JP2009508651A - 二次元及び三次元パターン電極による細胞及び組織成長のための電気刺激 - Google Patents
二次元及び三次元パターン電極による細胞及び組織成長のための電気刺激 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009508651A JP2009508651A JP2008532369A JP2008532369A JP2009508651A JP 2009508651 A JP2009508651 A JP 2009508651A JP 2008532369 A JP2008532369 A JP 2008532369A JP 2008532369 A JP2008532369 A JP 2008532369A JP 2009508651 A JP2009508651 A JP 2009508651A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- pattern
- electric field
- cell
- conductive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 title description 12
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 title description 10
- 230000008467 tissue growth Effects 0.000 title 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 71
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 47
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims description 30
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 30
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 13
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 claims description 13
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 12
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 10
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 8
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 6
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 4
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 claims description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000000075 oxide glass Substances 0.000 claims description 3
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 claims description 3
- 125000002490 anilino group Chemical group [H]N(*)C1=C([H])C([H])=C([H])C([H])=C1[H] 0.000 claims description 2
- 230000021164 cell adhesion Effects 0.000 claims description 2
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 claims description 2
- 229920002988 biodegradable polymer Polymers 0.000 claims 2
- 239000004621 biodegradable polymer Substances 0.000 claims 2
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 claims 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 49
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 16
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 7
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 6
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 230000004663 cell proliferation Effects 0.000 description 5
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 5
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 5
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 5
- 102000002260 Alkaline Phosphatase Human genes 0.000 description 4
- 108020004774 Alkaline Phosphatase Proteins 0.000 description 4
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 208000010392 Bone Fractures Diseases 0.000 description 4
- 206010017076 Fracture Diseases 0.000 description 4
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008468 bone growth Effects 0.000 description 4
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 4
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 4
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 description 3
- 210000002449 bone cell Anatomy 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 3
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 description 3
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 3
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108010037362 Extracellular Matrix Proteins Proteins 0.000 description 2
- 102000010834 Extracellular Matrix Proteins Human genes 0.000 description 2
- 102000004310 Ion Channels Human genes 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 2
- 229920000954 Polyglycolide Polymers 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 102000004142 Trypsin Human genes 0.000 description 2
