JP2010500014A - 微小電極を有する細胞外の膜電位変化を測定する装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、基板（１２）と、上記基板（１２）の上部面（１４）に配置されている微小電極の集合（１６）と、生体細胞及び灌流液体を入れることができるタンク（２４）とを有し、上記タンク（２４）には、上面に向かって開口し、かつ微小電極の上記集合（１６）を備えるエリアを囲む垂直なラテラルスカート（３６）がある、タイプの装置を提案しており、この装置は、上記ラテラルスカート（３６）は、上記基板（１２）に対して密閉される方法及び取り外し可能な方法で取り付けられている、ことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、細胞外の膜電位変化、すなわち、独立細胞または細胞組織に属している細胞である生体細胞の活動の変化を測定する装置に関連している。

このような装置は、細胞電位測定装置とも呼ばれ、電位変化、または、神経や筋肉組織のような興奮性細胞または興奮性組織の活動の様々なタイプに関連している変化、を測定するために、特に電気生理学の分野で用いられる。

このような電位変化を測定するために、基板の上部面に、微小電極の集合またはネットワークが配置されているタイプの装置の使用方法が知られている。

それゆえ、絶縁材で作られている全体的に平面な基板は、細胞または組織が置かれているエリアまたは測定が実行される測定エリアを形成する所定のパターンに従って配置されている微小電極の集合を有する。

複数の微小電極を用いることによって、電位変化の測定を行なうのに有効な多くのポイントが可能となる。

基板は、例えばガラスや他の絶縁材で作られ、さらに、その上部面には薄い層でできた微小電極のネットワークを有する。

このような装置は、測定が実行される生体細胞と同様に、組織または細胞が活動し続ける灌流溶液、別名灌流液体、も入れることができるタンクも有する。

このタンクは、本質的には、基板より上方へ垂直方向に延在する円筒状ラテラル、円筒状側面、または円筒状スカートで形成されており、微小電極の集合を有するエリアを囲む。

それゆえ、このタンクには、所定量の灌流液体を入れることが可能である。

公知の方法では、タンクは本質的に、例えばポリスチレンなどの合成材料で作られている円柱ラテラルスカートであり、タンクの下端部は、微小電極を備えるエリアを囲んで、接着によって基板の上部面に取り付けられているかまたは固定されている。

脳の切片のような細胞組織の細胞外の記録の状態は、微小電極のネットワーク（別名マルチ電極アレイ（ＭＥＡ））、特に液体のｐＨを制御する酸素ガス及び二酸化炭素含量、を用いて、細胞組織の上部面上方の灌流システムによって提供され用いられる灌流液体の様々なパラメータの制御を必要とする。

全てのパラメータ及び全ての灌流状態は、実行された測定値の特性を決定している。

公知の方法では、特に灌流液体の酸素含量を制御するために、装置のタンクは、生理食塩水が入っているタンクによって連続的に満たされる。

この目的のために、例えば９５％の酸素ガス及び５％の二酸化炭素ガスから成るいわゆるカーボゲンガス（carbogen gas）がタンクに挿入されている。この目的のために、公知の装置及び設備は、灌流液体が常時流れるように、タンクを満たす制御手段及びタンクから汲み出す制御手段を有する。

このような流れを提供する手段は、特に、タンクの高さが非常に低く規格化されているためにあふれ出てしまわないように、タンク内に一定量の液体が存在するようにする必要がある。

例えば、公知の方法では、可能なタンクの総容量はおよそ１mlであり、その内径はおよそ１８mmである。

このように、例えばおよそ１mlないし３ml／分の流量率である灌流液体の連続的な流れを用いる公知の装置は、非常に多くの灌流液体を消費する。

さらに、測定のためのタンクにおける実際のパラメータ及び状態を制御することは、特に複雑である。

オペレーターが微小電極を備えるエリアに細胞または細胞組織を容易に置くことができるように、タンクの高さ、すなわちタンクの垂直なラテラルスカート、は非常に低く、それゆえ、総容量は小さくなっている。

本発明の目的は、細胞または細胞組織を容易に置くことを可能にすると同時に、連続的にタンクに灌流液体を供給する手段を抑制するため、特に、タンクが多くの容量の灌流溶液を入れることができるような装置の高機能な設計図を提案することである。

