JP2022162792A - 多能性幹細胞から色素含有細胞への分化の進行を評価する装置、及び、方法 - Google Patents

多能性幹細胞から色素含有細胞への分化の進行を評価する装置、及び、方法 Download PDF

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Abstract

【課題】色素含有細胞への分化を客観的に評価する。【解決手段】多能性幹細胞から色素含有細胞への分化の進行を評価する評価装置１は、容器内の細胞にメラニンの吸収波長域の光を照射する第１照射部２と、光が照射された細胞から生じた光音響波を検出する第１検出部３と、第１検出部３で検出した光音響波の強度に基づく細胞の色素含有細胞への分化の進行に関する評価結果を出力する制御部４と、を備える。【選択図】図１

Description

本明細書の開示は、多能性幹細胞から色素含有細胞への分化の進行を評価する装置、及び、方法に関する。
再生医療では、医療の目的に応じて様々な種類の細胞が必要である。このため、ｉＰＳ細胞やＥＳ細胞などの多能性幹細胞を培養し様々な種類の細胞へ分化させる技術が研究されている。研究されている細胞の分化先の一つに、メラニン色素を含有する細胞(色素含有細胞)がある。
色素含有細胞は、発生系譜の違いからメラノサイトと網膜色素上皮細胞（ＲＰＥ）に大別される。メラノサイトは、皮膚の色に関係する細胞であり、その異常は、白斑などの色素異常症や皮膚がんを引き起こすことが知られている。また、ＲＰＥは、網膜に接するシート状の単層細胞層であり、網膜の機能維持に重要な細胞である。高齢者の失明原因の上位である加齢黄斑変性を治療する際、黄斑部に生じた新生血管を除去すると、新生血管とともにＲＰＥが除去されてしまう。このため、加齢黄斑変性の治療の一環としてＲＰＥの移植が盛んに研究されている。その他、一部の神経細胞がメラニンを含有する場合もある。
このように、色素含有細胞は様々な疾患と関係があり、それらの疾患の研究や治療のため、色素含有細胞を効率的且つ安定的に供給することが期待されている。また、例えば、特許文献１に記載されるように、質の高い色素含有細胞（ここでは網膜色素上皮細胞）を取得する方法についても研究されている。
国際公開第２０１５／０５３３７６号
ところで、細胞培養中、色素含有細胞への分化が正常に進んでいるかどうかを把握するためには、細胞を継続的に観察することが望ましい。ｉＰＳ細胞は一般的に無色透明であり、色素含有細胞への分化が進むにしたがって、メラニンに由来する呈色が発生する。しかしながら、目視で細胞を観察しても分化が正常に進んでいるかどうかを正しく把握することは難しく、その判断は主観的なものになりがちである。分化が正常に進んでいるかどうかについて主観的な判断を避けるためには、メラニンの存在を、細胞の色や形などの定性的な情報のみから判断するのではなく、定量化して検出することが望ましい。
以上のような実情を踏まえ、本発明の一側面に係る目的は、色素含有細胞への分化を客観的に評価する技術を提供することである。
本発明の一態様に係る装置は、多能性幹細胞から色素含有細胞への分化の進行を評価する装置であって、容器内の細胞にメラニンの吸収波長域の光を照射する第１照射部と、前記光が照射された前記細胞から生じた光音響波を検出する第１検出部と、前記第１検出部で検出した前記光音響波の強度に基づく前記細胞の前記色素含有細胞への分化の進行に関する評価結果を出力する制御部と、を備える。
本発明の一態様に係る方法は、多能性幹細胞から色素含有細胞への分化の進行を評価する方法であって、容器内の細胞にメラニンの吸収波長域の光を照射することと、前記光が照射された前記細胞から生じた光音響波を検出し、前記第１検出部で検出した前記光音響波の強度に基づく前記細胞の前記色素含有細胞への分化の進行に関する評価結果を出力すること、を含む。
上記の態様によれば、色素含有細胞への分化を客観的に評価することが可能となる。
第１の実施形態に係る評価装置１の構成を例示したブロック図である。 評価装置１が行う処理の一例を示すフローチャートである。 評価装置１が行う測定処理の一例を示すフローチャートである。 評価結果の表示例を示した図である。 評価装置１が行う処理の別の例を示すフローチャートである。 光音響画像の一例を示した図である。 光音響画像の別の例を示した図である。 評価結果とともに光音響画像を表示する例を示した図である。 第２の実施形態に係る評価装置１０の構成を例示した図である。 第３の実施形態に係る評価装置１１の構成を例示した図である。 第４の実施形態に係る評価装置１２の構成を例示した図である。 第５の実施形態に係る評価装置１３の構成を例示した図である。 第６の実施形態に係る評価装置１ａの構成を例示したブロック図である。 評価装置１ａが行う処理の一例を示すフローチャートである。 評価結果の更に別の表示例を示した図である。 評価結果の更に別の表示例を示した図である。 重畳画像の表示方法について説明するための図である。 第７の実施形態に係る評価装置１４の構成を例示した図である。 第８の実施形態に係る評価装置１５の構成を例示した図である。 第９の実施形態に係る評価装置１６の構成を例示した図である。 第１０の実施形態に係る評価装置１７の構成を例示した図である。 スピナーフラスコ１６０の斜視図である。 評価装置を浮遊培養への適用方法について説明するための図である。 上述した実施形態に係る評価装置を実現するためのコンピュータのハードウェア構成を例示した図である。
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態に係る評価装置１の構成を例示したブロック図である。図１に示す評価装置１は、多能性幹細胞から色素含有細胞への分化の進行を評価する装置である。評価装置１は、従来、目視観察に頼って判断されていた細胞の分化の進行状況をより客観的な基準で評価する装置である。具体的には、評価装置１では、光音響効果が利用される。なお、光音響効果とは、光エネルギーを吸収した分子が熱を放出し、その熱による体積膨張により音響波（光音響波）が発生する現象のことである。
色素含有細胞は、メラノサイトと網膜色素上皮細胞（ＲＰＥ）に大別されるが、いずれもメラノソームと呼ばれる細胞小器官を含み、その中でメラニンが生合成される点は同様である。メラニンは、例えば、国際公開第２０１６／１４７７０６号公報に皮膚などの被検体表面での光音響波計測が記載されるように、レーザ光が照射されると光音響効果によって光音響波を生じさせることが知られている。このため、細胞の分化先は様々であるが、色素含有細胞への分化については光音響波の強度に基づいてその進行を評価可能であり、評価装置１は、これを利用したものである。
評価装置１は、図１に示すように、第１照射部２と、第１検出部３と、制御部４を含んでいる。評価装置１は、さらに、表示部５と、記憶部６を備えてもよい。
第１照射部２は、容器内の細胞にメラニンの吸収波長域のレーザ光を照射する。第１照射部２は、少なくとも、レーザ光を出射するレーザ光源を含んでいる。また、第１照射部２は、レーザ光で細胞を走査する走査部を備えてもよい。走査部は、特に限定しないが、例えば、ガルバノスキャナ、ＭＥＭＳミラーなどである。
