JP2007278960A - Cell electric physiological sensor, and method of measuring cell electric physiological phenomenon using this - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、細胞の薬剤に対する反応を測定するために用いられる細胞電気生理センサおよびこれを用いた細胞電気生理現象の測定方法に関するものである。 The present invention relates to a cell electrophysiological sensor used for measuring a response of a cell to a drug and a method for measuring a cell electrophysiological phenomenon using the same.
従来、電気生理学におけるパッチクランプ法は、微細な先端を持つガラスマイクロピペットを用いて細胞膜に存在するイオンチャンネルを測定する方法として知られており、このパッチクランプ法によってイオンチャンネルの様々な機能が解明されてきた。そして、イオンチャンネルの働きは細胞学において重要な関心ごとであり、これは薬剤の開発にも応用されている。 Conventionally, the patch clamp method in electrophysiology is known as a method of measuring ion channels existing in cell membranes using a glass micropipette with a fine tip, and this patch clamp method elucidates various functions of ion channels. It has been. And the action of ion channels is an important concern in cytology, which has also been applied to drug development.
しかし、一方でパッチクランプ法は測定技術に微細なガラスマイクロピペットを1個の細胞に高い精度で挿入するという極めて高い能力を必要としているため、熟練作業者が必要であり、高いスループットで測定を必要とする場合には適切な方法でない。 However, on the other hand, the patch clamp method requires extremely high ability to insert a fine glass micropipette into a single cell with high accuracy in the measurement technique. It's not the right way if you need it.
このため、微細加工技術を利用した平板型プローブの開発がなされており、これらは個々の細胞についてマイクロピペットの挿入を必要としない自動化システムに適している。例えば、2つの領域を分離するキャリアに穴を有し、このキャリアの上下に設置した電極によって電界を発生させることで細胞の穴を効率よく保持し、上下の電極間で電気的測定を行うことで細胞状態量測定の一つである電気生理的測定を可能にする技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 For this reason, flat-type probes utilizing microfabrication techniques have been developed, which are suitable for automated systems that do not require the insertion of micropipettes for individual cells. For example, there is a hole in the carrier that separates the two regions, and an electric field is generated by the electrodes placed above and below this carrier, thereby efficiently holding the cell hole and performing electrical measurement between the upper and lower electrodes Discloses a technique that enables electrophysiological measurement, which is one of cell state quantity measurements (see, for example, Patent Document 1).
一方、細胞と接触しうる細胞作用剤を含有する溶液を連続的または間欠的に流すのに適した微小流体室と、この微小流体室中に保持された生細胞と、この生細胞に生じる細胞媒介細胞外効果を測定する手段を用意することで、前記微小流体室中に流した細胞作用剤の効果を測定する技術について開示している(例えば、特許文献2参照)。特に、この技術を用いると細胞の極周辺に細胞作用剤を供給、または排出をすることができ、細胞周辺の溶液環境の切り替えを迅速に行いたいときに有効である。
しかしながら、前記従来の構成では、細胞周辺の溶液環境を迅速に交換するために、流体室は閉空間である必要があり、それぞれの細胞に合わせて、溶液の流動性、拡散係数、濃度等の種々の条件の溶液による細胞が発する電気生理的変化を高精度に測定したい場合、前記のような固定された閉空間では流体室の大きさを細胞の大きさによって変えることが困難である。 However, in the conventional configuration, in order to quickly exchange the solution environment around the cells, the fluid chamber needs to be a closed space, and the fluidity, diffusion coefficient, concentration, etc. of the solution are adjusted according to each cell. In the case where it is desired to measure the electrophysiological change generated by the cells due to the solution under various conditions with high accuracy, it is difficult to change the size of the fluid chamber according to the size of the cells in the fixed closed space as described above.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、種々の細胞に対しても高精度に効率よく電気生理現象を測定することができる細胞電気生理センサおよびこれを用いた細胞電気生理現象の測定方法を提供することを目的とするものである。 The present invention solves the above-described conventional problems, and is capable of measuring electrophysiological phenomena with high accuracy and efficiency even for various cells, and measurement of cell electrophysiological phenomena using the same. It is intended to provide a method.
前記従来の課題を解決するために、本発明は、第一の貫通孔を設けた薄板と、第二の貫通孔を設けた保持プレートと、インナーウエルを内包したウエルからなり、薄板を第二の貫通孔の内部に保持し、この第二の貫通孔の上部にウエルを配置して保持プレートに当接し、ウエルの内部に内包するように溶液または細胞を含んだ溶液を蓄積できるインナーウエルを設け、このインナーウエルの壁面部には第三の貫通孔を設け、この第三の貫通孔の一方の開口部は前記保持プレートの第二の貫通孔に向かって開口するように構成するものである。 In order to solve the conventional problem, the present invention comprises a thin plate provided with a first through hole, a holding plate provided with a second through hole, and a well containing an inner well. An inner well that can hold a solution or a solution containing cells so as to be contained in the well is placed inside the through hole of the second well, and a well is disposed on the upper portion of the second through hole to contact the holding plate. A third through hole is provided in the wall surface of the inner well, and one opening of the third through hole is configured to open toward the second through hole of the holding plate. is there.
本発明の細胞電気生理センサおよびこれを用いた細胞電気生理現象の測定方法は、形状、寸法精度、材質など所望のインナーウエルの上部に開放空間を持ちながら、薄板の第一の貫通孔へ保持させた種々の細胞に対しても細胞の近傍へ確実に薬剤供給を行うことができる構成を実現することによって、より高精度で効率的な測定を実現することができる細胞電気生理センサおよびこれを用いた細胞電気生理現象の測定方法を提供することができるものである。 The cell electrophysiological sensor of the present invention and the method for measuring a cell electrophysiological phenomenon using the same are held in the first through hole of the thin plate while having an open space above the desired inner well such as shape, dimensional accuracy, and material. A cell electrophysiological sensor capable of realizing highly accurate and efficient measurement by realizing a configuration capable of reliably supplying a drug to the vicinity of the various cells, and a It is possible to provide a method for measuring the cellular electrophysiological phenomenon used.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における細胞電気生理センサおよびこれを用いた細胞電気生理現象の測定方法について図面を用いて説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a cell electrophysiological sensor according to
図1は本発明の細胞電気生理センサの斜視図であり、図2は図1のA−A部における断面図である。 FIG. 1 is a perspective view of a cell electrophysiological sensor of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a line AA in FIG.
図1および図2において、1は細胞電気生理センサであり、シリコンからなる薄板2と、樹脂などの絶縁性材料からなる保持プレート4と、樹脂などの成型性に優れた材料からなるウエル6と、このウエルに内包するように配置したインナーウエル8から構成しており、前記薄板2には少なくとも一つの第一の貫通孔3を1〜3μmの直径で設けている。そして、この薄板2を保持プレート4の第二の貫通孔5の内部へ固定している。
1 and 2,
さらに、ウエル6は保持プレート4の上部へ当接しているが、ウエル6または保持プレート4のいずれかが特定波長領域の光に対して透過性を有し、一方は不透過性であることが好ましい。これによって、ウエル6と保持プレート4は透過性である面から特定波長領域のレーザ光線を照射し、その接合面を熱溶着させて強固な接着面を形成することが容易に可能となる。
Furthermore, although the
また、ウエル6に開口部を設け、その開口部の内壁面に沿うようにインナーウエル8を挿入して保持しており、さらに、このインナーウエル8の壁面部9の内部には上面から下面に向かって第三の貫通孔7を設けており、一方の端はウエル6の下部に設けた溝10へ連通している。このように、インナーウエル8を内包したウエル6を保持プレート4へ密着させることによって、インナーウエル8の壁面部9に形成した第三の貫通孔7は一方の開口部が、保持プレート4の第二の貫通孔5もしくは第一の貫通孔3へ向かって開口している形状としている。このインナーウエル8をウエル6の開口部へ保持する方法は圧入、接着剤、溶融接合などの接合方法によって保持することができる。また、このインナーウエル8をウエル6から取り外しができるようにすることも可能である。
Further, an opening is provided in the
以上のような構成によって、本実施の形態1における細胞電気生理センサ1は、後に述べるようにインナーウエル8から細胞23を含む溶液を投入しやすくなる。さらに、第三の貫通孔7から別の溶液を投入することもできることから、インナーウエル8の内部の溶液を効率よく他の溶液に交換することができる。
With the configuration as described above, the cell
また、インナーウエル8の形状は微小な形状であり、設計が容易になるとともに高寸法精度に成型しておく必要があることからインナーウエル8のみを個別に寸法成型性に優れた樹脂材料を用いて成型し、その他の成型体(例えばウエル6など)は通常の精度で成型することも可能であり、これによって生産性を高めることができる。
In addition, since the shape of the
次に、本実施の形態1の細胞電気生理センサを用いて細胞の電気生理現象の測定を行う方法について述べる。
Next, a method for measuring a cell electrophysiological phenomenon using the cell electrophysiological sensor of
図3〜図7は本実施の形態1における細胞の電気生理現象の測定を行う手順について説明するための断面図である。また図8〜図10は別の例の細胞電気生理センサを説明するための断面図であり、図11〜図13はさらに他の例の細胞電気生理センサを説明するための断面図である。 3 to 7 are cross-sectional views for explaining the procedure for measuring the electrophysiological phenomenon of cells in the first embodiment. 8 to 10 are sectional views for explaining another example of the cell electrophysiological sensor, and FIGS. 11 to 13 are sectional views for explaining another example of the cell electrophysiological sensor.
