JP4521572B2 - 細胞の評価方法、細胞測定用システム、及び細胞測定用プログラム - Google Patents
細胞の評価方法、細胞測定用システム、及び細胞測定用プログラム Download PDFInfo
- Publication number
- JP4521572B2 JP4521572B2 JP2006547683A JP2006547683A JP4521572B2 JP 4521572 B2 JP4521572 B2 JP 4521572B2 JP 2006547683 A JP2006547683 A JP 2006547683A JP 2006547683 A JP2006547683 A JP 2006547683A JP 4521572 B2 JP4521572 B2 JP 4521572B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- chromosome
- cell
- fluorescence
- image
- stage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims description 33
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 title claims description 21
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims description 257
- 210000000349 chromosome Anatomy 0.000 claims description 138
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 64
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 44
- 238000002073 fluorescence micrograph Methods 0.000 claims description 36
- 230000022131 cell cycle Effects 0.000 claims description 25
- 230000002759 chromosomal effect Effects 0.000 claims description 17
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 15
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 claims description 14
- 238000001917 fluorescence detection Methods 0.000 claims description 13
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 13
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 12
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 12
- 241000282341 Mustela putorius furo Species 0.000 claims description 11
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 10
- 108091006047 fluorescent proteins Proteins 0.000 claims description 9
- 102000034287 fluorescent proteins Human genes 0.000 claims description 9
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 20
- 230000032823 cell division Effects 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 13
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 11
- 230000004660 morphological change Effects 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 230000000394 mitotic effect Effects 0.000 description 8
- 108010043121 Green Fluorescent Proteins Proteins 0.000 description 7
- 102000004144 Green Fluorescent Proteins Human genes 0.000 description 7
- 239000005090 green fluorescent protein Substances 0.000 description 7
- 230000016507 interphase Effects 0.000 description 6
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 5
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 5
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 5
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- KYRVNWMVYQXFEU-UHFFFAOYSA-N Nocodazole Chemical compound C1=C2NC(NC(=O)OC)=NC2=CC=C1C(=O)C1=CC=CS1 KYRVNWMVYQXFEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 229950006344 nocodazole Drugs 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 108020001507 fusion proteins Proteins 0.000 description 3
- 102000037865 fusion proteins Human genes 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 2
- 101710192074 Histone H1.2 Proteins 0.000 description 2
- 108010033040 Histones Proteins 0.000 description 2
- 210000004978 chinese hamster ovary cell Anatomy 0.000 description 2
- 230000024321 chromosome segregation Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 2
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 2
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 108091005957 yellow fluorescent proteins Proteins 0.000 description 2
- BRZYSWJRSDMWLG-DJWUNRQOSA-N (2r,3r,4r,5r)-2-[(1s,2s,3r,4s,6r)-4,6-diamino-3-[(2s,3r,4r,5s,6r)-3-amino-4,5-dihydroxy-6-[(1r)-1-hydroxyethyl]oxan-2-yl]oxy-2-hydroxycyclohexyl]oxy-5-methyl-4-(methylamino)oxane-3,5-diol Chemical compound O1C[C@@](O)(C)[C@H](NC)[C@@H](O)[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@@H]([C@@H](C)O)O2)N)[C@@H](N)C[C@H]1N BRZYSWJRSDMWLG-DJWUNRQOSA-N 0.000 description 1
