JP4953357B2 - Cell invasion probe, cell invasion device having the cell invasion probe, and detailed invasion method - Google Patents

Cell invasion probe, cell invasion device having the cell invasion probe, and detailed invasion method Download PDF

Info

Publication number
JP4953357B2
JP4953357B2 JP2006276291A JP2006276291A JP4953357B2 JP 4953357 B2 JP4953357 B2 JP 4953357B2 JP 2006276291 A JP2006276291 A JP 2006276291A JP 2006276291 A JP2006276291 A JP 2006276291A JP 4953357 B2 JP4953357 B2 JP 4953357B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cell
probe
invasion
cell invasion
membrane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006276291A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008092824A (en
Inventor
明 井上
亜三子 二瓶
直哉 渡邉
雅次 繁野
修 松澤
喜春 白川部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Priority to JP2006276291A priority Critical patent/JP4953357B2/en
Publication of JP2008092824A publication Critical patent/JP2008092824A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4953357B2 publication Critical patent/JP4953357B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M35/00Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion

Description

本発明は、ライフサイエンス分野、再生医療等に関連する分野において、細胞への各種の溶液の導入や、精子、卵子等の物質の導入や、細胞内の内容物の吸引等を行うために細胞内に侵襲する細胞侵襲用プローブ及び該細胞侵襲用プローブを有する細胞侵襲装置、並びに、細胞侵襲方法に関するものである。   In the fields related to life science field, regenerative medicine, and the like, the present invention provides cells for introducing various solutions into cells, introducing substances such as sperm and eggs, and sucking contents in cells. The present invention relates to a cell invasion probe that invades inside, a cell invasion device having the cell invasion probe, and a cell invasion method.

近年、ライフサイエンス分野、再生医療やゲノム創薬等の分野において、細胞に遺伝子や各種の薬剤を導入して、細胞の性質を改変することが行われている。これは、タンパク質発現や細胞動態(細胞の大きさ、形や細胞そのものの動き等の変化)を観察することで、遺伝子機能の解析等を行うためである。
また、細胞生物学の分野においても、1つ1つの細胞の個性を調べる研究が行われるようになっており、1つの細胞での遺伝子発現変化等を観察するために、生きた細胞から僅かな量の生体分子を取り出して解析する技術が不可欠なものとされている。
このように、1つ1つの細胞に各種の溶液を導入したり、精子、卵子等の物質を導入したり、細胞内から生体分子等の内容物を吸引して採取したりすることが、近年では頻繁に行われている。
In recent years, in the fields of life science, regenerative medicine, genomic drug discovery, etc., it has been practiced to introduce genes and various drugs into cells to modify the properties of the cells. This is because the gene function is analyzed by observing protein expression and cell dynamics (changes in cell size, shape, cell movement, etc.).
Also, in the field of cell biology, research has been conducted to examine the individuality of each cell, and in order to observe changes in gene expression in a single cell, Techniques for extracting and analyzing quantities of biomolecules are indispensable.
As described above, in recent years, various solutions have been introduced into individual cells, substances such as sperm and ovum have been introduced, and contents such as biomolecules have been aspirated and collected from within cells. It is done frequently.

ところで、細胞への導入方法としては、様々な方法が提供されている。例えば、電気刺激を利用した導入方法や、電荷の差異を利用した導入方法や、リポソームを利用した導入方法等が知られている。しかしながら、これらの方法は、一般的に1個の細胞をターゲットにすることができず、複数の細胞に対して統計的に導入を処理するものであった。具体的には、電気刺激やpHの調整等によって、細胞膜(脂質二分子膜)を一時的に破壊することによって細胞膜内への導入を促すものであった。そのため、上述したニーズに対応することができなかった。   By the way, various methods are provided as introduction methods into cells. For example, an introduction method using electrical stimulation, an introduction method using a difference in electric charge, an introduction method using a liposome, and the like are known. However, these methods generally cannot target a single cell and statistically process the introduction of multiple cells. Specifically, the cell membrane (lipid bimolecular membrane) is temporarily destroyed by electrical stimulation, pH adjustment, or the like to promote introduction into the cell membrane. Therefore, it was not possible to meet the needs described above.

一方、単一細胞を対象とした導入方法として、所望する細胞にガラスキャピラリー等の微小針を挿入して、各種溶液や卵子等の物質を導入する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。この方法によれば、1個の細胞に対してのみ導入を行うことができるので、上述したニーズに対応することが可能な方法である。
特開2006−34174号公報
On the other hand, as an introduction method for a single cell, a method is known in which a microneedle such as a glass capillary is inserted into a desired cell to introduce substances such as various solutions and eggs (for example, Patent Document 1). reference). According to this method, since introduction can be performed for only one cell, it is a method that can meet the above-described needs.
JP 2006-34174 A

しかしながら、上記従来の方法では以下の課題が残されていた。
即ち、微小針を利用する方法は、該微小針を細胞に侵襲させる(刺す)ことで、各種の溶液や物質を導入したり、細胞内から生体分子等の物質を吸引して採取したりする方法であるが、図13に示すように、微小針30を細胞Sに刺したときに、穴が開く前に細胞Sが自身の軟性(弾性)により凹んでしまい、微小針30が確実に細胞S内に侵入したか否かを判断することが困難なものであった。
However, the following problems remain in the conventional method.
That is, in the method using a microneedle, the microneedle is invaded (stabbed) into a cell to introduce various solutions and substances, or to collect a substance such as a biomolecule from the inside of the cell. In this method, as shown in FIG. 13, when the microneedle 30 is inserted into the cell S, the cell S is recessed by its own softness (elasticity) before the hole is opened, and the microneedle 30 is surely connected to the cell. It was difficult to determine whether or not it entered the S.

また、仮に細胞S内への侵襲ができたとしても、図14に示すように、細胞Sに対して十分に小さくない微小針30が細胞膜S1を物理的に突き破って内部に侵襲するので、細胞S自体を破壊する可能性があった。また、細胞膜S1に存在する各種タンパク質を微小針30と一緒に、細胞S内に混入させる恐れもあった。更に、微小針30を細胞Sから引き上げる際にも、図15に示すように、細胞Sから細胞膜S1の一部を奪い取ってしまう恐れがあった。これは、細胞Sから微小針30を引き抜く際に、微小針30に付着した細胞膜S1の一部が微小針30と一緒に引き抜かれてしまうからである。   Even if the invasion into the cell S is possible, the microneedle 30 that is not sufficiently small with respect to the cell S physically penetrates the cell membrane S1 and invades inside as shown in FIG. There was a possibility of destroying S itself. In addition, various proteins present in the cell membrane S1 may be mixed into the cell S together with the microneedles 30. Further, when the microneedle 30 is pulled up from the cell S, there is a possibility that a part of the cell membrane S1 is taken away from the cell S as shown in FIG. This is because when the microneedle 30 is pulled out from the cell S, a part of the cell membrane S1 attached to the microneedle 30 is pulled out together with the microneedle 30.

このように従来の方法では、細胞膜S1表面に存在する各種タンパク質(Gタンパクを代表とする膜タンパク質等)や糖鎖糖を物理的に破壊したり、微小針30と一緒に引き抜いてしまったりする恐れがあった。そのため、細胞S投入した後に期待される細胞分裂や、細胞S内部でのタンパク合成等が阻害されてしまうという問題があった。特に、哺乳類等においては、この現象が顕著なものであった。   As described above, in the conventional method, various proteins (membrane proteins such as G protein) and sugar chains existing on the surface of the cell membrane S1 are physically destroyed or pulled out together with the microneedles 30. There was a fear. Therefore, there has been a problem that cell division expected after cell S is introduced, protein synthesis inside cell S, and the like are inhibited. This phenomenon was particularly remarkable in mammals and the like.

一方、細胞S内に含まれる物質を観察したいというニーズが近年高まってきている。一般的な高分解能観察においては、光学顕微鏡を利用する手法が代表的であるが、高分解能とはいえ、やはり分解能に限界があり、細胞S内を正確に観察することは困難であった。そのため、光学顕微鏡に代わる方法として、細胞Sを乾燥させた後にレプリカ法等によってSEM(走査形電子顕微鏡:Scanning Electron Microscope)による高分解能観察を行ったり、細胞Sを凍結させた後にSEMによって観察を行ったりする等の手法が用いられてきた。   On the other hand, the need to observe substances contained in the cells S has been increasing in recent years. In general high-resolution observation, a technique using an optical microscope is representative. However, although the resolution is high, the resolution is still limited, and it is difficult to accurately observe the inside of the cell S. Therefore, as an alternative to the optical microscope, after the cells S are dried, high-resolution observation is performed with a replica method or the like using a SEM (Scanning Electron Microscope), or the cells S are frozen and then observed with the SEM. The technique of performing etc. has been used.

しかしながらこれらの方法は、細胞Sを一旦死滅させた後に観察を行う方法であるので、正確な観察を行うことができなかった。また、生きたままの状態による経時的な観察に関しても行うことができなかった。
なお、細胞S内部に蛍光物質を導入した一分子蛍光観察も考えられるが、この手法は対象とした一分子又はその集団の蛍光を追跡することによる観察手法であり、形態学的な知見が得られるものではなかった。
However, since these methods are methods for observation after the cells S are once killed, accurate observation cannot be performed. In addition, it was not possible to observe over time due to the state of being alive.
Although single-molecule fluorescence observation in which a fluorescent substance is introduced into the cell S is also conceivable, this method is an observation method by tracking the fluorescence of a single molecule or a group thereof, and morphological knowledge is obtained. It wasn't something that could be done.

そこで、微小針30に代えて、先端に探針を有する走査型プローブ顕微鏡のプローブを細胞S内に侵襲させ、該プローブを利用して観察する方法が考えられる。しかしながら、この場合であっても、プローブを侵襲させる際に細胞Sが死滅する可能性があった。また、細胞Sが死滅しない場合であっても、図16に示すように、プローブ先端の探針31をスキャンさせる際に、探針31が細胞膜S1にダメージを与えてしまうと共に、細胞膜S1から探針31が微小な抵抗を受けてしまうので、正確な観察を行うことができなかった。   Therefore, instead of the micro needle 30, a method of invading a probe of a scanning probe microscope having a probe at the tip into the cell S and observing using the probe can be considered. However, even in this case, the cell S may be killed when the probe is invaded. Even when the cell S does not die, as shown in FIG. 16, when the probe 31 at the tip of the probe is scanned, the probe 31 damages the cell membrane S1, and the probe from the cell membrane S1. Since the needle 31 receives minute resistance, accurate observation could not be performed.

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、細胞膜に与える影響を極力抑えながら、死滅させることなく細胞内に侵襲することができると共に、細胞内の内容物を生きたままの状態で正確に観察することができる細胞侵襲用プローブ及び該細胞侵襲用プローブを有する細胞侵襲装置、並びに、細胞侵襲方法を提供することである。   The present invention has been made in consideration of such circumstances, and its purpose is to be able to invade cells without killing them while suppressing the influence on the cell membrane as much as possible. It is an object to provide a cell invasion probe that can be accurately observed in a living state, a cell invasion device having the cell invasion probe, and a cell invasion method.

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明に係る細胞侵襲用プローブは、液中にて基板上に培養されている細胞に対向配置されると共に、基板表面に平行なXY方向及び該XY方向に直交するZ方向に相対移動可能な細胞侵襲用プローブであって、先端が先鋭化され、前記細胞内に穿刺される探針と、該探針を片持ち状態に支持するレバー部と、前記探針の外表面上に形成された脂質二分子膜とを備え、前記探針を前記細胞に穿刺したときに、前記脂質二分子膜が細胞表面の細胞膜に融合して一体化されることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The probe for cell invasion according to the present invention is disposed opposite to cells cultured on a substrate in a liquid and is relatively movable in an XY direction parallel to the substrate surface and a Z direction orthogonal to the XY direction. A probe for cell invasion, which is formed on the outer surface of the probe, the probe having a sharp tip, punctured into the cell, a lever portion that supports the probe in a cantilever state, and the probe A lipid bilayer membrane, and when the probe is punctured into the cell, the lipid bilayer membrane is fused and integrated with the cell membrane on the cell surface.

