JP3535119B2 - 細胞培養の電子的監視および記録用改良システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般に、培養されて
いる細胞の増殖を監視するシステムに関するものであ
り、より詳細には、電流を用いてその培養を監視するそ
の種のシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】『癌患者の治療に有効な薬を識別する電
子的技術』（Ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎ
ｉｑｕｅ ｏｆ Ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ ａｎ Ｅｆ
ｆｅｃｔｉｖｅ Ｄｒｕｇ ｆｏｒ Ｔｒｅａｔｉｎｇ
ａ Ｃａｎｃｅｒ Ｐａｔｉｅｎｔ）と題する特許協
力条約（”ＰＣＴ”）特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９１／０
２３２０号（１９９１年４月３日出願、１９９１年１０
月１７日公開）は、細胞培養を監視および記録するシス
テムを開示している。このＰＣＴ特許出願は、同様の細
胞培養監視および記録システムを開示している類似した
表題の米国特許出願第０７／５０３，７９１号（１９９
０年４月３日出願）による優先権を主張している。

【０００３】これらの特許出願に開示されているシステ
ムは、従来の実験用トレイ（ｔｒａｙ）で培養されてい
る細胞を監視および記録する。このトレイは、複数の分
離されたウェル（ｗｅｌｌ）を有しており、これらのウ
ェルはそれぞれの一端が開放されている。このシステム
は、トレイ内の複数のウェルのそれぞれの開放端を塞ぐ
ようにトレイの上に載置される蓋を備えている。

【０００４】この蓋の上部表面には、プリント回路板が
固着されており、このプリント回路板の表面には、複数
の個々に導電性を有するトレース（ｔｒａｃｅ）が形成
されている。各トレースの一端は、プリント回路板コネ
クタと対を成して係合するように形成されている。また
各トレースには、プリント回路板および蓋の両方を貫通
している非反応性のステンレススチール製ピンが固着さ
れている。蓋がトレイの上に置かれた時、それぞれの対
を成しているピンがトレイ内のそれぞれ異なるウェルの
開放端を通って挿入され、かつその中に延びるように、
プリント回路板上のトレースを蓋に対して配置すること
によって、それぞれ対を成す複数のピンが配列される。

【０００５】このシステムはまた、プリント回路板のト
レースと対を成すプリント回路板コネクタを備えてお
り、このコネクタを介して各対の２本のピンのうちの１
本のピンが共通の電位に電気的に接続される。電子デー
タ収集板がプリント回路板コネクタに電気的に結合され
る。この電子データ収集板は、一対のピンに電圧を印加
するための電圧供給源を有している。同様に電子データ
収集板に設けられている複数のウェルスイッチは、ある
特定の対のピンを選択し、電圧供給源により供給された
電圧を受け取る。動作時にこの電子データ収集板は、好
ましくはおよそ１０ミリボルト・ピークトゥピークの交
流電圧を選択された対のピンに印加する。この交流電圧
は、好ましくは６０Ｈｚとは高調波の関係にないおよそ
４００Ｈｚの周波数を有する。同様に電子データ収集板
に設けられている増幅器は、ウェルスイッチにより選択
された対のピンに対して印加された電圧を受け取る入力
を有している。この増幅器は、その出力から、この増幅
器の入力に加えられている電圧に応答する信号をサンプ
ルホールド回路に対して送る。このサンプルホールド回
路は増幅器からの出力信号を受けとり、またその信号に
応答する信号を送りだす。

【０００６】この細胞培養監視および記録システムはコ
ンピュータシステムを備えており、またこのコンピュー
タシステム自体が測定入力／出力回路を備えている。こ
の測定入力／出力回路は、電子データ収集板に信号を供
給して、特定の対のピンがスイッチにより選択されるよ
うに指定する手段を備えている。この測定入力／出力回
路はまた、サンプルホールド増幅器からの信号を受信し
かつディジタル化してディジタル値を生成するアナログ
／ディジタル変換器を備えている。これらのディジタル
値を処理するために、このコンピュータシステムは、こ
れらの値を生データとして記憶する手段と、この生デー
タを分析しかつその分析結果をグラフィック表示する手
段とを備えている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】確かに、これらの特許
出願に開示されているシステムによれば培養中の細胞を
監視しかつ記録することが可能であるが、いくつかの制
約が課せられるために、これらの特許出願に開示されて
いる通りの実施態様は、広範な商業上の用途に対処する
のに適したものとは言えない。例えば、導電性を有する
非反応性ステンレススチール製のピンでは、プリント回
路板のトレースへの信頼性に富む電気的接続は必ずしも
達成可能ではない。したがって場合によっては、蓋の中
のすべての対のピンのうち一つ以上の対のピンが読み取
り誤差を生む可能性があり、また、全く読み取り不可能
な場合さえある。細胞増殖の監視および記録試験の最中
にこのような接触不良の、あるいは開放された回路状態
が数時間または数日にわたって発生することがあり、そ
の結果、その試験結果の有益性の著しい低下、時にはそ
の有益性の全くの喪失を招く可能性がある。同様に、数
日にわたって行われる試験中にこのシステムに用いられ
る電子的構成要素がドリフトする場合も、このシステム
によって記録された測定結果に不安定かつ／または不正
確な面が生まれる可能性がある。さらにまた、培養を行
う際に、一般にはごく低いとはいっても、生物学的電位
と比較すれば過剰に高いと言える電圧が監視システムに
よって不慮に印加されたような場合には、細胞の損失お
よび／または破壊がもたらされることもある。また、先
に言及した特許出願に開示されているデータ分析技術を
用いても、そのシステムによって得られたデータの質を
完全かつ最も有効に示すことができたとは言えない。