- PRDFBSVERLRRMY-UHFFFAOYSA-N 2'-(4-ethoxyphenyl)-5-(4-methylpiperazin-1-yl)-2,5'-bibenzimidazole Chemical compound C1=CC(OCC)=CC=C1C1=NC2=CC=C(C=3NC4=CC(=CC=C4N=3)N3CCN(C)CC3)C=C2N1 PRDFBSVERLRRMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FWBHETKCLVMNFS-UHFFFAOYSA-N 4',6-Diamino-2-phenylindol Chemical compound C1=CC(C(=N)N)=CC=C1C1=CC2=CC=C(C(N)=N)C=C2N1 FWBHETKCLVMNFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010008342 Cervix carcinoma Diseases 0.000 description 1
- 241000699802 Cricetulus griseus Species 0.000 description 1
- 102100039855 Histone H1.2 Human genes 0.000 description 1
- 102000006947 Histones Human genes 0.000 description 1
- 206010023825 Laryngeal cancer Diseases 0.000 description 1
- 241000208125 Nicotiana Species 0.000 description 1
- 235000002637 Nicotiana tabacum Nutrition 0.000 description 1
- 101710183280 Topoisomerase Proteins 0.000 description 1
- GLNADSQYFUSGOU-GPTZEZBUSA-J Trypan blue Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].C1=C(S([O-])(=O)=O)C=C2C=C(S([O-])(=O)=O)C(/N=N/C3=CC=C(C=C3C)C=3C=C(C(=CC=3)\N=N\C=3C(=CC4=CC(=CC(N)=C4C=3O)S([O-])(=O)=O)S([O-])(=O)=O)C)=C(O)C2=C1N GLNADSQYFUSGOU-GPTZEZBUSA-J 0.000 description 1
- 208000006105 Uterine Cervical Neoplasms Diseases 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 210000004102 animal cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000002246 antineoplastic agent Substances 0.000 description 1
- 239000006285 cell suspension Substances 0.000 description 1
- 201000010881 cervical cancer Diseases 0.000 description 1
- 230000005770 chromosome separation Effects 0.000 description 1
- 210000001726 chromosome structure Anatomy 0.000 description 1
- 108010057108 condensin complexes Proteins 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005138 cryopreservation Methods 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000000857 drug effect Effects 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 238000012854 evaluation process Methods 0.000 description 1
- 239000013604 expression vector Substances 0.000 description 1
- 210000002950 fibroblast Anatomy 0.000 description 1
- 238000012921 fluorescence analysis Methods 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 1
- 210000005061 intracellular organelle Anatomy 0.000 description 1
- 206010023841 laryngeal neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 230000007721 medicinal effect Effects 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- PGSADBUBUOPOJS-UHFFFAOYSA-N neutral red Chemical compound Cl.C1=C(C)C(N)=CC2=NC3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 PGSADBUBUOPOJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000004940 nucleus Anatomy 0.000 description 1
- 210000003463 organelle Anatomy 0.000 description 1
- 210000001672 ovary Anatomy 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000001766 physiological effect Effects 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 108010054624 red fluorescent protein Proteins 0.000 description 1
- 108091008146 restriction endonucleases Proteins 0.000 description 1
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 1
- 238000004114 suspension culture Methods 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002110 toxicologic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000027 toxicology Toxicity 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
- G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
- G01N21/6458—Fluorescence microscopy
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
- C12M1/34—Measuring or testing with condition measuring or sensing means, e.g. colony counters
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N2021/6417—Spectrofluorimetric devices
- G01N2021/6423—Spectral mapping, video display
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
- G01N2021/6482—Sample cells, cuvettes
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Zoology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Hematology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
Description
