JP2006197880A - 細胞捕捉装置および細胞捕捉方法 - Google Patents

Abstract

【課題】常に安定した状態で細胞を捕捉することができる細胞捕捉装置および細胞捕捉方法を提供する。
【解決手段】通路１７は、細胞の大きさよりも小さい開口を区画する。通路１７には、通路１７内に負圧を発生させる負圧発生手段２２が接続される。通路１７には、通路１７内の負圧を調整する負圧制御手段２３がさらに接続される。こうした細胞捕捉装置１１では、負圧発生手段２２の働きで通路１７内に負圧が発生する。負圧に基づき細胞は通路１７の開口に捕捉される。このとき、負圧制御手段２３の働きで通路１７内の負圧は例えば一定に維持されることができる。例えば通路１７内の温度変化に基づき通路１７内で負圧が変化しても、負圧は細胞に最適な状態に調整されることができる。細胞は安定した状態で通路１７の開口に捕捉され続けることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば顕微鏡下で細胞に所定の溶液を注入するマイクロインジェクション装置に利用される細胞捕捉装置に関する。

例えば特許文献１に開示されるように、マイクロインジェクション装置は広く知られる。こうした装置は、細胞を捕捉する捕捉板を備える。捕捉板には通路が区画される。吸引ポンプの働きで通路内に負圧が発生すると、通路の開口には溶液中に分散する細胞が捕捉される。このとき、注入器に基づき細胞に例えば薬剤が注入される。
特開昭６２−２７０１９７号公報 特開２０００−２３６５７号公報 特表２００１−５００７４４号公報 特表２００４−５０２９３６号公報 特表２００３−５１４２３６号公報

以上のようなマイクロインジェクション装置では、吸引ポンプの脈動や周囲の温度変化に基づき通路内では負圧は変化してしまう。例えば通路内で負圧が増大すると、細胞は通路内に引き込まれてしまう。その一方で、負圧が減少すると、細胞は通路の開口から離れてしまう。その結果、細胞は安定して通路の開口に捕捉されることができない。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、常に安定した状態で細胞を捕捉することができる細胞捕捉装置および細胞捕捉方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１発明によれば、細胞の大きさよりも小さい開口を区画する通路と、通路に接続され、通路内に負圧を発生させる負圧発生手段と、通路に接続され、通路内の負圧を調整する負圧制御手段とを備えることを特徴とする細胞捕捉装置は提供される。

こうした細胞捕捉装置では、負圧発生手段の働きで通路内に負圧が発生する。負圧に基づき細胞は通路の開口に捕捉される。このとき、負圧制御手段の働きで通路内の負圧は例えば一定に維持されることができる。例えば通路内の温度変化に基づき通路内で負圧が変化しても、負圧は細胞に最適な状態に調整されることができる。細胞は安定した状態で通路の開口に捕捉され続けることができる。

こういった細胞捕捉装置は、密閉空間を区画する液溜め室と、通路に接続されて、液溜め室内で液溜め室の底面から離隔した位置で開口する第１管部材と、負圧発生手段に接続されて、液溜め室内で液溜め室の底面から離隔した位置で開口する第２管部材とをさらに備えてもよい。

こうした細胞捕捉装置では、細胞は例えば培養液といった溶液に分散する。通路内に負圧が発生すると、負圧に基づき溶液は第１管部材から液溜め室内に落下する。溶液は液溜め室の底面に溜まる。第２管部材の開口が溶液から離隔される限り、第２管部材では溶液の進入は回避されることができる。第１管部材から第２管部材に空気のみが流通することができる。その結果、負圧発生手段では溶液の進入は回避される。負圧発生手段では溶液といった液体の進入に基づき故障が発生してしまうことが考えられる。したがって、負圧発生手段で溶液の進入が回避されれば、負圧発生手段は正常に動作し続けることができる。負圧は正確に調整されることができる。

以上のような細胞捕捉装置は例えばマイクロインジェクション装置に組み込まれてもよい。このとき、マイクロインジェクション装置は、細胞の大きさよりも小さい開口を区画する通路と、通路に接続され、通路内に負圧を発生させる負圧発生手段と、通路に接続され、通路内の負圧を調整する負圧制御手段と、細胞に所定の注入物を注入する注入手段とを備えればよい。こういったマイクロインジェクション装置によれば、前述と同様に、負圧は細胞に最適な状態に調整されることができる。細胞は安定した状態で通路の開口に捕捉され続けることができる。したがって、注入手段に基づき注入物は細胞に効率的に注入されることができる。注入といった作業は短時間で実現されることができる。

