WO2014092127A1 - がん細胞単離装置及びがん細胞単離方法 - Google Patents

がん細胞単離装置及びがん細胞単離方法 Download PDF

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WO2014092127A1
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filter
cancer cell
cancer cells
cell isolation
cancer
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PCT/JP2013/083232
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上原 寿茂
鈴木 崇裕
得仁 菊原
正文 金友
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日立化成株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/04Cell isolation or sorting
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/40Concentrating samples
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    • G06T7/0002Inspection of images, e.g. flaw detection
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    • G06T2207/30Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30004Biomedical image processing

Definitions

  • the present invention relates to a cancer cell isolation device and a cancer cell isolation method.
  • CTC circulating tumor cells
  • CTC cancer cells
  • the present invention has been made in view of the above, and provides a cancer cell isolation device and a cancer cell isolation method that can isolate cancer cells captured on a filter without damaging them. For the purpose.
  • a cancer cell isolation device isolates cancer cells captured on a filter having a plurality of through holes and stores them in a storage container.
  • An isolation device based on an image picked up by the image pick-up means, an image pick-up means for enlarging and picking up the filter that has captured the cancer cells, a moving means that can move the filter and the storage container, And handling means for carrying the cancer cells one by one while moving the filter and the storage container by the moving means.
  • the cancer cell isolation method is a cancer cell isolation method for isolating cancer cells captured on a filter provided with a plurality of through holes and storing them in a storage container.
  • the filter and the storage container are moved by the moving means based on the captured image. And moving cancer cells one by one using handling means. Thereby, it can isolate without damaging the cancer cell on a filter, and observation etc. can be performed suitably.
  • the handling means includes a suction nozzle, and the cancer cell is adsorbed to the tip of the suction nozzle by adsorbing the cancer cells.
  • a mode of transporting cancer cells is mentioned.
  • the handling means includes a microtweezer, and the cancer cell is held by holding the cancer cell with the microtweezer.
  • the aspect to convey is mentioned.
  • the image processing apparatus includes position recognition means for acquiring position information for specifying a position of the cancer cell on the filter based on an image of the filter imaged by the imaging means, and the information acquired by the position recognition means
  • the cancer cells on the filter can be transported by the handling means based on the position information of cancer cells.
  • the cancer cell is transported using the position information. It can be recognized and transport work can be performed efficiently.
  • the filter is provided with a reference mark indicating the arrangement of the through holes, and based on the reference mark, the position recognition unit acquires the position information of the cancer cells, and the moving unit sets the filter. It can also be set as the aspect which moves.
  • a cancer cell isolation device and a cancer cell isolation method that can isolate cancer cells captured on a filter without damaging them.
  • FIG. 1 shows the configuration of a cancer cell isolation device according to an embodiment of the present invention.
  • the cancer cell isolation device 1 is a device that moves the cancer cells X on the filter 100 in which cancer cells are captured one by one to a plurality of storage units 201 provided in the storage container 200.
  • the cancer cell isolation device 1 includes a moving table 11 for moving the filter 100, a moving table control unit 20 for controlling the operation of the moving table 11, a camera 30 for magnifying and observing the filter 100, and a camera 30. And an output unit 32 that outputs the image captured in step 1 and a handling unit 40 for moving the cancer cells X from the filter 100 to the storage container 200.
  • the moving table 11 includes a rotary moving table 12 that rotates and moves the filter 100 along a horizontal plane, and an X linear moving table 14 and a Y linear moving that move the filter 100 and the storage container 200 in two directions perpendicular to each other along the horizontal plane.
  • the table 16 is configured to include a Z linearly moving table 18 that moves the filter 100 and the storage container 200 in the vertical direction. These operate based on an instruction from the moving table control unit 20 to move the filter 100 and the storage container 200, and form a situation in which the handling unit 40 can easily operate the cancer cells X.
  • the camera 30 is attached so as to magnify and image the main surface of the filter 100 from above.
  • the image captured by the camera 30 is output from the output unit 32 connected to the camera 30 so that an operator who operates the cancer cell isolation device 1 can confirm the image. Yes.
  • the handling unit 40 includes a handling nozzle 41 (suction nozzle), a negative pressure pump 43 connected to the handling nozzle 41 via a tube 42, and a nozzle moving base 44 for moving the handling nozzle 41.
  • the A pressure gauge 45 is attached in the middle of the tube 42 and has a function of monitoring the gas pressure in the tube 42.
  • a valve 46 is attached in the vicinity of the end of the tube 42 on the negative pressure pump 43 side.
  • the tube 42 is bifurcated on the side of the handling nozzle 41 with respect to the valve 46.
  • a valve 49, a regulator 50, and a compressed air tank 51 are attached to the tube 48 connected to the tube 42 in this order from the branch point side. That is, when the valve 46 is closed and the valve 49 is opened, the compressed air in the compressed air tank 51 is output while being regulated by the regulator 50, thereby allowing the compressed air to flow into the tube 42.
  • the negative pressure pump 43 is driven with the valve 46 opened and the valve 49 closed, whereby the air in the tube 42 is drawn by the negative pressure pump 43.
  • Cancer cells X can be adsorbed to the tip of the handling nozzle 41.
  • the inside of the tube 42 becomes negative pressure, so by confirming the value of the pressure gauge 45, it is confirmed that the cancer cell X has adhered to the tip of the handling nozzle 41.
  • the handling nozzle 41 in a state where the cancer cells X are adsorbed up to a place (for example, the storage unit 201 of the storage container 200) where the cancer cells X are to be placed by the linked operation of the nozzle movement base 44 and the mobile base 11.
  • a place for example, the storage unit 201 of the storage container 200
  • the valve 46 is closed and the valve 49 is opened.
  • the compressed air is output from the compressed air tank 51 to fill the tube 42 with the compressed air.
  • the cell X can be removed from the handling nozzle 41.
  • the filter 100 is a plate-like member provided with a plurality of through holes in the thickness direction of the main surface, details of which will be described later.
  • a filter after capturing cancer cells using the diameter of the through-holes by passing blood or the like as a test solution through the through-holes of the filter 100 using a filter unit to be described later, It is attached to the release device.
