WO2011023363A1 - Method and device for cell sample diagnosis - Google Patents

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WO2011023363A1
WO2011023363A1 PCT/EP2010/005174 EP2010005174W WO2011023363A1 WO 2011023363 A1 WO2011023363 A1 WO 2011023363A1 EP 2010005174 W EP2010005174 W EP 2010005174W WO 2011023363 A1 WO2011023363 A1 WO 2011023363A1
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WO
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cell
cells
detected
individualized
sample
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PCT/EP2010/005174
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German (de)
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Inventor
Sebastian Koball
Original Assignee
Universität Rostock
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Publication date
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    • G01N15/1433
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/5005Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells
    • G01N33/5008Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells for testing or evaluating the effect of chemical or biological compounds, e.g. drugs, cosmetics
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10Investigating individual particles
    • G01N15/14Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N2015/1497Particle shape

Definitions

  • the invention relates to a method for cell sample diagnostics on a cell sample or cell culture and to a device for cell sample diagnostics on a cell sample or cell culture.
  • the present invention finds particular application in the study of the effects of new drugs, potentially toxic and other substrates on living cells, particularly human or animal cells. This represents a major area of responsibility for the compatibility tests of new drugs. Such studies are first carried out on cell cultures isolated and cultivated in the laboratory, in which the compatibility of such substances is tested before they take place on humans or on the animals themselves. Corresponding studies, i. Methods for cell sample diagnostics on cell samples or cell cultures are known.
  • In known methods for cell sample diagnostics are cultivated Incubated cells are incubated with the substance to be examined and it is observed, which effects the substances have on the vitality of the cells.
  • the study examines the behavior of cells after the addition of test reagents, which allow to assess the vitality, the metabolism or individual functions of the cells as a whole.
  • test reagents which allow to assess the vitality, the metabolism or individual functions of the cells as a whole.
  • physical or physical stimuli such as the application of alternating electromagnetic fields, light intensity or temperature control, and the like may be used, either for the entire cell sample or cell culture or locally limited.
  • Metabolic performance of cells is typically measured by the addition of substrates that are transposed by the cells. Metabolic performance in this case is measured indirectly by the extent of reaction of the added substrates. Concentration changes of test substances in the whole cell suspension provide information about the activity of the cells. In addition, measurements of electrical potentials on cell surfaces, which are indirect, are possible for specific questions
  • test substances mostly dyes or radioactively labeled test substances
  • test results are therefore not based solely on the reaction of the cells to the investigating active or pollutants. It is often unknown to what extent the application of the investigational reagents changes the actual interpretation of the results.
  • known methods usually only a single test with a cell sample is possible at the same time. However, long-term observations with repeated application of test substances and dyes are often not possible.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus that allows a Zeilprobendiagnostik on a cell sample or cell culture, with which a fast, accurate and damage-specific and cell-type specific spatially resolved analysis is possible.
  • a method for cell sample diagnostics on a cell sample or cell culture which is developed by a) at least a section of the cell sample or cell culture over a predetermined measurement period is detected by videomicroscopy, b) at least one cell of the cell sample or cell culture in c) at least one property of the at least one individualized cell is detected with its temporal change, d) the property of the individualized cell detected with its time change is compared with at least one comparison value with respect to the detected property; and e) the conformity or deviation of the detected property of the individualized cell with or from the comparison value of the function, vitality and / or Damage state of the cell and its temporal change is determined.
  • the method according to the invention is based on the observation that animal and human cells behave and move as their environment changes according to specific behavioral patterns. In addition to cell death characteristic changes in the cell shape are specific for specific damage patterns
  • animal or human cells or other cells are kept on a glass plate, in a Petri dish or in a special solution, for example a special nutrient solution.
  • Suitable sample carriers are, for example, bone substitutes or other carrier materials which are used, for example, for biocompatibility tests.
  • Typical cell types studied in this way are, for example Connective tissue cells, liver cells, peritoneal cells, blood cells or nerve cells, wherein the applicability of the method according to the invention is not limited to these cell types.
  • the method according to the invention is based on the optical detection of cells in at least one section of the cell sample or cell culture, which may be a culture of single cells or a cell carpet or a multi-dimensional reconstruction of cell clusters or cells on carrier materials. The detection takes place, for example, in the optically visible range
  • Grayscale analyzes or color shades In addition to light microscopy, phase contrast microscopy, fluorescence microscopy and laser scanning microscopy are also suitable for use with the method according to the invention. In particular, laser scanning microscopy offers the advantageous possibility of evaluating three-dimensional images.
  • the evaluation of the video signal can be done on-line during the recording or off-line based on the completed video recording.
  • the process according to the invention can be carried out alone or compared with conventional processes, which are often carried out in parallel. It allows the u. a. also directly comparing the effects of different drug concentrations and evaluating the cell's responses to it.
  • a property encompassed by the invention is preferably a cell shape, a cell circumference, a cell area, a number or size of cell spurs, a ratio of sizes of cell spurs, a cell nucleus location in the cytoplasm, a cell nuclear to plasma size ratio, a cell surface to cell ratio a movement pattern with a direction of movement and a movement speed or a number of cell divisions or cell mergers.
  • these variables are characteristically variable.
  • a detected property is a movement pattern with changes in location, wherein interactions between neighboring cells are detected, in particular between different cells of the same type and / or between cells of different types and / or species, or wherein the ratio of
  • Self-movement of at least one individualized cell is detected to cell collective movements.
  • a characteristic response to a local stimulus is movement of the cell away from a damage stimulus or to an attractant.
  • Even more complicated reaction patterns occur in the change of location of cells or the change in their interactions, in which two or more of the above properties change in a certain way.
  • the parameters mentioned are typical parameters of the cell appearance and of the movement and activity pattern of the cells, which react to the addition of substances or physical stimuli.
  • a cell that is damaged may either expand or contract, the nucleus may change its shape or size, the activity of the foothills and the number and
  • Extent of shoots may decrease or increase, the number of cell contacts, displacement of neighboring cells, penetration of cell aggregates or neighboring cells, cell mergers, rejections, cell divisions or resolutions may increase or decrease, damaged individualized cells may move against cell collective movements, etc.
  • the analysis of the individualized cell or cells according to the invention is based on a, in particular dynamic, measurement of the
  • the videomicroscopic recognition of properties of the individualized cell on the basis of individual recordings of the video signal in particular automatically happens, wherein for each individual recording of the video signal one or more of the following steps are performed cumulatively: a) detection the cell wall and in particular calculation of the area content of the cell, and in particular determination of the position of the cell in the detected section, b) detection of the cell nucleus and the nuclear boundary and in particular calculation of the area of the cell nucleus, the nuclear-plasma relation and / or the orientation of the nucleus in the
  • Cell c) detecting cell organelles and / or inclusions and determining their position relative to the cell nucleus and the cell wall.
  • Cumulative execution in this context means that at least the process step a), or the process steps a) and b) or the process steps a), b) and c) are performed.
  • the steps mentioned relate to the detection of the geometric relationships of the cell in the individual image of the video signal, whose changes is examined in the sequence of individual images.
  • the detection of the cell wall at the same time also allows the determination of Zellausrichrn and the calculation of a suitably calculated Zellausrichr index, especially in relation to the surface of the cell. From the obtained geometric data of the cell and the
  • Nuclei and the cell organelles can be derived essential properties.
  • the detection of the cell wall or of the cell nucleus also includes, in particular, the detection of the location at which the cell or the nucleus is located, so that an absolute movement of the entire cell or of the cell nucleus can also be tracked from one single exposure to the next.
  • a detected property is a time, a period of time, a frequency, or a frequency in which or at which a detected property changes. This makes the dynamics of the changes particularly clear.
  • the dynamics of the changes in the detected properties form an important part of the method according to the invention.
  • the comparison values are preferably snapshots of acquired properties or temporal developments of detected properties on the basis of known functional, vitality and / or damage states and / or their changes. Thus, it can be examined whether the extent and / or rapidity of a measured change of detected properties corresponds to a known damage state, or whether the change is within the normal range of vital or healthy cells. The variability of the properties in healthy or damaged cells is taken into account.
  • the detection of properties and their comparison with comparative values is carried out for a plurality of individualized cells, in particular forming a cell group, wherein preferably between 5 and 500 cells, more preferably between 10 and 100 cells, are examined. The examination is carried out in particular by sampling.
  • the study of culture mixtures with different types of cells can also be carried out, the high spatial resolution with respect to the cell type and the interactions of the individual different cells being particularly advantageous.
  • the cell sample or cell culture is a mixed culture of at least two different cell types or cell types. Also, three to five different cell types can be examined in this way.
  • the inventive method is theoretically not limited to the top.
  • the performance of the video-microscopic device used and the computing capacity of the data processing systems used for the analysis place an upper limit on the number of different cells to be investigated simultaneously, and in particular cell types.
  • An investigation based on culture mixtures can in practice also be followed by an examination of initially only one cell type.
  • the videomicroscopic detection takes place while the cell culture is incubated, in particular with a chemical or pharmacological substance and / or under the action of one or more physical stimuli.
  • the comparison value is from a cell thereof Cell type whose functional, vitality and / or damage state is known.
  • the comparison value from the same cell or a cell of the same cell type originates from the captured segment earlier in the measurement period.
  • the two alternatives can also be mixed with several recorded properties.
  • the first mentioned alternative is particularly advantageous for known cell types for which reference values are known.
  • the latter alternative is advantageous because it also allows for detecting relative changes in the observation of cells during incubation with previously unknown drugs, which may be sufficient for statements to assess the effect of incorporated substances.
  • the dynamics of previously unknown cells can be investigated, such as the description of the growth of tumor cells of a patient and characterization of the effects of various drugs on these cells. Since these are patient-specific tumor cells, there are usually no comparative data for this particular cell line, but the effects of substances on these cells are important.
  • preferably positive and / or negative controls of the cell sample or cell culture are incubated and recorded by video-microscopy and the at least one detected property is also recorded for at least one individualized cell of the control and used as comparison value.
  • the procedure is carried out under standard culture conditions. In particular environmental factors, in particular temperature, carbon dioxide content or light are changed.
  • the technical implementation of the new measurement method is carried out by videomicroscopic recording of cell growth and cell movement under cell culture conditions.
  • the cells to be examined are incubated with the test substance and observed over a period of usually four to twelve hours. The period can be shorter or longer.
  • the cell changes are recorded in a, in particular digital, video film or video signal from a sequence of individual images. This sequence of individual images from the video signal represents the data basis for the following data analysis.
  • the video-microscopic acquisition is performed with a refresh rate of 0.01 Hz to 1
  • Hz 1 in particular between 0.05 Hz to 0.2 Hz, in particular of 0.1 Hz made. This corresponds to a spacing between the individual images of 1 to 100 s, in particular 5 to 20 s, in particular 10 s. These intervals are based on the typical velocities and change times of the cell cultures or
  • the image repetition rate may preferably also be variable, whereby, for example, after the addition of an active substance, it is first recorded with a comparatively high image repetition rate in order to record the immediate reaction in detail, while in the course of the examination period the distances between individual images become greater if the activity of the examined Cells subsides. This achieves a reduction in the amount of data to be processed without affecting the accuracy of the analysis. lysis.
  • Data analysis relies on a large database of cell movement data, which stores comparative data or reference data obtained during studies under well-defined environmental conditions with known toxic agents.
  • this database also contains data on cell-cell interactions and interactions with physical structures or stimuli in combination with known drugs. Data for cell cultures with one to three cell types or even more cell types are stored in the database. By computer-aided comparison of the new data with the results from the database and / or a positive or negative sample statements with respect to the effects and toxicity of different drugs are possible.
  • the database does not contain any videomicroscopic individual images or image sequences, but only the parameterizations of the abovementioned properties. This leads to a very efficient data reduction.
  • the method according to the invention requires no additional reagents which would cause a falsification of the test environment and make the interpretation of the measured values difficult.
  • the test system has by the observation of single cells, even a plurality of single cells, a high spatial resolution. Damage patterns can be assigned to individual cells and cell subpopulations and thus allow a higher specificity in the interpretation of the test results. Even studies with more than two or three cell populations are possible. ZeII damage in connection with structural peculiarities are possible, specific reactions to mechanical cell damage can be detected more sensitive than previously.
  • the method according to the invention reacts early to changes in cell behavior and is thus more sensitive than comparable microscopic examination methods. Broad-based screening studies, eg in pharmacological drug discovery, are thus possible with a much lower time factor.
  • the lack of chemical reagents minimizes the running costs of testing. Long-term observations are possible without problems, the effort for the cell quantities to be kept is minimized.
  • Cells can penetrate the neighboring cells, i. can squeeze between two adjacent cells. Individualization and tracking of the individual cells from frame to frame of the video signal is also possible in this environment.
