ES2915663T3 - Dispositivo de observación de células, dispositivo de estimulación eléctrica y método de observación de células - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de estimulación eléctrica (16) para insertar en una microplaca (20), que tiene múltiples pocillos (21) que contienen una muestra (S) que incluye una célula, y aplicar estimulación eléctrica a la célula, comprendiendo el dispositivo de estimulación eléctrica: múltiples pares de electrodos (17), incluyendo cada uno un primer electrodo (17a) y un segundo electrodo (17b), extendiéndose tanto el primer electrodo como el segundo electrodo dentro del pocillo de la microplaca en la dirección de profundidad del pocillo, estando los múltiples pares de electrodos (17) dispuestos en una forma bidimensional correspondiente a la matriz bidimensional de los múltiples pocillos (21) de la microplaca (20) para extenderse hacia los pocillos (21) de la microplaca (20); y una unidad de ajuste de posición (71) adaptada para ajustar simultáneamente las posiciones relativas de una punta del primer electrodo (17a) a una punta del segundo electrodo (17b) en los múltiples pares de electrodos.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de observación de células, dispositivo de estimulación eléctrica y método de observación de células Campo técnico

La presente invención se refiere a un dispositivo de observación de células, un dispositivo de estimulación eléctrica y un método de observación de células para observar la reacción a la estimulación eléctrica de una muestra que incluye una célula.

Antecedentes de la técnica

En el campo del cribado para descubrimiento de fármacos, la influencia de un fármaco administrado a una muestra de células o similar se evalúa midiendo la luz emitida por las células en ciertos casos. La Literatura de Patente 1 da a conocer un dispositivo de medición que monitorea una respuesta biológica de las células a la estimulación del campo eléctrico por detección de fluorescencia. Este dispositivo de medición emplea una configuración en la que un par de electrodos, en forma de cable coaxial o en forma de placa plana paralela, que incluyen un electrodo positivo y un electrodo negativo pueden ubicarse en cada uno de los pocillos en los que se colocan las celdas. La Literatura de Patente 2 da a conocer un dispositivo de medición que trata un potencial de membrana de una célula mediante estimulación eléctrica. Este dispositivo de medición incluye un par de electrodos, de dos electrodos paralelos, para generar un campo eléctrico en un área de observación de un pocillo.

La Literatura de Patente 3 da a conocer una cámara de registro de ovocitos para mediciones electrofisiológicas. La cámara de registro incluye una base y una cubierta fijada a la base. La tapa y la base definen una cámara que tiene un tamaño suficiente para alojar un ovocito. La cámara de registro incluye un primer electrodo y un segundo electrodo situados de manera que las puntas de los electrodos atraviesen la membrana del ovocito cuando se sujeta la cubierta a la base. La cámara de registro también incluye un tercer electrodo y un cuarto electrodo expuestos a la cámara y que se usan como electrodos de puesta a tierra.

La Literatura de Patente 4 describe un método para caracterizar la actividad biológica de un compuesto candidato, que puede incluir exponer las células al compuesto candidato y luego exponer las células a una aplicación repetitiva de campos eléctricos, para poner el potencial transmembranal a un nivel correspondiente a un estado dependiente de un voltaje preseleccionado de un canal iónico diana.

La Literatura de Patente 5 describe un método de cribado de alto rendimiento. El método incluye colocar células sobre un sustrato en el que están definidos múltiples micropocillos discretos, a una densidad de pocillos superior a aproximadamente 100/cm2, siendo el número de células en cada pocillo inferior a aproximadamente 1000, y en el que las células de cada pocillo han sido expuestas a un agente seleccionado. El cambio en la conductancia en cada pocillo se determina aplicando una señal de CA de bajo voltaje a través de un par de electrodos, colocados en ese pocillo, y midiendo sincrónicamente la conductancia a través de los electrodos, para monitorear el nivel de crecimiento o actividad metabólica de las células contenidas en cada pocillo.

Lista de citas

Literatura de patentes

Literatura de patente 1: Solicitud de patente de Japón no examinada n.° 2005-514909

Literatura de patente 2: Solicitud de patente de Japón no examinada n.° 2012-110327

Literatura de patente 3: WO 03/095620 A2

Literatura de patente 4: US2004/110123 A1

Literatura de patente 5: WO 97/49987 A1

Sumario de la invención

Problema técnico

En general, una microplaca en la que se disponen las células que se van a observar tiene una forma en la que el fondo de cada pocillo es plano, pero recientemente se ha utilizado una microplaca que tiene una forma en la que el fondo de cada pocillo es cóncavo, p. ej. en forma de U. Cuando se usa una microplaca con dicha forma, el dispositivo de medición descrito en la Literatura de Patente 1 o la Literatura de Patente 2 emplea el par de electrodos con forma de cable coaxial o los electrodos paralelos y, por lo tanto, es probable que tenga dificultades a la hora de aplicar apropiadamente la estimulación eléctrica a las células situadas en los pocillos.

Por lo tanto, la presente invención se ha llevado a cabo en vista del problema mencionado anteriormente y un objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo de observación de células, un dispositivo de estimulación eléctrica y un método de observación de células con los que pueda aplicarse apropiadamente estimulación eléctrica a una celda situada en una unidad de contención.

Solución al problema

Los inventores de la presente solicitud observaron que la relación posicional de los pares de electrodos era importante a la hora de aplicar estimulación eléctrica a las células contenidas en una caja de muestras con una unidad de contención, que contiene una muestra que incluye las células, usando los pares de electrodos para observar una reacción de las celdas a la misma, y proponen las siguientes configuraciones de la presente invención. En especial, el objetivo anterior se logra mediante la materia objeto de las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes se refieren a realizaciones particulares.

De acuerdo con la invención, mediante el dispositivo de estimulación eléctrica, el dispositivo de observación de células o el método de observación de células, si se dispone el par de electrodos que incluye el primer electrodo y el segundo electrodo en la unidad de contención formada en la caja de muestras, es posible aplicar estimulación eléctrica a una muestra que incluye una celda usando el par de electrodos, de modo que puede ajustarse la posición relativa de la punta del primer electrodo con respecto a la punta del segundo electrodo. Por consiguiente, incluso cuando la unidad de contención tenga un fondo cóncavo, es posible acercar fácilmente la punta del primer electrodo a la muestra que incluye una celda contenida en el fondo. Como resultado, es posible aplicar apropiadamente estimulación eléctrica a la muestra con el par de electrodos cuando el par de electrodos está dispuesto en la unidad de contención, y obtener un resultado de evaluación apropiado de la muestra.

Efectos ventajosos de la invención

De acuerdo con la presente invención, es posible aplicar apropiadamente estimulación eléctrica a una celda dispuesta en un pocillo cóncavo.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es un diagrama que ilustra una configuración esquemática de un dispositivo de observación de células 1.

La Fig. 2 es una vista en perspectiva que ilustra una configuración de una microplaca 20 ilustrada en la Fig. 1. La Fig. 3 es una vista en sección transversal lateral que ilustra una estructura en sección transversal de la microplaca 20 ilustrada en la Fig. 1.

La Fig. 4 es un diagrama que ilustra variaciones de la forma de un pocillo formado en la microplaca 20 ilustrada en la Fig. 1.

La Fig. 5 es un diagrama que ilustra una estructura de un par de electrodos 17 en un estado en el cual una unidad de estimulación eléctrica 16 ilustrada en la Fig. 1 está insertada en un pocillo.

La Fig. 6 es un diagrama que ilustra otra estructura del par de electrodos 17 en un estado en el cual la unidad de estimulación eléctrica 16 ilustrada en la Fig. 1 está insertada en un pocillo.

La Fig. 7 es un diagrama que ilustra otra estructura del par de electrodos 17 en un estado en el cual la unidad de estimulación eléctrica 16 ilustrada en la Fig. 1 está insertada en un pocillo.

La Fig. 8 es un diagrama que ilustra otra estructura del par de electrodos 17 en un estado en el cual la unidad de estimulación eléctrica 16 ilustrada en la Fig. 1 está insertada en un pocillo.

La Fig. 9 es un diagrama que ilustra otra estructura del par de electrodos 17 en un estado en el cual la unidad de estimulación eléctrica 16 ilustrada en la Fig. 1 está insertada en un pocillo.

