細胞断面の高速画像化
断面画像化システムは、細胞の高分解能、高速の部分画像化を実施する。このようなシステムは、フル画像サイトメトリーから得られる情報の多くを提供するが、データ解析がフル画像サイトメトリーと比べて大幅に削減されることもあって、はるかに高速で実施されうる。システムは、光源と、光源からの光を走査位置における小さいスポットに収束させるレンズとを含む。輸送機構が走査位置における細胞とスポットとの間に相対運動を提供する。光源による照射の結果として、センサーが細胞から発生する光の強度を示す信号を発生する。システムは、光強度信号を繰り返し読み取って、細胞全域において実質的に直線状の経路に沿った光強度の特性を評価する。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
サイトメトリーは、生体細胞の計数および特性評価に関する技術専門分野である。図１は、フローサイトメトリーとして知られる一技術の簡易図である。フローサイトメトリーの基本構成では、細胞１０１が流体中に分散されて細い透明チューブ１０２内に一列に取り込まれる。取り込みは、流体力学的収束を含む複数の方法のいずれかによって実現されうる。光源１０３が測定位置１０４を通過する各細胞１０１を照射する。光源１０３は、たとえば、レーザーであってもよい。光源１０３からの光は、測定対象の細胞１０１によって散乱される。一部の光１０５は、一般に移動する方向と同じ方向に散乱されて細胞１０１に達する。光１０５は、「前方散乱」と呼ばれることもあり、前方センサー１０６によって集められてもよい。一部の光は、他の方向に散乱されることもある。この光は「側方散乱」と呼ばれることもあり、側方散乱光１０７の一部は１つまたは複数の他のセンサー１０８によって集められてもよい。センサー１０６および１０８からの出力信号はコンピュータ１０９に送られ、コンピュータ１０９はこの信号を保存して解析することができる。散乱光の量および分布を解析することによって、各細胞に関する情報、たとえば、細胞のサイズ、および細胞の内部構造に関する一部の限られた情報を識別することが可能である。
【０００２】
フローサイトメトリーでは、散乱光を直接測定してもよく、蛍光を利用してもよい。蛍光サイトメトリーでは、細胞は１つまたは複数の蛍光色素分子で標識されて、蛍光色素分子は光源１０３からの光によって励起されて蛍光による光を発生する。放射光の性質によって、細胞に関する新たな情報が明らかにされる。
【０００３】
図１に示す技術は、細胞構造に関する情報を推論するために散乱光の測定に全面的に依存するものであるが、個々の細胞の画像を生成するものではない。「画像サイトメトリー」と呼ばれる別の技術では、個々の細胞の画像がカメラまたは走査顕微鏡によって記録されてもよい。画像サイトメトリーでは、細胞の構造に関する詳細情報が提供されるが、散乱光のみを使用する技術よりもはるかの多くのデータが得られる。その結果として、画像サイトメトリーは、比較的長い時間がかかり、大量のデータの記憶と解析とを必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
断面画像化システムは、細胞の高分解能、高速の部分画像化を実施する。このようなシステムは、フル画像サイトメトリーから得られる情報の多くを提供するが、データ解析がフル画像サイトメトリーと比べて大幅に削減されることもあって、はるかに高速で実施されうる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】フローサイトメトリーとして知られる技術の簡易図を示す。
【図２】一実施形態に基づく細胞断面の高速画像化システムの簡易概念図を示す。
【図３】１個の細胞から取り込まれる測定値を表わすデータセットの例を示す。
【図４】一実施形態に従って同時多色断面サイトメトリーを実施するシステムを示す。
【図５】半共焦点像を示す。
【図６】調査対象の細胞の回転運動と検知システムの並進運動を提供するシステムの例を示す。
【図７】別の実施形態に従って同時マルチライン断面画像化を実施するシステムを示す。
【図８】別の実施形態に従ってマルチライン断面画像化を実施するシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
サイトメトリーに関する一部の用途では、純粋に散乱光に基づく技術から得られる比較的多くの情報を必要とするが、フル画像サイトメトリーから得られる情報のすべてを必要としない場合がある。たとえば、研究者は、具体的な生物活性が細胞表面や細胞核で発生するかそれとも細胞質で発生するかを調査したい場合がある。一定の分子は蛍光タグで標識されて調査対象の細胞の中に組み込まれてもよい。米国カリフォルニア州のカールズバッドのライフ・テクノロジーズ・コーポレイション（Ｌｉｆｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）が販売する蛍光色素分子のＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ（商標）シリーズなど、蛍光色素分子とも呼ばれる様々な標識化合物が入手可能である。
【０００７】
図２は、一実施形態に基づく断面細胞の高速画像化システム２００の簡易概念図を示す。図２のシステムはフロー・サイトメトリー・システムであるが、後述の実施形態を含む他の種類のサイトメトリーに本発明の実施形態を利用してもよいことを当業者は認識するであろう。
【０００８】
システム２００では、細胞１０１は、流体に取り込まれてチューブ１０２の中を一列になって進む。システムは、様々な種類の細胞の特性を評価するために使用されてもよいが、典型的な用途では、細胞１０１は、たとえば、直径が約１０〜２０μｍであってもよく、たとえば、毎秒５〜５０ｍｍの速度でチューブ１０２の中を進んでもよい。光源２０１は特定の波長域の光を反射する反射鏡２０２および第１のレンズ２０３を通して細胞を照射する。光源２０１は、コヒーレント光を放射するレーザーであってもよく、あるいは別の種類の光源、たとえば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、アーク灯、白熱ランプ、または別の種類の光源であってもよい。光源２０１はコヒーレント光または非コヒーレント光のいずれを放射してもよく、また光を連続的に発生してパルス化してもよい。特定の波長域の光を反射する反射鏡２０２は、たとえば、反射鏡２０２に入射する光の大部分を反射すると同時に一部分を透過するように構成されてもよい。不完全反射率は、全波長が一般的に等しく影響を受けるという点において中性密度であってもよい。あるいは、反射鏡２０２は、光源２０１の波長における実質的にすべての光を通過させ、かつ他の波長の実質的にすべての光を反射するように構成されたダイクロイックミラーであってもよい。別の実施形態では、反射鏡２０２は光源２０１からの光を通過させることができる孔を有しているだけでよい。
【０００９】
光源２０１はビーム２０４を発生し、その一部は特定の波長域の光を反射する反射鏡２０２を通過して第１レンズ２０３によって細胞１０１の小さい領域に収束される。（光の一部は、反射鏡２０２から反射される可能性があるが、図２には示されていない。）細胞１０１の照射領域の直径は、たとえば、直径が数百μｍまたは数千μｍであるビーム２０４の収束されない直径と比べて数μｍにすぎない。
【００１０】
光源２０１からの光の一部は、細胞１０１から反射されてもよい。さらに、細胞１０１内の１つまたは複数の蛍光色素分子マーカーはビーム２０４によって励起されてもよく、蛍光によって光を発生してもよい。典型的に、蛍光によって放射される光は、レーザー励起光よりも波長が長くなる。細胞１０１から発生する光２０５は、反射、蛍光のいずれも、図２に破線で示される。発生された光２０５の一部は、第１のレンズ２０３によって集められて少なくともある程度は平行にされる。第１のレンズ２０３を通過した後、発生された光は特定の波長域の光を反射する反射鏡２０２に達し、その光のほとんどが反射鏡２０２で第２のレンズ２０６の方向に反射される。（発生された光の一部は反射鏡２０２をさらに通過する可能性があるが、これは図２に示されていない）。任意のフィルター２０９は、たとえば、反射光を選択的に除去して、細胞１０１からの蛍光により発生する光波長が通過するように光２０５をさらに調整する。第２のレンズ２０６は、発生された光の方向を光センサー２０７の方向へ変える。レンズ２０３および２０６は、無限遠補正光学系を形成して、レンズ間の光路に反射鏡２０２およびフィルター２０９などの他の構成要素を挿入できるようにする。光センサー２０７は、受け入れた光をセンサー２０７に入る光の強度を表わす電気信号２１０に変換する。この信号はディジタル化されて解析を記録する処理ユニット２０８に送られてもよい。一部の用途では、センサー２０７は、たとえば、２０〜２００ｋＨｚの速度でサンプリングされて細胞当たり多数のサンプルが提供されてもよい。処理ユニット２０８は、コンピュータシステムであってもよく、またスタンドアロンであってもよく、他のシステム構成要素を含む試験ステーションに組み入れられてもよい。