この発明に係る細胞侵襲用プローブにおいては、レバー部によって支持された探針の外表面上に、細胞表面の細胞膜と同じ構成の脂質二分子膜が形成されている。つまり、親水性、疎水性の両方の性質を持つ両親媒性の単一の分子が、疎水部同士を内側にした状態で配列されて二分子となり、これら二分子が探針の外表面に複数形成されることで脂質二分子膜が形成されている。
そのため、探針と細胞とをXY方向及びZ方向に向けて相対的に移動させて、探針を細胞に近づけると、まず探針の外表面に形成された脂質二分子膜が細胞膜に接触する。すると細胞膜は、該細胞膜と同じ構成である脂質二分子膜と融合し始め、細胞膜と脂質二分子膜とが徐々に一体化し始める。即ち、細胞膜が脂質二分子膜に引っ張られて、探針の外表面に移動し始めると共に、脂質二分子膜が細胞膜に引っ張られて、細胞膜に移動し始める。このように、細胞膜と脂質二分子膜とが、相互に移動し合って融合する。これにより、探針を細胞内に押し込むにつれて、細胞膜及び脂質二分子膜を探針の外表面上に押し退けることができる。
In the cell invasion probe according to the present invention, a lipid bilayer membrane having the same configuration as the cell membrane on the cell surface is formed on the outer surface of the probe supported by the lever portion. In other words, a single amphiphilic molecule having both hydrophilic and hydrophobic properties is arranged into two molecules with the hydrophobic portions inside, and a plurality of these two molecules are present on the outer surface of the probe. As a result, a lipid bilayer is formed.
Therefore, when the probe and the cell are relatively moved in the XY direction and the Z direction and the probe is brought close to the cell, the lipid bilayer film formed on the outer surface of the probe first comes into contact with the cell membrane. . Then, the cell membrane begins to fuse with the lipid bilayer membrane having the same configuration as the cell membrane, and the cell membrane and the lipid bilayer membrane gradually begin to integrate. That is, the cell membrane is pulled by the lipid bilayer membrane and starts moving to the outer surface of the probe, and the lipid bilayer membrane is pulled by the cell membrane and starts moving to the cell membrane. In this way, the cell membrane and the lipid bilayer membrane move and fuse with each other. Thereby, as the probe is pushed into the cell, the cell membrane and the lipid bilayer can be pushed away onto the outer surface of the probe.

よって、細胞膜を物理的に突き破ることなく、探針部分のみを細胞内に穿刺することができる。従って、従来のものとは異なり、細胞膜に与える影響を極力抑えることができ、培養中の細胞を死滅させることなく探針を細胞内に入れて侵襲させることができる。特に、従来のように細胞を物理的に穿刺するのではなく、脂質二分子膜と細胞膜とを融合させて一体化できるので、探針を穿刺するにあたり、細胞が凹んで探針から逃げてしまうことがない。この点からも、細胞に刺激等の影響を与えることなく、確実に侵襲を行うことができる。しかも、従来のように細胞膜を細胞内に混入させてしまうこともない。   Therefore, only the probe portion can be punctured into the cell without physically breaking through the cell membrane. Therefore, unlike the conventional one, the influence on the cell membrane can be suppressed as much as possible, and the probe can be placed in the cell and invaded without killing the cell in culture. In particular, instead of physically puncturing the cells as in the past, the lipid bilayer membrane and the cell membrane can be fused and integrated, so when puncturing the probe, the cells will dent and escape from the probe There is nothing. Also from this point, it is possible to reliably invade without affecting the cells such as stimulation. In addition, the cell membrane is not mixed into the cell as in the prior art.

上述したように、この細胞侵襲用プローブによれば、細胞膜に与える影響を極力抑えながら死滅させることなく細胞内に侵襲できるので、細胞膜に存在する各種タンパク質に影響を与えずに、探針によって各種の計測を行うという、従来技術では困難であったことを可能にすることができる。   As described above, according to this cell invasion probe, since it can invade into the cell without being killed while suppressing the influence on the cell membrane as much as possible, various probes can be used without affecting the various proteins present on the cell membrane. It is possible to make it possible to perform a measurement that has been difficult with the prior art.

また、探針を細胞内から引き抜く場合であっても、従来のように細胞膜を引き抜いてしまう恐れがない。つまり、探針の外表面に形成されている脂質二分子膜は、細胞膜と融合して既に一体的になっているので、脂質二分子膜は細胞膜に引っ張られて探針と共に移動し難い状態となっている。そのため、探針を引き抜くと、脂質二分子膜は細胞膜に引っ張られて細胞側に残り易く、主に探針だけを引き抜くことができる。なお、探針側の膜残りの制御は、引き上げスピードを変える等の動作によって行うことが可能である。
その結果、細胞膜を引き抜くことなく、探針を細胞内から引き抜くことができる。従って、探針を引き抜いた後であっても、細胞を死滅させることがない。また、探針を引き抜くにつれて、細胞膜は徐々に元の状態に戻り始めるので、細胞の表面を再び覆うことができる。なお、脂質二分子膜は、その一部が細胞側に残る場合があるが、この場合にはそのまま細胞膜となる。
Further, even when the probe is pulled out from the cell, there is no fear that the cell membrane is pulled out as in the conventional case. In other words, the lipid bilayer membrane formed on the outer surface of the probe is already integrated with the cell membrane, so that the lipid bilayer membrane is pulled by the cell membrane and hardly moves with the probe. It has become. Therefore, when the probe is pulled out, the lipid bilayer membrane is easily pulled by the cell membrane and remains on the cell side, and only the probe can be pulled out mainly. The control of the film residue on the probe side can be performed by an operation such as changing the pulling speed.
As a result, the probe can be extracted from the cell without extracting the cell membrane. Therefore, even after the probe is pulled out, the cells are not killed. Further, as the probe is pulled out, the cell membrane gradually begins to return to its original state, so that the cell surface can be covered again. A part of the lipid bilayer membrane may remain on the cell side, but in this case, it becomes a cell membrane as it is.

また、本発明に係る細胞侵襲用プローブは、上記本発明の細胞侵襲用プローブにおいて、前記探針の外表面が、親水化処理がされていることを特徴とするものである。   The probe for cell invasion according to the present invention is characterized in that, in the probe for cell invasion according to the present invention, the outer surface of the probe is subjected to a hydrophilic treatment.

この発明に係る細胞侵襲用プローブにおいては、探針の外表面が親水化処理されて濡れ性が向上しているので、脂質二分子膜と外表面との密着性を向上することができる。従って、脂質二分子膜が途中で剥がれてしまうことがなく、プローブの信頼性を向上することができる。   In the probe for cell invasion according to the present invention, the outer surface of the probe is hydrophilized and the wettability is improved, so that the adhesion between the lipid bilayer membrane and the outer surface can be improved. Therefore, the lipid bilayer membrane is not peeled off in the middle, and the reliability of the probe can be improved.

また、本発明に係る細胞侵襲用プローブは、上記本発明の細胞侵襲用プローブにおいて、前記探針には、先端に開口を有する管路が先端側から基端側に亘って形成されていることを特徴とするものである。   Moreover, the probe for cell invasion according to the present invention is the above probe for cell invasion according to the present invention, wherein the probe has a tube having an opening at the distal end extending from the distal end side to the proximal end side. It is characterized by.

この発明に係る細胞侵襲用プローブにおいては、探針を細胞内に侵襲させた後、管路を介して細胞内に所定の物質、例えば、薬液、DNA溶液、精子や卵子等を導入したり、細胞内から内容物、即ち細胞を構成する各種物質を吸引したりすることができる。このように、管路を利用することで、容易且つ確実に、多種多用の細胞計測(例えば、導電性流体を導入することによる電気刺激反応計測やイオン計測等)を行うことができ、より多角的な解析を行うことができる。特に、細胞を死滅させることなく行えるので、正確な解析を行うことができる。   In the probe for cell invasion according to the present invention, after invading the probe into the cell, a predetermined substance, for example, a drug solution, a DNA solution, a sperm, an egg, or the like is introduced into the cell via the conduit, The contents, that is, various substances constituting the cell can be aspirated from inside the cell. As described above, by using the pipe line, various types of cell measurement (for example, electrical stimulation reaction measurement and ion measurement by introducing a conductive fluid) can be easily and reliably performed. Analysis can be performed. In particular, since the analysis can be performed without killing the cells, an accurate analysis can be performed.

また、本発明に係る細胞侵襲用プローブは、上記本発明のいずれかの細胞侵襲用プローブにおいて、前記探針の先端と前記脂質二分子膜との間には、前記細胞内に投入する特定物質が予め担持されていることを特徴とするものである。   Further, the cell invasion probe according to the present invention is the specific substance to be introduced into the cell between the tip of the probe and the lipid bilayer in the cell invasion probe of the present invention. Is previously supported.

この発明に係る細胞侵襲用プローブにおいては、探針の先端と脂質二分子膜との間に、予め特定物質が担持されているので、探針を細胞内に侵襲させた後、確実且つ速やかにこの特定物質を細胞内に投入することができる。よって、細胞の反応を観察する等、さらに多角的な解析を行うことができる。特に、細胞を死滅させることなく行えるので、正確な解析を行うことができる。また、探針を細胞内に侵襲するだけで、特定物質を直ちに投入できるので使い易い。   In the probe for cell invasion according to the present invention, since the specific substance is previously supported between the tip of the probe and the lipid bilayer, the probe is reliably and promptly invaded after invading the cell into the cell. This specific substance can be introduced into cells. Therefore, it is possible to perform further multilateral analyzes such as observing cell reactions. In particular, since the analysis can be performed without killing the cells, an accurate analysis can be performed. In addition, it is easy to use because a specific substance can be introduced immediately by invading the probe into the cell.

また、本発明に係る細胞侵襲用プローブは、上記本発明のいずれかの細胞侵襲用プローブにおいて、前記脂質二分子膜が、リン脂質又は糖脂質の両親媒性分子からなる膜であることを特徴とするものである。   Further, the cell invasion probe according to the present invention is characterized in that, in the cell invasion probe of the present invention, the lipid bilayer membrane is a membrane composed of an amphipathic molecule of phospholipid or glycolipid. It is what.

この発明に係る細胞侵襲用プローブにおいては、脂質二分子膜が、リン脂質(スフィンゴリン脂質、グリセロリン脂質)又は、糖脂質(スフィンゴ糖脂質、グリセロ糖脂質)の両親媒性分子からなる膜とされている。具体的には、ホスファチジルエタノールアミン、フォスファチジルセリン、フォスファチジルコリン、スフィンゴミエリン、コレステロール、ガラクトセレブロシド、GM1ガングリオシド、シアル酸(NANA)等の両親媒性分子からなる膜とされている。   In the probe for cell invasion according to the present invention, the lipid bilayer membrane is a membrane composed of phospholipid (sphingophospholipid, glycerophospholipid) or an amphipathic molecule of glycolipid (sphingoglycolipid, glyceroglycolipid). ing. Specifically, it is a membrane composed of amphipathic molecules such as phosphatidylethanolamine, phosphatidylserine, phosphatidylcholine, sphingomyelin, cholesterol, galactocerebroside, GM1 ganglioside, sialic acid (NANA).

