JPWO2020262551A5 - - Google Patents

Description

上記課題を解決するために成された本発明に係る細胞機能の評価方法の一態様は、幹細胞である被検細胞の細胞機能を評価する方法であって、
被検細胞を撮影した、該被検細胞の厚さを反映した情報を含む細胞画像を取得する画像取得ステップと、
前記細胞画像から、被検細胞の輪郭部における厚さ方向の勾配に関する情報を該被検細胞の特徴量として抽出する特徴量抽出ステップと、
前記被検細胞の特徴量に基づいて、該被検細胞の細胞機能を評価する評価ステップと、
を有するものである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る細胞解析装置の一態様は、幹細胞である被検細胞の細胞機能を評価する細胞解析装置であって、
被検細胞を撮影した、該被検細胞の厚さを反映した情報を含む細胞画像を取得する画像取得部と、
前記細胞画像から、被検細胞の輪郭部における厚さ方向の勾配に関する情報を該被検細胞の特徴量として抽出する特徴量抽出部と、
前記被検細胞の特徴量に基づいて、該被検細胞の細胞機能を相対的に評価する評価処理部と、
を備えるものである。

（第１項）本発明の一態様に係る細胞機能の評価方法は、幹細胞である被検細胞の細胞機能を評価する方法であって、
被検細胞を撮影した、該被検細胞の厚さを反映した情報を含む細胞画像を取得する画像取得ステップと、
前記細胞画像から、被検細胞の輪郭部における厚さ方向の勾配に関する情報を該被検細胞の特徴量として抽出する特徴量抽出ステップと、
前記被検細胞の特徴量に基づいて、該被検細胞の細胞機能を評価する評価ステップと、
を有するものである。
（第２項）第１項に記載の方法において、前記特徴量抽出ステップでは、さらに、前記細胞画像から、被検細胞の配向性に関する情報を該被検細胞の特徴量として抽出することができる。

（第１１項）本発明の一態様に係る細胞解析装置は、幹細胞である被検細胞の細胞機能を評価する細胞解析装置であって、
被検細胞を撮影した、該被検細胞の厚さを反映した情報を含む細胞画像を取得する画像取得部と、
前記細胞画像から、被検細胞の輪郭部における厚さ方向の勾配に関する情報を該被検細胞の特徴量として抽出する特徴量抽出部と、
前記被検細胞の特徴量に基づいて、該被検細胞の細胞機能を相対的に評価する評価処理部と、
を備えるものである。
（第１２項）第１１項に記載の装置において、前記特徴量抽出部は、さらに、前記細胞画像から、被検細胞の配向性に関する情報を該被検細胞の特徴量として抽出することができる。

（第３項）第１項又は第２項に記載の細胞機能の評価方法において、前記細胞機能は、未分化性の維持、遊走能、組織修復能、血管新生能、及び免疫制御能、のうちの少なくとも一つを含むものとすることができる。

（第１３項）第１１項又は第１２項に記載の細胞解析装置において、前記細胞機能は、未分化性の維持、遊走能、組織修復能、血管新生能、及び免疫制御能、のうちの少なくとも一つを含むものとすることができる。

第１項又は第２項に記載の細胞機能の評価方法及び第１１項又は第１２項に記載の細胞解析装置によれば、幹細胞について非侵襲及び非破壊的に得られた画像情報に基づいて、該幹細胞の機能、例えば未分化性の維持、遊走能、組織修復能、血管新生能、免疫制御能などを定量的に評価することができる。こうした細胞機能の評価を数値を以て行うことができるので、細胞の解析作業や評価作業の経験や知識が乏しい担当者であっても、的確で信頼性の高い評価を行うことができる。また、担当者の感覚に頼った評価にありがちな、人による結果のばらつきを回避することができる。また、評価の理由等を検証する作業も容易になる。さらにまた、細胞機能の評価の作業効率を向上させることもできる。

（第４項）第１項～第３項のいずれか１項に記載の細胞機能の評価方法において、前記細胞画像は位相像であるものとすることができる。

（第１４項）第１１項～第１３項のいずれか１項に記載の細胞解析装置において、前記細胞画像は位相像であるものとすることができる。

位相像では、一般に透明であって光学顕微鏡では見えにくい細胞を比較的明瞭に捉えることができる。したがって、第４項に記載の細胞機能の評価方法及び第１４項に記載の細胞解析装置によれば、被検細胞の特徴量を精度良く抽出し、その細胞の機能を的確に評価することができる。

