JP2522773B2 - 細胞識別・定量方法 - Google Patents

細胞識別・定量方法

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JP2522773B2
JP2522773B2 JP61211328A JP21132886A JP2522773B2 JP 2522773 B2 JP2522773 B2 JP 2522773B2 JP 61211328 A JP61211328 A JP 61211328A JP 21132886 A JP21132886 A JP 21132886A JP 2522773 B2 JP2522773 B2 JP 2522773B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はモノクローナル抗体と画像処理システムを利
用した細胞(微生物を含む)識別・定量方法に関するも
ので、その利用分野は臨床検査のみならず、医薬品工
業、食品工業、環境分野等多岐にわたるものである。
〔従来の技術〕
従来、細胞の識別・定量は、顕微鏡下での肉眼観察で
行われてきた。また微生物の識別では、ある種の微生物
のみが生育できる選択培地を用いて、コロニーの出現か
ら判定する方法も用いられている。また臨床検査におけ
る癌の診断では直接細胞を調べるのではなく、α−フェ
トプロティンやCEA(癌胎児性抗原)など体液中に現れ
る可溶性タンパク質を測定することにより行われてき
た。しかしこれらのタンパクは、癌が進行して細胞の壊
死が起き、膜抗原が可溶化して体液中に出てきたもので
ある。したがって癌がある程度進行しなければ検出する
ことができず、癌の早期診断を可能にするには、細胞レ
ベルで癌の診断を行う必要がある。癌においては特に早
期診断が重要であることから、細胞レベルで癌の診断を
簡便・迅速に行う方法が要望されていた。
このように細胞の識別・定量技術は立ち遅れていた
が、最近細胞の識別・定量を自動的に行う機器が登場し
てきた。これらは、フローサイトメーターと自動細
胞識別装置とに大別される。
のフローサイトメーターは、特定の細胞の膜上に存
在する抗原を、螢光色素を結合させた抗体で標識してや
り、その試料液をフローセル中を流し、レーザー光で励
起した時の螢光シグナルから、特定の細胞のみを識別す
るもので、分取機能を持ったものをセルソーターと称
し、非常に高速で、多量の試料を短時間に分析可能であ
る。
また、の自動細胞識別装置は、従来、検査技師が細
胞を見ながら判定する際に用いたアルゴリズムを、画像
処理技術を利用して全て機械(コンピュータ)にやらせ
ようというもので、正確であり、従来の知見がそのまま
利用できる利点がある。
また、補体共存下で癌細胞に特異的な抗体が結合する
と補体が活性化され、細胞膜に障害を生じ、そのため位
相差顕微鏡下で、正常細胞が細胞内外の通過光に位相差
を生じて明るく見えるのに対し、細胞膜に障害を受けた
癌細胞は暗く見えることを利用し、これらの輝度差をイ
メージセンサでとらえて画像処理するものも提案されて
いる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、検体処理速度の速いフローサイトメー
ターは、組織切片や、凝集しやすい細胞試料には適用が
困難である問題点を有する。
一方、組織切片にも適用できて正確である自動細胞識
別装置による方法は、従来の細胞診と同様、Papanicola
ou法と呼ばれる20数ステップにも及ぶ煩雑な染色をせね
ばらず、操作が極めて複雑であり、コンピューターによ
る細胞の識別に時間がかかり処理可能な検体数が非常に
少ないといった欠点がある。
しかもこれらの装置は大型で非常に高価である。
また、癌細胞の細胞膜に障害を生じさせ、位相差顕微
鏡で癌細胞を検出するようにしたものは、癌細胞の検出
下限界(全細胞数に対する癌細胞の割合)がせいぜい10
%程度であると共に、きれいに分散した浮遊状態の細胞
でないと測定できず、組織切片中の癌細胞を識別・定量
することは極めて困難であった。
しかしながら一方では、将来、細胞レベルでの臨床診
断が中心となってくることが予想されることや、食品工
業を中心に品質管理のための微生物の迅速識別技術の要
望が高まっていることなどから、簡便で、迅速な細胞識
別及び定量技術は必要不可欠である。
本発明は以上のような従来法の問題点を解消するため
に提案されたもので、簡便、迅速且つ高感度に、細胞も
しくは組織レベルでの特定細胞の識別・定量が可能であ
る比較的低コストの細胞識別・定量方法を提供すること
を目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
そのために本発明の細胞識別・定量方法は、特定の細
胞の特異抗原又はレセプターを、標識物質を結合させた
モノクローナル抗体で標識し、生じた螢光又は発光をイ
