JP2021179319A - Analysis method and analyzer - Google Patents

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Abstract

To provide a technology that can effectively analyze and evaluate time-series data of measurement signals of a biological specimen using a small number of parameters.SOLUTION: An analysis method includes: a step for analyzing a power spectrum of a measurement signal and for acquiring a low-frequency spectrum that is a power spectrum distribution in a low frequency region; a step for acquiring parameters from the low-frequency spectrum; and a step for evaluating the measurement signal based on the parameters. The measurement signal is a continuous signal for at least one minute or more. The low frequency region is included in the range of 2 Hz or less. The parameters include: a peak frequency that is a frequency at which a power spectral density is maximum; and a peak power that is the power spectral density at the peak frequency. In this way, a long-term change can be simply and easily analyzed and evaluated by focusing on a few parameters.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、生物由来の試料に対する化合物応答における計測信号の解析方法および解析装置に関する。 The present invention relates to an analysis method and an analysis device for a measurement signal in a compound response to a sample of biological origin.

従来、生物由来の試料に対する化合物応答の評価を行うために、電気的計測や画像計測等の計測を行い、得られた計測信号の時系列データの解析を行っている。 Conventionally, in order to evaluate a compound response to a biological sample, measurement such as electrical measurement or image measurement is performed, and time-series data of the obtained measurement signal is analyzed.

一例として、神経細胞等の細胞あるいは組織の誘導電気を測定するために、微小電極アレイ(MEA、Micro-Electrode Array)と呼ばれる、複数の電極が底面に設けられた細胞保持容器であるMEA電極を用いて細胞外電位を計測するシステムが知られている。MEA電極については、例えば、特許文献1に記載されている。このようなMEA電極では、細胞層や組織の切片を電極上に配置して、これらに含まれる細胞の細胞外電位の計測を行う。 As an example, in order to measure the induced electricity of cells or tissues such as nerve cells, a MEA electrode, which is a cell holding container having a plurality of electrodes provided on the bottom surface, called a micro-electrode array (MEA), is used. A system for measuring extracellular potential using it is known. The MEA electrode is described in, for example, Patent Document 1. In such a MEA electrode, a cell layer or a section of tissue is arranged on the electrode, and the extracellular potential of the cells contained therein is measured.

その他の例として、脳波や心電図等の時系列信号の計測も、よく知られている。また、カルシウムイメージングを含む蛍光イメージングや、診療手法として使用されている核磁気共鳴画像法(MRI)および核医学イメージング法(PET等)といった種々のバイオイメージング法を用いて、in vitroおよびin vivoで時系列画像データによる計測が行われている。 As another example, measurement of time-series signals such as electroencephalograms and electrocardiograms is also well known. In vitro and in vivo, using various bioimaging methods such as fluorescence imaging including calcium imaging and nuclear magnetic resonance imaging (MRI) and nuclear medicine imaging (PET, etc.) used as clinical methods. Measurement is performed using time-series image data.

特表2002−523726号公報Japanese Patent Publication No. 2002-523726

このような各種時系列データの解析において、評価指標が確立されていない場合、いくつもの解析パラメータを算出し、どのパラメータが評価指標として有効であるか、あるいは、どのように複数のパラメータを組み合わせれば評価指標となり得るかを模索する必要がある。 In the analysis of such various time-series data, if the evaluation index is not established, a number of analysis parameters are calculated, which parameter is effective as the evaluation index, or how to combine multiple parameters. If so, it is necessary to find out whether it can be an evaluation index.

例えば、化合物応答の比較のためにMEA計測法により得られた細胞外電位を解析する場合、細胞外電位の時系列信号から50を超えるパラメータを算出し、化合物ごとに各パラメータについてヒートマップを作成して、比較を行う方法が知られている。このような方法では、多数のパラメータを算出する必要があり、解析に多くの手間および時間がかかるという問題がある。 For example, when analyzing the extracellular potential obtained by the MEA measurement method for comparison of compound responses, more than 50 parameters are calculated from the time-series signal of the extracellular potential, and a heat map is created for each parameter for each compound. Then, a method of making a comparison is known. In such a method, it is necessary to calculate a large number of parameters, and there is a problem that it takes a lot of time and effort for analysis.

特に、化合物応答における短期的な応答は、グラフや画像において可視化されやすく、パラメータとして着目されやすいのに対し、長期的な応答は着目されにくいという問題がある。 In particular, the short-term response in the compound response is easily visualized in graphs and images and is easily noticed as a parameter, whereas the long-term response is difficult to be focused on.

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、生物由来の試料の計測信号の時系列データを、少数のパラメータによって有効に解析および評価する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique for effectively analyzing and evaluating time-series data of measurement signals of biological samples using a small number of parameters.

上記課題を解決するため、本願の第1発明は、生物由来の試料に対する化合物応答における計測信号の解析方法であって、a)前記計測信号のパワースペクトル解析を行い、低周波領域におけるパワースペクトル分布である低周波スペクトラムを取得する工程と、b)前記低周波スペクトラムから、パラメータを取得する工程と、c)前記パラメータに基づいて、前記計測信号の評価を行う工程と、を有し、前記計測信号は、少なくとも1分以上の連続信号であり、前記低周波領域は、2Hz以下の範囲に含まれ、前記パラメータは、パワースペクトル密度が最大となる周波数であるピーク周波数と、前記ピーク周波数におけるパワースペクトル密度であるピークパワーと、を含む。 In order to solve the above problems, the first invention of the present application is a method for analyzing a measurement signal in a compound response to a sample of biological origin. A) Power spectrum analysis of the measurement signal is performed, and power spectrum distribution in a low frequency region is performed. It has a step of acquiring a low frequency spectrum, b) a step of acquiring a parameter from the low frequency spectrum, and c) a step of evaluating the measurement signal based on the parameter. The signal is a continuous signal for at least 1 minute or more, the low frequency region is included in the range of 2 Hz or less, and the parameters are the peak frequency, which is the frequency at which the power spectral density is maximum, and the power at the peak frequency. Includes peak power, which is the spectral density.

本願の第2発明は、第1発明の解析方法であって、前記パラメータは、前記ピークパワーの平方根であるピークポテンシャルをさらに含む。 The second invention of the present application is the analysis method of the first invention, and the parameter further includes a peak potential which is a square root of the peak power.

本願の第3発明は、生物由来の試料に対する化合物応答における計測信号の解析方法であって、a)前記計測信号のパワースペクトル解析を行い、低周波領域におけるパワースペクトル分布である低周波スペクトラムを取得する工程と、b)前記低周波スペクトラムから、パラメータを取得する工程と、c)前記パラメータに基づいて、前記計測信号の評価を行う工程と、を有し、前記計測信号は、少なくとも1分以上の連続信号であり、前記低周波領域は、2Hz以下の範囲に含まれ、前記パラメータは、前記低周波領域におけるパワースペクトル密度の合計であるエリアパワーを含む。 The third invention of the present application is a method for analyzing a measurement signal in a compound response to a biological sample. A) The power spectrum of the measurement signal is analyzed to obtain a low frequency spectrum which is a power spectrum distribution in a low frequency region. The step of acquiring the parameter from the low frequency spectrum, and c) the step of evaluating the measurement signal based on the parameter, and the measurement signal is at least 1 minute or longer. The low frequency region is included in the range of 2 Hz or less, and the parameter includes area power which is the total power spectral density in the low frequency region.

本願の第4発明は、第1発明ないし第3発明のいずれかの解析方法であって、前記低周波領域は、1Hz以下の領域である。 The fourth invention of the present application is the analysis method according to any one of the first invention to the third invention, and the low frequency region is a region of 1 Hz or less.

本願の第5発明は、第1発明ないし第4発明のいずれかの解析方法であって、前記計測信号は、少なくとも10分以上の連続信号である。 The fifth invention of the present application is the analysis method according to any one of the first invention to the fourth invention, and the measurement signal is a continuous signal for at least 10 minutes or more.

