JP2022136926A - 物質導入装置及び物質導入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】物理的な導入手法を用いて改善された導入効率又は細胞障害性を実現可能な物質導入装置及び物質導入方法を提供する。
【解決手段】本開示に係る物質導入装置は、細胞と前記細胞に導入すべき物質とを含む流体中の前記細胞に応力を印加する応力印加部と、前記応力印加部に対して流れ方向に並び、前記流体中の前記細胞に電荷を印加する電荷印加部と、を備える、循環流路を有する、物質導入装置である。本開示に係る物質導入方法は、循環流路内で細胞と前記細胞に導入すべき物質とを含む流体を循環させながら、応力印加部によって前記流体中の前記細胞に応力を印加するとともに前記応力印加部に対して流れ方向に並ぶ電荷印加部によって前記流体中の前記細胞に電荷を印加する、循環ステップを有する、物質導入方法である。
【選択図】図１

Description

本開示は物質導入装置及び物質導入方法に関する。

細胞に対する遺伝子などの物質の導入手法の一つに、物理的な導入手法がある。物理的な導入手法の例としては、電荷の印加（エレクトロポレーション、電気穿孔法）、応力の印加（シェアストレスによる穿孔法）などが挙げられる（例えば特許文献１参照）。

特開２０１８－２３３９５号公報

これらの手法は生物学的・生化学的な物質導入手法と比較すると、導入の再現性や残渣物（ウイルスベクター等）の少なさ等の点で優れる一方、導入効率又は細胞障害性の点で劣っている。

そこで本開示は、物理的な導入手法を用いて改善された導入効率又は細胞障害性を実現可能な物質導入装置及び物質導入方法を提供することを目的とする。

本開示の一態様としての物質導入装置は、細胞と前記細胞に導入すべき物質とを含む流体中の前記細胞に応力を印加する応力印加部と、前記応力印加部に対して流れ方向に並び、前記流体中の前記細胞に電荷を印加する電荷印加部と、を備える、循環流路を有する、物質導入装置である。

本開示の一実施形態として、前記物質導入装置は、前記応力印加部が前記流体に乱流を生じさせる、物質導入装置である。

本開示の一実施形態として、前記物質導入装置は、前記応力印加部が乱流格子を有する、物質導入装置である。

本開示の一実施形態として、前記物質導入装置は、前記電荷が電気パルスを含む、物質導入装置である。

本開示の一実施形態として、前記物質導入装置は、前記流体の流速を調整可能な、物質導入装置である。

本開示の一実施形態として、前記物質導入装置は、前記電荷を調整可能な、物質導入装置である。

本開示の一態様としての物質導入方法は、循環流路内で細胞と前記細胞に導入すべき物質とを含む流体を循環させながら、応力印加部によって前記流体中の前記細胞に応力を印加するとともに前記応力印加部に対して流れ方向に並ぶ電荷印加部によって前記流体中の前記細胞に電荷を印加する、循環ステップを有する、物質導入方法である。

本開示の一実施形態として、前記物質導入方法は、前記流体の流速を調整する流速調整ステップを有する、物質導入方法である。

本開示の一実施形態として、前記物質導入方法は、前記電荷を調整する電荷調整ステップを有する、物質導入方法である。

本開示によれば、物理的な導入手法を用いて改善された導入効率又は細胞障害性を実現可能な物質導入装置及び物質導入方法を提供することができる。

一実施形態としての物質導入装置を示す概念図である。 図１に示す物質導入装置の応力印加部を示す概念図である。 図１に示す物質導入装置の電荷印加部を示す概念図である。

以下、図面を参照して、本開示の実施形態について詳細に例示説明する。

図１～図３に示すように、本実施形態に係る物質導入装置１は、所定量の細胞２と図示しない被導入物質（つまり、細胞２に導入すべき物質）とを含む流体３中の細胞２に対し、物理的な導入手法として応力の印加と電荷の印加の両方を適用することにより、細胞２に被導入物質を導入する装置である。

流体３に含まれる細胞２の量は特に限定されない。また、細胞２は特に限定されず、例えば、動物細胞、植物細胞、細菌細胞などである。

流体３に含まれる被導入物質の量は特に限定されない。また、被導入物質は特に限定されず、例えば、遺伝子、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）、リボ核酸（ＲＮＡ）、核酸、タンパク質、低分子化合物、脂質分子、リポソームなどである。

流体３は、例えば、緩衝液（バッファ）に細胞２と被導入物質を懸濁させた懸濁液である。

物質導入装置１は、閉ループ状の循環流路４と、循環流路４に流体３を導入可能な入口５と、循環流路４から流体３を排出可能な出口６と、を有する。

入口５は、循環流路４からの流体３の逆流を抑制する構造であることが好ましい。また、入口５は、循環流路４に流体３を導入するために開放可能な開閉構造を有することが好ましい。入口５は例えば逆止弁で構成される。

