JP2006325429A - Automatic nuclear transplantation apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an automatic nuclear transplantation apparatus capable of uniformly, stably, and efficiently conducting nucleus transplantation, by automatizing all of nucleus transplantation operations conventionally conducted by hand in micro channels. <P>SOLUTION: This automatic nuclear transplantation apparatus includes modules for conducting processes of dividing, separating, and fusing an ovum, respectively, wherein the modules each have a transport system including the micro channel and are connected to each other, and therefore the ovum travels through the channels, so that the ovum to which a new nucleus is transplanted is automatically formed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、再生医療や製薬といった医療分野、品種改良といった農林水産分野など、細胞の機能化や評価を必要とする分野において、核移植を自動化する装置に関し、核移植細胞の大量高速処理、品質の均一化を実現する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for automating nuclear transplantation in fields requiring functionalization and evaluation of cells, such as medical fields such as regenerative medicine and pharmaceuticals, and agricultural, forestry and fisheries fields such as breed improvement. It is related with the apparatus which implement | achieves uniformization.

生化学の分野を中心に微小流路をガラス基板やプラスチック基板に形成し、その微小閉空間内で化学反応を起こすマイクロ(化学)チップが開発されている。特にDNAのPCR(Polymerase Chain Reaction)法の応用として従来技術と比較し、数倍〜十数倍の高速分離検出が可能となり、多くの製品開発がされている(例えば、非特許文献1参照。)。現在その応用先は生化学反応を中心とした応用であり、細胞の分離や加工といった細胞単体の個別搬送、個別加工といった技術は、確立されていない。
ところで、クローン技術の確立は今後の医療・化学産業を革新的に変化させると期待される技術である。ファンクショナルジェノミクスの分野では、遺伝子影響を調べるために特定の遺伝子を持ったマウス(KOマウス)を作成し、様々な創薬や治療の研究に使われている。KOマウスの作成方法では主に、ES細胞からキメラマウスを作り、その子孫からKOマウスを作成する方法が取られているが、安定したクローン技術により、ES細胞から直接クローン技術でKOマウスを作る方法や、体細胞で遺伝子をKOしクローンマウスを作る方法が有用となってくる。特に、ES細胞が樹立されていない動物種やマウスの系統では体細胞からのクローン体の作成は非常に有効である。一方で、現状のクローニングにおける核移植作業は、移植工程中に多くの手作業が含まれており(例えば、非特許文献2参照。)、研究の効率化、妥当な評価の障害になっている。例えば、移植後の卵細胞に対し、添加薬品の効果を比較する場合、手作業による卵子の損傷のばらつきが大きいと薬品の効果を正確に評価することができない。
このように自動化による研究の省力化と実験条件の安定化はファンクショナルジェノミクスの技術発展に必要不可欠である。また、今後の産業化を考慮する上でも作業の自動化は重要である。
ANDREW J.DEMELLO, “Microfluidics: DNA amplification moves on”, Nature 422, 28-29 (06March 2003); doi:10.1038/422028a. T. WAKAYAMA,A. C. F. PERRY, M. ZUCCOTTI, K. R. JOHNSON, R. YANAGIMACHI, “Full-termdevelopment of mice from enucleated oocytes injected with cumulus cell nuclei”,Nature 394, 369-374 (23 July 1998); doi:10.1038/28615.
In the field of biochemistry, a micro (chemical) chip has been developed in which a micro flow channel is formed on a glass substrate or a plastic substrate, and a chemical reaction occurs in the micro closed space. In particular, as an application of DNA PCR (Polymerase Chain Reaction), compared to the prior art, high-speed separation detection of several to tens of times is possible, and many products have been developed (for example, see Non-Patent Document 1). ). Currently, its application is centered on biochemical reactions, and technologies such as individual transfer of individual cells such as separation and processing of cells and individual processing have not been established.
By the way, the establishment of clone technology is a technology that is expected to revolutionize the future medical and chemical industries. In the field of functional genomics, mice with specific genes (KO mice) have been created to investigate genetic effects and are used for various drug discovery and treatment studies. In the method for producing KO mice, chimera mice are mainly produced from ES cells, and KO mice are produced from their progeny. However, KO mice are produced directly from ES cells by a clone technique by a stable cloning technique. The method and the method of making a cloned mouse by KO of a gene in somatic cells become useful. In particular, in animal species and mouse strains in which ES cells have not been established, the creation of clones from somatic cells is very effective. On the other hand, the current nuclear transfer operation in cloning involves many manual operations during the transfer process (see, for example, Non-Patent Document 2), which is an obstacle to efficient research and reasonable evaluation. . For example, when comparing the effects of added chemicals on transplanted egg cells, the effects of the chemicals cannot be accurately evaluated if there is a large variation in ovum damage due to manual labor.
Thus, labor-saving research and stabilization of experimental conditions through automation are indispensable for the development of functional genomics technology. Also, work automation is important in considering future industrialization.
ANDREW J. DEMELLO, “Microfluidics: DNA amplification moves on”, Nature 422, 28-29 (06March 2003); doi: 10.1038 / 422028a. T. WAKAYAMA, ACF PERRY, M. ZUCCOTTI, KR JOHNSON, R. YANAGIMACHI, “Full-termdevelopment of mice from enucleated oocytes injected with cumulus cell nuclei”, Nature 394, 369-374 (23 July 1998); doi: 10.1038 / 28615.

本発明の目的は、従来は人手により行われている核移植作業を微小流路内で全て自動化することで、均一、安定かつ、効率よく核移植を遂行する自動核移植装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an automatic nuclear transfer apparatus that performs nuclear transfer uniformly, stably, and efficiently by automating all nuclear transfer operations that have been performed manually in a microchannel. is there.

本発明者らは、上記課題について鋭意検討したところ、分割、分離、融合を行う各モジュールの微小流路系の組合せにより、核移植作業の自動化を実現できることを見出し、この知見に基づき本発明を完成するに至った。   The present inventors diligently studied the above problems, and found that the nuclear transfer operation can be automated by combining the microchannel systems of the modules that perform division, separation, and fusion. It came to be completed.

すなわち、本発明は、
(1)細胞の分割、分離、融合の各工程を行うモジュールを含み、各モジュールは微小流路を含む搬送系を有して、連結され、該流路内を細胞が移動し、自動で新たな核が移植された卵子を作成しうる装置、
(2)前記微小流路を外部の駆動装置により局所的に狭めることで細胞の細胞膜を破壊せずに、前記微小流路内において細胞を2つ以上に分割するモジュールを有することを特徴とする、(1)項の自動核移植装置、
(3)徐々に狭めた流路とその出口が別の広い流路に連結された2つの流路の構成を有し、前記徐々に狭めた流路に細胞を押し込み、出口の流速を制御することにより細胞の細胞膜を破壊せずに、前記細胞を2つ以上に分割するモジュールを有することを特徴とする(1)又は(2)項記載の自動核移植装置、
(4)核の有無を判別し、核を含まない細胞のみを流路内において分離抽出する流路構造をもつモジュールを有することを特徴とする(1)〜(3)項のいずれか1項に記載の自動核移植装置、
(5)細胞を流路内に固定、あるいは留め、周囲の液体を交換する機能をもつモジュールを有することを特徴とする、(1)〜(4)項のいずれか1項に記載の自動核移植装置、
(6)細胞を各工程のモジュール間で搬送管理するため、モジュール間で流路を連結する際、各モジュールの入力端及び/又は出力端に細胞をカウントする制御回路を有することを特徴とする(1)〜(5)項のいずれか1項に記載の自動核移植装置、
(7)各モジュールは、細胞が搬送される流路と、モジュール内駆動装置等の制御情報信号の2種類が共通バスを通して接続でき、各モジュールを容易に抜き差して交換することで容易にシステム変更できる構造を有することを特徴とする(1)〜(6)項のいずれか1項に記載の自動核移植装置、
(8)前記細胞が卵子である、(1)〜(7)項のいずれか1項に記載の自動核移植装置、
That is, the present invention
(1) It includes modules that perform the steps of cell division, separation, and fusion. Each module has a transport system that includes a microchannel, and is connected to the cell. A device that can create an egg transplanted with various nuclei,
(2) A module that divides a cell into two or more in the microchannel without destroying the cell membrane of the cell by locally narrowing the microchannel by an external driving device. , (1) automatic nuclear transfer device,
(3) It has a configuration of two channels in which the gradually narrowed channel and its outlet are connected to another wide channel, and the cells are pushed into the gradually narrowed channel to control the flow rate at the outlet. An automatic nuclear transfer device according to (1) or (2), comprising a module for dividing the cell into two or more without destroying the cell membrane of the cell,
(4) Any one of the items (1) to (3), characterized by having a module having a flow channel structure that discriminates the presence or absence of nuclei and separates and extracts only cells that do not contain nuclei in the flow channel. An automatic nuclear transfer device according to
(5) The automatic nucleus according to any one of (1) to (4), which has a module having a function of fixing or retaining cells in a flow path and exchanging surrounding liquid. Transplant device,
(6) It is characterized by having a control circuit for counting cells at the input end and / or the output end of each module when the flow paths are connected between the modules in order to transport and manage the cells between the modules in each step. The automatic nuclear transfer device according to any one of (1) to (5),
(7) Each module can be connected through a common bus for two types of control information signals such as the flow path through which the cells are transported and the in-module drive device, and the system can be easily changed by simply plugging in and replacing each module. The automatic nuclear transfer device according to any one of (1) to (6), which has a structure that can be produced;
(8) The automatic nuclear transfer apparatus according to any one of (1) to (7), wherein the cells are eggs.

