JP4802950B2 - 創薬スクリーニング装置 - Google Patents

Description

本発明は、蛍光顕微鏡システムを利用した創薬スクリーニング装置に関し、共焦点画像および蛍光画像の両方を取得するための創薬スクリーニング装置に関するものである。

創薬スクリーニング装置ではウェルプレートにあるアレイ状のウェル（穴）に並べられた試料に特定の波長の光を照射して励起し、励起された試料から出る蛍光像を顕微鏡システムで拡大し、拡大像をカメラで取り込んでいる。その場合、全ウェルから蛍光画像を取得するため、ＸＹステージでウェルプレートを移動する。

次に、カメラで取得した画像に対して画像処理をし、その結果を元に薬の候補になる試料を見出している。画像の画質を高めるため、顕微鏡とカメラの間に共焦点スキャナが設置される。
このような創薬スクリーニング装置としての、共焦点スキャナを用いた光学画像分離装置の先行技術としては下記のような特許文献が知られている。

特開２０００−０６２４８０号公報 特開２００５−０９５０１２号公報 特開２００５−０９８７２２号公報

図２は上記特許文献１に記載された従来の光学画像分離装置の技術を示す構成図であり、顕微鏡と共に使用されるニポウディスク方式共焦点スキャナの例を示している。
図２において、共焦点スキャナ１００は顕微鏡２００に接続されており、励起光束１（点線）はマイクロレンズアレイディスク（以下、ＭＬディスクと呼ぶ）２により個別の光束に集光され、ダイクロイックミラー（以下、ＤＭと呼ぶ）３を透過後、ピンホールアレイディスク（以下、ニポウディスクと呼ぶ）４の個々のピンホールを通過し、顕微鏡２００の対物レンズ５により、ウエルプレート６０のウエル穴に載置された試料６に集光される。

ウエルプレート６０の各試料６は蛍光試薬を付加されており、各々の蛍光試薬が発した蛍光信号７（実線）は再び対物レンズ５を通り、ニポウディスク４の個々のピンホール上に集光される。

個々のピンホールを通過した蛍光信号７はＤＭ３で反射され、リレーレンズ９を通り、バリアフィルタ２０ａ，２０ｂを介して２次元センサ１０ａ及び１０ｂ（カメラ）に結像されるよう共焦点スキャナ１００の共焦点画像取り出しポート（図示省略）より射出される。ＤＭ３は励起用光束１は透過し、所望の蛍光信号７は反射するよう設計されている。

ＭＬディスク２とニポウディスク４とは互いに連結部材８で機械的に連結された状態で、回転中心軸１１の周りを回転する。この場合、ニポウディスク４上に形成された個々のピンホールが試料６の表面を掃引するように、個々のマイクロレンズとピンホールは配置されている。

また、ニポウディスク４のピンホールが並んでいる平面と、試料６の表面と、２次元センサ１０の受光面とは互いに光学的に共役な関係に配置されているので、２次元センサ（カメラ）１０ａ，１０ｂ上には試料６の光学的断面像、すなわち共焦点画像が結像される。

上述したように、ＭＬディスク２とニポウディスク４を高速で回転させることにより、試料６の共焦点画像を２次元センサ（カメラ）１０ａ，１０ｂの受光面上に短時間で形成することができるので、図示するように多数の被検査試料をマトリックス状に並べたサンプル６０を顕微鏡と共焦点スキャナに対して相対的に移動させながら試料全数の共焦点画像を高速に取り込むことが可能となる。

共焦点画像取り出しポートに接続された光学画像分離装置３００において、前述のＤＭ３で反射された蛍光信号７は、第２のＤＭ３０に到達する。ＤＭ３０は分光特性を持っているので、所定の波長の信号はＤＭ３０を透過し、分光特性を持つバリアフィルタ２０ａを通過後、２次元センサ１０ａに到達する。一方、他の蛍光成分の波長の信号は反射され、分光特性を持つバリアフィルタ２０ｂを通過後、２次元センサ１０ｂに到達する。リレーレンズ９により、ニポウディスク４上に形成された共焦点光学像は２次元センサ１０ａ及び１０ｂに結像される。

