JP2020130000A - 細胞検出装置及び細胞検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＴＰ法による検体中の菌の検出を高感度に実施し、検出時間を短縮する。【解決手段】検体中の細胞を検出する細胞検出装置であって、密閉可能な検体導入部、培養液を収容する培養部、抽出試薬を収容する抽出試薬部及び発光試薬を収容する発光試薬部を有する密閉容器と、培養液、抽出試薬及び発光試薬の接触を制御する接触機構と、発光試薬部からの発光を検出する光検出器と、光検出器の検出信号に基づいて細胞の増殖を判定する演算部と、を備える。培養液、抽出試薬及び発光試薬は、密閉容器内において分離して配置され、接触機構は、検体が添加された培養液及び抽出試薬を断続的に接触させて抽出溶液を得て、抽出溶液及び発光試薬を断続的に接触させる。【選択図】図１

Description

本開示は、細胞検出装置及び細胞検出方法に関する。

血液などの臨床検体や細胞製剤といった通常無菌である検体中に菌が存在するか否かを確認するために、従来、検体を液体培地に添加して培養し、細菌又は真菌（菌）を増殖させて菌の有無を検出する方法が行われている。特に、再生医療向けの細胞製剤の大部分は製造後遅くとも２日以内に患者に投与されるため、投与前に菌の有無を判定することができるように、従来法では最長１４日かかっている検査を迅速化することが望まれている。

菌の増殖を検出する方法としては濁度計測が簡便で一般的であるが、血液や細胞培養液のように、もともと濁っている検体の場合は検出が困難である。濁度計測以外に菌の増殖を検出する方法として、特許文献１には、菌の増殖に伴うガスの産生及び消費を多検体同時に検出する自動計測装置を用いる方法が開示されている。この自動計測装置は、培養ボトル底部に二酸化炭素、酸素などのガス濃度の変化に伴って蛍光が変化する蛍光色素を固定し、菌の増殖によるガス濃度の変化を蛍光検出する蛍光法を採用した装置である。蛍光法では、およそ生菌が１０^７ＣＦＵ／ｍＬ（ＣＦＵ:Ｃｏｌｏｎｙ ｆｏｒｍｉｎｇ ｕｎｉｔ）以上に増殖した場合に陽性と判定されることが知られている（非特許文献１）。

また、高感度に菌を検出する方法として、ＡＴＰ法（Ａｄｅｎｏｓｉｎｅ Ｔｒｉｐｈｏｓｐｈａｔｅ：アデノシン三リン酸）による検出方法が知られている。ＡＴＰ法は、細胞のＡＴＰをルシフェリン−ルシフェラーゼ反応による生物発光により検出する方法であり、一般に１００ＣＦＵ程度の菌を検出することができ、高感度である。例えば特許文献２には、プレートに細菌培養液と発光試薬を分注し、ＡＴＰ法による発光計測を行うことで細菌の増殖・死滅を検出することが開示されている。また、特許文献２には、嫌気性菌の検出を可能とするため、容器を密閉しガス供給機構を設けることも開示されている。

特許第２６９６０８１号 国際公開第２０１６／１４７３１３号

Journal of Microbiology, Immunology and Infection (2015) 48, 419-424

しかしながら、特許文献１に記載の蛍光法は感度が低く、生菌が１０^７ＣＦＵ／ｍＬ以上に増殖しないと検出できない。したがって、初期菌数の低い検体や、増殖の遅い菌の場合、検出までに時間がかかってしまう。

また、従来のＡＴＰ法は、培養液を時間ごとに分取して発光試薬と混合する操作により、外部から菌が混入して培養液が汚染される可能性があり、検査の偽陽性につながる。培養液に発光試薬を予め混合して密閉すれば、分取操作なく連続的に発光計測が可能である。しかし、ルシフェリン−ルシフェラーゼ反応においては、ＡＴＰとルシフェリンが不可逆的に反応してＡＴＰが反応系から除去されるため、菌が生成したＡＴＰが常に発光反応で消費され、発光強度が低下し、感度が低下してしまう。さらに、操作の簡便性のためにＡＴＰ抽出試薬が予め混合された発光試薬を用いる場合、酵素である発光試薬がＡＴＰ抽出試薬により阻害されてしまうため、発光強度が低下し、感度が低下してしまう。

そこで、本開示は、ＡＴＰ法による検体中の細胞の検出を高感度とし、検出時間を短縮する細胞検出装置及び細胞検出方法を提供する。

本開示の細胞検出装置は、検体中の細胞を検出する細胞検出装置であって、密閉可能な検体導入部、培養液を収容する培養部、抽出試薬を収容する抽出試薬部及び発光試薬を収容する発光試薬部を有する密閉容器と、前記培養液、前記抽出試薬及び前記発光試薬の接触を制御する接触機構と、前記発光試薬部からの発光を検出する光検出器と、前記光検出器の検出信号から発光量を算出し、前記発光量の経時変化に基づいて前記細胞の増殖を判定する演算部と、を備え、前記抽出試薬は、前記発光試薬との発光反応に必要な物質を前記細胞から抽出して抽出溶液を得る試薬であり、前記発光試薬は、前記抽出溶液との接触により発光する試薬であり、前記培養液、前記抽出試薬及び前記発光試薬は、前記密閉容器内において分離して配置され、前記接触機構は、前記検体が添加された前記培養液及び前記抽出試薬を断続的に接触させて前記抽出溶液を得て、前記抽出溶液及び前記発光試薬を断続的に接触させることを特徴とする。

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、本開示の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。
本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではない。

本開示によれば、ＡＴＰ法による検体中の菌の検出を高感度とし、検出時間を短縮することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第１の実施形態に係る細胞検出装置の構成を示す模式図である。 第２の実施形態に係る細胞検出装置の構成を示す模式図である。 第２の実施形態に係る細胞検出装置を用いた細胞検出方法の一例を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る細胞検出装置の構成を示す模式図である。 第４の実施形態に係る細胞検出装置の構成を示す模式図である。 第５の実施形態に係る細胞検出装置の構成を示す模式図である。

