WO2007012377A2 - Methods for the electromanipulation of cells in order to modify the membrane permeability of said cells with the aid of lipophilic ions as a medium additive - Google Patents

Methods for the electromanipulation of cells in order to modify the membrane permeability of said cells with the aid of lipophilic ions as a medium additive Download PDF

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WO2007012377A2
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membrane
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Ernst Bamberg
Ulrich Zimmermann
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    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/87Introduction of foreign genetic material using processes not otherwise provided for, e.g. co-transformation

Definitions

  • the present invention relates to methods of treating cells with electric fields to alter the membrane permeability of these cells using lipophilic ions as a medium supplement. More particularly, the invention relates to methods of electroporation and electrofusion of cells using lipophilic ions as a medium supplement. This addition of lipophilic ions significantly increases the efficiency and above all the reproducibility and reduces the otherwise relatively high variation of the electroporation or electrofusion process.
  • Electro-transfection and electro-fusion of cells are routinely used in many areas of biotechnology and biomedicine for the manipulation of the genome and cytosol. Both methods are based on the application of high-intensity and very short duration electric field pulses, which lead to a reversible electrical membrane breakdown (so-called electroporation).
  • electroporation A wide range of molecules, including hormones, proteins, RNA and DNA, can be introduced into living cells by electroporation.
  • the membrane breakthrough in the contact zone leads to the fusion of the cells, which can be used for the production of hybrid cells (electrofusion).
  • Tm aC ( ⁇ + -L) (2) m ⁇ ⁇ , 2 ⁇ .
  • C m [ ⁇ F / cm 2 ] is the area-specific membrane capacity and ⁇ ; and ⁇ e are the specific conductivities [mS / cm] of the cytosol and the outer poration or fusion medium.
  • ⁇ c 4 ⁇ ⁇ e ⁇ 0 a 3 gj e E 0 ( 4)> ⁇ , + z ⁇ "e
  • F DEP 2 ⁇ ⁇ e ⁇ 0 a 3 ° ⁇ ° e VE 0 2 (5) ⁇ ; + z ⁇ e
  • ⁇ e ⁇ o 8O> ⁇ 8.85 10
  • 12 F / m is the permittivity of the aqueous external medium
  • VE 0 2 reflects the inhomogeneity of the field and the reduction of ⁇ e also leads to an increase of the dipole Dipole interactions, which favor the mutual attraction of the fusion partners.
  • hypotonic swelling facilitates electrofusion by dissolving the cytoskeleton, smoothing the cell membranes (retraction of the microvilli) and increasing the mobility of the membrane components.
  • a related further object is the provision of means for improving conventional methods of electromanipulation, in particular electroporation and electrofusion techniques.
  • the starting point for the present invention was experimental evidence that many cells, especially mammalian cells, are capable of complex volume regulation, particularly under hypotonic conditions typically present during electroporation / electrofusion.
  • Recent studies [Reuss et al., 2004] have shown that after the rapid initial swelling of the cells in hypotonic sugar media, depending on the sugars used, both slower secondary volume increase and shrinkage of the cells may occur. Both can lead to rapid outflow of the electrolyte through so-called volume-sensitive channels from the cytosol.
  • a regulatory volume decrease occurs in all human and mammalian cells studied so far After a brief period of swelling (1-3 min) in hypotonic medium, cells can adjust their original volume (despite persistent hypotensive stress) within 15-20 min.
  • an oligosaccharide eg, trehalose, sucrose or raffinose
  • RVD Unlike oligosaccharides, RVD does not occur in hypotonic solutions of monomeric sugar derivatives (e.g., sorbitol, inositol, or glucose) [Reuss et al., 2004]. In some cell types, even a secondary, slower swelling of the cells is observed. The difference between oligosaccharides and monosaccharides could be explained by the size selectivity of volume-sensitive channels (VSC), which are ubiquitous in the membranes of mammalian cells [Kirk, 1997, Strange, 1994].
  • VSC volume-sensitive channels
  • the present invention is now based u. a. on the surprising experimental finding that the addition of lipophilic ions, in particular anions, to the treatment medium inter alia prevent this volume regulation and thus can significantly increase the efficiency of electroporation or electro-fusion.
  • lipophilic anions possibly leads to an inhibition of the ion channels involved in the volume regulation.
  • the lipophilic ions directly or indirectly regulate the likelihood of the channels or their other transport properties. From both models, it can be deduced that the use of lipophilic ions greatly reduces the ion losses from the cytosol during the hypotonic stress. On the one hand this stabilizes the cell volume, on the other hand the ion content and the conductivity of the cytosol are kept at high levels.
  • the parameters of the bell curve depend on the chemical nature of the lipophilic ions and on the nature of the membrane (or cell type). On the basis of the voltage dependence of the bell curve of a lipophilic ion conclusions can be drawn on the distribution of the lipophilic ions in the membrane.
  • a “hemispheric asymmetry” of the cell as a whole will occur. This facilitates the electrical breakdown in two ways. On one side of the cell, the potential for breakdown is already almost reached and the externally applied breakdown voltage can be chosen to be lower than normal. On the other side of the cell, the applied potential gradient is "unfavorable" for the externally applied breakdown voltage, so this cell side is “protected” by the lipophilic ions. Alternatively one can do this under the external field amplitude or in the length / brevity of the applied field pulse use. Both hemispheres will have different charging times. As a result, this "asymmetric" breakthrough is gentler on the cell than the normal breakthrough.
  • This selection criterion can be, for example, the shape or position of the bell curve at certain membrane stresses.
  • those lipophilic ions are selected for which the membrane capacitance has a minimum at the natural membrane voltage of the cell (ie lies on the hypo- or hyperpolarized flank of the bell curve), or those for which the membrane capacitance has a maximum at the natural membrane voltage of the cell ,
  • those lipophilic ions are selected for which the membrane capacity has little or no increased value in the natural membrane voltage of the cell, ie those lipophilic ions whose characteristic bell curve is such that it falls off at the natural membrane voltage Flank has.
  • the lipophilic ions will be distributed unevenly across the membrane at natural membrane stress and cause the above useful asymmetry effect. This concerns, for example, hyperpolarized cells which are exposed to an extremely weakly conducting fusion medium. Lipophilic ions, for which the membrane capacitance has a maximum in the natural membrane voltage of the cell, could be used for applications where high membrane capacity or uniform distribution of the lipophilic ions is useful.
  • cells with inhomogeneous membrane structure which in this way obtain a more homogeneous membrane charge, such as most mammalian cells, in which the negatively charged phosphatidylserine is located mainly on the cytosolic side of the plasma membrane.
  • Suitable soluble salts may include, but are not limited to, sodium, potassium or barium ions.
  • Another advantage of adjusting cells to a particular membrane potential is the better reproducibility of the results.
  • the lipophilic ion-induced change in membrane capacity can be used to completely or partially eliminate the volume regulation of cells in hypotonic media. As discussed above, this leads to significantly reduced electrolyte losses and thus to an improvement of the basic conditions for electromanipulation processes such as electroporation or electrofusion. Loss of ions the cytosol reduces the ⁇ ⁇ cytosolic conductivity, which greatly reduces the porosity and fusion relevant deformation force (equation 3), cell polarization ⁇ c (equation 4) and the dielectrophoretic force (equation 5). In addition, the ion outflow from the cytosol results in significant loss of vitality in cells.
  • lipophilic ions or the change in membrane capacity induced thereby may also occur under non-hypotonic, e.g. Isotonic conditions lead to a membrane charging, which greatly facilitates the required or required for Elektromanipulationsvon membrane breakthrough.
  • the use according to the invention of lipophilic ions also makes it easier and more efficient to carry out methods of electromanipulation, such as electroporation or electrofusion in non-hypotonic media.
  • the avoidance of hypotonic stress for the cells would be of great advantage and in any case has a favorable effect on the survival rates of the manipulated cells.
  • Suitable cells for the application of the method according to the invention or the use according to the invention of lipophilic ions are basically all cells of natural or synthetic origin.
  • Synthetic cells may be, for example, artificial membrane-enveloped vesicles, liposomes or micelles.
  • Natural cells include prokaryotic cells, e.g. Bacteria or yeasts, or eukaryotic cells, e.g. animal or plant cells.
  • Preferred animal cells are mammalian cells, especially human cells. In a preferred embodiment, the cells are living cells.
  • the lipophilic ions used according to the invention can be cations, anions or a mixture of cations and anions.
  • Cations are especially preferred for use with plant cells, while anions are particularly preferred in animal cells, especially mammalian cells.
  • the cations used in the invention may consist of one species or comprise several different cations.
  • the lipophilic cations used will contain at least one of the group of cations comprising cations of lipophilic metal complexes, lipophilic organometallic compounds, and lipophilic organic compounds having at least one positively charged functional group.
  • Specific examples are rhenium hexacarbonyl (Re (CO) 6 ) "1" , tetraphenylphosphonium or tetraphenylarsenium compounds.
  • Other suitable compounds will be readily apparent to one skilled in the art through routine experimentation.
  • the anions used in the invention may consist of one species or comprise several different anions.
  • the lipophilic anions used will contain at least one of the group of anions comprising anions of lipophilic metal complexes, lipophilic organometallic compounds and lipophilic organic compounds having at least one deprotonatable functional group.
  • lipophilic ions which can be used according to the invention, in particular lipophilic metal complexes, are the following:
  • the lipophilic anions contain at least one of the group of anions, the anions of lipophilic tungsten complexes (LTC), especially lipophilic tungsten carbonyl complexes, dipicrylamine (DPA) and derivatives thereof, anions of lipophilic organic compounds containing at least one carboxylate, sulfonate , Sulphate, thiosulphate or thiocyanate group, in particular arachidonic acid, or anions of an optionally substituted tetraphenylborate or Phenyldicarbaundecandecaborans (PCB) or a Tetracyanoborats or Tetratrifluormethylborats comprises.
  • LTC lipophilic tungsten complexes
  • DPA dipicrylamine
  • anions of lipophilic organic compounds containing at least one carboxylate, sulfonate , Sulphate, thiosulphate or thiocyanate group in particular arachidonic acid
  • lipophilic anions from the group of the following anions
  • (2) the anion of Et 4 N [W (CO) 5 (SCNOC 6 H 4 )], tetraethylammoniumbenzoxazolidine-2-thion-1-yl-pentacarbonyl-tungstate, MW 604 (abbreviated to WO)
  • LTC Lipophilic Tungsten Complex
  • lipophilic ions of different nature By using several lipophilic ions of different nature in equal or different concentrations at the same time or in time, an "overlap" of the individual properties of the lipophilic ions can be achieved, which can be used for different purposes, eg to ensure more robust, ie reproducible and less susceptible to interference Procedures be beneficial.
  • the lipophilic ions useful in this invention are compounds well known in the art and are commercially available or can be prepared by known routine methods.
  • the lipophilic ions in this case should be physiologically compatible with living cells.
  • the lipophilic ions used are degradable by UV light and yield physiologically acceptable degradation products for living cells. Both conditions are e.g. in the lipophilic anionic tungsten complex of the above formula 3 is ideally fulfilled. It will be apparent to those skilled in the art that similar compounds with similar efficacy, compatibility and similar degradation behavior can be readily prepared.
  • the lipophilic ions are typically used in a method for treating cells with electric fields for changing the membrane permeability of these cells, which comprises at least the following steps:
  • Such a method generally comprises the various known or conceivable electro-manipulation methods for altering the membrane permeability of cells in which the cells are exposed to an electrical voltage pulse, and in particular methods of electrotransfection / electroporation or electrofusion.
  • the lipophilic ions are as a rule added to the treatment medium (2) in a concentration in the range from 1 nM to 100 ⁇ M, preferably 0.1 ⁇ M to 60 ⁇ M, particularly preferably 1 ⁇ M to 50 ⁇ M.
  • an osmotically active substance for generating hypotonic stress for the at least one biological cell (1) is also added to the treatment medium (2).
  • Such substances include all substances known for this purpose, preferably mono- and / or disaccharides, e.g. Sucrose, trehalose, glucose, mannitol, inositol, sorbitol, etc.
  • the application of the electrical voltage pulse to the biological cell (1) takes place with a delay time after the addition of the osmotically active substance, the delay time preferably being selected in the range from 15 s to 10 min.
  • hypotonic poration and fusion media were used, the composition of which is given in Tables 1 and 2.
  • isotonic media were also used.
  • the addition of the lipophilic ions to the treatment medium (2) takes place in a sufficient concentration and for a sufficient period of time before the voltage pulse that doping of the membranes of the cells to be treated with these lipophilic ions takes place.
  • doping in this context includes the adsorption of the ions on the membrane and / or the incorporation of the ions into the membrane Suitable concentrations and time periods (usually of the order of minutes) may be readily measured by those skilled in the art in light of the present disclosure be determined. figure description
  • FIG. 1 Schematic representation of the method according to the invention
  • FIG. 2 Schematic representation of a test arrangement for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 3 Schematic representation of the method for selecting suitable lipophilic ions
  • Fig. 4 shows "bell curves" showing the capacity change of the cell membrane of oocytes as a function of the voltage applied to the membrane for three different lipophilic anions.
  • the lower two curves represent the results of the control measurements in the absence of the lipophilic ion DPA at the beginning (squares) and at the end (triangle with the top down) of the measurement series.
  • the top curve (filled circles) shows the results in the presence of extracellular 50 ⁇ M DPA and the underlying curve (triangle topped) in the presence of extracellular 50 ⁇ M DPA and 2.8 mM BaCl 2 .
  • the lower two curves represent the results of the control measurements in the absence of the lipophilic ion WO at the beginning (squares) and at the end (triangle with the top down) of the measurement series.
  • the top curve shows the results in the presence of extracellular 10 ⁇ M WO and 2.8 mM BaCl 2 and the underlying curve (solid circles) in the presence of extracellular 10 ⁇ M WO.
  • Fig. 5 shows time lapses of the relative volumes of activated B lymphocytes (A) and Jurkat cells (B and C) in highly hypotonic fusion media (75 and 100 mOsm, respectively) containing either sorbitol or trehalose as the major osmotic agent.
  • hypotonic trehalose medium filled circles
  • both cell types showed RVD after the first rapid swelling.
  • hypotonic sorbitol eliminated RVD in Jurkat cells (data not shown) or even induced a secondary swelling (A, open circles).
  • the tungsten complex LTC partially or completely inhibited RVD in B lymphocytes in Jurkat cells (squares in A and B, respectively).
  • FIG. 6 Complete or partial inhibition of RVD in mammalian cells by various structurally unrelated lipophilic anions (compounds (1) (DPA), (2) (WO) and (4) TPB) (A-C).
  • DPA lipophilic cation tetraphenylphosphonium
  • TPP lipophilic cation tetraphenylphosphonium
  • Fig. 7 Typical rotation spectra of H7 and Jurkat cells (A and B, respectively).
  • H7 cells were incubated for 15-20 min in isotonic or hypotonic sorbitol media (filled or empty circles) of the same conductivity of 120 ⁇ S / cm. Compared to isotonic conditions, hypotension resulted in a marked shift of the cytosolic peak f c2 to a lower frequency, indicating a significant reduction in cytosolic ⁇ .
  • Fig. 8 Effect of LTC on the electroinjection of propidium iodide Dependence of the electrically induced PI uptake on the applied field strength Eu with a pulse duration of 40 ⁇ s.
  • the data points are the mean PI acquisition values obtained from three independent flow cytometric determinations. Within the range of field strength examined, PI uptake in cells treated with 10 ⁇ M LTC " (filled circles) was greater than control (open circles).
