concentration measuring unit for measuring,
With respect to the first measured metabolite concentration value measured at a predetermined first wave number between 1020 and 1080 cm −1 of the measured wave number, the metabolite concentration value of normal cells or body fluids measured in advance at the first wave number A first determination unit that executes a first determination step of determining that the measured cell or body fluid is false positive for the measured cell or body fluid when the ratio of the first measured metabolite concentration value is equal to or greater than a predetermined first ratio. Product analyzer.
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