JP2008136400A - Gene transfer device and method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、細胞へ遺伝子を導入する遺伝子導入装置及び方法に関する。 The present invention relates to a gene introduction apparatus and method for introducing a gene into a cell.
特許文献1には、微細針先端に遺伝子等の導入物質を電気的に吸着させ、この微細針を細胞内に侵入させて、この微細針にパルス電圧を印加することにより、細胞内に導入物質を導入するマイクロインジェクション方法及び装置が開示されている。ここで、微細針の侵入は、微細針と同軸に伸縮する圧電素子を用いて微動することにより行うようになっている。
上記特許文献1は、微細針先端部に遺伝子を保持する方式であり、細胞に対して低侵襲で遺伝子を導入することが可能で、高い生存率を得ることができる。 The above-mentioned Patent Document 1 is a method of holding a gene at the tip of a fine needle, can introduce a gene with minimal invasiveness to cells, and can obtain a high survival rate.
しかしながら、遺伝子を保持する表面積が微小であるため遺伝子の保持量が非常に少なく、有効な量の遺伝子を細胞内に導入することが難しい。このため、高い導入効率が得られにくいことが課題となっている。 However, since the surface area for retaining genes is very small, the amount of genes retained is very small, and it is difficult to introduce an effective amount of genes into cells. For this reason, it is difficult to obtain high introduction efficiency.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、低侵襲で生存率を高く維持したまま、導入効率も高い遺伝子導入装置及び方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a gene introduction apparatus and method having high introduction efficiency while maintaining a high survival rate with low invasiveness.
本発明の遺伝子導入装置の一態様は、細胞へ遺伝子を導入する遺伝子導入装置において、
導入される遺伝子が分散された培養液中で培養される細胞の細胞膜を穿孔する穿孔手段と、
上記穿孔手段を駆動し、上記細胞膜の少なくとも2箇所に穿孔させる駆動手段と、
を具備することを特徴とする。
One aspect of the gene introduction device of the present invention is a gene introduction device for introducing a gene into a cell.
A perforation means for perforating a cell membrane of a cell cultured in a culture solution in which the gene to be introduced is dispersed;
Driving means for driving the perforation means to perforate at least two locations of the cell membrane;
It is characterized by comprising.
また、本発明の遺伝子導入方法の一態様は、
遺伝子を導入しようとする細胞を選定する工程と、
上記細胞の細胞膜の少なくとも2箇所を穿孔する工程と、
を有することを特徴とする。
In addition, one aspect of the gene introduction method of the present invention is:
Selecting a cell into which the gene is to be introduced;
Perforating at least two portions of the cell membrane of the cell;
It is characterized by having.
本発明によれば、細胞外の溶液中に遺伝子を分散させ、細胞膜の少なくとも2箇所に孔を形成することにより、細胞内に溶液を流通させ遺伝子を導入することで、低侵襲で、生存率が高く、導入効率も高い遺伝子導入装置及び方法を提供することができる。 According to the present invention, a gene is dispersed in an extracellular solution, and pores are formed in at least two locations of the cell membrane. It is possible to provide a gene transfer apparatus and method that have a high transfer efficiency and high transfer efficiency.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
[第1実施形態]
まず、本発明の第1実施形態に係る遺伝子導入装置及び遺伝子導入方法について、図1乃至図3(C)を参照して説明する。
[First Embodiment]
First, a gene introduction device and a gene introduction method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3C.
