JP6946868B2 - 細胞吸引支援装置および細胞吸引支援装置の制御方法 - Google Patents
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タの負担が大きかった。
これに対して、特許文献1には、大量の細胞の中から分析対象の候補となる細胞を簡易に検出し、即座に吸引作業を行なえる細胞吸引支援システムが開示されている。特許文献1に記載の発明では、試料の共焦点画像を取得し、取得した画像上で吸引箇所を選択すると、マイクロプレートが置かれているXYステージ上において自動的にxy平面における選択位置に吸引用のチップを移動させて、設定された条件で吸引を行っていた。
図1は、本実施形態に係る細胞吸引支援装置1の構成例を示す図である。図1に示すように、細胞吸引支援装置1は、画像取得・解析部10、吸引部20、制御部30、操作部35、画像表示部40、吸引圧力設定部50、吸引時間設定部55、XYZステージ60、吸引チップ70、チップラック80、および検体ラック90を含んで構成される。
また、制御部30は、受付部301、画像取得部302、画像処理部303、記憶部304、動作制御部305、および表示制御部306を備えている。
チップラック80には、細胞または細胞成分を吸引する前の吸引チップ70が複数個配置されている。
検体ラック90には、細胞または細胞成分を吸引した吸引チップ70が格納される。なお、検体ラック90が配置される空間には、温度や湿度を所定の値に保つインキュベーター(incubator)を備えていてもよい。
なお、撮影部103は、蛍光観察用の撮影部と明視野観察用の撮影部を備えていてもよい。
画像処理部303は、例えば、取得した画像に対して、記憶部304が記憶する参照データを参照してテンプレートマッチング等により、細胞・細胞器官の認識を行う。画像処理部303は、識別されたそれぞれの細胞について、大きさ・輝度・タンパク量・イオン量等の細胞の特徴量を算出する。また、画像処理部303は、算出した細胞の特徴量を用いて細胞に関する情報のリスト化、グラフ化等の処理を行なう。画像処理部303は、識別した識別結果を示す識別情報、算出した細胞の特徴量、細胞に関する情報のリスト化した情報、グラフ化した情報を画像処理部303に出力する。また、画像処理部303は、識別した細胞・細胞器官の領域の画像に対して、例えばエッジ検出処理等を行い、エッジ検出処理した後、細胞・細胞器官や核の中心位置、核の外周位置等を求めるようにしてもよい。画像処理部303は、求めた細胞・細胞器官や核の中心位置、核の外周位置等を画像処理部303に出力するようにしてもよい。
動作制御部305は、受付部301が出力する吸引処理開始指示に応じて、XYZステージ60を駆動して吸引部20をチップラック80上に移動させ、吸引部20に吸引チップ70を装着させるように制御する。動作制御部305は、XYZステージ60を駆動して吸引部20に装着された吸引チップ70を、処理対象のマイクロプレート2上の吸引対象細胞を吸引位置に移動させる。動作制御部305は、自動吸引指示の場合、記憶部304が記憶する吸引圧力と吸引時間に基づいて、吸引対象細胞を吸引チップ70に吸引する。動作制御部305は、手動吸引指示の場合、受付部301が受け付けた吸引時間情報、吸引圧力情報に基づいて、吸引対象細胞を吸引チップ70に吸引する。動作制御部305は、XYZステージ60を駆動して吸引対象細胞を吸引した吸引チップ70を、検体ラック90上に移動させ、吸引チップ70を所定の位置に置くように制御する。
図3は、撮影部103が撮影した画像の一例を示す図である。
図3において、符号g1が示す領域は、細胞質の画像であり、符号g2が示す領域は、ミトコンドリアの画像であり、符号g3が示す領域は、核の画像である。図3に示す画像は、ヒト肝癌由来細胞株であるHepG2細胞を撮影した画像例である。なお、図3に示した細胞は一例であり、吸引対象の細胞は、これに限られない。また、吸引対象の細胞の大きさは、一例として、ヒト由来の最初の細胞株であるHeLa細胞であればおおよそ50um位であり、細胞種や細胞の状態に依って大きく異なる。
図4は、細胞に対して吸引チップ70の位置が浅い例を示す図である。
