WO2011125600A1 - 細胞活性化方法および細胞活性化装置 - Google Patents

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WO2011125600A1
WO2011125600A1 PCT/JP2011/057586 JP2011057586W WO2011125600A1 WO 2011125600 A1 WO2011125600 A1 WO 2011125600A1 JP 2011057586 W JP2011057586 W JP 2011057586W WO 2011125600 A1 WO2011125600 A1 WO 2011125600A1
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WO
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cell
electromagnetic wave
irradiation
cell activation
activation device
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PCT/JP2011/057586
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武大 中川
長生 濱田
真吾 長友
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パナソニック電工 株式会社
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    • A61P31/12—Antivirals
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    • C12M35/02—Electrical or electromagnetic means, e.g. for electroporation or for cell fusion
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/06—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid

Definitions

  • the present invention relates to a cell activation method and a cell activation device for activating cells.
  • Activating immune cells is considered effective for the treatment of cancer and the prevention and treatment of infectious diseases.
  • Patent Document 1 a method of activating immune cells by administering interleukins or agonists to immune cells is known.
  • An object of the present invention is to provide a cell activation method and a cell activation apparatus that can activate cells without medication.
  • One aspect of the present invention is a cell comprising irradiating the cell with an electromagnetic wave having a specific frequency of 30 GHz to 3 THz, which causes at least one of cell proliferation, morphology increase, and internal state change.
  • An activation method is provided.
  • the electromagnetic wave having the specific frequency is irradiated to the cell for a predetermined period.
  • the predetermined period is preferably longer than a period from the time when the irradiation of the electromagnetic wave is started to the time when the activation degree of the cells temporarily decreases and then starts increasing.
  • the cell is fibroblast or transformed fibroblast.
  • the cell activation device includes an irradiation unit that irradiates the cell with an electromagnetic wave having a specific frequency of 30 GHz to 3 THz, which causes at least one of cell proliferation, morphology increase, and internal state change. .
  • the cell activation device includes a timer for controlling the irradiation period, and the irradiation period is from the time when the irradiation of the electromagnetic wave is started to the time when the activation degree of the cell temporarily decreases and then starts to increase. Longer than the period is preferred.
  • the cell activation device preferably includes a detection unit that detects at least one of the number, morphology, and internal state of the cells as the degree of cell activation.
  • the detection unit includes an electrode for measuring the electrical resistance of the cell, and detects at least one of the number and form of the cell and an internal state based on the measured electrical resistance.
  • the cell activation device preferably further includes a well for storing the cells and the culture solution, and the irradiation unit irradiates the cells in the culture solution with the electromagnetic waves.
  • the second detection electrode is disposed on the culture scaffold side, and the second detection electrode is disposed on the opposite side of the cell culture scaffold side.
  • the detection unit measures the pH of the culture solution and detects at least one of the number and form of the cells and the internal state based on the measured pH.
  • the irradiation unit irradiates the cells constituting the living body with the electromagnetic wave.
  • the cell is fibroblast or transformed fibroblast.
  • This cell activation device preferably includes a display unit for displaying the degree of cell activation.
  • the cell activation device is a detection unit including a culture solution, a well that accommodates the cell, and a detection electrode disposed at a position separated from each other in the well, and detects a change in electrical resistance of the cell.
  • a detecting unit including a culture solution, a well that accommodates the cell, and a detection electrode disposed at a position separated from each other in the well, and detects a change in electrical resistance of the cell.
  • the irradiation unit irradiates the electromagnetic wave from below the well toward the bottom of the well.
  • the cell activation device further includes an extracellular matrix disposed in the bottom of the well in the well, and the detection electrode includes an upper end position of the extracellular matrix and a position spaced from the extracellular matrix. Is arranged.
  • the irradiating unit includes an electromagnetic wave generating element that generates an electromagnetic wave having a frequency of 50 GHz, and the electromagnetic wave generating element has an output adjusted to have an intensity of 1 ⁇ W to 1 pW when reaching the cell.
  • the cell activation device generates an electromagnetic wave, and includes a timer for setting the irradiation period of the electromagnetic wave by the irradiation unit so that the irradiation of the electromagnetic wave is continued for at least 10 minutes after the irradiation of the electromagnetic wave is started.
  • An example cell activation device includes a plurality of detection electrodes that are in contact with a surface of a living body and detect electrical resistance of the surface of the living body, and the plurality of detection electrodes are arranged apart from each other or annularly,
  • the irradiation unit includes an electromagnetic wave emission port for irradiating the electromagnetic wave toward an intermediate position or center of the plurality of detection electrodes.
  • the irradiation section further includes a protective case for an electromagnetic wave generating element that generates the electromagnetic wave, and the plurality of detection electrodes are supported by the protective case.
  • the irradiation unit has an electromagnetic wave emission port, and the irradiation unit is formed of a material that shields the electromagnetic wave except for the electromagnetic wave emission port.
  • Still another aspect of the present invention comprises injecting cells and a culture solution into a well and culturing the cells, and irradiating the cells with an electromagnetic wave having a specific frequency of 30 GHz to 3 THz while culturing.
  • a cell culture method is provided.
  • the irradiation includes irradiating the electromagnetic wave so that the intensity when reaching the cell is 1 ⁇ W to 1 pW.
  • the irradiation is performed by irradiating the electromagnetic wave for a period longer than a period from a time when the irradiation of the electromagnetic wave is started to a time when the activation degree of the cell temporarily decreases and then starts increasing. Including.
  • the schematic diagram of the cell activation apparatus according to 1st Embodiment of this invention Sectional drawing of a sample container. The front view of a culture plate. The graph which shows resistance value ratio in the well before irradiating electromagnetic waves, during irradiation, and after irradiation.
  • (A) (b) The schematic diagram of the electrode of a modification.
  • (A) is a photograph showing the form of the cell before irradiating the electromagnetic wave
  • (b) is a photograph showing the form of the cell after irradiating the electromagnetic wave.
  • (A) is a photograph showing the form of the cell before irradiating the electromagnetic wave
  • (b) is a photograph showing the form of the cell after irradiating the electromagnetic wave.
  • the cell activation device 1 includes an irradiation unit 20 that irradiates electromagnetic waves, a sample container 30 for arranging cells, a detection unit 40 that detects the degree of cell activation, and a detection unit. 40, and a control unit 60 that controls the detection unit 40 and the display unit 50.
  • the irradiation unit 20 includes a protective case or housing 21.
  • the housing 21 is provided with an opening 23 as an electromagnetic wave emission port.
  • a diode is provided as an electromagnetic wave generating element 22 that generates an electromagnetic wave having a frequency of 50 GHz and an irradiation intensity of 1 ⁇ W.
  • the electromagnetic wave generated by the electromagnetic wave generating element 22 is emitted to the outside of the housing 21 through the opening 23 and irradiated to the cell 80 placed in the sample container 30 through the reflector 24.
  • the intensity of the electromagnetic wave when it reaches the cell 80 is about 1 ⁇ W to 1 pW.
  • the housing 21 can be formed of a material that shields electromagnetic waves except for the opening 23.
  • the operation unit 25 for controlling the electromagnetic wave irradiation of the irradiation unit 20 is connected to the irradiation unit 20.
  • the operation unit 25 can include a changeover switch 26 for switching the irradiation mode of the irradiation unit 20 and a timer 27 for controlling the electromagnetic wave irradiation period of the irradiation unit 20.
  • a continuous irradiation mode and a pulse irradiation mode are prepared in advance as irradiation modes.