［第１の実施形態］
＜細胞検出装置の構成＞
図１は、第１の実施形態に係る細胞検出装置１の構成を示す模式図である。図１（ａ）に示すように、細胞検出装置１は、密閉容器１０、シリンジ２０（接触機構）、光検出器３０及び演算装置３１（演算部）を備える。

密閉容器１０は、開口部１１及びセプタム１２、並びにセプタム１３及びセプタム１４を備える。密閉容器１０の内部は、セプタム１３（第１のセプタム）及びセプタム１４（第２のセプタム）により３つの空間に分離されている。セプタム１３上の空間（培養部）には培地が導入されており、セプタム１４上の空間（抽出試薬部）にはＡＴＰ抽出試薬７が導入されており、セプタム１４の下の空間（発光試薬部）には発光試薬８が導入されている。このように、培養部は抽出試薬部の上方に配置され、抽出試薬部は発光試薬部の上方に配置されており、密閉容器１０内において培養液６、ＡＴＰ抽出試薬７及び発光試薬８が離れた位置に収容される。

なお、本明細書において「密閉」とは、微生物が通過しないということを意味しており、微生物が通過しない大きさの細孔や隙間、例えば０．１μｍ以下の細孔や隙間であれば許容される。したがって、密閉容器１０の壁の一部を、細胞を通さずガスが通過可能な素材としてもよい。ガスが通過可能な素材として、例えば、孔径０．１μｍ程度のメンブレンフィルタが挙げられる。

このように、密閉容器１０内外のガスを通過可能とすることで、密閉容器１０外から密閉容器１０内のガス組成を制御し、菌の増殖に適したガス組成とすることができる。例えば嫌気性菌の発光計測を行う場合には、培養液６を収容した空間に酸素を含まないガスを導入して嫌気性条件とし、発光試薬８を収容した空間に酸素を含むガスを導入することもできる。あるいは、密閉容器１０をガスが透過しない素材で作製し、発光試薬８を封入する際には酸素を含むガスを導入し、培地を封入する時は酸素を含まないガスを導入して嫌気培養が可能なようにすることもできる。

開口部１１及び該開口部１１に嵌合されるセプタム１２（検体導入部）は、セプタム１３上の空間（培養部）に検体を導入可能な位置（例えば密閉容器１０の上部）に設けられる。検体は、菌の有無の検出対象となる医薬品、食品、化粧品、細胞培養液、細胞製剤等であり、例えば、図示しない検体用シリンジでユーザーにより採取され、該検体用シリンジの針をセプタム１２に貫通させてセプタム１３上の培地に導入される。このように、検体と培地とを混合することで培養液６が得られる。検体用シリンジの針を刺すことにより形成された穴は、セプタム１２の弾性力により塞がれ、密閉容器１０は密閉される。これにより、検体導入時における外部からの微生物の混入（コンタミネーション）を防ぐことができる。

密閉容器１０内は滅菌されていてもよく、培養部への検体の導入は、無菌的に行われてもよい。セプタム１２の代わりに、開閉可能な蓋（例えばはめこみ式の蓋、スクリューキャップ）などの他の機構を開口部１１に設けてもよい。

培地は、液体培地であってもよいし、凍結乾燥された粉末培地であってもよい。培地が粉末状である場合、液体培地とするための溶媒（緩衝液など）をさらにセプタム１３上に導入する。培地には、細胞の発育を促進する成分や、細胞の発育を阻害する物質を捕捉する成分が予め添加されていてもよい。

上記のように、検体は開口部１１に嵌合されるセプタム１２から培地に添加されることとしたが、開口部１１及びセプタム１２を設ける代わりに、シリンジ２０により検体を採取し、シリンジ２０を密閉容器１０に嵌合して、セプタム１３上の培地に添加する構成としてもよい。

ＡＴＰ抽出試薬７は、細胞内からＡＴＰを抽出する試薬であり、ＡＴＰ分解酵素を失活できるものを含んでいてもよい。具体的には、ＡＴＰ抽出試薬７として、ＡＴＰなど菌体内にある物質を測定対象とするときは、例えば菌の膜に作用する塩化ベンザルコニウムや塩化ベンゼトニウムなどの界面活性剤、トリクロロ酢酸（ＴＣＡ）、トリス緩衝液、エタノール、プロテアーゼ活性を有する溶菌酵素又はリゾチーム等を含む水溶液を用いることができる。また、菌の持つ酵素により生成される物質を測定対象とする場合には、ＡＴＰ抽出試薬７の代わりに酵素の基質を含む水溶液を用いることができる。

発光試薬８は、ＡＴＰと混合されることにより発光する試薬であり、例えば、ＡＴＰの存在下においてルシフェリン−ルシフェラーゼ反応により発光するルシフェラーゼ及びルシフェリンを含む試薬を用いることができる。なお、ルシフェラーゼは発光試薬８に導入され、ルシフェリンはＡＴＰ抽出試薬７に混合されていてもよい。また、菌のもつ酵素により生成される物質を測定対象にする場合には、菌の持つ酵素により生成された物質と反応して発光する試薬を用いることが出来る。

シリンジ２０（接触機構）は、密閉容器１０の上部に結合されている。シリンジ２０と密閉容器１０との間にはパッキン２４が設けられており、密閉容器１０内部の気密性が保たれている。シリンジ２０は、プランジャ２１、シリンジ針２２及びカバー２３を有する。シリンジ２０は上下に移動可能であり、これに連動してシリンジ針２２も上下動する。シリンジ２０は、シリンジ針２２の先端がセプタム１３上の空間（培養部）に位置する状態でユーザーに提供される。

シリンジ針２２は、発光計測を行うための一連の操作でシリンジ２０が上下する距離以上の長さを有する。具体的には、シリンジ針２２の長さは、シリンジ２０を下方へ移動させた際にセプタム１３及び１４を貫通できる長さである。プランジャ２１をシリンジ２０に対して上下動することにより、シリンジ針２２から培養液６やＡＴＰ抽出試薬７を吸引したり吐出したりすることができる。シリンジ針２２の上下動や培養液６の吸引を妨げない限りにおいて、検体は固体、液体、気体のいずれであってもよい。

