JP2021196182A - 解析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生体試料に関連する情報の実質的な撮影範囲を最大化する。また、プロセスに要する時間のばらつきを最小化し高品質の解析を可能とする。【解決手段】解析装置１は、生体試料Ｓを収容する収容部１０と、生体試料Ｓを蛍光染色する染色部２０と、生体試料Ｓの画像を取得する画像取得部３０と、生体試料Ｓを脱染する洗浄部４０と、駆動部５０と、画像を解析し、かつ駆動部５０を制御する制御部９０と、を備え、制御部９０は、染色部２０と収容部１０とが第１位置条件となるように調整し、画像取得部３０と収容部１０とが第２位置条件となるように調整し、洗浄部４０と収容部１０とが第３位置条件となるように調整する。【選択図】図１

Description

本開示は、解析装置に関する。

従来、細胞内のタンパク質の情報を網羅的に取得してタンパク質の機能解析等を行う技術が知られている。例えば、特許文献１には、蛍光染色、蛍光イメージング、及び脱染の３つの過程を１つのサイクルとして、当該サイクルの多重化によりサイクルが繰り返される生体試料の多重染色方法が開示されている。特許文献１に記載の多重染色方法では、サイクルにおける３つの過程は、それぞれ専用の市販機器を用いて行われる。

国際公開第２０１９／２０７００４号

特許文献１に記載の方法では、蛍光染色、蛍光イメージング、及び脱染の３つの過程が、３つの異なる専用の市販機器をそれぞれ用いて行われるため、各過程間で、生体試料を収容しているマイクロプレートを一の市販機器から取り出して、他の市販機器に設置する必要がある。このとき、反復するサイクルごとに各市販機器にマイクロプレートを再度設置すると、一の市販機器において、サイクル間でマイクロプレートの位置にずれが生じる。このような位置ずれによって、例えば蛍光イメージングにおいて用いられる顕微鏡等の撮影装置により撮影するときの撮影範囲にずれが生じ、実質的な撮影範囲が狭くなっていた。また、プロセスに要する時間のばらつきが大きかった。

本開示（本発明）は、生体試料に関連する情報の実質的な撮影範囲を最大化することを目的とする。また、本開示は、プロセスに要する時間のばらつきを最小化し高品質の解析を可能とする。

幾つかの実施形態に係る解析装置は、生体試料に関連する情報の解析に使用される解析装置であって、前記生体試料を収容する収容部と、前記収容部に収容されている前記生体試料を蛍光染色する染色部と、前記染色部により蛍光染色された前記生体試料の画像を取得する画像取得部と、前記染色部により蛍光染色された前記生体試料を脱染する洗浄部と、前記収容部、前記染色部、前記画像取得部、又は前記洗浄部の少なくとも１つを移動させる駆動部と、前記画像取得部により取得された前記画像を解析し、かつ前記駆動部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記染色部と前記収容部とが第１位置条件となるように調整し、前記画像取得部と前記収容部とが第２位置条件となるように調整し、前記洗浄部と前記収容部とが第３位置条件となるように調整する。

これにより、生体試料に関連する情報の解析の精度が向上する。例えば、解析装置は、染色部、画像取得部、及び洗浄部を一体的に有し、蛍光染色、蛍光イメージング、及び脱染の過程を含む一サイクルを単一の装置内で完結させる。より具体的には、多重染色方法の実行に必要な３つのユニットを一つの装置に組み込むことで、解析装置は、マイクロプレートがＸＹステージから取り外されることなく、ＸＹステージに保持された状態で、蛍光染色、蛍光イメージング、及び脱染の３つの過程を実行可能である。これにより、従来技術のような各過程間における試料容器の受け渡しが省かれ、実験のスループットが向上する。加えて、生体試料に関連する情報の実質的な撮影範囲が最大化する。また、プロセスに要する時間のばらつきが最小化する。結果として、高品質の解析が可能となる。

一実施形態における解析装置では、前記収容部が移動してもよい。これにより、解析装置は、染色部、画像取得部、及び洗浄部の位置を固定した状態で各過程を実行可能である。解析装置は、各過程間で、例えば収容部のみを移動させることで、ＸＹステージに保持されているマイクロプレートを各位置条件に基づく位置にスムーズに配置可能である。これにより、実験のスループットが向上する。

一実施形態における解析装置では、前記制御部は、前記第１位置条件、前記第２位置条件、前記第３位置条件の順に前記駆動部を制御してもよい。これにより、解析装置は、蛍光染色、蛍光イメージング、及び脱染の各過程を順に正確に実行することができる。

一実施形態における解析装置では、前記制御部は、前記第１位置条件、前記第３位置条件の順に前記駆動部を制御してもよい。これにより、解析装置は、試薬に含まれている蛍光染色に直接関わる薬品以外の余分な薬品を洗浄部において取り除きながら、染色部による蛍光染色の過程を実行可能である。結果として、蛍光染色の精度が向上する。加えて、解析装置は、マイクロプレートがＸＹステージから取り外されることなく、ＸＹステージに保持された状態で、蛍光染色及び洗浄の２つの過程を実行可能である。これにより、従来技術のような各過程間における試料容器の受け渡しが省かれ、実験のスループットが向上する。

一実施形態における解析装置では、前記画像取得部は、明視野照明を用いて、前記生体試料のデジタル位相差画像を取得してもよい。これにより、解析装置は、デジタル位相差画像を用いて生体試料を識別することで、染色部における生体試料の核染色を必要としない。画像取得部は、生体試料の核の識別に使用する蛍光チャンネルを生体試料に含まれるタンパク質の識別に割り当てることができる。結果として、実験効率が向上する。

一実施形態における解析装置では、前記収容部は、ＸＹステージ上に配置されてもよい。これにより、収容部は、ＸＹの２方向に移動可能となる。

一実施形態における解析装置では、前記収容部は、ＸＹＺの３方向に移動可能にする駆動機構に配置されてもよい。これにより、収容部は、ＸＹＺの３方向に移動可能となる。

一実施形態における解析装置では、前記洗浄部は、Ｚ方向に移動可能にする駆動機構を備え、前記収容部の駆動機構に連結されてもよい。これにより、洗浄部は、例えば洗浄ヘッド等の洗浄部が有する任意の構成を駆動機構によってＺ方向に移動可能にする。加えて、洗浄部が収容部の駆動機構に連結されることで、収容部と共に洗浄部も、ＸＹＺの３方向に移動可能となる。