本実施形態に係る遺伝子導入装置10は、図1に示すように、細胞を観察するための倒立型顕微鏡12に備えられる。
As shown in FIG. 1, the
倒立型顕微鏡12は、細胞を収容したワーク14を載置するワークホルダ16と、該ワークホルダ16上の細胞を照明する照明装置18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20と、上記ワークホルダ16をX方向及びY方向に移動する顕微鏡XYステージ22と、該顕微鏡XYステージ22を駆動制御する顕微鏡XYステージコントローラ24と、上記照明装置18及び観察装置20を制御する顕微鏡コントローラ26と、上記観察装置20により得られた画像を処理する画像処理装置28と、該画像処理装置28により処理された画像を表示するモニタ30を備え、上記遺伝子導入装置10及び該倒立型顕微鏡12の全体を制御する制御コンピュータ32と、を備えている。
The inverted
また、上記照明装置18には、細胞に対して、上記観察装置20とは反対側から照明光を照射する透過照明光源34と、該透過照明光源34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36と、細胞に対して上記観察装置20と同一方向から照明光を照射する落射照明光源38とが備えられている。
In addition, the illumination device 18 collects the illumination light emitted from the transmitted illumination light source 34 on the cell and the transmitted illumination light source 34 that irradiates the cell with illumination light from the side opposite to the
一方、上記観察装置20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カメラ40と、細胞からの光を直接観察する接眼レンズ42とが備えられている。
On the other hand, the
そして、本実施形態に係る遺伝子導入装置10は、上記倒立型顕微鏡12のワークホルダ16近傍に配置され、細胞に対して挿入される導入針44と、該導入針44を保持する導入針保持具46と、該導入針保持具46を移動させることで上記導入針44を移動させる駆動ユニット48と、該遺伝子導入装置10を制御するコントロールボックス50と、を備えている。ここで、駆動ユニット48は、X,Y,Z方向に導入針44を移動させる、例えば、3軸の直線移動機構を備えている。
The
上記導入針44は、図2(A)に示すように、カンチレバー52の自由端側に、該カンチレバー52の長手方向に対して交差する方向に延びるように設けられている。カンチレバー52は取付部材54に固定され、該取付部材54は、Z軸アクチュエータ56を介して導入針保持具46のアーム46Aに固定されている。これにより、カンチレバー52は斜め下向きに保持され、導入針44はカンチレバー52の自由端において、先端を鉛直下方に向けて保持されている。
As shown in FIG. 2A, the
カンチレバー52は、図2(B)に示すように、可撓性を持つシリコンベース部58と、先端に微細な導入針44が形成されたレバー部60とから構成されており、上記取付部材54に対して交換可能に固定される。従って、このカンチレバー52を交換することで、コンタミネーションのおそれなく、該遺伝子導入装置10を繰り返し使用することができる。
As shown in FIG. 2B, the
上記取付部材54と導入針保持具46との間に配置されたZ軸アクチュエータ56は、例えば、積層された圧電素子により構成され、その印加電圧に応じて伸縮する。図2(A)に示すようにZ軸アクチュエータ56は取付部材54と導入針保持具46との間に垂直方向に配置されているので、印加電圧を調整することにより導入針保持具46に対して取付部材54を垂直方向に微小変位させ、該取付部材54に鉛直下向きに取り付けられている導入針44の先端を垂直方向に微小距離、移動させることができるようになっている。
The Z-
上記コントロールボックス50は、駆動ユニット48を制御する駆動ユニット制御回路62と、Z軸アクチュエータ56を制御するアクチュエータ制御回路64とを備えている。
The
このように構成された本実施形態に係る遺伝子導入装置10を用いた遺伝子導入方法について以下に説明する。
A gene introduction method using the
本実施形態に係る遺伝子導入装置10を用いて、ワーク14内の培養液中で培養される細胞に遺伝子を導入するには、まず、細胞培養液中に、遺伝子導入物質を分散させる。そして、顕微鏡XYステージコントローラ24及び顕微鏡コントローラ26を作動させ、顕微鏡XYステージ22の作動により観察したい細胞を顕微鏡観察下に配置する(詳細は後述する第3実施形態において説明する)。その後、駆動ユニット制御回路62の作動により駆動ユニット48を作動させ、カンチレバー52の導入針44を細胞の上方から細胞に近接させる。ワーク14の基板68上に播種された細胞は、2μm〜10μm程度の厚みしかないため、この近接した位置からの微細な下降は、アクチュエータ制御回路64の作動によりZ軸アクチュエータ56を作動させることにより行う。
In order to introduce a gene into cells cultured in the culture medium in the
Z軸アクチュエータ56を作動させることにより、図3(A)に示すように、導入針44を下降させ基板68へ近づけていく。これにより、導入針44の先端が下降していく途中において、ワーク14内の遺伝子が分散された培養液(以下、DNA分散溶液66)内に進入し、ワーク14の基板68上に播種された細胞70に接触する。ここで、更に導入針44を下降させていき、細胞膜72及び核74に穿孔する。
By operating the Z-
そして、図3(B)に示すように、導入針44の先端が基板68面と接触する位置まで導入針44を下降させたならば、基板68面との接触位置よりも更に導入針44を降下させる。これにより、図3(C)に示すように、導入針44の先端は基板68面に対して摺動し、この摺動により、底面側も破断し、細胞膜72の上面側及び底面側の2箇所の破断箇所76間を貫通する孔が空けられる。
Then, as shown in FIG. 3B, if the
