JP7307477B2 - Auxiliary device for extracellular potential measurement - Google Patents
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Description
本発明は、計測対象である細胞の細胞活動に基づく細胞外電位の計測に用いる細胞外電位計測補助装置に関し、特に、高感度で細胞外電位を計測できるものに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an extracellular potential measurement auxiliary device used for measuring extracellular potential based on cell activity of a cell to be measured, and more particularly to an extracellular potential measurement auxiliary device capable of measuring extracellular potential with high sensitivity.
従来の細胞外電位計測について、図14に示すMEGAシステム10を用いて説明する。例に示すMEGAシステム10は、グリッド1形状の底面を備える。このグリッド1は、少なくとも電気的および/または光学的多重電極アレイを備える。該多重電極アレイは、電極アレイを備えるが、図示した例においては黒ドット8で表している。MEGAシステム10は、第2グリッド4形状の頂面をさらに備える。また、このグリッド4は、少なくとも電気的および/または光学的多重電極アレイを備える。該多重電極アレイは、電極のアレイを備えるが、図示した例において黒ドット9で表している。グリッド1、4には、電子コンポーネントが設けられ、例えば該電子コンポーネントを備え、電極8、9に電気的に接続したチップが設けられる。さらに、土台2は前記グリッド1の下に設けられる。土台2は、機械的支持および機械的強度をシステム10に提供する。土台2には、マイクロ流体システム3がさらに設けられる。マイクロ流体システム3は、生体適合ポリマーで構成してもよい。グリッド1、4は、互いに底面と頂面との位置を合わせ、組織切片6または細胞培養を両方の基板の間に固着させるための手段5を用いて適切な位置に保持してもよい。こうした手段5は、グリッド1、4のどちらかに垂直な方向に適合させるための、例えばマイクロドライブでもよい(以上、特許文献1参照)。
Conventional extracellular potential measurement will be described using the
前述のMEGAシステム10には、以下に示すような改善すべき点がある。MEGAシステム10において手段5は、グリッド1、4、互いの底面と頂面との位置を合わせ、組織切片6または細胞培養を両方の基板の間に固着させるための手段である。一方、細胞を、電極8、9に押圧し、電極に対して対象を固定するものでも、シグナルの強度を向上させるものでもない。したがって、検知対象である細胞が低シグナルである場合、解析可能な測定データを取得できない、という改善すべき点がある。
The MEGA
そこで、本発明は、高感度で細胞外電位を計測できる細胞外電位計測補助装置を提供することを目的とする。
すなわち、本発明が、以下のとおりである。
[1]
培養された細胞の細胞活動に基づく細胞外電位を計測する際に用いる細胞外電位計測補助装置であって、
前記細胞側に位置する第1階層部、
前記第1階層部の上方に重ねて位置する第2階層部、
を有する細胞外電位計測補助装置。
[2]
[1]に係る細胞外電位計測補助装置において、
前記第1階層部は、さらに、
前記第1階層部の前記下面と前記第1階層部の前記上面とを接続する、及び/又は、前記第1階層部の前記下面と前記第1階層部の前記側面とを接続する貫通孔を有すること、
を特徴とする細胞外電位計測補助装置。
[3]
[1]または[2]に係る細胞外電位計測補助装置において、
前記第2階層部は、さらに、
前記第2階層部の前記下面と前記第2階層部の前記上面とを接続する、及び/又は、前記第2階層部の前記下面と前記第2階層部の前記側面とを接続する貫通孔を有すること、
を特徴とする細胞外電位計測補助装置。
[請求項4]
[1]~[3]に係るいずれかの細胞外電位計測補助装置において、
前記第1階層部は、
絶縁性を有すること、
を特徴とする細胞外電位計測補助装置。
[5]
[4]に係る細胞外電位計測補助装置において、
前記第1階層部は、
可撓性を有すること、
を特徴とする細胞外電位計測補助装置。
[6]
[1]~[5]に係るいずれかの細胞外電位計測補助装置において、
前記第2階層部は、
金属により形成されていること、
を特徴とする細胞外電位計測補助装置。
[7]
培養された細胞の細胞活動に基づく細胞外電位を計測する際に用いる細胞外電位計測補助装置であって、
前記細胞側に位置する第1階層部、
前記第1階層部の上方に重ねて位置する第2階層部、
を有する細胞外電位計測補助装置を用いて細胞外電位を計測する細胞外電位計測方法。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an extracellular potential measurement auxiliary device capable of measuring an extracellular potential with high sensitivity.
That is, the present invention is as follows.
[1]
An extracellular potential measurement auxiliary device for use in measuring extracellular potential based on cell activity of cultured cells,
a first layer located on the cell side;
a second hierarchical section positioned above the first hierarchical section;
Extracellular potential measurement auxiliary device having.