- 108090000631 Trypsin Proteins 0.000 description 2
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000033077 cellular process Effects 0.000 description 2
- 230000030944 contact inhibition Effects 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 210000002744 extracellular matrix Anatomy 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 2
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920001610 polycaprolactone Polymers 0.000 description 2
- 239000004632 polycaprolactone Substances 0.000 description 2
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000004633 polyglycolic acid Substances 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000002174 soft lithography Methods 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 210000000130 stem cell Anatomy 0.000 description 2
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000012588 trypsin Substances 0.000 description 2
- CPBJMKMKNCRKQB-UHFFFAOYSA-N 3,3-bis(4-hydroxy-3-methylphenyl)-2-benzofuran-1-one Chemical compound C1=C(O)C(C)=CC(C2(C3=CC=CC=C3C(=O)O2)C=2C=C(C)C(O)=CC=2)=C1 CPBJMKMKNCRKQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAJAQTYSTDTMCU-UHFFFAOYSA-N 3-aminobenzenesulfonic acid Chemical compound NC1=CC=CC(S(O)(=O)=O)=C1 ZAJAQTYSTDTMCU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XZKIHKMTEMTJQX-UHFFFAOYSA-N 4-Nitrophenyl Phosphate Chemical compound OP(O)(=O)OC1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1 XZKIHKMTEMTJQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DWJXWSIJKSXJJA-UHFFFAOYSA-N 4-n-[4-(4-aminoanilino)phenyl]benzene-1,4-diamine Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1NC(C=C1)=CC=C1NC1=CC=C(N)C=C1 DWJXWSIJKSXJJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108091003079 Bovine Serum Albumin Proteins 0.000 description 1
- WVJXVGUXNUNHEL-UHFFFAOYSA-N C(C)OS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1.[Fe] Chemical compound C(C)OS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1.[Fe] WVJXVGUXNUNHEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000000584 Calmodulin Human genes 0.000 description 1
- 108010041952 Calmodulin Proteins 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 1
- 229920002732 Polyanhydride Polymers 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000001857 anti-mycotic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002543 antimycotic Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 210000000601 blood cell Anatomy 0.000 description 1
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000032823 cell division Effects 0.000 description 1
- 230000036978 cell physiology Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 210000001520 comb Anatomy 0.000 description 1
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 238000004163 cytometry Methods 0.000 description 1
- 238000001739 density measurement Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 1
- LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I dipotassium trisodium dihydrogen phosphate hydrogen phosphate dichloride Chemical compound P(=O)(O)(O)[O-].[K+].P(=O)(O)([O-])[O-].[Na+].[Na+].[Cl-].[K+].[Cl-].[Na+] LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I 0.000 description 1
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 229920000775 emeraldine polymer Polymers 0.000 description 1
- 210000002889 endothelial cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 210000002615 epidermis Anatomy 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012091 fetal bovine serum Substances 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 210000002064 heart cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 1
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 description 1