【００１１】
システムの分解能は、サンプルレート、走査位置を通過する細胞の輸送速度、および細胞１０１の光スポットサイズに依存する。Ｘ方向の公称分解能はν・ｄｔに等しく、ここで、νはサンプル配送速度であり、ｄｔはサンプリング周波数である。光スポットサイズが公称分解能に対して大きい場合は、分解能がさらに制限される。好ましくは、νは、個々の流動実験の前に予め定められるか、細胞がシステムを通過する過程で測定される既知のパラメータである。理想的には、走査対象の細胞はその走査線を通過中に回転およびジッターがあってはならない。
【００１２】
光センサー２０７は、たとえば、フォトダイオード、光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード、シリコンフォトダイオード、またはその他の適切な種類のセンサーであってよい。信号２１０が繰り返しサンプリングされて細胞１０１の運動と関連付けられる場合、得られるデータは単一の実質的に直線状経路に沿って細胞１０１の表面または内部の位置から発生される光の高分解能図を提供する。図３は、経路３０１に沿って１つの細胞から得られる測定値を表わすデータセットの例を、従来の散乱ベースサイトメトリーを用いて得られる測定値と比較して示す。図から明らかなように、本発明の実施形態によって得られる測定値は、図３において「断面画像」で表示され、散乱のみに基づくデータから得られる図よりも細胞１０１内の活性についてのはるかに詳細な図を提供する。
【００１３】
一部の実験では、図３に示すデータによって、研究者が関心を集める疑問に十分に答えることができる。本発明の実施形態による断面画像化は、たとえば、毎秒数千の細胞速度で極めて高速に実施される。他の実験では、具体的な関心の一部はフル画像サイトメトリーを用いてさらに解析されるように断面画像データは細胞のソーティングに有用である。図３のトレースは、フル画像走査からの１列の画素であると考えられてもよい。このような１列の画像は、細胞の２次元フル画像から得られる情報の多くを提供して、格段に速く取得されて処理される。
【００１４】
他の実施形態では、システムは、反射光または蛍光、あるいはこれら両方の種々の波長域を検知することによって種々の波長を有する複数の励起光源を用いて多色サイトメトリーを実施するように構成されてもよい。図４は、一実施形態に従って同時多色断面サイトメトリーを実施するシステム４００を示す。
【００１５】
システム４００では、３つの異なる光源４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃは、各々が他とは異なる狭帯域の光波長にあるビーム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃを発生する。たとえば、光源４０１ａ、４０１ｂ、および４０１ｃは、異なるレーザーであってもよい。ビーム４０２ａ、４０２ｂ、および４０２ｃは、それぞれ反射鏡４０３ａ、４０３ｂ、および４０３ｃから反射する。一実施形態では、反射鏡４０３ｃは簡単な反射鏡であるが、反射鏡４０３ａおよび４０３ｂはそれぞれの光源４０１ａおよび４０１ｂによって発生される光波長の実質的にすべてを反射し、一方で他の光源によって発生される波長の実質的にすべてを通過させるように構成されたダイクロイックミラーである。それゆえ、得られる合成レーザービーム４０４は、３つの光源４０１ａ、４０１ｂ、および４０１ｃによって発生される３つの狭帯域波長を含む。合成ビーム４０４は、反射鏡２０２を実質的に通過し、レンズ２０３によって細胞１０１の表面に収束される。それゆえ、システムは、複数の波長域を含む光源を有する。細胞１０１から発生される光２０５は、細胞１０１からの反射によるものであれ、蛍光の結果としてであれ、レンズ２０３によって集められて少なくとも部分的に平行にされる。発生された光２０５は、ほとんどが反射鏡２０２から反射鏡４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃの方向に向かって反射する。１つまたは複数のオプションのフィルター２０９は、図示のような光路または別の位置に設置されてよい。
【００１６】
反射鏡４０５ａおよび４０５ｂは、発生された光２０５の一定の波長成分を優先的に反射するように構成されたダイクロイックミラーであることが好ましい。たとえば、反射鏡４０５は、光源４０１ａによって励起された第１の蛍光色素分子の蛍光によって発生される波長の光を反射してもよいが、反射鏡４０５ｂは光源４０１ｂによって励起された第２の蛍光色素分子の蛍光によって発生された波長の光を反射してもよい。反射鏡４０５ａ、４０５ｂ、および４０５ｃによって反射された光は、レンズ４０６ａ、４０６ｂ、および４０６ｃを通過して、それぞれ、センサー４０７ａ、４０７ｂ、および４０７ｃに達する。それゆえ、センサー４０７ａ、４０７ｂ、および４０７ｃは、種々の波長域の光を受け取る。本開示において、様々である波長域は、一部の波長が両方の波長域に含まれるように重複していてもよい。センサー４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｃの出力は、保存、解析、および表示のために、ディジタル化されて処理ユニット２０８に送られることが好ましい。本開示において、個々のセンサーおよびその関連構成要素は「チャネル」と呼ばれる。
【００１７】
３つの光源４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃおよび３つのセンサー４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｃを有するシステム例４００が示されているが、これら以外の他の数の光源、センサー、またはこれら両方が使用されてもよいことを当業者は認識するであろう。システム４００などのシステムは、様々な形で構成されてよい。たとえば、反射鏡４０５ａ、４０５ｂ、および４０５ｃは、細胞１０１から反射される光が測定されるように、光源４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃの波長域にある光を反射するように構成されてもよい。あるいは、反射鏡４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃの１つまたは複数はそれぞれの光源の波長域の光を反射するように構成されてもよいが、蛍光断面画像化が実施されるように、１つまたは複数の他の反射鏡はそれぞれの光源によって励起される蛍光色素分子によって放射される波長の光を選択的に反射するように構成されてもよい。あるいは、３つすべての反射鏡４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃは蛍光によって細胞１０１から発生された光を選択的に反射するように構成されてもよい。上記のいかなる組合せも可能である。たとえば、反射光を検知する１つのチャネルは、個々の細胞の幾何学的制限を測定するために使用されてもよく、蛍光によって発生される光を読み出すチャネルからのデータは特定の生物活性が発生する場所を示すために形状データと関連付けられてもよい。別の例では、センサーよりも少ない光源が使用されるように、単一光源が、複数の蛍光色素分子を励起させるように使用されてもよい。光源よりも少ないセンサーを含む他の実施形態も想定される可能性がある。
【００１８】
チャネルのいずれかまたはすべては、任意として、共焦点または半共焦点であるように構成されてもよい。共焦点光学系では、センサーの近くに設置されたアパーチャーを使用してシステムの焦点面以外の位置から発生する光を選択的に除去する。図４にはアパーチャー４０８ａ、４０８ｂ、および４０８ｃが示され、図５はこれらの機能を簡易光学系５００に関連して示す。システム５００では、実線で示す第１の光線束５０１が、細胞１０１における焦点面５０２から発生する。この光線は、レンズ５０４によって集められてアパーチャー５０６を通過した後、センサー５０５で収束される。破線で示す第２の光線束５０３は、焦点面５０２から離れ、かつレンズ５０４からさらに遠い点５０７から発生する。光線束５０３は、センサー５０５の前方にある点５０８で収束し、したがって、光線がアパーチャー５０６に達する時までに既に発散されて、光線束５０３の大部分がアパーチャー５０６から外れてセンサー５０５に達しない。このように、システムは、システムの焦点面以外から発生する光線を選択的に除去する。この種のシステムは、アパーチャー５０６などのアパーチャーのないシステムよりも高いコントラストを有する画像を生成する。アパーチャー５０６は、様々な方法のいずれかでサイズまたは形状が定められてよい。アパーチャーを大きくすると、除去される光線が少なくなり、システムは「半共焦点」であると考えられてもよい。アパーチャーは円形である必要がない。たとえば、これは楕円形であってもよく、したがって、その性能は２つの直交軸の間で異なる。
【００１９】