本開示によれば、生体試料に関連する情報の実質的な撮影範囲を最大化する。また、プロセスに要する時間のばらつきを最小化し高品質の解析を可能とする。

本開示の一実施形態に係る解析装置の概略構成を示す模式図である。 図１の解析装置によって実行される動作の第１例を説明するためのフローチャートである。 図１の解析装置によって実行される動作の第２例を説明するためのフローチャートである。 図１の解析装置の変形例を示す模式図である。

従来技術の背景及び問題点についてより詳細に説明する。

従来の多重染色方法では、細胞内で様々な機能を果たす多種のタンパク質に対して、数種類ずつ蛍光染色した後に、顕微鏡で蛍光イメージングが行われる。そして、蛍光染色された細胞内のタンパク質に対して脱染が行われる。その後、再度他の数種類のタンパク質を蛍光染色して、顕微鏡で蛍光イメージングを行い、脱染が行われる。以上のように、数種類のタンパク質を蛍光染色、蛍光イメージング、及び脱染するこれらの過程を、細胞内に存在する多種のタンパク質全体にわたって繰り返す。

多重染色方法によって得られる蛍光画像に基づいて、数十種類、例えば４０種類以上のタンパク質の情報が網羅的に取得可能である。このような網羅的な情報は、タンパク質の機能解析、病理診断研究、及び創薬研究等へ応用可能である。加えて、このような網羅的な情報は、個別の疾患の成り立ちを理解し、解明するための病理切片の網羅的な細胞のプロファイリングも可能にする。多重染色方法は、究極的には個別医療及びプレシジョンメディシン等に繋がる技術である。

上述のとおり、特許文献１に記載の方法では、３つの過程が３つの異なる市販機器を用いてそれぞれ行われるため、一の過程で用いられる市販機器から細胞容器であるマイクロプレートを取り出して、次の過程で用いられる他の市販機器に設置する必要がある。このとき、反復するサイクルごとに各市販機器にマイクロプレートを再度設置すると、マイクロプレートの移動に起因して、一の市販機器において、サイクル間でマイクロプレートの位置にずれが生じる。

例えば、蛍光イメージングの過程において、このような位置ずれは、顕微鏡で撮影する際の撮影範囲、すなわち観察視野に差をもたらし、大きな問題となる。撮影範囲、すなわち観察視野に差が生じると、一のサイクルで観察したマイクロプレート内の所定の位置にある細胞が次のサイクルで観察する細胞と異なってくる。これにより、個々の細胞内のタンパク質同士の関連性及び相互作用の関係を精度良く解析することが困難となる。

特許文献１では、観察視野の差に対応するため、撮影装置により画像がトリミングされる方法も記載されている。例えば、一のサイクルにおける矩形領域としての撮影範囲と、他のサイクルにおける矩形領域としての撮影範囲との間で、互いに直交する２方向のそれぞれにおいてｄｘ、ｄｙのような差があるときに、全てのサイクルを実行したときの撮影範囲の共通部分が最終的な共通画像として出力される。このとき、他のサイクルにおける画像は、例えば一のサイクルにおける画像を基準として、位置ずれが補正されるように画像処理によってオフセットされる。

しかしながら、特許文献１におけるこのようなトリミング方法では、最終的な共通画像において、撮影範囲の共通部分以外の範囲に含まれる情報は欠落することとなり、生体試料が有効に利用されない。すなわち、このようなトリミング方法では、実質的な撮影範囲が狭くなっていた。結果的に、生体試料の浪費が生じ、コストが増大する。また、プロセスに要する時間のばらつきも大きかった。

本開示は、以上のような問題点を解決するために、生体試料に関連する情報の実質的な撮影範囲を最大化することを目的とする。また、本開示は、プロセスに要する時間のばらつきを最小化して高品質の解析を可能とする。さらに、本開示は、解析の精度が向上する解析装置を提供することを目的とする。加えて、本開示は、生体試料が有効に利用可能であり、コストを低減可能な解析装置を提供することを目的とする。

本明細書において、「生体試料」は、例えば、マイクロプレートの各ウェルにおいて培養された細胞等を含む。以下の実施形態に関する記載では、一例として生体試料を細胞に限定して説明を行う。しかしながら、これに限定されず、生体試料は、組織切片（ティッシュ）を含んでもよい。本明細書において、「生体試料に関連する情報」は、例えば、一の細胞に含まれるタンパク質の情報、細胞の核、細胞質、及びミトコンドリア等を含む小器官の情報、並びに複数の細胞間の相互関係の情報等を含む。「タンパク質の情報」は、例えば、一の細胞に含まれる無数のタンパク質のそれぞれの形態、並びにタンパク質同士の位置関係、働き等の関連性、及び相互作用の関係等を含む。

このような目的を達成するために、本開示の一実施形態に係る解析装置は、後述の染色部、画像取得部、及び洗浄部を一体的に有し、蛍光染色、蛍光イメージング、及び脱染の過程を含む一サイクルを単一の装置内で完結させる。解析装置は、生体試料に関連する情報、例えばタンパク質の情報の解析に使用される。

以下では、添付図面を参照しながら本開示の一実施形態に係る解析装置の構成及び動作について主に説明する。

図１は、本開示の一実施形態に係る解析装置１の概略構成を示す模式図である。図１を参照しながら、本開示の一実施形態に係る解析装置１の構成について主に説明する。

収容部１０は、細胞Ｓを収容する。収容部１０は、図１にも示すとおり、細胞Ｓを複数のウェルのそれぞれに収容するマイクロプレート１１０を含む。例えば、マイクロプレート１１０は、９６個又は３８４個のウェルを有する。収容部１０は、このような構成に限定されず、マイクロプレート１１０に代えて、又は加えて、細胞Ｓを収容可能な任意の他の試料容器を含んでもよい。例えば、収容部１０は、細胞培養ディッシュ、カバーガラスチャンバ、及びシャーレ等の細胞培養容器を含んでもよい。

