JPH02119770A - 生体細胞への物質の微小注入法及びそのための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は可動的に支持されたカニユーレとテーブルを利
用し、テーブルに対して斜めに設定したカニユーレとテ
ーブルとを連接し、しかも両者をテーブルと平行な平面
内で２つの方向（ＸＹ力方向に互いに調整でき、かつカ
ニユーレをＸＹ力方向よって決定される平面に対して垂
直な２方向に調整できるようにして生体細胞に物質の溶
液または懸澗液を微小注入する方法に係わる。

本発明はカニユーレのためのホルダーを具備して上記方
法を実施するための装置にも係わる。

ここに使用するカニユーレという表現には毛細管や微小
毛細管が含まれる。

［発明の背景］ 顕微鏡を覗きながら垂直線またはテーブルに対して傾斜
させたカニユーレを細胞の真上に整合させたのち、下方
へ移動させる装置の開発は既に試みられている。しかし
、カニユーレまたは毛細管のＺ方向位置ぎめに際して問
題が発生する。また、微小注入技術では細胞核は確かに
注入場所となり得るが、必ずしも細胞核を注入場所に選
ぶとは限らないということに留意しなければならない。

公知の実施例では所期の注入場所を大ざっばに検出でき
るに過ぎない。垂直に下方へ移動させるという方式はカ
ニユーレによってかなりの横力成分が細胞に加えられ、
細胞膜が細長い形に破れるという点で不都合である。そ
の結果、細胞膜が、従って、細胞全体が修復不可能なま
での損傷を受ける。

さらにまた、カニユーレが折れるおそれもある。

テーブルとして顕微鏡の載物台を利用し、カニユーレの
尖端部が観察方向に位置し、顕微鏡を焦点合わせするこ
とで尖端部を明確に視認して正確な観察が可能となるよ
うにカニユーレホルダーを設けることも公知である。

このように顕微鏡の一部を形成するテーブルは公知の態
様で対物レンズに対して調整できるいわゆる十字テーブ
ルである。このテーブルの目的は十字テーブルに載置さ
れた培養容器中の多数の細胞のうちの１個または複数個
を顕微鏡の観察域に整合させることにある。

上記公知技術に鑑み、本発明は好ましい実施態様として
、例えば特定の細胞培養容器のような容器に収容された
多数の細胞を十字テーブル上に置き、個々の細胞を位置
きめできるようにする。

大きい作業コストを要し、コンビコータを利用して自動
制御可能な十字テーブルを駆動することによって装置の
設計条件に従って個々の細胞をカニユーレに整列させる
上記目的のための装置は公知である。

コンビコータ援用画像処理技術によるカニユーレ制御も
考えられるが、これはコストをさらに高めることになり
、カニユーレ尖端部に対する顕微鏡テーブルの制御には
さらに大きいコストが必要になる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は個々の細胞に対するカニユーレの正確な
位置きめを容易にしながら、しかも力ニコーレが軸方向
に細胞に突き刺さることを可能にするように頭書の方法
及び装置を改良することにある。

［課題を解決するための手段」 本発明の方法は、カニユーレの尖端部をポインタとして
細胞ＩＪＩ’ｌの上方に位置するデーフルと平行な平面
Ｚ１内で、テーブル上の細胞の所期の注入場所の上方に
位置ぎめし、前記平面に対するカニユーレの角度に応じ
て該平面におけるカニュー＝しの射影方向によって決定
される方向へ、カニユーレの軸方向延長線が所期の注入
場所と交差する位置にカニユーレが到達する距離だけカ
ニユーレを後退させ、次いでカニユーレを細胞を突き刺
す方向に駆動し、尖端部か所期の注入場所に達したらこ
の駆動を停止させることを特徴とする。

カニユーレをポインタとして利用して所期の突き刺し位
置を直接マーキングし、次いでカニユーレを後退させる
ことによって微小注入を比較的容易に、しかも正確に実
施することができ、視覚的にモニターしながらカニユー
レを傾斜状態のまま設定するにも拘らず、軸方向の突き
刺し動作か可能である。