図4に示す例では、チップ先端70aのz軸方向の底面からの位置がz1である。この場合は、細胞4とチップ先端70aとの間に、符号g11に示すように隙間が生じている。このような状態で核41を吸引した場合は、吸引の際に、符号g11に示した隙間から多量の培地(細胞培養液)5を吸引チップ70内に取り込んでしまうことになる。このように、多量の培地5を吸引した場合は、細胞吸引支援装置で取得した細胞の分析を他の解析装置で行うとき、解析が遺伝子解析でも質量分析でも、培地5の取り込みが解析や分析の検出感度を低下させる。
図5は、細胞に対して吸引チップ70の位置が深い例を示す図である。
図5に示す例では、チップ先端70aのz軸方向の底面からの位置がz2である。この場合は、チップ先端70aが細胞4に刺さっているため細胞にダメージを与えてしまう場合がある。
図6は、細胞に対して吸引チップ70の位置が最適な例を示す図である。
図5に示す例では、チップ先端70aのz軸方向の底面からの位置がz3である。この場合は、チップ先端70aと細胞4との隙間が少なく、かつチップ先端70aの細胞4へ刺さっていない状態である。このように、本実施形態では、吸引開始時のチップ先端70aのz軸方向を正確に制御することにより、1細胞吸引を行う際ターゲットへのダメージを軽減することができる。
図7は、本実施形態に係る細胞4のz軸方向の高さ情報を得る処理例を説明する図である。図7(a)は、細胞4のz軸方向の略中心の位置に対物レンズ1011の焦点が一致している例である。図7(b)は、細胞4のz軸方向の略極大値の位置に対物レンズ1011の焦点が一致している例である。
動作制御部305は、まず、細胞4の底部であるz軸方向のz11に対物レンズ1011の焦点が合うように移動させる。これにより、高さz11を得る。
次に、動作制御部305は、図7(a)のz軸方向のz12に対物レンズ1011の焦点が合うように移動させる。図7(a)の焦点位置で撮影部103が撮影を行った場合は、例えば核41の大きさが把握できる画像を得ることができる。
次に、動作制御部305は、図7(b)のz軸方向のz13の細胞4の略極大値の位置に対物レンズ1011の焦点が合うように移動させる。これにより、高さz13を得る。画像処理部303は、高さz13と高さz11を用いて、細胞4の高さ情報を得る。なお、画像処理部303は、高さz13を細胞4の高さ情報に用いてもよい。
図8は、チップ位置測定の原理を示す図である。図8(a)は、チップ先端70aと対物レンズ1011の焦点が一致している状態を示し、図8(b)は、対物レンズ1011の焦点がチップ先端70a内の状態を示している。なお、図8では、細胞4を省略して示している。図9は、観測される画像とチップ位置との関係を示す図である。また、図9(a)は、撮影された共焦点画像の例を示し、図9(b)は、図9(a)のコントラストの大きさを示している。また、図8において、符号g101が示す領域は、第1の高さの画像とコントラストを示す。符号g102が示す領域は、第1の高さより高い第2の高さの画像とコントラストを示す。符号g103が示す領域は、第2の高さより高い第3の高さの画像とコントラストを示す。符号g104が示す領域は、第3の高さより高い第4の高さの画像とコントラストを示す。符号g105が示す領域は、第4の高さより高い第5の高さの画像とコントラストを示す。
図9の符号g103の領域に示すように、チップ先端70aが、対物レンズ1011の焦点に位置した状態の時、最も高いコントラストの像が得られる。このように、画像のコントラストからチップ先端70aを検出することができる(特開2016−112012号公報参照)。
図10は、本実施形態に係る試料を吸引する際の処理手順例を示すフローチャートである。なお、図10では、吸引対象は、試料(組織、細胞、および細胞の一部のうち少なくとも1つ)である。
以上のように、本実施形態によれば、取得した細胞へのダメージが少なく、かつ分析の弊害となる培地の混入を低減できる。すなわち、本実施形態によれば、細胞の遺伝子解析に好適なサンプル取得が可能になる。
以下に、本実施形態の変形例・応用例を説明する。
