JP7031294B2

JP7031294B2 - 創薬スクリーニング装置

Info

Publication number: JP7031294B2
Application number: JP2017247461A
Authority: JP
Inventors: 虹之景; 洋平坪内
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2017-12-25
Filing date: 2017-12-25
Publication date: 2022-03-08
Anticipated expiration: 2037-12-25
Also published as: JP2019113435A

Description

本発明は、創薬スクリーニング装置に関する。

生化学物質から特定の対象物に対して特異な効能を有する物質を探索する創薬スクリーニングにおいては、多数の試験対象の検体に対して種々の条件を変化させた系統的な試験が行なわれる。

具体的には、細胞に薬の候補となる化合物を与え、細胞に起こる変化を顕微鏡画像で捉え、画像処理によりそれらの変化を測定し、化合物の薬効および副作用を試験する。このため、膨大な数の試料について精度よくかつ効率的に培養や分析などの作業を行なうことが求められており、従来から様々な形態の専用のスクリーニング装置が用いられている。

例えば、特許文献１には、インキュベータ部と画像計測部が一体として形成され、制御部により制御される創薬スクリーニング装置が記載されている。画像計測部は、マイクロプレートに配置されたサンプルを移動させるＸＹステージ、サンプルを拡大表示する顕微鏡、共焦点スキャナ、カメラ等を備えている。

図３は、従来の創薬スクリーニング装置２００における画像計測部分の構成例を示す図である。本図に示すように創薬スクリーニング装置２００は、顕微鏡２１０、共焦点スキャナ２２０、カメラ２３０、明視野照明ユニット２４０、ディスペンサユニット２５０を備えており、マイクロプレート２６０のウェルに蒔かれた細胞試料２６１を観察する。マイクロプレート２６０は、図示しないＸＹステージにより平面移動し、観察対象のウェルが顕微鏡２１０の光軸上に移動する。

明視野照明ユニット２４０は、固定軸２４１、可動軸２４２、明視野照明２４３を備えており、不図示の電動モータによって固定軸２４１上を移動する可動軸２４２に明視野照明２４３が取り付けられている。

ディスペンサユニット２５０は、明視野照明ユニット２４０の固定軸２４１と直交する方向に固定された固定軸２５１、可動軸２５２、滴下機構を備えたディスペンサ２５３を備えており、不図示の電動モータによって固定軸２５１上を移動する可動軸２５２にディスペンサ２５３が取り付けられている。また、ディスペンサ２５３には、チップ２５４が取り付けられる。

本図の例では、明視野照明ユニット２４０の固定軸２４１が延びる方向をＹ方向、ディスペンサユニット２５０の固定軸２５１が延びる方向をＸ方向として、明視野照明ユニット２４０の可動軸２４２がＹ方向を移動し、ディスペンサユニット２５０の可動軸２５２がＸ方向を移動する。すなわち、２組の直動機構が用いられている。

創薬スクリーニング装置２００は、明視野照明２４３と、ディスペンサ２５３とを備えているが、明視野照明２４３を用いる場合は、明視野照明ユニット２４０の可動軸２４２を動作させて、明視野照明２４３を顕微鏡２１０の光軸上に位置させる。そして、マイクロプレート２６０の対象ウェルを照射する。対象ウェル内の細胞を透過した光は顕微鏡２１０等を介してカメラ２３０で撮影される。この際、ディスペンサ２５３は、干渉しないように待避場所に移動する。

細胞イメージングをベースにした創薬スクリーニング装置２００では、細胞を蛍光染色して蛍光イメージングを用いる手法と、細胞を染色しないラベルフリー細胞の画像解析による手法があるが、明視野照明２４３は、主として、ラベルフリーの細胞を対象とする。

ディスペンサ２５３を用いる場合は、明視野照明ユニット２４０の可動軸２４２を固定軸２４１上の図中網掛けの待避位置に移動させ、ディスペンサユニット２５０の可動軸２５２を固定軸２５１上の図中網掛けの位置に移動させる。これにより、ディスペンサ２５３に取り付けられたチップ２５４が対象ウェルの上部に位置する。

そして、ディスペンサ２５３により薬品を対象ウェル内の細胞試料に投与し、その反応を蛍光イメージングで捉える。具体的には、励起光を細胞試料に照射して、薬品投与を受けた細胞試料から発する蛍光を、顕微鏡２１０、共焦点スキャナ２２０を介してカメラ２３０で撮影して、細胞の画像を取得する。