第２発明によれば、細胞の大きさよりも小さい開口を区画する通路内を溶液のみで満たす工程と、開口に細胞を供給する工程と、通路内に所定の負圧を発生させて通路の開口に細胞を捕捉する工程とを備えることを特徴とする細胞捕捉方法は提供される。

こうした細胞捕捉方法によれば、細胞の供給に先立って通路内は溶液のみで満たされる。その結果、通路内の溶液中では空気の混在は回避される。空気および溶液の境界で発生する表面張力の発生は回避される。こういった表面張力の発生の回避に基づき負圧は正確に制御されることができる。

以上のように本発明によれば、常に安定した状態で細胞を捕捉することができる細胞捕捉装置および細胞捕捉方法は提供されることができる。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る細胞捕捉装置の一具体例すなわちマイクロインジェクション装置１１の構造を概略的に示す。このマイクロインジェクション装置１１は注入機構１２を備える。注入機構１２は注入手段すなわちキャピラリ１３を備える。キャピラリ１３の先端から細胞に注入物すなわち液体その他の物質は注入される。注入機構１２は作業ステージ１４に向き合わせられる。キャピラリ１３は作業ステージ１４に対して相対変位することができる。

作業ステージ１４の水平面上にはシャーレ１５が着脱自在に装着される。シャーレ１５にはシリコンチップ１６が固定される。シリコンチップ１６にはシリコンチップ１６の表面から裏面に貫通する複数の通路１７、１７…が形成される。ここでは、シリコンチップ１６の板厚は例えば１０μｍ程度に設定される。シリコンチップ１６は例えば矩形に形成されればよい。シリコンチップ１６の一辺の長さは例えば１０ｍｍ程度に設定されればよい。

作業ステージ１４は圧力室１８を備える。圧力室１８には水平面で開口する開口１９が形成される。開口１９の周囲で水平面にはシール部材２１が配置される。シール部材２１は水平面上で途切れなく開口１９を囲む。シャーレ１５は平坦な底面でシール部材２１に接触する。したがって、圧力室１８の圧力はシリコンチップ１６内の通路１７に作用する。

圧力室１８には負圧発生手段すなわち真空ポンプ２２が接続される。真空ポンプ２２は所定の吸引力で圧力室１８から空気を吸引することができる。こうして真空ポンプ２２は圧力室１８で負圧を発生させることができる。圧力室１８および真空ポンプ２２の間には負圧制御手段すなわち電空レギュレータ２３が挿入される。電空レギュレータ２３は圧力室１８の負圧を一定に維持する。負圧値は、電空レギュレータ２３に供給される電圧の電圧値に基づき設定されることができる。

電空レギュレータ２３にはＤＡＣ（デジタルアナログコンバータ）２４が接続される。ＤＡＣ２４は電空レギュレータ２３に電圧を供給する。ＤＡＣ２４にはコンピュータ２５が接続される。電空レギュレータ２３に供給される電圧の電圧値は、コンピュータ２５から供給されるデジタル信号に基づき決定される。コンピュータ２５には、例えば各種の細胞ごとに負圧の初期設定値が設定される。コンピュータ２５は、初期設定値ごとに電空レギュレータ２３に供給される電圧値を特定する。コンピュータ２５は、特定した電圧値をデジタル信号としてＤＡＣ２４に送り出すことができる。

圧力室１８および電空レギュレータ２３の間には、密閉空間を区画する液溜め室２６が挿入される。液溜め室２６は密閉空間に培養液や懸濁液を収容することができる。液溜め室２６および圧力室１８は第１管部材すなわち第１チューブ２７で接続される。第１チューブ２７は、液溜め室２６内で液溜め室２６の底面から離隔した位置で開口する。ここでは、第１チューブ２７は重力方向に下向きに開口する。こうして第１チューブ２７の開口は、液溜め室２６内に収容される培養液や懸濁液から隔離される。

その一方で、液溜め室２６および電空レギュレータ２３は第２管部材すなわち第２チューブ２８で接続される。第２チューブ２８は、液溜め室２６内で液溜め室２６の底面から離隔した位置で開口する。ここでは、第２チューブ２８は、第１チューブ２７と同様に、重力方向に下向きに開口する。こうして第２チューブ２８の開口は、液溜め室２６内に収容される培養液や懸濁液から隔離される。こうして液溜め室２６はいわゆるトラップとして機能する。