  • the sample container 30 is preferably arranged in the internal space of the incubator 10 for cell culture.
  • the incubator 10 preferably includes an internal space capable of adjusting at least the temperature.
  • the incubator 10 includes an internal space in which temperature, humidity, and CO 2 concentration can be adjusted.
  • the sample container 30 is provided with a glass culture plate 31 for culturing the cells 80 therein.
  • the culture plate 31 includes a cell storage chamber or well 32 for arranging the cells 80 and the culture solution 90.
  • the inside of the well 32 is filled with the culture solution 90.
  • An extracellular matrix 91 that functions as a culture scaffold is laid on the bottom of the well 32.
  • the cells 80 are arranged above the extracellular matrix 91 and in the culture solution 90.
  • the electromagnetic waves generated by the irradiation unit 20 are irradiated to the cells from the bottom of the culture plate 31.
  • the detection unit 40 detects a change in the electrical resistance of the cell 80 at this time.
  • the well 32 has a flat bottom, and the extracellular matrix 91 occupies the entire surface of the bottom.
  • the structure of the detection unit 40 will be described in detail.
  • the detection unit 40 includes a supply electrode 41 and a detection electrode 42.
  • the supply electrode 41 is a transparent electrode such as indium tin oxide (ITO), and is disposed between the glass plate of the culture plate 31 and the extracellular matrix 91.
  • the detection electrode 42 is disposed at the upper end of the extracellular matrix 91, that is, the lower portion of the cell 80, and at a position away from the upper end of the extracellular matrix 91 in the culture solution 90, that is, the upper portion of the cell 80.
  • the detection electrode 42 detects a voltage value corresponding to the electrical resistance in the well 32. Based on the voltage value detected by the detection electrode 42, the detection unit 40 calculates a change in the electrical resistance of the cell 80.
  • the control unit 60 displays the activation degree of the cell 80 on the display unit 50 according to the calculation result.
  • the activation degree of the cells 80 decreases, the phenomenon that the number of the cells 80 in the well 32 decreases, the morphological change of the cells 80 such as the contraction of the cells 80, or the activation degree of the cells 80 decreases.
  • the internal state of the cell 80 corresponding to the change occurs.
  • the resistance value of the whole cell 80 in the well 32 becomes small. That is, a change in the activation degree of the cell 80 is reflected in the resistance value of the cell 80. Therefore, a change in the activation degree of the cell 80 can be detected by measuring the resistance value of the cell 80.
  • the increase in the form of the cell 80 includes, for example, an increase in the thickness of the layer of the cell 80 and an expansion of the cell 80.
  • the internal state of the cell 80 corresponding to the increase in the activation degree of the cell 80 may be, for example, synthesis of factors related to cell proliferation, synthesis of secreted substances if it is a secreted cell, and undifferentiated cells such as progenitor cells. Examples thereof include synthesis of factors involved in cell differentiation.
  • the culture plate 31 includes 12 ⁇ 4 wells 32.
  • Each well 32 is provided with electrodes 41 and 42.
  • changes in electrical resistance in the plurality of wells 32 can be individually measured.
  • the conditions for cell activation treatment were set as follows. -Fibroblast was used as the cell 80. -Electromagnetic waves were continuously irradiated to the specimens in the first well 32A and the third well 32C. The second well 32B was not irradiated with electromagnetic waves. Cells 80 were not placed in the third well 32C. The second well 32B and the third well 32C were used as control samples for the first well 32A.
  • the culture solution and cells 80 are dispensed into the first well 32A and the second well 32B, and only the culture solution 90 is dispensed into the third well 32C.
  • the volume of wells is equal to each other.
  • the second well 32B is covered with an aluminum foil so that the electromagnetic wave is not irradiated to the cells 80 of the second well 32B.
  • the culture plate 31 is placed in the incubator 10 set to a temperature of 37 ° C., a humidity of 100%, and CO 2 of 5%.
  • Figure 4 shows the change in resistance.
  • Time t1 indicates the start of irradiation.
  • the vertical axis is a value obtained by standardizing the resistance value in the well 32 with the resistance value at time t1 being 1, and may be referred to as a resistance value ratio.
  • the resistance value ratio is shown with one well as a representative of the wells 32A, 32B, and 32C.
  • the resistance value ratio of the well 32A shows a temporary decrease until time t2.
  • the resistance value ratio of the well 32A starts to increase from time t2, continues to increase after the end of electromagnetic wave irradiation, and shows a significant exponential increase trend from the end of irradiation to time t3 after a predetermined period.
  • the time when the resistance value ratio of the well 32A starts to increase from the decrease is about 10 to 15 minutes after the start of irradiation.
  • the resistance value ratio of the well 32B not irradiated with electromagnetic waves shows a certain gradual increase before, during and after irradiation of electromagnetic waves.
  • the resistance value ratio of the well 32 ⁇ / b> C containing only the culture solution 90 is not significantly changed before, during and after irradiation with electromagnetic waves.
  • the comparison results of the wells 32A, 32B, and 32C indicate that the irradiation of electromagnetic waves activated the cell 80.
  • the following results were obtained by experiments in which electromagnetic waves with different irradiation outputs were irradiated.
  • the irradiation output of electromagnetic waves was set to 630 nW and 3.5 ⁇ W.
  • activation of the cell 80 was confirmed by both electromagnetic waves with irradiation powers of 3.5 ⁇ W and 630 nW. It was also confirmed that the resistance value ratio tended to increase more when the electromagnetic wave having an irradiation output of 3.5 ⁇ W was irradiated than when the electromagnetic wave was irradiated at 630 nW. That is, it was confirmed that the activation degree of the cell 80 depends on the irradiation intensity of the electromagnetic wave.
  • the conditions of the verification experiment were set as follows. -As cell 80, fibroblast which was subcultured for 9 generations was used. -630 nW electromagnetic waves were pulsed from the upper side of the well 32. -A photo was taken from below the well 32 with a camera.
  • the culture plate 31 is placed in an incubator set to a temperature of 37 ° C., a humidity of 100%, and CO 2 of 5%.
  • the timer 27 sets the electromagnetic wave irradiation start time after 60 minutes.
  • the irradiation period is set to 60 minutes.
  • FIG. 7 and 8 show changes in the morphology of the cell 80 due to the irradiation of electromagnetic waves. 7 and 8 are enlarged views of different portions of the same well 32.
  • FIG. 7A and FIG. 8A show the state of the cell 80 immediately before irradiation with electromagnetic waves.
  • FIG. 7B and FIG. 8B show the state of the cell 80 immediately after irradiation with electromagnetic waves for 60 minutes.
  • the cells 80 in the region A are contracted after irradiation with electromagnetic waves as compared with before irradiation with electromagnetic waves.
  • the cells 80 in the region B are contracted after the irradiation with the electromagnetic wave as compared with before the irradiation with the electromagnetic wave.
  • region C the cell 80 is shrink
  • some of the cells 80 are separated from the extracellular matrix 91.
  • the gap between cells 80 is widened. In addition, such a change in the form of fibroblast is not observed during normal fibroblast culture.
  • the resistance value ratio of the well 32A shows a significant exponential increase tendency. Accordingly, during the period from t2 to t3, the morphology of the cells 80 tends to change in the direction in which the activation degree of the cells 80 decreases, but at least one of the number of the cells 80 or the internal state of the cells 80 is the morphology of the cells 80. Since the degree of activation is larger than the decrease in degree of activation due to the change in the resistance value, it is considered that the resistance value ratio is increased as a result. Thus, it is suggested that the cell proliferation of fibroblasts may be activated and the differentiation of fibroblasts may be induced by irradiation with electromagnetic waves.