本発明は、細胞の評価方法、細胞測定用システム、及び細胞測定用プログラムに関する。
細胞活性の評価は、細胞の生物、生化学的現象や性質の解明に有用であるばかりでなく、化学物質の生理活性や毒性を調べる手段としても有効であり活性評価の手法の検討がなされている。
一般的な細胞活性の評価方法として、トリパンブルーやニュートラルレッドなどの色素の細胞内への取り込み量を吸光光度計で計測し計測結果に基づいて細胞活性を評価する方法、細胞外へ漏出した脱水素酵素などの酵素の量を活性から定量し定量結果に基づいて細胞活性を評価する方法、細胞懸濁液に電極を挿入し、電極に一定電位を印加して細胞の電気的活動に由来する電流値を測定し測定結果に基づいて細胞活性を評価する方法等がある。
しかしながら、これらの方法は、細胞活性を間接的に測定し、かかる測定結果に基づいて細胞活性を評価する方法であるため、細胞活性の変化が微少である場合には検出が困難であった。さらに、細胞周期のどのステージにおいて最も影響を受けているか等、細胞活性と細胞の生物学的情報との関係を知ることは困難であった。
このような問題点を解決する方法として、細胞または細胞内小器官の形態変化を観察する方法がある。細胞の形態は細胞分裂期に変化するが、この際には、細胞内小器官である染色体の凝縮状態は特に大きく変化し、染色体の分離・分配が起こる。染色体の分離・分配は細胞分裂には必須であり、細胞活性の変化は分裂期での染色体分離に影響を及ぼすことが知られている。従って、染色体の形態変化の様子の観察結果から細胞活性を評価することが可能となる。染色体の形態変化を観察する方法として、蛍光色素を用いて染色体を可視化し、染色体の形態変化を追跡する方法が知られている（特許文献１参照）。
特開平８−１３６５３６号公報
特許文献１の方法は、細胞分裂期にある細胞数をカウントし、総数に対する百分率比を対照群と比較することにより薬効を判定する方法である。この際、染色体の蛍光画像を用いて細胞が分裂期にあるか否かを判定しているが、目視によるものであるため、信頼性を欠く上、迅速に判定することが困難である。尚、特許文献１の実施例１においては、分裂細胞の分裂段階をも判定しているが、目視によるさらなる詳細な段階の判定は、困難である上、信頼性を欠くものであると言わざるを得ない。
また、特許文献１の方法においては、蛍光色素として４’，６−ジアミジノ−２−フェニルインドール・２塩酸を用いて染色体の構成要素であるＤＮＡを染色することで染色体を可視化しているが、この蛍光色素を一般に用いられる濃度で使用すると細胞が死滅する。細胞が死滅すると、蛍光色素使用時の死んだ状態の細胞中の染色体の形態の観察は可能であるが、生細胞における染色体の形態変化を継続して観察することはできない。また、蛍光色素を用いて染色した染色体の蛍光強度は、細胞分裂ごとに半減し検出限界以下の蛍光強度に到達することから、長時間継続して観察することはできない。さらに、特許文献１の方法においては、細胞の分裂期の形態変化を追跡することにより抗癌剤の薬効を検出できるとの記載があるが、これは細胞分裂期にある細胞数をカウントし、細胞全体に対する百分率比を対照群と比較することにより薬効を判定するもので、一般に分裂期の細胞の比率が細胞全体の４％以下であることを考えると分裂期全体が影響を受ける様な大きな効果の時のみ検出可能な手法で、毒物試験や環境ホルモン試験といった微少な影響を及ぼす場合には検出が困難である。
本発明は、上述した問題点を解決するため、細胞の細胞周期におけるステージ判定を、迅速かつ高い信頼度で行うことができる方法を提供することを目的とする。さらには、細胞を死滅させることなく生きた状態でステージ判定を行うことができる方法を提供することを目的とする。また、前記細胞のステージの判定を自動で判定する細胞測定用システム、及び細胞のステージの判定をコンピュータに実行させる細胞測定用プログラムを提供することを目的とする。
本発明は、（ａ）細胞内における染色体の状態を反映する画像を取得する工程、及び、（ｂ）前記画像に基づいて、染色体の状態に対応するパラメータを算出し、前記算出の結果に基づいて前記細胞の細胞周期におけるステージを判定する工程、を有する細胞の評価方法である。
前記パラメータとして、好ましくは、染色体の円形度、染色体の丸み度、染色体の長軸と短軸の長さの比、染色体の真円度、染色体のフェレ直径、染色体とこれに近接する染色体との重心間の距離、染色体の長軸とこれに近接する核染色体の長軸との角度、またはこれらの複数を含む。本明細書でいう染色体とは、特に言及しない限り染色体群のことをいう。また、細胞分裂の間期にある染色体群は核ともいうが、本明細書でいう染色体とはこれをも含む。
上述の細胞の評価方法の好ましい一形態として、（ｃ）前記工程（ａ）の前に、前記細胞内で染色体タンパク質と蛍光を発するタンパク質との融合体を発現させる工程、を有するようにする。この場合、前記工程（ａ）における前記画像は前記細胞が発する蛍光に由来する蛍光画像である。この方法によると、細胞を死滅させることなく、染色体の状態に由来する蛍光画像を取得することができる。
上述の細胞の評価方法においは、（ｄ）前記工程（ｂ）の判定の結果に基づいて、前記細胞の活性度を評価する工程、をさらに有する方法であっても良い。
上述の細胞の評価方法の一形態においては、前記工程（ａ）において、試料中の複数の細胞に対応する画像を取得し、前記工程（ｂ）において、複数の細胞についてそれぞれ前記ステージを判定し、前記工程（ｄ）において、各ステージにある細胞数の割合を算出し、前記算出の結果に基づいて細胞の活性度を評価する。
また、上述の細胞の評価方法の一形態においては、前記工程（ａ）において、特定の細胞に対応する画像を所定時間間隔毎取得し、前記工程（ｂ）において、特定の細胞の所定時間間隔毎のステージを判定し、前記工程（ｄ）において、特定の細胞の時間変化に対するステージ変化の情報に基づいて細胞の活性度を評価する。
また、本発明は、細胞内の染色体の状態を反映する蛍光を検出する蛍光検出装置と、前記蛍光検出装置で検出した蛍光に由来する蛍光画像を取得する撮像装置と、前記撮像装置で取得した蛍光画像に基づいて染色体の状態に対応するパラメータを算出し、前記算出の結果に基づいて前記細胞の細胞周期におけるステージを判定する画像解析装置とを備える細胞測定用システムである。
上述の細胞測定用システムの一形態においては、前記蛍光検出装置は、試料中の複数の細胞に由来する蛍光を同時に検出し、前記撮像装置は、試料中の複数の細胞が発する蛍光の情報を含む蛍光画像を取得し、前記画像解析装置は、前記撮像装置により取得した蛍光画像から、各細胞に対応する蛍光画像を切出し、各細胞について細胞周期におけるステージを判定する。
上述の細胞測定用システムの一形態においては、前記撮像装置は、特定の細胞に対応する蛍光画像を所定時間間隔毎取得し、前記画像解析装置は、特定の細胞の所定時間間隔毎の細胞の細胞周期におけるステージを判定する。
また、本発明は、細胞内の染色体の状態を反映する細胞が発する蛍光を検出し、前記蛍光を蛍光画像として取得し、前記蛍光画像に基づいて染色体の状態に対応するパラメータを算出し、前記算出の結果に基づいて前記細胞の細胞周期におけるステージを判定する手順をコンピュータに実行させる細胞測定用プログラムである。さらには、上述の細胞測定用プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体である。
本発明によると、染色体の状態に対応するパラメータに基づき細胞の評価を行うので、迅速、簡便、かつ信頼性の高い評価を行うことができる。さらに、細胞の分裂期のステージに関する情報を得ることができるので、分裂期全体に影響が及ばないような微少な変化であっても検出することが可能となる。同様に、阻害物質の細胞活性への影響を低濃度であっても評価することができる。
請求項３に記載の発明によると、細胞の生死に影響を与える可能性のある化合物を細胞外部から導入することなく細胞の蛍光画像を取得することができる。すなわち、死んだ細胞ではなく、生細胞の活性を評価することが可能である。
また、本発明に係る細胞測定用システム及び細胞測定用プログラムによると、生細胞について細胞周期のステージを簡便に判定することができ、かかる判定結果は細胞の活性度を評価するために有用である。
１、１ａ 細胞測定用システム
２ 蛍光検出装置
２ａ 蛍光顕微鏡
３ 撮像装置
３ａ ビデオカメラ
４ 画像解析装置
４ａ パーソナルコンピュータ
５ 出力装置
５ａ モニター
６ 入力装置
６ａ キーボード
６ｂ マウス
７ 補助記憶装置
８ プログラム記憶媒体
４１ 制御部
４２ 記憶部
２ 蛍光検出装置
２ａ 蛍光顕微鏡
３ 撮像装置
３ａ ビデオカメラ
４ 画像解析装置
４ａ パーソナルコンピュータ
５ 出力装置
５ａ モニター
６ 入力装置
６ａ キーボード
６ｂ マウス
７ 補助記憶装置
８ プログラム記憶媒体
４１ 制御部
４２ 記憶部