このように、サンプル６０の共焦点画像を２次元センサ１０ａ、１０ｂの受光面上に同時に形成することができるため、多数の被検査試料をマトリックス状に並べたサンプル６を顕微鏡と共焦点スキャナに対して相対的に移動させることにより、試料全数の任意の波長選択分離をした共焦点画像を高速に取り込むことが可能となる。
このような共焦点スキャナは新薬開発のスクリーニング手法に用いられている。

ところで、創薬スクリーニングにおけるアプリケーションでは、細胞膜から細胞質への移行を解析するトランスロケーションや、カルシウムシグナルの測定は蛍光画像のほうがよく、神経突起の伸長測定など高画質が必要な場合は共焦点画像が適している。

また、従来の共焦点スキャナではピンホールのみのニポウ板を用いているが。このニポウ板は励起光の効率が弱く、高いＳＮ比の画像が得られない。という問題があった。
本発明は上記従来技術の課題を解決するためになされたもので、
多色の蛍光画像と多色の共焦点画像の両方が得られるように構成するとともに、マイクロレンズ付きピンホールアレイディスク（ニポウ板）を用いて、ＳＮ比の高い共焦点画像を取得し、画像処理の精度を高めた装置を提供することを目的とする。

本発明の創薬スクリーニング装置は、請求項１においては、
ウエルプレート60に載置された試料6に顕微鏡200を介して共焦点用励起光1aと落射蛍光用励起光1bを照射し、前記試料からの蛍光信号に基づいて画像処理を行って創薬スクリーニングを行う装置において、前記試料からの蛍光信号を蛍光画像として取得する蛍光画像取得手段と、前記試料からの蛍光信号を共焦点スキャナ100を介して共焦点画像として取得する共焦点画像取得手段と、前記蛍光画像と共焦点画像のいずれかを得るための光路切替手段50からなり、
前記光路切替手段は、前記顕微鏡と共焦点スキャナの間に挿入され蛍光信号の光路を遮って反射する反射ミラー51aと、この反射ミラー51aからの反射光を反射するダイクロイックミラー3cと、該ダイクロイックミラー3cで反射した反射光がリレーレンズ9cを通って入射する光を反射する反射ミラー51cとで構成され、
前記蛍光信号を蛍光画像として取得するに際しては、前記蛍光信号の光路を前記反射ミラー51aで遮ってダイクロイックミラー3c、反射ミラー51 cで反射させて前記蛍光画像取得手段に入射させ、
前記蛍光信号を共焦点画像として取得するに際しては前記蛍光信号の光路を遮らないように前記反射ミラー51aおよび51cを移動させ、前記蛍光信号を前記共焦点スキャナを介して前記共焦点画像取得手段に入射するように構成したことを特徴とする。

請求項２においては、請求項１に記載の創薬スクリーニング装置において、
前記共焦点画像を得るための共焦点スキャナを構成するニポウディスクとして、マイクロレンズ付ピンホールアレイディスクを用いたことを特徴とする。

本発明の創薬スクリーニング装置によれば、ウエルプレート60に載置された試料6に顕微鏡200を介して共焦点用励起光1aと落射蛍光用励起光1bを照射し、前記試料からの蛍光信号に基づいて画像処理を行って創薬スクリーニングを行う装置において、前記試料からの蛍光信号を蛍光画像として取得する蛍光画像取得手段と、前記試料からの蛍光信号を共焦点スキャナ100を介して共焦点画像として取得する共焦点画像取得手段と、前記蛍光画像と共焦点画像のいずれかを得るための光路切替手段50からなり、
前記光路切替手段は、前記顕微鏡と共焦点スキャナの間に挿入され蛍光信号の光路を遮って反射する反射ミラー51aと、この反射ミラー51aからの反射光を反射するダイクロイックミラー3cと、該ダイクロイックミラー3cで反射した反射光がリレーレンズ9cを通って入射する光を反射する反射ミラー51cとで構成し、
前記蛍光信号を蛍光画像として取得するに際しては、前記蛍光信号の光路を前記反射ミラー51aで遮ってダイクロイックミラー3c、反射ミラー51 cで反射させて前記蛍光画像取得手段に入射させ、
前記蛍光信号を共焦点画像として取得するに際しては前記蛍光信号の光路を遮らないように前記反射ミラー51aおよび51cを移動させ、前記蛍光信号を前記共焦点スキャナを介して前記共焦点画像取得手段に入射するように構成し、共焦点画像を得るための共焦点スキャナを構成するニポウディスクとして、マイクロレンズ付ピンホールアレイディスクを用いた。

