JP2015198592A - Cell arrangement chip and method for arranging cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、細胞配列チップおよび前記細胞配列チップを用いた細胞の配列方法に関する。 The present invention relates to a cell array chip and a cell array method using the cell array chip.
循環腫瘍細胞(CTC)や循環血管内皮細胞(CEC)、循環血管内皮前駆細胞(CEP)、各種幹細胞など(以下「希少細胞」ともいう)は、病態に応じて血液中に存在する。たとえば、血液中を循環する癌細胞であるCTCを検出することは、癌転移の早期発見の観点から非常に有用である。しかし、希少細胞は血液中に極めて稀にしか存在せず、検出することは極めて難しい。 Circulating tumor cells (CTC), circulating vascular endothelial cells (CEC), circulating vascular endothelial progenitor cells (CEP), various stem cells (hereinafter also referred to as “rare cells”) are present in the blood depending on the disease state. For example, detecting CTC, which is a cancer cell circulating in the blood, is very useful from the viewpoint of early detection of cancer metastasis. However, rare cells are very rare in blood and are extremely difficult to detect.
そこで近年、様々な希少細胞の検出方法が提案されている。たとえば、希少細胞の検出方法として、検体(例えば血液)に由来する細胞懸濁液を、複数の凹部(以下「マイクロチャンバー」ともいう)を有する細胞配列チップに提供し、マイクロチャンバーに細胞を収容した後、全細胞を分析する方法が提案されている。 Thus, in recent years, various rare cell detection methods have been proposed. For example, as a method for detecting rare cells, a cell suspension derived from a specimen (eg, blood) is provided to a cell array chip having a plurality of recesses (hereinafter also referred to as “microchamber”), and the cells are accommodated in the microchamber. After that, a method for analyzing whole cells has been proposed.
たとえば、特許文献1には、細胞を収容するためのマイクロチャンバーを有するマイクロアレイチップを用いた、細胞の検出方法が記載されている。特許文献1に記載の細胞の検出方法では、マイクロピペットを用いて細胞懸濁液をマイクロアレイチップに提供し、マイクロチャンバーに細胞を収容している。 For example, Patent Document 1 describes a cell detection method using a microarray chip having a microchamber for containing cells. In the cell detection method described in Patent Document 1, a cell suspension is provided to a microarray chip using a micropipette, and the cells are accommodated in a microchamber.
一方、特許文献2には、マイクロチャンバーと、さらに細胞懸濁液を導入するための流路を有する細胞組織体マイクロデバイスを用いた、細胞組織体の形成方法が記載されている。特許文献2に記載の細胞組織体の形成方法では、ポンプ機構により流路に細胞懸濁液を導入し、マイクロチャンバーに細胞を収容している。
On the other hand,
特許文献1および特許文献2に記載されているように、マイクロチャンバーに細胞を収容する場合、細胞の自重を利用して細胞を沈降させるのが一般的である。したがって、マイクロチャンバーへの細胞の移動は律速となり、マイクロチャンバーに細胞を収容するのに要する時間を短縮することができない。
As described in Patent Document 1 and
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、マイクロチャンバーに細胞を収容するのに要する時間を短縮できる細胞配列チップを提供することを目的とする。また、本発明は、この細胞配列チップを用いた細胞の配列方法を提供することも目的とする。 This invention is made | formed in view of this point, and it aims at providing the cell arrangement | sequence chip which can shorten the time required to accommodate a cell in a microchamber. Another object of the present invention is to provide a cell arrangement method using this cell arrangement chip.
本発明者らは、底面に複数の凹部(マイクロチャンバー)が形成されている流路において、流路を流れる液体を凹部に向かって流すための凸部を天面に形成することで上記課題を解決できることを見出し、さらに検討を加えて本発明を完成させた。 In the flow path in which a plurality of concave portions (microchambers) are formed on the bottom surface, the present inventors have formed the above-mentioned problem by forming a convex portion on the top surface for allowing the liquid flowing in the flow path to flow toward the concave portion. The present invention has been completed by finding out that the problem can be solved and further studying it.
すなわち、本発明は、以下の細胞配列チップに関する。 That is, the present invention relates to the following cell array chip.
[1]液体が流れる流路と、前記流路の底面に配置されている複数の凹部と、前記流路の天面に配置されている1または2以上の凸部と、を有する、細胞配列チップ。
[2]前記流路での液体の流れ方向および前記凹部の深さ方向に沿った、前記凹部の中心を通る前記流路の断面において、前記凸部の上流側側面の下端は、前記流路での液体の流れ方向において、当該凹部の上流側開口縁から開口径の半分の長さ上流側に位置する点と、前記凹部の下流側開口縁から開口径の半分の長さ下流側に位置する点との間に配置されている、[1]に記載の細胞配列チップ。
[3]前記断面において、前記凸部の上流側側面の下端は、前記流路での液体の流れ方向において、当該凹部の上流側開口縁と前記凹部の下流側開口縁との間に配置されている、[2]に記載の細胞配列チップ。
[4]前記凸部は、前記凹部上における前記流路での液体の流れ方向および前記凹部の深さ方向に対して直交する方向に延在する凸条である、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の細胞配列チップ。
[5]前記凹部の底面は、細胞接着性を有し、前記凹部の開口径は、20μm以上かつ500μm以下であり、前記凹部の深さは、10μm以上かつ250μm以下である、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の細胞配列チップ。
[6]前記流路での液体の流れ方向および前記凹部の深さ方向に沿った前記流路の断面において、前記凸部の下端は、前記凹部の深さ方向において前記凹部の開口縁よりも前記流路の天面側に配置されており、前記流路の天面の前記凸部が配置されていない領域と、前記流路の底面の前記凹部が配置されていない領域との間隔は、20μm以上かつ1000μm以下である、[1]〜[5]のいずれか一項に記載の細胞配列チップ。
[1] A cell array having a flow path through which liquid flows, a plurality of concave portions disposed on the bottom surface of the flow path, and one or more convex portions disposed on the top surface of the flow path. Chip.