また、本発明に係る細胞侵襲装置は、上記本発明のいずれかの細胞侵襲用プローブと、該細胞侵襲用プローブと前記基板とを前記XY方向及び前記Z方向に相対移動させて、前記探針を前記細胞に穿刺させる移動手段と、前記細胞を観察する観察手段とを備えていることを特徴とするものである。   Further, the cell invasive device according to the present invention is the probe according to any one of the cell invasive probes according to the present invention, the cell invasive probe and the substrate which are relatively moved in the XY direction and the Z direction. A moving means for puncturing the cell and an observation means for observing the cell.

この発明に係る細胞侵襲装置においては、移動手段により細胞侵襲用プローブと基板とを、XY方向及びZ方向に向けて適宜相対的に移動させることで、狙った細胞内に探針を確実に侵襲することができる。この際、観察手段で細胞を観察できるので、より正確に侵襲を行うことができる。また、侵襲後の細胞の動態を生きたままの状態で観察して、正確な解析を行うことができる。   In the cell invasion device according to the present invention, the probe is securely invaded into the targeted cell by appropriately moving the cell invasion probe and the substrate in the XY direction and the Z direction by the moving means. can do. At this time, since the cells can be observed by the observation means, the invasion can be performed more accurately. In addition, it is possible to perform accurate analysis by observing the kinetics of cells after invasion in a living state.

また、本発明に係る細胞侵襲装置は、上記本発明の細胞侵襲装置において、前記細胞の周囲環境を所定の環境条件に調整する環境調整手段を備えていることを特徴とするものである。   The cell invasive device according to the present invention is characterized in that in the cell invasive device of the present invention described above, there is provided an environment adjusting means for adjusting the surrounding environment of the cell to a predetermined environmental condition.

この発明に係る細胞侵襲装置においては、環境調整手段により、培養されている細胞の周囲環境、例えば、温度、湿度、気圧や二酸化炭素濃度等を、所定の環境条件に調整することができる。よって、細胞の種類等に応じて、環境を最適な状態に調整することができる。従って、より正確に細胞の観察を行うことができると共に、長期的な観察を行って解析することができる。   In the cell invasive device according to the present invention, the environment surrounding the cells being cultured, for example, temperature, humidity, atmospheric pressure, carbon dioxide concentration, etc. can be adjusted to predetermined environmental conditions by the environment adjusting means. Therefore, the environment can be adjusted to an optimum state according to the type of cell. Therefore, the cells can be observed more accurately, and can be analyzed by long-term observation.

また、本発明に係る細胞侵襲装置は、上記本発明の細胞侵襲装置において、前記レバー部の撓みを測定する変位測定手段を備えていることを特徴とするものである。   The cell invasive device according to the present invention is characterized in that in the cell invasive device of the present invention described above, a displacement measuring means for measuring the deflection of the lever portion is provided.

この発明に係る細胞侵襲装置においては、変位測定手段によりレバー部の撓みを測定できるので、細胞への侵襲や細胞からの引き抜きがされたか否かをより正確に判断することができる。また、探針を細胞内に侵襲させた状態で、細胞内をAFM観察することができる。従って、細胞内に含まれる各種の細胞物質を、生きたままの状態で高分解能且つ高精度に観察することができる。特に、脂質二分子膜と細胞膜とが融合しているので、探針を走査したとしても、従来のように細胞膜にダメージを与えることはない。   In the cell invasion device according to the present invention, since the deflection of the lever portion can be measured by the displacement measuring means, it is possible to more accurately determine whether or not the cell is invaded or pulled out. In addition, AFM observation can be performed with the probe invaded into the cell. Therefore, various cellular substances contained in the cells can be observed with high resolution and high accuracy in a living state. In particular, since the lipid bilayer membrane and the cell membrane are fused, even if the probe is scanned, the cell membrane is not damaged as in the prior art.

また、本発明に係る細胞侵襲方法は、レバー部に片持ち状態に支持され、先端が先鋭化された探針を液中にて基板上に培養されている細胞に穿刺させる細胞侵襲方法であって、前記探針の外表面上に脂質二分子膜を形成する脂質膜形成工程と、該脂質膜形成工程後、前記細胞を観察しながら該細胞上に前記探針を移動させる移動工程と、該移動工程後、前記探針と前記細胞とを接近させて、探針を細胞に穿刺させる穿刺工程とを備え、前記探針を前記細胞に穿刺したときに、前記脂質二分子膜が細胞表面の細胞膜に融合して一体化されることを特徴とするものである。   The cell invasion method according to the present invention is a cell invasion method in which a probe that is supported in a cantilever state by a lever portion and has a sharpened tip is punctured into a cell cultured on a substrate in a liquid. A lipid film forming step of forming a lipid bilayer on the outer surface of the probe, and a moving step of moving the probe over the cell while observing the cell after the lipid film forming step, A puncturing step in which the probe and the cell are brought close to each other after the moving step to puncture the cell with the probe, and when the probe is punctured into the cell, the lipid bilayer membrane is It is characterized by being fused and integrated into the cell membrane.

この発明に係る細胞侵襲方法においては、まず脂質膜形成工程により、レバー部に片持ち状に支持された探針の外表面上に、細胞表面の細胞膜と同じ構成の脂質二分子膜を形成する。形成方法としては、例えば、予め脂質膜を展開した水溶液に探針を浸漬させた後、ゆっくり引き上げることで、探針の外表面に脂質二分子膜を付着させて形成する。つまり、親水性、疎水性の両方の性質を持つ両親媒性の単一の分子が、疎水部同士を内側にした状態で配列されて二分子となり、これら二分子が複数形成されることで脂質二分子膜が形成される。   In the cell invasion method according to the present invention, first, a lipid bilayer membrane having the same configuration as the cell membrane on the cell surface is formed on the outer surface of the probe supported in a cantilever manner on the lever portion by a lipid membrane formation step. . As a formation method, for example, the tip is immersed in an aqueous solution in which a lipid membrane is spread in advance, and then slowly lifted to attach the lipid bilayer to the outer surface of the probe. In other words, a single amphiphilic molecule having both hydrophilic and hydrophobic properties is arranged in a state where the hydrophobic parts are inside each other to form two molecules, and a plurality of these two molecules are formed to form a lipid. A bilayer is formed.

次いで、培養されている細胞を観察しながら、目的の細胞上に探針を移動させる移動工程を行う。この際、細胞を観察しているので、探針を目的の細胞上に正確に位置決めすることができる。   Next, a moving step of moving the probe onto the target cell is performed while observing the cultured cell. At this time, since the cell is observed, the probe can be accurately positioned on the target cell.

次いで、この状態から探針と細胞とを接近させて、探針を細胞に穿刺する穿刺工程を行う。この穿刺工程を行うにあたり、探針と細胞とを接近させていくと、まず探針の外表面に形成された脂質二分子膜が細胞膜に接触する。すると細胞膜は、該細胞膜と同じ構成である脂質二分子膜と融合し始め、細胞膜と脂質二分子膜とが徐々に一体化し始める。即ち、細胞膜が脂質二分子膜に引っ張られて、探針の外表面に移動し始めると共に、脂質二分子膜が細胞膜に引っ張られて、細胞膜に移動し始める。このように、細胞膜と脂質二分子膜とが、相互に移動し合って融合する。これにより、探針を細胞内に押し込むにつれて、細胞膜及び脂質二分子膜を探針の外表面上に押し退けることができる。   Next, a puncturing step is performed in which the probe and the cell are brought close to each other from this state to puncture the cell with the probe. In carrying out this puncturing step, when the probe and the cell are brought close to each other, the lipid bilayer membrane formed on the outer surface of the probe first comes into contact with the cell membrane. Then, the cell membrane begins to fuse with the lipid bilayer membrane having the same configuration as the cell membrane, and the cell membrane and the lipid bilayer membrane gradually begin to integrate. That is, the cell membrane is pulled by the lipid bilayer membrane and starts moving to the outer surface of the probe, and the lipid bilayer membrane is pulled by the cell membrane and starts moving to the cell membrane. In this way, the cell membrane and the lipid bilayer membrane move and fuse with each other. Thereby, as the probe is pushed into the cell, the cell membrane and the lipid bilayer can be pushed away onto the outer surface of the probe.

よって、細胞膜を物理的に突き破ることなく、探針部分のみを細胞内に穿刺することができる。従って、従来のものとは異なり、細胞膜に与える影響を極力抑えることができ、培養中の細胞を死滅させることなく探針を細胞内に入れて侵襲させることができる。特に、従来のように細胞を物理的に穿刺するのではなく、脂質二分子膜と細胞膜とを融合させて一体化できるので、探針を穿刺するにあたり、細胞が凹んで探針から逃げてしまうことがない。この点からも、細胞に刺激等の影響を与えることなく、確実に侵襲を行うことができる。しかも、従来のように細胞膜を細胞内に混入させてしまうこともない。   Therefore, only the probe portion can be punctured into the cell without physically breaking through the cell membrane. Therefore, unlike the conventional one, the influence on the cell membrane can be suppressed as much as possible, and the probe can be placed in the cell and invaded without killing the cell in culture. In particular, instead of physically puncturing the cells as in the past, the lipid bilayer membrane and the cell membrane can be fused and integrated, so when puncturing the probe, the cells will dent and escape from the probe There is nothing. Also from this point, it is possible to reliably invade without affecting the cells such as stimulation. In addition, the cell membrane is not mixed into the cell as in the prior art.

上述したように、この細胞侵襲方法によれば、細胞膜に与える影響を極力抑えながら死滅させることなく細胞内に侵襲できるので、細胞膜に存在する各種タンパク質に影響を与えずに、探針によって各種の計測を行うという、従来技術では困難であったことを可能にすることができる。   As described above, according to this cell invasion method, it is possible to invade into the cell without killing it while suppressing the influence on the cell membrane as much as possible. Therefore, without affecting the various proteins existing on the cell membrane, Measurement can be performed, which was difficult in the prior art.

また、探針を細胞内から引き抜く場合であっても、従来のように細胞膜を引き抜いてしまう恐れがない。つまり、探針の外表面に形成されている脂質二分子膜は、細胞膜と融合して既に一体的になっているので、脂質二分子膜は細胞膜に引っ張られて探針と共に移動し難い状態となっている。そのため、探針を引き抜くと、脂質二分子膜は細胞膜に引っ張られて細胞側に残り易く、主に探針だけを引き抜くことができる。なお、探針側の膜残りの制御は、引き上げスピードを変える等の動作によって行うことが可能である。
その結果、細胞膜を引き抜くことなく、探針を細胞内から引き抜くことができる。従って、探針を引き抜いた後であっても、細胞を死滅させることがない。また、探針を引き抜くにつれて、細胞膜は徐々に元の状態に戻り始めるので、細胞の表面を再び覆うことができる。なお、脂質二分子膜は、その一部が細胞側に残る場合があるが、この場合にはそのまま細胞膜となる。
Further, even when the probe is pulled out from the cell, there is no fear that the cell membrane is pulled out as in the conventional case. In other words, the lipid bilayer membrane formed on the outer surface of the probe is already integrated with the cell membrane, so that the lipid bilayer membrane is pulled by the cell membrane and hardly moves with the probe. It has become. Therefore, when the probe is pulled out, the lipid bilayer membrane is easily pulled by the cell membrane and remains on the cell side, and only the probe can be pulled out mainly. The control of the film residue on the probe side can be performed by an operation such as changing the pulling speed.
As a result, the probe can be extracted from the cell without extracting the cell membrane. Therefore, even after the probe is pulled out, the cells are not killed. Further, as the probe is pulled out, the cell membrane gradually begins to return to its original state, so that the cell surface can be covered again. A part of the lipid bilayer membrane may remain on the cell side, but in this case, it becomes a cell membrane as it is.