即ち、創薬装置に共焦点光学系と落射蛍光の２つの光学系を設け、創薬のアプリケーションによって２つの光学系を使い分けたので、種々のアプリケーションにより適した画像を得ることができる。そして、共焦点画像を得る際、マイクロレンズ付きピンホールアレイを利用したので、ＳＮ比の高い共焦点画像を得ることができ、解析の精度を高めることができる。

以下、図１を参照して、本発明による創薬スクリーニング装置の一実施形態について説明する。

図１において図２に示す従来例と同一要素には同一符号を付している。従来例と異なる点は対物レンズで集光された蛍光信号の光路を切替えて共焦点スキャナを介さずに光学画像分離装置に入射させるようにした点にある。

５０はＬ字状に形成された光路切替器であり、Ｌ字部の一片は顕微鏡２００と共焦点スキャナ１００の間に挿入され、この部分には蛍光信号７の光路を遮って９０度に反射する反射ミラー５１ａが配置されている。反射ミラー５１ａにより反射された反射光は後段に配置されたダイクロイックミラー３ｃにより更に直角に反射してリレーレンズ９ｃに入射する。

一方、Ｌ字部の他片は顕微鏡２００と光学画像分離装置３００の間に挿入され、共焦点スキャナ１００からの出力光を遮って、リレーレンズ９ｃで集光された光を光学画像分離装置３００に入射させる。なお図では省略するが、反射ミラー５１ａ，５１ｃは例えば電動スライダ（図示省略）の上に設置し、モータ（図示省略）を用いてスライダを直動させて光軸方向または光軸直角方向に移動させるものとする。
ここで、従来の光路を第１の光路Ａとし、反射ミラー５１ａで反射させた場合の光路を第２の光路Ｂと称する。

上述の構成において、試料６からの蛍光信号７を共焦点画像として取得する場合は、反射ミラー５１ａは蛍光信号の光路を外れた状態（第１の光路Ａ）にあり、従来と同様共焦点スキャナ１００および光学画像分離装置３００を介して共焦点画像を取得する。

次に蛍光画像を得たい場合は、図示しない電動スライダやモータを用いて反射ミラー５１ａを蛍光信号の光軸上に移動させるとともに反射ミラー５１ｃをリレーレンズ９ａおよび９ｂの光軸上に移動させて第２の光路Ｂに切替える。そして、この場合は試料を落射蛍光用励起光束１ｂ（一点鎖線）により励起する。第２の光路Ｂにあるダイクロイックミラー３ｃは励起光束を透過し、試料６からの蛍光を反射する特性を有している。

その結果、蛍光信号は反射ミラー５１ａで反射して直角方向に進行し、ダイクロイックミラー３ｃで反射して直角方向に進行し、リレーレンズ９ｃで集光され、更に反射ミラー５１ｃで反射して光学画像分離装置に入射する。

上述の構成において、ウェルプレート６０にあるアレイ状のウェル（穴）の１つにある試料６に対して、共焦点画像を得たい場合は複数の波長を混合したレーザ光源（図示省略）から出る励起光束1を用いて照射する。また、蛍光画像を得たい場合は例えば水銀ランプ（図示省略）から出射する励起光束１ｂを用いて照射する。
その結果、照射された試料から複数の帯域の蛍光信号7が発せられ、顕微鏡２００によって集光され、蛍光像を得ることができる。

上記蛍光画像は創薬の種々のアプリケーションによって、以下の２つの光路のいずれかに分けられる。
第１の光路Ａは蛍光画像を共焦点画像に光学的に処理してから得るもので、第２の光路Ｂは蛍光画像のまま撮像するためのものである。