  • the storage container 200 is a container for storing the isolated cancer cells X one by one and storing the cancer cells one by one in the partitioned storage unit 201. It is a container that can.
  • the filter 100 is attached to the cancer cell isolation device 1. It is assumed that the cancer cell X has already adhered to the filter 100 at this time, and washing / staining treatment or the like is performed as necessary.
  • the rotary moving table 12 is used. use.
  • the moving directions of the X rectilinear moving table 14 and the Y rectilinear moving table 16 are orthogonal to each other.
  • the through holes are arranged along straight lines orthogonal to each other in the filter 100 is described.
  • the camera 30 is focused on the main surface of the filter 100, that is, the surface to which the cancer cells X are attached, and the position where the cancer cells X are attached to the main surface of the filter 100 is the camera.
  • the camera 30 is focused on the cancer cell X by being moved by the X rectilinear moving table 14, the Y rectilinear moving table 16 and the Z rectilinear moving table 18 so as to be imaged.
  • the magnification of the camera 30 at this time is preferably a magnification that allows focusing on both the main surface of the filter 100 and the cancer cells X.
  • the tip of the handling nozzle 41 of the handling unit 40 is moved to the vicinity of the cancer cell X using the nozzle moving table 44.
  • the distance between the tip of the handling nozzle 41 and the cancer cell X is about 10 ⁇ m.
  • the tip of the handling nozzle 41 and the cancer cell X are brought into contact with each other by moving the filter 100 by the X rectilinear moving table 14, the Y rectilinear moving table 16, and the Z rectilinear moving table 18. Furthermore, by driving the negative pressure pump 43, the cancer cells X are adsorbed to the tip of the handling nozzle 41 by suction. Adsorption of the cancer cells X can be confirmed by the suction pressure measured by the pressure gauge 45.
  • the X linear moving table 14 and the Y linear moving table 16 are used to lower the filter 100.
  • the filter 100 arranged in the direction is moved, and instead the storage container 200 is moved so that the predetermined storage part 201 of the storage container 200 is disposed.
  • the storage unit 201 and the cancer cell X at the tip of the handling nozzle 41 approach each other by moving the storage container 200 upward by the Z linearly moving table 18.
  • the inside of the tube 42 is switched from negative pressure to pressurized by switching the opening and closing of the valves 46 and 49 and the supply of compressed air from the compressed air tank 51, and the compressed air moves from the tip of the handling nozzle 41 to the storage portion 201.
  • the cancer cell X is moved. Thereby, one of the cancer cells X on the filter 100 is isolated and stored in the storage unit 201 of the storage container 200.
  • the storage container 200 and the filter 100 are switched by driving the X linear movement table 14, the Y linear movement table 16, and the Z linear movement table 18, thereby moving the filter 100 below the camera 30 and performing the above operation.
  • the isolation operation of the cancer cell X on the filter 100 is performed one by one.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the filter 100.
  • the filter 100 shown in FIG. 2 has a plurality of substantially rectangular through holes 102 formed in the thickness direction of the main surface of the sheet 101.
  • a plurality of through holes 102 are arranged in a matrix.
  • alignment marks 103 used for alignment are arranged at the four corners of the sheet 101.
  • individual identification characters 104 are printed on the sheet 101 in the vicinity thereof in association with each of the through holes 102.
  • the alignment mark 103 indicates the arrangement of the through holes 102, that is, the direction of the sheet 101, and the movement direction of the X rectilinear movement table 14 and the Y rectilinear movement table 16. Is used when adjusting using the rotary moving table 12. That is, the alignment marks 103 arranged at the four corners of the filter 100 are used in association with the positional relationship (arrangement, rectangular shape of the through hole 102) of the filter 100. Specifically, for example, when the alignment mark 103 has a “cross” shape as shown in FIG. 2, the direction indicated by the cross is made to coincide with the short axis direction 102X and the long axis direction 102Y of the through hole 102. .
  • the filter when the filter is fixed to the cancer cell isolation device 1 in a state where the cross alignment mark 103 is associated with the moving directions of the X rectilinear moving table 14 and the Y rectilinear moving table 16, the X rectilinear moving table 14 and Y Since the moving direction of the rectilinear moving table 16 coincides with the major axis direction and the minor axis direction of the through hole 102, it is easy to move the handling nozzle 41, move the filter 100, and the like more accurately.
  • the identification character 104 written in the vicinity of the through hole 102 is a combination of two numbers in parentheses.
  • the first number of the two numbers indicates the row of the through holes 102
  • the second number indicates the column of the through holes 102.
  • the through hole 102 on the surface of the filter 100 can be specified.
  • the position of the through hole 102 is specified, so that the through hole 102 of the filter 100 in which the cancer cells X are captured using the identification character 104 of the through hole 102 is defined. It can be easily identified and the isolation operation can be performed efficiently. Note that the information for specifying the position of the through-hole 102 does not need to stick to the above-described two-numbered list.
  • FIG. 3A and 3B are diagrams illustrating the configuration of the filter unit 300
  • FIG. 3A is a view of the filter unit 300 as viewed from above
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view.
  • FIG. 3 illustrates a filter unit 300 having a circular outer shape used when a cancer cell is captured using a filter 100 having a circular sheet outer shape.
  • the filter unit 300 is configured by combining an upper nut 301 having a concave cross section and a cylindrical lower screw 302, and the filter 100 includes an upper surface 302a of the lower screw 302 and a bottom surface 301a of a concave portion of the upper nut 301. It is fixed so that it is pinched. On the bottom surface 301a and the top surface 302a, gaps 311 and 312 are formed at positions corresponding to the positions where the through holes 102 of the filter 100 are provided, respectively.
  • the upper nut 301 is provided with an upper nut nozzle 321 that communicates with the gap 311 and supplies blood from the outside.
  • the lower screw 302 is also provided with a lower screw nozzle 322 that communicates with the gap 312 and supplies blood from the outside.
  • the test liquid such as blood is supplied from the end of the upper nut nozzle 321 after the filter 100 is sandwiched and fixed by the upper nut 301 and the lower screw 302.
  • the test liquid that has reached the gap 311 from the upper nut nozzle 321 passes through the through hole 102 of the filter 100 and is discharged from the gap 312 to the outside via the lower screw nozzle 322.