染色部２０は、収容部１０に収容されている細胞Ｓを蛍光染色する。例えば、染色部２０は、細胞Ｓ内のタンパク質に対して蛍光染色を行う。蛍光染色は、図３において後述するように染色部２０に加えて洗浄部４０も用いて行われる。染色部２０は、蛍光染色の機能を有する多連型ディスペンサを有する。染色部２０は、多連型ディスペンサを例えばＸＹＺの３方向に移動可能にする駆動機構２１０を有する。多連型ディスペンサは、チップラック２２０にあるチップ２２１を多連、例えば８連でノズルに装着し、試薬ラック２３０から抗体等の入った試薬２３１を吸引する。その後、多連型ディスペンサは、マイクロプレート１１０の各ウェルに、所定の液量の試薬２３１を滴下する。これにより、染色部２０は、マイクロプレート１１０の各ウェルに収容されている細胞Ｓに対して抗体染色を行う。

画像取得部３０は、染色部２０により蛍光染色された細胞Ｓの画像を取得する。画像取得部３０は、例えば、レーザー共焦点顕微鏡を有する。画像取得部３０は、マイクロプレート１１０に収容されている細胞Ｓに対して、レーザー共焦点顕微鏡によりウェルごとに順に撮影を行う。画像取得部３０は、複数のレンズを有する顕微鏡３１０と、共焦点撮影部３２０と、を有する。

共焦点撮影部３２０は、ダイクロイックミラー３２１、ピンホールアレイディスク３２２、マイクロレンズアレイディスク３２３、及びリレーレンズ３２４を有する。共焦点撮影部３２０は、ダイクロイックミラー３２５、第１バンドパスフィルタ３２６ａ、第１レンズ３２７ａ、蛍光観察用第１カメラ３２８ａ、第２バンドパスフィルタ３２６ｂ、第２レンズ３２７ｂ、及び蛍光観察用第２カメラ３２８ｂを有する。共焦点撮影部３２０は、励起用光源３２９を有する。

蛍光観察では、励起用光源３２９は、特定の波長を有する励起光を、マイクロプレート１１０に向けて照射する。マイクロプレート１１０の各ウェルに収容されている細胞Ｓのうち励起された試料は、例えば励起光よりも長い波長の蛍光を放射する。ピンホールアレイディスク３２２を通過した蛍光に基づいて共焦点画像が形成される。蛍光は、ダイクロイックミラー３２１で反射し、リレーレンズ３２４を通過して、蛍光観察用第１カメラ３２８ａ及び蛍光観察用第２カメラ３２８ｂで結像する。

ダイクロイックミラー３２５は、蛍光を分光する光学特性を有し、複数波長の励起光が同時に用いられることに対応するために配置されている。第１バンドパスフィルタ３２６ａ及び第２バンドパスフィルタ３２６ｂは、蛍光の波長帯域に対応する波長帯域を有し、画像のＳ／Ｎ比向上を目的として配置されている。細胞Ｓが放射する蛍光の波長帯域は様々であり、例えばフィルタホイル等を用いて必要な波長帯域に対応したバンドパスフィルタが複数配置されてもよい。

図１では、画像取得部３０は、リレーレンズ３２４よりも蛍光観察用カメラ側で、１つのダイクロイックミラー３２５を有し、バンドパスフィルタ、レンズ、及び蛍光観察用カメラの組を２組有すると説明したが、これに限定されない。画像取得部３０は、このような２色に対応する光学系に限定されず、３色以上に対応する光学系を有してもよい。このとき、画像取得部３０は、リレーレンズ３２４よりも蛍光観察用カメラ側で、ダイクロイックミラーを２つ以上有し、バンドパスフィルタ、レンズ、及び蛍光観察用カメラの組を３組以上有してもよい。

洗浄部４０は、染色部２０により蛍光染色された細胞Ｓを脱染する。洗浄部４０は、ＰＢＳ(リン酸緩衝生理食塩水)、ｄｄＨ２０（ヌクレアーゼフリー水）、及びＩＢ（イメージングバッファ液）等を含む洗浄液４１０を有する。洗浄部４０は、図１に示すような９６ウェル、又は３８４ウェルのマイクロプレート１１０に対応する洗浄ヘッド４２０を有する。洗浄液４１０は、洗浄ヘッド４２０に供給される。洗浄部４０は、洗浄後の廃液が排出される廃液用ボトル４３０を有する。洗浄部４０は、洗浄ヘッド４２０を例えば上下（Ｚ方向）に移動可能にする駆動機構４４０を有する。例えば、蛍光試薬は、洗浄部４０による洗浄によって、細胞Ｓから溶出し、洗浄液４１０と共に廃棄される。

染色部２０の駆動機構２１０及び洗浄部４０の駆動機構４４０のそれぞれは、図１のＸ方向に沿って配置されたレールに連結される。

駆動部５０は、収容部１０、染色部２０、画像取得部３０、又は洗浄部４０の少なくとも１つを移動させる。本明細書において、「Ａ、Ｂ、又はＣの少なくとも１つ」は、Ａ、Ｂ、及びＣのそれぞれを含むだけでなく、これらの２以上の任意の組み合わせも含む。図１に示すとおり、駆動部５０は、収容部１０を例えばＸＹ方向に移動させることが可能なＸＹステージ５１０を有する。これに限定されず、駆動部５０は、染色部２０、画像取得部３０、又は洗浄部４０の少なくとも１つを移動させることが可能な任意のステージをさらに有してもよい。

