JP2007322165A - Electrophysiological measuring instrument, and electrophysiologial measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気生理測定装置および電気生理測定方法に関するものである。 The present invention relates to an electrophysiological measurement device and an electrophysiological measurement method.
従来、細胞内の信号の伝達や機能の発現を解析する方法として、膜電位や膜電流の変化を検出する方法(パッチクランプ法)が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
この方法は、ガラス管の先端を細胞に接触させて吸引するとともに、ガラス管の内部に電解液を貯留することにより、ガラス管内の電解液柱を細胞に密着状態に維持される電極として使用するものである。
In this method, the tip of the glass tube is brought into contact with the cell and sucked, and the electrolytic solution in the glass tube is used as an electrode that is kept in close contact with the cell by storing the electrolytic solution inside the glass tube. Is.
しかしながら、パッチクランプ法は、ガラス管を細胞に接触させて、細胞を吸引するものであるため、より小さい細胞に対して、細胞を吸引する操作が困難であるとともに、ガラス管の太さに限界があるという不都合がある。また、ガラス管が細くなると、より細胞膜を突き抜けやすくなり、また接触圧の制御も困難になることから、小さい細胞に対して、侵襲性が大きく操作が困難であるという問題がある。 However, since the patch clamp method sucks cells by bringing the glass tube into contact with the cells, it is difficult to suck the cells with respect to smaller cells, and the thickness of the glass tube is limited. There is a disadvantage that there is. In addition, when the glass tube is thinned, it becomes easier to penetrate the cell membrane and the control of the contact pressure becomes difficult, so that there is a problem that the invasiveness is large and the operation is difficult for a small cell.
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、より小さい細胞に対しても操作を容易に行うことができ、低侵襲に細胞内の電位を測定することができる電気生理測定装置および電気生理測定方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can be easily operated even on a smaller cell, and an electrophysiological measurement device capable of measuring an intracellular potential in a minimally invasive manner. The object is to provide an electrophysiological measurement method.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、試料細胞の外部に接触状態に配置される第1電極と、前記試料細胞の内部に挿入される第2電極と、前記第1電極と前記試料細胞に挿入された前記第2電極との間の電位差を測定する測定手段とを備える電気生理測定装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention includes a first electrode disposed in contact with the outside of a sample cell, a second electrode inserted into the sample cell, and the second electrode inserted into the first electrode and the sample cell. And an electrophysiological measuring device including a measuring means for measuring a potential difference between the two.
上記発明においては、前記試料細胞を内部に保持する試料細胞保持手段を備え、前記第1電極が前記試料細胞保持手段の底部に設けられていることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記第1電極が、前記資料細胞の水平断面より広い面状の電極であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記第1電極が、前記試料細胞を観察するための光の光路を避けて配置されていることとしてもよい。
In the above-mentioned invention, it is good also as providing the sample cell holding means which holds the sample cell inside, and the 1st electrode being provided in the bottom of the sample cell holding means.
In the above invention, the first electrode may be a planar electrode wider than a horizontal cross section of the sample cell.
Moreover, in the said invention, the said 1st electrode is good also as arrange | positioning avoiding the optical path of the light for observing the said sample cell.
また、上記発明においては、前記第1電極が、前記試料細胞を観察するための光の光路上に設けられた透明電極からなることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記試料保持手段が、該試料保持手段の内部の第1電極と試料保持手段の外部とを絶縁することとしてもよい。
Moreover, in the said invention, the said 1st electrode is good also as consisting of a transparent electrode provided on the optical path of the light for observing the said sample cell.
In the above invention, the sample holding means may insulate the first electrode inside the sample holding means from the outside of the sample holding means.
また、上記発明においては、前記第2電極が、前記試料細胞より細い先端部を有する針状の電極であることとしてもよい
また、上記発明においては、前記第2電極が、半導体材料を含むこととしてもよい。
In the above invention, the second electrode may be a needle-like electrode having a tip that is thinner than the sample cell. In the above invention, the second electrode includes a semiconductor material. It is good.