  • cancer cells having a diameter larger than that of the through hole 102 are captured by the through hole 102 of the filter 100.
  • the cancer cells on the filter 100 are washed and stained by sequentially supplying treatment liquids for observing cancer cells such as a washing liquid and a staining liquid from the upper nut nozzle 321.
  • the filter unit 300 can be taken out by separating the upper nut 301 and the lower screw 302 by performing the operation of loosening the screws of the upper nut 301 and the lower screw 302.
  • the screw loosening operation may be performed by fixing the lower screw 302 to another fixing base (not shown) so as not to apply vibration to the filter 100.
  • the cancer cell X captured on the filter 100 is imaged by the camera 30 serving as an imaging unit, and the captured image is output to the output unit. 32, while the filter 100 and the storage container 200 are moved by the X rectilinear moving table 14, the Y rectilinear moving table 16, and the Z rectilinear moving table 18, which are moving means, cancer cells using the handling unit 40 are output. Carries one X at a time. Thereby, it can isolate without damaging the cancer cell on a filter, and observation etc. can be performed suitably.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a first modification of the cancer cell isolation device.
  • the cancer cell isolation device 2 shown in FIG. 4 is different from the cancer cell isolation device 1 shown in FIG. 1 in the following points. That is, in place of the handling unit 40, in the cancer cell isolation device 2, the micro tweezers 55 is used as the handling means.
  • the micro tweezers 55 is attached to a tweezer moving table 56, and the tip of the micro tweezers 55 is movable in the imaging region of the camera 30.
  • the micro tweezers 55 is used as the handling means, as in the case where the handling nozzle 41 is used, after the camera 30 is focused on the cancer cells X on the main surface of the filter 100, In addition, after the tip of the microtweezers 55 is moved to the vicinity of the cancer cell X, the cancer cell X is gripped by the tip of the microtweezers 55, and then the filter 100 and the storage container 200 are moved, thereby causing cancer. The cancer cells X can be transported to the storage part 201 of the storage container 200.
  • the cancer cell isolation device 3 shown in FIG. 5 is different from the cancer cell isolation device 1 shown in FIG. 1 in the following points. That is, information indicating the position of the cancer cell X on the filter 100 is acquired using an image captured by the camera 30, and based on this information, the moving table controller 20 rotates the moving table 12, the X linear moving table 14, The difference is that the Y linear moving table 16 and the Z linear moving table 18 are moved.
  • an image captured by the camera 30 is sent to a recognition unit 62 (position recognition unit) connected to the output unit 32. Then, in the recognition unit 62, the through-hole 102 on which the cancer cell X is captured is specified.
  • position information that specifies the position of the cancer cell X is acquired by the recognition unit 62.
  • the positional information used here for example, the identification character 104 or the like given to each of the through holes 102 of the filter 100 can be cited, and the identification character 104 for identifying the through hole 102 where the cancer cell X is captured is used.
  • Such information is acquired in the recognition unit 62 as position information of the cancer cell X.
  • the positional information of the cancer cell X is sent from the recognition unit 62 to the control unit 60.
  • an instruction related to the movement of the filter 100 and the storage container 200 for transporting the cancer cell X is performed. Specifically, an instruction relating to the movement of the moving base 11 for moving cancer cells X at a specific position of the filter 100 specified by the recognition unit 62 to the storage unit 201 of the storage container 200 is given.
  • the control unit 60 may instruct the handling unit 40 to drive the handling nozzle 41.
  • the moving table control unit 20 is driven according to an instruction from the control unit 60 and the handling nozzle 41 is operated, whereby the cancer cells X on the filter 100 can be moved from the filter 100 to the storage container 200.
  • the acquisition of position information related to the position of the cancer cell X on the filter 100 and the isolation operation of the cancer cell are performed on the cancer cell isolation device 3.
  • it was performed with the filter 100 fixed it is also possible to remove the filter 100 once after acquiring the position information related to the position of the cancer cell X on the filter 100.
  • the cancer cell isolation device 3 holds the positional information of the cancer cells X on the filter 100.
  • the isolation operation can be quickly performed by accurately attaching the filter 100 to the apparatus.
  • the alignment mark 103 (see FIG. 2) provided on the filter 100 is useful.
  • the filter 100A shown in FIG. 6 differs from the filter 100 shown in FIG. 2 in the following points. That is, straight lines 105X and 105Y extending in two directions orthogonal to each other are added so as to connect adjacent through holes 102.
  • the straight line 105 ⁇ / b> X is a straight line that extends in the short side direction of the through hole 102 and connects the midpoints of the adjacent through holes 102.
  • the straight line 105 ⁇ / b> Y is a straight line that extends in the long side direction of the through hole 102 and connects the midpoints of the adjacent through holes 102.
  • the straight lines 105X and 105Y connecting the through holes 102 are described in the sheet 101, so that not only the alignment marks 103 provided at the four corners of the sheet 101 but also the straight lines 105X and 105Y are referred to.
  • the filter 100 can be more accurately aligned, and the filter according to the position of the through hole 102 where the cancer cell X is captured. 100 movements can be performed more suitably.
  • the shape of the through hole 106 on the surface of the sheet 101 is a wave shape.
  • the corrugated through-hole is formed by connecting a plurality of perforations having a rectangular or rounded rectangular shape on the surface of the sheet 101 at a predetermined crossing angle between the ends.
  • the corrugated shape of the through hole 106 is formed along the X-axis direction.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a modification of the filter unit, and corresponds to FIG.
  • the filter unit 300A shown in FIG. 8 differs from the filter unit 300 of FIG. 3 in the following points.
  • the filter 100 is fixed between the upper nut 301 and the lower screw 302 in a state where the upper and lower edges of the filter 100 are sandwiched between the upper frame plate 331 and the lower frame plate 332.
  • the upper frame plate 331 and the lower frame plate 332 are joined to the main surface (upper surface and lower surface) of the filter 100 so as to sandwich the filter 100.
  • the filter 100, the upper frame plate 331, and the lower frame plate 332 are integrated.
  • the upper frame plate 331 and the lower frame plate 332 are preferably members that do not cause a gap when the filter 100 is attached between the upper nut 301 and the lower screw 302.