[2]
In the extracellular potential measurement auxiliary device according to [1],
The first layer section further includes:
a through hole connecting the bottom surface of the first layer portion and the top surface of the first layer portion and/or connecting the bottom surface of the first layer portion and the side surface of the first layer portion; to have
An extracellular potential measurement auxiliary device characterized by:
[3]
In the extracellular potential measurement auxiliary device according to [1] or [2],
The second layer section further includes:
a through hole connecting the bottom surface of the second layer portion and the top surface of the second layer portion and/or connecting the bottom surface of the second layer portion and the side surface of the second layer portion; to have
An extracellular potential measurement auxiliary device characterized by:
[Claim 4]
In any one of the extracellular potential measurement auxiliary devices according to [1] to [3],
The first layer section includes
having insulating properties;
An extracellular potential measurement auxiliary device characterized by:
[5]
In the extracellular potential measurement auxiliary device according to [4],
The first layer section includes
having flexibility;
An extracellular potential measurement auxiliary device characterized by:
[6]
In any one of the extracellular potential measurement auxiliary devices according to [1] to [5],
The second layer section includes
being made of metal;
An extracellular potential measurement auxiliary device characterized by:
[7]
An extracellular potential measurement auxiliary device for use in measuring extracellular potential based on cell activity of cultured cells,
a first layer located on the cell side;
a second hierarchical section positioned above the first hierarchical section;
An extracellular potential measurement method for measuring an extracellular potential using an extracellular potential measurement auxiliary device having
本発明における課題を解決するための手段及び発明の効果を以下に示す。 Means for solving the problems in the present invention and effects of the invention are shown below.
本発明に係る細胞外電位計測補助装置は、培養された細胞の細胞活動に基づく細胞外電位を計測する際に用いる細胞外電位計測補助装置であって、前記細胞側に位置する第1階層部、前記第1階層部の上方に重ねて位置する第2階層部、を有する。 An extracellular potential measurement auxiliary device according to the present invention is an extracellular potential measurement auxiliary device used when measuring an extracellular potential based on cell activity of cultured cells, and is located on the cell side. , and a second layer section positioned above the first layer section.
これにより、各階層部の重量、及び、各階層部の浮力といった2つの要素を調整することができ、細胞外電位を測定する細胞の種類、状態に応じた、細胞外電位を計測するにあたり、最適な圧力を決定できる。よって、高感度で細胞外電位を計測できる。 As a result, it is possible to adjust two factors such as the weight of each layer and the buoyancy of each layer. Optimal pressure can be determined. Therefore, the extracellular potential can be measured with high sensitivity.
また、細胞外電位を計測する際に、計測対象である細胞に対して、所定の圧力を加えることができるので、細胞の位置を固定できる。 Moreover, when measuring the extracellular potential, a predetermined pressure can be applied to the cell to be measured, so the position of the cell can be fixed.
さらに、計測対象である細胞を計測電極(後述)に向かって押圧できるので、従来に比して、細胞活動によって生ずるシグナルの強度を大きくすることができる。つまり、シグナル強度を改善し、細胞外電位計測の際のS/N比を改善でき、結果として、高感度で細胞外電位を計測できる。これにより、細胞活動によって生ずるシグナル強度が弱い細胞であっても、細胞外電位を計測することができる。 Furthermore, since the cell to be measured can be pressed toward a measurement electrode (described later), the intensity of the signal generated by cell activity can be increased compared to the conventional technique. That is, the signal intensity can be improved, the S/N ratio can be improved when measuring the extracellular potential, and as a result, the extracellular potential can be measured with high sensitivity. As a result, the extracellular potential can be measured even in cells with weak signal intensity generated by cell activity.
本発明に係る細胞外電位計測補助装置では、前記第1階層部は、さらに、前記第1階層部の前記下面と前記第1階層部の前記上面とを接続する、及び/又は、前記第1階層部の前記下面と前記第1階層部の前記側面とを接続する貫通孔を有すること、を特徴とする。 In the extracellular potential measurement auxiliary device according to the present invention, the first layer further connects the bottom surface of the first layer and the top surface of the first layer, and/or connects the first layer to the top surface of the first layer. It is characterized by having a through hole connecting the lower surface of the layered portion and the side surface of the first layered portion.
これにより、培地を、第1階層部の上面から下面の下に位置する細胞に提供することができ、ひいては、細胞を適切な状態に維持することができる。 This allows medium to be provided from the upper surface to the cells located below the lower surface of the first layer, thereby maintaining the cells in an appropriate state.
本発明に係る細胞外電位計測補助装置では、前記第2階層部は、さらに、前記第2階層部の前記下面と前記第2階層部の前記上面とを接続する、及び/又は、前記第2階層部の前記下面と前記第2階層部の前記側面とを接続する貫通孔を有すること、を特徴とする。 In the extracellular potential measurement auxiliary device according to the present invention, the second layer further connects the bottom surface of the second layer with the top surface of the second layer, and/or connects the second layer with the top surface of the second layer. It is characterized by having a through hole connecting the lower surface of the layered portion and the side surface of the second layered portion.
これにより、培地を、第2階層部の上面から下面に提供することができる。 Thereby, the culture medium can be provided from the upper surface to the lower surface of the second layer.
したがって、第1階層部と第2階層部を重ねて配置したとしても、第2階層部の上面から第1階層部の下面に連通する貫通孔を形成することができる。つまり、細胞外電位計測補助装置の外部の新鮮な培地を、第1階層部の下面の下に位置する細胞に提供することができ、ひいては、細胞を適切な状態に維持することができる。 Therefore, even if the first layer and the second layer are arranged so as to overlap each other, it is possible to form a through hole communicating from the upper surface of the second layer to the lower surface of the first layer. That is, fresh medium outside the extracellular potential measurement auxiliary device can be provided to the cells located under the bottom surface of the first layer, and thus the cells can be maintained in an appropriate state.