また、上記発明においては、前記第2電極は、前記試料細胞に挿入される先端部が露出され、他の部分が絶縁膜により被覆されていることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記測定手段が、前記第2電極の前記試料細胞への挿入前後において測定された前記電気的特性の変化を測定することとしてもよい。
Moreover, in the said invention, the said 2nd electrode is good also as the front-end | tip part inserted in the said sample cell being exposed, and other parts being coat | covered with the insulating film.
Moreover, in the said invention, the said measurement means is good also as measuring the change of the said electrical property measured before and after insertion to the said sample cell of the said 2nd electrode.
また、上記発明においては、前記試料細胞に対して刺激を与えるための刺激信号を前記第2電極に加える刺激信号発生手段を備えることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記第2電極が挿入される前記試料細胞を光学的に観察する光学的観察手段を備えることとしてもよい。
Moreover, in the said invention, it is good also as providing the stimulation signal generation means which applies the stimulation signal for giving a stimulus with respect to the said sample cell to a said 2nd electrode.
Moreover, in the said invention, it is good also as providing the optical observation means which optically observes the said sample cell in which a said 2nd electrode is inserted.
また、本発明は、試料細胞の外部に、第1電極を接触状態に配置する工程と、前記試料細胞の内部に第2電極を挿入する工程と、該第1電極と、前記試料細胞の内部に挿入された第2電極との間の電位差を検出する工程とを備える電気生理測定方法を提供する。 The present invention also includes a step of placing the first electrode in contact with the outside of the sample cell, a step of inserting the second electrode into the sample cell, the first electrode, and the inside of the sample cell. An electrophysiological measurement method comprising: detecting a potential difference between the second electrode inserted into the first electrode.
本発明によれば、より小さい細胞に対しても操作を容易に行うことができ、低侵襲に細胞内の電位を測定することができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to easily operate even a smaller cell, and there is an effect that the intracellular potential can be measured with minimal invasiveness.
以下、本発明の第1の実施形態に係る電気生理測定装置1および電気生理測定方法について、図1〜図4を参照して説明する。
本実施形態に係る電気生理測定装置1は、図1に示されるように、細胞を観察するための顕微鏡装置2に備えられる。
Hereinafter, an
As shown in FIG. 1, an
顕微鏡装置2は、細胞を収容する容器3を載置するステージ4と、該ステージ4上の細胞を照明する照明装置5と、細胞において反射あるいは透過した光、あるいは細胞から発生した蛍光を観察する観察装置6と、ステージ4を駆動制御するステージコントローラ7と、照明装置5および観察装置6を制御する顕微鏡コントローラ8と、観察装置6により得られた画像を処理する画像処理装置9と、該画像処理装置9により処理された画像を表示する表示装置10とを備えている。
The
前記照明装置5には、細胞に対して、観察装置6とは反対側から照明光を照射する透過照明光源5Aおよび、該透過照明光源5Aから発せられた照明光を細胞に集光するコンデンサレンズ5Cと、細胞に対して観察装置6と同一方向から照明光を照射する落射照明光源5Bとが備えられている。
また、観察装置6には、図示しない対物レンズを含む観察光学系と、該観察光学系を介した細胞からの光を撮像して画像を取得するCCD素子6Aと、細胞からの光を直接観察するための接眼レンズ6Bとが備えられている。
The
The