また、本発明に係る細胞侵襲方法は、上記本発明の細胞侵襲方法において、前記脂質膜形成工程の前に、前記探針の外表面を親水化処理する親水化工程を行うことを特徴とするものである。   The cell invasion method according to the present invention is characterized in that, in the cell invasion method of the present invention, a hydrophilization step of hydrophilizing the outer surface of the probe is performed before the lipid film formation step. Is.

この発明に係る細胞侵襲方法においては、親水化工程により、探針の外表面を親水化処理して濡れ性を向上させるので、脂質二分子膜と外表面との密着性を向上することができる。従って、脂質二分子膜が途中で剥がれてしまうことがなく、プローブの信頼性を向上することができる。   In the cell invasion method according to the present invention, the outer surface of the probe is hydrophilized by the hydrophilization step to improve the wettability, so that the adhesion between the lipid bilayer membrane and the outer surface can be improved. . Therefore, the lipid bilayer membrane is not peeled off in the middle, and the reliability of the probe can be improved.

また、本発明に係る細胞侵襲方法は、上記本発明の細胞侵襲方法において、前記探針には、先端に開口を有する管路が先端側から基端側に亘って形成されており、前記穿刺工程後、前記管路を利用して前記細胞内に所定の物質を導入、若しくは、細胞内から内容物を吸引する導入吸引工程を備えていることを特徴とするものである。   In the cell invasion method according to the present invention, in the cell invasion method according to the present invention, a tube having an opening at a distal end is formed on the probe from the distal end side to the proximal end side. After the step, an introduction suction step of introducing a predetermined substance into the cell using the pipe line or sucking the contents from the cell is provided.

この発明に係る細胞侵襲方法においては、探針を細胞内に侵襲させた後、導入吸引工程を行うことで、管路を介して細胞内に所定の物質、例えば、薬液、DNA溶液、精子や卵子等を導入したり、細胞内から内容物、即ち細胞を構成する各種物質を吸引したりすることができる。このように、導入吸引工程を行うことで、容易且つ確実に多種多様な細胞計測(例えば、導電性流体を導入することによる電気刺激反応計測やイオン計測等)を行うことができ、より多角的な解析を行うことができる。特に、細胞を死滅させることなく行えるので、正確な解析を行うことができる。   In the cell invasion method according to the present invention, after infiltrating the probe into the cell, an introduction and suction step is performed, so that a predetermined substance such as a drug solution, a DNA solution, sperm, An egg or the like can be introduced, or the contents, that is, various substances constituting the cell can be aspirated from inside the cell. As described above, by performing the introduction and suction step, it is possible to easily and surely perform a wide variety of cell measurements (for example, electrical stimulation reaction measurement or ion measurement by introducing a conductive fluid), and more versatile. Analysis can be performed. In particular, since the analysis can be performed without killing the cells, an accurate analysis can be performed.

また、本発明に係る細胞侵襲方法は、上記本発明のいずれかの細胞侵襲方法において、前記脂質膜形成工程の前に、前記探針の先端に前記細胞内に投入する特定物質を予め担持させる担持工程を行い、前記穿刺工程時に、前記特定物質を前記細胞内に投入することを特徴とするものである。   Further, the cell invasion method according to the present invention is the cell invasion method according to any one of the above-described present invention, wherein the specific substance to be introduced into the cell is supported in advance at the tip of the probe before the lipid film forming step. A carrying step is performed, and the specific substance is introduced into the cell during the puncturing step.

この発明に係る細胞侵襲方法においては、担持工程により探針の先端に予め特定物質を担持しているので、穿刺工程時に確実且つ速やかにこの特定物質を細胞内に投入することができる。よって、細胞の反応を観察する等、さらに多角的な解析を行うことができる。特に、細胞を死滅させることなく行えるので、正確な解析を行うことができる。また、探針を細胞内に侵襲するだけで、特定物質を直ちに投入できるので使い易い。   In the cell invasion method according to the present invention, since the specific substance is supported in advance on the tip of the probe by the supporting process, the specific substance can be reliably and promptly introduced into the cell during the puncturing process. Therefore, it is possible to perform further multilateral analyzes such as observing cell reactions. In particular, since the analysis can be performed without killing the cells, an accurate analysis can be performed. In addition, it is easy to use because a specific substance can be introduced immediately by invading the probe into the cell.

また、本発明に係る細胞侵襲方法は、上記本発明のいずれかの細胞侵襲方法において、前記穿刺工程後、前記探針を前記細胞内で走査させて細胞内をAFM観察する観察工程とを備えていることを特徴とするものである。   Further, the cell invasion method according to the present invention includes the observation step of performing AFM observation of the inside of the cell by scanning the probe inside the cell after the puncturing step in the cell invasion method according to any one of the present invention. It is characterized by that.

この発明に係る細胞侵襲方法においては、細胞内に侵襲させた探針を細胞内で走査させて、細胞内をAFM観察する観察工程を行うことで、細胞内に含まれる各種の細胞物質を生きたままの状態で高分解能且つ高精度に観察することができる。特に、脂質二分子膜と細胞膜とが融合しているので、探針を走査したとしても細胞膜が外表面上に逃げていく。従って、従来のように細胞膜にダメージを与えることはない。   In the cell invasion method according to the present invention, various types of cellular substances contained in the cells are made alive by performing an observation process of scanning the inside of the cells with a probe invaded into the cells and observing the inside of the cells with AFM. It can be observed with high resolution and high accuracy as it is. In particular, since the lipid bilayer membrane and the cell membrane are fused, the cell membrane escapes on the outer surface even when the probe is scanned. Therefore, the cell membrane is not damaged as in the prior art.

また、本発明に係る細胞侵襲方法は、上記本発明のいずれかの細胞侵襲方法において、前記細胞の周囲環境を所定の環境条件に調整する環境調整工程を備えていることを特徴とするものである。   The cell invasion method according to the present invention is characterized in that, in any of the above cell invasion methods of the present invention, an environment adjustment step for adjusting the surrounding environment of the cell to a predetermined environmental condition is provided. is there.

この発明に係る細胞侵襲方法においては、環境調整工程により、培養されている細胞の周囲環境、例えば、温度、湿度、気圧や二酸化炭素濃度等を、所定の環境条件に調整することができる。よって、細胞の種類等に応じて、環境を最適な状態に調整することができる。従って、より正確に細胞の観察を行うことができると共に、長期的な観察を行って解析することができる。   In the cell invasion method according to the present invention, it is possible to adjust the surrounding environment of the cultured cells, for example, temperature, humidity, atmospheric pressure, carbon dioxide concentration, etc., to predetermined environmental conditions by the environmental adjustment step. Therefore, the environment can be adjusted to an optimum state according to the type of cell. Therefore, the cells can be observed more accurately, and can be analyzed by long-term observation.

本発明に係る細胞侵襲用プローブ及び細胞侵襲方法によれば、細胞膜に与える影響を極力抑えながら死滅させることなく細胞内に侵襲することができる。
また、本発明に係る細胞侵襲装置によれば、上記細胞侵襲用プローブを備えているので、細胞の動態を生きたままの状態で観察して、正確な解析を行うことができる。
According to the cell invasion probe and the cell invasion method according to the present invention, it is possible to invade into a cell without killing it while suppressing the influence on the cell membrane as much as possible.
Moreover, according to the cell invasive device according to the present invention, since the cell invasive probe is provided, it is possible to perform accurate analysis by observing the kinetics of the cell as it is.

以下、本発明に係る細胞侵襲用プローブ、細胞侵襲装置及び細胞侵襲方法の一実施形態について、図1から図12を参照して説明する。
本実施形態の細胞侵襲装置1は、図1に示すように、液中で細胞Sを培養するセル(基板)2と、細胞侵襲用プローブ3を有する走査型プローブ顕微鏡4と、細胞Sを観察する光学顕微鏡5を有する光学装置(観察手段)6とを組み合わせた装置である。
Hereinafter, an embodiment of a cell invasion probe, a cell invasion device, and a cell invasion method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the cell invasion device 1 of the present embodiment observes a cell (substrate) 2 for culturing the cell S in a liquid, a scanning probe microscope 4 having a cell invasion probe 3, and the cell S. This is an apparatus that combines an optical apparatus (observation means) 6 having an optical microscope 5.

走査型プローブ顕微鏡4は、細胞Sに対向配置された細胞侵襲用プローブ3と、該細胞侵襲用プローブ3とセル2とを、セル2の底面(基板表面)に平行なXY方向及びこれらXY方向に垂直なZ方向に相対移動させて、細胞侵襲用プローブ3の探針3aを細胞Sに穿刺させる移動手段7と、細胞侵襲用プローブ3のレバー部3bの撓みを測定する変位測定手段8と、これら各構成品を総合的に制御する制御部9とを備えている。   The scanning probe microscope 4 includes a cell invasion probe 3 disposed opposite to a cell S, and the cell invasion probe 3 and the cell 2 in an XY direction parallel to the bottom surface (substrate surface) of the cell 2 and these XY directions. A moving means 7 for puncturing the cell S with the probe 3a of the cell invasion probe 3 by relative movement in the Z direction perpendicular to the direction, and a displacement measuring means 8 for measuring the deflection of the lever portion 3b of the cell invasion probe 3. And a control unit 9 that comprehensively controls these components.

上記セル2は、光学的に透明な材料により、上部が開口した断面コ形形状に形成されており、ステージ10上に保持されている。このセル2の内部には、培地(細胞Sが正常な機能を営むための要素を含む培養液)Wが貯留されており、底面に複数の細胞Sが培養されている。また、このセル2には、図示しないヒータや二酸化炭素供給部等が組み込まれており、例えば、培地Wの温度が37±0.5℃、二酸化炭素濃度が5%になるように調整されている。また、このセル2は、密閉された容器11内に収納されている。そしてこの容器11には、内部の圧力を任意の圧力(例えば、真空状態)に調整する真空ポンプ12と、容器11内に所定の湿度を持った空気を供給して湿度を調整する湿度調整部13とが接続されている。   The cell 2 is formed of an optically transparent material into a U-shaped cross section with an upper opening, and is held on the stage 10. Inside the cell 2, a medium (a culture solution containing elements for allowing the cells S to function normally) W is stored, and a plurality of cells S are cultured on the bottom surface. The cell 2 incorporates a heater, a carbon dioxide supply unit, and the like (not shown). For example, the temperature of the medium W is adjusted to 37 ± 0.5 ° C. and the carbon dioxide concentration is 5%. Yes. The cell 2 is housed in a sealed container 11. The container 11 has a vacuum pump 12 that adjusts the internal pressure to an arbitrary pressure (for example, a vacuum state), and a humidity adjusting unit that adjusts humidity by supplying air having a predetermined humidity into the container 11. 13 is connected.

これらヒータ、二酸化炭素供給部、真空ポンプ12及び湿度調整部13によって、容器11内における細胞Sの周囲環境を培養に適した所定の環境条件に調整できるようになっている。即ち、これら容器11、ヒータ、二酸化炭素供給部、真空ポンプ12及び湿度調整部13は、環境調整手段14を構成している。
なお、セル2には、図示しない管路を介して培地Wが循環するようになっており、常に新しい培地Wが供給されるようになっている。
These heater, carbon dioxide supply unit, vacuum pump 12 and humidity adjustment unit 13 can adjust the surrounding environment of the cells S in the container 11 to predetermined environmental conditions suitable for culture. That is, the container 11, the heater, the carbon dioxide supply unit, the vacuum pump 12, and the humidity adjustment unit 13 constitute an environment adjustment unit 14.
In addition, the culture medium W circulates in the cell 2 via a pipe line (not shown), and a new culture medium W is always supplied.