（第５項）第４項に記載の細胞機能の評価方法において、前記画像取得ステップは、
被検細胞にレーザ光を照射し該被検細胞を通過した光と該被検細胞の周囲を通過した光との干渉光を検出してホログラムデータを取得する測定ステップと、
前記ホログラムデータに基づく画像再構成処理を行い、前記被検細胞についての位相像を作成する位相像作成ステップと、
を含むものとすることができる。

（第１５項）第１４項に記載の細胞解析装置において、前記画像取得部は、
被検細胞にレーザ光を照射し該被検細胞を通過した光と該被検細胞の周囲を通過した光との干渉光を検出してホログラムデータを取得する測定実行部と、
前記ホログラムデータに基づく画像再構成処理を行い、前記被検細胞についての位相像を作成する位相像作成部と、
を含むものとすることができる。

位相像作成ステップにおいてホログラムデータに基づいて作成される位相像は、被検細胞の２次元的な情報だけでなく細胞の厚さ方向の情報も含む。したがって、第５項に記載の細胞機能の評価方法及び第１５項に記載の細胞解析装置によれば、位相像から被検細胞の輪郭部における厚さ方向の勾配に関する情報を精度良く抽出することができ、その情報に基づいて、上述した未分化性の維持、遊走能、組織修復能、血管新生能、免疫制御能などの細胞の機能を的確に評価することができる。

（第６項）第１項～第５項のいずれか１項に記載の細胞機能の評価方法において、
細胞機能が既知である参照細胞の細胞画像である参照画像を取得する参照画像取得ステップと、
前記参照画像から、前記特徴量抽出ステップで抽出された特徴量に相当する特徴量を抽出する参照特徴量抽出ステップと、
をさらに有し、前記評価ステップでは、前記被検細胞に対する特徴量と前記参照細胞に対する特徴量とを比較することにより、該被検細胞の細胞機能を評価するものとすることができる。

（第１６項）第１１項～第１５項のいずれか１項に記載の細胞解析装置において、前記評価処理部は、前記被検細胞に対する特徴量と、予め取得された、細胞機能が既知である参照細胞の細胞画像から抽出された特徴量と、を比較することにより、該被検細胞の細胞機能を相対的に評価するものとすることができる。

ここでいう参照細胞とは必ずしも被検細胞と異なる細胞でなくてもよい。即ち、例えば参照細胞の細胞画像は、被検細胞について過去に取得した細胞画像であってもよい。第６項に記載の細胞機能の評価方法及び第１６項に記載の細胞解析装置によれば、被検細胞が参照細胞と比較して、未分化性の維持、遊走能、組織修復能、血管新生能、免疫制御能などの細胞機能が優れているのか或いは劣っているのかを的確に評価することができる。

（第７項）第４項又は第５項に記載の細胞機能の評価方法において、前記特徴量抽出ステップは、
前記位相像から画素毎に空間的な微分値を求めて微分画像を生成する微分画像生成ステップと、
前記微分画像において被検細胞が含まれる細胞領域から該被検細胞の輪郭部における厚さ方向の勾配に関連した情報を抽出する勾配情報抽出ステップと、
を含むものとすることができる。

（第１７項）第１４項又は第１５項に記載の細胞解析装置において、前記特徴量抽出部は、前記位相像から画素毎に空間的な微分値を求めて微分画像を生成し、該微分画像において被検細胞が含まれる細胞領域から該被検細胞の輪郭部における厚さ方向の勾配に関連した情報を抽出するものとすることができる。

第７項に記載の細胞機能の評価方法及び第１７項に記載の細胞解析装置によれば、被検細胞の輪郭部における厚さ方向の勾配に関する情報を精度良く抽出することができ、その情報に基づいて、上述した未分化性の維持、遊走能、組織修復能、血管新生能、免疫制御能などの細胞の機能を的確に評価することができる。

（第８項）第７項に記載の細胞機能の評価方法において、
前記特徴量抽出ステップは、
前記微分画像における前記細胞領域に対応する画素数を算出する画素数取得ステップと、
前記位相像から細胞の数又はコンフルエンシを取得する細胞数／コンフルエンシ取得ステップと、
をさらに有し、前記画素数を前記細胞の数又はコンフルエンシで除することにより前記被検細胞の輪郭部における厚さ方向の勾配に関連した情報を求めるものとすることができる。