La Fig. 10 es un diagrama que ilustra otra estructura del par de electrodos 17 en un estado en el cual la unidad de estimulación eléctrica 16 ilustrada en la Fig. 1 está insertada en un pocillo.

La Fig. 11 es un diagrama de flujo que ilustra el funcionamiento del dispositivo de observación de células 1 ilustrado en la Fig. 1, en el momento de la medición óptica de una muestra S.

La Fig. 12 es un diagrama que ilustra una configuración esquemática de un dispositivo de observación de células 1A de acuerdo con la presente invención.

La Fig. 13 es una vista lateral que ilustra una configuración detallada de un mecanismo de ajuste de posición 71 ilustrado en la Fig. 12.

La Fig. 14 es una vista lateral que ilustra una configuración detallada del mecanismo de ajuste de posición 71 ilustrado en la Fig. 12.

La Fig. 15 es una vista lateral que ilustra una configuración detallada del mecanismo de ajuste de posición 71 ilustrado en la Fig. 12.

La Fig. 16 es un diagrama de flujo que ilustra el funcionamiento del dispositivo de observación de células 1A ilustrado en la Fig. 1, en el momento de la medición óptica de una muestra S.

La Fig. 17 incluye (a) un gráfico que ilustra un resultado de medición de una variación temporal de la intensidad de fluorescencia, utilizando un dispositivo de estimulación eléctrica que tiene un electrodo con forma de cable coaxial de la técnica relacionada, y (b) un gráfico que ilustra un resultado de medición de una variación temporal de la intensidad de la fluorescencia utilizando un dispositivo de observación de células 1 de acuerdo con la realización.

La Fig. 18 es una vista en sección transversal que ilustra una estructura de un par de electrodos 17A de acuerdo con un ejemplo modificado de la realización.

La Fig. 19 es una vista en sección transversal que ilustra una estructura de un par de electrodos 17B de acuerdo con un ejemplo modificado de la realización.

La Fig. 20 es una vista en sección transversal que ilustra una estructura de un par de electrodos 17C de acuerdo con un ejemplo modificado.

La Fig. 21 es una vista en sección transversal que ilustra una estructura de un par de electrodos 17D de acuerdo con un ejemplo modificado.

La Fig. 22 es una vista en sección transversal que ilustra una estructura de un par de electrodos 17E de acuerdo con un ejemplo modificado.

La Fig. 23 es una vista en sección transversal que ilustra una estructura de un par de electrodos 17F de acuerdo con un ejemplo modificado.

La Fig. 24 es una vista en sección transversal que ilustra una estructura de un par de electrodos 17G de acuerdo con un ejemplo modificado.

Descripción de las realizaciones

En lo sucesivo, se describirán en detalle un dispositivo de observación de células, un dispositivo de estimulación eléctrica y un método de observación de células de acuerdo con realizaciones de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos. En la descripción de los dibujos, se hará referencia a los elementos iguales mediante los mismos signos de referencia y no se repetirá la descripción de los mismos. Cabe señalar que cada uno de los dibujos fue elaborado con fines descriptivos y que se puso especial énfasis en los objetos de descripción. Por esta razón, las relaciones dimensionales de los miembros mostrados en los dibujos no siempre concuerdan con las reales.

La Fig. 1 es un diagrama que ilustra una configuración esquemática de un ejemplo de un dispositivo de observación de células 1. La Fig. 2 es una vista en perspectiva que ilustra un ejemplo de configuración de una microplaca 20. La Fig. 3 es una vista en sección transversal lateral que ilustra una estructura en sección transversal de la microplaca 20 ilustrada en la Fig. 2. La Fig. 4 es un diagrama que ilustra variaciones de la forma de un pocillo formado en la microplaca 20. El dispositivo de observación de células 1 de acuerdo con la presente realización es un dispositivo para medir la fluorescencia de una muestra S, que está dispuesta en una posición de medición P en un estado en el cual la microplaca 20 contiene la muestra, usando la microplaca 20 como una caja de muestras.

La muestra S incluye celdas predeterminadas. Algunos ejemplos de células predeterminadas incluyen células miocárdicas, células musculares, que se diferencian de células madre tales como células iPS (células madre pluripotentes inducidas) o células ES (células madre embrionarias), neuronas, células cutáneas, células fotorreceptoras, células reproductivas y células hepáticas. Las células predeterminadas pueden ser células teñidas con un pigmento sensible al potencial de membrana, un pigmento sensible al calcio o un pigmento sensible a los iones de sodio. El dispositivo de observación de células, el dispositivo de estimulación eléctrica y el método de observación de células de acuerdo con esta realización pueden aplicarse generalmente a la medición óptica de luz de medición, tal como fosforescencia y luminiscencia emitida por una muestra, así como a la medición de la fluorescencia. Se describirá a continuación la configuración del dispositivo de observación de células 1.

El dispositivo de observación de células 1 ilustrado en la Fig. 1 incluye un dispositivo de adquisición de datos 10, un controlador de posición (unidad de control de posición) 30, un controlador de formación de imágenes 32, un controlador de estimulación eléctrica 34 y un ordenador 50 tal como un PC. El dispositivo de adquisición de datos 10 incluye una caja oscura 15 que aloja una microplaca 20, que contiene células que se someterán a la observación de fluorescencia, y una unidad de adquisición de imágenes en movimiento 40 que está dispuesta en la caja oscura 15 y se usa para medir la fluorescencia de una muestra S dispuesta en la posición de medición P. El controlador de posición 30, el controlador de formación de imágenes 32 y el controlador de estimulación eléctrica 34 pueden estar dispuestos en el dispositivo de adquisición de datos 10.

La microplaca 20 que en esta realización se utiliza como caja de muestras es un miembro en forma de placa en el cual múltiples pocillos (unidades de contención) 21 están dispuestos en una matriz bidimensional, y tiene una configuración en la que cada uno de los múltiples pocillos 21 puede contener una muestra S, como se ilustra en las Figs. 2 y 3. En el ejemplo de configuración ilustrado en la Fig. 2, 8x12=96 pocillos circulares 21 están dispuestos en una matriz bidimensional a modo de los múltiples pocillos 21. El número de pocillos 21 dispuestos puede ser cualquiera, tal como 6, 24 y 364. Algunos ejemplos de la forma de la abertura de cada pocillo 21 (una forma de sección transversal de cada pocillo 21) incluyen una forma circular, una forma elíptica y una forma rectangular. Como se ilustra en la Fig. 3, la forma de la sección transversal en la dirección de la profundidad del fondo de cada pocillo 21 es una forma de U, que es una forma cóncava. Cuando se usa la microplaca cuya sección transversal tiene forma cóncava, las células pueden asentarse fácilmente en el fondo de cada pocillo 21 al cultivar las mismas dentro del pocillo 21, y el poder localizar y formar las células estereoscópicamente en el pocillo 21 resulta ventajoso.

La cara inferior 22 de la microplaca 20 está formada por un material (por ejemplo, vidrio, vidrio de cuarzo, polietileno, polipropileno o poliestireno) que puede transmitir la luz de excitación de medición de fluorescencia aplicada a la muestra S y la luz fluorescente emitida por la muestra S. En general, en el dispositivo de observación de células 1, la cara inferior 22 de la microplaca 20 solo tiene que estar formada por un material que pueda transmitir la luz emitida por la muestra S a medir.

En la caja oscura 15, la microplaca 20 se coloca en un soporte de microplacas (unidad de montaje) 11 que tiene una abertura para la observación de fluorescencia. En la caja oscura 15 está instalado un mecanismo de transporte de microplacas 12, que transporta la microplaca 20 y el soporte de microplacas 11 en una dirección predeterminada (una dirección de derecha a izquierda en la Fig. 1) dentro de la caja oscura 15.

En un lado de la caja oscura 15, que es un lado de entrada en la dirección de transporte de la microplaca 20 en el mecanismo de transporte 12, está instalado un apilador de microplacas de lado de entrada 13 en el cual se apilan un número predeterminado (por ejemplo, 25) de microplacas 20 que contienen muestras S, antes de la medición. En el otro lado de la caja oscura 15, que es un lado de salida en la dirección de transporte de la microplaca 20, está instalado un apilador de microplacas de lado de salida 14 en el cual se apilan las microplacas 20 después de la medición.