セプタム１３及び１４は、例えばシリコンゴムなど、シリンジ針２２による貫通孔を弾性力により塞ぐ作用のある素材により形成される。これにより、シリンジ針２２の先端をセプタム１３及び１４に複数回繰り返して貫通させても、培養液６及びＡＴＰ抽出試薬７が貫通穴から漏出せず、それぞれセプタム１３及び１４上に留まって分離された状態を保つことができる。

シリンジ２０には、パッキン２４より上の側面を覆うカバー２３が設けられている。カバー２３は可撓性を有し、例えば蛇腹状に形成され、シリンジ２０の上下動に連動して伸縮する。カバー２３により、シリンジ２０が下降して密閉容器１０に入る際に、シリンジ２０の外部に付着した微生物が培養液６に混入することを防止することができる。

密閉容器１０の少なくとも発光試薬８付近は、発光反応で放出される光の波長を透過させる材質で形成される。例えば、発光試薬８が可視光を発する反応を起こすものである場合は、密閉容器１０の材質として、無色透明のプラスチックやガラス等が使用できる。

光検出器３０は、密閉容器１０外において、発光試薬８が放出する光を検出可能な位置に配置される。光検出器３０は、所定の時間ごとに、あるいは培養中常に、発光試薬８が放出する光を検出し、検出信号を演算装置３１に出力する。光検出器３０としては、例えば光電子増倍管、ＣＣＤカメラ、フォトダイオード等を用いることができる。

演算装置３１は、光検出器３０から受信した検出信号に基づいて、発光量の算出や、陽性又は陰性の判定などの演算処理を行う。図示は省略しているが、演算装置３１は、過去の測定データや、菌由来の発光量から検体が陽性か陰性かを判定するための所定の閾値等のデータを記憶する記憶部、算出した発光量や判定結果を表示する表示部、判定結果を示すアラーム音を発するスピーカーなどを備えていてもよい。

演算装置３１は、培養液６とＡＴＰ抽出試薬７が混合されて得られるＡＴＰ溶液９（抽出溶液）を発光試薬８に添加した時の発光量の最大値から、添加直前の発光量を差し引いた値（発光量の増加量）を菌由来の発光量として算出することができる。また、演算装置３１は、予め設定した所定の閾値と、菌由来の発光量とを比較することにより、陽性（検体中に菌が存在する）か陰性（検体中に菌が存在しない）かの判定を行うことができる。

＜細胞検出方法＞
次に、本実施形態に係る細胞検出装置１を用いた細胞検出方法の一例について説明する。本方法は、ユーザーが細胞検出装置１を用いてマニュアルで発光計測を行う方法である。

まず、ユーザーは、検体用シリンジを用いて検体を採取し、検体用シリンジの針をセプタム１２に貫通させてセプタム１３上の培地に検体を導入し、培養液６を得る（図１（ａ））。

セプタム１３上の培地には、ＡＴＰ分解酵素などのＡＴＰ消去試薬が予め添加されていてもよい。これにより、培地に含まれるＡＴＰ及び検体に含まれる遊離ＡＴＰを分解することができる。菌体内以外のＡＴＰを消去することで、菌体内のＡＴＰのみを計測することができ、菌由来ＡＴＰの検出感度が向上する。

必要に応じて、シリンジ２０のシリンジ針２２の先端を培養液６に入れてプランジャ２１を上下したり、攪拌機や手動で密閉容器１０を外部から揺らしたり、培地に攪拌子１７（攪拌手段）を入れたりするなどの方法により、培養液６を攪拌してもよい。培養液６を攪拌することで、好気性菌の増殖を促進し、菌検出までの時間を短くすることができる。また、培養液６の一部をシリンジ２０に吸引する際に培養液６が均一となり、ばらつきの少ないデータを得ることができる。

次に、０時間目の発光量（菌の初期濃度）を計測するため、ユーザーは、シリンジ針２２の先端を培養液６に浸し、プランジャ２１を上げて培養液６の一部を一定量、シリンジ２０に吸引する。次に、ユーザーは、シリンジ２０を下げてシリンジ針２２をセプタム１３に貫通させ、シリンジ針２２の先をＡＴＰ抽出試薬７に浸し、プランジャ２１をさらに上げてＡＴＰ抽出試薬７の一部を一定量、シリンジ２０に吸引する。先に吸引した培養液６の一部とＡＴＰ抽出試薬７の一部がシリンジ２０の中で混合され、菌が破壊されて菌体内のＡＴＰが取り出され、ＡＴＰ溶液９を得る（図１（ｂ））。

次に、ユーザーは、シリンジ２０をさらに下げてシリンジ針２２をセプタム１４に貫通させた後、プランジャ２１を下げてシリンジ２０内のＡＴＰ溶液９を発光試薬８に添加する（図１（ｃ））。このとき、光検出器３０は、ＡＴＰ溶液９と発光試薬８との接触による発光を検出し、検出信号を演算装置３１に出力する。演算装置３１は、光検出器３０の検出信号を受信して、ＡＴＰ溶液９の滴下後の発光量の最大値から滴下直前の発光量を差し引いた値（発光量の増加量）を０時間目の発光量として算出する。

所定の時間培養後、例えば１時間後に、ユーザーは、シリンジ２０を操作してシリンジ針２２の先端を培養液６に浸す。そして再度、上記と同じ手順で培養液６の吸引、ＡＴＰ抽出試薬７の吸引、ＡＴＰ溶液９の発光試薬８への添加及び発光計測を行う。なお、培養液６の培養は、図示しない培養器（温度調節手段）中において温度を調節しながら行ってもよい。

以上の操作により、発光量の計測を所定の時間毎に繰り返して、発光量の経時変化から、菌の増殖を判定する。なお、この時間間隔（培養時間）は、一定であってもよいし、適当なタイミングで変更されてもよい。

