JP2008271905A - Device for processing cell and method for the same - Google Patents

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Mamoru Tsukada
護 塚田
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M35/00Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the mixed presence of unnecessary cells in the introduction of genes at a high throughput rate. <P>SOLUTION: This device for processing the cells, having a confluence of a multiple number of fine flow passages for conveying each of cells or fine particles 4 and fusing each of the cells or particles 4 with each other, on the multiple number of fine flow passages is provided, by detecting the cells or fine particles 4 by bisecting sensors 6. The liquid-sending speed of the cells or particles 4 to the fine flow passages is controlled, based on whether the cells or fine particles 4 is detected. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、細胞に刺激を与えたり、改質したり、改変するための細胞加工装置及び細胞加工方法に関し、特に流路を用いた細胞加工装置及び細胞加工方法に関する。   The present invention relates to a cell processing apparatus and a cell processing method for stimulating, modifying, or modifying cells, and more particularly to a cell processing apparatus and a cell processing method using a flow path.

従来、微小流路を用いた粒子を処理するには、粒子を保持する保持メカニズムを用いる技術が考えられている(例えば、特許文献1参照。)。この保持メカニズムは、流体フローによって及ぼされる配置力を超えるように作用しうる。こうすることで、複数の保持メカニズムに保持された粒子を、流路の薬液にさらすことができる。   Conventionally, in order to process particles using a microchannel, a technique using a holding mechanism for holding particles has been considered (for example, see Patent Document 1). This retention mechanism can act to exceed the placement force exerted by the fluid flow. By carrying out like this, the particle | grains hold | maintained at the some holding | maintenance mechanism can be exposed to the chemical | medical solution of a flow path.

また、拡散前面を検出した結果のプロフィールに示された拡散の状況から、目的物の濃度を検出する技術が考えられている(例えば、特許文献2参照。)。   In addition, a technique for detecting the concentration of a target object from the state of diffusion indicated in the profile obtained as a result of detecting the diffusion front surface has been considered (for example, see Patent Document 2).

特許文献1及び特許文献2以外の従来行われている遺伝子導入には、DEAEデキストラン法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法、エレクトロポーレーション法、マイクロインジェクション法、パーティクルガン法が挙げられる。
特表2005−521425号公報(第1頁、第76頁、第77頁、FIG.11C) 特表2003−500653号公報(第1頁、第9頁、図3A)
Conventional gene transfer other than Patent Document 1 and Patent Document 2 includes DEAE dextran method, calcium phosphate method, lipofection method, electroporation method, microinjection method, and particle gun method.
JP-T-2005-521425 (1st page, 76th page, 77th page, FIG. 11C) Japanese translation of PCT publication No. 2003-500653 (first page, ninth page, FIG. 3A)

こうした従来技術は、本来物質を検出したり濃度を求めたりといった微小流路の特徴を生かした分析技術μTAS(micro total analysis system)として粒子(細胞を含む)を使用、操作するものである。   Such a conventional technique uses and operates particles (including cells) as an analysis technology μTAS (micro total analysis system) that makes use of the characteristics of a microchannel such as originally detecting a substance or obtaining a concentration.

このため、粒子操作は、細胞に刺激を与えたり、改質したり、改変したりするための操作には十分に適しているとは言えない場合が多い。   For this reason, particle operations are often not well suited for operations for stimulating, modifying, or modifying cells.

本来、細胞を改変するための遺伝子導入(トランスフェクション)は、個々の細胞に確実で、ハイスループットな遺伝子導入が必要とされる。そのため細胞操作は、細胞一つ一つに漏れなく遺伝子を導入し、且つこの操作をスループット高く行わなければならない。   Originally, gene transfer (transfection) for modifying cells requires reliable and high-throughput gene transfer into individual cells. Therefore, in cell manipulation, it is necessary to introduce a gene into each cell without omission and to perform this manipulation with high throughput.

こうした場合、特許文献1に記載されたような保持メカニズムを有することは必ずしも必要ではない。むしろ、流体フローによって及ぼされる配置力に逆らわず、流体フローのスループットレートで細胞操作を行う必要がある。   In such a case, it is not always necessary to have a holding mechanism as described in Patent Document 1. Rather, it is necessary to perform cell manipulations at the throughput rate of the fluid flow without countering the placement force exerted by the fluid flow.

また、特許文献2に記載されたような流路方向に対して横断面となるような拡散前面を検出して、目的の濃度を求める必要も無い。   Further, it is not necessary to detect a diffusion front having a cross section in the flow channel direction as described in Patent Document 2 to obtain a target concentration.

また、特許文献1及び特許文献2以外の従来行われている上述した遺伝子導入は、いずれも細胞個々の単一操作を行っていない。そのため、こうした操作の後には遺伝子導入された細胞とそうではない細胞とが混在してしまうという問題点がある。   In addition, the conventional gene transfer described above other than Patent Document 1 and Patent Document 2 does not perform a single operation for each cell. Therefore, after such an operation, there is a problem that cells into which genes are introduced and cells that are not so are mixed.

従来では、こうした細胞を選別するために、いくつかの薬剤耐性遺伝子や蛍光マーカー遺伝子を目的遺伝子の下流につなぎ、後から薬剤や蛍光コロニー、フローサイトメータによって選別できるよう細工することが必須である。   Conventionally, in order to sort out such cells, it is essential to connect several drug resistance genes and fluorescent marker genes downstream of the target gene and to be able to select them later with drugs, fluorescent colonies, and flow cytometers. .