図２に示されるように、シリコンチップ１６では通路１７は等間隔に例えば１１行１１列のマトリックス状に配置される。通路１７の断面は例えば円形に規定されればよい。通路１７の直径は少なくとも細胞の大きさよりも小さく形成されればよい。細胞の大きさは例えば１０μｍ〜２０μｍ程度に規定される。その一方で、通路１７の直径は例えば２μｍ〜３μｍ程度に設定される。通路１７同士の間隔は例えば５０μｍ程度に設定される。図３に示されるように、各通路１７には表面側開口２９と、裏面側開口３１とが区画される。表面側開口２９はシャーレ１５内に開口する。裏面側開口３１は圧力室１８内に開口する。

次に、マイクロインジェクション装置１１の動作を簡単に説明する。まず、シャーレ１５を取り外した状態で真空ポンプ２２が作動する。このとき、電空レギュレータ２３に所定の電圧値の電圧が供給される。圧力室１８の負圧は例えば３０［ｋＰａ］以上に設定される。こうして外部空間から作業ステージ１４の開口１９を通って圧力室１８に空気が流入する。圧力室１８や第１チューブ２７内に残存する培養液や水滴は、第１チューブ２７の開口から液溜め室２６の底面に落下する。

続いて、シャーレ１５が作業ステージ１４に取り付けられる。シャーレ１５のシリコンチップ１６上に培養液が滴下される。培養液に細胞は混入されない。真空ポンプ１５は再度作動する。電空レギュレータ２３に所定の電圧値の電圧が供給される。前述と同様に、圧力室１８の負圧は例えば３０［ｋＰａ］以上に設定される。真空ポンプ１５は５秒間にわたって作動する。こうして通路１７内は培養液のみで満たされる。

その後、培養液中に細胞を分散させた懸濁液がシリコンチップ１６上に滴下される。こうして細胞は供給される。その一方で、電空レギュレータ２３には、懸濁液中の細胞に対応する所定の電圧値の電圧が供給される。ここでは、圧力室１８すなわち通路１７の負圧は例えば０．２［ｋＰａ］に設定される。こうして通路１７内で負圧が発生すると、シャーレ１５内の懸濁液は通路１７内に流入する。

通路１７の大きさは細胞よりも小さく形成されることから、例えば図４に示されるように、懸濁液中の細胞３２は通路１７の表面側開口２９で捕捉される。電空レギュレータ２３の働きで通路２７の負圧は常に０．２［ｋＰａ］に維持される。細胞３２は、通路１７の表面側開口２９で安定した状態で捕捉され続ける。このとき、キャピラリ１３は細胞３２に挿し込まれる。こうしてキャピラリ１３内の例えば薬液は細胞３２内に注入されることができる。

以上のようなマイクロインジェクション装置１１によれば、電空レギュレータ２３の働きで通路１７内の負圧は常に一定に維持されることができる。例えば真空ポンプ２２の脈動に基づき真空ポンプ２２の吸引力が変化しても、負圧は細胞３２に最適な状態に調整されることができる。同様に、通路１７内や圧力室１８、第１および第２チューブ２３、２４内の温度変化に基づき通路１７内で負圧が変化しても、負圧は細胞３２に最適な状態に調整されることができる。細胞３２は安定した状態で通路１７の表面側開口２９に捕捉され続けることができる。

しかも、負圧に基づき通路１７を流通する培養液や懸濁液は第１チューブ２７の開口から液溜め室２６の底面に落下する。第１および第２チューブ２７、２８の先端は液溜め室２６内の底面から離隔した位置で開口することから、第２チューブ２８では培養液や懸濁液の進入は回避される。第１チューブ２７から第２チューブ２８に空気のみが流通することができる。その結果、電空レギュレータ２３や真空ポンプ２２では培養液や懸濁液の進入は回避される。真空ポンプ２２や電空レギュレータ２３は正常に動作し続けることができる。負圧は正確に制御されることができる。

その上、シャーレ１５の取り付けに先立って、圧力室１８や第１チューブ２７では負圧が発生する。圧力室１８や第１チューブ２７に残存する培養液や水滴は第１チューブ２７の開口から液溜め室２６の底面に落下する。その結果、圧力室１８や第１チューブ２７では、残存する培養液や水滴および空気の境界で発生する表面張力の発生は回避される。同様に、細胞３２の捕捉に先立って通路１７内は培養液で満たされる。その結果、通路１７内の培養液中では空気の混在は回避される。空気および培養液の境界で発生する表面張力の発生は回避される。こういった表面張力の発生の回避に基づき負圧は正確に制御されることができる。