演算装置３１は、培養液６全体の発光量あるいは菌由来の発光量が予め設定した閾値以上となった場合に、菌が増殖したと見做し、陽性であると判定する。

陽性と判定するための発光量の閾値は、例えば、０時間目の発光量を３倍した値などに設定することができる。また、閾値は、複数の計測における０時間目の発光量の標準偏差を求め、０時間目の発光量に０時間目の発光量の標準偏差の３倍を加えた値などに設定することもできる。陽性であるとの判定の確実性を向上させたい場合には、例えば、０時間目の発光量を１０倍した値、あるいは、０時間目の発光量に０時間目の発光量の標準偏差を１０倍した値を加えた値などに閾値を設定することができる。また、例えば、複数回同じ条件（同じ初期菌濃度、同じ温度等）で発光計測を行い、陽性と判定された培養時間における発光量の平均値を算出し、該平均値を閾値としてもよい。また、計測される菌種ごとに推奨される閾値をそれぞれ設定していてもよく、ユーザーが測定前、あるいは測定中に設定できるようにしてもよい。

なお、本実施形態において、セプタム１３上にＡＴＰ抽出試薬７を配置し、セプタム１４上に培養液６を配置する構成とすることもできる。

以上、ルシフェリン−ルシフェラーゼ反応によりＡＴＰを検出する方法について説明したが、この他に、例えばキノン存在下において生菌のキノン酸化還元酵素（ＮＡＤＰＨ又はＮＡＤＨ）により活性酸素を生成し、これを定量するための化学発光試薬を用いる方法もある。この場合、発光試薬８として化学発光試薬を密閉容器１０の最下部（セプタム１４の下の空間）に導入し、キノン溶液をセプタム１４上に導入する。培養液６とキノン溶液とをシリンジ２０に吸引して混合することで、キノン及びキノン酸化還元酵素の反応により活性酸素が生じ、この溶液を化学発光試薬に滴下することで、化学発光試薬が活性酸素と反応して発光する。菌の増殖に応じて活性酸素が増加するため、菌の増殖に比例した発光量を計測することができる。

上記の化学発光試薬としては、例えば、２−メチル−６−フェニル−３，７−ジヒドロイミダゾ［１，２−ａ］ピラジン−３−オン（ＣＬＡ）、２−メチル−６−（４−メトキシフェニル）−３，７−ジヒドロイミダゾ［１，２−ａ］ピラジン−３−オン（ＭＣＬＡ）、２−メチル−６−ｐ−メトキシフェニルエチニルイミダゾピラジノン（ＭＰＥＣ）、インドシアニン型イミダゾピラノジン化合物（ＮＩＲ−ＣＬＡ）等が挙げられる。

本実施形態において、培養部、抽出試薬部及び発光試薬部が上下方向に配置され、シリンジ２０が上下動する場合について説明したが、これに限定されず、培養部、抽出試薬部及び発光試薬部が例えば水平方向に配置され、シリンジ２０が水平方向に移動する構成であってもよい。

＜技術的効果＞
以上のように、本実施形態は、培養液６、ＡＴＰ抽出試薬７及び発光試薬８が離れた位置に配置されるように密閉容器１０に収容し、培養液６の一部及びＡＴＰ抽出試薬７の一部をシリンジ２０に吸引してＡＴＰ溶液９を得て、発光試薬８に添加する構成を採用している。このように、菌のＡＴＰを抽出した後に発光試薬８に混合するため、感度よく菌のＡＴＰを検出することができ、短時間で菌の増殖を検出することができる。また、培養時間ごとに培養液６を手動ピペッター等により分取して発光試薬８と混合する操作が不要となるため、外部からの微生物の混入による偽陽性を防止することができる。

さらに、培養液６とＡＴＰ抽出試薬７と発光試薬８とが分離されており、これらの接触を断続的に行うため、菌が産生したＡＴＰが発光反応で常に消費されることがない。これにより菌の増殖に比例して培養液６中のＡＴＰ濃度が上昇するため、菌の増殖を高感度に検出することができる。また、ＡＴＰ抽出試薬７と発光試薬８が予め混合された試薬を用いる場合と比較して、発光試薬８の阻害が抑制され、高感度なＡＴＰ計測が可能である。したがって、菌の増殖を高感度に検出することができ、従来の濁度法や蛍光法よりも短時間で発光計測を行うことができる。

［第２の実施形態］
＜細胞検出装置の構成＞
図２は、第２の実施形態に係る細胞検出装置２の構成を示す模式図である。本実施形態の細胞検出装置２は、発光計測を自動で行う装置である点で、第１の実施形態と異なっている。第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図２に示すように、細胞検出装置２は、密閉容器２１０、接触機構２２０、光検出器３０、演算装置３１及び表示部３２を備える。

密閉容器２１０は、例えば第１の実施形態に係る密閉容器１０と同様の構成であってもよく、検体導入部２１１、培養部２０６、抽出試薬部２０７、発光試薬部２０８を有する。培養部２０６は、抽出試薬部２０７の上方に配置され、抽出試薬部２０７は、発光試薬部２０８の上方に配置される。

検体は、検体導入部２１１から培養部２０６へ導入される。検体導入部２１１は、培養部２０６への培養液の導入後に密閉容器２１０を密閉可能な構造であり、外部からの菌の混入（コンタミネーション）を防止する。検体導入部２１１は、例えば第１の実施形態と同様に、密閉容器２１０に設けられた開口部及び該開口部に嵌合されるセプタムから構成されていてもよい。

培養部２０６は、検体及び培地を含む培養液を収容する。抽出試薬部２０７は、細胞から測定対象の物質を抽出するＡＴＰ抽出試薬を収容する。発光試薬部２０８は、ＡＴＰの接触により発光する発光試薬を収容する。密閉容器２１０内において、培養部２０６、抽出試薬部２０７及び発光試薬部２０８は、互いに分離して配置され、これにより培養液、ＡＴＰ抽出試薬及び発光試薬が離れた位置に収容される。

接触機構２２０は、培養部２０６の培養液、抽出試薬部２０７のＡＴＰ抽出試薬及び発光試薬部２０８の発光試薬の接触を制御する機構である。接触機構２２０は、培養液の汚染を防止するため、密閉容器２１０の外部に設けられていてもよい。本実施形態の細胞検出装置２として、第１の実施形態の細胞検出装置１を自動化したものを想定すると、接触機構２２０は、例えばシリンジ２０と、シリンジ２０を駆動するシリンジ駆動装置とを備える。この場合、シリンジ駆動装置は、シリンジ２０及びプランジャ２１をそれぞれ駆動するためのアクチュエータを有する。アクチュエータとしては、例えばボールねじ式のものなどを用いることができる。

