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セルモーション
イメージングシステム
SI8000シリーズ

コンセプト

細胞の動きを非染色/非侵襲で定量評価

セルモーションイメージングシステムSI8000は、テレビ(ブラビア™)やビデオカメラ(ハンディカム™)などAV機器で培ってきたソニー独自の動画像処理技術の応用により、細胞の動きを定量化して、細胞の機能を非染色・非侵襲に評価する画期的な細胞分析用ソリューションシステムです。

測定は高性能ビデオカメラでの撮影のみです。 従来必要であった専用の培養容器や染色試薬を必要とせず、普段お使いの培養プレートを顕微鏡用培養装置に設置することで、通常の細胞培養環境を保ったまま観測が可能です。

創薬や再生医療の研究などで、細胞に対する染色を避けたい場合においても、細胞挙動にもとづいた解析を非染色で行うことができ、これまで実現できなかった細胞評価を可能にします。

セルモーションイメージングシステムSI8000シリーズのご紹介

Label-free Assay

ソニー独自開発の「細胞の動き解析アルゴリズム」によりラベルフリーで高速動画像から細胞の動きの定量化が可能に。

Micro Motion Analysis

非染色の細胞の空間+時間情報を、独自の高度な画像処理技術で定量評価。
高い時間分解能と空間分解能までを幅広くカバーし、細胞の微細な挙動から組織レベルの大きな挙動まで対応。
高性能GPU*搭載により高速演算処理を実現
*GPU (Graphics Processing Unit)

Integrative Solution

専用プレート不要で、撮影から定量解析までをシステム一つに集約。
ソニー独自のオートフォーカス、自動調光を標準搭載し、ソフトウェアによる一括コントロールが可能です。

ユーザーオリジナルの設定で撮影から解析まで可能。
段階的な時間設定が可能なインテリジェント タイムラプス機能を搭載し、蛍光染色した細胞の撮影、細胞内の輝度プロファイルの解析も行えます。

コアテクノロジー

ソニー独自のMVP法*を用いた細胞の動き解析アルゴリズム

ソニーはAV機器で培った高度な動画像解析技術を有しており、ブラビアTMやカムコーダーなど、多くの民生機器で独自機能を実現しています。
セルモーションイメージングシステムSI8000シリーズでは、ソニーの得意とする動画像解析技術を業界で初めて細胞分析に応用することで、非染色・非侵襲の細胞評価を可能にしました。
これにより、培養細胞の環境を維持したまま高速かつ高解像度に解析することを可能にし、従来は観測できなかった微細な動きの定量評価を実現します。
ユーザーのアイディア次第で得られたデータから多彩なパラメータによる定量評価が可能です。
* Motion Vector Prediction 法

ー 心筋細胞の動き検出例 ー

AV機器における動き検出例

AV機器における動き検出例

本システムにおける心筋細胞の動き検出の例

本システムにおける心筋細胞の動き検出の例

細胞の動き解析の流れ

細胞の動き解析の流れ

高速ビデオカメラで撮影のみの簡単測定

測定の前処理として従来必要であった、染色などの専門技術や特殊な基材が不要で、測定は高速ビデオカメラでの撮影のみ。撮影された画像は独自のアルゴリズムで自動的に解析されます。
ソフトウェアを使って簡便な測定・解析が可能で、細胞評価手順のスループットの向上と、研究の効率化に貢献します。

培養環境で長時間の動き観測が可能

本システムでは普段使用している培養プレートを顕微鏡用培養装置に設置することで、通常の細胞培養環境を保ったまま観測が可能です。
さらに染色や専用の特殊基材への移動などが不要のため、非侵襲の方法で測定が可能となり、1週間以上の長期間にわたり培養をしながら観察を続けることができます。
これにより、これまでの測定法では観測できなかった長時間の動きを観測することや、培養を続けた場合の細胞の変化の様子を分析することが可能となり、新薬の効果や安全性を評価する際に、より精緻なデータを得られます。