これまでに示した実施形態では、固定された走査位置を細胞が通過することによって評価対象の細胞と検知システムの間に相対運動が提供される。代替的な実施形態では、検知システムを移動させ細胞を固定したままにすることによって相対運動を提供してもよく、あるいは検知システムと細胞の間に相対運動が生じている限り検知システムと細胞の両方が移動していてもよい。
【００２０】
別の実施形態では、相対運動は回転走査システムによって提供される。図６は、調査対象である細胞の回転運動と、検知システムの並進運動とを提供するシステム例６００を示す。システム６００では、細胞１０１などの細胞は、回転盤または基板６０１に固着される。回転盤６０１は、たとえば、直径が約１００〜１５０ｍｍのポリカーボネートまたはアクリルなどのポリマー製の円盤であってもよい。また、他のサイズや材料が採用されてもよい。回転盤６０１は透明であってもよい。
【００２１】
回転盤６０１は、細胞が図２に示す光学系２００などの光学系の下で通過されるように回転されるが、いかなる実施形態による光学系も採用されうる。また、光学系２００は、通常、半径方向の経路６０２に沿って並進可能であり、したがって、回転盤６０１の表面の大部分は光学系２００による走査のために利用されうる。この実施形態では、個々の細胞全域の走査経路は円弧となる。しかしながら、弧の半径は個々の細胞の寸法に比べて非常に大きく、単一細胞の経路は基本的に直線状であると考えられてもよい。システム６００などのシステムを採用するとき、コンパクトディスク（ＣＤ）やディジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）がオーディオまたはビデオシステムによって読み出されるのとほぼ同様に、多数の細胞が光学系の併進と回転盤の回転との協調によって回転盤を系統的に走査して特性評価されてもよい。回転盤６０１は、光学系２００によるように上から、あるいは代替光学系２００ａによって下から「読み出し」が行なわれてよい。
【００２２】
一部の実施形態では、回転盤６０１が走査されるかまたはその他の方法で両側から協調的に利用されてもよい。たとえば、光学系２００および２００ａは、いずれも回転盤６０１に固着された細胞を走査してもよい。２つの光学系は、種々の励起波長、測定対象である細胞から発生される光の種々のろ過（filtration）、またはこれらの両方を用いて走査してもよい。
【００２３】
別の実施形態では、回転盤６０１の上から行なわれる個々の細胞の測定から、細胞がさらなる検討を必要とする活性または特性を示すことが判明する場合、回転盤６０１の下から供給される突発的な光によって細胞は回転盤６０１から解放される。図６の詳細図に示すように、回転盤６０１の上面は、特定波長の光を受けると回転盤に固着された細胞を解放する波長選択可溶面６０２を含んでいてもよい。解放された細胞は、回転盤６０１の表面から洗い流され、たとえば、フル画像サイトメトリーまたは顕微鏡検査によるさらに詳細な解析のために集められてもよい。
【００２４】
図７は、別の実施形態に従って同時マルチライン断面画像化を実施するシステムを示す。一部の用途では、各細胞全域で複数のトレースを走査することが有益である。たとえば、１つの断面画像が各細胞のほぼ中心で収集され、もう１つの画像が細胞の外縁付近で収集されてもよい。２つの画像が同じ分解能で収集されると、各細胞から集められる情報量が名目上２倍になるが、それでもフル画像サイトメトリーよりもはるかに少ないデータしか得られない。他の数、たとえば、３つ、４つ、またはどんな数のトレースが集められてもよいが、５つ以下が好ましい。同様に、トレースはすべてが同じ分解能である必要はない。
【００２５】
図７の例では、光源２０１は、平行ビーム２０４を発生し、これは特定の波長域の光を反射する反射鏡２０２を実質的に通過してレンズ７０１に達する。前述の実施形態とは対照的に、レンズ７０１は、多角形の「蝿の目」レンズ、回折レンズ、ホログラフィックレンズ、またはビーム２０４を分割する別の種類の光学系であり、ビーム２０４の一部分を細胞１０１の２つの異なるスポットに収束させる。２つのスポットは互いに離れており、したがって、これらは細胞１０１が走査範囲だけ輸送されるときに細胞１０１全域で離れた平行経路７０２、７０３をたどる。スポットの変位は、細胞１０１の移動方向から角度θだけずれた方向にある。好ましくは、θは０°よりも大きく、約９０°であってもよい。（θ＝０であれば、単線の断面画像と比較されるような細胞１０１に関する新たな情報は集められないが、細胞１０１は二度サンプリングされてもよく、これによって、ノイズが低減された断面画像の構成が可能になる。）
光２０５は、反射によるものであれ、蛍光によるものであれ、あるいはこれら両方によるものであれ、細胞１０１への照射スポットから発生し、レンズ７０１によって集められて少なくとも平行にされる。光は、反射鏡２０２から実質的に反射し、フィルター２０９および反射鏡７０４および７０５などの反射鏡に達してもよく、最終的にレンズ７０６および７０７に達する。（レンズ７０１とレンズ７０５および７０７との間の光路２０５を図７に簡単に示す。）反射鏡７０４および７０５は、たとえば、レンズ７０６および７０７に向けられる光２０５から種々の波長域を選択的に分離するダイクロイックミラーであってもよい。レンズ７０６および７０７は、反射鏡、フィルター、またはその他の構成要素をこれらレンズの間に挿入しうる無限遠補正光学系を形成するためにレンズ７０１と協働することが好ましい。レンズ７０１と同様に、レンズ７０６および７０７は、多角形の「蝿の目」レンズ、回折レンズ、ホログラフィックレンズ、またはレンズ７０６および７０７に達する光の一部分を変位させて画像を２組のセンサー７０８ａおよび７０８ｂと７０９ａおよび７０９ｂに向ける他の光学系であってもよい。それぞれの画像は、細胞１０１に照射される２つのスポットに対応する。センサー７０８ａ、７０８ｂ、７０９ａ、および７０９ｂによって生成される信号は、保存、解析、表示などのために、処理ユニット２０８に送られる。
【００２６】
それゆえ、図７のシステムは、細胞１０１の２つの分離経路７０２、７０３に沿って断面画像を走査する。各経路では、画像が２つの波長域で走査される。システム７００は、種々の波長域の光を放射する複数のレーザーなど複数の照明源を使用するように適合されうることも、波長域が少ない画像対や多い画像対を走査するように適合されうることも当業者は認識するであろう。
【００２７】
図８は、別の実施形態に従ってマルチライン断面画像化を実施するシステム８００を示す。この実施形態では、照明光と測定される細胞から発生する光とを分割するための光学手段を使用せずに２つの断面画像システムが横変位を有する流路に沿って設置され、したがって、細胞全域の１つの経路は第１の光学系によって最初に画像化され、細胞全域の別の経路が別の光学系によってその後に画像化される。システム８００では、保存、解析、表示などのために処理ユニット２０８に信号を提供する図２のものと同様の２つの光学系が示される。２つよりも多くのシステムが採用されうる。図２のシステムでは唯一の励振源２０１と１つのセンサー２０７が利用されるが、システム８００はより多くの励振源、センサー、またはこれら両方を使用するように容易に適合されうることを当業者は認識するであろう。たとえば、システム８００は、図４の２つまたはそれ以上の光学系を使用するように適合されうる。
【００２８】
システム８００における第１の光学系は、細胞１０１を光源２０１で照射し、最終的にセンサー２０７によって検知される光を生じる。システムは、経路８０１に沿って細胞１０１を走査するように配列され、経路８０１はこの例では細胞の中心に近い。第２の光学系（ダッシュ記号付き参照番号で示される）は、第２の走査位置において通過する細胞に光源２０１’を照射し、センサー２０７’によって検知される光を発生する。第２の光学系は、経路８０２に沿って細胞を走査するように配列され、経路８０２はこの例では通過する各セルの端に近い。個々の細胞１０１は両方の光学系によって走査されるが、同時には走査されない。処理ユニット２０８は、第１の断面画像の結果を記憶し、これらを第２の画像の結果と関連付けて、各細胞の１組の断面画像を生成してもよい。
【００２９】
本発明の実施形態は直線状のチューブに閉じ込められた細胞あるいは回転基板に固着された細胞を走査するものとして説明してきたが、本発明の実施形態は電気泳動、圧力駆動流、光ピンセット、電動並進ステージなどを含む、広範な細胞供給技術のいずれかを用いたシステムで利用されてもよいことを当業者は認識するであろう。細胞は、油乳剤中、エレクトロウェッティング駆動液滴中、あるいは磁気ビーズ標識の助けを借りた磁気輸送によるペイロードとして搬送されてもよい。特許請求の範囲は利用される細胞供給方法によって制限されないものとする。
【背景技術】
【０００１】