- 210000005260 human cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 229920000763 leucoemeraldine polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 125000005647 linker group Chemical group 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003278 mimic effect Effects 0.000 description 1
- 239000007758 minimum essential medium Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 210000000663 muscle cell Anatomy 0.000 description 1
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 201000008968 osteosarcoma Diseases 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002953 phosphate buffered saline Substances 0.000 description 1
- 229920001606 poly(lactic acid-co-glycolic acid) Polymers 0.000 description 1
- 229920003223 poly(pyromellitimide-1,4-diphenyl ether) Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229940117828 polylactic acid-polyglycolic acid copolymer Drugs 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- XJMOSONTPMZWPB-UHFFFAOYSA-M propidium iodide Chemical compound [I-].[I-].C12=CC(N)=CC=C2C2=CC=C(N)C=C2[N+](CCC[N+](C)(CC)CC)=C1C1=CC=CC=C1 XJMOSONTPMZWPB-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000013464 silicone adhesive Substances 0.000 description 1
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000006277 sulfonation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS 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
- C12M35/00—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
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Zoology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Electrotherapy Devices (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
Description
本発明によれば、パターン電界又はパターン電流を様々な細胞に印加することにより、例えば、細胞増殖、治癒及び/又は再生を促進するといった様々な細胞及び組織の生理学的過程を調節することができる。パターン電界又はパターン電流を印加することによって調節することができる生理学的過程のその他の例としては、例えば、イオンチャネル機能、分泌過程、化学吸収過程、同化及び異化過程、質量輸送過程、細胞膜透過性、遺伝子産物の生成、細胞分裂等が挙げられる。一実施形態では、本発明の電界を印加することによって細胞の透過性を高める。図19に示す染料吸着試験は、透過効果の例を示している。
本発明の範囲に含まれる電界としては、双極子直流電界を含む一定電界(例えば直流)、時間変動電界(例えば交流)及びそれらの組み合わせが挙げられる。直流電界と交流電界を組み合わせる場合には、直流電界は交流電界よりも小さい場合もあり、等しい場合もあり、大きい場合もある。また、交流電界と直流電界を組み合わせる場合には、直流電界の極性を変化させることができる。周波数依存電界は、例えば、正方形、正弦曲線、三角形、台形又はより複雑なパターンを含む様々な適当な波形のいずれかを含むことができる。また、適当な電界は、例えば誘導的又は容量的に結合されていてもよい。また、電界はパルス的又は連続的であってもよい。本発明の範囲に含まれる電界は、時間的及び空間的な調整を含む様々な方法で調節することができる。特定の位置で細胞及び/又は組織の生理学的過程を選択的に調節するために、本発明の範囲に含まれる電界を体内の特定の領域に局所的に印加できることが好ましい。本発明の範囲に含まれる電界を各細胞又は小さな細胞集合体に局所的に印加できることがより好ましい。一実施形態では、二次元パターン電極等の電極の表面において電界強度を最大にすることができる。別の実施形態では、三次元パターン電極等の電極の表面から離れた場所で電界強度を最大にすることができる。
本発明の範囲に含まれる電極は、例えば、二次元及び三次元パターン電極等の様々な適当な形態を有することができる。本発明の範囲に含まれるパターンとしては、例えば、櫛形、平行線、同心円又は規則的又は不規則的な外接形状が挙げられる。電極パターン部(feature)の符号(極性)は適切な方法で交互に異なるようにしなければならない。例えば、同心円の場合には、連続する円が内側及び外側の円と異なる符号を有するようにする。別の実施形態では、いくつかの円が内側又は外側あるいは内側及び外側の円と同一の符号を有することができる。上述したその他の形状の場合にも同様な方法を適用することができる。例えば、櫛形の実施形態では、一組の電極指(digit)を正とし、他の組の電極指を負とする。櫛形の実施形態の非限定的ないくつかの例を図16に示す。
一実施形態では、本発明の範囲に含まれる電極は、適当な基板上に導電性ポリマー又はその前駆体の溶液をスタンピングすることによって製造する。適当な基板としては、例えば電気絶縁材料が挙げられる。具体的には、そのような基板としては、例えば、金属酸化物ガラス、セラミック、有機ポリマー(ポリエチレンテレフタレート、ポリオレフィン、フェノール系ポリマー等)が挙げられる。
本発明の範囲に含まれる電極は、非導電性電気絶縁被覆を必要に応じて含むことができる。そのような被覆は、周囲の細胞及び/又は組織を電流から保護する効果を有する。そのため、そのような被覆を含む電極は電界効果のみに基づいて作用を与え、電流効果に基づいて作用を与えることはない。あるいは、本発明の範囲に含まれる電極は非導電性電気絶縁被覆を有していなくともよい。そのような被覆を有していない電極は、電界効果及び/又は電流効果に基づいて作用を与える。
本発明の一実施例では、ヒト骨肉腫(HOS)細胞を公知の方法に従って培養した。本実施例では、細胞はAmerican Type Culture Collection(ATCC、cat#CRL−1543)から購入し、EAGLEという商品名でATCCから販売されている最小必須培地で培養した。培地に約10%の牛胎児血清及び1%の抗生物質/抗真菌剤を添加した。細胞を約5%のCO2を含む多湿の培養器内に保持し、約37℃に維持した。密集が生じた時点で培養物を1mM EDTA中の0.25%トリプシンによって一日おきに1:2に分割した。
本発明の別の実施例では、1又は複数の電極を動物の体内に外科的に埋め込んだ。本実施例では、電極は生分解性及び/又は生体吸収性を有する成分を含むため、不要となった場合に動物の体内から電極を取り出す必要はない。具体的には、本実施例の電極は、ポリ乳酸で被覆された生分解性CP(導電性ポリマー)を含む。印加電位は、例えば、正弦、正方形、三角形又は定形等の任意の適当な波形を有することができる。印加電圧は、0〜1600mV、50〜1200mV、100〜1000mV、200〜800mVを含む適当な大きさとすることができる。いくつかの実施形態では、得られる電界を細胞の生理機能及び/又は成長に影響を及ぼすために有効な時間にわたって印加する。これらの実施形態には、本発明が部分的な治癒及び/又は再生のみに影響を与える実施形態も含まれる。
Claims (18)
- 細胞及び組織の生理機能を調節するための方法であって、