(9)新たな核が移植された細胞を作成する方法であって、細胞を微小流路の搬送系を移動させることにより、細胞の分割、分離及び融合が自動的に行なうことを特徴とする方法、
(10)微小流路を外部の駆動装置により局所的に狭めることで細胞の細胞膜を破壊せずに、微小流路内において卵子を2つ以上に分割する工程を含むことを特徴とする(9)項記載の核移植方法、
(11)徐々に狭めた流路とその出口が別の広い流路に連結された2つの流路を用いて、前記徐々に狭めた流路に細胞を押し込み、出口の流速を制御することで細胞の細胞膜を破壊せずに、前記細胞を2つ以上に分割する工程を含むことを特徴とする(9)又は(10)項記載の核移植方法、
(12)核の有無を判別し、核を含まない細胞のみを流路内において分離抽出する工程を含むことを特徴とする(9)〜(11)項のいずれか1項に記載の核移植方法、
(13)細胞を流路内に固定、あるいは留めることにより、周囲の液体を交換する工程を含むことを特徴とする、請求項9〜12のいずれか1項に記載の核移植方法、
(14)細胞を各工程間で搬送管理するため、各工程間で微小流路の搬送系を連結する際、各工程の入力端及び/又は出力端で細胞を検出・カウントすることを含むことを特徴とする(9)〜(13)項のいずれか1項に記載の核移植方法、及び
(15)前記細胞が卵子である、(9)〜(14)項のいずれか1項に記載の核移植方法
を提供するものである。
(9) A method for producing a cell in which a new nucleus is transplanted, wherein the cell is automatically divided, separated and fused by moving the transport system of the microchannel. Method,
(10) The method includes a step of dividing the egg into two or more in the microchannel without destroying the cell membrane of the cell by locally narrowing the microchannel with an external driving device (9 ) Method of nuclear transfer according to paragraph
(11) By using a flow path that is gradually narrowed and two flow paths whose outlets are connected to another wide flow path, cells are pushed into the gradually narrowed flow path, and the flow rate at the outlet is controlled. A nuclear transfer method according to (9) or (10), comprising a step of dividing the cell into two or more without destroying the cell membrane of the cell;
(12) The nuclear transfer according to any one of (9) to (11), which includes a step of determining the presence or absence of nuclei and separating and extracting only cells that do not contain nuclei in the flow path. Method,
(13) The nuclear transfer method according to any one of claims 9 to 12, comprising a step of exchanging a surrounding liquid by fixing or retaining cells in the flow path.
(14) In order to manage the transport of cells between the processes, when connecting the transport system of the micro flow path between the processes, including detecting and counting the cells at the input end and / or the output end of each process (9) The nuclear transfer method according to any one of items (9) to (13), and (15) The cell according to any one of items (9) to (14), wherein the cell is an egg. The present invention provides a method for nuclear transfer.

本発明の自動核移植装置は、核移植作業の各工程を微小流路内で全て自動化することで、安定かつ、効率よく核移植を遂行することができる。それにより、核移植卵の大量生産が可能である。
本発明の自動核移植装置は、現在の生化学分野における化学反応(液体の混合や反応を中心とした応用)だけでなく、微小流路系を使い、細胞等の微小生体の個別搬送、個別加工に応用を広げることで、細胞を扱う分野に対して、大量自動処理を提供することが可能となり、応用分野が広がり、バイオ研究の場だけでなく、産業化に対しても大きな効果が期待される。
The automatic nuclear transfer apparatus of the present invention can perform nuclear transfer stably and efficiently by automating all the steps of the nuclear transfer operation in the microchannel. Thereby, mass production of nuclear transplanted eggs is possible.
The automatic nuclear transfer device of the present invention uses not only chemical reactions in the current biochemical field (applications centered on mixing and reaction of liquids), but also a micro-channel system for individual transport of individual micro-organisms such as cells. By expanding the application to processing, it becomes possible to provide a large amount of automated processing to the field that handles cells, and the application field expands, and it is expected to have a great effect not only for bio research but also for industrialization Is done.

以下、本発明の自動核移植装置の好ましい実施形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。各図の説明において同一の符号には同じものを示す。なお、処理する細胞として卵子(卵細胞)を例にとって以下に説明するが、本発明はこれに限られるものではなく、本発明の自動核移植装置は、体細胞等の任意の動物細胞、植物細胞、ES細胞等についても使用することができる。
図1は、卵細胞のクローン処理のプロトコルを示す図である。図1中、1は卵子、2は核、3は透明帯、4はドナー細胞を示す。
図1から明らかなように、卵細胞のクローン処理は主に、透明帯3の除去、卵子1の二分割、分割された卵子の核2の有無による分離(ソーティング)、分離された核無細胞とドナー細胞4とをカップリングし、細胞融合する作業工程を含む。本発明の自動核移植装置は、そのような従来、人手により行われていた各工程(作業)を、それぞれの作業を専用に行うモジュールによって処理する。
図2を参照して、本発明の自動核移植装置について説明する。
図2は、本発明の自動核移植装置の概要を示す図である。図2中、5は供給ポート、6は分割加工モジュール、7は分離モジュール、8は融合加工モジュール、9は取り出しポート、10は搬送・電装インターフェースを表す。
図2から明らかなように、本発明の自動核移植装置は、卵子の分割、分離、融合の各工程を行うモジュールを含み、核移植の各工程に対応する各モジュール(すなわち、供給ポート5、分割加工モジュール6、分離モジュール7、融合加工モジュール8、取り出しポート9)を搬送・電装インターフェース10により連結している。
本発明において、細胞を流路内に固定あるいは留め(堰き止め)、細胞周囲の液体を交換する機能をもつモジュールを含めることができる。本発明の装置において、2つの直列したモジュールに着目した場合、先のモジュールと後のモジュールとでは、作業工程上、雰囲気液体が異なる場合に有用である。例えば、先のモジュールにおいては、水溶液であり、後のモジュールではバッファーである場合等である。
また、本発明において、細胞を各工程のモジュール間で搬送管理するため、モジュール間で流路を連結する際、各モジュールの入力端及び/又は出力端に細胞を検出・カウントする制御回路を有することが好ましい。
本発明の装置は、上述の複数のモジュールを全て含むものであってもよいし、一部だけ含むものであってもよい。また、上述の複数・複数種のモジュールは、プロトコル、システムの変更、作業目的に応じて任意の順序で連結してよい。
搬送・電装インターフェースは、卵子等の細胞が移動する微小(マイクロ)流路の搬送系と、モジュール内駆動装置等を制御する情報信号系とを含む。
Hereinafter, preferred embodiments of the automatic nuclear transfer apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of each drawing, the same reference numerals denote the same parts. In addition, although an egg (egg cell) is demonstrated below as an example of the cell to process, this invention is not limited to this, The automatic nuclear transfer apparatus of this invention is arbitrary animal cells, such as a somatic cell, and a plant cell. It can also be used for ES cells and the like.
FIG. 1 is a diagram showing a protocol for egg cell cloning. In FIG. 1, 1 is an egg, 2 is a nucleus, 3 is a zona pellucida, and 4 is a donor cell.
As can be seen from FIG. 1, the egg cell cloning is mainly performed by removing the zona pellucida 3, dividing the ovum 1 into two pieces, separating (sorting) the divided eggs with or without the nucleus 2, This includes an operation step of coupling and cell fusion with the donor cell 4. The automatic nuclear transfer apparatus of the present invention processes each process (work) conventionally performed manually by a module that performs each work exclusively.
With reference to FIG. 2, the automatic nuclear transfer apparatus of this invention is demonstrated.
FIG. 2 is a diagram showing an outline of the automatic nuclear transfer apparatus of the present invention. In FIG. 2, 5 is a supply port, 6 is a division processing module, 7 is a separation module, 8 is a fusion processing module, 9 is a take-out port, and 10 is a conveyance / electrical interface.
As is clear from FIG. 2, the automatic nuclear transfer apparatus of the present invention includes modules for performing the steps of egg division, separation, and fusion, and each module corresponding to each step of nuclear transfer (ie, supply port 5, The division processing module 6, the separation module 7, the fusion processing module 8, and the takeout port 9) are connected by a transport / electrical interface 10.
In the present invention, a module having a function of fixing or retaining (damming) cells in a flow path and exchanging liquid around the cells can be included. In the apparatus of the present invention, when attention is paid to two modules in series, it is useful when the atmosphere liquid is different between the previous module and the subsequent module in the work process. For example, the former module is an aqueous solution, and the latter module is a buffer.
Further, in the present invention, in order to carry and manage cells between modules in each process, a control circuit that detects and counts cells at the input end and / or output end of each module when the flow paths are connected between modules is provided. It is preferable.
The apparatus of the present invention may include all of the plurality of modules described above, or may include only a part thereof. Moreover, the above-mentioned plural / plural types of modules may be connected in any order according to the protocol, system change, and work purpose.
The transfer / electrical interface includes a transfer system of a micro flow path through which a cell such as an egg moves, and an information signal system for controlling an in-module drive device and the like.

