JPH074218B2 - 細胞融合装置 - Google Patents

細胞融合装置

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JPH074218B2
JPH074218B2 JP62013322A JP1332287A JPH074218B2 JP H074218 B2 JPH074218 B2 JP H074218B2 JP 62013322 A JP62013322 A JP 62013322A JP 1332287 A JP1332287 A JP 1332287A JP H074218 B2 JPH074218 B2 JP H074218B2
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cells
cell
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fusion
pump
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閃一 増田
正夫 鷲津
利行 難波
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    • 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
    • C12M35/02Electrical or electromagnetic means, e.g. for electroporation or for cell fusion

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  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気的に微粒子を操作する装置に関する。
近時、微粒子操作技術の1つである細胞融合は、融合剤
を使用する細胞融合方法に比べ、細胞に対する毒性を考
えることなく、しかも細胞の選択性、生存率が極めて高
くなり得る電気的な方法が盛んになりつつあるが、下記
諸問題が提起される為にその実用性は低いと言わざるを
得ない。即ち、細胞の1対1の融合を顕微鏡を見ながら
マイクロマニピュレーターで細胞を拾い集めてはパルス
を印加するという微小電極法は、極めて確実ではあるが
手間のかかる方法であり、その操作は熟練を要する。
又、誘電泳動により複数の細胞をじゅず玉状に配列形成
させた後、パルス電圧を印加することによって融合させ
る平行電極法は、その取り扱いは簡単であるが、細胞膜
の可逆的破壊が細胞同士の接点(第7図a)のみなら
ず、電極との接触点(第7図b)でも起こり、その結
果、細胞が電極にくっついてしまうことがある。
又、平行電極法では、第7図cの部分でも膜の破壊が生
じ、条件によってはこれが細胞膜全体に広がって融合失
敗となることもある。
更に、平行電極法によると、パルス印加時に細胞の接触
点aにかかる電圧は細胞の大きさに比例する。この電圧
が高過ぎると細胞の全破壊が生じ、電圧が低過ぎると融
合が起こらないので、一定のパルス電圧を印加した場
合、融合が成功するのはある狭い範囲の大きさを持った
細胞に限られてしまった。
本発明の目的は上記に鑑みなされたものであって、個々
の細胞に着目したハンドリングを可能にし、且つ融合効
率の高い微粒子操作装置を提供することにある。
本発明の特徴は、電気エネルギィを出力する少なくとも
2つの電極を細胞懸濁液内に介在せしめた融合槽、操作
層等の操作領域内に、この電極方向に微細孔を有する隔
壁を設けたことである。
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。
第1図は、本発明の一実施例を示す断面図である。
第1図に於いてIは、例えば樹脂材からなる基板B1上に
凹状に構成された操作槽である。操作槽Iの両側には、
白金等の導電部材からなる電極(1a)(1b)が操作槽I
に埋入配置され、これら電極(1a)(1b)は導電線Kを
介して外部に設けられた電源IVと接続されている。外部
に設けられた電源IVは電界の強さが約400V/cm〜700V/c
m,周波数1MHz程度の高周波交流乃至脈流電圧を出力する
電気出力装置Vと、約7kV/cm,パルス幅50μsec程度のパ
ルス電圧を出力する電気出力装置VIと、電極(1a)(1
b)と電気出力装置V,又は電気出力装置VIの電気的接続
を切り換える為のスイッチVIIとから構成されている。
操作槽I内には、電気的に絶縁な材料、例えばシリコー
ン樹脂からなる隔壁2により2つの空間に区分けされて
いる。隔壁2は、その縁が基板に接着剤等で接着固定さ
れている。但し、ここで細胞A及び細胞Bはそれぞれ懸
濁液内におかれている。
隔壁2には、最小口径が1μm〜数十μmの微細孔(2
a)が設けられている。
次に、第1図に示した本発明微粒子操作装置の動作を第
2図を用いて説明する。
最初に、電源IVの切り換えスイッチVIIを電界の強さが
約400V/cm〜700V/cm,周波数1MHzの高周波電圧を出力す
る電気出力装置Vに接続させる。
この状態に於いて電気力線Dは、第2図(a)に示すよ
うに微細孔(2a)に集中する。細胞A及びBは、ここに
集中する電気力線Dのため誘電泳動力を受け、第2図
(b)に示すように微細孔の中心付近にトラップされ
る。ここで細胞A及びBは出会い、隣接した状態とな
る。
次に、電源IVの切り換えスイッチVIIを電気出力装置VI
に切り換える。
第2図(b)に示した状態におかれた細胞A及びBは、
出力パルス電圧により細胞A,Bの接触点で細胞膜の可逆
的破壊が起こり、第2図(c)に示すように融合が生ず
る。
このパルス電圧は、電気力線Dが微細孔(2a)に集中す
ることから、微細孔の孔径等に依存する縮流抵抗Rと電
流Iの積I×Rで細胞A,Bの接触点にかかる電圧が決ま
る。従って、細胞の直径には依存することなく、印加電
圧を一定に定めることが可能となる。又、微細孔によっ
て電気力線が集中する為、集中した部分、即ち細胞A,B
がトラップされた時の、その接触部分にのみ膜の可逆的
破壊を生ぜしめることが可能となる。
又、本発明に於いては、第3図に示すように電極(1a)
及び(1b)の面積を広くし、隔壁2に複数の微細孔(2
d)を設けることにより、1度に複数の細胞をトラップ
及び融合等の操作を行うことも可能である。
隔壁の厚さは、融合槽の大きさ等に応じて適当な厚さに
設定すればよく、隔壁によって区切られる融合槽の各々
の大きさの比率も使用する際の都合に応じて変更可能で
ある。又、材料も絶縁材であればよく、ガラス、高分子
樹脂等が適宜選択されるものである。
更に本発明に於いては、隔壁に設ける微細孔の孔径を細
胞の直径より小さくすることにより、細胞を微細孔上に
トラップし固定することが可能となる。これは、例えば
マイクロインジェクション等に利用することで、固定針
の代わりを果たすことや、細胞に限らず遺伝子等の微粒
子を任意の位置へトラップ固定することができることか
ら、その用途は限られるものではない。
以上述べた本発明をより現実的な形態として第4図に示
し、詳細に説明する。
基板B1はシリコーン樹脂等からなり、ポンプA(52
a)、ポンプB(52b)、チャネル(53a)(53b)等の各
構成要件は基板B1上に凹部を形成してなる。ポンプA
(52a)、ポンプB(52b)はそれぞれ操作を対称とする
細胞A,Bを懸濁液と共に入力する部分としても兼ねてい
る。その移動装置を第5図に示した。
第5図は、第4図に示したポンプA(52a)又はポンプ
B(52b)をE−E′間で切断した時の断面図である。
第5図に示すポンプAの構成及び動作を説明する。
微粒子F乃至微粒子懸濁液を抽入する入口(64)は、抽
入後コック等で栓(66)がしめられるようになってい
る。微粒子懸濁液は貯蓄槽(63)に1度貯蓄される。貯
蓄槽(63)上部にはPZT等のピエゾ素子(61)が設置さ
れ、ピエゾ素子(61)と貯蓄槽(63)の間にはピエゾ素
子(61)の振動を貯蓄槽(63)に伝達する為の伝達体
(65)が介在している。ピエゾ素子は外部電源と接続さ
れている。この伝達体(65)は、弾力性部材、例えばシ
リコーン樹脂からなる比較的薄い膜で基板B上面にその
縁部が接着剤等で接着固定されている。(62)は出口で
ある。入口(64)と同様、外部動作により開閉する栓
(67)が設けられている。ピエゾ素子(61)は、電気力
の変化によってたわみ振動を起こし、この振動圧により
微粒子Fは出口(62)に押し出されるものである。押し
出される際、栓(66)は閉じ、栓(67)は開いている。
第4図に於いて、(53a)(53b)はチャネルであり、ポ
ンプA(52a)及びポンプB(52b)と、操作部(54)と
も連結し、懸濁液と共に微粒子Fが移動する通路であ
る。
チャネル(53a)(53b)は操作領域(54)に接続されて
いる。操作領域(54)には隔壁(59)が配置され、隔壁
(59)に微細孔(58)が設けられている。
又、操作領域(54)の両側にはそれぞれ導電部材より成
る電極(55a)(55b)が埋入配置されている。
更に操作領域(54)は、微粒子取り出し口(56)につな
がっており、この取り出し口(64)には、開閉を行う栓
体が設けてある。
電極(55a)(55b)には、第1図に示した電源IVと同じ
装置が導電線Kを介して接続されている。
第4図で示した微粒子操作装置の基板B1は、前述した如
くシリコーン樹脂、天然ゴム、エポキシ等の高分子材料
等を用いて形成されるが、化学的に不活性な材料が好適
に使用されるものであるから、高分子材料に限らず、ガ
ラスあるいは炭素系セラミックス、アルミナ、アパタイ
ト、ジルコニア等のセラミックス材を使用してもよい。
又、上記実施例に示すように、一体成型を施さなくとも
各々を分離構成し、チャネルをチューブにおきかえ、各
々をこのチューブで連結しても本発明の実施は容易に可
能である。
次に、第4図で示した本発明微粒子操作装置の動作を第
6図を用いて説明する。
第4図に於いて、それぞれの入口(51a)(51b)から、
ポンプA(52a)に細胞Aの、ポンプB(52b)に細胞B
の、薄い懸濁液を入れ、まずポンプA(52a)のピエゾ
素子に電圧を印加する。ピエゾ素子のたわみ振動によ
り、細胞Aを操作槽(54)に導入する。第4図に於い
て、電源IVの切り換えスイッチVIIを電気出力装置Vに
設定する。
細胞が微細孔(58)に近づくと、ここに集中する電気力
線のため誘電泳動を受け、第6図(a)に示すように微
細孔(58)の中心付近にトラップされる。
この状態でポンプA(52a)を止め、今度はポンプB(5
2b)により細胞Bを送ると、この場合も同様に微細孔
(58)に向かう力を受け、最終的に第6図(b)に示す
ような細胞Aと細胞Bの1対1の対が形成される。
この状態で電源IVの切り換えスイッチVIIを電気出力装
置VIに切り換え、第4図に示す電極(55a)(55b)間に
パルス電圧を印加すると、細胞Aと細胞Bの接触点で細
胞膜の可逆的破壊が起こり、細胞融合が生じる。
以上詳述の如く本発明は微粒子操作を安定且つ確実に行
うことができる等、効果は絶大である。
【図面の簡単な説明】
第1図、第3図は本発明の実施例を示す断面図、第2図
は第1図の動作説明図、第4図は本発明の具体的一実施
態様を示す断面図、第5図は第4図に於けるE−E′の
断面図、第6図は第4図の動作説明図、第7図は従来例
を示す図である。 (1a),(1b)……電極、IV……電源、 2……隔壁、V,VI……電気出力装置、 (2a)……微細孔、VII……切り換えスイッチ、 B1……基板、K……導電線、 I……操作槽、A,B……微粒子又は細胞。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】微粒子を操作する操作領域内に対向するよ
    うに配置された導電部材よりなる1対の電極と、前記1
    対の電極に高周波電圧を印加するための電源、及びパル
    ス電圧を印加するための電源と、前記1対の電極間に介
    在し、且つ前記1対の電極方向に貫通した微細孔を有す
    る隔壁とよりなることを特徴とする細胞融合装置。
JP62013322A 1987-01-24 1987-01-24 細胞融合装置 Expired - Lifetime JPH074218B2 (ja)

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