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技術 代謝産物分析方法及び代謝産物分析装置

出願人 学校法人東京理科大学
発明者 宇部卓司石黒孝
出願日 2016年8月24日 (5年4ヶ月経過) 出願番号 2016-163858
公開日 2018年3月1日 (3年9ヶ月経過) 公開番号 2018-031663
状態 特許登録済
技術分野 光学的手段による材料の調査、分析 生物学的材料の調査,分析
主要キーワード 一階微分 測定波 中赤外領域 コンピューターシミュレーション ピーク波形 酸欠状態 赤外分光装置 判定範囲
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

赤外分光法における透過法を用いて、細胞代謝産物又は体液性状を容易に判定することができる代謝産物分析方法及び代謝産物分析装置を提供すること。

解決手段

赤外光を透過可能な窓部21,22を有する収容部であって、細胞の水溶液、体液などの分析対象液を収容すると共に赤外分光法における赤外光の光路長Lが0.5〜50μmの間の所定長さの収容部20を備えるセル2を用いて、水溶液中の細胞の代謝産物の吸光度又は体液の吸光度を赤外分光法における透過法により測定することで、体液又は細胞の代謝産物濃度値の測定を行い、第1波数H1において予め測定された正常な細胞又は体液の代謝産物濃度値NNに対する第1測定代謝産物濃度値N1の比率(N1/NN)が所定の第1比率R1以上の場合に、測定した細胞の代謝産物又は体液の性状を判定する第1判定工程を備える。

概要

背景

従来、赤外分光法を用いて、乾燥した細胞赤外吸収スペクトルを測定して、乾燥した状態の細胞の性状分析する分析方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
これに対して、細胞を生きたままで非侵襲で分析するために、出願人は、細胞の培養液中に浸した生きた細胞を、透過性の窓部を有する光路長が短いセルに収容して、赤外分光法における透過法を用いて、生きた細胞のままで、赤外吸収スペクトルを測定することを行っている。出願人は、癌細胞と細胞の代謝産物である乳酸とを、赤外分光法を用いて赤外吸収スペクトルを測定して比較した場合に、赤外吸収スペクトルが似ている波数領域が存在することを知見した。

概要

赤外分光法における透過法を用いて、細胞の代謝産物又は体液の性状を容易に判定することができる代謝産物分析方法及び代謝産物分析装置を提供すること。赤外光を透過可能な窓部21,22を有する収容部であって、細胞の水溶液、体液などの分析対象液を収容すると共に赤外分光法における赤外光の光路長Lが0.5〜50μmの間の所定長さの収容部20を備えるセル2を用いて、水溶液中の細胞の代謝産物の吸光度又は体液の吸光度を赤外分光法における透過法により測定することで、体液又は細胞の代謝産物濃度値の測定を行い、第1波数H1において予め測定された正常な細胞又は体液の代謝産物濃度値NNに対する第1測定代謝産物濃度値N1の比率(N1/NN)が所定の第1比率R1以上の場合に、測定した細胞の代謝産物又は体液の性状を判定する第1判定工程を備える。

目的

本発明は、赤外分光法における透過法を用いて、細胞の代謝産物又は体液の性状を容易に判定することができる代謝産物分析方法及び代謝産物分析装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

赤外光を透過可能な窓部を有する収容部であって、細胞水溶液体液などの分析対象液を収容すると共に赤外分光法における赤外光の光路長が0.5〜50μmの間の所定長さの収容部を備えるセルを用いて、水溶液中の細胞の代謝産物吸光度又は体液の吸光度を赤外分光法における透過法により測定することで、細胞又は体液の代謝産物濃度値の測定を行い、測定波数が伸縮振動帰属される所定の第1波数において測定された第1測定代謝産物濃度値について、前記第1波数において予め測定された正常な細胞又は体液の代謝産物濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第1比率以上の場合に、測定した細胞の代謝産物又は体液の性状を判定する第1判定工程を備える代謝産物分析方法

請求項2

赤外光を透過可能な窓部を有する収容部であって、細胞の水溶液、体液などの分析対象液を収容すると共に赤外分光法における赤外光の光路長が0.5〜50μmの間の所定長さの収容部を備えるセルを用いて、水溶液中の細胞の代謝産物の吸光度又は体液の吸光度を赤外分光法における透過法により測定することで、細胞又は体液の代謝産物濃度値の測定を行い、測定波数が1020〜1080cm−1の間の所定の第1波数において測定された第1測定代謝産物濃度値について、前記第1波数において予め測定された正常な細胞又は体液の代謝産物濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第1比率以上の場合に、測定した細胞又は体液について癌が擬陽性であると判定する第1判定工程を備える代謝産物分析方法。

請求項3

前記第1判定工程の前に実行される第2判定工程であって、測定波数が1680〜1780cm−1の間の所定の第2波数において測定された第2測定代謝産物濃度値について、前記第2波数において赤外吸収スペクトルの所定のピーク波形が得られない場合に、前記第1判定工程に移行し、前記ピーク波形が得られた場合に、測定した細胞又は体液について癌が陽性であると判定する第2判定工程を備える請求項2に記載の代謝産物分析方法。

請求項4

前記第1判定工程において癌が擬陽性であると判定された後に実行される第3判定工程であって、所定の前記第1波数において測定された前記第1測定代謝産物濃度値について、測定波数が1060〜1120cm−1の間の所定の基準値測定波数において測定された測定基準濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第2比率以下の場合に、細胞又は体液について癌が擬陽性であると判定する第3判定工程を備える請求項2又は3に記載の代謝産物分析方法。

請求項5

前記第1判定工程において癌が擬陽性ではないと判定された後に実行される第4判定工程であって、所定の前記第1波数において測定された前記第1測定代謝産物濃度値について、測定波数が1060〜1120cm−1の間の所定の基準値測定波数において測定された測定基準濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第3比率以下の場合に、細胞又は体液について癌が陰性であると判定する第4判定工程を備える請求項2又は3に記載の代謝産物分析方法。

請求項6

前記代謝産物は、乳酸である請求項1から5のいずれかに記載の代謝産物分析方法。

請求項7

赤外光を透過可能な窓部を有する収容部であって、細胞の水溶液、体液などの分析対象液を収容すると共に赤外分光法における赤外光の光路長が0.5〜50μmの間の所定長さの収容部を備えるセルと、前記セルの内部に収容された体液又は細胞に対して赤外光を照射する光源部と、前記光源部から照射され、前記セルの内部に収容された細胞又は体液を透過した赤外光を検出する光検出部と、前記光検出部により検出された赤外光に基づいて、水溶液中の細胞の代謝産物の吸光度又は体液の吸光度を赤外分光法における透過法により測定することで細胞又は体液の代謝産物濃度値の測定を行う濃度測定部と、測定波数が1020〜1080cm−1の間の所定の第1波数において測定された第1測定代謝産物濃度値について、前記第1波数において予め測定された正常な細胞又は体液の代謝産物濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第1比率以上の場合に、測定した細胞又は体液について癌が擬陽性であると判定する第1判定工程を実行する第1判定部と、を備える代謝産物分析装置

請求項8

前記第1判定部の前記第1判定工程による判定動作の前に判定動作を実行する第2判定部であって、測定波数が1680〜1780cm−1の間の所定の第2波数において測定された第2測定代謝産物濃度値について、前記第2波数において赤外吸収スペクトルの所定のピーク波形が得られない場合に、前記第1判定部が実行する前記第1判定工程に移行し、前記ピーク波形が得られた場合に、測定した細胞又は体液について癌が陽性であると判定する第2判定工程を実行する第2判定部を更に備える請求項7に記載の代謝産物分析装置。

請求項9

前記第1判定部の前記第1判定工程において癌が擬陽性であると判定された後に判定動作を実行する第3判定部であって、所定の前記第1波数において測定された前記第1測定代謝産物濃度値について、測定波数が1060〜1120cm−1の間の所定の基準値測定波数において測定された測定基準濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第2比率以下の場合に、細胞又は体液について癌が擬陽性であると判定する第3判定工程を実行する第3判定部を備える請求項7又は8に記載の代謝産物分析装置。

請求項10

前記第1判定部の前記第1判定工程において癌が擬陽性ではないと判定された後に判定動作を実行する第4判定部であって、所定の前記第1波数において測定された前記第1測定代謝産物濃度値について、測定波数が1060〜1120cm−1の間の所定の基準値測定波数において測定された測定基準濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第3比率以下の場合に、細胞又は体液について癌が陰性であると判定する第4判定工程を実行する第4判定部を備える請求項7又は8に記載の代謝産物分析装置。

請求項11

前記代謝産物は、乳酸である請求項7から10のいずれかに記載の代謝産物分析装置。

技術分野

0001

本発明は、赤外分光法における透過法を用いて細胞代謝産物吸光度又は体液の吸光度を測定し、細胞の代謝産物又は体液の性状を判定する代謝産物分析方法及び代謝産物分析装置に関する。

背景技術

0002

従来、赤外分光法を用いて、乾燥した細胞の赤外吸収スペクトルを測定して、乾燥した状態の細胞の性状を分析する分析方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
これに対して、細胞を生きたままで非侵襲で分析するために、出願人は、細胞の培養液中に浸した生きた細胞を、透過性の窓部を有する光路長が短いセルに収容して、赤外分光法における透過法を用いて、生きた細胞のままで、赤外吸収スペクトルを測定することを行っている。出願人は、癌細胞と細胞の代謝産物である乳酸とを、赤外分光法を用いて赤外吸収スペクトルを測定して比較した場合に、赤外吸収スペクトルが似ている波数領域が存在することを知見した。

先行技術

0003

特表平11−502935号公報

発明が解決しようとする課題

0004

出願人は、癌細胞と細胞の代謝産物である乳酸とについて、互いの赤外吸収スペクトが似ている波数領域が存在することを知見した。そのため、赤外分光法における透過法を用いて、細胞の代謝産物の赤外吸収スペクトを利用して、生きた細胞のままで、細胞の培養液(培地)中の細胞の代謝産物の性状を容易に判定して分析することが望まれる。
また、細胞だけでなく、唾液、尿、血液、血漿などの体液についても、赤外分光法における透過法を用いて、体液の性状を容易に判定して分析することが望まれる。

0005

本発明は、赤外分光法における透過法を用いて、細胞の代謝産物又は体液の性状を容易に判定することができる代謝産物分析方法及び代謝産物分析装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明は、赤外光を透過可能な窓部を有する収容部であって、細胞の水溶液、体液などの分析対象液を収容すると共に赤外分光法における赤外光の光路長が0.5〜50μmの間の所定長さの収容部を備えるセルを用いて、水溶液中の細胞の代謝産物の吸光度又は体液の吸光度を赤外分光法における透過法により測定することで、細胞又は体液の代謝産物濃度値の測定を行い、測定波数が伸縮振動帰属される所定の第1波数において測定された第1測定代謝産物濃度値について、前記第1波数において予め測定された正常な細胞又は体液の代謝産物濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第1比率以上の場合に、測定した細胞の代謝産物又は体液の性状を判定する第1判定工程を備える代謝産物分析方法に関する。

0007

また、本発明は、赤外光を透過可能な窓部を有する収容部であって、細胞の水溶液、体液などの分析対象液を収容すると共に赤外分光法における赤外光の光路長が0.5〜50μmの間の所定長さの収容部を備えるセルを用いて、水溶液中の細胞の代謝産物の吸光度又は体液の吸光度を赤外分光法における透過法により測定することで、細胞又は体液の代謝産物濃度値の測定を行い、測定波数が1020〜1080cm−1の間の所定の第1波数において測定された第1測定代謝産物濃度値について、前記第1波数において予め測定された正常な細胞又は体液の代謝産物濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第1比率以上の場合に、測定した細胞又は体液について癌が擬陽性であると判定する第1判定工程を備える代謝産物分析方法に関する。

0008

また、前記第1判定工程の前に実行される第2判定工程であって、測定波数が1680〜1780cm−1の間の所定の第2波数において測定された第2測定代謝産物濃度値について、前記第2波数において赤外吸収スペクトルの所定のピーク波形が得られない場合に、前記第1判定工程に移行し、前記ピーク波形が得られた場合に、測定した細胞又は体液について癌が陽性であると判定する第2判定工程を備えることが好ましい。

0009

また、前記第1判定工程において癌が擬陽性であると判定された後に実行される第3判定工程であって、所定の前記第1波数において測定された前記第1測定代謝産物濃度値について、測定波数が1060〜1120cm−1の間の所定の基準値測定波数において測定された測定基準濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第2比率以下の場合に、細胞又は体液について癌が擬陽性であると判定する第3判定工程を備えることが好ましい。

0010

また、前記第1判定工程において癌が擬陽性ではないと判定された後に実行される第4判定工程であって、所定の前記第1波数において測定された前記第1測定代謝産物濃度値について、測定波数が1060〜1120cm−1の間の所定の基準値測定波数において測定された測定基準濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第3比率以下の場合に、細胞又は体液について癌が陰性であると判定する第4判定工程を備えることが好ましい。

0011

また、前記代謝産物は、乳酸であることが好ましい。

0012

また、本発明は、赤外光を透過可能な窓部を有する収容部であって、細胞の水溶液、体液などの分析対象液を収容すると共に赤外分光法における赤外光の光路長が0.5〜50μmの間の所定長さの収容部を備えるセルと、前記セルの内部に収容された細胞又は体液に対して赤外光を照射する光源部と、前記光源部から照射され、前記セルの内部に収容された体液又は細胞を透過した赤外光を検出する光検出部と、前記光検出部により検出された赤外光に基づいて、水溶液中の細胞の代謝産物の吸光度又は体液の吸光度を赤外分光法における透過法により測定することで細胞又は体液の代謝産物濃度値の測定を行う濃度測定部と、測定波数が1020〜1080cm−1の間の所定の第1波数において測定された第1測定代謝産物濃度値について、前記第1波数において予め測定された正常な細胞又は体液の代謝産物濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第1比率以上の場合に、測定した細胞又は体液について癌が擬陽性であると判定する第1判定工程を実行する第1判定部と、を備える代謝産物分析装置に関する。

0013

また、前記第1判定部の前記第1判定工程による判定動作の前に判定動作を実行する第2判定部であって、測定波数が1680〜1780cm−1の間の所定の第2波数において測定された第2測定代謝産物濃度値について、前記第2波数において赤外吸収スペクトルの所定のピーク波形が得られない場合に、前記第1判定部が実行する前記第1判定工程に移行し、前記ピーク波形が得られた場合に、測定した細胞又は体液について癌が陽性であると判定する第2判定工程を実行する第2判定部を更に備えることが好ましい。

0014

また、前記第1判定部の前記第1判定工程において癌が擬陽性であると判定された後に判定動作を実行する第3判定部であって、所定の前記第1波数において測定された前記第1測定代謝産物濃度値について、測定波数が1060〜1120cm−1の間の所定の基準値測定波数において測定された測定基準濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第2比率以下の場合に、細胞又は体液について癌が擬陽性であると判定する第3判定工程を実行する第3判定部を備えることが好ましい。

0015

また、前記第1判定部の前記第1判定工程において癌が擬陽性ではないと判定された後に判定動作を実行する第4判定部であって、所定の前記第1波数において測定された前記第1測定代謝産物濃度値について、測定波数が1060〜1120cm−1の間の所定の基準値測定波数において測定された測定基準濃度値に対する前記第1測定代謝産物濃度値の比率が所定の第3比率以下の場合に、細胞又は体液について癌が陰性であると判定する第4判定工程を実行する第4判定部を備えることが好ましい。

0016

また、前記代謝産物は、乳酸であることが好ましい。

発明の効果

0017

本発明によれば、赤外分光法における透過法を用いて、体液又は細胞の代謝産物の性状を容易に判定することができる代謝産物分析方法及び代謝産物分析装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0018

本発明の一実施形態に係る代謝産物分析装置1の全体構成を示す断面図である。
赤外吸収スペクトルの波形を示すグラフであって、(A)は正常細胞、(B)は密な正常細胞、(C)は癌細胞、(D)は乳酸の赤外吸収スペクトルの波形を示すグラフである。
乳酸の赤外吸収スペクトルの波形を示すグラフであって、pH値を変化させた場合のグラフである。
乳酸濃度値と赤外吸収スペクトルにおける吸光度との関係(線形性)を示すグラフである。
細胞の代謝産物の赤外吸収スペクトルの波形を示すグラフであって、(A)は壊死寸前の癌細胞、(B)は癌細胞、(C)は密な正常細胞、(D)は正常細胞の波形を示すグラフである。
細胞の代謝産物の性状を判定するためのフローチャートである。

実施例

0019

以下、本発明の実施形態について、図1図5を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る代謝産物分析装置1の全体構成を示す断面図である。図2は、赤外吸収スペクトルの波形を示すグラフであって、(A)は正常細胞、(B)は密な正常細胞、(C)は癌細胞、(D)は乳酸の赤外吸収スペクトルの波形を示すグラフである。図3は、乳酸の赤外吸収スペクトルの波形を示すグラフであって、pH値を変化させた場合のグラフである。図4は、乳酸濃度値と赤外吸収スペクトルにおける吸光度との関係(線形性)を示すグラフである。図5は、細胞の代謝産物の赤外吸収スペクトルの波形を示すグラフであって、(A)は壊死寸前の癌細胞、(B)は癌細胞、(C)は密な正常細胞、(D)は正常細胞の波形を示すグラフである。

0020

本実施形態の代謝産物分析装置1は、赤外分光法における透過法を用いて、光学セル2に収容された培養液(水溶液、分析対象液)10中の細胞11の代謝産物の性状を、生きた細胞のままで、細胞を傷付けず(非侵襲)に測定して分析する装置である。本実施形態においては、細胞11の代謝産物は、例えば、乳酸である。乳酸は、イオン化していないものと、イオン化した乳酸イオンとの混合物の形で存在する。

0021

図1に示すように、代謝産物分析装置1は、光学セル2(セル)と、光学セル2を保持する保持プレート3と、光源部4と、光検出器5(光検出部)と、制御部6と、を備える。光学セル2は、保持プレート3に保持される。

0022

光学セル2は、上窓板21(窓部)と、上窓板21の下方に配置され上窓板21の下面から離間して配置される下窓板22(窓部)と、上窓板21及び下窓板22の縁部において上窓板21及び下窓板22の間に配置されるスペーサ部材23と、を有する。

0023

上窓板21及び下窓板22は、板状に形成され、互いに平行に配置される。
上窓板21及び下窓板22は、赤外光を透過可能な材料で形成される。例えば、上窓板21及び下窓板22は、1000cm−1以上の波数領域の赤外光を透過する材料であればよい。例えば、本実施形態では、上窓板21及び下窓板22の材料の材質は、フッ化カルシウムである。なお、上窓板21及び下窓板22の材料の材質は、フッ化カルシウムに限定されず、例えば、ダイヤモンドや、セレン化亜鉛(ZnSe)や、硫化亜鉛(ZnS)などであってもよい。

0024

上窓板21、下窓板22及びスペーサ部材23で囲まれる部分(空間)は、収容部20を構成する。収容部20は、密閉空間を構成し、培養液10に浸した状態の細胞11及び培養液10を収容する。

0025

光学セル2の収容部20に収容される培養液10は、生きた細胞11を生きた状態で培養できるように、酸素の量やpH値を調整する二酸化炭素の量や水温などが調整された培養液である。培養液10は、例えば、5vol%濃度のCO2ガス溶け込んだ培地(培養液)などを主体に構成される。このように、生きた細胞11は、収容部20の内部の培養液10中において、生きた状態で培養される。

0026

光学セル2には、光源部4(後述)から、上方から下方に向けて、赤外光が照射される。赤外光は、収容部20の上窓板21及び下窓板22を上下方向に貫通する。そのため、収容部20における上窓板21の下面と下窓板22の上面との間隔は、赤外分光法における赤外光の光路長Lとなる。

0027

光路長Lは、培養液10への赤外分光の吸収の影響が少なく赤外分光法における透過法の測定が可能な程度の短い長さで形成される。本実施形態においては、光路長Lは、例えば、12μmである。なお、光路長Lは、12μmに限定されず、例えば、0.5〜50μmの間の所定長さが採用される。光路長Lは、例えば、光源部4による光の強度などにより設定される。

0028

光源部4は、光学セル2の上方に配置される。光源部4は、収容部20に収容された細胞11に対して、赤外光を照射する。光源部4の光の強度は、培養液10及び細胞11を透過できる強度であると共に、細胞11に損傷等の影響を与えない強度である。
光検出器5は、光学セル2の下方に配置される。光検出器5は、光源部4から照射され光学セル2の内部に収容された細胞11を透過した赤外光を検出する。
光源部4から出射された赤外光は、上窓板21、培養液10、細胞11、下窓板22を透過して、光検出器5により検出される。光検出器5により検出された赤外光による赤外吸収スペクトル信号は、制御部6へ送信される。

0029

本発明は、乳酸と、癌細胞とが、赤外吸収スペクトルにおける所定の波数で同じ傾向のピークを有するという観点から、所定の波数の赤外吸収スペクトルにおける吸光度を検出して、細胞の性状を判定するものである。本実施形態においては、光学セル2の収容部20に収容された細胞11の代謝産物である乳酸について、赤外分光法における透過法を用いて、細胞11の乳酸の吸光度を測定して、細胞11の性状を判定する。
以下に、細胞の乳酸濃度値を本発明の判定に利用可能であることについて詳細に説明する。

0030

具体的には、赤外分光装置を使用して、生きた細胞(マウス:NIH3T3株,MCA205株)の赤外吸収スペクトルを測定した結果、図2に示すように、「(A)正常細胞」、「(B)密な正常細胞」(細胞密度が高い正常細胞)、「(C)癌細胞」は、1660cm−1付近においてAmideI(C=O伸縮振動)の吸収ピークが存在し、1550cm−1付近においてAmideII(N−H変角振動)の吸収ピークが存在する。なお、密な正常細胞は、癌の擬陽性を想定したサンプルとして使用している。この理由は以下の通りである。密な正常細胞は、細胞が密になることによって酸欠状態となり、代謝が好気性解糖から嫌気性解糖へと変化したことにより乳酸が観測される。癌化とは本質的には別だが、密な正常細胞の赤外吸収スペクトルの吸収ピークは、細胞が異常に増殖している箇所という意味では、嫌気性解糖を常に行っている癌の部位と同じ結果が得られる。そのため、密な正常細胞を、癌の擬陽性を想定したサンプルとして使用している。
また、図2に示すように、「(B)密な正常細胞」、「(C)癌細胞」においては、1040〜1050cm−1付近の低波数において、スペクトル微細構造差異があり、C−O伸縮振動に帰属するピークが存在することが確認された。

0031

ここで、1040〜1050cm−1付近のC−O伸縮振動に対応する分子で、「(C)癌細胞」、「(B)密な正常細胞」に共通する生体物質として、図2に示す「(D)乳酸」が候補として挙がった。
通常、赤外吸収スペクトルによる乳酸の定量で用いる特徴的なC=O伸縮振動(波数1730cm−1)は、生体に近いpHの状態では、プロトン解離した乳酸イオンへと変化している。そのため、乳酸は、C=Oの吸収が減少し、CO2−非対称伸縮振動(波数1580cm−1)となっているはずである。しかし、この波数1580cm−1の吸収ピークはAmideIIが重複するため、定量が困難である。ただし、細胞が壊死するなどして極端にpHが低下した場合は乳酸のC=O伸縮振動(波数1730cm−1)が観測されることは確認されていることから、赤外分光法によって乳酸を検出できることは実証されている。よって、このC=O,CO2−に代わる吸収ピークによって乳酸の定量が出来るかを試みた。

0032

JIS K 8726に規定された乳酸の主要な吸収ピーク(波数:3000cm−1,1740cm−1,1460cm−1,1220cm−1,1130cm−1及び1040cm−1)に加え、観測される全ての吸収ピークについて、分子振動コンピューターシミュレーションと実測を用いて詳細に検証を行った。その結果、図2に示すように、「(D)乳酸」においては、波数1040〜1050cm−1の吸収は、生体物質(蛋白質アミノ酸核酸リン酸等)の吸収と重複せず、独立した吸収ピークとして観測できることが示された。

0033

また、乳酸のpH値を変化させた場合において、図3に示すように、吸収ピークが、所定の波数において現れる。なお、図3に示す吸収ピークについて、便宜的に、No.1〜No.12の番号を付している。また、図3においては、吸収ピークの傾向を視覚的に理解が容易なように、複数の赤外吸収スペクトルの波形を便宜的に1つの図面に表している。各pH値における波形の原点(0)は、各々を別々に示しており、図3における各波形のボトム値の近傍において「0」(原点)を示している。

0034

図3に示すように、乳酸のpH値を変化させた場合に、波数1050cm−1付近(図3におけるピークNo.12)の吸収は、生体に近いpH領域(pH値:5〜10)では、吸収強度のpH依存が見られないことから、乳酸のマーカーとして使用することが適している。pH値が5以下(癌による組織酸性化)になると、波数1050cm−1付近の吸収は相対的に強度が減じられる。しかし、この状態になると、図3に示すように、波数1730cm−1付近(図3におけるピークNo.1)において、特にpH値3.94〜2.44付近において、乳酸イオンに解離していない乳酸分子のC=O伸縮振動がAmideIのショルダーから顕在化して吸収ピークとして現れることが、実験により検証された。

0035

ここで、癌細胞と乳酸量との関係について、補足的に説明する。
細胞がグルコースを分解してATPアデノシン三リン酸)を得る際は、好気性解糖、嫌気性解糖の2種類の代謝機構を持ち、通常は好気性解糖を優先的に行っているため、乳酸は殆ど生成しない。しかし、癌細胞は大量のエネルギー消費して増殖を続けるため、嫌気性解糖が常に亢進することで大量の乳酸を生成しており、細胞・組織のpH値が低下している。このことは、ワールブルグ効果と呼ばれ、癌細胞・組織が示す特徴の一つであると知られている。従って、従来より、所定の細胞・組織の乳酸濃度あるいは所定の細胞・組織の乳酸濃度に起因するpH値の低下を、癌化しているか否かの指標として使用することができることが知られている。
出願人は、MCA205、Colo26、B16というマウスの繊維肉腫細胞株大腸癌細胞株メラノーマ細胞株において、乳酸の生成を確認し、細胞密度を高くして、酸素不足に陥った正常細胞(NIH3T3)においても嫌気性解糖による乳酸の生成を確認した。

0036

以上のように、癌細胞と乳酸の乳酸濃度とは関連性があることが知見される。そのため、出願人は、C−O伸縮振動に対応する分子で、癌細胞、密な正常細胞に共通する生体物質として、細胞11の代謝産物としての乳酸を用いることとした。その結果、赤外分光法における透過法を用いて、乳酸の赤外吸収スペクトルを測定して、吸光度に基づいて、以下に示すように、制御部6において、癌の陽性、癌の擬陽性、癌の陰性の判定を行うことができる。

0037

制御部6は、代謝産物分析装置1の全体を制御する。制御部6は、メモリを含んで構成される。制御部6のメモリには、例えば、後述する第1波数H1において予め測定された正常な細胞の乳酸濃度値NN(正常な細胞の代謝産物濃度値)や、各判定工程の判定の閾値となる各比率や、代謝産物分析装置1の動作に関する各種プログラムなどが記憶されている。制御部6は、濃度測定部61と、第1判定部62と、第2判定部63と、第3判定部64と、第4判定部65と、を有する。

0038

濃度測定部61は、光検出器5により検出された赤外光の赤外吸収スペクトルに基づいて、細胞培養の環境下において光学セル2に収容される培養液10中の細胞11の乳酸の吸光度を、赤外分光法における透過法により測定することで、細胞11の代謝産物濃度値の測定を行う。なお、本実施形態においては、濃度測定部61は、細胞11の代謝産物の代謝産物濃度値として乳酸濃度値の測定を行う。

0039

ここで、赤外分光法において測定された赤外光の吸光度と乳酸濃度値との関係について説明する。
図4に示すグラフのように、実験により、赤外光の吸光度と乳酸濃度値とは、乳酸濃度値が1000mmol/L以下の範囲において、線形性を有することが確かめられている。例えば、図4に示すように、図3におけるピークNo.「1」、「10」、「9」、「8」、「12」、「5」、「3」が存在する波数においては、乳酸アシドーシスに代表される代謝異常があるかを判定可能な5〜50mmol/Lの間の範囲においては、線形性を有し、定量可能である。本発明においても、この5〜50mmol/Lの間の範囲を主な判定範囲としている。
よって、本発明において、濃度測定部61は、赤外吸収スペクトルの吸光度を測定し、吸光度と乳酸濃度値とを対応付けることで、細胞の代謝産物の乳酸濃度値を測定することができる。

0040

第2判定部63は、癌の陽性を判定する陽性判定工程(第2判定工程)を実行する。第2判定部63は、第1判定部62(後述)における第1擬陽性判定工程(第1判定工程)(後述)による判定動作の前に判定動作が実行される。第2判定部63による陽性判定工程(第2判定工程)では、図5に示す「(A)壊死寸前の癌細胞」の波形の第2波数H2において所定のピーク波形が得られた場合に、癌の陽性を判定する。詳細には、第2判定部63は、測定波数が第2波数H2において測定された第2測定乳酸濃度値(第2測定代謝産物濃度値)について、第2波数H2において赤外吸収スペクトルの所定のピーク波形が得られた場合に、測定した細胞について癌が陽性であると判定し、第2波数H2において赤外吸収スペクトルの所定のピーク波形が得られない場合に、第1判定部62が実行する第1擬陽性判定工程(第1判定工程)に移行する。

0041

本実施形態においては、第2波数H2は、伸縮振動に帰属される波数である。第2波数H2は、1680〜1780cm−1の間の所定の波数であり、好ましくは、1710〜1750cm−1の間の所定の波数であり、より好ましくは、1715〜1745cm−1の間の所定の波数である。なお、本実施形態においては、第2波数H2は、1680〜1780cm−1の間の全ての領域の波数を意味するのではなく、所定の特定の一波数であって例えば1730cm−1などを意味し、例えば、赤外吸収スペクトルの吸収ピークの頂点又は頂点近傍における所定の特定の一波数である。

0042

また、第2判定部63は、ピーク波形の判定について、例えば、第2波数H2の判定領域吸収スペクトル一階微分において、正から負、又は、負から正になる点がない場合は、ピーク波形が存在しないという判定を行う。また、正から負、又は、負から正になる点がある場合には、ピーク波形が存在するという判定を行う。なお、この場合には、ピーク波形がショルダー形状の場合には、ピーク波形が存在しないと判定する。なお、ピーク波形の判定の方法は、一例であり、この方法に制限されない。

0043

第1判定部62は、癌の擬陽性を判定する第1擬陽性判定工程(第1判定工程)を実行する。第1判定部62における第1擬陽性判定工程は、癌の擬陽性を粗く(簡易的に)判定する工程である。本実施形態においては、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)は、癌の可能性があるか否かについて、後の判定工程において詳細に判定する前に、スクリーニングふるい分け)を実行する判定工程である。

0044

具体的には、第1判定部62は、測定波数が所定の第1波数H1において測定された第1測定乳酸濃度値N1(第1測定代謝産物濃度値)について、第1波数H1において予め測定された正常な細胞の乳酸濃度値NN(正常な細胞の代謝産物濃度値)に対する第1測定乳酸濃度値N1(第1測定代謝産物濃度値)の比率(N1/NN)が所定の第1比率R1以上の場合に、測定した細胞について癌が擬陽性であると判定する。予め測定された正常な細胞の乳酸濃度値NN及び所定の第1比率R1は、制御部6のメモリ(図示せず)に記憶されている。所定の第1比率R1は、測定した細胞について癌が擬陽性であると判断できる下限の比率が設定される。

0045

本実施形態においては、第1波数H1は、伸縮振動に帰属される波数である。第1波数H1は、1020〜1080cm−1の間の所定の波数であり、好ましくは、1030〜1070cm−1の間の所定の波数であり、より好ましくは、1035〜1065cm−1の間の所定の波数である。なお、本実施形態においては、第1波数H1は、1020〜1080cm−1の間の全ての領域の波数を意味するのではなく、所定の特定の一波数であって例えば1050cm−1などを意味し、例えば、赤外吸収スペクトルの吸収ピークの頂点又は頂点近傍における所定の特定の一波数である。

0046

第3判定部64は、第1判定部62の第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において癌が擬陽性であると判定された後に、癌の擬陽性を判定する第2擬陽性判定工程(第3判定工程)を実行する。第3判定部64の第2擬陽性判定工程(第3判定工程)は、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において擬陽性であると判定された場合に、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)の後に、癌の擬陽性を詳細に判定する工程である。

0047

第3判定部64は、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において癌が擬陽性であると判定されたことを前提にして、所定の第1波数H1において測定された第1測定乳酸濃度値N1(第1測定代謝産物濃度値)について、測定波数が所定の基準値測定波数HKにおいて測定された測定基準濃度値NKに対する第1測定乳酸濃度値N1(第1測定代謝産物濃度値)の比率(N1/NK)が所定の第2比率R2以下の場合に、細胞について癌が擬陽性であると判定する。所定の第2比率R2は、制御部6のメモリ(図示せず)に記憶されている。所定の第2比率R2は、測定した細胞について癌が擬陽性であると判断できる上限の比率が設定される。

0048

第4判定部65は、第1判定部62の第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において癌が擬陽性ではないと判定された後に、癌の擬陽性を判定する第3擬陽性判定工程(第4判定工程)を実行する。第4判定部65の第3擬陽性判定工程(第4判定工程)は、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において擬陽性ではないと判定された場合に、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)の後に、癌の擬陽性を詳細に判定する工程である。

0049

第4判定部65は、第1判定部62の第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において癌が擬陽性ではないと判定された後に実行される。第4判定部65は、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において癌が擬陽性ではないと判定されたことを前提にして、所定の第1波数H1において測定された第1測定乳酸濃度値N1(第1測定代謝産物濃度値)について、測定波数が所定の基準値測定波数HKにおいて測定された測定基準濃度値NKに対する第1測定乳酸濃度値N1(第1測定代謝産物濃度値)の比率(N1/NK)が所定の第3比率R3以下の場合に、細胞について癌が陰性であると判定する。所定の第3比率R3は、制御部6のメモリ(図示せず)に記憶されている。所定の第3比率R3は、測定した細胞について癌が陰性であると判断できる上限の比率が設定される。

0050

本実施形態においては、第3判定部64及び第4判定部65において用いられる所定の基準値測定波数HKは、1060〜1120cm−1の間の所定の波数であり、好ましくは、1050〜1110cm−1の間の所定の波数であり、より好ましくは、1045〜1105cm−1の間の所定の波数である。なお、本実施形態においては、基準値測定波数HKは、1060〜1120cm−1の間の全ての領域の波数を意味するのではなく、所定の特定の一波数で例えば1090cm−1などを意味し、例えば、赤外吸収スペクトルの吸収ピークの乳酸濃度値の頂点又は頂点近傍における所定の特定の一波数である。

0051

ここで、第3判定部64及び第4判定部65の判定において、基準値測定波数HKにおける吸収ピークを基準値として採用した理由は、以下の通りである。
基準値測定波数HKにおける吸収ピークは、図3に示すピークNo.11が存在する波数における吸収ピークである。図3に示すピークNo.11は、乳酸単体でも存在する。しかし、ピークNo.11は、細胞の吸収スペクトルを測定した場合に、他に大量に存在する生体分子のC−O伸縮振動による吸収が重畳する。そのため、ピークNo.11では、正常な細胞と異常な細胞との識別が困難となる。
出願人は、基準値測定波数HKにおける吸収ピークについて、図3に示すピークNo.11を乳酸量の多いか少ないかの基準として用いることで、正常な細胞と異常な細胞とを識別することが可能であることを見い出した。よって、第3判定部64及び第4判定部65の判定において、乳酸のpH値を変化させた場合において変動が少ないピークNo.11が存在する波数(基準値測定波数HK)における吸収ピークの乳酸濃度値を、基準値として採用している。

0052

次に、代謝産物分析装置1の動作について、図6のフローチャートを用いて説明する。図6は、細胞の代謝産物の性状を判定するためのフローチャートである。

0053

まず、図6に示すステップS1において、第2判定部63は、陽性判定工程(第2判定工程)を実行する。陽性判定工程においては、第2波数H2において、赤外吸収スペクトルの吸収ピーク波形の有無を判定する。第2波数H2は、1680〜1780cm−1の間の所定の波数である。第2判定部63は、吸収ピーク波形の判定について、例えば、第2波数H2の判定領域の吸収スペクトルの一階微分において、正から負、又は、負から正になる点がない場合は、ピーク波形が存在しないという判定を行う。また、正から負、又は、負から正になる点がある場合には、ピーク波形が存在するという判定を行う。なお、この場合には、ピーク波形がショルダー形状の場合には、ピーク波形が存在しないと判定する。

0054

第2波数H2において、赤外吸収スペクトルの吸収ピーク波形が存在すると判定された場合には、処理はステップS2に移行し、ステップS2において細胞の代謝産物を「陽性」と判定して処理は終了する。一方、第2波数H2において、赤外吸収スペクトルの吸収ピーク波形が存在しないと判定された場合には、処理はステップS3に移行する。

0055

本実施形態においては、例えば、図5に示す「(A)壊死寸前の癌細胞」について、第2波数H2(1740cm−1)において、吸収ピーク波形が存在すると判定され、ステップS2に移行し、ステップS2において細胞の代謝産物を「陽性」と判定して処理は終了する。一方、図5に示す「(B)癌細胞」、「(C)密な正常細胞」、「(D)正常細胞」について、第2波数H2(1740cm−1)において、吸収ピーク波形が存在しないと判定され、処理はステップS3に移行する。

0056

ステップS3において、濃度測定部61は、第1波数H1において、第1測定乳酸濃度値N1を測定する。第1波数H1は、1020〜1080cm−1の間の所定の波数である。濃度測定部61は、第1波数H1において、赤外分光法における吸光度を測定することで、吸光度を乳酸濃度値に換算する。

0057

ステップS4において、濃度測定部61は、基準値測定波数HKにおいて、測定基準濃度値NKを測定する。基準値測定波数HKは、1060〜1120cm−1の間の所定の波数である。濃度測定部61は、基準値測定波数HKにおいて、赤外分光法における吸光度を測定することで、吸光度を乳酸濃度値に換算する。

0058

ステップS5において、第1判定部62は、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)を実行する。第1判定部62による第1擬陽性判定工程は、癌の擬陽性を粗く(簡易的に)判定する工程である。第1判定部62は、第1波数H1において予め測定された正常な細胞の乳酸濃度値NNに対する第1測定乳酸濃度値N1の比率(N1/NN)が所定の第1比率R1以上であるか否かを判定する。所定の第1比率R1は、測定した細胞について癌が擬陽性であると判断できる下限の比率が設定される。比率(N1/NN)が第1比率R1以上の場合(YES)は、ステップS6へ移行する。比率(N1/NN)が第1比率R1未満である場合(NO)は、ステップS8へ移行する。

0059

本実施形態においては、図5に示す「(B)癌細胞」については、比率(N1b/NNb)が第1比率R1以上((N1b/NNb)≧R1)(YES)であり、処理は、ステップS6へ移行する。一方、図5に示す「(C)密な正常細胞」については、比率(N1c/NNc)が第1比率R1未満((N1c/NNc)<R1)(NO)であり、ステップS8へ移行する。「(D)正常細胞」については、比率(N1d/NNd)が第1比率R1未満((N1d/NNd)<R1)(NO)であり、ステップS8へ移行する。

0060

ステップS5において比率(N1/NN)が第1比率R1以上(YES)の場合におけるステップS6において、第3判定部64は、第2擬陽性判定(第3判定工程)を実行する。第3判定部64の第2擬陽性判定工程(第3判定工程)は、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において擬陽性であると判定された場合(ステップS5、YES)に、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)の後に、癌の擬陽性を詳細に判定する工程である。

0061

第3判定部64は、基準値測定波数HKにおいて測定された測定基準濃度値NKに対する第1測定乳酸濃度値N1の比率(N1/NK)が所定の第2比率R2以下であるか否かを判定する。所定の第2比率R2は、測定した細胞について癌が擬陽性であると判断できる上限の比率が設定される。比率(N1/NK)が第2比率R2以下の場合(YES)は、ステップS7へ移行して、ステップS7において癌の「疑陽性」を判定して処理は終了する。比率(N1/NK)が第2比率R2よりも大きい場合(NO)は、ステップS7へ移行して、ステップS7において癌の「陽性」を判定して処理は終了する。

0062

具体的には、本実施形態においては、図5に示すように、「(B)癌細胞」の場合には、例えば、基準値測定波数HKを1087cm−1として、測定基準濃度値NKbを測定した。また、例えば、第1波数H1を1045cm−1として、第1測定乳酸濃度値N1bを測定した。この場合に、測定基準濃度値NKbに対する第1測定乳酸濃度値N1bの比率(N1b/NKb)は、例えば、1.00である。ここで、第1判定部62による第1擬陽性判定工程において第1波数H1において予め測定された正常な細胞の乳酸濃度値NNに対する第1測定乳酸濃度値N1の比率(N1/NN)が所定の第1比率R1以上であると判定された後に実行される第2擬陽性判定(第3判定工程)において、第2比率R2が0.70以下の場合に癌が擬陽性であることが実験により検証されている。そのため、例えば、癌が擬陽性である場合の第2比率R2の閾値を0.70に設定しており、第2擬陽性判定(第3判定工程)においては、第3判定部64は、例えば、第3比率R3が0.70以下の場合に癌の擬陽性を判定する。制御部6のメモリには、例えば、第2比率R2の閾値として0.70が記憶されている。

0063

本実施形態においては、例えば、図5に示す「(B)癌細胞」の場合に、ステップS6において、測定基準濃度値NKbに対する第1測定乳酸濃度値N1bの比率((N1b/NKb)=1.00)は、第2比率R2(0.70)よりも大きい((N1b/NKb)>0.7(R2))(ステップS6、NO)。これにより、処理は、ステップS7へ移行して、ステップS7において癌の「擬陽性」を判定して終了する。

0064

ステップS5において比率(N1/NN)が第1比率R1未満(NO)の場合におけるステップS8において、第4判定部65は、第3擬陽性判定(第4判定工程)を実行する。第4判定部65の第3擬陽性判定工程(第4判定工程)は、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において擬陽性ではないと判定された場合(ステップS5、NO)に、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)の後に、癌の擬陽性を詳細に判定する工程である。

0065

第4判定部65は、基準値測定波数HKにおいて測定された測定基準濃度値NKに対する第1測定乳酸濃度値N1の比率(N1/NK)が第3比率R3以下であるか否かを判定する。所定の第3比率R3は、測定した細胞について癌が陰性であると判断できる上限の比率が設定される。比率(N1/NK)が第3比率R3以下の場合(YES)は、ステップS9へ移行して、ステップS9において癌の「陰性」を判定して処理は終了する。比率(N1/NK)が第3比率R3よりも大きい場合(NO)は、ステップS7へ移行して、ステップS7において癌の「擬陽性」を判定して処理は終了する。

0066

具体的には、本実施形態においては、図5に示すように、「(C)密な正常細胞」及び「(D)正常細胞」の場合には、例えば、基準値測定波数HKを1087cm−1として、測定基準濃度値NKc、NKbを測定した。また、例えば、第1波数H1を1045cm−1として、第1測定乳酸濃度値N1c、N1bを測定した。この場合に、図5に示す「(C)密な正常細胞」の場合には、測定基準濃度値NKcに対する第1測定乳酸濃度値N1cの比率(N1c/NKc)は、例えば、0.51である。また、図5に示す「(D)正常細胞」の場合には、測定基準濃度値NKdに対する第1測定乳酸濃度値N1dの比率(N1d/NKd)は、0.46である。

0067

ここで、第1判定部62による第1擬陽性判定工程において第1波数H1において予め測定された正常な細胞の乳酸濃度値NNに対する第1測定乳酸濃度値N1の比率(N1/NN)が所定の第1比率R1以上であると判定された後に実行される第3擬陽性判定(第4判定工程)において、例えば、第3比率R3が0.50以下の場合に癌が陰性であることが実験により検証されている。そのため、第3擬陽性判定(第4判定工程)においては、第4判定部65は、例えば、第3比率R3が0.50以下の場合に癌の陰性を判定する。制御部6のメモリには、例えば、第3比率R3の閾値として0.50が記憶されている。

0068

本実施形態においては、例えば、図5に示す「(C)密な細胞」の場合には、測定基準濃度値NKcに対する第1測定乳酸濃度値N1cの比率((N1c/NKc)=0.51)は、第3比率R3(0.50)よりも大きい((N1c/NKc)=0.51>0.50(R3))(ステップS8、NO)。これにより、処理は、ステップS7へ移行して、ステップS7において癌の擬陽性を判定して終了する。
また、図5に示す「(D)正常細胞」の場合には、測定基準濃度値NKcに対する第1測定乳酸濃度値N1cの比率((N1c/NKc)=0.46)は、第3比率R3(0.50)以下である((N1c/NKc)=0.46≦0.50(R3))(ステップS8、YES)。これにより、処理は、ステップS9へ移行して、ステップS9において癌の陰性を判定して終了する。

0069

本実施形態の代謝産物分析装置1によれば、例えば、以下の効果が奏される。
本実施形態の代謝産物分析装置1は、赤外光を透過可能な上窓板21及び下窓板22を有し細胞11の培養液10を収容すると共に赤外分光法における赤外光の光路長が0.5〜50μmの間の所定長さの収容部20を備える光学セル2と、光学セル2の内部に収容された細胞11に対して赤外光を照射する光源部4と、光源部4から照射され、光学セル2の内部に収容された細胞11を透過した赤外光を検出する光検出器5と、光検出器5により検出された赤外光に基づいて、培養液10中の細胞11の代謝産物の吸光度を赤外分光法における透過法により測定することで細胞11の乳酸濃度値の測定を行う濃度測定部61と、測定波数が1020〜1080cm−1の間の所定の第1波数H1において測定された第1測定乳酸濃度値N1について、第1波数H1において予め測定された正常な細胞の代謝産物濃度値NNに対する第1測定乳酸濃度値N1の比率(NN/N1)が所定の第1比率R1以上の場合に、測定した細胞について癌が擬陽性であると判定する第1擬陽性判定工程(第1判定工程)を実行する第1判定部62と、を備える。

0070

そのため、赤外分光法の透過法を用いて、光学セル2を用いて、第1波数H1において予め測定された正常な細胞の乳酸濃度値NNに対する第1測定乳酸濃度値N1の比率(NN/N1)を第1比率R1以上であると判定するだけで、癌が擬陽性であることを判定することができる。これにより、細胞について癌が擬陽性であることを、容易に判定できる。その結果、癌化の初期段階や癌とは言えない炎症状態の段階においても、容易に、癌の擬陽性を判定できる。

0071

また、本実施形態の代謝産物分析装置1においては、赤外光を透過可能な上窓板21及び下窓板22を有すると共に赤外分光法における赤外光の光路長が0.5〜50μmの間の所定長さの収容部20を備える光学セル2を用いて、培養液10中の細胞11の代謝産物の吸光度を、赤外分光法における透過法により測定を行う。そのため、赤外分光法における透過法を用いることで、赤外分光法における反射法を用いるよりも、培養液10中の細胞11の代謝産物の吸光度を、高精度で、定量的に測定することができる。

0072

また、本実施形態の代謝産物分析装置1においては、第1判定部62の第1擬陽性判定工程(第1判定工程)による判定動作の前に判定動作を実行される第2判定部63であって、第2判定部63は、測定波数が1680〜1780cm−1の間の所定の第2波数H2において測定された第2測定乳酸濃度値について、第2波数H2において赤外吸収スペクトルの所定のピーク波形が得られない場合に、第1判定部62が実行する第1擬陽性判定工程(第1判定工程)に移行し、ピーク波形が得られた場合に、測定した細胞について癌が陽性であると判定する陽性判定工程(第2判定工程)を実行する。

0073

そのため、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)による判定動作を実行する前において、第2波数H2において赤外吸収スペクトルの所定のピーク波形が得られた場合に、細胞について癌が陽性であると、容易に判定できる。よって、陽性判定工程(第2判定工程)により癌が陽性であると判定された場合には、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)を実行ないでよく、陽性判定工程(第2判定工程)により癌が陽性でないと判定された場合にのみ、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)を実行できる。これにより、全ての細胞について第1擬陽性判定工程(第1判定工程)を実行しなくてよいため、判定動作を簡素化できる。

0074

また、本実施形態の代謝産物分析装置1においては、第1判定部62の第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において癌が擬陽性であると判定された後に実行される第3判定部64であって、所定の第1波数H1において測定された第1測定乳酸濃度値N1について、測定波数が1060〜1120cm−1の間の所定の基準値測定波数HKにおいて測定された測定基準濃度値NKに対する第1測定乳酸濃度値N1の比率(N1/NK)が所定の第2比率R2以下の場合に、細胞について癌が擬陽性であると判定する第2擬陽性判定工程(第3判定工程)を実行する第3判定部64を備える。
そのため、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において癌が擬陽性であると判定された細胞について、更に詳細に判定することで、精度よく詳細に、細胞について癌が擬陽性であるか陽性であるかについて容易に判定できる。

0075

また、本実施形態の代謝産物分析装置1においては、第1判定部62の第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において癌が擬陽性ではないと判定された後に実行される第4判定部65であって、所定の第1波数H1において測定された第1測定乳酸濃度値N1について、測定波数が1060〜1120cm−1の間の所定の基準値測定波数HKにおいて測定された測定基準濃度値NKに対する第1測定乳酸濃度値N1の比率(N1/NK)が所定の第3比率R3以下の場合に、細胞について癌が陰性であると判定する第3擬陽性判定工程(第4判定工程)を実行する第4判定部65を備える。
そのため、第1擬陽性判定工程(第1判定工程)において癌が擬陽性ではないと判定された細胞について、更に詳細に判定することで、精度よく詳細に、細胞について癌が擬陽性であるか陰性であるかについて容易に判定できる。

0076

以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されることなく種々の形態で実施することができる。
例えば、前記実施形態においては、細胞の代謝産物の濃度を測定して判定を行ったが、これに限定されない。例えば、唾液、汗、尿、血液及び血漿などの体液の濃度を測定して判定を行ってもよい。なお、体液の濃度の測定は、体液のそれ自体の濃度を測定してもよいし、体液を薄めた状態の体液を含む水溶液の濃度を測定してもよい。

0077

また、前記実施形態においては、本発明の判定に利用する細胞の代謝産物を乳酸としたが、これに限定されない。本発明の判定に利用する細胞の代謝産物は、乳酸以外の物質でもよい。細胞の代謝産物としては、例えば、ピルビン酸アデノシン3リン酸、アデノシン2リン酸などが挙げられる。

0078

前記実施形態においては、癌の陽性、擬陽性、陰性を判定したが、癌化の判定を行うものに限定されない。細胞の代謝産物や体液の性状の判定を行うものであればよい。

0079

前記実施形態においては、代謝産物分析装置において、第1判定部62でピーク波形の判定を行い、第2判定部63〜第4判定部65で代謝産物濃度値の比率に基づいて判定を行うように構成したが、これに限定されない。代謝産物分析装置において第1判定部62〜第4判定部65で判定動作を行う判定に代えて、人が判定を行ってもよい。

0080

前記実施形態においては、第3判定部64及び第4判定部65の判定に使用される基準濃度値について、基準値測定波数HKにおいて測定された測定基準濃度値NKを基準として、第2比率R2又は第3比率R3を算出して、判定を行っているが、これに限定されない。例えば、第3判定部64及び第4判定部65の判定に使用される基準濃度値について、1660cm−1付近に存在するAmideIの吸収ピークや、1550cm−1付近に存在するAmideIIの吸収ピークなどに基づいた値を用いることもできる。

0081

前記実施形態においては、第1波数を1020〜1080cm−1の間の所定の波数としたが、これに限定されない。第1波数は、伸縮振動に帰属する波数であればよい。赤外分光法で測定する中赤外領域において、伸縮振動によるスペクトルの強度は、変角振動によるスペクトルの強度よりも強い。そのため、伸縮振動に帰属する波数において吸光度を測定することは本発明において重要である。

0082

前記実施形態においては、光学セル2の収容部20に、細胞11の培養液10及び細胞11を収容して、培養液10中の細胞11の代謝産物の吸光度を測定したが、これに限定されない。光学セル2の収容部20に、細胞11を取り出した状態の培養液10のみを収容して、培養液10中の細胞11の代謝産物の吸光度を測定してもよい。

0083

前記実施形態においては、培養液10中の生きた細胞11の代謝産物濃度値を測定したが、これに限定されない。培養液以外の細胞の水溶液の代謝産物濃度値を測定してもよい。培養液以外の細胞の水溶液としては、例えば、培養行為を行うことができない死んだ細胞が浸された水溶液などを挙げることができる。また、例えば、細胞を浸す前の培養液にはなってない栄養液や、代謝産物分析装置の校正時に使用する生理食塩水などの分析対象液の代謝産物濃度値を測定してもよい。代謝産物分析装置の校正時には、生理食塩水における代謝物濃度値がゼロであることを測定して、第1比率がゼロであることで、代謝産物分析装置の校正を行うことができる。

0084

1代謝産物分析装置
2光学セル(セル)
4光源
5光検出器(光検出部)
10培養液(水溶液、分析対象液)
11細胞
20 収容部
21上窓板(窓部)
22下窓板(窓部)
61濃度測定部
62 第1判定部
63 第2判定部
64 第3判定部
65 第4判定部
H1 第1波数
HK基準値測定波数
L光路長
N1 第1測定乳酸濃度値(第1測定代謝産物濃度値)
NN正常な細胞の乳酸濃度値(正常な細胞の代謝産物濃度値)
NK測定基準濃度値
R1 第1比率
R2 第2比率
R3 第3被率

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