本発明に係る細胞外電位計測補助装置では、前記第1階層部は、可撓性を有すること、を特徴とする。 The extracellular potential measurement auxiliary device according to the present invention is characterized in that the first layer section has flexibility.
これにより、第1階層部の下に位置する細胞への細胞外電位計測補助装置100の重量による影響を低減することができる。
As a result, it is possible to reduce the influence of the weight of the auxiliary device for extracellular
本発明に係る細胞外電位計測補助装置では、前記第1階層部は、絶縁性を有すること、を特徴とする。 The extracellular potential measurement auxiliary device according to the present invention is characterized in that the first layer section has insulating properties.
これにより、細胞外電位を計測する際に、計測する電位に影響を及ぼさないようにし、正確に細胞外電位を計測することができる。 This makes it possible to accurately measure the extracellular potential without affecting the potential to be measured when measuring the extracellular potential.
本発明に係る細胞外電位計測補助装置では、前記第2階層部は、重量性を有する材料により形成されていること、を特徴とする。 The extracellular potential measurement auxiliary device according to the present invention is characterized in that the second layer section is made of a heavy material.
これにより、第2階層部を小型化することができ、ひいては、細胞外電位計測補助装置を小型化できる。 As a result, the size of the second layer can be reduced, and the size of the extracellular potential measurement auxiliary device can be reduced.
本発明に係る細胞外電位計測方法は、培養された細胞の細胞活動に基づく細胞外電位を計測する際に用いる細胞外電位計測補助装置であって、前記細胞側に位置する第1階層部、
前記第1階層部の上方に重ねて位置する第2階層部、を有する細胞外電位計測補助装置を用いて細胞外電位を計測する。An extracellular potential measurement method according to the present invention is an extracellular potential measurement auxiliary device used for measuring extracellular potential based on cell activity of cultured cells, comprising: a first layer located on the cell side;
An extracellular potential is measured using an extracellular potential measurement auxiliary device having a second layer section positioned above the first layer section.
これにより、各階層部の重量、及び、各階層部の浮力といった2つの要素を調整することができ、細胞外電位を測定する細胞の種類、状態に応じた、細胞外電位を計測するにあたり、最適な圧力を決定できる。よって、高感度で細胞外電位を計測できる。
As a result, it is possible to adjust two factors such as the weight of each layer and the buoyancy of each layer. Optimal pressure can be determined. Therefore, the extracellular potential can be measured with high sensitivity.
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明していく。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明に係る細胞外電位計測補助装置について、一実施例である細胞外電位計測補助装置100を用いて説明する。細胞外電位計測補助装置100は、計測対象である細胞の活動に基づく細胞外電位を計測する際に用いる補助装置である。
An auxiliary device for extracellular potential measurement according to the present invention will be described using an auxiliary device for extracellular
第1 構成
細胞外電位計測補助装置100の構成について、図1を用いて説明する。ここで、図1Aは細胞外電位計測補助装置100の平面図を、図1Bは細胞外電位計測補助装置100の正面図を、それぞれ示す。図1A、図1Bに示すように、細胞外電位計測補助装置100は、第1階層部101、及び、第2階層部103を有している。First Configuration The configuration of the extracellular potential measurement
第1階層部101と第2階層部103とは、階層状に配置される。第1階層部101は、第2階層部103に比して細胞に近い位置に配置される。第2階層部103は、第1階層部101の上方に、第1階層部101に重ねて配置される。
The
第1階層部101の構成について、図2を用いて説明する。ここで、図2Aは、第1階層部101の平面図を、図2Bは、図2Aに示す第1階層部101のX1-X1断面図を、それぞれ示す。図2Aに示すように、第1階層部101は、角盤形状を有している。図2Bに示すように、第1階層部101は、下面101a、上面101b、及び、貫通孔101cを有している。下面101aは、細胞に近い側に位置する面である。一方、上面101bは、下面101aに対向して位置し、細胞から遠い側に位置する面である。貫通孔101cは、下面101aと上面101bとを接続する孔である。第1階層部101は、複数の貫通孔101cを有している。
A configuration of the
第1階層部101は、絶縁性、可撓性を有する材料、例えば、PDMS(PolyDiMethylSiloxane)により形成されている。第1階層部101を、絶縁性を有する材料により形成することによって、計測する電位に影響を及ぼさないようにし、正確に細胞外電位を計測することができる。また、第1階層部101を、可撓性を有する材料により形成することによって、細胞外電位計測補助装置100から細胞への重量によるダメージを減少することができる。
