JPWO2019156237A1 - 注入器 - Google Patents
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Abstract
Description
このうち無針注射器では、加圧ガスやバネ、電磁力により注射液が収容された収容室に対して圧力を加えることで注射成分を射出する構成が採られることがある。例えば、注射器本体の内部に複数のノズル孔が形成されるとともに、各ノズル孔に対応して射出時に駆動されるピストンを配置させる構成が採用されている(特許文献1)。この構成により、複数のノズル孔から注射液を同時に噴射させて対象への均一な注射を実現しようとしている。そして、ルシフェラーゼ遺伝子を含むプラスミドをラットに注射し、高効率に細胞移入できている。
また、無針注射器での注射液の射出動力源として、加圧ガスを利用する形態がある。例えば、射出初期に瞬間的に大きな加圧を行った後、40〜50msecかけて加圧力を徐々に低減させていく加圧形態が例示されている(特許文献2)。
〔2〕〔1〕に記載の注入器を用いて、注入対象の細胞核内に生体分子を含む溶液を注入する方法。
〔3〕〔1〕に記載の注入器を用いて、注入対象の細胞核内に遺伝子を含むDNAを含む溶液を注入する工程を含む、注入対象において遺伝子を発現させる方法。
また、前記注入器を用いて広範囲の注入対象の細胞核内に生体分子を含む溶液を高効率で直接注入する方法、及び、前記注入器を用いて広範囲の注入対象において高効率で遺伝子を発現させる方法を提供できる。
本発明の第一の発明は、注入器本体から、所定の構造物が注入対象内に挿入された状態での前記所定の構造物を介した注入を行うことなく、生体分子を含む溶液を前記注入対象に対して注入する注入器であって、生体分子を含む溶液を収容する収容部と、点火装置での点火薬の燃焼により加圧された前記生体分子を含む溶液が流れ、前記注入対象に対して射出される射出口を有するノズル部と、を備え、前記生体分子を含む溶液の射出開始時刻から時刻0.20ミリ秒までの間の前記生体分子を含む溶液の最大射出速度が75m/秒以上150m/秒以下であり、前記生体分子を含む溶液の射出速度が75m/秒以上150m/秒以下で0.11ミリ秒間以上継続する、注入器である。
詳細には、例えば、注入対象が哺乳動物個体(生体)内の細胞である場合、生体分子を含む溶液の射出開始時刻から時刻0.20ミリ秒までの間の前記生体分子を含む溶液の最大射出速度が75m/秒以上であることにより、生体分子を含む溶液が哺乳動物個体(生体)の表皮を貫通し、真皮に注入される際にせん断力により細胞が変形すると期待され、その結果、生体分子を含む溶液が哺乳動物個体(生体)内の細胞の細胞核内に高効率で直接注入される。該最大射出速度は、好ましくは90m/秒以上である。
また、生体分子を含む溶液の射出開始時刻から時刻0.20ミリ秒までの間の前記生体分子を含む溶液の最大射出速度が150m/秒以下であることにより、注入方向(深さ方向)に射出しすぎない、例えば、注入対象が哺乳動物個体(生体)であって、該哺乳動物が雌性ラット(10週齢)等である場合に、生体分子を含む溶液が該ラットの筋膜を貫通しないことが期待される。該最大射出速度は、好ましくは130m/秒以下である。
また、前記生体分子を含む溶液の射出速度が75m/秒以上150m/秒以下で0.11ミリ秒間以上継続することにより、生体分子を含む溶液が、注入方向(深さ方向)ではなく、その周辺領域に広がることが期待され、広範囲の注入対象の細胞核内に生体分子を含む溶液が高効率で直接注入される。例えば、注入対象が哺乳動物個体(生体)内の細胞である場合、哺乳動物個体(生体)の表皮を貫通して真皮に注入された前記生体分子を含む溶液が、注入方向(深さ方向)ではなく、その周辺領域に広がることが期待され、哺乳動物個体(生体)内の広範囲の細胞の細胞核内に生体分子を含む溶液が高効率で直接注入される。
注入対象の細胞核内に注入される生体分子は、生体分子が安定して存在し、また、注入される注入対象や注入対象の細胞核を破壊するなどの悪影響がなければ、遊離の形態でもナノ粒子等の担体に固定されている形態でもよく、修飾されていてもよく、溶媒を含め、その態様は特に限定されない。
DNAが遺伝子を含む場合には、発現カセットや発現ベクターに該遺伝子が含まれた形態で設計されること等が挙げられる。さらに、例えば、DNAが注入される注入対象の種類および注入部位に適したプロモーターの制御下に遺伝子が配置されていてもよい。すなわち、いずれの態様においても公知の遺伝子工学的手法を用いることができる。