メラニンの吸収波長域は広く、長波長から短波長に向かって単調増加するという特徴を有している。このため、メラニンの生成を感度良く検出するためには、短波長の光を出射するレーザ光源を用いることが望ましい。また、検出される光音響波の発生源は可能な限り限定されることが望ましく、メラニン以外から生じる光音響波の強度を可能な限り抑制することが望ましい。容器内で培養中の細胞は培地に浸されているため、細胞にレーザ光を照射すると培地に含まれている水、フェノールレッド、その他の培地成分から光音響波が生じる可能性がある。水は８００ｎｍを上回る波長域で吸収帯が存在し、フェノールレッドの吸光度は６００ｎｍ未満の波長域においてピークを有している。これらを勘案すると、レーザ光の中心波長は、６００ｎｍから８００ｎｍの範囲に含まれることが望ましく、６００ｎｍから８００ｎｍの範囲の光を出射するレーザ光源を用いることが望ましい。
なお、第１照射部２が細胞に照射するレーザ光は、特に限定しないが、パルスレーザ光であることが望ましく、従って、第１照射部２はパルスレーザを含むことが望ましい。パルスレーザ光であれば、細胞にレーザ光が照射される時間を短くし、かつ高輝度な光を確保することが可能であり、光音響波を効率的に発生させることができるからである。ただし、レーザ光源は、パルスレーザに限らず、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーザであってもよい。なお、以降では、第１照射部が照射する光がレーザ光である場合を例に説明するが、第１照射部が照射する光はレーザ光でなくてもよく、例えば発光ダイオードを第１照射部に用いてもよい。この場合、レーザ光と比較して光出力が弱いため、細胞へのダメージを抑えることが出来る。
第１検出部３は、第１照射部２によってレーザ光が照射された細胞から生じた光音響波を検出する。第１検出部３は、少なくとも、光音響波を電気信号に変換する圧電素子を含んでいる。第１検出部３は、さらに、細胞から放射状に放出された光音響波を収束させる音響レンズを含んでもよく、音響レンズで平行波に変換された光音響波が圧電素子に導かれてもよい。音響レンズを含むことで、第１検出部３は、光音響波の検出について検出効率と横分解能を高めることができる。第１検出部３は、さらに、音響レンズと圧電素子の間に音響整合層を含んでもよい。音響整合層を含むことで、第１検出部３は、音響レンズと圧電素子の間の音響インピーダンス差によって生じる光音響波の反射を抑制することが可能であり、光音響波の検出効率を高めることができる。また、光音響波の反射を抑制するためには、音響レンズと細胞の間には音響インピーダンスが他物質より著しく低い空気が介在しないことが望ましい。このため、音響レンズを細胞の容器に直接密着させる、又は、容器と音響レンズの間に光音響波を伝搬する伝搬部材を介在させる、ことが望ましい。なお、以降の例では、音響レンズと容器の間に伝搬部材を介在させる構成で説明する。
制御部４は、細胞の色素含有細胞への分化の進行に関する評価結果を出力する。なお、評価結果は、第１照射部２で検出した光音響波の強度に基づく。具体的には、光音響波の強度が強いほど分化の進行について肯定的に評価してもよい。また、光音響波の強度が後述するバックグラウンド強度よりも強いほど分化の進行について肯定的に評価してもよく、光音響波の強度の増加量（メラニン生成量）に基づいて分化の進行を評価してもよい。評価結果は、分化／未分化の２値であってもよい。分化／未分化は、単純にメラニンが生成されたか否かによって判断してもよく、メラニン生成量と閾値を比較することによって（例えば、分化の方向性が定まって多能性を失う程度分化が進んでいると推定されるか否かによって）判断してもよい。また、評価結果は、分化終了、分化途中、分化開始前などの３値以上であってもよく、分化途中は成熟度に応じてさらに細分化してもよい。
制御部４が評価結果を出力する出力先は、特に限定しない。出力先は、例えば、表示部５であってもよく、評価結果を表示部５が表示することで利用者に分化の進行を認識できるようにしてもよい。また、出力先は、例えば、記憶部６であってもよく、評価結果を記憶部６が記憶してよい。利用者は、必要に応じて記憶部６に記憶されている評価結果を参照することで分化の進行を認識してもよい。さらに、出力先は、通信部や印刷部などであってもよい。
以上のように構成された評価装置１によれば、光音響効果を用いて色素含有細胞で生成されるメラニンの存在を光音響波に変換して検出することができる。このため、目視観察と比較して色素含有細胞への分化を客観的に評価することが可能となる。
図２は、評価装置１が行う処理の一例を示すフローチャートである。図３は、評価装置１が行う測定処理の一例を示すフローチャートである。図４は、評価結果の表示例を示した図である。以下、図２から図４を参照しながら、本実施形態における多能性幹細胞から色素含有細胞への分化の進行を評価する方法とその評価結果の具体的な表示例について説明する。
評価装置１は、図２に示す処理を開始すると、まず、評価対象の細胞を播種する前の容器を用いて、バックグラウンド測定を行う（ステップＳ１０）。ここでは、評価装置１は、細胞播種前における光音響波の強度を測定する。なお、容器には、細胞は播種されていないが、培地が満たされていて、フェノールレッドなどの試薬も添加されている。
ステップＳ１０のバックグラウンドの測定では、図３に示すように、第１照射部２によるレーザ光の照射（ステップＳ１１）、第１検出部３による光音響波検出（ステップＳ１２）、制御部４による光音響波の強度算出（ステップＳ１３）の３つ処理が行われる。これにより、水などの培地成分やフェノールレッドなどの試薬に起因する光音響波、つまり、色素含有細胞内のメラニンに起因しない光音響波の強度が算出される。
なお、バックグラウンド測定は、走査部を用いてレーザ光で容器内を走査しながら行われてもよい。これにより、容器内の各部における光音響波の強度を測定してもよい。
バッググランド測定が終了すると、容器内に細胞が播種され、細胞の培養が開始される。培養が開始されると、評価装置１は、測定（ステップＳ２０）と、評価（ステップＳ３０）と、評価結果の出力（ステップＳ４０）を繰り返す。
ステップＳ２０の測定は、容器内に細胞が播種されている点を除き、ステップＳ１０のバックグランド測定と同様である。即ち、レーザ光の照射、光音響波の検出、光音響波の強度の算出が行われる。
ステップＳ３０では、評価装置１は、細胞の色素含有細胞への分化の進行を評価する。具体的には、制御部４が、ステップＳ１０及びステップＳ２０で算出した光音響波の強度に基づいて色素含有細胞への分化の進行を評価する。
制御部４は、例えば、ステップＳ２０で算出した光音響波の強度の合計からステップＳ１０で算出した光音響波の強度の合計を引くことでバッググランドを基準した光音響波の強度の増加量を算出してもよい。そして、制御部４は、増加量が正であれば、細胞内でメラニンが生成されたと判断し分化が開始されたと評価してもよい。また、制御部４は、増加量が０又は負であれば、細胞内でメラニンが生成されていないと判断し分化が開始されていないと評価してもよい。増加量に閾値を設け、増加量が閾値を超えた場合に分化の開始と評価してもよく、増加量が正であっても閾値を超えていない場合は分化が進行していないと評価してもよい。
また、制御部４は、例えば、前回の測定で算出された光音響波の強度の合計から最新の測定で算出された光音響波の強度の合計を引いて測定周期内での光音響波の強度の増加量を算出してもよい。そして、制御部４は、増加量が正であれば、細胞でメラニンが増えていると判断して分化が開始された、又は、分化が進行中であると評価してもよい。また、制御部４は、増加量が０又は負であれば、細胞でメラニンが増えていないと判断して分化が開始されていない、又は、分化が終了したと評価してもよい。なお、制御部４は、複数回の測定で得られた強度の移動平均によってメラニンが増加しているか否かを判断してもよい。