本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、高いスループットレートにおける遺伝子導入の際に不要な細胞の混在を防ぐことができる細胞加工装置及び細胞加工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 problems of the conventional techniques as described above, and a cell processing apparatus and a cell processing capable of preventing unnecessary mixing of cells at the time of gene introduction at a high throughput rate It aims to provide a method.

上記目的を達成するために本発明は、
細胞を含む粒子をそれぞれ搬送するための複数の流路上が合流して前記複数の流路上のそれぞれの粒子を互いに融合させるための細胞加工装置であって、
前記流路上にて前記粒子を検出する検出手段と、
前記検出手段によって粒子が検出されたか否かに基づいて当該流路への該粒子の送液速度を制御する制御手段とを有する。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
A cell processing apparatus for joining a plurality of particles on the plurality of flow paths by fusing together a plurality of flow paths for transporting particles containing cells,
Detecting means for detecting the particles on the flow path;
Control means for controlling the liquid feeding speed of the particles to the flow path based on whether or not the particles are detected by the detection means.

本発明は、以上説明したように構成されているので、高いスループットレートにおける遺伝子導入の際に不要な細胞の混在を防ぐことができる。   Since the present invention is configured as described above, unnecessary cells can be prevented from being mixed at the time of gene introduction at a high throughput rate.

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の細胞加工装置に設けられた流路の一形態を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a flow path provided in the cell processing apparatus of the present invention.

本形態は図1に示すように、それぞれ異なる物質を搬送し、それらがY字またはT字形(例えば、T字路3)で互いに合流(融合)する複数の流路である。また、この合流地点が多段に設けられているものである。そして、合流地点の上流側、下流側、または双方に物質を検出する検出手段であるセンサー1が設けられている。   As shown in FIG. 1, this embodiment is a plurality of flow paths that transport different substances and merge (fuse) each other in a Y-shape or T-shape (for example, T-shaped path 3). Moreover, this junction is provided in multiple stages. And the sensor 1 which is a detection means which detects a substance is provided in the upstream, downstream, or both of a junction.

これらの合流する流路のうち少なくとも1つの流路は、改質または改変される細胞を搬送するためのものでなくてはならない。また、他の流路のうち少なくとも1つの流路は、上記細胞を改質または改変するためのDNAやRNA等の核酸、ペプチドまたは蛋白質を含む粒子、または細胞(ウイルスを含む)を搬送するものでなくてはならない。   At least one of these merging channels must be for carrying cells to be modified or modified. In addition, at least one of the other channels carries particles or cells (including viruses) containing nucleic acids such as DNA or RNA, peptides or proteins for modifying or modifying the cells. It must be.

上記以外の流路は、単に培地交換、バッファー交換や各種グロスファクターなどの細胞の育成に関わる因子、薬剤選択をするための薬剤、シグナル伝達物質、各種標識抗体などを添加するための流路を含んでも良い。こうした流路はセンサー1を持たなくても良い。図1に示したT字路3にはセンサー1が設けられていない。   The channels other than the above are channels for simply adding factors related to cell growth, such as medium exchange, buffer exchange, and various growth factors, drugs for selecting drugs, signaling substances, and various labeled antibodies. May be included. Such a flow path may not have the sensor 1. The sensor 1 is not provided in the T-junction 3 shown in FIG.

また、流路の長さについては、細胞分裂や細胞改質に必要な滞留時間を満たすような長さであっても良い。滞留時間の長い流路として、図1に示した蛇行路2や、流路切り替えバルブと組み合わせた循環流路を用いることができる。   The length of the flow path may be long enough to satisfy the residence time required for cell division or cell modification. As the flow path having a long residence time, the meandering path 2 shown in FIG. 1 or a circulation flow path combined with the flow path switching valve can be used.

また、センサー1を設ける位置については、三叉路の近傍が良く、目的に応じて合流地点の上流側と下流側とのいずれかに設けても良い。細胞と粒子との接触を果たす場合、または細胞と薬液とが接触を果たす場合は、上流側に設けることが望ましい。また、細胞と粒子が融合を果たした後、外部から刺激を印加する外部刺激印加手段によって核内に目的物質を移行させる場合は、下流側に設けることが望ましい。   Further, the position where the sensor 1 is provided is preferably in the vicinity of the three-way, and may be provided on either the upstream side or the downstream side of the junction point depending on the purpose. When the cell and the particle are brought into contact, or when the cell and the drug solution are brought into contact with each other, it is desirable to provide the upstream side. In addition, when the target substance is transferred into the nucleus by an external stimulus applying means for applying a stimulus from the outside after the cells and particles have fused, it is desirable to provide it on the downstream side.

本形態の流路のような微小流路内で扱う細胞は、数ミクロンから数百ミクロンのサイズである。また、細胞であるため、これを操作するためには流路内は親水性である必要がある。   A cell handled in a microchannel such as the channel of this embodiment has a size of several microns to several hundred microns. Moreover, since it is a cell, in order to operate this, the inside of a flow path needs to be hydrophilic.

一方、微小流路内で扱う非細胞粒子は、数十ナノから数ミクロンのサイズである。   On the other hand, the non-cellular particles handled in the microchannel have a size of several tens of nanometers to several microns.