また、ガス発生剤の発生エネルギーを射出エネルギーとして利用する場合、ガス発生剤としては、シングルベース無煙火薬や、エアバッグ用ガス発生器やシートベルトプリテンショナ用ガス発生器に使用されている各種ガス発生剤を用いることも可能である。
図1は、注射器1の概略構成を示す図であり、注射器1のその長手方向に沿った断面図でもある。注射器1は、シリンジ部3とプランジャ4とで構成されるサブ組立体と、注射器本体6とピストン5と駆動部7とで構成されるサブ組立体とが一体に組み立てられた注射器組立体10が、ハウジング(注射器ハウジング)2に取り付けられることで構成される。
本発明の第一の発明におけるは、注入対象は、細胞、細胞シート内の細胞、組織内の細胞、器官(臓器)内の細胞、器官系内の細胞、個体(生体)内の細胞のいずれであってもよく制限はない。好ましい注入対象としては、哺乳動物由来の前記注入対象が挙げられる。より好ましくは、哺乳動物個体(生体)内の細胞であり、さらに好ましくは皮膚内の細胞であり、よりさらに好ましくは、皮内、皮下及び皮筋からなる群から選択される一以上の組織内の細胞である。この場合、注入器から哺乳動物個体(生体)の皮膚表面に生体分子を含む溶液を射出し、該皮膚表面から該皮膚内の皮内、皮下及び皮筋からなる群から選択される一以上の組織内の細胞に注入する方法を採用できる。
また、注入器から注入対象に生体分子を含む溶液を注入する場合の系としては、in vitro系、in vivo系、ex vivo系をはじめ、いずれであってもよい。
また、哺乳動物としては特に制限されないが、ヒト、マウス、ラット、モルモット、ハムスター、ウシ、ヤギ、ヒツジ、ブタ、サル、イヌ、ネコ等が挙げられる。また、注入対象によっては、哺乳動物としてヒトを除く態様も挙げられる。
広範囲の注入対象の細胞核内に生体分子を含む溶液が直接注入されたことを確認する方法は、特に制限されず、公知の生物学的手法を用いることができる。例えば、生体分子を予め蛍光標識しておき、注入対象の細胞核内に注入した後に蛍光顕微観察する方法などが挙げられる。後述の実施例では、哺乳動物個体(生体)内の細胞の細胞核に直接注入されるDNAとしてCy3標識プラスミドV7905(Mirus社製)を用い、核染色色素としてDAPIを用いている。サンプルは、例えば、DNAを注入後に直ちに組織を取得し、切片化して調製することができる。このとき、DAPI染色を同時に行ってもよい。Cy3標識プラスミドV7905が注入された位置では赤色の蛍光を発し、細胞核の位置ではDAPIにより青色の蛍光を発することから、蛍光顕微観察により、青紫色の蛍光を発する位置が、細胞核内に直接注入されたCy3標識プラスミドV7905の位置であると同定できる。
本発明の第二の発明は、第一の発明の注入器を用いて、注入対象の細胞核内に生体分子を含む溶液を注入する方法である。
本発明の第二の発明における注入器、注入対象、生体分子を含む溶液については、上記した本発明の第一の発明の説明を援用する。
本発明の第三の発明は、第一の発明の注入器を用いて、注入対象の細胞核内に遺伝子を含むDNAを含む溶液を注入する工程を含む、注入対象において遺伝子を発現させる方法である。
本発明の第三の発明における注入器、注入対象、遺伝子を含むDNAを含む溶液については、上記した本発明の第一の発明の説明を援用する。
[実施例1]
図1に示す注入器(ノズル径:直径0.1mm)に、100μLの水を充填し、点火薬の燃焼による水の射出開始時刻からの前記水の射出速度を評価した。火薬として、ジルコニウムと過塩素酸カリウムを含む火薬(ZPP)を35mg用い、ガス発生剤は用いなかった。水の射出速度は、高速カメラ(Photoron社製、FASTCAM SA-X2)で注入器の先端を撮影し、射出された水の変位と時間から算出した。
[実施例2]
上記実施例1で用いた注入器に、火薬として、ジルコニウムと過塩素酸カリウムを含む火薬(ZPP)を35mg、ガス発生剤として、シングルベース無煙火薬を40mg用い、Cy3標識プラスミドV7905を含む溶液30μL(溶媒:エンドトキシンフリーTEバッファ)、終濃度:0.1mg/mL)を充填し、雌性SDラット(10週齢)の腰背部の皮膚に注入した。尚、上記の通り、実施例1ではガス発生剤を用いなかったが、本実施例ではガス発生剤を使用した。これは、ガス発生剤の有無は、本発明で規定される初期の射出速度に影響を及ぼさないと考えられるからである。
