JP2018077386A - Stabilizer for microscope - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、顕微鏡用スタビライザーに関する。 The present disclosure relates to a microscope stabilizer.
近年、深部組織を低侵襲で観察することができる多光子励起顕微鏡が登場したことにより、実験動物を麻酔下で生かしたまま臓器を観察する“intravital imaging”が可能となった。Intravital imagingは、生きた状態で組織を観察する手法であるため、循環血流が保たれた生理的な組織中の細胞動態を観察することができる。 In recent years, the emergence of a multiphoton excitation microscope capable of observing deep tissue in a minimally invasive manner has enabled “intravital imaging” for observing organs while keeping experimental animals alive under anesthesia. Intravital imaging is a technique for observing a tissue in a living state, and can therefore observe cell dynamics in a physiological tissue in which circulating blood flow is maintained.
近年、心臓などの“動く”臓器の観察が試みられている。しかし、例えば、心臓を観察する場合、心臓の脈動中も心臓表面と顕微鏡の対物レンズとの間の距離を一定に保つ必要があり、心臓の脈動中にリアルタイムで観察することは困難である。したがって、これまでの研究では、生体から取り出した心臓を組織標本にして観察していた。 In recent years, observation of “moving” organs such as the heart has been attempted. However, for example, when observing the heart, it is necessary to keep the distance between the heart surface and the objective lens of the microscope constant during the pulsation of the heart, and it is difficult to observe in real time during the pulsation of the heart. Therefore, in previous studies, the heart removed from the living body was observed as a tissue specimen.
一方、動く臓器のintravital imagingを試みた例が報告されている(特許文献1及び非特許文献1)。これらの文献では、心臓の動きを抑えるためにスタビライザーを用いることが開示されている。 On the other hand, there have been reported examples of attempts at intravital imaging of moving organs (Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). In these documents, it is disclosed that a stabilizer is used to suppress the movement of the heart.
非特許文献1では、柱状の吸着孔を有するスタビライザーを用いた心臓のintravital imagingが試みられている。しかし、非特許文献1のスタビライザーでは、心臓の動きを抑えることができていない。非特許文献1では、動いている心臓から複数の画像を取得し、これらの画像をつなぎ合わせることにより画像を再構成している。よって、非特許文献1の技術では、動く心臓をリアルタイムで観察することができなかった。 In Non-Patent Document 1, an attempt is made to intracardial imaging of the heart using a stabilizer having a columnar suction hole. However, the stabilizer of Non-Patent Document 1 cannot suppress the movement of the heart. In Non-Patent Document 1, a plurality of images are acquired from a moving heart, and the images are reconstructed by connecting these images. Therefore, the technique of Non-Patent Document 1 cannot observe the moving heart in real time.
また、特許文献1の技術に関して、本願発明者らが同様の構成を用いて心臓のintravital imagingを試みたが、心臓組織を十分に吸着することができなかった。結果として、特許文献1の技術では、組織と対物レンズとの間の距離が変動してしまい、動く心臓をリアルタイムで観察することができなかった。 In addition, regarding the technique of Patent Document 1, the inventors of the present application have attempted intratracheal imaging of the heart using the same configuration, but the heart tissue could not be sufficiently adsorbed. As a result, with the technique of Patent Document 1, the distance between the tissue and the objective lens fluctuates, and the moving heart cannot be observed in real time.
本開示は、動く観察対象物を安定して吸着し、リアルタイムでの観察を可能にする顕微鏡観察用スタビライザーを提供する。 The present disclosure provides a microscope observation stabilizer that stably adsorbs a moving observation object and enables real-time observation.
本願発明者らは、スタビライザーの吸着孔の開口形状を鋭意検討した結果、上記課題が解決できることを見出した。 The inventors of the present application have found that the above problems can be solved as a result of intensive studies on the opening shape of the adsorption holes of the stabilizer.
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例をあげるならば、顕微鏡用スタビライザーであって、基部と、前記基部に設けられ、観察対象物側において開口する第1開口部及び前記第1開口部と反対側において開口する第2開口部を有する少なくとも1つの吸着孔とを備え、前記第1開口部の開口幅は、前記第2開口部の開口幅よりも大きい、顕微鏡用スタビライザーが提供される。 The present application includes a plurality of means for solving the above-mentioned problems. To give an example, a microscope stabilizer, which is a base, a first opening provided on the base and opening on the observation object side, and And at least one suction hole having a second opening that opens on the opposite side of the first opening, and the opening width of the first opening is larger than the opening width of the second opening. A stabilizer is provided.