こうして形成された貫通する孔をDNA分散溶液66が流通することにより、DNA分散溶液66中に分散した遺伝子が細胞70内に流入する。
When the
なお、導入針44を上昇させて導入針44を細胞70から引き抜いた後は、ある一定時間が経過すると、細胞膜72は自己修復により回復し、細胞70内に遺伝子が取り込まれた状態となる。
Note that after the
このようにして、従来と同様に低侵襲で生存率は高いまま、本実施形態では、更に、遺伝子を細胞70内に確実且つ高い導入効率で導入することができる。
In this way, in this embodiment, the gene can be introduced into the
なお、導入針44の摺動方法は、上記のように基板68面との接触位置よりも更に導入針44を降下させることにより行う手法に限定されるものではなく、例えば、導入針保持具46のアーム46Aも上記Z軸アクチュエータ56と同様に積層された圧電素子により構成し、該アーム46Aを伸縮させることで、導入針44の先端が基板68と接触した状態で導入針44を水平移動させることにより行うこともできる。
Note that the sliding method of the
勿論、駆動ユニット48で微細なXYZ方向の調整が可能な場合には、そのようなZ軸アクチュエータ56やアーム46Aを圧電素子で構成することは不要となる。
Of course, when the drive unit 48 can finely adjust in the XYZ directions, it is not necessary to configure the Z-
[実施例1]
図4(A)は、HelaS3細胞を蛍光色素溶液中に浸漬し、レーザ走査型顕微鏡で観察した例であり、細胞が接着している基板面より、2〜3μm上方の細胞の水平断面像となる。蛍光色素はスルホローダミンを用いている。レーザ走査型顕微鏡では、この蛍光像を観察するため、細胞周辺の溶液部が観察されている。
[Example 1]
FIG. 4A is an example in which Hela S3 cells are immersed in a fluorescent dye solution and observed with a laser scanning microscope. A horizontal cross-sectional image of cells 2 to 3 μm above the substrate surface to which the cells are attached Become. As the fluorescent dye, sulforhodamine is used. In the laser scanning microscope, in order to observe this fluorescent image, the solution portion around the cell is observed.
本実施例1では、この細胞に対して、導入針44を下降させ細胞内に進入した後、導入針44先端部が基板68面と接触した位置から、さらに下降させた。これにより導入針44先端部を基板68面上で3μmほど摺動させ、細胞膜に2箇所の孔を空け、色素溶液を細胞内に導入することを試みている。図4(B)は、この結果を示す図である。孔を空けた細胞には、細胞周辺の色素溶液が流入するため、細胞内の蛍光強度が大きくなり、細胞内に取り込まれたことが確認できる。
In Example 1, after the
[実施例2]
実施例1と同様に、HelaS3細胞を遺伝子溶液中に浸漬し、導入を試みた例を示す。導入した遺伝子は、GFP蛍光タンパク質を発現する遺伝子であり、導入の正否は蛍光観察により確認することができる。
[Example 2]
As in Example 1, an example in which HelaS3 cells are immersed in a gene solution and introduction is attempted is shown. The introduced gene is a gene that expresses a GFP fluorescent protein, and the correctness of the introduction can be confirmed by fluorescence observation.
図5(A)は、遺伝子導入直後の導入を試みた細胞の顕微鏡観察像を示す。観察画像中の複数の細胞を選定し導入を試みている。図5(B)及び(C)は、導入24時間経過後に導入の成否を確認した顕微鏡観察像である。図5(B)は、位相差観察像であり、24時間経過後の細胞の状態を示している。図5(C)は、この細胞を蛍光観察により観察したものであり、導入が成功した細胞では、遺伝子が発現し強い蛍光強度が得られている。この結果より、非常に効率良く、細胞に遺伝子が導入されていることが確認できる。 FIG. 5 (A) shows a microscopic observation image of a cell which was attempted to be introduced immediately after gene introduction. We are trying to select and introduce multiple cells in the observation image. FIGS. 5B and 5C are microscopic observation images in which the success or failure of the introduction was confirmed after 24 hours from the introduction. FIG. 5B is a phase difference observation image and shows the state of the cells after 24 hours. FIG. 5C shows the cells observed by fluorescence observation. In the cells that have been successfully introduced, the gene is expressed and strong fluorescence intensity is obtained. From this result, it can be confirmed that the gene is introduced into the cell very efficiently.