演算装置３１の記憶部には、セプタム１３及び１４の位置や厚さに関するデータ、培地又は培養液６の量、ＡＴＰ抽出試薬７の量及び発光試薬８の量に関するデータ等が予め記憶されていてもよい。演算装置３１は、発光計測の動作を開始する前に、シリンジ２０及びプランジャ２１の位置を所定の原点位置に移動させ、上記のデータや、所定の原点位置からの距離等に基づいて、シリンジ２０及びプランジャ２１の移動量を算出し、シリンジ駆動装置を制御してもよい。シリンジ２０の所定の原点位置としては、例えばシリンジ針２２の先端が培地に浸かる位置とすることができる。

図示は省略しているが、細胞検出装置２は、検体導入部２１１から検体を導入するための検体用シリンジと、該検体用シリンジの駆動を制御する検体用シリンジドライバとを備えていてもよい。この場合、検体用シリンジドライバは、検体用シリンジを駆動して検体を採取し、検体用シリンジの針を検体導入部２１１に貫通させて、培養部２０６に添加する。

演算装置３１は、検体用シリンジドライバ、接触機構２２０、光検出器３０及び表示部３２に接続され、これらの動作を制御する。表示部３２は、演算装置３１からの指示に従い、計測結果等の各種データ、ＧＵＩ画面などを表示する。

＜細胞検出方法＞
図３は、第２の実施形態に係る細胞検出装置２を用いた細胞検出方法の一例を示すフローチャートである。以下において、密閉容器２１０として第１の実施形態（図１）の密閉容器１０を用い、接触機構２２０としてシリンジ２０及びシリンジ駆動装置を用いる例について説明する。

まず、ステップＳ１において、演算装置３１は、検体用シリンジドライバを駆動して、図示しない検体用シリンジにより検体を採取する。このとき、演算装置３１は、シリンジ駆動装置を駆動して、シリンジ２０及びプランジャ２１を所定の原点位置に移動させておいてもよい。次に、ステップＳ２において、演算装置３１は、検体用シリンジドライバを駆動して、検体導入部２１１に検体用シリンジの針を貫通させ、検体を培養部２０６内の培地に添加して培養液６とする。検体導入部２１１がセプタムである場合、ステップＳ３において、セプタムから検体用シリンジを引き抜くことにより、密閉容器２１０を密閉する。

次に、ステップＳ４において、演算装置３１は、シリンジ駆動装置を駆動して、プランジャ２１を所定量上げて培養液６の一部をシリンジ２０に採取する。

ステップＳ５において、演算装置３１は、シリンジ駆動装置を駆動してシリンジ２０を下方へ移動させ、シリンジ針２２にセプタム１３を貫通させる。演算装置３１は、例えば上記所定の原点位置からＡＴＰ抽出試薬７までの距離を算出することにより、シリンジ針２２の先端がＡＴＰ抽出試薬７に浸かるまでシリンジ２０を駆動したら、シリンジ２０の駆動を停止する。その後、演算装置３１は、シリンジ駆動装置によりプランジャ２１を上方に移動させ、ＡＴＰ抽出試薬７を所定量吸引することで、シリンジ２０内に採取された培養液６と混合する。これにより、培養液６中の菌が破壊されてＡＴＰが抽出され、ＡＴＰ溶液９を得る。

次に、ステップＳ６において、演算装置３１は、シリンジ駆動装置によりシリンジ２０を下方に移動させ、シリンジ針２２にセプタム１４を貫通させる。その後、シリンジ駆動装置によりプランジャ２１を下方に移動させ、シリンジ２０内のＡＴＰ溶液９を吐出させ、発光試薬８に混合する。これにより発光試薬８とＡＴＰが反応し、発光が得られる。

ステップＳ７において、光検出器３０は、生じた発光を予め定めた一定時間計測し、検出した発光量を演算装置３１に出力する。

ステップＳ８において、演算装置３１は、現在の計測が１回目の計測であるか否かを判断する。現在の計測が１回目の計測である場合（Ｙｅｓ）はステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１３において、演算装置３１は、計測された発光量から次回の発光計測時刻を算出する。ステップＳ１３において算出される次回の発光計測時間は、一回の計測ごとに変更されず、例えば毎回１時間後等に設定されていてもよい。また、次回の発光計測時間として、例えば１回目の発光計測は培養開始１時間後、２回目の発光計測は１回目の計測から２時間後、３回目の発光計測は２回目の計測から３時間後というように、一度の計測ごとに変更してもよい。

その後、ステップＳ１４において、演算装置３１は、次回の発光計測時刻になるまでシリンジ２０及びプランジャ２１の駆動を停止し、菌増殖に適した温度で培養する。次回発光計測時刻に到達したら、演算装置３１は、再びステップＳ４に戻り、ステップＳ４〜Ｓ８を上記と同様に実行する。

２回目以降の計測（ステップＳ８においてＮｏ）においては、ステップＳ９において、演算装置３１は、発光量が設定値以上かどうかを判定する。

発光量が設定値以上である場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０に移行し、演算装置３１は、菌の増殖を検出したと判断して陽性判定を出力する。このとき演算装置３１は、表示部３２に判定結果を表示させてもよい。

発光量が設定値未満である場合（Ｎｏ）、ステップＳ１１に移行し、演算装置３１は、培養時間が設定値以上であるかどうかを判定する。

培養時間が設定値以上である場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ１２に移行し、演算装置３１は、菌増殖なしと判断して陰性判定を出力する。

培養時間が設定値未満である場合（Ｎｏ）、ステップＳ１３に移行し、演算装置３１は、計測された発光量の推移から次回発光計測時刻を算出する。その後、ステップＳ１４においてさらに培養を行う。以下、これを繰り返すことにより、発光計測を行う。

なお、密閉容器２１０として、培養部２０６と抽出試薬部２０７との位置が逆になっているものを用いる場合は、ステップＳ４とＳ５の順番を逆にして、ＡＴＰ抽出試薬を先に吸引するようにしてもよい。

