(57)【要約】細胞を撮像するための装置は、培養基礎構造が置かれる培養チャンバ（１）と、撮像光学部（４，６）と、撮像光学部が基礎構造の異なる位置を撮像するのに用いられるように培養基礎構造と撮像光学部との相対的移動を付与するアクチュエータとを含む。培養基礎構造は、培養チャンバ（１）から分離した独自のサブチャンバ（３）として分離され、撮像は撮像光学部（４，６）とサブチャンバ（３）とを互いに連係して移動させることで実行される。
2008505628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞を撮像するための装置であって、培養基礎構造が置かれる培養チャンバ（１）と、撮像光学部（４，６）と、基礎構造の異なる位置が撮像光学部によって撮像されるように培養基礎構造と撮像光学部との相対的移動を付与するアクチュエータとを含む細胞撮像装置において、
培養基礎構造は培養チャンバ（１）から分離している独自のサブチャンバ（３）として分離されており、撮像は撮像光学部（４，６）とサブチャンバ（３）とを互いに連係して移動させることで実行されることを特徴とする細胞を撮像するための装置。
【請求項２】
撮像光学部（４，６）は、培養チャンバ（１）の適した位置に置かれ、サブチャンバ（３）は撮像光学部と連係して培養チャンバ（１）内部を移動可能なように配置されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
サブチャンバ（３）は、培養チャンバ（１）の外側に配置されるモータ（マニピュレータ）によって移動可能に配置されることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
サブチャンバ（３）は、マニピュレータ（２）によって移動可能に配置されており、マニピュレータ（２）は培養チャンバ（１）側面の貫通穴を経て導入されることを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】
撮像光学部（４，６）は、培養チャンバ（１）内部を移動可能なように配置されており、サブチャンバ（３）は培養チャンバ（１）の適した位置にあることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
サブチャンバ（３）は、サブチャンバ内部のガス組成を所望の組成に調整するための、またはサブチャンバに所望の組成であるガスを供給するためのガス供給口およびガス除去口が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
撮像光学部の顕微鏡（４）の対物レンズは、培養チャンバ（１）内部に置かれることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
顕微鏡（４）の対物レンズは、外側から培養チャンバ（１）に導入されることを特徴とする請求項２，３または４記載の装置。
【請求項９】
顕微鏡（４）は、培養チャンバ（１）の外側に配置されるモータによって焦点調整されるように配置されることを特徴とする請求項８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、培養基礎構造が置かれる培養チャンバと、撮像光学部と、アクチュエータであって、撮像光学部が培養基礎構造の異なる位置を撮像するために用いられるように培養基礎構造と撮像光学部との相対的移動を付与するアクチュエータとを含む、細胞を撮像するための装置に関する。
【０００２】
細胞培養は、たとえば様々な細胞生物学的および生物医学的分析において一般的に用いられる。通常は、分析される細胞物質は温度、周囲のガスおよび照明に対して適した条件に置かれるペトリ皿かウェルプレートで培養される。分析の様々な段階で、サンプルは、たとえば顕微鏡検査にさらされ、先行技術の配置においては、ウェルプレートはカメラを備えることもできる顕微鏡で試験されるように配置される。多くの研究において、細胞の発育が監視され得るように同じサンプルが一定の間隔をおいて試験される。
【０００３】
特許文献から、たとえばウェルプレートといった基礎構造において培養される細胞が所望の培養環境（温度、培地、空気）に保たれ得るように設計されている多くの装置が周知である。たとえば細胞の成長および／または培地に添加される物質を与えることによって細胞が影響を受ける様式といった細胞の発達を監視するために、同じ位置（たとえば分離したウェル）が規定の計画に従って一定の間隔をおいて撮像されるように、培養基礎構造の異なる位置で画像を撮影することが必要である。
【０００４】
最も単純な形として、培養チャンバ（たとえばインキュベータ）から培養基礎構造を取出すことによって、そして撮像が自動的に行われ得る特定の顕微鏡基部に培養基礎構造を置くことによって撮像は実行されており、マニピュレータは顕微鏡の対物レンズに対して基部を移動させる。したがって、撮影される画像はメモリに記録され、後で処理され得る。より自動化されたバージョンでは、予め決定されたプログラムに従って撮像されるために、培養基礎構造はインキュベータから自動的に移動され、これを実行する装置はたとえば米国特許第５１０６５８４号明細書に紹介されている。
【０００５】
