JPH0687782B2 - 細胞電気穿孔法およびその装置 - Google Patents

細胞電気穿孔法およびその装置

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JPH0687782B2
JPH0687782B2 JP63284177A JP28417788A JPH0687782B2 JP H0687782 B2 JPH0687782 B2 JP H0687782B2 JP 63284177 A JP63284177 A JP 63284177A JP 28417788 A JP28417788 A JP 28417788A JP H0687782 B2 JPH0687782 B2 JP H0687782B2
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    • 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
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は細胞膜に直流パルス電界によって小孔を形成す
る細胞電気穿孔法と、そのために用いられる装置に関す
るものである。
〔従来の技術〕
バイオテクノロジーの進歩に伴ない、細胞の有する細胞
膜に小孔を形成してDNAなどを取り込ませることが重要
になっている。
細胞を含む媒液に交流電場を印加すると、細胞が電界方
向に一列に並ぶ現象が知られている(パールチェーン現
象)。第4図(a)のように、細胞1を含む媒液2に対
して電場を印加するための電極3A,3Bを配設する。そし
て、電極3A,3Bの間に交流電圧V1を印加すると、細胞1
はその電界方向にパールチェーン状に配列する。そこ
で、スイッチS1をONすることにより電極3A,3B間に直流
パルス電圧V2を印加すると、第4図(b)のように細胞
1に小孔4が形成されることになる。
ところが、細胞1の細胞膜に形成される小孔4は電界方
向に位置しているために、直流パルス電圧V2の印加が解
除された後には隣り合う細胞1が小孔4を介して互いに
融合し、巨大細胞になってしまう。このため、個々の細
胞1を分離した状態で電気穿孔し、細胞1中にDNAを取
り込ませることが難しい。そこで、DNAなどを取り込ま
せる場合には、第5図のようにして細胞1に小孔を形成
することが行なわれている。
第5図(a)に示すように、細胞1を含ませた媒液2に
一対の電極3A,3Bを配設しておく。そして、同図(b)
のようにスイッチS1をONにして直流パルス電圧V2を印加
すると、細胞1の細胞膜が電気穿孔される。このとき、
媒液2中にDNAを含ませておけば、電気的に形成された
小孔4を介してDNAを細胞1中に取り込ませることがで
きる。そして、スイッチS1をOFFにして直流パルス電圧V
2の印加を解除すれば、細胞1に形成された小孔4は修
復し、結果としてDNAを取り込んだ細胞1が得られるこ
とになる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、第5図に示す方法では、小孔4の形成さ
れる位置が細胞ごとに一定せず、また全ての細胞につい
て穿孔することも困難である。このため、DNAの取り込
み等を全ての細胞について制御性よく行なうことができ
なかった。
そこで本発明は、媒液中の細胞について、制御性よく小
孔を形成することのできる細胞電気穿孔法と、これに用
いられる装置を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る細胞電気穿孔法は、媒液に交流電場を印加
して媒液中の細胞を交流電場の電界方向に配列させる第
1のステップと、交流電場の電界方向と交叉する方向に
直流パルス電場を印加して細胞の細胞膜に小孔を形成す
る第2のステップとを備えることを特徴とする。ここ
で、媒液中にはDNAのような物質をあらかじめ含ませて
おいてもよい。
また、本発明に係る細胞電気穿孔装置は、細胞を含む媒
液を入れるための凹部が形成された基体と、凹部に入れ
られた媒液に電場を印加できるよう基体に配設された一
対の第1の電極と、この一対の第1の電極による電場の
電界方向と交叉する方向で媒液に電場を印加できるよう
に基体に配設された一対の第2の電極と、第1の電極に
細胞を配列させるための交流電圧を供給する交流電源手
段と、第1の電極への交流電圧の供給後に第2の電極に