少なくとも1つのパターン電極を用意する工程と、
少なくとも1つの細胞を用意する工程と、
前記少なくとも1つの細胞と電気的に連絡するように前記少なくとも1つの電極を配置する工程と、
前記電極に電圧を印加して、前記少なくとも1つの細胞に有効な量のパターン電界又はパターン電流を供給し、前記パターン電界によって前記細胞の生理機能又は成長を調節する工程と、を含む方法。 - 請求項1において、前記パターン電極が、さらに少なくとも1つの二次元又は三次元パターン電極を含む、方法。
- 請求項1において、前記パターン電極のパターンが、櫛型、平行線及び同心円のうちの少なくとも1種の形状を有する、方法。
- 請求項1において、前記パターン電極のパターン部の間隔は、10nm〜200μmである、方法。
- 請求項1において、各パターン電極のパターン部の極性が隣接する1又は複数のパターン部の極性と逆である方法。
- 請求項1において、前記パターン電極は、基板を有し、
前記基板は、有機ポリマー、生体ポリマー、生体吸収性ポリマー、生分解性ポリマー、金属酸化物ガラス、およびセラミックの少なくとも1種を含む、方法。 - 請求項1において、前記パターン電極は、細胞接着を促進させるために十分な表面粗さを有する、方法。
- 請求項7において、前記表面粗さは、前記パターン電極に誘電体被覆を施すことによって形成される、方法。
- 請求項1において、前記パターン電極は、導電性ポリマーを含み、
前記導電性ポリマーは、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホネート)、および、完全にスルホン化されたポリアニリンから選択される少なくとも1種である、方法。 - 請求項9において、前記導電性ポリマーは、ドーパントとして、アニリン繰り返し単位当たり約0.05〜約1.0の濃度のスルホン酸基を有する、方法。
- 細胞及び組織の生理機能を調節するための装置であって、
処置が必要な生体内の位置に、有効な量のパターン電界又はパターン電流を供給することができる少なくとも1つのパターン電極を含む装置。 - 請求項11において、前記パターン電極は、二次元又は三次元パターン電極である、装置。
- 請求項11において、前記パターン電極は、櫛型電極である、装置。
- 請求項11において、前記パターン電極は、前記パターン電極から離れた位置で最大の電界強度を有する電界を生成することができる、装置。
- 細胞及び組織の生理機能を調節するためのパターン電極を製造するための方法であって、
非導電性基板を用意する工程と、
導電性材料を用意する工程と、
前記非導電性基板に接着したパターン導電膜が形成されるように、前記導電性材料を前記非導電性基板に塗布する工程と、
を含む方法。 - 請求項15において、前記パターン導電膜上に第2の非導電性基板を配置し、前記第2の基板に接着した第2のパターン導電膜が形成されるように、前記第2の非導電性基板に前記導電性材料を塗布することをさらに含む、方法。
- 請求項15において、前記非導電性基板は、有機ポリマー、生体ポリマー、生体吸収性ポリマー、生分解性ポリマー、金属酸化物ガラス及びセラミックから選択される少なくとも1種からなる、方法。
- 請求項15において、前記導電性材料は、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホネート)、および、完全にスルホン化されたポリアニリンから選択される少なくとも1種からなる、方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US71923605P | 2005-09-21 | 2005-09-21 | |
PCT/US2006/036767 WO2007035849A2 (en) | 2005-09-21 | 2006-09-21 | Electrical stimulation of cell and tissue growth with two-and-three-dimensionally patterned electrodes |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012259587A Division JP2013074893A (ja) | 2005-09-21 | 2012-11-28 | 二次元及び三次元パターン電極による細胞及び組織成長のための電気刺激 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009508651A true JP2009508651A (ja) | 2009-03-05 |
Family
ID=37889523
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008532369A Pending JP2009508651A (ja) | 2005-09-21 | 2006-09-21 | 二次元及び三次元パターン電極による細胞及び組織成長のための電気刺激 |
JP2012259587A Pending JP2013074893A (ja) | 2005-09-21 | 2012-11-28 | 二次元及び三次元パターン電極による細胞及び組織成長のための電気刺激 |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012259587A Pending JP2013074893A (ja) | 2005-09-21 | 2012-11-28 | 二次元及び三次元パターン電極による細胞及び組織成長のための電気刺激 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8478422B2 (ja) |
EP (1) | EP1933932A4 (ja) |
JP (2) | JP2009508651A (ja) |
CA (1) | CA2623285A1 (ja) |
WO (1) | WO2007035849A2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016015891A (ja) * | 2014-07-04 | 2016-02-01 | 大日本印刷株式会社 | 細胞培養容器 |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105496423A (zh) | 2010-03-17 | 2016-04-20 | 伊利诺伊大学评议会 | 基于生物可吸收基质的可植入生物医学装置 |
KR101979354B1 (ko) | 2011-12-01 | 2019-08-29 | 더 보오드 오브 트러스티스 오브 더 유니버시티 오브 일리노이즈 | 프로그램 변형을 실행하도록 설계된 과도 장치 |
US10188989B2 (en) | 2013-09-27 | 2019-01-29 | Ohio State Innovation Foundation | Electroosmotic devices for fluid handling |
US10925543B2 (en) | 2015-11-11 | 2021-02-23 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Bioresorbable silicon electronics for transient implants |
US10188861B2 (en) * | 2016-03-29 | 2019-01-29 | Warsaw Orthopedic, Inc. | Bioabsorbable or partially-bioabsorbable bone growth stimulator system and method for manufacturing a bioabsorbable or partially-bioabsorbable bone-regeneration stimulator system |
US10806942B2 (en) | 2016-11-10 | 2020-10-20 | Qoravita LLC | System and method for applying a low frequency magnetic field to biological tissues |
US11474103B2 (en) | 2017-02-17 | 2022-10-18 | Koniku Inc. | Systems for detection |