Cardio モデル

Cardioモデルは、自動解析により心筋収縮の詳細なパラメータを得ることが可能で、薬効や安全性評価、スクリーニングなど創薬分野における応用が期待できます。具体的には、薬剤添加による心筋細胞の拍動数や収縮速度の変化だけでなく、細胞の変形距離や弛緩速度も定量評価することができます。さらに、生理的培養条件を維持した状態で1週間以上の細胞観察が可能であることから、薬物等の慢性毒性評価など幅広い用途に応えます。

心筋細胞の拍動検出と、動きの定量化
[拍動解析機能] [拍動ピーク検出]

iPS細胞由来の心筋細胞を単一で高速撮影し独自のアルゴリズムで解析。
ベクトル動画像表示の他、動きの速さをカラーマップ動画表示。
非染色で、細胞内での拍動の動きがわかりやすくなるため、プレゼンテーションに最適です。

高速動画撮影

高速動画撮影
  • 高解像度、高フレームレートで細胞の動きを撮影

動きベクトルによる解析

動きベクトル
  • 位相差像をもとに細胞の動き解析に特化したソニーオリジナルMVP法を適用細胞挙動をベクトル表示
  • 白線の1本1本が動きベクトルに相当

動きの定量化

動きの定量化グラフ
  • ベクトル長と単位フレーム時間から動き速度を算出する
ベクトル長の平均を時間-動き速度の図に変換

iPS細胞由来心筋細胞*の薬剤の影響評価

薬剤の影響評価

<東京医科歯科大学 難治疾患研究所 生体情報薬理分野 古川哲史教授のコメント>

「ヒトiPS細胞から分化誘導した細胞の病態解明・薬物アッセイへの応用が期待されており、そのためには高精度の細胞機能解析システムが不可欠です。iPS細胞から分化誘導した心筋細胞の機能は、既存技術による電気生理機能の解析が主に行われており、力学機能の解析システムはありませんでした。

ソニーの動き解析システムにより非染色・非侵襲で力学機能のアッセイができるようになったのはタイムリーで画期的と言えます。

ヒトiPS由来心筋細胞を用いた薬物の効果・安全性評価、疾患心筋細胞の解析で有効性が確認され、iPS細胞由来心筋細胞の病態・創薬研究の切り札として期待します。」

既存手法と動き評価の相関

細胞外電位評価と動き評価

収縮・弛緩伝播のノンラベルイメージング

iPS細胞由来の心筋細胞シートを高速撮影して独自のアルゴリズムで解析。動きの速さをカラーマップ動画表示。細胞シート内での拍動の伝播を非染色にも関わらず可視化、細胞同士の連結機能の評価を助けます。

拍動 解析ソフトウェアによる拍動伝播のカラーマップ表示機能

薬剤添加による伝播への影響

Lidcaine投与

心筋細胞のリエントリー現象の可視化
[等時刻線マップ]

動き速度表示

動き速度表示

等時線マップ

リエントリー現象

Application例

小動物研究への応用 ノンラベル動きイメージング解析

ノンラベル動き解析による心毒性評価

ノンラベル心筋シグナル伝播評価

Researchモデル

Researchモデルは、心筋細胞のほか、がんの転移に関わる細胞の遊走や浸潤、神経細胞の突起伸長など、種々の細胞の動き、形態変化を定量評価することが可能で、幅広い研究分野での応用も期待できます。さらに、染色手法と組み合わせることで細胞内小器官など特定の対象物の動きを評価することも可能となり、「細胞の動き」という新たな指標を用いてさまざまな角度から細胞機能を評価することができます。

細胞のあらゆる動き評価をカンタンかつ定量的に

細胞の微細な挙動から組織レベルの動きまでをサポートします。

μm以下の微細な動きを検出。

細胞のミクロモーションを定量、可視化することで、ノンラベルで細胞の微細運動の定量化が可能です。設定に応じた対象サイズ、時間間隔で動き検出・解析を実施します。

マクロモーション-ミクロモーション
解析

細胞を自動認識
(v1.3 より対応)