本願の第6発明は、第1発明ないし第5発明のいずれかの解析方法であって、前記工程c)は、c1)複数の前記パラメータを用いてクラスタリングを行う工程と、c2)前記クラスタごとの評価を行う工程と、を含む。 The sixth invention of the present application is the analysis method of any one of the first invention to the fifth invention, and the step c) is c1) a step of performing clustering using a plurality of the parameters, and c2) for each of the clusters. Including the process of performing the evaluation of.

本願の第7発明は、第1発明ないし第6発明のいずれかの解析方法であって、前記計測信号は、神経細胞とグリア細胞を共培養した細胞群の電気信号である。 The seventh invention of the present application is the analysis method according to any one of the first invention to the sixth invention, and the measurement signal is an electric signal of a cell group in which nerve cells and glial cells are co-cultured.

本願の第8発明は、第7発明の解析方法であって、前記工程c)において、前記ピークパワーを前記パラメータとして、神経痙攣毒性の評価を行う。 The eighth invention of the present application is the analysis method of the seventh invention, and in the step c), the peak power is used as the parameter, and the neuroconvulsant toxicity is evaluated.

本願の第9発明は、第1発明ないし第6発明のいずれかの解析方法であって、前記計測信号は、蛍光色素を用いた細胞のカルシウムイメージングにおける蛍光強度に関する信号である。 The ninth invention of the present application is the analysis method according to any one of the first invention to the sixth invention, and the measurement signal is a signal relating to fluorescence intensity in calcium imaging of cells using a fluorescent dye.

本願の第10発明は、生物由来の試料に対する化合物応答における計測信号の解析装置であって、前記計測信号のパワースペクトル解析を行い、低周波領域におけるパワースペクトル分布である低周波スペクトラムを取得する低周波スペクトラム取得部と、前記低周波スペクトラムから、パラメータを取得するパラメータ取得部と、前記パラメータに基づいて、前記計測信号の解析または/および評価を行う解析部と、を有し、前記計測信号は、少なくとも1分以上の連続信号であり、前記低周波領域は、2Hz以下の範囲に含まれ、前記パラメータは、パワースペクトル密度が最大となる周波数であるピーク周波数と、前記ピーク周波数におけるパワースペクトル密度であるピークパワーと、を含む。 The tenth invention of the present application is a device for analyzing a measurement signal in a compound response to a biological sample, and analyzes the power spectrum of the measurement signal to obtain a low frequency spectrum which is a power spectrum distribution in a low frequency region. The measurement signal has a frequency spectrum acquisition unit, a parameter acquisition unit that acquires parameters from the low frequency spectrum, and an analysis unit that analyzes and / or evaluates the measurement signal based on the parameters. , The low frequency region is included in the range of 2 Hz or less, and the parameters are the peak frequency, which is the frequency at which the power spectral density is maximum, and the power spectral density at the peak frequency. Including peak power, which is.

本願の第11発明は、第10発明の解析装置であって、前記パラメータは、前記ピークパワーの平方根であるピークポテンシャルをさらに含む。 The eleventh invention of the present application is the analysis apparatus of the tenth invention, and the parameter further includes a peak potential which is a square root of the peak power.

本願の第12発明は、生物由来の試料に対する化合物応答における計測信号の解析装置であって、前記計測信号のパワースペクトル解析を行い、低周波領域におけるパワースペクトル分布である低周波スペクトラムを取得する低周波スペクトラム取得部と、前記低周波スペクトラムから、パラメータを取得するパラメータ取得部と、前記パラメータに基づいて、前記計測信号の解析または/および評価を行う解析部と、を有し、前記計測信号は、少なくとも1分以上の連続信号であり、前記低周波領域は、2Hz以下の範囲に含まれ、前記パラメータは、前記低周波領域におけるパワースペクトル密度の合計であるエリアパワーを含む。 The twelfth invention of the present application is a device for analyzing a measurement signal in a compound response to a biological sample, and analyzes the power spectrum of the measurement signal to obtain a low frequency spectrum which is a power spectrum distribution in a low frequency region. The measurement signal has a frequency spectrum acquisition unit, a parameter acquisition unit that acquires parameters from the low frequency spectrum, and an analysis unit that analyzes and / or evaluates the measurement signal based on the parameters. , Which is a continuous signal of at least 1 minute or longer, the low frequency region is included in the range of 2 Hz or less, and the parameter includes area power which is the total power spectral density in the low frequency region.

本願の第1発明から第12発明によれば、計測信号の低周波スペクトラムについての少数のパラメータに着目することで、長期的な変化の解析・評価を簡便に行うことができる。 According to the first to twelfth inventions of the present application, it is possible to easily analyze and evaluate long-term changes by paying attention to a small number of parameters regarding the low frequency spectrum of the measurement signal.

第1実施形態に係るMEA電極付き容器の斜視図である。It is a perspective view of the container with MEA electrode which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る解析システムの概略図である。It is a schematic diagram of the analysis system which concerns on 1st Embodiment. 共培養神経細胞のフィールドポテンシャルの原波形の一例を示した図である。It is a figure which showed an example of the original waveform of the field potential of a co-cultured nerve cell. 共培養神経細胞のフィールドポテンシャルの補正波形の一例を示した図である。It is a figure which showed an example of the correction waveform of the field potential of a co-cultured nerve cell. 第1実施形態に係る共培養神経細胞のフィールドポテンシャルの解析処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the analysis process of the field potential of the co-cultured nerve cell which concerns on 1st Embodiment. 低周波スペクトラムの一例を示した図である。It is a figure which showed an example of a low frequency spectrum. 実験によって得られた共培養神経細胞の添加化合物毎のピークポテンシャルを示した図である。It is a figure which showed the peak potential for each added compound of the co-cultured nerve cell obtained by an experiment. 実験によって得られた共培養神経細胞の添加化合物毎のピークポテンシャルを示した図である。It is a figure which showed the peak potential for each added compound of the co-cultured nerve cell obtained by an experiment. 実験によって得られた共培養神経細胞の添加化合物毎のピークポテンシャルを示した図である。It is a figure which showed the peak potential for each added compound of the co-cultured nerve cell obtained by an experiment. 一変形例に係る生物由来の試料に対する化合物応答における計測信号の解析処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the analysis processing of the measurement signal in the compound response to the sample of a biological origin which concerns on one modification. 他の変形例に係る生物由来の試料に対する化合物応答における計測信号の解析処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the analysis processing of the measurement signal in the compound response to the sample of a biological origin which concerns on other modification.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面は、実験データを除き、概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、図面中の一部の構成は誇張して表現される場合がある。すなわち、図面に示される構成の大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the drawings are shown schematically except for experimental data, and for convenience of explanation, some configurations in the drawings may be exaggerated. That is, the interrelationship between the sizes and positions of the configurations shown in the drawings is not always accurately described and can be changed as appropriate.

<1.第1実施形態>
<1−1.細胞外電位計測の概要>
本発明の第1実施形態に係る細胞外電位の計測方法について、図1を参照しつつ説明する。図1は、細胞外電位の計測に用いられるMEA電極付きの容器1の斜視図である。この容器1は、培養細胞層やスライスされた組織と、培地や保存液等の液体とを内部に収容および保持するとともに、保持された細胞層の電気的特性を計測するための容器である。
<1. First Embodiment>
<1-1. Overview of extracellular potential measurement>
The method for measuring the extracellular potential according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a perspective view of a container 1 with a MEA electrode used for measuring extracellular potential. The container 1 is a container for internally accommodating and retaining a cultured cell layer or sliced tissue and a liquid such as a medium or a storage solution, and measuring the electrical characteristics of the retained cell layer.