  • the resistance value ratio of the well 32A shows a gradual change after time t3. That is, it is suggested that the significant change in the degree of activation accompanying the contraction of the cell 80 in the period from t1 to t2 is a transient change.
  • the tendency shown in FIG. 4 was also observed when electromagnetic waves of 30 GHz to 3 THz were used.
  • the cell activation device 1 irradiates the cell 80 with an electromagnetic wave having a specific frequency of 30 GHz to 3 THz, which causes at least one of proliferation, increase in morphology, and change in internal state of the cell 80.
  • the irradiation part 20 to be provided is provided. For this reason, the cells 80 can be activated without being administered. Further, the degree of activation of the cell 80 can be detected.
  • the irradiation unit 20 irradiates the cell 80 with an electromagnetic wave having a specific frequency over a predetermined period. Since this predetermined period is longer than the period from the start of irradiation until the point when the activation degree of the cells 80 temporarily decreases and then increases, the cells 80 can be activated appropriately.
  • the detection unit 40 measures the electrical resistance of the cell 80, and detects at least one of the number, morphology, and intracellular state of the cell 80 based on the measured electrical resistance. For this reason, the activation degree of the cell 80 can be easily detected by measuring the electric resistance.
  • the cell activation device 1 Since the cell activation device 1 irradiates the cells 80 in the culture solution 90 with electromagnetic waves, the cell activation device 1 can activate the cells 80 in the culture solution 90.
  • the cell activation device 1 cultures the cells 80 on the extracellular matrix 91.
  • One detection electrode 42 is disposed on the extracellular matrix 91 side of the cell 80 in the culture solution, that is, on the lower side of the cell 80, and the other detection electrode 42 is opposite to the extracellular matrix 91 of the cell 80, that is, on the upper side of the cell 80. Placed in. That is, the detection electrode 42 is disposed at a position sandwiching the cell 80. Therefore, the detection unit 40 can appropriately detect at least one change among the number, form, and intracellular state of the cells 80 due to electrical resistance.
  • the extracellular matrix 91 is disposed at a position near the bottom of the sample container 30, and the irradiation unit 20 irradiates the sample container 30 with electromagnetic waves from below the sample container 30. Therefore, the electromagnetic wave easily reaches the cells 80 in the culture solution 90. Moreover, the output of the electromagnetic wave produced
  • the irradiation unit 20 generates an electromagnetic wave having a relatively high directivity and a frequency of 30 GHz to 3 THz. Since the reflector 20 reflects the electromagnetic wave emitted horizontally from the opening 23 toward the well 32 as the irradiation position, the arrangement of the irradiation unit 20 and the sample container 30 can be flexibly changed. Moreover, the apparatus 1 can be reduced in size.
  • the cell activation device 1 according to the second embodiment is different from the first embodiment in that it is configured to irradiate living cells with electromagnetic waves. Since the other points are the same as in the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
  • the electromagnetic wave generated by the electromagnetic wave generation element 22 is irradiated to the tissue surface of the living body, that is, the cell 80 constituting the living body, through the opening 23 of the irradiation unit 20.
  • Two supply electrodes 41 and two detection electrodes 42 arranged between the supply electrodes 41 are arranged on the surface of the living tissue.
  • the electrical resistance changes depending on the degree of cell activation.
  • the detection unit 40 detects the degree of cell activation due to electromagnetic wave irradiation.
  • the detection electrodes 42 can be, for example, detection electrodes separated from each other.
  • the irradiation unit 20 irradiates the electromagnetic wave toward the intermediate position of the detection electrode in contact with the surface of the living body.
  • the irradiation unit 20 preferably irradiates the electromagnetic wave toward the center of the ring of the detection electrode 42 in contact with the surface of the living body.
  • the cell activation device 1 irradiates the cells 80 constituting the living body with electromagnetic waves. For this reason, the cell 80 which comprises a biological body can be activated. Moreover, by irradiating electromagnetic waves from the outside of the living body, the burden on the patient can be reduced as compared with the case where drug administration is performed by injection or the like.
  • fibroblast is irradiated with electromagnetic waves, but instead of fibroblast, the cells produced by transforming fibroblast, for example, artificial multifunctional stem cells (iPS cells) are irradiated with electromagnetic waves. You can also.
  • electromagnetic waves can be irradiated to iPS cells produced by transforming cells other than fibroblast, for example, epithelial cells.
  • the cultured cells are irradiated with electromagnetic waves, but the type of cells is not limited to this.
  • electromagnetic waves can be irradiated to primary cultured cells.
  • electromagnetic waves can be irradiated to floating cells that do not require a culture scaffold such as the extracellular matrix 91.
  • the cells constituting the tissue that has been cultured can be targeted for irradiation.
  • the irradiation part 20 of the said 1st Embodiment irradiated the electromagnetic wave to the cultured cell, it can also extract
  • the cell activation device 1 can be configured to include a reflux path that irradiates an immune cell with electromagnetic waves to activate the immune cell and returns the activated immune cell to the living body.
  • the immunity of the living body against cancer and viruses can be improved.
  • the sample container is connected to a path for circulating blood or cerebrospinal fluid. Electromagnetic waves can be irradiated to cells passing through the sample container.
  • the cell activation device 1 can be configured to include a reflux path that irradiates the stem cells with electromagnetic waves, activates the stem cells, and returns the activated stem cells to the living body. In this case, it becomes possible to assist the regeneration of the tissue and biological functions.
  • the detection unit 40 of the first embodiment applies a constant current to the supply electrode 41 and detects a voltage change by the detection electrode 42, but applies a constant voltage to the supply electrode 41 and detects a current change by the detection electrode 42. Thus, the resistance can be calculated.
  • the sample container 30 of the first embodiment contains the cells 80 and the culture solution 90.
  • any liquid other than the culture solution 90 can be used as long as the cells 80 can survive during the irradiation and measurement period. At the same time, it can be placed in the well 32. Examples include phosphate buffer and physiological saline.
  • the shape and arrangement of the electrodes 41 and 42 of the detection unit 40 can be changed.
  • the supply electrode 41 and the detection electrode 42 are arranged on two inner surfaces of the well 32 facing each other, and the plurality of supply electrodes 41 and the plurality of detection electrodes 42 are alternately arranged on each inner surface.
  • the supply electrode 41 and the detection electrode 42 can be arranged concentrically in the well 32.
  • the supply electrode 41 and the detection electrode 42 may be annular electrodes extending along the inner peripheral surface of the well 32.
  • the shape and arrangement of the electrodes 41 and 42 can be arbitrarily changed as long as the resistance value in the culture solution can be measured.
  • any or all of the irradiation unit 20, the detection unit 40, and the control unit 60 may be arranged outside the incubator 10.
  • the incubator 10 can be omitted.
  • the irradiation period of electromagnetic waves is set to 60 minutes in the cell activation process, but the irradiation period can be shorter than 60 minutes or longer than 60 minutes.
  • the period from the start of the electromagnetic wave irradiation to the time when the degree of activation of the cells starts from decreasing to increasing is examined by a preliminary experiment, and the irradiation period can be determined by this preliminary experiment.