機械学習を応用した自動認識機能搭載。

ROI(Region of interest)を一括設定でき、解析までの時間と手間を大幅に削減できます。

細胞を自動認識する

細胞の動きをトラッキング
(v1.3 より対応)

トラッキング機能により、細胞の形態変化や遊走といった動きを解析可能です。

例えば形態変化であれば形態の面積や周囲長・真円度など、遊走であれば移動距離や速度などを解析できます。
また、トラッキングが外れてしまった場合でも、対象を再設定することによって途中からトラッキングし直すことができます。

細胞の動きをトラッキング
精子遊走動画

スキャッタープロットによる
ポピュレーション解析

各細胞の動きプロファイルの分布を表示、さらに、ゲーティングを利用して、任意の動きプロファイルの細胞群を特定(ピンク色)したり、その割合を表示することが可能です。

解析

クリアな動画像を提供

クリアな画質を提供するHQモード*を搭載。

独自の超解像エンジンのコア技術を細胞イメージングへ採用しています。
*オプション

HQモード

細胞遊走の定量評価(ヒトがん細胞)

マクロな動き(細胞遊走など)から、さらにミクロな動き(仮足の動きなど)も幅広くカバーします。

矢印方向の動き速度を可視化
方向性解析

iPS細胞由来神経細胞の細胞傷害評価

細胞死の可視化

Ca2+ionophore A23187で細胞死を誘導した際に、トリパンブルーで死細胞染色を行い、動画像解析と比較した図。

上が染色、下が動画像解析。

動画像解析では2時間後から細胞への影響が検出された。

細胞死の可視化 細胞死の可視化

脊髄性筋萎縮症モデルの細胞評価

脊髄性筋萎縮症患者から得たiPS細胞(SMA)と健常者から得たiPS細胞(Control)の運動神経細胞への分化誘導後の動きを比較すると、SMA由来の運動神経において低周波の動き領域が低下していることが明らかとなりました。

矢印方向の動き速度を可視化

<京都大学 iPS細胞研究所 中畑龍俊教授のコメント>

「従来は神経細胞の動きを生きたまま評価する手法がありませんでしたが、ソニーの動き解析技術を応用した本装置によりそれが可能となりました。

本装置を用いて、脊髄性筋萎縮症の患者さん由来のiPS細胞から分化誘導した神経細胞の動きを解析したところ、対照神経細胞と比較して動きが良くないというデータが得られました。

今後、本技術が他の細胞にも応用されることで新たなサイエンスの領域を切り拓く可能性があり、期待しています。」

Application例

単離心筋細胞のイメージング収縮評価

ノンラベル細胞傷害アッセイ

ノンラベルでの細胞微細運動の定量評価

がん細胞のスクラッチアッセイ

ノンラベル精子運動評価

受精卵の微細運動評価

ソフトウェア

SI8000システムには、細胞の動き撮影を行うための「View Software」と、撮影したビデオ画像からさまざまなパラメータで解析作業を行う「Analyzer Software」の2つのソフトウェアが付属。

「View Software」では、細胞撮影用のカメラ操作を簡単に一括コントロールできるだけでなく、事前設定した撮影タイミングでの自動撮影も可能です。

「Analyzer Software」では、さまざまな解析パラメータ設定が可能なので、細胞の動きを撮影したビデオ画像から無染色で見やすい解析データを実験、観察内容に合わせて表示します。