En esta configuración, el soporte de microplacas 11 sujeta la microplaca 20 transportada por el mecanismo de transporte 12 en la caja oscura 15 desde el apilador de microplacas de lado de entrada 13. La microplaca 20 se detiene temporalmente en la posición de medición P, donde se lleva a cabo una medición óptica necesaria en la muestra S contenida en la microplaca 20 en este estado. Una vez completada la medición, el mecanismo de transporte 12 transporta nuevamente la microplaca 20, que se lleva al apilador de microplacas de lado de salida 14. En la Fig. 1 no se ilustran específicamente las configuraciones para introducir, transportar y sacar la microplaca 20 en el mecanismo de transporte 12 y los apiladores 13 y 14.

Encima de la posición de medición P, en la que se disponen la microplaca 20 y la muestra S en el momento de la medición óptica, está instalada una unidad de estimulación eléctrica (dispositivo de estimulación eléctrica) 16 que se inserta en el pocillo 21 de la microplaca 20 y aplica un campo eléctrico (estimulación eléctrica) a la muestra S. Debajo de la posición de medición P está instalada una unidad de adquisición de imágenes en movimiento 40, que se utiliza para detectar la fluorescencia emitida por la muestra S alojada en el pocillo 21 a través de la cara inferior 22 de la microplaca 20.

La unidad de adquisición de imágenes en movimiento 40 es un medio de adquisición de imágenes en movimiento para detectar una imagen óptica bidimensional representativa de una distribución de intensidad óptica bidimensional de la microplaca 20, que incluye la luz emitida por la muestra S contenida en el pocillo 21 de la microplaca 20, y para adquirir datos de imágenes en movimiento de la imagen óptica bidimensional. La imagen óptica bidimensional detectada puede ser una distribución de intensidad óptica que incluya la luz emitida por la muestra S contenida en al menos un pocillo 21. La unidad de adquisición de imágenes en movimiento 40 incluye un dispositivo de formación de imágenes 45, un sistema óptico de guía de luz 41, una unidad de filtro óptico 42 y una fuente de luz de excitación 43. El dispositivo de formación de imágenes 45 tiene una estructura de píxeles bidimensional en la que múltiples píxeles están dispuestos bidimensionalmente, y detecta una imagen fluorescente que es una imagen óptica bidimensional detectada a partir de la fluorescencia emitida por la muestra S. Por ejemplo, como dispositivo de formación de imágenes 45 puede utilizarse una cámara equipada con un sensor de imagen de área (tal como un sensor de imagen CCD o un sensor de imagen CMOS) con alta sensibilidad. En caso necesario, puede configurarse la unidad de adquisición de imágenes en movimiento 40 colocando en la parte delantera de la cámara un intensificador de imágenes tal como una placa de microcanal (MCP), una lente de relé y similares. La unidad de adquisición de imágenes en movimiento 40 puede adquirir una imagen fija, y tiene la función de una unidad de adquisición de imágenes que adquiere una imagen en movimiento y/o una imagen fija.

El sistema óptico de guía de luz 41 está instalado entre la posición de medición P, en la que se dispone la microplaca 20, y el dispositivo de formación de imágenes 45. El sistema óptico de guía de luz 41 es un sistema óptico que guía una imagen óptica bidimensional, que se obtiene cuando se mira la microplaca 20 que contiene las muestras S de los múltiples pocillos 21 desde la cara inferior 22, hasta el dispositivo de formación de imágenes 45. El sistema óptico de guía de luz 41 puede configurarse específicamente de manera apropiada usando elementos ópticos que pueden implementar las funciones necesarias (por ejemplo, una función de enfoque y una función de reducción de imagen óptica) dependiendo de las configuraciones de la microplaca 20 y el dispositivo de formación de imágenes 45. Un ejemplo de un elemento óptico de este tipo es una fibra cónica (véase la publicación de patente japonesa no examinada n.° 2001-188044). El sistema óptico de guía de luz 41 puede tener una configuración que utiliza un dispositivo de irradiación de luz con un elemento de guía de luz que tiene concavidades y convexidades (véase la publicación de patente de Japón no examinada n.° 2010-230397 y la publicación de patente de Japón no examinada n.° 2010-230396).

En la Fig. 1, la unidad de filtro óptico 42, que, si es necesario, puede disponer, cambiar, etc., un filtro óptico en una trayectoria óptica de guía de luz, está instalada entre el sistema óptico de guía de luz 41 y el dispositivo de formación de imágenes 45. En este caso, puede no instalarse la unidad de filtro óptico 42 si no resulta necesaria.

La fuente de luz de excitación 43 es un medio de suministro de luz de excitación para suministrar a la muestra S luz de excitación para la medición de fluorescencia. La fuente de luz de excitación 43 puede configurarse de manera específica y apropiada de acuerdo con el tipo de muestra S que vaya a someterse a la medición de fluorescencia, la longitud de onda de luz de excitación que se aplicará a la muestra S, y similares. Por ejemplo, la fuente de luz de excitación puede configurarse usando una fuente de luz de iluminación que suministre luz y una unidad de filtro óptico que seleccione y cambie la longitud de onda de la luz de excitación. Cuando el suministro de luz de excitación no sea necesario, dependiendo del tipo de medición óptica que se realice en la muestra S, puede no instalarse la fuente de luz de excitación 43.

En esta realización, el sistema óptico de guía de luz 41 incluye un sistema óptico que puede guiar una imagen óptica bidimensional desde la microplaca 20 y la muestra S hasta el dispositivo de formación de imágenes 45 y guiar la luz de excitación desde la fuente de luz de excitación 43 hasta la muestra S. Tal sistema óptico puede configurarse, por ejemplo, utilizando un espejo dicroico que transmita la fluorescencia desde la microplaca 20 y refleje la luz de excitación desde la fuente de luz de excitación 43, o similar. En la Fig. 1, las trayectorias ópticas de la luz de excitación y fluorescencia en el sistema óptico 41 de guía de luz están indicadas esquemáticamente mediante una línea continua y una línea de trazos, respectivamente.

La microplaca 20 que se usa en el dispositivo de observación de células 1 puede emplear diversas formas de pocillo 21. Las partes (a) -(d) de la Fig. 4 ilustran variaciones de la forma cóncava de un pocillo 21 y cada una de las partes ilustra una vista en sección transversal tomada a lo largo de la dirección de profundidad del pocillo 21 en la parte superior y una vista en planta según se mira desde la dirección de la profundidad del pocillo en la parte inferior. Como se ilustra en los dibujos, como pocillo 21 se puede utilizar un pocillo que tenga un fondo con sección transversal en forma de U, un pocillo que tenga un fondo con sección transversal en forma de V, un pocillo que tenga un fondo con forma cónica o un pocillo que tenga un fondo de forma piramidal. Incluso cuando se usan los pocillos 21 que tienen tales formas, existe la ventaja de que se puede localizar una célula en el pocillo y se puede formar estereoscópicamente una célula en el pocillo 21.

A continuación se describirá con detalle la configuración de la unidad de estimulación eléctrica 16.

La unidad de estimulación eléctrica 16 tiene una estructura en la que múltiples pares de electrodos 17, que se extienden verticalmente a la microplaca 20, están fijados a una base 18 para quedar dispuestos bidimensionalmente. Específicamente, los pares de electrodos 17 están dispuestos en una forma bidimensional, correspondiente a la matriz bidimensional de los múltiples pocillos 21 de la microplaca 20, para extenderse hacia los pocillos 21 de la microplaca 20.

La Fig. 5 ilustra una estructura de un par de electrodos 17 en un estado en el cual la unidad de estimulación eléctrica 16 está insertada en un pocillo de la microplaca 20, donde una parte (a) de la Fig. 5 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la abertura del pocillo 21 y una parte (b) de la Fig. 5 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la dirección de profundidad del pocillo 21. Como se ilustra en los dibujos, el par de electrodos 17 incluye un primer electrodo 17a, que tiene una forma de varilla (por ejemplo, una forma de columna) que se extiende en la dirección de profundidad del pocillo 21, y un segundo electrodo 17b, que tiene una forma cilíndrica, en el que la punta está abierta y el primer electrodo 17a está situado en el eje del mismo. El diámetro exterior del segundo electrodo 17b resulta ser más pequeño que el diámetro interior del pocillo 21. El par de electrodos 17 tiene una estructura en la que la punta del primer electrodo 17a en el lado inferior del pocillo 21 se extiende más que la punta del segundo electrodo 17b en el lado inferior del pocillo 21. El par de electrodos 17, con esta forma, se coloca poniendo en contacto el segundo electrodo 17b, que tiene forma cilíndrica, con la cara inferior 22 del pocillo 21 cuando se inserta el par de electrodos en el pocillo 21. En ese momento, el segundo electrodo 17b puede ajustarse fácilmente al pocillo 21, que tiene forma de U o forma cónica, y el par de electrodos 17 puede colocarse fácilmente. Dado que el primer electrodo 17a se extiende más que el segundo electrodo 17b, es posible reducir la distancia entre la muestra S ubicada en la cara inferior 22 y la punta del primer electrodo 17a, y aplicar eficientemente la estimulación eléctrica a la muestra S.

