執行自動高內涵細胞成像的系統技術方案

一種生色團標記的樣本的自動成像系統和方法，對生物樣本成像并使用生色團以對成像的樣本進行分析。在高內涵成像系統中，生色團分析可以獨立或者與熒光分析結合完成。為了執行生色團分析，生物樣本可用不同的生色團進行標記，并使用透射光進行成像，透射光被生色團至少部分吸收。另外，為了執行熒光分析，樣本也可用熒光進行標記，熒光是由激發光激發的。利用高內涵成像系統，可分開執行或同時執行生色團分析和熒光分析。通過用不同波長的透射光對生色團標記的樣本進行照明，以及自動檢測表示樣本對彩色光的差分吸收的圖像，該系統可提供擴展的性能。

【技術實現步驟摘要】

1.領域本申請涉及高內涵(high-content)篩選和分析的自動成像系統的使用，高內涵篩選和分析的自動成像統稱作高內涵成像。更特別地，本申請涉及利用具有多路復用的成像性能的系統進行高內涵成像，包括對不同的生色團標記的樣本進行成像。
技術介紹
2.相關技術近十年來顯微鏡技術的增長趨勢是對生物樣本的自動成像。自動顯微鏡技術不是對樣本進行手動觀察，而是涉及用計算機控制的樣本場的自動選擇和數字成像，在不需要終端用戶輸入的情況下，實現對大量的樣本進行高產能成像。當利用所獲得的圖像進行自動定量分析，應用于熒光標記的細胞時，自動成像通常被稱作HCI (高內涵成像)。特別地，HCI是基于細胞的篩選方法，產生關于細胞構成和加工的暫時空間的動力學的細節信息，并在為了藥物候選的識別和確認使用基于細胞的篩選中起到重要作用。由HCI提供的信息弱化了通過提供深度生物信息的藥物發現過程中的瓶頸問題。與該方法關聯的分析利用固定的或活的細胞，這取決于所需要的生物信息。作為HCI操作的方法的例子，感興趣的組織或細胞被裝載到顯微鏡載波片的部分上或者標準樣本板(也被稱作微-滴定或微-井平板)中的井陣列中。然后將載波片的部分或者樣本板定位在成像系統內的平臺上，這樣載波片或者樣本板能隨著平臺在垂直于系統配置的光路的兩個方向上移動。系統通常包括用于評估目標細胞的顯微鏡。結果，任何單個的井或者載波片的部分能夠與顯微鏡對準地定位，從而通過顯微鏡物鏡成像。在典型的掃描過程中，平臺通過配置的馬達移動，直到其中一個井或者載波片的部分與物鏡對準，井或者載波片的部分內的一個或多個細胞通過該物鏡成像。對于井而言，整個井可以同時成像，或者井內的不同場單獨成像。當完成成像時，通過馬達移動平臺，直到另一個井或載波片的部分與物鏡對準，與上面討論的類似，新對準的微-井或載波片的部分內的一個或多個細胞通過物鏡成像。一直持續這樣的移動和成像，直到例如，所有的井或者載波片的定義的部分都通過物鏡成像。然后在獲得的圖像上執行計算機分析，從而確定關于細胞的信息。這樣的掃描類型可以對不同的HCI掃描，在同一機器上在一天內執行多次。HCI主要應用于用熒光探針標記的細胞，諸如朝向特定的細胞目標的熒光配合基和免疫熒光探針，熒光環境或細胞狀態傳感器，或者由細胞內源性表達的熒光蛋白質嵌合體。對于最優的信噪比檢測，典型地，熒光需要使用成像系統的落射熒光幾何形狀，其中熒光信號作為照明信號折回到同一路徑，兩束光通過諸如二向色鏡，衍射光柵或者諸如A0TF或LCTF的固態鑒別器的波長鑒別器彼此分開。HCI的附加的優勢在于它的多路復用的多光譜特性，其中多個熒光探針可被檢測，每個發射的熒光信號的顏色都不同，以及對使用白光明亮場成像所獲得的圖像進行合并的能力，這是在大多數HCI平臺上可用的選擇。明亮場顯微鏡使用透射光幾何圖形，其中樣本的照明和到達檢測器的發光信號都橫跨相同的波長。但是，當應用于生物樣本時，使用明亮場顯微鏡的不足在于它的對比度比較差。典型地，可以通過諸如相位對比和DIC(差分干涉對比)顯微鏡方法來增強對比度，其中樣本照明和到達檢測器的發光信號仍然覆蓋相同的波長。用于提高樣本對比度和利用透射光成像來區別特定細胞或組織結構的可選擇的方法是利用不同的生色團對樣本進行染色。生色團吸收特定波長的光，差分吸收(即，減法混合)以及透射光的透過率加強樣本的對比度。此外，根據不同的生色團對于細胞和組織中的不同的結構區域的不同的親和力，通過這些生色團對光束的差分吸收，能夠檢測這些不同的細胞或組織區域。利用生色團以高對比度差分地檢測不同細胞或組織區域，諸如利用H&E (蘇木精和伊紅)染色，是顯微鏡在生命科學研究以及臨床診斷應用中的常規和傳統的用法。