微小流路は、層流の形成が容易であるという特徴を有し、その特徴により、本発明においては、細胞を整列させた状態で安定して搬送することができる。
本発明において、微小流路は細胞が液流により移動する限り任意の形・径でよいが、好ましくは、直径10〜300μmである。また、微小流路における流速は、細胞が液流により移動する限り任意でよいが、好ましくは、10〜500μm/秒である。
また、微小流路において細胞を流す液体は、任意の液体でよいが、好ましくは、任意の水溶液、任意のバッファーである。
微小流路に細胞を含む液体を流す駆動装置としては、注射器のようなシリンジタイプのポンプ、チューブを外から押しつぶすことで、中の液体を押し流すチュービングポンプ等を使用することができる。
各モジュール間の搬送系流路は任意のチューブ等で連結することができるし、制御情報信号系も各モジュール間で任意の電気的コネクタにより接続できる。
前記微小流路の搬送系と制御情報信号系とを含む搬送・電装インターフェースは、共通バスを通して各モジュール間で接続できることが好ましい。そうすることにより、各モジュールを容易に抜き差して交換することで、作業工程の種類、順番を容易に変更できることから、プロトコルやシステムの変更にも容易に対応でき、その他のバイオ分野での作業の自動化システムとして応用することができる。
The microchannel has a feature that it is easy to form a laminar flow. According to the feature, in the present invention, cells can be stably conveyed in an aligned state.
In the present invention, the microchannel may have any shape and diameter as long as the cells move by the liquid flow, but preferably has a diameter of 10 to 300 μm. Further, the flow rate in the microchannel may be arbitrary as long as the cells move by the liquid flow, but is preferably 10 to 500 μm / sec.
In addition, the liquid that allows cells to flow in the microchannel may be any liquid, but is preferably any aqueous solution or any buffer.
As a driving device for flowing a liquid containing cells into a micro channel, a syringe type pump such as a syringe, a tubing pump for flowing a liquid inside by crushing a tube from the outside, or the like can be used.
The transport system flow path between the modules can be connected by an arbitrary tube or the like, and the control information signal system can also be connected between the modules by an arbitrary electrical connector.
It is preferable that a transport / electrical interface including the transport system of the micro channel and the control information signal system can be connected between the modules through a common bus. By doing so, it is possible to easily change the type and order of work processes by easily plugging and replacing each module, so it is possible to easily cope with changes in protocols and systems, and other work in the bio field. It can be applied as an automation system.

細胞融合モジュール(融合加工モジュール)について説明する。
細胞融合モジュールとしては、例えば、Nature. 1986 Mar 6-12;320(6057):63-5. Nuclear transplantation in sheep embryos. Willadsen SM.に記載の手順及び方法を適用することができる。
具体的には、微小流路を挟んで電極を設置してなる細胞融合モジュールが挙げられる。前記微小流路の入口と出口はそれぞれ、他のモジュールと連結していることが好ましい。
上記細胞融合モジュールにおいて、核を含まない細胞と核を含む細胞が流れる微小流路を挟んで設置した電極間に交流電場を印加する。これにより、前記微小流路を流れてきた、核を含まない細胞と核を含むドナー細胞は前記電場に対して平行な向きに整列させることができる。その後、前記電極に直流パルスを印加することで細胞融合を行うことができる。
核移植の際の新たな核の供給源としては、任意のドナー細胞を挙げることができる。
細胞融合モジュールの別の態様として、マイクロマニピュレータを用いて行うこともでき、例えば、Biol Reprod. 1987 Nov;37(4):859-66. “Nuclear transplantation in the bovine embryo: assessment of donor nuclei and recipient oocyte.” Prather RS, Barnes FL, Sims MM, Robl JM, Eyestone WH, First NL.に記載の手順及び方法を適用することができる。
具体的には、対向した2つのマイクロマニピュレータの先端に電極となる金属製の針を設置し、2つの針の間の線上に2つの細胞(核を含まない細胞と核を含むドナー細胞)が並ぶように、すなわち、針先端+核を含まない細胞+核を含むドナー細胞+針先端という位置関係にして、直流のパルスを印加することで融合を行うことができる。このとき、上記2つの細胞は接触していることが好ましく、針先端は細胞表面に接触していなくてよい。
The cell fusion module (fusion processing module) will be described.
As the cell fusion module, for example, the procedures and methods described in Nature. 1986 Mar 6-12; 320 (6057): 63-5. Nuclear transplantation in sheep embryos. Willadsen SM. Can be applied.
Specifically, a cell fusion module in which electrodes are installed with a minute flow channel interposed therebetween can be mentioned. It is preferable that the inlet and the outlet of the microchannel are respectively connected to other modules.
In the cell fusion module, an alternating electric field is applied between electrodes installed across a microchannel through which a cell containing no nucleus and a cell containing the nucleus flow. As a result, cells that do not contain nuclei and donor cells that contain nuclei that have flowed through the microchannel can be aligned in a direction parallel to the electric field. Thereafter, cell fusion can be performed by applying a DC pulse to the electrodes.
As a source of new nuclei at the time of nuclear transfer, any donor cell can be mentioned.
As another embodiment of the cell fusion module, a micromanipulator can be used, for example, Biol Reprod. 1987 Nov; 37 (4): 859-66. “Nuclear transplantation in the bovine embryo: assessment of donor nuclei and recipient. oocyte. ”Prather RS, Barnes FL, Sims MM, Robl JM, Eyestone WH, First NL.
Specifically, a metal needle serving as an electrode is placed at the tip of two opposed micromanipulators, and two cells (a cell that does not contain a nucleus and a donor cell that contains a nucleus) are located on the line between the two needles. Fusion can be performed by applying a direct-current pulse so that they are arranged side by side, that is, in a positional relationship of needle tip + cell not containing a nucleus + donor cell containing a nucleus + needle tip. At this time, the two cells are preferably in contact with each other, and the tip of the needle may not be in contact with the cell surface.

本発明は、微小操作技術や流路内での搬送技術を適用して核移植操作の自動化を図り、クローニング作業の効率化、高品質化、大量生産化を可能とする装置であり、細胞といった微小生体材料の分析や機能化に係る作業を必要とする再生医療、製薬といった医療分野、環境分野、および家畜の改良・増殖、希少品種等の遺伝資源保存といった農林水産分野、食料品分野に応用可能である。   The present invention is a device that automates the nuclear transfer operation by applying a micro operation technique and a transfer technique in a flow path, and enables the efficiency of cloning operations, high quality, mass production, and the like Applied to medical fields such as regenerative medicine and pharmaceuticals that require work related to analysis and functionalization of minute biomaterials, the field of agriculture, forestry and fisheries such as improvement and breeding of livestock, preservation of genetic resources such as rare varieties, and foods Is possible.

以下、実施例に基づき、本発明に用いる各モジュールについて好ましいものを具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
実施例1
まず、図3及び4を参照して、細胞の分割を行うモジュールの第1の実施態様((2)項に対応する。)について説明する。
図3は、分割モジュールの1つの実施形態を示す断面図である。図3中、15は細胞(卵子等)、20は微小流路、31は柔軟部材、31aは壁面変形部、32は駆動装置に連結された部材、Lは液流を示す。図4(a)は、鋭利な刃を利用した分割モジュールの実施形態を示す横断面図である。図4(b)は、鋭利な刃を利用した分割モジュールの実施形態を示す縦断面図である。図4中、31bは柔軟部材、40は鋭利な刃を示す。
図3から明らかなように、本実施態様において、柔軟部材31により形成された微小流路20に対して、モーター、圧電素子等の駆動装置に連結された部材32によって、流路壁面を変形させ、壁面変形部31aを形成することで、流路内の細胞を押しつぶし、卵子の細胞膜を破壊せずに分割することができる。片側からの圧縮でも、両側からの圧縮であってもよい。
Hereinafter, preferred examples of each module used in the present invention will be described in detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
Example 1
First, the first embodiment (corresponding to the item (2)) of the module that performs cell division will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a split module. In FIG. 3, 15 is a cell (egg), 20 is a micro flow path, 31 is a flexible member, 31a is a wall surface deforming part, 32 is a member connected to a driving device, and L is a liquid flow. Fig.4 (a) is a cross-sectional view which shows embodiment of the division | segmentation module using a sharp blade. FIG.4 (b) is a longitudinal cross-sectional view which shows embodiment of the division | segmentation module using a sharp blade. In FIG. 4, 31b is a flexible member, and 40 is a sharp blade.
As apparent from FIG. 3, in this embodiment, the flow channel wall surface is deformed by the member 32 connected to the driving device such as a motor or a piezoelectric element with respect to the micro flow channel 20 formed by the flexible member 31. By forming the wall surface deformation portion 31a, the cells in the flow path can be crushed and divided without breaking the cell membrane of the egg. The compression may be performed from one side or from both sides.

