JPWO2014097991A1 - 希少細胞検出装置、希少細胞検出方法、希少細胞観察システム、および細胞展開用デバイス - Google Patents

希少細胞検出装置、希少細胞検出方法、希少細胞観察システム、および細胞展開用デバイス Download PDF

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Abstract

複数のチャンバー6が形成された細胞展開用デバイス10における各チャンバーに収容された複数の細胞の中から、希少細胞24を蛍光標識に基いて検出する希少細胞検出装置において、該デバイスに励起光25を照射する光源26と、該励起光25により希少細胞24を標識した蛍光体から発光する蛍光54を光学的に検出する希少細胞検出部27と、細胞展開用デバイス10に照射された励起光25に基く検出光を光学的に検出するチャンバー検出部28と、前記検出部27及び28からそれぞれ希少細胞24及びチャンバー6の位置情報を得て希少細胞24が細胞展開用デバイス10のどのチャンバー6内に収容されているかを特定する希少細胞位置特定取得部56aを備える。このように希少細胞の位置情報を得ておくことで、デバイスが他の装置に移送された場合であっても、希少細胞の観察や形状確認などを容易に行うことが可能となる。

Description

本発明は、希少細胞検出装置、希少細胞検出方法、希少細胞観察システム、および細胞展開用デバイスに関するものである。
血中循環癌細胞、循環幹細胞、循環内皮細胞は病態に応じて全血中に非常に稀に存在する細胞(以下、希少細胞あるいは目的細胞ともいう)である。これら希少細胞の検出は臨床的な有用性が明らかであるにもかかわらず、その検出が非常に難しい。近年様々な細胞分離手法を応用して希少細胞の検出が試みられ製品化がなされているが、いずれにしても検出対象とする目的細胞の希少性が故、目的細胞以外の不要細胞の混入を低減しつつ、目的細胞(希少細胞)のロスを低減して、検出結果の有効性を向上させることが未だ重要な課題である。
また、スキャナー等を用いた細胞検出装置により目的細胞の検出がなされた標本は、その後顕微鏡など他の観察装置や検査装置等に移動され、目的細胞の形状観察などの詳細を調査することが一般に行われている。
このような場合、例えば、目的細胞のロスを低減するように目的細胞以外の細胞も多量に含んだ細胞懸濁液を、平坦な表面のデバイス(スライド)に展開して目的細胞を検出し、その後、顕微鏡などの他の観察装置にデバイスを移動させて、その目的細胞を詳細に調査することが知られている(特許文献1)。
ここで、特許文献1では、スライド上にレチクルマークを形成することにより、他の装置への物理的な移動があったとしてもスライドの位置を補正できるようにしている。
ところが、特許文献1では、全体が平坦に形成されたスライド上に平面的に展開された複数の細胞を光学的に走査するため、細胞検出の途中であっても細胞の位置ずれが生じたり、観察する前に乾燥、凝集などが生じたりして、細胞の位置が変わる可能性があり、その場合には、再度位置検出が必要になる。
特に、特許文献1のようにスライド上に設けたレチクルマークのみで目的細胞の位置情報を取得する場合には、細胞のわずかな移動が他の装置での目的細胞の位置特定に致命的な欠陥となる場合がある。
結果として、特許文献1では、希少細胞を観察する際に、目的とする希少細胞が存在するのかしないのか、適切な位置での観察ができているのかいないのかなどの正確な確認が得られず、検出もれなどの検出低下の要因になる可能性があった。
特開2005−181312号公報
本発明は、このような実情に鑑み、細胞展開用デバイス上に展開された複数の細胞の中から目的とする希少細胞を検出するとともに、検出した希少細胞が細胞展開用デバイス上の所定のどの位置に存在するのかの位置情報を得ておくことにより、位置情報取得後の希少細胞がデバイス上で多少移動した場合やデバイスが他の装置に移送された場合であっても、希少細胞の観察や形状確認などを容易に行うことができる希少細胞検出装置、希少細胞検出方法および希少細胞観察システムを提供することを目的としている。
また、本発明は、希少細胞検出装置、希少細胞検出方法および希少細胞観察システムに好適に用いられる細胞展開用デバイスを提供することを目的としている。
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した希少細胞検出装置は、
複数のチャンバーが形成された細胞展開用デバイスにおける各チャンバーに収容された複数の細胞の中から、目的とする希少細胞を蛍光標識に基いて検出する希少細胞検出装置であって、
複数の細胞が収容された前記細胞展開用デバイスに励起光を照射する光源と、
前記光源から前記細胞展開用デバイスに照射された励起光により発光する、希少細胞を標識した蛍光体からの蛍光を光学的に検出する希少細胞検出部と、
前記光源から前記細胞展開用デバイスに照射された励起光に基く検出光を光学的に検出するチャンバー検出部と、
前記希少細胞検出部で得られた希少細胞の蛍光シグナルに基いて希少細胞の位置情報を得るとともに、前記チャンバー検出部で得られたチャンバーの検出光シグナルに基いてチャンバーの位置情報を得、これら希少細胞の位置情報とチャンバーの位置情報とに基いて希少細胞が前記細胞展開用デバイスのどのチャンバー内に収容されているかを特定する希少細胞位置特定取得部と、を備えている。
また、上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した希少細胞検出方法は、
複数のチャンバーが形成された細胞展開用デバイスにおける各チャンバーに収容された複数の細胞の中から、目的とする希少細胞を蛍光標識に基いて検出する希少細胞検出方法であって、
前記細胞展開用デバイスの各チャンバーに、希少細胞を含む細胞懸濁液を展開する懸濁液展開工程と、
前記細胞懸濁液が展開された前記細胞展開用デバイスに対して励起光を相対的に走査することにより、希少細胞の存在を光学的に検出する希少細胞検出工程と、
前記細胞懸濁液が展開された前記細胞展開用デバイスに対して励起光を相対的に走査することにより、チャンバーを光学的に検出するチャンバー検出工程と、