細胞膜に小孔を形成するための直流パルス電圧を供給す
る直流パルス電源手段とを備えることを特徴とする。こ
こで、第2の電極は複数の電極部材により構成され、こ
れら複数の電極部材は直流パルス電圧の印加直前まで互
いに電気的に分離されていることを特徴としてもよい。
〔作用〕
本発明の細胞電気穿孔法によれば、交流電場によって細
胞は一定方向に配列され(パールチェーン現象)、この
細胞の細胞膜は交流電場と交叉する方向の直流パルス電
場により穿孔される。従って、小孔は細胞の同一部位に
等しく形成されることになる。このため、媒液中にDNA
などを含ませておけば、同一条件で多数の細胞にDNAな
どを取り込ませることができる。
また、本発明の細胞電気穿孔装置によれば、第1の電極
によってパールチェーン現象を生じさせるための交流電
場が形成され、第2の電極によって電気穿孔のための直
流パルス電場が形成されることになる。ここで、第2の
電極を複数の電極部材により形成すれば、第1の電極に
よるパールチェーン現象をより直線状にすることが可能
になる。
〔実施例〕
以下、添付図面を参照して本発明の一実施例を説明す
る。
第1図は実施例に係る細胞電気穿孔装置の要部を示して
いる。図示の通り、薄い基板10の中央部には平面形状が
略正方形の凹部11が形成され、互いに対向する一対の側
壁には第1の電極3A,3Bが配設され、他方の側壁には第
2の電極6A,6Bが配設されている。電極3A,3Bにはスイッ
チS1を介して交流電源からの交流電圧V1が印加されるよ
うになっており、電極6A,6BにはスイッチS2を介して直
流パルス電源からの直流パルス電圧V2が印加されるよう
になっている。そして、細胞を含む媒液は凹部11に垂ら
される。
基板10は例えば石英ガラスのような透明体で形成され、
下方に光源(図示せず)を配設し、上方に顕微鏡を設け
ることで、細胞の様子を観察できるようになっている。
凹部11は一辺が1cm程度の大きさであり、その深さは数m
m程度とすればよい。また、第1の電極3A,3Bおよび第2
の電極6A,6Bは白金(Pt)などで形成される。電極3A,3B
に印加される交流電圧V1は周波数が数MHz程度で、媒体
中で10〜100V/cm程度の電場を形成する強さになってい
る。また、電極6A,6Bに印加される直流パルス電圧V2
パルス幅が10〜20μsec程度で、媒体中で103〜104V/cm
程度の電場を形成する強さになっている。なお、細胞膜
が破壊される時に細胞膜にかかる電圧は、細胞の種類に
よらず一定(1V)であるが、交流電場の周波数および高
電圧パルスの波形、長さ、大きさは、パルス時の温度、
塩環境、細胞の大きさや種類、媒体の性質などにより適
宜に変更され、上記の値に限定されないことは当然であ
る。
次に、上記実施例の作用を、第2図を参照して説明す
る。
まず、スイッチS1、S2をOFFにした状態で凹部11に細胞1
を含む媒液2を垂らす。そして、スイッチS1をONにする
とパールチェーン現象により細胞1は一列に配列され
る。第2図(a)はこの状態を示しており、基板10の下
側に光源を設けて上方から顕微鏡で観察すれば、この状
態を知ることができる。次に、スイッチS2をONにするこ
とで、直流パルスを交流電場に直交する方向に加える
と、第2図(b)のように細胞1に小孔4が形成され
る。すると、この細胞膜の小孔4を介して媒液2中のDN
Aが細胞1中に取り込まれる。その直後にスイッチS2をO
FFにして直流パルス電場の印加を解除すると、細胞膜の
小孔4は徐々に修復し、結果としてDNAが細胞1中に取
り込まれることになる。
この場合、細胞1は交流電場によって一定方向に向きな
がら一列に配列されており、小孔4を形成するための直
流パルス電場は一定方向に加えられている。このため、
全ての細胞1については同一部位に略同一の大きさの小
孔4を形成できる。また、形成された小孔4の部位は細
胞1の配列方向と異なっているため、小孔4の修復過程
で細胞1が互いに融合するようなこともない。
第3図は上記実施例を変形した細胞電気穿孔装置の要部
を示している。この例では、直流パルス電圧V2を印加す
るための第2の電極6A,6Bが、それぞれ4個の電極部材6
A1〜6A4,6B1〜6B4により形成されている。そして、一方
の側壁の電極部材6A1〜6A4はスイッチS21によって直流
パルス電圧V2に接続され、他方の側壁の電極部位6B1〜6
B4はスイッチS22によって直流パルス電圧V2に接続され