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係る遺伝子導入装置及び遺伝子導入方法について、図6乃至図8を参照して説明する。
[Second Embodiment]
Next, a gene introduction device and a gene introduction method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態では、図6に示すようなカンチレバー52を用いるものである。即ち、本実施形態におけるカンチレバー52は、可撓性を持つシリコンベース部58と、先端に微細な導入針441が形成されたレバー部601と、同じく先端に微細な導入針442が形成されたレバー部602とから構成されている(なお、図6は、導入針441,442をレバー部601,602に対して水平な方向に引き延ばして示しているが、実際には、上記第1実施形態の導入針44及びレバー部60のように、導入針441,442はレバー部601,602の延在方向に対して交差する方向に延びるように設けられている)。
In the present embodiment, a
このように構成された本実施形態に係る遺伝子導入装置10を用いた遺伝子導入方法について以下に説明する。
A gene introduction method using the
本実施形態に係る遺伝子導入装置10を用いて、ワーク14内の培養液中で培養される細胞70に遺伝子を導入するには、まず、細胞培養液中に、遺伝子導入物質を分散させる。そして、顕微鏡XYステージコントローラ24及び顕微鏡コントローラ26を作動させ、顕微鏡XYステージ22の作動により観察したい細胞を顕微鏡観察下に配置する。その後、駆動ユニット制御回路62の作動により駆動ユニット48を作動させ、カンチレバー52の導入針441,442を細胞の上方から細胞に近接させる。
In order to introduce a gene into the
このとき、アクチュエータ制御回路64の作動によりZ軸アクチュエータ56を作動させることにより、導入針44を下降させていく。これにより、導入針441,442の先端が下降していく途中において、ワーク14内のDNA分散溶液66内に進入し、ワーク14の基板68上に播種された細胞70に接触する。ここで、図7に示すように、更に導入針441,442を下降させていき、細胞膜72及び核74に穿孔する。
At this time, the
これにより、図8に示すように、細胞70の外部から2本の導入針441,442によって細胞70の上面の細胞膜72に2箇所の穿孔78を同時に行うことができる。こうして形成された貫通する孔をDNA分散溶液66が流通することにより、該DNA分散溶液66中に分散した遺伝子が細胞70内に流入する。
As a result, as shown in FIG. 8, two holes 78 can be simultaneously formed in the
なお、導入針441,442を上昇させて導入針441,442を細胞70から引き抜いた後は、ある一定時間が経過すると、細胞膜72は自己修復により回復し、細胞70内に遺伝子が取り込まれた状態となる。
In addition, after raising the introduction needles 441 and 442 and withdrawing the introduction needles 441 and 442 from the
以上説明したような本第2実施形態によれば、基板68との接着力の弱い細胞であっても、微細な導入針が基板68に対して摺動することにより細胞70が基板68から剥離するおそれがなく、遺伝子を確実に導入することが可能である。
According to the second embodiment described above, even if the cell has a weak adhesive force with the
また、細胞70が積層した状態であっても、上側にある細胞のみ選択して遺伝子を導入することが可能である。
Even in the state where the
なお、上記第1実施形態で説明したような1本の導入針44を用いたカンチレバー52を使用して細胞膜72を2回穿孔することによって、細胞膜72が自己修復される前に2箇所の穿孔78を行っても良いことは勿論である。
In addition, by punching the
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係る遺伝子導入装置及び遺伝子導入方法について、図9乃至図11を参照して説明する。
[Third Embodiment]
Next, a gene introduction device and a gene introduction method according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
倒立型顕微鏡12の架台80(図1参照)内には、図9に示すように、弱出力のレーザ光を出射するレーザポインタ82と、該レーザポインタ82から出射されたレーザ光を図中上方へ向けて反射するハーフミラー84と、該ハーフミラー84で反射されたレーザ光を図中右方向へ反射するハーフミラー86と、該ハーフミラー86で反射されたレーザ光を図中上方へ向けて反射するミラー88と、該ミラー88で反射されたレーザ光を集光する対物レンズ90と、該対物レンズ90の焦点位置を調整するためのアクチュエータ92とが設けられている。なお、上記ワーク14の基板68は、ガラス等の透明な部材で形成されている。また、レーザポインタ82及びアクチュエータ92の駆動は、特に図示はしていないが、それぞれ対応するコントローラを介して制御コンピュータ32によって制御される。
As shown in FIG. 9, a laser pointer 82 that emits a weak output laser beam and a laser beam emitted from the laser pointer 82 in the frame 80 (see FIG. 1) of the inverted microscope 12 A