まず初めに、図3に示すようにウエル6に内包したインナーウエル8の上部から第一の溶液24を投入すると、図4に示すように第一の貫通孔3および保持プレート4の下部領域に第一の溶液24が浸透し、それぞれの領域において第一の溶液24は上部電極27および下部電極28と接触する。そして、この第一の溶液24はNaClを含む電解液であるので、上部電極27と下部電極28の間には通常1〜10MΩ程度の導通抵抗が発生する。
First, as shown in FIG. 3, when the
なお、保持プレート4の下部領域には第一の溶液24とは別の溶液(例えばKclを含む電解液のような第三の溶液26)をあらかじめ入れておいても良い。
Note that a solution different from the first solution 24 (for example, a third solution 26 such as an electrolytic solution containing Kcl) may be placed in the lower region of the
一方、インナーウエル8から投入された第一の溶液24はインナーウエル8の内部に設けられた第三の貫通孔7側にも少し進入するが、特に問題はない。
On the other hand, the
しかしながら、第一の貫通孔3の近傍に気泡が残っていると、先に述べた導通抵抗が確保できないことがあり、特に第三の貫通孔7の内部に空気が残っていると、後で第三の貫通孔7から別の溶液(例えば、第二の溶液25)を投入すると第一の貫通孔3の近傍に気泡が発生してしまう。このようなことがないようにするためには、図7に示したように第一の溶液24をインナーウエル8から投入する際、第三の貫通孔7から吸引することによって、気泡が第一の貫通孔3の付近に残ることが無くなるとともに、第一の溶液24は十分な量で第三の貫通孔7の内部を満たすことから、後で第三の貫通孔7に別の溶液を投入しても気泡の発生を防ぐことができる。
However, if bubbles remain in the vicinity of the first through-
次に、図5に示すように細胞23を含む第一の溶液24をインナーウエル8の内部へ投入し、その後、図6に示すように保持プレート4の下部を減圧すると、第一の溶液24および細胞23が第一の貫通孔3へ引き込まれる。ここで、第一の溶液24は第一の貫通孔3を通過するが、細胞23は第一の貫通孔3を通り抜けることができず、第一の貫通孔3の開口部付近で保持される。そして、この細胞23が適度な密着度で第一の貫通孔3を塞ぐように保持されると、第一の溶液24は電気的に保持プレート4の上下で分断され、上部電極27と下部電極28の間では十分に高い抵抗値、例えば100MΩ、好ましくは500MΩ以上となる。
Next, as shown in FIG. 5, the
次に、上部電極27と下部電極28の間に、例えば10mV程度の固定電圧を印加すると細胞23の膜にかかる電位(膜電位)が固定され、この時の電流値を測定することで、細胞23の内部に存在するイオンチャンネルを流れる電流を測定することができる。
Next, when a fixed voltage of, for example, about 10 mV is applied between the
なお、このイオンチャンネルを流れる電流を測定する詳細な手順については、従来の方法であるパッチクランプ法などで詳しく公開しているので、ここではその説明は省略する。 The detailed procedure for measuring the current flowing through the ion channel is disclosed in detail in the conventional method such as the patch clamp method, and the description thereof is omitted here.