ステップＳ４０では、評価装置１は、ステップＳ３０における評価結果を出力する。具体的には、制御部４が評価結果Ｅを表示部５に出力し、表示部５が図４に示すように評価結果Ｅを表示する。また、制御部４は評価結果Ｅとともに評価結果Ｅの根拠となる情報を表示部５に出力し、図４に示すように、表示部５が評価結果Ｅとともに評価結果Ｅの根拠となる情報（この例ではメラニン量に関するグラフＧ）を表示してもよい。評価結果Ｅの根拠となる情報は、時系列情報であってもよく、その経時変化がグラフＧとして表示されてもよい。なお、メラニン量は、例えば、光音響波の強度の増加量に比例すると仮定して、所定の計算によって算出されてもよい。
評価結果が出力されると、評価装置１は、測定を継続するか否か判定し（ステップＳ５０）、測定を終了すると判定するまでステップＳ２０からステップＳ４０の処理を繰り返す。なお、判定基準については、特に限定しないが、例えば、予め決められた期間だけ測定を継続してもよい。また、ステップＳ４０の評価結果に基づいて測定を継続するか否か決定してもよく、例えば、評価結果から分化が終了したと判定される場合に測定を終了してもよい。
以上のように、評価装置１が図２に示す処理を行うことで、評価装置１によって、光音響波の強度に基づいて多能性幹細胞から色素含有細胞への分化の進行が評価され、その評価結果が出力される。これにより、利用者は、例えば、図４に示すように、客観的な基準に基づく評価結果である「分化前」、「分化開始」、「分化進行中」、「分化終了」といった分化の進行状況を一目で把握することができ、利用者の経験や個人の主観によらない分化進行状況の評価が可能になる。
図４では、光音響波の強度に基づく評価結果が表示される例を示したが、評価装置１は、評価結果と共に光音響画像を出力し、それらを表示してもよい。図５は、評価装置１が行う処理の別の例を示すフローチャートである。図６Ａは、光音響画像の一例を示した図である。図６Ｂは、光音響画像の別の例を示した図である。図７は、評価結果とともに光音響画像を表示する例を示した図である。以下、図５から図７を参照しながら、光音響画像を表示する例について説明する。
評価装置１は、図５に示す処理を開始すると、まず、評価対象の細胞を播種する前の容器を用いて、バックグラウンド測定を行う（ステップＳ１１０）。この処理は、図２のステップＳ１０の処理と同様である。バッググランド測定が終了すると、容器内に細胞が播種され、細胞の培養が開始される。培養が開始されると、評価装置１は、測定（ステップＳ１２０）と、評価（ステップＳ１３０）と、評価結果の出力（ステップＳ１４０）と、光音響画像の生成（ステップＳ１５０）と、光音響画像の出力（ステップＳ１６０）を、測定の終了条件を満たすまで（ステップＳ１７０ＹＥＳ）繰り返す。なお、ステップＳ１２０からステップＳ１４０の処理は、図２のステップＳ２０からステップＳ４０の処理と同様である。
即ち、図５に示す処理は、繰り返す処理の一環として、光音響画像を生成する処理（ステップＳ１５０）と光音響画像を出力する処理（ステップＳ１６０）が行われる点が、図２に示す処理とは異なっている。その他の点は、図２に示す処理と同様である。なお、ステップＳ１５０とステップＳ１６０の処理は、ステップＳ１２０よりも後に行われればよい。そのため、ステップＳ１５０とステップＳ１６０の処理は、ステップＳ１３０とステップＳ１４０の処理よりも先に行われてもよく、これらの処理と時間的に並列に行われてもよい。
ステップＳ１５０では、制御部４は、第１検出部３で検出した光音響波の強度と、その強度の光音響波を検出したときのレーザ光の照射位置と、に基づいて光音響画像を生成する。レーザ光の照射位置は、走査部による走査開始からの経過時間によって特定されてもよく、走査部の制御情報によって特定されてもよい。
図６Ａに示す光音響画像ＩＭ１は、ステップＳ１５０で生成される光音響画像の一例である。ステップＳ１５０で生成される光音響画像は、図６Ａに示すように、メラニンが生成されたスポット（照射位置）、即ち、光音響波の強度がバッググランド強度を上回るスポット、にマークＰを付した画像であってもよい。
図６Ｂに示す光音響画像ＩＭ１は、ステップＳ１５０で生成される光音響画像の一例である。ステップＳ１５０で生成される光音響画像は、図６Ｂに示すように、光音響波の強度をいくつかのクラス（例えば、メラニン生成量の大・中・小）に分類し、光音響波が検出された領域に検出された光音響波の強度が分類されたクラスに応じた色のマーク（マークＰ１、Ｐ２、Ｐ３）を割り当てた画像であってもよい。また、ステップＳ１５０で生成される光音響画像は、光音響波が検出された領域に検出された光音響波の強度に応じた色を割り当てたヒートマップ画像であってもよい。
ステップＳ１６０では、制御部４は、ステップＳ１５０で生成した光音響画像を出力する。具体的には、制御部４が、例えば、光音響画像ＩＭ１を表示部５に出力し、表示部５が図７に示すように光音響画像ＩＭ１をアプリケーションのウィンドウＷ内に表示する。また、制御部４は、ウィンドウＷ内に、光音響画像ＩＭ１を、ステップＳ１４０で出力された評価結果ＥやグラフＧととも表示してもよい。
以上のように、評価装置１が図６に示す処理を行うことで、評価装置１によって、図２に示す処理を行った場合と同様に、光音響波の強度に基づいて多能性幹細胞から色素含有細胞への分化の進行が評価され、その評価結果が出力される。これにより、利用者は、図７に示すように、客観的な基準に基づく評価結果Ｅによって分化の進行状況を一目で把握することができる。さらに、光音響画像ＩＭ１が表示されるため、利用者は、容器内における分化の偏りの有無、例えば、容器内の特定の領域で分化が進んでいないなどの局所的な異常も把握することができる。
以下、第１の実施形態をより具体化した第２の実施形態から第５の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態から第５の実施形態に係る評価装置は、機能的な構成要素として、第１照射部２と、第１検出部３と、制御部４を備える点は、評価装置１と同様である。
［第２の実施形態］
図８は、本実施形態に係る評価装置１０の構成を例示した図である。評価装置１０は、図８に示すように、培養容器上方からレーザ光を照射し、培養容器下方から光音響波を検出する倒立型の計測装置１００と、計測装置１００による測定結果に基づいて分化の進行を評価する制御装置２０を備えている。なお、培養容器は、ディッシュ１１０であり、ディッシュ１１０の底面には分化誘導対象の細胞１１２が培地１１１に浸された状態で収容されている。培養容器は、レーザ光を透過する材質であればディッシュに限られず、フラスコや培養バッグでもよい。即ち、本実施形態では、平面培養における細胞の分化の進行を評価する例が示されている。
計測装置１００は、レーザ光源１０１とスキャナ１０２と対物レンズ１０３を備えている。レーザ光源１０１とスキャナ１０２と対物レンズ１０３は、上述した第１照射部２の一例である。
レーザ光源１０１は、例えば、６００ｎｍから８００ｎｍの範囲に中心波長を有するレーザ光を出射するパルスレーザである。スキャナ１０２は、例えば、対物レンズ１０３の瞳共役位置に置かれたガルバノスキャナである。計測装置１００では、レーザ光源１０１から出射したパルスレーザ光がスキャナ１０２で偏向されることで、細胞１１２を含むディッシュ１１０内の領域がパルスレーザ光で走査され、細胞１１２にパルスレーザ光が照射される。
計測装置１００は、さらに、伝搬部材１０４と、音響レンズ１０５と、音響反射部材１０８と、プローブ１０６を備えている。伝搬部材１０４と音響レンズ１０５と音響反射部材１０８とプローブ１０６は、上述した第１検出部３の一例である。