記憶部６０、入力部７０、出力部８０、及び制御部９０は、例えば情報処理機器に含まれる。このような情報処理機器は、例えば、解析装置１の他の構成部である染色部２０、画像取得部３０、洗浄部４０、及び駆動部５０を制御する。情報処理機器は、例えば、解析装置１の他の構成部と通信可能に接続されたＰＣ（Personal Computer）等の任意の汎用の電子機器を含む。このような情報処理機器は、解析装置１に一体的に組み込まれていてもよいし、解析装置１の他の構成部とは別体として配置されてもよい。これに限定されず、情報処理機器は、１つ又は互いに通信可能な複数のサーバ機器であってもよいし、解析装置１に専用の他の電子機器であってもよい。記憶部６０、入力部７０、出力部８０、及び制御部９０は、以上のような１つの機器にまとめられる構成に限定されず、それぞれが単独で解析装置１の一部を構成してもよい。

記憶部６０は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む任意の記憶モジュールを含む。記憶部６０は、例えば、主記憶装置、補助記憶装置、又はキャッシュメモリとして機能してもよい。記憶部６０は、解析装置１の動作に用いられる任意の情報を記憶する。例えば、記憶部６０は、システムプログラム、アプリケーションプログラム、及び通信によって受信された各種情報等を記憶してもよい。記憶部６０は、情報処理機器に内蔵されているものに限定されず、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等のデジタル入出力ポート等によって接続されている外付けのデータベース又は外付け型の記憶モジュールであってもよい。

入力部７０は、ユーザの入力操作を受け付けて、ユーザの操作に基づく入力情報を取得する１つ以上の入力インタフェースを含む。例えば、入力部７０は、物理キー、静電容量キー、出力部８０のディスプレイと一体的に設けられたタッチスクリーン、及び音声入力を受け付けるマイク等を含むが、これらに限定されない。

出力部８０は、ユーザに対して情報を出力する１つ以上の出力インタフェースを含む。例えば、出力部８０は、情報を画像で出力するディスプレイ、又は情報を音声で出力するスピーカ等であるが、これらに限定されない。なお、入力部７０又は出力部８０の少なくとも一方は、情報処理機器と一体に構成されてもよいし、別体として構成されてもよい。

制御部９０は、１つ以上のプロセッサを含む。一実施形態において「プロセッサ」は、汎用のプロセッサ、又は特定の処理に特化した専用のプロセッサであるが、これらに限定されない。制御部９０は、解析装置１を構成する所定の構成部と通信可能に接続され、解析装置１全体の動作を制御する。

制御部９０は、例えば入力部７０を用いたユーザの入力操作に基づいて、一のサイクルにおける蛍光染色、蛍光イメージング、及び脱染の設定条件を予め取得する。加えて、制御部９０は、例えば入力部７０を用いたユーザの入力操作に基づいて、サイクルの反復回数の設定値も予め取得する。制御部９０は、予め取得したサイクルの反復回数の設定値を記憶部６０に格納する。

制御部９０は、サイクルにおいて、染色部２０と収容部１０とが第１位置条件となるように調整する。より具体的には、制御部９０は、サイクルにおいて、細胞Ｓを染色部２０により蛍光染色するときの染色部２０に対する収容部１０の第１位置条件が満たされるように染色部２０又は収容部１０の少なくとも一方の位置を駆動部５０により調整する。本明細書において、「第１位置条件」は、例えば、多連型ディスペンサによってマイクロプレート１１０の各ウェルに試薬２３１を滴下するときの収容部１０と染色部２０との間の位置関係を含む。

例えば、制御部９０は、第１位置条件が満たされるように、少なくとも収容部１０の位置を駆動部５０により調整する。例えば、染色部２０は固定されている一方で、収容部１０が移動する。より具体的には、制御部９０は、収容部１０に含まれるマイクロプレート１１０の位置を、駆動部５０のＸＹステージ５１０により調整する。収容部１０は、第１位置条件が満たされる位置まで、ＸＹステージ５１０によって搬送される。そうして染色部２０の位置と収容部１０のマイクロプレート１１０の位置とが互いに整合する。

制御部９０は、染色部２０に対する収容部１０の第１位置条件が満たされた状態で、染色部２０を制御して細胞Ｓへの蛍光染色の過程を実行する。このとき、制御部９０は、染色部２０に加えて洗浄部４０も制御しながら細胞Ｓへの蛍光染色の過程を実行する。制御部９０は、染色部２０が有する駆動機構２１０を制御して、多連型ディスペンサを例えばＸＹＺの３方向に移動させながら蛍光染色の過程を実行する。

制御部９０は、サイクルにおいて、画像取得部３０と収容部１０とが第２位置条件となるように調整する。より具体的には、制御部９０は、サイクルにおいて、蛍光染色された細胞Ｓの画像を画像取得部３０により取得するときの画像取得部３０に対する収容部１０の第２位置条件が満たされるように画像取得部３０又は収容部１０の少なくとも一方の位置を駆動部５０により調整する。本明細書において、「第２位置条件」は、例えば、マイクロプレート１１０に収容されている細胞Ｓに対して、レーザー共焦点顕微鏡によりウェルごとに順に撮影を行うときの収容部１０と画像取得部３０との間の位置関係を含む。

例えば、制御部９０は、第２位置条件が満たされるように、少なくとも収容部１０の位置を駆動部５０により調整する。例えば、画像取得部３０は固定される一方で、収容部１０が移動する。より具体的には、制御部９０は、収容部１０に含まれるマイクロプレート１１０の位置を、駆動部５０のＸＹステージ５１０により調整する。収容部１０は、第２位置条件が満たされる位置まで、ＸＹステージ５１０によって搬送される。そうして画像取得部３０の位置と収容部１０のマイクロプレート１１０の位置とが互いに整合する。

制御部９０は、画像取得部３０に対する収容部１０の第２位置条件が満たされた状態で、蛍光染色された細胞Ｓに対する蛍光イメージングの過程を、画像取得部３０を制御して実行する。例えば、制御部９０は、画像取得部３０が有する励起用光源３２９を制御して、励起光をマイクロプレート１１０に向けて照射する。例えば、制御部９０は、画像取得部３０が有する蛍光観察用第１カメラ３２８ａ及び蛍光観察用第２カメラ３２８ｂにより撮影された画像を、これらのカメラからそれぞれ取得する。例えば、制御部９０は、画像取得部３０から取得した画像のデータを記憶部６０に格納する。例えば、制御部９０は、画像取得部３０から取得した画像を出力部８０に表示する。