上記光学顕微鏡5は、ステージ10の下方に配置されており、ステージ10の略中心に形成された開口10aを通してセル2の下側から複数の細胞Sの培養状態を観察できるようになっている。また、この光学顕微鏡5は、観察した画像を制御部9に接続されたモニタ15に出力している。これにより、作業者は、モニタ15に表示された画像を見ながら操作部で細胞Sの位置を特定できるようになっている。即ち、これら光学顕微鏡5及びモニタ15は、上記光学装置6を構成している。なお、モニタ15は、容器11の外部に配置されている。   The optical microscope 5 is arranged below the stage 10 so that the culture state of the plurality of cells S can be observed from the lower side of the cell 2 through the opening 10 a formed at the approximate center of the stage 10. Further, the optical microscope 5 outputs the observed image to a monitor 15 connected to the control unit 9. As a result, the operator can specify the position of the cell S with the operation unit while viewing the image displayed on the monitor 15. That is, the optical microscope 5 and the monitor 15 constitute the optical device 6. The monitor 15 is arranged outside the container 11.

上記細胞侵襲用プローブ3は、先端が先鋭化され、細胞S内に穿刺される探針3aと、基端側が本体部に支持された状態で探針3aを片持ち状態に支持するレバー部3bと、探針3aの外表面上に形成された脂質二分子膜3cとで構成されている。
脂質二分子膜3cは、図2に示すように、探針3aを包み込むように該探針3aの外表面上に形成されている。この脂質二分子膜3cは、親水性、疎水性の両方の性質を持つ両親媒性の単一の分子が、疎水部P1を内側且つ親水部P2を外側にした状態で配列されて二分子となり、これら二分子が探針3aの外表面に複数形成されて膜状となったものである。
The cell invasion probe 3 has a tip 3 which is sharpened and punctured into the cell S, and a lever portion 3b which supports the probe 3a in a cantilever state with the base end supported by the main body. And a lipid bilayer membrane 3c formed on the outer surface of the probe 3a.
As shown in FIG. 2, the lipid bilayer membrane 3c is formed on the outer surface of the probe 3a so as to enclose the probe 3a. This lipid bilayer membrane 3c is a bilayer in which a single amphiphilic molecule having both hydrophilic and hydrophobic properties is arranged with the hydrophobic portion P1 on the inside and the hydrophilic portion P2 on the outside. A plurality of these two molecules are formed on the outer surface of the probe 3a to form a film.

本実施形態の脂質二分子膜3cは、リン脂質(スフィンゴリン脂質、グリセロリン脂質)又は、糖脂質(スフィンゴ糖脂質、グリセロ糖脂質)の両親媒性分子からなる脂質膜とされている。具体的には、ホスファチジルエタノールアミン、フォスファチジルセリン、フォスファチジルコリン、スフィンゴミエリン、コレステロール、ガラクトセレブロシド、GM1ガングリオシド、シアル酸(NANA)等の両親媒性分子からなる膜とされている。   The lipid bilayer membrane 3c of the present embodiment is a lipid membrane made of amphiphilic molecules of phospholipid (sphingophospholipid, glycerophospholipid) or glycolipid (sphingoglycolipid, glyceroglycolipid). Specifically, it is a membrane composed of amphipathic molecules such as phosphatidylethanolamine, phosphatidylserine, phosphatidylcholine, sphingomyelin, cholesterol, galactocerebroside, GM1 ganglioside, sialic acid (NANA).

ここで、リン脂質についてより詳細に説明すると、このリン脂質は、リン酸を親水部に持つ脂質であり、グリセリンの3つの水酸基の内端の1つにリン酸が、残りに脂肪酸がエステル結合したものである。脂肪酸は、炭素数12〜18の飽和、不飽和の炭素鎖の端にカルボン酸がついた疎水的な分子である。脂肪酸としては、例えば、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、アラキドン酸、リノール酸、リノレイン酸等である。   Here, the phospholipid will be described in more detail. This phospholipid is a lipid having phosphoric acid in the hydrophilic part, and phosphoric acid is ester-bonded at one of the inner ends of the three hydroxyl groups of glycerin, and the remaining fatty acid is an ester bond. It is a thing. A fatty acid is a hydrophobic molecule having a carboxylic acid at the end of a saturated or unsaturated carbon chain having 12 to 18 carbon atoms. Examples of the fatty acid include lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, palmitoleic acid, oleic acid, arachidonic acid, linoleic acid, linolenic acid, and the like.

上述した脂質二分子膜3cは、図3に示すように、細胞Sの表面を覆っている細胞膜S1と同じ構成からなる脂質膜である。そのため、探針3aを細胞Sに穿刺したときに、脂質二分子膜3cが細胞膜S1に融合して一体化するようになっている。これについては、後に詳細に説明する。   The lipid bilayer membrane 3c described above is a lipid membrane having the same configuration as the cell membrane S1 covering the surface of the cell S as shown in FIG. Therefore, when the probe 3a is punctured into the cell S, the lipid bilayer membrane 3c is fused and integrated with the cell membrane S1. This will be described in detail later.

この細胞侵襲用プローブ3は、図1に示すように、本体部3dを介してXYZスキャナ16の下面に固定された斜面ブロック17にワイヤ等により着脱自在に固定されている。この際、細胞侵襲用プローブ3は、斜面ブロック17によってセル2の底面に対してレバー部3bが所定角度傾くように固定されている。また、細胞侵襲用プローブ3は、少なくとも探針3a部分が培地Wに浸かるように位置が調整されている。   As shown in FIG. 1, the cell invasion probe 3 is detachably fixed to a slope block 17 fixed to the lower surface of the XYZ scanner 16 through a main body 3d by a wire or the like. At this time, the cell invasion probe 3 is fixed by the inclined block 17 so that the lever portion 3b is inclined at a predetermined angle with respect to the bottom surface of the cell 2. The position of the probe 3 for cell invasion is adjusted so that at least the probe 3a is immersed in the medium W.

上記XYZスキャナ16は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等からなる圧電素子であり、容器11内に設けられている。そして、このXYZスキャナ16は、容器11の外側に配置されたドライブ回路18から電圧が印加されると、その電圧印加量及び極性に応じて、XY方向(セル2の底面に対して平行な方向)及びZ方向(セル2の底面に対して垂直な方向)の3方向に対して微小移動するようになっている。これにより、細胞侵襲用プローブ3をXY方向及びZ方向に移動させることができるようになっている。即ち、XYZスキャナ16及びドライブ回路18は、上記移動手段7を構成している。   The XYZ scanner 16 is a piezoelectric element made of PZT (lead zirconate titanate) or the like, and is provided in the container 11. Then, when a voltage is applied to the XYZ scanner 16 from the drive circuit 18 disposed outside the container 11, the XYZ scanner 16 is in the XY direction (direction parallel to the bottom surface of the cell 2) according to the voltage application amount and polarity. ) And the Z direction (direction perpendicular to the bottom surface of the cell 2). Thereby, the cell invasion probe 3 can be moved in the XY direction and the Z direction. That is, the XYZ scanner 16 and the drive circuit 18 constitute the moving means 7.

なお、本実施形態では、細胞侵襲用プローブ3をXYZ方向に移動させる構成としたが、この場合に限られず、ステージ10側をXYZ方向に移動させる構成としても構わない。この場合においても、スキャン方式が異なるだけで、以降に説明する作用効果と同様の作用効果を奏することができる。なお、細胞侵襲用プローブ3側及びステージ10側を共にXYZ方向に移動できるように構成しても構わない。   In this embodiment, the cell invasion probe 3 is moved in the XYZ directions. However, the present invention is not limited to this, and the stage 10 side may be moved in the XYZ directions. Even in this case, the same operational effects as those described below can be obtained only by different scanning methods. The cell invasion probe 3 side and the stage 10 side may be configured to move in the XYZ directions.

また、細胞侵襲用プローブ3の上方であって容器11の外側には、レーザ光Lを照射する半導体レーザ光源20と、レバー部3bの図示しない反射面で反射されたレーザ光Lを受光するレーザ受光部21とが、図示しない架台に取り付けられている。レーザ受光部21は、例えば、4分割フォトディテクタであり、レーザ光Lの入射位置に基づいて、レバー部3bの撓み変化を検出している。そして、レーザ受光部21は、検出したレバー部3bの撓み変化を撓み信号に変換した後、制御部9に出力している。即ち、これら半導体レーザ光源20及びレーザ受光部21は、上記変位測定手段8を構成している。
なお、レーザ光Lは、容器11の上部に取り付けられたウインドウ22を介して、容器11内に入射したり、容器11外に出射したりするようになっている。
Further, above the cell invasion probe 3 and outside the container 11, a semiconductor laser light source 20 for irradiating the laser light L and a laser for receiving the laser light L reflected by a reflection surface (not shown) of the lever portion 3b. The light receiving unit 21 is attached to a gantry (not shown). The laser light receiving unit 21 is, for example, a four-divided photodetector, and detects a change in the bending of the lever unit 3b based on the incident position of the laser light L. The laser light receiving unit 21 converts the detected change in bending of the lever portion 3b into a bending signal, and then outputs it to the control unit 9. That is, the semiconductor laser light source 20 and the laser light receiving unit 21 constitute the displacement measuring means 8.
The laser light L enters the container 11 or exits from the container 11 through a window 22 attached to the upper part of the container 11.

制御部9は、レーザ受光部21から送られてきた撓み信号に応じて、ドライブ回路18を作動させるようになっている。また、この制御部9には、作業者が各種条件を入力したり、ドライブ回路18等を作動させたりするための操作部9aが接続されている。これにより作業者は、操作部9aを介してXYZスキャナ16を3次元方向に適宜移動することができるようになっている。   The control unit 9 operates the drive circuit 18 in accordance with the deflection signal sent from the laser light receiving unit 21. The control unit 9 is connected to an operation unit 9a for an operator to input various conditions and operate the drive circuit 18 and the like. Thus, the operator can appropriately move the XYZ scanner 16 in the three-dimensional direction via the operation unit 9a.

次に、このように構成された細胞侵襲装置1を利用して、探針3aを細胞S内に侵襲させると共に、細胞S内を観察する細胞侵襲方法について説明する。
本実施形態の細胞侵襲方法は、探針3aの外表面に脂質二分子膜3cを形成する脂質膜形成工程と、該脂質膜形成工程後、細胞Sを観察しながら該細胞S上に探針3aを移動させる移動工程と、該移動工程後、探針3aと細胞Sとを接近させて探針3aを細胞Sに穿刺させる穿刺工程と、該穿刺工程後、探針3aを細胞S内で走査させて細胞S内をAFM観察する観察工程とを行う方法である。また、本実施形態では、細胞Sの周囲を培養に適した所定の環境条件に調整する環境調整工程も同時に行う。以下、これら各工程について、詳細に説明する。
Next, a cell invasion method in which the probe 3a is invaded into the cell S and the inside of the cell S is observed using the cell invasion apparatus 1 configured as described above will be described.
The cell invasion method of the present embodiment includes a lipid film forming step of forming a lipid bilayer 3c on the outer surface of the probe 3a, and a probe on the cell S while observing the cell S after the lipid film forming step. A moving step of moving 3a, a puncturing step in which the probe 3a and the cell S are brought close to each other after the moving step, and the probe 3a is inserted into the cell S after the puncturing step. And an observation step of scanning and AFM observation of the inside of the cell S. Moreover, in this embodiment, the environmental adjustment process of adjusting the circumference | surroundings of the cell S to the predetermined environmental conditions suitable for culture | cultivation is also performed simultaneously. Hereinafter, each of these steps will be described in detail.