出口６は、循環流路４への流体３の逆流を抑制する構造であることが好ましい。また、出口６は、循環流路４から流体３を排出するために開放可能な開閉構造を有することが好ましい。出口６は例えば逆止弁で構成される。

循環流路４は、流体３中の細胞２に応力を印加する応力印加部７と、応力印加部７に対して流れ方向に並び、流体３中の細胞２に電荷を印加する電荷印加部８と、を有する。

応力印加部７は、シェアストレスなどの応力を流体３中の細胞２に印加する流路７ａを形成する。応力印加部７は、流体３に乱流を生じさせることで流体３中の細胞２に応力を印加することが好ましく、図２に示すように、少なくとも１つの乱流格子７ｂを有することがより好ましい。乱流格子７ｂは乱流（図２中の太線矢印参照）を生じさせることができる格子であれば特に限定されず、例えば、スリット格子、網目格子などである。スリット格子は、例えば、互いに間隔を開けて平行に延びる複数の棒状部材、或いは１つのみの棒状部材を有する。応力印加部７は、流れ方向に並ぶ複数の乱流格子７ｂを有することが好ましい。

応力印加部７は、応力印加部７内の流体３の流速に応じた応力を流体３中の細胞２に印加することにより、細胞２の細胞膜に、被導入物質を細胞２に導入するための孔を形成することができる。流体３の流速は、導入効率と細胞障害性を考慮して調整することができる。流速が高まれば高まるほど、細胞２に被導入物質を導入し易くなるものの、細胞２に障害を生じ易くなる。

電荷印加部８は、電荷を流体３中の細胞２に印加する流路８ａを形成する。電荷は電気パルスを含むことが好ましい。電荷印加部８は、図３に示すように、電荷印加部８が形成する流路８ａに電荷を印加する電極対などの導電材８ｂを有することが好ましい。電極対は、図３に示すように流体３の流れ方向に交差する方向に並べて設けてもよいし、流体３の流れ方向に並べて設けてもよい。

電荷印加部８は、電荷（大きさ、周波数など）に応じて、細胞２の細胞膜に、被導入物質を細胞２に導入するための孔を形成することができる。電荷は、導入効率と細胞障害性を考慮して調整することができる。電荷が強まれば強まるほど、細胞２に被導入物質を導入し易くなるものの、細胞２に障害を生じ易くなる。

応力印加部７と電荷印加部８は互いに隣接して設けてもよいし、図１に示すように、間隔を開けて設けてもよい。間隔を設けることにより、応力印加部７と電荷印加部８の一方によって細胞２に穿孔した後、応力印加部７と電荷印加部８の他方によって細胞２に穿孔するまでに、細胞２に生じた障害をある程度回復させる時間的猶予を与え、もって細胞障害性の改善を図ることができる。

循環流路４は、図１に示すように、１つの応力印加部７と１つの電荷印加部８とを有する。なお、循環流路４に設ける応力印加部７と電荷印加部８の数はそれぞれ適宜設定可能である。

循環流路４は、流体３を循環流路４内で循環させる蠕動ポンプなどのポンプ（不図示）を有する。

物質導入装置１は、循環流路４内で流体３を循環させながら、応力印加部７によって流体３中の細胞２に応力を印加するとともに電荷印加部８によって流体３中の細胞２に電荷を印加することにより、循環の程度（時間、循環回数など）に応じた量の被導入物質を細胞２に導入することができる。

循環の程度は、入口５と出口６を通る流体３の量、或いは流体３が入口５と出口６を通るタイミングなどを調整することにより、調整することができる。被導入物質を導入された細胞２を含む流体３は、循環流路４から出口６を通して排出することができる。

本実施形態に係る物質導入装置１によれば、応力印加と電荷印加という異なる機序の物理的な穿孔法を循環流路４内で所望の程度まで適用することができるので、改善された導入効率又は細胞障害性を実現することができる。

次に、本実施形態に係る物質導入方法として、図１～図３を参照して前述した実施形態に係る物質導入装置１を用いる物質導入方法を例示説明する。

本実施形態に係る物質導入方法は、流体導入ステップと、循環ステップと、流体排出ステップと、流速調整ステップと、電荷調整ステップと、を有する。

流体導入ステップは、循環流路４に入口５を通して流体３を導入するステップである。

循環ステップは、前述のポンプにより循環流路４内で流体３を所望の程度まで循環させながら、応力印加部７によって流体３中の細胞２に応力を印加するとともに応力印加部７に対して流れ方向に並ぶ電荷印加部８によって流体３中の細胞２に電荷を印加する、ステップである。