本発明は、公知のタイプ及び特質の、規格化された微小電極を有効に利用することにも関連している。

この目的のために、本発明は、タンクのラテラルスカートは基板に対して密閉される方法及び取り外し可能な方法で取り付けられるということを特徴とする、初めに前述したタイプの装置を提案する。

それによって、このスカートは、細胞及び細胞組織を置いた後の基板に設置されるので、従来技術のスカートと比べてある程度の高さのあるスカートを用いることが可能となる。

本発明のその他の特長によると、
タンクは、基板に付加され、かつ上記の微小電極の集合を備える上記エリアを囲む、環状底部を有し、
ラテラルスカートは、密閉される方法及び取り外し可能な方法でタンクの環状底部に取り付けられ、
ラテラルスカートは、タンクの基板に対してねじで取り付けられ、
ラテラルスカートは、タンクの環状底部にねじで取り付けられ、
タンクのラテラルスカートの下方部は環状底部の垂直外側壁にねじで取り付けられ、
タンクには、およそ３mlないし５０mlの灌流液体を入れることが可能であり、
最大内のり寸法で隔てられているラテラルスカートの高さの比率は１よりも大きいかまたは１と等しく、
ラテラルスカートは円柱であり、その内径は５mmよりも大きいかまたは５mmと等しく、
ラテラルスカートの高さは、５mmよりも高いかまたは５mmと等しく、
装置は、灌流液体の容量及び混合を自動的に操作する手段を有し、タンク内に垂直に差し込まれている充填管及び排出管を有するタイプの装置であって、タンクの充填及び排出を連続的に制御するロボットに接続されており、
管はガントリーによって支持されており、タンクに対する管の置換は３本の直交軸に沿って制御されており、
自動的に操作する手段は、灌流液体の温度を制御する手段を含む。

本発明のその他の特長及び利点は以下の詳細な説明を参照して明確になり、また、理解を促すために以下の添付図面が参照される。

タンクがない状態の基板の、模式的な上面図である。 基板及び本発明に従って分解されているラテラルスカートを有するタンクの分解斜視図である。 本発明に従って分解されているラテラルスカートを有する、本発明に従った装置の使用法を示している図である。 本発明に従った装置を統合する自動装置を示している図である。

図１には、マルチ電極（ＭＥＡ）板１０が示されており、この板は、絶縁材で作られた平面基板１２で本質的に構成され、さらに、上部面１４の中心において、例として示されているような円状の輪郭を有する中心エリア１８に配置されている微小電極１６のネットワークを有する。

微小電極は、上部面１４上及び基板１２の表面に四角く配置されている電気接続パッド２２に接続されている。

四角い基板１２の各側面の長さはおよそ５０mmであり、エリア１８の直径はおよそ１０mmである。

図２に見られるように、本発明に従ったタンク２４、別名灌流タンク、は、下部２６及び上部３６の２つのパーツから作られている。

第１の下部２６は、タンク２４の総体的な軸Ａに対して垂直方向になっており、環状の平面板状の環状平面底部２８によって本質的に形成され、該底部の下面部は、基板１２の上部面１４上に取付けられており、例えば接着によって密閉されている状態で、図１において点線で示されている環状接着部２０に沿って接着されている。

下部基底部分２６は、例えばプラスチックで成型されている部分であり、環状底部２８は、例として、上方へ垂直にわずかな高さ延在しかつ内面タップ付きねじ山３２を持つ垂直外側壁３０で構成される。

環状底部２８は、その中央に丸穴３４によって穴をあけられており、この丸穴は、下部２６が上部面１４に密着している(sealably adhered)とき、微小電極１６のエリアを囲む。

環状円筒側壁３０に、非常にわずかな高さがあることによって、細胞または細胞組織を容易にエリア１６に置くことができる。

タンク２４にあるもう一方の上部３６は、円状の輪郭を有する垂直な円筒ラテラルスカートであり、例えば同じようにプラスチック成型である。

ラテラルスカート３６の下端部３８には、例として、雌ねじ３２に対して補足的な雄ねじ４０があるので、スカート３６は、ねじで締められるか、または、ねじをゆるめられることによって、下部２６上に取り外し可能な方法で据え付けられ及び取り付けられ、または固定される。

当然のことながら、ねじ山４０とタップ付きねじ山３２との協働及び／または１つ以上のシールガスケットのような付加的な密閉手段（図示されていない）によって密閉されるので、スカート３６を、組み立てられた所定の位置において下部基底部分２６上に取り外し可能なように取り付けると、その下部において、全体で、密閉されたタンクを形成する。

ラテラルスカート３６の内径はおよそ２７mmであり、高さは、非制限的な例として、タンクの全高がおよそ８５mmであり、およそ５０mlの灌流溶液を含むことが可能な高さである。

一般的に、高さ／直径の比率は１より大きいかまたは１と等しい。

２つのパーツまたは２つの部分から成るタンク２４の構造の設計及びジオメトリ的な設計は、ちょうど今説明した実施形態に限定されるものではない。

まず第１に、下部基底部分は、全ての部品を有する単一のパーツまたは、基板１のパーツで製造されている。

上部ラテラルスカート３６を、密閉可能なように及び取り外し可能なように下部基底部分２６に取り付ける手段は、一方で取り外し可能及び除去可能な取り付けの機能、もう一方で密閉の機能を提供する、適切なタイプである。

補足的なシールまたはシールガスケットの有無にかかわらず、差込み取り付け、弾性連結取り付けなどが、非制限的な例として言及される。

また、タンク２４のどちらか一方のパーツ及び／または両方のパーツの構成材料は、本発明の適用範囲から逸脱することなく変更することができる。

ラテラルスカートは透明または半透明であるので、ラテラルスカートの目視検査が可能であり、さらに後者は、タンク内に含まれる液体の容量を表す目盛りも有する。

図３に見られるように、タンク２４にある程度の高さ(large height)があることによって、多くの容量の灌流液体＜＜Ｌ＞＞、すなわち生理食塩水、を入れることができるので、もはや、タンク内に入っている灌流液体を連続的かつ常時流すような手段を用いる必要がない。

灌流液体のパラメータ及び状態の制御は、タンク２４内で正常所在で行われる。

本発明に従った装置には、タンク２４内及び灌流液体Ｌに差し込まれている垂直な管４４があるので、タンク２４は完全にまたは部分的に充填される及び／または完全にまたは部分的に空にされることが可能である。

導管６２もまた図示されており、導管６２は、灌流液体Ｌにカーボゲンガス４２を供給するために液体に差し込まれている。

代替として、連続的にガスを供給する導管６２はタンクの側壁に接続されている。

タンク内への、液体及び／またはその他の生成物の充填、排出及び注入は、灌流液体の容量及び混合を自動的に操作する手段によって制御され、この手段は制御ロボットまたは自動装置を形成する。

完全な形の装置、＜＜自動化ＭＥＡステーション＞＞が図４に模式的に示されており、測定は、本発明に従った装置を用いて規格化及び自動化された方法で実行される。

図４に示されている装置４６には、テーブルまたは基底５０があり、例として、ここには、１枚のＭＥＡ板１０が、ある程度の高さを持つタンク２４とともに設置されている。

この装置には、微小電極に置かれている監視カメラ５２があり、このカメラは、細胞組織または細胞の写真のための光モジュールを有するＣＣＤタイプである。

ガントリー５４も示されており、該ガントリーは、可動式かつ３本の直交軸に沿って制御されている少なくとも１つの管または針４４を支えている。この少なくとも１つの管または針４４を用いて、タンク２４は、例えば、多量の灌流液体から、例えば、テーブル５０の脇に設置されている容器またはタンク５６に貯蔵された状態に、空にされたり、及び／または充填され得る。

当然のことながら、測定タンクに入っている液体と取り替えられる液体を貯蔵する各々の容器５６は、容器自体が導管６２のようなガス供給導管に接続されている。

制御及び監視のための管理ラップトップコンピュータ５８がさらに図示されており、測定の結果を集計するためのもう１つのコンピュータセット６０と同様に、少なくとも部分的に自動的に操作される手段を持つ。

カーボゲンガス吸気管６２と、タンク２４において灌流液体の温度を制御する手段６４とが、模式的に図示されており、これらの手段６４はコンピュータ手段６０に接続されている。

本発明は、複数のタンクを有するＭＥＡ板に対しても適用され、板によって支持されている各々のタンクは、本発明に従った取り外し可能なラテラルスカートを有するか、または代替として、別のタンクのラテラルスカートは、本発明に従った単一の取り外し可能な部品を有する。

符合の説明

１０： マルチ電極板（マルチ電極アレイ（ＭＥＡ））
１２： 基板
１４： 基板１２の上部面
１６： 微小電極
１８： 微小電極を備え、細胞組織または細胞が置かれている中心エリア
２０： 接着部分
２２： 電気接続パッド
２４： ２パーツからなる灌流タンク
２６： 基板に堅く取り付けられている、灌流タンクの下部
２８： タンクの環状底部
３０： 環状底部の側壁
３２： 環状底部のタップ付き雌ねじ
３４： 環状底部の中心にある空孔
３６： 灌流タンクの上部取り外し可能な部分である、ラテラルスカート
３８： ラテラルスカートの下端部
４０： ラテラルスカートの雄ねじ
４２： カーボゲンガス
４４： 充填管または排出管、もしくは充填針または排出針
４６： 測定装置
５０： テーブル
５２： カメラ
５４： 制御された置換を行うガントリー
５６： 灌流液体を貯蔵する容器
５８： 制御コンピュータ
６０： 測定結果を処理するコンピュータ
６２： ガス供給導管
６４： 温度制御装置

Claims (13)

1. 独立細胞または細胞組織に属している生体細胞の活動と関連付けられている、細胞外の膜電位変化を測定する装置であって、前記装置は、
   基板（１２）と；
   前記基板（１２）の上部面（１４）に配置されている微小電極の集合（１６）と；
   上面に向かって開口し、かつ微小電極の前記集合（１６）を備えるエリア（１８）を囲む垂直なラテラルスカート（３６）を有し、生体細胞及び灌流溶液を入れることが可能なタンク（２４）と；
   を具備し、
   前記ラテラルスカート（３６）は、前記基板（１２）に対して密閉される方法及び取り外し可能な方法で取り付けられていることを特徴とする装置。
2. 前記タンク（２４）は、前記基板（１２）に付加され、かつ微小電極の前記集合（１６）を備える前記エリア（１８）を囲む環状底部（２８）を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記ラテラルスカート（３６）は、前記タンク（２４）の前記環状底部（２８）に対して密閉される方法及び取り外し可能な方法で取り付けられていることを特徴とする密閉される方法及び取り外し可能な方法で取り付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 前記ラテラルスカート（３６）は、前記基板（１２）に対してねじで取り付けられている、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記ラテラルスカート（３６）は、前記タンク（２４）の前記環状底部（２８、３０）にねじで取り付けられている、ことを特徴とする、請求項３と共同した、請求項４に記載の装置。
6. 前記タンク（２４）にある前記ラテラルスカート（３６）の前記下方部（３８）は前記環状底部（２８）の垂直外側壁（３０）にねじで取り付けられている、ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記タンク（２４）には、およそ３mlないし５０mlの灌流液体を入れることが可能である、ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の装置。
8. 最大内のり寸法で隔てられている前記ラテラルスカート（３６）の高さの比率は１よりも大きいかまたは１と等しい、ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記ラテラルスカート（３６）は円柱であることと、内のり寸法が５mm（ミリメートル）よりも大きいかまたは５mmと等しいこと、とを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記ラテラルスカート（３６）の高さは、５mm（ミリメートル）より小さいかまたは５mmと等しい、ことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記装置は、灌流液体の容量及び混合を自動的に操作される手段を有することを特徴とし、前記タンク（２４）内に垂直に差し込まれている充填管及び排出管（４４）を有するタイプの装置であって、前記タンク（２４）の充填及び排出を連続的に制御するロボットに接続されている、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記管（４４）はガントリー（５４）によって支持されていることを特徴とし、前記タンク（２４）に対する前記管の転位は３本の直交軸に沿って制御されている、ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 前記自動的に操作される手段は、灌流液体の温度を制御する手段を含む、ことを特徴とする請求項１２に記載の装置。

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