図1に示すように、容器1は、細胞等が収容されるカップ状の凹部10を有する。そして、容器1は、凹部10の底面11に、容器1内に収容された細胞または組織の電気的特性を計測するための複数の電極を有している。すなわち、底面11が測定面となる。 As shown in FIG. 1, the container 1 has a cup-shaped recess 10 in which cells and the like are housed. The container 1 has a plurality of electrodes on the bottom surface 11 of the recess 10 for measuring the electrical characteristics of the cells or tissues contained in the container 1. That is, the bottom surface 11 is the measurement surface.

本実施形態の容器1は、凹部10を1つだけ有する有底円筒形の容器であるが、本発明はこれに限られない。複数の凹部を有する、所謂マルチウェルプレートを用いてMEA計測が行われてもよい。 The container 1 of the present embodiment is a bottomed cylindrical container having only one recess 10, but the present invention is not limited to this. MEA measurement may be performed using a so-called multi-well plate having a plurality of recesses.

底面11には、複数の作用電極21と、複数の参照電極22とが配置されている。 A plurality of working electrodes 21 and a plurality of reference electrodes 22 are arranged on the bottom surface 11.

複数の作用電極21は、底面11の中央付近に配置される。細胞外電位の計測時には、作用電極21の上に、計測対象である細胞層や組織が配置される。複数の作用電極21は、平面視において、互いに間隔をあけて2次元的に配列されている。本実施形態では、16個の作用電極21が4行4列のマトリックス状に配列されているが、作用電極21の個数および配置はこれに限られない。また、本実施形態の作用電極21は、いずれも上面視において正方形であるが、作用電極200の形状は円形、長方形、その他任意の形状であってもよい。 The plurality of working electrodes 21 are arranged near the center of the bottom surface 11. When measuring the extracellular potential, the cell layer or tissue to be measured is arranged on the working electrode 21. The plurality of working electrodes 21 are two-dimensionally arranged at intervals from each other in a plan view. In the present embodiment, 16 working electrodes 21 are arranged in a matrix of 4 rows and 4 columns, but the number and arrangement of the working electrodes 21 are not limited to this. Further, although the working electrode 21 of the present embodiment is square in the top view, the shape of the working electrode 200 may be circular, rectangular, or any other shape.

参照電極22はそれぞれ、作用電極21よりも底面11の縁部側に配置される。細胞外電位の計測時には、参照電極22に計測対象である細胞層や組織が接触しないように配置される。本実施形態の参照電極22は2つであるが、1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。また、本実施形態の参照電極22の形状は円弧状であるが、参照電極22の形状は上面視において円形、正方形、長方形、その他任意の形状であってもよい。 Each of the reference electrodes 22 is arranged on the edge side of the bottom surface 11 with respect to the working electrode 21. When measuring the extracellular potential, the reference electrode 22 is arranged so that the cell layer or tissue to be measured does not come into contact with the reference electrode 22. Although the number of reference electrodes 22 in this embodiment is two, it may be one or three or more. Further, although the shape of the reference electrode 22 of the present embodiment is an arc shape, the shape of the reference electrode 22 may be a circle, a square, a rectangle, or any other shape in the top view.

このような容器1を用いれば、例えば、容器1に保持された細胞層または組織に対して、作用電極21と参照電極22との間に電気刺激を与えて、当該刺激に対する応答を観察することができる。また、容器1に保持された細胞層または組織に対して、種々の化合物を添加して、その細胞外電位(フィールドポテンシャル)の変化を観察することにより、化合物応答を観察することができる。 When such a container 1 is used, for example, an electrical stimulus is applied between the working electrode 21 and the reference electrode 22 to the cell layer or tissue held in the container 1, and the response to the stimulus is observed. Can be done. Further, the compound response can be observed by adding various compounds to the cell layer or tissue held in the container 1 and observing the change in the extracellular potential (field potential) thereof.

<1−2.計測信号の解析システム>
次に、本実施形態に係る計測信号の解析システム100について、図2を参照しつつ説明する。図2に示すように、解析システム100は、容器1と、計測装置3と、解析装置4と、操作部5とを有する。
<1-2. Measurement signal analysis system>
Next, the measurement signal analysis system 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the analysis system 100 includes a container 1, a measuring device 3, an analysis device 4, and an operation unit 5.

計測装置3は、容器1と接続され、容器1内に保持された細胞層または組織の細胞外電位を計測するための装置である。計測装置3には、例えば、MEA計測法に用いられる専用の装置が用いられる。計測装置3は、容器1の作用電極21および参照電極22と接続される計測信号取得部31を有する。計測信号取得部31は、作用電極21−参照電極22間の電位差から、細胞層または組織のフィールドポテンシャルを計測信号として取得する。 The measuring device 3 is a device connected to the container 1 and for measuring the extracellular potential of the cell layer or tissue held in the container 1. As the measuring device 3, for example, a dedicated device used for the MEA measuring method is used. The measuring device 3 has a measuring signal acquisition unit 31 connected to the working electrode 21 and the reference electrode 22 of the container 1. The measurement signal acquisition unit 31 acquires the field potential of the cell layer or tissue as a measurement signal from the potential difference between the working electrode 21 and the reference electrode 22.

解析装置4は、計測装置3の計測した計測信号を解析するための装置である。解析装置4は、例えば、パーソナルコンピュータにより実現される。解析装置4は、CPU等の演算処理部、RAM等のメモリ、およびハードディスクドライブ等の記憶部から構成される。 The analysis device 4 is a device for analyzing the measurement signal measured by the measurement device 3. The analysis device 4 is realized by, for example, a personal computer. The analysis device 4 is composed of an arithmetic processing unit such as a CPU, a memory such as a RAM, and a storage unit such as a hard disk drive.

解析装置4は、記憶部に記憶されたコンピュータプログラムやデータをメモリに読み出し、当該コンピュータプログラムやデータに基づいて、演算処理部が演算処理を行うことにより、後述する解析処理を行うことができる。 The analysis device 4 reads the computer program or data stored in the storage unit into the memory, and the arithmetic processing unit performs arithmetic processing based on the computer program or data, whereby the analysis processing described later can be performed.

また、解析装置4は、ディスプレイ装置等からなる表示部51と、キーボードやマウス等からなる入力部52とを有する操作部5と接続されている。なお、解析装置4は、計測装置3と一体になったものであってもよい。 Further, the analysis device 4 is connected to an operation unit 5 having a display unit 51 composed of a display device or the like and an input unit 52 composed of a keyboard, a mouse or the like. The analysis device 4 may be integrated with the measurement device 3.

解析装置4は、ソフトウェア上で実現される処理部として、低周波スペクトラム取得部41と、パラメータ取得部42と、解析部43とを有する。 The analysis device 4 has a low frequency spectrum acquisition unit 41, a parameter acquisition unit 42, and an analysis unit 43 as processing units realized on software.

低周波スペクトラム取得部41は、計測装置3が計測した計測信号のパワースペクトル解析を行い、低周波領域におけるパワースペクトル分布である低周波スペクトラムを取得する。 The low frequency spectrum acquisition unit 41 analyzes the power spectrum of the measurement signal measured by the measuring device 3 and acquires the low frequency spectrum which is the power spectrum distribution in the low frequency region.

本実施形態では、低周波スペクトラム取得部41は、計測信号をパワースペクトル解析した後で、得られたパワースペクトル分布のうち低周波領域を抽出して低周波スペクトラムを取得するが、本発明はこれに限られない。例えば、低周波スペクトラム取得部41は、計測信号をローパスフィルタで処理した後に、処理後の計測信号をパワースペクトル解析してもよい。 In the present embodiment, the low frequency spectrum acquisition unit 41 acquires the low frequency spectrum by extracting the low frequency region from the obtained power spectrum distribution after analyzing the power spectrum of the measurement signal. Not limited to. For example, the low frequency spectrum acquisition unit 41 may process the measurement signal with a low-pass filter and then perform power spectrum analysis of the processed measurement signal.