  • silicon rubber or the like can be used. .
  • the upper frame plate 331 and the lower frame plate 332 fix the filter 100 in a state in which the filter 100 does not sag, it is possible to prevent the filter 100 from being deformed. Further, when the filter 100 is taken out from the filter unit 300A, it is taken out with the upper frame plate 331 and the lower frame plate 332 attached. For this reason, even when the filter 100 alone is moved, wrinkles can be prevented from being generated on the filter surface, and damage to the cancer cells X captured on the filter 100 can be prevented. When attaching to the cancer cell isolation device and also in the subsequent operation, it is possible to prevent a decrease in workability due to deformation of the filter 100.
  • the filter unit 300A shown in FIG. 8 differs from the filter unit 300 of FIG. 3 in the following points. That is, the difference is that the filter 100 is fixed between the upper nut 301 and the lower screw 302 in a state where the filter 100 is sandwiched between the upper plate 341 and the lower plate 342 forming the gaps 311 and 312. An upper nut nozzle 321 connected to the gap 311 is attached to the upper plate 341, and a lower screw nozzle 322 connected to the gap 312 is attached to the lower plate 342. In such a configuration, the upper nut 301 and the lower screw 302 can be used a plurality of times because contact with the test solution is suppressed.
  • a highly durable metal material can be used for the upper nut 301 and the lower screw 302.
  • the upper plate 341 and the lower plate 342, which are considered to be in contact with the test solution are manufactured and used as, for example, resin consumables, and compared with the case where the filter unit 300 of FIG. 3 is used.
  • the cost associated with cell isolation can also be reduced.

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Abstract

 フィルタ上に捕捉されたがん細胞を損傷させることなく単離する。 がん細胞単離装置1では、フィルタ100上に捕捉されたがん細胞Xについて、撮像手段となるカメラ30によって撮像した後に、撮像された画像を出力部32から出力しながら、移動手段となるX直進移動台14、Y直進移動台16、及びZ直進移動台18によって、フィルタ100及び収納容器200を移動させながら、ハンドリング部40を用いてがん細胞Xを1個ずつ運搬する。これにより、フィルタ上のがん細胞を損傷させることなく単離することができ、観察等を好適に行うことが可能となる。

Description

がん細胞単離装置及びがん細胞単離方法
 本発明は、がん細胞単離装置及びがん細胞単離方法に関する。
 がんは世界各国で死因の上位を占め、わが国においては年間30万人以上が癌によって死亡しており、その早期発見および治療が望まれている。がんによる人の死亡は、がんの転移再発によるものがほとんどである。がんの転移再発は、癌細胞が原発巣から血管またはリンパ管を経由して、別臓器組織の血管壁に定着、浸潤して微小転移巣を形成することで起こる。このような血管又はリンパ管を通じての人の体内を循環するがん細胞は、血中循環癌細胞(Circulating Tumor Cell、以下、場合により「CTC」という。)と呼ばれている。
 がんの転移再発を引き起こす可能性のある血管中のがん細胞(CTC)の有無およびその量を測定できれば、がん治療に大きな貢献が可能となる。血液中のがん細胞を捕らえる従来技術としては、例えば、特許文献1に記載の構成が知られている。特許文献1記載の技術は、血液中のがん細胞をフィルタで捕獲しようとするもので、ここではフィルタの半導体技術を用いた製造方法、フィルタを収納したセルユニットの形状、および血液および処理液を流す流路の構造が示されている。
米国特許出願公開第2011/0053152号明細書
 近年、血管中のがん細胞の状況についてより正確に把握をする目的から、がん細胞の個体についてそれぞれ観察したいという要求がある。しかしながら、例えば特許文献1記載の技術を用いてフィルタ上にがん細胞を捕捉したとしても、がん細胞個体を観察するのは困難である。また、フィルタ上のがん細胞は弾性変形しやすいため取り扱いが困難である一方で損傷させてしまうとがん細胞の観察を好適に行うことができない。
