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ライブセルイメージング

ライブセルイメージングとは

ライブセルイメージングとは、細胞や身体の組織を生きたまま観察する方法です。観察には蛍光顕微鏡やライブセルイメージングシステム、タイムラプス蛍光顕微鏡などが使用されます。生きたままの細胞の挙動を研究することで、身体機能のより生物学的なアプローチが可能となります。

ライブセルイメージングとは

ライブセルイメージングの導入

ライブセルイメージングは倒立顕微鏡の発明から始まり、培地下で増殖している細胞を実験器具の底面でイメージングできるようになりました。フラスコ、シャーレ、マイクロプレートは、不死化された細胞株や研究用の初代細胞を増殖させるために普及しました。

ライブセルイメージングを蛍光で

蛍光タンパク質の導入により、蛍光顕微鏡によって生きた細胞を観察するライブセルイメージングが可能になりました。それ以前は、細胞内の構造物を害を与えずに標識できる化学染色が限られていましたが、蛍光タンパク質を用いた蛍光顕微鏡法により、細胞内の構造物に害を与えずに観察できるようになり、多くの重要なタンパク質および構造を、生きた細胞内で直接追跡することができるようになりました。

蛍光ライブセルイメージング

ライブセルイメージング蛍光撮影の課題

ライブセルイメージングを蛍光で行う際の課題は、生きた細胞のタイムラプスビデオを作成するために、周期的なイメージングを実行することでした。このためには、実験器具をインキュベーターから取り出し、画像を取得するために従来の倒立顕微鏡の上に置き、インキュベーターに戻し、という作業をすべての観察時間で繰り返す必要がありました。このプロセスは細胞の破壊につながり、機械的な撹拌、温度および環境の変動を引き起こし、全く同じ視野（ＦＯＶ）に戻ることが課題でした。

ライブセルイメージング蛍光撮影の課題解決方法

倒立顕微鏡のデッキに適合する温度（およびガス）制御チャンバーを追加することがライブセルイメージングの好ましいアプローチとなりました。対物レンズを加熱し、プレキシガラスの箱をセットアップ全体の周りに構築することがよくありました。温度とガスの制御はインキュベーター内よりも困難でしたが、少なくともユーザーは顕微鏡を出し入れするために実験器具を物理的に移動させることなく、タイムラプス画像の取得を自動化することができました。結露を伴うホットスポットやコールドスポットは、これらのシステムではよくある問題です。ラボウェアの領域間のわずかな温度差は、細胞の成長と反応に劇的な影響を与えます。

 

より良い解決策は、顕微鏡全体をインキュベーター内に置くことでした。これにより、従来の顕微鏡で必要となるAC電圧がなくても安全に観察できます。励起源としてのアークランプ、色を選択するためのフィルターホイール、画像をキャプチャするためのCCDカメラは、すべて顕微鏡の要件に追加されました。

ライブセルイメージング蛍光顕微鏡-Lumascopeによるソリューション

Lumascopeはゼロからライブセルイメージング可能な蛍光顕微鏡の開発をスタートしました。Lumascopeの開発元であるエタルーマ社のチームメンバーは、CMOSセンサーがCCDカメラの数分の一のコストで、多くのCCDカメラを凌駕していることに気付きました。そしてLEDは、動作に必要なDC5Vの低電力でも十分な明るさがあり、色も揃っていました。その結果、高温多湿のインキュベーター内で一生使えるUSB駆動の倒立蛍光顕微鏡が誕生しました。オールメタル構造のため、無菌化のための拭き取りが可能で、PCから顕微鏡へのUSBケーブルは1本でポートに通したり、インキュベーターのドアのゴムパッキンに通したりすることができます。

 

蛍光顕微鏡を初めてインキュベーター内に入れた時には、顕微鏡の外側に少量の結露が発生する場合がありますが、1～2時間以内で温度が平衡化され、すべての結露が解消されます。実験器具の上や顕微鏡内の空気の流れが温度を特に安定させます。

 

最終的にライブセルイメージングは、培地の変更を行う場合を除き、インキュベーターを開くことなく、何日も何週間もの期間で実行することができるようになりました。LS720の自動化バージョンでは、XYZ軸の自動化が追加され、電源をDC24Vに抑えて安全性を確保しています。

Lumascopeライブセルイメージング蛍光顕微鏡によるソリューション

ライブセルイメージングのメリット

ライブセルイメージングの1番のメリットは、培養細胞を生きたまま観察できるという点です。また、蛍光標識されたサンプルは比較的安全に取り扱うことができ、観察に必要なコストを抑えることができるというメリットもあります。そして、使用する装置によっては光源が弱くても十分な光度が得られるため、光が与える細胞への損傷や蛍光減衰が極力抑えられるというメリットもあります。

ブタの卵母細胞の生体内での成熟期.jpg

ライブセルイメージングの撮影例

Preimplantation_white.gif
Preimplantation_nuclei.gif

マウス着床前胚発生

（LS620　対物x20（オリンパス製）で撮影）

 

