JP2010252649A

JP2010252649A - 細胞分離装置

Info

Publication number: JP2010252649A
Application number: JP2009104169A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fukuda; 宏福田; Yoshiaki Shiba; 良昭芝
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】細胞を高い精度で分離しつつ健全な状態で回収する装置の提供。
【解決手段】誘電泳動特性の異なる複数種の細胞を含む細胞浮遊液を流動させる流路６と、該流路６内において流動方向の途中位置に配置された電極４と、該電極４からの距離に応じて電位傾度が変化する不平等電界を発生させるように電極４に電圧を印加する電圧供給部５と、電極４を覆い、細胞の径寸法より小さい径寸法の孔を有する電気絶縁材料からなる絶縁部材３とを備える細胞分離装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、細胞分離装置に関するものである。

従来、細胞が有する誘電泳動特性を利用して細胞を種類によって分離する装置が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。

特開２００５−２２７１１１号公報特開２００８−２６３８４７号公報

しかしながら、細胞が誘電泳動力によって電極側へ引き寄せられたときに、電極に接触して電気的な衝撃を受けることにより損傷を受けてしまうという問題がある。また、細胞の電極への接触を防ぐために電極に印加する電圧を小さくして電位傾度を小さくすると、誘電泳動特性による細胞の分離の精度が低下するという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、細胞を高い精度で分離しつつ健全な状態で回収することができる細胞分離装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、誘電泳動特性の異なる複数種の細胞を含む細胞浮遊液を流動させる流路と、該流路内において流動方向の途中位置に配置された電極と、該電極からの距離に応じて電位傾度が変化する不平等電界を発生させるように前記電極に電圧を印加する電圧供給部と、前記電極を覆い、前記細胞の径寸法より小さい径寸法の孔を有する電気絶縁材料からなる絶縁部材とを備える細胞分離装置を提供する。

本発明によれば、電圧供給部により電極から不平等電界を発生させた流路内へ細胞浮遊液を流動させると、各細胞には、不平等電界中において誘電泳動特性に応じた、電極に近接または電極から離間する方向の誘電泳動力が発生し、細胞の種類によって流路内の移動速度に差が生じることにより、細胞浮遊液中の細胞を種類によって分離することができる。

この場合に、電極から発生した不平等電界は絶縁部材の孔内を通って流路内へ広がり、また、細胞が誘電泳動力によって電極に引き寄せられても、絶縁部材によって電気的な衝撃から保護される。
これにより、不平等電界の電位傾度を小さくすることなく細胞が電極によって損傷を受けることを防止して、細胞を高い精度で分離しつつ健全な状態で回収することができる。

上記発明においては、前記孔の径寸法が、５μｍ以下であることが好ましい。
このようにすることで、細胞が絶縁部材を通過するのをより確実に禁止して細胞の損傷をより確実に防ぐことができる。

また、上記発明においては、前記絶縁部材が、ポリエチレン、ポリエスエルおよびポリウレタンのうち少なくとも１つからなることとしてもよく、不織布からなることとしてもよい。
このようにすることで、絶縁部材による細胞への影響を低減しつつ、絶縁部材を安価にかつ簡略に設けることができる。

本発明によれば、細胞を高い精度で分離しつつ健全な状態で回収することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る細胞分離装置の全体構成図である。図１の分離容器と電極の構成を示す平面図である。図２の電極および絶縁部材の構成を示す断面図である。櫛歯状電極により形成される高周波不平等電界および細胞の分離方法を説明する概念図である。図１の細胞分離装置の変形例を示す図である。針状電極と平板状電極とにより形成される高周波不平等電界および細胞の分離方法を説明する概念図である。図５の細胞分離装置の変形例を示す図である。

本発明の一実施形態に係る細胞分離装置１について、図１〜図７を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る細胞分離装置１は、図１に示されるように、細胞浮遊液を収容する収容容器２と、絶縁部材３により覆われた電極４および高周波電源（電圧供給部）５を備える分離容器（流路）６と、該分離容器６から流出した細胞浮遊液を回収する回収容器７と、各容器２，６，７を接続するチューブ８内に送りをかける送液ポンプ９とを備えている。