「View Software」、「Analyzer Software」ともに、Cardioモデル、Researchモデルのそれぞれに最適化されています。

撮る-解析する

多彩な解析結果

解析結果

仕様

Cardioモデル

顕微鏡*1 4x、10x、20x 位相差顕微鏡を使用
光源*1 白色LED光源
搭載カメラ フレームレート: 38~590fps*1
画素数: 最大2048 × 2048pixel*1
XYステージ*1 手動
Z軸*1 電動
専用ワークステーション*1 撮影・解析用ワークステーション:高性能GPU・大容量メモリ搭載、モニタ
専用モニター*1 24インチワイド液晶モニター
撮影ソフトウェア SI8000C View Software
解析ソフトウェア SI8000C Analyzer Software
データ形式 動画(AVI)、静止画(BMP)、グラフ(PNG)、解析結果(CSV、OpenXML)
推奨使用環境 5~35℃ 室内変動:5℃以内、湿度20~80%RH(結露しないこと、顕微鏡観察に影響のある振動がないこと)
寸法
重量
筐体部
寸法:幅70.0cm×奥69.5cm×高さ90.0cm(カバー開口時 最大135.0cm)
重量:本体のみ 約50kg(顕微鏡搭載時 約100kg)
ワークステーション*1
寸法:幅20.3cm×奥52.5cm×高さ44.4cm、重量:約23kg
24インチワイド液晶モニター*1寸法:幅53.38cm×奥21.0cm×高さ52.0cm、重量:約6kg(スタンド含む)
電源 電源:AC100V±10% 50/60Hz (日本国内)
必要電源系統数:最大3系統6~7口
最大消費電力 イメージング部*:約90W*イメージング部:顕微鏡、カメラ、光源を含む
ワークステーション:約1200W

Researchモデル

顕微鏡*1 4x、10x、20x 位相差顕微鏡を使用
光源*1 白色LED光源
搭載カメラ フレームレート: 1~72fps**フレームレートは撮影画素数に依存します
画素数: 最大2704 × 3384pixel
XYステージ*1 手動
Z軸*1 電動
専用ワークステーション*1 撮影・解析用ワークステーション:高性能GPU・大容量メモリ搭載、モニタ
専用モニター*1 24インチワイド液晶モニター
撮影ソフトウェア SI8000R View Software
解析ソフトウェア SI8000R Analyzer Software
データ形式 動画(AVI)、静止画(BMP)、グラフ(PNG)、解析結果(CSV、OpenXML)
推奨使用環境 5~35℃ 室内変動:5℃以内、湿度20~80%RH(結露しないこと、顕微鏡観察に影響のある振動がないこと)
寸法
重量
筐体部
寸法:幅70.0cm×奥69.5cm×高さ90.0cm(カバー開口時 最大135.0cm)
重量:本体のみ 約50kg(顕微鏡搭載時 約100kg)
ワークステーション*1
寸法:幅20.3cm×奥52.5cm×高さ44.4cm、重量:約23kg
24インチワイド液晶モニター*1寸法:幅53.38cm×奥21.0cm×高さ52.0cm、重量:約6kg(スタンド含む)
電源 電源:AC100V±10% 50/60Hz (日本国内)
必要電源系統数:最大3系統6~7口
最大消費電力 イメージング部:約125W
ワークステーション:約1200W

本体バリエーション

Cardioモデル Researchモデル
顕微鏡あり Cardio モデル SI8000 C システム Research モデル SI8000 R システム
顕微鏡なし Cardio Basic モデル Research Basic モデル

オプション

オプション品

高画質化ソフトウェア

効率的な解析作業を助ける「HQモード」を搭載した機能追加ソフトウェアです。

2次解析ソフトウェア

付属ワークステーションでの解析結果を、お手元のノートPC等で分析する為のソフトウェアです。

解析ソフトウェア+ワークステーションセット

付属ワークステーションと同じ解析環境を手に入れたい場合のオプションです。

ResearchまたはCardio追加セット
(別モデル用カメラ+解析SW)

CardioモデルにResearchモデルの機能またはResearchモデルにCardioモデルの機能を追加するセットです。

オプション機能追加例

1. 自動撮影ユニットとインキュベータを追加

自動撮影ユニット・インキュベータ

2. 蛍光観察ユニットを追加

蛍光観察ユニット

3. ハイブリッドモデル

ハイブリッドモデル

本品は研究用機器であり、医療機器ではありません(薬事法非対応)。
Cell Motion Imaging Systemは、ソニー製品と他社製品を組み合わせたシステムインテグレーション製品です。
製品の仕様は予告なく変更することがあります。

※ 他社製品、仕様は各機器に準じます
※ 仕様等は改良のため変更になる場合があります
※ 画像は、イメージです

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