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明の細胞の評価方法は、細胞内における染色体の状態を反映する画像を取得し、前記画像に基づいて、染色体の状態に対応するパラメータを算出し、前記算出の結果に基づいて前記細胞の細胞周期におけるステージを判定する細胞の評価方法である。かかる評価に基づき、細胞の活性の評価を行うことができる。
細胞内における染色体の状態を反映する画像を取得する方法としては公知の種々の方法を採用し得るが、好ましい方法の一つとして、前記細胞内で染色体タンパク質と蛍光を発するタンパク質との融合体を発現させ、前記細胞が発する蛍光を蛍光画像として取得する方法が挙げられる。この方法によると、細胞外部から細胞に毒性を及ぼす可能性のある化合物を導入する必要がなく、容易に生細胞を評価対象とすることが可能である。以下、本方法を採用する場合について説明する。
評価対象の細胞としては、蛍光タンパク質を導入しても死滅せず、細胞分裂活性を持ち、前記融合体が正常に染色体上に局在する細胞とする。本発明に係る方法は、例えば、ヒト子宮頸癌細胞であるＨｅＬａ細胞、チャイニーズハムスター卵巣繊維芽細胞であるＣＨＯ細胞、タバコ懸濁培養細胞であるＢＹ−２細胞、ヒト喉頭癌由来細胞であるＨｅｐ細胞などの評価に用いられる。
前記染色体タンパク質としては、細胞分裂期に染色体への局在を示すものであり、蛍光タンパク質の付加により前記局在が変化しない染色体タンパク質とする。例えば、ヒストン、コンデンシン、トポイソメラーゼが好ましく用いられる。
前記蛍光タンパク質としては、緑色蛍光タンパク質（ＧＦＰ）、黄色蛍光タンパク質（ＹＦＰ）、赤色蛍光タンパク質（ｄｓＲｅｄ）、及びこれらの改変体等が挙げられる。
染色体タンパク質と蛍光タンパク質との融合体を発現する細胞の構築方法としては、公知の方法が挙げられる。
染色体は、ＤＮＡと染色体タンパク質から構築されているため、ＤＮＡの蛍光画像より染色体の凝縮度や形態変化に関する情報を得ることができる。一方、染色体タンパク質を直接観察することは難しいが、本実施形態のように染色体タンパク質と融合させた蛍光タンパク質の蛍光画像よりＤＮＡの蛍光画像と同じく染色体の凝縮度や形態変化に関する情報を得ることができる。以下は、このことを示す実験例である。
図１は、ＨｅＬａ細胞の細胞周期の各ステージにおける蛍光顕微鏡像を示す。本明細書においては、細胞周期を間期と分裂期とに分け、さらに分裂期を前期、前中期、中期、後期、終期のステージに分けることとする。図１においては、間期、前中期、中期、後期の蛍光顕微鏡像を示す。図１の蛍光顕微鏡像を取得する実験においては、ＧＦＰ−ヒストンＨ１融合体を細胞内で発現させるとともに、細胞内のＤＮＡをヘキスト（Ｈｏｅｃｈｓｔ３３３４２）で染色した。図１（ａ）は、ヘキストを励起してヘキストの蛍光波長に対応するフィルターを通して取得した蛍光顕微鏡像、すなわちＤＮＡの蛍光顕微鏡像である。図１（ｂ）は、ＧＦＰを励起してＧＦＰの蛍光波長に対応するフィルターを通して取得した蛍光顕微鏡像である。図１（ｃ）は、図１（ａ）の蛍光顕微鏡像と図１（ｂ）の蛍光顕微鏡像とを重ね合わせた蛍光顕微鏡像である。図１（ａ）の蛍光顕微鏡像と、図１（ｂ）の蛍光顕微鏡像がほぼ一致することがわかる。すなわち、染色体はＤＮＡと染色体タンパク質から構築されているため、ＤＮＡの蛍光顕微鏡像を得ることにより染色体の凝縮度や形態変化を知ることができるが、ＧＦＰの蛍光顕微鏡像からも染色体の凝縮度や形態変化を知ることができる。
尚、染色体の凝縮度や形態変化の情報は、細胞の細胞周期におけるステージを判定するのに有用である。本発明者は、染色体の凝縮度や形態変化等の染色体の状態に関する情報を数値化して得ることにより、細胞の細胞周期におけるステージ判定を簡便、迅速、正確に行うことができると考え、染色体の状態に対応する種々のパラメータを探索し、細胞の細胞分裂におけるステージ判定に有用なパラメータを検討した。検討の結果、染色体の円形度、染色体の丸み度、染色体とこれに近接する染色体との重心間距離、染色体の長軸とこれに近接する染色体の長軸との角度、染色体の長軸と短軸の比、染色体の真円度、及び染色体のフェレ直径は、有効なパラメータとして利用できることを見出した。また、これらを適宜選択し組み合わせて判定材料とすることにより、染色体の状態に関するより詳細な情報が得られることがわかった。
下記の実施例においては、これらのパラメータの複数を判定材料として用いることにより細胞の細胞周期におけるステージを判定している。しかしながら、これらのパラメータに基づく判定に限定されることはない。本実施形態において、染色体に関する各パラメータを算出する際には、染色体群の輪郭を外周とする図形を染色体に対応する図形とみなしている。すなわち、染色体群の輪郭を外周とする図形の円形度、丸み度等を染色体の円形度、丸み度等としている。
本明細書でいう染色体の円形度とは面積の４π倍値を外周長の２乗値で割った値のことである。染色体の丸み度とは長軸の長さを０．５乗した値をπ倍した値で面積の４倍値を割った値のことである。近接する染色体とは、対象となる染色体との重心間距離が最小となる染色体をいう。染色体の長軸と近接する染色体の長軸の角度とは、それぞれの染色体の図形に最も近い楕円を想定し算出した長軸間の最小角度のことである。染色体の長軸と短軸の比とは、染色体の図形に最も近い楕円を想定し算出した長軸と短軸の比のことである。染色体の真円度とは、理想的な真円からの偏差を示す値で、２つの同心円ではさんだ時、同心円の半径の差が最小になる中心に対して測定した最大半径と最小半径との差をいう。染色体のフェレ直径とは、染色体の図形の外周上に２つの点を想定したとき、２点間の距離が最大になる長さをいう。
次に、細胞の細胞周期におけるステージの判定結果に基づいて、細胞の活性度を評価する本発明における方法の具体例について説明する。例えば、同一試料内に含まれる複数の細胞を対象として各細胞について細胞周期におけるステージを判定し、全体の細胞数に対する各ステージにある細胞の数の割合を求め（以下、「カウントモード」とも称す）、その割合から細胞の活性度を評価する方法、特定の細胞（単数であっても複数であってもよい）について時間変化に対するステージの移行の様子を検出し（以下、「タイムラプスモード」とも称す）、その検出結果から細胞の活性度を評価する方法が挙げられる。複数の方法を組み合わせても良い。これらのいずれの方法も、対照のデータとの比較により細胞の活性度を評価する。例えば、細胞の試薬応答性を検出するために本発明に係る細胞の活性評価方法を適用する場合について説明する。カウントモードによる場合は、試薬に接触させた細胞に関し全体の細胞数に対する各ステージにある細胞の数の割合を求め、かかる割合に基づく細胞分布グラフを作成し、試薬への接触を行わない細胞に関する細胞分布グラフと比較する。細胞分布グラフに有意な差が生じている場合には、試薬により細胞が何らかの影響を受けていることがわかる。例えば間期にある細胞の割合が増大し、分裂期にある細胞の割合が減少した場合には、細胞の細胞分裂活性が低下していることがわかる。
上述の細胞の細胞周期におけるステージの判定工程、続く細胞の活性度の評価工程は、自動で行う装置によっても、観察者が目視で行っても良い。下記の実施例において、細胞の細胞周期におけるステージの判定を、自動細胞測定用システムにより行い、続く細胞活性度の評価工程を観察者が目視で行う場合を示す。
［自動細胞測定用システム］
以下、本実施例に係る細胞測定用システムについて説明する。
以下、本実施例に係る細胞測定用システムについて説明する。
図２は、本実例における細胞測定用システム１の電気的構成を示すブロック図である。本実施例における細胞測定用システム１は、蛍光を検出する蛍光検出装置２と、蛍光検出装置２で検出された蛍光に由来する蛍光画像を撮像する撮像装置３と、撮像装置３にて撮像された蛍光画像を解析する画像解析装置４と、画像解析装置４での解析結果が出力される出力装置５と、各種操作を行うための入力装置６とからなる。画像解析装置４は、制御部４１と記憶部４２とを備え、後述の処理を実行する細胞ステージ判定プログラムが記憶部４２に格納され、制御部４１にて当該プログラムに従って画像解析等を行うとともに各装置を制御する。
図３は、図２に示す細胞測定用システムの外観構成の一例を模式的に示す図である。図３の細胞測定用システム１ａは、蛍光を検出する蛍光顕微鏡２ａと、蛍光顕微鏡２ａで検出される蛍光を蛍光画像として撮像するビデオカメラ３ａと、ビデオカメラ３ａにて撮像された蛍光画像を解析するパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと称する）４ａと、ＰＣ４ａでの解析結果が出力されるモニター５ａと、各種操作を行うためのキーボード６ａ及びマウス６ｂとからなる。細胞周期のステージ判定の際には、蛍光顕微鏡２ａの載置台に試料が載置される。