前記希少細胞検出工程で得られた希少細胞の蛍光シグナルに基いて希少細胞の位置情報を得るとともに、前記チャンバー検出工程で得られたチャンバーの検出光シグナルとに基いてチャンバーの位置情報を得、これら希少細胞の位置情報とチャンバーの位置情報とに基いて希少細胞が前記細胞展開用デバイスのどのチャンバー内に収容されているかを特定する希少細胞位置特定取得工程とを備えている。
さらに、上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した希少細胞観察システムは、
上記いずれかに記載の希少細胞検出装置と、前記細胞展開用デバイスが装着されて希少細胞を観察する観察装置とを備え、
前記希少細胞検出装置で検出された希少細胞を前記観察装置で観察するにあたり、前記希少細胞検出装置で検出された希少細胞がどのチャンバー内に収容されているのかの情報に基いて希少細胞が収容されているチャンバーを特定し、特定したチャンバー内の希少細胞を観察可能としている。
また、上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した細胞展開用デバイスは、デバイス本体に複数のチャンバーが形成されているとともに、前記デバイス本体の一部にレチクルマークが形成されている。
本発明に係る希少細胞検出装置及び希少細胞検出方法によれば、細胞を収容するための複数のチャンバーを備えた細胞展開用デバイスに展開された細胞懸濁液の中から、特定の希少細胞を速やかに検出し、希少細胞が細胞展開用デバイスのどのチャンバー内に収容されているかを特定することができる。
また、本発明に係る希少細胞観察システムによれば、希少細胞検出装置で一旦検出した細胞展開用デバイス上の特定位置にある希少細胞を、観察装置に移送して再度確認したり形状確認などを行ったりする場合に、その観察や形状確認などを速やかに効率的に行うことができる。
図1は、本発明の一実施例に係る細胞展開用デバイスの概略断面図である。 図2は、図1に示した細胞展開用デバイスから、流路形成枠体を取り外したチャンバーチップを示す模式的平面図である。 図3Aは細胞展開用デバイスのチャンバーに細胞懸濁液が収容された状態を示す模式的拡大平面図である。 図3Bは、励起光の照射サイズと隣接チャンバー間の離間距離との関係を示す模式図である。 図3Cは、励起光の照射サイズとチャンバーの上部開口の面積との関係を示す模式図である。 図4は、本発明の一実施例に係る希少細胞検出装置の要部の構成を示す概略図で、チャンバーの検出光として透過光を採用した場合の概略図である。 図5は、図4に示した希少細胞検出装置により光学的に希少細胞の検出を行った場合の、希少細胞を検出するための蛍光シグナルと、チャンバー位置を検出するための検出光シグナルとを、1つに表したグラフである。 図6Aは、本発明の他の実施例に係る希少細胞検出装置の要部の構成を示す概略図で、チャンバーの検出光として反射光を採用した場合の概略図である。 図6Bは、チャンバーの検出光として反射光を採用したさらに他の実施例に係る希少細胞検出装置の要部の構成を示す概略図である。 図7は、本発明のさらに他の実施例に係る希少細胞検出装置の要部の構成を示す概略図で、2波長照射を採用するとともにチャンバーの検出光として、チャンバーの自家蛍光を採用した場合の概略図である。 図8は、図6Bに示した希少細胞検出装置による実験結果を示したグラフである。 図9は、希少細胞検出装置で希少細胞が検出された細胞展開用デバイスを他の観察装置で観察するときの、観察装置による位置調整と細胞展開用デバイスとの関係を示す概略図である。 図10は、本発明に係る希少細胞検出方法の概略を示すブロック図である。
以下、図面を参照しながら、本発明に係る希少細胞検出装置、希少細胞検出方法、希少細胞観察システムおよび細胞展開用デバイスの好ましい実施の形態について説明する。
先ず、本発明の概要について説明する。
本発明は、例えば細胞懸濁液中に含まれる希少細胞を光学的に検出するにあたり、細胞懸濁液を表面が平面に形成されたデバイス上に展開するのではなく、予め複数のチャンバー(凹部)が形成されたデバイス上に細胞懸濁液を展開し、それらの各チャンバー内に細胞を分散して貯留している。このように細胞をチャンバー内に分散して貯留することにより、希少細胞の検出中、あるいはデバイスの移送時、さらには細胞検出装置とは異なる他の装置により希少細胞の観察や確認などを行ったりする場合に、その希少細胞がデバイス上を不用意に移動してしまうことがないように規制している。
また、チャンバー内に収容された希少細胞を光学的に検出する際に、希少細胞の検出とともにチャンバーを検出して希少細胞の位置情報とチャンバーの位置情報を得、これらの位置情報に基いてその希少細胞がデバイス上のどのチャンバー内に収容されたものであるかを特定できるようにしている。
すなわち、希少細胞の検出結果とチャンバーの検出結果に基いて、希少細胞装置の例えばコンピューターにおける希少細胞位置特定部により、その希少細胞が細胞展開用デバイスのどのチャンバー内に収容されたものであるかを特定し、それらの情報を記録媒体に保存する。
そして、希少細胞検出装置により一旦希少細胞が検出されたデバイスを他の装置に移送して再び観察したり確認したりする場合であっても、記録媒体に保存された情報に基いて、該当する希少細胞の存在するチャンバーの位置を呼び出して、速やかに観察できるようにしたものである。
このように、本発明に係る希少細胞検出方法は、例えば図10に示した工程により構成される。
すなわち、複数のチャンバーを有する細胞展開用デバイスに希少細胞を含む細胞懸濁液を展開する懸濁液展開工程100と、希少細胞の存在を光学的に検出する希少細胞検出工程200Aと、細胞懸濁液が収容されたチャンバーそのものを光学的に検出するチャンバー検出工程200Bと、希少細胞がどのチャンバー内に収容されているかを特定する希少細胞位置特定取得工程300とを有するものである。なお、希少細胞検出工程200Aとチャンバー検出工程200Bとは、別々の走査により行うこともできるが同時の走査により行うことが好ましい。
このような希少細胞検出方法であれば、希少細胞がどのチャンバー内に収容されているかを特定することできる。
また、本発明に係る希少細胞検出方法は、希少細胞検出工程200Aと、チャンバー検出工程200Bとが同時の走査により実施されることが好ましい。