  • the activation degree of the cell 80 is confirmed by the resistance value ratio of the electric resistance. Instead of or in addition to this, the activation degree is confirmed based on the pH value of the culture solution 90. Can also be done. Specifically, a pH indicator such as phenol red is added to the culture solution 90, and the degree of cell activation is measured by changing the color of the culture solution. By the way, when cells in the culture medium are activated, the pH of the culture liquid tends to be acidic, so that phenol red changes from red to yellow.
  • a pH indicator such as phenol red
  • a pH electrode can be arranged in the culture medium and the pH change can be measured directly.
  • the change in the degree of cell activation due to the electromagnetic wave irradiation is determined based on the cell resistance ratio, but the method for determining the change in the degree of cell activation is not limited thereto. That is, any method may be used as long as at least one of the number, morphology, and internal state of the cells 80 as the activation degree of the specimen to be irradiated with electromagnetic waves can be observed over time. For example, visual observation of changes in the state of cells with a microscope, visual observation of an X-ray image of a specimen, measurement of changes in activation markers related to cell proliferation by partial sampling of specimens, and degree of activation of cells released outside the cells And measurement of the corresponding factors.
  • the detection unit 40 that can detect the degree of activation of the cell 80 is provided, but this may be omitted.
  • the electromagnetic wave is continuously irradiated in the cell activation process, but the electromagnetic wave can be pulsed.
  • the irradiating unit 20 radiates an electromagnetic wave set at a frequency of 50 GHz and an irradiation intensity of 1 ⁇ W, but the frequency and irradiation intensity of the electromagnetic wave are not limited to this.
  • the irradiation unit 20 may be capable of changing one or both of the frequency and intensity of the electromagnetic wave. In this case, setting buttons for changing the frequency and irradiation intensity of the electromagnetic wave can be provided on the operation unit 25, and the frequency and intensity suitable for the irradiation target can be set.
  • the electromagnetic wave generating element 22 may be an electromagnetic wave generating element other than a diode as long as it can generate an electromagnetic wave having a frequency of 30 GHz to 3 THz.
  • the electrodes 41 and 42 of the detection unit 40 can be supported by a protective case for the irradiation unit 20. You may arrange
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cell activation apparatus, 10 ... Incubator, 20 ... Irradiation part, 21 ... Housing, 22 ... Electromagnetic wave production

Abstract

細胞活性化装置（１）は、細胞（８０）の増殖、形態の増大、および内部状態の変化の少なくとも１つを生じさせる、３０ＧＨｚ～３ＴＨｚのうちの特定の周波数の電磁波を細胞（８０）に照射する照射部（２０）を備える。

Description

細胞活性化方法および細胞活性化装置
　本発明は、細胞を活性化させる細胞活性化方法および細胞活性化装置に関する。
　癌の治療や感染症の予防や治療のために、免疫細胞を活性化させることが有効と考えられている。特許文献１に記載されたように、免疫細胞にインターロイキンやアゴニストを投与して免疫細胞を活性化する方法が知られている。
特開２００６－３４０６９８号公報
　ところが、インターロイキンやアゴニストの投与は、生体に副作用を引き起こすおそれがある。
　本発明の目的は、投薬によることなく細胞を活性化することのできる細胞活性化方法および細胞活性化装置を提供することにある。
　本発明の一側面は、細胞の増殖、形態の増大、および内部状態の変化の少なくとも１つを生じさせる、３０ＧＨｚ～３ＴＨｚのうちの特定の周波数の電磁波を前記細胞に対して照射すること備える細胞活性化方法を提供する。
　前記特定の周波数の電磁波は前記細胞に対して所定期間にわたり照射される。前記所定期間は、前記電磁波の照射を開始した時点から、前記細胞の活性化度合が一時的に低下した後に増加に転じる時点までの期間よりも長いことが好ましい。
　一例では、前記細胞はファイブロブラストまたは形質転換されたファイブロブラストである。