メージセンサで画像信号として検出し、2値化処理した
後、細胞1個毎に螢光又は発光部分の面積及び輝度レベ
ル値を積算するようにしたこと、及び特定の細胞の特異
抗原又はレセプターを、標識物質を結合させたモノクロ
ーナル抗体で標識し、生じた螢光又は発光をイメージセ
ンサで画像信号として検出し、第1の輝度レベル以下、
及び第2の輝度レベル以上の画像信号は切り捨てて画像
処理し、組織切片中の特定細胞を識別するようにしたこ
とを特徴とする。
〔作用〕
本発明によると、特定の細胞の特異抗原又はレセプタ
ーを、標識物質を結合させたモノクローナル抗体で標識
し、生じた螢光又は発光を、特定の細胞の画像信号とし
て検出し、検出信号を画像処理することにより、きれい
に分散した浮遊状態の細胞試料のみならず、組織切片
や、凝集した細胞試料中に含まれる細胞も識別・定量す
ることができ、従来必要とされた複雑な染色も必要とせ
ず、迅速に癌等の診断が可能となる。また全細胞数を求
めることにより、混合細胞懸濁液中の特異細胞の割合を
自動的に求めることができる。
〔実施例〕
以下、実施例を図面に基づき説明する。
第1図は本発明による細胞を識別・定量するための装
置の全体構成を示す図で、図中1は螢光顕微鏡、2は励
起光源、3はミラー、4は試料、5はオートステージ、
6はSITカメラ、7はコントローラ、8はパーソナルコ
ンピュータ、9は画像処理ボード、10はRAM、11はCPU、
12はビデオモニタ、13はCRT、14はFDD、15はプリンタで
ある。
先ず、例えば肝癌細胞の表面膜上に存在する特異抗原
を、螢光色素FITCを結合させたモノクローナル抗体3C4
と免疫反応させた試料4をオートステージ5に載置し、
これに水銀灯やレーザー等の励起光源2の発光光を照射
し、抗体から得られる螢光を、イメージセンサとしての
SITカメラ6を用いて検出する。検出した画像信号は、
画像処理ボード上で2値化処理した後、"High"レベルの
画素数のみをカウントしてRAM10に記憶させ、癌細胞を
定量する。測定は1つの試料(プレパラート)に対して
コンピュータでコントロールした顕微鏡1のオートステ
ージ5をスキャンさせて200回測定した。200回の測定に
要する時間は10分程度である。
この装置で、K562細胞(非特異細胞)中の、L−10細
胞(モルモット肝癌細胞特異細胞)の識別・定量を行っ
たところ、第2図に示すように1〜2%程度まで検知可
能であった。
なお、前述の説明では標識物質として螢光色素を用い
たが、これ以外にも例えば発光を触媒するような酵素等
を標識してもよい。
またDNA螢光プローブ(DNAと特異的に結合する螢光色
素)DAPI(4′,6−Diamidino−2−phenylindol−dihy
drochlorid)、発光を生じさせるような酵素を用いて核
の染色を行うこと、或いは発光を生じさせるような酵素
プローブを用いることにより、全細胞数の測定を行うこ
とも可能であり、両者を併用することにより、混合細胞
懸濁液中の特異細胞の割合を自動的に求めることができ
る。
また前述のような抗原が細胞膜表面上に存在する場合
に限らず、本発明は、特定の細胞に由来する生体物質
を、螢光色素、或いは発光を触媒する酵素等で標識し、
生じた螢光又は発光を光電子増倍管等に導き、これを画
像処理することにより、特定の細胞を定量・識別するこ
とができ、広範囲の応用が可能となる。
以上に本発明による具体的な測定例について説明す
る。
細胞膜表面抗原及びレセプターの定量 細胞膜表面に存在する癌特異抗原の定量は、癌の進行
度を推し図る上でも重要である。細胞膜表面に存在する
特異抗原やレセプターを、螢光色素を結合させたモノク
ローナル抗体で標識した。この時、発せられる螢光の強
さは、抗体やレセプターの量と対応する。
螢光画像をイメージセンサー(SIT管)でとらえ、細
胞の部分以外を明るさ“0"のレベルにする処理を行なっ
たのち、細胞1個毎に発光部分の面積と、輝度レベル値
の演算を行った。これにより一画面上に分布する数10〜
100個程度の細胞の個々の輝度レベル積算値を一度に算
出することができ、極めて迅速に、細胞膜上の抗原の存
在量を測定することができた。
組織切片中に存在する肝癌細胞の識別・定量 組織切片を、FITC結合モノクローナル抗体で染色する
と、組織中に分布する癌細胞のみを特異的に識別でき
た。一方組織切片では非特異染色も見られ、これらは一
般に特異染色に比べて明るさが強い。従って、組織切片
の場合には、イメージセンサーを通じてとりこんだ画像
をある明るさ以下だけでなく、ある明るさ以上について
も切り捨てることが必要である。
このような画像処理をした結果、組織切片上の癌細胞
のみを画像として切り出すことが可能となる。また前述
した画像解析を用いることにより、癌細胞の発光部分の
面積と輝度レベルを細胞毎に求めて、癌細胞の存在量
と、個々の細胞の膜上の癌特異抗原の存在量とから、癌