  • the object on which the invention is based is also achieved by a computer program product with program code means, in the execution of which the steps of a method according to the invention described above are executed or can be carried out in a data processing system. Also, the object underlying the invention is achieved by a data carrier with a computer program product stored or written on it. The object underlying the invention is also by a
  • Device for the delivery of a cell sample or cell culture comprising a video microscopy device, the is adapted to make, in particular digital, video recording of the incubated cell sample or cell culture, wherein the resolution of the video microscopy device is sufficient to individualize individual cells of the cell sample or cell culture, wherein the device comprises an evaluation device which is formed from the
  • Video recording at least one cell to customize, at least one property of the individualized cell and their temporal change to capture and compare with a comparison value.
  • the device according to the invention is preferably set up to carry out the method according to the invention as described above.
  • the evaluation device preferably has access to a database with comparison values, in which comparison data regarding the recorded properties for one or more cell types or cell types with known functional, vitality and / or damage status are stored.
  • comparison data regarding the recorded properties for one or more cell types or cell types with known functional, vitality and / or damage status are stored.
  • it is preferably additionally stored in the database by which substances or physical substances
  • Stimuli of the functional, vitality and / or damage state was caused, which correspond to the comparative data.
  • the database is supplemented by the evaluation device to the newly acquired data.
  • This also provides a device with which, according to the invention, the evaluation of cell functions, cell vitality and damage states is possible better than with currently used examination methods and devices.
  • the method and the device according to the invention avoids the shortcomings of the known methods and devices. obligations.
  • cells can be observed by means of videomicroscopic observation over variable periods of time and movements or changes in the shape of the cells can be recorded.
  • Individual environmental factors such as temperature, carbon dioxide content or light and any other physical environmental variables can be changed in a controlled manner. Under constant physical environmental factors, the effects of chemical agents to be investigated or specific physical stimuli can be recorded and investigated.
  • the tests are carried out on the vital cell culture and no additional test reagents are used which could falsify the results by their own action or side effects.
  • the collected data can be collected and evaluated both for single cells and for cell aggregates as well as for the analysis of cell formations changes in shape as a reaction to neighboring cells and their movement behavior can be analyzed. Since the collective analyzes always take place at the level of the individual cell, a particularly high spatial resolution is also given in the collective analyzes. This also applies to the study of mixed cultures.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the temporal evolution of detected characteristics with conventional or the method according to the invention.
  • Fig. 3 is a schematic representation of a device according to the invention.
  • a cell 1 which has been individualized in the method according to the invention, shown schematically.
  • the cell 1 has a cell wall 2 and a cell nucleus with a cell nucleus boundary 4, as well as organelles 5 and inclusions 6. These components of the cell 1 are recognizable by video-microscopy, in particular via
  • Grayscale analyzes or color shades These constituents can also be detected in light, phase contrast fluorescence microscopy or laser scanning microscopy and can be used for the analysis according to the invention. Methods for the automatic recognition of these cell boundaries and cell components in the single image are known.
  • FIG. 1 already shows a first step of an exemplary further analysis.
  • connecting lines 7, 8 represent such connecting lines in which a local maximum or a local minimum of the length of the connecting lines exists from the family of possible connecting lines.
  • those connecting lines with a locally maximum length are drawn through or solidly drawn, while the connecting lines are shown with dashed lines of locally minimal length. are.
  • the longest of these connecting lines mark cell spurs 9.
  • the lines can originate from the center of the cell nucleus 3, they can emanate from the irregular nucleus boundary 4, from a circle around the center of the nucleus 3, or it is calculated back from the cell wall 2 to the nucleus boundary 4 and optimized in each case with suitable algorithms.
  • the connecting lines drawn in FIG. 1 already allow a conclusion to be drawn about the number and extent of cell spurs 9.
  • An alternative method to the illustrated method is approximately in the Fourier analysis of the cell wall 2 and in particular the cell nucleus boundary 4. Other suitable geometric analysis methods are applicable for this purpose.
  • the distribution of the positions and / or significances of the extensions can also be detected. It can also be detected in which areas the cell 1 changes the fastest, ie in which areas are particularly fast forming or retreating.
  • Fig. 1 it can also be analyzed where the organelles 5 and 5 inclusions 6 are, where they are in relation to the cell nucleus 3 and, on the basis of the successive individual images, how they move.
  • a corresponding analysis can be carried out for a large number of individualized cells 1, which can also be of different cell types.
  • an examined slice contains several hundred cells that are either all examined or sampled, which are then subsequently tracked over the duration of the frame and frame video signal.
  • the likelihood of cells in the slice being examined remaining in the observed slice throughout the observation period is relatively large. It is possible to select those cells that remain in the clipping, or to adapt the analysis to take into account that some examined cells move out of the clipping and other cells in their place are newly included in the examination.
  • FIG. 2 shows the time profile of a conventional examination variable as well as three indices determined by the method according to the invention over a period of 260 minutes.
  • the study concerns a cell culture incubated in a toxic dialysis solution.
  • Dialysis solutions for peritoneal dialysis which are optionally provided with lactate as the sole buffer, generally have a pH which does not correspond to the pH value. fit by developing human body cells well.
  • the toxic dialysis solution used is acidic and hyperosmolar.
  • the curve labeled 20 is the time course of the concentration of the enzyme lactate dehydrogenase (LDH), which is measured in the unit IU / I, ie in international units per liter.
  • Lactate dehydrogenase is an enzyme found in all cells that is released upon cell damage, particularly damage to the cell wall, and is a standard test for investigating cell damage. The level of the LDH reading correlates with the number of damaged cells and the intensity of cell damage. The release leads to an increased concentration of lactate dehydrogenase in the medium.
  • the index profiles provided with the reference symbols 21, 22 and 23 are calculated from a plurality of individual variables.
  • the reference numeral 21 refers to changes in the cell shape and cell total area, ie, the area, perimeter, and foothold of the cells.
  • the index indicated by reference numeral 22 is calculated from several properties relating to movements of the cell as a whole, namely changes in the location of cells, their velocity and the direction and direction of their movements.
  • the index indicated by reference numeral 23 is calculated from movements of the cell in place, namely, changes in the cell surface, the dynamics of foothill formation, and the movement of cell organelles.
  • the index indicated by the reference numeral 22, which indicates the movement of the cell as a whole, is initially flat, while it also decreases significantly after about an hour. After 1 hour in the toxic dialysis solution, the cells thus lose their mobility in the medium, ie the change of location, speed and the directionality of the movement. After about 2 Vz hours, the index 22 drops only slightly. However, after 2 ⁇ A hours, this index 22 moves at a fraction of the level at the beginning of the measurement. The cell movement has therefore essentially come to a standstill.
  • the third index, reference numeral 21, has a flatter course. A first relatively significant change relates to a decrease after about 2 hours, after which the cell shape, the total cell area and also the number of shoots decrease. This decrease continues in the further course of the measurement.
  • FIG. 3 shows by way of example a schematic representation of an embodiment of a device 40 according to the invention.
  • This cell sample diagnostic apparatus 40 includes a cell sample container 41 having a cell sample or cell culture disposed in an incubator 42 together with a video microscope 43 directed to the cell sample container 41.
  • the incubator 42 is connected via a control line 45 and a signal and control line 46 to a data processing system 44.
  • the data processing system 44 includes an evaluation device 47 which receives and evaluates signals from the video microscope 43 via the signal and control line 46 as well as signal and control paths 51, 52.
  • the evaluation device 47 accesses a database 48, characterized by a double arrow, which contains or comprises comparative data on detected properties of one or more cell types investigated.
  • the data processing system 44 also includes a control device 49 with which the incubator 42 and the video microscope can be controlled.
  • the environmental conditions of the incubator 42 can be changed by the control device 49 and the recording by the video microscope 43 can be controlled.
  • the evaluation device 47 and the control device 49 can also be in contact with each other, so that the control device 49 can inform the evaluation device 47, for example, that the environmental conditions in the incubator 42 are changed or the image repetition frequency of the video signal is changed.
  • a display and operating device 50 is controlled outside the data processing system 44, on which analyzes can be performed or on the video data, intermediate analysis data, analysis end data, etc. can be displayed.
  • evaluation device 47 can send data or control commands to the database 48. This can be the
  • Database 48 are extended to recognized comparison data or it may follow a control command, with the particular data from the database 48 are retrieved. Some or all of these mentioned devices can also be combined in a single data processing system or distributed in each case to different data processing systems or other suitable electronic systems which form a network.

Abstract

The invention relates to a method for cell sample diagnosis on a cell sample or cell culture. In addition, the invention relates to a computer program product, a data storage medium with a computer program product stored or written thereon according to the invention, and a device for cell sample diagnosis on a cell sample or cell culture. The method according to the invention is characterized in that a) at least one extract from the cell sample or cell culture is captured by video microscopy over a pre-definable measuring time period, b) at least one cell (1) from the cell sample or cell culture is individualized in the captured video signal over at least part of the measuring time period, c) at least one property (21 - 23) of the at least one individualized cell (1) with the change over time thereof is captured, d) the property (21 - 23) of the individualized cell (1), captured with the change over time thereof, is compared with at least one comparative value with respect to the registered property (21 - 23), and e) from the agreement or deviation of the captured property (21 - 23) of the individualized cell (1) with or from the reference value, the functional state, state of vitality and/or state of damage of the cell and the change thereof over time is/are determined.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Zellprobendiagnostik Beschreibung  Method and device for cell sample diagnostics Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zellprobendiagnostik an einer Zellprobe oder Zellkultur sowie eine Vorrichtung zur Zellprobendiagnostik an einer Zellprobe oder Zellkultur. Die vorliegende Erfindung findet ihre Anwendung insbesondere bei der Untersuchung der Auswirkungen von neuen Medikamenten, potentiell toxischen Stoffen und anderen Substraten auf lebende Zellen, insbesondere menschliche oder tierische Zellen. Dies stellt ein Hauptaufgabengebiet der Verträglichkeitstestungen neuer Wirkstof- fe dar. Solche Untersuchungen erfolgen zunächst an im Labor isolierten und gezüchteten Zellkulturen, an denen die Verträglichkeit solcher Substanzen getestet wird, bevor sie am Menschen oder am Tier selbst erfolgen. Entsprechende Untersuchungen, d.h. Verfahren zur Zellprobendiagnostik an Zellproben oder Zellkulturen, sind be- kannt. The invention relates to a method for cell sample diagnostics on a cell sample or cell culture and to a device for cell sample diagnostics on a cell sample or cell culture. The present invention finds particular application in the study of the effects of new drugs, potentially toxic and other substrates on living cells, particularly human or animal cells. This represents a major area of responsibility for the compatibility tests of new drugs. Such studies are first carried out on cell cultures isolated and cultivated in the laboratory, in which the compatibility of such substances is tested before they take place on humans or on the animals themselves. Corresponding studies, i. Methods for cell sample diagnostics on cell samples or cell cultures are known.
Bei bekannten Verfahren zur Zellprobendiagnostik werden gezüch- tete Zellen mit dem zu untersuchenden Stoff inkubiert und es wird beobachtet, welche Auswirkungen die Stoffe auf die Vitalität der Zellen haben. Untersucht wird dabei das Verhalten von Zellen nach Zugabe von Testreagenzien, die die Vitalität, die Stoffwechselleis- 5 tungen oder einzelne Funktionen der Zellen insgesamt beurteilen lassen. Anstelle oder zusätzlich zu der Zugabe von zu untersuchenden Stoffen können auch beispielsweise physische oder physikalische Reize angewandt werden, wie beispielsweise die Anlegung elektromagnetischer Wechselfelder, eine Steuerung von Lichtinten-o sität oder Temperatur und dergleichen, was jeweils entweder für die gesamte Zellprobe oder Zellkultur oder lokal begrenzt erfolgen kann. In known methods for cell sample diagnostics are cultivated Incubated cells are incubated with the substance to be examined and it is observed, which effects the substances have on the vitality of the cells. The study examines the behavior of cells after the addition of test reagents, which allow to assess the vitality, the metabolism or individual functions of the cells as a whole. Instead of or in addition to the addition of analytes, physical or physical stimuli such as the application of alternating electromagnetic fields, light intensity or temperature control, and the like may be used, either for the entire cell sample or cell culture or locally limited.
In einer bekannten Klasse von Verfahren zur Zeilprobendiagnostik5 werden durch Zugabe von Farbstoffen lebendige und tote Zellen voneinander differenziert. Diese Farbstoffe bzw. Änderungen von Farbtönen werden üblicherweise in der Zellsuspension insgesamt gemessen. Es können jedoch auch einzelne Zellen fluoreszenzoptisch oder mikroskopisch untersucht werden. Abgestorbene Zelleno können auch ohne Farbzusätze in einigen Fällen lichtmikroskopisch erkannt werden. In a known class of procedures for Zeilprobendiagnostik5 by adding dyes living and dead cells are differentiated from each other. These colorants or changes in hues are usually measured in the cell suspension as a whole. However, individual cells can also be examined by fluorescence optics or microscopy. Dead cells can also be detected by light microscopy in some cases even without color additives.