即ち、手動操作で尖端部を突き刺し位置と整合させたの
ち、突き刺し動作に先立って後退させると、装置の特定
構成に応じて異なる自動機構が作動して、先ずカニユー
レを垂直方向に細胞と整合し２ている状態から移動させ
、次いで同じ平面内の後退位置から軸方向に突き刺すこ
とを可能にする。

この方法はテーブルと平行な２つの平面、即ち、カニユ
ーレが移動する平面と、カニユーレの突き刺し運動はを
規定する平面とを設定すれば特に効果的に行われる。そ
の場合、テーブルの上方に、テーブル」−の細胞の内部
とほぼ交差する、テーブルから高さＺ。に位置］７かっ
テーブルと平行な第２の平面を設定し、カニユーレ尖端
部が平面Ｚ　Ｌｌに達したら、細胞を突き刺すためのカ
ニューｌノ軸方向移動を停止−させるか、またはテーブ
ル平面に対して４５°の角度にカニユーレを調整し、平
面Ｚ　、ｌ及び７３間の距離たけ後退させることが好ま
しい。

また、−上記目的は、前記ホルダーを操作装置に調整自
在に取付けると共に、ホルダーに対するカニユーレの角
度を調定するための調整手段を設けたことと、前記操作
装置が連携のテーブルと平行な平面内でカニユーレホル
ダーを駆動するための第１駆動装置及び前記平面に垂直
な方向（Ｚ方向）にホルダーを移動させるための第２駆
動装置を含む少なくとも２つの駆動装置を有することと
、前記少なくとも２つの駆動装置の駆動方向にそれぞれ
対応するガイド装置をホルダーと操作装置の間に設けた
ことと、前記少なくとも２つの駆動装置をホルダーと操
作装置の台座との間に設け、前記ガイド装置に沿ってホ
ルダーを前記台座まで駆動できるようにしたことを特徴
とする装置によって達成される。ただし、この装置は種
々の態様で実施することができる。ＸＹ方向平面内を移
動自在なテーブルと連携する操作装置を設番」た場合、
操作装置にはＸＹ力方向第１駆動装置及びＺ方向の第２
駆動装置をそれぞれ１個ずつ設けるだけで充分である。

細胞に対するカニユーレの位置ぎめは十字テーブルの移
動を利用して行うこともでき、実質的に十字テーブルは
細胞と一体に移動する。

ただし、操作装置はＸＹ方向平面内に２個の第１駆動装
置を具備することが好ましい。これらの駆動装置に対応
させて、例えば工作機械において公知であるようなアン
ダーカットトラック及び／またはレールとして構成する
ことのできるガイド置を設ける。

操作装置そのものが本発明の目的達成に寄与する特別な
態様を具えている。好ましい実施態様では、テーブルに
固定するための、例えばクランプ装置のような固定手段
を操作装置に設ける。これにより、補足的な構成部分を
もテーブル、特に顕微鏡テーブルまたはその他の観察装
置のテーブルに付加することができる。当然の結果とし
て、上記駆動装置は顕微鏡十字テーブルの駆動装置と全
く同じではないが、同様のＸＹ力方向即ち、十字テーブ
ル平面駆動装置から成ることが好ましい。

これにより、集光レンズの作用下に顕微鏡の観察域に位
置ぎめされている細胞の真上に、ポインタとして利用さ
れるカニユーレ尖端部を随意位置ぎめすることかできる
。

好ましい実施態様では、操作装置をテーブルと一体に構
成する。

本発明のその他の好ましい実施態様は特許請求の範囲の
項及び以下の実施例から明らかにプるであろう。

［実施例］ 添付図面に示す実施例に基づいて以下に本発明を詳述す
る。

第１図において、破線は集光レンズ２及び対物レンズ３
を有する反転顕微鏡１を示す。

この顕微鏡には公知の態様で十字テーブル４が設けられ
ている。４７は支持手段である。顕微鏡１は設置のため
の架台４８を具備する。

十字テーブル４は一対の第１駆動装置５，６（第２図）
によってレンズ２及び３間の観察線に調定することがで
きる。支持手段４７は公知の態様で十字レールシステム
で構成することのできる十字テーブルガイド４９をも含
む。