[2] In the cross section of the flow path passing through the center of the recess along the flow direction of the liquid in the flow path and the depth direction of the recess, the lower end of the upstream side surface of the protrusion is the flow path In the direction of liquid flow at a point located upstream from the upstream opening edge of the concave portion by a half length of the opening diameter and from the downstream opening edge of the concave portion to a downstream length of half the opening diameter. The cell array chip according to [1], wherein the cell array chip is disposed between
[3] In the cross section, the lower end of the upstream side surface of the convex portion is disposed between the upstream opening edge of the concave portion and the downstream opening edge of the concave portion in the liquid flow direction in the flow path. The cell array chip according to [2].
[4] The convex portions are convex strips extending in a direction perpendicular to the liquid flow direction in the flow path on the concave portion and the depth direction of the concave portion, [1] to [3]. The cell array chip according to any one of the above.
[5] The bottom surface of the recess has cell adhesion, the opening diameter of the recess is 20 μm or more and 500 μm or less, and the depth of the recess is 10 μm or more and 250 μm or less. [4] The cell array chip according to any one of [4].
[6] In the cross section of the flow path along the flow direction of the liquid in the flow path and the depth direction of the concave portion, the lower end of the convex portion is more than the opening edge of the concave portion in the depth direction of the concave portion. The space between the top surface of the flow channel and the region where the convex portion of the top surface of the flow channel is not disposed, and the region where the concave portion of the bottom surface of the flow channel is not disposed, The cell array chip according to any one of [1] to [5], which is 20 μm or more and 1000 μm or less.
また、本発明は、以下の細胞の配列方法に関する。 The present invention also relates to the following cell sequencing method.
[7]液体が流れる流路と、前記流路の底面に配置されている複数の凹部と、前記流路の天面に配置されている1または2以上の凸部と、を有する、細胞配列チップを準備する工程と、細胞を含有する液体を前記流路内に導入し、前記凹部内に前記細胞を回収する工程と、を含む、細胞配列方法。
[8]前記液体の導入は、間欠的に行われる、[7]に記載の細胞配列方法。
[7] A cell array having a flow path through which a liquid flows, a plurality of concave portions disposed on the bottom surface of the flow path, and one or more convex portions disposed on the top surface of the flow path. A cell arraying method comprising: a step of preparing a chip; and a step of introducing a liquid containing cells into the flow path and collecting the cells in the recess.
[8] The cell arrangement method according to [7], wherein the introduction of the liquid is performed intermittently.
本発明によれば、マイクロチャンバーに細胞を収容するのに要する時間を短縮できる細胞配列チップを提供することができる。したがって、本発明によれば、例えば細胞配列チップを用いた希少細胞の検出に要する時間を短縮することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cell arrangement | sequence chip which can shorten the time required to accommodate a cell in a microchamber can be provided. Therefore, according to the present invention, for example, the time required for detecting rare cells using a cell array chip can be shortened.
本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[細胞配列チップ]
図1は、本発明の一実施の形態に係る細胞配列チップ100を示す図である。図1Aは、細胞配列チップ100の平面図であり、図1Bは、図1Aに示されるA−A線の断面図である。図1Aおよび図1Bに示されるように、細胞配列チップ100は、マイクロチャンバーチップ110、枠体120および天板130を有する。
[Cell array chip]
FIG. 1 is a diagram showing a
図2Aは、マイクロチャンバーチップ110の平面図であり、図2Bは、枠体120の平面図であり、図2Cは、天板130の底面図である。図1Bに示されるように、マイクロチャンバーチップ110、枠体120および天板130をこの順で積層することで、液体が流れる流路121が形成される。つまり流路121とは、後述する導入口131などから液体が導入された場合に液体が流れる空間をいう。
2A is a plan view of the
(マイクロチャンバーチップ)
図1Bおよび図2Aに示されるように、マイクロチャンバーチップ110は、基板111と、基板111の一方の面に形成された複数のマイクロチャンバー112(凹部)とを有する。図1Bに示されるように、基板111のマイクロチャンバー112が形成されている面は、液体(例えば細胞懸濁液や洗浄液、染色液など)が流れる流路121の底面となる。各マイクロチャンバー112は、流路121に対して開口している。マイクロチャンバー112の数および配置は、特に限定されない。本実施の形態では、図2Aに示されるように、マイクロチャンバー112は、流路121の中央部にマトリックス状に配置されている。
(Microchamber chip)
As shown in FIG. 1B and FIG. 2A, the
基板111(マイクロチャンバーチップ110)の素材は、特に限定されない。基板111の素材は、マイクロチャンバー112内に収容される細胞の種類に応じて適宜選択されうる。たとえば、マイクロチャンバー112内に収容される細胞に好適な細胞接着性を付与するように荷電状態や親水性、疎水性などを考慮して、基板111の素材を選択すればよい。ここで、「細胞接着性」とは、基板111に対する細胞の接着力が大きくなるような基板111表面の性質を意味する。「細胞の接着力」とは、平面に付着している複数の細胞に対して、前記平面と略平行方向に力を加えたときに、半数(50%)の細胞が前記平面から剥離する力の値(単位:N)を意味する。たとえば、底面(平面)上に複数の細胞が付着している流路121に液体を流した場合、細胞に加えられる力Fは以下の式(1)で算出される。
F=3πμVd …(1)
ここで、Fは細胞に加えられる力(N)、μは液体の粘性係数(N/m2・s)、Vは液体の流速(m/s)、dは細胞の直径(m)である。具体的には、細胞の接着力Fは、0.01nN超であることが好ましく、0.1nN以上であることがより好ましい。
The material of the substrate 111 (microchamber chip 110) is not particularly limited. The material of the
F = 3πμVd (1)
Where F is the force applied to the cell (N), μ is the viscosity coefficient of the liquid (N / m 2 · s), V is the flow velocity of the liquid (m / s), and d is the diameter of the cell (m). . Specifically, the cell adhesion force F is preferably more than 0.01 nN, more preferably 0.1 nN or more.