伝搬部材１０４は、音響レンズ１０５とディッシュ１１０の間を満たす部材であり、音響インピーダンスの低い空気がディッシュ１１０と音響レンズ１０５の間に介在することを避けるために設けられる。パルスレーザ光の照射により細胞１１２で発生した光音響波は、放射状に出射するが、伝搬部材１０４を介して入射した音響レンズ１０５で平行波に変換される。
音響反射部材１０８は、例えば、表面に音響インピーダンスの高い材料がコーティングされたプリズムなどである。音響レンズ１０５で平行波に変換された光音響波は、音響反射部材１０８で反射し、プローブ１０６に導かれる。プローブ１０６には光音響波を電子信号に変換する圧電素子のアレイが含まれている。光音響波を受信したプローブ１０６では、圧電素子が光音響波を電気信号に変換することで、光音響波が検出される。
制御装置２０は、プロセッサとメモリと表示装置を含むコンピュータであり、上述した制御部４、表示部５、及び、記憶部６の一例である。
制御装置２０は、プローブ１０６で検出された光音響波の強度に基づいて、細胞１１２の色素含有細胞への分化の進行を評価し、さらに、評価結果を出力する。制御装置２０は、出力した評価結果を表示装置に表示してもよく、メモリに記憶してもよい。
以上のように構成された評価装置１０によっても、評価装置１と同様に、光音響波の強度に基づく評価結果が出力され、利用者に提供される。このため、目視観察と比較して色素含有細胞への分化の進行を客観的に評価することが可能となる。
［第３の実施形態］
図９は、本実施形態に係る評価装置１１の構成を例示した図である。評価装置１１は、図９に示すように、培養容器下方からレーザ光を照射し、培養容器下方から光音響波を検出する倒立型の計測装置２００と、計測装置２００による測定結果に基づいて分化の進行を評価する制御装置２０を備えている。評価装置１１は、計測装置１００の代わりに計測装置２００を備える点が、評価装置１０とは異なっている。
計測装置２００は、レーザ光が培養容器の下方から照射される点が計測装置１００とは異なっている。また、パルスレーザ光が、対物レンズ１０３ではなく、光音響波を収斂する部材（伝搬部材１０４と音響レンズ１０５）を介して細胞１１２に照射される点も計測装置１００とは異なる。計測装置２００には、レーザ光を集光するために、音響レンズ１０５の光源側には、補正レンズ１０７が設けられている。補正レンズ１０７は、レーザ光を伝搬部材１０４及び音響レンズ１０５を介して細胞１１２に照射する際に集光効率を高めるために用いられる。また、音響反射部材１０８は、光音響波を反射する一方でレーザ光を透過するため、光音響波の経路とレーザ光の経路を分ける分岐部材としても機能している。
以上のように構成された評価装置１１によっても、評価装置１及び評価装置１０と同様に、光音響波の強度に基づく評価結果が出力され、利用者に提供される。このため、目視観察と比較して色素含有細胞への分化の進行を客観的に評価することが可能となる。
［第４の実施形態］
図１０は、本実施形態に係る評価装置１２の構成を例示した図である。評価装置１２は、図１０に示すように、培養容器上方からレーザ光を照射し、培養容器下方から光音響波を検出する倒立型の計測装置３００と、計測装置３００による測定結果に基づいて分化の進行を評価する制御装置２０を備えている。評価装置１２は、計測装置１００の代わりに計測装置３００を備える点が、評価装置１０とは異なっている。
計測装置３００は、伝搬部材１０４と音響レンズ１０５とプローブ１０６を一体に構成した光音響波検出ユニット１２０を備える点が、計測装置１００とは異なっている。伝搬部材１０４と音響レンズ１０５とプローブ１０６を一体に構成することで、光音響波の経路に空気が介在することを確実に防止することができるため、高い検出効率を安定して確保することができる。
以上のように構成された評価装置１２によっても、評価装置１、評価装置１０及び評価装置１１と同様に、光音響波の強度に基づく評価結果が出力され、利用者に提供される。このため、目視観察と比較して色素含有細胞への分化の進行を客観的に評価することが可能となる。
［第５の実施形態］
図１１は、本実施形態に係る評価装置１３の構成を例示した図である。評価装置１３は、図１１に示すように、培養容器上方からレーザ光を照射し、培養容器の任意の面から光音響波を検出する計測装置４００と、計測装置４００による測定結果に基づいて分化の進行を評価する制御装置２０を備えている。評価装置１３は、計測装置１００の代わりに計測装置４００を備える点が、評価装置１０とは異なっている。
計測装置３００は、伝搬部材１０４と音響レンズ１０５とプローブ１０６を一体に構成した光音響波検出ユニット１２０ａを備える点が、計測装置１００とは異なっている。伝搬部材１０４と音響レンズ１０５とプローブ１０６を一体に構成することで、光音響波の経路に空気が介在することを確実に防止することができるため、高い検出効率を安定して確保することができる。
なお、光音響波検出ユニット１２０ａは、伝搬部材１０４と音響レンズ１０５とプローブ１０６を一体に構成した点については、第４の実施形態に係る光音響波検出ユニット１２０と同様である。光音響波検出ユニット１２０ａは、利用者が把持しながら操作するハンディタイプの装置として構成されている点が異なっている。ハンディタイプに構成することで、例えば、培養バッグ１３０のような変形しやすい培養容器が使用される場合であっても、培養容器との間に空気が介在することがないように密着させて使用することが容易となる。なお、光音響波は細胞１１２から放射状に放出されるため、光音響波検出ユニット１２０ａを密着させる向きは特に限定されず、例えば、図１１に示すように、照明光軸に対して傾いた方向から光音響波を検出するようにしてもよい。このように、光音響波検出ユニット１２０ａの場所や向きが特に限定されない場合、計測装置１００を設置する際の空間的な制約が小さくなり、利用者は計測装置１００を簡易に運用することができる。
［第６の実施形態］
図１２は、本実施形態に係る評価装置１ａの構成を例示したブロック図である。図１２に示す評価装置１ａは、第１の実施形態に係る評価装置１と同様に、多能性幹細胞から色素含有細胞への分化の進行を評価する装置である。評価装置１ａは、光音響効果を利用する点は、評価装置１と同様であるが、さらに、画像情報を利用する点が評価装置１とは異なっている。なお、画像情報は必ずしも分化の進行を評価する用途に用いられなくてもよく、単に表示目的で使用されてもよい。
評価装置１ａは、図１２に示すように、第１照射部２と、第１検出部３と、制御部４と、第２照射部７と、第２検出部８を含んでいる。評価装置１ａは、さらに、表示部５と、記憶部６を備えてもよい。評価装置１ａは、第２照射部７と、第２検出部８を含む点が、評価装置１とは異なっている。また、制御部４が第１検出部３からの信号に加えて第２検出部８からの信号を処理する点も、評価装置１とは異なっている。その他の点は、評価装置１と同様である。
第２照射部７は、容器内の細胞に照明光を照射する。第２照射部７は、少なくとも、照明光を出射する光源を含んでいる。光源は、例えば、ＬＥＤ光源であってもよく、ハロゲンランプなどであってもよい。共焦点を構成可能であれば、レーザ光源であってもよい。また、第２照射部７は、偏斜照明を行ってもよく、具体的には、後述する第２検出部８に含まれる対物レンズの光軸と交差する方向から細胞に照明光を照射してもよい。第２照射部７は、例えばリングスリットなどの瞳変調素子を含んでもよく、第２検出部８と組み合わせて位相差観察を実現してもよい。