これらの個々の粒子について、単一操作を行いやすくするためには、粒子に対する流路幅が流路の1倍を超えて10倍以下程度であることが望ましい。しかし、極端に流路幅を細くすると、粒子が含まれた液体を流路に導入することが困難になるため、流路径rに対して送液圧力Pを考慮することが必要である。このときの条件は次式で表される。   In order to make it easy to perform a single operation for these individual particles, it is desirable that the flow path width with respect to the particles be more than 1 time and less than 10 times the flow path. However, if the flow path width is extremely narrow, it becomes difficult to introduce a liquid containing particles into the flow path. Therefore, it is necessary to consider the liquid feeding pressure P with respect to the flow path diameter r. The condition at this time is expressed by the following equation.

P>2Tcosθ/r−ρgh (式1)
ここで、Tは表面張力、θは溶液と流路との接触角、gは重力加速度、ρは溶液の密度、hは溶液の高さである。流路が水平(h=0)に設置された状態であれば、(式1)の第2項を考慮する必要は無い。
P> 2T cos θ / r−ρgh (Formula 1)
Here, T is the surface tension, θ is the contact angle between the solution and the flow path, g is the acceleration of gravity, ρ is the density of the solution, and h is the height of the solution. If the flow path is installed horizontally (h = 0), it is not necessary to consider the second term of (Equation 1).

この他、電気泳動や電気浸透流を送液手段に用いることができるが、バッファー組成や塩濃度、pH等に制約があり、ポンプでの送液がより望ましい。   In addition, electrophoresis or electroosmotic flow can be used as the liquid feeding means, but there are restrictions on the buffer composition, salt concentration, pH, etc., and liquid feeding with a pump is more desirable.

また、流路の材質は、シリコン基板、ガラス、樹脂、PDMSなどのエラストマーの他、熱、紫外線等で流路のパターニングが可能なポリアクリルアミドゲルのようなゲルを用いることができる。   In addition to the elastomer such as silicon substrate, glass, resin, PDMS, etc., the material of the channel can be a gel such as polyacrylamide gel that can pattern the channel with heat, ultraviolet rays, or the like.

センサー1の形態について述べる。粒子の検出は、一対の電極による電気的インピーダンス変化を計測するもの、または受光素子によって光学的な光強度変化を計測するものを用いることができる。   The form of the sensor 1 will be described. For the detection of particles, one that measures an electrical impedance change by a pair of electrodes or one that measures an optical light intensity change by a light receiving element can be used.

電極または受光素子で構成されたセンサーのサイズは、検出感度の観点から考えると、検出すべき粒子と同程度かそれよりも小さいことが望ましい。   From the viewpoint of detection sensitivity, it is desirable that the size of the sensor composed of the electrode or the light receiving element is equal to or smaller than the particle to be detected.

また、ピンホールを設け、レーザー光を用いて一般的な熱レンズ計測系や共焦点光学系の構成で受光素子の光強度変化を計測する方法も、小さな粒子検出には良い。この場合、光受光素子前にピンホールを設ける必要がある。   In addition, a method of measuring a light intensity change of a light receiving element with a configuration of a general thermal lens measurement system or a confocal optical system using a laser beam with a pinhole is also good for small particle detection. In this case, it is necessary to provide a pinhole before the light receiving element.

図2(a)は、2分割センサーを用いた流路の一例を示す図であり、図2(b)は、2分割センサーの出力の様子を示す図である。   FIG. 2A is a diagram illustrating an example of a flow path using a two-divided sensor, and FIG. 2B is a diagram illustrating an output state of the two-divided sensor.

図2(a)に示したY字流路には、粒子または細胞の位置検出をより精度良く行うために2分割センサー6が合流地点の上流側に設けられている。異なる流路から流れてくる粒子同士の接触を果たすためには、双方の流路にセンサーを設けなければならない。   In the Y-shaped channel shown in FIG. 2A, a two-divided sensor 6 is provided on the upstream side of the merging point in order to detect the position of the particle or cell with higher accuracy. In order to achieve contact between particles flowing from different flow paths, sensors must be provided in both flow paths.

また、2分割センサー6から出力される2つの光強度信号をそれぞれF、Rとする。FとRとをそれぞれ差動増幅回路の入力(F)9と差動増幅回路の入力(R)10とに導くと、差動増幅回路の出力信号8が得られる。これにより、粒子または細胞4が2分割センサー6の中心を通過すると、図2(b)の破線に示すような零クロス信号を発生させることができる。このため粒子または細胞4の位置を正確に知ることができる。この情報をポンプの駆動、流速制御に用いる。   Two light intensity signals output from the two-divided sensor 6 are denoted by F and R, respectively. When F and R are led to the input (F) 9 of the differential amplifier circuit and the input (R) 10 of the differential amplifier circuit, respectively, an output signal 8 of the differential amplifier circuit is obtained. Thus, when the particle or cell 4 passes through the center of the two-divided sensor 6, a zero cross signal as shown by the broken line in FIG. 2B can be generated. For this reason, the position of the particle | grains or the cell 4 can be known correctly. This information is used for pump drive and flow rate control.

次に、お互いの粒子が出会うためのタイミング制御形態について述べる。   Next, the timing control mode for mutual particle encounter will be described.

センサー1から粒子または細胞の検出信号を受け取ると、残る一方の流路に設けられたセンサー1からの粒子または細胞の検出信号が発生しない限り、ポンプによる流路への送液がストップされる。その後、残る一方の流路に設けられたセンサー1からの粒子または細胞の検出信号が発生すると、合流地点までの各流路内の粒子または細胞の位置を計算しながら、それぞれの流路を流れる粒子または細胞が互いに出会うように、両方のポンプが駆動される。   When the particle or cell detection signal is received from the sensor 1, the liquid feeding to the flow path by the pump is stopped unless the particle or cell detection signal from the sensor 1 provided in the remaining one flow path is generated. After that, when a particle or cell detection signal is generated from the sensor 1 provided in the remaining one flow path, the position of the particle or cell in each flow path up to the merging point is calculated and flows through each flow path. Both pumps are driven so that the particles or cells meet each other.