また、基板111は、表面処理されていてもよい。表面処理の方法の例には、プラズマ処理、コロナ放電処理、ブロッキング剤によるブロッキング処理、親水性ポリマーやタンパク質、脂質などによるコーティング処理が含まれる。これらは、単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。基板111の素材の例には、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリジメチルシロキサン、アクリル樹脂、シクロオレフィンポリマーなどの樹脂が含まれる。本実施の形態では、基板111は、疎水性の樹脂(例えば、ポリスチレンやポリプロピレン、アクリル樹脂、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマーなど)からなり、マイクロチャンバー112の底面は、疎水性である。基板111の厚みは、必要な強度を確保できれば特に限定されず、マイクロチャンバー112の深さなどに応じて適宜設定されうる。
Further, the
マイクロチャンバー112の形状は、1個または2個以上の細胞を収容することができれば特に限定されない。マイクロチャンバー112の形状の例には、円柱、多角柱、逆円錐台、逆多角錐台が含まれる。また、マイクロチャンバー112の大きさは、特に限定されず、マイクロチャンバー112に収容される細胞の種類や収容される細胞の数などに応じて適宜設定されうる。通常は、マイクロチャンバー112の大きさは、マイクロチャンバー112の底面に10〜15個程度の細胞が付着できる大きさであることが好ましい。たとえば、マイクロチャンバー112の開口径は、20〜500μmの範囲内であり、マイクロチャンバー112の深さは、10〜250μmの範囲内である。
The shape of the
基板111にマイクロチャンバー112を形成する方法は、特に限定されない。基板111にマイクロチャンバー112を形成する方法の例には、金型成形法やリソグラフィ法、収束イオンビーム(FIB)を用いる方法などが含まれる。また、マイクロチャンバー112が形成されたフィルムを基板111に貼り付けてもよいし、マイクロチャンバー112が既に形成された市販の基板111(マイクロチャンバーチップ110)を購入してもよい。
A method for forming the
マイクロチャンバー112内に収容される細胞の種類は、特に限定されない。マイクロチャンバー112内に収容される細胞の例には、循環腫瘍細胞(CTC)や循環血管内皮細胞(CEC)、循環血管内皮前駆細胞(CEP)、循環胎児細胞、抗原特異的T細胞、各種幹細胞などが含まれる。
The kind of cell accommodated in the
(枠体)
図1Bおよび図2Bに示されるように、枠体120は、マイクロチャンバーチップ110と天板130との間に配置されている、貫通孔122を有する薄板である。貫通孔122の形状は、マイクロチャンバー112上に細胞懸濁液を流すことが可能であれば、特に限定されず、用途に応じて適宜選択されうる。また、枠体120の厚みは、流路121の天面の凸部133が配置されていない領域と、流路121の底面のマイクロチャンバー112が配置されていない領域との間隔(流路の深さ)に相当する。枠体120の厚みは、特に限定されず、所望の流路の高さ(深さ)に応じて適宜設定される。たとえば、枠体120の厚みは、20〜1000μmの範囲内である。枠体120の厚みを20〜1000μmの範囲内とすることで、流路121内においてマイクロチャンバー112外の面に付着した細胞を、流路121内を流れる液体の力で容易に剥離させることが可能となる。また、流路121内の細胞による目詰まりの発生を防止しつつ、流路121内の細胞懸濁液中の細胞がマイクロチャンバー112内に沈降するまでの時間を短縮することもできる。
(Frame)
As shown in FIG. 1B and FIG. 2B, the
枠体120の素材は、特に限定されず、公知のマイクロプレートなどと同じ素材であってもよい。枠体120の素材の例には、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリレート、環状オレフィンコポリマーなどの樹脂が含まれる。また、枠体120は、両面に粘着性を有するシリコンシート(両面シール)などであってもよい。枠体120として両面シールを使用することで、マイクロチャンバーチップ110、枠体120および天板130を容易に固定することができる。
The material of the
枠体120の貫通孔122の内面は、流路121の側面となる。そのため、枠体120の貫通孔122の内面は、細胞配列チップ100の使用時には細胞懸濁液と接触する。したがって、枠体120の貫通孔122の内面は、必要に応じて表面処理されていてもよい。表面処理の例には、プラズマ処理、コロナ放電処理、親水性ポリマーやタンパク質、脂質などによるコーティング処理が含まれる。たとえば、枠体120の貫通孔122の内面は、細胞の非特異的結合を防止するためのブロッキング処理が施されてもよい。ブロッキング剤の例には、カゼイン、スキムミルク、アルブミン(ウシ血清アルブミンを含む)、ゼラチン、ポリエチレングリコールなどの高分子化合物;リン脂質、エチレンジアミンやアセトニトリルなどの低分子化合物などが含まれる。これらは、単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。なお、枠体120は、マイクロチャンバーチップ110または天板130と一体化されていてもよい。
An inner surface of the through
(天板)
図1Bおよび図2Cに示されるように、天板130は、枠体120の上に配置されている、第1の貫通孔131、第2の貫通孔132、および一方の面に1または2以上の凸部133を有する薄板である。天板130の凸部133が配置されている面は、液体が流れる流路121の天面となる。また、第1貫通孔131は、マイクロチャンバーチップ110、枠体120および天板130を積層したとき、液体を流路121に導入するための導入口131となる。第2貫通孔132は、流路121内から液体を排出するための排出口132となる。通常、導入口131は、流路121の一端に連通する。また排出口132は、流路121の他端に連通する。導入口131および排出口132の形状は、特に限定されない。また、天板130の厚みも、必要な強度を確保できれば特に限定されない。