パラメータ取得部42は、低周波スペクトラム取得部41が取得した低周波スペクトラムから、1つまたは複数のパラメータを取得する。本実施形態のパラメータ取得部42は、少なくとも、ピーク周波数、ピークパワーおよびピークポテンシャルの3つのパラメータを取得する。 The parameter acquisition unit 42 acquires one or a plurality of parameters from the low frequency spectrum acquired by the low frequency spectrum acquisition unit 41. The parameter acquisition unit 42 of the present embodiment acquires at least three parameters of peak frequency, peak power, and peak potential.

ここで、ピーク周波数は、低周波スペクトラム中において、パワースペクトル密度が最大となる周波数である。ピークパワーは、ピーク周波数におけるパワースペクトル密度である。また、ピークポテンシャルは、ピークパワーの平方根である。 Here, the peak frequency is the frequency at which the power spectral density is maximum in the low frequency spectrum. Peak power is the power spectral density at the peak frequency. The peak potential is the square root of the peak power.

解析部43は、パラメータ取得部42の取得したパラメータの少なくとも1つに基づいて、計測信号の解析または/および評価を行う。本実施形態の解析部43は、操作部5の表示部51にパラメータを表示して、ユーザが入力部52から操作することによって、ユーザによる解析および評価を補助する。しかし解析部43は、複数のパラメータを用いて種々の解析を行うなど、解析部43がユーザの操作無しで自動で解析を行ってもよい。 The analysis unit 43 analyzes and / or evaluates the measurement signal based on at least one of the parameters acquired by the parameter acquisition unit 42. The analysis unit 43 of the present embodiment displays parameters on the display unit 51 of the operation unit 5, and the user operates from the input unit 52 to assist the analysis and evaluation by the user. However, the analysis unit 43 may perform various analyzes using a plurality of parameters, and the analysis unit 43 may automatically perform the analysis without any user operation.

<1−3.培養細胞の化合物応答に対する解析方法>
続いて、培養細胞の化合物応答に対する解析方法について、図3〜図6を参照しつつ説明する。本実施形態では、培養細胞として、神経細胞とグリア細胞とを共培養したもの(以下では「共培養神経細胞」と称する)が用いられる。また、化合物としては、痙攣毒性に関わる複数の化合物が用いられる。
<1-3. Analysis method for compound response of cultured cells>
Subsequently, a method for analyzing the compound response of the cultured cells will be described with reference to FIGS. 3 to 6. In the present embodiment, as the cultured cells, those obtained by co-culturing nerve cells and glial cells (hereinafter referred to as "co-cultured nerve cells") are used. Further, as the compound, a plurality of compounds related to convulsive toxicity are used.

図3は、共培養神経細胞のフィールドポテンシャルの原波形の一例を示した図である。図4は、共培養神経細胞のフィールドポテンシャルの補正波形の一例を示した図である。図3および図4は、それぞれ、各段5秒分のフィールドポテンシャルの波形を4つの期間について示したものである。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the original waveform of the field potential of co-cultured nerve cells. FIG. 4 is a diagram showing an example of a corrected waveform of the field potential of co-cultured nerve cells. 3 and 4 show field potential waveforms for 5 seconds in each stage for four periods, respectively.

共培養神経細胞のフィールドポテンシャルは、操作を行わない原波形においては、図3に示すように、低周波のうねりと、スパイク信号と呼ばれる電気信号の変動が大きくなる領域(図3および図4中、「S」の符号を付している)とを含む。 As shown in Fig. 3, the field potential of co-cultured neurons is a region where low-frequency swells and fluctuations in electrical signals called spike signals are large (in FIGS. 3 and 4) in the original waveform without manipulation. , With the reference numeral "S").

従来、共培養神経細胞のフィールドポテンシャルを解析する場合、神経細胞の活動電位を解析するために、スパイク信号と呼ばれる電気信号の大きくなる領域に着目する。このため、通常の計測機器では、図4に示すように、低周波のうねりを補正した補正波形が表示および出力される。そして、当該補正波形の解析を行うことにより、化合物応答等の解析・評価を行う。 Conventionally, when analyzing the field potential of co-cultured nerve cells, in order to analyze the action potential of nerve cells, we focus on the region where the electrical signal becomes large, which is called the spike signal. Therefore, in a normal measuring device, as shown in FIG. 4, a corrected waveform corrected for low-frequency swell is displayed and output. Then, by analyzing the corrected waveform, the compound response and the like are analyzed and evaluated.

本実施形態の解析方法では、従来補正によって切り捨てられていた低周波のうねり成分に着目してフィールドポテンシャルの解析を行う。すなわち、本実施形態の計測装置3では、低周波のうねり成分を除去する補正を行わず、無補正のフィールドポテンシャルを計測信号として取得する。これにより、以下に説明するように、解析上有効なパラメータを取得することができる。 In the analysis method of the present embodiment, the field potential is analyzed by focusing on the low-frequency swell component that has been truncated by the conventional correction. That is, in the measuring device 3 of the present embodiment, the uncorrected field potential is acquired as a measurement signal without the correction for removing the low-frequency swell component. As a result, as described below, parameters valid for analysis can be obtained.

図5は、本実施形態における共培養神経細胞のフィールドポテンシャルの解析処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態の解析処理は、同じ条件で培養された共培養神経細胞に対して、複数種類の薬剤をそれぞれ複数濃度で添加し、その神経痙攣毒性を評価するために行われる。 FIG. 5 is a flowchart showing the flow of the field potential analysis process of the co-cultured nerve cells in the present embodiment. The analysis process of the present embodiment is performed to add a plurality of types of agents to co-cultured nerve cells cultured under the same conditions at a plurality of concentrations and evaluate their nerve spasm toxicity.

共培養神経細胞のフィールドポテンシャルを解析する場合、まず、計測装置3が、共培養神経細胞のフィールドポテンシャルを計測し、少なくとも1分以上の連続信号である計測信号を取得する(ステップS110)。本実施形態の計測信号は、少なくとも10分以上の連続信号である。なお、本実施形態の計測信号のサンプリング周波数は20kHzである。 When analyzing the field potential of co-cultured nerve cells, first, the measuring device 3 measures the field potential of the co-cultured nerve cells and acquires a measurement signal which is a continuous signal for at least 1 minute (step S110). The measurement signal of this embodiment is a continuous signal for at least 10 minutes or more. The sampling frequency of the measurement signal of this embodiment is 20 kHz.

次に、計測装置3で得られた計測信号が解析装置4へと入力される。そして、解析装置4の低周波スペクトラム取得部41は、計測信号のパワースペクトル解析を行い、パワースペクトル分布を取得する(ステップS121)。 Next, the measurement signal obtained by the measuring device 3 is input to the analysis device 4. Then, the low frequency spectrum acquisition unit 41 of the analysis device 4 analyzes the power spectrum of the measurement signal and acquires the power spectrum distribution (step S121).

続いて、低周波スペクトラム取得部41は、得られたパワースペクトル分布のうち、低周波領域におけるパワースペクトル分布を抽出した低周波スペクトラムを取得する(ステップS122)。 Subsequently, the low frequency spectrum acquisition unit 41 acquires a low frequency spectrum obtained by extracting the power spectrum distribution in the low frequency region from the obtained power spectrum distribution (step S122).

ここで、本願において、最大周波数が2Hz以下となる周波数帯域を「低周波領域」とする。特に、本実施形態では、低周波領域は、最大周波数が1Hzである周波数帯域を指し示す。 Here, in the present application, the frequency band in which the maximum frequency is 2 Hz or less is referred to as a “low frequency region”. In particular, in the present embodiment, the low frequency region indicates a frequency band in which the maximum frequency is 1 Hz.