細胞測定用システム１における蛍光検出装置２としては、試料から発せられる蛍光の強度を検出できる装置であれば良く、蛍光顕微鏡２ａが好ましく用いられ、その他蛍光スキャナを用いることもできる。撮像装置３には、例えば、蛍光検出装置２からの画像信号を２次元白黒画像として撮像するビデオカメラ３ａを用いることができる。画像解析装置４は、一定間隔ごとの撮像画面を実時間で処理できる画像処理回路、並びにＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびＩ／Ｏポートからなるマイクロコンピュータで構成できる。画像解析装置４は、例えばＰＣ４ａで構成することも可能である。画像解析装置４の記憶部４２はＲＯＭやＲＡＭで構成され解析用プログラムが記憶されているが、フロッピー（登録商標）ディスクやＣＤ−ＲＯＭ等のプログラム記録媒体８に記憶された解析用プログラムを、プログラム記録媒体８を機械的に読取・書込する装置（フロッピー（登録商標）ディスクドライブやＣＤ−ＲＯＭドライブ等）である補助記憶装置７を介して記憶部４２に読み込むようにしても良い。出力装置５には、例えばＣＲＴや液晶ディスプレイに表示するようなモニター５ａや、レーザプリンタのように紙に印刷する印刷装置を用いることができる。入力装置６には、キーボード６ａやマウス６ｂ等を用いることができる。
図４は、細胞測定用システム１における処理手順を示す図である。尚、細胞測定用システム１における制御が開始される前に、操作者はタイムラプスモード、カウントモードのいずれかを入力装置６を用いて選択する。また、タイムラプスモードを選択した場合は、追跡時間を入力する。また、試料を蛍光検出装置２にセットする。まず、ステップＳ１において、蛍光検出装置２で検出した蛍光に由来する蛍光画像を撮像し、この蛍光画像を画像データとして取り込む。つづくステップＳ２にて画像データから細胞画像の切出しを行い、切出した細胞画像を画像解析装置４の記憶部４２の画像メモリに格納する。通常、一つの試料に複数個の細胞が含まれるが、このステップＳ２においては、各細胞にＮｏ．１から順に識別番号を付し、切出した各細胞画像を識別番号と対応させて画像メモリに格納する。この際、各細胞の染色体の重心の割り出しも行い、識別番号に対応させて重心位置を画像メモリに格納する。細胞分裂期の後期及び終期にある細胞については、一つの細胞内に二つの染色体画像が存在することになるが、この場合は各染色体画像に対応する重心を割り出し画像メモリに格納する。尚、二つの染色体画像の重心間距離が所定値より小さい場合は、当該二つの染色体画像は一つの細胞に由来するものと判断する処理を行い、かかる判断に基づき細胞画像の切り出しを行っても良い。次にステップＳ３にて、各細胞のステージ判定を行う。
図５は、ステップＳ３における各細胞のステージ判定の具体的な処理手順を示す図である。尚、図５は、ＧＦＰ−ヒストンＨ１融合体を発現している細胞である場合の制御手順を示す。細胞測定用システム１の好ましい態様は、細胞の種類に応じて各パラメータについて判定基準となる数値が選択されるように構成されているものとする。図５に示すように、ステージ判定を開始すると、まず識別番号Ｎｏ．１の細胞画像に基づいて識別番号Ｎｏ．１の細胞に関し、以下の処理を行う。
まずステップＳ１０１にて円形度を計算する。そして、ステップＳ１０２にて円形度が０．８以下であるかを判定し、違う場合（ＮＯ）はステップＳ１１２にて細胞のステージを間期と判定する。ステップＳ１０１における円形度の基準値として、ここでは０．８を採用したが、０．６０〜０．９９の範囲内の数値を好ましく用いることができる。円形度が０．８以下である場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１０３にて染色体とこれに近接する染色体との重心間の距離を計算する。近接する染色体は、同一細胞内の染色体である場合も、異なる細胞の染色体である場合もある。そして、ステップＳ１０４にてステップＳ１０３にて計算した染色体の重心間の距離が基準値以上かを判定する。ステップＳ１０４にて基準値以上でない場合（ＮＯ）はステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０４における基準値は、使用する細胞ごとに定める。例えば、ＨｅＬａ細胞を用いた場合は、好ましくは１５〜２１μｍの範囲内の値、特に好ましくは１８μｍ、ＣＨＯ細胞を用いた場合は、好ましくは１４〜２０μｍの範囲内の値、特に好ましくは１７μｍ、ＢＹ−２細胞を用いた場合は、好ましくは１７〜２３μｍの範囲内の値、特に好ましくは２０μｍの基準値を用いることができる。一方、ステップＳ１０３で計算した重心間の距離が基準値以上である場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１０５にて染色体の長軸とこれに近接する染色体の長軸との角度を計算する。
ステップＳ１０６にてＳ１０５で計算した角度が２０度以上であるかを判定し、違う場合（ＮＯ）はステップＳ１０７へ進む。一方、Ｓ１０５で計算した角度が２０度以上である場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１０９へ進む。ステップＳ１０７では染色体丸み度を計算する。ステップＳ１０８では、さらに丸み度が０．５以上であるかを判定する。丸み度が０．５以上である場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１１５にて細胞のステージを終期と判定する。丸み度が０．５以上でない場合（ＮＯ）は、ステップＳ１１４にて細胞のステージを後期と判定する。
ステップＳ１０９では、染色体の長軸と短軸の比（長軸／短軸）を計算し、ステップＳ１１０では長軸／短軸が１．５以上であるかを判定し、違う場合（ＮＯ）はステップＳ１１６にて細胞のステージを前期と判定する。長軸／短軸が１．５以上である場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１１１で染色体の丸み度を計算し、ステップＳ１１２にて丸み度が０．５以上であるかを判定する。丸み度が０．５以上でない場合（ＮＯ）は、ステップＳ１１７にて細胞のステージを中期と判定する。丸み度が０．５以上である場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１１８にて細胞のステージを前中期と判定する。
ステップＳ１１３、Ｓ１１４、Ｓ１１５、Ｓ１１６、Ｓ１１７、Ｓ１１８のいずれかで細胞のステージを判定の後、ステップＳ１１９にて、判定結果を細胞の識別番号と対応させて記憶部４２に格納し、ステップＳ１２０へ進む。ステップＳ１２０では、全ての細胞画像について判定が終了したかを判定し、終了していない場合（ＮＯ）は、再びステップＳ１０１に戻り、次の識別番号の細胞について上記と同様の処理を行う。全ての細胞画像について判定が終了している場合（ＹＥＳ）は、ステージ判定の処理を終了する。尚、ステップＳ１０７では、後期又は終期にある細胞についての染色体の丸み度を計算することになるため、通常一つの細胞画像に二つの染色体画像が含まれるが、ここでの丸み度は二つの染色体画像の平均値であっても良いし、一つの染色体画像のデータに基づくものであっても良い。ステップＳ１０１においても、一つの細胞画像に二つの染色体画像が含まれる場合については、同様とする。
図４に戻って、ステップＳ３にてステージ判定が終了すると、ステップＳ４にて判定結果を表示する。尚、出力装置５としてモニター５ａを使用した場合は、ステップＳ４に示すように判定結果をモニターに表示するが、例えば出力装置５として印刷装置を用いる場合は判定結果を印刷する。図６は、ステップＳ４における判定結果の表示の一例を示す図である。図６では、各ステージにある細胞の割合を円グラフで表わしている。ステップＳ３にて、全ての細胞のステージ判定が終了しているので、かかるステージ判定の結果に基づいて、例えば図６に示すように、各ステージにある細胞数の割合を円グラフで表すことができる。
次に、ステップＳ５にて、操作者により設定されたモードがタイムラプスモードであるか、カウントモードであるかを判別し、カウントモードである場合は、処理を終了する。一方、タイムラプスモードである場合は、ステップＳ６において、設定された追跡時間が経過したかを判定する。経過していない場合（ＮＯ）は、ステップＳ１に戻り同様の処理を行う。尚、ステップＳ１における撮像は、所定時間毎に行われるように設定されており、例えば１秒に１回行われるように設定されている。ステップＳ６にて、設定時間が経過していると判定された場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ７に進み、全細胞についてタイムラプス解析を行う。そして、タイムラプス解析結果に基づいて、分裂期の全工程を経た細胞を判定し、これらの細胞についてのみ、ステップＳ８にて分裂期部分のタイムラプス解析結果を表示する。また、ステップＳ８にて、これらの細胞のタイムラプス解析結果の平均値を表示する。
図４の処理において、カウントモードの場合、ステップＳ４にて表示される判定結果と、対照となる細胞のデータとを比較することにより、対象の活性の程度（例えば、対象が活性であるか否か）を操作者が目視で判定することができる。尚、画像解析装置４において、対照との比較が自動でなされ、活性の程度が自動で判定されるようにしてもよい。