まず初めに、脂質膜形成工程により、探針3aの外表面上に細胞膜S1と同じ構成の脂質二分子膜3cを形成する。この際の形成方法としては、例えば、予め脂質膜を展開した水溶液に探針3aを浸漬させた後、ゆっくり引き上げることで、探針3aの外表面に脂質二分子膜3cを形成することができる。
そして、脂質二分子膜3cを形成した後、細胞侵襲用プローブ3を斜面ブロック17にセットすると共に、ステージ10上にセル2をセットする。次いで、ヒータ、二酸化炭素供給部、真空ポンプ12や湿度調整部13を適宜作動させて、環境条件を培養に最適な条件に調整する環境調整工程を行う。これによって、長期的な細胞Sの培養も行うことができる。
First, a lipid bilayer membrane 3c having the same configuration as the cell membrane S1 is formed on the outer surface of the probe 3a by a lipid membrane formation step. As a formation method at this time, for example, the lipid bimolecular film 3c can be formed on the outer surface of the probe 3a by immersing the probe 3a in an aqueous solution in which a lipid membrane is spread in advance and then slowly pulling it up. .
Then, after forming the lipid bilayer membrane 3 c, the cell invasion probe 3 is set on the slope block 17 and the cell 2 is set on the stage 10. Subsequently, an environmental adjustment process is performed in which the heater, the carbon dioxide supply unit, the vacuum pump 12 and the humidity adjustment unit 13 are appropriately operated to adjust the environmental conditions to the optimum conditions for culture. Accordingly, long-term cell S culture can also be performed.

次いで、セル2内で培養されている複数の細胞Sの培養状態を、セル2の下面側から光学顕微鏡5で観察する。そして作業者は、この観察された画像をモニタ15で確認しながら、探針3aを侵襲させる細胞Sを特定する。続いて、細胞Sの位置を特定した後、該細胞S上に探針3aを移動させる移動工程を行う。即ち、XYZスキャナ16を適宜XYZ方向に移動させて、特定した細胞S上に探針3aを位置させる。この際、光学顕微鏡5で撮像している画像をモニタ15で確認しながら行うので、探針3aを特定した細胞S上に正確に位置決めさせることができる。   Next, the culture state of the plurality of cells S cultured in the cell 2 is observed with the optical microscope 5 from the lower surface side of the cell 2. Then, the operator identifies the cell S that invades the probe 3 a while confirming the observed image on the monitor 15. Subsequently, after the position of the cell S is specified, a moving step of moving the probe 3a onto the cell S is performed. That is, the probe 3a is positioned on the specified cell S by appropriately moving the XYZ scanner 16 in the XYZ directions. At this time, since the image captured by the optical microscope 5 is confirmed on the monitor 15, the probe 3 a can be accurately positioned on the specified cell S.

次いで、この状態からXYZスキャナ16をZ方向に微小移動させて探針3aと細胞Sとを接近させ、探針3aを細胞Sに穿刺する穿刺工程を行う。この穿刺工程を行うにあたり、探針3aと細胞Sとを接近させていくと、図4に示すように、まず探針3aの外表面に形成された脂質二分子膜3cが細胞膜S1に接触する。すると細胞膜S1は、該細胞膜S1と同じ構成である脂質二分子膜3cと融合し始め、細胞膜S1と脂質二分子膜3cとが徐々に一体化し始める。即ち、細胞膜S1が脂質二分子膜3cに引っ張られて探針3aの外表面に移動し始めると共に、脂質二分子膜3cが細胞膜S1に引っ張られて細胞膜S1に移動し始める。このように、細胞膜S1と脂質二分子膜3cとが、相互に移動し合って融合する。これにより、図5及び図6に示すように、探針3aを細胞S内に押し込むにつれて、細胞膜S1及び脂質二分子膜3cを探針3aの外表面上に押し退けることができる。   Next, from this state, the XYZ scanner 16 is slightly moved in the Z direction to bring the probe 3a and the cell S closer to each other, and a puncturing step is performed to puncture the cell S with the probe 3a. In performing this puncturing step, when the probe 3a and the cell S are brought closer to each other, as shown in FIG. 4, first, the lipid bilayer membrane 3c formed on the outer surface of the probe 3a contacts the cell membrane S1. . Then, the cell membrane S1 begins to fuse with the lipid bilayer membrane 3c having the same configuration as the cell membrane S1, and the cell membrane S1 and the lipid bilayer membrane 3c begin to gradually integrate. That is, the cell membrane S1 is pulled by the lipid bilayer membrane 3c and starts moving to the outer surface of the probe 3a, and the lipid bilayer membrane 3c is pulled by the cell membrane S1 and starts moving to the cell membrane S1. In this way, the cell membrane S1 and the lipid bilayer membrane 3c move and fuse with each other. Thereby, as shown in FIGS. 5 and 6, as the probe 3a is pushed into the cell S, the cell membrane S1 and the lipid bilayer membrane 3c can be pushed out onto the outer surface of the probe 3a.

その結果、図7に示すように、細胞膜S1を物理的に突き破ることなく、探針3a部分のみを細胞S内に穿刺することができる。従って、従来のものとは異なり、細胞膜S1に与える影響を極力抑えることができ、培養中の細胞Sを死滅させることなく探針3aを細胞S内に入れて侵襲させることができる。
特に、従来のように細胞Sを物理的に穿刺するのではなく、脂質二分子膜3cと細胞膜S1とを融合させて一体化できるので、探針3aを穿刺するにあたり、細胞Sが凹んで探針3aから逃げてしまうことがない。この点からも、細胞Sに刺激等の影響を与えることなく、確実に侵襲を行うことができる。しかも、従来のように細胞膜S1を細胞S内に混入させてしまうこともない。
As a result, as shown in FIG. 7, only the probe 3a portion can be punctured into the cell S without physically breaking through the cell membrane S1. Therefore, unlike the conventional one, the influence on the cell membrane S1 can be suppressed as much as possible, and the probe 3a can be placed in the cell S and invaded without killing the cell S in culture.
In particular, instead of physically puncturing the cell S as in the prior art, the lipid bilayer membrane 3c and the cell membrane S1 can be fused and integrated. Therefore, when the probe 3a is punctured, the cell S is recessed and probed. There is no escape from the needle 3a. Also from this point, the cell S can be reliably invaded without affecting the cell S. Moreover, the cell membrane S1 is not mixed into the cell S as in the prior art.

このように、本実施形態の細胞侵襲装置1及び細胞侵襲方法によれば、細胞膜S1に与える影響を極力抑えながら死滅させることなく細胞S内に侵入できるので、細胞膜S1に存在する各種タンパク質に影響を与えずに、探針3aによって各種の計測を行うという、従来技術では困難であったことを可能にすることができる。
また、光学顕微鏡5により細胞Sを観察できるので、侵襲後の細胞Sの動態を生きたままの状態で観察して、正確な解析を行うことができる。
特に本実施形態では、培養されている細胞Sの周囲環境を、培養に適した最適な環境条件に調整できるので、より正確に細胞Sの観察を行うことができると共に、長期的な観察を行って解析することができる。
Thus, according to the cell invasion device 1 and the cell invasion method of the present embodiment, since it can enter the cell S without being killed while suppressing the influence on the cell membrane S1 as much as possible, it affects various proteins present in the cell membrane S1. It is possible to make it possible to perform various types of measurement with the probe 3a without providing the above, which was difficult in the prior art.
Moreover, since the cell S can be observed with the optical microscope 5, the dynamics of the cell S after the invasion can be observed as it is, and an accurate analysis can be performed.
In particular, in this embodiment, since the surrounding environment of the cell S being cultured can be adjusted to the optimum environmental conditions suitable for the culture, the cell S can be observed more accurately and a long-term observation can be performed. Can be analyzed.

更に、探針3aが確実に細胞S内に侵襲したか否かに関しては、光学顕微鏡5によっても観察することができるが、本実施形態では、変位測定手段8を有する走査型プローブ顕微鏡4を備えているので、より高精度に侵襲の可否を判断することができる。
つまり、探針3aと細胞Sとを近接させることにより、脂質二分子膜3cと細胞膜S1とが接触すると、脂質二分子膜3cと細胞膜S1との融合等によりレバー部3bが撓み始める。そのため、レーザ受光部21に入射するレーザ光L(反射面で反射したレーザ光L)の位置が変化する。レーザ受光部21は、この変化に応じた撓み信号を制御部9に出力する。このように、制御部9は、探針3aを穿刺する過程で生じるレバー部3bの変位を直ちに知ることができる。そして、制御部9は、この撓み信号と予め定められた規定値とを比較することで、上述したように細胞S内に侵襲したか否かを高精度に判断することができる。
Further, whether or not the probe 3a has surely invaded the cell S can be observed with the optical microscope 5, but in this embodiment, the scanning probe microscope 4 having the displacement measuring means 8 is provided. Therefore, it is possible to determine whether or not the invasion is possible with higher accuracy.
That is, when the lipid bilayer 3c and the cell membrane S1 are brought into contact with each other by bringing the probe 3a and the cell S close to each other, the lever portion 3b starts to bend due to fusion of the lipid bilayer 3c and the cell membrane S1. Therefore, the position of the laser beam L (laser beam L reflected by the reflecting surface) incident on the laser receiving unit 21 changes. The laser receiving unit 21 outputs a deflection signal corresponding to this change to the control unit 9. In this way, the control unit 9 can immediately know the displacement of the lever portion 3b that occurs in the process of puncturing the probe 3a. And the control part 9 can judge with high precision whether it invaded in the cell S as mentioned above by comparing this deflection | deviation signal and the predetermined value defined beforehand.

また、穿刺工程が終了した後、XYZスキャナ16により細胞S内に侵襲させた探針3aをXY方向に走査させて、細胞S内をAFM観察する観察工程を行う。これにより、細胞S内の内容物である各種物質、例えば、細胞核の孔や微小管、アクチンフィラメント等を、生きたままの状態で高分解能且つ高精度に観察することができる。特に、脂質二分子膜3cと細胞膜S1とが融合しているので、探針3aを走査したとしても細胞膜S1が探針3aの移動に合わせて探針3aの外表面上に逃げていく。そのため、従来のように細胞膜S1にダメージを与えることはない。   In addition, after the puncturing process is completed, the XYZ scanner 16 scans the probe 3a invaded into the cell S in the XY direction, and performs an observation process of AFM observation in the cell S. As a result, various substances that are the contents in the cell S, such as pores of the cell nucleus, microtubules, actin filaments, and the like can be observed with high resolution and high accuracy while they are alive. In particular, since the lipid bilayer membrane 3c and the cell membrane S1 are fused, even when the probe 3a is scanned, the cell membrane S1 escapes onto the outer surface of the probe 3a as the probe 3a moves. Therefore, the cell membrane S1 is not damaged unlike the conventional case.

なお、探針3aを細胞S内から引き抜く場合であっても、従来のように細胞膜S1を引き抜いてしまう恐れがない。つまり、探針3aの外表面に形成されている脂質二分子膜3cは、細胞膜S1と融合して既に一体的になっているので、脂質二分子膜3cは細胞膜S1に引っ張られて探針3aと共に移動し難い状態となっている。そのため、探針3aを引き抜くと、脂質二分子膜3cは細胞膜S1に引っ張られて細胞S側に残り易く、主に探針3aだけを引き抜くことができる。なお、探針3a側の膜残りの制御は、探針3aの引き上げスピードを変える等の動作によって行うことが可能である。
その結果、細胞膜S1を引き抜くことなく、探針3aを細胞S内から引き抜くことができる、従って、探針3aを引き抜いた後であっても、細胞Sを死滅させることはない。また、探針3aを引き抜くにつれて、細胞膜S1は徐々に元の状態に戻り始めるので、細胞Sの表面を再び覆うことができる。なお、脂質二分子膜3cは、その一部が細胞S側に残る場合があるが、この場合にはそのまま細胞膜S1となる。
Even when the probe 3a is pulled out from the cell S, there is no possibility that the cell membrane S1 is pulled out as in the prior art. That is, since the lipid bilayer membrane 3c formed on the outer surface of the probe 3a is already united with the cell membrane S1, the lipid bilayer membrane 3c is pulled by the cell membrane S1 and thus the probe 3a. It is difficult to move with. Therefore, when the probe 3a is pulled out, the lipid bilayer membrane 3c is easily pulled by the cell membrane S1 and remains on the cell S side, and only the probe 3a can be pulled out mainly. The control of the remaining film on the probe 3a side can be performed by an operation such as changing the pulling speed of the probe 3a.
As a result, the probe 3a can be extracted from the cell S without extracting the cell membrane S1, and therefore the cell S is not killed even after the probe 3a is extracted. Further, as the probe 3a is pulled out, the cell membrane S1 begins to gradually return to the original state, so that the surface of the cell S can be covered again. A part of the lipid bilayer membrane 3c may remain on the cell S side, but in this case, it becomes the cell membrane S1 as it is.