第２検出部８は、照明光が照射された細胞からの観察光を検出する。第２検出部８は、少なくとも、観察光を取り込む対物レンズと、観察光を電気信号に変換する撮像素子と、を含み、観察光に基づく細胞画像を取得することが望ましい。なお、撮像素子には、２次元イメージセンサを用いることが望ましく、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ－Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ＭＯＳ）などが用いられる。また、位相差観察を行う場合には、位相膜を備えた位相差観察用の対物レンズが用いられる。
制御部４は、細胞の色素含有細胞への分化の進行に関する評価結果とともに、第２検出部８で検出した観察光に基づく細胞画像を出力する。制御部４で光音響画像が生成される場合には、制御部４は、細胞画像を光音響画像に重畳した重畳画像を出力してもよい。即ち、制御部４は、評価結果とともに重畳画像を出力してもよい。
また、制御部４は、細胞画像に対して画像処理や画像認識技術などを用いた物体検出を行ってもよく、物体検出によって細胞を検出してもよい。細胞を検出することで、細胞内で生じた光音響波の強度に基づいて、細胞毎の分化の進行度や、容器内の細胞全体に対する分化した細胞の比率などを算出してもよく、これらを評価結果に含めてもよい。換言すると、制御部４は、第１検出部３で検出した光音響波の強度と、その強度の光音響波を検出したときのレーザ光の照射位置と、第２検出部８で検出した観察光に基づく細胞画像と、に基づいて容器内の全細胞に対する容器内の分化した細胞の比率に関する分化率情報を算出してもよい。また、制御部４は、第１検出部３で検出した光音響波の強度と、その強度の光音響波を検出したときのレーザ光の照射位置と、第２検出部８で検出した観察光に基づく細胞画像と、に基づいて、細胞毎の分化の進行度に関する進行度情報を算出してもよい。
以上のように構成された評価装置１ａによれば、評価装置１と同様に、光音響効果を用いて色素含有細胞で生成されるメラニンの存在を光音響波に変換して検出することができる。このため、目視観察と比較して色素含有細胞への分化を客観的に評価することが可能となる。また、細胞画像に光音響画像を重畳した重畳画像が出力されるため、細胞単位での分化の進行度合いや分化した細胞の割合なども客観的に把握することが可能であり、分化の進行状況をより詳細に把握することが可能となる。
図１３は、評価装置１ａが行う処理の一例を示すフローチャートである。図１４及び図１５は、評価結果の表示例を示した図である。以下、図１３から図１５を参照しながら、本実施形態における多能性幹細胞から色素含有細胞への分化の進行を評価する方法とその評価結果の具体的な表示例について説明する。
評価装置１ａは、図１３に示す処理を開始すると、まず、評価対象の細胞を播種する前の容器を用いて、バックグラウンド測定を行う（ステップＳ２１０）。この処理は、図５のステップＳ１１０の処理と同様である。バッググランド測定が終了すると、容器内に細胞が播種され、細胞の培養が開始される。培養が開始されると、評価装置１ａは、測定（ステップＳ２２０）と、評価（ステップＳ２３０）と、評価結果の出力（ステップＳ２４０）と、光音響画像の生成（ステップＳ２５０）と、撮影（ステップＳ２６０）と、重畳画像の出力（ステップＳ２７０）と、分化率情報の生成（ステップＳ２８０）と、分化率情報の出力（ステップＳ２９０）とを、測定の終了条件を満たすまで（ステップＳ３００ＹＥＳ）繰り返す。なお、ステップＳ２２０からステップＳ２５０の処理は、図５のステップＳ１２０からステップＳ１５０の処理と同様である。
即ち、図１３に示す処理は、繰り返す処理の一環として、撮影する処理（ステップＳ２６０）と重畳画像を出力する処理（ステップＳ２７０）と分化率情報を生成する処理（ステップＳ２８０）と分化率情報を出力する処理（ステップＳ２９０）とが行われる点が、図５に示す処理とは異なっている。その他の点は、図５に示す処理と同様である。なお、ステップＳ２４０からステップＳ２９０の処理の順序は、図１３に示す順序に限らない。矛盾が生じない範囲で任意の順序で行われてもよく、また、複数の処理は、時間的に並列に行われてもよい。
ステップＳ２６０の撮影では、評価装置１ａは、細胞画像を生成する。具体的には、第２照射部７が照明光で細胞を照明し、第２検出部８が観察光を検出することで細胞画像を生成する。
ステップＳ２７０では、評価装置１ａは、ステップＳ２６０で生成した細胞画像を、ステップＳ２５０で生成した光音響画像に重畳した重畳画像を出力する。具体的には、制御部４が、例えば、重畳画像ＩＭ３を表示部５に出力し、表示部５が図１４及び図１５に示すように重畳画像ＩＭ３をアプリケーションのウィンドウＷ内に表示する。また、表示部５では、ウィンドウＷ内に、重畳画像ＩＭ３が、ステップＳ２４０で出力された評価結果ＥやグラフＧととも表示されてもよい。なお、重畳画像ＩＭ３は、光音響画像ＩＭ１と細胞画像ＩＭ２を重ねた画像である。また、図１４に示す重畳画像ＩＭ３は、メラニンが生成されたスポットにマークＰを付した画像であり、図６Ａに示す画像に対応する。図１５に示す重畳画像ＩＭ３は、メラニンが生成されたスポットにメラニンの生成量に応じたマーク（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を付した画像であり、図６Ｂに示す画像に対応する。
ステップＳ２８０では、評価装置１ａは、分化率情報を生成する。具体的には、制御部４が細胞画像から細胞を検出し、細胞内で生じた光音響波の強度に基づいて、細胞毎の分化の進行度を算出し、細胞毎の分化の進行度に関する進行度情報を生成する。さらに、制御部４は、細胞毎の分化の進行度に基づいて、容器内の細胞全体に対する分化した細胞の比率を算出し、容器内の全細胞に対する容器内の分化した細胞の比率に関する分化率情報を生成する。
ステップＳ２９０では、評価装置１ａは、ステップＳ２８０で生成された分化率情報を出力する。具体的には、制御部４が、例えば、分化率情報Ｄを表示部５に出力し、表示部５が図１４及び図１５に示すように分化率情報Ｄを評価結果Ｅの一部としてアプリケーションのウィンドウＷ内に表示する。
以上のように、評価装置１ａが図１３に示す処理を行うことで、光音響波の強度に基づいて多能性幹細胞から色素含有細胞への分化の進行が評価され、その評価結果が出力される。これにより、利用者は、図１４及び図１５に示すように、客観的な基準に基づく評価結果Ｅによって分化の進行状況を一目で把握することができる。さらに、重畳画像ＩＭ３や分化率情報Ｄが表示されるため、利用者は、細胞単位での分化の進行度合いや分化した細胞の割合なども把握する可能であり、分化の進行状況をより詳細に把握することが可能となる。
なお、以上では、細胞の培養期間中に細胞をモニタリングすることで、細胞の分化の進行を評価する例を示したが、評価装置１ａの用途は細胞モニタリングに限らない。評価装置１ａは、モニタリングのように繰り返し測定した結果を用いて評価する用途の他に、単発の測定結果から評価する用途にも利用可能である。例えば、評価装置１ａは、癌化の虞がある未分化細胞が混入していないことを確認する最終製品の品質検査などに適用してもよい。その場合、制御部４は、進行度情報に基づいて特定された未分化細胞の位置を示す位置画像ＩＭ４を、光音響画像ＩＭ１と細胞画像ＩＭ２に重畳した重畳画像ＩＭ５（第２重畳画像）を出力してもよく、表示部５が、図１６に示すように、重畳画像ＩＭ５をアプリケーションのウィンドウＷ内に表示してもよい。なお、重畳画像によって未分化細胞の存在が把握できればよいため、光音響画像ＩＭ１の表示は省略してもよい。