　本発明の別の側面は細胞活性化装置を提供する。この細胞活性化装置は、細胞の増殖、形態の増大、および内部状態の変化の少なくとも一つを生じさせる、３０ＧＨｚ～３ＴＨｚのうち特定の周波数の電磁波を前記細胞に対して照射する照射部を備える。
　細胞活性化装置は、照射期間を制御するためのタイマを備え、前記照射期間は、前記電磁波の照射を開始した時点から前記細胞の活性化度合が一時的に低下した後に増加に転じる時点までの期間よりも長いことが好ましい。
　この細胞活性化装置は、前記細胞の活性化度合として前記細胞の数、形態および内部状態の少なくとも１つを検出する検出部とを備えることが好ましい。
　前記検出部は、前記細胞の電気抵抗を測定する電極を含み、測定した電気抵抗に基づいて前記細胞の数および形態および内部状態の少なくとも１つを検出することが好ましい。
　この細胞活性化装置は、前記細胞と培養液を収容するウェルを更に備え、前記照射部は培養液中の細胞に前記電磁波を照射することが好ましい。
　前記ウェル内に配置された培養足場を更に備え、前記検出部は、第１の検出電極および第２の検出電極を含むものであり、前記第１の検出電極は、培養液中において前記細胞の培養足場側に配置されるものであり、前記第２の検出電極は、前記細胞の培養足場側とは反対側に配置されるものであることが好ましい。
　この細胞活性化装置においては、前記検出部は、前記培養液のｐＨを測定し、測定したｐＨに基づいて前記細胞の数および形態および内部状態の少なくとも１つを検出することが好ましい。
　この細胞活性化装置においては、前記照射部は、生体を構成する細胞に前記電磁波を照射することが好ましい。
　一例では、前記細胞は、ファイブロブラストまたは形質転換されたファイブロブラストである。
　この細胞活性化装置においては、前記細胞の活性化度合を表示する表示部を備えることが好ましい。
　一例の細胞活性化装置は、培養液と前記細胞を収容するウェルと、前記ウェル内において互いに離間した位置に配置された検出電極を含む検出部であって、前記細胞の電気抵抗の変化を検出する検出部とを備える。
　一例では、前記照射部は前記ウェルの下方から前記ウェルの底部に向けて前記電磁波を照射する。
　一例の細胞活性化装置は、前記ウェル内において当該ウェルの底部に配置された細胞外マトリクスを更に備え、前記検出電極は、前記細胞外マトリクスの上端位置と、前記細胞外マトリクスから離間した位置とに配置されている。
　一例では、前記照射部は、５０ＧＨｚの周波数の電磁波を生成する電磁波生成素子を含み、前記電磁波生成素子は、前記細胞に到達したときの強度が１μＷ～１ｐＷになるように調節された出力で前記電磁波を生成し、細胞活性化装置は、前記電磁波の照射開始後、少なくとも１０分にわたり前記電磁波の照射を継続するように、前記照射部による前記電磁波の照射期間を設定するためのタイマを備える。
　一例の細胞活性化装置は、生体の表面に当接され、前記生体の表面の電気抵抗を検出する複数の検出電極を備え、前記複数の検出電極は、互いに離間してあるいは環状に配置され、前記照射部は、前記複数の検出電極の中間位置または中心に向けて前記電磁波を照射するための電磁波放出口を含む。
　一例では、前記照射部は、前記電磁波を生成する電磁波生成素子のための保護ケースを更に備え、当該保護ケースに前記複数の検出電極は支持されている。
　一例では、前記照射部は、電磁波放出口を有し、前記照射部は当該電磁波放出口を除き前記電磁波を遮蔽する材料から形成されている。
　本発明の更に別の側面は、ウェル内に細胞と培養液を注入して前記細胞を培養し、前記培養しながら３０ＧＨｚ～３ＴＨｚのうちの特定の周波数の電磁波を前記細胞に照射することを備える細胞培養方法を提供する。
　一例では、前記照射は、前記細胞に到達したときの強度が１μＷ～１ｐＷになるように前記電磁波を照射することを含む。
　一例では、前記照射は、前記電磁波の照射を開始した時点から、前記細胞の活性化度合が一時的に低下した後に増加に転じる時点までの期間よりも長い期間にわたり、前記電磁波を照射することを含む。
　本発明によれば、投薬によることなく細胞を活性化することのできる細胞活性装置を提供することができる。
本発明の第１実施形態に従う細胞活性化装置の模式図。 試料容器の断面図。 培養プレートの正面図。 電磁波を照射する前、照射中、及び照射後のウェル内の抵抗値比を示すグラフ。 本発明の第２実施形態に従う細胞活性化装置の模式図。 （ａ）（ｂ）変形例の電極の模式図。 （ａ）は電磁波を照射する前の細胞の形態を示す写真図、（ｂ）は電磁波を照射した後の細胞の形態を示す写真図。 （ａ）は電磁波を照射する前の細胞の形態を示す写真図、（ｂ）は電磁波を照射した後の細胞の形態を示す写真図。
　（第１実施形態）
　図１～図４を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
　図１に示されるように、細胞活性化装置１は、電磁波を照射する照射部２０と、細胞を配置するための試料容器３０と、細胞の活性化度合を検出する検出部４０と、検出部４０による検出結果を表示する表示部５０と、検出部４０および表示部５０を制御する制御部６０とを備えている。
　照射部２０は、保護ケース又はハウジング２１を備える。ハウジング２１には電磁波放出口としての開口部２３が設けられている。ハウジング２１の内部には、周波数５０ＧＨｚおよび照射強度１μＷの電磁波を生成する電磁波生成素子２２としてのダイオードが備えられている。電磁波生成素子２２によって生成された電磁波は、この開口部２３を介してハウジング２１の外部に出射され、反射板２４を介して試料容器３０に置かれた細胞８０に照射される。細胞８０に到達したときの電磁波の強度は１μＷ～１ｐＷ程度となる。ハウジング２１は、開口部２３を除き電磁波を遮蔽する材料から形成され得る。
　照射部２０の電磁波照射を制御するための操作部２５が照射部２０に接続されている。操作部２５は、照射部２０の照射モードを切り替えるための切替スイッチ２６、および照射部２０の電磁波の照射期間を制御するためのタイマ２７を備えることができる。図示した例では、照射モードとして連続照射モードおよびパルス照射モードが予め用意されている。
　試料容器３０は、細胞の培養のためのインキュベータ１０の内部空間に配置することが好ましい。インキュベータ１０は、少なくとも温度を調節可能な内部空間を備えることが好ましい。図示した例では、インキュベータ１０は、温度、湿度、ＣＯ２濃度を調節可能な内部空間を備える。
　図２を参照して、試料容器３０および検出部４０の構造を説明する。
　試料容器３０には、細胞８０を内部で培養するためのガラス製の培養プレート３１が備えられている。培養プレート３１は、細胞８０および培養液９０を配置するための細胞収容室又はウェル３２を備える。ウェル３２内部は、培養液９０で満たされている。ウェル３２の底部には、培養足場として機能する細胞外マトリクス９１が敷かれている。細胞８０は、細胞外マトリクス９１の上側かつ培養液９０内に配置されている。照射部２０が生成した電磁波は、培養プレート３１の底部から細胞に照射される。検出部４０は、このときの細胞８０の電気抵抗の変化を検出する。図２の例では、ウェル３２は平坦な底部を有し、その底部の全面を細胞外マトリクス９１が占有している。
　検出部４０の構造について詳述する。
　検出部４０は、供給電極４１および検出電極４２を含む。
　供給電極４１は、indium tin oxide（ＩＴＯ）のような透明電極であり、培養プレート３１のガラス板と細胞外マトリクス９１との間に配置される。検出電極４２は、細胞外マトリクス９１の上端すなわち細胞８０の下部と、培養液９０中において細胞外マトリクス９１の上端から離れた位置すなわち細胞８０の上部とに配置される。
　供給電極４１から一定の電流を供給したとき、ウェル３２内の電気抵抗に応じた電圧値を検出電極４２が検出する。検出電極４２により検出された電圧値に基づいて、検出部４０は、細胞８０の電気抵抗の変化を算出する。制御部６０は、算出結果に従い細胞８０の活性化度合を表示部５０に表示させる。
　細胞８０の活性化度合が増大したとき、ウェル３２内の細胞８０の個数が増加する現象（増殖）、または細胞８０の容積増加等の細胞８０の形態変化、または細胞８０の活性化度合の増大と対応する細胞８０の内部状態の変化が生じる。このため、ウェル３２内全体の抵抗値が大きくなる。