【０００８】本発明の目的は、細胞培養の監視および記
録用の改良されたシステムを提供することである。

【０００９】本発明の別の目的は、非反応性ピンと、シ
ステムに設けられたプリント回路板上の導電性トレース
との間に、より信頼性に富む電気的接続を実現できる細
胞培養監視および記録システムに対して蓋を提供するこ
とである。

【００１０】本発明のさらに別の目的は、より高度な安
定性を実現できる細胞培養監視および記録システムを提
供することである。

【００１１】本発明のさらに別の目的は、培養中の細胞
の導電率をより正確に測定できる細胞培養監視および記
録システムを提供することである。

【００１２】本発明のさらに別の目的は、培養中の細胞
を傷つけない細胞培養監視および記録システムを提供す
ることである。

【００１３】本発明のさらに別の目的は、試験結果をよ
り有効に呈示することができる細胞培養監視および記録
システムを提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】要するに、本発明の特徴
は、複数の個別のピンソケットを有する改良された蓋を
設けたことにある。これらのピンソケットは、プリント
回路板上のトレースと、標準的な実験用トレイのウェル
の中に保持された細胞増殖培地の中に使用中は延びる導
電性ピンとの間に配置される。このようなピンソケット
を用いることによって、非反応性・導電性ピンとプリン
ト回路板上のトレースとの間に、より信頼性に富む電気
的接続を実現できる。

【００１５】この改良されたシステムによれば、交流電
位を一対のピンに対して印加して細胞の増殖を監視しな
がら、その一対のピンの間の導電率を測定するのに用い
られる遅延期間を決定することができる。導電率の測定
にこの遅延期間を用いることによって、測定の安定度を
増すことができる。

【００１６】この改良されたシステムによれば、細胞増
殖の監視にさきだって、一対のピンに対して始めは低く
安全な電圧を印加し、連続的にこの電圧を高くしていっ
て予め確立された電圧に到達させるものである。このよ
うに、予め確立された電圧を印加する方法を用いること
により、細胞を過大な電位に曝す可能性を排除すること
ができる。

【００１７】記録された細胞増殖データを分析する際に
は、この改良されたシステムによれば、細胞を含まず細
胞増殖培地のみを保持している基準ウェルに対して測定
された導電率は、細胞増殖培地と細胞の両方とも保持し
ているウェルに対して測定された導電率から減算され
る。基準ウェルの導電率をその他のウェルの導電率から
減算することによって、この改良されたシステムは細胞
培養の監視および記録の結果をより有効に呈示すること
ができる。

【００１８】以上に述べたものを代表とする本発明の特
徴、目的、および利点は、添付の各種図面に例示されて
いる好ましい実施態様に関する以下の詳細な説明を一読
すれば、当業者には容易に理解でき、かつ自ずから明ら
かになるであろう。

【００１９】

【発明の実施の形態】『癌患者の治療に有効な薬を識別
する電子的技術』（Ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅ
ｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ Ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ ａｎ
Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｄｒｕｇ ｆｏｒ Ｔｒｅａｔ
ｉｎｇ ａ Ｃａｎｃｅｒ Ｐａｔｉｅｎｔ）と題する
ＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９１／０２３２０号（１
９９１年４月３日出願、１９９１年１０月１７日公開）
および同様の表題を有する米国特許出願第０７／５０
３，７９１号（１９９０年４月３日出願）に開示されて
いる細胞培養監視および記録システムをさらに改良する
本発明を以下に開示するが、本願が上記２つの特許出願
の開示を参考にしていることはここに明記しておく。