還指出，數字病理學的自動組織掃描器具有對熒光和生色團吸收率成像的能力，但是，這些方法因為使用不同的檢測器捕獲主要顏色或者使用彩色照相機捕獲生色團的差分顏色吸收而受到限制。此外，增加彩色照相機或者多個單色照相機會很昂貴。另外，對彩色照相機所獲得的圖像的分析需要圖像處理算法，該算法首先無法對在參考圖像的幫助下所完成的不同顏色進行混合。因而，期望提供其他低成本以及自動的系統和方法以提高樣本對比度以及區分特定細胞或組織結構，這對于自動成像系統的僅僅由熒光標記的細胞類型的成像是免費的。相應地，這里的實施例提供一種在細胞和/或組織樣本上進行高內涵成像(HCI)的系統和方法，該細胞和/或組織樣本由熒光探針標記和/或也由生色團標記。因為HCI是多路復用方法，其中多種不同的熒光顏色，以及白光明亮場成像可并合并，這里的實施例通過僅僅使用單一的探測器利用不同的生色團進行多路復用成像來擴展已有的系統的性能。
技術實現思路
這里所公開的各個實施例涉及高內涵成像(HCI)系統，該系統提供在細胞和/或組織樣本上進行HCI，該細胞和/或組織樣本利用熒光探針進行標記，也可利用生色團進行標記。此外，如這里所詳述的，HCI能夠多路復用不同成像模式意味著可以使用三種操作模式的任意組合，然而，之前僅明亮場白光圖像能與熒光進行組合。特別地，之前僅明亮場白光圖像能與熒光進行組合，而這里所公開的實施例加強了 HCI的能力從而也能夠通過生色團檢測不同的差分顏色吸收。第一方面提供了細胞自動分析方法，包括:提供包含多個細胞的位置的陣列，多個細胞具有一個或多個熒光報告分子和/或一個或多個生色團染色分子，其中每個位置中的多個細胞作為多個細胞子集被容納以提供多個場；提供配置為向位置的陣列中的任意位置中的多個場選擇性地引導一個或多個波長的輻射的光源；在一個或多個期望的位置中掃描多個場中的每一個；利用單一的單色照相機為每個場提供多個圖像，其中多個圖像中的每一個包括位于細胞內或上的誘發的熒光信號和/或誘發的生色團吸收信號，其中每個圖像包括至少一個選自下列的光學形態:一個或多個激發波長的輻射，選擇的濾波的波長的輻射，以及期望的成像曝光周期；成像時比較多個圖像中的每個圖像以便將來自多個圖像中的每一個的誘發的熒光信號和/或生色團吸收信號轉變成數字數據；利用數字數據自動測量來自細胞上或內的焚光報告分子的焚光信號的強度和/或分布，和/或自動測量細胞上或內的生色團誘發的吸收信號的強度和/或分布；以及具有合并和顯示來自單色照相機上捕獲的不同通道的圖像的能力，這樣它們作為高對比度彩色圖像顯示在計算機屏幕上。這種增加的能力使得之前通過HCI平臺不可能實現的應用成為可能，諸如，但不限于:?生色團染色組織的自動成像，以及顏色分布的定量分離和分析；?生色團染色組織上的免疫熒光一能夠檢測組織中的特定分子目標一對于一個或多個樣本都以自動的方式來完成；以及?升至7 λ的擴展的光學形態，λ是特殊的激發光(諸如，發光二極管(LED)或者經濾光的白光)，特殊的成像光束(通常對從微-井接收的光進行濾光)，和/或特殊的曝光周期等。在一個方面，一種執行自動高內涵細胞成像的系統包括:支承組件，熒光激發光源，傳輸光束組件，顯微鏡物鏡，以及成像設備。該支承組件配置為接收具有包含生物細胞的多個井的容器以及在可視位置處自動地且選擇性地定位所述生物細胞。該熒光激發光源自動產生激發光束，所述激發光束被引導至所述可視位置以從定位于可視位置處的所述生物細胞誘發熒光本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種執行自動高內涵細胞成像的系統，所述系統包括：支承組件，配置為接收具有包含生物細胞的多個井的容器以及在可視位置處自動地且選擇性地定位所述生物細胞；自動產生激發光束的熒光激發光源，所述激發光束被引導至所述可視位置以從定位于可視位置處的所述生物細胞誘發熒光發射光束；自動產生傳輸光束的傳輸光束組件，所述傳輸光束被引導至所述可視位置以從定位于可視位置處的所述生物細胞誘發生色團吸收特征；顯微鏡物鏡，其與所述可視位置對準以接收所誘發的熒光發射光束和所誘發的生色團吸收特征；以及自動成像并記錄所誘發的熒光發射光束和所誘發的生色團吸收特征的成像設備。

【技術特征摘要】
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：R·N·高什，D·J·范登堡三世，K·R·赫夫利，M·J·托馬謝夫斯基，J·R·哈斯金斯，
申請(專利權)人：賽洛米克斯股份有限公司，
類型：新型
國別省市：美國;US