　反対に、細胞８０の活性化度合が低下したとき、ウェル３２内の細胞８０の個数が減少する現象、または細胞８０が収縮する等の細胞８０の形態変化、または細胞８０の活性化度合の低下と対応する細胞８０の内部状態の変化が生じる。このため、ウェル３２内の細胞８０全体の抵抗値は小さくなる。すなわち、細胞８０の抵抗値には細胞８０の活性化度合の変化が反映されている。従って、細胞８０の抵抗値を測定することにより細胞８０の活性化度合の変化を検出することができる。
　なお、細胞８０の形態の増大は、例えば、細胞８０の層の厚みが増大すること、および細胞８０が拡大することを含む。また、細胞８０の活性化度合の増大と対応する細胞８０の内部状態は、例えば細胞増殖にかかる因子の合成、および分泌細胞であれば分泌物質の合成、および前駆細胞等の未分化細胞であれば細胞分化にかかる因子の合成等が挙げられる。
　図３の例では、培養プレート３１は４×３の１２個のウェル３２を備えている。各ウェル３２に電極４１、４２が設けられる。この場合、複数のウェル３２内の電気抵抗の変化を個別に測定することができる。
　図４を参照して、細胞活性化処理について説明する。
　細胞活性化処理の条件を次のように設定した。
・細胞８０としてファイブロブラストを用いた。
・第１ウェル３２Ａおよび第３ウェル３２Ｃの検体に対して電磁波を連続照射した。第２ウェル３２Ｂには電磁波を照射しなかった。第３ウェル３２Ｃには細胞８０を入れなかった。
・第２ウェル３２Ｂおよび第３ウェル３２Ｃは第１ウェル３２Ａの対照検体とした。
　以下に細胞活性化処理の手順を示す。
　（手順１）第１ウェル３２Ａおよび第２ウェル３２Ｂには培養液および細胞８０を、第３ウェル３２Ｃには培養液９０のみを分注する。ウェルの液量は互いに等しい。第２ウェル３２Ｂの細胞８０に電磁波が照射されないように、第２ウェル３２Ｂをアルミ箔で覆う。
　（手順２）温度３７℃、湿度１００％およびＣＯ２５％に設定されたインキュベータ１０内に培養プレート３１を配置する。
　（手順３）培養プレート３１をインキュベータ１０内に静置した状態で、検出電極４２による抵抗値の測定を開始する。
　（手順４）１６時間経過後、切替スイッチ２６により連続照射モードに設定する。またタイマ２７により電磁波の照射期間を６０分間に設定する。
　（手順５）電磁波照射を開始する。６０分後、タイマ２７の動作により照射が停止する。この停止時点から１２０分経過するまでの期間において細胞８０の抵抗値を計測する。
　図４に抵抗値の変化を示す。時刻ｔ１は照射開始時を示す。縦軸は、時刻ｔ１の抵抗値を１として、ウェル３２内の抵抗値を規格化した値であり、抵抗値比と呼ぶことがある。ウェル３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ内のうちそれぞれ１つのウェルを代表としてその抵抗値比を示している。
　電磁波の照射を開始した後、ウェル３２Ａの抵抗値比は時刻ｔ２まで一時的な下降を示す。ウェル３２Ａの抵抗値比は、時刻ｔ２から増加し始め、電磁波の照射を終了した後も増加し続け、照射終了時点から所定の期間を経た時刻ｔ３まで、指数関数的な著しい増加傾向を示す。図示した例では、ウェル３２Ａの抵抗値比が低下から上昇に転じる時刻は、照射開始後１０～１５分程度である。
　電磁波を照射しないウェル３２Ｂの抵抗値比は、電磁波照射前および照射中および照射後においても一定のゆるやかな増加を示す。培養液９０のみのウェル３２Ｃの抵抗値比は、電磁波照射前および照射中および照射後のいずれにおいても大きな変化はない。ウェル３２Ａ、３２Ｂ，３２Ｃの比較結果は、電磁波の照射が細胞８０を活性化させたことを示す。
　また、照射開始および照射停止を所定の回数繰り返す実験により次の（ａ）～（ｃ）の結果が再現的に得られた。
（ａ）照射開始によって抵抗値比が一時的に低下する。
（ｂ）一時的な低下後、抵抗値比が著しく増大する。
（ｃ）（ｂ）の後、照射停止とともに抵抗値比の著しい増大変化が停止する。
　これらの結果から、抵抗値比の変化が電気的なノイズ等に基づくものでないことが確認できる。
　また、照射出力の異なる電磁波を照射する実験により次の結果が得られた。ここでは、電磁波の照射出力を６３０ｎＷおよび３．５μＷとした。
　上記実験により、照射出力３．５μＷ、６３０ｎＷのいずれの電磁波によっても細胞８０の活性化を確認した。また、照射出力３．５μＷの電磁波を照射した場合の方が６３０ｎＷの場合に比べて抵抗値比の増大が大きい傾向にあることを確認した。すなわち、細胞８０の活性化度合は電磁波の照射強度に依存することを確認した。
　電磁波による細胞形態の変化を観察した検証実験について説明する。
　検証実験の条件を次のように設定した。
・細胞８０として９代の継代培養を行ったファイブロブラストを用いた。
・ウェル３２の上側から６３０ｎＷの電磁波をパルス照射した。
・ウェル３２の下側からカメラによる写真撮影を行った。
　以下に検証実験の手順を示す。
　（手順１）１つのウェル３２に培養液および１×１０４個の細胞８０を分注する。
　（手順２）温度３７℃、湿度１００％およびＣＯ２５％に設定されたインキュベータ内に培養プレート３１を配置する。
　（手順３）培養プレート３１をインキュベータ内に静置した状態で、タイマ２７により電磁波照射の開始時間を６０分後に設定する。また、照射期間を６０分間に設定する。
　（手順４）カメラによる一分毎の細胞８０の写真撮影を開始する。撮影は、タイマ２７の動作により照射が停止した後から６０分経過するまでの期間（計１８０分間）行う。
　図７および図８に電磁波の照射による細胞８０の形態変化を示す。図７および図８は同一のウェル３２の異なる部分を拡大して示している。図７（ａ）および図８（ａ）は、電磁波を照射する直前の細胞８０の状態を示している。図７（ｂ）および図８（ｂ）は、電磁波を６０分照射した直後の細胞８０の状態を示している。
　図７に示されるように、領域Ａ内の細胞８０について、電磁波の照射後では電磁波の照射前に比べて細胞８０が収縮している。図８に示されるように、領域Ｂ内の細胞８０について、電磁波の照射後では電磁波の照射前に比べて細胞８０が収縮している。領域Ｃ内の細胞８０について、電磁波の照射後では電磁波の照射前に比べて細胞８０が収縮している。領域Ａおよび領域Ｃにおいて確認されるように、細胞８０の一部は細胞外マトリクス９１から乖離している。領域Ｂにおいて確認されるように、細胞８０間の間隙が広がっている。なお、通常のファイブロブラストの培養時において、このようなファイブロブラストの形態の変化は見られない。
　図４に示されるように、前述の実験結果において、電磁波の照射を開始した後、ウェル３２Ａの抵抗値比が時刻ｔ２まで一時的な下降を示したのは、このように細胞８０が収縮するとともに細胞外マトリクス９１から乖離したことが影響していると考えられる。
　一方、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間において、ウェル３２Ａの抵抗値比は指数関数的な著しい増加傾向を示している。従って、ｔ２からｔ３の期間において、細胞８０の形態は細胞８０の活性化度合が低下する方向に変化する傾向にあるが、細胞８０の個数または細胞８０の内部状態の少なくとも一方が細胞８０の形態の変化による活性化度合の低下よりも大きな活性化度合を示しているため、結果として抵抗値比が増大していると考えられる。このように、電磁波の照射によって、ファイブロブラストの細胞増殖が活性化されている可能性、およびファイブロブラストの分化が誘導されている可能性が示唆される。
　また、図４に示されるように、前述の実験結果において、時刻ｔ３以降においてウェル３２Ａの抵抗値比は緩やかな変化を示す。すなわち、ｔ１～ｔ２の期間における細胞８０の収縮をともなう著しい活性化度合の変化は一過的な変化であることが示唆される。
　３０ＧＨｚ～３ＴＨｚの電磁波を用いたときにも図４の傾向が見られた。
　本実施形態によれば以下に示す効果が得られる。
　（１）細胞活性化装置１は、細胞８０の増殖、および形態の増大、および内部状態の変化の少なくとも一つを生じさせる、３０ＧＨｚ～３ＴＨｚのうち特定の周波数の電磁波を細胞８０に対して照射する照射部２０を備える。このため、投薬によることなく細胞８０を活性化させることができる。また、細胞８０の活性化度合を検出することができる。
　また、照射部２０は、特定の周波数の電磁波を細胞８０に対して所定期間にわたり照射する。この所定期間は、照射開始時点から、細胞８０の活性化度合が一時的に低下した後、増加に転じる時点までの期間よりも長いため、細胞８０を適切に活性化させることができる。
　（２）細胞活性化装置１では、検出部４０は、細胞８０の電気抵抗を測定し、測定した電気抵抗に基づいて細胞８０の数、形態および細胞内状態のうち少なくとも一つを検出する。このため、電気抵抗の測定によって簡便に細胞８０の活性化度合を検出することができる。
　（３）細胞活性化装置１は、電磁波を培養液９０中の細胞８０に照射するため、培養液９０中の細胞８０を活性化させることができる。
　（４）細胞活性化装置１は、細胞８０を細胞外マトリクス９１上で培養する。一方の検出電極４２は培養液中において細胞８０の細胞外マトリクス９１側すなわち細胞８０の下側に配置され、他方の検出電極４２は細胞８０の細胞外マトリクス９１とは反対側すなわち細胞８０の上側に配置される。すなわち、検出電極４２は、細胞８０をはさんだ位置に配置される。このため、検出部４０は、電気抵抗による細胞８０の数、形態および細胞内状態のうち少なくとも一つの変化を適切に検出することができる。
　（５）試料容器３０の底部に近い位置に細胞外マトリクス９１が配置され、照射部２０は試料容器３０の下方から試料容器３０に向けて電磁波を照射する。よって、培養液９０中の細胞８０に電磁波が届きやすくなる。また、培養中の細胞８０を活性化するために生成される電磁波の出力を低減することができる。
　（６）照射部２０は、比較的高い指向性を有する、３０ＧＨｚ～３ＴＨｚの周波数の電磁波を生成する。照射部２０が開口部２３から水平に出射された電磁波を、反射板２４が照射位置としてのウェル３２に向けて反射するので、照射部２０及び試料容器３０の配置を柔軟に変更することができ、また、装置１を小型化することができる。
　（第２実施形態）
　図５を参照して、本発明の第２実施形態について第１実施形態との相違点を説明する。第２実施形態の細胞活性化装置１は、生体の細胞に電磁波を照射するように構成されている点で第１実施形態と相違する。その他の点については第１実施形態と同様であるため、同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
　図５に示されるように、電磁波生成素子２２により生成された電磁波は、照射部２０の開口部２３を介して、生体の組織表面すなわち生体を構成する細胞８０に照射される。生体の組織表面には、２つの供給電極４１と、これら供給電極４１の間に配置される２つの検出電極４２とが配置される。細胞の活性化度合に応じて電気抵抗が変化する。検出電極４２により検出された電気抵抗値に基づいて検出部４０は電磁波照射による細胞の活性化度合を検出する。検出電極４２は例えば互いに離間した検出電極であり得る。この場合、照射部２０は生体の表面に当接された検出電極の中間位置に向けて電磁波を照射することが好ましい。検出電極４２が環状に配置されている場合、照射部２０は生体の表面に当接された検出電極４２の環の中心に向けて電磁波を照射することが好ましい。
　本実施形態によれば第１実施形態の（１）および（２）の効果に加えて以下に示す効果が得られる。
　（７）細胞活性化装置１は、電磁波を、生体を構成する細胞８０に照射する。このため、生体を構成する細胞８０を活性化させることができる。また、生体の外部から電磁波を照射することにより、注射等によって薬剤投与を行う場合と比較して患者の負担を小さくすることができる。
　上記実施形態を以下に示すように変更することもできる。変形例同士を互いに組み合わせることもできる。
　・上記第１実施形態ではファイブロブラストに電磁波を照射したが、ファイブロブラストに代えて、ファイブロブラストを形質転換して作製される細胞、例えば人工多機能性幹細胞（ｉＰＳ細胞）に電磁波を照射することもできる。また、ファイブロブラスト以外の細胞、例えば上皮細胞を形質転換して作製されるｉＰＳ細胞に電磁波を照射することもできる。
　・上記第１実施形態では培養細胞、特にファイブロブラストに電磁波を照射したが、細胞の種類はこれに限られない。例えば、初代培養細胞に電磁波を照射することもできる。また、細胞外マトリクス９１のような培養足場を必要としない浮遊細胞に電磁波を照射することもできる。また、組織培養されている組織を構成する細胞を照射対象とすることもできる。
　・上記第１実施形態の照射部２０は、培養細胞に電磁波を照射したが、生体を構成する細胞を採取してこれに電磁波を照射することもできる。この場合、例えば免疫細胞に電磁波を照射してその免疫細胞を活性化させ、活性化した免疫細胞を生体に戻す還流路を備えるように、細胞活性化装置１を構成することができる。この場合、癌やウイルスに対する生体の免疫力を向上させることができるようになる。例えば、血液または髄液を循環させる経路に試料容器を接続する。この試料容器を通過する細胞に電磁波を照射することができる。または、幹細胞に電磁波を照射して、その幹細胞を活性化させ、活性化した幹細胞を生体に戻す還流路を備えるように、細胞活性化装置１を構成することができる。この場合、組織や生体機能の再生を補助することができるようになる。
　・上記第１実施形態の検出部４０は、供給電極４１に一定電流をかけて検出電極４２により電圧変化を検出したが、供給電極４１に一定電圧をかけて、検出電極４２により電流変化を検知して抵抗を算出することもできる。
　・上記第１実施形態の試料容器３０は、細胞８０と培養液９０を収容したが、照射および測定期間中、細胞８０を生存させることができるものであれば培養液９０以外の液体を細胞８０とともにウェル３２内に入れることもできる。一例として、リン酸緩衝液や生理食塩水があげられる。
　・上記第１実施形態では、検出部４０の電極４１，４２の形状および配置は変更することができる。例えば、図６（ａ）に示すようにウェル３２の互いに対向する２つの内面に供給電極４１と検出電極４２を配置し、各内面において複数の供給電極４１と複数の検出電極４２を交互に配置することもできる。また図６（ｂ）に示すように、ウェル３２内に供給電極４１および検出電極４２を同心円上に配置することもできる。この場合、供給電極４１および検出電極４２はウェル３２の内周面に沿って延びる環状電極であり得る。要するに、培養液中の抵抗値を測定できるのであれば電極４１，４２の形状および配置は任意に変更することができる。
　・照射部２０および検出部４０および制御部６０のいずれか又は全てをインキュベータ１０の外部に配置してもよい。インキュベータ１０を省略することもできる。
　・上記第１実施形態では、細胞活性化処理において、電磁波の照射期間を６０分に設定したが、照射期間を６０分よりも短くすること、または６０分よりも長くすることもできる。電磁波の照射を開始した時点から細胞の活性化度合が低下から増加に転じる時点までの期間を予備実験により調べ、この予備実験により照射期間を決めることができる。
　・上記第１実施形態では、電気抵抗の抵抗値比により細胞８０の活性化度合を確認したが、これに代えてまたはこれに加えて、培養液９０のｐＨ値に基づいて活性化度合の確認を行うこともできる。具体的には、培養液９０内にフェノールレッド等のｐＨ指示薬を添加し、培養液の色の変化により細胞の活性化度合を測定する。ちなみに、培養液中の細胞が活性化すると培養液のｐＨは酸性に傾くため、フェノールレッドが赤から黄色に変化する。
　・上記の変形例において、培養液にｐＨ電極を配置し、ｐＨ変化を直接的に測定することもできる。
　・上記各実施形態では電磁波照射による細胞の活性化度合の変化を細胞の抵抗値比に基づいて判定したが、細胞の活性化度合の変化を判定する方法はこれらに限らない。すなわち、電磁波の照射対象となる検体の活性化度合としての細胞８０の数および形態および内部状態のうち少なくとも一つを経時的に観察できるものであればいずれの方法であってもよい。例えば、顕微鏡による細胞の状態変化の視認、検体をＸ線で撮影した画像の視認、検体の部分採取による細胞増殖にかかる活性化マーカの変動測定、および細胞外に放出される細胞の活性化度合と対応する因子の測定等が挙げられる。