【００２０】改良された蓋１０ 図１および図２は、本発明により改良を加えた蓋１０を
それぞれ別の角度から示す図である。この蓋１０は、図
３に示すように実験用トレイ１４上に載置されるように
形成されているカバー１２を備えている。実験用トレイ
１４は複数のウェル１６を備えており、各ウェル１６は
それぞれ開放端１８を備えている。各ウェル１６は、細
胞を培養することができる一定量の細胞増殖培地を保持
できるように形成されている。蓋１０のカバー１２を実
験用トレイ１４の上に載置すると、カバー１２はウェル
１６の開放端１８を塞ぐ。

【００２１】さらに図１および図２に示すように、蓋１
０にはカバー１２に固着されたプリント回路板２２が設
けられている。プリント回路板２２をカバー１２に固着
するには、多様な技術を用いることができる。例えば、
プリント回路板２２およびカバー１２を貫通して形成し
た螺合口の中に小ネジ（どの図にも示していない）をは
め込み、その小ネジを螺合口の表面上に形成されたネジ
山ナット（どの図にも示していない）の中に螺合させる
ことにより固着することができる。あるいは、プリント
回路板２２とカバー１２とは、それらの並置される表面
と表面との間を接着材料で接着することにより固着する
こともできる。

【００２２】プリント回路板２２の表面には、図１〜図
４に示すように、個々に導電性を有するトレース２４が
形成される。図１〜図３に示すように、各トレース２４
の一端は、プリント回路板コネクタ（どの図にも示して
いない）と対を成して係合するように形成されている。
開口部２６が、プリント回路板２２を貫通して各トレー
ス２４のもう一方の端付近に形成されており、それによ
って、ピンソケット２８の第１の端２７を受けることが
できる。ピンソケット２８（好ましくは、Ｉｎｄｉａｎ
ａ州、Ｎｅｗ ＡｌｂａｎｙのＳａｍｔｅｃ社製のＳＣ
５Ｐ１・ＧＧモデル）はそれぞれが電気的に結合され
ており、かつ半田３２によってトレース２４に固着され
ている。ピンソケット２８と同心円状にカバー１２を貫
通して形成されている円形開口部３４は、ピンソケット
２８の第２の端３６を受ける。各ピンソケット２８の第
２の端３６は、直径０．５０８ｍｍ（０．０２０イン
チ）で金およびステンレススチールなどの非反応性・導
電性材料から好ましくは形成される細長ピン３８を受
け、かつ保持する。蓋１０に設けられた各ピンソケット
２８は、好ましくはその中に挿入されるピン３８と気密
的に密着一体化される。

【００２３】トレース２４をプリント回路板２２上に配
置することにより、ピンソケット２８およびピン３８を
対を成すように配列することができる。各ピンソケット
２８およびその中に受けられたピン３８を合わせた長さ
は、プリント回路板２２およびカバー１２の両方を貫通
するほど長いので、図４に示すように蓋１０が実験用ト
レイ１４の上に載置されると、各対のピン３８のピンソ
ケット２８から最も離れている端は、実験用トレイ１４
内のウェル１６の開放端１８の中に挿入可能である。し
たがって、蓋１０を実験用トレイ１４の上に載置する
と、各対のピン３８が配置され、ウェル１６の中に保持
された細胞増殖培地の中にピンを延ばすことができる。
しかしながら、ピンソケット２８から最も離れているピ
ン３８の端は、開放端１８から最も離れているウェル１
６の端に接触してはならない。また、ウェル１６の中に
保持されている細胞増殖培地の量は、その培地がピンソ
ケット２８に接触することがないほどの十分少ない量で
なければならない。

【００２４】このシステムを培養されている細胞の監視
および記録に用いることができるようになる前に、細胞
培養を汚染することがないように蓋１０を殺菌しなけれ
ばならない。しかしながら、蓋１０の殺菌は、特にピン
ソケット２８とピン３８との間の気密係合部分において
は、ピン３８とトレース２４との間の導電性を妨げるこ
とがないように適正に行わなければならない。蓋１０の
殺菌に申し分なく適用できる方法としては、例えば、蓋
１０を７０％のイソプロピルアルコールまたはエタノー
ルに浸漬し、その後この蓋１０を紫外光に曝しながら、
層流フードの中で乾燥させる方法がある。

【００２５】細胞培養監視回路 ＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９１／０２３２０号およ
び米国特許出願第０７／５０３，７９１号に開示されて
いるように、これらの特許出願に開示されているシステ
ムは、ウェル１６の中に保持されている細胞増殖培地の
中に延びている一対の選択されたピン３８に対して低電
圧の交流電位を短時間印加することによって細胞の培養
を監視する。図５は、本発明の好ましい実施態様による
ブロック図であり、一対のピン３８に対して電位を印加
し、かつ培養されている細胞を監視する電子回路を部分
的に示す図である。これらの特許出願に開示されている
細胞培養監視および記録システムに設けられているコン
ピュータシステム（図５では省略）により実行されるコ
ンピュータプログラムを行うことによって、データ収集
板４４に設けられているプログラマブル利得増幅器４２
が、ウェル１６の中に挿入されている一対のピン３８に
対して印加される電圧を代表する電圧を伝え、測定入力
／出力板４６によるディジタル化を実現することができ
る。本発明の測定入力／出力板４６は好ましくは、Ｍａ
ｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ州、ＴａｕｎｔｏｎのＫｅｉｔ
ｈｌｅｙ Ｍｅｔｒａｂｙｔｅ社により商品化されてい
るＭｅｔｒａＢｙｔｅ ＤＡＳ−８データ収集／制御板
である。