以下、第６の実施形態をより具体化した第７の実施形態から第１０の実施形態について説明する。なお、第７の実施形態から第１０の実施形態に係る評価装置は、機能的な構成要素として、第１照射部２と、第１検出部３と、制御部４と、第２照射部７と、第２検出部８を備える点は、評価装置１ａと同様である。
［第７の実施形態］
図１７は、本実施形態に係る評価装置１４の構成を例示した図である。評価装置１４は、図１７に示すように、計測装置５００を備えている。なお、評価装置１４は、図示しないが、計測装置５００による測定結果に基づいて分化の進行を評価する制御装置２０も備えている。計測装置５００は、計測装置１００に撮影機能を追加した装置である。具体的には、計測装置５００は、計測装置１００に含まれる構成に加えて、照明光源１３１と、ダイクロイックミラー１３２と、結像レンズ１３３と、撮像素子１３４を含んでいる。
照明光源１３１は、上述した第２照射部７の一例である。また、対物レンズ１０３とダイクロイックミラー１３２と結像レンズ１３３と撮像素子１３４は、上述した第２検出部８の一例である。なお、対物レンズ１０３とダイクロイックミラー１３２については、第１検出部３と第２検出部８に共有されている。
照明光源１３１は、例えば、ハロゲンランプであり、ディッシュ１１０の側方から細胞に照明光を照射し、散乱光（観察光）を発生させる。ダイクロイックミラー１３２は、レーザ光源１０１から出射したレーザ光を透過し、散乱光（観察光）を反射する。結像レンズ１３３は、細胞で生じた散乱光を撮像素子１３４に集光する。撮像素子１３４は、ＣＣＤイメージセンサなどの二次元イメージセンサであり、結像レンズ１３３を介して入射した光に基づいて細胞画像を取得する。
以上のように構成された評価装置１４によっても、評価装置１ａと同様に、光音響波の強度に基づく評価結果が出力され、利用者に提供される。このため、目視観察と比較して色素含有細胞への分化の進行を客観的に評価することが可能となる。また、細胞画像を利用することで、細胞単位での分化の進行度合いや分化した細胞の割合などの情報も利用者に提供することが可能となる。
［第８の実施形態］
図１８は、本実施形態に係る評価装置１５の構成を例示した図である。評価装置１５は、図１８に示すように、計測装置６００を備えている。なお、評価装置１５は、図示しないが、計測装置６００による測定結果に基づいて分化の進行を評価する制御装置２０も備えている。計測装置６００は、計測装置２００に撮影機能を追加した装置である。具体的には、計測装置６００は、計測装置２００に含まれる構成に加えて、照明光源１３１と、対物レンズ１０３と、結像レンズ１３３と、撮像素子１３４を含んでいる。
照明光源１３１は、上述した第２照射部７の一例である。また、対物レンズ１０３と結像レンズ１３３と撮像素子１３４は、上述した第２検出部８の一例である。
以上のように構成された評価装置１５によっても、評価装置１ａ及び評価装置１４と同様に、光音響波の強度に基づく評価結果が出力され、利用者に提供される。このため、目視観察と比較して色素含有細胞への分化の進行を客観的に評価することが可能となる。また、細胞画像を利用することで、細胞単位での分化の進行度合いや分化した細胞の割合などの情報も利用者に提供することが可能となる。
［第９の実施形態］
図１９は、本実施形態に係る評価装置１６の構成を例示した図である。評価装置１６は、図１９に示すように、計測装置７００を備えている。なお、評価装置１６は、図示しないが、計測装置７００による測定結果に基づいて分化の進行を評価する制御装置２０も備えている。計測装置７００は、計測装置２００に撮影機能を追加した装置であり、この点について、図１７に示す計測装置５００に類似する。
計測装置７００は、位相差観察法によって細胞画像として位相差画像を取得する点が、計測装置５００とは異なっている。具体的には、計測装置７００は、計測装置２００に含まれる構成に加えて、照明光源１３１と、位相差コンデンサ１４０と、位相差対物レンズ１５０と、ダイクロイックミラー１３２と、結像レンズ１３３と、撮像素子１３４を含んでいる。なお、位相差コンデンサ１４０は、リングスリット１４１含むコンデンサであり、位相差対物レンズ１５０は、位相膜１５１を含む対物レンズである。位相差コンデンサ１４０と位相差対物レンズ１５０は細胞画像を取得するときに光路上に配置され、光音響画像を取得するときに使用される対物レンズ１０３、伝搬部材１０４および音響レンズ１０５と切り替えて使用される。
照明光源１３１と音響反射部材１０８と位相差コンデンサ１４０は、上述した第２照射部７の一例である。また、位相差対物レンズ１５０とダイクロイックミラー１３２と結像レンズ１３３と撮像素子１３４は、上述した第２検出部８の一例である。
以上のように構成された評価装置１６によっても、評価装置１ａ、評価装置１４及び評価装置１５と同様に効果を得ることができる。さらに、評価装置１６によれば、位相差観察により細胞画像を取得することができるため、位相物体である細胞を良好に可視化することができる。
［第１０の実施形態］
図２０は、本実施形態に係る評価装置１７の構成を例示した図である。評価装置１７は、図２０に示すように、計測装置８００を備えている。なお、評価装置１７は、図示しないが、計測装置８００による測定結果に基づいて分化の進行を評価する制御装置２０も備えている。計測装置８００は、計測装置２００に撮影機能を追加した装置であり、この点については、図１８に示す計測装置６００に類似する。
計測装置８００は、位相差観察法によって細胞画像として位相差画像を取得する点が、計測装置６００とは異なっている。具体的には、計測装置８００は、計測装置２００に含まれる構成に加えて、照明光源１３１と、ダイクロイックミラー１３２と、位相差コンデンサ１４０と、位相差対物レンズ１５０と、結像レンズ１３３と、撮像素子１３４を含んでいる。なお、位相差コンデンサ１４０は、リングスリット１４１含むコンデンサであり、位相差対物レンズ１５０は、位相膜１５１を含む対物レンズである。位相差コンデンサ１４０と位相差対物レンズ１５０は細胞画像を取得するときに光路上に配置され、光音響画像を取得するときに使用される対物レンズ１０３、伝搬部材１０４、音響レンズ１０５及び補正レンズ１０７と切り替えて使用される。
照明光源１３１とダイクロイックミラー１３２と音響反射部材１０８と位相差コンデンサ１４０は、上述した第２照射部７の一例である。また、位相差対物レンズ１５０と結像レンズ１３３と撮像素子１３４は、上述した第２検出部８の一例である。
以上のように構成された評価装置１７によっても、評価装置１ａ、評価装置１４及び評価装置１５と同様に効果を得ることができる。さらに、評価装置１７によれば、評価装置１６と同様に、位相差観察により細胞画像を取得することができるため、位相物体である細胞を良好に可視化することができる。
上述した実施形態は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。上述の実施形態を変形した変形形態および上述した実施形態に代替する代替形態が包含され得る。つまり、各実施形態は、その趣旨および範囲を逸脱しない範囲で構成要素を変形することが可能である。また、１つ以上の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより、新たな実施形態を実施することができる。また、各実施形態に示される構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよく、または実施形態に示される構成要素にいくつかの構成要素を追加してもよい。さらに、各実施形態に示す処理手順は、矛盾しない限り順序を入れ替えて行われてもよい。即ち、本発明の多能性幹細胞から色素含有細胞への分化の進行を評価する装置、及び、方法は、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。