また、本実施態様において、図4(a)、(b)に示すように壁面に鋭利な刃40を組み込むことで細胞壁を切除し、分割する方法でも可能である。これについても片側、両側からの切除いずれでもよい。
上記微小流路を形成する柔軟部材としては、シリコンゴムやPDMS(ポリジメチルシロキサン)のような弾性部材を挙げることができる。これら弾性部材は、吸着性に優れているため、刃の表面が十分平面であれば、吸着し、流路内の液が流出することがなく好ましい。
Moreover, in this embodiment, as shown in FIGS. 4A and 4B, a method of cutting and dividing the cell wall by incorporating a sharp blade 40 into the wall surface is also possible. In this case, either one side or both sides may be excised.
Examples of the flexible member that forms the minute flow path include elastic members such as silicon rubber and PDMS (polydimethylsiloxane). Since these elastic members are excellent in adsorbability, it is preferable that the blade surface is adsorbed and the liquid in the flow channel does not flow out if the surface of the blade is sufficiently flat.

図5を参照して、細胞の分割を行うモジュールの第2の実施態様((3)項に対応する。)について説明する。
図5は、流路径を絞った流路による細胞分割モジュールを示す断面図である。図5中、L1は液流、50は出口を示す。
本実施態様において、図5に示したような流路径が細胞のサイズよりも徐々に狭くなる微小流路とその出口50が広い空間を持った流路を利用し、その徐々に狭くなる微小流路中に細胞を押し込むことで、細胞膜を破壊せずに細胞を分割することができる。微小領域では表面間力が支配的であることから、細胞と流路壁の接触面積が大きくなるほど、十分に細胞を保持することが可能となる。一方、出口50より広い空間に出た細胞の領域は液流L1の流圧によって引っ張られる。すなわち、液流と壁面の接触面積を制御することで細胞を引っ張り、分割することが可能となる。
細胞が卵子である場合、入力端側から出口50に向かい徐々に狭くなる微小流路の直径は、卵子の直径程度である120〜90μmであることが好ましく、徐々に狭くなり出口50では、ほぼ卵子の直径の半分以下である50〜30μmであることが好ましい。
また、本実施態様において、細胞と壁面との接触面積を前述の駆動装置等で能動的に制御することも可能である。
With reference to FIG. 5, a second embodiment (corresponding to the item (3)) of the module for dividing cells will be described.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a cell division module using a flow channel with a reduced diameter. In FIG. 5, L1 indicates a liquid flow and 50 indicates an outlet.
In the present embodiment, a micro-channel whose diameter is gradually narrower than the cell size as shown in FIG. 5 and a channel whose outlet 50 has a wide space are used, and the micro-stream gradually narrowing. By pushing the cells into the path, the cells can be divided without destroying the cell membrane. Since the force between the surfaces is dominant in the minute region, the larger the contact area between the cell and the channel wall, the more the cell can be retained. On the other hand, the cell region that has come out in a space wider than the outlet 50 is pulled by the fluid pressure of the liquid flow L1. That is, the cell can be pulled and divided by controlling the contact area between the liquid flow and the wall surface.
When the cell is an ovum, the diameter of the microchannel that gradually narrows from the input end side toward the outlet 50 is preferably 120 to 90 μm, which is about the diameter of the ovum. It is preferable that it is 50-30 micrometers which is the half or less of the diameter of an ovum.
In this embodiment, it is also possible to actively control the contact area between the cells and the wall surface with the above-described driving device or the like.

次に、図6を参照して、細胞の分離抽出を行うモジュールの第1の実施態様((4)項に対応する。)について説明する。
図6(a)は、ソーティング機構を有する磁気駆動デバイスを示す断面図である。図6(b)は、図6(a)のA−A’線断面図である。61は磁性体、62は電磁石、63は投入ポート、64は回収ポート、65は排出ポート、66は電源、67は型材、68は通路、69は流路内壁を示す。投入ポート63、回収ポート64はそれぞれ、他のモジュールと連結していることが好ましい。
電磁石62の外部磁場によって、流路内においた小型の磁性体61を駆動することによって、核を含まない卵細胞のみを流路内においてソーティングする、磁気駆動デバイスの機構を説明する。磁気駆動デバイス内で図6に示すように磁性体61を設置する。この磁性体としては、鉄やニッケル等の強磁性体でその表面は溶液中でさびないように処理されていることが好ましい。また磁性体の形状は円柱でも四角柱でも構わない。磁場を発生させる電磁石62を図6(b)に示すように磁性ワイヤの長軸方向に設置する。これらの電磁石62へ供給する電流は直流でも交流でも構わない。この磁気駆動デバイスを、例えば、倒立型の光学顕微鏡のステージ上にセットする。ステージは電動化することによりその後の処理を自動化できる。
卵細胞のソーティング時に卵細胞を1個ごとにソーティング機構へ導入する必要があるがこれには既存の任意の技術を利用してよい。
Next, a first embodiment (corresponding to the item (4)) of a module that performs cell separation and extraction will be described with reference to FIG.
FIG. 6A is a cross-sectional view showing a magnetic drive device having a sorting mechanism. FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. Reference numeral 61 denotes a magnetic body, 62 denotes an electromagnet, 63 denotes a loading port, 64 denotes a collection port, 65 denotes a discharge port, 66 denotes a power source, 67 denotes a mold, 68 denotes a passage, and 69 denotes an inner wall of the flow path. The input port 63 and the recovery port 64 are preferably connected to other modules, respectively.
A mechanism of a magnetic drive device that sorts only egg cells that do not contain nuclei in the flow path by driving a small magnetic body 61 in the flow path by an external magnetic field of the electromagnet 62 will be described. As shown in FIG. 6, a magnetic body 61 is installed in the magnetic drive device. The magnetic material is preferably a ferromagnetic material such as iron or nickel and its surface is treated so as not to rust in the solution. The shape of the magnetic material may be a cylinder or a quadrangular prism. An electromagnet 62 for generating a magnetic field is installed in the major axis direction of the magnetic wire as shown in FIG. The current supplied to these electromagnets 62 may be direct current or alternating current. For example, the magnetic drive device is set on the stage of an inverted optical microscope. Subsequent processing can be automated by electrifying the stage.
When sorting egg cells, it is necessary to introduce each egg cell into the sorting mechanism one by one, and any existing technique may be used.

図7は、前記磁気駆動デバイスを用いた、卵細胞のソーティングプロセスを示す図である。図中、Fは細胞の流れを示す。まず、投入ポート63から卵細胞を分散した溶液を投入する。このとき、磁性体61は図7(a)に示すように回収ポートを塞ぐ位置に配置する。溶液は通路68を介して、回収ポート64・排出ポート65の両ポートへと流れ、磁性体61とマイクロ流路との間の隙間以上の大きさの物体は磁性体の無い側の排出ポート65へと流れる。
ここで、投入ポート63を流れる卵細胞に対して蛍光反応などに基づいて目標の核を含まない卵細胞71の選別を行う場合、核を含む卵細胞72は図7(b)に示すように排出ポート65へ流れる。核を含まない卵細胞71を発見した際は図7(c)に示すように磁性体を駆動し回収ポート64を開けて卵細胞71を回収ポート64へ流して取り出す。その後直ちに磁性体を駆動し図7(a)の状態にする。
本実施態様においては、磁場を利用したアクチュエータ駆動を行っているので、(1)細胞への影響が少ない、(2)磁性体の駆動時のみエネルギを消費する、(3)複雑な制御機構が不要である、といったメリットがある。また、一般に細胞の磁性は無いまたはあっても弱いため磁性体駆動のために印加する磁場により卵細胞が動かされることはない。
前記磁気駆動デバイスの微小流路は微細加工により型材67を製作する。例えばPDMS(ポリジメチルシロキサン)により型取りすることで磁気駆動デバイスを製作できる。また、ガラスを用いても製作できる。
図8は、ディスポーザブル磁気駆動マイクロデバイスの分解図である。
図8に示すように、電磁石62はマイクロチップ(ディスポーザブルマイクロ流体チップ82、ディスポーザブル磁性体81及びディスポーザブルカバーガラス83を含む。)の外部に取り付けるため磁気駆動デバイスをディスポーザブルにすることが可能である。なお、84は電磁石62を保持する部材である。
FIG. 7 is a diagram showing an egg cell sorting process using the magnetic drive device. In the figure, F indicates the flow of cells. First, a solution in which an egg cell is dispersed is input from the input port 63. At this time, the magnetic body 61 is disposed at a position for closing the recovery port as shown in FIG. The solution flows through the passage 68 to both the recovery port 64 and the discharge port 65, and an object having a size larger than the gap between the magnetic body 61 and the micro flow path is the discharge port 65 on the side without the magnetic body. It flows to.
Here, when the egg cell 71 that does not include the target nucleus is selected from the egg cell flowing through the input port 63 based on a fluorescence reaction or the like, the egg cell 72 including the nucleus is discharged from the discharge port 65 as shown in FIG. To flow. When the egg cell 71 containing no nucleus is found, the magnetic material is driven to open the recovery port 64 as shown in FIG. 7C, and the egg cell 71 is flowed to the recovery port 64 and taken out. Immediately thereafter, the magnetic body is driven to the state shown in FIG.
In this embodiment, since actuator driving using a magnetic field is performed, (1) the influence on the cell is small, (2) energy is consumed only when the magnetic material is driven, and (3) a complicated control mechanism is provided. There is a merit that it is unnecessary. In general, the cells are not magnetized or weak, but the eggs are not moved by the magnetic field applied to drive the magnetic material.
The mold 67 is manufactured by microfabrication of the minute flow path of the magnetic drive device. For example, a magnetic drive device can be manufactured by molding with PDMS (polydimethylsiloxane). It can also be produced using glass.
FIG. 8 is an exploded view of the disposable magnetic drive microdevice.
As shown in FIG. 8, since the electromagnet 62 is attached to the outside of the microchip (including the disposable microfluidic chip 82, the disposable magnetic body 81, and the disposable cover glass 83), the magnetic drive device can be made disposable. Reference numeral 84 denotes a member for holding the electromagnet 62.