サイトメトリーは、生体細胞の計数および特性評価に関する技術専門分野である。図１は、フローサイトメトリーとして知られる一技術の簡易図である。フローサイトメトリーの基本構成では、細胞１０１が流体中に分散されて細い透明チューブ１０２内に一列に取り込まれる。取り込みは、流体力学的収束を含む複数の方法のいずれかによって実現されうる。光源１０３が測定位置１０４を通過する各細胞１０１を照射する。光源１０３は、たとえば、レーザーであってもよい。光源１０３からの光は、測定対象の細胞１０１によって散乱される。一部の光１０５は、一般に移動する方向と同じ方向に散乱されて細胞１０１に達する。光１０５は、「前方散乱」と呼ばれることもあり、前方センサー１０６によって集められてもよい。一部の光は、他の方向に散乱されることもある。この光は「側方散乱」と呼ばれることもあり、側方散乱光１０７の一部は１つまたは複数の他のセンサー１０８によって集められてもよい。センサー１０６および１０８からの出力信号はコンピュータ１０９に送られ、コンピュータ１０９はこの信号を保存して解析することができる。散乱光の量および分布を解析することによって、各細胞に関する情報、たとえば、細胞のサイズ、および細胞の内部構造に関する一部の限られた情報を識別することが可能である。
【０００２】
フローサイトメトリーでは、散乱光を直接測定してもよく、蛍光を利用してもよい。蛍光サイトメトリーでは、細胞は１つまたは複数の蛍光色素分子で標識されて、蛍光色素分子は光源１０３からの光によって励起されて蛍光による光を発生する。放射光の性質によって、細胞に関する新たな情報が明らかにされる。
【０００３】
図１に示す技術は、細胞構造に関する情報を推論するために散乱光の測定に全面的に依存するものであるが、個々の細胞の画像を生成するものではない。「画像サイトメトリー」と呼ばれる別の技術では、個々の細胞の画像がカメラまたは走査顕微鏡によって記録されてもよい。画像サイトメトリーでは、細胞の構造に関する詳細情報が提供されるが、散乱光のみを使用する技術よりもはるかの多くのデータが得られる。その結果として、画像サイトメトリーは、比較的長い時間がかかり、大量のデータの記憶と解析とを必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
断面画像化システムは、細胞の高分解能、高速の部分画像化を実施する。このようなシステムは、フル画像サイトメトリーから得られる情報の多くを提供するが、データ解析がフル画像サイトメトリーと比べて大幅に削減されることもあって、はるかに高速で実施されうる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】フローサイトメトリーとして知られる技術の簡易図を示す。
【図２】一実施形態に基づく細胞断面の高速画像化システムの簡易概念図を示す。
【図３】１個の細胞から取り込まれる測定値を表わすデータセットの例を示す。
【図４】一実施形態に従って同時多色断面サイトメトリーを実施するシステムを示す。
【図５】半共焦点像を示す。
【図６】調査対象の細胞の回転運動と検知システムの並進運動を提供するシステムの例を示す。
【図７】別の実施形態に従って同時マルチライン断面画像化を実施するシステムを示す。
【図８】別の実施形態に従ってマルチライン断面画像化を実施するシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
サイトメトリーに関する一部の用途では、純粋に散乱光に基づく技術から得られる比較的多くの情報を必要とするが、フル画像サイトメトリーから得られる情報のすべてを必要としない場合がある。たとえば、研究者は、具体的な生物活性が細胞表面や細胞核で発生するかそれとも細胞質で発生するかを調査したい場合がある。一定の分子は蛍光タグで標識されて調査対象の細胞の中に組み込まれてもよい。米国カリフォルニア州のカールズバッドのライフ・テクノロジーズ・コーポレイション（Ｌｉｆｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）が販売する蛍光色素分子のＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ（商標）シリーズなど、蛍光色素分子とも呼ばれる様々な標識化合物が入手可能である。
【０００７】
図２は、一実施形態に基づく断面細胞の高速画像化システム２００の簡易概念図を示す。図２のシステムはフロー・サイトメトリー・システムであるが、後述の実施形態を含む他の種類のサイトメトリーに本発明の実施形態を利用してもよいことを当業者は認識するであろう。
【０００８】
システム２００では、細胞１０１は、流体に取り込まれてチューブ１０２の中を一列になって進む。システムは、様々な種類の細胞の特性を評価するために使用されてもよいが、典型的な用途では、細胞１０１は、たとえば、直径が約１０〜２０μｍであってもよく、たとえば、毎秒５〜５０ｍｍの速度でチューブ１０２の中を進んでもよい。光源２０１は特定の波長域の光を反射する反射鏡２０２および第１のレンズ２０３を通して細胞を照射する。光源２０１は、コヒーレント光を放射するレーザーであってもよく、あるいは別の種類の光源、たとえば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、アーク灯、白熱ランプ、または別の種類の光源であってもよい。光源２０１はコヒーレント光または非コヒーレント光のいずれを放射してもよく、また光を連続的に発生してパルス化してもよい。特定の波長域の光を反射する反射鏡２０２は、たとえば、反射鏡２０２に入射する光の大部分を反射すると同時に一部分を透過するように構成されてもよい。不完全反射率は、全波長が一般的に等しく影響を受けるという点において中性密度であってもよい。あるいは、反射鏡２０２は、光源２０１の波長における実質的にすべての光を通過させ、かつ他の波長の実質的にすべての光を反射するように構成されたダイクロイックミラーであってもよい。別の実施形態では、反射鏡２０２は光源２０１からの光を通過させることができる孔を有しているだけでよい。
【０００９】
光源２０１はビーム２０４を発生し、その一部は特定の波長域の光を反射する反射鏡２０２を通過して第１レンズ２０３によって細胞１０１の小さい領域に収束される。（光の一部は、反射鏡２０２から反射される可能性があるが、図２には示されていない。）細胞１０１の照射領域の直径は、たとえば、直径が数百μｍまたは数千μｍであるビーム２０４の収束されない直径と比べて数μｍにすぎない。
【００１０】
光源２０１からの光の一部は、細胞１０１から反射されてもよい。さらに、細胞１０１内の１つまたは複数の蛍光色素分子マーカーはビーム２０４によって励起されてもよく、蛍光によって光を発生してもよい。典型的に、蛍光によって放射される光は、レーザー励起光よりも波長が長くなる。細胞１０１から発生する光２０５は、反射、蛍光のいずれも、図２に破線で示される。発生された光２０５の一部は、第１のレンズ２０３によって集められて少なくともある程度は平行にされる。第１のレンズ２０３を通過した後、発生された光は特定の波長域の光を反射する反射鏡２０２に達し、その光のほとんどが反射鏡２０２で第２のレンズ２０６の方向に反射される。（発生された光の一部は反射鏡２０２をさらに通過する可能性があるが、これは図２に示されていない）。任意のフィルター２０９は、たとえば、反射光を選択的に除去して、細胞１０１からの蛍光により発生する光波長が通過するように光２０５をさらに調整する。第２のレンズ２０６は、発生された光の方向を光センサー２０７の方向へ変える。レンズ２０３および２０６は、無限遠補正光学系を形成して、レンズ間の光路に反射鏡２０２およびフィルター２０９などの他の構成要素を挿入できるようにする。光センサー２０７は、受け入れた光をセンサー２０７に入る光の強度を表わす電気信号２１０に変換する。この信号はディジタル化されて解析を記録する処理ユニット２０８に送られてもよい。一部の用途では、センサー２０７は、たとえば、２０〜２００ｋＨｚの速度でサンプリングされて細胞当たり多数のサンプルが提供されてもよい。処理ユニット２０８は、コンピュータシステムであってもよく、またスタンドアロンであってもよく、他のシステム構成要素を含む試験ステーションに組み入れられてもよい。
【００１１】
システムの分解能は、サンプルレート、走査位置を通過する細胞の輸送速度、および細胞１０１の光スポットサイズに依存する。Ｘ方向の公称分解能はν・ｄｔに等しく、ここで、νはサンプル配送速度であり、ｄｔはサンプリング周波数である。光スポットサイズが公称分解能に対して大きい場合は、分解能がさらに制限される。好ましくは、νは、個々の流動実験の前に予め定められるか、細胞がシステムを通過する過程で測定される既知のパラメータである。理想的には、走査対象の細胞はその走査線を通過中に回転およびジッターがあってはならない。
【００１２】
光センサー２０７は、たとえば、フォトダイオード、光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード、シリコンフォトダイオード、またはその他の適切な種類のセンサーであってよい。信号２１０が繰り返しサンプリングされて細胞１０１の運動と関連付けられる場合、得られるデータは単一の実質的に直線状経路に沿って細胞１０１の表面または内部の位置から発生される光の高分解能図を提供する。図３は、経路３０１に沿って１つの細胞から得られる測定値を表わすデータセットの例を、従来の散乱ベースサイトメトリーを用いて得られる測定値と比較して示す。図から明らかなように、本発明の実施形態によって得られる測定値は、図３において「断面画像」で表示され、散乱のみに基づくデータから得られる図よりも細胞１０１内の活性についてのはるかに詳細な図を提供する。