  • Table 1 Composition of washing and pulse solutions used for electrotransfection
  • Sorbitol 75 1.3 ⁇ 0.1 2.2 ⁇ 0.2 58 ⁇ 4 0.5 ⁇ 0.1
  • Sorbitol 300 1 11.0 ⁇ l. (1.3 ⁇ 0.1 12
  • Trehalose 300 1 8.5 ⁇ 0.7 HOttlO 1.3 ⁇ 0.1 9
  • Trehalose 100 1 4.1 ⁇ 0.2 120 ⁇ 20 l.l ⁇ 0.1 8
  • Trehalose 100 10 1 .5 ⁇ 0. 1 5.7 ⁇ 0.2 110 ⁇ 12 0.7 ⁇ 0.1 12
  • Trehalose 100 10 1.3 ⁇ 0.1 60 ⁇ 5 133 ⁇ 28 28 ⁇ 2 16.8
  • a T is the duration of hypotonic treatment before the first electropulse
  • v (7) is the relative
  • the TA and GE values represent the percentage or geometric mean fluorescence intensity of GFP positive cells, as determined from GF histograms.
  • c PF is the number of viable cells 48 h after electro-transfection, expressed as a percentage of the original number of cells.
  • the transfection license TE is defined as TA x PF in percent. TE is proportional to
  • CGM Complete Growth Medium
  • fetal calf serum 10% (v / v).
  • the adherent cells ie, HEK 293 and L929 cells
  • the enzyme was removed by washing with CGM.
  • the electrotransfection / poration protocols included the following steps:
  • L929 cells were electrotransfected with a pulse of 3 kV / cm field strength and 100 ⁇ s duration in 100 mOsm pulse media (HPS, Table 1).
  • Jurkat cells were transfected at 1.2 kV / cm and 40 ⁇ s in 100 mOsm HPS.
  • HEK cells were treated at 1.5 kV / cm and 70 ⁇ s in 150 mOsm HPS pulsed media.
  • LTC lipophilic tungsten complex
  • Table 4 shows the results obtained at various medium compositions and time conditions for hypotensive shock.
  • the improved transfection yields could also be confirmed in additional experiments with electroinjection of the marker propidium iodide (FIG. 8).
  • the pulsed media contained 25 ⁇ g / ml propidium iodide (PI), a cationic, normally non-membrane permeable, dye which shows strong fluorescence upon binding to nucleic acids.
  • PI performed two tasks, first as a dye that allows live cells to be distinguished from dead (short term vitality test) and secondly as an indicator of transient electrically induced membrane permeability. The PI staining of the cells was analyzed by flow cytometry within 10-15 minutes after pulse application.
  • human B lymphocytes were isolated from the peripheral blood of healthy donors and activated with 2.4 ⁇ g / ml phytohemagglutinin (PHA-L) as known.
  • the activated cells were cultured at 37 ° C in a 5% CO 2 enriched atmosphere. When the cell density exceeded ⁇ 5x10 6 cells / ml, the cells were diluted to a density of 1x10 6 cells / ml.
  • the activated B lymphocytes were fused to the human mouse heteromyeloma cell line H73C11 (hereinafter referred to as H7 cells) grown under standard conditions.
  • B lymphocytes and H7 cells were mixed in CGM in a 1: 1 ratio, pelleted by centrifugation at 200 xg for 10 min, and in a hypotonic, sugar-supplemented fusion solution (HFS) with an osmolality of 75 or 100 mOsm (see Tab. 2) resuspended.
  • HFS sugar-supplemented fusion solution
  • the cells were then washed twice with HFS (re-centrifugation at 200xg for 10 min and resuspension).
  • 200 ⁇ l of the cell suspension in HFS were pipetted into a helical chamber consisting of a Perspex tube around which two platinum wires were wound at a distance of 200 ⁇ m.
  • the final cell density was 3 ⁇ 10 5 cells / ml.
  • the cells were exposed to hypotonic stress for at least twenty minutes during the washing steps before the first fusion pulse was applied.
  • the duration of hypotensive stress was significantly reduced by using isotonic wash solutions (IWS-F, Table 2).
  • the Eppendorf Multiporator was used for electrofusion.
  • the cells were first approximated dielectrophoretically by an alternating field of 45 Vpp amplitude and 2 MHz frequency for 30 s. Thereafter, the RF field was turned off and fusion initiated by three rectangular DC pulses of 30 V amplitude and 15 ⁇ s duration. Then again a 2 MHz field of 5 Vpp amplitude was applied to hold the cells in place during the ensuing fusion process.
  • the helical chamber was then held at RT without disturbance for 10 min.
  • the chamber was then rinsed with 1 ml of isotonic CGM and cells were placed in 4 wells of a 24-well plate filled with ImI isotonic CGM, respectively. After 24 hours, the selection HAT medium in which only the hybridoma cells proliferated was added to the wells. Hybridoma colonies were counted 1-3 weeks after electrofusion.
  • the ND96 solution contained 96 mM NaCl, 2 mM KCl, 1.8 mM CaCl 2 , 1 mM MgCl 2 , 5 mM Hepes, and was adjusted to pH 7.4 with NaOH.
  • ND96 + 2.8 mM BaCl 2 1.8 mM CaCl 2 and 1 mM MgCl 2 were replaced by 2.8 mM BaCl 2 .
  • Collagenase-treated stage IV-VI oocytes were used for the measurements.
  • bell curve The determination of the voltage dependence of the capacitance increase ("bell curve") for ions 1 to 3 shows that DPA and WO have nearly identical bell curves, whereas WW (LTC) has a strongly shifted bell curve, with a maximum of -130 mV (in comparison to -70 mV and -80 mV at DPA or WO).

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Abstract

The invention relates to methods for the treatment of cells with electric fields in order to modify the membrane permeability of said cells with the aid of lipophilic ions as a medium additive. The invention more particularly relates to cell electroporation and electrofusion methods using lipophilic ions as a medium additive.

Description

Verfahren zur Elektromanipulation von Zellen zur Veränderung der Membranpermeabilität dieser Zellen unter Verwendung von lipophilen Ionen als Mediumzusatz A method of electromanipulating cells to alter the membrane permeability of these cells using lipophilic ions as a medium supplement
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Behandlung von Zellen mit elektrischen Feldern zur Veränderung der Membranpermeabilität dieser Zellen unter Verwendung von lipophilen Ionen als Mediumzusatz. Spezieller betrifft die Erfindung Verfahren zur Elektroporation und Elektrofusion von Zellen unter Verwendung von lipophilen Ionen als Mediumzusatz. Durch diesen Zusatz von lipophilen Ionen wird die Effizienz und vor allem auch die Reproduzierbarkeit deutlich erhöht sowie die ansonsten relativ hohe Variationsbreite der Elektroporations- bzw. Elektrofusionsverfahren verkleinert.The present invention relates to methods of treating cells with electric fields to alter the membrane permeability of these cells using lipophilic ions as a medium supplement. More particularly, the invention relates to methods of electroporation and electrofusion of cells using lipophilic ions as a medium supplement. This addition of lipophilic ions significantly increases the efficiency and above all the reproducibility and reduces the otherwise relatively high variation of the electroporation or electrofusion process.
Stand der TechnikState of the art
Elektrotransfektion und Elektrofusion von Zellen werden routinemäßig in vielen Bereichen der Biotechnologie und Biomedizin für die Manipulation des Genoms und des Zytosols eingesetzt. Beide Methoden basieren auf der Anwendung von elektrischen Feldpulsen hoher Intensität und sehr kurzer Dauer, die zu einem reversiblen elektrischen Membrandurchbruch (sog. Elektroporation) führen. Ein breites Spektrum von Molekülen, einschließlich Hormone, Proteine, RNA und DNA, kann in lebende Zellen mittels Elektroporation eingeschleust werden. Bei dielektrophoretisch kontaktierten Zellen führt der Membrandurchbruch in der Kontaktzone zur Verschmelzung der Zellen, was für die Herstellung von Hybridzellen (Elektrofusion) benutzt werden kann.Electro-transfection and electro-fusion of cells are routinely used in many areas of biotechnology and biomedicine for the manipulation of the genome and cytosol. Both methods are based on the application of high-intensity and very short duration electric field pulses, which lead to a reversible electrical membrane breakdown (so-called electroporation). A wide range of molecules, including hormones, proteins, RNA and DNA, can be introduced into living cells by electroporation. In dielectrophoretically contacted cells, the membrane breakthrough in the contact zone leads to the fusion of the cells, which can be used for the production of hybrid cells (electrofusion).
Für die Elektroporation/fusion von Säugerzellen verwendet man in der Regel Feldstärken von wenigen kV/cm und Pulsdauer von einigen 10 μs (bis ms). Das angelegte Feld führt zu einer exponentiellen Membranaufladung, die durch die induzierte Transmembranspannung V% angegeben werden kann:As a rule, field strengths of a few kV / cm and a pulse duration of a few 10 μs (to ms) are used for the electroporation / fusion of mammalian cells. The applied field leads to an exponential membrane charge, which can be indicated by the induced transmissive voltage V % :
Fg(O = 1.5 α E0 cos 0(l-exp(-t/τm)) (1),Fg (O = 1.5 α E 0 cos 0 (l-exp (-t / τ m )) (1),
wobei a der Zellradius ist, θ der Polarwinkel zur Richtung des angelegten Feldes E0 und τm die Zeitkonstante der Membranaufladung. Der Membrandurchbruch findet statt, wenn Vg den kritischen Wert Vc=l Volt überschreitet.where a is the cell radius, θ the polar angle to the direction of the applied field E 0 and τ m the time constant of the membrane charging. The membrane breakthrough takes place when V g the critical value V c = 1 volt exceeds.
Die Zeitkonstante τm der Membranaufladung wird mit Hilfe der folgenden Gleichung errechnet:The time constant τ m of the membrane charging is calculated using the following equation:
Tm = aC+-L) (2) m ~{σ, 2σ. || Tm = aC+ -L) (2) m ~ {σ, 2σ. ||
wobei Cm [μF/cm2] die flächenspezifische Membrankapazität ist und σ; und σe für die spezifischen Leitfähigkeiten [mS/cm] des Zytosols und des äußeren Porations- bzw. Fusionsmediums stehen.where C m [μF / cm 2 ] is the area-specific membrane capacity and σ; and σ e are the specific conductivities [mS / cm] of the cytosol and the outer poration or fusion medium.
Setzt man für den Zellradius einen typischen Wert von 7 μm in die Gleichung 1 ein, kann die minimale kritische Feldstärke für den Durchbruch in den zu den Elektroden zugewandten Membranbereichen (θ = 0) berechnet werden (unter der Bedingung, dass die Pulsdauer viel länger als die Relaxationszeit der Membran ist t » τm): £krit= "VV(1.5χa)« 1 kV/cm. Für größere Zellen werden entsprechend der Gl. 1 wesentlich kleinere Feldstärken benötigt. Die Zeitkonstante τm bei Säugerzellen liegt im Bereich von 0.1-1 μs (Gl. 2: Cm=l μF/cm2, σ; « 5mS/cm, σe= 0.1-10 mS/cm, s.u.). Daher sind die verwendeten Pulsdauern von 10-100 μs viel länger als τm, so dass Gl. 1 vereinfacht werden kann: Vg= 1.5 a EQ COS θ.If the cell radius is given a typical value of 7 μm in Equation 1, the minimum critical field strength for the breakdown in the membrane regions facing the electrodes (θ = 0) can be calculated (provided that the pulse duration is much longer than the relaxation time of the membrane is t »τ m ): £ kr i t = " VV (1.5 χ a) "1 kV / cm For larger cells, considerably smaller field strengths are required in accordance with equation 1. The time constant τ m lies in mammalian cells in the range of 0.1-1 μs (equation 2: C m = 1 μF / cm 2 , σ; 5mS / cm, σ e = 0.1-10 mS / cm, see below). Therefore, the pulse durations used are from 10 to 100 μs much longer than τ m , so that equation 1 can be simplified: V g = 1.5 a EQ COS θ.
Im Stand der Technik ist bekannt, dass die Effizienz von Elektrotransfektions- und -Elektrofusionsverfahren durch die Verwendung von schwach-leitenden, hypotonen Medien während der Pulsapplikation deutlich gesteigert werden kann [Zimmermann & Neil, 1996; Sukhorukov et al. 1998]. Solche Medien enthalten als Hauptosmotikum verschiedene Zucker und Zuckerderivate. Unter anderem Zucker werden monomere Kohlenhydrate, wie Glukose, Sorbit, Inosit oder Mannit, sowie Disaccharide, einschließlich Saccharose oder Trehalose, allgemein benutzt [Zimmermann & Neil, 1996].It is known in the art that the efficiency of electro-transfection and electro-fusion techniques can be significantly increased by the use of low-conduction, hypotonic media during pulse application [Zimmermann & Neil, 1996; Sukhorukov et al. 1998]. Such media contain as the main osmotic agent various sugars and sugar derivatives. Among other sugars, monomeric carbohydrates such as glucose, sorbitol, inositol or mannitol, as well as disaccharides including sucrose or trehalose are commonly used [Zimmermann & Neil, 1996].
Die Reduktion des osmotischen Druckes und der Leitfähigkeit dient mehreren Zwecken bei der Elektroporation und -fusion:The reduction of osmotic pressure and conductivity serves several purposes in electroporation and fusion:
1) Das hypotone Anschwellen von Zellen fördert den Membrandurchbruch, weil die induzierte Membranspannung linear vom Zellradius abhängt (s.o. Gl. 1). 2) Das Verringern der äußeren Leitfähigkeit verbessert stark die Elektroinjektion aufgrund der transienten Elektrodeformationskraft FDEF auf die Zellmembran:1) The hypotonic swelling of cells promotes membrane breakthrough because the induced membrane voltage depends linearly on the cell radius (see Eq. 1). 2) Reducing the outer conductivity greatly improves the electroinjection due to the transient electrodefractive force F D EF on the cell membrane:
F rDEF X E -0O2 / tσ'2 ~ _σe \)2
Figure imgf000004_0001
F r DEF X e - 0 O 2 / σ t '_ ~ 2 σ e \) 2
Figure imgf000004_0001
Wenn σj = σe, bleibt die Deformationskraft aus: FD = 0. Unter der Bedingung σj < σe wird auf die Zellmembran eine Elongationskraft FD in Feldrichtung ausgeübt, deren Ausmaß mit sinkender σe zunimmt (Gl. 3). Gleichzeitig führt die Senkung der σe zu einer starken Zunahme der Mengen an elektroinjizierten Molekülen [Sukhorukov et al., 1998].If σj = σ e , the deformation force remains: FD = 0. Under the condition σj <σ e an elongation force F D in the field direction is exerted on the cell membrane, the extent of which increases with decreasing σ e (equation 3). At the same time, the decrease in σ e leads to a large increase in the amounts of electroinjected molecules [Sukhorukov et al., 1998].
3/4) Bei der Elektrofusion sind niedrig leitende Medien obligatorisch. Analog zur Deformationskraft nehmen sowohl die elektrische Polarisation der Zelle bzw. der induzierte Zelldipol μc (Gl. 4) als auch die positive dielectrophoretische Kraft im MHz-Bereich (1-10 MHz) (Gl. 5) mit sinkender σe zu [Jones, 1995]:3/4) In electrofusion, low-conductivity media are mandatory. Analogous to the deformation force, both the electrical polarization of the cell or the induced cell dipole μc (equation 4) and the positive dielectrophoretic force in the MHz range (1-10 MHz) (equation 5) increase with decreasing σ e [Jones, 1995]:
μc = 4π εeε0 a3 gj °e E0 (4)> σ, + zσ„ eμ c = 4π ε e ε 0 a 3 gj e E 0 ( 4)> σ, + zσ "e
FDEP = 2^ εeε0 a3 °{ °e VE0 2 (5) σ; + zσe wobei εeεo=8O><8.85 10"12 F/m die Permittivität des wässrigen Außenmediums ist. Der Term VE0 2 spiegelt die Inhomogenität des Feldes wider. Die Verminderung der σe führt außerdem zu einer Erhöhung der Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, was die gegenseitige Anziehung der Fusionspartner begünstigt.F DEP = 2 ^ ε e ε 0 a 3 ° { ° e VE 0 2 (5) σ ; + zσ e where ε e εo = 8O><8.85 10 "12 F / m is the permittivity of the aqueous external medium The term VE 0 2 reflects the inhomogeneity of the field and the reduction of σ e also leads to an increase of the dipole Dipole interactions, which favor the mutual attraction of the fusion partners.