本開示によれば、動く観察対象物を安定して吸着し、リアルタイムでの観察が可能となる。本開示に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present disclosure, it is possible to stably adsorb a moving observation object and perform observation in real time. Further features related to the present disclosure will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings. Further, problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、図面を参照して本開示の一実施形態について説明する。図1〜図5は本開示による一実施形態を説明するための図である。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更している場合がある。 Hereinafter, an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. 1 to 5 are diagrams for explaining an embodiment according to the present disclosure. In the drawings attached to the present specification, for the sake of illustration and ease of understanding, the scale and the vertical / horizontal dimension ratio may be appropriately changed from those of the actual ones.
また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「垂直」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈されるべきである。 In addition, as used in this specification, the shape and geometric conditions and the degree thereof are specified, for example, terms such as “parallel”, “orthogonal”, “vertical”, “same”, length and angle values, etc. Should be construed to include the extent to which a similar function can be expected without being bound to a strict meaning.
本明細書等において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値のそれぞれを下限値及び上限値として含む範囲であることを意味する。 In the present specification and the like, a numerical range expressed using “to” means a range including each of the numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
図1は、本開示の一実施形態に係る顕微鏡の一例を示す全体構成図である。顕微鏡の一例として多光子励起顕微鏡を説明するが、以下で説明する顕微鏡観察用スタビライザーは、正立型の他の顕微鏡にも適用可能である。 FIG. 1 is an overall configuration diagram illustrating an example of a microscope according to an embodiment of the present disclosure. A multiphoton excitation microscope will be described as an example of a microscope, but the microscope observation stabilizer described below is applicable to other upright microscopes.
多光子励起顕微鏡10は、観察対象物11を載置するステージ12と、ステージ12上の観察対象物11に対向配置される対物レンズ13を備える顕微鏡ユニット14と、ステージ12の観察対象物11を保持するスタビライザー15とを備えている。
The
観察対象物11は、例えば、哺乳動物などである。特に、スタビライザー15は、哺乳動物の動く臓器(例えば、心臓)又は動く生体組織などを保持するのに好適である。哺乳動物は、温血脊椎動物をさし、例えば、ヒト及びサルなどの霊長類、マウス、ラット及びウサギなどの齧歯類、イヌ及びネコなどの愛玩動物、並びにウシ、ウマ及びブタなどの家畜が挙げられる。
The
ステージ12は、固定式ステージでもよいし、移動式ステージでもよい。ステージ12は、例えば、X、Y、Zのうち少なくとも一方向に観察対象物11を移動させることができるように構成されてもよい。
The
顕微鏡ユニット14は、観察対象物11に励起光を照射して、観察対象物11から生じる多光子蛍光を検出するものである。多光子励起顕微鏡の一般的な構成は公知であるため、詳細な説明は省略する。例えば、顕微鏡ユニット14は、パルスレーザ光を出射可能なパルスレーザ光源と、パルスレーザ光を観察対象物11に導くための第1光学系と、観察対象物11の所定の位置にパルスレーザ光を集光させる一方、観察対象物11において蛍光物質が励起されることにより発せられた蛍光を集光する対物レンズ13と、発せられた蛍光を波長毎に分岐する第2光学系と、蛍光を検出する光検出器とを備えている。光検出器は、例えば、CCDカメラ、CMOSカメラ、又は、1つ若しくは複数の光電子増倍管のような検出器でもよい。なお、蛍光は、接眼レンズなどを通して直接観察されてもよい。
The