制御部９０は、サイクルにおいて、洗浄部４０と収容部１０とが第３位置条件となるように調整する。より具体的には、制御部９０は、サイクルにおいて、蛍光染色された細胞Ｓを洗浄部４０により脱染するときの洗浄部４０に対する収容部１０の第３位置条件が満たされるように洗浄部４０又は収容部１０の少なくとも一方の位置を駆動部５０により調整する。本明細書において、「第３位置条件」は、例えば、洗浄ヘッド４２０によってマイクロプレート１１０の各ウェルを洗浄液４１０で洗浄するときの収容部１０と洗浄部４０との間の位置関係を含む。

例えば、制御部９０は、第３位置条件が満たされるように、少なくとも収容部１０の位置を駆動部５０により調整する。例えば、洗浄部４０は固定される一方で、収容部１０が移動する。より具体的には、制御部９０は、収容部１０に含まれるマイクロプレート１１０の位置を、駆動部５０のＸＹステージ５１０により調整する。収容部１０は、第３位置条件が満たされる位置まで、ＸＹステージ５１０によって搬送される。そうして洗浄部４０の位置と収容部１０のマイクロプレート１１０の位置とが互いに整合する。

制御部９０は、洗浄部４０に対する収容部１０の第３位置条件が満たされた状態で、蛍光染色された細胞Ｓへの脱染の過程を、洗浄部４０を制御して実行する。制御部９０は、洗浄部４０が有する駆動機構４４０を制御して、洗浄ヘッド４２０を例えば上下に移動させながら脱染の過程を実行する。

以上のように、制御部９０は、例えば蛍光染色の過程において、第１位置条件、第３位置条件の順に駆動部５０を制御してもよい。制御部９０は、例えばサイクルにおいて、第１位置条件、第２位置条件、第３位置条件の順に駆動部５０を制御してもよい。

その後、制御部９０は、サイクルの回数が例えばユーザにより入力部７０を用いて予め設定された反復回数に達したか否かを判定する。制御部９０は、反復回数に達していないと判定すると、上記の蛍光染色、蛍光イメージング、及び脱染を含むサイクルを繰り返す。制御部９０は、反復回数に達したと判定すると、画像取得部３０により取得された複数の画像を網羅的に解析する。より具体的には、制御部９０は、これらの画像の解析に基づいて、タンパク質の情報の解析を実行し、駆動部５０、駆動機構２１０、及び駆動機構４４０を制御する。制御部９０は、必要に応じて、解析結果を出力部８０に出力してもよい。

図２は、図１の解析装置１によって実行される動作の第１例を説明するためのフローチャートである。図２を参照しながら、解析装置１によって実行される動作の第１例について主に説明する。動作の第１例では、サイクルの全体の基本的なフローを説明するために、蛍光染色の過程を簡略化して説明する。このとき、制御部９０は、サイクルにおいて、第１位置条件、第２位置条件、第３位置条件の順に駆動部５０を制御する。

初めに、例えばユーザは、所定のプロトコルに従い細胞Ｓをマイクロプレート１１０に培養する。例えばユーザは、作成された細胞Ｓを収容するマイクロプレート１１０を駆動部５０のＸＹステージ５１０に設置する。

ステップＳ１００では、解析装置１の制御部９０は、例えば、入力部７０を用いたユーザの入力操作に基づいて、蛍光染色、蛍光イメージング、及び脱染のサイクルを繰り返す反復回数の入力を入力部７０により受け付ける。

ステップＳ１０１では、制御部９０は、細胞Ｓを染色部２０により蛍光染色するときの染色部２０に対する収容部１０の第１位置条件が満たされるように駆動部５０を制御する。例えば、制御部９０は、第１位置条件が満たされるように、収容部１０の位置を駆動部５０により調整する。詳しくは、駆動部５０のＸＹステージ５１０は、収容部１０のマイクロプレート１１０を染色部２０の多連型ディスペンサの滴下位置まで搬送し、第１位置条件が満たされる。また、予め記憶部６０に格納された第１位置条件の値が調整に使用される。

ステップＳ１０２では、制御部９０は、収容部１０に収容されている細胞Ｓを染色部２０により蛍光染色するように染色部２０を制御する。例えば、染色部２０の多連型ディスペンサは、チップラック２２０にあるチップ２２１を多連、例えば８連でノズルに装着し、試薬ラック２３０から抗体等の入った試薬２３１を吸引する。その後、多連型ディスペンサは、マイクロプレート１１０の各ウェルに、所定の液量の試薬２３１を滴下する。これにより、染色部２０は、マイクロプレート１１０の各ウェルに収容されている細胞Ｓに対して１次抗体染色、２次抗体染色、及び核染色等を行う。

ステップＳ１０３では、制御部９０は、ステップＳ１０２の蛍光染色の過程が終了した後、チップ２２１をノズルから外して、所定の容器にリリースし、染色部２０において廃棄するように染色部２０を制御する。

ステップＳ１０４では、制御部９０は、ステップＳ１０２において蛍光染色された細胞Ｓの画像を画像取得部３０により取得するときの画像取得部３０に対する収容部１０の第２位置条件が満たされるように駆動部５０を制御する。例えば、制御部９０は、第２位置条件が満たされるように、収容部１０の位置を駆動部５０により調整する。詳しくは、駆動部５０のＸＹステージ５１０は、収容部１０のマイクロプレート１１０を画像取得部３０による撮影位置まで搬送し、第２位置条件が満たされる。また、予め記憶部６０に格納された第２位置条件の値が調整に使用される。

ステップＳ１０５では、制御部９０は、ステップＳ１０２において蛍光染色された細胞Ｓの画像を画像取得部３０によりウェルごとに順に取得する。すなわち、制御部９０は、画像取得部３０を用いて蛍光イメージングの過程を実行する。

