JP2009178105A - Electric cell fusion apparatus - Google Patents
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- C12M35/00—Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
- C12M35/02—Electrical or electromagnetic means, e.g. for electroporation or for cell fusion
Abstract
Description
大量並列を可能とする高収率な電気細胞融合装置に関する。 The present invention relates to a high-yield electric cell fusion device that enables mass parallelism.
従来の細胞融合技術には,ウィルスを利用するもの,PEG等の薬剤を利用するものなどがあったが,これらはウィルスや薬剤の細胞に対する毒性に問題がある。これと異なり,電気細胞融合は,純粋に物理的手段によるもので,細胞毒性などの問題点はないが,従来よりその収率は低い(たとえば1万分の1)とされていた。これは,従来の電気細胞融合法が,細胞懸濁液に高周波電界を印加して細胞列を形成させ,そこにパルス電圧を印加することにより細胞接触点での細胞膜を融合させることにより細胞融合を行うものであるが,細胞懸濁液中の各々の細胞接触点に融合に適度な制御された電圧を印加する手段がなかったことに由来する。 Conventional cell fusion technologies include those that use viruses and those that use drugs such as PEG, but these have problems with the toxicity of viruses and drugs to cells. Unlike this, electric cell fusion is purely by physical means and has no problems such as cytotoxicity, but its yield has been lower than before (for example, 1 / 10,000). This is because a conventional electric cell fusion method applies a high-frequency electric field to a cell suspension to form a cell array, and a pulse voltage is applied to the cell suspension to fuse the cell membrane at the cell contact point. This is because there was no means for applying an appropriately controlled voltage for fusion to each cell contact point in the cell suspension.
これに対し,下記非特許文献1,非特許文献2は,細胞径と同程度以下の大きさを持つオリフィスを挟んで2つの細胞を対合させて電気融合操作を行えば,オリフィスの作る電界集中により,2つの細胞膜の接触点近傍のみに制御された大きさの膜電圧を印加できることを理論的に示し,また下記非特許文献3には,微細加工技術を用いて作製された流体回路内におかれたオリフィスを用いて,誘電泳動を用いて細胞をオリフィスを挟んで配置した後にパルス電圧を印加すれば,90%以上の収率で融合操作が行えることが実験的に実証されている。また,このようなオリフィスをアレイ状に並べれば,大量並列の細胞融合を同時に行うことができるであろうことは容易に推考できる。
しかしながら,この手法には以下のような問題点がある。
On the other hand, Non-Patent
However, this method has the following problems.
1. 誘電泳動力が及ぶ範囲はオリフィス径程度なので,オリフィスのごく近傍にいる細胞しか引き寄せられない。従って,オリフィスアレイにいかに細胞を収率よく配列するかが大きな問題になる。 1. Since the range of dielectrophoretic force is about the diameter of the orifice, only cells in the immediate vicinity of the orifice can be attracted. Therefore, how to arrange cells with high yield in the orifice array becomes a big problem.
2. 細胞は通常の培養液中では沈降するので,水平に置いたオリフィスシートの上側に細胞を寄せることは容易である。しかしながら,オリフィスシートの下側におかれた細胞は沈降によりオリフィスシートから遠ざかってしまう。オリフィスシートの下側を比重の大きい溶液で満たして細胞を浮遊させればオリフィスシートに寄せられるが,溶液の密度の調整に用いるFicollなどの分子は細胞毒性や高い粘性が問題になる。 2. Since the cells settle in normal culture, it is easy to bring them to the upper side of the horizontally placed orifice sheet. However, the cells placed under the orifice sheet move away from the orifice sheet due to sedimentation. Filling the lower side of the orifice sheet with a solution with a high specific gravity and floating the cells brings it to the orifice sheet, but Ficoll and other molecules used to adjust the density of the solution have problems with cytotoxicity and high viscosity.
3. 流体回路を引き回すと,デッドボリュームが大きく,すなわち入れた細胞すべてを有効に利用できない。 3. When the fluid circuit is routed, the dead volume is large, that is, not all the inserted cells can be used effectively.
4. 流体回路中で得た融合産物を,融合したものとしていないものに選り分けて取り出すのが容易でない。
本発明は,大量並列を可能とする高収率な電気細胞融合装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a high-yield electric cell fusion device that enables mass parallelism.