スタビライザー15は、パイプ16を介して吸引ポンプ17に接続されている。スタビライザー15を観察対象物11に接触させた状態で吸引ポンプ17を作動させることにより、スタビライザー15と観察対象物11との間の空間が大気圧よりも低い低圧状態となり、スタビライザー15と観察対象物11とが吸着状態に維持される。
The
図2は、本開示の一実施形態に係るスタビライザー15の概略平面図及び断面図である。スタビライザー15は、基部21と、基部21から水平方向に延びる第1支持部22及び第2支持部23と、基部21の底面から観察対象物11側に突出する突出部24とを備える。基部21は、対物レンズ13が配置される第1凹部25と、第1凹部25の底面25aに設けられ、透明部材31(図3参照)が配置される第2凹部26とを備える。
FIG. 2 is a schematic plan view and a cross-sectional view of the
第1支持部22は、2本のアーム部22a及び22bを備えている。図1及び図2に示すように、ステージ12には、ネジ棒18が取付けられており、ネジ棒18が2本のアーム部22a及び22bの間に配置される。また、2つのナット19及び20が、ネジ棒18に取付けられ、かつ、アーム部22a及び22bの上下に配置される。2つのナット19及び20によってアーム部22a及び22bを上下から挟むことで、スタビライザー15のX、Y、Z方向の位置を固定することができる。なお、第2支持部23は、第1支持部22と同様に、2本のアーム部23a及び23bを備えている。2本のアーム部23a及び23bでの固定方式は第1支持部22と同じであるため、説明を省略する。
The
図3は、本開示の一実施形態に係るスタビライザー15の概略断面図であり、観察時のスタビライザー15の状態を示す。第1凹部25には、対物レンズ13が配置されている。この構成によれば、基部21に第1凹部25を設けることにより、対物レンズ13を観察対象物11に近接して配置することができる。また、第2凹部26には、透明部材31が配置されている。透明部材31は、例えば、ガラス基板である。第2凹部26の高さは、透明部材31の厚さと実質的に同一である。したがって、透明部材31を第2凹部26に配置したとき、透明部材31の対物レンズ13側の表面と第1凹部25の底面25aは、実質的に段差がなく、同一平面上にある。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the
図4は、図2の点線部分Aの拡大平面図及び拡大断面図である。基部21は、吸着孔41を有する。吸着孔41は、基部21と突出部24とを貫通するように形成されている。より詳細には、吸着孔41は、基部21の第2凹部26の底面26aと突出部24とを貫通するように形成されている。吸着孔41は、観察対象物11側において開口する第1開口部42と、第1開口部42と反対側(対物レンズ13側)において開口する第2開口部43とを有する。第1開口部42は、突出部24の観察対象物11側の面24aに設けられており、第2開口部43は、第2凹部26の底面26aに設けられている。
4 is an enlarged plan view and an enlarged sectional view of a dotted line portion A in FIG. The
吸着孔41は、観察対象物11と基部21との間において、円錐台の空間を形成している。突出部24には、パイプ孔24bが設けられており、パイプ16は、パイプ孔24bを介して吸着孔41に接続されている。なお、複数のパイプが、突出部24を介して吸着孔41に接続されてもよい。この構成によれば、吸引ポンプ17を作動させることにより、第2凹部26に配置された透明部材31と吸着孔41と観察対象物11とによって囲まれた空間を、大気圧よりも低い低圧状態にできる。これにより、吸着孔41に観察対象物11を吸着させることができる。
The
図4に示すように、吸着孔41の断面(基部21の高さ方向(Z方向)で切った断面)の図形は台形であることが好ましい。この構成によれば、観察対象物11を透明部材31側に吸着しやすくなる。なお、吸着孔41の断面図形は、これに限定されない。例えば、吸着孔41の壁面41aが曲線形状の断面を有してもよい。
As shown in FIG. 4, it is preferable that the figure of the cross section of the adsorption hole 41 (the cross section cut in the height direction (Z direction) of the base portion 21) is a trapezoid. According to this configuration, the
図4に示すように、第1開口部42及び第2開口部43の外縁が形成する図形(以下、「外縁図形」という)は、円形である。第1開口部42及び第2開口部43の外縁図形は、特に限定されず、円(円形、略円形、楕円形などを含む)の形状でもよいし、三角形又は四角形等の多角形の形状でもよい。外縁図形は、好ましくは円形である。なお、第1開口部42の外縁図形と第2開口部43の外縁図形とが異なってもよい。
As shown in FIG. 4, the figure formed by the outer edges of the
本実施形態の特徴として、吸着孔41の第1開口部42の開口幅W1は、第2開口部43の開口幅W2よりも大きい。第1開口部42及び第2開口部43の外縁図形が円形である場合、「開口幅」とは、円の直径をいう。第1開口部42及び第2開口部43の外縁図形が三角形又は四角形等の多角形である場合、「開口幅」とは、図形の外縁の任意の2点間の最大距離をいう(例えば、四角形の場合、対角線の長さである)。
As a feature of the present embodiment, the opening width W 1 of the
また、図4に示すように、上面視において、第1開口部42の外縁図形の面積が、第2開口部43の外縁図形の面積よりも大きくなるように構成されている。
Further, as shown in FIG. 4, the area of the outer edge graphic of the
第2開口部43の開口幅W2は、好ましくは、第1開口部42の開口幅W1の0.4倍以上であり、より好ましくは、第1開口部42の開口幅W1の0.5倍以上である。