この構成により、細胞70位置にスポット光が形成され、その像を上記対物レンズ90、ミラー88、及びハーフミラー86を介して上記CCDカメラ40で撮像することで、モニタ30には、図10に示すような細胞70とスポット位置94とが表示される。上記第1及び第2実施形態では、顕微鏡XYステージコントローラ24及び顕微鏡コントローラ26を作動させ、顕微鏡XYステージ22の作動により、このスポット位置94に遺伝子導入対象として選定された細胞70を合わせることにより、当該細胞70の細胞膜72の2箇所を導入針44又は441,442にて穿孔させるようになっている。
With this configuration, spot light is formed at the
これに対して、本第3実施形態に係る遺伝子導入装置10は、上記第1及び第2実施形態のような導入針44の代わりに、図9に示すように、高出力のレーザ光源96とミラー98とを備え、レーザ光源96からのレーザ光をミラー98にて上記ハーフミラー84方向へ反射させ、上記ハーフミラー84及び86、ミラー88を介して対物レンズ90により集光して細胞70に照射するよう構成されている。なお、レーザポインタ82によるレーザ光とレーザ光源96によるレーザ光とは、互いのレーザ光軸が一致するように予め校正されている。また、レーザ光源96の駆動は、特に図示はしていないが、対応するコントローラを介して制御コンピュータ32によって制御される。
On the other hand, the
このように構成された本実施形態に係る遺伝子導入装置10を用いた遺伝子導入方法について、図11のフローチャートを用いて以下に説明する。
A gene introduction method using the
本実施形態に係る遺伝子導入装置10を用いて、ワーク14内の培養液中で培養される細胞70に遺伝子を導入するには、まず、細胞培養液中に、遺伝子導入物質を分散させる。そして、遺伝子を導入しようとする細胞70を選定し(ステップS10)、その選定した細胞70をスポット位置94に移動させる(ステップS12)。
In order to introduce a gene into the
その後、アクチュエータ92により、図9に矢印で示すように、細胞70の上下方向に対物レンズ90を振動する(ステップS14)。このときの振動の振幅は、既知の平均的な細胞70の高さよりも十分な高さとなるようにする。即ち、焦点位置が細胞70の底面及び上面を貫通する位置で振動させる。例えば、顕微鏡観察下で上面側で細胞70がボケ像となる位置である。
Thereafter, as shown by arrows in FIG. 9, the
そして、細胞膜72に孔が形成される時間、レーザ光源96よりレーザ光を照射して、細胞膜72の少なくとも2箇所を穿孔する(ステップS16)。その後、アクチュエータ92の駆動を停止して(ステップS18)、終了する。
Then, at the time when holes are formed in the
このようにして、細胞膜72の上面及び底面を貫通してレーザ光が照射され、両側の細胞膜72が穿孔されて、貫通孔が形成される。こうして形成された貫通孔をDNA分散溶液66が流通することにより、該DNA分散溶液66中に分散した遺伝子が細胞70内に流入する。細胞膜72は、自己修復により回復し、細胞70内に遺伝子が取り込まれた状態となる。
In this way, laser light is irradiated through the top and bottom surfaces of the
以上のように、本第3実施形態によれば、レーザ光により穿孔するため、高速に穿孔が可能である。特に、高速に対物レンズ90を振動させながらレーザ光を照射するため、細胞膜72の上面及び底面に均一にレーザ光を照射することができ、短時間、即ち、低侵襲で細胞70を貫通する穿孔を形成できる。
As described above, according to the third embodiment, since drilling is performed with laser light, drilling can be performed at high speed. In particular, since the laser beam is irradiated while the
また、細胞70に接触する導入針の交換、滅菌等のメンテナンスが不要であるため、性能の維持が容易である。
Further, since maintenance such as replacement of an introduction needle that contacts the
なお、レーザ光源96からのレーザ光の照射は、上記アクチュエータ92の動作に連動させて間欠的に行うことで、細胞膜72の上面及び底面の2箇所のみに穿孔を行うようにしても構わない。
Note that the
更には、上記アクチュエータ92によりレーザ光の焦点位置を細胞膜72の上面に合わせて細胞膜72の上面を穿孔した後、レーザ光の焦点位置を細胞膜72の底面に合わせて細胞膜72の底面を穿孔するというように、時系列に穿孔を行っても良い。
Further, the
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。 Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications are naturally possible within the scope of the gist of the present invention.
例えば、細胞内に導入する物質は、遺伝子に限らず、色素、量子ドットなどの蛍光試薬、イオン、ペプチド、タンパク質、多糖類、等、溶液中に混濁できるものであれば良い。 For example, the substance to be introduced into the cell is not limited to a gene, but may be any substance that can be turbid in a solution, such as a dye, a fluorescent reagent such as a quantum dot, an ion, a peptide, a protein, or a polysaccharide.