このような希少細胞検出方法であれば、希少細胞の検出と希少細胞の検出を同時に行うことから作業性が良好である。
さらに本発明に係る希少細胞検出方法では、前記励起光の照射サイズは、前記細胞と同じ大きさ以上であって、照射サイズの走査方向における長さは前記チャンバーの走査方向における隣接するチャンバー間の中心間の距離以下、かつ、照射サイズの走査方向と垂直な方向における長さは前記チャンバーの走査方向と垂直な方向における隣接するチャンバー間の中心間の距離以下であることが好ましい。
また、前記励起光の照射サイズは、前記チャンバーの上部開口の面積以下であることが好ましい。
このように励起光の照射サイズが設定されていれば、目的細胞の検出とチャンバーの検出に有効であり、精度良い情報を得ることができる。
さらに、本実発明に係る希少細胞観察システムは、希少細胞検出装置と、特定の希少細胞を観察する観察装置とを備え、希少細胞検出装置で検出された希少細胞を観察装置で観察するにあたり、希少細胞検出装置で検出された前記希少細胞がどのチャンバー内に収容されているのかの情報に基いてチャンバーを特定し、特定したチャンバー内の前記希少細胞を観察することシステムである。
このような希少細胞観察システムによれば、希少細胞の再度の検出作業を行う必要がなく、一旦、希少細胞の検出が行われたスライドを他の装置に移送してその希少細胞の観察を行った場合に、速やかにその作業を行うことができる。これにより、直ちに希少細胞の観察や確認作業などを効率的に行うことができる。
また、本発明に係る細胞展開用デバイスは、デバイス本体に複数のチャンバーが形成されているとともに、デバイス本体の一部にレチクルマークが形成されている。このような構成の細胞展開用デバイスによれば、希少細胞の検出および観察に有効に用いることができる。
以下、本発明に好適な具体的な実施例ついて詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例に係る細胞展開用デバイスの断面を示したものである。
この細胞展開用デバイス10は、後述する希少細胞検出装置に着脱自在に装着され、この細胞展開用デバイス10を介して希少細胞の検出が行われる。また、細胞展開用デバイス10は、希少細胞の検出作業が行われた後には、必要に応じて顕微鏡などの他の装置に移送されて、希少細胞の観察や確認などが行われる。
この細胞展開用デバイス10は、図1および図2に示したように、複数のチャンバー6が形成されたチャンバーチップ1と、チャンバー6の上方に流路5が形成されるようにチャンバーチップ1と一体に設けられた流路形成枠体2と、流路形成枠体2に設けられた入口部3と、入口部3から流路5に流入された細胞懸濁液を流路5から流出させる出口部4などを有する。
チャンバーチップ1は、マイクロチャンバーアレイ(MCA)とも称され、その上面には、図2に示したように、複数のチャンバー6が所定間隔離間して配置されている。図2では、チャンバー6が縦横に所定間隔離間して直線上に形成されている例を示している。なお、チャンバー6の配列は図2に示したものに限らず、様々な配置とすることができ、例えば、走査方向と並行に列状に配置されたチャンバーを列ごとに走査方向の位置をずらして、チャンバー6を千鳥状に配列することもできる。
チャンバー6とは、一個以上の細胞を「格納」し、「保持」することができる凹状の微細孔(マイクロウェル)をいい、有底である(すなわち貫通した孔ではない)ことが好ましい。
「格納」とは、細胞展開用のチャンバーチップ1上の流路5に細胞懸濁液を導入した際に、導入された細胞がチャンバー6に収容されることをいい、「保持」とは、チャンバー6に格納された細胞が、細胞展開用のチャンバーチップ1の流路5に対する染色液や洗浄液の送液等によってチャンバー6の外方に出ないことをいう。
また、図3Aに示したように、チャンバー6の上部開口の内径Bは、20μm〜500μmであることが好ましい。チャンバー6の上部開口の内径Bが20μm〜500μmの範囲内であると、チャンバー6内に好適に希少細胞を格納、保持することができる。
このチャンバー6は、異なる大きさが混在していても良いが、少なくとも細胞を単層あるいは2層まで積層できることが好ましい。
チャンバー6の深さは、チャンバー6の内径Bによって変動させることが好ましく、格納したい細胞数などに応じて、適宜決定することができる。具体的には、細胞を10〜15個程度格納できるようにチャンバーの深さを適宜決定することが好ましく、典型的には、チャンバー6の深さは、20μm〜500μmである。
チャンバー6の形状は、図1では、底部が平坦な逆円錐台形であるが、これに限定されず、例えば、円筒形、逆半球形、逆角錐形(逆四角形錐や逆六角形錐等の逆多角形錐)、直方体などでもよい。チャンバー6の底部は、典型的には平坦であるが、曲面であってもよい。
チャンバーチップ1の材料としては、従来公知のマイクロプレート等と同じ材料を使用でき、例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、環状オレフィンコポリマー(COC)などのポリマーが挙げられる。チャンバーチップ1は、成形されたポリマーに、金属、ガラス、石英ガラスなどからなる基板を張り合わせたような複数の材料を組み合わせたものであってもよい。
ただし、この細胞展開用デバイス10に光源から励起光を照射して、細胞展開用デバイス10内を通過した、その励起光の透過光を検出光とする場合は、チャンバーチップ1の材料は透光性である必要がある。
一方、流路形成枠体2も、上記チャンバーチップ1の材料と同様の材料を使用することができる。ただし、チャンバーチップ1の少なくとも上面を覆う部分は、透光性を有する必要がある。
細胞展開用デバイス10の一部、例えば、下方に配置されるチャンバーチップ1の角部などには、図2に示したように、位置検出のために基準点として用いられるレチクルマークRが設けられている。このレチクルマークRは、いかなるもので形成されていても良い。また、レチクルマークRは上記のようにチャンバーチップ1の上面に限定されず、流路形成枠体2の上面に設けても良い。また、レチクルマークRは、1つに限定されず、2つ以上設けても良い。