次に、流路を流れる粒子または細胞の必要な性質について述べる。   Next, the necessary properties of particles or cells flowing through the flow path will be described.

ここで、改質、改変される細胞に接触を果たすDNA、RNA等の核酸、ペプチドまたは蛋白質を含む非細胞粒子は、接触後、エンドサイトーシスによって細胞と融合するという特徴を有していなければならない。このような特徴を有するものとして、一般的なリポフェクション法に用いられるリポソームの中に、これらDNA、RNA等の核酸、ペプチドまたは蛋白質を内包させたものを用いることができる。ウイルスの場合は本来、細胞表面のレセプターを介して容易にエンドサイトーシスを起こす。また、一般的な数百ナノまでのナノ粒子は、リポソームのような脂質膜を持たずともエンドサイトーシスを起こしうる。従来行われているリン酸カルシウム法によるナノ粒子も、こうしたナノ粒子と同様と考えられる。さらに、数十以下のナノ粒子については、細胞の核膜孔サイズが25nmほどであることから、核内にも容易に到達することが予想される。   Here, non-cell particles containing DNA, RNA or other nucleic acids, peptides or proteins that contact the cell to be modified or modified must have the characteristic of being fused with the cell by endocytosis after contact. Don't be. As those having such characteristics, liposomes used in general lipofection methods in which nucleic acids such as DNA and RNA, peptides or proteins are encapsulated can be used. In the case of viruses, endocytosis easily occurs via a cell surface receptor. In addition, general nanoparticles of up to several hundred nanometers can cause endocytosis without having lipid membranes such as liposomes. Nanoparticles obtained by the conventional calcium phosphate method are considered to be similar to these nanoparticles. Furthermore, about several tens of nanoparticles or less, since the nuclear membrane pore size of the cell is about 25 nm, it is expected to easily reach the nucleus.

また、トランスフェクションの形態においては、例えばRNAiのように細胞質に導入することで目的を果たせる場合や、核内まで移行させなければならない場合を考慮する必要がある。   Moreover, in the form of transfection, it is necessary to consider the case where the object can be achieved by introducing it into the cytoplasm, for example, RNAi, or the case where it must be transferred into the nucleus.

DNAのように核内まで運ばなくてはならない場合には、例えば細胞質から核内に移行させる外部刺激印加手段として、外部から温度、電気パルス(電気刺激)、超音波、光、磁気を融合後に加えることができる手段を持っていると良い。このため、融合後の粒子を検出する手段を設けてもよい。このとき、こうした外部刺激に対応したリポソーム、pH、光、温度感受性リポソーム、磁性体を内包したリポソームまたは磁性ナノ粒子、ウイルス粒子を用いることができる。磁性粒子の場合には、磁力で引き付け、核膜を突き破って、目的物を核内に移行させる手法をとることができる。なお、超音波を用いる場合は、リポソームの瞬間的破裂による核内導入を目的とする以外に、振動を加えることで流路内に定在波が立つために、定在波の節目に相当する流路中央に粒子が集まる性質がある。これを利用して流路に対して粒子が小さすぎる場合に、粒子を流路中央に集めるだけの目的として使用することができる。   When DNA must be transported into the nucleus, for example, as an external stimulus application means for transferring from the cytoplasm into the nucleus, after fusion of temperature, electrical pulse (electric stimulation), ultrasound, light, magnetism from the outside It is good to have means that can be added. For this reason, a means for detecting the fused particles may be provided. At this time, liposomes corresponding to such external stimuli, pH, light, temperature sensitive liposomes, liposomes encapsulating magnetic materials, magnetic nanoparticles, or virus particles can be used. In the case of magnetic particles, it is possible to take a technique of attracting with magnetic force, breaking through the nuclear film, and transferring the target substance into the nucleus. In addition, in the case of using ultrasonic waves, in addition to the purpose of introducing into the nucleus by instantaneous rupture of liposomes, a standing wave is created in the flow path by applying vibration, which corresponds to a node of the standing wave. There is a property that particles gather in the center of the channel. By utilizing this, when the particles are too small for the channel, the particles can be used only for the purpose of collecting the particles in the center of the channel.

以上、1つの細胞とそれを改質するための粒子とを融合させるに必要な形態について述べたが、複数の流路を組み合わせて複数の粒子導入をすることにより、より高度なトランスフェクションを行うことができる。   In the above, the form necessary for fusing one cell and a particle for modifying it has been described. However, by introducing a plurality of particles by combining a plurality of flow paths, more advanced transfection is performed. be able to.