＜技術的効果＞
以上のように、第２の実施形態は、密閉容器２１０内において培養液の一部及びＡＴＰ抽出試薬を混合してＡＴＰ溶液を得て、発光試薬に添加するという動作が自動的に実施される構成を採用している。これにより、第１の実施形態と同様の効果を奏しつつ、ユーザーによる操作の負担を軽減することができる。

また、従来の自動化された細胞検出装置においては、培養液を吸引・吐出したり、ピペットチップを使い捨てにしたりするなど、複雑な分取操作をする機構が必要であり、装置が複雑になるという問題があった。これに対して本実施形態は、上記の構成のように、分取操作をする機構が不要であり、簡単な構成の装置とすることができる。

［第３の実施形態］
＜細胞検出装置の構成＞
図４は、第３の実施形態に係る細胞検出装置３の構成を示す模式図である。本実施形態の細胞検出装置３は、密閉容器３１０の内部において、セプタム１３及び１４の間にセプタム１５をさらに備え、セプタム１５上にＡＴＰ消去試薬１６が導入される点で、第１の実施形態と異なっている。第１の実施形態と同様の構成については、説明を省略する。

図４に示すように、密閉容器３１０の内部は、セプタム１３〜１５により４つの空間に分離されている。セプタム１３上の空間（培養部）には培地が導入されており、セプタム１５上の空間（消去試薬部）にはＡＴＰ消去試薬１６が導入されており、セプタム１４上の空間（抽出試薬部）にはＡＴＰ抽出試薬７が導入されており、セプタム１４の下の空間（発光試薬部）には発光試薬８が導入されている。このように、培養部、消去試薬部、抽出試薬部及び発光試薬部は、上方から下方に向かってこの順に配置され、培養液６、ＡＴＰ消去試薬１６、ＡＴＰ抽出試薬７及び発光試薬８は、密閉容器３１０内において離れた場所に位置する。

ＡＴＰ消去試薬１６は、菌体外の遊離ＡＴＰを消去する試薬である。ＡＴＰ消去試薬１６によって培養液６中の遊離ＡＴＰを消去した後に、ＡＴＰ抽出試薬７によって菌体内ＡＴＰを抽出することにより、生菌のＡＴＰのみを測定することができる。

なお、本実施形態において、セプタム１３上にＡＴＰ消去試薬１６を配置し、セプタム１５上に培養液６を配置する構成とすることもできる。

＜細胞検出方法＞
次に、本実施形態に係る細胞検出装置３を用いた細胞検出方法の一例について説明する。本方法は、ユーザーが細胞検出装置３を用いてマニュアルで発光計測を行う方法である。

本実施形態の細胞検出方法においては、シリンジ２０により培養液６の一部を吸引した後、あるいは吸引する前に、ＡＴＰ消去試薬１６の一部をシリンジ２０により吸引して培養液６と混合する。その後一定時間放置して、培養液６中の菌体外のＡＴＰを消去する。その他の点については第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

＜技術的効果＞
以上のように、本実施形態は、培養液６、ＡＴＰ抽出試薬７及び発光試薬８と分離されたＡＴＰ消去試薬１６により、培養液６中の菌体外のＡＴＰを消去するステップを有する。これにより、発光計測のバックグラウンドを下げ、感度よく菌のＡＴＰを検出することができるため、短時間で菌の増殖を検出することができる。

［第４の実施形態］
＜細胞検出装置の構成＞
図５は、第４の実施形態に係る細胞検出装置４の構成を示す模式図である。本実施形態の細胞検出装置４は、密閉容器４１０が、シリンジ４０６（培養部）、容器４０７（抽出試薬部）及び容器４０８（発光試薬部）から構成される点で、第１の実施形態と異なっている。

シリンジ４０６（第１の容器）は、容器４０７（第２の容器）の内部に嵌合され、容器４０７に対して上下動が可能である。シリンジ４０６には、シリンジ４０６内において上下に移動可能なプランジャ４２０が嵌合されている。シリンジ４０６には、培養液６を容器４０７へ滴下するための流路４２１が設けられる。

容器４０７は、容器４０８（第３の容器）の内部に嵌合され、容器４０８の内部に空間が形成される位置で固定されている。容器４０７には、ＡＴＰ溶液を容器４０８へ滴下するための流路４２２が設けられる。

シリンジ４０６には培地が収容され、容器４０７にはＡＴＰ抽出試薬７が収容され、容器４０８には発光試薬８が収容されている。検体は、プランジャ４２０を外すことにより開口部４１１（検体導入部）からシリンジ４０６内の培地に添加され、これにより培養液６が得られる。このように、培養液６、ＡＴＰ抽出試薬７及び発光試薬８は、密閉容器４１０内において離れた場所に位置する。

流路４２１及び４２２は、シリンジ４０６及び容器４０７内に一定以上の圧力が与えられた場合にのみ溶液を通過させるような素材、孔径に設定される。これにより、培養液６、ＡＴＰ抽出試薬７、発光試薬８は密閉容器４１０内で分離された状態を保つことができる。

＜細胞検出方法＞
次に、本実施形態に係る細胞検出装置４を用いた細胞検出方法の一例について説明する。本方法は、ユーザーが細胞検出装置４を用いてマニュアルで発光計測を行う方法である。

まず、ユーザーは、プランジャ４２０をシリンジ４０６から外して、検体用シリンジで採取した検体を培地に添加し、培養液６を得る。再度プランジャ４２０をシリンジ４０６に嵌合することで、シリンジ４０６は密閉される。

次に、ユーザーは、プランジャ４２０を下げることにより、培養液６の一部を一定量、流路４２１から滴下し、ＡＴＰ抽出試薬７に混合する。これにより、培養液６中の菌が破壊されてＡＴＰが抽出される。

次に、ユーザーは、シリンジ４０６を下げることにより、抽出されたＡＴＰを含むＡＴＰ抽出試薬７（ＡＴＰ溶液９）を一定量、流路４２２から発光試薬８に滴下する。これにより、ＡＴＰ溶液９中のＡＴＰ量に応じた発光が得られる。