図４の処理において、タイムラプスモードの場合、ステップＳ８にて表示される判定結果と、対照となる細胞のデータとを比較することにより、対象の活性の程度（例えば、対象が活性であるか否か）を操作者が目視で判定することができる。尚、画像解析装置４において、対照との比較が自動でなされ、活性の程度が自動で判定されるようにしてもよい。また、タイムラプスモードにおいては、上述のカウントモードと同様に、ステップＳ４にて表示される判定結果に基づいて対象の活性度の判定を行うこともできる。
以下、図４のフローチャートのステップＳ３における処理が、図５に示すフローチャートに従った処理とは異なる実施例について説明する。本実施例においては、ステップＳ３における処理のみ上述の例と異なり、他の部分は共通であるため、共通部分については説明を省略する。
図７は、図４のフローチャートのステップＳ３における各細胞のステージ判定の本実施例における具体的な処理手順を示す図である。尚、図７は、評価対象の細胞がＨｅＬａ細胞である場合の制御手順を示す。図７に示すように、ステージ判定を開始すると、まず識別番号Ｎｏ．１の細胞画像に基づいて識別番号Ｎｏ．１の細胞に関し、以下の処理を行う。ステップＳ２０１にて真円度を計算する。そして、ステップＳ２０２にて真円度が０．８７５以下であるかを判定し、違う場合（ＮＯ）はステップＳ２１２にて細胞のステージを間期と判定する。真円度が０．８７５以下である場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ２０３にて染色体とこれに近接する染色体との重心間の距離を計算する。そして、ステップＳ２０４で、ステップＳ２０３で計算した重心間の距離が１７μｍ以上かを判定し、違う場合（ＮＯ）はステップＳ２０７へ進む。一方、ステップＳ２０３で計算した重心間の距離が１７μｍ以上である場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ２０５にて染色体の長軸とこれに近接する染色体の長軸との角度を計算する。そして、ステップＳ２０６で、ステップＳ２０５で計算した角度が２０度以上であるかを判定し、違う場合（ＮＯ）はステップＳ２０７へ進む。一方、ステップＳ２０５で計算した角度が２０度以上である場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ２０８へ進む。
ステップＳ２０７では、ステップＳ２０３で計算した重心間の距離が１２μｍ以上であるかを判定する。重心間の距離が１２μｍ以上である場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ２１４にて細胞のステージを終期と判定する。分裂期染色体の重心間の距離が１２μｍ以上でない場合（ＮＯ）は、ステップＳ２１３にて細胞のステージを後期と判定する。ステップＳ２０８では、染色体の長軸と短軸の比（長軸／短軸）を計算し、ステップＳ２０９では長軸／短軸が２．３以下であるかを判定し、違う場合（ＮＯ）はステップＳ２１５にて細胞のステージを中期と判定する。長軸／短軸が２．３以下である場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ２１０で染色体のフェレ直径を計算し、ステップＳ２１１にてフェレ直径が１７μｍ以上であるかを判定する。フェレ直径が１７μｍ以上でない場合（ＮＯ）は、ステップＳ２１６にて細胞のステージを前期と判定する。フェレ直径が１７μｍ以上である場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ２１７にて細胞のステージを前中期と判定する。ステップＳ２１２、Ｓ２１３、Ｓ２１４、Ｓ２１５、Ｓ２１６、Ｓ２１７のいずれかで細胞のステージを判定の後、ステップＳ２１８にて、細胞の識別番号と対応させて判定結果を記憶部４２に格納し、ステップＳ２１９へ進む。ステップＳ２１９では、全ての細胞画像について判定が終了したかを判定し、終了していない場合（ＮＯ）は、再びステップＳ２０１に戻り、次の識別番号の細胞について上記と同様の処理を行う。全ての細胞画像について判定が終了している場合（ＹＥＳ）は、ステージ判定の処理を終了する。尚、ステップＳ２０１においては、一つの細胞画像に二つの染色体画像が含まれることがあるが、この場合、二つの染色体画像の平均値であっても良いし、一つの染色体画像のデータに基づくものであっても良い。
［実験］
１．ＧＦＰ−ヒストンＨ１発現ＨｅＬａ細胞の構築
染色体はＤＮＡと染色体タンパク質から構成されるが、本実施例で、主要な染色体タンパク質であるヒストンＨ１を蛍光タンパク質であるＧＦＰと融合させることで生細胞における染色体の可視化をほぼ全ての組織で恒常的に発現している（Ｍｅｅｒｇａｎｓ ｅｔ ａｌ．，１９９７）ヒストンＨ１．２を選択した。
［実験］
１．ＧＦＰ−ヒストンＨ１発現ＨｅＬａ細胞の構築
染色体はＤＮＡと染色体タンパク質から構成されるが、本実施例で、主要な染色体タンパク質であるヒストンＨ１を蛍光タンパク質であるＧＦＰと融合させることで生細胞における染色体の可視化をほぼ全ての組織で恒常的に発現している（Ｍｅｅｒｇａｎｓ ｅｔ ａｌ．，１９９７）ヒストンＨ１．２を選択した。
ヒストンＨ１．２遺伝子をＰＣＲによりヒトゲノムより獲得しｐＵＣ１８にサブクローニング後、制限酵素処理による切り出しを経て動物細胞におけるＧＦＰ融合タンパク質発現ベクターであるｐＥＧＦＰ−Ｃ１（Ｃｌｏｎｔｅｃｈ社）へのクローニングを行った。
構築したベクターをリポフェクトアミン（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ社）によりＨｅＬａ細胞に導入した。抗生物質Ｇ４１８（最終濃度８００ｍｇ／ｍＬ）による形質転換体の選択を行った。選抜されたクローンは４回継代（各回１／１０濃度に希釈）を行っても全ての細胞で融合タンパク質の発現が確認されたことから、恒常的にＧＦＰ−ヒストンＨ１融合タンパク質を発現するクローンと判断した。更に、本クローンは液体窒素中における凍結保存、融解を行った後でも融合遺伝子の発現能力を維持していることを確認した。
２．染色体構造変化識別法による細胞活性評価
ＧＦＰ−ヒストンＨ１発現ＨｅＬａ細胞について、上述の細胞測定用システムの内、図４におけるステップＳ３のステージ判定に図７に示すフローチャートを採用したシステムにより、タイムラプスモードにて測定を行った。図８は、図４のステップＳ８における平均値をタイムラプス解析結果として示す。図８（ａ）は対照のタイムラプス解析結果、図８（ｂ）は中期阻害剤ノコダゾールを１５ｎｇ／ｍｌの最終濃度で添加した対象のタイムラプス解析結果、図８（ｃ）は中期阻害剤ノコダゾールを１５０ｎｇ／ｍｌの最終濃度で添加した対象のタイムラプス解析結果を示す。尚、図８（ａ）〜（ｃ）において、横軸は時間を表し、Ｐ１は間期、Ｐ２は前期、Ｐ３は前中期、Ｐ４は中期、Ｐ５は後期、Ｐ６は終期を表す。図８（ｃ）より、中期阻害剤ノコダゾールを１５０ｎｇ／ｍｌの最終濃度で添加すると、前中期で細胞分裂が停止した状態であることがわかる。また図８（ｂ）より、中期阻害剤ノコダゾールを１５ｎｇ／ｍｌの最終濃度で添加すると、前中期が遅延したことがわかる。この様に細胞活性の低下を細胞分裂期の特定のステージにある時間の変化として捉えることができ、従来の固定細胞による細胞活性評価法では検出できなかった様な低濃度における阻害物質の細胞活性への影響を評価することが可能になったことを示している。
ＧＦＰ−ヒストンＨ１発現ＨｅＬａ細胞について、上述の細胞測定用システムの内、図４におけるステップＳ３のステージ判定に図７に示すフローチャートを採用したシステムにより、タイムラプスモードにて測定を行った。図８は、図４のステップＳ８における平均値をタイムラプス解析結果として示す。図８（ａ）は対照のタイムラプス解析結果、図８（ｂ）は中期阻害剤ノコダゾールを１５ｎｇ／ｍｌの最終濃度で添加した対象のタイムラプス解析結果、図８（ｃ）は中期阻害剤ノコダゾールを１５０ｎｇ／ｍｌの最終濃度で添加した対象のタイムラプス解析結果を示す。尚、図８（ａ）〜（ｃ）において、横軸は時間を表し、Ｐ１は間期、Ｐ２は前期、Ｐ３は前中期、Ｐ４は中期、Ｐ５は後期、Ｐ６は終期を表す。図８（ｃ）より、中期阻害剤ノコダゾールを１５０ｎｇ／ｍｌの最終濃度で添加すると、前中期で細胞分裂が停止した状態であることがわかる。また図８（ｂ）より、中期阻害剤ノコダゾールを１５ｎｇ／ｍｌの最終濃度で添加すると、前中期が遅延したことがわかる。この様に細胞活性の低下を細胞分裂期の特定のステージにある時間の変化として捉えることができ、従来の固定細胞による細胞活性評価法では検出できなかった様な低濃度における阻害物質の細胞活性への影響を評価することが可能になったことを示している。
本発明に係る細胞の評価方法、細胞測定用システム、及び細胞測定用プログラムは、毒物試験、環境ホルモン試験、薬品応答性試験等に有用である。
Claims (9)