ステップＳ１０６では、制御部９０は、ステップＳ１０２において蛍光染色された細胞Ｓを洗浄部４０により脱染するときの洗浄部４０に対する収容部１０の第３位置条件が満たされるように駆動部５０を制御する。例えば、制御部９０は、第３位置条件が満たされるように、収容部１０の位置を駆動部５０により調整する。詳しくは、駆動部５０のＸＹステージ５１０は、収容部１０のマイクロプレート１１０を洗浄部４０の洗浄ヘッド４２０による脱染位置まで搬送し、第３位置条件が満たされる。また、予め記憶部６０に格納された第３位置条件の値が調整に使用される。

ステップＳ１０７では、制御部９０は、ステップＳ１０２において蛍光染色された細胞Ｓを洗浄部４０により脱染する。例えば、洗浄部４０は、ブロッキングを行いながら洗浄液４１０を用いて洗浄を行い、細胞Ｓからの抗体溶出を達成する。

ステップＳ１０８では、制御部９０は、ステップＳ１０１と同様に、第１位置条件が満たされるように駆動部５０を制御する。

ステップＳ１０９では、制御部９０は、蛍光染色、蛍光イメージング、及び脱染のサイクルの回数がステップＳ１００においてユーザにより入力された反復回数に達したか否かを判定する。制御部９０は、反復回数に達したと判定するとステップＳ１１０の処理を実行する。制御部９０は、反復回数に達していないと判定するとステップＳ１０２の処理を再度実行する。

ステップＳ１１０では、制御部９０は、ステップＳ１０９において反復回数に達したと判定すると、画像取得部３０により取得された画像を解析する。より具体的には、制御部９０は、画像取得部３０により取得された画像の解析に基づいて、タンパク質の情報の解析を実行する。

図３は、図１の解析装置１によって実行される動作の第２例を説明するためのフローチャートである。図３を参照しながら、解析装置１によって実行される動作の第２例について主に説明する。動作の第２例では、蛍光染色の過程を詳細に説明する。このとき、制御部９０は、蛍光染色の過程において、第１位置条件、第３位置条件の順に駆動部５０を制御する。すなわち、制御部９０は、蛍光染色、蛍光イメージング、及び脱染の過程を順に行う上記の構成に加えて、蛍光染色に続けて洗浄部４０による洗浄の過程をサイクルに含めて実行する。

図３に示すステップＳ２００乃至Ｓ２０２、及びステップＳ２０６乃至Ｓ２１３の制御部９０による処理内容は、図２に示すステップＳ１００乃至Ｓ１１０の処理内容とそれぞれ同一である。図３を用いた以下の説明では、図２と共通するステップの処理内容に関する説明は省略し、図２と相違するステップの処理内容について主に説明する。

ステップＳ２０３では、制御部９０は、ステップＳ２０２の蛍光染色の過程が終了した後、第３位置条件が満たされるように駆動部５０を制御する。例えば、制御部９０は、第３位置条件が満たされるように、収容部１０の位置を駆動部５０により調整する。詳しくは、駆動部５０のＸＹステージ５１０は、収容部１０のマイクロプレート１１０を洗浄部４０の洗浄ヘッド４２０による洗浄位置まで搬送し、第３位置条件が満たされる。また、予め記憶部６０に格納された第３位置条件の値が調整に使用される。

ステップＳ２０４では、制御部９０は、ステップＳ２０２において蛍光染色された細胞Ｓを洗浄部４０により洗浄する。このとき、洗浄部４０は、例えば、蛍光染色によって細胞Ｓ内のタンパク質に付着した蛍光色を除去するのではなく、試薬２３１に含まれている蛍光染色に直接関わる薬品以外の余分な薬品を取り除く。

ステップＳ２０５では、制御部９０は、染色部２０による蛍光染色及び洗浄部４０による洗浄のサイクルの回数が所定回数に達したか否かを判定する。制御部９０は、所定回数に達したと判定すると、ステップＳ２０６の処理を実行する。制御部９０は、所定回数に達していないと判定すると、ステップＳ２０１の処理を再度実行する。本明細書において、「所定回数」は、例えば、蛍光染色、蛍光イメージング、及び脱染の一サイクルにおいて、蛍光染色に用いられる蛍光色の数に対応する。例えば、蛍光染色に用いられる蛍光色の数が４色のとき、所定回数は４回である。

以上のような一実施形態に係る解析装置１によれば、生体試料に関連する情報の解析の精度が向上する。例えば、解析装置１は、染色部２０、画像取得部３０、及び洗浄部４０を一体的に有し、蛍光染色、蛍光イメージング、及び脱染の過程を含む一サイクルを単一の装置内で完結させる。より具体的には、多重染色方法の実行に必要な３つのユニットを一つの装置に組み込むことで、解析装置１は、マイクロプレート１１０がＸＹステージ５１０から取り外されることなく、ＸＹステージ５１０に保持された状態で、蛍光染色、蛍光イメージング、及び脱染の３つの過程を実行可能である。これにより、従来技術のような各過程間における試料容器の受け渡しが省かれ、実験のスループットが向上する。本明細書において、「スループット」は、例えば、データ容量の大きさ及び時間的な速さ等を含む。加えて、生体試料に関連する情報の実質的な撮影範囲が最大化する。また、プロセスに要する時間のばらつきが最小化する。結果として、高品質の解析が可能となる。

これにより、解析装置１では、例えば従来技術のように試料容器を市販機器から取り外して再度設置することでサイクル間において生じる位置ずれが生じ得ない。したがって、解析装置１は、サイクルを繰り返しても、マイクロプレート１１０の同一の位置にある同一の細胞Ｓを、各サイクルで正確に識別可能である。結果として、解析装置１は、生体試料に関連する情報も正確に解析可能である。

従来技術において、試料容器を顕微鏡下に出し入れするとき、取り出し機構の繰り返し精度に限界があり、数百マイクロメートルの誤差が存在する。この誤差によって、顕微鏡で撮影する度に、撮影する細胞の範囲、すなわち視野が変化し、同一の細胞内にあるはずのタンパク質が異なる細胞の中に映ってしまう。細胞の大きさは数十マイクロメートル以下であるため、試料容器の取り出し機構の誤差は、細胞の大きさに比べて一桁大きい。したがって、試料容器の位置精度を向上させることは非常に重要である。