特開２０１０－２１０２３７号公報特開２００８－４５９８２号公報

創薬スクリーニング装置２００において、従来の固定細胞に代わり、生細胞をベースにした手法が重要になってきている。また、細胞を蛍光染色せず、いわゆるラベルフリーの細胞アッセイも増加している。

生細胞の場合、投薬しながら、あるいは投薬直後の細胞の反応を素早く観察する、例えばカルシウム反応といったアプリケーションがあげられる。この場合、投薬機能は、ディスペンサ２５３によって実現される。

また、再生医療を前提にした研究では、ラベルフリー細胞は必須である。ラベルフリー細胞は蛍光を発しないため、観察は明視野照明２４３を用いた方式に限られる。

従来の創薬スクリーニング装置２００は、ディスペンサ２５３と明視野照明２４３の２つの機能を実現するために、２組の直動機構、すなわち、２本の固定軸と２本の可動軸とを備えて構成している。このため、機構構成が複雑となり、装置の大型化および製造コストの上昇を招いている。

そこで、本発明は、創薬スクリーニング装置において、明視野照明とディスペンサの２つの機能を簡易な構成で実現することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様である創薬スクリーニング装置は、明視野照明とディスペンサとを備えた創薬スクリーニング装置であって、固定軸と、前記明視野照明が取り付けられ、前記固定軸上を移動する明視野照明可動軸と、前記ディスペンサが取り付けられ、前記固定軸上を移動するディスペンサ可動軸と、を備えたことを特徴とする。
ここで、顕微鏡をさらに備え、前記明視野照明使用時には、前記明視野照明が前記顕微鏡の光軸上に位置するように前記明視野照明可動軸が移動するとともに、前記ディスペンサ可動軸があらかじめ定められたディスペンサ待避位置に移動し、前記ディスペンサ使用時には、前記ディスペンサが前記顕微鏡の光軸上に位置するように前記ディスペンサ可動軸が移動するとともに、前記明視野照明可動軸があらかじめ定められた明視野照明待避位置に移動することができる。

本発明によれば、創薬スクリーニング装置において、明視野照明とディスペンサの２つの機能を簡易な構成で実現することができる。

本実施形態の創薬スクリーニング装置における画像計測部分の構成例を示す図である。固定軸上を移動する明視野照明可動軸とディスペンサ可動軸とを説明する図である。従来の創薬スクリーニング装置における画像計測部分の構成例を示す図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の創薬スクリーニング装置１００における画像計測部分の構成例を示す図である。本図に示すように創薬スクリーニング装置１００は、顕微鏡１１０、共焦点スキャナ１２０、カメラ１３０、固定軸１４０、明視野照明可動軸１５０、明視野照明１５１、ディスペンサ可動軸１６０、ディスペンサ１６１を備えており、マイクロプレート１７０のウェルに蒔かれた細胞試料１７１を観察する。マイクロプレート１７０は、図示しないＸＹステージにより平面移動し、観察対象のウェルが顕微鏡１１０の光軸上に移動する。

明視野照明１５１は、明視野照明可動軸１５０に取り付けられ、ディスペンサ１６１は、ディスペンサ可動軸１６０に取り付けられている。ディスペンサ１６１には、チップ１６２が取り付けられる。本実施形態の創薬スクリーニング装置１００では、明視野照明可動軸１５０、ディスペンサ可動軸１６０とも固定軸１４０上を不図示の電動モータによって移動する。すなわち、明視野照明可動軸１５０とディスペンサ可動軸１６０とで固定軸１４０を共用する。

本図の例では、固定軸１４０が延びる方向をＸ方向、固定軸１４０に直交する方向Ｙ方向として、明視野照明可動軸１５０、ディスペンサ可動軸１６０ともＹ方向に延び、いずれも固定軸１４０上をＸ方向に移動する。さらに、Ｙ方向にも移動できるようにしてもよい。

共焦点スキャナ１２０は、ピンホールアレイディスク（ニポウディスク）１２１、マイクロレンズアレイディスク１２２、ダイクロイックミラー１２３、バンドパスフィルタ１２４、レンズ１２５を備えている。

創薬スクリーニング装置１００では、レーザ光線を用いて、マイクロプレート１７０のウェルにある細胞試料１７１を励起する。そして、細胞試料１７１から発する蛍光を顕微鏡１１０、共焦点スキャナ１２０を介して、カメラ１３０で撮影して、細胞試料１７１の画像を取得する。細胞試料１７１に予め医薬候補の化合物を投与して、その反応を取得した画像を用いて解析することで、薬効、毒性などを測定する。

生細胞をベースにした創薬スクリーニングでは、細胞試料１７１に投薬しながら、あるいは投薬直後の細胞試料１７１の反応を素早く観察する手法が用いられる。この方法は、今後のトレンドである。

投薬は、ディスペンサ１６１によって実現される。固定軸１４０上を移動するディスペンサ可動軸１６０に取り付けられたディスペンサ１６１は、化合物を吸引して、滴下位置に移動したウェルに滴下する動作を繰り返す。

図２（ａ）は、ディスペンサ１６１が滴下する場合の明視野照明可動軸１５０とディスペンサ可動軸１６０の位置を示している。本図に示すように、ディスペンサ１６１が滴下する場合は、ディスペンサ１６１が滴下対象のウェル（本例では左上のウェル）に位置するようにディスペンサ可動軸１６０が移動し、明視野照明可動軸１５０は干渉しないように待避位置に移動する。

本図の例では、明視野照明可動軸１５０がディスペンサ可動軸１６０の左側に配置されているため、固定軸１４０の左端が明視野照明可動軸１５０の待避位置となっている。もちろん、明視野照明可動軸１５０をディスペンサ可動軸１６０の右側に配置するようにしてもよい。

また、細胞試料１７１の形態を透過光で観察する場合、明視野照明１５１を用いて行なう。固定軸１４０上を移動する明視野照明可動軸１５０に取り付けられた明視野照明１５１を細胞試料１７１が収められたウェル（顕微鏡１１０の光軸上のウェル）の真上に移動させ、明視野光を細胞試料１７１に照射する。細胞試料１７１を透過した光がカメラ１３０に捉えられることで、明視野画像が得られる。

図２（ｂ）は、明視野照明１５１を用いて透過光を観察する場合の明視野照明可動軸１５０とディスペンサ可動軸１６０の位置を示している。本図に示すように、明視野照明１５１を用いる場合は、明視野照明１５１が観察対象のウェル（本例では左上のウェル）に位置するように明視野照明可動軸１５０が移動し、ディスペンサ可動軸１６０は干渉しないように待避位置に移動する。本図の例では、固定軸１４０の右端がディスペンサ可動軸１６０の待避位置となっている。

以上説明したように、本実施形態の創薬スクリーニング装置１００は、１つの固定軸１４０上を明視野照明可動軸１５０とディスペンサ可動軸１６０とが固定軸１４０の軸に沿って移動するようにし、明視野照明１５１とディスペンサ１６１のうち、使用する方を顕微鏡１１０の光軸上に移動し、他方を干渉しない位置に待避させるようにしている。このように、明視野照明とディスペンサの２つの機能を簡易な構成で実現しているため、装置の小型化および製造コストの削減が可能となる。

１００…創薬スクリーニング装置
１１０…顕微鏡
１２０…共焦点スキャナ
１３０…カメラ
１４０…固定軸
１５０…明視野照明可動軸
１５１…明視野照明
１６０…ディスペンサ可動軸
１６１…ディスペンサ
１６２…チップ
１７０…マイクロプレート
１７１…細胞試料

Claims

明視野照明とディスペンサとを備えた創薬スクリーニング装置であって、
一方向に延びた固定軸と、
前記明視野照明が取り付けられ、前記固定軸上を移動する明視野照明可動軸と、
前記ディスペンサが取り付けられ、前記固定軸上を移動するディスペンサ可動軸と、
を備えたことを特徴とする創薬スクリーニング装置。
顕微鏡をさらに備え、
前記明視野照明使用時には、前記明視野照明が前記顕微鏡の光軸上に位置するように前記明視野照明可動軸が移動するとともに、前記ディスペンサ可動軸があらかじめ定められたディスペンサ待避位置に移動し、
前記ディスペンサ使用時には、前記ディスペンサが前記顕微鏡の光軸上に位置するように前記ディスペンサ可動軸が移動するとともに、前記明視野照明可動軸があらかじめ定められた明視野照明待避位置に移動する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。