Die Messung von Stoffwechselleistungen von Zellen erfolgt in der Regel durch die Zugabe von Substraten, die durch die Zellen umge-5 setzt werden. Die Stoffwechselleistung wird in diesem Fall indirekt über das Ausmaß der Umsetzung der zugegebenen Substrate gemessen. Konzentrationsänderungen von Testsubstanzen in der gesamten Zellsuspension geben Aufschluss über die Aktivität der Zellen. Außerdem sind bei speziellen Fragestellungen Messungen vono elektrischen Potentialen auf Zelloberflächen möglich, die indirekt Metabolic performance of cells is typically measured by the addition of substrates that are transposed by the cells. Metabolic performance in this case is measured indirectly by the extent of reaction of the added substrates. Concentration changes of test substances in the whole cell suspension provide information about the activity of the cells. In addition, measurements of electrical potentials on cell surfaces, which are indirect, are possible for specific questions
Aufschluss über den Zustand der Zellen in der Kultur geben. Mit Ausnahme der lichtmikroskopischen Diagnostik von toten Zellen beruhen alle messtechnisch bisher verwendeten Verfahren auf der Zugabe von Testsubstanzen oder der Einbringung von Testvorrichtungen in die Zellkultur, zusätzlich zur Einbringung der zu untersu- chenden Wirkstoffe bzw. Schadstoffe. Diese Testsubstanzen, meistens Farbstoffe oder radioaktiv markierte Testsubstanzen, greifen selbst mit in die Testumgebung ein und sind oft selbst toxisch, so dass sie die ermittelten Testergebnisse in erheblichem Maße verändern können. Die Testergebnisse beruhen daher nicht alleine auf der Reaktion der Zellen auf die untersuchenden Wirk- bzw. Schadstoffe. Es ist oft nicht bekannt, inwieweit die Applikation der Untersuchungsreagenzien die eigentliche Interpretation der Ergebnisse verändert. Weiterhin ist bei bekannten Verfahren meist nur ein einzelner Test mit einer Zellprobe gleichzeitig möglich. Langzeitbeobachtungen mit einer wiederholten Applikation von Testsubstanzen und Farbstoffen sind hingegen oft nicht möglich. Mit bekannten Testverfahren, insbesondere bei der Messung vonProvide information about the state of the cells in the culture. With the exception of the light microscopic diagnosis of dead cells, all methods used hitherto by metrology are based on the addition of test substances or the introduction of test devices into the cell culture, in addition to the introduction of the active substances or pollutants to be investigated. These test substances, mostly dyes or radioactively labeled test substances, are themselves involved in the test environment and are often themselves toxic, so that they can considerably alter the test results determined. The test results are therefore not based solely on the reaction of the cells to the investigating active or pollutants. It is often unknown to what extent the application of the investigational reagents changes the actual interpretation of the results. Furthermore, in known methods usually only a single test with a cell sample is possible at the same time. However, long-term observations with repeated application of test substances and dyes are often not possible. With known test methods, in particular in the measurement of
Farbumschlägen in der gesamten Zellkultur oder dem gelösten Überstand, ist die Ortsauflösung häufig nicht ausreichend, um Zellschädigungen im Einzelnen zu begutachten. Viele Testverfahren beruhen auf der Messung der Freisetzung von intrazellulären Enzymen und Eiweißen. Diese Freisetzung erfolgt mit der Auflösung der Zellmembran, also zu einem sehr späten Zeitpunkt, wenn die Zelle bereits komplett abgestorben ist und die Integrität der Zellwand aufgehoben ist. Color changes in the entire cell culture or the dissolved supernatant, the spatial resolution is often not sufficient to assess cell damage in detail. Many test methods are based on measuring the release of intracellular enzymes and proteins. This release takes place with the dissolution of the cell membrane, ie at a very late time, when the cell is already completely dead and the integrity of the cell wall is abolished.
Bei der Verwendung von Zellkulturgemischen ist eine Zuordnung von bei Zelltod freigesetzten Substanzen zu den einzelnen Zellarten - A - When cell culture mixtures are used, an assignment of substances released in cell death to the individual cell types - A -
aufgrund der fehlenden Ortsauflösung dieser Tests nicht möglich. Dadurch bedingt sind lediglich Aussagen zur gesamten Zellkultur möglich. Eine gewisse Differenzierung ist über färberische Verfahren zumdue to the lack of spatial resolution of these tests not possible. As a result, only statements about the entire cell culture are possible. Some differentiation is via dyeing methods for
Nachweis des Zelluntergangs prinzipiell auch mit einer entsprechenden Ortsauflösung unter dem Mikroskop möglich. Jedoch zeigen unterschiedliche Zellarten häufig auch ein unterschiedliches färberisches Verhalten, so dass eine sichere Interpretation der Er- gebnisse nicht immer möglich ist. Detection of cell death possible in principle with a corresponding spatial resolution under the microscope. However, different types of cells often show different follicular behavior, so that a reliable interpretation of the results is not always possible.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der eine Zeilprobendiagnostik an einer Zellprobe oder Zellkultur ermöglicht wird, mit denen eine schnelle, genaue und schadensspezifische sowie zelltypenspezifische ortsaufgelöste Analyse möglich ist. In contrast, the invention has for its object to provide a method and an apparatus that allows a Zeilprobendiagnostik on a cell sample or cell culture, with which a fast, accurate and damage-specific and cell-type specific spatially resolved analysis is possible.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Zellprobendiag- nostik an einer Zellprobe oder Zellkultur, das dadurch weitergebildet ist, dass a) wenigstens ein Ausschnitt der Zellprobe oder Zellkultur über einen vorgebbaren Messzeitraum videomikroskopisch erfasst wird, b) wenigstens eine Zelle der Zellprobe oder Zellkultur im erfass- ten Videosignal über wenigstens einen Teil des Messzeitraums individualisiert wird, c) wenigstens eine Eigenschaft der wenigstens einen individualisierten Zelle mit ihrer zeitlichen Veränderung erfasst wird, d) die mit ihrer zeitlichen Veränderung erfasste Eigenschaft der individualisierten Zelle mit wenigstens einem Vergleichswert bezüglich der erfassten Eigenschaft verglichen wird und e) aus der Übereinstimmung oder Abweichung der erfassten Eigenschaft der individualisierten Zelle mit oder von dem Vergleichswert der Funktions-, Vitalitäts- und/oder Schädigungszustand der Zelle und dessen zeitliche Veränderung bestimmt wird. This object is achieved by a method for cell sample diagnostics on a cell sample or cell culture, which is developed by a) at least a section of the cell sample or cell culture over a predetermined measurement period is detected by videomicroscopy, b) at least one cell of the cell sample or cell culture in c) at least one property of the at least one individualized cell is detected with its temporal change, d) the property of the individualized cell detected with its time change is compared with at least one comparison value with respect to the detected property; and e) the conformity or deviation of the detected property of the individualized cell with or from the comparison value of the function, vitality and / or Damage state of the cell and its temporal change is determined.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Beobachtung, dass sich tierische und menschliche Zellen bei Änderung ihrer Umgebung nach speziellen Verhaltensmustern verhalten und bewegen. Neben für den Zelluntergang charakteristischen Veränderungen der Zellform sind für bestimmte Schädigungsmuster etwa spezifischeThe method according to the invention is based on the observation that animal and human cells behave and move as their environment changes according to specific behavioral patterns. In addition to cell death characteristic changes in the cell shape are specific for specific damage patterns
Veränderungen der Bewegungen bzw. Bewegungs- oder Verhaltensmuster der Zellen nachzuweisen. Diese Änderungen der Verhaltensmuster werden mit dem Videosignal erfasst und bezüglich ihrer zeitlichen Veränderung oder Veränderlichkeit ausgewertet. In ein- zelnen Eigenschaften sind diese zeitlichen Veränderungen und dieTo detect changes in the movements or movement or behavior patterns of the cells. These changes in behavioral patterns are captured by the video signal and evaluated for their temporal change or variability. In individual properties these temporal changes and the
Dynamik dieser Veränderungen sehr charakteristisch und signifikant, so dass eine geringe Anzahl von individualisierten Zellen bereits ausreicht, unter Umständen bereits auch eine einzelne individualisierte Zelle. Dynamics of these changes are very characteristic and significant, so that a small number of individualized cells is already sufficient, may already be a single individualized cell.
Für das erfindungsgemäße Verfahren werden tierische oder humane Zellen oder andere Zellen auf einer Glasplatte, in einer Petrischale oder in einer Speziallösung, beispielsweise einer speziellen Nährlösung gehalten. Geeignete Probenträger sind beispielsweise auch Knochenersatzstoffe oder andere Trägermaterialien, die beispielsweise für Biokompatibilitätstests eingesetzt werden. Typische Zelltypen, die in dieser Weise untersucht werden, sind beispielsweise Bindegewebszellen, Leberzellen, Bauchfellzellen, Blutzellen oder Nervenzellen, wobei die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht auf diese Zelltypen beschränkt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der optischen Erfassung von Zellen in wenigstens einem Ausschnitt der Zellprobe bzw. Zellkultur, die eine Kultur von Einzelzellen oder ein Zellenteppich bzw. Zellrasen oder eine mehrdimensionale Rekonstruktion von Zellhaufen oder Zellen auf Trägermaterialien sein kann. Die Erfas- sung erfolgt beispielsweise im optisch sichtbaren Bereich überFor the method according to the invention, animal or human cells or other cells are kept on a glass plate, in a Petri dish or in a special solution, for example a special nutrient solution. Suitable sample carriers are, for example, bone substitutes or other carrier materials which are used, for example, for biocompatibility tests. Typical cell types studied in this way are, for example Connective tissue cells, liver cells, peritoneal cells, blood cells or nerve cells, wherein the applicability of the method according to the invention is not limited to these cell types. The method according to the invention is based on the optical detection of cells in at least one section of the cell sample or cell culture, which may be a culture of single cells or a cell carpet or a multi-dimensional reconstruction of cell clusters or cells on carrier materials. The detection takes place, for example, in the optically visible range
Grauwertanalysen oder über Farbnuancen. Neben der Lichtmikroskopie sind auch die Phasenkontrastmikroskopie, die Fluoreszenzmikroskopie sowie auch die Laser-Raster-Mikroskopie zur Anwendung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet. Die Laser- Raster-Mikroskopie bietet insbesondere die vorteilhafte Möglichkeit, dreidimensionale Aufnahmen auszuwerten. Grayscale analyzes or color shades. In addition to light microscopy, phase contrast microscopy, fluorescence microscopy and laser scanning microscopy are also suitable for use with the method according to the invention. In particular, laser scanning microscopy offers the advantageous possibility of evaluating three-dimensional images.
Die Auswertung des Videosignals kann on-line während der Aufnahme erfolgen oder off-line anhand der abgeschlossenen Video- aufnähme. The evaluation of the video signal can be done on-line during the recording or off-line based on the completed video recording.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann alleine durchgeführt werden oder mit herkömmlichen Verfahren, die oft noch parallel durchgeführt werden, verglichen werden. Es ermöglicht den u. a. auch direk- ten Vergleich der Auswirkungen verschiedener Wirkstoffkonzentrationen und die Bewertung der Reaktionen der Zelle darauf. The process according to the invention can be carried out alone or compared with conventional processes, which are often carried out in parallel. It allows the u. a. also directly comparing the effects of different drug concentrations and evaluating the cell's responses to it.
Eine erfindungsgemäß erfasste Eigenschaft ist vorzugsweise eine Zellform, ein Zeilumfang, eine Zellfläche, eine Anzahl oder Größe von Zellausläufern, ein Verhältnis von Größen von Zellausläufern, eine Lokalisation des Zellkerns im Zellplasma, ein Größenverhältnis von Zellkern zu Plasma, ein Verhältnis von Zelloberfläche zu Zell- ausläufern, ein Bewegungsmuster mit einer Bewegungsrichtung und einer Bewegungsgeschwindigkeit oder eine Anzahl von Zellteilungen oder Zellverschmelzungen. Bei Kontakt mit Reiz-, Wirk- oder Schadstoffen sind diese Größen charakteristisch veränderlich. A property encompassed by the invention is preferably a cell shape, a cell circumference, a cell area, a number or size of cell spurs, a ratio of sizes of cell spurs, a cell nucleus location in the cytoplasm, a cell nuclear to plasma size ratio, a cell surface to cell ratio a movement pattern with a direction of movement and a movement speed or a number of cell divisions or cell mergers. Upon contact with irritants, active substances or pollutants, these variables are characteristically variable.