また、別の例の細胞電気生理センサの構成として、図8に示したように細胞を含む溶液を投入する箇所として第三の貫通孔7から投入することもできる。これによって、細胞23は第一の貫通孔3の近傍へ確実に導入することができる。その後、図9に示すように保持プレート4の下部を減圧すると、第一の溶液24および細胞23が第一の貫通孔3へ引き込まれ、細胞23は第一の貫通孔3を通りぬけることができず、第一の貫通孔3の開口部付近で保持される。この構成によって、少量の細胞23であっても、確実に第一の貫通孔3を塞ぐように細胞23を配置し、保持することができる。
Further, as another example of the configuration of the cell electrophysiological sensor, it can be introduced from the third through-
さらに、別の例として、図10に示すように第三の貫通孔7から第二の溶液25を投入する。ここで、第三の貫通孔7の一方の開口部は第一の貫通孔3に向かって開口しているので、第一の貫通孔3付近の第一の溶液24は速やかに第二の溶液25へ交換することができる。
Furthermore, as another example, the
なお、このとき第三の貫通孔7を複数形成しておくことがより好ましい。これによって、一つの第三の貫通孔7から第二の溶液25を投入し(矢印の方向)、他の第三の貫通孔7から吸引(矢印の方向)を行うことによって、第一の溶液24から第二の溶液25への迅速な溶液交換が可能となる。このような構成とすることによって、イオンチャンネルを流れる電流を測定しながら保持プレート4の上部領域において溶液の交換を速やかに行うと、第一の溶液24には含まれないが第二の溶液25の中に含まれる薬剤成分(例えば特定のイオンチャンネルに対するチャンネル阻害剤)によるイオンチャンネル電流の変化を測定することで薬理効果判定が迅速に正確に行えるようになる。
At this time, it is more preferable to form a plurality of third through
さらに、本実施の形態1における細胞電気生理センサの他の例として、図11に示すようにインナーウエル8の下方の開口部13の形状を薄板2の外径より小さくすることによって、第三の貫通孔7から投入された液体(例えば第二の溶液25)は、より確実に薄板2の第一の貫通孔3の近傍の第一の溶液24を速やかに交換することができる。
Furthermore, as another example of the cellular electrophysiological sensor in the first embodiment, as shown in FIG. 11, the shape of the opening 13 below the
また、さらに他の例として、図12に示すように薄板2を保持プレート4の第二の貫通孔5の下方に保持した場合、インナーウエル8の下方の開口部13に第二の貫通孔5の内下方へ突出する突出部11を設けておくことによって、より確実に第一の貫通孔3の近傍の溶液を速やかに交換することができる。
As still another example, when the
また、さらに他の例として、図13に示すように薄板2の外周部に枠体12を接合し、この枠体12を第二の貫通孔5の内部に設置するとともに、インナーウエル8の下方の開口部13に枠体12の内下方へ突出する突出部11を設けておくことによって、より確実に第一の貫通孔3の近傍の溶液を速やかに交換することができる。
As still another example, as shown in FIG. 13, a
なお、本実施の形態1のようにインナーウエル8をウエル6の内部に内包させる場合、第三の貫通孔7の形成は、より多様な構成に簡単に換えることができる。すなわち、図10〜図13で示した例はすべてウエル6の形状は同じであり、インナーウエル8のみを変更して設置すればよい。
When the
また、図14はこの一例のインナーウエル8の斜視図であるが、このインナーウエル8をウエル6の内部へ設置することで、図15はウエルプレートの斜視図であり、図15に示したように異なった形状を有するインナーウエル8を比較的簡単に揃えることができる。
14 is a perspective view of the
また、複数のウエル6に対して別形状のインナーウエル8を設置すれば複数の形状を持つウエルアレイを容易に作製することができる。
Further, if an
以上のように、本発明にかかる細胞電気生理センサおよびこれを用いた細胞電気生理現象の測定方法は、高精度に効率良く細胞の電気生理現象の変化を測定できることから、例えば高速で薬理判定を行う、薬品スクリーニング等の測定器として用いられる。 As described above, the cell electrophysiological sensor and the cell electrophysiological measurement method using the same according to the present invention can measure changes in the electrophysiological phenomenon of cells with high accuracy and efficiency. Used as a measuring instrument for chemical screening.
1 細胞電気生理センサ
2 薄板
3 第一の貫通孔
4 保持プレート
5 第二の貫通孔
6 ウエル
7 第三の貫通孔
8 インナーウエル
9 壁面部
10 溝
11 突出部
12 枠体
13 開口部
23 細胞
24 第一の溶液
25 第二の溶液
26 第三の溶液
27 上部電極
28 下部電極
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Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006108434A JP2007278960A (en) | 2006-04-11 | 2006-04-11 | Cell electric physiological sensor, and method of measuring cell electric physiological phenomenon using this |
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JP2006108434A Pending JP2007278960A (en) | 2006-04-11 | 2006-04-11 | Cell electric physiological sensor, and method of measuring cell electric physiological phenomenon using this |
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JP (1) | JP2007278960A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013523150A (en) * | 2010-04-09 | 2013-06-17 | モレキュラー デバイシズ,インコーポレーテッド | High-throughput screening of ion channels |
-
2006
- 2006-04-11 JP JP2006108434A patent/JP2007278960A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013523150A (en) * | 2010-04-09 | 2013-06-17 | モレキュラー デバイシズ,インコーポレーテッド | High-throughput screening of ion channels |
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