上述した実施形態では、例えば、図４において、分化が正常に進行し終了する例を示したが、評価結果は分化の異常を示すものであってもよい。分化の異常は、現在の繰り返し測定（モニタリング）で得られた光音響波の強度情報に加えて、過去に行われた繰り返し測定（モニタリング）で得られた光音響波の強度情報を用いることで行われる評価により検出されてもよい。例えば、分化の進行が過去のモニタリングと比較して極端に遅い場合に分化に異常が発生していると評価してもよい。
本明細書において、“Ａに基づいて”という表現は、“Ａのみに基づいて”を意味するものではなく、“少なくともＡに基づいて”を意味している。即ち、“Ａに基づいて”はＡに加えてＢに基づいてもよい。従って、上述した実施形態では、光音響波の強度に基づいて分化の進行の程度を評価する例を示したが、分化の進行の程度は、光音響波の強度とともにその他の情報を用いて評価してもよい。例えば、細胞がＲＰＥの場合、分化が進むにつれて円形から矩形に近い形状に近づくことが知られている。また、ＲＰＥもメラノサイトも一般に分化が進みにつれて呈色が生じる。このため、光音響波の強度に加えて画像情報を用いて分化の進行の程度を評価してもよい。またその他の情報として、画像情報だけでなく、刺激因子や活性化因子等を含む分化誘導因子の添加情報を用いてもよい。添加情報とは、例えば因子を細胞に投与した時間、因子の量、因子名などが考えられる。光音響波の強度や画像情報とともに添加情報を用いて分化の進行を評価することにより、利用者は自身の行った手技に紐づけてより分かりやすく評価を行うことができる。加えて評価対象は、色素含有細胞だけでなく色素含有細胞の前駆細胞を含んでもよい。
また、上述した実施形態では、細胞画像を、偏斜照明を用いた観察法又は位相観察法で取得する例を示したが、細胞画像を取得するときの観察法はこれらに限らない。例えば、微分干渉観察法など、その他の観察法が用いられてもよい。また、浮遊培養では、細胞画像の取得時にステレオ計測法を用いてもよい。ステレオ計測法については、例えば、国際公開２０１９／２３５５６３号などに記載される方法が使用可能である。ステレオ計測法により細胞密度を計測することで、浮遊培養においても、細胞の分化の進行を精度よく算出することが可能となる。より具体的には、体積当たりの光音響波の強度（音波量／ｍｍ３）と細胞密度（ｃｅｌｌｓ／ｍｍ３）を用いることで、１細胞当たりの光音響波の強度（音波量）を知ることが可能となる。１細胞当たりの光音響波の強度（音波量）を過去の実験に値と比較することで全体的な分化効率も把握可能である。
また、上述した実施形態では、平面培養による細胞培養中に分化の進行を評価する例を示したが、適用対象の培養方法は平面培養に限らない。浮遊培養（担体浮遊培養を含む）で培養中の細胞の分化の評価にも適用可能である。なお、浮遊培養は、平面培養に比べて大量の細胞を一度に培養可能である。
図２１は、スピナーフラスコ１６０の斜視図である。図２２は、評価装置を浮遊培養への適用方法について説明するための図である。以下、図２１及び図２２を参照しながら、浮遊培養への適用方法について説明する。
スピナーフラスコ１６０は、浮遊培養で用いられる培養容器の一種である。細胞は、スピナーフラスコ１６０に収容された培地内で培養される。より詳細には、スピナーフラスコ１６０の回転軸１６２が回転することで、回転軸１６２に固定された攪拌翼１６１が培地を攪拌し、それによって、細胞は培地内を浮遊した状態で培養される。
スピナーフラスコ１６０で培養中の細胞の分化を評価する場合、上述した評価装置は、図２２に示すように、スピナーフラスコ１６０内の一点に継続してレーザ光を照射すればよい。浮遊培養では、細胞は容器内を周回移動しているため、容器内の一点に対して継続して計測を行うことで、容器内の移動する細胞全体に対して計測が行われていると見做し得るからである。
レーザ光の照射によって細胞から生じた光音響波は、スピナーフラスコ１６０の側面に密着させた光音響波検出ユニット１２０ａによって検出すればよい。スピナーフラスコ１６０内で発生した光音響波は放射状に放出されるため、光音響波検出ユニット１２０ａは、図２２に示すように、側面に密着して配置される限り、任意の位置から測定可能である。また、スピナーフラスコ１６０の側面に配置する代わりに、光音響波検出ユニット１２０ａを、例えば、スピナーフラスコ１６０内に挿入してもよく、光音響波検出ユニット１２０ａを培地に浸した状態で測定処理が行われてもよい。
なお、以上では、細胞を収容する容器として、ディッシュ、培養バッグ、スピナーフラスコを例示したが、容器は、その他の培養容器であってもよい。例えば、培養容器は、バイオリアクタ、フラスコ、ウェルプレートなどであってもよい。即ち、培養容器は、バイオリアクタ、培養バック、フラスコ（スピナーフラスコを含む）、ディッシュ、ウェルプレート、の少なくとも１つを含んでもよい。
図２３は、上述した実施形態に係る評価装置を実現するためのコンピュータ３０のハードウェア構成を例示した図である。図２３に示すハードウェア構成は、例えば、プロセッサ３１、メモリ３２、記憶装置３３、読取装置３４、通信インタフェース３６、及び入出力インタフェース３７を備える。なお、プロセッサ３１、メモリ３２、記憶装置３３、読取装置３４、通信インタフェース３６、及び入出力インタフェース３７は、例えば、バス３８を介して互いに接続されている。
プロセッサ３１は、例えば、シングルプロセッサであっても、マルチプロセッサやマルチコアプロセッサであってもよい。プロセッサ３１は、記憶装置３３に格納されているプログラムを読み出して実行することで、上述し制御部４として動作する。
メモリ３２は、例えば、半導体メモリであり、ＲＡＭ領域およびＲＯＭ領域を含んでいてよい。記憶装置３３は、例えばハードディスク、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、または外部記憶装置であり、記憶部６として動作する。
読取装置３４は、例えば、プロセッサ３１の指示に従って着脱可能記憶媒体３５にアクセスする。着脱可能記憶媒体３５は、例えば、半導体デバイス、磁気的作用により情報が入出力される媒体、光学的作用により情報が入出力される媒体などにより実現される。なお、半導体デバイスは、例えば、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリである。また、磁気的作用により情報が入出力される媒体は、例えば、磁気ディスクである。光学的作用により情報が入出力される媒体は、例えば、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）－ＲＯＭ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、Ｂｌｕ－ｒａｙ Ｄｉｓｃ等（Ｂｌｕ－ｒａｙは登録商標）である。
通信インタフェース３６は、例えば、プロセッサ３１の指示に従って、他の装置と通信する。入出力インタフェース３７は、例えば、入力装置および出力装置との間のインタフェースである。入力装置は、例えば、ユーザからの指示を受け付けるキーボード、マウス、タッチパネルなどのデバイスである。出力装置は、例えばディスプレイなどの表示装置（表示部５）、およびスピーカなどの音声装置である。