In einer vorteilhaften Ausbildung ist eine erfasste Eigenschaft ein Bewegungsmuster mit Ortsveränderungen, wobei Interaktionen zwischen Nachbarzellen erfasst werden, insbesondere zwischen verschiedenen Zellen desselben Typs und/oder zwischen Zellen ver- schiedenen Typs und/oder Spezies, oder wobei das Verhältnis vonIn an advantageous embodiment, a detected property is a movement pattern with changes in location, wherein interactions between neighboring cells are detected, in particular between different cells of the same type and / or between cells of different types and / or species, or wherein the ratio of
Eigenbewegung der wenigstens einen individualisierten Zelle zu Zellkollektivbewegungen erfasst wird. Beispielsweise ist eine charakteristische Reaktion auf einen lokalen Stimulus eine Bewegung der Zelle von einem Schädigungsreiz weg oder auf einen Lockstoff zu. Auch kompliziertere Reaktionsmuster treten bei der Ortsveränderung von Zellen bzw. der Veränderung ihrer Interaktionen auf, bei denen auch zwei oder mehr der oben genannten Eigenschaften in bestimmter weise sich verändern. Die genannten Parameter sind typische Parameter der Zellerscheinungsform und des Bewegungs- und Aktivitätsmusters der Zellen, die auf den Zusatz von Stoffen oder physikalischen Reizen reagieren. So kann sich eine Zelle, die geschädigt wird, entweder ausbreiten oder zusammenziehen, der Zellkern kann seine Form oder Grö- ße verändern, die Aktivität der Ausläufer und die Anzahl und dasSelf-movement of at least one individualized cell is detected to cell collective movements. For example, a characteristic response to a local stimulus is movement of the cell away from a damage stimulus or to an attractant. Even more complicated reaction patterns occur in the change of location of cells or the change in their interactions, in which two or more of the above properties change in a certain way. The parameters mentioned are typical parameters of the cell appearance and of the movement and activity pattern of the cells, which react to the addition of substances or physical stimuli. Thus, a cell that is damaged may either expand or contract, the nucleus may change its shape or size, the activity of the foothills and the number and
Ausmaß der Ausläufer können sich verringern oder vergrößern, die Anzahl der Zellkontakte, Verschiebung von Nachbarzellen, Durchdringung von Zellansammlungen oder Nachbarzellen, Zellverschmelzungen, Abstoßungen, Zellteilungen oder Auflösungen kann sich vergrößern oder verkleinern, geschädigte individualisierte Zellen können sich entgegen Zellkollektivbewegungen bewegen usw. Es gibt eine Vielzahl möglicher Veränderungen dieser Parameter, die für den jeweiligen Zelltyp und für das jeweilige Schädigungsbild charakteristisch sind. Extent of shoots may decrease or increase, the number of cell contacts, displacement of neighboring cells, penetration of cell aggregates or neighboring cells, cell mergers, rejections, cell divisions or resolutions may increase or decrease, damaged individualized cells may move against cell collective movements, etc. There is one Variety of possible changes of these parameters, which are characteristic for the respective cell type and for the respective damage pattern.
Die erfindungsgemäße Analyse der individualisierten Zelle bzw. ZeI- len beruht auf einer, insbesondere dynamischen, Vermessung derThe analysis of the individualized cell or cells according to the invention is based on a, in particular dynamic, measurement of the
Zellform und deren Veränderungen. Dazu ist in einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die videomikroskopische Erkennung von Eigenschaften der individualisierten Zelle anhand von Einzelaufnahmen des Videosignals, insbesondere automatisch, geschieht, wobei zu jeder Einzelaufnahme des Videosignals eine oder mehrere der folgenden Schritte kumulativ ausgeführt werden: a) Detektion der Zellwand und insbesondere Berechnung des Flä- cheninhalts der Zelle, sowie insbesondere Bestimmung der Position der Zelle im erfassten Ausschnitt, b) Detektion des Zellkerns und der Zellkerngrenze und insbesondere Berechnung des Flächeninhalts des Zellkerns, der Kern- Plasma-Relation und/oder der Orientierung des Zellkerns in derCell shape and its changes. For this purpose, it is provided in a preferred embodiment of the method according to the invention that the videomicroscopic recognition of properties of the individualized cell on the basis of individual recordings of the video signal, in particular automatically happens, wherein for each individual recording of the video signal one or more of the following steps are performed cumulatively: a) detection the cell wall and in particular calculation of the area content of the cell, and in particular determination of the position of the cell in the detected section, b) detection of the cell nucleus and the nuclear boundary and in particular calculation of the area of the cell nucleus, the nuclear-plasma relation and / or the orientation of the nucleus in the
Zelle, c) Detektieren von Zellorganellen und/oder Einschlüssen und Bestimmung ihrer Position relativ zum Zellkern und der Zellwand. Cell, c) detecting cell organelles and / or inclusions and determining their position relative to the cell nucleus and the cell wall.
Unter kumulativer Ausführung wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass wenigstens der Verfahrensschritt a), oder die Verfahrensschritte a) und b) oder die Verfahrensschritte a), b) und c) ausgeführt werden. Cumulative execution in this context means that at least the process step a), or the process steps a) and b) or the process steps a), b) and c) are performed.
Die genannten Schritte betreffen die Erkennung der geometrischen Verhältnisse der Zelle im Einzelbild des Videosignals, deren Verän- derung in der Abfolge der Einzelbilder untersucht wird. So erlaubt die Detektion der Zellwand gleichzeitig auch die Ermittlung von Zellausläufern und die Berechnung eines geeignet berechneten Zellausläufer-Indexes, insbesondere in Relation zur Oberfläche der Zelle. Aus den gewonnenen geometrischen Daten der Zelle und desThe steps mentioned relate to the detection of the geometric relationships of the cell in the individual image of the video signal, whose changes is examined in the sequence of individual images. Thus, the detection of the cell wall at the same time also allows the determination of Zellausläufern and the calculation of a suitably calculated Zellausläufer index, especially in relation to the surface of the cell. From the obtained geometric data of the cell and the
Zellkerns sowie der Zellorganellen lassen sich wesentliche Eigenschaften ableiten. Nuclei and the cell organelles can be derived essential properties.
Zur Detektion der Zellwand bzw. des Zellkerns gehört insbesondere auch die Detektion des Ortes, an dem sich die Zelle bzw. der Zellkern befindet, so dass auch eine Absolutbewegung der gesamten Zelle oder des Zellkerns von einer Einzelaufnahme zur nächsten nachverfolgt werden kann. Vorzugsweise ist eine erfasste Eigenschaft eine Zeit, eine Zeitspanne, eine Frequenz oder eine Häufigkeit, in der oder mit der sich eine erfasste Eigenschaft ändert. Damit wird die Dynamik der Änderungen besonders gut erkennbar. Die Dynamik der Änderungen der er- fassten Eigenschaften bildet einen wichtigen Bestandteil des erfin- dungsgemäßen Verfahrens. The detection of the cell wall or of the cell nucleus also includes, in particular, the detection of the location at which the cell or the nucleus is located, so that an absolute movement of the entire cell or of the cell nucleus can also be tracked from one single exposure to the next. Preferably, a detected property is a time, a period of time, a frequency, or a frequency in which or at which a detected property changes. This makes the dynamics of the changes particularly clear. The dynamics of the changes in the detected properties form an important part of the method according to the invention.
Vorzugsweise sind die Vergleichs werte Momentaufnahmen von er- fassten Eigenschaften oder zeitliche Entwicklungen von erfassten Eigenschaften aufgrund bekannter Funktions-, Vitalitäts- und/oder Schädigungszustände und/oder deren Änderungen. So kann untersucht werden, ob das Ausmaß und/oder Schnelligkeit einer gemessenen Änderung von erfassten Eigenschaften einem bekannten Schädigungszustand entspricht, oder ob sich die Änderung innerhalb der normalen Bandbreite von vitalen bzw. gesunden Zellen be- findet. Dabei wird die Variabilität der Eigenschaften bei gesunden oder bei geschädigten Zellen berücksichtigt. Bevorzugterweise wird die Erfassung von Eigenschaften und deren Vergleich mit Vergleichswerten für mehrere, insbesondere einen Zellverband bildende, individualisierte Zellen vorgenommen, wobei vorzugsweise zwischen 5 und 500 Zellen, besonders bevorzugt zwi- sehen 10 und 100 Zellen untersucht werden. Die Untersuchung erfolgt insbesondere Stichprobenhaft. Die Untersuchung einer Vielzahl von Zellen erlaubt eine Verbesserung der statistischen Datenbasis und daher eine Verbesserung der Aussagekraft der Untersuchung. Insbesondere zusätzlich zur Untersuchung von Monokulturen kann auch die Untersuchung von Kulturgemischen mit verschiedenen Zellarten erfolgen, wobei die hohe Ortsauflösung bzgl. des Zelltyps und der Interaktionen der einzelnen verschiedenen Zellen besonders vorteilhaft ist. Dazu ist vorzugsweise die Zellprobe oder ZeII- kultur eine Mischkultur aus wenigstens zwei unterschiedlichen Zelltypen oder Zellarten. Auch drei bis fünf verschiedene Zellarten können auf diese Weise untersucht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei nach oben theoretisch nicht begrenzt. Die Leistungsfähigkeit der verwendeten videomikroskopischen Vorrichtung und die Rechenkapazität der zur Analyse eingesetzten Datenverarbeitungsanlagen setzen der Anzahl verschiedener gleichzeitig zu untersuchender Zellen und insbesondere Zelltypen allerdings eine obere Grenze. Eine Untersuchung anhand von Kulturgemischen kann in der Praxis etwa auch auf eine Untersuchung von zunächst nur einem Zelltyp folgen. The comparison values are preferably snapshots of acquired properties or temporal developments of detected properties on the basis of known functional, vitality and / or damage states and / or their changes. Thus, it can be examined whether the extent and / or rapidity of a measured change of detected properties corresponds to a known damage state, or whether the change is within the normal range of vital or healthy cells. The variability of the properties in healthy or damaged cells is taken into account. Preferably, the detection of properties and their comparison with comparative values is carried out for a plurality of individualized cells, in particular forming a cell group, wherein preferably between 5 and 500 cells, more preferably between 10 and 100 cells, are examined. The examination is carried out in particular by sampling. Examination of a large number of cells makes it possible to improve the statistical data base and therefore to improve the informative value of the examination. In particular, in addition to the study of monocultures, the study of culture mixtures with different types of cells can also be carried out, the high spatial resolution with respect to the cell type and the interactions of the individual different cells being particularly advantageous. For this purpose, preferably the cell sample or cell culture is a mixed culture of at least two different cell types or cell types. Also, three to five different cell types can be examined in this way. The inventive method is theoretically not limited to the top. However, the performance of the video-microscopic device used and the computing capacity of the data processing systems used for the analysis place an upper limit on the number of different cells to be investigated simultaneously, and in particular cell types. An investigation based on culture mixtures can in practice also be followed by an examination of initially only one cell type.
Vorzugsweise findet die videomikroskopische Erfassung statt, während die Zellkultur inkubiert wird, insbesondere mit einer chemischen oder pharmakologischen Substanz und/oder unter Einwirkung eines oder mehrerer physikalischer Reize. Preferably, the videomicroscopic detection takes place while the cell culture is incubated, in particular with a chemical or pharmacological substance and / or under the action of one or more physical stimuli.
Vorzugsweise stammt der Vergleichswert von einer Zelle desselben Zelltyps, dessen Funktions-, Vitalitäts- und/oder Schädigungszustand bekannt ist. Alternativ oder zusätzlich dazu stammt der Vergleichswert von derselben Zelle oder einer Zelle desselben Zelltyps aus dem erfassten Ausschnitt zu einem früheren Zeitpunkt innerhalb des Messzeitraums. Die beiden Alternativen können bei mehreren erfassten Eigenschaften auch gemischt werden. Die zunächst genannte Alternative ist besonders bei bekannten Zelltypen vorteilhaft, für die Referenzwerte bekannt sind. Die letztgenannte Alternative ist vorteilhaft, da so auch relative Veränderungen bei der Beobachtung von Zellen während der Inkubation mit bisher unbekannten Wirkstoffen erfasst werden können, die für Aussagen zur Beurteilung der Wirkung von eingebrachten Stoffen unter Umständen ausreichen. Außerdem kann so die Dynamik bei bisher unbekannten Zellen untersucht werden, etwa bei der Beschreibung des Wachstums von Tumorzellen eines Patienten und Charakterisierung der Auswirkungen verschiedener Medikamente auf diese Zellen. Da es sich um patientenspezifische Tumorzellen handelt, sind in der Regel keine Vergleichsdaten für diese spezielle Zellreihe vorhanden, die Auswirkungen von Stoffen auf diese Zellen, sind jedoch von Bedeutung. Preferably, the comparison value is from a cell thereof Cell type whose functional, vitality and / or damage state is known. Alternatively or additionally, the comparison value from the same cell or a cell of the same cell type originates from the captured segment earlier in the measurement period. The two alternatives can also be mixed with several recorded properties. The first mentioned alternative is particularly advantageous for known cell types for which reference values are known. The latter alternative is advantageous because it also allows for detecting relative changes in the observation of cells during incubation with previously unknown drugs, which may be sufficient for statements to assess the effect of incorporated substances. In addition, the dynamics of previously unknown cells can be investigated, such as the description of the growth of tumor cells of a patient and characterization of the effects of various drugs on these cells. Since these are patient-specific tumor cells, there are usually no comparative data for this particular cell line, but the effects of substances on these cells are important.