（第１８項）第１７項に記載の細胞解析装置において、前記特徴量抽出部は、前記微分画像における前記細胞領域に対応する画素数を算出するとともに、前記位相像から細胞の数又はコンフルエンシを取得し、前記画素数を前記細胞の数又はコンフルエンシで除することにより前記被検細胞の輪郭部における厚さ方向の勾配に関連した情報を求めるものとすることができる。

第８項に記載の細胞機能の評価方法及び第１８項に記載の細胞解析装置によれば、評価対象である被検細胞や比較の基準となる参照細胞の密度が相違している場合であっても、的確に細胞機能の比較評価を行うことができる。

（第９項）第２項に記載の細胞機能の評価方法において、前記特徴量抽出ステップは、
前記細胞画像を複数の小領域に分割する画像分割ステップと、
前記小領域毎に、その小領域に含まれる各画素に対し微分フィルタを適用して輝度が変化する方向とその変化の大きさとを算出し、該小領域毎の輝度変化の方向及び大きさから前記被検細胞の配向性に関する情報を求める配向性情報算出ステップと、
を含むものとすることができる。

（第１９項）第１２項に記載の細胞解析装置において、前記特徴量抽出部は、前記細胞画像を複数の小領域に分割し、該小領域毎に、その小領域に含まれる各画素に対し微分フィルタを適用して輝度が変化する方向とその変化の大きさとを算出し、該小領域毎の輝度変化の方向及び大きさから前記被検細胞の配向性に関する情報を求めるものとすることができる。

第９項に記載の細胞機能の評価方法及び第１９項に記載の細胞解析装置によれば、細胞の配向性、つまり細胞の向きの揃い具合に関する信頼性に足る定量的な情報を求めることができ、それにより、的確な細胞機能の評価を行うことができる。

（第１０項）第１項～第９項のいずれか１項に記載の細胞機能の評価方法において、前記幹細胞は間葉系幹細胞であるものとすることができる。

（第２０項）第１１項～第１９項のいずれか１項に記載の細胞解析装置において、前記幹細胞は間葉系幹細胞であるものとすることができる。

第１０項に記載の細胞機能の評価方法及び第２０項に記載の細胞解析装置によれば、特に、細胞の機能の評価を的確に行うことができる。

Claims (20)