従来のトランスフェクションは、例えば、遺伝子は導入されたけれども一過性で、相同組換えに至るには困難を極めたりすることがよくある。こうした問題の背景には、遺伝子導入する細胞周期の状態、インポーチン、イクスポーチン、核内移行シグナルの発生など、シグナル伝達全体に関連する因子の状態を無視できないことが挙げられる。また、核内においても、DNAメチル化の状態、ヒストンのメチル化、アセチル化、脱アセチル化に関連する因子を無視できないことが挙げられる。一方、こうした因子に作用する、または関連する薬剤は近年多く報告されるようになり、こうした薬剤を組み合わせて、複数段階からなる、高度なトランスフェクションを行う形態も、本発明を用いることによって可能となる。   Conventional transfection, for example, is often transient, even though the gene has been introduced, and is extremely difficult to reach homologous recombination. The background of these problems is that the state of factors involved in overall signal transduction, such as the state of the cell cycle during gene transfer, importin, exportin, and the generation of nuclear translocation signals cannot be ignored. In the nucleus, factors related to the DNA methylation state, histone methylation, acetylation, and deacetylation cannot be ignored. On the other hand, many drugs that act on or relate to these factors have been reported in recent years, and it is possible to combine these drugs and perform a multi-step, high-level transfection form by using the present invention. Become.

図3は、粒子または細胞を刺激するために他の流路から薬剤を供給する一形態を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing an embodiment in which a drug is supplied from another flow path to stimulate particles or cells.

本形態は図3に示すように、T字で合流する流路である。粒子または細胞4が1つの流路から供給され、一方の流路には粒子または細胞4を刺激するための薬剤がパルス的に供給される。こうした段階を、トランスフェクションを行う前、または後に設けてより高度なトランスフェクションを行うことができる。
(実施例1)
(流路の作製)
図4は、本発明の流路における実施例1を示す図である。
As shown in FIG. 3, the present embodiment is a flow path that merges in a T shape. Particles or cells 4 are supplied from one channel, and a drug for stimulating the particles or cells 4 is supplied to one channel in a pulsed manner. These steps can be provided before or after transfection to allow more advanced transfection.
Example 1
(Preparation of flow path)
FIG. 4 is a diagram showing Example 1 in the flow path of the present invention.

実施例1では図4に示すように、Y字流路の合流地点に単結晶Si基板を用いたpinフォトダイオードの4分割センサー11を、また、合流地点の下流側に第2のpinフォトダイオード11aをそれぞれ配置する。この流路は、n層となる基板の上に、水素化アモルファスシリコン、水素化アモルファスシリコンカーバイトをPCVD(plasma chemical vapor deposition )法で堆積する。そのとき、膜厚をそれぞれ360nm、140nmとし、その上にAu電極をパターニングする。成膜条件は、1×10-7Torr、RFパワー20mW/cm2、250℃、堆積時120 mTorrである。スパッタ法でSiO2を封止膜として積層し、その上から、シリコーン系離型剤をスピンコート、SU8レジストを塗布、露光して流路パターンを形成する。次にPDMS(ポリジメチルシロキサン)を型に流し込んで剥離後、中のSU8造物を除去した後、硬化したPDMSを再度かぶせて流路とする。
(装着および動作)
図5は、本発明の細胞加工装置の実施の一形態を示す図である。
In the first embodiment, as shown in FIG. 4, a quad photodiode sensor 11 using a single crystal Si substrate is used at the junction point of the Y-shaped flow path, and a second pin photodiode is provided downstream of the junction point. 11a is arranged. In this flow path, hydrogenated amorphous silicon and hydrogenated amorphous silicon carbide are deposited on a substrate to be an n layer by a plasma chemical vapor deposition (PCVD) method. At that time, the film thickness is set to 360 nm and 140 nm, respectively, and the Au electrode is patterned thereon. The film formation conditions are 1 × 10 −7 Torr, RF power 20 mW / cm 2 , 250 ° C., and 120 mTorr during deposition. SiO 2 is laminated as a sealing film by a sputtering method, and a silicone mold release agent is applied by spin coating, a SU8 resist is applied, and exposed to form a flow path pattern. Next, after PDMS (polydimethylsiloxane) is poured into a mold and peeled, the SU8 structure inside is removed, and then the cured PDMS is covered again to form a flow path.
(Installation and operation)
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the cell processing apparatus of the present invention.

