JP2007330201A

JP2007330201A - 細胞分取用マイクロチップ及び細胞分取方法

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Publication number: JP2007330201A
Application number: JP2006168012A
Authority: JP
Inventors: Setsuya Sato; 節哉佐藤; Toshiyuki Yamato; 俊幸山戸; Katsuaki Hayashi; 克明林; Yutaka Matsumoto; 由多加松本; Isamu O; 勇王
Original assignee: Absize; SIZE KK AB
Current assignee: Absize; SIZE KK AB
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2007-12-27
Also published as: US20100066880A1; WO2007145342A1; CN101506345A; CA2655520A1; EP2036976A1

Abstract

【課題】光ピンセットによる方法と、マイクロ流路を利用した方法の長所を組み合わせることにより、多数の細胞の中から所望の細胞を迅速に且つ正確に分取することを可能とし得る細胞分取用マイクロチップを提供すること。
【解決手段】細胞を含む液を供給して流通させるための細胞供給用流路と、該細胞供給用流路を流通する細胞の一部を分取するための細胞分取用流路とを１つの基板上に備えており、前記細胞供給用流路及び細胞分取用流路は、一端部に送液機構と接続される送液口を有し且つ他端部に排液機構と接続される排液口を有しているとともに、互いの流路の中途部において交差している細胞分取用マイクロチップとする。
【選択図】図１

Description

本発明は細胞分取用マイクロチップ及び細胞分取方法に関し、より詳しくは送液による細胞移動と光ピンセットによる細胞移動とを組み合わせて利用する細胞分取方法及びこの方法に用いられる細胞分取用マイクロチップに関する。

従来、細胞を非接触で移動させるための方法としては、レーザ光の放射圧を利用して細胞を捕捉（トラップ）し、レーザ光を走査することにより細胞を移動させる光ピンセットと呼ばれる方法が知られている（例えば、下記特許文献１等参照）。
光ピンセットによる方法は、細胞を正確に且つ自在に移動させることができる点において優れた方法であるが、移動速度が遅いために、多数の細胞を移動させる場合や長い距離を移動させる場合には時間がかかり、作業効率が悪いという問題があった。

細胞を非接触で移動させるための他の方法として、マイクロポンプ等を用いてマイクロ流路に送液して細胞を移動させる方法が知られている（例えば、下記特許文献２等参照）。
マイクロ流路を利用した方法は、多数の細胞を一度に速く移動させることができる点においては優れているが、移動させる細胞数の制御や細胞の選択を行うことが困難であり、しかも微小且つ正確な移動には不向きであるという問題があった。

上述したように、従来より細胞移動に用いられている光ピンセットによる方法とマイクロ流路への送液による方法は、それぞれ問題点を有していた。
これらの問題点は、多数の細胞の中から所望の細胞を分取する細胞分取作業においても同様の問題点として現れていた。すなわち、光ピンセットによる方法では所望の細胞を迅速に分取することができず作業効率が悪く、マイクロ流路への送液による方法では所望の細胞を正確に分取することが困難であった。

特開２００１−６２７９２号公報特開２００３−２７４９２４号公報

本発明は、上記したような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、光ピンセットによる方法と、マイクロ流路を利用した方法の長所を組み合わせることにより、多数の細胞の中から所望の細胞を迅速に且つ正確に分取することを可能とし得る細胞分取方法及びこの方法に用いられる細胞分取用マイクロチップを提供するものである。

請求項１に係る発明は、細胞を含む液を供給して流通させるための細胞供給用流路と、該細胞供給用流路を流通する細胞の一部を分取するための細胞分取用流路とを１つの基板上に備えており、前記細胞供給用流路及び細胞分取用流路は、一端部に送液機構と接続される送液口を有し且つ他端部に排液機構と接続される排液口を有しているとともに、互いの流路の中途部において交差していることを特徴とする細胞分取用マイクロチップに関する。

請求項２に係る発明は、前記細胞分取用流路は、前記交差部分と排液口との間に該排液口へと向かう細胞を一旦貯留する貯留部を有しており、該貯留部は、細胞分取用流路の幅よりも広い幅に形成されていることを特徴とする請求項１記載の細胞分取用マイクロチップに関する。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の細胞分取用マイクロチップを用いた細胞分取方法であって、前記細胞供給用流路に接続された送液機構からの送液により細胞を含む液を該細胞供給用流路に供給して該流路内に流通させる第一の段階と、前記細胞供給用流路を流通する液中に含まれる細胞のうち所望の細胞が前記交差部分付近に達したときに前記送液機構の送液を停止する第二の段階と、前記交差部分付近に達した所望の細胞を、光ピンセットにより前記細胞分取用流路へと移動させる第三の段階とを備えていることを特徴とする細胞分取方法に関する。

