水浸技術とハイコンテントイメージャー

3次元（3D）細胞アッセイは、生体内環境を忠実に模倣し、多くの2Dアッセイよりも生理学的に適切なデータを生成することが示されているため、創薬や生物製剤研究において貴重なツールとして浮上してきた。表現型スクリーニングや毒性評価への3D培養の利用が進むにつれ、アッセイ感度、分解能、スループットを最適化する必要性が高まっている。

ここでは、ImageXpress® マイクロコンフォーカルハイコンテントイメージングシステムの高性能水浸対物レンズが、スフェロイド、オルガノイド、organ-on-a-chipバイオロジーなどの複雑な3D構造の感度、解像度、スループットを向上させることで、このような高まる要求をどのように促進するかを探ります。

水浸技術とは？

ハイコンテントイメージャーにおいて、水浸技術は対物レンズ（拡大レンズ）とサンプルの間に自動的に一貫して水の層を作ります。

多くの細胞イメージングシステムは対物レンズとサンプルの間に空気を入れるように設計されています。3Dイメージングに空気対物レンズを使用すると、サンプルから発せられる蛍光イメージャーの光の大部分が対物レンズから屈折して失われます。これにより、サンプルから収集される信号が減少し、サンプルが歪んで見える。油浸対物レンズは、サンプルからの集光が多く、信号強度が増し、画像の解像度が向上するため、3D共焦点イメージングのゴールドスタンダードとなっている。しかし、油浸対物レンズにはまだ問題がある。油浸対物レンズは、自動化された方法では取り扱いが難しく、また、大きな3Dサンプルをイメージングする場合、歪みが生じる可能性がある。

スピードを犠牲にすることなく、より高い感度と解像度を実現

水浸対物レンズは大気対物レンズに比べて開口数が大きく、試料からの集光が多くなります。これにより、画像強度が最大4倍向上し、歪みが最小限に抑えられるため、サンプルの形状をより正確に表現できます。簡単に言えば、セルは水の中に存在する。対物レンズとサンプルの間に水を置くことで、細胞環境をよりよく一致させることができ、より高品質の画像を得ることができます。

水浸対物レンズはまた、ドライ対物レンズ（NAが高い）と比較して、3D画像のZスライスをより細かく撮影します。集光性が向上するため、細胞の細部まで鮮明でシャープな画像が得られます。

水浸対物レンズはサンプルから高いシグナルを収集するため、露光時間を短縮し、撮影速度を上げることができます。また、露光時間を長くして、より明るい画像を取得することもできます。

厚い3Dサンプルをより深く観察

ImageXpress®マイクロコンフォーカルシステムには、ディープティッシュコンフォーカルディスクモジュールとレーザー照明オプションが搭載されており、水浸対物レンズと組み合わせることで、より深い3Dサンプルのイメージングが可能になります。サンプルが厚ければ厚いほど、ピンホールクロストーク（周囲の光によって生じるコンタミネーション）が発生しやすくなり、ボケや画質の低下を招きます。ディープティッシュコンフォーカルディスクモジュールは、ピンホール間のクロストークを最小限に抑え、ボケを除去するように設計されているため、サンプルの奥深くまで結像させることができます。

ImageXpress®マイクロコンフォーカルシステムでの水浸のしくみ

このテクノロジーは、2つのボトル、ダイアフラムポンプ、対物レンズ用アダプターで構成されています。ポンプはソースボトルに圧力を送り、対物レンズに水を押し出します。イメージングが行われると、水は対物レンズから転がり落ち、ポンプによって作られた真空を介して引き戻される。MetaXpress®ソフトウェアは、シームレスな経験のために、必要に応じてミリ秒以内に自動的に水を補充します。

水浸対物レンズはフィールドアップグレードが可能で、既存のワークフローに最小限の変更を加えるだけで簡単に導入できます。初めてシステムの電源を入れたとき、あるいは空気対物レンズから水浸対物レンズに移行したとき、水が対物レンズ上に移動してイメージングが開始できるようになるまで、わずか数分しかかかりません。

水コントローラーシステムにはセンサーが組み込まれており、故障（水漏れなど）を検出し、システムの健全性を監視します。システムは対物レンズへの水の供給と維持を自動的に行うように設計されており、ユーザーにとってセットアップと操作がシームレスになります。また、ソフトウェアは、サンプルの種類にもよるが、通常1週間に1回必要なボトルの補充時期が来たときに、ユーザーフレンドリーなアラートを表示する。

2Dサンプルを見逃すな

ハイコンテントイメージング用の水浸対物レンズを検討する際、2Dサンプルも見逃せません。水浸対物レンズは、特に細胞骨格フィラメントなどの微細な特徴を調べる必要がある場合、2Dイメージングにも非常に役立ちます。蛍光が非常に弱いアッセイの場合、水浸を使用することでシグナルを可能な限り高めることができます。

また、2Dサンプルでは露光時間を短縮できるため、プレートをより速くイメージングできます。

ImageXpress®マイクロコンフォーカルシステムでの水浸対物レンズの使用方法の詳細については、今年のISSCRバーチャルカンファレンスでのTim BaranowskiのInnovation Showcaseプレゼンテーションもご覧ください。