- （ａ）特定の生細胞内における染色体の状態を反映する画像を所定時間間隔毎取得する工程、及び、
（ｂ）前記画像に基づいて、染色体の状態に対応するパラメータを算出し、前記算出の結果に基づいて前記特定の生細胞の細胞周期における所定時間間隔毎のステージを判定する工程、を有し、
前記パラメータとして、染色体の円形度、染色体の丸み度、染色体の長軸と短軸の長さの比、染色体の真円度、染色体のフェレ直径、染色体とこれに近接する染色体との重心間の距離、染色体の長軸とこれに近接する染色体の長軸との角度、またはこれらの複数を含む、細胞の評価方法。 - （ｃ）前記工程（ａ）の前に、前記細胞内で染色体タンパク質と蛍光を発するタンパク質との融合体を発現させる工程、を有し、
前記工程（ａ）において、前記画像は前記細胞が発する蛍光に由来する蛍光画像である、請求項１に記載の細胞の評価方法。 - （ｄ）前記工程（ｂ）の判定の結果に基づいて、前記細胞の活性度を評価する工程、をさらに有する請求項１又は２に記載の細胞の評価方法。
- 前記工程（ａ）において、試料中の複数の細胞に対応する画像を取得し、
前記工程（ｂ）において、複数の細胞についてそれぞれ前記ステージを判定し、
前記工程（ｄ）において、各ステージにある細胞数の割合を算出し、前記算出の結果に基づいて細胞の活性度を評価する、請求項３に記載の細胞の評価方法。 - 前記工程（ｄ）において、特定の細胞の時間変化に対するステージ変化の情報に基づいて細胞の活性度を評価する、請求項３に記載の細胞の評価方法。
- 特定の生細胞内の染色体の状態を反映する蛍光を検出する蛍光検出装置と、前記蛍光検出装置で検出した蛍光に由来する蛍光画像を所定時間間隔取得する撮像装置と、前記撮像装置で取得した蛍光画像に基づいて染色体の状態に対応するパラメータを算出し、前記算出の結果に基づいて前記特定の生細胞の細胞周期における所定時間間隔毎のステージを判定する画像解析装置とを備え、
前記パラメータとして、染色体の円形度、染色体の丸み度、染色体の長軸と短軸の長さの比、染色体の真円度、染色体のフェレ直径、染色体とこれに近接する染色体との重心間の距離、染色体の長軸とこれに近接する染色体の長軸との角度、またはこれらの複数を含む、細胞測定用システム。 - 前記蛍光検出装置は、試料中の複数の細胞に由来する蛍光を同時に検出し、
前記撮像装置は、試料中の複数の細胞が発する蛍光の情報を含む蛍光画像を取得し、
前記画像解析装置は、前記撮像装置により取得した蛍光画像から、各細胞に対応する蛍光画像を切出し、各細胞について細胞周期におけるステージを判定する、請求項６に記載の細胞測定用システム。 - 特定の生細胞内の染色体の状態を反映する蛍光を検出し、前記蛍光を蛍光画像として所定時間間隔取得し、前記蛍光画像に基づいて染色体の状態に対応するパラメータを算出し、前記算出の結果に基づいて前記特定の生細胞の細胞周期における所定時間間隔毎のステージを判定する手順をコンピュータに実行させ、
前記パラメータとして、染色体の円形度、染色体の丸み度、染色体の長軸と短軸の長さの比、染色体の真円度、染色体のフェレ直径、染色体とこれに近接する染色体との重心間の距離、染色体の長軸とこれに近接する染色体の長軸との角度、またはこれらの複数を含む、細胞測定用プログラム。 - 特定の生細胞内内の染色体の状態を反映する蛍光を検出し、前記蛍光を蛍光画像として所定時間間隔取得し、前記蛍光画像に基づいて染色体の状態に対応するパラメータを算出し、前記算出の結果に基づいて前記特定の生細胞の細胞周期における所定時間間隔毎のステージを判定する手順をコンピュータに実行させ、
前記パラメータとして、染色体の円形度、染色体の丸み度、染色体の長軸と短軸の長さの比、染色体の真円度、染色体のフェレ直径、染色体とこれに近接する染色体との重心間の距離、染色体の長軸とこれに近接する染色体の長軸との角度、またはこれらの複数を含む、細胞測定用プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004355235 | 2004-12-08 | ||
| JP2004355235 | 2004-12-08 | ||
| PCT/JP2005/019517 WO2006061958A1 (ja) | 2004-12-08 | 2005-10-24 | 細胞の評価方法、細胞測定用システム、及び細胞測定用プログラム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2006061958A1 JPWO2006061958A1 (ja) | 2008-06-05 |
| JP4521572B2 true JP4521572B2 (ja) | 2010-08-11 |
Family
ID=36577789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006547683A Expired - Fee Related JP4521572B2 (ja) | 2004-12-08 | 2005-10-24 | 細胞の評価方法、細胞測定用システム、及び細胞測定用プログラム |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20090232381A1 (ja) |
| EP (1) | EP1829976A4 (ja) |
| JP (1) | JP4521572B2 (ja) |
| KR (1) | KR20070086024A (ja) |
| CN (1) | CN101072881B (ja) |
| WO (1) | WO2006061958A1 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008164551A (ja) * | 2006-12-29 | 2008-07-17 | Osaka Univ | 細胞の評価方法、細胞測定用システム、及び細胞測定用プログラム |
| EP2270198A4 (en) * | 2008-03-24 | 2013-03-27 | Nikon Corp | PICTURE ANALYSIS METHOD FOR CELL OBSERVATION, PICTURE PROCESSING PROGRAM AND PICTURE PROCESSING DEVICE |
| JP5301232B2 (ja) * | 2008-09-30 | 2013-09-25 | シスメックス株式会社 | 血球画像表示装置、検体分析システム、血球画像表示方法、及びコンピュータプログラム |
| JP5438962B2 (ja) * | 2008-12-25 | 2014-03-12 | シスメックス株式会社 | 細胞画像表示装置 |
| WO2012178069A1 (en) * | 2011-06-22 | 2012-12-27 | The Johns Hopkins University | System and device for characterizing cells |
| JP5861428B2 (ja) * | 2011-12-08 | 2016-02-16 | 大日本印刷株式会社 | 細胞挙動検出装置、細胞挙動検出方法、及びプログラム |
| KR101363791B1 (ko) * | 2012-03-30 | 2014-02-20 | 고려대학교 산학협력단 | 세포 활성도 측정 장치 및 세포 활성도 분석 방법 |
| JP2013230145A (ja) * | 2012-04-30 | 2013-11-14 | Masahiko Sato | 細胞集団の状態を評価するための方法、候補化合物の発癌性を評価するための方法、潜在的な抗癌化合物の抗癌活性を評価するための方法及び治療用細胞集団の品質を評価するための方法 |
| KR101590508B1 (ko) | 2013-07-11 | 2016-02-01 | 한국생명공학연구원 | 세포 생존량 측정 방법 및 이를 위한 장치 |
| JP6312123B2 (ja) * | 2013-11-19 | 2018-04-18 | 国立大学法人京都大学 | 細胞判定方法、細胞判定装置及び細胞判定プログラム |
| CN106190945A (zh) * | 2015-05-05 | 2016-12-07 | 深圳华大基因研究院 | 自动识别稀有细胞的方法及系统 |
| CN110520518A (zh) * | 2017-04-20 | 2019-11-29 | 雅马哈发动机株式会社 | 细胞处理装置 |
| CN112991306B (zh) * | 2021-03-25 | 2022-04-22 | 华南理工大学 | 一种基于图像处理的卵裂期胚胎细胞位置分割和计数方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002047032A1 (en) * | 2000-12-04 | 2002-06-13 | Cytokinetics, Inc. | Classifying cells based on information contained in cell images |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3836716A1 (de) * | 1988-10-28 | 1990-05-03 | Zeiss Carl Fa | Verfahren zur auswertung von zellbildern |