 本発明は上記を鑑みてなされたものであり、フィルタ上に捕捉されたがん細胞を損傷させることなく単離することが可能ながん細胞単離装置及びがん細胞単離方法を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るがん細胞単離装置は、貫通孔が複数設けられたフィルタ上において捕捉されたがん細胞を単離して収納容器に収納するがん細胞単離装置であって、前記がん細胞を捕捉したフィルタを拡大して撮像する撮像手段と、前記フィルタ及び前記収納容器を移動可能な移動手段と、前記撮像手段により撮像された画像に基づいて、前記移動手段により前記フィルタ及び前記収納容器を移動させながら前記がん細胞を1個ずつ運搬するハンドリング手段と、を備えることを特徴とする。
 また、本発明の一形態に係るがん細胞単離方法は、貫通孔が複数設けられたフィルタ上において捕捉されたがん細胞を単離して収納容器に収納するがん細胞単離方法であって、前記がん細胞を捕捉したフィルタを拡大して撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップにおいて撮像された画像に基づいて、前記フィルタ及び前記収納容器を移動させながら前記がん細胞を1個ずつ運搬するステップと、を含むことを特徴とする。
 上記のがん細胞単離装置及びがん細胞単離方法によれば、フィルタ上に捕捉されたがん細胞を撮像手段により撮像した後に、撮像された画像に基づいて移動手段によりフィルタと収納容器とを移動させながら、ハンドリング手段を用いてがん細胞を1個ずつ運搬する。これにより、フィルタ上のがん細胞を損傷させることなく単離することができ、観察等を好適に行うことが可能となる。
 ここで、上記作用を効果的に奏する構成として、具体的には、前記ハンドリング手段は、吸引ノズルを含んで構成され、前記吸引ノズルの先端に対して前記がん細胞を吸着させることで前記がん細胞を運搬する態様が挙げられる。
 また、上記作用を効果的に奏する他の構成として、具体的には、前記ハンドリング手段は、マイクロピンセットを含んで構成され、前記マイクロピンセットにより前記がん細胞を把持することで前記がん細胞を運搬する態様が挙げられる。
 また、前記撮像手段により撮像された前記フィルタの画像に基づいて前記フィルタ上の前記がん細胞の位置を特定する位置情報を取得する位置認識手段を備え、前記位置認識手段により取得された前記がん細胞の位置情報に基づいて前記ハンドリング手段により前記フィルタ上の前記がん細胞を運搬する態様とすることができる。
 上記のように、撮像手段により撮像されたがん細胞の位置情報を位置認識手段により取得した後にこれを用いてがん細胞を運搬する態様とすることで、がん細胞の位置情報をより的確に認識し、運搬作業を効率よく行うことができる。
 また、前記フィルタには前記貫通孔の配列を示す基準マークが設けられ、前記基準マークに基づいて、前記位置認識手段によって前記がん細胞の位置情報を取得すると共に、前記移動手段によって前記フィルタを移動させる態様とすることもできる。
 上記のように、基準マークを用いてがん細胞の位置情報を取得する構成とすることで、がん細胞の位置をより正確に認識することが可能になると共に、基準マークを用いてフィルタを移動させる構成とすることで、フィルタの位置合わせ及び移動をより正確に行うことができ、がん細胞の単離にかかる作業をより効率よく行うことができる。
 本発明によれば、フィルタ上に捕捉されたがん細胞を損傷させることなく単離することが可能ながん細胞単離装置及びがん細胞単離方法が提供される。
実施形態に係るがん細胞単離装置の構成図である。 実施形態に係るフィルタの構成を説明する図である。 実施形態に係るフィルタユニットの構成を説明する図である。 変形例に係るがん細胞単離装置の構成図である。 変形例に係るがん細胞単離装置の構成図である。 変形例に係るフィルタの構成を説明する図である。 変形例に係るフィルタの構成を説明する図である。 変形例に係るフィルタユニットの構成を説明する図である。 変形例に係るフィルタユニットの構成を説明する図である。
 以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
(がん細胞単離装置)
 図1に本発明の実施形態に係るがん細胞単離装置の構成を示す。がん細胞単離装置1は、がん細胞が捕捉されたフィルタ100上のがん細胞Xを1個ずつ収納容器200に設けられた複数の収納部201に移動させる装置である。がん細胞単離装置1は、フィルタ100を移動させる移動台11と、移動台11の動作を制御する移動台制御部20と、フィルタ100を拡大して観察するためのカメラ30と、カメラ30で撮像された画像を出力する出力部32と、がん細胞Xをフィルタ100から収納容器200へ移動させるためのハンドリング部40と、を含んで構成される。
 移動台11は、フィルタ100を水平面に沿って回転移動させる回転移動台12と、フィルタ100及び収納容器200を水平面に沿って互いに直交する2つの方向へ移動させるX直進移動台14及びY直進移動台16と、フィルタ100及び収納容器200を上下方向へ移動させるZ直進移動台18と、を含んで構成される。これらが移動台制御部20からの指示に基づいて動作することで、フィルタ100及び収納容器200を移動させ、ハンドリング部40によりがん細胞Xを操作しやすい状況を形成する。
 カメラ30は、上方からフィルタ100の主面を拡大して撮像するように取り付けられている。そして、カメラ30で撮像された画像は、カメラ30に接続された出力部32において出力されることで、がん細胞単離装置1を操作する操作者が確認をすることができる構成となっている。
 ハンドリング部40は、ハンドリングノズル41(吸引ノズル)と、ハンドリングノズル41とチューブ42を介して接続された負圧ポンプ43と、ハンドリングノズル41を移動させるためのノズル移動台44とを含んで構成される。チューブ42の途中には、圧力ゲージ45が取り付けられていて、チューブ42内のガス圧をモニタする機能を有する。また、チューブ42のうち負圧ポンプ43側の端部近隣には、バルブ46が取り付けられている。また、バルブ46よりもハンドリングノズル41側において、チューブ42が2股に分岐されている。チューブ42に対して接続するチューブ48には、分岐点側から、バルブ49、レギュレータ50、圧縮空気タンク51がこの順に取り付けられている。すなわち、バルブ46を閉とし、バルブ49を開とした時点で、圧縮空気タンク51内の圧縮空気をレギュレータ50により調圧しながら出力することで、チューブ42内に圧縮空気を流すこともできる。
 ハンドリング部40は上記の構成を有することにより、バルブ46を開とし、バルブ49を閉とした状態で負圧ポンプ43を駆動させることで、チューブ42内の空気が負圧ポンプ43により引き込まれ、ハンドリングノズル41の先端にがん細胞Xを吸着させることができる。がん細胞Xがハンドリングノズル41の先端に付着するとチューブ42内が負圧となるので、圧力ゲージ45の数値を確認することで、がん細胞Xがハンドリングノズル41の先端に付着したことを確認することもできる。また、ノズル移動台44と移動台11との連係動作により、がん細胞Xを載置したい場所(例えば、収納容器200の収納部201)までがん細胞Xを吸着させた状態のハンドリングノズル41を接近させた後に、バルブ46を閉とし、バルブ49を開とした状態で圧縮空気タンク51から圧縮空気を出力してチューブ42内を圧縮空気で満たすことで、ハンドリングノズル41に付着したがん細胞Xをハンドリングノズル41から外すことができる。