The
第2階層部103の構成について、図3を用いて説明する。ここで、図3Aは、第2階層部103の平面図を、図3Bは、図3Aに示す第2階層部103のX2-X2断面図を、それぞれ示す。図3Aに示すように、第2階層部103は、円環盤形状を有している。図3Bに示すように、第2階層部103は、下面103a、上面103b、及び、貫通孔103cを有している。下面103aは、第1階層部101に接する面である。一方、上面103bは、下面103aに対向して位置する面である。貫通孔103cは、下面101aと上面101bとを接続する孔である。第2階層部103は、中央に1つの貫通孔103cを有している。
The configuration of the
第2階層部103は、重量性を有する材料、例えば、金属により形成されている。第2階層部101を、絶縁性を有する材料により形成することによって、計測する電位に影響を及ぼさないようにし、正確に細胞外電位を計測することができる。
The
また、第1階層部101を、可撓性を有する材料により形成することによって、細胞外電位計測補助装置100から細胞への重量によるダメージを減少することができる。
In addition, by forming the
さらに、第1階層部101に貫通孔101c、第2階層部103に貫通孔103cを形成することによって、第1階層部101と第2階層部103とを重ねて配置したとしても、第2階層部103の上面103bから第1階層部101の下面101aに連通する貫通孔101c及び貫通孔103cを形成することができる。これにより、細胞外電位計測補助装置100の外部の新鮮な培地を、第1階層部101の下面101aの下に位置する細胞に提供することができ、ひいては、細胞を適切な状態に維持することができる。
Further, by forming the through
このように、細胞外電位計測補助装置100を複数階層部によって形成することによって、各階層部の重量、及び、各階層部の浮力といった2つの要素を調整することができる。これにより、細胞外電位を測定する細胞の種類、状態に応じた、細胞外電位を計測するにあたり、最適な圧力を決定できる。
Thus, by forming the extracellular potential measurement
細胞外電位計測補助装置100を用いることによって、細胞外電位を計測する際に、計測対象である細胞に対して、所定の圧力を加えることができるので、細胞の位置を固定できる。また、計測対象である細胞を計測電極(後述)に向かって押圧できるので、従来に比して、細胞活動によって生ずるシグナルの強度を大きくすることができる。つまり、シグナル強度を改善し、細胞外電位計測の際のS/N比を改善でき、結果として、高感度で細胞外電位を計測できる。これにより、細胞活動によって生ずるシグナル強度が弱い細胞であっても、細胞外電位を計測することができる。
By using the extracellular potential measurement
このように、細胞外電位計測補助装置100を用いることによって、細胞外電位計測に際して、計測対象である細胞に対して、細胞活動に必要な、十分新鮮な培地を提供でき、また、軽微な荷重しか加える必要がないため、細胞活動を阻害することなく、細胞外電位を計測することができる。さらに、薬剤を添加した状態で細胞外電位を計測する際にも、培地とともに添加した薬剤を細胞に供給できるため、薬剤応答性を阻害することなく、細胞外電位を計測することができる。
In this way, by using the extracellular potential measurement
第2 細胞外電位計測補助装置100の使用方法
細胞外電位計測補助装置100の使用方法について、細胞培養装置Cに形成した心筋細胞の細胞活動により生ずる細胞外電位をMEA(Multi-Electrode Array)プローブPを用いて測定する場合を例に、図4~図6を用いて説明する。Second Method of Using the Auxiliary Device for Measuring
ここで、細胞培養装置Cについて、図4を用いて簡単に説明する。ここで、図4Aは、細胞培養装置Cの平面図を、図4Bは、図4Aに示す細胞培養装置CのX3-X3断面図を、それぞれ示す。図4A、図4Bに示すように、細胞培養装置Cは、細胞培養シートCS及びフレームCFを有している。細胞培養シートCSは、細胞培養のための足場として機能する。細胞培養シートCSとしては、高分子材料で形成されたファイバーシートを用い呈する。細胞培養シートCSは、高分子による配向性構造、非配向性構造または配向性と非配向性との混合構造を有している。 Here, the cell culture apparatus C will be briefly described with reference to FIG. Here, FIG. 4A shows a plan view of the cell culture apparatus C, and FIG. 4B shows a cross-sectional view of the cell culture apparatus C along the line X3-X3 shown in FIG. 4A. As shown in FIGS. 4A and 4B, the cell culture device C has a cell culture sheet CS and a frame CF. The cell culture sheet CS functions as a scaffold for cell culture. A fiber sheet made of a polymer material is used as the cell culture sheet CS. The cell culture sheet CS has an oriented structure, a non-oriented structure, or a mixed structure of oriented and non-oriented structures by polymers.
フレームCFは、細胞培養シートCSを平面状に保持する保持部材として機能する。フレームCFは、中央に細胞培養シート配置空間F1を有する角筒形状を有している。なお、フレームCFは、所定厚さTS、所定高さHSを有している。フレームCFの一端面には、細胞培養シートCSが貼り付けられている。つまり、細胞培養シート配置空間CAに細胞培養シートCSが保持される。 The frame CF functions as a holding member that flatly holds the cell culture sheet CS. The frame CF has a prismatic shape with a cell culture sheet arrangement space F1 in the center. Note that the frame CF has a predetermined thickness TS and a predetermined height HS. A cell culture sheet CS is attached to one end face of the frame CF. That is, the cell culture sheet CS is held in the cell culture sheet arrangement space CA.