本実施形態に係る電気生理測定装置1は、図2に示されるように、前記顕微鏡装置2のステージ4上に載置され、バッファ液あるいは培養液Lを貯留する前記容器3の底面に設けられた平板状の第1電極11と、該第1電極11上において培養される細胞Aに対して上方から近接させられる第2電極12と、該第2電極12を移動させる駆動ユニット13と、該駆動ユニット13を制御する駆動ユニット制御回路14と、前記第1電極11および第2電極12間の電位差を測定する測定回路15とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
前記第1電極11は、透明電極により構成され、その表面に細胞Aが培養されるようになっている。
前記第2電極12は、図2および図3に示されるように、先端に尖鋭な針部12Aを有するカンチレバー状に形成されている。第2電極12は、シリコン基板12Bの表面に導電膜12Cを成膜することにより形成されている。シリコン基板12B上に形成された導電膜12Cは、先端の針部12Aにおいて細胞Aの核C内に完全に収容される程度の寸法だけ露出させられ、それ以外の部分は絶縁膜12Dによって被覆されている。第2電極12は、取付部材16により駆動ユニット13に取り付けられている。
The
As shown in FIGS. 2 and 3, the
駆動ユニット13は、X,Y,Z方向に針部12Aを移動させる、例えば、3軸の直線移動機構を備えている。容器3は、絶縁材料により構成され、内部の第1電極11を外部に対して電気的に絶縁するようになっている。また、第1電極11は接地されている。
The
前記測定回路15は、図2に示されるように、第1電極11と第2電極12との間に接続されている。測定回路15は、容器3底面の第1電極11と、第2電極12の針部12Aに露出している導電膜12Cとの間に、刺激信号(活動電位)を発生させる刺激信号発生装置15Aと、刺激信号に対する応答を計測する電気信号測定装置15Bとを備えている。
As shown in FIG. 2, the
このように構成された本実施形態に係る電気生理測定装置1を用いた電気生理測定方法について、以下に説明する。
本実施形態に係る電気生理測定装置1を用いて、細胞Aの膜電位を測定するには、ステージコントローラ7および顕微鏡コントローラ8を作動させ、ステージ4の作動により測定したい細胞Aを顕微鏡観察下に配置する。そして、駆動ユニット制御回路14の作動により駆動ユニット13を作動させ、第2電極12の針部12Aを細胞Aの上方から細胞Aに近接させる。
An electrophysiological measurement method using the
In order to measure the membrane potential of the cell A using the
そして、このとき、第1電極11と第2電極12との間に接続された測定回路15を作動させ、針部12Aの導電膜12Cと第1電極11との間の電気化学系のインピーダンスを測定する。
容器3の底面に設けられた第1電極11が細胞Aに接触することにより、細胞膜Bの電位が第1電極11の電位(接地電位)に固定されている。そして、第2電極12の針部12Aに設けた導電膜12Cが細胞膜Bに接触するまでの間においては、図4に符号Pで示されるように、第2電極12と細胞膜Bとの距離が変化しても、両者間のインピーダンスに変化はない。
At this time, the
When the
さらに、第2電極12を下降させて、針部12Aに設けた導電膜12Cが細胞膜Bに接触すると、図4に符号Qで示されるように、第2電極12と細胞膜Bとの間のインピーダンスが急激に変化する。そして、第2電極12をさらに下降させて、針部12Aに設けた導電膜12Cが細胞Aの核C内に侵入すると、導電膜12Cが細胞内電位となることにより、インピーダンスが所定値になる(符号R)。したがって、細胞A内への針部12Aの挿入作業中に第1電極11と第2電極12との間のインピーダンスを測定して、電解液抵抗の変化を検出することにより、針部12Aに設けた導電膜12Cの細胞Aへの接触および侵入を精度よく検知することができる。
Further, when the
この場合において、本実施形態に係る電気生理測定方法によれば、針部12Aに設けた導電膜12Cが細胞A内に侵入したことが検知された後に、針部12Aの移動を停止し、再度、測定回路15の作動により、活動電位を測定する。すなわち、測定回路15内の刺激信号発生装置15Aの作動により、所定の刺激信号を発生し、電気信号測定装置15Bの作動により、その刺激信号に対する応答信号を測定し、記録する。
In this case, according to the electrophysiological measurement method according to the present embodiment, after it is detected that the
本実施形態に係る電気生理測定装置1を用いた電気生理測定方法によれば、シリコン基板12Bをベースとした先端の細い針部12Aを1本だけ細胞A内に侵入させて測定を行うので、細胞Aに対する侵襲性を低く抑えることができる。また、針部12Aの細胞A内への侵入をインピーダンスの変化により容易に判断することができ、作業者によるばらつきが少なく、小さい細胞Aに対しても安定した操作を行うことができるという利点がある。さらに、絶縁膜12Dから露出する導電膜12Cを極小さく制限でき、導電膜12Cの露出部分全体を細胞A内に侵入させて、ノイズが小さく安定した測定を行うことができる。
According to the electrophysiological measurement method using the
なお、本実施形態においては、第1電極11と第2電極12間のインピーダンスの変化により、針部12Aの細胞A内への侵入を検知することとしたが、これに限定されるものではなく、針部12A先端の位置と、細胞Aの位置とを光学的手段により確認しながら侵入を判別することとしてもよい。