このように、低周波スペクトラム取得部41の行うステップS121およびステップS122により、低周波領域における計測信号のパワースペクトル分布である低周波スペクトラムを取得する低周波スペクトラム取得工程S120が構成されている。なお、上述の通り、低周波スペクトラムを取得する工程S120は、ステップS121およびステップS122とは異なる工程により構成されてもよい。 As described above, the low frequency spectrum acquisition step S120 for acquiring the low frequency spectrum, which is the power spectrum distribution of the measurement signal in the low frequency region, is configured by the steps S121 and S122 performed by the low frequency spectrum acquisition unit 41. As described above, the step S120 for acquiring the low frequency spectrum may be configured by a step different from the steps S121 and S122.

続いて、パラメータ取得部42は、低周波スペクトラムから直接導き出せるパラメータ(以下「第1パラメータ」と称する)を検出する(ステップS131)。本実施形態では、具体的には、ステップS131において第1パラメータとして、低周波領域におけるパワースペクトル密度が最大となる周波数であるピーク周波数と、ピーク周波数におけるパワースペクトル密度であるピークパワーとを検出する。なお、ステップS131では、第1パラメータとして、所定の閾値(例えばピークパワーの10%)を超えるパワースペクトル密度を有する周波数である特定周波数や、低周波領域におけるパワースペクトル密度の合計値であるエリアパワーが、同時に検出されてもよい。 Subsequently, the parameter acquisition unit 42 detects a parameter (hereinafter referred to as “first parameter”) that can be directly derived from the low frequency spectrum (step S131). Specifically, in the present embodiment, as the first parameter in step S131, the peak frequency, which is the frequency at which the power spectral density in the low frequency region is maximized, and the peak power, which is the power spectral density in the peak frequency, are detected. .. In step S131, as the first parameter, a specific frequency which is a frequency having a power spectral density exceeding a predetermined threshold value (for example, 10% of the peak power) and an area power which is a total value of the power spectral densities in a low frequency region. However, they may be detected at the same time.

図6は、低周波スペクトラムの一例を示した図である。図6の上段は、共培養神経細胞に薬剤を添加していない場合における低周波スペクトラムの一例である。また、図6の下段は、共培養神経細胞に痙攣物質の一種であるガバジン(Gabazine)を30μM添加した場合における低周波スペクトラムの一例である。図6には、2つの低周波スペクトラムのそれぞれに、ピーク周波数Pと、ピークパワーQとが示されている。 FIG. 6 is a diagram showing an example of a low frequency spectrum. The upper part of FIG. 6 is an example of a low frequency spectrum in the case where no drug is added to the co-cultured nerve cells. The lower part of FIG. 6 is an example of a low frequency spectrum when 30 μM of Gabazine, which is a kind of convulsive substance, is added to co-cultured nerve cells. FIG. 6 shows a peak frequency P and a peak power Q for each of the two low frequency spectra.

そして、パラメータ取得部42は、ステップS131で得られた第1パラメータに基づいて、新たなパラメータ(以下「第2パラメータ」と称する)を算出する(ステップS132)。本実施形態では具体的には、ステップS132では、第2パラメータとして、ピークパワーの平方根であるピークポテンシャルを算出する。なお、ステップS132において第2パラメータとして、特定周波数の分散度や周期性が算出されてもよいし、エリアパワーの平方根であるエリアポテンシャルや、ピークポテンシャルをエリアポテンシャルで除した値が算出されてもよい。 Then, the parameter acquisition unit 42 calculates a new parameter (hereinafter referred to as “second parameter”) based on the first parameter obtained in step S131 (step S132). Specifically, in the present embodiment, in step S132, the peak potential, which is the square root of the peak power, is calculated as the second parameter. In step S132, the dispersion degree and periodicity of a specific frequency may be calculated as the second parameter, or the area potential which is the square root of the area power or the value obtained by dividing the peak potential by the area potential may be calculated. good.

このように、パラメータ取得部42の行うステップS131およびステップS132により、低周波スペクトラムの解析および評価を行うためのパラメータを取得するパラメータ取得工程S130が構成されている。なお、第1パラメータのみを用いて解析および評価を行う場合、パラメータ取得工程S130がステップS132のような第2パラメータを取得する工程を含んでいなくてもよい。 As described above, the parameter acquisition step S130 for acquiring the parameters for analyzing and evaluating the low frequency spectrum is configured by the steps S131 and S132 performed by the parameter acquisition unit 42. When the analysis and evaluation are performed using only the first parameter, the parameter acquisition step S130 may not include the step of acquiring the second parameter as in step S132.

最後に、解析部43が、表示部51に各パラメータを表示するとともに、入力部52から入力されたユーザからの指令に従って、計測信号の解析および評価を行う(ステップS140)。ステップS140では、ステップS130で取得したパラメータの少なくとも1つに基づいて、計測信号の解析および評価が行われる。 Finally, the analysis unit 43 displays each parameter on the display unit 51, and analyzes and evaluates the measurement signal according to the command from the user input from the input unit 52 (step S140). In step S140, the measurement signal is analyzed and evaluated based on at least one of the parameters acquired in step S130.

<1−4.本実施形態の解析方法の有効性について>
上記の解析方法を用いて、本実施形態では、ピークポテンシャルに基づいて、神経細胞とグリア細胞とが共培養された共培養神経細胞の化合物応答について、その神経痙攣毒性の有無および強弱の評価が行われる。
<1-4. Effectiveness of the analysis method of this embodiment>
Using the above analysis method, in the present embodiment, the presence or absence of nerve spasm toxicity and the strength of the compound response of the co-cultured nerve cell in which the nerve cell and the glial cell are co-cultured are evaluated based on the peak potential. Will be done.

図7〜図9はそれぞれ、実験によって得られた共培養神経細胞の添加化合物毎のピークポテンシャルを示した図である。図7〜図9には、投与した薬剤毎の棒グラフが示されている。各グラフにおいて、横軸が項目となっており、薬剤無添加(コントロール、Ctr)と、添加化合物濃度(例えば0.1μM等)とが記載されている。縦軸はピークポテンシャルの値が示されている。 7 to 9 are diagrams showing the peak potentials of the added compounds of the co-cultured nerve cells obtained by the experiment, respectively. 7 to 9 show a bar graph for each administered drug. In each graph, the horizontal axis is an item, and the additive-free (control, Ctr) and the added compound concentration (for example, 0.1 μM, etc.) are described. The vertical axis shows the peak potential value.

図7は、ラット胎児から抽出した大脳神経細胞の分散培養に対して、ピクロトキシン(Picrotoxin)、ガバジン(Gabazine)、ペンチレンテトラゾール(PTZ、Pentylenetetrazole)、およびアセトアミノフェン(Acetaminophen)を添加した場合のピークポテンシャルを示している。 FIG. 7 shows the case where picrotoxin, Gabazine, pentylenetetrazole (PTZ, Pentylenetetrazole), and acetaminophen were added to the dispersed culture of cerebral nerve cells extracted from rat fetuses. It shows the peak potential.

図8は、市販されているラット胎児から抽出した大脳神経細胞を凍結保存した細胞を解凍した細胞の分散培養に対して、ピクロトキシン(Picrotoxin)、ガバジン(Gabazine)、4‐アミノピリジン(4-aminopyridine)、およびアセトアミノフェン(Acetaminophen)を添加した場合のピークポテンシャルを示している。 FIG. 8 shows picrotoxin, Gabazine, and 4-aminopyridine for a dispersed culture of thawed cells obtained by cryopreserving cerebral nerve cells extracted from commercially available rat fetuses. ), And the peak potential when acetaminophen is added.

図9は、市販されているヒトiPS由来神経細胞(XCell Science社)の分散培養に対して、ピクロトキシン(Picrotoxin)、4‐アミノピリジン(4-aminopyridine)、ペンチレンテトラゾール(PTZ、Pentylenetetrazole)、およびアセトアミノフェン(Acetaminophen)を添加した場合のピークポテンシャルを示している。 FIG. 9 shows picrotoxin (Picrotoxin), 4-aminopyridine (4-aminopyridine), pentylenetetrazol (PTZ, Pentylenetetrazole), and a dispersion culture of commercially available human iPS-derived neurons (XCell Science). The peak potential when acetaminophen is added is shown.