第１駆動装置はいずれも十字テーブル４を十字テーブル
ガイド４９に沿って駆動するための、例えば、スピンド
ル５３．５４（第２図）を具備する。この第１駆動装置
５，６はそれぞれ反転可能なモータから成り、顕微鏡１
の架台に取付けられている。スピンドル５３．５４は支
持構造をも兼ねることができる。

この一対の第１駆動装置５，６による調整の目的は数多
い細胞のうち十字テーブル４上に位置する細胞７を集光
レンズ２と対物レンズ３の間の観察線に合わせることに
ある。

十字テーブル４にはこれと一体の、または固定装置９に
よって十字テーブル４に固設することのできる操作装置
８がある。

操作装置８に、カニユーレ１１を具えたホルダー１０を
可動的に取付けてあり、カニユーレ１１は十字テーブル
４に対して好ましくは４５°の角度に配置され、尖端部
１２を有する。この尖端部１２はポインタをも兼ね、前
記細胞７の核１３の上方に来るように駆動装置によって
調整することができる。

尖端部１２が兼ねるポインタを細胞に整合させるための
駆動装置は十字テーブル駆動装置と同じでもよいが、操
作装置８に設けたホルダー１０のための第２駆動装置１
４，１５．１６でもよい。

また、第１及び第２駆動装置を互いに組合わせることも
可能である。

基本的な実施態様としては、ポインタとしてのカニユー
レ尖端部１２が初期位置にある状態から、顕微鏡を覗き
ながら十字テーブル４を調整することによってポインタ
を細胞核１３の上に持って来る。

これに続くカニユーレ１１の調整は専用の第２駆動装置
１４，１５．１６によって行う。

第１図には第２駆動装置のうち、高さ調整のための駆動
装置１６と、カニユーレ１１の方向にテーブル４と平行
な駆動を行うための駆動装置１５とを示しである。

第２図には操作装置８、ホルダー１０及びカニユーレ１
１を略示した。十字テーブル４の平面、即ち、いわゆる
ＸＹ平面には２つの第２駆動装置’１４、１５が互いに
直交する方向に、たたし、テーブル４の平面と平行な同
一平面内に配置されている。第１駆動装置５，６も第２
駆動装置１４゜１５もカニユーレ１１の尖端部１２を十
字テーブル上の細胞７に整合させるのに利用できる。こ
の目的に駆動装置５，６だけを利用する場合、図示の構
成では操作装置８に設ける第２駆動装置としてカニユー
レ１．１の方向に駆動するための駆動装置１５と、いわ
ゆるＸ方向に、即ち、駆動装置１゜４．１５によってＸ
Ｙ力方向決定される平面と直交する方向に駆動するため
の駆動装置１−６とを設けるだけでよい。

第２図はＸＹ平面内でカニユーレ１１を操作装置８から
移動させるための第２駆動装置１４をも示した点で第１
図よりも詳細な図である。駆動手段１４，１５．１６か
ら成る第２駆動装置も反転可能な電動機で構成すること
が好ましい。これらの駆動手段の接続態様は公知の通り
であり、反転回路手段を含む。

駆動装置１４を含む断面と高さ調整自在な装置部分との
間に、別々の側に互いに直交するガイド手段を有する中
間キャリッジ５０を設けである。

第１図には操作装置８におけるホルダー１０のためのガ
イド手段を示してないが、第４図に関連して後述する十
字キャリッジ用キャリッジガイドなどのような公知態様
のアンダーカットトラック、レール等の形で実施すれは
よい。

十字テーブル４に対するカニユーレ１１の角度を調整す
るため、第１図に略示するように、ホルダー１０に調整
手段２５を設ける。この調整手段２５は第４図に斜視図
で示しである。

第１図ではカニユーレ１１の尖端部１２が十字テーブル
４から高さｚｌの位置にあり、この平面Ｚ１は細胞７の
上方に位置する。もう１つの高さ平面Ｚ。であり、これ
も十字テーブル４の上方に位置するが、細胞核１３を通
る平面である。即ち、観察すべき細胞核１３の真上に来
るように調整するためには高さＺ、の平面内でカニユー
レ１１の尖端部１２を移動させればよい。