5) Zusätzlich zu den oben beschriebenen physikalischen Effekten erleichtert das hypotone Anschwellen die Elektrofusion durch die Auflösung des Zytoskeletts, das Glätten der Zellmembranen (Retraktion der Mikrovilli) und die Erhöhung der Mobilität der Membranbestandteile.5) In addition to the physical effects described above, hypotonic swelling facilitates electrofusion by dissolving the cytoskeleton, smoothing the cell membranes (retraction of the microvilli) and increasing the mobility of the membrane components.
Trotz breiter Anwendung von Elektrotransfektions/Elektroporations- und Elektrofusions- verfahren gibt es bei den derzeit angewandten Verfahren jedoch immer noch eine Reihe ungelöster Probleme, wie z.B.: (1) niedrige Transfektions- und Fusionsraten bei besonders „Feld-resistenten" Zelltypen,However, despite widespread use of electrotransfection / electroporation and electrofusion methods, there are still a number of unresolved problems in the current methods, such as: (1) low transfection and fusion rates in particularly "field resistant" cell types,
(2) hohe Sterblichkeitsraten von Zellen nach der Elektroporation/fusion,(2) high mortality rates of cells after electroporation / fusion,
(3) starke „batch-to-batch" Schwankungen der Transfektions- und Fusionsraten sowie(3) strong batch-to-batch variations in transfection and fusion rates as well
(4) sehr oft schwankende Reproduzierbarkeit in der Elektroinjektions- bzw. Fusionsausbeute.(4) Very often fluctuating reproducibility in the electroinjection or fusion yield.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung von neuen verbesserten Elektromanipulationsverfahren für Zellen mit gesteigerter Effizienz und Reproduzierbarkeit. Eine damit in Zusammenhang stehende weitere Aufgabe ist die Bereitstellung von Mitteln zur Verbesserung herkömmlicher Elektromanipulationsverfahren, insbesondere Elektroporations- und Elektrofusionsverfahren.It is therefore an object of the present invention to provide novel improved electromanipulation methods for cells having increased efficiency and reproducibility. A related further object is the provision of means for improving conventional methods of electromanipulation, in particular electroporation and electrofusion techniques.
Eingehende Untersuchungen der Erfinder führten zu dem überraschenden Ergebnis, dass durch einen Zusatz von lipophilen Ionen zu dem Behandlungsmedium, insbesondere einem hypotonen Behandlungsmedium, die Effizienz und Reproduzierbarkeit von Elektromanipulationsverfahren für Zellen, wie z.B. Elektroporations- und Elektrofusionsverfahren, stark verbessert und insbesondere die Ausbeute und Lebensfähigkeit der elektromanipulierten Zellen deutlich erhöht werden kann.In-depth investigations by the inventors have led to the surprising result that by adding lipophilic ions to the treatment medium, in particular a hypotonic treatment medium, the efficiency and reproducibility of electromanipulation methods for cells, such as e.g. Electroporation and electrofusion process, greatly improved and in particular the yield and viability of the electromanipulated cells can be significantly increased.
Dementsprechend werden die oben angesprochenen Aufgaben erfindungsgemäß gelöst durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Behandlung von Zellen mit elektrischen Feldern nach Anspruch 1, bei dem das Behandlungsmedium lipophile Ionen enthält, sowie die Verwendung dieser lipophilen Ionen nach Anspruch 23. Spezielle und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Accordingly, the above objects are achieved according to the invention by providing a method for treating cells with electric fields according to claim 1, in which the treatment medium contains lipophilic ions, and the use of these lipophilic ions according to claim 23. Specific and preferred embodiments of the invention are the subject the dependent claims.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Ausgangspunkt für die vorliegende Erfindung waren experimentelle Befunde, dass viele Zellen, speziell Säugerzellen, insbesondere unter hypotonen Bedingungen wie sie typischerweise während einer Elektroporation/Elektrofusion vorliegen, zu einer komplexen Volumenregulation in der Lage sind. Jüngere Untersuchungen [Reuss et al., 2004] haben gezeigt, dass nach dem raschen anfänglichen Anschwellen der Zellen in hypotonem Zuckermedien, in Abhängigkeit von dem verwendeten Zuckern, sowohl eine langsamere sekundäre Volumenzunahme als auch Schrumpfung der Zellen auftreten kann. Beides kann zum schnellen Ausfluss des Elektrolyts durch sog. Volumen-sensitive Kanäle aus dem Zytosol fuhren.The starting point for the present invention was experimental evidence that many cells, especially mammalian cells, are capable of complex volume regulation, particularly under hypotonic conditions typically present during electroporation / electrofusion. Recent studies [Reuss et al., 2004] have shown that after the rapid initial swelling of the cells in hypotonic sugar media, depending on the sugars used, both slower secondary volume increase and shrinkage of the cells may occur. Both can lead to rapid outflow of the electrolyte through so-called volume-sensitive channels from the cytosol.
In hypotonen Porations- und Fusionsmedien, die mit einem Oligosaccharid (z.B. Trehalose, Saccharose oder Raffinose) substituiert sind, findet eine regulatorische Volumenabnahme (sog. „regulatory volume decrease" = RVD) bei allen bisher untersuchten humanen und Säugerzellen statt. Dies bedeutet, dass Zellen nach einer kurzen Schwellungsphase (1-3 min) in hypotonem Medium ihr ursprüngliches Volumen (trotz anhaltendem hypotonen Stress) innerhalb von 15-20 min einregulieren können.In hypotonic poration and fusion media substituted with an oligosaccharide (eg, trehalose, sucrose or raffinose), a regulatory volume decrease (RVD) occurs in all human and mammalian cells studied so far After a brief period of swelling (1-3 min) in hypotonic medium, cells can adjust their original volume (despite persistent hypotensive stress) within 15-20 min.
Elektrophysiologische Studien anderer Autoren lassen es wahrscheinlich erscheinen, dass die anfängliche Zellschwellung die Volumen-sensitiven Chlorid-Kanäle aktiviert, was zum Chlorid-Ausstrom aus der Zelle und einer Depolarisation der Zellmembran führt. Die Membrandepolarisation bewirkt eine Aktivierung der spannungsabhängigen K+-Kanäle und einen K+-Ausstrom. Der Netto-KCl-Ausstrom zusammen mit dem osmotisch-bedingten Wasserausstrom dürfte zu einer Wiederherstellung des normalen (d.h. isotonischen) Zellvolumens führen [Fürst et al., 2002; Lang, 1998].Electrophysiological studies by other authors suggest that initial cell swelling may activate the volume-sensitive chloride channels, resulting in chloride outflow from the cell and cell membrane depolarization. The membrane depolarization causes activation of the voltage-dependent K + channels and a K + outflow. The net KCl outflow along with the osmotic water outflow is expected to restore normal (ie, isotonic) cell volume [Fürst et al., 2002; Lang, 1998].
Im Gegensatz zu Oligosacchariden findet in hypotonen Lösungen monomerer Zuckerderivate (z.B. Sorbit, Inosit oder Glukose) keine RVD statt [Reuss et al., 2004]. Bei manchen Zellarten beobachtet man sogar eine sekundäre langsamere Schwellung der Zellen. Der Unterschied zwischen Oligo- und Monosacchariden könnte durch die Größenselektivität der Volumensensitiven Kanäle („volume-sensitive Channels" =VSC) erklärt werden. Solche Kanäle sind ubiquitär in den Membranen der Säugerzellen vorhanden [Kirk, 1997; Strange, 1994].Unlike oligosaccharides, RVD does not occur in hypotonic solutions of monomeric sugar derivatives (e.g., sorbitol, inositol, or glucose) [Reuss et al., 2004]. In some cell types, even a secondary, slower swelling of the cells is observed. The difference between oligosaccharides and monosaccharides could be explained by the size selectivity of volume-sensitive channels (VSC), which are ubiquitous in the membranes of mammalian cells [Kirk, 1997, Strange, 1994].
Jedoch führt der hypotone Stress auch in Medien ohne RVD, z.B. in Inosit- oder Sorbitsubstituierten Medien, zu erheblichen Elektrolytverlusten und Senkung der zytosolischen Leitfähigkeit (wie z.B. durch Elektrorotationsspektren (Fig. 7A) belegt). Die Ionenverluste aus dem Zytosol senken die Leitfähigkeit σ; des Zytosols, wodurch die Porations- und Fusions-relevante Deformationskraft (Gl. 3), Zellpolarisation μc (Gl. 4) und dielektrophoretische Kraft (Gl. 5) stark erniedrigt werden. Außerdem hat der Ionenausfluss aus dem Zytosol erhebliche Vitalitätsverluste bei Zellen zur Folge.However, even in media without RVD, eg in inositol or sorbitol-substituted media, hypotonic stress leads to significant electrolyte losses and decreases in cytosolic conductivity (as evidenced, for example, by electro-rotation spectra (Figure 7A)). The ion losses from the cytosol reduce the conductivity σ; of the cytosol, whereby the poration and fusion-relevant deformation force (equation 3), cell polarization μc (equation 4) and dielectrophoretic force (equation 5) are greatly reduced. In addition, the ion outflow from the cytosol results in significant loss of vitality in cells.
Diese Effekte können die positiven Wirkungen von hypotonen Medien bei der Elektro- poration/Elektrofusion ganz oder teilweise zunichte machen.These effects can completely or partially destroy the positive effects of hypotonic media during electrotherapy / electrofusion.
Bis jetzt wurden in der Literatur die komplexe Volumenantwort von Zellen, speziell Säugerzellen, in hypotonen Zuckermedien und die damit verbundenen Ionenflüsse jedoch noch nicht hinsichtlich ihrer Relevanz für die Elektroporation und -fusion diskutiert.However, in the literature, the complex volume response of cells, especially mammalian cells, in hypotonic sugar media and the associated ion fluxes have not yet been discussed in terms of their relevance to electroporation and fusion.
Die vorliegende Erfindung beruht nun u. a. auf dem überraschenden experimentellen Befund, dass der Zusatz von lipophilen Ionen, insbesondere Anionen, zu dem Behandlungsmedium unter anderem diese Volumenregulation unterbinden und damit auch die Effizienz von Elektroporations- bzw. Elektrofusionsverfahren deutlich steigern kann.The present invention is now based u. a. on the surprising experimental finding that the addition of lipophilic ions, in particular anions, to the treatment medium inter alia prevent this volume regulation and thus can significantly increase the efficiency of electroporation or electro-fusion.
Die Adsorption bzw. der Einbau lipophiler Anionen in die Zellmembran führt möglicherweise zu einer Inhibierung der an der Volumenregulation beteiligten Ionenkanäle. Alternativ kann es sein, daß die lipophilen Ionen auf direkte oder indirekte Weise die Offenwahrscheinlichkeit der Kanäle bzw. deren sonstige Transporteigenschaften regulieren. Aus beiden Modellvorstellungen kann abgeleitet werden, daß bei Einsatz von lipophilen Ionen die Ionenverluste aus dem Zytosol während des hypotonen Stresses stark verringert werden. Zum einen wird dadurch das Zellvolumen stabilisiert, zum anderen werden der Ionengehalt und die Leitfähigkeit des Zytosols auf hohen Niveaus gehalten.The adsorption or incorporation of lipophilic anions into the cell membrane possibly leads to an inhibition of the ion channels involved in the volume regulation. Alternatively, it may be that the lipophilic ions directly or indirectly regulate the likelihood of the channels or their other transport properties. From both models, it can be deduced that the use of lipophilic ions greatly reduces the ion losses from the cytosol during the hypotonic stress. On the one hand this stabilizes the cell volume, on the other hand the ion content and the conductivity of the cytosol are kept at high levels.
Ohne sich auf eine Theorie hinsichtlich des Wirkungsmechanismus festlegen zu wollen, wird gegenwärtig davon ausgegangen, dass diese Inhibierung bestimmter Ionenkanäle eine Folge der Änderung, insbesondere Erhöhung, der Membrankapazität der Zelle, in Abhängigkeit von deren Membranspannung, durch die Adsorption und/oder den Einbau der lipophilen Ionen in die Membran ist. Umfangreiche Untersuchungen der Erfinder haben ergeben, dass die durch lipophile Ionen induzierte Änderung der Membrankapazität in Abhängigkeit von der Membranspannung in der Regel einer bestimmten Beziehung folgt und vorzugsweise das Verhalten einer symmetrischen oder asymmetrischen Glockenkurve mit einer Spannung Vmax, bei der die Kapazitätserhöhung C(Vmax) maximal ist, aufweist.Without wishing to be bound by theory as to the mechanism of action, it is presently believed that this inhibition of certain ion channels is a consequence of the alteration, in particular increase, of the membrane capacity of the cell, as a function of the membrane voltage, by the adsorption and / or incorporation of the membrane lipophilic ions is in the membrane. Extensive investigations by the inventors have shown that the change in the membrane capacitance induced by lipophilic ions as a function of the membrane voltage usually follows a certain relationship and preferably the behavior of a symmetrical or asymmetrical bell curve with a voltage V max at which the capacitance increase C (V max ) is maximum.
Die Parameter der Glockenkurve hängen dabei von der chemischen Natur der lipophilen Ionen und von der Beschaffenheit der Membran (bzw. Zelltyp) ab. Anhand der Spannungsabhängigkeit der Glockenkurve eines lipophilen Ions können Rückschlüsse auf die Verteilung der lipophilen Ionen in der Membran gezogen werden.The parameters of the bell curve depend on the chemical nature of the lipophilic ions and on the nature of the membrane (or cell type). On the basis of the voltage dependence of the bell curve of a lipophilic ion conclusions can be drawn on the distribution of the lipophilic ions in the membrane.
Eine Gleichverteilung der lipophilen Ionen auf beiden Seiten der Membran sollte bei der Membranspannung vorliegen, bei der die maximale Kapazitätserhöhung festgestellt wird. Hingegen liegt die extremste Ungleichverteilung der lipophilen Ionen (entweder komplett auf zytosolischer oder extrazellulärer Membranseite) vor, wenn keine Kapazitätserhöhung durch die lipophilen Ionen gemessen werden kann. Eine ungleichmäßige Verteilung der lipophilen Ionen sollte zu einer starken Erniedrigung des Oberflächenpotentials (bis ΔV ~ -400 mV) an einer Seite der Membran führen. Dies wird in der Regel zu einer drastischen Veränderung des Potentialverlaufs über die Membran führen. Dieser „Membran-Asymrnetrie"-Effekt kann Elektromanipulationen von behandelten Zellen auf verschiedene Weise erleichtern:An equal distribution of the lipophilic ions on both sides of the membrane should be present at the membrane voltage, at which the maximum capacity increase is detected. By contrast, the most extreme unequal distribution of the lipophilic ions (either completely on the cytosolic or extracellular membrane side) is present if no increase in capacity by the lipophilic ions can be measured. An uneven distribution of the lipophilic ions should lead to a strong lowering of the surface potential (up to ΔV ~ -400 mV) on one side of the membrane. This will usually lead to a drastic change in the potential profile across the membrane. This "membrane asymmetry" effect may facilitate electromanipulations of treated cells in several ways:
1) die drastische Erniedrigung des Oberflächenpotentials führt zu einem so steilen Potentialverlauf über die Membran, daß lokale Durchbrüche erzeugt werden bzw. lokale Durchbrüche durch überlagerte externe Felder erleichtert werden (Elektroporation, Elektrofusion).1) the drastic reduction of the surface potential leads to such a steep potential profile across the membrane that local breakthroughs are generated or local breakthroughs are facilitated by superimposed external fields (electroporation, electrofusion).