La Fig. 6 ilustra otra estructura de un par de electrodos 17 en un estado en el cual la unidad de estimulación eléctrica 16 está insertada en un pocillo 21 de la microplaca 20, donde una parte (a) de la Fig. 6 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la abertura del pocillo 21 y una parte (b) de la Fig. 6 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la dirección de profundidad del pocillo 21. Como se ilustra en los dibujos, el par de electrodos 17 incluye un primer electrodo 17a, que tiene una forma de varilla (por ejemplo, una forma de columna) que se extiende en la dirección de profundidad del pocillo 21, y un segundo electrodo 17b, que tiene una forma cilíndrica, en el que la punta está abierta y el primer electrodo 17a está situado en el eje del mismo. El par de electrodos 17 tiene una estructura en la que la punta del primer electrodo 17a en el lado inferior del pocillo 21 se extiende más que la punta del segundo electrodo 17b en el lado inferior del pocillo 21. El segundo electrodo 17b se puede instalar fácilmente en el pocillo 21, que tiene una forma piramidal, y el par de electrodos 17 se puede colocar fácilmente con respecto al pocillo 21. Dado que el primer electrodo 17a se extiende más que el segundo electrodo 17b, es posible reducir la distancia entre la muestra S ubicada en la cara inferior 22 y la punta del primer electrodo 17a, y aplicar eficientemente la estimulación eléctrica a la muestra S.

El primer electrodo 17a del par de electrodos 17 puede tener varias formas distintas de la forma de columna. Las Figs. 7 y 8 son unas vistas en sección transversal del par de electrodos 17 tomadas a lo largo de la abertura del pocilio 21 en un estado en el cual la unidad de estimulación eléctrica 16 está insertada en el pocilio 21. Como se ilustra en los dibujos, el primer electrodo 17a puede tener forma de prisma o forma de placa. Una o ambas puntas del primer y segundo electrodos 17a y 17b del par de electrodos 17 en el lado inferior del pocillo 21 pueden tener una forma convexa afilada o redondeada. La Fig. 9 es una vista del par de electrodos 17, que tiene una forma convexa, en sección transversal tomada a lo largo de la dirección de profundidad del pocillo 21. De acuerdo con el primer electrodo 17a que tiene esta forma, es posible aplicar de forma más eficiente la estimulación eléctrica a la muestra S en la proximidad del primer electrodo 17a. De acuerdo con el segundo electrodo 17b que tiene esta forma, es posible encajar fácilmente el par de electrodos 17 en un pocillo 21 que tenga forma de U o un pocillo 21 que tenga forma piramidal.

El primer electrodo 17a del par de electrodos 17 se puede recubrir con un aislante, excepto la punta que se usa para aplicar la estimulación eléctrica a la muestra S. La Fig. 10 es una vista del par de electrodos 17, recubierto con un aislante, en sección transversal tomada a lo largo de la dirección de profundidad del pocillo 21. Como se ilustra en los dibujos, el primer electrodo 17a, excepto la punta en el lado inferior del pocillo 21, está recubierto con un aislante 70. De acuerdo con el primer electrodo 17a que tiene esta configuración, es posible aplicar la estimulación eléctrica de manera más eficiente a la muestra S. El aislante 70 se puede formar en el primer electrodo 17a revistiendo el primer electrodo con un material aislante o cubriendo el primer electrodo con un tubo aislante.

En este caso, el par de electrodos 17 no se limita a la configuración en la que tanto el primer electrodo 17a como el segundo electrodo 17b están formados por un único elemento, sino que uno o ambos pueden estar formados por múltiples elementos.

Volviendo a la Fig. 1, la unidad de estimulación eléctrica 16 está provista de un mecanismo de movimiento 19 que soporta los pares de electrodos 17 por medio de la base 18. El mecanismo de movimiento 19 es un mecanismo impulsor que mueve los pares de electrodos 17 para que se acerquen a, o se retraigan de, la microplaca 20 (en la dirección Z de la Fig. 1), impulsa los pares de electrodos 17 para que se coloquen en los correspondientes pocillos 21 en el momento de la observación de las muestras S, y hace que los pares de electrodos 17 se aparten de los pocillos 21 en el momento del final de la observación de las muestras S. En consecuencia, cada par de electrodos 17 puede disponerse en el pocillo correspondiente 21 en un estado en el cual el primer electrodo 17a esté dispuesto más cerca del centro del pocillo 21 que el segundo electrodo 17b. El mecanismo de movimiento 19 puede mover los pares de electrodos 17 en la dirección a lo largo de la cara inferior 22 de la microplaca 20 (una dirección paralela al plano que incluye el eje X y el eje Y de la Fig. 1). En este caso, el mecanismo de movimiento 19 puede mejorar la precisión del ajuste de posición al disponer el primer electrodo 17a más cerca del centro del pocillo 21 que el segundo electrodo 17b. En lugar del mecanismo de movimiento 19, se puede emplear una configuración para mover el soporte de microplacas 11 en donde se monta la microplaca 20 en la dirección Z de la Fig. 1 o una dirección paralela a un plano que incluye el eje X y el eje Y de la Fig. 1.

El controlador de posición (unidad de control de posición) 30, el controlador de formación de imágenes 32 y el controlador de estimulación eléctrica 34 están conectados al dispositivo de adquisición de datos 10 que tiene la configuración mencionada anteriormente. El controlador de posición 30 está conectado eléctricamente al mecanismo de movimiento 19 y monitorea el mecanismo de movimiento 19 para disponer los pares de electrodos 17 en los pocillos 21 de la microplaca 20 cuando se inicia la medición óptica de las muestras S. Específicamente, el controlador de posición 30 monitorea la posición de cada par de electrodos 17 de manera que el par de electrodos 17 se inserta y se retira del pocillo 21 en un estado en el cual el primer electrodo 17a está dispuesto más cerca del centro del pocillo 21 que el segundo electrodo 17b cuando el par de electrodos 17 está dispuesto en el pocillo 21, como se ilustra en las Figs. 5 a 10. Más específicamente, el controlador de posición 30 monitorea la punta del primer electrodo 17a para que se ubique cerca del centro de la cara inferior 22 del pocillo 21 insertando (moviendo) el par de electrodos 17 en el pocillo 21 de manera que la punta del segundo electrodo entre en contacto con el exterior del centro de la cara inferior 22 del pocillo 21. El controlador de estimulación eléctrica 34 está conectado eléctricamente a la unidad de estimulación eléctrica 16, suministra una señal eléctrica al primer electrodo 17a y al segundo electrodo 17b del par de electrodos 17 para aplicar la estimulación eléctrica como un voltaje o una corriente a la muestra S. El controlador de formación de imágenes 32 monitorea la irradiación de la luz de excitación desde la fuente de luz de excitación 43 y captura en el dispositivo de formación de imágenes 45 una imagen de fluorescencia bidimensional de la microplaca 20.

El controlador de posición 30, el controlador de formación de imágenes 32 y el controlador de estimulación eléctrica 34 están conectados al ordenador 50. El ordenador 50 incluye una unidad de análisis de datos 51 que adquiere datos de imágenes en movimiento que incluyen una imagen óptica detectada, adquirida por la unidad de adquisición de imágenes en movimiento 40, y realiza un proceso de análisis de los datos de imágenes en movimiento. El ordenador 50 incluye una unidad de control 52 que monitorea las operaciones de las unidades del dispositivo de adquisición de datos 10 a través del controlador de posición 30, el controlador de formación de imágenes 32 y el controlador de estimulación eléctrica 34 y monitorea la medición de fluorescencia de la muestra S en el dispositivo de observación de células 1 (cuyo detalle se describirá más adelante). En la Fig. 1, el ordenador 50 está conectado a un dispositivo de visualización 61 que muestra un resultado de medición y similares y un dispositivo de entrada 62 que se usa para introducir datos y para introducir una instrucción requerida para la medición de fluorescencia.

