JPS6083584A - 生細胞内への物質移入法 - Google Patents

生細胞内への物質移入法

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JPS6083584A
JPS6083584A JP58191379A JP19137983A JPS6083584A JP S6083584 A JPS6083584 A JP S6083584A JP 58191379 A JP58191379 A JP 58191379A JP 19137983 A JP19137983 A JP 19137983A JP S6083584 A JPS6083584 A JP S6083584A
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粕谷 敬宏
Yoji Igawa
井川 洋二
Mikiro Tsukagoshi
塚越 幹郎
Shunichi Kurata
倉田 俊一
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/0007Applications not otherwise provided for
    • 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/87Introduction of foreign genetic material using processes not otherwise provided for, e.g. co-transformation

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】 本発明は生細胞内へ物質を移入する方法に係るものであ
る。
遺伝子発現を解析する分野では、生物の形質を決定する
多くの遺伝子のはたらきを解明するために特定の遺伝子
を生細胞内へ移入し、その移入された細胞の形質の変化
(形質変換)を観察することが行なわれる。
例えば癌化した細胞からDNAを抽出し、これを切断し
細分化する。そして特定の断片を正常細胞に移入しても
し癌化が検出できればそのDNA断片に発癌性遺伝子、
が含まれているということができる。
このようなりNAを細胞内に組込む従来技術としては、
DNAを含有する溶液に生細胞を懸濁し、光学顕微鏡下
で極(細い針状物により生細胞に小さな穴をあけ、その
穴からDNAを取込ませ、そして生細胞が穴を修復する
ことにより細胞内にDNAを組込ませる方法(特願昭5
6−171347 、特開昭58−760(+1参照)
と、培養液中にDNAをリン酸カルシウム沈澱として存
在させ、食作用で細胞内へ移入する方法とがある。しか
し、これらの方法にはいくつかの欠点がある。前者は移
入効率はすぐれているが、針状物を利用して生細胞に穴
をあけるのであるから正常細胞を損傷させることなくD
NAを移入す・るには熟練と多大の労力を必要とする。
また細胞によっては穴をあけることができずこの物質移
入法を利用することはできない。
後者は多くの細胞を一度に処理できる反面、DNAの移
入確率は非常に低く、せいぜい1万分の1程度である。
形質変換効率は非常に小さいので非常に多くの細胞にD
NAの断片を組込ませることが要請される。また、この
方法は培養液中に高濃度のリン酸カルシウム塩を入れる
ことから細胞に与える損傷も大きくその後の解析に注意
を要する。
本発明の目的は上に述べた欠点のない、極めて大量の生
細胞へ効率よく物質を移入することのできる生細胞内へ
の物質移入法を提供することにある。
この目的は本発明に従って、生細胞にレーザー光を照射
し、その照射部分の細胞の表面状態を改変して物質を取
込める状態としく以、下この状態を説明の便宜上仮に「
穴」又は「穿孔された状態」という)、それから細胞内
に取込もうとする物質を含む媒質内でその物質と細胞と
を会合させ細胞内に物質を取込ませることにより達成さ
れる。
生細胞内に取込ませる物質としては、生体高分子例えば
遺伝子、タンパク質等がある。
レーザー光は指向性が優れており、これを顕微鏡に導入
するとその限界分解(iヒまで小さな焦点を結ばせるこ
とができ、これによって細胞試料にサブミクロンの微小
な「穴」をうがつことができる。
又、レーザーは時間中の短かいパルスとして発射するこ
とができるので時間中を調整すれば体位の小さな細胞の
温度をたかめてこれを殺してしまうということしない。
更に、レーザー光は車−波長であるので細胞壁や生体膜
あるいは細胞内に取込ませようとする物質の光学的特性
(吸収率、吸収分光特性)を考慮してその波長を31!
i が!すれば異なる種類の細胞にも「穿孔」できる。
レーザー光の使用は電気制御系又はTVモニターとの連
携を容易とし、それにより穿孔作業の迅速且つ精確な制
御が可能となる。レーザー光の強度は電気的に広範囲に
制御することができ、又細胞内への焦点の深さを自由に
光学的に調整し得る。このことも、生細胞の手術に有利
である。
本発明ではこのレーザー光の特性を利用しでlI:細胞
の修復機能を損なわない細胞手術を、極めて高い効率で
、実施する。
既に述べたように、本発明によれば生細胞にレーザー光
を照射して生細胞に「穿孔」し、細胞内に取込もうとす
る物質を含む媒質内でその物質と細胞とを会合させ生細
胞内に物質を取込ませ、そして生細胞の修復機能により
孔を閉じてその中に物質を封じ込めるのである。
レーザー光の照射により「穿孔」はするが、。
「穿孔」の際の熱により生細胞を殺してはならない。そ