また、上記実施形態は、細胞の2箇所を穿孔するものとしたが、それ以上の箇所を穿孔しても良いことは勿論である。 Moreover, although the said embodiment shall perforate two places of a cell, of course, you may perforate more places.
(付記)
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。
(Appendix)
The invention having the following configuration can be extracted from the specific embodiment.
(1) 細胞へ遺伝子を導入する遺伝子導入装置において、
導入される遺伝子が分散された培養液中で培養される細胞の細胞膜を穿孔する穿孔手段と、
上記穿孔手段を駆動し、上記細胞膜の少なくとも2箇所に穿孔させる駆動手段と、
を具備することを特徴とする遺伝子導入装置。
(1) In a gene introduction apparatus for introducing a gene into a cell,
A perforation means for perforating a cell membrane of a cell cultured in a culture solution in which the gene to be introduced is dispersed;
Driving means for driving the perforation means to perforate at least two locations of the cell membrane;
A gene introduction device comprising:
(対応する実施形態)
この(1)に記載の遺伝子導入装置に関する実施形態は、第1乃至第3実施形態が対応する。それらの実施形態において、細胞70が上記細胞に、遺伝子導入装置10が上記遺伝子導入装置に、DNA分散溶液66が上記導入される遺伝子が分散された培養液に、細胞膜72が上記細胞膜に、カンチレバー52に設けられた導入針44又は441,442、又はレーザ光源96及び対物レンズ90が上記穿孔手段に、駆動ユニット48及びZ軸アクチュエータ56、又はアクチュエータ92が上記駆動手段に、それぞれ対応する。
(Corresponding embodiment)
The first to third embodiments correspond to the embodiment related to the gene introduction device described in (1). In these embodiments, the
(作用効果)
この(1)に記載の遺伝子導入装置によれば、細胞に2箇所の孔が形成されるため細胞外の溶液が容易に細胞内を通過するので、溶液が効率良く細胞内に取り込まれる。遺伝子は細胞外の溶液中に分散しているため、細胞内で発現するために十分な量が細胞内に確保され、高い導入効率が得られる。
(Function and effect)
According to the gene introduction device described in (1), since two pores are formed in the cell, the extracellular solution easily passes through the cell, so that the solution is efficiently taken into the cell. Since the gene is dispersed in an extracellular solution, a sufficient amount is ensured in the cell for expression in the cell, and high introduction efficiency is obtained.
(2) 上記穿孔手段は、上記細胞内に挿入される微細針と、当該微細針を支持する支持部と、を有する針部であることを特徴とする(1)に記載の遺伝子導入装置。 (2) The gene introduction device according to (1), wherein the perforation means is a needle part having a fine needle inserted into the cell and a support part for supporting the fine needle.
(対応する実施形態)
この(2)に記載の遺伝子導入装置に関する実施形態は、第1及び第2実施形態が対応する。それらの実施形態において、導入針44又は441,442が上記微細針に、シリコンベース部58が上記支持部に、カンチレバー52が上記針部に、それぞれ対応する。
(Corresponding embodiment)
The first and second embodiments correspond to the embodiment related to the gene introduction device described in (2). In these embodiments, the
(作用効果)
この(2)に記載の遺伝子導入装置によれば、微細針を用いるので、細胞に対するダメージを抑え、狙いとする細胞に対して遺伝子が導入できる。
(Function and effect)
According to the gene introduction device described in (2), since a fine needle is used, damage to cells can be suppressed, and genes can be introduced into target cells.
(3) 上記微細針は、上記細胞を貫通して上記細胞膜を穿孔することを特徴とする(2)に記載の遺伝子導入装置。 (3) The gene introduction device according to (2), wherein the fine needle penetrates the cell and perforates the cell membrane.
(対応する実施形態)
この(3)に記載の遺伝子導入装置に関する実施形態は、第1実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment related to the gene introduction device described in (3) corresponds to the first embodiment.
(作用効果)
この(3)に記載の遺伝子導入装置によれば、孔が細胞の核内を貫通して形成されるため、遺伝子が核内を流通し、効率良く核内に取り込まれる。
(Function and effect)
According to the gene introduction device described in (3), since the pore is formed through the nucleus of the cell, the gene circulates in the nucleus and is efficiently taken into the nucleus.
(4) 上記駆動部は、上記細胞を保持する基板に上記微細針の先端が接触した位置よりも、さらに上記微細針を当該基板方向に移動させることを特徴とする(3)に記載の遺伝子導入装置。 (4) The gene according to (3), wherein the driving unit moves the fine needle further in the direction of the substrate than the position where the tip of the fine needle is in contact with the substrate holding the cell. Introduction device.