請求項４に係る発明は、請求項２記載の細胞分取用マイクロチップを用い、前記第一乃至第三の段階を所要回数繰り返して所望の細胞を全て前記細胞分取用流路へと移動させた後、前記細胞供給用流路に接続された送液機構による送液と排液機構による排液により、該細胞供給用流路内に存在する所望の細胞以外の細胞を排出する第四の段階と、前記細胞分取用流路に接続された送液機構による送液により、所望の細胞を前記貯留部へと送り込む第五の段階と、該貯留部に送り込まれた所望の細胞を抽出する第六の段階とを備えていることを特徴とする請求項３記載の細胞分取方法に関する。

請求項１に係る発明によれば、送液機構による送液により細胞を含む液を細胞供給用流路内において迅速に流通させることができるとともに、細胞供給用流路と細胞分取用流路とが互いの流路の中途部で交差していることにより、送液機構による送液を停止した後、この交差部分から光ピンセットを用いて細胞分取用流路へと所望の細胞を正確に分取することができる。従って、多数の細胞の中から所望の細胞を迅速に且つ正確に分取することが可能となる。

請求項２に係る発明によれば、細胞分取用流路が排液口へと向かう細胞を一旦貯留する貯留部を有しており、該貯留部が細胞分取用流路の幅よりも広い幅に形成されていることにより、細胞分取用流路に分取された所望の細胞を貯留部に確実に貯留することができ、貯留部からマイクロピペット等を用いて所望の細胞を容易に抽出することが可能となる。

請求項３に係る発明によれば、第一の段階において、送液機構による送液により細胞を含む液を細胞供給用流路内において迅速に流通させ、第二の段階において、細胞供給用流路と細胞分取用流路との交差部分付近に所望の細胞を停止させ、第三の段階において、交差部分付近に達した所望の細胞を、光ピンセットにより細胞分取用流路へと移動させることにより、細胞供給用流路に供給した多数の細胞の中から所望の細胞を迅速に且つ正確に細胞分取用流路へと分取することが可能となる。

請求項４に係る発明によれば、第四の段階において、細胞供給用流路内に存在する所望の細胞以外の細胞を排出し、第五の段階において、所望の細胞を貯留部へと送り込み、第六の段階において、貯留部に送り込まれた所望の細胞を抽出することにより、不必要な細胞が細胞分取用流路へと流れ込むことが防止され、確実に所望の細胞のみを分取して抽出することが可能となる。

以下、本発明に係る細胞分取用マイクロチップ及び細胞分取方法の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明に係る細胞分取用マイクロチップ（以下、単にマイクロチップと称す）の平面図であって、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）の四角破線内拡大図であり、図中に符号（Ｓ）を付されている円形のものは細胞である。
本発明に係るマイクロチップは、光硬化性樹脂等の光透過性の合成樹脂やガラス、もしくはこれらの素材の組み合わせにより形成された略平板状の基板からなり、この基板上に、細胞供給用流路（１）と、細胞分取用流路（２）と、貯留部（３）とを備えているものである。

細胞供給用流路（１）は、送液機構からの送液により細胞を供給して移動させるための流路であって、基板の表面下（表面に露出しない深さ位置を指す）に形成された内径１００μｍ程度の中空流路からなる。
細胞供給用流路（１）は、その始端部に送液機構（４）とチューブ（１３）を介して連結される送液口（６）が形成されており、その終端部にはチューブ（１４）を介して排液機構（５）と連結される排液口（７）が形成されている。

細胞分取用流路（２）は、送液機構（４）からの送液により細胞供給用流路（１）を移動してきた細胞の中から、所望の細胞のみを分取して移動させるための流路であって、細胞供給用流路（１）と同様に、基板の表面下に形成された内径１００μｍ程度の中空流路からなる。
細胞分取用流路（２）は、その始端部に送液機構（８）とチューブ（１５）を介して連結される送液口（１０）が形成されており、その終端部には排液機構（９）とチューブ（１６）を介して連結される排液口（１１）が形成されている。