Ferner vorzugsweise werden Positiv- und/oder Negativ-Kontrollen der Zellprobe oder Zellkultur, insbesondere gleichzeitig, inkubiert und videomikroskopisch erfasst und wird die wenigstens eine er- fasste Eigenschaft auch für wenigstens eine individualisierte Zelle der Kontrolle erfasst und als Vergleichswert verwendet. Damit ist ein direkter Vergleich zwischen den erfassten Werten und Vergleichswerten möglich, da die Vergleichswerte bezüglich desselben Zelltyps oder derselben Zellkulturmischung unter denselben Rahmenbedingungen gewonnen werden, wie die erfassten Werte der schad- oder wirkstoffstoffbelasteten Zellkulturen. Furthermore, preferably positive and / or negative controls of the cell sample or cell culture, in particular simultaneously, are incubated and recorded by video-microscopy and the at least one detected property is also recorded for at least one individualized cell of the control and used as comparison value. This makes a direct comparison between the recorded values and comparison values possible, since the comparison values for the same cell type or the same cell culture mixture are obtained under the same conditions as the recorded values of the cell cultures contaminated with harmful substances or active substances.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfah- rens wird das Verfahren unter Standardkulturbedingungen durchgeführt. Dabei werden insbesondere Umgebungsfaktoren, insbesondere Temperatur, Kohlendioxidgehalt oder Licht verändert. Die technische Umsetzung des neuen Messverfahrens erfolgt durch videomikroskopische Aufzeichnung des Zellwachstums und der Zellbewegung unter Zellkulturbedingungen. Die zu untersuchenden Zellen werden mit der Testsubstanz inkubiert und über einen Zeitraum von meist vier bis zwölf Stunden beobachtet. Der Zeitraum kann auch kürzer oder länger sein. Die Zellveränderungen werden in einem, insbesondere digitalen, Videofilm bzw. Videosignal aus einer Abfolge von Einzelbildern aufgezeichnet. Diese Abfolge von Einzelbildern aus dem Videosignal stellt die Datenbasis für die folgende Datenanalyse dar. Vorzugsweise wird die videomikroskopi- sehe Erfassung mit einer Bildwiederholungsrate von 0,01 Hz bis 1In an advantageous development of the method according to the invention The procedure is carried out under standard culture conditions. In particular environmental factors, in particular temperature, carbon dioxide content or light are changed. The technical implementation of the new measurement method is carried out by videomicroscopic recording of cell growth and cell movement under cell culture conditions. The cells to be examined are incubated with the test substance and observed over a period of usually four to twelve hours. The period can be shorter or longer. The cell changes are recorded in a, in particular digital, video film or video signal from a sequence of individual images. This sequence of individual images from the video signal represents the data basis for the following data analysis. Preferably the video-microscopic acquisition is performed with a refresh rate of 0.01 Hz to 1
Hz1 insbesondere zwischen 0,05 Hz bis 0,2 Hz, insbesondere von 0,1 Hz, vorgenommen. Dies entspricht einem Abstand zwischen den Einzelbildern von 1 bis 100 s, insbesondere 5 bis 20 s, insbesondere 10 s. Diese Intervalle sind an die typischen Geschwindig- keiten und Änderungszeiten der untersuchten Zellkulturen bzw.Hz 1 in particular between 0.05 Hz to 0.2 Hz, in particular of 0.1 Hz made. This corresponds to a spacing between the individual images of 1 to 100 s, in particular 5 to 20 s, in particular 10 s. These intervals are based on the typical velocities and change times of the cell cultures or
Zellproben anzupassen, die je nach Zelltyp unterschiedlich ausfallen können. In wenigen Fällen ist eine Bildwiederholungsrate von mehr als 1 Hz notwendig. Die Bildwiederholungsrate kann vorzugsweise auch variabel sein, wodurch beispielsweise nach der Zugabe eines Wirkstoffs zunächst mit einer vergleichsweise hohen Bildwiederholungsrate aufgenommen wird, um die unmittelbare Reaktion detailscharf aufzunehmen, während im Laufe des Untersuchungszeitraums die Abstände zwi- sehen Einzelbildern größer werden, wenn die Aktivität der untersuchten Zellen nachlässt. Hiermit ist eine Reduktion der zu verarbeitenden Datenmengen erreichbar, ohne die Genauigkeit der Ana- lyse zu verschlechtern. To adapt cell samples, which may vary depending on the cell type. In a few cases, a refresh rate of more than 1 Hz is necessary. The image repetition rate may preferably also be variable, whereby, for example, after the addition of an active substance, it is first recorded with a comparatively high image repetition rate in order to record the immediate reaction in detail, while in the course of the examination period the distances between individual images become greater if the activity of the examined Cells subsides. This achieves a reduction in the amount of data to be processed without affecting the accuracy of the analysis. lysis.
Bei der Datenanalyse wird auf eine umfangreiche Datenbank mit Zellbewegungsdaten zurückgegriffen, in denen Vergleichsdaten bzw. Referenzdaten gespeichert sind, die bei Untersuchungen unter fest definierten Umgebungsbedingungen mit bekannten toxischen Agenzien erlangt wurden. Diese Datenbank enthält neben Bewegungsdaten von Einzelzellen auch Daten zu Zell-Zell-Interaktionen und zu Wechselwirkungen mit physikalischen Strukturen oder Rei- zen in Kombination mit bekannten Wirkstoffen. Daten für Zellkulturen mit einem bis zu drei Zelltypen oder auch mehr Zelltypen sind in der Datenbank hinterlegt. Durch einen computergestützten Vergleich der neu gewonnenen Daten mit den Ergebnissen aus der Datenbank und/oder einer Positiv- oder Negativprobe sind Aussagen in Bezug auf die Wirkung und Toxizität verschiedener Wirkstoffe möglich. Die Datenbank enthält in der Regel keine videomikroskopischen Einzelbilder oder Bildsequenzen, sondern nur die Parametri- sierungen der oben genannten Eigenschaften. Dies führt zu einer sehr effizienten Datenreduktion. Data analysis relies on a large database of cell movement data, which stores comparative data or reference data obtained during studies under well-defined environmental conditions with known toxic agents. In addition to single-cell transduction data, this database also contains data on cell-cell interactions and interactions with physical structures or stimuli in combination with known drugs. Data for cell cultures with one to three cell types or even more cell types are stored in the database. By computer-aided comparison of the new data with the results from the database and / or a positive or negative sample statements with respect to the effects and toxicity of different drugs are possible. As a rule, the database does not contain any videomicroscopic individual images or image sequences, but only the parameterizations of the abovementioned properties. This leads to a very efficient data reduction.
Das erfindungsgemäße Verfahren kommt ohne zusätzliche Reagenzien aus, die eine Verfälschung der Testumgebung bewirken würden und die Interpretation der Messwerte erschweren können. Das Testsystem weist durch die Beobachtung von Einzelzellen, auch einer Mehrzahl von Einzelzellen, eine hohe Ortsauflösung auf. Schädigungsmuster können einzelnen Zellen und Zeilsubpopulationen zugeordnet werden und lassen damit eine höhere Spezifität bei der Interpretation der Untersuchungsergebnisse zu. Auch Untersuchungen mit mehr als zwei oder drei Zellpopulationen sind möglich. ZeII- Schädigungen im Zusammenhang mit strukturellen Besonderheiten sind möglich, spezifische Reaktionen auf mechanische Zellschädigungen lassen sich sensitiver als bisher nachweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren reagiert bereits frühzeitig auf Veränderungen des Zellverhaltens und ist damit sensibler als vergleichbare mikroskopische Untersuchungsverfahren. Breit angelegte Screening-Untersuchungen, z.B. in der pharmakologischen Wirkstoffforschung, sind damit mit einem auch deutlich niedrigeren Zeitfaktor möglich. Durch das Fehlen chemischer Reagenzien werden die laufenden Kosten bei den Untersuchungen minimiert. Langzeitbeobachtungen sind ohne Probleme möglich, der Aufwand für die vorzuhaltenden Zellmengen wird minimiert. The method according to the invention requires no additional reagents which would cause a falsification of the test environment and make the interpretation of the measured values difficult. The test system has by the observation of single cells, even a plurality of single cells, a high spatial resolution. Damage patterns can be assigned to individual cells and cell subpopulations and thus allow a higher specificity in the interpretation of the test results. Even studies with more than two or three cell populations are possible. ZeII damage in connection with structural peculiarities are possible, specific reactions to mechanical cell damage can be detected more sensitive than previously. The method according to the invention reacts early to changes in cell behavior and is thus more sensitive than comparable microscopic examination methods. Broad-based screening studies, eg in pharmacological drug discovery, are thus possible with a much lower time factor. The lack of chemical reagents minimizes the running costs of testing. Long-term observations are possible without problems, the effort for the cell quantities to be kept is minimized.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können nicht nur Zellkulturen mit vereinzelten Zellen untersucht werden, sondern auch mit Zellen, die in Zellteppichen bzw. Zellrasen vorhanden sind. Auch in Zellrasen herrscht eine rege Bewegung, da einzelne, beweglicheWith the method according to the invention not only cell cultures with isolated cells can be examined, but also with cells that are present in cell carpets or cell lawns. Even in cell turf there is a brisk movement, as single, mobile
Zellen die benachbarten Zellen durchdringen können, d.h. sich zwischen zwei benachbarten Zellen hindurchzwängen können. Auch in dieser Umgebung ist eine Individualisierung und Verfolgung der einzelnen Zellen von Einzelbild zu Einzelbild des Videosignals möglich. Cells can penetrate the neighboring cells, i. can squeeze between two adjacent cells. Individualization and tracking of the individual cells from frame to frame of the video signal is also possible in this environment.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch gelöst durch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, bei deren Ausführung in einer Datenverarbeitungsanlage die Schritte eines oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ausge- führt werden oder ausführbar sind. Ebenfalls wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch einen Datenträger mit einem darauf gespeicherten oder geschriebenen erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch eineThe object on which the invention is based is also achieved by a computer program product with program code means, in the execution of which the steps of a method according to the invention described above are executed or can be carried out in a data processing system. Also, the object underlying the invention is achieved by a data carrier with a computer program product stored or written on it. The object underlying the invention is also by a
Vorrichtung zur Zeilprobendiagnostik an einer Zellprobe oder Zellkultur gelöst, die eine Videomikroskopievorrichtung umfasst , die ausgebildet ist, um eine, insbesondere digitale, Videoaufnahme der inkubierten Zellprobe oder Zellkultur zu machen, wobei die Auflösung der Videomikroskopievorrichtung ausreicht, um einzelne Zellen der Zellprobe oder Zellkultur zu individualisieren, wobei die Vorrich- tung eine Auswertevorrichtung umfasst, die ausgebildet ist, aus derDevice for the delivery of a cell sample or cell culture, comprising a video microscopy device, the is adapted to make, in particular digital, video recording of the incubated cell sample or cell culture, wherein the resolution of the video microscopy device is sufficient to individualize individual cells of the cell sample or cell culture, wherein the device comprises an evaluation device which is formed from the
Videoaufnahme wenigstens eine Zelle zu individualisieren, wenigstens eine Eigenschaft der individualisierten Zelle sowie deren zeitliche Änderung zu erfassen und mit einem Vergleichswert zu vergleichen. Video recording at least one cell to customize, at least one property of the individualized cell and their temporal change to capture and compare with a comparison value.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren wie oben beschrieben durchzuführen. Vorzugsweise hat die Auswertevorrichtung Zugriff auf eine Datenbank mit Vergleichswerten, in der Vergleichsdaten bezüglich der erfassten Eigenschaften für eine oder mehrere Zelltypen oder Zellarten mit bekanntem Funktions-, Vitalitäts- und/oder Schädigungszustand hinterlegt sind. Außerdem ist vorzugsweise in der Daten- bank zusätzlich hinterlegt, durch welche Stoffe oder physikalischenThe device according to the invention is preferably set up to carry out the method according to the invention as described above. The evaluation device preferably has access to a database with comparison values, in which comparison data regarding the recorded properties for one or more cell types or cell types with known functional, vitality and / or damage status are stored. In addition, it is preferably additionally stored in the database by which substances or physical substances
Reize der Funktions-, Vitalitäts- und/oder Schädigungszustand verursacht wurde, dem die Vergleichsdaten entsprechen. Vorzugsweise wird die Datenbank durch die Auswertevorrichtung um die neu gewonnenen Daten ergänzt. Stimuli of the functional, vitality and / or damage state was caused, which correspond to the comparative data. Preferably, the database is supplemented by the evaluation device to the newly acquired data.