【００２６】一対の選択されたピン３８に対して印加さ
れる交流電圧を供給するために、データ収集板４４はプ
ログラマブル電圧供給源４８を備えている。プログラマ
ブル電圧供給源４８は、３７０Ｈｚ±２０％、１０ボル
ト・ピークトゥピークのサイン波信号を生成する交流発
生器５２を備えている。交流発生器５２により生成され
た出力信号は、同様にプログラマブル電圧供給源４８に
設けられているプログラマブル減衰器５４に送信され
る。励振（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）レベル制御信号ライ
ン５６を介してコンピュータシステムからプログラマブ
ル減衰器５４に供給されるディジタル励振レベル制御信
号により２０．０４キロオームの抵抗器５８の第１の端
子５７へ供給される交流のピークトゥピーク電圧の調整
が可能になる。上記特許出願に開示されているように、
抵抗器５８の第２の端子５９は、複数のスイッチ６２の
バンクに接続される。これらのスイッチ６２の一つが、
上記特許出願に開示されているように、コンピュータシ
ステムにより選択され、プログラマブル電圧供給源４８
により供給される交流電圧を、監視されているウェル１
６の中に延びている一対のピン３８に対して印加するこ
とが可能になる。

【００２７】上記特許出願の開示によれば、一対のピン
３８に対して印加される交流電圧は、またプログラマブ
ル利得増幅器４２の入力にも供給される。上記特許出願
に記載されているように、プログラマブル利得増幅器４
２の利得は、利得制御信号ライン６４を介してコンピュ
ータシステムから供給される制御信号により調整するこ
とができる。プログラマブル減衰器５４およびプログラ
マブル利得増幅器４２からそれぞれ出力される信号は、
共にマルチプレクサ６６に供給される。マルチプレクサ
制御信号ライン６８を介してコンピュータシステムから
マルチプレクサ６６に供給される制御信号は、測定入力
／出力板４６に設けられているサンプルホールド増幅器
７０の入力に印加するために、これら３つの信号のいず
れか一つを選択する。サンプルホールド増幅器７０から
の出力信号は、同様に測定入力／出力板４６に設けられ
ているアナログ／ディジタル変換器７２の入力に加えら
れる。

【００２８】プログラマブル減衰器５４に供給されるの
と同時に、交流発生器５２からの１０ボルト・ピークト
ゥピークの出力信号は、比較器７４の入力にも与えられ
る。比較器７４からの出力信号は、交流発生器５２によ
りつくられた交流電圧がゼロボルトを通過する度に状態
を変化させる。したがって、発生器５２により生成され
る交流電圧がゼロボルトを越える電位を保っている間
は、比較器７４からの出力信号はある一つの状態にあ
り、一方、その電圧がゼロボルトを下回る電位を保って
いる間は、比較器７４からの出力信号はもう一方の状態
にある。比較器７４からの出力信号は、測定入力／出力
板４６に設けられているプログラマブルタイマー７６に
供給される。

【００２９】遅延期間の決定 交流発生器５２によって発生されたピークトゥピーク電
圧はテストの数日を通して充分一定に保たれている間、
その出力信号の周波数はそれほど安定していない。一対
のピン３８に１０ミリボルトしか電圧を印加していない
状態でピン３８間の導電率を充分に正確に決定すること
は、抵抗５８の第１の端子５７へ供給される電圧がその
最大値に達した瞬間に、プログラマブル利得増幅器４２
からの出力信号がサンプルホールド増幅器７０によって
正確にサンプルされることを必要とする。交流電圧の周
波数が時間と共に変化し得るので、プログラマブル電圧
供給源４８によって生成される交流電圧の周波数に合う
ように、プログラマブル利得増幅器４２からの出力信号
をサンプルホールド増幅器７０がサンプルする時点を調
節することは、細胞培養監視および記録システムの正確
な繰り返し可能な動作にとって有益であることがわかっ
ている。