本発明において、上記した送液機構（４）（８）及び排液機構（５）（９）としては、マイクロポンプやマイクロシリンジ等の一般にマイクロ流路における送液・排液のために用いられている公知の送液・排液機構を用いることができる。

細胞供給用流路（１）と細胞分取用流路（２）とは、互いの流路の中途部において交差している。
交差の角度は、図示例では細胞供給用流路（１）と細胞分取用流路（２）とが十字状に交差するように直角とされているが、直角以外の角度で交差させてもよい。

細胞分取用流路（２）は、細胞供給用流路（１）との交差部分と排液口（１１）との間に、該排液口（１１）へと向かう細胞を一旦貯留する貯留部（３）を有している。
貯留部（３）は、細胞分取用流路（２）の幅よりも広い幅（例えば２倍以上、好ましくは５倍以上）に形成されている。これにより、交差部分から細胞分取用流路（２）を通って流れてきた細胞を含む液体は、その流速が貯留部（３）内において低下し、そのまま排液口（１１）にまで至ることが防がれる。
また、貯留部（３）は基板表面において開口しており、後述する如く、貯留部（３）に分取された所望の細胞をマイクロピペット等を用いて抽出することができる。

次に、本発明に係る細胞分取方法について説明する。
図２は、本発明に係る細胞分取方法において用いられる装置の一例を示す概略図であり、この装置は、倒立型の顕微鏡にレーザ光源等の各種機器が組み合わされた構成を有している。
先ず、この装置の構成について説明する。

装置に設けられた顕微鏡は、ＸＹ方向への移動が可能であって本発明に係るマイクロチップ（２１）を載置するための電動ステージ（２２）と、該電動ステージ（２２）の直下部に配置されて後述するレーザ光源から出力されたレーザ光を集光してマイクロチップ（２１）へと導く対物レンズ（２３）と、該対物レンズ（２３）の鉛直上方に配置されてマイクロチップ（２１）に光を照射するハロゲンランプからなる光源ランプ（２４）と、該光源ランプ（２４）とマイクロチップ（２１）の間に配置されて光源ランプ（２４）からマイクロチップ（２１）へと照射される光量を調節する電動シャッター（２５）と、光源ランプ（２４）から照射されてマイクロチップ（２１）を通過した可視光の透過像を撮像するＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等からなる撮像装置（２６）を備えている。

電動ステージ（２２）の移動及び電動シャッター（２５）の開閉は、コンピュータ（３７）に組み込まれた制御ソフトウェアからの制御信号に基づいて制御されるように構成されている。

顕微鏡の対物レンズ（２３）の鉛直下方には、ダイクロイックミラー（２７１）と吸収フィルター（２７２）を備えたミラーユニット（２７）が配置されている。
ダイクロイックミラー（２７１）は、レーザ光源から出力されたレーザ光の向きを変えて対物レンズ（２３）へと導くとともに、光源ランプ（２４）から照射された光を通過させて撮像装置（２６）へと導くものである。
吸収フィルター（２７２）は、光源ランプ（２４）から照射されてダイクロイックミラー（２７１）を通過した光の波長成分のうち可視光成分のみを通過させて撮像装置（２６）へと導くものである。

レーザ光源は、ＩＲレーザを出力する第１レーザ光源（２８）と、ＵＶレーザを出力する第２レーザ光源（２９）とからなる。
第１レーザ光源（２８）から出力されるＩＲレーザは、細胞を捕捉して操作するためのトラッピング用レーザ、即ち光ピンセットとして用いられる。ＩＲレーザとしては、例えばＹＡＧレーザ（波長1060nm）、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ（波長1047nm）、ＤＰＳＳレーザ（波長1064nm）等を用いることができるが、細胞にダメージを与えずに移動等の操作を行うことができるものであれば、特にこれらに限定はされない。
第２レーザ光源（２９）から出力されるＵＶレーザは、細胞をレーザ融合するための細胞融合用レーザとして用いられる。但し、本発明に係る方法においては、この第２レーザ光源は必ずしも必要ではない。

第１レーザ光源（２８）及び第２レーザ光源（２９）から出力されたレーザ光を、上記したミラーユニット（２７）のダイクロイックミラー（２７１）へと導く導光路には、電動シャッター（３０）（３１）、ダイクロイックミラー（３２）（３３）（３５）（３６）、電動ミラーユニット（３４）が配置されている。