Damit ist auch eine Vorrichtung geschaffen, mit der erfindungsgemäß besser als mit derzeit gebräuchlichen Untersuchungsmethoden und -Vorrichtungen die Beurteilung von Zellfunktionen, Zellvitalität und Schädigungszuständen möglich ist. Durch die Beobachtung von Zellbewegungen und Formveränderungen über die Zeit umgeht das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung die Unzulänglichkeiten der bekannten Verfahren und Vorrich- tungen. Insbesondere können Zellen mit Hilfe der videomikroskopischen Beobachtung über variable Zeiträume beobachtet werden und Bewegungen oder Formveränderungen der Zellen aufgezeichnet werden. Einzelne Umgebungsfaktoren wie Temperatur, Kohlendio- xidgehalt oder Licht und beliebige weitere physikalische Umweltgrößen sind dabei kontrolliert veränderbar. Unter konstanten physikalischen Umweltfaktoren können die Auswirkungen von zu untersuchenden chemischen Wirkstoffen oder speziellen physikalischen Reizen aufgezeichnet und untersucht werden. This also provides a device with which, according to the invention, the evaluation of cell functions, cell vitality and damage states is possible better than with currently used examination methods and devices. By observing cell movements and changes in shape over time, the method and the device according to the invention avoids the shortcomings of the known methods and devices. obligations. In particular, cells can be observed by means of videomicroscopic observation over variable periods of time and movements or changes in the shape of the cells can be recorded. Individual environmental factors such as temperature, carbon dioxide content or light and any other physical environmental variables can be changed in a controlled manner. Under constant physical environmental factors, the effects of chemical agents to be investigated or specific physical stimuli can be recorded and investigated.
Die Untersuchungen werden an der vitalen Zellkultur durchgeführt und es werden keine zusätzlichen Testreagenzien verwendet, die die Ergebnisse durch ihre Eigenwirkung bzw. Nebenwirkungen verfälschen könnten. Die erfassten Daten können sowohl für einzelne Zellen als auch für Zellverbände erhoben und ausgewertet werden als auch bei der Untersuchung von Zellverbänden Formveränderungen als Reaktion auf Nachbarzellen und deren Bewegungsverhalten analysiert werden. Da auch die Kollektivanalysen immer auf dem Niveau der einzelnen Zelle erfolgen, ist eine besonders hohe Orts- auflösung auch bei den Kollektivanalysen gegeben. Dies gilt auch für die Untersuchung von Mischkulturen. The tests are carried out on the vital cell culture and no additional test reagents are used which could falsify the results by their own action or side effects. The collected data can be collected and evaluated both for single cells and for cell aggregates as well as for the analysis of cell formations changes in shape as a reaction to neighboring cells and their movement behavior can be analyzed. Since the collective analyzes always take place at the level of the individual cell, a particularly high spatial resolution is also given in the collective analyzes. This also applies to the study of mixed cultures.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen: The invention will be described below without limiting the general inventive idea by means of embodiments with reference to the drawings, reference being expressly made to the drawings with respect to all in the text unspecified details of the invention. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Zelle, 1 is a schematic representation of a cell,
Fig. 2 ein schematisches Diagramm der zeitlichen Entwicklung erfasster Eigenschaften mit herkömmlichen bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren und 2 is a schematic diagram of the temporal evolution of detected characteristics with conventional or the method according to the invention and
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 3 is a schematic representation of a device according to the invention.
In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente bzw. entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer entsprechenden erneuten Vorstellung abgesehen wird. In the following figures, identical or similar elements or corresponding parts are provided with the same reference numerals, so that a corresponding renewed idea is dispensed with.
In Fig. 1 ist eine Zelle 1 , die in dem erfindungsgemäßen Verfahren individualisiert worden ist, schematisch dargestellt. Die Zelle 1 weist eine Zellwand 2 und einen Zellkern mit einer Zellkerngrenze 4 auf, sowie Organellen 5 und Einschlüsse 6. Diese Bestandteile der Zelle 1 sind videomikroskopisch erkennbar, und zwar insbesondere überIn Fig. 1, a cell 1, which has been individualized in the method according to the invention, shown schematically. The cell 1 has a cell wall 2 and a cell nucleus with a cell nucleus boundary 4, as well as organelles 5 and inclusions 6. These components of the cell 1 are recognizable by video-microscopy, in particular via
Grauwertanalysen oder über Farbnuancen. Auch in der Licht-, Pha- senkontrast-Fluorenszenzmikroskopie oder Laser-Rastermikroskopie sind diese Bestandteile erkennbar und können für die erfindungsgemäße Analyse verwendet werden. Verfahren zur automati- sehen Erkennung dieser Zellgrenzen und Zellbestandteile im Einzelbild sind bekannt. Grayscale analyzes or color shades. These constituents can also be detected in light, phase contrast fluorescence microscopy or laser scanning microscopy and can be used for the analysis according to the invention. Methods for the automatic recognition of these cell boundaries and cell components in the single image are known.
In Fig. 1 ist ein erster Schritt einer beispielhaften weiteren Analyse bereits dargestellt. Es sind Verbindungslinien 7, 8 zwischen der Zellkerngrenze 4 und der Zellwand 2 dargestellt, die in Punkten 7',FIG. 1 already shows a first step of an exemplary further analysis. There are connecting lines 7, 8 between the cell nucleus border 4 and the cell wall 2, which are shown in points 7 ',
7" bzw. 8', 8"die Zellwand 2 bzw. den Zellkern 3 berühren. Diese Verbindungslinien 7, 8 stellen solche Verbindungslinien dar, bei denen aus der Schar möglicher Verbindunglinien ein lokales Maximum bzw. ein lokales Minimum der Länge der Verbindungslinien vorliegt. Dabei sind in Fig. 1 diejenigen Verbindungslinien mit einer lokal maximalen Länge durchgezogen bzw. solide gezeichnet, während die Verbindungslinien mit lokal minimaler Länge gestrichelt darge- stellt sind. Die längsten dieser Verbindungslinien markieren Zellausläufer 9. 7 "or 8 ', 8" touch the cell wall 2 or the cell nucleus 3. These connecting lines 7, 8 represent such connecting lines in which a local maximum or a local minimum of the length of the connecting lines exists from the family of possible connecting lines. In FIG. 1, those connecting lines with a locally maximum length are drawn through or solidly drawn, while the connecting lines are shown with dashed lines of locally minimal length. are. The longest of these connecting lines mark cell spurs 9.
Für die Erkennung, welche Verbindungslinien eine lokale maximale oder minimale Länge aufweisen, sind mehrere verschiedene Verfahren anwendbar, die zu im Einzelnen leicht verschiedenen Ergebnissen kommen können. In der zeitlichen Verfolgung sind sie aber im Wesentlichen gleichwertig und kommt es vor allem darauf an, dass jeweils konsistent angewendet werden. So können die Linien vom Mittelpunkt des Zellkerns 3 ausgehen, sie können von der unregelmäßigen Zellkerngrenze 4 ausgehen, von einem Kreis um den Mittelpunkt des Zellkerns 3, oder es wird von der Zellwand 2 auf die Zellkerngrenze 4 zurückgerechnet und jeweils mit geeigneten Algorithmen optimiert. For detecting which connecting lines have a local maximum or minimum length, several different methods are applicable, which can lead to slightly different results in each case. In the temporal pursuit, however, they are essentially equivalent and it is particularly important that each be applied consistently. Thus, the lines can originate from the center of the cell nucleus 3, they can emanate from the irregular nucleus boundary 4, from a circle around the center of the nucleus 3, or it is calculated back from the cell wall 2 to the nucleus boundary 4 and optimized in each case with suitable algorithms.
Die in Fig. 1 eingezeichneten Verbindungslinien lassen bereits einen Rückschluss auf die Zahl und das Ausmaß von Zellausläufern 9 zu. Eine zur dargestellten Methode alternative Methode besteht etwa in der Fourier-Analyse der Zellwand 2 und insbesondere der Zellkerngrenze 4. Auch andere geeignete geometrische Analysenmethoden sind hierfür anwendbar. Um den Aufwand der notwendigen Analyse zu begrenzen, kann vorgesehen sein, dass nur eine Anzahl der signifikantesten Ausläufer 9 auf die beschriebene Weise bestimmt wird und über die Abfolge von Einzelaufnahmen hinweg verfolgt wird. Dadurch ist die Entwicklung der Ausläufer, ihr Ausstülpen und Wiedereinziehen, nachvollziebar. Auch die Verteilung der Positionen und/oder Signifikanzen der Ausläufer können erfasst werden. Es kann auch erfasst werden, in welchen Bereichen sich die Zelle 1 am schnellsten verändert, d.h. in welchen Bereichen Ausläufer sich besonders schnell bilden oder zurückziehen. The connecting lines drawn in FIG. 1 already allow a conclusion to be drawn about the number and extent of cell spurs 9. An alternative method to the illustrated method is approximately in the Fourier analysis of the cell wall 2 and in particular the cell nucleus boundary 4. Other suitable geometric analysis methods are applicable for this purpose. In order to limit the effort of the necessary analysis, it can be provided that only a number of the most significant spurs 9 are determined in the manner described and tracked over the sequence of individual recordings. As a result, the development of the foothills, their evisceration and recovery, traceable. The distribution of the positions and / or significances of the extensions can also be detected. It can also be detected in which areas the cell 1 changes the fastest, ie in which areas are particularly fast forming or retreating.
In Fig. 1 kann auch analysiert werden, wo sich die Organellen 5 und 5 Einschlüsse 6 befinden, wo sie sich im Verhältnis zum Zellkern 3 befinden und, anhand der aufeinanderfolgenden Einzelbilder, wie sie sich bewegen. In Fig. 1 it can also be analyzed where the organelles 5 and 5 inclusions 6 are, where they are in relation to the cell nucleus 3 and, on the basis of the successive individual images, how they move.
Eine entsprechende Analyse kann für eine Vielzahl von individuali-o sierten Zellen 1 ablaufen, die auch unterschiedlichen Zelltyps sein können. Typischerweise beinhaltet ein untersuchter Ausschnitt beispielsweise mehrere hundert Zellen, die entweder alle untersucht werden oder aus denen eine Stichprobe gebildet wird, die dann über die Dauer des Videosignals von Einzelbild und Einzelbild nachver-5 folgt werden. A corresponding analysis can be carried out for a large number of individualized cells 1, which can also be of different cell types. Typically, for example, an examined slice contains several hundred cells that are either all examined or sampled, which are then subsequently tracked over the duration of the frame and frame video signal.
Bei den meisten Zelltypen ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich in dem untersuchten Ausschnitt Zellen befinden, die über die Beobachtungsdauer hinweg im beobachteten Ausschnitt verbleiben, rela-o tiv groß. Es ist möglich, solche Zellen auszuwählen, die im Ausschnitt verbleiben, oder die Analyse so anzupassen, dass berücksichtigt wird, dass einige untersuchte Zellen sich aus dem Ausschnitt herausbewegen und andere Zellen an deren Stelle neu in die Untersuchung aufgenommen werden.For most cell types, the likelihood of cells in the slice being examined remaining in the observed slice throughout the observation period is relatively large. It is possible to select those cells that remain in the clipping, or to adapt the analysis to take into account that some examined cells move out of the clipping and other cells in their place are newly included in the examination.
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In Fig. 2 ist der zeitliche Verlauf einer herkömmlichen Untersuchungsgröße sowie dreier nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelter Indizes über einen Zeitraum von 260 Minuten dargestellt. Die Untersuchung betrifft eine Zellkultur, die in einer toxischen Dia-o lyselösung inkubiert sind. Dialyselösungen zur Bauchfelldialyse, die gegebenenfalls mit Lactat als einzigem Puffer versehen sind, weisen in der Regel einen pH-Wert auf, der nicht an den pH-Wert an- gepasst ist, indem sich menschliche Körperzellen gut entwickeln. Die verwendete toxische Dialyselösung ist sauer und hyperosmolar. FIG. 2 shows the time profile of a conventional examination variable as well as three indices determined by the method according to the invention over a period of 260 minutes. The study concerns a cell culture incubated in a toxic dialysis solution. Dialysis solutions for peritoneal dialysis, which are optionally provided with lactate as the sole buffer, generally have a pH which does not correspond to the pH value. fit by developing human body cells well. The toxic dialysis solution used is acidic and hyperosmolar.