【００１３】
一部の実験では、図３に示すデータによって、研究者が関心を集める疑問に十分に答えることができる。本発明の実施形態による断面画像化は、たとえば、毎秒数千の細胞速度で極めて高速に実施される。他の実験では、具体的な関心の一部はフル画像サイトメトリーを用いてさらに解析されるように断面画像データは細胞のソーティングに有用である。図３のトレースは、フル画像走査からの１列の画素であると考えられてもよい。このような１列の画像は、細胞の２次元フル画像から得られる情報の多くを提供して、格段に速く取得されて処理される。
【００１４】
他の実施形態では、システムは、反射光または蛍光、あるいはこれら両方の種々の波長域を検知することによって種々の波長を有する複数の励起光源を用いて多色サイトメトリーを実施するように構成されてもよい。図４は、一実施形態に従って同時多色断面サイトメトリーを実施するシステム４００を示す。
【００１５】
システム４００では、３つの異なる光源４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃは、各々が他とは異なる狭帯域の光波長にあるビーム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃを発生する。たとえば、光源４０１ａ、４０１ｂ、および４０１ｃは、異なるレーザーであってもよい。ビーム４０２ａ、４０２ｂ、および４０２ｃは、それぞれ反射鏡４０３ａ、４０３ｂ、および４０３ｃから反射する。一実施形態では、反射鏡４０３ｃは簡単な反射鏡であるが、反射鏡４０３ａおよび４０３ｂはそれぞれの光源４０１ａおよび４０１ｂによって発生される光波長の実質的にすべてを反射し、一方で他の光源によって発生される波長の実質的にすべてを通過させるように構成されたダイクロイックミラーである。それゆえ、得られる合成レーザービーム４０４は、３つの光源４０１ａ、４０１ｂ、および４０１ｃによって発生される３つの狭帯域波長を含む。合成ビーム４０４は、反射鏡２０２を実質的に通過し、レンズ２０３によって細胞１０１の表面に収束される。それゆえ、システムは、複数の波長域を含む光源を有する。細胞１０１から発生される光２０５は、細胞１０１からの反射によるものであれ、蛍光の結果としてであれ、レンズ２０３によって集められて少なくとも部分的に平行にされる。発生された光２０５は、ほとんどが反射鏡２０２から反射鏡４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃの方向に向かって反射する。１つまたは複数のオプションのフィルター２０９は、図示のような光路または別の位置に設置されてよい。
【００１６】
反射鏡４０５ａおよび４０５ｂは、発生された光２０５の一定の波長成分を優先的に反射するように構成されたダイクロイックミラーであることが好ましい。たとえば、反射鏡４０５は、光源４０１ａによって励起された第１の蛍光色素分子の蛍光によって発生される波長の光を反射してもよいが、反射鏡４０５ｂは光源４０１ｂによって励起された第２の蛍光色素分子の蛍光によって発生された波長の光を反射してもよい。反射鏡４０５ａ、４０５ｂ、および４０５ｃによって反射された光は、レンズ４０６ａ、４０６ｂ、および４０６ｃを通過して、それぞれ、センサー４０７ａ、４０７ｂ、および４０７ｃに達する。それゆえ、センサー４０７ａ、４０７ｂ、および４０７ｃは、種々の波長域の光を受け取る。本開示において、様々である波長域は、一部の波長が両方の波長域に含まれるように重複していてもよい。センサー４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｃの出力は、保存、解析、および表示のために、ディジタル化されて処理ユニット２０８に送られることが好ましい。本開示において、個々のセンサーおよびその関連構成要素は「チャネル」と呼ばれる。
【００１７】
３つの光源４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃおよび３つのセンサー４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｃを有するシステム例４００が示されているが、これら以外の他の数の光源、センサー、またはこれら両方が使用されてもよいことを当業者は認識するであろう。システム４００などのシステムは、様々な形で構成されてよい。たとえば、反射鏡４０５ａ、４０５ｂ、および４０５ｃは、細胞１０１から反射される光が測定されるように、光源４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃの波長域にある光を反射するように構成されてもよい。あるいは、反射鏡４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃの１つまたは複数はそれぞれの光源の波長域の光を反射するように構成されてもよいが、蛍光断面画像化が実施されるように、１つまたは複数の他の反射鏡はそれぞれの光源によって励起される蛍光色素分子によって放射される波長の光を選択的に反射するように構成されてもよい。あるいは、３つすべての反射鏡４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃは蛍光によって細胞１０１から発生された光を選択的に反射するように構成されてもよい。上記のいかなる組合せも可能である。たとえば、反射光を検知する１つのチャネルは、個々の細胞の幾何学的制限を測定するために使用されてもよく、蛍光によって発生される光を読み出すチャネルからのデータは特定の生物活性が発生する場所を示すために形状データと関連付けられてもよい。別の例では、センサーよりも少ない光源が使用されるように、単一光源が、複数の蛍光色素分子を励起させるように使用されてもよい。光源よりも少ないセンサーを含む他の実施形態も想定される可能性がある。
【００１８】
チャネルのいずれかまたはすべては、任意として、共焦点または半共焦点であるように構成されてもよい。共焦点光学系では、センサーの近くに設置されたアパーチャーを使用してシステムの焦点面以外の位置から発生する光を選択的に除去する。図４にはアパーチャー４０８ａ、４０８ｂ、および４０８ｃが示され、図５はこれらの機能を簡易光学系５００に関連して示す。システム５００では、実線で示す第１の光線束５０１が、細胞１０１における焦点面５０２から発生する。この光線は、レンズ５０４によって集められてアパーチャー５０６を通過した後、センサー５０５で収束される。破線で示す第２の光線束５０３は、焦点面５０２から離れ、かつレンズ５０４からさらに遠い点５０７から発生する。光線束５０３は、センサー５０５の前方にある点５０８で収束し、したがって、光線がアパーチャー５０６に達する時までに既に発散されて、光線束５０３の大部分がアパーチャー５０６から外れてセンサー５０５に達しない。このように、システムは、システムの焦点面以外から発生する光線を選択的に除去する。この種のシステムは、アパーチャー５０６などのアパーチャーのないシステムよりも高いコントラストを有する画像を生成する。アパーチャー５０６は、様々な方法のいずれかでサイズまたは形状が定められてよい。アパーチャーを大きくすると、除去される光線が少なくなり、システムは「半共焦点」であると考えられてもよい。アパーチャーは円形である必要がない。たとえば、これは楕円形であってもよく、したがって、その性能は２つの直交軸の間で異なる。
【００１９】
これまでに示した実施形態では、固定された走査位置を細胞が通過することによって評価対象の細胞と検知システムの間に相対運動が提供される。代替的な実施形態では、検知システムを移動させ細胞を固定したままにすることによって相対運動を提供してもよく、あるいは検知システムと細胞の間に相対運動が生じている限り検知システムと細胞の両方が移動していてもよい。
【００２０】
別の実施形態では、相対運動は回転走査システムによって提供される。図６は、調査対象である細胞の回転運動と、検知システムの並進運動とを提供するシステム例６００を示す。システム６００では、細胞１０１などの細胞は、回転盤または基板６０１に固着される。回転盤６０１は、たとえば、直径が約１００〜１５０ｍｍのポリカーボネートまたはアクリルなどのポリマー製の円盤であってもよい。また、他のサイズや材料が採用されてもよい。回転盤６０１は透明であってもよい。
【００２１】