A continuación se describirá el funcionamiento del dispositivo de observación de células 1, en el momento de la medición óptica de una muestra S, y el método de observación de células de acuerdo con esta realización con referencia a la Fig. 11. La Fig. 11 es un diagrama de flujo que ilustra el funcionamiento del dispositivo de observación de células 1 en el momento de la medición óptica de una muestra S.

En primer lugar, cuando se introduce a través del dispositivo de entrada 62 una instrucción para iniciar la medición óptica de células, la microplaca 20 que contiene una muestra S que se va a medir en el apilador de microplacas 13 es llevada a la posición de medición P en la caja oscura 15 por la microplaca que lleva el mecanismo 12, en un estado en el cual la microplaca está colocada sobre el soporte de microplaca 11 (paso S01). Luego, haciendo que el ordenador 50 controle la posición de la unidad de estimulación eléctrica 16 mediante el mecanismo de movimiento 19, se insertan las puntas de múltiples pares de electrodos 17 en los correspondientes pocillos 21 de la microplaca 20 (paso S02). En ese momento, el ordenador 50 monitorea las posiciones de los pares de electrodos 17 de manera que la punta del segundo electrodo 17b de cada par de electrodos 17 entre en contacto con el exterior del centro de la cara inferior 22 de la microplaca 20. Por consiguiente, el primer electrodo 17a queda dispuesto en un estado en el cual su punta está separada por una distancia predeterminada del centro de la cara inferior 22 del pocillo 21.

Después de esto, haciendo que el ordenador 50 controle el controlador de estimulación eléctrica 34, se suministra una señal eléctrica a los pares de electrodos 17 y se aplica estimulación eléctrica a las muestras S en los pocillos 21 de la microplaca 20 (paso S03). La irradiación de la estimulación eléctrica se realiza repetidamente con un ciclo predeterminado (por ejemplo, de 1 a 10 Hz). En el estado en el que se inicia la aplicación de la estimulación eléctrica, se inicia la aplicación de luz de excitación desde la fuente de luz de excitación 43 haciendo que el ordenador 50 controle el controlador de formación de imágenes 32 (paso S04). Luego, la unidad de adquisición de imágenes en movimiento 40 detecta una imagen óptica bidimensional de la microplaca 20, que incluye la fluorescencia emitida por la muestra S contenida en el pocillo 21, y el ordenador adquiere los datos de la imagen en movimiento que representan la imagen óptica bidimensional. 50. La velocidad de fotogramas de la unidad de adquisición de imágenes en movimiento 40 se establece para que sea mayor que la frecuencia de la señal eléctrica. Haciendo que el ordenador 50 realice un análisis de intensidad óptica en el área de análisis, establecida como un área de la microplaca 20 sobre el soporte de microplaca 11 encarada hacia el par de electrodos 17, sobre la imagen óptica bidimensional incluida en los datos de imagen en movimiento adquiridos, se adquiere la información de análisis (resultado de control) de la muestra S y se envía al dispositivo de visualización 61 (paso S05).

Por ejemplo, cuando la muestra S incluye células miocárdicas expuestas a un reactivo, la información de análisis se obtiene monitoreando la intensidad de fluorescencia de las células miocárdicas teñidas con un pigmento sensible al ion calcio en series temporales. En ese momento, dado que se puede alinear la fuerza o el ciclo de un latido del corazón aplicando estimulación eléctrica a las células del miocardio, es posible evaluar cuantitativamente el reactivo. Por consiguiente, es posible evaluar un efecto secundario del reactivo sobre las células miocárdicas. Cuando las células de la muestra S se tiñen con un pigmento fluorescente sensible al potencial de membrana y se les aplica estimulación eléctrica, se observa una variación en el potencial de membrana con la apertura y el cierre de un canal iónico de las células como una variación de la intensidad de fluorescencia. Cuando la muestra S incluye células teñidas con un pigmento sensible al potencial de membrana o un pigmento sensible al ion sodio, puede monitorearse el potencial de membrana aplicando estimulación eléctrica a la muestra S. Como técnica de análisis de la intensidad óptica en el área de análisis puede considerarse una técnica para calcular la amplitud, la tasa de cambio, el ciclo de pico, el número de picos, el tiempo de pico, el tiempo de subida, el tiempo de caída y el ancho de fluctuación de pico y similares del cambio de los valores de píxel en el área de análisis como valores de evaluación.

De acuerdo con el dispositivo de observación de células 1 mencionado anteriormente y el método de observación de células que usa el dispositivo de observación de células 1, disponiendo el par de electrodos 17 que incluye el primer electrodo 17a y el segundo electrodo 17b en el pocillo 21, instalado en la microplaca 20, es posible aplicar estimulación eléctrica a una muestra S que incluye células usando el par de electrodos 17. En este caso, dado que la punta del primer electrodo 17a, dispuesta cerca del centro del pocillo 21, se extiende más que la punta del segundo electrodo 17b, dispuesta cerca de la circunferencia del pocillo 21, es posible hacer que la punta del primer electrodo 17a se acerque a la muestra S, que incluye células contenidas en el fondo del pocillo, incluso cuando el pocillo 21 tenga un fondo cóncavo. Por consiguiente, es posible aplicar la estimulación eléctrica a la muestra S desde el par de electrodos 17 usando solo un mecanismo sencillo de control de posición y obtener un resultado de evaluación apropiado para la muestra S.

Con la estructura mencionada anteriormente del par de electrodos 17, es posible adaptar fácilmente la forma del par de electrodos 17 a la forma interna cóncava del pocillo 21 y reducir la distancia entre la muestra S contenida en el fondo del pocillo 21 y el primer electrodo 17a cuando el par de electrodos 17 está dispuesto en el pocillo 21 de la microplaca 20. Como resultado, es posible aplicar eficientemente estimulación eléctrica a la muestra S. Cuando el primer electrodo 17a tiene forma de pilar, es posible reducir fácilmente la distancia entre la muestra S contenida en el fondo del pocillo 21 y el primer electrodo 17a. Como resultado, es posible aplicar eficientemente la estimulación eléctrica a la muestra S.

A continuación se describirá la presente invención. La Fig. 12 es un diagrama que ilustra esquemáticamente una configuración de un dispositivo de observación de células 1A de acuerdo con la presente invención.

El dispositivo de observación de células 1A ilustrado en el dibujo es diferente del dispositivo de observación de células 1, de acuerdo con el primer ejemplo, en cuanto a que una unidad de estimulación eléctrica 16A incluye un mecanismo de ajuste de posición 71. El resto de la configuración del dispositivo de observación de células 1a es igual que en el primer ejemplo. El mecanismo de ajuste de posición 71 está fijado a la base 18 de la unidad de estimulación eléctrica 16A y soporta los pares de electrodos 17 para mover independientemente el primer electrodo 17a y el segundo electrodo 17b.

Las Figs. 13 a 15 ilustran una configuración detallada del mecanismo de ajuste de posición 71. Como se ilustra en los dibujos, el mecanismo de ajuste de posición 71 incluye un primer soporte longitudinal 72a que soporta los extremos de la base de los primeros electrodos 17a de los múltiples pares de electrodos 17 en el lado de la base 18, un segundo soporte longitudinal 72b que soporta los extremos de la base de los segundos electrodos 17b de los múltiples pares de electrodos 17 en el lado de la base 18, y una unidad de ajuste 73 que mueve los soportes primero y segundo 72a y 72b para ajustar la distancia entre los soportes primero y segundo 72a y 72b. El segundo soporte 72b está provisto de unos orificios pasantes 74 a través de los cuales pasan los primeros electrodos 17a.