| US6716588B2 (en) * | 1999-12-09 | 2004-04-06 | Cellomics, Inc. | System for cell-based screening |
| JP2001330604A (ja) * | 2000-05-18 | 2001-11-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 薬物候補物質の検出システムおよび検出方法 |
| JP2002142800A (ja) * | 2000-11-13 | 2002-05-21 | Olympus Optical Co Ltd | 細胞の形態解析方法および記憶媒体 |
| JP2004061403A (ja) * | 2002-07-31 | 2004-02-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 細胞画像解析装置および細胞画像解析方法 |
| JP2004070702A (ja) * | 2002-08-07 | 2004-03-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 細胞画像撮影装置、細胞画像撮影方法、プログラムおよび記憶媒体 |
-
2005
- 2005-10-24 CN CN2005800422549A patent/CN101072881B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2005-10-24 EP EP05805120A patent/EP1829976A4/en not_active Withdrawn
- 2005-10-24 WO PCT/JP2005/019517 patent/WO2006061958A1/ja active Application Filing
- 2005-10-24 US US11/721,120 patent/US20090232381A1/en not_active Abandoned
- 2005-10-24 KR KR1020077013124A patent/KR20070086024A/ko not_active Application Discontinuation
- 2005-10-24 JP JP2006547683A patent/JP4521572B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002047032A1 (en) * | 2000-12-04 | 2002-06-13 | Cytokinetics, Inc. | Classifying cells based on information contained in cell images |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1829976A1 (en) | 2007-09-05 |
| CN101072881B (zh) | 2010-09-08 |
| JPWO2006061958A1 (ja) | 2008-06-05 |
| KR20070086024A (ko) | 2007-08-27 |
| CN101072881A (zh) | 2007-11-14 |
| EP1829976A4 (en) | 2008-10-22 |
| US20090232381A1 (en) | 2009-09-17 |
| WO2006061958A1 (ja) | 2006-06-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4521572B2 (ja) | 細胞の評価方法、細胞測定用システム、及び細胞測定用プログラム | |
| JP3683591B2 (ja) | 細胞に基づくスクリーニングシステム | |
| US7117098B1 (en) | Machine-readable storage medium for analyzing distribution of macromolecules between the cell membrane and the cell cytoplasm | |
| US6727071B1 (en) | System for cell-based screening | |
| US8062856B2 (en) | System for cell-based screening | |
| EP1203214B1 (en) | Optical system analysis of cells | |
| US20040063162A1 (en) | System for cell-based screening | |
| AU6048599A (en) | A system for cell-based screening | |
| PT1334461E (pt) | Processo e dispositivo de análise de células | |
| JP2007020449A (ja) | スクリーニング方法およびスクリーニング装置 | |
| WO2001011341A2 (en) | A system for cell-based screening | |
| WO2019230447A1 (ja) | 画像処理方法、薬剤感受性試験方法および画像処理装置 | |
| JP6622007B2 (ja) | 細胞評価方法 | |
| JP5482057B2 (ja) | 細胞核を構成する構造体の解析方法 | |
| EP1185863A2 (en) | Optical system analysis of cells | |
| JP4728025B2 (ja) | 細胞画像解析装置 | |
| US20180040120A1 (en) | Methods for quantitative assessment of mononuclear cells in muscle tissue sections | |
| Oheim et al. | Quantitative colocalisation imaging: concepts, measurements, and pitfalls | |
| EP1439384A2 (en) | A system for screening biological cells | |
| JP5302054B2 (ja) | Ｄｎａが断片化されたアポトーシス細胞の検出方法、細胞画像解析装置、及びプログラム | |
| JP2008164551A (ja) | 細胞の評価方法、細胞測定用システム、及び細胞測定用プログラム | |
| Wenus et al. | ALISSA: an automated live-cell imaging system for signal transduction analyses | |
| JP2002142800A (ja) | 細胞の形態解析方法および記憶媒体 | |
| WO2024014489A1 (ja) | 解析システム、解析装置、解析プログラム、及び解析方法 | |
| Prindle et al. | Deciphering the interaction network of cytosolic type 3 secretion system proteins in living Yersinia enterocolitica |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070528 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100309 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100405 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100427 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120604 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130604 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140604 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |