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JP7356891B2 - Particle analyzer and particle analysis method - Google Patents

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JP7356891B2
JP7356891B2 JP2019228601A JP2019228601A JP7356891B2 JP 7356891 B2 JP7356891 B2 JP 7356891B2 JP 2019228601 A JP2019228601 A JP 2019228601A JP 2019228601 A JP2019228601 A JP 2019228601A JP 7356891 B2 JP7356891 B2 JP 7356891B2
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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Description

本発明は、粒子を分析する粒子分析装置及び粒子分析方法に関するものである。 The present invention relates to a particle analysis device and a particle analysis method for analyzing particles.

例えばがん細胞等の異常な細胞から分泌されるエクソソームは、他の正常な細胞に働きかけてがん化させるなどの機能を有していると考えられている。また、エクソソームは、異常な細胞の特徴を反映していると考えられており、その内部には、異常な細胞に由来する核酸(マイクロRNA、メッセンジャーRNA、DNAなど)やタンパク質等を含んでいる。 For example, exosomes secreted from abnormal cells such as cancer cells are thought to have the ability to act on other normal cells and cause them to become cancerous. In addition, exosomes are thought to reflect the characteristics of abnormal cells, and they contain nucleic acids (microRNA, messenger RNA, DNA, etc.) and proteins derived from abnormal cells. .

そして、特許文献1に示すように、このエクソソームの内部に存在するマイクロRNAを分析することによって、異常な細胞の有無、つまり、病気の診断を行う診断装置が考えられている。 As shown in Patent Document 1, a diagnostic device is being considered that diagnoses the presence or absence of abnormal cells, that is, a disease, by analyzing microRNA present inside these exosomes.

特開2018-191636号公報JP2018-191636A

一方で、本願発明者は、エクソソームの内部に含まれる核酸やタンパク質等ではなく、エクソソームの表面に存在するテトラスパニン(CD63、CD81、CD9等)、膜貫通タンパク質(CD13等)、膜輸送・結合タンパク質(Annexin等)、細胞接着分子(MFG-E8等)、糖鎖又は脂質ラフト(コレステロール等)といった表面分子に着目して、エクソソーム自体をバイオマーカとして、異常な細胞の有無を検出することを考えている。 On the other hand, the inventor of the present application has discovered that tetraspanins (CD63, CD81, CD9, etc.), transmembrane proteins (CD13, etc.), membrane transport/binding proteins, etc., present on the surface of exosomes, rather than nucleic acids and proteins contained inside exosomes. We are considering detecting the presence or absence of abnormal cells using exosomes themselves as biomarkers, focusing on surface molecules such as (annexin, etc.), cell adhesion molecules (MFG-E8, etc.), sugar chains, or lipid rafts (cholesterol, etc.). ing.

ここで、エクソソームの表面分子は、当該エクソソームが分泌された異常な細胞によって異なることから、診断したい病気に応じて表面分子の状態を検査する必要がある。ところが、エクソソームの表面分子には、特定の異常な細胞にのみ現れるものもあれば、複数の異常な細胞に共通のものもあると考えられる。そうすると、エクソソームの1つの表面分子のみを検査するものでは、当該表面分子に特徴付けられる異常な細胞の有無を検出できるとは限らず、また、別の異常な細胞の有無を誤検出してしまう恐れがある。 Here, since the surface molecules of exosomes differ depending on the abnormal cell in which the exosomes are secreted, it is necessary to examine the state of the surface molecules depending on the disease to be diagnosed. However, some exosome surface molecules appear only in specific abnormal cells, while others are thought to be common to multiple abnormal cells. Therefore, testing only one surface molecule of exosomes may not necessarily be able to detect the presence or absence of abnormal cells characterized by that surface molecule, and may falsely detect the presence or absence of other abnormal cells. There is a fear.

そこで、本発明は、複数の異常な細胞に由来するエクソソーム等の粒子を効率良く分析できるようにすることをその主たる課題とするものである。 Therefore, the main objective of the present invention is to enable efficient analysis of particles such as exosomes derived from a plurality of abnormal cells.

すなわち、本発明に係る粒子分析装置は、粒子に存在する互いに異なる複数の表面分子に互いに異なる複数の蛍光マーカを修飾したサンプルに対して、前記複数の蛍光マーカそれぞれに対応した励起波長の光を照射する光照射部と、前記複数の蛍光マーカそれぞれの発光を検出する光検出部と、前記光検出部により得られた検出信号を用いて前記各蛍光マーカが修飾された粒子を分析する分析部とを備え、前記光検出部は、前記検出信号として動画像データを出力するものであり、前記分析部は、前記動画像データを用いて、各蛍光マーカが修飾された粒子のブラウン運動を追跡し、その拡散速度から前記各蛍光マーカが修飾された粒子の粒子径分布を算出することを特徴とする。 That is, the particle analyzer according to the present invention applies light having an excitation wavelength corresponding to each of the plurality of fluorescent markers to a sample in which a plurality of different surface molecules present on particles are modified with a plurality of different fluorescent markers. a light irradiation unit that irradiates light, a light detection unit that detects light emission from each of the plurality of fluorescent markers, and an analysis unit that analyzes particles modified with each of the fluorescent markers using a detection signal obtained by the light detection unit. The photodetection unit outputs moving image data as the detection signal, and the analysis unit tracks Brownian motion of particles modified with each fluorescent marker using the moving image data. The present invention is characterized in that the particle size distribution of the particles modified with each of the fluorescent markers is calculated from the diffusion rate.

この粒子分析装置であれば、粒子の表面分子に複数の蛍光マーカを修飾したサンプルに対して、複数の蛍光マーカそれぞれに対応した励起波長の光を照射するので、各蛍光マーカが修飾された粒子をそれぞれ別個に分析することができる。例えば粒子がエクソソームの場合には、各エクソソームを分泌した異常な細胞を解析することができ、その解析結果から病気を診断することができる。例えば、特定の異常な細胞にのみ現れる表面分子に蛍光マーカをつければ、その特定の異常な細胞の有無を検出できる。また、複数の異常な細胞に共通で現れる表面分子に蛍光マーカをつければ、複数の蛍光マーカそれぞれの検出結果の組み合わせにより、特定の異常な細胞の有無を検出できるようになる。特に本発明では、粒子トラッキング解析法(particle tracking analysis;PTA又はnano tracking analysis;NTA)を用いたものであり、分析部は、動画像データを用いて、各蛍光マーカが修飾されたエクソソームのブラウン運動を追跡し、その拡散速度から前記各蛍光マーカが修飾されたエクソソームの粒子径分布を算出するので、各蛍光マーカが修飾されたエクソソームについて個別に粒子径分布を測定することができるので、各エクソソームを分泌した異常な細胞を解析しやすくできる。 With this particle analyzer, a sample whose particle surface molecules are modified with multiple fluorescent markers is irradiated with light of an excitation wavelength corresponding to each of the multiple fluorescent markers, so that particles modified with each fluorescent marker can be can be analyzed separately. For example, if the particles are exosomes, the abnormal cells that secreted each exosome can be analyzed, and diseases can be diagnosed from the analysis results. For example, if a fluorescent marker is attached to a surface molecule that appears only on a specific abnormal cell, the presence or absence of that specific abnormal cell can be detected. Furthermore, if a fluorescent marker is attached to a surface molecule that commonly appears on a plurality of abnormal cells, the presence or absence of a specific abnormal cell can be detected by combining the detection results of the plurality of fluorescent markers. In particular, the present invention uses particle tracking analysis (PTA or nano tracking analysis; NTA), and the analysis section uses moving image data to determine the brown color of exosomes modified with each fluorescent marker. Since the movement is tracked and the particle size distribution of the exosomes modified with each fluorescent marker is calculated from the diffusion rate, the particle size distribution of each exosome modified with each fluorescent marker can be measured individually. This makes it easier to analyze abnormal cells that secrete exosomes.

ここで、前記複数の蛍光マーカが、前記エクソソームにおけるガン由来の表面分子に修飾されているものであれば、ガンの診断やモニタリングに用いることができる。その他、蛍光マーカとしてガン以外の疾患マーカや未病診断マーカなどを用いることにより、ガン以外の疾患の診断やモニタリング、或いは、未病診断を行うことができる。 Here, if the plurality of fluorescent markers are modified with cancer-derived surface molecules in the exosome, they can be used for diagnosis and monitoring of cancer. In addition, by using a marker for a disease other than cancer or a marker for diagnosing a disease other than cancer as a fluorescent marker, diagnosis or monitoring of a disease other than cancer, or diagnosis for a disease other than cancer can be performed.

各蛍光マーカが修飾された粒子を精度良く分析するためには、前記光照射部は、各蛍光マーカに対応する励起波長の光を順番に照射するものであることが望ましい。 In order to accurately analyze particles modified with each fluorescent marker, it is desirable that the light irradiation unit sequentially irradiates light with an excitation wavelength corresponding to each fluorescent marker.

前記光検出部は、前記励起波長の光を遮断するフィルタを有することが望ましい。
この構成であれば、前記励起波長の光の散乱光を除去することができるので、各蛍光マーカが修飾された粒子を精度良く分析することができる。
Preferably, the photodetector includes a filter that blocks light at the excitation wavelength.
With this configuration, scattered light of the excitation wavelength can be removed, so particles modified with each fluorescent marker can be analyzed with high accuracy.

また、本発明に係る粒子分析方法は、粒子に存在する互いに異なる複数の表面分子に、互いに異なる複数の蛍光マーカを修飾する修飾工程と、前記修飾工程により得られたサンプルに対して、前記複数の蛍光マーカそれぞれに対応した励起波長の光を照射して、前記複数の蛍光マーカそれぞれの発光を検出して動画像データを取得し、前記動画像データを用いて、各蛍光マーカが修飾された粒子のブラウン運動を追跡し、その拡散速度から前記各蛍光マーカが修飾された粒子の粒子径分布を算出する分析工程とを備えることを特徴とする。 Furthermore, the particle analysis method according to the present invention includes a modification step of modifying a plurality of mutually different surface molecules present on the particle with a plurality of mutually different fluorescent markers, and a modification step of modifying the plurality of surface molecules present on the particle with a plurality of different fluorescent markers. irradiating light with an excitation wavelength corresponding to each of the fluorescent markers, detecting the light emission of each of the plurality of fluorescent markers to obtain moving image data, and using the moving image data, each fluorescent marker is modified. The present invention is characterized by comprising an analysis step of tracking the Brownian motion of the particles and calculating the particle size distribution of the particles modified with each of the fluorescent markers from the diffusion rate thereof.

前記粒子としてエクソソームを含む生体試料中の夾雑物を除去してサンプルを生成するためには、生体試料を遠心分離する分離工程と、前記修飾工程は、前記分離工程により得られた上清に対して前記複数の蛍光マーカを添加することより行われることが望ましい。 In order to generate a sample by removing impurities in a biological sample containing exosomes as the particles, a separation step of centrifuging the biological sample and a modification step are performed on the supernatant obtained by the separation step. It is desirable that this be done by adding the plurality of fluorescent markers.

分離工程によりエクソソーム等の粒子が分離されているか否かを判断して粒子の分析を効率良く行うためには、粒子分析方法は、前記分離工程により得られた上清に対して粒径分布測定を行い、前記上清が所定の粒子径の粒子を含むか否かを判断する判断工程を更に備えることが望ましい。 In order to determine whether particles such as exosomes have been separated by the separation process and to efficiently analyze the particles, the particle analysis method requires particle size distribution measurement on the supernatant obtained from the separation process. It is desirable to further include a determination step of determining whether the supernatant contains particles of a predetermined particle size.

エクソソームの分離回収率を向上させるためには、前記分離工程は、前記生体試料を遠心分離する第1分離工程と、前記第1分離工程により得られた上清を前記第1分離工程よりも高回転で遠心分離する第2分離工程とを含むことが望ましい。 In order to improve the separation and recovery rate of exosomes, the separation step includes a first separation step of centrifuging the biological sample, and a supernatant obtained in the first separation step at a higher concentration than the first separation step. It is desirable to include a second separation step of rotating and centrifuging.

以上に述べた本発明によれば、複数の異常な細胞に由来するエクソソーム等の粒子を効率良く分析できるようになる。 According to the present invention described above, particles such as exosomes derived from a plurality of abnormal cells can be efficiently analyzed.

本発明の一実施形態に係るエクソソーム分析装置の全体模式図である。1 is an overall schematic diagram of an exosome analysis device according to an embodiment of the present invention. 同実施形態の各蛍光マーカが修飾されたエクソソームの粒径分布を示す模式図である。It is a schematic diagram showing the particle size distribution of exosomes modified with each fluorescent marker of the same embodiment. 同実施形態のエクソソーム分析方法の手順を示す図である。It is a figure showing the procedure of the exosome analysis method of the same embodiment. 血液中の粒子・細胞の大きさの関係及び各表面分子に修飾した蛍光マーカを示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the relationship between the sizes of particles and cells in blood and fluorescent markers modified on each surface molecule.

以下、本発明の一実施形態に係る粒子分析装置の一態様であるエクソソーム分析装置100について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an exosome analyzer 100, which is one aspect of a particle analyzer according to an embodiment of the present invention, will be described with reference to the drawings.

本実施形態のエクソソーム分析装置100は、例えば血液や尿等の体液試料に含まれるエクソソームを分析するものであり、エクソソームに存在する互いに異なる複数の表面分子に互いに異なる複数の蛍光マーカを修飾したサンプルに光を照射し、複数の蛍光マーカそれぞれの発光を検出して、エクソソームを分析するものである。 The exosome analyzer 100 of this embodiment analyzes exosomes contained in body fluid samples such as blood and urine, and uses a sample in which a plurality of different surface molecules present in the exosomes are modified with a plurality of different fluorescent markers. Exosomes are analyzed by irradiating them with light and detecting the light emitted by each of multiple fluorescent markers.

ここで、エクソソームに存在する表面分子は、テトラスパニン(CD63、CD81、CD9等)、膜貫通タンパク質(CD13等)、膜輸送・結合タンパク質(Annexin等)、細胞接着分子(MFG-E8等)、糖鎖又は脂質ラフト(コレステロール等)などである。また、蛍光マーカは、エクソソームの表面分子において例えばガン由来のものに結合するものであり、抗体によってエクソソームの表面分子に蛍光標識を修飾するものである。 Here, the surface molecules present in exosomes include tetraspanins (CD63, CD81, CD9, etc.), transmembrane proteins (CD13, etc.), membrane transport/binding proteins (Annexin, etc.), cell adhesion molecules (MFG-E8, etc.), and sugars. chains or lipid rafts (such as cholesterol). Furthermore, the fluorescent marker is one that binds to, for example, cancer-derived molecules on the surface of exosomes, and the surface molecules of exosomes are modified with fluorescent labels using antibodies.

具体的にエクソソーム分析装置100は、図1に示すように、複数の蛍光マーカそれぞれに対応した励起波長の光を照射する光照射部2と、複数の蛍光マーカそれぞれの発光を検出する光検出部3と、光検出部3により得られた検出信号を用いて各蛍光マーカが修飾されたエクソソームを分析する分析部4とを備える。 Specifically, as shown in FIG. 1, the exosome analyzer 100 includes a light irradiation unit 2 that irradiates light with an excitation wavelength corresponding to each of a plurality of fluorescent markers, and a light detection unit that detects light emission from each of the plurality of fluorescent markers. 3, and an analysis section 4 that analyzes exosomes modified with each fluorescent marker using the detection signal obtained by the photodetection section 3.

また、エクソソーム分析装置100は、前記サンプルが収容されたバッチ測定用のキュベットセル5が着脱可能に設置されるセル設置部(不図示)が設けられている。光照射部2及び光検出部3は、図1では、光照射部2の光照射方向と光検出部3の光検出方向とが互いに直交して設けられているが、これに限られない。 Further, the exosome analyzer 100 is provided with a cell installation section (not shown) in which a cuvette cell 5 for batch measurement containing the sample is removably installed. In FIG. 1, the light irradiation section 2 and the light detection section 3 are provided such that the light irradiation direction of the light irradiation section 2 and the light detection direction of the light detection section 3 are orthogonal to each other, but the present invention is not limited to this.

光照射部2は、複数の蛍光マーカそれぞれに対応した励起波長の光を照射する複数の光源21、22、23を有している。光源21、22、23は、例えばレーザ光源である。本実施形態は、3つの蛍光マーカを用いていることから、3つの光源21、22、23を有している。なお、1つの光源において、3つの励起波長を含む光を照射するものであっても良い。また、光源の数は3つ以上有していても良い。 The light irradiation unit 2 includes a plurality of light sources 21, 22, and 23 that irradiate light with excitation wavelengths corresponding to each of the plurality of fluorescent markers. The light sources 21, 22, and 23 are, for example, laser light sources. Since this embodiment uses three fluorescent markers, it has three light sources 21, 22, and 23. Note that one light source may irradiate light including three excitation wavelengths. Further, the number of light sources may be three or more.

第1の光源21は、第1の蛍光マーカの励起波長λの光を照射するものであり、第2の光源22は、第2の蛍光マーカの励起波長λの光を照射するものであり、第3の光源23は、第3の蛍光マーカの励起波長λの光を照射するものである。ここで、励起波長λ、λ、λは、3つの蛍光マーカが発光して生じる蛍光波長λ’、λ’、λ’とは異なる。また、これら各光源21、22、23から射出された光は、反射ミラ241、242、ハーフミラ243、244、集光レンズ245等の照射光学系24を介して、キュベットセル5に導光される。 The first light source 21 emits light with an excitation wavelength λ 1 of the first fluorescent marker, and the second light source 22 emits light with an excitation wavelength λ 2 of the second fluorescent marker. The third light source 23 emits light having an excitation wavelength λ 3 of the third fluorescent marker. Here, the excitation wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 are different from the fluorescence wavelengths λ 1 ′, λ 2 ′, and λ 3 ′ generated by the three fluorescent markers emitting light. Further, the light emitted from each of these light sources 21, 22, 23 is guided to the cuvette cell 5 via the irradiation optical system 24, which includes reflective mirrors 241, 242, half mirrors 243, 244, condensing lens 245, etc. .

これら光源21、22、23は、図示しない制御部によって、各蛍光マーカに対応する励起波長λ、λ、λの光を順番に照射するように制御される。なお、これら光源21、22、23は、同時に光を照射するように制御することもできる。 These light sources 21, 22, and 23 are controlled by a control unit (not shown) so as to sequentially irradiate light having excitation wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 corresponding to each fluorescent marker. Note that these light sources 21, 22, and 23 can also be controlled so that they emit light at the same time.

光検出部3は、前記キュベットセル5から出る複数の蛍光マーカそれぞれの発光を検出するものであり、本実施形態では、例えばCCDカメラ等の撮像カメラ31であり、検出信号として動画像データを出力する。また、光検出部3は、励起波長λ、λ、λの光を遮断して、蛍光波長λ’、λ’、λ’の光を透過するフィルタ33を有する。このフィルタ33により、各蛍光マーカの発光を選択的に検出できるように構成してある。 The light detection unit 3 detects the light emitted from each of the plurality of fluorescent markers emitted from the cuvette cell 5, and in this embodiment, is an imaging camera 31 such as a CCD camera, and outputs moving image data as a detection signal. do. Further, the photodetector 3 includes a filter 33 that blocks light with excitation wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 and transmits light with fluorescence wavelengths λ 1 ′, λ 2 ′, and λ 3 ′ . This filter 33 is configured to selectively detect the light emitted from each fluorescent marker.

分析部4は、動画像データを用いて、各蛍光マーカが修飾されたエクソソームのブラウン運動を追跡し、その拡散速度からストークス-アインシュタイン(Stokes-Einstein)の式に基づいてエクソソームの粒子径及び個数を算出する。そして、分析部4は、その算出結果から、各蛍光マーカが修飾されたエクソソームの粒子径分布を算出する(図2参照)。分析部4は、例えば、第1の蛍光マーカからの発光を撮像した動画像データを用いて、第1の蛍光マーカが修飾されたエクソソームの拡散速度を求め、その拡散速度から、当該エクソソームの粒子径分布を算出する。その他の蛍光マーカについても同様である。 The analysis unit 4 tracks the Brownian motion of exosomes modified with each fluorescent marker using video image data, and determines the particle size and number of exosomes based on the Stokes-Einstein formula from the diffusion rate. Calculate. Then, the analysis unit 4 calculates the particle size distribution of exosomes modified with each fluorescent marker from the calculation results (see FIG. 2). For example, the analysis unit 4 calculates the diffusion rate of the exosome modified with the first fluorescent marker using the moving image data obtained by imaging the light emission from the first fluorescent marker, and determines the particle size of the exosome from the diffusion rate. Calculate the diameter distribution. The same applies to other fluorescent markers.

次に、本実施形態のエクソソーム分析方法について図3を参照して説明する。 Next, the exosome analysis method of this embodiment will be explained with reference to FIG. 3.

(S1)分離工程
まず、血液や尿などの体液である生体試料を遠心分離して、エクソソームを分離する。具体的には、生体試料を遠心分離する第1分離工程(S1-1)と、当該第1分離工程により得られた上清を第1分離工程よりも高回転で遠心分離する第2分離工程(S1-2)とを行う。なお、第2分離工程は、超遠心分離を行うものであっても良い。また、分離工程はカラム、フィルタ、マイクロ流路を使用した方法であっても良い。
(S1) Separation step First, a biological sample, which is a body fluid such as blood or urine, is centrifuged to separate exosomes. Specifically, a first separation step (S1-1) in which a biological sample is centrifuged, and a second separation step in which the supernatant obtained in the first separation step is centrifuged at a higher rotation speed than in the first separation step. (S1-2). Note that the second separation step may involve ultracentrifugation. Further, the separation step may be performed using a column, a filter, or a microchannel.

(S2)判断工程
上記の分離工程(第2分離工程)により得られた上清に対して粒径分布測定を行い、上清が所定の粒子径の粒子を含むか否かを判断する。ここで、粒径分布測定に用いる装置は、上述したナノトラッキング法を用いたものであってもよいし、レーザ回折/散乱式のものや動的光散乱式のものであってもよい。
(S2) Determination step Particle size distribution measurement is performed on the supernatant obtained in the above separation step (second separation step), and it is determined whether the supernatant contains particles with a predetermined particle size. Here, the device used for particle size distribution measurement may be one using the nanotracking method described above, or may be of a laser diffraction/scattering type or a dynamic light scattering type.

この判断工程により、所定の粒子径の粒子が含まれている場合には、次の検出工程に移る。一方、所定の粒子径の粒子が含まれていない場合には、当該上清をもう一度、第2分離工程にかけるか、廃棄する。 As a result of this judgment step, if particles with a predetermined particle diameter are included, the process moves to the next detection step. On the other hand, if particles with a predetermined particle size are not included, the supernatant is either subjected to the second separation step again or discarded.

(S3)修飾工程
分離工程により得られた上清に対して複数の蛍光マーカを添加する。ここで、複数の蛍光マーカは、エクソソームにおけるガン由来の表面分子に結合するものである。これにより、エクソソームに存在する互いに異なる複数の表面分子に、互いに異なる複数の蛍光マーカが修飾される。
(S3) Modification step A plurality of fluorescent markers are added to the supernatant obtained in the separation step. Here, the plurality of fluorescent markers bind to cancer-derived surface molecules in the exosome. As a result, a plurality of different surface molecules present on the exosome are modified with a plurality of different fluorescent markers.

(S4)分析工程
修飾工程により得られたサンプルをキュベットセル5に収容し、当該キュベットセル5をエクソソーム分析装置100のセル設置部に設置する。その後、エクソソーム分析装置100において、キュベットセル5に複数の蛍光マーカそれぞれに対応した励起波長の光を照射して、複数の蛍光マーカそれぞれの発光を検出する。これにより、分析部4が、光検出部3により得られた検出信号(動画像データ)に基づいて、各蛍光マーカが修飾されたエクソソームの粒子径分布を算出する。算出された各エクソソームの粒子径分布(図2参照)は、エクソソーム分析装置100のディスプレイ等に表示される。
(S4) Analysis step The sample obtained in the modification step is accommodated in the cuvette cell 5, and the cuvette cell 5 is installed in the cell installation section of the exosome analyzer 100. Thereafter, in the exosome analyzer 100, the cuvette cell 5 is irradiated with light having an excitation wavelength corresponding to each of the plurality of fluorescent markers, and the luminescence of each of the plurality of fluorescent markers is detected. Thereby, the analysis unit 4 calculates the particle size distribution of the exosomes modified with each fluorescent marker based on the detection signal (moving image data) obtained by the photodetection unit 3. The calculated particle size distribution of each exosome (see FIG. 2) is displayed on the display of the exosome analyzer 100 or the like.

なお、遠心分離によってある程度エクソソームを分離することができるが、同じ物性を持つ粒子(例えば、ウイルスや破壊された細胞片等)も上清(分離層)に含まれてしまう(図4参照)。しかし、本実施形態では特定のエクソソームの表面分子に対する抗体に蛍光マーカをつけているので、特定のエクソソームだけを、抗原抗体反応、受容体結合により特異的に検出することができる。 Although exosomes can be separated to some extent by centrifugation, particles with the same physical properties (e.g., viruses, destroyed cell debris, etc.) are also included in the supernatant (separation layer) (see Figure 4). However, in this embodiment, since a fluorescent marker is attached to an antibody against a surface molecule of a specific exosome, only a specific exosome can be specifically detected by antigen-antibody reaction and receptor binding.

<本実施形態の効果>
このように構成した本実施形態のエクソソーム分析装置100によれば、エクソソームの表面分子に複数の蛍光マーカを修飾したサンプルに対して、複数の蛍光マーカそれぞれに対応した励起波長の光を照射するので、各蛍光マーカが修飾されたエクソソームをそれぞれ別個に分析することができる。したがって、各エクソソームを分泌した異常な細胞を解析することができ、その解析結果から病気を診断することができる。例えば、特定の異常な細胞にのみ現れる表面分子に蛍光マーカをつければ、その特定の異常な細胞の有無を検出できる。また、複数の異常な細胞に共通で現れる表面分子に蛍光マーカをつければ、複数の蛍光マーカそれぞれの検出結果の組み合わせにより、特定の異常な細胞の有無を検出できるようになる。
<Effects of this embodiment>
According to the exosome analyzer 100 of this embodiment configured in this way, a sample in which surface molecules of exosomes are modified with a plurality of fluorescent markers is irradiated with light having an excitation wavelength corresponding to each of the plurality of fluorescent markers. , each fluorescent marker-modified exosome can be analyzed separately. Therefore, abnormal cells that secrete each exosome can be analyzed, and diseases can be diagnosed from the analysis results. For example, if a fluorescent marker is attached to a surface molecule that appears only on a specific abnormal cell, the presence or absence of that specific abnormal cell can be detected. Furthermore, if a fluorescent marker is attached to a surface molecule that commonly appears on a plurality of abnormal cells, the presence or absence of a specific abnormal cell can be detected by combining the detection results of the plurality of fluorescent markers.

<その他の変形実施形態>
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
<Other modified embodiments>
Note that the present invention is not limited to the above embodiments.

例えば、前記実施形態のエクソソーム分析装置100は、ナノトラッキング法(NTA)を用いたものであったが、エクソソームのブラウン運動に伴う発光強度の揺らぎに基づいて粒子径分布を算出する動的散乱法を用いたものであっても良い。また、その他の光学分析方法についても適用することができる。 For example, the exosome analyzer 100 of the embodiment uses the nanotracking method (NTA), but it uses a dynamic scattering method that calculates the particle size distribution based on fluctuations in the emission intensity accompanying Brownian motion of exosomes. may be used. Moreover, other optical analysis methods can also be applied.

また、エクソソーム分析装置は、分析部4により得られた各蛍光マーカが修飾されたエクソソームの粒子径分布、粒子数、濃度等の粒子情報に基づいて、病気を診断する診断部を有するものであっても良い。この診断部は、例えば、メモリに記憶された粒子情報と病気との対応関係を示す関係データを用いて、病気を診断することができる。 In addition, the exosome analyzer has a diagnosis section that diagnoses a disease based on particle information such as particle size distribution, number of particles, and concentration of exosomes modified with each fluorescent marker obtained by the analysis section 4. It's okay. This diagnostic unit can diagnose a disease using, for example, relational data indicating a correspondence between particle information and a disease stored in the memory.

前記実施形態の光検出部3は、CCDカメラなどの撮像カメラであったが、光電子増倍管(PMT)を用いたものであっても良い。PMTを用いた場合には、CCDカメラを用いた場合に比べて感度を向上させることができ、少量の発光でも検出することができる。その結果、例えば、初期段階のがんを診断できるようになる。 Although the photodetector 3 in the embodiment described above is an imaging camera such as a CCD camera, it may also be one using a photomultiplier tube (PMT). When PMT is used, sensitivity can be improved compared to when a CCD camera is used, and even a small amount of light emission can be detected. As a result, it becomes possible to diagnose cancer in its early stages, for example.

前記実施形態では、エクソソームの分離を遠心分離により行っているが、その他、磁気ビーズ(磁性粒子)を用いてエクソソームを分離しても良い。磁気ビーズを用いたエクソソームの分離方法としては、ビオチン標識抗エクソソーム抗体を結合した磁気ビーズをエクソソームに修飾して、エクソソームを単離する。そして、単離したエクソソームから磁気ビーズを切り離すことにより、エクソソームが分離される。 In the embodiment described above, exosomes are separated by centrifugation, but magnetic beads (magnetic particles) may also be used to separate exosomes. As a method for isolating exosomes using magnetic beads, exosomes are isolated by modifying magnetic beads bound with biotin-labeled anti-exosome antibodies to exosomes. Exosomes are then separated by separating the magnetic beads from the isolated exosomes.

また、分析部4は、エクソソームの粒子径及び個数(濃度)の他に、ゼータ電位を測定する構成としても良い。この場合、複数の蛍光マーカが修飾されたエクソソーム全体の平均的なゼータ電位が測定される。また、エクソソーム分析装置100のディスプレイ等の表示装置には、エクソソームの粒子径、個数(濃度)及びゼータ電位を例えば3次元グラフ上に表示する等、一画面上に表示することが望ましい。これにより、各エクソソームを分泌した異常な細胞の解析をより正確に行うことができる。また、ゼータ電位を測定することにより、エクソソームと抗体との反応具合いを調べることができる。 Furthermore, the analysis unit 4 may be configured to measure the zeta potential in addition to the particle diameter and number (concentration) of exosomes. In this case, the average zeta potential of the entire exosome modified with multiple fluorescent markers is measured. Further, it is desirable that the particle size, number (concentration), and zeta potential of exosomes be displayed on one screen, for example, on a three-dimensional graph, on a display device such as a display of the exosome analyzer 100. This allows more accurate analysis of abnormal cells that secreted each exosome. Furthermore, by measuring the zeta potential, the degree of reaction between exosomes and antibodies can be investigated.

ここで、ゼータ電位を測定する構成としては、前記キュベットセル5にゼータ電位測定用の電極を設ける構成が考えられる。また、キュベットセル5の他に、連続測定用のフローセルを用いても良い。そして、当該フローセルにゼータ電位測定用の電極を設ける構成とする。フローセルを用いる場合には、ゼータ電位を測定する際に、サンプルのセルへの流入及び流出を停止して行い、ゼータ電位の測定終了後にサンプルを流すようにする。 Here, as a configuration for measuring the zeta potential, a configuration in which the cuvette cell 5 is provided with an electrode for measuring the zeta potential can be considered. Further, in addition to the cuvette cell 5, a flow cell for continuous measurement may be used. The flow cell is provided with an electrode for measuring zeta potential. When using a flow cell, the flow of the sample into and out of the cell is stopped when measuring the zeta potential, and the sample is allowed to flow after the measurement of the zeta potential is completed.

前記実施形態は、粒子としてエクソソームを分析する例を示しているが、本発明は、エクソソーム以外の粒子、例えば、微生物、細胞、細胞内小器官(微小小胞体、核、ゴルジ体、ミトコンドリア、葉緑体等)、アポトーシス小体、細胞外小胞体(EV)、受容体、リガンド、アンタゴニスト、アゴニスト、核酸、抗体、タンパク質、ペプチド、アミン、その他生体物質、ウイルス、無機系粒子、ポリスチレンビーズ等の有機系粒子にも適用することができる。 Although the above embodiment shows an example in which exosomes are analyzed as particles, the present invention can analyze particles other than exosomes, such as microorganisms, cells, intracellular organelles (microendoplasmic reticulum, nucleus, Golgi apparatus, mitochondria, leaflets, etc.). green bodies, etc.), apoptotic bodies, extracellular endoplasmic reticulum (EV), receptors, ligands, antagonists, agonists, nucleic acids, antibodies, proteins, peptides, amines, other biological substances, viruses, inorganic particles, polystyrene beads, etc. It can also be applied to organic particles.

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。 In addition, various modifications and combinations of the embodiments may be made as long as they do not go against the spirit of the present invention.

100・・・エクソソーム分析装置(粒子分析装置)
2 ・・・光照射部
21 ・・・第1の光源
22 ・・・第2の光源
23 ・・・第3の光源
3 ・・・光検出部
31 ・・・撮像カメラ
32 ・・・フィルタ
4 ・・・分析部
100...Exosome analyzer (particle analyzer)
2...Light irradiation unit 21...First light source 22...Second light source 23...Third light source 3...Light detection unit 31...Imaging camera 32...Filter 4 ...Analysis Department

Claims (8)

粒子を含む生体試料を遠心分離して得られた上清の粒径分布測定の結果に対して、前記上清が所定の粒子径の粒子を含むか否かを判断する判断部と、
前記判断部により所定の粒子径の粒子を含むと判断された場合に前記上清に対して複数の蛍光マーカを添加して粒子に存在する互いに異なる複数の表面分子に互いに異なる前記複数の蛍光マーカを修飾したサンプルに対して、前記複数の蛍光マーカそれぞれに対応した励起波長の光を照射する光照射部と、
前記複数の蛍光マーカそれぞれの発光を検出する光検出部と、
前記光検出部により得られた検出信号を用いて前記各蛍光マーカが修飾された粒子を分析する分析部とを備え、
前記光検出部は、前記検出信号として動画像データを出力するものであり、
前記分析部は、前記動画像データを用いて、各蛍光マーカが修飾された粒子のブラウン運動を追跡し、その拡散速度から前記各蛍光マーカが修飾された粒子の粒子径分布を算出するものであり、
前記分析部により得られた分析結果に基づいて、特定の異常な細胞の有無を検出する、粒子分析装置。
a determination unit that determines whether or not the supernatant contains particles with a predetermined particle size based on the result of particle size distribution measurement of a supernatant obtained by centrifuging a biological sample containing particles;
When the determination section determines that the particles contain particles of a predetermined particle size, a plurality of fluorescent markers are added to the supernatant, and the plurality of different fluorescent markers are added to the plurality of mutually different surface molecules present on the particles. a light irradiation unit that irradiates the modified sample with light having an excitation wavelength corresponding to each of the plurality of fluorescent markers;
a light detection unit that detects light emission from each of the plurality of fluorescent markers;
an analysis section that analyzes particles modified with each of the fluorescent markers using the detection signal obtained by the photodetection section;
The photodetector outputs moving image data as the detection signal,
The analysis section uses the moving image data to track Brownian motion of the particles modified with each fluorescent marker, and calculates the particle size distribution of the particles modified with each fluorescent marker from the diffusion rate. can be,
A particle analysis device that detects the presence or absence of specific abnormal cells based on analysis results obtained by the analysis section.
前記粒子は、エクソソームである、請求項1の記載の粒子分析装置。 The particle analysis device according to claim 1, wherein the particles are exosomes. 前記複数の蛍光マーカは、前記エクソソームにおけるガン由来の表面分子に修飾されている、請求項2記載の粒子分析装置。 The particle analysis device according to claim 2, wherein the plurality of fluorescent markers are modified with cancer-derived surface molecules in the exosome. 前記光照射部は、各蛍光マーカに対応する励起波長の光を順番に照射するものである、請求項1乃至3の何れか一項に記載の粒子分析装置。 The particle analysis device according to any one of claims 1 to 3, wherein the light irradiation unit sequentially irradiates light having an excitation wavelength corresponding to each fluorescent marker. 前記光検出部は、前記励起波長の光を遮断するフィルタを有する、請求項1乃至4の何れか一項に記載の粒子分析装置。 The particle analyzer according to any one of claims 1 to 4, wherein the photodetector includes a filter that blocks light at the excitation wavelength. 粒子を含む生体試料を遠心分離する分離工程と、
前記分離工程により得られた上清に対して粒径分布測定を行い、前記上清が所定の粒子径の粒子を含むか否かを判断する判断工程と、
前記判断工程により所定の粒子径の粒子を含むと判断された場合に前記上清に対して複数の蛍光マーカを添加して、粒子に存在する互いに異なる複数の表面分子に、互いに異なる前記複数の蛍光マーカを修飾する修飾工程と、
前記修飾工程により得られたサンプルに対して、前記複数の蛍光マーカそれぞれに対応した励起波長の光を照射して、前記複数の蛍光マーカそれぞれの発光を検出して動画像データを取得し、前記動画像データを用いて、各蛍光マーカが修飾された粒子のブラウン運動を追跡し、その拡散速度から前記各蛍光マーカが修飾された粒子の粒子径分布を算出する分析工程と、
前記分析工程により得られた分析結果に基づいて、特定の異常な細胞の有無を検出する、粒子分析方法。
a separation step of centrifuging a biological sample containing particles;
A determination step of performing particle size distribution measurement on the supernatant obtained in the separation step and determining whether or not the supernatant contains particles with a predetermined particle size;
When it is determined that the supernatant contains particles of a predetermined particle size in the determination step, a plurality of fluorescent markers are added to the supernatant, and a plurality of different surface molecules present on the particles are labeled with a plurality of different fluorescent markers. a modification step of modifying the fluorescent marker;
The sample obtained in the modification step is irradiated with light having an excitation wavelength corresponding to each of the plurality of fluorescent markers, and the luminescence of each of the plurality of fluorescent markers is detected to obtain moving image data; an analysis step of tracking the Brownian motion of particles modified with each fluorescent marker using moving image data, and calculating the particle size distribution of the particles modified with each fluorescent marker from the diffusion rate;
A particle analysis method that detects the presence or absence of specific abnormal cells based on the analysis results obtained in the analysis step.
前記分離工程は、前記粒子としてエクソソームを含む生体試料を遠心分離するものである、請求項6記載の粒子分析方法。 7. The particle analysis method according to claim 6, wherein the separation step involves centrifuging a biological sample containing exosomes as the particles. 前記分離工程は、前記生体試料を遠心分離する第1分離工程と、前記第1分離工程により得られた上清を前記第1分離工程よりも高回転で遠心分離する第2分離工程とを含む、請求項6又は7記載の粒子分析方法。 The separation step includes a first separation step of centrifuging the biological sample, and a second separation step of centrifuging the supernatant obtained in the first separation step at a higher rotation speed than the first separation step. , The particle analysis method according to claim 6 or 7.
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