ているが、スイッチS21およびスイッチS22をOFFにした
状態(図示の状態)では、各電極部材6A1〜6A4,6B1〜6B
4は互いに電気的に分離された状態になっている。
この変形例により電気穿孔を行なう場合には、まず細胞
1を含んだ媒液2を基板10の凹部11中に垂らす。そし
て、スイッチS1をONして電極3A,3Bに交流電圧V1を印加
することにより、パールチェーン現象を生じさせて細胞
1を配列させる。ここで、細胞1の配列方向は交流電場
の電気力線の方向に沿うことになるが、この変形例では
第2の電極6A,6Bは4分割され、互いに電気的に分離さ
れているので、第1の電極3A,3B間の交流電圧V1による
電気力線が第2の電極6A,6Bに影響されることなく、略
直線状に保たれる。このため、スイッチS21,S22をONに
した後に細胞1の細胞膜に形成される小孔4の部位を、
全ての細胞1についてより一定にすることができる。
なお、第1の電極3A,3Bおよび第2の電極6A,6Bの形状や
位置関係には、各種の変形が可能である。例えば電極6A
については凹部11の底面の基板10に透明電極として設
け、電極6Bについては凹部11の蓋体に透明電極として設
けてもよい。
次に、本発明者による具体的な実施例および比較例を説
明する。
まず、一辺が1cmで深さが3mmの凹部を中央に形成した石
英ガラス板を用意し、この凹部に第1図のような電極を
白金(Pt)で形成した。そして、一方の電極対には電圧
および周波数が可変の交流電圧源を接続し、他方の電極
対には電圧およびパルス幅が可変の直流パルス電源を接
続した。更に、石英ガラスからなる基板の下方には白色
光源を置き、凹部の上方に光学顕微鏡の対物レンズを対
向させた。上記装置を用いて、ウニの卵および人間の赤
血球による実験を行なった。
実施例1 海水と略同一濃度のショ糖水溶液を1ml用意し、この中
に生きたウニの卵を500個程度入れ試料液とした。次
に、この試料液を石英ガラス板の凹部に1〜2mmの深さ
になるまで垂らし、200V/cmの電界強度で2MHzの交流電
場を加えた。パールチェーン現象が生じたのを顕微鏡で
確認した後、400V/cmの電界強度で50μsecのパルス幅の
パルスを1秒間隔で5回だけ印加したところ、ウニの卵
に穿孔が見られた。この穿孔は98%以上のウニの卵に対
して略同一の部位に略同一の大きさで形成された。ま
た、細胞膜の小孔が修復した後にも、ウニの卵が互いに
融合してしまうようなことはなかった。
比較例1 実施例1と同一の試料を用い、交流電場を加えないで直
流パルスを印加した。その結果、穿孔が生じたウニの卵
は全体の40%程度であった。また、穿孔の部位および大
きさも一定していなかった。
実施例2 人間の血液と略同一濃度のショ糖水溶液を1ml用意し、
この中に生きた赤血球を1000個程度入れ試料液とした。
次に、この試料液を石英ガラス板の凹部に1〜2mmの深
さになるまで垂らし、300V/cmの電界強度で1MHzの交流
電場を加えた。パールチェーン現象が生じたのを顕微鏡
で確認した後、1.0KV/cmの電界強度で5μsecのパルス
幅のパルスを1秒間隔で5回だけ印加したところ、赤血
球に穿孔が見られた。この穿孔は98%以上の赤血球に対
して略同一の部位に略同一の大きさで形成された。ま
た、細胞膜の小孔が修復した後にも、赤血球が互いに融
合してしまうようなことはなかった。
比較例2 実施例1と同一の試料を用い、交流電場を加えないで直
流パルスを印加した。その結果、穿孔が生じた赤血球は
全体の40%程度であった。また、穿孔の部位および大き
さも一定していなかった。
〔発明の効果〕
以上、詳細に説明した通り、本発明では交流電場によっ
て細胞は一定方向に配列され、この細胞は交流電場と交
叉する方向の直流パルス電場により穿孔される。従っ
て、小孔は細胞の同一部位に等しく形成されることにな
る。このため、媒液中にDNAなどを含ませておけば、同
一条件で多数の細胞にDNAなどを取り込ませることがで
きる。本発明では、媒液中の細胞について制御性よく小
孔を形成することのできるので、バイオテクノロジーに
関連する工業上の用途に幅広く適用することが可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例に係る細胞電気穿孔装置の要
部の斜視図、第2図は、実施例の作用を説明する図、第
3図は、第1図に示す実施例の変形例の要部を示す斜視
図、第4図および第5図は、従来技術の説明図である 1……細胞、2……媒液、3A,3B……第1の電極、4…
…小孔、6A,6B……第2の電極、10……基板、11……凹
部、V1……交流電圧、V2……直流パルス電圧。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】媒液中に含まれた細胞の細胞膜に小孔を形
    成する細胞電気穿孔法において、 前記媒液に交流電場を印加して前記細胞を前記交流電場
    の電界方向に配列させる第1のステップと、 前記交流電場の電界方向と交叉する方向に直流パルス電
    場を印加して前記細胞の細胞膜に小孔を形成する第2の
    ステップと を備えることを特徴とする細胞電気穿孔法。
  2. 【請求項2】前記媒液には前記細胞中に取り込まれる被
    取込物があらかじめ含まれていることを特徴とする請求
    項1記載の細胞電気穿孔法。
  3. 【請求項3】細胞を含む媒液を入れるための凹部が形成
    された基体と、 前記凹部に入れられた媒液に電場を印加できるよう前記
    基体に配設された一対の第1の電極と、 この一対の第1の電極による電場の電界方向と交叉する
    方向で前記媒液に電場を印加できるように前記基体に配
    設された一対の第2の電極と、 前記第1の電極に交流電圧を供給する交流電源手段と、 前記第1の電極への交流電圧の供給後に前記第2の電極
    に直流パルス電圧を供給する直流パルス電源手段と を備えることを特徴とする細胞電気穿孔装置。
  4. 【請求項4】前記第2の電極は複数の電極部材により構
    成され、これら複数の電極部材は前記直流パルス電圧の
    印加直前まで互いに電気的に分離されていることを特徴
    とする請求項3記載の細胞電気穿孔装置。
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US6773669B1 (en) 1995-03-10 2004-08-10 Maxcyte, Inc. Flow electroporation chamber and method
US6074605A (en) * 1995-03-10 2000-06-13 Entremed, Inc. Flow electroporation chamber and method
US5720921A (en) * 1995-03-10 1998-02-24 Entremed, Inc. Flow electroporation chamber and method
DE19948473A1 (de) * 1999-10-08 2001-04-12 Nmi Univ Tuebingen Verfahren und Vorrichtung zum Messen an in einer flüssigen Umgebung befindlichen Zellen
US7029916B2 (en) 2001-02-21 2006-04-18 Maxcyte, Inc. Apparatus and method for flow electroporation of biological samples
EP2574662B1 (en) 2001-08-22 2021-08-04 Maxcyte, Inc. Method for electroporation of biological samples
CN101426929B (zh) 2004-05-12 2011-06-08 麦克赛特股份有限公司 与可调流式电穿孔室相关的方法和装置
JP2008136400A (ja) * 2006-11-30 2008-06-19 Olympus Corp 遺伝子導入装置及び方法
EP2338356A1 (en) * 2009-12-23 2011-06-29 Südzucker Aktiengesellschaft Mannheim/Ochsenfurt Reactor system for electroporation
EP2399984B1 (de) 2010-06-22 2013-03-20 Lonza Cologne GmbH Verfahren und Elektrodenanordnung zur Behandlung von adhärenten Zellen

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