第１図ではカニユーレ１１に物質を供給するための供給
管１８及び供給装置１９を極く形式的に図示したが、供
給管１８は第２駆動装置や調整手段２５に制御パルスを
伝送する機能をも兼ねる。

本発明の方法を実行し、本発明の装置を操作するには、
十字テーブル４、即ち、十字テーブルの載置面と平行な
平面を、観察または経験によって前記載置面の上方で、
かつ細胞核１３と交差する高さに調整する。この平面に
達したらカニユーレ１１の駆動を停止し、カニユーレ１
１の尖端部１２が細胞核１３の中心部を突き刺したら、
カニユーレ１１を後退させる。このプロセスについて、
特に第３図との関連で以下に説明する。

第３ａ図乃至第３Ｃ図には細胞７及び細胞核１３を含む
断面で十字テーブル４の一部を示した。

カニユーレ１１の尖端部１２が細胞核の上方に、即ち、
十字テーブル４の載置面の上方Ｚ１の高さに位置する。

この平面を２１平面と呼称する。

第３ａ図乃至３０図には細胞核１３と交差する平面Ｚ　
ＩＴをも示しである。

第３ａ図では第１図に関連して述べたように制御するこ
とによりカニユーレ１１の尖端部１２が細胞核１３の上
方に位置ぎめされている。この位置ぎめは第１駆動装置
５，６または第２駆動装置１４．１５によって行うこと
ができる。この位置ぎめに際しては、ホルダー１０を、
即ち、カニユーレ１１を十字テーブル４の平面と平行に
一方向、例えば、Ｘ方向に距離１７だけ移動させ、次い
で例えば駆動装置１５．１６の同時駆動により尖端部１
２ａを軸方向に駆動して軸方向に細胞核１３を突き刺す
ように位置ぎめする（第３Ｃ図）。戻り方向への駆動は
駆動装置の連携条件に応じて駆動装置１４または１５に
よって行われる。細胞核突き刺し動作は駆動装置１５．
１６の併用によって行う（第５図）。

突き刺し動作は上記プロセスにおいて尖端部１２が平面
Ｚ。に達した時、軸方向への送り駆動を行う駆動装置を
停止させることによって制限する。

この制限条件は制御装置３７を介して突き刺し動作を起
動する制御ユニット３５（第４図）に供給される。

十字テーブル４を調整することによって尖端部１２をポ
インタとして平面Ｚ１内に移動させ、さらに駆動装置１
４，１．５を操作して再び別の細胞核１３の真上まで移
動させるように反転及び後退を行うことができる。

第３図は４５°の角度に調整されたカニユーレ１１を示
す。この実施態様では、平面Ｚ１及びＺ。の高さの差は
特に第３Ｃ図から明らかなように距離１７に等しい。従
って、垂直及び水平方向に同時駆動されてカニユーレ１
１は４５°方向にテーブル４に接近し、軸方向に細胞核
１３を突き刺す。

第４図には例えば顕微鏡のテーブル４を示した。

このテーブル４には例えば調整ノブ２６によって締付け
ることのできる固定装置９を介して操作装置８を取付け
である。

このテーブル４は操作装置８及び付随部分を含む独立ユ
ニットとして構成してもよい。

操作装置８には上記動作を行うための３個の第２駆動装
置１４．　１．５．　１６を設けてあり、第４図はその
具体例を示す。カニユーレ１１を含むホルダー１０は調
整手段２５によって角度調整することができ、その操作
には操作ノブ２７を利用する。

操作装置８の台座５１には、破線で示すキャリッジ３０
で案内するテーブルと平行なガイドルール２９を有する
ガイド集合体２８を爪側けてあり、前記キャリッジ３０
は第２駆動装置１４によってガイド集合体２８と平行に
左右に移動させることができる。