図7の実験結果では、神経痙攣毒性を有するピクロトキシン(Picrotoxin)、ガバジン(Gabazine)およびペンチレンテトラゾール(Pentylenetetrazole)においては、添加化合物濃度が10倍に増加するごとに、ピークポテンシャルが増加する傾向が見られた。これに対して、神経痙攣毒性を有さないアセトアミノフェン(Acetaminophen)においては、添加化合物濃度が増加しても、ピークポテンシャルの増加傾向は見られない。 According to the experimental results shown in FIG. 7, in picrotoxin, Gabazine and Pentylenetetrazole, which have neuroconvulsant toxicity, the peak potential tends to increase for each 10-fold increase in the concentration of the added compound. It was seen. On the other hand, in acetaminophen, which does not have neuroconvulsant toxicity, the peak potential does not tend to increase even if the concentration of the added compound increases.

図8の実験結果では、神経痙攣毒性を有するピクロトキシン(Picrotoxin)、ガバジン(Gabazine)および4‐アミノピリジン(4-aminopyridine)においては、添加化合物濃度が10倍に増加するごとに、ピークポテンシャルが増加する傾向が見られた。これに対して、神経痙攣毒性を有さないアセトアミノフェン(Acetaminophen)においては、添加化合物濃度の増加に伴い、ピークポテンシャルが微増する傾向にあるものの、顕著な増加傾向は見られない。 In the experimental results shown in FIG. 8, in picrotoxin, Gabazine, and 4-aminopyridine, which have neuroconvulsant toxicity, the peak potential increases with each 10-fold increase in the concentration of the added compound. There was a tendency to do. On the other hand, in acetaminophen, which does not have neuroconvulsant toxicity, the peak potential tends to increase slightly as the concentration of the added compound increases, but no significant increase tendency is observed.

図9の実験結果では、神経痙攣毒性を有するピクロトキシン(Picrotoxin)においては、1μMまでは添加化合物濃度の増加に伴ってピークポテンシャルが増加し、その後は添加化合物濃度の増加によるピークポテンシャルの変化は見られなかった。神経痙攣毒性を有する4‐アミノピリジン(4-aminopyridine)においては、添加化合物濃度の増加に伴ってピークポテンシャルが増加する傾向が見られた。また、神経痙攣毒性を有するペンチレンテトラゾール(Pentylenetetrazole)においては、0.3mMまでは添加化合物濃度の増加に伴ってピークポテンシャルが増加し、その後は添加化合物濃度の増加によるピークポテンシャルの変化は見られなかった。これに対して、神経痙攣毒性を有さないアセトアミノフェン(Acetaminophen)においては、添加化合物濃度の増加に伴い、ピークポテンシャルが微増する傾向にあるものの、顕著な増加傾向は見られない。 In the experimental results of FIG. 9, in picrotoxin having neuroconvulsant toxicity, the peak potential increased with the increase of the added compound concentration up to 1 μM, and then the change of the peak potential due to the increase of the added compound concentration was observed. I couldn't. In 4-aminopyridine, which has neuroconvulsant toxicity, the peak potential tended to increase as the concentration of the added compound increased. In Pentylenetetrazole, which has neuroconvulsant toxicity, the peak potential increased with the increase in the concentration of the added compound up to 0.3 mM, and then the peak potential changed with the increase in the concentration of the added compound. There wasn't. On the other hand, in acetaminophen, which does not have neuroconvulsant toxicity, the peak potential tends to increase slightly as the concentration of the added compound increases, but no significant increase tendency is observed.

上記の実験結果から、神経細胞とグリア細胞とが共培養された共培養神経細胞の化合物応答について、その神経痙攣毒性の有無および強弱と、ピークポテンシャルの値の大小関係とが、一定の相関関係を有するものと考えられる。 From the above experimental results, regarding the compound response of co-cultured nerve cells in which nerve cells and glial cells are co-cultured, there is a certain correlation between the presence or absence and strength of nerve spasm toxicity and the magnitude relationship of the peak potential value. Is considered to have.

このため、上記の図5に示す共培養神経細胞のフィールドポテンシャルの解析処理において、ステップS140における計測信号の評価を、ピークポテンシャルという1つのパラメータに基づいて行うことが可能であると考えられる。すなわち、このような解析処理を行うことにより、生物由来の試料の計測信号の時系列データを、少数のパラメータによって有効に解析および評価できる。 Therefore, in the field potential analysis process of the co-cultured nerve cells shown in FIG. 5 above, it is considered possible to evaluate the measurement signal in step S140 based on one parameter called peak potential. That is, by performing such an analysis process, time-series data of measurement signals of biological samples can be effectively analyzed and evaluated with a small number of parameters.

特に、近年の研究から、てんかん等の神経痙攣発作には、グリア細胞の一種であるアストロサイトが大きく関わっていると考えられている。アストロサイト由来のカルシウム動態によるフィールドポテンシャルの波形変化は、特に低周波領域に影響する可能性が高い。このため、上記の実験結果で示されるような、フィールドポテンシャルの低周波スペクトラムから得られるパラメータが、神経痙攣毒性の有無および強弱と相関関係を有すると考えらえる。 In particular, recent studies suggest that astrocytes, a type of glial cell, are significantly involved in neuroconvulsive seizures such as epilepsy. Waveform changes in field potential due to astrocyte-derived calcium dynamics are likely to affect the low-frequency region in particular. Therefore, it is considered that the parameters obtained from the low frequency spectrum of the field potential as shown in the above experimental results have a correlation with the presence / absence and strength of nerve spasm toxicity.

神経痙攣毒性に限らず、その他の生物由来の試料の計測信号においても、従来スパイク信号のような視覚的に特徴的な信号に着目した解析が行われていた。しかしながら、従来の方法では、長期的周期で現れる計測信号の変化について解析が行われていなかった。そこで、本発明のように、計測信号の低周波スペクトラムに着目し、そこから得られるパラメータを用いた評価を行うことにより、長期的な変化の解析・評価を簡便に行うことができる。このように、従来とは異なる視点により、少数パラメータによる有効な解析および評価に繋がる。 Not only the toxicity of nerve spasm, but also the measurement signals of samples derived from other organisms have been analyzed by focusing on visually characteristic signals such as spike signals. However, in the conventional method, the change of the measurement signal appearing in a long-term cycle has not been analyzed. Therefore, as in the present invention, by paying attention to the low frequency spectrum of the measurement signal and performing the evaluation using the parameters obtained from the low frequency spectrum, it is possible to easily analyze and evaluate the long-term change. In this way, it leads to effective analysis and evaluation with a small number of parameters from a viewpoint different from the conventional one.

<2.変形例>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
<2. Modification example>
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment.

図10は、一変形例に係る生物由来の試料に対する化合物応答における計測信号の解析処理の流れを示すフローチャートである。図10の例では、計測信号を取得する工程(ステップS210)と、パワースペクトル解析を行う工程(ステップS221)およびパワースペクトル分布の低周波領域を抽出する工程(ステップS222)から成る低周波スペクトラム取得工程S220とは、第1実施形態のステップS110と、ステップS121およびステップS122から成るステップS120と同様に行われる。 FIG. 10 is a flowchart showing the flow of analysis processing of the measurement signal in the compound response to the biological sample according to the modified example. In the example of FIG. 10, a low frequency spectrum acquisition including a step of acquiring a measurement signal (step S210), a step of performing power spectrum analysis (step S221), and a step of extracting a low frequency region of the power spectrum distribution (step S222). The step S220 is performed in the same manner as the step S110 of the first embodiment and the step S120 including the steps S121 and S122.