細胞培養装置Cを所定の培地が注がれた所定のウェル内に配置し、心筋細胞を、細胞培養装置Cの細胞培養シート配置空間CAに保持されている細胞培養シートCS上に所定の細胞密度で播種し、細胞培養シートCSの表面に心筋細胞を培養する。なお、心筋細胞は、一般的には、細胞培養シートCSの両表面上に培養される。 The cell culture device C is arranged in a predetermined well filled with a predetermined medium, and cardiomyocytes are placed on the cell culture sheet CS held in the cell culture sheet arrangement space CA of the cell culture device C. The cardiomyocytes are seeded at a high density and cultured on the surface of the cell culture sheet CS. Cardiomyocytes are generally cultured on both surfaces of the cell culture sheet CS.
細胞外電位の計測には、MEAプローブPを用いる。MEAプローブPは、細胞活動により生ずる細胞外電位を計測するための装置である。MEAプローブPについて、図5を用いて簡単に説明する。ここで、図5Aは、MEAプローブPの平面図を、図5Bは、図5Aに示すMEAプローブPのX4-X4断面図を、それぞれ示す。図5A、図5Bに示すように、MEAプローブPは、基板部PB及び溶壁部PWを有している。基板部PBは、薄板形状を有している。溶壁部PWは、基板部PB上に形成される。溶壁部PWは、一端が解放された円筒形状を有し、内部に所定の培地を貯留し、計測対象の細胞を配置するための細胞配置空間PSを形成する。 An MEA probe P is used for extracellular potential measurement. The MEA probe P is a device for measuring extracellular potentials generated by cell activity. MEA probe P will be briefly described with reference to FIG. Here, FIG. 5A shows a plan view of the MEA probe P, and FIG. 5B shows a cross-sectional view of the MEA probe P taken along line X4-X4 shown in FIG. 5A. As shown in FIGS. 5A and 5B, the MEA probe P has a substrate portion PB and a wall portion PW. The substrate part PB has a thin plate shape. The weld wall portion PW is formed on the substrate portion PB. The melted wall portion PW has a cylindrical shape with one end open, stores a predetermined culture medium inside, and forms a cell arrangement space PS for arranging the cells to be measured.
また、MEAプローブPは、計測電極E1及び参照電極E2を有している。計測電極E1は、溶壁部PWのほぼ中央に、基板部PBに沿って形成される。なお、計測電極E1は、4×4のマトリクス状に配置される。参照電極E2は、計測電極E1を中心に、所定数配置される。MEAプローブPは、計測電極E1と参照電極E2との電位差に基づき、細胞活動による細胞外電位を計測する。なお、計測電極E1、及び、参照電極E2のそれぞれから、引き出し線(図中点線)が配置される。 The MEA probe P also has a measurement electrode E1 and a reference electrode E2. The measurement electrode E1 is formed substantially in the center of the molten wall portion PW along the substrate portion PB. The measurement electrodes E1 are arranged in a 4×4 matrix. A predetermined number of reference electrodes E2 are arranged around the measurement electrode E1. The MEA probe P measures an extracellular potential due to cell activity based on the potential difference between the measurement electrode E1 and the reference electrode E2. A lead line (dotted line in the figure) is arranged from each of the measurement electrode E1 and the reference electrode E2.
MEAプローブPの細胞配置空間PSに所定量の培地を注いだ後、心筋細胞を培養した細胞培養装置Cを細胞配置空間PSに配置する。このとき、MEAプローブPの計測電極E1上に、細胞培養シート配置空間F1が位置するように細胞培養装置Cを配置する。 After pouring a predetermined amount of culture medium into the cell placement space PS of the MEA probe P, the cell culture device C in which cardiomyocytes are cultured is placed in the cell placement space PS. At this time, the cell culture device C is placed on the measurement electrode E1 of the MEA probe P so that the cell culture sheet placement space F1 is positioned.