1. 幹細胞である被検細胞の細胞機能を評価する方法であって、
   被検細胞を撮影した、該被検細胞の厚さを反映した情報を含む細胞画像を取得する画像取得ステップと、
   前記細胞画像から、被検細胞の輪郭部における厚さ方向の勾配に関する情報を該被検細胞の特徴量として抽出する特徴量抽出ステップと、
   前記被検細胞の特徴量に基づいて、該被検細胞の細胞機能を評価する評価ステップと、
   を有する細胞機能の評価方法。
2. 前記特徴量抽出ステップでは、さらに、前記細胞画像から、被検細胞の配向性に関する情報を該被検細胞の特徴量として抽出する、請求項１に記載の細胞機能の評価方法。
3. 前記細胞機能は、未分化性の維持、遊走能、組織修復能、血管新生能、及び免疫制御能、のうちの少なくとも一つを含む、請求項１又は２に記載の細胞機能の評価方法。
4. 前記細胞画像は位相像である、請求項１～３のいずれか１項に記載の細胞機能の評価方法。
5. 前記画像取得ステップは、
   被検細胞にレーザ光を照射し該被検細胞を通過した光と該被検細胞の周囲を通過した光との干渉光を検出してホログラムデータを取得する測定ステップと、
   前記ホログラムデータに基づく画像再構成処理を行い、前記被検細胞についての位相像を作成する位相像作成ステップと、
   を含む、請求項４に記載の細胞機能の評価方法。
6. 細胞機能が既知である参照細胞の細胞画像である参照画像を取得する参照画像取得ステップと、
   前記参照画像から、前記特徴量抽出ステップで抽出された特徴量に相当する特徴量を抽出する参照特徴量抽出ステップと、
   をさらに有し、前記評価ステップでは、前記被検細胞に対する特徴量と前記参照細胞に対する特徴量とを比較することにより、該被検細胞の細胞機能を評価する、請求項１～５のいずれか１項に記載の細胞機能の評価方法。
7. 前記特徴量抽出ステップは、
   前記位相像から画素毎に空間的な微分値を求めて微分画像を生成する微分画像生成ステップと、
   前記微分画像において被検細胞が含まれる細胞領域から該被検細胞の輪郭部における厚さ方向の勾配に関する情報を抽出する勾配情報抽出ステップと、
   を含む、請求項４又は５に記載の細胞機能の評価方法。
8. 前記特徴量抽出ステップは、
   前記微分画像における前記細胞領域に対応する画素数を算出する画素数取得ステップと、
   前記位相像から細胞の数又はコンフルエンシを取得する細胞数／コンフルエンシ取得ステップと、
   をさらに有し、前記画素数を前記細胞の数又はコンフルエンシで除することにより前記被検細胞の輪郭部における厚さ方向の勾配に関する情報を求める、請求項７に記載の細胞機能の評価方法。
9. 前記特徴量抽出ステップは、
   前記細胞画像を複数の小領域に分割する画像分割ステップと、
   前記小領域毎に、その小領域に含まれる各画素に対し微分フィルタを適用して輝度が変化する方向とその変化の大きさとを算出し、該小領域毎の輝度変化の方向及び大きさから前記被検細胞の配向性に関する情報を求める配向性情報算出ステップと、
   を含む、請求項２に記載の細胞機能の評価方法。
10. 前記幹細胞は間葉系幹細胞である、請求項１～９のいずれか１項に記載の細胞機能の評価方法。
11. 幹細胞である被検細胞の細胞機能を評価する細胞解析装置であって、
    被検細胞を撮影した、該被検細胞の厚さを反映した情報を含む細胞画像を取得する画像取得部と、
    前記細胞画像から、被検細胞の輪郭部における厚さ方向の勾配に関する情報を該被検細胞の特徴量として抽出する特徴量抽出部と、
    前記被検細胞の特徴量に基づいて、該被検細胞の細胞機能を相対的に評価する評価処理部と、
    を備える細胞解析装置。
12. 前記特徴量抽出部は、さらに、前記細胞画像から、被検細胞の配向性に関する情報を該被検細胞の特徴量として抽出する、請求項１１に記載の細胞解析装置。
13. 前記細胞機能は、未分化性の維持、遊走能、組織修復能、血管新生能、及び免疫制御能、のうちの少なくとも一つを含む、請求項１１又は１２に記載の細胞解析装置。
14. 前記細胞画像は位相像である、請求項１１～１３のいずれか１項に記載の細胞解析装置。
15. 前記画像取得部は、
    被検細胞にレーザ光を照射し該被検細胞を通過した光と該被検細胞の周囲を通過した光との干渉光を検出してホログラムデータを取得する測定実行部と、
    前記ホログラムデータに基づく画像再構成処理を行い、前記被検細胞についての位相像を作成する位相像作成部と、
    を含む、請求項１４に記載の細胞解析装置。
16. 前記評価処理部は、前記被検細胞に対する特徴量と、予め取得された、細胞機能が既知である参照細胞の細胞画像から抽出された特徴量と、を比較することにより、該被検細胞の細胞機能を相対的に評価する、請求項１１～１５のいずれか１項に記載の細胞解析装置。
17. 前記特徴量抽出部は、前記位相像から画素毎に空間的な微分値を求めて微分画像を生成し、該微分画像において被検細胞が含まれる細胞領域から該被検細胞の輪郭部における厚さ方向の勾配に関する情報を抽出する、請求項１４又は１５に記載の細胞解析装置。
18. 前記特徴量抽出部は、前記微分画像における前記細胞領域に対応する画素数を算出するとともに、前記位相像から細胞の数又はコンフルエンシを取得し、前記画素数を前記細胞の数又はコンフルエンシで除することにより前記被検細胞の輪郭部における厚さ方向の勾配に関する情報を求める、請求項１７に記載の細胞解析装置。
19. 前記特徴量抽出部は、前記細胞画像を複数の小領域に分割し、該小領域毎に、その小領域に含まれる各画素に対し微分フィルタを適用して輝度が変化する方向とその変化の大きさとを算出し、該小領域毎の輝度変化の方向及び大きさから前記被検細胞の配向性に関する情報を求める、請求項１２に記載の細胞解析装置。
20. 前記幹細胞は間葉系幹細胞である、請求項１１～１９のいずれか１項に記載の細胞解析装置。