[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP5806450B2 - Cell observation method - Google Patents

Cell observation method Download PDF

Info

Publication number
JP5806450B2
JP5806450B2 JP2010152206A JP2010152206A JP5806450B2 JP 5806450 B2 JP5806450 B2 JP 5806450B2 JP 2010152206 A JP2010152206 A JP 2010152206A JP 2010152206 A JP2010152206 A JP 2010152206A JP 5806450 B2 JP5806450 B2 JP 5806450B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
observation
stimulation
region
cell
membrane potential
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2010152206A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012014066A (en
JP2012014066A5 (en
Inventor
隆介 田中
隆介 田中
真 荒木
真 荒木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Priority to JP2010152206A priority Critical patent/JP5806450B2/en
Publication of JP2012014066A publication Critical patent/JP2012014066A/en
Publication of JP2012014066A5 publication Critical patent/JP2012014066A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5806450B2 publication Critical patent/JP5806450B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Description

本発明は、細胞観察方法に関する。   The present invention relates to a cell observation method.

従来、生細胞の膜電位活動を観察する方法が知られている(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)。特許文献1に記載の膜電位の測定方法は、膜電位感受性色素により染色した生細胞に励起光を照射し、フォトダイオードアレイやCCD等の2次元光センサにより膜電位感受性色素の吸光反応または蛍光反応を撮影する。膜電位感受性色素の吸光強度または蛍光強度は膜電位感受性色素が付着している細胞の膜電位に依存して変化するので、膜電位感受性色素の吸光強度または蛍光強度を測定することにより、間接的に細胞の膜電位活動を観察することができる。また、特許文献2に記載の多点同時計測方法は、ニポウディスク方式の共焦点顕微鏡とCCDとを組み合わせて、速い膜電位応答を共焦点イメージ像として捕えることとしている。   Conventionally, methods for observing membrane potential activity of living cells are known (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). In the method for measuring the membrane potential described in Patent Document 1, live cells stained with a membrane potential sensitive dye are irradiated with excitation light, and the absorption reaction or fluorescence of the membrane potential sensitive dye is detected by a two-dimensional photosensor such as a photodiode array or CCD. Take a picture of the reaction. Since the absorbance or fluorescence intensity of the membrane potential sensitive dye changes depending on the membrane potential of the cell to which the membrane potential sensitive dye is attached, it is indirectly determined by measuring the absorbance or fluorescence intensity of the membrane potential sensitive dye. In addition, cell membrane potential activity can be observed. In addition, the multipoint simultaneous measurement method described in Patent Literature 2 combines a Niipou disk type confocal microscope and a CCD to capture a fast membrane potential response as a confocal image.

ここで、生細胞の膜電位活動の観察においては、パッチクランプ等の刺入電極により細胞を電気刺激して膜電位変化を生じさせる方法が一般的に用いられている。しかしながら、刺入電極による細胞の電気刺激は、複数の細胞を刺激したい場合に試料に対して多数の電極を刺入しなければならず現実的ではない。また、刺激点を変更するには電極を他の位置に刺し直す必要があり、手間と時間がかかるうえに生細胞へのダメージとなってしまうというデメリットがある。   Here, in the observation of the membrane potential activity of living cells, a method of causing a membrane potential change by electrically stimulating cells with an insertion electrode such as a patch clamp is generally used. However, electrical stimulation of cells with insertion electrodes is not practical because a large number of electrodes must be inserted into the sample when a plurality of cells are to be stimulated. Moreover, in order to change a stimulation point, it is necessary to re-stab an electrode in another position, and there exists a demerit that it will be a damage to a living cell in addition to an effort and time.

これに対し、細胞に刺激を与える方法として電極による電気刺激以外の方法も知られている(例えば、特許文献3参照。)。特許文献3に記載の走査型共焦点顕微鏡装置は、ケージドコンパウンド試薬を使用して生細胞に刺激を与えることとしている。具体的には、特許文献3に記載の走査型共焦点顕微鏡装置は、ガルバノミラー走査方式によってケージドコンパウンドに紫外レーザ光を照射することにより、ケージドコンパウンドから神経伝達物質を放出させて細胞の活動電位を誘発するようになっている。   On the other hand, methods other than electrical stimulation with electrodes are also known as methods for stimulating cells (see, for example, Patent Document 3). The scanning confocal microscope apparatus described in Patent Literature 3 uses a caged compound reagent to stimulate living cells. Specifically, the scanning confocal microscope apparatus described in Patent Document 3 emits a neurotransmitter from a caged compound by irradiating the caged compound with ultraviolet laser light by a galvanomirror scanning method, thereby causing an action potential of the cell. Is triggered.

特開2004−115693号公報JP 2004-115633 A 特開2004−212132号公報JP 2004-212132 A 特開平7−333515号公報JP-A-7-333515

しかしながら、特許文献3に記載の走査型共焦点顕微鏡装置では、膜電位のイメージングを行うには時間分解能が足りず、高い時間分解能で細胞の膜電位を測定することができないという不都合がある。このように、従来は、細胞への刺激と膜電位の測定について、それぞれ一方のみを高い空間自由度および時間分解能で行うことはできたが、これら両方を高い空間自由度および時間分解能で両立して行うことはできなかった。   However, the scanning confocal microscope apparatus described in Patent Document 3 has a disadvantage in that the membrane potential of a cell cannot be measured with high temporal resolution due to insufficient temporal resolution for imaging of membrane potential. Thus, in the past, only one of cell stimulation and membrane potential measurement could be performed with a high degree of spatial freedom and temporal resolution, but both are compatible with a high degree of spatial freedom and temporal resolution. Could not be done.

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、刺激に対する細胞の膜電位応答を高い空間自由度および時間分解能で観察することができる細胞観察方法および走査型顕微鏡装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a cell observation method and a scanning microscope apparatus capable of observing a cell membrane potential response to a stimulus with high spatial freedom and temporal resolution. Objective.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、チャネルロドプシン2遺伝子および細胞の膜電位の大きさに応じて発生する光強度が変化する膜電位感受性色素を導入した神経細胞の参照画像を取得する参照画像取得工程と、該参照画像取得工程により取得された前記参照画像に対して、レーザ照射により前記神経細胞に刺激を与える刺激領域およびレーザ照射により前記膜電位感受性色素を励起する観察領域を前記参照画像の視野範囲より小さい範囲で指定する領域指定工程と、該領域指定工程により指定された前記刺激領域に400nmから500nmの波長のレーザ光を照射し、前記チャネルロドプシン2遺伝子から前記神経細胞内で発現したチャネルロドプシン2により前記神経細胞を刺激して膜電位活動を誘発させる刺激工程と、前記観察領域にレーザ光を照射し、その集光位置を走査させて前記膜電位感受性色素を励起し、該膜電位感受性色素から発せられるシグナル光の光強度を検出して前記観察領域の観察画像を取得する観察画像取得工程とを含む細胞観察方法を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The present invention relates to a reference image acquisition step of acquiring a reference image of a neuron cell into which a channel rhodopsin 2 gene and a membrane potential sensitive dye that changes the light intensity generated according to the magnitude of the cell membrane potential are introduced, and the reference image With respect to the reference image acquired by the acquisition step, a stimulation region for stimulating the nerve cells by laser irradiation and an observation region for exciting the membrane potential sensitive dye by laser irradiation are smaller than the visual field range of the reference image. A region designation step to designate, and the stimulation region designated in the region designation step is irradiated with a laser beam having a wavelength of 400 nm to 500 nm, and the nerve is produced by channel rhodopsin 2 expressed in the nerve cell from the channel rhodopsin 2 gene. A stimulation process for stimulating cells to induce membrane potential activity, and irradiating the observation area with laser light. A cell comprising: an observation image acquisition step of scanning a condensing position to excite the membrane potential sensitive dye, detecting a light intensity of signal light emitted from the membrane potential sensitive dye, and acquiring an observation image of the observation region Provide an observation method.

本発明によれば、参照画像取得工程により取得された生体試料(神経細胞)の参照画像に対して刺激領域および観察領域を指定することで、刺激工程および観察画像取得工程により所望の細胞を簡易に刺激したりその観察画像を取得したりすることができる。また、観察領域を参照画像の視野範囲より小さい範囲で指定することにより、観察画像取得工程において走査にかかる時間を短縮し迅速に観察領域を観察することができる。 According to the present invention, by designating a stimulation region and an observation region with respect to a reference image of a biological sample (nerve cell) acquired by a reference image acquisition step, desired cells can be simplified by the stimulation step and the observation image acquisition step. Can be stimulated, and the observation image can be acquired. In addition, by designating the observation region within a range smaller than the visual field range of the reference image, it is possible to shorten the time required for scanning in the observation image acquisition step and observe the observation region quickly.

この場合において、刺激工程において刺激領域の生理活性物質により細胞の膜電位活動が誘発されると、刺激領域から観察領域にその膜電位活動が伝播される。また、膜電位感受性色素の光強度は膜電位感受性色素が付着している細胞の膜電位に依存して変化するので、観察領域に細胞の膜電位活動が伝播されると膜電位感受性色素の光強度が変化する。   In this case, when the membrane potential activity of the cell is induced by the physiologically active substance in the stimulation region in the stimulation process, the membrane potential activity is propagated from the stimulation region to the observation region. In addition, since the light intensity of the membrane potential sensitive dye changes depending on the membrane potential of the cell to which the membrane potential sensitive dye is attached, when the membrane potential activity of the cell is propagated to the observation region, the light of the membrane potential sensitive dye The intensity changes.

したがって、膜電位感受性色素から発せられるシグナル光の光強度を検出して得られる観察領域の観察画像を観察すれば、刺激した部位(刺激領域)に生じた膜電位応答の伝播に伴う観察部位(観察領域)での膜電位の経時変化を間接的に観察することができる。これにより、刺激に対する細胞の膜電位応答を高い空間自由度および時間分解能で観察することができる。   Therefore, by observing the observation image of the observation region obtained by detecting the light intensity of the signal light emitted from the membrane potential sensitive dye, the observation site accompanying the propagation of the membrane potential response generated in the stimulated region (stimulation region) ( It is possible to indirectly observe the temporal change of the membrane potential in the observation region). Thereby, the membrane potential response of the cell to the stimulus can be observed with high spatial freedom and temporal resolution.

観察画像取得工程においては、観察領域に照射するレーザ光の集光位置を深さ方向に変化させつつ深さ方向に交差する方向に走査させることとしてもよい。このようにすることで、3次元的に観察領域を観察することができ空間自由度の向上を図ることができる。なお、刺激工程と観察画像取得工程は、どちらの工程を先に始めてもよいし、両工程を同時に始めてもよい。   In the observation image acquisition step, scanning may be performed in a direction intersecting the depth direction while changing the condensing position of the laser light applied to the observation region in the depth direction. By doing in this way, an observation area can be observed three-dimensionally and the improvement of space freedom can be aimed at. Note that either of the stimulation process and the observation image acquisition process may be started first, or both processes may be started simultaneously.

上記発明においては、前記領域指定工程がライン状の前記観察領域を指定することとしてもよい。
このように構成することで、立体状や平面状の観察領域を走査する場合と比較して走査範囲を一方向に制限することができ、刺激に対する細胞の膜電位応答をより高い時間分解能で観察することができる。
In the above invention, the region designating step may designate the line-shaped observation region.
With this configuration, the scanning range can be limited to one direction compared to scanning a three-dimensional or planar observation region, and the membrane potential response of cells to stimuli can be observed with higher temporal resolution. can do.

また、上記発明においては、前記領域指定工程がポイント状の前記観察領域を指定することとしてもよい。
このように構成することで、ライン状の観察領域を走査する場合より走査範囲をさらに狭い範囲に制限することができ、刺激に対する細胞の膜電位応答をより高い時間分解能で観察することができる。
Moreover, in the said invention, the said area | region designation | designated process is good also as designating the said observation area | region of a point shape.
With this configuration, it is possible to limit the scanning range to a narrower range than when scanning a line-shaped observation region, and it is possible to observe the membrane potential response of cells to a stimulus with higher time resolution.

また、上記発明においては、前記刺激工程による前記刺激領域へのレーザ照射と前記観察画像取得工程による前記観察領域へのレーザ照射を異なる光学系により行うこととしてもよい。
このように構成することで、刺激領域へのレーザ照射と観察領域へのレーザ照射を時間的および空間的に独立して制御することができる。したがって、細胞の刺激と細胞の観察との時間的および空間的な自由度を高めることができる。
Moreover, in the said invention, it is good also as performing the laser irradiation to the said stimulation area | region by the said stimulation process, and the laser irradiation to the said observation area | region by the said observation image acquisition process by a different optical system.
With this configuration, it is possible to control the laser irradiation to the stimulation region and the laser irradiation to the observation region independently in terms of time and space. Therefore, temporal and spatial freedom of cell stimulation and cell observation can be increased.

また、上記発明においては、前記観察画像取得工程が、同一の前記観察領域の観察画像を時間間隔をあけて複数回取得することとしてもよい。
このように構成することで、時間経過とともに細胞の膜電位上昇部位が移動する様子を観察することができる。
Moreover, in the said invention, the said observation image acquisition process is good also as acquiring the observation image of the same said observation area | region several times in time intervals.
With this configuration, it is possible to observe the movement of the cell membrane potential increase site with time.