Opening width W 2 of the
また、図4の示す吸着孔41の壁面41aと第1開口部42の開口面(円錐台の底面)とがなす角度をθとしたとき、tanθは、好ましくは、2以下であり、より好ましくは、1.5以下である。また、tanθは、好ましくは、0.5以上であり、より好ましくは、0.7以上である。
Further, when the angle formed by the
吸着孔41の高さ(基部21の底面の高さH1+突出部24の高さH2)は、観察対象物11を透明部材31に吸着させ易くするために、できるだけ小さい方が良い。吸着孔41の高さは、好ましくは、5mm以下であり、より好ましくは、3mm以下である。
The height of the suction hole 41 (the height H 1 of the bottom surface of the base 21 + the height H 2 of the protrusion 24) is preferably as small as possible in order to make the
本実施形態の効果を説明する。図5は、本開示の一実施形態に係るスタビライザー15を使用した場合の吸着状態を説明する図である。本実施形態のスタビライザー15の場合では、動く観察対象物11(ラットの心臓)は第2開口部43の位置まで引き込まれ、透明部材31に十分に吸着された(図5(b)の状態)。本実施形態のスタビライザー15を用いた場合、心臓の組織と対物レンズ13との間の距離を一定に保つことができ、動く観察対象物11をリアルタイムに観察することができた。
The effect of this embodiment will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating an adsorption state when the
図6は、比較例のスタビライザーを使用した場合の吸着状態を説明する図である。比較例のスタビライザー60は、円柱状の空間を形成する吸着孔61を有する。すなわち、スタビライザー60において、観察対象物11側に開口する第1開口部62の開口幅D1と、対物レンズ13側に開口する第2開口部63の開口幅D2が同じ幅である。比較例のスタビライザー60では、組織の硬さが吸引力に勝るため、観察対象物11を第2開口部63の位置まで引き込めず、透明部材31への吸着が不十分であった(図6(b)の状態)。結果として、心臓の組織と対物レンズ13との間の距離が変動してしまい、リアルタイムでの観察はできなかった。
FIG. 6 is a diagram illustrating an adsorption state when the stabilizer of the comparative example is used. The
[実験例1]
次に、実験例1について説明する。全身麻酔下のGFP-ラットに気管挿管した上で開胸し、生きたまま心臓表面を露出させた。この実験例に使用したスタビライザー15において、W1は10mmであり、W2は6mmである。また、基部21の底面の高さH1は1.4mmであり、突出部24の高さH2は1.6mmであり、すなわち、吸着孔41の高さ(H1+H2)は3mmであった。また、1mm径の真鍮パイプをパイプ孔24bを介して吸着孔41に接続した。
[Experimental Example 1]
Next, Experimental Example 1 will be described. A GFP-rat under general anesthesia was tracheal intubated and thoracotomy was performed to expose the heart surface alive. In the
スタビライザー15の第1開口部42をラットの心臓表面に押し付けた状態でステージ12に固定した。その後、吸引ポンプ17を作動させることにより、透明部材31(カバーガラス)に心臓表面を吸着させた。当該吸着状態において、二光子顕微鏡(A1R MP+, Nikon)を用いて超高速レゾナントモードで心臓を撮影した(25倍水浸対物レンズ、CFI Apo 25xW MP, Nikon)。その結果、サルコメア構造を有する心臓組織が拍動する様子をリアルタイムで観察することができた。
The
[実験例2]
実験例2について説明する。冠状動脈(左前下行枝)を結紮し、虚血モデルラットを作成した。5分後に血流を再開させて、虚血再灌流モデルラットとした。このラットを用いて、実験例1と同様のスタビライザー15及び方法で、心臓組織内の細胞をリアルタイムで観察した。その結果、時間経過に伴い心臓組織中の細胞が死んでいき、GFPの蛍光強度が弱くなっていくことが観察できた。さらに、白血球が凝集していく様子も観察することができた。
[Experiment 2]
Experimental example 2 will be described. The coronary artery (left anterior descending branch) was ligated to create an ischemic model rat. After 5 minutes, blood flow was resumed to obtain ischemia-reperfusion model rats. Using this rat, cells in the heart tissue were observed in real time using the
本実施形態によれば、動く観察対象物11の観察領域を透明部材31側に十分に吸着し、かつ、その吸着状態を維持でき、観察時に観察対象物11と対物レンズ13との間の距離を一定に保つことができる。これにより、リアルタイムで安定して観察対象物11の挙動を観察することが可能となる。これにより、例えば、心臓内の細胞のintravital imagingが可能となり、新規治療薬の薬物動態の解析や不整脈のメカニズム解明などにつながると考えられる。
According to the present embodiment, the observation area of the moving