撮像するためにインキュベータから培養基礎構造を移動させることは攪乱要因になる、というのも、培養基礎構造は、条件が最適に調整されている環境から移動されるため、そしてある基部から別の基部へ移動されるときに段差にさらされるかもしれないためである。したがって、培養基礎構造がインキュベータにあるときに撮像を行う装置も知られている。たとえば、米国特許第６２７１０２２号明細書は、相互に積み重なる棚の上に置かれる基礎構造が順々に撮像され得るように、撮像装置がインキュベータ内部に配置される装置を開示しているが、正確な撮像はこの方法では実現されない。
【０００６】
米国特許第６００８０１０号明細書は、閉鎖されたインキュベータチャンバの透明な底の上にウェルプレートが置かれる装置を紹介している。インキュベータチャンバの覆いは同様に透明であって、撮像光学部と連係して全チャンバを移動させる扱い手を用いることによって、撮像はインキュベータチャンバを通して行われ得る。このシステムによって、チャンバから培養基礎構造を移動させずに元の位置で撮像を行うことはすでに可能である。しかし、課題として培養チャンバ全体が移動されなければならないという事実がある。これによって、培養チャンバまたは「生物チャンバ」は比較的小さく作られている（丈×幅×高さは６”×５”×２”）。さらに、ウェルプレートの底の下に透明な別プレートを使用することは高倍率にするのに問題がある、というのも、対物レンズは被写体にかなり近づかなければならないためである。
【０００７】
本発明の目的は、培養チャンバを大きくさせ、たとえば十分に光を隔離させ、および／または熱的に隔離させ、一方で、移動可能部を軽量化させ光を十分透き通らせることができるように、そして様々な照明および光学システムが撮像される被写体に近づくことができるように、上記で確認された欠点を排除すること、および培養チャンバ全体を移動させる必要のない撮像装置を紹介することである。本目的を実現するために、本発明に従う装置は第一に、培養基礎構造が独自の分離したサブチャンバを形成するために培養チャンバから分離されており、撮像が撮像光学部とサブチャンバとを互いに連係して移動させることで実行されることとを特徴とする。撮像は、たとえば撮像光学部が培養チャンバの適した位置に置かれて、サブチャンバが撮像光学部と連係して培養チャンバ内を移動するか、撮像光学部が培養チャンバ内で移動可能なように配置され、サブチャンバがその位置にあるような方法で行われ得る。
【０００８】
サブチャンバは、培養基礎構造の異なる位置上の空気空間を密封する蓋体で培養基礎構造を閉鎖することによって作り出されるのが最も好ましく、サブチャンバから分離した独自の培養環境として培養基礎構造を分離する。そのような環境は、ガス注入口およびガス注出口を設けることによって、所望のガス組成が供給され得る。ガスはサブチャンバに所望のガスを送り込むことによって交換され得る。
【０００９】
全ウェルに共有され、培養基礎構造の異なる位置（ウェル）の上に所望のガス組成を有する閉鎖空気空間が形成されるように、サブチャンバは、たとえばウェルプレートを上方から閉鎖する蓋体によって形成され、該蓋体は注入口および注出口が設けられている。この思想は本願と同時に特許出願中の「細胞を培養するための基礎構造およびその使用」においてより詳細に開示されている。
【００１０】
以下において、添付図面を参照して本発明をより詳細に記載する。
図１は本発明の第１の実施形態を示し、培養基礎構造は培養チャンバ１において移動される。培養チャンバ１内部で、サブチャンバ３はＸ−Ｙ面を移動するマニピュレータ２によって移動可能に配置される。サブチャンバ３はこの場合、培養基礎構造として用いられるウェルプレートおよびウェルプレートを上方からきつく密封する蓋体によって形成される。培養基礎構造の生体細胞の顕微鏡撮像は、一般的な原理に従って顕微鏡の対物レンズと反対方向から、つまり図において上方から培養位置を照射することによって実行され得るように、サブチャンバ３の底３ａ（ウェルプレートの底３ａ）および蓋体３ｂは透明であるが、前記構造は、対物レンズの方向において、下方から、または下方から斜めに照明を与えることをも可能にしている。マニピュレータ２は開口部を含み、底３ａが撮像のために自由に近づきやすいように開口部にサブチャンバ３は固定され得る。図において、参照符号４は顕微鏡を指し、該顕微鏡４は、培養基礎構造の移動するＸ−Ｙ面に垂直の方向Ｚのモータによって、デジタルカメラ５と共に移動可能に配置される。顕微鏡４は筒顕微鏡で、焦点調整は筒顕微鏡とカメラとの組合せをＺ方向に移動させることで実行され得る。参照符号６は反対方向に（上方から）照明を与える照明装置を示している。照明装置６はチャンバ１の上壁に固定されている。
【００１１】
培養チャンバ１は周辺光から保護される暗チャンバを構成し、その温度もまた周辺温度に関係なく所望のレベルに調整され得る。加熱はたとえば壁の抵抗プレートによって供給され、温度の低下はたとえばペルチェ素子によってなされ得る。手２はチャンバ側面の貫通穴を経て導入され、該貫通穴は、光または熱が穴を通じて入れないが手２は穴を移動できるように、たとえば弾力手段によって密封される。
【００１２】
また、顕微鏡４は密封された開口部（密封リング１０）を経て培養チャンバ１に導入される。図１は、どのように対物レンズが培養チャンバ１の底を通じてサブチャンバ３に近づき得るのかを示す。また、ふいご状の密封リング１０はＺ方向に顕微鏡４が移動するのを可能にしている。
【００１３】