2) der veränderte Potentialverlauf führt zur Beeinflussung von spannungsabhängigen Transportsystemen in der Membran (Volumenregulation).2) The altered potential course leads to the influence of voltage-dependent transport systems in the membrane (volume regulation).
3) Neben der „Membran-Asymmetrie" wird eine „Hemisphären-Asymmetrie" der Zelle als ganzes auftreten. Diese erleichtert den elektrischen Durchbruch auf zwei Arten. Auf der einen Seite der Zelle ist das Potential zum Durchbruch bereits nahezu erreicht und die extern applizierte Durchbruchsspannung kann geringer als normal gewählt werden. Auf der anderen Seite der Zelle ist der anliegende Potentialgradient „ungünstig" für die extern angelegte Durchbruchsspannung. Diese Zellseite ist also durch die lipophilen Ionen „geschützt". Alternativ kann man dies im Rahmen der externen Feldamplitude bzw. in der Länge/Kürze des applizierten Feldpulses nutzen. Beide Hemisphären werden unterschiedliche Aufladungszeiten aufweisen. Dies hat zur Folge, daß dieser „asymmetrische" Durchbruch für die Zelle schonender ist als der normale Durchbruch.3) In addition to the "membrane asymmetry", a "hemispheric asymmetry" of the cell as a whole will occur. This facilitates the electrical breakdown in two ways. On one side of the cell, the potential for breakdown is already almost reached and the externally applied breakdown voltage can be chosen to be lower than normal. On the other side of the cell, the applied potential gradient is "unfavorable" for the externally applied breakdown voltage, so this cell side is "protected" by the lipophilic ions. Alternatively one can do this under the external field amplitude or in the length / brevity of the applied field pulse use. Both hemispheres will have different charging times. As a result, this "asymmetric" breakthrough is gentler on the cell than the normal breakthrough.
Dieser Befund ermöglicht die Auswahl besonders geeigneter lipophiler Ionen durch Bestimmung ihrer Auswirkungen auf die Änderung der Membrankapazität unter vorgegebenen Bedingungen. Ein solches Auswahlverfahren wird typischerweise die folgenden Schritte umfassen:This finding allows the selection of particularly suitable lipophilic ions by determining their effects on changing the membrane capacity under given conditions. Such a selection process will typically include the following steps:
- Messung der elektrischen Membrankapazität der biologischen Zelle in Abhängigkeit von einer bestimmten Membranspannung, wobei die Spannungsabhängigkeit der durch lipophile Ionen induzierten Membrankapazität mit mehreren verschiedenen lipophilen Ionen im Behandlungsmedium gemessen wird, undMeasuring the electrical membrane capacity of the biological cell as a function of a specific membrane voltage, the voltage dependence of the lipophilic ion-induced membrane capacity being measured with a plurality of different lipophilic ions in the treatment medium, and
- Feststellung und Auswahl der lipophilen Ionen, für welche die durch lipophile Ionen induzierte Membrankapazität der Zelle ein vorbestimmtes Auswahlkriterium erfüllt. Dieses Auswahlkriterium kann beispielsweise die Form oder Position der Glockenkurve bei bestimmten Membranspannungen sein.Detection and selection of the lipophilic ions for which the lipophilic ion-induced membrane capacity of the cell meets a predetermined selection criterion. This selection criterion can be, for example, the shape or position of the bell curve at certain membrane stresses.
Je nach den gewünschten Ergebnissen und Anwendungen können z.B. diejenigen lipophilen Ionen ausgewählt werden, für welche die Membrankapazität bei der natürlichen Membranspannung der Zelle ein Minimum aufweist (d.h. an der hypo- bzw. hyperpolarisierten Flanke der Glockenkurve liegt), oder diejenigen, für welche die Membrankapazität bei der natürlichen Membranspannung der Zelle ein Maximum aufweist.Depending on the desired results and applications, e.g. those lipophilic ions are selected for which the membrane capacitance has a minimum at the natural membrane voltage of the cell (ie lies on the hypo- or hyperpolarized flank of the bell curve), or those for which the membrane capacitance has a maximum at the natural membrane voltage of the cell ,
In einer Ausführungsform der Erfindung werden diejenigen lipophilen Ionen ausgewählt, für welche die Membrankapazität bei der natürlichen Membranspannung der Zelle einen nur wenig bzw. keinen erhöhten Wert aufweist, d.h. jene lipophilen Ionen, deren charakteristische Glockenkurve derartig aussieht, daß sie bei der natürlichen Membranspannung eine abfallende Flanke aufweist. In diesem Fall werden die lipophilen Ionen bei der natürlichen Membranspannung voraussichtlich ungleichmäßig über die Membran verteilt sein und den obigen nutzbaren Asymmetrieffekt verursachen. Dies betrifft z.B. hyperpolarisierte Zellen, die einem extrem schwachleitenden Fusionsmedium ausgesetzt sind. Lipophile Ionen, für welche die Membrankapazität bei der natürlichen Membranspannung der Zelle ein Maximum aufweist, könnten für Anwendungen genutzt werden, bei denen eine hohe Membrankapazität bzw. eine Gleichverteilung der lipophilen Ionen von Nutzen ist. Ein Beispiel hierfür sind Zellen mit inhomogenem Membranaufbau, die auf diese Weise eine homogenere Membranaufladung erhalten, wie z.B. die meisten Säugerzellen, bei denen sich das negativ geladene Phosphatidylserin hauptsächlich auf der zytosolischen Seite der Plasmamembran befindet.In one embodiment of the invention, those lipophilic ions are selected for which the membrane capacity has little or no increased value in the natural membrane voltage of the cell, ie those lipophilic ions whose characteristic bell curve is such that it falls off at the natural membrane voltage Flank has. In this case, it is expected that the lipophilic ions will be distributed unevenly across the membrane at natural membrane stress and cause the above useful asymmetry effect. This concerns, for example, hyperpolarized cells which are exposed to an extremely weakly conducting fusion medium. Lipophilic ions, for which the membrane capacitance has a maximum in the natural membrane voltage of the cell, could be used for applications where high membrane capacity or uniform distribution of the lipophilic ions is useful. An example of this is cells with inhomogeneous membrane structure, which in this way obtain a more homogeneous membrane charge, such as most mammalian cells, in which the negatively charged phosphatidylserine is located mainly on the cytosolic side of the plasma membrane.
Nachdem die natürliche Membranspannung (d.h. ohne angelegtes Feld) von Ionengradienten permeabler Ionen zwischen dem äußeren Badmedium (Behandlungsmedium) und dem Inneren der Zelle abhängt, kann diese durch Zusatz von Salzen zu dem Behandlungsmedium eingestellt werden. Geeignete lösliche Salze können bespielsweise Natrium-, Kalium- oder Bariumionen umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt.After the natural membrane voltage (i.e., without applied field) depends on ion gradients of permeable ions between the external bath medium (treatment medium) and the interior of the cell, this can be adjusted by adding salts to the treatment medium. Suitable soluble salts may include, but are not limited to, sodium, potassium or barium ions.
Nachdem die Änderung der Membrankapazität einerseits durch Wahl der lipophilen Ionen und andererseits durch Veränderung der natürlichen Membranspannung beeinflusst werden kann, bedeutet dies, dass eine gewünschte Verteilung von lipophilen Ionen entweder bei unveränderter Membranspannung durch die Wahl eines lipophilen Ions mit der gewünschten Form (z.B. Flanke oder Maximum) der Glockenkurve bei dieser Spannung oder bei einem bestimmten Ion durch entsprechende Verschiebung der natürlichen Membranspannung bis zu der Spannung, die dem entsprechenden Glockenkurvenabschnitt entspricht, erhalten werden kann.Since the change in the membrane capacity can be influenced on the one hand by the choice of the lipophilic ions and on the other hand by changing the natural membrane voltage, this means that a desired distribution of lipophilic ions either with unchanged membrane voltage by the choice of a lipophilic ion with the desired shape (eg flank or Maximum) of the bell curve at this voltage or at a particular ion by appropriate displacement of the natural membrane voltage up to the voltage corresponding to the corresponding bell curve section, can be obtained.
Ein weiterer Vorteil bei der Einstellung von Zellen auf ein bestimmtes Membranpotential (z.B. durch Verwendung zellzyklus-synchronisierter Zellen, Einstellung des Membranpotentials durch geeignete Salzbedingungen) liegt in der besseren Reproduzierbarkeit der Ergebnisse.Another advantage of adjusting cells to a particular membrane potential (e.g., by using cell-cycle synchronized cells, adjusting membrane potential through appropriate salt conditions) is the better reproducibility of the results.
Wie bereits erwähnt, kann die durch lipophile Ionen induzierte Änderung der Membrankapazität zur vollständigen oder teilweisen Ausschaltung der Volumenregulation von Zellen in hypotonen Medien genutzt werden. Wie oben erörtert, führt dies zu deutlich verringerten Elektrolytverlusten und damit zu einer Verbesserung der Rahmenbedingungen für Elektromanipulationsverfahren wie Elektroporation oder Elektrofusion. Ionenverluste aus dem Zytosol senken die Leitfähigkeit σ\ des Zytosols, wodurch die Porations- und Fusionsrelevante Deformationskraft (Gl. 3), Zellpolarisation μc (Gl. 4) und dielektrophoretische Kraft (Gl. 5) stark erniedrigt werden. Außerdem hat der Ionenausfluss aus dem Zytosol erhebliche Vitalitätsverluste bei Zellen zur Folge.As already mentioned, the lipophilic ion-induced change in membrane capacity can be used to completely or partially eliminate the volume regulation of cells in hypotonic media. As discussed above, this leads to significantly reduced electrolyte losses and thus to an improvement of the basic conditions for electromanipulation processes such as electroporation or electrofusion. Loss of ions the cytosol reduces the σ \ cytosolic conductivity, which greatly reduces the porosity and fusion relevant deformation force (equation 3), cell polarization μc (equation 4) and the dielectrophoretic force (equation 5). In addition, the ion outflow from the cytosol results in significant loss of vitality in cells.
Durch die Ausschaltung dieser negativen Effekte kann die Effizienz und Reproduzierbarkeit von Elektromanipulationsverfahren erheblich gesteigert werden.By eliminating these negative effects, the efficiency and reproducibility of Elektromanipulationsverfahren can be significantly increased.
Wie aus den obigen Ausführungen ersichtlich, kann die Gegenwart von lipophilen Ionen bzw. die dadurch induzierte Änderung der Membrankapazität jedoch auch unter nicht-hypotonen, z.B. isotonen, Bedingungen zu einer Membranaufladung führen, die den bei Elektromanipulationsverfahren gewünschten bzw. erforderlichen Membrandurchbruch wesentlich erleichtert. Somit ermöglicht die erfindungsgemäße Verwendung von lipophilen Ionen auch eine leichtere und effizientere Durchführung von Elektromanipulationsverfahren wie Elektroporation oder Elektrofusion in nicht-hypotonen Medien. Die Vermeidung von hypotonem Stress für die Zellen wäre von großem Vorteil und wirkt sich jedenfalls auf die Überlebensraten der manipulierten Zellen günstig aus.However, as can be seen from the above, the presence of lipophilic ions or the change in membrane capacity induced thereby may also occur under non-hypotonic, e.g. Isotonic conditions lead to a membrane charging, which greatly facilitates the required or required for Elektromanipulationsverfahren membrane breakthrough. Thus, the use according to the invention of lipophilic ions also makes it easier and more efficient to carry out methods of electromanipulation, such as electroporation or electrofusion in non-hypotonic media. The avoidance of hypotonic stress for the cells would be of great advantage and in any case has a favorable effect on the survival rates of the manipulated cells.
Geeignete Zellen für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. die erfindungsgemäße Verwendung von lipophilen Ionen sind grundsätzlich alle Zellen natürlichen oder synthetischen Ursprungs. Synthetische Zellen können beispielsweise künstliche membranumhüllte Vesikel, Liposomen oder Micellen sein. Natürliche Zellen umfassen prokaryotische Zellen, z.B. Bakterien oder Hefen, oder eukaryotische Zellen, z.B. tierische oder pflanzliche Zellen. Bevorzugte tierische Zellen sind Säugerzellen, insbesondere humane Zellen. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Zellen um lebende Zellen.Suitable cells for the application of the method according to the invention or the use according to the invention of lipophilic ions are basically all cells of natural or synthetic origin. Synthetic cells may be, for example, artificial membrane-enveloped vesicles, liposomes or micelles. Natural cells include prokaryotic cells, e.g. Bacteria or yeasts, or eukaryotic cells, e.g. animal or plant cells. Preferred animal cells are mammalian cells, especially human cells. In a preferred embodiment, the cells are living cells.
Die erfindungsgemäß verwendeten lipophilen Ionen können Kationen, Anionen oder ein Gemisch aus Kationen und Anionen sein.The lipophilic ions used according to the invention can be cations, anions or a mixture of cations and anions.
Kationen sind speziell für die Verwendung bei Pflanzenzellen bevorzugt, während Anionen bei tierischen Zellen, insbesondere Säugerzellen, besonders bevorzugt sind. Die erfindungsgemäß verwendeten Kationen können aus einer Spezies bestehen oder mehrere verschiedene Kationen umfassen. Typischerweise werden die verwendeten lipophilen Kationen wenigstens eine Substanz aus der Gruppe von Kationen enthalten, die Kationen von lipophilen Metallkomplexen, lipophilen organometallischen Verbindungen und lipophilen organischen Verbindungen mit mindestens einer positiv geladenen funktionellen Gruppe umfasst. Spezielle Beispiele sind Rheniumhexacarbonyl (Re(CO)6)"1", Tetraphenyl- phosphonium- oder Tetraphenylarseniumverbindungen. Weitere geeignete Verbindungen sind für den Fachmann unschwer durch Routineversuche zu ermitteln.Cations are especially preferred for use with plant cells, while anions are particularly preferred in animal cells, especially mammalian cells. The cations used in the invention may consist of one species or comprise several different cations. Typically, the lipophilic cations used will contain at least one of the group of cations comprising cations of lipophilic metal complexes, lipophilic organometallic compounds, and lipophilic organic compounds having at least one positively charged functional group. Specific examples are rhenium hexacarbonyl (Re (CO) 6 ) "1" , tetraphenylphosphonium or tetraphenylarsenium compounds. Other suitable compounds will be readily apparent to one skilled in the art through routine experimentation.
Die erfindungsgemäß verwendeten Anionen können aus einer Spezies bestehen oder mehrere verschiedene Anionen umfassen. Typischerweise werden die verwendeten lipophilen Anionen wenigstens eine Substanz aus der Gruppe von Anionen enthalten, die Anionen von lipophilen Metallkomplexen, lipophilen organometallischen Verbindungen und lipophilen organischen Verbindungen mit mindestens einer deprotonierbaren funktionellen Gruppe umfasst.The anions used in the invention may consist of one species or comprise several different anions. Typically, the lipophilic anions used will contain at least one of the group of anions comprising anions of lipophilic metal complexes, lipophilic organometallic compounds and lipophilic organic compounds having at least one deprotonatable functional group.