チャンバーチップ1と流路形成枠体2とは、観察やメンテナンスのし易さから、取り付け・取り外しが可能にされていることが好ましい。
また、流路5の高さ7は、50μm〜500μmであることが好ましい。
なお、本実施例の細胞展開用デバイス10では、チャンバーチップ1の周囲を流路形成枠体2で覆うことにより、チャンバーチップ1と流路形成枠体2との間に流路5を設けているが、この流路形成枠体2と流路5は必須ではない。すなわち、チャンバーチップ1のみで細胞展開用デバイスを構成することもできる。
細胞懸濁液は、希少細胞を含んでいる可能性がある例えばヒトなどの血液、リンパ液、組織液、体腔液などであり、希釈液などで適宜希釈されていてもよい。また、細胞懸濁液は、生体由来のものに限定されず、試験・研究等のために人工的に細胞を懸濁させて調製した細胞の分散液であってもよい。
希少細胞としては、例えば癌細胞などが挙げられる。特に、細胞懸濁液が血液または血液由来検体である場合、希少細胞は、CTC(循環腫瘍細胞または循環癌細胞)、CEC(循環血管内皮細胞)およびCEP(循環血管内皮前駆細胞)のいずれか一種以上の細胞であってもよい。
このような細胞懸濁液に含まれる種々の細胞の直径は、10μm〜100μmであることが好ましいが、チャンバー6の直径と同じであるか、或いは、チャンバー6の直径より小さいことが好ましい。
なお、本実施例では、細胞懸濁液中の目的とする希少細胞(図3Aにおける符号24)、例えば、特定の癌細胞は流路5を介してチャンバー6内に格納され、保持された後、特定の癌細胞のみを染色することが可能な蛍光体を含む染色液により標識される。これにより、染色された希少細胞24が、光学的手段により検出できるようにされている。
なお、図3Aは、目的とする希少細胞24が、他の複数の細胞と混ざって各チャンバー6内に収容された状態を示しており、その希少細胞24は、細胞展開用デバイス10におけるレチクルマークRの位置(基準点)からX方向に向かって2番目、Y方向に向かって1番目、に位置するチャンバー6’内に存在することを表している。
一方、励起光は、細胞展開用デバイス10に対して相対的に走査されるものである。例えば、図3Aに示したような細胞展開用デバイス10に対して、光源からの励起光25を走査する場合は、先ずレチクルマークRが形成された図中左上側の端部から励起光25による走査を始めて、矢印Zで示したように、走査方向を逆転しながら順次下の段を走査していくことにより、細胞展開用デバイス10上の全てのチャンバー6、6…6を効率的に走査することができる。このようにして必要な情報を検出することができる。
ここで、励起光25のスポット形状(照射形状)は、適宜選択することができ、例えば、円形、楕円形、長方形、多角形のいずれかを採用することができる。
励起光25の照射サイズ(ここで、励起光の照射サイズとは、励起光の広がりを示す互いに直角な二方向の寸法、あるいは細胞展開デバイスに励起光が照射された際の照射面積をいう)は、チャンバー6内に収容された少なくとも1つの細胞の細胞サイズを包含できるように、細胞と同じ大きさ以上の照射サイズを有することが好ましい。これにより検出のための十分な光量を得ることができる。
また、励起光25の照射サイズ(励起光25の広がりを示す互いに直角な二方向の寸法)において、図3Bに示したように、励起光25の走査方向(図3Bにおける矢印X方向)における長さGは、希少細胞24と同じ大きさ以上であって、さらには走査方向(矢印X方向)に隣接するチャンバー6、6間の中心間の距離P以下であることが好ましい(G≦P)。
さらに、励起光25の照射サイズ(励起光25の広がりを示す互いに直角な二方向の寸法)において、走査方向(矢印X方向)に垂直な方向(矢印Y方向)における長さIは、走査方向(矢印X方向)に垂直な方向(矢印Y方向)に隣接するチャンバー6、6間の中心間の距離J以下である(I≦J)。
多数のチャンバー6に対して、このような大きさに励起光25の長さG、Iが設定されていれば、励起光25が複数のチャンバーに跨ることがなく、それぞれのチャンバーを個々に容易に検出することができる。
励起光25の照射サイズ(広がりを示す互いに直角な二方向の寸法)としては、例えば、10μm×100μm程度である。
また、励起光25の照射サイズ(面積)は、チャンバー6の上部開口の面積以下であることが好ましい。励起光25の具体的な面積としては、78μm2〜2.0×105μm2程度である。円形、楕円、長方形などからなる励起光25が、このような面積であれば、励起光25が複数のチャンバーに跨って同時に照射されることを容易に低減可能となる。また、このような面積に励起光の照射サイズが設定されていれば、目的細胞の検出とチャンバーの検出に有効であり、精度良い情報を得ることができる。
さらに、チャンバー6の上部開口の内径は、20μm〜500μmであることが好ましい。
チャンバー6の上部開口の内径がこのような範囲に設定されていれば、チャンバー内に好適に細胞を収容、保持することができる。
さらに、図3Cに示したように、励起光25が円形または楕円形である場合、そのスポット径Kは、希少細胞と同じ径またはそれ以上であることが好ましく、チャンバーの上部開口と同じ径またはそれよりも若干大きい径以下であることが好ましい。
スポット径Kが、このような範囲に設定されていれば、1つのチャンバー内の正確な情報を得る上で好ましい。また、励起光25がY方向に隣接し合う2つのチャンバー6、6間に跨ることを防止できる。
図4は、本発明の一実施例に係る希少細胞検出装置32の要部の構成を示したもので、この実施例では、励起光25を走査する光源26を1つ備えた1波長照射が採用されている。
なお、図4に示した希少細胞検出装置32では、光源26としてレーザー光源が採用されている。
このような希少細胞検出装置32において、希少細胞24の検出には、希少細胞24を標識した蛍光体からの蛍光54を希少細胞検出部27で受光することによって行われる。
図4に示した希少細胞検出装置32では、希少細胞24の検出と同時に、図2に示した各位置のチャンバー6の検出も行われるが、このチャンバー6の検出には、光源26に基く種々の検出光を採用することができる。
すなわち、チャンバー6を検出する検出光は、特に限定されるものではなく、