次に、図9を参照して、細胞の分離抽出を行うモジュールの第2の実施態様について説明する。
外部磁場によって、流路内においた小型の磁性体を駆動することによって、核を含まない卵細胞のみを流路内においてソーティングする、磁気駆動デバイスの機構を説明する。図9にソーティング機構を有する磁気駆動デバイスの概要を示す。磁性体が駆動する微小流路の幅は磁性体の幅に加えて卵細胞が通過できる大きさがあればよい。磁気駆動デバイス内で図9に示すように磁性体61を設置する。この磁性体には鉄やニッケル等の強磁性体が適しており、その表面は溶液中でさびないように処理されていることが好ましい。また磁性体の形状は円柱でも四角柱でも構わない。磁場を発生させる電磁石62を図9(b)に示すように磁性ワイヤの短軸方向に設置する。これらの電磁石62へ供給する電流は直流でも交流でも構わない。この磁気駆動デバイスを例えば、倒立型の光学顕微鏡のステージ上にセットする。ステージは電動化することによりその後の処理を自動化できる。
Next, a second embodiment of the module for performing separation and extraction of cells will be described with reference to FIG.
A mechanism of a magnetic drive device that sorts only egg cells that do not contain nuclei in the flow path by driving a small magnetic body in the flow path by an external magnetic field will be described. FIG. 9 shows an outline of a magnetic drive device having a sorting mechanism. The width of the microchannel driven by the magnetic body may be large enough to allow egg cells to pass in addition to the width of the magnetic body. A magnetic body 61 is installed in the magnetic drive device as shown in FIG. Ferromagnetic materials such as iron and nickel are suitable for the magnetic material, and the surface is preferably treated so as not to rust in the solution. The shape of the magnetic material may be a cylinder or a quadrangular prism. An electromagnet 62 for generating a magnetic field is installed in the minor axis direction of the magnetic wire as shown in FIG. The current supplied to these electromagnets 62 may be direct current or alternating current. For example, the magnetic drive device is set on the stage of an inverted optical microscope. Subsequent processing can be automated by electrifying the stage.

卵細胞のソーティング時に卵細胞を1個ごとにソーティング機構へ導入する必要があるがこれには既存の任意の技術を利用してよい。図10に卵細胞のソーティングプロセスを示す。図中、Fは細胞の流れを示す。まず、投入ポート63から卵細胞を分散した溶液を投入する。このとき磁性体は図10(a)に示すように回収ポート64を塞ぐ位置に配置する。溶液は通路68を介して、回収ポート64・排出ポート65の両ポートへと流れるが磁性体61とマイクロ流路との間の隙間以上の大きさの物体は磁性体61の無い側のポートへと流れる。投入ポート63を流れる卵細胞に対して蛍光反応などに基づいて目標の核を含まない卵細胞71の選別を行う。核を含む卵細胞72は図10(b)に示すように排出ポート65へ流れる。核を含まない卵細胞71を発見した際は図10(c)に示すように磁性体61を駆動し回収ポート64を開けて卵細胞を回収ポート64へ流して取り出す。その後直ちに磁性体を駆動し図10(a)の状態にする。この例では磁場を利用したアクチュエータ駆動を行っているので、(1)細胞への影響が少ない、(2)磁性体の駆動時のみエネルギを消費する、(3)複雑な制御機構が不要である、のメリットがある。また、一般に細胞の磁性は無いまたはあっても弱いため磁性体駆動のために印加する磁場により卵細胞が動かされることはない。
また、前記細胞分離抽出モジュールの第1の実施態様と比較してポートの切り替えに必要な駆動距離が少なくて済むため、磁性体駆動に必要な電力が少なくて済む特徴がある。
微小流路は微細加工により型材67を製作する。例えばPDMS(ポリジメチルシロキサン)により型取りすることで磁気駆動デバイスを製作できる。また、ガラスを用いても製作できる。
また電磁石はマイクロチップの外部に取り付けるため、前述の細胞の分離抽出を行うモジュールの第1の実施態様のように磁気駆動デバイスをディスポーザブルにすることが可能である。
When sorting egg cells, it is necessary to introduce each egg cell into the sorting mechanism one by one, and any existing technique may be used. FIG. 10 shows an egg cell sorting process. In the figure, F indicates the flow of cells. First, a solution in which an egg cell is dispersed is input from the input port 63. At this time, the magnetic body is disposed at a position where the recovery port 64 is closed as shown in FIG. The solution flows through the passage 68 to both the recovery port 64 and the discharge port 65, but an object having a size larger than the gap between the magnetic body 61 and the micro flow path is directed to the port on the side where the magnetic body 61 is not present. And flow. The egg cells 71 that do not contain the target nucleus are selected from the egg cells flowing through the input port 63 based on a fluorescent reaction or the like. The egg cell 72 including the nucleus flows to the discharge port 65 as shown in FIG. When the egg cell 71 containing no nucleus is found, the magnetic body 61 is driven to open the recovery port 64 and the egg cell is flowed to the recovery port 64 and taken out as shown in FIG. Immediately thereafter, the magnetic body is driven to the state shown in FIG. In this example, the actuator is driven using a magnetic field, so that (1) the influence on the cell is small, (2) energy is consumed only when the magnetic material is driven, and (3) no complicated control mechanism is required. There are merits. In general, cells are not magnetized or are weak, but the eggs are not moved by the magnetic field applied to drive the magnetic material.
Further, as compared with the first embodiment of the cell separation / extraction module, since the driving distance required for switching the port is small, the power required for driving the magnetic material is small.
For the micro flow path, the mold 67 is manufactured by micro processing. For example, a magnetic drive device can be manufactured by molding with PDMS (polydimethylsiloxane). It can also be produced using glass.
Further, since the electromagnet is attached to the outside of the microchip, the magnetic drive device can be made disposable as in the first embodiment of the module for separating and extracting cells as described above.