回転盤６０１は、細胞が図２に示す光学系２００などの光学系の下で通過されるように回転されるが、いかなる実施形態による光学系も採用されうる。また、光学系２００は、通常、半径方向の経路６０２に沿って並進可能であり、したがって、回転盤６０１の表面の大部分は光学系２００による走査のために利用されうる。この実施形態では、個々の細胞全域の走査経路は円弧となる。しかしながら、弧の半径は個々の細胞の寸法に比べて非常に大きく、単一細胞の経路は基本的に直線状であると考えられてもよい。システム６００などのシステムを採用するとき、コンパクトディスク（ＣＤ）やディジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）がオーディオまたはビデオシステムによって読み出されるのとほぼ同様に、多数の細胞が光学系の併進と回転盤の回転との協調によって回転盤を系統的に走査して特性評価されてもよい。回転盤６０１は、光学系２００によるように上から、あるいは代替光学系２００ａによって下から「読み出し」が行なわれてよい。
【００２２】
一部の実施形態では、回転盤６０１が走査されるかまたはその他の方法で両側から協調的に利用されてもよい。たとえば、光学系２００および２００ａは、いずれも回転盤６０１に固着された細胞を走査してもよい。２つの光学系は、種々の励起波長、測定対象である細胞から発生される光の種々のろ過（filtration）、またはこれらの両方を用いて走査してもよい。
【００２３】
別の実施形態では、回転盤６０１の上から行なわれる個々の細胞の測定から、細胞がさらなる検討を必要とする活性または特性を示すことが判明する場合、回転盤６０１の下から供給される突発的な光によって細胞は回転盤６０１から解放される。図６の詳細図に示すように、回転盤６０１の上面は、特定波長の光を受けると回転盤に固着された細胞を解放する波長選択可溶面６０２を含んでいてもよい。解放された細胞は、回転盤６０１の表面から洗い流され、たとえば、フル画像サイトメトリーまたは顕微鏡検査によるさらに詳細な解析のために集められてもよい。
【００２４】
図７は、別の実施形態に従って同時マルチライン断面画像化を実施するシステムを示す。一部の用途では、各細胞全域で複数のトレースを走査することが有益である。たとえば、１つの断面画像が各細胞のほぼ中心で収集され、もう１つの画像が細胞の外縁付近で収集されてもよい。２つの画像が同じ分解能で収集されると、各細胞から集められる情報量が名目上２倍になるが、それでもフル画像サイトメトリーよりもはるかに少ないデータしか得られない。他の数、たとえば、３つ、４つ、またはどんな数のトレースが集められてもよいが、５つ以下が好ましい。同様に、トレースはすべてが同じ分解能である必要はない。
【００２５】
図７の例では、光源２０１は、平行ビーム２０４を発生し、これは特定の波長域の光を反射する反射鏡２０２を実質的に通過してレンズ７０１に達する。前述の実施形態とは対照的に、レンズ７０１は、多角形の「蝿の目」レンズ、回折レンズ、ホログラフィックレンズ、またはビーム２０４を分割する別の種類の光学系であり、ビーム２０４の一部分を細胞１０１の２つの異なるスポットに収束させる。２つのスポットは互いに離れており、したがって、これらは細胞１０１が走査範囲だけ輸送されるときに細胞１０１全域で離れた平行経路７０２、７０３をたどる。スポットの変位は、細胞１０１の移動方向から角度θだけずれた方向にある。好ましくは、θは０°よりも大きく、約９０°であってもよい。（θ＝０であれば、単線の断面画像と比較されるような細胞１０１に関する新たな情報は集められないが、細胞１０１は二度サンプリングされてもよく、これによって、ノイズが低減された断面画像の構成が可能になる。）
光２０５は、反射によるものであれ、蛍光によるものであれ、あるいはこれら両方によるものであれ、細胞１０１への照射スポットから発生し、レンズ７０１によって集められて少なくとも平行にされる。光は、反射鏡２０２から実質的に反射し、フィルター２０９および反射鏡７０４および７０５などの反射鏡に達してもよく、最終的にレンズ７０６および７０７に達する。（レンズ７０１とレンズ７０５および７０７との間の光路２０５を図７に簡単に示す。）反射鏡７０４および７０５は、たとえば、レンズ７０６および７０７に向けられる光２０５から種々の波長域を選択的に分離するダイクロイックミラーであってもよい。レンズ７０６および７０７は、反射鏡、フィルター、またはその他の構成要素をこれらレンズの間に挿入しうる無限遠補正光学系を形成するためにレンズ７０１と協働することが好ましい。レンズ７０１と同様に、レンズ７０６および７０７は、多角形の「蝿の目」レンズ、回折レンズ、ホログラフィックレンズ、またはレンズ７０６および７０７に達する光の一部分を変位させて画像を２組のセンサー７０８ａおよび７０８ｂと７０９ａおよび７０９ｂに向ける他の光学系であってもよい。それぞれの画像は、細胞１０１に照射される２つのスポットに対応する。センサー７０８ａ、７０８ｂ、７０９ａ、および７０９ｂによって生成される信号は、保存、解析、表示などのために、処理ユニット２０８に送られる。
【００２６】
それゆえ、図７のシステムは、細胞１０１の２つの分離経路７０２、７０３に沿って断面画像を走査する。各経路では、画像が２つの波長域で走査される。システム７００は、種々の波長域の光を放射する複数のレーザーなど複数の照明源を使用するように適合されうることも、波長域が少ない画像対や多い画像対を走査するように適合されうることも当業者は認識するであろう。
【００２７】
図８は、別の実施形態に従ってマルチライン断面画像化を実施するシステム８００を示す。この実施形態では、照明光と測定される細胞から発生する光とを分割するための光学手段を使用せずに２つの断面画像システムが横変位を有する流路に沿って設置され、したがって、細胞全域の１つの経路は第１の光学系によって最初に画像化され、細胞全域の別の経路が別の光学系によってその後に画像化される。システム８００では、保存、解析、表示などのために処理ユニット２０８に信号を提供する図２のものと同様の２つの光学系が示される。２つよりも多くのシステムが採用されうる。図２のシステムでは唯一の励振源２０１と１つのセンサー２０７が利用されるが、システム８００はより多くの励振源、センサー、またはこれら両方を使用するように容易に適合されうることを当業者は認識するであろう。たとえば、システム８００は、図４の２つまたはそれ以上の光学系を使用するように適合されうる。
【００２８】
システム８００における第１の光学系は、細胞１０１を光源２０１で照射し、最終的にセンサー２０７によって検知される光を生じる。システムは、経路８０１に沿って細胞１０１を走査するように配列され、経路８０１はこの例では細胞の中心に近い。第２の光学系（ダッシュ記号付き参照番号で示される）は、第２の走査位置において通過する細胞に光源２０１’を照射し、センサー２０７’によって検知される光を発生する。第２の光学系は、経路８０２に沿って細胞を走査するように配列され、経路８０２はこの例では通過する各セルの端に近い。個々の細胞１０１は両方の光学系によって走査されるが、同時には走査されない。処理ユニット２０８は、第１の断面画像の結果を記憶し、これらを第２の画像の結果と関連付けて、各細胞の１組の断面画像を生成してもよい。
【００２９】
本発明の実施形態は直線状のチューブに閉じ込められた細胞あるいは回転基板に固着された細胞を走査するものとして説明してきたが、本発明の実施形態は電気泳動、圧力駆動流、光ピンセット、電動並進ステージなどを含む、広範な細胞供給技術のいずれかを用いたシステムで利用されてもよいことを当業者は認識するであろう。細胞は、油乳剤中、エレクトロウェッティング駆動液滴中、あるいは磁気ビーズ標識の助けを借りた磁気輸送によるペイロードとして搬送されてもよい。特許請求の範囲は利用される細胞供給方法によって制限されないものとする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイトメトリーを実施するシステムであって、
光源と、
前記光源からの光を走査位置におけるスポットに収束させるレンズと、
前記走査位置における細胞と前記スポットとの間に相対運動を提供する輸送機構と、
前記光源による照射の結果として前記細胞から発生する光の強度を示すセンサーと、
前記光の強度の指示を繰り返し読み取って前記細胞全域において実質的に直線状の経路に沿った前記光の強度の特性を評価する処理ユニットと、
を備える、システム。
【請求項２】
前記光源は少なくとも１つのレーザーを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記光源は、コヒーレント光源、非コヒーレント光源、連続光源、およびパルス光源からなる群から選択される少なくとも１つの光源を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記センサーは、前記光源からの光の反射によって前記細胞から発生する光の強度を少なくとも部分的に示す、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記センサーは、前記光源によって励起される蛍光の結果として前記細胞から発生する光の強度を少なくとも部分的に示す、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記細胞は、流体中に分散され、