US11224414B2 (en) | 2019-01-10 | 2022-01-18 | Saranas, Inc. | Access closure with bleed monitoring |
WO2024063521A1 (ko) * | 2022-09-20 | 2024-03-28 | 랩앤피플주식회사 | 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10140141A (ja) * | 1996-11-08 | 1998-05-26 | Showa Denko Kk | 帯電防止処理材の製造方法 |
JPH10168328A (ja) * | 1996-12-13 | 1998-06-23 | Showa Denko Kk | 導電性高分子複合体 |
JP2001005601A (ja) * | 1999-06-17 | 2001-01-12 | Sony Corp | 電気刺激装置及び電気刺激を用いた力触覚呈示装置並びにこれらの制御方法 |
JP2002371055A (ja) * | 2001-06-15 | 2002-12-26 | Toyoda Gosei Co Ltd | 自己ドープ型導電性ポリマー・合成用モノマー及びそれらの合成方法 |
JP2002371126A (ja) * | 2001-06-15 | 2002-12-26 | Toyoda Gosei Co Ltd | 複合型導電性ポリマー及び芳香族化合物の製造方法 |
WO2003047684A2 (en) * | 2001-12-04 | 2003-06-12 | University Of Southern California | Method for intracellular modifications within living cells using pulsed electric fields |
JP2005007175A (ja) * | 2003-06-17 | 2005-01-13 | Wc Heraeus Gmbh | 電極構造体を製作するための方法ならびに電極構造体および該電極構造体の使用法 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4390023A (en) * | 1981-04-30 | 1983-06-28 | Medtronic, Inc. | Patterned electrical tissue stimulator |
US5328376A (en) * | 1987-04-03 | 1994-07-12 | West Frederick A | Patterned laminar electrical interconnection |
US5137817A (en) * | 1990-10-05 | 1992-08-11 | Amoco Corporation | Apparatus and method for electroporation |
US6095148A (en) * | 1995-11-03 | 2000-08-01 | Children's Medical Center Corporation | Neuronal stimulation using electrically conducting polymers |
US6148233A (en) * | 1997-03-07 | 2000-11-14 | Cardiac Science, Inc. | Defibrillation system having segmented electrodes |
US6463323B1 (en) * | 1998-11-12 | 2002-10-08 | Em Vascular, Inc. | Electrically mediated angiogenesis |
US7465566B2 (en) * | 2000-02-23 | 2008-12-16 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Regulation of genes via application of specific and selective electrical and electromagnetic signals |
AUPS081502A0 (en) * | 2002-02-28 | 2002-03-21 | Cochlear Limited | Connector for drug delivery system |
-
2006
- 2006-09-21 EP EP06803969A patent/EP1933932A4/en not_active Withdrawn
- 2006-09-21 WO PCT/US2006/036767 patent/WO2007035849A2/en active Application Filing
- 2006-09-21 US US11/992,455 patent/US8478422B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2006-09-21 CA CA002623285A patent/CA2623285A1/en not_active Abandoned
- 2006-09-21 JP JP2008532369A patent/JP2009508651A/ja active Pending
-
2012
- 2012-11-28 JP JP2012259587A patent/JP2013074893A/ja active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10140141A (ja) * | 1996-11-08 | 1998-05-26 | Showa Denko Kk | 帯電防止処理材の製造方法 |
JPH10168328A (ja) * | 1996-12-13 | 1998-06-23 | Showa Denko Kk | 導電性高分子複合体 |
JP2001005601A (ja) * | 1999-06-17 | 2001-01-12 | Sony Corp | 電気刺激装置及び電気刺激を用いた力触覚呈示装置並びにこれらの制御方法 |
JP2002371055A (ja) * | 2001-06-15 | 2002-12-26 | Toyoda Gosei Co Ltd | 自己ドープ型導電性ポリマー・合成用モノマー及びそれらの合成方法 |
JP2002371126A (ja) * | 2001-06-15 | 2002-12-26 | Toyoda Gosei Co Ltd | 複合型導電性ポリマー及び芳香族化合物の製造方法 |
WO2003047684A2 (en) * | 2001-12-04 | 2003-06-12 | University Of Southern California | Method for intracellular modifications within living cells using pulsed electric fields |
JP2005007175A (ja) * | 2003-06-17 | 2005-01-13 | Wc Heraeus Gmbh | 電極構造体を製作するための方法ならびに電極構造体および該電極構造体の使用法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016015891A (ja) * | 2014-07-04 | 2016-02-01 | 大日本印刷株式会社 | 細胞培養容器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA2623285A1 (en) | 2007-03-29 |
WO2007035849A3 (en) | 2007-10-11 |
EP1933932A2 (en) | 2008-06-25 |
EP1933932A4 (en) | 2010-08-25 |
US20100160999A1 (en) | 2010-06-24 |
US8478422B2 (en) | 2013-07-02 |
JP2013074893A (ja) | 2013-04-25 |
WO2007035849A2 (en) | 2007-03-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2013074893A (ja) | 二次元及び三次元パターン電極による細胞及び組織成長のための電気刺激 | |