1)光源26から細胞展開用デバイス10に照射され、その細胞展開用デバイス10を透過した励起光25の透過光30(図4)、
2)光源26から細胞展開用デバイス10に照射され、その細胞展開用デバイス10で反射した励起光25の反射光61(図6A、図6B)、
3)光源74から細胞展開用デバイス10に照射され、その照射された励起光77に基いて細胞展開用デバイス10の素材が発光する、素材の自家蛍光63(図7)、
のいずれかを用いて検出することができる。
これらいずれかの検出光を用いることによりチャンバー6の位置を容易に検出することができる。
例えば、図4の希少細胞検出装置32では、細胞展開用デバイス10に励起光25を照射する光源26を有している。また、希少細胞検出装置32では、その励起光25の照射により細胞展開用デバイス10内で希少細胞24を標識した蛍光体を発光させ、その特定波長を有する蛍光54をダイクロックミラー29を通過させて、その蛍光54の蛍光シグナルを希少細胞検出部27で検出するように設定されている。
また、この希少細胞検出装置32では、光源26から細胞展開用デバイス10に照射された励起光25であって、その細胞展開用デバイス10を透過した透過光30を、チャンバー6を検出するための検出光としている。そして、その透過光30の検出光シグナルをチャンバー検出部28で検出するように設定されている。
なお、図4に示した上記希少細胞検出部27は、特に限定されるものではないが、本実施例では、PMT(光電子倍増管)が採用されている。また、チャンバー検出部28も、特に限定されるものではないが、本実施例ではフォトダイオードが採用されている。
なお、図4において、符号34、36、38は集光レンズ、符号46はピンホール部材、符号48、52はエミッションフィルタである。
上記のような光学要素を備えた希少細胞検出装置32を用いて、図3Aに示した細胞展開用デバイス10に対し、レチクルマークR側の端部から矢印Zで示したように順番に走査していくことにより、希少細胞24の存在するチャンバー6’では、励起光25により希少細胞24を標識した蛍光体が発光し、その特定波長を有する蛍光54をダイクロックミラー29を通過させて希少細胞検出部27によって検出することで、蛍光シグナルを光学的に検出することができる。
そして、上記したように、蛍光54により検出した希少細胞24の蛍光シグナルを得ることにより、その蛍光シグナルに基いて希少細胞24の位置情報を得る。また、透過光30により検出したチャンバー6の検出光シグナルを得ることにより、そのチャンバーの位置情報を得る。
なお、この細胞展開用デバイス10を透過した透過光30の波長は励起光25と同一波長である。
そして、希少細胞24の位置情報とチャンバー6の位置情報とに基いて、希少細胞24がどのチャンバー内に収容されているかを、コンピューター56の希少細胞位置特定取得部56aにより特定することができる。そして、これらの情報はコンピューター56内の記録媒体56bに保存される。
図5は、図4における希少細胞検出装置32の希少細胞検出部27で得られた蛍光54の蛍光シグナルと、チャンバー検出部28で得られた検出光シグナルとを、1つのグラフに表したものである。グラフにおける横軸は走査の開始位置(基準点)からの走査距離(位置)を表している。
図5において、実線は希少細胞24からの蛍光54による蛍光シグナルを示し、点線は細胞展開用デバイス10からの透過光30による検出光シグナルを示している。
図5のグラフから明らかなように、実線で示した蛍光シグナルのピークとなる位置が希少細胞24の検出を示しており、点線で示した検出光シグナルの低い所が、チャンバー6の検出を示している。
例えば、図5の例では、基準点から約300μm、600μm、900μm、1200μm、1500μmの各位置にあるチャンバー6に希少細胞24が収容されていることを示しており、希少細胞24の位置は、横軸の位置寸法を読み取ることによって識別することができる。
そして、このように希少細胞24が細胞展開用デバイス10のどのチャンバー内に収容されているかを、コンピューター56の希少細胞位置特定取得部56aで特定し、それらの情報を記録媒体56bに保存する。
このように情報を保存しておくことにより、例えば、希少細胞24の検出が完了した細胞展開用デバイス10を、この希少細胞検出装置32から他の装置に移送して、観察や確認を行う場合であっても、記録された情報に基いて直ちにその希少細胞24の観察を行うことが可能となる。
なお、本実施例のようにチャンバー6を形成した細胞展開用デバイス10を用いた場合であっても、希少細胞24が移送の途中で若干の位置ずれなどを起こすことも考えられるが、その場合であっても移動の範囲は、1つのチャンバー6内であるので、大きな移動が生じない。よって、確認作業が容易である。
さらに、細胞展開用デバイス10が他の装置内に装着された場合に、基準位置に対して偏った姿勢で装着されてしまうことも考えられるが、このような場合であっても、本実施例の細胞展開用デバイス10にはレチクルマークRが形成されていることから、このレチクルマークRを検出することにより正しい位置に配置された場合の正しい情報を得ることができる。
図6Aは、本発明の他の実施例に係る希少細胞検出装置58を示したもので、この実施例では、チャンバー6を検出するための検出光として、光源26から細胞展開用デバイス10に照射され、その細胞展開用デバイス10で反射した励起光25の反射光61を用いている。ここで、励起光25の波長と反射光61の波長とは、同一波長である。
この図6Aに示した他の実施例による希少細胞検出装置58では、光源26から細胞展開用デバイス10に向かって照射され、その細胞展開用デバイス10を介して反射する反射光61を受光するように、チャンバー検出部28を配置している。また、細胞展開用デバイス10と希少細胞検出部27との間に、集光レンズ34、エミッションフィルタ48、ピンホール部材46、集光レンズ36を配置している。
このような希少細胞検出装置58によれば、光源26からの励起光25を、集光レンズ38を介して細胞展開用デバイス10に入射させ、その入射された励起光25により、希少細胞24を蛍光標識した蛍光体を発光させ、その特定波長を有する蛍光54を、集光レンズ34、エミッションフィルタ48、ピンホール部材46、集光レンズ36を介して希少細胞検出部27に導くことにより、蛍光細胞24の蛍光シグナルを希少細胞検出部27で検出することができる。