(対応する実施形態)
この(4)に記載の遺伝子導入装置に関する実施形態は、第1実施形態が対応する。その実施形態において、ワーク14の基板68が上記基板に対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the gene introduction device described in (4) corresponds to the first embodiment. In the embodiment, the
(作用効果)
この(4)に記載の遺伝子導入装置によれば、基板との接触位置よりも更に微細針を降下させることにより、微細針を基板面に対して摺動させることができ、この摺動により細胞膜の上面側及び底面側の2箇所を確実に破断できる。
(Function and effect)
According to the gene introduction device described in (4), the fine needle can be slid with respect to the substrate surface by lowering the fine needle further than the contact position with the substrate. The two places on the upper surface side and the bottom surface side can be reliably broken.
(5) 上記駆動部は、上記細胞を保持する基板に上記微細針の先端が接触した位置で、上記微細針を当該基板と水平な方向に移動させることを特徴とする(3)に記載の遺伝子導入装置。 (5) The driving unit moves the fine needle in a direction parallel to the substrate at a position where the tip of the fine needle is in contact with the substrate holding the cell. Gene transfer device.
(対応する実施形態)
この(5)に記載の遺伝子導入装置に関する実施形態は、第1実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the gene introduction device described in (5) corresponds to the first embodiment.
(作用効果)
この(5)に記載の遺伝子導入装置によれば、微細針が基板と接触した状態で水平移動させることにより、微細針を基板面に対して摺動させることができ、この摺動により細胞膜の上面側及び底面側の2箇所を確実に破断できる。
(Function and effect)
According to the gene introduction device described in (5), the fine needle can be slid with respect to the substrate surface by horizontally moving the fine needle in contact with the substrate. Two places on the upper surface side and the bottom surface side can be reliably broken.
(6) 上記微細針は、上記細胞の外部から少なくとも2箇所上記細胞膜を穿孔することを特徴とする(2)に記載の遺伝子導入装置。 (6) The gene introduction device according to (2), wherein the fine needle perforates the cell membrane from at least two places from the outside of the cell.
(対応する実施形態)
この(6)に記載の遺伝子導入装置に関する実施形態は、第2実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment related to the gene introduction device described in (6) corresponds to the second embodiment.
(作用効果)
この(6)に記載の遺伝子導入装置によれば、基板との接着力の弱い細胞であっても、遺伝子を確実に導入することが可能である。また、細胞が積層した状態であっても、上側にある細胞のみ選択して遺伝子を導入することが可能である。
(Function and effect)
According to the gene introduction device described in (6), it is possible to reliably introduce a gene even in a cell having a weak adhesive force with a substrate. In addition, even in a state where cells are stacked, it is possible to select only the cells on the upper side and introduce a gene.
(7) 上記微細針は、少なくとも2回上記細胞膜を穿孔することを特徴とする(6)に記載の遺伝子導入装置。 (7) The gene introduction device according to (6), wherein the fine needle perforates the cell membrane at least twice.
(対応する実施形態)
この(7)に記載の遺伝子導入装置に関する実施形態は、第2実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the gene introduction device described in (7) corresponds to the second embodiment.
(作用効果)
この(7)に記載の遺伝子導入装置によれば、1本の微細針により少なくとも2箇所の穿孔が行える。
(Function and effect)
According to the gene introduction device described in (7), at least two holes can be drilled with one fine needle.
(8) 上記穿孔手段は、上記針部を少なくとも2つ有し、
上記針部の上記微細針は、それぞれ同一の細胞の上記細胞膜を穿孔することを特徴とする(6)に記載の遺伝子導入装置。
(8) The punching means has at least two needle portions,
The gene introduction apparatus according to (6), wherein each of the fine needles of the needle portion perforates the cell membrane of the same cell.
(対応する実施形態)
この(8)に記載の遺伝子導入装置に関する実施形態は、第2実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the gene introduction device described in (8) corresponds to the second embodiment.
(作用効果)
この(8)に記載の遺伝子導入装置によれば、1回の動作で少なくとも2箇所の穿孔が行える。
(Function and effect)
According to the gene introduction device described in (8), at least two holes can be drilled in one operation.
(9) 上記穿孔手段は、レーザ光を上記細胞に貫通させ、焦点位置を上記細胞膜の2箇所に合わせて当該細胞膜を穿孔するレーザであることを特徴とする(1)に記載の遺伝子導入装置。 (9) The gene introduction device according to (1), wherein the perforating means is a laser that perforates the cell membrane by penetrating laser light through the cell and adjusting a focal position to two locations of the cell membrane. .