(Top board)
As shown in FIG. 1B and FIG. 2C, the
凸部133は、後述するように、流路121を流れる液体の進行方向を変え、マイクロチャンバー112内への細胞の移動を促進する。本実施の形態では、天板130は、マイクロチャンバーチップ110のマイクロチャンバー112と同数の凸部133を有する。各凸部133は、各マイクロチャンバー112に対応する位置に配置されている。
As will be described later, the
マイクロチャンバー112上における液体の進行方向の成分は、液体の流れ方向、マイクロチャンバー112の深さ方向、ならびに液体の流れ方向およびマイクロチャンバー112の深さ方向に対して直交する方向(以下「流路121の幅方向」ともいう)からなる。ここで、「液体の流れ方向」とは、天板130を平面視したときに、マイクロチャンバー112上において液体が流れる方向をいう。また、液体の流れ方向、マイクロチャンバー112の深さ方向、および流路121の幅方向は互いに直交する。
The components in the traveling direction of the liquid on the
凸部133の形状は、液体の進行方向を変え、マイクロチャンバー112内への細胞の移動を促進することができれば特に限定されない。凸部133の形状の例には、三角柱や四角柱などの多角柱;三角錐や四角錐などの多角錐などが含まれる。
The shape of the
流路121の幅方向での凸部133の長さは、液体の進行方向を変え、マイクロチャンバー112内への細胞の移動を促進することができれば特に限定されず、マイクロチャンバー112の開口径、凸部133の位置などにより適宜設定されうる。
The length of the
液体の流れ方向での凸部133の長さは、凸部133が液体の流圧に対して必要な強度を確保できれば特に限定されず、液体の流れ方向における凸部133間の間隔などに応じて適宜設定されうる。
The length of the
凸部133の高さも液体の進行方向を変え、マイクロチャンバー112内への細胞の移動を促進することができれば特に限定されず、枠体120の厚みや凸部133の形状、位置などにより適宜設定されうる。凸部133の下端は、マイクロチャンバー112の開口縁よりもマイクロチャンバー112の底面側に配置されてもよい。しかしながら、マイクロチャンバー112内の細胞がマイクロチャンバー112外に移動することを抑制する観点からは、凸部133の下端は、マイクロチャンバー112の開口縁よりも流路121の天面側に配置されていることが好ましい。
The height of the
凸部133の位置は、液体の進行方向を変え、マイクロチャンバー112内への細胞の移動を促進することができれば、特に限定されない。細胞の配列を促進する観点からは、凸部133は、マイクロチャンバー112の近傍に配置されることが好ましい。
The position of the
図3Aは、本実施の形態に係る細胞配列チップ100の部分拡大断面図であり、図3Bは、凸部133を有しない従来の細胞配列チップ100’の部分拡大断面図である。図3Aおよび図3Bは、液体の流れ方向およびマイクロチャンバー112の深さ方向に沿った断面図である。図中の左側が上流であり、右側が下流である。
3A is a partially enlarged cross-sectional view of the
図3Aに示されるように、マイクロチャンバー112の、液体の流れ方向の開口径をRとする。液体の流れ方向およびマイクロチャンバー112の深さ方向に沿った、マイクロチャンバー112の中心を通る流路121の断面において、凸部133の上流側側面の下端134は、流路121での液体の流れ方向において、マイクロチャンバー112の上流側開口縁から開口径の半分の長さ(R/2)上流側に位置する点と、マイクロチャンバー112の下流側開口縁から開口径の半分の長さ(R/2)下流側に位置する点との間(図3Aでの破線Aおよび破線Bの間)に配置されることが好ましい。また、前記断面において、凸部133の上流側側面の下端134は、流路121での液体の流れ方向において、マイクロチャンバー112の上流側開口縁とマイクロチャンバー112の下流側開口縁との間に配置されていることがより好ましい。ここで、「マイクロチャンバー112の中心」とは、マイクロチャンバー112の開口面の重心を意味する。
As shown in FIG. 3A, let R be the opening diameter of the
図3Aに示されるように、本実施の形態に係る細胞配列チップ100では、凸部133が液体の進行方向を変える。それにより、液体の進行方向の成分のうちマイクロチャンバー112の深さ方向の成分が増大し、液体に含まれる細胞10のマイクロチャンバー112への移動速度が増大する。さらに、凸部133がマイクロチャンバー112の近傍に配置されている場合、液体の進行方向は、凸部133が配置されたマイクロチャンバー112の近傍で変えられるため、マイクロチャンバー112が配置されている領域に沈降する細胞10の割合が増加する。その結果として、本実施の形態に係る細胞配列チップ100は、マイクロチャンバー112内への細胞10の収容に要する時間を短縮することができる。
As shown in FIG. 3A, in the
一方、図3Bに示されるように、凸部133を有しない従来の細胞配列チップ100’では、細胞10は自重のみによってマイクロチャンバー112へ移動しなければならない。そのため、細胞10のマイクロチャンバー112への移動速度は遅い。そのため、凸部133を有しない細胞配列チップ100’では、マイクロチャンバー112内への細胞10の収容に長時間を要する。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, in the conventional
天板130に凸部133を形成する方法は、特に限定されない。凸部133を形成する方法の例には、金型成形加工やリソグラフィ、エッチング、収束イオンビーム(FIB)などが含まれる。また、凸部133が形成されたフィルムを平板に貼り付けてもよい。
The method for forming the
天板130の素材は、特に限定されないが、蛍光顕微鏡などを用いて外部から流路121内を観察する観点からは、光透過性を有する素材であることが好ましい。天板130の素材の例には、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリジメチルシロキサン、アクリル樹脂、シクロオレフィンポリマーなどの樹脂が含まれる。また、枠体120と同様に、天板130の流路121の天面となる面(凸部133が配置されている面)も表面処理(例えばブロッキング処理)されていてもよい。
The material of the
以上の構成により、本実施の形態に係る細胞配列チップ100を製造することができる。たとえば、細胞配列チップ100は、マイクロチャンバーチップ110、枠体120および天板130をこの順番で積層し、互いに固定することで製造されうる。これらを固定する方法は、特に限定されないが、観察やメンテナンスの観点から互いに取り外し可能に固定されることが好ましい。固定方法の例には、係合による固定、螺子を用いた固定、粘着剤を用いた固定が含まれる。
With the above configuration, the
[細胞の配列方法]
次に、本実施の形態に係る細胞配列チップ100の使用方法(本実施の形態に係る細胞の配列方法)について説明する。
[Cell arrangement method]
Next, a method for using the
まず、本実施の形態に係る細胞配列チップ100を準備する。
First, the
次に、細胞配列チップ100のマイクロチャンバー112内に、細胞10を回収する。具体的には、細胞を含有する液体(細胞懸濁液)を導入口131から流路121内に導入して、流路121内を細胞懸濁液で満たす。次いで、細胞配列チップ100を一定時間(例えば1〜15分間)静置する。これにより、細胞懸濁液に含まれる細胞10の一部をマイクロチャンバー112内に沈降させることができる。しかし、残部の細胞10はマイクロチャンバー112外に沈降してしまう。そのため、マイクロチャンバー112外に沈降している細胞10をマイクロチャンバー112内に回収するために、間欠送液を行うことが好ましい。間欠送液を行うことにより、マイクロチャンバー112外の細胞10に間欠的に移動力を付与し、細胞10をマイクロチャンバー112内に回収することができる。
Next, the
間欠送液は、マイクロチャンバー112外の細胞10を送液方向に移動させるためのワンショット送液工程と、移動した細胞10を沈降させるための静置工程とを含む。送液を行う装置が、所定の送液圧を所定の時間、流路121内に発生させて、マイクロチャンバー112外の細胞10を送液方向に移動させるように送液をすると、「ワンショット送液」となる。一方、この装置が、送液圧を発生させないと「静置」となる。ワンショット送液工程の開始から静置工程の終了までを1サイクルとすると、マイクロチャンバー112外の細胞10は、例えば1サイクルで送液方向に50μm程度移動する。マイクロチャンバー112外の細胞10がマイクロチャンバー112の直上に移動した場合は、その細胞10はマイクロチャンバー112内に沈降する。マイクロチャンバー112外の細胞10をマイクロチャンバー112内に回収する観点からは、間欠送液のサイクル数は、2回以上が好ましく、10回以上がより好ましい。
The intermittent liquid feeding includes a one-shot liquid feeding process for moving the
なお、間欠送液では、導入口131からだけでなく、排出口132から送液を行ってもよい。たとえば、導入口131から間欠送液を1サイクルまたは2サイクル以上を行った後、排出口132から間欠送液を1サイクルまたは2サイクル以上を行ってもよい。導入口131および排出口132から交互に間欠送液を行うことで、マイクロチャンバー112内に細胞10をより効率的に回収することができる。
In intermittent liquid feeding, liquid feeding may be performed not only from the
ワンショット送液における送液量は、流路121の大きさなどに応じて適宜設定される。たとえば、ワンショット送液における送液量は、流路121内の細胞懸濁液の体積の1/100〜1/2程度が好ましい。また、流路121内の流速が1mm/秒以下となるように、単位時間あたりの送液量を調整することが好ましい。静置時間は、特に限定されないが、例えば1〜30秒間である。
The amount of liquid in the one-shot liquid feeding is appropriately set according to the size of the
前述のとおり、本実施の形態に係る細胞配列チップ100では、凸部133を有しない細胞配列チップ100’と比べて、マイクロチャンバー112内へ細胞10の移動速度が速い。そのため、本実施の形態に係る細胞配列チップ100では、凸部133を有しない細胞配列チップ100’と比較して静置時間を短くすることができる。
As described above, in the
以上のように、本実施の形態の細胞配列チップ100を使用することで、流路121内に細胞懸濁液を導入した際に、マイクロチャンバー112内へ細胞10を効率的に移動させることができる。このため、本実施の形態の細胞配列チップ100を使用することで、マイクロチャンバー112内に細胞10を収容するのに要する時間を短縮できる。
As described above, by using the
なお、上記実施の形態では、マイクロチャンバーチップ110の複数のマイクロチャンバー112と、天板130の複数の凸部133とがそれぞれ対応する細胞配列チップ100について説明した。しかしながら、マイクロチャンバー112と凸部133とは同数でなくてもよい。たとえば、図4に示されるように、細胞配列チップ100は、マイクロチャンバー112よりも少数の、流路121の幅方向に延在する凸部133(凸条)を有していてもよい。この場合、凸部133(凸条)の流路121の幅方向の長さは、マイクロチャンバー112の流路121の幅方向の長さよりも長く、各凸部133(凸条)は、複数のマイクロチャンバー112に対応する。このようにすることで、流路121の幅方向に隣接する凸部133の間を通って流れる液体が無くなり、マイクロチャンバー112に向かって流れる液体を増加させることができる。なお、本明細書において「凸条」とは、一方向に延びる細長い凸部を意味する。
In the above embodiment, the
以下、本発明について実施例を参照して詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例により限定されない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail with reference to an Example, this invention is not limited by these Examples.
[実施例1]
1.細胞配列チップの作製
金型成形加工により、ポリスチレンからなる、スライドガラスと同じ大きさのマイクロチャンバーチップを作製した。マイクロチャンバーチップの上面の中央の領域(長手方向50mm,短手方向20mm)に、マイクロチャンバー(開口径100μm,底面径80μm,深さ50μm)をピッチ300μmで10000孔形成した。
[Example 1]
1. Production of Cell Array Chip A micro-chamber chip made of polystyrene and having the same size as a slide glass was produced by molding. In the center region (
金型成形加工により、アクリル樹脂からなる、2つの貫通孔(導入口および排出口)を有する天板(長手方向100mm,短手方向50mm)を作製した。天板の下面の中央の領域(長手方向50mm,短手方向20mm)に、凸部(長手方向50μm,短手方向50μm,高さ50μm)をピッチ300μmで10000個形成した。
A top plate (
マイクロチャンバーチップの上面上に、枠体として貫通孔を有する両面シール(厚み100μm)を積層した。さらに、枠体の上に天板を積層して、細胞配列チップAを作製した。細胞配列チップAでは、マイクロチャンバーチップの上面(流路の底面)に形成された各マイクロチャンバーと、天板の下面(流路の天面)に形成された各凸部とが対向している。細胞配列チップAを平面視した場合、各凸部の上流側側面の下端が、対応するマイクロチャンバーの開口部の中心と重なるように、各凸部は配置されている。 A double-sided seal (thickness: 100 μm) having a through hole as a frame was laminated on the upper surface of the microchamber chip. Further, a cell array chip A was produced by stacking a top plate on the frame. In the cell array chip A, each microchamber formed on the upper surface (bottom surface of the channel) of the microchamber chip and each convex portion formed on the lower surface of the top plate (top surface of the channel) face each other. . When the cell array chip A is viewed in plan, each convex portion is arranged so that the lower end of the upstream side surface of each convex portion overlaps the center of the opening of the corresponding microchamber.
また、比較例として、凸部を有する天板を用いる代わりに、凸部を有しない天板(平板状のアクリル樹脂基板)を用いて、細胞配列チップAと同様の手順により細胞配列チップBを作製した。 In addition, as a comparative example, instead of using a top plate having convex portions, a cell array chip B is formed by a procedure similar to that of the cell array chip A using a top plate (a flat acrylic resin substrate) having no convex portions. Produced.
2.細胞配列チップへの細胞の配列
以下の手順により、細胞配列チップA(実施例)および細胞配列チップB(比較例)に細胞懸濁液を導入し、マイクロチャンバー内に収容された細胞の割合を測定した。
2. Cell Arrangement on Cell Array Chip According to the following procedure, the cell suspension is introduced into the cell array chip A (Example) and the cell array chip B (Comparative Example), and the proportion of cells contained in the microchamber is determined. It was measured.