なお、上記実施形態において、脂質膜形成工程の前に、探針3aの外表面を親水化処理する親水化工程を行っても構わない。
具体的には、探針3aの外表面にプラズマを照射することで親水化したり、UVオゾン環境による表面改質を行うことで親水化したり、探針3aの外表面に極薄膜のSiO膜を形成し、該SiO膜に存在する微細クラックによる保湿効果を利用することで親水化したりする。このように各種の親水化処理を施すことで、外表面の濡れ性を向上することができ、脂質二分子膜3cと探針3aの外表面との密着性を高めることができる。従って、脂質二分子膜3cが途中で剥がれてしまうことがなく、細胞侵襲用プローブ3の信頼性を向上することができる。
In the above embodiment, a hydrophilization step of hydrophilizing the outer surface of the probe 3a may be performed before the lipid film formation step.
Specifically, it is made hydrophilic by irradiating plasma on the outer surface of the probe 3a, or made hydrophilic by surface modification by UV ozone environment, or an extremely thin SiO 2 film on the outer surface of the probe 3a. And is hydrophilized by utilizing the moisturizing effect due to the fine cracks present in the SiO 2 film. Thus, by performing various hydrophilic treatments, the wettability of the outer surface can be improved, and the adhesion between the lipid bilayer 3c and the outer surface of the probe 3a can be improved. Therefore, the lipid bilayer membrane 3c is not peeled off in the middle, and the reliability of the cell invasion probe 3 can be improved.

また、上記実施形態において、脂質膜形成工程の前に、探針3aの先端に細胞S内に投入する特定物質Nを予め担持させる担持工程を行っても構わない。この工程を行うことで、図8に示すように、探針3aの先端と脂質二分子膜3cとの間に、何らかの特定物質N(例えば卵子等)を担持させることができる。
こうすることで、穿刺工程によって探針3aを細胞S内に侵襲させた際に、図9に示すように、担持した特定物質Nを確実且つ速やかに細胞S内に投入することができる。よって、細胞Sの反応を観察する等、さらに多角的な解析を行うことができる。特に、細胞Sを死滅させることなく行えるので、正確な解析を行うことができる。また、探針3aを細胞S内に侵襲するだけで、特定物質Nを直ちに投入できるので使い易い。
In the above-described embodiment, a supporting step of supporting the specific substance N to be introduced into the cell S at the tip of the probe 3a in advance may be performed before the lipid film forming step. By performing this step, as shown in FIG. 8, some specific substance N (eg, egg) can be supported between the tip of the probe 3a and the lipid bilayer 3c.
In this way, when the probe 3a is invaded into the cell S by the puncturing step, the supported specific substance N can be reliably and promptly introduced into the cell S as shown in FIG. Therefore, further multilateral analysis can be performed such as observing the reaction of the cells S. In particular, since analysis can be performed without killing the cells S, accurate analysis can be performed. Further, since the specific substance N can be immediately put in by simply invading the probe 3a into the cell S, it is easy to use.

また、上記実施形態において、図10に示すように、探針3aの先端に開口を有する管路3eを、先端側から基端側に亘って形成しても構わない。このような細胞侵襲用プローブ3を利用することで、より多種多用な細胞Sの計測を容易且つ確実に行うことができる。即ち、穿刺工程後に、管路3eを利用して細胞S内に所定の物質を導入、若しくは、細胞S内から内容物を吸引する導入吸引工程を行うことができる。
具体的には、図11示すように、管路3eを通じて細胞S内に薬液、DNA溶液、精子や卵子等の各種物質を容易且つ確実に導入することができる。また、図12に示すように、細胞S内から内容物である各種物質を、やはり管路3eを通じて吸引することもできる。このように導入吸引工程を行うことで、容易且つ確実に多種多用の細胞S計測(例えば、導電性流体を導入することによる電気刺激反応計測や、イオン計測等)を行うことができ、より多角的な解析を行うことができる。特に、細胞Sを死滅させることなく行えるので、正確な解析を行うことができる。
Moreover, in the said embodiment, as shown in FIG. 10, you may form the pipe line 3e which has opening at the front-end | tip of the probe 3a from a front end side to a base end side. By using such a cell invasion probe 3, it is possible to easily and reliably measure a wider variety of cells S. That is, after the puncturing step, an introduction suction step of introducing a predetermined substance into the cell S using the conduit 3e or sucking the contents from the cell S can be performed.
Specifically, as shown in FIG. 11, various substances such as a chemical solution, a DNA solution, sperm, and an egg can be easily and reliably introduced into the cell S through the conduit 3e. In addition, as shown in FIG. 12, various substances as contents can be sucked from the cell S through the conduit 3e. By performing the introduction and suction step in this manner, various types of cell S measurements (for example, electrical stimulation reaction measurement by introducing a conductive fluid, ion measurement, etc.) can be easily and reliably performed. Analysis can be performed. In particular, since analysis can be performed without killing the cells S, accurate analysis can be performed.

なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。   The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記実施形態では、変位測定手段8がレーザ光Lを利用した光てこ方式によりレバー部3bの撓みを測定したが、光てこ方式に限定されるものではない。例えば、レバー部3b自身に変位検出機構(例えば、ピエゾ抵抗素子等)を設けた自己検知方式によりレバー部3bの撓みを測定するように構成しても構わない。   For example, in the above-described embodiment, the displacement measuring unit 8 measures the deflection of the lever portion 3b by the optical lever method using the laser light L, but is not limited to the optical lever method. For example, you may comprise so that the bending of the lever part 3b may be measured by the self-detection system which provided the displacement detection mechanism (for example, piezoresistive element etc.) in the lever part 3b itself.

また、上記実施形態では、光学顕微鏡5を用いた場合を説明したが、細胞Sの確認と探針3aの位置合わせとを行えれば、どのような観察手段でも構わない。例えば、CCD等でも良い。但し、好ましくは生物用倒立型光学装置を用いると良い。
更に、上記実施形態では、走査型プローブ顕微鏡4と光学装置6とを組み合わせた場合を例に挙げて説明したが、走査型プローブ顕微鏡4は必須なものではない。例えば、細胞侵襲用プローブ3を有するマイクロマニュピレータと、光学装置とを組み合わせたものでも構わない。このように、細胞侵襲用プローブ3を操作して探針3aを細胞Sに穿刺させる移動手段と、細胞Sを観察する観察手段とを少なくとも備えていれば、細胞侵襲装置を構成することができる。
Moreover, although the case where the optical microscope 5 was used was demonstrated in the said embodiment, as long as the confirmation of the cell S and the alignment of the probe 3a can be performed, what kind of observation means may be used. For example, a CCD or the like may be used. However, an inverted biological optical device is preferably used.
Furthermore, in the above embodiment, the case where the scanning probe microscope 4 and the optical device 6 are combined has been described as an example, but the scanning probe microscope 4 is not essential. For example, a combination of a micromanipulator having the cell invasion probe 3 and an optical device may be used. As described above, the cell invasion device can be configured as long as it includes at least the moving means for operating the cell invasion probe 3 to puncture the cell 3 with the probe 3a and the observation means for observing the cell S. .

本発明に係る細胞侵襲装置の一実施形態を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing one embodiment of a cell invasion device concerning the present invention. 図1に示す細胞侵襲装置の細胞侵襲用プローブの先端を拡大した図である。It is the figure which expanded the front-end | tip of the probe for cell invasion of the cell invasion apparatus shown in FIG. 図1に示す細胞侵襲装置のセルで培養されている細胞の拡大図である。It is an enlarged view of the cell currently cultured with the cell of the cell invasion apparatus shown in FIG. 図1に示す細胞侵襲装置を利用して本発明に係る細胞侵襲方法を行う場合の工程図であって、探針と細胞とを近接させて脂質二分子膜と細胞膜とを接触させた状態を示す図である。It is process drawing in the case of performing the cell invasion method based on this invention using the cell invasion apparatus shown in FIG. 1, Comprising: A probe and a cell are made to adjoin and the state which made the lipid bilayer membrane and the cell membrane contact is shown. FIG. 図4に示す状態から、さらに探針と細胞とを近づけた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which brought the probe and the cell closer from the state shown in FIG. 図5に示す状態から、さらに探針と細胞とを近づけた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which brought the probe and the cell closer from the state shown in FIG. 図6に示す状態から、さらに探針と細胞とを近づけて探針を細胞内に侵襲させた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which made the probe approach the cell further from the state shown in FIG. 6, and invaded the probe in the cell. 本発明に係る細胞侵襲用プローブの変形例を示す図であって、探針の先端に特定物質が予め担持されている細胞侵襲用プローブの先端拡大図である。It is a figure which shows the modification of the probe for cell invasion which concerns on this invention, Comprising: It is the front-end | tip enlarged view of the probe for cell invasion with which the specific substance is carry | supported beforehand at the front-end | tip of a probe. 図8に示す探針を細胞内に侵襲させて、細胞内に特定物質を投入している状態を示す図である。It is a figure which shows the state which has made the probe shown in FIG. 8 invade into a cell, and has injected the specific substance in the cell. 本発明に係る細胞侵襲用プローブの変形例を示す図であって、探針の先端に開口を有する管路が形成されている細胞侵襲用プローブの先端拡大図である。It is a figure which shows the modification of the probe for cell invasion concerning this invention, Comprising: It is the front-end | tip enlarged view of the probe for cell invasion in which the pipe line which has opening is formed in the front-end | tip of a probe. 図10に示す探針を細胞内に侵襲させて、管路を通じて細胞内に各種物質を導入している状態を示す図である。It is a figure which shows the state which has made the probe shown in FIG. 10 invade into a cell, and has introduce | transduced various substances into the cell through the pipe line. 図10に示す探針を細胞内に侵襲させて、管路を通じて細胞内から内容物を吸引している状態を示す図である。It is a figure which shows the state which is making the probe shown in FIG. 10 invade into a cell, and attracting the contents from the inside of a cell through a pipe line. 従来の細胞侵襲方法を説明するための図であって、微小針を細胞膜に押し付けている状態を示す図である。It is a figure for demonstrating the conventional cell invasion method, Comprising: It is a figure which shows the state which has pressed the microneedle against the cell membrane. 図13に示す状態から、細胞膜を突き破って微小針を細胞内に穿刺した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which penetrated the cell membrane from the state shown in FIG. 13, and punctured the microneedle in the cell. 図14に示す状態から、微小針を細胞内から引き抜いた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which extracted the microneedle from the inside of a cell from the state shown in FIG. 従来の細胞侵襲方法を説明するための図であって、細胞膜を突き破って細胞内に侵襲させた探針をスキャンさせている状態を示す図である。It is a figure for demonstrating the conventional cell invasion method, Comprising: It is a figure which shows the state which is making the probe which penetrated the cell membrane and invaded in the cell scanned.