このキャリッジ３０にはＺ方向に駆動する第２駆動装置
１６を有するガイド集合体３１のための垂直方向ガイド
レール５２を設けである。

コノガイド集合体３１には、テーブル平面と平行に、た
だしガイド集合体２８における移動方向とは直交方向に
移動自在な第３のガイド集合体３３のためのレール状ガ
イド５５を有する直角に張出したブラケッ１−３２．を
取付けである。即ち、第３のガイド集合体３３は第２図
の第２駆動装置１５によって駆動される。

これは操作装置８の簡単な実施態様であり、図示の実施
例では、制御ケーブル３４を介して、例えば顕微鏡の、
即ち、十字テーブル４を移動させるための制御ユニット
３５と接続している。この制御ユニット３５は駆動装置
またはそれぞれのモータを操作するためのスイッチ手段
をも含む。制御ユニット３５はケーブル３６を介して制
御装置３７と接続し、制御装置３７のハンドレバー３８
を種々の方向へ傾けることによりＸＹ力方向駆動操作を
起動する。このような操縦桿式制御は公知である。Ｚ方
向への駆動操作は制御グリップ３９に設けた素子を回動
または押圧することによって起動することができる。

十字テーブル４の駆動装置を利用されるか、操作装置８
の駆動装置を利用されるかはレバー４０をセットするこ
とによって決定することができる。

第５図に略示した回路図は操作装置８の制御回路集合体
４１を含む。ここでは３個の駆動装置１４．１．５，１
．６が第２駆動装置を構成し、それぞれに対応のスイッ
チ装置を起点として制御ケーブルが、例えば第４図に一
括制御ケーブル３４として略示したようにそれぞれの駆
動装置に達している。

図示のように、第２駆動装置１４．　１．５　（ＸＹ力
方向にはこれらを別々に作動させるための操作レバー４
２．’４３を連携させてあり、この操作レバーは第４図
の実施例の場合には制御装置３７に組込まれ、制御グリ
ップ３９と連携する。操作レバー４４についても同様で
アル。

Ｚ方向駆動用の第２駆動装置１６は測定装置２４と接続
し、Ｚ　ｏ平面とＺ、平面の間の距離調整を可能にする
操作レバー４４を具備する。即ち、第２駆動装置１６は
この調整値に従って駆動する。

第５図の実施例では第２駆動装置１５．１６間操作装置
４６を含む制御ループ４５を介在させる。

上述のようにカニユーレ１１を４５°の角度に傾斜させ
た状態で操作装置４６を操作すると、駆動装置１．’５
．１６への他の個別給電回路がすべて開路状態となり、
第２駆動装置１５，１．６だけが等速度で作動する。な
お、カニユーレ］−１の尖端部１２が＼１−而Ｚ１、に
達すると、測定装置２４の作用にも助けられて自動的に
反転が起こり、カニユーレ尖端部１２が平面Ｚ１内で後
退するから、特に第２駆動装置１５．１６は反転可能で
ある。

第４図に示す操作装置８の具体例ではガイド集合体２８
，３１　３３をビニオン２／ラツク機構に３１、すＬ述
［７たＩか一ルシステムに沿〕て移動さぜることがてき
る。、二の場合、ビニオンはそれぞれ対応の駆動装置に
よって駆動さｈる３゜

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置を略示する側面図、第２図は第１
−図に示しｌＪ本発明の装置を拡大して略示する部分平
面図、第３ａ図乃至第３　Ｃ’図はカニコレの位置ぎめ
を説明するための拡大側面図、第４図は本発明の装置を
一部簡略化して示す斜視図、第５図は操作装置の操作原
理を示す簡略化した回路図である。 ４・・・十字テーブル　５．６．１４，１５．１６駆動
装置　８・・操作装置　９・・・固定装置　１０・ホル
タニー　１１−・・カニクー　し　２４・・・測定装置
２８゜ ３１゜ ３３・・・ガイド集合体 装置