 フィルタ100は、詳細は後述するが、主面の厚さ方向に複数の貫通孔が設けられた板状の部材である。後述のフィルタユニットを用いて、被検液である血液等をフィルタ100の貫通孔を通過させることで、貫通孔の孔径を利用してがん細胞を捕捉した後のフィルタが、がん細胞単離装置に取り付けられる。また、収納容器200は、単離後のがん細胞Xを1個ずつ小分けして収納する容器であり、区画された収納部201に対して1個ずつがん細胞を投入して保管することが可能な容器である。
(がん細胞単離方法)
 ここで、本実施形態に係るがん細胞単離装置1を用いたがん細胞単離方法を説明する。まず、がん細胞単離装置1にフィルタ100を取り付ける。このときのフィルタ100には、既にがん細胞Xが付着しているものとし、必要に応じて、洗浄・染色処理等が行われているものとする。フィルタ100をがん細胞単離装置1に取り付ける際には、X直進移動台14及びY直進移動台16の移動方向とフィルタの貫通孔の並び方向とを合致させるために、回転移動台12を使用する。なお、X直進移動台14及びY直進移動台16の移動方向は互いに直交する方向となっている。なお、ここでは、フィルタ100において互いに直交する直線に沿って貫通孔が並んでいる場合について説明している。
 次に、フィルタ100の主面、すなわちがん細胞Xが付着している面に対してカメラ30の焦点を合わせ、フィルタ100の主面のうちがん細胞Xが付着されている位置がカメラに撮像されるようにX直進移動台14、Y直進移動台16及びZ直進移動台18により移動させて、カメラ30の焦点をがん細胞Xに合わせる。このときのカメラ30の倍率は、フィルタ100の主面とがん細胞Xとの双方に対して焦点を合わせることができる倍率とすることが好ましい。
 次に、ハンドリング部40のハンドリングノズル41の先端をがん細胞Xの近傍までノズル移動台44を用いて移動させる。このとき、ハンドリングノズル41の先端とがん細胞Xとの距離は10μm程度とする。
 続いて、X直進移動台14、Y直進移動台16及びZ直進移動台18により、フィルタ100を移動させることで、ハンドリングノズル41の先端とがん細胞Xとを接触させる。さらに、負圧ポンプ43を駆動させることで、吸引によりハンドリングノズル41の先端にがん細胞Xを吸着させる。がん細胞Xが吸着されたことは、圧力ゲージ45により測定される吸引圧により確認をすることができる。
 次に、Z直進移動台18を駆動することでフィルタ100を数mm低くした(ハンドリングノズル41から離す)後に、X直進移動台14及びY直進移動台16を使用して、ハンドリングノズル8の下方向に配置されたフィルタ100を移動させ、代わりに収納容器200の所定の収納部201が配置されるように収納容器200を移動する。
 次に、Z直進移動台18により収納容器200を上方向に移動させることで収納部201とハンドリングノズル41先端のがん細胞Xとが接近する。接近した状況で、バルブ46,49の開閉切り替え及び圧縮空気タンク51からの圧縮空気の供給により、チューブ42内を負圧から加圧に切り替えて、圧縮空気によりハンドリングノズル41先端から収納部201に対してがん細胞Xを移動させる。これにより、フィルタ100上のがん細胞Xの1つが収納容器200の収納部201に単離されて収納される。
 その後、X直進移動台14、Y直進移動台16及びZ直進移動台18の駆動により、収納容器200とフィルタ100とを入れ替えることで、フィルタ100をカメラ30の下方に移動させ、上記の操作を繰り返すことで、フィルタ100上のがん細胞Xの単離作業が1個ずつ行われる。
(フィルタ)
 ここで、図2を用いて、がん細胞の単離に用いられるフィルタ100について説明する。図2は、フィルタ100の構成を説明する図である。図2に示すフィルタ100は、シート101主面の厚さ方向に複数の略矩形の貫通孔102が形成されたものである。図2のフィルタ100では、貫通孔102が複数個マトリックス状に配置されている。また、位置合わせに用いられるアライメントマーク103がシート101の四隅に配置されている。また、貫通孔102それぞれに対応付けて、その近傍のシート101上に個別の識別文字104(基準マーク)が印字されている。
 アライメントマーク103は、フィルタ100をがん細胞単離装置1上に配置したときに、貫通孔102の並び、すなわちシート101の向きと、X直進移動台14及びY直進移動台16の移動方向とを回転移動台12を用いて調整する際に使用する。すなわちフィルタ100の四隅に配置したアライメントマーク103はフィルタ100の貫通孔102の位置関係(配置、貫通孔102の矩形の形状)と対応付けて用いられる。具体的には、例えば、図2に示すようにアライメントマーク103が「十字」形状である場合、十字により示される方向は、貫通孔102の短軸方向102X及び長軸方向102Yと一致させておく。これにより、十字のアライメントマーク103とX直進移動台14及びY直進移動台16の移動方向とを対応付けた状態でフィルタをがん細胞単離装置1に固定すると、X直進移動台14及びY直進移動台16の移動方向と貫通孔102の長軸方向及び短軸方向とが一致するため、ハンドリングノズル41の移動、フィルタ100の移動等をより正確に行うことが容易になる。
 また、貫通孔102の近傍に記載した識別文字104は2個の数字を括弧でまとめたものである。これは、2個の数字のうちの1個目の数字が貫通孔102の行を示し、2個目の数字が貫通孔102の列を示している。この識別文字104を用いることによって、フィルタ100表面の貫通孔102を特定することができる。このように識別文字104を用いることで、貫通孔102の位置を特定する構成としておくことで、貫通孔102の識別文字104を用いてがん細胞Xが捕捉されたフィルタ100の貫通孔102を容易に特定することができ、単離作業を効率よく行うことが可能となる。なお、貫通孔102の位置を特定するための情報は、上述した2個の数字の羅列にこだわる必要はない。例えば、記号又はアルファベットなど自由に使用することができる。また、フィルタ100上の貫通孔102の全てに対して刻字する必要も無く、貫通孔102をそれぞれ区別できる程度の最低限の刻字でも有効である。また、貫通孔102を1つずつ識別する方法に代えて、例えば、3列×3行の9個の貫通孔102をまとめて1ブロックとし、各ブロックを識別する構成とすることもできる。
(フィルタユニット)