さらに、細胞培養装置Cの心筋細胞が培養された細胞培養シートCS上に、細胞外電位計測補助装置100を配置する。細胞培養装置Cの心筋細胞が培養された細胞培養シートCS上に、細胞外電位計測補助装置100を配置した状態の平面図を図6Aに、図6AのX5-X5断面を図6Bに、それぞれ示す。図6A、図6Bに示すように、細胞培養装置Cの細胞培養シート配置空間F1内に、細胞外電位計測補助装置100を配置する。このとき、細胞外電位計測補助装置100の第1階層部101が細胞培養シートCS側に位置するように、つまり、第1階層部101の下面101aが、細胞培養シート配置空間F1に位置する細胞培養シートCS上に培養された心筋細胞に接するように配置する。第1階層部101を配置した後、第2階層部103を第1階層部101上に配置する。これにより、第1階層部101の貫通孔101cと第2階層部103の貫通孔103cとを連通させ、細胞外電位計測補助装置100の下に位置する細胞に、常時、新鮮な培地を提供する。
Further, the extracellular potential measurement
なお、第1階層部101及び第2階層部103は、共に培地内に位置するよう、必要であれば培地量を調整する。
In addition, if necessary, the amount of culture medium is adjusted so that both the
その後、MEAプローブPを用いて、細胞培養装置Cに培養した心筋細胞の細胞活動による細胞外電位を計測する。このように、細胞外電位計測補助装置100を配置することによって、細胞の活動を妨げることなく、細胞の運動を計測することができる。
After that, using the MEA probe P, the extracellular potential due to the cell activity of the myocardial cells cultured in the cell culture apparatus C is measured. By arranging the extracellular potential measurement
第3 実験例
細胞外電位計測補助装置100における第1階層部101として、直径1mmの円筒の貫通孔101cを、23個、形成した、8mm×8mm、厚さ1mm、重量40mgのPDMS製の角盤を用いた。Third Experimental Example As the
また、細胞外電位計測補助装置100における第2階層部103として、外直径8mm、内直径5mmの金属製の円環盤で、重量100mg、200mg、300mg、400mg、500mg、600mg、700mgの7種類を用いた。
As the
所定の心筋細胞を培養した細胞培養装置Cを、所定の培地を満たしたMEAプローブPの細胞配置空間PSに配置した。そして、細胞外電位計測補助装置100を用いないとき、第1階層部101のみを有する細胞外電位計測補助装置(総重量40mg)を用いたとき、重量100mgの第2階層部103を有する細胞外電位計測補助装置100(総重量140mg)を用いたとき、重量200mgの第2階層部103を有する細胞外電位計測補助装置100(総重量240mg)を用いたとき、重量300mgの第2階層部103を有する細胞外電位計測補助装置100(総重量340mg)を用いたとき、重量400mgの第2階層部103を有する細胞外電位計測補助装置100(総重量440mg)を用いたとき、重量500mgの第2階層部103を有する細胞外電位計測補助装置100(総重量540mg)を用いたとき、重量600mgの第2階層部103を有する細胞外電位計測補助装置100(総重量640mg)を用いたとき、重量700mgの第2階層部103を有する細胞外電位計測補助装置100(総重量740mg)を用いたとき、それぞれで細胞外電位を計測した。その結果を図7に示す。
A cell culture device C in which predetermined myocardial cells were cultured was placed in the cell placement space PS of the MEA probe P filled with a predetermined medium. When the auxiliary device for extracellular
図7の結果から、重量500mgの第2階層部103を有する細胞外電位計測補助装置100を用いたとき、つまり、細胞外電位計測補助装置100の総重量が540mg以上からは、S/N比の改善の度合いが低下し、平衡状態となることが分かる。
From the results of FIG. 7, when the extracellular potential
また、細胞外電位計測補助装置100を用いないときに細胞外電位を計測した結果を図8Aに示す。また、第1階層部101のみを有する細胞外電位計測補助装置(総重量40mg)を用いて細胞外電位を計測した結果を図8Bに示す。さらに、重量100mgの第2階層部103を有する細胞外電位計測補助装置100(総重量140mg)を用いて細胞外電位を計測した結果を図8Cに示す。さらに、重量700mgの第2階層部103を有する細胞外電位計測補助装置100(総重量740mg)を用いて細胞外電位を計測した結果を図8Dに示す。なお、各計測とも、計測時間は5分間とした。
FIG. 8A shows the result of extracellular potential measurement when the extracellular potential measurement
図8A、図8B、図8C、また、図8Dの実験結果から、各計測におけるS/N比は、順に、2.5、2.0、71、420となった。このことから、第2階層部103を用いて、心筋細胞にMEAプローブPの計測電極E1方向へ所定の圧力を加え、計測対象である心筋細胞の位置を固定し、また、計測対象である心筋細胞を計測電極E1に向かって押圧することによって、従来に比して、細胞活動によって生ずるシグナルの強度を大きくし、シグナル強度を改善し、結果として、細胞外電位計測の際のS/N比を改善できていることが分かる。つまり、細胞外電位計測補助装置100を用いることによって、細胞活動によって生ずるシグナル強度が弱い細胞であっても、細胞外電位を計測することができることが分かる。また、第2階層部103の重量を増加させることによって、飛躍的にS/N比を改善できることが分かる。
From the experimental results of FIGS. 8A, 8B, 8C, and 8D, the S/N ratios in each measurement were 2.5, 2.0, 71, and 420, respectively. For this reason, using the
なお、心筋細胞において計測する細胞外電位は、図9に示すように、心筋細胞の1回の拍動によって得られる電位変化である1シグナルの第1ピークにおいて得られる電位差V1を用いている。 As shown in FIG. 9, the extracellular potential measured in the myocardial cell uses the potential difference V1 obtained at the first peak of one signal, which is the potential change obtained by one heartbeat of the myocardial cell.