なお、本開示は上述した実施形態に限定されるものではなく、他の様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本開示を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることがあり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Note that the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and includes other various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to easily understand the present disclosure, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. In addition, a part of the configuration of an embodiment may be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment may be added to the configuration of an embodiment. In addition, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
上述の実施形態では、基部21が1つの吸着孔41を備える構成を説明したが、基部21に2つ以上の吸着孔が設けられてもよい。
In the above-described embodiment, the configuration in which the
上述の実施形態では、対物レンズ13を観察対象物11に近づけるために、基部21が第1凹部25を備えているが、これに限定されない。基部21が必ずしも第1凹部25を備える必要はなく、スタビライザー15の基部21は、観察対象物11を吸着させるための吸着孔を少なくとも備えていればよい。
In the above-described embodiment, the
上述の実験例でのW1、W2、H1、H2の数値は、一例であり、これに限定されない。これらの数値は、観察対象物11の大きさなどに合わせて適宜設定されればよい。
The numerical values of W 1 , W 2 , H 1 , and H 2 in the above experimental example are examples, and the present invention is not limited to this. These numerical values may be set as appropriate according to the size of the
10 …多光子励起顕微鏡
11 …観察対象物
12 …ステージ
13 …対物レンズ
14 …顕微鏡ユニット
15 …スタビライザー
16 …パイプ
17 …吸引ポンプ
18 …ネジ棒
19 …ナット
21 …基部
22 …第1支持部
23 …第2支持部
24 …突出部
25 …第1凹部
26 …第2凹部
31 …透明部材
41 …吸着孔
42 …第1開口部
43 …第2開口部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
基部と、
前記基部に設けられ、観察対象物側において開口する第1開口部及び前記第1開口部と反対側において開口する第2開口部を有する少なくとも1つの吸着孔と
を備え、
前記第1開口部の開口幅は、前記第2開口部の開口幅よりも大きい、顕微鏡用スタビライザー。 A microscope stabilizer,
The base,
A first opening provided in the base and having an opening on the observation object side and at least one suction hole having a second opening opening on the opposite side of the first opening;
The microscope stabilizer, wherein an opening width of the first opening is larger than an opening width of the second opening.
前記吸着孔の前記第2開口部は、前記第2凹部に設けられている、請求項1〜8のいずれか一項に記載の顕微鏡用スタビライザー。 The base has a first recess in which the objective lens of the microscope is disposed, and a second recess in which a transparent member is disposed on the bottom surface of the first recess,
The microscope stabilizer according to any one of claims 1 to 8, wherein the second opening of the suction hole is provided in the second recess.
前記吸着孔は、前記基部と前記突出部とを貫通するように形成されている、請求項1〜9のいずれか一項に記載の顕微鏡用スタビライザー。 Further comprising a protrusion protruding from the bottom surface of the base,
The microscope stabilizer according to any one of claims 1 to 9, wherein the suction hole is formed so as to penetrate the base and the protrusion.
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C23 | Notice of termination of proceedings |
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C30A | Notification sent |
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