の進行度を推定することができる。
Tリンパ球亜集団の識別・定量 Tリンパ球細胞の亜集団であるサプレッサーT細胞と
ヘルパーT細胞の存在比は、AIDS(後天性免疫不全症候
群)の診断にとって重要な指標である。サプレッサーT
細胞の細胞膜表面に存在するOKT8抗原を螢光色素FITCを
結合させたモノクローナル抗体で標識し、ヘルパーT細
胞の細胞膜表面に存在するOKT4抗原を螢光色素RITCを結
合させたモノクローナル抗体で標識した。これを螢光顕
微鏡の励起波長を変化させることによりそれぞれの細胞
数を計数した。すなわち、B2励起ではヘルパーT細胞と
サプレッサーT細胞が、G励起ではヘルパーT細胞のみ
が観察されるので、各々の細胞数を求めることができ
る。これにより、抗体に非特異的なリンパ球を含む混合
細胞懸濁液中のヘルパーT細胞、サプレッサーT細胞の
定量及び存在比の決定ができた。
病原性微生物の検出・定量 病原性酵母Candida albicansはCandida症を引き起こ
すことから、Candida albicansの分析は重要な臨床検査
項目である。通常血液中のCandida albicans濃度は10個
/ml以下であるが、異常増殖の結果104個/ml以上にもな
る。Candida albicansに特異的なモノクローナル抗体を
作成し、Candida albicansを、FITCを結合させたモノク
ローナル抗体で標識した。オートステージを移動させな
がら取り込んた500画面について、ある一定値(閾値)
以上の輝度を示す標識細胞の数をカウントすることちよ
り血液中のCandida albicansの濃度を定量することがで
きた。500回の測定に要する時間は25分程度である。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、標識物質を結合させた
モノクローナル抗体を利用した免疫反応を細胞識別に利
用することにより、きれいに分散した浮遊状態の細胞試
料のみならず、組織切片や、凝集した細胞試料中に含ま
れる特定の細胞も識別・定量することができる。これに
より、従来必要とされた複雑な染色も必要とせず、迅速
に癌等の診断が可能となる。具体的には、試料中に1〜
2%程度含まれる癌細胞が、5分程度で計測可能であ
る。特に、癌細胞の発光部分の面積と輝度レベルを細胞
毎に求めることにより、癌細胞の存在量と、個々の細胞
膜上の癌特異抗原の存在量が判るので、癌の進行度を早
期に推定することが可能となる。
また、例えばDNAと特異的に結合する螢光色素DAPIを
用いて核の染色をして全細胞数を求めることにより、混
合細胞懸濁液中の特異細胞の割合を求めることが可能と
なる。
また、二重染色法を用いることにより、混合細胞懸濁
液中に含まれるヘルパーT細胞の各々の定量と存在比を
求めることができた。これにより、AIDS(後天性免疫不
全症候群)など免疫不全に関係した症患が容易に診断可
能となる。
また本発明の方法を血液中に僅かに含まれる病原性微
生物細胞の検知・定量に適用することができた。また細
胞数を定量することにより疾病の進行度を推定すること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による細胞識別・定量を行うための装置
の全体構成を示す図、第2図は混合細胞懸濁液中の癌細
胞の割合を示す図である。 1……螢光顕微鏡、2……励起光源、3……ミラー、4
……試料、5……オートステージ、6……SITカメラ、
7……コントローラ、8……パーソナルコンピュータ、
9……画像処理ボード、10……RAM、11……CPU、12……
ビデオモニタ、13……CRT、14……FDD、15……プリンタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G06T 7/00 G06F 15/62 395

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】特定の細胞の特異抗原又はレセプターを、
    標識物質を結合させたモノクローナル抗体で標識し、生
    じた螢光又は発光をイメージセンサで画像信号として検
    出し、2値化処理した後、細胞1個毎に螢光又は発光部
    分の面積及び輝度レベル値を積算するようにしたことを
    特徴とする細胞識別・定量方法。
  2. 【請求項2】特定の細胞の特異抗原又はレセプターを、
    標識物質を結合させたモノクローナル抗体で標識し、生
    じた螢光又は発光をイメージセンサで画像信号として検
    出し、第1の輝度レベル以下、及び第2の輝度レベル以
    上の画像信号は切り捨てて画像処理し、組織切片中の特
    定細胞を識別するようにしたことを特徴とする細胞識別
    ・定量方法。
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