のためレーザー光の照射時間の調整が必要となるが、そ
の手段の一つとしてレーザー光をパルス状とし照射時間
を制限する。又、連続状のレーザーで生細胞を次々に短
時間照射する。例えば、細胞内に取込もうとする物質と
生細胞を含む培養液をレーザー光の照射域を通して移動
させるか、又は培養液中に懸濁している大量の生細胞を
レーザー光で掃引する。いずれの場合も取込もうとする
物質と生細胞とは培養液中に共存していて、「穿孔」さ
れた直後にその生細胞の付近の物質がその孔から生細胞
内に取込まれる。液浴中に静止している生細胞について
は、顕微鏡下で個々の生細胞の特定の選択位置にレーザ
ー光を照射することもできる。
又、パルス状もしくは連続状のレーザー光の照射域に生
細胞を含む搬送液体を点滴して、その粒滴内の生細胞を
「穿孔」し、それからぞれらの粒滴をレーザー光の照射
域直下の、生細胞に取込も′・)とする物質の懸濁浴に
落下させるようにしてもよい。パルス状レーザー光を使
用した場合には別の光源により各粒滴を照明して散乱光
の広がりから粒滴内の細胞の大きさを決定して細胞を選
別し、特定の細胞にレーザーパルスを照躬才ろこともで
きる。
点滴の代りに、生細胞を含む搬送液体をパルス状又は連
続状のレーザー光の照射域に流してもよく、これは高速
処理に特に適している。
第1図は本発明により物質を移入した生細胞を、その物
質を移入されなかったため死んだ細胞とを対比して示す
細胞形態の顕微鏡写真である。
すなわち、オスポーンメンデルラットの′R11FN由
来の媒養細胞NHKを大腸菌由来の遺伝子Hcogpt
 (Xanthine−guanine pbospb
oribosyl−Transferase )を取込
まないと生存できない状態に処理し、このように処理し
たNHKを、前記の遺伝子を含む媒質(DMEMに10
%生胎児血清を加えたもの)に加えた。
レーザ一本体(YAGレーザ−)から発射される赤外線
(波長1.o6tクロン)を紫外線(波長335ナノメ
ーター)に変換してレーザー顕ia!< altに導入
し、顕微鏡下で前記の媒質中に懸垂している生細胞に閃
光時間10ナノ秒のレーザーパルスを照射した。レーザ
ーパルスは毎秒10パルスの率でくり返すので、多数個
の細胞を同一条件で処理することができた。その結果を
第1図の左半部に、パルスを照射しなかった細胞(第1
図の右半部)と対比して示す。
レーザー光を照射された生細胞は遺伝子を取込み生存し
ているのに対し、レーザー光を照射されなかった生細胞
はすべて死滅した。
生細胞は「穿孔」されるとその直後に修復してしまう。
第′2図に前記のN RKがレーザー照射により「鉢:
孔」された直後の様子をビデオで撮影収録した再生画面
からの写真で示す。第2図(ハ)は「穿孔された状態」
を、第2図(ロ)は「穿孔」直後の状態を、そして第2
図(C)は修復後の状態をそれぞれ示す(矢印は「穴」
を示す)。
第3図はと1−の赤血球を染色し、これにレーザー光を
照射して「穿孔」した状態を示す。この図は生細胞に1
穿孔」した直後の状態と同じ様相を示し、本発明の方法
により細胞の特定1181所を選択して「穿孔」するこ
とができることを示している。
このように本発明により細胞に物質を移入する「穿孔」
が可能であるばかりでなく、細胞の一部を切断したり融
着したり、或は特定の細胞小器管を破壊するなどの基本
的な細胞手術が可能である。
細胞内への遺伝子の移入に本発明を通用することにより
、いろいろな有用物質の細胞内生産(例えばヒトの有用
物質(インシュリン等)を生細胞内で合成)、家畜や農
産物の品種改良のための遺伝子移入(交配しない異種間
植物での遺伝子の置換;受精を経由しない増殖での優良
遺伝子の導入)を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に従って遺伝子EcogpLを移入した
NHK細胞の形態を示す顕微鏡写真であり、 ゛第2図
は、NHK細胞のレーザー照射による「穿孔」及び修復
状況を示すビデオ内生画面からの細胞の形態の顕微鏡写
真である。 第3図は「穿孔」した細胞(ヒトの赤血球)の形態を示
す顕微鏡写真である。 第1図 一: 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、生細胞にレーザー光を照射し、生細胞内に取込もう
    とする物質を含む媒質内でその物質と生細胞とを会合さ
    せ生細胞内に物質を取込ませることを特徴とする生細胞
    内への物質移入法。 2、前記のレーザー光はパルス状である特許請求の範囲
    第1項に記載の生細胞内べの物質移入法。 3、前記のレーザー光は連続状であり、レーザー光の照
    射域を通して前記の生I[l胞を搬送する特許請求の範
    囲第1項に記載の生細胞内−5の物質移入法。 4、前記のレーザー光は連続状であり、前記の媒質が生
    細胞を含みレーザー光が前記の媒質を掃引する特許請求
    の範囲第1項に記載の生細胞内への物質移入法。 5、前記の媒質が前記の生細胞のi養液である特許請求
    の範囲第4項に記載の生細胞内への物質移入法。 6、前記の物質は生体高分子であることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項に記載の生細胞内への物質移入法。
JP58191379A 1983-10-13 1983-10-13 生細胞内への物質移入法 Granted JPS6083584A (ja)

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