ユーザーは、上記の操作を所定の時間おきに繰り返し行い、発光量の経時変化を測定する。本実施形態の細胞検出方法のその他の点については第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

＜技術的効果＞
第１の実施形態においては、培養液６、ＡＴＰ抽出試薬７及び発光試薬８をシリンジ２０により吸引・吐出して、セプタム１３及び１４にシリンジ針２２を貫通させてこれらを混合していた。しかし、シリンジ針２２の貫通が繰り返されることによりセプタム１３及び１４の貫通穴が広がって液体が漏出し、意図しない反応が起こる可能性がある。一方、本実施形態においては、培養液６、ＡＴＰ抽出試薬７及び発光試薬８の混合は、流路４２１から培養液６を滴下し、流路４２２からＡＴＰ溶液９を滴下するだけでよいので、培養液６、ＡＴＰ抽出試薬７及び発光試薬８の漏出による意図しない反応を防止することができる。したがって、発光計測の信頼性をより向上することができる。

［第５の実施形態］
＜細胞検出装置の構成＞
図６は、第５の実施形態に係る細胞検出装置５の構成を示す模式図である。図６に示すように、細胞検出装置５は、複数の密閉容器１０について同時に自動で発光計測を行う装置である。図６においては、密閉容器１０は４つ配置されているが、数は限定されない。

細胞検出装置５は、複数の密閉容器１０、各密閉容器１０に嵌合される複数のシリンジ２０及びシリンジ駆動装置４１（接触機構）、各密閉容器１０を覆う複数のチャンバー４０（温度調節手段）、ガス供給管４３、バルブ４６及びバルブ駆動装置４７、並びに演算装置３１を備える。密閉容器１０及びシリンジ２０については、第１の実施形態（図１）と同様のものを使用しているため、各構成の説明を省略する。なお、密閉容器として、第３の実施形態（図４）又は第４の実施形態（図５）のものを採用することもできる。

演算装置３１は、光検出器３０、シリンジ駆動装置４１及びバルブ駆動装置４７を制御する。

チャンバー４０は、各密閉容器１０の温度調節を行う。これにより、それぞれの検体に適した温度で菌を培養し、増殖を最適な条件で行うことができる。

シリンジ駆動装置４１は、演算装置３１からの指示に従って各シリンジ２０及びプランジャ２１の駆動を制御する。シリンジ駆動装置４１は、シリンジ２０及びプランジャ２１をそれぞれ駆動するためのアクチュエータを有する。アクチュエータとしては、例えばボールねじ式のものなどを用いることができる。

ガス供給管４３は、各チャンバー４０内にガス４４又はガス４５を導入するための管である。ガス４５は、例えば酸素を含むガスである。ガス４４は、例えば酸素を含まないガスである。ガス供給管４３には、コンタミネーションを防止するためのフィルタが設けられていてもよく、フィルタを通してガス４４又は４５をチャンバー４０に供給してもよい。

バルブ４６は、その開閉によりガス供給管４３へのガス４４又は４５の通過及び不通を変更する。バルブ駆動装置４７は、演算装置３１からの指示に従って各バルブ４６の開閉を制御する。図示は省略しているが、バルブ駆動装置４７は、各バルブ４６へ接続され、これらの開閉を制御する。

バルブ４６によってガス４４及びガス４５のチャンバー４０への導入を制御することにより、チャンバー４０ごとにガス濃度を管理することができる。密閉容器１０の一部は、菌を透過せずガスを透過する素材（例えばメンブレンフィルター等）とすることができる。これにより、密閉容器１０ごとに嫌気性菌又は好気性菌を培養することができ、嫌気性菌及び好気性菌いずれも同時に検出することができる。あるいは、検出対象が動物細胞である場合には、二酸化炭素濃度を調整することで培地のｐＨを適切な値に保つことができる。

各密閉容器１０にバーコードなどの識別番号を付し、演算装置３１の記憶部に予め密閉容器１０ごとの識別番号や、検体の種類などの情報を記憶させてもよい。演算装置３１は、記憶部に記憶された情報に基づいて、それぞれ同じ又は異なる時間間隔で発光計測を行うようにし、複数の密閉容器１０について並行して発光量の経時変化を取得してもよい。

陽性化に要する時間は、初期濃度や菌種の違いにより異なる。外部からの菌混入を防ぐためには、密閉容器１０を密閉後に外部から検体の出し入れをしない必要があるため、発光計測の回数は、計測初期の培養液量により制限される。そこで、所定の時間ごとに発光量を計測する際、演算装置３１は、前回の計測から発光量の変化が小さく増殖が遅いと判断される場合は、発光計測の時間間隔を自動的に広くするようプログラムすることができる。これにより、増殖の遅い菌に応じた長期間の経時変化を計測することができる。

細胞検出装置５は、密閉容器１０と光検出器３０のいずれか一方又は両方を発光計測可能な位置に移動する搬送機構を備えていても良い。なお、光検出器３０を複数用意し、各密閉容器１０に対し設けても良い。これにより、密閉容器１０又は光検出器３０を移動させるための搬送機構が不要になり、細胞検出装置５のサイズを小さくすることができる。あるいは、図６に示すように、光検出器３０は１つであってもよく、光検出器３０が発光を検出可能な位置まで密閉容器１０を搬送するか、光検出器３０を密閉容器１０まで移動させることで、光検出器３０を複数設置する必要がなくなり、コストを削減できる。

＜細胞検出方法＞
本実施形態の細胞検出装置５を用いた細胞検出方法は、例えば第２の実施形態の細胞検出方法（図３）と同様の方法を採用することができるため、説明を省略する。

＜技術的効果＞
以上のように、本実施形態においては、複数の密閉容器１０を備え、複数の検体について同時に発光計測を行う構成を採用しているため、計測時間を短縮することができる。さらに、本実施形態は、複数の密閉容器１０のそれぞれに異なる組成のガスを供給可能な構成を採用しているため、嫌気性菌及び好気性菌など、異なる菌種の発光計測を同時に行うことができる。

［変形例］
本開示は、上述した実施形態に限定されるものでなく、様々な変形例を含んでいる。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必要はない。また、ある実施形態の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。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できる。また、各実施形態の構成の一部について、他の実施形態の構成の一部を追加、削除又は置換することもできる。