また、希少細胞検出装置58では、希少細胞24の蛍光シグナルの検出と同時に、同一の光源26から照射された励起光25の細胞展開用デバイス10による反射光61をチャンバー検出部28に導いて、チャンバー検出部28によって検出することで、チャンバー6の検出光シグナルを検出することができる。
このように、反射光61を検出することによって、チャンバー6の位置情報を得ることができる。
さらに、この希少細胞検出装置58では、図4に示した希少細胞検出装置32の場合と同様に、希少細胞24の位置情報とチャンバー6の位置情報とに基いて、希少細胞24がどのチャンバー6内に収容されているかを、コンピューター56の希少細胞位置特定部56aにより特定し、記録媒体56bに保存している。したがって、一旦希少細胞24の検出が行われた細胞展開用デバイス10を、他の装置に移送したとしても、その情報を記録媒体56bから呼び出すことができる。
なお、反射光61を用いてチャンバー6の位置情報を得る場合の光学系は、図6Aに開示された態様に何ら限定されるものではない。また図6Aでは、希少細胞検出部27とチャンバー検出部28とを別々の構成としているが、図6Bに示したように一つにすることができる。
図6Bは、図6Aに示した希少細胞検出部27とチャンバー検出部28とを一つの検出部270とした、さらに他の実施例に係る希少細胞検出装置59を示したものである。
この希少細胞検出装置59では、希少細胞検出部27に代わる一つの検出部270により、希少細胞24を標識した蛍光体の蛍光54を検出するとともにチャンバー6からの反射光61を検出することができる。
すなわち、図6Bに示した希少細胞検出装置59では、一つの検出部270を設けるとともに、光源26と細胞展開用デバイス10との間にダイクロックミラー62を設け、さらにダイクロックミラー62と検出部270との間にフィルタ切り替え部480を設けている。このフィルタ切り替え部480により、2つの異なるエミッションフィルタを選択的に切り替えて使用することが可能にされている。
この希少細胞検出装置59では、希少細胞24の蛍光シグナルと、チャンバー6の検出光シグナルとは、2回の走査を行うことにより得ることができる。例えば、希少細胞24を標識した蛍光54を取り出すためのフィルタをフィルタ切り替え部480に設置し、1回目の走査を行うことにより、希少細胞24の蛍光シグナルを検出部270で検出することができる。また、細胞展開用デバイス10からの反射光61による検出光シグナルを取り出すためのフィルタをフィルタ切り替え部480に設置し、2回目の走査を行なえば、細胞展開用デバイス10からの反射光61による検出光シグナルを、検出部270で検出することができる。
このように、一つの検出部270であっても、希少細胞24の検出とチャンバー6の検出とを行うことができる。
図7は、本発明のさらに他の実施例に係る希少細胞検出装置70を示したもので、この実施例では、チャンバー6を検出するための検出光として、第2の光源74からの励起光77に基いて細胞展開用デバイス10の素材が発光する、素材の自家蛍光63を採用している。
この希少細胞検出装置70では、希少細胞24を検出するために使用される第1の光源26と、チャンバー6の素材の有する自家蛍光63を検出するために使用される第2の光源74とが具備されている。
またこの希少細胞検出装置70では、第1の光源26からは励起光25が照射され、第2の光源74からは、励起光25の波長とは異なる波長の励起光77が照射される。
そして、細胞展開用デバイス10の素材が発光した自家蛍光63の波長は、希少細胞24を蛍光標識した蛍光体が発光する蛍光54の蛍光波長とは異なる波長となるようにする。
本実施例の希少細胞検出装置70では、希少細胞24を検出するための第1の光源26から照射された励起光25は、ダイクロックミラー86を通過し、さらにダイクロックミラー81で反射して細胞展開用デバイス10に入射され、これにより、希少細胞24を蛍光標識した蛍光体を発光させる。そして、その蛍光体の発光する特定波長を有する蛍光54が、ダイクロックミラー81、ダイクロックミラー82、エミッションフィルタ48、ピンホール部材46、集光レンズ36などを介して希少細胞検出部27に取り入れられる。そして、この希少細胞検出部27に取り入れられた蛍光54の蛍光シグナルに基いて、希少細胞24の検出が行われる。
一方、希少細胞検出装置70において、チャンバー6を検出するために第2の光源74から照射された励起光77は、集光レンズ83を通過し、ダイクロックミラー86、およびダイクロックミラー81で反射して細胞展開用デバイス10に入射される。そして、細胞展開用デバイス10の素材が発光する自家蛍光63は、ダイクロックミラー81を通過しダイクロックミラー82で反射して、集光レンズ79を介してチャンバー検出部28に入射する。これにより、チャンバー6の検出光シグナルをチャンバー検出部28により検出することができる。なお、細胞展開用デバイス10の自家蛍光を利用したチャンバーの位置検出では、例えば、チャンバーとそれ以外の部分との素材の厚みの違いによって異なる蛍光量を検出することによってチャンバーを検出することができる。
そして、希少細胞24の位置情報とチャンバー6の位置情報とに基いて、希少細胞24がどのチャンバー内に収容されているかを、コンピューター56の希少細胞位置特定部56aにより特定し、それらの情報がコンピューター内の記録媒体56bに保存する。
この希少細胞検出装置70のように、細胞展開用デバイス10の自家蛍光63を検出することによっても、チャンバー6の位置情報を得て、希少細胞24の位置情報とチャンバー6の位置情報とに基いて、希少細胞24がどのチャンバー内に収容されているかを特定することができる。
なお、チャンバー6を検出するための検出光として、図6Aあるいは図6Bのように反射光61を用いる場合と、図7のように自家蛍光63を用いる場合のいずれの場合であっても、図5のようなグラフを作成すれば、図4の透過光30を用いた場合と略同様の傾向を得ることができる。
図8は、チャンバー6の検出光として反射光61が採用された図6Bの希少細胞検出装置59による実験結果を示したグラフである。