次に、図11を参照して、細胞周囲の液交換を行うモジュールの第1の実施態様((5)項に対応する。)について説明する。
外部磁場による磁気駆動デバイス内での細胞を流路内に固定、あるいは留め、周囲の液体を交換するための細胞機構を示す。図11にフィルタリング機構を有する磁気駆動デバイスの概要を示す。図中、130は、交換する液体を投入する試薬投入ポートを示す。磁気駆動デバイス内で図11に示すように磁性体61を設置する。磁性体61の選別、電磁石62の設置位置及び電源66の選択は、前記細胞分離抽出モジュールの第1の実施態様と同様である。この磁気駆動デバイスを例えば、倒立型の光学顕微鏡のステージ上にセットする。ステージは電動化することによりその後の処理を自動化できる。
図12に卵細胞のフィルタリングプロセスを示す。図中、Lは溶液の流れ、Sは交換する液体の流れを表す。まず、ソーティング機構で選別された卵細胞を投入ポート63から投入する。このとき磁性体61は図12(a)に示すように回収ポート64を空ける位置に配置する。卵細胞が流れてきた際に磁性体61を駆動し図12(b)に示すように流路を塞ぎ卵細胞の堰き止を行う。この時卵細胞は磁性体61により堰き止められるが溶液は磁性体61と微小流路の隙間を流れる。細胞を堰き止めた後図12(c)に示すように、試薬投入ポート130から交換する溶液を流し、卵細胞15の周囲の液体を交換する。処理した卵細胞を回収する際は磁性体61を駆動し流路を開けて卵細胞15を回収ポート64へ流して取り出す。この例では磁場を利用したアクチュエータ駆動を行っているので前記細胞分離抽出モジュールの第1の実施態様と同様に、(1)細胞への影響が少ない、(2)磁性体の駆動時のみエネルギを消費する、(3)複雑な制御機構が不要である、のメリットがある。また、一般に細胞の磁性は無いまたはあっても弱いため磁性体駆動のために印加する磁場により卵細胞が動かされることはない。
微小流路は微細加工により型材67を製作する。例えばPDMS(ポリジメチルシロキサン)により型取りすることで磁気駆動デバイスを製作できる。また、ガラスを用いても製作できる。また電磁石62はマイクロチップの外部に取り付けるため、前記細胞分離抽出モジュールの第1の実施態様のように磁気駆動デバイスをディスポーザブルにすることが可能である。
Next, a first embodiment (corresponding to the item (5)) of a module for exchanging liquid around a cell will be described with reference to FIG.
A cell mechanism for fixing or retaining a cell in a magnetic drive device by an external magnetic field in a flow path and exchanging surrounding liquid is shown. FIG. 11 shows an outline of a magnetic drive device having a filtering mechanism. In the figure, reference numeral 130 denotes a reagent introduction port for introducing a liquid to be exchanged. A magnetic body 61 is installed in the magnetic drive device as shown in FIG. The selection of the magnetic body 61, the installation position of the electromagnet 62, and the selection of the power source 66 are the same as in the first embodiment of the cell separation and extraction module. For example, the magnetic drive device is set on the stage of an inverted optical microscope. Subsequent processing can be automated by electrifying the stage.
FIG. 12 shows the egg cell filtering process. In the figure, L represents the flow of the solution, and S represents the flow of the liquid to be exchanged. First, the egg cell selected by the sorting mechanism is input from the input port 63. At this time, the magnetic body 61 is disposed at a position where the recovery port 64 is opened as shown in FIG. When the egg cell flows, the magnetic body 61 is driven to block the flow path and block the egg cell as shown in FIG. At this time, the egg cell is blocked by the magnetic body 61, but the solution flows through the gap between the magnetic body 61 and the micro flow path. After damaging the cells, as shown in FIG. 12C, a solution to be exchanged is flowed from the reagent charging port 130, and the liquid around the egg cell 15 is exchanged. When recovering the processed egg cell, the magnetic body 61 is driven to open the flow path, and the egg cell 15 is flowed to the recovery port 64 and taken out. In this example, since the actuator is driven using a magnetic field, as in the first embodiment of the cell separation and extraction module, (1) the influence on the cell is small, and (2) the energy is supplied only when the magnetic material is driven. There is an advantage that (3) a complicated control mechanism is unnecessary. In general, the cells are not magnetized or weak, but the eggs are not moved by the magnetic field applied to drive the magnetic material.
For the micro flow path, the mold 67 is manufactured by micro processing. For example, a magnetic drive device can be manufactured by molding with PDMS (polydimethylsiloxane). It can also be produced using glass. Further, since the electromagnet 62 is attached to the outside of the microchip, the magnetic drive device can be made disposable as in the first embodiment of the cell separation and extraction module.

次に、図13を参照して、細胞周囲の液交換を行うモジュールの第2の実施態様((5)項に対応する。)について説明する。
外部磁場による磁気駆動デバイス内での細胞を流路内に固定、あるいは留め、周囲の液体を交換するための細胞機構を示す。図13はソーティング機構を有する磁気駆動デバイスの概要を示す。磁性体61が駆動する微小流路の幅は磁性体61の幅に加えて卵細胞が通過できる大きさがあればよい。磁性体61の選別、電磁石62の設置位置及び電源66の選択は、前記細胞分離抽出モジュールの第2の実施態様と同様である。この磁気駆動デバイスを例えば、倒立型の光学顕微鏡のステージ上にセットする。ステージは電動化することによりその後の処理を自動化できる。
図14は卵細胞のフィルタリングプロセスを示す。まず、ソーティング機構で選別された卵細胞15を投入ポート63から投入する。このとき磁性体61は図14(a)に示すように回収ポート64を空ける位置に配置する。卵細胞15が流れてきた際に磁性体61を駆動し図14(b)に示すように流路を塞ぎ卵細胞の堰き止めを行う。この時卵細胞15は磁性体により堰き止められるが溶液は磁性体61と微小流路の隙間を流れる。粒子を堰き止めた後図14(c)に示すように試薬投入ポート130から交換する溶液を流し、卵細胞の周囲の液体を交換する。処理した卵細胞を回収する際は磁性体を駆動し流路を開けて卵細胞15を回収ポート64へ流し取り出す。この例では磁場を利用したアクチュエータ駆動を行っているので、前記細胞分離抽出モジュールの第1の実施態様と同様に、(1)細胞への影響が少ない、(2)磁性体の駆動時のみエネルギを消費する、(3)複雑な制御機構が不要である、のメリットがある。また、一般的に卵細胞には磁性は存在しないため磁性体駆動のために印加する磁場が卵細胞を動かしたり影響を与えたりすることはない。また、前記細胞分離抽出モジュールの第1の実施態様と比較してフィルタの開閉に必要な駆動距離が少なくて済むため、磁性体駆動に必要な電力が少なくて済む特徴がある。
微小流路は微細加工により型材67を製作する。例えばPDMS(ポリジメチルシロキサン)により型取りすることで磁気駆動デバイスを製作できる。また、ガラスを用いても製作できる。また電磁石はマイクロチップの外部に取り付けるため、前記細胞分離抽出モジュールの第1の実施態様のように磁気駆動デバイスをディスポーザブルにすることが可能である。
Next, a second embodiment (corresponding to the item (5)) of the module for exchanging liquid around the cell will be described with reference to FIG.
A cell mechanism for fixing or retaining a cell in a magnetic drive device by an external magnetic field in a flow path and exchanging surrounding liquid is shown. FIG. 13 shows an outline of a magnetic drive device having a sorting mechanism. In addition to the width of the magnetic body 61, the width of the micro flow path driven by the magnetic body 61 may be large enough to allow egg cells to pass through. The selection of the magnetic body 61, the installation position of the electromagnet 62, and the selection of the power source 66 are the same as in the second embodiment of the cell separation and extraction module. For example, the magnetic drive device is set on the stage of an inverted optical microscope. Subsequent processing can be automated by electrifying the stage.
FIG. 14 shows the egg cell filtering process. First, the egg cell 15 selected by the sorting mechanism is input from the input port 63. At this time, the magnetic body 61 is disposed at a position where the recovery port 64 is opened as shown in FIG. When the egg cell 15 flows, the magnetic body 61 is driven to block the flow path and block the egg cell as shown in FIG. At this time, the egg cell 15 is blocked by the magnetic material, but the solution flows through the gap between the magnetic material 61 and the minute flow path. After damming the particles, as shown in FIG. 14C, a solution to be exchanged is flowed from the reagent introduction port 130, and the liquid around the egg cell is exchanged. When recovering the processed egg cell, the magnetic material is driven to open the flow path, and the egg cell 15 is flowed to the recovery port 64 and taken out. In this example, since the actuator is driven using a magnetic field, as in the first embodiment of the cell separation and extraction module, (1) the influence on the cell is small, and (2) the energy is only applied when the magnetic material is driven. (3) No complicated control mechanism is required. In general, there is no magnetism in the egg cell, so the magnetic field applied to drive the magnetic material does not move or affect the egg cell. Further, as compared with the first embodiment of the cell separation / extraction module, since the driving distance required for opening and closing the filter can be reduced, the power required for driving the magnetic material can be reduced.
For the micro flow path, the mold 67 is manufactured by micro processing. For example, a magnetic drive device can be manufactured by molding with PDMS (polydimethylsiloxane). It can also be produced using glass. Further, since the electromagnet is attached to the outside of the microchip, the magnetic drive device can be made disposable as in the first embodiment of the cell separation and extraction module.