輸送機構は、前記流体の流れによって前記細胞を前記走査位置を通り越えて輸送する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記細胞が固着される回転基板をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記レンズは、前記センサーの方向に向かって前記細胞から発生する光を集める、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記システムが半共焦点画像化を実施するように前記センサーに隣接したアパーチャーをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記光源は少なくとも第１および第２の波長域の光を発生する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記光センサーは第１の光センサーであり、前記システムは第２のセンサーをさらに備え、前記第１および第２のセンサーは種々の波長域の光を受け取る、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
サイトメトリーを実施するシステムであって、
光源と、
前記光源からの光を走査位置における少なくとも２つのスポットに収束させる光学系であって、前記スポットは互いに変位されている、前記光学系と、
前記走査位置における細胞と前記少なくとも２つのスポットとの間に相対運動を提供する輸送機構と、
少なくとも２つ１組のセンサーであって、各センサーは前記スポットのそれぞれ１つにおいて前記光源による照射の結果として前記細胞から発生する光の強度を示す、前記センサーと、
前記少なくとも２つのセンサーからの前記光の強度の指示を繰り返し読み取って、前記少なくとも２つのスポットによって辿られる前記細胞全域において少なくとも２つの変位された実質的に直線状の経路に沿った前記光の強度の特性を評価する処理ユニットと、
を備える、システム。
【請求項１３】
前記光学系は多角形レンズ、回折レンズ、およびホログラフィックレンズからなる群から選択される少なくとも１つの部材を備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも２つ１組のセンサーは第１の組であり、前記システムは第２の組の少なくとも２つのセンサーをさらに備え、各々は前記スポットのそれぞれ１つにおいて前記光源による照射の結果として前記細胞から発生する光の強度を示し、２組のセンサーは種々の波長域の光を受け取る、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記光源は少なくとも１つのレーザーを備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記光源はコヒーレント光源、非コヒーレント光源、連続光源、およびパルス光源からなる群から選択される少なくとも１つの光源を備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
少なくとも１つのセンサーは、前記光源からの光の反射によって前記細胞から発生する光の強度を少なくとも部分的に示す、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
少なくとも１つのセンサーは、前記光源によって励起された蛍光の結果として前記細胞から発生する光の強度を少なくとも部分的に示す、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１９】
サイトメトリーを実施するシステムであって、
少なくとも２つの光源と、
少なくとも２つの光学系であって、各光学系は少なくとも２つのそれぞれの走査位置の１つにおけるそれぞれのスポットに前記光源の１つからの光を収束させる、前記光学系と、
細胞が前記少なくとも２つの走査位置を順番に通過するように、前記細胞と前記走査位置の間に相対運動を提供する輸送機構と、
少なくとも２つのセンサーであって、各センサーは前記細胞がそれぞれの走査位置を通過するとき前記光源による照射の結果として細胞から発生する光の強度を示す、前記センサーと、
とを備え、
前記光学系は、各スポットが前記細胞全域において異なる実質的に直線状の経路を辿るように配列され、前記システムは前記少なくとも２つのセンサーから前記光の強度の指示を繰り返し読み取って、前記それぞれの実質的に直線状の経路に沿って前記光の強度の特性を評価する処理ユニットをさらに備える、システム。
【請求項２０】
前記２つの光源の少なくとも１つは少なくとも１つのレーザーを備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記２つの光源の少なくとも１つは、コヒーレント光源、非コヒーレント光源、連続光源、およびパルス光源からなる群から選択される少なくとも１つの光源を備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記センサーの少なくとも１つは、前記光源からの光の反射によって前記細胞から発生する光の強度を少なくとも部分的に示す、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
前記センサーの少なくとも１つは、前記光源によって励起される蛍光の結果として前記細胞から発生する光の強度を少なくとも部分的に示す、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２４】
サイトメトリーを実施する方法であって、
光学系を用いて、走査位置におけるスポットに光源からの光を収束させること、
輸送機構によって、前記走査位置における細胞と前記スポットとの間に相対運動を提供すること、
前記光源による照射の結果として前記細胞から発生する光の強度を検出すること、
コンピュータ化された処理ユニットを用いて、前記光の強度の指示を繰り返し読み取って前記細胞全域において実質的に直線状の経路に沿って前記光の強度の特性を評価することを備える方法。
【請求項２５】
前記光源からの光を収束させることは、少なくとも１つのレーザーによって発生される光を収束させることを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記光源からの光を収束させることは、コヒーレント光源、非コヒーレント光源、連続光源、およびパルス光源からなる群から選択される少なくとも１つの光源によって発生される光を収束させることを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記細胞から発生する光の強度を検出することは、前記細胞から反射される光の強度を検知することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記細胞から発生する光の強度を検出することは、前記光源によって励起される蛍光の結果として前記細胞から発生する光の強度を検知することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記細胞を流体中に分散させること、
前記流体の流れによって前記走査位置を通り越えて前記細胞を輸送することをさらに備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記細胞から発生する光の強度を検出することは、少なくとも２つの波長域の光の強度を検出することを備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項１】
サイトメトリーを実施するシステムであって、
光源と、
前記光源からの光を走査位置におけるスポットに収束させるレンズと、
前記走査位置における細胞と前記スポットとの間に相対運動を提供する輸送機構と、
前記光源による照射の結果として前記細胞から発生する光の強度を示すセンサーと、
前記光の強度の指示を繰り返し読み取って前記細胞全域において実質的に直線状の経路に沿った前記光の強度の特性を評価する処理ユニットと、
を備える、システム。
【請求項２】
前記光源は少なくとも１つのレーザーを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記光源は、コヒーレント光源、非コヒーレント光源、連続光源、およびパルス光源からなる群から選択される少なくとも１つの光源を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記センサーは、前記光源からの光の反射によって前記細胞から発生する光の強度を少なくとも部分的に示す、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記センサーは、前記光源によって励起される蛍光の結果として前記細胞から発生する光の強度を少なくとも部分的に示す、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記細胞は、流体中に分散され、