続いて、パラメータ取得部42は、低周波スペクトラムから直接導き出せるパラメータであるエリアパワーを検出する(ステップS230)。エリアパワーは、低周波領域におけるパワースペクトル密度の合計値である。 Subsequently, the parameter acquisition unit 42 detects the area power, which is a parameter that can be directly derived from the low frequency spectrum (step S230). Area power is the total value of the power spectral density in the low frequency region.

そして、解析部43が、表示部51に解析用のパラメータであるエリアパワーを表示するとともに、入力部52から入力されたユーザからの指令に従って、計測信号の解析および評価を行う(ステップS240)。図10の例のように、解析に用いられるパラメータがエリアパワーのみであってもよい。 Then, the analysis unit 43 displays the area power, which is a parameter for analysis, on the display unit 51, and analyzes and evaluates the measurement signal according to the command from the user input from the input unit 52 (step S240). As in the example of FIG. 10, the parameter used for the analysis may be only the area power.

図11は、他の変形例に係る生物由来の試料に対する化合物応答における計測信号の解析処理の流れを示すフローチャートである。図11の例では、計測信号を取得する工程(ステップS310)と、パワースペクトル解析を行う工程(ステップS321)およびパワースペクトル分布の低周波領域を抽出する工程(ステップS322)から成る低周波スペクトラム取得工程S320とは、第1実施形態のステップS110と、ステップS121およびステップS122から成るステップS120と同様に行われる。 FIG. 11 is a flowchart showing the flow of analysis processing of the measurement signal in the compound response to the biological sample according to the other modification. In the example of FIG. 11, a low frequency spectrum acquisition including a step of acquiring a measurement signal (step S310), a step of performing power spectrum analysis (step S321), and a step of extracting a low frequency region of the power spectrum distribution (step S322). The step S320 is performed in the same manner as the step S110 of the first embodiment and the step S120 including the steps S121 and S122.

続いて、パラメータ取得部42は、低周波スペクトラムから直接導き出せる第1パラメータを検出する(ステップS331)。図11の例では、第1パラメータとして、低周波領域におけるパワースペクトル密度が最大となる周波数であるピーク周波数と、ピーク周波数におけるパワースペクトル密度であるピークパワーと、低周波領域におけるパワースペクトル密度の合計値であるエリアパワーとを検出する。 Subsequently, the parameter acquisition unit 42 detects a first parameter that can be directly derived from the low frequency spectrum (step S331). In the example of FIG. 11, as the first parameter, the sum of the peak frequency, which is the frequency at which the power spectral density is maximum in the low frequency region, the peak power, which is the power spectral density in the peak frequency, and the power spectral density in the low frequency region. Detects the area power, which is a value.

そして、パラメータ取得部42は、ステップS331で得られた第1パラメータに基づいて、第2パラメータを算出する(ステップS332)。図11の例では、第2パラメータとして、ピークパワーの平方根であるピークポテンシャルと、エリアパワーの平方根であるエリアポテンシャルとを算出する。 Then, the parameter acquisition unit 42 calculates the second parameter based on the first parameter obtained in step S331 (step S332). In the example of FIG. 11, as the second parameter, the peak potential which is the square root of the peak power and the area potential which is the square root of the area power are calculated.

その後、解析部43は、ピーク周波数、ピークポテンシャルおよびエリアポテンシャルの3種類のパラメータを用いて、複数の計測信号についてのクラスタリングを行う(ステップS341)。このとき、複数の計測信号には、例えば、計測対象とする生物試料の種類や添加化合物の種類および濃度等の実験条件の異なるものが含まれる。クラスタリングを行うことにより、実験条件とパラメータとの関連性が現れる。 After that, the analysis unit 43 performs clustering for a plurality of measurement signals using three types of parameters, peak frequency, peak potential, and area potential (step S341). At this time, the plurality of measurement signals include, for example, those having different experimental conditions such as the type of biological sample to be measured, the type and concentration of the added compound, and the like. By performing clustering, the relationship between the experimental conditions and the parameters appears.

最後に、解析部43が、表示部51に各パラメータとクラスタリングの結果を表示するとともに、入力部52から入力されたユーザからの指令に従って、計測信号の評価を行う(ステップS342)。このように、解析および評価を行う工程(ステップS340)が、解析部43が自動で解析を行うステップS341と、ユーザが手動で評価を行うステップS342とから構成されていてもよい。 Finally, the analysis unit 43 displays each parameter and the result of clustering on the display unit 51, and evaluates the measurement signal according to the command from the user input from the input unit 52 (step S342). As described above, the step of performing analysis and evaluation (step S340) may be composed of step S341 in which the analysis unit 43 automatically performs analysis and step S342 in which the user manually evaluates.

図11の例のように、複数のパラメータを用いてクラスタリングを行うことにより、例えば、神経細胞とグリア細胞とが共培養された共培養神経細胞のフィールドポテンシャルの解析を行った場合、化合物応答の傾向が類似する化合物を見つけ出すことができる。すなわち、化合物によって痙攣を生じさせる作用機序が類似する化合物をクラスタリングによって発見することが可能となる。当該手法を用いると、作用機序が不明な化合物の作用機序の予想を行うことができる。 As in the example of FIG. 11, when the field potential of a co-cultured nerve cell in which a nerve cell and a glial cell are co-cultured is analyzed by performing clustering using a plurality of parameters, for example, the compound response Compounds with similar tendencies can be found. That is, it becomes possible to discover compounds having a similar mechanism of action that causes convulsions by the compounds by clustering. Using this method, it is possible to predict the mechanism of action of a compound whose mechanism of action is unknown.

このように、本発明の生物由来の試料に対する化合物応答における計測信号の解析方法は、第1実施形態や、図10の例のように、単一のパラメータを用いた簡便かつ解りやすい評価方法として用いることもでき、かつ、図11の例のように、化合物応答の作用機序についての評価方法として用いることもできる。 As described above, the method for analyzing the measurement signal in the compound response to the biological sample of the present invention is a simple and easy-to-understand evaluation method using a single parameter as in the first embodiment and the example of FIG. It can also be used, and as in the example of FIG. 11, it can also be used as an evaluation method for the mechanism of action of the compound response.

また、上記の実施形態では、解析対象が神経細胞とグリア細胞とが共培養された共培養神経細胞のフィールドポテンシャルであったが、本発明はこれに限られない。本発明の解析対象は、生物由来の試料に対する化合物応答における計測信号であれば、その他の種類の計測信号であってもよい。解析対象の計測信号は、例えば、脳波、心電図等の電気信号であってもよい。 Further, in the above embodiment, the analysis target is the field potential of co-cultured nerve cells in which nerve cells and glial cells are co-cultured, but the present invention is not limited to this. The analysis target of the present invention may be other types of measurement signals as long as they are measurement signals in the compound response to a sample of biological origin. The measurement signal to be analyzed may be, for example, an electric signal such as an electroencephalogram or an electrocardiogram.

また、解析対象の計測信号は、種々のバイオイメージング法を用いて得られた時系列画像データから得られる時系列データであってもよい。バイオイメージング法を用いた計測信号の一例は、蛍光色素を用いた細胞のカルシウムイメージングにおける蛍光強度に関する信号である。具体的には、例えば、カルシウムイメージングの時系列画像データにおいて、特定の領域における輝度の合計値を時系列の計測信号として解析を行う。 Further, the measurement signal to be analyzed may be time-series data obtained from time-series image data obtained by using various bioimaging methods. An example of a measurement signal using the bioimaging method is a signal relating to the fluorescence intensity in calcium imaging of cells using a fluorescent dye. Specifically, for example, in the time-series image data of calcium imaging, the total value of the luminance in a specific region is analyzed as a time-series measurement signal.

また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。 Further, the elements appearing in the above-described embodiments and modifications may be appropriately combined as long as there is no contradiction.