収容容器２は、分離すべき複数の種類の細胞を含んだ細胞浮遊液を収容している。本実施形態においては、説明を簡略にするために、正および負の誘電泳動特性を有する２種類の細胞Ａ，Ｂを含むこととする。
分離容器６は、対向する面に入口６ａと出口６ｂとが設けられた直方体であり、入口６ａを略鉛直上方に、出口６ｂを略鉛直下方に向けて配置されている。また、分離容器６内には電極４が、分離容器６外には電極４に接続された高周波電源５が配置されている。

電極４は、図２に示されるように、複数の直棒状電極４ａ，４ｂが略水平面内において間隔を空けて略平行に配列した２つの櫛歯状電極４Ａ，４Ｂからなり、各櫛歯状電極４Ａ，４Ｂの直棒状電極４ａ，４ｂが交互に噛み合わされて配置されている。
また、電極４は、図３に示されるように、多数の孔３ａを有する絶縁部材３によって表面全体が覆われている。絶縁部材３には、例えば、ポリエチレン、ポリエステルまたはポリウレタンなどの生体適合性が高く絶縁性に優れたプラスチック材料が用いられる。孔３ａの径寸法は、細胞Ａ，Ｂの径寸法より小さく、電極４から発生した高周波不平等電界（不平等電界）が遮断されずに絶縁部材３の外部へ伝搬可能な大きさ、例えば、１μｍ程度が好ましい。

高周波電源５は、櫛歯型電極４Ａ，４Ｂ間に接続され、発生させる高周波電圧の大きさおよび周波数を調節可能になっている。
高周波電源５により櫛歯状電極４Ａ，４Ｂに高周波電圧を印加すると、各直棒状電極４ａ，４ｂから発生した電界が、絶縁部材３の多数の孔３ａから絶縁部材３の外部へ伝搬して広がる。そして、図４に示されるように、直棒状電極４ａ，４ｂから上下方向に距離が離れるにしたがって電気力線の密度が小さくなる、すなわち、電位傾度が小さくなる高周波不平等電界が電極４近傍に形成される。

高周波不平等電界中において、正の誘電泳動特性を有する細胞Ａには直棒状電極４ａ，４に近接する方向の、負の誘電泳動特性を有する細胞Ｂには直棒状電極４ａ，４ｂから離間する方向の誘電泳動力が作用する。このときに、負の誘電泳動特性を有する細胞Ｂに働く誘電泳動力と重力および細胞浮遊液の流れによる力とが釣り合うように、高周波電圧の大きさが設定されている。

回収容器７は、分離すべき細胞の種類に合わせて複数、本実施形態では２つ設けられている。
チューブ８は、収容容器２から分離容器６の入り口６ａへ、また、分離容器６の出口６ｂから３方バルブＶ１を介して各回収容器７へ接続されている。

送液ポンプ９は、チューブ８内および分離容器６内において細胞浮遊液が層流を形成しながら流動するように、流量が調節されている。
送液ポンプ９を作動させると、収容容器２内から分離容器６内へ流入した細胞浮遊液が分離容器６内を略鉛直下方に向かって流動し、分離容器６の出口６ｂから流出した細胞浮遊液は、３方バルブＶ１によって選択された一方の回収容器７内に回収されるようになっている。

このように構成された細胞分離装置１の動作および作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る細胞分離装置１を用いて細胞浮遊液内の正または負の誘電泳動特性を有する細胞Ａ，Ｂを分離するには、電極４に高周波電圧を印加した状態で細胞浮遊液を収容容器２から回収容器７へ向けて流動させる。

負の誘電泳動特性を有する細胞Ｂは、電極４の近傍に近付くと、細胞浮遊液の流れに抗する方向の誘電泳動力によって電極４の上流側に留まる。一方、正の誘電泳動特性を有する細胞Ａは、電極４に引き寄せられつつ、重力と細胞浮遊液の流れによって電極４を通過して一方の回収容器７内に回収される。続いて、細胞浮遊液を回収する回収容器７を他方に切り替え、高周波電圧の印加を解除すると、それまで電極４の上流に留まっていた負の誘電泳動特性を有する細胞Ｂは、誘電泳動力が失われて流れに沿って流動して他方の回収容器７内に回収される。