例えば、制御部30は、パターン認識技術と組み合わせることで、ラベルフリーの画像解析を行う。この場合、記憶部304に予め画像データを記憶させ、制御部30は、記憶部304が記憶する画像データを参照して、例えば細胞に対するパターン認識を行う。これにより、変形例・応用例によれば、細胞に与えるストレスをより少なくしてサンプリングを行うことができる。
また、制御部30は、例えば容器の壁に吸引チップ70の先端を当て、その後、吸引チップ70の先端を折って容器内に落下させるように駆動する。これにより、変形例・応用例によれば、毛細管現象による溶液の浸入を防ぐこともできる。
Claims (6)
- 容器に収納された組織、細胞、および細胞の一部のうち少なくとも1つである試料を吸引する管状の吸引チップと、
前記吸引チップの先端から前記試料を吸引する吸引部と、
前記試料を撮影する撮影部と、
前記試料に関する情報と、前記試料の画像に関する情報と、吸引時間に関する情報と、吸引圧力に関する情報と、を前記試料毎に記憶する記憶部と、
前記撮影部によって撮影された画像に基づいて吸引対象である前記試料に対応する前記記憶部が記憶する前記吸引時間に関する情報と前記吸引圧力に関する情報に応じて、前記吸引チップによって吸引対象である前記試料を吸引させるように制御する制御部と、
を備える細胞吸引支援装置。 - 前記制御部は、
前記撮影部によって撮影された前記試料の画像に基づいて前記試料の高さに関する情報を検出し、前記撮影部によって撮影された画像に基づいて前記吸引チップの先端の高さ方向に関する情報を検出し、検出した前記試料の高さに関する情報と前記吸引チップの先端の高さ方向に関する情報とに基づいて、前記試料に対する前記吸引チップの高さ方向の相対位置を制御した後、前記吸引チップによって吸引対象である前記試料を吸引させるように制御する、
請求項1に記載の細胞吸引支援装置。 - 前記制御部は、
吸引対象である前記試料の高さ方向の極大位置から所定の高さ低い位置を前記試料の高さに関する情報として検出し、
吸引対象である前記試料の高さ方向の極大位置から所定の高さ低い位置の位置に前記吸引チップの高さを制御する、
請求項2に記載の細胞吸引支援装置。 - 吸引対象である前記試料を吸引する条件を自動的に設定するか手動で設定するかを選択する操作部と、
前記吸引チップによる吸引時間を設定する吸引時間設定部と、
前記吸引チップによる吸引圧力を設定する吸引圧力設定部と、
前記撮影部によって撮影された画像を表示する画像表示部と、
を備え、
前記制御部は、
前記操作部が操作された結果が吸引対象である前記試料を吸引する条件を手動で設定する場合に、前記吸引時間設定部によって設定された前記吸引時間を示す情報を取得し、前記吸引圧力設定部によって設定された前記吸引圧力を示す情報を取得し、取得した前記吸引時間を示す情報と前記吸引圧力を示す情報に応じて、前記吸引チップによって吸引対象である前記試料を吸引させるように制御する、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の細胞吸引支援装置。 - 前記制御部は、
前記吸引時間設定部によって設定された前記吸引時間を示す情報と、前記吸引圧力設定部によって設定された前記吸引圧力を示す情報とを、吸引対象の試料に対応づけて記憶させる、請求項4に記載の細胞吸引支援装置。 - 容器に収納された組織、細胞、および細胞の一部のうち少なくとも1つである試料を吸引する管状の吸引チップと、前記吸引チップの先端から前記試料を吸引する吸引部を有する細胞吸引支援装置の制御方法であって、
記憶部が、前記試料に関する情報と、前記試料の画像に関する情報と、吸引時間に関する情報と、吸引圧力に関する情報と、を前記試料毎に記憶する手順と、
撮影部が、前記試料を撮影する手順と、
制御部が、前記撮影部によって撮影された画像に基づいて吸引対象である前記試料に対応する前記記憶部が記憶する前記吸引時間に関する情報と前記吸引圧力に関する情報に応じて、前記吸引チップによって吸引対象である前記試料を吸引させるように制御する手順と、
を含む細胞吸引支援装置の制御方法。
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