また、上記発明においては、前記刺激工程および前記刺激工程の刺激後に一定の時間間隔を空けた後に前記観察画像取得工程が所定の取得タイミングで前記観察画像を複数回繰り返し取得する観察パターンを、細胞が再び活性化できるだけの時間間隔を空けて、複数回行い、前記観察画像取得工程により取得された前記観察画像の光強度を、各前記観察パターン内の複数の前記観察画像のうち前記取得タイミングが同じ前記観察画像の光強度について加算して平均を算出する平均算出工程を含むこととしてもよい。
このように構成することで、平均算出工程により時間経過ごとの観察画像における光強度のノイズ成分を低減し、刺激に対する細胞の膜電位応答の時系列変化を高S/Nで観察することができる。
In the aspect described above, the observation pattern in which the observation image acquisition process is repeated to obtain a plurality of times the observed image with a predetermined acquisition timing after at regular time intervals after stimulation of the stimulation step and the stimulation step, cells Is performed a plurality of times with a time interval that can be activated again, and the light intensity of the observation image acquired by the observation image acquisition step is determined by the acquisition timing of the plurality of observation images in each observation pattern. An average calculation step of calculating an average by adding the light intensities of the same observation image may be included.
With this configuration, it is possible to reduce the noise component of the light intensity in the observation image over time by the average calculation step, and to observe the time-series change of the membrane potential response of the cell to the stimulus at a high S / N. .

また、上記発明においては、前記刺激工程および前記刺激工程の刺激後に所定の時間間隔を空けた後に前記観察画像取得工程が所定の取得タイミングで前記観察画像を複数回繰り返し取得する観察パターンを、前記細胞を刺激してから最初の前記観察画像を取得するまでの前記所定の時間間隔を1回の前記走査にかかる時間よりも短い時間間隔で前記観察パターンごとにずらして、細胞が再び活性化できるだけの時間間隔を空けて、複数回行い、その結果取得した複数の画像を蛍光強度の時系列変化として置き変えることとしてもよい。
このように構成することで、1回の走査にかかる時間よりも速い膜電位の変化を補完して検出することができ、刺激に対する細胞の膜電位応答をより高い時間分解能で観察することができる。
また、上記発明においては、前記膜電位感受性色素が蛍光色素FM4−64であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記シグナル光が第二高調波(SHG)シグナル光であることとしてもよい。
In the aspect described above, the observation pattern in which the observation image acquisition process is repeated to obtain a plurality of times the observed image with a predetermined acquisition timing after at a predetermined time interval following stimulation of the stimulation step and the stimulation step, the The predetermined time interval from the stimulation of the cell to the acquisition of the first observation image is shifted for each observation pattern by a time interval shorter than the time required for one scan, so that the cell can be activated again. at a time interval, have multiple rows may be varied every plurality of images obtained as a result time-series change in fluorescence intensity.
By configuring in this way, it is possible to detect and detect a change in membrane potential faster than the time required for one scan, and to observe the membrane potential response of a cell to a stimulus with higher temporal resolution. .
In the above invention, the membrane potential sensitive dye may be a fluorescent dye FM4-64.
In the above invention, the signal light may be second harmonic (SHG) signal light.

また、上記発明においては、前記観察画像取得工程により取得された複数の前記観察画像に基づいて、前記観察領域の各点における光強度の時間変化を算出する時間変化算出工程を含むこととしてもよい。
このように構成することで、観察領域の各点における光強度の時間変化に基づいて、観察領域の各点における細胞の膜電位応答の時系列変化を間接的に簡易に観察することができる。
Further, the above invention may include a time change calculating step of calculating a time change of light intensity at each point of the observation region based on the plurality of observation images acquired by the observation image acquiring step. .
With this configuration, it is possible to indirectly and indirectly observe the time-series change of the membrane potential response of the cell at each point in the observation region based on the time change of the light intensity at each point in the observation region.

本発明の参考例は、生体試料に照射する光の集光位置を深さ方向に変化させつつ深さ方向に交差する方向に走査させ、前記生体試料の3次元的な参照画像および観察画像を取得可能な観察光学系と、前記生体試料に光を照射して細胞を刺激する刺激光学系と、前記観察光学系により取得された前記参照画像に対して、前記刺激光学系により前記細胞を刺激する刺激領域および前記観察画像を取得する観察領域を前記参照画像の視野範囲より小さい範囲で指定する領域指定部と、該領域指定部により指定された細胞の刺激領域に対する前記刺激光学系による刺激後に、前記領域指定部により指定された細胞の観察領域を前記観察光学系により複数回にわたって走査して異なる時刻に取得された複数の観察画像から、走査経路上の位置と光強度との関係を示す複数の光強度の位置特性を算出する位置特性算出部と、該位置特性算出部により算出された複数の光強度の位置特性から走査経路上の所望の位置における光強度の時間変化を算出する時間特性算出部とを備える走査型顕微鏡装置を提供する。 The reference example of the present invention scans in the direction intersecting the depth direction while changing the condensing position of the light irradiated to the biological sample in the depth direction, and the three-dimensional reference image and observation image of the biological sample are scanned. An observation optical system that can be acquired, a stimulation optical system that stimulates cells by irradiating light to the biological sample, and the cells that are stimulated by the stimulation optical system for the reference image acquired by the observation optical system A region designating unit for designating a stimulation region to be performed and an observation region for obtaining the observation image within a range smaller than the visual field range of the reference image; and after stimulation by the stimulation optical system for the stimulation region of the cell designated by the region designating unit From the plurality of observation images acquired at different times by scanning the observation region of the cell designated by the region designation unit a plurality of times with the observation optical system, the position and light intensity on the scanning path A position characteristic calculation unit that calculates a position characteristic of a plurality of light intensities indicating a relationship, and a time change of the light intensity at a desired position on the scanning path from the position characteristics of the plurality of light intensities calculated by the position characteristic calculation unit. Provided is a scanning microscope apparatus comprising a time characteristic calculation unit for calculating.

参考例によれば、観察光学系により取得された生体試料の3次元的な参照画像上で領域指定部により指定された刺激領域の細胞に対し刺激光学系により刺激が与えられ、また、同様に領域指定部により指定された観察領域の3次元的な観察画像が観察光学系により取得される。 According to this reference example , stimulation is applied to the cells in the stimulation region designated by the region designation unit on the three-dimensional reference image of the biological sample acquired by the observation optical system, and similarly. A three-dimensional observation image of the observation region designated by the region designation unit is acquired by the observation optical system.

ここで、光を受けると細胞を活性させて膜電位活動を誘発させる生理活性物質と細胞の膜電位の大きさに応じて発生する光強度が変化する膜電位感受性色素を導入した生体試料に対し、領域指定部により刺激領域および観察領域を指定し、刺激光学系により刺激領域に光を照射し生理活性物質により細胞の膜電位活動を誘発させると、刺激領域から観察領域にその膜電位活動が伝播される。また、膜電位感受性色素の光強度は膜電位感受性色素が付着している細胞の膜電位に依存して変化するので、観察領域に細胞の膜電位活動が伝播されると膜電位感受性色素の光強度が変化する。したがって、刺激光学系による刺激領域の細胞の刺激後に観察光学系により観察領域の観察画像を取得すれば、刺激領域における刺激に対する細胞の膜電位の変化を観察領域における光強度の変化に反映させて間接的に観察することができる。   Here, for a biological sample into which a bioactive substance that activates cells upon receiving light and induces membrane potential activity and a membrane potential sensitive dye that changes the light intensity generated according to the magnitude of the membrane potential of the cells are introduced. When the stimulation area and observation area are designated by the area designating unit, light is applied to the stimulation area by the stimulation optical system, and the membrane potential activity of the cell is induced by the physiologically active substance, the membrane potential activity is transferred from the stimulation area to the observation area. Propagated. In addition, since the light intensity of the membrane potential sensitive dye changes depending on the membrane potential of the cell to which the membrane potential sensitive dye is attached, when the membrane potential activity of the cell is propagated to the observation region, the light of the membrane potential sensitive dye The intensity changes. Therefore, if an observation image of the observation area is acquired by the observation optical system after stimulating the cells in the stimulation area by the stimulation optical system, the change in the cell membrane potential with respect to the stimulation in the stimulation area is reflected in the change in the light intensity in the observation area. Can be observed indirectly.

また、刺激光学系による刺激領域の細胞の刺激後に観察光学系により観察領域を複数回にわたって走査して異なる時刻に取得される複数の観察画像から、位置特性算出部により走査経路上の所望の位置における光強度の位置特性を算出し、時間特性算出部によりその位置における光強度の時間変化を算出することで、刺激に対する細胞の膜電位応答の時間変化を高い空間自由度および時間分解能で簡易に観察することができる。   In addition, after stimulating the cells in the stimulation area with the stimulation optical system, the position characteristic calculator calculates a desired position on the scanning path from a plurality of observation images acquired at different times by scanning the observation area multiple times with the observation optical system. By calculating the position characteristics of the light intensity at the time and calculating the time change of the light intensity at the position by the time characteristic calculation section, the time change of the membrane potential response of the cell to the stimulus can be easily performed with high spatial freedom and time resolution Can be observed.

本発明によれば、刺激に対する細胞の膜電位応答を高い空間自由度および時間分解能で観察することができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to observe the membrane potential response of a cell to a stimulus with high spatial freedom and temporal resolution.

本発明の第1の実施形態に係る細胞観察方法のフローチャートである。It is a flowchart of the cell observation method which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a scanning laser microscope according to a first embodiment of the present invention. 参照画像取得工程により取得される参照画像を示す図である。It is a figure which shows the reference image acquired by a reference image acquisition process. 領域指定工程により参照画像に刺激領域および観察領域が指定された様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the irritation | stimulation area | region and the observation area | region were designated to the reference image by the area | region designation | designated process. 観察画像取得工程により観察画像を複数回取得する動作を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement which acquires an observation image in multiple times by an observation image acquisition process. 各観察画像における取得タイミングごとのライン方向と蛍光強度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the line direction for every acquisition timing in each observation image, and fluorescence intensity. 観察領域に膜電位の経時変化を観察するための各点を示した図である。It is the figure which showed each point for observing a time-dependent change of a membrane potential in an observation area | region. 各観察画像における取得タイミングごとのライン方向と蛍光強度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the line direction for every acquisition timing in each observation image, and fluorescence intensity. 細胞を刺激してからの時間と観察画像の蛍光強度との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between time after stimulating a cell and the fluorescence intensity of an observation image. (a)は本実施形態の第1の変形例に係る細胞観察方法による各観察パターンを示す図であり、(b)は平均算出工程により(a)を各観察パターンの平均に置き換えた図である。(A) is a figure which shows each observation pattern by the cell observation method which concerns on the 1st modification of this embodiment, (b) is the figure which replaced (a) with the average of each observation pattern by the average calculation process. is there. 本実施形態の第2の変形例に係る細胞観察方法による各観察パターンを示す図である。It is a figure which shows each observation pattern by the cell observation method which concerns on the 2nd modification of this embodiment. 本実施形態の第3の変形例に係る細胞観察方法により、参照画像に刺激領域および観察領域が指定された様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the stimulation area | region and the observation area | region were designated to the reference image by the cell observation method which concerns on the 3rd modification of this embodiment. 図12の観察領域の拡大図である。It is an enlarged view of the observation area | region of FIG. (a)は刺激から12ms経過後の観察画像を示し、(b)は刺激から14ms経過後の観察画像を示し、(c)は刺激から16ms経過後の観察画像を示し、(d)は刺激から18ms経過後の観察画像を示し、(e)は刺激から20ms経過後の観察画像を示し、(f)は刺激から22ms経過後の観察画像を示す図である。(A) shows an observation image 12 ms after stimulation, (b) shows an observation image 14 ms after stimulation, (c) shows an observation image 16 ms after stimulation, (d) shows stimulation The observation image after 18 ms elapses from (i) shows the observation image after 20 ms elapses from the stimulus, and (f) shows the observation image after 22 ms elapses from the stimulation. (a)は観察領域に観察位置(A点〜D点)を指定した様子を示し、(b)は(a)の各観察位置での膜電位の経時変化を示した図である。(A) shows a state in which observation positions (points A to D) are designated in the observation region, and (b) is a diagram showing a change in membrane potential with time at each observation position in (a). 本発明の第2の実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the scanning laser microscope which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the scanning laser microscope which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.

〔第1の実施形態〕
以下、本発明の第1の実施形態に係る細胞観察方法および走査型顕微鏡装置について、図面を参照して説明する。
まず、本実施形態に係る細胞観察方法は、図1のフローチャートに示されるように、標本(生体試料)の参照画像を取得する参照画像取得工程SA1と、取得された参照画像上で刺激領域および観察領域を指定する領域指定工程SA2と、指定された刺激領域にレーザ光を照射し細胞を刺激する刺激工程SA3と、刺激工程SA3後に観察領域にレーザ光を照射し細胞から発せられる蛍光(シグナル光)を検出して観察画像を取得する観察画像取得工程SA4と、取得された複数の観察画像に基づいて観察領域の各位置における光強度の時間変化を算出する時間変化算出工程SA5とを含んでいる。
[First Embodiment]
Hereinafter, a cell observation method and a scanning microscope apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, as shown in the flowchart of FIG. 1, the cell observation method according to the present embodiment includes a reference image acquisition step SA1 for acquiring a reference image of a specimen (biological sample), and a stimulation region and a reference region on the acquired reference image. An area designating process SA2 for designating an observation area, a stimulation process SA3 for stimulating cells by irradiating the designated stimulation area with laser light, and a fluorescence (signal) emitted from the cells by irradiating the observation area with laser light after the stimulation process SA3 An observation image acquisition step SA4 for detecting the light) and acquiring an observation image, and a time change calculation step SA5 for calculating the time change of the light intensity at each position in the observation region based on the plurality of acquired observation images. It is out.

この細胞観察方法により細胞の刺激および細胞の観察を行う場合は、光を受けると細胞を活性させて膜電位活動を誘発させる生理活性物質と、細胞の膜電位の大きさに応じて発生する光強度が変化する膜電位感受性色素を予め標本に導入しておく。   When stimulating cells and observing cells using this cell observation method, a physiologically active substance that activates cells to induce membrane potential activity when exposed to light and light generated according to the magnitude of the membrane potential of the cells A membrane potential sensitive dye whose intensity changes is introduced into the specimen in advance.

参照画像取得工程SA1は、参照画像として標本の3次元的な蛍光画像を取得するようになっている(プリスキャン)。
領域指定工程SA2は、参照画像の視野範囲より小さい範囲で3次元空間の任意の領域を刺激領域および観察領域として指定するようになっている。刺激領域および観察領域としては、例えば、立体状の領域、平面状の領域、ポイント状の領域(点領域)、または、ライン状の領域(線領域)等が挙げられる。
In the reference image acquisition step SA1, a three-dimensional fluorescence image of the specimen is acquired as a reference image (pre-scan).
In the area designating step SA2, an arbitrary area in the three-dimensional space is designated as a stimulation area and an observation area within a range smaller than the visual field range of the reference image. Examples of the stimulation region and the observation region include a three-dimensional region, a planar region, a point-shaped region (point region), or a line-shaped region (line region).

刺激工程SA3および観察画像取得工程SA4は、刺激領域および観察領域に照射するレーザ光の集光位置を深さ方向に変化させつつ深さ方向に交差する方向に走査させるようになっている。刺激工程SA3は、例えば、刺激領域に対して所定のタイミングで所定の波長の刺激用UVレーザ光を照射するようになっている。また、観察画像取得工程SA4は、同一の観察領域の観察画像を所定の時間間隔をあけて所定の取得タイミングで複数回取得するようになっている。   The stimulation process SA3 and the observation image acquisition process SA4 are configured to scan in the direction intersecting the depth direction while changing the condensing position of the laser light applied to the stimulation area and the observation area in the depth direction. In the stimulation step SA3, for example, the stimulation UV laser light having a predetermined wavelength is irradiated to the stimulation region at a predetermined timing. In the observation image acquisition step SA4, observation images in the same observation region are acquired a plurality of times at a predetermined acquisition timing with a predetermined time interval.

次に、本実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡(走査型顕微鏡装置)1について図2を参照して説明する。
本実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡1は、例えば、図2に示すように、レーザ光を発する光源ユニット10と、光源ユニット10から発せられたレーザ光を標本A上で走査するスキャナユニット20と、スキャナユニット20により走査されるレーザ光を標本Aに照射する一方、標本Aから戻る蛍光を集光する照射ユニット30と、標本Aからの蛍光を検出する検出ユニット40と、これらの各ユニットを制御する制御部51を有するコンピュータ50とを備えている。
Next, a scanning laser microscope (scanning microscope apparatus) 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
The scanning laser microscope 1 according to the present embodiment includes, for example, as shown in FIG. 2, a light source unit 10 that emits laser light, and a scanner unit 20 that scans a sample A with laser light emitted from the light source unit 10. The sample unit A is irradiated with laser light scanned by the scanner unit 20, while the irradiation unit 30 for collecting the fluorescence returning from the sample A, the detection unit 40 for detecting the fluorescence from the sample A, and each of these units And a computer 50 having a control unit 51 for control.

光源ユニット10は、標本Aに照射して生理活性物質により細胞を刺激する刺激光(レーザ光)を発する刺激用光源ユニット12と、標本Aに照射して膜電位感受性色素を励起する励起光(レーザ光)を発する観察用光源ユニット16と、刺激用光源ユニット12からの刺激光の光路と観察用光源ユニット16からの励起光の光路とを合成する光路合成ユニット19とを備えている。   The light source unit 10 includes a stimulation light source unit 12 that emits stimulation light (laser light) that irradiates the specimen A and stimulates cells with a physiologically active substance, and excitation light that irradiates the specimen A and excites a membrane potential-sensitive dye. An observation light source unit 16 that emits a laser beam), and an optical path synthesis unit 19 that synthesizes an optical path of stimulation light from the stimulation light source unit 12 and an optical path of excitation light from the observation light source unit 16.

刺激用光源ユニット12は、波長351nmのUVレーザ11と、UVレーザ11から発せられる刺激光の光強度を0%〜100%まで変調可能な音響光学素子13とを備えている。音響光学素子13は、コンピュータ50の制御部51の制御により、刺激光の透過率を0%にして刺激光を遮断したり所定の光強度の刺激光を透過したりするようになっている。   The stimulation light source unit 12 includes a UV laser 11 having a wavelength of 351 nm and an acoustooptic device 13 that can modulate the light intensity of stimulation light emitted from the UV laser 11 from 0% to 100%. The acoustooptic device 13 is configured to block the stimulation light or transmit the stimulation light having a predetermined light intensity by setting the transmittance of the stimulation light to 0% under the control of the control unit 51 of the computer 50.

観察用光源ユニット16は、波長515nmのアルゴンレーザ15と、アルゴンレーザ15から発せられる励起光の光強度を0%〜100%まで変調可能な音響光学素子17とを備えている。音響光学素子17は、制御部51の制御により、励起光の透過率を0%にして励起光を遮断したり所定の光強度の励起光を透過したりするようになっている。   The observation light source unit 16 includes an argon laser 15 having a wavelength of 515 nm, and an acoustooptic device 17 capable of modulating the light intensity of excitation light emitted from the argon laser 15 from 0% to 100%. The acoustooptic device 17 is configured to block the excitation light or transmit the excitation light having a predetermined light intensity by setting the transmittance of the excitation light to 0% under the control of the control unit 51.

光路合成ユニット19は、波長351nmの刺激光を反射し、波長515nmの励起光を透過する特性を有している。
スキャナユニット20は、制御部51の制御により、標本Aに照射するレーザ光(刺激光および励起光)のスポット位置が光軸に交差する方向、すなわち、X、Yの2次元方向に走査することができるようになっている。
The optical path synthesis unit 19 has a characteristic of reflecting stimulation light having a wavelength of 351 nm and transmitting excitation light having a wavelength of 515 nm.
The scanner unit 20 scans in the direction in which the spot position of the laser light (stimulation light and excitation light) applied to the specimen A intersects the optical axis, that is, the two-dimensional direction of X and Y, under the control of the control unit 51. Can be done.

照射ユニット30は、スキャナユニット20から射出されたレーザ光を中間像として結像させる瞳投影レンズ31と、瞳投影レンズ31により結像された中間像を反射するミラー33と、ミラー33により反射された中間像からの光束を集光し平行光にする結像レンズ35と、結像レンズ35により平行光とされたレーザ光を標本Aに照射する一方、標本Aの照射位置において発生した蛍光を集光する対物レンズ37と、対物レンズ37から射出されるレーザ光の光軸方向(Z方向)に標本Aを移動可能な準焦部39とを備えている。   The irradiation unit 30 is reflected by the pupil projection lens 31 that forms the laser beam emitted from the scanner unit 20 as an intermediate image, the mirror 33 that reflects the intermediate image formed by the pupil projection lens 31, and the mirror 33. The imaging lens 35 that collects the light flux from the intermediate image to make parallel light, and the laser light that has been made parallel light by the imaging lens 35 irradiate the specimen A, while the fluorescence generated at the irradiation position of the specimen A The objective lens 37 which condenses, and the semi-focusing part 39 which can move the sample A to the optical axis direction (Z direction) of the laser beam inject | emitted from the objective lens 37 are provided.

準焦部39は、標本Aが載置されるステージ38を備えている。この準焦部39は、制御部51の制御により、標本Aに集光するレーザ光の集光面Fが光軸方向に対して任意の位置になるようにステージ38を移動させることができるようになっている。   The semi-focusing part 39 includes a stage 38 on which the specimen A is placed. The semi-focusing unit 39 can move the stage 38 so that the condensing surface F of the laser light focused on the specimen A is at an arbitrary position with respect to the optical axis direction under the control of the control unit 51. It has become.

検出ユニット40は、光路合成ユニット19により合成されたレーザ光を透過する一方、標本Aで発生し照射ユニット30およびスキャナユニット20を経由して戻る蛍光を反射するダイクロイックミラー41と、ダイクロイックミラー41により反射された蛍光から不必要な波長の光を除去する波長分離フィルタ43と、波長分離フィルタ43から射出された蛍光を集光する集光レンズ45と、集光レンズ45により集光された蛍光を部分的に通過させる共焦点ピンホール47と、共焦点ピンホールを通過した蛍光を検出する光検出器49とを備えている。   The detection unit 40 transmits the laser light synthesized by the optical path synthesis unit 19, and reflects the fluorescence generated in the specimen A and returning through the irradiation unit 30 and the scanner unit 20, and the dichroic mirror 41. A wavelength separation filter 43 that removes unnecessary wavelength light from the reflected fluorescence, a condensing lens 45 that condenses the fluorescence emitted from the wavelength separation filter 43, and fluorescence condensed by the condensing lens 45 A confocal pinhole 47 that partially passes through and a photodetector 49 that detects fluorescence that has passed through the confocal pinhole are provided.

ダイクロイックミラー41は、波長351nmの刺激光および波長515nmの励起光を透過する一方、励起光の波長より長波長側の光を反射する特性を有している。
光検出器49は、検出した蛍光を電気信号に変換してコンピュータ50に出力するようになっている。
The dichroic mirror 41 has a characteristic of transmitting stimulation light having a wavelength of 351 nm and excitation light having a wavelength of 515 nm, and reflecting light having a wavelength longer than the wavelength of the excitation light.
The photodetector 49 converts the detected fluorescence into an electrical signal and outputs it to the computer 50.

コンピュータ50は、制御部51の他、光検出器49から出力される出力信号に基づき参照画像および観察画像を構築する画像構築部53と、観察光学系5により取得された参照画像上に刺激領域および観察領域を指定する領域指定部55と、観察光学系5により取得された観察画像から走査経路上の所定の観察位置と光強度との関係を示す光強度の位置特性を算出する位置特性算出部57と、位置特性算出部57により算出された光強度の位置特性から観察位置における光強度の時間変化を算出する時間特性算出部59とを備えている。これら画像構築部53、領域指定部55、位置特性算出部57および時間特性算出部59は制御部51を介して各種処理を行うようになっている。   In addition to the control unit 51, the computer 50 includes an image constructing unit 53 that constructs a reference image and an observation image based on an output signal output from the photodetector 49, and a stimulation region on the reference image acquired by the observation optical system 5. And an area designating unit 55 for designating an observation area, and a position characteristic calculation for calculating a position characteristic of light intensity indicating a relationship between a predetermined observation position on the scanning path and light intensity from an observation image acquired by the observation optical system 5 And a time characteristic calculation unit 59 that calculates a temporal change of the light intensity at the observation position from the position characteristic of the light intensity calculated by the position characteristic calculation unit 57. The image construction unit 53, the region designating unit 55, the position characteristic calculation unit 57, and the time characteristic calculation unit 59 perform various processes via the control unit 51.

このように構成された刺激用光学ユニット12、スキャナユニット20および照射ユニット30は刺激光学系3を構成し、標本Aの細胞を刺激することができるようになっている。また、観察用光学ユニット16、スキャナユニット20、照射ユニット30、検出ユニット40、および、コンピュータ50は観察光学系5を構成し、標本Aの参照画像および観察画像を取得することができるようになっている。   The stimulation optical unit 12, the scanner unit 20, and the irradiation unit 30 configured in this way constitute the stimulation optical system 3 and can stimulate the cells of the specimen A. Further, the observation optical unit 16, the scanner unit 20, the irradiation unit 30, the detection unit 40, and the computer 50 constitute the observation optical system 5 and can acquire a reference image and an observation image of the specimen A. ing.

次に、本実施形態に係る細胞観察方法において用いる試薬について説明する。
本実施形態においては、光を受けると細胞を活性させて膜電位活動を誘発させる生理活性物質として、例えば、生理活性物質であるグルタミン酸に、グルタミン酸の生理活性を不活化させる側鎖(ケージドコンパウンド)がついたケージドグルタミン酸を用いる。このケージドグルタミン酸は、普段は不活性であるが、紫外線を照射するとそのコンパウンドが開裂しグルタミン酸が解離して生理活性を誘導する。また、膜電位感受性色素として、例えば、膜電位感受性色素RH−795を用いる。
Next, reagents used in the cell observation method according to this embodiment will be described.
In this embodiment, as a physiologically active substance that activates cells upon receiving light and induces membrane potential activity, for example, glutamic acid, which is a physiologically active substance, side chains that inactivate the physiological activity of glutamic acid (caged compound) Use caged glutamic acid with. This caged glutamic acid is usually inactive, but when irradiated with ultraviolet light, its compound is cleaved and glutamic acid is dissociated to induce physiological activity. Moreover, as a membrane potential sensitive dye, for example, a membrane potential sensitive dye RH-795 is used.