電動シャッター（３０）（３１）は、第１レーザ光源（２８）及び第２レーザ光源（２９）の出射孔の前方に夫々配置されている。
これら電動シャッター（３０）（３１）は、コンピュータ（３７）から送られる制御信号に基づいて独立して開閉操作が可能となっており、これによって第１レーザ光源（２８）及び第２レーザ光源（２９）から出力されたレーザ光を選択的に、電動ミラーユニット（３４）等を介してミラーユニット（２７）へと導くことができる。

電動シャッター（３０）の前方にはダイクロイックミラー（３３）が配置され、電動シャッター（３１）の前方にはダイクロイックミラー（３２）が配置されている。
ダイクロイックミラー（３２）は、第２レーザ光源（２９）から出力されたレーザ光の向きを変えてダイクロイックミラー（３３）へと導く。
ダイクロイックミラー（３３）は、第１レーザ光源（２８）から出力されたレーザ光を通過させて電動ミラーユニット（３４）へと導くとともに、ダイクロイックミラー（３２）により導かれた第２レーザ光源（２９）からのレーザ光を反射させて電動ミラーユニット（３４）へと導く。
上記したダイクロイックミラー（３２）（３３）により、第１レーザ光源（２８）と第２レーザ光源（２９）から出力されたレーザ光は、同一経路を通って電動ミラーユニット（３４）へと導かれる。

電動ミラーユニット（３４）は、コンピュータ（３７）から送られる制御信号に基づいて独立して制御可能な２つの電子制御ミラーを有しており、これら２つの電子制御ミラーは、電動ステージ（２２）上のマイクロチップ（２１）内におけるレーザ光の走査方向において、一方のミラーがＸ方向、他方のミラーがＹ方向の走査を夫々担当する。
電子制御ミラーとしては、ガルバノミラー、ピエゾ駆動によるミラー、アクチュエータ駆動によるミラー等が好適に用いられる。

ダイクロイックミラー（３５）は、電動ミラーユニット（３４）を通過したレーザ光の向きを変えてダイクロイックミラー（３６）へと導く。
ダイクロイックミラー（３６）は、この導かれたレーザ光の向きを変えて、ミラーユニット（２７）のダイクロイックミラー（２７１）へと導く。

本発明に係る細胞分取方法は、上記構成からなる装置を用いて行うことが可能であり、以下その具体的方法について説明する。
先ず、準備段階として、上記説明した本発明に係るマイクロチップ（２１）を倒立顕微鏡の電動ステージ（２２）上に載置固定し、マイクロポンプやマイクロシリンジ等からなる送液機構（４）（８）及び排液機構（５）（９）を用意する。
そして、図１に示す如く、送液機構（４）をチューブ（１３）を介して送液口（６）と接続し、排液機構（５）をチューブ（１４）を介して排液口（７）と接続し、送液機構（８）をチューブ（１５）を介して送液口（１０）と接続し、排液機構（９）をチューブ（１６）を介して排液口（１１）と接続する。

次いで、第一段階として、送液機構（４）からの送液により、細胞（Ｓ）を含む液を細胞供給用流路（１）に供給して該流路内に流通させる（図３参照）。
続いて、第二段階として、細胞供給用流路（１）を流通してきた液中に含まれる細胞のうち所望の細胞（Ｓ１）が細胞分取用流路（２）との交差部分付近に達したことが顕微鏡観察により確認されたら、送液機構（４）による送液を停止する（図４参照）。

そして、第三段階として、上記交差部分付近に達した所望の細胞（Ｓ１）を、光ピンセットにより細胞分取用流路（２）へと移動させる（図５参照）。
この光ピンセットによる方法では、上記した装置において、第１レーザ光源（２８）から出力されたＩＲレーザを細胞（Ｓ１）へと導いて捕捉し、電動ミラーユニット（３４）の駆動によってレーザ光を走査することにより、所望の細胞を細胞分取用流路（２）へと移動させることができる。

上記した如く、細胞供給用流路（１）から、所望の細胞（Ｓ１）を光ピンセットにより細胞分取用流路（２）へと移動させた後、更に上記第一乃至第三の段階を繰り返す。
すなわち、送液機構（４）からの送液により、細胞を含む新たな液を細胞供給用流路（１）に供給して該流路内に流通させ、交差部分に残っている不必要な細胞（Ｓ）を送り出すとともに新たな細胞を供給し（図６参照）、細胞供給用流路（１）を流通してきた新たな液中に含まれる細胞のうち所望の細胞（Ｓ１）が細胞分取用流路（２）との交差部分付近に達したら送液機構（４）による送液を停止し（図７参照）、交差部分付近に達した所望の細胞（Ｓ１）を光ピンセットにより細胞分取用流路（２）へと移動させる（図８参照）。