本発明においては,融合装置自体を上下反転可能な構造とし,重力沈降により補助することにより誘電泳動による細胞のオリフィスへの吸引を容易にし,かつ,細胞径より小さいオリフィスを用いることにより,ここを挟んで融合された細胞を幾何学的に拘束してオリフィスシートごと取り出すことにより,融合した細胞のみを得る。
「作用」
本発明によれば,シリコンゴム等で形成されるオリフィスアレイ両面へ融合したい各々の細胞を大量に固定し,かつ融合操作後に,融合した細胞のみを容易に取り出すことができる。
In the present invention, the fusion device itself has a structure that can be turned upside down, and by assisting by gravity sedimentation, the cell can be easily sucked into the orifice by dielectrophoresis, and the orifice smaller than the cell diameter can be used. Only the fused cells are obtained by geometrically constraining the fused cells and taking out the orifice sheet.
"Action"
According to the present invention, it is possible to fix a large amount of cells to be fused on both surfaces of an orifice array formed of silicon rubber or the like, and to easily take out only the fused cells after the fusion operation.
本発明によれば,貴重な細胞試料を有効に利用し,高収率な電気細胞融合を大量並列で行う装置が実現できる。
According to the present invention, it is possible to realize an apparatus that makes effective use of a valuable cell sample and performs high-yield electric cell fusion in large quantities in parallel.
融合させようとする2種類の細胞のいずれの直径よりも小さい小孔(オリフィス)を持つ絶縁性薄膜(以下オリフィスシートと呼ぶ)と,これを挟むようにおかれる取り外し可能な2つの貫通孔であって、細胞懸濁液を収容するチャンバーを形成する部分を持つ絶縁板と,該貫通孔内それぞれに設置された電極,およびその電極を励起するための電源から
構成され、細胞を含む溶液を上下の貫通孔内に好ましくは、表面張力等によって、保持され、逆さにしてもこぼれ落ちない状態で、オリフィスシートを挟んで形成されるチャンバーにそれぞれ融合用細胞を含む溶液が保持された状態で、電気的に細胞を融合させるチップ状の形成可能な細胞融合装置を実現し得る。
An insulating thin film (orifice sheet) having a small hole (orifice) smaller than the diameter of any of the two types of cells to be fused, and two removable through-holes sandwiched between them A cell-containing solution comprising an insulating plate having a portion for forming a chamber for containing a cell suspension, electrodes installed in the through-holes, and a power source for exciting the electrodes. Preferably, the upper and lower through-holes are held by surface tension or the like, and are not spilled even if they are turned upside down. A chip-formable cell fusion device that electrically fuses cells can be realized.
図1は,本発明による細胞融合の,融合操作直前の模式図である。このような配置にすれば,電界集中を利用して高い収率で細胞融合が行えることは,非特許文献[1]〜[3]に記述の通りである。
これを実現するための本発明の実施例を以下に説明する。
1. 厚さ2μm程度のやわらかいシリコンゴムでできたオリフィスシート3の両側に,貫通孔を持つ絶縁性の板2枚(上部板1、下部板2)を,あとで取り外せるようにクランプして固定する。貫通孔4は,細胞をロードするためのチャンバーとしての機能を持つ。貫通孔4を持つ上部板1、下部板2の上面を疎水性,内側面およびオリフィスシート3を親水性にする。これは,例えば,ガラス板に貫通孔を加工し,その上面に疎水性コーティングを施すことにより得られる。貫通孔4内部の内側面の任意の位置にそれぞれ電極5及び6を設ける。
FIG. 1 is a schematic diagram of cell fusion according to the present invention immediately before the fusion operation. As described in Non-Patent Documents [1] to [3], this arrangement enables cell fusion with high yield using electric field concentration.
An embodiment of the present invention for realizing this will be described below.