Auf der vertikalen Achse sind zwei verschiedene Einheiten darge- stellt. Zum einen handelt es sich um einen Index, der für die drei erfindungsgemäß erfassten und ermittelten Eigenschaften 21 bis 23 charakteristisch ist. Diese Indizes entsprechen willkürlichen Einheiten. Bei der mit 20 bezeichneten Kurve handelt es sich um den zeitlichen Verlauf der Konzentration des Enzyms Lactatdehydrogenase (LDH), das in der Einheit IU/I gemessen wird, also in internationalen Einheiten pro Liter. Lactatdehydrogenase ist ein in allen Zellen vorkommendes Enzym, das bei Zellschädigung, insbesondere einer Schädigung der Zellwand, freigesetzt wird und ist ein Standardtest zur Untersuchung von Zellschädigungen. Die Höhe des LDH- Messwertes korreliert mit der Anzahl der geschädigten Zellen und der Intensität der Zellschädigung. Die Freisetzung führt zu einer erhöhten Konzentration von Lactatdehydrogenase im Medium. On the vertical axis, two different units are shown. On the one hand, it is an index which is characteristic of the three properties 21 to 23 detected and determined according to the invention. These indices correspond to arbitrary units. The curve labeled 20 is the time course of the concentration of the enzyme lactate dehydrogenase (LDH), which is measured in the unit IU / I, ie in international units per liter. Lactate dehydrogenase is an enzyme found in all cells that is released upon cell damage, particularly damage to the cell wall, and is a standard test for investigating cell damage. The level of the LDH reading correlates with the number of damaged cells and the intensity of cell damage. The release leads to an increased concentration of lactate dehydrogenase in the medium.
Aus der mit Rauten markierten LDH-Kurve 20 ist erkennbar, dass es mit zunehmender Zeit bei der Inkubation der Zellen in der toxischen Dialyselösung zu einer massiven Zellschädigung kommt, und damit, als messbarem Zeichen hierfür, zu einem Anstieg der LDH-Werte. Dieser Anstieg beginnt signifikant nach etwa zwei Stunden und erfährt eine Beinahe-Sättigung nach ca. drei Stunden, wonach nur noch ein leichter weiterer Anstieg des LDH-Werts 20 feststellbar ist. Dies ist dadurch erklärlich, dass ein Großteil der Zellschädigungen nach ca. drei Stunden bereits eingetreten ist. From the diamond-marked LDH curve 20, it can be seen that massive cell damage occurs with increasing time during the incubation of the cells in the toxic dialysis solution, and thus, as a measurable sign for this, an increase in the LDH values. This increase begins significantly after about two hours and experiences near-saturation after about three hours, after which only a slight further increase in the LDH value is detectable. This is explained by the fact that the majority of cell damage has already occurred after about three hours.
Die mit den Bezugszeichen 21 , 22 und 23 versehenen Indexverläufe sind aus jeweils mehreren Einzelgrößen berechnet. Die mit dem Be- zugszeichen 21 gekennzeichnete Linie bezieht sich auf Veränderungen der Zellform und Zellgesamtfläche, d.h. den Flächeninhalt, den Umfang und die Ausläuferanzahl der Zellen. Der mit dem Bezugszeichen 22 versehene Index errechnet sich aus mehreren Eigenschaften, die Bewegungen der Zelle als Ganzes betreffen, nämlich Veränderungen des Ortes von Zellen, ihre Geschwindigkeit und die Gerichtetheit und Richtung ihrer Bewegungen. Der mit dem Bezugszeichen 23 gekennzeichnete Index errechnet sich aus Bewegungen der Zelle an ihrem Platz, nämlich Veränderungen der Zelloberfläche, der Dynamik der Ausbildung von Ausläufern und der Bewegung von Zellorganellen. Deutlich erkennbar ist, dass bereits zu Beginn der Messung der Index 23 betreffend Dynamik der Bewegung der Zelle am Ort, d.h. die Veränderungen der Zelloberfläche, die Dynamik der Ausbildung von Ausläufern und die Bewegung von Zellorganellen signifikant abnimmt. Nach einer ersten steilen Abnahme dieses Indexes in den ersten 30 Minuten der Messung fällt dieser weiter, allerdings nicht mehr so steil. The index profiles provided with the reference symbols 21, 22 and 23 are calculated from a plurality of individual variables. The The reference numeral 21 refers to changes in the cell shape and cell total area, ie, the area, perimeter, and foothold of the cells. The index indicated by reference numeral 22 is calculated from several properties relating to movements of the cell as a whole, namely changes in the location of cells, their velocity and the direction and direction of their movements. The index indicated by reference numeral 23 is calculated from movements of the cell in place, namely, changes in the cell surface, the dynamics of foothill formation, and the movement of cell organelles. It can be clearly seen that, even at the beginning of the measurement, the index 23 concerning dynamics of the movement of the cell at the location, ie the changes of the cell surface, the dynamics of the formation of foothills and the movement of cell organelles decreases significantly. After a first steep decrease of this index in the first 30 minutes of the measurement, this falls further, but not so steep.
Der mit dem Bezugszeichen 22 gekennzeichnete Index, der die Bewegung der Zelle als Ganzes anzeigt, ist zunächst flach, während er nach etwa einer Stunde ebenfalls signifikant abnimmt. Nach 1 Stunde in der toxischen Dialyselösung verlieren die Zellen somit ihre Beweglichkeit im Medium, d.h. die Veränderung des Ortes, Geschwindigkeit und die Gerichtetheit der Bewegung. Nach etwa 2 Vz Stunden fällt der Index 22 nur noch wenig ab. Allerdings bewegt sich dieser Index 22 nach 2 ΛA Stunden auf einem Bruchteil des Niveaus zu Anfang der Messung. Die Zellbewegung ist somit im Wesentlichen zum Stillstand gekommen. Der dritte Index, Bezugszeichen 21 , hat einen flacheren Verlauf. Eine erste relativ signifikante Veränderung betrifft eine Abnahme nach ungefähr 2 Stunden, wonach die Zellform, die Zellgesamtflä- che und auch die Ausläuferanzahl, abnehmen. Diese Abnahme setzt sich im weiteren Verlauf der Messung fort. The index indicated by the reference numeral 22, which indicates the movement of the cell as a whole, is initially flat, while it also decreases significantly after about an hour. After 1 hour in the toxic dialysis solution, the cells thus lose their mobility in the medium, ie the change of location, speed and the directionality of the movement. After about 2 Vz hours, the index 22 drops only slightly. However, after 2 Λ A hours, this index 22 moves at a fraction of the level at the beginning of the measurement. The cell movement has therefore essentially come to a standstill. The third index, reference numeral 21, has a flatter course. A first relatively significant change relates to a decrease after about 2 hours, after which the cell shape, the total cell area and also the number of shoots decrease. This decrease continues in the further course of the measurement.
Aus Fig. 2 ist somit zu entnehmen, dass anhand der Indizes 21 , 22, 23 aus dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits sehr viel früher als mit der bekannten Methode der Messung der Lactatdehydro- genase-Werte in der Lösung eine Veränderung von Eigenschaften der Zellen in der toxischen Dialyselösung erkennbar ist. Es lässt sich auch sehr viel genauer als bislang möglich erkennen, welche Art von Veränderungen sich in den entsprechenden individualisier- ten und untersuchten Zellen ergibt. From Fig. 2 it can be seen that on the basis of the indices 21, 22, 23 from the inventive method already much earlier than with the known method of measuring the Lactatdehydro- genase values in the solution, a change in properties of the cells in the toxic dialysis solution is recognizable. It is also much more accurate than previously possible to see what kind of changes occur in the corresponding individualized and examined cells.
In Fig. 3 ist beispielhaft in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 40 gezeigt. Diese Vorrichtung 40 zur Zeilprobendiagnostik umfasst einen Zellproben- behälter 41 mit einer Zellprobe oder Zellkultur, der in einem Inkubator 42 zusammen mit einem Videomikroskop 43 angeordnet ist, das auf den Zellprobenbehälter 41 gerichtet ist. Der Inkubator 42 ist über eine Steuerleitung 45 und eine Signal- und Steuerleitung 46 mit einer Datenverarbeitungsanlage 44 verbunden. Die Datenverar- beitungsanlage 44 umfasst eine Auswertevorrichtung 47, die über die Signal- und Steuerleitung 46 sowie Signal- und Steuerwege 51 , 52 Signale von dem Videomikroskop 43 empfängt und auswertet. Dazu greift die Auswertevorrichtung 47 auf eine Datenbank 48 zurück, gekennzeichnet durch einen Doppelpfeil, die Vergleichsdaten über erfasste Eigenschaften eines oder mehrerer untersuchter Zelltypen enthält oder umfasst. Die Datenverarbeitungsanlage 44 umfasst außerdem eine Steuervorrichtung 49, mit der der Inkubator 42 und das Videomikroskop gesteuert werden können. So sind beispielsweise die Umweltbedingungen des Inkubators 42 durch die Steuervorrichtung 49 veränder- bar sowie die Aufnahme durch das Videomikroskop 43 steuerbar.FIG. 3 shows by way of example a schematic representation of an embodiment of a device 40 according to the invention. This cell sample diagnostic apparatus 40 includes a cell sample container 41 having a cell sample or cell culture disposed in an incubator 42 together with a video microscope 43 directed to the cell sample container 41. The incubator 42 is connected via a control line 45 and a signal and control line 46 to a data processing system 44. The data processing system 44 includes an evaluation device 47 which receives and evaluates signals from the video microscope 43 via the signal and control line 46 as well as signal and control paths 51, 52. For this purpose, the evaluation device 47 accesses a database 48, characterized by a double arrow, which contains or comprises comparative data on detected properties of one or more cell types investigated. The data processing system 44 also includes a control device 49 with which the incubator 42 and the video microscope can be controlled. Thus, for example, the environmental conditions of the incubator 42 can be changed by the control device 49 and the recording by the video microscope 43 can be controlled.
Die Auswertevorrichtung 47 und die Steuervorrichtung 49 können auch miteinander in Kontakt stehen, so dass die Steuervorrichtung 49 beispielsweise der Auswertevorrichtung 47 mitteilen kann, dass die Umweltbedingungen im Inkubator 42 geändert werden oder dass die Bildwiederholfrequenz des Videosignals geändert wird. The evaluation device 47 and the control device 49 can also be in contact with each other, so that the control device 49 can inform the evaluation device 47, for example, that the environmental conditions in the incubator 42 are changed or the image repetition frequency of the video signal is changed.
Weiterhin ist dargestellt, dass über ein Signal- und Steuerweg 53 und eine Daten- und Steuerleitung 54 eine Anzeige- und Bedienvorrichtung 50 außerhalb der Datenverarbeitungsanlage 44 ange- steuert wird, auf der Analysen ausgeführt werden können oder auf der Videodaten, Analysezwischendaten, Analyseenddaten usw. angezeigt werden können. Furthermore, it is shown that via a signal and control path 53 and a data and control line 54, a display and operating device 50 is controlled outside the data processing system 44, on which analyzes can be performed or on the video data, intermediate analysis data, analysis end data, etc. can be displayed.
Es ist auch dargestellt, dass die Auswertevorrichtung 47 Daten oder Steuerbefehle an die Datenbank 48 senden kann. Damit kann dieIt is also shown that the evaluation device 47 can send data or control commands to the database 48. This can be the
Datenbank 48 um erkannte Vergleichsdaten erweitert werden oder es kann ein Steuerbefehl folgen, mit dem bestimmte Daten aus der Datenbank 48 abgerufen werden. Einige oder alle dieser genannten Vorrichtungen können auch in einer einzigen Datenverarbeitungsanlage zusammengefasst sein oder jeweils auf verschiedene Datenverarbeitungsanlagen oder andere geeignete elektronische Anlagen verteilt sein, die ein Netzwerk bilden. Database 48 are extended to recognized comparison data or it may follow a control command, with the particular data from the database 48 are retrieved. Some or all of these mentioned devices can also be combined in a single data processing system or distributed in each case to different data processing systems or other suitable electronic systems which form a network.
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein. All the above features, including the drawings alone to be taken as well as individual features, in combination with disclosed other features are considered alone and in combination as essential to the invention. Embodiments of the invention may be accomplished by individual features or a combination of several features.
Bezuαszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMERALS
1 Zelle 1 cell
2 Zellwand  2 cell wall
3 Zellkern  3 nucleus
4 Zellkerngrenze  4 cell nucleus border
5 Organelle  5 organelle
6 Einschluss  6 inclusion
7 Verbindungslinie mit lokal maximaler Länge 7 connecting line with locally maximum length
T Punkt auf der Zellwand T point on the cell wall
7" Punkt auf dem Zellkern  7 "point on the nucleus
8 Verbindungslinie mit lokal minimaler Länge 8 connecting line with locally minimal length
8' Punkt auf der Zellwand 8 'point on the cell wall
8" Punkt auf dem Zellkern  8 "point on the nucleus
9 Zellausläufer  9 cell spurs
20 LDH-Konzentration  20 LDH concentration
21 Index 1  21 Index 1
22 Index 2  22 Index 2
23 Index 3  23 Index 3
40 Vorrichtung zur Zellprobendiagnostik 40 Device for cell sample diagnostics
41 Zeilprobenbehälter 41 cell sample containers
42 Inkubator  42 incubator
43 Videomikroskop  43 video microscope
44 Datenverarbeitungsanlage  44 data processing system
45 Steuerleitung  45 control line
46 Signal- und Steuerleitung  46 signal and control line
47 Auswertevorrichtung  47 evaluation device
48 Datenbank  48 database
49 Steuervorrichtung  49 control device
50 Anzeige- und Bedienvorrichtung  50 Display and operating device
51 - 53 Signal- und Steuerwege  51 - 53 Signal and control paths
54 Daten- und Steuerleitung  54 data and control line

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Zeilprobendiagnostik Patentansprüche Method and device for line sample diagnostics Claims
1. Verfahren zur Zeilprobendiagnostik an einer Zellprobe oder Zellkultur, dadurch gekennzeichnet, dass a) wenigstens ein Ausschnitt der Zellprobe oder Zellkultur über einen vorgebbaren Messzeitraum videomikroskopisch erfasst wird, b) wenigstens eine Zelle (1) der Zellprobe oder Zellkultur im erfassten Videosignal über wenigstens einen Teil des Messzeitraums individualisiert wird, c) wenigstens eine Eigenschaft (21 - 23) der wenigstens einen individualisierten Zelle (1) mit ihrer zeitlichen Veränderung erfasst wird, d) die mit ihrer zeitlichen Veränderung erfasste Eigenschaft (21 - 23) der individualisierten Zelle (1 ) mit wenigstens einem Vergleichswert bezüglich der erfassten Eigenschaft 1. A method for Zeilprobendiagnostik on a cell sample or cell culture, characterized in that a) at least a section of the cell sample or cell culture over a predetermined measurement period is detected videomicroscopy, b) at least one cell (1) of the cell sample or cell culture in the detected video signal over at least one C) at least one property (21-23) of the at least one individualized cell (1) is detected with its temporal change, d) the property (21-23) of the individualized cell (1 ) with at least a comparison value with respect to the detected property
(21 - 23) verglichen wird und e) aus der Übereinstimmung oder Abweichung der erfassten 5 Eigenschaft (21 - 23) der individualisierten Zelle (1 ) mit oder von dem Vergleichswert der Funktions-, Vitalitäts- und/oder Schädigungszustand der Zelle und dessen zeitliche Veränderung bestimmt wird. o 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine erfasste Eigenschaft (21 - 23) eine Zellform, ein Zeilumfang, eine Zellfläche, eine Anzahl oder Größe von Zellausläufern, ein Verhältnis von Größen von Zellausläufern, eine Lokalisation des Zellkerns im Zellplasma, ein Größenverhältnis von Zellkern5 zu Plasma, ein Verhältnis von Zelloberfläche zu Zellausläufern, ein Bewegungsmuster mit einer Bewegungsrichtung und einer Bewegungsgeschwindigkeit oder eine Anzahl von Zellteilungen oder Zellverschmelzungen ist. o And (e) from the agreement or deviation of the detected property (21-23) of the individualized cell (1) with or from the comparison value of the functional, vitality and / or damaged state of the cell and its temporal Change is determined. A method according to claim 1, characterized in that a detected property (21-23) comprises a cell shape, a cell circumference, a cell area, a number or size of cell spurs, a ratio of sizes of cell spurs, a location of the cell nucleus in the cell plasma, a size ratio of nucleus 5 to plasma, a ratio of cell surface to cell foothills, a motion pattern with a direction of movement and a velocity of movement, or a number of cell divisions or cell fusions. O
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erfasste Eigenschaft (21 - 23) ein Bewegungsmuster mit Ortsveränderungen ist, wobei Interaktionen zwischen Nachbarzellen erfasst werden, insbesondere zwischen verschiedenen Zellen desselben Typs und/oder zwischen Zellen5 verschiedenen Typs und/oder Spezies, oder wobei das Verhältnis von Eigenbewegung der wenigstens einen individualisierten Zelle (1 ) zu Zellkollektivbewegungen erfasst wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a detected property (21-23) is a movement pattern with changes in location, whereby interactions between neighboring cells are detected, in particular between different cells of the same type and / or between cells of different types and / or Species, or wherein the ratio of proper movement of the at least one individualized cell (1) is detected to cell collective movements.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn-0 zeichnet, dass die videomikroskopische Erkennung von Eigenschaften (21 - 23) der individualisierten Zelle (1 ) anhand von Einzelbildern des Videosignals, insbesondere automatisch, ge- schieht, wobei zu jeder Einzelaufnahme des Videosignals eine oder mehrere der folgenden Schritte kumulativ ausgeführt werden: 4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the video-microscopic recognition of properties (21-23) of the individualized cell (1) on the basis of individual images of the video signal, in particular automatically, takes place, wherein for each individual recording of the video signal one or more of the following steps are performed cumulatively:
5 a) Detektion der Zellwand (2) und insbesondere Berechnung des Flächeninhalts der Zelle (1), sowie insbesondere der Position der Zelle (1 ) im erfassten Ausschnitt, b) Detektion des Zellkerns (3) und der Zellkerngrenze (4)o und insbesondere Berechnung des Flächeninhalts des 5 a) Detection of the cell wall (2) and in particular calculation of the surface area of the cell (1), and in particular the position of the cell (1) in the detected section, b) detection of the cell nucleus (3) and the cell nucleus boundary (4) o and in particular Calculation of the area of the
Zellkerns (3), der Kern-Plasma-Relation und/oder der Orientierung des Zellkerns (3) in der Zelle (1 ), c) Detektieren von Zellorganellen (5) und/oder Einschlüssen5 (6) und Bestimmung ihrer Position relativ zum Zellkern (3) und der Zellwand (2).  Cell nucleus (3), the nuclear-plasma relation and / or the orientation of the nucleus (3) in the cell (1), c) detecting cell organelles (5) and / or inclusions5 (6) and determining their position relative to the nucleus (3) and the cell wall (2).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine erfasste Eigenschaft (21 - 23) eine Zeit,o eine Zeitspanne, eine Frequenz oder eine Häufigkeit ist, in der oder mit der sich eine erfasste Eigenschaft (21 - 23) ändert. A method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a detected property (21 - 23) is a time, o a period of time, a frequency or a frequency in or with which a detected property (21 - 23 ) changes.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichswerte Momentaufnahmen von er-5 fassten Eigenschaften (21 - 23) oder zeitliche Entwicklungen von erfassten Eigenschaften (21 - 23) aufgrund bekannter Funktions-, Vitalitäts- und/oder Schädigungszustände und/oder deren Änderungen sind. o6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the comparison values snapshots of he-5 detected properties (21 - 23) or temporal developments of detected properties (21 - 23) due to known functional, vitality and / or Damage states and / or their changes are. O
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung von Eigenschaften (21 - 23) und deren Vergleich mit Vergleichswerten für mehrere, insbesonde- re einen Zellverband bildende, individualisierte Zellen (1) vorgenommen wird, wobei insbesondere zwischen 5 und 500 Zellen, insbesondere zwischen 10 und 100 Zellen untersucht werden. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the detection of properties (21 - 23) and their comparison with comparative values for several, in particular an individualized cell (1) forming a cell structure is made, wherein in particular between 5 and 500 cells, in particular between 10 and 100 cells, are examined.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellprobe oder Zellkultur eine Mischkultur aus wenigstens zwei unterschiedlichen Zelltypen oder Zellarten ist. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the cell sample or cell culture is a mixed culture of at least two different cell types or cell types.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die videomikroskopische Erfassung stattfindet, während die Zellkultur inkubiert wird, insbesondere mit einer chemischen oder pharmakologischen Substanz und/oder unter Einwirkung eines oder mehrerer physikalischer Reize. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the videomicroscopic detection takes place while the cell culture is incubated, in particular with a chemical or pharmacological substance and / or under the action of one or more physical stimuli.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichswert von einer Zelle desselben Zelltyps stammt, dessen Funktions-, Vitalitäts- und/oder Schä- digungszustand bekannt ist. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the comparison value comes from a cell of the same cell type, whose functional, vitality and / or damage state is known.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichswert von derselben Zelle (1) oder einer Zelle desselben Zelltyps aus dem erfassten Aus- schnitt zu einem früheren Zeitpunkt innerhalb des Messzeitraums stammt. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the comparison value of the same cell (1) or a cell of the same cell type from the detected cut comes at an earlier time within the measurement period.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass Positiv- und/oder Negativ-Kontrollen der Zellprobe oder Zellkultur, insbesondere gleichzeitig, inkubiert und videomikroskopisch erfasst werden und die wenigstens eine erfasste Eigenschaft (21 - 23) auch für wenigstens eine in- dividualisierte Zelle (1 ) der Kontrolle erfasst und als Vergleichswert verwendet wird. 12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that positive and / or negative controls of the cell sample or cell culture, in particular simultaneously, incubated and recorded by videomicroscopy and at least one detected property (21 - 23) for at least an in- individualized cell (1) of the control and used as comparison value.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge- 5 kennzeichnet, dass das Verfahren unter Standardkulturbedingungen durchgeführt wird, wobei insbesondere Umgebungsfaktoren, insbesondere Temperatur, Kohlendioxidgehalt oder Licht verändert werden. o 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die videomikroskopische Erfassung mit einer Bildwiederholungsrate von 0,01 Hz bis 1 Hz, insbesondere zwischen 0,05 Hz bis 0,2 Hz, insbesondere von 0,1 Hz, vorgenommen wird.13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized 5 characterizes that the method is carried out under standard culture conditions, in particular environmental factors, in particular temperature, carbon dioxide content or light are changed. o 14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the videomicroscopic detection with a refresh rate of 0.01 Hz to 1 Hz, in particular between 0.05 Hz to 0.2 Hz, in particular of 0.1 Hz, is made.
5 5
15. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, bei deren Ausführung auf einer Datenverarbeitungsanlage ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgeführt wird. 0 15. Computer program with program code means, in the execution of which is carried out on a data processing system, a method according to one of claims 1 to 14. 0
16. Datenträger mit einem darauf gespeicherten oder geschriebenen Computerprogramm nach Anspruch 15. 16. A data carrier with a stored or written computer program according to claim 15.
17. Vorrichtung (40) zur Zeilprobendiagnostik an einer Zellprobe oder Zellkultur, umfassend einen Inkubator (42) für eine ZeII-5 probe oder eine Zellkultur, eine Videomikroskopievorrichtung 17. A device (40) for cell sample diagnostics on a cell sample or cell culture, comprising an incubator (42) for a cell sample or a cell culture, a video microscopy device
(43), die ausgebildet ist, um eine, insbesondere digitale, Videoaufnahme der inkubierten Zellprobe oder Zellkultur zu machen, wobei die Auflösung der Videomikroskopievorrichtung (43) ausreicht, um einzelne Zellen (1) der Zellprobe oder ZeII-o kultur zu individualisieren, dadurch gekennzeichnet, dass die  (43) adapted to take a, particularly digital, video of the incubated cell sample or cell culture, wherein the resolution of the video microscopy device (43) is sufficient to individualize individual cells (1) of the cell sample or cell culture marked that the
Vorrichtung (40) eine Auswertevorrichtung (47) umfasst, die ausgebildet ist, aus der Videoaufnahme wenigstens eine Zelle (1) zu individualisieren, wenigstens eine Eigenschaft (21 - 23) der individualisierten Zelle (1 ) sowie deren zeitliche Änderung zu erfassen und mit einem Vergleichswert zu vergleichen. Device (40) comprises an evaluation device (47) which is formed from the video recording at least one cell (1) to individualize, to record at least one property (21 - 23) of the individualized cell (1) as well as its temporal change and to compare it with a comparison value.
18. Vorrichtung (40) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 durchzuführen. 18. Device (40) according to claim 17, characterized in that it is arranged to carry out a method according to one of claims 1 to 14.
19. Vorrichtung (40) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Auswertevorrichtung (47) Zugriff auf eine19. Device (40) according to claim 17 or 18, characterized in that the evaluation device (47) has access to a
Datenbank (48) mit Vergleichswerten hat, in der Vergleichsdaten bezüglich der erfassten Eigenschaften (21 - 23) für eine oder mehrere Zelltypen oder Zellarten mit bekanntem Funkti- ons-, Vitalitäts- und/oder Schädigungszustand hinterlegt sind. Database (48) with comparison values, in which comparison data relating to the recorded properties (21-23) are stored for one or more cell types or cell types with known functional, vitality and / or damage status.
20. Vorrichtung (40) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in der Datenbank (48) zusätzlich hinterlegt ist, durch welche Stoffe oder physikalischen Reize der Funktions-, Vitalitäts- und/oder Schädigungszustand verursacht wurde, dem die Vergleichsdaten entsprechen. 20. Device (40) according to any one of claims 17 to 19, characterized in that in the database (48) is additionally deposited by which substances or physical stimuli of the functional, vitality and / or damage state was caused, the comparison data correspond.
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