4 解析装置
41 低周波スペクトラム取得部
42 パラメータ取得部
43 解析部
4 Analytical unit 41 Low frequency spectrum acquisition unit 42 Parameter acquisition unit 43 Analysis unit

Claims (12)

生物由来の試料に対する化合物応答における計測信号の解析方法であって、
a)前記計測信号のパワースペクトル解析を行い、低周波領域におけるパワースペクトル分布である低周波スペクトラムを取得する工程と、
b)前記低周波スペクトラムから、パラメータを取得する工程と、
c)前記パラメータに基づいて、前記計測信号の評価を行う工程と、
を有し、
前記計測信号は、少なくとも1分以上の連続信号であり、
前記低周波領域は、2Hz以下の範囲に含まれ、
前記パラメータは、
パワースペクトル密度が最大となる周波数であるピーク周波数と、
前記ピーク周波数におけるパワースペクトル密度であるピークパワーと、
を含む、解析方法。
It is a method of analyzing the measurement signal in the compound response to the sample of biological origin.
a) A step of performing power spectrum analysis of the measurement signal and acquiring a low frequency spectrum which is a power spectrum distribution in a low frequency region.
b) The process of acquiring parameters from the low frequency spectrum and
c) A step of evaluating the measurement signal based on the parameters and
Have,
The measurement signal is a continuous signal for at least 1 minute or longer.
The low frequency region is included in the range of 2 Hz or less, and is included in the range of 2 Hz or less.
The above parameters are
The peak frequency, which is the frequency at which the power spectral density is maximum, and
Peak power, which is the power spectral density at the peak frequency,
Analysis method including.
請求項1に記載の解析方法であって、
前記パラメータは、
前記ピークパワーの平方根であるピークポテンシャル
をさらに含む、解析方法。
The analysis method according to claim 1.
The above parameters are
An analysis method further comprising a peak potential which is the square root of the peak power.
生物由来の試料に対する化合物応答における計測信号の解析方法であって、
a)前記計測信号のパワースペクトル解析を行い、低周波領域におけるパワースペクトル分布である低周波スペクトラムを取得する工程と、
b)前記低周波スペクトラムから、パラメータを取得する工程と、
c)前記パラメータに基づいて、前記計測信号の評価を行う工程と、
を有し、
前記計測信号は、少なくとも1分以上の連続信号であり、
前記低周波領域は、2Hz以下の範囲に含まれ、
前記パラメータは、
前記低周波領域におけるパワースペクトル密度の合計であるエリアパワー
を含む、解析方法。
It is a method of analyzing the measurement signal in the compound response to the sample of biological origin.
a) A step of performing power spectrum analysis of the measurement signal and acquiring a low frequency spectrum which is a power spectrum distribution in a low frequency region.
b) The process of acquiring parameters from the low frequency spectrum and
c) A step of evaluating the measurement signal based on the parameters and
Have,
The measurement signal is a continuous signal for at least 1 minute or longer.
The low frequency region is included in the range of 2 Hz or less, and is included in the range of 2 Hz or less.
The above parameters are
An analysis method comprising area power, which is the sum of the power spectral densities in the low frequency region.
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の解析方法であって、
前記低周波領域は、1Hz以下の領域である、解析方法。
The analysis method according to any one of claims 1 to 3.
The analysis method, wherein the low frequency region is a region of 1 Hz or less.
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の解析方法であって、
前記計測信号は、少なくとも10分以上の連続信号である、解析方法。
The analysis method according to any one of claims 1 to 4.
The analysis method, wherein the measurement signal is a continuous signal for at least 10 minutes or longer.
請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の解析方法であって、
前記工程c)は、
c1)複数の前記パラメータを用いてクラスタリングを行う工程と、
c2)前記クラスタごとの評価を行う工程と、
を含む、解析方法。
The analysis method according to any one of claims 1 to 5.
The step c) is
c1) A step of performing clustering using the plurality of parameters, and
c2) The process of evaluating each cluster and
Analysis method including.
請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の解析方法であって、
前記計測信号は、神経細胞とグリア細胞を共培養した細胞群の電気信号である、解析方法。
The analysis method according to any one of claims 1 to 6.
The analysis method, wherein the measurement signal is an electrical signal of a cell group in which nerve cells and glial cells are co-cultured.
請求項7に記載の解析方法であって、
前記工程c)において、前記ピークパワーを前記パラメータとして、神経痙攣毒性の評価を行う、解析方法。
The analysis method according to claim 7.
An analysis method for evaluating neuroconvulsant toxicity using the peak power as the parameter in the step c).
請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の解析方法であって、
前記計測信号は、蛍光色素を用いた細胞のカルシウムイメージングにおける蛍光強度に関する信号である、解析方法。
The analysis method according to any one of claims 1 to 6.
The analysis method, wherein the measurement signal is a signal relating to the fluorescence intensity in calcium imaging of cells using a fluorescent dye.
生物由来の試料に対する化合物応答における計測信号の解析装置であって、
前記計測信号のパワースペクトル解析を行い、低周波領域におけるパワースペクトル分布である低周波スペクトラムを取得する低周波スペクトラム取得部と、
前記低周波スペクトラムから、パラメータを取得するパラメータ取得部と、
前記パラメータに基づいて、前記計測信号の解析または/および評価を行う解析部と、
を有し、
前記計測信号は、少なくとも1分以上の連続信号であり、
前記低周波領域は、2Hz以下の範囲に含まれ、
前記パラメータは、
パワースペクトル密度が最大となる周波数であるピーク周波数と、
前記ピーク周波数におけるパワースペクトル密度であるピークパワーと、
を含む、解析装置。
An analyzer for measuring signals in compound responses to biological samples.
A low-frequency spectrum acquisition unit that analyzes the power spectrum of the measurement signal and acquires the low-frequency spectrum, which is the power spectrum distribution in the low-frequency region.
A parameter acquisition unit that acquires parameters from the low frequency spectrum,
An analysis unit that analyzes and / or evaluates the measurement signal based on the parameters, and
Have,
The measurement signal is a continuous signal for at least 1 minute or longer.
The low frequency region is included in the range of 2 Hz or less, and is included in the range of 2 Hz or less.
The above parameters are
The peak frequency, which is the frequency at which the power spectral density is maximum, and
Peak power, which is the power spectral density at the peak frequency,
Including analysis equipment.
請求項10に記載の解析装置であって、
前記パラメータは、
前記ピークパワーの平方根であるピークポテンシャル
をさらに含む、解析装置。
The analysis device according to claim 10.
The above parameters are
An analyzer further comprising a peak potential which is the square root of the peak power.
生物由来の試料に対する化合物応答における計測信号の解析装置であって、
前記計測信号のパワースペクトル解析を行い、低周波領域におけるパワースペクトル分布である低周波スペクトラムを取得する低周波スペクトラム取得部と、
前記低周波スペクトラムから、パラメータを取得するパラメータ取得部と、
前記パラメータに基づいて、前記計測信号の解析または/および評価を行う解析部と、
を有し、
前記計測信号は、少なくとも1分以上の連続信号であり、
前記低周波領域は、2Hz以下の範囲に含まれ、
前記パラメータは、
前記低周波領域におけるパワースペクトル密度の合計であるエリアパワー
を含む、解析装置。
An analyzer for measuring signals in compound responses to biological samples.
A low-frequency spectrum acquisition unit that analyzes the power spectrum of the measurement signal and acquires the low-frequency spectrum, which is the power spectrum distribution in the low-frequency region.
A parameter acquisition unit that acquires parameters from the low frequency spectrum,
An analysis unit that analyzes and / or evaluates the measurement signal based on the parameters, and
Have,
The measurement signal is a continuous signal for at least 1 minute or longer.
The low frequency region is included in the range of 2 Hz or less, and is included in the range of 2 Hz or less.
The above parameters are
An analyzer comprising area power, which is the sum of the power spectral densities in the low frequency region.
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