 次に、図3を参照しながら上記のフィルタ100により血管中のがん細胞を捕捉するために用いられるフィルタユニットについて説明する。図3は、フィルタユニット300の構成を説明する図であり、図3(A)はフィルタユニット300を上方から見た図であり、図3(B)は概略断面図である。図3では、シートの外形が円形のフィルタ100を用いてがん細胞を捕捉する場合に用いられる外形が円形状のフィルタユニット300について説明する。フィルタユニット300は、断面が凹型形状の上ナット301と、円柱形状の下ネジ302とを組み合わせることで構成され、フィルタ100は、下ネジ302の上面302aと上ナット301の凹部の底面301aとに挟まれるようにして固定される。底面301aと上面302aとには、それぞれフィルタ100の貫通孔102が設けられる位置に対応する位置に空隙311,312が形成されている。また、上ナット301には、空隙311に対して連通して外方から血液を供給するための上ナットノズル321が設けられている。同様に、下ネジ302においても、空隙312に対して連通して外方から血液を供給するための下ネジノズル322が設けられている。
 上記の構成を有するフィルタユニット300では、上ナット301と下ネジ302とでフィルタ100を挟み込んで固定をした後に、上ナットノズル321の端部から血液等の被検液が供給される。上ナットノズル321から空隙311に到達した被検液は、フィルタ100の貫通孔102を経て、空隙312から下ネジノズル322を経て外部に排出される。このとき、貫通孔102よりも径が大きいがん細胞等はフィルタ100の貫通孔102により捕捉される。その後、上ナットノズル321から、洗浄液、染色液等のがん細胞を観察するための処理液を順次供給することで、フィルタ100上のがん細胞の洗浄・染色等が行われる。これらの処理の後、フィルタユニット300は、上ナット301と下ネジ302とのネジを緩める動作を行うことで、上ナット301と下ネジ302を分離させることで取り出すことができ、取り出した後、がん細胞単離装置1に取り付けることで、がん細胞の視認及び単離が行われる。なお、ネジの緩め作業はフィルタ100に振動を加えないように、下ネジ302を別の固定台(図示せず)に固定して実施することもできる。
 上記のがん細胞単離装置及びがん細胞単離方法によれば、フィルタ100上に捕捉されたがん細胞Xについて、撮像手段となるカメラ30によって撮像した後に、撮像された画像を出力部32から出力しながら、移動手段となるX直進移動台14、Y直進移動台16、及びZ直進移動台18によって、フィルタ100及び収納容器200を移動させながら、ハンドリング部40を用いてがん細胞Xを1個ずつ運搬する。これにより、フィルタ上のがん細胞を損傷させることなく単離することができ、観察等を好適に行うことが可能となる。
(変形例)
 以下、上記のがん細胞単離装置及びがん細胞単離装置に用いられるフィルタに係る変形例を説明する。
(がん細胞単離装置の変形例)
 図4は、がん細胞単離装置の第1の変形例を説明する図である。図4に示すがん細胞単離装置2は、図1に示すがん細胞単離装置1と比較して、以下の点が相違する。すなわち、ハンドリング部40に代えて、がん細胞単離装置2では、ハンドリング手段としてマイクロピンセット55が用いられている。マイクロピンセット55は、ピンセット移動台56に取り付けられ、その先端がカメラ30の撮像領域を移動可能とされている。このように、ハンドリング手段としてマイクロピンセット55を用いた場合でも、ハンドリングノズル41を用いた場合と同様に、フィルタ100の主面のがん細胞Xに対してカメラ30の焦点を合わせた後に、次に、マイクロピンセット55の先端をがん細胞Xの近傍まで移動させた後に、マイクロピンセット55の先端にてがん細胞Xを把持し、その後フィルタ100及び収納容器200を移動させることとでがん細胞Xを収納容器200の収納部201に対してがん細胞Xを運搬することができる。
 次に、図5を用いて、がん細胞単離装置の第2の変形例について説明する。図5に示すがん細胞単離装置3は、図1に示すがん細胞単離装置1と比較して、以下の点が相違する。すなわち、カメラ30により撮像された画像を用いてフィルタ100上のがん細胞Xの位置を示す情報を取得し、これに基づいて移動台制御部20により回転移動台12、X直進移動台14、Y直進移動台16、及びZ直進移動台18が移動される点が相違する。図5のがん細胞単離装置3では、出力部32に対して接続された認識部62(位置認識手段)に対してカメラ30により撮像された画像が送られる。そして、認識部62において、がん細胞Xがフィルタ100上のどの貫通孔102上に捕捉されているかの特定がなされる。すなわち、がん細胞Xの位置を特定する位置情報が認識部62において取得される。ここで用いられる位置情報としては、例えばフィルタ100の貫通孔102のそれぞれに対して付与された識別文字104等が挙げられ、がん細胞Xが捕捉された貫通孔102を特定する識別文字104に係る情報ががん細胞Xの位置情報として認識部62において取得される。次に認識部62から制御部60に対して、がん細胞Xの位置情報が送られる。
 次に制御部60において、がん細胞Xの位置情報に基づいて、がん細胞Xを運搬するためのフィルタ100及び収納容器200の移動に係る指示が行われる。具体的には、認識部62において特定されたフィルタ100の特定の位置にあるがん細胞Xを収納容器200の収納部201に対して移動するための移動台11の移動に係る指示を行う。また、同時に制御部60からハンドリング部40に対してハンドリングノズル41の駆動に関する指示を行ってもよい。そして制御部60からの指示に従って移動台制御部20が駆動すると共にハンドリングノズル41を操作することで、フィルタ100上のがん細胞Xをフィルタ100から収納容器200に対して移動させることができる。
 なお、上記のがん細胞単離装置3では、がん細胞Xのフィルタ100上の位置に係る位置情報の取得と、がん細胞の単離操作とをがん細胞単離装置3に対してフィルタ100を固定したままで行ったが、がん細胞Xのフィルタ100上の位置に係る位置情報の取得をした後に一度フィルタ100を取り外して行うことも可能である。また、がん細胞Xのフィルタ100上の位置に係る位置情報の取得と、がん細胞の単離操作と、を別の装置で行うことも可能である。このように、フィルタ100を一度がん細胞単離装置から外した場合であっても、フィルタ100上でのがん細胞Xの位置情報をがん細胞単離装置3が保持しておくことにより、がん細胞の単離操作を行う際にフィルタ100を装置に対して正確に取り付けることにより、単離操作を速やかに行うことが可能となる。フィルタ100をがん細胞単離装置3に対して正確に取り付けるためには、フィルタ100に設けられたアライメントマーク103(図2参照)が有用となる。
(フィルタの変形例)