De acuerdo con el mecanismo de ajuste de posición 71 que tiene la configuración mencionada anteriormente, es posible mover independientemente los primeros electrodos 17a de los múltiples pares de electrodos 17 y los segundos electrodos 17b de los múltiples pares de electrodos 17 en la dirección paralela al eje de los segundos electrodos 17b (la dirección longitudinal de los primeros electrodos 17a). Como resultado, es posible ajustar simultáneamente las posiciones relativas de la punta del primer electrodo 17a y la punta del segundo electrodo 17b de los múltiples pares de electrodos 17. En particular, de acuerdo con la configuración en la que los múltiples primeros electrodos 17a y los múltiples segundos electrodos 17b están unidas a los soportes primero y segundo 72a y 72b, respectivamente, es posible ajustar simultánea y fácilmente las posiciones de las puntas de los múltiples pares de electrodos 17.

Específicamente, como se ilustra en la Fig. 13, es posible ajustar las posiciones de las puntas de modo que la punta del primer electrodo 17a se extienda más que la punta del segundo electrodo 17b. Como se ilustra en las Figs. 14 y 15, cuando cada pocillo 21 de la microplaca 20 tiene un fondo plano, puede ser posible ajustar las posiciones de la punta de manera que la punta del primer electrodo 17a y la punta del segundo electrodo 17b tengan la misma altura desde la base 18 y puede ser posible ajustar las posiciones de la punta de modo que la punta del segundo electrodo 17b se extienda más que la punta del primer electrodo 17a.

El mecanismo de ajuste de posición 71 puede fijar la posición del segundo soporte 72b y ajustar la distancia del primer soporte 72a desde la base 18, o puede fijar la posición del primer soporte 72a y ajustar la distancia del segundo soporte 72b desde la base 18, o puede ajustar las distancias del primer y segundo soporte 72a y 72b desde la base 18. En cualquier caso, es posible ajustar la posición relativa de la punta del primer electrodo 17a y la punta del segundo electrodo 17b. El mecanismo de ajuste de posición 71 puede estar constituido por una unidad de accionamiento eléctrico que utilice un accionador piezoeléctrico o un motor paso a paso, puede estar constituido por un mecanismo manual que pueda ajustar manualmente una posición, o puede tener una estructura que emplee una estructura de tornillo. Cuando el mecanismo de ajuste de posición 71 está constituido por la unidad de accionamiento eléctrica, la unidad de ajuste 73 está conectada eléctricamente al controlador de posición 30 y las posiciones del primer y segundo soporte 72a y 72b pueden monitorearse electrónicamente utilizando una señal de control del controlador de posición 30.

Cuando el mecanismo de ajuste de posición 71 está configurado para ser monitoreado eléctricamente, la posición del par de electrodos 17 puede ser monitoreada como sigue. En primer lugar, el dispositivo de entrada 62 recibe información, que se utiliza para observación, de la forma de los pocillos 21 (por ejemplo, información que indica que el fondo tiene una forma plana o una forma de U o información de la profundidad de un fondo en forma de U) de la microplaca 20, o información sobre la posición de la punta (información de anchura o altura) del primer electrodo 17a en relación con la posición de la punta del segundo electrodo 17b. Luego, se determina la posición relativa de la punta del primer electrodo 17a con respecto a la punta del segundo electrodo 17b y el controlador de posición 30 ajusta automáticamente el espacio entre el primer soporte 72a y el segundo soporte 72b para lograr la posición relativa. De esta forma, el mecanismo de ajuste de posición 71 puede ajustar la posición relativa de la punta del primer electrodo 17a y la punta del segundo electrodo 17b.

A continuación se describirá en detalle el funcionamiento del dispositivo de observación de células 1A, en el momento de la medición óptica de una muestra S, y el método de observación de células de acuerdo con esta realización con referencia a la Fig. 16. La Fig. 16 es un diagrama de flujo que ilustra el funcionamiento del dispositivo de observación de células 1A en el momento de la medición óptica de una muestra S.

En primer lugar, cuando se introduce una instrucción para iniciar la medición óptica de las células y la información de forma de los pocillos 21 a través del dispositivo de entrada 62, la relación posicional entre la punta del primer electrodo 17a y la punta del segundo electrodo 17b de los múltiples pares de electrodos 17 se ajusta automáticamente bajo el control del controlador de posición 30 (paso S21). Después de esto, la microplaca 20 que contiene una muestra S que se va a medir en el apilador de microplacas 13 se lleva a la posición de medición P en la caja oscura 15 mediante el mecanismo de transporte de microplacas 12, en un estado en el cual la microplaca está colocada sobre el soporte de microplacas 11 (paso S22). Luego, haciendo que el ordenador 50 controle la posición de la unidad de estimulación eléctrica 16 mediante el mecanismo de movimiento 19, se insertan las puntas de los múltiples pares de electrodos 17 en los correspondientes pocillos 21 de la microplaca 20 (paso S23). En ese momento, el ordenador 50 monitorea las posiciones de los pares de electrodos 17 de manera que la punta del segundo electrodo 17b de cada par de electrodos 17 entre en contacto con el exterior del centro de la cara inferior 22 de la microplaca 20. Por consiguiente, el primer electrodo 17a queda dispuesto en un estado en el cual su punta está separada por una distancia predeterminada del centro de la cara inferior 22 del pocillo 21.

Después de esto, haciendo que el ordenador 50 controle el controlador de estimulación eléctrica 34, se suministra una señal eléctrica a los pares de electrodos 17 y se aplica estimulación eléctrica a las muestras S en los pocillos 21 de la microplaca 20 (paso S24). La aplicación de estimulación eléctrica se realiza repetidamente con un ciclo predeterminado (por ejemplo, de 1 a 10 Hz). En el estado en el que se inicia la aplicación de la estimulación eléctrica, se inicia la irradiación de luz de excitación desde la fuente de luz de excitación 43 haciendo que el ordenador 50 controle el controlador de formación de imágenes 32 (paso S25). Luego, la unidad de adquisición de imágenes en movimiento 40 detecta una imagen óptica bidimensional de la microplaca 20, que incluye la fluorescencia emitida por la muestra S contenida en el pocillo 21, y el ordenador adquiere los datos de la imagen en movimiento que representan la imagen óptica bidimensional. 50. La velocidad de fotogramas de la unidad de adquisición de imágenes en movimiento 40 se establece para que sea mayor que la frecuencia de la señal eléctrica. Haciendo que el ordenador 50 realice un análisis de intensidad óptica en el área de análisis, establecida como un área de la microplaca 20 sobre el soporte de microplaca 11 encarada hacia el par de electrodos 17, sobre la imagen óptica bidimensional incluida en los datos de imagen en movimiento adquiridos, se adquiere la información de análisis (resultado de control) de la muestra S y se envía al dispositivo de visualización 61 (paso S26).

En este caso, el proceso de ajustar la posición del par de electrodos 17 en el paso S21 se puede realizar cuando se ha insertado el par de electrodos 17 en el pocillo 21 en el paso S22. El proceso del paso S21 se puede realizar después del proceso de insertar el par de electrodos 17 en el pocillo 21 en el paso S23 y antes del proceso de iniciar la aplicación de estimulación eléctrica en el paso S24, o puede efectuarse un ciclo de evaluar una reacción de la muestra S basándose en un resultado de monitoreo de la luz de la muestra en el paso S26, realizar el proceso de ajustar la posición del par de electrodos 17 en el paso S21, realizar el proceso de aplicar estimulación eléctrica en el paso S24, realizar el proceso de irradiar luz de excitación en el paso S25, y realizar el proceso de monitorear la luz en el paso S26. Este ciclo puede repetirse varias veces. Como resultado, es posible ajustar la intensidad de la estimulación eléctrica (un valor de voltaje o un valor de corriente) a aplicar dependiendo de la reacción de la muestra S.

De acuerdo con el dispositivo de observación de células 1A mencionado anteriormente y el método de observación de células que usa el dispositivo de observación de células 1A, disponiendo el par de electrodos 17 que incluye el primer electrodo 17a y el segundo electrodo 17b en el pocillo 21, instalado en la microplaca 20, es posible aplicar estimulación eléctrica a una muestra S que incluye células usando el par de electrodos 17. En este caso, dado que se puede ajustar la posición relativa de la punta del primer electrodo 17a con respecto a la punta del segundo electrodo 17b, es posible hacer que la punta del primer electrodo 17a se acerque a la muestra S, que incluye células contenidas en el fondo del pocillo, incluso cuando el pocillo 21 tenga un fondo cóncavo. Incluso cuando el pocillo 21 tenga otra forma, tal como un fondo plano, se puede hacer que la punta del primer electrodo 17a se acerque adecuadamente a la muestra S adaptándose a la forma. Por consiguiente, es posible aplicar estimulación eléctrica a la muestra S desde el par de electrodos 17 cuando el par de electrodos 17 está dispuesto en el pocillo 21 y obtener un resultado de evaluación apropiado para la muestra S.