注入後直ちに採皮し、OCTコンパウンド(凍結組織切片作製用包埋剤(ティシュー・テックO.C.T.コンパウンド)、サクラファインテックジャパン社製)中でドライアイスにより凍結した。クライオスタット(ライカ社製)を用いて注入部断面を6μmの厚さで薄切しDAPI入り封入剤で封入した。作成した試料をオールインワン蛍光顕微鏡(Z−X700、キーエンス社製)で蛍光観察し、Cy3の赤色蛍光画像とDAPIの青色蛍光画像を0.1〜0.4μm厚みで取得した。注入領域での注入分布を得るために複数の視野での画像を取得した。その結果を図3に示す。スケールバーは0.73mmを示す。
DNAが直接注入された細胞数の割合を、ハイブリッドセルカウント機能を用いて次のように算出した。すなわち、各解析対象領域(図3における白枠で囲われた各領域)内の各細胞について、細胞の面積に対して、青色蛍光と赤色蛍光とが重なった紫色蛍光の面積が50%以上である細胞を、DNAが直接注入された細胞と定義し、その細胞数を数えた(これを細胞数Aとする。)。一方で、各解析対象領域内の全細胞数を細胞核の個数を指標にして数えた(これを細胞数Bとする。)。図3の各解析対象領域に記載した割合は、細胞数Bに対する細胞数Aの割合である。尚、Cy3の赤色蛍光がほとんど観察されない表皮と毛包については解析対象から除外した。
[実施例3]
上記実施例1で用いた注入器に、ルシフェラーゼ遺伝子を含むプラスミドpGL3-control vector(プロメガ社製)溶液30μL(溶媒:エンドトキシンフリーTEバッファ、終濃度:1.0mg/mL)を充填し、雌性SDラット(10週齢)の腰背部の皮膚に注入した。
尚、上記の通り、実施例1ではガス発生剤を用いなかったが、本実施例ではガス発生剤を使用した。これは、ガス発生剤の有無は、本発明で規定される初期の射出速度に影響を及ぼさないと考えられるからである。
注入後の該ラットを飼育環境に戻し24時間後、安楽死させた後に注入口を中心に直径1mmφの円形に皮内から皮筋(すなわち、皮内、皮下及び皮筋)までの組織を摘出し、これを「中心サンプル」とした。また、注入口から1.5〜2mm程度離れた位置を中心に直径1mmφの円形に皮内から皮筋(すなわち、皮内、皮下及び皮筋)までの組織を摘出し、これを「外側サンプル」とした。外側サンプルは注入口を中心に点対称となるような位置で2箇所採取した。
Luciferase assay system(プロメガ社)の「Cell Culture Lysis×5」を5倍希釈して2mLマイクロチューブに0.1mL入れた溶解液を準備し、中心サンプルを該溶解液へ添加した。次に、該マイクロチューブをドライアイス雰囲気に約15分入れて凍結した。凍結したことを確認し、室温下に約20分放置し解凍した。この凍結と解凍を計3回繰り返し、細胞の破壊を促した。その後、サンプルを5分間静置し、上清を取得した。
また、2箇所の外側サンプルについても各々実施した。
図4より、実施例3においては、外側サンプルにおいても比較的高い遺伝子発現が観測されており、注入口を中心とした狭い範囲のみでなく注入口を中心に広範囲の組織において効率的な遺伝子の発現が得られた。
2・・・・ハウジング
3・・・・シリンジ部
4・・・・プランジャ
5・・・・ピストン
6・・・・注射器本体
7・・・・駆動部
8・・・・ボタン
9・・・・バッテリ
10・・・・注射器組立体
31・・・・ノズル部
31a・・・射出口
32・・・・充填室
71・・・・点火器
Claims (3)
- 注入器本体から、所定の構造物が注入対象内に挿入された状態での前記所定の構造物を介した注入を行うことなく、生体分子を含む溶液を前記注入対象に対して注入する注入器であって、
生体分子を含む溶液を収容する収容部と、
点火装置での点火薬の燃焼により加圧された前記生体分子を含む溶液が流れ、前記注入対象に対して射出される射出口を有するノズル部と、
を備え、
前記生体分子を含む溶液の射出開始時刻から時刻0.20ミリ秒までの間の前記生体分子を含む溶液の最大射出速度が75m/秒以上150m/秒以下であり、前記生体分子を含む溶液の射出速度が75m/秒以上150m/秒以下で0.11ミリ秒間以上継続する、
注入器。 - 請求項1に記載の注入器を用いて、注入対象の細胞核内に生体分子を含む溶液を注入する方法。
- 請求項1に記載の注入器を用いて、注入対象の細胞核内に遺伝子を含むDNAを含む溶液を注入する工程を含む、
注入対象において遺伝子を発現させる方法。
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