第２の光路Ｂの場合、蛍光像は反射ミラー５１ａで反射され、ダイクロイックミラー３ｃ、リレーレンズ９ｃを通り、反射ミラー５１ｃで再び反射され、光学画像分離装置３００に入射する。光学画像分離装置３００で蛍光像を複数色（図は２色の例）に分光し、色別の蛍光画像としてカメラ１０ａ、１０ｂに撮像される。

第１光路の場合、反射ミラー５１ａ、５１ｃは光路上から退避される。この時、蛍光画像は反射ミラー５１ａで反射されることなく直進し、共焦点スキャナ１００にあるピンホールディスクアレイに到達して、ピンホールディスクを通過後、共焦点像となる。共焦点像は、ダイクロイックミラー１１で反射され、分光光学ユニット２０に入射される。分光光学ユニットで共焦点画像を複数色に分光し、色別の共焦点画像としてカメラ２１ａ、２１ｂに撮像される。

以上説明したように、本発明の創薬スクリーニング装置によれば、試料からの蛍光信号を蛍光画像として取得する蛍光画像取得手段と、前記試料からの蛍光信号を共焦点画像として取得する共焦点画像取得手段からなり、前記蛍光画像と共焦点画像のいずれかを得るための光路切替手段を備え、共焦点スキャナを構成するニポウディスクとして、マイクロレンズ付ピンホールアレイディスクを用いているので、ＳＮ比の高い共焦点画像を取得し、画像処理の精度を高めた創薬スクリーニング装置を実現することができる。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

本発明の創薬スクリーニング装置の一実施例の構成を示すブロック図である。 従来の創薬スクリーニング装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 励起光束
２ マイクロレンズアレイディスク
３a〜３ｃ ダイクロイックミラー
４ ピンホールアレイディスク（ニポウディスク）
４ａ マイクロレンズ付きピンホールアレイディスク
５ 対物レンズ
６ 試料
７ 蛍光信号
８ 連結部材
９ａ〜９ｅ リレーレンズ
１０ａ，１０ｂ カメラ
１１ 回転中心軸
２０ａ，２０ｂ バリアフィルタ
５０ 光路切替器
５１ａ，５１ｃ 反射ミラー
１００ 共焦点スキャナ
２００ 顕微鏡
３００ 光学画像分離装置

Claims (2)

1. ウエルプレート60に載置された試料6に顕微鏡200を介して共焦点用励起光1aと落射蛍光用励起光1bを照射し、前記試料からの蛍光信号に基づいて画像処理を行って創薬スクリーニングを行う装置において、前記試料からの蛍光信号を蛍光画像として取得する蛍光画像取得手段と、前記試料からの蛍光信号を共焦点スキャナ100を介して共焦点画像として取得する共焦点画像取得手段と、前記蛍光画像と共焦点画像のいずれかを得るための光路切替手段50からなり、
   前記光路切替手段は、前記顕微鏡と共焦点スキャナの間に挿入され蛍光信号の光路を遮って反射する反射ミラー51aと、この反射ミラー51aからの反射光を反射するダイクロイックミラー3cと、該ダイクロイックミラー3cで反射した反射光がリレーレンズ9cを通って入射する光を反射する反射ミラー51cとで構成され、
   前記蛍光信号を蛍光画像として取得するに際しては、前記蛍光信号の光路を前記反射ミラー51aで遮ってダイクロイックミラー3c、反射ミラー51 cで反射させて前記蛍光画像取得手段に入射させ、
   前記蛍光信号を共焦点画像として取得するに際しては前記蛍光信号の光路を遮らないように前記反射ミラー51aおよび51cを移動させ、前記蛍光信号を前記共焦点スキャナを介して前記共焦点画像取得手段に入射するように構成したことを特徴とする創薬スクリーニング装置。
2. 前記共焦点画像を得るための共焦点スキャナを構成するニポウディスクとして、マイクロレンズ付ピンホールアレイディスクを用いたことを特徴とする請求項１に記載の創薬スクリーニング装置。

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