【００３０】図６は、比較器７４によって生成された出
力信号のディジタル波形８４と共に、交流発生器５２の
出力に存在する電圧の正弦波の交流波形８２を示してい
る。細胞培養監視および記録システムの初期化の間、お
よびその後の細胞培養監視および記録システムの操作者
によって必要とされる任意の時点で、コンピュータシス
テムによって実行されるコンピュータプログラムは、正
電位から負電位へと変化しつつある正弦波形８２がちょ
うどゼロボルトの電位である時点を開始点とし、正弦波
形８２が直後の最大の正の値を有する時点までの、図６
に示される遅延期間（「Ｄ」）を設定するためのプロシ
ージャを実行する。

【００３１】遅延期間Ｄを測定する際、コンピュータプ
ログラムは、正弦波形８２の１周期の継続時間を決定す
るために、測定入力／出力板４６に備えられたプログラ
マブルタイマー７６と共に、データ収集板４４内の比較
器７４からの出力信号を用いる。次に、コンピュータプ
ログラムは、正弦波形８２の１周期の４分の３によって
遅延期間Ｄを設定する。適当な遅延期間Ｄを決定した
後、コンピュータプログラムは、一対のピン３８にかか
る電位のその後の全ての測定が、抵抗５８の第１の端子
５７に供給される電圧がその最大値に達する時点で正確
におこなわれるように、その遅延期間をプログラマブル
タイマー７６にロードする。

【００３２】一対のピン３８に印加される電圧を測定す
る場合、プログラマブルタイマー７６は、正の電位から
負の電位に変化しつつある正弦波形８２がゼロボルトの
電位を有する瞬間に、各遅延期間の測定を開始する。す
なわち、プログラマブルタイマー７６に送られる比較器
７４からの出力信号のディジタル値が０から１に変化し
た直後に測定を開始する。図６の波形８８に示されるよ
うに、遅延期間Ｄが終了するとすぐに、プログラマブル
タイマー７６によってサンプルホールド増幅器７０は、
プログラマブル利得増幅器４２の出力からマルチプレク
サ６６を介して送られる信号の電圧をサンプルし、かつ
ホールドする。同様にプログラマブルタイマー７６によ
って、アナログ／ディジタル変換器７２はサンプルホー
ルド増幅器７０から受け取るアナログ信号の電圧をディ
ジタル値に変換する。その後、前記の特許出願において
説明されているように、このディジタル値は測定入力／
出力板４６からコンピュータシステムヘ転送されて、そ
の後の分析およびグラフィック表示に適切な生データと
して格納される。

【００３３】一対のピン３８に印加される電圧の調整 コンピュータシステムによって実行されるプログラム
が、細胞培養を監視する際の遅延期間Ｄに対して用いら
れるべき現在の継続期間（ｄｕｒａｔｉｏｎ）を決定し
た後、その監視期間に抵抗５８の第２の端子５９から一
対のピン３８に印加されるべき交流電圧を用意する。こ
の交流電圧を用意するために、コンピュータプログラム
は先ず、約１０ミリボルトの電位がプログラマブル減衰
器５４の出力および抵抗５８の第１の端子５７に存在す
るように、プログラマブル減衰器５４を調節する。抵抗
５８の２０．０４キロオームの抵抗によって、その第１
の端子５７はその第２の端子５９からは分離されている
ので、さらに、ウェル１６内に保持されている全ての細
胞増殖培地がその中に挿入された一対のピン３８間にい
くらかの導電率を提供しているので、最初は、第２の端
子５９における電圧および一対のピン３８の間の電圧
は、一対のピン３８間の導電率を測定する際に用いられ
るベき１０ミリボルトの値よりも小さくなくてはならな
い。次に、コンピュータプログラムによって、マルチプ
レクサ６６はサンプルホールド増幅器７０の入力に与え
るために、プログラマブル利得増幅器４２からの出力信
号を選択する。コンピュータプログラムは、抵抗５８の
第２の端子５９での１０ミリボルトのピーク電圧によっ
てアナログ／ディジタル変換器７２の全レンジの約８
３．３％のディジタル値がアナログ／ディジタル変換器
７２によって生成されるように、プログラマブル利得増
幅器４２の利得を設定し、さらに、交流電圧を印加する
ためスイッチ６２のバンクに一対のピン３８を選択させ
る。

【００３４】次に、以前に決定された遅延期間Ｄおよび
測定入力／出力板４６を用いて、細胞培養監視および記
録システムは一対のピン３８に印加されている、抵抗５
８の第２の端子５９に存在するピーク交流電圧を測定す
る。第２の端子５９における電圧および一対のピン３８
にかかる電圧が５ミリボルトよりも小さい場合、コンピ
ュータプログラムはプログラマブル減衰器５４によって
生成される交流電圧を、第２端子５９で測定される電圧
が５ミリボルトを越えるまで繰り返し倍増させる。この
ように５ミリボルトを越える交流電圧を一対のピン３８
に印加し測定した後、電圧を生成するプログラマブル減
衰器５４のための設定がわかると、次に、コンピュータ
プログラムは、第２の端子５９および一対のピン３８の
間に約１０ミリボルトの交流電圧を印加するためにプロ
グラマブル減衰器５４の新しい設定を計算し、その後、
減衰器５４を計算値に設定する制御信号を送る。