Kim et al. | High-performance, polymer-based direct cellular interfaces for electrical stimulation and recording | |
Nishizawa et al. | Electrodeposition of anchored polypyrrole film on microelectrodes and stimulation of cultured cardiac myocytes | |
Seo et al. | Artifact‐free 2D mapping of neural activity in vivo through transparent gold nanonetwork array | |
Ghezzi et al. | A hybrid bioorganic interface for neuronal photoactivation | |
Cui et al. | Electrochemical deposition and characterization of poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) on neural microelectrode arrays | |
Zhou et al. | Poly (3, 4-ethylenedioxythiophene)/multiwall carbon nanotube composite coatings for improving the stability of microelectrodes in neural prostheses applications | |
Leprince et al. | Dexamethasone electrically controlled release from polypyrrole-coated nanostructured electrodes | |
Yang et al. | Microporous conducting polymers on neural microelectrode arrays: I Electrochemical deposition | |
US9617649B2 (en) | Porous structure provided with a pattern that is composed of conductive polymer and method of manufacturing the same | |
Krukiewicz et al. | Fractal form PEDOT/Au assemblies as thin-film neural interface materials | |
WO2000017322A9 (en) | Electroactive materials for stimulation of biological activity of cells | |
Schlie-Wolter et al. | Topography and coating of platinum improve the electrochemical properties and neuronal guidance | |
Carnicer-Lombarte et al. | In vitro biocompatibility and electrical stability of thick-film platinum/gold alloy electrodes printed on alumina | |
KR20110134720A (ko) | 그라핀 세포 자극기 및 그것의 제조방법 | |
Abad et al. | Electric field gradients and bipolar electrochemistry effects on neural growth: A finite element study on immersed electroactive conducting electrode materials | |
Taira et al. | Electrodeposition-based rapid bioprinting of 3D-designed hydrogels with a pin art device | |
Whitehead et al. | Accelerated calcification in electrically conductive polymer composites comprised of poly (ε‐caprolactone), polyaniline, and bioactive mesoporous silicon | |
Bourkoula et al. | Guided cell adhesion, orientation, morphology and differentiation on silicon substrates photolithographically micropatterned with a cell-repellent cross-linked poly (vinyl alcohol) film | |
Wang et al. | Integrated bilayer microneedle dressing and triboelectric nanogenerator for intelligent management of infected wounds | |
Jao et al. | Immersion lithographic patterning of electrospun nanofibers for carbon nanofibrous microelectrode arrays | |
Morris et al. | Conducting polymer nanowires for control of local protein concentration in solution | |
Dubey et al. | Pulsed electric field mediated in vitro cellular response of fibroblast and osteoblast-like cells on conducting austenitic stainless steel substrate | |
Canillas et al. | TiO2 surfaces support neuron growth during electric field stimulation | |
Zhu et al. | A straightforward strategy to spatially organize repulsive and attractive cues on Zwitterionic PEDOTs |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080522 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20080626 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090908 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120125 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120126 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20120409 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20120416 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20120517 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20120524 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120622 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120622 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120801 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121128 |