Spezielle, nicht beschränkende Beispiele für erfindungsgemäß einsetzbare lipophile Ionen, insbesondere lipophile Metallkomplexe, sind die folgenden:Specific, non-limiting examples of lipophilic ions which can be used according to the invention, in particular lipophilic metal complexes, are the following:
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O
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O
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Vorzugsweise enthalten die lipophilen Anionen wenigstens eine Substanz aus der Gruppe von Anionen, die Anionen lipophiler Wolfram-Komplexe (LTC), insbesondere lipophiler Wolframcarbonyl-Komplexe, Dipikrylamin (DPA) und Derivate davon, Anionen lipophiler organischer Verbindungen, die mindestens eine Carboxylat-, Sulfonat-, Sulfat-, Thiosulfat- oder Thiocyanatgruppe enthalten, insbesondere Arachidonsäure, oder Anionen eines gegebenenfalls substituierten Tetraphenylborats oder Phenyldicarbaundecandecaborans (PCB) oder eines Tetracyanoborats oder Tetratrifluormethylborats umfasst.Preferably, the lipophilic anions contain at least one of the group of anions, the anions of lipophilic tungsten complexes (LTC), especially lipophilic tungsten carbonyl complexes, dipicrylamine (DPA) and derivatives thereof, anions of lipophilic organic compounds containing at least one carboxylate, sulfonate , Sulphate, thiosulphate or thiocyanate group, in particular arachidonic acid, or anions of an optionally substituted tetraphenylborate or Phenyldicarbaundecandecaborans (PCB) or a Tetracyanoborats or Tetratrifluormethylborats comprises.
Besonders bevorzugt sind die lipophilen Anionen aus der Gruppe der folgenden AnionenParticularly preferred are the lipophilic anions from the group of the following anions
~r ~ r
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ausgewählt, wobei: (1) = [C12H4N7O12]", 2,2',4,4',6,6I-Hexanitrodiphenylamid (Dipikrylamin = DPA); (2) = das Anion von Et4N[W(CO)5(SCNOC6H4)], Tetraethylammoniumbenzoxazolidin-2- thion-1-yl-pentacarbonylwolframat, MW 604 (abgekürzt WO). (3) das Anion von EttN[W2(CO)10(μ-S2CH)], Tetraethylammoniumdecacarbonyl-μ-dithioformiato-diwolframat, MW 725 (hier im folgenden als LTC ("Lipophilic Tungsten Complex") oder WW abgekürzt); (4) Das Anion von Na[B(C6Hs)4], Natriumtetraphenylborat, MW 342.selected, wherein: (1) = [C 12 H 4 N 7 O 12] ", 2,2 ', 4,4', 6,6 I -Hexanitrodiphenylamid (hexanitrodiphenylamine = DPA), (2) = the anion of Et 4 N [W (CO) 5 (SCNOC 6 H 4 )], tetraethylammoniumbenzoxazolidine-2-thion-1-yl-pentacarbonyl-tungstate, MW 604 (abbreviated to WO) (3) the anion of Et t N [W 2 (CO) 10 (μ-S 2 CH)], tetraethylammonium decacarbonyl-μ-dithioformiato-di-tungstate, MW 725 (hereinafter abbreviated as LTC ("Lipophilic Tungsten Complex") or WW) (4) The anion of Na [B (C 6 Hs) 4 ], sodium tetraphenylborate, MW 342.
Durch die Verwendung mehrerer lipophiler Ionen unterschiedlicher Natur in gleichen oder unterschiedlichen Konzentrationen zur gleichen Zeit oder in zeitlicher Abfolge kann eine „Überlappung" der individuellen Eigenschaften der lipophilen Ionen erreicht werden. Dies kann für verschiedene Zwecke, z.B. zur Gewährleistung robusterer, d.h. reproduzierbarer und weniger störungsanfälliger Verfahrensabläufe von Vorteil sein. Die erfindungsgemäß verwendbaren lipophilen Ionen sind im Stand der Technik wohlbekannte Verbindungen und im Handel erhältlich oder nach bekannten Routineverfahren herstellbar.By using several lipophilic ions of different nature in equal or different concentrations at the same time or in time, an "overlap" of the individual properties of the lipophilic ions can be achieved, which can be used for different purposes, eg to ensure more robust, ie reproducible and less susceptible to interference Procedures be beneficial. The lipophilic ions useful in this invention are compounds well known in the art and are commercially available or can be prepared by known routine methods.
Grundsätzlich sind alle Ionen geeignet, die befähigt sind, die Membrankapazität derartig zu erhöhen, dass die Erhöhung der Kapazität eine symmetrische bzw. asymmetrische Glockenkurve in Abhängigkeit von der Trans-Membranspannung aufweist. Exemplarisch ist dies für einige Ionen (Wolfram-Verbindungen, DPA, etc. ) gezeigt.In principle, all ions capable of increasing the membrane capacity such that the increase in capacitance has a symmetrical bell curve as a function of the trans-membrane voltage are suitable. As an example, this is shown for some ions (tungsten compounds, DPA, etc.).
Nachdem eine Hauptanwendung der vorliegenden Erfindung die Elektromanipulation lebender Zellen sein wird, sollten die lipophilen Ionen in diesem Fall für lebende Zellen physiologisch verträglich sein. Für einige Anwendungen ist es besonders bevorzugt, dass die verwendeten lipophilen Ionen durch UV-Licht abbaubar sind und für lebende Zellen physiologisch verträgliche Abbauprodukte ergeben. Beide Bedingungen sind z.B. bei dem lipophilen anionischen Wolframkomplex der obigen Formel 3 in idealer Weise erfüllt. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass unschwer ähnliche Verbindungen mit ähnlicher Wirksamkeit, Verträglichkeit und ähnlichem Abbauverhalten hergestellt werden können.Since a main application of the present invention will be the electromanipulation of living cells, the lipophilic ions in this case should be physiologically compatible with living cells. For some applications, it is particularly preferred that the lipophilic ions used are degradable by UV light and yield physiologically acceptable degradation products for living cells. Both conditions are e.g. in the lipophilic anionic tungsten complex of the above formula 3 is ideally fulfilled. It will be apparent to those skilled in the art that similar compounds with similar efficacy, compatibility and similar degradation behavior can be readily prepared.
Erfindungsgemäß werden die lipophilen Ionen typischerweise in einem Verfahren zur Behandlung von Zellen mit elektrischen Feldern zur Veränderung der Membranpermeabilität dieser Zellen eingesetzt, welches mindestens die folgenden Schritte umfasst:According to the invention, the lipophilic ions are typically used in a method for treating cells with electric fields for changing the membrane permeability of these cells, which comprises at least the following steps:
- Bereitstellung von mindestens einer Zelle (1) in einem Behandlungsmedium (2), und- Providing at least one cell (1) in a treatment medium (2), and
- Beaufschlagung der Zelle (1) mit mindestens einem elektrischen Spannungspuls, gekennzeichnet durch den Schritt:- Acting on the cell (1) with at least one electrical voltage pulse, characterized by the step:
- Zusatz von lipophilen Ionen zu dem Behandlungsmedium (2).- Addition of lipophilic ions to the treatment medium (2).
Ein solches Verfahren umfasst allgemein die verschiedenen bekannten oder denkbaren Elektromanipulationsverfahren zur Veränderung der Membranpermeabilität von Zellen, bei denen die Zellen einem elektrischen Spannungspuls ausgesetzt werden, und insbesondere Verfahren zur Elektrotransfektion/Elektroporation oder Elektrofusion. Die lipophilen Ionen werden dem Behandlungsmedium (2) in der Regel in einer Konzentration im Bereich von 1 nM bis 100 μM, vorzugsweise 0,1 μM bis 60 μM, besonders bevorzugt 1 μM bis 50 μM, zugesetzt.Such a method generally comprises the various known or conceivable electro-manipulation methods for altering the membrane permeability of cells in which the cells are exposed to an electrical voltage pulse, and in particular methods of electrotransfection / electroporation or electrofusion. The lipophilic ions are as a rule added to the treatment medium (2) in a concentration in the range from 1 nM to 100 μM, preferably 0.1 μM to 60 μM, particularly preferably 1 μM to 50 μM.
In einer speziellen Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dem Behandlungsmedium (2) auch eine osmotisch wirksame Substanz zur Erzeugung eines hypotonen Stresses für die mindestens eine biologische Zelle (1) zugesetzt. Solche Substanzen umfassen alle für diesen Zweck bekannte Substanzen, vorzugsweise Mono- und/oder Disaccharide, z.B. Saccharose, Trehalose, Glukose, Mannit, Inosit, Sorbit etc.In a special embodiment of the method according to the invention, an osmotically active substance for generating hypotonic stress for the at least one biological cell (1) is also added to the treatment medium (2). Such substances include all substances known for this purpose, preferably mono- and / or disaccharides, e.g. Sucrose, trehalose, glucose, mannitol, inositol, sorbitol, etc.
Vorzugsweise erfolgt die Beaufschlagung der biologischen Zelle (1) mit dem elektrischen Spannungspuls mit einer Verzögerungszeit nach dem Zusatz der osmotisch wirksamen Substanz, wobei die Verzögerungszeit vorzugsweise im Bereich von 15 s bis 10 min gewählt ist.Preferably, the application of the electrical voltage pulse to the biological cell (1) takes place with a delay time after the addition of the osmotically active substance, the delay time preferably being selected in the range from 15 s to 10 min.
Untersuchungen der Erfinder haben ergeben, dass bei Elektrotransfektions/porations- und Elektrofusionsverfahren die Dauer des hypotonen Stresses vor der Feldpulsapplikation einen erheblichen Einfluss auf die Effizienz dieser Verfahren hat.Investigations by the inventors have shown that in the case of electrotransfection / poration and electrofusion methods, the duration of the hypotonic stress before the field pulse application has a considerable influence on the efficiency of these methods.
Basierend auf biophysikalischen und volumetrischen Experimenten, konnte die Dauer der hypotonen Behandlung in den Elektromanipulationprotokollen erheblich optimiert werden. In diesen Experimenten wurden hypotone Porations- und Fusionsmedien verwendet, deren Zusammensetzung in den Tabellen 1 und 2 angegeben ist. Für das Waschen der Zellen wurden auch entsprechende isotone Medien eingesetzt.Based on biophysical and volumetric experiments, the duration of hypotonic treatment in the electromanipulation protocols could be significantly optimized. In these experiments hypotonic poration and fusion media were used, the composition of which is given in Tables 1 and 2. For washing the cells, corresponding isotonic media were also used.
a) Elektrofusion:a) Electrofusion:
Wesentlich höhere Ausbeuten von lebenden Hybridzellen konnten durch eine Optimierung des Timings der Pulsapplikation erreicht werden. Die Hybridausbeuten hingen stark von der Dauer des hypotonen Stresses vor der Pulsapplikation ab. Eine kurze hypotone Behandlung von 2 min, die dem Ende der schnellen Anschwellphase entsprach, ergab die besten Ergebnisse. Längere Inkubationszeiten (z.B. 20 bzw. 40 min) verringerten die Fusionsausbeuten (Daten nicht gezeigt). b) Elektrotransfektion mit dem GFP-Plasmid:Significantly higher yields of living hybrid cells could be achieved by optimizing the timing of the pulse application. The hybrid yields depended strongly on the duration of the hypotonic stress before the pulse application. A short hypotonic treatment of 2 min, which corresponded to the end of the fast swelling phase, gave the best results. Longer incubation times (eg 20 or 40 min) reduced the fusion yields (data not shown). b) Electro-transfection with the GFP plasmid:
Analog zur Elektrofusion ergab eine kurze hypotone Behandlung (d.h. 2 min vor der Pulsapplikation) in der Regel wesentlich höhere Ausbeuten an GFP-transfizierten Zellen als eine längere Inkubation von 10 min (Tabelle 4). Im Allgemeinen korrelierten die Inkubationszeit-abhängigen Transfektionsausbeuten (TY) sehr gut mit den transienten Veränderungen der Zellgröße (s. Gl. 1) bei verschiedenen Zelltypen.Analogous to electrofusion, brief hypotonic treatment (i.e., 2 min prior to pulse application) usually gave significantly higher yields of GFP-transfected cells than a longer incubation of 10 min (Table 4). In general, the incubation-time-dependent transfection yields (TY) correlated well with the transient changes in cell size (see equation 1) in different cell types.
Längere Inkubation führte stets zu einer Abnahme der Zellproliferation (PF, z.B. von 47 auf 33% bei HEK-Zellen in Inosit 150), was auf eine verminderte Lebensfähigkeit der Zellen (aufgrund des Elektrolytverlusts) hindeutet.Prolonged incubation always resulted in a decrease in cell proliferation (PF, e.g., from 47 to 33% for HEK cells in inositol 150), indicating decreased cell viability (due to electrolyte loss).
Diese starke Abhängigkeit der Elektroporations/transfektions- bzw- Elektrofusionseffizienz von der Dauer des hypotonen Stresses kann zu einer weiteren Verbesserung der oben beschriebenen Elektromanipulationsverfahren unter Verwendung von lipophilen Ionen durch Optimierung der Zeitspannen für den hypotonen Stress genutzt werden. Es ist anzumerken, dass durch diese zeitliche Optimierung in einigen Fällen auch ohne Einsatz von lipophilen Ionen bereits sehr hohe Effizienzen erzielt wurden, die mit lipophilen Ionen nur noch geringfügig gesteigert werden konnten. Die Verwendung von lipophilen Ionen bringt jedoch in jedem Fall den zusätzlichen Vorteil eines robusteren Protokolls, d. h. eines Protokolls, das nicht auf die präzise Einstellung optimaler Zeitwerte zur Erzielung hoher Effizienzen angewiesen ist. Dies stellt gerade bei der gewerblichen Anwendung dieser Verfahren einen großen praktischen Vorteil dar.This strong dependence of electroporation / transfection / electrofusion efficiency on the duration of the hypotonic stress can be exploited to further improve the above-described electromanipulation processes using lipophilic ions by optimizing the periods of hypotonic stress. It should be noted that in some cases, even without the use of lipophilic ions, very high efficiencies were already achieved by this temporal optimization, which could only be increased slightly with lipophilic ions. However, the use of lipophilic ions in any case provides the added advantage of a more robust protocol, i. H. a protocol that does not rely on the precise setting of optimal time values to achieve high efficiencies. This represents a great practical advantage, especially in the commercial application of these methods.
Vorzugsweise erfolgt der Zusatz der lipophilen Ionen zu dem Behandlungsmedium (2) in einer ausreichenden Konzentration und für eine ausreichende Zeitspanne vor dem Spannungspuls, dass eine Dotierung der Membranen der zu behandelnden Zellen mit diesen lipophilen Ionen erfolgt. Der Begriff „Dotierung" umfasst in diesem Zusammenhang die Adsorption der Ionen an der Membran und/oder den Einbau der Ionen in die Membran. Geeignete Konzentrationen und Zeitspannen (gewöhnlich in der Größenordnung von Minuten) können in Kenntnis der vorliegenden Offenbarung vom Fachmann unschwer in Routineversuchen ermittelt werden. FigurenbeschreibungPreferably, the addition of the lipophilic ions to the treatment medium (2) takes place in a sufficient concentration and for a sufficient period of time before the voltage pulse that doping of the membranes of the cells to be treated with these lipophilic ions takes place. The term "doping" in this context includes the adsorption of the ions on the membrane and / or the incorporation of the ions into the membrane Suitable concentrations and time periods (usually of the order of minutes) may be readily measured by those skilled in the art in light of the present disclosure be determined. figure description
Fig. 1 Schematische Darstellung des erfindungsgemäßen VerfahrensFig. 1 Schematic representation of the method according to the invention
Fig. 2 Schematische Darstellung einer Versuchsanordnung zur Durchfuhrung des erfindungsgemäßen VerfahrensFig. 2 Schematic representation of a test arrangement for carrying out the method according to the invention
Fig. 3 Schematische Darstellung des Verfahrens zur Auswahl geeigneter lipophiler IonenFig. 3 Schematic representation of the method for selecting suitable lipophilic ions
Fig. 4 Darstellung von „Glockenkurven", welche die Kapazitätsänderung der Zellmembran von Oozyten in Abhängigkeit von der an die Membran angelegten Spannung für drei verschiedene lipophile Anionen zeigen.Fig. 4 shows "bell curves" showing the capacity change of the cell membrane of oocytes as a function of the voltage applied to the membrane for three different lipophilic anions.