細胞配列チップの導入口および排出口に、それぞれチューブコネクタを介して送液チューブを接続した。一端が導入口に接続された送液チューブの他端を、30%エタノール水溶液中に配置した。また、一端が排出口に接続された送液チューブの他端をシリンジポンプに接続した。この状態で、シリンジポンプを用いて15mL/分の速度でエタノール水溶液を吸引して、流路内全面(マイクロチャンバーの底面および側面を含む)を濡らした。次いで、一端が導入口に接続された送液チューブの他端を、リン酸緩衝液(PBS)中に移動させた。この状態で、シリンジポンプを用いて15mL/分の速度でリン酸緩衝液を吸引して、流路内を洗浄した。一端が導入口に接続された送液チューブの他端を、100μL中に2×105個の白血球細胞を含む細胞懸濁液中に配置した。また、一端が排出口に接続された送液チューブの他端をシリンジポンプに接続した。この状態で、シリンジポンプを用いて0.0005〜10mL/分の間の所定の速度で100μLの細胞懸濁液を吸引して、流路内を細胞懸濁液で満たした。5分間静置した後、光学顕微鏡を用いて、マイクロチャンバー内に収容された細胞数を計測し、各流速におけるマイクロチャンバー内への細胞の回収率を算出した。実験結果を表1に示す。 A liquid feeding tube was connected to each of the inlet and outlet of the cell array chip via a tube connector. The other end of the liquid feeding tube having one end connected to the inlet was placed in a 30% aqueous ethanol solution. Moreover, the other end of the liquid feeding tube having one end connected to the discharge port was connected to a syringe pump. In this state, the ethanol aqueous solution was sucked at a rate of 15 mL / min using a syringe pump to wet the entire surface of the flow path (including the bottom and side surfaces of the microchamber). Next, the other end of the liquid feeding tube having one end connected to the introduction port was moved into a phosphate buffer solution (PBS). In this state, the phosphate buffer was sucked at a rate of 15 mL / min using a syringe pump to wash the inside of the flow path. The other end of the liquid feeding tube having one end connected to the inlet was placed in a cell suspension containing 2 × 10 5 white blood cells in 100 μL. Moreover, the other end of the liquid feeding tube having one end connected to the discharge port was connected to a syringe pump. In this state, 100 μL of the cell suspension was sucked at a predetermined rate of 0.0005 to 10 mL / min using a syringe pump, and the flow path was filled with the cell suspension. After allowing to stand for 5 minutes, the number of cells accommodated in the microchamber was counted using an optical microscope, and the recovery rate of the cells into the microchamber at each flow rate was calculated. The experimental results are shown in Table 1.
表1に示されるように、実施例に係る細胞配列チップAでは、今回実施したすべての流速において比較例に係る細胞配列チップBよりも高い割合で細胞を回収することができた。特に、流速が0.01mL/分の場合、比較例に係る細胞配列チップBでは30%の細胞しか回収できなかったのに対し、実施例に係る細胞配列チップAでは80%もの細胞を回収することができた。 As shown in Table 1, in the cell array chip A according to the example, cells could be recovered at a higher rate than the cell array chip B according to the comparative example at all the flow rates performed this time. In particular, when the flow rate is 0.01 mL / min, the cell array chip B according to the comparative example can recover only 30% of the cells, whereas the cell array chip A according to the example recovers as many as 80% of the cells. I was able to.
以上の結果から、流路の天面に1または2以上の凸部を有する細胞配列チップは、マイクロチャンバーに細胞を収容するのに要する時間を短縮できることがわかる。 From the above results, it can be seen that the cell array chip having one or more convex portions on the top surface of the flow path can shorten the time required to accommodate cells in the microchamber.
[実施例2]
凸部の位置がそれぞれ異なる複数の細胞配列チップについて、流体解析ソフトウェア(FLOW−3D バージョン10;フローサイエンス社)を用いて、マイクロチャンバー近傍における液体の流れのシミュレーションを行った。マイクロチャンバーの開口部径を100μm、マイクロチャンバーの深さを50μm、凸部の長手方向の長さを100μm、凸部の高さを50μmと設定した。細胞配列チップを平面視した場合の液体の流れ方向における凸部の上流側側面の下端の位置を変数について、以下の5つの条件(変数)を設定した。
条件1:凸部がない場合(以下「凸なし」という)
条件2:対応するマイクロチャンバーの開口部の中心と重なる場合(以下「凸50」という)
条件3:対応するマイクロチャンバーの上流側開口縁と重なる場合(以下「凸100」という)
条件4:対応するマイクロチャンバーの上流側開口縁からさらに25μm上流側に位置する場合(以下「凸125」という)
条件5:対応するマイクロチャンバーの上流側開口縁からさらに50μm上流側に位置する場合(以下「凸150」という)
[Example 2]
With respect to a plurality of cell array chips each having a different position of the convex portion, a fluid flow simulation in the vicinity of the microchamber was performed using fluid analysis software (FLOW-
Condition 1: When there is no protrusion (hereinafter referred to as “no protrusion”)
Condition 2: When overlapping with the center of the opening of the corresponding microchamber (hereinafter referred to as “convex 50”)
Condition 3: When overlapping with the upstream opening edge of the corresponding micro chamber (hereinafter referred to as “convex 100”)
Condition 4: When located further 25 μm upstream from the upstream opening edge of the corresponding microchamber (hereinafter referred to as “convex 125”)
Condition 5: When located 50 μm upstream from the upstream opening edge of the corresponding micro chamber (hereinafter referred to as “convex 150”)
評価指標としては、基板表面(マイクロチャンバー外の領域を基準とする)から天板方向22μm(一般的な細胞の直径に相当)の位置における、液体の流れ方向の液体の流速に対するマイクロチャンバーの深さ方向の液体の流速の比を採用した。本指標は、数値が大きいほど、細胞がマイクロチャンバーの深さ方向へ移動しやすいことを示唆する。 As an evaluation index, the depth of the microchamber with respect to the liquid flow velocity in the liquid flow direction at a position of 22 μm (corresponding to a general cell diameter) from the substrate surface (based on the area outside the microchamber) to the top plate direction. The ratio of liquid flow rate in the vertical direction was adopted. This index suggests that the larger the numerical value, the easier the cells move in the depth direction of the microchamber.