図５は、本発明の第２実施形態に係るマイクロインジェクション装置１１ａの構造を概略的に示す。このマイクロインジェクション装置１１ａには、前述の真空ポンプ２２に代えて、負圧発生手段としてシリンジ３５が組み込まれる。シリンジ３５は、シリンダ３６と、シリンダ３６内に収容されるピストン３７とを備える。シリンダ３６は第２チューブ２８に接続される。ピストン３７にはシリンジ駆動機構３８が接続される。シリンジ駆動機構３８には例えばシリンジポンプが用いられればよい。シリンジ駆動機構３８の働きでピストン３７はシリンダ３６に対して相対移動することができる。シリンジ駆動機構３８に基づきピストン３７がシリンダ３６から引き出されると、シリンジ３５内では所定の吸引力で空気は吸引されることができる。こうしてシリンジ３５は圧力室１８すなわち通路１７内に負圧を発生させることができる。

同様に、マイクロインジェクション装置１１ａには、前述の電空レギュレータ２３、ＤＡＣ２４およびコンピュータ２５に代えて、圧力センサ３９および制御回路４１が組み込まれる。圧力センサ３９は第２チューブ２８に接続される。圧力センサ３９は、通路１７内の負圧を検出することができる。制御回路４１は圧力センサ３９およびシリンジ駆動機構３８に接続される。制御回路４１は、圧力センサ３９で検出された負圧に基づきシリンジ駆動機構３８の駆動を制御する。ピストン３７の移動量は制御される。こうしてシリンジ３５に基づき発生する負圧はフィードバック制御されることができる。ここでは、圧力センサ３９および制御回路４１は本発明の負圧制御手段として機能する。その他、前述の第１実施形態と均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。

制御回路４１はシリンジ駆動機構３８に制御信号を送り出す。シリンジ駆動機構３８では予め設定された移動量に基づきピストン３７を移動させる。こうしてピストン３７は所定の移動量でシリンダ３６から引き出される。このとき、圧力センサ３９は通路２７内の負圧値を検出する。検出された負圧値は制御回路４１に送り出される。制御回路４１では、検出された負圧値に基づきシリンジ駆動機構３８に制御信号を送り出す。シリンジ駆動機構３８はピストン３７の移動量を調整する。こうして通路１７内の負圧は常に一定に維持されることができる。

こういったマイクロインジェクション装置１１ａによれば、前述の第１実施形態と同様に、細胞３２は安定した状態で通路１７の表面側開口２９に捕捉され続けることができる。しかも、シリンジ３５が例えばシリンジ駆動機構３８に着脱自在に構成されれば、シリンジ３５は容易に交換されることができる。前述の真空ポンプ２２に比べて滅菌、抗菌は十分に実現されることができる。

その他、図６に示されるように、マイクロインジェクション装置１１ａには、シリンジ３５に代えて、並列に配置される第１および第２シリンジ４２、４３が組み込まれてもよい。第２チューブ２８は第１および第２シリンジ４２、４３に向かって枝分かれすればよい。前述のシリンジ駆動機構３８は、第１および第２シリンジ４２、４３を個別に駆動することができる。同時に、シリンジ駆動機構３８は、例えば第１および第２シリンジ４２、４３を同時に駆動することもできる。

第１シリンジ４２側の第２チューブ２８には第１バルブ４４が挿入される。第１バルブ４４の開閉に基づき第１シリンジ４２は、第２チューブ２８との接続と、外部空間との接続とが切り替えられる。同様に、第２シリンジ４３側の第２チューブ２８には第２バルブ４５が挿入される。第２バルブ４５の開閉に基づき第２シリンジ４３は、第１バルブ４４と同様に、第２チューブ２８との接続と、外部空間との接続とが切り替えられる。

まず、第１バルブ４４の働きで第１シリンジ４２は第１チューブ２８に接続される。その一方で、第２バルブ４５の働きで第２シリンジ４３は外部空間に接続される。シリンジ駆動機構３８が所定の移動量で第１シリンジ４２のピストン３７を移動させると、第１シリンジ４２は通路２７内で負圧を発生させる。例えばピストン３７がシリンダ３６の後端まで引き出されると、それ以上負圧は増大することができない。このとき、第２バルブ４５の開閉に基づき第２シリンジ４３は第２チューブ２８に接続される。同時に、第１バルブ４４の開閉に基づき第１シリンジ４２は外部空間に接続される。