１〜５…細胞検出装置、６…培養液、７…ＡＴＰ抽出試薬、８…発光試薬、９…ＡＴＰ溶液、１０、２１０、３１０、４１０…密閉容器、１１…開口部、１２〜１５…セプタム、１６…ＡＴＰ消去試薬、１７…攪拌子、２０…シリンジ、２１…プランジャ、２２…シリンジ針、２３…カバー、２４…パッキン、３０…光検出器、３１…演算装置、３２…表示部、２０６…培養部、２０７…抽出試薬部、２０８…発光試薬部、２１１…検体導入部、２２０…接触機構、４０６…シリンジ、４０７…容器、４０８…容器、４１１…開口部、４２０…プランジャ、４２１、４２２…流路、４０…チャンバー、４１…シリンジ駆動装置、４３…ガス供給管、４４、４５…ガス、４６…バルブ、４７…バルブ駆動装置

Claims (13)

1. 検体中の細胞を検出する細胞検出装置であって、
   密閉可能な検体導入部、培養液を収容する培養部、抽出試薬を収容する抽出試薬部及び発光試薬を収容する発光試薬部を有する密閉容器と、
   前記培養液、前記抽出試薬及び前記発光試薬の接触を制御する接触機構と、
   前記発光試薬部からの発光を検出する光検出器と、
   前記光検出器の検出信号から発光量を算出し、前記発光量の経時変化に基づいて前記細胞の増殖を判定する演算部と、を備え、
   前記抽出試薬は、前記発光試薬との発光反応に必要な物質を前記細胞から抽出して抽出溶液を得る試薬であり、
   前記発光試薬は、前記抽出溶液との接触により発光する試薬であり、
   前記培養液、前記抽出試薬及び前記発光試薬は、前記密閉容器内において分離して配置され、
   前記接触機構は、前記検体が添加された前記培養液及び前記抽出試薬を断続的に接触させて前記抽出溶液を得て、前記抽出溶液及び前記発光試薬を断続的に接触させることを特徴とする細胞検出装置。
2. 請求項１に記載の細胞検出装置において、
   前記発光試薬部は、前記発光試薬としてルシフェラーゼを有し、
   前記発光試薬部と前記抽出試薬部の一方又は両方はルシフェリンを有し、
   前記抽出試薬は前記細胞からＡＴＰを抽出する試薬であり、
   前記光検出器は、前記細胞から抽出された前記ＡＴＰと前記ルシフェリンとの反応を前記ルシフェラーゼが触媒することにより生じる発光を検出することを特徴とする細胞検出装置。
3. 請求項２に記載の細胞検出装置において、
   前記培養部は、ＡＴＰ消去試薬をさらに含むことを特徴とする細胞検出装置。
4. 請求項２に記載の細胞検出装置において、
   前記密閉容器は、ＡＴＰ消去試薬を収容する消去試薬部をさらに有し、
   前記消去試薬部は、前記密閉容器内において前記培養部、前記抽出試薬部、前記発光試薬部と分離して配置されることを特徴とする細胞検出装置。
5. 請求項１に記載の細胞検出装置において、
   前記密閉容器を複数備えることを特徴とする細胞検出装置。
6. 請求項１に記載の細胞検出装置において、
   前記接触機構の駆動を制御する駆動装置をさらに備え、
   前記駆動装置は、前記接触機構による前記培養液及び前記抽出試薬の接触、前記抽出溶液及び前記発光試薬の接触を制御することを特徴とする細胞検出装置。
7. 請求項１に記載の細胞検出装置において、
   前記演算部は、前記抽出溶液及び前記発光試薬部の接触前後の発光量から、前記検体由来の発光量を算出し、前記検体由来の発光量が所定の閾値以上であるかを判断することにより、前記細胞の増殖を判定することを特徴とする細胞検出装置。
8. 請求項１に記載の細胞検出装置において、
   前記培養部、前記抽出試薬部及び前記発光試薬部は、前記密閉容器内に配置された第１のセプタム及び第２のセプタムにより分離される空間であり、
   前記接触機構は、前記第１のセプタム及び前記第２のセプタムを貫通可能なシリンジ針を有するシリンジであることを特徴とする細胞検出装置。
9. 請求項１に記載の細胞検出装置において、
   前記培養部、前記抽出試薬部及び前記発光試薬部は、前記培養液を収容する第１の容器、前記抽出試薬部を収容する第２の容器及び前記発光試薬を収容する第３の容器により分離される空間であり、
   前記第１の容器は、前記培養液を前記第２の容器に滴下するための流路を備え、
   前記第２の容器は、前記抽出溶液を前記第３の容器に滴下するための流路を備え、
   前記接触機構は、前記培養液の滴下を制御するプランジャ及び前記抽出溶液の滴下を制御するプランジャを有することを特徴とする細胞検出装置。
10. 請求項１に記載の細胞検出装置において、
    前記演算部による判定の結果を表示する表示部をさらに備えることを特徴とする細胞検出装置。
11. 請求項１に記載の細胞検出装置において、
    前記密閉容器を温度調節する温度調節手段をさらに備えることを特徴とする細胞検出装置。
12. 請求項１に記載の細胞検出装置において、
    前記培養部を攪拌する攪拌手段をさらに備えることを特徴とする細胞検出装置。
13. 検体中の細胞を検出する細胞検出方法であって、
    密閉容器内に発光試薬を導入するステップと、
    前記密閉容器において前記発光試薬と離れた位置に抽出試薬を導入するステップと、
    前記密閉容器において前記発光試薬及び前記抽出試薬と離れた位置に培地を導入するステップと、
    前記培地に前記検体を添加して培養液を得るステップと、
    前記密閉容器を密閉するステップと、
    前記培養液及び前記抽出試薬を断続的に接触させて抽出溶液を得るステップと、
    前記抽出溶液及び前記発光試薬を断続的に接触させて発光量を計測するステップと、
    前記発光量の経時変化に基づいて前記細胞の増殖を判定するステップと、を含むことを特徴とする細胞検出方法。

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