解析装置１の場合、マイクロプレート１１０は、全サイクルが繰り返し実行される間、ＸＹステージ５１０に常時保持されている。したがって、サイクル間で生じるマイクロプレート１１０の位置ずれは１０マイクロメートル以下であり、例えば数マイクロメートル程度である。このように、解析装置１の場合、位置ずれは、細胞Ｓの大きさに比べて一桁小さい。したがって、サイクルを繰り返しても、マイクロプレート１１０の同一の位置にある同一の細胞Ｓを、画像取得部３０に対して略同一の相対位置に配置させることが可能となる。解析装置１では、サイクル間でのマイクロプレート１１０の位置の再現性が非常に高い。結果として、反復する各サイクルにおいて撮影される細胞Ｓの視野が一定になる。このような高精度な位置再現性により、実験データの信頼性が向上し、解析結果の品質が高く維持される。

以上のような位置ずれの抑制によって、解析装置１では、細胞Ｓが有効に利用可能であり、コストが低減可能である。例えば、解析装置１では、従来技術のように撮影範囲の共通部分以外の範囲に含まれる情報が欠落するような問題は生じ得ず、細胞Ｓを有効に利用可能である。加えて、撮影された各サイクル間の画像の位置合わせに関する画像処理の手間が省略され、実験効率が向上する。

解析装置１では、収容部１０が移動することで、染色部２０、画像取得部３０、及び洗浄部４０の位置を固定した状態で各過程を実行可能である。解析装置１は、各過程間で、例えば収容部１０のみを移動させることで、ＸＹステージ５１０に保持されているマイクロプレート１１０を各位置条件に基づく位置にスムーズに配置可能である。これにより、実験のスループットが向上する。

解析装置１は、第１位置条件、第２位置条件、第３位置条件の順に駆動部５０を制御することで、蛍光染色、蛍光イメージング、及び脱染の各過程を順に正確に実行することができる。

解析装置１は、第１位置条件、第３位置条件の順に駆動部５０を制御することで、試薬２３１に含まれている蛍光染色に直接関わる薬品以外の余分な薬品を洗浄部４０において取り除きながら、染色部２０による蛍光染色の過程を実行可能である。これにより、蛍光染色の精度が向上する。加えて、解析装置１は、マイクロプレート１１０がＸＹステージ５１０から取り外されることなく、ＸＹステージ５１０に保持された状態で、蛍光染色及び洗浄の２つの過程を実行可能である。これにより、従来技術のような各過程間における試料容器の受け渡しが省かれ、実験のスループットが向上する。

収容部１０は、ＸＹステージ５１０上に配置されることで、ＸＹの２方向に移動可能となる。

収容部１０が、細胞Ｓを複数のウェルのそれぞれに収容するマイクロプレート１１０を含むことで、実験のスループットが向上する。より具体的には、実験で得られるデータ容量が向上する。

例えば、細胞の容器がマイクロ流体チャンバである従来技術の場合、細胞は、マイクロ流体チャンバ内に撒かれる。このとき、マイクロ流路は物理的な大きさに制限があり、撒ける細胞の量も制限される。結果として、実験で得られる情報量が少なく、実験のスループットが低い。

一方で、解析装置１では、試料容器としてマイクロプレート１１０が用いられ、細胞Ｓを収容するウェルは例えば９６個又は３８４個存在する。これにより、解析装置１は、大量の細胞Ｓを測定可能であり、実験のスループットを向上させることが可能である。加えて、圧倒的なデータ容量が得られるため、解析結果の信頼性が向上する。

本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形及び修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成又は各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成又はステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

例えば、本開示は、上述した解析装置１の各機能を実現する処理内容を記述したプログラム又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得る。本開示の範囲には、これらも包含されると理解されたい。

例えば、上述した各構成部の形状、配置、向き、及び個数は、上記の説明及び図面における図示の内容に限定されない。各構成部の形状、配置、向き、及び個数は、その機能を実現できるのであれば、任意に構成されてもよい。

図４は、図１の解析装置１の変形例を示す模式図である。図４を参照しながら、解析装置１の変形例について主に説明する。図１の実施例と図４の実施例とは、図４の実施例が、明視野照明３３０を備える点と、細胞Ｓからの蛍光がピンホールアレイディスク３２２を通過せずにダイクロイックミラー３２１に直接入射する点とで相違する。図４の実施例の解析装置１は、ピンホールアレイディスク３２２とマイクロレンズアレイディスク３２３とを移動させる手段を有する。

例えば、解析装置１は、明視野照明３３０をさらに有してもよい。このとき、画像取得部３０は、明視野照明３３０を用いて、細胞Ｓのデジタル位相差画像を取得してもよい。明視野照明３３０は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を有する。

一方、図１の実施例の解析装置１は、蛍光イメージングの過程において各サイクルで得た画像に対して、同一の細胞Ｓであることを判定するために、通常、細胞Ｓの核を用いて識別を実行する。解析装置１は、染色部２０において細胞Ｓを核染色し、蛍光イメージングで細胞Ｓの核を識別して、個々の細胞Ｓを特定する。続いて、解析装置１は、タンパク質と各細胞Ｓとの関連付けを実行する。異なるサイクルで得られた画像では、細胞Ｓの核の画像を基準に位置関係が同定される。このため、解析装置１は、サイクルを繰り返すたびに、染色部２０において細胞Ｓの核染色を実行する必要がある。解析装置１は、染色部２０により染色された細胞Ｓの核を各サイクルで蛍光イメージングにより撮影するため、画像取得部３０における蛍光チャンネルの１つを必ず細胞Ｓの核に割り当てる必要がある。

図４の実施例の解析装置１は、細胞Ｓのデジタル位相差画像を取得することで、蛍光チャンネルを細胞Ｓの核に代えて解析対象とするタンパク質に割り当てることができ、各サイクルにおける蛍光イメージングの過程を効率的に実行することができる。例えば、画像取得部３０は、明視野照明３３０で細胞Ｓを照射して、明視野画像を得る。例えば、画像取得部３０は、得られた明視野画像に基づいて、細胞Ｓの核のデジタル位相差画像を生成する。解析装置１は、生成されたデジタル位相差画像に基づいて、細胞Ｓを特定する。