[その他の実施形態]
(1)第1階層部101の貫通孔101a:前述の実施例1においては、第1階層部101に、直径1mmの円筒の貫通孔101cを、23個、形成したが、第1階層部101の下面101aと上面101bとを接続するものであれば、例示のものに限定されない。例えば、図10(図10おいて、Aは平面図、Bは図10AのX6-X6断面図を示す)に示す第1階層部201ように、8mm×8mmの角盤に、直径1.5mmの円筒の貫通孔201cを、18個、形成するようにしてもよい。[Other embodiments]
(1) Through-
ここで、第1階層部201及び第2階層部103を用いて形成した細胞外電位計測補助装置200を図11に示す。図1おいて、Aは平面図、Bは図11AのX7-X7断面図を示す。
Here, FIG. 11 shows an extracellular potential measurement
また、図12A~E(図12において、Aは平面図、Bは正面図、Cは右側面図、Dは図12AのX8-X8断面図、Eは図12AのX9-X9断面図を示す)に示す第1階層部301のように、側面301dを貫通し、下面301aと側面301dとを接続する貫通溝301c1、301c2を形成するようにしてもよい。第1階層部301は、上面301bに連通する貫通溝301c1、及び、下面301aに連通する貫通溝301c2を有している。貫通溝301c1、及び、貫通溝301c2は、上下に階層的に、また、互いが直交するように形成されている。
12A to E (in FIG. 12, A is a plan view, B is a front view, C is a right side view, D is a cross-sectional view of X8-X8 in FIG. 12A, and E is a cross-sectional view of X9-X9 in FIG. 12A. ), through grooves 301c1 and 301c2 may be formed to penetrate the
これにより、貫通溝301c1と貫通溝301c2とを連通させることができる。また、第1階層部301を用いることによって、第1階層部301の上面301bから下面301aに培地を提供できると共に、側面301dから下面301aに培地を提供することができる。なお、第1階層部301は、PDMSにより形成することができる。
This allows the through groove 301c1 and the through groove 301c2 to communicate with each other. In addition, by using the
(2)第1階層部101の形状:前述の実施例1においては、第1階層部101は、角盤形状としたが、その他の形状、例えば、円盤形状(図11参照)、楕円板形状、多角形盤形状であってもよい。
(2) Shape of the first layer portion 101: In the first embodiment described above, the
(3)第1階層部101の材料:前述の実施例1においては、第1階層部101は、PDMSにより形成されているとしたが、可撓性、絶縁性を有するものであれば、例示のものに限定されない。例えば、PDMS以外のシリコン、ポリカーボネイト、その他のプラスチック材料であってもよい。
(3) Material of the first layer portion 101: In the first embodiment described above, the
また、計測対象である細胞の細胞活動により得られる電位、細胞の大きさ、厚さ、種類、重量に対する強さ等の条件から、可撓性が低く、絶縁性を有する材料、例えば、ポリカーボネイトにより、第1階層部を形成するようにしてもよい。 In addition, due to the conditions such as the potential obtained by the cell activity of the cell to be measured, the size, thickness, type of the cell, and the strength against weight, a material with low flexibility and insulation, such as polycarbonate, is used. , may form the first layer.
(4)第1階層部101の位置:前述の実施例1においては、第1階層部101の下面101aが検知対象である細胞に接するとしたが、細胞側に位置するものであれば、例示のものに限定されない。例えば、細胞上に何らかのシート等の緩衝物を配置し、間接的に細胞を押圧するものであってもよい。
(4) Position of the first layer 101: In the first embodiment described above, the
(5)第2階層部103の貫通孔103c:前述の実施例1においては、第2階層部103は、中央に1つの貫通孔103cを有していたが、図13に示す第2階層部303のように、複数の貫通孔303cを形成するようにしてもよい。また、第2階層部303に形成する複数の貫通孔303cは、同一形状でなく、異なる形状であってもよい。
(5) Through
なお、図12には、第2階層部303及び第1階層部301を用いて形成した細胞外電位計測補助装置300を示している。図13において、Aは平面図、Bは正面図、Cは右側面図、Dは図12AのX10-X10断面図、Eは図13AのX11-X11断面図を示す。
Note that FIG. 12 shows the extracellular potential measurement
また、図11に示す第1階層部301のように側面301dから培地を細胞に提供できるものであれば、第2階層部に貫通孔を形成しなくともよい。
Also, if the medium can be supplied to the cells from the
(6)第2階層部103の形状:前述の実施例1においては、第2階層部103は、円環盤形状としたが、その他の形状、例えば、円盤形状、楕円板形状、多角形盤形状であってもよい。
(6) Shape of the second layer portion 103: In the first embodiment, the
(7)計測対象の細胞:前述の実施例1においては、検知対象である細胞として心筋細胞を用いたが、細胞外電位の計測に適するものであれば、例示のものに限定されない。例えば、神経細胞であってもよい。 (7) Cells to be measured: In Example 1 described above, cardiomyocytes were used as the cells to be detected. For example, nerve cells may be used.
また、計測対象である細胞は、平面状シートに培養されたシングル細胞であってもよい。さらに、細胞培養シートCSに培養した細胞でなくとも、一般的な細胞シートに培養した細胞でもよい。さらに、細胞培養シートCSに平面状に培養した細胞でなくとも、3次元状に培養した細胞であってもよい。さらに、培養した細胞でなくとも、生物、例えば人から採取した組織切片であってもよい。 Also, the cells to be measured may be single cells cultured on a planar sheet. Furthermore, cells cultured in a general cell sheet may be used instead of the cells cultured in the cell culture sheet CS. Furthermore, the cells may be three-dimensionally cultured instead of planarly cultured on the cell culture sheet CS. Furthermore, tissue sections taken from organisms such as humans may be used instead of cultured cells.