本形態は図5に示すような構成となる。流路24をホルダー7に装着し、流路24とシリンジ12,12a、およびシャーレ22との間をチューブ23で接続する。ここで、流路24は図4にて説明した流路である。シリンジ12,12aは流路24の2つの流路それぞれに接続されている。4分割センサー11は、4つに分割されたセンサーそれぞれにて検出された光強度信号を、I/V変換回路13を介して図2に示したようにペアにして差動増幅回路に導き、A/D変換回路14がA/D変換する。合流地点の下流側に設けられた第2のpinフォトダイオード11aは、検出された光強度信号を、I/V変換回路13aを介してA/D変換回路14aへ導き、A/D変換回路14aがA/D変換する。A/D変換回路14,14aにてA/D変換されたデータは、マイコン25によってシリンジポンプ15の駆動のON/OFF判定および、電気パルス印加タイミング発生信号に用いる。予め十分離散的となるような濃度、0.5×105個/mlに培地で希釈、かつポリエチレングリコールの濃度が20%になるように調整したマウスミエローマ細胞をシリンジ12に吸い込み、シリンジポンプ15に装着する。一方、マウスリンパ節から採取した細胞を同一濃度に調整し、もう一方のシリンジ12aに装着する。シリンジポンプ15は2つのシリンジが装着可能でそれぞれ独立に駆動を制御できる制御手段である。次に、予め扁平にしたタングステン針に金蒸着を施した電極16を、融合後の細胞検出のための第2のpinフォトダイオード11a側部に設けた、電極差込凹部21に実態顕微鏡で観察しながら差し込む。次に、ハロゲンランプ17で流路24全体を照明し、シリンジポンプ15を駆動する。気体から液体に差しかかる最初のシグナルがセンサーにはいり、粒子を検出するとマイコン25は粒子が互いに出会うように流速を制御する。また合流後、融合した粒子を第2のpinフォトダイオード11aで検出すると、電極16にパルスが印加され、核内の融合を促進する。
(実施例2)
(流路の作製)
図6は、本発明の流路における実施例2を示す図である。図6(a)は、本実施例を流路上部から見た図であり、また図6(b)は、本実施例を流路側面から見た図である。
This embodiment is configured as shown in FIG. The flow path 24 is attached to the holder 7, and the flow path 24 and the syringes 12, 12 a and the petri dish 22 are connected by a tube 23. Here, the flow path 24 is the flow path described in FIG. The syringes 12 and 12 a are connected to the two flow paths 24. The four-divided sensor 11 leads the light intensity signals detected by the four divided sensors to the differential amplifier circuit in pairs as shown in FIG. 2 via the I / V conversion circuit 13, The A / D conversion circuit 14 performs A / D conversion. The second pin photodiode 11a provided on the downstream side of the junction point guides the detected light intensity signal to the A / D conversion circuit 14a via the I / V conversion circuit 13a, and the A / D conversion circuit 14a. Performs A / D conversion. The data A / D converted by the A / D conversion circuits 14 and 14a is used by the microcomputer 25 for ON / OFF determination of driving of the syringe pump 15 and an electric pulse application timing generation signal. Mouse myeloma cells previously diluted to a concentration of 0.5 × 10 5 cells / ml with a medium and adjusted so that the concentration of polyethylene glycol is 20% are sucked into the syringe 12 and syringe pump 15 Attach to. Meanwhile, cells collected from mouse lymph nodes are adjusted to the same concentration and attached to the other syringe 12a. The syringe pump 15 is a control means that can be equipped with two syringes and can control driving independently of each other. Next, an electrode 16 obtained by performing gold vapor deposition on a previously flattened tungsten needle is observed with an actual microscope in an electrode insertion recess 21 provided on the side of the second pin photodiode 11a for detecting cells after fusion. Insert while. Next, the entire flow path 24 is illuminated by the halogen lamp 17 and the syringe pump 15 is driven. The first signal from the gas to the liquid enters the sensor, and when the particles are detected, the microcomputer 25 controls the flow rate so that the particles meet each other. When the fused particles are detected by the second pin photodiode 11a after joining, a pulse is applied to the electrode 16 to promote fusion in the nucleus.
(Example 2)
(Preparation of flow path)
FIG. 6 is a diagram showing Example 2 in the flow path of the present invention. FIG. 6A is a view of the present embodiment as viewed from above the flow path, and FIG. 6B is a view of the present embodiment as viewed from the flow path side.

実施例2は図6に示すように、ガラス基板を用い、流路直下にピンホール19を配置する。ピンホール19は、流路の裏面にスパッタ法で、アルミを蒸着し、サイズ約400nmとする。実施例1と同様、SU8レジストを塗布、露光して流路パターンを形成する。次に、PDMSを型に流し込んで剥離後、中のSU8造物を除去した後、硬化したPDMSを再度かぶせて流路とする。流路には、PC modifier(株式会社AIバイオチップスの商品)を満たして内部を親水処理しておく。処理方法は能書に従う。
(装着および動作)
チューブの接続を実施例1と同様に行う。図6(b)に示すように、各ピンホール19には、コリメータレンズ付きの赤色可視光が半導体レーザー光源モジュール20のアパーチャ20aを通り、流路に照射される。そして、流路に照射された可視光が粒子像面からの一部の光はピンホール19を通過してアバランシエフォトダイオード18によって検出される。アバランシエフォトダイオード18の出力はI/V変換回路を介してA/D変換され、変換データはマイコンによってシリンジポンプ駆動のON/OFF判定に用いる。予め十分離散的となるような濃度、0.5×105個/mlに培地で希釈、調整したマウスES細胞をシリンジに吸い込み、シリンジポンプに装着する。一方、リポフェクタミン2000 (インビトロジェン株式会社の商品名)を使って、ハウスキーピングジーンの下流にGFP遺伝子をつないだプラスミドDNAを内包したリポソームを作製する。作製方法は能書に従う。先ほどとほぼ同じ濃度になるように調整した後、リポソームをシリンジに吸い込み、シリンジポンプに装着する。その後、シリンジポンプを駆動し、実施例1と同様に、細胞とリポソームが出会うように流速制御する。
In Example 2, as shown in FIG. 6, a glass substrate is used, and a pinhole 19 is disposed immediately below the flow path. The pinhole 19 has a size of about 400 nm by depositing aluminum on the back surface of the channel by sputtering. Similar to Example 1, a SU8 resist is applied and exposed to form a flow path pattern. Next, after PDMS is poured into a mold and peeled, the SU8 structure inside is removed, and then the cured PDMS is covered again to form a flow path. The flow path is filled with PC modifier (a product of AI Biochips Co., Ltd.) and the inside is hydrophilically treated. The processing method is according to Noh.
(Installation and operation)
The tube is connected in the same manner as in Example 1. As shown in FIG. 6 (b), red visible light with a collimator lens is irradiated to each pinhole 19 through the aperture 20 a of the semiconductor laser light source module 20 to the flow path. A part of the visible light emitted from the particle image plane passes through the pinhole 19 and is detected by the avalanche photodiode 18. The output of the avalanche photodiode 18 is A / D converted via an I / V conversion circuit, and the converted data is used for ON / OFF determination of syringe pump drive by a microcomputer. Mouse ES cells diluted and adjusted with a medium at a concentration of 0.5 × 10 5 cells / ml in advance so as to be sufficiently discrete are sucked into a syringe and attached to a syringe pump. On the other hand, using Lipofectamine 2000 (trade name of Invitrogen Corporation), liposomes encapsulating plasmid DNA in which a GFP gene is linked downstream of the housekeeping gene are prepared. The production method follows the Noh book. After adjusting to the same concentration as before, liposomes are sucked into a syringe and attached to a syringe pump. Thereafter, the syringe pump is driven, and the flow rate is controlled so that cells and liposomes meet as in Example 1.