上記第一乃至第三の段階を繰り返して、所望の細胞（Ｓ１）を全て細胞分取用流路（２）へと移動させた後、第四段階として、細胞供給用流路（１）に接続された送液機構（４）による送液と排液機構（５）による排液により、細胞供給用流路（１）内に存在する所望の細胞（Ｓ１）以外の細胞を排出する（図９参照）。

続いて、第五段階として、細胞分取用流路（２）に接続された送液機構（８）による送液により、所望の細胞（Ｓ１）を貯留部へと送り込む（図１０参照）。
最後に、第六段階として、貯留部（３）に送り込まれた所望の細胞（Ｓ１）をマイクロピペット（Ｍ）等を用いて抽出する（図１１参照）。

以上の段階を経ることにより、細胞供給用流路（１）へと供給された多数の細胞の中から所望の細胞のみを迅速且つ正確に細胞分取用流路（２）を通して貯留部（３）へと送り込んで抽出することが可能となる。

本発明は、ライフサイエンス分野において、多数の細胞の中から所望の細胞のみを分取する作業のために好適に利用される。

本発明に係る細胞分取用マイクロチップの平面図であって、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）の四角破線内拡大図である。本発明に係る細胞分取方法において用いられる装置の一例を示す概略図である。本発明に係る細胞分取方法の第一段階を示す図である。本発明に係る細胞分取方法の第二段階を示す図である。本発明に係る細胞分取方法の第三段階を示す図である。本発明に係る細胞分取方法の２回目の第一段階を示す図である。本発明に係る細胞分取方法の２回目の第二段階を示す図である。本発明に係る細胞分取方法の２回目の第三段階を示す図である。本発明に係る細胞分取方法の第四段階を示す図である。本発明に係る細胞分取方法の第五段階を示す図である。本発明に係る細胞分取方法の第六段階を示す図である。

符号の説明

１細胞供給用流路
２細胞分取用流路
３貯留部
４送液機構
５排液機構
６送液口
７排液口
Ｓ細胞
Ｓ１所望の細胞

Claims

細胞を含む液を供給して流通させるための細胞供給用流路と、
該細胞供給用流路を流通する細胞の一部を分取するための細胞分取用流路と
を１つの基板上に備えており、
前記細胞供給用流路及び細胞分取用流路は、一端部に送液機構と接続される送液口を有し且つ他端部に排液機構と接続される排液口を有しているとともに、互いの流路の中途部において交差していることを特徴とする細胞分取用マイクロチップ。
前記細胞分取用流路は、前記交差部分と排液口との間に該排液口へと向かう細胞を一旦貯留する貯留部を有しており、
該貯留部は、細胞分取用流路の幅よりも広い幅に形成されていることを特徴とする請求項１記載の細胞分取用マイクロチップ。
請求項１又は２記載の細胞分取用マイクロチップを用いた細胞分取方法であって、
前記細胞供給流路に接続された送液機構からの送液により細胞を含む液を該細胞供給用流路に供給して該流路内に流通させる第一の段階と、
前記細胞供給用流路を流通する液中に含まれる細胞のうち所望の細胞が前記交差部分付近に達したときに前記送液機構の送液を停止する第二の段階と、
前記交差部分付近に達した所望の細胞を、光ピンセットにより前記細胞分取用流路へと移動させる第三の段階と、
を備えていることを特徴とする細胞分取方法。
請求項２記載の細胞分取用マイクロチップを用い、
前記第一乃至第三の段階を所要回数繰り返して所望の細胞を全て前記細胞分取用流路へと移動させた後、
前記細胞供給用流路に接続された送液機構による送液と排液機構による排液により、該細胞供給用流路内に存在する所望の細胞以外の細胞を排出する第四の段階と、
前記細胞分取用流路に接続された送液機構による送液により、所望の細胞を前記貯留部へと送り込む第五の段階と、
該貯留部に送り込まれた所望の細胞を抽出する第六の段階とを備えていることを特徴とする請求項３記載の細胞分取方法。