(8)細胞培養装置Cの使用:前述の実施例1においては、計測対象である細胞を、細胞培養装置Cを用いて培養するとしたが、計測対象である細胞を培養できるものであれば、例示のものに限定されない。例えば、細胞培養用のディッシュ等、所定の容器に、直接細胞を培養するようにしてもよい。 (8) Use of cell culture apparatus C: In the above-described Example 1, the cells to be measured were cultured using the cell culture apparatus C, but if the cells to be measured can be cultured, It is not limited to the illustrated one. For example, cells may be directly cultured in a predetermined container such as a cell culture dish.
(9)MEAプローブPの使用:前述の実施例1においては、MEAプローブPを用いて細胞外電位を計測したが、細胞外電位を計測できる方法であれば、例示のものに限定されない。 (9) Use of MEA probe P: In Example 1 described above, the MEA probe P was used to measure the extracellular potential.
(10)細胞外電位:前述の実施例1においては、細胞外電位として、心筋細胞の1回の拍動によって得られる1シグナルの第1ピークにおいて得られる電位差V1を用いたが、計測できる細胞外電位であれば、例示のものに限定されない。
(10) Extracellular potential: In the above-described Example 1, the potential difference V1 obtained at the first peak of one signal obtained by one heartbeat was used as the extracellular potential. As long as it is an external potential, it is not limited to the example.
本発明に係る細胞外電位計測補助装置は、例えば、培養した心筋細胞の細胞活動に基づく細胞外電位の計測に用いることができる。
The extracellular potential measurement auxiliary device according to the present invention can be used, for example, to measure extracellular potential based on cell activity of cultured myocardial cells.
100 細胞外電位計測補助装置
101 第1階層部
101a 下面
101b 上面
101c 貫通孔
103 第2階層部
103a 下面
103b 上面
103c 貫通孔
C 細胞培養装置
P MEAプローブ
200 細胞外電位計測補助装置
201 第1階層部
203a 下面
303b 上面
403c 貫通孔
300 細胞外電位計測補助装置
301 第1階層部
301a 下面
301b 上面
301c 貫通孔
301d 側面
303 第2階層部
303a 下面
303b 上面
303c 貫通孔
100 Extracellular Potential
Claims (7)
前記細胞側に位置する第1階層部、
前記第1階層部の上方に重ねて位置する第2階層部、
を有し、前記第1階層部は、絶縁性または可撓性を有する材料により形成され、前記第2階層部は、金属により形成されている重量性を有する材料により形成され、前記第1階層部は、前記第2階層部に比して細胞に近い位置に配置され、計測対象である細胞を計測電極に向かって押圧できる、細胞外電位計測補助装置。 An extracellular potential measurement auxiliary device for use in measuring extracellular potential based on cell activity of cultured cells,
a first layer located on the cell side;
a second hierarchical section positioned above the first hierarchical section;
wherein the first layer is made of an insulating or flexible material, the second layer is made of a heavy material made of metal , and the first layer is The extracellular potential measurement auxiliary device, wherein the part is arranged at a position closer to the cell than the second layer part, and can press the cell to be measured toward the measurement electrode.
前記第1階層部は、さらに、
前記第1階層部の前記下面と前記第1階層部の前記上面とを接続する、及び/又は、前記第1階層部の前記下面と前記第1階層部の前記側面とを接続する貫通孔を有すること、
を特徴とする細胞外電位計測補助装置。 In the extracellular potential measurement auxiliary device according to claim 1,
The first layer section further includes:
a through hole connecting the bottom surface of the first layer portion and the top surface of the first layer portion and/or connecting the bottom surface of the first layer portion and the side surface of the first layer portion; to have
An extracellular potential measurement auxiliary device characterized by:
前記第2階層部は、さらに、
前記第2階層部の前記下面と前記第2階層部の前記上面とを接続する、及び/又は、前記第2階層部の前記下面と前記第2階層部の前記側面とを接続する貫通孔を有すること、
を特徴とする細胞外電位計測補助装置。 In the extracellular potential measurement auxiliary device according to claim 1 or claim 2,
The second layer section further includes:
a through hole connecting the bottom surface of the second layer portion and the top surface of the second layer portion and/or connecting the bottom surface of the second layer portion and the side surface of the second layer portion; to have
An extracellular potential measurement auxiliary device characterized by:
前記第1階層部は、
絶縁性を有すること、
を特徴とする細胞外電位計測補助装置。 In the extracellular potential measurement auxiliary device according to any one of claims 1 to 3,
The first layer section includes
having insulating properties;
An extracellular potential measurement auxiliary device characterized by:
前記第1階層部は、
可撓性を有すること、
を特徴とする細胞外電位計測補助装置。 In the extracellular potential measurement auxiliary device according to claim 4,
The first layer section includes
having flexibility;
An extracellular potential measurement auxiliary device characterized by:
前記第2階層部は、
金属により形成されていること、
を特徴とする細胞外電位計測補助装置。 In the extracellular potential measurement auxiliary device according to any one of claims 1 to 5,
The second layer section includes
being made of metal;
An extracellular potential measurement auxiliary device characterized by:
An extracellular potential measurement method for measuring an extracellular potential using the extracellular potential measurement auxiliary device according to any one of claims 1 to 6 .
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