上記のように本発明においては、微小流路下で細胞個々の単一操作を実現することができるために、遺伝子導入された細胞とそうでない細胞が混在する結果とならない。また、マイクロインジェクション法と比べ、大幅にスループットレートを向上することができる。   As described above, in the present invention, since a single operation of each cell can be realized under a micro flow channel, the result is that a cell into which a gene is introduced and a cell that is not so are not mixed. Further, the throughput rate can be greatly improved as compared with the microinjection method.

したがって本発明は、従来問題とされたスループットレートの課題、遺伝子導入されなかった細胞が混在するといった課題を解決する。   Therefore, the present invention solves the problem of throughput rate, which has been regarded as a conventional problem, and the problem that cells that have not undergone gene transfer coexist.

本発明の細胞加工装置に設けられた流路の一形態を示す図である。It is a figure which shows one form of the flow path provided in the cell processing apparatus of this invention. (a)は、2分割センサーを用いた流路の一例を示す図であり、(b)は、2分割センサーの出力の様子を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the flow path using a 2 split sensor, (b) is a figure which shows the mode of the output of a 2 split sensor. 粒子または細胞を刺激するために他の流路から薬剤を供給する一形態を示す図である。It is a figure which shows one form which supplies a chemical | medical agent from another flow path in order to stimulate a particle | grain or a cell. 本発明の流路における実施例1を示す図である。It is a figure which shows Example 1 in the flow path of this invention. 本発明の細胞加工装置の実施の一形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the cell processing apparatus of this invention. 本発明の流路における実施例2を示す図である。It is a figure which shows Example 2 in the flow path of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 センサー
2 蛇行路
3 T字路
4 粒子または細胞
5 薬剤
6 2分割センサー
7 ホルダー
8 差動増幅回路の出力信号
9 差動増幅回路の入力(F)
10 差動増幅回路の入力(R)
11 4分割センサー
11a 第2のpinフォトダイオード
12,12a シリンジ
13,13a I/V変換回路
14,14a A/D変換回路
15 シリンジポンプ
16 電極
17 ハロゲンランプ
18 アバランシエフォトダイオード
19 ピンホール
20 半導体レーザ光源モジュール
21 電極差込凹部
22 シャーレ
23 チューブ
24 流路
25 マイコン
1 sensor 2 meandering path 3 T-shaped path 4 particle or cell 5 drug 6 split sensor 7 holder 8 output signal of differential amplifier circuit 9 input of differential amplifier circuit (F)
10 Input of differential amplifier circuit (R)
11 Quadrant sensor 11a Second pin photodiode 12, 12a Syringe 13, 13a I / V conversion circuit 14, 14a A / D conversion circuit 15 Syringe pump 16 Electrode 17 Halogen lamp 18 Avalanche photodiode 19 Pinhole 20 Semiconductor laser Light source module 21 Electrode insertion recess 22 Petri dish 23 Tube 24 Flow path 25 Microcomputer

Claims (18)