シミュレーションの結果を図5に示す。図5のグラフにおいて、横軸(r)は、マイクロチャンバーの開口部の中心を0とした場合に、液体の流れ方向における凸部の上流側側面の下端の位置(μm)を示す。rが−50〜50(μm)である位置に、マイクロチャンバーが開口している。一方、縦軸(C)は、前述の評価指標(流速の比)である。 The result of the simulation is shown in FIG. In the graph of FIG. 5, the horizontal axis (r) indicates the position (μm) of the lower end of the upstream side surface of the convex portion in the liquid flow direction when the center of the opening of the micro chamber is 0. The microchamber is opened at a position where r is −50 to 50 (μm). On the other hand, the vertical axis (C) is the above-described evaluation index (flow rate ratio).
図5に示されるように、流路の天面に凸部がない場合(凸なし)に比べて、流路の天面に凸部がある場合(凸50、凸100、凸125および凸150)では、マイクロチャンバー近傍において、深さ方向の液体の流速が増大しており、マイクロチャンバー内に細胞が移動しやすいことがわかる。特に、凸部の上流側側面の下端がマイクロチャンバー上に位置する場合(凸50および凸100)、深さ方向の液体の流速が顕著に増大することがわかる。 As shown in FIG. 5, when there are convex portions on the top surface of the flow path (convex 50, convex 100, convex 125 and convex 150), compared to the case where there is no convex portion on the top surface of the flow path (no convexity). ), The flow velocity of the liquid in the depth direction increases in the vicinity of the microchamber, and it can be seen that the cells easily move into the microchamber. In particular, when the lower end of the upstream side surface of the convex portion is located on the microchamber (convex 50 and convex 100), it can be seen that the flow rate of the liquid in the depth direction increases significantly.
本発明に係る細胞配列チップは、例えば疾患の迅速な検査などに有用である。 The cell array chip according to the present invention is useful, for example, for rapid examination of diseases.
10 細胞
100,100’ 細胞配列チップ
110 マイクロチャンバーチップ
111 基板
112 マイクロチャンバー(凹部)
120 枠体
121 流路
122 貫通孔
130 天板
131 導入口
132 排出口
133 凸部
134 凸部の上流側側面の下端
10
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記流路の底面に配置されている複数の凹部と、
前記流路の天面に配置されている1または2以上の凸部と、
を有する、細胞配列チップ。 A flow path through which liquid flows;
A plurality of recesses disposed on the bottom surface of the flow path;
One or more protrusions disposed on the top surface of the flow path;
A cell array chip.
前記凹部の開口径は、20μm以上かつ500μm以下であり、
前記凹部の深さは、10μm以上かつ250μm以下である、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の細胞配列チップ。 The bottom surface of the recess has cell adhesion,
The opening diameter of the recess is 20 μm or more and 500 μm or less,
The depth of the recess is 10 μm or more and 250 μm or less.
The cell arrangement chip according to any one of claims 1 to 4.
前記流路の天面の前記凸部が配置されていない領域と、前記流路の底面の前記凹部が配置されていない領域との間隔は、20μm以上かつ1000μm以下である、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の細胞配列チップ。 In the cross section of the flow path along the flow direction of the liquid in the flow path and the depth direction of the concave portion, the lower end of the convex portion is more than the opening edge of the concave portion in the depth direction of the concave portion. Is located on the top side of
The distance between the area where the convex part of the top surface of the flow path is not disposed and the area where the concave part of the bottom surface of the flow path is not disposed is 20 μm or more and 1000 μm or less.
The cell arrangement chip according to any one of claims 1 to 5.
細胞を含有する液体を前記流路内に導入し、前記凹部内に前記細胞を回収する工程と、
を含む、細胞配列方法。 A cell array chip having a flow path through which a liquid flows, a plurality of concave portions disposed on the bottom surface of the flow path, and one or more convex portions disposed on the top surface of the flow path is prepared. And a process of
Introducing a liquid containing cells into the flow path, and collecting the cells in the recess;
A cell array method comprising:
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-
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