画像取得部３０は、顕微鏡３１０における対物レンズを一定間隔で光軸方向に２、３ケ所移動させる。画像取得部３０は、対物レンズを一定間隔で隔てて明視野画像を取得し、取得された２、３枚の明視野画像に対して画像処理を施す。これにより、画像取得部３０は、デジタル位相差画像を生成する。

解析装置１は、デジタル位相差画像を用いて細胞Ｓを識別することで、染色部２０における細胞Ｓの核染色を必要としない。したがって、解析装置１は、蛍光染色を効率よく実施できる。また、画像取得部３０は、細胞Ｓの核の識別に使用する蛍光チャンネルを細胞Ｓに含まれるタンパク質の識別に割り当てることができる。結果として、実験効率が向上する。

また、図４の実施例の解析装置１は、明視野照明３３０をオフとし、ピンホールアレイディスク３２２とマイクロレンズアレイディスク３２３とを図１の実施例の場合の位置に移動させることで、図１の実施例と同様に蛍光イメージングの過程を実行できる。図４の実施例の解析装置１は、デジタル位相差画像の取得と、蛍光イメージングとの両方を簡便な構成で達成可能である。簡便な構成でこれらの機能が達成されることで、解析装置１を小型にできる。加えて、このような解析装置１は、安定した高品質な作業を可能にする。

上記実施形態では、解析装置１は、各過程において、収容部１０の位置を駆動部５０により調整すると説明したが、これに限定されない。例えば、解析装置１は、蛍光染色の過程において、第１位置条件が満たされるように染色部２０、又は染色部２０及び収容部１０の両方の位置を駆動部５０により調整してもよい。例えば、解析装置１は、蛍光イメージングの過程において、第２位置条件が満たされるように画像取得部３０、又は画像取得部３０及び収容部１０の両方の位置を駆動部５０により調整してもよい。例えば、解析装置１は、脱染の過程において、第３位置条件が満たされるように洗浄部４０、又は洗浄部４０及び収容部１０の両方の位置を駆動部５０により調整してもよい。

上記実施形態では、収容部１０はＸＹステージ５１０上に配置されると説明したが、これに限定されない。収容部１０は、ＸＹステージ５１０に代えて、又は加えて、ＸＹＺの３方向に移動可能にする駆動機構に配置されてもよい。これにより、収容部１０は、ＸＹＺの３方向に移動可能となる。

例えば、洗浄部４０は、Ｚ方向に移動可能にする上述の駆動機構４４０を有し、収容部１０の駆動機構に連結されてもよい。より具体的には、洗浄部４０は、収容部１０が配置されている駆動機構に連結されてもよい。これにより、洗浄部４０は、例えば洗浄ヘッド４２０等の洗浄部４０が有する任意の構成を駆動機構４４０によってＺ方向に移動可能にする。加えて、洗浄部４０が収容部１０の駆動機構に連結されることで、収容部１０と共に洗浄部４０も、ＸＹＺの３方向に移動可能となる。

１ 解析装置
１０ 収容部
１１０ マイクロプレート
２０ 染色部
２１０ 駆動機構
２２０ チップラック
２２１ チップ
２３０ 試薬ラック
２３１ 試薬
３０ 画像取得部
３１０ 顕微鏡
３２０ 共焦点撮影部
３２１ ダイクロイックミラー
３２２ ピンホールアレイディスク
３２３ マイクロレンズアレイディスク
３２４ リレーレンズ
３２５ ダイクロイックミラー
３２６ａ 第１バンドパスフィルタ
３２６ｂ 第２バンドパスフィルタ
３２７ａ 第１レンズ
３２７ｂ 第２レンズ
３２８ａ 蛍光観察用第１カメラ
３２８ｂ 蛍光観察用第２カメラ
３２９ 励起用光源
３３０ 明視野照明
４０ 洗浄部
４１０ 洗浄液
４２０ 洗浄ヘッド
４３０ 廃液用ボトル
４４０ 駆動機構
５０ 駆動部
５１０ ＸＹステージ
６０ 記憶部
７０ 入力部
８０ 出力部
９０ 制御部
Ｓ 細胞（生体試料）

Claims (8)

1. 生体試料に関連する情報の解析に使用される解析装置であって、
   前記生体試料を収容する収容部と、
   前記収容部に収容されている前記生体試料を蛍光染色する染色部と、
   前記染色部により蛍光染色された前記生体試料の画像を取得する画像取得部と、
   前記染色部により蛍光染色された前記生体試料を脱染する洗浄部と、
   前記収容部、前記染色部、前記画像取得部、又は前記洗浄部の少なくとも１つを移動させる駆動部と、
   前記画像取得部により取得された前記画像を解析し、かつ前記駆動部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記染色部と前記収容部とが第１位置条件となるように調整し、
   前記画像取得部と前記収容部とが第２位置条件となるように調整し、
   前記洗浄部と前記収容部とが第３位置条件となるように調整する、
   解析装置。
2. 前記収容部が移動する、
   請求項１に記載の解析装置。
3. 前記制御部は、前記第１位置条件、前記第２位置条件、前記第３位置条件の順に前記駆動部を制御する、
   請求項１又は２に記載の解析装置。
4. 前記制御部は、前記第１位置条件、前記第３位置条件の順に前記駆動部を制御する、
   請求項１又は２に記載の解析装置。
5. 前記画像取得部は、明視野照明を用いて、前記生体試料のデジタル位相差画像を取得する、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の解析装置。
6. 前記収容部は、ＸＹステージ上に配置される、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の解析装置。
7. 前記収容部は、ＸＹＺの３方向に移動可能にする駆動機構に配置される、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の解析装置。
8. 前記洗浄部は、Ｚ方向に移動可能にする駆動機構を備え、前記収容部の駆動機構に連結される、
   請求項７に記載の解析装置。
   
   

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