細胞を含む粒子をそれぞれ搬送するための複数の流路が合流して前記複数の流路上を搬送されるそれぞれの粒子を互いに融合させるための細胞加工装置であって、
前記流路上にて前記粒子を検出する検出手段と、
前記検出手段によって粒子が検出されたか否かに基づいて当該流路への該粒子の送液速度を制御する制御手段とを有する細胞加工装置。
A cell processing apparatus for combining a plurality of flow paths for transporting particles containing cells together and fusing the particles transported on the plurality of flow paths to each other,
Detecting means for detecting the particles on the flow path;
A cell processing apparatus comprising: control means for controlling a liquid feeding speed of the particles to the flow path based on whether the detection means detects the particles.
請求項1に記載の細胞加工装置において、
前記制御手段は、前記複数の流路のうち1つの流路上の検出手段にて前記粒子が検出された場合、他の流路上の検出手段にて前記粒子が検出されるまで、当該流路への送液を停止することを特徴とする細胞加工装置。
The cell processing apparatus according to claim 1,
When the particle is detected by the detection unit on one of the plurality of channels, the control unit moves to the channel until the particle is detected by the detection unit on the other channel. The cell processing apparatus characterized by stopping liquid feeding.
請求項1または請求項2に記載の細胞加工装置において、
前記検出手段は、前記流路における光強度変化または電気的インピーダンス変化を検出することにより、前記流路上にて前記粒子を検出することを特徴とする細胞加工装置。
The cell processing apparatus according to claim 1 or 2,
The cell processing apparatus, wherein the detection means detects the particles on the flow path by detecting a change in light intensity or an electrical impedance change in the flow path.
請求項1または請求項2に記載の細胞加工装置において、
前記検出手段は、受光素子であることを特徴とする細胞加工装置。
The cell processing apparatus according to claim 1 or 2,
The cell processing apparatus, wherein the detection means is a light receiving element.
請求項4に記載の細胞加工装置において、
前記受光素子は、1つのセンサーと、2分割センサーと、4分割センサーとのいずれかのセンサーであることを特徴とする細胞加工装置。
The cell processing apparatus according to claim 4, wherein
The cell processing apparatus, wherein the light receiving element is one of a sensor, a two-divided sensor, and a four-divided sensor.
請求項1または請求項2に記載の細胞加工装置において、
前記検出手段は、ピンホールであることを特徴とする細胞加工装置。
The cell processing apparatus according to claim 1 or 2,
The cell processing apparatus, wherein the detection means is a pinhole.
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の細胞加工装置において、
前記流路が合流した流路上に、前記粒子に刺激を印加する外部刺激印加手段を有することを特徴とする細胞加工装置。
The cell processing apparatus according to any one of claims 1 to 6,
A cell processing apparatus comprising an external stimulus applying means for applying a stimulus to the particles on a flow path where the flow paths merge.
請求項7に記載の細胞加工装置において、
前記外部刺激印加手段は、前記流路が合流した流路の外部から光と、温度と、超音波と、磁気と、電気刺激とのいずれかの刺激を印加することを特徴とする細胞加工装置。
The cell processing apparatus according to claim 7,
The cell processing apparatus characterized in that the external stimulus applying means applies a stimulus of light, temperature, ultrasonic wave, magnetism, or electrical stimulus from the outside of the flow path where the flow paths merge. .
請求項7または請求項8に記載の細胞加工装置において、
前記外部刺激印加手段は、前記検出手段によって粒子が検出されたか否かに基づいて該刺激を印加することを特徴とする細胞加工装置。
The cell processing apparatus according to claim 7 or 8,
The cell processing apparatus, wherein the external stimulus applying means applies the stimulus based on whether or not particles are detected by the detecting means.
請求項1乃至9のいずれか1項に記載の細胞加工装置において、
前記粒子に薬剤をパルス的に供給することを特徴とする細胞加工装置。
The cell processing apparatus according to any one of claims 1 to 9,
A cell processing apparatus, wherein a drug is supplied in pulses to the particles.
請求項1乃至10のいずれか1項に記載の細胞加工装置において、
前記粒子は、DNAやRNAの核酸、ペプチドまたは蛋白質を含むリポソームであることを特徴とする細胞加工装置。
The cell processing apparatus according to any one of claims 1 to 10,
The cell processing apparatus, wherein the particles are liposomes containing DNA or RNA nucleic acids, peptides or proteins.
細胞を含む粒子をそれぞれ搬送するための複数の流路が1つの流路に合流して前記複数の流路上を搬送されるそれぞれの粒子を互いに融合させるための細胞加工装置における細胞加工方法であって、
前記流路上にて前記粒子を検出する処理と、
前記粒子が検出されたか否かに基づいて当該流路への該粒子の送液速度を制御する処理とを有する細胞加工方法。
A cell processing method in a cell processing apparatus for combining a plurality of flow paths for transporting particles containing cells into one flow path and fusing the particles transported on the plurality of flow paths to each other. And
Processing to detect the particles on the flow path;
A cell processing method comprising: controlling a liquid feeding speed of the particles to the flow channel based on whether or not the particles are detected.
請求項12に記載の細胞加工方法において、
前記複数の流路のうち1つの流路上にて前記粒子が検出された場合、他の流路上にて前記粒子が検出されるまで、当該流路への送液を停止する処理を有することを特徴とする細胞加工方法。
The cell processing method according to claim 12,
When the particles are detected on one of the plurality of channels, the liquid supply to the channel is stopped until the particles are detected on another channel. A characteristic cell processing method.
請求項12または請求項13に記載の細胞加工方法において、
前記流路上における光強度変化または電気的インピーダンス変化を検出する処理を有することを特徴とする細胞加工方法。
The cell processing method according to claim 12 or 13,
A cell processing method comprising a process of detecting a change in light intensity or an electrical impedance change on the flow path.
請求項12乃至14のいずれか1項に記載の細胞加工方法において、
前記流路が合流した流路上にて前記粒子に刺激を印加する処理を有することを特徴とする細胞加工方法。
The cell processing method according to any one of claims 12 to 14,
A cell processing method comprising a step of applying a stimulus to the particles on a flow path where the flow paths merge.
請求項15に記載の細胞加工方法において、
前記流路が合流した流路の外部から光と、温度と、超音波と、磁気と、電気刺激とのいずれかの刺激を印加する処理を有することを特徴とする細胞加工方法。
The cell processing method according to claim 15,
A cell processing method comprising: applying light, temperature, ultrasonic waves, magnetism, or electrical stimulation from the outside of the flow path where the flow paths merge.
請求項15または請求項16に記載の細胞加工方法において、
前記流路上にて粒子が検出されたか否かに基づいて該刺激を印加する処理を有することを特徴とする細胞加工方法。
The cell processing method according to claim 15 or 16,
A cell processing method comprising a process of applying the stimulus based on whether particles are detected on the flow path.
請求項12乃至17のいずれか1項に記載の細胞加工方法において、
前記粒子に薬剤をパルス的に供給する処理を有することを特徴とする細胞加工方法。
The cell processing method according to any one of claims 12 to 17,
A cell processing method comprising a step of supplying a drug in pulses to the particles.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2019178900A (en) * 2018-03-30 2019-10-17 シスメックス株式会社 Flow cytometer and method for detecting particles

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