A: DPA (Verbindung 1)A: DPA (compound 1)
Die unteren beiden Kurven stellen die Ergebnisse der Kontrollmessungen in Abwesenheit des lipophilen Ions DPA am Anfang (Quadrate ) bzw. am Ende (Dreieck mit der Spitze nach unten) der Messreihe dar. Die oberste Kurve (ausgefüllte Kreise) zeigt die Ergebnisse in Anwesenheit von extrazellulären 50 μM DPA und die darunterliegende Kurve (Dreieck mit der Spitze nach oben) in Anwesenheit von extrazellulären 50 μM DPA und 2,8 mM BaCl2.The lower two curves represent the results of the control measurements in the absence of the lipophilic ion DPA at the beginning (squares) and at the end (triangle with the top down) of the measurement series. The top curve (filled circles) shows the results in the presence of extracellular 50 μM DPA and the underlying curve (triangle topped) in the presence of extracellular 50 μM DPA and 2.8 mM BaCl 2 .
B: WO (Verbindung 2)B: WO (compound 2)
Die unteren beiden Kurven stellen die Ergebnisse der Kontrollmessungen in Abwesenheit des lipophilen Ions WO am Anfang (Quadrate ) bzw. am Ende (Dreieck mit der Spitze nach unten) der Messreihe dar. Die oberste Kurve (Dreieck mit der Spitze nach oben) zeigt die Ergebnisse in Anwesenheit von extrazellulären 10 μM WO und 2,8 mM BaCl2 und die darunterliegende Kurve (ausgefüllte Kreise) in Anwesenheit von extrazellulären 10 μM WO.The lower two curves represent the results of the control measurements in the absence of the lipophilic ion WO at the beginning (squares) and at the end (triangle with the top down) of the measurement series. The top curve (triangle with the tip up) shows the results in the presence of extracellular 10 μM WO and 2.8 mM BaCl 2 and the underlying curve (solid circles) in the presence of extracellular 10 μM WO.
C: WW (Verbindung 3; LTC) Die unteren beiden Kurven stellen die Ergebnisse der Kontrollmessungen in Abwesenheit des lipophilen Ions WW am Anfang (Quadrate ) bzw. am Ende (Dreieck mit der Spitze nach unten) der Messreihe dar. Die oberste Kurve (ausgefüllte Kreise) zeigt die Ergebnisse in Anwesenheit von extrazellulären 10 μM WW und die darunterliegende Kurve (Dreieck mit der Spitze nach oben) in Anwesenheit von extrazellulären 10 μM WW und 2,8 mM BaCl2.C: WW (Compound 3, LTC) The lower two curves represent the results of the control measurements in the absence of the lipophilic ion WW at the beginning (squares) and at the end (triangle with the tips down) of the measurement series. The top curve (filled Circles) shows the results in the presence of extracellular 10 μM WW and the underlying curve (triangle topped) in the presence of extracellular 10 μM WW and 2.8 mM BaCl 2 .
Fig. 5 Zeitverläufe der relativen Volumina von aktivierten B -Lymphozyten (A) und Jurkat- Zellen (B und C) in stark hypotonen Fusionsmedien (75 bzw. 100 mOsm), die entweder Sorbit oder Trehalose als Hauptosmotikum enthielten. In hypotonem Trehalosemedium (ausgefüllte Kreise) zeigten beide Zelltypen eine RVD nach dem ersten raschen Anschwellen. Im Gegensatz dazu eliminierte hypotones Sorbit die RVD in Jurkat-Zellen (Daten nicht gezeigt) oder induzierte sogar ein sekundäres Anschwellen) (A, leere Kreise). Der Wolframkomplex LTC inhibierte die RVD in B-Lymphozyten partiell oder vollständig in Jurkat-Zellen (Quadrate in A bzw. B). Arachidonsäure hob die RVD in Jurkat Zellen auf (C, Quadrate).Fig. 5 shows time lapses of the relative volumes of activated B lymphocytes (A) and Jurkat cells (B and C) in highly hypotonic fusion media (75 and 100 mOsm, respectively) containing either sorbitol or trehalose as the major osmotic agent. In hypotonic trehalose medium (filled circles), both cell types showed RVD after the first rapid swelling. In contrast, hypotonic sorbitol eliminated RVD in Jurkat cells (data not shown) or even induced a secondary swelling (A, open circles). The tungsten complex LTC partially or completely inhibited RVD in B lymphocytes in Jurkat cells (squares in A and B, respectively). Arachidonic acid picked up the RVD in Jurkat cells (C, squares).
Fig.6 Vollständige oder teilweise Inhibierung der RVD in Säugerzellen durch verschiedene strukturell nicht verwandte lipophile Anionen (Verbindungen (1) (DPA), (2) (WO) und (4) TPB) (A-C). Im Gegensatz dazu beeinflusste das lipophile Kation Tetraphenylphosphonium (TPP, 10- 50 μM) die RVD nicht (C, Quadrate).Figure 6 Complete or partial inhibition of RVD in mammalian cells by various structurally unrelated lipophilic anions (compounds (1) (DPA), (2) (WO) and (4) TPB) (A-C). In contrast, the lipophilic cation tetraphenylphosphonium (TPP, 10-50 μM) did not affect the RVD (C, squares).
Fig. 7 Typische Rotationsspektren von H7- und Jurkat-Zellen (A bzw. B).Fig. 7 Typical rotation spectra of H7 and Jurkat cells (A and B, respectively).
A: H7-Zellen wurden 15-20 min in isotonen oder hypotonen Sorbitmedien (ausgefüllte bzw. leere Kreise) derselben Leitfähigkeit von 120 μS/cm inkubiert. Im Vergleich zu isotonen Bedingungen führte hypotoner Stress zu einer deutlichenVerschiebung des zytosolischen Peaks fc2 zu einer niedrigeren Frequenz, was eine signifikante Verringerung der zytosolischen Leitfähigkeit σ, anzeigt.A: H7 cells were incubated for 15-20 min in isotonic or hypotonic sorbitol media (filled or empty circles) of the same conductivity of 120 μS / cm. Compared to isotonic conditions, hypotension resulted in a marked shift of the cytosolic peak f c2 to a lower frequency, indicating a significant reduction in cytosolic σ.
B: Lm Vergleich zur unbehandelten Kontrolle (offene Kreise) verursachte 10 μM LTC einen zusätzliche Antifeld-Peak (furc) und verschob auch die fc2 zu einer höheren Frequenz. Der letztere Effekt ist auf verringerten Elektrolytverlust aus dem Zytosol zurückzuführen.B: In comparison to the untreated control (open circles), 10 μM LTC caused an additional anti-field peak (furc) and also shifted the f c2 to a higher frequency. The latter effect is due to decreased electrolyte loss from the cytosol.
Fig. 8 Wirkung von LTC auf die Elektroinjektion von Propidiumiodid Abhängigkeit der elektrisch induzierten PI-Aufnahme von der applizierten Feldstärke Eu bei einer Pulsdauer von 40 μs. Die Datenpunkte sind die mittleren PI-Aufnahmewerte, die aus drei unabhängigen Durchflusszytometriebestimmungen ermittelt wurden. Innerhalb des untersuchten Bereichs der Feldstärke war die PI-Aufnahme in Zellen, die mit 10 μM LTC" behandelt worden waren (ausgefüllte Kreise), größer als bei der Kontrolle (leere Kreise). Tabelle 1. Zusammensetzung von Wasch- und Pulslösungen, die zur Elektrotransfektion verwendet wurdenFig. 8 Effect of LTC on the electroinjection of propidium iodide Dependence of the electrically induced PI uptake on the applied field strength Eu with a pulse duration of 40 μs. The data points are the mean PI acquisition values obtained from three independent flow cytometric determinations. Within the range of field strength examined, PI uptake in cells treated with 10 μM LTC " (filled circles) was greater than control (open circles). Table 1. Composition of washing and pulse solutions used for electrotransfection
Isotone Waschlösung Hypotone für die Poration Pulslösung IWS-P HPSIsotone washing solution Hypotone for poration pulse solution IWS-P HPS
Inosit oder Trehalose 24O mM 50 oder 10O mMInositol or trehalose 24OmM 50 or 10OmM
KCl 25 mM 25 mMKCl 25mM 25mM
KH2PO4 0.3 mM 0.3 mMKH 2 PO 4 0.3 mM 0.3 mM
K2HPO4 0.85 mM 0.85 mM pH-Wert 7.4 7.4K 2 HPO 4 0.85 mM 0.85 mM pH 7.4 7.4
Leitfähigkeit bei 22-24°C ~3.5 mS/cm -3.5 mS/cmConductivity at 22-24 ° C ~ 3.5 mS / cm -3.5 mS / cm
Osmolalität -290 mOsm -100 oder 150 mOsmOsmolality -290 mOsm -100 or 150 mOsm
Tabelle 2. Zusammensetzung von Medien, die in dem verbesserten Elektrofusionsprotokoll verwendet wurdenTable 2. Composition of media used in the improved electrofusion protocol
Isotone Waschlösung Hypotone für die Fusion Fusionslösung IWS-F HFS-75/HFS-100Isotone washing solution Hypotone for fusion fusion solution IWS-F HFS-75 / HFS-100
Ca-Acetat 0.1 mM 0.1 mMCa-acetate 0.1 mM 0.1 mM
Mg-Acetat 0.5 mM 0.5 mMMg acetate 0.5 mM 0.5 mM
Rinderserumalbumin 1 mg/ml 1 mg/mlBovine serum albumin 1 mg / ml 1 mg / ml
Sorbit 29O mM 75 oder 10O mM pH-Wert 7.0 7.0Sorbitol 29OmM 75 or 10OmM pH 7.0 7.0
Leitfähigkeit bei 22-24°C -120 μS/cm -120 μS/cmConductivity at 22-24 ° C -120 μS / cm -120 μS / cm
Osmolalität -290 mOsm -75 or lOO mOsm Tabelle 3. Elektrische Eigenschaften von H7- and Jurkat-Zellen gemäß ROT-Spektren, die in isotonen und hypotonen Medien unterschiedlicher Zuckerzusammensetzung gemessen wurdenOsmolality -290 mOsm -75 or 100 mOsm Table 3. Electrical properties of H7 and Jurkat cells according to ROT spectra measured in isotonic and hypotonic media of different sugar composition
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H7-ZellenH7 cells
Sorbit 270 5.5±0.2 88±4 1.0±0.1Sorbitol 270 5.5 ± 0.2 88 ± 4 1.0 ± 0.1
Sorbit 75 1.3±0.1 2.2±0.2 58±4 0.5±0.1Sorbitol 75 1.3 ± 0.1 2.2 ± 0.2 58 ± 4 0.5 ± 0.1
Jurkat-ZellenJurkat cells
Sorbit 300 1 11.0±l.( 1.3±0.1 12Sorbitol 300 1 11.0 ± l. (1.3 ± 0.1 12
Sorbit 100 1 .8±0. 1 2.5±0.1 140±5 0.7±0.1 8Sorbitol 100 1 .8 ± 0. 1 2.5 ± 0.1 140 ± 5 0.7 ± 0.1 8
Sorbit 100 10 1 .8±0. 1 5.3±0.3 88±5 0.7±0.1 7Sorbitol 100 10 1 .8 ± 0. 1 5.3 ± 0.3 88 ± 5 0.7 ± 0.1 7
Trehalose 300 1 8.5±0.7 HOttlO 1.3±0.1 9Trehalose 300 1 8.5 ± 0.7 HOttlO 1.3 ± 0.1 9
Trehalose 100 1 4.1±0.2 120±20 l.l±0.1 8Trehalose 100 1 4.1 ± 0.2 120 ± 20 l.l ± 0.1 8
Trehalose 100 10 1 .5±0. 1 5.7±0.2 110±12 0.7±0.1 12Trehalose 100 10 1 .5 ± 0. 1 5.7 ± 0.2 110 ± 12 0.7 ± 0.1 12
a Die mittleren Cm-, σ,- and ε,-Werte (±SA) wurden durch Anpassung des Einschalenmodells an die ROT-Spektren der in Fig. 6 gezeigten Zellen (nicht mit LTC" behandelt) erhalten. Hinsichtlich weiterer Details siehe Legende zu Fig. 6. b Die v- Werte wurden durch Volumenmessungen erhalten und repräsentieren das relative Zellvolumen, gemessen 20-25 min nach dem hypotonen Schock. a The mean C m , σ, and ε, values (± SA) were obtained by fitting the shell model to the ROT spectra of the cells shown in Figure 6 (not treated with LTC " ). See legend for further details to Fig. 6. b The v-values were obtained by volume measurements and represent the relative cell volume measured 20-25 min after the hypotonic shock.
Tabelle 4. Wirkungen der Dauer des hypotonen Stresses und von LTC auf die Transfektionsausbeute (TA), GFP-Genexpression (GE) und den Proliferationsfaktor (PF) von HEK- and L929-ZellenTable 4. Effects of duration of hypotension and LTC on transfection yield (TA), GFP gene expression (GE) and proliferation factor (PF) of HEK and L929 cells
Dauer destime of
Zucker und Relatives hypotonen LTC Osmolalität Zellvolumen TA b GE b PF c TE d Stresses μM % a.u. mOsm % % r, min a v(7) a Sugar and Relative Hypotonic LTC Osmolality Cell Volume TA b GE b PF c TE d Stresses μM% au mOsm%% r, min a v (7) a
HEK-ZellenHEK cells
Inosit 150 2 1.5±0.1 44±4 80±7 47±8 20.5Inositol 150 2 1.5 ± 0.1 44 ± 4 80 ± 7 47 ± 8 20.5
Inosit 150 10 1.7±0.1 58±9 158±34 33±4 19.1Inositol 150 10 1.7 ± 0.1 58 ± 9 158 ± 34 33 ± 4 19.1
Inositl 150 10 10 1.9±0.2 44-fcl 77±8 47±3 20.7Inositol 150 10 10 1.9 ± 0.2 44-fcl 77 ± 8 47 ± 3 20.7
Trehalose 150 2 1.4±0.1 35±3 83±5 68±14 23.9Trehalose 150 2 1.4 ± 0.1 35 ± 3 83 ± 5 68 ± 14 23.9
Trehalose 150 10 l.l±0.1 20±5 58±7 56±6 11.4Trehalose 150 10 l.l ± 0.1 20 ± 5 58 ± 7 56 ± 6 11.4
Trehalose 150 10 10 1.4±0.1 38±3 100±12 59±8 22.4Trehalose 150 10 10 1.4 ± 0.1 38 ± 3 100 ± 12 59 ± 8 22.4
L929-ZellenL929 cells
Inosit 100 2 1.9±0.1 85±1 182±10 16±2 13.7Inositol 100 2 1.9 ± 0.1 85 ± 1 182 ± 10 16 ± 2 13.7
Inosit 100 10 1.5±0.1 75±4 104±19 12±1 9.1Inositol 100 10 1.5 ± 0.1 75 ± 4 104 ± 19 12 ± 1 9.1
Inosit 100 10 10 1.8±0.1 87±1 355±22 16±2 14.1Inositol 100 10 10 1.8 ± 0.1 87 ± 1 355 ± 22 16 ± 2 14.1
Trehalose 100 2 l.&fcO.l 71±1 177±21 31±4 21.9Trehalose 100 2 l. & FcO.l 71 ± 1 177 ± 21 31 ± 4 21.9
Trehalose 100 10 1.3±0.1 60±5 133±28 28±2 16.8Trehalose 100 10 1.3 ± 0.1 60 ± 5 133 ± 28 28 ± 2 16.8
Trehalose 100 10 10 1.5±0.2 69±2 188=1=10 45±9 31.0 Trehalose 100 10 10 1.5 ± 0.2 69 ± 2 188 = 1 = 10 45 ± 9 31.0
Legende zu Tabelle 4: a T ist die Dauer der hypotonen Behandlung vor dem ersten Elektropuls; v(7) ist das relativeLegend to Table 4: a T is the duration of hypotonic treatment before the first electropulse; v (7) is the relative
Zellvolumen zur Zeit T der Pulsapplikation nach dem hypotonen Schock. b Die TA- und GE- Werte repräsentieren den Prozentsatz bzw. den geometrischen Mittelwert der Fluoreszenzintensität von GFP-positiven Zellen, ermittelt aus GF-Histogrammen.Cell volume at time T of pulse application after hypotonic shock. b The TA and GE values represent the percentage or geometric mean fluorescence intensity of GFP positive cells, as determined from GF histograms.