図8において、実線は反射光61による検出光シグナルを示し、点線は蛍光54による蛍光シグナルを示している。
反射光61による検出光シグナルにおいては、反射光量が少なくなるピーク所を探すことでチャンバー6の位置を検出することができる。また、蛍光54による蛍光シグナルにおいては、蛍光54の光量が高くなる位置を探すことで希少細胞の位置を検出することができる。
なお、図8のグラフにおいて、実線で示した検出光シグナル(反射光61)の波長は488nmを採用しており、点線で示した蛍光シグナル(蛍光54)の波長は647nmである。
以上の各実施例で説明したように、チャンバー6の検出光として、
1)透過光30、
2)反射光61、
3)自家蛍光63、
のいずれを用いた希少細胞検出装置32、58、59、70であっても、希少細胞24がどのチャンバー内に位置するかを検出することができる。
また、上記各実施例による希少細胞検出装置により、一旦、希少細胞24が検出された細胞展開用デバイス10を他の装置に移送して再び観察したり確認したりする場合であっても、コンピューター56の記録媒体56bに情報が保存されていることから、この保存された情報に基いて、該当する希少細胞24の存在するチャンバー6の位置を呼び出して、その呼び出された情報を、他の観察装置の位置調整装置に取り入れ、それに基いて観察装置を適宜な位置に移動すれば、速やかに該当する希少細胞24を観察することができる。
すなわち、このような場合には、先ず、図9に示したように、観察装置76に位置調整装置90を具備させる。そして、位置調整装置90に記録媒体56bから取り入れた情報により、観察装置76のレンズなどからなる観察部をXYZ方向に移動可能とする。
そして、記録媒体56bに記録された情報に基いて観察装置76の観察部を移動させ、所望とする希少細胞24を観察する。
このように、細胞展開用デバイス10が希少細胞検出装置とは異なる他の観察装置に移送されたとしても、一旦、希少細胞検出装置で検出された希少細胞24を、速やかに観察することができる。
以上、本発明の各実施例について説明したが、本発明は、上記各実施例に何ら限定されるものではない。
特に、希少細胞検出装置および観察装置に係わる光学要素は様々な態様をとることができる。
また、目的とする希少細胞の検出には1色の蛍光でも良いが、目的とする希少細胞以外の非特異細胞の検出のため、それぞれの細胞を異なる色で発光するように2色以上の蛍光を使用することも可能である。
また、希少細胞24を標識した蛍光体の蛍光波長は、自家蛍光の影響を避けるために、励起光25の波長よりも、長波長側を採用することが好ましい。
また、以上の実施例においては、希少細胞検出装置におけるコンピューター内の記録媒体に情報を記録し、観察装置などの他の装置を接続して記録媒体から情報を読み出す態様を説明したが、当該コンピューターは、希少細胞検出装置と別体であっても良く、また細胞展開用デバイス自体に情報記録部を設けて希少細胞検出装置により得られた情報をその情報記録部に記憶させ、観察装置などの他の装置では、細胞展開用デバイスが装着された際に、その情報記録部より必要な情報を読み出すように構成しても良いことは勿論である。
[具体的な測定例]
がん患者から採血された末梢血を用いた細胞懸濁液を用意し、末梢血中の種々の細胞の検出、特には血液循環がん細胞(CTC)の検出を行った。
<細胞懸濁液>
細胞懸濁液は、末梢血そのものでも良いし、末梢血を適切な緩衝液、例えばリン酸緩衝食塩水(PBS)等で希釈したものでも良いが、ここでは末梢血をリン酸緩衝食塩水(PBS)で希釈した細胞懸濁液を用いた。
また細胞懸濁液は、予め血液循環がん細胞(CTC)および白血球を蛍光標識した。
上記予め蛍光標識された細胞懸濁液の調整方法は以下の通りである。
まず細胞懸濁液1mlに、パラホルムアルデヒド(和光純薬社製)を4%になるように加えて、緩やかに混和し、室温暗所にて15分間反応させた。ここに、リン酸緩衝食塩水(PBS)を充分量加えて混和し、遠心分離にて洗浄を行い、次に細胞膜透過処理用として0.1%Tweenを含むリン酸緩衝食塩水(PBS)を1ml、および血液循環がん細胞(CTC)標識用にAlexa Fluor647で標識した抗CK抗体(Micromet社製)溶液10μlおよび白血球標識用にAlexa Fluor488(インビトロジェン社製)で標識した抗CD45抗体(Santa Cruz Biotechnology, Inc.)溶液10μlを添加し、緩やかに混和しながら、室温暗所にて30分反応させ、最後の5分間、細胞核染色用にDAPI(同仁化学社製)溶液10μlを添加して反応させた。
この後、遠心分離により細胞に結合していない抗体試薬を除去し、新たにリン酸緩衝食塩水(PBS)を添加して再懸濁させ、これを本実施例で用いる細胞懸濁液とした。
<チャンバー外表面処理および細胞トラップ>(流路内流速制御方式)
細胞展開用デバイス10(チャンバー深さ50μm, チャンバー径100μφ)に流路5(幅5mm)と流路形成部材(流路高さ500μm)2を具備させ、ブロッキング液(3%BSA含有PBS)を高流速(16mLmin)で送液した。その後、PBSにてブロッキング剤を流路5内から除去し、細胞懸濁液を同流速にて流路5内へ導入後、間欠的な送液(10μL送液後10秒停止)を繰り返すことで、チャンバー6内に細胞を回収した。
<細胞検出方法1(図6)>(光源26からの同一照射で、蛍光54と反射光61とをそれぞれ検出)
細胞を収容した細胞展開用デバイス10に、血液循環がん細胞(CTC)標識用に標識したAlexa647を励起するHe-Neレーザー(波長633nm)を照射し、Alexa647の蛍光シグナルを希少細胞検出部27(PMT)にて測定し、同光源26にて照射されたチャンバーの反射光61をチャンバー検出部28(PD)にて測定をしたところ、位置情報は自動ステージのパルス信号から取得し、血液循環がん細胞(CTC)のシグナルと併せてチャンバーの検出光シグナル(反射光)が検出された。
<細胞検出方法2(図7)>