In the present embodiment, the intrusion of the
また、第1電極11として、その表面上で細胞Aを培養する透明電極を採用した。これにより、第1電極11および容器3底面を介した落射照明および透過照明が可能となる。これに代えて、第1電極11としては不透明な電極を採用し、照明光が通過する光路を避けて配置することとしてもよい。
Moreover, the transparent electrode which culture | cultivates the cell A on the surface as the
A 細胞(試料細胞)
1 電気生理測定装置
2 顕微鏡装置(光学的観察手段)
3 容器(試料細胞保持手段)
11 第1電極(透明電極)
12 第2電極
12A 針部(針状の電極)
12D 絶縁膜
15 測定回路(測定手段)
15A 刺激信号発生回路(刺激信号発生手段)
A cells (sample cells)
1
3 Container (Sample cell holding means)
11 First electrode (transparent electrode)
12
15A Stimulation signal generation circuit (stimulation signal generation means)
Claims (13)
前記試料細胞の内部に挿入される第2電極と、
前記第1電極と前記試料細胞に挿入された前記第2電極との間の電位差を測定する測定手段とを備える電気生理測定装置。 A first electrode disposed in contact with the outside of the sample cell;
A second electrode inserted into the sample cell;
An electrophysiological measurement apparatus comprising: a measurement unit that measures a potential difference between the first electrode and the second electrode inserted into the sample cell.
前記第1電極が前記試料細胞保持手段の底部に設けられている請求項1に記載の電気生理測定装置。 A sample cell holding means for holding the sample cell inside;
The electrophysiological measurement apparatus according to claim 1, wherein the first electrode is provided on a bottom portion of the sample cell holding means.
前記試料細胞の内部に第2電極を挿入する工程と、
該第1電極と、前記試料細胞の内部に挿入された第2電極との間の電位差を検出する工程とを備える電気生理測定方法。 Arranging the first electrode in contact with the outside of the sample cell;
Inserting a second electrode into the sample cell;
An electrophysiological measurement method comprising a step of detecting a potential difference between the first electrode and a second electrode inserted into the sample cell.
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---|---|---|---|
JP2006150350A JP2007322165A (en) | 2006-05-30 | 2006-05-30 | Electrophysiological measuring instrument, and electrophysiologial measurement method |
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WO2015068530A1 (en) * | 2013-11-11 | 2015-05-14 | 浜松ホトニクス株式会社 | Cell observation apparatus |
-
2006
- 2006-05-30 JP JP2006150350A patent/JP2007322165A/en not_active Withdrawn
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WO2015068530A1 (en) * | 2013-11-11 | 2015-05-14 | 浜松ホトニクス株式会社 | Cell observation apparatus |
JP2015094618A (en) * | 2013-11-11 | 2015-05-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | Cell observation device |
EP3070157A4 (en) * | 2013-11-11 | 2017-05-31 | Hamamatsu Photonics K.K. | Cell observation apparatus |
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