Die geometrischen GE-Mittelwerte von nicht-transfizierten Zellen (d.h., dieGE geometric mean values of untransfected cells (i.e., the
Autofluoreszenz) waren 3 ± 0.3 a.u. Die Daten repräsentieren den Mittelwert ± SA vonAutofluorescence) were 3 ± 0.3 a.u. The data represent the mean ± SA of
3-9 Experimenten. c PF ist die Anzahl der lebensfähigen Zellen 48 h nach einer Elektrotransfektion, angegeben als Prozentsatz der ursprünglichen Anzahl von Zellen. d Die Transfektionseffizenz TE ist definiert als TA x PF in Prozent. TE ist proportional zur3-9 experiments. c PF is the number of viable cells 48 h after electro-transfection, expressed as a percentage of the original number of cells. d The transfection license TE is defined as TA x PF in percent. TE is proportional to
Anzahl der lebenden Zellen, die das Reportergen exprimieren.Number of live cells expressing the reporter gene.
Die folgenden Beispiele erläutern spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne dieselbe jedoch darauf zu beschränken. The following examples illustrate specific embodiments of the present invention without, however, limiting it thereto.
BEISPIEL 1EXAMPLE 1
Elektroporation/transfektion von Zellen, deren Plasmamembran mit lipophilen Anionen dotiert wurdeElectroporation / transfection of cells whose plasma membrane has been doped with lipophilic anions
Für die Elektrotransfektion wurden Jurkat-T-Lymphozyten-Zellen, HEK 293-Zellen und Maus-Fibroblasten-L929-Zellen in vollständigem RMPI- Wachstumsmedium („Complete Growth Medium"; abgekürzt CGM), ergänzt mit 10 % (Vol/Vol.) fötalem Kalbserum, bei 37 °C unter 5 % CO2 gezüchtet. Vor der Elektrotransfektion wurden die adhärenten Zellen (d.h. HEK 293 und L929-Zellen) mit 0,5 mg/ml Trypsin ohne EDTA abgelöst, um die Kontaminierung des Pulsmediums mit diesem Chelatbildner zu vermeiden. Das Enzym wurde durch Waschen mit CGM entfernt.For electrotransfection, Jurkat T lymphocyte cells, HEK 293 cells, and mouse fibroblast L929 cells were incubated in Complete Growth Medium (CGM) supplemented with 10% (v / v). fetal calf serum, cultured at 37 ° C under 5% CO 2. Before electro-transfection, the adherent cells (ie, HEK 293 and L929 cells) were detached with 0.5 mg / ml trypsin without EDTA to prevent contamination of the pulse medium with this chelator The enzyme was removed by washing with CGM.
Die Elektrotransfektions/Porationsprotokolle beinhalteten die folgenden Schritte:The electrotransfection / poration protocols included the following steps:
1. Waschen der Zellen mit einer isotonen Waschlösung (IWS-P, siehe Tabelle 1);1. washing the cells with an isotonic wash solution (IWS-P, see Table 1);
2. Suspension von Zellen (106 Zellen/ml) in einer hypotonen Pulslösung (HPS, Tabelle 1), enthaltend 10 μg/ml pEGFP-Cl (Clontech, Heidelberg, Deutschland), kodierend für ein grünes Fluoreszenzprotein (GFP);2. suspension of cells (10 6 cells / ml) in a hypotonic pulse solution (HPS, Table 1) containing 10 μg / ml pEGFP-Cl (Clontech, Heidelberg, Germany) encoding a green fluorescent protein (GFP);
3. Inkubation der Zellen für 2 oder 10 min. in HPS;3. Incubate the cells for 2 or 10 min. in HPS;
4. Applikation eines einzigen exponentiell abnehmenden Pulses bei den Zellproben (-800 μl) bei Raumtemperatur (RT etwa 22-24°C) unter Verwendung des Multiporators (Eppendorf, Hamburg, Deutschland) und steriler Küvetten mit planaren Aluminiumelektroden in einem Abstand von 4 mm;4. Apply a single exponentially decreasing pulse to the cell samples (-800 μl) at room temperature (RT about 22-24 ° C) using the Multiporator (Eppendorf, Hamburg, Germany) and sterile cuvettes with planar aluminum electrodes at a distance of 4 mm ;
5. Nachinkubation der Zellen in Pulsmedium für 10 min bei RT;5. re-incubation of the cells in pulse medium for 10 min at RT;
6. Sanfte Überführung der Zellen in 5 ml vorgewärmtes CGM und 2tägige Kultivierung, um die maximale GFP-Epression erzielen;6. Gentle transfer of the cells to 5 ml prewarmed CGM and 2 days of culture to achieve maximal GFP expression;
7. Analyse mittels Durchflußzytometrie und elektronischer Zellzählung .7. Analysis by flow cytometry and electronic cell counting.
L929-Zellen wurden mit einem Puls von 3 kV/cm Feldstärke und 100 μs Dauer in 100 mOsm Pulsmedien (HPS, Tabelle 1) elektrotransfiziert. Jurkat-Zellen wurden mit 1,2 kV/cm und 40 μs in 100 mOsm HPS transfiziert. HEK-Zellen wurden mit 1,5 kV/cm und 70 μs in 150 mOsm HPS-Pulsmedien behandelt. Zur Untersuchung der Wirkung eines lipophilen Anions hisichtlich der Vermeidung bzw. Minimierung von unerwünschten Elektrolytverlusten und der Stabilisierung des Zellvolumens wurden verschiedene Porationsmedien mit 10 μM des lipophilen Wolframkomplexes der obigen Formel 3, abgekürzt LTC („lipophilic tungsten complex") versetzt.L929 cells were electrotransfected with a pulse of 3 kV / cm field strength and 100 μs duration in 100 mOsm pulse media (HPS, Table 1). Jurkat cells were transfected at 1.2 kV / cm and 40 μs in 100 mOsm HPS. HEK cells were treated at 1.5 kV / cm and 70 μs in 150 mOsm HPS pulsed media. To investigate the effect of a lipophilic anion herichtlich the avoidance or minimization of unwanted electrolyte losses and the stabilization of the cell volume various Porationsmedien with 10 .mu.M of the lipophilic tungsten complex of the above formula 3, abbreviated LTC ("lipophilic tungsten complex") were added.
Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse, die bei verschiedenen Mediumzusammensetzungen und Zeitbedingungen für den hypotonen Schock erhalten wurden.Table 4 shows the results obtained at various medium compositions and time conditions for hypotensive shock.
Die Zugabe des LTC führte, insbesondere bei den längeren Inkubationszeiten in hypotonen Medien, zu einer deutlichen Steigerung der Transfektionseffizienzen.The addition of LTC resulted, especially in the longer incubation times in hypotonic media, to a significant increase in transfection efficiencies.
Die verbesserten Transfektionsausbeuten konnten auch in zusätzlichen Experimenten unter Elektroinjektion des Markers Propidiumiodid bestätigt werden (Fig. 8). Hierbei enthielten die Pulsmedien 25 μg/ml Propidiumiodid (PI), einen kationischen, normalerweise nicht Membran-permeablen Farbstoff, der nach Bindung an Nukleinsäuren eine starke Fluoreszenz zeigt. PI erfüllte zwei Aufgaben, erstens als Farbstoff, mit dem lebende Zellen von toten unterschieden werden können (Kurzzeit- Vitalitätstest) und zweitens als Indikator der vorübergehenden elektrisch induzierten Membranpermeabilität. Die PI-Anfärbung der Zellen wurde innerhalb von 10-15 Minuten nach der Pulsapplikation mittels Durchflusszytometrie analysiert.The improved transfection yields could also be confirmed in additional experiments with electroinjection of the marker propidium iodide (FIG. 8). The pulsed media contained 25 μg / ml propidium iodide (PI), a cationic, normally non-membrane permeable, dye which shows strong fluorescence upon binding to nucleic acids. PI performed two tasks, first as a dye that allows live cells to be distinguished from dead (short term vitality test) and secondly as an indicator of transient electrically induced membrane permeability. The PI staining of the cells was analyzed by flow cytometry within 10-15 minutes after pulse application.
BEISPIEL 2 Elektrofusion von ZellenEXAMPLE 2 Electrofusion of cells
Für die Elektrofusion wurden humane B-Lymphozyten aus dem peripheren Blut gesunder Spender isoliert und mit 2,4 μg/ml Phytohämagglutinin (PHA-L) aktiviert wie bekannt. Die aktivierten Zellen wurden bei 37°C in einer mit 5% CO2 angereicherten Atmosphäre kultiviert. Als die Zelldichte ~ 5x106 Zellen/ml überstieg, wurden die Zellen auf eine Dichte von 1x106 Zellen/ml verdünnt. Die aktivierten B-Lymphozyten wurden mit der Human- Maus-Heteromyelom-Zellinie H73C11 fusioniert (hier im folgenden als H7-Zellen bezeichnet), die unter Standardbedingungen gezüchtet worden war. Für die Elektrofusion wurden B-Lymphozyten und H7-Zellen in CGM in einem Verhältnis von 1:1 gemischt, durch Zentrifugation bei 200 x g für 10 min pelletiert und in einer hypotonen, Zucker-ergänzten Fusionslösung (HFS) mit einer Osmolalität von 75 oder 100 mOsm (siehe Tab. 2) resuspendiert. Die Zellen wurden dann zweimal mit HFS gewaschen (erneute Zentrifugation bei 200 x g für 10 min und Resuspension). 200 μl der Zellsuspension in HFS wurden in eine helikale Kammer pipettiert, bestehend aus einem Perspex-Röhrchen, um das zwei Platindrähte in einem Abstand von 200 μm gewunden waren. Die endgültige Zelldichte betrug 3 x 105 Zellen/ml. Nach diesem Standardprotokoll wurden die Zellen einem hypotonen Stress für mindestens zwanzig Minuten während der Waschschritte ausgesetzt, bevor der erste Fusionspuls appliziert wurde. Bei den verbesserten Protokollen wurde die Dauer des hypotonen Stresses durch die Verwendung isotoner Waschlösungen (IWS-F, Tab. 2) signifikant verringert.For the electrofusion, human B lymphocytes were isolated from the peripheral blood of healthy donors and activated with 2.4 μg / ml phytohemagglutinin (PHA-L) as known. The activated cells were cultured at 37 ° C in a 5% CO 2 enriched atmosphere. When the cell density exceeded ~ 5x10 6 cells / ml, the cells were diluted to a density of 1x10 6 cells / ml. The activated B lymphocytes were fused to the human mouse heteromyeloma cell line H73C11 (hereinafter referred to as H7 cells) grown under standard conditions. For electrofusion, B lymphocytes and H7 cells were mixed in CGM in a 1: 1 ratio, pelleted by centrifugation at 200 xg for 10 min, and in a hypotonic, sugar-supplemented fusion solution (HFS) with an osmolality of 75 or 100 mOsm (see Tab. 2) resuspended. The cells were then washed twice with HFS (re-centrifugation at 200xg for 10 min and resuspension). 200 μl of the cell suspension in HFS were pipetted into a helical chamber consisting of a Perspex tube around which two platinum wires were wound at a distance of 200 μm. The final cell density was 3 × 10 5 cells / ml. According to this standard protocol, the cells were exposed to hypotonic stress for at least twenty minutes during the washing steps before the first fusion pulse was applied. In the improved protocols, the duration of hypotensive stress was significantly reduced by using isotonic wash solutions (IWS-F, Table 2).
Zur Elektrofusion wurde der Eppendorf-Multiporator verwendet. Die Zellen wurden zunächst dielektrophoretisch durch ein alternierendes Feld von 45 Vpp Amplitude und 2 MHz Frequenz für 30 s angenähert. Danach wurde das Hochfrequenzfeld abgeschaltet und die Fusion durch drei rechteckige Gleichstrom-Pulse von 30 V Amplitude und 15 μs Dauer initiiert. Dann wurde erneut ein 2-MHz-Feld von 5 Vpp Amplitude appliziert, um die Zellen während des folgenden Fusionsprozesses in Position zu halten. Die helikale Kammer wurde dann ohne Störungen für 10 min bei RT gehalten. Die Kammer wurde dann mit 1 ml isotonem CGM gespült und die Zellen wurden in 4 Mulden einer 24-Muldenplatte, mit jeweils ImI isotonem CGM gefüllt, platziert. Nach 24 h wurde das Selektions-HAT- Medium, worin nur die Hybridomzellen proliferierten, den Mulden zugegeben. Hybridom- Kolonien wurden 1 -3 Wochen nach der Elektrofusion gezählt.The Eppendorf Multiporator was used for electrofusion. The cells were first approximated dielectrophoretically by an alternating field of 45 Vpp amplitude and 2 MHz frequency for 30 s. Thereafter, the RF field was turned off and fusion initiated by three rectangular DC pulses of 30 V amplitude and 15 μs duration. Then again a 2 MHz field of 5 Vpp amplitude was applied to hold the cells in place during the ensuing fusion process. The helical chamber was then held at RT without disturbance for 10 min. The chamber was then rinsed with 1 ml of isotonic CGM and cells were placed in 4 wells of a 24-well plate filled with ImI isotonic CGM, respectively. After 24 hours, the selection HAT medium in which only the hybridoma cells proliferated was added to the wells. Hybridoma colonies were counted 1-3 weeks after electrofusion.
Die Gegenwart von lipophilen Anionen, z.B. WW, erhöhte die Effizienz und Reproduzierbarkeit der Elektrofusion, insbesondere bei längerer Dauer des hypotonen Stresses, deutlich. Insbesondere wurde reproduzierbar eine hohe Ausbeute an lebensfähigen Hybridzellen erhalten. BEISPIEL 3The presence of lipophilic anions, eg WW, markedly increased the efficiency and reproducibility of the electrofusion, especially with prolonged duration of hypotonic stress. In particular, a high yield of viable hybrid cells was reproducibly obtained. EXAMPLE 3
Bestimmung des durch lipophile Anionen induzierten Membrankapazitätsverlaufs bei Oozyten in Abhängigkeit von der MembranspannungDetermination of the lipophilic anions-induced membrane capacity course in oocytes as a function of the membrane voltage
Die Messungen wurden an Xenopus laevis-Oozyten unter Verwendung der Zwei- Elektroden-Spannungs-Klemm-Technik in ND96-Lösung durchgeführt. Zur Berechnung der Membrankapazität Cm (UH) in An- und Abwesenheit der lipophilen Anionen wurden mit der Software Clampex 9.2® Spannungsrampen-Protokolle programmiert. Bei diesen wurde zuerst das Potential auf einen bestimmten Wert geklemmt und Spannungsrampen (dU/dt) bis zu definierten Spannungen gefahren. (Es wurden auch Messungen bei der natürlichen Membranspannung ohne Spannungsklemme vorgenommen).Measurements were made on Xenopus laevis oocytes using the two-electrode voltage clamp technique in ND96 solution. To calculate the membrane capacity Cm (U H ) in the presence and absence of the lipophilic anions, voltage ramp protocols were programmed with the Clampex 9.2 ® software. In these, the potential was first clamped to a certain value and voltage ramps (dU / dt) were driven to defined voltages. (Measurements were also made on the natural membrane voltage without voltage clamp).