La Fig. 17 ilustra un ejemplo de un resultado de medición cuando se observan células miocárdicas, que están diferenciadas de las células iPS, utilizando una microplaca 20 en la que la sección transversal del fondo del pocillo 21 en la dirección de profundidad tiene forma de U. Las células miocárdicas se tiñen con un pigmento sensible a Ca2+. Una parte (a) de la Fig. 17 ilustra un resultado de medición de la variación temporal de la intensidad de fluorescencia con una variación de la concentración de Ca2+ en las células, cuando se aplica estimulación eléctrica de 1,0 Hz a las células utilizando el dispositivo de estimulación eléctrica con electrodos en forma de cable coaxial según la técnica relacionada. Una parte (b) de la Fig. 17 ilustra un resultado de medición de la variación temporal de la intensidad de fluorescencia con una variación de la concentración de Ca2+ en las células, cuando se aplica estimulación eléctrica de 1,0 Hz a las células utilizando el dispositivo de observación de células 1, que tiene una estructura en donde el primer electrodo 17a dispuesto cerca del centro del pocillo 21 se extiende más que el segundo electrodo 17b, en un estado en el cual el par de electrodos 17 está dispuesto en el pocillo 21 que tiene forma de U. Como se puede ver en la parte (a) de la Fig. 17, no se pudo observar una variación de intensidad de fluorescencia en respuesta a la aplicación de estimulación eléctrica (donde una línea de trazos en el dibujo indica un tiempo de inicio de aplicación y una flecha en el dibujo indica tiempos de aplicación de 1,0 Hz) cuando se usa la estructura de electrodos de acuerdo con la técnica relacionada. Por otro lado, como puede verse en la parte (b) de la Fig. 17, se pudo observar una variación de la intensidad de fluorescencia en respuesta a la aplicación de estimulación eléctrica (donde una línea de trazos en el dibujo indica el tiempo de inicio de la aplicación y una flecha en el dibujo indica tiempos de aplicación de 1,0 Hz) cuando se usa la estructura de electrodos de acuerdo con la presente realización. A partir de los resultados de medición mencionados anteriormente, se puede ver que cuando se observan las células utilizando la microplaca 20 en la que la cara inferior del pocilio 21 tiene una forma cóncava, tal como una forma en U, el primer electrodo 17a dispuesto cerca del centro se extiende más que el segundo electrodo 17b y así es posible reducir la distancia entre la muestra S ubicada en la cara inferior del pocillo 21 y la punta del primer electrodo 17a, y así aplicar eficientemente la estimulación eléctrica a la muestra S.

La estructura del par de electrodos 17 de la unidad de estimulación eléctrica 16 en los dispositivos de observación de células 1 y 1A no se limita a la forma tubular, sino que pueden emplear diversas formas. La Fig. 18 ilustra una configuración de un par de electrodos 17A, de acuerdo con un ejemplo modificado de la presente invención, en un estado en el cual el par de electrodos está insertado en un pocillo 21 de la microplaca 20, donde una parte (a) de la Fig. 18 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la abertura del pocillo 21 y una parte (b) de la Fig. 18 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la dirección de profundidad del pocillo 21. Como se ilustra en los dibujos, el segundo electrodo 17b está formado por dos electrodos en forma de placa, que están dispuestos en paralelo entre sí, y el primer electrodo 17a puede ser un electrodo en forma de varilla (por ejemplo, un electrodo en columna) que está dispuesto a lo largo del segundo electrodo entre los dos electrodos en forma de placa. La Fig. 19 ilustra una configuración de un par de electrodos 17B, de acuerdo con otro ejemplo modificado de la presente invención, en un estado en el cual el par de electrodos está insertado en un pocillo 21 de la microplaca 20, donde una parte (a) de la Fig. 19 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la abertura del pocillo 21 y una parte (b) de la Fig. 19 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la dirección de profundidad del pocillo 21. Como se ilustra en los dibujos, el segundo electrodo 17b está formado por dos electrodos en forma de varilla (por ejemplo, electrodos columnares), que están dispuestos en paralelo entre sí, y el primer electrodo 17a puede ser un electrodo en forma de varilla (por ejemplo, un electrodo columnar) que está dispuesto a lo largo del segundo electrodo entre los dos electrodos en forma de placa. En los pares de electrodos 17A y 17B, el primer electrodo 17a puede tener forma de prisma, puede tener forma de placa o puede estar revestido con un aislante.

La Fig. 20 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la abertura de un pocillo 21 en un estado en el que un par de electrodos 17C, de acuerdo con otro ejemplo modificado de la presente invención, está insertado en el pocillo 21 de la microplaca 20. Como par de electrodos 17C ilustrado en el dibujo, se pueden proporcionar tres o más segundos electrodos 17b. El par de electrodos 17C incluye tres segundos electrodos 17b en forma de varilla, que están dispuestos en paralelo entre sí, y un primer electrodo 17a en forma de varilla que está dispuesto entre los segundos electrodos 17b. Específicamente, el primer electrodo 17a está dispuesto en el centro de un área que está rodeada por unas líneas límite L1 que conectan los centros de las secciones transversales, tomadas a lo largo de la abertura del pocillo 21, de los segundos electrodos 17b.

La Fig. 21 ilustra una configuración de un par de electrodos 17D, de acuerdo con otro ejemplo modificado de la presente invención, en un estado en el cual el par de electrodos está insertado en un pocillo 21 de la microplaca 20, donde una parte (a) de la Fig. 21 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la abertura del pocillo 21 y una parte (b) de la Fig. 21 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la dirección de profundidad del pocillo 21. Como se ilustra en los dibujos, el segundo electrodo 17b puede estar formado por un electrodo en forma de varilla (por ejemplo, un electrodo que tiene forma de columna o forma de prisma) y el primer electrodo 17a puede estar formado por un electrodo en forma de varilla (por ejemplo, un electrodo que tiene forma de columna o forma de prisma) que está dispuesto cerca del centro del pocillo 21, en paralelo al segundo electrodo 17b. La Fig. 22 ilustra una configuración de un par de electrodos 17E, de acuerdo con otro ejemplo modificado de la presente invención, en un estado en el cual el par de electrodos está insertado en un pocillo 21 de la microplaca 20, donde una parte (a) de la Fig. 22 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la abertura del pocillo 21 y una parte (b) de la Fig. 22 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la dirección de profundidad del pocillo 21. Como se ilustra en los dibujos, el segundo electrodo 17b puede estar formado por un electrodo en forma de placa y el primer electrodo 17a puede estar formado por un electrodo en forma de varilla (por ejemplo, un electrodo que tiene forma de columna o forma de prisma) que está dispuesto cerca del centro del pocillo 21, en paralelo al segundo electrodo 17b. Estos pares de electrodos 17D y 17E se emplean en un caso en el que el número de pocillos 21 formados en la microplaca 20 es igual o superior a 100, tal como 364, y la anchura del pocillo 21 es pequeña. Cuando se usan los pares de electrodos 17D y 17E en este caso, los pares de electrodos se pueden insertar fácilmente en el pocillo 21 y la punta del primer electrodo 17a se puede colocar fácilmente cerca del centro de la cara inferior del pocillo 21.