プロセッサ３１が実行するプログラムは、例えば、下記の形態でコンピュータ３０に提供される。
（１）記憶装置３３に予めインストールされている。
（２）着脱可能記憶媒体３５により提供される。
（３）プログラムサーバなどのサーバから提供される。
なお、図２３を参照して述べた評価装置を実現するためのコンピュータ３０のハードウェア構成は例示であり、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、上述の構成の一部が、削除されてもよく、また、新たな構成が追加されてもよい。また、別の実施形態では、例えば、上述の制御部４の一部または全部の機能がＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ａ－Ｃｈｉｐ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、およびＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）などによるハードウェアとして実装されてもよい。
１、１ａ、１０～１７ 評価装置
２ 第１照射部
３ 第１検出部
４ 制御部
５ 表示部
６ 記憶部
７ 第２照射部
８ 第２検出部
２０ 制御装置
３０ コンピュータ
３１ プロセッサ
３２ メモリ
３３ 記憶装置
３４ 読取装置
３５ 着脱可能記憶媒体
３６ 通信インタフェース
３７ 入出力インタフェース
３８ バス
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００ 計測装置
１０１ レーザ光源
１０２ スキャナ
１０３ 対物レンズ
１０４ 伝搬部材
１０５ 音響レンズ
１０６ プローブ
１０７ 補正レンズ
１０８ 音響反射部材
１１０ ディッシュ
１１１ 培地
１１２ 細胞
１２０、１２０ａ 光音響波検出ユニット
１３０ 培養バッグ
１３１ 照明光源
１３２ ダイクロイックミラー
１３３ 結像レンズ
１３４ 撮像素子
１４０ 位相差コンデンサ
１４１ リングスリット
１５０ 位相差対物レンズ
１５１ 位相膜
１６０ バイオリアクタ
１６１ 攪拌翼
１６２ 回転軸
Ｅ 評価結果
Ｇ グラフ
Ｗ ウィンドウ
Ｄ 分化率情報
ＩＭ１ 光音響画像
ＩＭ２ 細胞画像
ＩＭ３、ＩＭ５ 重畳画像
ＩＭ４ 位置画像

Claims (14)

  1. 多能性幹細胞から色素含有細胞への分化の進行を評価する装置であって、
    容器内の細胞にメラニンの吸収波長域の光を照射する第１照射部と、
    前記光が照射された前記細胞から生じた光音響波を検出する第１検出部と、
    前記第１検出部で検出した前記光音響波の強度に基づく前記細胞の前記色素含有細胞への分化の進行に関する評価結果を出力する制御部と、を備える
    ことを特徴とする装置。
  2. 請求項１に記載の装置において、さらに、
    前記第１照射部は、前記光で前記細胞を走査する走査部を含み、
    前記制御部は、前記第１検出部で検出した前記光音響波の強度と、前記強度の前記光音響波を検出したときの前記光の照射位置と、に基づく光音響画像を出力する
    ことを特徴とする装置。
  3. 請求項２に記載の装置において、さらに、
    前記細胞に照明光を照射する第２照射部と、
    前記照明光が照射された前記細胞からの観察光を検出する第２検出部と、を備え、
    前記制御部は、前記第２検出部で検出した前記観察光に基づく細胞画像を前記光音響画像に重畳した重畳画像を出力する
    ことを特徴とする装置。
  4. 請求項１に記載の装置において、さらに、
    前記細胞に照明光を照射する第２照射部と、
    前記照明光が照射された前記細胞からの観察光を検出する第２検出部と、を備え、
    前記第１照射部は、前記光で前記細胞を走査する走査部を含み、
    前記評価結果は、前記第１検出部で検出した前記光音響波の強度と、前記強度の前記光音響波を検出したときの前記光の照射位置と、前記第２検出部で検出した前記観察光に基づく細胞画像と、に基づいて算出される、前記容器内の全細胞に対する前記容器内の分化した細胞の比率に関する分化率情報を含む
    ことを特徴とする装置。
  5. 請求項１に記載の装置において、さらに、
    前記細胞に照明光を照射する第２照射部と、
    前記照明光が照射された前記細胞からの観察光を検出する第２検出部と、を備え、
    前記第１照射部は、前記光で前記細胞を走査する走査部を含み、
    前記評価結果は、前記第１検出部で検出した前記光音響波の強度と、前記強度の前記光音響波を検出したときの前記光の照射位置と、前記第２検出部で検出した前記観察光に基づく細胞画像と、に基づいて算出される、前記細胞毎の分化の進行度に関する進行度情報を含む
    ことを特徴とする装置。
  6. 請求項５に記載の装置において、
    前記制御部は、前記進行度情報に基づいて特定された未分化細胞の位置を示す位置画像を、前記細胞画像に重畳した第２重畳画像を出力する
    ことを特徴とする装置。
  7. 請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載の装置において、さらに、
    前記第２検出部は、位相差観察用の位相膜を含む
    ことを特徴とする装置。
  8. 請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載の装置において、さらに、
    前記第２照射部は、前記第２検出部に含まれる対物レンズの光軸と交差する方向から前記細胞に照明光を照射する
    ことを特徴とする装置。
  9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の装置において、
    前記光の中心波長は、６００ｎｍから８００ｎｍの範囲に含まれる
    ことを特徴とする装置。
  10. 請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の装置において、
    前記評価結果は、前記光音響波の強度に基づいて推定された、前記細胞に含まれるメラニンの量に関する情報を含む
    ことを特徴とする装置。
  11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の装置において、
    前記容器は、培養容器であり、
    前記培養容器は、バイオリアクタ、培養バッグ、フラスコ、ディッシュ、ウェルプレートの少なくとも１つを含む
    ことを特徴とする装置。
  12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の装置において、
    前記色素含有細胞は、メラノサイトを含む
    ことを特徴とする装置。
  13. 請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の装置において、
    前記色素含有細胞は、網膜色素上皮細胞を含む
    ことを特徴とする装置。
  14. 多能性幹細胞から色素含有細胞への分化の進行を評価する方法であって、
    容器内の細胞にメラニンの吸収波長域の光を照射し、
    前記光が照射された前記細胞から生じた光音響波を検出し、
    検出した前記光音響波の強度に基づく前記細胞の前記色素含有細胞への分化の進行に関する評価結果を出力する
    ことを特徴とする方法。
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