(対応する実施形態)
この(9)に記載の遺伝子導入装置に関する実施形態は、第3実施形態が対応する。その実施形態において、レーザ光源96が上記レーザに対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the gene introduction device described in (9) corresponds to the third embodiment. In that embodiment, a
(作用効果)
この(9)に記載の遺伝子導入装置によれば、レーザ光により穿孔するため、低侵襲で細胞を貫通する穿孔を形成できる。また、細胞に接触する微細針の交換、滅菌等のメンテナンスが不要であるため、性能の維持が容易である。
(Function and effect)
According to the gene introduction device described in (9), since the perforation is performed by the laser beam, the perforation penetrating the cell can be formed with minimal invasiveness. Further, since maintenance such as replacement of a fine needle that contacts a cell and sterilization is unnecessary, it is easy to maintain performance.
(10) 遺伝子を導入しようとする細胞を選定する工程と、
上記細胞の細胞膜の少なくとも2箇所を穿孔する工程と、
を有することを特徴とする遺伝子導入方法。
(10) selecting a cell into which a gene is to be introduced;
Perforating at least two portions of the cell membrane of the cell;
A gene transfer method characterized by comprising:
(対応する実施形態)
この(10)に記載の遺伝子導入方法に関する実施形態は、第1乃至第3実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The first to third embodiments correspond to the gene transfer method described in (10).
(作用効果)
この(10)に記載の遺伝子導入方法によれば、細胞に2箇所の孔が形成されるため細胞外の溶液が容易に細胞内を通過するので、溶液が効率良く細胞内に取り込まれる。遺伝子は細胞外の溶液中に分散しているため、細胞内で発現するために十分な量が細胞内に確保され、高い導入効率が得られる。
(Function and effect)
According to the gene introduction method described in (10), since two pores are formed in the cell, the extracellular solution easily passes through the cell, so that the solution is efficiently taken into the cell. Since the gene is dispersed in an extracellular solution, a sufficient amount is ensured in the cell for expression in the cell, and high introduction efficiency is obtained.
10…遺伝子導入装置、 12…倒立型顕微鏡、 14…ワーク、 16…ワークホルダ、 18…照明装置、 20…観察装置、 22…顕微鏡XYステージ、 24…顕微鏡XYステージコントローラ、 26…顕微鏡コントローラ、 28…画像処理装置、 30…モニタ、 32…制御コンピュータ、 34…透過照明光源、 36…コンデンサレンズ、 38…落射照明光源、 40…CCDカメラ、 42…接眼レンズ、 44,441,442…導入針、 46…導入針保持具、 46A…アーム、 48…駆動ユニット、 50…コントロールボックス、 52…カンチレバー、 54…取付部材、 56…Z軸アクチュエータ、 58…シリコンベース部、 60,601,602…レバー部、 62…駆動ユニット制御回路、 64…アクチュエータ制御回路、 66…DNA分散溶液、 68…基板、 70…細胞、 72…細胞膜、 74…核、 76…破断箇所、 78…穿孔、 80…架台、 82…レーザポインタ、 84,86…ハーフミラー、 88,98…ミラー、 90…対物レンズ、 92…アクチュエータ、 94…スポット位置、 96…レーザ光源。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
導入される遺伝子が分散された培養液中で培養される細胞の細胞膜を穿孔する穿孔手段と、
前記穿孔手段を駆動し、前記細胞膜の少なくとも2箇所に穿孔させる駆動手段と、
を具備することを特徴とする遺伝子導入装置。 In a gene introduction apparatus for introducing a gene into a cell,
A perforation means for perforating a cell membrane of a cell cultured in a culture solution in which the gene to be introduced is dispersed;
Driving means for driving the perforation means to perforate at least two locations of the cell membrane;
A gene introduction device comprising:
前記針部の前記微細針は、それぞれ同一の細胞の前記細胞膜を穿孔することを特徴とする請求項6に記載の遺伝子導入装置。 The perforating means has at least two of the needle portions,
The gene introduction apparatus according to claim 6, wherein the fine needles of the needle part each pierce the cell membrane of the same cell.
前記細胞の細胞膜の少なくとも2箇所を穿孔する工程と、
を有することを特徴とする遺伝子導入方法。 Selecting a cell into which the gene is to be introduced;
Perforating at least two portions of the cell membrane of the cell;
A gene transfer method characterized by comprising:
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