Die ND96-Lösung enthielt 96 mM NaCl, 2 mM KCl, 1,8 mM CaCl2, 1 mM MgCl2, 5 mM Hepes und war mit NaOH auf pH 7,4 eingestellt. Bei ND96 + 2,8 mM BaCl2 waren 1,8 mM CaCl2 und 1 mM MgCl2 durch 2,8 mM BaCl2 ersetzt.The ND96 solution contained 96 mM NaCl, 2 mM KCl, 1.8 mM CaCl 2 , 1 mM MgCl 2 , 5 mM Hepes, and was adjusted to pH 7.4 with NaOH. For ND96 + 2.8 mM BaCl 2 , 1.8 mM CaCl 2 and 1 mM MgCl 2 were replaced by 2.8 mM BaCl 2 .
Für die Messungen wurden mit Collagenase behandelte Oozyten der Stadien IV-VI verwendet.Collagenase-treated stage IV-VI oocytes were used for the measurements.
Die Ergebnisse der Messungen mit drei verschiedenen lipophilen Anionen (Verbindungen 1 bis 3) sind in Fig. 4 dargestellt.The results of measurements with three different lipophilic anions (compounds 1 to 3) are shown in FIG.
Die Bestimmung der Spannungabhängigkeit der Kapazitätserhöhung („Glockenkurve") für die Ionen 1 bis 3 zeigt, daß DPA und WO nahezu identische Glockenkurven aufweisen. Hingegen weist WW (LTC) eine stark verschobene Glockenkurve auf, mit einem Maximum von -130 mV (in Vergleich zu -70 mV und -80 mV bei DPA bzw. WO).The determination of the voltage dependence of the capacitance increase ("bell curve") for ions 1 to 3 shows that DPA and WO have nearly identical bell curves, whereas WW (LTC) has a strongly shifted bell curve, with a maximum of -130 mV (in comparison to -70 mV and -80 mV at DPA or WO).
Es ist daher anzunehmen, dass bei normalen Zellpotentialen im Fall von WO und DPA eine Verteilung der lipophilen Ionen vorliegt (VM = -30 - -70 mV), die nahe an der Gleichverteilung liegt. Hingegen sollte LTC (WW) unter normalen Zellbedingungen ungleich auf der Seite des Zytosols akkumuliert sein. Zitierte LiteraturIt is therefore to be assumed that at normal cell potentials in the case of WO and DPA there is a distribution of the lipophilic ions (V M = -30-70 mV), which is close to the uniform distribution. On the other hand, under normal cell conditions, LTC (WW) should be unevenly accumulated on the side of the cytosol. Quoted literature
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Bazzini, C, Rodighiero, S., Meyer, G., Eichmüller, S., Wöll, E., Paulmichl, M.Bazzini, C, Rodighiero, S., Meyer, G., Eichmüller, S., Woll, E., Paulmichl, M.
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Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Behandlung von Zellen mit elektrischen Feldern zur Veränderung der Membranpermeabilität dieser Zellen, mit den Schritten:A method of treating cells with electric fields to alter the membrane permeability of said cells, comprising the steps of:
- Bereitstellung von mindestens einer Zelle (1) in einem Behandlungsmedium (2), und- Providing at least one cell (1) in a treatment medium (2), and
- Beaufschlagung der Zelle (1) mit mindestens einem elektrischen Spannungspuls, gekennzeichnet durch den Schritt:- Acting on the cell (1) with at least one electrical voltage pulse, characterized by the step:
- Zusatz von lipophilen Ionen zu dem Behandlungsmedium (2).- Addition of lipophilic ions to the treatment medium (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, welches eine Elektromanipulation, insbesondere Elektroporation oder Elektrofusion, der Zelle(n) darstellt oder umfasst.2. Method according to claim 1, which represents or comprises an electromanipulation, in particular electroporation or electrofusion, of the cell (s).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Zellen prokaryotische oder eukaryotische Zellen sind.3. The method of claim 1 or 2, wherein the cells are prokaryotic or eukaryotic cells.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Zellen lebende Zellen sind.The method of claim 3, wherein the cells are living cells.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Zellen natürliche oder künstliche membranumhüllte Vesikel, Liposomen oder Micellen sind.5. The method of claim 1 or 2, wherein the cells are natural or artificial membrane-coated vesicles, liposomes or micelles.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die lipophilen Ionen dem Behandlungsmedium (2) in einer Konzentration im Bereich von 1 nM bis 100 μM zugesetzt werden.6. The method according to at least one of claims 1 to 5, wherein the lipophilic ions are added to the treatment medium (2) in a concentration in the range of 1 nM to 100 uM.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Zusatz der lipophilen Ionen zu dem Behandlungsmedium (2) zu einer Dotierung der Membranen der zu behandelnden Zellen mit diesen lipophilen Ionen führt.7. The method according to at least one of claims 1 to 6, wherein the addition of the lipophilic ions to the treatment medium (2) leads to a doping of the membranes of the cells to be treated with these lipophilic ions.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die lipophilen Ionen Kationen, Anionen oder ein Gemisch aus Kationen und Anionen sind. 8. The method according to at least one of claims 1 to 7, wherein the lipophilic ions are cations, anions or a mixture of cations and anions.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die lipophilen Ionen Anionen sind.9. The method according to at least one of claims 1 to 8, wherein the lipophilic ions are anions.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die lipophilen Anionen wenigstens eine Substanz aus der Gruppe von Anionen enthalten, die Anionen von lipophilen Metallkomplexen, lipophilen organometallischen Verbindungen und lipophilen organischen Verbindungen mit mindestens einer deprotonierbaren funktionellen Gruppe umfasst.10. The method of claim 9, wherein the lipophilic anions contain at least one substance from the group of anions comprising anions of lipophilic metal complexes, lipophilic organometallic compounds and lipophilic organic compounds having at least one deprotonatable functional group.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem lipophilen Anionen wenigstens eine Substanz aus der Gruppe von Anionen enthalten, die Anionen lipophiler Wolfram-Komplexe (LTC), insbesondere lipophiler Wolframcarbonyl-Komplexe, Dipikrylamin (DPA) und Derivate davon, Derivate lipophiler organischer Verbindungen, die mindestens eine Carboxylat-, Sulfonat-, Sulfat-, Thiosulfat- oder Thiocyanatgruppe enthalten, insbesondere Arachidonsäure, oder Anionen eines gegebenenfalls substituierten Tetraphenylborats oder Phenyldicarbaundecandecaborans (PCB) oder eines Tetracyanoborats [B(CN)4]' oder Tetratrifiuormethylborats [B(CF3)4]" umfasst.11. The method of claim 10, wherein the lipophilic anions contain at least one substance from the group of anions, the anions of lipophilic tungsten complexes (LTC), in particular lipophilic tungsten carbonyl complexes, dipicrylamine (DPA) and derivatives thereof, derivatives of lipophilic organic compounds, which contain at least one carboxylate, sulfonate, sulfate, thiosulfate or thiocyanate, particularly arachidonic acid, or anions of a substituted or unsubstituted tetraphenylborate or Phenyldicarbaundecandecaborans (PCB) or a Tetracyanoborats [B (CN) 4] 'or Tetratrifiuormethylborats [B (CF 3 ) 4 ] " .
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die lipophilen Anionen aus der Gruppe der folgenden Anionen12. The method of claim 11, wherein the lipophilic anions from the group of the following anions
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ausgewählt sind. are selected.
13. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die lipophilen Ionen für lebende Zellen physiologisch verträglich sind.13. The method according to at least one of the preceding claims, wherein the lipophilic ions are physiologically compatible for living cells.
14. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die lipophilen Ionen durch UV-Licht abbaubar sind und für lebende Zellen physiologisch verträgliche Abbauprodukte ergeben.14. The method according to at least one of the preceding claims, wherein the lipophilic ions are degradable by UV light and yield for living cells physiologically acceptable degradation products.
15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die lipophilen Ionen die Membrankapazität C der Zelle in Abhängigkeit von der Membranspannung der Zelle zu erhöhen.15. The method according to at least one of claims 1 to 14, wherein the lipophilic ions to increase the membrane capacitance C of the cell in response to the membrane voltage of the cell.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Abhängigkeit von der Membranspannung das Verhalten einer symmetrischen oder asymmetrischen Glockenkurve mit einer Spannung Vmax , bei der die Kapazitätserhöhung C(Vmax) maximal ist, aufweist.16. The method of claim 15, wherein the dependence on the membrane voltage, the behavior of a symmetrical or asymmetric bell curve with a voltage Vm ax , at which the increase in capacitance C (V max ) is maximum, having.
17. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Auswahl der lipophilen Ionen bei einem Vorversuch vorgesehen ist, mit den Schritten:17. The method according to at least one of the preceding claims, wherein a selection of the lipophilic ions is provided in a preliminary test, comprising the steps:
- Messung der elektrischen Membrankapazität der biologischen Zelle in Abhängigkeit von einer angelegten Membranspannung, wobei die Spannungsabhängigkeit der durch lipophile Ionen induzierten Membrankapazität mit mehreren verschiedenen lipophilen Ionen im Behandlungsmedium (2) gemessen wird, undMeasuring the electrical membrane capacity of the biological cell as a function of an applied membrane voltage, the voltage dependence of the lipophilic ion-induced membrane capacity being measured with a plurality of different lipophilic ions in the treatment medium (2), and
- Feststellung und Auswahl der lipophilen Ionen, für welche die durch lipophile Ionen induzierte Membrankapazität der Zelle (1) ein vorbestimmtes Auswahlkriterium erfüllt.Detection and selection of the lipophilic ions for which the lipophilic ion-induced membrane capacity of the cell (1) fulfills a predetermined selection criterion.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die lipophilen Ionen ausgewählt werden, für welche die Membrankapazität bei der natürlichen Membranspannung der Zelle (1) minimal ist oder an einer der abfallenden Flanken der in Anspruch 16 definierten Glockenkurve liegt.18. The method of claim 17, wherein the lipophilic ions are selected for which the membrane capacitance at the natural membrane voltage of the cell (1) is minimal or at one of the falling edges of the bell curve defined in claim 16.
19. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die lipophilen Ionen ausgewählt werden, für welche die Membrankapazität bei der natürlichen Membranspannung der Zelle (1) ein Maximum aufweist. 19. The method of claim 17, wherein the lipophilic ions are selected for which the membrane capacity at the natural membrane voltage of the cell (1) has a maximum.
20. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 19, mit dem Schritt:20. The method according to at least one of claims 17 to 19, with the step:
- Zusatz eines Salzes in das Behandlungsmedium (2) zur Einstellung der natürlichen Membranspannung der Zelle (1).- Addition of a salt in the treatment medium (2) for adjusting the natural membrane voltage of the cell (1).
21. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem Schritt:21. The method according to at least one of the preceding claims, with the step:
- Zusatz einer osmotisch wirksamen Substanz in das Behandlungsmedium (2) zur Erzeugung eines hypotonen Stresses für die mindestens eine biologischen Zelle (1).- Addition of an osmotically active substance in the treatment medium (2) for generating a hypotonic stress for the at least one biological cell (1).
22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Beaufschlagung der biologischen Zelle (1) mit dem elektrischen Spannungspuls mit einer Verzögerungszeit nach dem Zusatz der osmotisch wirksamen Substanz erfolgt, wobei die Verzögerungszeit im Bereich von 15 s bis 10 min gewählt ist.22. The method of claim 21, wherein the loading of the biological cell (1) takes place with the electrical voltage pulse with a delay time after the addition of the osmotically active substance, wherein the delay time is selected in the range of 15 s to 10 min.
23. Verwendung von lipophilen Ionen zum Zusatz in ein Behandlungsmedium (2), in dem Zellen einer Behandlung mit elektrischen Feldern unterzogen werden, die einen elektrischen Spannungspuls beinhaltet.23. Use of lipophilic ions for addition to a treatment medium (2), in which cells are subjected to a treatment with electric fields, which includes an electrical voltage pulse.
24. Verwendung nach Anspruch 23, bei dem die Zellen prokaryotische oder eukaryotische Zellen sind.Use according to claim 23, wherein the cells are prokaryotic or eukaryotic cells.
25. Verwendung nach Anspruch 24, bei dem die Zellen lebende Zellen sind.Use according to claim 24, wherein the cells are living cells.
26. Verwendung nach Anspruch 25, bei dem die Zellen natürliche oder künstliche membranumhüllte Vesikel, Liposomen oder Micellen sind.Use according to claim 25, wherein the cells are natural or artificial membrane-enveloped vesicles, liposomes or micelles.
27. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 26, bei der die Behandlung mit elektrischen Feldern eine Elektroporation oder Elektrofusion darstellt oder umfasst.27. Use according to any one of claims 23 to 26, wherein the treatment with electric fields is or comprises electroporation or electrofusion.
28. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 27, bei der die lipophilen Ionen Anionen sind. 28. Use according to any one of claims 23 to 27, wherein the lipophilic ions are anions.
29. Verwendung nach Anspruch 28, bei dem die lipophilen Anionen wenigstens eine Substanz aus der Gruppe von Anionen enthalten, die Anionen von lipophilen Metallkomplexen, lipophilen organometallischen Verbindungen und lipophilen organischen Verbindungen mit mindestens einer deprotonierbaren funktionellen Gruppe umfasst.29. Use according to claim 28, wherein the lipophilic anions contain at least one substance from the group of anions comprising anions of lipophilic metal complexes, lipophilic organometallic compounds and lipophilic organic compounds having at least one deprotonatable functional group.
30. Verwendung nach Anspruch 29, bei dem lipophilen Anionen wenigstens eine Substanz aus der Gruppe von Anionen enthalten, die Anionen lipophiler Wolfram- Komplexe (LTC), insbesondere lipophiler Wolframcarbonyl-Komplexe, Dipikrylamin (DPA) und Derivate davon, Derivate lipophiler organischer Verbindungen, die mindestens eine Carboxylat-, Sulfonat-, Sulfat-, Thiosulfat- oder Thiocyanatgruppe enthalten, insbesondere Arachidonsäure, oder Anionen eines gegebenenfalls substituierten Tetraphenylborats oder Phenyldicarbaundecandecaborans (PCB) oder eines Tetracyanoborats [B(CN)4]' oder Tetratrifluormethylborats [B(CF3)4]" umfasst.30. Use according to claim 29, wherein the lipophilic anions comprise at least one substance from the group of anions, the anions of lipophilic tungsten complexes (LTC), in particular lipophilic tungsten carbonyl complexes, dipicrylamine (DPA) and derivatives thereof, derivatives of lipophilic organic compounds, containing at least one carboxylate, sulfonate, sulfate, thiosulfate or thiocyanate, in particular arachidonic acid, or anions of an optionally substituted tetraphenylborate or Phenyldicarbaundecandecaborans (PCB) or a Tetracyanoborats [B (CN) 4 ] ' or Tetratrifluormethylborats [B (CF 3 ) 4 ] " .
31. Verwendung nach Anspruch 30, bei dem die lipophilen Anionen aus der Gruppe der folgenden Anionen31. Use according to claim 30, wherein the lipophilic anions from the group of the following anions
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11
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ausgewählt sind. are selected.
32. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mehrere lipophile Ionen unterschiedlicher Natur in gleichen oder unterschiedlichen Konzentrationen zur gleichen Zeit oder in zeitlicher Abfolge eingesetzt werden.32. The method according to at least one of the preceding claims, in which a plurality of lipophilic ions of different nature are used in equal or different concentrations at the same time or in chronological order.
33. Lipophile Metallkomplexe, ausgewählt aus der folgenden Gruppe:33. Lipophilic metal complexes selected from the following group:
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