 次に、フィルタの変形例について、図6を用いて説明する。図6に示すフィルタ100Aは、図2に示すフィルタ100と比較すると以下の点が相違する。すなわち、隣接する貫通孔102を結ぶように、互いに直交する2方向に伸びる直線105Xと105Yとを追加した点である。直線105Xは、貫通孔102の短辺方向に伸びて隣接する貫通孔102の中点同士を結ぶような直線である。また、直線105Yは、貫通孔102の長辺方向に伸びて隣接する貫通孔102の中点同士を結ぶような直線である。このように、フィルタ100Aでは、貫通孔102を結ぶ直線105X,105Yをシート101に記載することで、シート101の四隅に設けられたアライメントマーク103だけでなく直線105X,105Yを参照しながら、X直進移動台14、Y直進移動台16との位置合わせを行うことで、フィルタ100をより正確に位置合わせすることができると共に、がん細胞Xが捕捉された貫通孔102の位置に応じたフィルタ100の移動をより好適に行うことができる。
 次に、図7を用いて、フィルタの貫通孔の形状を変更した場合の例について説明する。図7に示すフィルタ100Bでは、シート101の表面における貫通孔106の形状が波形状とされている。波形状の貫通孔は、シート101の表面における形状が長方形又は角丸長方形の穿孔が端部同士で所定の交差角度をなして複数個連結して形成される。図7のフィルタ100Bでは、貫通孔106の波形形状は、X軸方向に沿って形成されている。このように、フィルタの貫通孔の形状は適宜変更することができる。
(フィルタユニットの変形例)
 次に、フィルタユニットの変形例について、図8を用いて説明する。図8はフィルタユニットの変形例を示す断面図であり図3(B)に対応する図である。図8に示すフィルタユニット300Aでは、図3のフィルタユニット300と比較して、以下の点が相違する。すなわち、フィルタ100の周縁部の上下が上枠板331と下枠板332とで挟まれた状態で、上ナット301と下ネジ302との間に固定されている点が相違する。図8のフィルタユニット300Aにおいて、上枠板331と下枠板332とは、フィルタ100を挟むように、フィルタ100の主面(上面と下面と)に対してそれぞれ接合されている。すなわち、フィルタ100、上枠板331及び下枠板332は、一体化されている。上枠板331及び下枠板332は、上ナット301と下ネジ302との間にフィルタ100を取り付けた際に隙間が生じない部材であることが好ましく、例えば、シリコンゴム等を用いることができる。
 ここで、上枠板331及び下枠板332はフィルタ100がたるまない状態でフィルタ100を固定しているため、フィルタ100が変形することを防止することができる。また、フィルタユニット300Aからフィルタ100を取り出す際には、上枠板331及び下枠板332が取り付けられた状態で取り出される。このため、フィルタ100単体を移動させる際にもフィルタ表面にしわが発生することを防止することができ、フィルタ100上に捕捉されたがん細胞Xの損傷等を防ぐことができると共に、フィルタ100をがん細胞単離装置に対して取り付ける際及びその後の操作においても、フィルタ100の変形による作業性の低下を防止することができる。
 次に、図9を参照しながら、フィルタユニットの別の変形例について説明する。図8に示すフィルタユニット300Aでは、図3のフィルタユニット300と比較して、以下の点が相違する。すなわち、フィルタ100が空隙311,312を形成する上板341と下板342とに挟まれた状態で、上ナット301と下ネジ302との間に固定されている点が相違する。上板341には、空隙311に対して接続する上ナットノズル321が取り付けられると共に、下板342は、空隙312に対して接続する下ネジノズル322が取り付けられる。このような構成とした場合、上ナット301と下ネジ302とは、被検液との接触が抑制されることから、複数回利用することも可能となる。したがって、上ナット301と下ネジ302とを例えば耐久性の高い金属材料を使用することができる。一方、被検液が接触すると考えられる上板341及び下板342については例えば樹脂製の消耗品として製造・使用することで、図3のフィルタユニット300を使用する場合と比較して、がん細胞の単離に係るコストを低減させることもできる。
 以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。
 1,2,3…がん細胞単離装置、11…移動台、20…移動台制御部、30…カメラ、32…出力部、40…ハンドリング部、41…ハンドリングノズル、55…マイクロピンセット、100…フィルタ、102,106…貫通孔、200…収納容器、201…収納部。

Claims (6)

  1.  貫通孔が複数設けられたフィルタ上において捕捉されたがん細胞を単離して収納容器に収納するがん細胞単離装置であって、
     前記がん細胞を捕捉したフィルタを拡大して撮像する撮像手段と、
     前記フィルタ及び前記収納容器を移動可能な移動手段と、
     前記撮像手段により撮像された画像に基づいて、前記移動手段により前記フィルタ及び前記収納容器を移動させながら前記がん細胞を1個ずつ運搬するハンドリング手段と、
     を備えることを特徴とするがん細胞単離装置。
  2.  前記ハンドリング手段は、吸引ノズルを含んで構成され、
     前記吸引ノズルの先端に対して前記がん細胞を吸着させることで前記がん細胞を運搬する
     ことを特徴とする請求項1記載のがん細胞単離装置。
  3.  前記ハンドリング手段は、マイクロピンセットを含んで構成され、
     前記マイクロピンセットにより前記がん細胞を把持することで前記がん細胞を運搬する
     ことを特徴とする請求項1記載のがん細胞単離装置。
  4.  前記撮像手段により撮像された前記フィルタの画像に基づいて前記フィルタ上の前記がん細胞の位置を特定する位置情報を取得する位置認識手段を備え、
     前記位置認識手段により取得された前記がん細胞の位置情報に基づいて前記ハンドリング手段により前記フィルタ上の前記がん細胞を運搬する
     ことを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載のがん細胞単離装置。
  5.  前記フィルタには前記貫通孔の配列を示す基準マークが設けられ、
     前記基準マークに基づいて、前記位置認識手段によって前記がん細胞の位置情報を取得すると共に、前記移動手段によって前記フィルタを移動させる
     ことを特徴とする請求項4記載のがん細胞単離装置。
  6.  貫通孔が複数設けられたフィルタ上において捕捉されたがん細胞を単離して収納容器に収納するがん細胞単離方法であって、
     前記がん細胞を捕捉したフィルタを拡大して撮像する撮像ステップと、
     前記撮像ステップにおいて撮像された画像に基づいて、前記フィルタ及び前記収納容器を移動させながら前記がん細胞を1個ずつ運搬するステップと、
     を含むことを特徴とするがん細胞単離方法。
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