第２シリンジ４３ではピストン３７が引き出される。こうして第２シリンジ４３は通路２７内で負圧を発生させる。通路２７内ではさらに負圧は増大することができる。同時に、第１シリンジ４２は外部空間と接続されることから、シリンダ３６内の空気は外部空間に逃がされることができる。こうしてピストン３７はシリンダ３６の前端まで押し戻される。第２シリンジ４３でピストン３７がシリンダ３６の後端まで引き出されると、第１バルブ４４の切り替えに基づき第１シリンジ４２が利用されることができる。こうして第１および第２シリンジ４２、４３は交互に利用されることができる。通路１７内の負圧は際限なく増大することができる。マイクロインジェクション装置１１ａの用途は増大する。

その他、以上のようなマイクロインジェクション装置１１、１１ａでは、シリコンチップ１６に代えて、例えばホールディングピペットといったガラス管が用いられてもよい。すなわち、ホールディングピペットに、第１および第２チューブ２３、２４や液溜め室２６、真空ポンプ２２やシリンジ３５といった負圧発生手段、電空レギュレータ２３、圧力センサ３９や制御回路４１といった負圧制御手段が接続されればよい。

（付記１） 細胞の大きさよりも小さい開口を区画する通路と、通路に接続され、通路内に負圧を発生させる負圧発生手段と、通路に接続され、通路内の負圧を調整する負圧制御手段とを備えることを特徴とする細胞捕捉装置。

（付記２） 付記１に記載の細胞捕捉装置において、密閉空間を区画する液溜め室と、前記通路に接続されて、液溜め室内で液溜め室の底面から離隔した位置で開口する第１管部材と、前記負圧発生手段に接続されて、液溜め室内で液溜め室の底面から離隔した位置で開口する第２管部材とをさらに備えることを特徴とする細胞捕捉装置。

（付記３） 細胞の大きさよりも小さい開口を区画する通路と、通路に接続され、通路内に負圧を発生させる負圧発生手段と、通路に接続され、通路内の負圧を調整する負圧制御手段と、細胞に所定の注入物を注入する注入手段とを備えることを特徴とするマイクロインジェクション装置。

（付記４） 細胞の大きさよりも小さい開口を区画する通路内を溶液のみで満たす工程と、開口に細胞を供給する工程と、通路内に所定の負圧を発生させて通路の開口に細胞を捕捉する工程とを備えることを特徴とする細胞捕捉方法。

本発明の第１実施形態に係る細胞捕捉装置の一具体例すなわちマイクロインジェクション装置の構成を概略的に示す図である。 シリコンチップの構造を概略的に示す部分平面図である。 図２の３−３線に沿った断面図である。 図３に対応し、細胞を捕捉する状態を概略的に示すシリコンチップの部分断面図である。 本発明の第２実施形態に係る細胞捕捉装置の一具体例すなわちマイクロインジェクション装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の他の具体例に係るシリンジの構成を概略的に示す図である。

符号の説明

１１ 細胞捕捉装置（マイクロインジェクション装置）、１３ 注入手段（キャピラリ）、１７ 通路、２２ 負圧発生手段（真空ポンプ）、２３ 負圧制御手段（電空レギュレータ）、２６ 液溜め室、２７ 第１管部材（第１チューブ）、２８ 第２管部材（第２チューブ）、２９ 開口、３２ 細胞、３５ 負圧発生手段（シリンジ）、３９ 負圧制御手段（圧力センサ）、４１ 負圧発生手段（制御回路）、４２ 負圧発生手段（第１シリンジ）、４３ 負圧発生手段（第２シリンジ）。

Claims (3)

1. 細胞の大きさよりも小さい開口を区画する通路と、通路に接続され、通路内に負圧を発生させる負圧発生手段と、通路に接続され、通路内の負圧を調整する負圧制御手段とを備えることを特徴とする細胞捕捉装置。
2. 請求項１に記載の細胞捕捉装置において、密閉空間を区画する液溜め室と、前記通路に接続されて、液溜め室内で液溜め室の底面から離隔した位置で開口する第１管部材と、前記負圧発生手段に接続されて、液溜め室内で液溜め室の底面から離隔した位置で開口する第２管部材とを備えることを特徴とする細胞捕捉装置。
3. 細胞の大きさよりも小さい開口を区画する通路内を溶液のみで満たす工程と、開口に細胞を供給する工程と、通路内に所定の負圧を発生させて通路の開口に細胞を捕捉する工程とを備えることを特徴とする細胞捕捉方法。

Images