次に、図15を参照して、各モジュール間の細胞搬送の際、モジュール内の細胞の入出力を検出・カウントする1つの実施態様((6)項に対応する。)について説明する。
図15は、モジュール入出力管理回路を示す断面図である。図15中、151は、光導波路、152は発光回路、153は受光回路、154はカウンタ回路、Rは光照射を示す。
各モジュールはチューブ等の流路で連結されており、その中を細胞15等の生体組織が搬送される。それらの細胞の搬送管理を行うため、各モジュールの入出力端では、細胞をカウントし、数や導入された細胞の性質をチェックする回路を有することが好ましい。図15の通り、微小流路20の側面に光導波路151を配し、フォトダイオード等の発光回路152からの光を任意の受光回路153でチェックし、通過した細胞のカウントをカウンタ回路154で行う。また、発光回路152からの光を励起光とし、受光回路153で蛍光を受光すれば、任意の方法により蛍光染色された細胞のカウントを行うことも可能であり、これにより、機能化された細胞のみを選択的にチェック、管理することも可能である。
Next, with reference to FIG. 15, one embodiment (corresponding to the item (6)) for detecting and counting the input / output of cells in the module when cells are transferred between the modules will be described.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a module input / output management circuit. In FIG. 15, 151 is an optical waveguide, 152 is a light emitting circuit, 153 is a light receiving circuit, 154 is a counter circuit, and R is light irradiation.
Each module is connected by a flow path such as a tube, through which a biological tissue such as a cell 15 is conveyed. In order to carry and manage these cells, it is preferable that the input / output terminals of each module have a circuit that counts the cells and checks the number and properties of the introduced cells. As shown in FIG. 15, an optical waveguide 151 is arranged on the side surface of the microchannel 20, the light from the light emitting circuit 152 such as a photodiode is checked by an arbitrary light receiving circuit 153, and the passed cells are counted by the counter circuit 154. . Further, if light from the light emitting circuit 152 is used as excitation light and fluorescence is received by the light receiving circuit 153, it is possible to count cells stained with fluorescence by an arbitrary method. It is also possible to selectively check and manage only.

実施例2
前記細胞分離抽出モジュールの第1の実施態様による微小粒子のソーティングの実験を行った。磁性体として直径200μm、長さ6mmの鉄ワイヤを、ソーティングの対象として直径50μmのポリスチレン粒子を用いた。ポートの切り替えに必要な鉄ワイヤの駆動距離は3mmとした。倍率4倍で倒立型光学顕微鏡を用いて観察した。
結果を図7に従って説明する。図7(a)及び(b)に示すように鉄ワイヤにより回収ポートが塞がれているので粒子は排出ポートへと流れた。目的の粒子の場合には鉄ワイヤを駆動し回収ポートを開け排出ポートを塞ぐことで目的の粒子の選別が可能であった。また、鉄ワイヤの駆動速度は100V印加時(消費電力:約4.3W)に90mm/秒であり、この実験システムでは毎秒30回のポートの切り替えが可能であるため、人が手作業で選別するよりも高速に卵細胞の選別が可能であった。
Example 2
An experiment of sorting fine particles according to the first embodiment of the cell separation and extraction module was performed. An iron wire having a diameter of 200 μm and a length of 6 mm was used as a magnetic material, and polystyrene particles having a diameter of 50 μm were used as an object for sorting. The driving distance of the iron wire required for port switching was 3 mm. Observation was performed using an inverted optical microscope at a magnification of 4 times.
A result is demonstrated according to FIG. As shown in FIGS. 7A and 7B, the recovery port was blocked by the iron wire, so the particles flowed to the discharge port. In the case of the target particles, the target particles could be selected by driving the iron wire, opening the recovery port and closing the discharge port. The driving speed of the iron wire is 90 mm / sec when 100 V is applied (power consumption: about 4.3 W). In this experimental system, the port can be switched 30 times per second. It was possible to sort egg cells at a higher speed.

実施例3
前記細胞分離抽出モジュールの第2の実施態様による微小粒子のソーティングの実験を行った。磁性体として直径200μm、長さ10mmの鉄ワイヤを、ソーティングの対象として直径50μmのポリスチレン粒子を用いた。ポートの切り替えに必要な鉄ワイヤの駆動距離は0.1mmとした。倍率4倍で実施例2と同様の顕微鏡を用いて観察した。
結果を図10に従って説明する。図10(a)及び(b)に示すように鉄ワイヤにより回収ポートが塞がれているので粒子は排出ポートへと流れた。目的の粒子の場合には鉄ワイヤを駆動し回収ポートを開け排出ポートを塞ぐことで図10(c)に示すように目的の粒子の選別が可能であった。この実験システムでは電磁石への35V印加時(1回の駆動に要するエネルギ:約19mJ)に毎秒30回のポートの切り替えが可能であるため、人が手作業で選別するよりも著しく高処理速度での卵細胞の選別が可能であった。
Example 3
An experiment of sorting fine particles according to the second embodiment of the cell separation and extraction module was performed. An iron wire having a diameter of 200 μm and a length of 10 mm was used as a magnetic material, and polystyrene particles having a diameter of 50 μm were used as an object for sorting. The driving distance of the iron wire necessary for port switching was set to 0.1 mm. It observed using the same microscope as Example 2 by 4 time magnification.
A result is demonstrated according to FIG. As shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b), the recovery port was blocked by the iron wire, so the particles flowed to the discharge port. In the case of the target particles, the target particles can be selected as shown in FIG. 10C by driving the iron wire, opening the recovery port and closing the discharge port. In this experimental system, when 35V is applied to the electromagnet (energy required for one drive: about 19 mJ), it is possible to switch the port 30 times per second. It was possible to sort egg cells.

実施例4
前記細胞周囲液交換モジュールの第1の実施態様による微小粒子周囲の液交換の実験を行った。磁性体として直径200μm、長さ6mmの鉄ワイヤを、ソーティングの対象として直径50μmのポリスチレン粒子を用いた。フィルタの開閉に必要な鉄ワイヤの駆動距離は3mmとした。倍率10倍で実施例2と同様の顕微鏡を用いて観察した。
結果を図12に従って説明する。液体は間隙を通って流れて行く一方、図12(c)に示すように鉄ワイヤにより流れてきた卵細胞としてのポリスチレン粒子を微小流路内に堰き止めることに成功した。また、鉄ワイヤの駆動速度は100V印加時(消費電力:約4.3W)に90mm/秒であり、この実験システムでは毎秒30回のフィルタの開閉が可能であった。
Example 4
An experiment of exchanging liquid around microparticles according to the first embodiment of the pericellular liquid exchange module was performed. An iron wire having a diameter of 200 μm and a length of 6 mm was used as a magnetic material, and polystyrene particles having a diameter of 50 μm were used as an object for sorting. The driving distance of the iron wire required for opening and closing the filter was 3 mm. It observed using the microscope similar to Example 2 by 10 time magnification.
A result is demonstrated according to FIG. While the liquid flowed through the gap, as shown in FIG. 12C, it succeeded in damaging the polystyrene particles as egg cells flowing by the iron wire in the microchannel. The driving speed of the iron wire was 90 mm / second when 100 V was applied (power consumption: about 4.3 W), and the filter could be opened and closed 30 times per second in this experimental system.

実施例5
前記細胞周囲液交換モジュールの第2の実施態様による微小粒子周囲の液交換の実験結果を行った。磁性体として直径200μm、長さ10mmの鉄ワイヤを、ソーティングの対象として直径50μmのポリスチレン粒子を用いた。フィルタの開閉に必要な鉄ワイヤの駆動距離は0.1mmとした。倍率4倍で実施例2と同様の顕微鏡を用いて観察した。
結果を図14に従って説明する。図14(b)に示すように鉄ワイヤで流路を塞いで、粒子を流したところ、液体は間隙を通って流れて行く一方、図14(c)に示すように鉄ワイヤにより流れてきた卵細胞を微小流路内に堰き止めることに成功した。この実験システムでは電磁石への5Vの印加時(消費電力:約12mW)において約7800μm/秒の流速に耐えることが可能であるため、低消費電力での高速試薬交換が可能であった。
Example 5
Experimental results of the liquid exchange around the microparticles according to the second embodiment of the pericellular liquid exchange module were performed. An iron wire having a diameter of 200 μm and a length of 10 mm was used as a magnetic material, and polystyrene particles having a diameter of 50 μm were used as objects for sorting. The driving distance of the iron wire necessary for opening and closing the filter was 0.1 mm. It observed using the same microscope as Example 2 by 4 time magnification.
A result is demonstrated according to FIG. As shown in FIG. 14 (b), the flow path was closed with an iron wire and the particles were flowed. As a result, the liquid flowed through the gap, while the liquid flowed with the iron wire as shown in FIG. 14 (c). The egg cells were successfully dammed in the microchannel. In this experimental system, it was possible to withstand a flow rate of about 7800 μm / sec when 5 V was applied to the electromagnet (power consumption: about 12 mW), and thus high-speed reagent replacement with low power consumption was possible.