この場合に、本実施形態によれば、正の誘電泳動特性を有する細胞Ａが電極４に引き寄せられて接触しても、絶縁部材３によって細胞Ａは電極４から電気的に絶縁されるため、細胞Ａが電気的な衝撃を受けることが防止される。これにより、高周波不平等電界の電位傾度を小さくすることなく正の誘電泳動特性を有する細胞Ａの損傷を防止して、細胞Ａ，Ｂの分離の精度を高く維持したまま、健全な状態でいずれの細胞Ａ，Ｂも回収することができるという利点がある。また、細胞浮遊液の流動方向を重力と略同一の方向にすることにより、正の誘電泳動特性を有する細胞Ａを分離容器６内においてよりスムーズに流動させることができるという利点がある。

上記実施形態においては、絶縁部材３として絶縁性のプラスチックを用いることしたが、これに代えて、不織布を用いることしてもよい。
このようにしても、細胞Ａ，Ｂの通過を禁止して電極４との電気的接触を防止しつつ、高周波不平等電界を分離容器６内に正常に発生させることができる。

また、上記実施形態においては、電極４として櫛歯状電極４Ａ，４Ｂを用いることとしたが、これに代えて、図５に示されるように、対向して配置された針状電極４ｃと平板状電極４ｄとを用いることとしてもよい。
針状電極４ｃと平板状電極４ｄは、分離容器６内の流動方向に交差する方向に対向して配置される。針状電極４ｃは、流動方向に沿って間隔を空けて複数配置されていることが好ましい。また、絶縁部材３は、少なくとも針状電極４ｃの表面に、好ましくは両方の電極４ｃ，４ｄの表面に設けられる。

針状電極４ｃと平板状電極４ｄとの間に高周波電圧を印加すると、図６に示されるように、針状電極４ｃから平板状電極４ｄへ向かって電位傾度が小さくなる高周波不平等電界が形成される。これにより、正の誘電泳動特性を有する細胞Ａは針状電極４ｃに引き寄せられて針状電極４ｃ近傍に捕集され、負の誘電泳動特性を有する細胞Ｂは平板状電極４ｄ側へ引き寄せられつつ細胞浮遊液の流れに乗って回収容器７へ流動する。この場合、上記実施形態と異なり、始めに負の誘電泳動特性を有する細胞Ｂを回収容器７に回収した後、高周波電圧の印加を解除して正の誘電泳動特性を有する細胞Ａを他方の回収容器７に回収する。

このようにしても、高い分離精度を維持しつつ、健全な状態で各種類の細胞Ａ，Ｂを回収することができる。また、電極４に形状が簡易なものを用いることにより、絶縁部材３の形状も簡易にすることができる。

また、この場合に、針状電極４ｃを覆う絶縁部材３に代えて、図７に示されるように、針状電極４ｃと平板状電極４ｄとを区画する電気絶縁材料からなるフィルタ３ｂを設けることとしてもよい。フィルタ３ｂは、細胞Ａ，Ｂの径寸法よりも小さい孔径のものが用いられる。

針状電極４ｃと平板状電極４ｄとの間に高周波不平等電界を形成させた状態で細胞浮遊液を平板状電極４ｄ側の空間に流動させると、正の誘電泳動特性を有する細胞Ａがフィルタ３ｂの表面に沿って捕集される。このようにしても、簡易な構成で正の誘電泳動特性を有する細胞Ａと針状電極４ｃとの電気的な接触を防止して、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

１細胞分離装置
２収容容器
３絶縁部材
３ａ孔
３ｂフィルタ
４電極
４Ａ，４Ｂ櫛歯状電極
４ａ，４ｂ直棒状電極
４ｃ針状電極
４ｄ平板状電極
５高周波電源（電圧供給部）
６分離容器（流路）
６ａ入口
６ｂ出口
７回収容器
８チューブ
９送液ポンプ
Ｖ１３方バルブ

Claims

誘電泳動特性の異なる複数種の細胞を含む細胞浮遊液を流動させる流路と、
該流路内において流動方向の途中位置に配置された電極と、
該電極からの距離に応じて電位傾度が変化する不平等電界を発生させるように前記電極に電圧を印加する電圧供給部と、
前記電極を覆い、前記細胞の径寸法より小さい径寸法の孔を有する電気絶縁材料からなる絶縁部材とを備える細胞分離装置。
前記孔の径寸法が、５μｍ以下である請求項１に記載の細胞分離装置。
前記絶縁部材が、ポリエチレン、ポリエスエルおよびポリウレタンのうち少なくとも１つからなる請求項１に記載の細胞分離装置。
前記絶縁部材が、不織布からなる請求項１に記載の細胞分離装置。