【００３５】ウェル１６の導電率の決定 プログラマブル減衰器５４によって抵抗５８の第１の端
子５７に印加される交流電圧の値を設定した後、システ
ムはウェルの導電率を監視および記録するための準備を
行う。ウェル１６の導電率を測定する際、コンピュータ
プログラムは最初に、一対のピン３８および抵抗５８の
第２の端子５９に印加される電圧を繰り返し測定する。
この電圧の１６個の連続する値を収集した後、コンピュ
ータプログラムは一対のピン３８にかかる電圧の１つの
平均値を得るために、ボックスカーフィルタ（ｂｏｘ−
ｃａｒ ｆｉｌｔｅｒ）を用いて１６個の値の平均を計
算する。一対のピン３８にかかる電圧の単一の値、プロ
グラマブル減衰器５４によって抵抗５８の第１の端子５
７に供給される電圧の値、および抵抗５８の抵抗値を用
いて、コンピュータプログラムは、一対のピン３８間の
細胞増殖培地およびもしあるならば細胞もあわせた導電
率を計算する。

【００３６】このウェル１６に対する一対のピン３８間
の導電率を決定した後、コンピュータプログラムは先
ず、次の分析のために導電率の値を格納し、実験用トレ
イ１４内の他のウェル１６内に延びる他の対のピン３８
間の導電率の測定に進む。各ウェルの導電率を決定する
際に、細胞培養監視および記録システムは上述したプロ
シージャを用いて、まず一対のピン３８に印加される交
流電圧を調整し、次に、ウェル１６内に延びる一対のピ
ン３８に印加される電圧を測定して平均化する。印加さ
れる電圧の調整および細胞導電率の決定は、実験用トレ
イ１４内の全てのウェル１６に対して導電率が決定され
格納されるまで何度も繰り返される。

【００３７】ウェル１６の導電率の分析 前記特許出願において説明されているように、実験用ト
レイ１４内のウェル１６のうち少なくとも１つは、細胞
を含まず細胞培養培地のみを保持する基準ウェル１６で
なくてはならない。さらに、この基準ウェル１６は分析
用コンピュータプログラムに対して特定的に認識されな
くてはならない。なぜならば、プログラムは他の全ての
ウェル１６に対する導電率を分析する際に基準ウェル１
６に対する導電率の値を用いるからである。

【００３８】前記特許出願において、細胞増殖培地およ
び細胞の両方を保持するウェル１６の導電率の分析は、
基準ウェル１６に対して測定された導電率を、細胞増殖
培地および細胞の両方を保持するウェル１６に対して測
定された導電率によって除算することを包含していた。
基準ウェル１６の導電率を、細胞増殖培地および細胞の
両方を保持するウェルの導電率を分析する際の分数の分
子として用いるよりもむしろ、基準ウェル１６に対して
決定された導電率を、細胞増殖培地および細胞の両方を
保持するウェル１６に対して決定された導電率から減算
するように、細胞増殖培地および細胞の両方を保持する
ウェル１６の導電率を分析する方がさらに有利であるこ
とが分かっている。基準ウェル１６、つまり、細胞を含
まず細胞増殖培地のみを保持するウエルに対して測定さ
れた導電率を、増殖培地および細胞の両方を保持するウ
ェル１６に対して測定された導電率から減算することに
よって、そのようなウェル１６のためのデータから細胞
増殖培地の導電率を除くことができる。ウェル１６のた
めのデータから細胞増殖培地の導電率を除くことによっ
て、細胞増殖培地および細胞の両方を保持するウェル１
６のためのデータ値が、細胞自体のみ、および細胞の代
謝生成物の導電率をさらに精密に示すようになる。

【００３９】

【発明の効果】上述した本発明の好ましい実施例は、細
胞増殖を監視する際に正弦波形の交流を用いているが、
一対のピン３８の間の導電率を決定する際にゼロボルト
について対称形であれば、あらゆる周期的電圧波形を用
いることができる。従って、例えば、本発明による細胞
培養の監視および記録のためのシステムは、三角波形を
有する交流電圧を用いることもできる。

【００４０】三角波形の交流電圧はディジタル論理回路
を用いて容易に生成することができるので、そのような
波形を用いるシステムにおいては、上述したように遅延
期間Ｄを直接測定する必要はなくなる。それよりもむし
ろ、三角波形交流電圧を生成する際に用いられるディジ
タル回路はそれ自体が、サンプルホールド増幅器７０お
よびアナログ／ディジタル変換器７２の動作を制御する
信号を直接生成することができる。しかしながら、その
ような細胞培養を監視および記録するシステムは、ゼロ
ボルトの瞬間電位を有する交流電圧と交流電圧の最大電
圧に等しい瞬間電位を有する交流電圧との間の時間間隔
に等しい遅延期間を、その交流電圧に対して決定するた
めの他の公知の技術を用いるだけでよい。