サブチャンバ３は、培養チャンバ１内部のガス組成に関係なく所望のガス組成が与えられ得るように、培養チャンバ１の条件からそれはそれで分離している。図における参照符号７および８は、サブチャンバ３への、およびサブチャンバ３からの注入管および注出管をそれぞれ示している。注出管８はガスをサブチャンバ３から一方向のみに流す弁を含む。
【００１４】
撮像は標準の方法で実行され、一度に基礎構造の１つの培養位置（ウェルプレート３の１つのウェル）において、１つのウェルの様々な位置が撮像され得る。撮像される培養位置はＸ−Ｙ面でサブチャンバ３を移動させるマニピュレータ２によって決定される。さらに、各培養位置において、Ｘ−Ｙ面に垂直の方向に顕微鏡４を移動させることでＺ方向の異なる面で画像を撮影することが可能であり、たとえば異なる焦点面において同じ培養位置の一連の画像を撮影することが可能である。撮像中、照明は、同時に特許出願中の「顕微鏡用照明システム」でより詳細に紹介されるシステムによって継続時間が正確に設定される照明を用いることによって与えられ得る。
【００１５】
サブチャンバ３の底３ａは、マニピュレータ２の開口部において下方から可視である普通のウェルプレートの透明な底から成る。結果として、顕微鏡４の対物レンズとウェルプレートの底との間には分離する構造はない、というのも、顕微鏡４の対物レンズは培養チャンバ１に置かれるからである。対物レンズは被写体に近づき、所望の光学部が用いられ得る。
【００１６】
サブチャンバ３（ウェルプレート）の底３ａ側から撮像が行われるとき、顕微鏡４の対物レンズはウェルプレートの透明な底を通して、たとえば１ｍｍ未満の距離で被写体に近づく。したがって、高倍率の位相差画像法を用いることができる。
【００１７】
画像そのものの保存および処理に関する代替案は本発明の範囲に収まらず、したがってより詳細に開示されない。図１の実施形態において、Ｘ−Ｙ面でサブチャンバ３を移動させるモータは培養チャンバ１の外側にある。同様に、顕微鏡４のカメラ５および焦点化モータ（Ｚ方向）は培養チャンバ１の外側にある。培養チャンバ１は、加熱される体積が小さくて規定の温度に早く調整され得るように、小さく作られ得る。
【００１８】
図２は第２の実施形態を示し、図１と対応して作動する部を指すように同じ参照符号が使われている。ここでの差異は、サブチャンバ３が培養チャンバ１の壁に取付けられた支持体９の固定位置に置かれることと、サブチャンバ３の底３ａが、マニピュレータ２におけるのと同様に、下方から自由に近づきやすい固定開口部を含むことである。撮像光学部（顕微鏡４および照明装置６）はサブチャンバ３と連係してＸ，ＹおよびＺ方向に移動可能であるポータル構造を構成し、完全にチャンバ１内部に置かれる。また、この実施形態においても、管顕微鏡の対物レンズを被写体（サブチャンバ３）に近づけることができる、というのも、顕微鏡４全体が培養チャンバ１内部にあるからである。また、この実施形態においても、管顕微鏡の対物レンズを被写体（サブチャンバ３）に近づけることができる、というのも、顕微鏡４全体が培養チャンバ１内部にあるからである。また、この実施形態においても、細胞の移動は最小にされている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す。
【図１】
2008505628.tif 000003
【図２】
2008505628.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成18年5月24日(2006.5.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞を撮像するための装置であって、培養基礎構造が培養チャンバ（１）から分離して独自のサブチャンバ（３）の形で置かれる培養チャンバ（１）と、撮像光学部（４，６）と、撮像光学部（４，６）と培養基礎構造とを互いに連係して移動させることで撮像光学部によって基礎構造の異なる位置が撮像されるように培養基礎構造と撮像光学部との相対的移動を付与するアクチュエータとを含む細胞撮像装置において、
撮像光学部（４，６）は培養チャンバ（１）の適した位置に置かれ、サブチャンバ（３）は撮像光学部と連係して培養チャンバ（１）内部で移動可能に配置され、撮像光学部（４，６）の顕微鏡（４）の対物レンズは外側から培養チャンバ（１）に導入されることを特徴とする細胞を撮像するための装置。
【請求項２】
サブチャンバ（３）は、培養チャンバ（１）の外側に配置されるモータ（マニピュレータ）によって移動可能に配置されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
サブチャンバ（３）は、マニピュレータ（２）によって移動可能に配置されており、マニピュレータ（２）は培養チャンバ（１）側面の貫通穴を経て導入されることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
サブチャンバ（３）は、サブチャンバ内部のガス組成を所望の組成に調整するための、またはサブチャンバに所望の組成であるガスを供給するためのガス供給口およびガス除去口が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
顕微鏡（４）は培養チャンバ（１）の外側に配置されるモータによって焦点調整されるように配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【国際調査報告】
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