　・上記各実施形態では、細胞８０の活性化度合を検出することのできる検出部４０を設けたが、これを省略することもできる。
　・上記各実施形態では、細胞活性化処理において電磁波を連続照射したが、電磁波をパルス照射することもできる。
　・上記各実施形態では、照射部２０は周波数５０ＧＨｚおよび照射強度１μＷに設定した電磁波を照射したが、電磁波の周波数および照射強度はこれに限られない。照射部２０は電磁波の周波数及び強度の一方または両方は変更可能でもよい。この場合、操作部２５に電磁波の周波数および照射強度を変更するための設定ボタンをそれぞれ設け、照射対象に適した周波数および強度を設定することができる。
　・上記各実施形態では、電磁波生成素子２２としてダイオードを用いたが、電磁波生成素子は、周波数３０ＧＨｚ～３ＴＨｚの電磁波を生成できれば、ダイオード以外の電磁波生成素子を用いることもできる。
　・図５において、照射部２０のための保護ケースに検出部４０の電極４１，４２は支持され得る。この保護ケースに制御部６０及び表示部５０を配置してもよい。
　１…細胞活性化装置、１０…インキュベータ、２０…照射部、２１…ハウジング、２２…電磁波生成素子、２３…開口部、２４…反射板、２５…操作部、２６…切替スイッチ、２７…タイマ、３０…試料容器、３１…培養プレート、３２…ウェル、３２Ａ…第１ウェル、３２Ｂ…第２ウェル、３２Ｃ…第３ウェル、４０…検出部）、４１…供給電極、４２…検出電極、５０…表示部、６０…制御部、８０…細胞、９０…培養液、９１…細胞外マトリクス。

Claims (23)

  1. 　細胞の増殖、形態の増大、および内部状態の変化の少なくとも１つを生じさせる、３０ＧＨｚ～３ＴＨｚのうちの特定の周波数の電磁波を前記細胞に対して照射する
    　ことを特徴とする細胞活性化方法。
  2. 　請求項１に記載の細胞活性化方法において、
    　前記照射は、前記特定の周波数の電磁波を前記細胞に対して所定期間にわたり照射することを備え、
    　前記所定期間は、前記電磁波の照射を開始した時点から、前記細胞の活性化度合が一時的に低下した後に増加に転じる時点までの期間よりも長い
    　ことを特徴とする細胞活性化方法。
  3. 　請求項１または２に記載の細胞活性化方法において、
    　前記細胞はファイブロブラストまたは形質転換されたファイブロブラストである
    　ことを特徴とする細胞活性化方法。
  4. 　細胞の増殖、形態の増大、および内部状態の変化の少なくとも一つを生じさせる、３０ＧＨｚ～３ＴＨｚのうち特定の周波数の電磁波を前記細胞に対して照射する照射部を備える
    　ことを特徴とする細胞活性化装置。
  5. 　請求項４に記載の細胞活性化装置において、
    　前記特定の周波数の電磁波を前記細胞に対して照射する照射期間を制御するためのタイマを備え、
    　前記照射期間は、前記電磁波の照射を開始した時点から、前記細胞の活性化度合が一時的に低下した後に増加に転じる時点までの期間よりも長い
    　ことを特徴とする細胞活性化装置。
  6. 　請求項４または５に記載の細胞活性化装置において、
    　前記細胞の活性化度合として前記細胞の数、形態および内部状態の少なくとも１つを検出する検出部を備える
    　ことを特徴とする細胞活性化装置。
  7. 　請求項６に記載の細胞活性化装置において、
    　前記検出部は、前記細胞の電気抵抗を測定する電極を含み、測定した電気抵抗に基づいて前記細胞の数および形態および内部状態の少なくとも１つを検出する
    　ことを特徴とする細胞活性化装置。
  8. 　請求項４～７のいずれか一項に記載の細胞活性化装置において、
    　前記細胞と培養液を収容するウェルを更に備え、
    　前記照射部は前記培養液中の細胞に前記電磁波を照射する
    　ことを特徴とする細胞活性化装置。
  9. 　請求項８に記載の細胞活性化装置において、
    　前記ウェル内に配置された培養足場を更に備え、
    　前記検出部は、第１の検出電極および第２の検出電極を含むものであり、
    　前記第１の検出電極は、培養液中において前記細胞の前記培養足場側に配置されるものであり、
    　前記第２の検出電極は、前記細胞の前記培養足場側とは反対側に配置されるものである
    　ことを特徴とする細胞活性化装置。
  10. 　請求項８または９に記載の細胞活性化装置において、
    　前記検出部は、前記培養液のｐＨを測定し、測定したｐＨに基づいて前記細胞の数および形態および内部状態の少なくとも１つを検出する
    　ことを特徴とする細胞活性化装置。
  11. 　請求項４～７のいずれか一項に記載の細胞活性化装置において、
    　前記照射部は、生体を構成する細胞に前記電磁波を照射する
    　ことを特徴とする細胞活性化装置。
  12. 　請求項４～１１のいずれか一項に記載の細胞活性化装置において、
    　前記細胞はファイブロブラストまたは形質転換されたファイブロブラストである
    　ことを特徴とする細胞活性化装置。
  13. 　請求項４～１２のいずれか一項に記載の細胞活性化装置において、
    　前記細胞の活性化度合を表示する表示部を備える
    　ことを特徴とする細胞活性化装置。
  14. 　請求項４に記載の細胞活性化装置において、
    　培養液と前記細胞を収容するウェルと、
    　前記ウェル内において互いに離間した位置に配置された検出電極を含む検出部であって、前記細胞の電気抵抗の変化を検出する検出部とを備える細胞活性化装置。
  15. 　請求項１４に記載の細胞活性化装置において、
    　前記照射部は前記ウェルの下方から前記ウェルの底部に向けて前記電磁波を照射する細胞活性化装置。
  16. 　請求項１５に記載の細胞活性化装置において、
    　前記ウェル内において当該ウェルの底部に配置された細胞外マトリクスを更に備え、
    　前記検出電極は、前記細胞外マトリクスの上端位置と、前記細胞外マトリクスから離間した位置とに配置されている細胞活性化装置。
  17. 　請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の細胞活性化装置において、
    　前記照射部は、５０ＧＨｚの周波数の電磁波を生成する電磁波生成素子を含み、
    　前記電磁波生成素子は、前記細胞に到達したときの強度が１μＷ～１ｐＷになるように調節された出力で前記電磁波を生成し、
    　前記電磁波の照射開始後、少なくとも１０分にわたり前記電磁波の照射を継続するように、前記照射部による前記電磁波の照射期間を設定するためのタイマを備える細胞活性化装置。
  18. 　請求項４に記載の細胞活性化装置において、
    　生体の表面に当接され、前記生体の表面の電気抵抗を検出する複数の検出電極を備え、
    　前記複数の検出電極は、互いに離間してあるいは環状に配置され、
    　前記照射部は、前記複数の検出電極の中間位置または中心に向けて前記電磁波を照射するための電磁波放出口を含む細胞活性化装置。
  19. 　請求項１８に記載の細胞活性化装置において、
    　前記照射部は、前記電磁波を生成する電磁波生成素子のための保護ケースを更に備え、当該保護ケースに前記複数の検出電極は支持されている細胞活性化装置。
  20. 　請求項４に記載の細胞活性化装置において、
    　前記照射部は電磁波放出口を有し、前記照射部は当該電磁波放出口を除き、前記電磁波を遮蔽する材料から形成されている細胞活性化装置。
  21. 　ウェル内に細胞と培養液を注入して前記細胞を培養し、
    　前記培養しながら３０ＧＨｚ～３ＴＨｚのうちの特定の周波数の電磁波を前記細胞に照射する
    ことを備える細胞培養方法。
  22. 　前記照射は、前記細胞に到達したときの強度が１μＷ～１ｐＷになるように前記電磁波を照射することを含む請求項２１に記載の細胞培養方法。
  23. 　前記照射は、前記電磁波の照射を開始した時点から、前記細胞の活性化度合が一時的に低下した後に増加に転じる時点までの期間よりも長い期間にわたり、前記電磁波を照射することを含む請求項２２に記載の細胞培養方法。
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