流体排出ステップは、循環流路４から出口６を通して流体３を排出するステップである。

循環ステップにおける循環の程度は、流体導入ステップと流体排出ステップにおいて、入口５と出口６を通る流体３の量、或いは流体３が入口５と出口６を通るタイミングなどを調整することにより、調整することができる。被導入物質を導入された細胞２を含む流体３は、流体排出ステップにより循環流路４から取り出すことができる。

流速調整ステップは、循環流路４内の流体３の流速を調整するステップである。流体３の流速は、前述したように、導入効率と細胞障害性を考慮して調整することができる。流速調整ステップは、循環ステップと同時に行ってもよいし、循環ステップを行う前に予め行っておいてもよい。

電荷調整ステップは、電荷印加部８によって流体３中の細胞２に印加する電荷（大きさ、周波数など）を調整するステップである。電荷は、導入効率と細胞障害性を考慮して調整することができる。電荷調整ステップは、循環ステップと同時に行ってもよいし、循環ステップを行う前に予め行っておいてもよい。

本実施形態に係る物質導入方法によれば、応力印加と電荷印加という異なる機序の物理的な穿孔法を循環流路４内で所望の程度まで適用することができるので、改善された導入効率又は細胞障害性を実現することができる。

前述した実施形態は本開示の一例にすぎず、例えば以下に述べるような種々の変更が可能である。

前述した実施形態に係る物質導入装置１は、細胞２と細胞２に導入すべき物質とを含む流体３中の細胞２に応力を印加する応力印加部７と、応力印加部７に対して流れ方向に並び、流体３中の細胞２に電荷を印加する電荷印加部８と、を備える、循環流路４を有する、物質導入装置１である限り、種々変更可能である。

なお、前述した実施形態に係る物質導入装置１は、応力印加部７が流体３に乱流を生じさせる、物質導入装置１であることが好ましい。

前述した実施形態に係る物質導入装置１は、応力印加部７が乱流格子７ｂを有する、物質導入装置１であることが好ましい。

前述した実施形態に係る物質導入装置１は、電荷が電気パルスを含む、物質導入装置１であることが好ましい。

前述した実施形態に係る物質導入装置１は、流体３の流速を調整可能な、物質導入装置１であることが好ましい。

前述した実施形態に係る物質導入装置１は、電荷を調整可能な、物質導入装置１であることが好ましい。

前述した実施形態に係る物質導入方法は、循環流路４内で細胞２と細胞２に導入すべき物質とを含む流体３を循環させながら、応力印加部７によって流体３中の細胞２に応力を印加するとともに応力印加部７に対して流れ方向に並ぶ電荷印加部８によって流体３中の細胞２に電荷を印加する、循環ステップを有する、物質導入方法である限り、種々変更可能である。

前述した実施形態に係る物質導入方法は、流体３の流速を調整する流速調整ステップを有する、物質導入方法であることが好ましい。

前述した実施形態に係る物質導入方法は、電荷を調整する電荷調整ステップを有する、物質導入方法であることが好ましい。

１ 物質導入装置
２ 細胞
３ 流体
４ 循環流路
５ 入口
６ 出口
７ 応力印加部
７ａ 応力印加部が形成する流路
７ｂ 乱流格子
８ 電荷印加部
８ａ 電荷印加部が形成する流路
８ｂ 導電材

Claims (9)

1. 細胞と前記細胞に導入すべき物質とを含む流体中の前記細胞に応力を印加する応力印加部と、前記応力印加部に対して流れ方向に並び、前記流体中の前記細胞に電荷を印加する電荷印加部と、を備える、循環流路を有する、物質導入装置。
2. 前記応力印加部が前記流体に乱流を生じさせる、請求項１に記載の物質導入装置。
3. 前記応力印加部が乱流格子を有する、請求項１又は２に記載の物質導入装置。
4. 前記電荷が電気パルスを含む、請求項１～３の何れか１項に記載の物質導入装置。
5. 前記流体の流速を調整可能な、請求項１～４の何れか１項に記載の物質導入装置。
6. 前記電荷を調整可能な、請求項１～５の何れか１項に記載の物質導入装置。
7. 循環流路内で細胞と前記細胞に導入すべき物質とを含む流体を循環させながら、応力印加部によって前記流体中の前記細胞に応力を印加するとともに前記応力印加部に対して流れ方向に並ぶ電荷印加部によって前記流体中の前記細胞に電荷を印加する、循環ステップを有する、物質導入方法。
8. 前記流体の流速を調整する流速調整ステップを有する、請求項７に記載の物質導入方法。
9. 前記電荷を調整する電荷調整ステップを有する、請求項７又は８に記載の物質導入方法。

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