【００４１】本発明の細胞培養を監視および記録するた
めのシステムは、細胞増殖の速度を非破壊的に測定する
ために用いることができる。また、ホルモン、増殖率、
増殖抑制剤、細胞毒素、および細胞の代謝を摂動させる
薬剤に対する目標細胞個体数の反応速度を測定するため
にも用いられ得る。細胞培養を監視および記録するため
のシステムは、制癌剤スクリーニングなどの領域で特に
有用である。従来のスクリーニング法は所定の定温放置
の後の細胞反応を測定していた。薬の効き目が遅い化学
療法薬剤は、しばしば誤って不活性であると識別され、
一方、非常に速くに効き目のあらわれる薬剤は、それよ
りもゆっくりと効く化合物とは区別できない。従来の比
色終点薬効分析（ａｓｓａｙ）を用いた比較において
は、延長された時間にわたって一連の測定を行うことに
よって、細胞培養を監視および記録するための開示され
るシステムは、より速く効く薬剤を識別しながら、遅れ
て薬効を発揮する薬剤を識別するためにさらに長い薬効
分析期間を可能とすることができる。

【００４２】本発明は現在の好ましい実施例に関して説
明されたが、これらの開示は純粋に説明のためであるこ
とは理解されるべきであり、限定するものであると解釈
されるべきではない。従って、本発明の精神および範囲
から離れることなく、各種変形例、修正例、および／ま
たは本発明の代替的適用例が、上記開示を読んだ当業者
には疑いなく示唆されるであろう。従って、以下の特許
請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲にある全て
の変形例、修正例、または代替的適用例を包含すると解
釈されることが意図される。

【図面の簡単な説明】

【図１】カバー、何対かのピン、ピンソケット、および
プリント回路板を備えている本発明による改良された蓋
を示す斜視図

【図２】図１の２−２ラインに沿って改良された蓋を示
す斜視図であり、プリント回路板およびそのカバーを別
の角度から示す図

【図３】複数のウェルを有する実験用トレイへの図２に
示した蓋の位置づけを示す斜視図（各ウェルは、細胞の
培養を可能にする一定量の細胞増殖培地を保持できるよ
うに形成されている）

【図４】組み立てられた蓋と実験用トレイ内の一個のウ
ェルを図３の４−４ラインに沿って切り欠いた一対のピ
ンを示す断面図（各ピンの一端はピンソケットの中に挿
入され、かつ保持されている）

【図５】本発明によるデータ収集板および測定入力／出
力板を部分的に選択して示すブロック図

【図６】一対のピンに対して印加するために供給される
交流電圧に対する波形、この交流電圧に応答して比較器
により生成される出力信号、およびサンプルホールド増
幅器からの仮想出力信号を示す図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケネス，リチャード ワダ アメリカ合衆国 カリフォルニア 95123，サン ホセ，ギャレン ドライ ブ 560 (72)発明者 オスカー，ウェーナー ヒューバー アメリカ合衆国 カリフォルニア 94002，ベルモント，モリター ロード 1585 (56)参考文献 特開 昭53−52681（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−162289（ＪＰ，Ａ) 国際公開91／015595（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/00 - 27/24 C12M 1/18 C12M 1/34 C12Q 1/06 - 1/08