細胞を収容した細胞展開用デバイス10に、血液循環がん細胞(CTC)標識用に標識したAlexa647を励起するHe-Neレーザー(波長633nm)を光源26から照射し、Alexa647の蛍光シグナルを希少細胞検出部27としてのPMT(光電子倍増管)にて測定した。さらに、照射光を405 nmで細胞展開用デバイスの自家蛍光をチャンバー検出部28としてのPD(フォトダイオード)にて測定をしたところ、血液循環がん細胞(CTC)のシグナルと併せてチャンバー6の検出光シグナル(自家蛍光)が検出された。
1 チャンバーチップ
2 流路形成枠体
3 入口部
4 出口部
5 流路
6、6’ チャンバー
7 高さ
10 細胞展開用デバイス
24 希少細胞
25 励起光
26 光源(第1の光源)
27 希少細胞検出部
28 チャンバー検出部
30 透過光
32 希少細胞検出装置
54 蛍光
56 コンピューター
56a 希少細胞位置特定取得部
56b 記録媒体
58 希少細胞検出装置
59 希少細胞検出装置
61 反射光
63 自家蛍光
70 希少細胞検出装置
74 光源(第2の光源)
76 観察部
77 励起光
80 希少細胞検出装置
100 懸濁液展開工程
200A 希少細胞検出工程
200B チャンバー検出工程
300 希少細胞位置特定取得工程
270 検出部
480 フィルタ切り替え部
R レチクルマーク

Claims (11)

  1. 複数のチャンバーが形成された細胞展開用デバイスにおける各チャンバーに収容された複数の細胞の中から、目的とする希少細胞を蛍光標識に基いて検出する希少細胞検出装置であって、
    複数の細胞が収容された前記細胞展開用デバイスに励起光を照射する光源と、
    前記光源から前記細胞展開用デバイスに照射された励起光により発光する、希少細胞を標識した蛍光体からの蛍光を光学的に検出する希少細胞検出部と、
    前記光源から前記細胞展開用デバイスに照射された励起光に基く検出光を光学的に検出するチャンバー検出部と、
    前記希少細胞検出部で得られた希少細胞の蛍光シグナルに基いて希少細胞の位置情報を得るとともに、前記チャンバー検出部で得られたチャンバーの検出光シグナルに基いてチャンバーの位置情報を得、これら希少細胞の位置情報とチャンバーの位置情報とに基いて希少細胞が前記細胞展開用デバイスのどのチャンバー内に収容されているかを特定する希少細胞位置特定取得部と、を備えた、希少細胞検出装置。
  2. 前記チャンバー検出部では、下記1)〜3)のいずれかの検出光により、チャンバーの位置が検出される、請求項1に記載の希少細胞検出装置;
    1)前記光源から前記細胞展開用デバイスに照射され、その細胞展開用デバイスを透過した前記励起光の透過光、
    2)前記光源から前記細胞展開用デバイスに照射され、その細胞展開用デバイスで反射した前記励起光の反射光、
    3)前記光源から前記細胞展開用デバイスに照射され、その照射された前記励起光に基いて前記細胞展開用デバイスの素材が発光する、素材の自家蛍光。
  3. 前記励起光は、前記細胞と同じ大きさ以上の照射サイズを有し、前記細胞展開用デバイスに対して相対的に走査されるものであって、前記照射サイズの走査方向における長さは前記走査方向に隣接するチャンバー間の中心間の距離以下、かつ、前記照射サイズの前記走査方向に垂直な方向における長さは前記垂直な方向に隣接するチャンバー間の中心間の距離以下である、請求項1または請求項2に記載の希少細胞検出装置。
  4. 前記励起光の照射サイズは、チャンバーの上部開口の面積以下である、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の希少細胞検出装置。
  5. 前記チャンバーの上部開口の内径は、20μm〜500μmである、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の希少細胞検出装置。
  6. 複数のチャンバーが形成された細胞展開用デバイスにおける各チャンバーに収容された複数の細胞の中から、目的とする希少細胞を蛍光標識に基いて検出する希少細胞検出方法であって、
    前記細胞展開用デバイスの各チャンバーに、希少細胞を含む細胞懸濁液を展開する懸濁液展開工程と、
    前記細胞懸濁液が展開された前記細胞展開用デバイスに対して励起光を相対的に走査することにより、希少細胞の存在を光学的に検出する希少細胞検出工程と、
    前記細胞懸濁液が展開された前記細胞展開用デバイスに対して励起光を相対的に走査することにより、チャンバーを光学的に検出するチャンバー検出工程と、
    前記希少細胞検出工程で得られた希少細胞の蛍光シグナルに基いて希少細胞の位置情報を得るとともに、前記チャンバー検出工程で得られたチャンバーの検出光シグナルに基いてチャンバーの位置情報を得、これら希少細胞の位置情報とチャンバーの位置情報とに基いて希少細胞が前記細胞展開用デバイスのどのチャンバー内に収容されているかを特定する希少細胞位置特定取得工程とを備えた、希少細胞検出方法。
  7. 前記希少細胞検出工程と、前記チャンバー検出工程とが同時の走査により実施される、請求項6に記載の希少細胞検出方法。
  8. 前記励起光は、前記細胞と同じ大きさ以上の照射サイズであって、前記照射サイズの走査方向における長さは前記走査方向に隣接するチャンバー間の中心間の距離以下、かつ、前記照射サイズの前記走査方向に垂直な方向における長さは前記垂直な方向に隣接するチャンバー間の中心間の距離以下である、請求項6または請求項7に記載の希少細胞検出方法。
  9. 前記励起光の照射サイズは、チャンバーの上部開口の面積以下である、請求項6ないし請求項8のいずれかに記載の希少細胞検出方法。
  10. 請求項1〜請求項5のいずれかに記載の希少細胞検出装置と、前記細胞展開用デバイスが装着されて希少細胞を観察する観察装置とを備え、
    前記希少細胞検出装置で検出された希少細胞を前記観察装置で観察するにあたり、前記希少細胞検出装置で検出された希少細胞がどのチャンバー内に収容されているのかの情報に基いて希少細胞が収容されたチャンバーを特定し、特定したチャンバー内の希少細胞を観察可能とした、希少細胞観察システム。
  11. デバイス本体に複数のチャンバーが形成されているとともに、前記デバイス本体の一部にレチクルマークが形成されている、細胞展開用デバイス。
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