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）可動的に支持されたカニューレとテーブルを利用
   し、テーブルに対して斜めに設定したカニューレとテー
   ブルとを連接し、しかも両者をテーブルと平行な平面内
   で２つの方向（ＸＹ方向）に互いに調整でき、かつカニ
   ューレをＸＹ方向によって決定される平面に対して垂直
   なＺ方向に調整できるようにして生体細胞に物質の溶液
   または懸濁液を微小注入する方法であって、カニューレ
   の尖端部をポインタとして細胞材料の上方に位置するテ
   ーブルと平行な平面Ｚ＿１内で、テーブル上の細胞の所
   期の注入場所の上方に位置ぎめし、前記平面に対するカ
   ニューレの角度に応じて該平面におけるカニューレの射
   影方向によって決定される方向へ、カニューレの軸方向
   延長線が所期の注入場所と交差する位置にカニューレが
   到達する距離だけカニューレを後退させ、次いでカニュ
   ーレを細胞を突き刺す方向に駆動し、尖端部が所期の注
   入場所に達したらこの駆動を停止させることを特徴とす
   る生体細胞へ物質の溶液または懸濁液を微小注入する方
   法。
2. （２）テーブルの上方に、テーブル上の細胞の内部とほ
   ぼ交差する、テーブルから高さＺ＿０に位置しかつテー
   ブルと平行な第２の平面を設定し、カニューレ尖端部が
   平面Ｚ＿０に達したら、細胞を突き刺すためのカニュー
   レ軸方向移動を停止させることを特徴とする請求項第（
   １）項に記載の方法。
3. （３）テーブル平面に対して４５°の角度にカニューレ
   を調整し、平面Ｚ＿０及びＺ＿１間の距離だけ後退させ
   ることを特徴とする請求項第（１）項または第（２）項
   に記載の方法。
4. （４）カニューレホルダーを具備し、特許請求の範囲第
   （１）項から第（３）項までのいずれかに記載の方法を
   実施するための装置であって、前記ホルダー１０を操作
   装置８に調整自在に取付けると共に、ホルダーに対する
   カニューレ１１の角度を調定するための調整手段を設け
   たことと、前記操作装置が連携のテーブルと平行な平面
   内でカニューレホルダー１０を駆動するための第１駆動
   装置１４及び前記平面に垂直な方向（Ｚ方向）にホルダ
   ー１０を移動させるための第２駆動装置１６を含む少な
   くとも２つの駆動装置１４、１６を有することと、前記
   少なくとも２つの駆動装置の駆動方向にそれぞれ対応す
   るガイド装置をホルダー１０と操作装置８の間に設けた
   ことと、前記少なくとも２つの駆動装置をホルダー１０
   と操作装置８の台座との間に設け、前記ガイド装置に沿
   ってホルダー１０を前記台座まで駆動できるようにした
   ことを特徴とする装置。
5. （５）ＸＹ方向平面内に２つの第１駆動装置１４、１５
   を設けたことを特徴とする請求項第（４）項に記載の装
   置。
6. （６）操作装置８に、該操作装置をテーブルに固定する
   ための、例えばクランプ装置のような固定手段を設けた
   ことを特徴とする請求項第（４）項または第（５）項に
   記載の装置。
7. （７）操作装置８をテーブルと一体に形成したことを特
   徴とする請求項第（４）項または第（５）項に記載の装
   置。
8. （８）２つの平面、即ち、互いに平行なＺ＿０平面とＺ
   ＿１平面の間の調整自在な高さの差を求める測定装置２
   ４を第２駆動装置１６と連携させたことと、測定装置２
   ４がホルダー１０におけるカニューレ１１のＺ方向に対
   する傾斜との関連において対応の測定信号をＸＹ方向の
   第１駆動装置１４、１５の１つに供給し、カニューレ１
   １の傾斜との関連においてＺ＿０平面とＺ＿１平面との
   高さの差に応じて制御装置がカニューレ１１を後退させ
   るための第１駆動装置１４、１５の１つを作動させると
   同時に測定された駆動距離だけ第２駆動装置１６をＺ方
   向に作動させることを特徴とする請求項第（４）項乃至
   第（７）項のいずれかに記載の装置。
9. （９）テーブルがＸＹ方向駆動装置５、６を具えた十字
   テーブル４であることを特徴とする請求項第（６）項乃
   至第（８）項のいずれかに記載の装置。
10. （１０）十字テーブル４が顕微鏡の一部であることを特
    徴とする請求項第（９）項に記載の装置。