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の分離したウェルを有する実験用ト
   レイにおいて培養されている細胞を電子的に監視および
   記録するための方法であって、該複数の分離したウェル
   のそれぞれは細胞が培養され得る一定量の細胞増殖培地
   を保持するように構成されており、該方法は、 ａ．細胞が培養され得る一定量の細胞増殖培地を保持す
   るようにそれぞれが構成された複数の分離したウェルを
   有する実験用トレイを用意する工程と、 ｂ．該実験用トレイ内の該ウェルのそれぞれの開放端を
   通ってその中に保持される細胞増殖培地内へ延びるよう
   に一対の導電性を有する細長ピンをそれぞれ配置する工
   程、 ｃ．該実験用トレイ内で培養されている細胞を電子的に
   監視および記録するために該導電性を有する細長ピンの
   一対への選択的印加のために交流電圧を供給する工程、 ｄ．該交流電圧を印加するために該導電性を有する細長
   ピンの一対を選択する前に、該交流電圧のゼロボルトの
   瞬間電位と該交流電圧の最大電圧に等しい瞬間電位との
   間の時間間隔に等しい該交流電圧の遅延期間を決定する
   工程、および ｅ．該交流電庄の印加のために導電性を有する細長ピン
   の一対を選択した直後は、該交流電圧が該遅延期間によ
   って設定された最大電圧に到達する点で導電性を有する
   細長ピンの一対間の導電率を測定する工程、 を包含する方法。
2. 【請求項２】 前記交流電圧が対称波形を有し、前記遅
   延期間が該交流電圧の一周期の４分の３に等しい請求項
   １に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記導電性を有する細長ピンの前記一対
   に印加される前記交流電圧は１０００Ｈｚよりも低い周
   波数を有する請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記導電性を有する細長ピンの前記一対
   に印加される前記交流電圧は６０Ｈｚとは高調波の関係
   にない周波数を有する請求項２に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記導電性を有する細長ピンの前記一対
   に印加される前記交流電圧は３００Ｈｚ以上４００Ｈｚ
   以下の周波数を有する請求項２に記載の方法。
6. 【請求項６】 前記導電性を有する細長ピンの前記一対
   に印加される前記交流電圧は６０Ｈｚとは高調波の関係
   にない周波数を有する請求項５に記載の方法。
7. 【請求項７】 前記実験用トレイ内の前記複数の分離し
   たウェルの開放端を塞ぐように該実験用トレイ上に配置
   されるように構成されたカバーと、該カバーの上部表面
   に固着されたプリント回路板であって、表面には複数の
   個々に導電性を有するトレースが形成されているプリン
   ト回路板と、該プリント回路板上に形 成された該複数
   の個々に導電性を有するトレースとは同数の複数のピン
   ソケットであって、該ピンソケットの１つは該プリント
   回路板上に形成された該個々に導電性を有するトレース
   のそれぞれに電気的に連結され固着され、該ピンソケッ
   トのそれぞれは前記導電性を有する細長ピンのうち１つ
   を受け取っている複数のピ ンソケットとを備えている
   蓋を用意する工程をさらに包含している請求項１に記載
   の方法。
8. 【請求項８】 前記ピンソケットのそれぞれは、その中
   に保持された前記導電性を有する細長ピンとは気密的係
   合を形成している請求項７に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記蓋に備えられた前記ピンソケット
   は、前記複数の分離されたウェル内に保持された細胞増
   殖培地内へは延びないようになっている請求項７に記載
   の方法。
10. 【請求項１０】 前記複数の導電性を有する細長ピン
    は、非反応性の電気的伝導材料から形成されている請求
    項７に記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記複数の導電性を有する細長ピン
    は、ステンレススチールから形成されている請求項１０
    に記載の方法。
12. 【請求項１２】 各対のうち一方の導電性を有する細長
    ピンは共通電位に電気的に接続されている請求項７に記
    載の方法。
13. 【請求項１３】 ｅ．前記交流電圧の印加のために、細
    胞を含まない細胞増殖培地のみを保持する基準ウェル内
    に挿入された第１の対の導電性を有する細長ピンを選択
    する工程、 ｆ．該基準ウェルに挿入された該第１の対の導電性を有
    する細長ピン間の導電率を測定する工程、 ｇ．該交流電圧の印加のために、細胞を含有する細胞増
    殖培地を保持するウェルに挿入された第２の対の導電性
    を有する細長ピンを選択する工程、 ｈ．細胞を含有する細胞増殖培地を保持する該ウェルに
    挿入された該第２の対の導電性を有する細長ピン間の導
    電率を測定する工程、および ｉ．該基準ウェルに対して測定された該導電率を、細胞
    を含有する細胞増殖培地を保持する該ウェルに対して測
    定された該導電率から減算する工程、 をさらに包含している請求項１に記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記供給される交流電圧は、前記一対
    の導電性を有する細長ピン間の導電率を測定する際に用
    いるために最初は所定の目標値よりも小さくなってお
    り、前記方法は、 ｅ．該一対の導電性を有する細長ピンに印加される該交
    流電圧を測定する工程、 ｆ．該一対の導電性を有する
    細長ピンに印加される該交流電圧の大きさを、該所定の
    目標値にほぼ等しくなるまで増加させる工程、および ｇ．該一対の導電性を有する細長ピン間の導電率を測定
    する工程、 をさらに包含している請求項１に記載の方法。
15. 【請求項１５】 前記一対の導電性を有する細長ピンに
    印加される前記交流電圧は９０ミリボルトよりも小さい
    請求項１４に記載の方法。
16. 【請求項１６】 前記一対の導電性を有する細長ピンに
    印加される前記交流電圧は５０ミリボルトよりも小さい
    請求項１５に記載の方法。
17. 【請求項１７】 前記一対の導電性を有する細長ピンに
    印加される前記交流電圧は２０ミリボルトよりも小さい
    請求項１６に記載の方法。