JPH10307134A - 極微弱光測定方法および装置 - Google Patents

極微弱光測定方法および装置

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JPH10307134A
JPH10307134A JP11683297A JP11683297A JPH10307134A JP H10307134 A JPH10307134 A JP H10307134A JP 11683297 A JP11683297 A JP 11683297A JP 11683297 A JP11683297 A JP 11683297A JP H10307134 A JPH10307134 A JP H10307134A
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JP
Japan
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light
cell
cells
container
tissue
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JP11683297A
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English (en)
Inventor
Motohiro Takeda
元博 武田
Masaki Kobayashi
正樹 小林
Debaraji Barashigamani
バラシガマニ・デバラジ
Chikashi Usa
史 宇佐
Fumio Inaba
文男 稲場
Yukina Tanno
ゆき菜 丹野
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SEITAI HIKARIJOHO KENKYUSHO KK
Original Assignee
SEITAI HIKARIJOHO KENKYUSHO KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、細胞が発する極微弱光を測定する極
微弱光測定方法、およびその極微弱光測定方法の実施に
用いる極微弱光測定装置に関し、癌の診断に好適なデー
タを提供する。 【解決手段】細胞を培養しながらその細胞が発する光を
受光することにより、その発光の時間的な発光強度変化
曲線を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、細胞もしくは組織
が発する極微弱光を測定する極微弱光測定方法およびそ
の極微弱光測定方法の実施に用いる極微弱光測定装置に
関し、特に癌の診断や治療に好適なデータを提供する極
微弱光測定方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、癌の診断に好適なデータを提
供するために様々な方法や装置が提案されている。例え
ば癌の形態診断用として、従来より、顕微鏡、X線撮影
装置、X線断層撮影装置、核磁気共鳴装置、超音波診断
装置、内視鏡等が用いられている。これらの機器を用い
た形態診断法は、最も古典的な診断法ではあるが、病名
診断を行なうことはできても単独では完全な予後診断、
質的診断は困難である。
【0003】また、近年注目されている癌診断法の1つ
に遺伝子診断法がある。この遺伝子診断法は新しい診断
法として注目されているが、これまでのところ発見され
た、癌の診断に有効な遺伝子や因子はまだ非常に少な
い。また、血清、便、乳汁等に含まれる、癌が産生する
物質(腫瘍マーカ)を検出する診断法も存在する。ただ
し、この診断法は病名診断には用いられるが予後診断は
難しい場合が多い。
【0004】さらに、培養した細胞や組織を染色するこ
とで特定の性質をもった癌細胞を検出したり、癌である
ことがわかっている細胞を培養することにより癌の悪性
度や予後の診断を行なう方法も存在する。この方法の場
合、例えば癌細胞を培養してその増殖曲線を求める必要
があるが、例えば顕微鏡等を用いて細胞の数を単純に計
数するのでは手間と時間がかかって大変であり、マイク
ロプレートリーダによる吸光度計測法やルミノール反応
による化学発光を測定する方法も知られているが、培養
系に試薬の投与を必要とし、試薬の影響が無視できず、
試薬なしに増殖曲線や細胞の状態を知る手法の出現が望
まれている。
【0005】また、現在知られている治療薬剤の選択法
としては、培養細胞に薬剤を投与することにより細胞が
どの程度死ぬかあるいは細胞の増殖がどの程度阻害され
るかを、マイクロプレートリーダによる吸光度計測法や
顕微鏡による直接の計測法を利用して調べる方法が一般
的である。また治療薬剤の選択法として、ルミノール反
応による化学発光によって細胞の障害の程度を調べる方
法も知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑み、細胞もしくは組織自体が自然に発する極微弱光を
測定して癌の診断や治療に好適なデータを提供する極微
弱光測定方法およびその極微弱光測定方法の実施に好適
な極微弱光測定装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の極微弱光測定方法は、細胞や組織を培養しながらそ
の細胞や組織が自然に発する光を受光することにより、
時間的な発光強度変化曲線を求めることを特徴とする。
後述するように、癌細胞はその数が増えるに応じてそこ
から発せられる光の発光強度が増大するが、正常細胞は
その数が増えても癌細胞に比べて発光強度の変化が少な
い。この性質を利用し時間的な発光強度変化曲線を求め
ることにより、培養中の細胞もしくは組織に癌細胞が含
まれているか否か判定したり、その発光強度変化曲線の
変化率から予後診断に対する重要な情報が与えられるこ
とになる。
【0008】ここで、本発明の極微弱光測定方法におい
て、細胞もしくは組織を培養する前もしくは培養してい
る途中でその細胞もしくは組織に薬剤を投与して培養を
続けながらその細胞もしくは組織が自然に発する光を受
光してもよい。細胞に薬剤が投与されるとそこから発せ
られる光の発光強度は、癌細胞の数に単純に応じた発光
強度とは異なる挙動を示す。したがってこの測定方法を
採用することによりその薬剤が癌細胞に与える影響を調
べることができる。
【0009】また、上記目的を達成する本発明の極微弱
光測定装置は、細胞もしくは組織を培養する、少なくと
も底部が光透過性材料からなる培養室と、培養室の下側
に配置され、その培養室内で培養中の細胞もしくは組織
が自然に発する光を受光して受光信号を得る受光器と、
その受光器で時間的に順次に得られた受光信号に基づ
く、上記光の時間的な発光強度変化曲線を出力する出力
部とを備えたことを特徴とする。
【0010】本発明の極微弱光測定装置を使用すること
により、癌の診断や治療に有用なデータである、細胞や
組織自体から自然に発せられる時間的な発光強度変化曲
線が得られる。ここで、本発明の極微弱光測定装置にお
いて、培養室と受光器との間に交換自在に介在する、相
互に透過波長域が異なる複数の光学フィルタを備えるこ
とが好ましい。
【0011】このような光学フィルタを備えると、ある
特定の波長の光の発光強度変化曲線や、培養中の所望の
段階での細胞や組織が発する光のスペクトル分布を得る
ことができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図1は、本発明の極微弱光測定装置の一実施
形態の構造をあらわす模式図である。この極微弱光測定
装置100には、培養室10が備えられている。この培
養室10は、外光が内部に入り込まないよう遮光された
空間となっている。ただし、その培養室10の底部10
aには、その培養室10の下に設置された測光室20に
光を導くため光透過性部材が使われている。
【0013】培養室10の内部には、石英の容器11が
置かれており、その容器11の内部の底には、培養細胞
が単層に配置されている。容器11には蓋12がはめら
れており、その蓋12には4本の管が通り、管13から
容器11内に培養細胞の栄養素を含む液体である培地が
流入し、管14からは、容器11外にその培地が流出
し、これにより、容器11内には、常に一定量の培地2
が、常に新たな培地に交換されながら培養細胞1を覆う
状態となっている。また、管15,16は、培地2のp
H調整用のガスを循環させるためのものであり、容器1
1内の培地2のpHが所望のpHに調整される。また、
培養室10内部には、容器11を取り巻くように温水を
循環させるためのコイル状のパイプ17が設置されてお
り、容器11の内部は、そのパイプ17に温水を循環さ
せることにより、常に一定の所望の温度に保たれてい
る。
【0014】培養室10と、その培養室の下に配置され
た測光室20とに挟まれた位置に、互いに異なる、ある
波長域の光のみを透過する複数種類の光学フィルタ3
1,32,33,…が配置された回転円板30が備えら
れている。この回転円板を廻して、培養室10内の容器
11の直下に所望の光学フィルタを配置することによ
り、後述するようにして、その光学フィルタが透過する
光による発光強度変化曲線が得られる。また、容器11
の直下にいずれの光学フィルタを配置しない状態も選択
することができ、その場合は全波長の光による発光強度
変化曲線が得られる。
【0015】測光室20には、培養室10内の容器11
内の培養細胞1が発する極微弱光を受光するための光電
子増倍管21が配置されている。その光電子増倍管の受
光面の前面、すなわち、その電子増倍管21の上部に
は、断熱用の減圧室22が備えられており、また、その
光電子増倍管21の周囲にはペルチェ効果を利用して光
電子増倍管21を冷却する電子冷却装置23が配置され
ており、光電子増倍管21は熱雑音抑制のために−40
℃に保たれている。電子冷却装置23の周囲にはは図示
しない二次冷却用循環系が備えられていて例えばアルコ
ールが循環し、電子冷却装置23の熱を外部に放出する
よう工夫されている。
【0016】また測光室20には、光電子増倍管21に
隣接してプリアンプ24が配置されており、容器11内
の培養細胞が自然に発する極微弱光を光電子増倍管21
で受光することにより得られた信号が増幅される。この
プリアンプ24から出力された受光信号はアンプ41で
さらに増幅され、フォトンカウンタ42で、単位時間あ
たりのフォトン数が計数される。このフォトンカウンタ
42での計数値が、容器11内の培養細胞1が発する光
の、その時点での発光強度をあらわしている。この計数
値はコンピュータ43に取り込まれ、例えば統計処理に
よるノイズの除去等の演算処理や、時間的な発光強度変
化曲線を求めるためのデータの蓄積等が行なわれる。
【0017】以下のような発光強度測定が、細胞を培養
している途中の様々な時刻において行なわれ、コンピュ
ータ33内では、それら様々な時刻において測定された
発光強度(計数値)に基づいて、時間的な発光強度変化
曲線が求められる。このようにして求められた発光強度
変化曲線は、モニタ44に表示される。また、この図1
に示す極微弱光測定装置100では、回転円板30を回
転させて、容器11の真下に順次異なる光学フィルタを
配置しながら発光強度測定を行なうこともでき、この場
合、コンピュータ43で発光スペクトルの計算が行なわ
れ、その時点における、培養細胞が発する光の発光スペ
クトル分布が求められる。このようにして求められた発
光スペクトル分布もモニタ44に表示される。
【0018】図2は、図1に概要を示した極微弱光測定
装置100を用いて計測した培養細胞の発光光の強度の
時間的な変化を示すグラフである。横軸は時間(hou
r)、縦軸は発光強度(フォトンカウンタ42(図1参
照)による、20秒あたりの計数値)である。この図2
において、黒丸であらわしたグラフは、容器11内で癌
細胞(TE9)を培養したときの発光強度の時間変化で
あり、白丸であらわしたグラフは、容器11内に細胞は
配置せず培地のみのときの発光強度の時間変化である。
ここでは、培地としては、RPMI1640を使用し
た。
【0019】この図2のグラフからわかるように、培地
のみのときは、発光強度の変化は小さいが、癌細胞を培
養したときは時間の経過に応じて発光強度が増大してい
る。図3は、図2に示すデータを得たときと同一の条件
で癌細胞を培養し、各経過時刻における癌細胞の数を計
数して得たデータをあらわしたグラフである。横軸は培
養時間(hour)、縦軸は細胞数(相対値)である。
【0020】図2と図3とを合わせると、癌細胞の増加
に従って発光強度が増大していることがわかる。図4
は、正常細胞を培養したときの発光強度変化をあらわし
たグラフである。正常細胞を培養したとき、細胞数は増
えているにもかかわらず発光強度はほぼ一定であって発
光強度はほとんど増加せず、正常細胞の場合は、図1に
示す白丸の培地のみの場合の発光強度とほぼ同一レベル
にある。すなわち正常細胞はほとんど発光しないことが
わかる。
【0021】図5は、癌細胞を培養している途中で抗癌
剤の一種(Colcemide)をその培養中の細胞に
投与したときの発光強度の時間変化を示すグラフであ
る。ここでの培養条件下では、細胞数は50時間で、
1.0×106 個まで増え、70時間で2.0×106
個まで増えるが、Colcemideの投与により細胞
数の増加が抑えられて投与後ほぼ一定数で推移している
にもかかわらず、発光強度は投与後も引き続き増加して
いる。このことから、薬剤投与による発光特性の変化が
薬剤の効果を反映していることがわかる。このように、
細胞や組織が自然に発する極微弱光の計測が、治療薬剤
の選択に関しても有用な情報を与えている。
【0022】図6,図7はそれぞれ培養癌細胞(TE
9)の発光スペクトル、培地(RPMI1640)のみ
のときの発光スペクトルを示したグラフである。これら
のグラフを比較すればわかるように、発光スペクトルに
よっても癌診断に有効な情報が得られる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
癌の診断や治療に有力なデータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の極微弱光測定装置の一実施形態の構造
をあらわす模式図である。
【図2】図1に概要を示した極微弱光測定装置を用いて
計測した培養細胞の発光強度の時間的な変化を示すグラ
フである。
【図3】図2に示すデータを得たときと同一の条件で癌
細胞を培養し、各経過時刻における癌細胞の数を計数し
て得たデータをあらわしたグラフである。
【図4】正常細胞を培養したときの発光強度変化をあら
わしたグラフである。
【図5】癌細胞を培養している途中で抗癌剤の一種(C
olcemide)をその培養中の細胞に投与したとき
の発光強度の時間変化を示すグラフである。
【図6】培養癌細胞(TE9)の発光スペクトルを示し
たグラフである。
【図7】培地(RPMI1640)のみのときの発光ス
ペクトルを示したグラフである。
【符号の説明】
1 培養細胞 2 培地 10 培養室 11 容器 12 蓋 13,14,15,16 管 17 パイプ 20 測光室 21 光電子増倍管 22 減圧室 23 電子冷却装置 24 プリアンプ 30 回転円板 31,32,33 光学フィルタ 41 アンプ 42 フォトンカウンタ 43 コンピュータ 44 モニタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇佐 史 山形県山形市松栄2丁目2番1号 株式会 社生体光情報研究所内 (72)発明者 稲場 文男 仙台市太白区八木山香澄町35−1 東北工 業大学内 (72)発明者 丹野 ゆき菜 山形県山形市松栄2丁目2番1号 株式会 社生体光情報研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 細胞もしくは組織を培養しながら該細胞
    もしくは組織が自然に発する光を受光することにより、
    該光の時間的な発光強度変化曲線を求めることを特徴と
    する極微弱光測定方法。
  2. 【請求項2】 細胞もしくは組織を培養する前もしくは
    培養している途中で該細胞もしくは組織に薬剤を投与し
    て培養を続けながら該細胞もしくは組織が自然に発する
    光を受光することを特徴とする請求項1記載の極微弱光
    測定方法。
  3. 【請求項3】 細胞もしくは組織を培養する、底部が光
    透過性材料からなる培養室と、 前記培養室の下側に配置され、該培養室内で培養中の細
    胞もしくは組織が自然に発する光を受光して受光信号を
    得る受光器と、 前記受光器で時間的に順次に得られた受光信号に基づ
    く、前記光の時間的な発光強度変化曲線を出力する出力
    部とを備えたことを特徴とする極微弱光測定装置。
  4. 【請求項4】 前記培養室と前記受光器との間に交換自
    在に介在する、相互に透過波長域が異なる複数の光学フ
    ィルタを備えたことを特徴とする請求項3記載の極微弱
    光測定装置。
JP11683297A 1997-05-07 1997-05-07 極微弱光測定方法および装置 Pending JPH10307134A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100400202B1 (ko) * 2000-09-15 2003-10-01 주식회사 셀텍 광 검출 셀 회로를 이용한 질병 진단장치
WO2005001472A1 (ja) * 2003-06-25 2005-01-06 Japan Science And Technology Agency 抗がん作用物質のスクリーニング方法及び装置
JP2010175498A (ja) * 2009-02-02 2010-08-12 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology 大気散乱光スペクトル強度計測器
JP2012211785A (ja) * 2011-03-30 2012-11-01 Hitachi Plant Technologies Ltd 発光計測装置及び微生物計数装置

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Effective date: 20010417