1. Two insulating plates (
2. まず底面がオリフィスシート3で周囲を上部板1で囲まれて形成された上部チャンバーに細胞14の懸濁液12を満たす。オリフィスシート3が親水性なので気泡が入ることなく,オリフィス内部まで溶液が入る。貫通孔4を持つ板の上面は疎水性であるので,ここに懸濁液がしみ出すことはない。
2. First, a
3. デバイスを上下反転する。チャンバー径が2ないし3mm程度なら,表面張力により溶液がこぼれることはないが,必要があれば上からカバーガラス等で覆ってもよい。
4. 底面がオリフィスシート3で周囲を下部板2で囲まれて形成された下部チャンバー上から細胞15の懸濁液13を入れる。
5. 上側チャンバーの細胞14がオリフィスプレート3上に沈んでくるので,スイッチ9を切り換えて交流電圧発生部7より交流電圧を電気リード線10、11を介して電極5,6へ印加し,誘電泳動によりオリフィス上へと引き込む。十分に細胞の密度が高ければほとんどすべてのオリフィスプレート3の貫通孔4に細胞が固定される。なお,細胞の直径を5μm,比重を1.2とすると,沈降速度は10μm/sec程度であるので,チャンバー深さが1mmであれば沈降に要する時間は100秒程度である。
3. Flip the device upside down. If the chamber diameter is about 2 to 3 mm, the solution will not spill due to surface tension, but if necessary, it may be covered with a cover glass from above.
4. The
5. Since the
6. デバイスを再び上下反転する。誘電泳動力は十分に強いので,前段階でオリフィスプレート3に固定された細胞15はオリフィスプレート3から脱離することはない。上側チャンバーの細胞15が沈んできて誘電泳動力によりオリフィスプレート3に固定され,すでに固定されている細胞14とオリフィスプレート3を挟んで対合する。
6. Flip the device upside down again. Since the dielectrophoretic force is sufficiently strong, the
7. スイッチ9を切り換えてパルス発生部8よりパルスを印加すると,オリフィスプレート3を挟んで接触している細胞が1:1で融合する。オリフィスプレート3外に存在する剰余の細胞は,オリフィスから遠くなると電界が極めて弱くなるため,融合しない。
8. チャンバーを外し,オリフィスプレート3を取り出し,軽く洗浄する。融合した細胞はオリフィスをぬけられないので,オリフィスプレート3ともに回収される。オリフィスプレート3は薄いシリコンゴム製なので細胞が分裂等の運動を起こせば,シートの変形または破壊により,オリフィスシートから抜け出すことができる。
7. When the
8. Remove the chamber, take out the
9. 以上により,1:1で融合した細胞のみを取り出せる。
10. 以上の過程から明らかなように,試料の細胞懸濁液は,貫通孔を満たすだけの体積があればよく,そこに含まれる細胞は融合に有効に利用されることになる。
なお,オリフィスの貫通孔間の距離、ピッチは細胞径以上であればよく,これをオリフィスシート上に2次元状に配列することにより,大量並列の融合が可能であることはいうまでもない。
9. By the above, only cells fused at 1: 1 can be taken out.
10. As is clear from the above process, the cell suspension of the sample only needs to have a volume sufficient to fill the through-hole, and the cells contained therein are effectively used for fusion.
Needless to say, the distance and pitch between the through-holes of the orifice need only be equal to or larger than the cell diameter, and by arranging them in a two-dimensional manner on the orifice sheet, it is needless to say that mass parallel fusion is possible.
本発明は、 遺伝子操作等で使用される細胞融合において、大量並列融合を可能とする高収率な電気細胞融合装置として利用される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used as a high-yield electric cell fusion device that enables mass parallel fusion in cell fusion used in gene manipulation and the like.
1 上部板
2 下部板
3 オリフィスシート
4 貫通孔
1
Claims (4)
The orifice sheet according to claim 1 is formed of a deformable soft rubber having a thickness of 10 μm or less, and the orifice sheet is deformed or broken when the cells are divided and proliferated after fusion. An electric cell fusion device characterized in that the proliferated cells can escape from the orifice sheet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008020873A JP2009178105A (en) | 2008-01-31 | 2008-01-31 | Electric cell fusion apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008020873A JP2009178105A (en) | 2008-01-31 | 2008-01-31 | Electric cell fusion apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2009178105A true JP2009178105A (en) | 2009-08-13 |
Family
ID=41032575
Family Applications (1)
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JP2008020873A Pending JP2009178105A (en) | 2008-01-31 | 2008-01-31 | Electric cell fusion apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2009178105A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101301570B1 (en) | 2011-10-06 | 2013-09-04 | 김상희 | Cell culture unit with vertically diffusible structure and array having the same |
JP2018074982A (en) * | 2016-11-11 | 2018-05-17 | 株式会社日立製作所 | Method of exchanging cytoplasm, method of producing cells, and device |
-
2008
- 2008-01-31 JP JP2008020873A patent/JP2009178105A/en active Pending
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