En este caso, los pares de electrodos 17A a 17E empleados por el dispositivo de observación de células 1 tienen una estructura en la que la punta del primer electrodo 17a se extiende más que la punta del segundo electrodo 17b. En los pares de electrodos 17 y 17A a 17E, cuando el primer electrodo 17a está formado por un electrodo en forma de placa, es preferible establecer que la anchura de la punta del primer electrodo 17a sea menor que la anchura de la punta del segundo electrodo 17b. Las Figs. 23 y 24 ilustran unas configuraciones de pares de electrodos 17F y 17G, de acuerdo con ejemplos modificados de la presente invención, en un estado en el cual los pares de electrodos están insertados en los pocillos 21 de la microplaca 20 de este caso, donde una parte (a) de la Fig. 23 y una parte (a) de la Fig. 24 son vistas en sección transversal tomada a lo largo de la abertura del pocillo 21 y una parte (b) de la Fig. 23 y una parte (b) de la Fig. 24 son vistas en sección transversal tomada a lo largo de la dirección de profundidad del pocillo 21. El par de electrodos 17G incluye un primer electrodo 17a y un segundo electrodo 17b que son electrodos en forma de placa, y la anchura del primer electrodo 17a se establece para que sea menor que la anchura del segundo electrodo 17b. En el par de electrodos 17F, el segundo electrodo 17b está formado por un electrodo en forma de varilla, el primer electrodo 17a está formado por un electrodo en forma de placa, la anchura del primer electrodo 17a disminuye hacia la punta y en la punta del primer electrodo 17a está formada una parte convexa que tiene una anchura menor que la punta del segundo electrodo 17b. De acuerdo con los pares de electrodos 17F y 17G que tienen estas configuraciones, es posible reducir fácilmente la distancia entre la muestra S contenida en la cara inferior cóncava 22 del pocillo 21 y el primer electrodo 17a.

En este caso, en el dispositivo de observación de células mencionado anteriormente o el dispositivo de estimulación eléctrica mencionado anteriormente, el segundo electrodo puede tener una forma tubular y el primer electrodo puede estar dispuesto en el segundo electrodo. De acuerdo con esta configuración, cuando se coloca el par de electrodos en la unidad de contención de la caja de muestras, es posible adaptar fácilmente la forma del par de electrodos a la forma interna cóncava de la unidad de contención y reducir fácilmente la distancia entre la muestra contenida en la parte inferior de la unidad de contención y el primer electrodo. Como resultado, es posible aplicar eficientemente la estimulación eléctrica a la muestra.

El segundo electrodo puede incluir múltiples elementos de electrodo y el primer electrodo puede estar dispuesto entre los múltiples elementos de electrodo. De acuerdo con esta configuración, es posible disminuir fácilmente el tamaño del par de electrodos y aplicar apropiadamente la estimulación eléctrica a la muestra en la unidad de contención.

El primer electrodo puede tener forma de pilar. En este caso, es posible reducir fácilmente la distancia entre la muestra contenida en la parte inferior de la unidad de contención y el primer electrodo. Como resultado, es posible aplicar eficientemente la estimulación eléctrica a la muestra.

Se puede establecer la anchura de la punta del primer electrodo para que sea menor que la anchura de la punta del segundo electrodo. De acuerdo con esta configuración, es posible reducir fácilmente la distancia entre la muestra contenida en el fondo cóncavo de la unidad de contención y el primer electrodo. Como resultado, es posible aplicar eficientemente la estimulación eléctrica a la muestra.

Aplicabilidad industrial

La presente invención se utiliza para el dispositivo de observación de células, el dispositivo de estimulación eléctrica y el método de observación de células que puede observar la reacción a una estimulación eléctrica de una muestra, que incluye una célula, y permite aplicar adecuadamente la estimulación eléctrica a una célula dispuesta en la unidad de contención.

Lista de signos de referencia

17, 17A-17G par de electrodos; 1, 1A dispositivo de observación de células; 10 dispositivo de adquisición de datos; 11 soporte de microplaca (unidad de montaje); 12 mecanismo de transporte de microplaca; 16, 16A unidad de estimulación eléctrica (dispositivo de estimulación eléctrica); 17a primer electrodo; 17b segundo electrodo; 19 mecanismo de movimiento; 20 microplaca (caja de muestras); 21 pocillos (unidad de contención); 22 cara inferior; 30 controlador de posición (unidad de control de posición); 32 controlador de formación de imágenes; 34 controlador de estimulación eléctrica; 40 unidad de adquisición de imágenes en movimiento; 50 ordenador; 51 unidad de análisis de datos; 52 unidad de control; 71 mecanismo de ajuste de posición (unidad de ajuste de posición); 72a, 72b soporte; 73 unidad de ajuste; S muestra

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de estimulación eléctrica (16) para insertar en una microplaca (20), que tiene múltiples pocilios (21) que contienen una muestra (S) que incluye una célula, y aplicar estimulación eléctrica a la célula, comprendiendo el dispositivo de estimulación eléctrica:

múltiples pares de electrodos (17), incluyendo cada uno un primer electrodo (17a) y un segundo electrodo (17b), extendiéndose tanto el primer electrodo como el segundo electrodo dentro del pocillo de la microplaca en la dirección de profundidad del pocillo, estando los múltiples pares de electrodos (17) dispuestos en una forma bidimensional correspondiente a la matriz bidimensional de los múltiples pocillos (21) de la microplaca (20) para extenderse hacia los pocillos (21) de la microplaca (20); y

una unidad de ajuste de posición (71) adaptada para ajustar simultáneamente las posiciones relativas de una punta del primer electrodo (17a) a una punta del segundo electrodo (17b) en los múltiples pares de electrodos.

2. El dispositivo de estimulación eléctrica (16) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el segundo electrodo (17b) tiene forma tubular y

el primer electrodo (17a) está dispuesto en el segundo electrodo.

3. El dispositivo de estimulación eléctrica (16) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el segundo electrodo (17b) incluye múltiples elementos de electrodo y

el primer electrodo (17a) está dispuesto entre los múltiples elementos de electrodo.

4. El dispositivo de estimulación eléctrica (16) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el primer electrodo (17a) tiene forma de pilar.

5. El dispositivo de estimulación eléctrica (16) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la anchura de la punta del primer electrodo (17a) es menor que la anchura de la punta del segundo electrodo (17b).

6. Un dispositivo de observación de células para observar una célula contenida por una microplaca (20) que incluye múltiples pocillos que contienen una muestra (S) que incluye la célula, comprendiendo el dispositivo de observación de células:

una unidad de montaje (11) para sujetar la microplaca (20) sobre la misma;

el dispositivo de estimulación eléctrica (16) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 y que comprende adicionalmente un controlador de estimulación eléctrica (34); y

un controlador de formación de imágenes (32) y una unidad de adquisición de imágenes en movimiento (40) adaptados para medir la fluorescencia de una muestra (S) dispuesta en una posición de medición (P); y una unidad de control de posición (30) para monitorear la posición del par de electrodos (17) de tal manera que el par de electrodos quede dispuesto en el pocillo de la microplaca.

7. Un método de observación de células para observar una célula contenida en una microplaca (20), que tiene un pocillo que contiene una muestra (S) que incluye la célula, utilizando múltiples pares de electrodos (17) que incluyen cada uno un primer electrodo (17a) y un segundo electrodo (17b), extendiéndose tanto el primer electrodo como el segundo electrodo dentro del pocillo de la microplaca en la dirección de profundidad del pocillo, estando dispuestos los múltiples pares de electrodos (17) en una forma bidimensional correspondiente a la matriz bidimensional de los múltiples pocillos (21) de la microplaca (20) de modo que se extiendan de cara a los pocillos (21) de la microplaca (20), comprendiendo el método de observación de células:

un paso de detectar una imagen óptica bidimensional de la microplaca (20) que incluye la fluorescencia emitida por la muestra (S) contenida en el pocillo (21), y adquirir los datos de imágenes en movimiento que representan la imagen óptica bidimensional;

un paso de ajustar simultáneamente las posiciones relativas de la punta del primer electrodo y la punta del segundo electrodo de los múltiples pares de electrodos; y

un paso de aplicar estimulación eléctrica a la muestra utilizando el par de electrodos.

8. El método de observación de células de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el segundo electrodo (17b) tiene forma tubular y

el primer electrodo (17a) está dispuesto en el segundo electrodo.

9. El método de observación de células de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el segundo electrodo (17b) incluye múltiples elementos de electrodo y

el primer electrodo (17a) está dispuesto entre los múltiples elementos de electrodo.

10. El método de observación de células de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en donde el primer electrodo (17a) tiene forma de pilar.

11. El método de observación de células de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en donde la anchura de la punta del primer electrodo (17a) es menor que la anchura de la punta del segundo electrodo (17b).

12. El método de observación de células de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, que comprende adicionalmente:

un paso de sujetar la microplaca sobre una unidad de montaje (11); y

un paso de monitorear la posición del par de electrodos (17) de tal manera que el par de electrodos quede dispuesto en el pocillo de la microplaca.