図1は、クローン処理プロトコルを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a clone processing protocol. 図2は、本発明のモジュール化された自動核移植装置の概要を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an outline of the modularized automatic nuclear transfer apparatus of the present invention. 図3は、分割モジュールの1つの実施形態を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a split module. 図4は、鋭利な刃を利用した分割モジュールの実施形態を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing an embodiment of a split module using a sharp blade. 図5は、流路径を絞った流路による細胞分割モジュールを示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a cell division module using a flow channel with a reduced diameter. 図6(a)は、卵細胞ソーティング機構(電磁石を磁性体の長軸方向両側に配置)の平面断面図である。図6(b)は卵細胞ソーティング機構(電磁石を磁性体の長軸方向両側に配置)のA−A’線断面図である。FIG. 6A is a plan sectional view of an egg cell sorting mechanism (electromagnets are arranged on both sides of the magnetic body in the long axis direction). FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of the egg cell sorting mechanism (electromagnets arranged on both sides in the long axis direction of the magnetic material). 図7は、卵細胞ソーティングプロセス(電磁石を磁性体の長軸方向両側に配置)の平面断面図である。FIG. 7 is a plan sectional view of an egg cell sorting process (electromagnets are arranged on both sides of the magnetic body in the long axis direction). 図8は、ディスポーザブル磁気駆動マイクロデバイスの分解図である。FIG. 8 is an exploded view of the disposable magnetic drive microdevice. 図9(a)は、卵細胞ソーティング機構(電磁石を磁性体の短軸方向両側に配置)の平面図である。図9(b)は、卵細胞ソーティング機構(電磁石を磁性体の短軸方向両側に配置)の断面図である。FIG. 9A is a plan view of an egg cell sorting mechanism (electromagnets are arranged on both sides in the short axis direction of the magnetic body). FIG. 9B is a cross-sectional view of the egg cell sorting mechanism (electromagnets are arranged on both sides of the magnetic body in the short axis direction). 図10は、卵細胞ソーティングプロセス(電磁石を磁性体の短軸方向両側に配置)の平面図である。FIG. 10 is a plan view of an egg cell sorting process (electromagnets are arranged on both sides of the magnetic body in the short axis direction). 図11(a)は、卵細胞フィルタリング機構(電磁石を磁性体の長軸方向両側に配置)の平面図である。図11(b)は、卵細胞フィルタリング機構(電磁石を磁性体の長軸方向両側に配置)の断面図である。FIG. 11A is a plan view of an egg cell filtering mechanism (electromagnets are arranged on both sides of the magnetic body in the long axis direction). FIG. 11B is a cross-sectional view of the egg cell filtering mechanism (electromagnets are arranged on both sides of the magnetic body in the long axis direction). 図12は、卵細胞フィルタリングプロセス(電磁石を磁性体の長軸方向両側に配置)である。FIG. 12 shows an egg cell filtering process (electromagnets are arranged on both sides of the magnetic body in the long axis direction). 図13(a)は、卵細胞フィルタリング機構(電磁石を磁性体の短軸方向両側に配置)の平面図である。図13(b)は、卵細胞フィルタリング機構(電磁石を磁性体の短軸方向両側に配置)の断面図である。FIG. 13A is a plan view of an egg cell filtering mechanism (electromagnets are arranged on both sides of the magnetic body in the short axis direction). FIG. 13B is a cross-sectional view of the egg cell filtering mechanism (electromagnets are arranged on both sides of the magnetic body in the short axis direction). 図14は卵細胞フィルタリングプロセス(電磁石を磁性体の短軸方向両側に配置)の平面図である。FIG. 14 is a plan view of an egg cell filtering process (electromagnets are arranged on both sides in the short axis direction of the magnetic material). 図15は、モジュール入出力管理回路を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a module input / output management circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1 卵子
2 核
3 透明帯
4 ドナー細胞
5 供給ポート
6 分割加工モジュール
7 分離モジュール
8 融合加工モジュール
9 取り出しポート
10 搬送・電装インターフェース
1 Ovum 2 Nucleus 3 Zona pellucida 4 Donor cell 5 Supply port 6 Split processing module 7 Separation module 8 Fusion processing module 9 Removal port 10 Transport / electrical interface

Claims (15)

細胞の分割、分離、融合の各工程を行うモジュールを含み、各モジュールは微小流路を含む搬送系を有して、連結され、該流路内を細胞が移動し、自動で新たな核が移植された細胞を作成しうる装置。   It includes modules that perform cell division, separation, and fusion steps. Each module has a transport system that includes a microchannel, and is connected to move cells through the channel so that new nuclei are automatically created. A device that can produce transplanted cells. 前記微小流路を外部の駆動装置により局所的に狭めることで細胞の細胞膜を破壊せずに、前記微小流路内において細胞を2つ以上に分割するモジュールを有することを特徴とする請求項1記載の自動核移植装置。   2. A module that divides a cell into two or more in the micro channel without destroying a cell membrane of the cell by locally narrowing the micro channel with an external driving device. The automatic nuclear transfer device described. 徐々に狭めた流路とその出口が別の広い流路に連結された2つの流路の構成を有し、前記徐々に狭めた流路に細胞を押し込み、出口の流速を制御することにより細胞の細胞膜を破壊せずに、前記細胞を2つ以上に分割するモジュールを有することを特徴とする請求項1又は2記載の自動核移植装置。   The cell has a configuration in which the channel is gradually narrowed and two channels in which the outlet is connected to another wide channel, the cells are pushed into the gradually narrowed channel, and the flow rate at the outlet is controlled to control the cell 3. An automatic nuclear transfer apparatus according to claim 1, further comprising a module that divides the cell into two or more without destroying the cell membrane. 核の有無を判別し、核を含まない細胞のみを流路内において分離抽出する流路構造をもつモジュールを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の自動核移植装置。   The automatic nuclear transfer according to any one of claims 1 to 3, further comprising a module having a flow channel structure that determines the presence or absence of a nucleus and separates and extracts only cells that do not contain a nucleus in the flow channel. apparatus. 細胞を流路内に固定、あるいは留め、周囲の液体を交換する機能をもつモジュールを有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の自動核移植装置。   The automatic nuclear transfer device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a module having a function of fixing or retaining cells in a flow path and exchanging surrounding liquid. 細胞を各工程のモジュール間で搬送管理するため、モジュール間で流路を連結する際、各モジュールの入力端及び/又は出力端に細胞をカウントする制御回路を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の自動核移植装置。   2. A control circuit that counts cells at an input end and / or an output end of each module when the flow paths are connected between the modules in order to transport and manage the cells between the modules in each step. The automatic nuclear transfer apparatus of any one of -5. 各モジュールは、細胞が搬送される流路と制御情報信号系とが共通バスを通して接続でき、各モジュールを容易に抜き差して交換できる構造を有し、容易にシステム変更できることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の自動核移植装置。   2. Each module has a structure in which a flow path for transporting cells and a control information signal system can be connected through a common bus, and each module can be easily inserted and removed, and can be easily changed. The automatic nuclear transfer apparatus of any one of -6. 前記細胞が卵子である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の自動核移植装置。   The automatic nuclear transfer device according to any one of claims 1 to 7, wherein the cell is an egg. 新たな核が移植された細胞を作成する方法であって、細胞を微小流路の搬送系を移動させることにより、細胞の分割、分離及び融合を自動的に行なうことを特徴とする方法。   A method for producing a cell in which a new nucleus is transplanted, wherein the cell is automatically divided, separated and fused by moving the cell through a transport system of a microchannel. 微小流路を外部の駆動装置により局所的に狭めることで細胞の細胞膜を破壊せずに、該微小流路内において細胞を2つ以上に分割する工程を含むことを特徴とする請求項9記載の核移植方法。   10. The method of dividing a cell into two or more in the micro channel without destroying the cell membrane of the cell by locally narrowing the micro channel with an external driving device. Nuclear transfer method. 徐々に狭めた流路とその出口が別の広い流路に連結された2つの流路を用いて、前記徐々に狭めた流路に細胞を押し込み、出口の流速を制御することで細胞の細胞膜を破壊せずに、前記細胞を2つ以上に分割する工程を含むことを特徴とする請求項9又は10記載の核移植方法。   The cell membrane of the cell is formed by pushing the cells into the gradually narrowed channel and controlling the flow rate at the outlet by using the gradually narrowed channel and two channels whose outlets are connected to another wide channel. The nuclear transfer method according to claim 9 or 10, comprising a step of dividing the cell into two or more without destroying the cell. 核の有無を判別し、核を含まない細胞のみを流路内において分離抽出する工程を含むことを特徴とする請求項9〜11のいずれか1項に記載の核移植方法。   The method for nuclear transfer according to any one of claims 9 to 11, further comprising the step of determining the presence or absence of nuclei and separating and extracting only cells that do not contain nuclei in the flow path. 細胞を流路内に固定、あるいは留めることにより、周囲の液体を交換する工程を含むことを特徴とする、請求項9〜12のいずれか1項に記載の核移植方法。   The nuclear transfer method according to any one of claims 9 to 12, comprising a step of exchanging a surrounding liquid by fixing or retaining the cells in the flow path. 細胞を各工程間で搬送管理するため、各工程間で微小流路の搬送系を連結する際、各工程の入力端及び/又は出力端で細胞を検出・カウントすることを含むことを特徴とする請求項9〜13のいずれか1項に記載の核移植方法。   In order to manage the transport of cells between each process, it includes detecting and counting cells at the input end and / or the output end of each process when connecting the transport system of the micro flow path between each process. The nuclear transfer method according to any one of claims 9 to 13. 前記細胞が卵子である、請求項9〜14のいずれか1項に記載の核移植方法。

The nuclear transfer method according to any one of claims 9 to 14, wherein the cell is an egg.

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