符号の説明Explanation of symbols

N 特定物質
S 細胞
S1 細胞膜
1 細胞侵襲装置
2 セル(基板)
3 細胞侵襲用プローブ
3a 探針
3b レバー部
3c 脂質二分子膜
3e 管路
6 光学装置(観察手段)
7 移動手段
8 変位測定手段
14 環境調整手段
N specific substance S cell S1 cell membrane 1 cell invasion device 2 cell (substrate)
3 Probe for Cell Invasion 3a Probe 3b Lever Part 3c Lipid Bilayer 3e Pipe 6 Optical Device (Observation Means)
7 Moving means 8 Displacement measuring means 14 Environmental adjusting means

Claims (14)

液中にて基板上に培養されている細胞に対向配置されると共に、基板表面に平行なXY方向及び該XY方向に直交するZ方向に相対移動可能な細胞侵襲用プローブであって、
先端が先鋭化され、前記細胞内に穿刺される探針と、
該探針を片持ち状態に支持するレバー部と、
前記探針の外表面上に形成された脂質二分子膜とを備え、
前記探針を前記細胞に穿刺したときに、前記脂質二分子膜が細胞表面の細胞膜に融合して一体化されることを特徴とする細胞侵襲用プローブ。
A cell invasion probe that is disposed opposite to cells cultured on a substrate in a liquid and is relatively movable in an XY direction parallel to the substrate surface and a Z direction orthogonal to the XY direction,
A probe whose tip is sharpened and punctured into the cell;
A lever portion for supporting the probe in a cantilever state;
A lipid bilayer formed on the outer surface of the probe,
A probe for cell invasion, characterized in that, when the probe is punctured into the cell, the lipid bilayer membrane is fused and integrated with the cell membrane on the cell surface.
請求項1に記載の細胞侵襲用プローブにおいて、
前記探針の外表面は、親水化処理がされていることを特徴とする細胞侵襲用プローブ。
The probe for cell invasion according to claim 1,
A probe for cell invasion, characterized in that the outer surface of the probe is hydrophilized.
請求項1又は2に記載の細胞侵襲用プローブにおいて、
前記探針には、先端に開口を有する管路が先端側から基端側に亘って形成されていることを特徴とする細胞侵襲用プローブ。
The probe for cell invasion according to claim 1 or 2,
A probe for cell invasion, characterized in that a pipe line having an opening at the tip is formed in the probe from the tip side to the base end side.
請求項1から3のいずれか1項に記載の細胞侵襲用プローブにおいて、
前記探針の先端と前記脂質二分子膜との間には、前記細胞内に投入する特定物質が予め担持されていることを特徴とする細胞侵襲用プローブ。
The probe for cell invasion according to any one of claims 1 to 3,
A cell-invasive probe characterized in that a specific substance to be introduced into the cell is supported in advance between the tip of the probe and the lipid bilayer.
請求項1から4のいずれか1項に記載の細胞侵襲用プローブにおいて、
前記脂質二分子膜は、リン脂質又は糖脂質の両親媒性分子からなる膜であることを特徴とする細胞侵襲用プローブ。
The probe for cell invasion according to any one of claims 1 to 4,
The probe for cell invasion, wherein the lipid bilayer membrane is a membrane composed of amphiphilic molecules of phospholipid or glycolipid.
請求項1から5のいずれか1項に記載の細胞侵襲用プローブと、
該細胞侵襲用プローブと前記基板とを前記XY方向及び前記Z方向に相対移動させて、前記探針を前記細胞に穿刺させる移動手段と、
前記細胞を観察する観察手段とを備えていることを特徴とする細胞侵襲装置。
The cell invasion probe according to any one of claims 1 to 5,
Moving means for relatively moving the probe for cell invasion and the substrate in the XY direction and the Z direction to puncture the cell with the probe;
A cell invasion device comprising observation means for observing the cells.
請求項6に記載の細胞侵襲装置において、
前記細胞の周囲環境を所定の環境条件に調整する環境調整手段を備えていることを特徴とする細胞侵襲装置。
The cell invasive device according to claim 6,
A cell invasive device comprising an environment adjusting means for adjusting an environment surrounding the cell to a predetermined environmental condition.
請求項6又は7に記載の細胞侵襲装置において、
前記レバー部の撓みを測定する変位測定手段を備えていることを特徴とする細胞侵襲装置。
The cell invasive device according to claim 6 or 7,
A cell invasion device comprising displacement measuring means for measuring the deflection of the lever portion.
レバー部に片持ち状態に支持され、先端が先鋭化された探針を液中にて基板上に培養されている細胞に穿刺させる細胞侵襲方法であって、
前記探針の外表面上に脂質二分子膜を形成する脂質膜形成工程と、
該脂質膜形成工程後、前記細胞を観察しながら該細胞上に前記探針を移動させる移動工程と、
該移動工程後、前記探針と前記細胞とを接近させて、探針を細胞に穿刺させる穿刺工程とを備え、
前記探針を前記細胞に穿刺したときに、前記脂質二分子膜が細胞表面の細胞膜に融合して一体化されることを特徴とする細胞侵襲方法。
A cell invasion method in which a probe that is supported in a cantilevered state by a lever part and has a sharpened tip is punctured into a cell cultured on a substrate in a liquid,
A lipid film forming step of forming a lipid bilayer on the outer surface of the probe;
After the lipid film forming step, a moving step of moving the probe onto the cell while observing the cell;
After the moving step, the probe and the cell are brought close to each other, and a puncturing step for puncturing the cell with the probe is provided.
A cell invasion method characterized in that when the probe is punctured into the cell, the lipid bilayer membrane is fused and integrated with the cell membrane on the cell surface.
請求項9に記載の細胞侵襲方法において、
前記脂質膜形成工程の前に、前記探針の外表面を親水化処理する親水化工程を行うことを特徴とする細胞侵襲方法。
The cell invasion method according to claim 9,
A cell invasion method comprising performing a hydrophilization step of hydrophilizing the outer surface of the probe before the lipid film formation step.
請求項9又は10に記載の細胞侵襲方法において、
前記探針には、先端に開口を有する管路が先端側から基端側に亘って形成されており、
前記穿刺工程後、前記管路を利用して前記細胞内に所定の物質を導入、若しくは、細胞内から内容物を吸引する導入吸引工程を備えていることを特徴とする細胞侵襲方法。
The cell invasion method according to claim 9 or 10,
In the probe, a pipe having an opening at the tip is formed from the tip side to the base side,
A cell invasion method comprising an introduction and aspiration step of introducing a predetermined substance into the cell using the duct or aspirating contents from the cell after the puncturing step.
請求項9から11のいずれか1項に記載の細胞侵襲方法において、
前記脂質膜形成工程の前に、前記探針の先端に前記細胞内に投入する特定物質を予め担持させる担持工程を行い、
前記穿刺工程時に、前記特定物質を前記細胞内に投入することを特徴とする細胞侵襲方法。
The cell invasion method according to any one of claims 9 to 11,
Prior to the lipid film formation step, a loading step of loading a specific substance to be introduced into the cell at the tip of the probe in advance,
A cell invasion method, wherein the specific substance is introduced into the cell during the puncturing step.
請求項9から12のいずれか1項に記載の細胞侵襲方法において、
前記穿刺工程後、前記探針を前記細胞内で走査させて細胞内をAFM観察する観察工程とを備えていることを特徴とする細胞侵襲方法。
The cell invasion method according to any one of claims 9 to 12,
A cell invasion method comprising: an observing step of scanning the inside of the cell with the probe after the puncturing step and observing the inside of the cell with AFM.
請求項9から13のいずれか1項に記載の細胞侵襲方法において、
前記細胞の周囲環境を所定の環境条件に調整する環境調整工程を備えていることを特徴とする細胞侵襲方法。
The cell invasion method according to any one of claims 9 to 13,
A cell invasion method comprising an environment adjustment step of adjusting an ambient environment of the cell to a predetermined environmental condition.
JP2006276291A 2006-10-10 2006-10-10 Cell invasion probe, cell invasion device having the cell invasion probe, and detailed invasion method Expired - Fee Related JP4953357B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006276291A JP4953357B2 (en) 2006-10-10 2006-10-10 Cell invasion probe, cell invasion device having the cell invasion probe, and detailed invasion method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006276291A JP4953357B2 (en) 2006-10-10 2006-10-10 Cell invasion probe, cell invasion device having the cell invasion probe, and detailed invasion method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008092824A JP2008092824A (en) 2008-04-24
JP4953357B2 true JP4953357B2 (en) 2012-06-13

Family

ID=39376355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006276291A Expired - Fee Related JP4953357B2 (en) 2006-10-10 2006-10-10 Cell invasion probe, cell invasion device having the cell invasion probe, and detailed invasion method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4953357B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009136261A (en) * 2007-12-10 2009-06-25 Olympus Corp Chip-driving device
JP5311098B2 (en) * 2008-05-07 2013-10-09 株式会社リコー Protective agent for photoconductor, protective layer forming apparatus, and image forming apparatus
JP5230300B2 (en) * 2008-08-26 2013-07-10 日本電信電話株式会社 Biomolecule function analysis substrate, biomolecule function analysis sample body, and biomolecule function analysis method
KR101914375B1 (en) 2017-05-26 2018-11-01 전북대학교산학협력단 Non-contact protable small cell monitoring device using iot

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3461448B2 (en) * 1998-08-28 2003-10-27 オリンパス光学工業株式会社 Specific substance introduction apparatus, observation apparatus using the same, and substance introduction method
JP4126693B2 (en) * 2002-08-21 2008-07-30 学校法人五島育英会 Biosensor
JP4213160B2 (en) * 2004-01-21 2009-01-21 独立行政法人科学技術振興機構 Method and apparatus for forming a planar lipid bilayer for membrane protein analysis
JP4625925B2 (en) * 2004-12-10 2011-02-02 独立行政法人産業技術総合研究所 Methods for introducing substances into cells

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008092824A (en) 2008-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7870616B2 (en) Probe arrangement
JP4051440B2 (en) Cell manipulation device and method
US9387000B2 (en) Analyte detection using a needle projection patch
US7393629B2 (en) Method and devices for transferring biological cells between a carrier and a probe
US9709598B2 (en) Scanning ion conductance microscopy using surface roughness for probe movement
CN110763752B (en) Single cell extraction electrospray mass spectrometry system and method
JP4953357B2 (en) Cell invasion probe, cell invasion device having the cell invasion probe, and detailed invasion method
JP2011120582A (en) Automated apparatus for component capture, injection, and molecular analysis accompanied by observation of microregion such as cell
JP2005510237A (en) Combined continuous drug delivery and electroporation of cellular structure and use thereof
Shevchuk et al. Angular approach scanning ion conductance microscopy
CN101517393A (en) Scanning ion conductance microscopy for the investigation of living cells
JP5950280B2 (en) Method for spatially manipulating a micro object and apparatus for carrying out said method
JP5086620B2 (en) Gene transfer apparatus and method
CN1954064B (en) Biosample manipulation method
JP6116965B2 (en) Sample observation method, sample pretreatment method, and charged particle beam apparatus
Li Combining atomic force microscopy with complementary techniques for multidimensional single‐cell analysis
KR101362076B1 (en) Method of the localized electroporation using scanning probe microscopy and device for electroporation
EP4166131A1 (en) Giant organelles recovery and use thereof
US8505544B2 (en) Optically-implemented microsurgery system and approach
Hoshino et al. Live-cell-driven insertion of a nanoneedle
JP2007319037A (en) Device for manipulating cell and method for manipulating the cell
Hirvonen Estimation of Injection Volume in Capillary Microinjection Using Electrical Impedance Measurement
CN111356765A (en) Nanoneedles and related devices and methods
Murray et al. Simeon Bamford
JP2006191893A (en) Invasion confirmation device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090603

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110811

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110830

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20111027

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120306

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20120309

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120309

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4953357

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150323

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees