JPH11290058A - 遺伝子導入用電極装置及び遺伝子導入装置 - Google Patents

遺伝子導入用電極装置及び遺伝子導入装置

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JPH11290058A
JPH11290058A JP10115971A JP11597198A JPH11290058A JP H11290058 A JPH11290058 A JP H11290058A JP 10115971 A JP10115971 A JP 10115971A JP 11597198 A JP11597198 A JP 11597198A JP H11290058 A JPH11290058 A JP H11290058A
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JP
Japan
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electrodes
gene
pair
electrode
sheath
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JP10115971A
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English (en)
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Harukazu Nakamura
春和 仲村
Tatsuo Muramatsu
達夫 村松
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TOKIWA SCIENCE KK
TR TEC KK
UNIQUE MEDICAL IMADA KK
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TOKIWA SCIENCE KK
TR TEC KK
UNIQUE MEDICAL IMADA KK
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Publication date
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    • 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
    • C12M35/02Electrical or electromagnetic means, e.g. for electroporation or for cell fusion

Landscapes

  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 局所に、安全かつ効果的に遺伝子を導入でき
る遺伝子導入用電極装置及び遺伝子導入装置を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 遺伝子導入用電極装置は、一対の電極
4、5と、一対の電極間の間隔を変更できるように一対
の電極を保持するホルダ16とを備え、それぞれの電極
は、絶縁体からなるさや8、9と、さやを貫通する導体
10、11とを有し、導体には、さやから外部に延出
し、さやに対して折れ曲がった傾斜部と、傾斜部に対し
て折れ曲がって連続し、かつ導入対象に接触させるため
の接触子14、15とが形成されている。これらの電極
にDCパルスを印加してエレクトロポレーションを発生
させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、遺伝子導入用電極
装置及び遺伝子導入装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、細胞に遺伝子を導入するにあた
り、細胞をバラバラにした状態ではなく、生体に直接遺
伝子を導入する手法が試みられ始めている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、生体の
局所、例えばニワトリ胚の特定個所などに対して、電極
を用いて、安全かつ効果的に遺伝子を導入する手法は、
知られていない。
【0004】そこで本発明は、局所に、安全かつ効果的
に遺伝子を導入できる遺伝子導入用電極装置及び遺伝子
導入装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の遺伝子導入用電
極装置は、一対の電極と、一対の電極間の間隔を変更で
きるように一対の電極を保持するホルダとを備え、それ
ぞれの電極は、絶縁体からなるさやと、さやを貫通する
導体とを有し、導体には、さやから外部に延出し、さや
に対して折れ曲がった傾斜部と、傾斜部に対して折れ曲
がって連続し、かつ導入対象に接触させるための接触子
とが形成されている。この構成により、電極を用いて、
局所に、安全かつ効果的に遺伝子を導入できる。
【0006】
【発明の実施の形態】請求項1記載の遺伝子導入用電極
装置では、一対の電極と、一対の電極間の間隔を変更で
きるように一対の電極を保持するホルダとを備え、それ
ぞれの電極は、絶縁体からなるさやと、さやを貫通する
導体とを有し、導体には、さやから外部に延出し、さや
に対して折れ曲がった傾斜部と、傾斜部に対して折れ曲
がって連続し、かつ導入対象に接触させるための接触子
とが形成されている。この構成により、接触子を生体の
導入対象に接触させて一対の電極にDCパルスを印加す
ると、接触子間に電場を形成し、エレクトロポレーショ
ンを発生させることができる。この際、接触子を導入対
象に沿わせて接触させる形態をとるか、あるいは、この
導入対象に接触子を差し込む形態をとるかによって、電
場を導入対象の表層部に限定したり、あるいは、表層部
よりも深い位置に設定するなど、遺伝子を導入したい位
置に応じて、電場を変更することができる。
【0007】請求項2記載の遺伝子導入用電極装置で
は、ホルダは、台部と、台部に対面する押さえ板とを備
え、台部と押さえ板によって一対の電極を挟持すると共
に、台部には、一定挟ピッチを開けてさやを挿入できる
ように複数の位置決め溝が形成され、かつ一対の電極間
の間隔は、複数の位置決め溝のうち、さやを挿入するた
め選択される位置決め溝によって変更される。この構成
により、台部のどの位置決め溝を選択するかによって、
電極間の間隔を容易に設定できる。さて、本発明者の実
験によると、電極間の間隔は、導入対象の性質に応じ
て、細かく調整する必要があり、従来の遺伝子導入用電
極装置では、この間隔の調整自由度が不十分であり、遺
伝子導入が十分行えない場合が多かった。しかし、この
構成により、この間隔を容易にかつ精緻に調節して、遺
伝子導入の効率を向上できる。
【0008】請求項3記載の遺伝子導入装置では、上記
遺伝子導入用電極装置と、遺伝子導入用電極装置の一対
の電極にDCパルスを印加してエレクトロポレーション
を発生させる矩形波印加手段とを備えている。この構成
により、電極を用いて、生体の局所に、安全かつ効果的
に遺伝子を導入できる。
【0009】請求項4記載の遺伝子導入装置では、DC
パルスは、パルス幅と電圧が設定された矩形波である。
この構成により、DCパルスのパルス幅と電圧を調整す
ることにより、緩衝液の成分や組織の性質に合わせたパ
ルスを印加できる。
【0010】次に図面を参照しながら、本発明の実施の
形態について説明する。図1は、本発明の一実施の形態
における遺伝子導入装置のブロック図である。
【0011】図1において、1は、発明の一実施の形態
における遺伝子導入用電極装置、2は、遺伝子導入用電
極装置1に接続され、遺伝子導入用電極装置1にDCパ
ルスを印加するものであって、100μsec〜100
0msecのパルス幅、1〜500vの電圧及びパルス
回数を設定可能なものが望ましい。3は、インピーダン
ス測定手段であり、DCパルス印加前後において、遺伝
子導入用電極装置1のインピーダンスを測り、導入対象
の細胞の損傷程度を知るためのものである。このインピ
ーダンスを測定し、インピーダンスを適切にすると、矩
形波印加手段2の印加条件を最適化(細胞の損傷が過大
にならず、かつ、遺伝子導入の効率を高くすること)が
できる。
【0012】さて、遺伝子導入用電極装置1のうち、4
は第1電極、5は第2電極である。これら第1電極4、
第2電極5は、間隔Dを開けて平行に、かつ対称に配置
される。そして、これら第1電極4、第2電極5は、後
端部に端子6、7を有し、端子6、7から前方へ延び、
絶縁体から構成されるさや8、9を有する。
【0013】また、これら第1電極4、第2電極5は、
端子6、7に電気的に接続され、さや8、9を貫通して
さや8、9よりも前方へ延出して外部に露呈するワイヤ
状の導体10、11を有する。この導体10、11の前
方側は、さや8、9に対して下向きに折れ曲がる傾斜部
12、13となっており、さらに導体10、11の前方
端部は、これら傾斜部12、13に連続し、かつ傾斜部
12、13と逆向き(上向き)に折れ曲がる接触子1
4、15となっている。この接触子14、15は、導入
対象(生体の特定個所)に直に接触させ、DCパルスが
印加されることにより、導入対象に後述するような電場
を形成するためのものである。
【0014】そして、これら第1電極4、第2電極5
は、ホルダ16によって間隔Dを変更できるように保持
される。このホルダ16は、台部17とこれに対面する
押さえ板20とを備え、台部17と押さえ板20によっ
て第1電極4、第2電極5を挟持することにより、第1
電極4、第2電極5は、ホルダ16に保持される。台部
17には、後方に延びる把手18が固着され、使用者
は、把手18を把持するか、あるいは、適当なマニュピ
ュレータを用いることにより、遺伝子導入用電極装置1
を操作できるようになっている。なお、台部17、押さ
え板20は、例えば、アクリル樹脂などから構成する。
【0015】ここで、導体10、11は、例えば、φ2
mmのステンレス鋼で構成し、傾斜部12、13は、例
えば、φ0.3mmのステンレス鋼で構成し、導体1
0、11及び傾斜部12、13には、絶縁体で薄いコー
ティングを施すのが望ましい。さらに、接触子14、1
5は、例えば長さ3mmの白金細棒を傾斜部12、13
の先端部にかしめることにより、構成する。
【0016】また、台部17の上面には、前後方向に向
かい、かつ、さや8、9を挿入できるように形成された
位置決め溝19が、一定の狭いピッチtを介して、複数
条設けてある。ここで、接触子14、15の間隔Dは、
複数条の位置決め溝19の何れにさや8、9を挿入する
かによって定められるものであり、本発明者の実験によ
ると、この間隔Dは、1mm弱から数mm程度の範囲
で、細かく設定できるように、ピッチtをできるだけ小
さく(例えば、1mm以下)することが望ましい。とい
うのは、この間隔Dは、エレクトロポレーションの電撃
条件を定める重要なパラメータであり、従来の遺伝子導
入用電極装置1では、粗すぎて実用にならない。なお、
21、22は、第1電極4、第2電極5の位置決め後に
第1電極4、第2電極5を挟持するための固定ビスであ
る。
【0017】さて、図1の遺伝子導入用電極装置1で
は、導入対象が生体の表層部である場合と、表層部より
も深い位置にある場合のそれぞれに好適な電場を形成で
きるようになっている。
【0018】まず、表層部であれば、図1の状態のま
ま、図2に示すように、接触子14、15の周面を導入
対象23にならって平行に接触させる。このようにする
と、平面視では、図3(a)に示すような電場Sとな
り、A−A断面図では、図3(b)に示すようになる。
即ち、電場Sを表層部に限定することができ、導入に関
与しない個所の損傷を抑制することができる。
【0019】また、表層部よりも深い位置ならば、図1
の姿勢を表裏反転させ、図4に示すように接触子14、
15を導入対象23の表面に対してほぼ垂直に差し込
み、DCパルスを印加する。このようにすると、B−B
断面では図5(a)に示すように、深い位置まで到達す
る電場Sを形成できる。
【0020】(実験例)10体節期のニワトリ胚の中脳
の近辺に、次のように、遺伝子導入を試みた。まず、こ
の実験において、導入する遺伝子のcDNAは、真核生
物用の強制発現ベクターに組み込む。本例では、pMi
wSVとpRc/CMVを用いたが、何れも高い発現が
確認できた。
【0021】次に、胚を準備する。実験日の朝に丁度良
いステージになるよう、Hambergerand Hamilton(1951)
のステージ表を参考にして、孵卵時間を調整する。10
体節期の胚の場合、37.5℃に設定した孵卵器で36
時間ほどである。
【0022】次に、ステージを確認する。まず、卵をア
ルコール綿で拭き、卵の鋭端に小さな穴を開け、この穴
に注射針を差し込んで、3〜4mlの卵白を抜き取る。
次に、この穴をテープで塞ぎ、卵の上面に直径2cm程
度の楕円形の穴を開ける。そして、卵を実体鏡の下へ移
し、胚を観察し、ステージを確認する。確認したら、楕
円形の穴を塞いでおく。
【0023】次に、矩形波印加手段2におけるエレクト
ロポレーションの条件を設定する。本例では、電圧25
v、パルス幅50msec、パルス回数5回とした。
【0024】また、遺伝子導入用電極装置1の調整を行
う。本例では、導体10、11の太さ0.5mm、同露
出長さ1mm、間隔Dは4mmとした。ここで、導体1
0、11の太さと長さは、胚の生存率に関係する。この
長さが大きすぎたり、太さが小さすぎると、組織のダメ
ージが大きくなり、胚の生存率が極端に低下することが
あるため、これらの値は、経験値から慎重に決定する。
なお、この条件では、エレクトロポレーション後2日目
での生存率は、6割前後であった。また、間隔Dは、こ
れより1mm広げただけでも遺伝子の導入効率が半分以
下になった。
【0025】次に、墨を注入する。上述のように開けた
卵殻の穴を再び開いて、胚を露出させる。また、乾燥を
塞ぐため、胚の上に1、2滴のハンクス緩衝液をたら
す。そして、ピペットにごく少量の墨を吸い込み、ピペ
ットを卵黄の胚域からできるだけ離れたところに刺し、
先を胚の真下へ水平に差し込み、ゆっくり墨を注入す
る。
【0026】次に、卵を実体鏡下に移し、胚をおおう卵
黄膜のうち、中脳よりやや後ろ間脳のあたりに、小さな
穴を開ける。また、次に注入するDNA溶液に押される
脳胞内液が抜けるようにするため、前脳の先端にも小さ
な穴を開ける。そして、ピペットにDNA溶液を吸い込
み、神経管に開けた穴へ注入する。
【0027】そして、接触子14、15をこの付近に接
触させ、上述の条件による電撃を加え、エレクトロポレ
ーションによる遺伝子導入を行う。
【0028】以上の実験により、ニワトリ胚に、胚の生
存率を保持したまま、局所的に、かつ効率よく遺伝子を
導入することができた。
【0029】
【発明の効果】本発明は、以上のように構成したので、
安全かつ効果的に遺伝子を導入できる電極装置及びそれ
を用いた導入装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態における遺伝子導入装置
のブロック図
【図2】本発明の一実施の形態における接触子の接触状
態を示す斜視図
【図3】(a)本発明の一実施の形態における電場を示
す平面図 (b)本発明の一実施の形態における電場を示す断面図
【図4】本発明の一実施の形態における接触子の接触状
態を示す斜視図
【図5】(a)本発明の一実施の形態における電場を示
す平面図 (b)本発明の一実施の形態における電場を示す断面図
【符号の説明】
1 遺伝子導入用電極装置 2 矩形波印加手段 3 インピーダンス測定手段 4 第1電極 5 第2電極 8、9 さや 10、11 導体 12、13 傾斜部 14、15 接触子 16 ホルダ 23 導入対象
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仲村 春和 宮城県仙台市青葉区南吉成1丁目6番8号 (72)発明者 村松 達夫 愛知県豊橋市大岩町字北田60−2

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対の電極と、前記一対の電極間の間隔を
    変更できるように前記一対の電極を保持するホルダとを
    備え、それぞれの前記電極は、絶縁体からなるさやと、
    前記さやを貫通する導体とを有し、前記導体には、前記
    さやから外部に延出し、前記さやに対して折れ曲がった
    傾斜部と、前記傾斜部に対して折れ曲がって連続し、か
    つ導入対象に接触させるための接触子とが形成されてい
    ることを特徴とする遺伝子導入用電極装置。
  2. 【請求項2】前記ホルダは、台部と、前記台部に対面す
    る押さえ板とを備え、前記台部と前記押さえ板によって
    前記一対の電極を挟持すると共に、前記台部には、一定
    挟ピッチを開けて前記さやを挿入できるように複数の位
    置決め溝が形成され、かつ前記一対の電極間の間隔は、
    前記複数の位置決め溝のうち、前記さやを挿入するため
    選択される位置決め溝によって変更されることを特徴と
    する請求項1記載の遺伝子導入用電極装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の遺伝子導入用電極装置と、
    前記遺伝子導入用電極装置の前記一対の電極にDCパル
    スを印加してエレクトロポレーションを発生させる矩形
    波印加手段とを備えたことを特徴とする遺伝子導入装
    置。
  4. 【請求項4】前記DCパルスは、パルス幅と電圧が設定
    された矩形波であることを特徴とする請求項3記載の遺
    伝子導入装置。
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