輸送機構は、前記流体の流れによって前記細胞を前記走査位置を通り越えて輸送する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記細胞が固着される回転基板をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記レンズは、前記センサーの方向に向かって前記細胞から発生する光を集める、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記システムが半共焦点画像化を実施するように前記センサーに隣接したアパーチャーをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記光源は少なくとも第１および第２の波長域の光を発生する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記光センサーは第１の光センサーであり、前記システムは第２のセンサーをさらに備え、前記第１および第２のセンサーは種々の波長域の光を受け取る、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
サイトメトリーを実施するシステムであって、
光源と、
前記光源からの光を走査位置における少なくとも２つのスポットに収束させる光学系であって、前記スポットは互いに変位されている、前記光学系と、
前記走査位置における細胞と前記少なくとも２つのスポットとの間に相対運動を提供する輸送機構と、
少なくとも２つ１組のセンサーであって、各センサーは前記スポットのそれぞれ１つにおいて前記光源による照射の結果として前記細胞から発生する光の強度を示す、前記センサーと、
前記少なくとも２つのセンサーからの前記光の強度の指示を繰り返し読み取って、前記少なくとも２つのスポットによって辿られる前記細胞全域において少なくとも２つの変位された実質的に直線状の経路に沿った前記光の強度の特性を評価する処理ユニットと、
を備える、システム。
【請求項１３】
前記光学系は多角形レンズ、回折レンズ、およびホログラフィックレンズからなる群から選択される少なくとも１つの部材を備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも２つ１組のセンサーは第１の組であり、前記システムは第２の組の少なくとも２つのセンサーをさらに備え、各々は前記スポットのそれぞれ１つにおいて前記光源による照射の結果として前記細胞から発生する光の強度を示し、２組のセンサーは種々の波長域の光を受け取る、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記光源は少なくとも１つのレーザーを備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記光源はコヒーレント光源、非コヒーレント光源、連続光源、およびパルス光源からなる群から選択される少なくとも１つの光源を備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
少なくとも１つのセンサーは、前記光源からの光の反射によって前記細胞から発生する光の強度を少なくとも部分的に示す、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
少なくとも１つのセンサーは、前記光源によって励起された蛍光の結果として前記細胞から発生する光の強度を少なくとも部分的に示す、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１９】
サイトメトリーを実施するシステムであって、
少なくとも２つの光源と、
少なくとも２つの光学系であって、各光学系は少なくとも２つのそれぞれの走査位置の１つにおけるそれぞれのスポットに前記光源の１つからの光を収束させる、前記光学系と、
細胞が前記少なくとも２つの走査位置を順番に通過するように、前記細胞と前記走査位置の間に相対運動を提供する輸送機構と、
少なくとも２つのセンサーであって、各センサーは前記細胞がそれぞれの走査位置を通過するとき前記光源による照射の結果として細胞から発生する光の強度を示す、前記センサーと、
とを備え、
前記光学系は、各スポットが前記細胞全域において異なる実質的に直線状の経路を辿るように配列され、前記システムは前記少なくとも２つのセンサーから前記光の強度の指示を繰り返し読み取って、前記それぞれの実質的に直線状の経路に沿って前記光の強度の特性を評価する処理ユニットをさらに備える、システム。
【請求項２０】
前記２つの光源の少なくとも１つは少なくとも１つのレーザーを備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記２つの光源の少なくとも１つは、コヒーレント光源、非コヒーレント光源、連続光源、およびパルス光源からなる群から選択される少なくとも１つの光源を備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記センサーの少なくとも１つは、前記光源からの光の反射によって前記細胞から発生する光の強度を少なくとも部分的に示す、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
前記センサーの少なくとも１つは、前記光源によって励起される蛍光の結果として前記細胞から発生する光の強度を少なくとも部分的に示す、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２４】
サイトメトリーを実施する方法であって、
光学系を用いて、走査位置におけるスポットに光源からの光を収束させること、
輸送機構によって、前記走査位置における細胞と前記スポットとの間に相対運動を提供すること、
前記光源による照射の結果として前記細胞から発生する光の強度を検出すること、
コンピュータ化された処理ユニットを用いて、前記光の強度の指示を繰り返し読み取って前記細胞全域において実質的に直線状の経路に沿って前記光の強度の特性を評価することを備える方法。
【請求項２５】
前記光源からの光を収束させることは、少なくとも１つのレーザーによって発生される光を収束させることを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記光源からの光を収束させることは、コヒーレント光源、非コヒーレント光源、連続光源、およびパルス光源からなる群から選択される少なくとも１つの光源によって発生される光を収束させることを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記細胞から発生する光の強度を検出することは、前記細胞から反射される光の強度を検知することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記細胞から発生する光の強度を検出することは、前記光源によって励起される蛍光の結果として前記細胞から発生する光の強度を検知することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記細胞を流体中に分散させること、
前記流体の流れによって前記走査位置を通り越えて前記細胞を輸送することをさらに備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記細胞から発生する光の強度を検出することは、少なくとも２つの波長域の光の強度を検出することを備える、請求項２４に記載の方法。
【図５】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２０１３−５０２５９０（Ｐ２０１３−５０２５９０Ａ）
【公表日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２５７３９（Ｐ２０１２−５２５７３９）
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４６２１５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２２６８６
【国際公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（５９５１５４０７４）バイオ−ラド ラボラトリーズ インコーポレイテッド (12)
【公表日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４６２１５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２２６８６
【国際公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（５９５１５４０７４）バイオ−ラド ラボラトリーズ インコーポレイテッド (12)
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