東京大学農学生命科学研究科　

応用遺伝子学研究室でLS620を採用頂きました。

http://www.vm.a.u-tokyo.ac.jp/iden/ouyouiden/laboratory.htm

ライブセルイメージングの観察例

Lumascopesは、従来の高価な顕微鏡に匹敵する高解像度画像を備える、用途の広い、コンパクトなライブセルイメージング倒立型蛍光顕微鏡で、日々顕微鏡を使用する科学者によって考案、設計されました。お使いのコンピューターとUSBで接続して使用するため、画像、タイムラプス、動画を簡単に記録でき、低コストで、様々な用途に、鮮明な画像品質、高輝度 LED、簡単なフォーカスで、青色・緑色・赤色の３色蛍光イメージングが可能です。また、Lumaviewソフトウェアを使用すれば、個々の画像のキャプチャ、３色蛍光や１色蛍光、位相差などの合成画像、タイムラプスシリーズおよびタイムラプスビデオへの編集、ライブビデオなど、蛍光顕微鏡による細胞観察を容易にします。下記のページではLumascopeを使った観察例画像を紹介しています。

ライブセルイメージング装置の使用例

Lumascopeはそのコンセプトのデザインにより、インキュベーター、ドラフトチャンバー、安全キャビネット、環境制御ワークステーションなどの限られたスペースの中でもライブセルイメージングを実現でき、お使いのコンピューターとUSBで接続するだけで、静止画、タイムラプス、動画を簡単に保存できます。最新LEDの光学設計により操作性・メンテナンスを簡素化、使いやすさを実現し、幅広いラボウエアでのライブセルイメージングを可能にします。また、USBによる電源供給により、屋外での観察も可能となっております。

ライブセルイメージング装置の使用例

ライブセルイメージングのアプリケーション

Lumascopesは、シンプルな設計で優れた感度、解像度、ゼロピクセルシフトを備え、ライブセルイメージングや細胞増殖、コンフルエンス、タンパク質発現のトラッキング、定量化、​培養観察など、様々な観察用途に使用できます。

ライブセルイメージングのアプリケーション

蛍光顕微鏡 - Lumascope 商品一覧

明視野・位相差・3色蛍光
高速 XY 自動ステージ
オートフォーカス
​モデル

明視野・位相差・3色蛍光・高速XY自動ステージ・オートフォーカス​モデル-LS850

明視野・3色蛍光​
オートフォーカス
モデル
​*位相差アドオン可能

明視野・3色蛍光・オートフォーカス​モデル-LS820

明視野
3色蛍光​モデル
​*位相差アドオン可能
​*2023年終売予定

蛍光顕微鏡LS620

ライブセルイメージング - Lumascope

コンパクトデザインによりインキュベーターやワークステーション内で使用可能

Etaluma Microscope

コンパクト設計の

​蛍光ライブセルイメージング顕微鏡

　エタルマのLumascope（ルマスコープ）は、優れた感度、解像度、ゼロピクセルシフトを備えた、半導体光学の新しいコンセプトで設計された、倒立型小型蛍光顕微鏡です。

　そのコンセプトのデザインにより、インキュベーター、ドラフトチャンバーなどの限られたスペースの中で使用でき、幅広いラボウエアでのライブセルイメージングを可能にします。

A Dramatic New Concept

ライブセルイメージングをインキュベーター内で

Lumascopesは、従来の高価な顕微鏡に匹敵する高解像度画像を備える、用途の広い、コンパクトな倒立型蛍光顕微鏡で、日々顕微鏡を使用する科学者によって考案、設計されました。従来の倒立顕微鏡は非常に高価で、複雑で、不要な機能も多く搭載していましたが、 Lumascopeは、高画質、汎用性、小型化、使いやすさ、低価格を実現しました。

 

LumascopesはLED光源、Semrockフィルター、最先端の光学技術、CMOSセンサーにより、回折限界に近い解像度画像（理論上）の提供を可能にします。USBでPCと接続することにより、画像、タイムラプス、動画の取り込みが非常に簡単です。そして、非常にコンパクトなので、インキュベーター、安全キャビネット、ワークステーションなどの限られたスペースでの作業が可能で、モデルにより、外部からのリモート操作、イメージモニタリングが可能です。

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Lumascopesは、手動XYステージ、または自動ステージを備えており、汎用のマイクロプレート、フラスコ、ディッシュ、カスタムラボウェアに対応しています。 USBで画像をコンピュータに直接送信するLumaviewソフトウェアが付属しているため、オンボードでの画像保存、処理が不要になり、コンパクト化を実現しました。 Lumaviewは、数秒、数分、数時間、または数日にわたるタイムラプス観察を可能にし、ライブビデオは毎秒最大30フレームで録画が可能です。

蛍光顕微鏡によるライブセルイメージング撮影 BPAE cells

BPAE cells 

BPAE cells stained to show nuclei (blue), alpha-tubulin (green), and F-actin (red) on an LS 620; LifeTech FluoCells slide #2; 40x Olympus objective.

​多彩なアプリケーション・汎用性

ライブセルイメージングの多彩な使用用途

  • ライブセルイメージング

  • 細胞増殖、コンフルエンス

  • 細胞移動、創傷治癒

  • トランフェクション効率の決定

  • タンパク質発現のトラッキング、定量化

  • 細胞分化観察

  • 含有分析

  • 生体内調査

  • AC電源不要顕微鏡撮影

ベネフィット

LED光源とCMOSセンサーを高度な光学技術で顕微鏡に応用し、理論上最大値付近の解像度を得ています。お使いのラップトップにUSBで接続して使用し、動画やタイムラプスも取り込めます。システムを極力単純化したために、これまでの顕微鏡では考えられない丈夫な構造です。また、光源が弱くても十分な光度が得られているため、光が与える細胞への損傷や蛍光減衰が極力抑えられます。

  • レンズ着脱式（1.25~100倍対応！）

  • オリンパスレンズ使用可能（高画質）

  • 培養インキュベーター内に収まる設計

  • 回折限界付近の高解像度

  • 3色（赤、青、緑）蛍光

  • 位相差観察のオプション有

  • 自動ステージモデル有

ライブセルイメージングのベネフィット

ライブセルイメージングのデモについて

Lumascopeは無料にてデモが可能です。実際の実験環境や使用環境でお試しいただき、Lumascopeの機能や性能、使いやすさ、製品の大きさ等を事前にご確認いただけます。デモ可能な機種や貸出期間等につきましてはお問い合わせください。

ライブセルイメージング関連製品

iPS心筋細胞 収縮性・伸張性測定システム
サイトモーション（CytoMotion）

CytoMotionはIonOptix  MyoCyteシステム（単離心筋細胞収縮・Ca測定システム）や MultiCell システム（全自動システム）へアドオンして使用することができる収縮性・伸張性測定ソフトウェアです。
CyoMotion Liteパッケージでは独立したライブセルイメージングシステムとしての使用もでき、重要なパラメータのリアルタイムでの分析が可能です。

iPS心筋細胞の収縮性・伸張性測定

　ヒト人工多能性幹細胞（hiPSC）およびヒト胚性幹細胞（hESC）由来の心筋細胞は、その表現型が不定形であり、アダルト心筋細胞と比較してコントラストが低いため、収縮性の動態を把握することは特に困難ですが、IonOptixが新しく開発した CytoMotionソフトウェアにより、以下の重要なパラメータのリアルタイムでの分析を可能にします。

  • 最大収縮速度

  • 最大収縮速度までの時間

  • 収縮時間（パーセントピークまでの時間）

  • 最大弛緩速度

  • 最大弛緩速度までの時間

  • 弛緩／伸張時間（ベースラインの割合までの時間）

  • 拍動頻度とその変化（CytoSolverによる解析が必要です）

iPS心筋細胞 収縮測定システム CytoMotion 画像データ
iPS心筋細胞 収縮測定システム Cytomotion-acquisition
iPS心筋細胞 収縮測定システム CytoMotion 画像データ グラフ

　CytoMotionは下記のパッケージ（CyoMotion Lite）で独立したシステムとして使用でき、IonOptix  MyoCyteシステム（単離心筋細胞収縮・Ca測定システム） や MultiCell システム（全自動システム）へアドオンして使用することもできます。その場合は、CytoMotionソフトウエアだけの追加で、ご使用頂けます。

  • IonWizard／基本ソフトウエア

  • CytoMotion／サイトモーション・ソフトウエア

  • CytoCam／サイトモーション用カメラ

  • CytoSolver／バッチ解析用ソフト（1年間ライセンス契約）※オプション

iPS心筋細胞の収縮性・伸張性測定システムの特徴

  • 高速データ収集（1000Hz、一般的なサンプリングレートは200-250Hz)

  • リアルタイムのデータ収集

  • 高い空間分解能（2.4メガピクセルカメラセンサー）

  • 統合されたターンキーシステム

  • 収縮性の直接測定

  • ラベル不要の運動検出

  • MultiCellでの自動リファレンスフレーム取得

  • シンプルでユーザーフレンドリーなソフトウェア

iPS心筋細胞の収縮性・伸張性測定システムのメリット

  1. 精度：高い時間・空間分解能とシンプルで堅牢なアルゴリズムにより、ルシトロピーを含む動力学的変化と不整脈原性の特性をよりよく把握することができます。

  2. 簡便性：必要なコンポーネントがすべて揃ったシステムでコントラスト検出が簡単に使用できるため、すべての実験からより多くの成果を得ることができます。

  3. 信頼性：ラベルフリー測定は人工的な要因の少なさを意味し、すべてのシステムは知識豊富な科学者チームによってサポートされています。

論文一覧

※ MyoCyteシステムによる

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