ケージドグルタミン酸が注入された生体組織にUVレーザ光を照射すると、照射された部位のケージドグルタミン酸のケージドコンパウンドが開裂し、活性化したグルタミン酸が放出される。放出されたグルタミン酸はその近傍にある神経細胞のシナプスに対して興奮性伝達物質として作用し、シナプス後電位を引き起こす。シナプス後電位が蓄積されてシナプス発火閾値を超えると、シナプスは活動電位を発生する。したがって、ケージドグルタミン酸を導入した標本Aの刺激領域に刺激光(UVレーザ光)を照射すると、刺激領域の細胞に興奮性の刺激を与え細胞の活動電位を誘発することができる。   When the living tissue injected with caged glutamic acid is irradiated with UV laser light, the caged compound of caged glutamic acid at the irradiated site is cleaved, and activated glutamic acid is released. The released glutamic acid acts as an excitatory transmitter for the synapses of nerve cells in the vicinity, and causes a post-synaptic potential. When the post-synaptic potential accumulates and exceeds the synaptic firing threshold, the synapse generates an action potential. Therefore, when stimulating light (UV laser light) is irradiated to the stimulation region of the specimen A into which caged glutamic acid has been introduced, excitatory stimulation can be given to the cells in the stimulation region to induce cell action potentials.

一方、膜電位感受性色素RH−795(以下、単に「膜電位感受性色素」という。)は、最大励起波長530nm、蛍光波長712nmの蛍光色素である。この膜電位感受性色素は細胞の膜電位の大きさによって蛍光強度が最大で1%程度変化する特性を有している。また、膜電位感受性色素は、細胞が興奮性の刺激を受けて脱分極が起こり細胞の膜電位が上昇するほど蛍光の光強度も大きくなる。   On the other hand, membrane potential sensitive dye RH-795 (hereinafter simply referred to as “membrane potential sensitive dye”) is a fluorescent dye having a maximum excitation wavelength of 530 nm and a fluorescence wavelength of 712 nm. This membrane potential sensitive dye has a characteristic that the fluorescence intensity changes by about 1% at the maximum depending on the magnitude of the membrane potential of the cell. In addition, the membrane potential-sensitive dye increases the fluorescence light intensity as the cell undergoes depolarization and undergoes depolarization to increase the membrane potential of the cell.

以下、このように構成された細胞観察方法および走査型レーザ顕微鏡1の作用について説明する。
まず、本実施形態に係る細胞観察方法および走査型レーザ顕微鏡1により標本Aの細胞を刺激する場合について説明する。
細胞を刺激する場合は刺激光学系3により細胞を刺激する。具体的には、まず、UVレーザ11から波長351nmの刺激光を射出し、音響光学素子13を通過させて出射パワーを変調する。音響光学素子13により変調された刺激光は、光路合成ユニット19により反射された後、ダイクロイックミラー41を透過してスキャナユニット20によりXYの2次元方向に偏向される。
Hereinafter, the operation of the thus configured cell observation method and the scanning laser microscope 1 will be described.
First, the cell observation method according to this embodiment and the case where the cells of the specimen A are stimulated by the scanning laser microscope 1 will be described.
When stimulating cells, the stimulation optical system 3 stimulates the cells. Specifically, first, stimulation light having a wavelength of 351 nm is emitted from the UV laser 11 and passes through the acoustooptic device 13 to modulate the emission power. The stimulation light modulated by the acoustooptic device 13 is reflected by the optical path synthesis unit 19, then passes through the dichroic mirror 41, and is deflected in the XY two-dimensional direction by the scanner unit 20.

スキャナユニット20により偏向された刺激光は、瞳投影レンズ31で中間像を結ぶように集光され、ミラー33で反射される。ミラー33により反射された刺激光は、結像レンズ35で再び集光されて平行光になり、対物レンズ37により標本A上の集光面Fに集光される。   The stimulation light deflected by the scanner unit 20 is collected by the pupil projection lens 31 so as to form an intermediate image and reflected by the mirror 33. The stimulation light reflected by the mirror 33 is condensed again by the imaging lens 35 to become parallel light, and is condensed on the condensing surface F on the specimen A by the objective lens 37.

この場合において、制御部51により準焦部39を制御し、標本A上の集光面Fが光軸方向に対して任意の位置になるように対物レンズ37と標本Aとの距離を調整することにより、所定のタイミングで標本A上のXYZの3次元空間の任意の領域に刺激光を照射することができる。   In this case, the control unit 51 controls the semi-focusing unit 39 to adjust the distance between the objective lens 37 and the sample A so that the condensing surface F on the sample A is at an arbitrary position with respect to the optical axis direction. As a result, it is possible to irradiate the stimulation light to an arbitrary region in the XYZ three-dimensional space on the specimen A at a predetermined timing.

標本Aの任意の領域に刺激光が照射されると、照射された部位のケージドグルタミン酸のケージドコンパウンドが開裂してグルタミン酸が放出され、近傍にある神経細胞の興奮性活動電位が誘発される。これにより、所望の細胞を刺激することができる。   When stimulating light is irradiated to an arbitrary region of the specimen A, the caged compound of caged glutamic acid at the irradiated site is cleaved to release glutamic acid, and excitatory action potentials of nearby neurons are induced. Thereby, a desired cell can be stimulated.

次に、本実施形態に係る細胞観察方法および走査型レーザ顕微鏡1により標本Aの細胞を観察する場合について説明する。
細胞を観察する場合は、観察光学系5により標本Aの観察画像を取得する。具体的には、まず、アルゴンレーザ15から波長515nmの励起光を射出し、音響光学素子17を通過させて出射パワーを変調する。音響光学素子17より変調された励起光は、光路合成ユニット19およびダイクロイックミラー41を透過した後、スキャナユニット20によりXYの2次元方向に偏向される。
Next, the cell observation method according to this embodiment and the case where the cells of the specimen A are observed with the scanning laser microscope 1 will be described.
When observing cells, an observation image of the specimen A is acquired by the observation optical system 5. Specifically, first, excitation light having a wavelength of 515 nm is emitted from the argon laser 15 and passes through the acoustooptic device 17 to modulate the emission power. The excitation light modulated by the acoustooptic device 17 passes through the optical path synthesis unit 19 and the dichroic mirror 41, and is then deflected in the XY two-dimensional direction by the scanner unit 20.

スキャナユニット20により偏向された励起光は、瞳投影レンズ31により中間像を結ぶように集光され、ミラー33で反射される。ミラー33により反射された励起光は、結像レンズ35により再び集光されて平行光となり、対物レンズ37により標本A上の集光面Fに集光される。そして、刺激光と同様に、制御部51により準焦部39を制御し、所定のタイミングで標本A上のXYZの3次元空間の任意の領域に励起光を照射することができる。   The excitation light deflected by the scanner unit 20 is collected by the pupil projection lens 31 so as to form an intermediate image and reflected by the mirror 33. The excitation light reflected by the mirror 33 is condensed again by the imaging lens 35 to become parallel light, and is condensed on the condensing surface F on the specimen A by the objective lens 37. Then, similarly to the stimulation light, the control unit 51 controls the semi-focusing part 39 so that the excitation light can be irradiated to an arbitrary region in the XYZ three-dimensional space on the specimen A at a predetermined timing.

この場合において、スキャナユニット20により標本Aの集光面F上で励起光が走査されると、膜電位感受性色素が励起されて蛍光が発生する。発生した蛍光は、対物レンズ37により集光されて励起光と同じ光路を逆方向に進み、結像レンズ35、ミラー33、瞳投影レンズ31、スキャナユニット20を介してダイクロイックミラー41により反射される。   In this case, when the excitation light is scanned on the light collection surface F of the specimen A by the scanner unit 20, the membrane potential sensitive dye is excited to generate fluorescence. The generated fluorescence is condensed by the objective lens 37, travels in the opposite optical path as the excitation light, and is reflected by the dichroic mirror 41 through the imaging lens 35, the mirror 33, the pupil projection lens 31, and the scanner unit 20. .

ダイクロイックミラー41により反射された蛍光は波長分離フィルタ43に入射し、特定の波長の光が選択的に透過される。そして、波長分離フィルタ43を透過した光は集光レンズ45により集光されて共焦点ピンホール47に入射し、標本Aの集光面Fからの光のみが選択的に通過して光検出器49により検出される。   The fluorescence reflected by the dichroic mirror 41 enters the wavelength separation filter 43, and light having a specific wavelength is selectively transmitted. The light transmitted through the wavelength separation filter 43 is condensed by the condenser lens 45 and enters the confocal pinhole 47, and only the light from the light condensing surface F of the specimen A is selectively passed through to the photodetector. 49.

光検出器49により光が検出されるとその出力信号がA/Dインターフェース(図示略)によりスキャナユニット20の走査制御に同期したデジタル信号に変換され、コンピュータ50に取り込まれる。コンピュータ50に取り込まれたデジタル信号は、画像構築部53によりスキャナユニット20の走査位置に対応してディスプレイ(図示略)に表示される。これにより、標本Aの集光面Fにおける蛍光画像(蛍光輝度の2次元分布)が取得される。   When light is detected by the photodetector 49, the output signal is converted into a digital signal synchronized with the scanning control of the scanner unit 20 by an A / D interface (not shown), and taken into the computer 50. The digital signal captured by the computer 50 is displayed on a display (not shown) corresponding to the scanning position of the scanner unit 20 by the image construction unit 53. Thereby, a fluorescence image (two-dimensional distribution of fluorescence luminance) on the light condensing surface F of the specimen A is acquired.

例えば、同一の観察領域の蛍光画像を繰り返し取得するように制御部51にプログラムすることにより、標本Aの観察領域の蛍光強度の経時変化を観察することができる。この場合において、観察領域に存在する細胞の膜電位に変化が生じていない場合には、蛍光強度の経時変化は生じない。一方、刺激光の照射により生じたシナプスの興奮活動が観察領域の細胞に伝播されて細胞の膜電位が上昇した場合は、蛍光強度の経時変化にもその膜電位の上昇が反映され、蛍光強度の上昇変化となって観察される。   For example, it is possible to observe the temporal change in the fluorescence intensity of the observation region of the specimen A by programming the control unit 51 to repeatedly acquire the fluorescence image of the same observation region. In this case, when there is no change in the membrane potential of the cells present in the observation region, the fluorescence intensity does not change with time. On the other hand, when synaptic excitatory activity caused by irradiation of stimulation light is propagated to cells in the observation area and the membrane potential of the cells rises, the increase in membrane potential is also reflected in the change in fluorescence intensity over time. Observed as a rising change.

次に、本実施形態に係る細胞観察方法および走査型レーザ顕微鏡1により、刺激による標本Aの膜電位の変化を観察する方法について説明する。
まず、参照画像取得工程SA1において、観察光学系5により、図3に示すような標本Aの参照画像を取得する(プリスキャン)。ここでは、参照画像をXYの平面画像として説明する。符合Cは細胞を示している。
Next, a method for observing changes in the membrane potential of the specimen A due to stimulation using the cell observation method and the scanning laser microscope 1 according to the present embodiment will be described.
First, in the reference image acquisition step SA1, a reference image of the specimen A as shown in FIG. 3 is acquired by the observation optical system 5 (pre-scan). Here, the reference image will be described as an XY plane image. The symbol C indicates a cell.

続いて、領域指定工程SA2において、領域指定部55により、参照画像に対して刺激領域と観察領域の2つのROIを指定する。これら2つのROIは、スキャナユニット20の走査および準焦部39の作動により、XYZの3次元空間で任意の立体図形として指定することができる。ROIの次元が高くそのボリューム(容積、面積、長さ)が大きいほど、レーザ光でROIを満遍なく走査するのに要する時間が長くなる。逆に、ROIの次元が低いほど、また、同じ次元であればボリュームが小さいほど、レーザ光でROIを満遍なく走査するのに要する時間が短くなる。   Subsequently, in the area designating step SA2, the area designating unit 55 designates two ROIs of the stimulation area and the observation area for the reference image. These two ROIs can be designated as arbitrary three-dimensional figures in the XYZ three-dimensional space by the scanning of the scanner unit 20 and the operation of the semi-focus unit 39. The higher the ROI dimension and the larger its volume (volume, area, length), the longer it takes to scan the ROI uniformly with laser light. Conversely, the lower the ROI dimension is, and the smaller the volume is, the shorter the time required to uniformly scan the ROI with laser light.

したがって、ROIは必要十分な範囲でできるだけ次元を低くし、また、ボリュームを小さくすることで、刺激と観察の時間分解能を最大限向上することができる。本実施形態においては、例えば、図4に示すように、参照画像上にポイント状の刺激領域Pとライン状の観察領域Lを指定する。   Therefore, the ROI has the lowest possible dimension within a necessary and sufficient range, and the volume of the ROI can be reduced to maximize the time resolution of stimulation and observation. In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 4, a point-like stimulation region P and a line-like observation region L are designated on the reference image.

ポイント状の刺激領域Pは、例えば、神経細胞の樹状突起の単一スパインを刺激する場合などにおいて適用することが考えられる。また、ライン状の観察領域Lは、例えば、神経細胞の軸索に沿うように指定することで、細胞の活動電位が軸索を伝播していく様子を観察することができる。   The point-like stimulation region P can be applied, for example, when stimulating a single spine of a dendrite of a nerve cell. In addition, by specifying the line-like observation region L along, for example, the axon of a nerve cell, it is possible to observe how the action potential of the cell propagates through the axon.

次に、刺激工程SA3において、刺激光学系3により、刺激領域Pに対して所定のタイミングで刺激光を照射する(ポイントスキャン)。また、観察画像取得工程SA4において、観察光学系5により、刺激領域Pに対する刺激光の照射後に観察領域Lにおいて走査(ラインスキャン)を繰り返し実行し、観察領域Lの観察画像を所定の時間間隔をあけて所定の取得タイミングで複数回取得する。   Next, in the stimulation process SA3, the stimulation optical system 3 irradiates the stimulation region P with stimulation light at a predetermined timing (point scan). In the observation image acquisition step SA4, the observation optical system 5 repeatedly executes scanning (line scan) in the observation region L after irradiation of the stimulation light to the stimulation region P, and the observation image in the observation region L is set at a predetermined time interval. Open multiple times at a predetermined acquisition timing.

例えば、観察領域Lにおける1ラインのラインスキャンに要する時間を1msとすると、図5に示すように、刺激光の照射から1ms後に1回目のラインスキャン(L−1)を行い、刺激光の照射から2ms後に2回目のラインスキャン(L−2)を行う。以下、1ms間隔の取得タイミングで同様の動作が繰り返される。   For example, if the time required for the line scan of one line in the observation region L is 1 ms, as shown in FIG. 5, the first line scan (L-1) is performed 1 ms after the stimulation light irradiation, and the stimulation light irradiation is performed. 2 ms later, the second line scan (L-2) is performed. Thereafter, the same operation is repeated at an acquisition timing of 1 ms interval.

なお、観察領域Lのラインスキャンは刺激光を照射する前から行ってもよいが、ラインスキャンによる励起光の照射は膜電位感受性色素の蛍光退色を引き起こすため、観察に不必要な刺激前はラインスキャンをしない方が、すなわち、励起光の照射をしない方が望ましい。   Note that the line scan of the observation region L may be performed before the stimulation light is irradiated, but the irradiation of the excitation light by the line scan causes the fluorescent discoloration of the membrane potential sensitive dye. It is desirable not to scan, that is, not to irradiate excitation light.

各取得タイミングにより検出される蛍光の光強度は、ラインスキャンの走査制御に同期して光検出器49からコンピュータ50に取り込まれ、画像構築部53により観察領域Lにおけるラインの始点から終点までの各走査位置に対する蛍光強度のプロットとしてディスプレイに表示される。   The light intensity of the fluorescence detected at each acquisition timing is taken into the computer 50 from the photodetector 49 in synchronization with the scanning control of the line scan, and each of the lines from the start point to the end point of the line in the observation region L by the image construction unit 53. It is displayed on the display as a plot of fluorescence intensity versus scanning position.

例えば、刺激光の照射から1ms後に観察領域Lの始点で活動電位、すなわち、膜電位の上昇が発生し、観察領域Lの終点に向けて6msかけて移動伝播していくとすると、各取得タイミングで観察される蛍光強度のプロットは図6のLine1〜Line6のようになる。   For example, assuming that an action potential, that is, a membrane potential rises at the start point of the observation region L 1 ms after irradiation of the stimulation light, and moves and propagates toward the end point of the observation region L over 6 ms, each acquisition timing A plot of the fluorescence intensity observed in FIG. 6 is as shown by Line 1 to Line 6 in FIG.

次に、時間変化算出工程SA5において、観察領域Lの各点における光強度の時間変化が算出される。観察者が観察領域Lの各位置における膜電位の経時変化を求める場合、それを表すプロットは時間軸に対する蛍光強度のプロットである。図6は観察位置に対する蛍光強度のプロットであるので、これを時間軸に対する蛍光強度のプロットに変換する方法を図7および図8を用いて説明する。   Next, a temporal change in light intensity at each point in the observation region L is calculated in a temporal change calculation step SA5. When an observer calculates | requires the time-dependent change of the membrane potential in each position of the observation area | region L, the plot showing it is a plot of the fluorescence intensity with respect to a time axis. Since FIG. 6 is a plot of the fluorescence intensity with respect to the observation position, a method for converting this into a plot of the fluorescence intensity with respect to the time axis will be described with reference to FIGS.

例えば、図7に示すように、膜電位の経時変化を観察する走査経路上の観察位置をA点、B点、C点、D点とすると、位置特性算出部57の作動により、各観察位置A点、B点、C点、D点と光強度との関係を示す複数の光強度の位置特性が算出される。この時点では、算出された光強度の位置特性をディスプレイに表示しなくてもよいし、あるいは、図8に示すように算出された光強度の位置特性をディスプレイに表示することとしてもよい。図8はA点〜D点の位置をプロットの横軸に図示している。   For example, as shown in FIG. 7, assuming that the observation positions on the scanning path for observing the change in membrane potential with time are point A, point B, point C, and point D, the position characteristic calculator 57 activates each observation position. Position characteristics of a plurality of light intensities indicating the relationship between the points A, B, C, D, and the light intensity are calculated. At this time, the calculated position characteristic of the light intensity may not be displayed on the display, or the calculated position characteristic of the light intensity may be displayed on the display as shown in FIG. FIG. 8 illustrates the positions of points A to D on the horizontal axis of the plot.

次に、時間特性算出部59の作動により、位置特性算出部57により算出された光強度の位置特性から各観察位置A点、B点、C点、D点における光強度の時間変化が算出される。例えば、A点の光強度の経時変化を算出すると、図8のA点におけるLine1〜Line6の蛍光強度を、横軸に時間(ms)を取り縦軸にそれらの蛍光強度を取ったものでプロットし直すことができる。   Next, the temporal change of the light intensity at each observation position A point, B point, C point, and D point is calculated from the position characteristic of the light intensity calculated by the position characteristic calculation unit 57 by the operation of the time characteristic calculation unit 59. The For example, when the time-dependent change in the light intensity at point A is calculated, the fluorescence intensities of Line 1 to Line 6 at point A in FIG. 8 are plotted with time (ms) on the horizontal axis and their fluorescence intensity on the vertical axis. Can be redone.

厳密には、観察領域Lの始点から終点まで励起光を走査している間にも時間は経過しているため、時間特性算出部59により、1回目のラインスキャン開始から励起光の走査点がA点に至るまでの時間を計算し、A点での蛍光検出を行った時間を忠実に時間軸上にとる。   Strictly speaking, since time has elapsed even while the excitation light is scanned from the start point to the end point of the observation region L, the time characteristic calculator 59 determines the scan point of the excitation light from the start of the first line scan. The time to reach point A is calculated, and the time at which fluorescence is detected at point A is faithfully taken on the time axis.

また、2回目のラインスキャン〜6回目のラインスキャンについても同様に忠実にA点での蛍光検出を行った時間を計算し、それぞれの時間での蛍光強度をプロットする。これにより、図9に示すような膜電位の経時変化をあらわすプロットが求められる。このプロットをディスプレイに表示することで、観察者はA点における膜電位の経時変化を知ることができる。   Similarly, for the second line scan to the sixth line scan, the time when the fluorescence detection at the point A is faithfully calculated is calculated, and the fluorescence intensity at each time is plotted. As a result, a plot showing the change with time of the membrane potential as shown in FIG. 9 is obtained. By displaying this plot on the display, the observer can know the change over time of the membrane potential at point A.

なお、本実施形態においてはA点〜D点の4点のみの膜電位の経時変化をプロットする過程を説明したが、これを観察領域Lの全ての位置において行えば、観察領域Lの全ての画素点における膜電位の経時変化プロットを求めることができる。   In the present embodiment, the process of plotting the temporal change of the membrane potential at only four points A to D has been described. However, if this process is performed at all positions in the observation region L, all of the observation regions L will be displayed. A time-dependent change plot of the membrane potential at the pixel point can be obtained.

以上説明したように本実施形態に係る細胞観察方法および走査型レーザ顕微鏡1によれば、参照画像の視野範囲より小さい範囲の刺激領域Pおよび観察領域Lを指定することで、観察画像取得工程SA4において走査にかかる時間を短縮し3次元的に迅速に観察領域Lを観察することができる。また、ケージドグルタミン酸および膜電位感受性色素を用いて観察領域Lの観察画像を観察することにより、刺激した刺激領域Pの細胞Cの膜電位の経時変化を間接的に観察することができる。これにより、刺激に対する膜電位応答の時間変化を高い空間自由度および時間分解能で簡易に観察することができる。   As described above, according to the cell observation method and the scanning laser microscope 1 according to the present embodiment, the observation image acquisition step SA4 is performed by designating the stimulation region P and the observation region L that are smaller than the visual field range of the reference image. It is possible to shorten the time required for scanning and to observe the observation region L in a three-dimensional manner. In addition, by observing the observation image of the observation region L using caged glutamic acid and a membrane potential sensitive dye, it is possible to indirectly observe the temporal change in the membrane potential of the cells C in the stimulated stimulation region P. Thereby, the time change of the membrane potential response to the stimulus can be easily observed with high spatial freedom and time resolution.

本実施形態においては、刺激工程後に観察画像取得工程を始めることとしたが、これに代えて、例えば、観察画像取得工程を先に始めておいてから刺激工程を行うこととしてもよいし、刺激工程と観察画像取得工程とを同時に始めることとしてもよい。   In the present embodiment, the observation image acquisition process is started after the stimulation process. Instead, for example, the stimulation process may be performed after the observation image acquisition process is started first, or the stimulation process. It is good also as starting an observation image acquisition process simultaneously.

また、本実施形態においては、参照画像取得工程SA1において3次元的な蛍光画像を取得し、領域指定工程SA2において3次元空間の任意の領域を刺激領域および観察領域と指定し、刺激工程SA3および観察画像取得工程SA4によりこれらの3次元的な刺激領域および観察領域に刺激光を照射したり励起光を照射したりすることとしたが、これに代えて、参照画像取得工程SA1において2次元的な蛍光画像を取得し、領域指定工程SA2において2次元空間の任意の領域を刺激領域および観察領域と指定し、刺激工程SA3および観察画像取得工程SA4によりこれらの2次元的な刺激領域および観察領域に刺激光を照射したり励起光を照射したりすることとしてもよい。   In the present embodiment, a three-dimensional fluorescence image is acquired in the reference image acquisition step SA1, an arbitrary region in the three-dimensional space is specified as a stimulation region and an observation region in the region specification step SA2, and the stimulation step SA3 and In the observation image acquisition step SA4, the three-dimensional stimulation region and the observation region are irradiated with stimulation light or excitation light. Instead, in the reference image acquisition step SA1, two-dimensional An arbitrary fluorescent image is acquired, an arbitrary region in the two-dimensional space is specified as a stimulus region and an observation region in the region specifying step SA2, and these two-dimensional stimulus region and observation region are specified in the stimulus step SA3 and the observation image acquisition step SA4. It is good also as irradiating stimulus light or irradiating excitation light.

また、本実施形態においては、参照画像上に刺激領域Pおよび観察領域Lをそれぞれ1箇所ずつ指定することとしたが、これに代えて、例えば、参照画像上に刺激領域Pおよび観察領域Lをそれぞれ複数箇所指定し、各刺激領域Pおよび観察領域Lを時系列で走査することとしてもよい。例えば、参照画像上に刺激領域Pを1箇所指定し、観察領域Pを複数箇所指定することとしてもよいし、また、参照画像上に刺激領域Pを複数箇所指定し、観察領域Pも複数箇所指定することとしてもよい。   In the present embodiment, the stimulus region P and the observation region L are each designated one place on the reference image. Instead, for example, the stimulus region P and the observation region L are designated on the reference image. A plurality of locations may be designated, and each stimulation region P and observation region L may be scanned in time series. For example, one stimulation region P may be designated on the reference image, and a plurality of observation regions P may be designated. Alternatively, a plurality of stimulation regions P may be designated on the reference image, and a plurality of observation regions P may be designated. It may be specified.

また、本実施形態は以下のように変形することができる。
例えば、第1の変形例として、標本Aの刺激に対する膜電位の変化に繰り返し再現性が認められるような場合には、観察画像取得工程SA4により複数回取得された観察画像の光強度の平均を算出する平均算出工程を含むこととしてもよい。
Further, the present embodiment can be modified as follows.
For example, as a first modification, when reproducibility is recognized repeatedly in the change of the membrane potential with respect to the stimulus of the specimen A, the average of the light intensity of the observation image acquired a plurality of times by the observation image acquisition step SA4 is calculated. It is good also as including the average calculation process to calculate.

この場合、刺激工程SA3後に観察画像取得工程SA4が所定の取得タイミングで観察画像を複数回取得する観察パターンを同一のタイミングで複数回行い、平均算出工程により、観察画像取得工程SA4により取得された複数の観察画像の光強度を各観察パターンの取得タイミングごとに加算して平均を算出することとすればよい。   In this case, after the stimulation process SA3, the observation image acquisition process SA4 performs the observation pattern for acquiring the observation image a plurality of times at a predetermined acquisition timing a plurality of times at the same timing, and is acquired by the observation image acquisition process SA4 by the average calculation process. What is necessary is just to calculate the average by adding the light intensity of several observation images for every acquisition timing of each observation pattern.

具体的には、図10(a)に示すように、刺激領域Pへの刺激後、所定の時間間隔を空けた後、観察領域Lにて一定のタイミングでラインスキャンを複数回取得する一連の動作を1トライアルとし、この1回のトライアル終了後、細胞が再び活性化できるだけの時間間隔をあけた後、次のトライアルを実施するということを繰り返し行う。   Specifically, as shown in FIG. 10 (a), after a stimulus to the stimulation region P, after a predetermined time interval, a series of line scans are acquired a plurality of times at a certain timing in the observation region L. The operation is set as one trial, and after the completion of one trial, the next trial is repeatedly performed after a time interval that allows the cells to be activated again.

そして、平均算出工程により、各トライアルの1回目のラインスキャン(L1−1,L2−1,L3−1・・)の蛍光強度を加算平均し、図10(b)に示すように、刺激後1回目のラインスキャンの蛍光強度分布AveL−1を算出する。同様に、各トライアルの2回目のラインスキャン(L1−2,L2−2,L3−2・・)の蛍光強度についても加算平均し、刺激後2回目のラインスキャンの蛍光強度分布AveL−2を算出する。以下同様にして、膜電位の経時変化プロットを各トライアルを加算平均した強度で置き換えることとすればよい。   Then, in the average calculation step, the fluorescence intensities of the first line scan (L1-1, L2-1, L3-1,...) Of each trial are added and averaged, and as shown in FIG. The fluorescence intensity distribution AveL-1 of the first line scan is calculated. Similarly, the fluorescence intensity of the second line scan (L1-2, L2-2, L3-2,...) Of each trial is also added and averaged, and the fluorescence intensity distribution AveL-2 of the second line scan after stimulation is obtained. calculate. In the same manner, the time course plot of the membrane potential may be replaced with the intensity obtained by averaging each trial.

このようにすることで、平均算出工程により時間経過ごとの観察画像における光強度のノイズ成分を低減し、精度のよい膜電位の経時変化プロットを得ることができる。これにより、刺激に対する細胞の膜電位応答の時系列変化を高S/Nで観察することができる。   By doing so, it is possible to reduce the noise component of the light intensity in the observation image for each passage of time by the average calculation step, and to obtain a highly accurate change plot of the membrane potential over time. Thereby, the time-sequential change of the membrane potential response of the cell with respect to a stimulus can be observed with high S / N.

また、第2の変形例としては、例えば、刺激工程SA3後に観察画像取得工程SA4が所定の取得タイミングで観察画像を複数回取得する観察パターンを、細胞を刺激してから最初の観察画像を取得するまでのタイミングを1回の走査にかかる時間よりも短い時間間隔で観察パターンごとにずらして複数回行うこととしてもよい。   Further, as a second modification, for example, an observation pattern in which the observation image acquisition step SA4 acquires the observation image a plurality of times at a predetermined acquisition timing after the stimulation step SA3 is acquired, and the first observation image is acquired after stimulating the cells. The timing up to this may be shifted several times for each observation pattern at a time interval shorter than the time required for one scan.

具体的には、図11に示すように、刺激してからラインスキャンを開始するまでのタイミングをラインスキャン1回ごとにかかる時間より細かい時間刻みで少しずつずらしながら観察画像を取得し、それらの結果を刺激からラインスキャン開始までのタイミングの順に並べたものを蛍光強度の時系列変化として置き変えることとすればよい。
このようにすることで、1回の走査にかかる時間よりも速い膜電位の変化を補完して検出することができ、刺激に対する細胞の膜電位応答をより高い時間分解能で観察することができる。
Specifically, as shown in FIG. 11, the observation images are acquired while shifting the timing from the stimulation to the start of the line scan little by little in steps smaller than the time taken for each line scan. What is necessary is just to replace what put the result in order of the timing from a stimulus to the start of a line scan as a time series change of fluorescence intensity.
By doing so, it is possible to complement and detect a change in membrane potential that is faster than the time required for one scan, and it is possible to observe the membrane potential response of a cell to a stimulus with higher temporal resolution.

また、本実施形態においては、領域指定工程SA2においてポイント状の刺激領域Pとライン状の観察領域Lを指定することとしたが、例えば、第3の変形例として、図12および図13に示すように、領域指定工程SA2において、領域指定部55により、ある細胞Cの細胞体を模る形状の刺激領域Mと、正方形(クリップスキャン領域)の観察領域Sを指定することとしてもよい。図13は、図12の観察領域Sを拡大した画像である。   In the present embodiment, the point-like stimulation region P and the line-like observation region L are designated in the region designation step SA2. For example, as a third modification example, shown in FIG. 12 and FIG. As described above, in the area designating step SA2, the area designating unit 55 may designate the stimulation area M shaped like a cell body of a certain cell C and the observation area S having a square shape (clip scan area). FIG. 13 is an enlarged image of the observation region S of FIG.

図14(a)は、図13に示す観察領域Sにおいて、刺激領域Mへの刺激から12ms後に観察領域Sの樹状突起に膜電位の上昇が伝播してきた様子を示している。刺激から12ms後に観察領域Sまで伝播してきた膜電位の上昇部位は、図14(b)〜(f)に示すように、刺激から22msかけて観察領域S内の細胞Cの細胞膜を伝播していく。本変形例においては、観察領域Sの1回の画像取得にかかる時間を2msとしている。   FIG. 14A shows a state in which an increase in membrane potential has propagated to the dendrite in the observation region S 12 ms after the stimulation to the stimulation region M in the observation region S shown in FIG. As shown in FIGS. 14 (b) to 14 (f), the rising portion of the membrane potential that has propagated to the observation region S 12 ms after stimulation propagates through the cell membrane of the cells C in the observation region S over 22 ms from the stimulation. Go. In this modification, the time required for one image acquisition of the observation region S is 2 ms.

図15(a)は観察領域SにおいてA点〜D点の4つの観察位置を指定した様子を示し、図15(b)は各観察位置での膜電位の経時変化を示した図である。例えば、図15(a)に示すA点での膜電位の経時変化は、図14(a)〜(f)に示すような刺激から12ms後〜22ms後までの各蛍光画像で励起光がA点を走査している時間を時間特性算出部59により算出し、刺激光を照射した時間を時間原点として時間軸上にそれらの輝度をプロットし直すことで、図15(b)に示すように再現することができる。点B〜点Dについても同様である。ここでは観察領域の蛍光画像取得にかかる時間を2msとしている。   FIG. 15A shows a state in which four observation positions A to D are designated in the observation region S, and FIG. 15B is a diagram showing changes in membrane potential with time at each observation position. For example, the time-dependent change in membrane potential at point A shown in FIG. 15 (a) indicates that the excitation light is A in each fluorescent image from 12ms to 22ms after stimulation as shown in FIGS. 14 (a) to (f). The time during which the points are scanned is calculated by the time characteristic calculation unit 59, and the luminance is re-plotted on the time axis with the time when the stimulation light is applied as the time origin, as shown in FIG. Can be reproduced. The same applies to points B to D. Here, the time taken to acquire the fluorescence image of the observation region is 2 ms.

なお、本変形例において、刺激に対する膜電位の伝播の様子に繰り返し再現性がある場合には、複数トライアルの加算平均を取ることとしてもよい。このようにすることで、得られる膜電位経時変化の精度を向上することができる。また、刺激開始から蛍光画像の取得開始までのタイミングを1回の走査にかかる時間より細かい時間刻みで少しずつずらしながら蛍光画像を取得し、コンピュータ50でそれらの蛍光画像を時間順に並べ替えることとしてもよい。このようにすることで、1回の走査にかかる時間より細かい時間分解能で膜電位の経時変化を測定することが可能となる。   In addition, in this modification, when the state of propagation of the membrane potential with respect to the stimulus has reproducibility, an average of a plurality of trials may be taken. By doing so, it is possible to improve the accuracy of the obtained membrane potential change with time. In addition, the fluorescence image is acquired while gradually shifting the timing from the start of stimulation to the start of acquisition of the fluorescence image in smaller time steps than the time required for one scan, and the computer 50 rearranges the fluorescence images in time order. Also good. In this way, it is possible to measure the temporal change in membrane potential with a time resolution finer than the time required for one scan.

また、第4の変形例としては、例えば、蛍光画像を表示したディスプレイに使用者が蛍光画像内のある位置を指定すると、指定した位置の膜電位の経時変化プロットがディスプレイ上に表示されるようにコンピュータ50の制御部51にプログラムしてもよい。このようにすることで、使用者がより直感的に標本Aの各位置とその各位置での膜電位経時変化の様子とを認識することができる。   As a fourth modification, for example, when the user designates a certain position in the fluorescence image on the display displaying the fluorescence image, a time-dependent plot of the membrane potential at the designated position is displayed on the display. Alternatively, the program may be programmed in the control unit 51 of the computer 50. In this way, the user can more intuitively recognize each position of the sample A and the state of the membrane potential change with time at each position.

〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態に係る細胞観察方法および走査型顕微鏡装置について説明する。
本実施形態に係る細胞観察方法は、刺激工程SA3による刺激領域へのレーザ照射と観察画像取得工程SA4による観察領域へのレーザ照射とを異なる光学系により行う点で第1の実施形態と異なる。
以下、第1の実施形態に係る細胞観察方法および走査型レーザ顕微鏡1と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a cell observation method and a scanning microscope apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described.
The cell observation method according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the laser irradiation to the stimulation area by the stimulation process SA3 and the laser irradiation to the observation area by the observation image acquisition process SA4 are performed by different optical systems.
In the following, portions having the same configuration as those of the cell observation method and the scanning laser microscope 1 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

まず、本実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡(走査型顕微鏡装置)100は、図16に示すように、励起光を走査するスキャナユニット20とは別に刺激光を走査するスキャナユニット120を備え、さらに、スキャナユニット120により走査される刺激光を中間像として結像させる瞳投影レンズ131と、瞳投影レンズ131により結像した中間像からの光の光路と励起光の光路とを合成するダイクロイックミラー133とを備えている。   First, as shown in FIG. 16, a scanning laser microscope (scanning microscope apparatus) 100 according to the present embodiment includes a scanner unit 120 that scans stimulation light separately from the scanner unit 20 that scans excitation light. The pupil projection lens 131 that forms the stimulus light scanned by the scanner unit 120 as an intermediate image, and the dichroic mirror 133 that combines the optical path of the light from the intermediate image formed by the pupil projection lens 131 and the optical path of the excitation light. And.

本実施形態に係る細胞観察方法においては、UVレーザ11から射出された刺激光は、制御部51の制御により、音響光学素子13において遮断/透過の制御を受けた後、スキャナユニット120により標本Aの集光面F上でXYの2次元方向に走査される。そして、スキャナユニット120により偏向された刺激光は、瞳投影レンズ131により中間像を結像するよう集光され、ダイクロイックミラー133で励起光の光路と合成された後、結像レンズ35により平行光にもどされて対物レンズ37により標本Aの集光面Fに焦点を結ぶよう集光される。以下、第1の実施形態と同様に、標本Aにおいて発生した蛍光が検出器49により検出され、コンピュータ50で処理されて膜電位の経時変化として観察される。   In the cell observation method according to the present embodiment, the stimulation light emitted from the UV laser 11 is controlled to be blocked / transmitted by the acoustooptic device 13 under the control of the control unit 51, and then the sample A is scanned by the scanner unit 120. Are scanned in a two-dimensional direction of XY on the light condensing surface F. Then, the stimulation light deflected by the scanner unit 120 is condensed so as to form an intermediate image by the pupil projection lens 131, synthesized with the optical path of the excitation light by the dichroic mirror 133, and then collimated by the imaging lens 35. It is returned and condensed by the objective lens 37 so as to focus on the light condensing surface F of the specimen A. Thereafter, as in the first embodiment, the fluorescence generated in the specimen A is detected by the detector 49, processed by the computer 50, and observed as a change in membrane potential over time.

以上説明したように、本実施形態に係る細胞観察方法および走査型レーザ顕微鏡100によれば、刺激光と励起光とを互いに独立した別々のスキャナユニット20、120により走査することで、刺激領域へのレーザ照射と観察領域へのレーザ照射を時間的および空間的に独立して制御することができる。したがって、第1の実施形態では、細胞を刺激した後、スキャナユニット20の観察領域に偏向する動作が完了してからでないと観察領域に励起光を照射することができなかったが、本実施形態では、スキャナユニット20、120により、例えば、刺激領域に刺激光を照射しながら同時に観察領域に励起光を照射することができる。これにより、細胞の刺激と細胞の観察との時間的および空間的な自由度を高めることができる。   As described above, according to the cell observation method and the scanning laser microscope 100 according to the present embodiment, the stimulation light and the excitation light are scanned by the independent scanner units 20 and 120 to the stimulation region. The laser irradiation and the laser irradiation to the observation region can be controlled independently in terms of time and space. Therefore, in the first embodiment, after stimulating the cells, it is not possible to irradiate the observation region with the excitation light until after the operation of deflecting to the observation region of the scanner unit 20 is completed. Then, the scanner units 20 and 120 can irradiate excitation light to the observation area at the same time while irradiating stimulation light to the stimulation area, for example. As a result, temporal and spatial degrees of freedom of cell stimulation and cell observation can be increased.

〔第3の実施形態〕
次に、本発明の第3の実施形態に係る細胞観察方法および走査型顕微鏡装置について説明する。
本実施形態に係る細胞観察方法は、図17に示すように、多光子励起観察が可能な走査型レーザ顕微鏡(走査型顕微鏡装置)200を用いて細胞観察を行う点で第1の実施形態および第2の実施形態と異なる。
以下、また、第1の実施形態または第2の実施形態に係る細胞観察方法および走査型レーザ顕微鏡1,100と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a cell observation method and a scanning microscope apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 17, the cell observation method according to this embodiment is the same as that of the first embodiment in that cell observation is performed using a scanning laser microscope (scanning microscope apparatus) 200 capable of multiphoton excitation observation. Different from the second embodiment.
Hereinafter, the same reference numerals are given to the same parts as those in the cell observation method and the scanning laser microscope 1, 100 according to the first embodiment or the second embodiment, and the description thereof is omitted.

まず、本実施形態に係る細胞観察方法において用いる試薬について説明する。
本実施形態においては、例えば、生理活性物質としてケージドグルタミン酸を用い、膜電位感受性色素として蛍光色素FM4−64を用いる。蛍光色素FM4−64(以下、単に「蛍光色素」という。)は、例えば、レンズにより赤外超短パルスレーザを集光したような光子密度が非常に高い環境におかれると、非線形光学効果により、入射した光の波長の半分の波長をもつ第二高調波(Second Harmonic Generation、以下「SHG」という。)シグナル光を出すことが知られている。
First, reagents used in the cell observation method according to this embodiment will be described.
In the present embodiment, for example, caged glutamic acid is used as a physiologically active substance, and fluorescent dye FM4-64 is used as a membrane potential sensitive dye. When the fluorescent dye FM4-64 (hereinafter simply referred to as “fluorescent dye”) is placed in an environment where the photon density is very high, such as when an infrared ultrashort pulse laser is focused by a lens, the nonlinear optical effect causes the fluorescent dye FM4-64. It is known to emit a second harmonic generation (hereinafter referred to as “SHG”) signal light having a wavelength half that of the incident light.

この蛍光色素(蛍光色素FM4−64)が発するSHGシグナル光の光強度は細胞膜の膜電位に依存して変化する。例えば、細胞膜の膜電位が100mV変化した場合には、SHGシグナル光の光強度は約10%程度変化する。一般的な膜電位感受性色素により発せられる蛍光の光強度は、細胞の膜電位が100mV変化した場合に0.1%〜1%変化することに比べると、非常に大きな光強度の変化率である。   The light intensity of the SHG signal light emitted by this fluorescent dye (fluorescent dye FM4-64) varies depending on the membrane potential of the cell membrane. For example, when the membrane potential of the cell membrane changes by 100 mV, the light intensity of the SHG signal light changes by about 10%. The light intensity of the fluorescence emitted by a general membrane potential sensitive dye is a very large change rate of light intensity compared to 0.1% to 1% when the cell membrane potential changes by 100 mV. .

本実施形態に係る細胞観察方法においては、このSHGシグナル光の膜電位感受性による光強度の変化を膜電位の光学測定法として用いることで、従来の数倍〜数十倍の信号強度で測定することが可能になる。したがって、ケージドグルタミン酸と蛍光色素を導入した標本Bに対して超短パルスレーザ光源を用いてSHGシグナル光を発生させることにより、細胞の膜電位の経時変化をSHGシグナル光の経時変化として間接的に観察することができる。   In the cell observation method according to the present embodiment, the change in the light intensity due to the membrane potential sensitivity of the SHG signal light is used as an optical measurement method for the membrane potential, thereby measuring the signal intensity several times to several tens times the conventional intensity. It becomes possible. Therefore, by generating SHG signal light for specimen B into which caged glutamic acid and a fluorescent dye have been introduced using an ultrashort pulse laser light source, the time-dependent change in cell membrane potential is indirectly reflected as the time change of SHG signal light. Can be observed.

次に、本実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡200について説明する。
走査型レーザ顕微鏡200は、アルゴンレーザ15に代えて赤外パルスレーザ光源215を備えている。赤外パルスレーザ光源215は、波長950nmのフェムト秒パルスレーザ光源である。また、光検出器49が標本Bの透過側に配置され、標本Bと光検出器49との間には、標本Bにおいて発生したSHGシグナル光を集光する集光レンズ242、245と、目的のSHGシグナル光の波長だけを選択的に透過させる波長選択フィルタ243とが配置されている。
Next, the scanning laser microscope 200 according to the present embodiment will be described.
The scanning laser microscope 200 includes an infrared pulse laser light source 215 instead of the argon laser 15. The infrared pulse laser light source 215 is a femtosecond pulse laser light source having a wavelength of 950 nm. A photodetector 49 is arranged on the transmission side of the specimen B, and between the specimen B and the photodetector 49, condensing lenses 242 and 245 for condensing SHG signal light generated in the specimen B, and an object And a wavelength selection filter 243 that selectively transmits only the wavelength of the SHG signal light.

以下、このように構成された細胞観察方法および走査型レーザ顕微鏡200の作用について説明する。
刺激工程SA2において、UVレーザ11から射出された刺激光は、標本Bの集光面F上で刺激領域に所定のタイミングで照射される。一方、観察画像取得工程SA4において、赤外パルスレーザ光源215から射出された励起用赤外パルスレーザ光は、標本Bの集光面F上で焦点を結んだポイントがXYの2次元方向に走査される。
Hereinafter, the operation of the thus configured cell observation method and the scanning laser microscope 200 will be described.
In the stimulation step SA2, the stimulation light emitted from the UV laser 11 is applied to the stimulation area on the light collection surface F of the sample B at a predetermined timing. On the other hand, in the observation image acquisition step SA4, the excitation infrared pulse laser beam emitted from the infrared pulse laser light source 215 is scanned in the XY two-dimensional direction at the point focused on the light collection surface F of the sample B. Is done.

ここで、標本Bの集光面F上で集光した赤外パルスレーザが時間的、空間的に非常に高い光子密度を有することにより、標本Bに導入された蛍光色素に対して非線形光学効果をもたらす。これにより、蛍光色素から波長475nmのSHGシグナル光Sが、赤外パルスレーザが進行する方向と同方向に発生する。標本B上でSHG光が発生する部位は、赤外パルスレーザ光の空間密度が非常に高くなる対物レンズ37の集光面F上である。   Here, since the infrared pulse laser focused on the focusing surface F of the sample B has a very high photon density in terms of time and space, a nonlinear optical effect is exerted on the fluorescent dye introduced into the sample B. Bring. Thereby, SHG signal light S having a wavelength of 475 nm is generated from the fluorescent dye in the same direction as the direction in which the infrared pulse laser travels. The part where the SHG light is generated on the specimen B is on the light condensing surface F of the objective lens 37 where the spatial density of the infrared pulsed laser light is very high.

このSHGシグナル光は集光レンズ242により集光され、波長分離フィルタ243でSHG光以外の波長の光が遮断されて集光レンズ245により検出器49の検出部分に集光される。これにより、検出器49において、標本Bの集光面Fで発生したSHG光シグナルのみを検出することができる。したがって、本実施形態に係る細胞観察方法および走査型レーザ顕微鏡200によれば、検出器49の手前に共焦点ピンホールがなくても擬似的に共焦点観察を行っていることになる。   The SHG signal light is collected by the condenser lens 242, light having a wavelength other than the SHG light is blocked by the wavelength separation filter 243, and is collected by the condenser lens 245 on the detection portion of the detector 49. Thereby, the detector 49 can detect only the SHG light signal generated on the light condensing surface F of the specimen B. Therefore, according to the cell observation method and the scanning laser microscope 200 according to the present embodiment, pseudo confocal observation is performed even if there is no confocal pinhole in front of the detector 49.

光検出器49によりSHGシグナル光が検出されるとその出力信号がA/Dインターフェースによりスキャナユニット20の走査制御に同期したデジタル信号に変換され、コンピュータ50に取り込まれる。コンピュータ50に取り込まれたデジタル信号は、画像構築部53によりスキャナユニット20の走査位置に対応してディスプレイに表示される。これにより、標本Bの集光面FにおけるSHG光画像(SHG光輝度の2次元分布)が取得される。   When the SHG signal light is detected by the photodetector 49, the output signal is converted into a digital signal synchronized with the scanning control of the scanner unit 20 by the A / D interface, and is taken into the computer 50. The digital signal captured by the computer 50 is displayed on the display by the image construction unit 53 corresponding to the scanning position of the scanner unit 20. Thereby, the SHG light image (two-dimensional distribution of SHG light luminance) in the condensing surface F of the sample B is acquired.

このようにして取得されたSHG光画像は、試料Bの集光面F上に存在する細胞の膜電位に依存してSHG光強度が変化するので、UVレーザ11による標本Bの刺激後、SHG光画像を繰り返し取得するように制御部51をプログラムしておくと、取得されたSHG光画像のある位置の光強度の経時変化は、標本Bのその位置における膜電位の経時変化を反映したものとして置き変えて観察することができる。   Since the SHG light image acquired in this way changes the SHG light intensity depending on the membrane potential of the cells existing on the light collection surface F of the sample B, the SHG light is stimulated after the sample B is stimulated by the UV laser 11. If the control unit 51 is programmed to repeatedly acquire an optical image, the temporal change in the light intensity at a certain position in the acquired SHG optical image reflects the temporal change in the membrane potential at that position in the specimen B. It can be replaced and observed.

以上説明したように、本実施形態に係る細胞観察方法および走査型レーザ顕微鏡200によれば、膜電位依存の光強度変化媒体として膜電位変化に対する光強度変化の大きいSHG光シグナルを用いることにより、高S/Nで膜電位の経時変化を観察することができる。   As described above, according to the cell observation method and the scanning laser microscope 200 according to the present embodiment, by using a SHG optical signal having a large light intensity change with respect to a membrane potential change as a membrane potential-dependent light intensity change medium, The change in membrane potential over time can be observed at high S / N.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の各実施形態および各変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。   As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the specific structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included. For example, the present invention is not limited to those applied to the above-described embodiments and modifications, and may be applied to embodiments in which these embodiments and modifications are appropriately combined, and is particularly limited. is not.

また、例えば、上記各実施形態および各変形例においては、光を受けると細胞を活性させて膜電位活動を誘発させる生理活性物質としてケージドグルタミン酸を例示して説明したが、これに代えて、例えば、チャネルロドプシン2のような光感受性を有するタンパク質を遺伝子導入した標本を用いてもよい。遺伝子導入によりチャネルロドプシン2を神経細胞に発現させ、そこに波長400nm〜500nmの光を照射すると、チャネルロドプシン2は陽イオンを透過するようになり、神経細胞の脱分極(興奮性の膜電位の上昇)をもたらす。   Further, for example, in each of the above-described embodiments and modifications, caged glutamic acid has been exemplified and described as a physiologically active substance that activates cells and induces membrane potential activity when receiving light, but instead, for example, Alternatively, a sample into which a protein having photosensitivity such as channelrhodopsin 2 is introduced may be used. When channel rhodopsin 2 is expressed in nerve cells by gene transfer and irradiated with light having a wavelength of 400 nm to 500 nm, channel rhodopsin 2 becomes permeable to cations and depolarizes nerve cells (excitatory membrane potential). Rise).

したがって、光源として波長400nm〜500nmの刺激用レーザ光を発するレーザ光源を用い、チャネルロドプシン2を一様に発現させた生細胞標本に400nm〜500nmの刺激用レーザ光を照射すると、刺激用レーザ光を照射した位置にだけ膜電位の上昇をもたらす刺激を細胞に加えることができる。   Accordingly, when a laser light source that emits a stimulation laser beam having a wavelength of 400 nm to 500 nm is used as a light source and a living cell specimen in which channel rhodopsin 2 is uniformly expressed is irradiated with a stimulation laser beam of 400 nm to 500 nm, the stimulation laser beam It is possible to apply a stimulus to the cell that brings about an increase in membrane potential only at the position irradiated with.

また、上記各実施形態および各変形例においては、ケージドコンパウンドにグルタミン酸を結びつけたケージドグルタミン酸に代えて、例えば、生理活性を誘導するアミノ酸、環状ヌクレオチド(cNMPs)、または、カルシウム等をケージドコンパウンドに結びつけたケージド試薬を採用することとしてもよい。
また、膜電位感受性色素としては、RH−795以外にも、例えば、色素分子構造、励起波長、蛍光波長、または、光強度変化の度合いなどが異なる多種多様な色素が多数開発されている。本発明の励起・観察が可能なものであれば、観察の目的や標本に応じて適切な色素を採用することとしてもよい。
Further, in each of the above-described embodiments and modifications, instead of caged glutamic acid in which glutamic acid is linked to caged compound, for example, amino acids that induce physiological activity, cyclic nucleotides (cNMPs), calcium, or the like are linked to caged compound. A caged reagent may be employed.
In addition to RH-795, many other various dyes having different molecular structures, excitation wavelengths, fluorescence wavelengths, or light intensity changes have been developed as membrane potential sensitive dyes. As long as excitation and observation of the present invention are possible, an appropriate dye may be employed depending on the purpose of observation and the specimen.

1,100 走査型顕微鏡装置
3 刺激光学系
5 観察光学系
55 領域指定部
57 位置特性算出部
59 時間特性算出部
200 走査型レーザ顕微鏡(走査型顕微鏡装置)
SA1 参照画像取得工程
SA2 領域指定工程
SA3 刺激工程
SA4 観察画像取得工程
SA5 時間変化算出工程
C 細胞
L,S 観察領域
P,M 刺激領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 Scanning microscope apparatus 3 Stimulation optical system 5 Observation optical system 55 Area | region designation | designated part 57 Position characteristic calculation part 59 Time characteristic calculation part 200 Scanning laser microscope (scanning microscope apparatus)
SA1 Reference image acquisition step SA2 region designation step SA3 stimulation step SA4 observation image acquisition step SA5 time change calculation step C cell L, S observation region P, M stimulation region

Claims (10)

チャネルロドプシン2遺伝子および細胞の膜電位の大きさに応じて発生する光強度が変化する膜電位感受性色素を導入した神経細胞の参照画像を取得する参照画像取得工程と、
該参照画像取得工程により取得された前記参照画像に対して、レーザ照射により前記神経細胞に刺激を与える刺激領域およびレーザ照射により前記膜電位感受性色素を励起する観察領域を前記参照画像の視野範囲より小さい範囲で指定する領域指定工程と、
該領域指定工程により指定された前記刺激領域に400nmから500nmの波長のレーザ光を照射し、前記チャネルロドプシン2遺伝子から前記神経細胞内で発現した光感受性を有するタンパク質であるチャネルロドプシン2により前記神経細胞を刺激して膜電位活動を誘発させる刺激工程と、
前記観察領域にレーザ光を照射し、その集光位置を走査させて前記膜電位感受性色素を励起し、該膜電位感受性色素から発せられるシグナル光の光強度を検出して前記観察領域の観察画像を取得する観察画像取得工程とを含む細胞観察方法。
A reference image acquisition step of acquiring a reference image of a neuron cell into which a channel rhodopsin 2 gene and a membrane potential sensitive dye that changes in light intensity generated according to the magnitude of the membrane potential of the cell are introduced;
From the reference image acquired in the reference image acquisition step, a stimulation region that stimulates the nerve cells by laser irradiation and an observation region that excites the membrane potential-sensitive dye by laser irradiation from the visual field range of the reference image An area designating process for designating a small range;
The stimulation region designated in the region designation step is irradiated with a laser beam having a wavelength of 400 nm to 500 nm, and the nerve is produced by channel rhodopsin 2, which is a protein having photosensitivity expressed in the nerve cell from the channel rhodopsin 2 gene. A stimulation process that stimulates cells to induce membrane potential activity;
The observation region is irradiated with a laser beam, the condensing position is scanned to excite the membrane potential sensitive dye, the light intensity of the signal light emitted from the membrane potential sensitive dye is detected, and an observation image of the observation region A cell observation method including an observation image acquisition step of acquiring the image.
前記領域指定工程が、ライン状の前記観察領域を指定する請求項1に記載の細胞観察方法。   The cell observation method according to claim 1, wherein the region designating step designates the observation region in a line shape. 前記領域指定工程が、ポイント状の前記観察領域を指定する請求項1に記載の細胞観察方法。   The cell observation method according to claim 1, wherein the region specifying step specifies the point-shaped observation region. 前記刺激工程による前記刺激領域へのレーザ照射と前記観察画像取得工程による前記観察領域へのレーザ照射を異なる光学系により行う請求項1から請求項3のいずれかに記載の細胞観察方法。   The cell observation method according to any one of claims 1 to 3, wherein the laser irradiation to the stimulation region by the stimulation step and the laser irradiation to the observation region by the observation image acquisition step are performed by different optical systems. 前記観察画像取得工程が、同一の前記観察領域の観察画像を複数回取得する請求項1から請求項4のいずれかに記載の細胞観察方法。   The cell observation method according to claim 1, wherein the observation image acquisition step acquires an observation image of the same observation region a plurality of times. 前記刺激工程および前記刺激工程の刺激後に一定の時間間隔を空けた後に前記観察画像取得工程が所定の取得タイミングで前記観察画像を複数回繰り返し取得する観察パターンを、細胞が再び活性化できるだけの時間間隔を空けて、複数回行い、
前記観察画像取得工程により取得された前記観察画像の光強度を、各前記観察パターン内の複数の前記観察画像のうち前記取得タイミングが同じ前記観察画像の光強度について加算して平均を算出する平均算出工程を含む請求項5に記載の細胞観察方法。
The time during which the cells can re-activate the observation pattern in which the observation image acquisition step repeatedly acquires the observation image a plurality of times at a predetermined acquisition timing after a predetermined time interval after stimulation in the stimulation step and the stimulation step. Repeat several times at intervals,
Average for calculating the average by adding the light intensity of the observation image acquired by the observation image acquisition step to the light intensity of the observation image having the same acquisition timing among the plurality of observation images in each observation pattern The cell observation method according to claim 5, comprising a calculation step.
前記刺激工程および前記刺激工程の刺激後に所定の時間間隔を空けた後に前記観察画像取得工程が所定の取得タイミングで前記観察画像を複数回繰り返し取得する観察パターンを、前記細胞を刺激してから最初の前記観察画像を取得するまでの前記所定の時間間隔を1回の前記走査にかかる時間よりも短い時間間隔で前記観察パターンごとにずらして、細胞が再び活性化できるだけの時間間隔を空けて、複数回行い、その結果取得した複数の画像を蛍光強度の時系列変化として置き変える請求項5に記載の細胞観察方法。   An observation pattern in which the observation image acquisition step repeatedly acquires the observation image a plurality of times at a predetermined acquisition timing after a predetermined time interval after the stimulation in the stimulation step and after the stimulation in the stimulation step is first performed after stimulating the cells. The predetermined time interval until the observation image is acquired is shifted for each observation pattern by a time interval shorter than the time required for one scan, and a time interval sufficient to activate the cells again is provided, The cell observation method according to claim 5, wherein the cell observation method is performed a plurality of times, and a plurality of images acquired as a result are replaced as a time-series change in fluorescence intensity. 前記観察画像取得工程により取得された複数の前記観察画像に基づいて、前記観察領域の各点における光強度の時間変化を算出する時間変化算出工程を含む請求項5から請求項7のいずれかに記載の細胞観察方法。   8. The method according to claim 5, further comprising a time change calculation step of calculating a time change of light intensity at each point in the observation region based on the plurality of observation images acquired by the observation image acquisition step. The cell observation method described. 前記膜電位感受性色素が蛍光色素FM4−64である請求項1から請求項8のいずれかに記載の細胞観察方法。   The cell observation method according to any one of claims 1 to 8, wherein the membrane potential sensitive dye is a fluorescent dye FM4-64. 前記シグナル光が第二高調波(SHG)シグナル光である請求項9に記載の細胞観察方法。   The cell observation method according to claim 9, wherein the signal light is second harmonic (SHG) signal light.
JP2010152206A 2010-07-02 2010-07-02 Cell observation method Active JP5806450B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010152206A JP5806450B2 (en) 2010-07-02 2010-07-02 Cell observation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010152206A JP5806450B2 (en) 2010-07-02 2010-07-02 Cell observation method

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2012014066A JP2012014066A (en) 2012-01-19
JP2012014066A5 JP2012014066A5 (en) 2013-08-01
JP5806450B2 true JP5806450B2 (en) 2015-11-10

Family

ID=45600530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010152206A Active JP5806450B2 (en) 2010-07-02 2010-07-02 Cell observation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5806450B2 (en)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103168236B (en) 2010-08-23 2016-01-20 哈佛大学管理委员会 For the light genetics probe that membrane potential measures
US9207237B2 (en) 2010-08-23 2015-12-08 President And Fellows Of Harvard College Systems, methods, and workflows for optogenetics analysis
US20150004637A1 (en) * 2011-11-23 2015-01-01 President And Fellows Of Harvard College Systems and methods for imaging at high spatial and/or temporal precision
JP6308134B2 (en) * 2012-12-27 2018-04-11 ソニー株式会社 Cell analysis system, cell analysis program, and cell analysis method
JP6147008B2 (en) * 2013-01-18 2017-06-14 オリンパス株式会社 Scanning laser microscope equipment
JP6161399B2 (en) 2013-05-17 2017-07-12 オリンパス株式会社 Microscope system
WO2014189145A1 (en) 2013-05-23 2014-11-27 学校法人慶應義塾 Compound for generating second harmonic of light, dye composition for generating second harmonic of light, and cell examination method
EP3037514B1 (en) 2013-11-08 2018-12-26 Sony Corporation Cell analysis system, cell analysis program, and cell analysis method
CA2947771A1 (en) 2014-06-18 2015-12-23 President And Fellows Of Harvard College Optogenetic probes for measuring membrane potential
WO2016115333A1 (en) 2015-01-15 2016-07-21 President And Fellows Of Harvard College Optical selection of cells
JP7174604B2 (en) * 2018-11-28 2022-11-17 株式会社日立ハイテク Optical image measuring device, optical image measuring method

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3242816B2 (en) * 1995-06-23 2001-12-25 沖電気工業株式会社 Information processing device using living tissue
JPH09184807A (en) * 1995-12-28 1997-07-15 Bunshi Bio Photonics Kenkyusho:Kk Method and apparatus for detecting weak light
JP4397993B2 (en) * 1999-03-24 2010-01-13 オリンパス株式会社 Photomicroscope
JP4020638B2 (en) * 2001-12-28 2007-12-12 オリンパス株式会社 Scanning laser microscope system
JP4468684B2 (en) * 2003-12-05 2010-05-26 オリンパス株式会社 Scanning confocal microscope
JP2005345764A (en) * 2004-06-03 2005-12-15 Olympus Corp Scanning optical device
JP4922557B2 (en) * 2004-12-21 2012-04-25 オリンパス株式会社 Microscope device, microscope control method, and program
JP5132052B2 (en) * 2005-11-30 2013-01-30 オリンパス株式会社 Scanning laser microscope condition setting device and scanning laser microscope system
JP4855139B2 (en) * 2006-05-18 2012-01-18 オリンパス株式会社 Microscope device and cell observation method
EP3073309B1 (en) * 2006-07-03 2020-12-30 Nikon Corporation Laser scanning microscope
DE602007011940D1 (en) * 2006-07-18 2011-02-24 Nippon Kogaku Kk
US8398692B2 (en) * 2007-01-10 2013-03-19 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University System for optical stimulation of target cells
EP1953579B1 (en) * 2007-02-05 2010-01-13 Olympus Corporation Scanning laser microscope
WO2009011107A1 (en) * 2007-07-17 2009-01-22 Nikon Corporation Light stimulus apparatus and observation apparatus
JP5552733B2 (en) * 2008-10-04 2014-07-16 ソニー株式会社 Nerve cell stimulator

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012014066A (en) 2012-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5806450B2 (en) Cell observation method
US11460685B2 (en) Systems and methods for three-dimensional imaging
KR102527830B1 (en) Cell sorting using a high throughput fluorescence flow cytometer
JP7023244B2 (en) Fluorescence imaging flow cytometry with improved image resolution
US9846313B2 (en) Devices, apparatus and method for providing photostimulation and imaging of structures
JP5354938B2 (en) Fluorescence microscope device
JP4932076B2 (en) Scanning laser microscope
CN101181152A (en) Method and device for fundus oculi affection early diagnosis using time discrimination autofluorescence lifetime imaging
EP1709427A1 (en) Method and system for ultrasonic tagging of fluorescence
JP2007504445A (en) Time-dependent fluorescence measurement
WO2004001402A1 (en) Biomolecule analyzer
RU2747129C1 (en) Method and apparatus for image reconstruction and apparatus for image generation in microscope
US20040143190A1 (en) Mapping neural and muscular electrical activity
JP2012014066A5 (en)
US20150042954A1 (en) System and Method for Fluorescence Lifetime Imaging Aided by Adaptive Optics
EP1793257A1 (en) Laser-scanning microscope system and unit for setting operating conditions
JP2020510207A (en) System and method for axially resolved light collection from a tapered waveguide
EP1512963B1 (en) Fluorescence lifetime distribution image measuring system and its measuring method
EP3520074B1 (en) Method for the analysis of spatial and temporal information of samples by means of optical microscopy
CN109799602A (en) A kind of light microscopic imaging device and method based on line scanning space-time focusing
JP2021089430A (en) Method and apparatus for imaging multiple samples by manipulated excitation radiation
TWI554740B (en) Optical system for fast three-dimensional imaging
CN108882831B (en) Optical imaging device
JP4646027B2 (en) Retinal function measuring device
CN112535531B (en) Biological tissue welding effect detection device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130614

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130614

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140205

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140318

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140519

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20141104

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20150317

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150615

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20150622

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150825

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150904

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5806450

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250